JPH0797082B2 - 赤外放射分光測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外放射分光測定において、バックグラウン
ドからの迷光の影響を排除し試料の輝度を正しく測定で
きるようにした赤外放射分光測定方法及び装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

赤外放射分光測定装置の基本的構成を第２図に示す。第
２図において、１は測定の対象になっている試料、２は
分光器、３は検知器を示す。試料１からの赤外線は分光
器２を介して検知器３に入射し、検知器３はこの入射光
を検知し、試料１の輝度を検出するものでありその輝度
から試料の放射能ε（λ）を計算して求めることによ
り、試料の特性を分析することができる。これは、物体
から放射される赤外光の輝度Ｋ（λ、T₀）がその物体表
面の絶対温度T₀゜Ｋと同じ温度を持つ黒体の放射K
₀（λ、T₀）にその物体の放射能ε（λ）を掛け合わせ
たものであるという理論に基づくものであり、これはよ
く知られているところである。なお、Ｋ（λ、Ｔ）、ε
（λ）はそれぞれ、輝度が波長及び絶対温度の関数であ
ること、放射能は波長の関数であることを示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、検知器３で検出される輝度は試料１の放
射そのものではない。すなわちある温度を有する物体
は、その温度に応じて発光するのであり、第２図におい
て周囲の物体の温度がT_B゜ＫであるとすればK_B（λ、
T_B）という輝度で発光しており、これが検知器３に飛び
込んでくるし、検知器３自体も温度T_Dを有するからK
_D（λ、T_D）という輝度で発光しており、この検知器３
の発光は入射光に対して減光するマイナス要因になる。
更に、測定装置の特性をも考慮しなければならない。こ
れらの要因を考慮すると検知器３で検出される値Ｍ
（λ）は次のように表す事ができる。

Ｍ（λ）＝〔Ｋ（λ、T₀）−K_D（λ、T_D） ＋K_B（λ、T_B）〕Ａ（λ） …（１） この式でＫ（λ、T₀）は温度T_Oの試料からの放射、K
_D（λ、T_D）は温度T_Dの検知器からの放射、K_B（λ、
T_B）は温度T_Bの周囲の物体、すなわちバックグラウンド
からの放射、Ａ（λ）は測定装置の物性である装置関数
を示す。

（１）式からわかるように、試料からの放射だけを検出
するためには、検知器３で検出された値からK_D（λ、
T_D）、K_B（λ、T_B）及びＡ（λ）を取り除かなければな
らないが、従来はこれらの外乱となる要因を考慮するこ
となく測定が行われており、試料の正しい輝度を測定す
るものではなかった。

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、試料
のほかに２つの互いに異なる標準物体の赤外線を測定
し、これらの３つの測定値から試料の真の輝度Ｋ（λ、
T₀）を算出するようにした赤外放射分光測定方法及び装
置を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の赤外放射分光測定方法は、試料と２
つの標準試料の赤外線放射を測定し、これらの測定値Ｍ
（λ）、M₁（λ）、M₂（λ）と各標準試料の輝度K
₁（λ、T₁）、K₂（λ、T₂）から の計算式を用いて試料の真の赤外線放射を求めることを
特徴とするものであり、また、赤外放射分光測定装置
は、試料と２つの標準試料を保持する手段、赤外線放射
を検出する検出手段、上記各試料からの赤外線放射を切
り換えて検出手段に送る切換手段、及び測定値と各標準
試料の輝度から上記の計算式を用いて試料の真の赤外線
放射を算出する計算手段を備えたことを特徴とするもの
である。

〔作用〕

本発明の赤外放射分光測定方法及び装置では、標準試料
の赤外線放射を測定することによってバックグラウンド
からの影響を算出するので、試料の測定値からその影響
を排除することができ、試料の真の輝度を算出すること
ができる。従って、試料の特性をより正確に分析するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係わる赤外放射分光測定装置の１実施
例の構成を示す図である。

第１図において、１は試料、２は分光器、３は検知器、
４は計算機、５、６はそれぞれ互いに異なる標準試料、
７は切換器を示す。標準試料５、６としてはプランクの
方程式が適用できる物体、即ち温度及びスペクトルが知
られている黒体を用いるのがよいが、黒体でなくても一
旦黒体により温度、スペクトルが評価された物体を用い
てもよい。切換器７は試料１、標準試料５、６のいずれ
かを選択して放射光を検知器３に入射させるものであ
る。さて、第１図の構成で標準試料５、６を測定したと
きの検知器３で検出した値をそれぞれM₁（λ）、M
₂（λ）とすると M₁（λ）＝〔K₁（λ、K₁）−K_D（λ、T_D） ＋K_B（λ、T_B）〕Ａ（λ） …（２） M₂（λ）＝〔K₂（λ、T₂） −K_D（λ、T_D）＋K_B（λ、T_B）〕Ａ（λ） …（３） となる。（２）式，（３）式中K₁（λ、T₁）、K₂（λ、
T₂）はそれぞれ標準試料５、６の輝度を示す。

（２）式、（３）式から が得られる。そこで（４）式、（５）式を試料１を測定
した場合の（１）式に代入することにより試料１の輝度
Ｋ（λ、T₀）を次式で求めることができる。

ただし、 イ＝Ｍ（λ）｛K₁（λ、T₁）−K₂（λ、T₂）｝ −K₁（λ、T₁）・M₂（λ）＋K₂（λ、T₂）・M₁（λ） …（６） また、試料１の放射能ε（λ）は、（６）式で得られた
Ｋ（λ、T₀）と温度T₀の黒体の放射K₀（λ、T₀）を計算
で求めたものから次の式により求めることができる。

ε（λ）＝Ｋ（λ、T₀）/K₀（λ、T₀） …（７） 以上の計算は計算機４で行うが、計算機４には各試料の
測定値を記憶するメモリ、及び上述した計算のプログラ
ムを有していることは言うまでもなく、更に図示しては
いないが測定データ及び計算結果を表示するための適当
な表示器あるいはプリンタ等を備えていてもよいもので
ある。

以上が本発明に係わる赤外放射分光測定方法及び装置の
原理であるが、試料１の温度が非常に高くて検知器３の
放射及びバックグラウンドからの放射が無視できると
き、即ち Ｋ（λ、T₀）≫｜−K_D（λ、T_D）＋K_B（λ、T_B）｜ …
（８） が成り立つ場合には（１）式は Ｍ（λ）＝Ｋ（λ、T₀）・Ａ（λ） …（９） となるので、（８）式を満足する放射の判っている標準
試料を１つだけ用いればよく、その標準試料の放射は、 M₁（λ）＝K₁（λ、T₁）・Ａ（λ） ……（10） で、放射能ε_１（λ）は（７）式と同様に ε_１（λ）＝K₁（λ、T₁）/K₁₀（λ、T₁） ……（15） （ここで、K₁₀（λ、T₁）は、標準試料と同じ温度T₁に
おける黒体放射である）であるから、（９）式、（10）
式より、 Ｋ（λ、T₀）＝｛Ｍ（λ）/M₁（λ）｝K₁（λ、T₁） …
（11） と計算できる。（11）式と（15）式を（７）式へ代入す
ることにより、試料１の放射能は、 ε（λ）＝ε_１（λ）・｛Ｍ（λ）/M₁（λ）｝ ・｛K₁₀（λ、T₁）/K₀（λ、Ｔ）｝ ……（12） で求めることができる。

次に、分光器２として干渉計を用いる場合を考えてみ
る。干渉計の場合測定されるのは干渉波形（インターフ
ェログラム）Ｆ（ｘ）であり、従って、スペクトルに直
すためにフーリエ変換及び位相補正の処理を行う必要が
ある。この処理は、光はエネルギーであるので、スペク
トルは全波長域にわたって正の値をとること、を前提と
している処理法である。そのために測定される値は正で
なければならない。装置関数Ａ（λ）は常に正であるの
で（１）式より次の条件が必要であることがわかる。

Ｋ（λ、T₀）＞K_D（λ、T_D）−K_B（λ、T_B） …（13） 従って（13）式が成り立っていれば測定されたＦ（ｘ）
をそのままスペクトルに直すことができる。しかし、試
料１の温度が低い場合には、 Ｋ（λ、T₀）＜K_D（λ、T_D）−K_B（λ、T_B） …（14） となることがある。この場合にはフーリエ変換及び位相
処理したスペクトルの符号を逆にすればよい。また、
（13）式、（14）式の条件から外れる場合、例えば前述
した試料１の温度が検知器３及びバックグラウンドの温
度に比べて非常に高い場合には次のような処理を行う。

測定したデータをインターフェログラムＦ（ｘ）のまま
で記録し、インターフェログラムの状態でＫ（λ、T₀）
のフーリエ変換及び位相補正をかける前のインターフェ
ログラムにまで計算しておく。Ｋ（λ、T₀）は必ず正で
あるので次にフーリエ変換及び位相補正を行いＫ（λ、
T₀）を得ることができる。

以上のようにして試料１の真の輝度を測定することがで
きるが、注意しなければならないのは測定中測定系の状
態が変化しないようにしなければならないということで
ある。測定中に検知器３の温度、バックグラウンドの温
度及び装置関数が変化してしまっては（４）、（５）式
が成り立たないことは明らかであろう。従って、試料
１、標準試料５、６の３個の試料を同時又はできるだけ
短い時間内に測定する。検知器３を一定温度に保つ（例
えば液体窒素で冷却して）という２つの対策を施すのが
望ましい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、試料
の測定のほかに２個の標準試料の測定を行い、３つの測
定値から計算によって検知器、バックグラウンド及び装
置関数の影響を排除し、試料の真の放射を測定すること
ができる。そして、特に分光器として干渉計を用いる場
合には計算機を用いるので、その計算機に上述した計算
のプログラムを搭載するだけでよく簡単に測定装置の性
能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる赤外放射分光測定装置の１実施
例の構成を示す図、第２図は赤外放射分光測定装置の基
本的構成を示す図である。 １……試料、２……分光器、３……検知器、４……計算
機、５、６……それぞれ互いに異なる標準試料、７……
切換器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料と２つの標準試料の赤外線放射を測定
   し、これらの測定値と各標準試料の輝度から次の計算式
   を用いて試料の真の赤外線放射を求めることを特徴とす
   る赤外放射分光測定方法。 〔計算式〕 ただし、イ＝Ｍ（λ）｛K₁（λ、T₁）−K₂（λ、T₂）｝ −K₁（λ、T₁）M₂（λ）＋K₂（λ、T₂）M₁（λ） なお、Ｍ（λ）は試料の測定値、M₁（λ）、M₂（λ）は
   それぞれ標準試料１、２の測定値、K₁（λ、T₁）、K
   ₂（λ、T₂）はそれぞれ標準試料１、２の輝度である。
2. 【請求項２】試料と２つの標準試料を保持する手段、赤
   外線放射を検出する検出手段、上記各試料からの赤外線
   放射を切り換えて検出手段に送る切換手段、及び測定値
   と各標準試料の輝度から次の計算式を用いて試料の真の
   赤外線放射を算出する計算手段を備えたことを特徴とす
   る赤外放射分光測定装置。 〔計算式〕 ただし、イ＝Ｍ（λ）｛K₁（λ、T₁）−K₂（λ、T₂）｝ −K₁（λ、T₁）M₂（λ）＋K₂（λ、T₂）M₁（λ） なお、Ｍ（λ）は試料の測定値、M₁（λ）、M₂（λ）は
   それぞれ標準試料１、２の測定値、K₁（λ、T₁）、K
   ₂（λ、T₂）はそれぞれ標準試料１、２の輝度である。