JP4494980B2 - コンパクト型分光計 - Google Patents

Description

本発明は、電気的構成素子と光学的構成素子が互に安定的に結合しているコンパクトであり、個別部品の少数化により組立コストおよび調整コストの最小化が達成される分光計に関する。

公知の技術水準では、幅広い適応性が保証できるように、分光計システムは小型化を要求されることが多い。高性能のデジタル電子部品と光学素子との組み合せおよび可撓性光ファイバの使用によって、その適用領域がラボでのルーチン分析作業からプロセス計測技術における特殊課題および製造過程における品質コントロールにまで及ぶ分光計が登場した。それに呼応して、現状技術では、種々様々な適用目的を持つ多数の分光計システムが知られている。

光学スペクトルの測定装置については、DE 198 36 595に記述されている。その分光計の場合、光学構成素子と電子構成素子が、上下サンドイッチ構造に配置されていて、互に安定的に結合している。この構造様式から当分光計は非常にコンパクトで頑丈である。しかし、光学構成素子、特に反射型格子およびミラーの調整コストがかなり高くなるようである。

EP 1 041 372に記述されている分光計は、この種の分光計の製作において主要なコスト要因である光学システム調整コストを縮減させるため、個別光学構成素子間の結合簡易化のための補助具を備えている。

特許公報US 6,181,418およびUS 5,995,221に同心型分光計のことが記述されている。ケーシングおよびその他の構成部品が同心形状であるため、熱に起因する膨張および応力への対処が容易に行える。提案の解決策によって、分光計の感度および測定精度に大きく影響する散乱光および反射スペクトルは減少するが、この解決策の場合でも個別部品が多いため調整コストがかなり高くなる。

DE 196 09 916に記述されている解決策では、小型化されたコンパクトな分光計システムがリサイクル産業における合成物質の検知および分離に使用されている。この場合は、コスト上の理由から完全に列の揃った検出器ではなく、物質の種類の検知および区別に十分なだけの、等間隔に並んでいない少数の検出器がスペクトルの生成箇所に設置されている。それによって、確かに読み出し時間および評価時間は短縮されるが、個別検出器であるため調整、組立コストはより一層高くなる。

実用新案出願DE 299 06 678には、車道およびまたは自動車の表面状態測定のための小型分光計のことが記述されている。この場合では、ケーシング部に刳り抜き部、切欠き溝およびホゾが設けられ、別な構成部品を予め定めておいた位置に簡単に設置できるようになっている。したがって、微調整に僅かな追加コストが必要になるだけである。
ＤＥ １９８ ３６５９５ ＥＰ １ ０４１３７２ ＵＳ ６，１８１，４１８ ＵＳ ５，９９５，２２１ ＤＥ １９６ ０９９１６ ＤＥ ２９９ ０６６７８

しかし、従来の分光計装置では、追加措置として光学構成素子の微調整しか必要でない最適化製造条件下でも、その調整対象の素子数により組立、調整コストが大きくなり過ぎるという欠点がある。そのため、コスト的に有利で効率的な大量生産というのは殆ど不可能である。

本発明の基本課題は、コンパクトなサイズで、調整、組立のための所要コストが最小化された分光装置の開発にある。

この課題は、本発明に関する独立請求項の特徴によって解決される。好ましい改良開発および有利な実施態様は従属請求項の対象である。

本発明に基づく分光計は、そのコンパクトな構成サイズおよび製造過程での調整、組立コストの最小化により、ラボでのルーチン分析作業からプロセス計測技術における特殊課題や製造過程における品質コントロールにまで適用される。

以下では、本発明を実施例に基づき説明する。

図１の切断図に描かれたコンパクト型分光計は、入射スリット１、結像格子２、列状またはマトリックス状に配置された１つまたは複数の検出素子３および制御・評価ユニット４の素子から構成されている。検出素子３および入射スリット１は、共通の支持体５に、好ましくはセラミックス系導体プレートに配置されている。なお、入射スリット１は長方形の開口部として形成されている。支持体５のオープン面には、分光計ケーシング６の内にも外にも、それに加え制御・評価ユニット４の素子を配置させることができる。検出素子３、入射スリット１および制御・評価ユニット４の付属素子は、比較的低コストの導体プレート製造過程で相互間の正確な位置設定のもと大きなコスト負担なく製造することができる。

球面形態をなす結像格子２は、分光計ケーシング６内に配置されている。この両構成部は、膨張係数のできる限り等しい素材から成っている。結像格子２の分光計ケーシング６への固定は、バネ素子によるか、あるいは接着または溶接によって行なう。しかしまた、分光計ケーシング６と結像格子２を１つの射出成形部品として製造することも可能である。

接合の密着性および安定性を上げるため、支持体５および分光計ケーシング６にはそれに必要な補助手段が用意されている。補助手段としては少なくとも１つの固定型および可動型の嵌め合いが用いられる。そのため、分光計ケーシング６は然るべきホゾ７を、支持体５はそれに対応して必要な穴８および９を有している。なお、可動型嵌め合いを構成する穴９は長形の穴として形成されている。支持体５から突き出ているホゾ７は下面にスペースを有するので、安定した座りが保証される。

また別な実施態様として、支持体５と分光計ケーシング６とを密着接合後互に接着または溶接することもできる。

図３は、分光計ケーシング６と支持体５とのバランスの取れた的確な結合が保証されるように、両者を１つまたは複数のバネ素子１０で結合させてあるコンパクト型分光計の側面図を示したものである。その目的のため、分光計ケーシング６の表面にはバネ素子１０を噛合わせるための然るべき切欠き溝を設けることができる。図４には、そのようにして固定された分光計ケーシング６の上面図が描かれている。

支持体５上にある検出素子３および入射スリット１も、図２に描かれているように、穴８、９を結ぶ想定中心軸１１から等しい距離に対称に配置されている。したがって、熱負荷による膨張時でもこれらは互に調整された状態を保っている。

また別な実施態様では、被検対象物の照明のため、支持体５の下方に１つまたは複数の光源が配置されている。入射スリット１として用いられる、支持体５の開口部には、被検対象物からの光の集束用として補足光学系を、および/または光ケーブル固定用のホルダを設置することができる。

分光計ケーシング６は、主として射出鋳造技術により製造される。その射出鋳造具は内側部品と外側部品とから成っている。射出は格子線の方向に平行に行われる。その場合、鋳造通路は問題の起きない外側に設けられている。そうするのは、分光計ケーシング６の外形には精度に関し特別な要求が課されないからである。

分光計ケーシング６は、吸光性の（着色）素材で製造されるが、吸湿およびそれに伴う膨潤を防止するため、アルミニウムあるいはまた金で被覆することもできる。結像格子２には、波長領域に依存して、アルミニウムまたは金から成る反射層を、また必要な場合にはそれに加えて防護層を被覆することができる。

本発明に基づく配置を取れば、そのコンパクトな構成サイズおよび製造過程での調整、組立コストの最小化により、幅広い適用の見込まれる分光計が提供される。このコンパクト型分光計は、ラボでのルーチン分析の課題にも、プロセス計測技術における課題や製造過程における品質コントロールの課題にも同じように適している。

分光計の断面図 支持体の上面図 他の分光計の側面図 図３の分光計の上面図

符号の説明

１ 入射スリット
２ 結像格子
３ 検出素子
４ 制御・評価ユニット
５ 支持体
６ 分光計ケーシング
７ ほぞ
８，９ 穴
１０ バネ素子
１１ 想定中心軸

Claims (10)

1. 入射スリット１、結像格子２、列状またはマトリックス状に配置された複数の検出素子３および制御・評価ユニット４の素子から構成されているコンパクト型分光計であって、検出素子３および入射スリット１が共通の支持体５に配置されており、支持体５のオープン面には、制御・評価ユニット４の素子を配置することができようになっており、結像格子２が分光計ケーシング６内に配置されていて、支持体５および分光計ケーシング６には、接合の密着性および安定性を上げるために必要な補助手段が用意されていて、その補助手段が少なくとも１つの固定型の嵌め合い用の穴８および可動型の嵌め合い用の穴９であり、検出素子３および入射スリット１が、分光計ケーシング６を取り付けるために支持体５に形成された前記穴８、９を結ぶ想定中心軸１１から等しい距離に対称に配置されているコンパクト型分光計。
2. 支持体５として、セラミックス製の導体プレートが装備されている、請求項１に記載のコンパクト型分光計。
3. 分光計ケーシング６と結像格子２は膨張係数の略等しい素材から成り、ただし、結像格子２が球面形態であって分光計ケーシング６内に嵌め込むことのできる、請求項１または２のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。
4. 分光計ケーシング６と結像格子２が、バネ素子あるいは接着または溶接により互に結合している、請求項１〜３のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。
5. 分光計ケーシング６と結像格子２が、１つの射出鋳造部品である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。
6. 分光計ケーシング６が然るべきホゾ７を、支持体５がそれに対応して必要な穴８、９を有していて、穴９の１つが長形の穴として形成されており、また支持体５から突き出ているホゾ７の下面にはスペースを有して安定した座りが保証される、請求項１〜５のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。
7. 安定した座りが保証されるように、分光計ケーシング６と支持体５が、１つまたは複数のバネ素子１０によって結合している、請求項１〜６のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。
8. 安定した座りが保証されるように、分光計ケーシング６と支持体５が、密着結合後に互に接着または溶接される、請求項１〜７のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。
9. 支持体５の下面に、被検対象物の照明のための１つまたは複数の光源が設置されている、請求項１〜８のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。
10. 入射スリット１は、被検対象物からの光の集束用として補足光学系およびまたは光ケーブル固定用のホルダを有している、請求項１〜９のいずれか１つに記載のコンパクト型分光計。