JPH09133655A - Photo-acoustic spectroscopy and spectrometer - Google Patents

Photo-acoustic spectroscopy and spectrometer

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Publication number
JPH09133655A
JPH09133655A JP7292700A JP29270095A JPH09133655A JP H09133655 A JPH09133655 A JP H09133655A JP 7292700 A JP7292700 A JP 7292700A JP 29270095 A JP29270095 A JP 29270095A JP H09133655 A JPH09133655 A JP H09133655A
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JP
Japan
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sample
excitation light
photoacoustic
sensor
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP7292700A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Ozawa
理 小沢
Yutaka Masuzawa
裕 鱒沢
Hitoshi Matsuo
仁司 松尾
Tsuyoshi Sonehara
剛志 曽根原
Toshiko Fujii
稔子 藤井
Masao Kan
正男 管
Yuji Miyahara
裕二 宮原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09133655A publication Critical patent/JPH09133655A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the sensitivity from lowering due to the phase difference or interference caused by the difference between the irradiating position of exciting light and each point at the sensitive part of a sensor by irradiating a sample with an exciting light while scanning at a rate higher than the sound velocity. SOLUTION: A sample 4 is irradiated intermittently with a light of such wavelength as being absorbed by an object emitted from a light source 1. A beam splitter 2 introduces a part thereof to an optical scanner 3 which then irradiates the sample 4 with an exciting light while scanning at a rate higher than the sound velocity. Consequently, a substance in the sample 4 absorbs the light and excited. When the absorbed energy is discharged, displacement takes place through thermal expansion thus generating a photo-acoustic wave. It is detected by a piezoelectric sensor 5 having a planar sensitive part touching the sample 4 and converted into an electric signal. The electric signal is amplified through an amplifier 6 and subjected to analysis and determination by a metric controller 8 thus producing a signal proportional to the quantity of substance to be measured in the sample 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化学物質の分析を
光音響法で行う分析装置及び分析方法に係り、特に血液
中の成分を採血することなく分析する非侵襲血液成分分
析等に好適に使用することができる光音響分光分析装置
及び分析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analysis device and an analysis method for analyzing a chemical substance by a photoacoustic method, and is particularly suitable for non-invasive blood component analysis for analyzing components in blood without collecting blood. The present invention relates to a photoacoustic spectroscopy analyzer and analysis method that can be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光音響分光分析装置は、例えば
K. M. Quan 他、Phys. Med. Biol., 38, (1993), 1911-
1922 に記載のように、パルス状の励起光線を試料に照
射する位置を固定し、平面状の感応部を有する圧電セン
サを励起光の光軸と垂直な方向に試料に接して設けて、
光音響信号を測定するのが一般的であった。一方、エリ
ザベス・メイ・ダウリングによる特開昭63−2476
52号公報には、複数の光源と複数の圧電センサを用い
る光音響分光装置により生体試料中の物質濃度を求める
方法が開示されている。
2. Description of the Related Art A conventional photoacoustic spectroscopic analyzer is, for example,
KM Quan et al., Phys. Med. Biol., 38, (1993), 1911-
As described in 1922, the position of irradiating the sample with a pulsed excitation light beam is fixed, and a piezoelectric sensor having a flat sensitive portion is provided in contact with the sample in a direction perpendicular to the optical axis of the excitation light,
It was common to measure photoacoustic signals. On the other hand, JP-A-63-2476 by Elizabeth May Dowling
Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-52 discloses a method of obtaining the concentration of a substance in a biological sample by a photoacoustic spectroscopic device using a plurality of light sources and a plurality of piezoelectric sensors.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、光音響信号は
励起光の光軸を中心として同心円状に発生するため、平
面状の感応部を有する圧電センサを前記 Phys. Med. Bi
ol., 38, (1993), 1911-1922に記載された方法で使用す
ると、光音響波がセンサ感応部に到達する時刻がセンサ
感応部の各部分によって異なる。特定の時刻でみると、
センサ感応部の各部分において光音響信号の位相が異な
り、センサ各部の出力が互いに干渉し合うため高感度に
検出するのが困難であるという問題があった。特に、非
侵襲的な血液成分分析のように微弱な信号を測定する必
要がある場合、光軸と圧電センサとの距離を短くするこ
とが好ましく、またセンサ感応部の面積を広くすること
が好ましい。しかし、そうするとセンサ感応部における
光音響波の波面の曲率が大きくなって光音響波の到達時
間差が大きくなるため、逆に光音響信号の位相差及び干
渉が著しくなるため高感度化を図ることができなかっ
た。
However, since the photoacoustic signal is generated concentrically around the optical axis of the excitation light, a piezoelectric sensor having a planar sensitive portion is used in the above-mentioned Phys. Med.
ol., 38, (1993), 1911-1922, the time at which the photoacoustic wave reaches the sensor-sensitive part varies depending on the parts of the sensor-sensitive part. At a specific time,
There is a problem that it is difficult to detect with high sensitivity because the phase of the photoacoustic signal is different in each part of the sensor sensitive part and the outputs of each part of the sensor interfere with each other. In particular, when it is necessary to measure a weak signal such as non-invasive blood component analysis, it is preferable to shorten the distance between the optical axis and the piezoelectric sensor, and it is preferable to increase the area of the sensor sensitive section. . However, if this is done, the curvature of the wavefront of the photoacoustic wave in the sensor sensitive section becomes large and the arrival time difference of the photoacoustic wave becomes large. Conversely, the phase difference and the interference of the photoacoustic signal become conspicuous, so high sensitivity can be achieved. could not.

【0004】また、特開昭63−247652号公報に
は、複数の光源と複数の圧電センサを用い、例えば測定
試料の周囲にこれらの光源と圧電センサの列を配置して
測定する方法が開示されている。しかし、複数の光源は
別々の波長の光を発生させるためのものであり(7頁右
上8行)、複数の圧電センサは個々の光源に一対一に対
応して設けられているか(図3、図4、図5)、もしく
は出力側を互いに接続されて(5頁右下3行、図7)1
つのセンサとして用いられている。従って、個々の圧電
センサに入射する光音響波について考えれば、その光音
響波を発生する元となった光源は1つのみであり、励起
光の照射位置も固定されている。つまり、個々の光源と
圧電センサの組合せについて考えれば、原理的には Phy
s. Med.Biol., 38, (1993), 1911-1922の場合と同様で
あり、上記と同様の問題がある。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-247652 discloses a method of using a plurality of light sources and a plurality of piezoelectric sensors, for example, arranging a row of these light sources and the piezoelectric sensors around a measurement sample for measurement. Has been done. However, the plurality of light sources are for generating lights of different wavelengths (page 7, upper right line 8), and are the plurality of piezoelectric sensors provided in a one-to-one correspondence with each light source (FIG. 3, FIG. 4 or 5), or the output sides are connected to each other (page 3, lower right line, FIG. 7) 1
It is used as one sensor. Therefore, considering the photoacoustic wave incident on each piezoelectric sensor, there is only one light source from which the photoacoustic wave is generated, and the irradiation position of the excitation light is also fixed. In other words, if we consider the combination of individual light sources and piezoelectric sensors, in principle Phy
s. Med. Biol., 38, (1993), 1911-1922, and has the same problem as above.

【0005】本発明の目的は、平面状の感応部を有する
センサを用いる光音響分光分析において、励起光の照射
位置とセンサ感応部の各部分との距離差に由来する位相
差、干渉によって感度が低下することを防ぎ、高感度に
光音響信号を検出することにある。
It is an object of the present invention to perform sensitivity in photoacoustic spectroscopic analysis using a sensor having a planar sensitive section due to phase difference and interference caused by a distance difference between the irradiation position of excitation light and each section of the sensor sensitive section. Is to detect the photoacoustic signal with high sensitivity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的は、励起光を試
料中の音速以上の速度で走査しながら試料に照射し、光
音響波の波面先端に形成される直線状の合成波を平面状
のセンサ感応部と平行に発生させて、一つのセンサによ
って同時に検出することにより達成される。すなわち、
本発明は、試料に励起光を照射する手段と、試料から発
せられた光音響波を検出するセンサとを備える光音響分
光分析装置において、励起光を試料中の音速以上の速度
で走査しながら照射することを特徴とする。
The above object is to irradiate a sample while exciting light is scanned at a speed equal to or higher than the speed of sound in the sample, and to generate a linear composite wave formed at the tip of the wavefront of the photoacoustic wave into a planar shape. It is achieved by generating the sensor in parallel with the sensor-sensitive part and simultaneously detecting by one sensor. That is,
The present invention, in a photoacoustic spectroscopic analyzer comprising a means for irradiating a sample with excitation light and a sensor for detecting a photoacoustic wave emitted from the sample, while scanning the excitation light at a speed equal to or higher than the speed of sound in the sample. It is characterized by irradiation.

【0007】試料中の音速をc、励起光の走査速度をv
とするとき、励起光の走査方向はセンサの平面状の感応
部に対して下式で表される角度aをなすように設定す
る。 sina=c/v このとき、センサの感応部の長さをL、励起光の走査時
間をTnとするとき、下式の関係が成立する。 L=Tn(v2−c21/2
The sound velocity in the sample is c and the scanning speed of the excitation light is v
In this case, the scanning direction of the excitation light is set so as to form an angle a represented by the following formula with respect to the flat sensitive portion of the sensor. sina = c / v At this time, when the length of the sensitive portion of the sensor is L and the scanning time of the excitation light is Tn, the following equation holds. L = Tn (v 2 -c 2 ) 1/2

【0008】また、本発明は、励起光を試料中の音速と
等しい速度でセンサ方向に走査しながら照射する。ある
いは、複数の励起光を1つのセンサから等距離の位置に
同時に照射する。測定の再現性を高めるためには、励起
光を光ファイバー束によって試料に導き、この光ファイ
バー束とセンサが固定されたセンサヘッドを用いるとよ
い。光ファイバー束は一端に入射した光パターンが他端
にそのまま出力される画像伝送用の光ファイバー束と
し、光走査のパターンを任意に調整できる手段を備える
ことが好ましい。
Further, according to the present invention, the excitation light is emitted while scanning toward the sensor at a speed equal to the speed of sound in the sample. Alternatively, a plurality of excitation lights are simultaneously emitted from one sensor at positions equidistant from each other. In order to improve the reproducibility of the measurement, it is preferable to guide the excitation light to the sample by an optical fiber bundle and use a sensor head to which the optical fiber bundle and the sensor are fixed. The optical fiber bundle is an optical fiber bundle for image transmission in which a light pattern incident on one end is output to the other end as it is, and it is preferable to provide a unit capable of arbitrarily adjusting the optical scanning pattern.

【0009】また、本発明は、試料に励起光を照射する
ことによって試料から発せられた光音響波を検出する光
音響分光分析方法において、試料中の複数の位置で光音
響波を発生させ、複数の光音響波の波面先端を1つのセ
ンサで同時に検出することを特徴とする。分析に当たっ
ては、励起光を試料中の各位置に単独で照射して各照射
位置からの光音響波をセンサで検出し、その伝搬時間に
より励起光の照射位置及び励起光の走査速度の少なくと
も一方を修正するのが好ましい。
The present invention also provides a photoacoustic spectroscopic analysis method for detecting a photoacoustic wave emitted from a sample by irradiating the sample with excitation light, wherein the photoacoustic wave is generated at a plurality of positions in the sample, It is characterized in that the wavefront tips of a plurality of photoacoustic waves are simultaneously detected by one sensor. In the analysis, the excitation light is irradiated individually to each position in the sample, the photoacoustic wave from each irradiation position is detected by the sensor, and at least one of the irradiation position of the excitation light and the scanning speed of the excitation light is determined by its propagation time. Is preferably corrected.

【0010】励起光として測定対象物質が吸収する第1
の波長の励起光と、試料中の媒質が吸収する第2の波長
の励起光とを用い、両者の測定結果を比較すると媒質中
の測定対象物質の濃度を求めることができる。本発明の
光音響分光分析装置は、生体中の生化学成分の測定を非
侵襲的に行う非侵襲生化学成分分析に用いることができ
る。その際、予備測定において励起光を試料中の各位置
に単独で照射して各照射位置からの光音響波をセンサで
検出し、光音響波の伝搬時間から試料の各部分における
音速の偏差を求めておくと、本測定においてその偏差に
応じて励起光の各照射位置を修正することにより音速の
偏差を補正して測定を行うことができる。また、血中生
化学成分を分析する場合には、励起光の波長をヘモグロ
ビンの吸光波長として試料を予備走査して血管の存在す
る領域を求め、その領域において光音響分光分析を行う
ようにすることもできる。
The first absorption by the substance to be measured as excitation light
By using the excitation light of the wavelength and the excitation light of the second wavelength absorbed by the medium in the sample and comparing the measurement results of both, the concentration of the substance to be measured in the medium can be obtained. The photoacoustic spectroscopic analyzer of the present invention can be used for non-invasive biochemical component analysis for non-invasively measuring biochemical components in a living body. At that time, in the preliminary measurement, the excitation light is individually irradiated to each position in the sample, the photoacoustic wave from each irradiation position is detected by the sensor, and the deviation of the sound velocity in each part of the sample from the propagation time of the photoacoustic wave is detected. Once obtained, the measurement can be performed by correcting the sound velocity deviation by correcting each irradiation position of the excitation light according to the deviation in the main measurement. When analyzing biochemical components in blood, the sample is pre-scanned by using the wavelength of the excitation light as the absorption wavelength of hemoglobin to determine the region where blood vessels exist, and photoacoustic spectroscopy analysis is performed in that region. You can also

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。 〔実施の形態1〕図1は、本発明による光音響分光分析
装置の第1の実施の形態の概略構成図である。1は光
源、2はビーム分割器、3は光走査装置、4は試料、5
は圧電センサ、6は増幅器、7は基準光検出器、8は計
測制御装置である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a photoacoustic spectroscopy analyzer according to the present invention. 1 is a light source, 2 is a beam splitter, 3 is an optical scanning device, 4 is a sample, 5
Is a piezoelectric sensor, 6 is an amplifier, 7 is a reference light detector, and 8 is a measurement control device.

【0012】光源1は試料4中の測定対象物質が吸収す
る波長の光(励起光)を断続的に発光する。ビーム分割
器2はその一部を光走査装置3に導き、光走査装置3は
光線の方向を時間と共に変更、即ち走査する。励起光を
試料4に照射すると、試料中の測定対象物質はこの光を
吸収して励起される。そして、吸収したエネルギーを無
放射過程により放出する際、熱膨張による変位、即ち光
音響波を発生する。断続する励起光に応じて断続的に発
生する光音響波を、平面状の感応部を試料に接触して設
けた圧電センサ5により検出して電気信号に変換する。
これを増幅器6により増幅し、計測制御装置8によって
解析と定量を行う。発生する光音響波は測定対象物質の
吸光度に比例するため、結果的に試料中の測定対象物質
の量に比例する信号が得られる。一方、ビーム分割器2
で分割された他方の光は、基準光検出器7により検出さ
れ、光源強度と照射時間の基準信号として、計測制御装
置8における信号処理に用いられる。
The light source 1 intermittently emits light (excitation light) having a wavelength absorbed by the substance to be measured in the sample 4. The beam splitter 2 guides a part thereof to the optical scanning device 3, and the optical scanning device 3 changes or scans the direction of the light beam with time. When the sample 4 is irradiated with the excitation light, the substance to be measured in the sample absorbs this light and is excited. Then, when the absorbed energy is released by a non-radiative process, a displacement due to thermal expansion, that is, a photoacoustic wave is generated. A photoacoustic wave intermittently generated in response to the intermittent excitation light is detected by a piezoelectric sensor 5 provided with a flat sensitive portion in contact with the sample and converted into an electric signal.
This is amplified by the amplifier 6 and analyzed and quantified by the measurement control device 8. Since the generated photoacoustic wave is proportional to the absorbance of the measurement target substance, a signal proportional to the amount of the measurement target substance in the sample is obtained as a result. On the other hand, the beam splitter 2
The other light split by is detected by the reference light detector 7 and is used for signal processing in the measurement control device 8 as a reference signal of the light source intensity and the irradiation time.

【0013】光源1としては、パルスレーザ励起の色素
レーザやパルス駆動の半導体レーザ等を使用することが
できる。光源1の波長は、測定対象物質の吸光度が大き
い波長とすると光音響信号の強度を大きくできるが、夾
雑物やマトリクスによる吸光度と比較して測定対象物質
の吸光度が大きい波長であれば他の波長でも構わない。
ここでは、血中成分の一つであるビリルビンを測定対象
物質とし、生体ファントムを試料とした。従って、色素
レーザの色素として Coumarin 450 を用い、ビリルビン
の吸収極大波長である450nmのレーザ光を得た。パ
ルス光の持続時間は約5nsである。
As the light source 1, a pulse laser-excited dye laser, a pulse-driven semiconductor laser, or the like can be used. The wavelength of the light source 1 can increase the intensity of the photoacoustic signal when the absorbance of the substance to be measured is large, but other wavelengths can be used if the wavelength of the substance to be measured is greater than that of impurities or matrix. But it doesn't matter.
Here, bilirubin, which is one of blood components, was used as a measurement target substance, and a living body phantom was used as a sample. Therefore, Coumarin 450 was used as the dye of the dye laser, and laser light having a maximum absorption wavelength of bilirubin of 450 nm was obtained. The duration of pulsed light is about 5 ns.

【0014】ビーム分割器2としては、アルミニウムを
石英に蒸着した透過率(試料方向)95%、反射率(基
準光検出器方向)5%のものを用いた。光走査装置3と
しては回転式のポリゴンミラーを用いたが、光路を時間
的に変更して走査することができるものであれば、ガル
バノミラー、光音響偏向器などその他の原理によるもの
であっても構わない。また、光走査装置には複数のポリ
ゴンミラーを内蔵させ、2軸以上の自由度を持たせる
と、2次元状の走査パターンを得ることもできる。
The beam splitter 2 used was aluminum vapor-deposited on quartz with a transmittance (toward the sample) of 95% and a reflectance (toward the reference photodetector) of 5%. Although a rotary polygon mirror is used as the optical scanning device 3, it may be based on other principles such as a galvano mirror and a photoacoustic deflector as long as the optical path can be temporally changed and scanned. I don't mind. In addition, if a plurality of polygon mirrors are built in the optical scanning device, and two or more axes of freedom are provided, a two-dimensional scanning pattern can be obtained.

【0015】圧電センサ5としては、圧電セラミクスと
エポキシの音響整合層とからなる複合圧電材料を用いた
圧電素子を用いた。もちろん、数マイクロ秒程度の時間
領域の振動を正確かつ高感度に検出できれば、PVDF
などからなる高分子圧電素子などを用いることもでき
る。なお、測定の再現性を高めるためには、光源からの
励起光と、試料と、圧電センサとの相対的な位置を規定
することが好ましい。この目的のため、例えば励起光を
光ファイバー束によって試料に導き、この光ファイバー
束と圧電センサを相互に調節自在に固定する治具を用い
ることができる。これらをセンサヘッドとして一体化す
ることにより、励起光の照射位置とセンサの設置位置を
簡便に規定し、再現性の高い測定を行うことができる。
As the piezoelectric sensor 5, a piezoelectric element using a composite piezoelectric material composed of piezoelectric ceramics and an acoustic matching layer of epoxy was used. Of course, if the vibration in the time domain of several microseconds can be detected accurately and with high sensitivity, PVDF
It is also possible to use a polymer piezoelectric element made of, for example. In order to improve the reproducibility of measurement, it is preferable to define the relative positions of the excitation light from the light source, the sample, and the piezoelectric sensor. For this purpose, it is possible to use, for example, a jig for guiding the excitation light to the sample by means of an optical fiber bundle and fixing the optical fiber bundle and the piezoelectric sensor in a mutually adjustable manner. By integrating these as a sensor head, the irradiation position of the excitation light and the installation position of the sensor can be easily defined, and highly reproducible measurement can be performed.

【0016】次に、励起光の走査について、図2を用い
て説明する。図2は試料4の、圧電センサ5を含む断面
のうち、励起光の光軸に垂直な面の断面図である。図2
に示すように、圧電センサ5の一端からセンサ表面に垂
直な方向にある点Aを開始点とし、また圧電センサ5の
他方の端からセンサ表面に垂直な方向にある点Bを終了
点として、両者を結ぶ線分AB上を走査しながら励起光
を照射する。
Next, scanning of the excitation light will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a surface of the sample 4 including the piezoelectric sensor 5, which is perpendicular to the optical axis of the excitation light. FIG.
As shown in, the starting point is a point A in the direction perpendicular to the sensor surface from one end of the piezoelectric sensor 5, and the ending point is a point B in the direction perpendicular to the sensor surface from the other end of the piezoelectric sensor 5. Excitation light is emitted while scanning a line segment AB connecting the two.

【0017】励起光の一連の走査は、時刻0において、
線分ABのうち圧電センサ5から遠い方の端点Aから開
始し、時刻Tnにおいて他方の端点Bにおいて終了する
まで一定速度vで行う。即ち、試料上での励起光の走査
速度vは、線分ABの距離を走査時間Tnで除した商で
ある。ここでは最も簡単な例として、一定時間間隔dT
ごとに励起光パルスを照射する場合について説明する。
TnがdTの整数倍の場合、励起光を線分ABの区間に
おいて合計〔(Tn/dT)+1〕回、等間隔に照射す
る。図2には、Tn/dT=8の場合の各照射点を黒丸
印で示した。点Aへの照射を第0発目と数え、第i発目
の照射は時刻(dT・i)において、線分AB上の点C
に照射される。点Cは、線分ABを、i:〔(Tn/d
T)−i〕に内分する点である。励起光照射によって誘
起された光音響波は、それぞれの照射点を中心に同心円
状に試料中を伝播してゆくが、従来の様に照射点の位置
を固定する場合と異なり、各光音響波の中心が異なるた
め、波動エネルギーの密度が空間的に非対称となる。
A series of scans of the excitation light, at time 0,
The line segment AB starts from the end point A farther from the piezoelectric sensor 5 and continues at a constant speed v until it ends at the other end point B at time Tn. That is, the scanning speed v of the excitation light on the sample is a quotient obtained by dividing the distance of the line segment AB by the scanning time Tn. Here, as the simplest example, the constant time interval dT
The case of irradiating the excitation light pulse every time will be described.
When Tn is an integral multiple of dT, the excitation light is irradiated in the interval of the line segment AB a total of [(Tn / dT) +1] times at equal intervals. In FIG. 2, each irradiation point in the case of Tn / dT = 8 is indicated by a black circle. The irradiation to the point A is counted as the 0th shot, and the irradiation of the i-th shot is the point C on the line segment AB at the time (dT · i).
Is irradiated. Point C represents the line segment AB as i: [(Tn / d
T) -i]. The photoacoustic waves induced by the excitation light irradiation propagate in the sample concentrically around each irradiation point, but unlike the conventional case where the position of the irradiation point is fixed, each photoacoustic wave Since the centers of are different, the wave energy density becomes spatially asymmetric.

【0018】ここで、走査速度vと試料中の音速cとの
関係を図3を用いて説明する。図3には、上記と同様T
n/dT=8の場合について、時刻Tnにおける各光音
響波の波面先端をそれぞれ円で示している。走査速度v
は試料4中の音速cよりも大きく設定されている。この
場合、各光音響波の合成波の波面先端の一部が線状に揃
い(区間DBとD’B)、またこの区間では光音響波の
位相も揃うため、この部分の波動エネルギーの密度は他
より高くなる。図示したのは、試料4中の音速cが15
00m/s、走査速度vが8620m/s、ABが10
mm、Tnが1.16マイクロ秒、dTが0.14マイク
ロ秒の場合の模式図である。
Here, the relationship between the scanning speed v and the sound speed c in the sample will be described with reference to FIG. In FIG. 3, T
In the case of n / dT = 8, the tip of the wavefront of each photoacoustic wave at time Tn is indicated by a circle. Scanning speed v
Is set to be larger than the sound velocity c in the sample 4. In this case, a part of the wavefront tip of the composite wave of each photoacoustic wave is aligned linearly (section DB and D'B), and the phase of the photoacoustic wave is also aligned in this section, so the density of the wave energy of this part is equal. Will be higher than others. The sound velocity c in sample 4 is 15 in the figure.
00m / s, scanning speed v is 8620m / s, AB is 10
It is a schematic diagram when mm, Tn is 1.16 microseconds, and dT is 0.14 microseconds.

【0019】次に、走査区間、走査方向と圧電センサの
位置の関係を図3,4を用いて説明する。圧電センサ5
としては、良好な特性のものが安価に入手できる平面状
の感応部を有するものを用いた。図3に示されているよ
うに、時刻0において生じた光音響波は時刻Tnまでに
左端の円で示される領域に速度cで伝播しており、また
この間に励起光が地点Aから地点Bまで速度vで走査さ
れている。従って、(距離AD):(距離AB)はc:
vに等しく、線分DBと線分ABのなす角度aに関して
次の(1)式の関係が成立する。 sina=c/v (1)
Next, the relationship between the scanning section, the scanning direction and the position of the piezoelectric sensor will be described with reference to FIGS. Piezoelectric sensor 5
As the material, a material having a flat sensitive portion, which has good characteristics and can be obtained at low cost, was used. As shown in FIG. 3, the photoacoustic wave generated at time 0 has propagated to the region indicated by the circle at the left end at time c by time Tn, and during this time, the excitation light is transmitted from point A to point B. Up to the speed v. Therefore, (distance AD) :( distance AB) is c:
The following relationship (1) is established for the angle a formed by the line segment DB and the line segment AB. sina = c / v (1)

【0020】つまり、上記の光音響波の合成波の波面先
端が線状に揃う区間DBは、走査方向ABに対し、上式
(1)で規定される角度aをなしている。上記の例の場
合、この角度は約10度である。この関係は別の時刻に
おいても同様に成立する。例えば、図3の時点から特定
の時間が経過した後の、時刻Txにおける光音響波の波
面先端を図4中の円で示した。時刻Tn(図3)から時
刻Tx(図4)までの間に各光音響波は各々等しい距離
{c・(Tx−Tn)}だけ伝播するため、時刻Txに
おいても合成波の波面先端の一部は線状に揃い、その区
間は図3における線分DB(又はD’B)と平行であ
る。従って、図4で示したように、センサ5の表面と走
査区間ABとのなす角度を式(1)によって定まる角度
aとすることにより、線状に揃った合成波の波面先端を
センサ感応部に対して同時に導入することができる。こ
うすることにより、センサ表面には複数〔上記の例では
{(Tn/dT)+1}=9回〕の励起光照射によって
生じた複数の光音響波の先端が同時に同位相で入射す
る。
That is, the section DB in which the wavefront tips of the above-described photoacoustic wave are aligned linearly form an angle a defined by the above equation (1) with respect to the scanning direction AB. In the example above, this angle is approximately 10 degrees. This relationship is similarly established at another time. For example, the tip of the wavefront of the photoacoustic wave at the time Tx after a specific time has elapsed from the time point in FIG. 3 is indicated by a circle in FIG. Between time Tn (FIG. 3) and time Tx (FIG. 4), each photoacoustic wave propagates by the same distance {c · (Tx−Tn)}, so that even at time Tx, one of the tips of the wavefront of the composite wave is propagated. The parts are aligned in a line, and the section is parallel to the line segment DB (or D′ B) in FIG. Therefore, as shown in FIG. 4, by setting the angle formed by the surface of the sensor 5 and the scanning section AB to be the angle a determined by the equation (1), the tip end of the wave front of the linearly aligned composite wave is set to the sensor sensitive section. Can be introduced simultaneously. By doing so, a plurality of ([(Tn / dT) +1} = 9 times in the above example) excitation light irradiation ends of a plurality of photoacoustic waves simultaneously enter the sensor surface in the same phase.

【0021】角度aが必ずしも大きくない場合は、セン
サ5に対して走査方向を精密に設定することが困難な場
合がある。この様な場合には、予め各照射予定位置に単
独で励起光を照射し、光音響波の波面先端がセンサ5で
検出されるまでの時間を実測し、この時間と音速とから
各照射位置とセンサの距離を求めることができる。これ
らのデータに基づいて角度aの実測値を求めることがで
きるが、これを想定値と比較することにより、この角度
aのずれを表す補正値を求めることができる。実際の測
定の際はこの補正値を用いて走査方向や走査速度を加減
することにより、光音響波の合成波の波面先端をセンサ
表面に同時に同位相で入射させることができる。
If the angle a is not necessarily large, it may be difficult to precisely set the scanning direction for the sensor 5. In such a case, the excitation light is individually radiated to each irradiation planned position in advance, the time until the wavefront tip of the photoacoustic wave is detected by the sensor 5 is measured, and each irradiation position is measured from this time and the sound velocity. And the sensor distance can be obtained. Although the actual measurement value of the angle a can be obtained based on these data, by comparing this with the assumed value, the correction value representing the deviation of the angle a can be obtained. In the actual measurement, the correction direction is used to adjust the scanning direction and the scanning speed, so that the front end of the wavefront of the composite wave of the photoacoustic waves can be simultaneously incident on the sensor surface in the same phase.

【0022】この実施の形態を従来例と比較すると、前
記した従来例はいずれも励起光を走査せず、特定の点に
励起光を照射するのみであるため、一つのセンサ表面に
は1度に1回の励起光照射によって生じた1つの光音響
波が入射するだけである。入射時点での波動エネルギー
は、本発明の方が従来例よりも〔(Tn/dT)+1〕
倍大きく、高感度に検出することが可能である。ここで
はTn/dT=8としたため、従来例よりも9倍高感度
に検出することができる。もちろん励起光照射回数を更
に増やすことにより、感度をさらに高めることも可能で
ある。
Comparing this embodiment with the conventional example, none of the above-mentioned conventional examples scans the excitation light, and only irradiates a specific point with the excitation light. Only one photoacoustic wave generated by one irradiation of the excitation light is incident on. The wave energy at the time of incidence is [(Tn / dT) +1] in the present invention as compared with the conventional example.
It is twice as large and can be detected with high sensitivity. Since Tn / dT = 8 is set here, it is possible to detect with 9 times higher sensitivity than the conventional example. Of course, it is possible to further increase the sensitivity by further increasing the number of times of excitation light irradiation.

【0023】また、従来例では光音響波の波面先端の形
状が円形であるため、平面状のセンサを用いて検出しよ
うとすると、センサ感応部の部分毎に光音響波が入射す
る時刻が異なる。特定の時刻について言えば、センサ感
応部の部分毎に位相の異なる光音響波のセグメントが入
射していることになり、これらが互いに干渉して、結果
的にセンサ全体として検出される信号強度が低下してし
まう、という問題がある。一方、ここで説明した実施の
形態では、検出する光音響波の合成波の波面先端の形状
が直線状であるため、平面状のセンサを用いて検出する
場合でも、センサ感応部に対して光音響波の波面先端部
分の波動を同時に同位相で入射させることができる。従
って、従来例のような干渉の問題は波面先端に関して生
じないため、圧電センサで検出される信号強度の低下と
いう不都合が生じない。この影響を加味すると、この実
施の形態では従来例と比較して9倍以上の高感度化が達
成される。
Further, in the conventional example, the shape of the tip of the wavefront of the photoacoustic wave is circular, so that when a flat sensor is used to detect the photoacoustic wave, the time at which the photoacoustic wave is incident differs for each part of the sensor sensitive section. . At a specific time, the photoacoustic wave segments with different phases are incident on each part of the sensor sensitive part, and these interfere with each other, resulting in the signal strength detected by the sensor as a whole. There is a problem that it will decrease. On the other hand, in the embodiment described here, since the shape of the tip of the wavefront of the composite wave of the photoacoustic waves to be detected is linear, even when the detection is performed using a planar sensor, the light is not transmitted to the sensor sensitive section. Waves at the tip of the wavefront of an acoustic wave can be made incident at the same phase at the same time. Therefore, the problem of interference as in the conventional example does not occur with respect to the front end of the wavefront, so that there is no inconvenience that the signal intensity detected by the piezoelectric sensor decreases. When this effect is taken into consideration, this embodiment achieves 9 times or more higher sensitivity than the conventional example.

【0024】圧電センサ5の感応部の長さLと、一連の
走査の持続時間Tnとの間には、図4から明らかなよう
に、次式(2)の関係が成立する。ただし、走査の開始
点Aと終了点Bは、上記の説明及び図4に示されるよう
に定められているものとする。上記の例では、Lは9.
85mmである。 L=Tn(v2−c21/2 (2)
As is apparent from FIG. 4, the relationship of the following equation (2) is established between the length L of the sensitive portion of the piezoelectric sensor 5 and the duration Tn of a series of scans. However, the starting point A and the ending point B of the scanning are defined as shown in the above description and FIG. In the above example, L is 9.
It is 85 mm. L = Tn (v 2 -c 2 ) 1/2 (2)

【0025】なお、励起光の走査回数は1回に限定され
ない。一連の走査を繰り返して行い、データを積算する
ことで精度をさらに向上することができる。また、上記
では照射光と垂直な特定の面についてのみ説明した。し
かし、照射光と垂直で、圧電センサを含む、その他の面
についても同様の議論が成立するため、3次元に拡張し
ても同様の効果があることが理解される。
The number of times the excitation light is scanned is not limited to one. The accuracy can be further improved by repeating a series of scans and integrating the data. Further, in the above, only the specific surface perpendicular to the irradiation light has been described. However, since the same argument holds for other surfaces that are perpendicular to the irradiation light and include the piezoelectric sensor, it is understood that the same effect can be obtained even if the three-dimensional expansion is performed.

【0026】上記では最も簡単な例を取って説明したた
め、励起光の照射は定期的に行ったが、もちろんこれは
定期的である必要はない。走査速度が一定であれば、走
査区間内のどの位置を照射しても同様の効果が得られる
ことが理解される。その他のパラメータに関しても、上
記の具体的な数値に限定されるわけではない。この実施
の形態によると、励起光である断続光を、圧電センサに
対して特定の角度を保ちつつ、試料中の音速以上の速度
で走査しながら複数照射することにより、試料中の複数
の位置から発生した光音響波を1つの圧電センサ表面に
おいて同時に同位相で受信できるため、簡単な構成で高
感度な計測が行えるという効果がある。
Since the simplest example has been described above, the irradiation of the excitation light is performed regularly, but of course, this need not be the case. It will be understood that if the scanning speed is constant, the same effect can be obtained regardless of the irradiation position in the scanning section. Other parameters are not limited to the above specific numerical values. According to this embodiment, intermittent light, which is excitation light, is irradiated at a plurality of positions in the sample while scanning at a speed equal to or higher than the speed of sound in the sample while maintaining a specific angle with respect to the piezoelectric sensor. Since the photoacoustic waves generated from the same can be received simultaneously in the same phase on the surface of one piezoelectric sensor, there is an effect that highly sensitive measurement can be performed with a simple configuration.

【0027】〔実施の形態2〕次に、図5を用いて本発
明の第2の実施の形態を説明する。第2の実施の形態は
第1の実施の形態とほぼ同様であるが、走査速度vと試
料中の音速cが等しく、それに伴って走査方向と圧電セ
ンサの位置との関係がやや異なる。図5は、試料4の、
圧電センサ5を含む断面のうち、励起光の光軸に垂直な
面の断面の模式図である。図5に示したように、センサ
表面と垂直方向にある点Aを開始点とし、またこの垂線
上の点Aと圧電センサの間にある点Bを終了点として、
線分AB上を走査しながら、励起光を複数照射する。励
起光の一連の走査は、第1の実施の形態と同様、時刻0
における点Aから時刻Tnにおける点Bまで一定速度v
で行うが、この実施の形態ではこの速度が試料中の音速
cと等しいことを特徴とする。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is almost the same as the first embodiment, but the scanning speed v and the sound speed c in the sample are equal, and accordingly, the relationship between the scanning direction and the position of the piezoelectric sensor is slightly different. FIG. 5 shows sample 4
FIG. 3 is a schematic view of a cross section of a plane perpendicular to the optical axis of excitation light in a cross section including a piezoelectric sensor 5. As shown in FIG. 5, a point A in a direction perpendicular to the sensor surface is set as a start point, and a point B on the perpendicular line and a point B between the piezoelectric sensor are set as end points.
A plurality of excitation lights are irradiated while scanning the line segment AB. Similar to the first embodiment, a series of scanning with the excitation light is performed at time 0.
Constant speed v from point A at point B to point B at time Tn
In this embodiment, this velocity is equal to the sound velocity c in the sample.

【0028】この場合、各々の照射によって生じた光音
響波のうち、AからBの方向に進行する波面先端に、次
回以降の照射が重なる。従って、AからBの方向に進行
する波面先端には各々の照射による光音響波が全て重畳
する。図5では、第1の実施の形態と同様、一定時間間
隔dTごとにパルス励起光を図中の黒丸印で示した位置
に照射した。なお、ここではTn/dT=8である場合
について示した。一連の照射が完了した時刻Tnからさ
らに一定時間経過した時刻Txにおいて、この光音響波
は圧電センサ5の感応部に入射するが、この瞬間におけ
る各光音響波の波面先端を図5中の円で示した。図から
理解されるように、複数〔(Tn/dT)+1=9回〕
の励起光照射によって生じた複数の光音響波が同時にセ
ンサ5に入射する。これを従来例と比較すると、従来例
では励起光を走査しないため、1度に1回の励起光照射
によって生じた単一の光音響波しか検出できない。従っ
て、図5の例では、従来例と比較して9倍の高感度な検
出が行えるという効果がある。
In this case, of the photoacoustic waves generated by each irradiation, the irradiation from the next time onward overlaps the tip of the wavefront traveling in the direction A to B. Therefore, the photoacoustic waves due to the respective irradiations are all superposed on the tip of the wavefront traveling in the direction A to B. In FIG. 5, as in the first embodiment, the pulsed excitation light is irradiated to the positions shown by black circles in the figure at constant time intervals dT. Here, the case where Tn / dT = 8 is shown. This photoacoustic wave is incident on the sensitive part of the piezoelectric sensor 5 at a time Tx after a lapse of a certain period of time from the time Tn when a series of irradiation is completed, and the wavefront tip of each photoacoustic wave at this moment is indicated by a circle in FIG. Indicated by. As can be seen from the figure, multiple [(Tn / dT) + 1 = 9 times]
A plurality of photoacoustic waves generated by the irradiation of the exciting light are simultaneously incident on the sensor 5. Comparing this with the conventional example, since the conventional example does not scan the excitation light, only a single photoacoustic wave generated by the irradiation of the excitation light once can be detected. Therefore, in the example of FIG. 5, there is an effect that detection can be performed with a sensitivity 9 times higher than that of the conventional example.

【0029】第2の実施の形態と第1の実施の形態とを
比較すると、励起光の走査に関しては、両者ともに走査
を行うという点で共通であるが、走査速度vが音速cよ
り大きいか等しいかの違いがある。圧電センサと走査区
間とのなす角度については、第1の実施の形態では前記
式(1)で規定される角度aであるのに対し、第2の実
施の形態では直角である。ただし、式(1)にv=cを
代入するとaは直角となるため、第2の実施の形態は第
1の実施の形態の1つの特殊な例とみなすこともでき
る。
Comparing the second embodiment and the first embodiment, it is common that the excitation light is scanned by both, but is the scanning speed v higher than the sound speed c? There is a difference of equality. The angle formed by the piezoelectric sensor and the scanning section is the angle a defined by the equation (1) in the first embodiment, whereas it is a right angle in the second embodiment. However, when v = c is substituted into the equation (1), a becomes a right angle, so the second embodiment can be regarded as one special example of the first embodiment.

【0030】この第2の実施の形態では励起光の走査の
方向が単純なため、実施が容易である。しかし、光音響
波の合成波の波面先端の形状は直線とはならないため、
センサの感応部の長さLがセンサと照射位置との間の距
離に比べて大きい場合には、検出される光音響波の位相
がセンサ感応部の部分毎にやや異なるという問題を生じ
る可能性がある。従ってこの実施の形態では、照射区間
とセンサ間の距離に比べてLを小さくすると特に効果的
である。
The second embodiment is easy to implement because the scanning direction of the excitation light is simple. However, the shape of the tip of the wavefront of the composite wave of photoacoustic waves is not a straight line,
When the length L of the sensitive portion of the sensor is larger than the distance between the sensor and the irradiation position, there is a possibility that the phase of the detected photoacoustic wave may be slightly different for each portion of the sensitive portion of the sensor. There is. Therefore, in this embodiment, it is particularly effective to make L smaller than the distance between the irradiation section and the sensor.

【0031】〔実施の形態3〕次に、図6を用いて本発
明の第3の実施の形態について説明する。この第3の実
施の形態は第1の実施の形態とほぼ同様であるが、以下
の点が異なる。即ち、第3の実施の形態では、励起光を
走査する代わりに、複数用意した光源を同時に駆動する
か、あるいは1つの光源からの光線をハーフミラー等を
用いて複数の光線に分割するかして、試料の複数の位置
において同時に励起光を入射して、個々の励起光によっ
て生じる光音響波の波面先端に形成される直線状の合成
波を平面状のセンサ感応部と平行に発生させて、センサ
によって同時に検出する。
[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is almost the same as the first embodiment, except for the following points. That is, in the third embodiment, instead of scanning the excitation light, a plurality of prepared light sources are simultaneously driven, or a light beam from one light source is divided into a plurality of light beams by using a half mirror or the like. Then, the excitation light is simultaneously incident on a plurality of positions of the sample, and a linear synthetic wave formed at the tip of the wavefront of the photoacoustic wave generated by each excitation light is generated in parallel with the planar sensor sensitive section. , Sensor detects simultaneously.

【0032】図6は、試料4の、圧電センサ5を含む断
面の内、励起光の光軸に垂直な面の断面の模式図であ
る。図6に示したように、圧電センサ5の感応部と平行
な線分AB上に複数の励起光を照射する。この例では、
図中の黒丸印で示した9つの地点に励起光を等間隔に照
射した。ただし、照射は時刻0において一斉に行った。
この時点から一定時間経過した時刻Txにおいて、各光
音響波は圧電センサ5の感応部に入射する。この瞬間に
おける各光音響波の波面先端を図6中の円で示した。
FIG. 6 is a schematic view of a cross section of the sample 4 including the piezoelectric sensor 5, which is perpendicular to the optical axis of the excitation light. As shown in FIG. 6, a plurality of excitation lights are irradiated onto the line segment AB parallel to the sensitive portion of the piezoelectric sensor 5. In this example,
Excitation light was irradiated at equal intervals on nine points indicated by black circles in the figure. However, irradiation was performed all at once at time 0.
At time Tx when a certain time has elapsed from this point, each photoacoustic wave enters the sensitive section of the piezoelectric sensor 5. The wavefront tip of each photoacoustic wave at this moment is shown by a circle in FIG.

【0033】図から理解されるように、複数(この場合
は9カ所)の地点への励起光照射によって生じた複数の
光音響波の波面先端が、同時にセンサ5に入射する。こ
れを従来例と比較すると、図6の場合の方が従来より9
倍高感度な検出が行える、という効果がある。この第3
の実施の形態と第1の実施の形態とを比較すると、励起
光の走査に関しては第3の実施の形態では走査を行わな
いため、第1の実施の形態とは異なる。また、第3の実
施の形態では走査速度vは定義されず、圧電センサと走
査区間とのなす角についても直接比較することはできな
い。ただし、複数の位置に同時に励起光を照射するとい
う第3の実施の形態を、第1の実施の形態において走査
速度vを無限大とした特殊な例とみなせば、以下の類似
点が見いだせる。即ち、圧電センサと走査区間とのなす
角が、第1の実施の形態では前記式(1)で規定される
角度aであるのに対し、第3の実施の形態では(走査区
間を照射区間ABとみなせば)平行、即ち0度である。
ここで式(1)のvに無限大を代入すると、aは0度と
なり、第3の実施の形態と一致する。即ち、第3の実施
の形態は第1の実施の形態の(v=∞という極限におけ
る)1つの特殊な例とみなすことができる。
As can be seen from the figure, the wavefront tips of a plurality of photoacoustic waves generated by irradiation of excitation light at a plurality of points (in this case, 9 points) are incident on the sensor 5 at the same time. Comparing this with the conventional example, the case of FIG.
The effect is that detection can be performed with double high sensitivity. This third
Comparing the second embodiment with the first embodiment, the third embodiment is different from the first embodiment in that the excitation light is not scanned in the third embodiment. Further, the scanning speed v is not defined in the third embodiment, and the angle formed by the piezoelectric sensor and the scanning section cannot be directly compared. However, if the third embodiment in which a plurality of positions are simultaneously irradiated with excitation light is regarded as a special example in which the scanning speed v is infinite in the first embodiment, the following similarities can be found. That is, the angle formed by the piezoelectric sensor and the scanning section is the angle a defined by the equation (1) in the first embodiment, whereas in the third embodiment (the scanning section is the irradiation section). Parallel (if considered AB), that is, 0 degrees.
Here, if infinity is substituted for v in the equation (1), a becomes 0 degree, which is consistent with the third embodiment. That is, the third embodiment can be regarded as one special example (in the limit of v = ∞) of the first embodiment.

【0034】なお、この実施の形態では励起光を走査す
る必要が無く、複数の独立した光源を同時に駆動する
か、もしくは1つの光源からの光線を分割するだけでよ
いため、構成が簡単となる。また励起光はセンサの感応
部と平行な位置に入射すればよいため角度の設定が容易
である。上では線分AB上に複数の離散的な(点状の断
面を有する)線状の励起光を照射するものとしたが、ひ
とつの(線状の断面を有する)面状の励起光を線分AB
上に照射しても、同様の効果が得られる。
In this embodiment, it is not necessary to scan the excitation light, and it is sufficient to drive a plurality of independent light sources at the same time or to split the light beam from one light source, so that the structure is simple. . Further, the excitation light only needs to be incident on a position parallel to the sensitive portion of the sensor, so that the angle can be easily set. In the above description, a plurality of discrete (having a dot-shaped cross section) linear excitation light is irradiated onto the line segment AB, but one planar excitation light (having a linear cross section) is used as a line. Minute AB
The same effect can be obtained by irradiating it on top.

【0035】〔実施の形態4〕次に、図7を用いて本発
明の第4の実施の形態について説明する。第4の実施の
形態は第1の実施の形態とほぼ同様であるが、励起光と
して、測定対象物質の吸収波長の光の他に、試料中の媒
質の吸収波長の光も用いた点が、第1の実施の形態と異
なる。
[Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is almost the same as the first embodiment, except that the light having the absorption wavelength of the medium in the sample is used as the excitation light in addition to the light having the absorption wavelength of the substance to be measured. , Different from the first embodiment.

【0036】図7において、1aは第1の光源、1bは
第2の光源、9はビーム統合器である。図1と同じ構成
要素については、図1と同じ番号を付して詳細な説明を
省略する。第1の光源1aとして波長450nmの色素
レーザ、第2の光源1bとして波長1450nmのパル
ス駆動半導体レーザ、ビーム統合器9としては透過率5
0%のハーフミラーを用いた。
In FIG. 7, 1a is a first light source, 1b is a second light source, and 9 is a beam combiner. The same components as those in FIG. 1 are assigned the same numbers as those in FIG. 1 and detailed description thereof will be omitted. A dye laser having a wavelength of 450 nm is used as the first light source 1a, a pulse-driven semiconductor laser having a wavelength of 1450 nm is used as the second light source 1b, and a transmittance of 5 is used as the beam integrator 9.
A 0% half mirror was used.

【0037】次に、図7の装置の動作について説明す
る。計測制御装置8の制御により、まず最初に第1の光
源1aを動作させて、第2の光源1bを休止させる。ビ
ーム統合器はこれら2種の光源からの光を1つの光路に
統合する作用をするが、この場合はビーム統合器から第
1の光源からのパルス光が通過して出てくる。以後は第
1の実施の形態の装置と同様のプロセスにより、第1の
光源1aに対応する試料4中の測定対象物質の量に比例
した光音響信号が計測制御装置8によって観測される。
Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 7 will be described. Under the control of the measurement control device 8, first, the first light source 1a is operated and the second light source 1b is stopped. The beam combiner acts to combine the light from these two sources into one optical path, in which case the beam combiner emits pulsed light from the first source. After that, the photoacoustic signal proportional to the amount of the substance to be measured in the sample 4 corresponding to the first light source 1a is observed by the measurement control device 8 by the same process as in the device of the first embodiment.

【0038】一連の走査が完了した時点で、計測制御装
置8は第1の光源1aを休止させて第2の光源1bを動
作させる。すると、ビーム統合器からは第2の光源1b
からのパルス光が通過して出てくる。以後も上記と同様
のプロセスにより、第2の光源に対応する試料中の媒
質、ここでは波長1450nmに吸収がある水の量に比
例した光音響信号が計測制御装置8によって観測され
る。計測制御装置8はこれら2種の信号の比を計算し、
測定対象物質と媒質との存在比、即ち媒質中の測定対象
物質の濃度として表示、出力する。
When a series of scanning is completed, the measurement control device 8 suspends the first light source 1a and operates the second light source 1b. Then, the second light source 1b is emitted from the beam integrator.
The pulsed light from passes through and emerges. After that, by the same process as above, the measurement control device 8 observes a photoacoustic signal proportional to the amount of water in the medium corresponding to the second light source, which is the wavelength of 1450 nm in the sample. The measurement controller 8 calculates the ratio of these two signals,
It is displayed and output as the abundance ratio of the measurement target substance and the medium, that is, the concentration of the measurement target substance in the medium.

【0039】この実施の形態によると、第1の実施の形
態の効果に加えて、媒質中の測定対象物質の濃度が求ま
る効果がある。また、励起光の照射位置やセンサ設置位
置の変動があって測定対象物質による光音響信号の検出
効率が変動しても、これらの測定条件の変動に対して
は、媒質による光音響信号の検出効率も比例して変動す
るため、両者の比を求めることによりこれらの誤差要因
を取り除き、より正確な測定を行うことができる。
According to this embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, there is an effect that the concentration of the substance to be measured in the medium can be obtained. In addition, even if the detection position of the photoacoustic signal due to the measurement target substance fluctuates due to the fluctuation of the excitation light irradiation position or the sensor installation position, the detection of the photoacoustic signal by the medium against these fluctuations of the measurement conditions. Since the efficiency also changes in proportion, these error factors can be removed by obtaining the ratio of the two, and more accurate measurement can be performed.

【0040】なお、この例では第1の光源の波長におけ
る測定対象物質の吸光度が媒質と比較して十分大きいた
め、上記の方法で測定対象物質の濃度を求めることがで
きるが、第1の光源の波長において測定対象物質の吸光
度が媒質のそれと比較して十分大きくない場合には、第
1の光源を用いた測定結果から、第2の光源を用いた測
定結果を減算することにより、測定対象物質の量に対応
する測定結果を得ることもできる。
In this example, since the absorbance of the substance to be measured at the wavelength of the first light source is sufficiently larger than that of the medium, the concentration of the substance to be measured can be obtained by the above method. If the absorbance of the substance to be measured at the wavelength of is not sufficiently large compared to that of the medium, the measurement result using the second light source is subtracted from the measurement result using the first light source, It is also possible to obtain a measurement result corresponding to the amount of substance.

【0041】〔実施の形態5〕次に、図8〜図13を用
いて本発明の第5の実施の形態について説明する。図8
は測定部位付近のセンサの配置を示す模式図、図9はセ
ンサヘッドを腕に取り付けた状態を示す図、図10はセ
ンサヘッドを上方から見た図、図11は図9のA−A断
面図、図12は光ファイバー束の光入射端側の模式図、
図13は表示部の模式図である。
[Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
Is a schematic view showing the arrangement of the sensors near the measurement site, FIG. 9 is a view showing a state in which the sensor head is attached to the arm, FIG. 10 is a view of the sensor head seen from above, and FIG. FIG. 12 is a schematic view of the light incident end side of the optical fiber bundle,
FIG. 13 is a schematic diagram of the display unit.

【0042】第5の実施の形態は第4の実施の形態とほ
ぼ同様であるが、試料として生体を用い、測定部位とし
て上腕手首の体表面近くにある血管(静脈)を用いた。
血管は体表面からの距離が短く、径の太いものを選択す
ることにより、血液への照射光強度を強めることがで
き、光音響信号が強くなるため、高い感度が得られる。
体表面からの距離が十分短く、太さも十分太ければ、別
の部位の静脈あるいは動脈を用いてもよい。
The fifth embodiment is almost the same as the fourth embodiment, but a living body is used as a sample, and a blood vessel (vein) near the body surface of the upper arm wrist is used as a measurement site.
By selecting a blood vessel having a short distance from the body surface and a large diameter, it is possible to increase the irradiation light intensity to the blood and the photoacoustic signal is increased, so that high sensitivity is obtained.
If the distance from the body surface is sufficiently short and the thickness is sufficiently thick, a vein or artery at another site may be used.

【0043】圧電センサ5は、上腕手首11の体表面と
平行に血管12に沿って設置した。また、血管12から
みてセンサ5と直角な方向から、光ファイバー束10を
通して励起光を入射した。光ファイバー束10は直径
0.2mm程度の光ファイバーを縦2〜5mm、横5〜
10mmとなるように束ねたもので、一端に入射した光
パターンが他端にそのまま出力される画像伝送用の光フ
ァイバー束である。従って、光源側で光ファイバー束1
0に対する照射光を2次元状に走査することにより、試
料側の端部において出射する光線についても2次元状の
複雑な空間的走査パターンを実現することができる。励
起光は、第1の実施の形態と同様に、圧電センサ5から
遠い地点から圧電センサ5に近い地点に向かって、血管
に沿って走査しながら入射した。
The piezoelectric sensor 5 was installed along the blood vessel 12 parallel to the body surface of the upper arm wrist 11. In addition, excitation light was made incident through the optical fiber bundle 10 from a direction perpendicular to the sensor 5 when viewed from the blood vessel 12. The optical fiber bundle 10 is an optical fiber having a diameter of about 0.2 mm and a length of 2 to 5 mm and a width of 5 to 5.
It is an optical fiber bundle for image transmission, which is bundled so as to have a length of 10 mm, and the light pattern incident on one end is directly output to the other end. Therefore, the optical fiber bundle 1 on the light source side
By scanning the irradiation light for 0 in a two-dimensional manner, it is possible to realize a two-dimensional complicated spatial scanning pattern for the light beam emitted at the end portion on the sample side. As in the first embodiment, the excitation light is incident along the blood vessel from a point far from the piezoelectric sensor 5 toward a point near the piezoelectric sensor 5.

【0044】図8に示したセンサ配置を実現するため
に、図9に示すように、ベルト21によって腕11に固
定されるセンサヘッド20を用いた。センサヘッド20
は、枠体22の平面に対して垂直方向及び面内方向(以
下、水平方向という)に移動可能な可動部材23,2
4,25を備える。可動部材24の底面には浅い溝24
fが設けられ、溝24fに血管を位置させて測定を行
う。溝24fの底には長辺を溝の方向と平行にして圧電
センサ5が固定されている。また、圧電センサ5に対し
て一定の間隔をおいて光ファイバー束10の光出射部が
配置されている。
In order to realize the sensor arrangement shown in FIG. 8, the sensor head 20 fixed to the arm 11 by the belt 21 is used as shown in FIG. Sensor head 20
Is a movable member 23, 2 movable in a vertical direction and an in-plane direction (hereinafter referred to as a horizontal direction) with respect to the plane of the frame body 22.
4 and 25 are provided. A shallow groove 24 is formed on the bottom surface of the movable member 24.
f is provided, and the blood vessel is positioned in the groove 24f for measurement. The piezoelectric sensor 5 is fixed to the bottom of the groove 24f with its long side parallel to the direction of the groove. Further, the light emitting portion of the optical fiber bundle 10 is arranged at a constant interval with respect to the piezoelectric sensor 5.

【0045】可動部材23は枠体22に形成された溝に
入った水平方向の突起部23aをスライドさせることに
より、枠体22に対して垂直方向には動けないが水平方
向には可動になっている。可動部材24は可動部材2
3,25に設けられた垂直方向の溝内をスライドする垂
直方向の突起部24a〜24dを有し、垂直方向に可動
である。可動部材25は、図11の断面図に示されてい
るように、ウオーム歯車27に噛み合うラック25aを
有する。また、可動部25は隣接する可動部24に面す
る側に凹部25bを有し、その凹部25bに可動部24
の舌片24eが入り込んでいる。舌片24eにはネジが
切られており、垂直方向への移動が規制された調節ネジ
26と噛み合っている。
The movable member 23 cannot move in the vertical direction with respect to the frame body 22 but can move in the horizontal direction by sliding the horizontal protrusion 23a in the groove formed in the frame body 22. ing. The movable member 24 is the movable member 2
It has vertical protrusions 24a to 24d that slide in the vertical grooves provided in the reference numerals 3 and 25, and are movable in the vertical direction. The movable member 25 has a rack 25a that meshes with the worm gear 27, as shown in the sectional view of FIG. The movable portion 25 has a concave portion 25b on the side facing the adjacent movable portion 24, and the movable portion 24 is in the concave portion 25b.
The tongue piece 24e is inserted. The tongue piece 24e is threaded and meshes with the adjusting screw 26 whose movement in the vertical direction is restricted.

【0046】したがって、センサヘッド20に設けられ
ているウオーム歯車27を回すことにより圧電センサ5
及び光ファイバー束10の光出射部の位置を水平方向に
移動することができ、また調節ネジ26を回すことによ
り、圧電センサ5及び光ファイバー束の光出射部を上下
方向に移動して皮膚に対する押圧の程度を調整すること
ができる。圧電センサ5や光ファイバー束10をセンサ
ヘッドとして一体化することにより、励起光の照射位置
とセンサの設置位置を簡便に規定し、再現性の高い測定
を行うことができる。
Therefore, by rotating the worm gear 27 provided on the sensor head 20, the piezoelectric sensor 5
Also, the position of the light emitting portion of the optical fiber bundle 10 can be moved in the horizontal direction, and by turning the adjusting screw 26, the piezoelectric sensor 5 and the light emitting portion of the optical fiber bundle can be moved in the vertical direction to press the skin. You can adjust the degree. By integrating the piezoelectric sensor 5 and the optical fiber bundle 10 as a sensor head, the irradiation position of the excitation light and the installation position of the sensor can be easily defined, and highly reproducible measurement can be performed.

【0047】ここでは試料を生体の血管を流れる血液と
し、測定対象物質はグルコースとした。血液の主成分は
水であるため、グルコースに加えて水の濃度も測定し、
両信号の比をとると、前記第4の実施の形態に記載した
ように、血液中のグルコース濃度を求めることができ
る。一般に、測定感度を高めるためには励起光の強度を
高めることが効果的であるが、生体にあまり大きな光エ
ネルギーを照射すると、温度上昇や光化学反応、組織破
壊といった悪影響が生じる危険性も高まってしまう。従
って、従来のように励起光の照射位置を固定して測定を
行う場合は、入射できる光エネルギーが生体に対する安
全性の観点から制限されてしまう。一方、本発明のよう
に、励起光を走査しながら照射すると、この危険性を複
数の照射位置に分散して安全性を高めることができる。
換言すると、生体試料の単位体積あたりに吸収される光
エネルギーを一定とした場合は、照射位置数(この場合
は9)倍多くの光音響波を発生できるため、安全性を保
ったまま高感度化が達成できる。
Here, the sample was blood flowing through a blood vessel of a living body, and the substance to be measured was glucose. Since the main component of blood is water, the concentration of water is measured in addition to glucose,
By taking the ratio of both signals, the glucose concentration in the blood can be obtained as described in the fourth embodiment. Generally, it is effective to increase the intensity of excitation light in order to increase the measurement sensitivity, but if too much light energy is applied to the living body, the risk of adverse effects such as temperature rise, photochemical reaction, and tissue destruction also increases. I will end up. Therefore, when the measurement is performed with the irradiation position of the excitation light fixed as in the conventional case, the incident light energy is limited from the viewpoint of safety for the living body. On the other hand, when the excitation light is emitted while being scanned as in the present invention, this risk can be dispersed to a plurality of irradiation positions to enhance safety.
In other words, when the light energy absorbed per unit volume of the biological sample is constant, photoacoustic waves that are as many as the irradiation positions (9 in this case) can be generated, so high sensitivity is maintained while maintaining safety. Can be achieved.

【0048】血管の位置は目視等の手段により確認し、
そこにセンサヘッドを設置することもできるが、ここで
は血液中に含まれるヘモグロビンの吸光波長、たとえば
550nmの励起光を用いた予備走査を2次元的に行
い、得られた光音響信号を解析することにより、自動的
に血液量の多い血管の存在する領域を求めて、その範囲
で本測定を行う。
The position of the blood vessel is confirmed by means such as visual inspection,
Although a sensor head can be installed there, here, preliminary scanning is performed two-dimensionally using excitation light having an absorption wavelength of hemoglobin contained in blood, for example, 550 nm, and the obtained photoacoustic signal is analyzed. By doing so, the area where blood vessels with a large blood volume are present is automatically obtained, and the main measurement is performed within that area.

【0049】図12に示されているように、レーザ光源
30から発せられたレーザ光線31は、ミラー33及び
34によって反射されて光ファイバー束10の光入射端
に入射する。ミラー33及び34は、各々制御部37で
制御されるモーター35,36によって互いに直交する
軸の回りに回動可能になっている。モーター35,36
を制御してミラー33,34の回転を制御することによ
り、レーザ光線31は光ファイバー束10の光入射端を
任意のパターンで走査することができ、センサヘッド2
0に固定された光ファイバー束10の光出射端にその走
査パターンが再現される。
As shown in FIG. 12, the laser beam 31 emitted from the laser light source 30 is reflected by the mirrors 33 and 34 and enters the light incident end of the optical fiber bundle 10. The mirrors 33 and 34 are rotatable about axes orthogonal to each other by motors 35 and 36 controlled by a controller 37, respectively. Motor 35,36
By controlling the rotation of the mirrors 33 and 34 by controlling the laser beam 31, the laser beam 31 can scan the light incident end of the optical fiber bundle 10 in an arbitrary pattern.
The scanning pattern is reproduced at the light emitting end of the optical fiber bundle 10 fixed to 0.

【0050】図13は、ヘモグロビンの吸収波長の励起
光で2次元的な予備走査を行ったときに得られる光音響
信号を、走査信号に同期させて2次元表示したものであ
る。図中、ハッチングを付された領域は光音響信号強度
が大きな領域、すなわち血管の存在する領域を表す。し
たがって、グルコース濃度を測定する本測定に当たっ
て、制御部37はその血管の存在する領域内で走査速
度、走査方向等が前記した関係を満たすように励起光走
査を行う。
FIG. 13 shows a two-dimensional display of a photoacoustic signal obtained by performing a two-dimensional preliminary scanning with excitation light having an absorption wavelength of hemoglobin in synchronism with the scanning signal. In the figure, the hatched region represents a region where the photoacoustic signal intensity is large, that is, a region where blood vessels exist. Therefore, in the main measurement for measuring the glucose concentration, the control unit 37 performs excitation light scanning so that the scanning speed, the scanning direction, and the like satisfy the above-mentioned relationships in the region where the blood vessel exists.

【0051】また、ヘモグロビンによる信号が小さく、
光ファイバー束10のカバーする2次元領域内では血液
量の多い領域を見出すことが困難な場合は、計測制御装
置8はオペレータにその旨報知してセンサヘッドの位置
を変えるように促し、再度予備走査を行うことを繰り返
して、最適な測定部位に到達することができる。生体の
ように均一性が必ずしも高くない試料を測定する場合
は、部位によって音速が多少異なる場合がある。この場
合、音速の大小に応じて、励起光の照射位置からセンサ
までの間の光音響波の伝達時間が変動し、理論通りの位
置に励起光を照射しても必ずしも光音響波の波面先端が
同時にセンサの感応部に入射しないことが起こりうる。
Also, the signal due to hemoglobin is small,
When it is difficult to find an area with a large blood volume in the two-dimensional area covered by the optical fiber bundle 10, the measurement control device 8 notifies the operator of the fact and prompts the operator to change the position of the sensor head, and again performs the preliminary scanning. It is possible to reach the optimum measurement site by repeating the above procedure. When measuring a sample that does not necessarily have high homogeneity, such as a living body, the sound velocity may be slightly different depending on the site. In this case, the transmission time of the photoacoustic wave from the irradiation position of the excitation light to the sensor varies depending on the size of the sound velocity, and even if the excitation light is irradiated at the theoretical position, the wavefront tip of the photoacoustic wave does not necessarily exist. May not enter the sensitive part of the sensor at the same time.

【0052】この様な場合には、予め各照射予定位置に
単独で励起光を照射し、光音響波の波面先端がセンサで
検出されるまでの時間を実測し、この時間を理論値と比
較することにより、試料の音速分布を表す補正係数を各
地点について求めることができる。実際の測定の際はこ
の補正係数を用いて照射位置をずらしてセンサとの距離
を加減することにより、光音響波の波面先端を同時にセ
ンサの感応部に入射させることができる。
In such a case, the excitation light is individually radiated to each irradiation planned position in advance, the time until the wavefront tip of the photoacoustic wave is detected by the sensor is measured, and this time is compared with the theoretical value. By doing so, the correction coefficient representing the sound velocity distribution of the sample can be obtained for each point. In actual measurement, the correction position is used to shift the irradiation position to adjust the distance from the sensor so that the front end of the wavefront of the photoacoustic wave can be made incident on the sensitive portion of the sensor at the same time.

【0053】〔実施の形態6〕最後に、本発明の第6の
実施の形態について説明する。この実施の形態は第5の
実施の形態とほぼ同様であるが、検出に光音響効果によ
る光音響波を用いず、単に生体の透過光を一つの光セン
サで測定し、入射光強度との比から吸光度を求め、吸光
分光分析を行う点が異なる。測定部位は指先や耳朶のよ
うに光が透過しやすい箇所であり、測定対象はグルコー
ス、ビリルビン、あるいは酸素飽和度等である。
[Sixth Embodiment] Finally, a sixth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is almost the same as the fifth embodiment, except that the photoacoustic wave due to the photoacoustic effect is not used for detection, and the transmitted light of the living body is simply measured by one optical sensor to determine the intensity of the incident light. The difference is that the absorbance is obtained from the ratio and the absorption spectroscopic analysis is performed. The measurement site is a site through which light easily passes, such as a fingertip or an earlobe, and the measurement target is glucose, bilirubin, oxygen saturation, or the like.

【0054】この実施の形態では検出する信号が光であ
るため、センサまでの距離に応じた時間差は極めて小さ
い。従って、光源からの励起光を走査しても、直接高感
度化に結びつくわけではない。しかし、光照射位置を分
散することにより、生体に光照射することによる危険性
を低減できる効果がある。また、安全性が同程度である
場合には、より多くの露光量を用いた測定が行えるた
め、結果的に高感度、高精度の測定を行うことができ
る。
In this embodiment, since the signal to be detected is light, the time difference according to the distance to the sensor is extremely small. Therefore, scanning the excitation light from the light source does not directly lead to higher sensitivity. However, by dispersing the light irradiation positions, it is possible to reduce the risk of irradiating the living body with light. Further, when the safety is similar, the measurement using a larger exposure amount can be performed, and as a result, the measurement with high sensitivity and high accuracy can be performed.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によると、照射回数に比例した高
感度化が得られる。また、光照射による生体への危険性
を低減し、安全に分析を行うことができる。
According to the present invention, high sensitivity can be obtained in proportion to the number of irradiations. In addition, the risk to the living body due to light irradiation is reduced, and the analysis can be performed safely.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態による光音響分光分析装置の
概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photoacoustic spectroscopy analyzer according to a first embodiment.

【図2】励起光の走査方法を説明する断面図。FIG. 2 is a sectional view illustrating a method of scanning excitation light.

【図3】走査速度と試料中の音速との関係を説明する模
式図。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the relationship between scanning speed and sound velocity in a sample.

【図4】走査方向と圧電センサの角度の関係を説明する
模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a relationship between a scanning direction and an angle of a piezoelectric sensor.

【図5】第2の実施の形態における励起光の走査方法を
説明する模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a method of scanning excitation light according to the second embodiment.

【図6】第3の実施の形態における励起光の照射方法を
説明する模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an excitation light irradiation method according to a third embodiment.

【図7】第4の実施の形態による光音響分光分析装置の
概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a photoacoustic spectroscopic analysis device according to a fourth embodiment.

【図8】第5の実施の形態における生体試料の測定部位
付近の配置を示す模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an arrangement in the vicinity of a measurement site of a biological sample according to a fifth embodiment.

【図9】センサヘッドを腕に取り付けた状態を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a state in which the sensor head is attached to an arm.

【図10】センサヘッドを上方から見た図FIG. 10 is a view of the sensor head as seen from above.

【図11】図9のA−A断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図12】光ファイバー束の光入射端側の模式図。FIG. 12 is a schematic view of a light incident end side of an optical fiber bundle.

【図13】表示部の模式図。FIG. 13 is a schematic diagram of a display unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…ビーム分割器、3…光走査装置、4…試
料、5…圧電センサ、6…増幅器、7…基準光検出器、
8…計測制御装置、9…ビーム統合器、10…光ファイ
バー束、11…生体試料、12…血管、20…センサヘ
ッド、21…バンド、22…枠体、23,24,25…
可動部材、24f…溝、26…調節ネジ、27…ウオー
ム歯車、30…レーザ光源、31…レーザ光線、33,
34…ミラー、35,36…モーター、37…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Beam splitter, 3 ... Optical scanning device, 4 ... Sample, 5 ... Piezoelectric sensor, 6 ... Amplifier, 7 ... Reference photodetector,
8 ... Measurement control device, 9 ... Beam integrator, 10 ... Optical fiber bundle, 11 ... Biological sample, 12 ... Blood vessel, 20 ... Sensor head, 21 ... Band, 22 ... Frame body, 23, 24, 25 ...
Movable member, 24f ... Groove, 26 ... Adjusting screw, 27 ... Worm gear, 30 ... Laser light source, 31 ... Laser beam, 33,
34 ... Mirror, 35, 36 ... Motor, 37 ... Control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根原 剛志 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 藤井 稔子 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 管 正男 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宮原 裕二 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takeshi Sonehara 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masao Kan, 1-280, Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo, Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor, Yuji Miyahara, 1-280, Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に励起光を照射する手段と、試料か
ら発せられた光音響波を検出するセンサとを備える光音
響分光分析装置において、励起光を試料中の音速以上の
速度で走査しながら照射することを特徴とする光音響分
光分析装置。
1. A photoacoustic spectroscopic analyzer comprising means for irradiating a sample with excitation light and a sensor for detecting a photoacoustic wave emitted from the sample, wherein the excitation light is scanned at a speed equal to or higher than the speed of sound in the sample. A photoacoustic spectroscopic analyzer characterized by irradiating while.
【請求項2】 試料中の音速をc、励起光の走査速度を
vとするとき、励起光の走査方向がセンサの平面状の感
応部に対して下式で表される角度aをなすことを特徴と
する請求項1記載の光音響分光分析装置。 sina=c/v
2. When the speed of sound in the sample is c and the scanning speed of the excitation light is v, the scanning direction of the excitation light forms an angle a represented by the following formula with respect to the flat sensitive portion of the sensor. The photoacoustic spectroscopic analyzer according to claim 1. sina = c / v
【請求項3】 試料中の音速をc、励起光の走査速度を
v、センサの感応部の長さをL、励起光の走査時間をT
nとするとき、下式の関係を満たすことを特徴とする請
求項1記載の光音響分光分析装置。 L=Tn(v2−c21/2
3. The speed of sound in the sample is c, the scanning speed of the excitation light is v, the length of the sensitive portion of the sensor is L, and the scanning time of the excitation light is T.
The photoacoustic spectroscopic analyzer according to claim 1, wherein when n is satisfied, the following relationship is satisfied. L = Tn (v 2 -c 2 ) 1/2
【請求項4】 試料に励起光を照射する手段と、試料か
ら発せられた光音響波を検出するセンサとを備える光音
響分光分析装置において、励起光を試料中の音速と等し
い速度でセンサ方向に走査しながら照射することを特徴
とする光音響分光分析方法。
4. A photoacoustic spectroscopic analyzer comprising means for irradiating a sample with excitation light and a sensor for detecting a photoacoustic wave emitted from the sample, wherein the excitation light has a sensor direction at a speed equal to the speed of sound in the sample. A method for photoacoustic spectroscopy, which comprises irradiating while scanning.
【請求項5】 試料に励起光を照射する手段と、試料か
ら発せられた光音響波を検出するセンサとを備える光音
響分光分析装置において、複数の励起光を1つのセンサ
から等距離の位置に同時に照射することを特徴とする光
音響分光分析装置。
5. A photoacoustic spectroscopic analyzer comprising means for irradiating a sample with excitation light and a sensor for detecting a photoacoustic wave emitted from the sample, wherein a plurality of excitation lights are equidistant from one sensor. A photoacoustic spectroscopic analyzer characterized by irradiating the same at the same time.
【請求項6】 励起光を試料に導く光ファイバー束及び
センサがセンサヘッドに固定され、光ファイバー束から
出射される光走査のパターンを調整する手段を備えるこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の光音
響分光分析装置。
6. An optical fiber bundle for guiding the excitation light to the sample and a sensor are fixed to the sensor head, and a means for adjusting a pattern of light scanning emitted from the optical fiber bundle is provided. 2. The photoacoustic spectroscopic analyzer according to item 1.
【請求項7】 試料に励起光を照射することによって試
料から発せられた光音響波を検出する光音響分光分析方
法において、試料中の複数の位置で光音響波を発生さ
せ、複数の光音響波の波面先端を1つのセンサで同時に
検出することを特徴とする光音響分光分析方法。
7. A photoacoustic spectroscopic analysis method for detecting a photoacoustic wave emitted from a sample by irradiating the sample with excitation light, wherein the photoacoustic wave is generated at a plurality of positions in the sample, and a plurality of photoacoustic waves are generated. A photoacoustic spectroscopic analysis method characterized in that the tip of the wavefront of a wave is detected simultaneously by one sensor.
【請求項8】 予備測定において励起光を試料中の各位
置に単独で照射して各照射位置からの光音響波をセンサ
で検出し、その伝搬時間により励起光の照射位置及び励
起光の走査速度の少なくとも一方を修正することを特徴
とする請求項7記載の光音響分光分析方法。
8. In the preliminary measurement, each position in the sample is irradiated with excitation light independently, a photoacoustic wave from each irradiation position is detected by a sensor, and the irradiation position of the excitation light and scanning of the excitation light are determined by the propagation time thereof. 8. The photoacoustic spectroscopic analysis method according to claim 7, wherein at least one of the speeds is corrected.
【請求項9】 測定対象物質が吸収する第1の波長の励
起光と、試料中の媒質が吸収する第2の波長の励起光と
を照射して測定を行い、両者の測定結果を比較すること
により媒質中の測定対象物質の濃度を求めることを特徴
とする請求項7又は8記載の光音響分光分析方法。
9. The measurement is performed by irradiating the excitation light of the first wavelength absorbed by the substance to be measured and the excitation light of the second wavelength absorbed by the medium in the sample, and comparing the measurement results of both. 9. The photoacoustic spectroscopic analysis method according to claim 7, wherein the concentration of the substance to be measured in the medium is obtained by this.
【請求項10】 請求項1〜6のいずれか1項記載の光
音響分光分析装置を用いて生体中の生化学成分の測定を
非侵襲的に行うことを特徴とする非侵襲生化学成分分析
方法。
10. A non-invasive biochemical component analysis, characterized by non-invasively measuring a biochemical component in a living body using the photoacoustic spectroscopic analyzer according to claim 1. Method.
【請求項11】 予備測定において励起光を試料中の各
位置に単独で照射して各照射位置からの光音響波をセン
サで検出し、光音響波の伝搬時間から試料の各部分にお
ける音速の偏差を求めておき、本測定においてはその偏
差に応じて励起光の各照射位置を修正することにより音
速の偏差を補正して測定を行うことを特徴とする請求項
10記載の非侵襲生化学成分分析方法。
11. In a preliminary measurement, excitation light is individually radiated to each position in a sample, a photoacoustic wave from each irradiation position is detected by a sensor, and a sound velocity of each portion of the sample is detected from a propagation time of the photoacoustic wave. 11. The non-invasive biochemistry according to claim 10, wherein the deviation is obtained in advance, and in this measurement, the irradiation position of the excitation light is corrected according to the deviation to correct the deviation of the sound velocity to perform the measurement. Component analysis method.
【請求項12】 励起光の波長をヘモグロビンの吸光波
長として試料を予備走査して血管の存在する領域を求
め、その領域において光音響分光分析を行うことを特徴
とする請求項10〜12のいずれか1項記載の非侵襲生
化学成分分析方法。
12. The method according to claim 10, wherein the sample is pre-scanned by using the wavelength of the excitation light as the absorption wavelength of hemoglobin to determine the region where the blood vessel exists, and the photoacoustic spectroscopic analysis is performed in that region. The method for analyzing non-invasive biochemical components according to item 1.
【請求項13】 分光分析法に基づく非侵襲生化学成分
分析方法において、光源光を走査して複数の部位におい
て分光分析を行うことにより、光による生体への危険性
を低減し、安全に分析が行えることを特徴とする非侵襲
生化学成分分析方法。
13. A non-invasive biochemical component analysis method based on a spectroscopic analysis method, in which light from a light source is scanned to perform spectroscopic analysis at a plurality of sites to reduce the risk of light to a living body and to analyze safely. A non-invasive biochemical component analysis method characterized by being able to perform.
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