JP2017223515A - Spectrometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は測定対象が発する蛍光の測定装置に好適な分光測定装置に関する。 The present invention relates to a spectroscopic measuring apparatus suitable for a measuring apparatus for fluorescence emitted from a measuring object.
物性を測定する方法の一つに、物質に励起光を照射することによって、物質が発する蛍光の測定を用いる方法がある。近年、蛍光は種々のマーカーとして使用され、生体内の癌またはウイルスの位置の特定、および食品のウイルス有無の検査などにもよく使用される。また、生体または食品内の組織自体が蛍光発光することもあり、この蛍光により、脂肪の種類などを特定することもできる。 One method of measuring physical properties is to use measurement of fluorescence emitted from a substance by irradiating the substance with excitation light. In recent years, fluorescence has been used as various markers, and is often used for specifying the position of cancer or virus in a living body and checking for the presence or absence of viruses in food. In addition, tissue in the living body or food itself may emit fluorescent light, and the type of fat can be specified by this fluorescence.
しかしながら、蛍光は微弱な光であるため、蛍光を測定し解析するために、十分な光量を確保する、あるいは十分に感度の高い測定を行う必要がある。以下の特許文献では、微弱な蛍光を感度よく検出するための装置がそれぞれ開示されている。 However, since fluorescence is weak light, in order to measure and analyze fluorescence, it is necessary to ensure a sufficient amount of light or to perform sufficiently sensitive measurement. In the following patent documents, apparatuses for detecting weak fluorescence with high sensitivity are disclosed.
特許文献1では、観察用の白色光と、蛍光像取得のための励起光であるレーザ光とを時分割して照射することで、微弱な蛍光を検出できる医療用の診断装置について開示されている。また、特許文献2では、蛍光検出素子のセル上に設けられた遮光板によって、検出すべき波長の蛍光のみを分光センサに入射させることで、感度の高い蛍光測定を可能とする検出器が開示されている。 Patent Document 1 discloses a medical diagnostic apparatus that can detect weak fluorescence by irradiating white light for observation and laser light that is excitation light for acquiring a fluorescent image in a time-sharing manner. Yes. Patent Document 2 discloses a detector that enables highly sensitive fluorescence measurement by allowing only light having a wavelength to be detected to enter a spectroscopic sensor by using a light shielding plate provided on a cell of the fluorescence detection element. Has been.
しかしながら、高い光量を得るための励起発光素子、または感度よく検出できる検出器を実現するためには、大型あるいは高価な発光素子および検出器が必要となり、このことは測定装置の大型化または高価格化を伴う。 However, in order to realize an excitation light emitting element for obtaining a high light amount or a detector capable of detecting with high sensitivity, a large or expensive light emitting element and a detector are required, which increases the size of the measuring device or increases the cost. Accompanying
特許文献1で用いられる励起発光素子は、十分高い励起強度を得るために、大型かつ高価な、エキシマレーザ等のガスレーザを使用する必要がある。また、特許文献2では、素子上に遮光板を設けるため、遮光された素子のスペースは無駄となってしまい、装置が大型化してしまう問題がある。 The excitation light-emitting element used in Patent Document 1 needs to use a large and expensive gas laser such as an excimer laser in order to obtain a sufficiently high excitation intensity. Further, in Patent Document 2, since a light shielding plate is provided on the element, the light shielded element space is wasted and the apparatus becomes large.
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で安価な構成でも、良好な検出感度を得られる分光測定装置を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to realize a spectroscopic measurement apparatus that can obtain good detection sensitivity even with a small and inexpensive configuration.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る分光測定装置は、電磁波源と、検出部とを備え、上記電磁波源は、測定対象に第1電磁波を照射し、上記検出部は、光学フィルタと検出器とからなり、上記第1電磁波を照射された上記測定対象から戻る第2電磁波を検出し、上記第1電磁波の最短波長より長い波長から、上記第1電磁波の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a spectroscopic measurement device according to one embodiment of the present invention includes an electromagnetic wave source and a detection unit, and the electromagnetic wave source irradiates a measurement object with a first electromagnetic wave, and the detection unit includes: , Comprising an optical filter and a detector, detecting a second electromagnetic wave returning from the measurement object irradiated with the first electromagnetic wave, from a wavelength longer than the shortest wavelength of the first electromagnetic wave, from a longest wavelength of the first electromagnetic wave It has a detection sensitivity for a wavelength range up to a long wavelength.
本発明の一態様によれば、検出に必要な波長のみを効率よく検出することで、良好な検出感度を有する、小型かつ安価な分光測定装置を実現できる効果を奏する。 According to one embodiment of the present invention, by efficiently detecting only a wavelength necessary for detection, there is an effect that a small and inexpensive spectroscopic measurement device having good detection sensitivity can be realized.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜3に基づいて詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成は、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. However, the configuration described in this embodiment is merely an illustrative example, and is not intended to limit the scope of the present invention only to that unless otherwise specified. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
<分光測定装置>
図1は本実施形態に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
<Spectroscopic measurement device>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a spectroscopic measurement apparatus according to this embodiment.
本実施形態に係る分光測定装置10は、ある測定対象に電磁波源からの出射光(第1電磁波)を照射し、その出射光に対する、測定対象からの戻り光(第2電磁波)を検出することにより、測定対象1(検出対象)の分光測定に利用されるものである。矢印は電磁波源から出射された出射光、および測定対象からの戻り光を表す。ここで、戻り光は、図1に示されるような反射方向だけでなく、透過方向や別の方向で検出してもよい。図1に示されているように、分光測定装置10は、電磁波源11と、検出部13と、算出部17を備えている。
The spectroscopic measurement apparatus 10 according to this embodiment irradiates a certain measurement target with emitted light (first electromagnetic wave) from an electromagnetic wave source, and detects return light (second electromagnetic wave) from the measurement target with respect to the emitted light. Thus, it is used for the spectroscopic measurement of the measurement object 1 (detection object). The arrows represent the emitted light emitted from the electromagnetic wave source and the return light from the measurement object. Here, the return light may be detected not only in the reflection direction as shown in FIG. 1 but also in the transmission direction or another direction. As shown in FIG. 1, the spectroscopic measurement apparatus 10 includes an electromagnetic wave source 11, a
電磁波源11は、分光測定装置10の外部にある測定対象1に対し、出射光を出射するための光源である、発光素子12を有する。発光素子12は、測定対象1の分光測定に適切な波長成分を備えた光源であり、例えば発光ダイオードを好適に使用できるが、これに限られない。 The electromagnetic wave source 11 includes a light emitting element 12 that is a light source for emitting outgoing light to the measuring object 1 outside the spectrometer 10. The light emitting element 12 is a light source having a wavelength component suitable for the spectroscopic measurement of the measurement target 1, and for example, a light emitting diode can be preferably used, but is not limited thereto.
次に、分光測定装置10を使用した測定対象1の蛍光測定方法について説明する。まず励起工程として、電磁波源11から、分光測定装置10の外壁に設けられた図示しない窓を通して、出射光を測定対象1に向かって出射する。測定対象1は、光照射に対して蛍光および散乱光などを発する物質である。励起工程を経て、測定対象1からは、蛍光、散乱光、反射した出射光などを含む戻り光が生じる。検出工程として、この戻り光の少なくとも一部を、分光測定装置10の外壁に設けられた図示しない窓を通して、検出部13で検出することにより、蛍光および散乱光を含む戻り光の測定ができる。
Next, a fluorescence measurement method for the measurement object 1 using the spectrometer 10 will be described. First, as an excitation process, emitted light is emitted from the electromagnetic wave source 11 toward the measurement object 1 through a window (not shown) provided on the outer wall of the spectrometer 10. The measurement object 1 is a substance that emits fluorescence, scattered light, and the like in response to light irradiation. Through the excitation process, return light including fluorescence, scattered light, reflected outgoing light, and the like is generated from the measurement target 1. As a detection step, at least a part of the return light is detected by the
なお、上記では、電磁波源11と検出部13が分光測定装置10として一体化されているとして説明したが、それぞれが別々に設置できる構成となっていてもよい。
In the above description, the electromagnetic wave source 11 and the
検出部13は、出射光を照射された測定対象1から戻る戻り光の少なくとも一部を検出し、電気信号に変換し、算出部17に出力する機能を有する。算出部17は受信した電気信号に基づいて、検出部13に入射した電磁波の強度を波長ごとに算出する。この算出結果から、測定対象1の物性が推定できる。なお、本実施形態では算出部17が分光測定装置10の内部に形成される構成を挙げているが、これに限られない。例えば、分光測定装置10は、電磁波源11と検出部13で構成され、算出部17は分光測定装置10に接続される外部装置であってもよい。
The
<検出部>
次に、本実施形態の検出部について、図2を用いて説明する。
<Detector>
Next, the detection part of this embodiment is demonstrated using FIG.
図2は、検出部13の構成を示す概略図であり、図2の(a)は検出部13の上面図、図2の(b)は検出部13に設けられる分光センサ13aの一部について拡大した斜視図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
図2の(a)に示すように、検出部13は、波長帯ごとに互いに異なる分光センサを少なくとも一つ以上備える。図2の(a)では、例として分光センサ13aおよび13bを示している。図2の(b)に示すように、分光センサ13aは、光学フィルタ14と、検出器16とからなる。また、分光センサ13aは、上記出射光を照射された測定対象1から戻る戻り光を検出し、上記出射光の最短波長より長い波長から、上記出射光の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有している。光学フィルタ14は、上記戻り光のうち、少なくとも一部の波長の戻り光を透過させる周期構造を有している。一例として、光学フィルタ14には、複数のホール15が、所定の周期で二次元的に形成されている。分光センサ13aおよび13bは、上記算出部17に信号が送信できるように接続されている。
As shown in FIG. 2A, the
本実施形態では、光学フィルタ14はプラズモンフィルタを例として挙げている。プラズモンフィルタは、数百ナノメートル周期で形成されたホールアレイを上記周期構造として有する金属薄膜であり、特定の波長帯域のみで表面プラズモン共鳴することにより、特定の波長帯域付近の電磁波のみを透過させる光学フィルタである。分光センサ13aは、検出器16の直上(光入射側)に光学フィルタ14が形成されているため、戻り光のうち、光学フィルタ14を透過する特定の波長帯域の電磁波のみを検出することができる。 In the present embodiment, the optical filter 14 is a plasmon filter as an example. The plasmon filter is a metal thin film having a hole array formed with a period of several hundred nanometers as the periodic structure, and transmits only electromagnetic waves near a specific wavelength band by surface plasmon resonance only in a specific wavelength band. It is an optical filter. Since the optical filter 14 is formed immediately above the detector 16 (on the light incident side), the spectroscopic sensor 13a can detect only an electromagnetic wave having a specific wavelength band that passes through the optical filter 14 out of the return light. .
分光センサ13aおよび13bで互いに異なる点の一つは、それぞれの検出器の上に設けられた光学フィルタのホールアレイの周期構造が異なることである。これにより、分光センサ13aおよび13bで検出できる電磁波の波長帯域が、互いに異なることになる。また、分光センサ13aおよび13bでは、それぞれの光学フィルタに設けられるホール15の数も異なる。 One of the differences between the spectroscopic sensors 13a and 13b is that the periodic structures of the hole arrays of the optical filters provided on the respective detectors are different. Thereby, the wavelength bands of electromagnetic waves that can be detected by the spectral sensors 13a and 13b are different from each other. Further, in the spectral sensors 13a and 13b, the number of holes 15 provided in each optical filter is also different.
プラズモンフィルタは、形成されるホールアレイの数に、特定の波長帯の透過率が依存するため、分光センサ13aおよび13bのプラズモンフィルタでは、特定の波長帯の透過率の高さも異なることがわかる。ただし、光学フィルタ14の周期構造において、周期の長さは波長の半分程度に相当するため、長波長の電磁波を検出したい場合は、同じホールアレイの個数であったとしても、面積は大きくなる。以上に挙げた相違点を除けば、分光センサ13aおよび13bは同様の構成および機能を有する。なお、分光センサ13aおよび13bの特定の波長帯における検出感度は、光学フィルタ14の透過率と検出器16の検出感度との積に依存する。 In the plasmon filter, since the transmittance of a specific wavelength band depends on the number of hole arrays to be formed, it can be seen that the plasmon filters of the spectroscopic sensors 13a and 13b have different transmittance heights in a specific wavelength band. However, in the periodic structure of the optical filter 14, the length of the period corresponds to about half of the wavelength. Therefore, when it is desired to detect an electromagnetic wave having a long wavelength, the area becomes large even if the number of hole arrays is the same. Except for the differences described above, the spectroscopic sensors 13a and 13b have the same configuration and function. Note that the detection sensitivity of the spectroscopic sensors 13 a and 13 b in a specific wavelength band depends on the product of the transmittance of the optical filter 14 and the detection sensitivity of the detector 16.
検出部13に入射した光は、分光センサ13aおよび13bによって検出され、それぞれ信号が生成される。このため、検出部13全体の検出感度は、分光センサ13aおよび13bの検出感度の足し合わせと考えることができる。
The light incident on the
なお、本実施形態において、検出部13は、互いに異なる波長域の電磁波を透過する複数の光学フィルタ14と、その複数の光学フィルタ14ごとに設けられた複数の検出器16とからなる分光センサを備えているが、これに限られない。例えば、一つの検出器16の上に、複数種の周期のホールアレイが形成された光学フィルタ14が形成された分光センサを備えてもよい。この場合、光学フィルタ14の周期構造によって、検出器16が別々に検出を行うことができれば、分光測定が可能である。
In the present embodiment, the
加えて、本実施形態では、検出部13は、検出器16の上に金属膜として形成された光学フィルタ14からなる分光センサ備えているが、これに限られない。例えば、光学フィルタ14を、検出器16に装着する適宜交換可能なカートリッジとすることができる。これにより、検出したい波長域によって、検出器16に装着された光学フィルタ14を交換することが可能となる。
In addition, in the present embodiment, the
例えば、図2の(a)の分光センサ13bの光学フィルタ14を、分光センサ13aの光学フィルタ14と同じ周期構造を有した光学フィルタ14と交換して使用する事も可能になる。こうすることで、分光センサ13bの検出器16のみを使用して、複数の波長域の戻り光に対する検出が可能な検出部13を実現できる。したがって、検出部13の小型化、ひいては分光測定装置10の小型化に寄与する。
For example, the optical filter 14 of the spectral sensor 13b in FIG. 2A can be used by replacing it with an optical filter 14 having the same periodic structure as the optical filter 14 of the spectral sensor 13a. By doing so, it is possible to realize the
この場合、上記のようにフィルタの交換を行うと、分光センサ13aの光学フィルタ14と同じ周期構造を有した光学フィルタ14は、分光センサ13bの光学フィルタ14の面積を占めることになり、光学フィルタ14を交換しない場合の分光センサ13aの光学フィルタ14の面積よりも広くなる。このため、分光センサ13aの光学フィルタ14を透過する戻り光を検出する検出素子の数が多くなり、検出感度が向上する。したがって、発光素子12および検出器16に印加する電圧を下げても、分光センサ13aと同じ検出感度を得ることが可能となり、消費電力の低減に寄与する。 In this case, when the filter is replaced as described above, the optical filter 14 having the same periodic structure as the optical filter 14 of the spectral sensor 13a occupies the area of the optical filter 14 of the spectral sensor 13b. It becomes wider than the area of the optical filter 14 of the spectroscopic sensor 13a when 14 is not replaced. For this reason, the number of detection elements for detecting the return light transmitted through the optical filter 14 of the spectroscopic sensor 13a is increased, and the detection sensitivity is improved. Therefore, even if the voltage applied to the light emitting element 12 and the detector 16 is lowered, the same detection sensitivity as that of the spectroscopic sensor 13a can be obtained, which contributes to reduction of power consumption.
以上、検出部13は、図2に例示した分光センサ13aと分光センサ13bのみからなる構成として説明したが、他の波長域に対応した分光センサを備えていてもよい。例えば、λ2からλ3の間の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えることにより、図3のような検出感度となるようにしてもよい。また、λ2以下、λ3以上の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えてもよい。どの波長にピークを持つ分光センサを備えるかは、各分光センサの検出感度の波長依存性と分光測定装置に求められる検出感度スペクトルとから、決めればよい。
<出射光強度と検出部の感度>
図3は電磁波源11から測定対象1に照射される出射光の強度と、検出部13の検出感度とを表すグラフである。グラフの実線は、出射光の波長と強度との関係を示しており、横軸は出射光の波長、縦軸はその強度を示す。グラフの破線は、検出部13に入射した戻り光の波長と検出感度の高さとの関係を示しており、横軸は入射光の波長、縦軸はそれぞれの波長における電磁波の検出感度を示す。
The
<Intensity of outgoing light and sensitivity of detector>
FIG. 3 is a graph showing the intensity of the emitted light emitted from the electromagnetic wave source 11 to the measuring object 1 and the detection sensitivity of the
図3において、λ1は発光素子12の出射光のピーク波長、λ3は発光素子12の出射光に対する測定対象1の蛍光および散乱光のピーク波長である。λ2は発光素子12の出射光のうち、長波長側の裾の波長、すなわち、λ1よりも長く、出射光の最長波長よりも短い波長である。なお、本発明が検出対象とする散乱光は、出射光の波長と異なる波長を持つ散乱光であり、例えばラマン散乱光(非弾性散乱光)が該当する。また、ラマン散乱光には、出射光の波長より長い波長を持つストークス光と、出射光の波長より短い波長を持つアンチストークス光とがあるが、図3に示す例は、ストークス光にあてはまる。ただし、本実施形態に係る分光測定装置10は、アンチストークス光を対象としてもよい。また、ストークス光とアンチストークス光とを検出する構成として、λ1±Δλの範囲の周期構造(検出素子)を数種設けてもよい。 In FIG. 3, λ1 is the peak wavelength of the emitted light from the light emitting element 12, and λ3 is the peak wavelength of the fluorescence and scattered light of the measuring object 1 with respect to the emitted light from the light emitting element 12. λ2 is a wavelength at the bottom of the longer wavelength side of the emitted light from the light emitting element 12, that is, a wavelength longer than λ1 and shorter than the longest wavelength of the emitted light. The scattered light targeted for detection in the present invention is scattered light having a wavelength different from the wavelength of the emitted light, and corresponds to, for example, Raman scattered light (inelastic scattered light). The Raman scattered light includes Stokes light having a wavelength longer than that of the outgoing light and anti-Stokes light having a wavelength shorter than that of the outgoing light. The example shown in FIG. 3 is applicable to Stokes light. However, the spectrometer 10 according to the present embodiment may target anti-Stokes light. Further, as a configuration for detecting Stokes light and anti-Stokes light, several types of periodic structures (detection elements) in the range of λ1 ± Δλ may be provided.
本実施形態の検出部13において、分光センサ13aおよび分光センサ13bに形成されたそれぞれの光学フィルタ14の周期構造は、それぞれλ2およびλ3付近に高い検出感度を有するように設計されている。ここでは、分光センサ13aは、λ2付近の波長の電磁波に対して高い検出感度を有する一方で、その他の波長の電磁波に対しては、検出感度を有していない。分光センサ13bにおいても同様に、λ3付近の波長の電磁波に対して高い検出感度を有する一方で、その他の波長の電磁波に対しては、検出感度を有していない。
In the
検出部13の検出感度は、分光センサ13aおよび13bの検出感度を足し合わせたものであるから、図3に示されるように、検出部13は、λ2近傍からλ3近傍の波長までの電磁波に対し、高い検出感度を有する。しかし、λ2近傍からより短波長側、およびλ3近傍からより長波長側の電磁波に対して、検出感度を有していない。
Since the detection sensitivity of the
特に、短波長側において、検出部13はλ1よりも短い波長の電磁波に対する検出感度を有していない。これは、λ1よりも短い波長の電磁波を透過する光学フィルタを有した分光センサが、検出部13に含まれていないためである。
In particular, on the short wavelength side, the
検出部13が、図3に示すような検出感度を有することにより、検出部13は、電磁波源11からの出射光を受けた測定対象1からの戻り光の内、蛍光および散乱光だけでなく、測定対象1で反射した出射光の一部も検出することができる。しかし、検出部13が検出する反射した出射光は、出射光の波長域の内、強度の低い裾の波長の電磁波のみであり、特に出射光のピーク波長λ1は検出しない。
Since the
このように、検出部13は検出したい波長範囲のみに対応した光学フィルタ14を有する分光センサを備えるため、不要な波長範囲に対応する光学フィルタ14の面積を除去でき、小型となる。また、この除去できた面積の分、検出感度を高くしたい波長帯に対応した光学フィルタ14の面積を増やすことができる。
Thus, since the
<検出器のサチレーション>
測定対象1から生じる蛍光および散乱光は、一般的に非常に微弱であることが多い。このため、解析に必要な信号をより強く得るためには、測定対象1に照射する出射光の強度を上げて蛍光および散乱光の強度を上げる、あるいは、検出器16の感度を上げる必要がある。出射光の強度は、電磁波源11、すなわち発光素子12に印加する電圧を向上させることで上げることができる。また、検出器16の感度は、検出器16に印加される電圧を向上させることで上げることができる。
<Saturation of detector>
In general, the fluorescence and scattered light generated from the measurement object 1 are often very weak. For this reason, in order to obtain a stronger signal necessary for the analysis, it is necessary to increase the intensity of the emitted light irradiated to the measuring object 1 to increase the intensity of the fluorescence and scattered light, or to increase the sensitivity of the detector 16. . The intensity of the emitted light can be increased by improving the voltage applied to the electromagnetic wave source 11, that is, the light emitting element 12. Further, the sensitivity of the detector 16 can be increased by improving the voltage applied to the detector 16.
しかし、検出器16の検出素子に単位時間あたりに多くの光子が入射すると、検出器16が上記サチレーションを起こし、正しく検出動作ができない、あるいは検出素子を損傷するなどの問題が発生する。 However, when a large number of photons are incident on the detection element of the detector 16 per unit time, the detector 16 causes the above-described saturation, which causes a problem that the detection operation cannot be performed correctly or the detection element is damaged.
電磁波源11に印加する電圧を上げると、蛍光および散乱光のみならず、測定対象1で反射した出射光の検出強度も上がる。反射した出射光は、蛍光および散乱光と比較して一般に強度が強いため、反射した出射光の強度が上がると、反射光の波長に対応する分光センサに入射する光子の数が大幅に増え、検出器16のサチレーションが発生しやすくなる。検出器16へ印加する電圧を、サチレーションを起こさない範囲にすると、他の波長域を検出する検出部13の感度を落とすことになり、微弱な蛍光および散乱光は検出できなくなる。また、検出器16に印加される電圧を上げると、検出素子が鋭敏となり、許容できる単位時間あたりの光子数の上限は低くなるため、同様にサチレーションが発生しやすくなる。
When the voltage applied to the electromagnetic wave source 11 is increased, not only the fluorescence and scattered light but also the detection intensity of the outgoing light reflected by the measurement object 1 is increased. The reflected outgoing light is generally stronger than fluorescence and scattered light, so when the intensity of the reflected outgoing light increases, the number of photons incident on the spectroscopic sensor corresponding to the wavelength of the reflected light increases significantly, Saturation of the detector 16 is likely to occur. If the voltage applied to the detector 16 is in a range that does not cause saturation, the sensitivity of the
<本実施形態の効果>
本実施形態の分光測定装置10の検出部13は、電磁波源11からの出射光の波長域よりも長波長側の電磁波に対する検出感度が高い。このため、出射光を受けた測定対象1から生じた、出射光の波長より長い波長を持つ蛍光および散乱光に対する高い検出感度を有する。
<Effect of this embodiment>
The
また、検出部13は、出射光の最短波長より長い波長から、出射光の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有する。すなわち、検出部13は、電磁波源11からの出射光の波長域の一部(上記最短波長の近傍)に対して、検出感度を有していない。このため、測定対象1で反射された出射光が、その波長を変えずに検出部13に入射しても、検出部13が反射された出射光の一部を検出しないため、検出器16のサチレーションが発生しにくくなる。特に、検出部13は反射された出射光のピーク波長(λ1)の電磁波を検出しない。すなわち、出射光の内、もっとも強度の強い波長の電磁波を検出しないため、検出器16のサチレーションはより発生しにくくなる。
The
これにより、電磁波源11、または検出器16に印加する電圧を上げることができ、検出部13の、蛍光および散乱光に対する検出感度をさらに高めることができる。このことから、分光測定装置10は、電磁波源11として、強度の強いガスレーザ等の高価で大型な光源を採用せず、強度の低い発光ダイオード等の低価で小型の光源を採用しても、蛍光および散乱光に対して良好な検出感度を有する。
Thereby, the voltage applied to the electromagnetic wave source 11 or the detector 16 can be increased, and the detection sensitivity of the
加えて、本実施形態の検出部13は、入射した戻り光の内、必要な波長のみを取り出す手段として、光学フィルタ14を使用する。したがって、必要な波長のみを取り出そうとして、検出器16の検出素子を直接遮光することが無いため、検出器16の検出素子すべてを効率よく使用する事ができ、検出器16を小型にしても良好な検出感度を得ることが可能となる。このことから、検出部13を小型にできるため、分光測定装置10全体の小型化に繋がる。
In addition, the
また、検出部13は、電磁波源11からの出射光の最長波長より短い波長に検出感度を有していることが好ましい。特に、出射光の波長域の内、強度の低い波長域、言い換えると、波長に対する強度分布における裾野に対応した波長域の電磁波に対して、検出感度を有する。これは、測定対象1で反射した出射光の一部を検出部13が検出できることを意味する。このため、測定対象1に電磁波源11による出射光の照射が行われ、正しく検出動作が行われている限り、測定対象1から蛍光および散乱光の発生が無い場合でも、常に検出部13が出射光に基づく検出信号を生成していることになる。このため、蛍光および散乱光の波長域の電磁波が検出されない場合、測定対象1から蛍光および散乱光の発生が無いのか、それとも検出部13の検出動作ができていないのかを、検出部13の検出信号の有無から容易に判断することができる。
The
加えて、測定を複数回行う場合、測定対象1に照射した出射光の強度を基準として、得られた蛍光および散乱光のデータを規格化して解析を行う必要があるが、測定対象1で反射された出射光の一部を検出部13が検出できることから、この電磁波の強度をデータの規格化に使用する事ができる。よって、蛍光および散乱光のデータの解析が容易となる。
In addition, when the measurement is performed a plurality of times, it is necessary to normalize and analyze the obtained fluorescence and scattered light data with reference to the intensity of the emitted light irradiated to the measurement object 1. Since the
〔変形例〕
本実施形態の変形例について、図4および図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Modification]
A modification of the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 and 5. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
<検出部の変形例>
本変形例に係る検出部13’は、前実施形態の分光測定装置10の検出部13と置換して使用することができる。検出部13’を検出部として使用した分光測定装置10の動作方法は、検出部13を使用した場合と変わらない。ここでは、前実施形態の分光測定装置10の検出部13を検出部13’と置換して使用した場合について説明を行う。
<Modification of detection unit>
The
図4は本変形例に係る分光測定装置の検出部13’の上面図である。検出部13’は、出射光のピーク波長であるλ1にも検出感度がある。図4には、例として、λ1および、検出部13と同じλ2、λ3に対応する光学フィルタ14と検出器16とからなる分光センサ13c、13dおよび13eを示している。
FIG. 4 is a top view of the
前実施形態におけるλ2およびλ3にそれぞれ対応する分光センサ13aおよび13bと比較すると、本変形例におけるλ2およびλ3にそれぞれ対応する分光センサ13dおよび13eの周期構造は、それぞれ分光センサ13aおよび13bと等しい。しかしながら、分光センサ13dの受光面積は分光センサ13aの受光面積よりも小さいため、分光センサ13dは分光センサ13aよりも、対応する検出波長域に対する検出感度が低いことがわかる。さらに、検出部13と比較して検出部13’は、分光センサ13aおよび13bの光学フィルタ14の周期構造の周期よりも、さらに周期が短い光学フィルタ14を形成された、λ1に対応する分光センサ13cが追加されている。以上に挙げた相違点を除けば、分光センサ13c、13d、13eは、前実施形態の分光センサ13aおよび13bと同様の構成および機能を有する。
Compared with the spectral sensors 13a and 13b corresponding to λ2 and λ3 in the previous embodiment, the periodic structures of the spectral sensors 13d and 13e corresponding to λ2 and λ3 in the present modification are equal to the spectral sensors 13a and 13b, respectively. However, since the light receiving area of the spectroscopic sensor 13d is smaller than the light receiving area of the spectroscopic sensor 13a, it can be seen that the spectroscopic sensor 13d has lower detection sensitivity in the corresponding detection wavelength region than the spectroscopic sensor 13a. Furthermore, compared with the
本変形例は、検出部13’が、図4に例示した分光センサ13c、13d、13eのみからなる構成として説明したが、他の波長域に対応した分光センサを備えていてもよい。例えば、λ1からλ2、λ2からλ3の間の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えることにより、図5のような検出感度となるようにしてもよい。また、λ3以上の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えてもよい。
In this modification, the
<ピーク波長に対する検出感度>
図5は電磁波源11から測定対象1に照射される出射光の強度と、検出部13’の検出感度とを表すグラフである。グラフの実線は、出射光の波長と強度との関係を示しており、横軸は出射光の波長、縦軸はその強度を示す。グラフの破線は、検出部13’に入射した戻り光の波長と検出感度の高さとの関係を示しており、横軸は入射光の波長、縦軸はそれぞれの波長における電磁波の検出感度を示す。
<Detection sensitivity to peak wavelength>
FIG. 5 is a graph showing the intensity of the emitted light emitted from the electromagnetic wave source 11 to the measuring object 1 and the detection sensitivity of the
図5におけるλ1は出射光のピーク波長である。分光センサ13cに形成された光学フィルタ14は、透過する電磁波のピーク波長がλ1となるように設計されている。また、λ2およびλ3はそれぞれ、分光センサ13dおよび13eに形成された光学フィルタ14を透過する電磁波のピーク波長を表している。λ2はλ1よりも長く、電磁波源11の発光波長域に含まれる。また、λ3はλ2よりも長く、測定対象1からの蛍光および散乱光の波長域に含まれる。 In FIG. 5, λ1 is the peak wavelength of the emitted light. The optical filter 14 formed in the spectroscopic sensor 13c is designed so that the peak wavelength of the transmitted electromagnetic wave is λ1. Further, λ2 and λ3 represent peak wavelengths of electromagnetic waves that pass through the optical filter 14 formed in the spectral sensors 13d and 13e, respectively. λ2 is longer than λ1 and is included in the emission wavelength region of the electromagnetic wave source 11. In addition, λ3 is longer than λ2, and is included in the wavelength range of fluorescence and scattered light from the measurement object 1.
検出部13’は、λ1の波長の電磁波を検出できる分光センサ13cを有している。ただし、分光センサ13cの検出器16は、分光センサ13aおよび13bの検出器16と比較して、検出素子の個数が少ないため、分光センサ13cの検出感度も低い。このため、図5に示される検出部13’の検出感度は、図3の検出部13の検出感度と比較して、λ1の波長にわずかながら検出感度を有している。ただし、検出部13’は、出射光の波長域の最短波長よりも長い波長に検出感度を有している。
The
図5に示される検出部13’の検出感度が、図3の検出部13の検出感度と異なっているのは、検出部13’に含まれる各波長に対応する分光センサ13c、13d、13eの検出素子の個数や、検出器16の感度の波長依存性が異なるためである。
The detection sensitivity of the
以上より、検出部13’は、出射光の波長域の最短波長よりも長い波長から、出射光の波長域の最長波長よりも長い波長であるλ3を超える波長までの電磁波を検出することが可能である。ただし、検出部13’は、出射光の波長域よりも長い波長に対して高い検出感度を有する。
As described above, the
本変形例の検出部13’は、電磁波源11からの出射光の波長域よりも長波長側の電磁波に対する検出感度が高い。このため、出射光を受けた測定対象1から生じた、出射光の波長より高い波長を持つ蛍光および散乱光に対する高い検出感度を有する。
The
また、検出部13’は、電磁波源11からの出射光の波長域に高い検出感度を有していないことに加え、一部の波長域に対して、検出感度を全く有していない。特に、検出部13’は、電磁波源11からの出射光のピーク波長に対して検出感度を有しているものの、その検出感度は非常に小さい。すなわち、検出部13’は、電磁波源11の発光波長域に対する検出感度よりも、電磁波源11の発光波長域の最長波長よりも長波長に対する検出感度の方が高い。このため、測定対象1で波長を変えることなく反射した出射光が検出部13’に入射しても、前実施形態と同様の理由で、検出器16のサチレーションが発生しにくくなる。
Further, the
さらに、上述の通り、検出部13’は電磁波源11からの出射光のピーク波長に対して検出感度を有しているため、出射光のピーク波長の反射光に対して強度の検出を行うことができる。このため、測定対象1の表面の状態と内部の状態を合わせて調べたい場合に、効率よく反射光および蛍光の両方を検出することが可能となる。
Furthermore, as described above, the
検出部13’は、前実施形態と同様に、電磁波源11からの出射光の波長域の内、強度の低い波長域、言い換えると、波長に対する強度分布における裾野に対応した波長域の電磁波に対して、検出感度を有する。このため、反射した出射光の検出結果を、検出動作の確認、および検出データの規格化に使用できる。
Similarly to the previous embodiment, the
検出部13および13’の検出感度を、出射光の波長の最短波長よりどの程度長い波長以上にするかは、例えば次のように決めればよい。
How long the detection sensitivity of the
出射光の波長の最短波長から、検出したい蛍光や散乱光の波長までの範囲における検出感度をdλ、検出部13で検出される戻り光強度をIλとし、検出したい蛍光や散乱光の波長の検出感度をd、検出したい蛍光や散乱光の強度をIとすると、d×Iがdλ×Iλと同等以上となるようにすれば、検出したい蛍光や散乱光を十分に検出することができる。
The detection sensitivity in the range from the shortest wavelength of the emitted light to the wavelength of the fluorescence or scattered light to be detected is dλ, and the return light intensity detected by the
一方で、dλ×Iλを検出強度の規格化に使用するには、ある程度の信号強度が必要であり、これは例えば、dλ×Iλに対応する検出部13の検出電流が、暗電流の数倍以上になっていればよい。
On the other hand, in order to use dλ × Iλ for normalization of detection intensity, a certain level of signal intensity is required. For example, the detection current of the
これらの条件は、検出感度、すなわち波長λに対応する光学フィルタ14のホールアレイの個数(面積)にも依存するため、検出部13のサイズも考慮する必要がある。
Since these conditions depend on the detection sensitivity, that is, the number (area) of the hole array of the optical filter 14 corresponding to the wavelength λ, it is necessary to consider the size of the
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図6〜8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
<二つの発光素子を有する電磁波源>
図6は本実施形態に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
<Electromagnetic wave source having two light emitting elements>
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the spectrometer according to the present embodiment.
本実施形態に係る分光測定装置20が、前実施形態の分光測定装置10と異なっている点は、電磁波源11に替えて、二つの発光素子を有する電磁波源21を備える点である。その他同様の構成およびその機能に関しては繰り返しの説明を省略する。 The spectroscopic measurement device 20 according to the present embodiment is different from the spectroscopic measurement device 10 of the previous embodiment in that an electromagnetic wave source 21 having two light emitting elements is provided instead of the electromagnetic wave source 11. Repeated description of other similar configurations and functions is omitted.
電磁波源21は、分光測定装置20の外部にある測定対象1に対し、出射光を照射するための光源である、発光素子22a(第1発光素子)、および発光素子22b(第2発光素子)を有する。発光素子22aが発する出射光(第1出射光)の波長域(第1発光波長域)と、22bが発する出射光(第2出射光)の波長域(第2発光波長域)とは互いに異なっている。ここで、波長域が異なるとは、互いに一致しないことを意味しており、出射光の波長域が一部重複していてもよい。電磁波源21は、発光素子22aおよび22bを個別に発光させることが可能であり、どちらか一方のみ、あるいは両方の発光素子から出射光を出射することが可能である。 The electromagnetic wave source 21 is a light source for irradiating the measuring object 1 outside the spectroscopic measurement apparatus 20 with emitted light, and the light emitting element 22a (first light emitting element) and the light emitting element 22b (second light emitting element). Have The wavelength range (first emission wavelength range) of the emitted light (first emission light) emitted from the light emitting element 22a is different from the wavelength range (second emission wavelength range) of the emission light (second emission light) emitted from 22b. ing. Here, the fact that the wavelength ranges are different means that they do not match each other, and the wavelength ranges of the emitted light may partially overlap. The electromagnetic wave source 21 can cause the light emitting elements 22a and 22b to individually emit light, and can emit outgoing light from only one or both of the light emitting elements.
次に、分光測定装置20を使用した測定対象1の蛍光測定方法について説明する。まず励起工程として、電磁波源21から、分光測定装置20の外壁に設けられた図示しない窓を通して、発光素子22a、または発光素子22bのうち、少なくとも一方からの出射光を測定対象1に向かって出射する。測定対象1は、光照射に対して蛍光および散乱光などを発する物質である。励起工程を経て、測定対象1からは、蛍光、散乱光、反射した出射光などを含む戻り光が生じる。検出工程として、この戻り光の少なくとも一部を、分光測定装置20の外壁に設けられた図示しない窓を通して、検出部13で検出することにより、蛍光および散乱光を含む戻り光の測定ができる。
Next, a fluorescence measurement method for the measurement object 1 using the spectrometer 20 will be described. First, as an excitation process, emitted light from at least one of the light emitting element 22a or the light emitting element 22b is emitted from the electromagnetic wave source 21 toward the measurement object 1 through a window (not shown) provided on the outer wall of the spectrometer 20. To do. The measurement object 1 is a substance that emits fluorescence, scattered light, and the like in response to light irradiation. Through the excitation process, return light including fluorescence, scattered light, reflected outgoing light, and the like is generated from the measurement target 1. As a detection step, at least a part of the return light is detected by the
また、本実施形態では、発光素子22aとして青色発光ダイオードのように発光波長域が比較的狭い光源、発光素子22bとして白色発光ダイオードのように発光波長域が広い光源を採用したものを例として挙げるが、二つの発光素子の発光波長域が異なっているならば、これに限られない。 In the present embodiment, a light source having a relatively narrow emission wavelength range such as a blue light emitting diode as the light emitting element 22a and a light source having a wide emission wavelength range such as a white light emitting diode as the light emitting element 22b are taken as an example. However, the present invention is not limited to this as long as the light emitting wavelength regions of the two light emitting elements are different.
<二つの出射光の強度と検出部の感度>
図7は電磁波源21から測定対象1に出射される出射光の強度と、測定対象1からの戻り光の強度と、検出部13の検出感度とを表すグラフである。図7の(a)は発光素子22aの出射光の強度およびその出射光に対する戻り光の強度と波長との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が戻り光を表している。図7の(b)は発光素子22bの出射光の強度およびその出射光に対する戻り光の強度と波長との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が戻り光を表している。図7の(c)は本実施形態の検出部13の検出感度と波長との関係を示すグラフである。
<Intensity of two outgoing lights and sensitivity of detection part>
FIG. 7 is a graph showing the intensity of the outgoing light emitted from the electromagnetic wave source 21 to the measuring object 1, the intensity of the returning light from the measuring object 1, and the detection sensitivity of the
図7において、λ1は発光素子22aの出射光のピーク波長、λ2は発光素子22aおよび発光素子22bの各出射光のピーク波長を励起光とした蛍光および散乱光の強度を足し合わせて発生するピーク波長、λ3は発光素子22bの出射光のうち長波長側の波長の光を励起光とした蛍光および散乱光のピーク波長である。なお、発光素子22aの出射光に対する蛍光および散乱光は、λ3の波長に強度を有さない。 In FIG. 7, λ1 is a peak wavelength of the emitted light from the light emitting element 22a, and λ2 is a peak generated by adding the intensities of fluorescence and scattered light with the peak wavelengths of the emitted light from the light emitting elements 22a and 22b as excitation light. The wavelength, λ3, is the peak wavelength of fluorescence and scattered light using excitation light with light having a wavelength on the longer wavelength side of the light emitted from the light emitting element 22b. Note that the fluorescence and scattered light with respect to the light emitted from the light emitting element 22a have no intensity at the wavelength of λ3.
本実施形態の検出部13は、λ2およびλ3付近に高い検出感度を有するように、光学フィルタ14の周期構造が設計されている。また、検出部13の検出感度は、発光素子22aの出射光の波長域の最短波長よりも長い波長から、発光素子22aの出射光の波長域の最長波長よりも長い波長までの検出感度域と、発光素子22bの出射光の波長域の最短波長よりも長い波長から、発光素子22bの出射光の波長域の最長波長よりも長い波長までの検出感度域との、二つの検出感度域を有している。
In the
低波長側の検出感度域において、検出部13は、λ2に高い検出感度を有しているが、発光素子22aの出射光の波長域の一部に検出感度を有していない。このため、前述と同様の理由で、検出器16のサチレーションは発生しにくくなり、電磁波源21および検出器16に印加する電圧を上げられるため、λ2の波長に対応する蛍光および散乱光に対して良好な検出感度を有する。
In the detection sensitivity region on the low wavelength side, the
長波長側の検出感度域において、検出部13は、λ3に高い検出感度を有しているが、発光素子22bの出射光の波長域の一部に検出感度を有していない。このため、前述と同様の理由で、検出器16のサチレーションは発生しにくくなり、電磁波源21および検出器16に印加する電圧を上げられるため、λ3の波長に対応する蛍光および散乱光に対して良好な検出感度を有する。
In the detection sensitivity region on the long wavelength side, the
特に発光素子22bのように出射光の波長範囲が広い場合、測定対象1の多種の蛍光を励起できる一方で、出射光の波長範囲と測定対象1からの蛍光波長が重なってしまい、発光素子22bに印加する電圧を上げると測定対象1からの蛍光を検出しにくくなるが、本実施形態のように検出部13の検出感度を波長帯によって分光センサの個数(光学フィルタ14の面積)を変えることにより、さらに、電磁波源21が異なる波長域の発光素子22を複数備えることにより、以降で記述するように所望の波長を高感度に検出することができる。また、互いに重複する発光波長域をもつ発光素子がある場合には、出射光の波長範囲と重なる蛍光波長を励起する波長の部分のみの発光波長域をもつ発光素子を用意すればよい。これにより、出射光の波長範囲と重なってしまう蛍光波長を高感度に検出することができる。
In particular, when the wavelength range of the emitted light is wide like the light emitting element 22b, various types of fluorescence of the measuring object 1 can be excited, while the wavelength range of the emitting light and the fluorescence wavelength from the measuring object 1 overlap, and the light emitting element 22b. When the voltage applied to is increased, it becomes difficult to detect the fluorescence from the measurement target 1, but the number of spectral sensors (area of the optical filter 14) is changed according to the wavelength band of the detection sensitivity of the
以上より、本実施形態の分光測定装置20は、互いに波長域が異なる複数の蛍光および散乱光に対しても、良好な検出感度で分光測定が可能である。 As described above, the spectroscopic measurement apparatus 20 according to the present embodiment can perform spectroscopic measurement with a good detection sensitivity even for a plurality of fluorescence and scattered light having different wavelength ranges.
<複数の蛍光の測定方法>
以下、互いに波長域が異なる複数の蛍光および散乱光に対する分光測定の方法について、図8に基づいて詳しく説明する。
<Multiple fluorescence measurement method>
Hereinafter, a spectroscopic measurement method for a plurality of fluorescence and scattered light having different wavelength ranges will be described in detail with reference to FIG.
図8は、本実施形態における電磁波源21の発光素子22aおよび22bの駆動電流、および分光センサの検出信号それぞれの時間変化を示したグラフである。 FIG. 8 is a graph showing temporal changes of the drive currents of the light emitting elements 22a and 22b of the electromagnetic wave source 21 and the detection signals of the spectroscopic sensor in the present embodiment.
図8の(a)〜(e)は、電磁波源21において、発光素子22aのみ、または発光素子22bのみを交互に発光させたときに発光素子22aおよび22bに流れる駆動電流、および検出部13の分光センサが出力する検出信号の時間変化の様子を表している。図8の(a)、(b)はそれぞれ、発光素子22a、発光素子22bの駆動電流、図8の(c)〜(e)はそれぞれ、検出部13の分光センサにおけるλ1〜λ3の検出信号それぞれの時間変化を表すグラフである。
8A to 8E show the drive current that flows through the light emitting elements 22a and 22b when only the light emitting element 22a or only the light emitting element 22b is caused to emit light alternately in the electromagnetic wave source 21, and the
発光素子22aのみを発光させた場合、λ2に対応する蛍光および散乱光が発生するため、図8の(d)に示すように、λ2の検出信号が検出されている。この時、図8の(e)に示すように、λ3の検出信号は発生していない。対して、発光素子22bのみを発光させた場合、λ2およびλ3に対応する蛍光および散乱光が発生するため、図8の(d)(e)に示すように、λ2およびλ3の検出信号が検出されている。 When only the light emitting element 22a emits light, fluorescence and scattered light corresponding to λ2 are generated, so that a detection signal of λ2 is detected as shown in FIG. 8D. At this time, as shown in FIG. 8E, the detection signal of λ3 is not generated. On the other hand, when only the light emitting element 22b emits light, fluorescence and scattered light corresponding to λ2 and λ3 are generated, so that detection signals of λ2 and λ3 are detected as shown in FIGS. Has been.
このとき、発光素子22aと発光素子22bとでは、発光強度が異なり、発光素子22bの出射光の強度の方が低いが、発光素子22bを発光させるとλ2の反射光も検出される。このため、発光素子22bのみを発光させた場合のλ2の検出信号は、発光素子22aのみを発光させた場合のλ2の検出信号よりも高くなる。このように、発光素子22aと22bとを交互に発光させることで、λ2およびλ3の検出信号を、時間的に変化させて取得することが可能となる。 At this time, the light emitting element 22a and the light emitting element 22b have different light emission intensities, and the intensity of the emitted light from the light emitting element 22b is lower. However, when the light emitting element 22b emits light, reflected light of λ2 is also detected. Therefore, the detection signal of λ2 when only the light emitting element 22b emits light is higher than the detection signal of λ2 when only the light emitting element 22a emits light. As described above, by alternately causing the light emitting elements 22a and 22b to emit light, the detection signals of λ2 and λ3 can be obtained while being changed with time.
このように、発光素子22aのみ、または発光素子22bのみを交互に発光させた場合、それぞれの発光素子の発光時間を極力短くすることができ、消費電力の低減に繋がり、発光素子の劣化を低減することに繋がる。例えば、発光素子22aに青色発光ダイオード、発光素子22bに青色光で励起される蛍光体を樹脂に封入した白色発光ダイオードを採用した場合、青色発光ダイオードの出射光による蛍光のみを測定する場合、青色発光ダイオードのみを発光させればよいため、白色発光ダイオードの樹脂の劣化が低減され、白色発光ダイオードの寿命を長くできる。 Thus, when only the light emitting element 22a or only the light emitting element 22b is made to emit light alternately, the light emission time of each light emitting element can be shortened as much as possible, leading to a reduction in power consumption and a reduction in deterioration of the light emitting element. It leads to doing. For example, when a blue light emitting diode is used as the light emitting element 22a and a white light emitting diode in which a phosphor excited by blue light is sealed in a resin is used as the light emitting element 22b, when measuring only the fluorescence emitted from the blue light emitting diode, Since only the light emitting diode needs to emit light, the deterioration of the resin of the white light emitting diode is reduced, and the lifetime of the white light emitting diode can be extended.
次に、図8の(f)〜(j)は、電磁波源21において、発光素子22bを発光させたまま、発光素子22aを点滅させたときに発光素子22aおよび22bに流れる駆動電流、および検出信号の時間変化の様子を表している。図8の(f)、(g)はそれぞれ、発光素子22a、発光素子22bの駆動電流、図8の(h)〜(j)はそれぞれ、検出部13の分光センサにおけるλ1〜λ3の検出信号、それぞれの時間変化を表すグラフである。
Next, (f) to (j) in FIG. 8 show driving currents flowing through the light emitting elements 22a and 22b and detection when the light emitting element 22a is blinked in the electromagnetic wave source 21 while the light emitting element 22b emits light. It shows how the signal changes over time. 8 (f) and 8 (g) are drive currents of the light emitting element 22a and the light emitting element 22b, respectively, and FIGS. 8 (h) to 8 (j) are detection signals of λ1 to λ3 in the spectroscopic sensor of the
発光素子22bは常に発光しているため、λ3に対応する蛍光および散乱光も常に発生する。そのため、図8の(j)に示すように、λ3の検出信号は時間によらず一定に検出されている。これに加えてさらに発光素子22aを発光させた場合、λ2に対応する蛍光および散乱光が発生するため、図8の(i)に示すように、λ2の検出信号が強く検出される。このとき、二つの発光素子を同時に発光させているため、λ2の検出信号は、発光素子22aのみを発光させた場合よりも強くなる。このように、λ3の検出信号を確認し続けながら、λ2の検出信号を取得することができる。 Since the light emitting element 22b always emits light, fluorescence and scattered light corresponding to λ3 are always generated. Therefore, as shown in (j) of FIG. 8, the detection signal of λ3 is detected constantly regardless of time. In addition to this, when the light emitting element 22a further emits light, fluorescence and scattered light corresponding to λ2 are generated, so that the detection signal of λ2 is strongly detected as shown in FIG. At this time, since the two light emitting elements emit light at the same time, the detection signal of λ2 becomes stronger than when only the light emitting element 22a emits light. In this manner, the detection signal of λ2 can be acquired while continuing to check the detection signal of λ3.
このように、発光素子22bを発光させたまま、発光素子22aを点滅させた場合、両方の発光素子が発光しているときには、出射光の強度を高めることができるため、検出信号が強くなり、S/N比が改善される。 As described above, when the light emitting element 22a is blinked while the light emitting element 22b is caused to emit light, when both the light emitting elements emit light, the intensity of the emitted light can be increased, so that the detection signal becomes stronger, The S / N ratio is improved.
なお、本実施形態においては、発光素子22bを常に発光させる測定方法に限られず、発光素子22aおよび22bが、少なくとも一時期で同時に発光する限り、発光素子22bの発光は、断続的に行われてもよい。 In the present embodiment, the measurement method is not limited to always causing the light emitting element 22b to emit light, and the light emitting element 22b may emit light intermittently as long as the light emitting elements 22a and 22b emit light simultaneously at least once. Good.
以上のように、本実施形態の検出部13は、異なる複数の波長域の蛍光および散乱光に対して良好な検出を行うことができる。このため、分光測定装置20は、例えば、反射光を含む蛍光以外の成分から測定対象の表面の状態、蛍光の成分から測定対象の内部の状態を、一度に解析することができる。
As described above, the
これは例えば、発光素子22aが測定対象1に照射されたときと、発光素子22bが測定対象1に照射されたときのλ2の戻り光を比較すればよい。発光素子22aが測定対象1に照射されたときは、蛍光のみの成分が検出され、発光素子22bが測定対象1に照射されたときは、蛍光と反射光の成分が検出されるため、これらを比較することにより、蛍光と反射光の成分を分離して解析することができる。このように、発光素子22aと発光素子22bの発光する波長範囲に重複する部分と重複しない部分があることで、測定対象1に対する多様な解析が可能となる。 For example, the return light of λ2 when the light emitting element 22a is irradiated on the measuring object 1 and the light returned from the light emitting element 22b when the measuring object 1 is irradiated may be compared. When the measurement target 1 is irradiated with the light emitting element 22a, only fluorescence components are detected. When the light emission element 22b is irradiated with the measurement target 1, fluorescence and reflected light components are detected. By comparing, the fluorescence and reflected light components can be separated and analyzed. As described above, since there is an overlapping portion and a non-overlapping portion in the wavelength range of light emission of the light emitting element 22a and the light emitting element 22b, various analyzes on the measurement object 1 are possible.
なお、本実施形態においては、発光素子22aに青色発光ダイオード、発光素子22bに青色光で励起される蛍光体を樹脂に封入した白色発光ダイオードを採用する場合、白色発光ダイオードの蛍光を励起するスペクトルと同じ成分を有する青色発光ダイオードを発光素子22aに使用することが好ましい。上記構成により、二つの発光素子を交互または同時に発光させるかによらず、測定対象の励起源である青色光のスペクトルが変化しないため、蛍光の検出結果を解析しやすくなる。 In the present embodiment, when a white light emitting diode in which a blue light emitting diode is used as the light emitting element 22a and a white light emitting diode in which a phosphor excited by blue light is encapsulated in a resin is used, the spectrum that excites the fluorescence of the white light emitting diode. It is preferable to use a blue light emitting diode having the same component as the light emitting element 22a. With the above-described configuration, the spectrum of the blue light that is the excitation source to be measured does not change regardless of whether the two light emitting elements emit light alternately or simultaneously, so that the fluorescence detection result can be easily analyzed.
また、本実施形態の発光素子22aとして、例えば、半導体レーザを採用してもよい。この場合、発光ダイオードよりも強度を強くできるため、測定対象の蛍光および散乱光を強くすることが可能となる。 For example, a semiconductor laser may be employed as the light emitting element 22a of the present embodiment. In this case, since the intensity can be made stronger than that of the light emitting diode, the fluorescence and scattered light to be measured can be made stronger.
〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、図9〜10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
<三つ以上の発光素子を有する電磁波源>
図9は本実施形態に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
<An electromagnetic wave source having three or more light emitting elements>
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the spectroscopic measurement apparatus according to this embodiment.
本実施形態に係る分光測定装置30が、前実施形態の分光測定装置10および20と異なっている点は、電磁波源11および21に替えて、三つの発光素子を有する電磁波源31を備える点である。その他同様の構成およびその機能に関しては繰り返しの説明を省略する。 The spectroscopic measurement device 30 according to the present embodiment is different from the spectroscopic measurement devices 10 and 20 of the previous embodiment in that an electromagnetic wave source 31 having three light emitting elements is provided instead of the electromagnetic wave sources 11 and 21. is there. Repeated description of other similar configurations and functions is omitted.
電磁波源31は、分光測定装置30の外部にある測定対象1に対し、出射光を出射するための光源である、発光素子32a、32b、および32cを有する。発光素子32a、32b、および32cが発する出射光の波長域は互いに異なっている。加えて、これらの発光素子のうち少なくとも二つの発光素子の各発光波長域は、互いに重複しない波長域を有している。電磁波源31は、これらの発光素子を個別に発光させることが可能であり、少なくとも一つ以上の発光素子から出射光を出射することが可能である。 The electromagnetic wave source 31 includes light emitting elements 32 a, 32 b, and 32 c that are light sources for emitting outgoing light to the measurement object 1 outside the spectroscopic measurement device 30. The wavelength ranges of the emitted light emitted from the light emitting elements 32a, 32b, and 32c are different from each other. In addition, the light emission wavelength regions of at least two of these light emitting devices have wavelength regions that do not overlap each other. The electromagnetic wave source 31 can individually emit these light emitting elements, and can emit outgoing light from at least one light emitting element.
電磁波源31は、分光測定装置30の外壁に設けられた図示しない窓から、出射光を測定対象1に向かって出射する。なお、上記窓は発光素子ごとに複数設けられていてもよく、共通の窓として一つのみ設けられていてもよい。 The electromagnetic wave source 31 emits outgoing light toward the measuring object 1 from a window (not shown) provided on the outer wall of the spectrometer 30. In addition, the said window may be provided with two or more for every light emitting element, and only one may be provided as a common window.
本実施形態では、電磁波源31が発光素子を三つ有する構成を挙げているがこれに限られず、四つ以上の発光素子を有していてもよい。また、分光測定装置30を使用した分光測定方法は、分光測定装置20を使用した場合と変わらない。 In the present embodiment, the configuration in which the electromagnetic wave source 31 includes three light emitting elements is described. However, the configuration is not limited thereto, and the electromagnetic wave source 31 may include four or more light emitting elements. The spectroscopic measurement method using the spectroscopic measurement device 30 is not different from the case where the spectroscopic measurement device 20 is used.
<三つの出射光の強度と検出部の感度>
図10は電磁波源31から測定対象1に出射される出射光の強度と、検出部13の検出感度とを表すグラフである。図10の(a)は、発光素子32a、32b、および32cに、発光素子12のような発光波長域が比較的狭い光源を使用した場合の出射光の強度と検出部13の検出感度との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が検出部13の検出感度を表している。図10の(b)は上記の発光素子32aを、発光素子22bのような発光波長域が比較的広い光源を使用した場合の出射光の強度と検出部13の検出感度との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が検出部13の検出感度を表している。
<Intensity of three outgoing lights and sensitivity of detection part>
FIG. 10 is a graph showing the intensity of outgoing light emitted from the electromagnetic wave source 31 to the measuring object 1 and the detection sensitivity of the
図10の(a)および(b)に見られるように、本実施形態においては、検出部13が、互いに異なり重複しない検出範囲1〜3の位置に、検出感度を有するように設計されている。
As can be seen from FIGS. 10A and 10B, in the present embodiment, the
図10の(a)では、発光素子32a、32b、および32cに発光素子12のような発光波長域が比較的狭い光源を使用した場合の例が示されている。図10の(a)に示されるように、発光素子32a、32b、および32cは、互いに重複しない異なる発光波長域を有する。 FIG. 10A shows an example in which a light source having a relatively narrow emission wavelength region such as the light emitting element 12 is used for the light emitting elements 32a, 32b, and 32c. As shown in FIG. 10A, the light emitting elements 32a, 32b, and 32c have different emission wavelength ranges that do not overlap each other.
このとき、検出範囲1は、発光素子32aの発光波長域の一部、すなわち発光素子32aの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から、発光素子32bの出射光の最短波長より短い波長にある。このため、検出範囲1では、測定対象1からの戻り光のうち、反射した発光素子32aの出射光の一部と、出射光に対する測定対象1からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。加えて、反射した発光素子32bの出射光については検出しない。 At this time, the detection range 1 is shorter than the shortest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32b from a part of the light emission wavelength region of the light emitting element 32a, that is, the wavelength between the shortest wavelength and the longest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32a. In wavelength. For this reason, in the detection range 1, out of the return light from the measurement target 1, a part of the reflected light emitted from the light emitting element 32a and at least a part of the fluorescence and scattered light from the measurement target 1 with respect to the output light are detected. Is done. In addition, the reflected light emitted from the light emitting element 32b is not detected.
同様に、検出範囲2は、発光素子32bの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から、発光素子32cの出射光の最短波長より短い波長にある。このため、検出範囲2では、測定対象1からの戻り光のうち、反射した発光素子32bの出射光の一部と、出射光に対する測定対象1からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。加えて、反射した発光素子32cの出射光については検出しない。 Similarly, the detection range 2 is a wavelength shorter than the shortest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32c, from the wavelength between the shortest wavelength and the longest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32b. For this reason, in the detection range 2, of the return light from the measurement target 1, a part of the reflected light emitted from the light emitting element 32b and at least a part of the fluorescence and scattered light from the measurement target 1 with respect to the output light are detected. Is done. In addition, the reflected light emitted from the light emitting element 32c is not detected.
検出範囲3は、発光素子32cの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から長波長側にある。このため、検出範囲3では、測定対象1からの戻り光のうち、反射した発光素子32cの出射光の一部と、出射光に対する測定対象1からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。 The detection range 3 is on the long wavelength side from the wavelength between the shortest wavelength and the longest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32c. For this reason, in the detection range 3, of the return light from the measurement object 1, a part of the reflected light emitted from the light emitting element 32c and at least a part of the fluorescence and scattered light from the measurement object 1 with respect to the emitted light are detected. Is done.
したがって、本実施形態の検出部13は、それぞれの検出範囲において、一つの発光素子からの出射光に対する戻り光のみを検出する。すなわち、それぞれの検出範囲と発光素子とを一対一で対応付けることができる。さらに、検出範囲に発光素子32のピーク波長を含まないため、上述の理由と同様に、サチレーションがさらに発生しにくい検出部13を実現できる。これにより、分光測定装置30は複数の波長域における蛍光および散乱光を、一度に良好な検出感度で測定できる。
Therefore, the
図10の(b)では、発光素子32bおよび32cに発光素子12のような発光波長域が比較的狭い光源を使用し、発光素子32aに発光素子22bのような発光波長域が比較的広い光源を使用した場合の例が示されている。図10の(b)に示されるように、発光素子32aおよび32bと、発光素子32cとは、互いに重複しない異なる発光波長域を有するが、発光素子32aと発光素子32bとは、発光波長域が一部重複している。 In FIG. 10B, a light source having a relatively narrow emission wavelength range such as the light emitting element 12 is used for the light emitting elements 32b and 32c, and a light source having a relatively wide emission wavelength range such as the light emitting element 22b is used for the light emitting element 32a. An example of using is shown. As shown in FIG. 10B, the light emitting elements 32a and 32b and the light emitting element 32c have different emission wavelength ranges that do not overlap with each other, but the light emitting element 32a and the light emitting element 32b have different emission wavelength ranges. Some overlap.
このとき、検出範囲1は、発光素子32bの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から長波長側までの波長域にある。このため、検出範囲1では、測定対象1からの戻り光のうち、反射した発光素子32bの出射光の一部と、出射光に対する測定対象1からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。 At this time, the detection range 1 is in the wavelength region from the wavelength between the shortest wavelength and the longest wavelength of the emitted light of the light emitting element 32b to the long wavelength side. For this reason, in the detection range 1, out of the return light from the measurement target 1, a part of the reflected light emitted from the light emitting element 32b and at least a part of the fluorescence and scattered light from the measurement target 1 with respect to the output light are detected. Is done.
同様に、検出範囲2は、発光素子32aの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から、発光素子32cの出射光の最短波長より短い波長までの波長域にある。このため、検出範囲2では、測定対象1からの戻り光のうち、反射した発光素子32aの出射光の一部と、出射光に対する測定対象1からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。加えて、反射した発光素子32cの出射光については検出しない。 Similarly, the detection range 2 is in a wavelength range from a wavelength between the shortest wavelength and the longest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32a to a wavelength shorter than the shortest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32c. For this reason, in the detection range 2, of the return light from the measurement target 1, a part of the reflected light emitted from the light emitting element 32a and at least a part of the fluorescence and scattered light from the measurement target 1 with respect to the output light are detected. Is done. In addition, the reflected light emitted from the light emitting element 32c is not detected.
検出範囲3は、発光素子32cの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から長波長側までの波長域にある。このため、検出範囲3では、測定対象1からの戻り光のうち、反射した発光素子32cの出射光の一部と、出射光に対する測定対象1からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。 The detection range 3 is in the wavelength region from the wavelength between the shortest wavelength and the longest wavelength of the light emitted from the light emitting element 32c to the long wavelength side. For this reason, in the detection range 3, of the return light from the measurement object 1, a part of the reflected light emitted from the light emitting element 32c and at least a part of the fluorescence and scattered light from the measurement object 1 with respect to the emitted light are detected. Is done.
したがって、本実施形態の検出部13は、検出範囲2および3において、一つの発光素子からの出射光に対する戻り光のみを検出する。すなわち、それぞれの検出範囲と発光素子とを一対一で対応付けることができる。さらに、検出部13は、それぞれの検出範囲において、複数の出射光の内、長波長側の出射光を検出しない。検出範囲1についても、反射した発光素子32bの出射光については、その一部しか検出しない。このため、上述の理由と同様に、サチレーションがさらに発生しにくい検出部13を実現できる。これにより、分光測定装置30は複数の波長域における蛍光および散乱光を、一度に良好な検出感度で測定できる。
Therefore, in the detection ranges 2 and 3, the
このとき、発光素子32bと、発光素子32aまたは32cのうち少なくとも一方とを交互に発光させて測定を行ってもよい。この場合、それぞれの発光素子の発光時間を極力短くすることができ、消費電力の低減に繋がり、発光素子の劣化を低減することに繋がる。また、発光素子32aまたは32cのうち少なくとも一方を発光させたまま、発光素子32bを点滅させて測定を行ってもよい。この場合、出射光の強度を高めることができるため、検出信号が強くなり、S/N比が改善される。 At this time, the measurement may be performed by alternately emitting light from the light emitting element 32b and at least one of the light emitting elements 32a or 32c. In this case, the light emission time of each light emitting element can be shortened as much as possible, leading to a reduction in power consumption and a reduction in deterioration of the light emitting element. Alternatively, measurement may be performed by blinking the light emitting element 32b while at least one of the light emitting elements 32a or 32c is caused to emit light. In this case, since the intensity of the emitted light can be increased, the detection signal becomes stronger and the S / N ratio is improved.
以上、いくつかの実施形態を例示して説明したが、これらの実施形態で説明した構成を組み合わせてもよい。また、出射光の波長範囲と検出範囲も、いくつかの実施形態で説明したものを組み合わせてもよい。 As mentioned above, although several embodiment was illustrated and demonstrated, you may combine the structure demonstrated in these embodiment. Also, the wavelength range and detection range of the emitted light may be combined with those described in some embodiments.
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る分光測定装置は、電磁波源と、検出部とを備え、上記電磁波源は、測定対象に第1電磁波を照射し、上記検出部は、光学フィルタと検出器とからなる分光センサを少なくとも一つ以上備え、上記第1電磁波を照射された上記測定対象から戻る第2電磁波を検出し、上記第1電磁波の最短波長より長い波長から、上記第1電磁波の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有する。
[Summary]
The spectroscopic measurement apparatus according to the first aspect of the present invention includes an electromagnetic wave source and a detection unit, the electromagnetic wave source irradiates a first electromagnetic wave on a measurement target, and the detection unit includes an optical filter and a detector. At least one spectroscopic sensor is provided, the second electromagnetic wave returning from the measurement object irradiated with the first electromagnetic wave is detected, and the wavelength longer than the shortest wavelength of the first electromagnetic wave is longer than the longest wavelength of the first electromagnetic wave. It has detection sensitivity for a wavelength range up to a wavelength.
上記の構成によれば、検出部の分光センサが光学フィルタを備えることにより、検出素子を直接遮光することなく必要な波長付近のみの電磁波を検出する分光センサを備えた検出部を実現できる。これにより、検出部の小型化に繋がる。 According to the above configuration, since the spectroscopic sensor of the detection unit includes the optical filter, a detection unit including the spectroscopic sensor that detects an electromagnetic wave only in the vicinity of a necessary wavelength without directly shielding the detection element can be realized. Thereby, it leads to size reduction of a detection part.
また、検出部が検出できる第2電磁波の波長は、第1電磁波の最短波長より長い。したがって、検出部の検出感度は、検出対象から波長を変化させることなく反射された第1電磁波の一部を検出しないように設定されている。この結果、検出部に検出対象等によって反射された第1電磁波が入射しても、検出部に設けられた分光センサの検出器のサチレーションが発生しにくいため、電磁波源および検出部に印加する電圧を上げやすくなる。このため、強度が弱い電磁波源を採用しても検出感度を得られやすくなるため、電磁波源の低価格化と小型化に繋がる。 Moreover, the wavelength of the 2nd electromagnetic wave which a detection part can detect is longer than the shortest wavelength of a 1st electromagnetic wave. Accordingly, the detection sensitivity of the detection unit is set so as not to detect a part of the first electromagnetic wave reflected from the detection target without changing the wavelength. As a result, even if the first electromagnetic wave reflected by the detection target or the like is incident on the detection unit, saturation of the detector of the spectroscopic sensor provided in the detection unit is difficult to occur, so the voltage applied to the electromagnetic wave source and the detection unit It becomes easy to raise. For this reason, since it becomes easy to obtain detection sensitivity even if it employ | adopts an electromagnetic wave source with weak intensity | strength, it leads to the price reduction and size reduction of an electromagnetic wave source.
なお、「第1電磁波の最長波長より長い波長まで」とは、ピーク波長が第1電磁波の最長波長より長い第2電磁波を検出部が検出できることを意味している。また、測定対象から戻る第2電磁波には、第1電磁波によって励起された測定対象が発する蛍光のような電磁波、または測定対象で散乱された散乱光が含まれている。そのような蛍光または散乱光のピーク波長は、第1電磁波のピーク波長より長い。 “To a wavelength longer than the longest wavelength of the first electromagnetic wave” means that the detection unit can detect the second electromagnetic wave having a peak wavelength longer than the longest wavelength of the first electromagnetic wave. The second electromagnetic wave returning from the measurement object includes an electromagnetic wave such as fluorescence emitted from the measurement object excited by the first electromagnetic wave, or scattered light scattered by the measurement object. The peak wavelength of such fluorescence or scattered light is longer than the peak wavelength of the first electromagnetic wave.
本発明の態様2に係る分光測定装置では、上記態様1において、上記検出部は、上記第1電磁波の最長波長より短い波長に検出感度を有してもよい。 In the spectrometer according to aspect 2 of the present invention, in the aspect 1, the detection unit may have detection sensitivity at a wavelength shorter than the longest wavelength of the first electromagnetic wave.
一般に、第2電磁波の強度は、測定対象に照射された第1電磁波の強度に依存する。このため、第2電磁波を複数回測定した場合、複数の測定結果を比較するためには、第1電磁波の強度を基準に、第2電磁波の強度を規格化する必要がある。上記の構成によれば、検出部は第1電磁波の波長域の電磁波を、少なくとも一部は検出できるため、第1電磁波の波長域の検出結果を使用して、測定結果の規格化を行うことができ、測定結果の解析が容易となる。 In general, the intensity of the second electromagnetic wave depends on the intensity of the first electromagnetic wave irradiated to the measurement object. For this reason, when the second electromagnetic wave is measured a plurality of times, in order to compare a plurality of measurement results, it is necessary to normalize the intensity of the second electromagnetic wave with reference to the intensity of the first electromagnetic wave. According to said structure, since a detection part can detect at least one part of the electromagnetic wave of the wavelength range of a 1st electromagnetic wave, it standardizes a measurement result using the detection result of the wavelength range of a 1st electromagnetic wave. This makes it easy to analyze the measurement results.
さらに、上記の構成によれば、第2電磁波が検出されないときに、第2電磁波が測定対象から発生していないのか、それとも、そもそも検出部の検出動作ができていないのかを、第1電磁波の波長域における電磁波の検出の有無から容易に判断することが可能となる。 Further, according to the above configuration, when the second electromagnetic wave is not detected, whether the second electromagnetic wave is not generated from the measurement object or whether the detection unit is not performing the detection operation in the first place. It can be easily determined from the presence or absence of detection of electromagnetic waves in the wavelength region.
本発明の態様3に係る分光測定装置では、上記態様1または2において、上記検出部は、上記電磁波源の発光波長域に対する検出感度よりも、上記電磁波源の発光波長域の最長波長よりも長波長に対する検出感度の方が高くてもよい。 In the spectrometer according to aspect 3 of the present invention, in the above aspect 1 or 2, the detection unit is longer than the longest wavelength in the emission wavelength range of the electromagnetic wave source, rather than the detection sensitivity of the electromagnetic wave source in the emission wavelength range. The detection sensitivity with respect to the wavelength may be higher.
上記の構成において、第2電磁波には、測定対象で反射された第1電磁波が含まれている場合がある。その反射された第1電磁波が検出部に入射した場合、特に、ピーク波長の第1電磁波が検出部に入射した場合、検出部に設けられた分光センサの検出器がサチレーションを起こしやすくなる。 In the above configuration, the second electromagnetic wave may include the first electromagnetic wave reflected by the measurement target. When the reflected first electromagnetic wave enters the detection unit, in particular, when the first electromagnetic wave having the peak wavelength enters the detection unit, the detector of the spectroscopic sensor provided in the detection unit is likely to cause saturation.
上記の構成によれば、第1電磁波に対する感度を下げることができるため、たとえピーク波長の第1電磁波が検出部に入射したとしても、ピーク波長の第1電磁波の影響を低減できる。このため、電磁波源および検出器の印加電圧を上げやすくなり、第2電磁波の検出感度の向上に繋がる。 According to said structure, since the sensitivity with respect to a 1st electromagnetic wave can be lowered | hung, even if the 1st electromagnetic wave of a peak wavelength injects into a detection part, the influence of the 1st electromagnetic wave of a peak wavelength can be reduced. For this reason, it becomes easy to raise the applied voltage of an electromagnetic wave source and a detector, and it leads to the improvement of the detection sensitivity of a 2nd electromagnetic wave.
本発明の態様4に係る分光測定装置は、上記態様1から3において、上記光学フィルタは、上記第2電磁波のうち、少なくとも一部の波長の電磁波を透過させる周期構造を有してもよい。 The spectroscopic measurement device according to aspect 4 of the present invention is the aspect 1 to 3, wherein the optical filter may have a periodic structure that transmits electromagnetic waves having at least some wavelengths among the second electromagnetic waves.
上記の構成によれば、検出部は、第2電磁波のうち、光学フィルタを透過する電磁波を検出することができる。すなわち、光学フィルタは、第2電磁波の光路を分散させる必要が無く、同一光路に沿って光学フィルタに入射する第2電磁波を、検出すべき電磁波と、排除したい電磁波とに選別することができる。したがって、本発明に係る光学フィルタは、第2電磁波の光路を分散させる必要がある光学フィルタと比べて小型化できるので、検出部の小型化を図ることができる。 According to said structure, the detection part can detect the electromagnetic wave which permeate | transmits an optical filter among 2nd electromagnetic waves. That is, the optical filter does not need to disperse the optical path of the second electromagnetic wave, and can sort the second electromagnetic wave incident on the optical filter along the same optical path into an electromagnetic wave to be detected and an electromagnetic wave to be excluded. Therefore, the optical filter according to the present invention can be downsized as compared with the optical filter that needs to disperse the optical path of the second electromagnetic wave, and thus the detection unit can be downsized.
本発明の態様5に係る分光測定装置は、上記態様1から4において、上記電磁波源は、互いに異なる発光波長域を有する複数の発光素子からなり、上記分光センサは、互いに異なる波長域の電磁波を透過する複数の光学フィルタと、検出器とからなっていてもよい。 The spectroscopic measurement device according to aspect 5 of the present invention is the aspect 1 to 4, in which the electromagnetic wave source includes a plurality of light emitting elements having different emission wavelength ranges, and the spectroscopic sensor emits electromagnetic waves in different wavelength ranges. You may consist of the some optical filter which permeate | transmits, and a detector.
上記の構成によれば、複数の波長の出射光(第1電磁波に相当)に対する戻り光(第2電磁波に相当)の検出が可能となるため、それぞれの出射光に対する測定対象の応答を詳しく測定することができる。これにより、例えば、一方の発光素子からの出射光に対応する反射光の特性を測定し、他方の発光素子からの出射光によって、測定対象が励起されて発した蛍光の特性を測定する、などの多様な測定が可能な分光測定装置を実現できる。 According to the above configuration, it becomes possible to detect return light (corresponding to the second electromagnetic wave) with respect to outgoing light (corresponding to the first electromagnetic wave) of a plurality of wavelengths, so that the response of the measurement object to each outgoing light is measured in detail can do. Thereby, for example, the characteristic of the reflected light corresponding to the light emitted from one light emitting element is measured, and the characteristic of the fluorescence emitted when the measurement object is excited by the light emitted from the other light emitting element is measured. It is possible to realize a spectroscopic measurement apparatus capable of various measurements.
本発明の態様6に係る分光測定装置は、上記態様5において、上記複数の発光素子のうち少なくとも二つの発光素子の各発光波長域は、互いに重複しない波長域を有しており、上記検出部は、互いに重複しない上記波長域を含み、かつ、上記少なくとも二つの発光素子の各発光波長域のうち、長波長側の発光波長域と重複しない検出感度を有していてもよい。 In the spectroscopic measurement device according to aspect 6 of the present invention, in the aspect 5, each emission wavelength region of at least two light emitting elements among the plurality of light emitting elements has a wavelength region that does not overlap with each other, and the detection unit May include the above-described wavelength regions that do not overlap with each other, and may have detection sensitivity that does not overlap with the emission wavelength region on the longer wavelength side among the emission wavelength regions of the at least two light-emitting elements.
上記の構成によれば、複数の発光素子の各発光波長域を、検出部の、互いに重複しない各検出波長域それぞれに、一対一で対応させることができる。さらに、検出部は各検出波長域において、複数の発光素子の各発光波長域の内、長波長側の波長域の電磁波を検出しないため、サチレーションがさらに発生しにくい分光測定装置を実現できる。 According to said structure, each light emission wavelength range of a some light emitting element can be made to respond | correspond one by one with each detection wavelength range of a detection part which does not mutually overlap. Furthermore, since the detection unit does not detect electromagnetic waves in the wavelength region on the longer wavelength side among the light emission wavelength regions of the plurality of light emitting elements in each detection wavelength region, it is possible to realize a spectroscopic measurement device that is less likely to generate saturation.
本発明の態様7に係る分光測定装置は、上記態様5において、上記複数の発光素子のうち少なくとも二つの発光素子は、互いに重複する発光波長域を有しており、上記検出部は、上記重複する発光波長域のうち短波長側の発光波長域の最短波長と最長波長との間の波長より長い波長域に対する検出感度を有していてもよい。 The spectrometric measurement device according to aspect 7 of the present invention is the aspect 5, wherein at least two light emitting elements among the plurality of light emitting elements have light emission wavelength ranges that overlap each other, and the detection unit includes the overlap. It may have detection sensitivity for a wavelength range longer than the wavelength between the shortest wavelength and the longest wavelength of the emission wavelength range on the short wavelength side of the emission wavelength range.
上記の構成によれば、互いに重複する発光波長域をもつ発光素子が複数あることにより、複数の発光素子分、蛍光や散乱光の励起光強度を強くすることができる。また、特に1つの発光素子の出射光の波長範囲が広い場合、測定対象の多種の蛍光を励起できる一方で、出射光の波長範囲と測定対象からの蛍光波長とが重なってしまい、該発光素子に印加する電圧を上げると測定対象からの蛍光を検出しにくくなる。しかし、本態様のように互いに重複する発光波長域をもつ発光素子がある場合には、出射光の波長範囲と重なってしまう蛍光波長を励起する波長の部分のみの発光波長域をもつ発光素子を用意することで、出射光の波長範囲と重なってしまう蛍光波長を高感度に検出することができる。 According to the above configuration, since there are a plurality of light emitting elements having light emission wavelength ranges that overlap each other, the intensity of excitation light of fluorescence or scattered light can be increased by the amount of the plurality of light emitting elements. In particular, when the wavelength range of the emitted light of one light emitting element is wide, various types of fluorescence can be excited while the wavelength range of the emitted light overlaps with the fluorescence wavelength from the measured object. When the voltage applied to is increased, it becomes difficult to detect fluorescence from the measurement target. However, when there is a light emitting element having an emission wavelength range that overlaps with each other as in this embodiment, a light emitting element having an emission wavelength range of only a wavelength portion that excites a fluorescence wavelength that overlaps with the wavelength range of the emitted light. By preparing, the fluorescence wavelength which overlaps with the wavelength range of the emitted light can be detected with high sensitivity.
本発明の態様8に係る蛍光測定方法は、上記態様1から7における分光測定装置を用いた、蛍光測定方法であって、上記電磁波源から上記第1電磁波を測定対象に照射する励起工程と、上記励起工程を経て発生した、上記測定対象からの戻り光を、上記検出部で検出する検出工程とを含む。 The fluorescence measurement method according to Aspect 8 of the present invention is a fluorescence measurement method using the spectroscopic measurement apparatus according to Aspects 1 to 7, and an excitation step of irradiating the measurement object with the first electromagnetic wave from the electromagnetic wave source; And a detection step of detecting return light from the measurement object generated through the excitation step by the detection unit.
上記の方法によれば、小型かつ安価な装置を用いて測定対象が励起されて発した光と、測定対象で反射された光とを含む戻り光の測定が可能となる。この戻り光のうち、励起されて発した光は、測定対象の内部の状態を調べるのに役立ち、反射された光は、測定対象の表面の状態を調べるのに役立つ。 According to the above method, it is possible to measure the return light including the light emitted when the measurement target is excited and the light reflected by the measurement target using a small and inexpensive device. Of the return light, the light emitted by excitation is useful for examining the internal state of the measurement target, and the reflected light is useful for examining the state of the surface of the measurement target.
本発明の態様9に係る蛍光測定方法は、上記態様5から7における分光測定装置を用いた、蛍光測定方法であって、上記複数の発光素子のうち、上記発光波長域としての第1発光波長域を有する第1発光素子、および上記第1発光波長域とは異なる第2発光波長域を有する第2発光素子の少なくとも一方からの出射光を測定対象に照射する励起工程と、上記励起工程を経て発生した、上記測定対象からの戻り光を、上記検出部で検出する検出工程とを含む。 A fluorescence measurement method according to Aspect 9 of the present invention is a fluorescence measurement method using the spectroscopic measurement device according to Aspects 5 to 7, wherein the first emission wavelength as the emission wavelength region among the plurality of light emitting elements. An excitation step of irradiating the measurement object with emitted light from at least one of a first light emitting element having a wavelength range and a second light emitting element having a second emission wavelength range different from the first emission wavelength range, and the excitation step And a detecting step of detecting return light generated from the measurement object by the detection unit.
上記の構成によれば、小型かつ安価な装置を用いて、複数の出射光に対する測定対象からの戻り光の測定が可能となる。 According to said structure, the return light from the measuring object with respect to several emitted light can be measured using a small and cheap apparatus.
本発明の態様10に係る蛍光測定方法は、上記態様9において、上記励起工程で、上記第1発光素子からの第1出射光の照射と、上記第2発光素子からの第2出射光の照射とが、交互に行われてもよい。 The fluorescence measurement method according to aspect 10 of the present invention is the fluorescence measurement method according to aspect 9 described above, wherein in the excitation step, irradiation of the first emitted light from the first light emitting element and irradiation of the second emitted light from the second light emitting element are performed. And may be performed alternately.
上記の構成によれば、第1出射光の照射と第2出射光の照射が同時に行われることが無いため、各発光素子に電圧が印加される時間が短縮される。このため各発光素子の消費電力を低く抑えることができる。また、各発光素子の発光時間が短縮されるため、各発光素子の劣化を防ぎ、寿命を延ばすことができる。 According to said structure, since irradiation of 1st emitted light and irradiation of 2nd emitted light are not performed simultaneously, the time when a voltage is applied to each light emitting element is shortened. For this reason, the power consumption of each light emitting element can be suppressed low. Moreover, since the light emission time of each light emitting element is shortened, deterioration of each light emitting element can be prevented and the lifetime can be extended.
本発明の態様11に係る蛍光測定方法は、上記態様9または10において、上記励起工程で、上記第1発光素子からの第1出射光の照射と、上記第2発光素子からの第2出射光の照射とが、少なくとも一時期で同時に行われてもよい。 The fluorescence measurement method according to aspect 11 of the present invention is the fluorescence measurement method according to aspect 9 or 10 described above, wherein in the excitation step, irradiation of the first emitted light from the first light emitting element and second emitted light from the second light emitting element are performed. Irradiation may be performed at least at the same time.
上記の構成によれば、複数の出射光を同時に測定対象に照射することによって、出射光強度が高くなり、検出信号は大きくなるため、S/N比が改善され検出感度が向上する。 According to the above configuration, since the measurement object is irradiated with a plurality of outgoing lights at the same time, the outgoing light intensity is increased and the detection signal is increased, so that the S / N ratio is improved and the detection sensitivity is improved.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
1 測定対象
10・20・30 分光測定装置
11・21・31 電磁波源
12・22a・22b・32a・32b・32c 発光素子
13 検出部
14 光学フィルタ
15 ホール
16 検出器
17 算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement object 10,20,30 Spectrometer 11,21,31 Electromagnetic wave source 12,22a, 22b, 32a, 32b, 32c
Claims (5)
上記電磁波源は、測定対象に第1電磁波を照射し、
上記検出部は、光学フィルタと検出器とからなる分光センサを少なくとも一つ以上備え、上記第1電磁波を照射された上記測定対象から戻る第2電磁波を検出し、上記第1電磁波の最短波長より長い波長から、上記第1電磁波の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有することを特徴とする分光測定装置。 An electromagnetic wave source and a detection unit;
The electromagnetic wave source irradiates the measurement object with the first electromagnetic wave,
The detection unit includes at least one spectroscopic sensor including an optical filter and a detector, detects a second electromagnetic wave returning from the measurement object irradiated with the first electromagnetic wave, and detects the second electromagnetic wave from the shortest wavelength of the first electromagnetic wave. A spectroscopic measurement device having a detection sensitivity for a wavelength range from a long wavelength to a wavelength longer than the longest wavelength of the first electromagnetic wave.
上記分光センサは、互いに異なる波長域の電磁波を透過する複数の光学フィルタと、検出器とからなることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の分光測定装置。 The electromagnetic wave source comprises a plurality of light emitting elements having emission wavelength ranges different from each other,
The spectroscopic measurement apparatus according to claim 1, wherein the spectroscopic sensor includes a plurality of optical filters that transmit electromagnetic waves in different wavelength ranges and a detector.
Priority Applications (1)
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