特許 6863831 光検出器の出力補正用演算式の算出方法、及び光検出器の出力補正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6863831

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】光検出器の出力補正用演算式の算出方法、及び光検出器の出力補正方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/02 20060101AFI20210412BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   G01J3/02 C

   G01N21/3504

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-117462(P2017-117462)

(22)【出願日】2017年6月15日

(65)【公開番号】特開2019-2791(P2019-2791A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2019年12月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】安藤 嘉健

【審査官】 蔵田 真彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０２６５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０７−５０１３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１６４６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２３３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０３１７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０４４１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１４７７６２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６３５９２７８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ ３／００−３／５２

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１、２１／１７−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、前記光源からの光が照射される測定セルと、前記光源及び前記測定セルの間に設けられた干渉計と、所定範囲内での入射光強度と出力値との関係が線形となる光検出器とを備えるフーリエ変換型赤外分光分析器に用いられる方法であって、
前記光検出器の出力が非線形となる第１強度の光を検出した前記光検出器の信号強度を示す出力値を前記第１強度の光と線形の関係となるように線形補正して得られる線形出力値を取得し、
前記光検出器の出力が非線形となる第２強度の光を検出した前記光検出器の信号強度を示す出力値である非線形出力値を取得し、
前記線形出力値及び前記非線形出力値をパラメータとして、前記非線形出力値を前記第２強度の光と線形の関係となるように線形補正するための演算式を求めるものであり、
前記測定セルを温度変化させて当該測定セルから放射される赤外線を変化させることによって前記光検出器に入射する光を、前記光検出器の出力が非線形となる強度の光とし、この状態において、前記非線形出力値を取得するものである、光検出器の出力を線形補正するための演算式算出方法。

【請求項2】

前記第１強度の光は、光源からの光であり、
前記第２強度の光は、前記光源からの光に加えて前記光源以外の光を合わせた光である、請求項１記載の演算式算出方法。

【請求項3】

前記光検出器の出力が非線形となる強度毎に前記演算式を求める、請求項１又は２記載の演算式算出方法。

【請求項4】

前記光検出器により得られた出力値から前記入射光に含まれる複数の所定波数の光それぞれに対する光強度信号を演算する分析部をさらに備え、
前記線形出力値及び前記非線形出力値は、前記入射光に含まれる複数の所定波数の光のそれぞれに対する前記光検出器の出力値である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の演算式算出方法。

【請求項5】

前記演算式が以下の式を所定の範囲で満たすものである、請求項４記載の演算式算出方法。
Ｙ_linear（ｋ）＝Ｃ（ｙ）・Ｙ_non-linear（ｋ）
ここで、ｋは波数、Ｙ_linear（ｋ）は前記線形出力値、Ｙ_non-linear（ｋ）は前記非線形出力値、ｙは光検出器の出力値、Ｃ（ｙ）は前記演算式である。

【請求項6】

前記線形出力値を、以下の（ａ）〜（ｃ）のステップにより得られた初期演算式を用いて取得する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の演算式算出方法。
（ａ）光源の光を、その強度が前記範囲内になるように、波数透過特性又は波数反射特性が既知の光学素子を介在させて前記光検出器に入射させ、当該入射光に含まれる複数の所定波数の光のそれぞれに対する前記光検出器の出力値である第１出力値を取得する。
（ｂ）同光源から射出された光を、前記光学素子を介在させることなく、前記光検出器に入射させ、当該入射光に含まれる複数の所定波数の光のそれぞれに対する前記光検出器の出力値である第２出力値を取得する。
（ｃ）前記第１出力値及び第２出力値の比と、前記光学素子の波数透過又は反射特性とをパラメータとして、前記範囲外の強度の光を検出した前記光検出器の出力値を前記範囲外の強度の光と線形の関係となるように線形補正するための初期演算式を求める。

【請求項7】

前記初期演算式が以下の式を所定の範囲で満たすものである請求項６記載の演算式算出方法。
Ｙ_１（ｋ）／｛Ｃ（ｙ）・Ｙ_２（ｋ）｝＝Ｆ（ｋ）
ここで、ｋは波数、Ｙ_１（ｋ）は前記第１出力値、Ｙ_２（ｋ）は前記第２出力値、Ｆ（ｋ）は前記光学素子の波数透過又は波数反射特性、ｙは光検出器の出力値、Ｃ（ｙ）は前記初期演算式である。

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか一項に記載の演算式算出方法により前記演算式を算出する演算式算出ステップと、
前記演算式算出ステップにより得られた前記演算式を用いて、前記光検出器の出力を線形補正する補正ステップとを備える、光検出器の出力補正方法。

【請求項9】

光源と、前記光源からの光が照射される測定セルと、前記光源及び前記測定セルの間に設けられた干渉計と、所定範囲内での入射光強度と出力値との関係が線形となる光検出器と、前記測定セルの温度を調整するための温調機構とを備えるフーリエ変換型赤外分光分析器であって、
前記光検出器の出力が非線形となる第１強度の光を検出した前記光検出器の信号強度を示す出力値を前記第１強度の光と線形の関係となるように線形補正して得られる線形出力値を取得するとともに、前記光検出器の出力が非線形となる第２強度の光を検出した前記光検出器の信号強度を示す出力値である非線形出力値を取得する出力値取得部と、
前記線形出力値及び前記非線形出力値をパラメータとして、前記非線形出力値を補正して、前記非線形出力となる強度の光を前記光検出器が線形出力した場合の出力値を算出するための演算式を算出する演算式算出部とを具備し、
前記温調機構により前記測定セルを温度変化させて当該測定セルから放射される赤外線を変化させることによって前記光検出器に入射する光を前記光検出器の出力が非線形となる強度の光とし、この状態において、前記出力値取得部は、前記非線形出力値を取得するものである、フーリエ変換型赤外分光分析器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＴＩＲなどの光学分析装置に用いられる光検出器の出力補正用演算式の算出方法及び当該光検出器の出力補正方法等に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＦＴＩＲなどの分光分析器は、試料を経た光の波数強度分布（光スペクトル）に基づいて試料成分を分析する。この試料を経た光の強度を検出するには、ＭＣＴ光検出器などの光検出器が用いられるが、当然のことながら、分析に先立ってその出力値と入射光の強度との関係（検量線）を求めておく必要がある。

【0003】

そこで、従来は、所定の基準光を光検出器に入射してそのときの光検出器の出力値を取得し、検量線を作成する。

【0004】

例えばＭＣＴ光検出器を例にとった場合、入射光の強度が所定以下では、図１に示すように、その出力値と入射光強度との関係は線形（比例関係）となる。したがって、この領域であれば、検量線は、オフセットとスパンを求めればよいので比較的容易に作成できる。

【0005】

しかしながら、入射光強度がそれ以上になると、同図に示すように、非線形な関係となり、正確な検量線を求めるためには、異なる強度の多数の基準光を用意し、それぞれの出力値を測定しなければならなくなる。具体的には、１ポイントの測定に１０分程度かかり、これを複数ポイント（例えば１０ポイント以上）に亘って行わなければならないので、検量線の作成だけで数時間という多大な工数（時間）を要する場合があるうえ、それなりの設備も必要になるという問題が生じる。また、前記工数や設備の問題から、メンテナンスや修理時に、製品納入先での検量線の点検や再作成が難しいという問題も生じる。そして、これは、ＭＣＴ光検出器のみならず、他の種類の光検出器にも共通する問題である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１７−２６５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このような問題を解決すべく、本出願人は、特許文献１に示すように、光路上に光学フィルタを介在させた場合とそうでない場合との双方で、光源から射出された光を光検出器に入射させ、該入射光に含まれる複数の所定波数の光のそれぞれに対する光検出器の出力値である第１出力値及び第２出力値を取得し、所定波数毎の第１出力値及び第２出力値の比と、光学フィルタの光学特性とをパラメータとして、光検出器の出力値から入射光の強度を算出するための演算式（検量線）を求める方法を考えている。

【0008】

しかしながら、この出力補正方法は、１つの光学フィルタを用いた１点補正であり、光検出器に入射する光量が変わった場合には、それとは異なる光量により得られた演算式から入射光の強度を算出することになってしまい、測定誤差の要因となる。なお、光学特性の異なる複数の光学フィルタを用いて異なる光量毎に演算式を求めることも考えられるが、装置構成が複雑になってしまう。

【0009】

そこで本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、光学分析装置に用いられる光検出器の出力補正（検量線の作成）を、複数の光学フィルタを用いることなく、短時間でかつ簡単な構成で行うことをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

すなわち本発明に係る光検出器の出力を線形補正するための演算式算出方法は、所定範囲内での入射光強度と出力値との関係が線形となる光検出器を備える光学分析装置に用いられる方法であって、前記光検出器の出力が非線形となる第１強度の光を検出した前記光検出器の出力値を前記第１強度の光と線形の関係となるように線形補正して得られる線形出力値を取得し、前記光検出器の出力が非線形となる第２強度の光を検出した前記光検出器の出力値である非線形出力値を取得し、前記線形出力値及び前記非線形出力値をパラメータとして、前記非線形出力値を前記第２強度の光と線形の関係となるように線形補正するための演算式を求めることを特徴とする。

【0011】

ここで、演算式とは、非線形出力値を線形補正するための数式のみならず、マップやルックアップテーブルなども含むものであり、検量線と言い換えてもよい。

【0012】

このようなものであれば、線形補正して得られた線形出力値と非線形出力値とを取得するだけで、非線形となる強度の光を検出した光検出器の出力値を補正して当該光検出器が線形出力した場合の出力値を算出するための演算式を求めることができる。例えば、光源からの光を前記第１強度の光とし、当該光源からの光に光源以外の光を合わせて前記第２強度の光とすることで、前記演算式を得ることができる。これにより、光検出器の出力補正を、複数の光学フィルタを用いることなく、短時間でかつ簡単な構成で行うことができる。

【0013】

光検出器に入射する光の光量が変化した場合であっても精度良くその強度を算出できるようにするためには、前記光検出器の出力が非線形となる強度毎に前記演算式を求めることが望ましい。

【0014】

また、光学分析装置が光源からの光が照射される測定セルを更に備える場合には、測定セルの赤外輻射がその温度変化に伴って変化し、これによって、光検出器に入射する光量が変化することになる。図２には、測定セルが２５．９℃の場合と、測定セルが１６４．１℃の場合とにおける光検出器からの出力値を示している。なお、この出力値は、光源と測定セルとの間に干渉計を設けた構成により得られたものであり、図２は干渉計の移動鏡位置にしたがって検出器出力値が変化する様子を示している。また、両温度において、測定セル内の試料ガスは同じであり、温度以外は同条件である。図２から分かるように、測定セルが２５．９℃の場合と、測定セルが１６４．１℃の場合とで、光検出器の出力において測定セルからの赤外輻射に依存する直流オフセット成分（ＤＣ成分）が変化してしまう。一方、光検出器の出力特性が線形の場合には、干渉計による振動成分（非ＤＣ成分）は、いずれの温度の場合であっても等しくなるはずであるが、実際は１６４．１℃の場合では非ＤＣ成分の振幅が小さくなっている。これは、光検出器の出力特性が非線形であることに起因する。
このように測定セルの赤外輻射により光検出器の光量が変化する場合には、前記測定セルを温度変化させて当該測定セルから放射される赤外線を変化させることによって前記光検出器に入射する光を、前記光検出器の出力が非線形となる強度の光とし、この状態において、前記非線形出力値を取得するものであることが望ましい。この構成であれば、測定セルを温度変化させて測定条件を変更する途中に各温度毎（光量毎）に演算式を求めることができる。

【0015】

光学検出装置としては、前記光検出器により得られた出力値から前記入射光に含まれる複数の所定波数の光それぞれに対する光強度信号を演算する分析部をさらに備えるものが考えられる。この構成の場合には、前記線形出力値及び前記非線形出力値は、前記入射光に含まれる複数の所定波数の光のそれぞれに対する前記光検出器の出力値であることが考えられる。なお、波数にはその逆数の波長も含まれるものとする。

【0016】

具体的には、前記演算式が以下の式を所定の範囲で満たすものを挙げることができる。
Ｙ_linear（ｋ）＝Ｃ（ｙ）・Ｙ_non-linear（ｋ）
ここで、ｋは波数、Ｙ_linear（ｋ）は前記線形出力値、Ｙ_non-linear（ｋ）は前記非線形出力値、ｙは光検出器の出力値、Ｃ（ｙ）は前記演算式である。

【0017】

前記線形出力値を、以下の（ａ）〜（ｃ）のステップにより得られた初期演算式を用いて取得することが望ましい。
（ａ）光源の光を、その強度が前記範囲内になるように、波数透過特性又は波数反射特性が既知の光学素子を介在させて前記光検出器に入射させ、当該入射光に含まれる複数の所定波数の光のそれぞれに対する前記光検出器の出力値である第１出力値を取得する。
（ｂ）同光源から射出された光を、前記光学素子を介在させることなく、前記光検出器に入射させ、当該入射光に含まれる複数の所定波数の光のそれぞれに対する前記光検出器の出力値である第２出力値を取得する。
（ｃ）前記第１出力値及び第２出力値の比と、前記光学素子の波数透過又は反射特性とをパラメータとして、前記範囲外の強度の光を検出した前記光検出器の出力値を前記範囲外の強度の光と線形の関係となるように線形補正するための初期演算式を求める。

【0018】

具体的には、前記初期演算式が以下の式を所定の範囲で満たすものを挙げることができる。
Ｙ_１（ｋ）／｛Ｃ（ｙ）・Ｙ_２（ｋ）｝＝Ｆ（ｋ）
ここで、ｋは波数、Ｙ_１（ｋ）は前記第１出力値、Ｙ_２（ｋ）は前記第２出力値、Ｆ（ｋ）は前記光学素子の波数透過又は波数反射特性、ｙは光検出器の出力値、Ｃ（ｙ）は前記演算式である。

【0019】

また、本発明に係る光検出器の出力補正方法は、上記の演算式算出方法により前記演算式を算出する演算式算出ステップと、前記演算式算出ステップにより得られた前記演算式を用いて、前記光検出器の出力を線形補正する補正ステップとを備えることを特徴とする。

【0020】

さらに、本発明に係る光学分析装置は、定範囲内での入射光強度と出力値との関係が線形となる光検出器を備える光学分析装置であって、前記光検出器の出力が非線形となる第１強度の光を検出した前記光検出器の出力値を前記第１強度の光と線形の関係となるように線形補正して得られる線形出力値を取得するとともに、前記光検出器の出力が非線形となる第２強度の光を検出した前記光検出器の出力値である非線形出力値を取得する出力値取得部と、前記線形出力値及び前記非線形出力値をパラメータとして、前記非線形出力値を補正して、前記非線形出力となる強度の光を前記光検出器が線形出力した場合の出力値を算出するための演算式を算出する演算式算出部とをさらに具備することを特徴とする。

【0021】

また、本発明に係る光学分析装置は、光源と、前記光源からの光が照射される測定セルと、前記測定セルの温度を調整するための温調機構とをさらに備え、前記温調機構により前記測定セルを温度変化させて当該測定セルから放射される赤外線を変化させることによって前記光検出器に入射する光を前記光検出器の出力が非線形となる強度の光とし、この状態において、前記出力値取得部は、前記非線形出力値を取得するものであることが望ましい。

【発明の効果】

【0022】

このように構成した本発明によれば、線形補正して得られた線形出力値と非線形出力値とを取得するだけで、非線形となる強度の光を検出した光検出器の出力値を補正して当該光検出器が線形出力した場合の出力値を算出するための演算式を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】ＭＣＴ光検出器の入射光強度と出力値との関係を示す特性図である。

【図2】セル温度２５．９℃、１６４．１℃におけるＭＣＴ光検出器の出力値を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態における分光分析器の全体を示す模式図である。

【図4】同実施形態の出力補正方法のフローチャートである。

【図5】同実施形態における光学フィルタの波数透過特性と測定ポイントを示すスペクトル図である。

【図6】光検出器の波数毎の出力値を示すスペクトル図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明に係る光学分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0025】

＜装置構成＞
本実施形態の光学分析装置１００は、いわゆるＦＴＩＲと称されるフーリエ変換型赤外分光分析器１００であり、図３に示すように、光源１、干渉計２、測定セル３、光検出器４及び演算処理装置５を具備したものである。

【0026】

光源１は、ブロードなスペクトルを有する光（多数の波数の光を含む連続光）を射出するものであり、例えばタングステン・ヨウ素ランプや、高輝度セラミック光源が用いられる。

【0027】

干渉計２は、同図に示すように、１枚のハーフミラー（ビームスプリッタ）２１、固定鏡２２及び移動鏡２３を具備した、いわゆるマイケルソン干渉計を利用したものである。この干渉計２に入射した前記光源１からの光は、ハーフミラー２１によって反射光と透過光に分割される。一方の光は固定鏡２２で反射され、もう一方は移動鏡２３で反射されて、再びハーフミラー２１に戻り、合成されて、この干渉計２から射出される。

【0028】

測定セル３は、測定対象となるガス（以下、試料ガスともいう。）が導入されるものであり、前記干渉計２から出た光が、測定セル３内の試料を透過して光検出器４に導かれるようにしてある。この測定セルは、例えばアルミニウムなどの金属製の筒状をなすセル本体と、セル本体の両端壁に設けられた石英ガラス等の透光性材料からなる窓部材とから構成されている。

【0029】

光検出器４は、ここでは、いわゆるＭＣＴ光検出器４と称されるものである。

【0030】

演算処理装置５は、バッファ、増幅器などを有したアナログ電気回路と、ＣＰＵ、メモリ、ＤＳＰなどを有したデジタル電気回路と、それらの間に介在するＡ／Ｄコンバータ等を有したものである。この演算処理装置５は、前記メモリに格納した所定プログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が協働することにより、試料ガスを透過した光のスペクトルを光検出器４の出力値から算出するとともに、この光スペクトルから各波数の光の吸光度を求めて試料を分析する分析部５１としての機能を発揮する。

【0031】

この分析部５１は、光スペクトルを以下のようにして算出する。

【0032】

移動鏡２３を進退させ、試料ガスを透過した光強度を移動鏡２３の位置を横軸にとって観測すると、単波数の光の場合、干渉によって光強度はサインカーブを描く。一方、試料を透過した実際の光は連続光であるから、前記サインカーブは波数毎に異なるから、実際の光強度は、各波数の描くサインカーブの重ね合わせとなり、干渉パターン（インターフェログラム）は波束の形となる。

【0033】

分析部５１は、移動鏡２３の位置を例えば図示しないＨｅＮｅレーザなどの測距計（図示しない）によって求めるとともに、移動鏡２３の各位置における光強度を光検出器４によって求め、これらから得られる干渉パターンを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することによって、各波数成分を横軸とし、光強度信号を縦軸とした光スペクトルに変換する。

【0034】

このとき、試料ガスを透過した光、つまり光検出器４に入射した光の強度は、光検出器４の出力値に基づいて算出されるが、そのためには、光検出器４の出力値と入射光強度との関係（検量線）を予め求めて、メモリに記憶させておく必要がある。なお、この実施形態における検量線とは、光検出器４の出力値を入射光強度に変換するための演算式であるが、テーブルやマップでも構わない。

【0035】

本実施形態では、測定セル３を多段階に温調できるように構成されており、光学分析装置１００は、測定セル３を温調するための温調機構７と、当該温調機構７を制御する温調機構制御部５５とを有している。

【0036】

温調機構７は、測定セル３の周囲に設けられた例えば電熱線などのヒータである。また、温調機構制御部５５は、ヒータ７に電力を供給する電源回路を制御することによって、ヒータ７による測定セル３の加熱温度を制御するものである。例えば、温調機構制御部５５は、測定セル３の温度が２５．９℃（低温時）と１６４．１℃（高温時）となるように制御する。

【0037】

しかして本実施形態では、測定セル３の温度毎に検量線（演算式）を求める構成としてある。具体的には、２５．９℃（低温時）の演算式と１６４．１℃（高温時）の検量線（演算式）との両方を求める構成としてある。以下では、２５．９℃（低温時）の演算式は光学素子である光学フィルタ６を用いて求め、１６４．１℃（高温時）の演算式は光学フィルタ６を用いないで求める方法について説明する。

【0038】

（Ａ）２５．９℃（低温時）の演算式の算出方法

【0039】

本実施形態では、低温時の演算式を予め求めるために、以下のような機構をこの光学分析装置１００に設けている。

【0040】

まず、図３に示すように、測定セル３から光検出器４に至る光路上に、例えば平板状の光学フィルタ６を挿脱可能に設けている。ここでは、例えば図５に示すような波数透過特性を有する、いわゆるバンドパスフィルタである。この光学フィルタ６は、例えば、筐体に対してスライド可能に取り付けられた板状をなす前記フィルタ支持部材によって移動可能に支持されている。

【0041】

また、演算処理装置５には、図３に示すように、出力値取得部５２と演算式算出部５３とをさらに設けている。

【0042】

出力値取得部５２は、測定セル３から出た光が光学フィルタ６を通って光検出器４に入射したときの光検出器４の波数毎の出力値である第１出力値を取得するとともに、測定セルから出た光が光学フィルタ６を透過することなくそのまま光検出器４に入射したときの光検出器４の波数毎の出力値である第２出力値を取得し、それらをメモリの所定領域に設けたデータ格納部５４に格納するものである。この出力値取得部５２は、ここでは、測定セルから出た光が遮断されたときの光検出器４の出力値である第３出力値をも取得するようにしてある。

【0043】

演算式算出部５３は、前記第１出力値、第２出力値に加え、データ格納部５４に予め格納した光学フィルタ６の波数透過特性をパラメータとして、光検出器４の第１出力値を補正して、線形範囲外の強度の光（上述した光学フィルタ６を透過しない光）を光検出器４が線形出力した場合の出力値を算出するための演算式を求め、これをデータ格納部５４に格納するものである。

【0044】

この機構を用いた低温時の演算式を求める動作の一例を図４を参照して詳細に説明する。

【0045】

まず、測定セル３に、温度、成分濃度、圧力などの状態を一定にした試料を充満する。また、温調機構を制御して測定セルの温度が２５．９℃となるように温調する（ステップＳ１）。これらの状態を一定にするのは、演算式の算出中に、試料を透過する光のスペクトルが変化しないようにするためである。試料は、赤外光の吸収の小さいものが好ましく、例えば窒素ガスを挙げることができる。試料を封入せず、真空にしても構わない。

【0046】

次に、オペレータが、光学フィルタ６を光路上に配置する。そして、光源１が点灯し、移動鏡２３が移動している状態でオペレータがマウスやキーボードなどを用いて所定の第１演算開始操作を行うと、出力値取得部５２がこれを検知して、移動鏡２３の各位置での光検出器４の出力値（インターフェログラム）を受信・取得する。このとき、出力値取得部５２は、光検出器４への入射光が遮断されているときの光検出器４の出力値を差し引くことによって、インターフェログラムのオフセットを補正する。

【0047】

その後、出力値取得部５２は、オフセット補正したインターフェログラムを高速フーリエ変換して、波数毎の光検出器４の出力値である第１出力値Ｙ_１（ｋ）を算出し、データ格納部５４に格納して動作を終了する（ステップＳ２）。なお、ｋは波数を示す。

【0048】

次に、オペレータが、光学フィルタ６を光路から退避させる。そして、オペレータが所定の第２演算開始操作をすると、出力値取得部５２がこれを検知して、移動鏡２３の各位置での光検出器４の出力値（インターフェログラム）を取得する。このとき、前述同様、出力値取得部５２は、光検出器４への入射光が遮断されているときの光検出器４の出力値を差し引くことによって、インターフェログラムのオフセットを補正する。

【0049】

その後、この出力値取得部５２は、オフセット補正したインターフェログラムを高速フーリエ変換して、波数毎の光検出器４の出力値である第２出力値Ｙ_２（ｋ）を算出し、データ格納部５４に格納して動作を終了する（ステップＳ２）。

【0050】

次に、演算式算出部５３が、予め定められた所定の複数の波数（ここでは例えば１５点、図５におけるＰ_１〜Ｐ_１５）における第１出力値Ｙ_１（ｋ）と第２出力値Ｙ_２（ｋ）とをデータ格納部５４から取得し、以下の評価関数を満たす演算式Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）を、例えば最適化手法によって求める（ステップＳ３）。

【0051】

評価関数は、式（１）で表されるものである。

【0052】

Ｙ_１（ｋ）／｛Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）・Ｙ_２（ｋ）｝＝Ｆ（ｋ）・・・（１）
ここでＦ（ｋ）は光学フィルタ６の波数毎の透過率（フィルタ特性）、ｙは光検出器４の出力値である。Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）は、ｙを変数とし、その係数以外の形が予め定められた数式であり、例えば、以下の式（２）で表されるものである。

【0053】

Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）＝Ｃ_１・ｙ＋Ｃ_２・ｙ^２＋Ｃ_３・ｙ^３・・・（２）
前記演算式算出部５３は、前記係数Ｃ_１〜Ｃ_３を既知の最適化手法を用いて求める。なお、このようにして求められた低温時の演算式Ｃ_{２５．１℃}（ｙ）は、データ格納部５４に格納される。

【0054】

（Ｂ）１６４．１℃（高温時）の演算式の算出方法

【0055】

本実施形態では、高温時の演算式を予め求めるために、温調機構制御部５５が温調機構７を制御して測定セル３の温度を２５．９℃から１６４．１℃まで上昇させる。なお、この温度上昇工程において光学フィルタ６は退避されている。

【0056】

また、出力値取得部５２は、以下の２種類の出力値を取得するものである。そして、出力値取得部５２は、それら２種類の出力値をメモリの所定領域に設けたデータ格納部５４に格納する。
（１）光検出器４の出力が非線形となる第１強度の光を検出した光検出器４の出力値を、第１強度の光と線形の関係となるように線形補正して得られる線形出力値。本実施形態では、光源１の光であって光検出器４の出力値が非線形出力となる第１強度の光を光検出器４に入射させて、その入射光を検出した光検出器４の波数毎の出力値を線形補正した値である。具体的にこの線形出力値は、測定セル３を２５．９℃に温調した場合において、上記の演算式Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）によって光検出器４の出力値を線形補正した値である。
（２）光検出器４の出力が非線形となる第２強度（上記第１強度とは異なる。）の光を検出した光検出器４の出力値である非線形出力値。本実施形態では、光源１の光に加えて光源１以外の光を合わせた光であって光検出器４により得られる出力値が非線形出力となる第２強度の光を光検出器４に入射させて、その入射光を検出した光検出器４の波数毎の出力値である。具体的には、光源１の光に加えて、測定セル３を２５．９℃から１６４．１℃に上昇させることによって増加する赤外輻射（赤外線）によって光検出器４の出力が非線形となる第２強度の光が構成され、この非線形出力となる強度の光が光検出器４に入射する。

【0057】

演算式算出部５３は、前記線形出力値及び非線形出力値をパラメータとして、前記非線形出力値を補正して、前記第２強度の光を光検出器４が線形出力した場合の出力値を算出するための演算式を求め、これをデータ格納部５４に格納するものである。

【0058】

この機構を用いた高温時の演算式を求める動作の一例を図４を参照して詳細に説明する。

【0059】

本実施形態では、前記線形出力値Ｙ_linear（ｋ）は、上記の低温時の演算式Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）を用いて補正された値を用いている（ステップＳ４）。
上記の低温時の演算式Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）を求める工程が終了した後に、温調機構７を制御して測定セル３の温度を２５．９℃から１６４．１℃となるように温調する（ステップＳ５）。

【0060】

そして、光源１が点灯し、移動鏡２３が移動している状態でオペレータがマウスやキーボードなどを用いて所定の第３演算開始操作を行うと、出力値取得部５２がこれを検知して、移動鏡２３の各位置での光検出器４の出力値（インターフェログラム）を受信・取得する。

【0061】

その後、出力値取得部５２は、インターフェログラムを高速フーリエ変換して、波数毎の光検出器４の出力値である非線形出力値Ｙ_non-linear（ｋ）を算出し、データ格納部５４に格納して動作を終了する（ステップＳ６）。

【0062】

次に、演算式算出部５３が、予め定められた所定の複数の波数（例えば１５点）における線形出力値Ｙ_linear（ｋ）と第２出力値Ｙ_non-linear（ｋ）とをデータ格納部５４から取得し、以下の評価関数を満たす演算式Ｃ_{１６４．１℃}（ｙ）を、例えば最適化手法によって求める（ステップＳ７）。

【0063】

評価関数は、式（３）で表されるものである。

【0064】

Ｙ_linear（ｋ）＝Ｃ_{１６４．１℃}（ｙ）・Ｙ_non-linear（ｋ）・・・（３）
ここで、ｙは光検出器の出力値である。Ｃ_{１６４．１℃}（ｙ）は、ｙを変数とし、その係数以外の形が予め定められた数式であり、例えば、以下の式（４）で表されるものである。

【0065】

Ｃ_{１６４．１℃}（ｙ）＝Ｃ_１’・ｙ＋Ｃ_２’・ｙ^２＋Ｃ_３’・ｙ^３・・・（４）
前記演算式算出部５３は、前記係数Ｃ_１’〜Ｃ_３’を既知の最適化手法を用いて求める。このようにして求められた低温時の演算式Ｃ_{１６４．１℃}（ｙ）は、データ格納部５４に格納される。なお、上記（３）式において、Ｙ_linear（ｋ）を所定比率（例えば０．９倍や１．１倍等）で増減させた値（Ｙ_linear’（ｋ））を用いてもよい。

【0066】

そして、低温時（２５．９℃）の測定セル３を用いて試料ガスを分析する場合には、分析部５１は、データ格納部５４に格納された低温時の演算式Ｃ_{２５．９℃}（ｙ）を用いて、移動鏡２３の各位置での光検出器４の出力値ｙ（インターフェログラム）を補正する。具体的には、光検出器４の出力値ｙにＣ_{２５．９℃}（ｙ）を掛け合わせて補正検出器出力値ｘ、すなわち光強度ｘを算出する。そして、この補正検出器出力値ｘを高速フーリエ変換して光スペクトルを算出し、この光スペクトルから各波数の光の吸光度等を求めて試料を分析する。

【0067】

また、高温時（１６４．１℃）の測定セル３を用いて試料ガスを分析する場合には、分析部５１が、データ格納部５４に格納された演算式Ｃ_{１６４．１℃}（ｙ）を用いて、移動鏡２３の各位置での光検出器４の出力値ｙ（インターフェログラム）を補正する。具体的には、光検出器４の出力値ｙにＣ_{１６４．１℃}（ｙ）を掛け合わせて補正検出器出力値ｘ、すなわち光強度ｘを算出する。そして、この補正検出器出力値ｘを高速フーリエ変換して光スペクトルを算出し、この光スペクトルから各波数の光の吸光度等を求めて試料を分析する。

【0068】

（Ｃ）演算式の妥当性の検証

【0069】

図６（ａ）に線形補正しないで得られた光検出器４の波数毎の出力値を示し、図６（ｂ）に線形補正して得られた光検出器４の波数毎の出力値を示している。線形補正しないで得られた出力値では、本来検出器感度のない波長域（１００〜６００ｃｍ^−１）に信号が表れてしまう。一方、線形補正した出力値では、検出器感度のない波長域には信号が表れない。

【0070】

このことから、上記（Ａ）及び（Ｂ）で得られた演算式を用いて線形補正した出力値において、検出器感度のない波長域（１００〜６００ｃｍ^−１）における信号が表れている、或いは、当該信号値が所定の閾値以上であれば、演算式が妥当ではないと判断する。なお、この判断は、人が行ってもよいし、演算処理装置５に設けた判断部により自動的に判断するようにしてもよい。また、演算式が妥当ではないと判断された場合には、上記（Ａ）又は（Ｂ）の処理を行い、再度演算式を求め直すこともできる。

【0071】

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態によれば、線形補正して得られた線形出力値と非線形出力値とを取得するだけで、非線形となる第２強度の光を検出した光検出器４の出力値を補正して当該光検出器４が線形出力した場合の出力値を算出するための演算式を求めることができる。本実施形態では、光源１からの光を第１強度の光とし、当該光源１からの光に光源１以外の光を合わせて第２強度の光とすることで、前記演算式を得ることができる。これにより、光検出器４の出力補正を、複数の光学フィルタを用いることなく、短時間でかつ簡単な構成で行うことができる。

【0072】

特に本実施形態では測定セル３を多段階に温調する構成において、測定セル３の赤外輻射を利用して、光検出器４の出力値が非線形となる第２強度の光を得ることができ、光学特性の異なる複数の光学フィルタを用いる必要がなく、光検出器４の出力補正式、すなわち前記演算式の作成を、短時間でかつ簡単な構成で行える。

【0073】

また、その結果、測定セル３の温調時に検量線の点検や再作成を容易に行えるというメリットも生じる。

【0074】

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0075】

例えば、前記実施形態では、低温時及び高温時の２段階でそれぞれの演算式を求める構成であったが、温度を３段階以上又は無段階で温調する場合には、それぞれの温度で順次演算式を求めるように構成してもよい。具体的には、低温側から高温側に測定セルの温度を多段階で変化させていき、それぞれの温度において前記実施形態の（２）と同様の処理を行うことによって、各温度の演算式を求める。要は、既に演算式が求めてあり、出力値と光強度との関係が線形（線形出力）とされた温度（光量）と、演算式を求めておらず、出力値と光強度との関係が非線形（非線形出力）である温度（光量）との比較によって、当該非線形である温度（光量）における演算式を求めるようにすればよい。なお、高温側から低温側に多段階又は無段階に温調する場合であっても同様に演算式を求めることができる。なお、温度変化前の初期の演算式は前記実施形態の（１）と同様に光学フィルタを用いて求めることが考えられる。

【0076】

前記実施形態では、光検出器４の波数毎の出力値を用いて演算式を求めているが、光検出器４により得られたインターフェログラムを用いて演算式を求めてもよい。
インターフェログラムには、直流オフセット成分（ＤＣ成分）と振動成分（非ＤＣ成分）とがあり、測定セルの温度が２５．９℃の場合と１６４．１℃の場合とで、同じ試料ガスを計測した場合には振動成分（非ＤＣ成分）の波形は同じであるはずである。ところが検出器感度が異なるため、振動成分（非ＤＣ成分）の形状に差異が発生する。
ここで、演算処理装置５は、両者のインターフェログラムから振動成分を抽出し、抽出した振動成分を比較することによって１６４．１℃における演算式を求める。この場合、２５．９℃では、光検出器の出力値と光強度との関係は演算式により線形とされている。

【0077】

前記実施形態では、光検出器の線形補正に際して、光源以外の光として測定セルからの赤外輻射を用いて非線形の強度の光を生成しているが、光源以外の別の予備光源や外光を用いて非線形の強度の光を生成するように構成しても構わない。

【0078】

前記実施形態では、光学フィルタ６を用いることなく、光検出器４の出力値を線形補正する構成としてもよい。例えば、光源１の光量を調整して線形範囲の光を光検出器４に入射させて線形出力値を取得し、その後、光源１の光量を増加させて非線形範囲の光を光検出器４に入射させて非線形出力値を取得する。そして、線形出力値及び非線形出力値と増加した光量分とをパラメータとして線形補正するための演算式を求めることが考えられる。

【0079】

各温度の演算式を全自動で求めるような構成にしても構わない。この場合、光学分析装置１００は、光学フィルタ６を自動的に移動させるとともに、測定セルの温度を自動的に上昇させる。

【0080】

また、光学フィルタ６を着脱可能にし、出荷時や点検時にのみ取り付けて所定温度の演算式を求められるようにしてもよい。その他の温度では、前記所定温度の演算式で補正された値を基準にして、温度毎の演算式を求めるようにしてもよい。

【0081】

光学素子としては透過型のもののみならず、反射型等でもよく、要は、波数特性が既知で、入射光強度を光検出器の線形性維持領域内にするものであればよい。

【0082】

光検出器は、ＭＣＴ光検出器に限られない。入射光強度が所定範囲内においてその出力値と線形となり、その他の範囲で非線形となるような光検出器に本発明を適用することができる。

【0083】

また、本発明は、フーリエ変換型赤外分光分析器に限られず、他のタイプの分光分析器や分光器（前記実施形態で言えば光スペクトルを求めるまでの構成のもの）に適用して同様の効果を奏し得るものである。

【0084】

その他、本発明は前記実施形態に限られること無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0085】

１００・・・分光分析器
１ ・・・光源
３ ・・・測定セル
４ ・・・光検出器
５１ ・・・分析部
５２ ・・・出力値取得部
５３ ・・・演算式算出部
７ ・・・温調機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】