JPH0619082Y2

JPH0619082Y2 - 光学検出装置

Info

Publication number: JPH0619082Y2
Application number: JP1987058132U
Authority: JP
Inventors: 伸一郎渡辺; 友忠岩瀬; 直之丸山
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2002-04-16
Also published as: JPS63165560U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、光学検出装置に係り、とくに、液体クロマト
グラフィー（ＬＣ）用又はフローインジェクション（Ｆ
ＩＡ）用のＵＶ検出装置、ＩＲ検出装置をはじめとして
一般のＵＶ分光光度計、ＩＲ分光光度計等にも用いられ
る光学検出装置に関する。

［従来の技術］例えばＬＣ用のＵＶ検出装置では、フローセルを通過し
ない対照光強度とフローセルを通過した試料光強度とを
受光素子で検出し、対照光強度と試料光強度の比をとっ
て光源強度の時間変動補償を行ない、更に対数変換して
吸光度に比例した出力を得るようにしている（実際に
は、対照光強度と試料光強度の対数を先にとり、その差
を求めている）。

ここで、対照光強度や試料光強度の対数変換は、従来、
対照光強度信号、試料光強度信号を対数回路に通すこと
で行っている。

［考案が解決しようとする問題点］しかし、この対数回路には、具体的にはダイオードの順
方向の電流−電圧特性を利用したものが用いられてお
り、特性の温度依存性が大きく、経年変化もし易い。温
度依存性から生じる変換誤差は、予め、温度特性の揃っ
たダイオードを組み合わせたり、温度補償回路を組み込
んだり、温調したりすることである程度抑えられるが、
いずれにしても安定した変換精度を保つには、高価にな
らざるを得ず、また、温度補償のための調整箇所も増大
する。更に、対数回路は出力の大きさとダイナミックレ
ンジが相反する性質をもち、後段の信号処理を容易にす
るため出力電圧を大きくするとダイナミックレンジが狭
くなってしまう。従って、実際の利用にあたってはスパ
ン校正が必要であった。

このように、従来の対数回路では、温度変化に強くする
と価格が高価とならざるを得ず、調整も面倒であり、ま
た、経年変化による変換誤差の増大を避け難いという欠
点があった。

このような、アナログ式の対数回路の問題点は、デジタ
ル回路で置き換えることにより解決されるが、次のよう
な問題が生ずる。

（１）メモリに対数変換表を格納しておき、Ｎビットの
データでメモリをアドレス指定して直接、対数変換しよ
うとすると、メモリの記憶容量が大きくなり、アナログ
式の対数回路に比し、相当高価となる。

（２）メモリの記憶容量を少なくするために、べき展開
法で対数変換しようとすると、繰り返し演算を行う必要
があるので、演算速度が遅くなり、演算速度を向上させ
れば、アナログ式の対数回路に比し、相当高価となる。

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、小記憶容量
で高速演算が可能な、安価なデジタル式対数変換手段を
備えた光学検出装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本考案は、試料からの光を光検出器で検出し、検出信号
を（ｎ＋ｍ）ビットのＡ／Ｄ変換器でデジタル化し、該
Ａ／Ｄ変換器の出力又はこれを前処理した（ｎ＋ｍ）ビ
ットのデータＸを対数変換手段で対数変換する光学検出
装置であって、該対数変換手段は、（ｎ＋ｍ）ビットの
値ＤをＤ＝ＤＨ・２^ｎ＋ＤＬ・２^ｍなる上位ｎビットのＤＨと
下位ｍビットのＤＬとに分割したとき、アドレスＤＨ
に、ＤＨの対数値ＬＯＧ（ＤＨ）と、補間値｛ＬＯＧ（ＤＨ＋１）−ＬＯＧ（ＤＨ）｝／２^ｍとが格
納されたメモリと、データＸの上位ｎビットと該メモリ
をアドレス指定して該メモリからデータを読み出し、読
み出したデータ及びデータＸの下位ｍビットに基づいて
該データＸの対数値を、線形補間により近似的的に算出
する演算手段と、を有することにより、リアルタイムで
連続的に供給されるデータＸの対数変換を実行すること
を特徴とする。

［実施例］図面に基づいて本考案の実施例を説明する。第１図には
本考案に係るＬＣ用のＵＶ検出装置のブロック図が示さ
れている。

光源１０から出た光が分光器１２で所定波長（波数）の
単色光に分光されたあと、ビームスプリッタ１４を介し
てフローセル１６に照射される。分光器１２は後述する
マイクロコンピュータ部４０の制御で波長設定される。

フローセル１６には液体クロマトグラフィー側で時間的
に分離された試料が流れる。試料物質は濃度に応じて吸
光し、フローセル１６を出た試料光束はフォトダイオー
ド１８へ入射する。フォトダイオード１８では入射光量
に比例した電流が発生する。

フォトダイオード１８の出力側には電流／電圧変換器２
０が接続されており、フォトダイオード１８で発生した
電流信号を電圧信号に変換し、アナログの試料光信号Ｓ
ＡＭＰＡとして出力する。

一方、ビームスプリッタ１４で分離されたフローセル１
６を通過しない対照光束はフォトダイオード２２へ入射
し、このフォトダイオード２２で入射光量に比例した電
流が発生する。フォトダイオード２２の出力側には電流
／電圧変換器２４が接続されており、フォトダイオード
２２で発生した電流信号を電圧信号に変換し、アナログ
の対照光信号ＲＥＦＡとして出力する。

電流／電圧変換器２０、２４の出力側は、グランドレベ
ルとともにアナログスイッチ２６の三つの入力端子に接
続されている。アナログスイッチ２６は、マイクロコン
ピュータ部４０の制御で、三つの入力信号を周期的に切
替えて（例えば５０msec周期）、出力側に接続されたＡ
／Ｄ変換器２８へ出力する。

Ａ／Ｄ変換器２８は１８bitの変換回路で、アナログス
イッチ２６から送られる試料光信号ＳＡＭＰＡ、対照光
信号ＲＥＦＡ、グランド信号ＧＡをＡ／Ｄ変換し各々デ
ジタルの試料光信号ＳＡＭＰＤ、対照光信号ＲＥＦＤ、
グランド信号ＧＤとしてマイクロコンピュータ部４０へ
出力する。なお、前記電流／電圧変換器２０、２４はそ
の利得が、例えば４段階に切替え可能になっており、測
定開始時に予め、マイクロコンピュータ部４０の制御で
互いに連動して同じ利得に切替え設定され、対照光信号
ＲＥＦＡの大きさが、Ａ／Ｄ変換器２８に対する最適入
力レベル（Ａ／Ｄ変換器２８のダイナミックレンジを越
えない範囲内での最大レベル）とされる。

マイクロコンピュータ部４０は、バス接続されたＣＰＵ
４２、ＲＯＭ４４、ＲＡＭ４６を含んでいる。ＣＰＵ４
２は、ＲＯＭ４４に格納された所定のプログラムに従
い、分光器１２に対する波長設定、電流／電圧変換器２
０、２４に対する利得設定、アナログスイッチ２６に対
する切替え制御、をはじめ後述するように、対照光強度
と試料光強度の比の計算及び対数変換による、光源強度
の時間変動補正並びに吸光度出力などの処理を司る。

ＲＯＭ４４には、対照光強度や試料光強度を対数変換す
る際に用いる換算表（対数テーブル）も格納されてい
る。この換算表は、第２図に示すように、１１bitのア
ドレスデータで区別されるアドレス１〜２¹¹の各アドレ
スに４バイトの換算データが格納されて成る。アドレス
Ｎの番地に格納される換算データにつき説明すると、ま
ず、Ｎの対数値logＮが上位３バイトにＬＯＧＤＡＴ
Ａ（Ｈ）として格納されている。そして、次のアドレス
（Ｎ＋１）のＬＯＧＤＡＴＡ（Ｈ）との差を２⁷で割
った値｛log（Ｎ＋１）−logＮ｝／２⁷がアドレスＮの
番地の下位１バイトにＬＯＧＤＡＴＡ（Ｌ）として格
納されている。後者のＬＯＧＤＡＴＡ（Ｌ）は、単位
補間量を表す。

ここで、第３図のフローチャートを参照してＣＰＵ４２
による検出処理動作説明すると次の如くなる。

ＣＰＵ４２は、操作部（図示せず）で指定された波長デ
ータに基づき、分光器１２を制御し、波長設定を行う
（ステップ７１）。続いてアナログスイッチ２６の切替
え制御を開始し、電流／電圧変換器２４、２０を最小利
得に切替え、Ａ／Ｄ変換器２８から出力される対照光信
号ＲＥＦＤの出力の大きさに基づき、最適利得を決定
し、電流／電圧変換器２４、２０を切替え制御する。以
後、波長設定が変更されない限り利得は切り替わらない
（ステップ７２〜７５）。

このようにして、準備処理が終わるとＣＰＵ４２は、ア
ナログスイッチ２６が１回切替え走査を行う間に次の処
理を実行する。すなわち、アナログスイッチ２６がグラ
ンド側に切り替えられてＡ／Ｄ変換器２８がグランド信
号ＧＤを出力するとＣＰＵ４２がオフセットデータＤＦ
Ｓとして読み取りＲＡＭ４６へ格納する（ステップ７
６）。

次にアナログスイッチ２６がＲＥＦ側に切り替えられて
Ａ／Ｄ変換器２８が対照光信号ＲＥＦＤを出力するとこ
れを読み取り、オフセットデータＤＦＳ分だけ差し引き
真の対照光信号ＲＥＦＤを求める（ステップ７７）。こ
れにより、アナログスイッチ２６入力にオフセットが存
在し、経年変化でオフセットの大きさが変わったとして
も正確な信号値が得られる事になる。これに対し、電流
／電圧変換器のオフセツト除去を手調整で行うのは面倒
でコストも高くつき、経年変化を受け易い欠点が有る。

次にＣＰＵ４２は、対照光信号ＲＥＦＤ′の１８bitデ
ータＲＤＡＴＡの内、上位１１bitのデータをＲＤＡＴ
Ａ（Ｈ）、下位７bitのデータをＲＤＡＴＡ（Ｌ）とす
ると、上位データＲＤＡＴＡ（Ｈ）をアドレスデータと
してＲＯＭ４４中の換算表を参照し、該アドレスに格納
されたＬＯＧＤＡＴＡ（Ｈ）と、ＬＯＧＤＡＴＡ
（Ｌ）を読み出す（ステップ７８）。

そして、ＬＯＧＤＡＴＡ（Ｈ）＋ＬＯＧＤＡＴＡ（Ｌ）×Ｒ
ＤＡＴＡ（Ｌ）・・・・（１）を計算し、対数変換対照光データＬＲＥＦＤとする（ス
テップ７９）。（１）式の計算により、元の対照光信号
ＲＥＦＤ′の下位７bit分は補間計算されることにな
る。換言すれば、ＬＯＧＤＡＴＡ（Ｌ）は、光強度信
号の内下位７bitデータの最小単位に対応する単位補間
量である。

次に、ＣＰＵ４２はアナログスイッチ２６がＳＡＭＰ側
に切り替えられ、Ａ／Ｄ変換器２８が試料光信号ＳＡＭ
ＰＤを出力するとこれを読み取り、オフセットデータＯ
ＦＳだけ差し引き真の試料光信号ＳＡＭＰＤ′を求める
（ステップ８０）。そして、試料光信号ＳＡＭＰＤ′の
１８bitデータＳＤＡＴＡの内、上位１１bitをＳＤＡＴ
Ａ（Ｈ）として、下位７bitをＳＤＡＴＡ（Ｌ）とし
て、上位データＳＤＡＴＡ（Ｈ）を取り出し、この上位
データをアドレスデータとしてＲＯＭ４４中の換算表を
参照し、当該アドレスに格納されたＬＯＧＤＡＴＡ
（Ｈ）とＬＯＧＤＡＴＡ（Ｌ）を読み出す（ステップ
８１）。

続いて、対照光の場合と同様にして、ＬＯＧＤＡＴＡ（Ｈ）＋ＬＯＧＤＡＴＡ（Ｌ）×Ｓ
ＤＡＴＡ（Ｌ）・・・・（２）を計算し、対数変換試料光データＬＳＡＭＰＤとする
（ステップ８２）。

次にＣＰＵ４２は、対数変換対照光データＬＲＥＦＤ−対数変換試料光デー
タＬＳＡＭＰＤを計算し、吸光度データＰＤを求める（ステップ８
３）。

そして、この吸光度データＰＤをマイクロコンピュータ
部４０の出力側に接続されたＤ／Ａ変換器４８へ出力す
る（ステップ８４）。

Ｄ／Ａ変換器４８は、吸光度データＰＤをアナログの吸
光度信号ＰＡに変換する。Ｄ／Ａ変換器４８の出力側に
は、アンプ５０が接続されており、吸光度信号ＰＡが所
定レベルに増幅されて、図示しないペンレコーダやデー
タ処理装置（インテグレータ）へ出力される。

Ａ／Ｄ変換器２８によるグランド側、対照光側、試料光
側への１つづつの切替え動作に応動した以上の処理が終
わると、ＣＰＵ４２は再びステップ７６から同様の動作
を繰り返す。よって、アナログスイッチ２６が１回の切
替え走査を行う度に、吸光度データＰＤが計算され、ペ
ンレコーダへアナログ出力される。このため、ペンレコ
ーダには時間に対する吸光度の変化を表すクロマトグラ
ムが記録されていく。

本実施例では、対照光信号と試料光信号をＡ／Ｄ変換器
２８でデジタル化したのち、マイクロコンピュータ部４
０によるデジタル処理で対数変換を行うことにより、温
度変化の影響を受けず経年変化も生じない高精度で安定
した対数変換が可能となり、従来の如きダイオードを用
いた高価なログアンプ等を用いずに済み、しかも、吸光
度出力の大きさの設定レベルの大小と出力ダイナミック
レンジの広狭を無関係化できるので、換算表のサイズを
問わなければ任意に出力ダイナミックレンジを大きく出
来、出力側でのスパン校正も不要となり、よって、比較
的安価な構成とできる上、温度補償調整等の手間も要ら
ない。

また、マイクロコンピュータ部４０で、分光器１２、電
流／電圧変換器２０、２４等の制御など、他の処理も行
うようにできるのでコスト的に見て極めて有利である。

更に、ＣＰＵ４２に形成した換算表を参照して対数変換
を行ない、この際、光強度信号データの一部をアドレス
データにして直後換算表を引くようにしたことにより、
高速な変換処理を実現でき、近年のＬＣ用ＵＶ検出装置
などに要求される速い応答速度（例えば５０msec以下）
でも容易に満たすことができ、しかも光強度信号データ
からアドレスデータへの変換が要らないのでソフト上の
負担も少ない。これに関し、対数変換を級数展開法によ
って実行することも考えられるが、計算に長時間を要し
応答が悪くなる。またデジタル信号の乗除算等を行う演
算用ＩＣの利用も考えられるが高価であるという欠点が
ある。

また、換算表には、光強度信号データの上位桁に対応す
る対数値と下位桁の最小単位に対する単位補間量を用意
し、（１）式又は（２）式に従う簡単な補間計算を行う
ようにしたことにより、変換時間を短く保ったまま、換
算表に要するメモリサイズを小さくできる。

しかも、或る光強度信号データの上位桁が示す１つの同
じアドレスから当該光強度信号データの変換に必要な２
つのデータ、即ち対数値と単位補間量を読出せるので、
一層変換時間が短くて済む。

なお、上記実施例では、換算表に、光信号データの上位
１１bitのデータに対応する対数値と、下位７bitのデー
タの最小単位に対応する単位補間量を用意するようにし
たが、上位bit数を増やして補間に依存する割合を減ら
し変換精度の向上を図ったり、逆に上位bit数を減らし
換算表のサイズを小さくしたり、或いは、１８bit全桁
の光強度信号データに対応した対数値を用意したりする
ことは、装置に要求される変換精度やメモリ容量に応じ
て適宣選択すれば良い。また、光強度信号データを変換
して一旦換算表のアドレスデータを求め、次に該アドレ
スデータを用いて換算表を読むようにしても良い。更
に、上記実施例では対照光信号と試料光信号を対数変換
したあと差を取り吸光度を求めているが、対照光信号と
試料光信号の比をとったあと対数変換してもよい。ま
た、対照光側のアナログ信号系に、利得可変アンプを設
け、このアンプから出力される対照光信号が一定となる
ように利得可変アンプのゲインを調整するようにした場
合には、試料光信号のみＡ／Ｄ変換しデジタル処理で対
数化すれば吸光度データが得られる。

［考案の効果］本考案に係る光学検出装置では、（ｎ＋ｍ）ビットの値
ＤをＤ＝ＤＨ・２^ｎ＋ＤＬ・２^ｍなる上位ｎビットのＤ
Ｈと下位ｍビットのＤＬとに分割したとき、アドレスＤ
Ｈに、ＤＨの対数値ＬＯＧ（ＤＨ）と、補間値｛ＬＯＧ（ＤＨ＋１）−ＬＯＧ（ＤＨ）｝／２^ｍとが格
納されたメモリと、データＸの上位ｎビットと該メモリ
をアドレス指定して該メモリからデータを読み出し、読
み出したデータ及びデータＸの下位ｍビットに基づいて
該データＸの対数値を、線形補間により近似的的に算出
する演算手段とを有するので、小記憶容量で高速演算が
可能な、安価なデジタル式対数変換手段を構成すること
ができるという効果を奏し、安価で高性能な光学検出装
置の普及に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るＬＣ用ＵＶ検出装置の
ブロック図、第２図は第１図中のＲＯＭに格納された換
算表を示す説明図、第３図は第１図中のマイクロコンピ
ュータ部の動作を示すフローチャートである。１８、２２：フォトダイオード２８：Ａ／Ｄ変換器４０：マイクロコンピュータ部４２：ＣＰＵ４４：ＲＯＭ４６：ＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭50−85254（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−42955（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−8043（ＪＰ，Ａ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】試料からの光を光検出器で検出し、検出信
号を（ｎ＋ｍ）ビットのＡ／Ｄ変換器でデジタル化し、
該Ａ／Ｄ変換器の出力又はこれを前処理した（ｎ＋ｍ）
ビットのデータＸを対数変換手段で対数変換する光学検
出装置であって、該対数変換手段は、（ｎ＋ｍ）ビットの値ＤをＤ＝ＤＨ・２^ｎ＋ＤＬ・２^ｍなる上位ｎビットのＤＨと
下位ｍビットのＤＬとに分割したとき、アドレスＤＨ
に、ＤＨの対数値ＬＯＧ（ＤＨ）と、補間値｛ＬＯＧ（ＤＨ＋１）−ＬＯＧ（ＤＨ）｝／２^ｍとが格
納されたメモリと、データＸの上位ｎビットで該メモリをアドレス指定して
該メモリからデータを読み出し、読み出したデータ及び
データＸの下位ｍビットに基づいて該データＸの対数値
を、線形補間により近似的的に算出する演算手段と、を有することにより、リアルタイムで連続的に供給され
るデータＸの対数変換を実行することを特徴とする光学
検出装置。