JP4035765B2 - フーリエ変換型赤外線分光計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光分析システムに関し、より詳細には、干渉計から得られるインターフェログラム信号を計算機で演算処理し、スペクトル解析によってサンプルの分光特性を求めるフーリエ変換型赤外線分光計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
分光分析は、サンプルに光を照射し、光の吸収量と光の掃引波長とから成分及びその濃度を測定する方法である。
このようなフーリエ変換型赤外線分光計に関する先行技術文献として次のようなものがある。
【0003】
【特許文献】
特開平7−286902号公報
【特許文献】
特開平9−292282号公報
【0004】
図2は、従来および本発明に使用するフーリエ変換型赤外線分光計のブロック図である。図において、干渉計1から出射した干渉光は分岐ユニット2で分光され、一方は第1フォトダイオード(以下PDという)3aで電気信号に変換され、第1A/D変換器4aでデジタル信号に変換されて参照信号としてCPU5に取り込まれる。
【0005】
分光した他方の干渉光は、セル6内のサンプルを透過して第2PD3bで電気信号に変換され、第2A/D変換器4bでデジタル信号に変換されて測定信号としてCPU5に取り込まれる。
【0006】
位置監視手段7は干渉計を構成する可動ミラー1aの往復運動の折り返し時毎にミラー折り返し信号をCPU5に送信する。
また、第1,第2A/D変換器4a,4bは可動ミラー1aが一定距離(例えば3×10−10m程度)を移動する毎に割り込み信号を発生してその信号をCPU5に送信する。
【0007】
第1,第2A/D変換器4a,4bからの割り込み信号は可動ミラー1aが5mmより僅かに狭い範囲を動く間に所定の回数(例えば17,000回)出力する。即ち、CPU5内のメモリ10は可動ミラー1aが5mmより僅かに狭い範囲を動く間の干渉光(インターフェログラム)信号を17,000分割したデジタルデータとして記憶する。
【0008】
即ち、CPU5はデータカウンタ機能を有しており、17,000個に分割されるデジタル信号を順次データカウンタ11でカウントし、データバッファ12は分割されたそれぞれのデジタル値を蓄積する。最大値カウンタ13はデジタル信号が最大値となるまでのデータをカウントして記憶する。インターフェログラムバッファ14はデータバッファ12に蓄積されたデジタル値を可動ミラー1aからの割り込み信号ごとに受け取る。
【0009】
なお、第1,第2A/D変換器4a,4bの前段には校正信号発生器8a,8bが配置されており、可動ミラー1aの折り返し位置のデータ不採取時(5mmより僅かに狭い範囲から折り返すまでの間)にPDからの信号と切り替えられてAD変換器4a,4bの校正を行うものである。
【0010】
インターフェログラムは、図3に示すように原理上折り返しと折り返しの間の中心点で著しく大きい最大値となる(実際にはミラー移動の中心から多少ずれるが、その場合は最大値が存在する場所を中心とみなしてインターフェログラムを取り出す)。
【0011】
上述のようにミラーの折り返し点付近(図3のaで示す部分)の信号はインターフェログラムのデータとしては使用(カウント)しない。CPU5はこのaで示す部分の時間はA/D変換器の接続元をPDから較正信号発生器8に切り替えてA/D変換器のゲイン較正を行ったりメモリ10からインタフェログラムを取り出しスペクトルの生成を行う。
【0012】
これらの処理は、他にCPUを設けて、そこで並列処理で行うこともでき、または、光信号取り込みを一時取りやめて行うことも可能である。
しかし、CPUを増やすことはコストアップになるという問題がある。
【0013】
CPU5は位置監視手段7からの割込み信号が発生した時次の動作を行う。
(1)データカウンタをゼロにする(初期化する)
(2)最大値カウンタを初期化する。
(3)A/D変換器の接続元を、光電変換器に切り替える。
【0014】
また、A/D変換からの割込み信号が発生した時は次の動作を行う。
(1)A/D変換器からデータを取り出し、バッファ(配列)上のカウンタの示す位置へ格納する。
(2)最大値カウンタが初期化されていたら、データカウンタの値を最大値カウンタにコピーする。初期化されていなかったら、今取り出したデータと最大値カウンタの示すデータを比較する。もし最大値カウンタの示すデータのほうが小さかったら、データカウンタの値を最大値カウンタへコピーする。これにより、最大値を更新する。
【0015】
(3)データカウンタを+1とする。データカウンタの値が一定値(ここでは17,000)を超えたら、A/D変換器のデータ元を較正信号発生器に切り替えて、A/D変換器のゲイン較正処理にはいる。
一定値は、以下のように決められる。
(ミラー折返しから次のミラー折返しまでの間のA/D変換データの数)/2
+インタフェログラムのデータ数/2+ マージン
(ミラー折返しから次のミラー折返しまでの間のA/D変換データの数)/2は、折返しから折返しまでの間の中心点を示す。
【0016】
マージンは、中心点と、信号が実際に最大値を取る点のずれを許容するための値である。
上述の式に具体的な数値(例えば)を当てはめると次のようになる(図4参照)。
ミラー折返しから次のミラー折返しまでの間のA/D変換データの数
20,000(仕様により決まる数値)
インタフェログラムのデータ数(仕様により決まる数値)16,000
マージン 200
(20,000÷2)+(16,000÷2)+200=18,200
【0017】
ゲイン較正処理が終わると、インタフェログラムの取り出し処理にはいる。
ここでは、最大値がカウントされた点を取り出し中心として、その前後から等しい数(例えば8,000ずつ)だけデータを取り出し、インタフェログラムとする。このインタフェログラムを元にスペクトルを生成する。図5は最大値を中心に18,200分割された部分をインタフェログラムとして取り込むイメージを示している。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術においては、光電変換器からのデータ取り込みをやめる判断条件を(ミラー折返しから次のミラー折返しまでの間のA/D変換データの数)/2+インタフェログラムのデータ数/2+ マージン)としている。
【0019】
この判断基準のための具体的値は、ミラーの移動距離によってかわってくる。可動ミラーの移動距離は製造工程で調整するが、正確に調整しなければならず調整に熟練を要しまた調整に時間がかかるという問題があった。
【0020】
また、設計変更によって移動距離が変わったら、値を変更しなければならない。問題点を解決する一番簡単な方法は、ミラーの折り返しから折り返しまで、データを取りつづければよいが、図3に示すように非カウント範囲でA/D変換器のゲイン比の較正(精度を維持)やデータバッファからインタフェログラムを取り出す仕事をしているため折り返し点のあたりまでサンプリングし続けることができないという問題があった。
【0021】
更に、図6に示すようにミラーの折り返し点でデータが大きく変動することがあり、そのため、端の大きな変動のデータを、最大値と見誤る場合があった。
変動する理由は、折返のあたりでA/D変換器の接続先を切り替えて別の信号を取り込んでいるので、A/D変換器を元に戻したときに、そのデータがまだ残っているからである。
本発明は従来の回路構成を保ったまま、可動ミラー移動距離の変化に対応できる方法で、最大値を発見してインタフェログラムを取り出すことを目的としている。
【0022】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために本発明のフーリエ変換型赤外線分光計は、請求項1においては、
干渉光を出射する干渉計と、
この干渉光がサンプルを透過した光を入射して電気信号を出力するフォトダイオードと、
このフォトダイオードからの電気信号を予め定めたタイミングで順次デジタル信号に変換するA/D変換器と、
このA/D変換器からの信号をインタフェログラム信号として取り込むとともに、前記干渉計の可動ミラーの往復のタイミングに基づいて前記インタフェログラム信号からスペクトルの生成を行うコンピュータとを備え、前記サンプルの分光特性をスペクトルによって解析するフーリエ変換型赤外線分光計において、前記コンピュータは前記インタフェログラム信号のデータをデータバッファに取り込んでデータの数をカウントするデータカウンタと、データカウンタと、前記データの最大値までのデータをカウントして記憶する最大値カウンタを有し、
前記A/D変換器からのインタフェログラム信号を前記コンピュータに取り込むに際しては、前記最大値カウンタの値がインタフェログラムのデータ数の1/2を超え、かつデータカウンタの値が前記最大値カウンタに記憶されたデータ数とインタフェログラムのデータ数の1/2およびマージンの値の和より大きくなったときに次の折り返し信号がくるまでA/D変換信号の取り込みを中止するようにしたことを特徴とする。
【0023】
請求項2においては、請求項1記載のフーリエ変換型赤外線分光計において、
前記コンピュータは、A/D変換信号の取り込みを中止した後次の折り返し信号がくるまで他の作業を行うことを特徴とする
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明のフーリエ変換型赤外線分光計の構成は図2に示すものと同様である。
本発明ではA/D変換器の割り込みの処理を次のように変更する。
即ち、A/D変換器からの最大値カウンタの値がインタフェログラムのデータ数/2を超え、かつ、データカウンタの値が、最大値カウンタの値+インタフェログラムのデータ数/2+マージンより大きいときに、次の折り返し信号がくるまで光電変換信号の取り込みをやめて他の処理を行う。
【0025】
図1に示すようにミラーの折返し点(A)からカウントを開始し、データカウンタの値が、(B)で示す最大値カウンタまでの値(イで示す部分)+インタフェログラムのデータ数/2+マージン(ロで示す部分)より大きいときに、次の折り返し信号がくるまでA/D変換信号の取り込みをやめる。このことにより、適切なデータを取得したところでA/D変換データの取り込みをやめることができる。
【0026】
ここで、従来例と違うところは、この条件が、稼動ミラーの振幅幅によらないことである。
移動ミラーの振幅幅が変化すれば、最大値を取る位置も移動するので、振幅幅によらない条件である。上述によれば、イのカウントを行うことによりミラーの折返し点付近の大きなデータを最大値と見誤ることを防ぐことができる。従ってミラーの振幅値によらない信号取り込みが可能となる。
【0027】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明のフーリエ変換型赤外線分光計は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明のフーリエ変換型赤外線分光計では、
干渉光を出射する干渉計と、
この干渉光がサンプルを透過した光を入射して電気信号を出力するフォトダイオードと、
このフォトダイオードからの電気信号を予め定めたタイミングで順次デジタル信号に変換するA/D変換器と、
このA/D変換器からの信号をインタフェログラム信号として取り込むとともに、前記干渉計の可動ミラーの往復のタイミングに基づいて前記インタフェログラム信号からスペクトルの生成を行うコンピュータとを備え、前記サンプルの分光特性をスペクトルによって解析するフーリエ変換型赤外線分光計において、前記コンピュータは前記インタフェログラム信号のデータをデータバッファに取り込んでデータの数をカウントするデータカウンタと、前記データの最大値までのデータをカウントして記憶する最大値カウンタを有し、
前記A/D変換器からのインタフェログラム信号を前記コンピュータに取り込むに際しては、前記最大値カウンタの値がインタフェログラムのデータ数の1/2を超え、かつデータカウンタの値が前記最大値カウンタに記憶されたデータ数とインタフェログラムのデータ数の1/2およびマージンの値の和より大きくなったときに次の折り返し信号がくるまでA/D変換信号の取り込みを中止するようにしたので、従来の回路構成を保ったまま、可動ミラー移動距離の変化に対応できる方法で、最大値を発見してインタフェログラムを取り出すことができる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用するインターフェログラムの取り出しのイメージ図である。
【図2】従来および本発明に使用するフーリエ変換型赤外線分光計のブロック図である。
【図3】従来用いていたインターフェログラム取り出しのイメージ図である。
【図4】従来のインターフェログラム取り出しを数値を当てはめて示すイメージ図である。
【図5】最大値を中心に分割された部分をインターフェログラムとして取り込むイメージ図である。
【図6】ミラーの折り返し点でデータが大きく変動するイメージ図である。
【符号の説明】
1 干渉計
1 a可動ミラー
2 分岐ユニット
3 フォトダイオード(PD)
4 A/D変換器
5 CPU
6 セル
7 移動監視手段
8 校正信号発生器
10 メモリ
11 データカウンタ
12 データバッファ
13 最大値カウンタ
14 インターフェログラムバッファ
Claims (2)
- 干渉光を出射する干渉計と、
この干渉光がサンプルを透過した光を入射して電気信号を出力するフォトダイオードと、
このフォトダイオードからの電気信号を予め定めたタイミングで順次デジタル信号に変換するA/D変換器と、
このA/D変換器からの信号をインタフェログラム信号として取り込むとともに、前記干渉計の可動ミラーの往復のタイミングに基づいて前記インタフェログラム信号からスペクトルの生成を行うコンピュータとを備え、前記サンプルの分光特性をスペクトルによって解析するフーリエ変換型赤外線分光計において、前記コンピュータは前記インタフェログラム信号のデータをデータバッファに取り込んでデータの数をカウントするデータカウンタと、前記データの最大値までのデータをカウントして記憶する最大値カウンタを有し、
前記A/D変換器からのインタフェログラム信号を前記コンピュータに取り込むに際しては、前記最大値カウンタの値がインタフェログラムのデータ数の1/2を超え、かつデータカウンタの値が前記最大値カウンタに記憶されたデータ数とインタフェログラムのデータ数の1/2およびマージンの値の和より大きくなったときに次の折り返し信号がくるまでA/D変換信号の取り込みを中止するようにしたことを特徴とするフーリエ変換型赤外線分光計。 - 前記コンピュータは、A/D変換信号の取り込みを中止した後次の折り返し信号がくるまで他の作業を行うことを特徴とする請求項1記載のフーリエ変換型赤外線分光計。
Priority Applications (1)
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JP2002317351A JP4035765B2 (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | フーリエ変換型赤外線分光計 |
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JP2002317351A JP4035765B2 (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | フーリエ変換型赤外線分光計 |
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