TW202219487A - 分光分析系統、計算裝置及電腦程式產品 - Google Patents

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島田敏宏
中長偉文
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Abstract

本發明既可以實現裝置的小型化，又能擴展可量測的波長範圍。分光分析系統(100)，包含：具備有光源(11)、干涉儀(12)及檢測器(14)的分光分析裝置(1)，以及計算裝置(2)，計算讓在複數個條件下分析試樣所獲得的每個檢測值，以及使用表示上述試樣的複數個參數之吸收光譜的函數計算的理論值之間的差為最小化的上述參數。

Description

分光分析系統、計算裝置及電腦程式產品
本發明係有關於一種包含有光源、干涉儀及檢測器的分光分析裝置。
量測如紫外光、可見光、近紅外光、中~遠紅外光等之各種波長的電磁波與物質之間的相互作用作為吸收光譜，用於物質鑑定及定量的分光分析系統廣泛應用於化學、材料及醫學等領域。
習知的分光分析系統，已知係使用邁克生干涉儀(Michelson's interferometer)來製備試樣的干涉圖，並且利用對該干涉圖進行傅立葉轉換來獲得試樣的吸收光譜。此外，一些習知的分光分析系統已知使用法布立－佩羅干涉儀(Fabry-Perot interferometer)。
於此，邁克生干涉儀存在難以小型化的問題，而法布立－佩羅干涉儀存在可量測頻帶較窄的問題。於此，將參考第7圖來說明當使用法布立－佩羅干涉儀時可量測頻帶變窄的原因。第7圖為表示法布立－佩羅干涉儀的透射率與波長的關係圖。
如第7圖的曲線G所示，在法布立－佩羅干涉儀中，透射率變高的波長呈現周期性。此外，法布立－佩羅干涉儀上的入射光I in與法布立－佩羅干涉儀的射出光I out之間的關係由第7圖所示的數學式(1)表示。此外，在數學式(1)中，d為鏡間距離，λ為波長，R為反射率。從這個數學式(1)可以看出，透射率，亦即I out/I in的值將隨著波長以及波數的變化而周期性波動。
由於此等特性，在使用法布立－佩羅干涉儀時，需要縮小波長範圍（波數的倒數），使透射率只有一個高峰(peak)。例如，在第7圖的例子中，如果只有λ＝1850～1950nm範圍內的光入射到法布立－佩羅干涉儀上，則只能得到一個透射率高峰。然後，可以利用稍微改變鏡間距離d以移動具有高透射率的波長來量測該範圍內的光譜。
傳統上已經嘗試了法布立－佩羅干涉儀的更寬的可量測頻帶。例如，在下述日本專利文獻1中，揭示一分光裝置，利用將法布立－佩羅干涉儀以及傅立葉光譜儀結合使用，可以在利用法布立－佩羅干涉儀的高分辨率的同時擴展可量測頻帶。
專利文獻1：日本專利公開專利公報「特開平6-34439號公報」
然而，在上述之習知技術中，由於並用傅立葉光譜儀(Fourier transform spectrometer)，所以存在小型化受到限制的問題。本發明之一態樣其目的係實現既能夠達成裝置小型化又可擴大可量測波長範圍的分光分析系統。
為了解決上述問題，根據本發明一態樣的分光分析系統，包含有：分光分析裝置，具備光源、干涉儀及檢測器；以及計算裝置，計算出上述檢測器的各檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該各檢測值係使由上述分光分析裝置在複數個不同的分析條件下對相同之試樣進行分析時獲得的數值，而該每個理論值係使用由複數個參數表示上述試樣的吸收光譜的函數來計算上述檢測器在每個分析條件下的檢測值而獲得的數值。
此外，為了解決上述問題，根據本發明之一態樣的計算裝置，包括：量測結果獲取部，利用具備有光源、干涉儀及檢測器的分光分析裝置，在複數個不同的分析條件下對相同的試樣進行分析時而獲得上述檢測器的檢測值；及光譜計算部，計算出上述量測結果獲取部獲得的各檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該每個理論值係使用由複數個參數表示上述試樣的吸收光譜的函數來計算上述檢測器在每個分析條件下的檢測值而獲得的數值。
根據本發明的一態樣，可以實現裝置的小型化又可擴展量測波長範圍。
[第一實施例] (系統構造) 將參考第1圖說明根據本發明之第一實施例的分光分析系統100的構造圖。第1圖為表示分光分析系統100的構造示例的方塊圖。如圖所示，分光分析系統100包含有分光分析裝置1以及計算裝置2。此外，分光分析裝置1以及計算裝置2可以構成一個裝置。
分光分析系統100係利用分光分析計算出試樣之吸收光譜的系統，適用於液體試樣的分析。例如，利用分光分析系統100分析做為試樣的油，也可以確定其有無劣化或劣化程度。當然，分光分析系統100所分析的試樣並不限於油。分光分析系統100可用於分析任何可以量測吸收光譜的試樣。此外，分光分析系統100除了紅外區域之外，還可以使用任意電磁波例如紫外線以及可見光來執行分光分析。
分光分析裝置1係用於藉由分光法分析試樣之光譜的裝置。分光分析裝置1具備有光源11a~11c、干涉儀12、試樣室13以及檢測器14。當不需要區分光源11a~11c時，就簡單地描述光源11。
光源11係射出用於分光分析的光。光源11射出的射出光入射到干涉儀12上。預先獲得光源11射出的射出光的光譜，然後將表示該光譜的函數(後述之g i(k))儲存在計算裝置2。在第1圖中，附有表示由光源11a~11c射出的射出光的強度以及波長之間的關係，亦即射出光的光譜的曲線圖。如該曲線圖所示，由光源11a~11c射出的射出光的光譜彼此不同。換言之，分光分析裝置1具備有不同射出光光譜的複數個光源。換言之，分光分析裝置1具備相對於波長具有不同強度特性的複數個光源。在分析時，使用光源11a~11c中的任何一個。亦即，分光分析裝置1利用切換用於分析的光源11來切換分析條件。
干涉儀12干涉由光源11射出的射出光。干涉儀12具備有兩個鏡子。兩個鏡子中的一個為可移動，因此可以改變鏡子之間的距離。做為干涉儀12，例如，可以使用邁克生干涉儀或法布立－佩羅干涉儀。當分光分析裝置1小型化時，較佳係使用由微機電系統 (Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)構成的法布立－佩羅干涉儀做為干涉儀12。此外，也可以應用各種干涉儀，其工作原理與邁克生干涉儀以及法布立－佩羅干涉儀相同或相似。
試樣室13係容置要光譜量測的試樣。更準確地說，試樣室13係用於容置被稱為光學單元或比色皿(Cuvette)的試樣容器的空間。從干涉儀12射出的干涉光穿過試樣室13中的試樣容器並入射到檢測器14。較佳地試樣室13以及試樣容器具有對試樣的吸收光譜的計算幾乎毫無影響的形狀以及材料。
此外，分光分析裝置1可以被構成為用檢測器14檢測由試樣反射的反射光。此外，也可被構成由光源11射出的射出光入射到試樣上，該射出光被試樣反射的反射光或者該射出光為透過試樣的透射光，被干涉儀12干涉並被檢測器14檢測。
檢測器14檢測從干涉儀12射出的干涉光，並輸出表示所檢測到的干涉光的強度的檢測值。檢測器14可以適用於光源11、干涉儀12、試樣等。例如，在獲得試樣的紅外吸收光譜時，可以使用射出紅外光的光源11，並且可以使用紅外線檢測器做為檢測器14。
計算裝置2計算試樣的吸收光譜。計算裝置2具備有控制負責計算裝置2的每個單元的控制單元20，以及儲存計算裝置2使用的各種數據的記憶部21。控制部20包含量測結果獲取部201以及光譜計算部202。此外，量測結果211儲存在記憶部21中。
此外，計算裝置 2包括：用於計算裝置2與其他裝置通信的通信部22、用於接收對計算裝置2的輸入操作的輸入部23、以及用於計算裝置2輸出資訊的輸出部24。另外，在上述構件中，除了控制部20之外，還可以利用與計算裝置2外部連接的計算裝置2的外部裝置來實現。
量測結果獲取部201獲得分光分析裝置1的量測結果。更具體而言，量測結果獲取部20由分光分析裝置1在複數個不同的條件下分析相同試樣時而獲得檢測器14的檢測值。此外，在分析中，利用改變干涉儀12的鏡間距離來改變干涉光的光路徑差，除了檢測器14的檢測值之外，當獲得該檢測值時，量測結果獲取部201也獲得表示光路徑差或鏡間距離的數據。然後，量測結果獲取部201將獲得的上述數據與分析條件(例如，使用的光源11的光譜數據)相關聯，並將其做為量測結果211儲存在記憶部21中。
光譜計算部202，計算出量測結果獲取部201獲得的各檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該每個理論值係使用由複數個參數表示試樣的吸收光譜的函數來計算檢測器14在每個分析條件下的檢測值而獲得 的數值。換言之，光譜計算部202確定表示試樣的吸收光譜的函數，以最好地擬合分光分析裝置1透過實驗獲得的數據（檢測值）。這種技術稱為曲線擬合（curve fitting）。
如上所述，分光分析系統100包含有：分光分析裝置1，具備光源11、干涉儀12及檢測器14；以及計算裝置2，計算出檢測器14的各檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該各檢測值係由分光分析裝置1在複數個不同的分析條件下對相同之試樣進行分析時獲得的數值，而該每個理論值係使用由複數個參數表示上述試樣的吸收光譜的函數來計算檢測器14在每個分析條件下的檢測值而獲得的數值。此外，為了執行上述各處理，計算裝置2包含有：量測結果獲取部201，用以獲得檢測器14的檢測值；及光譜計算部202，使用量測結果獲取部201獲得的每個檢測值來計算上述參數。
根據上面的構造，由於表示試樣吸收光譜的函數的參數是在沒有進行傅立葉轉換計算的情況下計算出來的，因此不需要確定傅立葉轉換計算所需的零光路徑差的位置。因此，例如可以採用由MEMS構成的法布立－佩羅干涉儀等小型干涉儀12。這使得分光分析裝置1的攜帶變得容易並且能夠在各種地點進行分析。
於此，在由MEMS構成的法布立－佩羅干涉儀中，存在有複數個波長，在該波長處光被干涉增強並且提高透射率。因此，傳統上需要縮小測定對象的波長範圍。然而，根據上述構造，可以利用計算來計算出表示吸收光譜的函數的參數而不用縮小要量測的波長範圍。因此，根據分光分析系統100，既可以實現裝置的小型化又可擴展量測的波長範圍。
（具體的計算內容） 當由光源11a射出光的光譜為g 1(k)時，假設檢測器14在鏡間距離(x)處的檢測值為f 1(x)，干涉儀12的透射率為h( x, k) ，試樣的吸收光譜為s(k)，則下面的數學式子(2) 理論上係成立。以下數學式子(2)的左側為表示由檢測器14檢測的量測值的函數，而右側為表示理論值的函數。另外，對於從光源11b、11c射出光的光譜g 2(k)、g 3(k)，關於使用此等光源的分析中的檢測值f 2(x)、f 3(x) ，與上述相同的數學式子理論上係成立。另外，k為波數，k=1/λ。
[數學式子1]
Figure 02_image001
這樣，光譜計算部202可以乘以3個函數來計算出理論值，第1個函數(g i(k))係表示從光源11射出之射出光的光譜，第2個函數(h (x, k))係表示干涉儀12之透射率，第3個函數(s(k))係表示試樣的吸收光譜。結果，可以計算出理論值，該理論值係從光源11射出，然後通過干涉儀12，並且以檢測器14檢測被試樣部分吸收的光之數值。
分光譜計算部202可以確定f 1(x)~f 3(x)的吸收光譜s(k)的參數，使得上述數學式子(2)成立。然而，由於通常難以將每個量測值與每個理論值匹配，因此光譜計算部202利用如下所述的近似計算方法來確定吸收光譜s(k)的參數。
具體而言，光譜計算部202可以計算使表示理論值的函數的值與表示由檢測器14實際量測的檢測值的函數f i(x)的值之間的差為最小化的參數。做為用於該目的的計算方法，可以應用各種近似計算方法。例如，檢測值與理論值之間的差異可以由以下數學式子（3）表示。注意，以下數學式子（3）中的m為任意自然數，m=2時的計算方法為最小平方法。
[數學式子2]
Figure 02_image003
在上述數學式子(3)中，f i(x)為表示在第i(i為自然數)分析條件下分析時的檢測值的函數。該函數表示光路徑差與信號強度之間的關係，可以使用記憶部21中儲存的量測結果211來產生。
此外，如上所述，s(k)為表示試樣的吸收光譜的函數(表示波長或波數與強度之間關係的函數)。該函數包含有複數個參數，函數s(k)，亦即利用確定此等參數的值來確定試樣的吸收光譜。
例如，試樣的吸收光譜中出現的高峰（吸收高峰）的數量為有限，並且如果可以推斷在構成該試樣的物質中出現特徵性高峰，則s(k)可以由以下數學式子(4)表示。 s (k) = Σ iA j·exp(-(k-k j) 2/B j 2) ... (4) 上述數學式子（4）中，j為吸收高峰的編號，k j為吸收高峰的位置，A j為與吸收高峰高度成正比的參數，B j為與吸收高峰寬度成正比的參數。函數s(k)可以利用獲得此等參數(A j,B j)來確定。
特別地，在利用紅外分光分析所獲得的吸收光譜中，由構成試樣的物質的分子振動的特徵性吸收高峰經常出現，試樣之間的差異通常表現為吸收高峰高度以及寬度之比的差異。因此，吸收高峰的數量為有限，應用上述數學式子（4）為非常有效。
此外，h(x,k)，如上所述，為表示干涉儀12的透射率的函數（表示鏡間距離與波長以及透射光強度之間關係的函數）。注意，x為干涉儀 12 中鏡間距離。該函數可以預先儲存在計算裝置2中。當干涉儀12為法布立－佩羅干涉儀時，h(x,k)可以使用第7圖所示的數學式子(1)。
此外，g i(k)係表示從上述光源11射出的光的光譜的函數。如上所述，該函數可以預先儲存在計算裝置2中。當三個光源11a~11c用作光源11時，使用對應於每個光源11a~11c的函數g i(k)。
光譜計算部202計算函數s(k)的參數，使得以上述數學式子(3)表示的差為最小化。在該計算中，光譜計算部202首先將函數s(k)的參數設置為初始值，然後重複更新它的計算。利用以上的計算，確定了表示試樣吸收光譜的函數s(k)。
（關於分析條件） 如上所述，計算裝置2使用分光分析裝置1在複數種不同條件下分析試樣時的檢測器14的各檢測值，來計算試樣的吸收光譜。於此，分光分析裝置1具備如上所述的具有不同射出光光譜的複數個光源11a~11c。
因此，在分光分析裝置1中，可以利用切換用於分析的光源11來改變試樣的分析條件。因此，量測結果獲取部201可以利用不同光源11的射出光對試樣進行分析時獲取檢測器14的各個檢測值。然後，光譜計算部202，可以計算上述函數的參數使得獲取的每個檢測值以及使用表示上述試樣的吸收光譜的函數來計算使用每個光源11時之檢測器14的檢測值的每個理論值之間的差為最小化。
如此一來，只需簡單地切換光源11就可以方便快捷地獲得複數種分析條件下的檢測值，並利用此等之檢測值來計算出試樣的吸收光譜。
例如，當總共使用三個光源11a~11c時，上述數學式子(2)中的i＝3。於此種情況下，例如，光源11a~11c的光譜分別為g 1(x)、g 2(x)以及g 3(x)，並且f 1(x)、f 2(x)以及f 3(x)可以從使用光源11a~11c中的每一個的分析中的檢測值來產生。因此，可以利用上述數學式子（3）來計算試樣的吸收光譜。
此外，在使用複數個光源11的情況下，較佳地使用有出現強度高峰的波長範圍不同的光源11。例如，在第1圖的例子中，如附加於光源11a~11c的曲線圖所示，光源11a~11c的射出光具有不同的出現強度高峰的波長範圍。藉由使用這樣的光源11a~11c，就能夠提高計算出的吸收光譜的精確度。
當法布立－佩羅干涉儀用作干涉儀12時，理想上，可以使用複數個光源11，使得法布立－佩羅干涉儀僅具有一個透射率高峰。例如，當使用具有如第7圖所示的曲線G所示的特性的法布立－佩羅干涉儀時，可以使用射出λ＝1850~1950nm的光的光源11a、射出λ＝1950~2050nm的光的光源11b以及射出λ＝2050~2200nm的光的光源11c。然而，為了將波長範圍限制到這一點，需要使用高性能帶通濾波器等。根據計算裝置2，即使不使用此種帶通濾波器等，也能夠以實用上足夠的精確度來計算吸收光譜。
此外，可以使用改變光源11的射出光的光譜的光學構件（例如，濾光器）來改變分析條件。於此種情況下，如果使用具有不同光學特性的兩種類型的光學構件，由於可獲得總共三種類型的檢測值，亦即使用它們中的任何一種量測的檢測值以及不使用任何一種光學構件量測的檢測值，所以試樣的吸收光譜可以按照與上述示例相同的方式計算出。另外，在使用射出光的光譜根據加熱溫度而變化的紅外線光源等光源11的情況下，還可以利用改變供應給光源 11 的電力來改變光源 11 的射出光的光譜。
（處理流程） 將參考第2圖說明當藉由分光分析系統100計算試樣的吸收光譜時的處理流程。第2圖為表示分光分析系統100計算出試樣的吸收光譜時的處理的一個例子的流程圖。
在由分光分析系統100計算試樣的吸收光譜時，首先，分光分析裝置1一邊改變分析條件而一邊對試樣進行複數次分析(S1)。如上所述，利用切換光源11等，在複數個分析的每一個中使用的光的光譜（波長以及強度之間的關係）彼此不同。
然後，計算裝置2的量測結果獲取部201經由通信部22從分光分析裝置1獲得利用上述分析所得到的檢測值(S2)。此外，量測結果獲取部201將獲取的檢測值做為量測結果211而儲存在記憶部21中。使用者可以利用輸入部23將分析所得到的檢測值輸入到計算裝置2中。
接著，計算裝置2的光譜計算部202讀取量測結果211，並利用量測結果211產生表示檢測值的函數，亦即上述數學式子(3) (S3)。此外，光譜計算部202還產生表示理論值的函數(其中將上述數學式子(2)右側的「1」改變為「i」的函數)(S4)。此時，光譜計算部202將假設值（初始值）替換為表示理論值的函數中包含的參數。
然後，光譜計算部202更新上述參數的值，使得檢測值與理論值之間的差異變小。具體而言，光譜計算部202確定由上述數學式子(3)表示的差異是否由於S5的更新而變得夠小(S6)。該標準可以預先設置。 如果在S6中確定為是(YES)，則處理進入到S7。另一方面，如果在S6中確定為否(NO)，則處理返回到S4。於此種情況下，光譜計算部202會將在S5中更新的數值代入到S4中表示理論值的函數中包含的參數，然後進入到S4以及S5的處理。
在S7中，光譜計算部202輸出光譜的計算結果。例如，光譜計算部202可以輸出計算出的參數，輸出由計算出的參數所確定的函數，或者輸出該函數的圖形。結果，分光分析系統100的使用者可以識別出試樣的吸收光譜。隨著S7的結束，分光分析系統100中的處理就完成。
當不需要上述S4到S6的迭代計算時，當光譜計算部202在S4中產生表示理論值的函數時，光譜計算部202可以計算使檢測值與理論值之間的差為最小化的參數。於此種情況下，將省略S5以及S6的處理，於S4中計算出的參數在S7中輸出。
[第二實施例] 以下將說明本發明的其他實施例。為了便於說明，對與上述實施例中說明過的零件具有相同功能的零件將附加相同的標記，並不再重複說明。
(系統構造) 將參考第1圖說明根據本實施例的分光分析系統100a的構造。第3圖為表示分光分析系統100a的構造例的方塊圖。如圖所示，分光分析系統100a包含有分光分析裝置1a以及計算裝置2。亦即，分光分析系統100a與第一實施例的分光分析系統100的不同之處在於其包含分光分析裝置1a而並非分光分析裝置1。
如第3圖所示，分光分析裝置1a具備有光源11、干涉儀12、試樣室13以及檢測器14a~14c。當不需要區分檢測器14a~14c時，簡稱為檢測器14。如上所述，分光分析裝置1a與第一實施例的分光分析裝置1的不同之處在於其包含一個光源11以及複數個檢測器14。
檢測器14a～14c均檢測從干涉儀12射出的干涉光，但各波長的檢測靈敏度特性(波長與靈敏度的關係)不同。第3圖附有顯示檢測器14a~14c對於每個波長的檢測靈敏度特性的曲線圖。如上所述，分光分析裝置1a具備對每個波長具有不同檢測靈敏度特性的複數個檢測器。在分析時，使用檢測器14a~14c中的任何一個。亦即，分光分析裝置1a利用切換用於分析的檢測器14來切換分析條件。
然後，本實施例的計算裝置2的量測結果獲取部201獲得使用各檢測器14a～14c分析試樣時的各檢測值。然後，本實施例的計算裝置2的光譜計算部202，計算出函數s(k)的參數使得上述各檢測值以及使用表示試樣的吸收光譜的函數s(k)計算出複數個檢測器14a~14c的檢測值而獲得的每個理論值之間的差為最小化。
因此，只需切換要使用的檢測器14，就可以輕鬆快速地獲得複數種分析條件下的檢測值，且可以使用此等之檢測值來計算試樣的吸收光譜。
例如，當總共使用三個檢測器14a~14c時，在第一實施例中說明過的數學式子(3)中i＝3。於此種情況下，例如，光源11的光譜為g 1(x)，使用檢測器14a~14c中的每一個進行分析，且f 1(x)、f 2(x) 以及 f 3(x) 可以從此等分析中獲得的每個檢測值來產生。因此，可以利用上述數學式子（3）來計算試樣的吸收光譜。
當使用複數個檢測器14時，較佳為使用具有不同波長範圍的檢測器14，其中該波長範圍為出現檢測靈敏度的高峰。例如，在第3圖的例子中，如附於檢測器14a~14c的曲線圖所示，檢測器14a~14c具有不同的波長範圍，其中該波長範圍為出現檢測靈敏度的高峰。藉由使用這樣的檢測器14a～14c，就可以提高計算出的吸收光譜的精確度。
(吸收光譜的計算示例) 將參考第4圖以及第5圖說明使用分光分析系統100計算吸收光譜的示例。第4圖為表示分光分析裝置1的分析結果圖。此外，第5圖為表示由計算裝置2計算出的吸收光譜以及利用傅立葉轉換導出的吸收光譜的圖。
第4圖的曲線G1表示由光源11a~11c射出的射出光的光譜a~c。於此個例子中，光源11a為卡匣式加熱器(cartridge heater)，光源11b為發光條(glow bar)光源，光源11c為塗布有矽的滷素燈。該矽用於阻擋鹵素燈射出的可見光區域的光。如曲線G1所示，由光源11a~11c射出的射出光的光譜a~c彼此不同。所使用的干涉儀12為邁克生干涉儀。
此外，曲線G2為使用分光分析裝置1的檢測器14輸出的檢測值製作的干涉圖(interferogram)。曲線G2為顯示與疊加的光源11a~11c對應的干涉圖。每個干涉圖具有幾乎相同的形狀。
該分析中可動鏡位置（光路徑長度）的變化設為5毫米（± 0.25 毫米）。如果干涉儀12為邁克生干涉儀，由於可以得到鏡間距離在如此大的範圍內變化的數據，所以試樣的吸收光譜可以利用傅立葉轉換來導出。對曲線G2中的數據進行傅立葉轉換所得到的吸收光譜如第5圖中的G4所示。
於是，曲線G3為曲線G2的切出部分。在曲線G3中，對應於光源11a~11c的干涉圖以「+」、「x」以及「○」的系列示出。曲線G3 的水平軸（光路徑長度差）的範圍設為大約法布立－佩羅干涉儀的鏡間距離變化（± 0.002 cm = 40μm）。將曲線G3的數據(藉由使用光源11a~11c中的每一個分析獲得的數據)輸入到計算裝置2計算出的吸收光譜如第5圖中的G5所示。
如第5圖所示，在曲線G5中，高峰出現在對應於曲線G4中的主峰的位置處，即使從鏡間距離在曲線G3所示的窄範圍內變化的數據也可以看出，由計算裝置2計算出的吸收光譜也是合適的。如上所述，根據計算裝置2，試樣的吸收光譜可以從相當於鏡間距離的變化範圍的狹窄鏡間距離變化的範圍內獲得的數據計算出來。 因此，即使使用法布立－佩羅干涉儀做為干涉儀12，也可以利用計算裝置2計算出試樣的吸收光譜。
此外，可以利用銳化要使用的光源11的特性、增加要使用的光源11的數量等來提高分辨率。做為銳化光源11的特性的方法，例如，可舉出使用光譜中具有更窄峰寬的光源11、使用具有更窄峰寬的光學構件（濾光器等）等。
(關於初始值設置) 在計算函數s(k)的各個參數時，可以利用設定適當的各參數的初始值來提高計算試樣吸收光譜的精確度。例如，如果部分波帶的吸收光譜為已知，則可以利用基於該資訊來設定初始值來以高精確度計算出另一波帶的吸收光譜。
例如，在確定試樣是否存在變質時，這很有用。這將參考第1圖1進行說明。第6圖為表示利用用於切削金屬的切削油的傅立葉轉換紅外光譜FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)所獲得的吸收光譜的圖。
更具體而言，第6圖顯示出未使用的切削油（新油）的吸收光譜以及使用劣化的切削油（劣化油）的吸收光譜的疊加。此等吸收光譜具有略相似的波形，但前者的區別在於圖中虛線框所示的1700(cm -1)附近沒有高峰而後者有峰。該高峰係由切削油的烷基氧化所引起的。
因此，切削油是否變質可以藉由1700(cm -1)附近有無高峰來判斷。此外，由於隨著劣化的進行（進行烷基的氧化）而該高峰的面積變大，因此可以從高峰面積來確定劣化的程度。
因此，在使用切削油做為試樣進行分析以確定有無劣化或劣化程度時，初始值可以假設1700(cm -1)附近以外的波數(波長)波帶的吸收光譜與已知的那些相同，如第6圖所示。當然，設置這種初始值的方法並不限於切削油，也可以應用於在某些波長（波數）波帶中的吸收光譜為已知的任何試樣。
如上所述，光譜計算部202可以使用基於試樣的吸收光譜中已知部分所確定的值做為函數s(k)的每個參數的初始值來計算該參數。結果，可以提高計算出的吸收光譜的精確度。
例如，當已知因試樣劣化而產生新的吸收高峰或劣化前檢測到的部分吸收高峰增大時，s(k)可由以下數學式子(5)近似計算。
ｓ（ｋ）＝ｓ O（ｋ）＋Ａ・ｅｘｐ（－（ｋ－ｋ １） ２／Ｂ ２）…（５） 上述數學式子(5)中，s 0(k)係未劣化的試樣的吸收光譜，例如，可以基於利用普通的分光量測預先量測的結果而獲得。亦即，s 0(k)包含試樣的吸收光譜s(k)的已知部分（表示沒有劣化、劣化後也沒有變化的試樣的吸收光譜的參數）。
進一步地，上述數學式子(5)中，k 1為劣化而產生的物質之吸收高峰位置，A為與吸收高峰高度成正比的參數，B為與吸收高峰寬度成正比的參數。函數s(k)可以利用獲得此等參數(A,B)來確定。
當使用上述數學式子(5)時，s 0(k)中包含的參數（表示沒有劣化、劣化後也沒有變化的試樣的吸收光譜的參數）成為s(k)的參數的初始值。結果，可以高精確度地計算基於試樣劣化而改變的吸收高峰的高度以及寬度。此外，此也使得可以定量地闡明試樣的劣化程度。
(由軟體來實現示例) 計算裝置2的控制方塊(特別為包含在控制部20中的各部分) ，可以利用形成在積體電路(IC晶片)等中的邏輯電路(硬體)來實現，也可以利用軟體來實現。
於後者的情況下，計算裝置2具備有執行計算程式的指令的電腦，該計算程式為實現每個功能的軟體。該電腦具備例如一個以上的處理器以及儲存有上述電腦程式的電腦可讀取的記錄媒體。然後，在上述電腦中，上述處理器從上述記錄媒體中讀取上述電腦程式並執行，從而達到本發明的目的。做為處理器，例如，可以使用CPU（Central Processing Unit）。做為上述記錄媒體，可以使用「非暫時有形媒體(non-transitory tangible media)」，例如除了ROM(Read Only Memory)等之外、磁帶(tape)、磁碟(disk)、磁卡帶(card)、半導體記憶體、可程式化邏輯電路等。再者，可以進一步具備用於擴展上述程式的RAM（Random Access Memory）。此外，上述程式可以經由能夠傳輸該程式的任意傳輸媒體（通信網路、廣播波(broadcast wave)等）提供給上述電腦。需要說明的，本發明之一態樣也可以利用嵌入在載波中的數據信號的形式來實現，其中上述程式係藉由電子化傳輸來體現。 此外，實現計算裝置2的每個功能的電腦程式產品也包含在本發明的範疇內。上述電腦程式產品利用至少一台電腦下載透過任意傳輸媒體所提供的程式，並使該電腦執行至少一個程式指令。結果，上述至少一台電腦中具備的處理器將根據上述程式指令執行該處理，從而實現計算裝置2的各項功能。該電腦程式產品使至少一台下載了程式的電腦來執行計算裝置2的控制方法的每個步驟。
本發明不限於上述實施例，並且可以在申請專利範圍內進行各種修改，本發明的技術範圍還包含將不同的實施例中所公開的技術手段適當地組合而成的實施例。
1,1a:分光分析裝置 2:計算裝置 11a~11c:光源 12:干涉儀 13:試樣室 14,14a~14c:檢測器 20:控制部 21:記憶部 22:通訊部 23:輸入部 24:輸出部 100,100a:分光分析系統 201:量測結果獲取部 202:光譜計算部 211:量測結果
第1圖為表示根據本發明的第一實施例的分光分析系統之構造示例的方塊圖。 第2圖為表示利用上述分光分析系統計算試樣的吸收光譜時的處理的一個示例子的流程圖。 第3圖為表示根據本發明的第二實施例的分光分析系統之構造示例的方塊圖。 第4圖為表示分光分析裝置的分析結果圖。 第5圖為表示由計算裝置計算出的吸收光譜以及利用傅立葉轉換導出的吸收光譜圖。 第6圖為表示利用用於切削金屬的切削油的FT-IR（Fourier Transform - Infrared Spectroscopy）所獲得的吸收光譜圖。 第7圖為表示法布立－佩羅干涉儀的透射率與波長的關係圖。
1:分光分析裝置
11a~11c:光源
12:干涉儀
13:試樣室
14:檢測器
20:控制部
21:記憶部
22:通訊部
23:輸入部
24:輸出部
100:分光分析系統
201:量測結果獲取部
202:光譜計算部
211:量測結果

Claims (7)

  1. 一種分光分析系統， 包含有： 分光分析裝置，具備光源、干涉儀以及檢測器；以及 計算裝置，計算出上述檢測器的各檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該各檢測值係使由上述分光分析裝置在複數個不同的分析條件下對相同之試樣進行分析時獲得的數值，而該每個理論值係使用由複數個參數表示上述試樣的吸收光譜的函數來計算上述檢測器在每個分析條件下的檢測值而獲得的數值。
  2. 如請求項1所述之分光分析系統，其中上述計算裝置係乘以3個函數來計算出上述理論值，第1個函數係表示從上述光源射出之射出光的光譜，第2個函數係表示上述干涉儀之透射率，第3個函數係表示上述試樣的吸收光譜。
  3. 如請求項1或2所述之分光分析系統，其中上述分光分析裝置具有複數個光源，每個光源之射出光的光譜不同， 上述計算裝置，計算出上述檢測器的每個檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該每個檢測值係利用來自不同上述光源的射出光來分析上述試樣時獲得的數值，而該每個理論值係使用表示上述試樣的吸收光譜的上述函數來計算使用每個光源時之上述檢測器的檢測值而獲得的數值。
  4. 如請求項1或2所述之分光分析系統，其中 上述分光分析裝置具備有複數個檢測器，每個檢測器之波長的檢測靈敏度特性不同， 上述計算裝置，計算出每個檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該每個檢測值係使用複數個上述檢測器中的每一個來分析上述試樣時獲得的數值，而每個理論值係使用表示上述試樣之吸收光譜的上述函數來計算上述複數個檢測器的檢測值而獲得的數值。
  5. 如請求項1或2所述之分光分析系統，其中上述計算裝置使用基於上述試樣的吸收光譜中的已知部分所確定的值做為表示上述吸收光譜的上述函數的每個參數的初始值來計算上述參數。
  6. 一種計算裝置，包括： 量測結果獲取部，利用包含有光源、干涉儀以及檢測器的分光分析裝置，在複數個不同的分析條件下對相同的試樣進行分析時而獲得上述檢測器的檢測值；及 光譜計算部，計算出上述量測結果獲取部獲得的各檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該每個理論值係使用由複數個參數表示上述試樣的吸收光譜的函數來計算上述檢測器在每個分析條件下的檢測值而獲得的數值。
  7. 一種電腦程式產品，其係透過至少一台電腦下載程式，執行： 程式指令，利用具備有光源、干涉儀以及檢測器的分光分析裝置在複數個不同分析條件下分析相同試樣時，使量測結果獲取部獲得上述檢測器的檢測值，以及 程式指令，於光譜計算部計算出各檢測值以及每個理論值之間的差為最小化的上述參數，該各檢測值係由上述量測結果獲取部獲得的數值，而該每個理論值係使用由複數個參數表示上述試樣的吸收光譜的函數來計算上述檢測器在每個分析條件下的檢測值而獲得的數值。
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