JPH1048046A - 分光分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸収スペクトルの移動鏡の速度変動に起因す
る周波数シフトを改善することが可能な分光分析計を実
現する。 【解決手段】 マイケルソン干渉型分光器の出力光を試
料に入射して透過光のインターフェログラムをフーリエ
変換して吸収スペクトルを得る分光分析計において、干
渉光及び構成要素である移動鏡の位置情報信号を出力す
るマイケルソン干渉型分光器と、試料を透過した干渉光
を検出する光検出器と、この光検出器の出力信号及び位
置情報信号を一定時間遅延させる第１及び第２のフィル
タ回路と、この第２のフィルタ回路の出力のゼロクロス
のタイミングで第１のフィルタ回路の出力をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出
力を順次取り込んで得られたインターフェログラムをフ
ーリエ変換して吸収スペクトルを求める制御回路とを設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分光分析計に関
し、特に吸収スペクトルの移動鏡の速度変動に起因する
周波数シフトを改善することが可能な分光分析計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の分光分析計はマイケルソン干渉型
分光器の干渉光を試料に入射し、その透過光を光検出器
及びＡ／Ｄ変換器等で取り込みスペクトル解析すること
により前記試料を分析していた。

【０００３】図２はこのような従来の分光分析計の一例
を示す構成ブロック図である。図２において１は光源、
２及び６はレンズ、３はビームスプリッタ、４は固定
鏡、５は移動鏡、７はＨｅＮｅレーザ、８及び１０は光
検出器、９は測定セル、１１はフィルタ回路、１２はＡ
／Ｄ変換器、１３は制御回路である。

【０００４】また、１００及び１０１は光検出器１０及
び８の出力信号、１０２はフィルタ回路１１の出力信
号、５０及び５１は光ファイバであり、１〜８はマイケ
ルソン干渉型分光器５２を構成している。

【０００５】光源１の出力光はレンズ２を介してビーム
スプリッタ３に入射され、入射光の一部はビームスプリ
ッタ３で反射して固定鏡４に、その他はビームスプリッ
タ３を透過して移動鏡５にそれぞれ入射される。

【０００６】固定鏡４及び移動鏡５での反射光は再びビ
ームスプリッタ３に入射され光路差に基づき干渉し、レ
ンズ６を介して光ファイバ５０に集光される。

【０００７】光ファイバ５０は干渉光を測定セル９に入
射させ、測定セル９の出力光は光ファイバ５１を介して
光検出器１０に入射される。

【０００８】光検出器１０の出力信号１００はフィルタ
回路１１に接続され、フィルタ回路１１の出力信号１０
２はＡ／Ｄ変換器１２に接続される。また、Ａ／Ｄ変換
器１２の出力は制御回路１３に接続される。

【０００９】一方、ＨｅＮｅレーザ７の出力光もビーム
スプリッタ３に入射され、入射光の一部はビームスプリ
ッタ３で反射して固定鏡４に、その他はビームスプリッ
タ３を透過して移動鏡５にそれぞれ入射される。

【００１０】固定鏡４及び移動鏡５での反射光は再びビ
ームスプリッタ３に入射され光路差に基づき干渉して光
検出器８に入射される。光検出器８の出力信号１０１で
ある移動鏡５の位置情報はサンプリング信号としてＡ／
Ｄ変換器１２のクロック端子に接続される。

【００１１】ここで、図２に示す従来例の動作を図３を
用いて説明する。図３はインターフェログラムと移動鏡
５の位置情報である出力信号１０１とを示す特性曲線図
である。

【００１２】移動鏡５は図２中”イ”に示すように図示
しない手段により駆動される。このため、光源１の出力
光である白色光は固定鏡４及び移動鏡５における光路差
が変化してそれぞれ波長によって様々な干渉光が生じ
る。

【００１３】これらの干渉光はレンズ６等で合成され測
定セル９内に充填等された試料を透過し、特定波長での
吸収を受けて干渉光として光検出器１０で検出される。

【００１４】従って、移動鏡５の移動に伴い順次前記干
渉光を取り込んで行くことにより、図３（ａ）に示すよ
うなインターフェログラムとして光検出器１０で検出さ
れることになる。

【００１５】一方、ＨｅＮｅレーザ７の出力光もまた移
動鏡５の移動により固定鏡４及び移動鏡５における光路
差が変化して干渉光となる。この場合、ＨｅＮｅレーザ
７の出力光は単一周波数なので図３（ｂ）に示すような
干渉光が光検出器８で検出される。この干渉光は移動鏡
５の位置情報を示す信号であり、この信号に基づき光源
１の干渉光をサンプリングする。

【００１６】すなわち、Ａ／Ｄ変換器１２において図３
（ｂ）に示す出力信号１０１のゼロクロス点で図３
（ａ）に示すインターフェログラムをサンプリングして
ディジタル信号として取り込み制御回路１３等により必
要な演算処理等を行う。

【００１７】例えば、図３中”イ”，”ロ”及”ハ”等
に示すゼロクロス点でサンプリングを行うことにより図
３中”ニ”，”ホ”及び”ヘ”に示すようなデータを取
り込むことになる。

【００１８】このようにして取り込まれたインターフェ
ログラムをフーリエ変換して吸収スペクトルを得て、こ
れを解析することにより分光分析を行う。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２に示す従
来の分光分析計では、移動鏡５の移動速度が変動すると
図３（ａ）及び（ｂ）に示すインターフェログラム及び
出力信号１０１との間で位相差が生じる。

【００２０】すなわち、インターフェログラムはフィル
タ回路１１により前記速度変動の影響により遅延が生じ
るが、出力信号１０１は前記速度変動に即座に応答する
ので、サンプリングされたインターフェログラムに影響
が出て、吸収スペクトルに周波数シフトが生じてしま
う。

【００２１】図４はこのような吸収スペクトルの周波数
シフトの一例を示す特性曲線図であり、実線は移動鏡５
に速度変動がない場合の吸収スペクトルである。

【００２２】例えば、移動鏡５の移動速度が遅くなると
図４（ａ）の破線に示すように吸収スペクトルは図４
中”イ”の方向にシフトし、一方、移動鏡５の移動速度
が早くなると図４中”ロ”の方向にシフトしてしまう。
従って本発明が解決しようとする課題は、吸収スペクト
ルの移動鏡の速度変動に起因する周波数シフトを改善す
ることが可能な分光分析計を実現することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第１では、マイケルソン干渉型分光
器の出力光を試料に入射して透過光のインターフェログ
ラムをフーリエ変換して吸収スペクトルを得る分光分析
計において、干渉光及び構成要素である移動鏡の位置情
報信号を出力するマイケルソン干渉型分光器と、試料を
透過した前記干渉光を検出する光検出器と、この光検出
器の出力信号及び前記位置情報信号を一定時間遅延させ
る第１及び第２のフィルタ回路と、この第２のフィルタ
回路の出力のゼロクロスのタイミングで前記第１のフィ
ルタ回路の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器と、このＡ／Ｄ変換器の出力を順次取り込んで得られ
た前記インターフェログラムをフーリエ変換して吸収ス
ペクトルを求める制御回路とを備えたことを特徴とする
ものである。

【００２４】このような課題を達成するために、本発明
の第２では、マイケルソン干渉型分光器の出力光を試料
に入射して透過光のインターフェログラムをフーリエ変
換して吸収スペクトルを得る分光分析計において、干渉
光及び構成要素である移動鏡の位置情報信号を出力する
マイケルソン干渉型分光器と、試料を透過した前記干渉
光を検出する第１の光検出器と、前記干渉光を直接検出
する第２の光検出器と、第１及び第２の光検出器の各々
の出力信号及び前記位置情報信号を一定時間遅延させる
第１、第２及び第３のフィルタ回路と、この第３のフィ
ルタ回路の出力のゼロクロスのタイミングで前記第１及
び第２のフィルタ回路の出力をディジタル信号に変換す
る第１及び第２のＡ／Ｄ変換器と、この第１及び第２の
Ａ／Ｄ変換器の出力を順次取り込んで得られた測定光及
び参照光の前記インターフェログラムをフーリエ変換し
て吸収スペクトルを求める制御回路とを備えたことを特
徴とするものである。

【００２５】このような課題を達成するために、本発明
の第３では、本発明の第１乃至第２において前記フィル
タ回路としてベッセル型フィルタ回路を用いたことを特
徴とするものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る分光分析器の一実施例を
示す構成ブロック図である。

【００２７】図１において１〜１３，５２，１００，１
０１及び１０２は図２と同一符号を付してあり、１０ａ
は光検出器、１１ａ及び１６はフィルタ回路、１２ａは
Ａ／Ｄ変換器、１４はビームスプリッタ、１５は増幅
器、１７はゼロクロス検出回路である。

【００２８】また、１０３は光検出器１０ａの出力信
号、１０４はフィルタ回路１１ａの出力信号、１０５は
ゼロクロス回路１７の出力信号であり、５０ａ，５０
ｂ，５０ｃ及び５０ｄは光ファイバである。

【００２９】光源１の出力光はレンズ２を介してビーム
スプリッタ３に入射され、入射光の一部はビームスプリ
ッタ３で反射して固定鏡４に、その他はビームスプリッ
タ３を透過して移動鏡５にそれぞれ入射される。

【００３０】固定鏡４及び移動鏡５での反射光は再びビ
ームスプリッタ３に入射され光路差に基づき干渉し、レ
ンズ６を介して光ファイバ５０ａに集光される。

【００３１】光ファイバ５０ａは干渉光をビームスプリ
ッタ１４に入射させ、ビームスプリタ１４は入射光を２
つに分割して光ファイバ５０ｂ及び５０ｃに入射させ、
光ファイバ５０ｂは分割された干渉光を測定セル９に入
射させる。

【００３２】また、光ファイバ５０ｃは分割された干渉
光を参照用の干渉光として光検出器１０ａに、光ファイ
バ５０ｄは測定セル９の透過光を測定用の干渉光として
光検出器１０にそれぞれ入射する。

【００３３】光検出器１０及び１０ａの出力信号１００
及び１０３はフィルタ回路１１及び１１ａに接続され、
フィルタ回路１１及び１１ａの出力信号１０２及び１０
４はＡ／Ｄ変換器１２及び１２ａに接続される。また、
Ａ／Ｄ変換器１２及び１２ａの出力は制御回路１３に接
続される。

【００３４】一方、ＨｅＮｅレーザ７の出力光もビーム
スプリッタ３に入射され、入射光の一部はビームスプリ
ッタ３で反射して固定鏡４に、その他はビームスプリッ
タ３を透過して移動鏡５にそれぞれ入射される。

【００３５】固定鏡４及び移動鏡５での反射光は再びビ
ームスプリッタ３に入射され光路差に基づき干渉して光
検出器８に入射される。

【００３６】光検出器８の出力信号１０１は増幅器１５
を介してフィルタ回路１６に接続され、フィルタ回路１
６の出力はゼロクロス検出回路１７に接続される。ま
た、ゼロクロス検出回路１７の出力信号１０５はＡ／Ｄ
変換器１２及び１２ａのクロック端子にそれぞれ接続さ
れる。

【００３７】ここで、図１に示す実施例の動作を説明す
る。フィルタ回路１１，１１ａ及び１６はベッセル型フ
ィルタであり、全て同一のカットオフ周波数が設定され
ている。

【００３８】ベッセル型フィルタは通過域において周波
数に対して位相が直線的に変化するもので、言い換える
と、通過域において遅延特性がほぼ一定になるものであ
る。

【００３９】測定用及び参照用の干渉光の検出信号であ
る出力信号１００及び１０３はフィルタ回路１１及び１
１ａで一定時間遅延されてＡ／Ｄ変換器１２及び１２ａ
にそれぞれ入力される。

【００４０】一方、移動鏡５の位置情報信号である光検
出器８の出力信号１０１もまたフィルタ回路１６で前記
遅延時間と同じだけ遅延を受けて、ゼロクロス検出回路
１７に入力されサンプリング信号（出力信号１０５）と
してＡ／Ｄ変換器１２及び１２ａのクロック端子に供給
される。

【００４１】このため、出力信号１０２，１０４及び１
０５はベッセル型のフィルタ回路１０，１０ａ及び１６
において同一時間だけ遅延を受けているため、従来例の
ような位相差が生じない。

【００４２】この結果、干渉光検出信号とサンプリング
信号とをベッセル型フィルタ回路により同一時間遅延さ
せることにより、吸収スペクトルの移動鏡の速度変動に
起因する周波数シフトを改善することが可能になる。

【００４３】なお、ベッセル型フィルタ回路の機能を補
強するためにＡ／Ｄ変換のナイキスト周波数の１／２よ
りも低い周波数をカットオフ周波数に持つローパス光学
フィルタを介して光源１の出力光を出射させても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。干渉光検出信号
とサンプリング信号とをベッセル型フィルタ回路により
同一時間遅延させることにより、吸収スペクトルの移動
鏡の速度変動に起因する周波数シフトを改善することが
可能な分光分析計が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分光分析器の一実施例を示す構成
ブロック図である。

【図２】従来の分光分析計の一例を示す構成ブロック図
である。

【図３】インターフェログラムと移動鏡の位置情報を示
す出力信号とを示す特性曲線図である。

【図４】吸収スペクトルの周波数シフトの一例を示す特
性曲線図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２，６ レンズ ３，１４ ビームスプリッタ ４ 固定鏡 ５ 移動鏡 ７ ＨｅＮｅレーザ ８，１０，１０ａ 光検出器 ９ 測定セル １１，１１ａ，１６ フィルタ回路 １２，１２ａ Ａ／Ｄ変換器 １３ 制御回路 １５ 増幅器 １７ ゼロクロス検出回路 ５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５１ 光ファ
イバ ５２ マイケルソン干渉型分光器 １００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５ 出
力信号

フロントページの続き (72)発明者 占部 修司 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 津田 勝久 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイケルソン干渉型分光器の出力光を試料
   に入射して透過光のインターフェログラムをフーリエ変
   換して吸収スペクトルを得る分光分析計において、 干渉光及び構成要素である移動鏡の位置情報信号を出力
   するマイケルソン干渉型分光器と、 試料を透過した前記干渉光を検出する光検出器と、 この光検出器の出力信号及び前記位置情報信号を一定時
   間遅延させる第１及び第２のフィルタ回路と、 この第２のフィルタ回路の出力のゼロクロスのタイミン
   グで前記第１のフィルタ回路の出力をディジタル信号に
   変換するＡ／Ｄ変換器と、 このＡ／Ｄ変換器の出力を順次取り込んで得られた前記
   インターフェログラムをフーリエ変換して吸収スペクト
   ルを求める制御回路とを備えたことを特徴とする分光分
   析計。
2. 【請求項２】マイケルソン干渉型分光器の出力光を試料
   に入射して透過光のインターフェログラムをフーリエ変
   換して吸収スペクトルを得る分光分析計において、 干渉光及び構成要素である移動鏡の位置情報信号を出力
   するマイケルソン干渉型分光器と、 試料を透過した前記干渉光を検出する第１の光検出器
   と、 前記干渉光を直接検出する第２の光検出器と、 第１及び第２の光検出器の各々の出力信号及び前記位置
   情報信号を一定時間遅延させる第１、第２及び第３のフ
   ィルタ回路と、 この第３のフィルタ回路の出力のゼロクロスのタイミン
   グで前記第１及び第２のフィルタ回路の出力をディジタ
   ル信号に変換する第１及び第２のＡ／Ｄ変換器と、 この第１及び第２のＡ／Ｄ変換器の出力を順次取り込ん
   で得られた測定光及び参照光の前記インターフェログラ
   ムをフーリエ変換して吸収スペクトルを求める制御回路
   とを備えたことを特徴とする分光分析計。
3. 【請求項３】前記フィルタ回路としてベッセル型フィル
   タ回路を用いたことを特徴とする特許請求の範囲請求項
   １乃至請求項２記載の分光分析計。