WO2019059018A1

WO2019059018A1 - フーリエ分光分析装置

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Publication number: WO2019059018A1
Application number: PCT/JP2018/033394
Authority: WO
Inventors: 鈴木　泰幸; 幸弘中村; 真志西; 哲志生田目
Original assignee: 横河電機株式会社
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2019-03-28
Also published as: EP3686568A4; EP3686568B1; US11073424B2; EP3686568A1; US20200278256A1; JP2019052994A; JP6965654B2; CN111094919A; CN111094919B

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ＩｎｆｒａＳｐｅｃＮＲ８００」，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

　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。