JPH10160571A - 分光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積分球による測定精度を向上する。 【解決手段】 積分球１０には試料測定光束ＬSの入射
窓１１、反射窓１２、光検出窓１３を設け、拡散反射光
を試料側光検出器２３にて検出する。一方、参照光束Ｌ
Rは積分球１０の外側に設けた参照側光検出器２４にて
検出する。そして、両検出信号を加算アンプ２７により
加算した後に演算処理し反射率等を算出する。これによ
り、積分球の開口率を小さくできるので拡散光の捕集効
率がよくなると共に、窓が少ないので積分球の設計が容
易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は分光光度計に関し、
特に積分球測定部を用いたダブルビーム式の分光光度計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の分光光度計における積分
球測定部の構成を示す図である。この測定部には、同一
光源から発した光を二分割した試料測定光束ＬS及び参
照光束ＬRが近接して略平行に導入される。各光束ＬS、
ＬRはそれぞれ反射鏡２１、２２で反射され、試料測定
光束入射窓３１及び参照光束入射窓３４を通して積分球
３０内部に導びかれる。積分球３０は反射率の良好な内
面を有しており、導入された両光束ＬS、ＬRはそれぞれ
試料測定光束反射窓３２及び参照光束反射窓３５の開口
に至る。反射窓３２、３５の外側至近の測定試料載置位
置ａ及び参照試料載置位置ｂにはそれぞれ例えば未知試
料及び標準白板が配置され、その未知試料及び標準白板
で鏡面反射した光は積分球３０内部を図２に示すように
進み、鏡面光除去窓３６から積分球３０外部に取り出さ
れる。

【０００３】一方、未知試料及び標準白板で拡散反射し
た光は種々の方向に進み、積分球３０の内面で反射を繰
り返す。積分球３０の適宜の箇所には光検出窓３３が開
口され、拡散反射光の大部分は光検出窓３３から出てそ
の外側至近に配置された光検出器２３の受光面に到達す
る。光検出器２３は受光光の強度に応じた検出信号を出
力し、この信号はアンプ２５で増幅された後に演算処理
部２８に入力される。

【０００４】上記構成のダブルビーム式の積分球測定部
では、以下のように試料の拡散反射率（又は透過率）を
測定する。まず、測定試料載置位置ａ及び参照試料載置
位置ｂに、それぞれ１００％拡散反射の標準白板を置
く。試料測定光束ＬS及び参照光束ＬRは交互に照射され
るので、光検出器２３は試料測定光束ＬSに対する１０
０％拡散光の検出信号Ｓ(100)と参照光束ＬRに対する１
００％拡散光の検出信号Ｒとを交互に出力する。この信
号に基づき、演算処理部２８は両検出信号の比Ｄ(100)
＝Ｓ(100)／Ｒを算出する。次に、測定試料載置位置ａ
に測定対象の未知試料を置き、光検出器２３において試
料測定光束ＬSに対する未知試料の拡散光の検出信号Ｓ
(S)と参照光束ＬRに対する１００％拡散光の検出信号Ｒ
とを得る。この信号に基づき、演算処理部２８は両検出
信号の比Ｄ(S)＝Ｓ(S)／Ｒを算出し、更にＤ(100)とＤ
(S)の比Ｔ＝Ｄ(S)／Ｄ(100)＝Ｓ(S)／Ｓ(100)を計算す
ることにより反射率を算出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記構成において積分
球３０は拡散光を効率よく光検出窓３３に集めることが
目的であるから、球に近い形状であるほど理想的であ
り、開口率（内面積に対する開口面積の比率）が小さい
ほど好ましい。しかしながら、上述のように従来の積分
球測定部では積分球３０に多くの窓を開口させなければ
ならず、開口率が大きくなって拡散光の捕集効率が劣化
してしまう。

【０００６】また、この種の分光光度計では一般に直径
が６０〜２００ｍｍ程度の積分球が使用されるが、この
ような積分球に上述の如く多数の窓を最適の位置に設け
る設計はかなり困難である。すなわち、試料や標準白板
における光の入反射角度が大きいと偏光方向による拡散
反射率の相違が大きくなり正確な測定が行なえなくなる
ため、その入反射角度は小さい（通常１０°程度以下）
ほうが好ましい。このような入反射角度や両光束ＬS、
ＬRの間隔等の諸制約条件の下に、試料測定光束入射窓
３１、参照光束入射窓３４、試料測定光束反射窓３２、
参照光束反射窓３５及び共通の鏡面光除去窓３６を配置
しなければならない。

【０００７】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的とするところは、積分球測定部
の測定精度や感度を向上すると共に、積分球の設計を容
易にすることができる分光光度計を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料測定光束及び参照光束を用い
るダブルビーム型の分光光度計において、 a)光入射窓から導入した試料測定光を光反射窓の外側近
傍に配置した試料に照射し、該試料からの拡散反射光を
内面に反射させて光検出窓に導くように、光入射窓、光
反射窓及び光検出窓を適宜の位置に開口した積分球と、 b)前記光検出窓を通して積分球の外側に取り出された光
を検出する第１の光検出手段と、 c)前記積分球の外部において参照光束を検出する第２の
光検出手段と、 d)第１及び第２の光検出手段の検出信号を基に、試料の
光学的な特性を示す指標値を算出する演算手段と、を備
えることを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る分光光度計では、試
料測定光束のみが光入射窓を通して積分球内部に導入さ
れ、光反射窓の外側近傍に配置されている試料に当たっ
て反射する。拡散反射光は種々の方向に進み、積分球の
内面で反射を繰り返して光検出窓に到達すると積分球か
ら出て第１の光検出手段により受光される。従って第１
の光検出手段は、試料からの拡散反射光の強度に応じた
検出信号を出力する。一方、積分球の外側に配置された
第２の光検出手段は試料測定光束とは相違する光路を通
る参照光束を受光し、この受光光の強度に応じた検出信
号を出力する。

【００１０】例えば、第１及び第２の光検出手段の出力
信号は加算アンプ等を用いてアナログ的に加算される。
試料測定光束と参照光束とが交互に照射されると、加算
アンプの出力には、試料からの拡散反射光に対応する検
出信号と参照光束に対応する検出信号とが交互に得られ
る。そこで、この両者の検出信号を用いて、演算手段
は、従来と同様に試料の光学的な特性を示す指標値とし
て反射率や透過率を算出する。勿論、第１及び第２の光
検出手段による検出信号をアナログ的に加算せずに、例
えばそれぞれディジタル信号に変換した後に演算処理を
行なってもよい。

【００１１】なお、試料からの鏡面反射光を除いた拡散
反射率のみを算出する場合には、試料からの鏡面反射光
を積分球の外部に取り出すための鏡面光除去窓を積分球
の適宜の箇所に設けるようにすればよい。

【００１２】

【発明の効果】本発明に係る分光光度計によれば、積分
球には光入射窓、光反射窓及び光検出窓、更に必要に応
じて鏡面光除去窓の最大４個の窓を設けるのみでよいの
で、従来の積分球と比較して開口率を小さくすることが
できる。このため、拡散反射光を効率よく光検出窓に集
めることができ、測定の精度が向上する。また、積分球
に設ける窓の数が減り且つ窓の位置の制約が緩やかにな
るので、積分球自体の設計が容易になるのみならず、外
部の部品配置の自由度が増し、大きな積分球を用いつつ
測定部を小形にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る分光光度計の一実施例に
ついて図を参照しつつ説明する。図１は本実施例の分光
光度計における積分球測定部の構成図である。積分球１
０には、入射窓１１、反射窓１２、光検出窓１３及び鏡
面光除去窓１４がそれぞれ所定位置に開口している。光
検出窓１３の外側至近には試料側光検出器２３が配置さ
れる一方、積分球１０の外側には参照側光検出器２４が
配置されている。両光検出器２３、２４の検出信号はそ
れぞれ試料側アンプ２５、参照側アンプ２６で増幅され
た後に加算アンプ２７にてアナログ的に加算される。加
算アンプ２７の出力信号は演算処理部２８へ入力されて
いる。

【００１４】図２の従来の分光光度計と同様に、同一光
源から発した光を二分割した試料測定光束ＬS及び参照
光束ＬRはこの測定部に近接して略平行に導入される。
試料測定光束ＬSは反射鏡２１で反射され、入射窓１１
を通して積分球１０内部に導びかれる。この試料測定光
束ＬSは反射窓１２の外側至近の測定試料載置位置ａに
置かれた試料に当たり、鏡面反射光は図１に示すように
進んで鏡面光除去窓１４から積分球１０外部に取り出さ
れる。試料で拡散反射した光は積分球１０の内面で反射
を繰り返して光検出窓１３に至り、試料側光検出器２３
により検出される。一方、参照光束ＬRは反射鏡２２で
反射され後に、直接、参照側光検出器２４により検出さ
れる。すなわち、本実施例の構成では、参照光束ＬRは
積分球１０内部を通過しない。

【００１５】まず、測定試料載置位置ａに１００％拡散
反射の標準白板を置き、測定を行なう。従来と同様に試
料測定光束ＬSと参照光束ＬRとが交互に照射されると、
試料側光検出器２３では、試料測定光束ＬSが照射され
る期間にその試料測定光束ＬSに対する１００％拡散光
の検出信号Ｓ(100)が出力され、参照光束ＬRが照射され
る期間にはその出力は零となる（厳密には暗電流に応じ
た微小ノイズが出力される）。一方、参照側光検出器２
４では、参照光束ＬRが照射される期間にその参照光束
ＬRに対する検出信号Ｒが出力され、試料測定光束ＬSが
照射される期間にはその出力は零となる。加算アンプ２
７では両検出信号が加算されるので、その出力信号には
試料測定光束ＬSに対する１００％拡散光の検出信号Ｓ
(100)と参照光束ＬRに対する検出信号Ｒとが交互に現わ
れる。従って、この出力信号に基づいて、演算処理部２
８は両検出信号の比Ｄ(100)＝Ｓ(100)／Ｒを算出する。

【００１６】次に、測定試料載置位置ａに測定対象の未
知試料を置き同様の測定を行なうと、加算アンプ２７の
出力信号には試料測定光束ＬSに対する未知試料の拡散
光の検出信号Ｓ(S)と参照光束ＬRに対する検出信号Ｒと
が交互に現われる。これにより、演算処理部２８は両検
出信号の比Ｄ(S)＝Ｓ(S)／Ｒを算出し、更にＤ(100)と
Ｄ(S)の比Ｔ＝Ｄ(S)／Ｄ(100)＝Ｓ(S)／Ｓ(100)を計算
することにより反射率を算出する。

【００１７】以上のように、本実施例の分光光度計で
は、参照光束ＬRが光検出器に到達するまでの光路に積
分球を含んでいないが、反射率等の計算の過程で参照光
束ＬRに対する検出信号Ｒの影響はないので、拡散反射
光の捕集効率が高くなる分だけ測定精度が改善される。
但し、例えば、標準白板測定時と未知試料測定時とで周
囲温度が相違しており、試料側光検出器２３と参照側光
検出器２４との温度依存性の相違が大きいと、反射率の
計算の過程で参照光束ＬR側の検出信号Ｒの温度変動分
が影響して精度の低下を招く。従って、試料側光検出器
２３と参照側光検出器２４とは、できる限り特性の揃っ
たものを用いることが好ましい。

【００１８】なお、上記実施例では加算アンプ２７によ
りアナログ的に両検出信号を加算していたが、それぞれ
Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、その後に
演算処理を行なって加算又は同等の処理を行なうように
してもよい。

【００１９】また、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行なえることは明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る分光光度計の実施例における積
分球測定部の構成図。

【図２】 従来の分光光度計の積分球測定部の構成図。

【符号の説明】

１０…積分球 １１…入射窓 １２…反射窓 １３…光検出窓 ２３…試料側光検出器 ２４…参照側光検出器 ２７…加算アンプ ２８…演算処理部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料測定光束及び参照光束を用いるダブ
   ルビーム型の分光光度計において、 a)光入射窓から導入した試料測定光を光反射窓の外側近
   傍に配置した試料に照射し、該試料からの拡散反射光を
   内面に反射させて光検出窓に導くように、光入射窓、光
   反射窓及び光検出窓を適宜の位置に開口した積分球と、 b)前記光検出窓を通して積分球の外側に取り出された光
   を検出する第１の光検出手段と、 c)前記積分球の外部において参照光束を検出する第２の
   光検出手段と、 d)第１及び第２の光検出手段の検出信号を基に、試料の
   光学的な特性を示す指標値を算出する演算手段と、 を備えることを特徴とする分光光度計。