JPH08507367A - フォトサーマルセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、励起光源（４）により試料（１１）の中に熱レンズの形成される形式のフォトサーマルセンサに関する；屈折率の変化は検出レーザビーム（３）により検出器（５，６）を介して検出される。本発明により、検出レーザビームはレンズ（８）により形成される。このビームは試料（１１）の個所におけるビーム半径が、励起光源（４）のビームの狭窄部の少なくとも５倍に拡開化される。

Description

【発明の詳細な説明】 フォトサーマルセンサ 本発明は請求の範囲１の上位概念に示されたフォトサーマルセンサに関する。 フォトサーマルセンサの場合、光は検査されるべき試料の中へ入射される。試 料が光を吸収する物質を含んでいると、光エネルギは熱エネルギに変換されて、 これにより試料の温度が上昇する。屈折率は通常は温度に依存して変化するため 、光学的媒質は屈折率分布形レンズのように構成され、定義にしたがって“熱レ ンズ（省略してＴ．Ｌ．）と称される。この熱レンズは、試料の中へ第２の光ビ ームを入射させてその屈折率を検出することにより、確認できる。試料は、第２ の光ビームが試料の通過後に確認可能であるように、十分に透明でなければなら ない。 冒頭に述べた形式のフォトサーマルセンサは刊行物Dorys Rojas，Robert J．S ilva，Jonathan D．Spear und Richard E．Russo“Dual−Beam Opical Fiber Th ermal LensSpektroscopy”in Anal．Chem．１９９１，６３，１９２７−１９３ ２に示されている。このセンサにより、キュベット中でNd³⁺イオンの水溶液から 成る試料の濃度が測定される。 励起用光源として、波長が５９０nmのコヒーレン ト光を送出し、持続光アルゴンイオンレーザによりポンピングされる色素レーザ が用いられる。励起用レーザの光ビームは１０Ｈｚで変調され、光波導体と、３ つのレンズから成るクロマティック光学部材とを介して、試料の個所においてビ ームの収束化が行なわれる様に導びかれる。検出レーザとしてヘリウム・ネオン レーザが用いられる。このレーザのコヒーレント光ビームは励起レーザの光ビー ムに垂直に次のように放出される、即ち試料の後方のビーム路においてビームの 第２の収束化が行なわれるように、放出される。励起光源の光はビームスプリッ タにおいて試料の方向へ偏向される。ビームスプリッタを通過する光の５０％の 成分は第１の検出器の中へ案内される。検出レーザの光はビームスプリッタを通 過して同じく試料へ入射する。試料を通過する光のビーム路の中にまず最初に干 渉フィルタが配置され次に第２の光波導体−ここでおいて光の大部分が消滅され る−が配置される。これに第２の検出器と評価ユニットが後続する。 この刊行物に示されている様に試料と、第２の光波導体の入射面との間隔は少 なくとも１０〜１５ｃｍの値でなければならない。その目的は第２の検出器へ十 分な光強度変調波を到達させるためである。そのためこの公知のフォトサーマル センサはコンパクトには構成できない。 フォトサーマル分光器用の別のセンサがドイツ連邦 共和国特許第３９３７９０５Ｃ１号に示されている。このセンサの場合、試料の 光ビームと変調された励起光ビームは光案内ファイバーの中へ入力結合される。 この光案内ファイバーの端部に試料光ビームと励起光ビームが現われて、不可欠 なクロマティック光学装置において集束される。この場合、両方の光ビームが２ つの空間的に互いに分離された焦点を有する様なクロマティック光学装置が用い られる。焦点の領域に分析されるべき媒質が置かれる。試料光ビームの強度はア パーチャ絞りを介して検出器により検出される。検出器信号は中央の評価装置へ 導びかれる。 波長に依存する光学装置の使用はこのセンサの場合、励起光源と検出レーザの ための任意の波長組み合わせの際の制限を生ぜさせる。光案内ファイバの結像特 性にもとづいて、このセンサは感度が劣る。 別のフォトサーマルセンサが刊行物、Shaole Wu und Norman J．Dovichi mit dem Titel“Fresnel diffraction theory for steady-state thermal lens mesu rementsin thin films”，J．Appl．Phys．６７（３）（１．Febr．１９９０）S eiten １１７０−１１８２に示されている。このセンサの場合、励起光源と検出 レーザは同一である。信号最適化の目的でフレネルの屈折法則が適用される。 本発明の課題は、コンパクトに構成できる、冒頭に述べたフォトサーマルセン サを提供することである。 例えば、試料と装置−ここで試料を通過した光の大部分が消滅される−との距離 を、屈折率の変化に対する感度を低下させることなく、低減すべである。 この課題の本発明による解決手段は、請求の範囲１の特徴部分の構成に示され ている。従属形式の請求の範囲に本発明によるセンサの有利な実施例が示されて いる。 刊行物J．F．Power mit dem Titel“Pulsed mode thermal lens effect detec tion in the near fieldvia thermally induced probe beam spatial phase mod ulation：a theory”，Applied Optics，Vol．29 No．1（１．Jam．１９９０）S eiten５２−６３に、フレネルの屈折法則の利用の下に熱レンズの理論が示され ている。これは次の境界条件から出発している： （ｉ）狭窄化された励起光源は、フォトサーマル効果を確認する目的で、屈折率 分布形レンズを介して確認する目的で、利用される（第１図比較）。 （ii）コヒーレント検出レーザビームは、屈折率分布形プロフィルの確認のため に使用される。 （iii）励起−および検出光ビームは共線的に案内される。 （iv）励起−および検出光ビームの半径比は１：２〜１：１０の間で変化すべき である（第２図比較）。 （ｖ）資料とアパーチャ絞りとの距離ｄは０．５〜２００ｃｍにある。 （vi）信号改善の目的でフレネル屈折法則が利用される。 しかし本発明によるフォトサーマルセンサは、重要な点で提案されたフォトサ ーマルシステムとは異なる： （ｉ）この刊行物に示されている様に励起光源はパルス化される。このことは本 発明においては必要とされない。 （ii）どのような方法で励起光源により放出された光ビームを資料通過後に案内 すべきか示されていない。 （iii）この理論によれば試料の厚さ１は制限された条件の下に置かれる（１<< ｄ）。その結果、次の結論が得られる、即ち試料は、試料と絞りとの間の距離よ りも５倍だけ薄く選定される。 （iv）検出レーザから放出され光ビームはこの理論により必ず試料の手前で狭窄 化させる必要がある。本発明によればこの光ビームは拡開化する必要しかない。 （ｖ）示されている理論は、例えば検出器としてダイオード配列体による、立体 的に解像する検出法に関する。この場合、ダイオード配列体は絞りの個所に配置 される。 本発明によるフォトサーマルセンサの重要な特徴は、請求の範囲１の上位概念 に示されたセンサの上位概念から出発して、検出レーザのビーム路の中に、試料 の後方の個所において光ビームを狭窄化させる収束レ ンズまたは光案内ファイバが使用されるのではなく、拡開化レンズが使用される 。このレンズに検出レーザの光ビームは円錐状に次のように拡開化される、即ち 試料の個所におけるその光ビーム半径が、励起光源から出発して試料の個所で収 束化された光ビームの半径よりも少なくとも５〜５０倍大きくなるように選定さ れている。 検出器レーザから放出される光ビームの拡開化の大きさは、試料の幾何学寸法 と、屈折率の変化に関連するセンサの、必要とされる感度に依存する。拡開化さ れたビームによって試料全体がカバーされるべきである。拡開化の下限は例えば 、流体の試料の場合、小さい表面だけが利用できるように、著しく小さい体積だ けが利用できるように、選定される。さらに小さい拡開化の選定は、大抵は、低 減される感度を必要条件とする。より大きい試料が使用できる時は、より大きい 拡開化が有利である、何故ならばこの場合、センサの感度が改善されるからであ る。相応に大きい試料の場合、状況に応じて、５０倍よりも大きく拡大された光 ビームにより作業ができる。 励起光源からの光ビームは、冒頭に述べたフォトサーマルセンサの場合の様に 、試料の個所に、または少なくともその近傍に、完全な光強度が試料へ集中され るように、狭窄化すべきである。励起光源として例えばレーザダイオードまたは アークランプが用いられる ：その光はコヒーレントでなくてもよい。 例えば本発明によるフォトサーマルセンサは色消し光学装置を含む。そのため このセンサは、励起−および検出光の波長の選択に関して制限されず、励起光源 として例えば連続的に同調可能なレーザが用いられる時は、真の分光器として使 用できる。 ビームスプリッタとしてロングパスカンテンフィルタが使用される、何故なら ばこの種のフィルタにより一層高い光強度を試料へ配向できるからである。この ロングパスカンテンフィルタにより、第１の光ビームも第２の光ビームも同心的 にかつ中心対称的に入力結合されて試料へ入力されるからである。このことを達 成する目的で、第１の実施例−第１の光ビームは方向転換され、第２の光ビーム は伝送される−においては、この種のロングパスカンテンフィルタが使用される 。このフィルタの最大反射率は励起光の波長において存在し、その最大の透過率 は検出光の波長において存在する。第２の実施例−励起光源と検出レーザとが入 れ替えられている−においては、ロングパスカンテンフィルタの反射特性と透過 特性は相応に逆になっている。 特に有利にビームスプリッタと試料との間のビームの中へアイリス絞りが配置 されている。アイリス絞りの開放直径は、開口状態において、両方の光ビームが 妨げられずに伝送される位の大きさにすべきである。 閉じられた状態においてこの自由直径は例えば０．５ｍｍの値を有する。アイリ ス絞りは開口絞りと組み合わせて、ロングパスカンテンフィルタのための調節補 助手段として使用できる。両方の光ビームが閉じられているアイリス絞りと開口 絞りを通過する時に、はじめて同心的かつ中心対称の入力結合の条件が保証され る。フォトサーマル効果の測定の目的でアイリス絞りが開かれる。 絞りとして例えばアパーチャ絞りが用いられる。アパーチャ絞りの開放直径は 、励起光源から送出された第１の光ビームが絞りを妨げられずに通過するように 選定される；直径は例えば１ｍｍである。検出レーザから送出される第２の光ビ ームからはビーム中心点だけが伝送される。 絞りは有利に、フィルタの手前でかつ試料の直後に配置される。これにより絞 りの平面上に、検出レーザから送出された第２の光ビームのフレネル屈折パター ンが結像される。絞りの配置のためこの構成は、検出レーザから送出された光の 第２の光ビームがレンズにより拡開化されることにより、与えられる。冒頭で論 ぜられた刊行物D．Rojas他は、励振光源から送出された第１のビームの出力結合 を示していない。ここに示されているセンサの場合、試料と絞りの間にフィルタ が設けられている。もし試料と絞りとの間のわずかな ば、試料への第１の光ビームの後方反射と、別の不所望のフォトサーマル効果の 形成とによる障害作用が回避できないであろう。この理由にもとづいても、この 刊行物に示されているセンサの場合は、試料と絞りの間に大きい間隔が維持され る。 フレネル回折の適用と利用により、感度を損なわずに著しく小さい検出器が使 用できる；さら本発明による光感センサは簡単な操作を許容する。 冒頭で論じた刊行物に示されたセンサとは異なり、絞りは、感度が屈折率の変 化に関して低下することなく、試料から１０ｃｍよりも小さい間隔で配置できる 。これにより著しく有利な測定装置が構成される、何故ならば結像レンズ、ビー ムスプリッタ、試料、必要に応じてアイリス絞りとアパーチャ絞りはコンパクト な部品として一体化されるからである。 試料と第２の検出器との間のビーム路の中にフィルタとして例えば別のロング パスカンテンフィルタが挿入され、これにより励起−および検出光の大部分が除 去される。励起光源の光の手前の第２の検出器を保護するこの解決手段は、吸収 −または干渉フィルタの使用よりも有利である。除去される光はビームトラップ （ビームストップ）の中へ案内される。ビームトラップではなく、第３の検出器 を設けることも可能であり、この検出器を用いて直接的な吸収測定が実施できる 。ロングパスカンテンフィルタの使用によりさらに試 料への後方反射が回避される。 本発明によるフォトサーマルセンサにより、気体試料、流体試料だけでなく固 体の試料も検査できる。流体および気体の試料は静止している試料だけでなく運 動される試料とすることもできる；即ち本発明によるセンサは流量測定装置とし ても使用できる。例えば変調器の周波数は試料の形式に適合化される。静止して いる流体試料の場合は周波数は約５Ｈｚに選定された；流量測定の場合は変調周 波数は４０〜６０Ｈｚの範囲に置かれる。さらに高い変調周波数は固体の試料の 場合に用いられる；この場合は周波数は約３０００Ｈｚの値とされる。 本発明によるフォトサーマルセンサにより屈折率の ／ｃｍ^-1が確認される。このことは例えば飲料水分析のような分析技術における 使用に適する、何故ならば有機物の有害物質のppb値が確認できるからである。 本発明による拡開化レンズの使用は、冒頭に述べた形式のセンサよりも、確認の 限界が著しく低下される。 本発明によるセンサのコンパクトな構造により、したがってこれに伴なう、両 方のビームを同心的に案内すべき短かい区間により、検出信号は、両方のビーム の相互間の空間的なずれの場合にほとんど影響を受けない。 さらに検出ビームの大きい拡開化により同様に影響 を受けなくなる。このビームのわずかのずれの場合、この信号を通過させるアパ ーチャ絞りは依然として、ビームの中心点にある。この場合、念頭に置くべきこ とは、アパーチャ絞りの個所（即ち検出レーザ強度最大値）における検出レーザ ビーム強度は、ほとんど変化しないことである。そのためアパーチャの調節の際 に、両方のレーザビームにおいて互いに正確に同心的に機器がわずかな許容範囲 を有するように調節する必要はない。 本発明によるフォトサーマルセンサの実施例およびこれにより得られる効果を 次に図面と実施例を用いて説明する。 第１図は本発明の実施例、第２図は第１（励振−）ビームおよび第２（検出− ）光ビーム、およびフレネル回折パターン図、第３図は測定信号の強度を時間に 依存して示す経過図、第４図は第１図によるフォトサーマルセンサにより検出さ れた、有機物の有害物質トリニトロオルトクレゾール（ＤＮＯＣ）のための較正 直線；第５図はＤＮＯＣによる消滅測定の線図である。 第１図に本発明によるフォトサーマルセンサの実施例が示されている。励起用 光源４は出力１５０ｍＷのアルゴンイオンレーザから成り、励起波長３６４ｎｍ の第１の光ビームを放出する。この波長においてＤＮＯＣの水溶液は吸収帯を有 する。レーザビームは変調 器１７により５．２Ｈｚでチョップされ、さらに色消し結像光学装置１４へ、試 料１１において焦点スポットを形成する目的で案内される。色消し光学装置は焦 点距離ｆ＝２００ｍｍを有し、試料の中に直径２５０μｍの光りビームの集束化 （集束点）を生ぜしめる。 検出レーザ３として、波長６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザが用いられる。この波 長においてＤＮＯＣの水溶液は吸収の最小値を有する。第２の光ビームは第１の 光ビームに対して垂直に放出されて、焦点距離ｆ₆₃₃nm＝−２０ｍｍを有する光 学装置８により拡開化される。拡開化光学装置８は試料１１の手前のビーム路１ ２５ｍｍの中に存在する。これにより５ｍｍのビーム直径が試料１１の個所に得 られる。試料としてＤＮＯＣの水溶液が選択的に長さ２０ｍｍと１０ｍｍの（貫 流−）キュベットの中に収容される。 両方のレーザビームはロングパスカンテンフィルタ９ａにより中心対称にかつ 共線的に入力結合されて試料の中に入射される。励起レーザ４から出発した光ビ ームはロングパスカンテンフィルタ９ａの第１の、上側の面において反射される 。検出レーザ３から出発した光ビームはロングパスカンテンフィルタ９ａへ第２ の、下側の面２へ入射して透過される。使用されるロングパスカンテンフィルタ ９ａは、励起レーザ４のこの波長の場合に最大反射率９９．５％を有し、かつ垂 直偏波方向（Ｓ−Ｐｏｌ）による検出レーザ３のこの 波長の場合に最大の透過率９９．５％を有する。 試料１１の手前に、開放開口０．５ｍｍを有するアイリス絞り１０が閉じられ た状態で配置されている。アイリス絞り１０はアパーチャ絞り１２と共に、ロン グパスカンテンフィルタおよび試料のための調節補助手段として用いられる。変 位ユニット１５により試料１１は両方のレーザビームに対して垂直に変位可能で あり、ビーム路の中へ位置定めできる。さらに試料１１は両方の光ビームに対し てそれぞれ垂直に傾斜できる。その結果ビームのずれが生じてもこれが補償され て共心性が維持できる（このビームのずれは、光の波長の分散にもとづく空気／ 試料の境界面における両方のビームの屈折に起因する）。 試料１１の直後に５ｍｍの間隔をおいてアパーチャ絞り１２が設けられている 。アパーチャ絞りの開放直径は１ｍｍで次のように選定されている。即ち励起レ ーザ４から出発した光ビームが妨げられずに通過し、他方、検出レーザ３から出 発した光ビームのうちのビーム中心点だけが透過されるように、選定されている 。この選定により検出器６に、アパーチャ絞り１２の平面に熱レンズを形成する 最高の強度変化が示されることが保証される。 光学装置１３は、検出レーザ３から出発した光ビームによる検出器６の最適な 照明を保証する。フィルタとして用いられる別のロングパスカンテンフィルタ９ ｂは、励起レーザ４により放出された光ビームをビームトラップ（ビームストッ プ）７の中へ反射する。これにより励起レーザ４から出発した光ビームの試料へ の後方反射が阻止される（この後方反射は試料で不所望の別の熱作用を導びくお それがある）。さらに検出レーザ３により放出された光ビームだけが検出器にお いて検出可能となる。両方のロングパスカンテンフィルタ９ａと９ｂは同じ物理 的特性を有することができる。 光の強度変化の検出は光感検出器５と６を介して行なわれる。これらの検出器の 信号は適切な増幅器を用いて評価ユニット１９へ、接続線１６を介して導びかれ る。光感検出器５はロングパスカンテンフィルタ９ａの個所における励起光の光 強度を測定する。強度変化が現われると、これにもとづく検出器６における信号 変化が評価ユニット１９により補正できる。検出器６は熱レンズ（Ｔ．Ｌ．）の 固有の光信号を測定する。励起用光源４からの光ビームが変調器１７によりチョ ップされると、検出器６において、変調周波数に位相の依存するＴ．Ｌ．信号が 得られる。次に評価ユニット１９において評価が位相に依存して行なわれる（ロ ックイン技術）。 励起用光源４と検出レーザ３が、スペースの理由から、試料の直接近傍に配置 できない時は、個所１８に光波導体を挿入することができる。 次に、本発明による、アイリス絞り１０を用いてのセンサの調節を説明する。 閉じられたアイリス絞り１０により調節がなされる。試料１１により即ちその ビームずれにより調節が外れると、両方の光ビームはアパーチャ絞り１２のアパ ーチャへ正確には入射しない。その結果、検出レーザ３からの、アイリス絞り１ ０によるしゃへいにより小さい光点だけを生ぜしめるビームの光強度は検出器６ において著しく小さくなる。試料が変位ユニット１５により両方のビームに対し て垂直に傾斜されると、試料１１におけるビームのずれの変化により検出器６に おける光強度の変化が生ずる。同じ状態を励起用光源４からの光ビームが生ぜさ せる。 この場合、検出器７における強度変化が記録される。アイリス絞り１０の閉じ られた状態で両方の光ビームが最大の強度をアパーチャ絞り１２を介して透過さ せるように試料が傾斜されると、センサが調節されている。ビームトラップでは なく、検出器７によりこの調節を自動的に行なうこともできる。計算器は両方の 検出器６と７の信号を評価して、必要に応じて試料１１を変位させる。試料は最 大で角度α＝５°だけ旋回させるべきである。ただしαは、試料の、ビームスプ リッタの方向への面の法線と、光ビームの方向への面の法線との成す角度を表わ す。 表２図に本発明により発生されるビームの状態が示 されている。本発明によるフォトサーマルセンサの部品のうち試料１１（例えば キャベット中の水溶液）、アパーチャ絞り１２と検出器６が示されている。参照 番号２１で、励振用光源から放出された光ビームが示されている。このビームは 試料１１の個所で狭窄部を有する。アパーチャ絞りは試料１１から間隔ｄで配置 されている。アパーチャ絞りの開放直径は、第１の光ビームがアパーチャ絞りを 妨げられずに通過する様に選定されている。検出レーザから放出された第２の光 ビーム２０は、試料の個所におけるその半径が、第１の光ビームの半径の少なく とも５倍になるように、拡開化される。 第３図はフォトサーマル測定中に検出されるＴ．Ｌ．信号のダイヤグラム図で ある。横軸に時間がmsecで、縦軸に検出信号がｍＶで記入されている。ダイヤグ ラム図の下の部分に、検出器５（第１図参照）において得られる信号が示されて いる。ダイヤグラム図の上の部分には検出器６（第１図参照）において測定され る信号が示されている。 第４図は、第１図において示されたフォトサーマルセンサにより測定された較 正直線である。試料は水の中のジニトロオルトクレゾール（ＤＮＯＣ）の溶液か ら形成された。横軸にＤＮＯＣの濃度がppdで、縦軸に検出器６（第１図参照） のＴ．Ｌ．信号が記入されている。この較正曲線に示されている様に本発明によ るセンサにより数ppbの濃度の有機物質が検出できる。 第５図はＤＮＯＣにおける吸光係数の結果を示す。横軸にＤＮＯＣの濃度がpp bで、縦軸に吸光係数が単位cm^-1で記入されている。

【手続補正書】 【提出日】１９９５年６月３０日 【補正内容】 請求の範囲 １．試料（１１）の中の成分の濃度を測定するためのフォトサーマルセンサであ って、該センサは ａ）励起用光源（４）を備え、該光源は、試料（１１）の中でならびに第１の 光ビームのビーム路において吸収が行なわれるような波長の第１の光ビームを放 出し、 ｂ）変調器（１７）を備え、さらに後続して ｃ）結像光学装置（１４）を備え、該結像光学装置は試料（１１）の近傍にお いて第１の光ビームの狭窄部を生ぜさせ、 ｄ）検出レーザ（３）を備え、該検出レーザはコヒーレントな光の第２の光ビ ームを第１の光ビームに垂直な方向に放出し、 ｅ）第２の光ビームの中にレンズ（８）を備え、 ｆ）２つの面（１，２）を有するビームスプリッタ（９ａ）を備え、該ビーム スプリッタは次のように配置されており、即ち 励起光源（４）から送出された第１の光ビームが変調器（１７）と結像光学 装置（１４）を通った後に、および検出レーザ（３）から送出されたコヒーラン トな光の第２の光ビームがレンズ（８）を通った後に、ビームスプリッタ（９ａ ）の相異なる面へ入射するように配置されており、 ならびに励起用光源（４）から送出された第１の光ビームの成分も、検出レ ーザ（３）から送出されたコヒーラントな光の成分も、試料（１１）へ入射する ように、配置されており、 ｇ）第１の光感検出器（５）を備え、該光感検出器はビームスプリッタ（９ａ ）の後方のビーム路における第１の光ビームの別の成分を検出するように配置さ れており；さらに該フォトサーマルセンサは試料（１１）へ入射して該試料（１ １）を透過する光のビーム路において試料（１１）の後方に ｈ）絞り（１２）と、 ｉ）フィルタ（９ｂ）を備え、これらの部材の後方にビーム路に ｊ）第２の光感検出器（６）が設けられている形式の、フォトサーマルセンサ において、 ｋ）レンズ（８）が次のように選定されており、即ち、検出レーザ（３）から 送出されたコヒーラントな光の第２の光ビームは、試料（１１）の個所における ビーム半径が、試料（１１）の個所における第１の光ビームの狭窄部の半径の少 なくとも５倍に拡開化されるように選定されており、 １）絞り（１２）が試料（１１）の直接後方に、第１の光ビームが妨げられず にこの絞り（１２）を通過するように配置されている ことを特徴とする、フォト サーマルセンサ。 ２．結像光学装置（１４）が色消し光学装置である、請求の範囲１記載のフォト サーマルセンサ。 ３．ビームスプリッタ（９ａ）がロングパスカンテンフィルタ（Langpasskanten filter）である、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。 ４．ビーム路においてビームスプリッタ（９ａ）と試料（１１）との間にアイリ ス絞り（１０）が配置されている、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。 ５．絞り（１２）がアパーチャ絞りである、請求の範囲１記載のフォトサーマル センサ。６． フィルタ（９ｂ）として別のロングパスカンテンフィルタが用いられ、該別 のロングパスカンテンフィルタから方向転換された光がビームトラップの中へ案 内される 、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。７． ビームトラップ（７）として第３の検出器が用いられる、請求の範囲６記載 のフォトサーマルセンサ。８． 試料（１１）が静止している溶液で充たされているキュベットであり、変調 器（１７）が約４〜６Ｈｚの周波数を有する 、請求の範囲１記載のフォトサーマ ルセンサ。９． 試料（１１）が運動される溶液で充たされている貫流キュベットであり、変 調器（１７）が４０〜６０Ｈｚの周波数を有する 、請求の範囲１記載のフォトサ ーマルセンサ。10． 試料（１１）が固体であり、変調器（１７）が約３０００Ｈｚの周波数を有 する 、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。11． レンズ（８）が次のように選定されている、即ち、検出レーザ（３）から送 出されたコヒーレントな光の第２の光ビームは、試料（１１）の個所におけるビ ーム 半径が、試料（１１）の個所における第１の光ビームの狭窄部の半径の５〜 ５０倍の大きさに拡開化されるように選定されている、請求の範囲１記載のフォ トサーマルセンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．試料（１１）の中の成分の濃度を測定するためのフォトサーマルセンサであ って、該センサは ａ）励起用光源（４）を備え、該光源は、試料（１１）の中でならびに第１の 光ビームのビーム路において吸収が行なわれるような波長の第１の光ビームを放 出し、 ｂ）変調器（１７）を備え、さらに後続して ｃ）結像光学装置（１４）を備え、該結像光学装置は試料（１１）の近傍にお いて第１の光ビームの狭窄部を生ぜさせ、 ｄ）検出レーザ（３）を備え、該検出レーザはコヒーレントな光の第２の光ビ ームを第１の光ビームに垂直な方向に放出し、 ｅ）第２の光ビームの中にレンズ（８）を備え、 ｆ）２つの面（１，２）を有するビームスプリッタ（９ａ）を備え、該ビーム スプリッタは次のように配置されており、即ち 励起光源（４）から送出された第１の光ビームが変調器（１７）と結像光学 装置（１４）を通った後に、および検出レーザ（３）から送出されたコヒーラン トな光の第２の光ビームがレンズ（８）を通った後に、ビームスプリッタ（９ａ ）の相異なる面へ入射するように配置されており、 ならびに励起用光源（４）から送出された第１の光ビームの成分も、検出レ ーザ（３）から送出されたコヒーラントな光の成分も、試料（１１）へ入射する ように、配置されており、 ｇ）第１の光感検出器（５）を備え、該光感検出器はビームスプリッタ（９ａ ）の後方のビーム路における第１の光ビームの別の成分を検出するように配置さ れており；さらに該フォトサーマルセンサは試料（１１）へ入射して該試料（１ １）を透過する光のビーム路において試料（１１）の後方に ｈ）絞り（１２）と、 ｉ）フィルタ（９ｂ）を備え、これらの部材の後方にビーム路に ｊ）第２の光感検出器（６）が設けられている形式の、フォトサーマルセンサ において、 ｋ）レンズ（８）が次のように選定されていることを、即ち検出レーザ（３） から送出されたコヒーラントな光の第２の光ビームは、試料（１１）の個所にお けるビーム半径が第１の光ビームの狭窄部の半径の少なくとも５倍に拡開化され るように、選定されていることを特徴とする、フォトサーマルセンサ。 ２．結像光学装置（１４）が色消し光学装置である、請求の範囲１記載のフォト サーマルセンサ。 ３．ビームスプリッタ（９ａ）としてロングパスカン テンフィルタが（Langpasskantenfilter）使用される、請求の範囲１記載のフォ トサーマルセンサ。 ４．ビーム路においてビームスプリッタ（９ａ）と試料（１１）との間にアイリ ス絞り（１０）が配置されている、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。 ５．絞り（１２）がアパーチャ絞りである、請求の範囲１記載のフォトサーマル センサ。 ６．アパーチャ絞り（１２）がビーム路においてフィルタ（９ｄ）の手前にかつ 試料（１１）の直後に配置されている、請求の範囲５記載のフォトサーマルセン サ。 ７．アパーチャ絞り（１２）が試料（１１）から少なくとも１０ｃｍの間隔で配 置されている、請求の範囲６記載のフォトサーマルセンサ。 ８．フィルタ（９ｂ）として別のロングパスカンテンフィルタが用いられる、請 求の範囲１、６又は７記載のフォトサーマルセンサ。 ９．該別のロングパスカンテンフィルタ（９ｂ）から方向転換された光がビーム トラップの中へ案内される、請求の範囲８記載のフォトサーマルセンサ。 10．ビームトラップ（７）として第３の検出器が用いられる、請求の範囲９記載 のフォトサーマルセンサ。 11．試料（１１）が静止している溶液で充たされてい るキュベットである、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。 12．変調器（１７）が４〜６Ｈｚの周波数を有する、請求の範囲１１記載のフォ トサーマルセンサ。 13．試料（１１）が運動される溶液で充たされている貫流キュベットである、請 求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。 14．変調器（１７）が４０〜６０Ｈｚの周波数を有する、請求の範囲１３記載の フォトサーマルセンサ。 15．試料（１１）が固定である、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。 16．変調器（１７）が約３０００Ｈｚの周波数を有する、請求の範囲１５記載の フォトサーマルセンサ。 17．レンズ（８）が次のように選定されており、即ち検出レーザ（３）から送出 されたコヒーレントな光の第２の光ビームが、試料（１１）の個所におけるその 半径が第１の光ビームの狭窄部の半径の５〜５０倍の大きさに拡開化されるよう に選定されている、請求の範囲１記載のフォトサーマルセンサ。