JPS6336120A - 複光束分光光度計 - 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、複光束分光光度計に関し、特に、各種波長の
単色光を分割して夫々参照側試料室及び測定側試料室に
入射させ、測定側試料室の入射光束又は透過光と参照側
試料室の入射光束又は透過光を異なる周波数で断続し、
両者断続光束を単一の光検出器に入射させ、その検出出
力に基づき透過率を得る周波数分割方式による複光束分
光光度計に関するものである。

［従来の技術］ 従来、複光束分光光度計としては、第４図に示すように
、白色光源ｌと、この白色光源１に含まれる任意の波長
の単色光を得る回折格子等からなる分光器２と、参照側
試料室３と、分析対象となる試料を収容するための測定
側試料室４と、光検出器としての光電子増倍管５と、分
光器２からの単色光を参照側試料室３及び測定側試料室
４に交互に入射させる回転セクターミラー９と、それに
同期して参照側試料室３及び測定側試料室４の透過光を
交互に光電子増倍管５に導くビームコンバイナー１０と
、光電子増倍管５の検出出力を増幅する増幅器６と、そ
の増幅信号から参照側試料室３の透過光量に相当する信
号を取り出す信号分離回路７と、その増幅信号から測定
側試料室４の透過光量に相当する信号を取り出す信号分
離回路８と、を具えた構成である。

［解決すべき問題点］ しかしながら、上記従来の複光束分光光度計は、迷光や
光電子増倍管５の暗電流を時分割で零レベル信号どして
逐次測定し、参照側試料室３の透過光量に相当する信号
と零レベル信号の差、測定側試料室４の透過光量に相当
する信号と零レベル信号の差を夫々信号分離回路７，８
に得るのもであるから、例えば第５図に示すように、ミ
ラーＭと切欠きＳとの間に暗部りを有する回転セクター
ミラー９とビームコンバイナー１０が必要とされ、かか
る回転セクターミラー９の使用に伴ない、次の問題点が
あった。

０回転セクターミラー９の回転数は一般的に数十ヘルツ
程度であり高速回転ができないため、分光器２の波長走
査速度を大きくすると、その断続光束にスペクトルの微
分波形が現われてしまう、したがって、高速波長走査が
できず、短時間測定が困難であった。また１回転セクタ
ーミラー９の暗部りに基づく零レベル信号の測定が必要
であるから、後段の信号処理回路の構成が複雑になると
共に、時間的な制約が大きくなる。

ｌ多分光器２からの所定の太さの光束を瞬間的に断続し
、矩形状の検出出力を得るには、回転セクターミラー９
は大型のものを必要とし、これを駆動するパルスモータ
等も大型なものとなる。断続すべき両光束に対して回転
セクターミラー９を直角に位置決めする機構や回転ぶれ
を防止する機構が必要で、光学系の調整も煩雑である。

（■また、回転セクターミラー９の回転振動やパルスモ
ータ等のノイズが無視できず、高精度測定の障害となる
。

本発明は、上記問題点を解決するものであり、回転セク
ターミラーを排除し、短時間のうちに高精度の測定と小
型化を実現しうる複光束分光光度計を提供することを目
的とする。

［問題点の解決手段］ Ｌ記問題点の解決するため、本発明に係る複光束分光光
度計は、次の構成要件を有するものである。

■光源部があることや ■該光源部からの光束のうち任意の単色光を取り出す波
長週択部があること。

「波長選択部」には、分光器やフィルタが含まれる。

（■該単色光を２光束に分割するビームスプリフタがあ
ること。

■その一方の光路中に設けられた参照側試料室及びその
他方の光路中に設けられた測定側試料室があること。

■該参照側試料室の入射光束又は透過光束を微小振動又
は無振動により第１の周波数で断続せしめる参照光束断
続手段があること。

■該測定側試料室の入射光束又は透過光束を微小振動又
は無振動により第１の周波数とは異なる第２の周波数で
断続せしめる測定光束断続手段があること。

ここで、「微小振動により断続せしめる参照光束断続手
段」としては、明暗の固定平行縞格子と。

該固定平行縞格子の一方の半面側に重なる明暗の第１の
可動平行縞格子と、第１の可動平行縞格子を該固定平行
縞格子に対して第１の周波数で平行往復動せしめる第１
の原動節とからなり、「微小振動により断続せしめる測
定光束断続手段」としては、該固定平行縞格子と、該固
定平行縞格子の他方の半面側に重なる明暗の第２の可動
平行縞格子と、第２の可動平行縞格子を該固定平行縞格
子に対して第２の周波数で平行往復動せしめる第２の原
動節とからなるものがあり、かかる場合の原動節として
は、電歪素子やボイスコイルがある。

また、「無振動で断続せしめる参照光束断続手段及び測
定光束断続手段」としては、音ツ光学素子や電気光学素
子がある。

■該参照光束の断続光束と該測定光束の断続光束とを共
に受光する単一の光検出器があること。

■該光検出器の検出信号を増幅する増幅器があること。

■該増幅器の増幅信号を第１の周波数で同期整流する参
照側増幅器があること。

［相］該増幅器の増幅信号を第２の周波数で同期整流す
る測定側増幅器があること。

［作用］ かかる複光束分光光度計によれば、光源部からの光束の
うち任意の単色光は波長選択部で取り出され、ビームス
プリフタで２光束に分割されて夫々参照側試料室及び測
定側試料室へ向けて集光するが、参照側試料室の入射光
束又は透過光束は微小振動又は無振動により第１の周波
数で断続され振幅変調が行われると共に、測定側試料室
の入射光束又は透過光束は微小振動又は無振動により第
１の周波数とは異なる第２の周波数で断続され振幅変調
が行われ、両断続光束は同時に単一の光検出器に入射さ
れ、その光検出器の検出信号が増幅され、しかる後、参
照側増幅器にて上記増幅器の増幅信号を第１の周波数で
同期整流して参照側試料室の透過光量に比例する直流電
圧と測定側増幅器にて上記増幅器の増幅信号を第２の周
波数で同期整流して測定側試料室の透過光量に比例する
直流電圧とが出力されることとなる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は１本発明に係る複光束分光光度計の一実施例を
示すブロック図である。

■は白色光源で、分光分析の目的により極紫外光源、紫
外争可視光源、赤外・遠赤外光源等が利用される。２は
、白色光源１からの光束のうち任意の波長の単色光を得
る回折格子等からなる分光器である。１１は、分光器２
からの単色光を２光束に分割するビームスプリッタとし
ての半透鏡である。　＋２ａ　、　１２ｂは、分割され
た単色光を導き参照側試料室３の中心に焦点を結ばすた
めの反射鏡であり、参照側の集光系を構成している。１
２Ｃは、分割された単色光を導き分析対象となる試料を
収容するための測定側試料室４の中心に焦点を結ばすた
めの反射鏡であり、測定側の集光系を構成している。ま
た、１２ｄ　、　１２ｅ　、　１２ｆは反射鏡で、反射
鏡１２ｄ　、　１２ｆは参照側試料室３の透過光を光検
出器としての光電子増倍管５の受光面に向ける集光系を
構成しており１反射鏡＋２ｅ　、　１２ｆは測定側試料
室４の透過光を光電子増倍管５の受光面に向ける集光系
を構成している。

２０は光束断続手段で、固定平行縞格子２１．第１の可
動平行縞格子２２．電歪素子２３．第２の可動平行縞格
子２４．及び電歪素子２５から構成されている。固定平
行縞格子２１．第１の可動平行縞格子２２、及び電歪素
子２３は、参照側試料室３の透過光束を微小振動により
第１の周波数ｆ１で断続せしめる参照光束断続手段を構
成しており、固定平行縞格子２１．第２の可動平行縞格
子２４．及び電歪素子２５は、測定側試料室４の透過光
束を微小振動により第１の周波数ｆ１とは異なる第２の
周波ｒ２数で断続せしめる測定光束断続手段を構成して
いる。

第２図に示すように、固定平行縞格子２１は等しいピッ
チＰで暗部２１ａと透明部２１ｂとが交互に配列された
格子で、例えば石英板上にフォトエツチングを施して得
られる。この固定平行縞格子２１は、光電子増倍管５の
受光面に向う参照側試料室３の透過光束及び測定側試料
室４の透過光束を横断するよう両光路中に介在している
。第１の可動平行縞格子２２及び第２の可動平行縞格子
２４は、固定平行縞格子２１と同様に、空間周波数とピ
ッチＰが等しく、暗部２２ａ　、　２４ａと透明部２２
ｂ、２４ｂとが交互に配列された格子であり、第１の可
動平行縞格子２２は固定平行縞格子２１の一方の半面側
に重なるよう対向配置され、参照側試料室３の透過光束
の光路中に介在している。また、第２の可動平行縞格子
２４は固定平行縞格子２１の他方の半面側に重なるよう
対向配置され、測定側試料室４の透過光束の光路中に介
在している。第１の可動平行縞格子２２の一端には原動
節としての電歪素子２３が接合しており、この電歪素子
２３はドライブ回路３０より駆動される。また、第２の
可動平行縞格子２４の一端には原動節としての電歪素子
２５が接合しており、この電歪素子２５はドライブ回路
３１より駆動される。なお、電歪素子の代りにボイスコ
イルを用いてもよい。

６は、光電子増倍管５の検出出力を電流・電圧変換して
増幅せしめる増幅器である。３２は、増幅器６の増幅信
号を第１の周波数ｆ１で同期整流する参照側ロックイン
増幅器で、３３は、増幅器６の増幅信号を第２の周波数
ｆ２で同期整流する測定側ロックイン増幅器である。ま
た、３４は、ドライブ回路３０及び参照側ロックイン増
幅器３２に対して第１の周波数ｆ１で同期パルスを印加
せしめるパルス発生器であり、３５は、ドライブ回路３
１及び測定側ロックイン増幅器３３に対して第２の周波
ａｆ２で同ｔｌＪＩパルスを印加せしめるパルス発生器
である。

次に上記実施例の動作を説明するに、まず白色光源１か
らの光束のうち任意の単色光が分光器？で選択され、そ
の単色光は半３！ｉ鏡１１で２分割され、一方の分割光
は反射鏡１２ａ　　、　＋２ｂを介して参照側試料室３
に案内され、他方の分割光は反射鏡１２ｃを介して測定
側試料室４に案内される。ここに、任意の単色光につい
ての＃開側透過光量Ｉ。

と測定側透過光量Ｉｓが直流的に得られる。参照側透過
光束は反射鏡１．２ｄ　、　１２ｆを介して、測定側透
過光束は反射鏡１２ｅ　、　１２ｆを介して夫々電子増
倍管５の受光面に対して偏向して同一焦点に集光する。

ここで、パルス発生器３４からの第１の周波数ｆ１の同
期パルスに基づき、電歪素子２３すなわち第１の可動平
行縞格子２２が第１の周波数ｆｌでピッチＰの振幅の往
復微小振動をしており、また、パルス発生器３５からの
第２の周波数１２の同期パルスに基づき、電歪素子２５
すなわち第２の可動平行縞格子２４が第２の周波数ｆ２
でピッチＰの振幅の往復微小振動をしている。ここでは
、理解を容易にするためにｆ２＝　ＦＩＸ　ｌ／２とし
であるが、一般的には、ｆｌとｆ２とはそれらの高周波
成分が検出器の周波数応答範囲内で一致しないように選
択される。

したがって、参照側透過光束は第１の可動平行縞格子２
２によって第１の周波数ｆ１で断続され、電子増倍管５
の受光面には、フォトエツチングの仕方にもよるが第３
図（Ａ）に示す如くのサインカーブ的に変動する光量Ｉ
Ｑ’の断続光束が達することとなり、また、測定側透過
光束は第２の可動平行縞格子２４によって第２の周波数
ｆ２で断続され、電子増倍管５の受光面には、第３図（
Ｂ）に示す如くのサインカーブ的に変動する光量Ｉｓ　
′の断続光束が達することとなる。これにより、電子増
倍管５の受光面上では両断続光束が重畳混合され、第３
図（Ｃ）に示すように、結果的に光１（Ｉｏ’＋Ｉｓ　
　’）を受光することとなる。電子増倍管５は第３図（
Ｄ）に示すようなこの光量に相当する検出ＴＬ流Ｉを出
力するが、当該検出電流１には電子増倍管５自体の暗電
流Ｉｄが重畳されている。増幅器６はこの検出電流工を
増幅して増幅電圧を出力し、増＠電圧は参照側ロックイ
ンｆｅ４幅器３２及び測定側ロー２クイン＃ｌ＠器３３
に供給される。ここで、参照側ロックイン増幅器３２に
は、参照側透過光束の断続周波数と等しい第１の周波数
ｒ１の同期パルスをパルス発生器３４より印加されてお
り、この同期パルスと入力信号との同期整流が行われ、
第３図（Ｅ）に示すような参照側透過光量ＩＯに比例す
る直流の参照側電圧Ｉｏ”が得られる。また、測定側ロ
ックイン増幅器３３には、測定側透過光束の断続周波数
と等しい第２の周波数ｒ２の同期パルスをパルス発生器
３５より印加されており、この同期パルスと入力信号と
の同期整流が行われ、第３図（Ｆ）に示すような測定側
透過光量Ｉｓに比例する直流の測定側電圧Ｉｓ”が得ら
れる。

これら参照側電圧工０″及び測定側電圧Ｉｓ　″に基づ
き透過率Ｉｓ　“／　Ｉ　ｏ　”やその対数の吸光度が
算出されることとなるが、ロックイン増幅器３２及びロ
ックイン増幅器３３による検出により、暗電流１ｄが自
動的に除去されている。したがって、かかる実施例によ
れば、零レベルの検出が不要であり、且つ電歪素子２３
．２５と第１の可動平行縞格子２２及び第２の可動平行
縞格子２４とからなる断続手段は１ＯＫＨｚ程度の高速
断続を実行できるから、断続光束にはスペクトルの微分
波形が伴なわずに、分光器２の波長走査を高速を行なう
ことができ、短時間の分光測定が可能となる。また、第
１の可動平行縞格子２２及び第２の可動平行縞格子２４
による断続手段によれば、光量の利用率は５０％であり
、従来の方式と同様である。上記実施例における固定平
行縞格子２１．第１の可動平行縞格子２２及び第２の可
動平行縞格子２４のピッチＰは５０ル層程度としてあり
、その微小振動の振幅はそのピッチＰに等しくしである
から、はとんど静的な断続に近く、且つ断続手段は小型
にできるから、他の構成要素に対する振動やノイズの影
響を少なくできる。

上記実施例の光束断続手段は、平行縞格子往復を用いて
微小振動により光束を高周波数で断続せしめるものであ
るが、音響光学素子やポッケルスセル又はカーセル等の
電気光学素子を用いてもよい、また、２次元の明暗ビッ
トパターンを上記平行縞格子の代りに使用しても同様に
目的が達せられる。上記実施例において光束断続手段は
谷間側透過光及び測定側透過光を断続せしめるものであ
るが、予めそれら入射光を断続せしめるように配置“４
してもよい、なお、固定平行縞格子２１．第１の可動平
行縞格子２２及び第２の可動平行縞格子２４の格子本数
は少ないため、回折による散乱光の影響は少ないが、電
子増倍管５の前に遮光板を配置してもよい。

［発明の効果］ 以上税引したように、本発明に係る複光束分光光度計は
、単一の光検出器を用いた周波数分割方式複光束分光光
度計であり、光束断続手段が微小振動又は無振動で光束
を静的に高速断続する点に特長を有するものであるから
、次の効果を奏する。

■参照側試料室の透過光量に比例する直流電圧と測定側
試料室の透過光量に比例する直流電圧を直接得ることが
でき、暗電流の測定が不要であるから、後処理が簡単で
あることはもとより、高速断続が可能な参照光束断続手
段及び測定光束断続手段の存在と相まって、スペクトル
の微分波形が現われない状態で、高速波長走査が可能と
なり、高精度の短時間測定を実現できる。

くめ断続手段としては、原動節としての電歪素子やボイ
スコイルと平行縞格子とからなる微小振動を利用するも
のや、音響光学素子や電気光学素子の無振動で光束断続
を行なうものであるから、断続手段自体を小型構成でき
、また、２つ断続手段においては相互に同期をとる必要
がないから、部品点数も少なくて済み、装置の小型化及
び低コスト化を図りうる。

（■微小振動又は無振動の静的断続手段の存在により、
他の光学部品等にはその振動が波及せず、また、モータ
を使用しないので、ノイズ発生の問題もほとんどなく、
高精度測定を図りうる。従来の回転セクターミラーを用
いた場合、断続すべき光束に対する直角度を維持する機
構や回転ぶれを防１卜する機構が必要であるが、上記断
続手段を用いた場合、比咬的ラフにその配冴角度を設定
でき、光学系の調整が簡単なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る複光束分光光度計の一実施例を
示すブロック図である。 第２図は、同実施例における光束断続手段としての固定
平行縞格子、第１の可動平行縞格子及び第２の可動平行
縞路を示す拡大斜視図である。 第３図（Ａ）乃至（Ｆ）は、同実施例の動作を説明する
ための各部の波形を示す波形図である。 第４図は、従来の複光束分光光度計の一例を示すブロッ
ク図である。 第５図は、同従来例において使用される回転セクターミ
ラーを示す平面図である。 １令番・白色光源、２・・φ分光器、３・・・参照側試
料室、４・・・測定側試ネ４室、５・・會光電子増倍管
、６拳・拳増幅器、　１１・・φ半透鏡、１２ａ〜１２
ｆ　φ・・反射鏡、２０・・・光束断続手段、２１・・
Φ固定平行縞格子、２２・・・第１の可動平行縞格子、
２３．２５・・・電歪素子、２４争・−第２の可動平行
縞格子、３０，３１φ・・ドライブ回路、３４，３５・
−・パルス発生器、３２．３３＠・Φロックイン増幅器
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源部と、該光源部からの光束のうち任意の単色
   光を取り出す波長選択部と、該単色光を２光束に分割す
   るビームスプリッタと、その一方の光路中に設けられた
   参照側試料室及びその他方の光路中に設けられた測定側
   試料室と、該参照側試料室の入射光束又は透過光束を微
   小振動又は無振動により第１の周波数で断続せしめる参
   照光束断続手段と、該測定側試料室の入射光束又は透過
   光束を微小振動又は無振動により第１の周波数とは異な
   る第２の周波数で断続せしめる測定光束断続手段と、該
   参照光束の断続光束と該測定光束の断続光束とを共に受
   光する単一の光検出器と、該光検出器の検出信号を増幅
   する増幅器と、該増幅器の増幅信号を第１の周波数で同
   期整流する参照側増幅器と、該増幅器の増幅信号を第２
   の周波数で同期整流する測定側増幅器と、を有すること
   を特徴とする複光束分光光度計。
2. （２）前記参照光束断続手段は、明暗の固定平行縞格子
   と、該固定平行線格子の一方の半面側に重なる明暗の第
   １の可動平行線格子と、第１の可動平行線格子を該固定
   平行線格子に対して第１の周波数で平行往復動せしめる
   第１の原動節とからなり、前記測定光束断続手段は、該
   固定平行線格子と、該固定平行線格子の他方の半面側に
   重なる明暗の第２の可動平行縞格子と、第２の可動平行
   縞格子を該固定平行縞格子に対して第２の周波数で平行
   往復動せしめる第２の原動節とからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の複光束分光光度計
   。
3. （３）前記第１及び第２の原動節は、電歪素子であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載の複光
   束分光光度計。
4. （４）前記第１及び第２の原動節は、ボイスコイルであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載の
   複光束分光光度計。
5. （５）前記参照光束断続手段及び測定光束断続手段は、
   音響光学素子であることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項に記載の複光束分光光度計。
6. （６）前記参照光束断続手段及び測定光束断続手段は、
   電気光学素子であることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項に記載の複光束分光光度計。