JPS5824825A - 複数波長光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光度計に関するものである。

従来の光度計は、１つの選ばれた制御可能な波長で光信
号を発生する単一波長モノクロメータを有している。こ
のような従来の光度計においては、モノクロメータは１
例えば異なるフィルタを使用するかあるいは公知の方式
で格子の位置を光源に対して変えることによって、既存
の光学技術を使用して異なる波長を発生するよう変えら
れる。しかしながら。

これらの従来技術は二重波長の完全自動式光度計におい
ては有用なものではない。従来の格子装置は、２つの異
なる光源に対して１つノ格子を回転させることはできな
いので、２つの異なる波長で光信号を得るために使用す
ることはできない。二重または多重波長の光度計はフィ
ルタを校正して使用することはできるが、このような装
置は多数の波長のために適合するよう設計されろ場合に
は非常に複雑かつ高価なものとなり、また所望の使用の
ために要求されろ自動化を達成することができない。

現在、二重波長分析装置に使用するため。

２つまたはそれ以上で光信号を発生ずる完全自動式の光
度計が強く望まれている。二重波長装置の例としては現
在係属中でありまたビタトロン・サイエンティフィック
（ＶｉｔａｔｒｏｎＳｃｔｅｎも１ｆｊｃ）Ｂ、　　Ｖ
、に譲渡された米国特許出願箱１３０，０７８号明細書
に開示されており。

該出願の内容は参照のため本明細書に組み込まれている
。このような二重反応化学を使用する装置は極めて有効
かつ完全自動式の二重波長光度計を必要とするので、血
清試料は２つの異なる周波数すなわち光波長で同時に分
析できる。このような装置並びに他の潜在的な用途に使
用するためには、従来有効な型式では利用できなかった
型式の光度計、すなわち２つまたはそれ以上の制御可能
な波長で制御された光信号を発生する多重波長光度計へ
の要求が存在する。

本発明の１つの目的は、２つの波長で光信号を発生する
ための手段を有し、各波長を制御された態様で変えるこ
とのできる光度計を提供することにある。

本発明の他の１つの目的は１発生される光信号が信号の
逐次的な期間でそれぞれ異なる波長を含む多重波長光度
計を提供することにある。

本発明のさらに他の１つの目的は１周期的に交番する波
長を有し、異なる波長への光源の交番の発生の頻度を制
御するための手段を備えろ光源を提供することにある。

本発明のさらに他の１つの目的は、２つの異なる波長で
チョップされた光信号を発生すること、および２つの血
清試料の各々を光分析し、各試料は２つの異なる周波数
で分析される手段を提供することにある。光分析手段は
チョップされた光信号を提供する光信号発生器と共通に
制御される２つの分析チャンネルからなる。装置は２つ
以上の異なる波長を含むチョップされた光信号を発生す
るよう変形できる。

本発明のさらに他の１つの目的は、連続的かつ交番する
異なる周波数を持つ光信号を発生し、２つまたはそれ以
上の可動光源に結合される１つの固定された一次光源、
および前記可動光源と所定の関係にある固定された回折
格子を有し、それにより前記可動光源を移動させると一
定の位置で発生された交互の異なる波長を持つ単一の光
信号が発生される光度計を提供することにある。発生さ
れた光信号の１つまたはそれ以上の波長を変えるため前
記可動光源を格子に対して移動させるための手段が設け
られる。

本発明の他の１つの目的は、信号の連続するそれぞれの
部分に少なくとも２つの異なる波長を持つ周期的光信号
を発生し、繰返し周期をほぼ所定の周波数に維持するよ
うフィードバック制御を有する光源発生器を提供するこ
とにある。

本発明のさらに他の１つの目的は、異なる波長を持つ各
周期中に２つまたはそれ以上の部分を持つ周期信号を有
する光信号を発生し。

固定された光源および前記光信号が発生される固定され
た出口位置に対して所定の幾何学的関係で複数個の可動
光源を有し、また光を前記複数個の可動光源の各々に交
互に結合するための手段を有する光度計を提供すること
にある。

本発明のさらに他の１つの目的は、２つの異なる波長で
光度計試験を実施するための光度計であって、前記波長
の各々は紫外線および可視光線の両方を含む光スペクト
ラムの所定の範囲内で変化できる完全に自動化された制
御可能な二重波長光度計を提供することにある。

前記目的にしたがって、単一の固定された一次光源を有
し、２つの受光器に交互に送られる交互の光パルスを与
えろよう構成されたチョッパと組み合わされろ光度計が
提供される。受光器は光フアイバコネクタを通じて可動
光入力スリットに結合され、該スリットは光を固定回折
格子の上に投射する。光スリットは回折格子の中心から
一定の半径に保たれているので、各人口スリットからの
光は既にその中心に向けて送られろ。出口スリットは固
定位置に設けられ、かつ回折格子の中心から反射された
光信号を受信し、これらの光信号は２つの入口スリット
の位置に対応するそれぞれの異なる波長を有している。

二重波長の交番光信号のいずれかの波長を変えるため。

入口スリットを一定の半径上で回折格子の中心に対して
移動させるための手段が設けられる。出口スリットで受
信された光信号は分割されかつ試験される試料を保持す
る一対のキュベツトを通過し、かつそれぞれの光検出器
上に送られ、それにより各々が試験用の試料の吸収に関
する情報を含む２つの光信号を発生する。２つの電子チ
ャンネルがさらに設けられ、各チャンネルはそれぞれの
光検出器からの２つの波長信号を処理するよう構成され
。

それにより２つの異なる吸収波長で試験された各試料を
表す出力信号を提供する。

以下１本発明を実施するための最良の形態を持つ方法及
び装置について説明する。しかしながら、この実施例は
本発明の範囲内で様々な変形を行うことが可能であるこ
とを理解すべきである。

第１図を見ると、二重波長光信号を発生するための本発
明の装置に使用される基本的な技術が示されている。第
１図は第５図の系統ブロック図にも示されている装置の
詳細な幾何学構造を示している。

１対の光源が設けられ、各光源は光を光源ハウジング５
６に導く光導体すなわち光ファイバ５４を含み、該光源
ハウジングは符号５７で示すスリットを有し、かつ回折
格子６０に向けられている。人口スリット５７は好まし
くは巾が約０．３Ｍである。各ハウジング５４は第２図
に関して後で詳細に説明するような方式で回折格子の中
心６１に対して移動できる。

各光源は中心６１に対して一定の曲率半径で移動できる
。例示すれば、好ましい実施例におけるこのような曲率
半径は約１００Ｍである。光源を一定の曲率半径上に位
置しかつ中心６１に向けることにより、各光源からの光
は出口スリット６２で焦点を結び、この出口スリットも
好ましくは巾が約０．３Ｍであり。

この出口スリットも中心６１から約１００Ｍのところに
位置するのが適当である。

回折格子６０はこの装置のために所要の特徴を持つ市販
の回折格子であってもよい。回折格子の特徴は、格子が
一定の曲率半径から中心６１に入射しかつそこから出口
スリット６２に反射される光の焦点を結ばなければなら
ないというこＩトであり、また格子は該出口スリット６
２で所望の単色光を提供するように該出口スリットに対
して反射されるビームを散乱させなければならない。好
ましい実施例について説明すると９回折格子は約６００
ｍ／３０°の変位をもたらし、すなわち入射光源の１°
の変位は２０顛の単色光の変位を発生する。

図面に見られるように、中心６１からの反射光は回折格
子に対して垂直な線に対して角度βをなし、入射光は該
垂線に対して角度αをなす。出口スリット６２で作られ
る光の波長は角度αの正弦に比例し、したがって該波長
は出口スリット５７から垂線への距離″ａ”を制御する
ことによって制御される。本発明者が試験した装置につ
いては、利用可能な波長の範囲は約２００〜ｓ　ｏ　ｏ
　ｎｍ　であるが。

範囲はより小さいおよびより長い波長の両方について一
般により広くすることができることが認識される。曲率
半径および回折格子の中心から出口までの距離は異なる
系における設計上のパラメータであり１本発明の範囲内
で変えることができる。また、２つの出口スリットから
の光信号の組合せを有する二重波長信号を発生するため
、系は単一の光源および２個またはそれ以上の可動出口
スリットを有するよう構成できることに注目すべきであ
る。さらに、光を固定出口スリットに対して適正に反射
させるよう異なる回折格子構造を使用することにより、
光源５６．５７を図示した一定の半径以外の通路２例え
ば直線の上を動作させることも本発明の範囲に含まれろ
。

ここで第２図を見ると、光出口スリット５７を担持する
光源ハウジング５６を動作させるための手段が詳細に示
されており、これにより異なる波長が出口スリット６２
において発生される。

光源ハウジング５６はロッド５８に連結されかつ該ロッ
ド５８上で回転し、該ロッド５８は中心６１の回りで枢
動運動する。ロッド５８は、ハウジング５６と中心６１
との中間においてロッド上の点に固定されたローラ７６
を担持している。ローラ７６は摺動板７７のカム縁部の
上に乗り、このカム縁部は回折格子の垂線に対して平行
なものとして示されている。摺動板７７はアーム７８に
より上下方向に動作し、該アーム７８はナツト７９に結
合され、一方該ナット７９は螺軸８０により動作される
。軸８０は、該螺軸８０を前後方向に駆動するよう歯車
８２に結合された出力軸を持つＤＣモータ８１により回
転され。

それにより摺動板７７のカム縁部を上下方向に動作させ
る。ローラ７６はロッド５８に対して一定の位置に保た
れているので、該ローラおよび光源ハウジング５６は一
定の半径で回転し、光入口スリット５７は回折格子の中
心６１に向かう方向のままで維持される。このようにし
て、光ファイバ５４を通って送られる光源は所望の波長
にしたがって正確に位置決めされる。モータ８１は第５
図にブロック７４で示すマイクロプロセッサからの入力
信号によって適当に制御される。マイクロプロセッサに
よる制御を使用することによって。

各波長は系の範囲内のプログラム化された値に正確に調
整できる。

ここで、第３図、第４Ａ図および第４Ｂ図を見ると１本
発明に使用される交番光信号を提供するこの系のチョッ
パが示されている。

アルミニウムで作るのが適当である機械的チョッパ４０
はステップモータ４１により駆動される。チョッパ内の
開口すなわち窓４日は光を光源４６からレンズ４７を通
って受光器５２Ａ、５２Ｂの最初の１つ９次いで第２の
１つに通過させる。図面に示すように、光は上側の窓か
ら上側の受光器５２Ｂに通過し。

そこから光ファイバ５４を通って光源ハウジング５６（
第５図にも示す）に導かれる。チョッパが図示した位置
から約４５°回転すると、光は両受光器５２Ａおよび５
２Ｂからブロックされる。

チョッパ４０が約／４回転すなわち９［］’である場合
、光は上側の受光器５２Ｂからブロックされるが、他方
の窓を通って下側の受光器５２Ａに送られる。このよう
にして、交番する光信号が提供され、光は交互に受光器
の１つに通過し、この光は受光器の両方に届くことは阻
止され、光はその場合他方の受光器に等しい時間で通過
し、サイクルの４番目の四半分については光は再びブロ
ックされる。

第５図に示すモータ制御装置はチョッパ４゜を２８　Ｈ
ｚ　　の速度で駆動し、各光ファイバ５４は５６Ｉ（ｚ
　の信号を搬送する。第４Ｂ図および第５図に示すよう
に、ステップモータ４１は４本のコイルのモータであり
、２８Ｈ３の速度で安定される。

チョッパ４０上の光検出器４３は第４Ｂ図で示すように
チョッパの回転周波数で方形波信号を発生ずる。この信
号はフリップフロップ８５のＤ入力に接続され、−力制
御ユニット７３から供給される５　６　Ｈｚ　　の基準
信号はフリップフロップのクロック入力に送られる。

モータの始動時においては、チョッパは全速で回転して
おらず、フリップフロップの出力の変化は光検出器信号
の変化により制限さハ、る。位相信号発生回路８６は駆
動信号を四相モータの第４番目の巻線に供給し、該モー
タを加速する。モータが２８　Ｈｚ　　の速度に達しか
つ該速度を超えると、フリップフロップ８５の出力の変
化は５６　Ｈｚ　　のクロック信号により制限され、そ
の変化は位相巻線を介して５６　Ｈｚ　　に制限され、
モータを２８　Ｈｚ　　の作動に制限しかつ制御する。

２８　Ｈｚ　　の帰還信号はまた制御回路７３（第５図
）に送られる。

ここで第５図を見ると、全体的光度計のブロック図が示
されている。出口スリット６２で発生される光信号は２
８　Ｈｚ　　の周期信号であり、この信号の各サイクル
は第１の制御された波長の光パルスを先ず最初に有し９
次に第２の制御された波長の連続的パルスを有している
。２つの波長信号は鏡９０に送られ。

この鏡９０はその信号が一対のレンズ９１Ａ。

９１Ｂに送られろよう該信号を分割する。一方レンズは
各々が２つの波長を持つ２つの光信号をキュベツト９２
Ａ、９２Ｂのそれぞれの対の中に焦点を結ばせる。各キ
ュベツトは通常の真空系を介して被分析試料を装填され
。

交互の光がこの試料を通過しかつ光検出器９３Ａ、９３
Ｂで検出されろ。光検出器は２つの周期電気信号を提供
し、これらの電気信号は２つの異なる波長の各々におけ
るそれぞれの試料の吸収に関する情報を含んでいる。

このようにして、２つの試料は２つの異なる波長で同時
に各々分析することができる。

２つの光検出器９３Ａ、９３Ｂ内の電気信号の発生に続
いて、信号はそれぞれチャンネル１およびチャンネル２
で示す２つの電子チャンネルを通過する。各信号は先ず
最初にプログラマブル増巾器９５Ａまたは９５Ｂを通過
し、この増巾器は制御ユニット７３により提供されるプ
ログラムされた利得制御およびオフセット補償制御装置
を有している。利得制御およびオフセット補償は与えら
れた波長について増巾器からの出力を提供するよう設け
られ、これは次のサンプルホールド回路９（ＳＡまたは
９６Ｂを駆動するのに必要な範囲内にある。チョッパ上
の光検出器４３から送られる波長選択信号から誘導され
るサンプリング信号は各サンプルホールド回路９６Ａ。

９６Ｂの制御を提供し、先ず第１に第１の波長で信号を
サンプリングし１次いで第２の波長でサンプリングを行
う。好適には１回路９６Ａと９６Ｂの各々はチャンネル
信号の異なる波長部分をサンプリングするための２つの
サンプルホールド回路からなる。適当な切換えにより、
それらは入力信号（２つの異な（２１） る波長を持つ）のサンプリングを交互に行い６サンプリ
ングされた信号を次の変換回路に送る。回路９６Ａと９
６Ｂからの信号はｖｌとｖ２　　により、信号をリニア
から対数に変換するための１ｉｎ　／　１ｏｇ変換器９
７の中に送られる。１ｉｎ　／　ｌｏｇ変換器９７は係
属中のオランダ特許出願中に開示されており、この開示
内容は本明細書に組み込まれている。

各波長についての対数信号は所望の試料情報を提供する
。要約すると、完全に自動化され、２つの波長の各々に
おける２つの波長の光度計分析のために制御できる二重
波長光度計が示されている。明らかな設計変更により。

本発明の装置は２つまたはそれ以上の波長の各々につい
て２つ以上の試料の同時分析を行うよう変形できる。こ
の装置の光度計に使用される単色計により発生される組
合せ光信号の各波長は、紫外線および可視波長を含む範
囲を通る連続的なスペクトラムにとって他とは独立的に
変えることができる。二重または（２２） 複数波長光信号は試験を行う試料を保持する２つまたは
それ以上のキュベツトを通って送られ、また試料情報を
含む２つまたはそれ以上の対応する電気信号を２つまた
はそ、）１．　、Ｉｄ上の電子チャンネルの各々を通っ
て処理され。

各キュベツト内の試料の吸収特性を表す信号を提供する
。電気的処理は光源の発生と組み合わさ」する時間順序
で制御され、チャンネル処理は各試料が特定の瞬間で分
析されている波長に関連する。こ旧、により、複数個の
試料の二重試薬分析を行うための極めて融通性に富んだ
かつ完全に自動化された光度計装置が提供される。この
ことにより、従来の光度Ｒ］分析装置では得られなかっ
た作動速度および自動化が得られろ。

本発明の光度計は試料分析装置に応用するものとして説
明され、各試料は与えら」ｔだ時間における別個の波長
で分析されろものとして説明さ」ｔているが本発明のモ
ノクロメータ構造は他の装置および用途にも応用できる
こ（２３） とを理解すべきである。例えば１通信のような他の用途
においては、複数の波長で、すなち２つまたはそれ以上
の別々の波長成分を持つ連続的な光信号を発生すること
が望ましいであろう。そのような場合、各入口スリット
から入射される光は連続的で良く、すなわちチョッパは
使用されない。第１図の構造については、連続的な光信
号は各入口スリット５７から送られ９回折格子６０で反
射されかり出口スリット６２で集められ、２つの別々の
波長成分を持つ連続的な光信号を提供する。

別のやり方では、１つの入口スリットが回折格子に対し
て一定の角度で使用でき、また複数個の出口スリットは
異なる波長信号を集めろため９回折格子に対する異なる
制御可能な角度で使用できろ。典型的な通信の応用例に
おいては、複数個の時間変調された光信号が異なる角度
で回折格子に対して送られ、出口スリットにおいて複数
波長の連続的光信号を発生し、この光信号は複数の搬送
光信号を有（２４） 効に提供する。通信系の受信端においては。

複数波長の連続信号は復調器として使用される同じ設計
の回折格子に対して送られ、複数個の出口スリットはそ
れぞれの別の波長成分をピックアップするようそれぞれ
の角度で位置決めされ、このようにして搬送波を便利な
復調のために分離する。したがって、第１図の基本構造
は多数の様々な用途に応用でき。

発生されろ光信号は異なる波長の別々の成分ヲ持つパル
ス化され、あるいは別々の波長成分の組合せとして連続
的なものとされろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は１つの周期的光信号に結合される２つの可変単
色光信号を得るための本発明の装置の概略図。 第２図は回折格子に入射されろ光信号の位置を制御し１
本発明のモノクロメータにより発生されろ光信号の波長
を固定するための手段の概略図。 第３図は本発明の光度形に使用される二重（２５） 光信号を発生するためのチョッパ構造の概略図。 第４Ａ図は本発明のチョッパ回路を示す回路図。 第４Ｂ図はチョッパ制御されるタイミング信号波形を示
す図。 第５図は本発明の光度計装置の好ましい実施例の全体的
ブロック図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ４０−−−チョッパ、　　４６−−−源、５２Ａ。 ５２Ｂ−一一受光器、５．！ｉ−−−光導体すなわち光
ファイバ、５７一一人ロスリッド。 ５６−−−光源、５８−一ロツド、６ｏ−−−回折格子
、６１−−一中心、６２−−−出ロスリット、７ローー
ーローラー、７フーーー摺動板、７８−−アーム、７９
−一一ナット、８０−−−螺軸、８ｌ−−−Ｄｃモモー
、８２−−一歯車、９０−−−鏡、　　９１Ａ。 ９１Ｂ　−−−レンズ、９２Ａ、９２Ｂ−ｍ−キュベッ
ト、９３Ａ、９３Ｂ−−一光検出器。 （２６） ９６に、９６Ｂ−−−サンプルホールド回路。 出願人　　　ヴイダフイン　エヌ、ヴ二。 （２７）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　入射光のスペクトル分散を行うための光学的回折
   格子を有し、複数波長成分を持つ光信号を発生するため
   の複数波長光度計であって。 それぞれの異なる角度から前記回折格子上に入射光を供
   給するための１つまたはそれ以上の光源（５６）と。 前記複数波長光信号を発生し、前記回折格子から反射さ
   れた光を集めるための１つまたはそれ以上の集光器から
   なり、前記１つまたはそれ以上の集光器の各々は前記回
   折格子に対してそれぞれ異なる角度で位置している集光
   手段（６２）と。 前記１つまたはそれ以上の光源あるいは前記１つまたは
   それ以上の集光器のいずれかを前記固定された回折格子
   に対して位置決めし、それにより複数波長光信号の別々
   の波長を決定するための手段（５８）とからなることを
   特徴とする複数波長光度計。 ２、前記１つまたはそれ以上の光源あるいは前記１つま
   たはそれ以上の集光器のいずれかを前記回折格子に対し
   て移動させ、それにより複数波長光信号の別々の波長を
   変えるための手段（７６−８２）を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光度計。 ６、　それぞれの位置に設けられた複数個の光源（５６
   ）と。 前記光源からの光信号が前記回折格子上に入射され、該
   回折格子から前記光信号を反射するように前記光源を方
   向付けるための手段（５８）とを含み。 前記集光手段は前記反射された信号を集めるための出口
   先手段（６２）からなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光度計。 ４．２つまたはそれ以上の別々の波長の交互の光パルス
   を持つ光信号を発生し。 前記複数個の光源は。 各々が人力（５２）および出力光源（ ５６）を有し、距離をへだてて光を結合するための２つ
   の光結合手段（５４）と。 前記光結合手段の人力に対して光パルスを交互に提供す
   るための光源手段（Ａ６゜４０）とからなり。 前記出口元手段は前記回折格子から反射された光パルス
   を集めることにより複数波長光信号を発生し、前記複数
   波長光信号は前記回折格子に対する前記出力光源の位置
   によって決定される交互の波長成分を持つことを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の光度計。 ５、　前記回折格子（６０）は位置を固定され。 前記結合出力（５６）は前記回折格子上への入射角度に
   関して変化できることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の光度計。 ６、　前記出力光源は前記回折格子の中心から一定の半
   径に沿って位置を変えることができることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の光度計。 Ｚ　前記出口元手段は複数波長光信号を２つのビームに
   分割するための光分割器からなることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載の光度計。 ８、　試料を保持するよう構成されたキュベツトおよび
   光検出器と組み合わされ、前記出ロ光手段、前記キュベ
   ツトおよび前記光検出器は、前記出口元手段により発生
   された光信号が前記キュベツトを通過しかつ前記光検出
   器の上に焦点を結ぶように光学通路内に配置され、それ
   により前記光検出器は前記キュベツト内の試料の吸収を
   表す情報を含む電気信号を発生することを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の光度計。 ９、　前記複数波長光信号の波長の各々において前記キ
   ュベツト内の試料の吸収を表す信号を得るため、前記光
   検出器からの電気信号を処理するための電気チャンネル
   手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載
   の光度計。 １０　　前記出力光源の各々の位置を位置決めするため
   の手段を有し、それにより発生された光信号の２つの波
   長は所定の波長範囲にわたって制御できることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の光度計。 １１、　　前記波長範囲は紫外線、可視光線、および赤
   外線を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記
   載の光度計。 １２、　　前記光結合出力を移動させるための前記手段
   はモータおよび前記モータの位置を制御するためのモー
   タ駆動手段からなり、前記モータ駆動手段はディジタル
   であり、それにより前記光出力はプログラムされた波長
   に対応するプログラムされた位置に移動できることを特
   徴とする特許請求の範囲第１０項記載の光度計。 １６．２つの可動光源および１つの固定された集光器か
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
   度計。 １４、前記光源の各々を前記回折格子に対して一定の半
   径で制御可能に移動するための手段を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１３項記載の光度計。