JPS5946332B2 - 分光測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、分光測定装置におけるいわゆる迷光を除去す
る機構に関するものである。

迷光とは、光源から出た光に含まれる各波長成分のうち
分光器で選び出した目的の波長以外の成分が混入したも
のをいい、迷光が多い場合測定値の誤差となる。

特に試料の吸収が大きい場合、迷光が誤差の最大の原因
となるので、迷光を最小限にすることが装置の性能上き
わめて重要である。迷光の原因は分光器内の光学素子の
面での光の乱反射、散乱や、分光器内での壁にあたつた
光の乱反射によるが、分光素子が回折格子の場合、回折
格子面での散乱による迷光が、他の原因にくらべて大部
分をしめることが多い。この場合以下に示す理由により
、入口スリットおよび出口スリットの高さをともに小さ
く絞ることによつて、つまり光束断面の高さ方向を調整
することによつて目的の波長の光（以下信号光と呼ぶ）
に対する迷光の比（以下比迷光と略す）を小さくするこ
とができる。第１図はこの上記の本発明の原理を説明す
るための図であり、以下に各部所の名称および大きさを
次のようにしておく。

５１は入口スリット、Ｍ１はコリメータ、Ｇは回折格子
、Ｍ２はカメラミラー、 ５２は出口スリット、れは入口スリットの高さ、ｗは入
口スリットの巾、れ’は出口スリットの高さ、 ｗ’は出口スリットの巾、 ｓは回折格子の面積 Ωｉｎは回折格子に対して入口スリットが張る立体角Ω
ｏｕｔは回折格子に対して出口スリットが張る立体角ｆ
はコリメータミラーの焦点距離 ｆ’はカメラミラーの焦点距離 第１図において入口スリット５１に連続光が入射し回折
格子Ｇで分光され出口スリットｓφゝら出た光を検出器
で検出すると、信号光に対する出力は、Φｓｉｇ■Ｂλ
）■［Ｘλ）・ＳΩｍｉｉムλ ・・・・・・・・・
（１）で与えられる。

ここでＢ（λ）、Ｄ（λ）はそれぞれ波長λにおける光
源の単位波長あたりの輝度および検出器の感度、Ωｍｉ
−ま回折格子に対し入口・出口スリツトが張る立体角で
ΩＩｎ，Ω０ｕｔのうちの小さい方（高さ方向、水平方
向のそれぞれにつき）である。△λは分光器の通過波長
巾である。一方迷光に対しては回折格子に入射される光
束は、Ｂ（λ）ｄλ・ＳＯｌｎに比例するとともに、回
折格子で無秩序に散乱された成分であることを考慮する
ととり出す立体角Ω０ｕｔにも比例するので、結局ΦＳ
ｔｒａｙ＝．１ｋ（λ）Ｂ（λ）Ｄ（λ）ＳΩＩｎΩ０
ｕｔｄλ・・・・・・（２）であられされる。

積分は各々の波長の迷光成分の和が検出器に捕えられる
ことを意味する。ｋ（λ）は回折格子の散乱特姓できま
る比例係数である。以下、簡単のため第１図においてｆ
＝ｆ′，Ｗ一Ｗ′として各位体角ΩＩｎ・Ω０ｕｔ・Ω
Ｍｉｎを計算すると次式のようになる。ここでＨｍｉｎ
は入口・出口スリツト高さｈとｈ′のとち小なる方であ
る。

ｗ △λ＝一 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ （４）Ｆａここでαは回
折格子の角分散であつて定数である。

この（３）式（４）式なる関数を（１）式（２）式に代
入すると、Ｈｍｌｉｎｗｌ 信号光：ΦＳｉｇ−ー（−）２・−Ｓ−仮λ０λ）・・
・（１ｙｆｆαＨＷｗ 迷光：ΦＳｔｒａｙ−ー（−）２・Ｓ．ｌｋ（λ）Ｂ（
λ）Ｄ（λ）ｄλ・・・Ｆ２ｆ・・・（２ｆ となり、結局比迷光は ｖ番ｅ》県 なる簡単な関係になる。

ここでＨｍａｘはｈとｈ′０）大なる方をいい、またＫ
（λ）は次式のようにした。ｔ− ′．覧−１．１−ノ
、ｌこの（５）式から与えられた分光器の条件下でスリ
ツト高さを入口、出口とも小さくすることにより比迷光
を小さくできることが示される。

一方信号光も、（１Ｙ式で示されるようにスリツト高さ
に比例するので、迷光を減らすこと、信号光を増やすこ
とは両立できない。

しかし十分信号光が大なる測定条件（例えば検出器の感
度が高い波長域における測定）では、信号光を減らして
でも比迷光を減らす方がよる有効である。そこで測定条
件によつてスリツト高さを可変できるようにした分光器
がこの目的に適していることがわかる。この際注意すべ
きは（５）式に示されるように、スリツトの入口と出口
の一方だけ可変しても意味がなく、両者を可変できるこ
とが必要である。さらに、実際の装置としては、信号光
を大きくとれる波長減ではスリツト高さを小さく、信号
光の小さい波長域では、スリツトを高くして測定するた
めに、スリツト高さの切り換えを波長と連動するように
すれば一層便利である。

上記の場合、信号光が大きくとれない波長に対してせむ
なくスリツトを高いままに使用しなければならないが、
通常迷光の出やすい波長域に使用される迷光カツトフイ
ルタ一の考えを利用し、この波長域で適当な迷光カツト
フイルタ一を組合せれば更に迷光特性を改善できる。

即ちフイルタ一の挿入とスリツト高さの調節を波長に応
じて適切に組み合わせて使用できる装置にし、（１ブ式
と（５）式の兼ね合いを満足させるとともに、すべての
波長において迷光の少い装置を実現できるのであり、よ
つてこの発明は光を分光測光する装置において、段階的
または連続的に光束断面の高さ方向を調節する光学絞り
を分光器の入口及び出口スリツトの各々に配置した構成
であり、さらに波長選択に応じて迷路上に挿入される迷
光カツトフイルタを備え、光学絞りの調節とフイルタの
挿入を連動させた構成の分光測定装置を提供するもので
ある。以下実施例について説明する。第２図はこの発明
の一実施例であり、この第２図において光源１より出た
光はミラー２で入ロスリツト３上に結像され、ミラー４
，５、回折格子（分光素子）６、出口スリツト７で構成
される分光器を通つた単色光がセル８を通過した後検出
器９で検出される。１０が本発明の高さ方向の絞りであ
り、つまみ１１によつて入ロスリツト部３と出口スリツ
ト部７に対応して絞り１０上に開孔されている穴１２，
１３が移動し、スリツト高さを入口部、出口部とも同時
に連続的に可変できるようにしたものであるが、波長選
択操作に連動させることも可能である。

なお１０とスリツト３の間は少し離れていた方が機構的
に都合が良いばかりでなく、光学的にも好都合である。
即ちコリメータミラー４、カメラミラ一５の非点収差の
ため、高さ方向の焦点距離が水平方向より長くなるので
、その量だけ絞り１０はスリツトの外側にあること（コ
リメータから遠くにあること）が望ましい。なお、上記
の光学絞りは、分光素子の光学的前後位置で、かつ一方
の絞りの像が形成される位置の近傍に他力の絞りが配置
されていることは当然のことである。

第３図は第２図の変形実施例でスリツトの高さ方向の絞
りを第２図の絞り１０のように板状のものに穴１２，１
３を開孔したものにかわり、波長走査と連動して動く円
板１４，１５におきかえたものである。

図は分光器の２つのスリツト３，７を正面から見たもの
で、他の部品の配置は図２と同じである。１２，１３は
それぞれ入口、出口スリツトの高さを連続的に可変する
穴であり、１６，１７，１８，１９は迷光カツトフイル
タ一で、感度特性に関連し、スリツトの高さを絞れない
波長域で挿入されるよう絞り円板１４に接着したもので
ある。

この実施例の形状にあつては波長走査に連動して動く絞
り円板１４，１５の一方の穴１２の一部にフイルタが接
着され、絞り円板とフイルタが連動しているが、この形
状の動作と同じであるが、このようにフイルタを絞り円
板に接着せずとも別途に設けておき、波長走査に応じて
絞り円板が回転し、選択された波長域になつた時点でフ
イルタが光路上に挿入されてくるようにすることも構造
上容易に構成し得るのである。

つまり光学絞りと、選択波長に応じて光路上に挿入され
るフイルタと、これらの両者間の連動機構とをもつ構成
にすることができるのである。第４図は本発明の他の実
施例である。

この図で第１図と同じ符号は同一のものを示す。分光器
は第１図のものよりやや簡単なもので入ロスリツト３、
凹面鏡４、回折格子６、出口スリツト７で構成されてい
る。この分光器の場合、第１図に示したものと異なり、
回折格子に入射する光が平行化されていないけれども、
比迷光を与える（５）式はこのような場合でも入ロスリ
ツトの高さｈを入ロスリツト像の高さと置きかえるなど
の少しの変形のうえ同様に成立するので、スリツトを波
長に応じ可変にすることが有効である。本実施例の従来
のものと異なるところは、入口スリツトの前に高さ方向
を段階的に可変できる穴２１，２２，２３をあけた絞り
円板１０を取りつけた点にある。

例えば穴２１の高さはスリツト高さ全開で使用するよう
にし、穴２２はスリツトを１／１０の高さで使用するよ
うに、穴２３はスリツトを１／３の高さで使用するよう
に設計してあるものとする。

この絞り１０は出口スリツトの前に設けられた光量調節
用の絞り２０の働きと関連している。この光量調節絞り
２０は従来より公知のものとして広く使用されており、
その目的とするところは検出器の波長感度特性に広じて
検出器の出力を略一定となるようつまみ１１を使つて調
節するためであり、さらにつまみ１１は１００％合せの
つまみとしても使用することができる。ところでこのし
ぼりは、第４図の場合のように出口スリツト付近に取り
つけられることが多いので、感度の高い波長域でこれを
絞りこんだ場合には、実質的に出口スリツトの高さを小
さくして使つたのと同じ効果になつている。

（５成に示されるごとく、比迷光はスリツト高さの大な
る方できまるから、もし入ロスリツトの高さも小さくす
る機構を取りつけておけば、何等信号を減らすことなく
、比迷光のみを減少することができ、効果は絶大である
。絞り１０はこの目的で使用するもので、感度の高い波
長域で穴２２の位置、中程度の感度の波長域で穴２３の
位置、感度の低い波長域で穴２１を使うようにあらかじ
め波長域をきめておけばよい。

さらに本発明を一層効果的に利用するには、迷光カツト
用のフイルタ一と高さ方向の絞り１０を共用することで
ある。第５図ａはこの場合の実施例を示すもので、図で
は２４，２５の２種類のフイルタ一を貼りつけるだけで
よい。フイルタ一の透過特件は例えば第５図ｂのような
ものが適当であり、フイルタ一２４として特性２６のも
のをフイルタ２５として特性２７のものを使用する。

使用にあたつては、例えば３２０〜３７０ｎｍの波長で
穴２１の位置、３７０〜６００面の波長で穴２２の位置
、６００皿以上で穴２３の位置にそれぞれレバーをセツ
トするだけの操作でフイルタとスリツト高さ方向が適切
に選択されたことになる。また第４図の場合と反対に出
口スリツト付近に絞り１０を入ロスリツト付近に絞り２
０を取りつける変形も当然可能である。

なお、絞り４と絞り２０は回折格子に対し反対側になけ
ればならず、かつ光学的な高さ方向の結像関係として共
役の位置付近に設計することが必要であることは言うま
でもない。

以上詳述したように本発明によれば、スリツト高さ（よ
り正確にはスリツト付近に設けられた、光束の断面高さ
方向をさえぎる絞り）を、検出器の波長感度に応じて、
可変させる機構を取りつけることにより比迷光の少い正
確な測定が行える装置が簡単に実現できるので、本発明
の実用的価値はきわめて大きい。

なお本発明に関する基本式（５）の導出にあたつては、
入ロスリツトに入射する光が連続光であるとしているが
、連続光でない光源たとえば何本かの輝線スペクトルか
らなる光が入射した場合、（１）式のＢ（λ）△λはｉ
査目の輝線の波長λｉの輝線の輝度Ｂ（λｉ）でおきか
える必要があり、（２）式に対してはＢ（λ）ｄλをＢ
（λｊ）でおきかえたうえ、積分のΣＮかわりに輝線の
数Ｎだけの和一に置きかえる必ｊ＝１要がある。

（３）式の条件は変らない。（４）式は連続光に対して
のみ意味をもつ）ので、これを上記の置き換えを行つた
後の（１），（２）式に代入して、比迷光を計算すれば
次式のようになる。とおいた。

これから分るように輝線の場合は比迷光を減らす対策と
して、スリツトの高さを小さくするほかに、スリツト巾
ｗを小さくする方法が存在する。

通常の分光光度計ではスリツト巾は入口出口とも可変の
ものが多いので、この場合はむしろスリツト巾を狭くし
て迷光を減らす方が分解能向上の点からも得策といえる
。一方連続光の場合の（５）式では、スリツト巾ｗの項
は打ち消される結果式中に入つていない。

従つて、比迷光はスリツト巾に依存せず、迷光減少対策
として本発明の通りスリツト高さを絞ることが必要とな
る。以上によつて本発明の効果的であるのは特に連続光
源を利用する分光測定装置であり、具体的には、吸収分
光光度計、蛍光分光光度計および連続光源を未知試料と
して、光源の副射スペクトルを測定する分光装置などが
これに相当するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理思想を導びくための説明図、第２
図は本発明の実施例、第３図は変形実施例、第４図は本
発明の他の本発明の他の実施例、第５図は第４図の変形
実施例である。 １・・・・・・光源、２，４，５・・・・・・ミラー、
３・・・・・・入口スリツト、６・・・・・・回折格子
、７・・・・・・出口スリツト、８・・・・・・セル、
９・・・・・・検出器、１０，１４，１５，２０・・・
・・・絞り（板・円板）、１２，１３，２１，２２，２
３・・・・・・絞り（穴）、１６，１７，１８，１９，
２４，２５・・・・・・フイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光を分光測光する装置において、段階的または連続
   的に光束断面の高さ方向を調節する光学絞りを、分光器
   の入口及び出口スリットの各々に配置したことを特徴と
   する分光測定装置。 ２ 前記光学絞りの調節を波長速り機構と連動させた特
   許請求の範囲第１項記載の分光測定装置。 ３ 光を分光測光する装置において、段階的または連続
   的に光束断面の高さ方向を調節する光学絞りを分光器の
   入口及び出口スリットの各々に配置すると共に、選択波
   長に応じて光路上に挿入されるフィルタを備えて、これ
   ら光学絞りの調節とフィルタの挿入を連動させたことを
   特徴とする分光測定装置。