(57)【要約】      （修正有）【課題】フーリエ変換分光装置におけるインターフェログラムのフーリエ変換の際に、分析者がより高い自由度でアポダイズ関数の係数を調整し、分析目的に応じたアポダイゼーションを行うことができるようにする。【解決手段】所定のアポダイズ関数の１又は複数のパラメータから成るパラメータセットと、該パラメータセットを用いた該アポダイズ関数を使用したフーリエ変換により算出される波長又は波数の分解能に関するパラメータの関係を表す参照テーブルを、光路差の分解能ごとに予め計算し、記憶部２２に記憶する。入力された光路差の分解能の値よりも低い値で以て、入力された波長又は波数の分解能の値よりも高い値を実現する１又は複数のパラメータセットを記憶部２２の中から探し、表示部２５に表示する。分析者が選択した１又は複数のパラメータセットを用いた前記アポダイズ関数を使用したフーリエ変換によりスペクトルを算出し、表示部２５に表示する。【選択図】図２
2018136238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 所定のアポダイズ関数の１又は複数のパラメータから成るパラメータセットと、該パラメータセットを用いた該アポダイズ関数を使用したフーリエ変換により算出される波長又は波数の分解能に関するパラメータの関係を表す参照テーブルを、光路差の分解能ごとに記憶した記憶部と、
b) 与えられた光路差の分解能の値よりも低い値で以て、与えられた波長又は波数の分解能の値よりも高い値を実現する１又は複数のパラメータセットを前記記憶部の中から探し出し、分析者に提示するサーチ部と、
c) 与えられたインターフェログラムから、前記提示されたパラメータセット中より分析者が選択した１又は複数のパラメータセットを用いた前記アポダイズ関数を使用したフーリエ変換によりスペクトルを算出し、分析者に提示するフーリエ変換部と
を備えることを特徴とするフーリエ変換分光装置。
【請求項２】
前記アポダイズ関数がNorton-Beer関数である請求項１に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項３】
波長又は波数の分解能に関するパラメータとしてピークの半値全幅の拡大率を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項４】
前記サーチ部は、１又は複数のパラメータセットを分析者に提示する際、該パラメータセットと、それらに対応するピーク波形を表示部に表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項５】
a) 所定のアポダイズ関数の１又は複数のパラメータから成るパラメータセットと、該パラメータセットを用いた該アポダイズ関数を使用したフーリエ変換により算出される波長又は波数の分解能に関するパラメータの関係を表す参照テーブルを、光路差の分解能ごとに予め計算し、記憶部に記憶しておく計算工程と、
b) 与えられた光路差の分解能の値よりも低い値で以て、与えられた波長又は波数の分解能の値よりも高い値を実現する１又は複数のパラメータセットを前記記憶部の中から探し出し、分析者に提示するサーチ工程と、
c) 与えられたインターフェログラムから、前記提示されたパラメータセット中より分析者が選択した１又は複数のパラメータセットを用いた前記アポダイズ関数を使用したフーリエ変換によりスペクトルを算出し、分析者に提示するフーリエ変換工程と
を有することを特徴とするフーリエ変換分光装置のデータ処理方法。
【請求項６】
前記アポダイズ関数がNorton-Beer関数である請求項５に記載のフーリエ変換分光装置のデータ処理方法。
【請求項７】
波長又は波数の分解能に関するパラメータとしてピークの半値全幅の拡大率を用いることを特徴とする請求項５又は６に記載のフーリエ変換分光装置のデータ処理方法。
【請求項８】
前記サーチ工程において、１又は複数のパラメータセットを分析者に提示する際、該パラメータセットと、それらに対応するピーク波形を表示部に表示することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のフーリエ変換分光装置のデータ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フーリエ変換分光装置に関し、特に、該装置におけるフーリエ変換に際して、サイドローブを抑制するためのアポダイズの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換分光装置では、光源からの多色光はマイケルソン干渉計において半透鏡により2分割され、固定鏡及び移動鏡に送られる。両鏡で反射された光は前記半透鏡において再び合一され、両光の干渉光が生成される。この干渉光の強度は固定鏡と移動鏡の光路差xに依存するため、移動鏡を移動させることによりこの光路差xを変化させ、その間の干渉光の強度を測定すると、距離dを横軸、強度Iを縦軸とする光強度変化グラフ（インターフェログラム、ＩＦＧ）が得られる。光路差がxのときのＩＦＧの強度I(x)は次の式で表される。
【数１】
2018136238.tif 000003
式(1)において、P(λ)はもとの光の波長λにおける強度である。
【０００３】
このＩＦＧを試料に照射し、試料で反射又は透過して特定の波長で吸収を受けたＩＦＧをフーリエ変換することにより、波長（又は、その逆数である波数）毎の強度変化のグラフが得られる。このグラフには試料による吸光のピークが含まれることから、その波長（波数）及び吸光ピークの大きさ（深さ、面積）を測定することにより、試料に含まれる成分の特定及び定量が可能となる。
波長λの代わりに波数νを用いると、ＩＦＧのフーリエ変換S(ν)は次の式により計算される。
【数２】
2018136238.tif 000004
【０００４】
本来、この積分は無限の区間について行う必要があるが、積分区間である光路差xを無限に大きくすることはできないため、実際には積分区間を有限に区切ってフーリエ変換が行われる。
【数３】
2018136238.tif 000005
ここで、W(x)は
【数４】
2018136238.tif 000006
となる関数である。
【０００５】
しかし、このように積分区間を有限に限定すると、吸光度ピークの周囲にリップルが発生する。図７に、ピーク７１とその周囲に発生したリップル７２を模式的に示す。
【０００６】
このようなリップルを抑制するために、フーリエ変換の被積分関数にアポダイズ関数を乗ずることが行われる（上記式(3)の関数W(x)に代えてアポダイズ関数が用いられる）。しかし、アポダイズ関数を乗ずると分解能とピーク高さが低下することから、適切なアポダイズ関数の設定が重要となる。アポダイズ関数にはBox-car関数、Triangle関数、Happ Genzel関数、Norton-Beer関数等があり、それぞれ分解能・ピーク高さ・リップルの値に違いがあることから、目的に応じて使い分けられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】D. A. Naylor他,"Apodizing functions for Fourier transform spectroscopy", J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 24, No. 11, November 2007, p. 3644
【非特許文献２】"フーリエ変換とアポダイゼーション",株式会社島津製作所,[平成26年9月17日検索],インターネット<http://www.an.shimadzu.co.jp/ftir/support/lib/ftirtalk/letter15/fourier.htm>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記の通り、ピーク周辺のリップルを強く抑制しようとすると分解能及びピーク高さが低下することから、両者はトレードオフの関係にある。従って、分析者はピークの分離とSN比を考慮して、分析の目的に応じて適切なアポダイズ関数を選択する必要がある。
【０００９】
現在主に使用されているアポダイズ関数は前記のものを含め10種類程度あるが、このうちNorton-Beer関数は係数を変更することでリップルの抑制と分解能・ピーク高さの調整を行うことができるという自由度を持つ。しかし係数の変更は、予め決まった弱（Weak）、中間（Medium）、強（Strong）の3種類の係数セットの中からしか選ぶことができない。これら3つの係数セットは、リップルの抑制と分解能・ピーク高さのトレードオフの損失が少なくなるように設定されているため、仮に分析者が自ら係数を変更できるようにしても、これら所与の設定以上の効果が得られる係数セットを見つけ出すことは困難である。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、分析者が、より高い自由度でもって、アポダイズ関数の係数を調整し、分析の目的に応じたアポダイゼーションを行うことができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された本発明に係るフーリエ変換分光装置は、
a) 所定のアポダイズ関数の１又は複数のパラメータから成るパラメータセットと、該パラメータセットを用いた該アポダイズ関数を使用したフーリエ変換により算出される波長又は波数の分解能に関するパラメータの関係を表す参照テーブルを、光路差の分解能ごとに記憶した記憶部と、
b) 与えられた光路差の分解能の値よりも低い値で以て、与えられた波長又は波数の分解能の値よりも高い値を実現する１又は複数のパラメータセットを前記記憶部の中から探し出し、分析者に提示するサーチ部と、
c) 与えられたインターフェログラムから、前記提示されたパラメータセット中より分析者が選択した１又は複数のパラメータセットを用いた前記アポダイズ関数を使用したフーリエ変換によりスペクトルを算出し、分析者に提示するフーリエ変換部と
を備えることを特徴とする。
【００１２】
前記アポダイズ関数は、Norton-Beer関数とすることができる。この場合、波長又は波数の分解能に関するパラメータとしてはピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）又はその拡大率の値を用いることができ、サーチ手段がパラメータセットを分析者に提示する際に分析者にとって直感的に分かりやすい表示となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るフーリエ変換分光装置では、分析者が、より高い自由度でもって、アポダイズ関数の係数を調整し、分析の目的に応じたアポダイゼーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例によるＦＴＩＲの光学系の概略構成図。
【図２】実施例のＦＴＩＲのデータ処理部の概略構成図。
【図３】ＩＦＧ(a)、バックグラウンド及びサンプルのスペクトル(b)、及び吸光度スペクトル(c)の模式図。
【図４】アポダイズ関数の係数の代表パラメータである半値全幅の拡大率と、それに対応するピーク波形の表示例を示す図。
【図５】アポダイズ関数の係数のセットを示す表。
【図６】分析者が選択した係数セットを用いたアポダイズ関数を使用したフーリエ変換による吸光度スペクトルの表示例を示す図。
【図７】ピークとその周囲に発生したリップルの模式図。
【図８】実施例のＦＴＩＲのデータ処理部が行う、アポダイゼーションを行うフーリエ変換処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施例によるフーリエ変換赤外分光装置（ＦＴＩＲ）について、添付図面を参照して説明する。
図１において、気密性を有する干渉計室１内には、赤外光源２、集光鏡３、コリメータ鏡４、ビームスプリッタ５、固定鏡６、移動鏡７から構成される主干渉計と、レーザ光源８、レーザ用ミラー９、ビームスプリッタ５、固定鏡６、移動鏡７から構成されるコントロール干渉計と、が配設されている。主干渉計は干渉計室１外部に設置された試料１４のスペクトル測定を行うための赤外干渉光を発生させる。即ち、赤外光源２から出射された赤外光は、集光鏡３、コリメータ鏡４を介してビームスプリッタ５に照射され、ビームスプリッタ５により固定鏡６及び移動鏡７の二方向に分割される。固定鏡６及び移動鏡７にてそれぞれ反射した光はビームスプリッタ５によって再び合一され、放物面鏡１２へ向かう光路に送られる。測定時において、移動鏡７は前後（図１中の矢印Ｍの方向）に往復動しているため、合一された光は光路差に対応して振幅が変動する干渉光、つまりＩＦＧとなる。放物面鏡１２にて集光された光は試料室１３内に照射され、試料室１３に配置された試料１４を通過した光は楕円面鏡１５により赤外光検出器１６へ集光される。赤外光検出器１６からは、試料１４により特定の波長で吸収を受けた後の（又は試料１４による吸収を受けないバックグラウンドの）ＩＦＧの信号Ｇ１が出力される。
【００１６】
試料室１３は移動可能となっており、図１のように光路中に配された場合には試料１４のＩＦＧが、光路から外された場合にはバックグラウンドのＩＦＧが得られる。
【００１７】
一方、コントロール干渉計は、移動鏡７の移動距離を測定するためのレーザ干渉光を発生させる。即ち、レーザ光源８から出射された細いレーザビームは小さいレーザ用ミラー９を介してビームスプリッタ５に照射され、赤外光と同様に固定鏡６及び移動鏡７により干渉光となって放物面鏡１２の方向へ送られる。このレーザビーム干渉光は、光路中に挿入されている小さいレーザ用ミラー１０により反射されてレーザ検出器１１に導入される。レーザ検出器１１で生成されたレーザ干渉光信号Ｇ２により移動鏡７の移動距離が測定され、フィードバック制御による移動鏡７の移動制御及びＩＦＧ強度との対比（フーリエ変換の計算）に利用される。
【００１８】
上記主干渉計、コントロール干渉計や光源、試料室移動等の制御は、図示せぬ制御部により行われる。本実施例のＦＴＩＲにはその他に、赤外光検出器１６から出力されるＩＦＧ信号Ｇ１及びレーザ検出器１１から出力されるレーザ干渉光信号Ｇ２に基きフーリエ変換等の演算を行い、試料１４に関する種々のデータを生成するデータ処理部２０が備えられている。
【００１９】
以下、このデータ処理部２０が行う処理のうち、分析者の要望に沿ったアポダイゼーションを行う処理を図８により説明する。
まず、一連の測定を終了した後、分析者が、フーリエ変換（ＦＴ）を行うべきバックグラウンドのＩＦＧとサンプルのＩＦＧをそれぞれ指定する。データ処理部２０のフーリエ変換部２３は、指定された両ＩＦＧのデータを測定結果記憶部２１から取り出す（ステップＳ１１）。次にフーリエ変換部２３は、干渉計の（移動鏡７の）移動距離の分解能の設定値を制御部（図示せず）から取得する（ステップＳ１２）。そして分析者が入力部２６から入力した、又は表示部２５に表示されたリストから選択した、必要とする波長（又は波数）分解能の値を受け取る（ステップＳ１３）。なお、このステップにおける波長／波数分解能の入力は省略することもできる。
【００２０】
次にサーチ部２４は、移動距離の分解能の設定値と、入力（又は選択）された波長／波数の分解能の値に基き、それよりも高い波長／波数分解能を有するアポダイズ関数の係数のセットを表示部２５の画面に表示する。ステップＳ１３において必要とされる波長／波数の分解能の値の入力が無かった場合には、全ての係数のセットを表示する（ステップＳ１４）。図４は全ての係数のセットが表示された状態である。図４に示すように、係数の各セットは代表値として半値全幅（ＦＷＨＭ）の拡大率により表わされている（ただし、図では単に「ＦＷＨＭ」と表示している。）。各セットの具体的な係数の値は移動距離の分解能の値ごとに予め計算され、係数記憶部２２に記憶されている。その一例を図５に示す。図５は、Norton-Beer関数に基き、予め様々な波長／波数分解能の値（波長／波数分解能の向上はピーク高さの低下と結びつく）に対して、リップルの抑制の程度が最も高くなるようにシミュレーション計算により求められた係数のセットを示しており、波長／波数分解能の値は半値全幅（ＦＷＨＭ）の拡大率により代表されている。
【００２１】
Norton-Beer関数は次の式で表される関数である。
【数５】
2018136238.tif 000007
式(5)において、δは干渉計における光路差（移動鏡７の移動距離）であり、Lは最大移動距離である。Ci（i=0, 1, 2, …。但し、ΣCi=1）が係数であり、図５の係数セットではC0〜C8を使用している。なお、C3、C5、C7はいずれも0である。種々のC0〜C8の係数のセットを代入した式(5)のNorton-Beer関数を用いてフーリエ変換を行ったとき、主ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）Wは該アポダイズ関数を用いない場合の値W0よりも大きくなる（拡大率W/W0>1）（なお、主ピークの高さhは低くなる（h/h0<1））。
図５の表は、C0〜C8の係数のセットを様々な値に変化させ、各係数セットについて分解能とリップル（主に2次ピーク）の抑制の効果を勘案して、各分解能の値（前述の通り、これをW/W0の値で代表させている）について係数セットの最適な組み合わせを求めた結果である。図５は半値全幅の拡大率（W/W0）の値で1.0〜2.0の間を10等分した分解能毎の、それに対応した最適なC0〜C8の係数のセットの計算結果であるが、更に細かい半値全幅の拡大率（W/W0）の値に対して同様の計算を行うことにより、より細かい選択肢を分析者に与えることもできる。また、より少ない数の係数のセット（例えば、C0〜C4）やより多い数の係数のセット（例えば、C0〜C12）等も同様にして予め計算し、係数記憶部２２に収納しておくことができる。
【００２２】
ステップＳ１４においてこのような係数セットを表示する際、係数セットのみ（図４の左側の表）を表示しても良いが、図４に示すように、各係数セットによるピークの変形の様子（ＦＷＨＭ及びピーク高さ）を概念的に表すような図（図４の右側のカーブのセット）を同時に表示しても良い。
【００２３】
分析者は、表示された係数セットのうち、所望の係数セットを選択する（ステップＳ１５）。フーリエ変換部２３は、その選択を受け取り、それに対応する係数セットを係数記憶部２２から読み出す。そして、その係数セットを用いてアポダイズ関数を構成し、そのアポダイズ関数を用いてバックグラウンドのＩＦＧとサンプルのＩＦＧをそれぞれフーリエ変換する。フーリエ変換により得られたバックグラウンド及びサンプルのそれぞれのスペクトルの差を取ることにより、試料１４の吸光度スペクトルを得る（ステップＳ１６）。図３に、ＩＦＧ(a)、バックグラウンド及びサンプルのスペクトル(b)、そして吸光度スペクトル(c)をに模式的に示す。ここで、ステップＳ１５において分析者が複数の係数セットを選択した場合、各係数セット毎にアポダイズ関数を用いたフーリエ変換を行い、吸光度スペクトルを算出する。そして、その複数の吸光度スペクトルを表示部２５に表示する。図６にその一例を示す。ここではＦＷＨＭ＝1.3と1.6の2つの係数セットが選択された場合を示している。このグラフを見て、分析者は所望の吸光度スペクトルを選択する（ステップＳ１７）。フーリエ変換部２３はこの選択を受け取り、選択されたスペクトルのデータを測定結果記憶部２１の所定の箇所に記憶する（ステップＳ１８）。このスペクトルのデータは、所定の分析報告書等において用いられる。
【符号の説明】
【００２４】
１…干渉計室
２…赤外光源
３…集光鏡
４…コリメータ鏡
５…ビームスプリッタ
６…固定鏡
７…移動鏡
８…レーザ光源
９、１０…レーザ用ミラー
１１…レーザ検出器
１２…放物面鏡
１３…試料室
１４…試料
１５…楕円面鏡
１６…赤外光検出器
２０…データ処理部
２１…測定結果記憶部
２２…係数記憶部
２３…フーリエ変換部
２４…サーチ部
２５…表示部
２６…入力部
【図１】
2018136238.tif 000008
【図２】
2018136238.tif 000009
【図３】
2018136238.tif 000010
【図４】
2018136238.tif 000011
【図５】
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【図６】
2018136238.tif 000013
【図７】
2018136238.tif 000014
【図８】
2018136238.tif 000015