JPS61137046A - 光散乱計測装置 - Google Patents

光散乱計測装置

Info

Publication number
JPS61137046A
JPS61137046A JP59259074A JP25907484A JPS61137046A JP S61137046 A JPS61137046 A JP S61137046A JP 59259074 A JP59259074 A JP 59259074A JP 25907484 A JP25907484 A JP 25907484A JP S61137046 A JPS61137046 A JP S61137046A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
scattering
microphone
scattered light
intermittent
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.)
Pending
Application number
JP59259074A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Saito
謙治 斉藤
Takeshi Eguchi
健 江口
Harunori Kawada
河田 春紀
Yoshinori Tomita
佳紀 富田
Yukio Nishimura
征生 西村
Takashi Nakagiri
孝志 中桐
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP59259074A priority Critical patent/JPS61137046A/ja
Priority to US06/804,108 priority patent/US4682897A/en
Priority to DE19853543363 priority patent/DE3543363A1/de
Publication of JPS61137046A publication Critical patent/JPS61137046A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、光散乱を利用して物体表面及び物体内の物性
を解析する装置に関し、特に、その散乱光を熱エネルギ
ーに変換して測定する装置に関する。” [従来の技術] 従来、光散乱を利用して物体表面及び物体内の物性を解
析する装置としては、第3図に示すように被検物体1に
光2を照射し、散乱光3を開口角の大きなレンズ4を通
し、更に配光による影響を減少させるために積分球5を
介して、光検出器(例えば、フォトマル、ビンフォト等
)の感光面6に導いていた。しかし、この場合、散乱角
が開口角よりも大きいと、はみ出した散乱成分はレンズ
に入射することができず、測定が不可能であった。その
はみ出した散乱成分を検出するために被検物体近傍に透
過型の拡散面を置き、その背後に光検出器を置く手法も
工夫されたが、拡散板の特性、光検出器の設置方法など
の商題があり、高精度、高感度の測定は困難であった。 ′ [発明が解決しようとする問題点] 本発明は、上記に鑑みて、従来型の光散乱測定では困□
難とされていた散乱角の大きな光散乱成分も含めて高精
度、高感度に測定することを解決すべき問題点とするも
のである。 [問題点を解決するための手段] 本発明において、問題点を解決するために講じられた手
段は、被検物体に断続的な光を照射する断続光照射手段
と、その照射光により被検物体の物性に従って該物体の
表面から断続的に出射される散乱光を吸収し、熱エネル
ギーに変換する光−熱変換媒体と、その熱エネルギーに
より発生する弾性波を伝達する気密室と、該気密室から
伝達される弾性波を電気信号として検出する弾性波検出
手段と、その電気信号から前記熱エネルギーの量を計測
する熱変化計測手段とを備えることを特徴とする。 断続光照射手段としては公知の光源とチョッパが使用さ
れ、光−熱変換媒体としては被測定散乱光の波長に対し
て大なる吸収特性を持ち、かつ熱伝導性の良い光吸収物
質が好ましく、例えば、カーボン及びカーボンを主体と
した混合物を用いれば、広範囲の波長域をカバーするこ
とができる。あらかじめ光吸収物質の分波吸収特性を測
定しておくことにより、出力信号の補正を行い、波長ご
との感度ムラを補正することができる。光吸収物質の表
面形状としては、散乱光の波長よりやや大きめの凹凸を
つけておくことにより、完全拡散性を向上させ、散乱角
の影響を除去できるばかりでなく、吸収効率を上げるこ
とができる。 被検物体としては、固体に限らず、液体でもよく、また
液体表面上に照射光を当てることによって、液面上単分
子いわゆるLB膜(ラングミュア・プロジェット膜)の
展開状況、吸着分子界面近傍の液体中の微粒子の評価に
も応用できる。 [作 用] 第4図は、未発明による光散乱計測装置の基本構成図で
ある。第4図において、被検物体lに断続的な光2を照
射すると、被検物体内の光による散乱光3が被検物体表
面より種々の出射角で断続的に出射される。これらの散
乱光3は、光吸収物質7に照射されると、吸収されて断
続的なエネルギー信号8となり、エネルギー信号検出手
段9へ導かれる。光吸収物質7は、任意の入射角に対し
て光エネルギーを熱エネルギー等へ変換可能なので、光
吸収物質7の大きさ、及び位置を適当に設定すれば、散
乱角の大きな場合にも容易に検出することができる。こ
のようにして得られた断続的なエネルギー信号は、音響
的反応を示す現象である光音響効果等を利用して高感度
に検出することができる。 第5図は、光音響効果の基本原理図である。第5図にお
いて、光音響効果は4つのプロセスから成り、物質が光
を吸収することにより、エネルギーが物質中を伝播する
状態をしめす、プロセスAは、断続的に変調される入射
光ビーム3が吸収物質に当って吸収される過程を示す、
プロセスBは、このエネルギーが無放射緩和過程により
断続的な熱となり、物質中を熱波として伝播する過程を
示す、プロセスCは、物質表面に達した熱波が物質に接
する気体を断続的に熱し、音波を発生する場合を示し、
プロセスDは、物質を伝わる熱波が弾性波に変換され、
例えば試料M内を伝播する場合を示す。本発明は、上記
のプロセスCの段階において弾性波が音波である状態で
検出しようとするもので、音波を発生する気体の気密室
としてマイクロホンセルを使用し、エネルギー信号検出
手段としてマイクロホンによる弾性波検出手段を使用す
るものである。 本発明の解析の対象となる散乱としては、散乱光が波長
シフトの伴わないいわゆる弾性散乱と、波長シフトの伴
えラマン散乱、プリルアン散乱などの非弾性散乱とがあ
る。弾性および非弾性散乱光を共に用いる解析としては
、例えば、所定の径に絞った光を透明結晶体に照射し、
そのすべての散乱光を情報源と、する方法を挙げること
ができる。この場合の散乱光にはすべての波長成分の光
が含まれており、被検物体表面及び内部の屈折率変動や
微粒子の存在を知見する方法として簡便である。 非弾性散乱による解析については、例えばレーザー光に
代表されるような単色の光を利用して生じるラマン散乱
(あるいはレーザーラマン分光)を解析すれば、被検物
体内部の微小部分における分子構造論的な情報を得るこ
とができる0例えば、格子振動の変化に起因する散乱光
周波数変化により相転移の解析、特に、被検物体の温度
を変えて本発明の解析法を用いることにより、相転移の
局所的変化に関して種々の情報を得ることができる。 更に、プリルアン散乱によるものでは、被検物体内のフ
ォノンと照射光との相互作用による波長シフトラ伴った
散乱光を情報源とするので、これを分光して解析すれば
、例えば結晶試料の相転移、高分子物質のガラス転移の
解析に効果的である。 [実施例] 以下、本発明を、実施例と図面によって詳細に説明する
。   ′ 第1図は、本発明を実施した光散乱計測装置の好適な一
例を示す構成図で、前記プロセスdによ、発生t6音波
、、イヶ。オ几JL/ v *ヵオ、ア施例である。第
1図において、光散乱計測装置を構成すΔ断続光照射部
としては公知の光源とチョッパ10が使用され、光−熱
変換媒体はマイクロホンセル11の感光面7であり、変
換された熱エネルギーにより生じた弾性波を音波として
伝達する気密室はマイクロホンセル11であり、その音
波を電気信号に変換して検出する弾性波検出手段はマイ
クロホン12であり、その電気信号から熱エネルギー量
を演算する熱変化計測手段はロックインアンプ13であ
る。前記感光面7は、いうまでもなく、光吸収物質で形
成されている。チョッパ10により断続された照射光ビ
ーム2は、レンズ14により被検物体1に導かれ、その
散乱光3はマイクロホンセル11の感光面7に“吸収さ
れ、密閉されたマイクロホンセルll内の気体を断続的
に熱して音波を発生する。この音波はマイクロホン七′
ル11*付けられたマイクロホン12により検出され;
゛このセイクロホン12からの信号がロックインアンプ
ロ゛に送られ、測定光ビーム2を断続するチョッ゛パ゛
1′IOからの参照信号に基づいて周波数同期検波され
、その結果がレコーダ15に出力される。−このように
”して検出された光音響信号の強度は、吸収物質に゛照
射される散乱光強度に比例することが理論的にも確認さ
れている。従って、散乱光強度を定量的に計測すること
ができる。 なお、入射光強度をモニターし、照射光強度変動を除去
すれば、計測は一層安定する。また、被検物体の光照射
位置を移動させることにより、光散乱分布を計測するこ
ともできる。被検物体への光照射は、第ttgの方向だ
けでなく、任意の方向から照射してもよい。 第2図(a)及び(b)は1本実施例における弾性波検
出手段の一例を示す構造図である。第2図(a)におい
ては、密閉されたマイクロホンセル11の入射光の部分
を、光を吸収しない防音効果のある物質で隔壁16に形
成し、その内側に光吸収物質7を配置している。第2図
(b)においては、熱拡散長トが大きな物質で形成され
た隔壁1Bの光入射側に吸収物質7を配置し、吸収物質
7で発生した熱を隔壁teが伝えて、セル内の気体を断
続的に熱する構成をとっている。これらの隔壁の厚みと
しては、熱拡散長ル以下であることが好ましい。 熱拡散長用は、該物質の熱伝導率α
【ClI2/s】と
断続周波数f [Hz]で与えられ、p=(cL/πf
)’ (c+s] と演算されるので、銀(α=1.7)を用い、f = 
50Hzとすれば、p=1[mmlとなる。 第6図は、光吸収率が各物質ごとに異なることを示すグ
ラフである。第4図の基本構成図において示された光吸
収物質7の波長特性を、第6図に示されている波長λが
異なるものを用いれば、それぞれ対応する波長の散乱光
強度を計測することができ、非弾性散乱の測定が可能に
なる。 また、第7図に示すように、光吸収物質7に散乱光が吸
収される手前にフィルタ17を配置し、散乱光の測定波
長域を制御しても同様の計測が可能になる。フィルタと
して偏光フィルタを用いれば、散乱光の偏光特性を得る
ことも可能になる。 第8図は、光吸収物質7の後方に反射18を配置するこ
とによって、吸収層の実効的厚みを局に減少することに
より、高感度、高精度光散乱計測を可能にした例である
。 第9図は、光吸収物質を層構造にして、各層ごとに分光
吸収特性の異なった物質7a〜7Cを配置した実施例で
あり、このように配置することにより各波長の信号を同
時に測定することが可能になる。即ち、各層において、
異なった波長特性を有する光エネルギーがそれぞれ異ケ
つた波長の弾性波に変換され、弾性波検出手段12へ伝
わって行くが、その時、各層から弾性波検出手段12ま
での距離に対応した位相遅れが生じる。そこで、周波数
同期検波して散乱光の信号を得る際に、対応する位相ず
れごとに検出すれば、各層からの信号を分離することが
できる。 第10図は、本発明を液面上単分子膜による光散乱に適
用した実施例である。第10図において、照射光2は液
体13の液面下から入射し、液体界面で全反射する角度
で入射させである。全反射界面上では、光エネルギーは
、エバネッセント波として液面上単分子膜20へ伝わり
、光散乱3が生じる。 液面上に配置した光吸収物質7及びエネルギー信号検出
手段9で、前記各方法に基づいて検出することにより、
この単分子膜20及び吸着物質7による光散乱特性を検
出することができる。 第11図は、LB成膜膜装置における液面下の光散乱特
性を評価する実施例である。液体19中の散乱因子21
による散乱光を測定することにより、単分子展開液の状
態を検知することができ、この情報をもとに成膜制御も
可能となる。 なお、照射光ビーム径を必要に応じて絞り、被検物体内
における散乱光相互間の影響を取り除き、照射光束を被
検物体内の所定面に沿って走査させることによって、各
部情報をパターン化することもできる。そして、こうし
て得られる電気信号及び走査信号を計算機処理し、ディ
スプレイ表示することによって、微視的情報をパターン
化してとらえることができる。 [発明の効果] 以上説明したとおり1本発明によれば、従来は計測が困
難とさ−れていた散乱角の大きな光散乱成分を含め、弾
性散乱及び非弾性散乱の光散乱を、高感度かつ高精度に
測定できる。その為、被検物体内の屈折率変動や微粒子
の存在を検知することができるばかりでなく、分子構造
論的な情報を得ることができ、また、LB成膜膜装置に
応用することも可能になって、物性の解析にきわめて大
きな貢献をするものであや。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成図、第2図は実施例の弾性波検出
手段の縦断面図、第3図は従来例の構成図、第4図は本
発明の構成図、第5図は光音響効果の原理図、第6図は
光−熱変換媒体の吸収特性図、第7図〜第11図は各媒
体及び検出手段の縦断面図である。 l・・・被検物体、2・・・照射光ビーム、3・・・散
乱光、7・・・光−熱変換媒体、8・・・熱エネルギー
、10・・・断続光照射手段、11・・・気密室、12
・・・弾性波検出手段、13・・・熱変化計測手段、1
5・・・レコーダ、17・・・フィルタ、18・・・液
体。 λ1  λ2  λ3  λ4 λ;龍第11図  。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)被検物体に断続的な光を照射する断続光照射手段と
    、その照射光により被検物体の物性に従って該物体の表
    面から断続的に出射される散乱光を吸収し、熱エネルギ
    ーに変換する光−熱変換媒体と、その熱エネルギーによ
    り発生する弾性波を伝達する気密室と、その気密室から
    伝達される弾性波電気信号として検出する弾性波検出手
    段と、その電気信号から前記熱エネルギーの量を計測す
    る熱変化計測手段とを備えることを特徴とする光散乱計
    測装置。
JP59259074A 1984-12-10 1984-12-10 光散乱計測装置 Pending JPS61137046A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59259074A JPS61137046A (ja) 1984-12-10 1984-12-10 光散乱計測装置
US06/804,108 US4682897A (en) 1984-12-10 1985-12-03 Light scattering measuring apparatus
DE19853543363 DE3543363A1 (de) 1984-12-10 1985-12-07 Vorrichtung zur messung von lichtstreuung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59259074A JPS61137046A (ja) 1984-12-10 1984-12-10 光散乱計測装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61137046A true JPS61137046A (ja) 1986-06-24

Family

ID=17328959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59259074A Pending JPS61137046A (ja) 1984-12-10 1984-12-10 光散乱計測装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61137046A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011052061A1 (ja) * 2009-10-29 2011-05-05 キヤノン株式会社 光音響装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011052061A1 (ja) * 2009-10-29 2011-05-05 キヤノン株式会社 光音響装置
CN102596049A (zh) * 2009-10-29 2012-07-18 佳能株式会社 光声装置
US9226662B2 (en) 2009-10-29 2016-01-05 Canon Kabushiki Kaisha Photoacoustic apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karabutov et al. Time-resolved laser optoacoustic tomography of inhomogeneous media
Patel et al. Pulsed optoacoustic spectroscopy of condensed matter
EP0102730B1 (en) A method for detecting thermal waves in a sample
US4303343A (en) Optoacoustic spectroscopy of condensed matter in bulk form
JPH0347703B2 (ja)
US6639678B1 (en) Apparatus and method for nondestructive monitoring of gases in sealed containers
JPS6239705B2 (ja)
JP2008517252A (ja) 熱選択性多変量光学的コンピューティング
JPH0684942B2 (ja) 薄層試料の厚さと組成変数との両方を求める装置
US4682897A (en) Light scattering measuring apparatus
JPH09318535A (ja) レーザー誘起光熱変位分光法による溶液の光吸収スペクトル測定法
JPH0731112B2 (ja) 粒子状物質の検出方法およびその装置
US5596146A (en) Photoacoustic measurement of unburned carbon in fly-ash
WO2018099408A1 (zh) 基于石墨烯表面波的高灵敏多光束折射率探测装置和方法
CA2108961A1 (en) Spectrocopic imaging system with ultrasonic detection of absorption of modulated electromagnetic radiation
JPS60119440A (ja) 試料を分析する方法およびそのための試料担体
JPS61137046A (ja) 光散乱計測装置
KR101215362B1 (ko) 광열 효과 검출 장치 및 방법
JPS61137047A (ja) 光散乱計測装置
SE424024B (sv) Fototermisk metcell for studium av ljusabsorptionen hos en provsubstans
US11768165B2 (en) Method for characterising and monitoring the homogeneity of metal parts manufactured by laser sintering
JPS61137048A (ja) 光散乱計測装置
JPS61137044A (ja) 光散乱計測装置
JPS61137045A (ja) 光散乱計測装置
Kirkbright et al. Applications of cross-correlation signal recovery in Photoacoustics