JP2007218632A - Analyzer, refractive index measuring instrument and analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料の光学特性を測定し、この測定した光学特性に基づいて前記試料を分析する分析装置および分析方法と、この分析装置および分析方法に適用して好適な屈折率測定装置とに関する。 The present invention relates to an analyzer and an analysis method for measuring an optical characteristic of a sample and analyzing the sample based on the measured optical characteristic, and a refractive index measuring apparatus suitable for application to the analyzer and the analysis method. .
従来、血液や尿等の検体と試薬とを混合した試料を測定セルに収容し、この収容した試料中に光を照射して透過させ、透過光量をもとに試料の吸光度を測定することによって試料の成分分析等を行う分析装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a sample in which a specimen such as blood or urine and a reagent are mixed is stored in a measurement cell, light is irradiated and transmitted through the stored sample, and the absorbance of the sample is measured based on the amount of transmitted light. An analyzer for performing component analysis of a sample is known (see, for example, Patent Document 1).
ところで、生化学的、免疫学的あるいは遺伝学的な分析では、少量の検体に対して多項目の分析を行う場合があり、試料の微量化が要望されている。しかしながら、上述した従来の分析装置では、高精度に試料の吸光度を測定するために、試料中を透過する光の光路長を所定長さ以上に確保する必要があり、測定セルの容量を小さくすることが困難であった。また、測定した吸光度をもとに試料の成分濃度等を算出するにあたり、試料中の光路長を厳密に求めなければ正確な算出結果が得られないという問題があった。 By the way, in biochemical, immunological or genetic analyses, there are cases where multi-item analysis is performed on a small amount of specimen, and there is a demand for a small amount of sample. However, in the above-described conventional analyzer, in order to measure the absorbance of the sample with high accuracy, it is necessary to ensure the optical path length of the light transmitted through the sample to be a predetermined length or more, thereby reducing the capacity of the measurement cell. It was difficult. Further, in calculating the component concentration of the sample based on the measured absorbance, there is a problem that an accurate calculation result cannot be obtained unless the optical path length in the sample is strictly determined.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、試料中の光路長によらず試料の成分濃度等を求めることができ、測定セルの容積を小さくして試料の分析を行うことができる分析装置および分析方法と、この分析装置および分析方法に適用して好適な屈折率測定装置とを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can determine the component concentration of the sample regardless of the optical path length in the sample, and can analyze the sample by reducing the volume of the measurement cell. It is an object of the present invention to provide an analysis apparatus and an analysis method, and a refractive index measurement apparatus suitable for application to the analysis apparatus and the analysis method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかる分析装置は、試料の光学特性を測定し、この測定した光学特性に基づいて前記試料を分析する分析装置において、前記試料の屈折率の波長依存性を測定する屈折率測定手段と、前記屈折率の波長依存性をもとに前記試料の吸収係数を算出し、該吸収係数に基づいて前記試料を分析する分析演算手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an analyzer according to
また、請求項2にかかる分析装置は、上記の発明において、前記屈折率測定手段は、所定の波長域の測定光を発する光源と、前記測定光を回折して波長ごとに分岐する回折素子と、前記試料を保持するとともに、この保持した試料に入射する前記測定光を屈折して波長ごとに偏向する偏向容器と、前記回折素子によって分岐され、前記偏向容器によって偏向された各測定光を各々集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光された各測定光を受光する2次元受光素子と、前記2次元受光素子が受光した前記各測定光の受光位置に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出する屈折率演算手段と、を備えたことを特徴とする。
Further, in the analysis apparatus according to
また、請求項3にかかる分析装置は、上記の発明において、前記回折素子は、1次元回折格子であり、前記偏向容器は、前記試料をプリズム状に保持するとともに、前記1次元回折格子の回折方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向し、前記屈折率演算手段は、前記回折方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の前記偏向容器による偏角を算出し、この算出した波長および偏角に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the above invention, the diffraction element is a one-dimensional diffraction grating, the deflection container holds the sample in a prism shape, and the diffraction of the one-dimensional diffraction grating. The measurement light is deflected in a deflection direction orthogonal to the direction, and the refractive index calculation means calculates the wavelength of each measurement light based on the light reception position in the diffraction direction, and determines the light reception position in the deflection direction. Based on the calculated wavelength and the deflection angle, the refractive index for each wavelength of the sample is calculated based on the calculated deflection angle of the measurement light.
また、請求項4にかかる分析装置は、上記の発明において、前記屈折率測定手段は、前記偏向容器が保持した試料に入射する前記測定光の入射角度および入射位置の少なくとも一方を調整する入射光調整手段を備え、前記入射光調整手段は、前記1次元回折格子の0次回折光であって前記波長域中の所定の基準波長を有する前記測定光の主光線を、前記集光光学系の光軸に一致させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the above invention, the refractive index measuring means adjusts at least one of an incident angle and an incident position of the measurement light incident on the sample held by the deflection container. Adjusting means, wherein the incident light adjusting means converts the principal ray of the measurement light, which is the 0th-order diffracted light of the one-dimensional diffraction grating and has a predetermined reference wavelength in the wavelength range, to the light of the condensing optical system. It is characterized by matching with the axis.
また、請求項5にかかる分析装置は、上記の発明において、前記所定の基準波長は、前記波長域中の最長波長であることを特徴とする。 The analyzer according to claim 5 is characterized in that, in the above invention, the predetermined reference wavelength is a longest wavelength in the wavelength range.
また、請求項6にかかる分析装置は、上記の発明において、前記偏向容器は、前記試料を直角プリズム状に保持することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the above invention, the deflecting container holds the sample in a right-angle prism shape.
また、請求項7にかかる分析装置は、上記の発明において、前記回折素子は、2次元回折格子であり、前記集光光学系は、前記各測定光を所定の1方向に集光する1次元集光光学系であり、前記偏向容器は、前記試料をシリンドリカルレンズ状に保持するとともに、前記所定の1方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向して集光し、前記屈折率演算手段は、前記所定の集光方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光に対応する前記偏向容器の焦点距離を算出し、この算出した波長および焦点距離に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the above invention, the diffraction element is a two-dimensional diffraction grating, and the condensing optical system is a one-dimensional that condenses the measurement light in a predetermined direction. A condensing optical system, wherein the deflection container holds the sample in a cylindrical lens shape, deflects and condenses the measurement light in a deflection direction orthogonal to the predetermined one direction, and calculates the refractive index. Calculates the wavelength of each measurement light based on the light receiving position in the predetermined light collection direction, and the focal length of the deflection container corresponding to each measurement light based on the light reception position in the deflection direction And the refractive index for each wavelength of the sample is calculated based on the calculated wavelength and focal length.
また、請求項8にかかる分析装置は、上記の発明において、前記2次元回折格子の0次回折光としての前記測定光の主光線は、前記集光光学系および前記偏向容器の各光軸に一致することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the above invention, the principal ray of the measurement light as the zero-order diffracted light of the two-dimensional diffraction grating coincides with each optical axis of the condensing optical system and the deflection container. It is characterized by doing.
また、請求項9にかかる分析装置は、上記の発明において、前記偏向容器は、該偏向容器の屈折率より小さい屈折率を有する前記試料を凹レンズ型のシリンドリカルレンズ状に保持し、該偏向容器の屈折率より大きい屈折率を有する前記試料を凸レンズ型のシリンドリカルレンズ状に保持することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the above invention, the deflection container holds the sample having a refractive index smaller than the refractive index of the deflection container in the shape of a concave lens cylindrical lens. The sample having a refractive index larger than the refractive index is held in a cylindrical shape of a convex lens type.
また、請求項10にかかる分析装置は、上記の発明において、前記集光光学系は、前記各測定光をテレセントリックにして集光することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the analyzer according to the above invention, wherein the condensing optical system condenses the respective measurement lights using telecentricity.
また、請求項11にかかる分析装置は、上記の発明において、前記集光光学系は、色収差がない光学系であることを特徴とする。 The analyzer according to claim 11 is characterized in that, in the above invention, the condensing optical system is an optical system having no chromatic aberration.
また、請求項12にかかる分析装置は、上記の発明において、前記集光光学系は、色消しレンズ系または凹面反射光学系であることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the above invention, the condensing optical system is an achromatic lens system or a concave reflecting optical system.
また、請求項13にかかる屈折率測定装置は、試料の屈折率の波長依存性を測定する屈折率測定装置であって、所定の波長域の測定光を発する光源と、前記測定光を回折して波長ごとに分岐する回折素子と、前記試料を保持するとともに、この保持した試料に入射する前記測定光を屈折して波長ごとに偏向する偏向容器と、前記回折素子によって分岐され、前記偏向容器によって偏向された各測定光を各々集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光された各測定光を受光する2次元受光素子と、前記2次元受光素子が受光した前記各測定光の受光位置に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出する屈折率演算手段と、を備えたことを特徴とする。 A refractive index measuring apparatus according to a thirteenth aspect is a refractive index measuring apparatus that measures the wavelength dependence of a refractive index of a sample, and diffracts the measurement light with a light source that emits measurement light in a predetermined wavelength range. A diffraction element that branches for each wavelength, a deflection container that holds the sample, refracts the measurement light incident on the held sample and deflects the measurement light for each wavelength, and is branched by the diffraction element, the deflection container A condensing optical system for condensing each measurement light deflected by the light, a two-dimensional light receiving element for receiving each measurement light condensed by the condensing optical system, and each of the two-dimensional light receiving elements received by the two-dimensional light receiving element And a refractive index calculating means for calculating a refractive index for each wavelength of the sample based on a light receiving position of the measurement light.
また、請求項14にかかる屈折率測定装置は、上記の発明において、前記回折素子は、1次元回折格子であり、前記偏向容器は、前記試料をプリズム状に保持するとともに、前記1次元回折格子の回折方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向し、前記屈折率演算手段は、前記回折方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の前記偏向容器による偏角を算出し、この算出した波長および偏角に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする。
The refractive index measurement apparatus according to
また、請求項15にかかる屈折率測定装置は、上記の発明において、前記回折素子は、2次元回折格子であり、前記集光光学系は、前記各測定光を所定の1方向に集光する1次元集光光学系であり、前記偏向容器は、前記試料をシリンドリカルレンズ状に保持するとともに、前記所定の1方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向して集光し、前記屈折率演算手段は、前記所定の集光方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光に対応する前記偏向容器の焦点距離を算出し、この算出した波長および焦点距離に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする。
In the refractive index measuring apparatus according to
また、請求項16にかかる分析方法は、試料の光学特性を測定し、この測定した光学特性に基づいて前記試料を分析する分析方法において、前記試料の屈折率の波長依存性を測定する屈折率測定ステップと、前記屈折率の波長依存性をもとに前記試料の吸収係数を算出し、該吸収係数に基づいて前記試料を分析する分析演算ステップと、を含むことを特徴とする。
The analysis method according to
また、請求項17にかかる分析方法は、上記の発明において、前記屈折率測定ステップは、所定の波長域の測定光を回折して波長ごとに分岐する回折ステップと、前記試料に入射する前記測定光を屈折して波長ごとに偏向する偏向ステップと、前記回折ステップによって分岐し、前記偏向ステップによって偏向した各測定光を各々集光する集光ステップと、前記集光ステップによって集光した前記各測定光を受光する受光ステップと、前記受光ステップにおける前記各測定光の受光位置に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出する屈折率演算ステップと、を含むことを特徴とする。
In the analysis method according to
本発明にかかる分析装置および分析方法によれば、試料の屈折率の波長依存性を測定し、この測定した屈折率の波長依存性をもとに試料の吸収係数を算出し、算出した吸収係数に基づいて試料の成分濃度等を求めるようにしているため、試料中の光路長によらず試料の成分濃度等を求めることができ、測定セルの容積を小さくして試料の分析を行うことができる。また、本発明にかかる屈折率測定装置によれば、試料の波長ごとの屈折率を一括して測定することができ、試料の屈折率の波長依存性を短時間で求めることができる。 According to the analyzer and the analysis method of the present invention, the wavelength dependency of the refractive index of the sample is measured, the absorption coefficient of the sample is calculated based on the wavelength dependency of the measured refractive index, and the calculated absorption coefficient is calculated. Therefore, the sample component concentration, etc. can be obtained regardless of the optical path length in the sample, and the sample can be analyzed by reducing the volume of the measurement cell. it can. Moreover, according to the refractive index measuring apparatus concerning this invention, the refractive index for every wavelength of a sample can be measured collectively, and the wavelength dependence of the refractive index of a sample can be calculated | required in a short time.
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる分析装置、屈折率測定装置および分析方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。 Exemplary embodiments of an analyzer, a refractive index measuring device, and an analysis method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1にかかる分析装置、屈折率測定装置および分析方法について説明する。図1は、本実施の形態1にかかる分析装置1の要部構成を示す図である。図1に示すように、分析装置1は、分析対象としての検体と試薬とを試料として測定セルに分注し、分注した測定セル内で生じる反応を光学的に測定する測定機構11と、測定機構11を含む分析装置1全体の制御を行うとともに、測定機構11における測定結果の分析を行う制御分析機構21とを備える。分析装置1は、これらの機構を連携させることによって複数の検体の生化学的、免疫学的あるいは遺伝学的な分析を自動的に行う。
(Embodiment 1)
First, an analysis apparatus, a refractive index measurement apparatus, and an analysis method according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of the
測定機構11は、大別して検体移送部12、検体分注部13、試薬テーブル14A,14B、試薬分注部15A,15B、反応テーブル16、屈折率測定部18および洗浄部19を備える。また、制御分析機構21は、制御部22、入力部23、出力部24および記憶部25を備える。測定機構11および制御分析機構21が備えるこれらの各部は、制御部22に電気的に接続されている。
The measurement mechanism 11 roughly includes a
検体移送部12は、血液や尿等、液体である検体を収容した複数の検体容器12aを保持し、図中の矢印方向に順次移送する複数の検体ラック12bを備える。検体移送部12上の所定位置に移送された検体容器12a内の検体は、検体分注部13によって、反応テーブル16上に配列して搬送される測定セル17に分注される。検体分注部13は、水平方向に旋回するアーム13aと、アーム13aの旋回する先端部に鉛直方向に取り付けられたピペット様のプローブとを備え、検体容器12aに収容された検体をプローブによって吸引し、反応テーブル16上の所定位置に搬送された測定セル17内に吐出することで分注を行う。
The
試薬テーブル14A,14Bのそれぞれは、全体が水平面内で円状に形成されており、図示しない駆動機構によって周方向に回動され、円周部に沿って保持した複数の試薬容器14Aa,14Baを回転移動する。試薬分注部15A,15Bのそれぞれは、検体分注部13と同様に、水平方向に旋回するアーム15Aa,15Baと、この各アームの旋回する先端部に鉛直方向に取り付けられたピペット様のプローブとを用いて構成されており、試薬テーブル14A,14B上の所定位置に移動された試薬容器14Aa,14Ba内の試薬をプローブによって吸引し、反応テーブル16上の所定位置に搬送された測定セル17に分注する。
Each of the reagent tables 14A and 14B is formed in a circular shape in the horizontal plane, and is rotated in the circumferential direction by a driving mechanism (not shown) to hold a plurality of reagent containers 14Aa and 14Ba held along the circumferential portion. Rotate and move. As with the
反応テーブル16は、全体が水平面内で円状に形成され、図示しない駆動機構によって周方向に回動され、円周部に沿って配列され複数の測定セル17を周方向に回転搬送する。反応テーブル16は、通常、所定の回転速度で連続的に図中時計回りに測定セル17を回転搬送するが、制御部22からの指示に基づいて回転速度や回転方向を変更することができる。
The reaction table 16 is formed in a circular shape in the horizontal plane, is rotated in the circumferential direction by a drive mechanism (not shown), is arranged along the circumferential portion, and rotates and conveys the plurality of
屈折率測定部18は、所定の波長域の測定光を測定セル17内の試料に照射するとともに、試料を透過した測定光を受光して、試料の屈折率の波長依存性を測定する。この測定結果は、制御部22に出力され分析される。屈折率測定部18の機構および動作の詳細は、別途後述する。
The refractive
洗浄部19は、図示しないノズルによって、屈折率測定部18による測定が終了した測定セル17内の試料を吸引して排出するとともに、洗剤や洗浄水等の洗浄液を注入および吸引することで洗浄を行う。
The
制御部22は、CPU等を用いて構成され、分析装置1の各部の処理および動作を制御する。特に、制御部22は分析演算部22aを備え、この分析演算部22aは、屈折率測定部18から取得した測定結果をもとに試料の吸収係数を算出し、算出した吸収係数に基づいて試料すなわち検体の成分分析等を行う。制御部22は、試料の分析に必要な諸情報や分析動作の指示情報等を、キーボード、マウス等を用いて構成される入力部23を介して外部から取得する。また、制御部22は、検体の分析結果等を含む諸情報を、ディスプレイ、プリンタ、通信機構等を用いて構成される出力部24に出力するとともに、ROMおよびRAM等を用いて構成される記憶部25に記録する。
The
以上のように構成された分析装置1では、列をなして順次搬送される複数の測定セル17に対して、検体分注部13が検体容器12a中の検体を分注し、試薬分注部15A,15Bがそれぞれ試薬容器14Aa,14Ba中の試薬を分注した後、屈折率測定部18が検体と試薬とを反応させた状態の試料の屈折率の波長依存性を測定し、この測定結果を制御部22が分析することで、検体の成分分析等が自動的に行われる。また、洗浄部19が、屈折率測定部18による測定が終了した後に搬送される測定セル17を、搬送させながら洗浄することで、一連の分析動作が連続して繰り返し行われる。
In the
なお、分析装置1は、試薬テーブルと試薬分注部との組を2セット備えるものとしたが、分析項目等に応じて1セットもしくは3セット以上備えることもできる。また、各試薬容器14Aa,14Ba内に収容される試薬は、分析項目等に応じて選択されるものであり、同一のものでも異なるものでもよい。さらに、分析装置1は、検体および試薬が分注された場合に測定セル17内を攪拌する図示しない攪拌機構を備えることもできる。なお、各測定セル17に対する検体および試薬の分注順序、同一の測定セル17に分注する試薬の数等は、分析項目、試薬の種類あるいは分析プロトコル等に応じて異ならせることができる。
The
つづいて、屈折率測定部18について詳細に説明する。図2〜図4は、屈折率測定部18の要部構成を示す図であって、図2は斜視図であり、図3は側面図であり、図4は平面図である。図2〜図4に示すように、屈折率測定部18は、コリメート光源ユニット31、ミラー32,33、回折格子35、集光レンズ36、受光素子37、処理回路38および屈折率演算部39を備える。コリメート光源ユニット31から回折格子35までの各部は、反応テーブル16上に配列された測定セル17の円状列の内側に設けられ、集光レンズ36および受光素子37は、測定セル17の円状列の外側に設けられている。測定セル17は、セル保持機構HLによって、反応テーブル16上に支持されている。なお、屈折率測定部18の構成を示す図面には、便宜的に設定したxyz座標系を併せて示している。
Next, the refractive
コリメート光源ユニット31は、所定の波長域の測定光を発する光源31aと、光源像を形成するレンズ31bと、この光源像からの測定光をコリメートするレンズ31cと、コリメートされた測定光の光束径を整形する絞り31dと、を用いて構成されており、所定の光束径を有する平行光としての測定光L1をz軸方向に射出する。ここで、光源31aには、ハロゲンランプ等の白熱電球、あるいは水銀ランプ等の放電ランプなどを用いることができる。絞り31dは、絞り径を変更可能あるいは交換可能としてもよい。
The collimated
ミラー33は、ミラー保持部34に保持されており、コリメート光源ユニット31が射出してミラー32が反射した測定光L1を、回折格子35および測定セル17に向けて反射する。ミラー保持部34は、駆動部34aと支柱部34bとを用いて構成されている。駆動部34aは、ミラー33を、支柱部34bに沿って上下動可能、かつyz面に沿って回動可能に保持している。これによって、ミラー33およびミラー保持部34は、入射光調整手段として、回折格子35および測定セル17に対する測定光L1の入射角および入射位置をyz面に沿って調整することができる。
The
回折格子35は、入射する光をyz面に垂直な方向に回折するように配置された平板状の1次元回折格子であり、図示しない保持機構によって、測定セル17の入射面と平行にして、この入射面近傍に配置されている。回折格子35は、入射する測定光L1を回折して波長ごとに分岐する。つまり、測定光L1を0次回折光、+1次回折光および−1次回折光に回折して分岐するとともに、+1次回折光および−1次回折光のそれぞれを波長ごとに分岐する。具体的には、光源31aが発する測定光の波長域をλ1〜λ5(λ1<λ5)とし、この波長域内の代表波長をλ2,λ3,λ4(λ1<λ2<λ3<λ4<λ5)とした場合、回折格子35は、図5−1に示すように、+1次および−1次回折光において、波長が長い測定光ほど大きい回折角で回折し、0次回折光を中心として、より外側に分岐する。
The
測定セル17は、図5−1および図5−2に示すように、直角プリズム状に形成された収容部17aに試料SPを保持し、この保持した試料SPに入射する測定光を屈折して波長ごとに偏向する。ここで、図5−2は、測定セル17のyz面に平行な断面を示す図である。測定セル17は、収容部17aの稜線17bをy軸に平行にして配置されており、回折格子35を介して入射する測定光をy軸方向に屈折して波長ごとに偏向する。具体的には、測定セル17は、図5−2に示すように、回折格子35からの各回折光である各測定光を、波長が短いものほど大きく屈折し、大きな偏角で偏向する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
回折格子35によって波長ごとに分岐され、測定セル17によって波長ごとに偏向された各測定光は、測定光L2として集光レンズ36に入射する。このうち、回折格子35の0次回折光であって、所定の波長域中の最長波長を有する測定光の主光線は、集光レンズ36の光軸OAと一致するように設定されている。この設定は、駆動部34aによってミラー33の上下位置および傾斜角度を変更して、測定光L1の入射角および入射位置を予め調整することで行われる。
Each measurement light branched for each wavelength by the
なお、図5−2は、測定セル17の部材よりも大きい屈折率を有する試料SPが収容部17aに収容された場合を例示しており、y軸のマイナス方向に傾斜して入射した測定光L1は、回折格子35によって回折された後、測定セル17によってy軸のプラス方向に屈折されている。これとは逆に、測定セル17の部材よりも小さい屈折率を有する試料が収容部17aに収容される場合には、駆動部34aによってミラー33の位置および角度を調整して、測定光L1をy軸のプラス方向に傾斜して入射させるとよい。この場合、測定光L1は、回折格子35によって回折された後、測定セル17によってy軸のマイナス方向に屈折される。
FIG. 5-2 exemplifies the case where the sample SP having a refractive index larger than that of the member of the
ここで、測定セル17は、屈折率の波長依存性が既知の部材によって形成されている。かかる部材として、例えば石英ガラス等のガラス部材が用いられる。また、収容部17aの内壁である2つの斜面17c,17dは光学研磨され、試料SPは、この研磨された両斜面17c,17dに接して保持される。なお、測定セル17における測定光の入射面および射出面である前後の側面は、各々稜線17bと平行に形成され、z軸と垂直に配置されている。
Here, the
集光光学系としての集光レンズ36は、色収差がない光学系であって、色消しレンズを用いた光学系(色消しレンズ系)として構成されている。図2〜図4では、集光レンズ36は、煩雑さを避けるため単レンズとして図示されているが、実際には複数のレンズもしくはレンズ群を用いて構成される。集光レンズ36は、図2〜図4に示したように、回折格子35によって分岐され、測定セル17によって偏向された各測定光L2を、後側でテレセントリックにして各々焦平面上に集光する。
The condensing
2次元受光素子としての受光素子37は、CCD、CMOS等の撮像素子を用いて実現され、その撮像面が集光レンズ36の焦平面に一致するように配置されている。受光素子37は、集光レンズ36によって各々集光される各測定光L2を一括して受光する。受光素子37は、受光した各測定光L2を光電変換した強度信号を処理回路38に出力し、処理回路38は、強度信号をA/D変換等した後、画像情報として屈折率演算部39に出力する。
The
屈折率演算部39は、受光素子37が受光した各測定光L2の受光位置に基づいて、試料SPの波長ごとの屈折率を、屈折率の波長依存性として算出する。具体的には、屈折率演算部39は、回折格子35の回折方向における各測定光L2の受光位置をもとに、各測定光L2の波長を算出し、測定セル17の偏向方向における各測定光L2の受光位置をもとに、各測定光L2の測定セル17による偏角を算出し、この算出した波長および偏角に基づいて、試料SPの波長ごとの屈折率を算出する。
The
ここで、図6を参照して、屈折率演算部39が波長ごとの屈折率を算出するための演算をより詳細に説明する。図6は、受光素子37の受光面上に集光された各測定光L2を示す図であって、特に、図5−1および図5−2に対応させ、波長λ1〜λ5の各測定光L2の受光位置を代表的に示す図である。
Here, with reference to FIG. 6, the calculation for the refractive
図6に示すように、集光レンズ36によって各々集光された各測定光L2のうち、回折格子35による0次回折光と、+1次回折光と、−1次回折光とは、受光素子37の受光面上で、それぞれy軸上、曲線C1上および曲線C2上に波長ごとに集光される。このとき、x軸方向では、+1次および−1次回折光において、波長が長い測定光L2ほどy軸を中心にして外側に集光され、y軸方向では、波長が短い測定光L2ほどプラス側に集光される。具体的には、+1次もしくは−1次回折光であって波長λ5を有する測定光L2が、x軸方向で最も外側に集光され、回折次数によらず波長λ1を有する測定光L2が、y軸方向で最もプラス側に集光される。
As shown in FIG. 6, among the measurement lights L <b> 2 collected by the
これは、回折格子35における回折方向がx軸に平行に設定され、測定セル17における屈折方向すなわち偏向方向がy軸に平行に設定されていることによる。つまり、各測定光L2が、x軸方向では、測定セル17による屈折の影響を受けることなく、回折格子35による回折作用に応じて波長ごとに分岐して集光され、y軸方向では、回折格子35による回折の影響を受けることなく、測定セル17による屈折作用に応じて波長ごとに偏向して集光されていることによる。
This is because the diffraction direction in the
このように集光された+1次および−1次回折光の集光パターンでは、測定光L2の波長λごとの受光位置におけるx座標x(λ)は、回折格子35による回折角θx(λ)と、集光レンズ36の焦点距離fとを用いて、次式(1)によって決定される。
x(λ)=f・tanθx(λ) ・・・(1)
また、回折角θx(λ)は、回折格子35の格子定数dを用いて、次式(2)によって決定される。
θx(λ)=sin-1(λ/d) ・・・(2)
In the condensing pattern of the + 1st order and −1st order diffracted lights collected in this way, the x coordinate x (λ) at the light receiving position for each wavelength λ of the measurement light L2 is the diffraction angle θx (λ) by the
x (λ) = f · tan θx (λ) (1)
Further, the diffraction angle θx (λ) is determined by the following equation (2) using the grating constant d of the
θx (λ) = sin −1 (λ / d) (2)
一方、受光位置のy座標y(λ)は、測定セル17における相対偏角θy(λ)と、集光レンズ36の焦点距離fとを用いて、次式(3)によって決定される。ただし、相対偏角θy(λ)は、集光レンズ36の光軸OAを基準とした偏角であって、図6に示す場合、波長λ5の0次回折光を基準とした偏角である。
y(λ)=f・tanθy(λ) ・・・(3)
また、相対偏角θy(λ)は、試料SPの屈折率n(λ)と所定の関係にあって、互いに一意的に決定される。
On the other hand, the y coordinate y (λ) of the light receiving position is determined by the following equation (3) using the relative deflection angle θy (λ) in the
y (λ) = f · tan θy (λ) (3)
Further, the relative declination angle θy (λ) has a predetermined relationship with the refractive index n (λ) of the sample SP and is uniquely determined from each other.
屈折率演算部39は、以上の関係から、+1次または−1次回折光である測定光L2の受光位置としてのx座標x(λ)およびy座標y(λ)をもとに、試料SPの波長ごとの屈折率n(λ)を算出する。
From the above relationship, the refractive
ここで、相対偏角θy(λ)と屈折率n(λ)との関係は、図7を参照して、つぎのように導出される。図7は、測定セル17に入射した測定光L(λ)が試料SPによって屈折される状態を示す断面図である。斜面17cにおける測定光L(λ)の入射角θ1(λ)と屈折角θ2(λ)とは、測定セル17の部材の屈折率n0(λ)を用いて、スネルの法則をもとに次式(4)で表される関係にある。
sinθ2(λ)=n0(λ)・sinθ1(λ)/n(λ) ・・・(4)
同様に、斜面17dにおける測定光L(λ)の入射角θ3(λ)と屈折角θ4(λ)とは、次式(5)で表される関係にある。
sinθ3(λ)=n0(λ)・sinθ4(λ)/n(λ) ・・・(5)
また、屈折角θ4(λ)は、斜面17dの法線と光軸OAとがなす挟角ψを用いて、次式(6)で示される。
θ4(λ)=ψ+θy(λ) ・・・(6)
Here, the relationship between the relative deflection angle θy (λ) and the refractive index n (λ) is derived as follows with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the measurement light L (λ) incident on the
sin θ 2 (λ) = n 0 (λ) · sin θ 1 (λ) / n (λ) (4)
Similarly, the incident angle θ 3 (λ) and the refraction angle θ 4 (λ) of the measurement light L (λ) on the
sin θ 3 (λ) = n 0 (λ) · sin θ 4 (λ) / n (λ) (5)
In addition, the refraction angle θ 4 (λ) is expressed by the following equation (6) using the included angle ψ formed by the normal line of the
θ 4 (λ) = ψ + θy (λ) (6)
一方、収容部17aの頂角αに対する幾何学的な関係から、θ2(λ)=α+θ3(λ)であることは明らかであり、頂角α=90度として、この式の両辺の正弦を演算すると、次式(7)が得られる。
sin2θ2(λ)=1−sin2θ3(λ) ・・・(7)
この式(7)に、式(4)〜式(6)を代入して整理することで、相対偏角θy(λ)と屈折率n(λ)との関係式として次式(8)が導出される。
sin 2 θ 2 (λ) = 1−sin 2 θ 3 (λ) (7)
By substituting the equations (4) to (6) into this equation (7) and rearranging, the following equation (8) is obtained as a relational expression between the relative declination angle θy (λ) and the refractive index n (λ). Derived.
なお、測定光L(λ)は、測定セル17の入射面と射出面とにおいて屈折作用を受けるため、厳密には、この屈折作用を式(8)に加味して、相対偏角θy(λ)と試料SPの屈折率n(λ)との関係を示すことが好ましい。
Since the measurement light L (λ) is refracted at the incident surface and the exit surface of the
ここで、より具体的に、屈折率測定部18による屈折率測定をシミュレーションした結果を図8および図9−1〜図9−3に示す。図8は、複数の試料に対する波長ごとの屈折率測定結果を示し、図9−1〜図9−3は、図8に示す複数の試料ごとの測定光L2の集光パターンを示している。
Here, more specifically, the result of simulating the refractive index measurement by the refractive
このシミュレーションでは、試料SPとして、S−BSL7、S−BSM2(以上、株式会社オハラ製光学ガラス)および水を用い、回折格子35の格子定数dを0.1mm(空間周波数が10本/mm相当)、集光レンズ36の焦点距離fを200mmとしている。また、測定セル17の部材を石英ガラス、頂角αを90度、挟角ψを45度としている。なお、石英ガラスの波長ごとの屈折率は既知であって、シミュレーション結果とともに図8に示している。また、図8には、回折格子35に対する測定光L1の入射角θinとして、0次回折光である波長800nmの測定光L2が光軸OAと平行になるときの入射角を示している。なお、測定光L1は、入射角θin>0の場合、y軸のプラス方向に傾斜して入射し、入射角θin<0の場合、y軸のマイナス方向に傾斜して入射する。
In this simulation, S-BSL7, S-BSM2 (hereinafter, optical glass manufactured by OHARA INC.) And water are used as the sample SP, and the grating constant d of the
試料SPを水とした場合、この屈折率が石英ガラスよりも低いため、測定セル17は、y軸のプラス方向に傾斜して入射する測定光をy軸のマイナス方向に屈折させる。この結果、測定光L2は、図9−1に示すように、y軸方向の負の領域に集光パターンを形成する。これに対して、試料SPをS−BSL7、S−BSM2とした場合、それぞれ屈折率が石英ガラスよりも高いため、測定セル17は、y軸のマイナス方向に傾斜して入射する測定光をy軸のプラス方向に屈折させる。この結果、測定光L2は、図9−2および図9−3に示すように、y軸方向の正の領域に集光パターンを形成する。
When the sample SP is water, the refractive index is lower than that of quartz glass. Therefore, the
以上のように、屈折率測定部18は、回折格子35によって、所定の波長域の測定光を回折して波長ごとに分岐し、試料SPをプリズム状に保持した測定セル17によって、この試料SPに入射する測定光を屈折して波長ごとに偏向し、集光レンズ36によって、回折格子35が分岐して測定セル17が偏向した各測定光を各々集光し、受光素子37によって、集光レンズ36が集光した各測定光を受光し、屈折率演算部39によって、受光素子37における各測定光の受光位置に基づいて、試料SPの波長ごとの屈折率を算出する。これによって、屈折率測定部18は、所定の波長域における試料SPの波長ごとの屈折率を一括して測定することができる。
As described above, the refractive
従来、広範囲な波長域に対する試料の屈折率の波長依存性を測定するには、例えば特許文献2に開示された屈折率測定技術を用い、測定光の波長を順次変更させながら波長ごとに屈折率を測定しなければならず、測定に多大な労力と時間を要するという問題があった。しかしながら、屈折率測定装置としての屈折率測定部18によれば、測定光の波長を順次変更させる必要がなく、広範囲な波長に対しても波長ごとの屈折率を一括して測定することができるため、試料SPの屈折率の波長依存性を容易かつ短時間で測定することができる。
Conventionally, in order to measure the wavelength dependence of the refractive index of a sample over a wide wavelength range, for example, using the refractive index measurement technique disclosed in
なお、ここまで、回折格子35は測定セル17の光源側に配置され、測定セル17は、回折格子35が回折した各回折光を屈折して波長ごとに偏向するものとして説明したが、これらの配置順序を入れ換え、測定セル17が屈折して波長ごとに偏向した各測定光を、回折格子35が回折して分岐するようにしてもよい。
Heretofore, the
一方、分析装置1では、分析演算部22aは、屈折率測定部18が測定した試料SPの屈折率の波長依存性n(λ)を取得し、この取得した屈折率の波長依存性n(λ)をもとに試料SPの吸収係数を算出し、算出した吸収係数に基づいて試料SPの分析を行う。このとき、分析演算部22aは、例えば、次式(9)で示されるクラマース・クローニッヒ(Kramers-Kronig)の関係式をもとに、屈折率の波長依存性n(λ)から吸収係数ε(λ)を算出する。ここで、係数Pは、コーシー(Cauthy)の主値を取ることを意味している。
このようにして、分析装置1では、屈折率測定部18によって、測定セル17内の試料SP中の光路長によらず試料SPの屈折率の波長依存性n(λ)を測定し、この屈折率の波長依存性n(λ)をもとに、分析演算部22aによって吸収係数ε(λ)を算出するとともに、この吸収係数ε(λ)に基づいて試料SPの分析を行うようにしているため、試料SP中の光路長によらず分析を行うことができる。したがって、試料SP中の光路長を厳密に測定する必要なく、高精度に分析を行うことができる。また、屈折率の波長依存性n(λ)の測定が試料SPの光路長に依存しないため、測定セル17の容積を小さくし、試料SPの容量を少量化して分析を行うことができる。
In this way, in the
なお、上述した屈折率測定部18では、集光光学系としての集光レンズ36を色消しレンズ系として説明したが、色収差がない光学系として、例えば凹面反射鏡を用いて構成する凹面反射光学系としてもよい。この場合、凹面反射鏡として軸外放物面鏡を用いて構成することが好ましい。
In the refractive
また、屈折率測定部18では、試料SPを保持する収容部17aの形状を直角プリズム状として説明したが、プリズム形状の頂角αは直角(90度)に限定されるものではなく、試料SPに入射する測定光を波長ごとに偏向して射出可能な角度であれば任意でよい。
Further, in the refractive
さらに、屈折率測定部18では、所定の波長域における最長波長を有する測定光L2を集光レンズ36の光軸OAに一致させるものとして説明したが、基準波長を有する測定光として光軸OAに一致させる測定光L2の波長は、最長波長に限定されるものではなく、所定の波長域における任意の波長でよい。
Furthermore, although the refractive
(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2にかかる分析装置、屈折率測定装置および分析方法について説明する。図10〜図12は、本実施の形態2にかかる分析装置が備える屈折率測定手段としての屈折率測定部118の要部構成を示す図であって、図10は斜視図であり、図11は平面図であり、図12は側面図である。本実施の形態2にかかる分析装置は、分析装置1をもとに測定セル17および屈折率測定部18に替えて、測定セル117および屈折率測定部118を備えている。その他の構成は分析装置1と等しく構成されている。ただし、制御部22は、屈折率測定部18の代わりに屈折率測定部118を制御する機能を有する。
(Embodiment 2)
Next, an analysis apparatus, a refractive index measurement apparatus, and an analysis method according to the second embodiment of the present invention will be described. 10 to 12 are diagrams showing a main configuration of the refractive
図10〜図12に示すように、屈折率測定部118は、コリメート光源ユニット41、回折格子42、集光レンズ43、受光素子44、処理回路45および屈折率演算部46を備える。コリメート光源ユニット41から集光レンズ43までの各部は、反応テーブル16上に配列された測定セル117の円状列の内側に配置され、受光素子44は、この円状列の外側に配置されている。測定セル117は、図示しない保持機構によって、反応テーブル16上に支持されている。なお、屈折率測定部118の構成を示す図面には、便宜的に設定したxyz座標系を併せて示している。
As shown in FIGS. 10 to 12, the refractive
コリメート光源ユニット41は、所定の波長域の測定光を発する光源41aと、協働して光源像を形成するレンズ41b,41cと、光源像の大きさを規定するピンホール41dと、光源像からの測定光をコリメートするレンズ41eと、コリメートされた測定光の光束径を整形する絞り41fと、を用いて構成されており、所定の光束径を有する平行光としての測定光L11をz軸方向に射出する。ここで、光源41aおよび絞り41fには、光源31aおよび絞り31dと同様のものが用いられる。
The collimated
回折格子42は、図13に示すような2次元的な格子パターンを有する平板状の2次元回折格子であって、z軸に垂直に配置され、z軸方向に入射する測定光を2次元的に回折して波長ごとに分岐する。回折格子42は、入射した測定光L11を、x軸方向、y軸方向、D1軸方向およびD2軸方向の4方向に回折し、この各方向のプラス側およびマイナス側に回折する1次回折光のそれぞれを波長ごとに分岐する。具体的には、光源41aが発する測定光の波長域をλa〜λcとし、この波長域内の中心波長をλb(λa<λb<λc)とした場合、回折格子42は、図11および図12に示すように、波長が長い測定光ほど大きい回折角で回折し、0次回折光を中心として、より外側に分岐する。
The
なお、図13に示したD1軸およびD2軸は、xy座標系において斜め方向に設定された軸であって、回折格子42のx軸方向の格子定数dxおよびy軸方向の格子定数dyを用い、xy座標系に対する傾きがそれぞれdy/dxおよび−dy/dxで表される方向に設定された軸である。回折格子42は、このD1軸方向およびD2軸方向において、格子定数dxyを有する回折格子として機能する。
Note that the D1 axis and the D2 axis shown in FIG. 13 are axes set in an oblique direction in the xy coordinate system, and the lattice constant dx in the x-axis direction and the lattice constant dy in the y-axis direction of the
集光光学系としての集光レンズ43は、y軸方向に正の屈折力を有するシリンドリカルレンズとして構成された色消しレンズ系であって、光軸が測定光L11および回折格子42の0次回折光と一致するように配置されている。図10〜図12では、集光レンズ43は、煩雑さを避けるため単レンズとして図示されているが、実際には複数のレンズもしくはレンズ群を用いて構成される。集光レンズ43は、図12に示すように、回折格子42によって回折されて波長ごとに分岐された各測定光L12を、y軸方向にテレセントリックにして各々焦平面上に集光する。
The condensing
測定セル117は、図10〜図12に示すように、凹レンズ型のシリンドリカルレンズ状に形成された収容部117aに試料SPを保持し、x軸方向に正の屈折力を有するシリンドリカルレンズとして構成されている。測定セル117は、光軸が集光レンズ43の光軸と一致するように配置され、試料SPに入射する集光レンズ43からの各測定光L12を、屈折して波長ごとに偏向するとともに、x軸方向にテレセントリックにして各々焦平面上に集光する。このとき、測定セル117は、入射する測定光L12の波長に応じて異なる焦点距離を示し、波長が短いものほど小さい焦点距離、すなわち大きい屈折力で偏向して集光する。
As shown in FIGS. 10 to 12, the
なお、図10〜図12は、測定セル117の部材よりも小さい屈折率を有する試料SPが収容部117aに収容された場合を例示しており、このため収容部117aが凹レンズ型のシリンドリカルレンズ状とされている。これとは逆に、測定セル117の部材よりも大きい屈折率を有する試料が収容部117aに収容される場合には、収容部を凸レンズ型のシリンドリカルレンズ状とするとよい。ここで、測定セル117は、屈折率の波長依存性が既知の部材によって形成されている。かかる部材として、例えば石英ガラス等のガラス部材が用いられる。
10 to 12 exemplify the case where the sample SP having a refractive index smaller than that of the member of the
2次元受光素子としての受光素子44は、CCD、CMOS等の撮像素子を用いて実現され、その撮像面が集光レンズ43の焦平面に一致するように配置されている。受光素子44は、集光レンズ43および測定セル117によって各々集光される各測定光L12を一括して受光する。受光素子44は、受光した各測定光L12の強度信号を光電変換して処理回路45に出力し、処理回路45は、強度信号をA/D変換等した後、画像情報として屈折率演算部46に出力する。
The
屈折率演算部46は、受光素子44が受光した各測定光L12の受光位置に基づいて、試料SPの波長ごとの屈折率を、屈折率の波長依存性として算出する。具体的には、屈折率演算部46は、集光レンズ43の集光方向としてのy軸方向における各測定光L12の受光位置をもとに、各測定光L12の波長を算出し、測定セル117の偏向方向としてのx軸方向における各測定光L12の受光位置をもとに、各測定光L12に対応する測定セル117の焦点距離を算出し、この算出した波長および焦点距離に基づいて、試料SPの波長ごとの屈折率を算出する。
The refractive
ここで、図14を参照して、屈折率演算部46が波長ごとの屈折率を算出するための演算をより詳細に説明する。図14は、受光素子44の受光面上に集光された各測定光L12を示す図であって、特に、波長λa〜λcの各測定光L12の受光位置を代表的に示す図である。
Here, with reference to FIG. 14, the calculation for the refractive
図14に示すように、集光レンズ43および測定セル117によって各々集光された各測定光L12のうち、回折格子42による0次回折光と、D1軸方向の1次回折光と、D2軸方向の1次回折光とは、測定セル117が波長に応じて異なる焦点距離を有することに起因して、受光素子44の受光面上で、それぞれy軸上、曲線C3上および曲線C4上に波長ごとに集光される。このとき、1次回折光では、波長が長い測定光L12ほどx軸方向およびy軸方向の各々で外側に集光される。具体的には、1次回折光であって波長λcを有する測定光L12が最も外側に集光される。
As shown in FIG. 14, among the measurement lights L12 collected by the
なお、測定セル117が波長によらず一定の焦点距離を有する場合には、D1軸方向の1次回折光は、集光レンズ43と測定セル117とによるD1軸の投影像に相当するD1’軸上で線形に集光される。同様に、D2軸方向の1次回折光は、D2軸の投影像に相当するD2’軸上で線形に集光される。しかし実際には、測定セル117が波長ごとに異なる焦点距離を有するため、D1軸方向およびD2軸方向の1次回折光は、それぞれ曲線C3上および曲線C4上で非線形に集光される。
When the
このように集光された1次回折光の集光パターンでは、測定光L12の波長λごとの受光位置におけるy座標y(λ)は、回折格子42によるy軸方向の回折角φy(λ)と、集光レンズ43の焦点距離fyとを用いて、次式(10)によって決定される。
y(λ)=fy・tanφy(λ) ・・・(10)
また、回折角φy(λ)は、回折格子42の格子定数dyを用いて、次式(11)によって決定される。
φy(λ)=sin-1(λ/dy) ・・・(11)
In the condensing pattern of the first-order diffracted light thus collected, the y coordinate y (λ) at the light receiving position for each wavelength λ of the measuring light L12 is the diffraction angle φy (λ) in the y-axis direction by the
y (λ) = fy · tanφy (λ) (10)
The diffraction angle φy (λ) is determined by the following equation (11) using the grating constant dy of the
φy (λ) = sin −1 (λ / dy) (11)
一方、受光位置のx座標x(λ)は、回折格子42によるx軸方向の回折角φx(λ)と、測定セル117の波長ごとの焦点距離fx(λ)とを用いて、次式(12)によって求められる。
x(λ)=fx(λ)・tanθx(λ) ・・・(12)
また、回折角φx(λ)は、回折格子42の格子定数dxを用いて、次式(13)によって決定される。
φx(λ)=sin-1(λ/dx) ・・・(13)
On the other hand, the x coordinate x (λ) of the light receiving position is expressed by the following equation using the diffraction angle φx (λ) in the x-axis direction by the
x (λ) = fx (λ) · tan θx (λ) (12)
The diffraction angle φx (λ) is determined by the following equation (13) using the grating constant dx of the
φx (λ) = sin −1 (λ / dx) (13)
さらに、焦点距離fx(λ)は、試料SPの屈折率n(λ)、測定セル117の部材の屈折率n0(λ)、シリンドリカルレンズ状の収容部117aの第1面の曲率半径r1、第2面の曲率半径r2および第1面と第2面の面間隔tを用いて、次式(14)によって決定される。
屈折率演算部46は、以上の関係から、D1軸方向またはD2軸方向の1次回折光である測定光L12の受光位置としてのx座標x(λ)およびy座標y(λ)をもとに、試料SPの波長ごとの屈折率n(λ)を算出する。
From the above relationship, the refractive
なお、屈折率演算部46は、屈折率n(λ)を算出する演算中、D1軸方向の1次回折光のx座標x1(λ)と、D2軸方向の1次回折光のx座標x2(λ)を用い、式(12)に代えて次式(20)によって焦点距離fx(λ)を算出することもできる。この場合、式(12)を用いる演算に比べて2倍の感度で焦点距離fx(λ)を算出することができ、結果的に屈折率n(λ)を、より高精度に算出することができる。
(x1(λ)−x2(λ))=2fx(λ)・tanθx(λ) ・・・(20)
During the calculation of the refractive index n (λ), the
(X1 (λ) −x2 (λ)) = 2fx (λ) · tan θx (λ) (20)
このように、屈折率測定部118は、回折格子42によって、所定の波長域の測定光を回折して波長ごとに分岐し、集光レンズ43によって、回折格子42が分岐した各測定光を所定の1方向に各々集光し、試料SPをシリンドリカルレンズ状に保持した測定セル117によって、この試料SPに入射する測定光を集光レンズ43の集光方向と直交する方向に屈折して波長ごとに偏向するとともに集光し、受光素子44によって、集光レンズ43および測定セル117が集光した各測定光を受光し、屈折率演算部46によって、受光素子44における各測定光の受光位置に基づいて、試料SPの波長ごとの屈折率を算出する。これによって、屈折率測定部118は、実施の形態1における屈折率測定部18と同様に、所定の波長域における試料SPの波長ごとの屈折率を一括して測定することができ、試料SPの屈折率の波長依存性を容易かつ短時間で測定することができる。
As described above, the refractive
なお、ここまで、測定セル117は、集光レンズ43の受光素子側に配置され、集光レンズ43がy軸方向に集光する各測定光をx軸方向に集光するものとして説明したが、これらの配置順序を入れ換え、測定セル117がx軸方向に集光する各測定光を、集光レンズ43がy軸方向に集光するようにしてもよい。また、集光レンズ43を色消しレンズ系として説明したが、色収差がない光学系として、例えば凹面反射鏡を用いて構成する凹面反射光学系としてもよい。
Heretofore, the
以上説明した本実施の形態2にかかる分析装置では、分析演算部22aは、実施の形態1にかかる分析装置1の場合と同様に、屈折率測定部118が測定した試料SPの屈折率の波長依存性n(λ)を取得し、この取得した屈折率の波長依存性n(λ)をもとに、式(9)に示したクラマース・クローニッヒの関係式等を用いて試料SPの吸収係数を算出し、算出した吸収係数に基づいて試料SPの分析を行う。
In the analysis apparatus according to the second embodiment described above, the
このようにして、本実施の形態2にかかる分析装置では、分析装置1と同様に、試料SP中の光路長によらず高精度に分析を行うことができるとともに、測定セル117の容積を小さくし、試料SPの容量を少量化して分析を行うことができる。
As described above, in the analyzer according to the second embodiment, similarly to the
ここまで、本発明を実施する最良の形態を実施の形態1および2として説明したが、本発明は、この実施の形態1および2に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種々の変形が可能である。例えば、上述した実施の形態1および2では、屈折率測定部18,118を本発明にかかる分析装置における屈折率測定手段として説明したが、屈折率測定部18,118を単独で屈折率測定装置として用いることができる。
Up to this point, the best mode for carrying out the present invention has been described as the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the first and second embodiments and is within the scope of the present invention. Various modifications are possible. For example, in the first and second embodiments described above, the refractive
この場合、試料SPのような液体の試料に限定されず、ガラス等の個体を試料として屈折率の波長依存性を測定することができる。また、例えば、種々の物質について屈折率の波長依存性、受光素子における測定光の集光パターン等を予めデータベースとして記憶し、測定対象とする試料の屈折率あるいは集光パターン等をこのデータベースと照合することで、試料を構成する物質を特定することができる。なお、このように屈折率測定部18,118を屈折率測定装置として用いる場合には、この装置全体を制御する制御機構を新たに備えることが好ましい。
In this case, it is not limited to a liquid sample such as the sample SP, and the wavelength dependency of the refractive index can be measured using an individual such as glass as a sample. Also, for example, the wavelength dependence of the refractive index of various substances, the condensing pattern of the measurement light in the light receiving element, etc. are stored in advance as a database, and the refractive index or condensing pattern of the sample to be measured is collated with this database. By doing so, the substance which comprises a sample can be specified. When the refractive
1 分析装置
11 測定機構
12 検体移送部
12a 検体容器
12b 検体ラック
13 検体分注部
13a アーム
14A,14B 試薬テーブル
14Aa,14Ba 試薬容器
15A,15B 試薬分注部
15Aa,15Ba アーム
16 反応テーブル
17,117 測定セル
17a,117a 収容部
17b 稜線
17c,17d 斜面
18,118 屈折率測定部
19 洗浄部
21 制御分析機構
22 制御部
22a 分析演算部
23 入力部
24 出力部
25 記憶部
31 コリメート光源ユニット
31a 光源
31b,31c レンズ
31d 絞り
32,33 ミラー
34 ミラー保持機構
34a 駆動部
34b 支柱部
35,42 回折格子
36,43 集光レンズ
37,44 受光素子
38,45 処理回路
39,46 屈折率演算部
41 コリメート光源ユニット
41a 光源
41b,41c,41e レンズ
41d ピンホール
41f 絞り
C1〜C4 曲線
L1,L2,L11,L12,L(λ) 測定光
OA 光軸
SP 試料
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記試料の屈折率の波長依存性を測定する屈折率測定手段と、
前記屈折率の波長依存性をもとに前記試料の吸収係数を算出し、該吸収係数に基づいて前記試料を分析する分析演算手段と、
を備えたことを特徴とする分析装置。 In an analyzer for measuring the optical properties of a sample and analyzing the sample based on the measured optical properties,
Refractive index measuring means for measuring the wavelength dependence of the refractive index of the sample;
Calculating an absorption coefficient of the sample based on the wavelength dependence of the refractive index, and an analysis calculation means for analyzing the sample based on the absorption coefficient;
An analyzer characterized by comprising:
所定の波長域の測定光を発する光源と、
前記測定光を回折して波長ごとに分岐する回折素子と、
前記試料を保持するとともに、この保持した試料に入射する前記測定光を屈折して波長ごとに偏向する偏向容器と、
前記回折素子によって分岐され、前記偏向容器によって偏向された各測定光を各々集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された各測定光を受光する2次元受光素子と、
前記2次元受光素子が受光した前記各測定光の受光位置に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出する屈折率演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の分析装置。 The refractive index measuring means includes
A light source that emits measurement light in a predetermined wavelength range;
A diffractive element that diffracts the measurement light and branches it for each wavelength;
A deflecting container that holds the sample and refracts the measurement light incident on the held sample and deflects it for each wavelength;
A condensing optical system for condensing each measurement light branched by the diffraction element and deflected by the deflection container;
A two-dimensional light receiving element for receiving each measurement light condensed by the condensing optical system;
A refractive index calculating means for calculating a refractive index for each wavelength of the sample based on a light receiving position of each measurement light received by the two-dimensional light receiving element;
The analyzer according to claim 1, further comprising:
前記偏向容器は、前記試料をプリズム状に保持するとともに、前記1次元回折格子の回折方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向し、
前記屈折率演算手段は、前記回折方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の前記偏向容器による偏角を算出し、この算出した波長および偏角に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする請求項2に記載の分析装置。 The diffraction element is a one-dimensional diffraction grating,
The deflection container holds the sample in a prism shape and deflects the measurement light in a deflection direction orthogonal to a diffraction direction of the one-dimensional diffraction grating,
The refractive index calculation means calculates the wavelength of each measurement light based on the light receiving position in the diffraction direction, and the deflection angle of the measurement light by the deflection container based on the light reception position in the deflection direction. The analyzer according to claim 2, wherein the refractive index for each wavelength of the sample is calculated based on the calculated wavelength and deviation angle.
前記入射光調整手段は、前記1次元回折格子の0次回折光であって前記波長域中の所定の基準波長を有する前記測定光の主光線を、前記集光光学系の光軸に一致させることを特徴とする請求項3に記載の分析装置。 The refractive index measuring means includes incident light adjusting means for adjusting at least one of an incident angle and an incident position of the measurement light incident on a sample held by the deflection container,
The incident light adjusting means matches the principal ray of the measurement light, which is the zero-order diffracted light of the one-dimensional diffraction grating and has a predetermined reference wavelength in the wavelength range, with the optical axis of the condensing optical system. The analyzer according to claim 3.
前記集光光学系は、前記各測定光を所定の1方向に集光する1次元集光光学系であり、
前記偏向容器は、前記試料をシリンドリカルレンズ状に保持するとともに、前記所定の1方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向して集光し、
前記屈折率演算手段は、前記所定の集光方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光に対応する前記偏向容器の焦点距離を算出し、この算出した波長および焦点距離に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする請求項2に記載の分析装置。 The diffraction element is a two-dimensional diffraction grating,
The condensing optical system is a one-dimensional condensing optical system that condenses the measurement lights in a predetermined direction,
The deflection container holds the sample in a cylindrical lens shape, deflects and condenses the measurement light in a deflection direction orthogonal to the predetermined one direction,
The refractive index calculating means calculates the wavelength of each measurement light based on the light receiving position in the predetermined light collecting direction, and corresponds to each measurement light based on the light receiving position in the deflection direction. The analyzer according to claim 2, wherein a focal length of the deflection container is calculated, and a refractive index for each wavelength of the sample is calculated based on the calculated wavelength and focal length.
所定の波長域の測定光を発する光源と、
前記測定光を回折して波長ごとに分岐する回折素子と、
前記試料を保持するとともに、この保持した試料に入射する前記測定光を屈折して波長ごとに偏向する偏向容器と、
前記回折素子によって分岐され、前記偏向容器によって偏向された各測定光を各々集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された各測定光を受光する2次元受光素子と、
前記2次元受光素子が受光した前記各測定光の受光位置に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出する屈折率演算手段と、
を備えたことを特徴とする屈折率測定装置。 A refractive index measuring device for measuring the wavelength dependence of the refractive index of a sample,
A light source that emits measurement light in a predetermined wavelength range;
A diffractive element that diffracts the measurement light and branches it for each wavelength;
A deflecting container that holds the sample and refracts the measurement light incident on the held sample and deflects it for each wavelength;
A condensing optical system for condensing each measurement light branched by the diffraction element and deflected by the deflection container;
A two-dimensional light receiving element for receiving each measurement light condensed by the condensing optical system;
A refractive index calculating means for calculating a refractive index for each wavelength of the sample based on a light receiving position of each measurement light received by the two-dimensional light receiving element;
A refractive index measuring device comprising:
前記偏向容器は、前記試料をプリズム状に保持するとともに、前記1次元回折格子の回折方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向し、
前記屈折率演算手段は、前記回折方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の前記偏向容器による偏角を算出し、この算出した波長および偏角に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする請求項13に記載の屈折率測定装置。 The diffraction element is a one-dimensional diffraction grating,
The deflection container holds the sample in a prism shape and deflects the measurement light in a deflection direction orthogonal to a diffraction direction of the one-dimensional diffraction grating,
The refractive index calculation means calculates the wavelength of each measurement light based on the light receiving position in the diffraction direction, and the deflection angle of the measurement light by the deflection container based on the light reception position in the deflection direction. The refractive index measurement apparatus according to claim 13, wherein the refractive index for each wavelength of the sample is calculated based on the calculated wavelength and declination.
前記集光光学系は、前記各測定光を所定の1方向に集光する1次元集光光学系であり、
前記偏向容器は、前記試料をシリンドリカルレンズ状に保持するとともに、前記所定の1方向と直交する偏向方向に前記測定光を偏向して集光し、
前記屈折率演算手段は、前記所定の集光方向の前記受光位置をもとに前記各測定光の波長を算出し、前記偏向方向の前記受光位置をもとに前記各測定光に対応する前記偏向容器の焦点距離を算出し、この算出した波長および焦点距離に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出することを特徴とする請求項13に記載の屈折率測定装置。 The diffraction element is a two-dimensional diffraction grating,
The condensing optical system is a one-dimensional condensing optical system that condenses the measurement lights in a predetermined direction,
The deflection container holds the sample in a cylindrical lens shape, deflects and condenses the measurement light in a deflection direction orthogonal to the predetermined one direction,
The refractive index calculating means calculates the wavelength of each measurement light based on the light receiving position in the predetermined light collecting direction, and corresponds to each measurement light based on the light receiving position in the deflection direction. The refractive index measuring apparatus according to claim 13, wherein a focal length of the deflection container is calculated, and a refractive index for each wavelength of the sample is calculated based on the calculated wavelength and focal length.
前記試料の屈折率の波長依存性を測定する屈折率測定ステップと、
前記屈折率の波長依存性をもとに前記試料の吸収係数を算出し、該吸収係数に基づいて前記試料を分析する分析演算ステップと、
を含むことを特徴とする分析方法。 In an analysis method for measuring optical characteristics of a sample and analyzing the sample based on the measured optical characteristics,
A refractive index measurement step for measuring the wavelength dependence of the refractive index of the sample;
Calculating the absorption coefficient of the sample based on the wavelength dependence of the refractive index, and analyzing the sample based on the absorption coefficient;
The analysis method characterized by including.
所定の波長域の測定光を回折して波長ごとに分岐する回折ステップと、
前記試料に入射する前記測定光を屈折して波長ごとに偏向する偏向ステップと、
前記回折ステップによって分岐し、前記偏向ステップによって偏向した各測定光を各々集光する集光ステップと、
前記集光ステップによって集光した前記各測定光を受光する受光ステップと、
前記受光ステップにおける前記各測定光の受光位置に基づいて、前記試料の波長ごとの屈折率を算出する屈折率演算ステップと、
を含むことを特徴とする請求項16に記載の分析方法。 The refractive index measurement step includes
A diffraction step for diffracting the measurement light in a predetermined wavelength region and branching it for each wavelength;
A deflection step for refracting the measurement light incident on the sample and deflecting it for each wavelength;
A condensing step for condensing each measurement light branched by the diffraction step and deflected by the deflection step;
A light receiving step for receiving each of the measurement lights collected by the light collecting step;
Based on the light receiving position of each measurement light in the light receiving step, a refractive index calculation step for calculating a refractive index for each wavelength of the sample;
The analysis method according to claim 16, further comprising:
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---|---|---|---|
JP2006036884A JP2007218632A (en) | 2006-02-14 | 2006-02-14 | Analyzer, refractive index measuring instrument and analysis method |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011122995A (en) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Toshiba Corp | Automatic analyzer |
JP2013527468A (en) * | 2010-06-03 | 2013-06-27 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Apparatus and method for estimating bilirubin concentration using refractive index measurement |
ES2489965A1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-09-02 | Fundació Institut De Ciències Fotòniques | Compact optical measurement system with discretized plate (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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2006
- 2006-02-14 JP JP2006036884A patent/JP2007218632A/en not_active Withdrawn
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JP2011122995A (en) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Toshiba Corp | Automatic analyzer |
JP2013527468A (en) * | 2010-06-03 | 2013-06-27 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Apparatus and method for estimating bilirubin concentration using refractive index measurement |
ES2489965A1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-09-02 | Fundació Institut De Ciències Fotòniques | Compact optical measurement system with discretized plate (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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