光熱変換測定装置及び同装置に用いられる試料収容器
【課題】簡単かつ低コストの構成で、試料に対する励起光の照射効率を高めて光熱変換測定の精度の向上を測る。
【解決手段】試料Ｓに励起光を入射して光熱効果を生じさせるにあたり、試料Ｓを収容するための試料収容器５０に励起光反射体５６を設ける。この励起光反射体５６は、試料収容空間を外側から囲み、この試料収容空間から散乱しようとする励起光を反射させて同空間内に再入射する。
【解決手段】試料Ｓに励起光を入射して光熱効果を生じさせるにあたり、試料Ｓを収容するための試料収容器５０に励起光反射体５６を設ける。この励起光反射体５６は、試料収容空間を外側から囲み、この試料収容空間から散乱しようとする励起光を反射させて同空間内に再入射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種試料の含有物質の分析等に用いられる光熱変換測定技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種試料の含有物質の分析等を行う手段として、光熱効果、すなわち、試料に励起光を照射したときにその照射部位が前記励起光を吸収して発熱する効果を利用した光熱変換測定が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、液体の試料に励起光を照射して前記光熱効果を生じさせるとともに、その発熱量を光学的な測定装置により測定するものが開示されている。この測定装置は、前記の液体試料に前記励起光とは別の測定光を透過させ、この測定光の屈折率の変化から前記光熱効果による発熱量を測定するものである。ここで、前記屈折率は前記測定光の位相変化から求められ、その位相変化は光干渉法により測定される。
【特許文献１】特開２００４−３０１５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記の光熱変換測定装置において、その測定精度を高めるためには、前記励起光による光熱効果を向上させることが重要である。その手段として、前記励起光を増強することが考えられるが、その場合、励起光照射のための光学系が大掛かりで高価なものとなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、簡単かつ低コストの構成で、試料に対する励起光の照射効率を高めて測定精度の向上を測ることができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置に用いられる試料収容器であって、前記試料を収容するための試料収容空間を囲み、かつ、この試料収容空間内に前記励起光を入射するための入射口を有する容器体と、前記試料収容空間をこの試料収容空間内での前記励起光の光軸方向と略直交する方向から囲み、当該試料収容空間から到来する励起光をこの試料収容空間側に反射させる励起光反射体とを備えるものである。
【０００７】
また本発明は、試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置であって、前記試料収容器と、この試料収容器の試料収容空間内に収容される試料に対して当該試料収容器の入射口から前記励起光を入射する励起光入射光学系と、前記試料に前記励起光とは別の測定光を透過させてこの透過した測定光の位相変化を測定する測定装置とを備えるものである。
【０００８】
以上の構成によれば、前記試料収容器の試料収容空間内に入射される励起光のうち、当該試料収容空間からその外に散乱しようとする光は当該試料収容空間を囲む励起光反射体で反射して前記試料収容空間内に再入射されるので、前記試料収容空間内に収容される試料に対する前記励起光の照射効率が高められる。従って、この励起光を特に増強させなくても当該励起光による試料の光熱効果を高めることができる。
【０００９】
ここで、前記励起光反射体は、前記試料収容空間内での前記励起光の光軸方向について前記試料収容空間の一部のみを覆うものでもよいが、同空間の全域を覆うものであれば、前記励起光の照射効率がより高められる。
【００１０】
前記励起光反射体は前記試料収容空間を囲む前記容器体の内側面上にあることが、好ましい。あるいは、前記容器体のうち前記試料収容空間に面する部分の少なくとも一部が前記励起光を透過させる透光体であり、この透光体を挟んで前記試料収容空間と反対の側に前記励起光反射体が位置する試料収容器でもよい。後者のものでは、前記励起光反射体と前記試料収容空間内の試料とが直接接触することが阻止される。従って、当該接触による不都合、例えば励起光反射体の劣化や試料の特性に対する影響等を回避することができる。また、前記試料収容空間を囲む容器体の内径が非常に小さくてその容器体の内側面上に励起光反射体を配することが困難な場合でも、当該励起光反射体による励起光の反射が可能になる。
【００１１】
さらに、前記容器体が、前記透光体を含みかつ前記試料収容空間を囲む内側容器と、この内側容器の外側に位置する外側容器とを備え、この外側容器の内側に前記内側容器が着脱可能に挿入されるとともに、当該外側容器の内側面のうち前記内側容器の前記透光体に対向する面に前記励起光反射体が設けられているものであれば、外側容器は設置したまま当該外側容器に対して前記内側容器を挿脱するだけで、試料の交換ができる。従って、複数種の試料についての測定を効率よく行うことができる。
【００１２】
本発明において、前記試料収容空間の形状は適宜設定可能である。そのうち、特に、前記試料収容空間が同空間内に入射される励起光の光軸方向と平行な方向に延びる形状が好ましい。この試料収容器を用い、前記励起光及び前記測定光を前記試料収容空間内の試料に対してその試料収容空間の長手方向に沿う方向に同軸で入射すれば、前記容器体の容積を特に大きくすることなく、前記試料内での前記励起光及び前記測定光の光路長を伸ばすことができ、これによって測定精度のさらなる向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、試料収容空間から外向きに散乱しようとする励起光を励起光反射体で反射させて前記試料収容空間内に再入射することにより、簡単かつ低コストの構成で、試料に対する励起光の照射効率を高めて光熱効果の向上ひいては測定精度の向上を測ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光熱変換測定装置の例を示す。この装置は、励起光入射光学系（以下、単に「励起系」と称する。）１０と、測定系（測定装置）２０と、試料収容部４０とを備える。そして、この試料収容部４０に図２等に示される試料収容器５０がセットされ、その収容器５０内に色素水溶液やエタノール等の対象試料Ｓがセットされる。
【００１６】
前記励起系１０は、前記試料収容部４０に励起光を入射するためのものであり、励起光源１２と、分光機構１４と、変調機構１６と、光案内部１８とを備える。前記励起光源１２としては、例えば白色光を出力するキセノンランプが好適である。この励起光源１２から発せられる光は前記分光機構１４で分光され、前記変調機構１６で周期的に変調されて測定に好適な励起光となる。この励起光が前記光案内部（例えばコリメート機構やライトガイド）１８を通じて前記試料収容部４０内の試料に照射されることにより、当該試料が当該励起光を吸収して発熱し、その温度変化によって当該試料の屈折率が変化する。
【００１７】
前記測定系２０は、前記試料の屈折率を測定するための測定光を前記試料Ｓに照射し、かつ、その測定光から前記屈折率を測定するものである。この実施の形態では、前記測定系２０は、測定光源２２と必要な光学系、さらには光検出器３６、信号処理装置３８を備えている。
【００１８】
前記測定光源２２は、例えば出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ発生器からなり、この測定光源２２から照射される光は、図１に示されるように、λ／２波長板２３で偏光面の調節を受けた後、偏光ビームスプリッタ２４によって互いに直交する偏光Ｌ１，Ｌ２に２分される。
【００１９】
前記偏光Ｌ１は、参照光として用いられるもので、音響光学変調機２５Ａによって光周波数のシフト（周波数変換）を受けた後、ミラー２６Ａで反射して偏光ビームスプリッタ２８に入力される。また、前記偏光Ｌ２は、測定光として用いられるもので、音響光学変調機２５Ｂによって光周波数のシフト（周波数変換）を受けた後、ミラー２６Ｂで反射して前記偏光ビームスプリッタ２８に入力され、このスプリッタ２８で前記偏光Ｌ１と合成される。
【００２０】
なお、前記の互いに直交する２偏光Ｌ１、Ｌ２の周波数差ｆｂは、例えば、３０ＭＨｚ程度が好適である。
【００２１】
前記偏光Ｌ１は、前記偏向ビームスプリッタ３０をそのまま透過してミラー３４で１８０°反射することにより前記偏光ビームスプリッタ３０に戻る。このとき、前記偏光ビームスプリッタ３０と前記ミラー３４との間には１／４波長板３３が介在していてこの１／４波長板３３を前記偏光Ｌ１が往復で通過するため、この偏光Ｌ１の偏光面は９０°回転する。従って、前記偏光ビームスプリッタ３０に戻った偏光Ｌ１は前記試料収容部４０と反対の側に９０°反射する。この偏光Ｌ１は、偏光板３５を通じて光検出器３６に入力される。
【００２２】
一方、前記偏光Ｌ２は、前記偏光ビームスプリッタ３０で前記試料収容部４０側に９０°反射され、１／４波長板３２を通じて試料収容部４０へ導かれる。この偏光Ｌ２は後述のように試料に入射され、さらに１８０°反射して、前記１／４波長板３２を通じて前記偏光ビームスプリッタ３０に戻る。この偏光Ｌ２は、前記１／４波長板３２の往復透過によってその偏光面が９０°回転した状態にあるので、今度は当該偏光ビームスプリッタ３０をそのまま透過して前記偏光Ｌ２と合流し、前記偏光板３５および前記光検出器３６へ向かう。
【００２３】
前記偏光板３５では、前記偏光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ参照光及び測定光として互いに干渉し、その干渉光の光強度が前記光検出器３６によって電気信号（検出信号）に変換される。前記信号処理装置３８は、前記検出信号に基づいて前記偏光Ｌ２（測定光）の位相変化を演算する。これにより、光干渉法による位相変化の測定が達成される。
【００２４】
ここで、前記干渉光強度Ｓ１は、次の（１）式で表される。
【００２５】
Ｓ１＝Ｃ１＋Ｃ２・ｃｏｓ（２π・ｆｂ・ｔ＋φ） …（１）
同式において、Ｃ１、Ｃ２は前記偏光ビームスプリッタ等の光学系や試料Ｓの透過率により定まる定数、φは前記偏光Ｌ１，Ｌ２の光路長差による位相差、ｆｂは２偏光Ｌ１，Ｌ２の周波数差である。この（１）式より、前記干渉光強度Ｓ１の変化（前記励起光を照射しない或いはその光強度が小さいときとその光強度が大きいときとの差）から、前記位相差φの変化が求まることがわかる。前記信号処理装置３８は、（１）式に基づいて前記位相差φの変化を算出する。
【００２６】
なお、前記励起光Ｌｅの強度が例えばチョッパの回転により周波数ｆで周期的に強度変調されていると、試料Ｓの屈折率も前記周波数ｆで変化し、測定光Ｌ２の光路長も前記周波数ｆで変化し（参照光Ｌ１の光路長は一定）、前記位相差φも周波数ｆで変化する。従って、前記位相差φの変化を前記周波数ｆの成分（前記励起信号の強度変調周期と同周期成分）について測定（算出）すれば、周波数ｆの成分を有しないノイズの影響を除去しつつ試料Ｓの屈折率変化のみを測定することが可能である。この測定は、前記位相差φの測定のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００２７】
また、前記励起光源１２にレーザダイオードやＬＥＤなどが用いられる場合、その励起光源１２の電源を電気回路でコントロールすることにより前記変調を行うことも可能である。
【００２８】
次に、前記試料収容部４０の構成を図２（ａ）を参照しながら説明する。この試料収容部４０は、集光レンズ４２及びダイクロイックミラー４４と、本発明に係る試料収容器５０とを備えている。
【００２９】
前記集光レンズ４２は、前記励起系１０から導入される励起光Ｌｅを集光して前記試料収容器５０に収容された試料Ｓに入射する。前記ダイクロイックミラー４４は、前記集光レンズ４２と前記試料収容器５０との間に位置し、前記集光レンズ４２により集光される励起光Ｌｅをそのまま透過させる。その一方で、このダイクロイックミラー４４は、前記測定系２０から前記励起光Ｌｅと直交する方向に導入される偏光Ｌ２（以下「測定光Ｌ２」と称する。）を９０°反射させて前記励起光Ｌｅと同軸で前記試料Ｓに入射する。
【００３０】
なお、前記励起系１０から導入される励起光Ｌｅは図２（ａ）に示されるようにそのまま集光レンズ４２に照射されてもよいし、同図（ｂ）に示されるような反射体４６での反射により前記集光レンズ４２に導かれてもよい。後者の場合、前記反射体４６に回折格子を用いると、前記励起光Ｌｅの分光を同時に行うことも可能になる。
【００３１】
次に、前記試料収容器５０の具体的な構造を図３を参照しながら説明する。
【００３２】
この試料収容器５０は、円筒状の周壁５４と、この周壁５４の一方の開口を塞ぐ底壁５２とを有し、前記周壁５４の内側に、試料Ｓを収容するための試料収容空間が形成されている。すなわち、前記周壁５４及び底壁５２は、前記試料収容空間を囲む容器体を構成する。前記試料収容空間は、前記底壁５２と反対の側（図では右側）に開放され、その開口が前記励起光Ｌｅ及び前記測定光Ｌ２の入射口５５になっている。
【００３３】
この実施の形態では、前記試料収容空間が前記周壁５４の中心軸と平行な方向に延びる円柱状をなしている。そして、この試料収容空間の長手方向が前記励起光Ｌｅ及び前記測定光Ｌ２の光軸方向と合致する姿勢で試料収容器５０が設置されている。
【００３４】
この試料収容器５０の設置姿勢は特に限定されない。図示のように開口（入射口５５）が側方や下方を向く姿勢では、前記試料収容空間から試料Ｓが流出しないように、前記入射口を透光材からなる蓋で塞ぐようにすればよい。これに対し、前記入射口が上を向く場合には前記蓋を省略してもよい。
【００３５】
図に示される試料収容器５０の特徴として、前記試料収容空間を囲む前記周壁５４の内周面及び前記底壁５４の内側面（底面）上に薄膜の励起光反射体５６が形成されている。この励起光反射体５６は、前記試料収容空間内から到来する励起光Ｌｅをこの試料収容空間側に（すなわち試料収容器内側に）反射させるものであればよく、その具体的な材質は限定されない。好適な例としては、アルミニウムや金などからなる薄膜、誘電多層膜、その他屈折率の低い材料からなる膜が挙げられる。
【００３６】
この励起光反射体５６は、少なくとも周壁５４の内周面に形成されていればよい。しかし、この励起光反射体５６が図示のように底壁５４の内側面にも形成されていて前記測定光Ｌ２を反射するものであれば、この測定光Ｌ２が試料収容空間内を往復して試料Ｓを透過するため、その実光路長は前記周壁５４の軸長の約２倍となる。従って、試料収容器５０の容積を小さく抑えながら大きな光路長を稼ぐことが可能になる。
【００３７】
次に、この光熱変換測定装置の作用を説明する。
【００３８】
まず、前記励起系１０から前記試料収容部４０に照射される励起光Ｌｅは、集光レンズ４２で集光されて試料収容器５０の入射口５５からその試料収容空間内に入射され、この試料収容空間内に収容されている試料Ｓを透過する。このとき、試料Ｓの所定の含有物質が前記励起光Ｌｅを吸収して発熱する（光熱効果）。従って、この発熱量は前記試料Ｓ中の前記含有物質の含有量に応じて変化する。
【００３９】
しかも、前記励起光Ｌｅのうち、前記試料収容空間からその外に散乱しようとする光は、当該試料収容空間を囲む励起光反射体５６で内側に反射し、前記試料収容空間内に再入射される。従って、この試料収容空間内の試料Ｓに対する前記励起光Ｌｅの照射効率が高められる。つまり、この励起光を特に増強させなくても当該励起光による試料の光熱効果を高めることができる。
【００４０】
一方、前記測定光２０から試料収容部４０に導入される測定光Ｌ２は、ダイクロイックミラー４４で９０°反射することにより、前記励起光Ｌｅと同軸で前記入射口５５から前記試料収容空間内に入射される。このとき、前記光熱効果による発熱の量に応じて前記試料Ｓでの屈折率が変わり、該屈折率に応じて前記位相差φが変わっているので、当該発熱の量に応じて前記測定系２０に戻る測定光Ｌ２とこの測定系２０における前記参照光Ｌ１との干渉光強度が変わる。この干渉光強度が前記測定系２０にて測定されることにより、前記試料Ｓの温度変化により生じる前記測定光Ｌ２の屈折率の変化が求められ、その結果、試料の含有物質の量（濃度）の分析が可能となる。
【００４１】
この装置において、励起光反射体５６の存在によって試料Ｓへの励起光Ｌｅの照射効率が高められることは、その分前記試料Ｓ中の特定物質による光熱効果が高まることを意味し、これは測定精度（感度）の向上につながる。また、図３に示されるように、前記励起光Ｌｅと同軸に前記測定光Ｌ２が試料収容空間内に入射される装置において、この試料収容空間が両光Ｌｅ，Ｌ２の光軸方向と平行な方向に延びる形状を有するものでは、試料収容器５０の全体の著しい大型化を伴わずに、前記試料Ｓ内での前記測定光Ｌ２の光路長が有効に増え、当該測定光Ｌ２による測定感度をさらに高めることが可能になる。
【００４２】
ここで、前記励起光反射体５６の配設領域は適宜設定可能である。例えば、前記励起光反射体５６は、前記励起光Ｌｅの光軸方向について前記試料収容空間の一部のみを覆うものでもよい。具体的には、同方向に間欠的に配されたものでもよいし、入射口に近い側の領域のみ、あるいは試料収容空間の奥側の領域のみに設けられたものでもよい。ただし、図示のように励起光反射体５６が試料収容空間の全域を覆うものであれば、前記励起光の照射効率がより高められる。
【００４３】
また、前記励起光反射体５６は必ずしも容器体の内側面上にあるものに限られない。例えば、前記容器体のうち前記試料収容空間に面する部分の少なくとも一部が前記励起光を透過させる透光体であり、この透光体を挟んで前記試料収容空間と反対の側に前記励起光反射体が位置するようにしてもよい。このような構成の試料収容器であれば、前記励起光反射体と前記試料収容空間内の試料とが直接接触することが阻止されるため、当該接触による不都合、例えば励起光反射体の劣化等の不都合を回避することができる。
【００４４】
その例を第２の実施の形態として図４に示す。図示の試料収容器５０では、前記底壁５２及び前記周壁５４が外側容器を構成し、その内側面に前記第１の実施の形態と同様に励起光反射体５６が設けられるのに加え、この外側容器の内側に挿入される内側容器５８が備えられている。
【００４５】
この内側容器５８は、例えば石英やＰＤＭＳ（ポリジメチルシロサキン）のような透光材（特に紫外光透過性の高い材料）からなり、前記外側容器の内側にほぼ隙間なく着脱可能に挿入される外形を有している。すなわち、前記励起光反射体５６の表面形状と略同等の外面形状を有している。換言すれば、前記外側容器の内側面のうち前記内側容器５８に対向する面に前記励起光反射体５６が設けられた状態となっている。
【００４６】
前記内側容器５８は、前記外側容器の内側空間よりも一回り小さい試料収容空間を囲む形状であって、その試料収容空間内に前記励起光Ｌｅを入射するための入射口５５をもつ形状を有している。つまり、前記外側容器を一回り小さくした形状を有し、この外側容器と同じ向きに開口する（励起光入射側に開口する）姿勢で当該外側容器内に挿入される。
【００４７】
この試料収容器５０においても、その内側容器５８が囲む試料収容空間内に試料Ｓを収容してその試料収容空間内に前記入射口５５から前記励起光Ｌｅ及び前記測定光Ｌ２を入射することにより、前記第１の実施の形態と同様の光熱変換測定を行うことができる。また、前記試料収容空間に入射される励起光Ｌｅのうち同空間からその外側に散乱しようとする光は、前記透光材からなる内側容器５８を透過してその外側の励起光反射体５６で反射され、再び前記試料収容空間内に入射されるので、前記第１の実施の形態と同様に励起光の入射効率を高めることができる。
【００４８】
さらに、この試料収容器５０では、前記励起光反射体５６と前記試料Ｓとが直接接触するのを阻止しながら前記励起光Ｌｅの入射効率を高めることができる。
【００４９】
また、試料Ｓを交換する場合には内側容器５８を着脱するだけでよく、外側容器及び励起光反射体５６はそのままの状態で繰返し使用することができる。従って、複数種の試料についての測定を効率よく行うことができる。また、前記内側容器５８には、市販の比較的安価な透明セルを使用することも可能である。
【００５０】
本発明に係る試料収容器は、その容器体が複数の試料収容空間を囲むものであってもよい。また、その容器体の一部が導光機能を有するものであってもよい。その例を第３の実施の形態として図５（ａ）（ｂ）に示す。
【００５１】
同図に示される試料収容器６０の容器体は、本体板６２と、左右一対のプリズム６３，６４と、蓋板６５とで構成されている。
【００５２】
前記本体板６２の上面には、複数本の試料収容空間形成用の溝６２ａが形成されている。前記各溝６２ａは、例えば正方形または矩形の断面形状を有し、前記本体板６２の左端から右端に至るまで延び、これらの溝６２ａが互いに平行な姿勢で前後方向（図５（ａ）では上下方向）に配列されている。そして、これらの溝６２ａを上から覆うように前記蓋板６５が前記本体板６２の上に重ね合わされる。
【００５３】
さらに、前記各溝６２ａの内側面及び前記蓋板６５の下面はそれぞれ励起光反射体６６によりコーティングされ、この励起光反射体６６が前記各溝６２に対応する試料収容空間をその軸方向と直交する方向から囲む配置となっている。
【００５４】
前記プリズム６３，６４は、前記各溝６２ａに対応する試料収容空間（すなわち前記本体板６２と前記蓋板６５とにより囲まれる試料収容空間）の左右両端を塞ぐようにこれら本体板６２及び蓋板６５の左右端面に接合される。具体的に、前記各プリズム６３，６４は二等辺三角形状の断面を有し、その等辺のうちの一方の等辺に相当する面（水平面）が前記蓋板６５の上面と面一となる高さ位置で、その他方の等辺に相当する面（垂直面）が前記両板６２，６５の端面に接合されている。
【００５５】
さらに、前記各プリズム６３，６４において、前記二等辺三角形の斜辺に相当する斜面はそれぞれ測定光反射膜６３ａ，６４ａによりコーティングされている。これらの測定光反射膜６３ａ，６４ａは、前記励起光Ｌｅは透過させて前記測定光Ｌ２のみを反射させるもので、例えば誘電多層膜が好適である。この誘電多層膜としては、例えば前記測定光Ｌ２がＨｅ−Ｎｅレーザの場合、金属酸化膜の多層膜等が好適である。
【００５６】
この試料収容器６０は、その各試料収容空間の軸方向が前記励起系１０からの励起光Ｌｅの光軸と平行となる姿勢で、かつ、その励起系１０側に前記プリズム６４が向く向きで、試料収容部４０に設置される。また、測定系２０は、前記試料収容器６０に対してそのプリズム６３の上面に測定光Ｌ２を入射する。そして、この測定光Ｌ２が前記プリズム６３の測定光反射膜６３ａで反射することにより前記各試料収容空間内にその軸方向（長手方向）に沿って入射され、かつ、これらの試料収容空間から出た測定光Ｌ２が前記プリズム６４の測定光反射膜６４ａで反射して前記測定系２０に戻されるように、前記測定光Ｌ２の入射位置が設定されている。
【００５７】
この構成においても、前記励起系１０から試料収容部４０に導入される励起光Ｌｅが集光レンズ４２で集光され、プリズム６４を通じて前記各試料収容空間内の試料Ｓに入射され、この試料Ｓの光熱効果を引き起こす。この励起光Ｌｅのうち前記各試料収容空間から外に散乱しようとする光は、前記本体板６２及び蓋板６５の表面に形成された励起光反射体６６で反射する。すなわち、前記試料収容空間内に再入射される。
【００５８】
その一方、前記測定系２０から前記プリズム６３の上面に入射される測定光Ｌ２は、プリズム６３の測定光反射膜６３ａで反射して前記各試料収容空間内に入射され、これらの試料収容空間を抜けた後に前記プリズム６４の測定光反射体６４ａで上向きに反射して前記測定系２０に戻される。
【００５９】
この構成によれば、単一の試料収容器６０で複数の試料Ｓについての光熱変換測定を同時に行うことができる。また、試料収容器６０自身がその試料収容空間内に測定光を導く導光手段（プリズム６３，６４）を有するため、同試料収容器６０の周囲の光学系の構成を簡素化することができる。
【００６０】
また、第４の実施の形態として図６に示すように、前記第３の実施の形態に係る試料収容器６０のプリズム６４の垂直面（すなわち本体板６２及び蓋板６５に対向する面）が測定光反射膜６２ｂでコーティングされたものでは、前記試料収容空間を通る測定光Ｌ２が前記測定光反射膜６２ｂで反射して前記試料収容空間を再透過するために、この測定光Ｌ２の前記試料収容空間内での光路長が倍増する。
【００６１】
第５の実施の形態を図７に示す。ここに示す試料収容器には透明で細長いガラス管（例えばキャピラリガラス管）６８が使用され、その内側空間が試料収容空間として利用される。ただし、このガラス管６８は、その軸長に比して内径が微小な形状を有しており（例えば軸長が１〜２ｍで内径が０．１〜０．２ｍｍ）、当該ガラス管６８の内側面に励起光反射体のコーティング（例えば蒸着による成膜）をすることが困難である。そこで、この実施の形態では、前記ガラス管６８の外周面に鏡面コートが施されることにより、当該外周面上に励起光反射体６６が形成されている。
【００６２】
このキャピラリガラス管６８においても、その内側空間に収容される試料Ｓに対して当該ガラス管６８の軸方向に沿って励起光及び測定光が同軸に入射されることにより、精度の高い光熱変換測定が効率良く行われる。すなわち、前記励起光のうち前記内側空間から管本体を通じて前記励起光反射体６６に至る光が同反射体６６で前記内側空間側に反射する（すなわち同空間内に再入射される）ため、この励起光の入射効率が高められる。また、試料収容器全体の大型化を避けながら前記内側空間内での測定光の光路長を大きくすることができる。
【実施例１】
【００６３】
前記図３に示す試料収容器５０において、その底壁５２及び周壁５４を石英で構成し、その表面を前記励起光反射体５６に相当するアルミニウム薄膜でコーティングする。周壁５４の軸長Ｚは１．５ｃｍ（従って測定光の光路長は３ｃｍ）とし、内径（すなわち試料収容空間の直径）は５ｍｍとする。
【００６４】
その試料収容空間内に試料Ｓとして色素水溶液を入れる。この試料Ｓに対してＬＥＤまたは水銀ランプから発せられた励起光を入射するとともに、これと同軸にＨｅ−Ｎｅ−レーザ（波長６３３ｍｍ）からなる測定光を入射する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光熱変換測定装置の全体構成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は前記光熱変換測定装置における試料収容部の例を示す図である。
【図３】前記試料収容部に設置される試料収容器の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る試料収容器の断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る試料収容器の一部平面図、（ｂ）は（ａ）の４Ｂ−４Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る試料収容器の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る試料収容器の断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｌ１ 偏光（参照光）
Ｌ２ 偏光（励起光）
Ｌｅ 励起光
Ｓ 試料
１０ 励起系
２０ 測定系
４０ 試料収容部
５０ 試料収容器
５２ 底壁（容器体）
５４ 周壁（容器体）
５５ 入射口
５６ 励起光反射体
５８ 内側容器
６０ 試料収容器
６２ 本体板（容器体）
６３ プリズム（容器体）
６４ プリズム（容器体）
６５ 蓋板（容器体）
６６ 励起光反射体
６８ キャピラリガラス管（容器体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種試料の含有物質の分析等に用いられる光熱変換測定技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種試料の含有物質の分析等を行う手段として、光熱効果、すなわち、試料に励起光を照射したときにその照射部位が前記励起光を吸収して発熱する効果を利用した光熱変換測定が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、液体の試料に励起光を照射して前記光熱効果を生じさせるとともに、その発熱量を光学的な測定装置により測定するものが開示されている。この測定装置は、前記の液体試料に前記励起光とは別の測定光を透過させ、この測定光の屈折率の変化から前記光熱効果による発熱量を測定するものである。ここで、前記屈折率は前記測定光の位相変化から求められ、その位相変化は光干渉法により測定される。
【特許文献１】特開２００４−３０１５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記の光熱変換測定装置において、その測定精度を高めるためには、前記励起光による光熱効果を向上させることが重要である。その手段として、前記励起光を増強することが考えられるが、その場合、励起光照射のための光学系が大掛かりで高価なものとなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、簡単かつ低コストの構成で、試料に対する励起光の照射効率を高めて測定精度の向上を測ることができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置に用いられる試料収容器であって、前記試料を収容するための試料収容空間を囲み、かつ、この試料収容空間内に前記励起光を入射するための入射口を有する容器体と、前記試料収容空間をこの試料収容空間内での前記励起光の光軸方向と略直交する方向から囲み、当該試料収容空間から到来する励起光をこの試料収容空間側に反射させる励起光反射体とを備えるものである。
【０００７】
また本発明は、試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置であって、前記試料収容器と、この試料収容器の試料収容空間内に収容される試料に対して当該試料収容器の入射口から前記励起光を入射する励起光入射光学系と、前記試料に前記励起光とは別の測定光を透過させてこの透過した測定光の位相変化を測定する測定装置とを備えるものである。
【０００８】
以上の構成によれば、前記試料収容器の試料収容空間内に入射される励起光のうち、当該試料収容空間からその外に散乱しようとする光は当該試料収容空間を囲む励起光反射体で反射して前記試料収容空間内に再入射されるので、前記試料収容空間内に収容される試料に対する前記励起光の照射効率が高められる。従って、この励起光を特に増強させなくても当該励起光による試料の光熱効果を高めることができる。
【０００９】
ここで、前記励起光反射体は、前記試料収容空間内での前記励起光の光軸方向について前記試料収容空間の一部のみを覆うものでもよいが、同空間の全域を覆うものであれば、前記励起光の照射効率がより高められる。
【００１０】
前記励起光反射体は前記試料収容空間を囲む前記容器体の内側面上にあることが、好ましい。あるいは、前記容器体のうち前記試料収容空間に面する部分の少なくとも一部が前記励起光を透過させる透光体であり、この透光体を挟んで前記試料収容空間と反対の側に前記励起光反射体が位置する試料収容器でもよい。後者のものでは、前記励起光反射体と前記試料収容空間内の試料とが直接接触することが阻止される。従って、当該接触による不都合、例えば励起光反射体の劣化や試料の特性に対する影響等を回避することができる。また、前記試料収容空間を囲む容器体の内径が非常に小さくてその容器体の内側面上に励起光反射体を配することが困難な場合でも、当該励起光反射体による励起光の反射が可能になる。
【００１１】
さらに、前記容器体が、前記透光体を含みかつ前記試料収容空間を囲む内側容器と、この内側容器の外側に位置する外側容器とを備え、この外側容器の内側に前記内側容器が着脱可能に挿入されるとともに、当該外側容器の内側面のうち前記内側容器の前記透光体に対向する面に前記励起光反射体が設けられているものであれば、外側容器は設置したまま当該外側容器に対して前記内側容器を挿脱するだけで、試料の交換ができる。従って、複数種の試料についての測定を効率よく行うことができる。
【００１２】
本発明において、前記試料収容空間の形状は適宜設定可能である。そのうち、特に、前記試料収容空間が同空間内に入射される励起光の光軸方向と平行な方向に延びる形状が好ましい。この試料収容器を用い、前記励起光及び前記測定光を前記試料収容空間内の試料に対してその試料収容空間の長手方向に沿う方向に同軸で入射すれば、前記容器体の容積を特に大きくすることなく、前記試料内での前記励起光及び前記測定光の光路長を伸ばすことができ、これによって測定精度のさらなる向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、試料収容空間から外向きに散乱しようとする励起光を励起光反射体で反射させて前記試料収容空間内に再入射することにより、簡単かつ低コストの構成で、試料に対する励起光の照射効率を高めて光熱効果の向上ひいては測定精度の向上を測ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光熱変換測定装置の例を示す。この装置は、励起光入射光学系（以下、単に「励起系」と称する。）１０と、測定系（測定装置）２０と、試料収容部４０とを備える。そして、この試料収容部４０に図２等に示される試料収容器５０がセットされ、その収容器５０内に色素水溶液やエタノール等の対象試料Ｓがセットされる。
【００１６】
前記励起系１０は、前記試料収容部４０に励起光を入射するためのものであり、励起光源１２と、分光機構１４と、変調機構１６と、光案内部１８とを備える。前記励起光源１２としては、例えば白色光を出力するキセノンランプが好適である。この励起光源１２から発せられる光は前記分光機構１４で分光され、前記変調機構１６で周期的に変調されて測定に好適な励起光となる。この励起光が前記光案内部（例えばコリメート機構やライトガイド）１８を通じて前記試料収容部４０内の試料に照射されることにより、当該試料が当該励起光を吸収して発熱し、その温度変化によって当該試料の屈折率が変化する。
【００１７】
前記測定系２０は、前記試料の屈折率を測定するための測定光を前記試料Ｓに照射し、かつ、その測定光から前記屈折率を測定するものである。この実施の形態では、前記測定系２０は、測定光源２２と必要な光学系、さらには光検出器３６、信号処理装置３８を備えている。
【００１８】
前記測定光源２２は、例えば出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ発生器からなり、この測定光源２２から照射される光は、図１に示されるように、λ／２波長板２３で偏光面の調節を受けた後、偏光ビームスプリッタ２４によって互いに直交する偏光Ｌ１，Ｌ２に２分される。
【００１９】
前記偏光Ｌ１は、参照光として用いられるもので、音響光学変調機２５Ａによって光周波数のシフト（周波数変換）を受けた後、ミラー２６Ａで反射して偏光ビームスプリッタ２８に入力される。また、前記偏光Ｌ２は、測定光として用いられるもので、音響光学変調機２５Ｂによって光周波数のシフト（周波数変換）を受けた後、ミラー２６Ｂで反射して前記偏光ビームスプリッタ２８に入力され、このスプリッタ２８で前記偏光Ｌ１と合成される。
【００２０】
なお、前記の互いに直交する２偏光Ｌ１、Ｌ２の周波数差ｆｂは、例えば、３０ＭＨｚ程度が好適である。
【００２１】
前記偏光Ｌ１は、前記偏向ビームスプリッタ３０をそのまま透過してミラー３４で１８０°反射することにより前記偏光ビームスプリッタ３０に戻る。このとき、前記偏光ビームスプリッタ３０と前記ミラー３４との間には１／４波長板３３が介在していてこの１／４波長板３３を前記偏光Ｌ１が往復で通過するため、この偏光Ｌ１の偏光面は９０°回転する。従って、前記偏光ビームスプリッタ３０に戻った偏光Ｌ１は前記試料収容部４０と反対の側に９０°反射する。この偏光Ｌ１は、偏光板３５を通じて光検出器３６に入力される。
【００２２】
一方、前記偏光Ｌ２は、前記偏光ビームスプリッタ３０で前記試料収容部４０側に９０°反射され、１／４波長板３２を通じて試料収容部４０へ導かれる。この偏光Ｌ２は後述のように試料に入射され、さらに１８０°反射して、前記１／４波長板３２を通じて前記偏光ビームスプリッタ３０に戻る。この偏光Ｌ２は、前記１／４波長板３２の往復透過によってその偏光面が９０°回転した状態にあるので、今度は当該偏光ビームスプリッタ３０をそのまま透過して前記偏光Ｌ２と合流し、前記偏光板３５および前記光検出器３６へ向かう。
【００２３】
前記偏光板３５では、前記偏光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ参照光及び測定光として互いに干渉し、その干渉光の光強度が前記光検出器３６によって電気信号（検出信号）に変換される。前記信号処理装置３８は、前記検出信号に基づいて前記偏光Ｌ２（測定光）の位相変化を演算する。これにより、光干渉法による位相変化の測定が達成される。
【００２４】
ここで、前記干渉光強度Ｓ１は、次の（１）式で表される。
【００２５】
Ｓ１＝Ｃ１＋Ｃ２・ｃｏｓ（２π・ｆｂ・ｔ＋φ） …（１）
同式において、Ｃ１、Ｃ２は前記偏光ビームスプリッタ等の光学系や試料Ｓの透過率により定まる定数、φは前記偏光Ｌ１，Ｌ２の光路長差による位相差、ｆｂは２偏光Ｌ１，Ｌ２の周波数差である。この（１）式より、前記干渉光強度Ｓ１の変化（前記励起光を照射しない或いはその光強度が小さいときとその光強度が大きいときとの差）から、前記位相差φの変化が求まることがわかる。前記信号処理装置３８は、（１）式に基づいて前記位相差φの変化を算出する。
【００２６】
なお、前記励起光Ｌｅの強度が例えばチョッパの回転により周波数ｆで周期的に強度変調されていると、試料Ｓの屈折率も前記周波数ｆで変化し、測定光Ｌ２の光路長も前記周波数ｆで変化し（参照光Ｌ１の光路長は一定）、前記位相差φも周波数ｆで変化する。従って、前記位相差φの変化を前記周波数ｆの成分（前記励起信号の強度変調周期と同周期成分）について測定（算出）すれば、周波数ｆの成分を有しないノイズの影響を除去しつつ試料Ｓの屈折率変化のみを測定することが可能である。この測定は、前記位相差φの測定のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００２７】
また、前記励起光源１２にレーザダイオードやＬＥＤなどが用いられる場合、その励起光源１２の電源を電気回路でコントロールすることにより前記変調を行うことも可能である。
【００２８】
次に、前記試料収容部４０の構成を図２（ａ）を参照しながら説明する。この試料収容部４０は、集光レンズ４２及びダイクロイックミラー４４と、本発明に係る試料収容器５０とを備えている。
【００２９】
前記集光レンズ４２は、前記励起系１０から導入される励起光Ｌｅを集光して前記試料収容器５０に収容された試料Ｓに入射する。前記ダイクロイックミラー４４は、前記集光レンズ４２と前記試料収容器５０との間に位置し、前記集光レンズ４２により集光される励起光Ｌｅをそのまま透過させる。その一方で、このダイクロイックミラー４４は、前記測定系２０から前記励起光Ｌｅと直交する方向に導入される偏光Ｌ２（以下「測定光Ｌ２」と称する。）を９０°反射させて前記励起光Ｌｅと同軸で前記試料Ｓに入射する。
【００３０】
なお、前記励起系１０から導入される励起光Ｌｅは図２（ａ）に示されるようにそのまま集光レンズ４２に照射されてもよいし、同図（ｂ）に示されるような反射体４６での反射により前記集光レンズ４２に導かれてもよい。後者の場合、前記反射体４６に回折格子を用いると、前記励起光Ｌｅの分光を同時に行うことも可能になる。
【００３１】
次に、前記試料収容器５０の具体的な構造を図３を参照しながら説明する。
【００３２】
この試料収容器５０は、円筒状の周壁５４と、この周壁５４の一方の開口を塞ぐ底壁５２とを有し、前記周壁５４の内側に、試料Ｓを収容するための試料収容空間が形成されている。すなわち、前記周壁５４及び底壁５２は、前記試料収容空間を囲む容器体を構成する。前記試料収容空間は、前記底壁５２と反対の側（図では右側）に開放され、その開口が前記励起光Ｌｅ及び前記測定光Ｌ２の入射口５５になっている。
【００３３】
この実施の形態では、前記試料収容空間が前記周壁５４の中心軸と平行な方向に延びる円柱状をなしている。そして、この試料収容空間の長手方向が前記励起光Ｌｅ及び前記測定光Ｌ２の光軸方向と合致する姿勢で試料収容器５０が設置されている。
【００３４】
この試料収容器５０の設置姿勢は特に限定されない。図示のように開口（入射口５５）が側方や下方を向く姿勢では、前記試料収容空間から試料Ｓが流出しないように、前記入射口を透光材からなる蓋で塞ぐようにすればよい。これに対し、前記入射口が上を向く場合には前記蓋を省略してもよい。
【００３５】
図に示される試料収容器５０の特徴として、前記試料収容空間を囲む前記周壁５４の内周面及び前記底壁５４の内側面（底面）上に薄膜の励起光反射体５６が形成されている。この励起光反射体５６は、前記試料収容空間内から到来する励起光Ｌｅをこの試料収容空間側に（すなわち試料収容器内側に）反射させるものであればよく、その具体的な材質は限定されない。好適な例としては、アルミニウムや金などからなる薄膜、誘電多層膜、その他屈折率の低い材料からなる膜が挙げられる。
【００３６】
この励起光反射体５６は、少なくとも周壁５４の内周面に形成されていればよい。しかし、この励起光反射体５６が図示のように底壁５４の内側面にも形成されていて前記測定光Ｌ２を反射するものであれば、この測定光Ｌ２が試料収容空間内を往復して試料Ｓを透過するため、その実光路長は前記周壁５４の軸長の約２倍となる。従って、試料収容器５０の容積を小さく抑えながら大きな光路長を稼ぐことが可能になる。
【００３７】
次に、この光熱変換測定装置の作用を説明する。
【００３８】
まず、前記励起系１０から前記試料収容部４０に照射される励起光Ｌｅは、集光レンズ４２で集光されて試料収容器５０の入射口５５からその試料収容空間内に入射され、この試料収容空間内に収容されている試料Ｓを透過する。このとき、試料Ｓの所定の含有物質が前記励起光Ｌｅを吸収して発熱する（光熱効果）。従って、この発熱量は前記試料Ｓ中の前記含有物質の含有量に応じて変化する。
【００３９】
しかも、前記励起光Ｌｅのうち、前記試料収容空間からその外に散乱しようとする光は、当該試料収容空間を囲む励起光反射体５６で内側に反射し、前記試料収容空間内に再入射される。従って、この試料収容空間内の試料Ｓに対する前記励起光Ｌｅの照射効率が高められる。つまり、この励起光を特に増強させなくても当該励起光による試料の光熱効果を高めることができる。
【００４０】
一方、前記測定光２０から試料収容部４０に導入される測定光Ｌ２は、ダイクロイックミラー４４で９０°反射することにより、前記励起光Ｌｅと同軸で前記入射口５５から前記試料収容空間内に入射される。このとき、前記光熱効果による発熱の量に応じて前記試料Ｓでの屈折率が変わり、該屈折率に応じて前記位相差φが変わっているので、当該発熱の量に応じて前記測定系２０に戻る測定光Ｌ２とこの測定系２０における前記参照光Ｌ１との干渉光強度が変わる。この干渉光強度が前記測定系２０にて測定されることにより、前記試料Ｓの温度変化により生じる前記測定光Ｌ２の屈折率の変化が求められ、その結果、試料の含有物質の量（濃度）の分析が可能となる。
【００４１】
この装置において、励起光反射体５６の存在によって試料Ｓへの励起光Ｌｅの照射効率が高められることは、その分前記試料Ｓ中の特定物質による光熱効果が高まることを意味し、これは測定精度（感度）の向上につながる。また、図３に示されるように、前記励起光Ｌｅと同軸に前記測定光Ｌ２が試料収容空間内に入射される装置において、この試料収容空間が両光Ｌｅ，Ｌ２の光軸方向と平行な方向に延びる形状を有するものでは、試料収容器５０の全体の著しい大型化を伴わずに、前記試料Ｓ内での前記測定光Ｌ２の光路長が有効に増え、当該測定光Ｌ２による測定感度をさらに高めることが可能になる。
【００４２】
ここで、前記励起光反射体５６の配設領域は適宜設定可能である。例えば、前記励起光反射体５６は、前記励起光Ｌｅの光軸方向について前記試料収容空間の一部のみを覆うものでもよい。具体的には、同方向に間欠的に配されたものでもよいし、入射口に近い側の領域のみ、あるいは試料収容空間の奥側の領域のみに設けられたものでもよい。ただし、図示のように励起光反射体５６が試料収容空間の全域を覆うものであれば、前記励起光の照射効率がより高められる。
【００４３】
また、前記励起光反射体５６は必ずしも容器体の内側面上にあるものに限られない。例えば、前記容器体のうち前記試料収容空間に面する部分の少なくとも一部が前記励起光を透過させる透光体であり、この透光体を挟んで前記試料収容空間と反対の側に前記励起光反射体が位置するようにしてもよい。このような構成の試料収容器であれば、前記励起光反射体と前記試料収容空間内の試料とが直接接触することが阻止されるため、当該接触による不都合、例えば励起光反射体の劣化等の不都合を回避することができる。
【００４４】
その例を第２の実施の形態として図４に示す。図示の試料収容器５０では、前記底壁５２及び前記周壁５４が外側容器を構成し、その内側面に前記第１の実施の形態と同様に励起光反射体５６が設けられるのに加え、この外側容器の内側に挿入される内側容器５８が備えられている。
【００４５】
この内側容器５８は、例えば石英やＰＤＭＳ（ポリジメチルシロサキン）のような透光材（特に紫外光透過性の高い材料）からなり、前記外側容器の内側にほぼ隙間なく着脱可能に挿入される外形を有している。すなわち、前記励起光反射体５６の表面形状と略同等の外面形状を有している。換言すれば、前記外側容器の内側面のうち前記内側容器５８に対向する面に前記励起光反射体５６が設けられた状態となっている。
【００４６】
前記内側容器５８は、前記外側容器の内側空間よりも一回り小さい試料収容空間を囲む形状であって、その試料収容空間内に前記励起光Ｌｅを入射するための入射口５５をもつ形状を有している。つまり、前記外側容器を一回り小さくした形状を有し、この外側容器と同じ向きに開口する（励起光入射側に開口する）姿勢で当該外側容器内に挿入される。
【００４７】
この試料収容器５０においても、その内側容器５８が囲む試料収容空間内に試料Ｓを収容してその試料収容空間内に前記入射口５５から前記励起光Ｌｅ及び前記測定光Ｌ２を入射することにより、前記第１の実施の形態と同様の光熱変換測定を行うことができる。また、前記試料収容空間に入射される励起光Ｌｅのうち同空間からその外側に散乱しようとする光は、前記透光材からなる内側容器５８を透過してその外側の励起光反射体５６で反射され、再び前記試料収容空間内に入射されるので、前記第１の実施の形態と同様に励起光の入射効率を高めることができる。
【００４８】
さらに、この試料収容器５０では、前記励起光反射体５６と前記試料Ｓとが直接接触するのを阻止しながら前記励起光Ｌｅの入射効率を高めることができる。
【００４９】
また、試料Ｓを交換する場合には内側容器５８を着脱するだけでよく、外側容器及び励起光反射体５６はそのままの状態で繰返し使用することができる。従って、複数種の試料についての測定を効率よく行うことができる。また、前記内側容器５８には、市販の比較的安価な透明セルを使用することも可能である。
【００５０】
本発明に係る試料収容器は、その容器体が複数の試料収容空間を囲むものであってもよい。また、その容器体の一部が導光機能を有するものであってもよい。その例を第３の実施の形態として図５（ａ）（ｂ）に示す。
【００５１】
同図に示される試料収容器６０の容器体は、本体板６２と、左右一対のプリズム６３，６４と、蓋板６５とで構成されている。
【００５２】
前記本体板６２の上面には、複数本の試料収容空間形成用の溝６２ａが形成されている。前記各溝６２ａは、例えば正方形または矩形の断面形状を有し、前記本体板６２の左端から右端に至るまで延び、これらの溝６２ａが互いに平行な姿勢で前後方向（図５（ａ）では上下方向）に配列されている。そして、これらの溝６２ａを上から覆うように前記蓋板６５が前記本体板６２の上に重ね合わされる。
【００５３】
さらに、前記各溝６２ａの内側面及び前記蓋板６５の下面はそれぞれ励起光反射体６６によりコーティングされ、この励起光反射体６６が前記各溝６２に対応する試料収容空間をその軸方向と直交する方向から囲む配置となっている。
【００５４】
前記プリズム６３，６４は、前記各溝６２ａに対応する試料収容空間（すなわち前記本体板６２と前記蓋板６５とにより囲まれる試料収容空間）の左右両端を塞ぐようにこれら本体板６２及び蓋板６５の左右端面に接合される。具体的に、前記各プリズム６３，６４は二等辺三角形状の断面を有し、その等辺のうちの一方の等辺に相当する面（水平面）が前記蓋板６５の上面と面一となる高さ位置で、その他方の等辺に相当する面（垂直面）が前記両板６２，６５の端面に接合されている。
【００５５】
さらに、前記各プリズム６３，６４において、前記二等辺三角形の斜辺に相当する斜面はそれぞれ測定光反射膜６３ａ，６４ａによりコーティングされている。これらの測定光反射膜６３ａ，６４ａは、前記励起光Ｌｅは透過させて前記測定光Ｌ２のみを反射させるもので、例えば誘電多層膜が好適である。この誘電多層膜としては、例えば前記測定光Ｌ２がＨｅ−Ｎｅレーザの場合、金属酸化膜の多層膜等が好適である。
【００５６】
この試料収容器６０は、その各試料収容空間の軸方向が前記励起系１０からの励起光Ｌｅの光軸と平行となる姿勢で、かつ、その励起系１０側に前記プリズム６４が向く向きで、試料収容部４０に設置される。また、測定系２０は、前記試料収容器６０に対してそのプリズム６３の上面に測定光Ｌ２を入射する。そして、この測定光Ｌ２が前記プリズム６３の測定光反射膜６３ａで反射することにより前記各試料収容空間内にその軸方向（長手方向）に沿って入射され、かつ、これらの試料収容空間から出た測定光Ｌ２が前記プリズム６４の測定光反射膜６４ａで反射して前記測定系２０に戻されるように、前記測定光Ｌ２の入射位置が設定されている。
【００５７】
この構成においても、前記励起系１０から試料収容部４０に導入される励起光Ｌｅが集光レンズ４２で集光され、プリズム６４を通じて前記各試料収容空間内の試料Ｓに入射され、この試料Ｓの光熱効果を引き起こす。この励起光Ｌｅのうち前記各試料収容空間から外に散乱しようとする光は、前記本体板６２及び蓋板６５の表面に形成された励起光反射体６６で反射する。すなわち、前記試料収容空間内に再入射される。
【００５８】
その一方、前記測定系２０から前記プリズム６３の上面に入射される測定光Ｌ２は、プリズム６３の測定光反射膜６３ａで反射して前記各試料収容空間内に入射され、これらの試料収容空間を抜けた後に前記プリズム６４の測定光反射体６４ａで上向きに反射して前記測定系２０に戻される。
【００５９】
この構成によれば、単一の試料収容器６０で複数の試料Ｓについての光熱変換測定を同時に行うことができる。また、試料収容器６０自身がその試料収容空間内に測定光を導く導光手段（プリズム６３，６４）を有するため、同試料収容器６０の周囲の光学系の構成を簡素化することができる。
【００６０】
また、第４の実施の形態として図６に示すように、前記第３の実施の形態に係る試料収容器６０のプリズム６４の垂直面（すなわち本体板６２及び蓋板６５に対向する面）が測定光反射膜６２ｂでコーティングされたものでは、前記試料収容空間を通る測定光Ｌ２が前記測定光反射膜６２ｂで反射して前記試料収容空間を再透過するために、この測定光Ｌ２の前記試料収容空間内での光路長が倍増する。
【００６１】
第５の実施の形態を図７に示す。ここに示す試料収容器には透明で細長いガラス管（例えばキャピラリガラス管）６８が使用され、その内側空間が試料収容空間として利用される。ただし、このガラス管６８は、その軸長に比して内径が微小な形状を有しており（例えば軸長が１〜２ｍで内径が０．１〜０．２ｍｍ）、当該ガラス管６８の内側面に励起光反射体のコーティング（例えば蒸着による成膜）をすることが困難である。そこで、この実施の形態では、前記ガラス管６８の外周面に鏡面コートが施されることにより、当該外周面上に励起光反射体６６が形成されている。
【００６２】
このキャピラリガラス管６８においても、その内側空間に収容される試料Ｓに対して当該ガラス管６８の軸方向に沿って励起光及び測定光が同軸に入射されることにより、精度の高い光熱変換測定が効率良く行われる。すなわち、前記励起光のうち前記内側空間から管本体を通じて前記励起光反射体６６に至る光が同反射体６６で前記内側空間側に反射する（すなわち同空間内に再入射される）ため、この励起光の入射効率が高められる。また、試料収容器全体の大型化を避けながら前記内側空間内での測定光の光路長を大きくすることができる。
【実施例１】
【００６３】
前記図３に示す試料収容器５０において、その底壁５２及び周壁５４を石英で構成し、その表面を前記励起光反射体５６に相当するアルミニウム薄膜でコーティングする。周壁５４の軸長Ｚは１．５ｃｍ（従って測定光の光路長は３ｃｍ）とし、内径（すなわち試料収容空間の直径）は５ｍｍとする。
【００６４】
その試料収容空間内に試料Ｓとして色素水溶液を入れる。この試料Ｓに対してＬＥＤまたは水銀ランプから発せられた励起光を入射するとともに、これと同軸にＨｅ−Ｎｅ−レーザ（波長６３３ｍｍ）からなる測定光を入射する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光熱変換測定装置の全体構成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は前記光熱変換測定装置における試料収容部の例を示す図である。
【図３】前記試料収容部に設置される試料収容器の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る試料収容器の断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る試料収容器の一部平面図、（ｂ）は（ａ）の４Ｂ−４Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る試料収容器の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る試料収容器の断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｌ１ 偏光（参照光）
Ｌ２ 偏光（励起光）
Ｌｅ 励起光
Ｓ 試料
１０ 励起系
２０ 測定系
４０ 試料収容部
５０ 試料収容器
５２ 底壁（容器体）
５４ 周壁（容器体）
５５ 入射口
５６ 励起光反射体
５８ 内側容器
６０ 試料収容器
６２ 本体板（容器体）
６３ プリズム（容器体）
６４ プリズム（容器体）
６５ 蓋板（容器体）
６６ 励起光反射体
６８ キャピラリガラス管（容器体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置に用いられる試料収容器であって、
前記試料を収容するための試料収容空間を囲み、かつ、この試料収容空間内に前記励起光を入射するための入射口を有する容器体と、
前記試料収容空間をこの試料収容空間内での前記励起光の光軸方向と略直交する方向から囲み、当該試料収容空間から到来する励起光をこの試料収容空間側に反射させる励起光反射体とを備えることを特徴とする試料収容器。
【請求項２】
請求項１記載の試料収容器において、
前記励起光反射体は前記試料収容空間内での前記励起光の光軸方向について前記試料収容空間の全域を覆うものであることを特徴とする試料収容器。
【請求項３】
請求項１または２記載の試料収容器において、
前記励起光反射体は前記試料収容空間を囲む前記容器体の内側面上にあることを特徴とする試料収容器。
【請求項４】
請求項１または２記載の試料収容器において、
前記容器体のうち前記試料収容空間に面する部分の少なくとも一部が前記励起光を透過させる透光体であり、この透光体を挟んで前記試料収容空間と反対の側に前記励起光反射体が位置することを特徴とする試料収容器。
【請求項５】
請求項４記載の試料収容器において、
前記容器体が、前記透光体を含みかつ前記試料収容空間を囲む内側容器と、この内側容器の外側に位置する外側容器とを備え、この外側容器の内側に前記内側容器が着脱可能に挿入されるとともに、当該外側容器の内側面のうち前記内側容器の前記透光体に対向する面に前記励起光反射体が設けられていることを特徴とする試料収容器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の試料収容器において、
前記試料収容空間が同空間内に入射される励起光の光軸方向と平行な方向に延びる形状を有することを特徴とする試料収容器。
【請求項７】
試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置であって、
前記試料を収容する請求項１〜６のいずれかに記載の試料収容器と、
この試料収容器の試料収容空間内に収容される試料に対して当該試料収容器の入射口から前記励起光を入射する励起光入射光学系と、
前記試料に前記励起光とは別の測定光を透過させてこの透過した測定光の位相変化を測定する測定装置とを備えることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項８】
試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置であって、
前記試料を収容する請求項６記載の試料収容器と、
この試料収容器の試料収容空間内に収容される試料に対して当該試料収容器の入射口から前記励起光を入射する励起光入射光学系と、
前記試料に前記励起光とは別の測定光を透過させてこの透過した測定光の位相変化を測定する測定装置とを備え、
前記励起光入射光学系及び前記測定装置は、前記励起光及び前記測定光を前記試料収容空間内の試料に対してその試料収容空間の長手方向に沿う方向に同軸で入射することを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１】
試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置に用いられる試料収容器であって、
前記試料を収容するための試料収容空間を囲み、かつ、この試料収容空間内に前記励起光を入射するための入射口を有する容器体と、
前記試料収容空間をこの試料収容空間内での前記励起光の光軸方向と略直交する方向から囲み、当該試料収容空間から到来する励起光をこの試料収容空間側に反射させる励起光反射体とを備えることを特徴とする試料収容器。
【請求項２】
請求項１記載の試料収容器において、
前記励起光反射体は前記試料収容空間内での前記励起光の光軸方向について前記試料収容空間の全域を覆うものであることを特徴とする試料収容器。
【請求項３】
請求項１または２記載の試料収容器において、
前記励起光反射体は前記試料収容空間を囲む前記容器体の内側面上にあることを特徴とする試料収容器。
【請求項４】
請求項１または２記載の試料収容器において、
前記容器体のうち前記試料収容空間に面する部分の少なくとも一部が前記励起光を透過させる透光体であり、この透光体を挟んで前記試料収容空間と反対の側に前記励起光反射体が位置することを特徴とする試料収容器。
【請求項５】
請求項４記載の試料収容器において、
前記容器体が、前記透光体を含みかつ前記試料収容空間を囲む内側容器と、この内側容器の外側に位置する外側容器とを備え、この外側容器の内側に前記内側容器が着脱可能に挿入されるとともに、当該外側容器の内側面のうち前記内側容器の前記透光体に対向する面に前記励起光反射体が設けられていることを特徴とする試料収容器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の試料収容器において、
前記試料収容空間が同空間内に入射される励起光の光軸方向と平行な方向に延びる形状を有することを特徴とする試料収容器。
【請求項７】
試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置であって、
前記試料を収容する請求項１〜６のいずれかに記載の試料収容器と、
この試料収容器の試料収容空間内に収容される試料に対して当該試料収容器の入射口から前記励起光を入射する励起光入射光学系と、
前記試料に前記励起光とは別の測定光を透過させてこの透過した測定光の位相変化を測定する測定装置とを備えることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項８】
試料に励起光を入射してその光熱効果による前記試料の発熱量を測定する光熱変換測定装置であって、
前記試料を収容する請求項６記載の試料収容器と、
この試料収容器の試料収容空間内に収容される試料に対して当該試料収容器の入射口から前記励起光を入射する励起光入射光学系と、
前記試料に前記励起光とは別の測定光を透過させてこの透過した測定光の位相変化を測定する測定装置とを備え、
前記励起光入射光学系及び前記測定装置は、前記励起光及び前記測定光を前記試料収容空間内の試料に対してその試料収容空間の長手方向に沿う方向に同軸で入射することを特徴とする光熱変換測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３０３９１２（Ｐ２００７−３０３９１２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３１３１５（Ｐ２００６−１３１３１５）
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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