顕微分光計

专利摘要:
流体媒体のためのコンパクト顕微分光計は、ハウジング２０ｂ内に空間的に固定して配置された光源、流体通路２８ｂ、反射光格子３８ｂ及び検出器４０ｂを有している。光源を起点とする光測定経路は、流体通路を通って光格子に当たる。光格子で反射したスペクトル光成分は検出器に当たる。
公开号:JP2011513717A
申请号:JP2010548019
申请日:2009-02-25
公开日:2011-04-28
发明作者:ウィンクラー、ミヒャエル；オベルンドルファー、クリスティアン；ラバス、ドミニク
申请人:ビィウルケルト ヴェルケ ゲーエムベーハー；
IPC主号:G01N21-27

专利说明:

[0001] 本発明は顕微分光計に関する。]
背景技術

[0002] 顕微分光計については周知である。回折格子、ミラー、評価電子工学及び光ファイバなどのコンポーネントは、通常、ハウジングの中或いはベース・プレートの上に配置されており、これらのコンポーネントは、分析すべき光を分光計の中に結合している。光源及び分析すべき試料（外部光源の光はこの試料を通過して放射する）は、顕微分光計の外側に提供される。回折格子によってそのスペクトル成分に分散した光は、光ファイバを介して複数の光検出器に到達する。]
発明が解決しようとする課題

[0003] 本発明によれば、外部コンポーネントを全く必要とすることなく極端にコンパクトになるように構成することができる、流体界面及び外部への電気接続のみを有する顕微分光計が提供される。]
課題を解決するための手段

[0004] 特許請求の範囲に示されている本発明の複数の利点のうちの１つは、検体を連続的に分光することができることであり、これは、例えば飲料水の品質を監視する場合における主要な重要事項である。]
[0005] また、測定の都度、測定すべき検体を含んだ容器と光源を新たに整列させる必要がないため、可能な誤差源が排除される。]
[0006] 既知の顕微分光計に必要な、光を光ファイバ中に結合し、また、光ファイバ自体を結合するためのあらゆる余計なレンズを不要にすることができる。回折格子によってそのスペクトル成分に分散した光は、光ファイバを介した迂回を全く必要とすることなく、光検出器列によって直接受け取ることができる。一代替実施例では、回折格子は、回転運動するように取り付けられており、したがって検出器列の代わりに１つの光検出器を使用することができる。]
[0007] 顕微分光計のハウジングは、少なくとも部分的に透明な塑性材料から、射出成形手順で剛直成形ボディとして製造されることがとりわけ有利である。この場合、成形されたボディの固体領域を横切って流体通路が一方の側面から反対側の面まで導かれる。有利な実施例では、必要な回折格子は、射出成形中に、成形されたボディの面に成形される。]
[0008] しかしながら、射出成形プロセスの後に、ハウジングの凹所に格子を挿入することも可能である。]
[0009] ミラーとして作用させることが意図された反射表面の場合、引き続いて金属層を蒸着させることができ、或いは適切な膜がバッキングとして射出成形される。]
[0010] 光源は、例えばＬＥＤであってもよく、また、インサートとして成形ボディの中に統合することができる。しかしながら、塑性部分の凹所に光源を挿入し、引き続いて例えばボンディングによって固着することも可能である。]
[0011] また、ＯＬＥＤを使用することも可能であり、或いは光源を生成するためのレーザ技術などの他の知られている方法を使用することも可能である。]
[0012] 複数の異なる光源を顕微分光計の中に統合する場合、１つのデバイスを有利に使用して、異なる波長の複数のスペクトル測定を実施することができる。]
[0013] 他の光源を例えば流体通路の下方又は上方に配置することができる。この場合、散乱した光は、説明されている測定経路と同じ経路に９０°の角度で放射されることになる。散乱した光は格子に衝突してスペクトル分散し、電子評価ユニットに到達する。]
[0014] 一変形形態によれば、或いは追加として、個別の光源が流体通路を横切って放射し、その過程で生じる散乱光が他のフォトダイオードによって直接捕獲される（スペクトル分散させることなく）。散乱した光の強度が測定され、そのスペクトルが評価される。]
[0015] 以下、有利な実施例について、添付の図面を参照してより詳細に説明する。]
図面の簡単な説明

[0016] ハウジングが開いた状態の顕微分光計の一例示的実施例を略図で示す上面図である。
ハウジングが開いた状態の顕微分光計の第２の例示的実施例を略図で示す上面図である。
図２の断面図である。
他の例示的実施例の断面図である。
ハウジングとして使用するために適した剛直成形ボディを示す図である。
図５によるハウジングを使用した一実施例を示す図である。
図５によるハウジングを使用した他の実施例を示す図である。
剛直成形ボディをハウジングとして使用した他の実施例を示す図である。] 図２ 図５
実施例

[0017] 図１に示されている本発明による顕微分光計の実施例では、光源２及び回折格子６は、ハウジング１内の互いに反対側に配置されている。] 図１
[0018] 流体通路３は、ハウジング１を貫通して延在している。通路３には、分析される媒体及び密閉される媒体のうちのいずれかを充填することができ、或いはこの媒体は、通路を介して連続的に流すことができる。そのために、流体通路３は、分光計に媒体を運び、また、分光計から媒体を運び去るためのコンジット（図１には示されていない）に接続することができる。流体通路３は、流体通路３が光源２と格子６の間の光測定経路上に位置するようにハウジングの中に配置されている。] 図１
[0019] 流体通路３は、光透過性材料から製造しなければならない。流体通路３は、顕微分光計のハウジング１のための射出成形中に既に完全な形で提供するか、又は射出成形中にその一部を提供することができ、或いはこの通路又はその窓様部分（ガラス又はＰＭＭＡなどの透明材料でできている）は、ハウジングの射出成形に引き続いてハウジング中に挿入される。]
[0020] 望ましくないあらゆる散乱光をフィルタ除去するために、流体通路３と格子６の間にダイヤフラム４が提供されており、このダイヤフラム４は、光源２からの光が格子６に衝突するように配置された開口を有している。]
[0021] ダイヤフラム４の直径は調整可能であることが理想的である。]
[0022] ミラー５は、格子６で反射した光がミラーに衝突するようにダイヤフラム４と格子６の間に配置されている。ミラー５は、例えば、光源２と対向するのではなく、格子６と対向するように配置されたダイヤフラム４の一部であってもよい。]
[0023] ミラー５は、入射光を評価ユニット（図１には示されていない）に導いている。この評価ユニットは、例えば、有機フォトダイオード・アレイなどの光検出器であってもよい。] 図１
[0024] 図１には、分光計に必要な個々のコンポーネント以外に、光測定経路のビーム経路７が示されている。光源２からの光は、９０°の入射角で流体通路３を通過し、ダイヤフラム４を通過して、光をスペクトル分散させ、且つ、光をミラー５に向けて反射させる格子６に到達し、ミラー５に到達した光は、このミラー５で評価ユニットに向かって偏向することが理想的である。] 図１
[0025] 評価ユニットは、顕微分光計の内部に配置することも、或いは外部に配置することも可能である。]
[0026] 図２及び図３に示されているように、第２の例示的実施例では、第２の光源２ａ、例えばＬＥＤが流体通路の下方に配置されており、同様に流体通路を横切る光を放出している。主ビームから９０°の角度で散乱した迷光（破線）は、経路８に従ってダイヤフラム４を通過し、例えば濁り度測定のために回折格子６及び評価ユニットに到達する。ここでは、光源２は、光源２ａとは同時に起動されない。これらの２つの光源２及び２ａを交互に起動することにより、同じデバイスを使用して液体中の濁り度及び構成成分の濃度を交互に決定することができる。] 図２ 図３
[0027] この実施例では、散乱した光の評価は、回折格子６によるスペクトル分散を使用して実施される。]
[0028] 図４は、散乱した光の評価がスペクトルを分散させることなく実施される他の例示的実施例の断面図を示したものである。] 図４
[0029] 個々のコンポーネントの配置は、流体通路３の下方にフォトダイオード２ｂが追加提供されている点を除き、第１の例示的実施例の配置と全く同じである。]
[0030] フォトダイオード２ｂは、光源２によって放出される主ビームから９０°の角度で放射され、流体通路３を横切って放射する散乱光を検出する。散乱した光のビーム経路は、破線の矢印９で示されている。]
[0031] この例示的実施例では、光源２の主ビームを格子によって光分散させ、それにより主ビームを評価することができ、また、それと同時に、その過程で生じる散乱光をフォトダイオード２ｂを使用して直接捕獲し、それにより散乱光の強度を測定することができる。]
[0032] 図５に示されている、顕微分光計のハウジングとして適している剛直成形ボディ２０は、ステップ２２によって平らな領域２０ｂに連続している固体ブロック２０ａを有する平らな立方形であり、領域２０ｂには長方形の凹所２４が形成されている。この凹所２４は、ブロック２０ａと同じ高さにするために、ブロック２０ａと隣接しているカバー２６によって閉じることができる。成形ボディ２０は、塑性材料、詳細にはポリメチルアクリレートなどの透明な塑性材料の射出成形によって製造されている。ブロック２０ａは、その側面からブロック２０ａの中を反対側の側面まで貫通しているダクト２８を有している。さらに、ブロック２０ａには、ダクト２８に対して直角の円筒状凹所３０が組み込まれている。] 図５
[0033] 図６に示されているように、ＬＥＤ３２などの光源が凹所３０の中に導入されている。ダクト２８は、その両端に流体接続片３４を備えている。凹所２４には、ダイヤフラム３６、回折格子３８、及び電子評価ユニット４２を備えた光検出器列４０などの顕微分光計の他のすべてのコンポーネントが収納されている。凹所２４の中には、当然、他の光学及び／又は電子コンポーネントを配置することができる。また、ブロック２０ａの中には、異なるスペクトル領域のための複数の光源を配置することも可能である。顕微分光計がその外部に有しているのは、単に、接続片３４の形態の流体界面、及びプラグ・コネクタによって実現することができる電気接続のみである。すべての光学コンポーネントは、互いに空間的に固定された関係にあるため、測定を実施するための調整は一切不要である。] 図６
[0034] 図７の実施例は、回転ドライブ４４を備えた、回転可能に配置された回折格子３８ａが利用されている点、及び１つの単一のフォトダイオード４０ａが検出器として使用されている点で、図６による実施例とは異なっている。回転ドライブ４４は、電子評価ユニット４２ａによって、フォトダイオード４０ａが格子で反射する光のすべてのスペクトル成分を連続的に検出する方法で駆動される。] 図６ 図７
[0035] 図８による実施例では、成形ボディ２０ｂは、透明な塑性材料でできた単一の平らな立方形を形成している。成形ボディ２０ｂの中にダクト２８ｂと平行に加えられた凹所４６は、光検出器列４０ｂ及び電子評価ユニット４２ｂを収納している。回折格子３８ｂは、光源３２ｂとは反対側の成形ボディ２０ｂの外部表面の中に成形されており、例えば蒸着によって加えられた反射コーティングを備えている。さらに、格子３８ｂは、便宜上、保護層を備えている。] 図８

权利要求:

請求項1
光源と、流体通路と、反射回折格子と、検出器とを空間的に固定された関係で含んだハウジングを備えた、流体媒体のための顕微分光計であって、前記光源を起点とする光測定経路が前記流体通路を通って前記回折格子に衝突し、前記回折格子で反射したスペクトル光成分が前記検出器に衝突する顕微分光計。
請求項2
好ましくは調整可能な光ダイヤフラムが前記流体通路と前記回折格子の間の前記光測定経路上に配置された、請求項１に記載の顕微分光計。
請求項3
前記ハウジング内に堅固に配置され、且つ、反射格子として構成された前記回折格子と対向しているミラーを備えた、請求項１又は２に記載の顕微分光計。
請求項4
前記ミラーが前記ダイヤフラムに取り付けられた、請求項２及び３に記載の顕微分光計。
請求項5
前記ハウジングが射出成形技術を使用して製造された、請求項１から４までのいずれかに記載の顕微分光計。
請求項6
前記流体通路が、少なくとも前記光測定経路の領域の透明な壁によって画定された、請求項５に記載の顕微分光計。
請求項7
前記流体通路が、前記ハウジング内に挿入された管セクションによって形成され、且つ、前記光測定経路の少なくとも前記領域の透明な材料から構築された、請求項５に記載の顕微分光計。
請求項8
前記流体通路がコンジットの中に挿入するためのポートを含んだ、請求項１から７までのいずれかに記載の顕微分光計。
請求項9
光電気評価ユニットも前記ハウジング内に堅固に配置された、請求項１から８までのいずれかに記載の顕微分光計。
請求項10
異なる光スペクトルを有する複数の光源が前記ハウジング内に堅固に配置された、請求項１から９までのいずれかに記載の顕微分光計。
請求項11
散乱光を測定するための個別の光源が、前記光測定経路を横切って前記流体通路中に照射し、前記流体通路を横切って射出する前記散乱光が前記回折格子に衝突する、請求項１から１０までのいずれかに記載の顕微分光計。
請求項12
前記光測定経路を横切って前記流体通路から射出する前記散乱光が、スペクトル分散させることなく散乱光を測定するための個別光レシーバによって受け取られる、請求項１から１１までのいずれかに記載の顕微分光計。
請求項13
前記ハウジングが、少なくとも部分的に透明な材料でできた剛直成形ボディであって、光学コンポーネントを受け取るための凹所を有する剛直成形ボディとして形成され、前記流体通路が、前記成形ボディの一方の側からその反対側まで貫通して導かれている、請求項１から１２までのいずれかに記載の顕微分光計。
請求項14
前記回折格子が前記剛直成形ボディの外部表面の中に成形された、請求項１３に記載の顕微分光計。
請求項15
前記剛直成形ボディが、前記回折格子が回転運動するように取り付けられ、且つ、回転ドライブに結合された凹所を有する、請求項１３に記載の顕微分光計。