JPS6311609B2

JPS6311609B2 -

Info

Publication number: JPS6311609B2
Application number: JP11113577A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yoshimura; Tokuji Shibahara; Shigeki Kobayashi
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1988-03-15
Also published as: JPS5444583A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、各種の分光学的測定に利用される
分光光度計に関する。

まず、本発明に到達する直接の背景から説明す
る。医学生物学の分野では、臨床上あるいは研究
上しばしば分光学的測定法が利用される。例えば
光吸収を測定して血液中の微量成分を同定した
り、光散乱を測定して細胞内微少器官の動態を追
跡したりすることが行なわれている。さらに最近
では、フアイバ・オプテイツクスの発達により、
測定光を直接生体組織に導き、生きたままで生体
組織の代謝動態を追跡することも行なわれてい
る。このような生体組織の代謝の監視を行なうに
は、組織の吸収スペクトル特性を得たり、特定波
長の吸光度の時間経過を追跡したり、また、２波
長吸収測光としてよく知られている特定２波長に
おける吸光度の差の時間経過を追跡したり、組織
のある状態と別の状態（例えば、細胞内呼吸代謝
系の酸化状態と還元状態）の吸収スペクトルの差
スペクトルを得る等、様々なモードで分光学的測
定を行なうことが非常に有効で、ぜひ必要なこと
である。この発明は、上記のような各種のモード
の分光学的測定を任意に行なうことができる、す
なわち多目的に使用することができる分光光度計
を提供すべくなされたものである。

ところで、従来は各種の測定態様に適応するよ
うに各種の形式の分光光度計が商品化されてい
る。周知のように最も基本的なものは、光源から
の光のうちある特定の波長の光のみを単色器によ
つて選択して、その光を被測定物に照射するとと
もに、被測定物からの光を光電子増倍管等の光検
知器で受光し、その出力を増幅し、記録計に経時
的に描かせるものである。また、単色器を２系統
備え、異なる２種の波長による測定を交互に行な
い、両者の出力を演算し、両波長の差吸収を記録
計に経時的に描かせるもので、２波長分光光度計
と称されているものがある。さらに、被測定物の
吸収波長スペクトル特性を得るためのもので、自
記分光光度計と呼ばれているものは、単色器に波
長走査機構を設けて単色器の出力波長を自動的に
変化させ、光検知器、増幅器の出力信号をＸ−Ｙ
記録計のＹ軸入力に、上記波長走査機構の波長送
り情報をＸ軸入力にそれぞれ印加することによ
り、スペクトル特性を描かせるように構成されて
いる。また、高速波長走査法として知られている
ラピツドスキヤン分光光度計と呼ばれているもの
は、１例をあげれば被測定物の白色光を照射して
被測定物からの光を分光器に導入し、この分光器
の出射スリツト上（分光された各波長の光が分散
されて結像する）にフオトダイオードアレイ等の
イメージセンサを配置し、このイメージセンサの
各受光点の出力（各波長に対応する）を電気的な
高速走査によつて取り出し、これを増幅してメモ
リスコープ等の応答の速い表示装置に出力し、ス
ペクトル特性を描かせるものである。

前述のように、被測定物により、またどのよう
な情報を得たいかにより必要な測定系が異なつて
くるのであるが、上記の従来の各測定装置は、そ
れぞれある特定の測定態様に対応し、その測定に
便宜ならしめるように構成されたものである。

しかし、本発明者らが直接の測定対象としてい
る生体組織についての光測定を考えた場合、ある
時必要なのは吸光度の時間経過であり、またある
時欲しいのは組織の吸収波長スペクトル情報であ
つたりする。さらに、生体組織のように複雑に入
り込んだ多成分系では、一連の代謝反応に関与す
る可能性があるとして、測定しておくべき吸収デ
ータの波長範囲も非常に広いものとなる。

そこで、この発明の基本的な目的とするところ
は、単一の光学系を用いて一度に広い波長域の測
定データを取得し、そのデータを必要な形に整
理、加工して出力するようにした分光光度計を提
供することにある。

更に、この発明のより具体的な目的とするとこ
ろは、測定データの取得と、そのデータを必要な
形に整理、加工する動作とを同時並行的に行なう
リアルタイムモードと、一連の測定データの取得
処理が終了した後に、必要な測定データを読み出
して、必要な形に整理、加工する再生モードとを
選択的に実行させることが可能な分光光度計を提
供することにある。

すなわち本発明に係る分光光度計は、被測定物
に光を照射してこの被測定物よりの測定光を受光
し、波長走査を繰返して各波長毎の受光レベルに
対応したアナログ信号を出力する光学走査装置
と、この光学走査装置のアナログ信号出力をデジ
タル信号に変換するＡ−Ｄ変換器と、このＡ−Ｄ
変換器から順次出力される各波長走査毎の測定デ
ータを適宜な複数回の波長走査の間だけ走査範囲
の各波長に対応させて一時記憶する高速記憶回路
と、前記各波長走査毎の測定データを走査周期番
号に対応するラベルを付して全て記憶する大容量
記憶装置と、出力モードをリアルタイムモードか
再生モードに設定するための出力モード切換えス
イツチと、前記大容量記憶装置内のデータの中
で、再生させたいデータの先頭に相当するラベル
を指定するためのデータ入力スイツチと、前記デ
ータ再生の開始を指示するためのスタートスイツ
チと、前記データ再生の終了を指示するためのス
トツプスイツチと、測定内容を設定するための測
定内容設定手段と、前記出力モードがリアルタイ
ムモードにあるとき、前記光学走査装置の動作と
並行し、前記測定内容設定手段による設定内容に
基づいて前記高速記憶回路から必要な測定データ
を読出すとともに、必要によりその測定データに
所定の演算を施し、他方、前記出力モードが再生
モードにあるとき、前記スタートスイツチの操作
に応答して、前記大容量記憶装置から前記ラベル
指定手段で指定されたラベルのデータを読出し、
これを前記高速記憶回路に転送し、高速記憶回路
から必要な測定データを読出すとともに、必要に
よりその測定データに所定の演算を施す動作を前
記大容量記憶回路から順次にデータを高速記憶回
路に転送するたびにストツプスイツチが操作され
るまで繰返すデータ選択演算手段と、このデータ
選択演算手段によつて選択演算された測定データ
を出力するための出力装置とから構成されるもの
である。

これらのうち、上記測定内容設定手段は、例え
ば、後述第１図の操作盤Ａ−１における後述第２
図の出力モード切換えスイツチ２、あるいはこれ
と制御信号回路群Ｈ−１とにより構成できる。ま
た、上記データ選択演算手段のうち、出力モード
をリアルタイムモードに設定し、必要により測定
データに所定の演算を施す場合には例えば第１図
の制御信号回路群Ｈ−１、ゲートＨ−１０，Ｈ−
４、波長信号回路群Ｈ−２により構成でき、ま
た、出力モードを再生モードに設定し、高速記憶
回路から必要な測定データを読出し、所定の演算
を施す場合には制御信号回路群Ｈ−１、ゲートＨ
−８，Ｈ−４、波長信号回路群Ｈ−２により構成
できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

第１図は本発明に係る分光光度計の全体のブロ
ツク図である。符号Ａで示すＡ部は、本装置が動
作するのに必要なデータを入力するための操作部
である。Ｂ部は本装置の光学系の部分であり、被
測定物はこの部分に設置される。Ｃ部は本装置の
電気回路系を示し、Ｂ部で得られた光信号はこの
Ｃ部において電気信号に変換されるとともに、必
要な処理が加えられてアナログ信号として出力さ
れる。Ｄ部はＣ部の出力であるアナログ信号をデ
ジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換部、Ｅ部はＤ部
の出力であるデジタル信号を波長に対応させて記
憶する記憶部、Ｆ部はＥ部に記憶されたデータを
必要な形に加工するための演算回路、Ｇ部は必要
な形に整理、加工された最終的なデータを出力す
る出力部である。これら以外の部分は、上記の各
要部にデータを転送するのに必要な制御を行なう
デジタル制御部である（これをＨ部とする）。

各構成部分の細部の動作説明に入る前に本装置
の動作サイクルの概略を説明する。光学系（Ｂ
部）の１回の波長走査に対応する一連の動作サイ
クルは３つの期間に分けられる。第１番目の基間
は、光学系（Ｂ部）、電気回路系（Ｃ部）、Ａ−
Ｄ変換器Ｄ−１によつて１回の波長走査毎に得ら
れたデジタル信号の測定データ（これを原始デー
タと呼ぶことにする）を、上記記憶部（Ｅ部）の
高速記憶回路Ｅ−１（一時記憶用）に波長に対応
させて書込む期間である。第２番目の期間は、
第１期間で上記高速記憶回路Ｅ−１に記憶され
た１走査分の原始データを、記憶部（Ｅ部）に別
個に設けられた大容量記憶装置Ｅ−２（固定記憶
用で、磁気テープ記録装置等を用いる）に転送し
て書込む期間である（なお、これによつて高速記
憶回路Ｅ−１の記憶データが消失するものではな
い）。第３番目の期間は、高速記憶回路Ｅ−１
に記憶された原始データのうち必要なデータを読
出し、場合によつてはそのデータに必要な演算を
施し、この選択、演算されたデータ（これを整理
データと呼ぶことにする）を出力部（Ｇ部）で出
力する期間である。以上の３つの期間の各動作に
より、本装置の１回の波長走査に伴う１サイクル
の動作が完了し（以下、動作周期と呼ぶ）、この
動作が高速で繰返される。

また本装置では、光学系（Ｂ部）における実際
の測定に並行して上述の動作が行なわれるリアル
タイムモードと呼ぶべき動作モードの他に、再生
モードとも呼ぶべき動作モードがある。この再生
モードは、一連の必要な測定が完了した後に、上
記大容量記憶装置Ｅ−２に記録した原始データを
再び読出し、これを整理、加工して任意の整理デ
ータを得、出力部（Ｇ部）で出力するものであ
る。なお、Ａ部の操作盤Ａ−１の詳細を示す第２
図において、符号２で示す出力モード切換スイツ
チが、上記リアルタイムモードと再生モードを選
択するスイツチである。再生モードの詳細につい
ては最後に説明する。

次に、上記光学系（Ｂ部）の詳細について説明
する。第１図において、Ｂ−１は光源であり、必
要となる光量、安定性等を考慮してキセノンラン
プやハロゲンランプ等が使用される。Ｂ−２は分
光器であつて、本装置では回折格子を使用した分
光器を用いており、配置はツエルニー・ターナー
型である。Ｂ−３は分光器Ｂ−２の出力波長を走
査する波長走査機構、Ｂ−４は波長走査機構Ｂ−
３に附随して設けられた波長読取機構、Ｂ−５は
分光器Ｂ−２の出力光を被測定物に導くとともに
被測定物から測定光を導出する測定部である。

上記の波長走査機構Ｂ−３および波長読取機構
Ｂ−４の一例について第３図〜第５図に示す。本
装置の波長走査は、ツエルニー・ターナー型に配
置された回折格子を、この回折格子をその刻線方
向と垂直な平面で切断した場合の、その切断面の
中心を通り、かつ刻線方向に平行な軸の回りに回
転振動させることにより行なう。第３図におい
て、４３は上記回転振動の中心軸となるトーシヨ
ンバーである。すなわち、回折格子４１は、回折
格子保持具に適切に保持され、この保持具に回折
格子４１の中心となるように固着されたトーシヨ
ンバー４３によつて支持される。そして、上記回
折格子保持具は、電磁駆動機構によりトーシヨン
バー４３の共振周波数で矢印のごとく回転振動す
る。これによつて、分光器Ｂ−２の出力波長が一
定の波長域を高速で繰返し変化するのである。

また第３図において、上記回折格子４１の裏面
には回折格子４１の回折面と平行に凹面鏡４２が
固着されている。波長読取機構用の光源４７より
放射された光は、集光レンズ４６で集められ、波
長読取用パタン４５を通過する。この波長読取用
パタン４５は第４図に示すような模様をもつたも
ので、充分に薄いステンレス板にフオトエツチン
グ等により製作したものである。第４図の模様の
うち、白地の部分は光を通過させる部分であり、
斜線の部分は光を遮断する部分である。この波長
読取用パタン４５を通過した光は、上記の凹面鏡
４２に照射され、これによつて第３図の仮想平面
Ａ面上に結像するように集められる。

上記Ａ面の像はレンズ４４により拡大され、Ｂ
面に上記パタン４５の拡大像が結像される。Ｂ面
上には第３図の紙面に垂直な方向にフオトトラン
ジスタ等の４個の受光器４８ａ，４８ｂ，４８
ｃ，４８ｄが配設されている。この４個の受光器
４８ａ〜４８ｄは、第４図に示すように、上記パ
タン４５の４列の模様にそれぞれ対応させて配置
してあり、各受光器４８ａ〜４８ｄの出力が、第
１図に示す波長信号回路Ｈ−２内のアツプダウン
カウンタの入力となる。

さて、回折格子４１の回転振動につれて凹面鏡
４２が回転振動すると、Ｂ面に結像されたパタン
４５の像も振動し、第４図における受光器４８ａ
〜４８ｄに対してパタン４５の像が相対的に左右
に移動することとなる。第４図に示す模様のパタ
ン４５の像が受光器４８ａ〜４８ｄを横切ること
により、各受光器４８ａ〜４８ｄに入射する光量
が変化し、これに従つてその出力レベルは上下す
る。この各受光器４８ａ〜４８ｄの出力信号を入
力とする上記波長信号回路Ｈ−２では、第５図の
表に従つて波長信号回路Ｈ−２内のアツプダウン
カウンタを動作させる。第５図において、「↑」
は受光器の出力信号が低レベルから高レベルに変
化する状態を示し、「↓」は上記出力信号が高レ
ベルから低レベルに変化する状態を示し、また、
「Hi」は上記出力信号が高レベルである状態を示
し、「Lo」は、上記出力信号が低レベルである状
態を示す。さらに、「＊」は受光器の出力信号の
レベルがいずれであつても良いことを示す。そし
て、この表に示す各受光器４８ａ〜４８ｃの出力
の状態に応じて、上記アツプダウンカウンタがカ
ウントアツプあるいはカウントダウンされる。す
なわち第４図に従つて説明すれば、パタン４５が
右から左へ移動するときは、上記アツプダウンカ
ウンタはパタン４５の模様の１ピツチ毎に１づつ
カウントアツプされ、逆に左から右へ移動すると
きは、１づつカウントダウンされる。なお、第５
図の「set」というのは、この状態で波長信号回
路Ｈ−２の出力が波長走査の初期値に設定される
ことを意味する。

上記の構成により、第３図の回折格子４１が回
転振動して波長走査が行なわれるのに伴つて、波
長信号回路Ｈ−２はその波長に対応したデジタル
信号（波長信号と呼ぶ）を出力する。本装置にお
いては、上記波長信号の最小ビツトは波長変化に
して1nｍに相当する。また本装置の波長走査域
は350nｍ〜700nｍである。

また、上記測定部Ｂ−５の具体例について第６
図に基づき説明する。第６図において、分光器Ｂ
−２の出力光はビームスプリツタ５２によつて二
分され、一方の光は光フアイバ５４を通つて測定
対象物試料５６に照射され、他方の光はミラー５
３により進路を変えられ光フアイバ５５を通つて
測定対象物試料５６に対する標準試料５７に照射
される。測定対象物試料５６は生体臓器等であ
り、これに対する標準試料５７は、測定対象物側
と相まつていわゆるダブルビームを構成して、光
源変動等の影響を除去するとともに、両光路の光
量のレベルを合せるためのものであり、例えば酸
化マグネシウムの白色散乱板等が用いられる。各
試料５６，５７を通つた光は、それぞれ再び光フ
アイバ５４，５５で集められ、上記電気回路系
（Ｃ部）の光検出器５８，５９（光電子増倍管等）
にそれぞれ受光される。

第１図に示すＣ部における光検出器Ｃ−１は、
上述のダブルビームに対応する２系統の光検出器
５８，５９に相当する。この光検出器Ｃ−１の出
力はそれぞれ増幅器Ｃ−２により増幅され、吸光
度を算出するためにそれぞれ対数変換器Ｃ−３を
通つて対数変換される。この対数変換器Ｃ−３の
２系統の出力は差動増幅器Ｃ−４に入力され、こ
れにより、上記標準試料５７に対する測定対象物
試料５６の吸光度が求められ、このアナログ信号
出力がＡ−Ｄ変換器Ｄ−１によつてデジタル信号
に変換される。

次に、上記Ａ−Ｄ変換器Ｄ−１から出力される
測定データを上記高速記憶回路Ｅ−１に書込むま
での動作（すなわち上記期間の動作）について
説明する。

第２図に示す操作盤Ａ−１において、４は測定
の開始を指示するスタートスイツチ、５は測定の
終了を指示するストツプスイツチであつて、ま
ず、上記出力モード切換スイツチ２をリアルタイ
ムモードにしてスタートスイツチをONにする。
すると、波長走査機構Ｂ−３が動作し、分光器Ｂ
−２内の回折格子が回転振動して波長走査が行な
われるとともに、分光器Ｂ−２の出射スリツトか
ら出射する光の波長に対応した波長読取機構Ｂ−
４の出力信号により、波長信号回路Ｈ−２の出力
が決定される。波長信号回路Ｈ−２から出力され
る波長信号は９ビツトのデジタル信号で、この波
長信号はゲートＨ−３を通つてアドレスバス
ADRに乗せられる。このアドレスバスADR上の
データは波長信号回路Ｈ−２よりの読込み指令信
号S₄のタイミングで、制御信号回路群Ｈ−１に読
込まれる。

また、上記波長信号が１ビツトずつ変化するに
応じて、すなわち分光器Ｂ−２の出力波長が1n
ｍ変化するに応じて、制御信号回路群Ｈ−１はＡ
−Ｄ変換器Ｄ−１に変換開始指令信号S₂を送出す
る。これを受けてＡ−Ｄ変換器Ｄ−１によつて高
速で変換が行なわれ、これが終了すると変換終了
信号S₃を制御信号回路群Ｈ−１へ送出する。この
信号S₃を受けて制御信号回路群Ｈ−１は、信号S₅
によりゲートＨ−１０を開いて、デジタル変換さ
れた測光データをデータバスDATAに乗せ、ま
た、信号S₆によりゲートＨ−４を開くとともに書
込み指令信号S₂₄を送つて、高速記憶回路Ｅ−１
に上記測光データを書込む。この際、高速記憶回
路Ｅ−１に対するアドレス指定は、先に波長信号
回路Ｈ−２より制御信号回路群Ｈ−１に送り込ま
れた波長信号に基づいてなされ、上記測定データ
は、その測光データが得られたときの分光器Ｂ−
２の出力波長に対応した位置に書込まれる。この
高速記憶回路Ｅ−１はランダム・アクセス型の半
導体メモリ（RAM）で構成されていて、上記の
各波長における測定データは12ビツトからなると
ともにアドレスは13ビツトからなり、16動作周期
分つまり16回の波長走査分のデータが格納でき
る。すなわち、制御信号回路群Ｈ−１は、波長信
号回路Ｈ−２よりの波長走査カウント信号S₇を受
けて波長信号回路Ｈ−２からの９ビツトの波長信
号に順次累加させるビツトを付加し、高速記憶回
路Ｅ−１に対する13ビツトのアドレス情報を提供
する。そして、高速記憶回路Ｅ−１に記憶された
あるデータは、16動作周期の間だけこの記憶回路
Ｅ−１に留めることができる。

したがつて本装置では、波長走査が繰返される
ことによつて次々と得られる原始データは、第７
図の表に示すように、各波長λ₁〜λmに対応させ
た状態で、また各動作周期x₁〜xn毎にそれぞれ
ブロツク化した状態で順次高速記憶回路Ｅ−１に
書込まれることになる。

ところで、１回の波長走査によつて得られたデ
ータを高速記憶回路Ｅ−１に書込む動作が終了す
ると、第２番目の期間の動作に移る。すなわ
ち、高速記憶回路Ｅ−１に書込んだばかりの１走
査分のデータを、大容量記憶装置Ｅ−２に転送す
る動作である。まず、制御信号回路群Ｈ−１は波
長走査カウント信号を受けて、１回の波長走査の
終了を検知すると、信号S₆，S₈によりゲートＨ−
４，Ｈ−９を開き、転送開始指令信号S₉を大容量
記憶装置Ｅ−２に送り、同時に制御信号回路群Ｈ
−１よりアドレスバスADRにアドレス指令を送
り、データバスDATAを介して高速記憶回路Ｅ
−１のデータを大容量記憶装置Ｅ−２へ転送す
る。なお大容量記憶装置Ｅ−２では、上記の転送
データとともに、このデータが得られた動作周期
番号に対応するラベルが記録される。この際のラ
ベル番号は、第２図の表示盤Ａ−１における表示
器１５に４桁の数字で表示される。このようにし
て、１走査分のデータの大容量記憶装置Ｅ−２へ
の転送が終ると、この記憶装置Ｅ−２は転送完了
信号S₁₀を制御信号回路群Ｈ−１へ送り、これに
よつて本装置は第３番目の期間の動作へ移行す
る。

期間では、前述のように高速記憶回路Ｅ−１
に記憶された原始データから、適宜に選択、演算
された整理データを得て出力部（Ｇ部）に送出す
るのであるが、これには事前に、どのように整
理、加工した整理データを得るのかを（これを測
定モードと呼ぶ）、操作盤Ａ−１によつて設定し
ておかねばならない。

そこで、本装置における各測定モードのそれぞ
れについて説明する。測定モードは基本的に次の
(イ)、(ロ)、(ハ)の３つに分けられ、この３つの測定モ
ードの選択は、第２図に示す操作盤Ａ−１におけ
る測定モード切換スイツチ１によつて行なう。

(イ) 第１の測定モードは、指定した特定波長につ
いての吸光度の時間経過による変動を観察する
ものである。すなわち、１回の波長走査により
λ₁からλmまで1nｍ毎の波長に対応した原始デ
ータが得られるが、このうち指定した特定波長
についてのデータのみを選択し、そのデータを
出力部（Ｇ部）における記録計Ｇ−１に供給
し、これにその時間経過を描かせるのである。
この際の波長の指定は、第２図に示す波長設定
スイツチ８〜１３によつて行なう。この６個の
波長設定スイツチ８〜１３はそれぞれに波長を
設定できるデジタルスイツチであつて、本装置
では、この波長設定スイツチ８〜１３に設定し
た６種の波長についてのそれぞれのデータを、
多ペン型である上記記録計Ｇ−１で出力させる
ことができる。

この測定モード(イ)の動作を詳細に説明する。
まず操作盤Ａ−１に設定した内容は信号S₁によ
り制御信号回路群Ｈ−１に伝えられる。そし
て、前述のように期間および期間の動作が
終了すると、制御信号回路群Ｈ−１は、上記波
長設定スイツチに設定された波長のアドレス情
報をアドレスバスADRに乗せ、同時に信号S₆
を発してゲートＨ−４を開くともに読出し指令
信号S₂₀を送つて、高速記憶回路Ｅ−１中の指
定された波長に対応したデータをデータバス
DATAに送出する。また同時に、信号S₁₁によ
りゲートＨ−１４を開き、データバスDATA
上のデータをＤ−Ａ変換器Ｈ−１９へ供給し、
そのデータをアナログ信号に変換して記録計Ｇ
−１への入力とする。本装置においては、６つ
の異なる設定波長に対応して６つのＤ−Ａ変換
器Ｈ−１９が用意されている。このため、上記
のデータ出力サイクルを期間の動作状態にお
いて６回繰返すことになる。このようにして、
第１の測定モード(イ)においては、記録計Ｇ−１
を時間送りすることにより吸光度データの時間
変化が６つの異なる波長について記録できる。

(ロ) 第２の測定モードは、波長スペクトル測定と
もいうべきもので、出力部（Ｇ部）に１回の波
長走査データを各波長における吸光度の関数と
して表示するものである。したがつて本測定モ
ードでは上述の波長の設定は不要である。

この測定モード(ロ)の動作を詳細に説明する。
前述の期間および期間の動作が終了し、期
間の動作状態に入ると、制御信号回路群Ｈ−
１は、波長走査域の最初の波長λ₁のデータの格
納番地に対応するアドレス情報をアドレスバス
ADRに乗せ、同時に信号S₆によりゲートＨ−
４を開くとともに読出し指令信号S₂₀を送出し
て、高速記憶回路Ｅ−１中の指定されたデータ
をデータバスDATAに乗せる。この状態で信
号S₁₆，S₁₇を発してゲートＨ−５およびゲート
Ｈ−６を開く。斯くして、データバスDATA
上の吸光度データはＤ−Ａ変換器Ｈ−１１によ
つてアナログ信号に変換され、メモリスコープ
Ｇ−３のＹ軸入力となる。またアドレスバス
ADR上のデータは、減算器等からなる論理回
路Ｈ−１２で適当な大きさの数値に整値され、
Ｄ−Ａ変換器Ｈ−１３の入力となる。このＤ−
Ａ変換器Ｈ−１３のアナログ信号出力は、メモ
リスコープＧ−３のＸ軸入力となつて、メモリ
スコープＧ−３の水平軸を駆動する。

この一連の動作が完了すると制御信号回路群
Ｈ−１は、アドレス情報を１ビツト歩進し、上
記の一連の動作を行なう。このようにして、
1nｍづつの波長走査域の最終波長λmにいたる
まで、1nｍづつの波長送りで各波長の吸光度
データがメモリスコープＧ−３のＹ軸に供給さ
れ、このメモリスコープＧ−３に波長スペクト
ル特性が描かれる。

(ハ) 第３の測定モードは、２波長吸収測定モード
ともいうべきもので、指定した２種の波長の吸
光度差が出力され、その時間経過が記録でき
る。この測定モード(ハ)では、まず操作盤Ａ−１
の波長設定スイツチ８〜１３により、差吸収を
求めるべき２波長の指定を行なう。この装置で
は３組の２波長を設定することができる。スイ
ツチ８と９、スイツチ１０と１１、スイツチ１
２と１３に、それぞれ２波長差吸収を測定すべ
き１組となる２種の波長を設定する。例えば、
スイツチ８と９にそれぞれ波長λaとλbを設定
すれば、２波長差吸光度Ｄ（λa）−Ｄ（λb）が出
力されるのである。

この測定モード(ハ)の動作を詳細に説明する。
前述の期間および期間の動作が終了し、期
間の動作状態に入ると、制御信号回路群Ｈ−
１は、まず波長設定スイツチ８に設定された波
長に対応したアドレス情報をアドレスバス
ADRに乗せ、同時に信号S₆によりゲートＨ−
４を開くとともに読出し指令信号S₂₀を送出し
て、高速記憶回路Ｅ−１中の指定された波長の
データをデータバスDATAに乗せる。この状
態で、信号S₁₉によりゲートＨ−７を開き、演
算回路群Ｆ−１に読込み指令信号S₂₂を送り、
これによりデータバスDATA上のデータは演
算回路群Ｆ−１内のレジスタに格納される。以
上の動作が完了すると、制御信号回路群Ｈ−１
は、次に波長設定スイツチ９に設定された波長
に対応したアドレス情報をアドレスバスADR
に乗せ、上記と同様に、信号S₆でゲートＨ−４
を開くとともに読出し指令信号S₂₀を送出して、
高速記憶回路Ｅ−１中の指定された波長データ
をデータバスDATAに乗せる。この状態で、
信号S₁₉によりゲートＨ−７を開くとともに読
込み指令信号S₂₂を送出し、データバスDATA
上のデータを演算回路群Ｆ−１内のレジスタに
格納する。以上で波長設定スイツチ８および９
に設定した波長のデータが、それぞれ演算回路
群Ｆ−１内のレジスタに格納される。

上記演算回路群Ｆ−１は、一時記憶用のレジス
タａと、加算器、減算器、割算器からなる演算論
理回路ｂと、バツフアゲートｃよりなる。前述ま
での動作により演算回路群Ｆ−１のレジスタａに
格納された２種の波長についての２つのデータ
は、演算論理回路ｂの減算器によつて減算され、
その結果（差データ）はバツフアゲートｃに一時
記憶される。この直後に、制御信号回路群Ｈ−１
は、信号S₂₃を発して上記バツフアゲートｃ内の
データをデータバスDATA上に導出するととも
に、信号S₁₁によりゲートＨ−１４を開き、その
データをＤ−Ａ変換器Ｈ−１９に入力する。そし
て、Ｄ−Ａ変換器Ｈ−１９によつてアナログ信号
に変換された上記演算結果が記録計Ｇ−１の入力
となる。

上述のように、本装置では３組の２波長差吸光
度が出力されるようになつている。すなわち制御
信号回路群Ｈ−１は、次に、波長設定スイツチ１
０と１１に設定された１組の波長について上記と
同様な一連の制御を行ない、得られた演算結果を
記録計Ｇ−１の他の入力とし、さらに次に、波長
設定スイツチ１２と１３に設定された１組の波長
について同様な制御を行なう。斯くして、記録計
Ｇ−１を時間送りすることにより、３組の２波長
差吸光度の時間経過が描かれるのである。

以上の３つの測定モード(イ)、(ロ)、(ハ)の動作説明
は、第２図に示す操作盤Ａ−１における出力モー
ド切換えスイツチ２がリアルタイムモードに設定
され、また、平均回数指定スイツチ６が「１」に
設定されている場合の動作である。

次に、上記の平均回数指定スイツチ６について
説明する。本装置においては、前記各モード(イ)、
(ロ)、(ハ)の動作説明のように、１回の波長走査によ
つて得られたデータそれのみに基づいて、期間
で所定の整理データを出力する動作態様の他に、
各回の波長走査によつて次々に得られるデータの
任意の複数走査分について、所定の整理データを
得る。平均動作と呼ぶべき動作態様がある。すな
わち、この平均動作では、各波長走査毎の測定デ
ータについて所定の選択あるいは演算が行なわれ
るに先だつて、指定された複数回の波長走査分の
測定データの中で上記選択演算に必要な測定デー
タを各波長毎に加算平均し、その結果を上記選択
演算のデータとして提供する。その際、何回の波
長走査分のデータを加算平均するのかを、上記の
平均回数指定スイツチ６に設定するのである。こ
のスイツチ６を「２」以上に設定すれば、平均動
作が行なわれることになり、その場合は期間の
動作は前記とは多小異なつてくる。

(イ)′ まず、測定モード(イ)で平均動作を行なう場
合について説明する。ここで、平均回数指定ス
イツチ６を「３」に設定したとする。この測定
モード(イ)の前述の動作では、１動作周期毎に、
その動作周期で得られたデータのうち波長設定
スイツチ８〜１３で指定された波長のデータ
が、高速記憶回路Ｅ−１から読出されて記録計
Ｇ−１に入力された。ところが平均動作では、
ある回の動作周期の期間の動作状態に入る
と、まず、その回の動作周期で得られたデータ
と、その前の２回の動作周期で得られたデータ
の合計３周期分のデータのうち波長設定スイツ
チで指定された波長（λaとする）のデータが、
制御信号回路群Ｈ−１の制御の下に、高速記録
回路Ｅ−１からデータバスDATAに順番に読
出され、ゲートＨ−７を通つて演算回路群Ｆ−
１のレジスタに順次読込まれる。この演算回路
群Ｆ−１に読込まれた３動作周期分のデータ
を、Ｄ（λa、xb_-2）、Ｄ（λa、xb_-1）、Ｄ（λa、
xb）とすると、演算回路群Ｆ−１によつて、
このデータの加算平均 D′＝Ｄ（λa、xb_-2）＋Ｄ（λa
、xb_-1）、＋Ｄ（λa、xb）／３が演算される。この演算結果は、制御信号回路
群Ｈ−１の制御の下に、演算回路群Ｆ−１から
データバスDATAに導出され、さらにゲート
Ｈ−１４からＤ−Ａ変換器Ｈ−１９へ導入さ
れ、このＤ−Ａ変換器Ｈ−１９のアナログ信号
出力が記録計Ｇ−１の入力となる。斯くして、
指定された波長のデータが３周期分づつ加算平
均され、その平均データに基づいて記録計Ｇ−
１により吸光度の時間経過が描かれるのであ
る。なお、平均回数指定スイツチ６は最高
「16」まで指定することができる。

(ロ)′ 次に、測定モード(ロ)で平均動作を行なう場
合について説明する。この場合は、前記(ロ)で説
明したように、アドレスバスADR上の波長に
対応するアドレス情報が、ゲートＨ−６、論理
回路Ｈ−１２、Ｄ−Ａ変換器Ｈ−１３を介して
メモリスコープＧ−３のＸ軸入力となり、デー
タバスDATA上の上記波長についての測定デ
ータがゲートＨ−５、Ｄ−Ａ変換器Ｈ−１１を
介してメモリスコープＧ−３のＹ軸入力にるの
であるが、ここでメモリスコープＧ−３のＹ軸
入力は、平均回数指定スイツチ６で指定された
複数動作周期分の各波長における測定データの
加算平均データとなる。そのための制御は、前
記(イ)′の説明からも明らかなように、まずゲー
トＨ−５を閉じた状態で、高速記憶回路Ｅ−１
から指定された複数動作周期分の特定波長につ
いてのデータをデータバスDATAに読出し、
これを演算回路群Ｆ−１に格納する。そして演
算回路群Ｆ−１によつて上記各データを加算平
均する演算が行なわれ、その結果を再びデータ
バスDATAに導出するとともに、上記ゲート
Ｈ−５を開いてデータバスDATA上のデータ
をメモリスコープＧ−３のＹ入力として取り込
むことになる。

(ハ)′ 測定モード(ハ)で平均動作を行なう場合につ
いて説明する。前記(ハ)の動作では、１組の波長
設定スイツチで指定される２波長についてのデ
ータを高速記憶回路Ｅ−１から演算回路群Ｆ−
１に順次取り込み、その差を演算するのであ
る。しかしこの場合は、１組の２波長のうち一
方の波長についてのデータを記憶回路群Ｆ−１
に取り込む際に、平均回数指定スイツチ６に設
定された複数動作周期分のデータを取り込み、
その加算平均を演算して一時記憶する。また、
他方の波長についてのデータに関しても同様
で、指定された複数動作周期分のデータを演算
回路群Ｆ−１に取り込み、その加算平均を演算
する。そして、この２波長についての平均デー
タの差を演算し、その結果を演算回路群Ｆ−１
から記録計Ｇ−１へ入力することになる。な
お、１動作周期分についての２波長の差データ
を先に求め、そのデータを指定された複数動作
周期分について加算平均しても、その結果は前
記と同じであり、このような演算手順をとつて
も良いのは勿論である。

最後に、前記の再生モードについて説明する。
この再生モードは、まず大容量記憶装置Ｅ−２に
記録したデータのうち指定する部分を再生し、１
動作周期分のデータ（すなわち１ブロツクのデー
タ）づつ高速記憶回路Ｅ−１に順次書込み、これ
と並行して前記の期間の出力動作を行ない、任
意に整理、加工した整理データを出力する。

大容量記憶装置Ｅ−２から読出すべきデータの
先頭ブロツクを指定するには、第２図に示す操作
盤Ａ−１のテンキー１４を使用する。記憶装置Ｅ
−２に記載される各ブロツクのデータには、前述
のようにラベルが付けられており、指定する先頭
ブロツクのラベルの番号をテンキー１４により10
進数コードで入力し、データ入力スイツチ３（第
２図）を押すことにより、先頭ブロツクの指定が
なされる。そこでスタートスイツチ４を押すと、
制御信号回路群Ｈ−１は、大容量記憶装置Ｅ−２
に信号を送り、指定された先頭ブロツクを探査す
る。指定された先頭ブロツクを見い出せば、その
先頭ブロツクのデータをゲートＨ−８およびゲー
トＨ−４を介して高速記憶回路Ｅ−１に転速し、
上記期間の出力動作を行なう。さらに、次の１
ブロツクのデータを大容量記憶装置Ｅ−２から高
速記憶回路Ｅ−１に転送して、期間の出力動作
を行なう、という動作をストツプスイツチ５が押
されるまで繰返すのである。

この再生モードにおける期間の出力動作は、
勿論、前記測定モード(イ)、(ロ)、(ハ)あるいは(イ)′
、
(ロ)′、(ハ)′のいずれの態様でも行なうことができ
る。なお、波長スペクトル特性を出力する(ロ)ある
いは(ロ)′の測定モードの場合、モード再生の時間
的な問題と応答速度の点で、出力機器としては上
記メモリスコープＧ−３に変えて、これと並列に
接続されたＸ−Ｙ記録計Ｇ−２が用いられる。

また、第２図の操作盤Ａ−１に示す出力間隔指
定スイツチ７は、上記再生モードの場合に任意に
使用される。上記の再生モードの動作説明は、こ
の出力間隔指定スイツチ７を「１」に設定した場
合のものであつて、この場合は前述のように、大
容量記憶装置Ｅ−２から１動作周期分の原始デー
タが読出される毎に、指定されたモードの期間
の出力動作が実行される。しかし、この出力間隔
指定スイツチ７を２以上の「Ｎ」に設定すると、
期間の出力動作は、大容量記憶装置Ｅ−２から
Ｎ動作周期分の原始データが読出される毎に、１
回だけ期間の出力動作が実行される。すなわ
ち、Ｎ動作周期の間隔で原始データがサンプリン
グされて、そのサンプリングされた１動作周期分
の原始データに基づく整理データが出力部（Ｇ
部）に出力され、サンプリングされない原始デー
タの読出し時には期間の出力動作は不実行とな
る。これにより、比較的長い時間尺度でのデータ
の時間経過が出力される。

以上で本装置の各種作態様について説明した。
なお、以上の実施例においては、光学系（Ｂ部）
での波長走査は、電磁力を用いて機械的に回折格
子を回転振動させることにより行なつているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、前述し
たように、被測定物の白色光を照射して被測定物
からの光を分光器で分光し、この分光器の出射面
にイメージセンサを配置し、電気的に波長走査を
行なうように構成しても良く、その場合は第３図
〜第５図で説明したような波長読取りのための技
術は必要ない。また、本装置における測定モード
すなわち原始データの整理、加工のし方は、実施
例で説明したものに限定されず、例えば、ある動
作周期での波長スペクトル特性と他の動作周期で
の波長スペクトル特性の差特性を演算して出力す
る等、必要な演算、制御機能を持たせることによ
り、様々なデータの整理、加工を行なうことがで
きる。

以上詳細に説明したように、本発明に係る分光
光度計は、単一の光学系を用いて一度に広い波長
域の測定データを取得して記憶するとともに、測
定と並行して、また測定終了後において、そのデ
ータを必要な形に整理、加工して出力するように
したので、ある波長についての吸光度の時間経
過、波長スペクトル特性、特定２波長における吸
光度の差の時間経過等、各種の測定モードを同一
の装置で単に設定内容を切換えるだけで実行する
ことができるのである。すなわち、１度の測定に
より非常に多くの種類の整理、加工された測定デ
ータを任意に得ることができるので、従来のよう
に測定目的によつて各種の装置で測定を繰返す必
要がなく、各種の目的の測定を１台の本発明装置
によつて行なうことができる。したがつて、前述
した生体組織の代謝動態の監視に極めて適した装
置となる。殊に、この発明によれば、出力モード
切換えスイツチをリアルタイムモードまたは再生
モードのいずれに設定するかによつて、特定波長
についての吸光度の時間経過測定、波長スペクト
ル測定及び２波長吸収測定等のいずれかの測定を
行ないつつ、同時にその測定に使われた原始デー
タを大容量記憶装置に転送記憶させる一方、同一
の原始データを用いて、その後に別のモードの測
定を行なうことができ、従つて測定のたびに異な
る原始データを用いるようにした場合に比べ、測
定結果の信頼性が高い等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る分光光度計の全体のブロ
ツク図、第２図は操作盤の説明図、第３図、第４
図および第５図は波長走査機構および波長読取機
構の説明図、第６図は光学系測定部の説明図、第
７図は取得データの説明図である。Ａ……操作部、Ｂ……光学系、Ｃ……電気回路
系、Ｄ……Ａ−Ｄ変換部、Ｅ……記憶部、Ｆ……
演算部、Ｇ……出力部、Ｈ……制御部、２……出
力モード切換え設定スイツチ、３……データ入力
スイツチ、４……スタートスイツチ、５……スト
ツプスイツチ。

Claims

【特許請求の範囲】１被測定物に光を照射してこの被測定物よりの
測定光を受光し、波長走査を繰返して各波長毎の
受光レベルに対応したアナログ信号を出力する光
学走査装置と、この光学走査装置のアナログ信号出力をデジタ
ル信号に変換するＡ−Ｄ変換器と、このＡ−Ｄ変換器から順次出力される各波長走
査毎の測定データを適宜な複数回の波長走査の間
だけ走査範囲の各波長に対応させて一時記憶させ
る高速記憶回路と、前記各波長走査毎の測定データを走査周期番号
に対応するラベルを付して全て記憶する大容量記
憶装置と、出力モードをリアルタイムモードか再生モード
に設定するための出力モード切換えスイツチと、前記大容量記憶装置内のデータの中で、再生さ
せたいデータの先頭に相当するラベルを指定する
ためのデータ入力スイツチと、前記データ再生の開始を指示するためのスター
トスイツチと、前記データ再生の終了を指示するためのストツ
プスイツチと、測定内容を設定するための測定内容設定手段
と、前記出力モードがリアルタイムモードにあると
き、前記光学走査装置の動作と並行し、前記測定
内容設定手段による設定内容に基づいて前記高速
記憶回路から必要な測定データを読出すととも
に、必要によりその測定データに所定の演算を施
し、他方、前記出力モードが再生モードにあると
き、前記スタートスイツチの操作に応答して、前
記大容量記憶装置から前記データ入力スイツチで
指定されたラベルのデータを読出し、これを前記
高速記憶回路に転送し、高速記憶回路から必要な
測定データを読出すとともに、必要によりその測
定データに所定の演算を施す動作を大容量記憶回
路から順次にデータを高速記憶回路に転送するた
びにストツプスイツチが操作されるまで繰返すデ
ータ選択演算手段と、このデータ選択演算手段によつて選択演算され
た測定データを出力するための出力装置と、からなる分光光度計。２前記測定内容設定手段により所定の設定を行
なうと、前記選択演算手段により、前記高速記憶
回路または前記大容量記憶装置に記憶された測定
データのうち指定した特性波長についての測定デ
ータが読出され、前記出力装置に供給される特許
請求の範囲第１項記載の分光光度計。３前記測定内容設定手段により所定の設定を行
なうと、前記選択演算手段により、前記高速記憶
回路または前記大容量記憶装置に記憶された各特
性波長についての測定データが読出されて、波長
に対応させた状態で前記出力装置に供給され、こ
の出力装置による波長スペクトル特性が出力され
る特許請求の範囲第１項記載の分光光度計。４前記測定内容設定手段により所定の設定を行
なうと、前記選択演算手段により、前記高速記憶
回路または前記大容量記憶装置に記憶された測定
データのうち指定した２種の特性波長についての
測定データが読出されるとともに、その２波長に
ついての測定データの差が演算され、その演算結
果が前記出力装置に供給される特許請求の範囲第
１項記載の分光光度計。