JPS61137045A - 光散乱計測装置 - Google Patents
光散乱計測装置Info
- Publication number
- JPS61137045A JPS61137045A JP59259073A JP25907384A JPS61137045A JP S61137045 A JPS61137045 A JP S61137045A JP 59259073 A JP59259073 A JP 59259073A JP 25907384 A JP25907384 A JP 25907384A JP S61137045 A JPS61137045 A JP S61137045A
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- JP
- Japan
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- light
- scattering
- heat
- test object
- intermittent
- Prior art date
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- Pending
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-
- 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
- G01N21/1702—Systems 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
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- 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。
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ス − ［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ｌ
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（例工ば、フォトマル、ピンフォト
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
どの問題がありｔ高精度、高感度の測定は困難であった
。
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ス − ［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ｌ
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（例工ば、フォトマル、ピンフォト
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
どの問題がありｔ高精度、高感度の測定は困難であった
。
［発明が解決しよらとする問題点］
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一一点とするもの
である。
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一一点とするもの
である。
［問題点を解決するための手段］
本発明において１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、その光−熱変換媒体
中に生じた温度変化を熱電対により電気信号に変換する
熱検出手段と、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
。
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、その光−熱変換媒体
中に生じた温度変化を熱電対により電気信号に変換する
熱検出手段と、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。
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。
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、本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１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。
ある。第４図において、被検物体１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０本発明は、上記
のプロセスＢの段階において、光吸収物質７表面の温度
変化を検出しようとするもので、エネルギー信号検出手
段としては熱電対による熱検出手段を使用するものであ
る。
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０本発明は、上記
のプロセスＢの段階において、光吸収物質７表面の温度
変化を検出しようとするもので、エネルギー信号検出手
段としては熱電対による熱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
うラマン散乱、プリルアン散乱などの非弾性散乱とがあ
る０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。
シフトの伴わないいわゆる弾性散乱と、波長シフトの伴
うラマン散乱、プリルアン散乱などの非弾性散乱とがあ
る０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１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。
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を伴った
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。
ォノンと照射光との相互作用による波長シフトを伴った
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Ｂにおいて、吸収物質
表面の温度変化を直接熱電対を用いて検出する実施例で
ある。第１図において、光散乱計測装置を構成する断続
光照射手段としては公知の光源とチゴッパ１０が使用さ
れ、光−熱変換媒体は前記吸収物質７で形成され、吸収
物質の温度変化を熱電対により電気信号に変換して検出
する熱検出手段１１と、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としてのロックインアンプ
１２とを備えている。前記チョッパ１０により断続され
た照射光ビーム２は、レンズ１３によって、被検物体ｌ
に導かれ、その散乱光３は吸収物質７で吸収されて断続
的な熱となり、熱検出手段１１により電気信号として検
出される。この電気信号はロックインアンプ１２に送ら
れ、測定光ビームを断続するチョッパ１０からの参照信
号に基づいて周波数同期検波され、その結果はレコーダ
１４に出力される。このようにして検出された熱電気信
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。
例を示す構成図で、前記プロセスＢにおいて、吸収物質
表面の温度変化を直接熱電対を用いて検出する実施例で
ある。第１図において、光散乱計測装置を構成する断続
光照射手段としては公知の光源とチゴッパ１０が使用さ
れ、光−熱変換媒体は前記吸収物質７で形成され、吸収
物質の温度変化を熱電対により電気信号に変換して検出
する熱検出手段１１と、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としてのロックインアンプ
１２とを備えている。前記チョッパ１０により断続され
た照射光ビーム２は、レンズ１３によって、被検物体ｌ
に導かれ、その散乱光３は吸収物質７で吸収されて断続
的な熱となり、熱検出手段１１により電気信号として検
出される。この電気信号はロックインアンプ１２に送ら
れ、測定光ビームを断続するチョッパ１０からの参照信
号に基づいて周波数同期検波され、その結果はレコーダ
１４に出力される。このようにして検出された熱電気信
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可能にな
る。
る。
第２図は、本実施例における熱検出手段の一例を示す構
造図である。第２図において、熱検出手段は２つの熱電
対１５ａ及び１５ｂを備え、吸収物質７により発生した
熱は熱伝導体１Ｂを介して第１の熱電対１５ａで検出さ
れ、一方で、参照用熱電導体１７における温度が第２の
熱電対１５ｂで検出され、両者の差信号を検出信号処理
部１８で求めてロックインアンプ１２へ信号を送る構造
になっている。
造図である。第２図において、熱検出手段は２つの熱電
対１５ａ及び１５ｂを備え、吸収物質７により発生した
熱は熱伝導体１Ｂを介して第１の熱電対１５ａで検出さ
れ、一方で、参照用熱電導体１７における温度が第２の
熱電対１５ｂで検出され、両者の差信号を検出信号処理
部１８で求めてロックインアンプ１２へ信号を送る構造
になっている。
第６図は、本実施例における熱検出手段の別な一例を示
す構造図である。第６図においては、吸収物質７の各位
置にされされ熱電対を並べ、熱分布を同時に測定可能と
したもので、散乱方の各配光角に応じた強度分布を求め
ることができる。
す構造図である。第６図においては、吸収物質７の各位
置にされされ熱電対を並べ、熱分布を同時に測定可能と
したもので、散乱方の各配光角に応じた強度分布を求め
ることができる。
第７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７図に示されている波長入が
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。
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７図に示されている波長入が
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８図に示すように、吸収物質７に散乱光が吸収
される手前にフィルタ１９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、イルタと
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。
される手前にフィルタ１９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、イルタと
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９図は、吸収物質７の後方に反射板２ｏを配置するこ
とによって、吸収層の実効的厚みを号に減少することに
より、高感度、高精度光散乱計測を可能にした例である
。
とによって、吸収層の実効的厚みを号に減少することに
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２１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２２及び吸収
物質７へ伝わり、これらにより光散乱３が生じる。液面
上に配置した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２２及び
吸収物質７による光散乱特性を検出することができる。
用した実施例である。第１０図において、照射光２は液
体２１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２２及び吸収
物質７へ伝わり、これらにより光散乱３が生じる。液面
上に配置した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２２及び
吸収物質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膜成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２１中の散乱因子２３
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。
性を評価する実施例である。液体２１中の散乱因子２３
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。
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膜成膜装置に応
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る。
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膜成膜装置に応
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る。
第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は実施例の熱
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
図は熱検出手段の別個の構造図、第７図は光−熱変換媒
体の吸収特性図、第８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、１０・・・断続光照射
手段、１１・・・熱検出手段、１２・・・熱変化計測手
段、１４・・・レコーダ、１５・・・熱伝導体、！８・
・・熱電対。
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
図は熱検出手段の別個の構造図、第７図は光−熱変換媒
体の吸収特性図、第８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、１０・・・断続光照射
手段、１１・・・熱検出手段、１２・・・熱変化計測手
段、１４・・・レコーダ、１５・・・熱伝導体、！８・
・・熱電対。
Claims (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、その光−熱変換媒体中
に生じた温度変化を熱電対により電気信号に変換する熱
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を備えることを特徴とする光散
乱計測装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59259073A JPS61137045A (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 |
|---|---|---|---|
| JP59259073A JPS61137045A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 光散乱計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61137045A true JPS61137045A (ja) | 1986-06-24 |
Family
ID=17328944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59259073A Pending JPS61137045A (ja) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | 光散乱計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61137045A (ja) |
-
1984
- 1984-12-10 JP JP59259073A patent/JPS61137045A/ja active Pending
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