(57)【要約】【課題】回折格子とＰＤＡとの間に高次回折光を除去するフィルタを配置することなく、高次回折光による測定への影響を小さくする。【解決手段】補正方法は、前記ＰＤＡにおいて前記第２波長範囲の光を検出する長波長側フォトダイオードの検出信号値に含まれる、前記第１波長範囲の光の２次回折光に由来する検出信号値の割合に関する補正係数を決定する補正係数決定ステップと、その補正係数決定ステップで決定した前記補正係数を用いて、前記長波長側フォトダイオードの検出信号値のうち前記第２波長範囲の光に由来する検出信号値を求める補正ステップと、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短波長側の一定範囲を第１波長範囲、前記第１波長範囲よりも長波長側にある範囲を第２波長範囲とし、前記第２波長範囲の最長波長が前記第１波長範囲の最長波長の略２倍である測定波長範囲の光を回折格子で分光してフォトダイオードアレイに導く分光光度計の前記フォトダイオードアレイの検出信号値の補正方法であって、
前記フォトダイオードアレイにおいて前記第２波長範囲の光を検出する長波長側フォトダイオードの検出信号値に含まれる、前記第１波長範囲の光の２次回折光に由来する検出信号値の割合に関する補正係数を決定する補正係数決定ステップと、
前記補正係数決定ステップで決定した前記補正係数を用いて、前記長波長側フォトダイオードの検出信号値のうち前記第２波長範囲の光に由来する検出信号値を求める補正ステップと、を備えた補正方法。
【請求項２】
前記補正係数決定ステップは、
前記回折格子によって分光された前記測定波長範囲の光を前記フォトダイオードアレイに入射させ、前記長波長側フォトダイオードに入射する光から前記第１波長範囲の光を、前記第１波長範囲の光を透過させず前記第２波長範囲の光を透過させる２次回折光カットフィルタを用いて除去することにより、前記第２波長範囲の光に由来する前記長波長側フォトダイオードの検出信号値を測定する第１測定ステップと、
前記回折格子によって分光された前記測定波長範囲の光を前記フォトダイオードアレイに入射させ、前記２次回折光カットフィルタを用いることなく前記長波長側フォトダイオードの検出信号値を測定する第２測定ステップと、
前記第１測定ステップの測定値と前記第２測定ステップの測定値の比率により前記補正係数を求めるステップと、を含む請求項１に記載の補正方法。
【請求項３】
前記第１測定ステップでは、前記２次回折光カットフィルタの透過率を考慮して前記第２波長範囲の光に由来する前記長波長側フォトダイオードの検出信号値を求める請求項２に記載の補正方法。
【請求項４】
前記補正係数決定ステップは、前記第１波長範囲を含まず前記第２波長範囲を含む波長範囲の光を前記回折格子により分光して前記フォトダイオードアレイに入射させ、前記２次回折光カットフィルタを用いたときと用いないときの前記長波長側フォトダイオードの検出信号値をそれぞれ測定し、それらの測定値の比率により前記透過率を求める透過率測定ステップをさらに含む請求項３に記載の補正方法。
【請求項５】
短波長側の一定範囲を第１波長範囲、前記第１波長範囲よりも長波長側にある範囲を第２波長範囲とし、前記第２波長範囲の最長波長が前記第１波長範囲の最長波長の略２倍である測定波長範囲の光を発する光源と、
前記光源からの光の光路上に配置され、試料を流通させるフローセルと、
前記フローセルを経た光を波長成分ごとに分光する回折格子と、
入射する光の光量を検出する複数のフォトダイオードを有し、前記回折格子により分光された光を波長成分ごとに検出するフォトダイオードアレイと、
前記フォトダイオードのうち前記第２波長範囲の光を検出する長波長側フォトダイオードの検出信号値に含まれる、前記第１波長範囲の光の２次回折光に由来する検出信号値の割合に関する補正係数を保持する補正係数保持部と、
前記補正係数保持部に保持された前記補正係数を用い、前記長波長側フォトダイオードの検出信号値から前記第２波長範囲の光に由来する検出信号値を求める補正部と、を備えた分光光度計。
【請求項６】
前記回折格子と前記フォトダイオードアレイとの間に、高次回折光を除去するフィルタが配置されていない請求項５に記載の分光光度計。
【請求項７】
前記測定波長範囲の光を発する第１光源、及び前記第２波長範囲の光を発する第２光源を前記光源として含む請求項５又は６に記載の分光光度計。
【請求項８】
前記第１光源は重水素ランプであり、前記第２光源はハロゲンランプである請求項７に記載の分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローセルからの光を回折格子を用いて波長成分ごとに分光し、分光された光をフォトダイオードアレイ（以下、ＰＤＡ）を用いて波長成分ごとに検出する分光光度計とＰＤＡの検出信号値の補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ用の検出器としてＰＤＡ分光光度計が知られている。ＰＤＡ分光光度計は、試料を含む溶液を流通させるフローセルに光源から光を照射し、フローセルを透過した光又はフローセルで反射(若しくは屈折)した光を回折格子によって波長成分ごとに分光してＰＤＡに導く。ＰＤＡには、回折格子によって分光された各波長成分の光を受光するための複数のフォトダイオードが設けられており、波長成分ごとの光を各フォトダイオードによって同時に検出してフローセルを経た光の波長スペクトルを検出することができる（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０４８１７６号公報
【特許文献２】特開平５−１３３８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなＰＤＡ分光光度計では、測定波長域によっては、回折格子で分光されてＰＤＡに入射する１次回折光に、回折格子で発生した高次回折光が重なっている場合があり、測定結果に影響を与える。そこで、そのような場合には回折格子とＰＤＡとの間に高次の回折光を除去するためのフィルタを配置することにより、高次回折光による測定への影響を小さくしていた（特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、回折格子とＰＤＡとの間にフィルタを配置する場合、フィルタを保持する枠材や窓板等が必要であり、そのような枠材や窓板で反射した光が迷光となってＰＤＡに入射し、測定に影響を与える懸念がある。
【０００６】
そこで、本発明は、回折格子とＰＤＡとの間に高次回折光を除去するフィルタを配置することなく、高次回折光による測定への影響を小さくすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ＰＤＡ分光光度計のＰＤＡに入射する高次回折光の大部分は２次回折光であり、それ以外の高次回折光の割合は２次回折光に比べて僅かである。したがって、ＰＤＡの検出信号値から２次回折光に由来する検出信号値を除去することができれば、ＰＤＡに入射した１次回折光に由来する検出信号値に近い値を得ることができ、検出器精度の向上を図ることができる。
【０００８】
ここで、ヤングの干渉条件式
dsinθ＝ｍλ
ただし、ｄは格子定数、θは検出位置(°)、ｍは次数(整数)
からわかるように、ある波長の光の２次回折光(ｍ＝２)は、その波長の２倍の波長の光の１次回折光(ｍ＝１)と重なる。つまり２００ｎｍの２次回折光は４００ｎｍの光と同じ検出位置に来るため、重なってしまう。すなわち、ある波長範囲で発光する光源を用いた場合に、波長範囲のうち長波長側の波長範囲で短波長側の波長範囲の２次回折光が長波長側の波長範囲の光と重なって検出されるのであり、短波長側の波長範囲では、２次回折光と重なって検出されることはない。
【０００９】
したがって、本発明では、第２波長範囲の最長波長が第１波長範囲の最長波長の略２倍となるように、測定波長範囲の短波長側の一定範囲を第１波長範囲、第１波長範囲よりも長波長側にある範囲を第２波長範囲と定義し、第２波長範囲の光に含まれる第１波長範囲の光の２次回折光に由来する検出信号値を除去するように補正を行なう。
【００１０】
すなわち、本発明に係る補正方法は、短波長側の一定範囲を第１波長範囲、前記第１波長範囲よりも長波長側にある範囲を第２波長範囲とし、前記第２波長範囲の最長波長が前記第１波長範囲の最長波長の略２倍である測定波長範囲の光を回折格子で分光してＰＤＡに導く分光光度計の前記ＰＤＡの検出信号値の補正方法である。当該補正方法は、
前記ＰＤＡにおいて前記第２波長範囲の光を検出する長波長側フォトダイオードの検出信号値に含まれる、前記第１波長範囲の光の２次回折光に由来する検出信号値の割合に関する補正係数を決定する補正係数決定ステップと、
前記補正係数決定ステップで決定した前記補正係数を用いて、前記長波長側フォトダイオードの検出信号値のうち前記第２波長範囲の光に由来する検出信号値を求める補正ステップと、を備えている。
【００１１】
好ましい実施形態では、前記補正係数決定ステップが、
前記回折格子によって分光された前記測定波長範囲の光を前記ＰＤＡ入射させ、前記長波長側フォトダイオードに入射する光から前記第１波長範囲の光を、前記第１波長範囲の光を透過させず前記第２波長範囲の光を透過させる２次回折光カットフィルタを用いて除去することにより、前記第２波長範囲の光に由来する前記長波長側フォトダイオードの検出信号値を測定する第１測定ステップと、
前記回折格子によって分光された前記測定波長範囲の光を前記ＰＤＡに入射させ、前記２次回折光カットフィルタを用いることなく前記長波長側フォトダイオードの検出信号値を測定する第２測定ステップと、
前記第１測定ステップの測定値と前記第２測定ステップの測定値の比率により前記補正係数を求めるステップと、を含んでいる。
【００１２】
上記のように、２次回折光カットフィルタを使用したときと使用しないときの長波長側フォトダイオードの検出信号値を比較すれば、補正係数を求めることができる。ここで、２次回折光カットフィルタは、第１波長範囲の光を透過させず第２波長範囲の光を透過させるという性質を有するが、当該フィルタの第２波長範囲の光の透過率は１００％ではない。そのため、２次回折光カットフィルタを使用したときに第２波長範囲の光もいくらか減衰している。
【００１３】
そこで、さらに好ましい実施形態では、前記第１測定ステップにおいて、前記２次回折光カットフィルタの透過率を考慮して前記第２波長範囲の光に由来する前記長波長側フォトダイオードの検出信号値を求める。これにより、２次回折光カットフィルタを使用したときの第２波長範囲の光の減衰量も考慮して補正係数を決定することができるため、検出信号値の補正をより正確に行なうことができる。
【００１４】
２次回折光カットフィルタの透過率を考慮するためには、２次回折光カットフィルタの透過率を知っておく必要がある。２次回折光カットフィルタの透過率として、第２波長範囲全体で一律と仮定して、その代表値や平均値を用いることもできるが、検出信号値の補正のより高い精度を求める場合には、各波長成分の正確な透過率を求める必要がある。
【００１５】
そこで、さらに好ましい実施形態では、前記補正係数決定ステップが、前記第１波長範囲を含まず前記第２波長範囲を含む波長範囲の光を前記回折格子により分光して前記ＰＤＡに入射させ、前記２次回折光カットフィルタを用いたときと用いないときの前記長波長側フォトダイオードの検出信号値をそれぞれ測定し、それらの測定値の比率により前記透過率を求める透過率測定ステップをさらに含んでいる。これにより、２次回折光カットフィルタの、第２波長範囲内にある各波長成分の正確な透過率が得られ、そのような正確な透過率を考慮した検出信号値の正確な補正を行なうことができるようになる。
【００１６】
本発明に係る分光光度計は、上述の補正方法を用いてＰＤＡの検出信号値の補正を行なう機能を備えたものである。
【００１７】
すなわち、本発明に係る分光光度計は、短波長側の一定範囲を第１波長範囲、前記第１波長範囲よりも長波長側にある範囲を第２波長範囲とし、前記第２波長範囲の最長波長が前記第１波長範囲の最長波長の略２倍である測定波長範囲の光を発する光源と、
前記光源からの光の光路上に配置され、試料を流通させるフローセルと、
前記フローセルを経た光を波長成分ごとに分光する回折格子と、
入射する光の光量を検出する複数のフォトダイオードを有し、前記回折格子により分光された光を波長成分ごとに検出するＰＤＡと、
前記フォトダイオードのうち前記第２波長範囲の光を検出する長波長側フォトダイオードの検出信号値に含まれる、前記第１波長範囲の光の２次回折光に由来する検出信号値の割合に関する補正係数を保持する補正係数保持部と、
前記補正係数保持部に保持された前記補正係数を用い、前記長波長側フォトダイオードの検出信号値から前記第２波長範囲の光に由来する検出信号値を求める補正部と、を備えている。
【００１８】
したがって、本発明に係る分光光度計では、回折格子とＰＤＡとの間に、高次回折光を除去するフィルタが不要である。
【００１９】
好ましい実施形態では、前記測定波長範囲の光を発する第１光源、及び前記第２波長範囲の光を発する第２光源を前記光源として含んでいる。上記補正方法で用いる２次回折光カットフィルタの透過率を求める透過率測定ステップでは、第１波長範囲を含まず第２波長範囲を含む波長範囲の光を用いる。したがって、検出器に第２波長範囲の光を発する第２光源が設けられていれば、上記透過率測定ステップを実行することができる。
【００２０】
前記第１光源と前記第２光源の組合せの一例として、重水素ランプとハロゲンランプの組合せが挙げられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る補正方法は、ＰＤＡにおいて第２波長範囲の光を検出する長波長側フォトダイオードの検出信号値に含まれる、第１波長範囲の光の２次回折光に由来する検出信号値の割合に関する補正係数を決定し、その補正係数を用いることによって長波長側フォトダイオードの検出信号値のうち第２波長範囲の光に由来する検出信号値を求めるため、長波長側フォトダイオードの検出信号値として、２次回折光に由来する検出信号値を除去した検出信号値を得ることができる。これにより、高次回折光を除去するフィルタを用いることなく、高次回折光による測定結果への影響を小さくすることができる。
【００２２】
本発明に係る分光光度計は、上記補正方法を用いてＰＤＡの検出信号値の補正を行なう機能を備えているので、高次回折光を除去するフィルタが配置されていなくても、高次回折光の影響が排除された高精度な検出信号を得ることができる。したがって、回折格子とＰＤＡとの間に、高次回折光を除去するフィルタを配置する必要がなく、かかるフィルタの枠材や窓板で光が反射して迷光となることも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】分光光度計の一実施例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１を用いて分光光度計の一実施例について説明する。なお、ここで説明する分光光度計は本発明が適用可能な分光光度計の構成の一例に過ぎず、光源や光学系の種類や配置は必要に応じて変更することができる。
【００２５】
この実施例において、測定波長範囲のうち短波長側の一定範囲を第１波長範囲、第１波長範囲よりも長波長側にある範囲を第２波長範囲と定義する。第２波長範囲の最長波長は第１波長範囲の最長波長の略２倍である。この実施例の分光光度計は、測定波長範囲（第１波長範囲及び第２波長範囲）の光を発する第１光源２と、第２波長範囲の光を発する第２光源４を備えている。この実施例では、第１光源２として２００ｎｍ〜８００ｎｍの光を発する重水素ランプを用い、第２光源４として４００ｎｍ〜８００ｎｍの光を発するハロゲンランプを用いている。すなわち、この実施例の測定波長範囲は２００ｎｍ〜８００ｎｍである。
【００２６】
第１光源２で発せられた光と第２光源４で発せられた光はハーフミラーによって合成され、測定光として集光レンズ８を介してフローセル１０に照射される。フローセル１０を経た光は、入口スリット１２を介してミラー１４、回折格子１６及びＰＤＡ１８を有する検出部に導入される。入口スリット１２を介して検出部に導入された測定光は、ミラー１４で反射して回折格子１６に導かれて波長成分ごとに分光される。回折格子１６で分光された各波長成分の光は、各波長成分の光を検出するように配列されたＰＤＡ１８の所定のフォトダイオードに入射し、検出される。
【００２７】
ＰＤＡ１８の各フォトダイオードの検出信号は演算処理装置２０に取り込まれる。演算処理装置２０は、演算部２２、補正係数保持部２４及び補正部２６を備えている。演算処理装置２０は、例えば専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータにより実現され、演算部２２及び補正部２６はそのようなコンピュータの記憶装置に記憶されたプログラムが演算素子によって実行されることによって得られる機能であり、補正係数保持部２４はそのようなコンピュータの記憶装置の一部の領域によって実現される機能である。
【００２８】
演算部２２は、ＰＤＡ１８から取り込んだ検出信号に基づいて、フローセル１０を流れる試料溶液の吸光度スペクトル等を演算により求めるように構成されている。ここで、ＰＤＡ１８の検出信号値には、回折格子１６で分光された各波長成分の１次回折光に由来する検出信号値のほかに、回折格子１６で発生した高次の回折光に由来する検出信号値が含まれている。そこで、ＰＤＡ１８から取り込んだ検出信号値から高次の回折光に由来する検出信号値を除去するための補正を行ない、演算部２２は補正後の検出信号値に基づいて吸光度スペクトル等を求めるように構成されている。
【００２９】
補正部２６は、次式を用いて、ＰＤＡ１８から取り込んだ検出信号値の補正を行なうように構成されている。
Ｉ'λ＝Ｉλ−Ｋ×Ｉλ                      （１）
【００３０】
上記（１）式において、Ｉλは波長λの光を検出するフォトダイオードの検出信号値、Ｉ'λは波長λの光を受光するフォトダイオードの補正後の検出信号値、Ｋは補正係数である。補正係数Ｋは、各フォトダイオードの検出信号値における２次回折光に由来する検出信号値の割合を示す係数であって、予め測定により求められた実測値である。補正係数Ｋは補正係数保持部２４に保持されている。
【００３１】
補正部２６により補正された検出信号値に基づいた吸光度スペクトル等の演算がなされるため、この実施例の分光光度計は、回折格子１６とＰＤＡ１８との間に高次回折光を除去するためのフィルタが存在しない。したがって、そのようなフィルタを保持する枠材や窓板等も不要となり、それらの部材で反射した光が迷光となってＰＤＡ１８に入射することがなくなるので、迷光が低減され、検出感度が向上する。
【００３２】
次に、上記分光光度計を用いて補正係数Ｋを決定する方法について、以下に説明する。
【００３３】
既述のように、ＰＤＡ１８に入射する高次回折光の大部分は２次回折光であり、それ以外の高次回折光の割合は２次回折光に比べて僅かである。したがって、ＰＤＡ１８の検出信号値から２次回折光に由来する検出信号値を除去すれば、ＰＤＡに入射した１次回折光に由来する検出信号値に近い値を得ることができる。
【００３４】
ここで、ＰＤＡ１８に入射する波長λの光の１次回折光に重なって入射するのは、波長がλ／２の光の２次回折光であることがわかっている。したがって、波長λの光を検出するフォトダイオードの検出信号値Ｉλは、波長λの光の１次回折光に由来する検出信号値Ｉ'λと波長λ／２の光の２次回折光に由来する検出信号値Ｉiiλ/2を用いて次式のように表すことができる。
Ｉλ≒Ｉ'λ＋Ｉiiλ/2                    （２）
【００３５】
ここで、
（Ｉiiλ/2）／Ｉλ＝Ｋ                    （３）
とすると、上記（２）式は（１）式と同じ式となる。すなわち、Ｋは、波長λの光を検出するフォトダイオードの検出信号値Ｉλにおける波長λ／２の光の２次回折光に由来する検出信号値Ｉiiλ/2の割合を表わす係数である。
【００３６】
Ｋを求めるために、第１光源２と第２光源４をそれぞれ別個に点灯させてＰＤＡ１８の検出信号値を測定する。以下、それぞれの光源を用いて測定について説明する。
【００３７】
＜第１光源：重水素ランプ＞
重水素ランプである第１光源２のみを点灯させてＰＤＡ１８の検出信号値を測定する。重水素ランプは２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光を発する。２次回折光はその２倍の波長の１次回折光と重なって検出されるため、重水素ランプを用いた場合には、２００ｎｍ〜４００ｎｍ（第１波長範囲）の光には２次回折光が重ならないが、４００ｎｍ〜８００ｎｍ（第２波長範囲）の光に２００ｎｍ〜４００ｎｍ（第１波長範囲）の２次回折光が重なる。
【００３８】
したがって、２００ｎｍ≦λ＜４００ｎｍの範囲では、２次回折光に由来する検出信号値は０であるから、上記（３）式は
Ｉλ≒Ｉ'λ＋０
となり、Ｋ＝０となる。
【００３９】
一方で、４００ｎｍ≦λ≦８００ｎｍの範囲については、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ（第１波長範囲）の光を透過させず、４００ｎｍ〜８００ｎｍ（第２波長範囲）の光を透過させる２次回折光カットフィルタを用いた場合と用いない場合とで、検出信号値を比較して補正係数Ｋを決定する。
【００４０】
まず、２次回折光カットフィルタを用いないで検出信号値Ｉ1λを測定する。測定された検出信号値Ｉ1λは、２次回折光に由来する検出信号値Ｉ1iiλ/2を含んでいるため、
Ｉ1λ≒Ｉ'1λ＋Ｉ1iiλ/2
＝Ｉ'1λ＋Ｋ×Ｉ1λ                      （４）
と表すことができる。
【００４１】
次に、２次回折光カットフィルタを用いて検出信号値Ｉ1λ(filter)を測定する。測定された検出信号値Ｉ1λ(filter)は、２次回折光に由来する検出信号値を含んでいないため、この検出信号は１次回折光に由来する検出信号値Ｉ'1λのみを含むものであるといえる。ただし、２次回折光カットフィルタの４００ｎｍ〜８００ｎｍ（第２波長範囲）における透過率Ｔを考慮すれば、
Ｉ1λ(filter)＝Ｔ×Ｉ'1λ                      （５）
と表すことができる。
したがって、上記（４）、（５）式より、補正係数Ｋは、
Ｋ＝１−Ｉ1λ(filter)／（Ｔ×Ｉ1λ）            （６）
と表すことができる。
【００４２】
ここで、２次回折光カットフィルタの透過率Ｔを考慮しないのであれば、上記式（６）のＴを１とすることによってＫを求めることができる。また、この第２波長範囲における２次回折光カットフィルタの透過率Ｔが一様なものであると仮定して、その代表値や平均値（例えば０．９７）等を用いてもよい。透過率Ｔを考慮しない（Ｔ＝１とする）場合やＴの代表値等を用いる場合には、以下に説明する第２光源４（ハロゲンランプ）を用いた測定は不要である。
【００４３】
＜第２光源：ハロゲンランプ＞
次に、上記（５）式における透過率Ｔを正確に求めるために、第２光源４を点灯させ、上記の２次回折光カットフィルタを用いた場合と用いない場合とで、検出信号値の測定を行なう。ハロゲンランプである第２光源４は、４００ｎｍ〜８００ｎｍ（第２波長範囲）の光を発する。第２光源４のみを点灯させた場合には波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ（第１波長範囲）の光が存在しないため、この第２波長範囲の光を検出するフォトダイオードに２次回折光が入射しない。
【００４４】
まず、２次回折光カットフィルタを用いないで検出信号値Ｉ2λを測定する。測定された検出信号値Ｉ2λは、２次回折光に由来する検出信号値を含んでいないため、
Ｉ2λ＝Ｉ'2λ                                （７）
と表すことができる。
【００４５】
次に、２次回折光カットフィルタを用いて検出信号値Ｉ2λ(filter)を測定する。測定された検出信号値Ｉ2λ(filter)は、
Ｉ2λ(filter)＝Ｔ×Ｉ'2λ                        （８）
と表すことができる。
【００４６】
上記（７）、（８）式より、
Ｔ＝Ｉ2λ(filter)／Ｉ2λ                          （９）
としてＴを求めることができる。上記（９）式により得られたＴを上記（６）式に適用することにより、２次回折光カットフィルタの透過率Ｔを考慮した正確な補正係数Ｋを得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
２      第１光源
４      第２光源
６      ハーフミラー
８      集光レンズ
１０      フローセル
１２      入口スリット
１４      ミラー
１６      回折格子
１８      フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）
２０      演算処理装置
２２      演算部
２４      補正係数保持部
２６      補正部
【図１】
2018031712.tif 000003