WO2019059018A1 - フーリエ分光分析装置 - Google Patents

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spectrum
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鈴木　泰幸
幸弘 中村
真志 西
哲志 生田目
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横河電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a Fourier spectroscopy analyzer.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2017-178656, filed September 19, 2017, the content of which is incorporated herein by reference.
  • the Fourier spectroscopy analyzer irradiates the sample with light containing a plurality of wavelength components, receives the light through the sample, performs Fourier transform processing on the obtained light reception signal, and obtains the spectrum of the light through the sample It is an apparatus for analyzing a sample by obtaining (for example, a wave number spectrum).
  • the Fourier spectroscopy analyzer comprises a light source for emitting light including a plurality of wavelength components, an interferometer for interfering light emitted from the light source to obtain light for irradiating the sample (interference light: interferogram), and the sample. And a signal processing device for performing the above-mentioned Fourier transform processing.
  • a Michelson interferometer provided with a half mirror, a fixed mirror, and a moving mirror
  • This interferometer splits the light emitted from the light source into a first split light toward the fixed mirror by a half mirror and a second split light toward the moving mirror, and reflects the first split light reflected by the fixed mirror and the moving mirror
  • an interferogram for irradiating the sample is obtained.
  • Non-Patent Document 1 discloses an example of a related art Fourier spectroscopy analyzer. Specifically, in Non-Patent Document 1 below, the interferogram is branched into two, and the interferogram through the sample and the interferogram not through the sample are separately received, and the light reception obtained is obtained. Disclosed is a Fourier spectroscopy analyzer capable of eliminating the effects of environmental fluctuations such as temperature fluctuations by performing Fourier transformation on each of the signals to obtain each of the spectra and performing correction using both spectra. It is done.
  • the modulated light is generated by causing a change in the optical path length difference indicating the difference between the optical path length of the first branched light and the optical path length of the second branched light described above by the moving mirror provided in the interferometer.
  • the sample to be analyzed by the Fourier spectroscopy analyzer basically has no time-varying change in optical characteristics, or, even if there is a time change in optical characteristics, the rate of change is an interference. It is premised that it is sufficiently slower than the moving speed of the moving mirror provided on the meter.
  • an interferogram through the sample results in a variation corresponding to a time change of the optical characteristics of the sample.
  • the interferogram through the sample is, as it were, modulated according to the time change of the optical property of the sample.
  • the interferogram through the sample is a superposition of noise (so-called "colored noise") containing a large amount of low frequency components. Since the noise superimposed on the interferogram appears as noise even when Fourier transform processing is performed, the analysis accuracy may be reduced.
  • One aspect of the present invention provides a Fourier spectroscopy analyzer capable of achieving high analysis accuracy even in a sample in which time variation of optical characteristics occurs.
  • the Fourier spectroscopy analyzer irradiates an interference light, an interferogram, to a sample to be analyzed, and is a wavelength band for which a spectrum is obtained among wavelength components included in light passing through the sample.
  • a light receiving unit that outputs a first light receiving signal obtained by receiving a wavelength component of a first wavelength band and a second light receiving signal obtained by receiving a wavelength component of a second wavelength band different from the first wavelength band
  • a signal processing device that performs processing of removing noise of a wavelength component of the first wavelength band using the first light reception signal and the second light reception signal, and processing of obtaining the spectrum by Fourier transform processing; May be provided.
  • the signal processing device performs a process of removing noise superimposed on the first light reception signal using the second light reception signal, and a process of the noise removal unit.
  • Fourier transform processing may be performed on the first light reception signal from which noise has been removed by the above to obtain a spectrum of a wavelength component of the first wavelength band.
  • the signal processing device performs Fourier transform processing individually on the first light reception signal and the second light reception signal to obtain a first spectrum and a second spectrum, respectively.
  • a noise removing unit that performs processing to remove noise superimposed on the first spectrum using the second spectrum.
  • the light receiving unit may be a first detector capable of receiving a wavelength component of a third wavelength band including the first wavelength band and the second wavelength band, and a wavelength of the third wavelength band.
  • a second detector capable of receiving a light component, a wavelength component of the first wavelength band incident on the first detector with light passing through the sample, and the second wavelength band incident on the second detector And a branch part which branches into the wavelength component of
  • the branching unit may include a dichroic mirror that reflects a wavelength component of the first wavelength band and transmits a wavelength component of the second wavelength band.
  • the branching unit may include a dichroic mirror that transmits a wavelength component of the first wavelength band and reflects a wavelength component of the second wavelength band.
  • the branch unit branches the light passing through the sample into a first light directed to the first detector and a second light directed to the second detector; A first filter for extracting a wavelength component of the first wavelength band from a wavelength component contained in the first light and entering the first detector, and a wavelength component contained in the second light to the second wavelength band And a second filter for extracting a wavelength component of the light source to be incident on the second detector.
  • the light receiving unit may be a first detector whose detection sensitivity to a wavelength component of the first wavelength band is relatively higher than a wavelength component of the second wavelength band, and the first wavelength band. And a second detector whose detection sensitivity to the wavelength component in the second wavelength band is relatively higher than that of the second wavelength component.
  • the first detector and the second detector may be sequentially disposed on the light path of light passing through the sample.
  • the light receiving unit may receive the transmitted light transmitted through the sample.
  • the light receiving unit may receive the reflected light reflected by the sample.
  • the noise removal unit may perform a process of removing noise due to temporal change superimposed on the first light reception signal.
  • the noise removing unit performs a process of subtracting the second light reception signal from the first light reception signal to remove noise superimposed on the first light reception signal. You may go.
  • the noise removal unit may perform processing to remove noise due to temporal change superimposed on the first spectrum.
  • the noise removal unit may perform a process of removing noise superimposed on the first spectrum by performing a process of subtracting the second spectrum from the first spectrum. .
  • the wavelength component of the first wavelength band which is the wavelength band for which the spectrum is to be obtained, is received to obtain the first received signal.
  • the wavelength component of the second wavelength band different from the wavelength band is received to obtain the second light reception signal, and noise of the wavelength component of the first wavelength band is removed using the first light reception signal and the second light reception signal Since the process of obtaining the spectrum is performed, high analysis accuracy can be realized even for a sample in which time variation of optical characteristics occurs.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the 2nd example of the signal processing apparatus with which the Fourier spectroscopy analyzer by one Embodiment of this invention is equipped. It is a figure which shows an example of the interferogram through a sample in one embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the interferogram through a sample in one embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the interferogram through a sample in one embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the interferogram through a sample in one embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the principle from which noise is removed in one Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the principle from which noise is removed in one Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the principle from which noise is removed in one Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the principle from which noise is removed in one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of a Fourier spectroscopy analyzer according to an embodiment of the present invention.
  • the Fourier spectroscopy analyzer 1 includes a light source 10, an interferometer 20, a light receiving unit 30, and a signal processing device 40.
  • the Fourier spectroscopy analyzer 1 irradiates the sample SP with light L1 containing a plurality of wavelength components, receives the light L2 through the sample SP, and performs Fourier transform processing on the obtained light reception signals S1 and S2
  • the sample SP is analyzed by obtaining a spectrum (for example, a wave number spectrum) of the light L2 through the sample SP.
  • a spectrum for example, a wave number spectrum
  • the above-mentioned sample SP may be arbitrary, but in the present embodiment, its optical property is assumed to be temporally changed.
  • fluid or powder in which particles are suspended in an industrial process or chemical process a moving body having a light scattering surface with irregularities on the surface, suspended fluid being stirred in a stirring vessel It is a certain sample etc.
  • the light L2 transmitted through the sample SP includes the reflected light reflected by the sample SP and the transmitted light transmitted through the sample SP.
  • the transmitted light transmitted through the sample SP is assumed to be transmitted light. .
  • the light source 10 is a light source that emits light L0 including a plurality of wavelength components.
  • any light source can be used according to the optical characteristics of the sample SP.
  • a light source having a wide wavelength bandwidth such as a halogen lamp, or a semiconductor light emitting element such as a LD (Laser Diode) or an LED (Light Emitting Diode) can be used.
  • a halogen lamp is used as the light source 10.
  • the wavelength bandwidth of the halogen lamp is, for example, in the range of about 350 to 4500 [nm].
  • the interferometer 20 causes the light L0 emitted from the light source 10 to interfere to obtain light (interference light: interferogram) L1 to be applied to the sample.
  • interferometer 20 is a Michelson interferometer provided with the half mirror 21, the fixed mirror 22, and the moving mirror 23.
  • the half mirror 21 splits the light L 0 emitted from the light source 10 into a split light L 11 directed to the fixed mirror 22 and a split light L 12 directed to the moving mirror 23.
  • the half mirror 21 branches the light L0 emitted from the light source 10 at an intensity ratio of, for example, 1: 1.
  • the half mirror 21 causes the branched light L11 reflected by the fixed mirror 22 and the branched light L12 reflected by the moving mirror 23 to interfere with each other to obtain an interferogram L1.
  • the fixed mirror 22 is disposed on the optical path of the branched light L11 with its reflection surface directed to the half mirror 21.
  • the fixed mirror 22 reflects the branched light L11 branched by the half mirror 21 toward the half mirror 21.
  • the moving mirror 23 is disposed on the optical path of the branched light L12 with its reflection surface directed to the half mirror 21.
  • the moving mirror 23 reflects the branched light L12 branched by the half mirror 21 toward the half mirror 21.
  • the moving mirror 23 is configured to be able to reciprocate along the optical path of the branched light L12 by a drive mechanism (not shown).
  • the reciprocating motion speed of the movable mirror 23 is set, for example, to about 5 times per second.
  • Reciprocation of the moving mirror 23 causes the wavelength components included in the light L0 emitted from the light source 10 to be intensity-modulated at different frequencies.
  • a wavelength component having a relatively short wavelength will be intensity modulated at a higher frequency than a wavelength component having a relatively long wavelength.
  • the interferogram L1 obtained by the interferometer 20 is a superposition of wavelength components intensity-modulated at such different frequencies.
  • the light receiving unit 30 includes a detector 31 (first detector) and a detector 32 (second detector).
  • the light receiving unit 30 receives light (transmitted light of the interferogram L1) L2 through the sample SP, and outputs a light receiving signal S1 (first light receiving signal) and a light receiving signal S2 (second light receiving signal).
  • the detector 31 receives a wavelength component of a wavelength band (first wavelength band) for which a spectrum is to be obtained, and outputs a light reception signal S1.
  • the detector 32 receives a wavelength component of a wavelength band (second wavelength band) different from the wavelength band for which the above spectrum is to be obtained, and outputs a light reception signal S2.
  • the detector 31 is provided to obtain a spectrum of a wavelength band (first wavelength band) to be analyzed in advance, and the detector 32 is a noise caused by the temporal change of the optical characteristic of the sample SP.
  • the first wavelength band can be any wavelength band. In the present embodiment, it is assumed that the first wavelength band is about 1 to 2.5 ⁇ m and the second wavelength band is about 0.5 to 1 ⁇ m.
  • the detectors 31 and 32 may be of the same type or different types.
  • both of the detectors 31 and 32 can receive wavelength components of a wavelength band (third wavelength band) including the first wavelength band and the second wavelength band, and may be of the same type.
  • the detector 31 has relatively higher detection sensitivity to the wavelength component of the first wavelength band than the wavelength component of the second wavelength band, and the detector 32 has the second wavelength band more than the wavelength component of the first wavelength band.
  • the detection sensitivity to the wavelength component of (1) may be relatively high, and the type may be different.
  • branch parts for dividing the first wavelength band and the second wavelength band are provided, and the wavelength components of the first wavelength band are detected. 31 and the wavelength component of the second wavelength band needs to be incident on the detector 32.
  • detectors 31 and 32 of different types the same one as the above branch may be provided, but the above branch may be omitted.
  • the signal processing device 40 uses the light reception signal S1 output from the detector 31 of the light reception unit 30 and the light reception signal S2 output from the detector 32 to generate noise due to temporal change in the optical characteristics of the sample SP. A process is performed to obtain the removed spectrum.
  • the signal processing device 40 outputs a signal indicating the spectrum obtained by the above processing to the outside, or causes the display device (for example, a liquid crystal display device) (not shown) to display the signal.
  • FIG. 2A is a block diagram showing a first example of a light receiving unit provided in a Fourier spectroscopy analyzer according to one embodiment of the present invention.
  • the light receiving unit 30 of this example includes a dichroic mirror 33 (branching unit) in addition to the detectors 31 and 32.
  • both of the detectors 31 and 32 are assumed to be capable of receiving wavelength components of a wavelength band (third wavelength band) including the first wavelength band and the second wavelength band.
  • the dichroic mirror 33 reflects the wavelength component of the first wavelength band WB1 among the wavelength components included in the light L2 passing through the sample SP and transmits the wavelength component of the second wavelength band WB2 as shown in FIG. 2B. It has a characteristic. Ideally, the dichroic mirror 33 has an optical characteristic that completely reflects the wavelength component of the first wavelength band WB1 and completely transmits the wavelength component of the second wavelength band WB2, but as shown in FIG. 2B, It may have an optical characteristic of transmitting part of the wavelength components of the first wavelength band WB1.
  • the dichroic mirror 33 is close to the wavelength components at both ends of the first wavelength band WB1, ie, wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 that define the boundary between the first wavelength band WB1 and the second wavelength band WB2.
  • the wavelength component having a wavelength may have an optical characteristic in which the reflectance gradually decreases, that is, the transmittance gradually increases.
  • optical characteristics at both ends of the first wavelength band WB1 of the dichroic mirror 33 are exaggerated.
  • the dichroic mirror 33 whose optical characteristic is reversed. That is, when the detector 31 is disposed at the position of the detector 32 of FIG. 2A and the detector 32 is disposed at the position of the detector 31 of FIG. 2A, it is included in the light L2 via the sample SP Among the wavelength components to be determined, a dichroic mirror 33 having an optical characteristic of transmitting the wavelength component of the first wavelength band WB1 and reflecting the wavelength component of the second wavelength band WB2 may be used.
  • FIG. 3A is a block diagram showing a second example of a light receiving unit provided in a Fourier spectroscopy analyzer according to an embodiment of the present invention.
  • the light receiving unit 30 of this example includes a half mirror 34 (branching unit), a filter 35 (branching unit, first filter), and a filter 36 (branching unit, second Filter).
  • both of the detectors 31 and 32 can receive wavelength components of a wavelength band (third wavelength band) including the first wavelength band and the second wavelength band. It is assumed that
  • the half mirror 34 splits the light L2 passing through the sample SP into light (first light) directed to the detector 31 and light (second light) directed to the detector 32.
  • the filter 35 is disposed on the light path between the half mirror 34 and the detector 31. As shown in FIG. 3B, the filter 35 has an optical characteristic that transmits the wavelength component of the first wavelength band WB1 and does not transmit the wavelength component of the second wavelength band WB2. That is, the filter 35 has an optical characteristic of extracting the wavelength component of the first wavelength band WB1 and making the wavelength component incident on the detector 31.
  • the filter 36 is disposed on the light path between the half mirror 34 and the detector 32. As shown in FIG.
  • the filter 36 has an optical characteristic that transmits the wavelength component of the second wavelength band WB2 and does not transmit the wavelength component of the first wavelength band WB1. That is, the filter 36 has an optical characteristic that extracts the wavelength component of the second wavelength band WB2 and causes the wavelength component to enter the detector 32.
  • the filter 35 ideally transmits only the wavelength component of the first wavelength band WB1, and the filter 36 ideally has an optical characteristic of transmitting only the wavelength component of the second wavelength band WB2.
  • the filter 35 transmits some of the wavelength components of the second wavelength band WB2 to some extent, and the filter 36 has the optical characteristics of transmitting some of the wavelength components of the first wavelength band WB1 to some extent. You may have.
  • the optical characteristics in the vicinity of the wavelength ⁇ 2 defining the boundary between the first wavelength band WB1 and the second wavelength band WB2 of the filters 35 and 36 are exaggerated and illustrated. .
  • the arrangement of the filters 35 and 36 may be reversed. That is, if the detector 31 is located at the position of the detector 32 of FIG. 3A and the detector 32 is located at the position of the detector 31 of FIG. 3A, the filter 35 is of the filter 36 of FIG.
  • the filter 36 may be disposed at the position, and the filter 36 may be disposed at the position of the filter 35 of FIG. 3A.
  • FIG. 4A is a block diagram showing a third example of a light receiving unit provided in a Fourier spectroscopy analyzer according to an embodiment of the present invention.
  • the light receiving unit 30 of the present example includes the detectors 31 and 32 sequentially disposed on the light path of the light L2 through the sample SP.
  • the detection sensitivity of the detector 31 for the wavelength component of the first wavelength band WB1 is relatively higher than the wavelength component of the second wavelength band WB2
  • the detector 32 is the first detector. It is assumed that the detection sensitivity to the wavelength component of the second wavelength band WB2 is relatively higher than the wavelength component of the wavelength band WB1.
  • an InGaAs (Indium Gallium Arsenide) photodiode can be used as the detector 31.
  • a Si (silicon) photodiode can be used as the detector 32.
  • InGaAs photodiodes have high detection sensitivity to light in a wavelength band of about 1 to 2.5 ⁇ m.
  • the Si photodiode has high detection sensitivity to light in a wavelength band of about 0.3 to 1 ⁇ m.
  • the wavelength component of the first wavelength band WB1 is absorbed and converted to the light receiving signal S1 and passes through the detector 31
  • the wavelength component of the second wavelength band WB2 is absorbed and converted into the light reception signal S2.
  • the arrangement order of the detectors 31 and 32 on the optical path of the light L2 through the sample SP may be reversed.
  • the detectors 31 and 32 may be disposed in an overlapping state on the optical path of the light L2 through the sample SP.
  • the one disclosed in WO 2011/065057 can be used.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a first example of a signal processing device provided in a Fourier spectroscopy analyzer according to an embodiment of the present invention.
  • the signal processing device 40 of this example includes a noise removing unit 41 that receives the light reception signals S1 and S2, and a Fourier transform unit 42 that receives an output signal of the noise removing unit 41.
  • the noise removing unit 41 performs processing for removing noise superimposed on the light reception signal S1 using the light reception signal S2. For example, the noise removing unit 41 performs processing of subtracting the light reception signal S2 from the light reception signal S1 to remove noise superimposed on the light reception signal S1. If the noise superimposed on the light reception signal S1 can be removed, the process performed by the noise removal unit 41 may be any process, and is not limited to the process of subtracting the light reception signal S2 from the light reception signal S1.
  • the Fourier transform unit 42 performs a Fourier transform process on the signal output from the noise removal unit 41 to obtain a spectrum of wavelength components in the first wavelength band.
  • the signal output from the noise removing unit 41 is a signal from which the noise due to the temporal change of the optical characteristic of the sample SP is removed.
  • the spectrum of the wavelength component of the first wavelength band determined by the Fourier transform unit 42 is one from which the noise caused by the temporal change of the optical characteristics of the sample SP is removed.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a second example of a signal processing device provided in a Fourier spectroscopy analyzer according to an embodiment of the present invention.
  • the signal processing device 40 of this example includes a Fourier transform unit 43 that receives the light reception signals S1 and S2, and a noise removal unit 44 that receives an output signal of the Fourier transform unit 43.
  • the Fourier transform unit 43 individually performs Fourier transform processing on the light reception signal S1 and the light reception signal S2 to obtain a spectrum (first spectrum) of the light reception signal S1 and a spectrum (second spectrum) of the light reception signal S2. . Since the noise caused by the temporal change of the optical characteristic of the sample SP is similarly superimposed on the light reception signals S1 and S2, the spectra of the light reception signals S1 and S2 determined by the Fourier transform unit 43 are the optical of the sample SP The noise resulting from the temporal change of the characteristics is superimposed.
  • the noise removing unit 44 performs a process of removing noise superimposed on the spectrum of the light reception signal S1 using the spectrum of the light reception signal S2. For example, the noise removing unit 44 performs processing of subtracting the spectrum of the light reception signal S2 from the spectrum of the light reception signal S1 to remove noise superimposed on the spectrum of the light reception signal S1. If noise superimposed on the spectrum of the light reception signal S1 can be removed, the process performed by the noise removal unit 44 may be any process, and is limited to the process of subtracting the spectrum of the light reception signal S2 from the spectrum of the light reception signal S1. Absent.
  • the light L0 When light L0 including a plurality of wavelength components is emitted from the light source 10, the light L0 enters the interferometer 20.
  • the light L 0 incident on the interferometer 20 is branched by the half mirror 21 into a branched light L 11 directed to the fixed mirror 22 and a branched light L 12 directed to the moving mirror 23.
  • the branched light L11 branched by the half mirror 21 is reflected by the fixed mirror 22, travels in the reverse direction of the optical path from the half mirror 21 to the fixed mirror 22, and enters the half mirror 21.
  • the branched light L12 branched by the half mirror 21 is reflected by the moving mirror 23, travels in the reverse direction of the optical path from the half mirror 21 to the moving mirror 23, and enters the half mirror 21.
  • the branched lights L11 and L12 enter the half mirror 21 they interfere with each other to obtain an interferogram L1.
  • wavelength components included in the light L0 emitted from the light source 10 are intensity-modulated at different frequencies. For example, a wavelength component having a relatively short wavelength will be intensity modulated at a higher frequency than a wavelength component having a relatively long wavelength.
  • the interferometer 20 obtains an interferogram L1 in which wavelength components whose intensity is modulated at such different frequencies overlap one another.
  • the interferogram L1 obtained by the interferometer 20 is irradiated to the sample SP, and the transmitted light transmitted through the sample SP is incident on the light receiving unit 30 as light L2.
  • the light L2 passing through the sample SP is modulated in accordance with the temporal change of the optical characteristics of the sample SP.
  • the light L1 passing through the sample SP becomes a superimposed noise (so-called "colored noise") containing a large amount of low frequency components.
  • All of the wavelength components included in the light L2 through the sample SP are similarly modulated according to the time change of the optical characteristics of the sample SP, thereby the same as all the wavelength components included in the light L2 through the sample SP. Note that the noise is superimposed.
  • FIG. 7A-7D illustrate an example of an interferogram through a sample in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A shows the case where the optical properties of the sample SP do not change with time.
  • FIG. 7B shows the case where the optical properties of the sample SP change with time.
  • 7A and 7B the displacement of the moving mirror 23 provided in the interferometer 20 is taken on the horizontal axis, and the intensity of the interferogram is taken on the vertical axis.
  • 7C is a diagram showing the spectrum (wave number spectrum) of the interferogram shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7D is a diagram showing the spectrum (wave number spectrum) of the interferogram shown in FIG. 7B.
  • the interferogram through the sample SP whose optical properties are not temporally changed has a typical shape in which a so-called center burst occurs, as shown in FIG. 7A. That is, when the displacement of the moving mirror 23 is a specific displacement (displacement where the optical path difference between the branched lights L11 and L12 becomes zero), the intensity is maximized, and at other displacements the intensity is extremely reduced (approximately Become zero).
  • the wave number spectrum of the interferogram through the sample SP whose optical characteristics do not change temporally has a shape corresponding to the optical characteristics (absorption characteristics) of the sample SP as shown in FIG. 7C, and noise is superimposed. It will not be smooth.
  • the interferogram through the sample SP whose optical characteristics are temporally changing is the same as that shown in FIG. 7A in that a so-called center burst occurs as shown in FIG. 7B.
  • the displacement of the moving mirror 23 is a displacement other than the above-mentioned specific displacement
  • the intensity fluctuates without becoming substantially zero due to the time change of the optical characteristics of the sample SP.
  • the wave number spectrum of the interferogram through the sample SP whose optical characteristics are temporally changed becomes a noise superimposed as shown in FIG. 7D.
  • noise noise including a large number of components with a low wave number (low frequency components) is superimposed.
  • the wavelength component included in the first wavelength band is received by the detector 31, and the detector 31 outputs a light reception signal S1.
  • the wavelength component included in the second wavelength band is received by the detector 32, and the light detector 32 outputs a light reception signal S2.
  • the light reception signal S1 output from the detector 31 and the light reception signal S2 output from the detector 32 are input to the signal processing device 40 shown in FIG.
  • the Fourier transform unit 43 separately performs Fourier transform processing on the light reception signal S1 and the light reception signal S2, and the spectrum of the light reception signal S1 and the light reception signal A process of obtaining the spectrum of S2 is performed.
  • the respective spectra (spectrum of the light reception signal S1 and the spectrum of the light reception signal S2) determined by the Fourier transform unit 43 are output to the noise removal unit 44, and are superimposed on the spectrum of the light reception signal S1 using the spectrum of the light reception signal S2.
  • a process is performed to remove the noise that is being
  • the noise removing unit 44 performs a process of subtracting the spectrum of the light reception signal S2 from the spectrum of the light reception signal S1.
  • FIG. 8A-8C are diagrams for explaining the principle of removing noise in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a diagram showing an example of a spectrum of the light reception signal S1
  • FIG. 8B is a diagram showing an example of a spectrum of the light reception signal S2.
  • the light reception signal S1 output from the detector 31 is a signal obtained by receiving the wavelength component included in the first wavelength band, and the light reception signal S1 is caused by the temporal change of the optical characteristic of the sample SP. Noise is superimposed. Therefore, as shown in FIG. 8A, the spectrum of the light reception signal S1 determined by the Fourier transform unit 43 has a shape corresponding to the optical characteristic (absorption characteristic) of the sample SP, and the temporal change of the optical characteristic of the sample SP The resulting noise is superimposed.
  • the light reception signal S2 output from the detector 32 is a signal obtained by receiving the wavelength component included in the second wavelength band different from the first wavelength band, and the light reception signal S2 is a light reception signal Noise similar to the noise superimposed on the signal S1 is superimposed. Therefore, as shown in FIG. 8B, the spectrum of the light reception signal S2 determined by the Fourier transform unit 43 indicates the spectrum of noise due to the temporal change of the optical characteristics of the sample SP.
  • the spectrum of the light reception signal S2 becomes such spectrum because all of the wavelength components included in the light L2 passing through the sample SP are similarly modulated according to the temporal change of the optical characteristics of the sample SP, whereby the sample SP The same noise is superimposed on all of the wavelength components included in the light L2 that has passed through.
  • the noise removing unit 44 performs a process of subtracting the spectrum of the light reception signal S2 shown in FIG. 8B from the spectrum of the light reception signal S1 shown in FIG. 8A, as shown in FIG. A spectrum (a spectrum of wavelength components of the first wavelength band) from which noise due to a temporal change in characteristics has been removed is determined.
  • a spectrum a spectrum of wavelength components of the first wavelength band
  • the noise caused by the temporal change of the optical property of the sample SP is removed.
  • the interferogram L1 obtained by the interferometer 20 is irradiated to the sample SP, and the wavelength band for which the spectrum is to be obtained among the wavelength components included in the light L2 passing through the sample SP
  • the wavelength component of one wavelength band is received to obtain the light reception signal S1
  • the wavelength component of the second wavelength band different from the first wavelength band is received to obtain the light reception signal S2
  • these light reception signals S1 and S2 are used
  • the noise-removed spectrum of the wavelength component of the first wavelength band is obtained.
  • since noise caused by the time variation of the optical characteristics of the sample SP is removed, high analysis accuracy can be realized even if the time variation of the optical characteristics occurs in the sample SP. It is possible.
  • the Fourier-spectroscopic-analysis apparatus by one Embodiment of this invention was demonstrated, this invention can be changed freely within the range of this invention, without being restrict
  • the signal processing device 40 performs processing immediately using the light reception signals S1 and S2 output from the detectors 31 and 32 has been described.
  • the light reception signals S1 and S2 output from the detectors 31 and 32 may be stored in the memory, and the processing by the signal processing device 40 may be performed later.
  • SYMBOLS 1 Fourier spectroscopy analyzer 30 Light receiving part 31, 32 Detector 33 Dichroic mirror 34 Half mirror 35, 36 Filter 40 Signal processing apparatus 41, 44 Noise removal part 42, 43 Fourier transform part L1 Interferogram L2 Light S1, S2 Light reception signal SP sample WB1 1st wavelength band WB2 2nd wavelength band

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Abstract

本発明の一態様のフーリエ分光分析装置は、干渉光であるインターフェログラムを分析対象である試料に照射し、前記試料を介した光に含まれる波長成分のうち、スペクトルを求める波長帯域である第１波長帯域の波長成分を受光して得られる第１受光信号と、前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の波長成分を受光して得られる第２受光信号とを出力する受光部と、前記第１受光信号及び前記第２受光信号を用いて、前記第１波長帯域の波長成分の雑音を除去する処理と、フーリエ変換処理により前記スペクトルを求める処理とを行う信号処理装置と、を備える。

Description

フーリエ分光分析装置
　本発明は、フーリエ分光分析装置に関する。
　本願は、２０１７年９月１９日に日本に出願された特願２０１７－１７８６５６に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　フーリエ分光分析装置は、複数の波長成分が含まれる光を試料に照射し、試料を介した光を受光し、得られた受光信号に対してフーリエ変換処理を行って試料を介した光のスペクトル（例えば、波数スペクトル）を求めることで、試料の分析を行うための装置である。フーリエ分光分析装置は、複数の波長成分が含まれる光を射出する光源、光源から射出された光を干渉させて試料に照射する光（干渉光：インターフェログラム）を得る干渉計、試料を介した光（反射光又は透過光）を受光する受光器、及び上記のフーリエ変換処理を行う信号処理装置を備える。
　上記の干渉計として、例えばハーフミラー、固定ミラー、及び移動ミラーを備えるマイケルソン干渉計を用いることができる。この干渉計は、光源から射出された光をハーフミラーで固定ミラーに向かう第１分岐光と移動ミラーに向かう第２分岐光とに分岐し、固定ミラーで反射された第１分岐光と移動ミラーで反射された第２分岐光とをハーフミラーで干渉させることにより、試料に照射するインターフェログラムを得る。
　以下の非特許文献１には、関連技術のフーリエ分光分析装置の一例が開示されている。具体的に、以下の非特許文献１には、インターフェログラムを２つに分岐し、試料を介したインターフェログラムと、試料を介さないインターフェログラムとを個別に受光し、得られた受光信号の各々に対してフーリエ変換処理を行ってスペクトルそれぞれを求め、両スペクトルを用いて補正処理を行うことで、温度変動等の環境変動の影響を排除することが可能なフーリエ分光分析装置が開示されている。
南光智昭，他２名，「近赤外分光分析計 ＩｎｆｒａＳｐｅｃ ＮＲ８００」，横河技報，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３，２００１
　フーリエ分光分析装置では、干渉計に設けられた移動ミラーによって、上述した第１分岐光の光路長と第２分岐光の光路長との差を示す光路長差の変化を生じさせることで変調光であるインターフェログラムを得ている。このため、フーリエ分光分析装置の分析対象である試料は、基本的に、光学特性の時間変化が無いものであるか、或いは光学特性の時間変化があったとしても、その変化の速度が、干渉計に設けられた移動ミラーの移動速度に比べて十分遅いものであることが前提となる。
　しかしながら、フーリエ分光分析装置を種々の分野で用いようとした場合には、光学特性が上記の移動ミラーの移動速度に対して比較的速く変化する試料が分析対象になることが考えられる。例えば、工業プロセスや化学プロセスにおいては、粒子が浮遊している流体又は粉体、表面に凹凸のある光散乱面が形成されている移動体、攪拌容器内で攪拌されている懸濁した流動性のある試料等がフーリエ分光分析装置の分析対象となることが考えられる。
　このような光学特性が比較的速く変化する試料をフーリエ分光分析装置で分析しようとすると、試料を介したインターフェログラムは、試料の光学特性の時間変化に応じた変動が生じたものになる。言い換えると、試料を介したインターフェログラムは、いわば試料の光学特性の時間変化に応じた変調がなされたものになる。これにより、試料を介したインターフェログラムは、低周波数成分が多く含まれる雑音（いわゆる「色つき雑音」）が重畳されたものとなる。インターフェログラムに重畳された雑音は、フーリエ変換処理を行っても雑音として現れるため、分析精度が低下してしまう場合がある。
　本発明の一態様は、光学特性の時間変動が生ずる試料であっても、高い分析精度を実現することが可能なフーリエ分光分析装置を提供する。
　本発明の一態様のフーリエ分光分析装置は、干渉光であるインターフェログラムを分析対象である試料に照射し、前記試料を介した光に含まれる波長成分のうち、スペクトルを求める波長帯域である第１波長帯域の波長成分を受光して得られる第１受光信号と、前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の波長成分を受光して得られる第２受光信号とを出力する受光部と、前記第１受光信号及び前記第２受光信号を用いて、前記第１波長帯域の波長成分の雑音を除去する処理と、フーリエ変換処理により前記スペクトルを求める処理とを行う信号処理装置と、を備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記信号処理装置は、前記第２受光信号を用いて前記第１受光信号に重畳されている雑音を除去する処理を行う雑音除去部と、前記雑音除去部の処理によって雑音が除去された前記第１受光信号に対してフーリエ変換処理を行って、前記第１波長帯域の波長成分のスペクトルを求めるフーリエ変換部と、を備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記信号処理装置は、前記第１受光信号及び前記第２受光信号に対してフーリエ変換処理を個別に行って第１スペクトル及び第２スペクトルをそれぞれ求めるフーリエ変換部と、前記第２スペクトルを用いて前記第１スペクトルに重畳されている雑音を除去する処理を行う雑音除去部と、を備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記受光部は、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第３波長帯域の波長成分を受光可能な第１検出器と、前記第３波長帯域の波長成分を受光可能な第２検出器と、前記試料を介した光を、前記第１検出器に入射する前記第１波長帯域の波長成分と、前記第２検出器に入射する前記第２波長帯域の波長成分とに分岐する分岐部と、を備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記分岐部は、前記第１波長帯域の波長成分を反射させ、前記第２波長帯域の波長成分を透過させるダイクロイックミラーを備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記分岐部は、前記第１波長帯域の波長成分を透過させ、前記第２波長帯域の波長成分を反射させるダイクロイックミラーを備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記分岐部は、前記試料を介した光を、前記第１検出器に向かう第１光と前記第２検出器に向かう第２光とに分岐するハーフミラーと、前記第１光に含まれる波長成分から前記第１波長帯域の波長成分を抽出して前記第１検出器に入射させる第１フィルタと、前記第２光に含まれる波長成分から前記第２波長帯域の波長成分を抽出して前記第２検出器に入射させる第２フィルタと、を備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記受光部は、前記第２波長帯域の波長成分よりも前記第１波長帯域の波長成分に対する検出感度が相対的に高い第１検出器と、前記第１波長帯域の波長成分よりも前記第２波長帯域の波長成分に対する検出感度が相対的に高い第２検出器と、を備えてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記第１検出器及び前記第２検出器は、前記試料を介した光の光路上に順に配置されてよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記受光部は、前記試料を透過した透過光を受光してよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記受光部は、前記試料で反射された反射光を受光してよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記雑音除去部は、前記第１受光信号に重畳されている時間的変化に起因する雑音を除去する処理を行ってよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記雑音除去部は、前記第１受光信号から前記第２受光信号を減算する処理を行うことで、前記第１受光信号に重畳されている雑音を除去する処理を行ってよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記雑音除去部は、前記第１スペクトルに重畳されている時間的変化に起因する雑音を除去する処理を行ってよい。
　上記のフーリエ分光分析装置において、前記雑音除去部は、前記第１スペクトルから前記第２スペクトルを減算する処理を行うことで、前記第１スペクトルに重畳されている雑音を除去する処理を行ってよい。
　本発明の一態様によれば、試料を介した光に含まれる波長成分のうち、スペクトルを求める波長帯域である第１波長帯域の波長成分を受光して第１受光信号を得るとともに、第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の波長成分を受光して第２受光信号を得て、第１受光信号及び第２受光信号を用いて、第１波長帯域の波長成分の、雑音を除去したスペクトルを求める処理を行うようにしているため、光学特性の時間変動が生ずる試料であっても、高い分析精度を実現することが可能である。
本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える受光部の第１例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える第１例の受光部の光学特性を示す図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える受光部の第２例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える第２例の受光部の光学特性を示す図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える受光部の第３例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える第３例の受光部の光学特性を示す図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える信号処理装置の第１例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える信号処理装置の第２例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態において試料を介したインターフェログラムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態において試料を介したインターフェログラムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態において試料を介したインターフェログラムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態において試料を介したインターフェログラムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態において雑音が除去される原理を説明するための図である。 本発明の一実施形態において雑音が除去される原理を説明するための図である。 本発明の一実施形態において雑音が除去される原理を説明するための図である。
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置について詳細に説明する。
〈フーリエ分光分析装置の要部構成〉
　図１は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態によるフーリエ分光分析装置１は、光源１０、干渉計２０、受光部３０、及び信号処理装置４０を備えている。フーリエ分光分析装置１は、複数の波長成分が含まれる光Ｌ１を試料ＳＰに照射し、試料ＳＰを介した光Ｌ２を受光し、得られた受光信号Ｓ１，Ｓ２に対してフーリエ変換処理を行って試料ＳＰを介した光Ｌ２のスペクトル（例えば、波数スペクトル）を求めることで、試料ＳＰの分析を行う。
　上記の試料ＳＰは、任意のもので良いが、本実施形態では、その光学特性が時間的に変化するものであるとする。例えば、工業プロセスや化学プロセスにおける、粒子が浮遊している流体または粉体、表面に凹凸のある光散乱面が形成されている移動体、攪拌容器内で攪拌されている懸濁した流動性のある試料等である。上記の試料ＳＰを介した光Ｌ２としては、試料ＳＰで反射された反射光と試料ＳＰを透過した透過光とが挙げられるが、本実施形態では、試料ＳＰを透過した透過光であるとする。
　光源１０は、複数の波長成分が含まれる光Ｌ０を射出する光源である。この光源１０としては、試料ＳＰの光学特性に応じて任意の光源を用いることができる。例えば、ハロゲンランプ等の波長帯域幅の広い光源や、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を備えるものを用いることができる。本実施形態では、光源１０として、ハロゲンランプを用いるものとする。ハロゲンランプの波長帯域幅は、例えば波長３５０～４５００［ｎｍ］程度の範囲である。
　干渉計２０は、光源１０から射出された光Ｌ０を干渉させて、試料に照射する光（干渉光：インターフェログラム）Ｌ１を得る。干渉計２０としては、任意の干渉計を用いることができるが、本実施形態では、干渉計２０が、ハーフミラー２１、固定ミラー２２、及び移動ミラー２３を備えるマイケルソン干渉計であるとする。
　ハーフミラー２１は、光源１０から射出された光Ｌ０を、固定ミラー２２に向かう分岐光Ｌ１１と移動ミラー２３に向かう分岐光Ｌ１２とに分岐する。ハーフミラー２１は、光源１０から射出された光Ｌ０を、例えば１：１の強度比で分岐する。ハーフミラー２１は、固定ミラー２２で反射された分岐光Ｌ１１と、移動ミラー２３で反射された分岐光Ｌ１２とを干渉させて、インターフェログラムＬ１を得る。
　固定ミラー２２は、その反射面をハーフミラー２１に向けた状態で分岐光Ｌ１１の光路上に配置されている。固定ミラー２２は、ハーフミラー２１で分岐された分岐光Ｌ１１をハーフミラー２１に向けて反射させる。移動ミラー２３は、その反射面をハーフミラー２１に向けた状態で分岐光Ｌ１２の光路上に配置されている。移動ミラー２３は、ハーフミラー２１で分岐された分岐光Ｌ１２をハーフミラー２１に向けて反射させる。移動ミラー２３は、不図示の駆動機構により、分岐光Ｌ１２の光路に沿って往復運動が可能に構成されている。移動ミラー２３の往復運動速度は、例えば毎秒５回程度に設定されている。
　移動ミラー２３が往復運動することによって、光源１０から射出された光Ｌ０に含まれる波長成分は、各々異なる周波数で強度変調されることになる。例えば、波長が相対的に短い波長成分は、波長が相対的に長い波長成分よりも高い周波数で強度変調されることになる。干渉計２０で得られるインターフェログラムＬ１は、このような異なる周波数で強度変調された波長成分が重なったものである。
　受光部３０は、検出器３１（第１検出器）及び検出器３２（第２検出器）を備えている。受光部３０は、試料ＳＰを介した光（インターフェログラムＬ１の透過光）Ｌ２を受光して、受光信号Ｓ１（第１受光信号）及び受光信号Ｓ２（第２受光信号）を出力する。検出器３１は、スペクトルを求める波長帯域（第１波長帯域）の波長成分を受光して受光信号Ｓ１を出力する。検出器３２は、上記のスペクトルを求める波長帯域とは異なる波長帯域（第２波長帯域）の波長成分を受光して受光信号Ｓ２を出力する。
　検出器３１は、予め規定された分析対象になっている波長帯域（第１波長帯域）のスペクトルを得るために設けられ、検出器３２は、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音を得るために設けられる。フーリエ分光分析装置１の設計時において、第１波長帯域を任意の波長帯域にすることが可能である。本実施形態では、第１波長帯域が１～２．５［μｍ］程度であるとし、第２波長帯域が０．５～１［μｍ］程度であるとする。
　検出器３１，３２は、種類が同じものであっても良く、種類が異なるものであっても良い。例えば、検出器３１，３２は何れも、第１波長帯域及び第２波長帯域を含む波長帯域（第３波長帯域）の波長成分を受光可能であり、種類が同じものであって良い。或いは、検出器３１は、第２波長帯域の波長成分よりも第１波長帯域の波長成分に対する検出感度が相対的に高く、検出器３２は、第１波長帯域の波長成分よりも第２波長帯域の波長成分に対する検出感度が相対的に高く、種類が異なるものであって良い。
　種類が同じ検出器３１，３２を用いる場合には、第１波長帯域と第２波長帯域とを分岐するための分岐部（詳細は後述する）を設け、第１波長帯域の波長成分を検出器３１に入射させ、第２波長帯域の波長成分を検出器３２に入射させる必要がある。これに対し、種類が異なる検出器３１，３２を用いる場合には、上記の分岐部と同様のものを設けても良いが、上記の分岐部を省略することも可能である。
　信号処理装置４０は、受光部３０の検出器３１から出力される受光信号Ｓ１と検出器３２から出力される受光信号Ｓ２とを用いて、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音を除去したスペクトルを求める処理を行う。信号処理装置４０は、以上の処理によって求められたスペクトルを示す信号を外部に出力し、或いは不図示の表示装置（例えば、液晶表示装置）に表示させる。
〈受光部の第１例〉
　図２Ａは、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える受光部の第１例を示すブロック図である。図２Ａに示す通り、本例の受光部３０は、検出器３１，３２に加えて、ダイクロイックミラー３３（分岐部）を備える。本例においては、検出器３１，３２は何れも、第１波長帯域及び第２波長帯域を含む波長帯域（第３波長帯域）の波長成分を受光可能なものであるとする。
　ダイクロイックミラー３３は、図２Ｂに示す通り、試料ＳＰを介した光Ｌ２に含まれる波長成分のうち、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分を反射させ、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分を透過させる光学特性を有する。このダイクロイックミラー３３は、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分を完全に反射させ、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分を完全に透過させる光学特性を有するのが理想であるが、図２Ｂに示す通り、第１波長帯域ＷＢ１の一部の波長成分を透過させる光学特性を有しても良い。
　例えば、図２Ｂに示す通り、ダイクロイックミラー３３は、第１波長帯域ＷＢ１の両端部における波長成分、即ち、第１波長帯域ＷＢ１と第２波長帯域ＷＢ２との境界を規定する波長λ１，λ２に近い波長を有する波長成分については、反射率が徐々に低下する、即ち、透過率が徐々に上昇する光学特性を有していても良い。図２Ｂにおいては、理解を容易にするために、ダイクロイックミラー３３の第１波長帯域ＷＢ１の両端部における光学特性を誇張して図示している。
　検出器３１，３２の配置が逆の場合には、光学特性が逆のダイクロイックミラー３３を用いれば良い。つまり、検出器３１が、図２Ａの検出器３２の位置に配置され、検出器３２が、図２Ａの検出器３１の位置に配置されている場合には、試料ＳＰを介した光Ｌ２に含まれる波長成分のうち、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分を透過させ、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分を反射させる光学特性を有するダイクロイックミラー３３を用いれば良い。
〈受光部の第２例〉
　図３Ａは、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える受光部の第２例を示すブロック図である。図３Ａに示す通り、本例の受光部３０は、検出器３１，３２に加えて、ハーフミラー３４（分岐部）とフィルタ３５（分岐部、第１フィルタ）及びフィルタ３６（分岐部、第２フィルタ）とを備える。本例においては、上述の第１例と同様に、検出器３１，３２は何れも、第１波長帯域及び第２波長帯域を含む波長帯域（第３波長帯域）の波長成分を受光可能なものであるとする。
　ハーフミラー３４は、試料ＳＰを介した光Ｌ２を、検出器３１に向かう光（第１光）と検出器３２に向かう光（第２光）とに分岐する。フィルタ３５は、ハーフミラー３４と検出器３１との間の光路上に配置される。図３Ｂに示す通り、フィルタ３５は、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分を透過させ、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分を透過させない光学特性を有する。つまり、フィルタ３５は、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分を抽出して検出器３１に入射させる光学特性を有する。フィルタ３６は、ハーフミラー３４と検出器３２との間の光路上に配置される。図３Ｂに示す通り、フィルタ３６は、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分を透過させ、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分を透過させない光学特性を有する。つまり、フィルタ３６は、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分を抽出して検出器３２に入射させる光学特性を有する。
　フィルタ３５は、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分のみを透過させ、フィルタ３６は、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分のみを透過させる光学特性を有するのが理想である。しかしながら、図３Ｂに示す通り、フィルタ３５は、第２波長帯域ＷＢ２の一部の波長成分をある程度透過させ、フィルタ３６は、第１波長帯域ＷＢ１の一部の波長成分をある程度透過させる光学特性を有しても良い。図３Ｂにおいては、理解を容易にするために、フィルタ３５，３６の第１波長帯域ＷＢ１と第２波長帯域ＷＢ２との境界を規定する波長λ２の近傍における光学特性を誇張して図示している。
　検出器３１，３２の配置が逆の場合には、フィルタ３５，３６の配置も逆にすれば良い。つまり、検出器３１が、図３Ａの検出器３２の位置に配置され、検出器３２が、図３Ａの検出器３１の位置に配置されている場合には、フィルタ３５を図３Ａのフィルタ３６の位置に配置し、フィルタ３６を図３Ａのフィルタ３５の位置に配置すれば良い。
〈受光部の第３例〉
　図４Ａは、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える受光部の第３例を示すブロック図である。図４Ａに示す通り、本例の受光部３０は、試料ＳＰを介した光Ｌ２の光路上に順に配置された検出器３１，３２を備える。本例においては、図４Ｂに示す通り、検出器３１は、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分よりも第１波長帯域ＷＢ１の波長成分に対する検出感度が相対的に高く、検出器３２は、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分よりも第２波長帯域ＷＢ２の波長成分に対する検出感度が相対的に高いものであるとする。
　本例では、検出器３１として、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）フォトダイオードを用いることができる。検出器３２として、Ｓｉ（シリコン）フォトダイオードを用いることができる。ＩｎＧａＡｓフォトダイオードは、１～２．５［μｍ］程度の波長帯域の光に対する検出感度が高い。Ｓｉフォトダイオードは、０．３～１［μｍ］程度の波長帯域の光に対する検出感度が高い。
　本例の受光部３０においては、試料ＳＰを介した光Ｌ２が検出器３１に入射すると、第１波長帯域ＷＢ１の波長成分が吸収されて受光信号Ｓ１に変換され、検出器３１を介した（透過した）光が検出器３２に入射すると、第２波長帯域ＷＢ２の波長成分が吸収されて受光信号Ｓ２に変換される。試料ＳＰを介した光Ｌ２の光路上における検出器３１，３２の配置順は逆であっても良い。検出器３１，３２は、試料ＳＰを介した光Ｌ２の光路上に重ねた状態で配置されていても良い。このような検出器としては、例えば国際公開第２０１１／０６５０５７号に開示されたものを用いることができる。
〈信号処理装置の第１例〉
　図５は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える信号処理装置の第１例を示すブロック図である。図５に示す通り、本例の信号処理装置４０は、受光信号Ｓ１，Ｓ２を受信する雑音除去部４１と、雑音除去部４１の出力信号を受信するフーリエ変換部４２とを備える。
　雑音除去部４１は、受光信号Ｓ２を用いて受光信号Ｓ１に重畳されている雑音を除去する処理を行う。例えば、雑音除去部４１は、受光信号Ｓ１から受光信号Ｓ２を減算する処理を行うことで、受光信号Ｓ１に重畳されている雑音を除去する。受光信号Ｓ１に重畳されている雑音を除去できるのであれば、雑音除去部４１で行われる処理は任意の処理で良く、受光信号Ｓ１から受光信号Ｓ２を減算する処理に限らない。
　フーリエ変換部４２は、雑音除去部４１から出力される信号に対してフーリエ変換処理を行って、第１波長帯域の波長成分のスペクトルを求める。雑音除去部４１から出力される信号は、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が除去された信号である。このため、フーリエ変換部４２で求められる第１波長帯域の波長成分のスペクトルは、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が除去されたものとなる。
〈信号処理装置の第２例〉
　図６は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える信号処理装置の第２例を示すブロック図である。図６に示す通り、本例の信号処理装置４０は、受光信号Ｓ１，Ｓ２を受信するフーリエ変換部４３と、フーリエ変換部４３の出力信号を受信する雑音除去部４４とを備える。
　フーリエ変換部４３は、受光信号Ｓ１及び受光信号Ｓ２に対してフーリエ変換処理を個別に行って、受光信号Ｓ１のスペクトル（第１スペクトル）と受光信号Ｓ２のスペクトル（第２スペクトル）とをそれぞれ求める。受光信号Ｓ１，Ｓ２には、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が同様に重畳されているため、フーリエ変換部４３で求められる受光信号Ｓ１，Ｓ２のスペクトルは、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が重畳されたものとなる。
　雑音除去部４４は、受光信号Ｓ２のスペクトルを用いて、受光信号Ｓ１のスペクトルに重畳されている雑音を除去する処理を行う。例えば、雑音除去部４４は、受光信号Ｓ１のスペクトルから受光信号Ｓ２のスペクトルを減算する処理を行うことで、受光信号Ｓ１のスペクトルに重畳されている雑音を除去する。受光信号Ｓ１のスペクトルに重畳されている雑音を除去できるのであれば、雑音除去部４４で行われる処理は任意の処理で良く、受光信号Ｓ１のスペクトルから受光信号Ｓ２のスペクトルを減算する処理に限らない。
〈フーリエ分光分析装置の動作〉
　次に、上記構成におけるフーリエ分光分析装置の動作について説明する。以下では、理解を容易にするために、フーリエ分光分析装置１に設けられる信号処理装置４０が図６に示すものであるとする。フーリエ分光分析装置１に設けられる信号処理装置４０が図５に示すものである場合には、信号処理装置４０で行われる処理が異なるが、図６に示すものと同様の結果（スペクトル）を得ることができる。
　光源１０から複数の波長成分が含まれる光Ｌ０が射出されると、その光Ｌ０は干渉計２０に入射する。干渉計２０に入射した光Ｌ０は、ハーフミラー２１によって、固定ミラー２２に向かう分岐光Ｌ１１と移動ミラー２３に向かう分岐光Ｌ１２とに分岐される。ハーフミラー２１によって分岐された分岐光Ｌ１１は、固定ミラー２２によって反射され、ハーフミラー２１から固定ミラー２２に到る光路を逆向きに進んでハーフミラー２１に入射する。ハーフミラー２１によって分岐された分岐光Ｌ１２は、移動ミラー２３によって反射され、ハーフミラー２１から移動ミラー２３に到る光路を逆向きに進んでハーフミラー２１に入射する。分岐光Ｌ１１，Ｌ１２がハーフミラー２１に入射すると干渉し、これによりインターフェログラムＬ１が得られる。
　干渉計２０に設けられた移動ミラー２３は往復運動していることから、光源１０から射出された光Ｌ０に含まれる波長成分は、各々異なる周波数で強度変調されることになる。例えば、波長が相対的に短い波長成分は、波長が相対的に長い波長成分よりも高い周波数で強度変調されることになる。このような異なる周波数で強度変調された波長成分が重なったインターフェログラムＬ１が干渉計２０で得られる。
　干渉計２０で得られたインターフェログラムＬ１は試料ＳＰに照射され、試料ＳＰを透過した透過光が光Ｌ２として受光部３０に入射する。試料ＳＰの光学特性が時間的に変化していると、試料ＳＰを介した光Ｌ２は、いわば試料ＳＰの光学特性の時間変化に応じた変調がなされたものになる。これにより、試料ＳＰを介した光Ｌ１は、低周波数成分が多く含まれる雑音（いわゆる「色つき雑音」）が重畳されたものとなる。試料ＳＰを介した光Ｌ２に含まれる波長成分の全てが試料ＳＰの光学特性の時間変化に応じて同様に変調され、これにより試料ＳＰを介した光Ｌ２に含まれる波長成分の全てに同様の雑音が重畳される点に注意されたい。
　図７Ａ～図７Ｄは、本発明の一実施形態において試料を介したインターフェログラムの一例を示す図である。図７Ａは、試料ＳＰの光学特性が時間的に変化していない場合のものである。図７Ｂは、試料ＳＰの光学特性が時間的に変化している場合のものである。図７Ａ，図７Ｂにおいては、干渉計２０が備える移動ミラー２３の変位を横軸にとり、インターフェログラムの強度を縦軸にとってある。図７Ｃは、図７Ａに示すインターフェログラムのスペクトル（波数スペクトル）を示す図である図７Ｄは、図７Ｂに示すインターフェログラムのスペクトル（波数スペクトル）を示す図である。
　光学特性が時間的に変化していない試料ＳＰを介したインターフェログラムは、図７Ａに示す通り、所謂センターバーストが生じている典型的な形状のものになる。つまり、移動ミラー２３の変位が、特定の変位（分岐光Ｌ１１，Ｌ１２の光路差が零になる変位）であるときに強度が極大になり、それ以外の変位では強度が極端に小さくなる（ほぼ零になる）ものになる。光学特性が時間的に変化していない試料ＳＰを介したインターフェログラムの波数スペクトルは、図７Ｃに示す通り、試料ＳＰの光学特性（吸収特性）に応じた形状になり、雑音が重畳されていない滑らかなものとなる。
　これに対し、光学特性が時間的に変化している試料ＳＰを介したインターフェログラムは、図７Ｂに示す通り、所謂センターバーストが生じている点においては、図７Ａに示すものと同じである。しかしながら、移動ミラー２３の変位が、上記の特定の変位以外の変位であるときに、試料ＳＰの光学特性の時間変化に起因して、強度がほぼ零にならずに変動するものとなる。光学特性が時間的に変化している試料ＳＰを介したインターフェログラムの波数スペクトルは、図７Ｄに示す通り、雑音が重畳されたものになる。例えば、波数が小さい成分（低周波数成分）が多く含まれる雑音（いわゆる「色つき雑音」）が重畳されたものとなる。
　受光部３０に入射した光Ｌ２のうち、第１波長帯域に含まれる波長成分が検出器３１で受光され、検出器３１からは受光信号Ｓ１が出力される。受光部３０に入射した光Ｌ２のうち、第２波長帯域に含まれる波長成分が検出器３２で受光され、検出器３２からは受光信号Ｓ２が出力される。検出器３１から出力された受光信号Ｓ１及び検出器３２から出力された受光信号Ｓ２は、図６に示す信号処理装置４０に入力される。
　信号処理装置４０に受光信号Ｓ１，Ｓ２が入力されると、まずフーリエ変換部４３において、受光信号Ｓ１及び受光信号Ｓ２に対してフーリエ変換処理を個別に行って、受光信号Ｓ１のスペクトルと受光信号Ｓ２のスペクトルとをそれぞれ求める処理が行われる。フーリエ変換部４３で求められた各々のスペクトル（受光信号Ｓ１のスペクトル、受光信号Ｓ２のスペクトル）は、雑音除去部４４に出力され、受光信号Ｓ２のスペクトルを用いて、受光信号Ｓ１のスペクトルに重畳されている雑音を除去する処理が行われる。例えば、受光信号Ｓ１のスペクトルから受光信号Ｓ２のスペクトルを減算する処理が雑音除去部４４で行われる。このような処理が行われることで、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が除去されたスペクトル（第１波長帯域の波長成分のスペクトル）が求められる。
　図８Ａ～図８Ｃは、本発明の一実施形態において雑音が除去される原理を説明するための図である。図８Ａは、受光信号Ｓ１のスペクトルの一例を示す図であり、図８Ｂは、受光信号Ｓ２のスペクトルの一例を示す図である。検出器３１から出力される受光信号Ｓ１は、第１波長帯域に含まれる波長成分を受光して得られる信号であり、この受光信号Ｓ１には、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が重畳されている。このため、フーリエ変換部４３で求められる受光信号Ｓ１のスペクトルは、図８Ａに示す通り、試料ＳＰの光学特性（吸収特性）に応じた形状を有し、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が重畳されたものとなる。
　これに対し、検出器３２から出力される受光信号Ｓ２は、第１波長帯域とは異なる第２波長帯域に含まれる波長成分を受光して得られる信号であり、この受光信号Ｓ２には、受光信号Ｓ１に重畳されている雑音と同様の雑音が重畳されている。このため、フーリエ変換部４３で求められる受光信号Ｓ２のスペクトルは、図８Ｂに示す通り、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音のスペクトルを示すものとなる。受光信号Ｓ２のスペクトルがこのようなスペクトルになるのは、試料ＳＰを介した光Ｌ２に含まれる波長成分の全てが試料ＳＰの光学特性の時間変化に応じて同様に変調され、これにより試料ＳＰを介した光Ｌ２に含まれる波長成分の全てに同様の雑音が重畳されているからである。
　従って、例えば、雑音除去部４４において、図８Ａに示す受光信号Ｓ１のスペクトルから、図８Ｂに示す受光信号Ｓ２のスペクトルを減算する処理が行われることで、図８Ｃに示す通り、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が除去されたスペクトル（第１波長帯域の波長成分のスペクトル）が求められる。このような原理によって、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音が除去される。
　以上の通り、本実施形態では、干渉計２０によって得られたインターフェログラムＬ１を試料ＳＰに照射し、試料ＳＰを介した光Ｌ２に含まれる波長成分のうち、スペクトルを求める波長帯域である第１波長帯域の波長成分を受光して受光信号Ｓ１を得るとともに、第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の波長成分を受光して受光信号Ｓ２を得て、これら受光信号Ｓ１，Ｓ２を用いて、第１波長帯域の波長成分の、雑音を除去したスペクトルを求めるようにしている。このように、本実施形態では、試料ＳＰの光学特性の時間変動に起因する雑音が除去されることから、試料ＳＰに光学特性の時間変動が生じていても、高い分析精度を実現することが可能である。
　以上、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば上述した実施形態では、検出器３１，３２から出力された受光信号Ｓ１，Ｓ２を用いて直ちに信号処理装置４０が処理を行う例について説明した。しかしながら、検出器３１，３２から出力される受光信号Ｓ１，Ｓ２をメモリに記憶しておき、信号処理装置４０での処理を後で行うようにしても良い。
　１　　　　　　フーリエ分光分析装置
　３０　　　　　受光部
　３１，３２　　検出器
　３３　　　　　ダイクロイックミラー
　３４　　　　　ハーフミラー
　３５，３６　　フィルタ
　４０　　　　　信号処理装置
　４１，４４　　雑音除去部
　４２，４３　　フーリエ変換部
　Ｌ１　　　　　インターフェログラム
　Ｌ２　　　　　光
　Ｓ１，Ｓ２　　受光信号
　ＳＰ　　　　　試料
　ＷＢ１　　　　第１波長帯域
　ＷＢ２　　　　第２波長帯域

Claims (15)

  1. 　干渉光であるインターフェログラムを分析対象である試料に照射し、前記試料を介した光に含まれる波長成分のうち、スペクトルを求める波長帯域である第１波長帯域の波長成分を受光して得られる第１受光信号と、前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の波長成分を受光して得られる第２受光信号とを出力する受光部と、
    　前記第１受光信号及び前記第２受光信号を用いて、前記第１波長帯域の波長成分の雑音を除去する処理と、フーリエ変換処理により前記スペクトルを求める処理とを行う信号処理装置と、
    　を備えるフーリエ分光分析装置。
  2. 　前記信号処理装置は、
    　　前記第２受光信号を用いて前記第１受光信号に重畳されている雑音を除去する処理を行う雑音除去部と、
    　　前記雑音除去部の処理によって雑音が除去された前記第１受光信号に対してフーリエ変換処理を行って、前記第１波長帯域の波長成分のスペクトルを求めるフーリエ変換部と、
    　を備える請求項１記載のフーリエ分光分析装置。
  3. 　前記信号処理装置は、
    　　前記第１受光信号及び前記第２受光信号に対してフーリエ変換処理を個別に行って第１スペクトル及び第２スペクトルをそれぞれ求めるフーリエ変換部と、
    　　前記第２スペクトルを用いて前記第１スペクトルに重畳されている雑音を除去する処理を行う雑音除去部と、
    　を備える請求項１記載のフーリエ分光分析装置。
  4. 　前記受光部は、
    　　前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第３波長帯域の波長成分を受光可能な第１検出器と、
    　　前記第３波長帯域の波長成分を受光可能な第２検出器と、
    　　前記試料を介した光を、前記第１検出器に入射する前記第１波長帯域の波長成分と、前記第２検出器に入射する前記第２波長帯域の波長成分とに分岐する分岐部と、
    　を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
  5. 　前記分岐部は、前記第１波長帯域の波長成分を反射させ、前記第２波長帯域の波長成分を透過させるダイクロイックミラーを備える、請求項４記載のフーリエ分光分析装置。
  6. 　前記分岐部は、前記第１波長帯域の波長成分を透過させ、前記第２波長帯域の波長成分を反射させるダイクロイックミラーを備える、請求項４記載のフーリエ分光分析装置。
  7. 　前記分岐部は、前記試料を介した光を、前記第１検出器に向かう第１光と前記第２検出器に向かう第２光とに分岐するハーフミラーと、
    　前記第１光に含まれる波長成分から前記第１波長帯域の波長成分を抽出して前記第１検出器に入射させる第１フィルタと、
    　前記第２光に含まれる波長成分から前記第２波長帯域の波長成分を抽出して前記第２検出器に入射させる第２フィルタと、
    　を備える請求項４記載のフーリエ分光分析装置。
  8. 　前記受光部は、前記第２波長帯域の波長成分よりも前記第１波長帯域の波長成分に対する検出感度が相対的に高い第１検出器と、
    　前記第１波長帯域の波長成分よりも前記第２波長帯域の波長成分に対する検出感度が相対的に高い第２検出器と、
    　を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
  9. 　前記第１検出器及び前記第２検出器は、前記試料を介した光の光路上に順に配置されている、請求項８記載のフーリエ分光分析装置。
  10. 　前記受光部は、前記試料を透過した透過光を受光する、請求項１から請求項９の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
  11. 　前記受光部は、前記試料で反射された反射光を受光する、請求項１から請求項９の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
  12. 　前記雑音除去部は、前記第１受光信号に重畳されている時間的変化に起因する雑音を除去する処理を行う、請求項２に記載のフーリエ分光分析装置。
  13. 　前記雑音除去部は、前記第１受光信号から前記第２受光信号を減算する処理を行うことで、前記第１受光信号に重畳されている雑音を除去する処理を行う、請求項２または請求項１２に記載のフーリエ分光分析装置。
  14. 　前記雑音除去部は、前記第１スペクトルに重畳されている時間的変化に起因する雑音を除去する処理を行う、請求項３に記載のフーリエ分光分析装置。
  15. 　前記雑音除去部は、前記第１スペクトルから前記第２スペクトルを減算する処理を行うことで、前記第１スペクトルに重畳されている雑音を除去する処理を行う、請求項３または請求項１４に記載のフーリエ分光分析装置。
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