JPWO2014133018A1 - 分光光度計及び分光光度測定方法 - Google Patents

Abstract

分光光度計であって、受光した光を電気信号に変換して出力する光検出部と、複数のゲインアンプと複数のＡＤコンバータを含み、前記光検出部からの出力信号を、前記複数のゲインアンプを用いて複数のゲインで増幅するとともに、前記複数のＡＤコンバータを用いてデジタル信号に変換して、複数の光量データとして出力する回路部と、前記回路部からの各光量データが飽和したか否かを判定する飽和判定部と、前記飽和判定部の判定結果に応じて、前記複数の光量データのうち一部または全部の光量データを用いて前記受光した光の測定結果を算出する測定結果算出部と、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、分光光度計及び分光光度測定方法に関する。

一般に、試料に白色光を照射し、透過した光の量を測定して、試料の各波長における吸光度を測定するいわゆる分光光度計が知られている。これは、試料の吸光度が、試料中の吸光物質の濃度に応じて異なることを利用して、試料中の成分を検出するものである。

例えば、特許文献１には、青果物等の検査に用いられる分光光度計として、同種類の青果物においても密度や大きさの違いに等により透過光量が大きく異なる被測定物についても測定可能な分光光度計が開示されている。具体的には、メイン受光部とサンプル用受光部の２つの受光部、増幅器、ＡＤ変換器等を設け、まずサンプル用受光部から取得される値と予め設定された基準値とを比較し、当該比較結果に応じて、増幅回路のゲインを適切に調整し、その後、メイン受光部からの値をデジタルデータとして読み出す分光光度計が開示されている。

特開２００５−１３４１６４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、例えば、照明の周囲の配光を測定する場合など、測定波長の範囲が広く、かつ、光量差が非常に大きい場合（例えば、測定位置において光量差が１００倍から１万倍以上あるような場合）には、精度よく測定できない場合がある。また、上記従来技術においては、測定の際に増幅器のゲインを調整する必要があることから、測定に時間がかかる。

本発明は、測定範囲が広くかつ光量差が大きい未知の分光波長分布の場合であっても、より短時間かつ精度よく測定可能な分光光度計を実現することを目的とする。

（１）分光光度計であって、受光した光を電気信号に変換して出力する光検出部と、複数のゲインアンプと複数のＡＤコンバータを含み、前記光検出部からの出力信号を、前記複数のゲインアンプを用いて複数のゲインで増幅するとともに、前記複数のＡＤコンバータを用いてデジタル信号に変換して、複数の光量データとして出力する回路部と、前記回路部からの各光量データが飽和したか否かを判定する飽和判定部と、前記飽和判定部の判定結果に応じて、前記複数の光量データのうち一部または全部の光量データを用いて前記受光した光の測定結果を算出する測定結果算出部と、を含むことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の分光光度計であって、前記測定結果算出部は、前記複数の光量データのうち、前記飽和判定部により飽和したと判定された光量データ以外の一部または全部の光量データに基づいて、前記受光した光の測定結果を算出することを特徴とする。

（３）上記（２）に記載の分光光度計であって、前記測定結果算出部は、前記複数の光量データのうち、前記飽和判定部により飽和したと判定された光量データ以外の一部または全部の光量データの和を、該一部または全部の光量データに対応する前記ゲインの和で除算することにより、前記受光した光の測定結果を算出することを特徴とする。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の分光光度計であって、前記飽和判定部は、前記複数のゲインのうち最も大きいゲインに対応する前記光量データから順に飽和したか否かを判定することを特徴とする。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の分光光度計であって、前記回路部は、前記複数のゲインアンプに接続される複数の零点調整回路を含み、前記各零点調整回路は、入力された信号から、最小露光時間での暗電流成分を少なくした信号を前記各ゲインアンプに出力することを特徴とする。

（６）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の分光光度計であって、前記回路部において、前記複数のゲインアンプの一部または全部は段階的に接続されていることを特徴とする。

（７）上記（６）に記載の分光光度計であって、前記回路部は、更に、入力端子が前記光検出部に接続され、出力端子が前記複数の零点調整回路のうち一部または全部の零点調整回路に接続されるアンプを含む、ことを特徴とする。

（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の分光光度計であって、前記分光光度計は、更に、前記複数のＡＤコンバータからの各光量データを取得する光量データ取得部と、測定結果算出部により算出された測定結果を、前記各光量データに基づいて補正する迷光補正部と、を含むことを特徴とする。

（９）上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の分光光度計であって、前記光検出器は、受光した光をそれぞれ電気信号に変換する複数の受光素子を有し、前記各電気信号を波長帯域毎に出力することを特徴とする。

（１０）上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の分光光度計であって、前記複数のゲインは、互いに異なることを特徴とする。

（１１）上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の分光光度計であって、前記複数のゲインは、同一であることを特徴とする。

（１２）分光光度測定方法であって、受光した光を電気信号に変換して出力し、前記光検出部からの出力信号を、複数のゲインアンプを用いて複数のゲインで増幅するとともに、複数のＡＤコンバータを用いてデジタル信号に変換して、複数の光量データとして出力し、前記各光量データが飽和したか否かを判定し、前記判定結果に応じて、前記各光量データのうち一部または全部の光量データを用いて前記受光した光の測定結果を算出することを特徴とする。

本実施の形態における分光光度計の構成の概要について説明するための図である。 図１に示した回路部の構成の一例を示す図である。 図１に示した制御部１０４の機能的構成の一例を示す図である。 図３に示した初期設定部の機能的構成の一例を示す図である。 本実施の形態における測定のフローの概要の一例を示す図である。 図５に示した測定結果算出処理のフローの詳細の一例を示す図である。 本発明の変形例１について説明するための図である。 本発明の変形例２について説明するための図である。 本発明の変形例３について説明するための図である。 上記実施の形態の場合に相当する重み付け加算処理の計算の切り換えについて説明するための図である。 重み付け加算処理の切り換えにおいて所定の範囲内で滑らかに加算係数を変化するように設定する変形例について説明するための図である。 重み付け加算処理の切り換えにおいて所定の範囲内で滑らかに加算係数を変化するように設定する変形例について説明するための図である。 重み付け加算処理の切り換えにおいて所定の範囲内で滑らかに加算係数を変化するように設定する変形例について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施の形態における分光光度計の構成の概要について説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態における分光光度計１００は、例えば、シャッタ部１０１、光検出部１０２、回路部１０３、制御部１０４、表示部１０５、操作部１０６、記憶部１０７を含む。

シャッタ部１０１は、制御部１０４からの制御信号に応じて、シャッタを開閉させることにより、暗電流測定（シャッタ閉）と光量測定（シャッタ開）を可能にする。

光検出部１０２は、スリット部を通過した光が回折格子などの分光手段を用いて各波長に分光した光を、複数の検出器（例えばフォトダイオードアレイ、ＣＣＤその他）で同時に受光する。そして、当該受光した光を電気信号に変換し、波長毎（ＣＨ毎）に、後述する回路部１０３に出力する。つまり、光検出部１０２は、いわゆるマルチチャンネル型光検出器（ポリクロメータ）であって、ＣＨ毎に電気信号を出力する。

なお、当該光検出部１０２は、例えば、回折格子を回転させるとか、干渉フィルタを切り替えることなどの分光手段を用いて、波長を変化させ、１台の検出器（例えばフォトダイオード、フォトマルチプライヤーその他）で波長毎の電気信号を検出する波長走査型光検出器（モノクロメータ）を用いてもよい。

回路部１０３は、例えば、複数のゲインアンプ２０３と複数のＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２０４を含む。そして、光検出部１０２からの出力信号を、複数のゲインアンプ２０３を用いて複数のゲイン（例えば、各ゲインアンプ２０３に設定されたゲイン値）で増幅するとともに、複数のＡＤコンバータを用いてデジタル信号に変換して、複数の光量データとして出力する。

より具体的には、例えば、図２に示すように、初段アンプ２０１、複数の零点調整回路２０２、複数のゲインアンプ２０３、複数のＡＤコンバータ２０４を含む。なお、下記においては説明の簡略化のため、図２に示すように、回路部１０３がそれぞれ４個の零点調整回路２０２、ゲインアンプ２０３、ＡＤＣ２０４を有する場合について説明するが、異なる数の零点調整回路２０２、ゲインアンプ２０３、ＡＤＣ２０４を用いてもよいことはいうまでもない。

初段アンプ２０１は、光検出部１０２に蓄積された電荷を電圧信号に変換し、電圧信号をそれぞれ複数の零点調整回路２０２に出力する。

各零点調整回路２０２は、いわゆる零点調整を行う回路であって、最小露光時間での光検出部〜ＡＤＣに至る、いわゆる暗電流成分を少なくする。

各ゲインアンプ２０３は、零点調整回路２０２からの出力信号を、各ゲインアンプ２０３に設定された各ゲイン値に基づいて増幅し、各ＡＤＣ２０４に出力する。なお、各ゲイン値の設定等についての詳細については後述する。

各ＡＤＣ２０４は、各ゲインアンプ２０３からの各出力信号をデジタル信号に変換し、制御部１０４に出力する。なお、各ＡＤＣ２０４の分解能は同じであるように構成してもよいし、異なるように構成してもよい。

制御部１０４は、シャッタ部１０１、光検出部１０２、回路部１０３等を制御するとともに、各ＡＤＣ２０４からの出力信号に基づいて、受光した光の測定結果を算出する。そして、例えば、当該測定結果を表示部１０５に表示する。なお、制御部１０４の機能的構成の詳細については後述する。

制御部１０４は、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ等であって、記憶部１０７に格納されたプログラムに従って動作する。記憶部１０７は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の情報記録媒体で構成され、制御部１０４によって実行されるプログラムを保持する情報記録媒体である。また、記憶部１０７は、制御部１０４のワークメモリとしても動作する。なお、当該プログラムは、例えば、ネットワークを介して、ダウンロードされて提供されてもよいし、または、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータで読み取り可能な各種の情報記録媒体によって提供されてもよい。

操作部１０６は、例えば、複数のボタンや、後述する表示部１０５と一体として形成されたタッチパネルで構成され、ユーザの指示操作に応じて、当該指示操作の内容を制御部１０４に出力する。

表示部１０５は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等であって、制御部１０４からの指示に従い、測定結果等を表示する。

なお、上記分光光度計１００の構成は、一例であってこれに限定されるものではない。例えば、分光光度計１００は、更に、通信部を有し、外部のコンピュータ等と通信可能に構成してもよい。また、必要に応じて、初段アンプ２０１や零点調整回路２０２を省略してもよい。

次に、図３を用いて、本実施の形態における制御部１０４の機能的構成の一例について説明する。なお、下記制御部１０４の機能的構成は一例であって、本実施の形態はこれに限定されるものではない。

図３に示すように、本実施の形態における制御部１０４は、機能的に、初期設定部３０１、光量データ取得部３０２、飽和判定部３０３、測定結果算出部３０４、測定結果情報生成部３０５、変更指示情報生成部３０６を含む。

初期設定部３０１は、露光時間の設定等の初期設定を行う。具体的には、例えば、初期設定部３０１は、図４に示すように、機能的に、ゲイン値登録部４０１、露光時間設定部４０２、零点設定部４０３、シャッタ制御部４０４を含む。

ゲイン値登録部４０１は、例えば、各ＣＨの光量データを測定し、詳細なゲイン値を算出して登録を行う。

露光時間設定部４０２は、例えば、操作部１０６を介して入力された露光時間に応じて、光検出部１０２の露光時間を設定する。または、測定対象の光量に会わせて、露光時間を自動で調整する。

シャッタ制御部４０４は、露光時間が設定されると、シャッタ部１０１のシャッタを閉じる。また、シャッタ制御部４０４は、後述する暗電流の測定が終了すると、シャッタ部１０１のシャッタを開く。

零点設定部４０３は、シャッタ部１０１が閉じた際における、最小露光時間での各ＡＤＣ２０４からの出力が零近辺（零以上で零近く）になるように、各零点調整回路２０２を設定する。手動設定でも良い。

光量データ取得部３０２は、各ＡＤＣ２０４からの出力信号（光量データ）を取得する。なお、下記においては、説明の簡略化のため、例えば、図２に示すように、回路部１０３がそれぞれ４個の零点調整回路２０２、ゲインアンプ２０３、ＡＤＣ２０４を有する場合について説明する。また、下記においては、各ゲインアンプ２０３に設定されたゲイン値をＧ１乃至Ｇ４で表し、対応する各ＡＤＣ２０４の光量データをＡＤＣ１乃至ＡＤＣ４として表す。また、ゲイン値は、Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３＜Ｇ４で設定されたことを想定する。更に、ｎ（ｎは自然数）チャネル（ＣＨ）に対応する光量データをＡＤＣ（ｎ）として示す。更に、下記においては、説明の簡略化のため、主にチャネルの表示（ｎ）を省略するが、チャネル毎に同様の処理を行うことはいうまでもない。

飽和判定部３０３は、光量データ取得部３０２で取得した光量データが飽和したか否かを判定する。具体的には、飽和判定部３０３は、露光時間設定段階においては、シャッタ部１０１が開いた状態において、ゲイン値が最も小さい値（Ｇ１）に設定されたゲインアンプ２０３に基づいた光量データ（ＡＤＣ１）を取得し、当該光量データが飽和したか否かを判定する。そして、飽和していると判断した場合には、変更指示情報生成部３０６は、例えば、露光時間を短くするように指示を行い、飽和が起きない露光時間にする。

一方、飽和していないと判断した場合には、測定結果算出部３０４は、飽和判定部３０３の判定結果に応じて、複数の光量データのうち全部の光量データを用いて受光した光の測定結果を算出する。具体的には、例えば、複数の光量データのうち、飽和判定部３０３により飽和したと判定された光量データ以外の全部の光量データの和を、全部の光量データに対応するゲインの和で除算することにより算出する。

より具体的には、例えば、当該測定結果算出処理においては、飽和判定部３０３は、ゲイン値が最も大きく設定された光量データ（ＡＤＣ４）から順に飽和したか否かを判定し、飽和していないと判定した場合には、測定結果算出部３０４は、飽和していない全ての光量データ及び当該光量データに対応するゲイン値を用いて後述する重み付け加算処理を行う。これにより、単に飽和していないと判定された光量データを用いるよりも、より精度の高い測定が可能となる。また、不連続なゲインでも、ゲイン間のデータに連続性を持たせる事が出来る。以下より具体的に説明する。

まず、飽和判定部３０３は、ゲイン値が最も大きく設定された光量データ（ＡＤＣ４）が飽和したか否かを判定する。

ＡＤＣ４が飽和していないと判定した場合には、測定結果算出部３０４に重み付け加算処理を行わせる。具体的には、例えば、下記式のようにＡＤＣ４乃至ＡＤＣ１の和を、当該ＡＤＣ４乃至ＡＤＣ１に対応するゲイン値Ｇ１乃至Ｇ４の和で除算する重み付け加算処理を行わせる。なお、下記式において、ＣＨ（ｎ）は、チャネルｎの測定結果を示す。

一方、飽和したと判定した場合には、次にゲイン値が大きく設定された光量データ（ＡＤＣ３）が飽和したか否かを判定する。ＡＤＣ３が飽和していないと判定した場合には、測定結果算出部３０４に重み付け加算処理を行わせる。具体的には、例えば、下記式のようにＡＤＣ３乃至ＡＤＣ１の和を、当該ＡＤＣ３乃至ＡＤＣ１に対応する対応するゲイン値Ｇ１乃至Ｇ３の和で除算する重み付け処理を行わせる。

以下ＡＤＣ２及びＡＤＣ１についても同様の処理を行う。なお、全てのチャネル（ＣＨ）について同様の処理を行うことはいうまでもない。また、飽和判定部３０３及び測定結果算出部３０４の処理のより詳細なフローについては後述する。

測定結果情報生成部３０５は、測定結果算出部３０４で算出された測定結果に基づいて、例えば、表示部１０５に表示するため測定結果情報を生成し、表示部１０５に表示する。測定結果情報は、例えば、横軸に波長、縦軸に強度を表したグラフの形式で表示される。

次に、図５を用いて、本実施の形態における測定のフローの概要の一例について説明する。なお、下記のフローは一例であって、本実施の形態における測定のフローは、下記に限定されるものではない。

露光時間設定部４０２は、例えば、操作部１０６を介して入力された露光時間に応じて、光検出部１０２の露光時間を設定する。（Ｓ１０１）。シャッタ制御部４０４は、シャッタ部１０１のシャッタを閉じ（Ｓ１０２）、光量測定、つまり、各ＡＤＣ２０４からの出力信号の取得を開始する（Ｓ１０３）。

シャッタが閉じた状態における各ＡＤＣ２０４からの出力信号を暗電流データとして取得し、暗電流データを測定する（Ｓ１０４）。シャッタ制御部４０４は、シャッタを開ける（Ｓ１０５）。

次に、光量測定を行い（Ｓ１０６）、飽和判定部３０３は、シャッタ部１０１が開いた状態において、ゲイン値が最も小さい値（Ｇ１）に設定されたゲインアンプ２０３に基づいた光量データ（ＡＤＣ１）を取得し、当該光量データが飽和したか否かを判定する（Ｓ１０７）。

そして、飽和判定部３０３が、飽和したと判定した場合には、Ｓ１０１に戻り、新たに設定された露光時間に基づいて、Ｓ１０２乃至Ｓ１０７の処理を行う。

一方、Ｓ１０６で、飽和判定部３０３が飽和していないと判定した場合には、測定結果算出処理を行う（Ｓ１０８）。そして、算出された測定結果を表示部１０５に表示する（Ｓ１０９）。

次に、図６を用いて、Ｓ１０７の測定結果算出処理のフローの詳細の一例について説明する。なお、下記測定結果算出処理のフローは一例であって、本実施の形態における測定結果算出処理のフローは下記に限定されるものではない。

まず、例えば、光量測定、つまり、各ＡＤＣ２０４からの各光量データ（ＡＤＣ１乃至ＡＤＣ４）を取得する（Ｓ２０１）。次に、飽和判定部３０３は、ゲイン値が最も大きく設定された光量データ（ＡＤＣ４）が飽和したか否かを判定する。（Ｓ２０２）。ＡＤＣ４が飽和していないと判定した場合には、測定結果算出部３０４に上記式（１）に示した重み付け加算処理を行わせる（Ｓ２０３）。

一方、飽和したと判定した場合には、次にゲイン値が大きく設定された光量データ（ＡＤＣ３）が飽和したか否かを判定する（Ｓ２０４）。ＡＤＣ３が飽和していないと判定した場合には、測定結果算出部３０４に上記式（２）に示した重み付け加算処理を行わせる（Ｓ２０５）。

一方、飽和したと判定した場合には、次にゲイン値が大きく設定された光量データ（ＡＤＣ２）が飽和したか否かを判定する（Ｓ２０６）。ＡＤＣ３が飽和していないと判定した場合には、測定結果算出部３０４に式（３）に示した重み付け加算処理を行わせる（Ｓ２０７）。

一方、飽和したと判定した場合には、次にゲイン値が大きく設定された光量データ（ＡＤＣ１）が飽和したか否かを判定する（Ｓ２０８）。飽和したと判定した場合には、Ｓ１０２に戻る。一方、ＡＤＣ３が飽和していないと判定した場合には、測定結果算出部３０４に式（４）に示した重み付け加算処理を行わせる（Ｓ２０９）。

なお、上記においては、説明の簡略化のため、１個のＣＨのみについて説明したが、全てのＣＨについて同様の処理を行うことはいうまでもない。また、上記においては、説明の簡略化のため、回路部１０３がそれぞれ４個の零点調整回路２０２、ゲインアンプ２０３、ＡＤＣ２０４を有する場合について説明したが、異なる数の零点調整回路２０２、ゲインアンプ２０３、ＡＤＣ２０４を有する場合についても同様の処理を行うことはいうまでもない。

本実施の形態によれば、測定波長の範囲が広く、かつ、測定位置によって光量差が大きい未知の分光波長分布の場合であっても、より短時間、かつ、より精度よく測定可能な分光光度計を実現することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

例えば、上記測定結果算出処理においては、飽和判定部３０３が、ゲイン値が最も大きく設定された光量データ（ＡＤＣ４）から順に飽和したか否かを判定し、飽和していないと判定された光量データ及び当該光量データに対応するゲイン値の全てを用いて重み付け加算処理を行う場合について説明したが、例えば、飽和判定部３０３の判定結果に応じて、複数の光量データのうち一部の光量データを用いて受光した光の測定結果を算出するように構成してもよい。つまり、飽和していないと判定された光量データ及びゲイン値が当該光量データよりも小さいゲインアンプ２０３からの出力に基づく光量データのうちの一部の光量データ及び対応するゲイン値を用いて重み付け加算処理を行うように構成してもよい。

具体的には、例えば、上記例において、ＡＤＣ４が飽和していないと判定された場合には、ＡＤＣ４とＡＤＣ３の光量データと当該ＡＤＣ４とＡＤＣ３に対応するゲイン値に基づいて、下記（５）のように重み付け加算処理を行うように構成してもよい。この場合、上記実施の形態と比べ、測定結果算出部３０４の処理負担をより軽くすることができる。

また、上記重み付け加算処理に代えて、飽和していないと判定された光量データのみを用いて測定結果を算出し、測定結果として表示するように構成してもよい。具体的には、例えば、測定結果算出部３０４は、ＡＤＣ４が飽和していないと判定された場合には、ＡＤＣ４をＧ４で除算し、また、ＡＤＣ３が飽和していないと判定された場合には、ＡＤＣ３をＧ３で除算することにより測定結果を算出する等である。この場合、測定結果算出部３０４の処理負担を更に軽くすることができる。

更に、上記においては、各ゲインアンプ２０３のゲイン値が異なるように設定する場合について説明したが、各ゲインアンプ２０３のゲイン値を１に設定することができるように構成してもよい。この場合、ＡＤＣ２０４の分解能を上げるのと等価とすることができ、例えば、測定範囲において強度があまり変化しないような光についてもより精度よく測定することができる。

[変形例１]
図７は、本発明の変形例１について説明するための図である。本変形例においては、回路部１０３の構成が上記実施の形態と異なる。その他の点は、上記実施の形態と同様であり、同様である点については説明を省略する。

本変形例における回路部１０３は、上記実施の形態と同様に、図７に示すように、例えば、初段アンプ２０１、複数の零点調整回路２０２、複数のゲインアンプ２０３、複数のＡＤＣ２０４を含む。しかしながら、本変形例においては、零点調整回路２０２及びゲインアンプ２０３を段階的に接続する点が異なる。なお、下記においては、図中最上段の零点調整回路２０２、ゲインアンプ２０３、ＡＤＣ２０４から順に、それぞれ、第１の零点調整回路２０２、第１のゲインアンプ２０３、第１のＡＤＣ２０４、第２の零点調整回路２０２、第２のゲインアンプ２０３、第２のＡＤＣ２０４等と称する。

具体的には、本変形例においては、例えば、図７に示すように、初段アンプ２０１を第１の零点調整回路２０２のみに接続する。そして、第１のゲインアンプ２０３の出力を第２の零点調整回路２０２の入力に接続し、第２のゲインアンプ２０３の出力を第３の零点調整回路２０２の入力に接続し、第３のゲインアンプ２０３の出力を第４の零点調整回路２０２の入力に接続する。これにより、高ゲインのゲインアンプ２０３の使用を避けることができる。

その他の点は、上記実施の形態と同様であるので、説明を省略する。なお、上記実施の形態におけるゲイン値Ｇ１乃至Ｇ４は、上記のように段階的に接続された後の各ゲインアンプ２０３で増幅される実際のゲインに相当することはいうまでもない。例えば、本変形例における各ゲインアンプ２０３のゲイン値が１、５、５、５の場合は、上記実施の形態におけるゲイン値は、１、５、２５、１２５に相当する。また、特許請求の範囲におけるゲインは、本変形例においては、各段におけるゲインアンプの実際のゲイン（上記例の場合、１、５、２５、１２５）に相当する。

[変形例２]
図８は、本発明の変形例２について説明するための図である。本変形例においては、回路部１０３の構成が上記変形例１と異なる。その他の点は、上記変形例１と同様であり、同様である点については説明を省略する。

本変形例における回路部１０３は、上記変形例１と同様に、図８に示すように、例えば、初段アンプ２０１、複数の零点調整回路２０２、複数のゲインアンプ２０３、複数のＡＤＣ２０４を含む。

しかしながら、本変形例においては、零点調整回路２０２及びゲインアンプ２０３の一部を段階的に接続する点が異なる。つまり、例えば、図８に示すように、初段アンプ２０１からの出力を第１及び第３の零点調整回路２０２の入力に接続する。また、第１のゲインアンプ２０３の出力を第２の零点調整回路２０２の入力に接続する。また、第３のゲインアンプ２０３の出力を第４の零点調整回路２０２の入力に接続する。これにより、高ゲインのアンプの使用を避けることができるとともに、ノイズが段階的に混入することを上記変形例１と比較して防止することができる。

上記実施の形態、及び、変形例１及び２に示した回路部１０３の構成は一例であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、その他の接続を用いてもよい。

[変形例３]
図９は、本発明の変形例３について説明するための図である。本変形例においては、制御部１０４の機能的構成が上記実施の形態と異なる。その他の点は、上記実施の形態と同様であり、同様である点については説明を省略する。

図９に示すように、本変形例における制御部１０４は、更に、迷光補正部９０１を有する。迷光補正部９０１は、測定結果算出部３０４から出力される出力信号（出力結果信号）を、光量データ取得部３０２で取得された迷光成分、及び、迷光分布関数に基づいて、迷光成分を取り除くように補正する。具体的には、例えば、下記式を用いて、迷光補正された測定結果を取得することができる。

ここで、Ａが、迷光分布関数行列、ＩＢは、迷光補正されたスペクトルの列ベクトル、ＣＨは、測定信号スペクトルの列ベクトル、Ｍは、総迷光量スペクトルの列ベクトル、Ｉは単位行列を表す。Ｃは、ｎ×ｎの迷光補正行列で、［Ｉ＋Ａ］の逆行列を表す。また、ＣＨは、測定結果算出部３０４から出力される測定結果信号に対応する。迷光補正行列Ｃを１度算出しておけば、その後のスペクトル測定では、迷光補正されたスペクトルＩＢは、ＩＢ＝Ｃ×ＣＨで、容易に算出出来る。なお、迷光分布関数の測定においては、例えば、波長可変レーザを用いて、行うことが望ましい。光源とモノクロメータを用いるよりも波長可変レーザを用いた方が、指定波長以外の光出力が少ないからである。

本変形例によれば、分光測定範囲が大きいような場合であっても、より短時間かつ精度よく測定可能な分光光度計を実現することができることに加え、より精度の高い迷光補正についても行うことが可能となる。また、迷光成分の検出について、従来のように露光時間を変更して別途複数回行う必要がない。

なお、上記においては、例えば、上記図６のＳ２０３及びＳ２０５で示すように、光量データＡＤＣ４が飽和していないと判断した場合には、上記式（１）の重み付け加算処理を行う加算処理を行い、光量データＡＤＣ４が飽和したが光量データＡＤＣ３が飽和したと判断した場合には、上記式（２）の重み付け加算処理を行う加算処理を行うなど、対応するゲイン値で増幅された光量データの飽和の有無によって重み付け加算処理の計算を切り換える場合について説明した。しかしながら、重み付け加算処理の切り換えの際に、所定の範囲内で滑らかに加算係数が変化するように構成してもよい。具体的には、図１０乃至図１３を用いて、上記実施の形態の場合と比較して、下記に説明する。なお、図１０は、上記実施の形態の場合に相当する重み付け加算処理の計算の切り換えについて説明するための図であり、図１１乃至図１３は、重み付け加算処理の切り換えにおいて所定の範囲内で滑らかに加算係数を変化するように設定する変形例について説明するための図である。

図１０に示すように、ゲイン係数が１（Ｇ１）とゲイン係数が１０（Ｇ２）のゲインアンプ２０３を用いた場合、例えば、Ｇ２に対応するＡＤＣ２０４に入力される光量データが飽和するまで（図１０における横軸０．０９に至るまで（Ｇ１の光量データの飽和する値を１とした場合の値））は、上記式（３）に示すように、Ｇ１に対応する光量データとＧ２に対応する光量データが重み付け加算される。そして、Ｇ２に対応するＡＤＣ２０４に入力される光量データが飽和すると、重み付け加算処理の計算を切り換え、ゲイン係数が１（Ｇ１）に対応する光量データを用いて、上記式（４）に示す計算を行う。なお、図１０における縦軸は、正規化された光量データに乗算される加算係数に相当する。具体的には、当該加算係数は、ゲイン係数がＧ１の場合についてはＧ１／（Ｇ１＋Ｇ２）に相当し、ゲイン係数がＧ２の場合についてはＧ２／（Ｇ１＋Ｇ２）に相当する。

これに対し、例えば、上記加算係数を図１１及び図１２に示すように、光量データが飽和する光量データが所定の範囲内（例えば、上記例の場合０．０９乃至０．０９５）内で滑らかに加算係数が変化するように構成してもよい。これにより、重み付け加算処理に使用される計算式の前後（例えば、上記式（３）から（４）への切り替えの前後）においても、オペアンプ２０３のゲインの誤差による測定結果の変動を低減させることができる。なお、図１２は、図１１の一部を拡大した図である。図１２からわかるように、重み付け加算処理の切り換えの際に、加算係数が滑らかに変化するように設定する。具体的には、例えば、ｃｏｓ波等を用いて滑らかに変化するように設定する。

また、上記においては、説明の簡略化のため、２のゲイン値を用いて測定結果を算出する場合から、１のゲイン値を用いて測定結果を算出する場合に切り替わる場合について説明したが、例えば、図１３に示すように、４のゲイン値を用いて測定結果を算出する場合から、３のゲイン値を用いて測定結果を算出する場合に切り替わる場合や、３のゲイン値を用いて測定結果を算出する場合から、２のゲイン値を用いて測定結果を算出する場合に切り替わる場合など、重み付け加算処理の各切り換えのタイミングで、光量データが飽和する光量データが所定の範囲内で滑らかに加算係数が変化するように構成してもよい。

本発明は、上記実施の形態及び変形例１乃至３等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。例えば、変形例１乃至２と変形例３を組み合わせて用いてもよいことはいうまでもない。

Claims (12)

1. 受光した光を電気信号に変換して出力する光検出部と、
   複数のゲインアンプと複数のＡＤコンバータを含み、前記光検出部からの出力信号を、前記複数のゲインアンプを用いて複数のゲインで増幅するとともに、前記複数のＡＤコンバータを用いてデジタル信号に変換して、複数の光量データとして出力する回路部と、
   前記回路部からの各光量データが飽和したか否かを判定する飽和判定部と、
   前記飽和判定部の判定結果に応じて、前記複数の光量データのうち一部または全部の光量データを用いて前記受光した光の測定結果を算出する測定結果算出部と、
   を含むことを特徴とする分光光度計。
2. 前記測定結果算出部は、前記複数の光量データのうち、前記飽和判定部により飽和したと判定された光量データ以外の一部または全部の光量データに基づいて、前記受光した光の測定結果を算出することを特徴とする請求項１記載の分光光度計。
3. 前記測定結果算出部は、前記複数の光量データのうち、前記飽和判定部により飽和したと判定された光量データ以外の一部または全部の光量データの和を、該一部または全部の光量データに対応する前記ゲインの和で除算することにより、前記受光した光の測定結果を算出することを特徴とする請求項２記載の分光光度計。
4. 前記飽和判定部は、前記複数のゲインのうち最も大きいゲインに対応する前記光量データから順に飽和したか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分光光度計。
5. 前記回路部は、前記複数のゲインアンプに接続される複数の零点調整回路を含み、前記各零点調整回路は、入力された信号から暗電流成分を少なくした信号を前記各ゲインアンプに出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の分光光度計。
6. 前記回路部において、前記複数のゲインアンプの一部または全部は段階的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の分光光度計。
7. 前記回路部は、更に、入力端子が前記光検出部に接続され、出力端子が前記複数の零点調整回路のうち一部または全部の零点調整回路に接続されるアンプを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の分光光度計。
8. 前記分光光度計は、更に、
   前記複数のＡＤコンバータからの各光量データを取得する光量データ取得部と、
   測定結果算出部により算出された測定結果を、前記各光量データに基づいて補正する迷光補正部と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の分光光度計。
9. 前記光検出器は、受光した光をそれぞれ電気信号に変換する複数の受光素子を有し、前記各電気信号を波長帯域毎に出力することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の分光光度計。
10. 前記複数のゲインは、互いに異なることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の分光光度計。
11. 前記複数のゲインは、同一であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の分光光度計。
12. 受光した光を電気信号に変換して出力し、
    前記光検出部からの出力信号を、複数のゲインアンプを用いて複数のゲインで増幅するとともに、複数のＡＤコンバータを用いてデジタル信号に変換して、複数の光量データとして出力し、
    前記各光量データが飽和したか否かを判定し、
    前記判定結果に応じて、前記各光量データのうち一部または全部の光量データを用いて前記受光した光の測定結果を算出する、
    分光光度測定方法。

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