JPH06109538A - 分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 近赤外波長域の測定装置であって後分光ポリ
クロメータ方式の適用を可能にした分光分析装置を提供
する。 【構成】 波長分散手段により分散結像された波長分散
スペクトルを検出する検出器が、測定波長範囲の全域を
カバーする単一素子の検出面を備え、かつ検出面の前面
に少なくとも１つの開口を有するスリット板を着脱可能
に取付けた分光分析装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品、化学薬品等を定
量的または定性的に分析するための装置であって、特に
近赤外波長域（およそ９００〜３０００ｎｍ程度）の光
を測定光として利用する分光分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料に測定光を照射しその反射または透
過特性の波長依存性から試料を定量的または定性的に分
析する方法には種々の方式のものがあるが、その１つの
方式として、白色光で試料を照射し、その透過光または
反射光を入口スリット上に結像させ、これを波長分散手
段（たとえば回折格子）により、測定波長範囲を所定の
データ（波長）間隔で測定できるだけの素子数を有する
アレー形検出器上に分散結像させて測定する後分光ポリ
クロメータ方式の装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の後分光ポリクロ
メータ方式の装置にあっては、高精度、高価な回折格子
（波長分散手段）駆動機構を必要としないし、半導体プ
ロセスによってアレー化および周辺回路の一体化が比較
的容易なシリコンフォトダイオードを用いることができ
る可視・紫外域では有用な方式であったが、シリコンフ
ォトダイオードが感度をもたない近赤外波長域ではそれ
ほど有用ではなかった。

【０００４】すなわち、近赤外波長域の測定用としては
光導電形の素子であるＰｂｓ検出器が主として用いられ
ているが、Ｐｂｓ素子はその製造プロセス上の制約から
ポリクロメータ方式分光器に最適な形状の素子を多数配
列したアレー状素子の製造がきわめて困難であると共
に、プリアンプ、マルチプレクサなどの周辺回路の一体
化を行うことができず、周辺の外付け回路も含めた検出
器部のコストがきわめて高価なものになるという問題点
があった。

【０００５】本発明は、近赤外波長域の測定装置であっ
て後分光ポリクロメータ方式の適用を可能にした分光分
析装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の分光分析装置においては、波長分散手段に
より分散結像された波長分散スペクトルを検出する検出
器は、測定波長範囲の全域をカバーする単一の検出面を
備え、かつ検出面の前面には少なくとも１つの開口を有
するスリット板が着脱可能に取付けられるものである。

【０００７】スリット板上の開口を少なくとも２つ以上
の測定波長位置に対応して設けると共に、シャッタ機構
によりその複数開口のうちのいずれか１つを選択的に開
き、その他の開口を遮蔽するようにすることにより、複
数の波長での測定を順次行うことができ効果的である。

【０００８】

【作用】上記のように構成された分光分析装置の検出器
の検出面前面（ポリクロメータ結像面上）に配置される
スリット板を交換して、測定対象に合わせた最適波長で
の測定を行う。

【０００９】さらに、測定波長が複数である場合には、
スリット板上の開口をその測定波長に対応して設けると
共に、シャッタ機構によりその複数開口の１つを順次選
択すればよい。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明すると、第１図において、光源１からの光束を集
光系２により試料３に照射し、その透過光を集光レンズ
４で入口スリット５上に結像させ、これを凹面回折格子
６によって検出器７上に分散結像させる。検出器７は単
一素子の検出面を有するもので、測定波長を１１００ｎ
ｍ〜２５００ｎｍとすれば、この波長領域で好適なもの
としてＰｂｓ検出器を用いることができる。８はＰｂｓ
検出器７の検出面の前面、すなわちポリクロメータの結
像面上に設置されたスリット板で、このスリット板８に
は１つの開口９が穿設されている。検出器７の信号は周
辺回路１０で増幅などの電気的処理をした上で信号処理
回路（図示せず）へ送られる。

【００１１】Ｐｂｓ検出器７およびスリット板８の詳細
を図２により説明するに、Ｐｂｓ検出器取付け用の開口
１２を有するホルダ１１にＰｂｓ検出器７がネジなど適
宜の緊締手段により取付けられる。Ｐｂｓ検出器７の検
出面７ａはホルダ１１の開口１２を通してポリクロメー
タからの単色光を受光する。

【００１２】Ｐｂｓ検出器７の検出面７ａの長さは、測
定波長の全域をカバーするのに十分な長さを有する。実
施例では、使用する凹面回折格子のパラメータとして、
格子定数ｄ＝１／３００（１／ｍｍ）、焦点距離ｆ＝２
００ｍｍ、入射角ｉ＝０°とし、使用波長範囲を１１０
０ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外域として、逆線分散の平
均値をおよそ１３（ｎｍ／ｍｍ）とすると、その広がり
は１０８ｍｍ程度とすることができるので、１２０ｍｍ
もあれば十分である。また、検出面７ａの高さは測定光
量、ポリクロメータの収差、入口スリットの高さなどに
合わせて適宜設計される。このような長さのＰｂｓ素子
としては特殊な寸法であるが、多数の微少な検出器を配
列したアレー状素子よりは製作も容易であり、また、素
子自体は単一であるから、バイアス回路やプリアンプ回
路など周辺回路の構成も容易である。なお、検出器７に
は位置決め穴やピン（図示せず）などが設けられ、組立
時に素子の位置がホルダ１１に対して正確に位置決めさ
れるようになっている。

【００１３】ホルダ１１の反対面には、スリット板位置
決め用のピン１３ａ、１３ｂが突設されている。一方、
スリット板８には位置決め用の穴１４ａ、１４ｂが穿設
されており、ホルダ１１の位置決め用のピン１３ａ、１
３ｂと嵌合して位置決めされるようになっている。スリ
ット板８の固定はネジなど適宜の緊締手段により行われ
る。

【００１４】スリット板８上にはスリット開口９が穿設
されており、開口９は入口スリット５と相似の一般的に
は矩形である。開口９の高さは検出面７ａの高さやポリ
クロメータの収差などの諸条件を勘案して決定されてい
る。また、スリット幅は装置の設計バンド幅によって決
められる。さらに、当然のことながらスリット開口９の
位置は、計算により測定波長の分散光が開口９に一致す
るように決められている。

【００１５】このようなスリット板８は、エッチングま
たは電気鋳造などの方法によって高精度かつ容易に製作
することが可能である。これらの方法によれば、取付け
基準穴１４ａ、１４ｂ、スリット開口９などの位置精
度、寸法精度を１／１００ｍｍのオーダで確保すること
が比較的容易である。波長精度を決める要素としてスリ
ット板８の寸法精度が考えられるが、例えば上記加工精
度によれば、１〜数ｎｍの波長精度は容易に達成可能で
あり、さらに基準光源などを用いて校正すれば、これ以
上に精度を上げることもできる。

【００１６】スリット板８は、ピン１３ａ、１３ｂによ
って位置決めされているから、容易に脱着することが可
能であり、従って、他の測定波長に対応するスリット板
を別に用意しておけば、これを付け替えることにより同
一のポリクロメータ部を利用して異なる波長に対応した
分析装置を製作することができる。

【００１７】図３に本発明の他の実施例を示す。この実
施例では先の実施例と異なり、測定波長は３つである。

【００１８】スリット板８には３つの波長に対応するス
リット開口９ａ、９ｂ、９ｃが穿設されている。スリッ
ト板８自体の取付けは前記実施例の場合と同様であり、
従って、測定波長が異なる試料に対しては別のスリット
板を用意し、これを付け替えればよい。

【００１９】スリット板８の全面部には遮光板１５がホ
ルダ１１に対して回転可能に取付けられ、モータ１６で
駆動されるようになっている。遮光板１５はスリット板
８の全面を覆うのに十分な大きさを持ち、かつ開口９ａ
〜９ｃに対応する位置に矩形の開口１６ａ、１６ｂ、１
６ｃが設けられている。モータ１６は制御回路（図示せ
ず）によって制御され、スリット開口９ａ〜９ｃと遮光
板１５の開口１６ａ〜１６ｃのうちの１つとが一致する
よう３段階に切り替えられる。従って、モータ１６の駆
動を制御することにより検出器７（検出面７ａ）に入射
する単色光の波長を３段階に切り替えることが可能であ
る。勿論、機械的寸法の許容する範囲でスリット開口の
数および遮光板の開口数を増やすことにより、さらに多
くの測定波長に対応することも可能である。

【００２０】遮光板１５の駆動機構は回折格子走査機構
とは異なり、スリット開口を完全に遮蔽または開放する
ことのみが要求され、その回転位置決め精度は比較的低
くてもよい。さらに、遮光板上の開口寸法はスリット開
口の幅、高さに対して十分な余裕を持ち、かつ他のスリ
ット開口を遮蔽できる範囲の大きさであればよく、高い
精度を要しない。従って、その設計、製造も容易であ
る。

【００２１】なお、上記実施例ではスリット板の前面に
遮光板を挿入する構造としたが、これをスリット板と検
出器（検出面）の間に入れてもよい。また、遮光板機構
として機械的シャッタを回転切替える構造としたが、こ
れは直進的な移動機構であってもよく、あるいは液晶シ
ャッタなどの電気的なシャッタを適切に利用することに
より、さらに測定の高速化が可能となる。

【００２２】本発明のＰｂｓ検出器７の検出面７ａは単
一の大面積の素子であり、ある程度の感度の場所むらは
避けられないが、この種分析装置の場合、特に重要なの
は、測光値の絶対値ではなく再現性である。従って、固
定されたスリット開口９ａ〜９ｃのいずれかを通過する
光束が常に検出器の同じ位置で測定され、また再現性に
影響を与える駆動部を必要としないので、このような分
析目的に好適である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、ポリクロメータ結像面上に配置したスリッ
ト開口を適宜交換することにより測定対象に合わせた最
適波長での測定が可能となり、また、測定波長が複数で
ある場合にはスリット開口をスリット列とし、複数開口
のうちの１つを順次選択することにより簡易、迅速な測
定が可能となる。さらに、駆動部分がないため、測定の
精度、安定性を向上することができ、検出器は単一素子
であるから、素子自体およびその周辺回路の構成も容易
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。

【図２】本発明の一実施例の検出器部の詳細を示す斜視
図である。

【図３】本発明の他の実施例における検出器部を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１ 光源 ３ 試料 ５ 入口スリット ６ 凹面回
折格子 ７ 検出器 ７ａ 検出面 ８ スリット板 ９ 開口 １１ ホルダ １５ 遮光板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口スリットと、この入口スリット像を
   波長スペクトルに分散結像させる手段と、分散スペクト
   ルを検出する検出器からなるポリクロメータ方式の測光
   部を有する分光分析装置であって、前記検出器は測定波
   長範囲の全域をカバーする単一の検出面を備え、かつ検
   出面の前面には少なくとも１つの開口を有するスリット
   板が着脱可能に取付けられることを特徴とする分光分析
   装置。