JP2606495Y2 - フーリエ変換分光光度計における信号処理回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、各種の物質の赤外吸
収スペクトル分析などに利用されているフーリエ変換分
光光度計に関し、特に、フーリエ変換分光器の検出器か
ら出力されるアナログのインターフェログラム信号をＡ
／Ｄ変換器でディジタル信号に変換する信号処理回路の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】フーリエ変換分光光度計の概略的な装置
構成を図４に示している。よく知られているように、光
源１からの光が前置試料室２を通り干渉計３に入射さ
れ、ここで入射光は変調を受け、インターフェログラム
として出力される。干渉計３からの出射光は後置試料室
４に入り、試料を透過または反射した光が検出器５に受
光されて電気信号に変換される。検出器５から出力され
るアナログのインターフェログラム信号は後述のように
増幅されてＡ／Ｄ変換器６でディジタル信号に変換さ
れ、データ処理用のコンピュータ７に取り込まれる。ま
た、干渉計３における移動鏡駆動機構８はコンピュータ
７の指令により動作する制御部９で駆動・制御され、コ
ンピュータ７は移動鏡の駆動による走査と同期してディ
ジタル・インターフェログラム信号のサンプリングと処
理を行う。

【０００３】そして、干渉計３の移動鏡駆動機構８を動
作させて光路差を−Ｌから＋Ｌまで走査して測定を行
う。このときのインターフェログラム信号は、一般に図
５（Ａ）のように、光路差がゼロとなる原点（センター
バースト）を中心としたバースト波形になる。このバー
スト波形のインターフェログラム信号のダイナミックレ
ンジは相当大きいので、この信号をＡ／Ｄ変換器６に入
力する系に図６に示す以下のようなゲイン切り換え手段
を設け、測定精度およびＳＮ比の向上とＡ／Ｄ変換器の
ローコスト化を図っている。

【０００４】すなわち、図６に示すように、メインアン
プ１０からのインターフェログラム信号をそのままＡ／
Ｄ変換器６に入力するか、サブアンプ１１でさらに増幅
して入力するのかをスイッチ１２で切り換えるように構
成する。そしてスイッチ１２の切り換え制御はコンピュ
ータ７が次のように行う。

【０００５】つまり光路差−Ｌから走査を開始するとき
には、スイッチ１２をｂ側に切り換えて、サブアンプ１
１を経由した増幅ゲインの大きなインターフェログラム
信号をＡ／Ｄ変換器６に入力する。そして、光路差が予
め設定した基準値−ｍに達した時点でスイッチ１２をａ
側に切り換えて、サブアンプ１１を経由しない増幅ゲイ
ンの小さなインターフェログラム信号をＡ／Ｄ変換器６
に入力する。また、光路差が原点を通過して基準値＋ｍ
に達するとスイッチ１２を再びｂ側に切り換えて、増幅
ゲインの大きなインターフェログラム信号をＡ／Ｄ変換
器６に入力する。このスイッチ１２の切り換え制御とイ
ンターフェログラム信号との関係を図５（Ｂ）に示して
いる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】前述のように従来にお
いては、インターフェログラム信号のセンターバースト
を生じる付近の光路差−ｍから＋ｍの範囲を走査すると
きにＡ／Ｄ変換器６の入力段の増幅ゲインを小さくし、
その範囲外は増幅ゲインを大きくしている。

【０００７】この場合、増幅ゲインを大きくする走査範
囲−Ｌ〜−ｍおよび＋ｍ〜＋ＬにおいてＡ／Ｄ変換器６
の入力が飽和しないように、ゲイン切り換え点−ｍおよ
び＋ｍを設定しなければならない。当然ながら、インタ
ーフェログラム信号のバースト波形は各種試料によって
さまざまに異なるわけであるが、それらに対して前記飽
和が生じないようにするために、増幅ゲインを小さくす
る走査範囲−ｍ〜＋ｍを広めに設定しなければならな
い。

【０００８】増幅ゲインを小さくする走査範囲−ｍ〜＋
ｍを余裕をもって広めに設定するということは、個々の
測定時には、増幅ゲインが大きくてもＡ／Ｄ変換器６が
飽和しないのにも拘らずゲインが小さくなっている、と
いう状態をたびたび発生することになる。このように、
必要のない状態で増幅ゲインを小さくしてしまうこと
は、Ａ／Ｄ変換器６の入力レンジを充分に活用している
ことにならず、測定精度およびＳＮ比の向上の面で不利
である。

【０００９】本考案は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、Ａ／Ｄ変換器の入力
段のインターフェログラム信号の増幅ゲインを小さくす
る期間を必要最小限になるようにし、その結果測定精度
およびＳＮ比がより向上するようにしたフーリエ変換分
光光度計における信号処理回路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本考案に係る信号処理回路では、フーリエ変換
分光器の検出器から出力されるアナログのインターフェ
ログラム信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換す
る信号処理系において、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される
インターフェログラム信号の増幅ゲインを切り換える入
力段のゲイン切り換え手段と、前記インターフェログラ
ム信号レベルと基準レベルとを比較するレベル弁別手段
と、このレベル弁別手段の弁別結果に応動して前記ゲイ
ン切り換え手段を制御し、前記インターフェログラム信
号のレベルが大きいときには前記増幅ゲインを小さくす
る制御手段とを設けた。そして、前記制御手段は、前記
インターフェログラム信号のレベルが基準レベルを超え
たことが検出された場合にすぐに前記増幅ゲインを大か
ら小に切り換えるとともに、その後前記インターフェロ
グラム信号のレベルが基準レベルを超えることが検出さ
れなくなってから適宜期間遅れて前記増幅ゲインを小か
ら大に復帰させるように構成した。

【００１１】

【作用】予め定めた特定の走査範囲で増幅ゲインを低下
させるのではない。実測定時においてインターフェログ
ラム信号のレベルを前記レベル弁別手段で監視し、その
信号レベルが増大して前記Ａ／Ｄ変換器の飽和レベルに
達する直前レベルになった場合に前記ゲイン切り換え手
段を動作させて増幅ゲインを小さくする。それ以外の場
合は増幅ゲインを大きく保つ。

【００１２】

【実施例】以下、本考案に係るフーリエ変換分光光度計
における信号処理回路について添付図面を参照にして詳
述する。図１は本考案の一実施例による信号処理回路を
示しており、同図中メインアンプ１０、サブアンプ１
１、スイッチ１２、Ａ／Ｄ変換器６、コンピュータ７の
関係は図６の従来回路と同じである。

【００１３】ここで本考案の回路では、メインアンプ１
０からのインターフェログラム信号Ｘがウインド・コン
パレータ１３にも入力される。このウインド・コンパレ
ータ１３にはレベル弁別の基準レベルとして＋ｅおよび
−ｅが設定入力されており、インターフェログラム信号
Ｘのレベルが小さくて基準レベル＋ｅと−ｅの範囲に収
まっている場合はウインド・コンパレータ１３のオープ
ンコレクタ型の出力トランジスタＴｒがオフし、インタ
ーフェログラム信号Ｘのレベルが前記範囲＋ｅ〜−ｅの
上または下に外れるとトランジスタＴｒがオンする。

【００１４】なお、本例でウインド・コンパレータ１３
を用い、正負の両側に基準レベルを用いたのは、インタ
ーフェログラム信号Ｘの脈動波形が、測定試料の種類等
によっては負側に大きな値（絶対値）となることがある
ため、係る負側でも増幅ゲインを適宜設定して測定精度
の向上を図るためである。

【００１５】トランジスタＴｒのコレクタは抵抗１４ａ
を介して電源に接続されているとともに、コンデンサ１
４ｂを介して接地されている。この抵抗１４ａとコンデ
ンサ１４ｂは立上り遅延回路１４を構成しており、この
遅延回路１４を介して取り出されるウインド・コンパレ
ータ１３の出力Ｙがラッチ回路１５の入力となる。

【００１６】また、図４における移動鏡駆動機構８によ
り干渉計３の光路差を微小な単位量だけ変化させる毎に
生じる走査同期信号ＣＫが、前記ラッチ回路１５のラッ
チ信号となる。

【００１７】そして、ラッチ回路１５の出力信号ＱがＡ
／Ｄ変換器６に入力されるインターフェログラム信号の
増幅ゲインを切り換えるスイッチ１２の切り換え制御信
号となるとともに、コンピュータ７に対して状態通知信
号となる。

【００１８】以上の構成において、干渉計３において光
路長−Ｌから走査が開始される場合、原点から大きく外
れたスタート点−Ｌでのインターフェログラム信号Ｘの
レベルはほぼゼロなので、図２に示すように、ウインド
・コンパレータ１３の出力トランジスタＴｒはオフして
おり、遅延回路１４を経た比較信号Ｙは高レベル“１”
であり、従ってラッチ回路１５の出力信号Ｑも“１”で
あり、このときスイッチ１２はｂ側に切り換えられてい
る。つまり、走査開始時にはサブアンプ１１を経た増幅
ゲインの大きなインターフェログラム信号がＡ／Ｄ変換
器６に入力される。

【００１９】走査が進んで光路差が原点に近づくとイン
ターフェログラム信号Ｘにセンターバーストが現れてそ
のレベルが増大する。インターフェログラム信号Ｘのレ
ベルが＋ｅ〜−ｅの範囲から外れるとウインド・コンパ
レータ１３のトランジスタＴｒがオンし、このとき比較
信号Ｙはすぐに低レベル“０”に反転する。この“０”
信号が直後の走査同期信号ＣＫの立上りタイミングでラ
ッチ回路１５に読み込まれ、ラッチ回路１５の出力信号
Ｑが“０”となる。するとスイッチ１２がａ側に切り換
わり、サブアンプ１１を経由しない増幅ゲインの小さな
インターフェログラム信号がＡ／Ｄ変換器６に入力され
る。

【００２０】走査がさらに進んで原点を通過するとイン
ターフェログラム信号Ｘのレベルが減少し始める。イン
ターフェログラム信号Ｘのレベルが＋ｅ〜−ｅの範囲内
に入るとウインド・コンパレータ１３のトランジスタＴ
ｒがオフになるが、遅延回路１４があるのでラッチ回路
１５に入力される比較信号Ｙのレベルはゆっくりと増加
し、トランジスタＴｒがオフしてから一定時間Ｔｄ経過
しないとラッチ回路１５の入力は“１”にはならない。

【００２１】つまり、ウインド・コンパレータ１３のト
ランジスタＴｒがオフである状態が一定時間Ｔｄ（同期
信号ＣＫの数周期分）以上継続すると、その後の走査同
期信号ＣＫに同期してラッチ回路１５の出力信号Ｑが
“１”に反転し、そのときスイッチ１２がｂ側に切り換
わって、Ａ／Ｄ変換器６に入力されるインターフェログ
ラム信号の増幅ゲインが再び大きくなる。

【００２２】この様に、本例では遅延回路１４を設けて
上記のように増幅ゲインが小から大になるタイミングを
遅らせたのは、例えば、インターフェログラム信号Ｘの
レベルが、センターバースト付近等で正負両側の基準レ
ベル＋ｅ，−ｅを交互に越えていたり、一方の基準レベ
ルを境に信号Ｘのレベルが高くなったり低くなったりし
ているような場合には、スイッチ１２の切換が頻繁に行
われチャタリングを起こすおそれがあり、さらに、切換
タイミングがずれて飽和するおそれがあるためである。
よって、係る遅延回路１４は必ずしも設ける必要はな
い。

【００２３】以上の実施例ではスイッチ１２の切り換え
制御をウインド・コンパレータ１３と遅延回路１４およ
びラッチ回路１５からなる専用のハードウェアで行って
いるが、遅延回路１４による遅延作用や、ラッチ回路１
５によるスイッチ１２の切り換え制御信号の生成作用は
コンピュータ７によりソフトウェアで簡単に行うことが
できる。その場合の回路構成を図６に示している。ここ
ではウインド・コンパレータ１３の比較信号がコンピュ
ータ７に入力されるとともに、走査同期信号ＣＫもコン
ピュータ７に入力され、これらの入力に基づいてソフト
ウェア処理によりスイッチ１２の切り換え制御信号をコ
ンピュータ７が生成する。

【００２４】なお、上記した各実施例では、いずれも増
幅ゲインの切換は２段としたが、３段以上としてもよ
い。

【００２５】

【考案の効果】以上のように、本考案に係るフーリエ変
換分光光度計における信号処理回路では、実測定時にお
いてインターフェログラム信号のレベルを前記レベル弁
別手段で監視し、その信号レベルが増大して前記Ａ／Ｄ
変換器の飽和レベルに達する直前レベルになった場合に
前記ゲイン切り換え手段を動作させて増幅ゲインを小さ
くし、それ以外の場合は増幅ゲインを大きく保つので、
個々の測定信号（インターフェログラム信号）に合せ
て、本当に必要な期間のみ増幅ゲインが小さくなり、従
ってＡ／Ｄ変換器の限られた入力レンジを個々の測定で
常に有効に活用することができ、総合的に測定精度およ
びＳＮ比を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の第１実施例による信号処理回路の構
成図である。

【図２】同上実施例における主要部の動作を示すタイミ
ングチャートである。

【図３】この考案の第２実施例による信号処理回路の構
成図である。

【図４】この考案の対象であるフーリエ変換分光光度計
の概略的な装置構成図である。

【図５】一般的なインターフェログラム信号のバースト
波形（Ａ）および従来のゲイン切り換え方式のタイミン
グチャート（Ｂ）である。

【図６】従来の信号処理回路の構成図である。

【符号の説明】

５ 検出器 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ コンピュータ １０ メインアンプ １１ サブアンプ １２ スイッチ １３ ウインド・コンパレータ １４ 遅延回路 １５ ラッチ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−201540（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−133324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−110004（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−272941（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 G01N 21/00 - 21/61

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 フーリエ変換分光器の検出器から出力さ
   れるアナログのインターフェログラム信号をＡ／Ｄ変換
   器でディジタル信号に変換する信号処理系において、 前記Ａ／Ｄ変換器に入力されるインターフェログラム信
   号の増幅ゲインを切り換える入力段のゲイン切り換え手
   段と、 前記インターフェログラム信号レベルと基準レベルとを
   比較するレベル弁別手段と、 このレベル弁別手段の弁別結果に応動して前記ゲイン切
   り換え手段を制御し、前記インターフェログラム信号の
   レベルが大きいときには前記増幅ゲインを小さくする制
   御手段とを備え、 前記制御手段は、前記インターフェログラム信号のレベ
   ルが基準レベルを超えたことが検出された場合にすぐに
   前記増幅ゲインを大から小に切り換えるとともに、その
   後前記インターフェログラム信号のレベルが基準レベル
   を超えることが検出されなくなってから適宜期間遅れて
   前記増幅ゲインを小から大に復帰させるように構成され
   ている ことを特徴とするフーリエ変換分光光度計におけ
   る信号処理回路。