WO2019016846A1 - 分光検出器 - Google Patents

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lamp house
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cooling fan
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渡邉　真人
拓弥 米倉
寛之 東郷
真二 辻
悠悟 石原
篤 坂本
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株式会社島津製作所
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0286—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by temperature, humidity or pressure, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a spectrometer, e.g. vacuum
    • G—PHYSICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry

Definitions

  • the present invention relates to a detector including a spectroscope in an optical system for guiding light from a light source to a sample cell and guiding light from a sample cell to an optical sensor, such as a spectrophotometer or a differential refractive index detector (hereinafter referred to as Detectors are referred to as "spectral detectors”.
  • a spectroscope in an optical system for guiding light from a light source to a sample cell and guiding light from a sample cell to an optical sensor, such as a spectrophotometer or a differential refractive index detector (hereinafter referred to as Detectors are referred to as "spectral detectors”.
  • Spectroscopic detectors such as an ultraviolet-visible spectrophotometer, a spectrofluorimeter, and a differential refractive index detector use a lamp that emits light with heat generation such as a deuterium lamp or a halogen lamp as a light source.
  • the light source is stored in a light source housing part called a lamp house, and the optical system including the spectroscope for guiding the light to the sample cell and the light sensor is housed in a housing part separate from the lamp house (See Patent Document 1).
  • the light emitted from the light source is separated by the spectroscope and detected by the light sensor.
  • the sample cell is disposed on the optical path of the light introduced into the optical system storage unit, and the light transmitted through the sample component flowing in the sample cell and the fluorescence emitted from the sample component are detected by the optical sensor, Absorbance and fluorescence intensity are measured, thereby identifying and quantifying sample components.
  • the generalization of the detector has been advanced, and the detector is required to have a performance that can be used in various environments.
  • a stable baseline can be maintained even when environmental temperature changes occur by several degrees C., and high reproducibility can be obtained in the measurement results.
  • the light emission amount of a light source such as a deuterium lamp or a halogen lamp has temperature dependency.
  • the environmental temperature when the environmental temperature (lamp house temperature) changes by 10 ° C., the light emission amount changes by about 1%.
  • the amount of change is about 4 mAU in terms of absorbance. This means that when the ambient temperature (lamp house temperature) changes by 1 ° C., the baseline changes by about 400 ⁇ AU.
  • JP, 2014-048176 A Japanese Patent Laid-Open No. 2000-074821 JP, 2005-098765, A JP 2011-002310 A
  • the apparatus Since the lamp used as a light source emits light with heat generation, the apparatus is provided with a cooling fan for dissipating the heat generated by the light source.
  • the techniques disclosed in Patent Documents 2 to 4 above all maintain the temperature of the light source at a constant temperature by adjusting the rotational speed of the cooling fan.
  • the rotational speed of the cooling fan has a limit in the range of temperature control of the light source, and particularly in the low rotational speed region of the cooling fan, the temperature of the light source can not be controlled effectively.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to make it possible to control the temperature of a light source with higher accuracy than conventional ones in a spectral detector such as a spectrophotometer. It is a thing.
  • the spectral detector according to the present invention includes a lamp house, a sample cell, an optical sensor, a heater, a cooling fan, a temperature sensor, and a control device.
  • the lamphouse accommodates a light source inside.
  • the sample cell is the one through which the sample flows, and is disposed on the light path of the light emitted from the light source and emitted from the lamp house.
  • the light sensor is for detecting light from the sample cell.
  • the light from the sample cell includes light transmitted through the sample cell, light reflected by the sample flowing through the sample cell, or fluorescence emitted from the sample flowing through the sample cell.
  • the heater heats the lamp house directly or indirectly in contact with the lamp house.
  • the fact that the heater is in direct contact with the lamp house means that the heat from the heater is configured to be transmitted to the lamp house through the thermally conductive substance.
  • the cooling fan is for cooling the lamp house.
  • the temperature sensor is for detecting the temperature of the lamp house.
  • the controller is configured to perform operation control of the light source, the heater and the cooling fan. This control device maintains the temperature of the lamp house during lighting of the light source at a preset temperature (hereinafter referred to as a preset temperature) by controlling at least the output of the heater based on the detection signal of the temperature sensor.
  • the temperature control unit configured in
  • the heater and the cooling fan are used to control the temperature of the lamp house, that is, the light source.
  • the temperature of the lamp house that is, the light source.
  • it is not a special technique to use a heater and a cooling fan together.
  • an element with heat generation such as a light source is subjected to temperature control, it is general to control the amount of heat released from the light source using a cooling fan as in Patent Documents 2 to 4.
  • the inventors of the present invention have found that in the conventional method using only a cooling fan, temperature control of the light source can not be performed with high accuracy due to problems such as responsiveness. Therefore, the idea has been reached that heat is further applied by a heater to a lamp house accommodating a light source which is a heat generating element, and the temperature of the light source is controlled by controlling the amount of heating by the heater. It is not common practice to perform temperature control while heating with a heater to a heating element such as a light source.
  • the rate of temperature rise of the lamp house is improved.
  • the lamp house temperature rapidly rises to the set temperature due to heat generation by the light source and heating by the heater. Thereby, the response at the time of raising the temperature of the lamp house is improved.
  • the temperature of the lamp house can be stabilized at a temperature higher than the conventional one.
  • the heat radiation efficiency from the lamp house is improved. Therefore, when the temperature of the lamp house is higher than the set temperature, the temperature of the lamp house is rapidly reduced to the set temperature by reducing or turning off the output of the heater. Thereby, the responsiveness at the time of lowering the temperature of the lamp house is also improved.
  • the temperature control unit may be configured to control the output of the heater based on the output of the temperature sensor while maintaining the number of rotations of the cooling fan constant.
  • the light emission amount of the light source since the light emission amount of the light source has temperature dependency, the light emission amount of the light source is not stable until the temperature of the light source is stabilized after the light source is turned on. Therefore, it is necessary to stand by without starting measurement until the temperature of the light source is stabilized after the light source is turned on.
  • Patent Document 2 after the light source is turned on, the light source is turned on by stopping the cooling fan or controlling the number of rotations smaller than usual until the temperature of the lamp house reaches a predetermined temperature. It has been proposed to improve the temperature rise rate of the lamp house and to allow the temperature of the lamp house to reach a predetermined temperature in a short time. As a result, the time from the lighting of the light source to the stabilization of the temperature of the light source is shortened, and the measurement can be started earlier, so that the analysis efficiency is improved.
  • the control device heats the lamp house by the heater before or substantially at the same time as the lighting of the light source, and the temperature of the lamp house is at or near the set temperature. It is preferable to further have a high-speed stabilizer configured to raise the temperature to By doing so, the time for the lamp house temperature to reach the set temperature after the light source turns on can be shortened, so the standby time for the temperature of the light source to stabilize can be further shortened, and the analysis efficiency can be improved. It can improve.
  • the high-speed stabilizing unit be configured to stop the cooling fan when the temperature of the lamp house is raised to a set temperature or a temperature in the vicinity thereof. Then, the rate of temperature rise of the lamp house is further improved, and the time until the temperature of the light source reaches the set temperature is further shortened.
  • the temperature of the lamp house accommodating the light source is maintained at the set temperature by using the heater and the cooling fan, so the conventional method using only the cooling fan is employed. Also, the responsiveness of the temperature control is improved, and the temperature control of the light source can be performed with higher accuracy than in the prior art.
  • the spectrophotometer 2 of this embodiment includes an optical system housing 4 and a lamp house 6.
  • the lamp house 6 is made of, for example, a metal such as aluminum.
  • a light source 8 is housed inside the lamp house 6.
  • the optical system housing unit 4 houses a sample cell 12, an optical sensor 14, mirrors 16 and 18, and a diffraction grating 20.
  • optical system housing 4 and the lamp house 6 are illustrated as being independent of each other, even if the optical system housing 4 and the lamp house 6 are connected to each other to constitute an integral housing Good.
  • the optical system housing 4 and the lamp house 6 have surfaces facing each other, and on the surfaces facing each other, windows for passing light from the light source 8 are provided.
  • the light source 8 is a deuterium lamp or a halogen lamp.
  • a sample cell setting unit 10 is provided in the optical system storage unit 4, and a sample cell 12 is arranged in the sample cell setting unit 10.
  • a mirror 16 for reflecting the light taken in from the window on the surface facing the lamp house 6 is disposed in the optical system housing 4 so as to reflect the light from the light source 8 and guide it to the sample cell 12. It has become.
  • a mirror 18 is disposed on the optical path of the light passing through the sample cell 12, and a spectroscope 20 such as a diffraction grating is disposed on the optical path of the light reflected by the mirror 18.
  • the light incident on the spectroscope 20 is split into wavelength bands.
  • a light sensor 14 composed of a photodiode array is disposed at a position for receiving the light of each wavelength range separated by the spectroscope 20.
  • the light emitted by the light source 8 is reflected by the mirror 16 and irradiated to the sample cell 12.
  • the light transmitted through the sample cell 12 is reflected by the mirror 18 and guided to the diffraction grating 20, and the intensity of the light of each wavelength range separated by the diffraction grating 20 is detected by the light sensor 14.
  • the intensity of light in each wavelength range obtained by the optical sensor 14 the absorption wavelength and absorbance of the sample component flowing through the sample cell 12 are measured, and identification and quantification of the sample component are performed.
  • the temperature of the lamp house 6 is controlled by the heater 22 and the cooling fan 30 to a preset temperature.
  • a temperature sensor 32 is attached to the lamp house 6, and the temperature sensor 32 detects the temperature of the lamp house 6.
  • the temperature sensor 32 is realized by, for example, a thermocouple. The detection signal obtained by the temperature sensor 32 is taken into a control device 34 described later.
  • the heater 22 is, for example, a heater on a flat plate, and is adhered to the outer surface of the lamp house 6 by a thermally conductive adhesive. Further, the heater 22 may be a ribbon heater wound around the outer surface of the lamp house 6.
  • the cooling fan 30 is provided to blow the cooling air to the radiation fins 28.
  • the heat dissipating fins 28 are thermally connected to the heat transfer member 24 attached to be in intimate contact with the outer surface of the lamp house 6 via the heat pipe 26.
  • the heat transfer member 24 is a member made of a metal material having good thermal conductivity (eg, copper). Thereby, the heat of the lamp house 6 is transferred to the heat transfer member 24, and the heat of the heat transfer member 24 is transferred to the radiation fin 28 through the heat pipe 26.
  • the heat of the lamp house 6 is transported by the heat pipe 26 to a position away from the lamp house 6 and the heat is radiated, but the present invention is not limited to this, and the cooling The cooling air from the fan 30 may be blown directly to the lamp house 6.
  • the operation of the heater 22 and the cooling fan 30 is controlled by the controller 34.
  • the control device 34 is realized by, for example, a circuit board on which an arithmetic element such as a microcomputer is mounted.
  • the control device 34 includes a temperature control unit 36, a set temperature holding unit 38, and a high speed stabilizing unit 40.
  • the temperature control unit 36 and the high-speed stabilizing unit 40 are functions obtained by the calculation element of the control device 34 executing a predetermined program.
  • the set temperature holding unit 38 is a function realized by an area of a part of the storage device provided in the control device 34.
  • the temperature control unit 36 controls the output of at least the heater 22 based on the detection signal obtained by the temperature sensor 32 so that the temperature of the lamp house 6 during lighting of the light source 8 becomes a preset temperature (set temperature). It is configured to
  • the rotational speed of the cooling fan 30 may be maintained constant.
  • the temperature control unit 36 feedback-controls the output of the heater 22 based on the detection signal obtained by the temperature sensor 32. In this case, only the output of the heater 22 is to be controlled, and complicated control is not necessary.
  • the rotational speed of the cooling fan 30 may be changed as needed.
  • the output of the heater 22 is reduced to increase the number of rotations of the cooling fan 30, and conversely, the temperature of the lamp house 6 is set
  • the output of the heater 22 may be reduced to increase the number of rotations of the cooling fan 30.
  • the cooling fan 30 can be used as a supplement to widen the temperature controllable range. If the rotational speed of the cooling fan 30 is high, temperature control in a relatively low temperature range is possible. If the rotational speed of the cooling fan 30 is low, temperature control in a relatively high temperature range is possible. It will be possible.
  • the temperature (set temperature) of the lamp house 6 to be maintained while the light source 8 is on is held by the set temperature holding unit 38.
  • the set temperature may be arbitrarily changed by the user according to the environmental temperature or the like, or may be a fixed value defined in advance.
  • the spectrophotometer 2 of this embodiment is configured to heat the lamp house 6 by the heater 22, the set temperature of the lamp house 6 to be maintained while the light source 8 is on is higher than the ambient temperature (room temperature) It can be at much higher temperatures (e.g. ambient temperature + 20 ⁇ 0> C).
  • the set temperature By setting the set temperature to such a high temperature, the temperature difference between the temperature of the lamp house 6 and the environmental temperature during lighting of the light source 8 becomes large, so the heat radiation efficiency from the lamp house 6 is improved.
  • the temperature decrease rate of the lamp house 6 is also improved, so that the responsiveness of the temperature control of the lamp house 6 and hence the light source 8 is improved.
  • the only factor for raising the temperature of the lamp house 6 is heat generation by the light source 8, so it takes a considerable time for the temperature of the lamp house 6 to reach such high temperature. It takes a long time to stabilize the temperature of the lamp house 6 after the light source 8 is turned on. For this reason, in the conventional detector, it is not realistic to set the set temperature to such a high temperature.
  • the high-speed stabilizing unit 40 is configured to heat the lamp house 6 by the heater 22 at the time of start-up of the spectrophotometer 2 and to rapidly raise the temperature of the lamp house 6 to the set temperature or a temperature near it. ing. If the temperature of the lamp house 6 quickly reaches the set temperature after the spectrophotometer 2 has risen, the time for the light emission amount of the light source 8 to be stabilized becomes shorter, and the waiting time for the start of measurement is shortened.
  • the timing to start heating the lamp house 6 by the heater 22 may be before the lighting of the light source 8 or may be substantially simultaneous with the lighting of the light source 8.
  • the “substantially simultaneous” also includes the timing at which a predetermined time (for example, within one minute) has elapsed after the light source 8 is turned on.
  • the high-speed stabilizing unit 40 is not an essential component.
  • the high-speed stabilizing unit 40 turns on the heater 22 to rapidly raise the temperature of the lamp house 6 (step S1). Further, the light source 8 is turned on (step S2). As described above, the timing at which the heater 22 is turned on may be prior to the lighting of the light source 8 or may be substantially simultaneous with the lighting of the light source 8.
  • the high-speed stabilizing unit 40 After heating of the lamp house 6 by the heater 22 is started, the high-speed stabilizing unit 40 reads the detection signal of the temperature sensor 32 at constant time intervals (step S3), and the temperature of the lamp house 6 reaches the set temperature each time It is checked whether or not it has been made (step S4). When the temperature of the lamp house 6 reaches the set temperature, feedback control of the heater 22 by the temperature control unit 36 is started.
  • the temperature control unit 36 turns on the cooling fan 30 and drives it at a constant rotational speed (step S5). Thereafter, the temperature control unit 36 reads the detection signal of the temperature sensor 32 at constant time intervals (step S6), and in each case, obtains the difference value ⁇ T between the temperature of the lamp house 6 and the set temperature (step S7) Power corresponding to ⁇ T is supplied to the heater 22 to control the output of the heater 22 (step S8).
  • the present invention is not limited to this, and a pre-spectroscopic spectrophotometer or a differential refractive index detector And so on, as long as the detector includes a spectroscope in the optical system, it can be applied to any detector.

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Abstract

分光検出器は、ランプハウス、試料セル、光センサ、ヒータ、冷却ファン、温度センサ及び制御装置を備えている。ヒータは、光源を収容するランプハウスに直接的に又は間接的に接してランプハウスを加熱する。冷却ファンは、ランプハウスを冷却するためのものである。温度センサは、ランプハウスの温度を検出するためのものである。制御装置は、光源、ヒータ及び冷却ファンの動作制御を行なうように構成されたものである。制御装置は、温度センサの検出信号に基づき、少なくともヒータの出力を制御することによって光源の点灯中におけるランプハウスの温度を設定温度に維持するように構成された温度制御部を有する。

Description

分光検出器
　本発明は、例えば分光光度計や示差屈折率検出器など、光源からの光を試料セルへ導くとともに試料セルからの光を光センサに導く光学系に分光器を含む検出器（以下、このような検出器を「分光検出器」と称する。）に関するものである。
　紫外可視分光光度計や分光蛍光光度計、示差屈折率検出器などの分光検出器は、光源として重水素ランプやハロゲンランプなどの発熱を伴って発光するランプを利用する。分光検出器において、光源はランプハウスと呼ばれる光源格納部品に格納されており、光を試料セルや光センサへ導く分光器を含む光学系はランプハウスとは別の格納部品内に収容されている（特許文献１参照。）。
　光源から発せられた光は分光器によって分光されて光センサにより検出される。光学系収容部内に導入された光の光路上に試料セルが配置され、試料セル内を流れる試料成分を透過した光や試料成分から発せられる蛍光が光センサによって検出されることで、試料成分の吸光度や蛍光強度が測定され、それによって試料成分の同定や定量が行なわれる。
　近年、検出器の汎用化が進んでおり、様々な環境での使用にも対応できる性能が検出器に要求されている。特に、環境温度についての要求が高く、数℃の環境温度変化が起こった場合にも安定したベースラインが保たれ、その測定結果に高い再現性が得られることが臨まれている。
　しかし、重水素ランプやハロゲンランプなどの光源の発光量には温度依存性がある。例えば、重水素ランプは環境温度（ランプハウス温度）が１０℃変化すると発光量が約１％変化する。この変化量は、吸光度で換算すると約４ｍＡＵにもなる。これは、環境温度（ランプハウス温度）が１℃変化すると、ベースラインが約４００μＡＵ変動することを意味している。
　そこで、光源の温度が環境温度によって変動しないように、光源の温度を一定に制御することが提案されている（特許文献２、３、４参照）。
特開２０１４－０４８１７６号公報 特開２０００－０７４８２１号公報 特開２００５－０９８７６５号公報 特開２０１１－００２３１０号公報
　光源として用いられているランプは発熱を伴って発光するものであるため、装置には光源で発生した熱を逃がすための冷却ファンが設けられている。上記の特許文献２～４に開示された技術は、いずれも冷却ファンの回転数を調節することによって光源の温度を一定の温度に維持するというものである。
　しかし、冷却ファンを用いた光源の温度制御では、冷却ファンの回転数が変化してからそれに起因して光源の温度が変化するまでに時間がかかるという応答性の問題がある。そのため、環境温度が急激に変動したような場合に光源の温度がその影響を受けて変動してしまうという問題がある。
　また、冷却ファンの回転数では、光源の温度制御の幅に限界があり、特に冷却ファンの低回転数領域では、光源の温度を有効に制御することができない。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、分光光度計のような分光検出器において、光源の温度を従来よりも高精度に制御することができるようにすることを目的とするものである。
　本発明に係る分光検出器は、ランプハウス、試料セル、光センサ、ヒータ、冷却ファン、温度センサ及び制御装置を備えている。ランプハウスは内部に光源を収容するものである。試料セルは、内部を試料が流れるものであり、光源で発せられランプハウスから射出された光の光路上に配置されている。光センサは、試料セルからの光を検出するためのものである。試料セルからの光には、試料セルを透過した光、試料セルを流れる試料で反射した光又は試料セルを流れる試料から発せられた蛍光などが含まれる。ヒータは、ランプハウスに直接的に又は間接的に接してランプハウスを加熱する。ヒータがランプハウスに間接的に接するとは、ヒータからの熱が熱伝導性の物質を介してランプハウスに伝わるように構成されていることを意味する。冷却ファンは、ランプハウスを冷却するためのものである。温度センサは、ランプハウスの温度を検出するためのものである。制御装置は、光源、ヒータ及び冷却ファンの動作制御を行なうように構成されたものである。この制御装置は、温度センサの検出信号に基づき、少なくともヒータの出力を制御することによって光源の点灯中におけるランプハウスの温度を予め設定された温度（以下、設定温度と称する。）に維持するように構成された温度制御部を有する。
　本発明に係る分光検出器では、ヒータと冷却ファンを用いてランプハウス、すなわち光源の温度制御を行なう。物品の温度制御を行なう分野において、ヒータと冷却ファンを併用することは特別の技術ではない。しかし、光源のような発熱を伴う要素を温度制御の対象とする場合、特許文献２～４のように、冷却ファンを用いて光源からの放熱量を制御することが一般的である。
　本発明者らは、冷却ファンのみを用いる従来の方式では、応答性等の問題によって光源の温度制御を高精度に行なうことはできないという知見を得た。そこで、発熱要素である光源を収容するランプハウスにさらにヒータで熱を加えるようにし、ヒータによる加熱量を制御することで光源の温度を制御するという発想に至った。光源のような発熱要素に対しヒータで熱を加えながら温度制御を行なうことは、一般的になされることではない。
　ヒータによってランプハウスに熱を与えると、ランプハウスの昇温速度が向上する。これにより、ランプハウスの温度が予め設定された温度を下回っているときに、光源による発熱とヒータによる加熱によってランプハウス温度が設定温度にまで速やかに上昇する。これにより、ランプハウスを昇温させる際の応答性が向上する。
　また、ヒータと冷却ファンを併用することで、従来よりも高い温度でランプハウスの温度を安定させることができる。環境温度に比べてランプハウスの温度が高ければ高いほど、ランプハウスからの放熱効率が向上する。したがって、ランプハウスの温度が設定温度を上回っているときにヒータの出力を下げるか又はオフにすることで、ランプハウスの温度が設定温度にまで速やかに低下する。これにより、ランプハウスの温度を低下させる際の応答性も向上する。
　前記温度制御部は、前記冷却ファンの回転数を一定に維持しながら前記ヒータの出力を前記温度センサの出力に基づいて制御するように構成されていてもよい。
　ところで、既述のように、光源の発光量は温度依存性を有するため、光源を点灯させてから光源の温度が安定するまでの間は光源の発光量が安定しない。そのため、光源を点灯させてから光源の温度が安定するまでの間は、測定を開始することなく待機する必要がある。特許文献２では、光源を点灯させた後、ランプハウスの温度が所定の温度に達するまで、冷却ファンを停止させるか又は通常時よりも少ない回転数に制御することで、光源を点灯させた後のランプハウスの昇温速度を向上させ、短時間でランプハウスの温度を所定温度にまで到達させることが提案されている。これにより、光源を点灯させてから光源の温度が安定するまでの時間が短縮され、測定を早く開始することができるようになるので、分析効率が向上する。
　本発明に係る分光検出器では、ランプハウスをヒータによって加熱する構成を備えているため、ランプハウスの温度を従来よりも高速で昇温させることができる。そこで、本発明に係る分光検出器では、前記制御装置が、前記光源の点灯前又は前記光源の点灯と略同時に前記ヒータによって前記ランプハウスを加熱し、前記ランプハウスの温度を設定温度又はその近傍の温度にまで昇温させるように構成された高速安定部をさらに有することが好ましい。そうすれば、光源が点灯してからランプハウスの温度が設定温度で到達するまでの時間が短縮されるので、光源の温度が安定するまでの待機時間をさらに短縮させることができ、分析効率の向上を図ることができる。
　上記の場合、前記高速安定部は、前記ランプハウスの温度を設定温度又はその近傍の温度にまで昇温させる際に、前記冷却ファンを停止させるように構成されていることが好ましい。そうすれば、ランプハウスの昇温速度がさらに向上し、光源の温度が設定温度に到達するまでの時間がさらに短くなる。
　本発明に係る分光検出器では、光源を内部に収容するランプハウスの温度を、ヒータと冷却ファンを用いて設定温度に維持するように構成されているので、冷却ファンのみを用いる従来の方式よりも温度制御の応答性が向上し、従来よりも高精度に光源の温度制御を行なうことができる。
分光検出器の一例である分光光度計の一実施例の構成を示す構成図である。 同実施例におけるランプハウスの温度制御の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
　以下に、本発明の分光検出器の一例である分光光度計の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
　図１に示されているように、この実施例の分光光度計２は、光学系収容部４とランプハウス６を備えている。ランプハウス６は、例えばアルミニウムなどの金属によって構成されている。ランプハウス６の内部に光源８が収容されている。光学系収容部４には、試料セル１２、光センサ１４、ミラー１６、１８及び回折格子２０が収容されている。
　なお、図１では、光学系収容部４とランプハウス６が互いに独立したものとして描かれているが、光学系収容部４とランプハウス６が互いに連結されて一体のハウジングを構成していてもよい。
　光学系収容部４とランプハウス６は互いに対向する面をもち、それら互いに対向する面に光源８からの光を通過させるための窓が設けられている。光源８は重水素ランプやハロゲンランプなどである。
　光学系収容部４内には試料セル設置部１０が設けられており、その試料セル設置部１０に試料セル１２が配置されている。光学系収容部４内には、ランプハウス６との対向面の窓から取り込まれた光を反射させるミラー１６が配置されており、光源８からの光を反射させて試料セル１２へ導くようになっている。試料セル１２を通過した光の光路上にミラー１８が配置されており、ミラー１８で反射した光の光路上に回折格子などの分光器２０が配置されている。分光器２０に入射した光は波長域ごとに分光される。分光器２０で分光された各波長域の光を受光する位置にフォトダイオードアレイからなる光センサ１４が配置されている。
　光源８により発せられた光はミラー１６で反射して試料セル１２に照射される。試料セル１２を透過した光はミラー１８で反射して回折格子２０へ導かれ、回折格子２０により分光された各波長域の光の強度が光センサ１４によって検出される。光センサ１４で得られた各波長域の光の強度を検出することにより、試料セル１２を流れる試料成分の吸収波長及び吸光度が測定され、試料成分の同定や定量が行われる。
　ランプハウス６の温度は、ヒータ２２と冷却ファン３０によって予め設定された温度に制御される。ランプハウス６には温度センサ３２が取り付けられており、温度センサ３２によってランプハウス６の温度が検出される。温度センサ３２は、例えば熱電対によって実現される。温度センサ３２で得られる検出信号は、後述する制御装置３４に取り込まれる。
　ヒータ２２は、例えば平板上のヒータであり、熱伝導性の接着剤によってランプハウス６の外面に接着されている。また、ヒータ２２は、ランプハウス６の外面に巻き付けられたリボンヒータであってもよい。
　冷却ファン３０は、放熱フィン２８に対して冷却風を吹き付けるように設けられている。放熱フィン２８は、ランプハウス６の外面に密着するように取り付けられた伝熱部材２４とヒートパイプ２６を介して熱的に接続されている。伝熱部材２４は、熱伝導性の良好な金属材料（例えば、銅）で構成された部材である。これにより、ランプハウス６の熱は伝熱部材２４に伝わり、伝熱部材２４の熱がヒートパイプ２６を介して放熱フィン２８へ伝達される。放熱フィン２８に対して冷却ファン３０から冷却風を吹き付けることで、ランプハウス６から熱を吸熱してランプハウス６を冷却することができる。
　なお、この実施例では、ランプハウス６の熱をヒートパイプ２６によってランプハウス６から離れた位置へ搬送し、放熱するようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却ファン３０からの冷却風をランプハウス６に対して直接的に吹き付けるようになっていてもよい。
　ヒータ２２及び冷却ファン３０の動作は制御装置３４によって制御される。制御装置３４は、例えば、マイクロコンピュータなどの演算素子を搭載する回路基板によって実現されるものである。制御装置３４は、温度制御部３６、設定温度保持部３８及び高速安定部４０を備えている。温度制御部３６及び高速安定部４０は、制御装置３４の演算素子が所定のプログラムを実行することによって得られる機能である。設定温度保持部３８は、制御装置３４に設けられた記憶装置の一部の領域によって実現される機能である。
　温度制御部３６は、温度センサ３２で得られる検出信号に基づき、光源８の点灯中におけるランプハウス６の温度が予め設定された温度（設定温度）になるように、少なくともヒータ２２の出力を制御するように構成されている。
　冷却ファン３０の回転数は一定に維持してもよい。冷却ファン３０の回転数を一定に維持する場合、温度制御部３６は、温度センサ３２で得られる検出信号に基づいてヒータ２２の出力をフィードバック制御する。この場合は、制御対象がヒータ２２の出力のみであり、複雑な制御が不要になる。
　一方で、必要に応じて冷却ファン３０の回転数を変化させてもよい。冷却ファン３０の回転数も制御する場合、ランプハウス６の温度が設定温度よりも高いときにヒータ２２の出力を下げて冷却ファン３０の回転数を上げ、逆に、ランプハウス６の温度が設定温度よりも低いときにヒータ２２の出力を下げて冷却ファン３０の回転数を上げることが挙げられる。
　また、温度制御可能な範囲を広げるために、冷却ファン３０を補助的に用いることもできる。冷却ファン３０の回転数を高い状態にすれば、比較的低い温度域での温度制御が可能になり、冷却ファン３０の回転数を低い状態にすれば、比較的高い温度域での温度制御が可能になる。
　光源８の点灯中に維持すべきランプハウス６の温度（設定温度）は、設定温度保持部３８に保持されている。設定温度は、ユーザが環境温度等に応じて任意に変更することができるものであってもよいし、予め規定された固定値であってもよい。
　この実施例の分光光度計２は、ヒータ２２によってランプハウス６を加熱する構成になっているため、光源８の点灯中に維持すべきランプハウス６の設定温度を、環境温度（室温）よりも大幅に高い温度（例えば、環境温度＋２０℃）にすることができる。設定温度をそのような高い温度にすれば、光源８の点灯中におけるランプハウス６の温度と環境温度との温度差が大きくなるので、ランプハウス６からの放熱効率が向上する。これにより、ヒータ２２によるランプハウス６の昇温速度の向上に加えて、ランプハウス６の降温速度の向上も図られるので、ランプハウス６、ひいては光源８の温度制御の応答性が向上する。
　ヒータ２２を備えていない従来の検出器では、ランプハウス６を昇温させる要素が光源８による発熱のみであるため、ランプハウス６の温度がそのような高い温度にまで到達するのに相当な時間がかかり、光源８を点灯させてからランプハウス６の温度が安定するまでに長時間を要する。このため、従来の検出器では、設定温度をそのような高い温度に設定することは現実的ではない。
　高速安定部４０は、当該分光光度計２の立上げ時に、ヒータ２２によってランプハウス６を加熱し、ランプハウス６の温度を設定温度又はその近傍の温度にまで迅速に昇温させるように構成されている。分光光度計２が立ち上がった後、ランプハウス６の温度が素早く設定温度にまで達すれば、それだけ光源８の発光量が安定するまでの時間が短くなり、測定開始までの待機時間が短縮される。ヒータ２２によってランプハウス６を加熱し始めるタイミングは、光源８の点灯前であってもよいし、光源８の点灯と略同時であってもよい。「略同時」には、光源８の点灯後一定時間（例えば、１分以内）が経過したタイミングも含まれる。
　なお、高速安定部４０は必須の構成要素ではない。
　この実施例の分光光度計２の立上げ後のランプハウス６の温度制御の動作の一例について、図１とともに図２のフローチャートを用いて説明する。なお、この例では、光源８が点灯した後、冷却ファン３０を一定の回転数で駆動し、ヒータ２２の出力を温度センサ３２の検出信号に基づいてフィードバック制御する。
　分光光度計２（検出器）が立ち上げられると、高速安定部４０はヒータ２２をオンにし、ランプハウス６を迅速に昇温させる（ステップＳ１）。さらに光源８を点灯させる（ステップＳ２）。既述のように、ヒータ２２をオンにするタイミングは光源８の点灯よりも前であってもよいし、光源８の点灯と略同時であってもよい。
　ヒータ２２によるランプハウス６の加熱が開始された後、高速安定部４０は、温度センサ３２の検出信号を一定時間間隔で読み取り（ステップＳ３）、その都度、ランプハウス６の温度が設定温度に到達したか否かを確認する（ステップＳ４）。ランプハウス６の温度が設定温度に到達すると、温度制御部３６によるヒータ２２のフィードバック制御が開始される。
　温度制御部３６は冷却ファン３０をオンにして一定の回転数で駆動する（ステップＳ５）。その後、温度制御部３６は、温度センサ３２の検出信号を一定時間間隔で読み取り（ステップＳ６）、その都度、ランプハウス６の温度と設定温度の差分値ΔＴを求め（ステップＳ７）、その差分値ΔＴに応じた電力をヒータ２２に供給し、ヒータ２２の出力を制御する（ステップＳ８）。
　以上において説明した実施例では、分光検出器として後分光方式の分光光度計について説明したが、本発明の分光検出器はこれに限定されず、前分光方式の分光光度計や示差屈折率検出器など、光学系に分光器を含む検出器であればいかなる検出器にも適用することができる。
　　　２　　　分光光度計
　　　４　　　光学系収容部
　　　６　　　ランプハウス
　　　８　　　光源
　　　１０　　　試料セル設置部
　　　１２　　　試料セル
　　　１４　　　光センサ
　　　１６，１８　　　ミラー
　　　２０　　　分光器
　　　２２　　　ヒータ
　　　２４　　　伝熱部材
　　　２６　　　ヒートパイプ
　　　２８　　　放熱フィン
　　　３０　　　冷却ファン
　　　３２　　　温度センサ
　　　３４　　　制御装置
　　　３６　　　温度制御部
　　　３８　　　設定温度保持部
　　　４０　　　高速安定部

Claims (4)

  1. 　内部に光源を収容するランプハウスと、
    　前記光源で発せられ前記ランプハウスから射出された光の光路上に配置され、内部を試料が流れる試料セルと、
    　前記試料セルからの光を検出するための光センサと、
    　前記ランプハウスに直接的に又は間接的に接して前記ランプハウスを加熱するためのヒータと、
    　前記ランプハウスを冷却するための冷却ファンと、
    　前記ランプハウスの温度を検出する温度センサと、
    　前記光源、前記ヒータ及び前記冷却ファンの動作制御を行なうように構成された制御装置であって、前記温度センサの検出信号に基づき、少なくとも前記ヒータの出力を制御することによって前記光源の点灯中における前記ランプハウスの温度を予め設定された温度に維持するように構成された温度制御部を有する制御装置と、を備えた分光検出器。
  2. 　前記温度制御部は、前記冷却ファンの回転数を一定に維持しながら前記ヒータの出力を前記温度センサの出力に基づいて制御するように構成されている、請求項１に記載の分光検出器。
  3. 　前記制御装置は、前記光源の点灯前又は前記光源の点灯と略同時に前記ヒータによって前記ランプハウスを加熱し、前記ランプハウスの温度を前記予め設定された温度又はその近傍の温度にまで昇温させるように構成された高速安定部をさらに有する、請求項１又は２に記載の分光検出器。
  4. 　前記高速安定部は、前記ランプハウスの温度を前記予め設定された温度又はその近傍の温度にまで昇温させる際に、前記冷却ファンを停止させるように構成されている、請求項３に記載の分光検出器。
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