JPH0690181B2 - 開放型セルを有する光音響測定装置 - Google Patents
開放型セルを有する光音響測定装置Info
- Publication number
- JPH0690181B2 JPH0690181B2 JP61113633A JP11363386A JPH0690181B2 JP H0690181 B2 JPH0690181 B2 JP H0690181B2 JP 61113633 A JP61113633 A JP 61113633A JP 11363386 A JP11363386 A JP 11363386A JP H0690181 B2 JPH0690181 B2 JP H0690181B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- photoacoustic
- sample
- light
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定物質の吸光特性を測定する非破壊表面分
析法において、測定セルを直接被測定試料に接触させ、
試料を切りだすなどの試料調製を必要としないで、物質
表面の吸光情報を測定できる開放型のセルを有する光音
響分析装置に関するものである。
析法において、測定セルを直接被測定試料に接触させ、
試料を切りだすなどの試料調製を必要としないで、物質
表面の吸光情報を測定できる開放型のセルを有する光音
響分析装置に関するものである。
物質表面あるいは薄膜の吸光分析法においては被測定試
料に光を照射し、その反射光あるいは透過光を測定する
方法が一般に採用されている。これらの手法において
は、半透明試料、不透明試料表面に凹凸がある試料など
照射光が散乱され易い試料の場合、吸光だけでなく散乱
光によっても照射光は減少するため、正確に吸光された
エネルギーを測定することは困難である。
料に光を照射し、その反射光あるいは透過光を測定する
方法が一般に採用されている。これらの手法において
は、半透明試料、不透明試料表面に凹凸がある試料など
照射光が散乱され易い試料の場合、吸光だけでなく散乱
光によっても照射光は減少するため、正確に吸光された
エネルギーを測定することは困難である。
一方、光音響分光法は吸光したエネルギーを光の形でな
く、発生した熱に起因して生じる圧力波（音波）で測定
するため、散乱光の影響を受けず半透明試料，不透明試
料など散乱光の生じ易い試料の測定には効果的である。
また、信号強度が光源強度に比例するため、光源強度を
上昇させることにより吸光量の少ない物質の測定にも適
している。
く、発生した熱に起因して生じる圧力波（音波）で測定
するため、散乱光の影響を受けず半透明試料，不透明試
料など散乱光の生じ易い試料の測定には効果的である。
また、信号強度が光源強度に比例するため、光源強度を
上昇させることにより吸光量の少ない物質の測定にも適
している。
しかし、通常の光音響分光法においては、比較的小さい
密閉型のセルに試料を設置し測定するため、試料をセル
内に設置できるよう切断などの処理が必要であり、生体
系などの破壊できない試料においては応用が困難であ
る。この密閉型音響測定セルの欠点を克服するために、
セルの前方を開放面とし、その開放面を被測定試料に押
着し、セルの気密系を構成する開放型セルを用いる光音
響分光法及び装置が報告されるようになったが、密閉型
光音響セルに比較すると雑音成分が大きく感度が低いの
が欠点である。
密閉型のセルに試料を設置し測定するため、試料をセル
内に設置できるよう切断などの処理が必要であり、生体
系などの破壊できない試料においては応用が困難であ
る。この密閉型音響測定セルの欠点を克服するために、
セルの前方を開放面とし、その開放面を被測定試料に押
着し、セルの気密系を構成する開放型セルを用いる光音
響分光法及び装置が報告されるようになったが、密閉型
光音響セルに比較すると雑音成分が大きく感度が低いの
が欠点である。
これらのうち、例えば、この雑音成分の影響を減少させ
るために、光を照射できる測定セルと光を照射せず雑音
成分のみを測定できる参照セルの２つの光音響セルを使
用し、その双方の信号の差を差動マイクロホンで測定す
る方法（P.Poulet,J.Ohambron,Photoacoustics 1 329−
346（1983））が提案されたが、測定セルで検出する光
音響信号自身の強度は共鳴周波数で測定されていなく、
信号が極大でないため弱く、かつ差動マイクロホンによ
る試料側および参照側セルの位相が異なるため、雑音消
去法が完全でなく感度が向上していない。
るために、光を照射できる測定セルと光を照射せず雑音
成分のみを測定できる参照セルの２つの光音響セルを使
用し、その双方の信号の差を差動マイクロホンで測定す
る方法（P.Poulet,J.Ohambron,Photoacoustics 1 329−
346（1983））が提案されたが、測定セルで検出する光
音響信号自身の強度は共鳴周波数で測定されていなく、
信号が極大でないため弱く、かつ差動マイクロホンによ
る試料側および参照側セルの位相が異なるため、雑音消
去法が完全でなく感度が向上していない。
さらに、測定セルによって検出される光音響信号の強度
を向上させるために、照射光の変調周波数とセルの共鳴
周波数を一致させた共鳴型の測定側光音響セルと参照側
セルを使用し、差動マイクロホンで雑音除去後測定する
方法（A.Nicolaus,K.Giese,K.Klmel PAS国際会議1985
年）も報告されているが、測定側セルと参照側セルの信
号の差動がそれぞれ周波数および位相において異なるた
め完全でなく良好な感度が得られていない。
を向上させるために、照射光の変調周波数とセルの共鳴
周波数を一致させた共鳴型の測定側光音響セルと参照側
セルを使用し、差動マイクロホンで雑音除去後測定する
方法（A.Nicolaus,K.Giese,K.Klmel PAS国際会議1985
年）も報告されているが、測定側セルと参照側セルの信
号の差動がそれぞれ周波数および位相において異なるた
め完全でなく良好な感度が得られていない。
また、これらのセルにおいては被測定試料の広い面積に
光を照射しているため局所の分析が不可能であり、光の
エネルギー密度も小さい。
光を照射しているため局所の分析が不可能であり、光の
エネルギー密度も小さい。
したがって、より高感度の装置が望まれている。
本発明の目的は開放型の光音響セルを有する表面光音響
分光測定法において、より高感度の、かつ、局所分析も
可能な測定装置を提供するものである。
分光測定法において、より高感度の、かつ、局所分析も
可能な測定装置を提供するものである。
本発明は、セル特有の共鳴周波数を測定しているため、
その信号は極大と大きく、かつ、いずれか一方の気密保
持部の容量を微少に変化させることにより、試料側セル
と参照側セルとから発生する信号の共鳴周波数，位相を
一致させた後、両セルの信号の差を測定する装置であ
り、しかも、前記信号の取り出しは、ロックインアンプ
により共鳴周波数のみを取り出し、その作動を取ってい
るので、目的の光音響のみの測定を行うものである。
その信号は極大と大きく、かつ、いずれか一方の気密保
持部の容量を微少に変化させることにより、試料側セル
と参照側セルとから発生する信号の共鳴周波数，位相を
一致させた後、両セルの信号の差を測定する装置であ
り、しかも、前記信号の取り出しは、ロックインアンプ
により共鳴周波数のみを取り出し、その作動を取ってい
るので、目的の光音響のみの測定を行うものである。
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施態様を示す開放型光音響セルの
断面図、第２図は同様光音響測定装置の構成図を示して
いる。測定側光音響セル（１）及び参照側セル（２）に
より構成される開放型光音響セルは試料接触用ゴムｏ−
リング（３）で試料表面に押着され、測定側気密保持部
（４）及び参照側気密保持部（５）を構成する。測定側
光音響セル（１）には光ファイバー（６）にてキセノン
ランプ光またはレーザー光の変調光が導入され、試料面
を局所的に照射できる。試料内で発生した光音響及び雑
音は測定側気密保持部（４）及び参照側気密保持部
（５）で気体の疎密波に変換され、それぞれの気密保持
部（４）および（５）の他面に装着した測定側マイクロ
ホン（７）及び参照側マイクロホン（８）で受音する。
断面図、第２図は同様光音響測定装置の構成図を示して
いる。測定側光音響セル（１）及び参照側セル（２）に
より構成される開放型光音響セルは試料接触用ゴムｏ−
リング（３）で試料表面に押着され、測定側気密保持部
（４）及び参照側気密保持部（５）を構成する。測定側
光音響セル（１）には光ファイバー（６）にてキセノン
ランプ光またはレーザー光の変調光が導入され、試料面
を局所的に照射できる。試料内で発生した光音響及び雑
音は測定側気密保持部（４）及び参照側気密保持部
（５）で気体の疎密波に変換され、それぞれの気密保持
部（４）および（５）の他面に装着した測定側マイクロ
ホン（７）及び参照側マイクロホン（８）で受音する。
ネジ切りされたブロック（９）に装着された参照側マイ
クロホン（８）はネジで位置を調節し、参照側気密保持
部（５）の容積を調節することができる。この容積を変
化させることによりセルの共鳴（ヘルムホルツ共鳴）周
波数を調節するが第１図のセルでは容積が10μｌ変化す
ると共鳴周波数は3Hz変化するため微少に調節できるネ
ジ切りが必要である。参照側マイクロホン（８）の位置
をこのネジ切りされたブロック（９）の移動で調節し、
参照側セル（２）の共鳴周波数，位相を測定側の共鳴周
波数と一致させる。
クロホン（８）はネジで位置を調節し、参照側気密保持
部（５）の容積を調節することができる。この容積を変
化させることによりセルの共鳴（ヘルムホルツ共鳴）周
波数を調節するが第１図のセルでは容積が10μｌ変化す
ると共鳴周波数は3Hz変化するため微少に調節できるネ
ジ切りが必要である。参照側マイクロホン（８）の位置
をこのネジ切りされたブロック（９）の移動で調節し、
参照側セル（２）の共鳴周波数，位相を測定側の共鳴周
波数と一致させる。
本発明を構成する光音響セルは、参照側セル（２）と測
定側光音響セル（１）の共鳴周波数，位相を一致させる
よう調節できる構造である限りその形状，大きさ，長さ
等何ら制限されるものではない。測定側マイクロホン
（７）及び参照側マイクロホン（８）で受音された信号
はプレアンプ（10），（11）で増巾され、その差信号
を、照射光の変調周波数と信号発生器（16）で発生した
同じ周波数成分のみロックインアンプ（12）で取りだ
し、記録計（13）で記録する。
定側光音響セル（１）の共鳴周波数，位相を一致させる
よう調節できる構造である限りその形状，大きさ，長さ
等何ら制限されるものではない。測定側マイクロホン
（７）及び参照側マイクロホン（８）で受音された信号
はプレアンプ（10），（11）で増巾され、その差信号
を、照射光の変調周波数と信号発生器（16）で発生した
同じ周波数成分のみロックインアンプ（12）で取りだ
し、記録計（13）で記録する。
照射光（17）はアルゴンイオンレーザー（14）を光源と
し、AO変調器（15）で光音響セルの共鳴周波数と一致し
た周波数に変調し、光ファイバー（６）で測定側光音響
セル（１）に導いている。光源としてはキセノンランプ
や連続発振レーザーが使用できる。
し、AO変調器（15）で光音響セルの共鳴周波数と一致し
た周波数に変調し、光ファイバー（６）で測定側光音響
セル（１）に導いている。光源としてはキセノンランプ
や連続発振レーザーが使用できる。
以上の説明のように本装置は光音響セルを構成する測定
側光音響セルと参照側セルの共鳴周波数及び位相を一致
させることができるためその差信号を取ることにより雑
音成分を高度に除去でき、高感度な開放型光音響測定装
置を得ることができる。共鳴周波数としてヘルムホルツ
基準周波数（第１図の光音響セルでは1.65KHz）を使用
した場合、従来の手法（A.Nicolaus,K.Giese,K.Klmel
PAS国際会議1985年）に比較し４倍感度が向上する。さ
らに、共鳴周波数としてヘルムホルツの基準周波数の２
倍周波数を使用すると従来の手法の８倍感度が向上す
る。また、光ファイバーにより光を照射することによ
り、より小さな点で照射できるため、局所を分析するこ
とができ、走査することにより光音響像を得ることがで
きる顕著な効果を奏するものである。
側光音響セルと参照側セルの共鳴周波数及び位相を一致
させることができるためその差信号を取ることにより雑
音成分を高度に除去でき、高感度な開放型光音響測定装
置を得ることができる。共鳴周波数としてヘルムホルツ
基準周波数（第１図の光音響セルでは1.65KHz）を使用
した場合、従来の手法（A.Nicolaus,K.Giese,K.Klmel
PAS国際会議1985年）に比較し４倍感度が向上する。さ
らに、共鳴周波数としてヘルムホルツの基準周波数の２
倍周波数を使用すると従来の手法の８倍感度が向上す
る。また、光ファイバーにより光を照射することによ
り、より小さな点で照射できるため、局所を分析するこ
とができ、走査することにより光音響像を得ることがで
きる顕著な効果を奏するものである。
第１図は本発明の一実施態様を示す開放型光音響セルの
断面図、第２図は同様光音響測定装置の構成図を示して
いる。 1.測定側光音響セル 2.参照側セル 3.試料接触用ゴムｏ−リング 4.測定側気密保持部 5.参照側気密保持部 6.光ファイバー 7.測定側マイクロホン 8.参照側マイクロホン 9.ネジ切りされたブロック 10,11プレアンプ 12.ロックインアンプ 13.記録計 14.アルゴンイオンレーザー 15.AO変調器 16.信号発生器 17.光線
断面図、第２図は同様光音響測定装置の構成図を示して
いる。 1.測定側光音響セル 2.参照側セル 3.試料接触用ゴムｏ−リング 4.測定側気密保持部 5.参照側気密保持部 6.光ファイバー 7.測定側マイクロホン 8.参照側マイクロホン 9.ネジ切りされたブロック 10,11プレアンプ 12.ロックインアンプ 13.記録計 14.アルゴンイオンレーザー 15.AO変調器 16.信号発生器 17.光線
Claims (1)
- 【請求項１】空洞の一方の面は開放面であり、その開放
面と試料表面との押着によって内部気体の気密保持部を
構成すると共に他面の内部にマイクロホンを装着し、か
つ、照射光を試料面に照射できる試料側セルと前記試料
側セルと同構造であって、照射光を照射しない参照側セ
ルの２つのセルで構成される光音響測定用セルにおい
て、いずれか一方のマイクロホンがネジ切りされたブロ
ックにより装着されてなる開放型セルを有する光音響測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61113633A JPH0690181B2 (ja) | 1986-05-20 | 1986-05-20 | 開放型セルを有する光音響測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61113633A JPH0690181B2 (ja) | 1986-05-20 | 1986-05-20 | 開放型セルを有する光音響測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62272153A JPS62272153A (ja) | 1987-11-26 |
| JPH0690181B2 true JPH0690181B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=14617179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61113633A Expired - Lifetime JPH0690181B2 (ja) | 1986-05-20 | 1986-05-20 | 開放型セルを有する光音響測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690181B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102021117510A1 (de) | 2021-07-07 | 2023-01-12 | FR Vermögensverwaltung GbR Vertretungsberechtigte Gesellschafter: Franziska Michl, Kirchsteig 44, 95679 Waldershof /Raimund Hoffmann, Beethovenstraße 20, 95632 Wunsiedel | Analysevorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Schwingungsmusters einer Substanz |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005030151B3 (de) * | 2005-06-28 | 2006-11-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Photoakustischer Freifelddetektor |
| CN113729634B (zh) * | 2021-09-22 | 2024-04-12 | 上海市皮肤病医院 | 一种皮肤光声图像的处理方法 |
| CN115615928B (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-14 | 之江实验室 | 光声光谱相位锁定方法、装置和系统 |
-
1986
- 1986-05-20 JP JP61113633A patent/JPH0690181B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102021117510A1 (de) | 2021-07-07 | 2023-01-12 | FR Vermögensverwaltung GbR Vertretungsberechtigte Gesellschafter: Franziska Michl, Kirchsteig 44, 95679 Waldershof /Raimund Hoffmann, Beethovenstraße 20, 95632 Wunsiedel | Analysevorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Schwingungsmusters einer Substanz |
| WO2023280901A1 (de) | 2021-07-07 | 2023-01-12 | Fr Vermögensverwaltung Gbr | Analysevorrichtung und verfahren zur bestimmung eines schwingungsmusters einer substanz |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62272153A (ja) | 1987-11-26 |
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