JPS61266925A - ダブルビーム型分光光度計 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分光光度計などの分光測光系に係り、特に、光
電変換素子アレイを用いた多波長同時・分光測光系の改
良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、分光光度計などの分光方式において、測定試料の
多波長情報を得るためには、回折格子を回転させるなど
の手段により波長を走査する必要あったが、走査速度や
波長選択の精度、さらには器械的機構の繁雑性などの問
題点が存在していた。

最近、液体クロ７トグラフイ、色彩計測など種々の分野
において、多波長情報を瞬時に得る必要性が高まると共
に、一方ではフォトダイオードアレイやＣ０Ｄ（ｉ！荷
結合素子）などの光電変換素子が実用的レベルで使用可
能となるにつれて、上記の問題点を解決するひとつの方
向として、これらの光電変換素子アレイを光検知器とし
て利用した方式、いわゆるマルチチャンネル分光測光方
式が出現してきている。

これらのマルチチャンネル分光測光方式の具体例として
は、次のようなものが知られており、いずれも測定の安
定性を高めるために、複光束測光方式を用いるなどの工
夫がなされている。

第９図はこの種の代表的な一例を示すもので、試料用光
路と参照用光路を別々に設け、分光器により分光された
各々の光束を同一の光電変換素子アレイで検知する光学
系配置を構成し、かつ、両光路中に試料光と参照光を時
間的に交互に遮断する手段（チョッパーなど）を有する
、いわゆる時分割参照法を用いたマルチチャンネル分光
測光方式であり、この方式は、光源１と、該光源１から
の光束を２分割する２焦点凹面鏡を使用したビームスプ
リッタ−２と、試料Ｓと参照体Ｃとがそれぞれセットさ
れる測定セル３と、試料Ｓおよび参照体Ｃを通過した両
光束をそれぞれ分光する分光器４と、分光された両光束
の光路を一致させるビームミキサー５および分光スペク
トルが結像する位置に配設された光電変換素子アレイ６
を備えると共に、前記測定セル３の後方に、回動可能に
配設されたチョッパー７とから構成されるもので、光源
１からの光束をビームスプリッタ−２により試料光束Ａ
（第９図に実線で表示）と参照光束８（第９図に破線で
表示）に分割し、測定セル３にセットされている試料Ｓ
に試料光束Ａを、参照体Ｃに参照光束Ｂを各々照射する
。測定セル３を通過した２つの光束Ａ、Ｂは分光器４に
より分光された後、試料光路と参照光路を一致させるた
めのビームミキサー５を介して光電変換素子アレイ６上
に分光スペクトル像として結像する。

測定セル３の後に設置されたチョッパー７の回動により
試料光束Ａと参照光束Ｂが交互に通過するようにチミツ
ビングされているので、光電変換素子アレイ６上には、
同一時間には試料光束Ａあるいは参照光束Ｂのどちらか
一方のみが到達することになる。

したがって、光電変換素子アレイ６上の個々の素子は、
各々試料光束Ａおよび参照光束Ｂの同一の波長の光強度
検出を担うことになり、同一素子の試料光照射時出力と
参照光照射時出力との比を求めることにより比較測光が
実現される。

また、第１０図は同種の別の例を示すもので、試料測定
光束のみの単光束法により得られた分光スペクトル像を
光電変換素子アレイで検知する光学系配置を有し、かつ
、分光スペクトル中、光強度が時間的に変動しない波長
域の光を選択して参照光として使用する、いわば試料光
自己参照方式を用いたマルチチャンネル分光測光方式で
あり、この方式は、光源１１と、該光？［１１１からの
光束を集光するレンズ１２と、試料Ｓがセットされる測
定セル１３と、試料Ｓを通過した光束を分光する分光器
１４および分光スペクトルが結像する位置に配設された
光電変換素子アレイ１５とから構成されるもので、光源
１１からの光束をレンズ１２により集光し、測定セル１
３にセットされている試料Ｓに照射する。測定セル１３
を通過した光束は分光器１４により分光され、光電変換
素子アレイ１５上に分光スペクトル像として結像する。

光電変換素子アレイ１５上の個々の受光素子は、その位
置により決まる特定の波長の光強度を担うことになる。

試料光波長域および参照光波長域はあらかじめ設定され
るので、各々の波長域に相当する受光素子は、各々試料
光測定用受光素子１５ａおよび参照光測定用受光素子１
５ｂを構成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記した両マルチチャンネル分光測光方式の前
者においては、チョッパー７などの駆動機構、および外
チョッパー７による光の継続と光電変換素子アレイ６の
各素子からの出力信号の読み出しを同期させるための同
期回路が必要であり、その結果として、構造の複雑性、
駆動系を伴うことによる安定性の阻害、更には経済性な
どの問題が生じる。又、時分割参照法であるため、試料
光と参照光の時間差が大きい場合には、比較測光方式で
あるにもかかわらず、光源の光出力変動などが補償でき
ないという問題点も存在する。

また、後者の場合は、本質的には単光束測光法であり、
測定波長域全域にわたってその分光スペ　　・クトルが
時間的に変動するような試料に対しては適用出来ない。

また、測定光波長と参照光波長が異なるために、光源の
光放射強度の変動が波長依存性を有する（波長により放
射強度変動量が異なる）場合には原則的には適用出来な
い。ただし、測定波長と参照波長の波長差が、使用する
光源の分光放射特性の時間的変動を補償できる範囲内に
あれば問題はない。

この許容される波長差は、例えば光源がキセノンランプ
のように放射スペクトルの特定波長域に鋭いピークを有
するものでは、天日そのピークの半値幅程度と考えられ
ている。

本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなされたもの
で、光電変換素子アレイを光検知器として用いる分光測
光系において、チョッパーなどの駆動系を用いずに光源
の放射強度変動を補償できる極めて安定性の高い、かつ
機構の簡単な、光電変換素子アレイを用いた複光束測光
方式を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための手段として本発明は、光検
知器として光電変換素子アレイを用いた分光測光系にお
いて、光源と、該光源より出射した光束を試料照射光束
と参照体照射光束とに分割する手段と、該分割された光
束を各々試料および参照体に導く手段と、試料および参
照体と、これら試料および参照体により反射あるいは吸
収などの光学的変換を受けた各々の光束を分光する１個
以上の分光器と、光検知器としての１個の光電変換素子
アレイと、前記分光器より出射した光束を前記光電変換
素子アレイの受光域上であらかじめ設定されている試料
光用受光素子領域と参照光用受光素子領域とに空間的に
分離して照射せしめる手段とを備えたことを特徴として
いる。

〔作　用〕

このように構成することにより、光源からの光束は分割
されて測定セルの試料と参照体とを照射し、試料を通過
した光束および参照体を通過した光束は、それぞれ分光
器により分光されて試料光用受光素子領域と参照光用受
光素子領域とにあらかじめ領域設定された光電変換素子
アレイ上に結像し、この光電変換素子アレイの個々の素
子からの出力信号を読み出して比較し、測光を行なう。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光電変換素子アレイを用いた複光束
測光方式の一実施例を第１図乃至第５図に基づいて説明
する。

第１図において、マルチチャンネル分光測光装置１２０
は、光源２１と、該光源２１からの光束を集光するレン
ズ２２と、該レンズ２２の焦点の手前に配設され、試料
Ｓと参照体Ｃとをセットする測定セル２３と、試料Ｓを
通過した試料光束Ａ（第１図に実践で表示）と、参照体
Ｃを通過した参照光束Ｂ（第１図に破線で表示）とにそ
れぞれ分光する分光器２４と、分光スペクトルが結像す
る位置に配設された光電変換素子アレイ２５を備えると
共に、前記光電変換素子アレイ２５の前面に配設され、
該光電変換素子アレイ２５を試料光用受光素子領域と参
照光用受光素子領域とに領域設定する光学マスク２６と
から構成されている。

そして、前記光電変換素子アレイ２５の前面に配設され
た前記光学マスク２６は、試料光測定の最小波長分解能
（最小バンド幅）の設定や参照光波長の設定のしかたに
対応して第２図および第３図に例示するが如きマスクパ
ターンが使用される。

これらのマスクパターン２６ａ、２６ｂは、光電変換素
子アレイ２５上の個々の受光素子２５ａが担うべき波長
の光のみを個々の受光素子２５ａに照射せしめるように
、位置合わせをしてセットされるもので、前記光電変換
素子アレイ２５を上下二分して、該光電変換素子アレイ
２５を構成する縦長位置で横方向に配列された各受光素
子２５ａの縦方向の長さに対応する長さＪを二分し、上
半分を試料光用受光素子領域に、下半分を参照光用受光
素子領域にそれぞれ領域区分するためのもので、第２図
に示したマスクパターン２６ａは、上半分の試料光照射
域ＳＢＡと、下半分の参照光照射域ＣＢＡとに分けられ
、前記試料光照射域ＳＢＡには、前記光電変換素子アレ
イ２５の各受光素子２５ａの幅に対応する幅Ｗの適宜倍
数間隔で遮光部２７を形成すると共に、参照光照射域Ｃ
ＢＡの前記試料光照射域ＳＢＡの遮光部２７の下方とな
る位置のみに透光部２８を形成したパターンで、また第
３図に示したマスクパターン２６ｂは、上半分の試料光
照射域ＳＢＡと、下半分の参照光照射域ＣＢＡとに分け
ると共に、試料光照射域ＳＢＡには前記光電変換素子ア
レイ２５の各受光素子２５ａの幅に対応する幅Ｗで一つ
置きに遮光部２７を形成すると共に、参照光照射域ＣＢ
Ａには、前記試料光照射域ＳＢＡの遮光部２７のそれぞ
れの下方に透光部２８が一つ置きに形成されたパターン
となっている。

そして、光源２１からの光束はレンズ２２により測定セ
ル２３上の試料Ｓおよび参照体Ｃに照射される。測定セ
ル２３を通過した二つの光束は分光器２４により分光さ
れた後、光電変換素子アレイ２５の試料光用受光素子領
域と参照光用受光素子領域とに空間的に分離するために
光電変換素子アレイ２５の前面に設置された前記光学マ
スク２６を経て、光電変換素子アレイ２５上に結像する
。

次に、光電変換素子アレイ２５として一次元の自己走査
型フォトダイオードアレイを用い、かつ、アレイ上の１
受光素子２５ａが担うべき波長幅が１ｎ１１（１０’メ
ートル）になるように設計された光学系配置を用いた場
合について、光学的マスクパターンとフォトダイオード
アレイからの信号出力の関係を第４図および第５図によ
り説明する。

第４図は第２図のマスクパターン２６ａの光学マスク２
６を用いた場合に対応する信号出力を現わすもので、第
４図において黒い丸印が信号出力値を表わしている。本
実施例において、光電変換素子アレイ２５に照射される
試料光スペクトルＳＳと参照光スペクトルＣ８の結像位
置が７レイ２５の配列方向（横方向）に関して一致して
いる場合、すなわち、１個の受光素子２５ａ上には試料
光Ａと参照光Ｂの同一の波長の光が位置する場合には、
第４図の成る特定波長の参照光Ｂは、自身の波長を中心
として±３ｔｖ以内の波長域の試料光へに対して参照光
Ｂとしての機能を果すように設定され得る。また、第５
図は第３図のマスクパターン２６ｂの光学マスク２６を
用いた場合に対応する信号出力を表わすもので、この場
合には、試料光Ａと参照光Ｂの波長差は１　ｎｉｍであ
る。ただし、上記の波長差はいずれも、光学マスク２６
上に照射される分光スペクトルが、光電変換素子アレイ
２５配列方向（横方向）の距離に対して波長幅が比例す
る、いわゆるノーマルスペクトルであると想定した場合
の値である。

また、前記光学マスク２６のパターンは種々選択可能で
あるが、試料光波長と参照光波長の波長差が、使用する
光源２１の分光放射特性の時間的変動を補償し得る範囲
内になるように選択されねばならない。

本実施例は以上のように構成したことにより、光検知器
として単一の光電変換素子アレイ２５を用いるにもかか
わらず、チョッパーなどの駆動系を用いることなく、簡
単な構造で複光束測光が可能となる。また、時分割参照
法における試料光と参照光の時間差の問題に関しては、
本実施例においては、光源２１がパルス点灯の場合には
原理的に時間差ゼロとなし得るし、連続点灯光源と自己
走査型光電変換素子アレイの組合せを用いた場合であっ
ても、試料光と参照光の波長差が小さいため実質的には
時間差ゼロとみなし得る範囲で使用される。したがって
、光源の光出力変動に対しては、波長的にも時間的にも
充分な補償が達成される。

尚、上記実施例においては、光８ｉ２１より出射した光
束を試料照射光束と参照照射光束とに分割する手段は、
測定セル２３上で試料Ｓおよび参照体Ｃを空間的に分離
しているセル構造そのものが担っており、より具体的に
は測定セル２３の試料保持体の開口、および参照体保持
体の開口が担つているが、２焦点凹面鏡を使用するなど
種々のもので実現可能である。

また、参照体Ｃは必ずしも具体的な形状を有する物体で
ある必要はなく、参照光路中の空気等の気体を使用して
もよく、本発明の参照体は気体も含まれるものである。

更に、光検知器としての光電変換素子アレイ２５も一次
元配列アレイの他に二次元配列アレイなども使用可能で
ある。

また、上記した実施例の他に分光器より出射した試料光
Ａと参照光Ｂを、光電変換素子アレイの受光域上であら
かじめ設定されている試料光用受光素子領域と参照光用
受光素子領域とに空間的に分離して照射せしめるように
もでき、試料光スペクトルおよび参照光スペクトルを発
生させるために分光器を適切に選択し、かつ配置すれば
、例えば、第６図に示すように、試料光用光学マスク３
０と参照光用光学マスク３１とを同一直線上に配設して
使用すると共に、両光学マスク３０．３１と光電変換素
子アレイ３２との間をオプティカルファイバー束３３．
３４でそれぞれ接続し、両光学マスク３０．３１を通過
した試料光スペクトルＳＳと参照光スペクトルＣ８とを
前記オプティカルファイバー束３３．３４を介して光電
変換素子アレイ３２に照射させたり、また第７図に示す
ように、試料光用光学マスク４０と参照光用光学マスク
４１とを上下二段に配置し、両光学マスク４０．４１を
通過した試料光スペクトルＳＳと参照光スペクトルＣ８
とをリレーレンズ４２を介して光電変換素子アレイ４３
に照射させる構造とじても良く、さらに、第８図に示す
ように、二組の分光器を使用して、試料光スペクトルＳ
Ｓと参照光スペクトルＯ８とを分光して光電変換素子ア
レイ５０に照射させる構造としても良い。

また、前記各実施例において、光学マスクを着脱可能に
配設し、マスクパターンの異なる光学マスクと交換可能
とすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る光電変換素子アレイを
用いた複光束測光方式は、光源から出射した光束を試料
照射光束と参照体照射光束とに分割する手段と、分割さ
れた光束を試料および参照体に導く手段と、試料および
参照体により反射あるいは吸収などの光学的変換を受け
た各々の光束を分光する１個以上の分光器と、１個の光
電変換素子アレイと、該光電変換素子アレイに照射され
る光束を空間的に分離させる手段とを備えたので、チョ
ッパーなどの駆動系を用いずに簡単な構造で、極めて安
定性・経済性が高く、かつ光源の光出力変動を使用波長
域全域にわたって補償できる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は本発明に係る複光束測光方式の構成を示す説明図
、第２図および第３図は本発明に用いられる光学マスク
のマスクパターンの例をそれぞれ示す正面図、第４図お
よび第５図は光学マスクを使用した場合の出力信号の現
出状態を示す説明図、第６図乃至第８図それぞれ本発明
の別の実施例における試料光と参照光の空間的分割手段
を示す光学系配置図、第９図および第１０図はそれぞれ
従来のマルチチャンネル分光測光方式の光学系配置図で
ある。 ２０・・・マルチチャンネル分光測光装置２１・・・光
源　　２２・・・レンズ　　２３・・・測定セル２４・
・・分光器　　　２５・・・光電変換素子アレイ２５ａ
・・・受光素子　　　２６・・・光学マスク２７・・・
遮光部　　２８・・・透光部　　３０・・・試料光用光
学マスク　　　３１・・・参照光用光学マスク“３２・
・・光電変換素子アレイ　　３３．３４・・・オブティ
カルフ？イバー束　　４０・・・試料光用光学マスク　
　４１・・・参照光用光学マスク　　４２・・・リレー
レンズ　　４３．５０・・・光電変換素子アレイＡ・・
・試料光束　　Ｂ・・・参照光束　　ＳＢＡ・・・試料
光照射１！　　　ＣＢＡ・・・参照光照射域　　ＳＳ・
・・試料光スペクトル　　Ｃ８・・・参照光スペクトル
特　許　出　願　人　東京理化器械株式会社筋２圓 ｎｍ ）９円 筋ＩＯ因 手続補正書 昭和６０年６月２０日 特許庁長官　志　賀　　　学　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第１０９８１８＠ ２、発明の名称 光電変換素子アレイを用いた複光束測光方式３、補正を
する者 事件との関係　　特許比　願人 東京理化器械株式会社 ４、代理人 東京都千代田区鍛冶町−丁目９番１６号５、補正命令の
日付 自発提出 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）明細書第２頁第１４行目のＦ器械的機構」を「機
械的機構」に訂正する。 （２同書第８頁第２行目の［外チョッパー７による光の
継続］を「該チョッパー７による光の断続」に訂正する
。 （３）同−第１２頁第５行目の「実践」を「実線」に訂
正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光検知器として光電変換素子アレイを用いた分光測
   光系において、光源と、該光源より出射した光束を試料
   照射光束と参照体照射光束とに分割する手段と、該分割
   された光束を各々試料および参照体に導く手段と、試料
   および参照体と、これら試料および参照体により反射あ
   るいは吸収などの光学的変換を受けた各々の光束を分光
   する１個以上の分光器と、光検知器としての１個の光電
   変換素子アレイと、前記分光器より出射した光束を前記
   光電変換素子アレイの受光域上であらかじめ設定されて
   いる試料光用受光素子領域と参照光用受光素子領域とに
   空間的に分離して照射せしめる手段とを備えたことを特
   徴とする光電変換素子アレイを用いた複光束測光方式。