WO2020262640A1 - 分析装置 - Google Patents

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WO2020262640A1
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享司 渋谷
翔太 ▲濱▼内
大樹 西貝
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株式会社堀場製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an analyzer that uses three or more light sources.
  • an analyzer using a light source such as a laser, in order to measure a plurality of components contained in a sample, a measurement cell in which the sample is housed and a plurality of lasers having different wavelengths for irradiating the measurement cell with laser light. And an optical detector that detects the light transmitted through the measurement cell.
  • a light source such as a laser
  • a coupled optical element such as a dichroic mirror is used to irradiate the measurement cell with laser light from a plurality of lasers in a common optical path.
  • a plurality of lasers are arranged side by side in a straight line so that the light emission directions face the same direction.
  • the coupling optical elements are arranged in a straight line on the light emitting side of the above. In such an optical arrangement, the laser light emitted from one laser passes through two or more coupled optical elements provided corresponding to the other lasers and irradiates the measurement cell.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and in an analyzer that irradiates a cell with light from three or more light sources, the main problem is to prevent a decrease in the amount of light of each light source. is there.
  • the analyzer according to the present invention is an analyzer that irradiates a cell into which a sample is introduced with light, detects the light transmitted through the cell, and analyzes the component to be measured contained in the sample.
  • a plurality of light sources including at least a first light source, a second light source, and a third light source, and an optical system for guiding the light of each light source to the cell are provided, and the optical system reflects the light of the first light source and at the same time.
  • the optical element for the second light source that transmits the light of the second light source, the light of the first light source that reflects the optical element for the second light source, and the light of the transmitted second light source are reflected and the first. It is characterized by including an optical element for a third light source that transmits light from the three light sources.
  • the light of the first light source is reflected and guided to the measurement cell without passing through the optical element for the second light source and the optical element for the third light source, so that the amount of light of the light of the first light source is reduced. Can be prevented.
  • the light of the second light source is only transmitted through the optical element for the second light source, and thereafter, it is reflected without being transmitted through the optical element for the third light source and guided to the measurement cell. It is possible to prevent a decrease in the amount of light.
  • since the light of the third light source is guided to the measurement cell only by passing through the optical element for the third light source, it is possible to prevent a decrease in the amount of light of the third light source.
  • the present invention is not a transmission type optical system in which the laser light emitted from one laser passes through two or more optical elements provided corresponding to another laser and irradiates the measurement cell. It is a reflection type optical system in which the laser light emitted from one laser reflects an optical element provided corresponding to another laser and irradiates the measurement cell, and it is possible to prevent a decrease in the amount of light from each light source. it can.
  • each light source uses the optical element. Since it is transmitted only once, the difficulty of adjusting the optical axis due to the refraction of light is alleviated.
  • the second light source that reflects the light of the first light source that reflects the optical element for the second light source and the light of the second light source that has passed through. It is desirable that the optical element for the third light source further includes a reflection mirror for the purpose of reflecting the light of the first light source and the light of the second light source reflected by the reflection mirror for the second light source.
  • the optical system further includes a reflection mirror for the first light source that reflects the light of the first light source, and is used for the second light source. It is desirable that the optical element reflects the light of the first light source that has reflected the reflection mirror for the first light source.
  • the optical system is the optical for the third light source. It is further desirable to further include a reflection mirror for a third light source that reflects the light of the first light source that reflects the element, the light of the second light source, and the light of the third light source that has passed through.
  • the reflection mirrors and the optical elements are arranged so that the incident angle of the reflected light is less than 45 degrees.
  • the first light source, the second light source, and the third light source have different wavelengths of emitted light.
  • each light source and each optical element the first light source, the second light source, and the third light source are arranged in ascending order of the wavelength of the emitted light, and the optical element for the second light source. Is intended to transmit light having a wavelength equal to or higher than that of the second light source, and it is desirable that the optical element for the third light source transmits light having a wavelength equal to or higher than that of the third light source.
  • the optical element for the second light source and the optical element for the third light source can be a long-pass filter (short wavelength cut filter) that blocks wavelengths shorter than the wavelength of light from the corresponding light source. The design of the optical element becomes easy.
  • each light source and each optical element the first light source, the second light source, and the third light source are arranged in descending order of the wavelength of the emitted light, and are used for the second light source. It is desirable that the optical element transmits light having a wavelength equal to or lower than that of the second light source, and the optical element for the third light source transmits light having a wavelength equal to or lower than that of the third light source.
  • the second light source optical element and the third light source optical element can be used as a short pass filter (long wavelength cut filter) that blocks wavelengths longer than the wavelength of light from the corresponding light source. , The design of the optical element becomes easy.
  • each of the light sources is a laser light source and emits modulated light whose wavelength is modulated at a predetermined modulation frequency.
  • the component to be measured can be analyzed by using the intensity-related signal obtained by emitting modulated light whose wavelength is modulated at a predetermined modulation frequency. As a result, the influence of the interference component on the concentration of the component to be measured can be reduced.
  • the analyzer of the present invention defines a photodetector that detects the intensity of light transmitted through the cell, an intensity-related signal related to the intensity of light detected by the photodetector, and an intensity-related signal. It is desirable to include a correlation value calculation unit that calculates a sample correlation value that is a correlation value with a feature signal that obtains the correlation of the above, and a concentration calculation unit that calculates the concentration of the component to be measured using the sample correlation value. .. With this configuration, the sample correlation value between the intensity-related signal and the feature signal related to the intensity of the light transmitted through the cell is calculated, and the concentration of the component to be measured is calculated using the calculated sample correlation value.
  • the characteristics of the absorbed signal can be captured with dramatically fewer variables without converting the absorbed signal into an absorption spectrum, and the concentration of the component to be measured can be measured by a simple calculation without complicated spectrum calculation processing.
  • the concentration of the component to be measured can be measured by a simple calculation without complicated spectrum calculation processing.
  • the number of data points used in general spectrum fitting is required to be several hundred, but in the present invention, the concentration can be calculated with the same accuracy by using a few to several tens of correlation values at most.
  • the load of arithmetic processing can be dramatically reduced, an advanced arithmetic processing apparatus becomes unnecessary, the cost of the analyzer can be reduced, and the size can be reduced.
  • the analyzer of the present invention is n times the modulation frequency from the light detector that detects the intensity of the light transmitted through the cell and the intensity-related signal related to the light intensity detected by the light detector.
  • a frequency component extraction unit that extracts a frequency component (n is an integer of 1 or more), and a second calculation unit that calculates the concentration or absorbance of the component to be measured based on the frequency component extraction result by the frequency component extraction unit. It is desirable to further prepare.
  • the value obtained by the frequency component extraction unit is directly proportional to the concentration of the component to be measured, so that the spectrum calculation processing for concentration quantification required in the conventional wavelength modulation method can also be performed. Since it is unnecessary and the modulation frequency may be single, the system becomes simpler and less costly.
  • the analyzer 100 of the present embodiment includes components to be measured (here, for example, CO, CO 2 , N 2 O, NO, NO 2 , H 2 O, SO) contained in a sample gas such as exhaust gas from an internal combustion engine. 2 , CH 4 , NH 3, etc.) is a concentration measuring device that measures the concentration.
  • components to be measured here, for example, CO, CO 2 , N 2 O, NO, NO 2 , H 2 O, SO
  • a sample gas such as exhaust gas from an internal combustion engine. 2 , CH 4 , NH 3, etc.
  • the analyzer 100 is from a cell 11 into which a sample gas is introduced, a plurality of laser light sources 12 that emit laser light to be irradiated to the cell 11, and a plurality of laser light sources 12.
  • the optical system 13 that guides the light to the cell 11, the light detector 14 that is provided on the optical path of the sample light that is the laser light transmitted through the cell 11 and receives the sample light, and the output signal of the light detector 14 are received.
  • a signal processing device 15 for calculating the concentration of the component to be measured based on the value is provided.
  • the cell 11 is made of a transparent material such as quartz, calcium fluoride, or barium fluoride, which absorbs almost no light in the absorption wavelength band of the component to be measured, and has an inlet and an outlet for light. Although not shown, the cell 11 is provided with an inlet port for introducing the sample gas into the inside and an outlet port for discharging the sample gas inside, and the sample gas is a cell from the inlet port. It is introduced into 11 and sealed.
  • the plurality of laser light sources 12 are quantum cascade lasers (QCL: Quantum Cascade Laser), which is a kind of semiconductor laser 12, and oscillate mid-infrared (4 to 12 ⁇ m) laser light.
  • the laser light source 12 can modulate (change) the oscillation wavelength by a given current (or voltage). As long as the oscillation wavelength is variable, another type of laser may be used, and the temperature may be changed in order to change the oscillation wavelength.
  • a configuration having four semiconductor lasers 121 to 124 is illustrated, but the configuration is not limited to three or more.
  • the optical system 13 irradiates the cell 11 with a common optical path of laser light emitted from a plurality of semiconductor lasers 121 to 124.
  • the plurality of semiconductor lasers 121 to 124 will be referred to as a first laser 121, a second laser 122, a second laser 123, and a fourth laser 124 from the left in FIG. 2A.
  • the optical system 13 includes a first light source reflection mirror M1 (hereinafter, first reflection mirror M1) provided corresponding to the first laser 121 and a second reflection mirror M1 provided corresponding to the second laser 122.
  • Optical element for light source E2 hereinafter, second optical element E2
  • reflection mirror M2 for second light source hereinafter, second reflection mirror M2
  • optical element for third light source provided corresponding to the third laser 123.
  • E3 hereinafter, third optical element E3
  • third light source reflection mirror M3 hereinafter, third reflection mirror M3
  • fourth light source optical element E4 hereinafter, optical element E4 provided corresponding to the fourth laser 124.
  • fourth optical element E4 It includes a fourth optical element E4) and a fourth light source reflection mirror M4 (hereinafter, fourth reflection mirror M4).
  • fourth reflection mirror M4 As shown in FIG. 2B, wedged optical elements E2 to E4 may be used in order to prevent the influence of stray light interference due to multiple reflections in the optical elements.
  • the wedge angle is, for example, about 0.3 to 0.5 degrees.
  • the first reflection mirror M1 reflects the light of the first laser 121 (hereinafter, the first laser light).
  • the first laser beam reflected by the first reflection mirror M1 goes toward the second optical element E2.
  • the second optical element E2 reflects the light of the first laser beam and transmits the light of the second light source (hereinafter, the second laser beam).
  • the first laser beam reflected by the second optical element E2 and the second laser beam transmitted through the second optical element E2 pass through the same optical path and head toward the second reflection mirror M2.
  • the second reflection mirror M2 reflects the first laser beam reflected from the second optical element E2 and the second laser beam transmitted through the second optical element E2. Then, the first laser beam and the second laser beam reflected by the second reflection mirror M2 pass through the same optical path and head toward the third optical element E3.
  • the third optical element E3 reflects the first laser beam and the second laser beam, and also transmits the light of the third light source (hereinafter, the third laser beam).
  • the first laser beam and the second laser beam reflected by the third optical element E3 and the third laser beam transmitted through the third optical element E3 pass through the same optical path and head toward the third reflection mirror M3. ..
  • the third reflection mirror M3 reflects the first laser beam and the second laser beam reflected from the third optical element E3, and the third laser beam transmitted through the third optical element E3. Then, the first to third laser beams reflected by the third reflection mirror M3 pass on the same optical path and head toward the fourth optical element E4.
  • the fourth optical element E4 reflects the first to third laser beams and transmits the light of the fourth light source (hereinafter referred to as the fourth laser beam).
  • the first to third laser beams reflected by the fourth optical element E4 and the fourth laser beam transmitted through the fourth optical element E4 pass through the same optical path and head toward the fourth reflection mirror M4.
  • the fourth reflection mirror M4 reflects the first to third laser beams reflected from the fourth optical element E4 and the fourth laser beam transmitted through the fourth optical element E4. Then, the first to fourth laser beams reflected by the fourth reflection mirror M4 pass on the same optical path and head toward the cell 11.
  • the first laser beam is transmitted by the first reflection mirror M1, the second optical element E2, the second reflection mirror M2, the third optical element E3, the third reflection mirror M3, the fourth optical element E4, and the fourth.
  • the reflection mirror M4 is reflected in this order and the cell 11 is irradiated.
  • the second laser beam After passing through the second optical element E2, the second laser beam reflects the second reflection mirror M2, the third optical element E3, the third reflection mirror M3, the fourth optical element E4, and the fourth reflection mirror M4 in this order.
  • the cell 11 is irradiated.
  • the third laser beam is reflected by the third reflection mirror M3, the fourth optical element E4, and the fourth reflection mirror M4 in this order to irradiate the cell 11.
  • the fourth laser beam passes through the fourth optical element E4, is reflected by the fourth reflection mirror M4, and is irradiated to the cell 11.
  • the first laser 121, the second laser 122, the third laser 123, and the fourth laser 124 emit wavelengths of laser light from the side where the optical path from the cell 11 becomes long (left side of the paper in FIG. 2A).
  • the second optical element E2 is a long-pass filter (short-wavelength cut filter) that transmits laser light having a wavelength equal to or higher than that of the second laser 122 and reflects the first laser light.
  • the third optical element E3 is a long-pass filter (short wavelength cut filter) that transmits laser light having a wavelength equal to or higher than that of the third laser 123 and reflects the first laser light and the second laser light.
  • the fourth optical element E4 is a long pass filter (short wavelength cut filter) that transmits laser light having a wavelength equal to or higher than that of the fourth laser 124 and reflects the first to third laser light.
  • the first laser 121, the second laser 122, the third laser 123, and the fourth laser 124 are arranged side by side and in a straight line so that the light emitting directions face the same direction. Have been placed. Then, at least the first to third reflection mirrors M1 to M3 are arranged side by side and in a straight line on the light emitting side of the corresponding lasers 121, 122, and 123. The fourth reflection mirror M4 directs the reflected laser light toward the cell 11, and its position is appropriately set.
  • At least the first to third reflection mirrors M1 to M3 and the optical elements E2 to E4 are arranged so that the incident angle of the reflected laser light is less than 45 degrees. That is, at least the first to third reflection mirrors M1 to M3 and the optical elements E2 to E4 are arranged so that the angle formed by the incident light and the reflected light is less than 90 degrees.
  • the photodetector 14 uses a relatively inexpensive thermal type photodetector such as a thermopile, but other types such as quantum photoelectric devices such as HgCdTe, InGaAs, InAsSb, and PbSe with good responsiveness are used. An element may be used.
  • the signal processing device 15 includes an analog electric circuit composed of a buffer, an amplifier, etc., a digital electric circuit composed of a CPU, a memory, etc., and an AD converter, a DA converter, etc. that mediate between the analog / digital electric circuits.
  • a light source control unit 16 that controls the output of the semiconductor laser 12 and an optical detector are provided by the cooperation of the CPU and its peripheral devices according to a predetermined program stored in a predetermined area of the memory. It exhibits a function as a signal processing unit 17 that receives an output signal from 14 and calculates the value thereof to calculate the concentration of the component to be measured.
  • the light source control unit 16 controls the current source (or voltage source) of each semiconductor laser 12 by outputting a current (or voltage) control signal. Specifically, the light source control unit 16 changes the drive current (or drive voltage) of each semiconductor laser 12 at a predetermined frequency, and modulates the oscillation wavelength of the laser light output from the semiconductor laser 12 at a predetermined frequency with respect to the center wavelength. Let me. Further, the light source control unit 16 controls the plurality of semiconductor lasers 121 to 124 so that they have oscillation wavelengths corresponding to different measurement target components. Further, the light source control unit 16 controls the plurality of semiconductor lasers 121 to 124 so as to output laser light at different timings.
  • the light source control unit 16 changes the drive current in a triangular wave shape and modulates the oscillation frequency in a triangular wave shape (see “oscillation wavelength” in FIG. 5).
  • the drive current is modulated by another function so that the oscillation frequency has a triangular wave shape.
  • the oscillation wavelength of the laser beam is modulated with the peak of the light absorption spectrum of the component to be measured as the center wavelength.
  • the light source control unit 16 may change the drive current into a sinusoidal shape, a sawtooth shape, or an arbitrary function shape, and modulate the oscillation frequency into a sinusoidal shape, a sawtooth shape, or an arbitrary function shape.
  • the signal processing unit 17 includes a logarithmic calculation unit 171, a correlation value calculation unit 172, a storage unit 173, a concentration calculation unit 174, and the like.
  • the logarithmic calculation unit 171 performs logarithmic calculation on the light intensity signal which is the output signal of the photodetector 14.
  • the function I (t) indicating the change over time of the light intensity signal obtained by the photodetector 14 becomes as shown in the “light intensity I (t)” of FIG. 5, and by performing a logarithmic calculation, the function I (t) of FIG. Logarithmic strength L (t) ”.
  • the correlation value calculation unit 172 calculates the correlation value of each of the intensity-related signal related to the intensity of the sample light and a plurality of predetermined feature signals.
  • the feature signal is a signal for extracting the waveform feature of the intensity-related signal by correlating with the intensity-related signal.
  • the feature signal for example, a sine wave signal or various signals according to the waveform feature to be extracted from other intensity-related signals can be used.
  • the correlation value calculation unit 172 is a correlation value between an intensity-related signal related to the intensity of the sample light and a plurality of feature signals having a correlation different from that of the sinusoidal signal (sine function) with respect to the intensity-related signal. Is calculated.
  • the correlation value calculation unit 172 uses the logarithmically calculated light intensity signal (logarithmic intensity L (t)) as the intensity-related signal.
  • a plurality of sample correlation values S i (t) are calculated. Note that T in Equation 1 is the modulation period.
  • the correlation value calculation unit 162 calculates the sample correlation value
  • the correlation value S between the intensity-related signal L (t) of the sample light and the plurality of feature signals Fi (t) is as shown in the above equation (Equation 1).
  • the correlation value calculation unit 162 is a reference correlation value R which is a correlation value between the intensity-related signal L 0 (t) of the reference light and the plurality of feature signals Fi (t) as in the above equation (Equation 1).
  • the correlation value calculator 162 calculates the sample correlation values S i 'obtained by subtracting the reference correlation values R i from the correlation value S i.
  • the offset included in the sample correlation value can be removed, and the correlation value becomes proportional to the concentration of the measurement target component and the interference component, and the measurement error can be reduced.
  • the configuration may be such that the reference correlation value is not subtracted.
  • the acquisition timing of the reference light is simultaneous with the sample light, before and after the measurement, or at an arbitrary timing.
  • the intensity-related signal of the reference light or the reference correlation value may be acquired in advance and stored in the storage unit 173.
  • the modulated light from the semiconductor laser 12 is split by a beam splitter or the like, one is used for sample light measurement, and the other is used as a reference. It can be used for optical measurement.
  • the correlation value calculation unit 172 uses a function as a plurality of feature signals Fi (t) that makes it easier to capture a waveform feature having a logarithmic intensity L (t) than a sine function.
  • a sample gas containing a component to be measured for example, SO 2
  • one interference component for example, H 2 O
  • the two feature signals F 1 (t) and F 2 (t) for example, a function based on the Lorentz function close to the shape of the absorption spectrum and a differential function of the function based on the Lorentz function are used. Can be considered.
  • a function based on the Voigt function, a function based on the Gaussian function, or the like can be used instead of the function based on the Lorentz function.
  • a function based on the Voigt function a function based on the Gaussian function, or the like can be used instead of the function based on the Lorentz function.
  • the offset of the feature signal so that the DC component is removed, that is, it becomes zero when integrated in the modulation period.
  • the DC component of the intensity-related signal may be removed, or the DC component of both the feature signal and the intensity-related signal may be removed.
  • the measured value of the absorption signal of the component to be measured and / or the interference component, or a signal imitating them may be used.
  • the features of the logarithmic intensity L (t) can be more efficiently characterized. It can be extracted, and the concentration obtained by the simultaneous equations described later can be made accurate.
  • the storage unit 173 has a unit concentration of each of the measurement target component and each interference component obtained from the respective intensity-related signals and the plurality of feature signals Fi (t) when the measurement target component and each interference component are present independently. It stores the single correlation value, which is the per-correlation value.
  • a plurality of feature signals F i used to determine the single correlation value (t) is the same as the plurality of feature signals F i to be used in the correlation value calculation section 172 (t).
  • the storage unit 173 when the storage unit 173 stores the single correlation value, the storage unit 173 subtracts the reference correlation value from the correlation value when the measurement target component and each interference component exist independently, and then corrects the conversion per unit concentration. It is desirable to store the single correlation value. As a result, the offset included in the single correlation value can be removed, and the correlation value becomes proportional to the concentration of the measurement target component and the interference component, and the measurement error can be reduced.
  • the configuration may be such that the reference correlation value is not subtracted.
  • the concentration calculation unit 174 calculates the concentration of the component to be measured using a plurality of sample correlation values obtained by the correlation value calculation unit 172.
  • the concentration calculation unit 174 calculates the concentration of the component to be measured based on the plurality of sample correlation values obtained by the correlation value calculation unit 172 and the plurality of single correlation values stored in the storage unit 173. It is a thing. More specifically, the concentration calculation unit 174 includes a plurality of sample correlation values obtained by the correlation value calculation unit 172, a plurality of single correlation values stored in the storage unit 173, a measurement target component, and each interference component. The concentration of the component to be measured is calculated by solving a simultaneous equation consisting of the concentration.
  • the sample gas contains one measurement target component (for example, SO 2 ) and one interference component (for example, H 2 O).
  • one measurement target component for example, SO 2
  • one interference component for example, H 2 O
  • the light source control unit 16 controls each of the semiconductor lasers 121 to 124, and modulates the wavelength of the laser light at the modulation frequency and centering on the peak of the absorption spectrum of the component to be measured.
  • the reference measurement using span gas the reference measurement using zero gas may be performed and the reference correlation value may be measured.
  • the span gas gas having a known component concentration
  • the reference measurement is performed in each of the span gas in which the component to be measured is present alone and the span gas in which the interference component is present alone.
  • the logarithmic calculation unit 171 receives the output signal of the photodetector 14 and calculates the logarithmic intensity L (t). Then, the correlation value calculation unit 172 calculates the correlation value between the logarithmic intensity L (t) and the two feature signals F 1 (t) and F 2 (t), and subtracts the reference correlation value from the correlation value.
  • the correlation value calculation unit 172 calculates the correlation value between the logarithmic intensity L (t) and the two feature signals F 1 (t) and F 2 (t), and subtracts the reference correlation value from the correlation value.
  • the correlation value calculation unit 172 calculates the correlation values S 1t and S 2t of the measurement target component (see FIG. 6).
  • S 1t is a correlation value with the first feature signal
  • S 2t is a correlation value with the second feature signal.
  • the correlation value calculation section 162 those correlation values S 1t, by dividing the span gas concentration c t of the measurement target component minus the S reference correlation value from 2t R i, alone correlation value s 1t, the s 2t calculate.
  • span gas concentration c t of the measurement target component is preliminarily input by the user or the like to the signal processing section 17.
  • the correlation value calculation unit 172 calculates the correlation values S 1i and S 2i of the interference component (see FIG. 6).
  • S 1i is a correlation value with the first feature signal
  • S 2i is a correlation value with the second feature signal.
  • the correlation value calculation section 172 those correlation values S 1i, divided by the span gas concentration c i of the interference components minus the reference correlation values from S 2i, alone correlation value s 1i, calculates the s 2i.
  • span gas concentration c i of the interference component is input in advance by the user or the like to the signal processing section 17.
  • the single correlation values s 1t , s 2t , s 1i , and s 2i calculated as described above are stored in the storage unit 173.
  • this reference measurement may be performed before the product is shipped, or may be performed regularly.
  • the light source control unit 16 controls each of the semiconductor lasers 121 to 124, and modulates the wavelength of the laser light at the modulation frequency and centering on the peak of the absorption spectrum of the component to be measured.
  • the sample gas is introduced into the cell 11 by the operator or automatically, and the sample measurement is performed.
  • the logarithmic calculation unit 171 receives the output signal of the photodetector 14 and calculates the logarithmic intensity L (t). Then, correlation value calculation unit 172, the log intensity L (t) and a plurality of feature signals F 1 (t), F 2 calculates the sample correlation value (t), the reference correlation values R i from the correlation value sample correlation values S 1 minus ', S 2' is calculated (see FIG. 6).
  • the concentration calculating unit 174, a sample correlation value S 1 is the correlation value calculating section 172 calculated ', S 2' and, alone correlation value s 1t storing part 173, s 2t, s 1i, and s 2i, measured component and the interference components each concentration C tar, solving the following binary simultaneous equations consisting of a C int.
  • the concentration Tar of the component to be measured from which the interference effect has been removed can be determined by a simple and reliable calculation of solving the simultaneous equations of the above equation (Equation 2).
  • the interference effect can be similarly affected by adding a single correlation value for the number of interference components and solving a simultaneous equation with the same number of elements as the number of component species.
  • the concentration of the removed component to be measured can be determined.
  • Equation 3 the concentration of each gas of the measurement target component and the interference component can be determined.
  • the laser light emitted from each of the lasers 121 to 124 passes through only one optical element E2 to E4 at the maximum, and thus is emitted from each of the lasers 121 to 124. It is possible to prevent a decrease in the amount of laser light. As a result, it is possible to suppress variations in the amount of light of the lasers 121 to 124 caused by passing through the optical elements E2 to E4, and it is possible to improve the measurement accuracy of each measurement target component in the analyzer 100. Further, even when an optical element with a wedge is used, each laser beam passes through the optical element only once, so that the difficulty of adjusting the optical axis due to the refraction of light is alleviated.
  • the analyzer 100 according to the second embodiment of the present invention has a different configuration of the signal processing unit 17 from the first embodiment.
  • the signal processing unit 17 of the second embodiment includes an intensity ratio logarithm calculation unit 175, a frequency component extraction unit 176, a concentration calculation unit 177, and the like.
  • the intensity ratio logarithm calculation unit 175 includes the light intensity of the laser light (hereinafter, also referred to as transmitted light) transmitted through the cell 11 in a state where the sample gas is sealed and the light absorption by the component to be measured in the sample gas is generated, and the light.
  • the logarithm of the ratio of the laser light (hereinafter, also referred to as reference light) transmitted through the cell 11 in the state where the absorption is substantially zero to the light intensity (hereinafter, also referred to as the intensity ratio logarithm) is calculated.
  • both the light intensity of the transmitted light and the light intensity of the reference light are measured by the light detector 14, and the measurement result data is stored in a predetermined area of the memory.
  • the intensity ratio logarithmic calculation unit 175 The intensity ratio logarithm (hereinafter, also referred to as intensity-related signal) is calculated with reference to this measurement result data.
  • the absorbance signal may be used as the intensity-related signal.
  • sample measurement is, of course, performed for each sample gas.
  • reference measurement may be performed either before or after the sample measurement, or at an appropriate timing, for example, only once, and the result is stored in the memory for each sample. It may be commonly used for measurement.
  • zero gas optical absorption is substantially zero, for example, N 2
  • the gas is sealed in the cell 11, other gas may be used, or the inside of the cell 11 may be evacuated.
  • a cell for reference measurement may be provided separately from the cell 11 for sample measurement, and the modulated light from the semiconductor laser 12 may be branched by a half mirror or the like and introduced into the two cells.
  • the frequency component extraction unit 176 locks in the intensity-related signal calculated by the intensity ratio logarithmic calculation unit 175 with a sinusoidal signal (reference signal) having a frequency n times the modulation frequency (n is an integer of 1 or more). Therefore, the frequency component of the reference signal is extracted from the intensity-related signal to generate a synchronous detection signal.
  • the lock-in detection may be performed by digital calculation or calculation by an analog circuit. Further, the extraction of the frequency component may be performed not only by lock-in detection but also by a method such as Fourier series expansion.
  • the concentration calculation unit 177 calculates the concentration of the component to be measured based on the synchronous detection result by the frequency component extraction unit 176.
  • the light source control unit 16 controls each of the semiconductor lasers 121 to 124, and modulates the wavelength of the laser light at the modulation frequency and centering on the peak of the absorption spectrum of the component to be measured.
  • the intensity ratio logarithm calculation unit 175 that detects this performs reference measurement.
  • the output signal from the photodetector 14 in the state where the zero gas is sealed in the cell 11 is received, and the value is stored in the measurement result data storage unit.
  • the value of the output signal of the photodetector 14 in this reference measurement that is, the reference light intensity is represented by a time series graph as shown in FIG. 8A. That is, only the change in the optical output due to the modulation of the laser drive current (voltage) appears in the output signal of the photodetector 13.
  • the intensity ratio logarithm calculation unit 175 performs the sample measurement. Specifically, it receives an output signal from the photodetector 14 in a state where the sample gas is sealed in the cell 11, and stores the value in a predetermined area of the memory.
  • the value of the output signal of the photodetector 14 in this sample measurement, that is, the transmitted light intensity is represented by a time series graph as shown in FIG. 8 (b). It can be seen that a peak due to absorption appears every half cycle of modulation.
  • the intensity ratio logarithm calculation unit 175 synchronizes each measurement data with the modulation cycle, and calculates the intensity ratio logarithm (intensity-related signal) between the light intensity of the transmitted light and the light intensity of the reference light. Specifically, the calculation equivalent to the following equation (Equation 4) is performed.
  • D m (t) is the transmitted light intensity
  • D z (t) is the reference light intensity
  • a (t) is the intensity ratio logarithm (intensity-related signal).
  • FIG. 8C shows a graph showing this intensity-related signal with time as the horizontal axis.
  • the logarithm may be obtained after calculating the ratio of the transmitted light intensity to the reference light intensity, or the logarithm of the transmitted light intensity and the logarithm of the reference light intensity may be obtained and subtracted from each other.
  • the frequency component extraction unit 176 extracts a lock-in detection of the intensity-related signal with a reference signal having a frequency twice the modulation frequency, that is, a frequency component twice the modulation frequency, and the synchronous detection signal (hereinafter referred to as the synchronous detection signal). , Also called lock-in data) is stored in a predetermined area of the memory.
  • the value of this lock-in data becomes a value proportional to the concentration of the component to be measured, and the concentration calculation unit 177 calculates a concentration indicated value indicating the concentration of the component to be measured based on the value of this lock-in data.
  • a value a n in the formula (5) is proportional to the concentration of the measurement target component concentration calculation unit 177 to calculate the concentration indication value indicating the concentration of the measurement target component based on this value a n.
  • f m is the modulation frequency
  • n represents a multiple with respect to the modulation frequency
  • a (t) is also expressed by the above formula (Equation 1).
  • the above is an operation example of the sample analyzer 100 when the sample gas does not contain an interference component other than the component to be measured.
  • one or more interfering compounds e.g., H 2 O
  • one or more interfering compounds will be described operation example of the sample analysis device 100 when contained in a sample gas having a light absorption peak light absorption wavelength of the measurement target component.
  • the principle will be described. Since the light absorption spectra of the component to be measured and the interference component have different shapes, the intensity-related signal when each component exists alone has a different waveform, and the ratio of each frequency component is different (linearly independent). Taking advantage of this, by solving simultaneous equations using the value of each frequency component of the measured intensity-related signal and the relationship between each frequency component of the intensity-related signal of the measurement target component and the interference component obtained in advance. , It is possible to obtain the concentration of the component to be measured with the interference effect corrected.
  • the intensity-related signals per unit concentration are Am (t) and Ai (t), respectively, and the frequency components of the respective intensity-related signals are nm . Assuming that it is an ni , the following equations (Equation 7 and Equation 8) hold.
  • Measurement target component, the concentration of the interference component C m respectively, intensity related signal value A when present in C i (t) is the linearity of the absorbance is represented by the following equation (9).
  • the analyzer 100 operates based on the above-mentioned principle. That is, in this case, the analyzer 100 has the frequency of each intensity-related signal when the measurement target component and the interference component are present independently, for example, by flowing span gas in advance in a predetermined area of the memory and measuring in advance.
  • the components a 1m , a 2m , a 1i , and a 2i are stored. Specifically, as in the previous example, for each of the measurement target component and the interference component, the measurement target light intensity and the reference light intensity are measured, their intensity ratio logarithm (intensity-related signal) is calculated, and the intensity ratio logarithm is used.
  • the frequency components a 1m , a 2m , a 1i , and a 2i are obtained by lock-in detection or the like, and these are stored.
  • the not the frequency component, the intensity related signal A m per unit concentration (t), and stores the A i (t), the equation (7, 8) frequency from component a 1m, a 2m, a 1i and a2i may be calculated.
  • the analyzer 100 identifies the measurement target component and the interference component by input from the operator or the like.
  • the intensity ratio logarithm calculation unit 175 calculates the intensity ratio logarithm A (t) according to the equation (Equation 4). Then, the frequency component extraction unit 176, and lock-in detection with the reference signal having a frequency 2f m of the intensity ratio logarithmic modulation frequency f m and twice, each frequency component a 1, a 2 a (lock-in data) Extract and store in a predetermined area of memory.
  • the concentration calculation unit 177 applies the values of the lock-in data a 1 and a 2 and the values of the frequency components a 1 m , a 2 m , a 1i , and a 2i stored in the memory to the above equation (Equation 10), or Performing an equal calculation to this, the concentration (or concentration indicated value) C m indicating the concentration of the measurement target gas from which the interference effect has been removed is calculated. At this time, the concentration of each interference component (or concentration indicated value) may be calculated C i.
  • the second optical element E2 may be directly irradiated with the light of the first light source 121 without using the first reflection mirror.
  • the second optical element E2 may be irradiated with the above reflection mirror.
  • the fourth reflection mirror M4 corresponding to the light source having the shortest optical path to the cell 11 may not be used.
  • the cell 11 is directly irradiated with the light of the first to third light sources 121 to 123 reflected by the fourth optical element E4 and the light of the fourth light source 124 transmitted through the fourth optical element E4.
  • the configuration has four light sources, but any light source may be used as long as it has three or more light sources.
  • the configuration shown in FIG. 11 can be considered as the configuration that simplifies the optical system 13 in the configuration having three light sources.
  • the optical system 13 reflects the light of the first light source 121 and transmits the light of the second optical element E2 that transmits the light of the second light source 122 and the light of the first light source 121 that reflects the second optical element E2. It has a third optical element E3 that reflects the light of the second light source 122 and transmits the light of the third light source 123. Then, the light of the first light source 121 and the light of the second light source 122 reflected from the third optical element E3 and the light of the second light source 122 transmitted through the third optical element are irradiated to the cell 11.
  • the analyzer 100 may use, for example, the NDIR method, the FTIR method, or the NDUV method.
  • the logarithmic calculation unit 161 of the first embodiment performs logarithmic calculation of the light intensity signal of the photodetector 13, but the light intensity signal of the photodetector 13 is used to calculate the intensity and reference of the sample light.
  • the logarithmic ratio (so-called absorbance) of the ratio to the intensity of modulated light, which is light, may be calculated.
  • the logarithm calculation unit 161 may calculate the logarithm of the intensity of the sample light, calculate the logarithm of the intensity of the reference light, and then subtract them to calculate the absorbance, or the intensity of the sample light and the reference light.
  • the absorbance may be calculated by taking the logarithm of the ratio after obtaining the ratio with the intensity of.
  • the correlation value calculation unit 62 of the first embodiment calculates the correlation value between the intensity-related signal and the feature signal, but calculates the inner product value of the intensity-related signal and the feature signal. You may.
  • the storage unit 173 stores the single correlation value corrected by using the reference correlation value, but the storage unit 173 stores the single correlation value before correction and the concentration.
  • the calculation unit 174 may be configured to subtract the reference correlation value from the single correlation value before correction and then obtain the corrected single correlation value converted per unit concentration.
  • the plurality of feature signals are not limited to the first embodiment, and may be functions different from each other. Further, as the feature signal, for example, a function showing a waveform (measured spectrum) of light intensity, logarithmic intensity, or absorbance obtained by flowing a span gas having a known concentration may be used. Further, when measuring the concentration of one component to be measured, at least one feature signal is sufficient.
  • the light source control unit 16 of the above embodiment continuously oscillates the semiconductor laser (CW), but as shown in FIG. 12, it may oscillate pseudo-continuously (pseudo-CW).
  • the light source control unit 16 controls the current source (or voltage source) of each of the semiconductor lasers 121 to 124 by outputting a current (or voltage) control signal, and drives the current source (or voltage source).
  • Drive voltage is set to be equal to or higher than a predetermined threshold value for pulse oscillation.
  • the light source control unit 16 oscillates pseudo-continuously by pulse oscillation having a predetermined pulse width (for example, 10 to 50 ns, duty ratio 5%) repeated in a predetermined period (for example, 1 to 5 MHz).
  • the light source control unit 16 changes the temperature by changing the drive current (drive voltage) of the current source (or voltage source) at a predetermined frequency with a wavelength sweeping value that is less than the threshold value for pulse oscillation. Is generated to sweep the oscillation wavelength of the laser beam.
  • the modulation signal that modulates the drive current varies in a triangular wave shape, a saw wave shape, or a sinusoidal shape, and its frequency is, for example, 1 to 100 Hz.
  • the light intensity signal obtained by the photodetector 14 by oscillating the semiconductor lasers 121 to 124 in a pseudo-continuous manner is as shown in FIG. In this way, the absorption spectrum can be acquired for the entire pulse train.
  • Pseudo-continuous oscillation requires less power consumption of the light source than continuous oscillation, facilitates exhaust heat treatment, and can extend the life of the light source.
  • the light source control unit 16 controls the plurality of semiconductor lasers 121 to 124 so that they have oscillation wavelengths corresponding to different measurement target components, and has the same oscillation period and different oscillation timings. Pulse oscillates.
  • the light source control unit 16 controls the current source (or voltage source) of each of the semiconductor lasers 121 to 124 by outputting a current (or voltage) control signal.
  • the light source control unit 16 of the present embodiment repeats each semiconductor laser 121 to 124 in a predetermined period (for example, 1 to 5 MHz) with a predetermined pulse width (for example, 10 to 100 ns, duty ratio 5). %) Pulse oscillation is used for pseudo continuous oscillation (pseudo CW).
  • the light source control unit 16 causes a temperature change by changing the drive current (drive voltage) of the current source (or voltage source) at a predetermined frequency to sweep the oscillation wavelength of the laser beam. Is to do.
  • the oscillation wavelength of the laser light in each semiconductor laser is modulated around the peak of the light absorption spectrum of the component to be measured.
  • the modulation signal that changes the drive current is a signal that changes in a triangular wave shape, a saw wave shape, or a sinusoidal shape, and whose frequency is, for example, 1 to 100 Hz.
  • FIG. 12 shows an example in which the modulated signal changes in a triangular wave shape.
  • the light intensity signal obtained by the photodetector 3 by oscillating one semiconductor laser 2 in a pseudo-continuous manner is as shown in FIG. In this way, the absorption spectrum can be acquired for the entire pulse train.
  • the light source control unit 5 oscillates a plurality of semiconductor lasers 2 at different timings. Specifically, as shown in FIG. 14, a plurality of semiconductor lasers 2 sequentially pulse oscillate, and one pulse of each of the other semiconductor lasers 2 is included in one cycle of pulse oscillation in one semiconductor laser 2. That is, one pulse of each of the other semiconductor lasers 2 is included in the pulses of one semiconductor laser 2 adjacent to each other. At this time, the pulses of the plurality of semiconductor lasers 2 are oscillated so as not to overlap each other.
  • the signal processing device 15 further includes a signal separation unit 18 that separates signals for each of the semiconductor lasers 121 to 124 from the light intensity signal obtained by the photodetector 14.
  • the signal separation unit 18 separates the signals of the plurality of semiconductor lasers 121 to 124 from the light intensity signal obtained by the photodetector 14.
  • the signal separation unit 18 of the present embodiment includes a plurality of sample hold circuits provided corresponding to the plurality of semiconductor lasers 121 to 124, and an AD converter that digitally converts the light intensity signal separated by the sample hold circuits. have.
  • the sample hold circuit and the AD converter may be one common to the plurality of semiconductor lasers 121 to 124.
  • the sample hold circuit uses a sampling signal synchronized with the current (or voltage) control signal of the corresponding semiconductor lasers 121 to 124 at a timing synchronized with the pulse oscillation timing of the semiconductor lasers 121 to 124.
  • the signals of the corresponding semiconductor lasers 121 to 124 are separated and held from the light intensity signal of the photodetector 14.
  • the sample hold circuit is configured to separate and hold the signal corresponding to the latter half of the pulse oscillation of the semiconductor lasers 121 to 124.
  • the AD converter may have a slow processing speed.
  • a plurality of light absorption signals obtained for each of the semiconductor lasers 121 to 124 may be used by time averaging.
  • the signal processing unit 17 calculates the concentration of the measurement target component corresponding to the semiconductor lasers 121 to 124.
  • the signal processing unit 17 calculates the concentration of the component to be measured in the same manner as in the above embodiment.
  • sample gas may be not only exhaust gas but also the atmosphere, or may be liquid or solid.
  • present invention can be applied not only to gas but also to liquid or solid as the component to be measured.
  • the light source may be any other type of laser regardless of the semiconductor laser, and any light source is used as long as it is a single-wavelength light source having a half-value width sufficient to ensure measurement accuracy and can even perform wavelength modulation. You may. Further, it can be used not only for the absorbance of light transmitted through the measurement target but also for the calculation of the absorbance due to reflection.
  • an analyzer that irradiates a cell with light from three or more light sources, it is possible to prevent a decrease in the amount of light of each light source.

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Abstract

本発明は、３つ以上の光源からセルに光を照射する分析装置において、各光源の光量低下を防止するものであり、少なくとも第１光源１２１、第２光源１２２及び第３光源１２３と、各光源１２１～１２３の光をセル１１に導く光学系１３とを備え、光学系１３は、第１光源１２１の光を反射するとともに、第２光源１２２の光を透過する第２光源用光学素子Ｅ２と、第２光源用光学素子Ｅ２を反射した第１光源１２１の光及び透過した第２光源１２２の光を反射するとともに、第３光源１２３の光を透過する第３光源用光学素子Ｅ３とを備える。

Description

分析装置
　本発明は、３つ以上の光源を用いた分析装置に関するものである。
　従来、レーザ等の光源を用いた分析装置では、サンプルに含まれる複数の成分を測定するために、サンプルが収容される測定セルと、当該測定セルにレーザ光を照射する波長の異なる複数のレーザと、測定セルを透過した光を検出する光検出器とを備えている。
　このとき、複数のレーザからのレーザ光を共通の光路にして測定セルに照射するためには、ダイクロイックミラー等の結合光学素子が用いられている。具体的には、３つ以上のレーザを用いる構成の場合には、光学系を小型化するために、光射出方向が同じ向きを向くように複数のレーザを横並びに直線状に配置し、それらの光射出側に複数のレーザと同様に結合光学素子を直線上に配置する構成としている。このような光学配置では、１つのレーザから出たレーザ光は、別のレーザに対応して設けられた２つ以上の結合光学素子を透過して測定セルに照射される構成となる。
　しかしながら、上記の透過型の光学系では、結合光学素子を透過するごとにレーザ光の光量が低下してしまうという問題がある。また、結合光学素子の透過率を広帯域に亘って高くすることが難しいため、レーザの数が増えると、光量低下の問題が顕著になる。また、結合光学素子内での多重反射による迷光の干渉の影響を防ぐために、ウェッジ付きの結合光学素子を用いる場合、結合光学素子を透過する度にレーザ光が屈折するため、結合光学素子の数が増すと光軸調整が非常に困難となる。
特許第６２５５０２２号公報
　そこで本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、３つ以上の光源からセルに光を照射する分析装置において、各光源の光量低下を防止することをその主たる課題とするものである。
　すなわち本発明に係る分析装置は、サンプルが導入されたセルに光を照射し、当該セルを透過した光を検出して、前記サンプル中に含まれる測定対象成分を分析する分析装置であって、少なくとも第１光源、第２光源及び第３光源を含む複数の光源と、前記各光源の光を前記セルに導く光学系とを備え、前記光学系は、前記第１光源の光を反射するとともに、前記第２光源の光を透過する第２光源用光学素子と、前記第２光源用光学素子を反射した前記第１光源の光及び透過した前記第２光源の光を反射するとともに、前記第３光源の光を透過する第３光源用光学素子とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、第１光源の光は、第２光源用光学素子及び第３光源用光学素子を透過することなく反射して測定セルに導かれるので、第１光源の光の光量低下を防ぐことができる。また、第２光源の光は、第２光源用光学素子を透過するだけで、それ以降は第３光源用光学素子を透過することなく反射して測定セルに導かれるので、第２光源の光の光量低下を防ぐことができる。さらに、第３光源の光は、第３光源用光学素子を透過するだけで測定セルに導かれるので、第３光源の光の光量低下を防ぐことができる。このように本発明は、１つのレーザから出たレーザ光が別のレーザに対応して設けられた２つ以上の光学素子を透過して測定セルに照射される透過型の光学系ではなく、１つのレーザから出たレーザ光が別のレーザに対応して設けられた光学素子を反射して測定セルに照射される反射型の光学系であり、各光源からの光量低下を防止することができる。
　また、各光学素子内での多重反射による迷光の干渉の影響を防ぐために、ウェッジの付いた光学素子を用いることが望ましく、この場合、反射型の光学系にすることで各光源は光学素子を１度しか透過しないため、光の屈折による光軸調整の困難さが緩和される。
　光源の配置の自由度を増して分析装置を小型化するためには、前記第２光源用光学素子を反射した前記第１光源の光及び透過した前記第２光源の光を反射する第２光源用反射ミラーをさらに備え、前記第３光源用光学素子は、前記第２光源用反射ミラーを反射した前記第１光源の光及び前記第２光源の光を反射するものであることが望ましい。
　また、光源の配置の自由度を増して分析装置を小型化するためには、前記光学系は、前記第１光源の光を反射する第１光源用反射ミラーをさらに備え、前記第２光源用光学素子は、前記第１光源用反射ミラーを反射した前記第１光源の光を反射するものであることが望ましい。
　分析装置における光源、各反射ミラー及び各光学素子の配置の自由度を増して、所望の方向に各光源の光を照射できるようにするためには、前記光学系は、前記第３光源用光学素子を反射した前記第１光源の光及び前記第２光源の光並びに透過した前記第３光源の光を反射する第３光源用反射ミラーをさらに備えることが望ましい。
　光学系を小型化するためには、前記各反射ミラー及び前記各光学素子は、反射する光の入射角度が４５度未満となるように配置されていることが望ましい。
　具体的には、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源は、射出する光の波長が互いに異なることが望ましい。
　各光源及び各光学素子の具体的な実施の態様としては、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源は、射出する光の波長が短い順に配置され、前記第２光源用光学素子は、前記第２光源の波長以上の光を透過させるものであり、前記第３光源用光学素子は、前記第３光源の波長以上の光を透過させるものであることが望ましい。
　この構成であれば、第２光源用光学素子及び第３光源用光学素子を、対応する光源からの光の波長よりも短い波長を遮断するロングパスフィルタ（短波長カットフィルタ）とすることができ、光学素子の設計が容易となる。
　また、各光源及び各光学素子の具体的な実施の態様としては、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源は、射出する光の波長が長い順に配置され、前記第２光源用光学素子は、前記第２光源の波長以下の光を透過させるものであり、前記第３光源用光学素子は、前記第３光源の波長以下の光を透過させるものであることが望ましい。
　この構成であれば、第２光源用光学素子及び第３光源用光学素子を、対応する光源からの光の波長よりも長い波長を遮断するショートパスフィルタ（長波長カットフィルタ）とすることができ、光学素子の設計が容易となる。
　また、前記各光源は、レーザ光源であり、所定の変調周波数で波長が変調された変調光を射出するものであることが考えられる。
　この構成であれば、所定の変調周波数で波長が変調された変調光を射出して得られた強度関連信号を用いることにより測定対象成分を分析することができる。その結果、測定対象成分の濃度に与える干渉成分の影響を低減することができる。
　本発明の分析装置は、前記セルを透過した光の強度を検出する光検出器と、前記光検出器により検出された光の強度に関連する強度関連信号と、当該強度関連信号に対して所定の相関が得られる特徴信号との相関値であるサンプル相関値を算出する相関値算出部と、前記サンプル相関値を用いて前記測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部とを備えることが望ましい。
　この構成であれば、セルを透過した光の強度に関連する強度関連信号と特徴信号とのサンプル相関値を算出し、算出されたサンプル相関値を用いて測定対象成分の濃度を算出するので、吸収信号を吸収スペクトルへ変換することなく、吸収信号の特徴を劇的に少ない変数で捉えることができ、複雑なスペクトル演算処理をすることなく、測定対象成分の濃度を簡単な演算で測定できる。例えば一般的なスペクトルフィッティングで用いるデータ点数は数百点必要だが、本発明ではせいぜい数個から数十個程度の相関値を使えば同等の精度で濃度の算出が可能となる。その結果、演算処理の負荷を劇的に小さくすることができ、高度な演算処理装置が不要となり、分析装置のコストを削減することができるとともに、小型化が可能となる。
　そして、本発明の分析装置は、前記セルを透過した光の強度を検出する光検出器と、前記光検出器により検出された光の強度に関連する強度関連信号から、前記変調周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数成分を抽出する周波数成分抽出部と、前記周波数成分抽出部による周波数成分抽出結果に基づいて、前記測定対象成分の濃度又は吸光度を算出する第２算出部とをさらに備えることが望ましい。
　この構成であれば、周波数成分抽出部によって得られた値が直接、測定対象成分の濃度に比例した値となるため、従来の波長変調方式で必要であった濃度定量のためのスペクトル演算処理も不要となり、かつ、変調周波数も単一でよいので、システムがより簡便、低コストになる。
　以上に述べた本発明によれば、３つ以上の光源からセルに光を照射する分析装置において、各光源からの光量低下を防止することができる。
本発明の一実施形態に係る分析装置の全体模式図である。 同実施形態の光学系の詳細を示す模式図である。 同実施形態における変形例の光学系の詳細を示す模式図である。 同実施形態における信号処理装置の機能ブロック図である。 同実施形態におけるレーザ発振波長の変調方法を示す模式図である。 同実施形態における発振波長、光強度Ｉ（ｔ）、対数強度Ｌ（ｔ）、特徴信号Ｆｉ（ｔ）、相関値Ｓｉの一例を示す時系列グラフである。 同実施形態の単独相関値及びサンプル相関値を用いた濃度算出の概念図を示す図である。 第２実施形態における信号処理装置の機能ブロック図である。 第２実施形態における変調信号、光検出器の出力信号、測定結果の一例を示す時系列グラフである。 光学系の変形例を示す模式図である。 光学系の変形例を示す模式図である。 光学系の変形例を示す模式図である。 疑似連続発振における駆動電流（電圧）及び変調信号を示す図である。 疑似連続発振による測定原理を示す模式図である。 変形実施形態における複数の半導体レーザのパルス発振タイミング及び光強度信号の一例を示す模式図である。 変形実施形態における信号処理装置の機能ブロック図である。
１００・・・分析装置
１１　・・・セル
１２１・・・第１光源
１２２・・・第２光源
１２３・・・第３光源
１３　・・・光学系
Ｍ１　・・・第１光源用反射ミラー
Ｅ２　・・・第２光源用光学素子
Ｍ２　・・・第２光源用反射ミラー
Ｅ３　・・・第３光源用光学素子
Ｍ３　・・・第３光源用反射ミラー
１４　・・・光検出器
１７２・・・相関値算出部
１７４・・・濃度算出部
１７６・・・周波数成分抽出部
１７７・・・濃度算出部
＜第１実施形態＞
　以下、本発明の第１実施形態に係る分析装置１００について、図面を参照しながら説明する。
　本実施形態の分析装置１００は、例えば内燃機関からの排ガスなどのサンプルガス中に含まれる測定対象成分（ここでは、例えばＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｈ２Ｏ、ＳＯ２、ＣＨ４、ＮＨ３など）の濃度を測定する濃度測定装置である。
　具体的に分析装置１００は、図１に示すように、サンプルガスが導入されるセル１１と、セル１１に照射されるレーザ光を射出する複数のレーザ光源１２と、複数のレーザ光源１２からの光をセル１１に導く光学系１３と、セル１１を透過したレーザ光であるサンプル光の光路上に設けられてサンプル光を受光する光検出器１４と、光検出器１４の出力信号を受信し、その値に基づいて測定対象成分の濃度を算出する信号処理装置１５とを備えている。
　各部１１～１５を説明する。
　セル１１は、測定対象成分の吸収波長帯域において光の吸収がほとんどない石英、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の透明材質で光の入射口及び出射口が形成されたものである。このセル１１には、図示しないが、サンプルガスを内部に導入するためのインレットポートと、内部のサンプルガスを排出するためのアウトレットポートとが設けられており、サンプルガスは、このインレットポートからセル１１内に導入されて封入される。
　複数のレーザ光源１２は、ここでは半導体レーザ１２の一種である量子カスケードレーザ（ＱＣＬ：Quantum Cascade Laser）であり、中赤外（４～１２μｍ）のレーザ光を発振する。このレーザ光源１２は、与えられた電流（又は電圧）によって、発振波長を変調（変える）ことが可能なものである。なお、発振波長が可変でさえあれば、他のタイプのレーザを用いても良く、発振波長を変化させるために、温度を変化させる等しても構わない。本実施形態では４つの半導体レーザ１２１～１２４を有する構成を例示しているが、３つ以上であれば、これに限られない。
　光学系１３は、図２Ａに示すように、複数の半導体レーザ１２１～１２４から射出されるレーザ光の光路を共通にしてセル１１に照射するものである。なお、以下において、複数の半導体レーザ１２１～１２４を、図２Ａにおいて左から、第１レーザ１２１、第２レーザ１２２、第２レーザ１２３、及び第４レーザ１２４という。
　具体的に光学系１３は、第１レーザ１２１に対応して設けられた第１光源用反射ミラーＭ１（以下、第１反射ミラーＭ１）と、第２レーザ１２２に対応して設けられた第２光源用光学素子Ｅ２（以下、第２光学素子Ｅ２）及び第２光源用反射ミラーＭ２（以下、第２反射ミラーＭ２）と、第３レーザ１２３に対応して設けられた第３光源用光学素子Ｅ３（以下、第３光学素子Ｅ３）及び第３光源用反射ミラーＭ３（以下、第３反射ミラーＭ３）と、第４レーザ１２４に対応して設けられた第４光源用光学素子Ｅ４（以下、第４光学素子Ｅ４）及び第４光源用反射ミラーＭ４（以下、第４反射ミラーＭ４）と、を備えている。なお、各光学素子Ｅ２～Ｅ４は、光学素子内の多重反射による迷光の干渉の影響を防ぐため、図２Ｂに示すように、ウェッジ付きのものを用いても良い。ここで、ウェッジの角度としては、例えば０．３～０．５度程度とすることが考えられる。
　第１反射ミラーＭ１は、第１レーザ１２１の光（以下、第１レーザ光）を反射するものである。第１反射ミラーＭ１により反射された第１レーザ光は、第２光学素子Ｅ２に向かう。
　第２光学素子Ｅ２は、第１レーザ光を反射するとともに、第２光源の光（以下、第２レーザ光）を透過するものである。第２光学素子Ｅ２により反射された第１レーザ光と、第２光学素子Ｅ２を透過した第２レーザ光とは、互いに同じ光路上を通って、第２反射ミラーＭ２に向かう。
　第２反射ミラーＭ２は、第２光学素子Ｅ２を反射した第１レーザ光、及び、第２光学素子Ｅ２を透過した第２レーザ光を反射するものである。そして、第２反射ミラーＭ２により反射された第１レーザ光及び第２レーザ光は、互いに同じ光路上を通って、第３光学素子Ｅ３に向かう。
　第３光学素子Ｅ３は、第１レーザ光及び第２レーザ光を反射するとともに、第３光源の光（以下、第３レーザ光）を透過するものである。第３光学素子Ｅ３により反射された第１レーザ光及び第２レーザ光と、第３光学素子Ｅ３を透過した第３レーザ光とは、互いに同じ光路上を通って、第３反射ミラーＭ３に向かう。
　第３反射ミラーＭ３は、第３光学素子Ｅ３を反射した第１レーザ光及び第２レーザ光、並びに、第３光学素子Ｅ３を透過した第３レーザ光を反射するものである。そして、第３反射ミラーＭ３により反射された第１～第３レーザ光は、互いに同じ光路上を通って、第４光学素子Ｅ４に向かう。
　第４光学素子Ｅ４は、第１～第３レーザ光を反射するとともに、第４光源の光（以下、第４レーザ光）を透過するものである。第４光学素子Ｅ４により反射された第１～第３レーザ光と、第４光学素子Ｅ４を透過した第４レーザ光とは、互いに同じ光路上を通って、第４反射ミラーＭ４に向かう。
　第４反射ミラーＭ４は、第４光学素子Ｅ４を反射した第１～第３レーザ光、及び第４光学素子Ｅ４を透過した第４レーザ光を反射するものである。そして、第４反射ミラーＭ４により反射された第１～第４レーザ光は、互いに同じ光路上を通って、セル１１に向かう。
　この光学系１３により、第１レーザ光は、第１反射ミラーＭ１、第２光学素子Ｅ２、第２反射ミラーＭ２、第３光学素子Ｅ３、第３反射ミラーＭ３、第４光学素子Ｅ４、第４反射ミラーＭ４をこの順で反射してセル１１に照射される。第２レーザ光は、第２光学素子Ｅ２を透過した後、第２反射ミラーＭ２、第３光学素子Ｅ３、第３反射ミラーＭ３、第４光学素子Ｅ４、第４反射ミラーＭ４をこの順で反射してセル１１に照射される。第３レーザ光は、第３光学素子Ｅ３を透過した後、第３反射ミラーＭ３、第４光学素子Ｅ４、第４反射ミラーＭ４をこの順で反射してセル１１に照射される。第４レーザ光は、第４光学素子Ｅ４を透過した後、第４反射ミラーＭ４で反射してセル１１に照射される。
　本実施形態では、第１レーザ１２１、第２レーザ１２２、第３レーザ１２３及び第４レーザ１２４は、セル１１からの光路が長くなる側（図２Ａの紙面左側）から、射出するレーザ光の波長が短い順に配置されている。そして、第２光学素子Ｅ２は、第２レーザ１２２の波長以上のレーザ光を透過させるとともに、第１レーザ光を反射するロングパスフィルタ（短波長カットフィルタ）である。また、第３光学素子Ｅ３は、第３レーザ１２３の波長以上のレーザ光を透過させるとともに、第１レーザ光及び第２レーザ光を反射するロングパスフィルタ（短波長カットフィルタ）である。さらに、第４光学素子Ｅ４は、第４レーザ１２４の波長以上のレーザ光を透過させるとともに、第１～第３レーザ光を反射するロングパスフィルタ（短波長カットフィルタ）である。
　また、本実施形態では、図２Ａに示すように、第１レーザ１２１、第２レーザ１２２、第３レーザ１２３及び第４レーザ１２４は、光射出方向が同じ向きを向くように横並びに直線上に配置されている。そして、少なくとも第１～第３反射ミラーＭ１～Ｍ３は、対応するレーザ１２１、１２２、１２３と同様に、それらの光射出側に横並びに直線上に配置されている。なお、第４反射ミラーＭ４は、反射したレーザ光をセル１１に向かわせるものであり、その位置は適宜設定される。
　さらに、本実施形態では、少なくとも第１～第３反射ミラーＭ１～Ｍ３及び各光学素子Ｅ２～Ｅ４は、反射するレーザ光の入射角度が４５度未満となるように配置されている。つまり、少なくとも第１～第３反射ミラーＭ１～Ｍ３及び各光学素子Ｅ２～Ｅ４において入射光と反射光とのなす角度が９０度未満となるように配置されている。このように各反射ミラーＭ１～Ｍ３及び各光学素子Ｅ２～Ｅ４を配置することによって、光学系１３を小型化することができる。
　再び、図１に戻り、光検出器１４及び信号処理装置１５について説明する。
　光検出器１４は、ここでは、比較的安価なサーモパイル等の熱型のものを用いているが、その他のタイプのもの、例えば、応答性がよいＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＰｂＳｅ等の量子型光電素子を用いても構わない。
　信号処理装置１５は、バッファ、増幅器等からなるアナログ電気回路と、ＣＰＵ、メモリ等からなるデジタル電気回路と、それらアナログ／デジタル電気回路間を仲立ちするＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ等とを具備したものであり、前記メモリの所定領域に格納した所定のプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器が協働することによって、図３に示すように、半導体レーザ１２の出力を制御する光源制御部１６や、光検出器１４からの出力信号を受信し、その値を演算処理して測定対象成分の濃度を算出する信号処理部１７としての機能を発揮する。
　以下に各部を詳述する。
　光源制御部１６は、電流（又は電圧）制御信号を出力することによって各半導体レーザ１２の電流源（又は電圧源）を制御するものである。具体的に光源制御部１６は、各半導体レーザ１２の駆動電流（又は駆動電圧）を所定周波数で変化させ、半導体レーザ１２から出力されるレーザ光の発振波長を中心波長に対して所定周波数で変調させる。また、光源制御部１６は、複数の半導体レーザ１２１～１２４がそれぞれ異なる測定対象成分に対応した発振波長となるように制御する。さらに、光源制御部１６は、複数の半導体レーザ１２１～１２４がそれぞれ異なるタイミングでレーザ光を出力するように制御する。
　この実施形態においては、光源制御部１６は駆動電流を三角波状に変化させ、発振周波数を三角波状に変調する（図５の「発振波長」参照）。実際には、発振周波数が三角波状になるように、駆動電流の変調を別の関数で行う。また、レーザ光の発振波長は、図４に示すように、測定対象成分の光吸収スペクトルのピークを中心波長として変調されるようにしてある。その他、光源制御部１６は、駆動電流を正弦波状や鋸波状、または任意の関数状に変化させ、発振周波数を正弦波状や鋸波状、または任意の関数状に変調してもよい。
　図３を参照して、信号処理部１７は、対数演算部１７１、相関値算出部１７２、格納部１７３、濃度算出部１７４等からなる。
　対数演算部１７１は、光検出器１４の出力信号である光強度信号に対数演算を施すものである。光検出器１４により得られる光強度信号の継時変化を示す関数Ｉ（ｔ）は、図５の「光強度Ｉ（ｔ）」のようになり、対数演算を施すことにより、図５の「対数強度Ｌ（ｔ）」のようになる。
　相関値算出部１７２は、サンプル光の強度に関連する強度関連信号と複数の所定の特徴信号とのそれぞれの相関値を算出するものである。特徴信号とは、強度関連信号と相関を取ることで、強度関連信号の波形特徴を抽出するための信号である。特徴信号としては、例えば正弦波信号や、それ以外の強度関連信号から抽出したい波形特徴に合わせた様々な信号を用いることができる。
　以下では、特徴信号に正弦波信号以外のものを用いた場合の例を説明する。相関値算出部１７２は、サンプル光の強度に関連する強度関連信号と、当該強度関連信号に対して正弦波信号（正弦関数）とは異なる相関が得られる複数の特徴信号とのそれぞれの相関値を算出する。ここでは、相関値算出部１７２は、対数演算された光強度信号（対数強度Ｌ（ｔ））を強度関連信号として用いる。
　また、相関値算出部１７２は、測定対象成分の種類数及び干渉成分の種類数を合わせた数以上の数の特徴信号Ｆｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を用いて、下式（数１）により、複数のサンプル相関値Ｓｉ（ｔ）を算出するものである。なお、数１におけるＴは、変調の周期である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　相関値算出部１６２は、サンプル相関値を算出する時、上式（数１）のように、サンプル光の強度関連信号Ｌ（ｔ）と複数の特徴信号Ｆｉ（ｔ）との相関値Ｓｉを求める。また、相関値算出部１６２は、上式（数１）のように、リファレンス光の強度関連信号Ｌ０（ｔ）と複数の特徴信号Ｆｉ（ｔ）との相関値であるリファレンス相関値Ｒｉを求める。そして、相関値算出部１６２は、上式（数１）のように、相関値Ｓｉからリファレンス相関値Ｒｉを差し引いたサンプル相関値Ｓｉ’を算出する。これにより、サンプル相関値に含まれるオフセットを除去し、測定対象成分及び干渉成分の濃度に比例した相関値となり、測定誤差を低減できる。なお、リファレンス相関値を差し引かない構成であっても良い。
　ここで、リファレンス光の取得タイミングは、サンプル光と同時、測定の前後又は任意のタイミングである。リファレンス光の強度関連信号又はリファレンス相関値は、予め取得して格納部１７３に記憶させておいても良い。また、リファレンス光を同時に取得する方法は、例えば、光検出器１４を２つ設けて、半導体レーザ１２からの変調光をビームスプリッタなどにより分岐させて、一方をサンプル光測定用とし、他方をリファレンス光測定用とすることが考えられる。
　本実施形態では、相関値算出部１７２は、複数の特徴信号Ｆｉ（ｔ）として、正弦関数よりも対数強度Ｌ（ｔ）の波形特徴を捉えやすい関数を用いている。測定対象成分（例えばＳＯ２）及び１つの干渉成分（例えばＨ２Ｏ）を含むサンプルガスの場合には、２つ以上の特徴信号Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）を用いることが考えられ、２つの特徴信号Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）としては、例えば、吸収スペクトルの形に近いローレンツ関数に基づいた関数と、当該ローレンツ関数に基づいた関数の微分関数とを用いることが考えられる。また、特徴信号としては、ローレンツ関数に基づいた関数の代わりに、フォークト関数に基づいた関数、又はガウス関数に基づいた関数等を用いることもできる。このような関数を特徴信号に用いることで、正弦関数を用いた時よりもより大きな相関値を得ることができ、測定精度を向上させることができる。
　ここで、特徴信号は、直流成分を除去、すなわち変調周期で積分した時にゼロになるようにオフセットを調整することが望ましい。こうすることで、光強度の変動による強度関連信号にオフセットが乗った時の影響を除去することができる。なお、特徴信号の直流成分を除去する代わりに、強度関連信号の直流成分を除去してもよいし、特徴信号と強度関連信号の両方とも直流成分を除去してもよい。その他、特徴信号として、測定対象成分及び／又は干渉成分の吸収信号の実測値、またはそれらを模したものをそれぞれ用いてもよい。
　なお、２つの特徴信号Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）を互いに直交する直交関数列又は直交関数列に近い関数列とすることにより、対数強度Ｌ（ｔ）の特徴をより効率的に抽出することができ、後述する連立方程式により得られる濃度を精度良くすることができる。
　格納部１７３は、測定対象成分及び各干渉成分が単独で存在する場合のそれぞれの強度関連信号と複数の特徴信号Ｆｉ（ｔ）とから求められた測定対象成分及び各干渉成分それぞれの単位濃度当たりの相関値である単独相関値を格納するものである。この単独相関値を求めるのに用いる複数の特徴信号Ｆｉ（ｔ）は、相関値算出部１７２で用いる複数の特徴信号Ｆｉ（ｔ）と同一である。
　ここで、格納部１７３は、単独相関値を格納する時、測定対象成分及び各干渉成分が単独で存在する場合の相関値からリファレンス相関値を差し引いた上で、単位濃度当たりに換算する補正をした単独相関値を格納することが望ましい。これにより、単独相関値に含まれるオフセットを除去し、測定対象成分及び干渉成分の濃度に比例した相関値となり、測定誤差を低減できる。なお、リファレンス相関値を差し引かない構成であっても良い。
　濃度算出部１７４は、相関値算出部１７２により得られた複数のサンプル相関値を用いて測定対象成分の濃度を算出するものである。
　具体的に濃度算出部１７４は、相関値算出部１７２により得られた複数のサンプル相関値と、格納部１７３に格納された複数の単独相関値とに基づいて、測定対象成分の濃度を算出するものである。より詳細には、濃度算出部１７４は、相関値算出部１７２により得られた複数のサンプル相関値と、格納部１７３に格納された複数の単独相関値と、測定対象成分及び各干渉成分それぞれの濃度とからなる連立方程式を解くことにより、測定対象成分の濃度を算出するものである。
　次に、前記各部の詳細説明を兼ねて、この分析装置１００の動作の一例を説明する。以下では、サンプルガス中に１つの測定対象成分（例えばＳＯ２）と１つの干渉成分（例えばＨ２Ｏ）とが含まれる場合を想定している。
＜リファレンス測定＞
　まず、光源制御部１６が、各半導体レーザ１２１～１２４を制御し、変調周波数で且つ測定対象成分の吸収スペクトルのピークを中心に、レーザ光の波長を変調する。なお、スパンガスを用いたリファレンス測定の前に、ゼロガスを用いたリファレンス測定を行い、リファレンス相関値の測定を行ってもよい。
　次に、オペレータにより又は自動的に、セル１１内にスパンガス（成分濃度既知のガス）が導入されて、リファレンス測定が行われる。このリファレンス測定は、測定対象成分が単独で存在するスパンガスと、干渉成分が単独で存在するスパンガスとのそれぞれにおいて行われる。
　具体的には、リファレンス測定において、対数演算部１７１が光検出器１４の出力信号を受信して対数強度Ｌ（ｔ）を算出する。そして、相関値算出部１７２は、その対数強度Ｌ（ｔ）と２つの特徴信号Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）との相関値を算出し、その相関値からリファレンス相関値を差し引いたものをスパンガスの濃度で割ることにより、単位濃度当たりの各スパンガスの相関値である単独相関値を算出する。なお、単位濃度あたりの単独相関値を算出する代わりに、スパンガス濃度と当該スパンガスの単独相関値との関係を記憶させておいても良い。
　具体的には以下の通りである。
　測定対象成分が単独で存在するスパンガスをセル１内に導入することにより、相関値算出部１７２により測定対象成分の相関値Ｓ１ｔ、Ｓ２ｔを算出する（図６参照）。ここで、Ｓ１ｔは、第１の特徴信号との相関値であり、Ｓ２ｔは、第２の特徴信号との相関値である。そして、相関値算出部１６２は、それら相関値Ｓ１ｔ、Ｓ２ｔからリファレンス相関値Ｒｉを差し引いたものを測定対象成分のスパンガス濃度ｃｔで割ることにより、単独相関値ｓ１ｔ、ｓ２ｔを算出する。なお、測定対象成分のスパンガス濃度ｃｔは、予めユーザ等により信号処理部１７に入力される。
　また、干渉成分が単独で存在するスパンガスをセル１内に導入することにより、相関値算出部１７２により干渉成分の相関値Ｓ１ｉ、Ｓ２ｉを算出する（図６参照）。ここで、Ｓ１ｉは、第１の特徴信号との相関値であり、Ｓ２ｉは、第２の特徴信号との相関値である。そして、相関値算出部１７２は、それら相関値Ｓ１ｉ、Ｓ２ｉからリファレンス相関値を差し引いたものを干渉成分のスパンガス濃度ｃｉで割ることにより、単独相関値ｓ１ｉ、ｓ２ｉを算出する。なお、干渉成分のスパンガス濃度ｃｉは、予めユーザ等により信号処理部１７に入力される。
　上記により算出された単独相関値ｓ１ｔ、ｓ２ｔ、ｓ１ｉ、ｓ２ｉは、格納部１７３に格納される。なお、このリファレンス測定は、製品出荷前に行うようにしても良いし、定期的に行うようにしてもよい。
＜サンプル測定＞
　光源制御部１６が、各半導体レーザ１２１～１２４を制御し、変調周波数で且つ測定対象成分の吸収スペクトルのピークを中心に、レーザ光の波長を変調する。
　次に、オペレータにより又は自動的に、セル１１内にサンプルガスが導入されて、サンプル測定が行われる。
　具体的には、サンプル測定において、対数演算部１７１が光検出器１４の出力信号を受信して対数強度Ｌ（ｔ）を算出する。そして、相関値算出部１７２は、その対数強度Ｌ（ｔ）と複数の特徴信号Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）とのサンプル相関値を算出し、その相関値からリファレンス相関値Ｒｉを差し引いたサンプル相関値Ｓ１’、Ｓ２’を算出する（図６参照）。
　そして、濃度算出部１７４は、相関値算出部１７２が算出したサンプル相関値Ｓ１’、Ｓ２’と、格納部１７３の単独相関値ｓ１ｔ、ｓ２ｔ、ｓ１ｉ、ｓ２ｉと、測定対象成分及び各干渉成分それぞれの濃度Ｃｔａｒ、Ｃｉｎｔとからなる以下の二元連立方程式を解く。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　これにより、上式（数２）の連立方程式を解くという簡単かつ確実な演算により、干渉影響が取り除かれた測定対象成分の濃度Ｃｔａｒを決定することができる。
　なお、干渉成分が２以上存在すると想定し得る場合でも、干渉成分の数だけ、単独相関値を追加して、成分種の数と同じ元数の連立方程式を解くことで、同様に干渉影響が取り除かれた測定対象成分の濃度を決定することができる。
　すなわち、一般に測定対象成分と干渉成分を合わせてｎ種のガスが存在する場合、ｍ番目の特徴信号におけるｋ番目のガス種の単独相関値をｓｍｋ、ｋ番目のガス種の濃度をＣｋ、ｍ番目の特徴信号Ｆｍ（ｔ）におけるサンプル相関値をＳｍ’とすると、以下の式（数３）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　この式（数３）で表されるｎ元連立方程式を解くことで、測定対象成分及び干渉成分の各ガスの濃度を決定することができる。
＜第１実施形態の効果＞
　このように構成した本実施形態の分析装置１００であれば、各レーザ１２１～１２４から射出されたレーザ光は最大でも１つの光学素子Ｅ２～Ｅ４しか通過しないので、各レーザ１２１～１２４から射出されたレーザ光の光量低下を防ぐことができる。その結果、光学素子Ｅ２～Ｅ４を通過することにより生じる各レーザ１２１～１２４の光量のばらつきを抑えることができ、分析装置１００における各測定対象成分の測定精度を向上させることができる。またウェッジ付きの光学素子を用いた場合でも各レーザ光は光学素子を１度しか通過しないため、光の屈折による光軸調整の困難さが緩和されている。
＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態に係る分析装置１００について説明する。第２実施形態の分析装置１００は、前記第１実施形態とは信号処理部１７の構成が異なる。
　第２実施形態の信号処理部１７は、図７に示すように、強度比対数算出部１７５、周波数成分抽出部１７６、濃度算出部１７７等からなる。
　強度比対数算出部１７５は、サンプルガスが封入され、その中の測定対象成分による光吸収が生じる状態でのセル１１を透過したレーザ光（以下、透過光ともいう。）の光強度と、光吸収が実質的にゼロ状態でのセル１１を透過したレーザ光（以下、リファレンス光ともいう。）の光強度との比の対数（以下、強度比対数ともいう。）を算出するものである。
　より詳細に説明すると、透過光の光強度及びリファレンス光の光強度のいずれも光検出器１４により測定され、その測定結果データはメモリの所定領域に格納されるところ、強度比対数算出部１７５は、この測定結果データを参照して強度比対数（以下、強度関連信号ともいう。）を算出する。このように本実施形態では、強度関連信号として吸光度信号を用いてもよい。
　しかして、前者の測定（以下、サンプル測定ともいう。）は、当然のことながら、サンプルガスごとに都度行われる。後者の測定（以下、リファレンス測定ともいう。）は、サンプル測定の前後にいずれかに都度行ってもよいし、適宜のタイミングで、例えば１回だけ行い、その結果をメモリに記憶させて各サンプル測定に共通に用いてもよい。
　なお、この実施形態においては、光吸収が実質的にゼロとなる状態とするために、測定対象成分の光吸収がみられる波長帯域において、光吸収が実質的にゼロとなるゼロガス、例えばＮ２ガスをセル１１に封入しているが、その他のガスでもよいし、セル１１内を真空にしても構わない。また、サンプル測定を行うセル１１とは別に参照測定を行うセルを設けて、半導体レーザ１２からの変調光をハーフミラーなどにより分岐させて、２つのセルに導入してもよい。
　周波数成分抽出部１７６は、強度比対数算出部１７５が算出した強度関連信号を、変調周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する正弦波信号（リファレンス信号）でロックイン検波して、当該強度関連信号からリファレンス信号の有する周波数成分を抽出して、同期検波信号を生成するものである。なお、ロックイン検波は、デジタル演算で行ってもよいし、アナログ回路による演算で行ってもよい。また、周波数成分の抽出は、ロックイン検波のみならず、例えばフーリエ級数展開といった方式を用いても構わない。
　濃度算出部１７７は、周波数成分抽出部１７６による同期検波結果に基づいて、測定対象成分の濃度を算出するものである。
　次に、上記各部の詳細説明を兼ねて、この分析装置１００の動作の一例を説明する。
　まず、光源制御部１６が、各半導体レーザ１２１～１２４を制御し、前記変調周波数で、かつ測定対象成分の吸収スペクトルのピークを中心に、レーザ光の波長を変調する。
　次に、オペレータにより又は自動的に、セル１１内にゼロガスが封入されると、これを検知した強度比対数算出部１７５は、リファレンス測定を行う。
　具体的には、ゼロガスがセル１１に封入された状態での光検出器１４からの出力信号を受信し、その値を測定結果データ格納部に格納する。このリファレンス測定における光検出器１４の出力信号の値、すなわちリファレンス光強度を時系列グラフで表すと、図８（ａ）のようになる。すなわち、レーザの駆動電流（電圧）の変調による光出力の変化のみが光検出器１３の出力信号に表れている。
　そこで、オペレータにより又は自動的にセル１１内にサンプルガスが封入されると、強度比対数算出部１７５は、サンプル測定を行う。具体的には、サンプルガスがセル１１に封入された状態での光検出器１４からの出力信号を受信し、その値をメモリの所定領域に格納する。このサンプル測定における光検出器１４の出力信号の値、すなわち透過光強度を時系列グラフで表すと、図８（ｂ）のようになる。変調の半周期ごとに吸収によるピークが現れることがわかる。
　次に、強度比対数算出部１７５は、各測定データを変調周期に同期させ、透過光の光強度と、リファレンス光の光強度との強度比対数（強度関連信号）を算出する。具体的には、以下の式（数４）と均等な演算を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　ここで、Ｄｍ（ｔ）は透過光強度、Ｄｚ（ｔ）はリファレンス光強度、Ａ（ｔ）は強度比対数（強度関連信号）である。この強度関連信号を時間を横軸にとってグラフに表すと図８（ｃ）のようになる。
　このとき、透過光強度とリファレンス光強度との比を算出してからその対数を求めてもよいし、透過光強度の対数及びリファレンス光強度の対数をそれぞれ求め、それらを差し引いても構わない。
　次に、周波数成分抽出部１７６が、強度関連信号を変調周波数の２倍の周波数を有するリファレンス信号でロックイン検波、すなわち、変調周波数の２倍の周波数成分を抽出し、その同期検波信号（以下、ロックインデータともいう。）を、メモリの所定領域に格納する。
　このロックインデータの値が、測定対象成分の濃度に比例した値となり、濃度算出部１７７が、このロックインデータの値に基づいて、測定対象成分の濃度を示す濃度指示値を算出する。
　しかして、このような構成によれば、何らかの要因でレーザ光強度が変動したとしても前述した強度比対数には、一定のオフセットが加わるだけで、波形は変化しない。したがって、これをロックイン検波して算出された各周波数成分の値は変化せず、濃度指示値は変化しないため、精度のよい測定が期待できる。
　その理由を詳細に説明すると以下のとおりである。
　一般的に、強度関連信号Ａ（ｔ）をフーリエ級数展開すると、次式（数５）で表される。
　なお、式（数５）におけるａｎが測定対象成分の濃度に比例する値であり、この値ａｎに基づいて濃度算出部１７７が測定対象成分の濃度を示す濃度指示値を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　ここで、ｆｍは変調周波数であり、ｎは変調周波数に対する倍数である。
　一方、Ａ（ｔ）は、前記式（数１）とも表される。
　次に、測定中に何らかの要因でレーザ光強度がα倍変動した場合の、強度関連信号Ａ’（ｔ）は、以下の式（数６）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　この式（数６）から明らかなように、Ａ’（ｔ）は、レーザ光強度の変動のない場合の強度関連信号Ａ（ｔ）に一定値である－ｌｎ（α）が加わるだけとなり、レーザ光強度が変化しても各周波数成分の値ａｎは変化しないことがわかる。
　よって、変調周波数の２倍の周波数成分の値に基づいて決定している濃度指示値には影響はでない。
　以上が、サンプルガスに測定対象成分以外の干渉成分が含まれていない場合の試料分析装置１００の動作例である。
　次に、測定対象成分のピーク光吸収波長に光吸収を有する１又は複数の干渉成分（例えばＨ２Ｏ）がサンプルガスに含まれている場合の試料分析装置１００の動作例について説明する。
　まず、原理を説明する。
　測定対象成分と干渉成分の光吸収スペクトルは形状が違うため、それぞれの成分が単独で存在する場合の強度関連信号は波形が異なり、各周波数成分の割合が異なる（線形独立）。このことを利用し、測定された強度関連信号の各周波数成分の値と、あらかじめ求めた測定対象成分と干渉成分の強度関連信号の各周波数成分との関係を用いて、連立方程式を解くことにより、干渉影響が補正された測定対象成分の濃度を得ることができる。
　測定対象成分、干渉成分のそれぞれが単独で存在する場合の単位濃度当たりの強度関連信号をそれぞれＡｍ（ｔ）、Ａｉ（ｔ）とし、それぞれの強度関連信号の各周波数成分をａｎｍ、ａｎｉとすると、以下の式（数７、数８）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　測定対象成分、干渉成分の濃度がそれぞれＣｍ、Ｃｉで存在する場合の強度関連信号値Ａ（ｔ）は、各吸光度の線形性により、以下の式（数９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ここで、Ａ（ｔ）のｆｍと２ｆｍの周波数成分をそれぞれａ１、ａ２とすれば、上式（数９）より、以下の連立方程式（数１０）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　測定対象成分、干渉成分のそれぞれが単独で存在する場合の各周波数成分ａｎｍ、ａｎｉ（ｎは自然数、ここではｎ＝１，２）は、あらかじめ、各スパンガスを流して求めておくことができるので、上式（数１０）の連立方程式を解くという簡単かつ確実な演算により、干渉影響が取り除かれた測定対象ガスの濃度Ｃｍを決定することができる。
　上述した原理に基づいて分析装置１００は動作する。
　すなわち、この場合の分析装置１００は、メモリの所定領域に、例えば事前にスパンガスを流して予め測定するなどして、測定対象成分及び干渉成分が単独で存在する場合のそれぞれの強度関連信号の周波数成分ａ１ｍ、ａ２ｍ、ａ１ｉ、ａ２ｉを記憶している。具体的には、前例同様、測定対象成分及び干渉成分それぞれにおいて、測定対象光強度とリファレンス光強度とを測定して、それらの強度比対数（強度関連信号）を算出し、この強度比対数からロックイン検波するなどして周波数成分ａ１ｍ、ａ２ｍ、ａ１ｉ、ａ２ｉを求め、これらを記憶する。なお、前記周波数成分ではなく、単位濃度当たりの強度関連信号Ａｍ（ｔ）、Ａｉ（ｔ）を記憶して、前記式（数７、数８）から周波数成分ａ１ｍ、ａ２ｍ、ａ１ｉ、ａ２ｉを算出するようにしてもよい。
　そして、該分析装置１００は、オペレータからの入力などによって、測定対象成分及び干渉成分を特定する。
　次に、強度比対数算出部１７５が、式（数４）に従って強度比対数Ａ（ｔ）を算出する。
　その後、周波数成分抽出部１７６が、強度比対数を変調周波数ｆｍ及びその２倍の周波数２ｆｍを有するリファレンス信号でロックイン検波して、各周波数成分ａ１、ａ２（ロックインデータ）を抽出し、メモリの所定領域に格納する。
　そして、濃度算出部１７７が、ロックインデータの値ａ１、ａ２及びメモリに記憶された周波数成分ａ１ｍ、ａ２ｍ、ａ１ｉ、ａ２ｉの値を前記式（数１０）に当てはめ、あるいはこれと均等な演算を行って、干渉影響が取り除かれた測定対象ガスの濃度を示す濃度（又は濃度指示値）Ｃｍを算出する。このとき、各干渉成分の濃度（又は濃度指示値）Ｃｉを算出してもよい。
　なお、干渉成分が２以上存在すると想定し得る場合でも、干渉成分の数だけ、より高次の周波数成分を追加して、成分種の数と同じ元数の連立方程式を解くことで、同様に干渉影響が取り除かれた測定対象成分の濃度を決定することができる。
　すなわち、一般に測定対象成分と干渉成分を合わせてｎ種のガスが存在する場合、ｋ番目のガス種のｉ×ｆｍの周波数成分を、ａｉｋ、ｋ番目のガス種の濃度をＣｋとすると、以下の式（数１１）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　この式（数１１）で表されるｎ元連立方程式を解くことで、測定対象成分及び干渉成分の各ガスの濃度を決定することができる。
　またｎより大きい次数の高調波成分も追加して、ガス種の数より大きい元数の連立方程式を作り、最小二乗法で、各ガス濃度を決定してもよく、こうすることで、より測定ノイズに対しても誤差の小さい濃度決定が可能となる。
＜その他の実施形態＞
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、光学系１３に関して言えば、第１反射ミラーを用いることなく、図９に示すように、第１光源１２１の光を第２光学素子Ｅ２に直接照射するようにしてもよいし、２つ以上の反射ミラーを用いて第２光学素子Ｅ２に照射するようにしても良い。
　また、光学系１３において、図１０に示すように、セル１１までの光路が最も短い光源（前記実施形態では第４光源１２４）に対応する第４反射ミラーＭ４を用いない構成としても良い。この場合、第４光学素子Ｅ４により反射された第１～第３光源１２１～１２３の光及び第４光学素子Ｅ４を透過した第４光源１２４の光を直接セル１１に照射する構成となる。
　前記実施形態では、４つの光源を有する構成であったが、３つ以上の光源を有するものであれば良い。
　３つの光源を有する構成において光学系１３を最も簡単にする構成としては、図１１に示すものが考えられる。この光学系１３は、第１光源１２１の光を反射するとともに、第２光源１２２の光を透過する第２光学素子Ｅ２と、第２光学素子Ｅ２を反射した第１光源１２１の光及び透過した第２光源１２２の光を反射するとともに、第３光源１２３の光を透過する第３光学素子Ｅ３とを有する。そして、第３光学素子Ｅ３を反射した第１光源１２１の光及び第２光源１２２の光並びに第３光学素子を透過した第２光源１２２の光は、セル１１に照射される。
　前記実施形態の測定原理の他に、分析装置１００は例えばＮＤＩＲ法、ＦＴＩＲ法やＮＤＵＶ法を用いたものであっても良い。
　例えば、前記第１実施形態の対数演算部１６１は、光検出器１３の光強度信号を対数演算するものであったが、光検出器１３の光強度信号を用いて、サンプル光の強度とリファレンス光である変調光の強度との比の対数（いわゆる吸光度）を算出するものであってもよい。このとき、対数演算部１６１は、サンプル光の強度の対数を演算し、リファレンス光の強度の対数を演算した後にそれらを差し引くことで吸光度を算出しても良いし、サンプル光の強度とリファレンス光の強度との比を求めた後にその比の対数を取ることで吸光度を算出してもよい。
　また、前記第１実施形態の相関値算出部６２は、強度関連信号と特徴信号との相関値を算出するものであったが、強度関連信号と特徴信号との内積値を算出するものであってもよい。
　また、前記第１実施形態では、格納部１７３はリファレンス相関値を用いて補正した単独相関値を格納するものであったが、格納部１７３に補正前の単独相関値を格納しておき、濃度算出部１７４が、補正前の単独相関値からリファレンス相関値を差し引いた上で、単位濃度当たりに換算する補正をした単独相関値を求める構成としても良い。
　複数の特徴信号は、前記第１実施形態に限られず、互いに異なる関数であれば良い。また、特徴信号として、例えば濃度既知のスパンガスを流して得られた光強度や対数強度又は吸光度の波形（実測スペクトル）を示す関数を用いてもよい。また、１つの測定対象成分の濃度を測定する場合には、特徴信号は少なくとも１つあれば良い。
　前記実施形態の光源制御部１６は半導体レーザを連続発振（ＣＷ）させるものであったが、図１２に示すように、疑似連続発振（疑似ＣＷ）させるものであってもよい。この場合、光源制御部１６は、電流（又は電圧）制御信号を出力することによって各半導体レーザ１２１～１２４の電流源（又は電圧源）を制御して、電流源（又は電圧源）の駆動電流（駆動電圧）をパルス発振させるための所定のしきい値以上とする。具体的に光源制御部１６は、所定の周期（例えば１～５ＭＨｚ）で繰り返される所定のパルス幅（例えば１０～５０ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５％）のパルス発振で疑似連続発振させるものである。そして、光源制御部１６は、電流源（又は電圧源）の駆動電流（駆動電圧）を前記パルス発振用のしきい値未満である波長掃引用の値で、所定周波数で変化させることにより温度変化を発生させてレーザ光の発振波長の掃引を行うものである。駆動電流を変調させる変調信号としては、三角波状、鋸波状又は正弦波状で変化するとともに、その周波数は例えば１～１００Ｈｚである。
　このように半導体レーザ１２１～１２４を疑似連続発振させて光検出器１４により得られる光強度信号は、図１３のようになる。このようにパルス列全体で吸収スペクトルを取得することができる。疑似連続発振は連続発振に比べて光源の消費電力が小さく排熱処理も容易となり、さらに光源の長寿命化もできる。
　このとき、光源制御部１６は、複数の半導体レーザ１２１～１２４がそれぞれ異なる測定対象成分に対応した発振波長となるように制御するとともに、互いに同じ発振周期で且つそれらの発振タイミングが互いに異なるようにパルス発振する。
　具体的に光源制御部１６は、電流（又は電圧）制御信号を出力することによって各半導体レーザ１２１～１２４の電流源（又は電圧源）を制御する。本実施形態の光源制御部１６は、図４に示すように、各半導体レーザ１２１～１２４を、所定の周期（例えば１～５ＭＨｚ）で繰り返される所定のパルス幅（例えば１０～１００ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５％）のパルス発振で疑似連続発振（疑似ＣＷ）させるものである。
　また、光源制御部１６は、図１２に示すように、電流源（又は電圧源）の駆動電流（駆動電圧）を所定周波数で変化させることにより温度変化を発生させてレーザ光の発振波長の掃引を行うものである。各半導体レーザにおけるレーザ光の発振波長は、図４に示すように、測定対象成分の光吸収スペクトルのピークを中心にして変調される。駆動電流を変化させる変調信号としては、三角波状、鋸波状又は正弦波状で変化するとともに、その周波数が例えば１～１００Ｈｚの信号である。なお、図１２には、変調信号が三角波状で変化する例を示している。
　このように１つの半導体レーザ２を疑似連続発振させて光検出器３により得られる光強度信号は、図１３のようになる。このようにパルス列全体で吸収スペクトルを取得することができる。
　また、光源制御部５は、複数の半導体レーザ２を互いに異なるタイミングでパルス発振する。具体的には、図１４に示すように、複数の半導体レーザ２が順次パルス発振し、１つの半導体レーザ２におけるパルス発振の１周期内にその他の半導体レーザ２それぞれの１パルスが含まれる。つまり、１つの半導体レーザ２の互いに隣り合うパルス内にその他の半導体レーザ２それぞれの１パルスが含まれる。このとき、複数の半導体レーザ２のパルスは、互いに重複しないように発振される。
　そして、この信号処理装置１５は、図１５に示すように、光検出器１４により得られた光強度信号から半導体レーザ１２１～１２４毎の信号を分離する信号分離部１８を更に備えている。
　信号分離部１８は、光検出器１４により得られた光強度信号から、複数の半導体レーザ１２１～１２４それぞれの信号を分離するものである。本実施形態の信号分離部１８は、複数の半導体レーザ１２１～１２４それぞれに対応して設けられた複数のサンプルホールド回路と当該サンプルホールド回路により分離された光強度信号をデジタル変換するＡＤ変換器とを有している。なお、サンプルホールド回路及びＡＤ変換器は、複数の半導体レーザ１２１～１２４に共通の１つのものとしても良い。
　サンプルホールド回路は、図１４に示すように、対応する半導体レーザ１２１～１２４の電流（又は電圧）制御信号と同期されたサンプリング信号により、半導体レーザ１２１～１２４のパルス発振のタイミングと同期したタイミングで、光検出器１４の光強度信号から、対応する半導体レーザ１２１～１２４の信号を分離して保持する。サンプルホールド回路は、半導体レーザ１２１～１２４のパルス発振の後半部分に対応する信号を分離して保持するように構成されている。この信号分離部１８により分離された各半導体レーザ１２１～１２４の複数の信号を集めることにより１つの光吸収信号となり、１つの半導体レーザ１２１～１２４を疑似連続発振させた場合に得られる光吸収信号よりも波長分解能の良い光吸収信号を得ることができる。ここで、パルス内の吸収変化位置が変調信号により変化するので、パルス発振に対して同じタイミングで信号を採取することで、波形を再現できる。また、サンプルホールド回路によりパルス発振の一部分に対応する信号を分離しているので、ＡＤ変換器は処理速度の遅いものであってもよい。各半導体レーザ１２１～１２４毎に得られた複数の光吸収信号を時間平均して用いても良い。
　このように信号分離部１８により分離された各半導体レーザ１２１～１２４の吸収信号を用いて信号処理部１７は、各半導体レーザ１２１～１２４に対応する測定対象成分の濃度を算出する。なお、信号処理部１７による測定対象成分の濃度の算出は前記実施形態と同様である。
　また、サンプルガスは、排ガスのみならず大気などでもよいし、液体や固体でも構わない。その意味では、測定対象成分もガスのみならず液体や固体でも本発明を適用可能である。
　光源も、半導体レーザに関わらず、他のタイプのレーザでもよいし、測定精度を担保するに十分な半値幅をもつ単波長光源であって、波長変調さえできるものなら、どのような光源を用いてもよい。また、測定対象を貫通透過した光の吸光度のみならず、反射による吸光度算出にも用いることができる。
　その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
　本発明によれば、３つ以上の光源からセルに光を照射する分析装置において、各光源の光量低下を防止することができる。

Claims (11)

  1. 　サンプルが導入されたセルに光を照射し、当該セルを透過した光を検出して、前記サンプル中に含まれる測定対象成分を分析する分析装置であって、
    　少なくとも第１光源、第２光源及び第３光源を含む複数の光源と、
    　前記各光源の光を前記セルに導く光学系とを備え、
    　前記光学系は、
    　前記第１光源の光を反射するとともに、前記第２光源の光を透過する第２光源用光学素子と、
    　前記第２光源用光学素子を反射した前記第１光源の光及び透過した前記第２光源の光を反射するとともに、前記第３光源の光を透過する第３光源用光学素子とを備える、分析装置。
  2. 　前記各光学素子の少なくとも１つがウェッジ付きの光学素子である、請求項１記載の分析装置。
  3. 　前記第２光源用光学素子を反射した前記第１光源の光及び透過した前記第２光源の光を反射する第２光源用反射ミラーをさらに備え、
    　前記第３光源用光学素子は、前記第２光源用反射ミラーを反射した前記第１光源の光及び前記第２光源の光を反射するものである、請求項１又は２記載の分析装置。
  4. 　前記光学系は、前記第１光源の光を反射する第１光源用反射ミラーをさらに備え、
    　前記第２光源用光学素子は、前記第１光源用反射ミラーを反射した前記第１光源の光を反射するものである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の分析装置。
  5. 　前記光学系は、前記第３光源用光学素子を反射した前記第１光源の光及び前記第２光源の光並びに透過した前記第３光源の光を反射する第３光源用反射ミラーをさらに備える、請求項１乃至４の何れか一項に記載の分析装置。
  6. 　前記各反射ミラー及び前記各光学素子は、反射する光の入射角度が４５度未満となるように配置されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の分析装置。
  7. 　前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源は、射出する光の波長が互いに異なる、請求項１乃至６の何れか一項に記載の分析装置。
  8. 　前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源は、射出する光の波長が短い順に配置され、
    　前記第２光源用光学素子は、前記第２光源の波長以上の光を透過させるものであり、
    　前記第３光源用光学素子は、前記第３光源の波長以上の光を透過させるものである、請求項１乃至７の何れか一項に記載の分析装置。
  9. 　前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源は、射出する光の波長が長い順に配置され、
    　前記第２光源用光学素子は、前記第２光源の波長以下の光を透過させるものであり、
    　前記第３光源用光学素子は、前記第３光源の波長以下の光を透過させるものである、請求項１乃至７の何れか一項に記載の分析装置。
  10. 　前記セルを透過した光の強度を検出する光検出器と、
    　前記光検出器により検出された光の強度に関連する強度関連信号と、当該強度関連信号と所定の相関が得られる特徴信号との相関値を算出する相関値算出部と、
    　前記相関値を用いて前記測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部とを備える、請求項１乃至９の何れか一項に記載の分析装置。
  11. 　前記各光源は、所定の変調周波数で変調された変調光を射出するものであり、
    　前記分析装置は、
    　前記セルを透過した光の強度を検出する光検出器と、
    　前記光検出器により検出された光の強度に関連する強度関連信号から、前記変調周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数成分を抽出する周波数成分抽出部と、
    　前記周波数成分抽出部による周波数成分抽出結果に基づいて、前記測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部とをさらに備える、請求項１乃至９の何れか一項に記載の分析装置。
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