分光分析装置
【課題】測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出することができる分光分析装置を提供する。
【解決手段】分光分析装置１０では、光源１１からの光が第２ファイバカプラＦＣ２で分岐し、固定鏡１８及び可動鏡１５とで反射する。各鏡１５，１８で反射した光は、第２ファイバカプラＦＣ２において同位相で合波され、第３ファイバカプラＦＣ３で分岐されて測定光と参照光となる。測定光と参照光の位相は、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４で同位相となるように調整される。光検出器３０は、参照光と試料測定部２０を透過した測定光とを受光し、これらの光を光電変換してフーリエ変換した後に減算処理する。
【解決手段】分光分析装置１０では、光源１１からの光が第２ファイバカプラＦＣ２で分岐し、固定鏡１８及び可動鏡１５とで反射する。各鏡１５，１８で反射した光は、第２ファイバカプラＦＣ２において同位相で合波され、第３ファイバカプラＦＣ３で分岐されて測定光と参照光となる。測定光と参照光の位相は、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４で同位相となるように調整される。光検出器３０は、参照光と試料測定部２０を透過した測定光とを受光し、これらの光を光電変換してフーリエ変換した後に減算処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、ＦＴ−ＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）等、マイケルソン干渉計を用いた分光装置が知られている。特許文献１の分光分析装置では、マイケルソン干渉計において、光源から出射した光を分岐させて固定鏡と可動鏡とでそれぞれ反射させた後に、これらの反射光を互いに合波させて干渉光を生成する。
【０００３】
この分光分析装置では、干渉光を分岐させ、その一方を測定光とし他方を参照光とし、試料を透過した測定光と試料を透過していない参照光とを検出器で受光する。検出器では、これらの光を光電変換した後に、これらの電気信号をフーリエ変換して演算処理することで、試料に吸収された光の波長及び吸収量を検出する。この分光分析装置では、こうして検出された光の波長及び吸収量に基づいて、試料の原子・分子構造や量等を特定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０―１７６９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光源から出射された光は、光源から出射されて測定光や参照光として検出器に流入するまでに通過する経路に応じて位相が変化する。そのため、検出器に受光される際の光の位相によっては、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出できない場合がある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出することができる分光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、広帯域光を出射する光源と、前記光源からの光を分岐させる分岐手段と、前記分岐された各光をそれぞれ反射させる固定鏡及び可動鏡と、前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて測定光を生成する測定光合波手段と、前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて参照光を生成する参照光合波手段と、前記参照光と測定対象物透過後又は反射後の前記測定光とを受光し、前記測定対象物による前記測定光の吸収特性を検出する吸収特性検出手段と、前記吸収特性検出手段に応じて、前記参照光と前記測定光との位相を調整する位相調整手段とを備える。
【０００８】
上記構成において、測定光合波手段及び参照光合波手段では、固定鏡及び可動鏡で反射した各反射光が互いに同位相で干渉し合うため、干渉光が適切に生成される。
ここで、光源からの光が分岐手段で分岐されたり、合波手段で合波されたりする際に、位相が変化する場合がある。また、光源からの光が固定鏡や可動鏡で反射する場合、位相が逆位相となる。したがって、光源から出射される光は、伝送される経路に応じて位相が変化する。
【０００９】
この点、位相調整手段が、吸収特性検出手段に応じて、参照光と測定光との位相を調整するため、吸収特性検出手段が、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光源から出射される光を伝送するための光ファイバを備え、前記分岐手段及び前記各合波手段は、ファイバカプラで構成される。
【００１１】
ファイバカプラによって光が分岐されたり合波されたりする場合、ファイバカプラを通過する光の位相が変化する場合がある。したがって、位相調整手段で光の位相を調整することにより、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出するという効果を、より好適に発揮させることができる。
【００１２】
また、上記したように、ファイバカプラを通過する際に光の位相が変化する場合には、分光分析装置に用いるファイバカプラの組み合わせ（個数や光ファイバとの接続態様）によって位相を調整することもできる。この場合には、ファイバカプラが位相調整手段を兼用することもできる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて基準光を生成する基準光合波手段と、前記各鏡の反射光を逆位相で互いに合波させてノイズに相当する波形を有するノイズ光を生成するノイズ光合波手段と、前記基準光と前記ノイズ光とを受光し、光源から出射された光の強度を検出する光源光検出手段とを備える。
【００１４】
基準光合波手段では、各反射光が同位相で干渉し合うため、光源から出射される光の強度を反映した基準光が生成される。また、ノイズ光合波手段では、固定鏡及び可動鏡で反射した光が逆位相で干渉し合うため、２つの光が互いに打ち消し合い、打ち消し合わずに残存した光の波形は、光源からの光が伝送される際に生じるノイズを反映した波形を示している。そして、光源光検出手段では、流入する基準光とノイズ光とに基づいて、光源から出射される光の強度をノイズが除去された状態で検出する。
【００１５】
こうして得られた光源の光の強度と、測定対象物による測定光の吸収特性とを比較することにより、測定対象物による測定光の吸収特性をより正確に検出することができる。
請求項１〜３に記載の発明は、具体的には、請求項４に記載の発明によるように、前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを減算処理し、前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が同位相になるように調整する。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明によるように、前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを加算処理し、前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が逆位相になるように調整する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る分光分析装置を示す模式図。
【図２】ファイバカプラによる光ファイバの連結状態を示す断面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、参照光及び測定光を示す波形図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、参照光及び測定光を示す波形図。
【図５】第２実施形態に係る分光分析装置を示す模式図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、基準光及びノイズ光を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。図１に、本実施形態に係る分光分析装置を示す。本実施形態に係る分光分析装置１０は、マイケルソン干渉計を用いた分光分析装置であり、複数の光ファイバＦ１〜Ｆ１８を通じて光を伝送するとともに、干渉光を試料に通過させることで、試料に含まれる元素の量を特定する定量分析を行うものである。
【００２０】
分光分析装置１０は、光源１１と、光源１１から出射された光を集光する光源レンズ１２を備えている。光源１１は、例えば白色ＬＥＤからなり、広帯域光を出射する。
分光分析装置１０では、光源レンズ１２で集光された光が第１光ファイバＦ１に流入するように構成されている。第１光ファイバＦ１は、第２光ファイバＦ２と第１ファイバカプラＦＣ１で結合されており、第３光ファイバＦ３及び第４光ファイバＦ４に分岐されている。
【００２１】
図２に示すように、第１ファイバカプラＦＣ１は、各光ファイバＦ１〜Ｆ４を連結している。各光ファイバＦ１〜Ｆ４では、コアＣＯがクラッドＣＬで被覆されている。第１ファイバカプラＦＣ１では、第１光ファイバＦ１のコアＣＯと第３光ファイバＦ３のコアＣＯとが連続しており、第１光ファイバＦ１と第３光ファイバＦ３とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてストレート側で接続されている。また、第２光ファイバＦ２のコアＣＯと第４光ファイバＦ４のコアＣＯとが連続しており、第２光ファイバＦ２と第４光ファイバＦ４とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてストレート側で接続されている。また、第１光ファイバＦ１のコアＣＯと第４光ファイバＦ４のコアＣＯとは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクラッドＣＬを介して接続されており、第１光ファイバＦ１と第４光ファイバＦ４とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側に接続されている。また、第２光ファイバＦ２のコアＣＯと第３光ファイバＦ３のコアＣＯとは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクラッドＣＬを介して接続されており、第２光ファイバＦ２と第３光ファイバＦ３とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側に接続されている。
【００２２】
第１光ファイバＦ１を流れる光は、第１ファイバカプラＦＣ１を介してストレート側に接続する第３光ファイバＦ３に伝送される際には位相が維持され、クロス側の第４光ファイバＦ４に伝送される際には、位相がπ／２進む。なお、他のファイバカプラＦＣ２，ＦＣ３においても同様に、光がファイバカプラＦＣ２，ＦＣ３を通過してストレート側の光ファイバに分岐して流れる場合には位相が変化せず、クロス側の光ファイバに分岐して流れる場合には位相がπ／２進む。
【００２３】
また、図２に示すように、第２光ファイバＦ２及び第３光ファイバＦ３のコアＣＯは、第１ファイバカプラＦＣ１と接続される側と反対側の端部が閉塞又はＡＰＣ加工されており、この端部において光が反射しないようにするための処理が施されている。なお、後記する第１０光ファイバＦ１０においても、第３ファイバカプラＦＣ３と接続される側と反対側の端部が閉塞又はＡＰＣ加工され、端部における光の反射を防止する処理が施されている。
【００２４】
図１に示すように、第４光ファイバＦ４は、第５光ファイバＦ５と、第２ファイバカプラＦＣ２で結合されており、第６光ファイバＦ６及び第７光ファイバＦ７に分岐されている。第２ファイバカプラＦＣ２では、第４光ファイバＦ４のストレート側で且つ第５光ファイバＦ５のクロス側に第６光ファイバＦ６が接続され、第４光ファイバＦ４のクロス側で第５光ファイバＦ５のストレート側に第７光ファイバＦ７が接続されている。
【００２５】
第６光ファイバＦ６は、第１位相調整器Ｐ１を介して第８光ファイバＦ８に接続されている。そして、第８光ファイバＦ８から流出する光は、可動側レンズ１３及び波長板群１４を通じて可動鏡１５に入射し、可動鏡１５で反射されるように構成されている。可動鏡１５は、図示しない駆動機構により、図１の破線矢印に示す方向に移動可能に構成されている。
【００２６】
第１位相調整器Ｐ１及び後記する第２〜第４の各位相調整器Ｐ２〜Ｐ４は、流入する光の位相を調整するものであり、第１位相調整器Ｐ１は、流入する光の位相を維持するように構成されている。また、波長板群１４は、複数枚（本実施形態では２枚）の波長板１４ａ，１４ｂからなる。波長板群１４は、光が各波長板１４ａ，１４ｂを通過する際には、位相が変更されるものの、波長板群１４全体を通過する際には、位相が維持されるように構成されている。なお、第１位相調整器Ｐ１及び波長板群１４の何れかを省略してもよい。また、光は、可動鏡１５で反射する際には位相が逆位相となり、換言すれば位相がπ進む。
【００２７】
第７光ファイバＦ７は、第２位相調整器Ｐ２を介して第９光ファイバＦ９に接続されている。そして、第９光ファイバＦ９から流出する光は、固定側レンズ１６及び波長板群１７を通じて固定鏡１８に入射し、固定鏡１８で反射されるように構成されている。固定鏡１８は移動不能に構成されている。
【００２８】
第２位相調整器Ｐ２は、流入する光の位相を維持するように構成されている。また、波長板群１７は、複数枚（本実施形態では２枚）の波長板１７ａ，１７ｂからなり、光が各波長板１７ａ，１７ｂを通過する際には、位相が変更されるものの、波長板群１７全体を通過する際には、位相が維持されるように構成されている。なお、第２位相調整器Ｐ２及び波長板群１７の何れかを省略してもよい。また、光は、固定鏡１８で反射する際に位相が逆位相となり、換言すれば位相がπ進む。
【００２９】
本実施形態では、後記するように、第２ファイバカプラＦＣ２が、光源１１からの光を可動鏡１５及び固定鏡１８のそれぞれに伝送するために分岐させるとともに、これら可動鏡１５及び固定鏡１８で反射した光を合波させる。したがって、第２ファイバカプラＦＣ２は、分岐手段、測定光合波手段及び参照光合波手段を構成している。
【００３０】
第５光ファイバＦ５は、第２ファイバカプラＦＣ２に接続される側と反対側の端部が、第１０光ファイバＦ１０と第３ファイバカプラＦＣ３で結合されており、第１１光ファイバＦ１１及び第１２光ファイバＦ１２に分岐されている。第３ファイバカプラＦＣ３では、第５光ファイバＦ５のストレート側で且つ第１０光ファイバＦ１０のクロス側に第１１光ファイバＦ１１が接続され、第５光ファイバＦ５のクロス側で第１０光ファイバＦ１０のストレート側に第１２光ファイバＦ１２が接続されている。第３ファイバカプラＦＣ３は、第２ファイバカプラＦＣ２で合波された光を、第１１光ファイバＦ１１と第１２光ファイバＦ１２とに分岐させる。第１１光ファイバＦ１１に分岐して流れた光は、参照光であり、第１２光ファイバＦ１２に分岐して流れた光は、測定光である。
【００３１】
第１１光ファイバＦ１１は、第３位相調整器Ｐ３を介して第１３光ファイバＦ１３に接続されている。第３位相調整器Ｐ３は、流入する光の位相を維持するように構成されている。第１２光ファイバＦ１２は、第４位相調整器Ｐ４を介して第１４光ファイバＦ１４に接続されている。第４位相調整器Ｐ４は、流入する光の位相をπ／２遅らせるように構成されている。
【００３２】
第１４光ファイバＦ１４において第４位相調整器Ｐ４が接続する側と反対側には、第１測定光レンズ１９、試料測定部２０、第２測定光レンズ２１及び第１５光ファイバＦ１５が順に接続されている。第１測定光レンズ１９は、第１４光ファイバＦ１４から流出した光を試料測定部２０の試料上で集束させるためのものである。なお第１測定光レンズ１９として、リレーレンズを用いるようにしてもよい。試料測定部２０には、測定対象物となる試料が収容されている。また、第２測定光レンズ２１は、試料測定部２０を透過した測定光を集光するためのものである。
【００３３】
第１５光ファイバＦ１５は、測定光量調整部２２及び第１６光ファイバＦ１６を介して、吸収特性検出手段である光検出器３０に接続されている。測定光量調整部２２は、表面の曲率が部位毎に異なる１対のレンズを備えており、一対のレンズが対面し合う領域を変更することで、第１５光ファイバＦ１５から流出した光の量を調整して、光検出器３０に流入する光量を調整するものである。測定光量調整部２２としては、コリメートレンズやグリーンレンズを用いることができる。
【００３４】
第１３光ファイバＦ１３において第３位相調整器Ｐ３が接続する側と反対側には、第１参照光レンズ２３、光路長調整部２４、第２参照光レンズ２５及び第１７光ファイバＦ１７が順に接続されている。第１参照光レンズ２３は、第１３光ファイバＦ１３から流出した光を平行光とするためのものであり、第２参照光レンズ２５は、光路長調整部２４から流出する光を集光するためのものである。第１７光ファイバＦ１７は、参照光量調整部２６及び第１８光ファイバＦ１８を介して光検出器３０に接続されている。参照光量調整部２６は、測定光量調整部２２と同様の原理により、第１７光ファイバＦ１７から流出した光の量を調整して、光検出器３０に流入する光量を調整する。
【００３５】
本実施形態では、第３ファイバカプラＦＣ３から光検出器３０までの光の経路において、第１１光ファイバＦ１１から第１３光ファイバＦ１３までの経路と、第１２光ファイバから第１４光ファイバＦ１４までの経路は同じ光路長となるように設定されている。また、第１５光ファイバＦ１５から光検出器３０までの経路と、第１７光ファイバＦ１７から光検出器３０までの経路は、同じ光路長となるように設定されている。光路長調整部２４は、測定光が試料測定部２０を通過する際の光路長と、参照光が光路長調整部２４を通過する際の光路長とが一致するように調整するためのものである。光路長調整部２４による調整によって、第３ファイバカプラＦＣ３から光検出器３０までの経路において、測定光及び参照光が通過する光路長が同じ長さに設定される。
【００３６】
光路長調整部２４は、詳細には、第１〜第４の４個の反射鏡２４ａ〜２４ｄを備えており、第１反射鏡２４ａに入射した光が、第１反射鏡２４ａで反射し、第２反射鏡２４ｂ、第３反射鏡２４ｃ及び第４反射鏡２４ｄを順に反射するように構成されている。また、第２反射鏡２４ｂと第３反射鏡２４ｃとは図１の破線矢印に示す方向に変位可能に構成されており、これにより、第１反射鏡２４ａから第２反射鏡２４ｂまでの距離及び第３反射鏡２４ｃから第４反射鏡２４ｄまでの距離が可変に構成されている。したがって、試料測定部２０の光路長（測定光が試料測定部２０を伝播する時間）に応じて、第２反射鏡２４ｂと第３反射鏡２４ｃの位置を調整することで、測定光が試料測定部２０を通過する際の光路長と、参照光が光路長調整部２４を通過する際の光路長とを一致させることができる。
【００３７】
光検出器３０は、測定光電変換部３１と参照光電変換部３２と演算処理部３３とを備えている。測定光電変換部３１は、測定光を受光して電気信号に変換し、参照光電変換部３２は、参照光を受光して電気信号に変換する。演算処理部３３は、測定光と参照光との強度を示す電気信号を減算処理する。
【００３８】
光検出器３０は、アナログーデジタル変換器３４を介してパーソナルコンピュータ３５に接続されている。アナログーデジタル変換器３４は、演算処理部３３の演算結果をデジタル信号に変換し、その信号をパーソナルコンピュータ３５に出力する。パーソナルコンピュータ３５は、入力されるデジタル信号をフーリエ変換し、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量を導出する。また、パーソナルコンピュータ３５には、予め元素データ及びその吸収スペクトルのデータが格納されている。これによりパーソナルコンピュータ３５は、これらのデータと、フーリエ変換により導出した光の波長及び吸収量に基づいて、試料測定部２０の試料を特定するとともに試料の量を導出して、表示画面にこれらの導出結果を表示する。
【００３９】
次に、分光分析装置１０の動作について説明する。分光分析装置１０では、光源１１から出射される光が以下のように伝送されることで、試料の定量分析が行われる。
光源１１から出射された光は、光源レンズ１２で集光されて、第１光ファイバＦ１に流入する。この光は、第１光ファイバＦ１を流れて、第１ファイバカプラＦＣ１で、第３光ファイバＦ３と第４光ファイバＦ４とに分岐して流れる。第４光ファイバＦ４に分岐された光は、第２ファイバカプラＦＣ２で第６光ファイバＦ６と第７光ファイバＦ７とに分岐して流れる。
【００４０】
第６光ファイバＦ６を流れた光は、第１位相調整器Ｐ１及び第８光ファイバＦ８を流れ、可動側レンズ１３で平行光となる。可動側レンズ１３を通過した光は、波長板１４ａ，１４ｂを通じて可動鏡１５に入射して反射する。なお、以下では、光源１１から出射されて可動鏡１５で反射する光を可動反射光という。可動反射光は、可動鏡１５で反射した後、再び波長板１４ａ，１４ｂを通じて可動側レンズ１３に入射し、第８光ファイバＦ８、第１位相調整器Ｐ１及び第６光ファイバＦ６を通じて第２ファイバカプラＦＣ２に流入する。
【００４１】
一方、第２ファイバカプラＦＣ２において、第７光ファイバＦ７に分岐された光は、第２位相調整器Ｐ２及び第９光ファイバＦ９を流れ、固定側レンズ１６で平行光となる。固定側レンズ１６を通過した光は、波長板１７ａ，１７ｂを通じて固定鏡１８に入射して反射する。なお、以下では、光源から出射されて固定鏡１８で反射する光を固定反射光という。固定反射光は、固定鏡１８で反射した後、再び波長板１７ａ，１７ｂを通じて固定側レンズ１６に入射し、第９光ファイバＦ９、第２位相調整器Ｐ２及び第７光ファイバＦ７を通じて第２ファイバカプラＦＣ２に流入する。
【００４２】
これにより、第２ファイバカプラＦＣ２では、第６光ファイバＦ６を通じて流入する可動反射光と第７光ファイバＦ７を通じて流入する固定反射光とが、第５光ファイバＦ５に流入し、合波されて干渉し合う。ここで、第５光ファイバＦ５に流入する可動反射光及び固定反射光は同位相で合波される。
【００４３】
すなわち、上記したように第１及び第２の各ファイバカプラＦＣ１，ＦＣ２では、光がストレート側の光ファイバに分岐される場合には位相が変化せず、クロス側の光ファイバに分岐される場合には位相がπ／２進む。また、可動鏡１５及び固定鏡１８では、入射した光が反射することで位相が反転するため位相がπ進む。また、光が第１及び第２の各位相調整器Ｐ１，Ｐ２及び各波長板群１４，１７を通過する際には位相が変化しない。したがって、可動反射光は、光源１１から出射された後に、表１に示すように位相が変化し、固定反射光は、光源１１から出射された後に、表２に示すように位相が変化する。
【００４４】
【表１】
表１に示すように、可動反射光は、光源１１から出射されて第１光ファイバＦ１を流れ、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側の第４光ファイバＦ４へ流れるため位相がπ／２進む。そして、第２ファイバカプラＦＣ２でストレート側の第６光ファイバＦ６へと流れるため位相が維持されて、光源１１から出射される光に対して位相がπ／２進んだ状態を維持する。また、可動反射光は、第１位相調整器Ｐ１や波長板群１４を通過する際には、位相が変化せず維持され、可動鏡１５で反射することにより、位相がπ進み、光源１１から出射される光に対して位相が３π／２進んだ状態となる。可動鏡１５で反射した可動反射光は、波長板群１４及び第１位相調整器Ｐ１を再度通過する際には、位相が変化せず維持される。そして、第２ファイバカプラＦＣ２でクロス側の第５光ファイバＦ５へ流れる際に位相がπ／２進むため、光源１１から出射される光に対して位相が２π進んだ状態となり、光源１１から出射される光と同位相（位相差「０」）となる。
【００４５】
【表２】
一方、固定反射光は、表２に示すように、光源１１から出射されて第１光ファイバＦ１を流れ、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側の第４光ファイバＦ４へ流れるため位相がπ／２進む。そして、第２ファイバカプラＦＣ２でクロス側の第７光ファイバＦ７へと流れるため位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対して位相がπ進んだ状態となる。また、固定反射光は、第２位相調整器Ｐ２や波長板群１７を通過する際には、位相が変化せず維持され、固定鏡１８で反射することにより、位相がπ進んで光源１１から出射される光に対して位相が２π進んだ状態（位相差「０」）となる。固定鏡１８で反射した固定反射光は、波長板群１７及び第２位相調整器Ｐ２を再度通過する際には、位相が変化せず維持されるため、光源１１から出射される光と同位相に維持される。そして、固定反射光は、第７光ファイバＦ７から第２ファイバカプラＦＣ２においてストレート側の第５光ファイバＦ５へ流れるため位相が変化せず、光源１１から出射される光と同位相に維持される。
【００４６】
以上のように、第２ファイバカプラＦＣ２を通過して第５光ファイバＦ５に流入する可動反射光と固定反射光とは、ともに光源１１から出射される光と同位相であるため、互いに位相が等しい。したがって、第５光ファイバＦ５では、同位相の光が合波されることにより干渉光が生成されることになり、干渉光を適切に生成することができる。こうして生成された干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３で第１１光ファイバＦ１１と第１２光ファイバＦ１２とに分岐する。第１１光ファイバＦ１１に分岐した干渉光は、参照光となり、第１２光ファイバＦ１２に分岐した干渉光は、測定光となる。
【００４７】
測定光は、第１２光ファイバＦ１２、第４位相調整器Ｐ４及び第１４光ファイバＦ１４を順に流れる。ここで、第１４光ファイバＦ１４を流れる測定光は、光源１１から出射される光に対して、位相が表３に示すように変化している。
【００４８】
【表３】
表３に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光が第３ファイバカプラＦＣ３においてクロス側の第１２光ファイバＦ１２に分岐して測定光となると、位相がπ／２進む。さらに、測定光は、第４位相調整器Ｐ４を流れる際に、位相がπ／２遅れるように調整されるため、第１４光ファイバＦ１４では、光源１１から出射される光と同位相となる。
【００４９】
第１４光ファイバＦ１４から流出した測定光は、第１測定光レンズ１９で平行光となり、試料測定部２０を透過する。測定光の一部は、試料測定部２０を流れる際に、試料測定部２０内の試料に吸収される。測定光のうち、試料に吸収される光の波長は、その試料の特性に応じて変化し、吸収量は試料の量に応じて変化する。測定光は試料測定部２０を透過した後に、第２測定光レンズ２１で集光されて第１５光ファイバＦ１５に流入する。第１５光ファイバＦ１５から流出した光は、測定光量調整部２２によって適宜光量調整され、第１６光ファイバＦ１６を介して光検出器３０の測定光電変換部３１に受光される。
【００５０】
参照光は、第１１光ファイバＦ１１、第３位相調整器Ｐ３及び第１３光ファイバＦ１３を順に流れる。ここで、第１３光ファイバＦ１３を流れる参照光の位相は、表４に示す通りである。
【００５１】
【表４】
表４に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３においてストレート側の第１１光ファイバＦ１１に分岐する際には、位相が維持される。さらに、参照光は、第３位相調整器Ｐ３を流れる際に位相が維持されるため、第１３光ファイバＦ１３では、光源１１から出射される光と同位相となる。本実施形態では、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４により、第１３光ファイバＦ１３を流れる参照光と第１４光ファイバＦ１４を流れる測定光との位相が同位相に調整されるため、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４が位相調整手段を構成している。
【００５２】
第１３光ファイバＦ１３から流出した参照光は、第１参照光レンズ２３で平行光となり、光路長調整部２４に入射する。光路長調整部２４では、参照光が４つの反射鏡２４ａ〜２４ｄにより４回反射するため位相は維持される。
【００５３】
参照光は、光路長調整部２４の第４反射鏡２４ｄで反射した後、第２参照光レンズ２５で集光されて第１７光ファイバＦ１７に流入する。第１７光ファイバＦ１７から流出した参照光は、参照光量調整部２６で適宜光量調整され、第１８光ファイバＦ１８を介して光検出器３０の参照光電変換部３２に受光される。
【００５４】
光検出器３０では、測定光電変換部３１で測定光が電気信号（電圧）に変換され、参照光電変換部３２で参照光が電気信号（電圧）に変換される。図３及び図４は、この電気信号（出力電圧）を示す波形図である。なお、可動鏡１５が変位して所定位置となったときにファイバカプラＦＣ２で干渉光が生成され、図３及び図４の波形図において、出力電圧が相対的に大きくなる時間は、可動鏡１５が変位して所定位置に達した時間を示している。
【００５５】
例えば、試料測定部２０内に試料が収容されていない場合（試料の量が「０」の場合）には、光検出器３０に流入する参照光と測定光との強度は等しい。したがって、参照光を示す電圧は、図３（ａ）に示す波形図となり、測定光を示す電圧は、図３（ｂ）に示す波形図となり、参照光及び測定光の波形図は、互いに同位相で同じ強度の光の波形を示す。
【００５６】
一方、試料測定部２０内に試料が収容されている場合（試料の量が「０」でない場合）には、測定光は試料測定部２０を通過する際に一部が吸収される。したがって、参照光を示す電圧は、図４（ａ）に示す波形図となり、測定光を示す電圧は、図４（ｂ）に示す波形図となり、測定光の波形図は、参照光と同じ位相であって、所定波長において試料の吸収分だけ光量が小さい光の波形を示す。
【００５７】
光検出器３０の演算処理部３３は、これらの出力電圧値を減算処理する。本実施形態では、第１６光ファイバＦ１６を通じて光検出器３０に受光される測定光と、第１７光ファイバＦ１７を通じて光検出器３０に受光される参照光の位相が互いに位相が等しい。そして、光検出器３０の演算処理部３３では、互いに位相が等しい光の出力電圧値の減算処理が行われる。したがって、演算処理部３３は、減算結果として、試料に吸収された測定光の量を適切に検出することができる。すなわち、試料測定部２０に試料が収容されていない場合には、図３に示す出力電圧値が減算処理されるため、減算結果が「０」となり、試料測定部２０で測定光が吸収されなかった旨が検出される。一方、試料測定部２０に試料が収容されている場合には、図４に示す出力電圧値がフーリエ変換されて減算処理されるため、試料測定部２０の試料に吸収された測定光の量が検出される。
【００５８】
演算処理部３３による減算結果は、アナログーデジタル変換器３４を通じてデジタル信号に変換され、パーソナルコンピュータ３５に出力される。これにより、パーソナルコンピュータ３５は、入力されたデジタル信号をフーリエ変換して、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量、並びに試料測定部２０の試料の種類とその量を導出し、その導出結果を表示画面に表示する。
【００５９】
以上詳述したように、本実施形態によれば以下の作用効果を奏することができる。
（１）分光分析装置１０では、光検出器３０が、試料によって吸収される測定光の量を検出し、その検出方法に応じて、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４が、参照光と測定光との位相を調整する。したがって、第３ファイバカプラＦＣ３で測定光と参照光とに分岐される際に、測定光と参照光との位相がπ／２ずれるものの、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４により測定光と参照光との位相が同位相に調整される。したがって、光検出器３０が、試料に吸収された測定光の量を適切に検出することができ、パーソナルコンピュータ３５による演算処理により、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量、並びに試料測定部２０の試料の種類とその量を導出することができる。
【００６０】
（２）分光分析装置１０では、光検出器３０の演算処理部３３が、光検出器３０に流入する参照光と測定光との強度とを減算処理し、第３及び第４の各位相調整器Ｐ３，Ｐ４は、測定光と参照光との位相が同位相になるように調整する。したがって、演算処理部３３が測定光と参照光との減算処理を行うことで、試料が吸収した測定光の量を適切に検出することができる。
【００６１】
（３）分光分析装置１０は、光の分岐及び合波をファイバカプラＦＣ１〜ＦＣ３で行うようにしており、ファイバカプラＦＣ１〜ＦＣ３を通過する際にクロス側の光ファイバに光が流れると位相がπ／２進むため、伝送される光の位相が変化しやすい。そのため、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４で光の位相を調整することによって光検出器３０試料に吸収された測定光の量を適切に検出するという効果を、より好適に発揮させることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図５〜図６を参照して説明する。図５に、本実施形態に係る分光分析装置を示す。本実施形態に係る分光分析装置１０ａは、マイケルソン干渉計を用いた分光分析装置であり、複数の光ファイバＦ１〜Ｆ２３を通じて光を伝送し、試料測定部２０内の試料に含まれる元素の量を特定する定量分析を行うものである。本実施形態に係る分光分析装置１０ａにおいて、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号で示し、その説明を適宜省略する。
【００６３】
分光分析装置１０ａにおいて、第１光ファイバＦ１は、第２光ファイバＦ２ａと第１ファイバカプラＦＣ１で結合されており、第３光ファイバＦ３及び第４光ファイバＦ４に分岐されている。第１ファイバカプラＦＣ１では、第１光ファイバＦ１のストレート側で且つ第２光ファイバＦ２ａのクロス側に第３光ファイバＦ３が接続され、第１光ファイバＦ１のクロス側で第２光ファイバＦ２ａのストレート側に第４光ファイバＦ４が接続されている。本実施形態では、後記するように、ノイズ光が第２光ファイバＦ２ａを流れる。
【００６４】
第２光ファイバＦ２ａにおいて、第１ファイバカプラＦＣ１に接続されている側と反対側が、ノイズ光量調整部２８及び第２３光ファイバＦ２３を介して光源光検出手段である光源光検出器３６に接続されている。ノイズ光量調整部２８は、測定光量調整部２２と同様の原理により、第２光ファイバＦ２ａを流出して光源光検出器３６に流入する光の量を調整する。
【００６５】
第５光ファイバＦ５は、第２ファイバカプラＦＣ２に接続される側と反対側の端部が、第１０光ファイバＦ１０と第３ファイバカプラＦＣ３で結合されており、第１１光ファイバＦ１１ａ及び第１２光ファイバＦ１２ａに分岐されている。第３ファイバカプラＦＣ３では、第５光ファイバＦ５のストレート側で且つ第１０光ファイバＦ１０のクロス側に第１１光ファイバＦ１１ａが接続され、第５光ファイバＦ５のクロス側で第１０光ファイバＦ１０のストレート側に第１２光ファイバＦ１２ａが接続されている。第３ファイバカプラＦＣ３は、第２ファイバカプラＦＣ２で合波された光を、第１１光ファイバＦ１１ａと第１２光ファイバＦ１２ａとに分岐する。第１１光ファイバＦ１１ａに分岐して流れる光は、基準光である。
【００６６】
第１１光ファイバＦ１１ａにおいて、第３ファイバカプラＦＣ３に接続されている側と反対側は、基準光量調整部２７及び第２２光ファイバＦ２２を介して、光源光検出器３６に接続されている。基準光量調整部２７は、測定光量調整部２２と同様の原理により、第１１光ファイバＦ１１ａを流出して光源光検出器３６に流入する光の量を調整する。
【００６７】
光源光検出器３６は、基準光電変換部３７とノイズ光電変換部３８と演算処理部３９とを備えている。基準光電変換部３７は、基準光を受光して電気信号に変換し、ノイズ光電変換部３８は、ノイズ光を受光して電気信号に変換する。演算処理部３９は、基準光とノイズ光とを示す電気信号（出力電圧値）を減算処理する。この減算結果は、後記するように光源１１から出射される光の強度を反映した値となっている。
【００６８】
光源光検出器３６は、アナログーデジタル変換器４０を介してパーソナルコンピュータ３５ａに接続されている。アナログーデジタル変換器４０は、演算処理部３９の減算結果をデジタル信号に変換し、その信号をパーソナルコンピュータ３５ａに出力する。これにより、パーソナルコンピュータ３５ａは、入力されるデジタル信号をフーリエ変換することで、表示画面に光源１１から出射される光の強度を表示する。
【００６９】
第１２光ファイバＦ１２ａは、第３ファイバカプラＦＣ３に接続される側と反対側の端部が、第１３光ファイバＦ１３ａと第４ファイバカプラＦＣ４で結合されており、第１４光ファイバＦ１４ａ及び第１５光ファイバＦ１５ａに分岐されている。第４ファイバカプラＦＣ４では、第１２光ファイバＦ１２ａのストレート側で且つ第１３光ファイバＦ１３ａのクロス側に第１４光ファイバＦ１４ａが接続され、第１２光ファイバＦ１２ａのクロス側で第１３光ファイバＦ１３のストレート側に第１５光ファイバＦ１５ａが接続されている。第１２光ファイバＦ１２ａを流れた光は、第４ファイバカプラＦＣ４で分岐され、第１４光ファイバＦ１４ａに分岐して流れた光が参照光であり、第１５光ファイバＦ１５ａに分岐して流れた光が測定光である。
【００７０】
第１４光ファイバＦ１４ａは、第３位相調整器Ｐ３ａを介して第１６光ファイバＦ１６ａに接続されている。第３位相調整器Ｐ３ａは、流入する光をπ／２遅らせるように構成されている。第１５光ファイバＦ１５aは、第４位相調整器Ｐ４ａを介して第１７光ファイバＦ１７ａに接続されている。第４位相調整器Ｐ４ａは、流入する光の位相をπ遅らせるように構成されている。
【００７１】
第１７光ファイバＦ１７ａにおいて第４位相調整器Ｐ４ａが接続する側と反対側には、第１測定光レンズ１９、試料測定部２０及び第２測定光レンズ２１が順に接続されている。第２測定光レンズ２１は、第１８光ファイバＦ１８ａを介して測定光量調整部２２に接続されており、測定光量調整部２２は第１９光ファイバＦ１９を介して光検出器３０に接続されている。
【００７２】
第１６光ファイバＦ１６ａにおいて第３位相調整器Ｐ３ａが接続する側と反対側には、第１参照光レンズ２３、光路長調整部２４及び第２参照光レンズ２５が順に接続されている。第２参照光レンズ２５は、第２０光ファイバＦ２０を介して参照光量調整部２６に接続されている。参照光量調整部２６は、第２１光ファイバＦ２１を介して光検出器３０に接続されている。
【００７３】
第４ファイバカプラＦＣ４から光検出器３０までの経路において、第１４光ファイバＦ１４ａから第１６光ファイバＦ１６ａまでの経路と、第１５光ファイバＦ１５ａから第１７光ファイバＦ１７ａまでの経路は同じ光路長に設定されている。また、第２０光ファイバＦ２０から第２１光ファイバＦ２１までの経路と、第１８光ファイバＦ１８ａから第１９光ファイバＦ１９までの経路は、同じ光路長に設定されている。そして、試料測定部２０内の試料によって、光路長が変化する場合があるため、光路長調整部２４は、試料測定部２０の試料に応じて、光路長調整部２４を通過する光と試料測定部２０を通過する光の光路長が一致するように調整する。したがって、第４ファイバカプラＦＣ４から光検出器３０までの経路において、測定光及び参照光が通過する光路長は、同じ長さに設定される。
【００７４】
光検出器３０は、アナログーデジタル変換器３４を介してパーソナルコンピュータ３５ａに接続されている。パーソナルコンピュータ３５ａは、第１実施形態と同様に、アナログーデジタル変換器３４の出力信号をフーリエ変換し、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量、並びに試料の量を導出してこれを表示する。なお、本実施形態では、パーソナルコンピュータ３５ａに、光源１１から出射される光の強度を示すデジタル信号が入力されるため、パーソナルコンピュータ３５は、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量並びに試料の量を導出するにあたり、光源１１から出射される光の強度に基づいて補正を行う。
【００７５】
次に、分光分析装置１０ａの動作について説明する。分光分析装置１０ａでは、光源１１から出射される光が以下のように伝送されることで、試料の定量分析が行われる。
分光分析装置１０ａでは、第１実施形態と同様に、第２ファイバカプラＦＣ２において、第６光ファイバＦ６を通じて流入する可動反射光と第７光ファイバＦ７を通じて流入する固定反射光とが合波されて干渉し合う。
【００７６】
本実施形態では、第２ファイバカプラＦＣ２に流入する光は、第４光ファイバＦ４と第５光ファイバＦ５とに分岐される。このうち第５光ファイバＦ５に流入して干渉し合う光は、第１実施形態と同様に、可動反射光と固定反射光がともに光源１１から出射される光と同位相で合波されるため、干渉光が適切に生成される。一方、第４光ファイバＦ４に流入する可動反射光は、表５に示すように光源１１から出射される光に対して位相が変化している。また、第４光ファイバＦ４に流入する固定反射光は、表６に示すように、位相が変化している。
【００７７】
【表５】
表５に示すように、第４光ファイバＦ４に流入する可動反射光は、可動鏡１５で反射して第１位相調整器Ｐ１を通過するまでは、第１実施形態における表１と同じ態様で変化する。しかしながら、第２ファイバカプラＦＣ２において第６光ファイバＦ６からストレート側の第４光ファイバＦ４に流入するため、第２ファイバカプラＦＣ２を流れる際に位相が変化することなく維持される。したがって、光源１１から出射される光に対して、位相が３π／２進んだ状態となる。
【００７８】
【表６】
一方、表６に示すように、第４光ファイバＦ４に流入する固定反射光は、固定鏡１８で反射して第２位相調整器Ｐ２を通過するまでは、第１実施形態における表２と同じ態様で変化する。しかしながら、第２ファイバカプラＦＣ２において第７光ファイバＦ７からクロス側の第４光ファイバＦ４に流入するため、位相がπ／２進む。したがって、第４光ファイバＦ４に流入する固定反射光は、光源１１から出射された光に対して、位相がπ／２進んだ状態となっている。
【００７９】
このように第４光ファイバＦ４には、光源１１から出射された光に対して位相が３π／２進んでいる可動反射光と、位相がπ／２進んでいる固定反射光とが流入して干渉し合う。したがって、逆位相の可動反射光と固定反射光とが干渉し合うことになるため、２つの光が互いに打ち消し合い、打ち消し合わずに残存する光の波形は、光源１１から出射される光が伝送される際に生じるノイズが反映されたものとなる。
【００８０】
このようにして光の伝送される際に生じるノイズが反映された光が、第４光ファイバＦ４を流れ、第１ファイバカプラＦＣ１において、第１光ファイバＦ１と第２光ファイバＦ２ａとに分岐される。第１ファイバカプラＦＣ１において、第１光ファイバＦ１から第２光ファイバＦ２ａを流れる光はノイズを反映したノイズ光として、ノイズ光量調整部２８で適宜光量調整されて、光源光検出器３６のノイズ光電変換部３８に流入する。
【００８１】
第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３において、ストレート側の第１１光ファイバＦ１１ａと、クロス側の第１２光ファイバＦ１２ａとに分岐される。第１１光ファイバＦ１１ａに分岐した干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３において第５光ファイバＦ５からストレート側の第１１光ファイバＦ１１ａに分岐しているため、第３ファイバカプラＦＣ３を通過する際に位相が変化することなく維持される。また、第１１光ファイバＦ１１ａを流れる光は、第５光ファイバＦ５において同位相の可動反射光と固定反射光とが合波されて生成される。したがって、第１１光ファイバＦ１１を流れる光は、光源１１から出射される光の強度を反映した基準光となる。基準光は、第１１光ファイバＦ１１を流れ、基準光量調整部２７で適宜光量調整されて、光源光検出器３６に流入する。
【００８２】
なお、ノイズ光及び基準光は、第２ファイバカプラＦＣ２で合波されることにより生成されるため、本実施形態では、第２ファイバカプラＦＣ２が、ノイズ光合波手段及び基準光合波手段を構成している。
【００８３】
光源光検出器３６では、図６（ａ）に示すように、基準光電変換部３７で基準光が電気信号に変換され、図６（ｂ）に示すように、ノイズ光電変換部３８でノイズ光が電気信号に変換される。そして、これらの電気信号が演算処理部３９で減算処理される。アナログーデジタル変換器４０は、その減算結果をデジタル信号に変換し、パーソナルコンピュータ３５ａに出力する。したがって、パーソナルコンピュータ３５ａは、光源強度を示す基準光から、光が伝送される際に生じるノイズを除去した光の波形を表示する。
【００８４】
第３ファイバカプラＦＣ３を通じて第１２光ファイバＦ１２ａに流れた干渉光は、第４ファイバカプラＦＣ４において、第１４光ファイバＦ１４ａ及び第１５光ファイバＦ１５ａに分岐して流れる。第１４光ファイバＦ１４ａを流れる光は、参照光として、第３位相調整器Ｐ３ａ、第１６光ファイバＦ１６ａを順に流れる。第１６光ファイバＦ１６ａを流れる参照光は、光源１１から出射される光に対して、位相が表７に示すように変化している。
【００８５】
【表７】
表７に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３においてクロス側の第１２光ファイバＦ１２ａに分岐するため、位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対してπ／２進んだ状態となる。そして、第４ファイバカプラＦＣ４において、ストレート側の第１４光ファイバＦ１４ａへ流れて参照光となるため、第４ファイバカプラＦＣ４を通過する際には、位相が変化することなく、光源１１から出射される光に対してπ／２進んだ状態に維持される。そして、第３位相調整器Ｐ３ａを通過する際に、位相がπ／２遅れるため、第１６光ファイバＦ１６ａでは、光源１１から出射される光と同位相（位相差「０」）となる。
【００８６】
一方、第１５光ファイバＦ１５ａを流れる光は、測定光として、第４位相調整器Ｐ４ａ、第１７光ファイバＦ１７ａを順に流れる。第１７光ファイバＦ１７ａを流れる測定光は、光源１１から出射される光に対して、位相が表８に示すように変化している。
【００８７】
【表８】
表８に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３においてクロス側の第１２光ファイバＦ１２ａに分岐するため、位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対してπ／２進んだ状態となる。そして、第４ファイバカプラＦＣ４において、クロス側の第１５光ファイバＦ１５ａへ流れて測定光となるため、位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対して位相がπ進んだ状態に維持される。そして、第４位相調整器Ｐ４ａを通過する際に、位相がπ遅れるため、第１７光ファイバＦ１７ａでは、光源１１から出射される光と同位相（位相差「０」）となる。
【００８８】
第１７光ファイバＦ１７ａから流出した測定光は、第１測定光レンズ１９、試料測定部２０、第２測定光レンズ２１及び第１８光ファイバＦ１８ａを順に流れる。第１８光ファイバＦ１８ａから流出した測定光は、測定光量調整部２２で光量が調整され、第１９光ファイバＦ１９を通じて光検出器３０に流入する。第１６光ファイバＦ１６ａから流出した参照光は、第１参照光レンズ２３、光路長調整部２４、第２参照光レンズ２５及び第２０光ファイバＦ２０を順に流れる。第２０光ファイバＦ２０から流出した光は、参照光量調整部２６で光量が調整され、第２１光ファイバＦ２１を通じて光検出器３０に流入する。
【００８９】
本実施形態においても、第３位相調整器Ｐ３ａ及び第４位相調整器Ｐ４ａによって、光検出器３０に流入する測定光と参照光とが同位相に調整されている。したがって、第１実施形態と同様に、パーソナルコンピュータ３５ａの表示部には、試料測定部２０の試料により吸収された光の波長及び量、並びに試料の量が表示される。また、パーソナルコンピュータ３５ａには、上記したように、光源１１から出射される光の強度を示すデジタル信号がノイズが除去された状態で入力される。したがって、パーソナルコンピュータ３５ａは、試料により吸収された光の波長及び量と、試料の量をより正確に導出して、この結果を表示画面に表示することができる。
【００９０】
以上詳述したように、第２実施形態によれば、上記（１）〜（３）の作用効果に加え、以下の（４）の作用効果を奏することができる。
（４）分光分析装置１０ａでは、第２ファイバカプラＦＣ２で基準光及びノイズ光を生成し、光源光検出器３６で、光源１１から出射された光の強度をノイズを除去した状態で検出するようにしている。これにより、パーソナルコンピュータ３５ａが、こうして得られた光源強度と試料に吸収された測定光の波長と強度を比較することで、試料に吸収された測定光の波長及び量をより正確に導出することができる。
【００９１】
（その他の実施形態）
・上記各実施形態では、光検出器の演算処理部が減算処理を行うものであったが、演算処理部は、除算処理を行うものでもよい。この場合でも、位相調整手段は、光検出器に流入する測定光及び参照光が同位相となるように調整する。また、演算処理部は加算処理を行うものでもよく、この場合には、位相調整手段が光検出器に流入する測定光及び参照光が逆位相となるように調整する。これにより、試料がない場合に、逆位相の測定光と参照光とが光検出器に流入され、この電気信号が加算処理されることにより、逆位相の光が打ち消しあって加算結果が「０」となり、試料がある場合には、加算処理により、試料に吸収された測定光の波長及び量が検出されることになる。
【００９２】
なお、上記第１及び第２実施形態やこの変形例では、このように同位相の光の電気信号を減算又は除算処理したり、逆位相の光の電気信号を加算処理するため、検出器のダイナミックレンジの制限を回避することができ、高感度の分析を行うことができる。
【００９３】
・また、上記各実施形態の光検出器は、受光する測定光及び参照光を直接光電変換される構成であったが、例えば、光検出器は、各光電変換部の前段に位相調整器を備えている構成であってもよい。例えば、光検出器が、流入する光の位相をπ／２進ませる位相調整器を参照光電変換部の前段に備えており、演算処理部が減算処理を行う構成である場合には、位相調整手段により、光検出器に流入する参照光の位相が測定光よりもπ／２遅れるように調整する。これにより、参照光電変換部及び測定光電変換部で光電変換される電気信号は、同位相の光の波形を示すため、演算処理部の減算処理により、試料により吸収された測定光の波長及び量を検出することができる。
【００９４】
・上記各実施形態では、第３位相調整器Ｐ３，Ｐ３ａ及び第４位相調整器Ｐ４，Ｐ４ａで位相調整手段を構成した。しかしながら、位相調整手段は、ファイバカプラで構成してもよい。例えば、上記したように、光検出器が、流入する光の位相をπ／２進ませる位相調整器を参照光電変換部の前段に備えており、演算処理部が減算処理を行う構成である場合には、位相調整手段で、参照光の位相を測定光よりもπ／２位相を遅らせるように調整することが必要となる。この場合、第１実施形態の分光分析装置１０から第３位相調整器Ｐ３と第４位相調整器Ｐ４とを取り除けば、参照光は測定光よりも位相がπ／２遅れた状態で光検出器に流入することとなる。したがって、このような光検出器を用いる場合には、第３ファイバカプラＦＣ３が、参照光を測定光よりも位相をπ／２遅らせるための位相調整手段を構成することとなる。したがって、ファイバカプラを適宜組み合わせることにより、光検出器の構成や演算方法などに応じて、伝送される光の位相を調整するようにしてもよい。
【００９５】
・上記各実施形態では、測定光及び参照光は、ともに第２ファイバカプラＦＣ２で合波されたが、測定光及び参照光を合波させるため合波手段は、それぞれ別々の合波手段を用いるようにしてもよい。また、例えば、各合波手段で合波される固定反射光及び可動反射光が互いに同位相であれば、各合波手段で合波される際の測定光と参照光との位相は同位相であっても異なる位相であってもよい。すなわち、測定光及び参照光が合波された後に、位相調整手段で測定光及び参照光の位相を適宜調整して、光検出器に流入させるようにすればよい。
【００９６】
また、ノイズ光及び基準光を合波させるための合波手段も、別々の合波手段を用いるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、光路長調整部２４で、測定光と参照光との光路長を一致させるように調整している。しかしながら、分光分析装置が特定の試料の定量分析を行うものであれば、試料測定部２０の光路長は一定であるため、このような場合には、光路長が可変に調整できる光路長調整部を設けることなく、参照光が流れる光路長を光ファイバの長さなどによって調整することで、参照光と測定光との光路長を一致させるようにしてもよい。
【００９７】
・上記各実施形態では、光ファイバを通じて光の伝送を行ったが、分光分析装置は、光ファイバを用いることなく、空間内において光が伝送される構成であってもよい。このような場合、空間内において光が伝送される際に光の位相が変化するため、検出器の構成や演算方法に応じて、検出器に流入する光の位相を波長板などで調整するようにしてもよい。
【００９８】
・上記各実施形態では、光検出器が試料透過後の測定光を受光するようにしている。しかしながら、光検出器は試料反射後の測定光を受光するようにしてもよい。
・上記実施形態では、光ファイバを流れる光を分岐させる手段として、ファイバカプラを用いるようにしている。しかしながら、光の伝送路が３ポートのみの場合には、ファイバカプラの代わりにサーキュレータを用いるようにしてもよい。
【００９９】
・上記各実施形態では、光がファイバカプラにおいてクロス側の光ファイバに伝送される際に、位相がπ／２進む構成であったが、位相を保持するファイバカプラを用いるようにしてもよい。また、光ファイバ及びサーキュレータにおいても、位相保持用のファイバ及びサーキュレータを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１０，１０ａ…分光分析装置、１１…光源、１２…光源レンズ、１３…可動側レンズ、１４，１７…波長板群、１５…可動鏡、１６…固定側レンズ、１８…固定鏡、１９…第１測定光レンズ、２０…試料測定部、２１…第２測定光レンズ、２２…測定光量調整部、２３…第１参照光レンズ、２４…光路長調整部、２５…第２参照光レンズ、２６…参照光量調整部、２７…基準光量調整部、２８…ノイズ光量調整部、３０…光検出器、３１…測定光電変換部、３２…参照光電変換部、３３，３９…演算処理部、３４，４０…アナログーデジタル変換器、３５，３５ａ…パーソナルコンピュータ、３６…光源光検出器、３７…基準光電変換部、３８…ノイズ光電変換部、Ｆ１〜Ｆ２４，Ｆ２ａ，Ｆ１１ａ〜Ｆ１８ａ…光ファイバ、Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ３ａ，Ｐ４ａ…位相調整器、ＦＣ１〜ＦＣ４…第１ファイバカプラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、ＦＴ−ＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）等、マイケルソン干渉計を用いた分光装置が知られている。特許文献１の分光分析装置では、マイケルソン干渉計において、光源から出射した光を分岐させて固定鏡と可動鏡とでそれぞれ反射させた後に、これらの反射光を互いに合波させて干渉光を生成する。
【０００３】
この分光分析装置では、干渉光を分岐させ、その一方を測定光とし他方を参照光とし、試料を透過した測定光と試料を透過していない参照光とを検出器で受光する。検出器では、これらの光を光電変換した後に、これらの電気信号をフーリエ変換して演算処理することで、試料に吸収された光の波長及び吸収量を検出する。この分光分析装置では、こうして検出された光の波長及び吸収量に基づいて、試料の原子・分子構造や量等を特定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０―１７６９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光源から出射された光は、光源から出射されて測定光や参照光として検出器に流入するまでに通過する経路に応じて位相が変化する。そのため、検出器に受光される際の光の位相によっては、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出できない場合がある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出することができる分光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、広帯域光を出射する光源と、前記光源からの光を分岐させる分岐手段と、前記分岐された各光をそれぞれ反射させる固定鏡及び可動鏡と、前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて測定光を生成する測定光合波手段と、前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて参照光を生成する参照光合波手段と、前記参照光と測定対象物透過後又は反射後の前記測定光とを受光し、前記測定対象物による前記測定光の吸収特性を検出する吸収特性検出手段と、前記吸収特性検出手段に応じて、前記参照光と前記測定光との位相を調整する位相調整手段とを備える。
【０００８】
上記構成において、測定光合波手段及び参照光合波手段では、固定鏡及び可動鏡で反射した各反射光が互いに同位相で干渉し合うため、干渉光が適切に生成される。
ここで、光源からの光が分岐手段で分岐されたり、合波手段で合波されたりする際に、位相が変化する場合がある。また、光源からの光が固定鏡や可動鏡で反射する場合、位相が逆位相となる。したがって、光源から出射される光は、伝送される経路に応じて位相が変化する。
【０００９】
この点、位相調整手段が、吸収特性検出手段に応じて、参照光と測定光との位相を調整するため、吸収特性検出手段が、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光源から出射される光を伝送するための光ファイバを備え、前記分岐手段及び前記各合波手段は、ファイバカプラで構成される。
【００１１】
ファイバカプラによって光が分岐されたり合波されたりする場合、ファイバカプラを通過する光の位相が変化する場合がある。したがって、位相調整手段で光の位相を調整することにより、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出するという効果を、より好適に発揮させることができる。
【００１２】
また、上記したように、ファイバカプラを通過する際に光の位相が変化する場合には、分光分析装置に用いるファイバカプラの組み合わせ（個数や光ファイバとの接続態様）によって位相を調整することもできる。この場合には、ファイバカプラが位相調整手段を兼用することもできる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて基準光を生成する基準光合波手段と、前記各鏡の反射光を逆位相で互いに合波させてノイズに相当する波形を有するノイズ光を生成するノイズ光合波手段と、前記基準光と前記ノイズ光とを受光し、光源から出射された光の強度を検出する光源光検出手段とを備える。
【００１４】
基準光合波手段では、各反射光が同位相で干渉し合うため、光源から出射される光の強度を反映した基準光が生成される。また、ノイズ光合波手段では、固定鏡及び可動鏡で反射した光が逆位相で干渉し合うため、２つの光が互いに打ち消し合い、打ち消し合わずに残存した光の波形は、光源からの光が伝送される際に生じるノイズを反映した波形を示している。そして、光源光検出手段では、流入する基準光とノイズ光とに基づいて、光源から出射される光の強度をノイズが除去された状態で検出する。
【００１５】
こうして得られた光源の光の強度と、測定対象物による測定光の吸収特性とを比較することにより、測定対象物による測定光の吸収特性をより正確に検出することができる。
請求項１〜３に記載の発明は、具体的には、請求項４に記載の発明によるように、前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを減算処理し、前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が同位相になるように調整する。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明によるように、前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを加算処理し、前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が逆位相になるように調整する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定対象物による測定光の吸収特性を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る分光分析装置を示す模式図。
【図２】ファイバカプラによる光ファイバの連結状態を示す断面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、参照光及び測定光を示す波形図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、参照光及び測定光を示す波形図。
【図５】第２実施形態に係る分光分析装置を示す模式図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、基準光及びノイズ光を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。図１に、本実施形態に係る分光分析装置を示す。本実施形態に係る分光分析装置１０は、マイケルソン干渉計を用いた分光分析装置であり、複数の光ファイバＦ１〜Ｆ１８を通じて光を伝送するとともに、干渉光を試料に通過させることで、試料に含まれる元素の量を特定する定量分析を行うものである。
【００２０】
分光分析装置１０は、光源１１と、光源１１から出射された光を集光する光源レンズ１２を備えている。光源１１は、例えば白色ＬＥＤからなり、広帯域光を出射する。
分光分析装置１０では、光源レンズ１２で集光された光が第１光ファイバＦ１に流入するように構成されている。第１光ファイバＦ１は、第２光ファイバＦ２と第１ファイバカプラＦＣ１で結合されており、第３光ファイバＦ３及び第４光ファイバＦ４に分岐されている。
【００２１】
図２に示すように、第１ファイバカプラＦＣ１は、各光ファイバＦ１〜Ｆ４を連結している。各光ファイバＦ１〜Ｆ４では、コアＣＯがクラッドＣＬで被覆されている。第１ファイバカプラＦＣ１では、第１光ファイバＦ１のコアＣＯと第３光ファイバＦ３のコアＣＯとが連続しており、第１光ファイバＦ１と第３光ファイバＦ３とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてストレート側で接続されている。また、第２光ファイバＦ２のコアＣＯと第４光ファイバＦ４のコアＣＯとが連続しており、第２光ファイバＦ２と第４光ファイバＦ４とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてストレート側で接続されている。また、第１光ファイバＦ１のコアＣＯと第４光ファイバＦ４のコアＣＯとは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクラッドＣＬを介して接続されており、第１光ファイバＦ１と第４光ファイバＦ４とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側に接続されている。また、第２光ファイバＦ２のコアＣＯと第３光ファイバＦ３のコアＣＯとは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクラッドＣＬを介して接続されており、第２光ファイバＦ２と第３光ファイバＦ３とは、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側に接続されている。
【００２２】
第１光ファイバＦ１を流れる光は、第１ファイバカプラＦＣ１を介してストレート側に接続する第３光ファイバＦ３に伝送される際には位相が維持され、クロス側の第４光ファイバＦ４に伝送される際には、位相がπ／２進む。なお、他のファイバカプラＦＣ２，ＦＣ３においても同様に、光がファイバカプラＦＣ２，ＦＣ３を通過してストレート側の光ファイバに分岐して流れる場合には位相が変化せず、クロス側の光ファイバに分岐して流れる場合には位相がπ／２進む。
【００２３】
また、図２に示すように、第２光ファイバＦ２及び第３光ファイバＦ３のコアＣＯは、第１ファイバカプラＦＣ１と接続される側と反対側の端部が閉塞又はＡＰＣ加工されており、この端部において光が反射しないようにするための処理が施されている。なお、後記する第１０光ファイバＦ１０においても、第３ファイバカプラＦＣ３と接続される側と反対側の端部が閉塞又はＡＰＣ加工され、端部における光の反射を防止する処理が施されている。
【００２４】
図１に示すように、第４光ファイバＦ４は、第５光ファイバＦ５と、第２ファイバカプラＦＣ２で結合されており、第６光ファイバＦ６及び第７光ファイバＦ７に分岐されている。第２ファイバカプラＦＣ２では、第４光ファイバＦ４のストレート側で且つ第５光ファイバＦ５のクロス側に第６光ファイバＦ６が接続され、第４光ファイバＦ４のクロス側で第５光ファイバＦ５のストレート側に第７光ファイバＦ７が接続されている。
【００２５】
第６光ファイバＦ６は、第１位相調整器Ｐ１を介して第８光ファイバＦ８に接続されている。そして、第８光ファイバＦ８から流出する光は、可動側レンズ１３及び波長板群１４を通じて可動鏡１５に入射し、可動鏡１５で反射されるように構成されている。可動鏡１５は、図示しない駆動機構により、図１の破線矢印に示す方向に移動可能に構成されている。
【００２６】
第１位相調整器Ｐ１及び後記する第２〜第４の各位相調整器Ｐ２〜Ｐ４は、流入する光の位相を調整するものであり、第１位相調整器Ｐ１は、流入する光の位相を維持するように構成されている。また、波長板群１４は、複数枚（本実施形態では２枚）の波長板１４ａ，１４ｂからなる。波長板群１４は、光が各波長板１４ａ，１４ｂを通過する際には、位相が変更されるものの、波長板群１４全体を通過する際には、位相が維持されるように構成されている。なお、第１位相調整器Ｐ１及び波長板群１４の何れかを省略してもよい。また、光は、可動鏡１５で反射する際には位相が逆位相となり、換言すれば位相がπ進む。
【００２７】
第７光ファイバＦ７は、第２位相調整器Ｐ２を介して第９光ファイバＦ９に接続されている。そして、第９光ファイバＦ９から流出する光は、固定側レンズ１６及び波長板群１７を通じて固定鏡１８に入射し、固定鏡１８で反射されるように構成されている。固定鏡１８は移動不能に構成されている。
【００２８】
第２位相調整器Ｐ２は、流入する光の位相を維持するように構成されている。また、波長板群１７は、複数枚（本実施形態では２枚）の波長板１７ａ，１７ｂからなり、光が各波長板１７ａ，１７ｂを通過する際には、位相が変更されるものの、波長板群１７全体を通過する際には、位相が維持されるように構成されている。なお、第２位相調整器Ｐ２及び波長板群１７の何れかを省略してもよい。また、光は、固定鏡１８で反射する際に位相が逆位相となり、換言すれば位相がπ進む。
【００２９】
本実施形態では、後記するように、第２ファイバカプラＦＣ２が、光源１１からの光を可動鏡１５及び固定鏡１８のそれぞれに伝送するために分岐させるとともに、これら可動鏡１５及び固定鏡１８で反射した光を合波させる。したがって、第２ファイバカプラＦＣ２は、分岐手段、測定光合波手段及び参照光合波手段を構成している。
【００３０】
第５光ファイバＦ５は、第２ファイバカプラＦＣ２に接続される側と反対側の端部が、第１０光ファイバＦ１０と第３ファイバカプラＦＣ３で結合されており、第１１光ファイバＦ１１及び第１２光ファイバＦ１２に分岐されている。第３ファイバカプラＦＣ３では、第５光ファイバＦ５のストレート側で且つ第１０光ファイバＦ１０のクロス側に第１１光ファイバＦ１１が接続され、第５光ファイバＦ５のクロス側で第１０光ファイバＦ１０のストレート側に第１２光ファイバＦ１２が接続されている。第３ファイバカプラＦＣ３は、第２ファイバカプラＦＣ２で合波された光を、第１１光ファイバＦ１１と第１２光ファイバＦ１２とに分岐させる。第１１光ファイバＦ１１に分岐して流れた光は、参照光であり、第１２光ファイバＦ１２に分岐して流れた光は、測定光である。
【００３１】
第１１光ファイバＦ１１は、第３位相調整器Ｐ３を介して第１３光ファイバＦ１３に接続されている。第３位相調整器Ｐ３は、流入する光の位相を維持するように構成されている。第１２光ファイバＦ１２は、第４位相調整器Ｐ４を介して第１４光ファイバＦ１４に接続されている。第４位相調整器Ｐ４は、流入する光の位相をπ／２遅らせるように構成されている。
【００３２】
第１４光ファイバＦ１４において第４位相調整器Ｐ４が接続する側と反対側には、第１測定光レンズ１９、試料測定部２０、第２測定光レンズ２１及び第１５光ファイバＦ１５が順に接続されている。第１測定光レンズ１９は、第１４光ファイバＦ１４から流出した光を試料測定部２０の試料上で集束させるためのものである。なお第１測定光レンズ１９として、リレーレンズを用いるようにしてもよい。試料測定部２０には、測定対象物となる試料が収容されている。また、第２測定光レンズ２１は、試料測定部２０を透過した測定光を集光するためのものである。
【００３３】
第１５光ファイバＦ１５は、測定光量調整部２２及び第１６光ファイバＦ１６を介して、吸収特性検出手段である光検出器３０に接続されている。測定光量調整部２２は、表面の曲率が部位毎に異なる１対のレンズを備えており、一対のレンズが対面し合う領域を変更することで、第１５光ファイバＦ１５から流出した光の量を調整して、光検出器３０に流入する光量を調整するものである。測定光量調整部２２としては、コリメートレンズやグリーンレンズを用いることができる。
【００３４】
第１３光ファイバＦ１３において第３位相調整器Ｐ３が接続する側と反対側には、第１参照光レンズ２３、光路長調整部２４、第２参照光レンズ２５及び第１７光ファイバＦ１７が順に接続されている。第１参照光レンズ２３は、第１３光ファイバＦ１３から流出した光を平行光とするためのものであり、第２参照光レンズ２５は、光路長調整部２４から流出する光を集光するためのものである。第１７光ファイバＦ１７は、参照光量調整部２６及び第１８光ファイバＦ１８を介して光検出器３０に接続されている。参照光量調整部２６は、測定光量調整部２２と同様の原理により、第１７光ファイバＦ１７から流出した光の量を調整して、光検出器３０に流入する光量を調整する。
【００３５】
本実施形態では、第３ファイバカプラＦＣ３から光検出器３０までの光の経路において、第１１光ファイバＦ１１から第１３光ファイバＦ１３までの経路と、第１２光ファイバから第１４光ファイバＦ１４までの経路は同じ光路長となるように設定されている。また、第１５光ファイバＦ１５から光検出器３０までの経路と、第１７光ファイバＦ１７から光検出器３０までの経路は、同じ光路長となるように設定されている。光路長調整部２４は、測定光が試料測定部２０を通過する際の光路長と、参照光が光路長調整部２４を通過する際の光路長とが一致するように調整するためのものである。光路長調整部２４による調整によって、第３ファイバカプラＦＣ３から光検出器３０までの経路において、測定光及び参照光が通過する光路長が同じ長さに設定される。
【００３６】
光路長調整部２４は、詳細には、第１〜第４の４個の反射鏡２４ａ〜２４ｄを備えており、第１反射鏡２４ａに入射した光が、第１反射鏡２４ａで反射し、第２反射鏡２４ｂ、第３反射鏡２４ｃ及び第４反射鏡２４ｄを順に反射するように構成されている。また、第２反射鏡２４ｂと第３反射鏡２４ｃとは図１の破線矢印に示す方向に変位可能に構成されており、これにより、第１反射鏡２４ａから第２反射鏡２４ｂまでの距離及び第３反射鏡２４ｃから第４反射鏡２４ｄまでの距離が可変に構成されている。したがって、試料測定部２０の光路長（測定光が試料測定部２０を伝播する時間）に応じて、第２反射鏡２４ｂと第３反射鏡２４ｃの位置を調整することで、測定光が試料測定部２０を通過する際の光路長と、参照光が光路長調整部２４を通過する際の光路長とを一致させることができる。
【００３７】
光検出器３０は、測定光電変換部３１と参照光電変換部３２と演算処理部３３とを備えている。測定光電変換部３１は、測定光を受光して電気信号に変換し、参照光電変換部３２は、参照光を受光して電気信号に変換する。演算処理部３３は、測定光と参照光との強度を示す電気信号を減算処理する。
【００３８】
光検出器３０は、アナログーデジタル変換器３４を介してパーソナルコンピュータ３５に接続されている。アナログーデジタル変換器３４は、演算処理部３３の演算結果をデジタル信号に変換し、その信号をパーソナルコンピュータ３５に出力する。パーソナルコンピュータ３５は、入力されるデジタル信号をフーリエ変換し、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量を導出する。また、パーソナルコンピュータ３５には、予め元素データ及びその吸収スペクトルのデータが格納されている。これによりパーソナルコンピュータ３５は、これらのデータと、フーリエ変換により導出した光の波長及び吸収量に基づいて、試料測定部２０の試料を特定するとともに試料の量を導出して、表示画面にこれらの導出結果を表示する。
【００３９】
次に、分光分析装置１０の動作について説明する。分光分析装置１０では、光源１１から出射される光が以下のように伝送されることで、試料の定量分析が行われる。
光源１１から出射された光は、光源レンズ１２で集光されて、第１光ファイバＦ１に流入する。この光は、第１光ファイバＦ１を流れて、第１ファイバカプラＦＣ１で、第３光ファイバＦ３と第４光ファイバＦ４とに分岐して流れる。第４光ファイバＦ４に分岐された光は、第２ファイバカプラＦＣ２で第６光ファイバＦ６と第７光ファイバＦ７とに分岐して流れる。
【００４０】
第６光ファイバＦ６を流れた光は、第１位相調整器Ｐ１及び第８光ファイバＦ８を流れ、可動側レンズ１３で平行光となる。可動側レンズ１３を通過した光は、波長板１４ａ，１４ｂを通じて可動鏡１５に入射して反射する。なお、以下では、光源１１から出射されて可動鏡１５で反射する光を可動反射光という。可動反射光は、可動鏡１５で反射した後、再び波長板１４ａ，１４ｂを通じて可動側レンズ１３に入射し、第８光ファイバＦ８、第１位相調整器Ｐ１及び第６光ファイバＦ６を通じて第２ファイバカプラＦＣ２に流入する。
【００４１】
一方、第２ファイバカプラＦＣ２において、第７光ファイバＦ７に分岐された光は、第２位相調整器Ｐ２及び第９光ファイバＦ９を流れ、固定側レンズ１６で平行光となる。固定側レンズ１６を通過した光は、波長板１７ａ，１７ｂを通じて固定鏡１８に入射して反射する。なお、以下では、光源から出射されて固定鏡１８で反射する光を固定反射光という。固定反射光は、固定鏡１８で反射した後、再び波長板１７ａ，１７ｂを通じて固定側レンズ１６に入射し、第９光ファイバＦ９、第２位相調整器Ｐ２及び第７光ファイバＦ７を通じて第２ファイバカプラＦＣ２に流入する。
【００４２】
これにより、第２ファイバカプラＦＣ２では、第６光ファイバＦ６を通じて流入する可動反射光と第７光ファイバＦ７を通じて流入する固定反射光とが、第５光ファイバＦ５に流入し、合波されて干渉し合う。ここで、第５光ファイバＦ５に流入する可動反射光及び固定反射光は同位相で合波される。
【００４３】
すなわち、上記したように第１及び第２の各ファイバカプラＦＣ１，ＦＣ２では、光がストレート側の光ファイバに分岐される場合には位相が変化せず、クロス側の光ファイバに分岐される場合には位相がπ／２進む。また、可動鏡１５及び固定鏡１８では、入射した光が反射することで位相が反転するため位相がπ進む。また、光が第１及び第２の各位相調整器Ｐ１，Ｐ２及び各波長板群１４，１７を通過する際には位相が変化しない。したがって、可動反射光は、光源１１から出射された後に、表１に示すように位相が変化し、固定反射光は、光源１１から出射された後に、表２に示すように位相が変化する。
【００４４】
【表１】
表１に示すように、可動反射光は、光源１１から出射されて第１光ファイバＦ１を流れ、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側の第４光ファイバＦ４へ流れるため位相がπ／２進む。そして、第２ファイバカプラＦＣ２でストレート側の第６光ファイバＦ６へと流れるため位相が維持されて、光源１１から出射される光に対して位相がπ／２進んだ状態を維持する。また、可動反射光は、第１位相調整器Ｐ１や波長板群１４を通過する際には、位相が変化せず維持され、可動鏡１５で反射することにより、位相がπ進み、光源１１から出射される光に対して位相が３π／２進んだ状態となる。可動鏡１５で反射した可動反射光は、波長板群１４及び第１位相調整器Ｐ１を再度通過する際には、位相が変化せず維持される。そして、第２ファイバカプラＦＣ２でクロス側の第５光ファイバＦ５へ流れる際に位相がπ／２進むため、光源１１から出射される光に対して位相が２π進んだ状態となり、光源１１から出射される光と同位相（位相差「０」）となる。
【００４５】
【表２】
一方、固定反射光は、表２に示すように、光源１１から出射されて第１光ファイバＦ１を流れ、第１ファイバカプラＦＣ１においてクロス側の第４光ファイバＦ４へ流れるため位相がπ／２進む。そして、第２ファイバカプラＦＣ２でクロス側の第７光ファイバＦ７へと流れるため位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対して位相がπ進んだ状態となる。また、固定反射光は、第２位相調整器Ｐ２や波長板群１７を通過する際には、位相が変化せず維持され、固定鏡１８で反射することにより、位相がπ進んで光源１１から出射される光に対して位相が２π進んだ状態（位相差「０」）となる。固定鏡１８で反射した固定反射光は、波長板群１７及び第２位相調整器Ｐ２を再度通過する際には、位相が変化せず維持されるため、光源１１から出射される光と同位相に維持される。そして、固定反射光は、第７光ファイバＦ７から第２ファイバカプラＦＣ２においてストレート側の第５光ファイバＦ５へ流れるため位相が変化せず、光源１１から出射される光と同位相に維持される。
【００４６】
以上のように、第２ファイバカプラＦＣ２を通過して第５光ファイバＦ５に流入する可動反射光と固定反射光とは、ともに光源１１から出射される光と同位相であるため、互いに位相が等しい。したがって、第５光ファイバＦ５では、同位相の光が合波されることにより干渉光が生成されることになり、干渉光を適切に生成することができる。こうして生成された干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３で第１１光ファイバＦ１１と第１２光ファイバＦ１２とに分岐する。第１１光ファイバＦ１１に分岐した干渉光は、参照光となり、第１２光ファイバＦ１２に分岐した干渉光は、測定光となる。
【００４７】
測定光は、第１２光ファイバＦ１２、第４位相調整器Ｐ４及び第１４光ファイバＦ１４を順に流れる。ここで、第１４光ファイバＦ１４を流れる測定光は、光源１１から出射される光に対して、位相が表３に示すように変化している。
【００４８】
【表３】
表３に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光が第３ファイバカプラＦＣ３においてクロス側の第１２光ファイバＦ１２に分岐して測定光となると、位相がπ／２進む。さらに、測定光は、第４位相調整器Ｐ４を流れる際に、位相がπ／２遅れるように調整されるため、第１４光ファイバＦ１４では、光源１１から出射される光と同位相となる。
【００４９】
第１４光ファイバＦ１４から流出した測定光は、第１測定光レンズ１９で平行光となり、試料測定部２０を透過する。測定光の一部は、試料測定部２０を流れる際に、試料測定部２０内の試料に吸収される。測定光のうち、試料に吸収される光の波長は、その試料の特性に応じて変化し、吸収量は試料の量に応じて変化する。測定光は試料測定部２０を透過した後に、第２測定光レンズ２１で集光されて第１５光ファイバＦ１５に流入する。第１５光ファイバＦ１５から流出した光は、測定光量調整部２２によって適宜光量調整され、第１６光ファイバＦ１６を介して光検出器３０の測定光電変換部３１に受光される。
【００５０】
参照光は、第１１光ファイバＦ１１、第３位相調整器Ｐ３及び第１３光ファイバＦ１３を順に流れる。ここで、第１３光ファイバＦ１３を流れる参照光の位相は、表４に示す通りである。
【００５１】
【表４】
表４に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３においてストレート側の第１１光ファイバＦ１１に分岐する際には、位相が維持される。さらに、参照光は、第３位相調整器Ｐ３を流れる際に位相が維持されるため、第１３光ファイバＦ１３では、光源１１から出射される光と同位相となる。本実施形態では、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４により、第１３光ファイバＦ１３を流れる参照光と第１４光ファイバＦ１４を流れる測定光との位相が同位相に調整されるため、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４が位相調整手段を構成している。
【００５２】
第１３光ファイバＦ１３から流出した参照光は、第１参照光レンズ２３で平行光となり、光路長調整部２４に入射する。光路長調整部２４では、参照光が４つの反射鏡２４ａ〜２４ｄにより４回反射するため位相は維持される。
【００５３】
参照光は、光路長調整部２４の第４反射鏡２４ｄで反射した後、第２参照光レンズ２５で集光されて第１７光ファイバＦ１７に流入する。第１７光ファイバＦ１７から流出した参照光は、参照光量調整部２６で適宜光量調整され、第１８光ファイバＦ１８を介して光検出器３０の参照光電変換部３２に受光される。
【００５４】
光検出器３０では、測定光電変換部３１で測定光が電気信号（電圧）に変換され、参照光電変換部３２で参照光が電気信号（電圧）に変換される。図３及び図４は、この電気信号（出力電圧）を示す波形図である。なお、可動鏡１５が変位して所定位置となったときにファイバカプラＦＣ２で干渉光が生成され、図３及び図４の波形図において、出力電圧が相対的に大きくなる時間は、可動鏡１５が変位して所定位置に達した時間を示している。
【００５５】
例えば、試料測定部２０内に試料が収容されていない場合（試料の量が「０」の場合）には、光検出器３０に流入する参照光と測定光との強度は等しい。したがって、参照光を示す電圧は、図３（ａ）に示す波形図となり、測定光を示す電圧は、図３（ｂ）に示す波形図となり、参照光及び測定光の波形図は、互いに同位相で同じ強度の光の波形を示す。
【００５６】
一方、試料測定部２０内に試料が収容されている場合（試料の量が「０」でない場合）には、測定光は試料測定部２０を通過する際に一部が吸収される。したがって、参照光を示す電圧は、図４（ａ）に示す波形図となり、測定光を示す電圧は、図４（ｂ）に示す波形図となり、測定光の波形図は、参照光と同じ位相であって、所定波長において試料の吸収分だけ光量が小さい光の波形を示す。
【００５７】
光検出器３０の演算処理部３３は、これらの出力電圧値を減算処理する。本実施形態では、第１６光ファイバＦ１６を通じて光検出器３０に受光される測定光と、第１７光ファイバＦ１７を通じて光検出器３０に受光される参照光の位相が互いに位相が等しい。そして、光検出器３０の演算処理部３３では、互いに位相が等しい光の出力電圧値の減算処理が行われる。したがって、演算処理部３３は、減算結果として、試料に吸収された測定光の量を適切に検出することができる。すなわち、試料測定部２０に試料が収容されていない場合には、図３に示す出力電圧値が減算処理されるため、減算結果が「０」となり、試料測定部２０で測定光が吸収されなかった旨が検出される。一方、試料測定部２０に試料が収容されている場合には、図４に示す出力電圧値がフーリエ変換されて減算処理されるため、試料測定部２０の試料に吸収された測定光の量が検出される。
【００５８】
演算処理部３３による減算結果は、アナログーデジタル変換器３４を通じてデジタル信号に変換され、パーソナルコンピュータ３５に出力される。これにより、パーソナルコンピュータ３５は、入力されたデジタル信号をフーリエ変換して、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量、並びに試料測定部２０の試料の種類とその量を導出し、その導出結果を表示画面に表示する。
【００５９】
以上詳述したように、本実施形態によれば以下の作用効果を奏することができる。
（１）分光分析装置１０では、光検出器３０が、試料によって吸収される測定光の量を検出し、その検出方法に応じて、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４が、参照光と測定光との位相を調整する。したがって、第３ファイバカプラＦＣ３で測定光と参照光とに分岐される際に、測定光と参照光との位相がπ／２ずれるものの、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４により測定光と参照光との位相が同位相に調整される。したがって、光検出器３０が、試料に吸収された測定光の量を適切に検出することができ、パーソナルコンピュータ３５による演算処理により、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量、並びに試料測定部２０の試料の種類とその量を導出することができる。
【００６０】
（２）分光分析装置１０では、光検出器３０の演算処理部３３が、光検出器３０に流入する参照光と測定光との強度とを減算処理し、第３及び第４の各位相調整器Ｐ３，Ｐ４は、測定光と参照光との位相が同位相になるように調整する。したがって、演算処理部３３が測定光と参照光との減算処理を行うことで、試料が吸収した測定光の量を適切に検出することができる。
【００６１】
（３）分光分析装置１０は、光の分岐及び合波をファイバカプラＦＣ１〜ＦＣ３で行うようにしており、ファイバカプラＦＣ１〜ＦＣ３を通過する際にクロス側の光ファイバに光が流れると位相がπ／２進むため、伝送される光の位相が変化しやすい。そのため、第３位相調整器Ｐ３及び第４位相調整器Ｐ４で光の位相を調整することによって光検出器３０試料に吸収された測定光の量を適切に検出するという効果を、より好適に発揮させることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図５〜図６を参照して説明する。図５に、本実施形態に係る分光分析装置を示す。本実施形態に係る分光分析装置１０ａは、マイケルソン干渉計を用いた分光分析装置であり、複数の光ファイバＦ１〜Ｆ２３を通じて光を伝送し、試料測定部２０内の試料に含まれる元素の量を特定する定量分析を行うものである。本実施形態に係る分光分析装置１０ａにおいて、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号で示し、その説明を適宜省略する。
【００６３】
分光分析装置１０ａにおいて、第１光ファイバＦ１は、第２光ファイバＦ２ａと第１ファイバカプラＦＣ１で結合されており、第３光ファイバＦ３及び第４光ファイバＦ４に分岐されている。第１ファイバカプラＦＣ１では、第１光ファイバＦ１のストレート側で且つ第２光ファイバＦ２ａのクロス側に第３光ファイバＦ３が接続され、第１光ファイバＦ１のクロス側で第２光ファイバＦ２ａのストレート側に第４光ファイバＦ４が接続されている。本実施形態では、後記するように、ノイズ光が第２光ファイバＦ２ａを流れる。
【００６４】
第２光ファイバＦ２ａにおいて、第１ファイバカプラＦＣ１に接続されている側と反対側が、ノイズ光量調整部２８及び第２３光ファイバＦ２３を介して光源光検出手段である光源光検出器３６に接続されている。ノイズ光量調整部２８は、測定光量調整部２２と同様の原理により、第２光ファイバＦ２ａを流出して光源光検出器３６に流入する光の量を調整する。
【００６５】
第５光ファイバＦ５は、第２ファイバカプラＦＣ２に接続される側と反対側の端部が、第１０光ファイバＦ１０と第３ファイバカプラＦＣ３で結合されており、第１１光ファイバＦ１１ａ及び第１２光ファイバＦ１２ａに分岐されている。第３ファイバカプラＦＣ３では、第５光ファイバＦ５のストレート側で且つ第１０光ファイバＦ１０のクロス側に第１１光ファイバＦ１１ａが接続され、第５光ファイバＦ５のクロス側で第１０光ファイバＦ１０のストレート側に第１２光ファイバＦ１２ａが接続されている。第３ファイバカプラＦＣ３は、第２ファイバカプラＦＣ２で合波された光を、第１１光ファイバＦ１１ａと第１２光ファイバＦ１２ａとに分岐する。第１１光ファイバＦ１１ａに分岐して流れる光は、基準光である。
【００６６】
第１１光ファイバＦ１１ａにおいて、第３ファイバカプラＦＣ３に接続されている側と反対側は、基準光量調整部２７及び第２２光ファイバＦ２２を介して、光源光検出器３６に接続されている。基準光量調整部２７は、測定光量調整部２２と同様の原理により、第１１光ファイバＦ１１ａを流出して光源光検出器３６に流入する光の量を調整する。
【００６７】
光源光検出器３６は、基準光電変換部３７とノイズ光電変換部３８と演算処理部３９とを備えている。基準光電変換部３７は、基準光を受光して電気信号に変換し、ノイズ光電変換部３８は、ノイズ光を受光して電気信号に変換する。演算処理部３９は、基準光とノイズ光とを示す電気信号（出力電圧値）を減算処理する。この減算結果は、後記するように光源１１から出射される光の強度を反映した値となっている。
【００６８】
光源光検出器３６は、アナログーデジタル変換器４０を介してパーソナルコンピュータ３５ａに接続されている。アナログーデジタル変換器４０は、演算処理部３９の減算結果をデジタル信号に変換し、その信号をパーソナルコンピュータ３５ａに出力する。これにより、パーソナルコンピュータ３５ａは、入力されるデジタル信号をフーリエ変換することで、表示画面に光源１１から出射される光の強度を表示する。
【００６９】
第１２光ファイバＦ１２ａは、第３ファイバカプラＦＣ３に接続される側と反対側の端部が、第１３光ファイバＦ１３ａと第４ファイバカプラＦＣ４で結合されており、第１４光ファイバＦ１４ａ及び第１５光ファイバＦ１５ａに分岐されている。第４ファイバカプラＦＣ４では、第１２光ファイバＦ１２ａのストレート側で且つ第１３光ファイバＦ１３ａのクロス側に第１４光ファイバＦ１４ａが接続され、第１２光ファイバＦ１２ａのクロス側で第１３光ファイバＦ１３のストレート側に第１５光ファイバＦ１５ａが接続されている。第１２光ファイバＦ１２ａを流れた光は、第４ファイバカプラＦＣ４で分岐され、第１４光ファイバＦ１４ａに分岐して流れた光が参照光であり、第１５光ファイバＦ１５ａに分岐して流れた光が測定光である。
【００７０】
第１４光ファイバＦ１４ａは、第３位相調整器Ｐ３ａを介して第１６光ファイバＦ１６ａに接続されている。第３位相調整器Ｐ３ａは、流入する光をπ／２遅らせるように構成されている。第１５光ファイバＦ１５aは、第４位相調整器Ｐ４ａを介して第１７光ファイバＦ１７ａに接続されている。第４位相調整器Ｐ４ａは、流入する光の位相をπ遅らせるように構成されている。
【００７１】
第１７光ファイバＦ１７ａにおいて第４位相調整器Ｐ４ａが接続する側と反対側には、第１測定光レンズ１９、試料測定部２０及び第２測定光レンズ２１が順に接続されている。第２測定光レンズ２１は、第１８光ファイバＦ１８ａを介して測定光量調整部２２に接続されており、測定光量調整部２２は第１９光ファイバＦ１９を介して光検出器３０に接続されている。
【００７２】
第１６光ファイバＦ１６ａにおいて第３位相調整器Ｐ３ａが接続する側と反対側には、第１参照光レンズ２３、光路長調整部２４及び第２参照光レンズ２５が順に接続されている。第２参照光レンズ２５は、第２０光ファイバＦ２０を介して参照光量調整部２６に接続されている。参照光量調整部２６は、第２１光ファイバＦ２１を介して光検出器３０に接続されている。
【００７３】
第４ファイバカプラＦＣ４から光検出器３０までの経路において、第１４光ファイバＦ１４ａから第１６光ファイバＦ１６ａまでの経路と、第１５光ファイバＦ１５ａから第１７光ファイバＦ１７ａまでの経路は同じ光路長に設定されている。また、第２０光ファイバＦ２０から第２１光ファイバＦ２１までの経路と、第１８光ファイバＦ１８ａから第１９光ファイバＦ１９までの経路は、同じ光路長に設定されている。そして、試料測定部２０内の試料によって、光路長が変化する場合があるため、光路長調整部２４は、試料測定部２０の試料に応じて、光路長調整部２４を通過する光と試料測定部２０を通過する光の光路長が一致するように調整する。したがって、第４ファイバカプラＦＣ４から光検出器３０までの経路において、測定光及び参照光が通過する光路長は、同じ長さに設定される。
【００７４】
光検出器３０は、アナログーデジタル変換器３４を介してパーソナルコンピュータ３５ａに接続されている。パーソナルコンピュータ３５ａは、第１実施形態と同様に、アナログーデジタル変換器３４の出力信号をフーリエ変換し、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量、並びに試料の量を導出してこれを表示する。なお、本実施形態では、パーソナルコンピュータ３５ａに、光源１１から出射される光の強度を示すデジタル信号が入力されるため、パーソナルコンピュータ３５は、試料測定部２０の試料に吸収された光の波長及び量並びに試料の量を導出するにあたり、光源１１から出射される光の強度に基づいて補正を行う。
【００７５】
次に、分光分析装置１０ａの動作について説明する。分光分析装置１０ａでは、光源１１から出射される光が以下のように伝送されることで、試料の定量分析が行われる。
分光分析装置１０ａでは、第１実施形態と同様に、第２ファイバカプラＦＣ２において、第６光ファイバＦ６を通じて流入する可動反射光と第７光ファイバＦ７を通じて流入する固定反射光とが合波されて干渉し合う。
【００７６】
本実施形態では、第２ファイバカプラＦＣ２に流入する光は、第４光ファイバＦ４と第５光ファイバＦ５とに分岐される。このうち第５光ファイバＦ５に流入して干渉し合う光は、第１実施形態と同様に、可動反射光と固定反射光がともに光源１１から出射される光と同位相で合波されるため、干渉光が適切に生成される。一方、第４光ファイバＦ４に流入する可動反射光は、表５に示すように光源１１から出射される光に対して位相が変化している。また、第４光ファイバＦ４に流入する固定反射光は、表６に示すように、位相が変化している。
【００７７】
【表５】
表５に示すように、第４光ファイバＦ４に流入する可動反射光は、可動鏡１５で反射して第１位相調整器Ｐ１を通過するまでは、第１実施形態における表１と同じ態様で変化する。しかしながら、第２ファイバカプラＦＣ２において第６光ファイバＦ６からストレート側の第４光ファイバＦ４に流入するため、第２ファイバカプラＦＣ２を流れる際に位相が変化することなく維持される。したがって、光源１１から出射される光に対して、位相が３π／２進んだ状態となる。
【００７８】
【表６】
一方、表６に示すように、第４光ファイバＦ４に流入する固定反射光は、固定鏡１８で反射して第２位相調整器Ｐ２を通過するまでは、第１実施形態における表２と同じ態様で変化する。しかしながら、第２ファイバカプラＦＣ２において第７光ファイバＦ７からクロス側の第４光ファイバＦ４に流入するため、位相がπ／２進む。したがって、第４光ファイバＦ４に流入する固定反射光は、光源１１から出射された光に対して、位相がπ／２進んだ状態となっている。
【００７９】
このように第４光ファイバＦ４には、光源１１から出射された光に対して位相が３π／２進んでいる可動反射光と、位相がπ／２進んでいる固定反射光とが流入して干渉し合う。したがって、逆位相の可動反射光と固定反射光とが干渉し合うことになるため、２つの光が互いに打ち消し合い、打ち消し合わずに残存する光の波形は、光源１１から出射される光が伝送される際に生じるノイズが反映されたものとなる。
【００８０】
このようにして光の伝送される際に生じるノイズが反映された光が、第４光ファイバＦ４を流れ、第１ファイバカプラＦＣ１において、第１光ファイバＦ１と第２光ファイバＦ２ａとに分岐される。第１ファイバカプラＦＣ１において、第１光ファイバＦ１から第２光ファイバＦ２ａを流れる光はノイズを反映したノイズ光として、ノイズ光量調整部２８で適宜光量調整されて、光源光検出器３６のノイズ光電変換部３８に流入する。
【００８１】
第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３において、ストレート側の第１１光ファイバＦ１１ａと、クロス側の第１２光ファイバＦ１２ａとに分岐される。第１１光ファイバＦ１１ａに分岐した干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３において第５光ファイバＦ５からストレート側の第１１光ファイバＦ１１ａに分岐しているため、第３ファイバカプラＦＣ３を通過する際に位相が変化することなく維持される。また、第１１光ファイバＦ１１ａを流れる光は、第５光ファイバＦ５において同位相の可動反射光と固定反射光とが合波されて生成される。したがって、第１１光ファイバＦ１１を流れる光は、光源１１から出射される光の強度を反映した基準光となる。基準光は、第１１光ファイバＦ１１を流れ、基準光量調整部２７で適宜光量調整されて、光源光検出器３６に流入する。
【００８２】
なお、ノイズ光及び基準光は、第２ファイバカプラＦＣ２で合波されることにより生成されるため、本実施形態では、第２ファイバカプラＦＣ２が、ノイズ光合波手段及び基準光合波手段を構成している。
【００８３】
光源光検出器３６では、図６（ａ）に示すように、基準光電変換部３７で基準光が電気信号に変換され、図６（ｂ）に示すように、ノイズ光電変換部３８でノイズ光が電気信号に変換される。そして、これらの電気信号が演算処理部３９で減算処理される。アナログーデジタル変換器４０は、その減算結果をデジタル信号に変換し、パーソナルコンピュータ３５ａに出力する。したがって、パーソナルコンピュータ３５ａは、光源強度を示す基準光から、光が伝送される際に生じるノイズを除去した光の波形を表示する。
【００８４】
第３ファイバカプラＦＣ３を通じて第１２光ファイバＦ１２ａに流れた干渉光は、第４ファイバカプラＦＣ４において、第１４光ファイバＦ１４ａ及び第１５光ファイバＦ１５ａに分岐して流れる。第１４光ファイバＦ１４ａを流れる光は、参照光として、第３位相調整器Ｐ３ａ、第１６光ファイバＦ１６ａを順に流れる。第１６光ファイバＦ１６ａを流れる参照光は、光源１１から出射される光に対して、位相が表７に示すように変化している。
【００８５】
【表７】
表７に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３においてクロス側の第１２光ファイバＦ１２ａに分岐するため、位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対してπ／２進んだ状態となる。そして、第４ファイバカプラＦＣ４において、ストレート側の第１４光ファイバＦ１４ａへ流れて参照光となるため、第４ファイバカプラＦＣ４を通過する際には、位相が変化することなく、光源１１から出射される光に対してπ／２進んだ状態に維持される。そして、第３位相調整器Ｐ３ａを通過する際に、位相がπ／２遅れるため、第１６光ファイバＦ１６ａでは、光源１１から出射される光と同位相（位相差「０」）となる。
【００８６】
一方、第１５光ファイバＦ１５ａを流れる光は、測定光として、第４位相調整器Ｐ４ａ、第１７光ファイバＦ１７ａを順に流れる。第１７光ファイバＦ１７ａを流れる測定光は、光源１１から出射される光に対して、位相が表８に示すように変化している。
【００８７】
【表８】
表８に示すように、第５光ファイバＦ５を流れる干渉光は、第３ファイバカプラＦＣ３においてクロス側の第１２光ファイバＦ１２ａに分岐するため、位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対してπ／２進んだ状態となる。そして、第４ファイバカプラＦＣ４において、クロス側の第１５光ファイバＦ１５ａへ流れて測定光となるため、位相がπ／２進み、光源１１から出射される光に対して位相がπ進んだ状態に維持される。そして、第４位相調整器Ｐ４ａを通過する際に、位相がπ遅れるため、第１７光ファイバＦ１７ａでは、光源１１から出射される光と同位相（位相差「０」）となる。
【００８８】
第１７光ファイバＦ１７ａから流出した測定光は、第１測定光レンズ１９、試料測定部２０、第２測定光レンズ２１及び第１８光ファイバＦ１８ａを順に流れる。第１８光ファイバＦ１８ａから流出した測定光は、測定光量調整部２２で光量が調整され、第１９光ファイバＦ１９を通じて光検出器３０に流入する。第１６光ファイバＦ１６ａから流出した参照光は、第１参照光レンズ２３、光路長調整部２４、第２参照光レンズ２５及び第２０光ファイバＦ２０を順に流れる。第２０光ファイバＦ２０から流出した光は、参照光量調整部２６で光量が調整され、第２１光ファイバＦ２１を通じて光検出器３０に流入する。
【００８９】
本実施形態においても、第３位相調整器Ｐ３ａ及び第４位相調整器Ｐ４ａによって、光検出器３０に流入する測定光と参照光とが同位相に調整されている。したがって、第１実施形態と同様に、パーソナルコンピュータ３５ａの表示部には、試料測定部２０の試料により吸収された光の波長及び量、並びに試料の量が表示される。また、パーソナルコンピュータ３５ａには、上記したように、光源１１から出射される光の強度を示すデジタル信号がノイズが除去された状態で入力される。したがって、パーソナルコンピュータ３５ａは、試料により吸収された光の波長及び量と、試料の量をより正確に導出して、この結果を表示画面に表示することができる。
【００９０】
以上詳述したように、第２実施形態によれば、上記（１）〜（３）の作用効果に加え、以下の（４）の作用効果を奏することができる。
（４）分光分析装置１０ａでは、第２ファイバカプラＦＣ２で基準光及びノイズ光を生成し、光源光検出器３６で、光源１１から出射された光の強度をノイズを除去した状態で検出するようにしている。これにより、パーソナルコンピュータ３５ａが、こうして得られた光源強度と試料に吸収された測定光の波長と強度を比較することで、試料に吸収された測定光の波長及び量をより正確に導出することができる。
【００９１】
（その他の実施形態）
・上記各実施形態では、光検出器の演算処理部が減算処理を行うものであったが、演算処理部は、除算処理を行うものでもよい。この場合でも、位相調整手段は、光検出器に流入する測定光及び参照光が同位相となるように調整する。また、演算処理部は加算処理を行うものでもよく、この場合には、位相調整手段が光検出器に流入する測定光及び参照光が逆位相となるように調整する。これにより、試料がない場合に、逆位相の測定光と参照光とが光検出器に流入され、この電気信号が加算処理されることにより、逆位相の光が打ち消しあって加算結果が「０」となり、試料がある場合には、加算処理により、試料に吸収された測定光の波長及び量が検出されることになる。
【００９２】
なお、上記第１及び第２実施形態やこの変形例では、このように同位相の光の電気信号を減算又は除算処理したり、逆位相の光の電気信号を加算処理するため、検出器のダイナミックレンジの制限を回避することができ、高感度の分析を行うことができる。
【００９３】
・また、上記各実施形態の光検出器は、受光する測定光及び参照光を直接光電変換される構成であったが、例えば、光検出器は、各光電変換部の前段に位相調整器を備えている構成であってもよい。例えば、光検出器が、流入する光の位相をπ／２進ませる位相調整器を参照光電変換部の前段に備えており、演算処理部が減算処理を行う構成である場合には、位相調整手段により、光検出器に流入する参照光の位相が測定光よりもπ／２遅れるように調整する。これにより、参照光電変換部及び測定光電変換部で光電変換される電気信号は、同位相の光の波形を示すため、演算処理部の減算処理により、試料により吸収された測定光の波長及び量を検出することができる。
【００９４】
・上記各実施形態では、第３位相調整器Ｐ３，Ｐ３ａ及び第４位相調整器Ｐ４，Ｐ４ａで位相調整手段を構成した。しかしながら、位相調整手段は、ファイバカプラで構成してもよい。例えば、上記したように、光検出器が、流入する光の位相をπ／２進ませる位相調整器を参照光電変換部の前段に備えており、演算処理部が減算処理を行う構成である場合には、位相調整手段で、参照光の位相を測定光よりもπ／２位相を遅らせるように調整することが必要となる。この場合、第１実施形態の分光分析装置１０から第３位相調整器Ｐ３と第４位相調整器Ｐ４とを取り除けば、参照光は測定光よりも位相がπ／２遅れた状態で光検出器に流入することとなる。したがって、このような光検出器を用いる場合には、第３ファイバカプラＦＣ３が、参照光を測定光よりも位相をπ／２遅らせるための位相調整手段を構成することとなる。したがって、ファイバカプラを適宜組み合わせることにより、光検出器の構成や演算方法などに応じて、伝送される光の位相を調整するようにしてもよい。
【００９５】
・上記各実施形態では、測定光及び参照光は、ともに第２ファイバカプラＦＣ２で合波されたが、測定光及び参照光を合波させるため合波手段は、それぞれ別々の合波手段を用いるようにしてもよい。また、例えば、各合波手段で合波される固定反射光及び可動反射光が互いに同位相であれば、各合波手段で合波される際の測定光と参照光との位相は同位相であっても異なる位相であってもよい。すなわち、測定光及び参照光が合波された後に、位相調整手段で測定光及び参照光の位相を適宜調整して、光検出器に流入させるようにすればよい。
【００９６】
また、ノイズ光及び基準光を合波させるための合波手段も、別々の合波手段を用いるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、光路長調整部２４で、測定光と参照光との光路長を一致させるように調整している。しかしながら、分光分析装置が特定の試料の定量分析を行うものであれば、試料測定部２０の光路長は一定であるため、このような場合には、光路長が可変に調整できる光路長調整部を設けることなく、参照光が流れる光路長を光ファイバの長さなどによって調整することで、参照光と測定光との光路長を一致させるようにしてもよい。
【００９７】
・上記各実施形態では、光ファイバを通じて光の伝送を行ったが、分光分析装置は、光ファイバを用いることなく、空間内において光が伝送される構成であってもよい。このような場合、空間内において光が伝送される際に光の位相が変化するため、検出器の構成や演算方法に応じて、検出器に流入する光の位相を波長板などで調整するようにしてもよい。
【００９８】
・上記各実施形態では、光検出器が試料透過後の測定光を受光するようにしている。しかしながら、光検出器は試料反射後の測定光を受光するようにしてもよい。
・上記実施形態では、光ファイバを流れる光を分岐させる手段として、ファイバカプラを用いるようにしている。しかしながら、光の伝送路が３ポートのみの場合には、ファイバカプラの代わりにサーキュレータを用いるようにしてもよい。
【００９９】
・上記各実施形態では、光がファイバカプラにおいてクロス側の光ファイバに伝送される際に、位相がπ／２進む構成であったが、位相を保持するファイバカプラを用いるようにしてもよい。また、光ファイバ及びサーキュレータにおいても、位相保持用のファイバ及びサーキュレータを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１０，１０ａ…分光分析装置、１１…光源、１２…光源レンズ、１３…可動側レンズ、１４，１７…波長板群、１５…可動鏡、１６…固定側レンズ、１８…固定鏡、１９…第１測定光レンズ、２０…試料測定部、２１…第２測定光レンズ、２２…測定光量調整部、２３…第１参照光レンズ、２４…光路長調整部、２５…第２参照光レンズ、２６…参照光量調整部、２７…基準光量調整部、２８…ノイズ光量調整部、３０…光検出器、３１…測定光電変換部、３２…参照光電変換部、３３，３９…演算処理部、３４，４０…アナログーデジタル変換器、３５，３５ａ…パーソナルコンピュータ、３６…光源光検出器、３７…基準光電変換部、３８…ノイズ光電変換部、Ｆ１〜Ｆ２４，Ｆ２ａ，Ｆ１１ａ〜Ｆ１８ａ…光ファイバ、Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ３ａ，Ｐ４ａ…位相調整器、ＦＣ１〜ＦＣ４…第１ファイバカプラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域光を出射する光源と、
前記光源からの光を分岐させる分岐手段と、
前記分岐された各光をそれぞれ反射させる固定鏡及び可動鏡と、
前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて測定光を生成する測定光合波手段と、
前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて参照光を生成する参照光合波手段と、
前記参照光と測定対象物透過後又は反射後の前記測定光とを受光し、前記測定対象物による前記測定光の吸収特性を検出する吸収特性検出手段と、
前記吸収特性検出手段に応じて、前記参照光と前記測定光との位相を調整する位相調整手段とを備える
ことを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】
前記光源から出射される光を伝送するための光ファイバを備え、
前記分岐手段及び前記各合波手段は、ファイバカプラで構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて基準光を生成する基準光合波手段と、
前記各鏡の反射光を逆位相で互いに合波させてノイズに相当する波形を有するノイズ光を生成するノイズ光合波手段と、
前記基準光と前記ノイズ光とを受光し、光源から出射された光の強度を検出する光源光検出手段とを備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分光分析装置。
【請求項４】
前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを減算処理し、
前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が同位相になるように調整する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の分光分析装置。
【請求項５】
前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを加算処理し、
前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が逆位相になるように調整する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の分光分析装置。
【請求項１】
広帯域光を出射する光源と、
前記光源からの光を分岐させる分岐手段と、
前記分岐された各光をそれぞれ反射させる固定鏡及び可動鏡と、
前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて測定光を生成する測定光合波手段と、
前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて参照光を生成する参照光合波手段と、
前記参照光と測定対象物透過後又は反射後の前記測定光とを受光し、前記測定対象物による前記測定光の吸収特性を検出する吸収特性検出手段と、
前記吸収特性検出手段に応じて、前記参照光と前記測定光との位相を調整する位相調整手段とを備える
ことを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】
前記光源から出射される光を伝送するための光ファイバを備え、
前記分岐手段及び前記各合波手段は、ファイバカプラで構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記各鏡の反射光を同位相で互いに合波させて基準光を生成する基準光合波手段と、
前記各鏡の反射光を逆位相で互いに合波させてノイズに相当する波形を有するノイズ光を生成するノイズ光合波手段と、
前記基準光と前記ノイズ光とを受光し、光源から出射された光の強度を検出する光源光検出手段とを備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分光分析装置。
【請求項４】
前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを減算処理し、
前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が同位相になるように調整する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の分光分析装置。
【請求項５】
前記吸収特性検出手段は、前記参照光と前記測定対象物透過後又は反射後の前記測定光との強度とを加算処理し、
前記位相調整手段は、前記測定光と前記参照光との位相が逆位相になるように調整する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の分光分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７８１００（Ｐ２０１２−７８１００Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０７４２（Ｐ２０１０−２２０７４２）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック電工ＳＵＮＸ株式会社 (578)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック電工ＳＵＮＸ株式会社 (578)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
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