JP2014170018A - Interference spectrophotometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、干渉分光光度計に関し、特にフーリエ変換赤外分光光度計(以下、「FTIR」と略す)に関する。 The present invention relates to an interference spectrophotometer, and more particularly to a Fourier transform infrared spectrophotometer (hereinafter abbreviated as “FTIR”).
FTIRに利用されるマイケルソン二光束干渉計では、赤外光源から発した赤外光をビームスプリッタで固定鏡と移動鏡との二方向に分割し、固定鏡で反射して戻ってきた赤外光と移動鏡で反射して戻ってきた赤外光とをビームスプリッタで合成して一つの光路へと送るという構成を有している。このとき、移動鏡を入射光軸方向で前後に移動させると、分割された二光束の光路長の差が変化するから、合成された光は移動鏡の位置に応じて光強度が変化する干渉光信号(インターフェログラム)となる。 In the Michelson two-beam interferometer used for FTIR, infrared light emitted from an infrared light source is split into two directions, a fixed mirror and a moving mirror, by a beam splitter, reflected by the fixed mirror and returned to the infrared. It has a configuration in which the light and the infrared light reflected and returned by the moving mirror are combined by a beam splitter and sent to one optical path. At this time, if the moving mirror is moved back and forth in the direction of the incident optical axis, the difference in the optical path length of the divided two light fluxes changes, so the combined light is an interference whose light intensity changes according to the position of the moving mirror. It becomes an optical signal (interferogram).
図4は、従来のFTIRの要部の構成を示す図である。FTIR201は、主干渉計主要部40と、赤外光を出射する赤外光源部10と、試料Sが配置される赤外光検出部20と、移動鏡速度情報検出部30と、コンピュータ250とを備える(例えば、特許文献1参照)。
赤外光源部10は、赤外光を出射する赤外光源と、集光鏡と、コリメータ鏡とを備える。これにより、赤外光源から出射された赤外光は、集光鏡、コリメータ鏡を介して主干渉計主要部40のビームスプリッタ70に照射されるようになっている。
赤外光検出部20は、放物面鏡と、楕円面鏡と、インターフェログラム(IFG信号)を検出する赤外検出器21と、試料Sが配置される試料配置部とを備える。これにより、放物面鏡にて集光された光は、試料Sに照射され、試料Sを透過(又は反射)した光は、楕円面鏡により赤外検出器21へ集光されるようになっている。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a main part of a conventional FTIR. The FTIR 201 includes a main interferometer
The infrared
The infrared
主干渉計主要部40は、内部空間を有する筐体42を備え、図4の上部に移動鏡ユニット260が配置され、図4の中部にビームスプリッタ70が配置され、図4の下部に固定鏡85を備えた固定鏡ユニット80が配置されている。
図5は、移動鏡ユニット260の縦断面図である。移動鏡ユニット260は、天板264と、底板265と、2個のプレート266、267とを備える。プレート266の上端部は、天板264の下面の左側部と連結されるとともに、プレート266の下端部は、底板265の上面の左側部と連結されている。また、プレート267の上端部は、天板264の下面の右側部と連結されるとともに、プレート267の下端部は、底板265の上面の右側部と連結されている。
これにより、底板265は、プレート266、267を介して、天板264に対して左右方向に移動可能となるように吊るされている。
The main interferometer
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the
Accordingly, the
天板264の下面の中央部には、ヨーク268が固定されており、ヨーク268には、マグネット269aとポールピース269bとがボルト270によって固定されている。
底板265の上面の中央部には、イケール271を介してボイスコイル272が固定されている。ボイスコイル272には、導線273が電気的に接続されており、ボイスコイル272はマグネット269aとヨーク268とポールピース269bとにより形成される磁界中を移動するようになっている。
A
A
底板265の上面の左側には、ミラーホルダ261が固定され、円板状の移動鏡262の中央部が、ミラーホルダ261の上端部に固定されている。これにより、ボイスコイル272に導線273を介して電流を流すと、ボイスコイル272はヨーク268とポールピース269bとの間に形成される磁界によって電磁力を受け、底板265が左右方向に移動することで、移動鏡262も左右方向Mに移動するようになっている。
そして、移動鏡ユニット260の天板264は、ネジやワッシャ263を用いて筐体42に取り付けられている。
On the left side of the upper surface of the
The
このような主干渉計主要部40によれば、赤外光源部10から出射された赤外光は、ビームスプリッタ70に照射され、ビームスプリッタ70で固定鏡85と移動鏡262との二方向に分割される。そして、固定鏡85で反射して戻ってきた赤外光と移動鏡262で反射して戻ってきた赤外光とはビームスプリッタ70へ戻り、ビームスプリッタ70で合成されて赤外光検出部20へ向かう光路に送られる。このとき、移動鏡262は入射光軸方向Mで前後に往復動しているため、分割された二光束の光路長の差は周期的に変化し、ビームスプリッタ70から赤外光検出部20へ向かう光は、時間的に振幅が変動するインターフェログラムとなる。そして、試料Sを透過したインターフェログラムは、赤外検出器21へ集光される。図6は、光強度と移動鏡位置との関係の一例を示すIFG信号を示す図である。
According to such a main interferometer
また、FTIR201には、移動鏡速度情報を検出する移動鏡速度情報検出部30が設けられている。移動鏡速度情報検出部30は、レーザ光を用いた速度情報検出を行っており、レーザ光を出射するHe−Neレーザ光源部31と、レーザ光を反射するハーフミラー32、33と、レーザ光情報を検出するレーザ光検出部34とを備える(例えば、特許文献2参照)。
In addition, the FTIR 201 is provided with a moving mirror speed
このような移動鏡速度情報検出部30によれば、He−Neレーザ光源部31から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ70に照射され、ビームスプリッタ70で固定鏡85と移動鏡262との二方向に分割される。そして、固定鏡85で反射して戻ってきたレーザ光と移動鏡262で反射して戻ってきたレーザ光とはビームスプリッタ70へ戻り、ビームスプリッタ70で合成されてレーザ光検出部34へ向かう光路に送られる。このときにも、同様に移動鏡262は入射光軸方向Mで前後に往復動しているため、分割された二光束の光路長の差は周期的に変化し、ビームスプリッタ70からレーザ光検出部34へ向かう光は、時間的に振幅が変動するレーザ干渉光となる。そして、レーザ干渉光は、レーザ光検出部34へ導入される。このレーザ光検出器による検出信号、つまりレーザ光干渉縞信号により、移動鏡262の位置や移動鏡速度Vc等が算出されるようになっている。
According to such a moving mirror speed
コンピュータ250は、CPU(制御部)251とメモリ252とを備え、表示装置53と入力装置54とが連結されている。CPU251が処理する機能をブロック化して説明すると、赤外検出器21から光強度情報を取得する光強度情報取得部251aと、レーザ光検出部34から移動鏡速度情報(移動鏡速度Vc等)を取得する移動鏡速度情報取得部251bと、移動鏡ユニット260における移動鏡速度Vcを制御する移動鏡制御部251cと、試料Sの吸光度スペクトルを算出する試料測定部251dとを有する。
The
ところで、赤外検出器21としてDLATGS検出器を使用する場合、DLATGS検出器21は周波数特性を有する。そのため、移動鏡262の移動鏡速度Vcが一定でないと、インターフェログラムの明滅の周波数が一定でなくなり、試料Sの吸光度スペクトルに測定誤差となって現れる。具体的には、バックグランドの測定時の移動鏡262の移動鏡速度Vcと、試料Sの測定時の移動鏡262の移動鏡速度Vcとが異なると、吸光度スペクトルのベースラインの歪みやS/Nの悪化を伴う。また、バックグランドの測定時や試料Sの測定時に、移動鏡262に往復移動を繰り返させることによりIFG信号の積算を行うが、このIFG信号の積算中に移動鏡262の移動鏡速度Vcが変化しても、S/Nの悪化を伴う。
By the way, when a DLATGS detector is used as the
そこで、移動鏡262の移動鏡速度Vcが一定となるように、移動鏡制御部251cが、現在の移動鏡速度Vcと目標移動鏡速度Voとの速度誤差(100×(Vc−Vo)/Vo)を求め、移動鏡ユニット260に与える電圧(移動鏡印加電圧)にフィードバックする制御を行っている。これにより、移動鏡速度Vcが目標移動鏡速度Vo(一定)となるようにしている。なお、メモリ252に「目標移動鏡速度Vo」が測定者によって入力装置54を用いて記憶されることになっている。図7は、速度誤差と移動鏡位置との関係の一例を示す速度誤差信号を示す図である。
Therefore, the moving
しかしながら、上述したようなFTIR201は、フィードバックする制御を行っているが、外乱(振動、騒音)によって移動鏡速度Vcが変動してしまうことがあった。なお、FTIR201は、耐震構造を取った設計を実施しているが、外乱を完全に防止することは不可能である。よって、上述したようなFTIR201では、外乱が起こったときには、正確に試料Sの吸光度スペクトルを算出することができなかった。
そこで、本発明は、外乱が起こって移動鏡速度Vcが一定とならなくても、正確に試料の吸光度又は透過率スペクトルを算出することができる干渉分光光度計を提供することを目的とする。
However, although the FTIR 201 as described above performs feedback control, the moving mirror speed Vc may fluctuate due to disturbance (vibration, noise). In addition, although FTIR201 is implementing the design which took the earthquake-resistant structure, it is impossible to prevent a disturbance completely. Therefore, in the
Therefore, an object of the present invention is to provide an interference spectrophotometer that can accurately calculate the absorbance or transmittance spectrum of a sample even when disturbance occurs and the moving mirror velocity Vc does not become constant.
上記課題を解決するためになされた本発明の干渉分光光度計は、往復移動可能な移動鏡を有する移動鏡ユニットと、固定鏡と、赤外光を出射する赤外光源部と、前記赤外光源部からの赤外光を受けて、前記固定鏡と移動鏡とに向けて二分割するとともに、前記固定鏡で反射して戻ってきた赤外光と移動鏡で反射して戻ってきた赤外光とを受けて、干渉光に合成するビームスプリッタと、試料が配置され、当該試料を透過又は反射した干渉光の光強度情報を検出する干渉光検出部と、前記移動鏡の移動鏡速度情報を検出する移動鏡速度情報検出部と、前記光強度情報及び移動鏡速度情報を取得して、前記試料の吸光度又は透過率スペクトルを算出する制御部とを備える干渉分光光度計であって、移動鏡速度に対する光強度情報の変化を示す相関関数と、目標移動鏡速度とを記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記干渉光検出部で得られた光強度情報を、前記移動鏡速度情報及び相関関数を用いて前記移動鏡の移動鏡速度が目標移動鏡速度であったときに得られる補正光強度情報に補正するようにしている。 The interferometric spectrophotometer of the present invention made to solve the above problems includes a movable mirror unit having a movable mirror that can reciprocate, a fixed mirror, an infrared light source unit that emits infrared light, and the infrared light. Infrared light from the light source part is received and divided into two parts toward the fixed mirror and the moving mirror, and the infrared light reflected by the fixed mirror and the red reflected by the moving mirror are returned. A beam splitter that receives external light and synthesizes it with interference light, an interference light detection unit that detects light intensity information of interference light transmitted through or reflected by the sample, and the moving mirror speed of the movable mirror An interference spectrophotometer comprising: a moving mirror speed information detecting unit for detecting information; and a control unit for obtaining the light intensity information and the moving mirror speed information and calculating the absorbance or transmittance spectrum of the sample, Correlation of light intensity information change with moving mirror velocity A storage unit that stores the number and the target moving mirror speed, and the control unit uses the moving mirror speed information and a correlation function to calculate the light intensity information obtained by the interference light detection unit. Correction light intensity information obtained when the moving mirror speed is the target moving mirror speed is corrected.
以上のように、本発明の干渉分光光度計によれば、干渉光検出部で得られた光強度情報を、移動鏡速度情報と相関関数とを用いて移動鏡の移動鏡速度が目標移動鏡速度であったときに得られる補正光強度情報に補正するので、正確に試料の吸光度又は透過率スペクトルを算出することができる。また、補正するため破棄するデータもないので、時間が長くなることがない。 As described above, according to the interference spectrophotometer of the present invention, the moving mirror speed of the moving mirror is obtained by using the moving mirror speed information and the correlation function based on the light intensity information obtained by the interference light detecting unit. Since the corrected light intensity information obtained when the speed is obtained is corrected, the absorbance or transmittance spectrum of the sample can be accurately calculated. Further, since there is no data to be discarded for correction, the time does not increase.
(その他の課題を解決するための手段および効果)
また、上記発明において、前記移動鏡速度情報検出部は、レーザ光を出射するレーザ光源部と、当該レーザ光がビームスプリッタで前記固定鏡と移動鏡とに向けて二分割され、その後、前記固定鏡で反射して戻ってきたレーザ光と移動鏡で反射して戻ってきたレーザ光とのレーザ干渉光を検出するレーザ光検出部とを備え、前記制御部は、前記レーザ干渉光に基づいて、前記移動鏡の移動方向、前記移動鏡の位置及び移動鏡速度とを算出するようにしてもよい。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the moving mirror speed information detection unit includes a laser light source unit that emits laser light, and the laser light is divided into two by a beam splitter toward the fixed mirror and the moving mirror, and then the fixed mirror A laser beam detector that detects laser interference light between the laser beam reflected back from the mirror and the laser beam reflected back from the movable mirror, and the control unit is based on the laser interference light The moving direction of the movable mirror, the position of the movable mirror, and the movable mirror speed may be calculated.
そして、上記発明において、前記制御部は、前記光強度情報、前記移動鏡の移動方向、前記移動鏡の位置及び移動鏡速度に基づいて、前記光強度情報と移動鏡の位置との関係を示す干渉光信号を作成して、前記移動鏡が往復移動を繰り返すことにより、前記干渉光信号を積算していくようにしてもよい。
さらに、上記発明において、前記制御部は、前記移動鏡速度が目標移動鏡速度になるように、前記移動鏡ユニットに与える電圧をフィードバック制御するようにしてもよい。
And in the said invention, the said control part shows the relationship between the said light intensity information and the position of a movable mirror based on the said light intensity information, the moving direction of the said movable mirror, the position of the said movable mirror, and a movable mirror speed. An interference light signal may be created, and the interference light signal may be integrated by the reciprocating movement of the movable mirror.
Furthermore, in the above invention, the control unit may perform feedback control of a voltage applied to the movable mirror unit so that the movable mirror speed becomes a target movable mirror speed.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and includes various modes without departing from the spirit of the present invention.
図1は、本発明に係るFTIRの要部の構成を示す図である。なお、FTIR201と同様のものについては、同じ符号を付している。
FTIR101は、主干渉計主要部40と、赤外光を出射する赤外光源部10と、試料Sが配置される赤外光検出部20と、移動鏡速度情報検出部30と、コンピュータ150とを備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of an FTIR according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to FTIR201.
The
コンピュータ150は、CPU(制御部)151とメモリ152とを備え、表示装置53と入力装置54とが連結されている。CPU151が処理する機能をブロック化して説明すると、赤外検出器21から光強度情報を取得する光強度情報取得部151aと、レーザ光検出部34から移動鏡速度情報(移動鏡速度Vc等)を取得する移動鏡速度情報取得部151bと、移動鏡ユニット260における移動鏡速度Vcを制御する移動鏡制御部151cと、試料Sの吸光度スペクトルを算出する試料測定部151dと、補正IFG信号作成部151eとを有する。
The
また、メモリ152には、IFG信号を補正IFG信号に変換するための移動鏡速度に対する光強度情報の変化を示す相関関数と、不適切な光強度情報を採用しないようにするための目標移動鏡速度範囲(Vo±B)とが予め記憶されている。Bは、任意の定数である。図2は、移動鏡速度に対する光強度情報の変化を示す相関関数の一例を示す図である。ここで、IFG信号を補正IFG信号に変換する変換方法について説明する。例えば、目標移動鏡速度Voが2.0mm/sであり、目標移動鏡速度範囲が(Vo±0.4mm/s)であるときに、IFG信号のある1点における移動鏡速度Vcが外乱等により2.5mm/sになったとする。図2に示すように、2.5mm/sであったときに得られる光強度情報は、2.0mm/sであったときに得られる光強度情報に対して、0.86倍になる。よって、この1点に関して、光強度情報を0.86で除算する。これにより、2.5mm/sであったときに得られた光強度情報が、2.0mm/sであったときに得られる光強度情報(補正光強度情報)になる。なお、IFG信号のある1点において補正したが、目標移動鏡速度範囲(Vo±B)を設けず全点において補正してもよい。
The
補正IFG信号作成部151eは、移動鏡速度Vcの絶対値が目標移動鏡速度範囲(Vo+B)から外れたときに得られた光強度情報を、移動鏡速度Vcと相関関数とを用いて移動鏡262の移動鏡速度Vが目標移動鏡速度Voであったときに得られる補正光強度情報に補正することにより、補正IFG信号を作成する制御を行う。
ここで、積算回数Nmaxの補正IFG信号となるIFG信号データを取得する取得方法について説明する。図3は、IFG信号データの取得方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS201の処理において、測定者は入力装置54を用いて測定開始信号を入力する。このとき、測定者は、「積算回数Nmax」と「目標移動鏡速度Vo」とを入力してメモリ152に記憶させる。
The corrected IFG
Here, an acquisition method for acquiring IFG signal data to be a corrected IFG signal of the number of times of integration N max will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining a method for acquiring IFG signal data.
First, in the process of step S <b> 201, the measurer inputs a measurement start signal using the
次に、ステップS202の処理において、積算回数パラメータN=1とする。
次に、ステップS203の処理において、移動鏡制御部151cが移動鏡262を移動させることにより、光強度情報取得部151aは光強度情報を取得していくとともに、移動鏡速度情報取得部151bは移動鏡速度情報(移動鏡速度Vc等)を取得していく。そして、光強度と移動鏡位置との関係を示すN回目のIFG信号を作成する(図6参照)。
Next, in the process of step S202, the number-of-integrations parameter N = 1 is set.
Next, in the process of step S203, when the movable
次に、ステップS204の処理において、N回目のIFG信号において移動鏡速度Vcの絶対値が目標移動鏡速度範囲(Vo+B)から外れたときに得られた光強度情報を、移動鏡速度Vcと相関関数とを用いて移動鏡262の移動鏡速度Vが目標移動鏡速度Voであったときに得られる補正光強度情報に補正する。つまり、補正IFG信号を作成する。そして、N=N+1とする。
Next, in the process of step S204, the light intensity information obtained when the absolute value of the moving mirror speed Vc deviates from the target moving mirror speed range (Vo + B) in the N-th IFG signal is correlated with the moving mirror speed Vc. The correction light intensity information obtained when the moving mirror speed V of the moving
次に、ステップS205の処理において、N=Nmaxであるか否かを判定する。N=Nmaxでないと判定したときには、ステップS203の処理に戻る。つまり、試料Sの吸光度スペクトルを算出する際に採用する補正IFG信号がNmax個になるまで、ステップS203の処理〜ステップS205の処理が繰り返されることになる。
一方、N=Nmaxであると判定したときには、ステップS206の処理において、Nmax個の補正IFG信号を取得したので、測定終了信号を出力する。
Next, in the process of step S205, it is determined whether or not N = N max . If it is determined that N = N max is not satisfied, the process returns to step S203. That is, the processing from step S203 to step S205 is repeated until the number of corrected IFG signals employed when calculating the absorbance spectrum of the sample S reaches N max .
On the other hand, when it is determined that N = N max , the measurement end signal is output because N max correction IFG signals are acquired in the process of step S206.
以上のように、FTIR101によれば、移動鏡262の移動鏡速度Vcの絶対値が目標移動鏡速度範囲(Vo+B)から外れたときに得られた光強度情報を、移動鏡速度Vcと相関関数とを用いて移動鏡262の移動鏡速度Vが目標移動鏡速度Voであったときに得られる補正光強度情報に補正するので、正確に試料Sの吸光度スペクトルを算出することができる。また、補正するために破棄するデータもないので、時間が長くなることがない。
As described above, according to the
<他の実施形態>
上述したFTIR101において、移動鏡262の移動鏡速度Vcの絶対値が目標移動鏡速度範囲(Vo+B)から外れたときに得られた光強度情報を補正光強度情報に補正する構成としたが、さらに移動鏡262の移動鏡速度Vcの絶対値の最大値が目標移動鏡速度範囲(Vo+A)から外れたときに得られた光強度情報を含むIFG信号を、試料Sの吸光度スペクトルを算出する際に採用しないような構成としてもよい。つまり、速度誤差があまりにも大きい場合には、IFG信号を破棄するような構成としてもよい。
<Other embodiments>
In the
本発明は、フーリエ変換赤外分光光度計等の干渉分光光度計等に好適に利用できる。 The present invention can be suitably used for an interference spectrophotometer such as a Fourier transform infrared spectrophotometer.
10 赤外光源部
20 赤外光検出部(干渉光検出部)
30 移動鏡速度情報検出部
70 ビームスプリッタ
85 固定鏡
101 FTIR(干渉分光光度計)
151 CPU(制御部)
152 メモリ(記憶部)
260 移動鏡ユニット
262 移動鏡
10 Infrared
30 Moving mirror speed
151 CPU (control unit)
152 Memory (storage unit)
260
Claims (1)
固定鏡と、
赤外光を出射する赤外光源部と、
前記赤外光源部からの赤外光を受けて、前記固定鏡と移動鏡とに向けて二分割するとともに、前記固定鏡で反射して戻ってきた赤外光と移動鏡で反射して戻ってきた赤外光とを受けて、干渉光に合成するビームスプリッタと、
試料が配置され、当該試料を透過又は反射した干渉光の光強度情報を検出する干渉光検出部と、
前記移動鏡の移動鏡速度情報を検出する移動鏡速度情報検出部と、
前記光強度情報及び移動鏡速度情報を取得して、前記試料の吸光度又は透過率スペクトルを算出する制御部とを備える干渉分光光度計であって、
移動鏡速度に対する光強度情報の変化を示す相関関数と、目標移動鏡速度とを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記干渉光検出部で得られた光強度情報を、前記移動鏡速度情報及び相関関数を用いて前記移動鏡の移動鏡速度が目標移動鏡速度であったときに得られる補正光強度情報に補正することを特徴とする干渉分光光度計。 A movable mirror unit having a movable mirror capable of reciprocating;
A fixed mirror,
An infrared light source that emits infrared light;
Infrared light from the infrared light source unit is received and divided into two parts toward the fixed mirror and the movable mirror, and the infrared light reflected by the fixed mirror and reflected by the movable mirror are returned. A beam splitter that receives the received infrared light and combines it with the interference light;
An interference light detection unit that detects the light intensity information of the interference light that is arranged and transmitted or reflected by the sample;
A moving mirror speed information detecting unit for detecting moving mirror speed information of the moving mirror;
An interference spectrophotometer comprising a control unit that acquires the light intensity information and moving mirror speed information and calculates the absorbance or transmittance spectrum of the sample,
A storage unit for storing a correlation function indicating a change in light intensity information with respect to the moving mirror speed and a target moving mirror speed;
The control unit corrects the light intensity information obtained by the interference light detection unit when the moving mirror speed of the moving mirror is a target moving mirror speed using the moving mirror speed information and a correlation function. An interference spectrophotometer characterized by correcting light intensity information.
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JP5761433B2 (en) | 2015-08-12 |
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