JPH0720043A - 分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アレイ型受光素子の温度変化を抑えることに
より、できるだけ暗出力が生じにくく、信頼性の高い測
定をおこなうことができる分光分析装置を得る。 【構成】 分光分析装置において、測定用光線束の光路
上で光源１と分光手段６との間の部位に、測定用光線束
をそのまま通過させる明状態と、遮断する暗状態と、前
記測定用光線束がリファレンスを透過するリファレンス
状態とに切換る切換手段２００と、この切換手段２００
を前記３状態に連続的に切換駆動する切換駆動手段２０
１とを備え、測定部３０におけるサンプルｓの有無、切
換手段２００の状態に対応して、サンプル情報、リファ
レンス情報、これらの情報に対応する暗情報を判別して
取り込む情報分別手段２０２を備えて、分光分析装置を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、最近提案されている穀
物の成分分析手法に使用されるサンプルを透過、もしく
はサンプルから反射される測定用光線束の分光分析によ
り、サンプルの成分を知るために用いられる分光分析装
置に関するものであり、さらに詳細には、測定対象のサ
ンプルが出退自在な測定部に測定用光線束を照射する光
源と、前記測定部を透過もしくは前記測定部より反射し
てくる測定用光線束を分光する凹面回折格子等の分光手
段と、分光された前記測定用光線束を受光するアレイ型
受光素子とを備えた分光分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の分光分析装置において
は、測定部にサンプルが配置されてサンプルから透過も
しくは反射する測定用光線束によりサンプル情報を得る
サンプル測定状態と、測定部にリファレンスが配置され
てリファレンス情報を得るリファレンス測定状態と、測
定用光線束が遮断されてアレイ型受光素子に入光されな
い状態で暗情報を得るダーク状態とに、装置を順次切換
ながら、夫々の状態における情報を得て処理をおこなっ
ていた。ここで、各状態にあたっては、データのばらつ
きを抑えるために、例えば、各状態毎に８０回程度のデ
ータの取り込みがおこなわれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の手法にお
いては、単一の状態において比較的多数回の測定をおこ
なう。従って、例えば、サンプル測定状態あるいはリフ
ァレンス測定状態においてアレイ型受光素子への入光状
態が維持されるため、アレイ型受光素子の温度上昇が発
生することとなりやすく、測定データの信頼性が低くな
る可能性がある。結果、測定値の信頼性を増すために、
情報の取り込み回数を増加させる必要が生じるため、３
状態トータルでの測定時間が長くならざるえなかった。

【０００４】従って本発明の目的は、アレイ型受光素子
の温度変化を抑えることにより、できるだけ暗出力が生
じにくく、信頼性の高い測定をおこなうことができる分
光分析装置を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による分光分析装置の特徴構成は、測定用光線
束の光路上で光源と分光手段との間の部位に、測定用光
線束をそのまま通過させる明状態と、遮断する暗状態
と、測定用光線束がリファレンスを透過するリファレン
ス状態とに切換る切換手段を備え、切換手段を前記３状
態に連続的に切換駆動する切換駆動手段を備え、サンプ
ルが測定部に位置する状態で前記切換手段が明状態にあ
る場合に、アレイ型受光素子の出力情報をサンプル情報
とするとともに、サンプルが測定部に位置する状態で前
記サンプル情報取り込み時に対応して切換手段が暗状態
にある場合に、アレイ型受光素子の出力情報をサンプル
測定時の暗情報とし、サンプルが測定部に無い状態で切
換手段がリファレンス状態にある場合に、アレイ型受光
素子の出力情報をリファレンス情報とするとともに、サ
ンプルが測定部に無い状態で前記リファレンス情報取り
込み時に対応して切換手段が暗状態にある場合に、アレ
イ型受光素子の出力情報をリファレンス測定時の暗情報
とする情報分別手段を備えたことにある。さらに、前記
切換手段が測定用光線束の光路を横切る状態に配設され
る回転円板から構成され、回転円板に、測定用光線束を
そのまま通過させる測定光線束通過部と、測定用光線束
を遮断する測定用光線束遮断部と、測定用光線束をリフ
ァレンスに透過させて減衰させるリファレンス透過部と
を周方向に各別に備えることが好ましい。そして、それ
らの作用・効果は次の通りである。

【０００６】

【作用】つまり、切換駆動手段の働きにより切換手段は
連続的に明状態、暗状態、リファレンス状態に切換えら
れる。そして、この場合、明状態においては、サンプル
が測定部にある場合は、測定用光線束がサンプル内を透
過もしくはこれから反射してアレイ型受光素子に分光さ
れて到達し、情報分別手段により素子出力よりサンプル
情報が得られる。さらに、サンプルが測定部に無い状態
で、リファレンス状態に切換手段が切換られる場合は、
アレイ型受光素子により吸光度（スペクトル強度）の強
度割合の基準となるリファレンス情報が情報分別手段に
より得られる。一方、前述の明状態もしくはリファレン
ス状態に対応する暗状態においては、明状態もしくはリ
ファレンス状態に対応する暗出力が同様に情報分別手段
により暗情報として取り込まれて、これらの情報が以後
の処理に利用される。さらに、切換手段を各部を備えた
回転円板を設けて、この回転円板を軸芯回りに回転させ
ると、前記３状態の切換が連続的に容易にできる。

【０００７】

【発明の効果】従って、本願の構成においては、切換手
段、切換駆動手段さらにはこれらの系に連係した情報分
別手段の働きにより、サンプル情報、リファレンス情報
と暗情報との連係が採られる。ここで、これらの情報を
ほぼ同時的に測定できるため、環境変化等の影響を受け
にくい正確な測定が可能となる。ここで、対応する情報
の取り込み時においては、条件がほぼ同一となるため、
測定情報の精度向上が図れる。さらに、アレイ型受光素
子への入光の度毎に、暗状態が実現するため、アレイ型
受光素子の温度変化を抑えることもでき、結果的に、で
きるだけ暗出力が生じにくく、信頼性の高い測定をおこ
なうことができる。

【０００８】

【実施例】以下に本発明における分光分析装置の一実施
例である穀類をサンプルｓとする分光分析装置について
説明する。

【０００９】分光分析装置は、図１に示すように、光源
１と、光源１からの測定用光線束を成形する第一光学系
２と、第一光学系２からの測定用光線束が照射されるサ
ンプル保持部３と、そのサンプル保持部３で保持された
サンプルｓを透過した測定用光線束を集光する第二光学
系４と、その第二光学系４により集光された測定用光線
束を分光分析する受光容器の一例である分光分析部５と
を光軸Ｐに沿って配置して構成してある。

【００１０】前記光源１は、タングステン−ハロゲン電
球によって構成してある。前記第一光学系２は、前記サ
ンプル保持部３に向かう光線束を平行光線束に成形する
レンズ２ａやスリットで構成してある。スリットは、切
換手段２００を構成する回転円板２０で構成されてお
り、この回転円板２０は、測定用光線束の光軸Ｐ上で光
源１と分光分析部５との間に設けられ、測定用光線束を
そのまま通過させる明状態と、遮断する暗状態と、測定
用光線束がリファレンスを透過するリファレンス状態と
に回転軸２１周りの回転により切換られる。即ち、回転
円板２０は、回転軸２１の周りに回転する構成とされ、
図２に示すように、測定用光線束をそのまま通過させる
測定光線束通過部２０ａと、測定用光線束を遮断する測
定用光線束遮断部２０ｂと、測定用光線束がリファレン
スを透過して減衰されるリファレンス透過部２０ｃとを
周方向で交互に備えて構成される。従って、この回転円
板２０が回転することにより上述の３状態を実現できる
とともに、円板２０の回転数を制御することにより、各
部を測定用光線束が横切る時間間隔を任意に設定でき
る。ここで、切換手段２００を前記３状態に連続的に切
換駆動する手段（この例では回転軸２１の回転駆動機
構）を切換駆動手段２０１と呼ぶ。

【００１１】前記サンプル保持部３は、石英硝子製の容
器３ａによって構成してあり、その容器３ａ内には、サ
ンプルｓとして穀物を収容してある。この容器３ａは図
示するように、測定用光線束の光軸Ｐがある測定部３０
に対して、光軸Ｐを横切る状態と光軸から離間する状態
とに出退機構３０ａを設けて出退自在に構成されてい
る。前記第二光学系４は、前記サンプルｓを透過した光
線束を前記分光分析部５の入射孔５ａ位置で集光させる
集光レンズ４ａと、光路への有害光の進入を防止する暗
箱４ｂとで構成してある。

【００１２】前記分光分析部５は、前記第二光学系４に
隣接するアルミニウム製の暗箱５ｂを設け、その暗箱５
ｂ内で、入射光線束を分光反射する分光手段としての凹
面回折格子６と、分光反射された各波長毎の光線束強度
を検出するアレイ型受光素子７とを設けて構成してあ
る。また、前記暗箱５ｂ内の測定用光路における前記入
射孔５ａと前記凹面回折格子６との間には、前記入射孔
５ａからの入射光線束を凹面回折格子６に向けて反射さ
せる反射鏡８を設けてある。即ち、前記分光分析部５は
ポリクロメータ型の分光計である。

【００１３】前記アレイ型受光素子７は、前記凹面回折
格子６による光線束の分散光路上の前記暗箱５ｂに設け
た受光素子固定部９に固定設置してあり、シリコン（Ｓ
ｉ）又は硫化鉛（ＰｂＳ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）セ
ンサで構成してある。このアレイ型受光素子７からの検
出信号は、処理手段７０に送られ、この処理手段７０に
より処理され、その処理済スペクトル、スペクトルの二
次微分値等のスペクトル関連情報が求められる。さら
に、前述の切換手段２００と処理手段７０との連係が情
報分別手段１０によって採られている。

【００１４】この情報分別手段１０の構成について、図
３を参照しながら説明する。図３に示すタイムチャート
は、横軸が時間Ｔを縦軸がアレイ型受光素子７が受ける
光量（これは素子からの出力となる）の状態を示してい
る。そして、符号Ｓ−Ｒ−Ｄで示す１サイクルが、回転
円板２０の一回転に対応しており、同図には、回転円板
２０が６回回転した状況が示されている。ここで、Ｓは
回転円板２０の測定光線束通過部２０ａが光軸Ｐ上に位
置している状態（この状態で切換手段２００は明状態に
ある）を、Ｒは回転円板２０のリファレンス透過部２０
ｃが光軸Ｐ上に位置している状態（この状態で切換手段
２００はリファレンス状態にある）を、さらに、Ｄは回
転円板２０の測定用光線束遮断部２０ｂが光軸Ｐ上に位
置している状態（この状態で切換手段２００は暗状態に
ある）を示している。同図においては、前半の３サイク
ルにおいて、ＳもしくはＲで示す状態時の光量が、後半
の３サイクルの場合のものより小さくなっているが、前
半の３サイクルは容器３ａが測定部３０まで移動して、
光軸Ｐ上にサンプルがある状態に、一方、後半の３サイ
クルは容器３ａが測定部３０から引退して光軸Ｐ上にサ
ンプルが無い状態に対応するためである。従って、前述
の情報分別手段１０による処理の構成は、以下のように
なっている。即ち、サンプルが測定部３０に位置する状
態で切換手段２００が明状態にある場合に、アレイ型受
光素子７の出力情報はサンプル情報Ｓｄとされ、サンプ
ルが測定部３０に位置する状態で切換手段２００が暗状
態にある場合に、アレイ型受光素子７の出力情報がサン
プル測定時の暗情報Ｄｓとされる。さらに、サンプルが
測定部３０に無い状態で切換手段２００がリファレンス
状態にある場合に、アレイ型受光素子７の出力情報がリ
ファレンス情報Ｒｄとされ、サンプルが測定部３０に無
い状態で切換手段２００が暗状態にある場合に、アレイ
型受光素子７の出力情報がリファレンス測定時の暗情報
Ｄｒとされる。そして、吸光度情報ｄは以下の式に従っ
て決定される。 ｄ＝ｌｏｇ（（Ｒｄ−Ｄｒ）／（Ｓｄ−Ｄｓ）） さらに、この吸光度情報を利用して、前述のように、透
過光のスペクトル、スペクトルの二次微分値で得られる
とともに成分分析量が所定式によって決定されることと
なる。

【００１５】以下に本願の分光分析装置の使用状況につ
いて説明する。測定にあたっては、サンプルが容器３ａ
に収納されて、この容器３ａが測定部３０との関係で、
その部位３０への出退を繰替えす。ここで、容器３ａが
測定部３０にある時間は１分程度であり、この間に８０
回程度の情報取り込みがおこなわれる。前述の切換手段
２００に備えられる回転円板２０は常時回転状態に維持
される。結果、アレイ型受光素子７における出力は、図
３に示すようなものとなり、情報分別手段１０の作用に
従って、適切な情報が分別されて取り込まれて処理され
る。本願においては切換手段２００と切換駆動手段２０
１の働きにより、明状態もしくはリファレンス状態に対
応して暗状態が設定されることとなるため、ほぼ同時的
な情報の取り込みが可能となるとともに、素子７の温度
変化が低く抑えられ、的確な暗情報を得ることが可能と
なる。従って、測定情報の信頼性が向上するため、測定
回数を低く抑えることが可能となり、測定時間の短縮
と、測定データの安定が図れる。また、サンプル測定お
よびリファレンス測定において、光路自身は切り替える
必要がないため、測定の信頼性が向上する。

【００１６】〔別実施例〕先の実施例では、光源１にタ
ングステン−ハロゲン電球を用いているが、これに限定
するものではなく、サンプルｓ及び測定目的に応じて適
宜設定可能であり、赤外線全域で連続スペクトル放射を
持つ光源１としての熱放射体（黒体炉）や、その他水銀
灯、Ｎｅ放電管等の光源１や、ラマン散乱を測定するた
めの単色光を発光するレーザ等を用いることができ、そ
の構成も適宜変更可能である。さらに、上記の実施例に
おいては、サンプルを透過してくる測定用光線束によっ
て分析をおこなったが、これを反射光としてもよい。上
記の実施例においては、サンプル測定もしくはリファレ
ンス測定時に後続する暗状態に於ける素子出力を暗情報
としたが、これをそれぞれ先行する暗状態から取り込む
ものとしてもよい。

【００１７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】分光分析装置の構成を示す図

【図２】回転円盤の構成を示す図

【図３】信号の状態を示す図

【符号の説明】

１ 光源 ６ 分光手段 ７ アレイ型受光素子 ３０ 測定部 ２００ 切換手段 ２０１ 切換駆動手段 ２０１ 情報分別手段 ｓ サンプル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象のサンプル（ｓ）が出退自在な
   測定部（３０）に測定用光線束を照射する光源（１）
   と、前記測定部（３０）を透過もしくは前記測定部（３
   ０）より反射してくる測定用光線束を分光する分光手段
   （６）と、分光された前記測定用光線束を受光するアレ
   イ型受光素子（７）とを備えた分光分析装置であって、 前記測定用光線束の光路上で前記光源（１）と前記分光
   手段（６）との間の部位に、測定用光線束をそのまま通
   過させる明状態と、遮断する暗状態と、前記測定用光線
   束がリファレンスを透過するリファレンス状態とに切換
   る切換手段（２００）を備え、 前記切換手段（２００）を前記３状態に連続的に切換駆
   動する切換駆動手段（２０１）を備え、 前記サンプル（ｓ）が前記測定部（３０）に位置する状
   態で前記切換手段（２００）が明状態にある場合に、前
   記アレイ型受光素子（７）の出力情報をサンプル情報と
   するとともに、前記サンプル（ｓ）が前記測定部（３
   ０）に位置する状態で前記サンプル情報取り込み時に対
   応して前記切換手段（２００）が暗状態にある場合に、
   前記アレイ型受光素子（７）の出力情報をサンプル測定
   時の暗情報とし、前記サンプル（ｓ）が前記測定部（３
   ０）に無い状態で前記切換手段（２００）がリファレン
   ス状態にある場合に、前記アレイ型受光素子（７）の出
   力情報をリファレンス情報とするとともに、前記サンプ
   ル（ｓ）が前記測定部（３０）に無い状態で前記リファ
   レンス情報取り込み時に対応して前記切換手段（２０
   ０）が暗状態にある場合に、前記アレイ型受光素子
   （７）の出力情報をリファレンス測定時の暗情報とする
   情報分別手段（１０）を備えた分光分析装置。
2. 【請求項２】 前記切換手段（２００）が前記測定用光
   線束の光路を横切る状態に配設される回転円板（２０）
   から構成され、前記回転円板（２０）に、前記測定用光
   線束をそのまま通過させる測定光線束通過部（２０ａ）
   と、前記測定用光線束を遮断する測定用光線束遮断部
   （２０ｂ）と、測定用光線束をリファレンスに透過させ
   て減衰させるリファレンス透過部（２０ｃ）とを周方向
   に各別に備えた請求項１記載の分光分析装置。