(57)【要約】【課題】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。【解決手段】フーリエ分光分析装置は、スペクトルを求める第１波長帯域の波長成分と、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光源の光からインターフェログラムを得る干渉計と、第１光源の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光源の光を合波する合波光学系と、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信号処理装置と、を備える。【選択図】図９
2020118617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、試料を介した光を受光して得られる受光信号に対してフーリエ変換処理を行って、前記試料を介した光のスペクトルを求めるフーリエ分光分析装置において、
前記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前記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、雑音を除去したスペクトルを求める処理を行う信号処理装置と、
を備えるフーリエ分光分析装置。
【請求項２】
前記合波光学系は、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。
【請求項３】
前記合波光学系は、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。
【請求項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。
【請求項５】
前記分岐部は、前記第１波長帯域の波長成分を反射又は透過させ、前記第２波長帯域の波長成分を透過又は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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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７記載のフーリエ分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フーリエ分光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
以下の非特許文献１には、従来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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、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光路長差（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）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。
【０００７】
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（粉体の場合もあり得る）、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。
【０００８】
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という問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明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（Ｌ１）を分析対象である試料（ＳＰ）に照射し、試料を介した光（Ｌ２）を受光して得られる受光信号に対してフーリエ変換処理を行って、前記試料を介した光のスペクトルを求めるフーリエ分光分析装置（２、３）において、前記スペクトルを求める波長帯域である第１波長帯域（ＷＢ１）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（ＷＢ２）の波長成分とを含む光を射出する第１光源（１０）と、前記第２波長帯域の波長成分を含む光（Ｌ１０）を射出する第２光源（５０）と、前記第１光源から射出される光から前記インターフェログラムを得る干渉計（２０）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合波光学系（６０）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受光して得られる第１受光信号（Ｓ１）と、前記第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（Ｓ２）とを出力する受光部（３０）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、雑音を除去したスペクトルを求める処理を行う信号処理装置（４０）と、を備える。
また、本発明のフーリエ分光分析装置は、前記合波光学系が、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。
或いは、本発明のフーリエ分光分析装置は、前記合波光学系が、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。
また、本発明のフーリエ分光分析装置は、前記受光部が、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（３１）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（３２）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（３３、３４）と、を備える。
また、本発明のフーリエ分光分析装置は、前記分岐部が、前記第１波長帯域の波長成分を反射又は透過させ、前記第２波長帯域の波長成分を透過又は反射させるダイクロイックミラー（３３）を備える。
或いは、本発明のフーリエ分光分析装置は、前記分岐部が、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（３４）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（３５）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（３６）と、を備える。
また、本発明のフーリエ分光分析装置は、前記受光部が、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（３１）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（３２）と、を備える。
ここで、本発明のフーリエ分光分析装置は、前記第１検出器及び前記第２検出器が、前記試料を介した光の光路上に順に配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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２】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３】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４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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。
【図１３】図１２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１４】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１５】図１４（ｂ）に示す差スペクトルのバラツキを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
〔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、本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）、干渉計２０、受光部３０、及び信号処理装置４０を備えており、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。
【００１５】
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（粉体の場合もあり得る）、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。尚、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。
【００１６】
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。尚、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。
【００１７】
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を得るためのものである。尚、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。
【００１８】
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。また、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。
【００１９】
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おり、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おり、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。
【００２０】
ここで、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。
【００２１】
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）を備えており、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。
【００２２】
ここで、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。尚、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。
【００２３】
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なもの（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いもの（種類が異なるもの）であって良い。
【００２４】
尚、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。
【００２５】
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。
【００２６】
〈受光部の第１例〉
図２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２（ａ）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。尚、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。
【００２７】
ダイクロイックミラー３３は、図２（ｂ）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２（ｂ）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。
【００２８】
例えば、図２（ｂ）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（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（透過率が徐々に上昇する）光学特性を有していても良い。尚、図２（ｂ）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。
【００２９】
尚、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２（ａ）の検出器３２の位置に配置され、検出器３２が、図２（ａ）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。
【００３０】
〈受光部の第２例〉
図３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３（ａ）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。尚、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。
【００３１】
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、図３（ｂ）に示す通り、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、図３（ｂ）に示す通り、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。
【００３２】
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３（ｂ）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。尚、図３（ｂ）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。
【００３３】
尚、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３（ａ）の検出器３２の位置に配置され、検出器３２が、図３（ａ）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３（ａ）のフィルタ３６の位置に配置し、フィルタ３６を図３（ａ）のフィルタ３５の位置に配置すれば良い。
【００３４】
〈受光部の第３例〉
図４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４（ａ）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。尚、本例においては、図４（ｂ）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。
【００３５】
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、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く、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。
【００３６】
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。尚、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。また、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。
【００３７】
〈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を入力とする雑音除去部４１と、雑音除去部４１の出力信号を入力とするフーリエ変換部４２とを備える。
【００３８】
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。尚、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。
【００３９】
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。ここで、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。
【００４０】
〈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を入力とするフーリエ変換部４３と、フーリエ変換部４３の出力信号を入力とする雑音除去部４４とを備える。
【００４１】
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。ここで、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。
【００４２】
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。尚、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。
【００４３】
尚、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のフーリエ変換信号（複素信号)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。
【００４４】
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のフーリエ変換信号（複素信号）と受光信号Ｓ２のフーリエ変換信号（複素信号）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。
【００４５】
〈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。尚、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。
【００４６】
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、光路を逆向きに進んでハーフミラー２１に入射する。また、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、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。
【００４７】
ここで、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。
【００４８】
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。ここで、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。尚、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。
【００４９】
図７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７（ａ）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り、図７（ｂ）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。尚、図７（ａ），（ｂ）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。また、図７（ｃ）は、図７（ａ）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）を示す図であり、図７（ｄ）は、図７（ｂ）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。
【００５０】
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７（ａ）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。また、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７（ｃ）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。
【００５１】
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７（ｂ）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７（ａ）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。また、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７（ｄ）に示す通り、雑音が重畳されたものになる。具体的には、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。
【００５２】
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。また、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、信号処理装置４０（図６参照）に入力される。
【００５３】
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。
【００５４】
図８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８（ａ）は、受光信号Ｓ１のスペクトルの一例を示す図であり、図８（ｂ）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８（ａ）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。
【００５５】
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８（ｂ）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。
【００５６】
従って、例えば、雑音除去部４４において、図８（ａ）に示す受光信号Ｓ１のスペクトルから、図８（ｂ）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８（ｃ）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。
【００５７】
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。
【００５８】
〔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、本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）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って（つまり、第２波長帯域の波長成分を補って）、分析精度の向上を図るものである。
【００５９】
ここで、ハロゲンランプは、短波長側の波長帯域（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（検出器３２から出力される受光信号Ｓ２）のＳ／Ｎ比（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。本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ものである。
【００６０】
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もの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ことから、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。
【００６１】
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（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。
【００６２】
本実施形態では、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ため、受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比が向上する。これにより、本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。
【００６３】
〔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、本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。本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ものである。
【００６４】
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と同様のものである。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、本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。
【００６５】
本実施形態では、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。ここで、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たものとなる。
【００６６】
本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、本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。
【００６７】
以上、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。
【００６８】
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ものを用いれば良い。
【００６９】
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を合波し、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。
【実施例】
【００７０】
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。尚、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。
【００７１】
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に導くためのものである。
【００７２】
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おり、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。尚、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（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。
【００７３】
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おり、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するものであっても良い。この分岐器３７は、図３（ａ）に示すハーフミラー３４と同様の機能を有するものである。
【００７４】
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。尚、光ファイバＦＢ２１の他端は検出器３１に接続され、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、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、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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って、受光信号Ｓ１のフーリエ変換信号（複素信号）と受光信号Ｓ２のフーリエ変換信号（複素信号）とをそれぞれ求める。
【００７７】
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。また、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。
【００７８】
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ものを試料ＳＰとして用いた。具体的には、１．５×１０−３［ｍ−３］（＝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ものを試料ＳＰとして用いた。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。
【００７９】
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７（ａ），（ｂ）と同様に、干渉計２０が備える移動ミラー２３（図１参照）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７（ａ），（ｂ）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）。
【００８０】
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から得られたものであり、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から得られたものである。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７（ｂ）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ものとなる。
【００８１】
図１３は、図１２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。尚、図１３（ａ）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り、図１３（ｂ）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。本実施形態では、図１３（ｂ）に拡大して示す波数４０００〜５０００［ｃｍ−１］の範囲が分析対象の範囲（分析対象になっている波長帯域）である。
【００８２】
図１３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（受光信号Ｓ１）に対してフーリエ変換処理を行って得られたものである。つまり、図１３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ものである。これに対し、図１３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たものである。
【００８３】
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（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のフーリエ変換信号（複素信号）と受光信号Ｓ２のフーリエ変換信号（複素信号）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。
【００８４】
図１３（ａ），（ｂ）を参照すると、波数スペクトルＷＳ１には、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」）が重畳されていることから、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たものになっていることが確認できた。
【００８５】
図１４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。尚、図１４（ａ）には、空気を基準とした吸光度スペクトルを示しており、図１４（ｂ）には、図１４（ａ）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。尚、図１４（ａ），（ｂ）では、分析対象になっている波長帯域（波数４０００〜５０００［ｃｍ−１］の範囲）のみを図示している。
【００８６】
図１４（ａ）に示す吸光度スペクトルＡＢ１は、図１３に示す波数スペクトルＷＳ１から求められるものであり、吸光度スペクトルＡＢ２は、図１３に示す波数スペクトルＷＳ２から求められるものである。図１４（ｂ）に示す差スペクトルＤＦ１は、図１４（ａ）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ものであり、図１４（ｂ）に示す差スペクトルＤＦ２は、図１４（ａ）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ものである。
【００８７】
図１５は、図１４（ｂ）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１４（ｂ）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（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（波数４３５０〜４８５０［ｃｍ−１］の範囲）のみを図示している。
【００８８】
図１５に示す標準偏差ＳＤ１は、図１４（ｂ）に示す差スペクトルＤＦ１のバラツキを示すものであり、標準偏差ＳＤ２は、図１４（ｂ）に示す差スペクトルＤＦ２のバラツキを示すものである。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１４（ｂ）に示す差スペクトルＤＦ２のバラツキが、図１４（ｂ）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。
【符号の説明】
【００８９】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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