JPS5940221A - 多重赤外線−フ−リエ変換信号を同時に記録する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分′ｊｔＳ器、特に干渉計を使用したフーリエ
変換分光器に関する。

〔従来技法の説明〕

電磁放翳の周波数スペクトルを測定し、分析するのには
多年干渉計が使用されて来た。寺門線信号フーリエ変換
（ＩＲ−ＦＴ）のための干渉ｒ−ｉ−１の基本卯埋及び
一般的動作は周知であり、多くのテキスト及び論文に見
出される。共通して言える事はＩＲ−ＦＴ分光計は順次
サンプル・データと基準データを記録するという事であ
る。この動作は多くの応用に対して適切なものであるが
これ等の特性が制限全与える様な成る状況が存在する。

例えばサンプル・スペクトルと基準スペクトルが順次記
録されている間の成る条件の下ではその取得間に変化が
生ずるといった経験的に見られる条件が存在する。これ
によって２つのスペクトル間に不一致が生じ、サンプル
及び基準スペクトルの数学的組合せが不完全になる。成
る論文にはサンプルと基準データを同時に取得する事を
可能にした干渉計の設計が説明されている。しかしなが
ら光学的に設計されたこれ等の干渉計は、容易には入（
３） 手回能でなく現在の装置と共には使用可能ではない新し
い器械を必要とする。

〔本発明の概要〕

本発明の目的は容易に入手可能なＩＲ−ＦＴ装置を使用
して多くのＩＲスペクトル信号を同時に記録する装置及
び方法を与える事にある。

本発明に従えば、単一ビーム分光計で少なく共２つの異
なる干渉写真（インターフェログラム）全作成する多重
信号を同時に記録する之めの方法及び装置が与えられる
。本発明の装置は少なく共２つの信号端子、第１及び第
２の制御入力端子及び出力端子を有するスイッチ回ＰＪ
（ｒ含む。スイッチ回路の出力端子とアナログ−ディジ
タル変換器（ＡＤＣ）の入力端子間にはサンプル保持（
Ｓ＆Ｈ）回路が接続されている。干渉計と制御回路の動
作全同期させるための第１の制御信号が与えられ、デー
タ取得間隔を画定するための第２の制御信号が与えられ
る。第１′の制御信号はスイッチ回路の第１の制御入力
端子に結合されて、スイッチ（４） 回路を予定の状態にリセットする。第２の１ｉｌｌ　１
１信号は第２の制御入力端子に結合されて５人力信号の
各々のためのデータ・サンプルが交錯する様な間隔を決
定する様に信号の各々に対して、スイッチ回路の状態を
切換える。ＡＤＣからのデータを受取って記憶するため
に計算回路が与えられ部子算回路はプログラム制御の下
に動作可能であり、同一人力信号のすべてのデータ・サ
ンプルが組合わ芒れて、各入力信号の各々の干渉写真が
作成される様にディジタル・データがアクセスされる。

特定の実施例に従えば、スイッチ、回路は２極双投回路
とこれに続く単極双投回路より成る。この実施例では、
ディジタル・データは分割された形で奇数及び偶数番目
の記憶位置に記憶され、偶数１　（Ｅｌ　）と奇数２（
０２）の和を偶数２（Ｅ２）と奇数１の和で割ったもの
、即ち （Ｅ１十０２）／（Ｅ２＋０１　） として表わされるアルゴリズムに従って、プログム制御
の下に再結合される。

〔好ましい実施例の説明〕

本発明は多くの赤外線フーリエ変換（ＦＴ−ＩＲ）信号
を同時に記録する装置及び方法を与える。

この様な装置及び方法は干渉計を必要とする。以下の説
明のためには、マイケルンン型の干渉＝＋が例として選
択されるが、この様な特定の例で本発明の一般的用途を
制限するつもりはない事を理解されたい。

干渉計の動作は周知であるので詳細には説明されない。

第１図を参照するに、基準レーザ１ｏはコヒーレント（
可干渉性の）放射線を生じ、この放射線はビーム・スプ
リッタ１１に指向され、ここで２ビームに分離される。

各半分のビームは鏡１２．１６の１つに指向される。鏡
１２は位置が固定され、鏡１３はこの鏡１３を含む光学
距離（第１図に破線で示されている）が可変な様に直線
経路に沿って移動可能である。半分のビームは夫々鏡１
２もしくは１３から反射され、ビーム・スプリッタ１１
に戻され、ここで両ビームは干渉しく６） て可動な鏡１６の位置の関数である合成ビームが形成さ
れる。この合成ビームはビームを電気信号に変換するレ
ーザ検出器１４に指向される。この信号ＬＡ、Ｓ（第８
図参照）は正弦波の形をなし、基準レーザの半波受の整
数倍の一定の距離のところで、０強度を有し、従って０
交差信号と呼ばれる。この様な０交差信号からディジタ
ル信号ＸＡ（第８図参照）が誘導され、これがデータ取
得のための間隔全画定する変換の終り（ＥＯＣ）のため
の基本的タイミングを与える。白色光源１９は鏡１３の
移動中ずつと付勢されており、ビーノ、・スプリッタ１
１、固定鏡１２及び可動鏡１３を含む同一光学路上に白
色光を指向する。その干渉パターンは白色光検出器１８
で検出される。白色光検出器１８の出力の中心バースト
（最大振幅）は鏡１３が移動を開始した時検出され干渉
計の動作と関連する制御回路とを同期させるのに役立つ
データ取得ディジタル信号（ＴＫＤＡ）全発生するのに
使用でれる。広帯域源１５からの赤外線はビーム・スプ
リッタ１１に向う経路に沿って指向され、干渉計を横切
り、サンプル室１６及び赤外線検出器１７に指向される
。赤外線検出器１７は放射線の強度を検出する。検出器
１７の出力信号は従ってすべてのスペクトル成分の入射
強度及び検出ＲＮのスペクトルの応答の尺度である。光
学壓喘の差の関数としての検出器１７の信号の振幅は干
渉写真（インターフェログラム）と呼ばれ、１つの干渉
写真の例が第２図に示されている。追加のＩＲ干渉写真
が他の信号と比較して太い（Ｃ縮尺された形で第８図に
示されている（ＩＲ及び白色光の横軸スケールは他の信
号と同じでないことに注意されたい）。干渉写真は検出
されたＩＲ放射線の変調成分を含み、フーリエ変換過程
によって得られるスペクトルに関連している。

実際に５アナログＩＲ干渉写真信号はレーザ信号ＸＡか
ら誘導される等間隔でサンプルされ、ディジタル形でプ
ロセッサに転送される。もし必要ならば、このディジタ
ル・データの信号−雑音比は多くの干渉写真の振幅を加
える事によって増大させる事が出来る。ディジタル化さ
れたデータは（７） １つの干渉写真のためのすべての信号がプロセッサによ
って受取られる迄プロセッサの記憶装置に記憶される。

一度データの収集が完了すると、ディジタル・データは
適切なアルゴリズムによって操作全受け、問題のＩＲス
ペクトルが発生される。

このアルゴリズム過程はこの分野で、フーリエ変換とし
て知られている。本明細書では、フーリエ変換とは所与
の干渉写真からＩＲスペクトルを発生するアポタイゼー
ション、高速フーリエ変換及び位相修正の組合せを含む
。第２図の干渉写真のスペクトルが第３図に示されてい
る。この様にして得られたスペクトルはＩＲ源１５、干
渉計の素子１１乃至１４、サンプル室１６及び検出器１
７の不所望のスペクトルの特徴と共に問題にしているデ
ータを含んでいる。これ等の不所望なスペクトル特徴は
適切な基準との比を造る事（によって除去される。通常
、この基準はサンプルを含まない器械のスペクトルであ
シ、これはサンプル・スペクトルに対して順次記録され
る。

上述の如く単一の信号源からスペクトルを発生（８） するのには従来のシステムで十分である。サンプルと基
準スペクトルが順次取出される成る場合には、サンプル
と基準スペクトルの比較が不完全になる如き、実験上の
状態の変化が存在する。この間ｆｆｌ’ｒ改善するため
に、多くのＩＲ−ＦＴ信号を同時に記録する方法及び装
置が開発された。

２つのスペクトルを同時に且つ順次に記録する事が出来
るスイッチ回路が第４図に示されている。

２つの信号アナログ１及びアナログ２はアナログ・スイ
ッチ２０に結合される。乙のアナログ・スイッチ２０は
各走査の開始時に、該スイッチのリセット端子２１に結
合される信号ＴＫＤＡによってリセットされている。こ
のＴＫＤＡ　（データ取得）信号は各走査開始の正確な
時間に高レベルに進む。走査は可動鏡１６が実線の位置
からその破線の位置に移動する動作シーケンスとして定
義される。前進信号（第８図）は可動鏡１６は第１図に
示された実線位置に戻った時ｗｋ出する感知器（図示さ
れず）によって発生される。トリガー遅延はオベレー汐
の制御の下にセットされ、第８図に示された如（ＴＫＤ
Ａの正確なタイミングがセットされる様になっている。

アナログ１信号及びアナログ２信号はアナログ・スイッ
チ２０のスイッチ状態入力端子２６に結合された変換の
終り（ＥＯＣ）信号によってサンプル保持（Ｓ＆Ｈ）回
路２２に交互に結合される。

Ｓ＆Ｈ回路２２の出力はアナログ−ディジタル変換器（
ＡＤｃ）２４に結合され、ＡｐＣｆｆｉｌＪ御回路２６
の制御全受けてディジタル化される。ＡＤＣ２４の出力
はデータ出力バッファ２８中に一時的に記憶され、適切
な時間にチャンネル６８を介して信号Ｎ　Ｄ、ＲＤ　Ｙ
　ｆ’）　ｆ！＋！Ｉ御の下にプロセッサ３２に結合さ
れる。ＥＯＣパルスは取得される各データ点に対応する
ので、結果の干渉写真は交互にディジタル化されたアナ
ログ１信号及びディジタル化アナログ２信号データより
成る。第６図に示された如く、データ点はディジタル化
され、順番の記憶位置に記憶される。アナログ１信号の
ためのディジタル化されたデータ点は第６図に示された
如く奇数番目の記憶位置に記憶され、アナログ２信号の
ためのディジタル化されたデータ点は偶数番目の位置に
記憶される。アナログ信号１及びアナログ２データのデ
ータ点に対応するディジタル化信号はプロセッサのデー
タ記憶装置３４の順番の記憶位置６４中に記憶される。

１組のデータ点の記憶が完了すると、プロセッサによっ
て偶数及び奇数点を分離するプログラムが実行される。

このプログラムに従うと、記憶された干渉写真のフーリ
エ変換が実行され、ディジタル化されたアナログ１信号
の干渉写真に対する奇数番目の記憶位置に記憶されたデ
ータをアクセスし、且つディジタル化されたアナログ２
信号の干渉写真のために偶数番目の記憶位置中に記憶さ
れたデータをアクセスする事によって夫々のスペクトル
が発生される。

第４図に示された実施例は上述の如く同時に記録はれた
２信号のスペクトルを与える様に図示されている。

第５図に示された実施例は、２つのスペクトルが同時に
得られる多くの場合に５　より正確なスペクトルが得ら
れるのを可能にするスイッチ回路の（１１） さらに改良を示す。上述の実施例においては、２信号が
等しい走行テストの過程において、偶数及び奇数番目の
干渉写真はディジタル化のために、わずかに異なる振幅
を有する事が注目された。計算されたスペクトルについ
ての正確さをさらに増大させるために、２つの別個の走
査が行われ、これによりディジタル化されたアナログ１
信号が第１の走査では奇数番目の記憶位置に、又第２の
走査では偶数番目の記憶位置に記憶される。第５図１に
示された実姉例では、２つの入力信号アナログ１及びア
ナログ２を受取る様に２極双投（ＤＰＤＴ）アナログ・
スイッチ回路３０が結合されている。アナログ・スイッ
チ回路６０がアナログ・スイッチ２０に結合てれていて
、第１の位置にある時にアナログ１信号がそのリセット
状態にある（第５図参照）アナログ・スイッチ２０に結
合される様になっている。信号’ｌ’ＫＤＡけアナログ
・スイッチ回路３０のスイッチ状態人力６３に結合はれ
ていて、スイッチを第２の状態（第５図に示された状態
と反対の状態）に変更する。この状態で（１２） アナログ２信号入力はリセット状態（第５図に示された
如き）のアナログ・スイッチ回路２０に結合される。ス
イッチ回１格３０がリセット位置にある時に、ディジタ
ル化されたアナログ１信号は第１のデータ・ファイルの
奇数番目の位置に、ディジタル化されたアナログ２信号
は偶数番号位置に記憶される。しかしながら、次の走査
中、スイッチ回路６０はその第２の状態に変更され、こ
の場合にはディジタル化されたアナログ２信号はデータ
収集の前に、決定された第２のデータ・ファイル中の奇
数番目の記憶位置にディジタル化されたアナログ１信号
は偶数番口の記憶位置に記憶される。

データ収集中、２つの全干渉写真が収集され、別個に記
憶される。どの実施例において、スイッチ回路３０がそ
の第１の状態（第５図に示されている）にある時、干渉
写真１が記録され、スイッチ回路３０が状態２にある時
に、干渉写真２が記録される。信号の平均化の目的のた
めに、干渉写真を記憶するデータのアドレスが変更され
、干渉写真１は常（で記憶され、前に収集された干渉写
真１のデータと加算され、干渉写真２が常に記憶これ、
前に収集された干渉写真２のデータと加算きれる。従っ
て、１つの双投スイッチ全十分に利用するために、別個
の干渉写真を処理するソフトウェアが利用可能でなけれ
ばならない。１つのこの様なプログラムは交互に干渉写
真を２つの記憶ディスク・ファイルに収集するＣ０ＬＬ
ＥＣＴ　　ＤＵＡＬと呼ばれるものである。

第５図に示てれたスイッチ回路に従って干渉写真を変換
するに必要なソフトウェア制御は前に説明されたものと
若干具なっている。この場合のソフトウェアは次の通り
になる。

Ｅｌ−第１の全干渉写真からの偶数番目のスペクトル（
アナログ２） ０１−第１の全干渉写真からの奇数番目のスペクトル（
アナログ１） Ｅ２＝第２の全干渉写真からの偶数番目のスペクトル（
アナログ２） ０２−第２の全干渉写真からの奇数番目のスペクトル（
アナログ１） とおく。

各ＴＫＤＡ信号のための手動のスイッチング入力によっ
て第４図に示された装置では、Ｅ１＝０２（アナログ２
） ０１＝Ｅ２（アナログ１） が成立つ様な、２つの別個の全（分離していない）干渉
写真が取得される。（即ち、アナログ信号はデイジメル
化されたアナログ１が最初の全干渉写真において奇数番
目になシ、第２の全干渉写真において偶数番目になる様
に走査量でスイッチされる。）第５図に示され説明てれ
た回路では手動スイッチが省略される。

次いで、偶及び奇スペクトル間の振幅差全補償し、且つ
データの所望の比を依然保持するために、次の動作がデ
ータ処理ルーチンによって遂行される。

ＥＩ＋０２　　　　　　　　アナログ２−所望の結果−
アナ。グ。

Ｅ２＋０１ アナログ１−アナログ２である様な場合においては簡単
な、単一のスイッチ回路の方法によってはるかに良好な
、優れた１００％の線が呈示される。

従ってアナログ１及びアナログ２における情報が同じで
ない状況でも、第５図に示されたスイッチング装置の実
施例によって忠実に偶数番目及び奇数番目の比を得る事
が出来る。

このスイッチングは第７図に示された実施例でディジタ
ル的に行われる。この実施例において、アナログ１信号
は第１のＳ＆Ｈ回路２２に結合され、その出力はＡＤＣ
２４に結合される。ＡＤＣ２４の出力は一連の６状態装
置３乙に結合され、装置３６の出力はプロセッサ６２（
第１図）に伝送するためにチャンネル６８にゲートされ
る。類似の経路がアナログ２信号にも与えられる。制御
論理装置４０が選択された制御方法に従って入力信号の
適切な１つの変換を指示する制御信号を与える。第７図
の実施例において、走査の開始時に、制御論理装置４０
は信号ＴＫＤＡによって予定の状態にリセットされ、制
御論理装置４０が入力線４２上に受取られる第１のＥＯ
Ｃパルスに応答して動作可能にされ、アナログ１信号の
ためにＳ＆Ｈ２２及びＡＤＣ２４が付勢される。一度変
換が完了すると、適切な５状態装置が付勢され、ディジ
タル・データをプロセッサ３２に転送するためにチャン
ネル３已にゲートする。次にＥＯＣパルスに基づいて、
制御論理装置４０が動作され、アナログ２信号のための
Ｓ＆Ｈ２２及びＡＤＣ２４が付勢でれる。従ってディジ
タル信号はプロセッサ３２中の順番の記憶位置中に、デ
イジメル化されたアナログ１信号が偶数番目の記憶位置
に記憶され、ディジタル化されたアナログ２信号が奇数
番目の位置に記憶される様に記憶される。

本発明の特定の実施例が詳細に説明された。しかしなが
ら、これ等の特定の例は本発明を制限するものではない
。特に２つのアナログ入力信号だけが特定の実施例では
説明されたが、３以上のアナログ入力信号にも適用され
得る事は明らかである。さらにリセットヲ制御する特定
の信号が説明されたが、走査の終り、鏡移動方向の逆転
、順方向走査即ち走査開始及びデータ取得を含む他の信
号が同様に使用され得る。スイッチングはサンプル保持
回路によるサンプリングもしくは先行隣接サンプリング
・データと一致しない任意の基準レーザ誘導信号によっ
て制御され得る。本発明の装置及び方法はＩＲ−ＦＴの
スペクトル的に誘導される信号と同様に非ＩＲ−ＦＴ誘
導信号と共にでも十分動作可能である。この様な信号は
温度、圧力もしくは質量スペクトルの如きサンプルの状
態に関する。さらに干渉写真の処法、位相修正法の変更
及びスペクトルの修正のための乗算方法を含むディジタ
ル・スイッチに関連する素子をなくするために他の代数
的技法が使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を使用した赤外線フーリエ変換分光シス
テムの概略的ブロック図である。第２図は第１図のシス
テムによって発生される代表的干渉写真を示した図であ
る。第６図は第２図に示された干渉写真のスペクトルを
示した図である。第４図は本発明のためのスイッチ回路
の第１の実施例を示した概略図である。第５図は本発明
のスイッチ装置の第２の実施例の概略図である。第６図
は本発明に従って２つの信号のためのディジタル化され
た干渉写真の点の図である。第７図はディジタル回路を
使用した本発明のためのスイッチ回路の第６の実施例の
概略的ブロック図である。第８図は関連制御回路と干渉
計の動作衡同期させるために発生された信号を示したタ
イミング図である。 １０・・・・基準レーザ、１１・・・・ビーム・スプリ
ッタ、１２．１３・・・・鏡、１４・・・・レーザ検出
器、１５・・・・赤９４ｒ、線源、１６・・・・サンプ
ル室、１７・・０．赤外線検出器、１８・・・・白色光
検出器、１９・・・・白色光源、２０・・９．スイカ回
路、２２・・・・サンプル保持装置、２４・・・・ＡＤ
変換器、２６・・・・ＡＤＣ制御装置、２８・・・・デ
ータ出力バッファ、３２・・・・プロセッサ。 出願人　インターナショナノいビジネス・マシーノズ・
コー汁ｂ−ションＦＩＧ、８ 第１頁の続き ＠発　明　者　アショック・ヴアッツ アメリカ合衆国カリフォルニア 州すンノゼ・デルリッジ・ドラ イブ５２１番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なく共２つの異なる干渉写真全定義する多重信号全同
   時に記録するための単一ビームフーリエ変換赤外線干渉
   計において、 少なく共２つの信号端子、第１及び第２の制御回路入力
   端子及び１つの出力端子を有するスイッチ回路と、 上記スイッチ回路の出力端子に接続された入力端子全有
   するサンプル保持回路と、 上記サンプル保持回路に接続された入力端子を有し、デ
   ィジタル・データを供給する出力端子を有するアナログ
   −ディジタル変換回路と、上記アナログ−ディジタル変
   換回路全上記干渉計の動作と同期させるための第１の制
   御信号全発生する装置と、 データ取得間隔を定義する第２の制御信号を発生する装
   置と、 一ヒ記第１の制御信号を上記第１の制御回路入力端子に
   結合して、上記スイッチ回路を予定の状態にリセットす
   る装置と、 上記第２の制御信号を上記第２の制御回路入力端子に結
   合して、上記間隔を定義する信号の各々に対して上記ス
   イッチ回路の状態を切換えて、上記入力信号の各々のデ
   ータ・サンプルを交互に出力する装置と、 上記アナログ−ディジタル変換回路の出力端子からのデ
   ィジタル・データを受取り、上記データ全記憶し、且つ
   アクセスして各入力信号の各々の干渉写真を発生する様
   に同一人力信号のすべてのデータ・サンプルを組合せる
   様に結合された計算回路とより成る多重赤外線−フーリ
   エ変換信号を同時に記録する装置。