JPH09145683A

JPH09145683A - 光音響分析方法及び光音響分析装置

Info

Publication number: JPH09145683A
Application number: JP7305686A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Sonehara; 剛志曽根原; Osamu Ozawa; 理小沢; Yutaka Masuzawa; 裕鱒沢; Toshiko Fujii; 稔子藤井; Masao Kan; 正男管; Yuji Miyahara; 裕二宮原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度かつ小型の光音響分析方法及び装置を
実現する。【解決手段】参照試料９と測定試料１０の間に、光源
１の光に対して透明な音響インピーダンス整合層８を設
け、ただ一つの音響センサ１２を測定試料１０に接触さ
せて配置する。光源１からのパルス光を、参照試料９、
音響インピーダンス整合層８、測定試料１０を同時に透
過させ、参照試料９からの音波と測定試料１０からの音
波を一つの音響センサ１２を用いて時間軸上で分離して
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス光源を用い
た光音響分析方法及び光音響分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光音響分析装置は、光を吸収して励起さ
れた分子が無輻射失活する際に発生する音波を検出する
ことにより試料の分析を行う装置である。従来の光音響
分析装置においては、アナリティカル・ケミストリー、
５３（１９８１年）第５３９〜５４０頁〔Analytical C
hemistly, vol.53(1981), pp.539-540〕に記載されてい
るように、光源の強度等の変動を補償するために、光源
から射出された光を２光束に分けて参照試料の入ったセ
ルと測定試料の入ったセルのそれぞれへ入射させ、それ
ぞれのセルに設置された音響センサで検出された光音響
信号の強度の比を取るという方法が一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、光源の射出部において光線が射出する位置がゆらい
だような場合、ハーフミラーなどで分割した２光束の受
ける影響は反射光と透過光で異なっているため、これを
補償することはできない。しかも２つのセルと２つの音
響センサが必要とされ、これらが空間的に別の位置にあ
るために、もし測定環境において不均一な温度の変動が
生ずるとその影響はそれぞれについて異なったものとな
り、これも測定誤差を生む。このような誤差を取り除こ
うとすれば、測定系全体を一つの恒温槽に入れるなどの
大掛かりな設備が必要となる。またいかに特性の揃った
音響センサを２つ揃えたとしても、長期的には劣化など
によってばらつきが生じる可能性もある。さらに音響セ
ンサにアンプを接続した場合、アンプのゲインの変動も
２つのアンプの間で独立であるから誤差の原因となる。
５％以上の大きな光源強度の変動を補正するだけであれ
ば、これらの欠点はそれほど問題とはならないが、たと
えば、正常範囲の血中グルコース濃度を光音響信号の強
度変化から定量しようとすれば、少なくとも０.１％以
上の測定精度が必要であり、上記の問題点をもはや無視
することはできない。本発明の目的は、上記の問題を解
決し、高精度かつ小型の光音響分析方法及び光音響分析
装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、いずれか一
方が測定試料で他方が参照試料である第１の試料と第２
の試料を透明な音響インピーダンス整合層の両側に該音
響インピーダンス整合層と音響的に結合させて配置し、
第１の試料、音響インピーダンス整合層、第２の試料の
順に光が透過するようにパルス光を入射させ、第１の試
料から発生してインピーダンス整合層及び第２の試料中
を伝播してきた第１の音波及び第２の試料から発生した
第２の音波を１個の音響センサで時間的に分離して検出
することで前記目的を達成する。

【０００５】また、本発明では、参照試料及び該参照試
料に音響的に結合して配置された音響インピーダンス整
合層を介して測定試料にパルス光を照射し、参照試料か
ら発生した第１の音波及び測定試料から発生して音響イ
ンピーダンス整合層中を伝播してきた第２の音波を１個
の音響センサで時間的に分離して検出することで前記目
的を達成する。

【０００６】音響インピーダンス整合層は、参照試料で
発生した音波と測定試料で発生した音波を１つの音響セ
ンサにおいて時間軸上で分離して検出するのに十分な厚
さを有し、音響センサの出力信号のうち参照試料で発生
した音波に由来する成分と測定試料で発生した音波に由
来する成分の強度比を求めることにより、光源強度の変
動、光束の位置の変動、音響センサの感度及び増幅器の
ゲインの変動が補償され、非常に高精度の光音響分析を
行うことができる。

【０００７】本発明による光音響分析装置は、パルス光
を射出する光源と、参照試料と、測定試料と、参照試料
と測定試料との間に配置された光源の光に対して透明な
音響インピーダンス整合層と、ただ一つの音響センサと
を備え、光源から射出されたパルス光が参照試料と音響
インピーダンス整合層と測定試料を透過することを特徴
とする。測定試料あるいは参照試料の音響インピーダン
ス整合層に接していない側の少なくとも一方に他の音響
インピーダンス整合層を配置して音波の反射を防ぐよう
にしてもよい。

【０００８】音響インピーダンス整合層としては、光音
響効果により発生した音波の波長より十分に薄く前記光
源の光に対して透明な膜で挟まれた透明な液体、あるい
は塩化ビニル又は可塑剤を混合した塩化ビニル等の固体
を用いることができる。また、本発明による光音響分析
装置は、パルス光を射出する光源と、参照試料と、光源
の光に対して透明な音響インピーダンス整合層と、ただ
一つの音響センサとを備え、音響インピーダンス整合層
の一方の側に音響センサが配置され、その音響インピー
ダンス整合層の一方の側は測定試料と接触する面であ
り、音響インピーダンス整合層の測定試料と接触する面
の反対側に音響センサが配置され、光源から射出された
パルス光は参照試料側から音響インピーダンス整合層を
介して測定試料に照射されることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。〔実施の形態１〕図１は、本発明の第１の実施の形態を
示す概念図である。光音響セル４は、図１に断面を示
し、図２に斜視図を示すように、例えば円筒形の４個の
スペーサ５ａ〜５ｄの間に透明な薄膜６ｂ，６ｃ，６ｄ
を液密に挟んで重ね、スペーサ５ａ及び５ｄの端面に透
明な薄膜６ａ及び６ｅを貼って構成されたものである。
薄膜６ｅには音響センサ１２が接合されている。薄膜６
ａ〜６ｅの材質は、光源１が出力する光に対して透明な
ものが選択され、たとえば光源１の出力が可視光又は近
赤外光ならポリエチレンフィルムが用いられる。薄膜６
ａ及び６ｂで挟まれたスペーサ５ａの内部空間、及び薄
膜６ｃ及び６ｄで挟まれたスペーサ５ｃの内部空間に
は、各々光源１が出力する光に対して透明な液体７及び
８が収容されている。薄膜６ｂ及び６ｃで挟まれたスペ
ーサ５ｂの内部空間には参照試料９が収容され、薄膜６
ｄ及び６ｅで挟まれたスペーサ５ｄの内部空間には測定
試料１０が収容されている。測定試料１０は、栓１１を
開けて光音響セル４内に注入あるいは排出される。

【００１０】薄膜６ａ，６ｂで仕切られた液体７、及び
薄膜６ｃ，６ｄで仕切られた液体８は、参照試料９及び
測定試料１０に対する音響インピーダンス整合層を形成
する。薄膜６ａ〜６ｅの厚みは、測定試料１０及び参照
試料９で発生する音波パルスの波長に比較して十分小さ
く設定してある。音響インピーダンス整合層を形成する
液体７，８及び参照試料９は、音響インピーダンスが測
定試料１０に似通ったものを使用する。参照試料９は、
光の吸収特性も測定試料１０に近いものでなければなら
ない。

【００１１】光源１は、測定試料が吸収する波長の光を
出力するパルスレーザである。光源１のパルス光の一部
をビームスプリッタ２で分割して光検出器３に入射さ
せ、光検出器３の出力信号を２チャンネル以上のデジタ
イジング・オシロスコープ１４のトリガー信号とする。
光検出器３は、立ち上がり時間がパルスレーザ１の出力
をパルスとして捉えうる応答速度を持つものを使用す
る。

【００１２】光の速度は十分速いので、光音響セル４に
入射した光は測定試料１０と参照試料９に同時に届くと
見なしうる。測定試料１０で発生した音波パルスがまず
最初に音響センサ１２で検出され（第１のパルス）、続
いて参照試料９で発生した音波パルスが液体８等で構成
された音響インピーダンス整合層（第１の音響インピー
ダンス整合層）と測定試料１０を介して伝搬し、音響セ
ンサ１２で検出される（第２のパルス）。参照試料９と
薄膜６ｂの接する面における反射を防ぐため、参照試料
９の光入射側に液体７等で構成された音響インピーダン
ス整合層（第２のインピーダンス整合層）を設けてあ
る。第１のパルスと第２のパルスの間の時間的遅延は、
薄膜６ｃ，６ｄの厚みが十分に薄いので、〔（音響イン
ピーダンス整合層８の厚さ）／（音響インピーダンス整
合層８中の音速）〕で与えられる。なお、図１では音響
センサ１２が薄膜６ｅを介して測定試料１０に接してい
るが、音響センサ１２は直接測定試料に接していてもよ
い。

【００１３】このように音響センサ１２からは時間的に
分離された２つのパルスが連なった信号が得られるが、
これをアンプ１３で増幅し、光検出器３の出力信号をト
リガー信号としてデジタイジング・オシロスコープ１４
に保存し、保存された波形をコンピュータ１５に取り込
み、第１のパルスのピーク・トゥ・ピーク値Ｖｐｐ１と
第２のパルスのピーク・トゥ・ピーク値Ｖｐｐ２を求
め、さらにその比Ｖｐｐ１／Ｖｐｐ２を計算する。

【００１４】この例においては、目的検出成分を血中グ
ルコース濃度とし、測定試料１０として血清、参照試料
９として純水、音響インピーダンス整合層形成のための
液体７，８として重水、薄膜６ａ〜６ｅとしてポリエチ
レンフィルム、スペーサ５ａ〜５ｄとしてガラスパイプ
を用いた。また、光源１としてはグルコースの近赤外に
おける吸収波長である１５６０ｎｍを出力する光パラメ
トリック発振器レーザを用い、光検出器３としてはイン
ジウム・ガリウム・砒素半導体フォトダイオードを用い
た。

【００１５】光源１として使用したパルスレーザはパル
ス長が６ｎｓ、ピーク出力が約１ＭＷである。光検出器
３に使用したフォトダイオードは、立ち上がり時間が
０.３ｎｓであり、光源１の出力光のパルス波形をほぼ
忠実に再現することができる。レーザのピーク出力は極
めて高いので光検出器３に入る光量は光源１の出力のご
く一部でよい。そこでビームスプリッタ２としては、反
射率が０.５％の反射防止膜を両面に施したガラス基板
を使用した。光検出器３に入射する光量は全光量の１ｐ
ｐｍ程度で十分であるから、ビームスプリッタを用い
ず、光音響セル表面等で散乱された光を検出してトリガ
ー出力を発生してもよい。

【００１６】光源１から射出された光に対する参照試料
９の吸収係数をα、参照試料の厚さをｄとすると、光源
１から射出された光が効率よく測定試料１０まで到達す
るためには次式を満たすことが望ましい。 αｄ＜３

【００１７】この例においては、参照試料９の光源１の
光に対する吸収係数が７ｃｍ^-1程度あるので、スペーサ
５ｂの厚さを厚くしすぎると測定試料１０に光が来なく
なる。たとえば、スペーサ５ｂの厚さを１０ｍｍとした
ならば、測定試料１０に入射する光量は参照試料９に入
射する光量の１／１０００となる。ここではスペーサ５
ｂの厚さすなわち参照試料９の中の光路長を１ｍｍとす
ることにより、入射光量の約半分が測定試料１０に到達
するようにした。また、スペーサ５ｄの厚さすなわち測
定試料１０の中の光路長を１０ｍｍとすることにより、
測定試料１０を透過する光量は測定試料に入射する光量
の１／１０００となっており、透過光が直接音響センサ
１２に吸収されることによる音波の発生を防いでいる。

【００１８】図３は、図１に示した装置を用い、糖尿病
患者の血清を測定試料として測定を行ったときに、音響
センサ１２の出力信号をデジタイジング・オシロスコー
プ１４で観測して得られた信号波形の図である。第１の
パルスのピーク・トゥ・ピーク値Ｖｐｐ１は測定試料に
起因し、第２のパルスのピーク・トゥ・ピーク値Ｖｐｐ
２は参照試料に起因する。参照試料９中の光路長を１ｍ
ｍ、音響インピーダンス整合層８を厚み２ｍｍの重水
（音速約１.４ｋｍ／ｓ）からなる層としたので、第１
のパルスと第２のパルスの間の時間的遅延は約１.４μ
ｓとなっている。

【００１９】図４は、このようにして測定した光音響信
号のＶｐｐ１とＶｐｐ２の時間変化を表す図である。ま
た、図５は光音響信号のＶｐｐ１とＶｐｐ２の比の時間
変化を表す図である。図４と図５を比較すると明らかな
ように、レーザ強度の変動などによって光音響信号の強
度そのものは時間的に大きく揺らいでいるが、Ｖｐｐ１
とＶｐｐ２の比をとることによってゆらぎが１／５以下
に低減されている。

【００２０】ここでは一点当りの積算回数を６４回とし
たが、積算回数を増やすことによってさらに揺らぎを減
少させることが可能である。パルスレーザのくり返しレ
ートは１０回／ｓとしたが、くり返しレートが１０００
回／ｓのレーザを用いても同様の測定が可能であり、そ
の場合には同一の測定時間で測定精度を１０倍高めるこ
とができる。光源１には、同一の波長の光を出力する他
のパルスレーザを用いてもよいし、１５６０ｎｍ以外の
グルコースの吸収波長たとえば２２８０ｎｍ付近の波長
のパルスレーザを用いてもよい。また、グルコース以外
の血液成分を定量するには、その成分に固有の吸収帯の
波長のパルスレーザを用いればよい。

【００２１】この実施の形態によると、２つの検出パル
スのピーク・トゥ・ピーク値の比をとることによって光
源強度の変動を補償することができる。また、従来の２
光束光音響分析装置では補償することができなかった音
響センサ自体の感度の変動やアンプのゲイン変動もほと
んど完全に補償することができ、入射光束の位置の変動
もある程度補償することができる。しかも、従来法に比
べて音響センサやアンプの数を半分に減らすことができ
る。

【００２２】〔実施の形態２〕図６は、本発明の第２の
実施の形態を示す概念図である。この第２の実施の形態
は、生体３０の血管３１を流れる血液を測定試料として
血中グルコース濃度の無侵襲計測装置を構成するもので
ある。光源２１としては第１の実施の形態で使用したの
と同じ光パラメトリック発振器レーザを用いた。パルス
レーザ光源２１から射出された光線の大部分はビームス
プリッタ２２を透過して光音響センサ２４に入射し、残
りの光線はビームスプリッタ２２で反射されてフォトダ
イオード２３に入射する。

【００２３】光音響センサ２４は、図６に断面を示し、
図７に斜視図を示すように、入射光線が通過する中心部
分に穴２６の開いたＰＺＴからなる音響センサ２５と、
固体の音響インピーダンス整合層２９を備える。入射す
るレーザ光のビーム径を３ｍｍ、音響センサ２５の穴２
６の径を５ｍｍに設定して、音響センサ２５自身が直接
光吸収することによる音波の発生を完全に防止した。固
体の音響インピーダンス整合層２９としては可塑剤入り
のポリ塩化ビニルを使用し、その一方の側に凹部を設け
参照試料２８として生理食塩水を収容し、表面をカバー
グラス２７で密閉した。光音響センサ２４に入射する光
源２１からの光線は、音響センサ２５を照射することな
く、その中心に設けられた穴２６を通って参照試料２８
を透過し、続いて音響インピーダンス整合層２９中を透
過して生体３０中の血管３１に照射される。

【００２４】測定対象を例えば糖尿病患者の腕とし、音
響インピーダンス整合層２９に固定されたゴム製のリス
ト・バンド（図示せず）によって測定部位への光音響セ
ンサ２４の接触を行う。参照試料２８中の光路長を１ｍ
ｍ、音響インピーダンス整合層２９中の光路長を１０ｍ
ｍとし、音響センサ２５に接していない側の音響インピ
ーダンス整合層２９の面を、腕３０の血管３１の透けて
見える部分に強く押し付けることによって、血管３１で
発生した音波がほぼ直接に音響インピーダンス整合層２
９へ伝達するようにし、血管３１以外の生体組織で発生
した音波信号の混入を防止する。測定部位は、腕に限ら
ず、血管が表皮の比較的近傍に存在し、光音響センサ２
４を密着させやすい部位ならどこでもよい。

【００２５】光音響センサ２４の音響センサ２５は、図
３に示されているのとほぼ同様の一連の２つのパルスか
らなる信号を検出するが、穴あきの音響センサ２５を用
いて光の入射する面と音波を検出する面を同一にしたこ
とにより、参照試料２８で発生した音波による信号と測
定試料（この場合は血管３１中を流れる血液）で発生し
た音波による信号の検出順序が逆になる。

【００２６】参照試料２８で発生した音波パルスと測定
試料で発生した音波パルスとを時間軸上で明瞭に分離す
るためには、光源２１から射出された光に対する参照試
料の吸収係数をα、参照試料中の音速をｖ、インピーダ
ンス整合層２９の厚さ及び音速をそれぞれＤ及びＶとす
るとき、次の関係を満たすことが必要である。Ｄ＞２Ｖ／αｖ

【００２７】音響インピーダンス整合層２９内における
音波の減衰と拡散、及び装置の小型化、素材の節約とい
った観点からすると、音響インピーダンス整合層２９の
厚さＤはなるべく小さい方がよい。参照試料として生理
食塩水を用いる場合、ｖ＝１５００ｍ／ｓ、α＝７ｃｍ
^-1である。ここでは、音響インピーダンス整合層２９と
して可塑剤入りの塩化ビニルを使用し、Ｖを通常のポリ
塩化ビニル中の音速よりも小さな２５００ｍ／ｓに調整
した。したがって、Ｄ＞５ｍｍであれば上記条件が満た
される。実際には厚さＤを１０ｍｍとしているため、参
照試料で発生した音波による信号と測定試料（この場合
は血管中の血液）で発生した音波による信号が時間軸上
で明瞭に分離され、両者の時間的遅延は約４μｓとな
る。

【００２８】スライドグラス２７は十分に薄く、μｓの
時間スケールでは参照試料２８で発生した音波はパルス
光の発生とほぼ同時に穴あき音響センサ２５に到達す
る。そこで時間ゲート回路４２ａによって光検出器２３
の出力信号をトリガーとして０μｓ後から２.５μｓ後
までの時間ゲートを設け、ピーク出力回路４３ａにおい
て参照試料２８で発生した音波による信号のピーク・ト
ゥ・ピーク値を求め、時間ゲート回路４２ｂによって光
検出器２３の出力信号をトリガーとして２.５μｓ後か
ら５.０μｓ後までの時間ゲートを設け、ピーク出力回
路４３ｂにおいて血管３１で発生した音波による信号の
ピーク・トゥ・ピーク値を求め、それぞれをＡＤコンバ
ータ４４ａ，４４ｂでデジタル値に変換し、コンピュー
タ４５で比を求める。光検出器２３の出力は、時間ゲー
ト回路４２ａ，４２ｂのトリガー入力に入力されるとと
もに、ピーク出力回路４３ａ，４３ｂのリセット入力に
入力されている。

【００２９】図８は測定対象である糖尿病患者に糖負荷
試験を行いながら、一定時間ごとにピーク・トゥ・ピー
ク値の比Ｖｐｐ１／Ｖｐｐ２を測定し、同時に患者から
採血して酵素反応によって血中グルコース濃度を計測し
たときの、双方の結果の関係を表すグラフである。比Ｖ
ｐｐ１／Ｖｐｐ２は血中グルコース濃度と高い相関を示
し、前者の値から十分な精度で後者を定量できることが
分かる。

【００３０】音響インピーダンス整合層２９の素材は、
透明で生体との音響インピーダンス整合がよい材料であ
れば何でもよく、例えば不純物の少ない透明なシリコン
ゴムでもよい。また、音響センサ２５と参照試料２８は
十分薄いカバーグラス２７を介して接触しているが、薄
いカバーグラスでなく音響インピーダンス整合層に使用
したものと同一の素材からなる１ｍｍ程度の厚さの層を
使用しても構わないし、あるいはＯリング等を使用して
参照試料２８のもれを防止して音響センサ１３と参照試
料７を直接接触させてもよい。音響センサには透明電極
がコーティングされた透明な音響センサを用いてもよ
い。透明な音響センサとしては例えば水晶振動子が使用
できる。

【００３１】この実施の形態によれば第１の実施の形態
と同様の効果が得られると同時に、穴あき音響センサを
用いたことにより、生体のように不均一で光を照射した
面の反対側において音波を検出することが困難な試料で
も光を照射した面から均一な音響インピーダンス整合層
及び参照試料を介して効率よく音波を検出することがで
きる。また、音響インピーダンス整合層を固体で一体化
したことにより長期的安定性と人体への良い接触が得ら
れ、デジタイジング・オシロスコープを機能を制限した
専用の回路で代用したことにより装置を安価で小型にで
きる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ただ一つの音響センサ
で高精度かつ小型で安価な光音響分析装置を構成するこ
とができ、これを利用することにより生体中の血管を測
定対象として無侵襲血液分析装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概念図。

【図２】光音響セルの斜視図。

【図３】光音響信号を表す図。

【図４】光音響信号のパルスのピーク・トゥ・ピーク値
の時間変化を表す図。

【図５】光音響信号における二つのパルスのピーク・ト
ゥ・ピーク値の比の時間変化を表す図。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示す概念図。

【図７】センサの斜視図。

【図８】光音響信号の二つのパルスのピーク・トゥ・ピ
ーク値の比と血中グルコース濃度の関係を示す図。

【符号の説明】

１…光源、２…ビームスプリッタ、３…光検出器、４…
光音響セル、５ａ〜５ｄ…スペーサ、６ａ〜６ｅ…透明
薄膜、７，８…透明液体、９…参照試料、１０…測定試
料、１１…栓、１２…音響センサ、１３…アンプ、１４
…デジタイシング・オシロスコープ、１５…コンピュー
タ、２１…光源、２２…ビームスプリッタ、２３…光検
出器、２４…センサ、２５…穴あき音響センサ、２６…
穴、２７…カバーグラス、２８…参照試料、２９…音響
インピーダンス整合層、３０…生体、３１…血管、４１
…アンプ、４２ａ，４２ｂ…時間ゲート回路、４３ａ，
４３ｂ…ピーク出力回路、４４ａ，４４ｂ…ＡＤコンバ
ータ、４５…コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】いずれか一方が測定試料で他方が参照試
料である第１の試料と第２の試料を透明な音響インピー
ダンス整合層の両側に該音響インピーダンス整合層と音
響的に結合させて配置し、前記第１の試料、音響インピ
ーダンス整合層、第２の試料を透過するようにパルス光
を入射させ、前記第１の試料から発生して前記インピー
ダンス整合層及び第２の試料中を伝播してきた第１の音
波及び前記第２の試料から発生した第２の音波を１個の
音響センサで時間的に分離して検出することを特徴とす
る光音響分析方法。
【請求項２】参照試料及び該参照試料に音響的に結合
して配置された音響インピーダンス整合層を介して測定
試料にパルス光を照射し、前記参照試料から発生した第
１の音波及び前記測定試料から発生して前記音響インピ
ーダンス整合層中を伝播してきた第２の音波を１個の音
響センサで時間的に分離して検出することを特徴とする
光音響分析方法。
【請求項３】前記第１の音波の検出信号と第２の音波
の検出信号の比を求めることを特徴とする請求項１又は
２記載の光音響分析方法。
【請求項４】パルス光を射出する光源と、参照試料
と、測定試料と、前記参照試料と測定試料との間に配置
された前記光源の光に対して透明な音響インピーダンス
整合層と、ただ一つの音響センサとを備え、前記光源か
ら射出されたパルス光が前記参照試料と音響インピーダ
ンス整合層と測定試料を透過することを特徴とする光音
響分析装置。
【請求項５】パルス光を射出する光源と、参照試料
と、測定試料と、前記参照試料と測定試料との間に配置
された前記光源の光に対して透明な第１の音響インピー
ダンス整合層と、前記測定試料の前記第１の音響インピ
ーダンス整合層に接していない側と前記参照試料の前記
第１の音響インピーダンス整合層に接していない側の少
なくとも一方に設けられた前記光源の光に対して透明な
第２の音響インピーダンス整合層と、ただ一つの音響セ
ンサとを備え、前記光源から射出されたパルス光が前記
参照試料と前記測定試料と前記第１及び第２の音響イン
ピーダンス整合層を透過することを特徴とする光音響分
析装置。
【請求項６】前記音響センサは前記測定試料又は参照
試料のどちらかと直接あるいは中間層を介して接し、前
記音響インピーダンス整合層は前記参照試料で発生した
音波と前記測定試料で発生した音波を前記音響センサに
おいて時間軸上で分離して検出するのに十分な厚さを有
し、前記音響センサの出力信号のうち参照試料で発生し
た音波に由来する成分と測定試料で発生した音波に由来
する成分の強度比を出力する手段を備えることを特徴と
する請求項１又は２記載の光音響分析装置。
【請求項７】前記光源から射出された光に対する参照
試料の吸収係数をαとし、参照試料の厚さをｄとすると
き、αｄ＜３を満たすことを特徴とする請求項１、２又
は３記載の光音響分析装置。
【請求項８】前記音響インピーダンス整合層として、
光音響効果により発生した音波の波長より十分に薄く前
記光源の光に対して透明な膜で挟まれた、前記光源の光
に対して透明な液体を使用することを特徴とする請求項
４〜７のいずれか１項記載の光音響分析装置。
【請求項９】前記測定試料が液体であり、前記音響イ
ンピーダンス整合層として前記光源の光に対して透明で
前記測定試料に近い音響インピーダンスを有する固体を
使用することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項
記載の光音響分析装置。
【請求項１０】前記音響インピーダンス整合層として
塩化ビニル又は可塑剤を混合した塩化ビニルを使用する
ことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項記載の光
音響分析装置。
【請求項１１】パルス光を射出する光源と、参照試料
と、前記光源の光に対して透明な音響インピーダンス整
合層と、ただ一つの音響センサとを備え、前記音響イン
ピーダンス整合層の一方の側に前記音響センサが配置さ
れ、前記音響インピーダンス整合層の一方の側は測定試
料と接触する面であり、前記音響インピーダンス整合層
の前記測定試料と接触する面の反対側に前記音響センサ
が配置され、前記光源から射出されたパルス光は前記参
照試料側から音響インピーダンス整合層を介して測定試
料に照射されることを特徴とする光音響分析装置。
【請求項１２】前記音響インピーダンス整合層として
塩化ビニル又は可塑剤を混合した塩化ビニルを使用する
ことを特徴とする請求項１１項記載の光音響分析装置。
【請求項１３】光源から射出された光に対する前記参
照試料の吸収係数をα、前記参照試料中の音速をｖ、前
記インピーダンス整合層の厚さをＤ、前記音響インピー
ダンス整合層中の音速をＶとするとき、Ｄ＞２Ｖ／αｖ
を満たすことを特徴とする請求項１１又は１２記載の光
音響分析装置。
【請求項１４】前記参照試料は水、グルコース水溶液
又は生理食塩水であり、前記光源は生体透過性の高い近
赤外光を射出するパルスレーザであり、前記音響センサ
は光路に沿って穴が設けられている穴あきの音響センサ
又は透明な音響センサであることを特徴とする請求項１
１、１２又は１３記載の光音響分析装置。
【請求項１５】前記光源から射出されたパルス光の一
部を検出する光検出器とトリガー機能を有する波形記憶
装置とを備え、前記光検出器の出力信号を前記波形記憶
装置のトリガー入力へ入力し、前記音響センサの出力を
前記波形記憶装置の信号入力に入力し、前記音響センサ
の出力信号のうち参照試料で発生した音波に由来する成
分と測定試料で発生した音波に由来する成分のピーク・
トゥ・ピーク値の比を求めることを特徴とする請求項４
〜１３のいずれか１項記載の光音響分析装置。
【請求項１６】前記光源から射出されたパルス光の一
部を検出する光検出器と、開く時間区間がずれた２つの
時間ゲート回路を介して前記音響センサの出力が入力さ
れる２つのピーク出力回路を備え、前記光検出器の出力
信号を前記時間ゲート回路のトリガー入力と前記ピーク
出力回路のリセット入力に入力し、前記音響センサの出
力を時分割して各々の時間区間におけるピーク・トゥ・
ピーク値を求め、前記音響センサの出力信号のうち参照
試料で発生した音波に由来する成分と測定試料で発生し
た音波に由来する成分のピーク・トゥ・ピーク値の比を
求めることを特徴とする請求項４〜１３のいずれか１項
記載の光音響分析装置。