JP2022028606A - Spectrophotometer - Google Patents

Abstract

To improve accuracy of control of an amount of light from an infrared light source in a spectrophotometer comprising the infrared light source.SOLUTION: A spectrophotometer comprises an infrared light source 10, an interferometer, a first detector, and a monitor unit. The monitor unit 1 monitors an output of the infrared light source 10. The monitor unit 1 includes a second detector 11 and a light amount control unit 12. The second detector 11 outputs a signal in accordance with an amount of output light. The light amount control unit 12 can perform such operation that the infrared light source 10 is controlled on the basis of the signal in order for the amount to approach a target amount of light. The infrared light source 10 outputs light having a first wavelength range and light having a second wavelength range different from the first wavelength range. The second detector 11 includes a first photodetection element 111 and a second photodetection element 112. The first photodetection element 111 outputs a first voltage VB in accordance with the light having the first wavelength range to the light amount control unit. The second photodetection element 112 outputs a second voltage VG in accordance with the light having the second wavelength range to the light amount control unit 12.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

Translated fromJapanese

本発明は、赤外光源を備える分光光度計に関し、より特定的には、当該赤外光源の制御に関する。 The present invention relates to a spectrophotometer including an infrared light source, and more specifically to control of the infrared light source.

従来、赤外光源を備える分光光度計が知られている。たとえば、米国特許第７１１９９０４号明細書（特許文献１）には、赤外光源から出射される光の量に応じた信号を出力する光検出器を備えるフ－リエ変換赤外（ＦＴＩＲ：Fourier transform infrared）分光光度計が開示されている。当該分光光度計においては、光検出器から出力される電圧と目標電圧との電圧差に基づいて、赤外光源から出射される光の量が目標光量において一定となるように赤外光源に対してフィードバック制御が行われる。 Conventionally, a spectrophotometer provided with an infrared light source is known. For example, US Pat. No. 7,119,904 (Patent Document 1) includes a Fourier transform infrared (FTIR) including an optical detector that outputs a signal according to the amount of light emitted from an infrared light source. infrared) A spectrophotometer is disclosed. In the spectrophotometer, the amount of light emitted from the infrared light source is constant with respect to the target light source based on the voltage difference between the voltage output from the photodetector and the target voltage. Feedback control is performed.

米国特許第７１１９９０４号明細書U.S. Pat. No. 7,119,904

特許文献１に開示されている分光光度計においては、移動鏡を含む干渉計を制御するために、レーザ光が干渉計に出射される。干渉計内における当該レーザ光の多重反射または散乱によって、当該レーザ光の一部が光検出器に達し得る。また、光検出器の構成要素の物性は、通常、温度特性を有する。赤外光源から出射される赤外光の量が同じでも、当該レーザ光および当該温度特性が外乱となり、光検出器から出力される電圧は変化し得る。そのため、赤外光源からの出射光の量と目標光量との実際の光量差は、当該光を受けた光検出器から出力される電圧と目標電圧との電圧差に対応する光量差から乖離し得る。その結果、当該電圧差に基づくフィードバック制御によっては、赤外光源からの出射光の量を目標光量に近づけることが困難になり得る。 In the spectrophotometer disclosed inPatent Document 1, laser light is emitted to the interferometer in order to control the interferometer including the moving mirror. Multiple reflections or scattering of the laser beam in the interferometer can cause a portion of the laser beam to reach the photodetector. In addition, the physical characteristics of the components of the photodetector usually have temperature characteristics. Even if the amount of infrared light emitted from the infrared light source is the same, the laser light and the temperature characteristics become disturbances, and the voltage output from the photodetector can change. Therefore, the actual light amount difference between the amount of light emitted from the infrared light source and the target light amount deviates from the light amount difference corresponding to the voltage difference between the voltage output from the photodetector that received the light and the target voltage. obtain. As a result, it may be difficult to bring the amount of light emitted from the infrared light source close to the target amount of light by the feedback control based on the voltage difference.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、赤外光源を備える分光光度計において、当該赤外光源の光量制御の精度を向上させることである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to improve the accuracy of light quantity control of an infrared light source in a spectrophotometer provided with an infrared light source.

本発明に係る分光光度計は、赤外光源と、干渉計と、第１検出器と、モニタ部とを備える。赤外光源は、赤外波長域の光を含む出射光を出射する。干渉計は、入力される当該出射光に基づいて干渉光を生成する。第１検出器は、干渉計から出力され、試料を透過または試料に反射した干渉光に基づいて生成された光を検出する。モニタ部は、赤外光源の出力を監視する。モニタ部は、第２検出器と、光量制御部とを備える。第２検出器は、出射光の量に応じた信号を出力する。光量制御部は、当該信号に基づいて当該量が目標光量に近づくように赤外光源を制御するように動作可能である。赤外光源は、第１波長域の光、および第１波長域とは異なる第２波長域の光を出射する。第２検出器は、第１光検出素子と、第２光検出素子とを備える。第１光検出素子は、第１波長域の光に応じた第１電圧を光量制御部に出力する。第２光検出素子は、第２波長域の光に応じた第２電圧を光量制御部に出力する。 The spectrophotometer according to the present invention includes an infrared light source, an interferometer, a first detector, and a monitor unit. The infrared light source emits emitted light including light in the infrared wavelength region. The interferometer generates interferometric light based on the input emitted light. The first detector detects the light that is output from the interferometer and is generated based on the interferometric light that has passed through or reflected off the sample. The monitor unit monitors the output of the infrared light source. The monitor unit includes a second detector and a light amount control unit. The second detector outputs a signal according to the amount of emitted light. The light amount control unit can operate so as to control the infrared light source so that the amount approaches the target light amount based on the signal. The infrared light source emits light in the first wavelength region and light in a second wavelength region different from the first wavelength region. The second detector includes a first photodetector and a second photodetector. The first photodetection element outputs a first voltage corresponding to the light in the first wavelength region to the light amount control unit. The second photodetector outputs a second voltage corresponding to the light in the second wavelength region to the light amount control unit.

本発明に係る分光光度計によれば、第１波長域の光に応じた第１電圧および第２波長域の光に応じた第２電圧が第２検出器から光量制御部に出力されることにより、赤外光源の光量制御の精度を向上させることができる。 According to the spectrophotometer according to the present invention, the first voltage corresponding to the light in the first wavelength region and the second voltage corresponding to the light in the second wavelength region are output from the second detector to the light amount control unit. Therefore, the accuracy of controlling the amount of light of the infrared light source can be improved.

実施の形態に係る分光光度計の一例であるＦＴＩＲの概略構成図である。It is a schematic block diagram of FTIR which is an example of a spectrophotometer according to an embodiment.赤外光源から出射される輻射光のスペクトルである。It is a spectrum of synchrotron radiation emitted from an infrared light source.比較例に係る光検出器および光量制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the photodetector and the light amount control part which concerns on a comparative example.実施の形態に係る光検出器および光量制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the photodetector and the light amount control part which concerns on embodiment.図４の光検出器に含まれる光検出素子の感度波長域を示すスペクトルである。It is a spectrum which shows the sensitivity wavelength range of the photodetection element included in the photodetector of FIG.実施の形態の変形例１に係る光検出器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the photodetector which concerns on themodification 1 of embodiment.実施の形態の変形例２に係る光検出器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the photodetector which concerns on themodification 2 of embodiment.

以下に、実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さない。また、以下では、フ－リエ変換赤外分光光度計を単にＦＴＩＲと称する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the figure are designated by the same reference numerals, and the explanation is not repeated in principle. Further, in the following, the Fourier transform infrared spectrophotometer is simply referred to as FTIR.

図１は、実施の形態に係る分光光度計の一例であるＦＴＩＲ１００の概略構成図である。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交している。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of FTIR100, which is an example of a spectrophotometer according to an embodiment. In FIG. 1, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are orthogonal to each other.

図１に示されるように、ＦＴＩＲ１００は、赤外光源１０と、モニタ部１と、コリメートミラー２１と、ミラー２２，２３と、干渉計３と、試料室４と、光検出器５（第１検出器）と、レーザ光源６（単色光源）と、光検出器６０と、ミラー６１，６２，６３とを備える。 As shown in FIG. 1, the FTIR 100 includes aninfrared light source 10, amonitor unit 1, acollimating mirror 21,mirrors 22, 23, aninterferometer 3, asample chamber 4, and a light detector 5 (first). The detector), the laser light source 6 (monochromatic light source), thelight detector 60, and themirrors 61, 62, 63 are provided.

赤外光源１０は、赤外波長域の光（赤外光）を含む出射光を出射する。モニタ部１は、光検出器１１（第２検出器）と、光量制御部１２とを含む。モニタ部１は、赤外光源１０の出力を監視する。 Theinfrared light source 10 emits emitted light including light in the infrared wavelength region (infrared light). Themonitor unit 1 includes a photodetector 11 (second detector) and a lightamount control unit 12. Themonitor unit 1 monitors the output of theinfrared light source 10.

干渉計３は、赤外光源１０から入力される出射光に基づいて赤外干渉光を生成する。干渉計３は、たとえばマイケルソン型干渉計であり、移動鏡３１と、ビームスプリッタ（ハーフミラー）３２と、固定鏡３３とを含む。移動鏡３１は、駆動機構を有し、Ｘ軸方向に直線的に移動可能である。固定鏡３３は、Ｚ軸に平行な回転軸を中心として回転可能に構成され、移動鏡３１の移動に追随するように回転角度が制御される。 Theinterferometer 3 generates infrared interferometric light based on the emitted light input from theinfrared light source 10. Theinterferometer 3 is, for example, a Michaelson type interferometer, which includes a movingmirror 31, a beam splitter (half mirror) 32, and afixed mirror 33. The movingmirror 31 has a driving mechanism and can move linearly in the X-axis direction. Thefixed mirror 33 is configured to be rotatable about a rotation axis parallel to the Z axis, and the rotation angle is controlled so as to follow the movement of themoving mirror 31.

試料室４内には、試料４０が配置されている。ＦＴＩＲ１００においては、赤外光源１０から出射される赤外光が干渉計３に導かれ、干渉計３からの赤外干渉光が試料４０を介して光検出器５に導かれる。光検出器５は、試料４０を透過した赤外干渉光に基づいて生成された光を検出する。試料４０に反射した赤外干渉光に基づいて生成された光を光検出器５が検出するようにＦＴＩＲ１００が構成されてもよい。 Asample 40 is arranged in thesample chamber 4. In the FTIR 100, the infrared light emitted from theinfrared light source 10 is guided to theinterferometer 3, and the infrared interference light from theinterferometer 3 is guided to thephotodetector 5 via thesample 40. Thephotodetector 5 detects the light generated based on the infrared interference light transmitted through thesample 40. The FTIR 100 may be configured such that thephotodetector 5 detects the light generated based on the infrared interference light reflected on thesample 40.

なお、ＦＴＩＲ１００は、光検出器５，６０からの信号を受けて分析を行うとともに、ＦＴＩＲ１００の統合的な制御を行なう不図示の制御装置を備える。光量制御部１２は、当該制御装置の一部として形成されてもよい。 The FTIR 100 includes a control device (not shown) that receives signals from thephotodetectors 5 and 60 for analysis and also performs integrated control of the FTIR 100. The lightamount control unit 12 may be formed as a part of the control device.

赤外光源１０は、たとえばグローバー光源であり、高温の赤外素子からの黒体輻射を利用した熱光源である。赤外素子は、たとえばＳｉＣまたはＳｉＮなどのセラミックに電熱線が埋め込まれて成形される。電流が赤外素子を流れることによって赤外素子が１０００Ｋ～１５００Ｋに加熱されて、赤外光を含む輻射光（出射光）が赤外素子から発生して赤外光源１０から出射される。温度Ｔの赤外素子から発生する波長λの光の強度（輻射スペクトル）Ｂ（λ，Ｔ）は、以下の式（１）に示されるプランクの輻射公式によって表される。なお、式（１）において、ｈはプランク定数であり、ｃは光速であり、ｋはボルツマン定数である。 Theinfrared light source 10 is, for example, a glover light source, which is a thermal light source utilizing blackbody radiation from a high-temperature infrared element. The infrared element is formed by embedding a heating wire in a ceramic such as SiC or SiC. The infrared element is heated to 1000K to 1500K by the current flowing through the infrared element, and synchrotron radiation (emitted light) including infrared light is generated from the infrared element and emitted from theinfrared light source 10. The intensity (radiation spectrum) B (λ, T) of light having a wavelength λ generated from an infrared element having a temperature T is expressed by Planck's radiation formula shown in the following equation (1). In equation (1), h is Planck's constant, c is the speed of light, and k is Boltzmann's constant.

図２は、赤外光源１０から出射される輻射光のスペクトルである。図２において、曲線Ｃ１１は、温度Ｔ_１における輻射スペクトルＢ（λ，Ｔ_１）を表す。曲線Ｃ１２は、温度Ｔ_２（＜Ｔ_１）における輻射スペクトルＢ（λ，Ｔ_２）を表す。曲線Ｃ１３は、温度Ｔ_３（＜Ｔ_２）輻射スペクトルＢ（λ，Ｔ_３）を表す。図２に示されるように、輻射スペクトルＢ（λ，Ｔ_１）～Ｂ（λ，Ｔ_３）の各々は、赤外領域（０．７８μｍ～１０００μｍ）に含まれる２μｍ～３μｍの波長域において強度のピーク（最大値）を有する。FIG. 2 is a spectrum of synchrotron radiation emitted from the infraredlight source 10. In FIG. 2, the curve C11 represents the radiation spectrum B (λ, T₁ ) at the temperature T₁ . The curve C12 represents the radiation spectrum B (λ, T₂ ) at the temperature T₂ (<T₁ ). The curve C13 represents the temperature T₃ (<T₂ ) radiation spectrum B (λ, T₃ ). As shown in FIG. 2, each of the radiation spectra B (λ, T₁ ) to B (λ, T₃ ) has an intensity in the wavelength range of 2 μm to 3 μm included in the infrared region (0.78 μm to 1000 μm). Has a peak (maximum value) of.

なお、分析に用いる赤外光の波長域に応じて、赤外光源が切り替えられてもよい。たとえば、当該波長域が近赤外領域（０．７８μｍ～２μｍ）の場合には赤外光源がハロゲン光源に切り替えられ、当該波長域が中赤外領域（２μｍ～４μｍ）および遠赤外領域（４μｍ～１０００μｍ）の場合には赤外光源がセラミック光源に切り替えられてもよい。 The infrared light source may be switched according to the wavelength range of the infrared light used for the analysis. For example, when the wavelength region is in the near infrared region (0.78 μm to 2 μm), the infrared light source is switched to the halogen light source, and the wavelength region is in the mid-infrared region (2 μm to 4 μm) and the far infrared region (2 μm to 4 μm). In the case of 4 μm to 1000 μm), the infrared light source may be switched to a ceramic light source.

再び図１を参照して、光検出器１１は、赤外光源１０から出射される輻射光を受けて、当該輻射光の量に応じた信号を光量制御部１２に出力する。光量制御部１２は、当該信号に基づいて、赤外光源１０から出射される輻射光の量が目標光量に近づくように赤外光源１０に対してフィードバック制御を行うように動作可能である。 With reference to FIG. 1 again, thephotodetector 11 receives the synchrotron radiation emitted from the infraredlight source 10 and outputs a signal corresponding to the amount of the synchrotron radiation to the lightamount control unit 12. The lightamount control unit 12 can operate so as to perform feedback control on the infraredlight source 10 so that the amount of radiant light emitted from the infraredlight source 10 approaches the target light amount based on the signal.

赤外光源１０から拡散する光束として出射された赤外光は、コリメートミラー２１によって平行な光束（コリメート光）に変換されてビームスプリッタ３２に導かれる。赤外光源１０から出射される赤外光が収束されてから、アパーチャを介してコリメートミラー２１に導かれてもよい。 The infrared light emitted as a luminous flux diffused from the infraredlight source 10 is converted into a parallel luminous flux (colimated light) by thecollimating mirror 21 and guided to thebeam splitter 32. After the infrared light emitted from the infraredlight source 10 is converged, it may be guided to thecollimating mirror 21 via the aperture.

ビームスプリッタ３２に導かれた赤外光は、ビームスプリッタ３２によって、移動鏡３１に向かう赤外光と固定鏡３３に向かう赤外光に分割される。移動鏡３１からの反射光と固定鏡３３からの反射光とがビームスプリッタ３２において干渉することにより、赤外干渉光が干渉計３から出力される。赤外干渉光の強度（振幅）は、移動鏡３１の移動によって変化する。 The infrared light guided to thebeam splitter 32 is split into infrared light directed to the movingmirror 31 and infrared light directed to the fixedmirror 33 by thebeam splitter 32. When the reflected light from the movingmirror 31 and the reflected light from the fixedmirror 33 interfere with each other in thebeam splitter 32, the infrared interference light is output from theinterferometer 3. The intensity (amplitude) of the infrared interference light changes with the movement of the movingmirror 31.

レーザ光源６は、干渉計３を制御するためのＨｅＮｅレーザ光（単色光）を出射する。ＨｅＮｅレーザ光の波長は、６３２．８ｎｍである。レーザ光源６から出射されたＨｅＮｅレーザ光は、ミラー６１を通過した後、ミラー６２，６３に反射されてビームスプリッタ３２に導かれる。ビームスプリッタ３２に導かれたＨｅＮｅレーザ光は、ビームスプリッタ３２によって移動鏡３１に向かうＨｅＮｅレーザ光と固定鏡３３に向かうＨｅＮｅレーザ光に分割される。移動鏡３１からの反射光と固定鏡３３からの反射光とがビームスプリッタ３２において干渉することにより、レーザ干渉光が発生する。ビームスプリッタ３２からのレーザ干渉光は、ミラー６３，６２，６１によって光検出器６０に導かれる。移動鏡３１が一定速度で移動する場合、レーザ干渉光の強度は一定周波数の正弦波であるレーザ光干渉縞信号として検出される。当該干渉縞信号に基づいて移動鏡３１の位置おおよび速度、ならびに固定鏡３３の角度が制御される。なお、レーザ光源６から出射される単色光は、ＨｅＮｅレーザ光に限定されない。 Thelaser light source 6 emits HeNe laser light (monochromatic light) for controlling theinterferometer 3. The wavelength of the HeNe laser beam is 632.8 nm. The HeNe laser beam emitted from thelaser light source 6 passes through themirror 61, is reflected by themirrors 62 and 63, and is guided to thebeam splitter 32. The HeNe laser beam guided to thebeam splitter 32 is split into a HeNe laser beam directed to the movingmirror 31 and a HeNe laser beam directed to the fixedmirror 33 by thebeam splitter 32. Laser interference light is generated by the interference between the reflected light from the movingmirror 31 and the reflected light from the fixedmirror 33 in thebeam splitter 32. The laser interference light from thebeam splitter 32 is guided to thephotodetector 60 by themirrors 63, 62, 61. When the movingmirror 31 moves at a constant speed, the intensity of the laser interference light is detected as a laser light interference fringe signal which is a sine wave having a constant frequency. The position and speed of the movingmirror 31 and the angle of the fixedmirror 33 are controlled based on the interference fringe signal. The monochromatic light emitted from thelaser light source 6 is not limited to the HeNe laser light.

干渉計３から出力された赤外干渉光は、ミラー２２によって試料４０に収束される。試料４０を通過した赤外干渉光は、ミラー２３によって光検出器５に収束される。光検出器５によって検出された赤外干渉光の強度信号に基づいて、インターフェログラムが作成される。インターフェログラムにおいては、通常、赤外干渉光の強度が縦軸とされ、移動鏡３１からの反射光と固定鏡３３からの反射光との光路差が横軸とされる。インターフェログラムにおいては、光路差が０の場合に赤外干渉光の強度のピークが生じる。インターフェログラムをフーリエ変換することにより、強度を縦軸とし、波数（または波長）を横軸とするパワースペクトルが作成される。赤外干渉光を試料４０に照射したときに得られるパワースペクトルを、試料４０の無い状態で得られるバックグラウンドのパワースペクトルで除することにより、試料４０の反射率スペクトルまたは透過率スペクトルが得られる。こられのスペクトルからは、試料４０に特有のピーク情報が得られる。 The infrared interference light output from theinterferometer 3 is converged on thesample 40 by themirror 22. The infrared interference light that has passed through thesample 40 is converged on thephotodetector 5 by themirror 23. An interferogram is created based on the intensity signal of the infrared interference light detected by thephotodetector 5. In the interferogram, the intensity of the infrared interference light is usually on the vertical axis, and the optical path difference between the reflected light from the movingmirror 31 and the reflected light from the fixedmirror 33 is on the horizontal axis. In the interferogram, when the optical path difference is 0, a peak in the intensity of infrared interference light occurs. By Fourier transforming the interferogram, a power spectrum with the intensity on the vertical axis and the wave number (or wavelength) on the horizontal axis is created. The reflectance spectrum or transmittance spectrum of thesample 40 can be obtained by dividing the power spectrum obtained when thesample 40 is irradiated with infrared interference light by the background power spectrum obtained in the absence of thesample 40. .. From these spectra, peak information peculiar to thesample 40 can be obtained.

次に、ＦＴＩＲ１００における赤外光源１０のフィードバック制御において解決される課題を説明するため、図３を用いて、モニタ部１の比較例について説明する。 Next, in order to explain the problem solved in the feedback control of the infraredlight source 10 in theFTIR 100, a comparative example of themonitor unit 1 will be described with reference to FIG.

図３は、比較例に係るモニタ部９の構成を示す図である。図３の赤外光源１０は、図１に示される赤外光源１０に対応する。図３に示されるように、モニタ部９は、光検出器９１と、光量制御部９２とを含む。赤外光源１０は、ケース１０１と、赤外素子１０２とを含む。ケース１０１の側面には、開口部１０３が形成されている。赤外素子１０２は、ケース１０１に収容されている。赤外素子１０２に光量制御部９２から電力が供給されることにより、赤外素子１０２が発熱し、赤外素子１０２から赤外光を含む輻射光が発生する。当該輻射光は、開口部１０３から出射される。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of themonitor unit 9 according to the comparative example. The infraredlight source 10 of FIG. 3 corresponds to the infraredlight source 10 shown in FIG. As shown in FIG. 3, themonitor unit 9 includes aphotodetector 91 and a lightamount control unit 92. The infraredlight source 10 includes acase 101 and aninfrared element 102. Anopening 103 is formed on the side surface of thecase 101. Theinfrared element 102 is housed in thecase 101. When power is supplied to theinfrared element 102 from the lightamount control unit 92, theinfrared element 102 generates heat, and synchrotron radiation including infrared light is generated from theinfrared element 102. The synchrotron radiation is emitted from theopening 103.

光検出器９１は、光検出素子９１１と、信号処理部９１０とを含む。光検出素子９１１は、赤外光源１０からの出射光の特定の波長域に対して受光感度を有する。光検出素子９１１は、当該波長域（感度波長域）に含まれる光に応じた電圧Ｖを信号処理部９１０を介して光量制御部９２に出力する。光検出素子９１１としては、たとえば、近赤外領域に受光感度を有するＩｎＧａＡｓ型のフォトダイオード、可視領域（３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）に受光感度を有するＳｉＰＩＮ型のフォトダイオード、あるいはカラーセンサを挙げることができる。信号処理部９１０は、光検出素子９１１からの信号に所定の処理（たとえばＡＤ（Analog-to-Digital）変換）を行って電圧Ｖに対応する信号を出力する。 Thephotodetector 91 includes aphotodetector 911 and asignal processing unit 910. Thephotodetection element 911 has light receiving sensitivity for a specific wavelength range of the light emitted from the infraredlight source 10. Thephotodetection element 911 outputs a voltage V corresponding to the light contained in the wavelength region (sensitivity wavelength region) to the lightamount control unit 92 via thesignal processing unit 910. Examples of thephotodetection element 911 include an InGaAs type photodiode having a light receiving sensitivity in the near infrared region, a SiPIN type photodiode having a light receiving sensitivity in the visible region (380 nm to 780 nm), and a color sensor. .. Thesignal processing unit 910 performs predetermined processing (for example, AD (Analog-to-Digital) conversion) on the signal from thephotodetection element 911 and outputs a signal corresponding to the voltage V.

光量制御部９２は、ゲインＧを有する差動増幅部９２２と、光源駆動部１２３とを含む。差動増幅部９２２は、電圧Ｖと目標電圧Ｖ_０との電圧差ΔＶ_ｄを増幅して光源駆動部１２３に信号ΔＧ_ｄ（＝Ｇ・ΔＶ_ｄ）を出力する。光源駆動部１２３は、電圧差ΔＶ_ｄが０となるように赤外光源１０に電力を供給する。光源駆動部１２３は、たとえば、ＤＡコンバータと、差動増幅器と、電圧－電流変換回路と、電流検出抵抗と、フィードバック回路とを含む。電圧－電流変換回路は、トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）を含む。電圧－電流変換回路に替えてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調回路およびブリッジ回路が用いられてもよい。フィードバック回路は、電流検出抵抗によって検出された電流の電圧を差増増幅器へ負帰還する。差動増幅部９２２は、たとえばファームウェア、またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって実現される。The lightamount control unit 92 includes adifferential amplification unit 922 having a gain G and a lightsource drive unit 123. Thedifferential amplification unit 922 amplifies the voltage difference ΔV_d between the voltage V and the target voltage V₀ , and outputs a signal ΔG_d (= G · ΔV_d ) to the lightsource drive unit 123. The lightsource driving unit 123 supplies electric power to the infraredlight source 10 so that the voltage difference ΔV_d becomes 0. The lightsource drive unit 123 includes, for example, a DA converter, a differential amplifier, a voltage-current conversion circuit, a current detection resistor, and a feedback circuit. The voltage-to-current conversion circuit includes a transistor or MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). A PWM (Pulse Width Modulation) modulation circuit and a bridge circuit may be used instead of the voltage-current conversion circuit. The feedback circuit negatively feeds back the voltage of the current detected by the current detection resistor to the differential amplifier. Thedifferential amplification unit 922 is realized by, for example, firmware or FPGA (Field Programmable Gate Array).

光検出素子９１１の温度係数をΔβとし、光検出器９１の温度と基準温度（たとえばＦＴＩＲ１００起動時の光検出器９１の温度）との温度差をΔＴ_ａとし、赤外光源１０からの出射光の量と目標光量との差に対応する電圧差をΔＶとすると、電圧Ｖは、以下の式（２）のように表される。The temperature coefficient of thephotodetector 911 is Δβ, the temperature difference between the temperature of thephotodetector 91 and the reference temperature (for example, the temperature of thephotodetector 91 when theFTIR 100 is started) is ΔT_a , and the light emitted from the infraredlight source 10 is emitted. Assuming that the voltage difference corresponding to the difference between the amount of light and the target light amount is ΔV, the voltage V is expressed by the following equation (2).

光検出器９１の温度がＴ_ａで安定している恒温環境における電圧Ｖの測定値Ｖ_Ｔａと、光検出器９１の温度がＴ_ｂ（＝Ｔ_ａ＋ΔＴ_ａ０）で安定している恒温環境における電圧Ｖの測定値Ｖ_Ｔｂとを用いて、温度係数Δβは以下の式（３）のように表される。The measured value V_Ta of the voltage V in a constant temperature environment where the temperature of theoptical detector 91 is stable at Ta, and the temperature of theoptical detector 91 in_a constant temperature environment where the temperature is stable at T_b( = Ta + ΔT_a0 ). Using the measured value_VTb of the voltage V, the temperature coefficient Δβ is expressed by the following equation (3).

目標電圧Ｖ_０は、赤外光源１０からの出射光の目標光量に対応する電圧として、理論的な分析および実機実験によって予め定められた値である。目標電圧Ｖ_０は、赤外素子１０２の温度Ｔが１０００Ｋ～１５００Ｋの範囲の或る温度となるように定められる。目標電圧Ｖ_０は、このように予め定められた複数の値からユーザによって選択されてもよいし、ユーザによって変更可能であってもよい。目標電圧Ｖ_０の近傍の電圧Ｖにおいては、目標電圧Ｖ_０と温度Ｔとの関係は以下の式（４）のような線形式として表される。The target voltage V₀ is a voltage corresponding to the target amount of light emitted from the infraredlight source 10 and is a value predetermined by theoretical analysis and an actual machine experiment. The target voltage V₀ is set so that the temperature T of theinfrared element 102 is a certain temperature in the range of 1000K to 1500K. The target voltage V₀ may be selected by the user from a plurality of values predetermined in this way, or may be changed by the user. At a voltage V near the target voltage V₀ , the relationship between the target voltage V₀ and the temperature T is expressed as a linear form as shown in the following equation (4).

式（４）において、係数ｐおよび定数項ｑの各々は、ＦＴＩＲ１００における光検出器９１と赤外光源１０との位置関係等によって定まるＦＴＩＲ１００に固有の装置定数である。係数ｐおよび定数項ｑは、光検出器９１および赤外光源１０の周囲の温度が一定の恒温環境において予め測定された既知の値である。 In the equation (4), each of the coefficient p and the constant term q is a device constant unique to theFTIR 100 determined by the positional relationship between thephotodetector 91 and the infraredlight source 10 in theFTIR 100. The coefficient p and the constant term q are known values measured in advance in a constant temperature environment where the ambient temperature of thephotodetector 91 and the infraredlight source 10 is constant.

式（２）より、電圧Ｖと目標電圧Ｖ_０との単なる電圧差ΔＶ_ｄ（＝Ｖ－Ｖ_０）は、以下の式（５）のように表される。From the equation (2), the simple voltage difference ΔV_d (= V−V₀ ) between the voltage V and the target voltage V₀ is expressed by the following equation (5).

式（５）より、電圧差ΔＶ_ｄには、電圧差ΔＶに加えて、光検出素子９１１の温度特性に由来する値が含まれる。電圧差ΔＶ_ｄは電圧差ΔＶとは異なるため、電圧差ΔＶ_ｄに基づくフィードバック制御によっては、赤外光源１０からの出射光の量を目標光量に近づけることが困難である。赤外光源１０の光量制御の精度を向上させるためには、電圧差ΔＶに基づいてフィードバック制御を行なう必要がある。式（２）から電圧差ΔＶを求めるには、温度差ΔＴ_ａを求める必要がある。しかし、ＦＴＩＲ１００が稼働している実際の環境は恒温環境ではないため、光検出器９１の温度差ΔＴ_ａをリアルタイムに取得することは困難である。温度差ΔＴ_ａが未知である場合、式（２）からは電圧差ΔＶを算出することができない。From the equation (5), the voltage difference ΔV_d includes a value derived from the temperature characteristic of thephotodetection element 911 in addition to the voltage difference ΔV. Since the voltage difference ΔV_d is different from the voltage difference ΔV, it is difficult to bring the amount of light emitted from the infraredlight source 10 close to the target amount of light by the feedback control based on the voltage difference ΔV_d . In order to improve the accuracy of the light amount control of the infraredlight source 10, it is necessary to perform feedback control based on the voltage difference ΔV. In order to obtain the voltage difference ΔV from the equation (2), it is necessary to obtain the temperature difference ΔT_a . However, since the actual environment in which theFTIR 100 is operating is not a constant temperature environment, it is difficult to acquire the temperature difference ΔT_a of thephotodetector 91 in real time. When the temperature difference ΔT_a is unknown, the voltage difference ΔV cannot be calculated from the equation (2).

そこで、ＦＴＩＲ１００においては、感度波長域が互いに異なる複数のフォトダイオードからそれぞれ出力される複数の電圧を用いて、電圧差ΔＶおよび温度差ΔＴ_ａを未知数とする２つ以上の二元一次方程式を連立する。２つの二元一次方程式を用いることにより温度差ΔＴ_ａを消去することができるため、電圧差ΔＶを導出することができる。ＦＴＩＲ１００によれば、赤外光源１０からの出射光の量と目標光量との差に対応する電圧差ΔＶに基づくフィードバック制御が可能になるため、赤外光源１０の光量制御の精度を向上させることができる。Therefore, in theFTIR 100, two or more two-dimensional linear equations having a voltage difference ΔV and a temperature difference ΔT_a as unknowns are simultaneously generated by using a plurality of voltages output from a plurality of photodiodes having different sensitivity wavelength ranges. do. Since the temperature difference ΔT_a can be eliminated by using the two binary linear equations, the voltage difference ΔV can be derived. According to theFTIR 100, feedback control based on the voltage difference ΔV corresponding to the difference between the amount of emitted light from the infraredlight source 10 and the target amount of light becomes possible, so that the accuracy of the light amount control of the infraredlight source 10 can be improved. Can be done.

図４は、実施の形態に係るモニタ部１の構成を示す図である。図４において、赤外光源１０および光源駆動部１２３は、図３に示される赤外光源１０および光源駆動部１２３と同様である。 FIG. 4 is a diagram showing the configuration of themonitor unit 1 according to the embodiment. In FIG. 4, the infraredlight source 10 and the lightsource driving unit 123 are the same as the infraredlight source 10 and the lightsource driving unit 123 shown in FIG.

図４に示されるように、光検出器１１は、光検出素子１１１（第１光検出素子）と、光検出素子１１２（第２光検出素子）と、光検出素子１１３と、光検出素子１１４（第３光検出素子）と、信号処理部１１０とを含む。光量制御部１２は、演算部１２１と、ゲインＧを有する増幅部１２２と、光源駆動部１２３とを含む。 As shown in FIG. 4, thephotodetector 11 includes a photodetection element 111 (first photodetection element), a photodetection element 112 (second photodetection element), aphotodetection element 113, and aphotodetection element 114. (Third photodetection element) and asignal processing unit 110 are included. The lightamount control unit 12 includes acalculation unit 121, anamplification unit 122 having a gain G, and a lightsource drive unit 123.

光検出素子１１１～１１４は、図５に示されるような波長域ＷＢ１（４００ｎｍ～５４０ｎｍ），波長域ＷＢ２（４５０ｎｍ～６３０ｎｍ），波長域ＷＢ３（５７５ｎｍ～６６０ｎｍ），波長域ＷＢ４（７８５ｎｍ～８８５ｎｍ）に対してそれぞれ受光感度を有する。なお、図５の曲線Ｃ１は、図２の曲線Ｃ１１に対応する赤外光源１０からの出射光のスペクトルである。 Thephotodetectors 111 to 114 have a wavelength range WB1 (400 nm to 540 nm), a wavelength range WB2 (450 nm to 630 nm), a wavelength range WB3 (575 nm to 660 nm), and a wavelength range WB4 (785 nm to 885 nm) as shown in FIG. Each has a light receiving sensitivity. The curve C1 in FIG. 5 is a spectrum of the emitted light from the infraredlight source 10 corresponding to the curve C11 in FIG.

図４および図５を参照して、光検出素子１１１は、波長域ＷＢ１に含まれる光に応じた電圧Ｖ_Ｂを信号処理部１１０を介して演算部１２１に出力する。光検出素子１１２は、波長域ＷＢ２に含まれる光に応じた電圧Ｖ_Ｇを信号処理部１１０を介して演算部１２１に出力する。光検出素子１１３は、波長域ＷＢ３に含まれる光に応じた電圧Ｖ_Ｒを信号処理部１１０を介して演算部１２１に出力する。光検出素子１１４は、波長域ＷＢ４に含まれる光に応じた電圧Ｖ_ＩＲを信号処理部１１０を介して演算部１２１に出力する。信号処理部１１０は、光検出素子１１１～１１４からの信号に所定の処理（たとえばＡＤ変換）を行って電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲに対応する信号を演算部１２１に出力する。信号処理部１１０は、たとえば、ＡＤコンバータを含む。With reference to FIGS. 4 and 5, thephotodetection element 111 outputs a voltage V_B corresponding to the light contained in thewavelength region WB 1 to thecalculation unit 121 via thesignal processing unit 110. Thephotodetection element 112 outputs the voltage_VG corresponding to the light contained in thewavelength region WB 2 to thecalculation unit 121 via thesignal processing unit 110. Thephotodetection element 113 outputs a voltage_VR corresponding to the light contained in thewavelength region WB 3 to thecalculation unit 121 via thesignal processing unit 110. Thephotodetection element 114 outputs the voltage_VIR corresponding to the light contained in thewavelength region WB 4 to thecalculation unit 121 via thesignal processing unit 110. Thesignal processing unit 110 performs predetermined processing (for example, AD conversion) on the signals from thephotodetection elements 111 to 114, and outputs signals corresponding to the voltages_BB ,_{VG, VR, and VIRtothe}calculation unit 121. .. Thesignal processing unit 110 includes, for example, an AD converter.

演算部１２１は、電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲから電圧差ΔＶを算出して、電圧差ΔＶを増幅部１２２に出力する。増幅部１２２は、電圧差ΔＶを増幅して光源駆動部１２３に信号ΔＧ（＝Ｇ・ΔＶ）を出力する。光源駆動部１２３は、電圧差ΔＶが０となるように赤外光源１０に電力を供給する。Thecalculation unit 121 calculates the voltage difference ΔV from the voltages V_B , V_G ,_VR , and V_IR , and outputs the voltage difference ΔV to theamplification unit 122. Theamplification unit 122 amplifies the voltage difference ΔV and outputs a signal ΔG (= G · ΔV) to the lightsource drive unit 123. The lightsource driving unit 123 supplies electric power to the infraredlight source 10 so that the voltage difference ΔV becomes zero.

演算部１２１および増幅部１２２は、たとえばファームウェア、またはＦＰＧＡによって実現される。演算部１２１は、たとえば、プログラム言語またはハードウェア記述言語により構築される減算器を含む。増幅部１２２は、たとえば、デジタル値を増幅する構成として、プログラム言語またはハードウェア記述言語により構築される増幅器を含む。増幅部１２２は、デジタル値をアナログ値に変換するＤＡ（Digital-to-Analog）コンバータと、当該アナログ値を増幅するオペアンプを含んでもよい。なお、増幅部１２２がアナログ値を出力する場合、光源駆動部１２３はＤＡコンバータを含んでいる必要はない。演算部１２１および増幅部１２２は、メモリに保存されたプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって実現されてもよい。以下では、演算部１２１によって行われる電圧差ΔＶの導出過程について説明する。 Thearithmetic unit 121 and theamplification unit 122 are realized by, for example, firmware or FPGA. Thearithmetic unit 121 includes, for example, a subtractor constructed by a programming language or a hardware description language. Theamplification unit 122 includes, for example, an amplifier constructed by a programming language or a hardware description language as a configuration for amplifying a digital value. Theamplification unit 122 may include a DA (Digital-to-Analog) converter that converts a digital value into an analog value, and an operational amplifier that amplifies the analog value. When theamplification unit 122 outputs an analog value, the lightsource drive unit 123 does not need to include a DA converter. Thearithmetic unit 121 and theamplification unit 122 may be realized by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory. Hereinafter, the process of deriving the voltage difference ΔV performed by thecalculation unit 121 will be described.

電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲの各々は、式（２）に示される電圧Ｖと同様に、以下の（６）のように表される。Each of the voltages V_B , V_G ,_VR , and V_IR is expressed as shown in (6) below, similarly to the voltage V represented by the equation (2).

なお、式（６）は、以下の式（７Ａ），（７Ｂ），（７Ｃ），（７Ｄ）がまとめられた式である。 The formula (6) is a combination of the following formulas (7A), (7B), (7C), and (7D).

以下では、式（７Ａ）～（７Ｄ）のように、添え字以外が同型の複数の式は、式（６）のようにまとめて表現される。 In the following, a plurality of expressions having the same type other than the subscripts, such as the expressions (7A) to (7D), are collectively expressed as the expression (6).

式（６）において、電圧Ｖ_Ｂ０，Ｖ_Ｇ０，Ｖ_Ｒ０，Ｖ_ＩＲ０は、赤外光源１０からの出射光の目標光量に対応する光検出素子１１１～１１４のそれぞれの目標電圧である。電圧差ΔＶ_Ｂ，ΔＶ_Ｇ，ΔＶ_Ｒ，ΔＶ_ＩＲは、赤外光源１０からの出射光の量と目標光量との差に対応する光検出素子１１１～１１４のそれぞれの電圧差である。温度係数Δβ_Ｂ，Δβ_Ｇ，Δβ_Ｒ，Δβ_ＩＲは、光検出素子１１１～１１４のそれぞれの温度係数である。温度差ΔＴ_ａは、式（２）の温度差ΔＴ_ａと同様である。In the formula (6), the voltages V_B0 ,_VG0 ,_VR0 , and_VIR0 are the target voltages of thephotodetectors 111 to 114 corresponding to the target amount of light emitted from the infraredlight source 10. The voltage differences ΔV_B ,_ΔVG ,_ΔVR , and ΔV_IR are the voltage differences of thephotodetectors 111 to 114 corresponding to the difference between the amount of light emitted from the infraredlight source 10 and the target amount of light. The temperature coefficients Δβ_B , Δβ_G , Δβ_R , and Δβ_IR are the temperature coefficients of thephotodetectors 111 to 114, respectively. The temperature difference ΔT_a is the same as the temperature difference ΔT_a in the equation (2).

目標電圧Ｖ_Ｂ０，Ｖ_Ｇ０，Ｖ_Ｒ０，Ｖ_ＩＲ０は、光検出素子１１１～１１４のそれぞれのバンドゲインχ_Ｂ，χ_Ｇ，χ_Ｒ，χ_ＩＲおよび目標電圧Ｖ_０を用いて、以下の式（８）のように表される。The target voltage V_B0 , V_G0 , V_R0 ,V_IR 0 is calculated by the following equation using the band gains χ_B , χ_G , χ_R , χ_IR and the target voltage V₀ of thephotodetectors 111 to 114, respectively. It is expressed as 8).

また、電圧差ΔＶ_Ｂ，ΔＶ_Ｇ，ΔＶ_Ｒ，ΔＶ_ＩＲも、バンドゲインχ_Ｂ，χ_Ｇ，χ_Ｒ，χ_ＩＲおよび電圧差ΔＶを用いて、以下の式（９）のように表される。Further, the voltage difference ΔV_B ,_ΔVG ,_ΔVR , and ΔV_IR are also expressed by the following equation (9) using the band gains χ_B , χ_G , χ_R , χ_IR , and the voltage difference ΔV. ..

目標電圧Ｖ_Ｂ０，Ｖ_Ｇ０，Ｖ_Ｒ０，Ｖ_ＩＲ０のそれぞれの近傍の電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲにおいて、バンドゲインχ_Ｂ，χ_Ｇ，χ_Ｒ，χ_ＩＲは、一定であり、予め算出されている。The band gains χ_B , χ_G , χ_R , and χ_IR are constant at the voltages V_B , V_G ,_VR , and V_IR in the vicinity of the target voltages V_{B 0} , V_{G 0} , VR₀ , andV_IR 0, respectively. , Pre-calculated.

温度係数Δβ_Ｂ，Δβ_Ｇ，Δβ_Ｒ，Δβ_ＩＲは、式（３）と同様に、以下の式（１０）のように表される。The temperature coefficients Δβ_B , Δβ_G , Δβ_R , and Δβ_IR are expressed by the following equation (10), similarly to the equation (3).

式（１０）において、電圧Ｖ_Ｂ＿Ｔａ，Ｖ_Ｇ＿Ｔａ，Ｖ_Ｒ＿Ｔａ，Ｖ_{ＩＲ＿Ｔａ}は、光検出器１１の温度がＴ_ａで安定している恒温環境における電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲのそれぞれの測定値である。電圧Ｖ_Ｂ＿Ｔｂ，Ｖ_Ｇ＿Ｔｂ，Ｖ_Ｒ＿Ｔｂ，Ｖ_{ＩＲ＿Ｔｂ}は、光検出器１１の温度がＴ_ｂで安定している恒温環境における電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲのそれぞれの測定値である。In equation (10), the voltages V_{B_Ta} , V_{G_Ta} ,_{VR_Ta} , V_{IR_Ta} are the voltages V_B , V_G ,_VR , V_IR in_a constant temperature environment in which the temperature of thephotodetector 11 is stable at Ta. It is each measured value. The voltages V_{B_Tb} , V_{G_Tb} ,_{VR_Tb} , and V_{IR_Tb} are measured values of the voltages V_B , V_G ,_VR , and V_IR in a constant temperature environment in which the temperature of thephotodetector 11 is stable at T_b . ..

目標電圧Ｖ_Ｂ０，Ｖ_Ｇ０，Ｖ_Ｒ０，Ｖ_ＩＲ０のそれぞれの近傍の電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲにおいては、電圧Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｒ，Ｖ_ＩＲと赤外素子１０２の温度Ｔとの関係は、式（４）と同様に、以下の式（１１）のような線形式として表される。In the voltage V_B , V_G , V_R , V_IR in the vicinity of the target voltage V_{B 0} , V_{G 0} , V_{R 0} ,V_IR 0, the voltage V_B , V_G , V_R , V_IR and theinfrared element 102 The relationship between the above and the temperature T is expressed as a linear form as shown in the following equation (11), similarly to the equation (4).

式（１１）において、係数ｐ_Ｂ，ｐ_Ｇ，ｐ_Ｒ，ｐ_ＩＲおよび定数項ｑ_Ｂ，ｑ_Ｇ，ｑ_Ｒ，ｑ_ＩＲの各々は、ＦＴＩＲ１００における光検出器１１と赤外光源１０との位置関係等によって定まるＦＴＩＲ１００に固有の装置定数である。係数ｐ_Ｂ，ｐ_Ｇ，ｐ_Ｒ，ｐ_ＩＲおよび定数項ｑ_Ｂ，ｑ_Ｇ，ｑ_Ｒ，ｑ_ＩＲは、光検出器１１および赤外光源１０の周囲の温度が一定の恒温環境において予め測定された既知の値である。In equation (11), the coefficients p_B , p_G , p_R , p_IR and the constant terms q_B , q_G , q_R , q_IR are the positions of thephotodetector 11 and the infraredlight source 10 in theFTIR 100, respectively. It is a device constant peculiar to FTIR100 determined by a relationship or the like. The coefficients p_B , p_G , p_R , p_IR and the constant terms q_B , q_G , q_R , q_IR are pre-measured in a constant temperature environment where the ambient temperature of thephotodetector 11 and the infraredlight source 10 is constant. It is a known value.

式（８），（９）が代入された式（７Ａ）～（７Ｄ）において、未知数は、電圧差ΔＶおよび温度差ΔＴ_ａである。すなわち、式（７Ａ）～（７Ｄ）の各々は、二元一次方程式である。式（７Ａ）～（７Ｄ）のうちから選択された２つの二元一次方程式を用いて、温度差ΔＴ_ａが消去されて、電圧差ΔＶが導かれる。In the equations (7A) to (7D) to which the equations (8) and (9) are substituted, the unknowns are the voltage difference ΔV and the temperature difference ΔT_a . That is, each of the equations (7A) to (7D) is a binary linear equation. Using the two binary linear equations selected from the equations (7A) to (7D), the temperature difference ΔT_a is eliminated and the voltage difference ΔV is derived.

ここで、干渉計３内におけるレーザ光源６からのＨｅＮｅレーザ光の多重反射または散乱によって、当該ＨｅＮｅレーザ光の一部が光検出器１１に達し得る。ＨｅＮｅレーザ光の波長（６３２．８ｎｍ）は、光検出素子１１３の波長域ＷＢ３（５７５ｎｍ～６６０ｎｍ）に含まれる。そのため、光検出器１１に達するＨｅＮｅレーザ光は、電圧差ΔＶの算出において精度を低下させる外乱となる。そこで、演算部１２１は、光検出素子１１３に関する式（７Ｃ）を用いずに電圧差ΔＶを算出する。電圧差ΔＶの導出過程から外乱としてのＨｅＮｅレーザ光の影響が排除されるため、赤外光源１０の光量制御の精度をさらに向上させることができる。 Here, a part of the HeNe laser light may reach thephotodetector 11 due to multiple reflection or scattering of the HeNe laser light from thelaser light source 6 in theinterferometer 3. The wavelength of the HeNe laser beam (632.8 nm) is included in the wavelength range WB3 (575 nm to 660 nm) of thephotodetection element 113. Therefore, the HeNe laser beam reaching thephotodetector 11 becomes a disturbance that lowers the accuracy in calculating the voltage difference ΔV. Therefore, thecalculation unit 121 calculates the voltage difference ΔV without using the equation (7C) relating to thephotodetection element 113. Since the influence of the HeNe laser beam as a disturbance is eliminated from the process of deriving the voltage difference ΔV, the accuracy of the light amount control of the infraredlight source 10 can be further improved.

式（７Ａ）（第１の二元一次方程式）および式（７Ｂ）（第２の二元一次方程式）から導出された電圧差ΔＶ、式（７Ｂ）および式（７Ｄ）（第３の二元一次方程式）から導出された電圧差ΔＶ、ならびに式（７Ｄ）および式（７Ａ）から導出された電圧差ΔＶは、それぞれ以下の式（１２），（１３），（１４）のように表される。 Voltage difference ΔV derived from equations (7A) (first linear equation) and equation (7B) (second linear equation), equation (7B) and equation (7D) (third binary). The voltage difference ΔV derived from the linear equation) and the voltage difference ΔV derived from the equations (7D) and (7A) are expressed by the following equations (12), (13), and (14), respectively. To.

演算部１２１は、式（１２）～（１４）のいずれかの電圧差ΔＶを増幅部１２２に出力する。電圧差ΔＶの精度を向上させるために、式（１２）～（１４）の３つの電圧差ΔＶの平均電圧差を増幅部１２２に出力してもよい。 Thecalculation unit 121 outputs the voltage difference ΔV according to any one of the equations (12) to (14) to theamplification unit 122. In order to improve the accuracy of the voltage difference ΔV, the average voltage difference of the three voltage differences ΔV of the equations (12) to (14) may be output to theamplification unit 122.

実施の形態においては、光検出器が４つの光検出素子を含む場合について説明した。光検出器に含まれる光検出素子の数は２以上であればよく、４に限定されない。 In the embodiment, the case where the photodetector includes four photodetectors has been described. The number of photodetecting elements included in the photodetector may be 2 or more, and is not limited to 4.

図６は、実施の形態の変形例１に係る光検出器１１Ａの構成を示す図である。光検出器１１Ａの構成は、図４の光検出器１１から光検出素子１１３が除かれた構成である。これ以外は同様であるため、説明を繰り返さない。 FIG. 6 is a diagram showing the configuration of thephotodetector 11A according to the first modification of the embodiment. The configuration of thephotodetector 11A is such that thephotodetector 113 is removed from thephotodetector 11 of FIG. Other than this, the explanation is not repeated because it is the same.

図７は、実施の形態の変形例２に係る光検出器１１Ｂの構成を示す図である。光検出器１１Ｂの構成は、図４の光検出器１１から光検出素子１１２，１１３が除かれた構成である。これ以外は同様であるため、説明を繰り返さない。 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of thephotodetector 11B according to the second modification of the embodiment. The configuration of thephotodetector 11B is such that thephotodetectors 112 and 113 are removed from thephotodetector 11 of FIG. Other than this, the explanation is not repeated because it is the same.

以上、実施の形態および変形例１，２に係る分光光度計によれば、赤外光源を備える分光光度計において、当該赤外光源の光量制御の精度を向上させることができる。 As described above, according to the spectrophotometer according to the embodiment and the first and second modifications, it is possible to improve the accuracy of the light amount control of the infrared light source in the spectrophotometer provided with the infrared light source.

［態様］
上述した例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。[Aspect]
It will be understood by those skilled in the art that the above-described exemplary embodiments are specific examples of the following embodiments.

（第１項）一態様に係る分光光度計は、赤外光源と、干渉計と、第１検出器と、モニタ部とを備える。赤外光源は、赤外波長域の光を含む出射光を出射する。干渉計は、入力される当該出射光に基づいて干渉光を生成する。第１検出器は、干渉計から出力され、試料を透過または試料に反射した干渉光に基づいて生成された光を検出する。モニタ部は、赤外光源の出力を監視する。モニタ部は、第２検出器と、光量制御部とを備える。第２検出器は、出射光の量に応じた信号を出力する。光量制御部は、当該信号に基づいて当該量が目標光量に近づくように赤外光源を制御するように動作可能である。赤外光源は、第１波長域の光、および第１波長域とは異なる第２波長域の光を出射する。第２検出器は、第１光検出素子と、第２光検出素子とを備える。第１光検出素子は、第１波長域の光に応じた第１電圧を光量制御部に出力する。第２光検出素子は、第２波長域の光に応じた第２電圧を光量制御部に出力する。 (Item 1) The spectrophotometer according to one aspect includes an infrared light source, an interferometer, a first detector, and a monitor unit. The infrared light source emits emitted light including light in the infrared wavelength region. The interferometer generates interferometric light based on the input emitted light. The first detector detects the light that is output from the interferometer and is generated based on the interferometric light that has passed through or reflected off the sample. The monitor unit monitors the output of the infrared light source. The monitor unit includes a second detector and a light amount control unit. The second detector outputs a signal according to the amount of emitted light. The light amount control unit can operate so as to control the infrared light source so that the amount approaches the target light amount based on the signal. The infrared light source emits light in the first wavelength region and light in a second wavelength region different from the first wavelength region. The second detector includes a first photodetector and a second photodetector. The first photodetection element outputs a first voltage corresponding to the light in the first wavelength region to the light amount control unit. The second photodetector outputs a second voltage corresponding to the light in the second wavelength region to the light amount control unit.

第１項に記載の分光光度計によれば、第１波長域の光に応じた第１電圧および第２波長域の光に応じた第２電圧が第２検出器から光量制御部に出力されることにより、赤外光源の光量制御の精度を向上させることができる。 According to the spectrophotometer according to the first item, the first voltage corresponding to the light in the first wavelength region and the second voltage corresponding to the light in the second wavelength region are output from the second detector to the light amount control unit. Thereby, the accuracy of the light amount control of the infrared light source can be improved.

（第２項）第１項に記載の分光光度計において、第１電圧および第２電圧は、出射光の量と目標光量との差に対応する電圧差、および第２検出器の温度と基準温度との温度差の各々を未知数とする第１の二元一次方程式および第２の二元一次方程式としてそれぞれ表される。第１の二元一次方程式は、第１光検出素子の温度係数および第１光検出素子のバンドゲインを含む。第２の二元一次方程式は、第２光検出素子の温度係数および第２光検出素子のバンドゲインを含む。光量制御部は、第１の二元一次方程式および第２の二元一次方程式から導かれる電圧差に基づいて赤外光源を制御する。 (Item 2) In the spectrophotometer according toitem 1, the first voltage and the second voltage are the voltage difference corresponding to the difference between the amount of emitted light and the target amount of light, and the temperature and reference of the second detector. It is expressed as a first quadratic linear equation and a second quadratic linear equation in which each of the temperature differences from the temperature is an unknown number. The first two-dimensional linear equation includes the temperature coefficient of the first photodetection element and the band gain of the first photodetection element. The second two-dimensional linear equation includes the temperature coefficient of the second photodetector and the band gain of the second photodetector. The light quantity control unit controls the infrared light source based on the voltage difference derived from the first two-dimensional linear equation and the second two-dimensional linear equation.

第２項に記載の分光光度計によれば、２つの二元一次方程式を用いることにより温度差を消去することができるため、電圧差を導出することができる。その結果、赤外光源からの出射光の量と目標光量との差に対応する電圧差に基づくフィードバック制御が可能になるため、赤外光源の光量制御の精度を向上させることができる。 According to the spectrophotometer described in the second term, the temperature difference can be eliminated by using the two binary linear equations, so that the voltage difference can be derived. As a result, feedback control based on the voltage difference corresponding to the difference between the amount of emitted light from the infrared light source and the target light amount becomes possible, so that the accuracy of the light amount control of the infrared light source can be improved.

（第３項）第２項に記載の分光光度計において、出射光は、第１波長域および第２波長域の各々と異なる第３波長域の光を含む。第２検出器は、第３光検出素子をさらに含む。第３光検出素子は、第３波長域の光に応じた第３電圧を光量制御部に出力する。第３電圧は、電圧差および温度差の各々を未知数とする第３の二元一次方程式として表される。第３の二元一次方程式は、第３光検出素子の温度係数および第３光検出素子のバンドゲインを含む。光量制御部は、第１の二元一次方程式および第２の二元一次方程式から導かれる電圧差、第２の二元一次方程式および第３の二元一次方程式から導かれる電圧差、ならびに第３の二元一次方程式および第１の二元一次方程式から導かれる電圧差の平均電圧差が０に近づくように赤外光源を制御する。 (Clause 3) In the spectrophotometer according to the second paragraph, the emitted light includes light in a third wavelength region different from each of the first wavelength region and the second wavelength region. The second detector further includes a third photodetector. The third photodetector outputs a third voltage corresponding to the light in the third wavelength region to the light amount control unit. The third voltage is expressed as a third quadratic linear equation in which each of the voltage difference and the temperature difference is unknown. The third binary linear equation includes the temperature coefficient of the third photodetector and the band gain of the third photodetector. The light amount control unit has a voltage difference derived from the first two-dimensional linear equation and the second two-dimensional linear equation, a voltage difference derived from the second two-dimensional linear equation and the third two-dimensional linear equation, and a third. The infrared light source is controlled so that the average voltage difference of the voltage differences derived from the two-dimensional linear equation and the first two-dimensional linear equation of is close to zero.

第３項に記載の分光光度計によれば、複数の電圧差の平均電圧差に基づいて赤外光源が制御されるため、赤外光源の光量制御の精度をさらに向上させることができる。 According to the spectrophotometer according to the third item, since the infrared light source is controlled based on the average voltage difference of the plurality of voltage differences, the accuracy of the light amount control of the infrared light source can be further improved.

（第４項）第１項～第３項のいずれか１項に記載の分光光度計において、分光光度計は、単色光源をさらに備える。単色光源は、干渉計を制御するための単色光を出射する。第１波長域および第２波長域の少なくとも一方は、単色光の波長を含まない。 (Clause 4) In the spectrophotometer according to any one of theitems 1 to 3, the spectrophotometer further includes a monochromatic light source. The monochromatic light source emits monochromatic light for controlling the interferometer. At least one of the first wavelength region and the second wavelength region does not include the wavelength of monochromatic light.

第４項に記載の分光光度計によれば、電圧差の導出過程から外乱としての単色光の影響が排除されるため、赤外光源の光量制御の精度を向上させることができる。 According to the spectrophotometer according to the fourth item, the influence of monochromatic light as a disturbance is excluded from the process of deriving the voltage difference, so that the accuracy of the light amount control of the infrared light source can be improved.

なお、上述した実施の形態および変更例について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不都合または矛盾が生じない範囲内で、実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。 At the time of filing, it is not necessary to appropriately combine the configurations described in the embodiments with respect to the above-described embodiments and modifications, including combinations not mentioned in the specification, within a range that does not cause any inconvenience or contradiction. Scheduled from.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

１，９ モニタ部、３ 干渉計、４ 試料室、５，１１，１１Ａ，１１Ｂ，６０，９１ 光検出器、６ レーザ光源、１０ 赤外光源、１２，９２ 光量制御部、２１ コリメートミラー、２２，２３，６１～６３ ミラー、３１ 移動鏡、３２ ビームスプリッタ、３３ 固定鏡、４０ 試料、１０１ ケース、１０２ 赤外素子、１１０，９１０ 信号処理部、１１１～１１４，９１１ 光検出素子、１２１ 演算部、１２２ 増幅部、１２３ 光源駆動部、９２２ 差動増幅部。 1,9 Monitor unit, 3 Interferometer, 4 Sample chamber, 5,11,11A, 11B, 60,91 Photodetector, 6 Laser light source, 10 Infrared light source, 12,92 Light amount control unit, 21 Collimated mirror, 22 , 23, 61-63 Mirror, 31 Moving Mirror, 32 Beam Splitter, 33 Fixed Mirror, 40 Samples, 101 Case, 102 Infrared Element, 110, 910 Signal Processing Unit, 111-114, 911 Photodetection Element, 121 Computing Unit , 122 Amplification section, 123 Light source drive section, 922 Differential amplification section.

Claims (4)

Translated fromJapanese

赤外波長域の光を含む出射光を出射する赤外光源と、
入力される前記出射光に基づいて干渉光を生成する干渉計と、
前記干渉計から出力され、試料を透過または前記試料に反射した干渉光に基づいて生成された光を検出する第１検出器と、
前記赤外光源の出力を監視するモニタ部とを備え、
前記モニタ部は、
前記出射光の量に応じた信号を出力する第２検出器と、
前記信号に基づいて前記量が目標光量に近づくように前記赤外光源を制御するように動作可能な光量制御部とを備え、
前記赤外光源は、第１波長域の光、および前記第１波長域とは異なる第２波長域の光を出射し、
前記第２検出器は、
前記第１波長域の光に応じた第１電圧を前記光量制御部に出力する第１光検出素子と、
前記第２波長域の光に応じた第２電圧を前記光量制御部に出力する第２光検出素子とを含む、分光光度計。An infrared light source that emits emitted light including light in the infrared wavelength range,
An interferometer that generates interference light based on the input emitted light,
A first detector that detects light generated based on the interference light output from the interferometer and transmitted through the sample or reflected by the sample.
It is equipped with a monitor unit that monitors the output of the infrared light source.
The monitor unit
A second detector that outputs a signal according to the amount of emitted light, and
A light quantity control unit that can operate to control the infrared light source so that the quantity approaches the target light quantity based on the signal is provided.
The infrared light source emits light in the first wavelength region and light in a second wavelength region different from the first wavelength region.
The second detector is
A first photodetection element that outputs a first voltage corresponding to light in the first wavelength region to the light amount control unit, and a first photodetection element.
A spectrophotometer including a second photodetection element that outputs a second voltage corresponding to light in the second wavelength region to the light amount control unit. 前記第１電圧および前記第２電圧は、前記量と前記目標光量との差に対応する電圧差、および前記第２検出器の温度と基準温度との温度差の各々を未知数とする第１の二元一次方程式および第２の二元一次方程式としてそれぞれ表され、
前記第１の二元一次方程式は、前記第１光検出素子の温度係数および前記第１光検出素子のバンドゲインを含み、
前記第２の二元一次方程式は、前記第２光検出素子の温度係数および前記第２光検出素子のバンドゲインを含み、
前記光量制御部は、前記第１の二元一次方程式および前記第２の二元一次方程式から導かれる前記電圧差に基づいて前記赤外光源を制御する、請求項１に記載の分光光度計。The first voltage and the second voltage have unknown values of the voltage difference corresponding to the difference between the amount and the target light amount and the temperature difference between the temperature of the second detector and the reference temperature. Represented as a two-dimensional linear equation and a second two-dimensional linear equation, respectively.
The first two-dimensional linear equation includes the temperature coefficient of the first photodetection element and the band gain of the first photodetection element.
The second two-dimensional linear equation includes the temperature coefficient of the second photodetection element and the band gain of the second photodetection element.
The spectrophotometer according to claim 1, wherein the light amount control unit controls the infrared light source based on the voltage difference derived from the first linear equation and the second linear equation. 前記出射光は、前記第１波長域および前記第２波長域の各々と異なる第３波長域の光を含み、
前記第２検出器は、前記第３波長域の光に応じた第３電圧を前記光量制御部に出力する第３光検出素子をさらに含み、
前記第３電圧は、前記電圧差および前記温度差の各々を未知数とする第３の二元一次方程式として表され、
前記第３の二元一次方程式は、前記第３光検出素子の温度係数および前記第３光検出素子のバンドゲインを含み、
前記光量制御部は、前記第１の二元一次方程式および前記第２の二元一次方程式から導かれる前記電圧差、前記第２の二元一次方程式および前記第３の二元一次方程式から導かれる前記電圧差、ならびに前記第３の二元一次方程式および前記第１の二元一次方程式から導かれる前記電圧差の平均電圧差が０に近づくように前記赤外光源を制御する、請求項２に記載の分光光度計。The emitted light includes light in a third wavelength region different from each of the first wavelength region and the second wavelength region.
The second detector further includes a third photodetector that outputs a third voltage corresponding to the light in the third wavelength region to the light amount control unit.
The third voltage is expressed as a third quadratic linear equation in which each of the voltage difference and the temperature difference is unknown.
The third linear linear equation includes the temperature coefficient of the third photodetection element and the band gain of the third photodetection element.
The light amount control unit is derived from the voltage difference derived from the first quadratic linear equation and the second quadratic linear equation, the second quadratic linear equation, and the third quadratic linear equation. The second aspect of the present invention is to control the infrared light source so that the average voltage difference of the voltage difference and the voltage difference derived from the third linear equation of the third and the first linear equation of the first binary approaches 0. The spectrophotometer described. 前記分光光度計は、前記干渉計を制御するための単色光を出射する単色光源をさらに備え、
前記第１波長域および前記第２波長域の少なくとも一方は、前記単色光の波長を含まない、請求項１～３のいずれか１項に記載の分光光度計。
The spectrophotometer further comprises a monochromatic light source that emits monochromatic light for controlling the interferometer.
The spectrophotometer according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the first wavelength region and the second wavelength region does not include the wavelength of the monochromatic light.

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