WO2020153337A1 - フーリエ分光分析装置 - Google Patents

Abstract

フーリエ分光分析装置は、試料を介した光の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と、第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の波長成分とを含む光を射出する第１光源と、第２波長帯域の波長成分を含む光を射出する第２光源と、第１光源から射出される光から、干渉光であるインターフェログラムを得る干渉計と、第１光源から射出される光と干渉計で得られるインターフェログラムとの少なくとも一方に対して第２光源から射出される光を合波する第１合波光学系と、試料を介した光に含まれる波長成分のうち、第１波長帯域の波長成分を含む光を受光して得られる第１受光信号と、第２波長帯域の波長成分を含む光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、第１受光信号及び第２受光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、雑音を除去したスペクトルを求める信号処理装置と、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、２０１９年１月２５日に日本に出願された特願２０１９－０１１５８６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とも称する）を得る干渉計、試料を介した光（反射光又は透過光とも称する）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生じる。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。

（１）　本発明の一態様のフーリエ分光分析装置は、試料を介した光の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とを含む光を射出する第１光源と、前記第２波長帯域の波長成分を含む光を射出する第２光源と、前記第１光源から射出される光から、干渉光であるインターフェログラムを得る干渉計と、前記第１光源から射出される光と前記干渉計で得られる前記インターフェログラムとの少なくとも一方に対して前記第２光源から射出される光を合波する第１合波光学系と、前記試料を介した光に含まれる波長成分のうち、前記第１波長帯域の波長成分を含む光を受光して得られる第１受光信号と、前記第２波長帯域の波長成分を含む光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、雑音を除去したスペクトルを求める信号処理装置と、を備えるフーリエ分光分析装置である。
（２）　上記フーリエ分光分析装置において、前記第１合波光学系は、前記干渉計と前記試料との間に設けられ、前記干渉計で得られる前記インターフェログラムに対して前記第２光源から射出される光を合波してもよい。
（３）　上記フーリエ分光分析装置において、前記第１合波光学系は、前記第１光源と前記干渉計との間に設けられ、前記第１光源から射出される光に対して前記第２光源から射出される光を合波してもよい。
（４）　上記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、を備えてもよい。
（５）　上記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もよい。
（６）　上記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もよい。
（７）　上記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、を備えてもよい。
（８）　上記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、を備えてもよい。
（９）　上記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もよい。
（１０）　上記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受光信号に対して前記フーリエ変換処理を個別に行って、前記第１受光信号についての第１フーリエ変換信号と、前記第２受光信号についての第２フーリエ変換信号を求め、前記第１フーリエ変換信号と前記第２フーリエ変換信号に基づき、前記第１フーリエ変換信号から雑音を除去し、前記雑音が除去された前記第１フーリエ変換信号に基づいて、前記第１受光信号のスペクトルを求めてもよい。
（１１）　上記フーリエ分光分析装置において、前記第１光源は、ハロゲンランプであり、前記第２光源は、半導体発光素子を備える光源であってもよい。
（１２）　上記フーリエ分光分析装置において、前記第１受光信号及び前記第２受光信号を記憶するメモリを更に備え、前記信号処理装置は、前記メモリに記憶されている前記第１受光信号及び前記第２受光信号を用いて前記スペクトルを求めてもよい。
（１３）　上記フーリエ分光分析装置において、前記第１光源は、前記第１波長帯域として、１～２．５［μｍ］の光を射出するとともに、前記第２波長帯域として、０．５～１［μｍ］の光を射出してもよい。
（１４）　上記フーリエ分光分析装置において、前記第１波長帯域の波長成分を含む光を射出する第３光源と、前記第１光源と前記干渉計との間に設けられ、前記第１光源から射出される光に対して前記第３光源から射出される光を合波する第２合波光学系を更に備えてもよい。
（１５）　上記フーリエ分光分析装置において、前記第１波長帯域の波長成分を含む光を射出する第３光源と、前記干渉計と前記試料との間に設けられ、前記干渉計で得られる前記インターフェログラムに対して前記第３光源から射出される光を合波する第２合波光学系を更に備えてもよい。

　本発明の一態様によれば、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。

本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１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例の光学特性を示す図である。 本発明の第１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。 本発明の第１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例の光学特性を示す図である。 本発明の第１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。 本発明の第１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例の光学特性を示す図である。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１実施形態において、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インターフェログラムの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態において、試料ＳＰの光学特性が時間的に変化している場合のインターフェログラムの一例を示す図である。 図７Ａに示すインターフェログラムの波数スペクトルを示す図である。 図７Ｂに示すインターフェログラムの波数スペクトルを示す図である。 本発明の第１実施形態における受光信号のスペクトルの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態における他の受光信号のスペクトルの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態における試料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の一例を示す図である。 本発明の第２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。 本発明の第３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。 実施例に係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。 実施例において試料を介したインターフェログラムの測定結果を示す図である。 波数０～５０００［ｃｍ^－１］の範囲における波数スペクトルを示す図である。 波数４０００～５０００［ｃｍ^－１］の範囲における波数スペクトルを拡大して示す図である。 実施例における空気を基準とした吸光度スペクトルを示す図である。 実施例における図１４Ａに示す吸光度スペクトルと水の吸光度スペクトルとの差を示す差スペクトルを示す図である。 図１４Ｂに示す差スペクトルのバラツキを示す図である。

　以下、図面を参照して本発明の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。

〔第１実施形態〕
　〈フーリエ分光分析装置の要部構成〉
　図１は、本発明の第１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、第１実施形態によるフーリエ分光分析装置１は、光源１０（第１光源とも称する）、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、任意の物質を用いることができるが、第１実施形態では、その光学特性が時間的に変化する物質を用いる場合について説明する。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、第１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光源を用いることができる。第１実施形態では、光源１０として、ハロゲンランプを用いる。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とも称する）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、第１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では、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る。

　受光部３０は、検出器３１（第１検出器とも称する）及び検出器３２（第２検出器とも称する）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の透過光とも称する）Ｌ２を受光して、受光信号Ｓ１（第１受光信号とも称する）及び受光信号Ｓ２（第２受光信号とも称する）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波長帯域とも称する）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波長帯域とも称する）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波長帯域とも称する）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。第１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、種類が同じであっても良く、種類が異なっても良い。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波長帯域とも称する）の波長成分を受光可能であり、種類が同じであって良い。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、種類が異なっても良い。

　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。なお、分岐部の詳細については、後述する。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分岐部を設けても良いが、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、本発明の第１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（分岐部とも称する）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波長帯域とも称する）の波長成分を受光可能である。

　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、本発明の第１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（分岐部とも称する）とフィルタ３５（分岐部、第１フィルタとも称する）及びフィルタ３６（分岐部、第２フィルタとも称する）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波長帯域とも称する）の波長成分を受光可能である。

　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光とも称する）と検出器３２に向かう光（第２光とも称する）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、本発明の第１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い。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。

　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を介して、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号に開示された検出器を用いることができる。

〈信号処理装置の第１例〉
　図５は、本発明の第１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では、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る。

〈信号処理装置の第２例〉
　図６は、本発明の第１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スペクトルとも称する）と受光信号Ｓ２のスペクトル（第２スペクトルとも称する）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のスペクトルでは、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。

　図６に示す信号処理装置４０では、フーリエ変換部４３で受光信号Ｓ１，Ｓ２のスペクトルを求め、雑音除去部４４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処理を行っていた。しかしながら、フーリエ変換部４３で受光信号Ｓ１，Ｓ２のフーリエ変換処理のみを行い、雑音除去部４４で受光信号Ｓ１の複素信号であるフーリエ変換信号に対する雑音除去処理を行ってから、受光信号Ｓ１のスペクトルを求めるようにしても良い。

　具体的には、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の複素信号であるフーリエ変換信号と、受光信号Ｓ２の複素信号であるフーリエ変換信号とをそれぞれ求める。そして、雑音除去部４４において、受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号と受光信号Ｓ２のフーリエ変換信号とのベクトル演算を行って、受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号から雑音を除去する処理を行う。最後に、雑音が除去された受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号から受光信号Ｓ１のスペクトルを求める。このようにすることで、雑音の位相を考慮して雑音が除去されることから、より高い分析精度を実現することができる。

〈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に示す信号処理装置４０である場合について説明する。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に示す信号処理装置４０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に示す信号処理装置４０と同様の結果つまり、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では、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る。これにより、試料ＳＰを介した光Ｌ１では、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、本発明の第１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インターフェログラムである。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インターフェログラムである。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、つまり、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、つまり、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となる。つまり、移動ミラー２３の変位が、分岐光Ｌ１１，Ｌ１２の光路差が零になる変位である特定の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、つまり、ほぼ零になる。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の光学特性つまり、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形状となる。

　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に示すインターフェログラムと同じである。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。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では、図７Ｄに示す通り、雑音が重畳される。例えば、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では、波数が小さい成分、つまり、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、つまり、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、つまり、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、本発明の第１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る。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の光学特性である吸収特性に応じた形状を有する。フーリエ変換部４３で求められる受光信号Ｓ１のスペクトルでは、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。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、つまり、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、第１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、第１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。

〔第２実施形態〕
　図９は、本発明の第２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９に示す通り、第２実施形態によるフーリエ分光分析装置２は、図１に示すフーリエ分光分析装置１に光源５０（第２光源とも称する）及び合波光学系６０を追加した構成である。このような構成のフーリエ分光分析装置２は、第２波長帯域で不足する光量を補うことにより、つまり、第２波長帯域の波長成分を補うことにより、分析精度の向上を図る。

　ハロゲンランプは、短波長側の波長帯域つまり、第２波長帯域が含まれる波長帯域におけるエネルギー密度が低くなる傾向がある。このため、光源１０としてハロゲンランプを用いた場合には、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って、検出器３２から出力される受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比つまり、信号対雑音比が悪化し、分析精度が低下してしまう可能性が考えられる。第２実施形態のフーリエ分光分析装置２は、光源１０としてハロゲンランプを用いた場合に、第２波長帯域で不足する光量を光源５０により補って受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比を向上させることで、分析精度の向上を図る。

　光源５０は、第２波長帯域で不足する光量を補うために設けられる光源である。光源５０としては、例えばＬＤやＬＥＤ等の半導体発光素子を備える光源を用いることができる。光源５０から射出される光Ｌ１０の波長帯域は、少なくとも一部が第２波長帯域に含まれれば良い。但し、光源５０から射出される光Ｌ１０の波長帯域は、検出器３２から出力される受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比を向上させる必要がある。そのため、検出器３２で受光される光量が増大する波長帯域である必要がある。このような光源５０としては、例えば波長帯域が０．６～１［μｍ］の程度の光Ｌ１０を射出するＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）を主原料とするＬＥＤを用いることができる。

　合波光学系６０は、干渉計２０と試料ＳＰとの間に設けられ、干渉計２０から射出される光つまり、干渉計２０で得られたインターフェログラムＬ１と、光源５０から射出される光Ｌ１０とを合波する。合波光学系６０で合波された光は、試料ＳＰに照射される。合波光学系６０としては、例えばハーフミラーやミラー等の光学素子を組み合わせた光学系、光カプラ等を用いることができる。

　第２実施形態では、干渉計２０で得られたインターフェログラムＬ１が、合波光学系６０において、光源５０から射出される光Ｌ１０と合波される。光源５０から射出される光Ｌ１０の強度は時間とともに変化しない、或いは、ほぼ変化しない。このため、検出器３２から出力される受光信号Ｓ２の信号強度は、光源５０から射出される光Ｌ１０の強度に応じた分だけ高くなる。そのため、受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比が向上する。これにより、第２実施形態によるフーリエ分光分析装置２では、光源１０としてハロゲンランプを用いた場合であっても、分析精度の向上を図ることができる。

〔第３実施形態〕
　図１０は、本発明の第３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１０に示す通り、第３実施形態によるフーリエ分光分析装置３は、図９に示すフーリエ分光分析装置２と同様に、図１に示すフーリエ分光分析装置１に光源５０及び合波光学系６０を追加した構成である。第３実施形態のフーリエ分光分析装置３も、図９に示すフーリエ分光分析装置２と同様に、第２波長帯域で不足する光量を補って、分析精度の向上を図る。

　図１０に示す光源５０及び合波光学系６０はそれぞれ、図９に示す光源５０及び合波光学系６０と同様である。但し、図９に示すフーリエ分光分析装置２では、合波光学系６０が干渉計２０と試料ＳＰとの間に設けられていた。これに対し、第３実施形態のフーリエ分光分析装置３では、合波光学系６０が光源１０と干渉計２０との間に設けられている。

　第３実施形態では、光源１０から射出される光Ｌ０が、合波光学系６０において、光源５０から射出される光Ｌ１０と合波されて、干渉計２０に入射する。つまり、光源１０から射出される光Ｌ０は、光源５０から射出される光Ｌ１０によって、第２波長帯域の光量が補われてから、干渉計２０に入射する。干渉計２０に入射する光は、第２波長帯域の光量が補われているから、干渉計２０で得られるインターフェログラムＬ１も第２波長帯域の光量が補われる。

　第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、光源５０から射出される光Ｌ１０の強度は時間とともに変化しない、或いは、ほぼ変化しない。このため、検出器３２から出力される受光信号Ｓ２の信号強度は、光源５０から射出される光Ｌ１０の強度に応じた分だけ高くなるため、受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比が向上する。これにより、第３実施形態によるフーリエ分光分析装置３では、光源１０としてハロゲンランプを用いた場合であっても、分析精度の向上を図ることができる。

　以上、本発明の第１～第３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。

　また、上記実施形態では、第１波長帯域が１～２．５［μｍ］程度であり、第２波長帯域が０．５～１［μｍ］程度である場合、つまり第２波長帯域が第１波長帯域よりも短波長側である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、第２波長帯域は、第１波長帯域よりも長波長側であっても良い。第２波長帯域が第１波長帯域よりも長波長側である場合には、上述した第２，３実施形態のフーリエ分光分析装置２，３の光源５０は、第１波長帯域よりも長波長側である第２波長帯域の光量を補うことができる光源を用いれば良い。

　また、上記第２実施形態では、干渉計２０で得られたインターフェログラムＬ１に対して光源５０から射出される光Ｌ１０を合波する例について説明した。また、上記第３実施形態では、光源１０から射出される光Ｌ０に対して光源５０から射出される光Ｌ１０を合波する例について説明した。第２波長帯域の光量が不足する場合には、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせても良い。つまり、光源５０を２つ設け、光源１０から射出される光Ｌ０に対して一の光源５０から射出される光Ｌ１０を合波するとともに、干渉計２０で得られたインターフェログラムＬ１に対して他の光源５０から射出される光Ｌ１０を合波するようにしても良い。

　本出願の発明者は、上述した第１実施形態によるフーリエ分光分析装置を実際に製造して、その特性を評価した。図１１は、実施例に係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１１において、図１に示す構成に相当する構成については、同一の符号を付してある。図１１では、図１の光源１０の図示を省略している。この光源１０として、例えば波長３５０～４５００［ｎｍ］程度の波長帯域幅を有するハロゲンランプを用いている。

　図１１に示す通り、本実施例に係るフーリエ分光分析装置４は、不図示の光源１０、干渉計２０、受光部３０、及び信号処理装置４０に加えて、液浸プローブ７０を備える。液浸プローブ７０は、先端部が試料ＳＰに浸漬されて、干渉計２０で得られるインターフェログラムＬ１を試料ＳＰに導くとともに、試料ＳＰを介した光Ｌ２を受光部３０に導く。

　干渉計２０と液浸プローブ７０とは、光ファイバＦＢ１によって接続されている。液浸プローブ７０と受光部３０とは、光ファイバＦＢ２によって接続されている。従って、干渉計２０で得られるインターフェログラムＬ１は、光ファイバＦＢ１を介して液浸プローブ７０に導かれる。液浸プローブ７０に導かれたインターフェログラムＬ１は、液浸プローブ７０によって試料ＳＰ内に導かれる。また、液浸プローブ７０によって試料ＳＰ内に導かれた光、つまり、試料ＳＰを介した光Ｌ２は、光ファイバＦＢ２を介して受光部３０に導かれる。

　受光部３０は、検出器３１，３２に加えて分岐器３７を備える。分岐器３７は、１つの入力端と２つの出力端とを備えている。受光部３０は、入力端から入力する光を、強度比が１：１である２つに分岐して２つの出力端からそれぞれ出力する。尚、分岐器３７は、入力端から入力する光を、１：１以外の強度比で分岐しても良い。この分岐器３７は、図３Ａに示すハーフミラー３４と同様の機能を有する。

　分岐器３７の入力端には、光ファイバＦＢ２が接続されている。分岐器３７の２つの出力端には、光ファイバＦＢ２１，ＦＢ２２の一端がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ２１の他端は検出器３１に接続されている。光ファイバＦＢ２２の他端は検出器３２に接続されている。従って、液浸プローブ７０から光ファイバＦＢ２を介して受光部３０に導かれた光は、分岐器３７によって２つの光に分岐される。分岐された光の一方は光ファイバＦＢ２１によって検出器３１に導かれる。分岐された光の他方は光ファイバＦＢ２２によって検出器３２に導かれる。

　検出器３１として、１～２．５［μｍ］程度の波長帯域の光に対する検出感度が高いＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いている。また、検出器３２として、５００～１．７［μｍ］程度の波長帯域の光に対する検出感度が高いＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いている。

　信号処理装置４０は、フーリエ変換部４３ａ，４３ｂとスペクトル算出部４５とを備える。フーリエ変換部４３ａ，４３ｂは、検出器３１から出力される受光信号Ｓ１及び検出器３２から出力される受光信号Ｓ２に対してフーリエ変換処理を個別に行う。これにより、受光信号Ｓ１の複素信号であるフーリエ変換信号と、受光信号Ｓ２の複素信号であるフーリエ変換信号とをそれぞれ求める。

　スペクトル算出部４５は、フーリエ変換部４３ａで求められた受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号とフーリエ変換部４３ｂで求められた受光信号Ｓ２のフーリエ変換信号とのベクトル演算を行って、受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号から雑音を除去する処理を行う。本実施例では、より高い分析精度を実現するために、上記のベクトル演算により、雑音の位相を考慮して雑音を除去するようにしている。スペクトル算出部４５は、雑音が除去された受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号から受光信号Ｓ１のスペクトルを求める。

　本実施例では、細胞培養液を模擬して、馬鈴薯デンプンを水に分散した試料ＳＰを用いた。具体的には、１．５×１０^－３［ｍ^－３］、つまり、１．５リットルの水に５～１０［ｇ］の馬鈴薯デンプンを分散させた試料ＳＰを用いた。この試料ＳＰをベッセルＶＳに収容し、ベッセルＶＳの周囲温度を室温に維持し、８０～１６０［ｒｐｍ］程度の撹拌速度で試料ＳＰを撹拌しつつ、図１１に示すフーリエ分光分析装置４で測定を行った。

　図１２は、実施例において試料を介したインターフェログラムの測定結果を示す図である。尚、図１２においては、図７Ａ，図７Ｂと同様に、干渉計２０が備える図１に示す移動ミラー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。また、図１２の縦軸は、視認性を考慮して、図７Ａ，図７Ｂに示す縦軸の５倍程度に拡大している。つまり、縦軸のスケールを５倍程度にしている。

　図１２に示すインターフェログラムＩＦ１は、検出器３１から出力される受光信号Ｓ１から得られる。インターフェログラムＩＦ２は、検出器３２から出力される受光信号Ｓ２から得られる。図１２を参照すると、インターフェログラムＩＦ１，ＩＦ２は何れも、図７Ｂに示すインターフェログラムと同様に、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。

　図１３Ａおよび図１３Ｂは、図１２に示すインターフェログラムのスペクトル、つまり、波数スペクトルを示す図である。図１３Ａは、波数０～５０００［ｃｍ^－１］の範囲における波数スペクトルを示す図である。図１３Ｂは、波数４０００～５０００［ｃｍ^－１］の範囲における波数スペクトルを拡大して示す図である。本実施例では、図１３Ｂに拡大して示す波数４０００～５０００［ｃｍ^－１］の範囲が分析対象の範囲、つまり、分析対象になっている波長帯域である。

　図１３Ａおよび図１３Ｂに示す波数スペクトルＷＳ１は、図１２に示すインターフェログラムＩＦ１、つまり、受光信号Ｓ１に対してフーリエ変換処理を行って得られる。つまり、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す波数スペクトルＷＳ１は、試料ＳＰの光学特性の時間的変化に起因する雑音の除去を行っていない。これに対し、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す波数スペクトルＷＳ２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ている。

　尚、波数スペクトルＷＳ２は、以下の処理が行われることで得られる。まず、図１１に示すフーリエ変換部４３ａ，４３ｂが、図１２に示すインターフェログラムＩＦ１，ＩＦ２、つまり、受光信号Ｓ１，Ｓ２に対してフーリエ変換処理を個別に行う。次に、図１１に示すスペクトル算出部４５が、受光信号Ｓ１の複素信号であるフーリエ変換信号と、受光信号Ｓ２の複素信号であるフーリエ変換信号とのベクトル演算を行って、受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号から雑音を除去する処理を行う。そして、スペクトル算出部４５が、雑音が除去された受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号から受光信号Ｓ１のスペクトルを求める。

　図１３Ａ，図１３Ｂを参照すると、波数スペクトルＷＳ１には、波数が小さい成分、つまり、低周波数成分が多く含まれる雑音、いわゆる「色つき雑音」が重畳されている。そのため、波数スペクトルＷＳ１の波形には細かなギザギザが現れる。これに対し、波数スペクトルＷＳ２の波形には、波数スペクトルＷＳ１の波形に現れている細かなギザギザは殆どない。このため、波数スペクトルＷＳ２では、波数スペクトルＷＳ１から、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が除去されていることが確認できた。

　図１４Ａおよび図１４Ｂは、実施例における吸光度スペクトルの測定結果を示す図である。図１４Ａには、空気を基準とした吸光度スペクトルを示している。図１４Ｂには、図１４Ａに示す吸光度スペクトルと水の吸光度スペクトルとの差を示す差スペクトルを示している。図１４Ａ，図１４Ｂでは、分析対象になっている波長帯域つまり、波数４０００～５０００［ｃｍ^－１］の範囲のみを図示している。

　図１４Ａに示す吸光度スペクトルＡＢ１は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す波数スペクトルＷＳ１から求められる。吸光度スペクトルＡＢ２は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す波数スペクトルＷＳ２から求められる。図１４Ｂに示す差スペクトルＤＦ１は、図１４Ａに示す吸光度スペクトルＡＢ１と水の吸光度スペクトルとの差を示す。図１４Ｂに示す差スペクトルＤＦ２は、図１４Ａに示す吸光度スペクトルＡＢ２と水の吸光度スペクトルとの差を示す。

　図１５は、図１４Ｂに示す差スペクトルのバラツキを示す図である。図１５では、図１４Ｂに示す差スペクトルのバラツキを定量化するために、波数１００［ｃｍ^－１］毎の標準偏差を示している。尚、図１５では、分析対象になっている波長帯域、つまり、波数４０００～５０００［ｃｍ^－１］の範囲のうち、標準偏差が０．１よりも小になる波長帯域、つまり、波数４３５０～４８５０［ｃｍ^－１］の範囲のみを図示している。

　図１５に示す標準偏差ＳＤ１は、図１４Ｂに示す差スペクトルＤＦ１のバラツキを示す。標準偏差ＳＤ２は、図１４Ｂに示す差スペクトルＤＦ２のバラツキを示す。図１５を参照すると、標準偏差ＳＤ２は、標準偏差ＳＤ１の半分程度であることが分かる。つまり、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が除去されることで、図１４Ｂに示す差スペクトルＤＦ２のバラツキが、図１４Ｂに示す差スペクトルＤＦ１のバラツキの半分程度に低減されることが確認できた。

　１～４　　　　フーリエ分光分析装置
　１０　　　　　光源
　２０　　　　　干渉計
　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
　５０　　　　　光源
　６０　　　　　合波光学系
　Ｌ１　　　　　インターフェログラム
　Ｌ２　　　　　光
　Ｌ１０　　　　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. 　試料を介した光の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とを含む光を射出する第１光源と、
   　前記第２波長帯域の波長成分を含む光を射出する第２光源と、
   　前記第１光源から射出される光から、干渉光であるインターフェログラムを得る干渉計と、
   　前記第１光源から射出される光と前記干渉計で得られる前記インターフェログラムとの少なくとも一方に対して前記第２光源から射出される光を合波する第１合波光学系と、
   　前記試料を介した光に含まれる波長成分のうち、前記第１波長帯域の波長成分を含む光を受光して得られる第１受光信号と、前記第２波長帯域の波長成分を含む光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、雑音を除去したスペクトルを求める信号処理装置と、
   　を備えるフーリエ分光分析装置。
2. 　前記第１合波光学系は、前記干渉計と前記試料との間に設けられ、前記干渉計で得られる前記インターフェログラムに対して前記第２光源から射出される光を合波する、請求項１記載のフーリエ分光分析装置。
3. 　前記第１合波光学系は、前記第１光源と前記干渉計との間に設けられ、前記第１光源から射出される光に対して前記第２光源から射出される光を合波する、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受光信号に対して前記フーリエ変換処理を個別に行って、前記第１受光信号についての第１フーリエ変換信号と、前記第２受光信号についての第２フーリエ変換信号を求め、
    　前記第１フーリエ変換信号と前記第２フーリエ変換信号に基づき、前記第１フーリエ変換信号から雑音を除去し、
    　前記雑音が除去された前記第１フーリエ変換信号に基づいて、前記第１受光信号のスペクトルを求める、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. 　前記第１光源は、ハロゲンランプであり、
    　前記第２光源は、半導体発光素子を備える光源である
    　請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
12. 　前記第１受光信号及び前記第２受光信号を記憶するメモリを更に備え、
    　前記信号処理装置は、前記メモリに記憶されている前記第１受光信号及び前記第２受光信号を用いて前記スペクトルを求める、
    　請求項１から請求項１１の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
13. 　前記第１光源は、前記第１波長帯域として、１～２．５［μｍ］の光を射出するとともに、前記第２波長帯域として、０．５～１［μｍ］の光を射出する
    　請求項１から請求項１２の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
14. 　前記第１波長帯域の波長成分を含む光を射出する第３光源と、
    　前記第１光源と前記干渉計との間に設けられ、前記第１光源から射出される光に対して前記第３光源から射出される光を合波する第２合波光学系を更に備える、請求項２記載のフーリエ分光分析装置。
15. 　前記第１波長帯域の波長成分を含む光を射出する第３光源と、
    　前記干渉計と前記試料との間に設けられ、前記干渉計で得られる前記インターフェログラムに対して前記第３光源から射出される光を合波する第２合波光学系を更に備える、請求項３記載のフーリエ分光分析装置。

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