(57)【要約】  干渉計を用いて取得された赤外干渉波のインターフェログラムをフーリエ変換することによるスペクトル測定方法であって、半導体レーザーの波長λ１を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）での赤外干渉波の強度信号をオーバーサンプリングするステップと、Ｈｅ-Ｎｅレーザーの波長λ０を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）で赤外干渉波をサンプリングした場合に得られるであろう強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）を、前記オーバーサンプリングによって取得した強度信号（Ｉ１，Ｉ２，・・・）を用いて内挿するステップと、を含み、内挿された強度信号に基づくインターフェログラムからスペクトルを算出することによって、波長λ０を用いて測定された既存のスペクトルデータなどを有効に利用することができるスペクトル測定方法。
2017135356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計を用いて測定光のインターフェログラムを取得し、フーリエ変換によって試料のスペクトルを測定する方法であって、
前記インターフェログラムを取得するステップは、
前記干渉計を構成する可動鏡を一定速度で移動させる可動鏡移動ステップと、
前記可動鏡の位置参照用レーザーとして波長λ１の汎用レーザーを使って、波長λ１を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１，Ｉ２，・・・）をオーバーサンプリングするサンプリング・ステップと、
波長λ１とは異なる波長λ０を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）で前記測定光の干渉波をサンプリングした場合に得られるであろう強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）を、前記オーバーサンプリングした強度信号（Ｉ１，Ｉ２，・・・）に基づいてコンピュータを用いて内挿する内挿ステップと、を含み、
波長λ０を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）からなるインターフェログラムを取得することを特徴とするスペクトル測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記内挿ステップは、波長λ０を基準とする可動鏡の位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）のいずれか１点に一番近いサンプリング位置と２番目に近いサンプリング位置とにおいてオーバーサンプリングした各強度信号に基づいて、該波長λ０を基準とする可動鏡の位置における干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）を前記コンピュータによって算出することを含むことを特徴とするスペクトル測定方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法は、さらに、前記汎用レーザーの波長λ１をバリデーションするバリデーション・ステップを含み、
前記バリデーション・ステップは、
前記位置参照用レーザーとして波長λ０の基準レーザーを有する干渉計によって、標準試料のスペクトルを測定するステップと、
前記位置参照用レーザーとして波長λ１の汎用レーザーを有する干渉計によって、標準試料のスペクトルを測定するステップと、
２つのスペクトル結果を比較し、複数のピークについて、各ピーク位置の変化比率を読み取り、前記変化比率の平均値に基づいて汎用レーザーの波長λ１を算出するステップと、を備えることを特徴とするスペクトル測定方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、
波長λ１の汎用レーザーを有する干渉計によって測定した標準試料のスペクトルのピーク位置を記憶手段に保存するステップと、
前記保存された標準試料のスペクトルのピーク位置とその後測定した標準試料のスペクトルのピーク位置とを比較するステップと、を備え、
２つのスペクトルのピーク位置が変化している場合に、前記バリデーション・ステップを実行することを特徴とするスペクトル測定方法。
【請求項５】
干渉計を用いて測定光のインターフェログラムを取得し、フーリエ変換によって試料のスペクトルを測定する方法であって、
前記インターフェログラムを取得するステップは、
前記干渉計を構成する可動鏡を一定速度で移動させる可動鏡移動ステップと、
前記可動鏡の位置参照用レーザーとして波長λ１の汎用レーザーを使って、波長λ１とは異なる波長λ０を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）をサンプリングするサンプリング・ステップとを含み、
波長λ０を基準とする各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）からなるインターフェログラムを取得することを特徴とするスペクトル測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記サンプリング・ステップでは、
前記波長λ１を基準とする各位置に可動鏡が達したタイミングから前記可動鏡の位置ごとにそれぞれ定められた遅延時間が経過したタイミングにおける可動鏡の各位置を、前記波長λ０を基準とする前記各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）として用いることを特徴とするスペクトル測定方法。
【請求項７】
請求項５記載の方法において、前記サンプリング・ステップでは、
前記波長λ１を基準とする各位置に、前記可動鏡の移動速度と前記可動鏡の位置ごとにそれぞれ定められた遅延時間とを掛け合せた長さを、加えて得られる前記可動鏡の各位置を、前記波長λ０を基準とする前記各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）として用いることを特徴とするスペクトル測定方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、さらに、前記波長λ１を基準とする各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）に達した時点ごとに前記可動鏡の移動速度を検出するステップを含み、検出した前記移動速度を用いて前記波長λ０を基準とする前記各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）を算出することを特徴とするスペクトル測定方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１６年２月４日付け出願の日本国特許出願２０１６−２００８４号の優先権を主張しており、ここに折り込まれるものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、フーリエ変換型分光装置が可動鏡の位置参照用レーザーとして汎用レーザーを備えている場合におけるスペクトルの測定方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
フーリエ変換型分光装置は、干渉計を使用して、非分散で測定光の干渉波を検出し、これをコンピュータでフーリエ変換して測定光のスペクトルデータを取得する。測定光の干渉波の形成により、測定光の全波数成分からなる干渉波の強度信号に基づいた測定光の各波数成分がフーリエ変換によって算出される。フーリエ変換分光法は高速測定に向き、赤外分光光度計では主流になっており、フーリエ変換型赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）として広く用いられている（特許文献１参照）。【０００４】
この分光装置で用いる干渉計は、マイケルソン型干渉計が一般的であり、半透鏡と２枚の反射鏡（固定鏡および可動鏡）からなる。可動鏡は干渉計の光路差を可変にするもので、可動鏡の位置と光路差とは一対一の関係になる。干渉計はその光路差に応じた測定光の干渉波を発生させる。この干渉波の強度を検出することにより、横軸に光路差、縦軸に強度信号を持ったインターフェログラム（干渉曲線）が得られる。コンピュータは、インターフェログラムデータをフーリエ変換してスペクトルデータを算出する。【０００５】
干渉波を検出するタイミングは、一般的に可動鏡の位置をレーザー光で参照することにより決められる。ここでは位置参照用レーザーと呼ぶ。位置参照用レーザーがレーザー光を可動鏡に当てると、干渉計がその反射光に基づくレーザー干渉波を形成する。通常、レーザー干渉波の強度信号がゼロになるタイミングで、レーザー検出器が測定光の干渉波を検出する。つまり、検出タイミングは、位置参照用レーザーの波長λに依存する。【０００６】
一方、特許文献１のＦＴＩＲでは、ΔΣ型ＡＤコンバーターがインターフェログラム信号をＡＤ変換することによって、Ｓ／Ｎを改善する技術が開示されている。このΔΣ型ＡＤコンバーターは、可動鏡の移動速度と非同期の基本クロックを用いて、赤外検出器からのインターフェログラム信号とレーザー検出器からのレーザー干渉波信号とを同時にＡＤ変換する。そして、コンピュータは、レーザー干渉信号の角度変化が一定になるように、ＡＤ変換されたインターフェログラム信号を内挿することによって、可動鏡の移動に同期したインターフェログラム信号を取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２５９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、フーリエ変換型分光装置は、データベースなどに蓄積されたスペクトルデータと測定スペクトルとを比較して、試料成分を同定する。現在、多く蓄積されているスペクトルデータは、可動鏡の位置参照用としてＨｅ‐Ｎｅレーザー（基準レーザーとも呼ぶ。）を用いた分光装置で測定されたものである。特許文献１の分光装置もＨｅ‐Ｎｅレーザーを位置参照用レーザーとして具備している。【０００９】
一方、波長分解能の点でＨｅ‐Ｎｅレーザーには劣るものの、安価であって消費電力が低いなどの理由で、Ｈｅ‐Ｎｅレーザーに代えて半導体レーザー（汎用レーザーとも呼ぶ。）を利用した分光装置が増えてきている。【００１０】
しかしながら、可動鏡の位置参照用として半導体レーザーを有する分光装置がスペクトル測定を実行する場合、以下の課題があった。【００１１】
（１）位置参照用レーザーの波長が異なるため、測定スペクトルデータが、従来のＨｅ‐Ｎｅレーザーを用いた分光装置で測定されたスペクトルデータに一致しない。２つのフーリエ変換型分光装置のそれぞれの位置参照用レーザーの波長が異なる場合、それぞれの分光装置で得られるスペクトルデータの同一性が十分に担保されないため、それぞれのスペクトルデータを比較するということが通用しない。従って、蓄積された多くのスペクトルデータの利用が困難になっていた。【００１２】
（２）半導体レーザーの波長が経時変化した場合（または、環境依存性によって変化する場合）に備えて、該半導体レーザーの波長のバリデーション方法を確立させる必要があった。【００１３】
本発明は前記事情に鑑みなされたものであり、第１の目的は、可動鏡の位置参照用レーザーの波長が異なる場合であっても、従来から蓄積されたスペクトルデータとの比較を可能にするスペクトル測定方法を提供することである。第２の目的は、可動鏡の位置参照用レーザーの波長が経時変化した場合（または、環境依存性によって変化する場合）に備えて、位置参照用レーザーの波長のバリデーション方法を確立させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するため、本発明に係る方法は、干渉計を用いて測定光のインターフェログラムを取得し、フーリエ変換によって試料のスペクトルを測定する方法であって、
前記インターフェログラムを取得するステップは、
前記干渉計を構成する可動鏡を一定速度で移動させる可動鏡移動ステップと、
前記可動鏡の位置参照用レーザーとして波長λ１の汎用レーザーを使って、波長λ１を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１，Ｉ２，・・・）をオーバーサンプリングするサンプリング・ステップと、
波長λ１とは異なる波長λ０を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）で前記測定光の干渉波をサンプリングした場合に得られるであろう強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）を、前記オーバーサンプリングした強度信号（Ｉ１，Ｉ２，・・・）に基づいてコンピュータを用いて内挿する内挿ステップと、を含み、
波長λ０を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）からなるインターフェログラムを取得することを特徴とする。【００１５】
ここで、「波長を基準とする可動鏡の各位置」とは、干渉計の光路差がゼロになる可動鏡の位置から一定間隔毎の位置である。一定間隔とは、波長λ１のＮ倍（またはＮ分の１）の長さである。なお、Ｎは零を除く整数である。また、「オーバーサンプリング」とは、可動鏡の移動範囲が同じである場合に、波長λ１を基準とする位置でのサンプリング数が、波長λ０を基準とする位置でのサンプリング数よりも多いことを表す。【００１６】
前記内挿ステップは、波長λ０を基準とする可動鏡の位置（例えば、Ｄ２’）に一番近いサンプリング位置と２番目に近いサンプリング位置（例えばＤ５とＤ６）とにおいてオーバーサンプリングした各強度信号（例えばＩ５とＩ６）に基づいて、該波長λ０を基準とする可動鏡の位置における干渉波の強度信号（例えばＩ２’）を前記コンピュータによって算出することを含むことが好ましい。【００１７】
本発明の内挿ステップは、オーバーサンプリングした複数データの各サンプリング位置とは異なる未サンプリング位置でのデータを算出する。つまり、基準レーザー（例えば、Ｈｅ-Ｎｅレーザー）に基づく可動鏡の位置でのデータは、その付近にある汎用レーザー（例えば、半導体レーザー）に基づくオーバーサンプリングデータから補間して算出される。これにより、干渉計が基準レーザーを可動鏡の位置参照用レーザーとして用いてインターフェログラムの信号強度をサンプリングする場合の鏡位置と同じ鏡位置におけるインターフェログラムが算出される。この結果、本発明の方法によって算出されたインターフェログラムをフーリエ変換することにより得られるスペクトルは、基準レーザーを可動鏡の位置参照用レーザーとして備えた分光装置にて測定されるスペクトルとほぼ同一になる。【００１８】
さらに、発明者らは、汎用レーザーの波長λ１が、経時変化（または環境依存性による変化）によって、波長λ１’まで微小変化した場合に備えて、汎用レーザーの波長λ１をバリデーションする方法を以下のようにして確立させた。発明者らは、標準試料の測定スペクトルデータについて、基準レーザーを用いた従来方法で測定したデータと汎用レーザーを用いた本発明の方法で測定したデータとが、一定の関係性を有することに着目した。汎用レーザーの発振波長λ１が波長λ１’に変化する場合にも、同様に、一定の関係性があると考えた。すなわち、変化前の波長λ１によって測定された標準試料スペクトル中の或る波数を基準にした全てのピークの位置（波数）に対して、変化後の波長λ１’によって測定される標準試料のスペクトル中の或る波数を基準にした全てのピークの位置（波数）が、同一の比率で変化する。コンピュータが、汎用レーザーの発振波長が変化していないことを前提にして、変化前後の各スペクトルを算出し、２つのスペクトルを比較した場合に、このようなピークの位置の変化を認識する。その比率は、汎用レーザーの波長比（λ１’／λ１）と見なせる。そこで、本発明の方法では、コンピュータが測定スペクトルのピーク位置の変化から波長比（λ１’／λ１）を得て、汎用レーザーの波長λ１を再計算し、再計算された波長λ１の値を本発明の内挿ステップにおいて用いることにした。【００１９】
すなわち、本発明の方法は、さらに、前記汎用レーザーの波長λ１をバリデーションするバリデーション・ステップを含み、このバリデーション・ステップは、
前記位置参照用レーザーとして波長λ０の基準レーザーを有する干渉計によって、標準試料のスペクトルを測定するステップと、
前記位置参照用レーザーとして波長λ１の汎用レーザーを有する干渉計によって、標準試料のスペクトルを測定するステップと、
２つのスペクトル結果を比較し、複数のピークについて、各ピーク位置の変化比率を読み取り、前記変化比率の平均値に基づいて汎用レーザーの波長λ１を算出するステップと、を備えることを特徴とする。【００２０】
さらに、発明者らは、標準レーザー若しくは汎用レーザーを用いて測定された標準試料の測定スペクトルデータのピーク位置を分光装置に記憶させておけば、以後、分光装置が、適宜、汎用レーザーを用いて標準試料のスペクトルを測定してピーク位置の変化を確認することによって、汎用レーザーの発振波長の変動の有無を確認できることに着目した。発振波長の変動が確認された場合は、分光装置が前述の波長のバリデーション方法を実行すればよい。【００２１】
すなわち、本発明の方法は、波長λ１の汎用レーザーを有する干渉計によって測定した標準試料のスペクトルのピーク位置を記憶手段に保存するステップと、
前記保存された標準試料のスペクトルのピーク位置とその後測定した標準試料のスペクトルのピーク位置とを比較するステップと、を備え、
２つのスペクトルのピーク位置が変化している場合に、前記バリデーション・ステップを実行することが好ましい。【００２２】
また、本発明に係る方法は、干渉計を用いて測定光のインターフェログラムを取得し、フーリエ変換によって試料のスペクトルを測定する方法であって、
前記インターフェログラムを取得するステップは、
前記干渉計を構成する可動鏡を一定速度で移動させる可動鏡移動ステップと、
前記可動鏡の位置参照用レーザーとして波長λ１の汎用レーザーを使って、波長λ１とは異なる波長λ０を基準とする可動鏡の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）をサンプリングするサンプリング・ステップと、を含み、
波長λ０を基準とする各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での測定光の干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）からなるインターフェログラムを取得することを特徴とする。【００２３】
ここで、前記サンプリング・ステップでは、前記波長λ１を基準とする各位置に可動鏡が達したタイミングから前記可動鏡の位置ごとにそれぞれ定められた遅延時間が経過したタイミングにおける可動鏡の各位置を、前記波長λ０を基準とする前記各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）として用いることが好ましい。【００２４】
また、前記サンプリング・ステップでは、前記波長λ１を基準とする各位置に、前記可動鏡の移動速度と前記可動鏡の位置ごとにそれぞれ定められた遅延時間とを掛け合せた長さを、加えて得られる前記可動鏡の各位置を、前記波長λ０を基準とする前記各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）として用いることが好ましい。【００２５】
さらに、前記波長λ１を基準とする各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）に達した時点ごとに前記可動鏡の移動速度を検出するステップを含み、検出した前記移動速度を用いて前記波長λ０を基準とする前記各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
以上の構成からなる本発明の方法によれば、
（１）フーリエ変換型分光装置が移動鏡の位置参照用レーザーとして波長λ１の汎用レーザーを有していても、この分光装置で得られるスペクトルが、基準レーザーを有する従来の分光装置で測定されたスペクトルと同一、もしくは、ほぼ同一になる。従って、データベースなど蓄積されたスペクトルデータが波長λ０の基準レーザーによって測定されたスペクトルであったとしても、波長λ１の汎用レーザーによるスペクトルと既存のスペクトルデータとの比較を引き続き行うことができるので、既存のデータベースなどを有効に利用することができる。【００２７】
（２）分光装置もしくは使用者が汎用レーザーの発振波長の変動を判断しやすく、その波長のバリデーションを実施できる。分光装置がこのようなインターフェログラムの取得方法、および、波長の校正方法を実施しても、Ｓ／Ｎ比については、従来の測定データと同レベルに維持される。また、波長のバリデーションによって、汎用レーザーの発振波長を理想の値（真値）に容易に近づけることができる。【００２８】
（３）分光装置が異なる分光装置間で波長の異なる汎用レーザーを有する場合、または、分光装置の汎用レーザーが波長の異なる汎用レーザーに交換された場合であっても、測定データの同一性を確保することができる。【００２９】
（４）分光装置が汎用レーザーとして半導体レーザーを有しているので、従来のＨｅ‐Ｎｅレーザーを有する分光装置と比較して、消費電力が低減し、コストが削減される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るフーリエ変換型分光装置の概略構成図である。
【図２】図２は、第一実施形態に係るスペクトル測定方法を説明する図である。
【図３】図３は、前記スペクトル測定方法においてレーザー波長のバリデーション方法を説明するフローである。
【図４】図４は、第二実施形態に係るスペクトル測定方法においてサンプリング指令信号の生成方法を説明するための図である。
【図５Ａ】従来のフーリエ変換型分光法を模式的に説明するための図であり、図５Ａは、Ｈｅ‐Ｎｅレーザーの干渉波の強度信号を示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａのレーザー強度信号に基づいてサンプリングされた赤外干渉波の強度信号を示すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、異なる複数の波数ν１〜ν３の赤外光からなる干渉波の強度信号を示すグラフである。
【図５Ｄ】図５Ｄは、算出されたスペクトルデータを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１２      干渉計
１４      赤外検出器
１６      インターフェログラム取得手段
１８      フーリエ変換手段
２４      可動鏡
３０      汎用レーザー
３２      レーザー検出器
３４      位置検出手段
３８      メモリー
１００    フーリエ変換型分光光度計
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
【００３３】
第一実施形態
図１に、フーリエ変換型赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）１００の概略構成を示す。本分光装置１００は、赤外光源１０と、赤外干渉波を形成する干渉計１２と、赤外干渉波を試料に照射して得られた干渉波の強度信号を出力する赤外検出器１４と、検出された強度信号を処理してインターフェログラムデータを取得するインターフェログラムデータ取得手段１６、そのインターフェログラムデータをフーリエ変換して測定スペクトルデータを算出するフーリエ変換手段１８と、を備える。通常、インターフェログラム取得手段１６およびフーリエ変換手段１８は、分光装置に内蔵されたマイクロコンピュータや、分光装置とは別体のパーソナルコンピュータなどで構成される。
【００３４】
干渉計１２は、赤外光を分割する光束分割部２０、分割光をそれぞれ反射する固定鏡２２、および可動鏡２４を有し、異なる光路長の２光束を合成して赤外干渉波を発生させる。可動鏡２４は、光束分割部２０に近づく方向と遠ざかる方向の両方向に移動可能に設けられている。可動鏡の移動手段２８は、例えばボイスコイルモータである。可動鏡２４の移動に伴って、２光束の光路差が変わるため、赤外干渉波は変調する。赤外干渉波は、光束分割部２０と赤外検出器１４の間に設けられた試料ホルダー２６内の試料を照射する。赤外検出器１４は、試料からの赤外干渉波を受光し、その強度信号を出力する。
【００３５】
干渉計１２は、さらに、レーザー光による可動鏡２４の位置情報を得るために、位置参照用の半導体レーザー３０と、レーザー干渉波を検出するレーザー検出器３２とを有する。本実施形態では干渉計１２がレーザー干渉計を兼ねており、半導体レーザー３０からのレーザー光（単色光）は、赤外光と同じ光路に導かれる。干渉計１２は、可動鏡２４の移動に伴ってレーザー干渉波も生成し、レーザー検出器３２が、そのレーザー干渉波の強度信号を出力する。なお、分光装置１００が干渉計１２とは別体として設けられた専用のレーザー干渉計を備えていてもよい。
【００３６】
図１のＦＴＩＲは、さらに、レーザー干渉波の強度信号に基づいて可動鏡２４の位置情報を出力する位置検出手段３４と、その位置情報に基づいて可動鏡２４の速度制御、特にその等速制御を実行する可動鏡制御手段３６と、半導体レーザー３０の波長の設定値λ１を保存するメモリー３８とを備える。位置検出手段３４は、可動鏡２４の移動に伴ったレーザー干渉波の強度変化をカウントすることにより、可動鏡２４の位置情報を得る。その位置情報は、可動鏡制御手段３６およびインターフェログラム取得手段１６に送られる。インターフェログラム取得手段１６は、赤外干渉波の強度信号および可動鏡２４の位置情報に基づくインターフェログラム（干渉曲線）を取得する。
【００３７】
試料ホルダー２６は適宜、標準試料ホルダー２６ａに交換されるように設けられていると良い。または、干渉計１２からの赤外干渉波を試料ホルダー２６に導く光路が、干渉計１２からの赤外干渉波を標準試料ホルダー２６ａに導く光路に切り換えられるように、光路切換部が設けられていても良い。そして、メモリー３８は、分光装置１００が測定した標準試料の標準スペクトルデータを保存するように設けられていると良い。また、メモリー３８は、Ｈｅ‐Ｎｅレーザーを有する従来型の分光装置によって測定された標準スペクトルデータを保存するように設けられていると良い。
【００３８】
＜従来のスペクトル測定方法について＞
ここで、従来のスペクトル測定方法について図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。図５Ａは、Ｈｅ‐Ｎｅレーザーの干渉波の強度信号を示す。横軸は可動鏡の位置、つまり光路差Ｄである。検出されたレーザー干渉波の交流成分に基づいて、その波長λ０ごとの可動鏡の各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）で、サンプリングの指令信号が発生される。図５Ｂはインターフェログラム、つまり上記の各位置でサンプリングした赤外干渉波の強度信号（Ｉ１，Ｉ２，・・・）を示す。
【００３９】
フーリエ変換分光法は、インターフェログラムデータをフーリエ変換して、図５Ｄのようなスペクトルデータ（λ０の曲線）を算出する手法である。ここでは、図５Ｃを用いてフーリエ変換の概念を模式的に説明する。
【００４０】
波数ν１の赤外光からなる干渉波は、図５Ｃのν１の強度曲線で表される。同様に、異なる複数の波数ν２，ν３，・・・の赤外干渉波は、図５Ｃのν２，ν３，・・・の強度曲線で表される。図５Ｂのインターフェログラムは、それが波数ν１〜νＮの範囲の赤外光からなる干渉波の強度信号である、と考えれば、図５Ｃの各強度曲線を重ね合せたものと見なされる。ここで、単純化すると、光路差Ｄ２での強度曲線ν１の振幅は、その光路差Ｄ２での干渉波の強度ＡＤ２，ν１に、波数ν１の赤外光の吸光度Ｂν１を掛け合せた値ＡＤ２，ν１・Ｂν１で表される。また、同じ光路差Ｄ２での強度曲線ν２の振幅は、干渉波の強度ＡＤ２，ν２に、波数ν２の赤外光の吸光度Ｂν２を掛け合せた値ＡＤ２，ν２・Ｂν２で表される。すると、光路差Ｄ２でのインターフェログラムＩ２は、ＡＤ２，ν１・Ｂν１＋ＡＤ２，ν２・Ｂν２＋ＡＤ２，ν３・Ｂν３＋・・・の式で表される。インターフェログラム（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，・・・）は、次の連立方程式になる。
Ｉ１＝ＡＤ１，ν１Ｂν１＋ＡＤ１，ν２Ｂν２＋ＡＤ１，ν３Ｂν３＋・・・
Ｉ２＝ＡＤ２，ν１Ｂν１＋ＡＤ２，ν２Ｂν２＋ＡＤ２，ν３Ｂν３＋・・・  （１）
Ｉ３＝ＡＤ３，ν１Ｂν１＋ＡＤ３，ν２Ｂν２＋ＡＤ３，ν３Ｂν３＋・・・
【００４１】
フーリエ変換は、言わば、式（１）の連立方程式の解Ｂν１，Ｂν２，・・・を求める手法である。一般的に、フーリエ変換分光法では、スペクトルの真値を求めることは困難であり、真値に比較的近い近似解が得られるに過ぎない。従って、光路差Ｄの基準となる位置参照用レーザーが置き換えられた場合、具体例でいうと、Ｈｅ-Ｎｅレーザー（λ０＝６３２．８ｎｍ）が半導体レーザー（λ１＝６８０ｎｍ）に置き換えられた場合、波長λ０ではなく波長λ１を基準とする可動鏡２４の各位置が赤外干渉波のサンプリング位置となるので、フーリエ変換が上記の式（１）とは異なる連立方程式を解くことになってしまう。その近似解は、例えば図５Ｄの破線で示すλ１の曲線になってしまう。
【００４２】
このように、同じ試料であっても位置参照用レーザーの波長が変更されたならば、それぞれのスペクトルデータの同一性は十分に担保されず、スペクトルデータ同士を比較する手法が使えなかった。
【００４３】
本実施形態のデータ処理プログラムは、上記の課題を解決し、位置参照用レーザーの波長が変更されたとしても、スペクトルデータの同一性を担保して、スペクトルデータの比較が可能になった。
【００４４】
＜データ処理プログラムについて＞
データ処理プログラムは、試料のスペクトルデータを得るため、インターフェログラム取得手段１６およびフーリエ変換手段１８を構成するコンピュータに以下の手順Ｓ１〜Ｓ４を実行させる。
【００４５】
まず、手順Ｓ１（図２参照）で、インターフェログラム取得手段１６は、位置検出手段３４からの位置情報に基づいて、赤外干渉波の強度信号の検出タイミングを得る。検出タイミングは、半導体レーザー３０の波長λ１を基準とする可動鏡２４の各位置とする。例えば、干渉計１２の光路差Ｄが零になる可動鏡２４の位置から一定間隔毎の位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）をサンプリング位置とする。この一定間隔は、波長λ１のＮ倍（またはＮ分の一）の長さであればよい。Ｎは零を除く整数とする。
【００４６】
次に、手順Ｓ２で、インターフェログラム取得手段１６は、上記の検出タイミングで赤外干渉波の強度信号をオーバーサンプリングする。図２に、波長λ１の８分の一の距離（λ１／８）を可動鏡が進むごとに検出した赤外干渉波の強度信号（Ｉ１，Ｉ２，・・・）を示す。これらを黒丸印で図２の手順Ｓ２の曲線上に示す。
【００４７】
手順Ｓ３で、インターフェログラム取得手段１６は、Ｈｅ-Ｎｅレーザーの波長λ０を基準とする可動鏡２４の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）で赤外干渉波をサンプリングした場合に得られるであろう強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）を、手順Ｓ２で実際に検出したオーバーサンプリング値（Ｉ１，Ｉ２，・・・）を用いて内挿する。ここで、インターフェログラム取得手段１６は、位置検出手段３４からの鏡位置情報と、波長λ０の値（６３２．８ｎｍ）と、波長λ１の値（６８０ｎｍ）とから、波長λ０を基準とする可動鏡２４の各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）を算出する。そして、内挿する処理では、インターフェログラム取得手段１６が、各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）に一番近いサンプリング位置と二番目に近いサンプリング位置を手順Ｓ２でのオーバーサンプリング位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）から抽出し、これらのサンプリング位置での各強度信号に基づいて、これらの位置関係を加味した強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）を算出する。例えば、図２中の強度信号Ｉ２’は、オーバーサンプリング値Ｉ５，Ｉ６に基づく内挿値であり、強度信号Ｉ３’は、オーバーサンプリング値Ｉ１０，Ｉ１１に基づく内挿値である。このようにして波長λ０を基準とする各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での赤外干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）からなるインターフェログラムデータが得られる。これらを丸印で図２の手順Ｓ３の曲線上に示す。
【００４８】
ここで、波長λ０を基準とする各位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）については、実際にサンプリングする各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）と同様に、光路差Ｄが零になる位置から一定間隔毎の位置とする。この一定間隔は、波長λ０のＮ倍（またはＮ分の一）の長さとする。ただし、手順Ｓ３でのダウンサンプリングの実行のために、波長λ０を基準とする位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）のピッチが、オーバーサンプリングする位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）のピッチよりも大きくなる方が好ましい。手順Ｓ３の内挿値が、波長λ０を基準とする各位置により接近したサンプリング位置のオーバーサンプリング値に基づいて算出されるからである。
【００４９】
オーバーサンプリングの検出間隔は、その検出間隔においてインターフェログラムが急激に変化しないような間隔に設定されているとよい。例えば、サンプリング周波数は、インターフェログラムの増減の周波数よりも高い方がよい。
【００５０】
最後に手順Ｓ４で、フーリエ変換手段１８は、手順Ｓ３で算出したインターフェログラムデータをフーリエ変換して試料のスペクトルデータを算出する。
【００５１】
なお、手順Ｓ３の内挿処理において、コンピュータは波長λ１として一定の値（６８０ｎｍ）を用いないで、メモリー３８に保存された波長λ１の設定値を用いると良い。つまり、半導体レーザー３０の波長λ１が変動した場合に備えて、波長λ１をバリデーションする手順の実行によって、バリデーション後の波長１の値に更新されたメモリー３８の設定値をコンピュータが用いるとよい。
【００５２】
コンピュータが以上のデータ処理プログラムを実行すれば、Ｈｅ-Ｎｅレーザーを位置参照用レーザーとして用いてインターフェログラムを取得した場合と同じ鏡位置でのインターフェログラムを算出する。その結果、半導体レーザーを備えた分光装置で測定したスペクトルデータが、Ｈｅ-Ｎｅレーザーを備えた分光装置で測定されるスペクトルとほぼ同一になり、蓄積された多くの標準スペクトルデータを利用したスペクトル比較が可能になる。
【００５３】
＜バリデーションのプログラムについて＞
さらに、半導体レーザー３０の波長λ１が経時変化（または環境依存性による変化）によって変化する場合のための、半導体レーザー３０の波長λ１をバリデーションするプログラムについて説明する。このプログラムは、波長λ０のＨｅ-Ｎｅレーザーを備えた従来型の分光装置で標準試料を対象に測定した標準スペクトルデータを参照する。本実施形態の分光装置がこのような波長λ０の標準スペクトルデータをその都度測定するようにしてもよいが、予めメモリー３８に保存されている波長λ０の標準スペクトルデータを必要に応じて分光装置が読み出すようにするとよい。
【００５４】
図３のフローに示すように、バリデーションのプログラムは、インターフェログラム取得手段１６およびフーリエ変換手段１８を構成するコンピュータに、標準試料に対するスペクトル測定を実行させる。つまり、試料室に標準試料ホルダー２６ａを設定して（手順Ｓ１０）、上記の手順Ｓ１〜Ｓ４に従って、分光装置が波長λ１の半導体レーザー３０を用いたスペクトル測定を実行する（手順Ｓ１１）。フーリエ変換手段１８は、波長λ１による測定スペクトルデータをメモリー３８に保存する（手順Ｓ１２）。メモリー３８にはスペクトルのピーク位置等の情報も記憶される。
【００５５】
次に、手順Ｓ１３で、フーリエ変換手段１８は、手順Ｓ１１で測定された波長λ１による標準試料のスペクトルデータと、メモリー３８内の波長λ０による標準スペクトルデータとを比較する。コンピュータは、スペクトル中の複数のピークについて、各ピーク位置の変化比率を読み取り、変化比率の平均値を得る。例えば、半導体レーザーの波長λ１が波長λ１’に微小変化している場合、ピーク位置の変化比率は「λ１’／λ１」で表される。手順Ｓ１４では、コンピュータが、変化比率の平均値に基づいて半導体レーザー３０の波長λ１を再計算し、この波長λ１の値をメモリー３８に上書き保存する。
【００５６】
以上の手順でレーザー波長λ１のバリデーションが完了する。以後のスペクトル測定では、測定試料の試料ホルダー２６が設定され（手順Ｓ１５）、インターフェログラム取得手段１６がバリデーションされた波長λ１に基づくインターフェログラムを取得するので、分光装置が波長λ１の変動の影響を受けないスペクトルデータを得ることができる（手順Ｓ１６）。
【００５７】
ここで、手順Ｓ１２でメモリー３８に保存した波長λ１による標準試料のスペクトルデータのピーク位置の情報を利用する方法を説明する。手順Ｓ１５，１６の測定試料のスペクトル測定に先立って、まず、標準試料を設定して（手順Ｓ１７）、スペクトル測手順Ｓ１１と同様に波長λ１による標準試料のスペクトル測定を実行する（手順Ｓ１８）。この波長λ１による測定スペクトルのピーク位置とメモリー３８に保存された過去の波長λ１によるスペクトルのピーク位置とを比較して、ピーク位置の変化があれば、半導体レーザー３０の波長λ１が変動したと判断する（手順Ｓ１９）。波長λ１の変動が確認された場合は、前述の波長λ１のバリデーション（手順Ｓ１３、Ｓ１４）を実行する。
【００５８】
なお、本実施形態のスペクトル測定方法はインターフェログラムを内挿処理する手順を含む。この処理によってインターフェログラムの真値とは異なる値（偽情報）が生じる可能性があり、理論上はＳ／Ｎが悪くなる。しかし、測定装置に求められているＳ／Ｎ比のレベル（例えば、５万：１）に対して、これらの偽情報のＳ／Ｎのレベル（例えば、２０万：１）は非常に小さいため、測定結果に与える影響は非常に小さくて済む。
【００５９】
第二実施形態
上記の実施形態はオーバーサンプリングの実行プログラムを含むが、本実施形態のデータ処理プログラムは高速処理を実現するためにオーバーサンプリングを実行しない。分光装置の構成については上記の実施形態と共通する。
【００６０】
＜データ処理プログラムについて＞
本実施形態のデータ処理プログラムは、試料のスペクトルデータを得るため、インターフェログラム取得手段１６およびフーリエ変換手段１８を構成するコンピュータに以下の手順Ｓ２１〜Ｓ２４を実行させる。
【００６１】
まず、手順Ｓ２１（図４参照）で、インターフェログラム取得手段１６は、まず、位置検出手段３４からの波長λ１の汎用レーザーに基づく可動鏡２４の位置情報（Ｄ１，Ｄ２，・・・）を取得する。
【００６２】
手順Ｓ２２では、インターフェログラム取得手段１６が、可動鏡２４の位置情報を使って、基準レーザーの波長λ０を基準とした場合に得られるであろう可動鏡２４の各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）を算出する。具体的には、インターフェログラム取得手段１６は、波長λ１を基準とする各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）に可動鏡２４が達したタイミングから、それぞれ定められた遅延時間（ｔ１，ｔ２，・・・）が経過したタイミングを、波長λ０を基準とする可動鏡２４の各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）として捉えて、そのタイミングでサンプリング指令信号を発する（手順Ｓ２３）。
【００６３】
なお、波長λ１の汎用レーザーに基づく位置情報（Ｄ１，Ｄ２，・・・）は、例えば、干渉計１２の光路差Ｄが零になる可動鏡２４の位置から一定間隔毎の位置である。この一定間隔は、波長λ１のＮ倍（またはＮ分の一）の長さであればよい。
【００６４】
可動鏡２４の移動速度と遅延時間（ｔ１，ｔ２，・・・）とを掛け合せた長さ（ｄ１，ｄ２，・・・）を、波長λ１を基準とする各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）に加えて得られる位置（Ｄ１＋ｄ１，Ｄ２＋ｄ２，・・・）が、波長λ０を基準とする可動鏡の各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）になる。
【００６５】
可動鏡２４が等速制御されていれば、可動鏡の移動速度が一定値（Ｖ０）に定まるため、長さ（ｄ１，ｄ２，・・・）から遅延時間（ｔ１，ｔ２，・・・）を算出できる。
【００６６】
図４には、位置情報（Ｄ１，Ｄ２，・・・）の間隔が波長λ１の２分の一である場合を例示する。λ０＝６２３．８ｎｍ、λ１＝６８０ｎｍである場合の長さ（ｄ１，ｄ２，・・・）は以下の式によって表される。
【００６７】
ｄ１＝λ１／２−（λ１−λ０）／２
＝３４０ｎｍ−２３．６ｎｍ＝３１６．４ｎｍ
ｄ２＝ｄ１−２３．６ｎｍ＝２９２．８ｎｍ
ｄ３＝ｄ２−２３．６ｎｍ＝２６９．２ｎｍ
【００６８】
例えば、可動鏡２４が位置Ｄ３に達したら（手順Ｓ２１）、コンピュータが、そのタイミングから遅延時間ｔ３（＝ｄ３／Ｖ０）だけ経過したタイミング（手順Ｓ２２）で、位置Ｄ３’のサンプリング指令を発する（手順Ｓ２３）。
【００６９】
ただし、長さがｄ≦（λ１−λ０）／２、すなわち、ｄ≦２３．６になった場合は、次の遅延時間ｔが負の値になるため、コンピュータは、そのｄの値によるサンプリング位置を算出するとともに、そのｄにλ０／２（＝３１６．４ｎｍ）を加えた値を新たなｄとして用いて、新たなｄの値による別のサンプリング位置も算出する。図４に示すように、ｄ１４＝９．６ｎｍとなった場合、コンピュータは、Ｄ１４’のサンプリング位置をＤ１４＋ｄ１４の計算から求めるとともに、ｄ１５の値を用いてＤ１５’のサンプリング位置も計算する。コンピュータは、ｄ１５をｄ１５＝９．６＋３１６．４＝３２６ｎｍの式から求めて、Ｄ１５’のサンプリング位置を、位置Ｄ１４を基準としてＤ１５’＝Ｄ１４＋ｄ１５の式によって算出する。
【００７０】
手順Ｓ２２では、算出された長さ（ｄ１，ｄ２，・・・）の値と移動速度（Ｖ０）に基づいて遅延時間（ｔ１，ｔ２，・・・）が算出される。そして、手順Ｓ２３では、可動鏡２４がサンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）に達したとみなせるタイミングで、分析装置が赤外干渉波の強度信号をサンプリングする。このようにしてＨｅ-Ｎｅレーザーの波長λ０を基準とする各サンプリング位置（Ｄ１’，Ｄ２’，・・・）での赤外干渉波の強度信号（Ｉ１’，Ｉ２’，・・・）からなるインターフェログラムデータが得られる。
【００７１】
なお、位置情報（Ｄ１，Ｄ２，・・・）の間隔が波長λ１の４分の一である場合は、同様の計算によって長さ（ｄ１，ｄ２，・・・）が得られる。
【００７２】
ｄ１＝λ１／４−（λ１−λ０）／４
＝１７０ｎｍ−１１．８ｎｍ＝１５８．２ｎｍ
ｄ２＝ｄ１−１１．８ｎｍ＝１４６．４ｎｍ
ｄ３＝ｄ２−１１．８ｎｍ＝１３４．６ｎｍ
【００７３】
最後に手順Ｓ２４で、フーリエ変換手段１８は、取得したインターフェログラムデータをフーリエ変換して試料のスペクトルデータを算出する。
【００７４】
ここでは、可動鏡２４の移動速度を一定とみなす場合を説明したが、本実施形態のデータ処理プログラムは、波長λ１を基準とする各位置（Ｄ１，Ｄ２，・・・）に可動鏡２４が達した時点での可動鏡２４の移動速度Ｖを算出するステップを含んでいるとよい。本実施形態の方法は、遅延時間の計時を含むため、何らかの理由で、可動鏡２４の定速性を確保できない場合には、サンプリング位置がずれてしまう。そのような場合は、位置検出手段３４が半導体レーザーによる過去のゼロクロス点の間隔を計測して、コンピュータが可動鏡２４の速度を算出し、その速度で次のサンプリング位置を補正するとよい。
【００７５】
以上のデータ処理プログラムを使用すれば、Ｈｅ-Ｎｅレーザーを位置参照用レーザーとして用いてインターフェログラムを取得した場合と同じ鏡位置でのインターフェログラムが算出される。その結果、半導体レーザーを備えた分光装置で測定したスペクトルデータが、Ｈｅ-Ｎｅレーザーを備えた分光装置で測定されるスペクトルとほぼ同一になり、蓄積された多くの標準スペクトルデータを利用したスペクトル比較が可能になる。
【００７６】
オーバーサンプリングを実行する場合、例えば１秒間に１００データ以上のインターフェログラムデータを全てフーリエ変換するというデータ処理は、計算機等の計算資源を大量に使うことになって実用的ではない。本実施形態の方法によれば、オーバーサンプリングなしで、比較的Ｈｅ-Ｎｅレーザーの検出タイミングに近いタイミングでのインターフェログラムデータが取得される。その結果、計算負荷を軽くすることができ、かつ、再現性のあるデータの取得が可能になった。
【００７７】
なお、第二実施形態のスペクトル測定においても、前述の実施形態の波長λ１のバリデーションを適用することができる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【国際調査報告】
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2017135356.tif 000012
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