JPH0210367B2

JPH0210367B2 -

Info

Publication number: JPH0210367B2
Application number: JP55026807A
Authority: JP
Inventors: Baaro Dereku; Binsento Paakinsu Chaaruzu
Original assignee: Pye Ltd
Current assignee: Pye Electronic Products Ltd
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1990-03-07
Also published as: JPS55140121A; GB2043878A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は二重ビーム分光光度計に関するもので
ある。

比率記録型の二重ビーム分光光度計、即ち試料
通路を通つてきて受け取られる放射線の基準通路
を通つてきて受け取られる放射線に対する比を計
算して試料物質の透過率を求める型の二重ビーム
分光光度計は検出器から取り出された信号から、
放射線源から試料セルを含む第１の通路を通つて
きて検出器で受け取られた放射線からバツクグラ
ウンド放射線を差し引いたものを表わす第１の信
号と、放射線源から基準セルを含む第２の通路を
通つてきて検出器で受け取られた放射線からバツ
クグラウンド放射線を差し引いたものを表わす第
２の信号とを作る信号処理回路を具える。第１お
よび第２の通路を経て検出器に入射する放射線は
離散的に発生する飛び越しパルスの形態をしてお
り、それらのパルス同士の間が、第１と第２の通
路を通る放射線が検出器に入射しないようにした
暗信号期間で分離される。また検出器はそこで受
け取つた放射線の大きさを表わす複合電気信号を
出力する。

このような分光光度計では検出器で受け取られ
る放射線は時分割多重化された形をしており、従
つてバツクグラウンド放射線による検出器の出力
（これは第１と第２の通路を通つてきた放射線が
検出器に入射するのを妨げられる期間における検
出器の出力と考えられる）を第１と第２の通路を
通つてきた放射線が測定される時とは異なる時に
測定する。従つてバツクグラウンド放射線の大き
さが変動する場合はこれにより求められた透過率
の値に誤差が生ずる。バツクグラウンドレベルの
変化は例えば赤外領域をずつと走査する場合であ
れば大気中の水蒸気による吸収が波長で異なる選
択性を呈することにより生ずる。

従来技術の分光光度計では第１の通路を通つて
きて受け取られる放射線（即ち試料レベル）を測
定する直前にバツクグラウンド放射線レベル（即
ち暗レベル）を測定し、これらから減算により第
１の信号（即ち試料―暗信号）を得ていた。第２
の信号（即ち基準―暗信号）も同じようにして作
る。検出器は普通信号処理回路に交流結合されて
いるから試料―暗信号及び基準―暗信号は第１の
通路を通る放射線も第２の通路を通る放射線も検
出器に入射できない期間（以後暗信号期間と称す
る）において信号レベルを大地電位又は何らかの
他の基準電位にクランプすることにより発生させ
ることができる。第１と第２の信号を発生する別
の既知の回路は３個のサンプル―ホールド回路を
具え、これらで放射線が第１の通路を通る期間
（以後試料信号期間と称する）において検出器で
発生した信号と、放射線が第２の通路を通る期間
（以後基準信号期間と称する）において検出器で
発生した信号と、暗信号期間において検出器で発
生した信号とを夫々サンプリングする。このサン
プル―ホールド回路の出力端子を２個の減算回路
の入力端子に接続し、第１の減算回路で試料―暗
信号を作り、第２の減算回路で基準―暗信号を作
る。この回路ではバツクグラウンド放射線のレベ
ルが変動すると、試料―暗信号と基準―暗信号の
大きさが各暗信号期間、即ち夫々の試料期間又は
基準期間の両側の暗信号期間において最新のもの
に改訂される。しかしこれらのいずれの回路もバ
ツクグラウンド放射線レベルが急変する結果生ず
る第１の信号と第２の信号に対するダイナミツク
な影響（break through）を防止することができ
ない。

本発明の目的はバツクグラウンド放射線のレベ
ル変動が測定に及ぼす影響を軽減した分光光度計
を提供するにある。

このような目的を達成するため本発明によれば
検出器で発生される信号を受け、放射線源から試
料セルを含む第１の通路を通つて検出器で受け取
つた放射線からバツクグラウンド放射線を差し引
いたものを表わす第１の信号と、放射線源から基
準セルを含む第２の通路を通つて検出器が受け取
つた放射線からバツクグラウンド放射線を差し引
いたものを表わす第２の信号とを作る信号処理回
路を具え、上記の検出器で受け取つた放射線が第
１の通路を通つてきた放射線も第２の通路を通つ
てきた放射線も検出器に入射することが妨げられ
る暗信号期間により分離される飛越しパルスの形
態をしており、上記検出器がそこで受け取つた放
射線の大きさを表わす複合電気信号を出力する波
長連続走査型の二重ビーム分光光度計において、
順次の暗信号期間において検出器が発生した信号
が連続して平均され、前記順次の暗信号期間が、
第１および第２の通路からの信号に対応するそれ
ぞれの期間の各側において少なくとも１つの暗信
号期間を含み、放射線が第１の通路を通つてきて
受け取られる時検出器が発生する信号と放射線が
第２の通路を通つてきて受け取られる時検出器が
発生する信号とから上記平均値を差し引いて夫々
前記第１の信号と第２の信号とを作ることを特徴
とする。また、前記順次の暗信号期間が、第１お
よび第２の通路からの信号に対応するそれぞれの
期間の各側においてそれぞれ１つの暗信号期間の
みを含むようにすることができる。

このように順次の暗信号期間において発生した
信号の平均をとるようにするとバツクグラウンド
放射線レベルの変動が測定に及ぼす影響を軽減で
きるだけでなく、検出器が信号処理回路に交流結
合されているか又は低周波の熱時定数を有する場
合に透過率測定の非線形性を減らすことができ
る。これはパイロ電気検出器又はゴーレイニユー
マチツク検出器のような典型的な赤外線用検出器
について妥当する。

信号処理回路は前記信号処理回路に４個のサン
プル―ホールド回路を設け、第１のサンプル―ホ
ールド回路で第１の通路を通つて受け取られた放
射線を表わす信号を蓄わえ、第２のサンプル―ホ
ールド回路で第２の通路を通つて受け取られた放
射線を表わす信号を蓄わえ、第３と第４のサンプ
ル―ホールド回路で順次の暗信号期間において受
け取られた放射線を表わす信号を蓄わえ、この第
３と第４のサンプル―ホールド回路の出力を平均
する手段を設け、第１の入力端子を第１のサンプ
ル―ホールド回路の出力端子に接続し、さらに第
２の入力端子を上記平均化手段の出力端子に接続
した第１の減算器と、第１の入力端子を第２のサ
ンプル―ホールド回路の出力端子に接続し、さら
に第２の入力端子を前記平均化手段の出力端子に
接続した第２の減算器とを設け、これらの第１と
第２の減算器の出力を夫々第１と第２の信号とす
ることを特徴とする。

図面につき実施例を挙げて本発明を詳細に説明
する。

第１図に示す分光光度計は放射線源Ｓ，２本の
放射線ビームを作る手段、これらの２本の放射線
ビームの通路を一つにする手段と、モノクロメー
ターMOと、検出器Ｄと信号処理装置PCとを具
える。

放射線源Ｓから出た放射線（これはスペクトル
の赤外領域、可視領域及び紫外領域とすることが
できる）を鏡M₁で反射させ、測定室MC内の試
料セルを通る通路SBに沿つて進ませる。

この通路SBに沿つて進む放射線は更に２個の
鏡Ｍ２とＭ３で反射されて回転しているセクター
ミラー（sector mirror）組立体Ｍ４に向かう。
するとこのセクターミラー組立体Ｍ４は通路SB
に沿つて進む放射線を交番的に透過させて鏡Ｍ８
上に落し、鏡Ｍ８で反射させる。放射線源Ｓから
出た放射線は別に鏡Ｍ５で反射させられてこれま
た測定室MC内にある基準セルRCを通る第２の
通路RBに沿つて進む。この第２の通路RBに沿
つて進む放射線は更に２個の反射器Ｍ６及びＭ７
で反射させられて回転しているセクターミラー組
立体Ｍ４に向かう。するとこのセクターミラー組
立体Ｍ４は第２の通路RBに沿つて進む放射線を
交番的に反射させて鏡Ｍ８上に落し、鏡８で反射
させる。斯くしてセクターミラー組立体Ｍ４で第
１の通路SBに沿つて進んできた放射線のパルス
とその間に挾まれた第２の通路に沿つて進んでき
た放射線のパルスとを含む合成放射線ビームCB
が形成される。回転自在のセクターミラーＭ４は
順次に放射線を透過するセクタと放射線を吸収す
るセクタと放射線を反射するセクタと放射線を吸
収するセクタとをシリーズに並べたものを具え、
このため複合放射線ビームCBでは第１の通路SB
に沿つて進んできた放射線のパルスと第２の通路
RBに沿つて進んできた放射線のパルスとが交互
に繰り返され、それらのパルス同士の間に放射線
源から放射線が届かない期間が挾まつている。複
合放射線ビームCBは鏡Ｍ８で反射させられてモ
ノクロメーターMOの入射スリツトSL１に入射
する。モノクロメーターMOは入射スリツトSL
１，凹面鏡Ｍ９，回折格子Ｇ及び射出スリツト
SL２を具え、入射スリツトSL１にある帯域幅の
広い放射線から波長帯の狭い放射線を選択するの
に利用される。射出スリツトSL２から取り出さ
れた狭帯域の放射線は鏡Ｍ１０で反射して検出器
Ｄに入射する。検出器Ｄの出力信号は信号処理装
置PCを経て表示器Ｉに供給される。

試料の透過率を測定するために試料を測定室
MC内に入れ、試料ビームを通過させ、信号処理
装置PCで以つて試料セルSCから現われる放射線
の大きさの基準セルRCから現われる放射線の大
きさに対する比を求める。放射線源Ｓから放射さ
れる放射線の大きさが小さいと検出器Ｄの出力信
号が小さくなり、このため系内の雑音の影響が大
きくなる。信号処理装置PCの出力端子に現われ
る全雑音はその帯域幅の平方根に比例するから、
第２の通路RBに沿つて進んできて検出器Ｄに到
達する放射線の大きさを減らす時帯域幅も狭くす
ることにより雑音の影響を小さくできる。この手
段は信号処理装置PCの応答時間を増すものと言
い換えることができる。蓋し、放射線の大きさが
低下しているからである。この応答時間の増大、
換言すれば帯域幅の減少のため系が試料セルSC
から現われる放射線のレベルの高速の変化に応答
するのが妨げられ、このため意味のある測定を行
なうためにはモノクロメーターMOで発生する波
長の変化速度を制限することになる。

また試料（測定）期間内に検出器Ｄで検出され
る放射線は放射線源から出て試料セルを通過した
放射線による分にバツクグラウンド放射線による
分が加つたものであるから、試料セルを通過し、
検出器に入射する放射線による信号だけを取り出
すためには試料信号（sample signal）から暗信
号（dark signal）を差し引く必要がある。同様
に透過率（これは試料信号の基準信号に対する比
である）を求める前に基準信号から暗信号を差し
引く必要がある。このため必要な減算と除算とを
行なわせる目的で信号処理装置PCを設ける。

この信号処理装置PCには更に試料信号又は基
準信号の夫々の両端に生ずる暗信号を平均する装
置を設け、この平均信号を試料信号又は基準信号
から差し引くべき暗信号として用いる。これによ
り暗信号の振幅が変動することが試料信号又は基
準信号に及ぼす影響を軽減できる。試料期間又は
基準期間の両端で生起する暗信号を平均化するこ
とにより得られるもう一つの利点は検出器Ｄを信
号処理装置PCに交流結合する場合又は検出器Ｄ
自体が交流検出器である場合にこれにより透過信
号の非線形性の程度が下がることである。

表示器Ｉの代表的なものは記録紙レコーダ
（chart recorder）であり、そこではモノクロメ
ーターの波長変化と同期をとつて記録紙を進め
る。しかし他の表示器、例えばビデオデイスプレ
イ装置を使用することもできる。或は信号処理装
置PCの出力を計算機に供給し、計算器に情報を
蓄わえたり又はプリンタを駆動して波長に対する
透過率の値を印刷することもできる。

第２図は第１図の分光光度計で使用するのに適
した信号処理装置PCの一実施例のブロツク図で
ある。検出器Ｄからの信号は端子１からデコーダ
２の第１の入力端子と制御論理回路７の第１の入
力端子とに印加する。回転自在のセクターミラー
組立体Ｍ４の位置を検出する装置から取り出され
た４個のタイミング信号を端子３，４，５及び６
からデコーダ２と制御論理回路７の別の入力端子
に印加する。デコーダ２の第１の出力端子は
FET８を介して積分器２０に接続する。積分器
２０は抵抗Ｒ１コンデンサＣ１と演算増幅器Ａ１
とから成る。コンデンサＣ１の両端にFET９を
接続する。積分器２０の出力端子はサンプル―ホ
ールド回路２２に接続する。このサンプル―ホー
ルド回路２２はFET１０と抵抗Ｒ２とコンデン
サＣ２と演算増幅器Ａ２とを具える。演算増幅器
Ａ２の出力端子を信号処理回路RCの出力端子１
１に接続する。デコーダ２の第２の出力端子を
FET１２を介して第２の積分器２１に接続する。
第２の積分器２１は抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３と
演算増幅器Ａ３とを具える。コンデンサＣ３の両
端にFET１３を接続する。第２の積分器２１の
出力端子を抵抗Ｒ４及びＲ５並びに高速比較器Ａ
４から成る比較回路の一方の入力端子に接続す
る。高速比較器Ａ４の他方の入力端子を基準電位
VRに接続する。この比較回路の出力端子を制御
論理回路７のもう一つの入力端子に接続する。制
御論理回路７は３個の出力端子を有するが、第１
の出力端子ｉはFET８及び１２のゲート電極に
接続し、第２の出力端子ｆはFET９及び１３の
ゲート電極に接続し、第３の出力端子ｍはFET
１０のゲート電極に接続する。

第３図は第２図に示す信号処理回路（装置）
PCの種々の点に生起する波形を示す波形図であ
る。波形ａは検出器Ｄから端子１に印加される複
合波形を示す。４個の期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及び
Ｔ４は夫々、放射線ビームがミラー系で吸収され
る第１の期間、放射線ビームが基準セルを通つて
から検出器Ｄに入射する期間、放射線ビームがミ
ラー系で吸収される第２の期間及び放射線ビーム
が試料セルを通つてから検出器Ｄに入射する期間
である。波形ｂ，ｃ，ｄ及びｅは夫々期間Ｔ１，
Ｔ２，Ｔ３及びＴ４においてデコーダ２と制御論
理回路７とに印加される４個のタイミング信号を
示す。これらのタイミング信号を用いることによ
りデコーダ２はその第１の出力端子に以後「試料
―暗」（Sample―Dark）と称する、期間Ｔ４に
おける検出器出力信号から最も近い期間Ｔ１とＴ
３とにおける検出器出力信号の平均値を差し引い
た信号を出力し、その第２の出力端子に以後「基
準―暗」（Ref―Dark）と称する、期間Ｔ２にお
ける検出器出力信号から最も近い期間Ｔ１とＴ３
とにおける検出器出力信号の平均値を差し引いた
信号を出力し、期間Ｔ２の終りと期間Ｔ３の開始
との間の期間及び期間Ｔ４の終りと期間Ｔ１の開
始との間の期間において制御論理回路７は波形ｆ
の信号を出力する。この信号ｆはFET９及び１
３のゲート電極に印加し、コンデンサＣ１及びＣ
３を放電させて２個の積分器２０及び２１をリセ
ツトする。期間Ｔ１とＴ３の初期において制御論
理回路７は波形ｉに示す出力信号を出力する。こ
れにより積分器２０と２１は夫々デコーダ２の第
１と第２の出力端子からの出力を積分する。積分
器２１は基準―暗信号を積分し、波形ｇで示すそ
の出力が基準電位VRに達する時比較器の出力信
号を波形ｈで示すように変える。これにより今度
は制御論理回路７は積分パルスｉを終端させる。
斯くして今度は積分器２０（その出力信号は波形
ｊで示す通りである）が基準―暗信号の一部とし
ての試料―暗信号を表わすものを保持する。制御
論理回路７は波形ｍで表わされる信号を出力す
る。これはFET１０をスイツチオンし、積分器
２０の出力端子をサンプル―ホールド回路２２に
接続する。波形ｍのサンプルパルスは積分パルス
ｉが終了した時点で立上り、そのパルス長は期間
Ｔ２における検出器の出力の大きさ、即ち第２の
通路RBを経て検出器Ｄに達する放射線の大きさ
に依存する。この大きさが増すとサンプリング時
間も長くなり、出力端子１１における信号が受信
放射線の大きさの変化に一層迅速に追従できる。

系の雑音出力は帯域幅の平方根に比例するから
サンプリング時間を信号エネルギーの二乗に比例
するようにすると好適である。こうすれば雑音×
帯域幅は一定に保たれる。サンプリング時間を信
号エネルギーの二乗に比例させるため制御論理回
路７に期間Ｔ２における検出器Ｄの信号を二乗す
る二乗回路を設ける。こうすると制御論理回路７
はこの値を用いてパルスｍの長さを決め、これに
よりサンプル―ホールド回路２２のサンプリング
時間を決める。

第４図はサンプル―ホールド回路２２の波形ｎ
に示すステツプ入力に対する応答を示す。FET
１０をずつとONにし続けると出力端子１１の出
力は波形Ｐでずつと示す形となり、応答時間は抵
抗Ｒ２とコンデンサＣ２で決まる時定数CRに依
存する。しかし、FET１０を時間CRの25％だけ
スイツチオンするようにすると出力端子１１の出
力は波形ｑで示す形となる。明らかにこの場合サ
ンプル―ホールド回路２２の出力が入力端子にお
ける信号の値の変化に追従する速度はFET１０
がスイツチオンされている時間に依存する。

第５図に示す増幅器は入力端子１とデコーダ２
及び制御論理回路７との間に接続する。この増幅
器は演算増幅器Ａ５０１とコンデンサＣ５０１と
抵抗Ｒ５０１と抵抗Ｒ５０２とコンデンサＣ５０
２とを具える前置増幅段５０２を含む。この前置
増幅段５０２の後段に演算増幅器Ａ５０２と抵抗
Ｒ５０３と抵抗Ｒ５０４とコンデンサＣ５０３と
コンデンサＣ５０４とを具える微分器５０３があ
る。微分器５０３の出力はライン７０１を経て制
御論理回路７に供給し、コンデンサＣ５０５と抵
抗Ｒ５０５を経て可変減衰器兼バツフア段５０４
に供給する。可変減衰器兼バツフア段５０４は演
算増幅器Ａ５０３とコンデンサＣ５０６と抵抗Ｒ
５０６と抵抗Ｒ５０７とを具え、ライン６０１に
出力信号を出力する。この出力信号はデコーダ２
に供給される。この可変減衰器兼バツフア段は自
動利得比較兼増幅段５０５により制御される。こ
の自動利得比較兼増幅段５０５にはライン５０１
を伝わつてデコーダ２の出力が供給される。ライ
ン５０１上の信号は２個の抵抗Ｒ５０８，Ｒ５０
９を直列接続したものを介して演算増幅器Ａ５０
４の正入力端子に供給する。正の電源ラインと負
の電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ５１０と
Ｒ５１１とを具える分圧器の抵抗Ｒ５１０とＲ５
１１との接続点を抵抗Ｒ５１２を介して演算増幅
器Ａ５０４の負の入力端子に接続する。抵抗Ｒ５
０８と抵抗Ｒ５０９の接続点と抵抗Ｒ５１０と抵
抗Ｒ５１１の接続点との間に２個のダイオードＤ
５０１とＤ５０２を極を逆にして並列に接続した
ものを接続する。演算増幅器Ａ５０４の出力端子
を抵抗Ｒ５１３と抵抗Ｒ５１４とを介して演算増
幅器Ａ５０１の負の入力端子に接続する。抵抗Ｒ
５１３と抵抗Ｒ５１４の接続点をFET Ｔ５０１
のゲート電極に接続する。FET Ｔ５０１のソー
ス電極とドレイン電極とを抵抗Ｒ５１５の両端に
接続する。抵抗Ｒ５１５は負の電源ラインと演算
増幅器Ａ５０３の正の入力端子との間に接続す
る。演算増幅器Ａ５０４の正の入力端子と負の電
源ラインとの間にコンデンサＣ５０７を接続す
る。演算増幅器Ａ５０４の出力端子と負の電源ラ
インとの間にコンデンサＣ５０８を接続する。演
算増幅器Ａ５０４の出力端子と負の入力端子との
間にコンデンサＣ５０９を接続する。この自動利
得比較兼増幅段５０５により可変減衰器兼バツフ
ア段５０４を制御して検出器Ｄが受け取る信号レ
ベルが変動しても基準―暗信号をほぼ一定に保
つ。

第１０図の波形は信号処理回路の例えばバツク
グラウンド放射線のレベル変動に帰し得る負方向
に向かうドリフトを有する複合信号に対する応答
を示す図である。

上述した第１のタイプの従来技術の系では夫々
の試料信号期間及び基準信号期間の直前の暗信号
期間において暗信号レベルが確定され、これが
夫々試料信号期間及び基準信号期間に確定した試
料信号レベル及び基準信号レベルから差し引かれ
て夫々試料―暗信号及び基準―暗信号を生ずる。
斯くして波形ｄで示すように期間Taでは基準―
暗信号はRa―D1aで与えられ、試料―暗信号は
Sa―D2aで与えられる。ここでRaは期間Taにお
ける基準信号レベルであり、Saは期間Taにおけ
る試料信号レベルであり、D1aは期間Taにおけ
る第１の暗信号レベルであり、D2aは期間Taに
おける第２の暗信号レベルである。しかし、バツ
クグラウンド放射線レベルが波形ｄで示すように
ドリフトするため真の暗信号レベルは
D1a＋D2a／２及びD2a＋D1b／２であり、従つて真の基準信号レベルはRa−D1a＋D2a／２であり、真の試料信号レベルはSa−D2a＋D1b／２である。バツクグラウンド放射線レベルは波形ｄに示すように
負に向かつてドリフするためD1aはD1a＋D2a／２よりも一層正であり、D2aはD2a＋D1b／２よりも一層正であり、従つて計算された基準―暗信号と試料
―暗信号とは真の値よりもバツクグラウンド放射
線レベルのドリフトの速度に依存する量だけ低
い。逆にバツクグラウンド放射線が正の方向にド
リフトする場合には基準―暗信号及び試料―暗信
号は真のレベルよりも高い。

波形ｅ及びｆは前述した従来技術の回路の第２
のタイプの応答を示すものである。この場合試料
―暗信号及び基準―暗信号は基準信号期間及び試
料信号期間の終りにおいて定義されるだけでな
く、各暗信号レベルが確定した時修正されるもの
である。斯くして期間Tbにおいて波形ｅとして
示す試料―暗信号の場合は試料―暗信号の値が第
１の暗信号期間ではSa―D2aであり、基準信号期
間と第２の暗信号期間ではSa―D1bであり、試料
信号期間ではSa―D2bである。この波形を波す
るとほぼ一定の出力を与えることができる。しか
し波形ｅから明らかな通り真の試料―暗レベルＳ
―Ｄについて対称ではない。基準―暗信号は波形
ｆで示すように試料―暗信号と同じ様に変化す
る。斯くしてこの回路では計算された試料―暗信
号と基準―暗信号とはバツクグラウンド放射線が
負の方向にドリフトする場合は真の値よりも大き
く、バツクグラウンド放射線が正の方向にドリフ
トする場合は真の値よりも小さい。

波形ｇ及びｈは２個の順次の暗信号期間におけ
る暗信号レベルの平均をとり、基準信号又は試料
信号から差し引く信号処理回路の応答を示すもの
である。期間Tbにおいて波形ｇとして示す試料
―暗信号の計算された値は第１の暗信号期間では
Sa−D1a＋D2a／２であり、基準信号期間及び第２の暗信号期間ではSa−D2a＋D1b／２であり、試料信号期間ではSa−D1b＋D2b／２である。それ故期間Tbに亘る平均値は Sa−D1a＋D2a／２＋２〔Sa−D2a＋D1b
／２〕＋Sa−D1b＋D2a／２／４＝Sa−３／４・D1b＋D2a／２−１
／４・D1a＋D2b／２に等しい。

斯くして暗信号レベルは主として試料信号期間
の両側の暗信号期間における暗信号レベルの平均
により定義されるが、試料信号期間から次に遠い
暗信号レベルに因る付加的成分も1/3の重みで付
加される。

第１１図に示す複合波形は信号処理回路に交流
結合されている検出器又は例えばパイロ電気検出
器若しくはゴーレイニユーマチツク検出器のよう
な赤外分光光合計で普通に使われている検出器か
ら取り出されるものである。第１１ａ図は検出器
で受け取つたエネルギーを示し、第１１ｂ図は信
号処理回路に結合されている生成信号を示す。各
レベルの下降量σxはその平均レベルに関する信
号の大きさ（ｘ）に比例し、τ≫ｔであればｔ／
τで与えられる。τは交流結合時定数、換言すれ
ば赤外検出器の低周波熱時定数である。良好な雑
音波特性を得るにはできるだけ長時間に亘つ
て、それもできれば基準信号期間又は試料信号期
間の全体に亘つて、信号の瞬時値を確定するので
はなく、平均レベルをとる必要がある。測定され
た透過率を第１の従来技術の回路の場合のように
Sa，Ra，D1a，D2aを夫々試料、基準及び暗信
号期間の平均信号レベルとして（Sa−D2a）／
（Ra−D1a）として計算し、σ数％とすると透
過率の測定値はTm＝Ta＋σ／４（１−Ta²）で与えられる。ここでTmは透過率の測定値、Taは
透過率の真の値である。

第１２図から明らかな通り、これはTa＝１／２の時σ／４のゼロオフセツトとσ／16の線形性から
の最大偏移を与える。σ＝５％とするとσ／４＝
1.25％でσ／16＝0.31％である。

しかし透過率の測定値を Sa−D1b＋D2a／２／Ra−D1a＋D2a／２として計算すると、透過率の測定はTm＝Ta＋
（１−Ta²）σ²／８で与えられる。

第５図から明らかな通り、これはσ²／８のゼロ
オフセツトとσ²／32の線形性からの最大偏移とを
与える。σ＝５％とするとこれは0.31％のゼロオ
フセツトと0.0078％の線形性からの最大偏移を与
える。

斯くして夫々の試料信号期間と基準信号期間の
両側の暗信号期間中の暗信号レベルを平均化する
ことにより線形性と、透過率の測定値の真の値か
らのオフセツトの重要な改良を達成できる。

第６図はこの平均化を行ない得るデコーダ７を
示す。信号処理回路は４個のサンプル―ホールド
回路６０４，６０５，６０６及び６０７と２個の
減算回路６０８及び６０９とを具える。

サンプル―ホールド回路６０６はFET Ｔ６０
４，抵抗Ｒ６０４，コンデンサＣ６０４及び演算
増幅器Ａ６０４を具え、サンプル―ホールド回路
６０５はFET Ｔ６０５，抵抗Ｒ６０５，コンデ
ンサＣ６０５及び演算増幅器Ａ６０５を具え、サ
ンプル―ホールド回路６０６はFET Ｔ６０６，
抵抗Ｒ６０６，コンデンサＣ６０６及び演算増幅
器Ａ６０６を具え、サンプル―ホールド回路６０
７はFET Ｔ６０７，抵抗Ｒ６０７，コンデンサ
Ｃ６０７及び演算増幅器Ａ６０７を具える。

減算回路６０８と６０９とは形が同一であり、
減算回路６０８は演算増幅器Ａ６０８を具える
が、その正の入力端子は抵抗Ｒ６０８及びＲ６０
９（これらの両端間にコンデンサＣ６０８を接続
する）並びにＲ６１０及びＲ６１１を具える抵抗
回路網でバイアスする。抵抗Ｒ６１２とコンデン
サＣ６１２とを並列に接続したものを演算増幅器
Ａ６０８の出力端子と負の入力端子との間に接続
する。減算回路６０８の第１の入力端子を抵抗Ｒ
６１３を介して演算増幅器Ａ６０８の負の入力端
子に接続し、第２の入力端子を抵抗Ｒ６１４を介
して演算増幅器Ａ６０８の正の入力端子に接続す
る。減算回路６０９も形は同じで抵抗Ｒ６１８―
Ｒ６２３、コンデンサＣ６１８及びＣ６２２並び
に演算増幅器Ａ６０９を具える。

複合波形ａを第５図に示す増幅器でしかるべく
処理した後ライン６０１からサンプル―ホールド
回路６０４〜６０７に印加する。タイミング信号
ｅ，ｄ，ｃ及びｂを夫々端子３，４，５及び６か
らサンプル―ホールド回路６０４〜６０７へ印加
する。これにより期間Ｔ１、即ち第１の暗信号期
間においてサンプル―ホールド回路６０７はタイ
ミング信号ｂがFET６０７を導通させその時の
複合波形の大きさをコンデンサＣ６０７に蓄える
時この複合波形をサンプリングする。このように
して第１の暗信号期間即ち放射線ビームが検出器
Ｄからはずれる期間に検出器Ｄに落ちる放射線を
表わすものが蓄えられる。同様にして基準信号の
値をコンデンサＣ６０６に蓄わえ、試料信号の値
をコンデンサＣ６０４に蓄わえ、第２の暗信号期
間の信号をコンデンサＣ６０５に蓄わえる。サン
プル―ホールド回路６０５と６０７の出力端子を
夫々抵抗Ｒ６３０とＲ６３１とを介してから一緒
にまとめ、最近の２個の暗信号期間中の合成信号
の平均値を減算回路６０８及び６０９の各々の一
方の入力端子に印加するようにする。サンプル―
ホールド回路６０４の出力を減算回路６０８の他
方の入力端子に印加し、サンプル―ホールド回路
６０６の出力を減算回路６０９の他方の入力端子
に印加すると共に、ライン５０１を介して自動利
得比較兼増幅器５０５（第５図）に印加する。

ライン６０２に接続されている減算回路６０８
の出力端子からは前述したように積分回路ｉの制
御の下に積分器２０（第２図）の入力端子に印加
される試料―暗信号を提供し、ライン６０３に接
続されている減算回路６０９の出力端子からはこ
れまた積分信号ｉの制御の下に積分器２１（第２
図）の入力端子に印加される基準―暗信号を提供
する。

減算回路６０８はその第１の入力端子に最新の
試料信号を受け取り、その第２の入力端子に最新
の２個の暗信号の平均値を受け取る。減算回路６
０９はその第１の入力端子に最新の基準信号を受
け取り、その第２の入力端子に最新の２個の暗信
号の平均値を受け取る。その結果ライン６０２に
現われる減算回路６０８の出力は第３図に示す波
形ｇのようになり、ライン６０３に現われる減算
回路６０９の出力は波形ｈのようになる。これら
の波形に適当な波を施し、比をとると透過率の
値が得られる。

制御論理回路７を第７図及び第８図に詳細に示
すが、これはエネルギーレベル検出器７０３、二
乗回路７０４、エネルギーレベル比較器７０５及
び第８図に示す論理素子を具える。第７図にはこ
の他比較器７０６もあるが、これは第２図に示す
比較器７０６に代るものである。

エネルギーレベル検出器７０３の入力端子はラ
イン７０１を介して差動増幅段５０３（第５図）
の出力端子に接続されており、FET Ｔ７０３，
抵抗Ｒ７０３，コンデンサＣ７０４及び演算増幅
器Ａ７０３とを有するサンプル―ホールド回路を
具える。

このサンプル―ホールド回路にはコンデンサＣ
７０３を介して信号を入力する。FET Ｔ７０３
は波形Ｃによりスイツチされ、その結果期間Ｔ２
において検出器に落ちる放射線が保持される。コ
ンデンサＣ７０３とFET Ｔ７０３の接続点と負
の電源ラインとの間に抵抗Ｒ７２３とFET Ｔ７
２３とを直列に接続したものを接続する。FET
Ｔ７２３のゲートには波形ｂを供給し、期間Ｔ２
の前にコンデンサＣ７０３を放電させておく。サ
ンプル―ホールド回路の出力端子は２個の抵抗Ｒ
７０４とＲ７０５を直列接続した枝路を介して負
の電源ラインに接続する。抵抗Ｒ７０４とＲ７０
５の接続点はエネルギーレベル検出器７０３の出
力端子を構成し、その先に二乗回路７０４を接続
する。

二乗回路７０４は演算増幅器Ａ７０４を具える
が、この演算増幅器Ａ７０４の正の入力端子は抵
抗Ｒ７０４とＲ７０５の接続点に接続する。演算
増幅器Ａ７０４の出力端子は抵抗Ｒ７０６を介し
て演算増幅器Ａ７０４の負の入力端子に接続す
る。２個のダイオードＤ７０１及びＤ７０２並び
に抵抗Ｒ７０８を直列接続したものを演算増幅器
Ａ７０４の負の入力端子と負の電源ラインとの間
に接続する。またダイオードＤ７０１とＤ７０２
の接続点を抵抗Ｒ７０７を介して負の電源ライン
に接続する。

この二乗回路はダイオードＤ７０１が導通を開
始する迄即ち入力電圧が約625mVよりも高くな
る迄利得が１である。その後利得は
R706＋R708／R708で表わされる。これは３に等しくおける。入力電圧が1.25Vに達するとダイオード
Ｄ７０２も導通し、利得は式 R706＋R707×R708／R707＋R708／R707×R708／R707＋
R708 で表わされる。これは６に等しくできる。第９図
は0Vと2.5Vの間で変化する入力信号に対する二
乗回路の応答を示すものである。この応答は最大
入力信号の25％、50％及び100％で正しくなるよ
うな折線で近似できる。実際には折点でダイオー
ドが徐々にターンオンするため曲線は滑らかにな
る。二乗回路の出力電圧は1.6（Vin）²である。

エネルギーレベル比較器７０５はコンデンサＣ
７０５を充電するための定電流源、比較器及び第
２図の基準レベル比較器の修正形態をとる基準レ
ベル比較器７０６で制御されるスイツチを具え
る。定電流源はpnpトランジスタＴ７０５を具え
るが、そのエミツタを抵抗Ｒ７１０を介して正の
電源ラインに接続し、ベースを正の電源ラインと
負の電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ７１１
と予じめセツトされたポテンシヨメータＲ７１２
とを具える分圧器に接続する。トランジスタＴ７
０５のコレクタとコンデンサＣ７０５の接続点を
抵抗Ｒ７１３を介して高速比較器Ａ７０５の負の
入力端子に接続する。高速比較器Ａ７０５はその
関連要素、即ちダイオードＤ７０３と低抗Ｒ７１
４及びＲ７１５と共に１個の比較器を形成する。
FET Ｔ７０４を具えるスイツチは二乗回路７０
４の出力端子をコンデンサＣ７０５とトランジス
タＴ７０５のコレクタとの接続点に接続する。
FET Ｔ７０４はダイオードＤ７０４と抵抗Ｒ７
０９を介して基準レベル比較器７０６の出力によ
り制御される。

基準レベル比較器は演算増幅器Ａ７０６を具え
るが、その負の入力端子は正の電源ラインと負の
電源ラインの間に接続されている２個の抵抗Ｒ７
１６とＲ７１７を具える分周器に接続する。積分
器２１の出力端子に接続されている入力ライン７
０２と演算増幅器Ａ７０６の正の入力端子との間
に抵抗Ｒ７１８を接続する。演算増幅器Ａ７０６
の正の入力端子と負の入力端子との間にダイオー
ドＤ７０６を接続する。また演算増幅器Ａ７０６
の正の入力端子とその出力端子との間に抵抗Ｒ７
１９を接続する。演算増幅器Ａ７０６の出力端子
を抵抗Ｒ７２０を介して正の電源ラインに接続
し、ダイオードＤ７０７を介して出力ライン７０
７に接続する。出力ライン７０７を抵抗Ｒ７２１
を介して正の電源ラインに接続する。

動作に当つてはエネルギーレベル検出器７０３
は期間Ｔ２における複合波形ａの大きさをサンプ
リングし、コンデンサＣ７０４にこの値を保持
し、これにより二乗回路７０４の入力端子に基準
セルを透過する放射線の大きさを表わす信号を与
える。二乗回路の出力は基準レベル比較器７０６
の出力で制御されるFET Ｔ７０４を介してエネ
ルギーレベル比較器に供給される。これによりコ
ンデンサＣ７０５は放電し、基準比較器の出力が
正の時コンデンサＣ７０５と抵抗Ｒ７１３の接続
点に基準セルを透過した放射線の大きさの二乗に
比例する負の電圧を生ずる。基準比較器の出力が
負に向う時FET Ｔ７０４はスイツチオフされ、
コンデンサＣ７０５は定電流源により直線的に充
電される。この作用は第３図の波形ｋで示され
る。この波形ｋの信号により比較器Ａ７０５の出
力端子からは第３図の波形ｌの形をした信号が出
力される。第３図から明らかな通り波形ｌのマー
ク／スペース比は二乗回路７０４の出力の大きさ
に依存する。比較器Ａ７０５の出力は後述するよ
うに制御論理回路で修正されて第２図のサンプル
−ホールド回路２２の制御信号を発生する。

第８図は第３図の波形ｉ，ｆ及びｍを生ずる論
理回路の回路図である。入力端子４及び６をOR
ゲート８００の入力端子に接続し、ORゲート８
００の出力端子を単安定マルチバイブレータ８０
１の入力端子に接続する。こうすると期間Ｔ１又
はＴ３のパルスの立上り縁により単安定マルチバ
イブレータ８０１が２個の双安定回路８０２及び
８０３をセツトするパルスを発生する。双安定回
路８０３の出力端子はインバータ８０４を介し
て出力ライン８０５に接続する。この出力端子
からは第２図の積分器２０及び２１の動作を統制
する波形ｉが出力される。双安定回路８０３はこ
の双安定回路８０３のリセツト入力端子に接続さ
れているライン７０７上の基準比較器の出力が負
になる時、即ち基準積分器２１の出力が予じめセ
ツトされた値に達した時又は次の期間Ｔ２又はＴ
４の終りに於いてリセツトされる。入力端子３と
５はNORゲート８０６の入力端子に接続する。
NORゲート８０６の出力端子は単安定マルチバ
イブレータ８０７の入力端子に接続する。単安定
マルチバイブレータ８０７の出力端子は双安定回
路８０３のクロツク入力端子に接続する。こうす
ると波形ｃ又はｅの立下り縁により双安定回路８
０３が状態を変える。かくして期間Ｔ２又はＴ４
の終り又は積分器２１の出力が予じめセツトされ
た値に列達すると積分パルスｉは消える。双安定
回路８０３のＱ出力端子は単安定回路８０７の抑
止入力端子に接続し、積分が完了したならば単安
定回路８０７が出力パルスを出して双安定回路８
０３をクロツクすることがないようにする。従つ
て双安定回路８０３は基準信号期間又は試料信号
期間Ｔ２及びＴ４が終る前にライン７０７を介し
てリセツトされる。

ライン７０７に接続されている基準レベル比較
器７０６の出力端子をインバータ８０８を介して
NANDゲート８０９の一方の入力端子に接続す
る。NANDゲート８０９の他方の入力端子には
ライン７０８を介してエネルギーレベル比較器７
０５の出力端子を接続する。NANDゲート８０
９の出力端子はインバータ８１０を介して出力ラ
イン８１１に接続する。このNANDゲート８０
９で波形ｈとｌとが組み合わされてパルス長が二
乗回路７０４の出力に比例し、従つて期間Ｔ２、
即ち基準セルを通過する放射線が検出器に入射す
る時検出器Ｄが受け取るエネルギーの二乗に比例
するサンプル―ホールドパルスｍを発生する。

NORゲート８０６の出力も期間Ｔ２及びＴ４
の最初において双安定回路８０２をリセツトする
と共に、NANDゲート８１２の一方の入力端子
に印加される。NANDゲート８１２の他方の入
力端子は双安定回路８０２の出力端子に接続す
る。NANDゲート８１２の出力端子はインバー
タ８１３に接続する。NANDゲート８０９の出
力端子はインバータ８１４に接続し、インバータ
８１４をインバータ８１５に接続する。インバー
タ８１３と８１５とを一緒にして出力ライン８１
６に接続し、出力ライン８１６の先にある第２図
の積分器２０及び２１にゼロクランプ信号、波形
ｆを供給する。かくしてゼロクランプ信号は期間
Ｔ２とＴ３の間及びＴ４とＴ１の間にだけ生ず
る。

代りの実施例では期間Ｔ１乃至Ｔ４の各々の間
に検出器に落ちる放射線のレベルを表わす信号を
積算型デイジタルボルトメータで測定し、データ
をメモリに蓄える。次に試料―暗信号と基準―暗
信号の差と後者に対する前者の比を演算装置で計
算する。応答時間は期間Ｔ２における信号の大き
さに依存する期間に亘つて結果の平均をとること
により変えることができる。この技術を用いると
平均をとる期間の測定結果に重みづけをする、例
えば最新の測定に大きな重みを与えるようにする
こともできる。

また中央処理装置の演算装置で任意の所望通り
の数のサイクルに亘つて平均した暗レベルを表わ
す信号を用いて試料―暗信号及び基準―暗信号を
計算することもできる。こうするとすぐ隣接する
暗期間におけるもの以外の変動の効果を考慮に入
れて測定された暗信号の大きさに重みを与えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明二重ビーム分光光度計の略図、
第２図は第１図の分光光度計で使用するための信
号処理回路の回路図、第３図は第２図の信号処理
回路の動作を説明するための波形図、第４図は第
２図のサンプル―ホールド回路のステツプ入力に
対する応答を示す線図、第５図は放射線検出器と
第２図の信号処理回路の入力端子との間に挿入さ
れる増幅器の回路図、第６図は第２図のデコード
回路の詳細な回路図、第７図及び第８図は第２図
の制御論理回路の詳細な回路図、第９図は制御論
理回路の二乗回路の応答を示す線図、第１０図は
種々の処理回路のバツクグラウンド放射線のレベ
ルが変動する時発生する複合信号に対する応答を
示す線図、第１１図は或る種の検出器のそこに入
射する放射線に対する応答を示す線図、第１２図
は従来技術の処理回路を用いる場合の測定された
透過率を実際の透過率に対して描いたグラフの
図、第１３図は第６図の回路を用いる場合の第１
２図相当の図である。Ｓ…放射線源、SC…試料セル、RC…基準セ
ル、MC…測定室、MO…モノクロメータ、Ｄ…
検出器、PC…信号処理回路、Ｉ…表示器、Ｍ１
〜Ｍ１０…鏡、Ｇ…回折格子、SL…スリツト、
SB，RB，CB…放射線の通路、１…入力端子、
２…デコーダ、３〜６…端子、７…制御論理回
路、８〜１０…FET、１２，１３…FET、１１
…出力端子、２０，２１…積分器、２２…サンプ
ル―ホールド回路、５０２…前置増幅器、５０３
…微分器、５０４…可変減衰器兼増幅段、５０５
…自動利得比較兼増幅段、６０４〜６０７…サン
プル―ホールド回路、６０８，６０９…減算回
路、７０３…エネルギー検出器、７０４…二乗回
路、７０５…エネルギーレベル比較器、７０６…
比較器。

Claims

【特許請求の範囲】１検出器で発生される信号を受け、放射線源か
ら試料セルを含む第１の通路を通つて検出器で受
け取つた放射線からバツクグラウンド放射線を差
し引いたものを表わす第１の信号と、放射線源か
ら基準セルを含む第２の通路を通つて検出器が受
け取つた放射線からバツクグラウンド放射線を差
し引いたものを表わす第２の信号とを作る信号処
理回路を具え、上記の検出器で受け取つた放射線
が第１の通路を通つてきた放射線も第２の通路を
通つてきた放射線も検出器に入射することが妨げ
られる暗信号期間により分離される飛越しパルス
の形態をしており、上記検出器がそこで受け取つ
た放射線の大きさを表わす複合電気信号を出力す
る波長連続走査型の二重ビーム分光光度計におい
て、順次の暗信号期間において検出器が発生した
信号が連続して平均され、前記順次の暗信号期間
が、第１および第２の通路からの信号に対応する
それぞれの期間の各側において少なくとも１つの
暗信号期間を含み、放射線が第１の通路を通つて
きて受け取られる時検出器が発生する信号と放射
線が第２の通路を通つてきて受け取られる時検出
器が発生する信号とから上記平均値を差し引いて
夫々前記第１の信号と第２の信号とを作ることを
特徴とする二重ビーム分光光度計。２前記順次の暗信号期間が、第１および第２の
通路からの信号に対応するそれぞれの期間の各側
においてそれぞれ１つの暗信号期間のみを含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の二重
ビーム分光光度計。３前記信号処理回路に４個のサンプル―ホール
ド回路を設け、第１のサンプル―ホールド回路で
第１の通路を通つて受け取られた放射線を表わす
信号を蓄え、第２のサンプル―ホールド回路で第
２の通路を通つて受け取られた放射線を表わす信
号を蓄え、第３と第４のサンプル―ホールド回路
で順次の暗信号期間において受け取られた放射線
を表わす信号を蓄え、この第３と第４のサンプル
―ホールド回路の出力を平均する手段を設け、第
１入力端子を第１のサンプル―ホールド回路の出
力端子に接続し、さらに第２の入力端子を上記平
均化手段の出力端子に接続した第１の減算器と、
第１の入力端子を第２のサンプル―ホールド回路
の出力端子に接続し、さらに第２の入力端子を前
記平均化手段の出力端子に接続した第２の減算器
の出力を夫々第１と第２の信号とすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の分光光度計。４前記平均化手段が抵抗回路網を具えることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の分光光度
計。