JP5501797B2 - スペクトラム分析装置及びスペクトラム分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物のスペクトラムを分析するスペクトラム分析装置、及び、スペクトラム分析方法に関する。

測定対象物の特性を求めるために、測定対象物に電磁波を照射した際の電磁波のスペクトラムを測定する方法が用いられている。例えば、測定対象物がガスである場合、ガスに赤外光を照射した際の赤外吸収スペクトラムを用いて、ガスの濃度を測定する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００７−３０９８００号公報

一般に、測定対象物のスペクトラムの形状は、測定対象物の特性によって固有の形状であることが多い。一方、測定対象物のスペクトラムの強度は、測定条件に左右されることが多い。
例えば、赤外領域のレーザ光をガスに照射した際の赤外吸収スペクトラムを測定した場合、スペクトラムの形状から所定のガス（例えば、ＮＯ_２）が含まれているか否かを判別することができる。しかし、ガスの濃度が低くなるとスペクトラムの強度が弱くなる。また、他の種類のガス（例えば、ＣＯ_２）が含まれている場合や、水分が含まれている場合には、スペクトラムの形状が変化し得る。そのため、スペクトラムの形状から所定のガスが含まれているか否かを判別することが困難になる場合がある。
近年、良好な測定環境を維持することが必ずしも容易ではない実フィールドにおいて、例えば、ＮＯ_２などのガスの濃度を高い精度で測定する技術が望まれている。

そこで、本発明は、測定対象物のスペクトラムを高い精度で分析することができるスペクトラム分析装置、及び、スペクトラム分析方法を提供することを目的とする。

本発明のスペクトラム分析装置は、測定対象物のスペクトラムを分析するスペクトラム分析装置であって、測定対象物のスペクトラムを測定する測定部と、前記測定部が測定したスペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを測定ベクトルとし、参照スペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを参照ベクトルとすると、前記参照ベクトルを含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の各基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を求める演算部と、前記演算部が求めた内積を出力する出力部と、を有することを特徴とする。

また、前記直交系の基底ベクトルのうち、前記参照ベクトルに基づいて生成された基底ベクトルを参照基底ベクトルとすると、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積が所定の値より大きいか否かを判別する分析部を備え、前記出力部は、前記分析部が判別した結果を出力することが好ましい。

また、前記分析部は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさと、前記測定対象物の物理量との関係を示す情報を用いて、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の物理量を求めることが好ましい。

また、前記参照スペクトラムは、既知の測定対象物を前記測定部が測定することにより得られたスペクトラムであることが好ましい。

また、前記測定部は、前記測定対象物に電磁波を照射する電磁波照射部と、前記電磁波照射部が照射する電磁波の波長を調整する制御部と、前記測定対象物を透過した電磁波を受信する受信部と、を備え、前記測定部は、波長が異なる電磁波を前記測定対象物に照射することによりスペクトラムを測定することが好ましい。

また、前記測定対象物はガスであり、前記分析部は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を用いて、前記測定対象物が所定のガスを含むか否かを判別することが好ましい。

また、前記分析部は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の濃度を求めることが好ましい。

また、本発明のスペクトラム分析方法は、測定対象物のスペクトラムを分析するスペクトラム分析方法であって、前記測定対象物のスペクトラムを測定する測定工程と、前記測定工程で測定されたスペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを測定ベクトルとし、参照スペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを参照ベクトルとすると、前記参照ベクトルを含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の各基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を求める演算工程と、前記演算工程で求められた内積を出力する出力工程と、を有することを特徴とする。

また、前記直交系の基底ベクトルのうち、前記参照ベクトルに基づいて生成された基底ベクトルを参照基底ベクトルとすると、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積が所定の値より大きいか否かを判別する分析工程を有し、前記出力工程は、前記判別工程で判別された結果を出力することが好ましい。

また、前記分析工程は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさと、前記測定対象物の物理量との関係を示す情報を用いて、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の物理量を求めることが好ましい。

また、前記参照スペクトラムは、既知の測定対象物を測定することにより得られたスペクトラムであることが好ましい。

また、前記測定工程は、前記測定対象物に電磁波を照射する電磁波照射工程と、前記電磁波照射工程で照射される電磁波の波長を調整する波長調整工程と、前記測定対象物を透過した電磁波を受信する受信工程と、を有し、波長が異なる電磁波を前記測定対象物に照射することによりスペクトラムを測定することが好ましい。

また、前記測定対象物はガスであり、前記分析工程は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を用いて、前記測定対象物が所定のガスを含むか否かを判別することが好ましい。

また、前記分析工程は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の濃度を求めることが好ましい。

本発明によれば、測定対象物のスペクトラムを高い精度で分析することができる。

実施形態のスペクトラム分析装置の概略構成の一例を示す図である。 参照スペクトラムの一例を示す図である。 測定スペクトラムの一例を示す図である。 出力部が出力する内積（ｗ_ｋ・ｘ）の一例を示す図である。 実施形態のスペクトラム分析方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は、１０００ｐｐｍのＮＯ_２の測定スペクトラムを示す図であり、（ｂ）は、内積（ｗ_ｋ・ｘ）を示す図である。 （ａ）は、５９３ｐｐｍのＮＯ_２の測定スペクトラムを示す図であり、（ｂ）は、内積（ｗ_ｋ・ｘ）を示す図である。 （ａ）は、３９３ｐｐｍのＮＯ_２の測定スペクトラムを示す図であり、（ｂ）は、内積（ｗ_ｋ・ｘ）を示す図である。 （ａ）は、１９７ｐｐｍのＮＯ_２の測定スペクトラムを示す図であり、（ｂ）は、内積（ｗ_ｋ・ｘ）を示す図である。 （ａ）は、９８ｐｐｍのＮＯ_２の測定スペクトラムを示す図であり、（ｂ）は、内積（ｗ_ｋ・ｘ）を示す図である。 ＮＯ_２の濃度と内積（ｗ_２・ｘ）との関係を示す図である。

以下、本発明のスペクトラム分析装置、及び、スペクトラム分析方法について、実施形態に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、赤外領域のレーザ光をガス（測定対象物）に照射したときの赤外吸収スペクトラムを測定し、測定されたスペクトラムを分析することにより、所定のガス（例えば、ＮＯ_２）の有無、及び、所定のガスの濃度を求めるスペクトラム分析装置、及び、スペクトラム分析方法について説明する。

（スペクトラム分析装置の概略構成）
まず、図１を参照して、本実施形態のスペクトラム分析装置の概略構成を説明する。図１は、本実施形態のスペクトラム分析装置の概略構成の一例を示す図である。図１に示されるように、本実施形態のスペクトラム分析装置は、測定部１００と、演算部１２０と、出力部１３０と、分析部１４０と、を備える。

（測定部）
まず、測定部１００について説明する。測定部１００は、測定対象物のスペクトラムを測定する。図１に示されるように、本実施形態の測定部１００は、電磁波照射部１０２と、制御部１０４と、ガスセル１０６と、受信部１０８と、を備える。本実施形態の電磁波照射部１０２は、赤外領域のレーザ光を照射する量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）である。電磁波照射部１０２は、例えば、波長６．１μｍを含む波長帯域のレーザ光を照射することができる。

制御部１０４は、電磁波照射部１０２が照射する電磁波の波長を制御する。本実施形態の制御部１０４は、電磁波照射部１０２の温度を制御する温度調整部を備える。温度調節部が量子カスケードレーザの温度を調節することにより、レーザ光の波長を制御することができる。また、制御部１０４は、電磁波照射部１０２が電磁波を照射するタイミングを制御する。例えば、電磁波照射部１０２がパルス状の電磁波を照射するように、制御部１０４は電磁波照射部１０２を制御することができる。
なお、制御部１０４が電磁波照射部１０２の電圧を制御することにより、電磁波照射部１０２が照射する電磁波の波長を制御する構成を適用することもできる。

ガスセル１０６は、測定対象物であるガスを収容する容器である。本実施形態において、測定対象物であるガスは、ＮＯ_２を含む。ガスセル１０６は、密閉された容器であってもよいし、密閉されていない容器であってもよい。例えば、ガスセル１０６にガス導入口とガス排出口を設け、ガスセル１０６に測定対象物であるガスを流しながら、測定対象物の濃度を測定することもできる。
なお、ＮＯ_２は、６．１μｍ付近に強い吸収線を持つ。

受信部１０８は、ガスセル１０６の内部に収容された測定対象物を透過した電磁波を受信する。本実施形態の受信部１０８は、ＩｎＳｂを受光面とする赤外線センサである。なお、受信部１０８は、例えば、ＰＩＮダイオード（p-intrinsic-n diode）、ＨｇＣｄＴｅを受光面とする光導電素子（ＭＣＴ素子：Mercury Cadmium Telluride素子）を適用してもよい。
以上説明した測定部１００によって測定された測定対象物のスペクトラムのデータは、演算部１２０へ供給される。ここで、測定対象物のスペクトラムのデータとは、電磁波照射部１０２が照射した電磁波の波長に対して、受信部１０８が受信した電磁波の強度である。

（演算部）
次に、演算部１２０について説明する。ここで、測定部１００が測定したスペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを測定ベクトルとする。また、既知の参照スペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを参照ベクトルとする。このとき、演算部１２０は、参照ベクトルを含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の各基底ベクトルと測定ベクトルとの内積を求める。ここで、演算部１２０が行う演算を説明するに先立ち、参照ベクトル、参照ベクトルを含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系、及び、測定ベクトル、について説明する。

まず、図２を参照して、参照ベクトルについて説明する。図２は、参照スペクトラムの一例を示す図である。本実施形態では、測定対象物が既知であり、スペクトラムの形状が十分に明瞭となる測定対象物のスペクトラムを参照スペクトラムとする。図２に示される例の参照スペクトラムは、既知の濃度（１０００ｐｐｍ）のＮＯ_２を測定部１００が測定することにより得られるスペクトラムである。図２の横軸は、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）の温度を示し、縦軸は、受信部１０８が受信したレーザ光の振幅を示す。量子カスケードレーザから照射されるレーザ光の波長は、量子カスケードレーザの温度によって制御されるため、図２の横軸は、量子カスケードレーザから照射されるレーザ光の波長に相当する。

参照スペクトラムに含まれるデータの数をｎ個とする。また、ｎ個のデータ（振幅）をａ_１，ａ_２，…，ａ_ｎとする。このとき、参照スペクトラムは、ｎ個のデータａ_１，ａ_２，…，ａ_ｎの各々を成分とするｎ次元ベクトル｛ａ_１，ａ_２，…，ａ_ｎ｝として表現される。このように、参照スペクトラムをｎ次元ベクトルとして表現したベクトルを、参照ベクトルと定義する。以下、説明の便宜上、参照ベクトルをｖ_２とする。

ここで、参照ベクトルｖ_２を含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルとして、以下のようにｖ_１〜ｖ_ｎを定義する。

但し、ａ_２≠０とする。ａ_２＝０の場合は、参照ベクトルｖ_２の成分のうち、０でない成分がａ_２となるように参照ベクトルｖ_２を定める。

次に、参照ベクトルｖ_２を含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルｖ_１〜ｖ_ｎから生成される直交系について説明する。本実施形態では、グラム・シュミットの正規直交化法を用いて、ｎ個のｎ次元ベクトルｖ_１〜ｖ_ｎから正規直交系が生成される。
正規直交系の基底ベクトルをｗ_１〜ｗ_ｎとすると、ｗ_１〜ｗ_ｎは以下のようにして求められる。

以上のようにして、参照ベクトルｖ_２を含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルｖ_１〜ｖ_ｎから正規直交系が生成される。

次に、図３を参照して、測定ベクトルについて説明する。図３は、測定スペクトラムの一例を示す図である。測定スペクトラムは、上述した測定部１００が測定対象物を測定することにより得られるスペクトラムである。図３に示される例の測定スペクトラムは、未知の濃度のＮＯ_２を測定部１００が測定することにより得られるスペクトラムである。図２と図３を比較すれば明らかなように、測定スペクトラムの各データの振幅は、参照スペクトラムの各データの振幅よりも小さい。そのため、参照スペクトラムに比べて、測定スペクトラムでは、スペクトラムを判別するのが困難になっている。

測定スペクトラムに含まれるデータの数をｎ個とする。また、ｎ個のデータ（振幅）をｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎとする。このとき、測定スペクトラムは、ｎ個のデータｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎの各々を成分とするｎ次元ベクトル｛ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎ｝として表現される。このように、測定スペクトラムをｎ次元ベクトルとして表現したベクトルを、測定ベクトルと定義する。以下、説明の便宜上、測定ベクトルをｘとする。

演算部１２０は、直交系の各基底ベクトルｗ_ｋ（ｋ＝１，２，…、ｎ）と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_ｋ・ｘ）を求める。演算部１２０が求めた内積（ｗ_ｋ・ｘ）は、出力部１３０と分析部１４０へ供給される。

（出力部）
図１に戻り、出力部１３０について説明する。出力部１３０は、演算部１２０が求めた内積（ｗ_ｋ・ｘ）を出力する。出力部１３０は、例えば、表示装置である。ここで、図４を参照して、出力部１３０による内積（ｗ_ｋ・ｘ）の出力を説明する。図４は、出力部１３０が出力する内積（ｗ_ｋ・ｘ）の一例を示す図である。図４の横軸はｋ（自然数）を示し、縦軸は内積（ｗ_ｋ・ｘ）の値を示す。上述した図２、図３に示される例では、ｎ＝４１である。そのため、図４には、ｋ＝１からｋ＝４１までの各ｋに対して、演算部１２０が求めた内積（ｗ_ｋ・ｘ）の値が示されている。但し、図４では、視認性を向上するために、ｋ＝２とｋ＝２１の内積（ｗ_ｋ・ｘ）の値を入れ替えている。すなわち、図４の左から右に向かって、ｋ＝１，２１，３，４，…，２０，２，２２，…，４０，４１の順で、内積（ｗ_ｋ・ｘ）の値が示されている。

ここで、参照ベクトルｖ_２に基づいて生成された基底ベクトルｗ_２を参照基底ベクトルとする。また、上述したように、ベクトルｖ_１の成分は全て１であるため、基底ベクトルｗ_１の成分は全て等しい。参照基底ベクトルｗ_２は、参照ベクトルｖ_２から、全ての成分が等しい基底ベクトルｗ_１を減算することにより生成される。これは、参照ベクトルｖ_２からオフセットを取り除いたものが参照基底ベクトルｗ_２であることを意味する。そのため、測定スペクトラムの形状が参照スペクトラムの形状に類似しているほど、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）の値が大きくなる。一方、基底ベクトルｗ_ｋは正規直交系の基底ベクトルであるため、基底ベクトルｗ_ｋ（ｋ≠１，２）と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_ｋ・ｘ）は０に近い値となる。
なお、基底ベクトルｗ_１と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_１・ｘ）は測定スペクトラムのオフセットの大きさを示すものである。

図４に示される例のように、出力部１３０によって出力される基底ベクトルｗ_ｋと測定ベクトルｘとの内積（ｗ_ｋ・ｘ）のグラフにおいて、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）の位置にピークが観測されることは、測定スペクトラムの形状が参照スペクトラムの形状と類似していることを意味する。そのため、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）の位置のピークの有無をユーザが観測することにより、ユーザは、測定対象物にＮＯ_２が含まれるか否かを知ることができる。

（分析部）
図１に戻り、分析部１４０について説明する。分析部１４０は、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）が所定の値より大きいか否かを判別する。分析部１４０が判別した結果は、出力部１３０により出力される。
上述したように、測定対象物にＮＯ_２が多く含まれるほど、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）の値は大きくなる。そのため、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）が所定の値より大きいか否かを分析部１４０が判別することにより、測定対象物にＮＯ_２が含まれているか否かを検知することが可能となる。

（スペクトラム分析方法）
次に、図５を参照して、本実施形態のスペクトラム分析方法について説明する。図５は、本実施形態のスペクトラム分析方法の一例を示すフローチャートである。
まず、測定部１００が、測定対象物のスペクトラムを測定する（ステップＳ１０１）。次に、演算部１２０が、参照ベクトルｖ_２を含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の各基底ベクトルｗ_ｋと測定ベクトルｘとの内積を求める（ステップＳ１０２）。
次に、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）が所定の値より大きいか否かを、分析部１４０が判別する（ステップＳ１０３）。また、演算部１２０が求めた内積（ｗ_ｋ・ｘ）や、ステップＳ１０３において分析部１４０が判別した結果を、出力部１３０が出力する（ステップＳ１０４）。

なお、出力部１３０によって出力される内積（ｗ_ｋ・ｘ）のグラフから、測定対象物にＮＯ_２が含まれるか否かをユーザが観測する場合は、ステップＳ１０３を省略してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、参照ベクトルｖ_２を含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の基底ベクトルｗ_ｋと測定ベクトルｘとの内積を求めることにより、測定対象物のスペクトラムを高い精度で分析することができる。

なお、本実施形態では、測定部１００が既知の濃度のＮＯ_２ガスを測定することにより参照スペクトラムを得る例について説明したが、参照スペクトラムを得る方法はこれに限定されるものではない。例えば、測定部１００を用いて参照スペクトラムを得るのではなく、予め参照スペクトラムや、参照ベクトルｖ_２を含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の基底ベクトルｗ_ｋのデータを演算部１２０が記憶している場合にも、本発明を適用することができる。

また、本実施形態では、参照スペクトラムはＮＯ_２を測定することにより得られるスペクトラムについて説明したが、例えば、ＣＯ_２などの他のガスについても、それぞれ参照スペクトラムを得ることができる。そのため、測定対象物が複数のガスを含む場合であっても、それぞれの参照スペクトラムを用いて演算部１２０が上述した演算を行うことにより、複数のガスのそれぞれが測定対象物に含まれるか否かを判別することができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、測定対象物にＮＯ_２が含まれるか否かを、スペクトラム分析装置が判別する例について説明した。本実施形態では、さらに、測定対象物に含まれるＮＯ_２の濃度をスペクトラム分析装置が求める例について説明する。
本実施形態のスペクトラム分析装置について説明するに先立ち、既知の複数の濃度のＮＯ_２を測定部１００が測定することにより得られる測定スペクトラムについて、図６から図１０を参照して説明する。また、このとき、演算部１２０が求めた内積（ｗ_ｋ・ｘ）について説明する。

図６（ａ）から図１０（ａ）は、既知の複数の濃度のＮＯ_２を測定部１００が測定することにより得られる測定スペクトラムの一例を示す図である。また、図６（ｂ）から図１０（ｂ）は、演算部１２０が求めた内積（ｗ_ｋ・ｘ）の一例を示す図である。ＮＯ_２の濃度が１０００ｐｐｍの場合の測定結果を図６に示す。また、ＮＯ_２の濃度が５９３ｐｐｍの場合の測定結果を図７に示す。また、ＮＯ_２の濃度が３９３ｐｐｍの場合の測定結果を図８に示す。また、ＮＯ_２の濃度が１９７ｐｐｍの場合の測定結果を図９に示す。また、ＮＯ_２の濃度が９８ｐｐｍの場合の測定結果を図１０に示す。

図６（ａ）から図１０（ａ）を参照すると、ＮＯ_２の濃度が低くなるにつれて、測定スペクトラムの振幅が小さくなることが分かる。また、ＮＯ_２の濃度が低くなるにつれて、測定スペクトラムの形状が明瞭ではなくなることが分かる。
一方、図６（ｂ）から図１０（ｂ）を参照すると、ＮＯ_２の濃度が低くなっても、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）の位置にピークが観測されることが分かる。さらに、ＮＯ_２の濃度が低くなるにつれて、参照基底ベクトルｗ_２と測定ベクトルｘとの内積（ｗ_２・ｘ）が小さくなることが分かる。

ここで、図１１を参照して、ＮＯ_２の濃度と内積（ｗ_２・ｘ）との関係について説明する。図１１は、図６（ｂ）から図１０（ｂ）の内積（ｗ_２・ｘ）を、ＮＯ_２濃度に対してプロットした図である。図１１に示されるように、内積（ｗ_２・ｘ）はＮＯ_２濃度に対して１次関数で示される。そのため、図６から図１０に示される例のように、既知の複数の濃度のＮＯ_２に対して内積（ｗ_２・ｘ）を求めることにより、ＮＯ_２の濃度と内積（ｗ_２・ｘ）との関係を示す検量線を取得することができる。

本実施形態の分析部１４０は、内積（ｗ_２・ｘ）の大きさから上述した検量線を用いて、ＮＯ_２の濃度（測定対象物の物理量）を求める。そのため、本実施形態によれば、ＮＯ_２の濃度が低く、測定スペクトラムの形状をユーザが判別することが困難な場合であっても、測定対象物にＮＯ_２が含まれるか否かを検知するだけでなく、ＮＯ_２の濃度も求めることができる。その結果、測定対象物のスペクトラムを高い精度で分析することができる。

以上、本発明のスペクトラム分析装置及びスペクトラム分析方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、フーリエ変換型赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）にも本発明を適用することができる。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１００ 測定部
１０２ 電磁波照射部
１０４ 制御部
１０６ ガスセル
１０８ 受信部
１２０ 演算部
１３０ 出力部
１４０ 分析部

Claims (12)

1. 測定対象物のスペクトラムを分析するスペクトラム分析装置であって、
   測定対象物のスペクトラムを測定する測定部と、
   前記測定部が測定したスペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを測定ベクトルとし、既知の前記測定対象物のスペクトラムである参照スペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを参照ベクトルとすると、前記参照ベクトルを含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の各基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を求める演算部と、
   前記直交系の基底ベクトルのうち、前記参照ベクトルに基づいて生成された基底ベクトルを参照基底ベクトルとすると、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積が所定の値より大きいか否かを判別する分析部と、
   前記分析部が判別した結果を出力する出力部と、
   を有することを特徴とするスペクトラム分析装置。
2. 前記分析部は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさと、前記測定対象物の物理量との関係を示す情報を用いて、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の物理量を求める、請求項１に記載のスペクトラム分析装置。
3. 前記参照スペクトラムは、既知の測定対象物を前記測定部が測定することにより得られたスペクトラムである、請求項１又は２に記載のスペクトラム分析装置。
4. 前記測定部は、
   前記測定対象物に電磁波を照射する電磁波照射部と、
   前記電磁波照射部が照射する電磁波の波長を調整する制御部と、
   前記測定対象物を透過した電磁波を受信する受信部と、
   を備え、
   前記測定部は、波長が異なる電磁波を前記測定対象物に照射することによりスペクトラムを測定する、請求項１乃至３のいずれかに記載のスペクトラム分析装置。
5. 前記測定対象物はガスであり、
   前記分析部は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を用いて、前記測定対象物が所定のガスを含むか否かを判別する、請求項１乃至４のいずれかに記載のスペクトラム分析装置。
6. 前記分析部は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の濃度を求める、請求項５に記載のスペクトラム分析装置。
7. 測定対象物のスペクトラムを分析するスペクトラム分析方法であって、
   前記測定対象物のスペクトラムを測定する測定工程と、
   前記測定工程で測定されたスペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを測定ベクトルとし、既知の前記測定対象物のスペクトラムである参照スペクトラムをｎ次元ベクトルで表現したベクトルを参照ベクトルとすると、前記参照ベクトルを含む線型独立なｎ個のｎ次元ベクトルから生成される直交系の各基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を求める演算工程と、
   前記直交系の基底ベクトルのうち、前記参照ベクトルに基づいて生成された基底ベクトルを参照基底ベクトルとすると、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積が所定の値より大きいか否かを判別する分析工程と、
   前記判別工程で判別された結果を出力する出力工程と、
   を有することを特徴とするスペクトラム分析方法。
8. 前記分析工程は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさと、前記測定対象物の物理量との関係を示す情報を用いて、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の物理量を求める、請求項７に記載のスペクトラム分析方法。
9. 前記参照スペクトラムは、既知の測定対象物を測定することにより得られたスペクトラムである、請求項７又は８に記載のスペクトラム分析方法。
10. 前記測定工程は、
    前記測定対象物に電磁波を照射する電磁波照射工程と、
    前記電磁波照射工程で照射される電磁波の波長を調整する波長調整工程と、
    前記測定対象物を透過した電磁波を受信する受信工程と、
    を有し、
    波長が異なる電磁波を前記測定対象物に照射することによりスペクトラムを測定する、請求項７乃至９のいずれかに記載のスペクトラム分析方法。
11. 前記測定対象物はガスであり、
    前記分析工程は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積を用いて、前記測定対象物が所定のガスを含むか否かを判別する、請求項７乃至１０のいずれかに記載のスペクトラム分析方法。
12. 前記分析工程は、前記参照基底ベクトルと前記測定ベクトルとの内積の大きさから前記測定対象物の濃度を求める、請求項１１に記載のスペクトラム分析方法。