JPH08320287A - 分光分析測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数波長の近赤外光を使用した精度の高い携
帯型分光分析測定装置を安価に得る。 【構成】 発光素子２に狭帯域フィルタ−３を配した複
数の特定光源６を有し、複数の入射口３５と単一の照射
口３６とを設けた中空ブロック３１に前記特定光源６の
光軸３４を入射口３５から照射口３６に向けて固定して
光源装置１０を構成し、前記各特定光源６から照射され
る各波長の光量を照射口３６から検出する光量検出装置
と任意の間隙をもって対向させ、光源装置１０の照射口
３６と光量検出手段との間に試料葉１９を挿入して該試
料葉１９の透過光量を測定するようにした分光分析測定
装置１において、前記特定光源９の光軸３４と試料葉１
９との交点Ｏを中心とした任意の半径Ｒからなる球面５
を前記中空ブロック３１に設け、この球面５上に複数の
入射口３５を設け前記複数の特定光源９を配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料の透過光量を測定
して、演算によって透過率あるいは吸光度等を演算する
分光分析測定装置に関し、波長の異なる複数の光源を試
料に照射するための光源装置を改良した分光分析測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】分光分析測定装置は、非破壊成分分析装
置としてその試料は、固形物や粒状物あるいは植物の葉
であったりと様々である。また測定対象によって試料の
供給方法も異なり、固形物は粉砕して、粒状物は粉砕あ
るいはそのまま透明容器に入れて試料としていた。また
植物の葉もそのまま測定サンプルとしていた。

【０００３】ところで、分光分析測定は求める成分によ
って、近赤外光波長の内、特定波長の光源（特定光源）
を複数必要とすることがある。つまり、それぞれ特定波
長の光源を照射して得られる複数の透過光量等を測定し
て、この複数の透過光量等から透過率、反射率あるいは
吸光度等を演算し、これら複数の値から任意の推定式に
よって成分量を求めるようにしてある。これは複数の特
定波長を使用することによって、得られる成分量と実際
の成分量との相関係数を高めようとする目的がある。

【０００４】このような複数の特定波長の光源を交互に
試料に照射するための一例として、実公平６−１２５２
０号公報には、図４に示すような円形の金属ブロック３
７の厚み方向に近赤外線発光素子３８を挿入する複数の
通し孔３９を設けて、複数の近赤外線発光素子３８を同
心円周上に８個配置して試料４０に照射するようにして
ある。ここでも８個の近赤外線発光素子３８のうちの５
個が試料４０中の異なる種類の有機物を測定するための
光を発光するために使用され、その他の３個が試料４０
の含水量などのその他の測定パラメ−タを計測するのに
使用されている。この近赤外発光素子３８から照射する
光は、試料４０を透過して受光素子４１によって受光さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
複数の近赤外線発光素子を使用する場合、複数の近赤外
光を試料の同じ位置に照射する必要がある。これは、複
数の波長の光を照射してそれぞれから得られる値を分析
して任意の成分量を求めようとするものであるから、試
料の同じ場所に複数の波長の光を照射して測定しないと
正確な値を求めることができないからである。

【０００６】試料の同じ場所に複数の波長の光を照射す
る手段として、光源と受光部とを対向させ、複数の狭帯
域フィルタ−を周囲に設けた円盤状の波長切換手段を光
源と受光部との間に設置し、ステップ回転させることで
波長を切り替えようとしたものであるが、円盤のステッ
プ回転制御や回転装置などのために多くの装置を必要と
するものであった。また発光素子と受光素子とを複数組
設けたものもあるが、各素子を多く必要とすることか
ら、多くの素子を使用することによる価格の上昇と装置
の複雑化をまねいており、このことから従来の分光分析
測定装置において特に小型のものは、最高でも２波長で
の実現が限度となっており、どうしても精度の面での限
界を生じていた。

【０００７】また、従来技術には複数の発光素子を直線
上に設けて試料側を移動させる方法もあったが、試料が
固形・粉体のように容器に充填して測定するものは可能
であっても、葉の成分量例えば窒素量などを測定しよう
とするものでは、柔らかい葉を移動させることによる生
葉の損傷が発生し、正確な成分量の測定は困難であっ
た。

【０００８】なお、前記図４の従来技術におけるもの
は、複数の発光素子を同一円周上に設けてある図面とな
っているが、各発光素子の光軸がどの方向へ向くように
したものかは明確に示されておらず、固定された試料の
同一箇所に均等の光量を照射するための光源の配置を工
夫した従来技術は見あたらない。

【０００９】以上のことから、試料の同一箇所に均等に
複数の波長の光量を照射するための装置を簡単に安価に
実現可能として、複数の波長の光を照射可能として、著
しく測定精度を向上させた小型の例えば携帯型の分光分
析測定装置の提供を技術的課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光素子に狭
帯域フィルタ−を配した波長の異なる複数の特定光源を
有し、複数の入射口と単一の照射口とを設けた中空ブロ
ックに前記特定光源の光軸を入射口から照射口に向けて
固定した光源手段と、前記各特定光源から照射される各
波長の光量を前記照射口から検出する光量検出手段と
を、任意の間隙をもって対向させ、光源手段の照射口と
光量検出手段との間に試料を挿入して該試料の透過光量
を測定し、試料の透過率、反射率あるいは吸光度等を測
定算出する分光分析測定装置であって、前記中空ブロッ
クは、前記特定光源の光軸と試料との交点を中心とした
任意の半径からなる球面を設け、この同一球面上に複数
の入射口を穿設し該入射口に前記複数の特定光源を配設
した分光分析測定装置とすることにより前記課題を解決
するための手段とした。また、前記中空ブロックの照射
口に透過拡散プレ−トを固設することも前記課題を解決
するための有効な手段となる。

【００１１】

【作用】本発明は、発光素子に狭帯域フィルタ−を配し
た波長の異なる複数の特定光源を有し、複数の入射口と
単一の照射口とを設けた中空ブロックに前記特定光源の
光軸を入射口から照射口に向けて固定した光源手段と、
前記各特定光源から照射される各波長の光量を照射口か
ら検出する光量検出手段とを、任意の間隙をもって対向
させ、光源手段の照射口と光量検出手段との間に試料を
挿入して該試料の透過光量を測定し、試料の透過率、反
射率あるいは吸光度等を測定算出する分光分析測定装置
において、複数の発光素子による複数の波長の光が、試
料に対して均等に且つ同一箇所照射できて、同一箇所の
透過光などの光量が正確に測定できると共に正確な成分
量が測定できる測定装置とするために、次のような手段
を講じた。

【００１２】つまり、前記の分光分析測定装置におい
て、前記中空ブロックは、前記特定光源の光軸と試料と
の交点を中心とした任意の半径からなる球面を設けたの
で、試料との距離はこの同一球面上においてどこであっ
ても同じ距離を保つことができるだけでなく、球面上の
どこの法線方向も常に試料の同一箇所を通過させること
ができる。更に、この同一球面上に複数の入射口を穿設
し、前記複数の特定光源を球面の法線と特定光源の光軸
とを一致するよう前記入射口に配設すると、球面上のど
こに特定光源を配設しても、光源の光軸は必ず試料の同
一箇所を通ることになり、特定光源が球面上に配設可能
な区画がある限り特定光源の数は必要に応じて増設可能
となる。しかも特定光源の光軸と球面の法線方向とを一
致させることは、現在の機械加工技術による加工精度で
十分実現可能である。

【００１３】また、前記中空ブロックの試料との接触面
の照射口に透過拡散プレ−トを固設したことにより、特
定光源から試料に対し斜めに光が照射された場合でも、
透過拡散プレ−トを設けることで、照射された光は透過
拡散プレ−ト内で拡散して指向性を失いながら透過し試
料に照射される。つまり、試料に対してどの角度から照
射されても照射口からは均等な照射光量を得ることがで
きるようになった。この透過拡散プレ−トは安価な磨り
ガラス等で実現可能である。

【００１４】どの角度からの特定光源であっても、試料
の同一箇所に照射され、且つ透過拡散プレ−トによって
試料への入射角度に関係なく照射口から均等に光が照射
されるようになった。

【００１５】

【実施例】本発明に好適な実施例として、発光素子と狭
帯域フィルタ−からなる光源とフォトダイオ−ドからな
る受光素子との間に試料葉を挿入して任意波長の近赤外
光を照射し、その葉の透過光量を測定して吸光度を演算
し、吸光度と任意の推定式から求められる成分、例えば
葉の窒素量を演算して表示するために、圃場のような場
所で使用する携帯型の分光分析測定装置を例として図１
から図３に示して説明する。

【００１６】図１に示すものは、分光分析測定装置１の
主要部分の側断面図である。図１では、下方の本体７内
に光源装置１０と、上部に光量検出装置１１としてのフ
ォトダイオ−ド９とを設けた構成となっている。光源装
置１０は、中空ブロック１４の球面５上に異なる波長ピ
−クを持つ複数の発光素子ＬＥＤ２を配置して、該ＬＥ
Ｄ２にはそれぞれ波長帯域の異なる狭帯域フィルタ−３
を設けて特定光源６を形成している。波長帯域は６００
nm〜１１００nmで、この波長帯域から求める成分に関係
する任意の特定波長の狭帯域フィルタ−３を選択してあ
る。各ＬＥＤ２の発光する光は、狭帯域フィルタ−３に
よって特定波長の光となり、中空ブロック１４の球面５
の入射口（後述の符号３５に同じ）から入射して透過拡
散板４に照射する。この透過拡散板４は中空ブロック１
４の照射口（後述の符号３６に同じ）に設けてあり、こ
の透過拡散板４の板厚内では光が拡散して指向性を失っ
てしまう。散乱板４から出る指向性の無い均一となった
光は、光量検出装置１１に入射する。

【００１７】光量検出装置１１は、光源装置１０と任意
間隔をおいて、より詳しくは前記光源装置１０の透過拡
散板４との間に、試料葉１９が挿入できる間隔を置いて
本体７に固設してある。さらに光量検出装置１１の上部
外周に上蓋１２を繞設して、該上蓋１２から延長した腕
１６は支点１３によって軸支されている。更に、上本体
７に遊嵌して上蓋１２の腕１６を押し下げる押しボタン
１５を設けると共に、押しボタン１５とは逆方向に付勢
するコイルバネ１７を設けてある。また前記押しボタン
１５と対向する下本体７には、押しボタン１５を押し下
げたことを検知するスイッチ１８を設けてある。

【００１８】次に、図２によって分光分析測定装置１の
ブロック図を示し説明する。光源装置１０と、光量検出
装置１１とからなる測定部８で検出される試料葉１９の
透過光量は、フォトダイオ−ド９によってアナログの電
気信号に変換されアナログボ−ド２０に接続されてい
る。光源装置１０にはＬＥＤ２の発光装置２９を設けて
ある。アナログボ−ド２０ではアナログからデジタル信
号へのＡ／Ｄ変換をするか、あるいは電圧から周波数へ
のＶ／Ｆ変換を行う。変換された信号はＩ／Ｏボ−ド２
１を経由して演算装置を含むＣＰＵボ−ド２２に入力さ
れる。また、アナログボ−ド２０からは発光装置２９へ
ＬＥＤ２発光の信号が出力される。前記Ｉ／Ｏボ−ド２
１には、測定結果、演算結果あるいは操作指示を表示す
る液晶表示器ＬＣＤ２３、初期デ−タを入力したり操作
を行うキ−ボ−ド２４、外部装置とデ−タを入出力する
ＲＳ２３２Ｃの接続ポ−ト２５等を設けてある。これら
ＣＰＵボ−ド２２とＩ／Ｏボ−ド２１とは電源ボ−ド２
６に接続してある。また、プリンタ２８はプリンタＩ／
Ｆボ−ド２７を介してＣＰＵボ−ド２２に接続してあ
る。

【００１９】このように構成された分光分析測定装置１
では、光源装置１０と、入射する特特定光源の光量を検
出する単一の光量検出装置１１とを任意の間隔をもって
対向させ、光源装置１０と光量検出装置１１との間に試
料葉１９を挿入して、複数の特定光源の光を順次照射し
てそれぞれの特定波長における前記試料葉１９の透過光
量を測定し、試料葉１９の透過率あるいは吸光度等をＣ
ＰＵボ−ド２２で算出すると共に、あらかじめ設定した
推定式と前記求めた透過率あるいは吸光度等の値によっ
て、測定した試料葉１９から求める成分量を算出するよ
うにしてある。

【００２０】測定作業者が装置１の電源を入れると、装
置１は自動的に初期設定状態となりその設定が終了する
とランプやディスプレイ等のシグナルで作業者に終了を
伝え、作業者はこのシグナル、例えば液晶表示ＬＣＤ２
３で「測定サンプルを入れてください。」等の表示が確
認できる。次に押しボタン１５を押し下げ光量検出装置
１１部分を遮へいする上蓋１２を開いて、試料葉１９を
挿入して押しボタン１５を放して上蓋１２を閉じること
で試料葉１９の透過光量の測定が行われる。

【００２１】次に図３によって光源装置３０についてそ
の詳細を説明する。ここで示す光源装置３０が前記図１
の光源装置１０と異なる点は、中空ブロック３１を円錐
状の拡散壁３２と球面３３との組み合わせにより構成し
てあり、また特定光源６の数を説明の都合上３個として
あるところである。しかし、図１と図３の光源装置は基
本作用に違いはない。

【００２２】つまり、光源装置３０は、前記特定光源６
の光軸３４と試料葉１９との交点Ｏを中心とした任意の
半径Ｒからなる球面５を前記中空ブロック３１に設けた
ので、試料葉１９と特定光源６との距離は、この球面５
上においてどこであっても同じ距離を保つことができる
だけでなく、球面５上のどこの点の法線Ｚ方向も常に試
料葉の同一箇所Ｏを通過するようになっている。

【００２３】更に、この球面５上に複数の入射口３５を
穿設し、前記複数の特定光源６を球面５の法線Ｚ方向と
特定光源６の光軸３４とが一致するよう前記入射口３５
に配設すると、球面５上のどこに特定光源６を配設して
も、必ず光軸３４は試料葉１９の同一箇所Ｏを通ること
になり、特定光源６が球面５上に配設可能な区画がある
限り特定光源６の数は必要に応じて増設可能となる。し
かも特定光源６の光軸３４と球面５の法線Ｚ方向とを一
致させることは、現在の機械加工技術による加工精度で
十分実現可能である。

【００２４】また、前記中空ブロック３１の照射口３６
に透過拡散板４を固設したことにより、特定光源６から
試料葉１９に斜めに光が照射された場合、つまり図３の
Ａ位置からＣ位置のどこから照射されても、透過拡散板
４を設けることで、照射された光は透過拡散板４内で拡
散して指向性を失いながら透過し、照射口３６全体に均
一した光として試料葉１９に照射される。つまり、試料
葉１９に対してどの角度から照射されても照射口３６か
らは均一に照射光量を得ることができるようになった。
この透過拡散板４は安価な磨りガラス等で実現可能であ
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明による分光分析測定装置は、複数
の特定光源があっても、単一の光量検出手段で実現可能
であり、また波長を複数に変化させるための特別の装置
も必要なく、光源装置は球面を有する中空ブロックによ
り単一の発光素子と単一の受光素子との組み合わせと同
じ感覚の、簡単な構成とすることができた。以上のこと
から、構成が複雑になり小型化が難しいとされていた、
小型の複数波長の分光分析測定装置が実現可能となり、
また複数波長利用により携帯型の分光分析測定装置の測
定精度を著しく向上させると共に、小型にして複数波長
が利用可能であることから測定対象物と使用可能場所の
範囲を大きく拡大できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分光分析測定装置の側断面図である。

【図２】分光分析測定装置の制御ブロック図である。

【図３】本発明の光源装置を示す断面図である。

【図４】従来の分光分析測定装置の原理図である。

【符号の説明】

１ 分光分析測定装置 ２ 発光素子ＬＥＤ ３ 狭帯域フィルタ− ４ 透過拡散板 ５ 球面 ６ 特定光源 ７ 本体 ８ 測定部 ９ フォトダイオ−ド １０ 光源装置 １１ 光量検出装置 １２ 上蓋 １３ 支点 １４ 中空ブロック １５ 押しボタン １６ 腕 １７ コイルバネ １８ スイッチ １９ 試料葉 ２０ アナログボ−ド ２１ Ｉ／Ｏボ−ド ２２ ＣＰＵボ−ド ２３ 液晶表示器ＬＣＤ ２４ キ−ボ−ド ２５ 接続ポ−ト ２６ 電源ボ−ド ２７ Ｉ／Ｆボ−ド ２８ プリンタ ２９ 発光装置 ３０ 光源装置 ３１ 中空ブロック ３２ 円錐状の拡散壁 ３３ 球面 ３４ 光軸 ３５ 入射口 ３６ 照射口 ３７ 金属ブロック ３８ 近赤外発光素子 ３９ 通し孔 ４０ 試料 ４１ 受光素子 Ｏ 交点 Ｒ 半径 Ｚ 法線方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子に狭帯域フィルタ−を配した波
   長の異なる複数の特定光源を有し、複数の入射口と単一
   の照射口とを設けた中空ブロックに前記特定光源の光軸
   を入射口から照射口に向けて固定した光源手段と、前記
   各特定光源から照射される各波長の光量を前記照射口か
   ら検出する光量検出手段とを、任意の間隙をもって対向
   させ、光源手段の照射口と光量検出手段との間に試料を
   挿入して該試料の透過光量を測定し、試料の透過率、反
   射率あるいは吸光度等を測定算出する分光分析測定装置
   であって、前記中空ブロックは、前記特定光源の光軸と
   試料との交点を中心とした任意の半径からなる球面を設
   け、この同一球面上に複数の入射口を穿設し該入射口に
   前記複数の特定光源を配設したことを特徴とする分光分
   析測定装置。
2. 【請求項２】 前記中空ブロックの照射口に透過拡散プ
   レ−トを固設したことを特徴とする請求項１記載の分光
   分析測定装置。