JP2016125826A - 分析装置 - Google Patents

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

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。

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。

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。

特開昭５９−１５３１３２号公報

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。

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。

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。

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。

本実施形態の分析装置の全体構成を示す模式図。 同実施形態の光射出部を示す模式図。 同実施形態の凹面鏡の反射面を示す模式図。 変形実施形態における光導部材の位置を示す模式図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。