光熱変換測定装置
【課題】共通の光源を用いて複数の測定域についての光熱変換の測定を同時に行うことを可能にする。
【解決手段】励起光入射光学系１８と、測定用光源１０と、測定用光学系１２と、複数の受光素子２４とを備える。励起光入射光学系１８は、試料収容器１６における複数の測定域に励起光を入射する。測定用光学系１２は、測定用光源１０から発せられる光を分割する素子２６や拡大する素子３８を含み、その分割または拡大した光を測定光として各測定域に同時に透過させ、各受光素子２４に受光させる。
【解決手段】励起光入射光学系１８と、測定用光源１０と、測定用光学系１２と、複数の受光素子２４とを備える。励起光入射光学系１８は、試料収容器１６における複数の測定域に励起光を入射する。測定用光学系１２は、測定用光源１０から発せられる光を分割する素子２６や拡大する素子３８を含み、その分割または拡大した光を測定光として各測定域に同時に透過させ、各受光素子２４に受光させる。
【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装置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では、一つの装置で同時に一つの測定しか行うことができない。換言すれば、複数の測定を同時に行うためには、それぞれが光源をもつ複数の装置を併用しなければならず、設備の著しいコストアップは免れ得ない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、共通の光源を用いて複数の測定域についての測定を同時に行うことが可能な装置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、試料が存在しかつ当該試料に光熱効果を生じさせるための励起光が当該試料に照射される複数の測定域に前記励起光とは別の測定光をそれぞれ透過させることにより、前記各測定域での前記光熱効果による前記試料の発熱量を測定するための光熱変換測定装置であって、前記各測定域に前記励起光を入射するための励起光入射光学系と、前記励起光とは別の光を発する測定用光源と、前記測定用光源から発せられた光を前記各測定域に前記測定光として導き、当該測定域を透過させるための測定用光学系と、前記各測定域を透過した後の前記測定光を受光してその位相変化をそれぞれ測定するための複数の受光素子と、を備える。さらに、前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域を同時に透過することが可能な光に変換するための光変換素子を含み、この光変換素子により変換された光を前記各測定域に前記測定光として導く。
【０００７】
この装置では、前記光変換素子により変換された光が測定光として複数の測定域を同時に透過する。このことは、共通の測定用光源を用いながら各測定域での測定を同時に行うことを可能にする。このような共通光源による複数域での同時測定は、装置のコストアップを抑えながら測定効率を高めることを可能にする。
【０００８】
前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域をそれぞれ透過することが可能な複数の光に分割するための分割素子を含むものが、好適である。この分割素子は、前記測定用光源からの光を分割するだけの簡単な構成でありながら、前記各測定域での同時測定を実現可能にする。
【０００９】
前記分割素子としては、例えば、ビームスプリッタや、前記測定用光源から発せられた光を回折させるための音響光学変調器及びこの音響光学変調器から出る特定の複数の光をそれぞれ特定方向に向けて反射する反射素子を含むものが、好適である。
【００１０】
前記測定光の位相変化は、例えば光干渉法により測定することが可能である。そのための構成として、前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、前記参照光を前記測定域を透過する測定光と干渉させる干渉用光学系を含み、前記各受光素子は、前記干渉後の前記各測定光の強度をそれぞれ検出するものが、好適である。
【００１１】
その場合、前記分光素子及び前記干渉用光学系は、前記分割素子により分割された後の複数の光についてそれぞれ設けられるものでもよいし、前記干渉用光学系は、前記分割素子として、分光された測定光をさらに複数の測定光に分割するための測定光用分割素子と、分光された干渉光をさらに複数の干渉光に分割するための干渉光用分割素子とを含み、その分割された複数の干渉光を、分割された複数の前記測定光のうち対応する測定光にそれぞれ干渉させるものであってもよい。
【００１２】
また、前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を拡大する光拡大素子を含み、この光拡大素子により拡大された後の光を複数の測定域に同時に透過させるものであってもよい。この光拡大素子は、前記測定用光源から発せられる光を拡大するだけの簡単な構成で、当該光が測定光として複数の測定域を同時に透過することを可能にする。
【００１３】
この装置においても、光干渉法による測定が可能である。具体的には、前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、その分光された測定光と参照光とを合成するための合成素子と、合成された測定光及び参照光のうちの測定光を前記測定域に透過させてその透過した測定光と参照光とを干渉させる干渉用光学系を含み、前記光拡大素子は、前記合成素子により合成された前記測定光及び前記干渉光を同時に拡大して前記干渉用光学系に導くものが、好適である。
【００１４】
この装置において、前記合成素子は、前記測定光及び参照光を合成してから前記光拡大素子に導くことにより、この光拡大素子が前記測定光及び参照光をまとめて拡大することを可能にし、その結果、拡大後の測定光が前記参照光と干渉することを可能にする。
【００１５】
本発明では、前記測定域ごとに互いに異なる複数の試料を収容するための試料収容器を備えてもよいし、複数の測定域に跨る領域で連続する試料を収容するための試料収容器を備えてもよい。前者の試料収容器は、互いに異なる試料の光熱効果の同時測定を可能にする。これに対し、後者の試料収容器は、共通の試料内の各部位における光熱効果の同時測定を可能にする。例えば、前記励起光入射光学系が、前記試料に含まれる全ての測定域に対し均一な周波数をもつ励起光を入射するものであれば、当該試料における光熱効果の分布特性を測定することが可能であり、前記励起光入射光学系が、前記試料に含まれる測定域毎に互いに異なる励起光を照射するものであれば、当該試料の吸収スペクトルを速やかに測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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、単一の測定用光源１０と、複数の測定部１４と、前記測定用光源１０から発せられる光を測定光として各測定部１４に導くための測定用光学系１２とを備える。
【００１８】
なお、この実施の形態に係る装置は４つの測定部１４を具備するが、図１では便宜上、２つの測定部１４のみが図示される。
【００１９】
前記各測定部１４は、試料収容器１６と、励起光入射光学系１８と、受光素子アレイ２０と、信号処理装置２２とを備える。
【００２０】
前記試料収容器１６は、同一平面上に並ぶ複数の（図例では６つの）測定域を含む領域に試料（例えば色素水溶液やエタノール）を収容するためのものであり、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）からなる。
【００２１】
前記励起光入射光学系１８は、前記各測定域に励起光を下から入射するためのものであり、図略の励起光源と、適当な分光機構及び変調機構を含む。前記励起光源には、例えば白色光を出力するキセノンランプが用いられる。前記分光機構は、前記励起光源から発せられる光を分光し、前記変調機構は、その分光された光を周期的に変調して光熱効果の測定に好適な励起光を生成する。この励起光は、前記試料収容器１６内の試料に照射されることにより、当該試料に周期的な光熱効果を生じさせる。すなわち、前記励起光が照射された試料は当該励起光を吸収することにより周期的に発熱する。この発熱による温度変化が当該試料の屈折率を周期的に変化させる。
【００２２】
前記受光素子アレイ２０は、前記各測定域に対応する複数の（図例では６個の）受光素子２４を有する。これらの受光素子２４は、前記各測定域を透過した測定光をそれぞれ個別に受光することが可能な位置に配列され、その測定光の強度に対応する電気信号を出力する。
【００２３】
信号処理装置２２は、励起光入射光学系１８における励起光の変調周期と、前記各受光素子２４が受光する測定光の強度変化とに基づき、前記試料の屈折率の変化を演算し（ロックイン検出）、その演算結果を図略の表示装置に表示させる。
【００２４】
前記測定用光源１０は、前記試料の屈折率の変化を測定するための測定光の源となる光を発するものである。この測定用光源１０には、例えば出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ発生器が用いられる。
【００２５】
前記測定用光学系１２は、前記測定用光源１０から発せられた光を分割するための分割素子であるビームスプリッタ２６と、このビームスプリッタ２６により分割された光をそれぞれ各測定部１４に導くための２つの分岐光学系３０とを備える。
【００２６】
前記ビームスプリッタ２６は、前記測定用光源１０から発せられる光を、９０°反射される反射光と、そのまま透過する透過光とに分割する。前記反射光は、一方の分岐光学系３０によってさらに２つに分割され、前記４つの測定部１４のうち図示されている２つの測定部１４に導かれる。前記透過光は別のビームスプリッタ２８によって反射されてから他方の分岐光学系３０によって同様に図略の２つの測定部１４に導かれる。
【００２７】
前記各分岐光学系３０は、分光素子であるビームスプリッタ３２と、測定光用光学系３４Ｍ及び参照光用光学系３４Ｒと、各測定部１４に対応した偏向ビームスプリッタ３６と、ビームエキスパンダ３８と、干渉用光学系４０とを備える。
【００２８】
前記ビームスプリッタ３２は、前記ビームスプリッタ２６から導かれる光を測定光と参照光とに分光する。
【００２９】
前記測定光用光学系３４Ｍは、前記測定光をさらに２つの測定光に分割するための測定光用分割素子４２Ｍと、その分割された測定光をそれぞれ前記各偏向ビームスプリッタ３６に反射するためのミラー４４Ｍと、これらのミラー４４Ｍがそれぞれ反射した光の偏向面を回転させるためのλ／２波長板４６Ｍとを備える。同様に、前記参照光用光学系３６は、前記参照光をさらに２つの参照光に分割するための参照光用分割素子４２Ｒと、その分割された測定光をそれぞれ前記各偏向ビームスプリッタ３６に反射するためのミラー４４Ｒと、これらのミラー４４Ｒがそれぞれ反射した光の偏向面を回転させるためのλ／２波長板４６Ｒとを備える。
【００３０】
前記測定光用分割素子４２Ｍ及び参照光用分割素子４２Ｒは、いずれも、ＡＯＭ（音響光学変調器）４８と、プリズム５０と、一対のミラー５２とを含む。
【００３１】
前記ＡＯＭ４８は、前記ビームスプリッタ３２で分光された光を回折させ、適当な周波数に変換する。その回折光のうち、＋１次光と−１次光とが測定光（または参照光）として採用される。
【００３２】
前記プリズム５０は、前記＋１次光及び前記−１次光をそれぞれ両外側に反射する２枚の反射面を有する。各反射面は前記プリズム５０に適当なコーティングを施すことにより形成される。前記各ミラー５２は、前記プリズム５０により反射された＋１次光及び−１次光をそれぞれ前記ＡＯＭ４８への入光方向と平行な方向に反射する。これにより、周波数ｆ１をもつ２本の測定光、及び周波数ｆ２をもつ２本の参照光が生成される。
【００３３】
前記ＡＯＭ４８による回折光のうち、測定光あるいは参照光として採用される回折光はラマンナース効果による±ｎ次光に限られない。例えば１次光と２次光がそれぞれ採用されてもよい。
【００３４】
前記プリズム５０に対する前記各ミラー５２の配置は適宜設定可能である。例えば図２に示されるように前記プリズム５０及び前記各ミラー５２が前記ＡＯＭ４８からの光を多重反射するものであってもよい。
【００３５】
前記各偏向ビームスプリッタ３６は、合成素子に相当するもので、前記測定光用光学系３４Ｍにより導かれる測定光と前記参照光用光学系３４Ｒにより導かれる参照光とを合成し、前記各ビームエキスパンダ３８に導く。詳しくは、一方の偏向ビームスプリッタ３６により合成された光はそのまま一方のビームエキスパンダ３８に導かれ、他方の偏向ビームスプリッタ３６により合成された光はミラー５３，５４で反射されることにより他方のビームエキスパンダ３８に導かれる。
【００３６】
前記各ビームエキスパンダ３８は、光拡大素子に相当するもので、前記偏向ビームスプリッタ３６から入射される測定光及び参照光を構成するビームの口径を拡大する。その拡大率は、拡大後の測定光が前記試料収容器１６における全ての測定域を通過することが可能となる程度に設定される。
【００３７】
前記各干渉用光学系４０は、前記ビームエキスパンダ３８により拡大された測定光及び参照光のうちの測定光のみを前記測定域に透過させ、かつ、その透過後の測定光を前記参照光と干渉させてから前記受光素子アレイ２０に導くためのものであり、偏向ビームスプリッタ５６と、測定光用λ／４波長板５８Ｍと、測定光用ミラー６０Ｍと、参照光用λ／４波長板５８Ｒと、参照光用ミラー６０Ｒとを備える。
【００３８】
前記偏向ビームスプリッタ５６は、前記ビームエキスパンダ３８と前記試料収容器１６との間でかつ前記受光素子アレイ２０の各受光素子２４に対向する位置に設けられ、前記測定光をそのまま透過させて前記試料収容器１６に導く一方、前記参照光を前記受光素子アレイ２０と反対の側（図１では左側）に９０°反射させる。
【００３９】
前記測定光用λ／４波長板５８Ｍは、前記偏向ビームスプリッタ５６と前記試料収容器１６との間に介在し、この測定光用λ／４波長板５８Ｍを前記測定光が通過する度に当該測定光の偏向面を４５°回転させる。前記測定光用ミラー６０Ｍは、前記試料収容器１６を挟んで前記測定光用λ／４波長板５８Ｍと反対の側に配置され、前記励起光の透過は許容する一方、前記試料収容器１６における各測定域を透過した測定光を１８０°反射することにより当該試料収容器１６及び前記測定光用λ／４波長板５８Ｍを往復させる。
【００４０】
前記参照光用λ／４波長板５８Ｒは、前記偏向ビームスプリッタ５６で前記参照光が反射される側に配置され、この参照光が通過する度に当該参照光の偏向面を４５°回転させる。前記参照光用ミラー６０Ｒは、前記試料収容器１６を挟んで前記参照光用λ／４波長板５８Ｒと反対の側に配置され、前記参照光用λ／４波長板５８Ｒを通過した参照光を１８０°反射することにより当該参照光用λ／４波長板５８Ｒを往復させる。
【００４１】
前記偏向ビームスプリッタ５６は、後述のように、前記測定光用ミラー６０Ｍにより反射されて前記試料収容器１６を往復した測定光と前記参照光用ミラー６０Ｒにより反射された参照光とを干渉させ、その干渉光を前記受光素子アレイ２０の各受光素子２４に受光させる。
【００４２】
この光熱変換測定装置の具体的作用は次のとおりである。
【００４３】
４つの測定部１４においては、それぞれ、試料収容器１６に収容された試料に含まれる全ての測定域（図では１つの測定部１４あたりに６つの測定域）に対し、励起光入射光学系１８が周期的に変調した励起光を試料に入射する。試料は、この励起光を吸収することにより発熱する（光熱効果）。この発熱による試料の温度変化は前記変調の周期に対応するので、当該周期で当該試料の屈折率が変化する。この試料の屈折率の変化が、前記測定光と前記参照光との干渉を利用して計測される。
【００４４】
具体的に、前記測定用光源１０は、４つの測定部１４に導かれる測定光及び参照光の源となる光（ビーム）を発する。この光は、まず、分割素子であるビームスプリッタ２６により２つの光に分割される。具体的には、当該ビームスプリッタ２６により９０°反射される反射光と、当該ビームスプリッタ２６を透過する透過光とに分割される。前記反射光はそのまま一方の分岐光学系３０に導かれ、前記透過光はビームスプリッタ２８により９０°反射されてから他方の分岐光学系３０に導かれる。
【００４５】
各分岐光学系３０では、まず、前記ビームスプリッタ２６から導かれる光が分光素子であるビームスプリッタ３２により測定光と参照光とに分光される。このうち測定光は、測定光用分割素子４２ＭのＡＯＭ４８により周波数変換（周波数ｆ１に変換）されながらさらに２つの測定光に分割される。これらの測定光はそれぞれミラー４４Ｍで反射され、さらにλ／２波長板４６Ｍにより偏向面の調節を受けてから、対応する偏向ビームスプリッタ３６にそれぞれ導かれる。
【００４６】
同様に、参照光は参照光用分割素子４２ＲのＡＯＭ４８により周波数変換（周波数ｆ２に変換）されながら前記各測定光に対応する２つの参照光に分割される。これらの参照光はそれぞれミラー４４Ｒで反射され、さらにλ／２波長板４６Ｒにより偏向面の調節を受けてから、対応する偏向ビームスプリッタ３６にそれぞれ導かれる。
【００４７】
前記各偏向ビームスプリッタ３６は、この偏向ビームスプリッタ３６に入射される前記測定光及び前記参照光を合成し、光拡大素子であるビームエキスパンダ３８に導く。ビームエキスパンダ３８は、前記測定光及び前記参照光の口径を同時に拡大する。その拡大後の測定光及び参照光は干渉用光学系４０の偏向ビームスプリッタ５６に入射される。
【００４８】
偏向ビームスプリッタ５６は、前記合成光のうちの参照光を受光素子アレイ２０と反対の側に９０°反射する。この参照光は、参照光用ミラー６０Ｒによって１８０°反射されることにより、参照光用λ／４波長板５８Ｒを往復してから前記偏向ビームスプリッタ５６に戻る。この参照光が前記参照光用λ／４波長板５８Ｒを往復する際、当該参照光の偏向面が計９０°回転するために、前記偏向ビームスプリッタ５６に戻った参照光はそのまま当該偏向ビームスプリッタ５６を透過する。
【００４９】
一方、前記偏向ビームスプリッタ５６は、前記測定光をそのまま透過させて測定光用λ／４波長板５８Ｍ及び試料収容器１６に導く。この測定光は、前記試料収容器１６に収容される試料に含まれる全ての測定域を通過した後、測定光用ミラー６０Ｍによって１８０°反射される。この反射により、前記測定光は前記測定光用λ／４波長板５８Ｍ及び前記試料収容器１６を往復してから前記偏向ビームスプリッタ５６に戻る。
【００５０】
このとき、前記測定光の位相は、前記各測定域における試料の屈折率の変化分だけ、変化する。さらに、この測定光の偏向面は、当該測定光が前記測定光用λ／４波長板５８Ｍを往復することによって計９０°回転する。このため、当該測定光は前記偏向ビームスプリッタ５６にて９０°反射され、前記参照光と干渉しながら前記受光素子アレイ２０の各受光素子２４に受光される。
【００５１】
前記各受光素子２４は、前記干渉光を受光し、その強度に対応する電気信号を信号処理装置２２に出力する。この電気信号は、前記測定光と前記参照光の周波数差（＝｜ｆ１−ｆ２｜）に相当するうねり周波数をもつ信号となる。信号処理装置２２は、前記電気信号と、前記励起光入射光学系１８における励起光の変調周期とに基づき、前記測定光の位相変化を演算する。すなわち、光干渉法による位相変化の測定を実行する。
【００５２】
具体的に、前記干渉光の強度Ｓ１は、次の（１）式で表される。
【００５３】
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素子の特性や試料の透過率により定まる定数、φは前記測定光と前記参照光の光路長差による位相差、ｆｂは前記測定光と前記参照光の周波数差（＝ｆ１−ｆ２）である。この（１）式は、干渉後の測定光の強度Ｓ１の変化（前記励起光を照射しないとき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の変化を求めることが可能であることを示している。信号処理装置２２は、この（１）式を利用して前記位相差φの変化を算出する。
【００５４】
例えば、前記励起光Ｌｅの強度が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た場合、試料の屈折率も前記周波数ｆで変化する。測定光の光路長も前記周波数ｆで変化し（参照光の光路長は一定）、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）することが、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の屈折率変化のみを精度良く測定することを可能にする。すなわち、この測定は、前記位相差φの測定のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００５５】
以上示した光熱変換測定装置では、測定用光学系１２に含まれる分割素子（ビームスプリッタ２６並びに測定光用分割素子４２Ｍ及び参照光用分割素子４２Ｒ）が、測定用光源１０から発する光を分割することにより、単一の測定用光源１０を用いて計４つの試料収容器１６に収容される試料の測定を同時に行うことを可能にする。このことは、装置のコストアップを抑えながら効率の高い測定を行うことを可能にする。
【００５６】
さらに、前記測定用光学系１２に含まれる光拡大素子であるビームエキスパンダ３８は、分割された後の各測定光及び各参照光を拡大することにより、当該測定光が各試料に含まれる複数の測定域を同時に透過することを可能にする。そして、それぞれの測定域を透過した測定光の干渉後の強度が各受光素子２４により個別に検出される。従って、前記試料収容器１６が全ての測定域に跨って連続するように試料を収容するものである場合、前記励起光入射光学系１８が前記試料に含まれる全ての測定域に対し均一な周波数をもつ励起光を入射することにより、前記試料における光熱効果の分布特性を測定することを可能にする。この場合、各受光素子２４が当該受光素子２４に対応する測定域についての位置情報を含んでおればよい。
【００５７】
励起光入射光学系１８は、例えば第２の実施の形態として図３に示すように、光源からの光を互いに波長の異なる複数の励起光に分光する機能を有しており、それぞれの励起光を試料収容器１６内の各測定域に照射するものであってもよい。このような複数種の励起光の照射は、前記試料の吸収スペクトルを速やかに測定することを可能にする。
【００５８】
前記試料収容器１６は、例えば図４に示されるように測定域ごとに区画された複数の試料収容部１６ａを有するものであってもよい。これらの試料収容部１６ａにそれぞれ異なる試料が個別に収容された状態で全試料収容部１６ａを拡大後の測定光が透過すると、当該測定光すなわち共通の測定光を用いて複数の試料の測定を同時に行うことが可能である。
【００５９】
本発明では、前記分割素子、前記光拡大素子の一方が省略されてもよい。また、分割素子を具備する場合、第３の実施の形態として図５に示されるように、試料収容器１６の直前で測定光及び参照光がそれぞれ分割されてもよい。
【００６０】
この第３の実施の形態に係る装置は、共通の光源から発せられる光を測定光と参照光とに分割する分光素子であるビームスプリッタ３２と、測定光周波数変換用のＡＯＭ４９Ｍ及び参照光周波数変換用のＡＯＭ４９Ｒのほか、前記分割のためのビームスプリッタユニット７０を備える。
【００６１】
前記ビームスプリッタユニット７０は、前記ＡＯＭ４９Ｍにより周波数変換された測定光を分割するための測定光分割部７２Ｍと、前記ＡＯＭ４９Ｍにより周波数変換された参照光を分割するための参照光分割部７２Ｒとを併有する。各分割部７２Ｍ，７２Ｒには測定域の個数（図では４個）と同数のビームスプリッタ７４が直列に配される。
【００６２】
測定光分割部７２Ｍにより分割された各測定光は、互いに平行な状態を維持しながら試料収容器１６における各測定域を透過した後、干渉用光学系４０を構成する偏向ビームスプリッタ７６によってそれぞれ９０°反射され、レンズ７８によって受光素子アレイ２０に集光される。参照光分割部７２Ｒにより分割された各参照光は、互いに平行なままミラー８０で９０°反射され、前記各偏向ビームスプリッタ７６を透過した後にレンズ７８によって受光素子アレイ２０に集光される。
【００６３】
従って、この装置においても、各測定域に対応して測定光及び参照光が分割され、各測定光は対応する測定域を透過した後に対応する参照光と干渉させられる。この干渉が、前記測定光の位相変化の検出を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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】前記光熱変換測定装置に含まれる分割素子の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光熱変換測定装置の要部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る試料収容器の例を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光熱変換測定装置の要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 測定用光源
１２ 測定用光学系
１４ 測定部
１６ 試料収容器
１６ａ 試料収容部
１８ 励起光入射光学系
２０ 受光素子アレイ
２２ 信号処理装置
２４ 受光素子
２６ ビームスプリッタ（分割素子）
３０ 分岐光学系
３２ ビームスプリッタ（分光素子）
３４Ｍ 測定光用光学系
３４Ｒ 参照光用光学系
３６ 偏向ビームスプリッタ（合成素子）
３８ ビームエキスパンダ（光拡大素子）
４０ 干渉用光学系
４２Ｍ 測定光用分割素子
４２Ｒ 参照光用分割素子
４８ ＡＯＭ（音響光学変調器）
５０ プリズム（反射素子）
５２ ミラー（反射素子）
５６ 偏向ビームスプリッタ
７０ ビームスプリッタユニット
７２Ｍ 測定光分割部
７２Ｒ 参照光分割部
７４ ビームスプリッタ
７６ 偏向ビームスプリッタ
【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装置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では、一つの装置で同時に一つの測定しか行うことができない。換言すれば、複数の測定を同時に行うためには、それぞれが光源をもつ複数の装置を併用しなければならず、設備の著しいコストアップは免れ得ない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、共通の光源を用いて複数の測定域についての測定を同時に行うことが可能な装置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、試料が存在しかつ当該試料に光熱効果を生じさせるための励起光が当該試料に照射される複数の測定域に前記励起光とは別の測定光をそれぞれ透過させることにより、前記各測定域での前記光熱効果による前記試料の発熱量を測定するための光熱変換測定装置であって、前記各測定域に前記励起光を入射するための励起光入射光学系と、前記励起光とは別の光を発する測定用光源と、前記測定用光源から発せられた光を前記各測定域に前記測定光として導き、当該測定域を透過させるための測定用光学系と、前記各測定域を透過した後の前記測定光を受光してその位相変化をそれぞれ測定するための複数の受光素子と、を備える。さらに、前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域を同時に透過することが可能な光に変換するための光変換素子を含み、この光変換素子により変換された光を前記各測定域に前記測定光として導く。
【０００７】
この装置では、前記光変換素子により変換された光が測定光として複数の測定域を同時に透過する。このことは、共通の測定用光源を用いながら各測定域での測定を同時に行うことを可能にする。このような共通光源による複数域での同時測定は、装置のコストアップを抑えながら測定効率を高めることを可能にする。
【０００８】
前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域をそれぞれ透過することが可能な複数の光に分割するための分割素子を含むものが、好適である。この分割素子は、前記測定用光源からの光を分割するだけの簡単な構成でありながら、前記各測定域での同時測定を実現可能にする。
【０００９】
前記分割素子としては、例えば、ビームスプリッタや、前記測定用光源から発せられた光を回折させるための音響光学変調器及びこの音響光学変調器から出る特定の複数の光をそれぞれ特定方向に向けて反射する反射素子を含むものが、好適である。
【００１０】
前記測定光の位相変化は、例えば光干渉法により測定することが可能である。そのための構成として、前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、前記参照光を前記測定域を透過する測定光と干渉させる干渉用光学系を含み、前記各受光素子は、前記干渉後の前記各測定光の強度をそれぞれ検出するものが、好適である。
【００１１】
その場合、前記分光素子及び前記干渉用光学系は、前記分割素子により分割された後の複数の光についてそれぞれ設けられるものでもよいし、前記干渉用光学系は、前記分割素子として、分光された測定光をさらに複数の測定光に分割するための測定光用分割素子と、分光された干渉光をさらに複数の干渉光に分割するための干渉光用分割素子とを含み、その分割された複数の干渉光を、分割された複数の前記測定光のうち対応する測定光にそれぞれ干渉させるものであってもよい。
【００１２】
また、前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を拡大する光拡大素子を含み、この光拡大素子により拡大された後の光を複数の測定域に同時に透過させるものであってもよい。この光拡大素子は、前記測定用光源から発せられる光を拡大するだけの簡単な構成で、当該光が測定光として複数の測定域を同時に透過することを可能にする。
【００１３】
この装置においても、光干渉法による測定が可能である。具体的には、前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、その分光された測定光と参照光とを合成するための合成素子と、合成された測定光及び参照光のうちの測定光を前記測定域に透過させてその透過した測定光と参照光とを干渉させる干渉用光学系を含み、前記光拡大素子は、前記合成素子により合成された前記測定光及び前記干渉光を同時に拡大して前記干渉用光学系に導くものが、好適である。
【００１４】
この装置において、前記合成素子は、前記測定光及び参照光を合成してから前記光拡大素子に導くことにより、この光拡大素子が前記測定光及び参照光をまとめて拡大することを可能にし、その結果、拡大後の測定光が前記参照光と干渉することを可能にする。
【００１５】
本発明では、前記測定域ごとに互いに異なる複数の試料を収容するための試料収容器を備えてもよいし、複数の測定域に跨る領域で連続する試料を収容するための試料収容器を備えてもよい。前者の試料収容器は、互いに異なる試料の光熱効果の同時測定を可能にする。これに対し、後者の試料収容器は、共通の試料内の各部位における光熱効果の同時測定を可能にする。例えば、前記励起光入射光学系が、前記試料に含まれる全ての測定域に対し均一な周波数をもつ励起光を入射するものであれば、当該試料における光熱効果の分布特性を測定することが可能であり、前記励起光入射光学系が、前記試料に含まれる測定域毎に互いに異なる励起光を照射するものであれば、当該試料の吸収スペクトルを速やかに測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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、単一の測定用光源１０と、複数の測定部１４と、前記測定用光源１０から発せられる光を測定光として各測定部１４に導くための測定用光学系１２とを備える。
【００１８】
なお、この実施の形態に係る装置は４つの測定部１４を具備するが、図１では便宜上、２つの測定部１４のみが図示される。
【００１９】
前記各測定部１４は、試料収容器１６と、励起光入射光学系１８と、受光素子アレイ２０と、信号処理装置２２とを備える。
【００２０】
前記試料収容器１６は、同一平面上に並ぶ複数の（図例では６つの）測定域を含む領域に試料（例えば色素水溶液やエタノール）を収容するためのものであり、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）からなる。
【００２１】
前記励起光入射光学系１８は、前記各測定域に励起光を下から入射するためのものであり、図略の励起光源と、適当な分光機構及び変調機構を含む。前記励起光源には、例えば白色光を出力するキセノンランプが用いられる。前記分光機構は、前記励起光源から発せられる光を分光し、前記変調機構は、その分光された光を周期的に変調して光熱効果の測定に好適な励起光を生成する。この励起光は、前記試料収容器１６内の試料に照射されることにより、当該試料に周期的な光熱効果を生じさせる。すなわち、前記励起光が照射された試料は当該励起光を吸収することにより周期的に発熱する。この発熱による温度変化が当該試料の屈折率を周期的に変化させる。
【００２２】
前記受光素子アレイ２０は、前記各測定域に対応する複数の（図例では６個の）受光素子２４を有する。これらの受光素子２４は、前記各測定域を透過した測定光をそれぞれ個別に受光することが可能な位置に配列され、その測定光の強度に対応する電気信号を出力する。
【００２３】
信号処理装置２２は、励起光入射光学系１８における励起光の変調周期と、前記各受光素子２４が受光する測定光の強度変化とに基づき、前記試料の屈折率の変化を演算し（ロックイン検出）、その演算結果を図略の表示装置に表示させる。
【００２４】
前記測定用光源１０は、前記試料の屈折率の変化を測定するための測定光の源となる光を発するものである。この測定用光源１０には、例えば出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ発生器が用いられる。
【００２５】
前記測定用光学系１２は、前記測定用光源１０から発せられた光を分割するための分割素子であるビームスプリッタ２６と、このビームスプリッタ２６により分割された光をそれぞれ各測定部１４に導くための２つの分岐光学系３０とを備える。
【００２６】
前記ビームスプリッタ２６は、前記測定用光源１０から発せられる光を、９０°反射される反射光と、そのまま透過する透過光とに分割する。前記反射光は、一方の分岐光学系３０によってさらに２つに分割され、前記４つの測定部１４のうち図示されている２つの測定部１４に導かれる。前記透過光は別のビームスプリッタ２８によって反射されてから他方の分岐光学系３０によって同様に図略の２つの測定部１４に導かれる。
【００２７】
前記各分岐光学系３０は、分光素子であるビームスプリッタ３２と、測定光用光学系３４Ｍ及び参照光用光学系３４Ｒと、各測定部１４に対応した偏向ビームスプリッタ３６と、ビームエキスパンダ３８と、干渉用光学系４０とを備える。
【００２８】
前記ビームスプリッタ３２は、前記ビームスプリッタ２６から導かれる光を測定光と参照光とに分光する。
【００２９】
前記測定光用光学系３４Ｍは、前記測定光をさらに２つの測定光に分割するための測定光用分割素子４２Ｍと、その分割された測定光をそれぞれ前記各偏向ビームスプリッタ３６に反射するためのミラー４４Ｍと、これらのミラー４４Ｍがそれぞれ反射した光の偏向面を回転させるためのλ／２波長板４６Ｍとを備える。同様に、前記参照光用光学系３６は、前記参照光をさらに２つの参照光に分割するための参照光用分割素子４２Ｒと、その分割された測定光をそれぞれ前記各偏向ビームスプリッタ３６に反射するためのミラー４４Ｒと、これらのミラー４４Ｒがそれぞれ反射した光の偏向面を回転させるためのλ／２波長板４６Ｒとを備える。
【００３０】
前記測定光用分割素子４２Ｍ及び参照光用分割素子４２Ｒは、いずれも、ＡＯＭ（音響光学変調器）４８と、プリズム５０と、一対のミラー５２とを含む。
【００３１】
前記ＡＯＭ４８は、前記ビームスプリッタ３２で分光された光を回折させ、適当な周波数に変換する。その回折光のうち、＋１次光と−１次光とが測定光（または参照光）として採用される。
【００３２】
前記プリズム５０は、前記＋１次光及び前記−１次光をそれぞれ両外側に反射する２枚の反射面を有する。各反射面は前記プリズム５０に適当なコーティングを施すことにより形成される。前記各ミラー５２は、前記プリズム５０により反射された＋１次光及び−１次光をそれぞれ前記ＡＯＭ４８への入光方向と平行な方向に反射する。これにより、周波数ｆ１をもつ２本の測定光、及び周波数ｆ２をもつ２本の参照光が生成される。
【００３３】
前記ＡＯＭ４８による回折光のうち、測定光あるいは参照光として採用される回折光はラマンナース効果による±ｎ次光に限られない。例えば１次光と２次光がそれぞれ採用されてもよい。
【００３４】
前記プリズム５０に対する前記各ミラー５２の配置は適宜設定可能である。例えば図２に示されるように前記プリズム５０及び前記各ミラー５２が前記ＡＯＭ４８からの光を多重反射するものであってもよい。
【００３５】
前記各偏向ビームスプリッタ３６は、合成素子に相当するもので、前記測定光用光学系３４Ｍにより導かれる測定光と前記参照光用光学系３４Ｒにより導かれる参照光とを合成し、前記各ビームエキスパンダ３８に導く。詳しくは、一方の偏向ビームスプリッタ３６により合成された光はそのまま一方のビームエキスパンダ３８に導かれ、他方の偏向ビームスプリッタ３６により合成された光はミラー５３，５４で反射されることにより他方のビームエキスパンダ３８に導かれる。
【００３６】
前記各ビームエキスパンダ３８は、光拡大素子に相当するもので、前記偏向ビームスプリッタ３６から入射される測定光及び参照光を構成するビームの口径を拡大する。その拡大率は、拡大後の測定光が前記試料収容器１６における全ての測定域を通過することが可能となる程度に設定される。
【００３７】
前記各干渉用光学系４０は、前記ビームエキスパンダ３８により拡大された測定光及び参照光のうちの測定光のみを前記測定域に透過させ、かつ、その透過後の測定光を前記参照光と干渉させてから前記受光素子アレイ２０に導くためのものであり、偏向ビームスプリッタ５６と、測定光用λ／４波長板５８Ｍと、測定光用ミラー６０Ｍと、参照光用λ／４波長板５８Ｒと、参照光用ミラー６０Ｒとを備える。
【００３８】
前記偏向ビームスプリッタ５６は、前記ビームエキスパンダ３８と前記試料収容器１６との間でかつ前記受光素子アレイ２０の各受光素子２４に対向する位置に設けられ、前記測定光をそのまま透過させて前記試料収容器１６に導く一方、前記参照光を前記受光素子アレイ２０と反対の側（図１では左側）に９０°反射させる。
【００３９】
前記測定光用λ／４波長板５８Ｍは、前記偏向ビームスプリッタ５６と前記試料収容器１６との間に介在し、この測定光用λ／４波長板５８Ｍを前記測定光が通過する度に当該測定光の偏向面を４５°回転させる。前記測定光用ミラー６０Ｍは、前記試料収容器１６を挟んで前記測定光用λ／４波長板５８Ｍと反対の側に配置され、前記励起光の透過は許容する一方、前記試料収容器１６における各測定域を透過した測定光を１８０°反射することにより当該試料収容器１６及び前記測定光用λ／４波長板５８Ｍを往復させる。
【００４０】
前記参照光用λ／４波長板５８Ｒは、前記偏向ビームスプリッタ５６で前記参照光が反射される側に配置され、この参照光が通過する度に当該参照光の偏向面を４５°回転させる。前記参照光用ミラー６０Ｒは、前記試料収容器１６を挟んで前記参照光用λ／４波長板５８Ｒと反対の側に配置され、前記参照光用λ／４波長板５８Ｒを通過した参照光を１８０°反射することにより当該参照光用λ／４波長板５８Ｒを往復させる。
【００４１】
前記偏向ビームスプリッタ５６は、後述のように、前記測定光用ミラー６０Ｍにより反射されて前記試料収容器１６を往復した測定光と前記参照光用ミラー６０Ｒにより反射された参照光とを干渉させ、その干渉光を前記受光素子アレイ２０の各受光素子２４に受光させる。
【００４２】
この光熱変換測定装置の具体的作用は次のとおりである。
【００４３】
４つの測定部１４においては、それぞれ、試料収容器１６に収容された試料に含まれる全ての測定域（図では１つの測定部１４あたりに６つの測定域）に対し、励起光入射光学系１８が周期的に変調した励起光を試料に入射する。試料は、この励起光を吸収することにより発熱する（光熱効果）。この発熱による試料の温度変化は前記変調の周期に対応するので、当該周期で当該試料の屈折率が変化する。この試料の屈折率の変化が、前記測定光と前記参照光との干渉を利用して計測される。
【００４４】
具体的に、前記測定用光源１０は、４つの測定部１４に導かれる測定光及び参照光の源となる光（ビーム）を発する。この光は、まず、分割素子であるビームスプリッタ２６により２つの光に分割される。具体的には、当該ビームスプリッタ２６により９０°反射される反射光と、当該ビームスプリッタ２６を透過する透過光とに分割される。前記反射光はそのまま一方の分岐光学系３０に導かれ、前記透過光はビームスプリッタ２８により９０°反射されてから他方の分岐光学系３０に導かれる。
【００４５】
各分岐光学系３０では、まず、前記ビームスプリッタ２６から導かれる光が分光素子であるビームスプリッタ３２により測定光と参照光とに分光される。このうち測定光は、測定光用分割素子４２ＭのＡＯＭ４８により周波数変換（周波数ｆ１に変換）されながらさらに２つの測定光に分割される。これらの測定光はそれぞれミラー４４Ｍで反射され、さらにλ／２波長板４６Ｍにより偏向面の調節を受けてから、対応する偏向ビームスプリッタ３６にそれぞれ導かれる。
【００４６】
同様に、参照光は参照光用分割素子４２ＲのＡＯＭ４８により周波数変換（周波数ｆ２に変換）されながら前記各測定光に対応する２つの参照光に分割される。これらの参照光はそれぞれミラー４４Ｒで反射され、さらにλ／２波長板４６Ｒにより偏向面の調節を受けてから、対応する偏向ビームスプリッタ３６にそれぞれ導かれる。
【００４７】
前記各偏向ビームスプリッタ３６は、この偏向ビームスプリッタ３６に入射される前記測定光及び前記参照光を合成し、光拡大素子であるビームエキスパンダ３８に導く。ビームエキスパンダ３８は、前記測定光及び前記参照光の口径を同時に拡大する。その拡大後の測定光及び参照光は干渉用光学系４０の偏向ビームスプリッタ５６に入射される。
【００４８】
偏向ビームスプリッタ５６は、前記合成光のうちの参照光を受光素子アレイ２０と反対の側に９０°反射する。この参照光は、参照光用ミラー６０Ｒによって１８０°反射されることにより、参照光用λ／４波長板５８Ｒを往復してから前記偏向ビームスプリッタ５６に戻る。この参照光が前記参照光用λ／４波長板５８Ｒを往復する際、当該参照光の偏向面が計９０°回転するために、前記偏向ビームスプリッタ５６に戻った参照光はそのまま当該偏向ビームスプリッタ５６を透過する。
【００４９】
一方、前記偏向ビームスプリッタ５６は、前記測定光をそのまま透過させて測定光用λ／４波長板５８Ｍ及び試料収容器１６に導く。この測定光は、前記試料収容器１６に収容される試料に含まれる全ての測定域を通過した後、測定光用ミラー６０Ｍによって１８０°反射される。この反射により、前記測定光は前記測定光用λ／４波長板５８Ｍ及び前記試料収容器１６を往復してから前記偏向ビームスプリッタ５６に戻る。
【００５０】
このとき、前記測定光の位相は、前記各測定域における試料の屈折率の変化分だけ、変化する。さらに、この測定光の偏向面は、当該測定光が前記測定光用λ／４波長板５８Ｍを往復することによって計９０°回転する。このため、当該測定光は前記偏向ビームスプリッタ５６にて９０°反射され、前記参照光と干渉しながら前記受光素子アレイ２０の各受光素子２４に受光される。
【００５１】
前記各受光素子２４は、前記干渉光を受光し、その強度に対応する電気信号を信号処理装置２２に出力する。この電気信号は、前記測定光と前記参照光の周波数差（＝｜ｆ１−ｆ２｜）に相当するうねり周波数をもつ信号となる。信号処理装置２２は、前記電気信号と、前記励起光入射光学系１８における励起光の変調周期とに基づき、前記測定光の位相変化を演算する。すなわち、光干渉法による位相変化の測定を実行する。
【００５２】
具体的に、前記干渉光の強度Ｓ１は、次の（１）式で表される。
【００５３】
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素子の特性や試料の透過率により定まる定数、φは前記測定光と前記参照光の光路長差による位相差、ｆｂは前記測定光と前記参照光の周波数差（＝ｆ１−ｆ２）である。この（１）式は、干渉後の測定光の強度Ｓ１の変化（前記励起光を照射しないとき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の変化を求めることが可能であることを示している。信号処理装置２２は、この（１）式を利用して前記位相差φの変化を算出する。
【００５４】
例えば、前記励起光Ｌｅの強度が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た場合、試料の屈折率も前記周波数ｆで変化する。測定光の光路長も前記周波数ｆで変化し（参照光の光路長は一定）、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）することが、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の屈折率変化のみを精度良く測定することを可能にする。すなわち、この測定は、前記位相差φの測定のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００５５】
以上示した光熱変換測定装置では、測定用光学系１２に含まれる分割素子（ビームスプリッタ２６並びに測定光用分割素子４２Ｍ及び参照光用分割素子４２Ｒ）が、測定用光源１０から発する光を分割することにより、単一の測定用光源１０を用いて計４つの試料収容器１６に収容される試料の測定を同時に行うことを可能にする。このことは、装置のコストアップを抑えながら効率の高い測定を行うことを可能にする。
【００５６】
さらに、前記測定用光学系１２に含まれる光拡大素子であるビームエキスパンダ３８は、分割された後の各測定光及び各参照光を拡大することにより、当該測定光が各試料に含まれる複数の測定域を同時に透過することを可能にする。そして、それぞれの測定域を透過した測定光の干渉後の強度が各受光素子２４により個別に検出される。従って、前記試料収容器１６が全ての測定域に跨って連続するように試料を収容するものである場合、前記励起光入射光学系１８が前記試料に含まれる全ての測定域に対し均一な周波数をもつ励起光を入射することにより、前記試料における光熱効果の分布特性を測定することを可能にする。この場合、各受光素子２４が当該受光素子２４に対応する測定域についての位置情報を含んでおればよい。
【００５７】
励起光入射光学系１８は、例えば第２の実施の形態として図３に示すように、光源からの光を互いに波長の異なる複数の励起光に分光する機能を有しており、それぞれの励起光を試料収容器１６内の各測定域に照射するものであってもよい。このような複数種の励起光の照射は、前記試料の吸収スペクトルを速やかに測定することを可能にする。
【００５８】
前記試料収容器１６は、例えば図４に示されるように測定域ごとに区画された複数の試料収容部１６ａを有するものであってもよい。これらの試料収容部１６ａにそれぞれ異なる試料が個別に収容された状態で全試料収容部１６ａを拡大後の測定光が透過すると、当該測定光すなわち共通の測定光を用いて複数の試料の測定を同時に行うことが可能である。
【００５９】
本発明では、前記分割素子、前記光拡大素子の一方が省略されてもよい。また、分割素子を具備する場合、第３の実施の形態として図５に示されるように、試料収容器１６の直前で測定光及び参照光がそれぞれ分割されてもよい。
【００６０】
この第３の実施の形態に係る装置は、共通の光源から発せられる光を測定光と参照光とに分割する分光素子であるビームスプリッタ３２と、測定光周波数変換用のＡＯＭ４９Ｍ及び参照光周波数変換用のＡＯＭ４９Ｒのほか、前記分割のためのビームスプリッタユニット７０を備える。
【００６１】
前記ビームスプリッタユニット７０は、前記ＡＯＭ４９Ｍにより周波数変換された測定光を分割するための測定光分割部７２Ｍと、前記ＡＯＭ４９Ｍにより周波数変換された参照光を分割するための参照光分割部７２Ｒとを併有する。各分割部７２Ｍ，７２Ｒには測定域の個数（図では４個）と同数のビームスプリッタ７４が直列に配される。
【００６２】
測定光分割部７２Ｍにより分割された各測定光は、互いに平行な状態を維持しながら試料収容器１６における各測定域を透過した後、干渉用光学系４０を構成する偏向ビームスプリッタ７６によってそれぞれ９０°反射され、レンズ７８によって受光素子アレイ２０に集光される。参照光分割部７２Ｒにより分割された各参照光は、互いに平行なままミラー８０で９０°反射され、前記各偏向ビームスプリッタ７６を透過した後にレンズ７８によって受光素子アレイ２０に集光される。
【００６３】
従って、この装置においても、各測定域に対応して測定光及び参照光が分割され、各測定光は対応する測定域を透過した後に対応する参照光と干渉させられる。この干渉が、前記測定光の位相変化の検出を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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】前記光熱変換測定装置に含まれる分割素子の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光熱変換測定装置の要部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る試料収容器の例を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光熱変換測定装置の要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 測定用光源
１２ 測定用光学系
１４ 測定部
１６ 試料収容器
１６ａ 試料収容部
１８ 励起光入射光学系
２０ 受光素子アレイ
２２ 信号処理装置
２４ 受光素子
２６ ビームスプリッタ（分割素子）
３０ 分岐光学系
３２ ビームスプリッタ（分光素子）
３４Ｍ 測定光用光学系
３４Ｒ 参照光用光学系
３６ 偏向ビームスプリッタ（合成素子）
３８ ビームエキスパンダ（光拡大素子）
４０ 干渉用光学系
４２Ｍ 測定光用分割素子
４２Ｒ 参照光用分割素子
４８ ＡＯＭ（音響光学変調器）
５０ プリズム（反射素子）
５２ ミラー（反射素子）
５６ 偏向ビームスプリッタ
７０ ビームスプリッタユニット
７２Ｍ 測定光分割部
７２Ｒ 参照光分割部
７４ ビームスプリッタ
７６ 偏向ビームスプリッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が存在しかつ当該試料に光熱効果を生じさせるための励起光が当該試料に照射される複数の測定域に前記励起光とは別の測定光をそれぞれ透過させることにより、前記各測定域での前記光熱効果による前記試料の発熱量を測定するための光熱変換測定装置であって、
前記各測定域に前記励起光を入射するための励起光入射光学系と、
前記励起光とは別の光を発する測定用光源と、
前記測定用光源から発せられた光を前記各測定域に前記測定光として導き、当該測定域を透過させるための測定用光学系と、
前記各測定域を透過した後の前記測定光を受光してその位相変化をそれぞれ測定するための複数の受光素子と、を備え、
前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域を同時に透過することが可能な光に変換するための光変換素子を含み、この光変換素子により変換された光を前記各測定域に前記測定光として導くものであることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域をそれぞれ透過することが可能な複数の光に分割するための分割素子を含むことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、前記参照光を前記測定域を透過する測定光と干渉させる干渉用光学系を含み、
前記各受光素子は、前記干渉後の前記各測定光の強度をそれぞれ検出することを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の光熱変換測定装置において、
前記分光素子及び前記干渉用光学系は、前記分割素子により分割された後の複数の光についてそれぞれ設けられることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の光熱変換測定装置において、
前記干渉用光学系は、前記分割素子として、分光された測定光をさらに複数の測定光に分割するための測定光用分割素子と、分光された干渉光をさらに複数の干渉光に分割するための干渉光用分割素子とを含み、その分割された複数の干渉光を、分割された複数の前記測定光のうち対応する測定光にそれぞれ干渉させることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記分割素子としてビームスプリッタを含むことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記分割素子として、前記測定用光源から発せられた光を回折させるための音響光学変調器と、この音響光学変調器から出る特定の複数の光をそれぞれ特定方向に向けて反射する反射素子とを含むことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記分割素子により分割された光のうちの少なくとも一部の光を拡大する光拡大素子を含み、この光拡大素子により拡大された後の光を複数の測定域に同時に透過させるものであることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項９】
請求項１記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を拡大する光拡大素子を含み、この光拡大素子により拡大された後の光を複数の測定域に同時に透過させるものであることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、その分光された測定光と参照光とを合成するための合成素子と、合成された測定光及び参照光のうちの測定光を前記測定域に透過させてその透過した測定光と参照光とを干渉させる干渉用光学系を含み、
前記光拡大素子は、前記合成素子により合成された前記測定光及び前記干渉光を同時に拡大して前記干渉用光学系に導くことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定域ごとに互いに異なる複数の試料を収容するための試料収容器を備えることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
複数の測定域に跨る領域で連続する試料を収容するための試料収容器を備えることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の光熱変換測定装置において、
前記励起光入射光学系は、前記試料に含まれる全ての測定域に対し均一な周波数をもつ励起光を入射することを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の光熱変換測定装置において、
前記励起光入射光学系は、前記試料に含まれる測定域毎に互いに異なる励起光を照射することを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１】
試料が存在しかつ当該試料に光熱効果を生じさせるための励起光が当該試料に照射される複数の測定域に前記励起光とは別の測定光をそれぞれ透過させることにより、前記各測定域での前記光熱効果による前記試料の発熱量を測定するための光熱変換測定装置であって、
前記各測定域に前記励起光を入射するための励起光入射光学系と、
前記励起光とは別の光を発する測定用光源と、
前記測定用光源から発せられた光を前記各測定域に前記測定光として導き、当該測定域を透過させるための測定用光学系と、
前記各測定域を透過した後の前記測定光を受光してその位相変化をそれぞれ測定するための複数の受光素子と、を備え、
前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域を同時に透過することが可能な光に変換するための光変換素子を含み、この光変換素子により変換された光を前記各測定域に前記測定光として導くものであることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を、前記各測定域をそれぞれ透過することが可能な複数の光に分割するための分割素子を含むことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、前記参照光を前記測定域を透過する測定光と干渉させる干渉用光学系を含み、
前記各受光素子は、前記干渉後の前記各測定光の強度をそれぞれ検出することを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の光熱変換測定装置において、
前記分光素子及び前記干渉用光学系は、前記分割素子により分割された後の複数の光についてそれぞれ設けられることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の光熱変換測定装置において、
前記干渉用光学系は、前記分割素子として、分光された測定光をさらに複数の測定光に分割するための測定光用分割素子と、分光された干渉光をさらに複数の干渉光に分割するための干渉光用分割素子とを含み、その分割された複数の干渉光を、分割された複数の前記測定光のうち対応する測定光にそれぞれ干渉させることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記分割素子としてビームスプリッタを含むことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記分割素子として、前記測定用光源から発せられた光を回折させるための音響光学変調器と、この音響光学変調器から出る特定の複数の光をそれぞれ特定方向に向けて反射する反射素子とを含むことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記分割素子により分割された光のうちの少なくとも一部の光を拡大する光拡大素子を含み、この光拡大素子により拡大された後の光を複数の測定域に同時に透過させるものであることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項９】
請求項１記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光学系は、前記光変換素子として、前記測定用光源から発せられた光を拡大する光拡大素子を含み、この光拡大素子により拡大された後の光を複数の測定域に同時に透過させるものであることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光熱変換測定装置において、
前記測定用光源から発せられた光を前記測定光と参照光とに分光する分光素子と、その分光された測定光と参照光とを合成するための合成素子と、合成された測定光及び参照光のうちの測定光を前記測定域に透過させてその透過した測定光と参照光とを干渉させる干渉用光学系を含み、
前記光拡大素子は、前記合成素子により合成された前記測定光及び前記干渉光を同時に拡大して前記干渉用光学系に導くことを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
前記測定域ごとに互いに異なる複数の試料を収容するための試料収容器を備えることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の光熱変換測定装置において、
複数の測定域に跨る領域で連続する試料を収容するための試料収容器を備えることを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の光熱変換測定装置において、
前記励起光入射光学系は、前記試料に含まれる全ての測定域に対し均一な周波数をもつ励起光を入射することを特徴とする光熱変換測定装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の光熱変換測定装置において、
前記励起光入射光学系は、前記試料に含まれる測定域毎に互いに異なる励起光を照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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２４１４２５（Ｐ２００８−２４１４２５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８１５４５（Ｐ２００７−８１５４５）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度，経済産業省，新エネルギー・産業技術総合開発機構「先進ナノバイオデバイスプロジェクト」委託研究，産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【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２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度，経済産業省，新エネルギー・産業技術総合開発機構「先進ナノバイオデバイスプロジェクト」委託研究，産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【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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