JPH109811A - コヒーレント発散干渉法 - Google Patents
コヒーレント発散干渉法Info
- Publication number
- JPH109811A JPH109811A JP8196862A JP19686296A JPH109811A JP H109811 A JPH109811 A JP H109811A JP 8196862 A JP8196862 A JP 8196862A JP 19686296 A JP19686296 A JP 19686296A JP H109811 A JPH109811 A JP H109811A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- laser
- coherent
- solute
- transparent body
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
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)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】基本原理であるコヒーレント発散光を得る方法
と、それを用いた高感度の干渉計熱検出法及び溶質濃度
測定法の提供。 【解決手段】透明体の屈折率を局所的に変化させ、そこ
にレーザー光を照射して得られるコヒーレント発散光
と、目的対象物によるレーザー光の二次光（散乱光、反
射光、回折光等）とによって生じる干渉縞を信号とし、
目的量を高感度に定量する干渉計及びこの干渉法を、コ
ロイド分散系に応用する。
と、それを用いた高感度の干渉計熱検出法及び溶質濃度
測定法の提供。 【解決手段】透明体の屈折率を局所的に変化させ、そこ
にレーザー光を照射して得られるコヒーレント発散光
と、目的対象物によるレーザー光の二次光（散乱光、反
射光、回折光等）とによって生じる干渉縞を信号とし、
目的量を高感度に定量する干渉計及びこの干渉法を、コ
ロイド分散系に応用する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基本原理であるコヒーレ
ント発散光を得る方法と、それを用いた高感度な干渉計
熱検出法及び溶質濃度測定法に関する。
ント発散光を得る方法と、それを用いた高感度な干渉計
熱検出法及び溶質濃度測定法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、コヒーレントな発散光を得る方法
としては、ピンポイント法、ピンホール法等がある。前
者はナイフエッジ、細線の先端にレーザー光を照射する
方法であるが、可干渉性（コヒーレンス）が劣る。ピン
ホール法はピンホールをあけた面にレーザー光を照射す
ると、ピンホールを通過した光は可干渉性に優れた光が
得られる。しかし、この場合の回折光の強度は弱い。以
上のように、従来法の発散光はほとんど役に立たない。
干渉計は、干渉を利用して位置、形状、変位等を高感
度、高精度に計測できる計測器である。干渉計にはマイ
ケルソン干渉計、マッハーツェンダ干渉計、ファブリペ
ロー干渉計等が有名である。特徴、目的に応じてトワイ
マン−グリーン干渉計、フィゾー干渉計、斜入射干渉
計、ヘテロダイン干渉計、ホログラフィー干渉計等があ
る。これらの干渉計は基本的には、光源から発せられた
光波をハーフミラー等で分割し、一方を精巧なミラーに
当て、他方の参照波と重ね合わせて干渉縞を得ることを
原理としている。
としては、ピンポイント法、ピンホール法等がある。前
者はナイフエッジ、細線の先端にレーザー光を照射する
方法であるが、可干渉性（コヒーレンス）が劣る。ピン
ホール法はピンホールをあけた面にレーザー光を照射す
ると、ピンホールを通過した光は可干渉性に優れた光が
得られる。しかし、この場合の回折光の強度は弱い。以
上のように、従来法の発散光はほとんど役に立たない。
干渉計は、干渉を利用して位置、形状、変位等を高感
度、高精度に計測できる計測器である。干渉計にはマイ
ケルソン干渉計、マッハーツェンダ干渉計、ファブリペ
ロー干渉計等が有名である。特徴、目的に応じてトワイ
マン−グリーン干渉計、フィゾー干渉計、斜入射干渉
計、ヘテロダイン干渉計、ホログラフィー干渉計等があ
る。これらの干渉計は基本的には、光源から発せられた
光波をハーフミラー等で分割し、一方を精巧なミラーに
当て、他方の参照波と重ね合わせて干渉縞を得ることを
原理としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、可干渉性
に優れた強力な発散光を得る方法について述べる。これ
は、様々な応用が可能な極めて有効な技術である。本発
明では、ハーフミラーを用いることなく光源からの光の
一部をコヒーレントに発散させてこれを参照光とするた
め、精巧なミラーを用いることなく（用いる方式も可
能）物体の変位が測定できる。従来の干渉法では適用困
難な、散乱光、拡散光等、種々の二次光の情報をも測定
できるような干渉法の実用化を目的としている。
に優れた強力な発散光を得る方法について述べる。これ
は、様々な応用が可能な極めて有効な技術である。本発
明では、ハーフミラーを用いることなく光源からの光の
一部をコヒーレントに発散させてこれを参照光とするた
め、精巧なミラーを用いることなく（用いる方式も可
能）物体の変位が測定できる。従来の干渉法では適用困
難な、散乱光、拡散光等、種々の二次光の情報をも測定
できるような干渉法の実用化を目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザー光を
コヒーレントに発散させ、その発散光を参照光とし、別
に同一波長のレーザー光を対象物に照射し、その二次光
（二次光とは、散乱光、拡散光、反射光、屈折光、回折
光等をさす）と参照光とを重ね合わせる干渉法である。
コヒーレント（可干渉）発散光の様子を図１に示す。こ
れからわかるように、単なる散乱光（スペックル）とコ
ヒーレント発散光は全く異なり、コヒーレント発散光が
生じた時のみ干渉縞が現れる。二次光を得るレーザー
と、コヒーレント発散光を得るためのレーザーとは別で
もよいが、簡略のために同じものとすることも出来る。
ここでいうレーザーとはＨｅ−Ｎｅレーザー、半導体レ
ーザー、ガスレーザー、アルゴンレーザー、色素レーザ
ー、Ｎｉ−Ｃｄレーザー、ＹＡＧレーザー、ＫＧＷレー
ザー等で、連続光でも良く、パルス光でもよい。コヒー
レント発散光を得るには、 （１）ガラス、石英、光学結晶、透明プラスチック（ア
クリル、ポリメタアルリル酸メチル、ポリエチレンテレ
フタレートなど）等の透明板に微粒子を付着させ、それ
による散乱光をもって拡散光とする。微粒子はおよそ数
十μｍ程度がよい。透明板を傾斜させると良い結果が得
られる。適切な微粒子を透明板に付着させた後、ガラス
又は石英の薄板を上にのせ、接着剤を周囲につけて固定
するのがよい。 （２）透明物体の微小点（数十μｍ）を物理的に変化さ
せることにより、光はコヒーレントに発散する。例え
ば、局所的に凹凸とする、微量の液体や気泡を入れてお
く、局所的に密度をかえるなど、光学的ゆがみを起こさ
せる方法によって変化させる。アクリル板に付着させ
た、目では見えない直径数十μｍのラテックス粒子にレ
ーザー光を集光させ、コヒーレント発散光が生じ、それ
と粒子による散乱光との干渉縞ができる様子の模式図を
図２に示す。また、透明な水晶、ガラス、石英ガラス、
透明光学結晶（ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３など）に含
まれる数十μｍの不純物（無機又は有機）によるレーザ
ー光の発散を利用することもできる。水晶、石英は多面
カットが可能なため、カッティングにより、微小点を光
学的特異点とすることができる。又、結晶化過程で微小
点において結晶軸が変化することがあるのでこれを利用
する。（３）粒径が数十から数百ｎｍで、できる限り単
一径粒子の数を一定数以上にするとその各粒子からの散
乱光がコヒーレントな拡散光となるのでそれと利用する
方法もある。（４）結晶質透明板に、数十μｍに径を絞
った強いレーザー光を照射すると、局所的に非晶質とな
る。逆に非晶質透明板は局所的に結晶質となる。これを
利用して屈折率を局所的に変化させることができ、コヒ
ーレント発散光が得られる。一般に発散光を得るには照
射光をレンズで絞り、その焦点付近で行うのがよい。発
散光を得る照射光と、二次光を得る照射光とは、同じで
あっても、異なっていてもよい。異なっている方式で
は、照射光とは別に照射光の光軸とは離れてはいるが、
近い光軸をもつ光を照射し、これを上述の方法で拡散さ
せる方式をいう。これには種々の型がある。すなわち、
（ア）第２光源を照射光とは全く異なる光源とする。
（イ）第２光源光は、レーザーのような強い照射光源を
前方のレンズ面、ガラス面等で反射させ、それを更に鏡
面等で反射させるものである。レーザー光の集光レンズ
あるいは試料を入れる石英セルでレーザー光の一部を反
射させ、それをレーザー出射口に入れレーザー出射レン
ズで反射させる方式が最も単純である。（ウ）複屈折結
晶を用いて２つの光に分け、一方を照射光とし他方を上
述の種々の方法で拡散させて拡散光とする。このような
結晶には、偏光プリズム、ウォラストンプリズム、サバ
ール板、ニコルプリズム等がある。干渉縞の可視度を大
きくし、高感度を得るにはコヒーレント発散光の強度を
大きくしなければならない。また、光学配置は単純であ
ることが望ましい。本発明は干渉法であるので、生じた
干渉縞を種々の方法で測定する必要がある。干渉縞解折
には、デジタル画像処理装置を用いればよい。干渉光を
横ずらし方向と直角方向に微小なくさび角を付けたくさ
びガラスに入射させる光学的コントラスト法を適用する
ことにより、干渉縞のコントラストが格段に向上しＳＮ
比を飛躍的に大きくできる。検出器には各種のイメージ
センサーやＣＣＤカメラ、半導体位置検出器等が用いら
れる。しかし、このような２次元情報をとらえる方式と
は別に光検出器（フォトダイオート、光電子増陪管、ス
トリーク管等）の前にピンホールを置き、ピンホールを
通過する干渉縞の明暗変化を検出することができる。ピ
ンホールは必ずしも１点である必要はなく、検出面上に
数点ある方がわずかな変化をとらえることが可能であ
る。粒子が動的である場合、干渉縞は移動する結果、あ
る周波数の振動信号が得られるので、それをレコーダー
に記録するか、周波数分析器、周波数トラッカー、周波
数カウンター、あるいは高速フーリエ変換分析器（ＦＦ
Ｔ）、光子相関器等で信号解析を行うことができる。一
定の特定周波数の信号であれば、位相検波回路と増幅に
より微弱信号の測定が可能である。試料が静的である場
合には、従来の干渉法と同様に位相変調干渉法、ヘテロ
ダイン干渉法、半導体レーザーを用いる周波数変調干渉
法等を応用することができる。コヒーレント発散光と光
散乱光とにより、光電面で、光混合ビート信号を得るヘ
テロダイン光混合分光法は、本発明のコヒーレント発散
光をうまく活かした分光法といえる。また、ロックイン
増幅を適用してＳＮ比を上げ、高感度化を図ることがで
きる。すなわち、照射光又は発散光のいずれか一方をチ
ョッパーで断続するか又はパルス発光させると、干渉縞
が断続的に出現したり消失したりするのでこれをロック
イン増幅し検出する方法である。これによりバックグラ
ウンドが消去できる。以上、本発明の構成を用い、流
速、変位、粒径等を高感度で検出できる。粒径を測定す
るには本発明の構成に、従来の種々の手法（例えば、化
学工学４７巻９号、１８〜２２ページ、１９８３年）を
適用する。本発明の干渉法の応用として、次のような実
施態様が上げられる。測定セル内に光散乱粒子を入れる
ことにより、照射光は粒子により散乱される。この散乱
光はコヒーレント発散光と干渉し、前方面に干渉縞を生
じる。これを定量することにより、散乱光及びその実体
である粒子を測定することができる。この原理の応用と
して、測定セルを熱吸収体とすることにより、熱又は赤
外線そのものを測定できる。さらに別の応用として、測
定セル及び光散乱体は熱を吸収しない性質のものとし、
溶質が吸収する光を照射光とは別に入射することにより
溶質の光吸収に基づく温度上昇のが生じる。その結果、
光散乱体に動揺が生じるのでそれを検出することによ
り、溶質濃度が測定できる。逆に光散乱体のみを光吸収
体とすることにより、光散乱体濃度を測定できる。 （１）温度傾斜光散乱粒子測定法： 光散乱粒子にはラ
テックス、無機物、金属、カーボン等のコロイド粒子の
他、エーロゾル等があり、それを含む測定セル内に温度
傾斜を生じさせることにより粒子の移動が生じ干渉縞が
移動する。この信号はある周波数をもった振動となるの
で、前述のＦＦＴ分析器等で解析し、粒径、粒子数等を
測定する。測定セル内に温度傾斜を生じさせる方法とし
ては、ペルチエ素子をセル面につける方法、ヒーター加
熱による方法、熱線照射法などがある。粒子数が多い
程、周波数は増大する。また、粒径が大きい程振動強度
は増大する。 （２）熱検出器： 光散乱粒子を入れた測定セルにおい
て、光軸通過面とは異なる面を熱吸収体（黒色でかつ金
属等の熱伝導体）とすることにより、熱を高感度に吸収
させ、もってセル内の光散乱体の動揺を引き起こし、そ
れによる干渉縞の変化を測定すれば高感度な熱検出法と
なる。測定セル面を熱吸収体とする代わりに光散乱体
（黒色コロイド、金属コロイド）を熱吸収体とするか、
溶媒（赤外域に強い吸収バンドを有する溶媒なら何でも
よい）を熱吸収体としてもよい。 （３）光熱変換測定法： 照射光とは別に溶媒に溶けた
溶質又はコロイド粒子そのものが吸収する光を照射すれ
ば、溶媒またはコロイドの温度が上昇し、その結果、コ
ロイドの運動が誘起され、コロイドによる干渉縞が移動
するので、それを測定し、溶質又はコロイド濃度を求め
ることが出来る。励起光源などには各種レーザーの他、
キセノンランプ、ハロゲンランプ等を用いることができ
る。この方法の原理はいわゆる熱レンズ法、又は光熱変
換分光法に類似するが、これらは温度上昇による屈折率
変化を測定するものであるのに対し、本発明では温度上
昇によるコロイド粒子の運動を干渉縞の変化としてとら
えるところが異なる。干渉縞は、屈折率変化と異なり、
わずかな変化をもとらえることができるので極めて高感
度となる。
コヒーレントに発散させ、その発散光を参照光とし、別
に同一波長のレーザー光を対象物に照射し、その二次光
（二次光とは、散乱光、拡散光、反射光、屈折光、回折
光等をさす）と参照光とを重ね合わせる干渉法である。
コヒーレント（可干渉）発散光の様子を図１に示す。こ
れからわかるように、単なる散乱光（スペックル）とコ
ヒーレント発散光は全く異なり、コヒーレント発散光が
生じた時のみ干渉縞が現れる。二次光を得るレーザー
と、コヒーレント発散光を得るためのレーザーとは別で
もよいが、簡略のために同じものとすることも出来る。
ここでいうレーザーとはＨｅ−Ｎｅレーザー、半導体レ
ーザー、ガスレーザー、アルゴンレーザー、色素レーザ
ー、Ｎｉ−Ｃｄレーザー、ＹＡＧレーザー、ＫＧＷレー
ザー等で、連続光でも良く、パルス光でもよい。コヒー
レント発散光を得るには、 （１）ガラス、石英、光学結晶、透明プラスチック（ア
クリル、ポリメタアルリル酸メチル、ポリエチレンテレ
フタレートなど）等の透明板に微粒子を付着させ、それ
による散乱光をもって拡散光とする。微粒子はおよそ数
十μｍ程度がよい。透明板を傾斜させると良い結果が得
られる。適切な微粒子を透明板に付着させた後、ガラス
又は石英の薄板を上にのせ、接着剤を周囲につけて固定
するのがよい。 （２）透明物体の微小点（数十μｍ）を物理的に変化さ
せることにより、光はコヒーレントに発散する。例え
ば、局所的に凹凸とする、微量の液体や気泡を入れてお
く、局所的に密度をかえるなど、光学的ゆがみを起こさ
せる方法によって変化させる。アクリル板に付着させ
た、目では見えない直径数十μｍのラテックス粒子にレ
ーザー光を集光させ、コヒーレント発散光が生じ、それ
と粒子による散乱光との干渉縞ができる様子の模式図を
図２に示す。また、透明な水晶、ガラス、石英ガラス、
透明光学結晶（ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３など）に含
まれる数十μｍの不純物（無機又は有機）によるレーザ
ー光の発散を利用することもできる。水晶、石英は多面
カットが可能なため、カッティングにより、微小点を光
学的特異点とすることができる。又、結晶化過程で微小
点において結晶軸が変化することがあるのでこれを利用
する。（３）粒径が数十から数百ｎｍで、できる限り単
一径粒子の数を一定数以上にするとその各粒子からの散
乱光がコヒーレントな拡散光となるのでそれと利用する
方法もある。（４）結晶質透明板に、数十μｍに径を絞
った強いレーザー光を照射すると、局所的に非晶質とな
る。逆に非晶質透明板は局所的に結晶質となる。これを
利用して屈折率を局所的に変化させることができ、コヒ
ーレント発散光が得られる。一般に発散光を得るには照
射光をレンズで絞り、その焦点付近で行うのがよい。発
散光を得る照射光と、二次光を得る照射光とは、同じで
あっても、異なっていてもよい。異なっている方式で
は、照射光とは別に照射光の光軸とは離れてはいるが、
近い光軸をもつ光を照射し、これを上述の方法で拡散さ
せる方式をいう。これには種々の型がある。すなわち、
（ア）第２光源を照射光とは全く異なる光源とする。
（イ）第２光源光は、レーザーのような強い照射光源を
前方のレンズ面、ガラス面等で反射させ、それを更に鏡
面等で反射させるものである。レーザー光の集光レンズ
あるいは試料を入れる石英セルでレーザー光の一部を反
射させ、それをレーザー出射口に入れレーザー出射レン
ズで反射させる方式が最も単純である。（ウ）複屈折結
晶を用いて２つの光に分け、一方を照射光とし他方を上
述の種々の方法で拡散させて拡散光とする。このような
結晶には、偏光プリズム、ウォラストンプリズム、サバ
ール板、ニコルプリズム等がある。干渉縞の可視度を大
きくし、高感度を得るにはコヒーレント発散光の強度を
大きくしなければならない。また、光学配置は単純であ
ることが望ましい。本発明は干渉法であるので、生じた
干渉縞を種々の方法で測定する必要がある。干渉縞解折
には、デジタル画像処理装置を用いればよい。干渉光を
横ずらし方向と直角方向に微小なくさび角を付けたくさ
びガラスに入射させる光学的コントラスト法を適用する
ことにより、干渉縞のコントラストが格段に向上しＳＮ
比を飛躍的に大きくできる。検出器には各種のイメージ
センサーやＣＣＤカメラ、半導体位置検出器等が用いら
れる。しかし、このような２次元情報をとらえる方式と
は別に光検出器（フォトダイオート、光電子増陪管、ス
トリーク管等）の前にピンホールを置き、ピンホールを
通過する干渉縞の明暗変化を検出することができる。ピ
ンホールは必ずしも１点である必要はなく、検出面上に
数点ある方がわずかな変化をとらえることが可能であ
る。粒子が動的である場合、干渉縞は移動する結果、あ
る周波数の振動信号が得られるので、それをレコーダー
に記録するか、周波数分析器、周波数トラッカー、周波
数カウンター、あるいは高速フーリエ変換分析器（ＦＦ
Ｔ）、光子相関器等で信号解析を行うことができる。一
定の特定周波数の信号であれば、位相検波回路と増幅に
より微弱信号の測定が可能である。試料が静的である場
合には、従来の干渉法と同様に位相変調干渉法、ヘテロ
ダイン干渉法、半導体レーザーを用いる周波数変調干渉
法等を応用することができる。コヒーレント発散光と光
散乱光とにより、光電面で、光混合ビート信号を得るヘ
テロダイン光混合分光法は、本発明のコヒーレント発散
光をうまく活かした分光法といえる。また、ロックイン
増幅を適用してＳＮ比を上げ、高感度化を図ることがで
きる。すなわち、照射光又は発散光のいずれか一方をチ
ョッパーで断続するか又はパルス発光させると、干渉縞
が断続的に出現したり消失したりするのでこれをロック
イン増幅し検出する方法である。これによりバックグラ
ウンドが消去できる。以上、本発明の構成を用い、流
速、変位、粒径等を高感度で検出できる。粒径を測定す
るには本発明の構成に、従来の種々の手法（例えば、化
学工学４７巻９号、１８〜２２ページ、１９８３年）を
適用する。本発明の干渉法の応用として、次のような実
施態様が上げられる。測定セル内に光散乱粒子を入れる
ことにより、照射光は粒子により散乱される。この散乱
光はコヒーレント発散光と干渉し、前方面に干渉縞を生
じる。これを定量することにより、散乱光及びその実体
である粒子を測定することができる。この原理の応用と
して、測定セルを熱吸収体とすることにより、熱又は赤
外線そのものを測定できる。さらに別の応用として、測
定セル及び光散乱体は熱を吸収しない性質のものとし、
溶質が吸収する光を照射光とは別に入射することにより
溶質の光吸収に基づく温度上昇のが生じる。その結果、
光散乱体に動揺が生じるのでそれを検出することによ
り、溶質濃度が測定できる。逆に光散乱体のみを光吸収
体とすることにより、光散乱体濃度を測定できる。 （１）温度傾斜光散乱粒子測定法： 光散乱粒子にはラ
テックス、無機物、金属、カーボン等のコロイド粒子の
他、エーロゾル等があり、それを含む測定セル内に温度
傾斜を生じさせることにより粒子の移動が生じ干渉縞が
移動する。この信号はある周波数をもった振動となるの
で、前述のＦＦＴ分析器等で解析し、粒径、粒子数等を
測定する。測定セル内に温度傾斜を生じさせる方法とし
ては、ペルチエ素子をセル面につける方法、ヒーター加
熱による方法、熱線照射法などがある。粒子数が多い
程、周波数は増大する。また、粒径が大きい程振動強度
は増大する。 （２）熱検出器： 光散乱粒子を入れた測定セルにおい
て、光軸通過面とは異なる面を熱吸収体（黒色でかつ金
属等の熱伝導体）とすることにより、熱を高感度に吸収
させ、もってセル内の光散乱体の動揺を引き起こし、そ
れによる干渉縞の変化を測定すれば高感度な熱検出法と
なる。測定セル面を熱吸収体とする代わりに光散乱体
（黒色コロイド、金属コロイド）を熱吸収体とするか、
溶媒（赤外域に強い吸収バンドを有する溶媒なら何でも
よい）を熱吸収体としてもよい。 （３）光熱変換測定法： 照射光とは別に溶媒に溶けた
溶質又はコロイド粒子そのものが吸収する光を照射すれ
ば、溶媒またはコロイドの温度が上昇し、その結果、コ
ロイドの運動が誘起され、コロイドによる干渉縞が移動
するので、それを測定し、溶質又はコロイド濃度を求め
ることが出来る。励起光源などには各種レーザーの他、
キセノンランプ、ハロゲンランプ等を用いることができ
る。この方法の原理はいわゆる熱レンズ法、又は光熱変
換分光法に類似するが、これらは温度上昇による屈折率
変化を測定するものであるのに対し、本発明では温度上
昇によるコロイド粒子の運動を干渉縞の変化としてとら
えるところが異なる。干渉縞は、屈折率変化と異なり、
わずかな変化をもとらえることができるので極めて高感
度となる。
【本発明の効果】本発明の実用上における効果は次の点
に集約される。 （１）本発明では、光軸上にある粒子の光散乱が十分で
あれば、たった１個であっても干渉縞が生成するので、
たった１個の粒子でも検出できる。 （２）本発明では、コントラストの強い干渉縞を生成す
ることが可能なため、測定対象の微小な変化による干渉
縞の変化を検出できる。したがって、極めて高感度であ
り、光散乱法の約１００倍の感度が得られる（図３）。 （３）粒径、粒子数、変位、光散乱等の物理量を光強度
としてではなく干渉縞変化としてとらえるため種々の検
出原理が応用でき、選択的かつ高感度が得られる。 （４）コヒーレント発散光を得るための光学系は極めて
単純なため装置をコンパクトにできる。 （５）コヒーレント発散光は、レーザー光を一点に集光
して得られるためピンホール、コリメータレンズ等を用
いて得られる参照光と異なり強度が極めて大きいため、
高い感度が得られる。
に集約される。 （１）本発明では、光軸上にある粒子の光散乱が十分で
あれば、たった１個であっても干渉縞が生成するので、
たった１個の粒子でも検出できる。 （２）本発明では、コントラストの強い干渉縞を生成す
ることが可能なため、測定対象の微小な変化による干渉
縞の変化を検出できる。したがって、極めて高感度であ
り、光散乱法の約１００倍の感度が得られる（図３）。 （３）粒径、粒子数、変位、光散乱等の物理量を光強度
としてではなく干渉縞変化としてとらえるため種々の検
出原理が応用でき、選択的かつ高感度が得られる。 （４）コヒーレント発散光を得るための光学系は極めて
単純なため装置をコンパクトにできる。 （５）コヒーレント発散光は、レーザー光を一点に集光
して得られるためピンホール、コリメータレンズ等を用
いて得られる参照光と異なり強度が極めて大きいため、
高い感度が得られる。
【実施例１】図４に示すように、５ｍＷヘリウムネオン
レーザー（ＪＡＰＡＮ ＬＡＳＥＲＣＯＲＰ．Ｍｏｄｅ
ｌＪＬＨ−３ＰＳ−Ａ）の前方４０ｍｍに凸レンズ（ｆ
＝３０ｍｍ）を置き、その前方１０ｍｍに径１ｍｍのピ
ンホールを置く。さらに、ピンホールの前方約２０〜４
０ｍｍに光路長１０ｍｍの石英吸収セルを置き、吸収セ
ルの前方４５０ｍｍに径１ｍｍのピンホール及び光電子
増倍管（ＰＭＴ）を置く。ピンホール及びＰＭＴをはず
し、前方１００ｃｍに置いたスクリーンを見ながら吸収
セルを少しずつ傾け、スクリーンが最も明るくなり、か
つ、大きな空間周波数の干渉縞（これは、セルによる干
渉縞と思われる）がみえる角度でセルを固定する。これ
は、セルの表面に付着させた微小粒子（ラテックス）
が、レーザー光を散乱し、コヒーレント発散が生じる
が、それは数十μｍという微小点で生じるため見つけ難
い。そこで、セルを傾けることにより、光軸のセル上の
位置を微妙に変化させうることを利用して発散点を見つ
けるためである。この状態で、吸収セルに０．１μｍの
ミリポアフィルターろ過した水を入れスクリーンをよく
観察すると、わずかな干渉縞のゆらぎを認めた。次に、
ピンホール及びＰＭＴを置き、高さを干渉縞のゆらぐ位
置に調節し、かつ干渉縞の暗部がピンホールにくるよう
にする。レコーダーレンジを２０ｍＶとし、ゆらぎの大
きさを測定した。比較のために吸収セルの傾きを戻し垂
直に立てて、コヒーレント散乱がおきないようにし、さ
らにピンホールとＰＭＴをセルから１２０ｍｍの位置ま
で近づけて光散乱光を測定した。図２に示すように、光
散乱はセルに４倍近いにもかかわらず信号は全く観察さ
れていないが本発明の干渉法では、０．１μｍフィルタ
ーろ過した純水中のわずかな微粒子が高感度に観察され
ている。信号が振動として観察されているのは、粒子の
運動によるものと思われる。
レーザー（ＪＡＰＡＮ ＬＡＳＥＲＣＯＲＰ．Ｍｏｄｅ
ｌＪＬＨ−３ＰＳ−Ａ）の前方４０ｍｍに凸レンズ（ｆ
＝３０ｍｍ）を置き、その前方１０ｍｍに径１ｍｍのピ
ンホールを置く。さらに、ピンホールの前方約２０〜４
０ｍｍに光路長１０ｍｍの石英吸収セルを置き、吸収セ
ルの前方４５０ｍｍに径１ｍｍのピンホール及び光電子
増倍管（ＰＭＴ）を置く。ピンホール及びＰＭＴをはず
し、前方１００ｃｍに置いたスクリーンを見ながら吸収
セルを少しずつ傾け、スクリーンが最も明るくなり、か
つ、大きな空間周波数の干渉縞（これは、セルによる干
渉縞と思われる）がみえる角度でセルを固定する。これ
は、セルの表面に付着させた微小粒子（ラテックス）
が、レーザー光を散乱し、コヒーレント発散が生じる
が、それは数十μｍという微小点で生じるため見つけ難
い。そこで、セルを傾けることにより、光軸のセル上の
位置を微妙に変化させうることを利用して発散点を見つ
けるためである。この状態で、吸収セルに０．１μｍの
ミリポアフィルターろ過した水を入れスクリーンをよく
観察すると、わずかな干渉縞のゆらぎを認めた。次に、
ピンホール及びＰＭＴを置き、高さを干渉縞のゆらぐ位
置に調節し、かつ干渉縞の暗部がピンホールにくるよう
にする。レコーダーレンジを２０ｍＶとし、ゆらぎの大
きさを測定した。比較のために吸収セルの傾きを戻し垂
直に立てて、コヒーレント散乱がおきないようにし、さ
らにピンホールとＰＭＴをセルから１２０ｍｍの位置ま
で近づけて光散乱光を測定した。図２に示すように、光
散乱はセルに４倍近いにもかかわらず信号は全く観察さ
れていないが本発明の干渉法では、０．１μｍフィルタ
ーろ過した純水中のわずかな微粒子が高感度に観察され
ている。信号が振動として観察されているのは、粒子の
運動によるものと思われる。
【実施例２】実施例１の光学系において、それぞれ石英
セルを傾けたりすることなく微粒子によるコヒーレント
拡散を利用する方法を示す。すなわち、石英セルを垂直
に立てた状態でレーザー光を直進させ、セルに、例えば
０．１μｍ〜０．３μｍの粒子（粒径はレーザー光の波
長より小さく、かつ同一粒径粒子を用いる）を加えてい
く。実際は、Ｃｏｕｌｔｅｒ社のＬＡＴＥＸ ＭＩＣＲ
ＯＳＰＨＲＥＳ ０．３μｍをよくふり、マイクロピペ
ットで１０μｌずつ何回か加えることによりコヒーレン
ト拡散が生じるようになる。この状態では加えた粒径よ
り大きな粒子が干渉縞を生じる。
セルを傾けたりすることなく微粒子によるコヒーレント
拡散を利用する方法を示す。すなわち、石英セルを垂直
に立てた状態でレーザー光を直進させ、セルに、例えば
０．１μｍ〜０．３μｍの粒子（粒径はレーザー光の波
長より小さく、かつ同一粒径粒子を用いる）を加えてい
く。実際は、Ｃｏｕｌｔｅｒ社のＬＡＴＥＸ ＭＩＣＲ
ＯＳＰＨＲＥＳ ０．３μｍをよくふり、マイクロピペ
ットで１０μｌずつ何回か加えることによりコヒーレン
ト拡散が生じるようになる。この状態では加えた粒径よ
り大きな粒子が干渉縞を生じる。
【実施例３】実施例１において、セルに、１μｍのラテ
ック粒子を分散させた水（超純水）を入れ、セルの片面
に指をあてると、しばらくして激しい干渉縞の流れがス
クリーン上に観察された。これは指の温度が３０℃近く
あり生じた温度勾配によって水が、したがって微粒子の
流れが生じ、もって干渉縞の移動が生じるためである。
もし、これを光散乱法で観測したとすれば光散乱ノイズ
が多少大きくなるに過ぎない。このように、本発明は温
度センサー、熱センサーに利用できる。本発明は、微粒
子の移動を動的信号として極めて高感度に検出できるた
め、微粒子もしくはそれを分散させた液体を黒色とすれ
ば微弱な赤外線の検出にも用いることができる。その場
合、赤外線を吸収する有機溶媒に無機コロイドを分散さ
せ、さらに冷却して溶媒を低温恒温にすればさらに高感
度が得られる。
ック粒子を分散させた水（超純水）を入れ、セルの片面
に指をあてると、しばらくして激しい干渉縞の流れがス
クリーン上に観察された。これは指の温度が３０℃近く
あり生じた温度勾配によって水が、したがって微粒子の
流れが生じ、もって干渉縞の移動が生じるためである。
もし、これを光散乱法で観測したとすれば光散乱ノイズ
が多少大きくなるに過ぎない。このように、本発明は温
度センサー、熱センサーに利用できる。本発明は、微粒
子の移動を動的信号として極めて高感度に検出できるた
め、微粒子もしくはそれを分散させた液体を黒色とすれ
ば微弱な赤外線の検出にも用いることができる。その場
合、赤外線を吸収する有機溶媒に無機コロイドを分散さ
せ、さらに冷却して溶媒を低温恒温にすればさらに高感
度が得られる。
【実施例４】図５に示すように、吸収セルは４面透明の
ものを用いヘリウムネオンレーザーの光軸とは直角方向
から励起レーザー光を照射する。励起レーザは、ＫＧＷ
レーザーを用いた。吸収セルに０．３μｍのラテックス
粒子（Ｃｏｕｌｔｅｒ社のＬＡＴＥＸ ＭＩＣＲＯＳＰ
ＨＲＥＳ）を分散させた水を入れておく。ＫＧＷ励起レ
ーザーをパルス点灯（１Ｈｚ）し、スクリーン上の干渉
縞を観察した。その結果、励起レーザーのパルスに同調
して干渉縞の大きなゆらぎが観測された。これは、ラテ
ックス粒子が１．１μｍのレーザー光を吸収して熱運動
を行い、その結果、干渉縞が変動するためである。この
ように、本発明は光熱変換の信号を干渉縞変化とにとら
える新しい分光法となりうる。
ものを用いヘリウムネオンレーザーの光軸とは直角方向
から励起レーザー光を照射する。励起レーザは、ＫＧＷ
レーザーを用いた。吸収セルに０．３μｍのラテックス
粒子（Ｃｏｕｌｔｅｒ社のＬＡＴＥＸ ＭＩＣＲＯＳＰ
ＨＲＥＳ）を分散させた水を入れておく。ＫＧＷ励起レ
ーザーをパルス点灯（１Ｈｚ）し、スクリーン上の干渉
縞を観察した。その結果、励起レーザーのパルスに同調
して干渉縞の大きなゆらぎが観測された。これは、ラテ
ックス粒子が１．１μｍのレーザー光を吸収して熱運動
を行い、その結果、干渉縞が変動するためである。この
ように、本発明は光熱変換の信号を干渉縞変化とにとら
える新しい分光法となりうる。
【図１】コヒーレント発散光の写真 （１）単なる透過光（水を入れた石英セルを透過したレ
ーザー光） （２）セルに付着したゴミによるスペックル （３）コヒーレント発散光 （４）コヒーレント発散光とセルなかの微粒子による散
乱光との干渉縞
ーザー光） （２）セルに付着したゴミによるスペックル （３）コヒーレント発散光 （４）コヒーレント発散光とセルなかの微粒子による散
乱光との干渉縞
【図２】コヒーレント発散干渉縞の模式図
【図３】本発明の感度（０．１μｍフィルターろ過水） （１）セル中の粒子による光散乱（散乱光による信号は
みられない） ラインの低周波変動は、レーザー又は検出系に起因する
もので光散乱とは無関係である。 （２）コヒーレント発散干渉法（干渉縞による明白な振
動がみられる）
みられない） ラインの低周波変動は、レーザー又は検出系に起因する
もので光散乱とは無関係である。 （２）コヒーレント発散干渉法（干渉縞による明白な振
動がみられる）
【図４】実施例１の説明図
【図５】実施例４の説明図
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１０月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１】
【図５】
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 21/49 Ｇ０１Ｎ 21/49 Ｚ
Claims (7)
- 【請求項１】 透明体の屈折率を局所的（数十ミクロ
ン）に変化させ、そこにレーザー光を照射し、コヒーレ
ント発散光を得る方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法により得られた発散
光と、測定対象物からの同一波長レーザー光の二次光
（散乱光、反射光、拡散光、回折光等）とを干渉させ、
得られた干渉縞を測定する干渉法。 - 【請求項３】 光散乱粒子を入れた測定セルに温度傾斜
を生じさせ、もって測定セル内に光散乱粒子の流れを生
じさせ、請求項２に記載する干渉法を適用する光散乱測
定法。 - 【請求項４】 光軸通過面とは異なる測定セル面を熱吸
収体とし、請求項３記載の方法を適用する熱検出法。 - 【請求項５】 測定セルの溶媒又は光散乱粒子を熱吸収
体とし、請求項３記載の方法を適用する熱検出法。 - 【請求項６】 請求項３において、照射レーザー光とは
別に、パルス励起レーザー光を光散乱粒子及び溶質を含
む測定セルに照射し、溶質の励起光吸収による温度傾斜
を生じさせ、温度傾斜と溶質濃度との比例関係を利用す
る溶質濃度測定法。 - 【請求項７】 溶媒及び溶質を励起レーザー光の透明体
とし、光散乱粒子を吸収体とする請求項６記載の粒子測
定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19686296A JP4042068B2 (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | コヒーレント発散干渉法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19686296A JP4042068B2 (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | コヒーレント発散干渉法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH109811A true JPH109811A (ja) | 1998-01-16 |
| JP4042068B2 JP4042068B2 (ja) | 2008-02-06 |
Family
ID=16364901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19686296A Expired - Fee Related JP4042068B2 (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | コヒーレント発散干渉法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4042068B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2942873A1 (fr) * | 2009-03-06 | 2010-09-10 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de mesure de la distance focale d'une lentille thermique |
| JP2013072765A (ja) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 溶質分子輸送装置および方法 |
| CN103983610A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-08-13 | 复旦大学 | 基于光谱干涉的微量液体折射率测量装置和测量方法 |
| WO2015132880A1 (ja) * | 2014-03-04 | 2015-09-11 | パイオニア株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
| JP2018006387A (ja) * | 2016-06-27 | 2018-01-11 | キヤノン株式会社 | 吐出装置、インプリント装置、検出方法、判定方法及び物品の製造方法 |
| CN120309156A (zh) * | 2025-06-17 | 2025-07-15 | 浙江美晶新材料股份有限公司 | 一种含气泡结构的石英坩埚及其制备方法 |
-
1996
- 1996-06-21 JP JP19686296A patent/JP4042068B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2942873A1 (fr) * | 2009-03-06 | 2010-09-10 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de mesure de la distance focale d'une lentille thermique |
| WO2010100168A1 (fr) * | 2009-03-06 | 2010-09-10 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procédé et dispositif de mesure de la distance focale d'une lentille thermique |
| CN102414553A (zh) * | 2009-03-06 | 2012-04-11 | 原子能与替代能源委员会 | 用于测量热透镜焦距的方法和装置 |
| JP2012519836A (ja) * | 2009-03-06 | 2012-08-30 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 熱レンズの焦点距離を測定するための方法およびデバイス |
| US8547542B2 (en) | 2009-03-06 | 2013-10-01 | Commissariat A L 'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Device for measuring the focal distance of a thermal lens |
| JP2013072765A (ja) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 溶質分子輸送装置および方法 |
| JPWO2015132880A1 (ja) * | 2014-03-04 | 2017-03-30 | パイオニア株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
| WO2015132880A1 (ja) * | 2014-03-04 | 2015-09-11 | パイオニア株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
| CN103983610B (zh) * | 2014-05-12 | 2016-09-28 | 复旦大学 | 基于光谱干涉的微量液体折射率测量装置和测量方法 |
| CN103983610A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-08-13 | 复旦大学 | 基于光谱干涉的微量液体折射率测量装置和测量方法 |
| JP2018006387A (ja) * | 2016-06-27 | 2018-01-11 | キヤノン株式会社 | 吐出装置、インプリント装置、検出方法、判定方法及び物品の製造方法 |
| US10814534B2 (en) | 2016-06-27 | 2020-10-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Discharge apparatus, imprint apparatus, method of detection, method of determination, and method for manufacturing article |
| CN120309156A (zh) * | 2025-06-17 | 2025-07-15 | 浙江美晶新材料股份有限公司 | 一种含气泡结构的石英坩埚及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4042068B2 (ja) | 2008-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5589936A (en) | Optical measuring apparatus for measuring physichemical properties | |
| Barker et al. | Displacement measurements in the interior of 3-D bodies using scattered-light speckle patterns: Two new techniques making use of the scattered-light speckle pattern have been developed which yield the displacements on an arbitrary interior plane of a 3-D body | |
| Glatt et al. | Moiré deflectometry—ray tracing interferometry | |
| Torres et al. | Optical method for simultaneous high-resolution measurement of heat and fluid flow: The case of Rayleigh-Bénard convection | |
| JP4042068B2 (ja) | コヒーレント発散干渉法 | |
| JPH0843292A (ja) | コロイド状の媒体の薄層による散乱光の光度を測定する検知器 | |
| Venerus et al. | Measurement of thermal diffusivity in polymer melts using forced Rayleigh light scattering | |
| US4906095A (en) | Apparatus and method for performing two-frequency interferometry | |
| JPH11160199A (ja) | 液晶初期配向角測定法及び液晶初期配向角測定装置 | |
| US20220091032A1 (en) | Two-Dimensional Second Harmonic Dispersion Interferometer | |
| CN109342364A (zh) | 一种基于金膜光热效应的溶液检测方法和装置 | |
| Kuczyński et al. | Interference method for the determination of refractive indices and birefringence of liquid crystals | |
| JPS6363945A (ja) | 光物性測定の安定化方法 | |
| CN202916182U (zh) | 基于驻波激发瞬态体光栅效应的材料特性检测装置 | |
| JP3261339B2 (ja) | 細孔分布測定装置 | |
| Harilal et al. | Laser plasma density measurements using interferometry | |
| JPH0215814B2 (ja) | ||
| Barbosa et al. | Design, construction, and performance of a real-time holographic refractometry prototype for liquid analysis | |
| SU1670542A1 (ru) | Способ измерени углов рефракции | |
| JPS598762B2 (ja) | カンシヨウケイオシヨウシタソクテイホウ | |
| JPH01147306A (ja) | 膜厚測定装置 | |
| Li et al. | A method for monitoring mass concentration of black carbon particulate matter using photothermal interferometry | |
| Holoubek | Light Scattering Speckle Photography | |
| Zhang et al. | Transparent liquid concentration measurement device based on Mach-Zehnder interferometer | |
| Ploss et al. | Anisotropic thermal diffusivity of thin polymer films: Determination with a laser scanning microscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050804 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060911 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061121 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070119 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071009 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071101 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |