JPH09229883A - 暗視野型光熱変換分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高感度でＳ／Ｎ比が良い簡易な構成からなる
暗視野型光熱変換分光分析装置を提供する。 【解決手段】 ポンプ用光源５０から出力されたポンプ
光Ａは、被測定物７０に集光照射され、その照射位置近
傍に熱レンズが形成される。プローブ用光源６０から出
力されたプローブ光Ｂも、熱レンズが形成される位置に
照射される。このプローブ光Ｂは、熱レンズの焦点距離
とレンズ径に応じた拡がり角で発散され出力される。そ
して、熱レンズで発散されたプローブ光Ｂのうち、光軸
付近の光束は遮蔽板８２の遮蔽領域８２ａで遮蔽される
が、光軸から一定距離以上離れた光束は遮蔽板８２で遮
蔽されることなく光検出器８６で検出される。熱レンズ
が形成された位置における被測定物７０の濃度に応じた
ものであるので、光検出器８６からの出力信号に基づい
て、被測定物７０の濃度が検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光が被測定物に照
射されて発生した熱が周辺の媒体に拡散することにより
生成された温度分布変化に伴って被測定物の屈折率が変
化する現象すなわち光熱レンズ効果を利用した暗視野型
光熱変換分光分析技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被測定物に光が照射されると、その照射
された位置近傍の温度が上昇し、これに伴って屈折率が
変化する。その屈折率変化は、被測定物の温度分布に応
じたものであり、その温度分布は、被測定物の光吸収係
数、照射光の光束径と強度、溶媒の熱伝導率、溶媒の屈
折率変化、被測定物の濃度などに依存する。そして、こ
の屈折率分布がレンズとして作用する。これを熱レンズ
と呼ぶ。一般に、多くの物質では、温度が上昇すれば屈
折率は小さくなるので、熱レンズは凹レンズである。こ
のような光熱レンズ効果を利用して被測定物の分光分析
が行われている。

【０００３】従来、この光熱レンズ効果を利用した分光
分析装置は、以下のような構成であった。図４は、従来
の分光分析装置の構成図である。

【０００４】この装置では、ポンプ用光源１０から出力
されたポンプ光Ａは、光チョッパ３０で透過／遮断の変
調を受けた後、ダイクロイックミラー１４で反射され、
レンズ３２に入射して被測定物３４に集光照射される。
被測定物３４にポンプ光Ａが照射されると、温度上昇に
伴う屈折率変化が生じ熱レンズが形成される。

【０００５】一方、プローブ用光源２０から出力された
プローブ光Ｂは、反射鏡２４で反射され、ダイクロイッ
クミラー１４を透過してポンプ光Ａと同一光軸上に出力
され、レンズ３２に入射して、被測定物３４に集光照射
される。

【０００６】被測定物３４を透過したプローブ光Ｂは、
ピンホール３５により光束を制限され、レンズ３６で集
光され、反射鏡３８で反射され、ポンプ光吸収フィルタ
４０を透過し、光検出器４２で検出される。ポンプ光Ａ
も、レンズ３６で集光されてポンプ光吸収フィルタ４０
まで到達するが、ポンプ光吸収フィルタ４０で吸収され
るので、光検出器４２で検出されることはない。

【０００７】レンズ３６で集光され光検出器４２で検出
されるプローブ光Ｂの光量は、被測定物３４に形成され
た熱レンズの光学特性に依存し、また、この熱レンズの
光学特性は、被測定物３４の濃度に依存する。したがっ
て、ロックインアンプ４４を用いて、光検出器４２で検
出されたプローブ光Ｂの光量を、光チョッパ３０の変調
周期で同期検出することにより、被測定物３４の濃度を
知ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では以下のような問題点がある。レンズ３６で集光
される光束のうちのプローブ光Ｂは、被測定物３４に形
成された熱レンズの光軸付近を通過するものである。そ
れ故、被測定物３４に熱レンズが形成されている時（ポ
ンプ光Ａが照射されている時あるいはその直後）の光検
出器４２に到達するプローブ光Ｂの光量と、熱レンズが
形成されていない時（ポンプ光Ａの照射が終了して一定
時間経過後）の光検出器４２に到達するプローブ光Ｂの
光量との差は小さい。

【０００９】したがって、このプローブ光Ｂの光量変化
のうちの光チョッパ３０の変調周期に同期した成分の振
幅を検出するために高価なロックインアンプ４４を用い
なければならない。

【００１０】また、レンズ３６で集光された光束のうち
ポンプ光Ａを遮断するためにポンプ光吸収フィルタ４０
が設けられているが、ポンプ光Ａは、このポンプ光吸収
フィルタ４０によって完全に遮断されることはなく、僅
かではあるが一部が透過して光検出器４２に到達する。

【００１１】また、光検出器４２に到達する光束の光量
のうち、光チョッパ３０の変調周期に同期して変化する
光量は非常に小さい。それ故、光検出器４２で受光され
てロックインアンプ４４に入力される信号は、比較的大
きなバイアス信号に埋もれた小振幅の周期的な信号であ
るので、ロックインアンプ４４による同期検出のＳ／Ｎ
比が悪いという問題点がある。

【００１２】さらに、被測定物３４の濃度すなわち形成
される熱レンズの光学特性が大きく異なる場合であって
も、その熱レンズの光軸付近を通過してレンズ３６に集
光されて光検出器４２に到達するプローブ光Ａの光量の
差は小さい。それ故、測定感度が悪いという問題点もあ
る。

【００１３】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、高感度でＳ／Ｎ比が良い簡易な構成か
らなる暗視野型光熱変換分光分析装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る暗視野型光
熱変換分光分析装置は、ポンプ光が照射されて被測定物
に形成される熱レンズにプローブ光を入射させ、熱レン
ズから出力されるプローブ光に基づいて、被測定物の分
光分析を行う暗視野型光熱変換分光分析装置であって、
(1) ポンプ光を出力するポンプ用光源部と、(2) プロー
ブ光を出力するプローブ用光源部と、(3) ポンプ光とプ
ローブ光とを入力し、ポンプ光を被測定物の所定位置に
集光照射して熱レンズを形成するとともに、プローブ光
を所定位置に照射する照射光学系と、(4) 所定位置に熱
レンズが形成されていないときに被測定物から出力され
るポンプ光とプローブ光とを遮蔽する遮蔽手段を備え、
被測定物の所定位置から出力されるポンプ光とプローブ
光とを入力し、遮蔽手段によって遮蔽された光束以外の
光束を出力する受光光学系と、(5) 受光光学系から出力
された光束を検出する光検出器と、を備えることを特徴
とする。

【００１５】この暗視野型光熱変換分光分析装置は以下
のように作用する。ポンプ用光源部から出力されたポン
プ光が照射光学系によって被測定物の所定位置に集光照
射され、その所定位置近傍に温度分布が生じ、この温度
分布に応じて屈折率分布が生じて熱レンズが形成され
る。プローブ用光源部から出力されたプローブ光も、熱
レンズが形成される所定位置に照射光学系によって照射
される。このプローブ光は、熱レンズの焦点距離とレン
ズ径に応じた拡がり角で発散され出力される。そして、
熱レンズで発散されたプローブ光は、受光光学系によっ
て、光軸付近の光束が遮蔽手段で遮蔽されるが、光軸か
ら一定距離以上離れた光束が遮蔽手段で遮蔽されること
なく光検出器に到達する。この光検出器で検出された光
束の光量は、被測定物に形成された熱レンズに応じたも
のであり、また、この熱レンズの光学特性は被測定物の
濃度に応じたものであるので、光検出器からの出力信号
に基づいて、被測定物の濃度が検出される。

【００１６】ポンプ用光源部は、ポンプ光をパルス状に
変調して出力するポンプ光変調手段を備えることとして
もよく、この場合には、レンズ径の小さい熱レンズが形
成されるので、高い位置分解能が得られる。

【００１７】照射光学系は、ポンプ光の光束径を調整
し、所定位置に熱レンズが形成されていないときに被測
定物から出力されるポンプ光の全光束を遮蔽手段に入射
させる光束径調整手段を備えることとしてもよい。この
場合、被測定物に熱レンズが形成されていないときに
は、ポンプ光の全光束は遮蔽手段に遮蔽されて光検出器
で検出されることはないので、高いＳ／Ｎ比が得られ
る。

【００１８】照射光学系は、(a) ポンプ光およびプロー
ブ光を同一光軸上に合波する合波手段と、(b) 合波手段
とプローブ用光源部との間に設けられ、プローブ光を第
１の位置に集光する第１のレンズと、(c) 合波手段と被
測定物との間に設けられ、ポンプ光を所定位置に集光照
射するとともに、第１の位置に集光されたプローブ光を
平行光束として所定位置に照射する第２のレンズと、を
備えることとしてもよい。または、(a) ポンプ光および
プローブ光を同一光軸上に合波する合波手段と、(b) 合
波手段とポンプ用光源部との間に設けられ、ポンプ光を
被測定物に集光する集光レンズと、を備えることとして
もよい。何れの場合も、被測定物はポンプ光が集光照射
されて熱レンズが形成され、その熱レンズが形成される
領域にプローブ光が照射される。

【００１９】被測定物に入射するポンプ光の光軸と垂直
な方向に被測定物を相対的に走査する被測定物走査手段
を更に備える場合には、被測定物の２次元濃度分布が測
定される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。図１は、本実施形態に係る暗視野型光熱変換分
光分析装置の構成図である。

【００２１】ポンプ用光源５０は、ポンプ光Ａを平行光
束として出力するものであり、例えばＡｒレーザ光源が
用いられ、その出力は例えば１００ｍＷ程度である。光
チョッパ（ポンプ光変調手段）５２は、このポンプ用光
源５０から出力されたポンプ光Ａを入力して、例えば変
調周期１ｋＨｚの透過／遮断の変調を行う。なお、ポン
プ用光源５０がパルス発振するものであれば、光チョッ
パ５２は不要である。

【００２２】光チョッパ５２で変調されて出力されたポ
ンプ光Ａは、ダイクロイックミラー（合波手段）５４を
透過し、ピンホール板（光束径調整手段）５６に到達す
る。このピンホール板５６には開口部５６ａが設けられ
ており、ピンホール板５６に到達したポンプ光Ａのう
ち、この開口部５６ａに照射された光束部分のみを通過
させる。

【００２３】開口部５６ａを通過したポンプ光Ａは、レ
ンズ５８に到達する。このレンズ５８は、その焦点位置
に置かれた被測定物７０にポンプ光Ａを集光照射する。
この被測定物７０は、透明なセル容器中に入れられ、あ
るいは、透明なスライドガラス上に滴下されたものであ
る。または、被測定物７０が一定の形状を有するもので
あれば、そのまま置かれてもよい。

【００２４】このように、被測定物７０にポンプ光Ａが
集光照射されると、その集光照射された位置を中心とし
て熱レンズが形成される。図２は、被測定物７０に形成
される熱レンズの説明図である。被測定物７０は、ポン
プ光Ａが集光照射されると、その照射された位置の温度
が上昇する。しかし、温度上昇する領域はポンプ光Ａが
集光照射された位置だけでなく、その熱が周囲に拡散す
るので、その周囲の領域も温度上昇する。その温度プロ
ファイルは、ポンプ光Ａが集光照射された位置に近いほ
ど温度が高い。そして、被測定物７０は、その温度分布
に応じて屈折率分布が生じる。一般には、温度が高いほ
ど屈折率が小さいので、ポンプ光Ａが集光照射された位
置に近いほど屈折率が小さくなる。すなわち、ポンプ光
Ａが集光照射された位置を中心として熱レンズ７２が形
成されることになる。

【００２５】このようにして形成される熱レンズ７２の
焦点距離およびレンズ径は、ポンプ光Ａの強度、ポンプ
光Ａが照射される位置におけるポンプ光Ａの光吸収係数
と熱拡散係数、および、ポンプ光Ａが照射された時刻か
らの経過時間に依存する。すなわち、ポンプ光Ａの強度
が大きいほど、ポンプ光Ａが照射される位置におけるポ
ンプ光Ａの光吸収係数が大きいほど、また、熱拡散係数
が小さいほど、温度勾配すなわち屈折率勾配が大きくな
るので、焦点距離が短くなる。しかし、ポンプ光Ａの照
射時刻から時間が経過するとともに、熱が拡散して温度
勾配が小さくなるので、焦点距離は次第に長くなり、ま
た、レンズ径は大きくなる。

【００２６】ポンプ光Ａは、このように被測定物７０に
形成された熱レンズ７２の中心近傍を透過することにな
るので、殆ど入射方向そのままの方向に出射する。すな
わち、熱レンズ７２からのポンプ光Ａの出射方向は、熱
レンズ７２の焦点距離に殆ど依存することがなく、ま
た、熱レンズ７２の形成の有無に殆ど関係がない。ただ
し、ポンプ光Ａは、熱レンズ７２の中心に集光照射され
るといえども有限の光束径を有するので、熱レンズ７２
によって僅かに拡がって出射される。

【００２７】被測定物７０を透過したポンプ光Ａは、レ
ンズ８０で集光されて、遮蔽板（遮蔽手段）８２の遮蔽
領域８２ａに到達する。この遮蔽板８２は、中央に例え
ば金属材料やセラミック材料などの光束を全く透過させ
ない材料からなる遮蔽領域８２ａと、その周囲に例えば
ガラス材料などの光束を透過させる材料からなる透過領
域８２ｂとからなるものである。ポンプ光Ａは、遮蔽板
８２の遮蔽領域８２ａで遮蔽され、これより更に先に進
むことはなく、光検出器８６に到達することはない。な
お、僅かに熱レンズ７２によって拡がって出射されたポ
ンプ光Ａの一部は、遮蔽板８２の透過領域８２ｂを透過
するが、ポンプ光吸収フィルタ８４により吸収されるの
で、やはり、光検出器８６に到達することはない。

【００２８】一方、プローブ用光源６０は、プローブ光
Ｂを平行光束として出力するものであり、例えばＨｅ−
Ｎｅレーザ光源が用いられ、その出力は例えば５ｍＷ程
度である。このプローブ用光源６０から出力されたプロ
ーブ光Ｂは、レンズ６２を経て、ダイクロイックミラー
５４で反射され所定位置に集光される。このダイクロイ
ックミラー５４は、前述したようにポンプ光Ａを透過さ
せ、かつ、プローブ光Ｂを反射させ、そして、両者を同
一光軸上に出力するものである。

【００２９】このプローブ光Ｂは、ピンホール板５６の
開口部５６ａを通過し、レンズ５８に到達する。このレ
ンズ５８とレンズ６２とは、両者の焦点距離の和に等し
い光路長を隔てられて配置されている。したがって、プ
ローブ光Ｂは、レンズ５８から平行光束として出力され
る。そして、平行光束とされたプローブ光Ｂは、図２に
示すように、ポンプ光Ａが集光照射されて被測定物７０
に形成される熱レンズ７２の領域に入力される。なお、
プローブ光Ｂは、熱レンズ７２のレンズ径よりも大きな
光束径の平行光束に形成され、熱レンズ７２が形成され
る領域の全体に照射されると、光軸を調整する上で好適
である。

【００３０】このようにプローブ光Ｂが被測定物７０に
照射されると、被測定物７０にポンプ光Ａが集光照射さ
れて熱レンズ７２が形成されている時と、そうでない時
とでは、被測定物７０から出力されるプローブ光Ｂの拡
がり角は異なる。すなわち、被測定物７０にポンプ光Ａ
が集光照射されてから一定時間経過した以後すなわち熱
レンズ７２が形成されていない時には、被測定物７０か
ら出力されたプローブ光Ｂ１は、平行光束のままであ
る。そして、レンズ８０は、このプローブ光Ｂ１を入力
して遮蔽板８２に照射する。この遮蔽板８２の遮蔽領域
８２ａは、プローブ光Ｂ１の照射領域より広く形成され
ている。したがって、熱レンズ７２が形成されていない
ときには、プローブ光Ｂ１は、光検出器８６で検出され
ることはない。

【００３１】しかし、被測定物７０にポンプ光Ａが集光
照射されて熱レンズ７２が形成されている時には、被測
定物７０から出力されたプローブ光Ｂ２は、熱レンズ７
２の焦点距離に応じた拡がり角で発散されて出力され
る。したがって、この場合、プローブ光Ｂ２は、遮蔽板
８２の遮蔽領域８２ａで一部が遮蔽されるものの、残部
が透過領域８２ｂを透過し、さらにポンプ光吸収フィル
タ８４をも透過し、光検出器８６で検出される。

【００３２】ここで、光検出器８６で検出されるプロー
ブ光Ｂ２の光量は、被測定物７０に形成された熱レンズ
７２の焦点距離すなわち被測定物７０の濃度に依存する
ものであるので、光検出器８６が受光した光量に基づい
て、被測定物７０の濃度を測定することができる。

【００３３】次に、本実施形態に係る暗視野型光熱変換
分光分析装置の作用について説明する。図３は、本実施
形態に係る暗視野型光熱変換分光分析装置におけるポン
プ光およびプローブ光それぞれについての光量変化図で
ある。

【００３４】ポンプ用光源５０から出力され光チョッパ
５２で変調を受けて出力されたポンプ光Ａの強度の時間
変化は、図３（ａ）に示すようにパルス状になる。この
パルス状とされたポンプ光Ａは、ダイクロイックミラー
５４を透過し、ピンホール板５６の開口部を通過して所
定の光束径とされ、レンズ５８によって被測定物７０に
集光照射される。

【００３５】そして、ポンプ光Ａが被測定物４０に照射
されている間は、被測定物７０で熱レンズ７２が成長
し、次第に或る熱平衡状態に近づく。この間、熱レンズ
７２に入射したポンプ光Ａは、僅かではあるが、熱レン
ズ７２の成長に従って次第に拡がって出射される。しか
し、ポンプ光Ａの照射が終わると、熱レンズ７２は次第
に解消されていくので、熱レンズ７２から出力されるプ
ローブ光Ａの拡がり角は次第に小さくなる。

【００３６】したがって、遮蔽板８２の透過領域８２ｂ
に入射して透過するポンプ光Ａの強度は、ポンプ光Ａの
照射開始時刻から時間の経過に伴って次第に増加し、ポ
ンプ光Ａの照射終了時刻から時間の経過に伴って次第に
減少していく。図３（ｂ）は、この遮蔽板８２を透過し
たポンプ光Ａの強度の時間変化を示したものである。し
かし、遮蔽板８２を透過するポンプ光Ａは、前述したと
おり熱レンズ７２の中心近傍を通過したものであるので
強度が弱い上に、ポンプ光吸収フィルタ８４で吸収され
るので、光検出器８６に到達することはない。

【００３７】一方、プローブ用光源６０から出力された
プローブ光Ｂは、レンズ６２で一度集光され、ダイクロ
イックミラー５４で反射され、レンズ５８で平行光束と
されて、被測定物７０の熱レンズ７２が形成される領域
に照射される。プローブ光Ｂも、ポンプ光Ａと同様に、
熱レンズ７２の成長と解消に伴って、熱レンズ７２から
出力されるときの拡がり角が変化し、遮蔽板８２の透過
領域８２ｂを透過するプローブ光Ｂの光量は変化する。

【００３８】すなわち、遮蔽板８２の透過領域８２ｂに
入射して透過するプローブ光Ｂの強度は、ポンプ光Ａの
照射開始時刻から時間の経過に伴って次第に増加し、ポ
ンプ光Ａの照射終了時刻から時間の経過に伴って次第に
減少していく。図３（ｃ）は、この遮蔽板８２を透過し
たプローブ光Ｂの強度の時間変化を示したものである。
この遮蔽板８２を透過したプローブ光Ｂは、ポンプ光吸
収フィルタ８４を透過して、光検出器８６で検出され
る。

【００３９】したがって、光検出器８６からの出力信号
を例えばオシロスコープ（図示せず）で観察すれば、図
３（ｃ）に示すような波形が得られ、その波形の振幅か
ら被測定物７０の濃度を測定することができる。あるい
は、光検出器８６からの出力信号を平滑化回路（図示せ
ず）によって平滑化し、その平滑化された信号のレベル
から被測定物７０の濃度を測定することができる。

【００４０】このように、光検出器８６によって検出さ
れる光量変化の周期は、パルス状のポンプ光Ａが被測定
物７０に照射されて形成される熱レンズ７２の成長と解
消の周期、すなわち、光チョッパ５２によるポンプ光Ａ
の変調周期と同一である。また、光検出器８６によって
検出される光量の振幅は、被測定物７０に照射されるポ
ンプ光Ａの強度、熱レンズ７２が形成される領域に照射
されるプローブ光Ｂの強度、および、ポンプ光Ａが照射
される被測定物７０の位置における光吸収係数と熱拡散
係数とに依存する。ここで、ポンプ用光源５０およびプ
ローブ用光源６０それぞれの出力強度を一定とすれば、
光検出器８６で検出される光量は、ポンプ光Ａが照射さ
れる被測定物７０の位置における光吸収係数と熱拡散係
数、すなわち、被測定物７０の濃度に依存する。

【００４１】また、ポンプ光Ａの光軸に対して垂直な方
向に被測定物７０を相対的に２次元走査する被測定物走
査手段（図示せず）を設けることにより、被測定物７０
の２次元濃度分布を得ることができる。

【００４２】なお、被測定物７０の位置分解能は、ポン
プ光Ａが被測定物７０に集光照射されて形成される熱レ
ンズ７２の径の程度である。したがって、被測定物７０
がポンプ光Ａの光軸方向に関して薄いほど、また、レン
ズ５８の収差が小さく被測定物７０に照射されるポンプ
光Ａが回折限界まで絞られるほど、ポンプ光Ａが照射さ
れる領域の面積が小さいので、位置分解能に優れた測定
が可能となる。さらに、被測定物７０に集光照射される
ポンプ光Ａのパルス幅が短く、また、強度が大きいほ
ど、熱拡散による熱レンズ径の拡大が小さいので、この
場合も測定の位置分解能が優れる。

【００４３】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。例えば、光チョッパ
５２は必ずしも必要ではない。上述の実施形態において
は、光チョッパ５２を用いてポンプ光Ａをパルス状に被
測定物７０に照射したので、被測定物７０は熱平衡状態
に達することがなく、したがって、径の小さい熱レンズ
７２を形成することができ、位置分解能の高い測定が可
能である。しかし、光チョッパ５２を用いることなくポ
ンプ光Ａを連続光として被測定物７０に照射して、被測
定物７０が熱平衡に達した状態であっても、ポンプ光Ａ
照射位置近傍には熱レンズが形成される。そして、その
熱レンズの焦点距離とレンズ径は、熱レンズが形成され
た領域における被測定物７０の濃度に応じたものであ
る。したがって、同様に、プローブ光Ｂをこの熱レンズ
に入射させ、熱レンズで発散されたプローブ光Ｂの光量
を検出することにより、被測定物７０の濃度を測定する
ことができる。

【００４４】また、ポンプ光吸収フィルタ８４も必ずし
も必要ではない。なぜなら、被測定物７０に形成された
熱レンズ７２によってポンプ光Ａも発散されるが、その
発散の程度、すなわち、熱レンズ７２に入射したポンプ
光Ａのうち発散された光束の光量も、被測定物７０の濃
度に応じたものであるからである。

【００４５】また、レンズ６２および５８を設ける替わ
りに、ポンプ用光源５０とダイクロイックミラー５４と
の間にレンズを設けて、このレンズによってポンプ光Ａ
を被測定物７０に集光照射してもよい。この場合も同様
に、ポンプ光Ａは被測定物７０上に集光照射され、プロ
ーブ光Ｂは平行光束として被測定物７０に形成された熱
レンズ７２に入射し、以降は同様の作用が得られる。

【００４６】また、被測定物７０に入射するポンプ光Ａ
とプローブ光Ｂとは必ずしも同一光軸でなくてもよい。
要は、ポンプ光Ａが集光照射されて被測定物７０に形成
された熱レンズ７２にプローブ光Ｂを入射させ、熱レン
ズ７２によって発散されたプローブ光Ｂの光量を測定す
ることである。

【００４７】また、遮蔽板の形状や配置は、図１に示す
ものに限られるものではなく、例えば、光軸に対して傾
斜して配置してもよく、この傾斜配置した遮蔽板の遮蔽
領域に入射した光をビームダンパに導いてもよい。

【００４８】また、被測定物が、温度が高いほど屈折率
が大きくなる場合には、ポンプ光照射によって形成され
る熱レンズは凸レンズとなるが、この場合であっても、
本発明は適用可能である。すなわち、例えば、熱レンズ
で一度集光された後にその集光点から発散するプローブ
光を、上述の本実施形態と同様の光学系で検出すればよ
い。

【００４９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明によ
れば、ポンプ用光源から出力されたポンプ光が被測定物
の所定位置に集光照射され、その所定位置近傍に温度分
布が生じ、この温度分布に応じて屈折率分布が生じて熱
レンズが形成される。プローブ用光源から出力されたプ
ローブ光も、熱レンズが形成される所定位置に照射され
る。このプローブ光は、熱レンズの焦点距離とレンズ径
に応じた拡がり角で発散され出力される。そして、熱レ
ンズで発散されたプローブ光のうち、光軸付近の光束は
遮蔽手段で遮蔽されるが、光軸から一定距離以上離れた
光束は遮蔽手段で遮蔽されることなく光検出器で検出さ
れる。この光検出器で検出された光束の光量は、被測定
物に形成された熱レンズに応じたものであり、また、こ
の熱レンズの光学特性は被測定物の濃度に応じたもので
あるので、光検出器からの出力信号に基づいて、被測定
物の濃度が検出される。

【００５０】このような構成として、光検出器は、ポン
プ光およびプローブ光の光軸近傍の光束を検出すること
なく、プローブ光が熱レンズで発散された光束のみを検
出するので、ロックインアンプを用いることなく、簡便
な装置構成で感度とＳ／Ｎ比の高い測定が可能となる。

【００５１】また、ポンプ光がパルス状に被測定物に集
光照射されると、レンズ径の小さい熱レンズが形成され
るので、位置分解能の高い測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る暗視野型光熱変換分光分析装置の
構成図である。

【図２】本発明に係る暗視野型光熱変換分光分析装置に
おいて被測定物に形成される凹レンズの説明図である。

【図３】本発明に係る暗視野型光熱変換分光分析装置に
おけるポンプ光およびプローブ光それぞれについての光
量変化図である。

【図４】従来の光熱変換分光分析装置の構成図である。

【符号の説明】

５０…ポンプ用光源、５２…光チョッパ、５４…ダイク
ロイックミラー、５６…ピンホール板、５６ａ…開口
部、５８…レンズ、６０…プローブ光源、６２…レン
ズ、７０…被測定物、７２…熱レンズ、８０…レンズ、
８２…遮蔽板、８２ａ…遮蔽領域、８２ｂ…透過領域、
８４…ポンプ光吸収フィルタ、８６…光検出器、Ａ…ポ
ンプ光、Ｂ，Ｂ１，Ｂ２…プローブ光。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ光が照射されて被測定物に形成さ
   れる熱レンズにプローブ光を入射させ、前記熱レンズか
   ら出力される前記プローブ光に基づいて、前記被測定物
   の分光分析を行う暗視野型光熱変換分光分析装置であっ
   て、 前記ポンプ光を出力するポンプ用光源部と、 前記プローブ光を出力するプローブ用光源部と、 前記ポンプ光と前記プローブ光とを入力し、前記ポンプ
   光を前記被測定物の所定位置に集光照射して前記熱レン
   ズを形成するとともに、前記プローブ光を前記所定位置
   に照射する照射光学系と、 前記所定位置に前記熱レンズが形成されていないときに
   前記被測定物から出力される前記ポンプ光と前記プロー
   ブ光とを遮蔽する遮蔽手段を備え、前記被測定物の前記
   所定位置から出力される前記ポンプ光と前記プローブ光
   とを入力し、前記遮蔽手段によって遮蔽された光束以外
   の光束を出力する受光光学系と、 前記受光光学系から出力された光束を検出する光検出器
   と、 を備えることを特徴とする暗視野型光熱変換分光分析装
   置。
2. 【請求項２】 前記ポンプ用光源部は、前記ポンプ光を
   パルス状に変調して出力するポンプ光変調手段を備え
   る、ことを特徴とする請求項１記載の暗視野型光熱変換
   分光分析装置。
3. 【請求項３】 前記照射光学系は、前記ポンプ光の光束
   径を調整し、前記所定位置に前記熱レンズが形成されて
   いないときに前記被測定物から出力される前記ポンプ光
   の全光束を前記遮蔽手段に入射させる光束径調整手段を
   備える、ことを特徴とする請求項１記載の暗視野型光熱
   変換分光分析装置。
4. 【請求項４】 前記照射光学系は、 前記ポンプ光および前記プローブ光を同一光軸上に合波
   する合波手段と、 前記合波手段と前記プローブ用光源部との間に設けら
   れ、前記プローブ光を第１の位置に集光する第１のレン
   ズと、 前記合波手段と前記被測定物との間に設けられ、前記ポ
   ンプ光を前記所定位置に集光照射するとともに、前記第
   １の位置に集光された前記プローブ光を平行光束として
   前記所定位置に照射する第２のレンズと、 を備えることを特徴とする請求項１記載の暗視野型光熱
   変換分光分析装置。
5. 【請求項５】 前記照射光学系は、 前記ポンプ光および前記プローブ光を同一光軸上に合波
   する合波手段と、 前記合波手段と前記ポンプ用光源部との間に設けられ、
   前記ポンプ光を前記被測定物に集光する集光レンズと、 を備えることを特徴とする請求項１記載の暗視野型光熱
   変換分光分析装置。
6. 【請求項６】 前記被測定物に入射する前記ポンプ光の
   光軸と垂直な方向に前記被測定物を相対的に走査する被
   測定物走査手段を更に備えることを特徴とする請求項１
   記載の暗視野型光熱変換分光分析装置。