JP2016125826A - 分析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置を大掛かりにすることなく、種々の測定対象に応じた光をセルに照射できるようにする。
【解決手段】測定対象を収容するセル10と、セル10に光を照射する光射出部20と、セル10を通過した光を検出する光検出部30とを具備し、光検出部30により検出された光強度に基づいて測定対象を分析する分析装置100であって、光射出部20が、複数の光源21と、複数の光源21に設けられ、各光源21から射出された光を平行化する光学レンズ22と、光入射端241から入射した光を光射出端242から射出してセル10に導く導光部材24と、光学レンズ22により平行化された複数の平行光を反射して光入射端241に集光する凹面鏡23とを具備するようにした。
【選択図】図2
【解決手段】測定対象を収容するセル10と、セル10に光を照射する光射出部20と、セル10を通過した光を検出する光検出部30とを具備し、光検出部30により検出された光強度に基づいて測定対象を分析する分析装置100であって、光射出部20が、複数の光源21と、複数の光源21に設けられ、各光源21から射出された光を平行化する光学レンズ22と、光入射端241から入射した光を光射出端242から射出してセル10に導く導光部材24と、光学レンズ22により平行化された複数の平行光を反射して光入射端241に集光する凹面鏡23とを具備するようにした。
【選択図】図2
Description
本発明は、セル内に収容された測定対象を分析するための分析装置に関するものである。
この種の分析装置は、例えば特許文献1に示すように、測定対象を収容するセルと、前記セルに光を照射する光源と、前記セルを通過した光を検出する光検出器とを具備し、光検出器により得られる光強度に基づいて、前記測定対象を分析するものが知られている。
より具体的にこの分析装置は、測定対象に応じて種々の波長の光を照射する必要があることから、光源としてハロゲンランプを使用し、幅広い波長を有する白色光をセルに照射するように構成されている。
ところが、上述した構成では、ハロゲンランプのフィラメント等が使用に伴い消耗し、これによりセルに照射される光の波長分布や光強度などが変化してしまい、測定誤差を引き起こす可能性がある。
ところが、上述した構成では、ハロゲンランプのフィラメント等が使用に伴い消耗し、これによりセルに照射される光の波長分布や光強度などが変化してしまい、測定誤差を引き起こす可能性がある。
そこで、光源としてハロゲンランプに比べて安定的に使用可能なLED光源を用いた分析装置がある。
具体的には、例えば互いに異なる波長の光を射出する複数のLED光源を備え、各LED光源から射出される光を例えば光ファイバで伝達させてセルに照射するように構成されている。
具体的には、例えば互いに異なる波長の光を射出する複数のLED光源を備え、各LED光源から射出される光を例えば光ファイバで伝達させてセルに照射するように構成されている。
しかしながら、上述した構成では、セルに照射する光の波長を変更すべく、例えばLED光源や各LED光源に対応して設けられた光ファイバを切り替える切替機構が必要となり、それだけ装置全体が大掛かりになる。
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、装置を大掛かりにすることなく、種々の測定対象に応じた光をセルに照射することをその主たる課題とするものである。
すなわち本発明に係る分析装置は、測定対象を収容するセルと、前記セルに光を照射する光射出部と、前記セルを通過した光を検出する光検出部とを具備し、前記光検出部により検出された光強度に基づいて前記測定対象を分析する分析装置であって、前記光射出部が、複数の光源と、前記複数の光源に対応して設けられ、前記各光源から射出された光を平行化する光学系と、光入射端から入射した光を光射出端から射出して前記セルに導く導光部材と、前記光学系により平行化された複数の平行光を反射して前記光射出端に集光する凹面鏡とを具備することを特徴とするものである。
このような分析装置であれば、凹面鏡が光学系により平行化された複数の平行光を導光部材の光入射端に集光するので、この導光部材によって各光源から射出された光を一挙にセルに導くことができ、切替機構を用いることなく種々の測定対象に応じた光をセルに照射することが可能になる。
また、各光源のON・OFFを制御して切り替えることにより、セルに導く光の波長や光量を適宜変更することができる。
また、各光源のON・OFFを制御して切り替えることにより、セルに導く光の波長や光量を適宜変更することができる。
白色光のような幅広い波長を有する光をセルに照射するためには、前記各光源が、互いに異なる波長を有する光を射出することが好ましい。
このようなものであれば、各光源から射出された異なる波長の光が混合されて、幅広い波長の光をセルに照射することができる。
このようなものであれば、各光源から射出された異なる波長の光が混合されて、幅広い波長の光をセルに照射することができる。
前記各光源から射出された光が、前記凹面鏡に対して該凹面鏡の中心のまわりに周方向に沿って等間隔に照射されることが好ましい。
このようなものであれば、光射出機構の設計や各光源の位置決めを容易に行うことができる。
このようなものであれば、光射出機構の設計や各光源の位置決めを容易に行うことができる。
具体的実施態様としては、前記凹面鏡が放物面鏡であり、前記光学系により平行化された平行光が、前記放物面鏡の軸に平行であり、前記光入射端が、前記放物面鏡の軸上に設けられているものが挙げられる。
また、本発明に係る光射出機構は、測定対象を収容するセルと、前記セルを通過した光を検出する光検出部とを具備し、前記光検出部により検出された光強度に基づいて前記測定対象を分析する分析装置に用いられ、前記セルに光を照射する光射出機構であって、複数の光源と、前記複数の光源に対応して設けられ、前記各光源から射出された光を平行化する光学系と、光入射端から入射した光を光射出端から射出して前記セルに導く導光部材と、前記光学系により平行化された複数の平行光を反射して前記光入射端に集光する凹面鏡とを具備することを特徴とするものである。
このような光射出機構であれば、上述した分析装置と同様の作用効果を得ることができる。
このような光射出機構であれば、上述した分析装置と同様の作用効果を得ることができる。
このように構成した本発明によれば、装置を大掛かりにすることなく、種々の測定対象に応じた光をセルに照射することができ、簡易な構成で種々の測定対象を分析することが可能になる。
以下に本発明に係る分析装置100の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る分析装置100は、測定対象を収容したセル10に光を照射し、そのセル10を通過した光を例えば分光してスペクトルを測定することにより、当該測定対象の吸光度又は光透過率等を定性的又は定量的に分析するものである。
具体的にこの分析装置100は、図1に示すように、気体又は液体等の測定対象を収容するセル10と、セル10に光を照射する光射出部20と、セル10を通過した光を検出する光検出部30と、光検出部30により検出された光強度に基づいて測定対象を分析する演算装置40とを具備するものである。
まず、光検出部30について説明する。
本実施形態の光検出部30は、図1に示すように、セル10中の測定対象を透過した光を伝達する導光部材31である光ファイバと、導光部材31により伝達された光を分光する分光器33と、導光部材31から射出された光を集光して分光器33に導く集光レンズ32とを具備するものである。
分光器33は、図1に示すように、集光レンズ32により集光された光が入射する入射スリット331と、当該入射スリット331から入射した光を平行光束とする第1凹面鏡(コリメート鏡)332と、この第1凹面鏡332からの平行光束を受けて波長毎に分光する回折格子333と、当該回折格子333により分光された各波長の光を集光する第2凹面鏡(カメラ鏡)334と、当該第2凹面鏡334により集光された各波長の光を検出する多チャンネル検出器335とを備えている。
なお、上述した光学機器の配置や個数などは、図1に示すものに限られず、適宜変更しても構わない。
なお、上述した光学機器の配置や個数などは、図1に示すものに限られず、適宜変更しても構わない。
演算装置40は、例えば、光検出器335により得られた分光スペクトルと、予め求めた基準スペクトルとから、測定対象の吸光度スペクトルを算出し、この吸光度スペクトルを用いて測定対象に含まれる成分の濃度を算出するものである。
次に、本実施形態の特徴部分である光射出部20について説明する。
本実施形態の光射出部20は、図1及び図2に示すように、複数の光源21と、各光源21に対応して設けられ、各光源21から射出された光を平行化する光学系たる光学レンズ22と、光学レンズ22により平行化された平行光を反射する凹面鏡23と、凹面鏡23で反射された光を光入射端241から入射するとともに光射出端242から射出して前記セル10に導く導光部材24とを具備している。
なお、光源21、光学レンズ22、凹面鏡23、導光部材24の一部は、筐体25内に収容されている。
なお、光源21、光学レンズ22、凹面鏡23、導光部材24の一部は、筐体25内に収容されている。
光源21は、それぞれ互いに異なる波長の光を射出するLEDであり、各光源21から射出された光の光軸が平行になるように配置されている。
本実施形態では、例えば4つの光源21が、所定の中心軸を中心に周方向に沿って、同一円周上に等間隔に配置されている。なお、この中心軸は、後述する凹面鏡23の回転軸Cと一致しており、この中心軸上に凹面鏡23の焦点Fが位置するように設定されている。
本実施形態では、例えば4つの光源21が、所定の中心軸を中心に周方向に沿って、同一円周上に等間隔に配置されている。なお、この中心軸は、後述する凹面鏡23の回転軸Cと一致しており、この中心軸上に凹面鏡23の焦点Fが位置するように設定されている。
光学レンズ22は、各光源21に対応して各光源21の光射出側に設けられ、各光源21から射出された光を平行化するものであり、具体的にはコリメートレンズである。
この光学レンズ22によって、複数の光源21から射出された複数の光は、それぞれ異なる平行光となる。
この光学レンズ22によって、複数の光源21から射出された複数の光は、それぞれ異なる平行光となる。
本実施形態では、光源21と該光源21に対応する光学レンズ22とは、同一の収容ケース26内に収容されており、該収容ケース26内において、各光学レンズ22により平行化された平行光の光軸それぞれが平行になるように固定されている。
また、光源21と該光源21に対応する光学レンズ22との距離は、光学レンズ22の焦点に光源21が位置するように調整されている。
なお、この収容ケース26は、上述した筐体25にネジ27等で着脱可能に取り付けられている。
また、光源21と該光源21に対応する光学レンズ22との距離は、光学レンズ22の焦点に光源21が位置するように調整されている。
なお、この収容ケース26は、上述した筐体25にネジ27等で着脱可能に取り付けられている。
凹面鏡23は、各光学レンズ22の光射出側に設けられており、湾曲した曲面の内側を反射面231として、各光学レンズ22により平行化された各平行光を焦点Fに向けて反射するものである。
より具体的に本実施形態の凹面鏡23は、放物線を回転軸Cのまわりに回転して得られる放物面鏡であり、その回転軸Cと平行に入射する光を焦点Fに集光するように構成されている。
本実施形態では、この凹面鏡23は、上述した光源21及び光学レンズ22とともに筐体25内に収容されており、該筐体25内において、前記回転軸Cと上述した中心軸とが一致するように固定されている。つまり、本実施形態の凹面鏡23は、その回転軸Cと反射面231に照射される平行光の光軸とが平行になるように筐体25内に固定されて収容されている。
より具体的に本実施形態の凹面鏡23は、放物線を回転軸Cのまわりに回転して得られる放物面鏡であり、その回転軸Cと平行に入射する光を焦点Fに集光するように構成されている。
本実施形態では、この凹面鏡23は、上述した光源21及び光学レンズ22とともに筐体25内に収容されており、該筐体25内において、前記回転軸Cと上述した中心軸とが一致するように固定されている。つまり、本実施形態の凹面鏡23は、その回転軸Cと反射面231に照射される平行光の光軸とが平行になるように筐体25内に固定されて収容されている。
上述した構成により、各光源21から射出された光は、光学レンズ22により平行光となって凹面鏡23に直接照射されるとともに、図3に示すように、凹面鏡23の中心Oのまわりに周方向に沿って等間隔に照射されることになる。
導光部材24は、図2に示すように、一端を光入射端241とし、他端を光射出端242とした光ファイバであり、光射出端242が上述したセル10近傍に設けられ、光入射端241に入射した光を光射出端242を介してセル10に照射するように構成されている。
また、導光部材24の光射出端側の一部は、前記筐体25内に設けられており、本実施形態では、上述した回転軸Cに沿って、すなわち各光源21の中心軸に沿って配置されている。
また、導光部材24の光射出端側の一部は、前記筐体25内に設けられており、本実施形態では、上述した回転軸Cに沿って、すなわち各光源21の中心軸に沿って配置されている。
そして、本実施形態では、上述した導光部材24の光入射端241が、凹面鏡23の焦点Fに設けられている。
より詳細に前記光入射端241は、凹面鏡23の回転軸C上において、凹面鏡23の反射面231で反射した平行光の略全てが集光する位置に設けられている。
つまり、本実施形態の導光部材24は、その光入射端面に凹面鏡23の焦点Fが位置するように配置されている。
つまり、本実施形態の導光部材24は、その光入射端面に凹面鏡23の焦点Fが位置するように配置されている。
このように構成された本実施形態に係る分析装置100によれば、導光部材24の光入射端241が、凹面鏡23の焦点Fに設けられているので、導光部材24によって各光源21から射出された光を一挙にセル10に導くことができ、切替機構を用いることなく、種々の波長の光をセル10に照射することが可能になる。
これにより、分析装置100全体を大掛かりにすることなく、簡易な構成で種々の測定対象を分析することができる。
これにより、分析装置100全体を大掛かりにすることなく、簡易な構成で種々の測定対象を分析することができる。
また、複数の光源21が、それぞれ異なる波長の光を射出するので、これら異なる波長の光が導光部材24で混合されて光射出端242から射出され、白色光のような幅広い波長を有するブロードな光をセルに照射することができる。
さらに、光源21及び光学レンズ22が、収容ケース26内において、各光学レンズ22により平行化された平行光の光軸がそれぞれ平行になるように固定されているので、光学機器の位置調整にかかる時間を短縮化することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、導光部材24の光入射端241が、凹面鏡23の焦点Fに設けられていたが、図4に示すように、前記焦点Fの近傍に設けられていても良い。
より詳細には、光入射端241は、凹面鏡23で反射して集光された光の略全てが入射する位置にあれば良く、具体的には、光入射端面Pが、図4の上段に示すように、凹面鏡23の焦点Fから該凹面鏡23の回転軸Cに沿って光射出方向に所定の距離d離間した位置から、図4の下段に示すように、凹面鏡23の焦点Fから該凹面鏡23の回転軸Cに沿って光射出方向と反対方向に所定の距離d離間した位置までの間であれば良い。
なお、凹面鏡が複数の平行光を反射して光入射端に集光するとは、必ずしも反射した平行光の全てを光入射端241に入射させる必要はなく、例えば、反射した平行光のうち少なくとも一部を光入射端241に導くことも含む。
より詳細には、光入射端241は、凹面鏡23で反射して集光された光の略全てが入射する位置にあれば良く、具体的には、光入射端面Pが、図4の上段に示すように、凹面鏡23の焦点Fから該凹面鏡23の回転軸Cに沿って光射出方向に所定の距離d離間した位置から、図4の下段に示すように、凹面鏡23の焦点Fから該凹面鏡23の回転軸Cに沿って光射出方向と反対方向に所定の距離d離間した位置までの間であれば良い。
なお、凹面鏡が複数の平行光を反射して光入射端に集光するとは、必ずしも反射した平行光の全てを光入射端241に入射させる必要はなく、例えば、反射した平行光のうち少なくとも一部を光入射端241に導くことも含む。
前記実施形態では、凹面鏡が、光源の数と同数の平行光を反射して光入射端に導いていたが、光源の数よりも少ない複数の平行光を反射して光入射端に導くようにしても良い。
また、前記実施形態の凹面鏡は、放物面鏡であったが、楕円面鏡や球面鏡等であってもよい。
さらに、前記実施形態の光源は、それぞれ互いに異なる波長の光を射出するものであったが、全部又は一部の光源が、互いに同一波長の光を射出するように構成しても良い。
これならば、セルに照射する光のうち、特定の波長の光強度を向上させることができる。
これならば、セルに照射する光のうち、特定の波長の光強度を向上させることができる。
加えて、前記実施形態の凹面鏡は、光学レンズから射出された平行光が直接照射される位置に設けられていたが、例えば、光学レンズから射出された平行光が、反射板やガラス板等を介して反射又は屈折してから照射される位置に設けられていても良い。
この構成により、各光源と凹面鏡との相対位置を適宜変更することができる。
この構成により、各光源と凹面鏡との相対位置を適宜変更することができる。
さらに加えて、前記実施形態では、各光源の光射出側に複数の光学レンズが設けられていたが、各光源の光射出側に設けられた光学レンズが一体のものであっても良い。
そのうえ、光源は、所定の中心軸を中心に周方向に沿って等間隔に配置されていたが、一部の光源のみが規則的に配置されていても良いし、各光源が不規則に配置されていても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
100・・・分析装置
10 ・・・セル
20 ・・・光射出部
30 ・・・光検出部
21 ・・・光源
22 ・・・光学レンズ
23 ・・・凹面鏡
231・・・反射面
24 ・・・導光部材
241・・・光入射端
242・・・光射出端
F ・・・焦点
10 ・・・セル
20 ・・・光射出部
30 ・・・光検出部
21 ・・・光源
22 ・・・光学レンズ
23 ・・・凹面鏡
231・・・反射面
24 ・・・導光部材
241・・・光入射端
242・・・光射出端
F ・・・焦点
Claims (5)
- 測定対象を収容するセルと、前記セルに光を照射する光射出部と、前記セルを通過した光を検出する光検出部とを具備し、前記光検出部により検出された光強度に基づいて前記測定対象を分析する分析装置であって、
前記光射出部が、
複数の光源と、
前記複数の光源に対応して設けられ、前記各光源から射出された光を平行化する光学系と、
光入射端から入射した光を光射出端から射出して前記セルに導く導光部材と、
前記光学系により平行化された複数の平行光を反射して前記光入射端に集光する凹面鏡とを具備することを特徴とする分析装置。 - 前記各光源が、互いに異なる波長を有する光を射出することを特徴とする請求項1記載の分析装置。
- 前記各光源から射出された光が、前記凹面鏡に対して該凹面鏡の中心の周りに周方向に沿って等間隔に照射されることを特徴とする請求項1又は2記載の分析装置。
- 前記凹面鏡が放物面鏡であり、
前記光学系により平行化された平行光が、前記放物面鏡の軸に平行であり、
前記光入射端が、前記放物面鏡の軸上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のうち何れか一項に記載の分析装置。 - 測定対象を収容するセルと、前記セルを通過した光を検出する光検出部とを具備し、前記光検出部により検出された光強度に基づいて前記測定対象を分析する分析装置に用いられ、前記セルに光を照射する光射出機構であって、
複数の光源と、
前記複数の光源に対応して設けられ、前記各光源から射出された光を平行化する光学系と、
光入射端から入射した光を光射出端から射出して前記セルに導く導光部材と、
前記光学系により平行化された複数の平行光を反射して前記光入射端に集光する凹面鏡とを具備することを特徴とする光射出機構。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113406035A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-17 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种voc气体排放用的成像传感器结构 |
CN113418887A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-21 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种voc气体排放用的成像光学*** |
CN114460022A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-05-10 | 中国海洋大学 | 一种拖曳式高光谱吸光度传感器***及其校正方法 |
-
2014
- 2014-12-26 JP JP2014264183A patent/JP2016125826A/ja active Pending
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CN113418887A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-21 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种voc气体排放用的成像光学*** |
CN114460022A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-05-10 | 中国海洋大学 | 一种拖曳式高光谱吸光度传感器***及其校正方法 |
CN114460022B (zh) * | 2022-03-04 | 2024-04-05 | 中国海洋大学 | 一种拖曳式高光谱吸光度传感器***及其校正方法 |
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