JP2810798B2 - Time-resolved Fourier spectroscopy - Google Patents
Time-resolved Fourier spectroscopyInfo
- Publication number
- JP2810798B2 JP2810798B2 JP227991A JP227991A JP2810798B2 JP 2810798 B2 JP2810798 B2 JP 2810798B2 JP 227991 A JP227991 A JP 227991A JP 227991 A JP227991 A JP 227991A JP 2810798 B2 JP2810798 B2 JP 2810798B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stimulus
- time
- interferogram
- interferometer
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、刺激発生手段により周
期的に刺激を発生して測定対象に繰り返し与え、ラピッ
ドスキャン干渉計を用いた検出器出力を刺激より後の所
定の遅延時間においてサンプリングする等をして所定の
遅延時間に対するインタフェログラムを取得し、フーリ
エ変換によりスペクトルを得ることによって、刺激に対
して繰り返し同じ応答を示す測定対象の反応過程におけ
るスペクトル状態を測定する時間分解フーリエ分光測定
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for generating a stimulus periodically by a stimulus generating means and repeatedly applying the stimulus to a measurement object, and sampling a detector output using a rapid scan interferometer at a predetermined delay time after the stimulus. Time-resolved Fourier spectroscopy to measure the state of the spectrum in the reaction process of a measurement object that repeatedly shows the same response to a stimulus by acquiring an interferogram for a predetermined delay time and obtaining a spectrum by Fourier transform About the law.
【0002】[0002]
【従来の技術】サンプルに電気やレーザその他の手段に
より周期的に刺激を与え、その刺激から復帰する過程に
おいて、その反応状態を測定しようという要求は、例え
ば液晶の特性を評価する場合や、その他のいろいろな分
野にある。その測定方法としては、FT−IR(フーリ
エ変換赤外分光光度計)を用いた時間分解フーリエ分光
測定法がある。この方法は、広い波数域を高いSN比で
測定できるため、従来から開発利用されているが、ラピ
ッドスキャン干渉計を用いるものと、ステップスキャン
干渉計を用いるものに分類できる。2. Description of the Related Art In the process of periodically applying a stimulus to a sample by means of electricity, a laser or other means and recovering from the stimulus, the need to measure the state of the reaction is, for example, when evaluating the characteristics of a liquid crystal, or in other cases. In various fields. As a measuring method, there is a time-resolved Fourier spectrometry using an FT-IR (Fourier transform infrared spectrophotometer). Since this method can measure a wide wavenumber range with a high SN ratio, it has been conventionally developed and used. However, it can be classified into a method using a rapid scan interferometer and a method using a step scan interferometer.
【0003】FT−IRは、半透鏡と移動鏡と固定鏡か
らなるマイケルソン干渉計を用い、移動鏡を移動させて
インタフェログラムを得るものであるが、インタフェロ
グラムは、サンプルの透過率等の特性が測定中一定でな
ければならないという条件があり、サンプルの特性が変
わってしまうと、それをフーリエ変換した場合、本来の
情報と違う情報が出てしまう。したがって、時間分解フ
ーリエ分光測定法において、与える刺激の周期は、反応
が終わってしまう時間より長いことが条件であるが、周
期的な刺激を与える場合、移動鏡の移動と無関係に刺激
を与えると、その整合を採ることが必要になる。そこ
で、従来は、干渉計の持つ基準信号に同期して刺激を与
えるようにしている。[0003] The FT-IR uses a Michelson interferometer comprising a semi-transmissive mirror, a movable mirror and a fixed mirror to obtain an interferogram by moving the movable mirror. There is a condition that the characteristics must be constant during the measurement, and if the characteristics of the sample change, information that is different from the original information will be output when the sample is subjected to Fourier transform. Therefore, in the time-resolved Fourier spectrometry, the period of the applied stimulus is required to be longer than the time when the reaction ends, but when applying the periodic stimulus, the stimulus is applied regardless of the movement of the movable mirror. , It is necessary to adopt that alignment. Therefore, conventionally, a stimulus is applied in synchronization with the reference signal of the interferometer.
【0004】このような状況の下に、本出願人はすで
に、刺激発生手段により測定対象にその反応周期より長
い周期で刺激を繰り返し与え、ラピッドスキャン干渉計
を用いた検出器出力から刺激より一定の遅延時間に対す
るインタフェログラムを取得し、フーリエ変換によりス
ペクトルを得ることによって、刺激に対して繰り返し同
じ応答を示す測定対象の反応状態を測定する時間分解分
光測定法であって、検出器出力を刺激より後の一定の遅
延時間においてサンプリングし、サンプリングされた信
号の包絡線をローパスフィルタを通して求めるか、又
は、光源としてパルス光源を用い、刺激繰り返し周期と
同じ周期で刺激から一定の遅延時間においてこのパルス
光源から光を放射して、得られた検出器出力信号の包絡
線をローパスフィルタを通して求めることにより、刺激
よりある遅延時間に対するインタフェログラムを取得す
ることを特徴とする時間分解分光測定法を提案した(特
願平1−230209号、特願平2−82126〜7
号)。この方法は、刺激を干渉計の持つ基準信号と非同
期で与えることができるので、刺激に対する制約を大幅
に緩和することができ、また、速い反応には、刺激周波
数を上げることができるので、測定効率の向上を図るこ
とができ、検出器出力をサンプリングするゲート回路の
遅延時間又はパルス光源の遅延時間を制御して同様の測
定を繰り返し行うことにより、各遅延時間の一連の時系
列スペクトルを得ることができるものである。Under such circumstances, the present applicant has already applied a stimulus to the object to be measured repeatedly by the stimulus generating means at a period longer than its response period, and the constant is smaller than the stimulus from the output of the detector using the rapid scan interferometer. A time-resolved spectrometry method that obtains an interferogram with respect to the delay time of a target and obtains a spectrum by Fourier transform, thereby measuring a reaction state of a measurement target that repeatedly shows the same response to the stimulus. Sampling is performed at a later fixed delay time, and the envelope of the sampled signal is obtained through a low-pass filter. Light is emitted from the light source, and the envelope of the obtained detector output signal is low-pass filtered. Through by determined, proposed a time-resolved spectroscopic measurement method characterized by obtaining the interferograms for the delay time with more stimulation (Japanese Patent Application No. 1-230209, Hei 2-82126~7
issue). In this method, the stimulus can be given asynchronously with the reference signal of the interferometer, so that the constraint on the stimulus can be greatly eased. Efficiency can be improved, and a series of time-series spectra of each delay time is obtained by repeating the same measurement while controlling the delay time of the gate circuit or the delay time of the pulse light source that samples the detector output. Is what you can do.
【0005】さらに、1つの測定対象に対して光源から
検出器までを共通のものとし、以上のような特定の遅延
時間の測定系を遅延時間を異ならせて複数系統並列に設
けて、刺激に対して繰り返し同じ応答を示す測定対象の
複数の遅延時間における反応状態を同時に測定するよう
にすることも提案した(特願平2−259355〜6
号)。[0005] Further, a common light source to a detector is used for one measurement object, and a plurality of measurement systems for the specific delay time as described above are provided in parallel with different delay times to provide a stimulus to the stimulus. On the other hand, it has also been proposed to simultaneously measure the reaction states of a plurality of delay times of a measurement object showing the same response repeatedly (Japanese Patent Application No. 2-259355-6).
issue).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
本出願人による提案は、何れの場合も、測定対象の反応
周期が、サンプリング定理により、インタフェログラム
信号の持っている最大周波数fmax の2倍の逆数より短
いものを前提としていた。刺激の繰り返し周期をτとす
ると、上記はτ<1/2fmax 、又は、fmax <1/2
τを前提としていたことを意味している。However, according to the proposals by the present applicant, in any case, the reaction cycle of the measurement target is twice the maximum frequency f max of the interferogram signal by the sampling theorem. Was assumed to be shorter than the reciprocal of. Assuming that the repetition period of the stimulus is τ, the above is τ <1 / f max or f max <1 /
This means that τ was assumed.
【0007】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、上記した本出願人の提案に係
る時間分解フーリエ分光測定法を、刺激の繰り返し周期
がインタフェログラム信号の持っている最大周波数f
max の2倍の逆数より長い測定の場合、すなわち、刺激
に対する反応周期がより長い測定対象に対しても、適用
可能にすることである。The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide the above-described time-resolved Fourier spectroscopic measurement method proposed by the present applicant by using the time-resolved Fourier spectroscopy method in which the repetition period of the stimulus has the interferogram signal. Maximum frequency f
In the case of a measurement longer than the reciprocal of twice max , that is, to be applicable to a measurement object having a longer response cycle to a stimulus.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第1の時間分解フーリエ分光測定法は、刺激発生手
段により測定対象の反応周期より長い周期で刺激を繰り
返し与え、ラピッドスキャン干渉計を用いた検出器出力
から刺激より一定の遅延時間に対するインタフェログラ
ムを取得し、フーリエ変換によりスペクトルを得ること
によって、刺激に対して繰り返し同じ応答を示す測定対
象の反応状態を測定する時間分解フーリエ分光方法であ
って、干渉計による変調周波数をf、刺激の繰り返し周
波数を1/τとしたとき、m/2τ<f<(m+1)/
2τ(mは正の整数)にのみに検出器出力信号が存在す
る場合に適用する時間分解フーリエ分光方法において、
検出器出力を刺激より後の一定の遅延時間においてサン
プリングし、サンプリングされた信号のf<1/2τの
範囲の周波数成分を取り出し、位相補正を施すことによ
り、刺激よりある遅延時間に対するインタフェログラム
を取得することを特徴とする方法である。According to the first time-resolved Fourier spectrometry of the present invention, which achieves the above object, a stimulus is repeatedly given by a stimulus generating means at a period longer than a reaction period of a measurement object, and a rapid scan interferometer is provided. Time-resolved Fourier spectroscopy that obtains the interferogram for a certain delay time from the stimulus from the output of the detector using the FIR, and obtains the spectrum by Fourier transform, thereby measuring the reaction state of the measurement object that shows the same response repeatedly to the stimulus A method wherein the modulation frequency by the interferometer is f and the repetition frequency of the stimulus is 1 / τ, where m / 2τ <f <(m + 1) /
In a time-resolved Fourier spectroscopy method applied when a detector output signal exists only at 2τ (m is a positive integer),
The detector output is sampled at a fixed delay time after the stimulus, a frequency component in the range of f <1 / 2τ of the sampled signal is extracted, and a phase correction is performed to obtain an interferogram for a delay time from the stimulus. It is a method characterized by acquiring.
【0009】また、第2の時間分解フーリエ分光測定法
は、刺激発生手段により測定対象の反応周期より長い周
期で刺激を繰り返し与え、ラピッドスキャン干渉計を用
いた検出器出力から刺激より一定の遅延時間に対するイ
ンタフェログラムを取得し、フーリエ変換によりスペク
トルを得ることによって、刺激に対して繰り返し同じ応
答を示す測定対象の反応状態を測定する時間分解フーリ
エ分光方法であって、干渉計による変調周波数をf、刺
激の繰り返し周波数を1/τとしたとき、m/2τ<f
<(m+1)/2τ(mは正の整数)にのみに検出器出
力信号が存在する場合に適用する時間分解フーリエ分光
方法において、パルス光源により刺激繰り返し周期と同
じ周期で刺激より後の一定の遅延時間において光を放射
し、得られた検知器出力信号のf<1/2τの範囲の周
波数成分を取り出し、位相補正を施すことにより、刺激
よりある遅延時間に対するインタフェログラムを取得す
ることを特徴とする方法である。In the second time-resolved Fourier spectroscopic measurement method, a stimulus is repeatedly given by a stimulus generating means at a period longer than a reaction period of an object to be measured, and a constant delay from the stimulus is obtained from a detector output using a rapid scan interferometer. A time-resolved Fourier spectroscopy method for measuring a reaction state of a measurement object that repeatedly shows the same response to a stimulus by acquiring an interferogram with respect to time and obtaining a spectrum by Fourier transform, wherein a modulation frequency by an interferometer is set to f , When the repetition frequency of the stimulus is 1 / τ, m / 2τ <f
In a time-resolved Fourier spectroscopy method applied when a detector output signal exists only at <(m + 1) / 2τ (m is a positive integer), a pulse light source has a constant period after the stimulus at the same period as the stimulus repetition period. Light is emitted at a delay time, frequency components in the range of f <1 / 2τ of the obtained detector output signal are extracted, and phase correction is performed to obtain an interferogram for a delay time from the stimulus. It is a method.
【0010】[0010]
【作用】第1の方法、第2の方法何れにおいても、干渉
計による変調周波数をf、刺激の繰り返し周波数を1/
τとしたとき、m/2τ<f<(m+1)/2τ(mは
正の整数)にのみに検出器出力信号が存在する場合に適
用できるので、刺激の繰り返し周期がインタフェログラ
ム信号の持っている最大周波数fmax の2倍の逆数より
長い測定の場合、すなわち、刺激に対する反応周期が従
来適用可能であった試料より長い測定対象に対して、時
間分解フーリエ分光測定法が適用できるようになる。し
かも、干渉計による変調周波数範囲に比べてより低い周
波数からなるインタフェログラムをフーリエ変換するこ
とにより、測定対象の反応過程におけるスペクトル状態
を測定することができるので、演算がより容易になる。
なお、従来の方法に比べて、測定装置の構成を変更する
ことなく、単にインタフェログラムの位相補正、及び、
フーリエ変換の結果得られたスペクトルの波数変換を行
うのみで、本発明の方法を簡単に実施することができ
る。In each of the first method and the second method, the modulation frequency of the interferometer is f, and the repetition frequency of the stimulus is 1 /.
When τ is set, it can be applied to the case where the detector output signal exists only in m / 2τ <f <(m + 1) / 2τ (m is a positive integer). Time-resolved Fourier spectrometry can be applied to a measurement longer than the reciprocal of twice the maximum frequency f max , that is, to a measurement target whose response cycle to a stimulus is longer than a sample that was conventionally applicable. . Moreover, by performing a Fourier transform on the interferogram having a lower frequency than the modulation frequency range of the interferometer, the spectrum state in the reaction process of the measurement target can be measured, so that the calculation becomes easier.
In addition, compared with the conventional method, the phase correction of the interferogram is simply performed without changing the configuration of the measuring device, and
The method of the present invention can be easily performed only by performing wave number conversion of the spectrum obtained as a result of the Fourier transform.
【0011】[0011]
【実施例】上記したように、本出願人がこれまで提案し
た時間分解フーリエ分光測定法においては、スペクトロ
メータの各時間分解信号の変調周波数fが、刺激の繰り
返し周波数1/τ(τ:刺激繰り返し周期)の半分より
小さい範囲にのみ存在する場合を取り扱ってきた。これ
に対し、本発明は、m/2τ<f<(m+1)/2τ
(mは正の整数)の範囲のみに信号が存在する場合を取
り扱う。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, in the time-resolved Fourier spectroscopic measurement method proposed by the present applicant, the modulation frequency f of each time-resolved signal of the spectrometer is determined by the repetition frequency 1 / τ (τ: (Repetition period) has been dealt with only in the range smaller than half. On the other hand, according to the present invention, m / 2τ <f <(m + 1) / 2τ
The case where a signal exists only in the range (m is a positive integer) is handled.
【0012】以下、図面を参照にして本発明の実施例に
ついて説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0013】図1に本発明に係る時間分解フーリエ分光
測定法の1実施例を実施するための時間分解フーリエ分
光測定装置の基本構成を示す。図1において、1は光
源、2は干渉計、3は試料(この場合の試料3は、刺激
により透過率が変化するものであるが、反射率等が変化
するものであってもよい。)、4は刺激発生器、5はパ
ルス信号遅延回路、6は検知器、7はプリアンプ、8は
ゲート回路、9はローパスフィルタ、10はメインアン
プ、11はAD変換器、12はコンピュータを示す。刺
激発生器4は、干渉計2の持つ基準信号(インタフェロ
グラムをA/D変換してコンピュータに取り込んでフー
リエ変換するためのサンプリング信号)と非同期で一定
周期τの刺激(トリガー)を発生するものであり、遅延
回路5は、刺激発生器4の同期信号から一定時間Δτ遅
延したトリガーを生成してゲート回路8を制御するもの
である。ゲート回路8は、刺激から一定時間Δτ遅延し
た時間に検知器6からの出力を切り出すものであるが、
AD変換器11と同様に、周期τに対して十分狭いゲー
ト幅を持ったものであり、その間だけ信号を通すことに
よって櫛状のインタフェログラム(デジタルインタフェ
ログラム)を得るものである。ローパスフィルタ9は、
ゲート回路8の出力から得られるスペクトルの低周波数
成分(後記するように、f<1/2τ)を取り出して、
試料3の刺激からの一定遅延時間Δτにおけるスペクト
ルを有するアナルグ信号(アナログインタフェログラ
ム)に変換するものである。FIG. 1 shows a basic configuration of a time-resolved Fourier spectrometer for implementing one embodiment of the time-resolved Fourier spectrometer according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source, 2 is an interferometer, and 3 is a sample (in this case, the sample 3 changes its transmittance by stimulation, but may change its reflectance or the like). Reference numeral 4 denotes a stimulus generator, 5 denotes a pulse signal delay circuit, 6 denotes a detector, 7 denotes a preamplifier, 8 denotes a gate circuit, 9 denotes a low-pass filter, 10 denotes a main amplifier, 11 denotes an AD converter, and 12 denotes a computer. The stimulus generator 4 generates a stimulus (trigger) having a constant period τ asynchronously with a reference signal (a sampling signal for A / D-converting an interferogram and taking it into a computer and performing Fourier transform) of the interferometer 2. The delay circuit 5 controls the gate circuit 8 by generating a trigger delayed by a predetermined time Δτ from the synchronization signal of the stimulus generator 4. The gate circuit 8 cuts out the output from the detector 6 at a time delayed by a predetermined time Δτ from the stimulus.
Like the A / D converter 11, the A / D converter has a gate width sufficiently narrow with respect to the period τ, and obtains a comb-shaped interferogram (digital interferogram) by passing a signal only during that period. The low-pass filter 9 is
The low-frequency component of the spectrum obtained from the output of the gate circuit 8 (as described below, f <1 / 2τ) is extracted, and
The signal is converted into an analog signal (analog interferogram) having a spectrum at a fixed delay time Δτ from the stimulation of the sample 3.
【0014】上記本発明のシステムに用いられる試料3
は、反応が刺激に対して繰り返し同じ応答を示す測定対
象である。Sample 3 used in the system of the present invention
Is a measurement object whose response repeatedly shows the same response to the stimulus.
【0015】したがって、光源1、干渉計2、試料3、
検知器6、プリアンプ7からなるFT−IR/スペクト
ロメータ部の検知器6からの出力は、ゲート回路8、ロ
ーパスフィルタ9を経て、FT−IR/信号処理部のメ
インアンプ10に入力され、AD変換器11でフーリエ
変換のためにサンプリングされる。刺激発生器4から
は、試料3の刺激信号とそれと同期したパルス信号が出
力され、このパルス信号はパルス信号遅延回路5を経て
トリガーとしてゲート回路8に入力される。試料3はF
T−IR/スペクトロメータ部の試料室にセットされ、
刺激発生器4からの刺激信号で、周期τで繰り返し刺激
される。この刺激の周期τは、一般に試料3の過渡現象
が刺激により開始してから完全に減衰するまでの反応周
期τ′より長く、また、刺激の時間幅は、過渡現象が刺
激と同時に開始する場合には、過渡現象を測定する分解
時間より狭い必要がある。過渡現象の各分解時間でのス
ペクトルが干渉計により変調された周波数(インタフェ
ログラムの周波数)の最小と最大をfmin 、fmax とす
ると、 τ>m/2fmin ・・・(a) τ<(m+1)/2fmax ・・・(b) の条件を満足する周期τで繰り返される。ここで、mは
正の整数でる。すなわち、試料3からのスペクトルがm
/2τ<f<(m+1)/2τの範囲にのみ存在する場
合である。図2(A)にm=1の場合の様子を示す。こ
の変調周波数fは、スペクトルの波数をσ(波長をλと
すると、1/λ)、干渉計2の移動鏡の移動速度をvと
すると、f=2vσで表されるので、上記条件を満足す
るように、光源1からの放射スペクトル領域(波長範
囲)を光学フィルタで制限しておくようにしてもよい
し、移動鏡の移動速度を調整して上記条件を満足させる
ようにしてもよい。この分光測定法の特長の1つは、上
に述べた条件から分かるように、繰り返し周波数1/τ
をこの移動鏡の移動と同期を取る必要がない点にある。Therefore, the light source 1, the interferometer 2, the sample 3,
The output from the detector 6 of the FT-IR / spectrometer unit including the detector 6 and the preamplifier 7 is input to the main amplifier 10 of the FT-IR / signal processing unit via the gate circuit 8 and the low-pass filter 9, The data is sampled by the converter 11 for Fourier transform. The stimulus generator 4 outputs a stimulus signal of the sample 3 and a pulse signal synchronized with the stimulus signal. The pulse signal is input to the gate circuit 8 as a trigger via the pulse signal delay circuit 5. Sample 3 is F
Set in the sample chamber of the T-IR / spectrometer section,
The stimulus signal from the stimulus generator 4 is repeatedly stimulated at a period τ. The period τ of this stimulus is generally longer than the reaction period τ ′ from the start of the transient phenomenon of the sample 3 due to the stimulus to its complete decay, and the time width of the stimulus is such that the transient phenomenon starts simultaneously with the stimulus. Must be narrower than the decomposition time to measure the transient. Assuming that the minimum and maximum of the frequency (frequency of the interferogram) in which the spectrum at each decomposition time of the transient is modulated by the interferometer are fmin and fmax, τ> m / 2fmin (a) τ <(m + 1) / 2fmax (b) is repeated at a period τ that satisfies the condition: Here, m is a positive integer. That is, the spectrum from sample 3 is m
/ 2τ <f <(m + 1) / 2τ. FIG. 2A shows a case where m = 1. The modulation frequency f is represented by f = 2vσ, where σ is the wave number of the spectrum (1 / λ when the wavelength is λ), and v is the moving speed of the movable mirror of the interferometer 2, so that the above condition is satisfied. As described above, the emission spectrum region (wavelength range) from the light source 1 may be limited by an optical filter, or the moving speed of the movable mirror may be adjusted to satisfy the above condition. One of the features of this spectrometry is that as can be seen from the conditions described above, the repetition frequency 1 / τ
It is not necessary to synchronize with the movement of the movable mirror.
【0016】さて、このような構成の装置を用いて分光
する場合の原理を以下に説明する。刺激を受けた試料3
は一定の確率で励起され、同時に元の状態に減衰し始め
る。このとき、試料3は、その過渡状態の分子構造に応
じた特性バンドの波数の光を吸収する。図3(A)に示
したような単発刺激による試料3の過渡状態における透
過率スペクトル(図3(B))を、 T(σ,t) = T0(σ)+ T1(σ,t) ・・・(1) で表すと、図3(C)のような繰り返し刺激のときに
は、 T(σ,t) = T0(σ)+ T1(σ,t) *Шτ(t) ・・・(2) となる(図3(D))。 T0(σ) は刺激に無関係な透過
率スペクトル、 T1(σ,t) は刺激で変化する透過率スペ
クトル、Шτ(t) はデラック関数δ(t)が等間隔な時
間τで並んだ繰り返し操作を表すコム関数、そして、*
はコンボリューション演算である。このとき、検知器6
からの出力信号F(x,t)は(3)式になる。 F(x,t)=∫T(σ,t) B(σ) cos2πx σ dσ =F0(x)+∫{ T1(σ,t) *Шτ(t) }B(σ)cos2 πx σ dσ・(3) F0(x) =∫ T0(σ) B(σ) cos2πx σ dσ ・・・(3') ここで、F0(x) は刺激に無関係なスペクトル成分の干渉
計出力であり、tは試料の刺激に付随した時間、xは干
渉計2の光路差、σはスペクトルの波数、そしてB(σ)
はFT−IR/スペクトロメータ部の試料室から試料3
を取り除いた場合のバックグラウンドスペクトルを表
す。図3(E)に実線で干渉計出力信号のおよその様子
を示す。なお、xは時間変数t'とはx=2vt'の関係に
あるが、試料3の励起が干渉計2の移動鏡の動きとは同
期がとられていないため、tとt'とは位相の相関を持た
ない。すなわち、tとt'の間に有する位相量Δt=t'−
tは、移動鏡の走査の都度異なる値をとる。このため、
(3)式の第2項はインタフェログラムが移動鏡の走査
の度に異なる値を示すことを表している。Now, the principle of spectral separation using the apparatus having such a configuration will be described below. Stimulated sample 3
Is excited with a certain probability, and at the same time begins to decay back to its original state. At this time, the sample 3 absorbs light having a wavenumber of a characteristic band corresponding to the molecular structure in the transient state. The transmittance spectrum (FIG. 3B) of the sample 3 in the transient state due to the single stimulus as shown in FIG. 3A is expressed by T (σ, t) = T 0 (σ) + T 1 (σ, t). (1) In the case of a repetitive stimulus as shown in FIG. 3C, T (σ, t) = T 0 (σ) + T 1 (σ, t) * Шτ (t) · .. (2) (FIG. 3D). T 0 (σ) is the transmittance spectrum that is independent of the stimulus, T 1 (σ, t) is the transmittance spectrum that changes with the stimulus, and Шτ (t) is the time interval τ where the Delak function δ (t) is equally spaced Com function that represents the repetition operation, and *
Is a convolution operation. At this time, the detector 6
The output signal F (x, t) from is given by equation (3). F (x, t) = ∫T (σ, t) B (σ) cos2πx σ dσ = F 0 (x) + ∫ {T 1 (σ, t) * Шτ (t)} B (σ) cos2 πx σ dσ · (3) F 0 (x) = ∫T 0 (σ) B (σ) cos2πx σ dσ (3 ′) where F 0 (x) is the interferometer output of a spectral component unrelated to the stimulus. Where t is the time associated with the sample stimulation, x is the optical path difference of the interferometer 2, σ is the wave number of the spectrum, and B (σ)
Is sample 3 from the sample chamber of the FT-IR / spectrometer section.
Represents a background spectrum when is removed. FIG. 3E shows an approximate state of the output signal of the interferometer with a solid line. Note that x has a relationship of x = 2vt 'with the time variable t', but since the excitation of the sample 3 is not synchronized with the movement of the movable mirror of the interferometer 2, t and t 'are in phase. Has no correlation. That is, the phase amount Δt = t′− between t and t ′
t takes a different value each time the movable mirror scans. For this reason,
The second term in equation (3) indicates that the interferogram shows a different value each time the movable mirror scans.
【0017】この検知器6からの出力は、ゲート回路8
に入力され、刺激発生器4からの刺激信号より時間Δτ
遅延したゲート信号で切り出される。このタイミングを
図3(F)に示す。ここで、ゲート信号の時間幅は測定
する分解時間より狭くとられるが、簡単のために時間幅
を無限小にしてサンプリング処理をШτ(t) で表示す
る。このとき、ゲート回路8からの出力信号F'(x,t) は
(4a)、(4b)式のようになる。図3(G)にこの信号
の様子を示す。The output from the detector 6 is supplied to a gate circuit 8
And the time Δτ from the stimulus signal from the stimulus generator 4
It is cut out by the delayed gate signal. This timing is shown in FIG. Here, the time width of the gate signal is narrower than the decomposition time to be measured, but for simplicity, the time width is infinitely small and the sampling process is represented by Шτ (t). At this time, the output signal F '(x, t) from the gate circuit 8 is represented by the equations (4a) and (4b). FIG. 3G shows the state of this signal.
【0018】 F'(x,t)=Шτ(t -Δτ) [F0(x)+∫{ T1(σ,t) *Шτ(t) } ×B(σ)cos2 πx σ dσ](4a) =Шτ(t -Δτ) ∫ T( σ,Δτ) B(σ)cos2 πx σ dσ・・(4b) なお、(4a)式から(4b)式への導出は、後記する。
(4b)式の積分部分は試料3が刺激を受けてから時間Δ
τ後の試料3の過渡状態における測定対象スペクトル T
( σ,Δτ) B(σ) のインタフェログラム(アナログイ
ンタフェログラム)であって、(4b)式全体は、このア
ナログ信号がШτ(t -Δτ) でサンプリングされた形の
離散型データ(デジタルインタフェログラム)になって
いる。すなわち、(4b)式はこの遅延時間で測定信号が
時間分解されたことを示している。そして、サンプリン
グは変数tとxが非同期であるため、移動鏡の走査の都
度、インタフェログラムのサンプリングされる位置が異
なることを示している。F ′ (x, t) = Шτ (t−Δτ) [F 0 (x) + ∫ {T 1 (σ, t) * Шτ (t)} × B (σ) cos2 πx σ dσ] ( 4a) = Шτ (t-ττ) ∫ T (σ, Bτ) B (σ) cos2 πx σ dσ (4b) The derivation of equation (4a) into equation (4b) will be described later.
The integral part of equation (4b) is the time Δ since the sample 3 was stimulated.
Measurement target spectrum T in the transient state of sample 3 after τ
(σ, Δτ) B (σ) is an interferogram (analog interferogram), and the entire equation (4b) is a discrete data (digital interface) in which this analog signal is sampled at Шτ (t−Δτ). Program). That is, equation (4b) indicates that the measurement signal is time-resolved by this delay time. Since the variables t and x are asynchronous in the sampling, the position where the interferogram is sampled is different each time the movable mirror scans.
【0019】このゲート回路8からの出力を詳しく知る
ために、(4b)式のШτ(t -Δτ)を移動鏡の移動と相
関のある時間t'でフーリエ変換して、信号の持つスペク
トルを調べる。In order to know the output from the gate circuit 8 in detail, Шτ (t−Δτ) in the equation (4b) is Fourier-transformed at a time t ′ correlated with the movement of the movable mirror, and the spectrum of the signal is obtained. Find out.
【0020】 ∫Шτ(t -Δτ)exp(-i2πft')dt'= (1/τ)exp{ -i2π( Δτ+ Δt)f } ×Ш1/τ(f) ・・・(5) =(1/τ )[δ(f)+ exp{ -i2π( Δτ+ Δt) /τ}δ(f- 1/τ) +・・・・ + exp{ i2 π( Δτ+ Δt) /τ}δ(f+ 1/τ)+・・・]・(5') (5)式は位相項を持ったコム関数である。(4b)式の
積分部分を時間でフーリエ変換するとき得られるスペク
トルは、係数を除いて、変調周波数fを変数とした T
(f,Δτ) B(f)である。したがって、ゲート回路8から
の出力信号である(4b)式全体は、(5')式のゼロ次項
であるδ(f) から得られる測定対象スペクトル T(f,Δ
τ) B(f)以外に、(5')式の+1次項である exp{ -i2
π( Δτ+ Δt) /τ}δ(f- 1/τ) 等から得られるスペ
クトルが、搬送周波数n/τ(nは整数)のサイドバン
ドのアナログ信号として現れることを示す。ここで、m
/2τ<f<(m+1)/2τの条件から、各サイドバ
ンド同士のスペクトルは重ならない。このことを図2
(B)に示す。この図の各スペクトルに書き込んだ番号
は、同じ番号の搬送周波数のサイドバンドであることを
示している。∫Шτ (t−Δτ) exp (−i2πft ′) dt ′ = (1 / τ) exp {−i2π (Δτ + Δt) f} × Ш1 / τ (f) (5) = ( 1 / τ) [δ (f) + exp {-i2π (Δτ + Δt) / τ} δ (f-1 / τ) + ・ ・ ・ ・ + exp {i2 π (Δτ + Δt) / τ} δ ( f + 1 / τ) +...] (5 ′) Equation (5) is a comb function having a phase term. The spectrum obtained when the Fourier transform of the integral part of equation (4b) is performed with respect to time, except for the coefficient, uses the modulation frequency f as a variable.
(f, Δτ) B (f). Therefore, the entire expression (4b), which is the output signal from the gate circuit 8, is the measurement target spectrum T (f, Δ) obtained from the zero-order term δ (f) of the expression (5 ′).
τ) In addition to B (f), exp {-i2
This shows that the spectrum obtained from π (Δτ + Δt) / τ} δ (f−1 / τ) or the like appears as a sideband analog signal of the carrier frequency n / τ (n is an integer). Where m
Under the condition of / 2τ <f <(m + 1) / 2τ, the spectra of the sidebands do not overlap. This is shown in FIG.
It is shown in (B). The numbers written in the respective spectra in this figure indicate that they are sidebands of the carrier frequency of the same number.
【0021】ゲート回路8からの出力は、本発明の場合
には、図4(A)に示す特性を持ったローパスフィルタ
9を通して、番号1のスペクトルだけを取り出すように
する。このとき、ローパスフィルタ9からは(5')式の
第2項(+1次項)が寄与するスペクトル成分を有する
アナログ信号(アナログインタフェログラム)が出力さ
れる。この第2項が寄与するスペクトルは、次の(6)
式のようになる。In the case of the present invention, the output from the gate circuit 8 is passed through a low-pass filter 9 having the characteristic shown in FIG. At this time, the low-pass filter 9 outputs an analog signal (analog interferogram) having a spectral component contributed by the second term (+ 1-order term) of the equation (5 ′). The spectrum contributed by the second term is given by the following (6)
It looks like an expression.
【0022】 F(x,Δτ)=(1/ τ)exp{ -i2π( Δτ+ Δt) /τ}× ∫ T{ 1/(2vτ)-σ,Δτ} B{ 1/(2vτ)-σ}cos2πx σ dσ・(6) (6)式の積分項は、試料3が刺激を受けてから時間Δ
τ後の試料3の過渡状態におけるスペクトルを折り返し
たスペクトルのインタフェログラムを表している。すな
わち、ゲート回路8によりサンプリングされた図3
(G)のようなデジタル信号がローパスフィルタ9によ
り、図3(H)に示したようなアナログ信号に復元され
る。ところで、(6)式はΔtの関数の位相が含まれて
いるため、干渉計の移動鏡のスキャンの度にアナログ信
号の形が異なる。このため、測定したデータの積算は、
各データ毎に位相補正を施した後に行わなければならな
い。すなわち、この位相がローパスフィルタ9からの出
力のアナログ信号に復元されているので、一般のFT−
IRの測定と同様に、AD変換器11でフーリエ変換の
ために干渉計2が持つ周期τ0 の基準信号(図3
(I))でサンプリングを行った後、コンピュータ12
で位相補正を行ってからインタフェログラムのまま積算
し、後でフーリエ変換処理をするか、位相補正と同時に
フーリエ変換を施してスペクトルに変換した後、積算す
るようにする。このとき、τ0 は、ローパスフィルタ9
から出力されるインタフェログラム信号の持つ変調周波
数の最小と最大をfmin 、fmax とすると、 τ0 >m/2fmin ,τ0 <(m+1)/2fmax の条件を満足する必要がある。ここで、mはゼロ又は正
の整数である。F (x, Δτ) = (1 / τ) exp {-i2π (Δτ + Δt) / τ} × ∫T {1 / (2vτ) -σ, Δτ} B {1 / (2vτ) -σ } Cos2πx σ dσ · (6) The integral term of the equation (6) is a time Δ after the sample 3 is stimulated.
9 shows an interferogram of a spectrum obtained by folding the spectrum in the transient state of Sample 3 after τ. That is, FIG. 3 sampled by the gate circuit 8
The digital signal as shown in FIG. 3G is restored by the low-pass filter 9 into an analog signal as shown in FIG. By the way, since the expression (6) includes the phase of the function of Δt, the form of the analog signal differs every time the moving mirror scans the interferometer. Therefore, the integration of the measured data is
This must be performed after phase correction is performed for each data. That is, since this phase is restored to the analog signal output from the low-pass filter 9, a general FT-
Similarly to the measurement of the IR, the reference signal having the period τ 0 of the interferometer 2 for the Fourier transform by the AD converter 11 (FIG. 3)
After sampling in (I)), the computer 12
After performing phase correction in (1), integration is performed as it is in the interferogram, and Fourier transform processing is performed later, or Fourier transformation is performed simultaneously with the phase correction to convert to a spectrum, and then integration is performed. At this time, τ 0 is the low-pass filter 9
Assuming that the minimum and maximum of the modulation frequency of the interferogram signal output from are represented by f min and f max , the conditions of τ 0 > m / 2f min and τ 0 <(m + 1) / 2f max must be satisfied. Here, m is zero or a positive integer.
【0023】以上により、スペクトル T{ 1/(2vτ)-
σ,Δτ} B{ 1/(2vτ)-σ}が得られるので、例えば
通常のFT−IR分光測定で別に求めておいたバックグ
ランドスペクトルB { 1/(2vτ)-σ}との比をとり、透
過率スペクトル T{ 1/(2vτ)-σ,Δτ}を得る。以
下、同様にして、パルス信号遅延回路5の遅延時間を調
節して、ゲート回路8へのトリガー信号の遅延時間Δτ
を変えることにより、一連の遅延時間における時系列ス
ペクトルが得られる。なお、この方式においては、得ら
れたスペクトルの波数が折り返されたり、シフトしたり
しているので、コンピュータ12により、波数を復元す
る処理(波数変化)を行う必要がある。From the above, the spectrum T {1 / (2vτ)-
Since σ, Δτ} B {1 / (2vτ) -σ 得 is obtained, for example, the ratio with the background spectrum B {1 / (2vτ) -σ} separately obtained by ordinary FT-IR spectroscopy measurement is obtained. Then, the transmittance spectrum T {1 / (2vτ) -σ, Δτ} is obtained. Hereinafter, similarly, the delay time of the pulse signal delay circuit 5 is adjusted to adjust the delay time Δτ of the trigger signal to the gate circuit 8.
, A time-series spectrum at a series of delay times is obtained. In this method, since the wave number of the obtained spectrum is folded or shifted, it is necessary for the computer 12 to perform a process of restoring the wave number (wave number change).
【0024】以上のようにして、本発明の時間分解フー
リエ分光測定法によると、刺激の繰り返し周期がインタ
フェログラム信号の持っている最大周波数fmax の2倍
の逆数より長い測定対象で、かつ、このサンプリング周
期と非同期な繰り返し周期を持った過渡現象の測定をす
ることができる。As described above, according to the time-resolved Fourier spectrometry of the present invention, the repetition period of the stimulus is a measurement object longer than the reciprocal of twice the maximum frequency f max of the interferogram signal, and It is possible to measure a transient phenomenon having a repetition cycle that is asynchronous with the sampling cycle.
【0025】なお、ここで、上記の(4a)式から(4b)
式への導出について説明しておく。 F'(x,t)=Шτ(t -Δτ) [F0(x)+∫{ T1(σ,t) *Шτ(t) } ×B(σ)cos2 πx σ dσ](4a) (4a)式のサンプリング処理を示すШτ(t -Δτ) は、
変数σとは独立な関数であるため、第2項の積分の中に
組み込むことができる。ここで、時間変数tに従属なШ
τ(t -Δτ) { T1(σ,t) *Шτ(t) }だけを取り出し
て、その式の変形を行う。コム関数はデルタ関数の和で
表せるので、 Шτ(t) =Σδ(t-nτ) ・・・(A1) Шτ(t -Δτ) { T1(σ,t) *Шτ(t) }をこの(A1)
式を用いて書き直す。ここで、nは整数である。Here, from the above equation (4a), (4b)
The derivation to the expression will be described. F ′ (x, t) = Шτ (t−Δτ) [F 0 (x) + ∫ {T 1 (σ, t) * Шτ (t)} × B (σ) cos2 πx σ dσ] (4a) ( Шτ (t-Δτ), which represents the sampling process of equation 4a), is
Since it is a function independent of the variable σ, it can be incorporated into the integration of the second term. Here, Ш dependent on the time variable t
Only τ (t−Δτ) {T 1 (σ, t) * {τ (t)} is extracted and the equation is transformed. Since the comb function can be expressed by the sum of the delta functions, Шτ (t) = Σδ (t-nτ) ・ ・ ・ (A1) Шτ (t -Δτ) {T 1 (σ, t) * Шτ (t) こ の(A1)
Rewrite using the formula. Here, n is an integer.
【0026】 Шτ(t -Δτ) { T1(σ,t) *Шτ(t) } ={Σδ(t- Δτ-nτ) }[∫T1( σ,t-t'){Σδ(t'- mτ) }dt' ] ={Σδ(t- Δτ-nτ) }{ΣT1( σ,t-mτ) } ・・・(A2) mもまた整数である。刺激の周期τは試料の過渡現象の
寿命τ′より長くとられているので、t<0,t≧τの
ときは、T1( σ,t) =0となる。したがって、(A2)式
はn=mのときのみ信号が得られる。よって、(A2)式
は次のように変形できる。Шτ (t−Δτ) {T 1 (σ, t) * Шτ (t) {Σ = {Σδ (t−Δτ−nτ)} [∫T 1 (σ, t−t ′) {Σδ (t '- mτ)} dt'] = {Σδ (t- Δτ-nτ)} {ΣT 1 (σ, a t-mτ)} ··· (A2 ) m also an integer. Since the stimulus period τ is longer than the lifetime τ ′ of the transient phenomenon of the sample, T 1 (σ, t) = 0 when t <0 and t ≧ τ. Therefore, a signal can be obtained only when n = m in the equation (A2). Therefore, equation (A2) can be modified as follows.
【0027】 {Σδ(t- Δτ-nτ) }{ΣT1( σ,t-mτ) } =Σ{δ(t- Δτ-nτ) T1( σ,t- n τ) } =Σ{δ(t- Δτ-nτ) T1( σ, Δτ) } ・・・(A3) T1( σ, Δτ) は定数のため、括りだせるので、 =T1( σ, Δτ) Σδ(t- Δτ-nτ) =T1( σ, Δτ) Шτ(t- Δτ) ・・・(A4) よって、T(σ,t) = T0(σ)+ T1(σ,t) (前記(1)
式)を用いると、(4a)式のF'(x,t)は、求める(4b)
式、 F'(x,t)=Шτ(t -Δτ) ∫ T( σ,Δτ) B(σ)cos2 πx σ dσ・・(4b) になる。{Σδ (t-Δτ-nτ)} {ΣT 1 (σ, t-mτ) Σ {= Σ {δ (t-Δτ-nτ) T 1 (σ, t-nτ) Σ {= Σ {δ (t- Δτ-nτ) T 1 (σ, Δτ)} ... (A3) Since T 1 (σ, Δτ) is a constant and can be rounded down, = T 1 (σ, Δτ) Σδ (t- Δτ −nτ) = T 1 (σ, Δτ) Шτ (t−Δτ) (A4) Therefore, T (σ, t) = T 0 (σ) + T 1 (σ, t) ((1)
Using equation (4), F ′ (x, t) in equation (4a) is obtained (4b)
The formula, F ′ (x, t) = Шτ (t−Δτ) ∫T (σ, Δτ) B (σ) cos2 πxσ dσ (4b)
【0028】以上の方法は、上記の例に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、検知器へ
の供給電圧を刺激発生器からのトリガー信号に同期させ
てオン/オフする等によりゲート回路の代わりを行うよ
うにしてもよい。さらには、パルスレーザを試料に照射
する蛍光分光、ラマン分光にも同様に適用することがで
きる。蛍光分光の場合には、図5に示すようにパルスレ
ーザ26を試料21に直接当て、試料21からの光を干
渉計22を通して検知器23で取り込み、図1に示した
実施例と同様の処理を行う。また、ラマン分光の場合
は、図6に示すようにパルスレーザ36を試料31に当
てて刺激し、連続発振レーザ30からの光で刺激を受け
た試料31を励起し、ラマン光を干渉計32を通して検
知器33で取り込み、図5に示した実施例と同様の処理
を行う。The above method is not limited to the above example, and various modifications are possible. For example, the gate circuit may be replaced by turning on / off the supply voltage to the detector in synchronization with the trigger signal from the stimulus generator. Further, the present invention can be similarly applied to fluorescence spectroscopy and Raman spectroscopy in which a sample is irradiated with a pulsed laser. In the case of fluorescence spectroscopy, a pulse laser 26 is directly applied to the sample 21 as shown in FIG. 5, light from the sample 21 is captured by the detector 23 through the interferometer 22, and the same processing as in the embodiment shown in FIG. I do. In the case of Raman spectroscopy, as shown in FIG. 6, a pulse laser 36 is applied to the sample 31 to stimulate it, the sample 31 stimulated by the light from the continuous wave laser 30 is excited, and the Raman , And are taken in by the detector 33, and the same processing as in the embodiment shown in FIG. 5 is performed.
【0029】また、図1、図5、図6に示したような装
置において、ゲート回路、ローパスフィルタ等からなる
チャンネルを複数並列に設け、各チャンネルに同じ検知
信号を入力し、試料に刺激を与えてから各ゲート回路を
開くまでの遅れ時間Δτをチャンネル毎に異ならせるこ
とにより、図2から図4を参照にして説明した原理によ
り、刺激を与えてから異なる複数の遅延時間におけるイ
ンタフェログラムを同時に取得して、サンプリング、位
相補正等を施した後、それらをフーリエ変換することに
より、刺激に対して繰り返し同じ応答を示す測定対象の
反応過程における異なる時間のスペクトル状態を同時に
測定することもできる。図7にこのような時間分解フー
リエ分光測定法を実施するための装置の構成の1例を示
す。試料2は図3(C)に示すような繰り返しパルス刺
激を発生する刺激発生器4からの周期τの繰り返しパル
スによって刺激され、刺激された試料2からの光は検知
器6によって測定信号に変換される点までは、図1、図
5、図6と同様である(連続発振レーザ30は図示して
いない。)。検知器6からの信号は複数の並列に配置さ
れたゲート回路81、82、83…に入力する。一方、
刺激発生器4からの繰り返し信号は複数の並列に配置さ
れた遅延回路51、52、53…に入力する。遅延回路
51、52、53…はそれぞれ異なる遅延時間Δτ1 、
Δτ2 、Δτ3 …を有し、刺激発生から遅延時間Δτ1
、Δτ2 、Δτ3 …後に各ゲート回路81、82、8
3…にトリガー信号を送るようになっている。したがっ
て、各ゲート回路81、82、83…からは、それぞれ
図3(F)のΔτがΔτ1 、Δτ2 、Δτ3 …で置き代
えてサンプリングされる櫛状のインタフェログラムが得
られる。これらは、それぞれ、刺激に対して遅延時間Δ
τ1 、Δτ2 、Δτ3 …の信号のみをサンプリングした
櫛状のインタフェログラムであり、各ゲート回路81、
82、83…に接続されたローパスフィルタ91、9
2、93…により、各櫛状のインタフェログラムは1次
項以外の波が除去され図3(H)に示したようなアナロ
グインタフェログラムに変換される。そして、各インタ
フェログラムは図1と同様にして各チャンネルに設けら
れたAD変換器111、112、113…により、干渉
計の基準信号の周期τ0 でサンプリングされてデジタル
信号になり、コンピュータ12に取り込まれてフーリエ
変換され、各遅延時間Δτ1 、Δτ2 、Δτ3 …におけ
る試料3の状態を表すスペクトルが同時に求められる。
そのため、図1、図5、図6の方法に比較して測定時間
の短縮化が図れる。なお、この複数の異なる遅延時間に
おけるスペクトルを同時に求める方法については、特願
平2−259355号の場合と同様に、その他種々の変
形、適用が可能であり、その明細書を参照されたい。In the apparatus shown in FIGS. 1, 5, and 6, a plurality of channels including a gate circuit and a low-pass filter are provided in parallel, and the same detection signal is input to each channel to stimulate the sample. By making the delay time Δτ from application to opening of each gate circuit different for each channel, the interferogram at a plurality of different delay times after application of the stimulus can be calculated according to the principle described with reference to FIGS. Simultaneously acquiring and performing sampling, phase correction, etc., and then performing Fourier transform on them, it is also possible to simultaneously measure spectral states at different times in the reaction process of the measurement object showing the same response repeatedly to the stimulus. . FIG. 7 shows an example of the configuration of an apparatus for performing such time-resolved Fourier spectroscopy. The sample 2 is stimulated by a repetitive pulse having a period τ from a stimulus generator 4 that generates a repetitive pulse stimulus as shown in FIG. 3C, and the stimulated light from the sample 2 is converted by a detector 6 into a measurement signal. 1, 5 and 6 (the continuous wave laser 30 is not shown). A signal from the detector 6 is input to a plurality of gate circuits 81, 82, 83,. on the other hand,
The repetition signal from the stimulus generator 4 is input to a plurality of delay circuits 51, 52, 53,. The delay circuits 51, 52, 53,... Have different delay times Δτ1,
.DELTA..tau.2, .DELTA..tau.3,...
, Δτ2, Δτ3... After each gate circuit 81, 82, 8
Trigger signal is sent to 3 ... Therefore, from each of the gate circuits 81, 82, 83,..., A comb-shaped interferogram is obtained in which Δτ in FIG. 3F is replaced with Δτ1, Δτ2, Δτ3,. These are, respectively, the delay time Δ
.. is a comb-shaped interferogram obtained by sampling only the signals of τ1, Δτ2, Δτ3,.
Low-pass filters 91, 9 connected to 82, 83,.
2, 93,..., Each comb-shaped interferogram is converted into an analog interferogram as shown in FIG. Then, the AD converter 111, 112, 113 ... provided each interferogram in the same manner as FIG. 1 in each channel are sampled in the digital signal with a period tau 0 of the reference signal of the interferometer, the computer 12 .., .Tau.2, .DELTA..tau.3, and the spectra representing the state of the sample 3 at the respective delay times .DELTA..tau.1, .DELTA..tau.2, .DELTA..tau.3.
Therefore, the measurement time can be shortened as compared with the methods of FIGS. 1, 5, and 6. As for the method of simultaneously obtaining the spectra at a plurality of different delay times, similarly to the case of Japanese Patent Application No. 2-259355, various other modifications and applications are possible, and refer to the specification.
【0030】以上は、刺激を与えてから遅延時間Δτに
おける過渡状態をみるのに、光源として連続的に光を出
すものを用い、ゲート回路によってこの遅延時間におけ
る検出器の出力を櫛状に切り出して、デジタルインタフ
ェログラムを出力する場合について説明したが、本発明
の方法は、光源としてパルス光源を用い、刺激繰り返し
周期と同じ周期で刺激から遅延時間Δτにおいてこのパ
ルス光源から光を放射して、検出器からその過渡状態に
おけるデジタルインタフェログラムを出力するものにも
適用できる。図8はこのような場合の装置の構成を示す
もので、パルス光源13、干渉計2、試料3、検知器
6、タイマ15、遅延回路16、光源用電源17、刺激
発生器4、プリアンプ7、ローパスフィルタ9、メイン
アンプ10、AD変換器11、コンピュータ12を図示
のように接続し、試料3に刺激を与えてからΔτ後の過
渡状態をゲート回路によって切り出す代わりに、図8に
示すように構成して、試料3に刺激を与えてからΔτ後
にパルス光源13を励起することによって、図1の場合
と同様の作用を行わせている。この例では、パルス光源
を設け、試料に刺激を与えると共に、ある時間だけ遅延
したパルス光を放射するように構成したが、このような
パルス光源を設けず、図9に示すようにラマン励起パル
スレーザ18を用いて試料を励起するように構成しても
よい。すなわち、時間分解FTーラマン装置にこの方法
を適用する場合には、図9図に示すように、図8図に示
す光源用電源に代えてラマン励起パルスレーザ18を用
いる。そして、刺激発生器4から周期τで刺激を与える
と共に、その同期信号からある時間Δτ遅延したトリガ
を遅延回路16で生成し、ラマン励起パルスレーザ18
を制御すればよい。In the above description, a light source that continuously emits light is used as a light source to observe the transient state at the delay time Δτ after the stimulus is applied, and the output of the detector at this delay time is cut out in a comb shape by the gate circuit. Although the case of outputting a digital interferogram has been described, the method of the present invention uses a pulse light source as a light source, emits light from the stimulus with a delay time Δτ from the stimulus at the same cycle as the stimulus repetition cycle, The present invention can also be applied to a device that outputs a digital interferogram in a transient state from a detector. FIG. 8 shows the configuration of the apparatus in such a case. The pulse light source 13, the interferometer 2, the sample 3, the detector 6, the timer 15, the delay circuit 16, the light source power supply 17, the stimulus generator 4, the preamplifier 7 , The low-pass filter 9, the main amplifier 10, the AD converter 11, and the computer 12 are connected as shown in the figure, and instead of using the gate circuit to cut out the transient state after Δτ after applying the stimulus to the sample 3, as shown in FIG. By exciting the pulse light source 13 after Δτ after applying the stimulus to the sample 3, the same operation as in the case of FIG. 1 is performed. In this example, a pulse light source is provided to stimulate the sample and emit pulse light delayed by a certain time. However, without such a pulse light source, a Raman excitation pulse is provided as shown in FIG. The laser 18 may be used to excite the sample. That is, when this method is applied to a time-resolved FT-Raman apparatus, a Raman excitation pulse laser 18 is used instead of the light source power supply shown in FIG. 8 as shown in FIG. A stimulus is given from the stimulus generator 4 at a period τ, and a trigger delayed by a certain time Δτ from the synchronization signal is generated by the delay circuit 16, and the Raman excitation pulse laser
May be controlled.
【0031】また、このようなパルス光源を用いる場合
も、ローパスフィルタ等からなるチャンネルを複数並列
に設け、各チャンネルに同じ検知信号を入力し、試料に
刺激を与えてからパルス光源を励起するまでの遅れ時間
Δτをチャンネル毎に異ならせることにより、刺激に対
して繰り返し同じ応答を示す測定対象の反応過程におけ
る異なる時間のスペクトル状態を同時に測定するように
することもできる。図10にそのための装置の構成の1
例を示す。この場合、タイマ15で生成されたクロック
信号は複数の並列に配置された遅延回路61、62、6
3…に入力して、刺激発生から遅延時間Δτ1 、Δτ2
、Δτ3 …後にトリガ信号を送る。各遅延回路61、
62、63…からのトリガ信号はトリガ信号合成器40
により合成されて、刺激を試料3に与えてから遅延時間
Δτ1 、Δτ2 、Δτ3 …後に光源用電源17にトリガ
を与え、このトリガによりパルス光源1を駆動するよう
にする。このため、繰り返しの刺激に対し、その刺激よ
りΔτ1 、Δτ2 、Δτ3 …の遅延時間でゲートをかけ
たときの検出信号のみをサンプリングしたのと同じにな
り、櫛状のインタフェログラムが得られる。この櫛状の
信号は、プリアンプ7を経て分配器41に入力し、刺激
からの遅延時間Δτ1 、Δτ2 、Δτ3…に応じて検出
器4からの櫛状の信号を次段に接続されたローパスフィ
ルタ91、92、93…に振り分けられる。その後、図
7と同様にして、各遅延時間Δτ1 、Δτ2 、Δτ3 …
における試料3の状態を表すスペクトルが同時に求めら
れる。そのため、この場合も、図8、図9の方法に比較
して測定時間の短縮化が図れる。なお、この複数の異な
る遅延時間におけるスペクトルを同時に求める方法につ
いては、特願平2−259356号の場合と同様に、そ
の他種々の変形、適用が可能であり、その明細書を参照
されたい。Also when such a pulsed light source is used, a plurality of channels composed of a low-pass filter or the like are provided in parallel, the same detection signal is input to each channel, and after the stimulus is applied to the sample and the pulsed light source is excited. By making the delay time Δτ of each channel different for each channel, it is possible to simultaneously measure spectral states at different times in a reaction process of a measurement object that repeatedly shows the same response to a stimulus. FIG. 10 shows a configuration 1 of the apparatus for that purpose.
Here is an example. In this case, the clock signal generated by the timer 15 includes a plurality of delay circuits 61, 62, 6 arranged in parallel.
3 and delay time Δτ1, Δτ2 from stimulus generation
, Δτ3... A trigger signal is sent later. Each delay circuit 61,
The trigger signals from 62, 63...
After the stimulus is applied to the sample 3, a trigger is applied to the light source power source 17 after delay times Δτ1, Δτ2, Δτ3..., And the pulse light source 1 is driven by the trigger. For this reason, for a repetitive stimulus, it is the same as sampling only a detection signal when a gate is applied with a delay time of Δτ1, Δτ2, Δτ3..., And a comb-shaped interferogram is obtained. The comb-like signal is input to the distributor 41 via the preamplifier 7, and the comb-like signal from the detector 4 is connected to the low-pass filter connected to the next stage according to the delay time Δτ1, Δτ2, Δτ3. 91, 92, 93... Thereafter, similarly to FIG. 7, each of the delay times Δτ1, Δτ2, Δτ3.
At the same time is obtained simultaneously. Therefore, also in this case, the measurement time can be shortened as compared with the methods shown in FIGS. As to the method for simultaneously obtaining the spectra at a plurality of different delay times, similarly to the case of Japanese Patent Application No. 2-259356, various other modifications and applications are possible, and refer to the specification.
【0032】なお、以上の実施例の変形として、ローパ
スフィルタの代りに、図2(B)の1次以上のスペクト
ル成分を抜き出す周波数応答特性を有するバンドパスフ
ィルタを用いて、高い周波数の折り返しスペクトルだけ
を抜き出す方法も可能である。As a modification of the above embodiment, instead of the low-pass filter, a band-pass filter having a frequency response characteristic for extracting the first-order or higher-order spectral components shown in FIG. It is also possible to extract only
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、ゲート回路を用い
る第1の方法、パルス光源を用いる第2の方法何れにお
いても、干渉計による変調周波数をf、刺激の繰り返し
周波数を1/τとしたとき、m/2τ<f<(m+1)
/2τ(mは正の整数)にのみに検出器出力信号が存在
する場合に適用できるので、刺激に対する反応周期が従
来適用可能であった試料より長い測定対象に対して、時
間分解フーリエ分光測定法が適用できるようになる。し
かも、干渉計による変調周波数範囲に比べてより低い周
波数からなるインタフェログラムをフーリエ変換するこ
とにより、測定対象の反応過程におけるスペクトル状態
を測定することができるので、演算がより容易になる。
なお、従来の方法に比べて、測定装置の構成を変更する
ことなく、単にインタフェログラムの位相補正、及び、
フーリエ変換の結果得られたスペクトルの波数変換を行
うのみで、本発明の方法を簡単に実施することができ
る。As described above, in both the first method using the gate circuit and the second method using the pulse light source, the modulation frequency by the interferometer is f and the repetition frequency of the stimulus is 1 / τ. Then, m / 2τ <f <(m + 1)
/ 2τ (m is a positive integer) can be applied to the case where the detector output signal exists only. Therefore, the time-resolved Fourier spectroscopic measurement is performed on the measurement object whose response cycle to the stimulus is longer than the sample that can be applied conventionally. The law becomes applicable. Moreover, by performing a Fourier transform on the interferogram having a lower frequency than the modulation frequency range of the interferometer, the spectrum state in the reaction process of the measurement target can be measured, so that the calculation becomes easier.
In addition, compared with the conventional method, the phase correction of the interferogram is simply performed without changing the configuration of the measuring device, and
The method of the present invention can be easily performed only by performing wave number conversion of the spectrum obtained as a result of the Fourier transform.
【図1】本発明に係る第1の時間分解フーリエ分光測定
法を実施するための時間分解フーリエ分光測定装置の基
本構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a time-resolved Fourier spectrometer for performing a first time-resolved Fourier spectrometer according to the present invention.
【図2】アナログ形態とデジタル形態のインタフェログ
ラムとそれらに含まれるスペクトルを説明するための図
である。FIG. 2 is a diagram for explaining an analog interferogram and a digital interferogram and spectra included therein;
【図3】本発明に係る時間分解フーリエ分光測定法の動
作を説明するための波形図である。FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the time-resolved Fourier spectrometry according to the present invention.
【図4】図1の装置に用いるローパスフィルタの周波数
応答特性とその出力スペクトルを示す図である。4 is a diagram showing a frequency response characteristic of a low-pass filter used in the device of FIG. 1 and an output spectrum thereof.
【図5】本発明の第1の時間分解フーリエ分光測定法を
蛍光分光法に適用した実施例の構成の要部を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a main part of the configuration of an example in which the first time-resolved Fourier spectrometry of the present invention is applied to fluorescence spectroscopy.
【図6】本発明の第1の時間分解フーリエ分光測定法を
ラマン分光法に適用した実施例の構成の要部を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing a main part of a configuration of an embodiment in which the first time-resolved Fourier spectrometry of the present invention is applied to Raman spectroscopy.
【図7】本発明の第1の時間分解フーリエ分光測定法を
マルチチャンネルで実施する場合の1実施例の構成を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an embodiment in a case where the first time-resolved Fourier spectrometry of the present invention is performed in multiple channels.
【図8】本発明に係る第2の時間分解フーリエ分光測定
法を実施するための時間分解フーリエ分光測定装置の基
本構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a basic configuration of a time-resolved Fourier spectrometer for performing a second time-resolved Fourier spectrometer according to the present invention.
【図9】本発明の第2の時間分解フーリエ分光測定法を
ラマン分光法に適用した実施例の構成の要部を示す図で
ある。FIG. 9 is a diagram showing a main part of the configuration of an embodiment in which the second time-resolved Fourier spectrometry of the present invention is applied to Raman spectroscopy.
【図10】本発明の第2の時間分解フーリエ分光測定法
をマルチチャンネルで実施する場合の1実施例の構成を
示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an embodiment in a case where the second time-resolved Fourier spectrometry of the present invention is performed in multiple channels.
1…光源 2…干渉計 3…試料 4…刺激発生器 5…パルス信号遅延回路 6…検知器 7…プリアンプ 8…ゲート回路 9…ローパスフィルタ 10…メインアンプ 11…AD変換器 12…コンピュータ 13…パルス光源 15…タイマ 16…遅延回路 17…光源用電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Interferometer 3 ... Sample 4 ... Stimulus generator 5 ... Pulse signal delay circuit 6 ... Detector 7 ... Preamplifier 8 ... Gate circuit 9 ... Low-pass filter 10 ... Main amplifier 11 ... AD converter 12 ... Computer 13 ... Pulse light source 15 ... Timer 16 ... Delay circuit 17 ... Power supply for light source
Claims (2)
より長い周期で刺激を繰り返し与え、ラピッドスキャン
干渉計を用いた検出器出力から刺激より一定の遅延時間
に対するインタフェログラムを取得し、フーリエ変換に
よりスペクトルを得ることによって、刺激に対して繰り
返し同じ応答を示す測定対象の反応状態を測定する時間
分解フーリエ分光方法であって、干渉計による変調周波
数をf、刺激の繰り返し周波数を1/τとしたとき、m
/2τ<f<(m+1)/2τ(mは正の整数)にのみ
に検出器出力信号が存在する場合に適用する時間分解フ
ーリエ分光方法において、検出器出力を刺激より後の一
定の遅延時間においてサンプリングし、サンプリングさ
れた信号のf<1/2τの範囲の周波数成分を取り出
し、位相補正を施すことにより、刺激よりある遅延時間
に対するインタフェログラムを取得することを特徴とす
る時間分解フーリエ分光測定法。1. A stimulus generating means repeatedly applies a stimulus at a cycle longer than a reaction cycle of a measurement object, acquires an interferogram for a certain delay time from the stimulus from a detector output using a rapid scan interferometer, and performs a Fourier transform. A time-resolved Fourier spectroscopy method for measuring a reaction state of a measurement object that repeatedly shows the same response to a stimulus by obtaining a spectrum, wherein a modulation frequency by an interferometer is f and a repetition frequency of the stimulus is 1 / τ. When m
/ 2τ <f <(m + 1) / 2τ (m is a positive integer) in a time-resolved Fourier spectroscopy method applied when a detector output signal exists only at a certain delay time after the stimulus Time-resolved Fourier spectroscopy, wherein a frequency component in a range of f <1 / 2τ of the sampled signal is extracted, and an interferogram for a delay time from the stimulus is obtained by performing phase correction. Law.
より長い周期で刺激を繰り返し与え、ラピッドスキャン
干渉計を用いた検出器出力から刺激より一定の遅延時間
に対するインタフェログラムを取得し、フーリエ変換に
よりスペクトルを得ることによって、刺激に対して繰り
返し同じ応答を示す測定対象の反応状態を測定する時間
分解フーリエ分光方法であって、干渉計による変調周波
数をf、刺激の繰り返し周波数を1/τとしたとき、m
/2τ<f<(m+1)/2τ(mは正の整数)にのみ
に検出器出力信号が存在する場合に適用する時間分解フ
ーリエ分光方法において、パルス光源により刺激繰り返
し周期と同じ周期で刺激より後の一定の遅延時間におい
て光を放射し、得られた検知器出力信号のf<1/2τ
の範囲の周波数成分を取り出し、位相補正を施すことに
より、刺激よりある遅延時間に対するインタフェログラ
ムを取得することを特徴とする時間分解フーリエ分光測
定法。2. A stimulus generating means repeatedly applies a stimulus at a cycle longer than a reaction cycle of a measurement object, acquires an interferogram for a fixed delay time from the stimulus from a detector output using a rapid scan interferometer, and performs a Fourier transform. A time-resolved Fourier spectroscopy method for measuring a reaction state of a measurement object that repeatedly shows the same response to a stimulus by obtaining a spectrum, wherein a modulation frequency by an interferometer is f and a repetition frequency of the stimulus is 1 / τ. When m
/ 2τ <f <(m + 1) / 2τ (m is a positive integer) in a time-resolved Fourier spectroscopy method applied when a detector output signal is present only at a period equal to the stimulation repetition period by a pulse light source. After a certain delay time, light is emitted, and the obtained detector output signal f <1 / 2τ
A time-resolved Fourier spectroscopy method, which obtains an interferogram for a certain delay time from a stimulus by extracting frequency components in the range of and performing phase correction.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP227991A JP2810798B2 (en) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Time-resolved Fourier spectroscopy |
| US07/820,285 US5245406A (en) | 1991-01-11 | 1992-01-10 | Fourier transform spectroscopy and spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP227991A JP2810798B2 (en) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Time-resolved Fourier spectroscopy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579916A JPH0579916A (en) | 1993-03-30 |
| JP2810798B2 true JP2810798B2 (en) | 1998-10-15 |
Family
ID=11524932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP227991A Expired - Fee Related JP2810798B2 (en) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Time-resolved Fourier spectroscopy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810798B2 (en) |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP227991A patent/JP2810798B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0579916A (en) | 1993-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5251008A (en) | Fourier transform spectroscopy and spectrometer | |
| US4086652A (en) | Method and apparatus for analyzing a time-dependent phenomenon | |
| Hartland et al. | Time‐resolved Fourier transform spectroscopy with 0.25 cm− 1 spectral and< 10− 7 s time resolution in the visible region | |
| US5021661A (en) | Time-resolved infrared spectrophotometer | |
| JP2011242180A (en) | Ultra-high resolution terahertz spectrometer | |
| US5245406A (en) | Fourier transform spectroscopy and spectrometer | |
| JP2810803B2 (en) | Time-resolved Fourier transform spectroscopy | |
| JP2810798B2 (en) | Time-resolved Fourier spectroscopy | |
| JP2818036B2 (en) | Time-resolved Fourier spectroscopy | |
| JP2810802B2 (en) | Time-resolved Fourier transform spectroscopy | |
| US5196903A (en) | Pulsed light source spectrometer with interferometer | |
| JP2806615B2 (en) | Time-resolved spectroscopy | |
| JP2806616B2 (en) | Time-resolved spectroscopy | |
| JPH055700A (en) | Time-resolved fourier transform spectrometry | |
| JP2656646B2 (en) | Time-resolved spectroscopy | |
| JP2970700B2 (en) | Fourier transform spectroscopy using a pulsed light source | |
| JP2818042B2 (en) | Fourier transform spectroscopy using a pulsed light source | |
| JP2708603B2 (en) | Time-resolved spectrometer | |
| JP2970697B2 (en) | Background removal Fourier transform spectroscopy | |
| JP2818043B2 (en) | Fourier transform spectroscopy using a pulsed light source | |
| JP2970709B2 (en) | Background removal time-resolved Fourier spectroscopy | |
| JP2708602B2 (en) | Fourier transform spectroscopy using a pulsed light source | |
| US4979823A (en) | Method and arrangement for background compensation in material analysis | |
| Snively et al. | Experimental aspects of asynchronous rapid-scan Fourier transform infrared imaging | |
| JPH04136724A (en) | Time resolved spectrometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980707 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |