特開 2023-132938 光源装置及び濃度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023132938

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】光源装置及び濃度測定装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/30 20200101AFI20230914BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20230914BHJP

   G01N 21/01 20060101ALI20230914BHJP

   H05B 45/375 20200101ALI20230914BHJP

   H05B 45/38 20200101ALI20230914BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

H05B45/30

G01N21/27 Z

G01N21/01 D

H05B45/375

H05B45/38

H01L33/00 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022038548

(22)【出願日】2022-03-11

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】百瀬 修

(72)【発明者】

【氏名】立石 幸一

(72)【発明者】

【氏名】田島 良一

(72)【発明者】

【氏名】有田 貴志

(72)【発明者】

【氏名】大内 絃生

【テーマコード（参考）】

2G059

3K273

5F241

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059EE01

2G059EE12

2G059GG02

2G059HH01

2G059JJ03

2G059KK01

2G059MM01

3K273AA08

3K273BA31

3K273CA01

3K273CA02

3K273EA06

3K273EA07

3K273EA25

3K273EA32

3K273EA35

3K273EA36

3K273FA14

3K273FA26

3K273FA38

3K273GA14

5F241AA21

5F241BB07

5F241BB22

5F241BC02

5F241BC03

5F241BC33

5F241BC42

5F241BC43

5F241BC44

5F241BC46

5F241BC47

5F241FF16

(57)【要約】

【課題】半導体発光素子の順電圧を安定させて水溶液といった各種溶液に溶解する溶質や混合気体における各気体等の濃度を精度良く測定する。
【解決手段】光源装置２は、ＬＥＤ２１及び以下の各部を有する。定電流駆動回路１０１は、ＬＥＤ２１へ向けて定電流を供給する。電流補正回路１０２は、定電流駆動回路１０１から供給される定電流の一部をバイパス電流としてバイパス回路１２４に送り、残りの電流をＬＥＤ電流としてＬＥＤ２１に供給し、ＬＥＤ電流が所定の目標電流値に対して小さい場合、バイパス電流を減らし、ＬＥＤ電流が所定の目標電流値に対して大きい場合、バイパス電流を増やすように補正する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体発光素子と、
前記半導体発光素子へ向けて定電流を供給する定電流駆動回路と、
前記定電流駆動回路から供給される定電流の一部をバイパス電流としてバイパス回路に送り、残りの電流を半導体発光素子電流として前記半導体発光素子に供給し、前記半導体発光素子電流が所定の目標電流値に対して小さい場合、前記バイパス電流を減らし、前記半導体発光素子電流が前記所定の目標電流値に対して大きい場合、前記バイパス電流を増やすように補正する電流補正回路と
を備えたことを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記定電流駆動回路は、スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング制御回路を有し、前記スイッチング素子のオンオフ動作に応じて前記定電流を供給する請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記電流補正回路は、前記バイパス電流の補正動作を前記スイッチング制御回路の前記スイッチング素子のオンオフ動作よりも高速に実行することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記定電流駆動回路は、外部から与えられるタイミング信号に基づいて前記スイッチング素子を制御して、間欠的に前記定電流を供給することを特徴とする請求項２又は３に記載の光源装置。

【請求項5】

前記スイッチング制御回路は、前記定電流駆動回路から出力された前記定電流の検出値を基に、前記スイッチング素子のオンオフの間隔を制御することを特徴とする請求項２～４のいずれか一つに記載の光源装置。

【請求項6】

前記電流補正回路は、前記半導体発光素子の出力側に配置された半導体発光素子電流検出用抵抗により検出される前記半導体発光素子の順電圧と基準電圧とを基に、前記バイパス電流の大きさを制御することを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光源装置。

【請求項7】

前記電流補正回路は、差動増幅回路を有し、前記順電圧を入力として前記差動増幅回路から出力される電圧の電圧値と前記基準電圧とを比較して、前記バイパス電流の大きさを制御することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。

【請求項8】

前記定電流駆動回路は、入力電圧の入力端子と前記半導体発光素子との間に前記定電流の電流値を検出するハイサイド電流検出回路を有し、前記ハイサイド電流検出回路により検出された前記電流値を基に前記定電流を制御し、
前記電流補正回路は、前記順電圧の電圧値と前記基準電圧の電圧値との差を基に、前記バイパス電流の大きさを制御することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。

【請求項9】

前記電流補正回路は、前記バイパス電流を、前記定電流の２５％以下とすることを特徴とする請求項１～８のいずれか一つに記載の光源装置。

【請求項10】

濃度の測定対象と対応する特定波長を出射可能な半導体発光素子と、
前記半導体発光素子へ向けて定電流を供給する定電流駆動回路と、
前記定電流駆動回路から供給される定電流の一部をバイパス電流としてバイパス回路に送り、残りの電流を半導体発光素子電流として前記半導体発光素子に供給し、前記半導体発光素子電流が所定の目標電流値に対して小さい場合、前記バイパス電流を減らし、前記半導体発光素子電流が前記所定の目標電流値に対して大きい場合、前記バイパス電流を増やすように補正する電流補正回路とを備えた光源部と、
前記測定対象を介して受光した光を分光する分光部と、
前記半導体発光素子が有する順方向電圧を測定する測定部と、
予め取得された前記半導体発光素子の順方向電圧と前記半導体発光素子が出射する前記特定波長の光の発光強度との関係性を示す対応情報と、前記測定部により測定された順方向電圧と、前記分光部により分光された前記特定波長の光の強度とに基づいて、前記測定対象の濃度を測定する濃度測定部と
を有することを特徴とする濃度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶液などの測定対象の濃度の測定に使用される光源装置及び測定を行う濃度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光を用いて半導体のエッチング液や洗浄液といった水溶液の濃度を測定する技術が知られている。このような技術の一例として、半導体発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）の光を水溶液に照射し、この発光強度と、水溶液を介して受光した光の強度から水溶液の濃度を測定する技術が知られている。

【0003】

例えば、ＬＥＤに一定電流を流したときの順電圧（順方向電圧）を予め取得し、ＬＥＤが出射する特定波長の光の発光強度との関係性を示す対応情報と、測定部により測定された順電圧と、分光部により分光された特定波長の光の強度とに基づいて測定対象の濃度を測定する技術が提案されている。より詳しくは、光源であるＬＥＤの順電圧Ｖｆから発光強度を推定し、その推定した発光強度と分光器により検出された特定波長の受光強度とから測定対象の濃度を算出する方法がある。

【0004】

また、ＬＥＤの定電流駆動回路としては、高速応答かつ高精度の電流制御が可能なリニア方式と、回路の発熱が小さい、すなわち消費電力が小さいスイッチング方式が知られている。

【0005】

ＬＥＤの順電圧を用いて濃度測定を行う場合、液体の濃度を精度よく測定するためには、ＬＥＤの順電圧をできるだけ安定させることが望ましい。例えば、順電圧の変化量が大きかったり、再現性が悪かったりすると、発光強度の推定が困難になる。ただし、順電圧はＬＥＤの駆動電流によって変化するため、ＬＥＤの順電圧を安定させるためには、駆動電流をできるだけ高精度かつ高安定にすることが望ましい。

【0006】

また、順電圧は、ＬＥＤ自身の発熱温度によって変化するため、ＬＥＤの順電圧を安定させるためには、必要最低限の点灯時間とすることが望ましい。必要最低限の点灯時間とは、分光器による受光強度の測定に必要な最短時間である。これにはＬＥＤをダイナミック点灯(間欠点灯)とし、さらに消灯状態から点灯状態への駆動電流の立ち上がり応答をできるだけ速くすることが望ましい。

【0007】

例えば、立ち上がりの応答が遅いとその分点灯時間を長くする必要があり発熱量が増えてしまい、順電圧に影響がでる。この対策として、全体的な発熱量を抑えるために、点灯時間を長くした分だけ消灯時間を長くして、点滅周期(=ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）周期)を長くすることが考えられる。しかし、点滅周期を長くした場合、受光側の検出周期も長くなるため濃度計測の応答速度が遅くなり、結果的に濃度測定装置の性能に影響してしまう。例えば、気泡検知が困難になることが考えられる。したがって、立ち上がりの応答が遅いままで順電圧の変動を抑えるよりも、立ち上がりの応答を早くして順電圧の変動を抑える方が、濃度を精度よく測定することができる。なお、ＬＥＤは寿命により光度が徐々に低下してしまうため、ダイナミック点灯方式として寿命を延ばすことは一般的にも行われている。

【0008】

さらに、順電圧は、周辺温度の影響でも変化するため、ＬＥＤの順電圧を安定させるためには、一般的にＬＥＤの近く又は同一ケース内に配置されるＬＥＤ駆動回路の部品発熱もできるだけ小さい方が望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０２１－１２４３８５号公報

【特許文献2】特開２０１２－１６４７４６号公報

【特許文献3】特開２０１２－０４９１７９号公報

【特許文献4】特開２０２０－２０２６８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

駆動電流の高精度化かつ高安定化及び消灯状態から点灯状態への駆動電流の立ち上がり応答の高速化については、リニア式の定電流駆動回路を使用すれば解決可能である。しかしながら、リニア式の場合、電流制御用トランジスタが発熱してしまうので、ＬＥＤ駆動回路の部品発熱の最小化を解決することは困難である。

【0011】

また、スイッチング式の定電流駆動回路を使用すれば、電流制御用トランジスタの発熱はリニア式よりも大幅に低減されるので、ＬＥＤ駆動回路の部品発熱の最小化については解決可能である。しかしながら、スイッチング式の定電流駆動回路では、駆動電流の高精度化かつ高安定化及び消灯状態から点灯状態への駆動電流の立ち上がり応答の高速化の解決は困難であった。すなわち、スイッチング式の場合、原理上リップル電流が発生するが、このリップル電流を除去するための平滑コンデンサの容量により、ＬＥＤ電流の立ち上がりが遅くなってしまう。また、ＬＥＤ電流の立ち上がりを早くするために平滑コンデンサの容量を小さくすると、リップル電流の完全な除去が困難となり、ＬＥＤ電流に大きなリップルが発生して発光強度の安定性が悪化してしまう。さらに、定電流制御回路の電流検出抵抗による電流検出信号のリップルも増大するため、高精度の定電流制御も困難になる。加えて、このリップルによるＬＥＤ電流のピークが、ＬＥＤ素子の最大定格電流を超えてしまうと、ＬＥＤ素子が劣化し、寿命が大幅に短くなってしまうおそれもある。

【0012】

以上の通り、従来のＬＥＤ駆動回路では、駆動電流の高精度化かつ高安定化、消灯状態から点灯状態への駆動電流の立ち上がり応答の高速化、及び、ＬＥＤ駆動回路の部品発熱の最小化という３つの問題を全て解決することは困難であった。すなわち、従来のＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤの順電圧を安定させて濃度を精度よく測定することは困難であった。

【0013】

本願はこのような課題を解決するためのものであり、半導体発光素子の順電圧を安定させて水溶液といった各種溶液に溶解する溶質や混合気体における各気体等の濃度を精度良く測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本願に係る光源装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子へ向けて定電流を供給する定電流駆動回路と、定電流駆動回路から供給される定電流の一部をバイパス電流としてバイパス回路に送り、残りの電流を半導体発光素子電流として半導体発光素子に供給し、半導体発光素子電流が所定の目標電流値に対して小さい場合、バイパス電流を減らし、半導体発光素子電流が前記所定の目標電流値に対して大きい場合、バイパス電流を増やすように補正する電流補正回路とを備える。

【0015】

上記光源装置において、定電流駆動回路は、スイッチング素子及びスイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング制御回路を有し、スイッチング素子のオンオフ動作に応じて完結的に前記定電流を供給してもよい。

【0016】

また、上記光源装置において、電流補正回路は、バイパス電流の補正動作を定電流駆動回路のスイッチング素子のオンオフ動作よりも高速に実行してもよい。

【0017】

また、上記光源装置において、定電流駆動回路は、外部から与えられるタイミング信号に基づいてスイッチング素子を制御してもよい。

【0018】

また、上記光源装置において、スイッチング制御回路は、定電流駆動回路から出力された定電流の検出値を基に、スイッチング素子のオンオフの間隔を制御してもよい。

【0019】

また、上記光源装置において、電流補正回路は、半導体発光素子の出力側に配置された半導体発光素子電流検出用抵抗により検出される半導体発光素子の順電圧と基準電圧とを基に、バイパス電流の大きさを制御してもよい。

【0020】

また、上記光源装置において、電流補正回路は、差動増幅回路を有し、順電圧を入力として差動増幅回路から出力される電圧の電圧値と基準電圧とを比較して、バイパス電流の大きさを制御してもよい。

【0021】

また、上記光源装置において、定電流駆動回路は、入力電圧の入力端子と半導体発光素子との間に定電流の電流値を検出するハイサイド電流検出回路を有し、ハイサイド電流検出回路により検出された電流値を基に定電流を制御し、電流補正回路は、順電圧の電圧値と基準電圧の電圧値との差を基に、バイパス電流の大きさを制御してもよい。

【0022】

また、上記光源装置において、電流補正回路は、バイパス電流を定電流の２５％以下としてもよい。

【発明の効果】

【0023】

上述した光源装置によれば、定電流駆動回路から出力される平滑コンデンサで平滑化された出力電流のうち、半導体発光素子電流の制御目標値を超えた分の電流をバイパス経路にバイパス電流として流す。これにより、平滑コンデンサの容量を、必要最小限の容量とすることができる。そして、駆動電流の高精度化かつ高安定化、消灯状態から点灯状態への駆動電流の立ち上がり応答の高速化、及び、半導体発光素子駆動回路の部品発熱の最小化という３つの問題を全て解決することができる。したがって、半導体発光素子の順電圧を安定させて水溶液といった各種溶液に溶解する溶質や混合気体における各気体等の濃度を精度良く測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、実施形態における測定手法を説明するための図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成図である。

【図3】図３は、ＬＥＤ駆動回路の各部の動作波形を示す図である。

【図4】図４は、ＬＥＤ電流立ち上げ時の期間にあたる部分を拡大した波形を示す図である。

【図5】図５は、第２の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

次に、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

【0026】

［測定手法の原理について］
半導体の洗浄液やエッチング液として、塩酸、硝酸、リン酸、水酸化アンモニウム、過酸化水素等の水溶液が用いられており、水溶液の吸光度に基づいて、水溶液の濃度を測定する技術が知られている。単純には、光を水溶液に照射し、その透過した光を２つ以上の光の波長で分光、光強度を測定することで、濃度を計算する。より具体的には、光源が出射した光から分光した強度と、透過した光から分光した光の強度とから、水溶液の吸光度を算出し、算出された吸光度に基づいて、濃度の計算を行う。ここでは、このような濃度測定に用いられる光源としてＬＥＤを用いる。

【0027】

図１は、実施形態における測定手法を説明するための図である。図１を用いて、実施形態における測定手法について説明する。

【0028】

例えば、濃度測定装置１は、光源装置２、フローセル３、分光装置４及び測定装置５を有する。

【0029】

光源装置２は、光を投光可能な光源装置であり、半導体発光素子であるＬＥＤ２１を光源として実現される。例えば、ＬＥＤ２１は、測定装置５による制御に従って、所定の特定波長を含む光を出射する。このようにしてＬＥＤ２により出射された光は、光路ＯＰに沿って、フローセル３を介し、分光装置４へと伝達される。

【0030】

ここで、ＬＥＤ２１は、１つ若しくは同時に濃度を測定する溶質のそれぞれと対応する特定波長を含む波長帯の光を出射可能な光源である。すなわち、ＬＥＤ２１は、測定対象と対応する特定波長の光を、測定対象の測定において必要十分な強度（例えば、照度）で出射可能な光源である。例えば、ＬＥＤ２１は、１５５０ナノメートル程度の中心波長を有し、半値幅が１００ナノメートル程度の光源である。この場合、ＬＥＤ２１は、溶質がアンモニアおよび過酸化水素である場合、少なくとも、１５００ナノメートルから１６００ナノメートルの波長帯の光を十分な強度で出力可能な光源が最適であるが、この波長帯に限らず他の波長帯を用いてもよい。この場合、光源の中心波長が使用波長帯に合ったものを選択する。

【0031】

なお、ＬＥＤ２１は、分光装置４が分光して取り込むことができる波長の光を特定波長とし、このような特定波長を含む波長幅の光を出射できればよい。換言すると、ＬＥＤ２１は、あらかじめ設定された目標精度で、測定対象の吸光度（ひいては、濃度）の測定を実現可能な波長を特定波長とし、特定波長に合わせた波長の光を出射する。

【0032】

フローセル３は、光源装置２が出射する光に対して透明な素材（例えば、石英ガラス等）からなり、内部に水溶液等のサンプルを流すことができる。なお、フローセル３は、試験管やセル等により実現されてもよいし、薬液の流れる配管そのものであってもよい。また、フローセル３は、全体が透明な素材である必要はなく、光源装置２から出射された光が入射される入射部分と、入射された光をサンプルを介して出射する出射部分とが特定波長に対して透明であればよい。

【0033】

分光装置４は、フローセル３を介して受光した光から特定波長の光を分光し、分光した光の強度を測定する装置であり、例えば、ファブリペロー干渉計（Fabry Perot Interferometer）と、ファブリペロー干渉計により分光された光の強度を測定する受光素子とにより実現される。ただし、分光装置４は、グレーティング型の分光器など他の分光方式を用いた分光器を使用してもよい。

【0034】

例えば、分光装置４は、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４１と受光素子４２とを有する。ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４１は、透過可能な光の波長を変更することができるファブリペロー干渉計であり、平行に配置された２つの半透鏡を有する。例えば、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４１は、光源装置２側に設置された半透鏡である上部ミラーＵＭと、受光素子４２側に配置された半透鏡である下部ミラーＤＭとを有する。そして、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４１は、上部ミラーＵＭと下部ミラーＤＭとの間隔を制御することで、フローセル３を介して受光した光から、上部ミラーＵＭと下部ミラーＤＭとの間隔に応じた波長の光を透過する。例えば、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４１は、測定装置５からの制御に従い、サンプルを介して受光した光から溶質と対応する特定波長の光を透過する。

【0035】

受光素子４２は、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４１により透過された光を受光すると、受光した光の強度を測定する素子であり、例えば、フォトダイオード等の光電素子等により実現される。例えば、受光素子４２は、透過された光を受光すると、受光した光の強さを示す電気信号を生成し、生成した電気信号を測定装置５へと伝達する。

【0036】

測定装置５は、分光装置４が受光した光の強度に基づいて、サンプルに含まれる溶質の濃度を測定する。測定装置５は、タイミング発生回路５１、生成部５２、および濃度測定部５３を有する。タイミング発生回路５１は、ＬＥＤ駆動回路１００にＰＷＭ信号を入力することで、定電流を間欠的に発生させＬＥＤ２１を間欠駆動させる。

【0037】

生成部５２は、ＬＥＤ２１の対応情報を生成する。例えば、生成部５２は、ＬＥＤ２１にＬＥＤ駆動回路１００からＬＥＤ電流が流された際における順電圧の値を順方向電圧測定回路２２から取得する。また、生成部５２は、ＬＥＤ２１にＬＥＤ駆動回路１００からＬＥＤ電流が流された際において、受光素子４２が受光した特定波長の光の強度を測定する。なお、対応情報を生成する際においては、フローセル３にサンプルが流れていないものとする。

【0038】

そして、生成部５２は、電流が流された際におけるＬＥＤ２１の順電圧の値と、受光素子４２が受光した特定波長の光の強度との間の関係性を示す対応情報を生成する。例えば、生成部５２は、順電圧の値と特定波長の光の強度とを対応付けた対応情報を生成する。

【0039】

なお、測定に用いる特定波長が複数存在する場合、生成部５２は、特定波長ごとに、対応情報の生成を行うこととなる。このような場合、例えば、ＬＥＤ駆動回路１００は、分光装置４が各特定波長の光を分光し、分光した光の強度をそれぞれ測定する度に、ＬＥＤ２１に加える電流の値を変更してもよい。また、例えば、ＬＥＤ駆動回路１００は、第１電流値から第２電流値まで変化する電流をＬＥＤ２１に複数回流してもよい。このような場合、分光装置４は、電流が流される度に異なる特定波長の光を分光し、分光した光の強度の変化をそれぞれ測定する。

【0040】

濃度測定部５３は、生成部５２により生成された対応情報と、受光素子４２により測定された特定波長の光の強度と、順方向電圧測定回路２２によって測定された順電圧とに基づいて、サンプルの吸光度を測定し、測定した吸光度から溶質の濃度を推定する。例えば、濃度測定部５３は、特定波長ごとに、対応情報において順方向電圧測定回路２２により測定された順電圧と対応付けられた光の強度を出射光の強度として特定する。続いて、濃度測定部５３は、ＬＥＤ４２が受光した各特定波長の光の強度と、特定した出射光の強度とから、サンプルの吸光度を算出する。

【0041】

そして、測定装置５は、特定波長における吸光度を算出し、算出した吸光度から溶質の濃度を測定する。このように、測定装置５は、電流を流した際におけるＬＥＤ２１の順電圧とＬＥＤ２１の出射光の強度との間の関係性を示す対応情報を予め生成する。また、測定装置５は、予め測定された対応情報と、ＬＥＤ２１の順電圧と、測定対象を介して受光した特定波長の光の強度とから、測定対象の濃度を測定する。

【0042】

［第１の実施形態］
［ＬＥＤ駆動回路］
ここで、濃度測定装置１は、ＬＥＤ２１の順電圧Ｖｆの値からＬＥＤ２１の発光強度を推定し、推定した発光強度と分光装置４により検出した受光強度から濃度を算出する。そこで、順電圧を安定させるために、ＬＥＤ駆動回路１００は、ＬＥＤ２１の駆動電流を高精度かつ高安定にしてＬＥＤ２１に供給する。図２は、第１の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成図である。図２では、順方向電圧測定回路２２に繋がる経路は省略した。以下に、図２を参照して、第１の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１００の詳細について説明する。ＬＥＤ駆動回路１００は、図２に示すように、定電流駆動回路１０１及び電流補正回路１０２といった２つの回路ブロックを有する。

【0043】

［定電流駆動回路］
定電流駆動回路１０１は、入力電圧Ｖｉｎを印加することにより、ＬＥＤ２１へ定電流Ｉｏｕｔを出力する回路である。定電流駆動回路１０１は、定電流制御用ＩＣ（Integrated Circuit）１１１、スイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、還流ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１及び出力電流検出素子Ｒ１から構成されている。定電流制御用ＩＣ１１１は、一般的なスイッチング式ＬＥＤドライバＩＣを用いることができる。

【0044】

定電流制御用ＩＣ１１１は、出力電流検出素子Ｒ１で検出された出力電流フィードバック信号を自己が有する基準電圧と比較する。そして、定電流制御用ＩＣ１１１は、比較結果をスイッチング信号としてスイッチング素子Ｑ１へ出力する。定電流制御用ＩＣ１１１は、スイッチング素子Ｑ１へ出力するスイッチング信号により、スイッチング素子Ｑ１のオン及びオフの時間比率を制御する。

【0045】

また、定電流制御用ＩＣ１１１は、タイミング発生回路５１からのＰＷＭ信号が入力されることで、ＬＥＤ２１をＰＷＭ信号に応じて定電流で間欠駆動させることもできる。

【0046】

スイッチング素子Ｑ１は、スイッチング信号の入力を受ける。そして、スイッチング素子Ｑ１は、スイッチング信号にしたがってオン又はオフを切り替え、オンの状態で入力電圧ＶｉｎをインダクタＬ１へ供給する。

【0047】

還流ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１がオフのときに出力電流を還流させるためのダイオードである。

【0048】

インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ１がオンのときにＶｉｎが印加されてエネルギーを蓄積する。そして、インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ１がオフのときにエネルギーを放出する。

【0049】

平滑コンデンサＣ１は、出力電流Ｉｏｕｔのリップル成分を平滑化するためのコンデンサである。

【0050】

出力電流検出素子Ｒ１は、出力電流検出用の抵抗である。出力電流検出素子Ｒ１による検出信号は、定電流制御用ＩＣ１１１の内部基準電圧と比較されて、スイッチング素子Ｑ１のオンとオフとの時間比率が制御される。このため、出力電流検出素子Ｒ１は、出力電流Ｉｏｕｔの制御目標電流値に応じて適切な定数を有するように設定される。

【0051】

ここで、平滑コンデンサＣ１は、容量を大きくした方が出力電流のリップル成分を減らすことができる。ただし、平滑コンデンサＣ１の容量を大きくすると、間欠駆動時の電流立ち上がり時間が長くなってしまう。逆に、平滑コンデンサＣ１の容量が小さすぎると、ＬＥＤ２１の許容電流値を超えてＬＥＤ２１を劣化させてしまうおそれがあるとともに、ＬＥＤ２１の発光強度ムラが受光側の計測に影響するおそれもある。このため、平滑コンデンサＣ１はＬＥＤ２１の許容電流値を超えない必要最低限の容量としておき、できるだけ立ち上がり時間が速くなるようにする。これにより、消灯状態から点灯状態への駆動電流の立ち上がり応答の高速化を実現することができる。なお、リップル電流による発光強度ムラの抑制は、後述する電流補正回路１０２により実現する。

【0052】

ここで、定電流駆動回路１０１の出力電流Ｉｏｕｔの精度はあまり正確でなくてもよく、温度による出力電流ドリフトもあまり問題にはならない。これは、後述する電流補正回路１０２の動作を理由とする。そのため、定電流制御用ＩＣ１１１には、一般的な照明ＬＥＤ用として流通している安価なＩＣを使用することができる。

【0053】

［電流補正回路］
電流補正回路１０２は、定電流駆動回路１０１からＬＥＤ２１への出力電流Ｉｏｕｔの一部をバイパス電流Ｉｂｙｐだけバイパスさせて適正なＬＥＤ電流Ｉｌｅｄに補正するための回路である。電流補正回路１０２は、ＬＥＤ電流検出素子Ｒ１０、差動増幅回路１２１、基準電圧Ｖｒｅｆ、オペアンプ（Operation Amplifier）１２３、バイパス電流制御用ＦＥＴ（Field Effect Transistor）Ｑ１０及び電流制限抵抗Ｒ１５を有する。差動増幅回路１２１は、抵抗Ｒ１１～Ｒ１４及びオペアンプ１２２を有する。また、バイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０及び電流制限抵抗Ｒ１５は、バイパス回路１２４を形成する。

【0054】

ＬＥＤ電流検出素子Ｒ１０は、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの検出用抵抗であり、目標ＬＥＤ電流値に応じて適切な定数を有するように設定される。

【0055】

差動増幅回路１２１は、ＬＥＤ電流検出素子Ｒ１０の両端電圧を増幅する差動増幅回路である。差動増幅回路１２１は、抵抗Ｒ１１～Ｒ１４を全て同じ定数とすれば、増幅率は１倍となる。このとき、ＬＥＤ電流Ｉｏｕｔの一部が、差動増幅回路１２１に流れ込むが、抵抗Ｒ１１～Ｒ１４を十分に大きな定数としておくことにより、差動増幅回路１２１に流れ込む電流を無視することができる。

【0056】

オペアンプ１２３、バイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０及び電流制限抵抗Ｒ１５は、ＬＥＤ電流検出信号であるオペアンプ１２２からの出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの電圧差に応じてバイパス電流Ｉｂｙｐを制御する回路である。電流制限抵抗Ｒ１５は、バイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０がショートした場合の過電流防止用の抵抗である。電流制限抵抗Ｒ１５は、過電流を考慮しない場合、設けなくてもよい。

【0057】

オペアンプ１２３は、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄが目標電流値に対して小さい場合、バイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０を流れる電流を絞ることで、バイパス電流Ｉｂｙｐを減らす方向に制御する。逆に、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄが目標電流値よりも大きい場合、オペアンプ１２３は、バイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０を流れる電流を増やすことで、バイパス電流Ｉｂｙｐを増やす方向に制御する。

【0058】

また、定電流駆動回路の出力電流Ｉｏｕｔと、バイパス電流Ｉｂｙpと、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄとの関係式は次の数式（１）で表すことができる。
Ｉｌｅｄ＝Ｉｏｕｔ－Ｉｂｙｐ・・・（１）

【0059】

すなわち、ＬＥＤ駆動回路１００は、定電流駆動回路Ｉｏｕｔの制御目標電流値を、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの目標電流値よりも少し高い値に設定しておき、この差分を電流補正回路１０２のバイパス電流Ｉｂｙｐにより消費させる。これにより、定電流駆動回路１０１の出力電流Ｉｏｕｔにリップル成分が含まれていてもこれを抑制し、より直流化することが可能となる。

【0060】

また、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの電流精度は、電流補正回路１０２における基準電圧Ｖｒｅｆおよび部品精度によって決まることになる。そのため、定電流駆動回路１０１の出力電流Ｉｏｕｔの電流精度はあまり正確でなくてもよく、出力電流Ｉｏｕｔの温度ドリフトもあまり問題にはならない。以上のことから、定電流制御用ＩＣ１１１には一般的な照明ＬＥＤ用として流通している安価なＩＣを使用することができる。

【0061】

なお、オペアンプ１２２及び１２３の周波数特性は、定電流駆動回路１０１のスイッチングＩＣである定電流制御用ＩＣ１１１のスイッチング周波数に対して、十分に良いものであることが望ましい。具体的に例えば、定電流制御用ＩＣ１１１のスイッチング周波数が５００ｋＨｚのとき、オペアンプ１２２及び１２３のユニティゲイン周波数が５ＭＨｚ以上であることが望ましい。

【0062】

これにより、定電流駆動回路１０１の出力電流Ｉｏｕｔのリップル成分を十分に抑制し、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄをより直流化することが可能となる。また、定電流駆動回路１０１の電流制御速度よりも、電流補正回路１０２の電流制御速度の方が十分に速くなるため、互いの制御が干渉するような不具合は発生しなくなる。これにより、駆動電流の高精度化かつ高安定化を実現することができる。

【0063】

また、前述したように、定電流駆動回路１０１の出力電流Ｉｏｕｔの制御目標電流値は、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの目標電流値よりも少し高い値に設定しておくが、この出力電流Ｉｏｕｔの制御目標電流値は、必要最小値としておくことが望ましい。これにより、電流補正回路１０２のバイパス電流Ｉｂｙｐも必要最小値となり、バイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０及び電流制限抵抗Ｒ１５の発熱も最小に抑えることができる。これにより、ＬＥＤ駆動回路の部品発熱の最小化を実現することが可能となる。

【0064】

［動作波形の説明］
図３は、ＬＥＤ駆動回路の各部の動作波形を示す図である。また、図４は、ＬＥＤ電流立ち上げ時の期間にあたる部分を拡大した波形を示す図である。図４は、図３における期間Ｔ１の部分を拡大した波形を表す。ここでは、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの目標電流値を１０００ｍＡとして説明する。

【0065】

グラフ２０１、２０２、２０１及び２１１は、横軸で時間経過を表し、縦軸で電圧値を表す。グラフ２０１及び２１１は、定電流制御用ＩＣ１１１によるスイッチング素子Ｑ１のスイッチング波形を表す。Ｖｓｗｏｎは、スイッチング素子Ｑ１がオンされる電圧値を表す。また、グラフ２０２及び２１２は、測定装置５のタイミング発生回路５１から入力されるＰＷＭ信号の波形を表す。Ｖｐｗｍｏｎは、ＰＷＭ信号がオンの場合の電圧値を表す。

【0066】

グラフ２０３～２０５及び２１３～２１５はいずれも、横軸で時間経過を表し、縦軸で電流値を表す。また、グラフ２０３及び２１３は、定電流駆動回路１０１の出力電流Ｉｏｕｔの波形を表し、リップル成分を含む。また、グラフ２０４及び２１４は、電流補正回路１０２によるバイパス電流波形である。グラフ２０４及び２１４縦軸のスケールは、出力電流Ｉｏｕｔの１/１０である１１０ｍＡとした。また、グラフ２０５及び２１５は、出力電流Ｉｏｕｔからバイパス電流Ｉｂｙｐを差し引いた補正後のＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの波形を表す。グラフ２０５及び２１５の縦軸のスケールはＩｏｕｔと同じである。

【0067】

グラフ２０６及び２１６は、横軸で時間経過を表し、縦軸で電圧の大きさを表す。また、グラフ２０６及び２１６は、ＬＥＤ２１の順電圧波形である。

【0068】

グラフ２０２及び２１２に示すＰＷＭ信号が入力されると、スイッチング素子Ｑ１は、グラフ２０１及び２１１に示すようにスイッチングが繰り返される。これにより、定電流駆動回路１０１から、グラフ２０３及び２１３に示すような出力電流Ｉｏｕｔが出力される。

【0069】

ここで、平滑コンデンサＣ１は必要最小限の容量としているので、グラフ２０３及び２１３に示した出力電流Ｉｏｕｔはリップル電流を含む。また、グラフ２１３における電流値２２１は、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの目標電流値である１０００ｍＡを表す。すなわち、定電流駆動回路１０１は、グラフ２０３及び２１３に示すように、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの目標電流値である１０００ｍＡよりもやや高い制御目標電流値で出力電流Ｉｏｕｔを制御する。例えば、定電流駆動回路１０１は、出力電流Ｉｏｕｔの制御目標電流をおよそ１０５０ｍＡとして制御する。補正回路１０２は、グラフ２０４及び２１４に示すように、出力電流Ｉｏｕｔにおいて１０００ｍＡを超えた量の電流をバイパス電流Ｉｂｙｐとして流してバイパスさせる。

【0070】

これにより、グラフ２１５に示すように、平滑コンデンサＣ１によるＬＥＤ電流の立ち上がりの大きな遅れは削減され、また、グラフ２１５における電流値２２２は、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの目標電流値である１０００ｍＡを表す。すなわち、グラフ２０５及び２１５に示すように、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄは目標電流の１０００ｍＡとなり、リップル成分も除去される。また、グラフ２０６及び２１６に示すように、電流立ち上がり後は、ＬＥＤ２１の順電圧Ｖｆは安定しており発光ムラの発生を抑制することができる。さらに、バイパス電流ＩｂｙｐはＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの約１/１０以下のため、バイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０の発熱は、従来のリニア式のトランジスタよりも大幅に低減が可能である。

【0071】

なお、実施例ではバイパス電流Ｉｂｙｐが約１０％の例を示したが、２５％程度でもリニア式より発熱低減効果は得られる。以上のように、第１の実施形態に係る光源装置２は、高速かつ安定した順電圧Ｖｆ及び発光強度を実現することができ、濃度測定装置１としても精度および再現性のよい測定が可能である。

【0072】

［順電圧を用いて測定精度を向上させる処理の原理について］
次に、順電圧を用いて測定精度を向上させる処理の原理について説明する。上述したように、測定装置５は、光源装置２が出射した光のうち特定波長の光の強度と、分光装置４が分光した特定波長の光の強度とを用いて、サンプルが有する吸光度を算出し、算出した吸光度からサンプルの濃度を推定する。しかしながら、ＬＥＤ２１は、温度に応じて出射する光の光スペクトルが変化する。

【0073】

例えば、ＬＥＤ２１が出射する光の強度は、ＬＥＤ２１の温度が高くなるにつれて低下する。また、ＬＥＤ２１が出射する光において、強度が最も高い波長（ピークとなる波長）は、ＬＥＤ２１の温度が高くなるにつれてより長波長側に遷移する。このように、ＬＥＤ２１の出射する光の強度は、環境温度により発光素子の温度が変化してしまうので、濃度の推定精度が低下するおそれがあった。

【0074】

このような温度の変化によりＬＥＤ２１から出射される光の強度の変化を補正するため、ＬＥＤ２１に流す電流値を変化させた場合、周囲温度の上昇に伴ってより大きな電流を流さなければならず、発光素子の寿命を短くしてしまう。また、ＬＥＤ２１自体やその周辺の温度（以下、「周辺温度」と総称する。）と発光素子から出射される光の強度との相関は、ＬＥＤ２１毎に異なるため、ＬＥＤ２１毎に相関を予め測定する必要がある。しかしながら、周辺温度を変化させるには、多くの時間がかかり手間がかかる。さらに、測定装置５の設置場所によっては、周辺温度を変化させることが難しい場合もある。

【0075】

一方、ＬＥＤ２１は、一定の電流を流したときの順電圧（Ｖｆ）が周囲温度によって変動する特性を有する。換言すると、ＬＥＤ２１は、アノードからカソードへ電流（順電流）を流すと、順電圧だけ電圧が下がる特性を有しており、このような順電圧は、周囲温度によって変化する。また、上述したように、ＬＥＤ２１が出射する光の強度と周囲温度との間には、相関が存在する。このため、ＬＥＤ２１が出射する光の強度と発光素子の順電圧との間には、相関が存在することとなる。

【0076】

そこで、測定装置５は、濃度測定に先駆けて、濃度測定装置１に設置された光源装置２のＬＥＤ２１に対し、電流値を変化させながら電流を流した際の順電圧を測定する。そして、測定装置５は、所定の電流値の電流が流された際に発光素子が出射した特定波長の光の強度と、所定の電流値の電流が流された際に測定工程により測定された順電圧との関係性を示す対応情報を生成する。

【0077】

また、測定装置５は、光源装置２が有するＬＥＤ２１を点灯させ、測定対象を介して受光した光から特定波長の光を分光させるとともに、発光素子が有する順電圧を測定する。そして、測定装置５は、予め生成された対応情報と、測定した順電圧と、特定波長の光の強度とに基づいて、測定対象の濃度を測定する。例えば、測定装置５は、ＬＥＤ２１が出射した光の強度として、測定した順電圧と対応する光の強度を対応情報から推定する。そして、測定装置５は、推定した光の強度と、分光した特定波長の光の強度とに基づいて、測定対象の濃度を測定する。例えば、測定装置５は、ＬＥＤ２１が出射した特定波長の光の強度を推定し、推定した光の強度と、分光した特定波長の光の強度とに基づいて、測定対象の吸光度を算出する。そして、測定装置５は、算出した吸光度に基づいて、測定対象の濃度を測定する。

【0078】

以下、図１に戻り、順電圧と発光素子が出射する光の強度との関係性を用いてサンプルの濃度を推定する測定手法の原理について説明する。例えば、図１に示すように、光源装置２は、ＬＥＤ２１、順方向電圧測定回路２２及びＬＥＤ駆動回路１００を有する。

【0079】

ＬＥＤ２１は、電流が供給されると発光する半導体素子である。例えば、ＬＥＤ２１は、測定対象が吸光しやすい波長の光を特定波長として含む光を出射する。なお、以下の説明では、ＬＥＤ２１から出射される光を、出射光と称する場合がある。

【0080】

ここで、例えば、ＬＥＤ２１を流れる電流が一定である場合、発光素子２１の周辺温度と順電圧Ｖｆとの間には、周辺温度が上がるにつれて、順電圧Ｖｆの値が下がるという略線形の相関が存在する。この結果、ＬＥＤ２１を流れる電流が一定である場合、ＬＥＤ２１の出射光の強度と順電圧Ｖｆとの間には、順電圧Ｖｆの値が上がるにつれて、出射光の強度が上がるという略線形の相関が存在する。

【0081】

このように、順電圧Ｖｆと出射光の強度との相関を用いて、ＬＥＤ２１が出射した特定波長の光の強度を推定する場合、ＬＥＤ２１の温度と関連する相関を予め取得せずとも、ＬＥＤ２１の出射光の強度を推定することができると考えられる。換言すると、順電圧Ｖｆと出射光の強度との相関を予め取得できるのであれば、ＬＥＤ２１の周辺温度を変化させたりせずとも、濃度測定時においてＬＥＤ２１の出射光の強度を推定することが可能となる。

【0082】

ここで、ＬＥＤ２１に流す電流値を変化させた場合、ＬＥＤ２１の順電圧Ｖｆが変化することが知られている。そこで、濃度測定装置１においては、ＬＥＤ２１に流す電流値を変化させることで、ＬＥＤ２１の順電圧Ｖｆと出射光の強度との間の相関を対応情報として予め取得しておく。そして、濃度測定装置１においては、対応情報を用いて、濃度測定時におけるＬＥＤ２１の順電圧Ｖｆから出射光の強度を推定し、推定した出射光の強度と測定対象を介して受光した光の強度とから、測定対象の濃度を測定する。

【0083】

なお、対応情報は、ＬＥＤ２１毎に測定が行われたパラメータであってもよく、各光源装置２が共通して用いるものであってもよいが、ＬＥＤ２１の特性は、製品ごとにばらつきがあるため、個体ごとに決定されたものであることが望ましい。

【0084】

また、このようなＬＥＤ２１の温度特性は、周囲の温度のみならず、ＬＥＤ２１自体の自己発熱によっても変化する。また、ＬＥＤ２１は、ハロゲンランプよりも長寿命であるものの、点灯時間が長いもしくは大きな電流を流せば流す程劣化し、電力から光への変換効率が低下してしまう結果、同一値の電流を流した際に出射する光が暗くなってしまう。このような問題を回避するため、濃度測定装置１は、微弱な電流を用いて、ＬＥＤ２１の順方向電圧の値を測定し、測定した順電圧の値からＬＥＤ２１の温度を測定する。すなわち、濃度測定装置１は、いわゆるダイオード温度計と同様の原理によりＬＥＤ２１（すなわち、ダイオード自体）の温度を測定する。なお、濃度測定装置１は、上述した処理以外にも、ゲイン校正等の処理を行ってもよい。

【0085】

ＬＥＤ駆動回路１００は、ＬＥＤ２１に電圧を印加させて点灯させる。また、ＬＥＤ駆動回路１００は、ＬＥＤ２１における順電圧とＬＥＤ２１の出射光の強度との間の相関を測定するために用いる電流値の異なる複数の電流をそれぞれ生成する。また、ＬＥＤ駆動回路１００は、濃度測定時においてＬＥＤ２１における順電圧の値を測定するための電流を生成する。

【0086】

順方向電圧測定回路２２は、ＬＥＤ２１の順電圧を測定する回路である。例えば、順方向電圧測定回路２２は、対応情報を生成する際において、ＬＥＤ駆動回路１００が発生させた電流がＬＥＤ２１を流れる際におけるＬＥＤ２１の順電圧を測定する。すなわち、順方向電圧測定回路２２は、電流値が変化させたられた電流が流れた際におけるＬＥＤ２１の順電圧の変化を所定の分解能で測定する。そして、順方向電圧測定回路２２は、測定した各順電圧の値を測定装置５に出力する。

【0087】

また、順方向電圧測定回路２２は、濃度測定時において、ＬＥＤ駆動回路１００が発生させた電流を用いて、発光素子２１の順電圧を測定する。例えば、順方向電圧測定回路２２は、電流が流れた際における発光素子２１の電圧を順電圧として測定し、測定した順電圧の値を測定装置５に出力する。

【0088】

なお、順方向電圧測定回路２２が出力する順電圧の値は、出射光の強度の予測に用いられる。このため、順方向電圧測定回路２２が出力する順電圧の精度は、測定される濃度の精度に寄与することとなる。このため、順方向電圧測定回路２２は、濃度を測定する際の精度を考慮した精度で順電圧を測定する。

【0089】

例えば、濃度の推定精度を±０．１パーセント以下に収めるには、順電圧の測定精度は、±２０マイクロボルト以下に抑える必要がある。このような測定精度を保持するには、例えば、２ボルトの順電圧を、有効分解能が１０００００以上となるように、測定する必要がある。そこで、順方向電圧測定回路２２は、例えば、１７ビット以上の有効分解能を有するＡＤ（Analog-to-Digital）コンバータを用いて、測定した順電圧の電圧値を出力する。より具体的な例を挙げると、順方向電圧測定回路２２は、変換時間が長いΔΣ型のＡＤコンバータを用いることとなる。なお、上述した例は、あくまで一例であり、例えば、１ボルト以下の順電圧の測定を行ってもよい。このように、どれくらいの精度に応じてどれくらいの順電圧を測定するかにより有効分解能が変化することとなり、このような有効分解を実現する回路を用いて、順電圧の測定を行えばよい。

【0090】

一方、測定装置５は、タイミング発生回路５１、生成部５２、および濃度測定部５３を有する。タイミング発生回路５１は、ＬＥＤ駆動回路１００にＰＷＭ信号を出力する。これにより、ＬＥＤ２１から光が出射され、順方向電圧測定回路２２が、電流が流れた際におけるＬＥＤ２１の順方向電圧Ｖｆの値を測定する。また、出射光がフローセル３を介して分光装置４へと伝わり、分光装置４が特定波長の光を分光する。

【0091】

生成部５２は、ＬＥＤ２１の対応情報を生成する。例えば、生成部５２は、ＬＥＤ子２１にＬＥＤ駆動回路１００から電流値がことなる電流それぞれが流された際における各順電圧の値を順方向電圧測定回路２２から取得する。また、生成部５２には、ＬＥＤ２１に変電流発生回路２２から電圧値が異なる電流それぞれが流された際において、受光素子４２が受光した特定波長の光の強度を測定する。なお、対応情報を生成する際においては、フローセル３にサンプルが流れていない。

【0092】

そして、生成部５２は、電圧値が異なる電流それぞれが流された際におけるＬＥＤ２１の順電圧の値と、受光素子４２が受光した特定波長の光の強度との間の関係性を示す対応情報を生成する。例えば、生成部５２は、順電圧の値と特定波長の光の強度とを対応付けた対応情報を生成する。

【0093】

なお、測定に用いる特定波長が複数存在する場合、生成部５２は、特定波長ごとに、対応情報の生成を行うこととなる。このような場合、例えば、ＬＥＤ駆動回路１００は、分光装置４が各特定波長の光を分光し、分光した光の強度をそれぞれ測定する度に、発光素子に加える電流の値を変更してもよい。また、例えば、ＬＥＤ駆動回路１００は、第１電流値から第２電流値まで変化する変電流をＬＥＤ２１に複数回流してもよい。このような場合、分光装置４は、変電流が流される度に異なる特定波長の光を分光し、分光した光の強度の変化をそれぞれ測定する。

【0094】

濃度測定部５３は、生成部５２により生成された対応情報と、受光素子４２により測定された特定波長の光の強度と、順方向電圧測定回路２２によって測定された順電圧とに基づいて、サンプルの吸光度を測定し、測定した吸光度から溶質の濃度を推定する。例えば、濃度測定部５３は、特定波長ごとに、対応情報において順方向電圧測定回路２２により測定された順電圧と対応付けられた光の強度を出射光の強度として特定する。続いて、濃度測定部５３は、受光素子４２が受光した各特定波長の光の強度と、特定した出射光の強度とから、サンプルの吸光度を算出する。

【0095】

そして、測定装置５は、特定波長における吸光度を算出し、算出した吸光度から溶質の濃度を測定する。例えば、測定装置５は、各特定波長における吸光度をそれぞれ算出し、算出した吸光度からサンプルに含まれる溶質の濃度を算出する。

【0096】

このように、測定装置５は、ＬＥＤ２１の順電圧と発光素子２１の出射光の強度との間の関係性を示す対応情報を予め生成する。また、測定装置５は、予め測定された対応情報と、ＬＥＤ２１の順電圧と、測定対象を介して受光した特定波長の光の強度とから、測定対象の濃度を測定する。このため、測定装置５は、濃度測定装置１の周辺温度を変化させずとも、容易かつ精度よく測定対象の濃度を測定することができる。

【0097】

［第１の実施形態における効果］
以上に説明したように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１００は、定電流駆動回路１００から出力される平滑コンデンサＣ１で平滑化した出力電流Ｉｏｕｔのうち、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの制御目標値を超えた分の電流をバイパス経路にバイパス電流Ｉｂｙｐとして流す。また、平滑コンデンサＣ１の容量は、必要最小限の容量とすることができる。

【0098】

これにより、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの立ち上がりの遅延を抑えることが可能となる。また、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄを制御目標値とすることができる。また、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄのリップル成分も除去することができる。電流立ち上がり後は、ＬＥＤ２１に対して安定した順電圧を供給することができ、発光ムラを抑えることができる。さらに、バイパス電流ＩｂｙｐをＬＥＤ電流に比べて低く抑えることができ、電流制御用のトランジスタであるバイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０の発熱を大幅に低減することが可能である。したがって、駆動電流の高精度化かつ高安定化、消灯状態から点灯状態への駆動電流の立ち上がり応答の高速化、及び、ＬＥＤ駆動回路の部品発熱の最小化の全てを実現することが可能である。

【0099】

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成図である。図５では、順方向電圧測定回路２２に繋がる経路は省略した。以下の説明では、第１の実施形態と同様の各部の動作については説明を省略する。

【0100】

［第１の実施形態との違い］
本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１００は、定電流制御用ＩＣ１１１として、ハイサイド電流検出タイプのＩＣを使用する。そして、出力電流検出抵抗Ｒ１は、高電圧側、すなわち、定電流駆動回路１０１の内部に配置される。

【0101】

定電流制御用ＩＣ１１１は、定電流駆動回路１０１内に配置された出力電流検出素子Ｒ１による検出信号と内部基準電圧とを比較して、スイッチング素子Ｑ１のオンとオフとの時間比率を制御する。このため、出力電流検出素子Ｒ１は、出力電流Ｉｏｕｔの制御目標電流値に応じて適切な定数を有するように設定される。

【0102】

出力電流検出抵抗Ｒ１を高電圧側に移動したことにより、出力電流の検出のために電流経路を定電流制御用ＩＣ１１１に戻さなくても良くなる。そこで、電流補正回路１０２内のＬＥＤ電流検出用抵抗Ｒ１０の他端は、出力電流検出抵抗Ｒ１などを介さずに回路ＧＮＤ（Ground）に直接接続される。

【0103】

これにより、バイパス電流Ｉｂｙｐを制御するオペアンプ１２３の非反転入力端子が、ＬＥＤ電流検出用抵抗Ｒ１０に直接接続可能となる。そのため、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１００の電流補正回路１０２には、差動増幅回路１２１を設けなくても良くなる。オペアンプ１２３は、ＬＥＤ２１を経由して流れるＬＥＤ電流Ｉｌｅｄの入力を受け、ＬＥＤ電流Ｉｌｅｄと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、バイパス電流ＩｂｙｐとしてＬＥＤ電流Ｉｌｅｄと出力電圧Ｉｏｕｔとの差分が流れるように、比較結果を用いてバイパス電流制御用ＦＥＴＱ１０を制御する。

【0104】

［第２の実施形態における効果］
以上に説明したように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１００は、差動増幅回路１２１を用いなくてもよいため、これらの部品定数のばらつきや温度ドリフトの影響を除去することができ、より高精度の電流制御が可能となる。

【0105】

［その他の実施形態］
第１及び第２の実施形態において、半導体発光素子としてＬＥＤを使用した例を示したが、これに限定されず、例えばＬＤ（Laser Diode）であってもよい。また、半導体発光素子の使用数は１個の場合で説明したが、複数個であっても構わない。

【0106】

また、定電流制御回路１０１の定電流制御用ＩＣ１１１として、降圧型の回路を使用した例を示したが、定電流制御用ＩＣ１１１は、昇圧型の回路や、昇降圧型の回路であってもよい。

【0107】

ＬＥＤ２１は１つの場合の使用電圧は２Ｖ程度なので、定電流制御用ＩＣ１１１には降圧型の回路を用いることが好ましい。これに対して、ＬＥＤ２１が複数ある場合は、定電流制御用ＩＣ１１１に昇圧型の回路を用いても良いし、バッテリが減ることを考慮して昇降圧型の回路を用いてもよい。

【0108】

また、以上の実施形態では還流ダイオードＤ１を使用したダイオード整流方式の回路例を示したが、この部分をＦＥＴなどのスイッチング素子に置き換えて同期整流方式としても良い。これにより、出力電流Ｉｏｕｔの出力効率がさらに向上し、より低発熱の定電流駆動回路にすることができる。

【0109】

［サンプルについて］
また、濃度測定装置１は、各種溶質が溶解した水溶液のみならず、例えば、各種溶質が溶解した有機溶剤等の溶液をサンプルとしてもよい。また、このような場合、濃度測定装置１は、溶媒の吸光度と溶質の吸光度との割合から算出される吸光度を採用してもよい。また、濃度測定装置１は、溶液のみならず、混合気体等、各種の気体をサンプルとし、サンプルに含まれる気体のうち任意の気体の濃度を測定してもよい。また、濃度測定装置１は、溶質ではなく、溶媒となる物質の濃度を測定してもよい。

【0110】

［測定について］
なお、上述した例では、濃度測定装置１は、各種の溶液に溶解した溶質の濃度や気体の濃度を推定した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、濃度測定装置１は、上述した構成により、所定の溶質や気体がサンプルに含まれているか否かを判定してもよい。例えば、濃度測定装置１は、ある波長における吸光度が所定の閾値を超える場合は、その波長と対応する溶質や気体がサンプルに含まれていると判定してもよい。すなわち、濃度測定装置１が実行する測定処理とは、溶質や気体等といった任意の検出対象を検出する処理を含む概念である。

【0111】

［装置構成について］
なお、濃度測定装置１の装置構成は、上述した説明に限定されるものではない。例えば、光源装置２と分光装置４と測定装置５とは、一体型の測定装置を構成してもよい。

【0112】

以上、実施形態の一例を説明したが、これらは例示であり、本実施形態は上記した説明に限定されるものではない。発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、実施形態の構成や詳細は、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で実施することができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0113】

１ 濃度測定装置
２ 光源装置
３ フローセル
４ 分光装置
５ 測定装置
２１ ＬＥＤ
２２ 順方向電圧測定回路
４１ ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ
４２ 受光素子
５１ タイミング発生回路
５２ 生成部
５３ 濃度測定部
１００ ＬＥＤ駆動回路
１０１ 定電流駆動回路
１０２ 電流補正回路
１１１ 定電流制御用ＩＣ
１２１ 差動増幅回路
１２２、１２３ オペアンプ
１２４ バイパス回路
Ｑ１ スイッチング素子
Ｑ１０ バイパス電流制御用ＦＥＴ
Ｒ１ 出力電流検出素子
Ｒ１０ ＬＥＤ電流検出用抵抗
Ｒ１１～Ｒ１４ 抵抗
Ｒ１５ 電流制限抵抗
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｌ１ インダクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】