(57)【要約】【課題】スペクトル測定時における検出部への入射光量を適切に調整することができるフーリエ変換分光光度計及び光量制御方法を提供する。【解決手段】光量減衰機構２により検出部８への入射光量を減衰させる。このとき、検出部８における受光量に基づいて、光量制御部７が光量減衰機構２を制御することにより、その検出部８に応じた入射光量に設定する。これにより、スペクトル測定時における検出部８への入射光量を適切に調整することができるため、直線性の低下やＳ／Ｎ比の低下を防止し、良好に測定を行うことができる。【選択図】  図１
2015087108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計であって、
前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構と、
前記検出部における受光量に基づいて前記光量減衰機構を制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整する光量制御部とを備えたことを特徴とするフーリエ変換分光光度計。
【請求項２】
光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計であって、
前記光源から前記検出部までの光路上に設けられた光学部材と、
前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構と、
前記光学部材における光量の減衰量に基づいて前記光量減衰機構を制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整する光量制御部とを備えたことを特徴とするフーリエ変換分光光度計。
【請求項３】
前記光量減衰機構は、前記検出部への入射光量を連続的又は段階的に減衰させることができる絞り機構を含む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光度計。
【請求項４】
前記光量減衰機構は、前記光源から前記検出部までの光路上に複数種類の光学フィルタを切り替えて挿入することにより、前記光学フィルタの種類に応じた減衰量で、前記検出部への入射光量を減衰させることができる光学フィルタ切替機構を含む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光度計。
【請求項５】
光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計の光量制御方法であって、
前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構を、前記検出部における受光量に基づいて制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整することを特徴とする光量制御方法。
【請求項６】
光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計の光量制御方法であって、
前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構を、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられた光学部材における光量の減衰量に基づいて制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整することを特徴とする光量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計及び光量制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換分光光度計の一例として、光源から試料に赤外光を照射し、試料における透過光又は反射光を赤外検出器で受光することにより、スペクトルを測定することができるフーリエ変換赤外分光光度計が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
フーリエ変換赤外分光光度計では、測定の対象となる波数範囲が１００００ｃｍ−１〜４００ｃｍ−１程度という広範囲にわたっているため、単一の検出器で良好な測定結果を得ることが困難である。すなわち、ＴＧＳ（焦電素子）やボロメータを用いた構成であれば、広い波数範囲で測定を行うことは可能であるが、この種の検出器は感度が低いため、上記波数範囲全体において良好な測定結果を得ることができない。一方、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード又はＩｎＳｂフォトダイオードなどのフォトダイオードやＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）光導電検出器を用いた構成であれば、感度を高くすることはできるが、この種の検出器は測定可能な波数範囲が狭いため、上記波数範囲全体において単一の検出器で測定を行うことができない。
【０００４】
このような事情により、フーリエ変換赤外分光光度計では、複数種類の検出器を用いて測定を行うことができるような構成が一般的である。例えば、１２０００ｃｍ−１〜４０００ｃｍ−１程度の波数範囲ではＩｎＧａＡｓフォトダイオード、５０００ｃｍ−１〜６５０ｃｍ−１程度の波数範囲ではＭＣＴ、７８００ｃｍ−１〜３５０ｃｍ−１程度の波数範囲ではＴＧＳをそれぞれ選択して用いることができるような構成とすれば、広い波数範囲で良好な測定結果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−８８１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような各種検出器においては、検出時の最適な入射光量がそれぞれ異なるという問題がある。すなわち、ＴＧＳのような感度が低い検出器であれば、検出時の入射光量を多くすることが好ましいが、ＭＣＴに関しては、入射光量が必要以上に多い場合に、入力強度と出力強度との間の直線性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
特に、フーリエ変換赤外分光光度計においては、インターフェログラムと呼ばれる信号を検出器で検出することとなるが、この信号を良好に検出するためには、検出器が大きなダイナミックレンジを有し、かつ、その範囲で直線性が良好でなければならない。しかし、上記のようにＭＣＴへの入射光量が多い場合には、直線性の低下に伴いインターフェログラムが変形し、測定されるスペクトルも変形してしまう。その結果、本来０強度であった波数に強度が現れ、いわゆるスペクトルが浮く現象が生じるなどの問題がある。
【０００８】
このような問題を回避するために、入射光量を減少させた場合には、例えばＴＧＳのような感度が低い検出器による測定時に、Ｓ／Ｎ比が低下してしまい、良好に測定を行うことができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スペクトル測定時における検出部への入射光量を適切に調整することができるフーリエ変換分光光度計及び光量制御方法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】
本発明に係るフーリエ変換分光光度計は、光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計であって、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構と、前記検出部における受光量に基づいて前記光量減衰機構を制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整する光量制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、光量減衰機構により検出部への入射光量を減衰させることができる。このとき、検出部における受光量に基づいて光量減衰機構を制御することにより、その検出部に応じた入射光量に設定することができる。これにより、スペクトル測定時における検出部への入射光量を適切に調整することができるため、直線性の低下やＳ／Ｎ比の低下を防止し、良好に測定を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係るフーリエ変換分光光度計は、光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計であって、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられた光学部材と、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構と、前記光学部材における光量の減衰量に基づいて前記光量減衰機構を制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整する光量制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、光量減衰機構により検出部への入射光量を減衰させることができる。このとき、光源から検出部までの光路上に設けられた光学部材における光量の減衰量に基づいて光量減衰機構を制御することにより、その検出部に応じた入射光量に設定することができる。これにより、スペクトル測定時における検出部への入射光量を適切に調整することができるため、直線性の低下やＳ／Ｎ比の低下を防止し、良好に測定を行うことができる。
【００１４】
前記光学部材における光量の減衰量は、実測値であってもよいし、予め定められた設計上の値であってもよい。この場合、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられている前記光学部材の種別情報が前記光量制御部に入力され、当該種別情報に基づいて前記光量制御部が前記検出部への入射光量を調整するような構成であってもよい。
【００１５】
前記光量減衰機構は、前記検出部への入射光量を連続的又は段階的に減衰させることができる絞り機構を含んでいてもよい。
【００１６】
このような構成によれば、絞り機構を用いて検出部への入射光量を任意に調整することができる。この場合、例えば平行光の通過を絞り機構で制限することにより、精度よく光量を減衰させることができるため、スペクトル測定時における検出部への入射光量をより適切に調整することができる。
【００１７】
前記光量減衰機構は、前記光源から前記検出部までの光路上に複数種類の光学フィルタを切り替えて挿入することにより、前記光学フィルタの種類に応じた減衰量で、前記検出部への入射光量を減衰させることができる光学フィルタ切替機構を含んでいてもよい。
【００１８】
このような構成によれば、複数種類の光学フィルタを用いて検出部への入射光量を調整することができる。この場合、光学フィルタを透過する光は平行光でなくてもよいため、光源から検出部までの光路上における光学フィルタの挿入位置の自由度が高く、光量減衰機構を容易に設けることができる。
【００１９】
本発明に係る光量制御方法は、光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計の光量制御方法であって、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構を、前記検出部における受光量に基づいて制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光量制御方法は、光源から試料に光を照射し、試料からの光を検出部で受光する際に得られる検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルを測定するフーリエ変換分光光度計の光量制御方法であって、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられ、前記検出部への入射光量を減衰させるための光量減衰機構を、前記光源から前記検出部までの光路上に設けられた光学部材における光量の減衰量に基づいて制御することにより、スペクトル測定時における前記検出部への入射光量を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光量減衰機構により検出部への入射光量を減衰させることで、その検出部に応じた入射光量に設定することができるため、スペクトル測定時における検出部への入射光量を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るフーリエ変換分光光度計の構成例を示したブロック図である。
【図２】光量減衰機構の構成例について説明するための概略図である。
【図３】図１のフーリエ変換分光光度計において検出部への入射光量を調整する際の流れを示したフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施形態に係るフーリエ変換分光光度計の構成例を示したブロック図である。
【図５】図４のフーリエ変換分光光度計において検出部への入射光量を調整する際の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るフーリエ変換分光光度計の構成例を示したブロック図である。このフーリエ変換分光光度計には、光源１、光量減衰機構２、試料室３、検出器４、増幅器５、データ処理部６及び光量制御部７などが備えられている。試料室３には、分析対象となる試料Ｓが配置される。
【００２４】
光源１からは、赤外光などの測定光が出射され、試料室３内の試料Ｓに照射される。光量減衰機構２は、例えば光源１から試料Ｓまでの光路上に設けられており、通過する光を減衰させることができる。検出器４は、試料Ｓにおける透過光又は反射光を受光し、その際に得られる検出信号が、増幅器５を介してデータ処理部６に入力される。検出器４及び増幅器５は、試料Ｓからの光を検出するための検出部８を構成している。
【００２５】
図１の例では、光量減衰機構２が光源１から試料Ｓまでの光路上に設けられているが、これに限らず、試料Ｓから検出部８までの光路上に設けられていてもよい。すなわち、光量減衰機構２は、光源１から検出部８までの光路上に設けられ、検出部８への入射光量を減衰させることができる。
【００２６】
このフーリエ変換分光光度計では、図示しないマイケルソン干渉計を光が通過することによりインターフェログラム（干渉波）が発生し、このインターフェログラムが検出部８により検出される。データ処理部６は、検出部８からの検出信号をフーリエ変換する演算処理を行い、これにより、スペクトルを測定することができる。
【００２７】
増幅器５には、検出部８における受光量を検知するための受光量検知部５１が含まれる。この受光量検知部５１は、マイケルソン干渉計において位相差が発生しない状態で、検出部８における受光量を検知する。このような状態は、例えばマイケルソン干渉計を通過しない光を利用したり、位相差が発生していないセンターバースト位置での強度を利用したりすることにより実現することができる。また、試料Ｓが光路上に挿入されていない状態でインターフェログラムを発生させ、スペクトルを測定することにより強度を得ることも可能である。受光量検知部５１による検知は、スペクトルの測定とは別に行われ、検知した受光量に基づいて光量制御部７が光量減衰機構２を制御することにより、スペクトル測定時における検出部８への入射光量を調整することができる。
【００２８】
データ処理部６及び光量制御部７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成である。データ処理部６及び光量制御部７は、別々に構成されていてもよいし、１つの制御部として一体的に構成されていてもよい。なお、受光量検知部５１は、増幅器５に含まれる構成に限らず、増幅器５とは別に構成されていてもよい。
【００２９】
このように、本実施形態では、光量減衰機構２により検出部８への入射光量を減衰させることができる。このとき、検出部８における受光量に基づいて光量減衰機構２を制御することにより、その検出部８に応じた入射光量に設定することができる。これにより、スペクトル測定時における検出部８への入射光量を適切に調整することができるため、直線性の低下やＳ／Ｎ比の低下を防止し、良好に測定を行うことができる。
【００３０】
図２は、光量減衰機構２の構成例について説明するための概略図である。図２に示すように、光源１から試料Ｓまでの光路上には、例えば複数のレンズ１１、１２が設けられている。この例では、光源１から照射された光が、レンズ１１により平行光とされた後、レンズ１２により集光されて試料Ｓに照射されるようになっている。ここでは、光源１から照射された光が複数のレンズ１１、１２を透過して検出部８に入射するような構成について説明するが、例えば集光鏡などのように、光源１から照射された光を反射させて検出部８に入射させるような構成であってもよい。
【００３１】
図２（ａ）の構成例においては、レンズ１１とレンズ１２との間の光路上に絞り機構２１が配置されている。絞り機構２１は、例えば虹彩絞り機構からなり、絞り駆動部２２の駆動により、光が通過する開口部の径を任意に調整可能となっている。すなわち、図２（ａ）の例では、光量減衰機構２が絞り機構２１及び絞り駆動部２２により構成され、光量制御部７が光量減衰機構２を制御することにより、検出部８への入射光量を連続的に減衰させることができるようになっている。
【００３２】
この図２（ａ）の例では、絞り機構２１を用いて検出部８への入射光量を任意に調整することができる。この場合、平行光の通過を絞り機構２１で制限することにより、精度よく光量を減衰させることができるため、スペクトル測定時における検出部８への入射光量をより適切に調整することができる。
【００３３】
ただし、絞り機構２１は、虹彩絞り機構のように検出部８への入射光量を連続的に減衰させることができるような構成に限らず、例えば検出部８への入射光量を段階的に減衰させることができるような構成であってもよい。また、絞り機構２１は、レンズ１１とレンズ１２の間に限らず、例えば光源１とレンズ１１との間、レンズ１２と試料Ｓとの間、又は、試料Ｓと検出部８との間に設けられた構成であってもよい。
【００３４】
図２（ｂ）の構成例においては、光源１とレンズ１１との間の光路上に複数種類の光学フィルタ２３を切り替えて挿入することができるようになっている。光学フィルタ２３は、例えば使用される検出器４の有感波長領域で減衰特性を有しており、減衰特性の異なる複数種類の光学フィルタ２３を切り替えて光路上に挿入することにより、光学フィルタ２３の種類に応じた減衰量で、検出部８への入射光量を減衰させることができる。光学フィルタ２３は、一部の波長を吸収又は反射させるものや、波長にかかわらず一部の光を吸収又は反射させるものなどであってもよい。
【００３５】
光学フィルタ２３の切替は、フィルタ切替部２４により行われる。すなわち、図２（ｂ）の例では、光量減衰機構２が光学フィルタ２３及びフィルタ切替部２４により構成され、光量制御部７が光量減衰機構２を制御することにより、検出部８への入射光量を段階的に減衰させることができるようになっている。なお、上記光学フィルタ２３は、例えばＮＤ（Neutral Density）フィルタの他、金属メッシュフィルタなども含む概念である。
【００３６】
この図２（ｂ）の例では、複数種類の光学フィルタ２３を用いて検出部８への入射光量を調整することができる。この場合、光学フィルタ２３を透過する光は平行光でなくてもよいため、光源１から検出部８までの光路上における光学フィルタ２３の挿入位置の自由度が高く、光量減衰機構２を容易に設けることができる。すなわち、光学フィルタ２３は、光源１とレンズ１１との間に限らず、例えば、レンズ１１とレンズ１２の間、レンズ１２と試料Ｓとの間、又は、試料Ｓと検出部８との間に設けられた構成であってもよい。
【００３７】
図３は、図１のフーリエ変換分光光度計において検出部８への入射光量を調整する際の流れを示したフローチャートである。検出部８への入射光量を調整する際には、まず、マイケルソン干渉計において位相差が発生しない状態で、光量減衰機構２を開状態とする（ステップＳ１０１）。この光量減衰機構２の開状態とは、図２（ａ）の例では絞り機構２１を最も開いた状態を意味し、図２（ｂ）の例では光学フィルタ２３を光路上に挿入しない状態を意味している。
【００３８】
このような状態で光源１からの光の照射を開始し（ステップＳ１０２）、検出部８における受光量を検知する（ステップＳ１０３）。そして、検知した受光量に基づいて光量減衰機構２の減衰量を決定し（ステップＳ１０４）、その決定された減衰量となるように光量減衰機構２を調整することにより（ステップＳ１０５）、検出部８への入射光量を調整することができる。
【００３９】
図４は、本発明の別の実施形態に係るフーリエ変換分光光度計の構成例を示したブロック図である。このフーリエ変換分光光度計では、光量制御部７による制御態様などが、上記実施形態とは異なっている。図４において、上記実施形態と同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施形態では、試料室３に付属品３１として設けられている光学部材に関する情報が、試料室３から光量制御部７に入力されるようになっている。付属品３１としての光学部材には、例えばマスク、プリズム又はビームスプリッタなどが含まれ、その使用態様に応じて試料Ｓに照射する光の光量を減衰させる減衰特性を有している。
【００４１】
光量制御部７は、試料室３から取得した付属品３１の情報（付属品３１の種別や状態など）に基づいて付属品３１における光量の減衰量を算出し、その減衰量に基づいて光量減衰機構２を制御することにより、スペクトル測定時における検出部８への入射光量を調整する。
【００４２】
図５は、図４のフーリエ変換分光光度計において検出部８への入射光量を調整する際の流れを示したフローチャートである。検出部８への入射光量を調整する際には、まず、試料室３から付属品３１の情報を取得し（ステップＳ２０１）、その情報に基づいて付属品３１の減衰量を算出する（ステップＳ２０２）。
【００４３】
このとき、例えば各付属品３１の減衰量として予め定められた設計上の値を積算することにより、これらの付属品３１における減衰量を算出することができる。ただし、このような構成に限らず、例えば各付属品３１が光路上にある状態と、光路上にない状態とで、それぞれ検出部８における受光量を検知することにより、実測値に基づいて付属品３１の減衰量を算出するような構成などであってもよい。
【００４４】
その後、算出された付属品３１の減衰量に基づいて光量減衰機構２の減衰量を決定し（ステップＳ２０３）、その決定された減衰量となるように光量減衰機構２を調整することにより（ステップＳ２０４）、検出部８への入射光量を調整することができる。
【００４５】
このように、本実施形態では、光量減衰機構２により検出部８への入射光量を減衰させることができる。このとき、光源１から検出部８までの光路上に設けられた付属品３１における光量の減衰量に基づいて光量減衰機構２を制御することにより、その検出部８に応じた入射光量に設定することができる。これにより、スペクトル測定時における検出部８への入射光量を適切に調整することができるため、直線性の低下やＳ／Ｎ比の低下を防止し、良好に測定を行うことができる。
【００４６】
図４の例では、付属品３１に関する情報が、試料室３から光量制御部７に入力されるような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、例えば付属品３１に関する情報を記憶している記憶部や、他の制御部などから、付属品３１に関する情報が光量制御部７に入力されるような構成であってもよい。
【００４７】
また、光量制御部７は、試料室３に付属品３１として設けられている光学部材に限らず、光源１から検出部８までの光路上に設けられた他の光学部材における光量の減衰量に基づいて、光量減衰機構２を制御することにより、検出部８への入射光量を調整するような構成であってもよい。
【００４８】
以上の実施形態では、検出器４が１つだけ示されているが、複数種類の検出器４が設けられ、それらの検出器４が所望する有感波長領域に応じて選択されるような構成であってもよい。検出器４としては、例えばＴＧＳ（焦電素子）、ボロメータ、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード又はＩｎＳｂフォトダイオードなどのフォトダイオード、ＭＣＴ光導電検出器などを例示することができる。このような複数種類の検出器４を選択して用いることにより、波数範囲が１００００ｃｍ−１〜４００ｃｍ−１程度という広範囲にわたるフーリエ変換赤外分光光度計などにおいても、良好な測定結果を得ることができる。
【００４９】
また、スペクトルを測定するための検出器４とは別に、入射光量を測定するための検出器が別途設けられた構成などであってもよい。この場合、入射光量を測定する際とスペクトル測定時とで検出器を切り替えるような機構が設けられた構成であってもよいし、ビームスプリッタなどを用いて両方の検出器に光を入射させるような構成などであってもよい。
【００５０】
ただし、本発明に係るフーリエ変換分光光度計は、赤外光を用いて測定を行うフーリエ変換赤外分光光度計に限らず、赤外領域以外の波長領域の光を用いて測定を行うようなフーリエ変換分光光度計であってもよい。
【００５１】
また、以上の実施形態では、検出部８における受光量、又は、付属品３１に関する情報が、光量制御部７に入力されるような構成について説明したが、これらの情報に限らず、データ処理部６における測定条件なども光量制御部７に入力されるような構成であってもよい。この場合、例えば操作部（図示せず）を操作することにより、測定条件を設定することができるような構成であってもよい。また、上記測定条件には、例えば検出器４の選択や、各種光学部材の状態に関する情報などが含まれていてもよい。
【００５２】
さらに、以上の実施形態を組み合わせた構成とすることも可能である。すなわち、検出部８における受光量と、付属品３１などの光学部材における光量の減衰量とに基づいて、光量減衰機構２を制御することにより、検出部８への入射光量を調整するような構成であってもよい。ただし、光量減衰機構２だけでなく、光源１も制御して、検出部８への入射光量を調整するような構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１    光源
２    光量減衰機構
３    試料室
４    検出器
５    増幅器
６    データ処理部
７    光量制御部
８    検出部
１１    レンズ
１２    レンズ
２１    絞り機構
２２    絞り駆動部
２３    光学フィルタ
２４    フィルタ切替部
３１    付属品
５１    受光量検知部
Ｓ    試料
【図１】
2015087108.tif 000003
【図２】
2015087108.tif 000004
【図３】
2015087108.tif 000005
【図４】
2015087108.tif 000006
【図５】
2015087108.tif 000007