专利名称：分光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在分光光度计等中用于分离出具有特定波长的单色光的分光器。
背景技术：
在紫外可见分光光度计或原子吸收分光光度计等分光光度计中，为了得到规定波长的单色光而使用分光器(单色器)。作为分光器的构成，一般包括衍射光栅(波长色散元件)和相对于入射光改变该波长色散元件的角度的旋转驱动机构。这样的分光器通过使已由衍射光栅进行了波长色散的光穿过位置已被固定了的出口狭缝从而将规定波长的单色光分离出来，通过利用所述旋转驱动机构使衍射光栅适当地旋转，可以使被分离出的单色光的波长发生变化。因此，该单色光的波长精度大大依存于衍射光栅的角度精度，要提高波长精度，就需要能够以微小间距高精度地旋转驱动衍射光栅的旋转驱动机构。已知以往一般利用正弦杆机构作为这样的旋转驱动机构。又，还提出有使用作为减速齿轮的一种的波动齿轮装置的方案(例如，参照专利文献1)。波动齿轮装置一般被称为谐波传动(登记商标)，如图5所示，由作为与输入轴 75连接的椭圆形的凸轮状部件的波动发生器(Wave generator) 71、通过轴承72安装于波动产生器的外周的杯状的弹性齿轮(F1 exsp 1 ine) 73、和圆筒形的刚性齿轮(Circular spline) 74 构成。刚性齿轮74具有截面圆形的形状，弹性齿轮73由波动发生器71被弯曲成截面椭圆形。因此，设在刚性齿轮74的内周面的齿和设在弹性齿轮73的外周面的齿仅仅在波动发生器71的椭圆的长轴附近的2处啮合，在短轴附近处于完全分离的状态。在这里，在固定了刚性齿轮74的状态下通过输入轴75将电动机的旋转传递给波动发生器71时，弹性齿轮73随着该波动发生器71的旋转发生弹性变形，其与刚性齿轮74 的啮合位置依次移动。由于设在弹性齿轮73上的齿的数量比设在刚性齿轮74上的齿的数量少两个，因此在波动发生器71转一次的期间，弹性齿轮73向相反方向旋转两个齿的程度。该弹性齿轮73的旋转被取出作为输出，被传递给衍射光栅。另外，在波动齿轮装置中，一般都是如上述所述，将刚性齿轮74固定，并将弹性齿轮73的旋转作为输出取出，但也可以相反地将弹性齿轮73固定，将刚性齿轮74的旋转作为输出取出。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开2005-098910号公报

发明内容
发明要解决的课题波动齿轮装置是能够得到大的减速比的优良的减速装置，但由于利用弹性变形来实现齿轮的传送，因此如果要继续在特定位置的静止状态的话，歪斜会在所述的弹性齿轮上积累而产生角度误差。但是，由于由此产生的角度误差比较微小，因此在以往的分光器中，这样的角度误差对波长精度的影响是可以无视的程度。但是，近年来，对于分光光度计等，要求实现更高精度、更高分辨率分析，包含所述波动齿轮装置的旋转驱动机构的角度精度也需要随之提高。本发明正是鉴于上述问题点而做成的，其目的在于，使得旋转减速机构中使用波动齿轮装置的分光器能够以比以往高的波长精度分离出单色光。解决课题的手段为了解决上述课题而做成的本发明所涉及的分光器，其特征在于，具有a)电动机；b)用于对该电动机的旋转减速的、采用波动齿轮装置的减速单元；c)通过由该减速单元减速了的旋转来驱动的波长色散元件；和d)对所述电动机的动作进行控制的控制单元，所述控制单元在进行从分光器分离的光的波长变更时对所述电动机进行控制，以便在使所述波动齿轮装置的输入轴旋转180°以上之后，再使该输入轴对准与目标波长对应的角度位置。通过进行上述那样的控制，在使从分光器分离的波长从现在的波长位置移动到目标波长位置期间使波动齿轮装置的波动发生器旋转180°以上，可以消除弹性齿轮产生的歪斜。由此，能够防止该歪斜的积累引起的角度误差的发生，从而达到高的波长再现性。另外，波动发生器具有截面椭圆形的形状，由于以输入轴为中心具有180°的对称性，因此为了消除弹性齿轮的歪斜，只要进行至少180°的旋转即可，但由于该波动发生器的形状严格来说不是完全的对称，因此最好进行360°以上的旋转。而且，上述发明所涉及的分光器优选为，所述控制单元在所述波长变更的时候对所述电动机进行控制，以便在使所述波动齿轮装置的输入轴旋转到被预先设定的基准角度位置并停止后，再对准与所述目标波长对应的角度位置。这样，在进行波长变更时，在必定将输入轴对准基准角度位置之后再将输入轴对准与目标波长相对应的角度位置，由此可以使得向与该目标波长对应的角度位置的旋转的开始时刻的弹性齿轮的歪斜状态始终相同，可以进一步提高波长变更时的位置对准的再现性。发明的效果如以上说明的，根据本发明的分光器，能够防止波动齿轮装置的弹性齿轮的歪斜所引起的角度误差的发生，能够以比以往高的波长精度进行单色光的分离。


图1是具有本发明的一实施例所涉及的分光器的分光光度计的主要部分的构成图。图2是上述实施例所涉及的分光器的动作说明图。图3是示出通过具有该实施例所涉及的分光器的分光光度计反复测定所得到的结果的图，(a)表示根据动作条件1进行动作，(b)表示根据动作条件1以及2进行动作。图4是示出通过具有以往的分光镜的分光光度计反复测定所得到的结果的图。
图5是示出波动齿轮装置的构成的截面图。符号说明10…光源20…分光部21…衍射光栅22…减速机构23…电动机24…出口狭缝30…试料40…光检测器50…电动机驱动部60…处理·控制部61…信号处理部62…分光部控制部71…波动发生器72…轴承73…弹性齿轮74…刚性齿轮75…输入轴。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明涉及的分光器的一实施例进行说明。图1是具有本实施例所涉及的分光器的分光光度计的概略构成图。在图1中，从光源10发出的光是光谱较宽的或者说是含有多个波长的光，分光部 20选择其中一个波长作为单色光分离出来。分光部20含有以规定角度范围旋转的衍射光栅21、作为旋转驱动源的电动机(例如，步进电动机)23、以规定的减速比使该电动机轴的旋转减速并对衍射光栅21旋转驱动的采用波动齿轮装置的减速机构22、和将已由所述衍射光栅21进行了波长色散的光的一部分分离到外部的出口狭缝24。从分光部20分离出的单色光被照射到试料30，由该试料30反射的光或者透过了该试料30的光被导入光检测器40，从而输出与其光强度相对应的检测信号。该检测信号被输入到处理 控制部60的信号处理部61中，在这里通过进行规定的运算计算出吸光度、反射率等。处理·控制部60除了包含上述信号处理部61之外，还含有分光部控制部62。分光部控制部62根据被赋予的目的波长进行后述那样的规定的处理，根据其结果通过电动机驱动部50控制电动机23。另外，在该实例中，分光部20、电动机驱动部50、以及分光部控制部62相当于本发明的分光器。处理·控制部60可以具体化为例如包括CPU、RAM、硬盘等而构成的个人计算机，通过运行安装于该个人计算机上的规定的处理·控制程序来实现上述信号处理部61以及分光部控制部62的功能。构成上述减速机构22的波动齿轮装置的构成与图5所示的构成相同。即，在由上述构成组成的分光部20中，通过输入轴75将电动机23的旋转传递给波动发生器71，由此对波动发生器71进行旋转驱动，从而可以从出口狭缝M分离出与其旋转角度相对应的波长的光。本实施例所涉及的分光光度计在通过上述那样的波动发生器71的旋转驱动变更从分光部20分离出的光的波长(以下，称为分离波长)时的动作这一方面具有特征。以下， 对波长变更时的动作进行说明。一旦设定了要从分光部20分离的目标波长，则分光部控制部62对分离波长从现在的波长位置(以下，称为初期波长位置)变更为该目标波长的位置(以下，称为目标波长位置)时的动作进行确定。此时，该动作被确定为，在从所述初期波长位置到目标波长位置的期间，可以使波动发生器71旋转180°以上，理想的为360°以上(将此称为“动作条件 1”)。由此，可以消除弹性齿轮73所产生的歪斜，可以防止该歪斜的累积导致角度误差发生，从而实现高的波长再现性。例如，在将所述动作条件1的波动发生器71的旋转角度设定为360°以上的情况下，如果将分离波长从初期波长位置直接移动到目标波长位置波动发生器71旋转角度为 360°以下时，使波动发生器71旋转360°以上，使分离波长从初期波长位置暂时移动到任意的波长位置，再使波动发生器71由此向刚才的反方向旋转，使其移动到目标波长位置。 或者，也可以是，在使波动发生器71旋转并使分离波长从初期波长位置移动到任意的波长位置之后，通过使波动发生器71反向旋转360°以上，从而到达目标波长位置。又，在进行上述那样的波长变更时，优选使波动发生器71暂时停止在被预先规定的角度位置(以下，称为基准角度位置)，在这之后使波动发生器71旋转到与目标波长位置相对应的角度位置(将此称为“动作条件2”)。这样，在每次将波动发生器71对准到相同角度位置之后再使波动发生器71向着与目标波长位置对应的角度位置旋转，由此可以使即将向目标波长位置移动之前的弹性齿轮73的歪斜状态处于始终相同的状态。因此，可以通过这样的操作进一步提高波长变更时的位置对准的再现性。另外，在如上述那样使分离波长从初期波长位置经由任意的波长位置(包含与所述基准角度位置对应的波长位置。以下相同)移动到目标波长位置的情况下，波动发生器 71的180° (或者360° )以上的旋转可以在从初期波长位置向任意的波长位置移动时进行，但最好是在从任意的波长位置向目标波长位置移动时进行(将此称为“动作条件3”)。 由此，对于即将到达目标波长位置之前的动作，可以消除弹性齿轮73的歪斜，可以进一步提高波长再现性。又，更加理想的是，在从初期波长位置向任意的波长位置移动之时、以及从任意的波长位置向目标波长位置移动之时都进行所述180° (或者360° )以上的旋转 (将此称为“动作条件4”)。一旦这样确定波长变更时的动作，分光部控制部62确定用于实现该动作的电动机23的旋转角度、旋转方向、以及旋转顺序，并根据此来控制电动机23。另外，分光部控制部62中预先准备有表示旋转角度和赋予电动机23的脉冲数量的对应关系的换算表格或者换算式等的换算单元，使用该换算单元根据旋转角度算出脉冲数量。并且，通过电动机驱动部50将与计算出的脉冲数量相应的脉冲信号发送给电动机23。由此，电动机23旋转，其通过减速机构22被减速，从而驱动衍射光栅21转动。这样，衍射光栅21被正确地设定为能分离具有目标波长的单色光那样的角度。以下，参照图2，并举出具体的实例对本实施例中的波长变更时的动作进行说明。另外，在分光光度计中，一般都是从长波长侧向着短波长侧进行波长扫描，因此在本实施例中也效仿这一顺序，从目标波长位置的长波长侧进行位置确定。在这里，使用0.36° /整步的步进电动机作为电动机23，考虑到减速比，设定光学系统使得电动机23的1整步与分离波长的0. Inm相对应。另外，为了能简单地进行说明， 假设电动机脉冲数量与波长之间具有简单的比例关系。进一步，如图2所示，设与分离波长 IOOnm对应的波动发生器71的角度(图中的输入轴角度)为0°。因此，在输入轴顺时针旋转一周(旋转360° )、波动发生器71再次返回0°的位置的时候，分离波长向长波长侧变化lOOnm。又，在本实例中，设波动发生器71相对于刚性齿轮74的角度为图5所示的状态时的角度位置为0°，将其作为基准角度位置。即，图2的100nm、200nm、300nm等的位置是与所述基准角度位置对应的波长位置。以下，将与基准角度位置对应的波长位置称为基准波长位置。首先，对将分离波长从420nm变更至480nm时的动作进行说明。这时，初期波长位置是420nm，目标波长位置是480nm。与420nm对应的波动发生器71的角度位置是72°， 与480nm对应的角度位置是观8°。假如从420nm直接向480nm移动时，为60nm程度的波长移动，波动发生器71只旋转216°，因此弹性齿轮73的歪斜的去除不完全。因此，在本实施例中，首先使波动发生器71从与初期波长位置对应的72°的位置旋转360°以上，再进一步使其从那向反方向旋转，对准与目标波长位置对应的观8°的位置。但是，使波动发生器71从与初期波长位置对应的72°的位置顺时针旋转360°时的波长位置是520nm，这不是上述的基准波长位置。因此，最好如图2所示，在使分离波长移动到作为下一个基准波长位置的600nm的位置之后，再使其移动到作为目标波长位置的480nm。又，将分离波长从400nm变更至600nm的情况下，即便使分离波长从初期波长位置直接向目标波长位置移动，波动发生器71也会旋转360°以上。但是，在本实例中，是从长波长侧相对于目标波长位置进行位置对准，因此，如图2所示，从400nm的位置通过作为目标波长位置的600nm的位置移动到作为基准波长位置的700nm的位置，再从那移动到目标波长位置。同样地，将分离波长从400nm变更至550nm的情况下，如果使分离波长从初期波长位置直接向目标波长位置移动，波动发生器71也会旋转360°以上。但是，在这里，为了从长波长侧进行位置对准，首先使分离波长移动到位于目标波长位置的长波长侧的基准波长位置，再使其从那向目标波长位置移动。此时，虽然可以对准最近的作为基准波长位置的600nm的位置，但最好在从基准波长位置向目标波长位置移动时使波动发生器71旋转 360°以上，因此，如图2所示，使分离波长移动到作为下一个基准波长位置的700nm的位置后再使其移动到作为目标波长位置的550nm的位置。又，将分离波长从400nm变更至250nm的情况下，通过使分离波长从初期波长位置直接向目标波长位置移动，就可以使波动发生器71旋转360°以上且可以从长波长侧进行位置对准。但是，最好是在进行波长变更期间使波动发生器71旋转2次以上360°，因此， 在这里，如图2所示，暂且使分离波长移动到作为目标波长位置的位置250nm的位置之后， 再使波动发生器71从那顺时针旋转360°以上，使分离波长移动到位于所述目标波长位置的长波长侧的基准波长位置GOOnm的位置)，再使其从那再次移动到作为目标波长位置的250nm的位置。S卩，图2所示的动作实例中的波长变更动作可以概括如下。[1]首先使分离波长从初期波长位置暂且移动到目标波长位置(图2中的实线的
刖大“[2]使波动发生器71从那旋转360°以上，使分离波长移动到位于目标波长位置的长波长侧的基准波长位置(图2中的一点划线的箭头)。[3]然后，使分离波长从所述基准波长位置移动到目标波长位置(图2中的虚线的由此，可以满足上述的动作条件1 4，可以防止波动齿轮装置的角度误差引起的波长的偏差，从而可以提高波长再现性。另外，目标波长位置处于初期波长位置的长波长侧时，[1]和[2]中的波动发生器71的旋转方向是相同的，因此可以连续地(即，不停止波动发生器71的旋转)实行该两个阶段。又，在图2的动作实例中，是将基准角度位置设为 0°，但也可以是其他的角度位置。采用具有本实施例所涉及的分光器的分光光度计反复测定所得到的结果在图3 中示出，采用具有以往的分光器的分光光度计反复测定所得到的结果在图4中示出。这些都是在规定的波长范围反复进行波长扫描，同时通过2nm宽度的狭缝测量重氢灯的明线光谱(656. Inm)。具体地说，首先将分离波长对准所述波长范围的长波长侧的位置，然后以规定的间距向所述波长范围的短波长侧扫描，每结束一次扫描，则再次回到所述波长范围的长波长侧的位置，进行同样的波长扫描，这样的操作反复进行100次左右。图4是一次扫描结束从波长范围的短波长侧的位置返回到长波长侧的位置时使分离波长直接移动的情形， 图3的(a)是根据上述动作条件1进行动作的情形，图3的(b)是根据上述动作条件1以及2进行动作的情形。另外，图3和图4中，由于测定时期的差异，峰值的能量值有所不同。又，由于没有对装置进行波长准确度的标准校正(較正)处理，因此图3、4中的峰值波长偏离重氢灯的亮线光谱(656. Inm)的位置。但是，这些测定的目的在于确认波长再现性的提高，这样的峰值的能量值、绝对的波长准确度不是问题。从这些图可知，峰值波长的偏差量在图3的(a)中约为0. 12nm，在图3的(b)中为 0. 02nm，在图4中为0. 22nm，从而确认到在使用本发明所涉及的分光器的情况下，与使用以往的分光器的情形相比，提高了波长再现性。又，还确认到通过在适用动作条件1的基础上再适用动作条件2，与仅适用动作条件1的情形相比，进一步抑制了波长的偏差，从而进一步提高了波长再现性。以上，采用实施例对实施本发明的形态进行了说明，但是本发明并不限于上述实施例，容许在本发明的宗旨的范围内进行适当地变更。例如，在上述实施例中，对将本发明所涉及的分光器适用在分光光度计中的实例进行了说明，但是本发明能够适用于进行明线的测定的全部装置，例如，也可以适当地使用于能量分散型荧光X射线分析装置(EDX)等。
权利要求
1.一种分光器，其特征在于，具有a)电动机；b)用于对该电动机的旋转减速的、采用波动齿轮装置的减速单元；c)通过由该减速单元减速了的旋转来驱动的波长色散元件；和d)对所述电动机的动作进行控制的控制单元，所述控制单元在进行从分光器分离的光的波长变更时对所述电动机进行控制，以便在使所述波动齿轮装置的输入轴旋转180°以上之后，再使该输入轴对准与目标波长对应的角度位置。
2.如权利要求1所述的分光器，其特征在于，所述180°以上的旋转为360°以上的旋转。
3.如权利要求1或2所述的分光器，其特征在于，所述控制单元在所述波长变更的时候对所述电动机进行控制，以便在使所述波动齿轮装置的输入轴旋转到被预先设定的基准角度位置并停止后，再对准与所述目标波长对应的角度位置。
全文摘要
旋转减速机构中使用波动齿轮装置的分光器能够以比以往高的波长精度分离单色光。该分光器具有电动机(23)；用于对该电动机(23)的旋转减速的采用波动齿轮装置的减速单元(22)；通过由该减速单元(22)减速了的旋转来驱动的波长色散元件(21)；和对所述电动机(23)的动作进行控制的控制单元(62)，所述控制单元(62)在进行从分光器分离的光的波长变更时对所述电动机(23)进行控制，以便在使所述波动齿轮装置的输入轴旋转180°以上之后，再使该输入轴对准与目标波长对应的角度位置。
文档编号G01J3/18GK102374899SQ201110192349
公开日2012年3月14日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月2日
发明者横田佳澄 申请人:株式会社岛津制作所