JPH08313348A

JPH08313348A - 赤外光時間応答測定装置

Info

Publication number: JPH08313348A
Application number: JP11753395A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Hamaguchi; 宏夫浜口; Takanori Kadokawa; 高則角川
Original assignee: N F KAIRO SEKKEI BLOCK KK; Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: N F KAIRO SEKKEI BLOCK KK; Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】赤外光時間応答測定装置において、測定結果
の正確性を損なうことなく測定時間を短縮する。【構成】被測定物３を透過した赤外光の特定波数の成
分を選択して透過する光学フィルタ１１を設け、光学フ
ィルタ１１により選択された赤外光の特定波数成分のみ
を赤外光検出器６に入射させる。回折格子などによる分
光器に比べて入射した赤外光を有効に利用して良好なＳ
／Ｎで測定を行なう。光学フィルタ１１は、被測定物３
と光強度検出器６の間、または被測定物３と光源１との
間に配置される。被測定物３に時間的変化を付与し、赤
外光の時間的変化を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、赤外光の時間応答測
定装置に関し、さらに言えば、赤外光の照射位置を変え
た時などに生じる被測定物からの赤外光強度の時間的変
化を測定する赤外光時間応答測定装置に関する。この装
置は、例えば薄膜などの均一度の検査に好適に使用され
る。

【０００２】

【従来の技術】「赤外分光法」で得られる振動スペクト
ルは、測定対象物の分子構造や分子の存在状態などの変
化に対して非常に敏感である。そこで、測定対象物の分
子構造や分子の存在状態などの時間的変化を検知する際
によく使用される。

【０００３】また、被測定物に赤外光を照射する位置を
変えて赤外光の吸収量または反射量の時間的変化を測定
する「赤外光時間応答測定装置」は、赤外光照射位置の
変化による被測定物の分子レベルの厚み変化、均一度変
化などに対する情報を感度よく観察できる利点がある。
従来の赤外光時間応答測定装置の一例を図１２に示す。

【０００４】図１２において、光源３１は、白色スペク
トルを含む白色光を発生し、例えばグローバーから構成
される。楕円面鏡３２は、光源３１が発生した白色光を
反射して被測定物３３に集光・照射する。楕円面鏡３４
は、被測定物３３を透過した白色光をさらに反射して赤
外分光器３６に集光・照射する。

【０００５】楕円面鏡３４と赤外分光器３６の間におい
て白色光の光路中に配置されたライトチョッパ３５は、
１つ以上のスリットを有する円盤と、その円盤を所定速
度で回転させるモータとから構成され、円盤の回転に応
じて白色光を所定周期で透過または遮断する。

【０００６】赤外分光器３６は、受光した白色光の中か
ら特定波数の成分を選択し、その強度に応じた電気信号
を生成して前置増幅器３７に出力する。前置増幅器３７
は、赤外分光器３６からの出力電気信号を増幅し、ディ
ジタル・オシロスコープ３８に出力する。ディジタル・
オシロスコープ３８は、入力された電気信号を記憶し、
その電気信号のアベレージングなどの各種演算を行な
う。

【０００７】赤外分光器３６として一般的に使用される
のは、回折格子やプリズムにより分光を行なう「分散型
分光器」である。回折格子やプリズムにより所望の波数
を持つ赤外光が選択され、内部に設けられた赤外光検出
器によりその光強度に応じた電気信号に変換される。こ
こで選択される波数は、被測定物３３の所望の吸収スペ
クトルに合わせておく。なお、赤外光検出器としては、
検出波数範囲や検出感度の点から、液体窒素で冷却され
たＭＣＴ（水銀−カドミウム−テルル）検出器が一般的
に使用される。

【０００８】ステージ３９は、内蔵された駆動機構によ
り移動可能になっている。また、被測定物３３に係合し
ていて、ステージ３９の移動によって、図１２中の矢印
の方向に被測定物３３を移動させる。このステージ３９
の移動により被測定物３３は前記矢印の方向に移動し、
それに応じて前記赤外光の被測定物３３への照射位置が
変化する。

【０００９】次に、以上の構成を持つ従来の赤外光時間
応答測定装置の動作を説明する。ここでは、被測定物３
３として有機物の薄膜を用いた場合について述べる。

【００１０】まず、光源３１から所定波数の赤外光（こ
こでは白色光）を発生させる。この白色光は、楕円面鏡
３２で反射されて被測定物３３に集光・入射される。被
測定物３３を透過した白色光は楕円面鏡３４で反射さ
れ、さらにライトチョッパ３５を通過して赤外分光器３
６に集光・入射される。入射された白色光の中の特定波
数の成分は、赤外分光器３６においてその強度に応じた
電気信号に変換され、さらに前置増幅器３７で増幅され
てからディジタル・オシロスコープ３８に入力される。

【００１１】被測定物である薄膜３３は、測定中に、ス
テージ３９の移動により前記矢印の方向に適宜移動さ
れ、前記赤外光の照射位置を変化させる。それによって
薄膜３３の赤外光吸収量が変化するため、それに応じて
赤外分光器３６の出力する電気信号が時間的に変化す
る。ディジタル・オシロスコープ３８は、この電気信号
の時間的変化を記憶し、所定の演算を行なって測定結果
を得る。

【００１２】図１３に、この従来の赤外光時間応答測定
装置で得られる赤外分光器３６の出力信号の波形の一例
を示す。

【００１３】図１３において、Ｉ_dは、赤外分光器３６
に赤外光（白色光）がまったく入射されない状態での赤
外分光器３６の出力電圧を示す。これは、赤外分光器３
６の持つ暗電流に起因するものである。Ｉ₀は、赤外分
光器３６に赤外光が入射されてはいるが、ステージ３９
の移動による薄膜３３の移動が行なわれていない状態で
の赤外分光器３６の出力電圧を示す。ΔＩ(t)は、ステ
ージ３９の移動により薄膜３３が移動した場合の赤外分
光器３６の出力電圧の時間的変化を示す。一般に、ΔＩ
(t) ＜＜Ｉ₀ ＜＜Ｉ_dである。

【００１４】Ｉ₀は、ライトチョッパ３５を回転させて
赤外分光器３６の出力を交流電圧に変換して測定され
る。これは、前置増幅器３７が一般に交流結合のため、
直流電圧を測定できないことを考慮したものである。

【００１５】Ｉ₀の測定後、ライトチョッパ３５を光路
から取り除く。これは、ライトチョッパ３５の構造上、
その円盤の一つのスリットを通って赤外光が透過するよ
うにその円盤を停止させるのが困難だからである。その
後、ステージ３９により薄膜３３を時間と共に移動し、
その移動による赤外光吸収量の時間的変化に対応するΔ
Ｉ(t)をディジタル・オシロスコープ３８で測定する。
このようにして測定したΔＩ(t)は、そのまま測定結果
として評価に用いられるか、ディジタル・オシロスコー
プ３８によりＩ₀で正規化され、その結果である（ΔＩ
(t)／Ｉ₀）を測定結果として評価する。この評価によ
り、たとえば膜厚や材質の不均一の判定が可能となる。

【００１６】なお、上記従来の赤外光時間応答測定装置
は、被測定物を透過する際の赤外光の吸収量変化を測定
する「透過型」であるが、被測定物により反射された赤
外光の吸収量変化を測定する「反射型」においても同様
である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の赤外光時間
応答測定装置には、次のような問題点がある。◆第１
に、赤外分光器３６は通常、回折格子などを使用した
「分散型」であり、赤外分光器３６における赤外光の光
量損失が大きい。このため、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
の良好な測定を行なうには、ディジタル・オシロスコー
プ３８での積算回数を多くする必要が生じ、測定時間が
長くなる。

【００１８】良好なＳ／Ｎ比を得るために光量の大きな
光源３１を使用すると、その全光量が液晶表示装置など
の被測定物に常時照射されるため被測定物３３の温度が
上昇し、正確な測定が行なえなくなる。

【００１９】第２に、複数の波数で被測定物３３の赤外
光応答時間を測定する場合には、上述した操作を各波数
について行なうため、測定時間はさらに長くなり、測定
結果の評価にも手間がかかる。

【００２０】そこで、この発明の目的は、測定結果の正
確性を損なうことなく測定時間を短縮することができる
赤外光時間応答測定装置を提供することにある。

【００２１】この発明の他の目的は、測定に使用する電
気信号のＳ／Ｎ比を改善することができる赤外光時間応
答測定装置を提供することにある。

【００２２】この発明のさらに他の目的は、複数の波数
について被測定物の赤外光応答時間を測定する場合で
も、測定時間が短く、測定結果の評価にも手間がかから
ない赤外光時間応答測定装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】

（１）この発明の第１の赤外光時間応答測定装置は、
被測定物に赤外光を照射する赤外光照射手段と、前記被
測定物に時間的な変化を与える時間的変化付与手段と、
前記赤外光の特定波数の成分を選択して透過あるいは反
射する光学フィルタ手段と、前記被測定物を透過しまた
は前記被測定物により反射した前記赤外光の強度を検出
する赤外光強度検出手段と、赤外光強度検出手段からの
出力信号に基づいて、前記被測定物を透過しまたは前記
被測定物により反射した前記赤外光の時間的変化を測定
する赤外光強度変化測定手段とを備え、前記赤外光強度
検出手段には、前記光学フィルタ手段により選択された
前記赤外光の特定波数の成分のみが入射されることを特
徴とする。

【００２４】（２）この発明の第２の赤外光時間応答
測定装置は、被測定物に赤外光を照射する赤外光照射手
段と、前記被測定物に時間的な変化を与える時間的変化
付与手段と、前記赤外光の特定波数の成分を選択して透
過あるいは反射する光学フィルタ手段と、前記被測定物
を透過しまたは前記被測定物により反射した前記赤外光
の強度を検出する赤外光強度検出手段と、赤外光強度検
出手段からの出力信号に基づいて、前記被測定物を透過
しまたは前記被測定物により反射した前記赤外光の時間
的変化を測定する赤外光強度変化測定手段とを備え、前
記赤外光強度検出手段には、前記光学フィルタ手段によ
り選択された前記赤外光の特定波数の成分のみが入射さ
れ、前記赤外光強度検出手段は、前記被測定物に対する
前記赤外光の照射位置が異なる少なくとも２つの時点に
おける前記被測定物からの赤外光強度について、それら
赤外光強度のうちの１つを基準とし、その基準とした赤
外光強度によりその他の赤外光強度を正規化する機能を
有していることを特徴とする。

【００２５】（３）この発明の第１および第２の赤外
光時間応答測定装置では、好ましくは、前記被測定物に
対する前記赤外光の照射位置を変更する赤外光照射位置
変更手段をさらに有しており、その赤外光照射位置変更
手段は、前記赤外光の光路の移動および前記被測定物の
移動の少なくとも一方によって照射位置を変更する。こ
うすれば、薄膜などの均一性の検査に好適に利用でき
る。

【００２６】前記光学フィルタ手段は、前記被測定物と
前記光源との間に配置されているのが好ましい。測定に
必要な波数の赤外光のみが被測定物に照射され、測定に
関係ない赤外光は被測定物に照射されないので、光強度
の大きな光源を使用しても被測定物に与える温度上昇な
どの悪影響をほぼなくすことができるからである。これ
は、測定に必要な赤外光のエネルギー密度の上昇によ
り、測定時間の短縮にもつながる。

【００２７】前記光学フィルタ手段が複数の波数を選択
可能であり、しかも、前記光強度検出手段はそれら複数
の波数について赤外光強度を検出してそれら複数の波数
について赤外光強度の時間的変化を測定可能であるのが
好ましい。同一種類の被測定物の場合、３種類程度の波
数で時間応答波形の測定を行なうのが一般的であり、こ
のような場合にもフィルタ手段の交換が不要であるから
である。

【００２８】複数の波数を選択可能な前記光学フィルタ
手段の場合、好ましい態様として（ａ）透過波数が固定
された複数の光学フィルタと、それら光学フィルタを保
持するフィルタホルダとから構成され、前記複数の光学
フィルタから選ばれた一つが使用されるもの、（ｂ）複
数の光学フィルタを保持した前記フィルタホルダを複数
個、備えており、前記複数の光学フィルタから選ばれた
一つが使用されるもの、（ｃ）透過波数を連続的に変化
させることが可能な光学フィルタ、（ｄ）透過波数を連
続的に変化させることが可能な第１の光学フィルタと、
フィルタホルダに保持された、透過波数が固定された複
数の第２の光学フィルタとを備えており、前記第１の光
学フィルタと複数の前記第２の光学フィルタから選ばれ
た一つが使用されるもの、（ｅ）複数の透過波数を同時
に選択可能であるもの、（ｆ）複数の透過波数を持つ単
一の光学フィルタ、（ｇ）単一または複数の透過波数を
持つ光学フィルタを複数個、組み合わせて構成されてい
るもの、などが挙げられる。

【００２９】基礎研究的な用途に適するのは、より多く
の波数で測定が行なえる（ｃ）である。製造現場での検
査用途では、いくつかの決められた波数での測定で充分
であるので、フィルタ手段の製造が容易かつ低廉に行な
える（ａ）または（ｂ）が適している。

【００３０】前記赤外光強度変化測定手段は、前記複数
の波数についての測定結果の間で演算（たとえば差また
は比を求める演算）を行なう機能を有するのが好まし
い。これは、複数の波数での時間的応答の測定結果の間
で演算を行なうことにより、被測定物の応答挙動間の相
互作用を求めることなどが簡単にできるからである。

【００３１】（４）この発明の第３の赤外光時間応答
測定装置は、赤外光を発生する光源と、前記光源が発生
した前記赤外光を被測定物に照射する赤外光照射手段
と、前記被測定物に時間的な変化を与える時間的変化付
与手段と、前記赤外光の通過および遮断を制御する赤外
光通過／遮断手段と、前記被測定物を透過しまたは前記
被測定物により反射した前記赤外光の強度を検出する赤
外光強度検出手段と、赤外光強度検出手段からの出力信
号に基づいて、前記被測定物を透過しまたは前記被測定
物により反射した前記赤外光の時間的変化を測定する赤
外光強度変化測定手段とを備え、前記赤外光の強度の時
間的変化を測定するときには、前記赤外光通過／遮断手
段を通過状態にして前記赤外光を前記被測定物に照射さ
せ、測定しないときには前記赤外光通過／遮断手段を遮
断状態にすることを特徴とする。

【００３２】この発明の第３の赤外光時間応答測定装置
は、前記赤外光の特定波数の成分を選択して透過あるい
は反射する光学フィルタ手段をさらに備えていて、前記
赤外光強度検出手段には前記光学フィルタ手段により選
択された前記赤外光の特定波数の成分のみが入射される
のが好ましい。光学フィルタ手段により選択された赤外
光のみが赤外光強度検出手段に入射されるため、入射し
た赤外光を有効に利用して良好なＳ／Ｎ比で測定が行な
えるからである。

【００３３】前記光学フィルタ手段は、前記被測定物と
前記光源との間に配置されているのが好ましい。測定に
必要な波数の赤外光のみが被測定物に照射され、測定に
関係ない赤外光は被測定物に照射されないので、光強度
の大きな光源を使用しても被測定物に与える温度上昇な
どの悪影響をほぼなくすことができるからである。

【００３４】（５）この発明の第４の赤外光時間応答
測定装置は、赤外光を発生する光源と、前記光源が発生
した前記赤外光を被測定物に照射する赤外光照射手段
と、前記赤外光の通過および遮断を制御する赤外光通過
／遮断手段と、前記被測定物を移動させて前記赤外光の
照射位置を変更する被測定物移動手段と、前記被測定物
を透過しまたは前記被測定物により反射した前記赤外光
の強度を検出する赤外光強度検出手段と、赤外光強度検
出手段からの出力信号に基づいて、前記被測定物移動手
段により前記赤外光の照射位置を変更した時の前記被測
定物からの前記赤外光の時間的変化を測定する赤外光強
度変化測定手段とを備え、前記被測定物移動手段が前記
被測定物を移動するタイミングは、前記赤外光通過／遮
断手段の通過状態に同期して設定され、その通過状態の
間に前記赤外光の強度の時間的変化が測定されることを
特徴とする。

【００３５】この発明の第４の赤外光時間応答測定装置
では、前記赤外光の特定波数の成分を選択して透過する
光学フィルタ手段をさらに備えていて、前記赤外光強度
検出手段には前記光学フィルタ手段により選択された前
記赤外光の特定波数の成分のみが入射されるのが好まし
い。光学フィルタ手段により選択された赤外光のみが赤
外光強度検出手段に入射されるため、入射した赤外光を
有効に利用して良好なＳ／Ｎ比で測定が行なえるからで
ある。

【００３６】前記光学フィルタ手段は、前記被測定物と
前記光源との間に配置されているのが好ましい。測定に
必要な波数の赤外光のみが被測定物に照射され、測定に
関係ない赤外光は被測定物に照射されないので、光強度
の大きな光源を使用しても被測定物に与える温度上昇な
どの悪影響をほぼなくすことができるからである。

【００３７】また、前記赤外光強度検出手段からの出力
電気信号を増幅する複数の増幅器をさらに備えていて、
前記出力電気信号はそれら増幅器で増幅されてから前記
赤外光強度変化測定手段に入力され、しかも、前記増幅
器は互いに異なる周波数帯域を有しているのが好まし
い。これは次のような理由による。

【００３８】前記赤外光通過／遮断手段により生じる前
記赤外光強度検出手段の出力信号は、方形波状の電気信
号であり、その山および谷の部分は変化のない直流信号
である。また、前記刺激手段により前記被測定物に刺激
を与えたことにより生じる前記赤外光強度検出手段の出
力信号は、その刺激と被測定物の種類などに依存して変
化する交流信号である。これらの直流信号と交流信号は
周波数成分が異なり、さらに、信号レベルも著しく（典
型的には、交流信号は直流信号の数万〜数百万分の１で
ある）異なる。このように周波数成分および信号レベル
が大きく異なる成分を含む電気信号を単一の増幅器で増
幅するのにはダイナミックレンジの点で無理があり、ま
た、複数の増幅器で周波数帯域別に増幅した方が所望の
性能を得られやすいからである。

【００３９】前記赤外光強度検出手段からの出力電気信
号の直流レベルを、前記赤外光透過／遮断手段による前
記赤外光の透過および遮断の動作タイミングに同期して
打ち消す手段を有しているのが好ましい。前記赤外光強
度検出手段からの出力電気信号を増幅するために一般的
に使用される交流結合型の増幅器では、結合コンデンサ
による低域時定数のために、前記被測定物に刺激を与え
たときに前記赤外光強度検出手段から得られる交流信号
波形に歪を生じさせることがあるが、このようにタイミ
ングを同期すればその恐れを解消できるからである。

【００４０】

【作用】この発明の第１および第２の赤外光時間応答測
定装置では、赤外光の特定波数を選択して透過する光学
フィルタ手段を有しており、その光学フィルタ手段によ
って選択された波数の赤外光のみが赤外光強度検出手段
に入射されるため、回折格子などによる分光器に比べて
効率がよく、入射光を有効に利用することができる。よ
って、良好なＳ／Ｎで測定を行なうことができる。

【００４１】また、Ｓ／Ｎが良好なため、赤外光強度変
化測定手段における積算処理などの必要回数が減少し、
測定時間が短縮される。複数の波数について被測定物の
赤外光応答時間を測定する場合でも、測定時間が短く、
測定結果の評価にも手間がかからない。

【００４２】さらに、入射光を有効に利用できるため、
強度の高い赤外光を使用する必要がなく、赤外光の照射
に起因する被測定物の温度上昇が問題にならない。その
結果、測定結果の正確性を損なう恐れがない。

【００４３】この発明の第３の赤外光時間応答測定装置
では、赤外光の通過および遮断を制御する赤外光通過／
遮断手段を備えており、被測定物移動手段による被測定
物の移動によって赤外光の照射位置を変えて強度の時間
的変化を測定するときには、赤外光通過／遮断手段を通
過状態にして赤外光を被測定物に照射させ、測定しない
ときには赤外光通過／遮断手段を遮断状態にする。この
ため、光源で発生した赤外光の全量が被測定物に照射さ
れる上記従来例とは異なり、被測定物に入射される赤外
光の平均光量は非常に小さい。

【００４４】よって、強度の高い赤外光を使用しても、
赤外光の照射に起因する被測定物の温度上昇が問題にな
らず、測定結果の正確性を損なう恐れがない。

【００４５】また、強度の高い赤外光を使用して良好な
Ｓ／Ｎで測定を行なうことができるため、赤外光強度変
化測定手段における積算処理などの必要回数が減少し、
測定時間が短縮される。複数の波数について被測定物の
赤外光応答時間を測定する場合でも、測定時間が短く、
測定結果の評価にも手間がかからない。

【００４６】この発明の第４の赤外光時間応答測定装置
では、赤外光の通過および遮断を制御する赤外光通過／
遮断手段を備えており、被測定物を移動するタイミング
は、赤外光通過／遮断手段の通過状態に同期して設定さ
れ、その通過状態の間に赤外光の強度の時間的変化が測
定される。よって、この発明の第３の赤外光時間応答測
定装置の場合と同様の理由により、測定結果の正確性を
損なうことなく測定時間を短縮することができ、測定に
使用する電気信号のＳ／Ｎ比を改善することができ、複
数の波数について被測定物の赤外光応答時間を測定する
場合でも、測定時間が短く、測定結果の評価にも手間が
かからない。

【００４７】しかも、この場合には、上記従来例のよう
に、測定中に赤外光通過／遮断手段を停止させたり赤外
光の光路から取り外したりする必要がないため、測定作
業の手間が簡略化され、測定時間もいっそう短縮され
る。

【００４８】

【実施例】以下、図１〜図１１に基づいてこの発明の実
施例を説明する。◆ （第１実施例）図１は、この発明の第１実施例の赤外光
時間応答測定装置の概略構成を示す。図１において、光
源１は、白色光を発生し、例えばグローバーから構成さ
れる。楕円面鏡２は、光源１が発生した白色光を反射し
て被測定物３に集光・照射する。楕円面鏡４と放物面鏡
１２および１３は、被測定物３を透過した白色光をさら
に反射して赤外光検出器６に集光・照射する。

【００４９】楕円面鏡２と被測定物３の間において白色
光の光路中に配置されたライトチョッパ５は、１つ以上
のスリットを有する円盤と、その円盤を所定速度で回転
させるモータとから構成され、円盤の回転に応じて白色
光を所定周期で通過させ、または遮断する。

【００５０】楕円面鏡４と放物面鏡１２の間に配置され
た光学フィルタ１１は、ここでは、白色光の特定波数の
成分とその近傍の成分のみを通過させる単色フィルタで
ある。特定波数とその近傍の波数を持つ透過赤外光は、
放物面鏡１２で反射されて平行光となり、放物面鏡１３
でさらに反射されて赤外光検出器６に集光・入射され
る。ここで選択される波数は、被測定物３の所望の吸収
スペクトルに合わせておく。

【００５１】赤外光検出器６は、受光した赤外光の強度
に応じた電気信号を生成し、前置増幅器７に出力する。
赤外光検出器６としては、例えば液体窒素で冷却された
ＭＣＴ検出器が好適に使用される。

【００５２】低雑音の前置増幅器７は、赤外光検出器６
からの出力電気信号を増幅し、ディジタル・オシロスコ
ープ８に出力する。

【００５３】ディジタル・オシロスコープ８は、入力さ
れた電気信号を記憶し、その波形観測、積算などの各種
演算を行なう。こうして得た波形信号などに関する情報
は、信号処理部１４に送られる。

【００５４】信号処理部１４は、送られてきた情報を解
析し、被測定物３の赤外光時間応答に関する所定の判断
を行なう。

【００５５】時間的変化付与手段１０は、被測定物３に
物理的な時間変化を付与するものである。被測定物３の
物理的な時間変化には、被測定物３の位置が変化する
「位置的変化」、被測定物３に作用する外力が変化する
「力学的変化」、被測定物３に作用する電磁気作用が変
化する「電磁気的変化」、被測定物３の温度が変化する
「熱的変化」などが挙げられるが、これら以外のもので
もよい。被測定物３には、時間的変化付与手段１０によ
って時間的な変化が付与される。

【００５６】次に、以上の構成を持つ第１実施例の赤外
光時間応答測定装置の動作を、図２に基づいて説明す
る。ここでは、被測定物３として有機物薄膜を用いた場
合について述べる。

【００５７】ライトチョッパ５が動作状態であるＡの時
間領域では、光源１より放射された白色光はライトチョ
ッパ５で断続されて、光学フィルタ１１を介して赤外光
検出器６に入射される。赤外光検出器６は、入射された
赤外光の強度に応じた電気信号を出力する。

【００５８】入射光がない状態でも、赤外光検出器６の
出力には電流Ｉ_dが存在する。これは赤外光検出器６の
暗電流に対応するものである。特定波数の赤外光が入射
した状態では、赤外光検出器６の出力には電流（Ｉ_d＋
Ｉ₀）が生じる。この赤外光検出器６の出力電気信号
は、低雑音の前置増幅器７で必要な大きさまで増幅され
る。前置増幅器７は一般に、交流結合された回路で構
成されるので、前置増幅器７の出力には直流成分Ｉ_dは
含まれず、赤外光照射による変化分Ｉ₀のみが含まれ
る。よって、この変化分Ｉ₀のみがディジタル・オシロ
スコープ８で測定される。

【００５９】こうして変化分Ｉ₀を測定した後、ライト
チョッパ５が光路中から取り除かれる。ライトチョッパ
５が光路中から取り除かれた後のＢの時間領域で、時間
的変化付与手段１０により被測定物３に何らかの時間的
変化を付与する。これによって、被測定物３を透過する
白色光（特定波数を持つ）の強度が変化するので、それ
に応じて赤外光検出器６の出力電気信号が変化し、赤外
光の吸収量の時間変化ΔＩ(t)が赤外光検出器６で検出
される。このΔＩ(t)が、ディジタル・オシロスコープ
８で測定される。

【００６０】こうして得たΔＩ(t)は、そのまま測定結
果として評価してもよいし、Ｉ₀で正規化してから測定
結果として評価してもよい。なお、正規化が不要な場合
は、Ｉ₀を求めるＡの時間領域は不要である。

【００６１】以上説明したように、この第１実施例の赤
外光時間応答測定装置では、光学フィルタ１１で設定し
た透過波数に対して、被測定物３の時間的変化による赤
外光透過量（または吸収量）の時間的変化を測定するこ
とができる。光学フィルタ１１で設定される通過波数
を、被測定物３を構成する材質分子の吸収スペクトル波
数に設定することにより、被測定物３で生じた時間変化
を効果的に測定することができる。

【００６２】この装置では、従来の分散型赤外光分光器
を使用する赤外光時間応答測定装置と比べて光量損失の
少ない光学フィルタ１１を使用しているため、Ｓ／Ｎ比
が向上し、その結果、ディジタル・オシロスコープ８で
の積算回数が大幅に減らせるので、測定時間の短縮が可
能である。

【００６３】従来の赤外光時間応答測定装置において
は、特定波数の光線を得る手段として、回折格子やプリ
ズムを用いた分光器を使用している。このため、きわめ
て純度の高い単色光を得ることができるが、反面、分光
効率が悪く、光源から出射された光束のうちの特定波数
を有する光束のエネルギーの一部が利用されるのみであ
る。

【００６４】一般の分光光度計においては、測定光の波
数に対する透過率または反射率を求め、これより、試料
の物性的な特性を検定することが一般的に行われてい
る。

【００６５】これに対し、赤外光時間応答測定装置で
は、予め定めた単一または複数の波数の赤外光に注目
し、被測定物３に時間的変化を与えたときの分光特性の
変化を観測する。この変化量は一般に微少であり、これ
を高いＳ／Ｎ比で測定するには極力高いエネルギーの光
束を用いることが望ましい。反面、注目する光の波数の
純度は、必ずしも前述の場合ほど高い必要はない場合が
多い。従って、赤外光時間応答測定装置では、波数の純
度をいくぶん犠牲にしても、より高いエネルギーの光を
用いることが望ましい。このため、一般の分光光度計の
場合におけるような精密な分光器を使用するに代わり
に、精密さでは劣るが簡便な干渉フィルタなどの光学的
フィルタ手段を用いるのが望ましいのである。

【００６６】なお、この第１実施例では、赤外光通過／
遮断手段としてライトチョッパ５を使用しているが、ラ
イトチョッパ５に代えて、光路を開閉するための光学的
シャッタを使用してもよい。要は、赤外光の通過および
遮断を制御できるものであれば足りる。

【００６７】（第２実施例）図３は、この発明の第２実
施例の赤外光時間応答測定装置を示す。この第２実施例
の赤外光時間応答測定装置が第１実施例のそれと異なる
点は、時間的変化付与手段１０を被測定物３に位置変化
を与えるステージ９としている点と、赤外光検出器６の
暗電流に対応する出力Ｉ_dもディジタル・オシロスコー
プ８に送られる点のみである。それ以外は第１実施例と
同じ構成を持つので、対応する要素には対応する符号を
付してそれらの説明は省略する。

【００６８】ステージ９は、内蔵された駆動手段により
図３の矢印の方向に移動する。ステージ９はまた、被測
定物３と機械的に係合してあり、ステージ９の移動によ
って被測定物３も同じ方向に移動するようになってい
る。

【００６９】次に、以上の構成を持つ第２実施例の赤外
光時間応答測定装置の動作を、図４に基づいて説明す
る。ここでは、被測定物３として有機物薄膜を用いた場
合について述べる。

【００７０】ライトチョッパ５が遮断状態であるＡ’の
時間領域では、光源１より放射された白色光はライトチ
ョッパ５で遮断されるために赤外光検出器６には入射さ
れない。また、ステージ９の動作は停止しており、被測
定物３は静止状態である。この入射光がない状態でも、
赤外光検出器６には暗電流に対応する出力Ｉ_dが存在す
る。出力Ｉ_dは、前置増幅器７で増幅され、ディジタル
・オシロスコープ８に入力される。ディジタル・オシロ
スコープ８では、入力された信号の波形から出力Ｉ_dを
測定する。

【００７１】次に、ライトチョッパ５が通過状態に変わ
り、時間領域Ｂ’となる。ライトチョッパ５が通過状態
に変わると同時に、ステージ９が動作を開始し、被測定
物３を一定速度で図３の矢印の方向に移動させる。この
状態では、光源１から放射された白色光はライトチョッ
パ５を通過し、移動中の被測定物３に照射される。よっ
て、被測定物３を通過する白色光の位置は時間と共に変
化している。

【００７２】そして、光学フィルタ１１により特定の波
数ｗ_n1の成分のみが選択的に透過され、赤外光検出器６
に入射される。移動中の被測定物３の波数ｗ_n1の成分の
透過量に相当する赤外光検出器６の出力（Ｉ_d ＋Ｉ₀）
を、ディジタル・オシロスコープ８で測定する。

【００７３】被測定物である薄膜３に傷や厚みの不均一
があると、その場所を透過した赤外光吸収量が変化する
ために、赤外光吸収量の時間的な変化が得られる。この
変化量を赤外光検出器６で検出し、ΔＩ(t) としてディ
ジタル・オシロスコープ８で測定する。

【００７４】ΔＩ(t)を測定した後、ライトチョッパ５
が再び遮断状態となり、光源１からの白色光が遮断され
る。白色光の遮断と同時にステージ９の動作も停止す
る。

【００７５】続いて、ライトチョッパ５が再び通過状態
となると、それと同時にステージ９の動作が開始し、被
測定物３が矢印の方向に移動する。

【００７６】被測定物３の検査範囲全域について測定が
完了すると、最初の位置に戻り、再び以上の動作を繰り
返し、必要なＳ／Ｎ比が得られるまでディジタル・オシ
ロスコープ８で積算処理（いわゆる同期加算）を行な
う。

【００７７】ライトチョッパ５には、通過／遮断に同期
してステージの移動を指示するための位相検出手段を設
けている（図示せず）。このような位相検出手段は、フ
ォトインタラプタなどを用いて容易に実現することがで
きる。

【００７８】信号処理部１４では、ΔＩ(t)をＩ₀で正規
化するため、時間領域Ａ’およびＢ’で測定した赤外光
検出器６の出力信号Ｉ_dおよび（Ｉ_d＋Ｉ₀）を用いて、
引き算（引き算を行う回路は図示省略）によりＩ₀を求
める。さらに、ΔＩ(t)とＩ₀との比（あるいはΔＩ(t)
とＩ₀との比の対数）を演算し、被測定物３の移動中の
赤外光吸収量変化｜ΔAbs｜を求める。これにより、被
測定物３を構成する物質の均一度を求めることができ
る。

【００７９】被測定物３が異なる材質の層からなる多層
構造をなしていても、各層の材質の赤外光吸収波長が異
なれば、光学フィルタ１１での選択波長を変えて測定す
ることにより、各層毎の均一度、傷の有無を測定するこ
とができる。

【００８０】光学フィルタ１１としては、図５に示すよ
うな円盤状の干渉フィルタを用いてもよい。このフィル
タ１１は、軸１１ａの周りに回動可能な円盤１１ｂに、
図に示すような円弧状のフィルタ部１１ｃを設けたもの
である。フィルタ部１１ｃの透過波数は、円弧に沿って
連続的に変化している。軸１１ａの周りに円盤１１ｂを
適当な角度だけ回動させると、赤外光の透過する位置が
変わり、それにより透過波数を連続的に変化させること
ができる。このような光学フィルタ１１としては、たと
えばＯＣＬＩ社のＷＣＶ２．５／１４．１−Ｓなどが
ある。

【００８１】光学フィルタ１１としては、直線に沿って
透過波数が変化するフィルタ部を有する干渉フィルタを
用いてもよい。

【００８２】以上説明したように、この第２実施例の赤
外光時間応答測定装置では、光学フィルタ１１で設定し
た透過波数における被測定物３の赤外光透過量（または
吸収量）の、被測定物３の移動に伴なう時間変化｜ΔAb
s｜を測定することができる。また、この第２実施例
の赤外光時間応答測定装置は、上記第１実施例のそれと
基本的に同じ構成を有しているから、上記第１実施例と
同じ効果が得られる。

【００８３】なお、被測定物３の移動パターンは、図４
に示したものに限定されず、必要に応じて任意のパター
ンとすることができる。例えば、ライトチョッパ５が遮
断状態の間に直前に測定した位置まで被測定物３の位置
を戻し、同じ範囲の測定を繰り返す、あるいは、狭い範
囲で振動させるなどの移動パターンでもよい。

【００８４】また、ここではステージ９によって被測定
物３を移動しているが、被測定物３を移動する代わり
に、ミラーなどを用いて赤外光の光路を移動させてもよ
い。

【００８５】さらに、ここではライトチョッパ５の透過
状態でのみステージ９が動作しているが、遮断状態から
透過状態、あるいは透過状態から遮断状態への過渡時と
完全に一致してステージ９の動作を制御する必要はな
く、ライトチョッパ５の過渡時とステージ９の動作開始
あるいは終了時刻に時間差があってもよい。

【００８６】（第３実施例）図６は、この発明の第３実
施例の赤外光時間応答測定装置を示す。この装置は、製
品の製造ライン上での検査時など、測定条件がある程度
決定しており、かつ測定を迅速に行ないたい場合に好適
である。

【００８７】第３実施例の赤外光時間応答測定装置が第
２実施例のそれと異なる点は、単一の透過波数または連
続可変型の透過波数を持つ光学フィルタ１１の代わり
に、透過波数固定の光学フィルタ１１を複数個取り付け
たフィルタホルダ１５を備えていること、およびフィル
タホルダ１５が光源１と被測定物３の間に配置されてい
ることの２点である。それ以外は同じ構成を持つので、
対応する要素には対応する符号を付してそれらの説明は
省略する。

【００８８】各フィルタ１１は互いに異なる透過波数を
持っている。フィルタホルダ１５を図６の矢印に沿って
移動すると、光路中に入るフィルタ１１が変わるため、
透過波数を容易に変更することができる。そこで、フィ
ルタホルダ１５の複数の光学フィルタ１１の中から被測
定物３の特性に対応したものを選択して使用する。

【００８９】このように光学フィルタを被測定物３の直
前に入れることにより、被測定物３に余分な光エネルギ
ーが加わらなくなり、被測定物３の劣化を防ぐことがで
きる。

【００９０】第３実施例の赤外光時間応答測定装置の動
作は、光源１からの白色光がライトチョッパ５とフィル
タ１１を通過してから被測定物３に照射される点を除い
て、第２実施例のそれと同様なので、ここでは省略す
る。

【００９１】第３実施例では、被測定物３に照射される
赤外光が、測定に必要な波数の赤外光のみとなり、被測
定物３に余分なエネルギーが加わらないため、より強力
な光源を使用することができる。このため、測定波形の
Ｓ／Ｎ比をさらに改善でき、測定時間のさらなる短縮も
可能となる。

【００９２】また、被測定物３に特徴的な吸収波数と合
致した波数のみを透過させる光学フィルタ１１が複数
個、フィルタホルダ１５に装備してあり、必要に応じて
それらフィルタ１１を切り換えて使用するため、個別の
フィルタ１１を交換しながら個々にセットするよりも作
業効率が向上する。また、連続可変型というような特殊
なフィルタを使用しなくても、必要な波数での時間分解
赤外分光測定を行なうことが可能となる。

【００９３】さらに、複数の異なる吸収波数を持つ被測
定物３を測定するためには、各々の被測定物３で必要な
吸収波数に合わせたフィルタ１１を備えた専用のフィル
タホルダ１５を、被測定物毎に用意してもよい。

【００９４】（第４実施例）図７は、この発明の第４実
施例の赤外光時間応答測定装置において使用する光学フ
ィルタ１１の赤外光通過量特性を示す。第４実施例の赤
外光時間応答測定装置は、図６に示す第３実施例の赤外
光時間応答測定装置において、フィルタホルダ１５に取
り付けた複数の光学フィルタ１１に代えて、図７に示す
透過波数特性を有する光学フィルタ１１を使用するもの
である。その他の構成と動作は第３実施例のそれと同じ
である。

【００９５】図７に示す特性を持つ光学フィルタ１１で
は、ｗ_n1およびｗ_n2の２つの透過波数を有するので、赤
外光検出器６の出力信号は、両波数ｗ_n1およびｗ_n2の赤
外光成分の透過量の和に対応する。２つの波数での測定
が同時に行なえるため、両波数ｗ_n1およびｗ_n2における
赤外光吸収の変化が同じような挙動を示す場合に使用す
れば、測定時間を半分あるいはそれ以下に短縮できる利
点がある。

【００９６】一つの光学フィルタ１１が有する透過波数
は３個以上であってもよいから、第３実施例の赤外光時
間応答測定装置は、複数の波数での赤外光吸収量（ある
いは透過量）の和を測定するのに好適である。

【００９７】（第５実施例）図８は、この発明の第５実
施例の赤外光時間応答測定装置を示す。この実施例は、
第４実施例と同様に、複数の波数での赤外光吸収量（あ
るいは透過量）を同時に測定するものである。しかし、
第４実施例では、複数の透過波数を持つ単一の光学フィ
ルタ１１を用いているが、この第５実施例では、波数選
択性ミラーにより被測定物３を透過した赤外光を波数別
に取り出し、各波数に対して赤外光検出器および前置増
幅器を設けて、波数毎に別個の測定データを同時に得る
ようにしたものである。

【００９８】図８において、第２実施例と同じ構成の箇
所では、対応する要素に対応する符号を付して説明を省
略し、異なる箇所についてのみ説明する。

【００９９】波数選択性ミラー１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
は、入射する光の一部の波数範囲を反射し、残りを透過
する鏡である。３つの波数選択性ミラー１５ａ、１５
ｂ、１５ｃの反射波数は、それぞれｗ_n1、ｗ_n2、ｗ_n3で
ある。

【０１００】光源１から放射された赤外光は、ライトチ
ョッパ５および被測定物３を透過して波数選択性ミラー
１５ｃに到達する。波数選択性ミラー１５ｃは、それ特
有の波数ｗ_n3の赤外光のみを反射して対応する赤外光検
出器６ｃに入射させる。ｗ_n3以外の波数の赤外光は、そ
のまま透過・直進して次の波数選択性ミラー１５ｂに到
達する。

【０１０１】同様に、波数選択性ミラー１５ｂは、それ
特有の波数ｗ_n2の赤外光のみを反射して対応する赤外光
検出器６ｂに入射させる。波数選択性ミラー１５ｃおよ
び１５ｂで選択されたｗ_n3およびｗ_n2以外の波数の赤外
光は、そのまま直進して次の波数選択性ミラー１５ａに
到達する。

【０１０２】波数選択性ミラー１５ａは、それ特有の波
数ｗ_n1の赤外光のみを反射して対応する赤外光検出器６
ａに入射させる。波数選択性ミラー１５ｃ、１５ｂおよ
び１５ａで選択されたｗ_n3、ｗ_n2およびｗ_n1以外の波数
の赤外光は、そのまま直進する。

【０１０３】赤外光検出器６ａ〜６ｃに入射した波数ｗ
_n1、ｗ_n2およびｗ_n3の赤外光は、そこで電気信号に変換
され、対応する前置増幅器７ａ、７ｂ、７ｃで別個に増
幅されてからディジタル・オシロスコープ８に入力され
る。ディジタル・オシロスコープ８では、入力された信
号の波形測定、積算などを行ない、その後、信号処理部
１４に入力されて所定の信号処理が行なわれる。

【０１０４】波形測定の動作は、第２実施例の赤外光時
間応答測定装置と同様なので省略する。

【０１０５】この第５実施例では、複数の異なる選択波
数を有する波数選択性ミラー１５ａ、１５ｂおよび１５
ｃにより、波数ｗ_n1、ｗ_n2およびｗ_n3での時間応答波形
の測定と、それらの波形間での和、差、相関などの測定
・演算が同時にできるため、測定波数ごとに測定・評価
を行なう従来の赤外光時間応答測定装置に比べて、測定
時間が大幅に短縮される。

【０１０６】なお、図８では波数選択性ミラーを３つ設
けているが、２つあるいは４つ以上の波数選択性ミラー
を設けてもよい。一つの波数選択性ミラーのみを設けて
もよい。なお、場合によっては、最後尾の波数選択性ミ
ラー１５ａを入射光のほぼすべてを反射する通常のミラ
ーに代えてもよい。

【０１０７】このように、この発明の光学フィルタ手段
としては、一定の波数の赤外光を選択的に透過する通常
の光学フィルタだけでなく、このようなミラーを用いる
こともできる。

【０１０８】さらに、各波数選択性ミラー１５ａ、１５
ｂ、１５ｃと各赤外光検出器６ａ、６ｂ、６ｃとの間
に、単色フィルタをそれぞれ挿入してもよい。また、光
源１と被測定物３との間に、測定に関与しない光をカッ
トする光学フィルタを入れ、被測定物３の加熱を防止す
ることもできる。

【０１０９】なお、この第４実施例では、波数ｗ_n1、ｗ
_n2およびｗ_n3のそれぞれについて赤外光検出器６ａ、６
ｂ、６ｃと前置増幅器７ａ、７ｂ、７ｃを設けている
が、赤外光検出器６ａ、６ｂ、６ｃの出力側にマルチプ
レクサを挿入して、前置増幅器を一つにすることも可能
である。

【０１１０】（第６実施例）図９は、この発明の第６実
施例の赤外光時間応答測定装置の信号検出部を示す。赤
外光検出器６に入射するまでの光学系は、図２に示す第
２実施例の赤外光時間応答測定装置と同様であるので省
略する。

【０１１１】図９に示すように、第６実施例の赤外光時
間応答測定装置は、高速・高増幅率の前置増幅器１６ａ
と、低速・低増幅率の前置増幅器１６ｂとを備えてい
る。前置増幅器１６ａの出力信号は、サンプルホールド
（Ｓ／Ｈ）増幅器１７ａ、アナログ−ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器１８ａを介して信号処理部１９に入力され
る。前置増幅器１６ｂの出力信号は、サンプルホールド
（Ｓ／Ｈ）増幅器１７ｂ、アナログ−ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器１８ｂを介して信号処理部１９に入力され
る。

【０１１２】次に、第６実施例の赤外光時間応答測定装
置の信号検出部の動作について説明する。◆赤外光検出
器６に入射した赤外光は、そこで電気信号に変換され
て、前置増幅器１６ａおよび１６ｂにそれぞれ入力され
る。ここで、図４に示すタイミングで各波形が生成され
る場合の動作について説明する。

【０１１３】図４における時間領域Ａ’では、赤外光検
出器６の出力電圧はほぼ直流であるので、低速・低増幅
率の前置増幅器１６ｂで増幅される。時間領域Ｂ’で
は、赤外光検出器６の出力電圧は急激に変化し交流であ
るので、高速・高増幅率の前置増幅器１６ａで増幅され
る。

【０１１４】図４の各々の信号のレベルの典型例は、Ｉ
₀はＩ_dの数１０分の１、ΔＩ(t)はＩ₀の数万〜数１００
万分の１程度である。このようにΔＩ(t)の信号レベル
は、実際には極めて小さいので、ΔＩ(t)を増幅する前
置増幅器１６ａは、増幅率が大きく設定され、また、刺
激信号に対する応答波形（交流分）を観測するので、交
流結合型増幅器が使用される。

【０１１５】他方、Ｉ_oおよびＩ_dは変化のない直流電圧
なので、前置増幅器１６ｂには直流結合型増幅器が使用
される。

【０１１６】つまり、この第６実施例では、赤外光検出
器６の出力信号の交流分を前置増幅器１６ａで、直流分
を前置増幅器１６ｂで、周波数帯域別に別個に必要なレ
ベルまで増幅するのである。よって、赤外光検出器６か
らの出力信号を周波数帯域毎にそれらに最適な増幅器で
増幅するので、その出力信号の直流成分と交流成分とを
同時に測定することができる利点がある。これも測定時
間の短縮化につながる。

【０１１７】赤外光検出器６の出力信号の交流分と直流
分を前置増幅器１６ａと１６ｂで別個に増幅した後、Ｓ
／Ｈ増幅器１７ａと１７ｂで別個にサンプリングし、Ａ
／Ｄ変換器１８ａと１８ｂで別個にディジタル信号に変
換し、得られたディジタル信号を信号処理部１９にそれ
ぞれ入力して、積算処理、正規化処理などを行なう。Ｓ
／Ｈ増幅器１７ａ、１７ｂ、Ａ／Ｄ変換器１８ａ、１８
ｂおよび信号処理部１９は、図４に示す波形のタイミン
グで制御される。

【０１１８】この第６実施例では、赤外光検出器６の出
力信号の交流分と直流分とを周波数帯域の異なる前置増
幅器１６ａと１６ｂで別個に増幅しているので、単一の
増幅器を使用した場合に比べていっそう容易に所望の性
能が得られる。

【０１１９】なお、この第６実施例では、２つの前置増
幅器の出力を各々専用のＳ／Ｈ増幅器とＡ／Ｄ変換器を
使用して信号処理部１９に入力しているが、複数のＳ／
Ｈ増幅器の出力をスイッチで切り換えて１つのＡ／Ｄ変
換器に入力するようにしてもよいし、複数の前置増幅器
の出力をスイッチで切り換えて１組のＳ／Ｈ増幅器とＡ
／Ｄ変換器に入力するようにしてもよい。

【０１２０】信号発生器９より発生する刺激信号は、図
４に示す電圧パルスとしたが、他の波形でもよいことは
もちろんである。

【０１２１】（第７実施例）図１０は、この発明の第７
実施例の赤外光時間応答測定装置の信号検出部を示す。
なお、赤外光検出器６に赤外光が入射するまでの光学系
は、図２に示す第２実施例の赤外光時間応答測定装置と
同様であるので省略する。

【０１２２】図１０において、２０は積分回路、２１は
トラック・アンド・ホールド（Ｔ／Ｈ）回路、２２は引
き算回路である。

【０１２３】赤外光検出器６の出力電気信号は、引き算
回路２２を介して積分回路２０および前置増幅器７に入
力される。前置増幅回路７の出力信号は、ディジタル・
オシロスコープ８に送られる。

【０１２４】積分回路２０の出力信号は、Ｔ／Ｈ回路２
１に入力され、Ｔ／Ｈ回路２１の出力信号は、引き算回
路２２およびディジタル・オシロスコープ８に入力され
る。ディジタル・オシロスコープ８の測定結果は、信号
処理部１４に出力される。

【０１２５】次に、図１０に示す第７実施例の赤外光時
間応答測定装置の信号検出部の動作について、図１１に
基づいて説明する。

【０１２６】まず、ライトチョッパ５が遮断状態のと
き、Ｔ／Ｈ回路２１はトラック状態すなわち伝達状態に
あるため、引き算回路２２、積分回路２０およびＴ／Ｈ
回路２１で構成される負帰還回路により、前置増幅器７
の入力電圧は０となる。この状態では、Ｔ／Ｈ回路２１
の出力には赤外光検出器６の出力電圧Ｉ_dと同じ電圧が
出力されている。また、この直流分Ｉ_dは、ディジタル
・オシロスコープ８に送られ、ディジタル・オシロスコ
ープ８および信号処理部１４で測定される。

【０１２７】次に、ライトチョッパ５が通過状態になる
と、赤外光検出器６に赤外光が入射され、その出力電圧
は（Ｉ₀＋Ｉ_d）まで急上昇する。この時、前置増幅器７
の入力電圧は、（Ｉ₀ ＋Ｉ_d） − Ｉ_d ＝Ｉ₀
になるが、引き算回路２２、積分回路２０およびＴ／Ｈ
回路２１で構成される負帰還回路により、一定時間（過
渡状態）が経過すると再びゼロになる。前置増幅器７の
入力電圧がゼロとなったときのＴ／Ｈ回路２１の出力電
圧は、赤外光検出器６の出力電圧と同じ（Ｉ0＋Ｉ_d）で
あるので、この出力電圧は直流分として、ディジタル・
オシロスコープ８および信号処理部１４で測定される。

【０１２８】続いて、Ｔ／Ｈ回路２１をホールド状態す
なわち保持状態に設定する。この時、他の部分の電圧の
変化はなく、前置増幅器７の入力電圧はゼロのままであ
る。また、上記の負帰還回路は形成されない。

【０１２９】Ｔ／Ｈ回路２１をホールド状態に設定した
後、ステージ９を移動させて被測定物３の移動を開始す
る。被測定物３の組織の均一度に応じて被測定物３の赤
外光吸収量が変化するので、赤外光検出器６により時間
応答波形ΔＩ(t)が出力される。この交流分であるΔＩ
(t)は、前置増幅器７で増幅されてから、ディジタルオ
シロスコープ８および処理部１４で測定される。

【０１３０】こうしてΔＩ(t)の測定が終了した後、Ｔ
／Ｈ回路２１をトラック状態に戻す。その後、再びライ
トチョッパ５が遮断状態となり、赤外光検出器６の出力
がＩ_dに戻る。前置増幅器７の入力は（−Ｉ₀）になる
が、負帰還回路により一定時間（過渡状態）後にはゼロ
に復帰する。

【０１３１】以上説明したように、第７実施例の赤外光
時間応答測定装置では、必要なパラメータであるＩ₀、
Ｉ_dおよびΔＩ(t)を一度のシーケンスで測定することが
できるので、各々のパラメータを単独に測定する従来の
赤外光時間応答測定装置に比べて、測定時間を短縮する
ことができる。

【０１３２】また、引き算回路２２、積分回路２０およ
びＴ／Ｈ回路２１で構成される負帰還回路により、前置
増幅器７の直流入力をゼロとすることができるので、前
置増幅器７を直流結合とすることができる。その結果、
交流結合に伴う結合コンデンサの時定数による悪影響
（たとえば、波形歪など）を避けることができる。前置
増幅器７の低域遮断周波数による波形ΔＩ(t)の波形歪
みの発生も生じない。

【０１３３】また、前置増幅器７を交流結合とする場合
でも、直流入力の変化分が少ないために低域遮断周波数
を低くすることができ、測定波形ΔＩ(t)の低域遮断周
波数による歪みを低く押さえることが可能となる。

【０１３４】さらに、この第７実施例では、直流分がゼ
ロになるので、前記増幅器７の増幅度を高く設定でき、
したがってΔＩ(t)を感度よく測定できる利点もある。

【０１３５】なお、図１１の波形では、ΔＩ(t)を測定
した後、Ｔ／Ｈ回路２１を先にトラック状態にしてから
ライトチョッパ５が遮断状態になるように制御している
が、ライトチョッパ５を遮断状態にしてから、Ｔ／Ｈ回
路２１をトラック状態にしてもよい。

【０１３６】被測定物３の移動パターンは図１１の通り
としたが、他のパターンでもよいことはもちろんであ
る。

【０１３７】上記第２〜第７実施例では、被測定物３を
移動して透過または反射する赤外光の変化を得ている
が、この発明はこれに限定されず、被測定物３に電流を
流したり、磁界を加えたり、電磁波を与えたり、レーザ
光線や紫外線等の光学的刺激を与えたり、衝撃を与えた
り、圧力や張力の力学的な刺激を与えたり、温度の急上
昇や急冷却を与えたり、熱線を与えたりするなど、任意
の物理的変化を生じさせるものを使用することができ
る。

【０１３８】

【発明の効果】この発明の赤外光時間応答測定装置によ
れば、測定結果の正確性を損なうことなく測定時間を短
縮することができる。また、測定に使用する電気信号の
Ｓ／Ｎ比を改善することができる。さらに、複数の波数
について被測定物の赤外光応答時間を測定する場合で
も、測定時間が短く、測定結果の評価にも手間がかから
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の赤外光時間応答測定装
置の機能ブロック図である。

【図２】この発明の第１実施例の赤外光時間応答測定装
置による測定作業における各部の波形を示す波形図であ
る。

【図３】この発明の第２実施例の赤外光時間応答測定装
置の機能ブロック図である。

【図４】この発明の第２実施例の赤外光時間応答測定装
置による測定作業における各部の波形を示す波形図であ
る。

【図５】この発明の第２実施例の赤外光時間応答測定装
置に使用される透過波数連続可変型の光学フィルタであ
る。

【図６】この発明の第３実施例の赤外光時間応答測定装
置の機能ブロック図である。

【図７】この発明の第４実施例の赤外光時間応答測定装
置に使用される光学フィルタの特性を示す概念図であ
る。

【図８】この発明の第５実施例の赤外光時間応答測定装
置の機能ブロック図である。

【図９】この発明の第６実施例の赤外光時間応答測定装
置の要部機能ブロック図である。

【図１０】この発明の第７実施例の赤外光時間応答測定
装置の要部機能ブロック図である。

【図１１】この発明の第７実施例の赤外光時間応答測定
装置による測定作業における各部の波形を示す波形図あ
る。

【図１２】従来の赤外光時間応答測定装置の一例の機能
ブロック図である。

【図１３】従来の赤外光時間応答測定装置による測定作
業における各部の波形を示す波形図ある。

【符号の説明】

１光源２、４楕円面鏡３被測定物５ライトチョッパ６、６ａ〜６ｃ赤外光検出器７、７ａ〜７ｃ前置増幅器８ディジタル・オシロスコープ９ステージ１０時間的変化付与手段１１光学フィルタ１１ａ軸１１ｂ円盤１１ｃフィルタ部１２、１３放物面鏡１４信号処理部１５フィルタホルダ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ波数選択性ミラー１６ａ、１６ｂ前置増幅器１７ａ、１７ｂサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１８ａ、１８ｂアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換
器１９信号処理部２０積分回路２１トラック・アンド・ホールド（Ｔ／Ｈ）回路２２引き算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物に赤外光を照射する赤外光照射
手段と、前記被測定物に時間的な変化を与える時間的変化付与手
段と、前記赤外光の特定波数の成分を選択して透過あるいは反
射する光学フィルタ手段と、前記被測定物を透過しまたは前記被測定物により反射し
た前記赤外光の強度を検出する赤外光強度検出手段と、赤外光強度検出手段からの出力信号に基づいて、前記被
測定物を透過しまたは前記被測定物により反射した前記
赤外光の時間的変化を測定する赤外光強度変化測定手段
とを備え、前記赤外光強度検出手段には、前記光学フィルタ手段に
より選択された前記赤外光の特定波数の成分のみが入射
されることを特徴とする赤外光時間応答測定装置。
【請求項２】被測定物に赤外光を照射する赤外光照射
手段と、前記被測定物に時間的な変化を与える時間的変化付与手
段と、前記赤外光の特定波数の成分を選択して透過あるいは反
射する光学フィルタ手段と、前記被測定物を透過しまたは前記被測定物により反射し
た前記赤外光の強度を検出する赤外光強度検出手段と、赤外光強度検出手段からの出力信号に基づいて、前記被
測定物を透過しまたは前記被測定物により反射した前記
赤外光の時間的変化を測定する赤外光強度変化測定手段
とを備え、前記赤外光強度検出手段には、前記光学フィルタ手段に
より選択された前記赤外光の特定波数の成分のみが入射
され、前記赤外光強度検出手段は、前記被測定物に対する前記
赤外光の照射位置が異なる少なくとも２つの時点におけ
る前記被測定物からの赤外光強度について、それら赤外
光強度のうちの１つを基準とし、その基準とした赤外光
強度によりその他の赤外光強度を正規化する機能を有し
ていることを特徴とする赤外光時間応答測定装置。
【請求項３】前記被測定物に対する前記赤外光の照射
位置を変更する赤外光照射位置変更手段をさらに有して
おり、その赤外光照射位置変更手段は、前記赤外光の光
路の移動および前記被測定物の移動の少なくとも一方に
よって照射位置を変更する請求項１または２に記載の赤
外光時間応答測定装置。
【請求項４】前記光学フィルタ手段が、前記被測定物
と前記光源との間に配置されている請求項１〜３のいず
れかに記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項５】前記光学フィルタ手段が複数の波数を選
択可能であり、しかも、前記光強度検出手段はそれら複
数の波数について赤外光強度を検出してそれら複数の波
数について赤外光強度の時間的変化を測定可能である請
求項１〜４のいずれかに記載の赤外光時間応答測定装
置。
【請求項６】複数の波数を選択可能な前記光学フィル
タ手段が、透過波数が固定された複数の光学フィルタ
と、それら光学フィルタを保持するフィルタホルダとか
ら構成され、前記複数の光学フィルタから選ばれた一つ
が使用される請求項５に記載の赤外光時間応答測定装
置。
【請求項７】複数の波数を選択可能な前記光学フィル
タ手段が、複数の光学フィルタを保持した前記フィルタ
ホルダを複数個、備えており、前記複数の光学フィルタ
から選ばれた一つが使用される請求項６に記載の赤外光
時間応答測定装置。
【請求項８】複数の波数を選択可能な前記光学フィル
タ手段が、透過波数を連続的に変化させることが可能な
光学フィルタである請求項７に記載の赤外光時間応答測
定装置。
【請求項９】複数の波数を選択可能な前記光学フィル
タ手段が、透過波数を連続的に変化させることが可能な
第１の光学フィルタと、フィルタホルダに保持された、
透過波数が固定された複数の第２の光学フィルタとを備
えており、前記第１の光学フィルタと複数の前記第２の
光学フィルタから選ばれた一つが使用される請求項５に
記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項１０】複数の波数を選択可能な前記光学フィ
ルタ手段が、複数の透過波数を同時に選択可能である請
求項５に記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項１１】複数の波数を選択可能な前記光学フィ
ルタ手段が、複数の透過波数を持つ単一の光学フィルタ
である請求項１０に記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項１２】複数の波数を選択可能な前記光学フィ
ルタ手段が、単一または複数の透過波数を持つ光学フィ
ルタを複数個、組み合わせて構成されている請求項１０
に記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項１３】前記赤外光強度変化測定手段が、前記
複数の波数についての測定結果の間で演算を行なう機能
を有する請求項５〜１２のいずれかに記載の赤外光時間
応答測定装置。
【請求項１４】赤外光を発生する光源と、前記光源が発生した前記赤外光を被測定物に照射する赤
外光照射手段と、前記被測定物に時間的な変化を与える時間的変化付与手
段と、前記赤外光の通過および遮断を制御する赤外光通過／遮
断手段と、前記被測定物を透過しまたは前記被測定物により反射し
た前記赤外光の強度を検出する赤外光強度検出手段と、赤外光強度検出手段からの出力信号に基づいて、前記被
測定物を透過しまたは前記被測定物により反射した前記
赤外光の時間的変化を測定する赤外光強度変化測定手段
とを備え、前記赤外光の強度の時間的変化を測定するときには、前
記赤外光通過／遮断手段を通過状態にして前記赤外光を
前記被測定物に照射させ、測定しないときには前記赤外
光通過／遮断手段を遮断状態にすることを特徴とする赤
外光時間応答測定装置。
【請求項１５】前記赤外光の特定波数の成分を選択し
て透過する光学フィルタ手段をさらに備えていて、前記
赤外光強度検出手段には前記光学フィルタ手段により選
択された前記赤外光の特定波数の成分のみが入射される
請求項１４に記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項１６】前記光学フィルタ手段が、前記被測定
物と前記光源との間に配置されている請求項１５に記載
の赤外光時間応答測定装置。
【請求項１７】赤外光を発生する光源と、前記光源が発生した前記赤外光を被測定物に照射する赤
外光照射手段と、前記赤外光の通過および遮断を制御する赤外光通過／遮
断手段と、前記被測定物を移動させて前記赤外光の照射位置を変更
する被測定物移動手段と、前記被測定物を透過しまたは前記被測定物により反射し
た前記赤外光の強度を検出する赤外光強度検出手段と、赤外光強度検出手段からの出力信号に基づいて、前記被
測定物移動手段により前記赤外光の照射位置を変更した
時の前記被測定物からの前記赤外光の時間的変化を測定
する赤外光強度変化測定手段とを備え、前記被測定物移動手段が前記被測定物を移動するタイミ
ングは、前記赤外光通過／遮断手段の通過状態に同期し
て設定され、その通過状態の間に前記赤外光の強度の時
間的変化が測定されることを特徴とする赤外光時間応答
測定装置。
【請求項１８】前記赤外光の特定波数の成分を選択し
て透過する光学フィルタ手段をさらに備えていて、前記
赤外光強度検出手段には前記光学フィルタ手段により選
択された前記赤外光の特定波数の成分のみが入射される
請求項１７に記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項１９】前記光学フィルタ手段が、前記被測定
物と前記光源との間に配置されている請求項１８に記載
の赤外光時間応答測定装置。
【請求項２０】前記赤外光強度検出手段からの出力電
気信号を増幅する複数の増幅器をさらに備えていて、前
記出力電気信号はそれら増幅器で増幅されてから前記赤
外光強度変化測定手段に入力され、しかも、前記増幅器
は互いに異なる周波数帯域を有している請求項１７〜１
９のいずれかに記載の赤外光時間応答測定装置。
【請求項２１】前記赤外光強度検出手段からの出力電
気信号の直流レベルを、前記赤外光透過／遮断手段によ
る前記赤外光の透過および遮断の動作タイミングに同期
して打ち消す手段を有している請求項１７〜２０のいず
れかに記載の赤外光時間応答測定装置。