分光光度計
【課題】高次光を除去するための光学フィルタなどの光学素子を光路に着脱可能に挿入するための機構として、専用のアクチュエータやそれを制御する回路やソフトウエア類を設けることをせず、回折格子を回転させるための駆動機構に従動して光学素子を移動させるようにする。
【解決手段】分光器の回折格子１０と一体化され、回折格子１０とともに回転駆動される駆動アーム２０を設ける。光路上に着脱可能に配置される光学素子２８を支持する支持体を従動アーム２２とし、従動アーム２２は回折格子１０の波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において駆動アーム２０と当接する位置に配置され、駆動アーム２０の当接により駆動されて光学素子２８を光路上の位置と光路から外れた位置との間で移動させるように変位可能に構成されている。
【解決手段】分光器の回折格子１０と一体化され、回折格子１０とともに回転駆動される駆動アーム２０を設ける。光路上に着脱可能に配置される光学素子２８を支持する支持体を従動アーム２２とし、従動アーム２２は回折格子１０の波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において駆動アーム２０と当接する位置に配置され、駆動アーム２０の当接により駆動されて光学素子２８を光路上の位置と光路から外れた位置との間で移動させるように変位可能に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料に測定光を照射し、その透過光又は反射光の波長別強度分布を光検出器により測定して試料の定量分析又は定性分析を行う分散型分光光度計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分散型分光光度計では試料に照射する測定光又は試料を透過もしくは反射した測定光を波長別に測定するために測定光の波長走査を行う。測定光の波長走査には、試料に照射する前に波長走査を行う前分光型と、試料を透過又は反射した測定光の波長走査を行う後分光型がある。
【０００３】
波長走査を行うために、測定光の光路上に分光器が配置される。分光器は回折格子を内蔵し、回折格子をモータにより直接に又はプーリなどを介して間接的に回転させる。
【０００４】
回折格子により波長分散された特定の波長光を、スリットを介して取り出すと、その取り出された光にはその波長の整数倍の周波数をもつ高次光が含まれる。高次光は回折格子に由来するものである。高次光が測定の妨げになる程度に含まれる場合には光学フィルタを挿入することによって高次光を除去することが行われている。通常は長波長側の測定を行うときに高次光を除去する光学フィルタが光路上に挿入される（特許文献１−４参照。）。
【０００５】
そのような光学フィルタは、必要な場合にのみ所定の波長特性のものを光路上に挿入できるように光路に対して着脱可能にするために、光路への挿入と光路からの退避が可能なアクチュエータに支持されている。複数の光学フィルタを使用する場合には、アクチュエータはそれらの光学フィルタを切り替えて光路上に挿入できる構成をとっている。
【０００６】
分光光度計の光路上に着脱可能に配置される光学素子としては、高次光を除去するための光学フィルタのほかに、光量を調整するためのアパーチャや調光用メッシュなどの光量調整素子、又は分光器の波長校正のための特定波長の光を発生する発光素子も用いられる。本発明は光学フィルタ以外のそのような光学素子も対象としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３３８０８号公報
【特許文献２】特開平６−１３８０２３号公報
【特許文献３】特開２００６−９１２０４号公報
【特許文献４】ＷＯ２００３／００４９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の分光光度計では、高次光を除去するための光学フィルタを測定光の光路上に挿入したり光路から退避させたりするためのアクチュエータは波長走査の動作と連動して駆動されるが、機構としては波長走査のために回折格子を回転させる機構とは独立したものである。
【０００９】
高次光を除去する光学フィルタは、波長走査に対して連続的に駆動が必要なものではなく、特定の波長より長波長側で光路に挿入し、その波長より短波長側で光路から退避させるように離散的に切り換える動作で十分である。特に、測定する波長範囲が狭い場合には１つの光学素子を測定光路上に存在させるか、させないかのいずれかですむ。広い波長範囲で光学フィルタを挿入する場合も、２〜３種類の光学フィルタを所定の波長で切り換えるだけですむ。
【００１０】
また、光量調整素子や波長校正用の発光素子も必要な場合にのみ光路に挿入されるだけである。
【００１１】
このように、それほど複雑な駆動を必要としない光学素子の移動のために専用のアクチュエータを設けると、その制御回路及び適切に制御するためのソフトウエアも必要になる。その結果、装置コストや開発コストの上昇を招く。
【００１２】
本発明は光路に対して着脱可能に配置される光学素子の移動のための機構を簡略化することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明は高次光を除去するための光学フィルタなどの光学素子を光路に着脱可能に挿入するための機構として、専用のアクチュエータやそれを制御する回路やソフトウエア類を設けることをせず、回折格子を回転させるための駆動機構に従動して光学素子を移動させるようにしたものである。
【００１４】
すなわち、本発明の分光光度計は、複数波長を含む光を発生する光源ユニットと、光源ユニットからの光が測定光として試料室に照射されて試料室内の試料から発生する透過光又は反射光を検出する光検出器と、光源ユニットから試料室に至る光路上又は試料室から光検出器に至る光路上に配置され、モータにより回転駆動される波長分散素子が内蔵された分光器と、分光器内の波長分散素子と一体化され、波長分散素子とともに回転駆動される駆動アームと、測定光の光路上又はそれから分岐した光路上に着脱可能に配置される光学素子と、前記光学素子を支持し、波長分散素子の波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において前記駆動アームと当接する位置に配置され、前記駆動アームの当接により駆動されて前記光学素子を光路上の位置と光路から外れた位置との間で移動させるように変位可能に構成されている従動支持体と、波長分散素子による測定光の波長走査のための回転駆動と前記駆動アームによる前記光学素子の移動のための回転駆動を行うために前記モータの駆動を制御する制御部を備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では高次光を除去するための光学フィルタなどの光学素子を移動させるための専用の駆動機構を設けないようにしたので、それだけコストが低下するとともに、そのためのスペースも不要となり機器構成の自由度が向上する。
【００１６】
駆動機構にはモータなどの駆動源が必要であるが、そのような専用の駆動源に由来する電磁波や発熱の影響もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施例を表す概略平面図である。
【図２】同実施例における光学素子着脱動作を示す部分平面図である。
【図３】同実施例における光学素子着脱を説明するためのスペクトルを表すグラフである。
【図４】同実施例における光学素子着脱を示すフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートにおける光学フィルタ着脱時のサブルーチンの動作を示すフローチャートである。
【図６】他の実施例における光学素子着脱に関係する部分の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は一実施例を表す。ここでは光源ユニット２から発生した光を分光器４で分光して所定の波長を取り出し、試料室６の試料に照射し、試料を透過又は反射した光を光検出器８で検出する前分光型の分光光度計を例にして説明する。分光器４が試料室６と光検出器８の間に配置される後分光型であっても分光器４内の構成は同じである。本発明は前分光型と後分光型の両方を対象とする。
【００１９】
図１では光学系は概略的に示されており、図に示されていない集光レンズその他の光学素子の図示は省略されている。
【００２０】
光源ユニット２は連続波長光又は複数の波長光を発生する１又は複数の光源を備えている。そのような光源としては測定波長域によっては単一のタングステンヨウ素ランプを挙げることができる。波長域が広い場合は例えばタングステンヨウ素ランプと重水素ランプの２種類のランプを備え、それらのランプからの光を光源切替えミラーにより切り替えていずれかのランプからの光を測定光路上に導くようにする。
【００２１】
分光器４内には波長分散素子として回折格子１０が内蔵されている。この例では、回折格子１０として集光機能をもつ凹面回折格子を使用しているが、平面型の回折格子を使用し、光路上に集光ミラーを配置することにより集光させるようにしてもよい。光源ユニット２からの光を回折格子１０に導くために分光器４には入口スリット１２が設けられ、回折格子１０で分散した光から所定の波長の光を選択するために分光器４には出口スリット１４が設けられている。出口スリット１４で選択された単一波長の光が試料室６内の試料セル又はフローセルに導かれる。
【００２２】
回折格子１０は回転することにより光源からの光を波長分散させる。回折格子１０の回転により出口スリット１４から出射する測定光の波長が走査されていく。回折格子１０を回転させるために回折格子１０は回転可能な支持台１６に取りつけられている。支持台１６を介して回折格子１０を回転させるために支持台１６にはモータ１８が設けられている。支持台１６はモータ１８の回転軸に取りつけられた直接駆動型であってもよく、モータ１８の回転軸と支持台１６の間がプーリとベルトと連結された間接駆動型であってもよい。
【００２３】
支持台１６には駆動アーム２０が一体として取り付けられている。駆動アーム２０は光路上に光学フィルタ２８を出し入れするための従動アーム２２と当接して従動アーム２２を駆動するためのものである。
【００２４】
光学フィルタ２８は測定光の長波長側の測定を行うときに光源ユニット２から発生する光から高次光となる波長成分を除去するためのものである。
【００２５】
従動アーム２２は分光器４内に設けられ、入口スリット１２と回折格子１０の間の光路３上に光学フィルタ２８を挿入したり光路３から退避させたりするように、光学フィルタ２８を光路３上に着脱可能に配置するための機構である。従動アーム２２は支点２４を中心として回動できるように取りつけられている。従動アーム２２はＬ型をなし、その一方のアームの先端に光学フィルタ２８が固定されている。従動アーム２２の他方のアームが一方側に回動したときに当接する位置決めピン２６ａと、他方側に回動したときに当接する位置決めピン２６ｂが設けられている。従動アーム２２のその他方のアームには、その他方のアームが位置決めピン２６ａと２６ｂのいずれに当接した状態でも安定した姿勢を保つように、従動アーム２２と固定点３２の間に引っ張りばね３０が張られている。
【００２６】
従動アーム２２は駆動アーム２０と当接することにより駆動アーム２０に押されて変位する。従動アーム２２が位置決めピン２６ａと当接する位置にあるときに光学フィルタ２８が光路３上に配置され、従動アーム２２が他方の位置決めピン２６ｂと当接する位置にあるときに光学フィルタ２８が光路３から退避する位置に移動させられる。
【００２７】
光検出器８は測定する波長範囲で感度をもつようなフォトダイオード又は光電子増倍管である。
【００２８】
回折格子１０と駆動アーム２０の回転はモータ１８により駆動され、モータ１８の駆動制御は制御部３４によって自動的に行われる。制御部３４はこの分光光度計の専用のコンピュータにより、又は汎用のパーソナルコンピュータにより実現することができる。
【００２９】
図２（Ａ），（Ｂ）は駆動アーム２０によって従動アーム２２を移動させるときの動作を示したものである。光学フィルタ２８を図１のように光路３上にある状態から光路３を外れた位置に退避させる場合は、図１の状態から図２（Ａ）の状態まで時計回りに駆動アーム２０を回折格子１０とともに約２７０度回転させる。この回転範囲は測定波長範囲に対する回折格子１０の駆動範囲を越えた範囲である。さらに、図２（Ａ）の状態から駆動アーム２０が従動アーム２２を図で左側から押し、従動アーム２２がばね３０の引っ張り力により反時計方向に回転し始める位置よりさらにいくらか回転させると、従動アーム２２は駆動アーム２０の力に頼ることなく、ばね３０の引っ張り力により反対側の位置決めピン２６ｂに当接するまで回転する。その結果として図２（Ｂ）に示されるように、光学フィルタ２８は光路３上から外れた位置に移動する。その後、回折格子１０を反時計方向に反転駆動させて元の波長測定範囲にまで復帰させ、以降の波長走査測定を続行させる。
【００３０】
光学フィルタ２８を光路３上に挿入するときは、前述とは逆に測定波長範囲に対応する駆動範囲を超えて駆動アーム２０を回折格子１０とともに反時計方向に回転させ、図２（Ｂ）に示されるように、駆動アーム２０が従動アーム２２を図で右側から押して従動アーム２２を時計回りに回転させ、従動アーム２２がばね３０の引っ張り力によって駆動アーム２０の力によらなくても位置決めピン２６ａの方向に移動する位置よりいくらか越える位置まで押す。これにより、従動アーム２２はばね３０の力によって位置決めピン２６ａに当接する位置まで回転させられ、光学フィルタ２８は光路３上の位置に挿入される。その後、同様にして回折格子は元の測定波長範囲にまで復帰させて以降の波長走査測定を続行させる。
【００３１】
図１に戻ってこの分光光度計の動作について説明すると、光源ユニット２から入口スリット１２を通して導入された白色光又は複数波長光は、回折格子１０に入射し、波長分散される。そのうちの特定の波長範囲の光（ほぼ単色光）が出口スリット１４を通過して試料室６中の試料に照射され、その透過光又は反射光が光検出器８に導かれて分光分布強度測定が行なわれる。出口スリット１４から取出されるほぼ単色光の波長は回折格子１０の回転により選択される。
【００３２】
制御部３４は測定時に支持台１６を介して回折格子１０を回転させて波長走査を行うとともに、光学フィルタ２８を光路３上に挿入したり、光路３から外したりするための特定の波長になったときに、モータ１８により支持台１６を介して駆動アーム２０を回転させて従動アーム２２を押すことによって光学フィルタ２８の光路３上への挿入又は退避を行わせる。従動アーム２２は引張りばね３０によって位置決めピン２６ａと２６ｂのいずれかに当接した２つの状態に拘束される。結果として光学フィルタ２８は光路３上に挿入されて入射光に作用を及ぼす状態と、光路３上から退避して入射光に何ら作用を及ぼさない状態の２つの状態のいずれかに位置決めされる。
【００３３】
従動アーム２２を駆動させうる範囲と波長走査測定を行なう範囲とを重複させないような構造とすることは容易であり、こうすることで光学フィルタ２８の挿入、退避と、波長走査の動きを完全に独立させることができる。すなわち任意の波長にて光学フィルタ２８の挿入と退避を実行しつつ、測定シーケンスを実行させることができる。
【００３４】
次に、図３と図４を参照してさらに具体的な動作を説明する。
【００３５】
図３は測定されたスペクトルを概略的に示したものである。波長走査は長波長側から短波長側に走査する。特定の波長λｃは光学フィルタ２８を光路３上に挿入するかしないかを切替えるための波長であり、波長λｃ以上の長波長側では高次光を除去するために光学フィルタ２８を光路３上に挿入し、波長λｃよりも短波長側では光学フィルタ２８を光路３上から退避させる。
【００３６】
図４はそのときの動作を示したものである。動作は制御部３４により制御される。制御部３４では光学フィルタ２８が光路３上に挿入された状態と光路３上から外された状態でそれぞれフラグが立てられ、現在どの状態であるかを判断することができるようになっている。
【００３７】
測定を開始すると、まず光学フィルタ２８が光路３上にあるかどうかがフラグにより判断される（ステップＳ１）。光学フィルタ２８が光路３上にあると判断された場合、測定しようとする波長λが光学フィルタ２８の挿入と退避を切り替える特定波長λｃと比較され（ステップＳ２）、λｃよりも大きければそのまま測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。もし測定波長λがλｃ以下であれば、光学フィルタ２８を光路３から外すためのサブルーチンを実行し（ステップＳ４）、光学フィルタ２８が光路３上にないことを示すフラグを立てる。その後測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。
【００３８】
一方、ステップＳ１においてフラグにより光学フィルタ２８が光路３上に挿入されていないと判断された場合、測定しようとする波長λが特定波長λｃと比較され（ステップＳ５）、測定波長λが特定波長λｃ以下であればそのまま測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。ステップＳ５において測定波長λが特定波長λｃよりも大きければ本来なら光学フィルタ２８が光路３上に配置されていることが必要な波長であるので、光学フィルタ２８を光路３上に挿入するためのサブルーチンを実行して（ステップＳ６）、光学フィルタ２８が光路３上にあることを示すフラグを立てた後、測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。
【００３９】
ここで、光学フィルタ２８を光路３上に挿入したり、光路３から退避させたりするためのサブルーチンは図５に示されるように実行され、駆動アーム２０によって従動アーム２２を回転させる。
【００４０】
再び図４に戻って説明を続けると、波長位置λで測定を行った後（ステップＳ７）、次の測定波長λとなるように回折格子１０を回転させる（ステップＳ８）。波長走査はΔλの単位で短波長側に移動するように行っていく。次の測定波長λがλｃより大きい間は順次測定波長を短波長側に切り替えながら測定を続けていく（ステップＳ９→Ｓ１０→Ｓ７→Ｓ８）。測定を続けて行って次の測定波長λが特定波長λｃ以下になったとき、光学フィルタ２８を光路３上から外すサブルーチンを実行し（ステップＳ１１→Ｓ１２）、光学フィルタ２８が光路３上にないことを示すフラグを立てる。その後、さらに短波長側に測定波長を切り替えていっても、光学フィルタ２８が光路３上から外れていることを示すフラグが立てられているので、以後は光学フィルタ２８を光路３上から外すためのサブルーチンを実行することなく、測定波長を短波長側に切り替えながら測定終了の波長λｅｎｄまで測定が続けられる（ステップＳ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１１→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ９）。
【００４１】
光路３上に着脱可能に配置する光学素子として、上記の光学フィルタ２８を示したか、光学素子がアパーチャや調光のためのメッシュフィルタ、又は波長校正のための発光素子など他の光学素子であっても全く同じように扱うことができる。
【００４２】
光学素子を光路上に配置する状態と光路上から退避させた状態で保持する機構も上記の実施例のように従道アームを位置決めピンに当接させる機構に限らず、プランジャを用いた機構など、他の機構を用いることもできる。
【００４３】
また、光学素子が挿入される位置は必ずしも測定光路上そのものである必要はなく、ミラーやハーフミラーなどによって分岐された別の光学的に等価な光路上であってもよい。
【００４４】
第１の実施例では駆動アーム２０は１本である。そのため、光学素子の切替えを行うにあたり比較的大きな回転角度を必要とする。それに対し、第２の実施例は支持台１６に互いに角度の異なる２本の駆動アームを設けるものである。
【００４５】
具体的には、図１に示されるように、１本の駆動アーム２０に対し、角度の異なる位置に第２の駆動アーム２０ａを支持台１６に設ける。駆動アーム２０と２０ａは、ともに回折格子１０による波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において従動アーム２２と当接する位置に配置されている。図２（Ａ）に示されるように光学素子２８を光路３上から退避させるように従動アーム２２を押すときは駆動アーム２０ａを使用し、図２（Ｂ）に示されるように光学素子２８を光路３上に挿入するように従動アーム２２を押すときは駆動アーム２０を使用するように、駆動アーム２０と２０ａの機能を異ならせる。
【００４６】
この実施例によれば、光学素子の切替えに必要な回転角度が第１の実施例のものより小さくなり、ひいては光学素子の切替えに必要な時間を短縮することができる利点がある。
【００４７】
第１の実施例では、その従動支持体である従動アーム２２は１個の光学素子２８を光路３上に配置するか光路３上から退避させるかの機能を行うものである。それに対し、図６に示されるこの実施例は光学素子を複数個支持し、それらの光学素子のいずれかを選択的に光路３上に配置する従動支持体を備えたものである。
【００４８】
図６において、光学素子として吸収波長域の異なる複数の光学フィルタが一列に配列されてなる光学素子アレイ２８ａが従動支持体であるホルダー２２ａに保持されている。ホルダー２２ａはリニアガイド４０により光路３を横切る方向に移動可能に支持されており、光学素子アレイ２８ａはホルダー２２ａの移動に伴なって光路３を順次横切るように移動する。光学素子アレイ２８ａのいずれかの端が光路３から外れた位置までホルダー２２ａが移動すると、光路３上にはいずれの光学フィルタも存在しない状態となる。
【００４９】
回折格子１０を支持している支持台１６には図１の実施例と同様に駆動アーム２０が設けられており、ホルダー２２ａには駆動アーム２０と当接する位置に従動ピン４２が設けられている。ホルダー２２ａは従動ピン４２に駆動アーム２０が当接して駆動アーム２０で押されることによりリニアガイド４０に案内されて移動することができる。
【００５０】
ホルダー２２ａとリニアガイド４０の間には、各光学フィルタが光路３上にある位置と、光学素子アレイ２８ａの一端が光路３上から外れた位置のそれぞれにおいて、駆動アーム２０による付勢力が働いていない状態ではそれぞれの位置を安定に保持する位置決め機構が設けられている。
【００５１】
そのような位置決め機構としては種々のものを使用することができるが、一例はプランジャとガイド様の機構である。そのような位置決め機構の他の例は、ホルダー２２ａとリニアガイド４０の互いの当接面の一方に設けられた１つのピンと、その当接面の他方に設けられてそのピンが嵌り込むことによってリニアガイド４０に対してホルダー２２ａを位置決めする切欠きとからなるものであり、その切欠きの位置は各光学フィルタが光路３上にある位置と光学素子アレイ２８ａの一端が光路３上から外れた位置のそれぞれで切欠きにピンが嵌り込むように設定されたものである。
【００５２】
この実施例では、駆動アーム２０が従動ピン４２と当接してホルダー２２ａを押すことにより光学素子アレイ２８ａに含まれる光学フィルタを順次切り替えて光路３上に配置することができる。さらに、光路３上にいずれの光学フィルタも存在しないようにすることもできる。
【００５３】
駆動アーム２０は従動ピン４２と当接してホルダー２２ａを押す方向を変えることにより、光学素子アレイ２８ａを図中の太い矢印で示されるように両方向に移動させることができる。
【００５４】
図６では駆動アーム２０は１本のみであるが、図１中に鎖線で示された駆動アーム２０ａをくわえて２本の駆動アームを備え、ホルダー２２ａを押す方向によって使用する駆動アームを異ならせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
２ 光源ユニット
３ 光路
４ 分光器
６ 試料室
８ 光検出器
１０ 回折格子
１２ 入口スリット
１４ 出口スリット
１６ 支持台
１８ モータ
２０，２０ａ 駆動アーム
２２ 従動アーム
２２ａ ホルダー
２６ａ，２６ｂ 位置決めピン
２８ 光学フィルタ
２８ａ 光学素子アレイ
３０ 引っ張りばね
４０ リニアガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料に測定光を照射し、その透過光又は反射光の波長別強度分布を光検出器により測定して試料の定量分析又は定性分析を行う分散型分光光度計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分散型分光光度計では試料に照射する測定光又は試料を透過もしくは反射した測定光を波長別に測定するために測定光の波長走査を行う。測定光の波長走査には、試料に照射する前に波長走査を行う前分光型と、試料を透過又は反射した測定光の波長走査を行う後分光型がある。
【０００３】
波長走査を行うために、測定光の光路上に分光器が配置される。分光器は回折格子を内蔵し、回折格子をモータにより直接に又はプーリなどを介して間接的に回転させる。
【０００４】
回折格子により波長分散された特定の波長光を、スリットを介して取り出すと、その取り出された光にはその波長の整数倍の周波数をもつ高次光が含まれる。高次光は回折格子に由来するものである。高次光が測定の妨げになる程度に含まれる場合には光学フィルタを挿入することによって高次光を除去することが行われている。通常は長波長側の測定を行うときに高次光を除去する光学フィルタが光路上に挿入される（特許文献１−４参照。）。
【０００５】
そのような光学フィルタは、必要な場合にのみ所定の波長特性のものを光路上に挿入できるように光路に対して着脱可能にするために、光路への挿入と光路からの退避が可能なアクチュエータに支持されている。複数の光学フィルタを使用する場合には、アクチュエータはそれらの光学フィルタを切り替えて光路上に挿入できる構成をとっている。
【０００６】
分光光度計の光路上に着脱可能に配置される光学素子としては、高次光を除去するための光学フィルタのほかに、光量を調整するためのアパーチャや調光用メッシュなどの光量調整素子、又は分光器の波長校正のための特定波長の光を発生する発光素子も用いられる。本発明は光学フィルタ以外のそのような光学素子も対象としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３３８０８号公報
【特許文献２】特開平６−１３８０２３号公報
【特許文献３】特開２００６−９１２０４号公報
【特許文献４】ＷＯ２００３／００４９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の分光光度計では、高次光を除去するための光学フィルタを測定光の光路上に挿入したり光路から退避させたりするためのアクチュエータは波長走査の動作と連動して駆動されるが、機構としては波長走査のために回折格子を回転させる機構とは独立したものである。
【０００９】
高次光を除去する光学フィルタは、波長走査に対して連続的に駆動が必要なものではなく、特定の波長より長波長側で光路に挿入し、その波長より短波長側で光路から退避させるように離散的に切り換える動作で十分である。特に、測定する波長範囲が狭い場合には１つの光学素子を測定光路上に存在させるか、させないかのいずれかですむ。広い波長範囲で光学フィルタを挿入する場合も、２〜３種類の光学フィルタを所定の波長で切り換えるだけですむ。
【００１０】
また、光量調整素子や波長校正用の発光素子も必要な場合にのみ光路に挿入されるだけである。
【００１１】
このように、それほど複雑な駆動を必要としない光学素子の移動のために専用のアクチュエータを設けると、その制御回路及び適切に制御するためのソフトウエアも必要になる。その結果、装置コストや開発コストの上昇を招く。
【００１２】
本発明は光路に対して着脱可能に配置される光学素子の移動のための機構を簡略化することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明は高次光を除去するための光学フィルタなどの光学素子を光路に着脱可能に挿入するための機構として、専用のアクチュエータやそれを制御する回路やソフトウエア類を設けることをせず、回折格子を回転させるための駆動機構に従動して光学素子を移動させるようにしたものである。
【００１４】
すなわち、本発明の分光光度計は、複数波長を含む光を発生する光源ユニットと、光源ユニットからの光が測定光として試料室に照射されて試料室内の試料から発生する透過光又は反射光を検出する光検出器と、光源ユニットから試料室に至る光路上又は試料室から光検出器に至る光路上に配置され、モータにより回転駆動される波長分散素子が内蔵された分光器と、分光器内の波長分散素子と一体化され、波長分散素子とともに回転駆動される駆動アームと、測定光の光路上又はそれから分岐した光路上に着脱可能に配置される光学素子と、前記光学素子を支持し、波長分散素子の波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において前記駆動アームと当接する位置に配置され、前記駆動アームの当接により駆動されて前記光学素子を光路上の位置と光路から外れた位置との間で移動させるように変位可能に構成されている従動支持体と、波長分散素子による測定光の波長走査のための回転駆動と前記駆動アームによる前記光学素子の移動のための回転駆動を行うために前記モータの駆動を制御する制御部を備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では高次光を除去するための光学フィルタなどの光学素子を移動させるための専用の駆動機構を設けないようにしたので、それだけコストが低下するとともに、そのためのスペースも不要となり機器構成の自由度が向上する。
【００１６】
駆動機構にはモータなどの駆動源が必要であるが、そのような専用の駆動源に由来する電磁波や発熱の影響もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施例を表す概略平面図である。
【図２】同実施例における光学素子着脱動作を示す部分平面図である。
【図３】同実施例における光学素子着脱を説明するためのスペクトルを表すグラフである。
【図４】同実施例における光学素子着脱を示すフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートにおける光学フィルタ着脱時のサブルーチンの動作を示すフローチャートである。
【図６】他の実施例における光学素子着脱に関係する部分の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は一実施例を表す。ここでは光源ユニット２から発生した光を分光器４で分光して所定の波長を取り出し、試料室６の試料に照射し、試料を透過又は反射した光を光検出器８で検出する前分光型の分光光度計を例にして説明する。分光器４が試料室６と光検出器８の間に配置される後分光型であっても分光器４内の構成は同じである。本発明は前分光型と後分光型の両方を対象とする。
【００１９】
図１では光学系は概略的に示されており、図に示されていない集光レンズその他の光学素子の図示は省略されている。
【００２０】
光源ユニット２は連続波長光又は複数の波長光を発生する１又は複数の光源を備えている。そのような光源としては測定波長域によっては単一のタングステンヨウ素ランプを挙げることができる。波長域が広い場合は例えばタングステンヨウ素ランプと重水素ランプの２種類のランプを備え、それらのランプからの光を光源切替えミラーにより切り替えていずれかのランプからの光を測定光路上に導くようにする。
【００２１】
分光器４内には波長分散素子として回折格子１０が内蔵されている。この例では、回折格子１０として集光機能をもつ凹面回折格子を使用しているが、平面型の回折格子を使用し、光路上に集光ミラーを配置することにより集光させるようにしてもよい。光源ユニット２からの光を回折格子１０に導くために分光器４には入口スリット１２が設けられ、回折格子１０で分散した光から所定の波長の光を選択するために分光器４には出口スリット１４が設けられている。出口スリット１４で選択された単一波長の光が試料室６内の試料セル又はフローセルに導かれる。
【００２２】
回折格子１０は回転することにより光源からの光を波長分散させる。回折格子１０の回転により出口スリット１４から出射する測定光の波長が走査されていく。回折格子１０を回転させるために回折格子１０は回転可能な支持台１６に取りつけられている。支持台１６を介して回折格子１０を回転させるために支持台１６にはモータ１８が設けられている。支持台１６はモータ１８の回転軸に取りつけられた直接駆動型であってもよく、モータ１８の回転軸と支持台１６の間がプーリとベルトと連結された間接駆動型であってもよい。
【００２３】
支持台１６には駆動アーム２０が一体として取り付けられている。駆動アーム２０は光路上に光学フィルタ２８を出し入れするための従動アーム２２と当接して従動アーム２２を駆動するためのものである。
【００２４】
光学フィルタ２８は測定光の長波長側の測定を行うときに光源ユニット２から発生する光から高次光となる波長成分を除去するためのものである。
【００２５】
従動アーム２２は分光器４内に設けられ、入口スリット１２と回折格子１０の間の光路３上に光学フィルタ２８を挿入したり光路３から退避させたりするように、光学フィルタ２８を光路３上に着脱可能に配置するための機構である。従動アーム２２は支点２４を中心として回動できるように取りつけられている。従動アーム２２はＬ型をなし、その一方のアームの先端に光学フィルタ２８が固定されている。従動アーム２２の他方のアームが一方側に回動したときに当接する位置決めピン２６ａと、他方側に回動したときに当接する位置決めピン２６ｂが設けられている。従動アーム２２のその他方のアームには、その他方のアームが位置決めピン２６ａと２６ｂのいずれに当接した状態でも安定した姿勢を保つように、従動アーム２２と固定点３２の間に引っ張りばね３０が張られている。
【００２６】
従動アーム２２は駆動アーム２０と当接することにより駆動アーム２０に押されて変位する。従動アーム２２が位置決めピン２６ａと当接する位置にあるときに光学フィルタ２８が光路３上に配置され、従動アーム２２が他方の位置決めピン２６ｂと当接する位置にあるときに光学フィルタ２８が光路３から退避する位置に移動させられる。
【００２７】
光検出器８は測定する波長範囲で感度をもつようなフォトダイオード又は光電子増倍管である。
【００２８】
回折格子１０と駆動アーム２０の回転はモータ１８により駆動され、モータ１８の駆動制御は制御部３４によって自動的に行われる。制御部３４はこの分光光度計の専用のコンピュータにより、又は汎用のパーソナルコンピュータにより実現することができる。
【００２９】
図２（Ａ），（Ｂ）は駆動アーム２０によって従動アーム２２を移動させるときの動作を示したものである。光学フィルタ２８を図１のように光路３上にある状態から光路３を外れた位置に退避させる場合は、図１の状態から図２（Ａ）の状態まで時計回りに駆動アーム２０を回折格子１０とともに約２７０度回転させる。この回転範囲は測定波長範囲に対する回折格子１０の駆動範囲を越えた範囲である。さらに、図２（Ａ）の状態から駆動アーム２０が従動アーム２２を図で左側から押し、従動アーム２２がばね３０の引っ張り力により反時計方向に回転し始める位置よりさらにいくらか回転させると、従動アーム２２は駆動アーム２０の力に頼ることなく、ばね３０の引っ張り力により反対側の位置決めピン２６ｂに当接するまで回転する。その結果として図２（Ｂ）に示されるように、光学フィルタ２８は光路３上から外れた位置に移動する。その後、回折格子１０を反時計方向に反転駆動させて元の波長測定範囲にまで復帰させ、以降の波長走査測定を続行させる。
【００３０】
光学フィルタ２８を光路３上に挿入するときは、前述とは逆に測定波長範囲に対応する駆動範囲を超えて駆動アーム２０を回折格子１０とともに反時計方向に回転させ、図２（Ｂ）に示されるように、駆動アーム２０が従動アーム２２を図で右側から押して従動アーム２２を時計回りに回転させ、従動アーム２２がばね３０の引っ張り力によって駆動アーム２０の力によらなくても位置決めピン２６ａの方向に移動する位置よりいくらか越える位置まで押す。これにより、従動アーム２２はばね３０の力によって位置決めピン２６ａに当接する位置まで回転させられ、光学フィルタ２８は光路３上の位置に挿入される。その後、同様にして回折格子は元の測定波長範囲にまで復帰させて以降の波長走査測定を続行させる。
【００３１】
図１に戻ってこの分光光度計の動作について説明すると、光源ユニット２から入口スリット１２を通して導入された白色光又は複数波長光は、回折格子１０に入射し、波長分散される。そのうちの特定の波長範囲の光（ほぼ単色光）が出口スリット１４を通過して試料室６中の試料に照射され、その透過光又は反射光が光検出器８に導かれて分光分布強度測定が行なわれる。出口スリット１４から取出されるほぼ単色光の波長は回折格子１０の回転により選択される。
【００３２】
制御部３４は測定時に支持台１６を介して回折格子１０を回転させて波長走査を行うとともに、光学フィルタ２８を光路３上に挿入したり、光路３から外したりするための特定の波長になったときに、モータ１８により支持台１６を介して駆動アーム２０を回転させて従動アーム２２を押すことによって光学フィルタ２８の光路３上への挿入又は退避を行わせる。従動アーム２２は引張りばね３０によって位置決めピン２６ａと２６ｂのいずれかに当接した２つの状態に拘束される。結果として光学フィルタ２８は光路３上に挿入されて入射光に作用を及ぼす状態と、光路３上から退避して入射光に何ら作用を及ぼさない状態の２つの状態のいずれかに位置決めされる。
【００３３】
従動アーム２２を駆動させうる範囲と波長走査測定を行なう範囲とを重複させないような構造とすることは容易であり、こうすることで光学フィルタ２８の挿入、退避と、波長走査の動きを完全に独立させることができる。すなわち任意の波長にて光学フィルタ２８の挿入と退避を実行しつつ、測定シーケンスを実行させることができる。
【００３４】
次に、図３と図４を参照してさらに具体的な動作を説明する。
【００３５】
図３は測定されたスペクトルを概略的に示したものである。波長走査は長波長側から短波長側に走査する。特定の波長λｃは光学フィルタ２８を光路３上に挿入するかしないかを切替えるための波長であり、波長λｃ以上の長波長側では高次光を除去するために光学フィルタ２８を光路３上に挿入し、波長λｃよりも短波長側では光学フィルタ２８を光路３上から退避させる。
【００３６】
図４はそのときの動作を示したものである。動作は制御部３４により制御される。制御部３４では光学フィルタ２８が光路３上に挿入された状態と光路３上から外された状態でそれぞれフラグが立てられ、現在どの状態であるかを判断することができるようになっている。
【００３７】
測定を開始すると、まず光学フィルタ２８が光路３上にあるかどうかがフラグにより判断される（ステップＳ１）。光学フィルタ２８が光路３上にあると判断された場合、測定しようとする波長λが光学フィルタ２８の挿入と退避を切り替える特定波長λｃと比較され（ステップＳ２）、λｃよりも大きければそのまま測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。もし測定波長λがλｃ以下であれば、光学フィルタ２８を光路３から外すためのサブルーチンを実行し（ステップＳ４）、光学フィルタ２８が光路３上にないことを示すフラグを立てる。その後測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。
【００３８】
一方、ステップＳ１においてフラグにより光学フィルタ２８が光路３上に挿入されていないと判断された場合、測定しようとする波長λが特定波長λｃと比較され（ステップＳ５）、測定波長λが特定波長λｃ以下であればそのまま測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。ステップＳ５において測定波長λが特定波長λｃよりも大きければ本来なら光学フィルタ２８が光路３上に配置されていることが必要な波長であるので、光学フィルタ２８を光路３上に挿入するためのサブルーチンを実行して（ステップＳ６）、光学フィルタ２８が光路３上にあることを示すフラグを立てた後、測定波長λを選択するように回折格子１０の回転を駆動する（ステップＳ３）。
【００３９】
ここで、光学フィルタ２８を光路３上に挿入したり、光路３から退避させたりするためのサブルーチンは図５に示されるように実行され、駆動アーム２０によって従動アーム２２を回転させる。
【００４０】
再び図４に戻って説明を続けると、波長位置λで測定を行った後（ステップＳ７）、次の測定波長λとなるように回折格子１０を回転させる（ステップＳ８）。波長走査はΔλの単位で短波長側に移動するように行っていく。次の測定波長λがλｃより大きい間は順次測定波長を短波長側に切り替えながら測定を続けていく（ステップＳ９→Ｓ１０→Ｓ７→Ｓ８）。測定を続けて行って次の測定波長λが特定波長λｃ以下になったとき、光学フィルタ２８を光路３上から外すサブルーチンを実行し（ステップＳ１１→Ｓ１２）、光学フィルタ２８が光路３上にないことを示すフラグを立てる。その後、さらに短波長側に測定波長を切り替えていっても、光学フィルタ２８が光路３上から外れていることを示すフラグが立てられているので、以後は光学フィルタ２８を光路３上から外すためのサブルーチンを実行することなく、測定波長を短波長側に切り替えながら測定終了の波長λｅｎｄまで測定が続けられる（ステップＳ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１１→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ９）。
【００４１】
光路３上に着脱可能に配置する光学素子として、上記の光学フィルタ２８を示したか、光学素子がアパーチャや調光のためのメッシュフィルタ、又は波長校正のための発光素子など他の光学素子であっても全く同じように扱うことができる。
【００４２】
光学素子を光路上に配置する状態と光路上から退避させた状態で保持する機構も上記の実施例のように従道アームを位置決めピンに当接させる機構に限らず、プランジャを用いた機構など、他の機構を用いることもできる。
【００４３】
また、光学素子が挿入される位置は必ずしも測定光路上そのものである必要はなく、ミラーやハーフミラーなどによって分岐された別の光学的に等価な光路上であってもよい。
【００４４】
第１の実施例では駆動アーム２０は１本である。そのため、光学素子の切替えを行うにあたり比較的大きな回転角度を必要とする。それに対し、第２の実施例は支持台１６に互いに角度の異なる２本の駆動アームを設けるものである。
【００４５】
具体的には、図１に示されるように、１本の駆動アーム２０に対し、角度の異なる位置に第２の駆動アーム２０ａを支持台１６に設ける。駆動アーム２０と２０ａは、ともに回折格子１０による波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において従動アーム２２と当接する位置に配置されている。図２（Ａ）に示されるように光学素子２８を光路３上から退避させるように従動アーム２２を押すときは駆動アーム２０ａを使用し、図２（Ｂ）に示されるように光学素子２８を光路３上に挿入するように従動アーム２２を押すときは駆動アーム２０を使用するように、駆動アーム２０と２０ａの機能を異ならせる。
【００４６】
この実施例によれば、光学素子の切替えに必要な回転角度が第１の実施例のものより小さくなり、ひいては光学素子の切替えに必要な時間を短縮することができる利点がある。
【００４７】
第１の実施例では、その従動支持体である従動アーム２２は１個の光学素子２８を光路３上に配置するか光路３上から退避させるかの機能を行うものである。それに対し、図６に示されるこの実施例は光学素子を複数個支持し、それらの光学素子のいずれかを選択的に光路３上に配置する従動支持体を備えたものである。
【００４８】
図６において、光学素子として吸収波長域の異なる複数の光学フィルタが一列に配列されてなる光学素子アレイ２８ａが従動支持体であるホルダー２２ａに保持されている。ホルダー２２ａはリニアガイド４０により光路３を横切る方向に移動可能に支持されており、光学素子アレイ２８ａはホルダー２２ａの移動に伴なって光路３を順次横切るように移動する。光学素子アレイ２８ａのいずれかの端が光路３から外れた位置までホルダー２２ａが移動すると、光路３上にはいずれの光学フィルタも存在しない状態となる。
【００４９】
回折格子１０を支持している支持台１６には図１の実施例と同様に駆動アーム２０が設けられており、ホルダー２２ａには駆動アーム２０と当接する位置に従動ピン４２が設けられている。ホルダー２２ａは従動ピン４２に駆動アーム２０が当接して駆動アーム２０で押されることによりリニアガイド４０に案内されて移動することができる。
【００５０】
ホルダー２２ａとリニアガイド４０の間には、各光学フィルタが光路３上にある位置と、光学素子アレイ２８ａの一端が光路３上から外れた位置のそれぞれにおいて、駆動アーム２０による付勢力が働いていない状態ではそれぞれの位置を安定に保持する位置決め機構が設けられている。
【００５１】
そのような位置決め機構としては種々のものを使用することができるが、一例はプランジャとガイド様の機構である。そのような位置決め機構の他の例は、ホルダー２２ａとリニアガイド４０の互いの当接面の一方に設けられた１つのピンと、その当接面の他方に設けられてそのピンが嵌り込むことによってリニアガイド４０に対してホルダー２２ａを位置決めする切欠きとからなるものであり、その切欠きの位置は各光学フィルタが光路３上にある位置と光学素子アレイ２８ａの一端が光路３上から外れた位置のそれぞれで切欠きにピンが嵌り込むように設定されたものである。
【００５２】
この実施例では、駆動アーム２０が従動ピン４２と当接してホルダー２２ａを押すことにより光学素子アレイ２８ａに含まれる光学フィルタを順次切り替えて光路３上に配置することができる。さらに、光路３上にいずれの光学フィルタも存在しないようにすることもできる。
【００５３】
駆動アーム２０は従動ピン４２と当接してホルダー２２ａを押す方向を変えることにより、光学素子アレイ２８ａを図中の太い矢印で示されるように両方向に移動させることができる。
【００５４】
図６では駆動アーム２０は１本のみであるが、図１中に鎖線で示された駆動アーム２０ａをくわえて２本の駆動アームを備え、ホルダー２２ａを押す方向によって使用する駆動アームを異ならせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
２ 光源ユニット
３ 光路
４ 分光器
６ 試料室
８ 光検出器
１０ 回折格子
１２ 入口スリット
１４ 出口スリット
１６ 支持台
１８ モータ
２０，２０ａ 駆動アーム
２２ 従動アーム
２２ａ ホルダー
２６ａ，２６ｂ 位置決めピン
２８ 光学フィルタ
２８ａ 光学素子アレイ
３０ 引っ張りばね
４０ リニアガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数波長を含む光を発生する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光が測定光として試料室に照射されて試料室内の試料から発生する透過光又は反射光を検出する光検出器と、
前記光源ユニットから試料室に至る光路上又は試料室から前記光検出器に至る光路上に配置され、モータにより回転駆動される波長分散素子が内蔵された分光器と、
前記波長分散素子と一体化され、波長分散素子とともに回転駆動される駆動アームと、
測定光の光路上又はそれから分岐した光路上に着脱可能に配置される光学素子と、
前記光学素子を支持し、前記波長分散素子の波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において前記駆動アームと当接する位置に配置され、前記駆動アームの当接により駆動されて前記光学素子を光路上の位置と光路から外れた位置との間で移動させるように変位可能に構成されている従動支持体と、
前記波長分散素子による測定光の波長走査のための回転駆動と前記駆動アームによる前記光学素子の移動のための回転駆動を行うために前記モータの駆動を制御する制御部と、
を備えた分光光度計。
【請求項２】
前記光学素子は光学フィルタ、光量調整素子又は発光素子からなる請求項１に記載の分光光度計。
【請求項３】
前記従動支持体は前記光学素子を複数個支持し、それらの光学素子のいずれかを選択的に光路上に配置する機構を備えている請求項１又は２に記載の分光光度計。
【請求項１】
複数波長を含む光を発生する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光が測定光として試料室に照射されて試料室内の試料から発生する透過光又は反射光を検出する光検出器と、
前記光源ユニットから試料室に至る光路上又は試料室から前記光検出器に至る光路上に配置され、モータにより回転駆動される波長分散素子が内蔵された分光器と、
前記波長分散素子と一体化され、波長分散素子とともに回転駆動される駆動アームと、
測定光の光路上又はそれから分岐した光路上に着脱可能に配置される光学素子と、
前記光学素子を支持し、前記波長分散素子の波長走査のための回転範囲外の回転角度範囲において前記駆動アームと当接する位置に配置され、前記駆動アームの当接により駆動されて前記光学素子を光路上の位置と光路から外れた位置との間で移動させるように変位可能に構成されている従動支持体と、
前記波長分散素子による測定光の波長走査のための回転駆動と前記駆動アームによる前記光学素子の移動のための回転駆動を行うために前記モータの駆動を制御する制御部と、
を備えた分光光度計。
【請求項２】
前記光学素子は光学フィルタ、光量調整素子又は発光素子からなる請求項１に記載の分光光度計。
【請求項３】
前記従動支持体は前記光学素子を複数個支持し、それらの光学素子のいずれかを選択的に光路上に配置する機構を備えている請求項１又は２に記載の分光光度計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１６００２５（Ｐ２０１０−１６００２５Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２６（Ｐ２００９−１７２６）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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