JPH04118652U - 光熱レンズ分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化が可能で高感度測定ができる光熱レン
ズ分析装置を実現する。 【構成】 光吸収に伴なう熱的現象を利用して吸収の小
さい物質を分析する光熱レンズ分光装置において、レ−
ザ光源およびその駆動回路と、前記レ−ザ光源の出射光
を集光するレンズと、集光されたレ−ザ光が照射される
試料およびこの試料を保持するセルと、前記試料を透過
したレ−ザ光を受光して焦点誤差信号を出力する焦点誤
差検出光学系と、この焦点誤差信号が入力する信号処理
回路と、この信号処理回路の出力信号が入力されデ−タ
処理並びに前記レ−ザ光源駆動回路の制御を行う計算機
とを備え、光熱レンズ効果による前記試料出射光の焦点
位置の変化を前記焦点誤差検出光学系により検出する構
成としたことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光熱レンズ効果を用いた吸光分析装置に関し、特に焦点誤差検出光 学系を用いて、装置の小型化および高感度化を実現するものである。

【０００２】

【従来の技術】

光吸収に伴う熱的現象を利用し吸収の小さい物質を分析する分析装置があり、 その一つが光熱レンズ分析装置である。この光熱レンズ分析装置は、光熱レンズ 効果を利用したものであり、レ−ザ光を試料に集光照射すると光吸収により試料 の局所的な温度上昇が起り、それに伴って試料の屈折率が変化する。多くの物質 では屈折率は温度上昇により小さくなるため、凹レンズが生じたかのような光学 効果が起り、光は発散するものである。

【０００３】 図５はこのような光熱レンズ効果を用いた光熱レンズ分析装置の従来例を示す 構成図である。図５において、レ−ザダイオ−ド１１の出射光を第１のレンズ１ ２，チョッパ−１３，第２のレンズ１４を通して、試料１６の入ったセル１５に 入射する。試料１６に吸収されたレ−ザ光は熱に変換され、試料１６に温度分布 を生じる。このため、試料１６は光熱レンズ効果を持ち、レ−ザ光の光束が変化 する。十分離れた位置に設置されたピンホ−ル１７を通して、フォトダイオ−ド １８でレ−ザ光の中心光強度を検出する。光熱レンズ効果は試料濃度に比例する ので、検出信号から試料濃度を測定することができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来技術に示す光熱レンズ分析装置において、微小な光熱 レンズ効果を検出するためには、フォトダイオ−ド１８の位置をセル１５から十 分に離す必要があるため、光路長が長くなり、装置が大型となった。また、ピン ホ−ル１７を用いているため、光利用効率が小さく、高感度化が難しかった。

【０００５】 本考案は上記従来技術の課題を踏まえて成されたものであり、小型化が可能で 高感度な測定ができる光熱レンズ分析装置を提供することを目的としたものであ る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための本考案の構成は、光吸収に伴なう熱的現象を利用し て吸収の小さい物質を分析する光熱レンズ分析装置において、 レ−ザ光源およびその駆動回路と、 前記レ−ザ光源の出射光を集光するレンズと、 集光されたレ−ザ光が照射される試料およびこの試料を保持するセルと、 前記試料を透過したレ−ザ光を受光して焦点誤差信号を出力する焦点誤差検出 光学系と、 この焦点誤差信号が入力する信号処理回路と、 この信号処理回路の出力信号が入力されデ−タ処理並びに前記レ−ザ光源駆動 回路の制御を行う計算機とを備え、 光熱レンズ効果による前記試料の出射光の焦点位置を前記焦点誤差検出光学系 により検出する構成としたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】

本考案によれば、光熱レンズ効果による試料からの出射光の焦点位置の変化を 焦点誤差検出光学系により検出する構成としているため、光利用効率を向上でき 、高感度な吸光分析を行える。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案を図面に基づいて説明する。 図１は本考案の光熱レンズ分析装置の一実施例を示す構成図である。図１にお いて、１はレ−ザダイオ−ドなどの外部変調可能なレ−ザ光源、２はレ−ザ光源 駆動回路であり、レ−ザ光源１を駆動し、出射光パワ−を変調する。３はレ−ザ 光源１から出射したレ−ザ光を集光するレンズ、４は透明なガラスで製作された セル、５は分析を行う試料であり、セル４中に充填されている。６は焦点誤差検 出光学系であり、試料５を通過したレ−ザ光を受光し、レ−ザ光の焦点位置に対 応した信号を出力する。例えば、図２に示すような集光レンズ６１，円筒レンズ ６２，４分割フォトダイオ−ド６３，演算回路６４から構成される非点収差法を 用いた構成とする。７は信号処理回路であり、焦点誤差検出光学系６の出力信号 が入力され、焦点誤差の変化分に対応した信号を出力する。８は計算機であり、 信号処理回路７とのデ−タの入出力やデ−タ処理やレ−ザ光源駆動回路２の制御 を行う。

【０００９】 このような構成において、その動作を図１、図２および図３に示す動作波形図 を用いて説明する。図３（イ）に示すように、レ−ザ光源駆動回路２によりレ− ザ光源１の出射光パワ−を高パワ−と低パワ−の２値で変調する。レ−ザ光源１ の出力光は、レンズ３により集光され、セル４に充填された試料５に入射される 。ここで、試料５のレ−ザ光照射部周辺は、図４に示すように同心円状に温度分 布や屈折率分布が生じている。屈折率は負の温度係数を持っており、温度上昇し た部分が屈折率が小さくなる。したがって、レ−ザ光の照射部分には凹レンズが 生じるため、試料５からの出射光の焦点位置は変化する。図３（ロ）および（ハ ）に示すように、試料５の温度と屈折率は、或る時定数を持って周期的に変化し ており、図３（ニ）に示すように、試料５からの出射光の焦点位置も変化して、 焦点誤差検出光学系６に入射される。焦点誤差検出光学系６では、集光レンズ６ １により集光されて、円筒レンズ６２に入射される。入射された光は、円筒レン ズ６２のｘ，ｙ方向の合焦位置に設置された４分割フォトダイオ−ド６３に円形 像を結ぶ。この円形像は、試料５からの出射光の焦点位置の変化に対応して、円 形から縦長楕円や横長楕円の像に変化する（図２）。この像が４分割フォトダイ オ−ド６３を構成する各素子にてそれぞれ検出され、レ−ザ光の焦点位置に対応 した電気信号に変換され、演算回路６４に出力される。この電気信号の対角和の 差をとることにより、試料５からの出射光の焦点位置の変化に対応した焦点誤差 信号（図３（ホ））が得られ、信号処理回路７に入力される。信号処理回路７で は、レ−ザ光源１の変調信号の立上りと立下りに同期して、焦点誤差信号をサン プルホ−ルドし（図３（ヘ））、その差を出力する（図３（ト））。試料５で吸 収される光パワ−は試料濃度に対応しており、試料温度や屈折率変化も試料濃度 に対応している。したがって、信号処理回路７の出力信号は、試料濃度に対応し ており、計算機８にて信号の大きさから試料濃度を分析することができる。

【００１０】 なお、上記実施例において、焦点誤差検出光学系６の構成は、非点収差法に限 るものではなく、臨界角法、ナイフエッジ法、ウエッジプリズム法、ビ−ムサイ ズ法などを用いても良い。

【００１１】

【考案の効果】

以上、実施例と共に具体的に説明したように、本考案によれば、光熱レンズ効 果による試料出射光の焦点位置の変化を焦点誤差検出光学系により検出する構成 としたことにより、光利用効率を向上することができ、高感度な吸光分析を行う ことができる。また、焦点誤差検出光学系は短い光路長で焦点位置の変化を高感 度に検出できるので、装置を小型化できるなどの効果を有する光熱レンズ分析装 置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の光熱レンズ分析装置の一実施例を示す
構成図である。

【図２】図１装置に用いられる焦点誤差検出光学系の具
体例を示す構成図である。

【図３】図１装置の動作を説明するための動作波形図で
ある。

【図４】図１装置の試料のレ−ザ光照射部周辺の温度分
布および屈折率分布を示す図である。

【図５】従来の光熱レンズ分析装置の一例を示す構成図
である。

【符号の説明】

１ レ−ザ光源 ２ レ−ザ光源駆動回路 ３ レンズ ４ セル ５ 試料 ６ 焦点誤差検出光学系 ７ 信号処理回路 ８ 計算機

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光吸収に伴なう熱的現象を利用して吸収
   の小さい物質を分析する光熱レンズ分析装置において、
   レ−ザ光源およびその駆動回路と、前記レ−ザ光源の出
   射光を集光するレンズと、集光されたレ−ザ光が照射さ
   れる試料およびこの試料を保持するセルと、前記試料を
   透過したレ−ザ光を受光して焦点誤差信号を出力する焦
   点誤差検出光学系と、この焦点誤差信号が入力する信号
   処理回路と、この信号処理回路の出力信号が入力されデ
   −タ処理並びに前記レ−ザ光源駆動回路の制御を行う計
   算機とを備え、光熱レンズ効果による前記試料の出射光
   の焦点位置を前記焦点誤差検出光学系により検出する構
   成としたことを特徴とする光熱レンズ分析装置。