(57)【要約】【課題】熱レンズ分析を安定して行うことができる熱レンズ分析装置を提供する。【解決手段】熱レンズ分析装置１は、励起光及び検出光を試料溶液に照射する色収差ｄｆ及び開口数ＮＡを有するロッドレンズ１０と、試料溶液中に熱レンズ１２が形成される前後の検出光の信号強度を検出する開口半径ｒａｄ及びＰＤ距離Ｌを有するＰＤ１１を備える。熱レンズ１２の屈折率分布をガウス分布で近似し、実光線追跡により算出されるＴＬＭ出力を最大とするロッドレンズ１０の色収差ｄｆ及び開口数ＮＡ、熱レンズ１２の深さｔ及び屈折率差ｄｎ、ＰＤ１１の開口半径ｒａｄ及びＰＤ距離Ｌを決定する。【選択図】      図１
2004309430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
深さｔの流路中を流れる試料溶液中に所定の屈折率分布の屈折率差ｄｎを有する熱レンズを形成すべく開口数ＮＡのレンズを介して前記試料溶液に励起光を照射する第１の照射手段と、前記レンズを介して前記励起光と同軸的に前記試料溶液に検出光を照射する第２の照射手段と、前記熱レンズが形成される前後で前記検出光が前記試料溶液を透過したときの透過光を受光する開口半径ｒａｄ及びＰＤ距離Ｌの受光部と、前記受光部の受光量に基づいてＴＬＭ出力を算出するＴＬＭ算出手段とを備え、前記レンズは前記励起光及び前記検出光についての色収差ｄｆを有する熱レンズ分析装置において、
前記ＴＬＭ算出手段は、前記熱レンズの所定の屈折率分布をガウス分布で近似し、
前記熱レンズ分析装置は、前記算出されるＴＬＭ出力が最大になるように前記開口数ＮＡ、前記深さｔ、前記屈折率差ｄｎ、前記色収差ｄｆ、前記開口半径ｒａｄ、及び前記ＰＤ距離Ｌを決定するパラメータ決定手段を備えることを特徴とする熱レンズ分析装置。
【請求項２】
前記パラメータ決定手段は、前記開口数ＮＡが０．１〜０．４の範囲で、前記屈折率差ｄｎが１．０×１０−３以下、前記深さｔを０．０２５ｍｍ以上と決定することを特徴とする請求項１記載の熱レンズ分析装置。
【請求項３】
前記パラメータ決定手段は、前記開口数ＮＡ、前記色収差ｄｆ、及び前記深さｔをこれらの関係が
ＮＡ２∝１／ｄｆ∝１／ｔ
を満たすように決定することを特徴とする請求項１又は２記載の熱レンズ分析装置。
【請求項４】
前記パラメータ決定手段は、前記深さｔを
４×１０−３／ＮＡ２≦ｔ≦８×１０−３／ＮＡ２
と決定することを特徴とする請求項３記載の熱レンズ分析装置。
【請求項５】
前記パラメータ決定手段は、前記色収差ｄｆを
３×１０−４／ＮＡ２≦ｄｆ≦１６×１０−４／ＮＡ２
と決定することを特徴とする請求項３又は４記載の熱レンズ分析装置。
【請求項６】
前記パラメータ決定手段は、規格化されたＰＤ距離Ｌ０と反比例するように前記開口数ＮＡを決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱レンズ分析装置。
【請求項７】
前記パラメータ決定手段は、前記規格化されたＰＤ距離Ｌ０を
１．１／ＮＡ≦Ｌ０≦４．０／ＮＡ
と決定することを特徴とする請求項６記載の熱レンズ分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱レンズ分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、化学反応を微小空間で行うための集積化技術が、化学反応の高速性や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から注目されており、そのための研究が、世界的に精力的に進められている。
【０００３】
化学反応の集積化技術の１つとして微細な流路の中で試料溶液の混合、反応、分離、抽出、検出等を行う所謂マイクロ化学システムがある。このマイクロ化学システムで行われるものとしては反応の例として、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応などがあり、抽出、分離の例として溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離などがある。マイクロ化学システムは、分離だけを目的としたような単一の機能のみで用いられても良く、また複合的に用いられても良い。
【０００４】
これらのマイクロ化学システムでは試料溶液が極微量であるので、高感度な検出方法が必須である。このような方法として、微細な流路内の試料溶液に励起光を照射する前後の検出光の信号強度の差を照射する前の検出光の信号強度で割った値（以下「ＴＬＭ出力」という。）を検出する熱レンズ分析法が確立され、これによりマイクロ化学システムの実用化の道が開かれている。
【０００５】
試料溶液に光を集光照射すると試料溶液中の溶質が光を吸収すると共に熱エネルギーが放出される。この熱エネルギーによって溶媒が局所的に温度上昇すると、屈折率が変化して熱レンズが形成される（熱レンズ効果）。熱レンズ分析法はこの熱レンズ効果を利用するものである。
【０００６】
熱レンズ分析法は、熱の拡散、即ち屈折率の変化をＴＬＭ出力として観察するものであるので、極微小試料の濃度を検出するのに適している。
【０００７】
従来の熱レンズ分析装置においては、マイクロ化学システム用チップが顕微鏡の対物レンズの下方に配置されており、励起光源から出力された所定波長の励起光が顕微鏡に入射して、この顕微鏡の対物レンズによりマイクロ化学システム用チップの流路内の試料に集光照射される。これにより、集光照射位置を中心として試料に熱レンズが形成される。
【０００８】
このような熱レンズ分析は流路内の試料溶液の定量的な制御を行なう必要があり、その点で、マイクロ化学システム用チップの流路としては、平面上に存在し、適度な圧力損失を有するキャピラリを用いるのが適している（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、高い分解能による熱レンズ分析を行なうには、対物レンズとして、検出光と励起光の焦点距離の差（以下「色収差」という。）のあるレンズを用いるとよく（例えば、特許文献２参照）、特に、このようなレンズとしてロッドレンズを用いることが有効であることが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１６５９３９号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５６６１１号公報
【特許文献３】
特開平２００２−２１４１７５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平面上に存在し、適度な圧力損失を有するキャピラリを流路として用いると、流路内の試料溶液の定量的な制御を行なうことはできるが、それのみでは試料溶液の濃度測定を高い分解能で行なうことはできない。
【００１２】
また、熱レンズ分析により試料溶液の濃度測定を高い分解能で行なうために必要なレンズの色収差は、熱レンズを図２（ｂ）に示すようにＳＮＳ積層光学系と近似してシミュレーションを行うことで求めることが可能であるが、光線のケラレが生じるため現実に必ずしも即していなかった。
【００１３】
本発明の目的は、熱レンズ分析を安定して行うことができる熱レンズ分析装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の熱レンズ分析装置は、深さｔの流路中を流れる試料溶液中に所定の屈折率分布の屈折率差ｄｎを有する熱レンズを形成すべく開口数ＮＡのレンズを介して前記試料溶液に励起光を照射する第１の照射手段と、前記レンズを介して前記励起光と同軸的に前記試料溶液に検出光を照射する第２の照射手段と、前記熱レンズが形成される前後で前記検出光が前記試料溶液を透過したときの透過光を受光する開口半径ｒａｄ及びＰＤ距離Ｌの受光部と、前記受光部の受光量に基づいてＴＬＭ出力を算出するＴＬＭ算出手段とを備え、前記レンズは前記励起光及び前記検出光についての色収差ｄｆを有する熱レンズ分析装置において、前記ＴＬＭ算出手段は、前記熱レンズの所定の屈折率分布をガウス分布で近似し、前記熱レンズ分析装置は、前記算出されるＴＬＭ出力が最大になるように前記開口数ＮＡ、前記深さｔ、前記屈折率差ｄｎ、前記色収差ｄｆ、前記開口半径ｒａｄ、及び前記ＰＤ距離Ｌを決定するパラメータ決定手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の熱レンズ分析装置によれば、熱レンズの所定の屈折率分布をガウス分布で近似し、算出されるＴＬＭ出力が最大になるように開口数ＮＡ、深さｔ、屈折率差ｄｎ、色収差ｄｆ、開口半径ｒａｄ、及びＰＤ距離Ｌを決定するので、ＳＮＳ積層光学系で近似するときに生じる光線のケラレがなく、より実際的なモデルをえることができ、熱レンズ分析を安定して行うことができる。
【００１６】
請求項２記載の熱レンズ分析装置は、請求項１記載の熱レンズ分析装置において、前記パラメータ決定手段は、前記開口数ＮＡが０．１〜０．４の範囲で、前記屈折率差ｄｎが１．０×１０−３以下、前記深さｔを０．０２５ｍｍ以上と決定することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の熱レンズ分析装置によれば、開口数ＮＡが０．１〜０．４の範囲で、屈折率差ｄｎが１．０×１０−３以下、深さｔを０．０２５ｍｍ以上と決定するので、ＴＬＭ信号と屈折率差ｄｎの比例関係が成立し、定量的分析を行うことができる。
【００１８】
請求項３記載の熱レンズ分析装置は、請求項１又は２記載の熱レンズ分析装置において、前記パラメータ決定手段は、前記開口数ＮＡ、前記色収差ｄｆ、及び前記深さｔをこれらの関係がＮＡ２∝１／ｄｆ∝１／ｔを満たすように決定することを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の熱レンズ分析装置によれば、開口数ＮＡ、色収差ｄｆ、及び深さｔをこれらの関係がＮＡ２∝１／ｄｆ∝１／ｔを満たすように決定するので、色収差ｄｆに関係なく、ＴＬＭ出力のピーク位置を一定値とすることができる。
【００２０】
請求項４記載の熱レンズ分析装置は、請求項３記載の熱レンズ分析装置において、前記パラメータ決定手段は、前記深さｔを４×１０−３／ＮＡ２≦ｔ≦８×１０−３／ＮＡ２と決定することを特徴とすることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の熱レンズ分析装置によれば、深さｔを４×１０−３／ＮＡ２≦ｔ≦８×１０−３／ＮＡ２と決定するので、マイクロチップとして実用可能な深さｔの流路に収容可能な熱レンズを形成することができ、且つ強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【００２２】
請求項５記載の熱レンズ分析装置は、請求項３又は４記載の熱レンズ分析装置において、前記パラメータ決定手段は、前記色収差ｄｆを３×１０−４／ＮＡ２≦ｄｆ≦１６×１０−４／ＮＡ２と決定することを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の熱レンズ分析装置によれば、色収差ｄｆを３×１０−４／ＮＡ２≦ｄｆ≦１６×１０−４／ＮＡ２と決定するので、開口半径ｒａｄに関係なく、強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【００２４】
請求項６記載の熱レンズ分析装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱レンズ分析装置において、前記パラメータ決定手段は、規格化されたＰＤ距離Ｌ０と反比例するように前記開口数ＮＡを決定することを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の熱レンズ分析装置によれば、規格化されたＰＤ距離Ｌ０と反比例するように開口数ＮＡを決定するので、強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【００２６】
請求項７記載の熱レンズ分析装置は、請求項６記載の熱レンズ分析装置において、前記パラメータ決定手段は、前記規格化されたＰＤ距離Ｌ０を１．１／ＮＡ≦Ｌ０≦４．０／ＮＡと決定することを特徴とする。
【００２７】
請求項７記載の熱レンズ分析装置によれば、規格化されたＰＤ距離Ｌ０を１．１／ＮＡ≦Ｌ０≦４．０／ＮＡと決定するので、強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る熱レンズ分析装置により生成される熱レンズを図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係る熱レンズ分析装置を示す図である。
【００３０】
図１において、本発明の実施の形態に係る熱レンズ分析装置１は、色収差ｄｆ及び開口数ＮＡのロッドレンズ１０と、試料溶液に励起光を照射する励起光光源１３と、試料溶液に検出光を照射する検出光光源１４と、検出光を受光するＰＤ１１とを備える。
【００３１】
ロッドレンズ１０は、開口数ＮＡで励起光及び励起光より長波長の光である検出光を同軸に照射するものであり、試料溶液中で励起光及び検出光が焦点を結ぶように光軸合わせを行なう。また、照射される励起光と検出光についてのロッドレンズ１０の各焦点距離には差（以下「色収差」という。）ｄｆがある。
【００３２】
上述の試料溶液は、不図示のマイクロ化学システム用チップ内に形成された深さｔの流路中を流れるものであり、励起光が試料溶液中に照射されると、その焦点位置を中心として、励起光照射前後の屈折率差ｄｎの熱レンズ１２が形成される。一方、検出光が試料溶液に照射されると、励起光の焦点位置から光軸方向にｄｆだけ離れた位置に形成される円錘形光束（最大角θＰ）がＰＤ１１に照射される。
【００３３】
ＰＤ１１は、励起光の焦点位置からの距離（以下「ＰＤ距離」という。）Ｌに光軸と垂直に設置され、光軸と同心円状の開口半径ｒａｄの検出部からなるものである。
【００３４】
以下、ＰＤ距離Ｌ、深さｔ、色収差ｄｆについては水中で行なわれたものとして計算する。
【００３５】
また、ＰＤ１１は、検出光の信号強度（Ｉ（ｏｕｔ））と、試料溶液に励起光を照射する前に試料溶液に照射した検出光の信号強度（Ｉ（０））と、励起光を照射した後に試料溶液に照射した検出光の信号強度（Ｉ（ｄｎ））とを検出する。その後、不図示のコンピュータにより（Ｉ（ｄｎ）−Ｉ（０））／Ｉ（ｏｕｔ）の値（以下「ＴＬＭ出力」という。）を算出することで、熱レンズ分析が行われる。尚、本実施の形態においては、計算を容易にするため、Ｉ（ｏｕｔ）＝１．０とする。
【００３６】
上記条件で、形成される図１の熱レンズ１２の屈折率差ｄｎのシミュレーションを行なう。このシミュレーションの前提条件を以下のように設定する。
１．熱レンズ１２の屈折率分布は励起ビーム伝播強度に応じたものであり、下記式に示すガウス分布となるものと近似する。ここで、計算を容易にするため、開口数ＮＡは空気中の開口数の値を用いる。
ｎ（ｒ，Ｚ）＝Ｎｗ−ｄｎ×（Ｗ０／Ｗｚ）２×ｅｘｐ（−２×ｒ２／Ｗｚ２）
ここでＷｚ及びＷ０は、
Ｗｚ＝Ｗ０×（１＋（λ×Ｚ／（π×ｎ（ｒ，Ｚ）×Ｗ０２））２）０．５
Ｗ０＝λ／π／ＮＡ／ｎ
で表され、Ｚ、ｒ、Ｎｗ、ｎ（ｒ，Ｚ）、ＮＡ、Ｗ０は、夫々、
Ｚ：励起光の焦点位置を０とし、光の伝播方向を正とする座標
ｒ：光軸からの距離
Ｎｗ：水の屈折率
ｎ（ｒ，Ｚ）：熱レンズ１２の屈折率差ｄｎ
ＮＡ：ロッドレンズ１０の開口数
Ｗ０：ビームウェスト半径
である。
【００３７】
開口数ＮＡについては、以下の表１に示すように、ロッドレンズ１０の部分については下記対物レンズの開口数ＮＡ０、対物レンズから出て、試料溶液に入るまでの部分については励起光の開口数ＮＡ（ピーク強度の１／ｅ２）、試料溶液の部分については水中換算した開口数ＮＡｗと定義する。
【００３８】
【表１】
2004309430.tif 000003
【００３９】
２．色収差ｄｆを変数とする検出光を熱レンズ１２に照射すると、検出光の光線は熱レンズ１２の屈折率に応じて広がるように曲げられる。
【００４０】
さらに、ロッドレンズ１０、ＰＤ１１、励起光、及び検出光の条件を以下の表２に示す。
【００４１】
【表２】
2004309430.tif 000004
【００４２】
以上のように、熱レンズ１２の屈折率分布をガウス分布で近似し、実光線追跡によりＴＬＭ出力についてシミュレーションを行なった場合（図２（ａ））と、熱レンズ１２の屈折率分布をＳＮＳ積層光学系で近似し、実光線追跡によりＴＬＭ出力についてシミュレーションを行なった場合（図２（ｂ））を比較すると、ガウス分布で近似した場合は入射開口数と出射開口数は等しくなるのに対し、ＳＮＳ積層光学系で近似した場合は入射開口数より出射開口数が小さくなる。また、この傾向は色収差ｄｆが大きくなるほど顕著となる。これは、ＳＮＳ積層光学系で近似すると光線にケラレが生じるためである。従って、熱レンズ１２の形状はガウス分布で近似する方が、ＳＮＳ積層光学系で近似するより、より実際的なモデルをえることができる。
【００４３】
以下、開口数ＮＡを０．２、屈折率差ｄｎを１．０×１０−４、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとしたときに強いＴＬＭ出力が得られる、深さｔの値について説明する。
【００４４】
まず、図３に示すように、上記条件のときは深さｔを０．１ｍｍ以上とすると、色収差ｄｆの値に関係なく、ＴＬＭ出力のピーク位置となる開口半径ｒａｄを一定値（約１．０ｍｍ）となることがわかる（図３（ｂ）〜図３（ｄ））。
【００４５】
一方、深さｔが０．０５ｍｍのとき、色収差ｄｆの値に関係なくＴＬＭ出力のピーク位置となる開口半径ｒａｄは約１．８ｍｍとなり、開口半径ｒａｄが１．０ｍｍの位置でのＴＬＭ出力はそのピークの値の６割程度と微小となることから、深さｔが０．１ｍｍより小さい場合、ＰＤ１１では精度よく検出ができなくなることがわかる（図３（ａ））。
【００４６】
また、深さｔが０．２０ｍｍのとき、色収差ｄｆの関係なくＴＬＭ出力のピーク位置となる開口半径ｒａｄは約１．０ｍｍとなるが、その最大強度は深さｔが０．１０ｍｍのとき或いは０．１５ｍｍのときの最大強度の８割程度となることから、深さｔが０．２ｍｍより大きい場合、ＰＤ１１では精度よくＴＬＭ出力が検出できなくなることがわかる（図３（ｄ））。
【００４７】
従って、開口数ＮＡを０．２、屈折率差ｄｎを１．０×１０−４、及びＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとするときにＰＤ１１で確実にＴＬＭ出力を検出するには、深さｔを０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００４８】
以下、屈折率差ｄｎを１．０×１０−５で固定し、開口数ＮＡ、ＰＤ距離Ｌ、色収差ｄｆ、及び深さｔを変化させたときのＴＬＭ出力について説明する。
【００４９】
ＴＬＭ出力は、上述したように（Ｉ（ｄｎ）−Ｉ（０））／Ｉ（ｏｕｔ）の値であり、また、Ｉ（ｏｕｔ）は開口数ＮＡの２乗に比例するという性質を有するため、開口数ＮＡの値が大きくなると相対的にＴＬＭ出力の値は小さくなる。
【００５０】
従って、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、ＮＡ＝０．４のＴＬＭ出力（図４（ｄ），図４（ｅ））のスケール（最大スケール：１．０×１０−３）をＮＡ＝０．２のＴＬＭ出力（図４（ｃ））のスケール（最大スケール：２．５×１０−４）の１／４倍に、ＮＡ＝０．１のＴＬＭ出力（図４（ａ），図４（ｂ））のスケール（最大スケール：６．２５×１０−５）をＮＡ＝０．２のＴＬＭ出力のスケールの４倍にすると、その強度レベルはＰＤ距離Ｌ、色収差ｄｆ、及び深さｔの値に関係なく同程度となる。
【００５１】
また、開口数ＮＡ、ＰＤ距離Ｌ、及び深さｔが下記式（１）に示す比例関係となるとき、具体的には、（ＮＡ，Ｌ，ｔ）＝（０．４，１０ｍｍ，０．０５ｍｍ）（図４（ａ）），（０．２，２０ｍｍ，０．１０ｍｍ）（図４（ｃ）），（０．１，４０ｍｍ，０．２０ｍｍ）（図４（ｄ））のとき、ＴＬＭ出力が最大値となる開口半径ｒａｄの値は夫々０．７ｍｍ，１．０ｍｍ，１．８ｍｍと異なるものとなることがわかる。一方、開口数ＮＡ、ＰＤ距離Ｌ、及び深さｔが下記の式（２）に示す比例関係となるとき、具体的には、（ＮＡ，Ｌ，ｔ）＝（０．４，１０ｍｍ，０．０２５ｍｍ）（図４（ｂ）），（０．２，２０ｍｍ，０．１０ｍｍ）（図４（ｃ）），（０．１，４０ｍｍ，０．４０ｍｍ）（図４（ｅ））のとき、すべてＴＬＭ出力が最大値となる開口半径ｒａｄの値は約１．００ｍｍとなることがわかる。
【００５２】
ＮＡ∝１／Ｌ∝１／ｔ      …（１）
ＮＡ∝１／Ｌ∝１／ｔ１／２      …（２）
従って、ＰＤ１１で確実にＴＬＭ出力を検出するには、開口数ＮＡ、ＰＤ距離Ｌ、及び深さｔの関係が式（２）の比例関係を満たすのが望ましいことがわかる。
【００５３】
次に、確実にＴＬＭ出力を測定するために、開口数ＮＡの値に対して設定すべき深さｔの値について説明する。
【００５４】
図３及び図４より、開口数ＮＡが０．２のときにＴＬＭ出力を確実に測定するには、深さｔは最小値が０．１０ｍｍ、最大値が０．２０ｍｍとなることから、最適値はその平均値である０．１５であるといえる。
【００５５】
また、開口数ＮＡと深さｔは式（２）の関係を有していることから、開口数ＮＡと深さｔは下記式に示すような関係を有する。
【００５６】
ｔ＝Ｃ１／ＮＡ２（Ｃ１：係数）
従って、開口数ＮＡが０．２のときの深さｔの最適値、最小値、最大値の値から、開口数ＮＡが０．１及び０．４のときの深さｔの最適値、最小値、最大値が算出される。
【００５７】
以上より、ＮＡ＝０．４，０．２，０．１としたときの深さｔの最適値、最小値、最大値は表３に示す結果となった。
【００５８】
【表３】
2004309430.tif 000005
【００５９】
この結果を開口数ＮＡと深さｔの関係としてプロットし（図１２（ａ））、上記Ｃ１の値を求めると０．００４≦Ｃ１≦０．００８となった。
【００６０】
即ち、０．００４／ＮＡ２≦ｔ≦０．００８／ＮＡ２となるように、開口数ＮＡと深さｔを設定すると、強いＴＬＭ出力を得られることがわかった。
【００６１】
次に、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとしたときに強いＴＬＭ出力が得られる、深さｔ及び色収差ｄｆの値について説明する。
【００６２】
まず、図５〜図７に示すように、上記条件のときは屈折率差ｄｎ及び開口半径ｒａｄに関係なくＴＬＭ出力のピーク位置となる色収差ｄｆが約０．０２ｍｍとなることがわかる（図５（ａ）〜図７（ｄ））。
【００６３】
従って、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとすると、屈折率差ｄｎ及び開口半径ｒａｄに関係なくＴＬＭ出力のピーク位置となる色収差ｄｆを約０．０２ｍｍとすることができ、高精度な熱レンズ分析を行うことができる。
【００６４】
次に、屈折率差ｄｎが１．０×１０−５のときに強いＴＬＭ出力をえられる色収差ｄｆの範囲について算出された結果について説明する。
【００６５】
図４で上述したように、ＰＤ１１で確実にＴＬＭ出力を検出するには、屈折率差ｄｎを１．０×１０−５とするとき、開口数ＮＡ、ＰＤ距離Ｌ、及び深さｔの関係が式（２）の比例関係を満たすのが望ましいため、以下に説明する開口数ＮＡ、ＰＤ距離Ｌ、深さｔは上述の比例関係を満たすものとした。具体的には、（ＮＡ，Ｌ，ｔ）＝（０．４，１０ｍｍ，０．０２５ｍｍ）（図８（ａ）），（０．２，２０ｍｍ，０．１０ｍｍ）（図８（ｂ）），（０．１，４０ｍｍ，０．４０ｍｍ）（図８（ｃ））とした。
【００６６】
次に、屈折率差ｄｎを１．０×１０−４とし、且つ開口数ＮＡ，ＰＤ距離Ｌ，深さｔの値を固定し、色収差ｄｆを変動させたときのＴＬＭ出力を算出した。
【００６７】
この結果、開口半径ｒａｄの値を０．２〜２．０まで変動させても、開口数ＮＡが０．４のときは色収差ｄｆが約０．００４ｍｍのとき（図８（ａ））、開口数ＮＡが０．２のときは色収差ｄｆが約０．０１５ｍｍのとき（図８（ｂ））、開口数ＮＡが０．１のときは色収差ｄｆが約０．０６０ｍｍのときＴＬＭ出力が最大となった（図８（ｃ））。即ち、ＴＬＭ出力が最大となる色収差ｄｆ（以下「最適ｄｆ」という）を確実にえることができるとき、開口数ＮＡと最適ｄｆとの間には以下の式（３）の関係が成立することがわかった。
【００６８】
ＮＡ∝１／ｄｆ１／２      …（３）
次に、確実にＴＬＭ出力を測定するために、開口数ＮＡの値に対して設定すべき色収差ｄｆの値について説明する。
【００６９】
まず、開口数ＮＡが０．２のときに色収差ｄｆのみを変動させたときに、ＴＬＭ出力が最適ｄｆにおけるＴＬＭ出力との差において３割以下に収まる範囲を最適な色収差ｄｆの範囲と仮定し、その範囲における最小の色収差ｄｆの値（最小ｄｆ）と最大の色収差ｄｆの値（最大ｄｆ）を図８（ｂ）より読取った。
【００７０】
また、開口数ＮＡと色収差ｄｆは式（３）の関係を有していることから、開口数ＮＡと色収差ｄｆは下記式に示すような関係を有する。
【００７１】
ｄｆ＝Ｃ２／ＮＡ２（Ｃ２：係数）
従って、開口数ＮＡが０．２のときの色収差ｄｆの最適ｄｆ、最小ｄｆ、最大ｄｆの値から、開口数ＮＡが０．１及び０．４のときの色収差ｄｆの最適ｄｆ、最小ｄｆ、最大ｄｆが算出される。
【００７２】
以上より、ＮＡ＝０．４，０．２，０．１としたときの色収差ｄｆの最適値、最小値、最大値は表４に示す結果となった。
【００７３】
【表４】
2004309430.tif 000006
【００７４】
この結果を開口数ＮＡと色収差ｄｆの関係としてプロットし（図１２（ｂ））、上記Ｃ２の値を求めると０．００３≦Ｃ１≦０．０１６となった。
【００７５】
即ち、０．００３／ＮＡ２≦ｄｆ≦０．０１６／ＮＡ２となるように、開口数ＮＡと色収差ｄｆを設定すると、強いＴＬＭ出力を得られることがわかった。
【００７６】
次に、屈折率差の値とＴＬＭ出力の値とが比例関係にあり、熱レンズ分析を定量的に行なうことができるＰＤ距離Ｌ、屈折率差ｄｎ、深さｔ、開口数ＮＡ、色収差ｄｆ、開口半径ｒａｄの値について説明する。
【００７７】
具体的には、この屈折率差ｄｎ以外の上述のパラメータを所定の値に固定して屈折率差ｄｎの値を１０倍としたときのＴＬＭ出力比を算出し、その信号強度が１０倍となるか否かを算出した。
【００７８】
具体的には、熱レンズ分析を定量的に行うことができる深さｔの値の範囲を以下のように算出される。
【００７９】
まず、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍ、開口数ＮＡを０．２、屈折率差ｄｎが１．０×１０−３〜１．０×１０−５の範囲に固定し且つ深さｔが０．２０ｍｍ以下とすると、開口半径ｒａｄ、色収差ｄｆを変動させると（図９（ａ）〜図９（ｄ）、図１０（ａ）〜図１０（ｄ））、開口半径ｒａｄ及び色収差ｄｆに関係なく、屈折率差を１０倍としたときにＴＬＭ出力比が約１０となり、熱レンズ分析を定量的に行うことができることがわかった。
【００８０】
ただし、屈折率差ｄｎが１．０×１０−３と１．０×１０−４のとき、深さｔが０．２０ｍｍ，開口半径ｒａｄが１．２以上とするとＴＬＭ出力比が低下する傾向にある。従って、熱レンズ分析を定量的に行うには、深さｔが０．２０ｍｍ以下、開口半径ｒａｄを０．８ｍｍ以下とすることがより好ましいことがわかった。
【００８１】
次に、熱レンズ分析を定量的に行うことができる屈折率差ｄｎの値の範囲、即ち屈折率差ｄｎの変化率とＴＬＭ強度比の値がほぼ一致する範囲を、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍ、開口数ＮＡを０．２、深さｔを０．１０ｍｍに固定し、且つ色収差ｄｆを０〜０．０８ｍｍの範囲で、開口数ｒａｄを０．２〜２．０ｍｍの範囲で変化させたときのＴＬＭ強度比を算出することにより求めた。
【００８２】
まず、屈折率差ｄｎを１．０×１０−３から１．０×１０−２に変化させたときのＴＬＭ強度比（図１１（ａ））を算出した場合、色収差ｄｆ及び開口数ｒａｄを上記範囲で変化させても屈折率差ｄｎの変化率（＝１０）とほぼ一致するＴＬＭ強度比をえることができなかった。
【００８３】
次に、屈折率差ｄｎを１．０×１０−４から１．０×１０−３に変化させたときのＴＬＭ強度比（図１１（ｂ））を算出した場合、開口数ｒａｄが１．４ｍｍ以下のときは色収差ｄｆの値に関係なく屈折率差ｄｎの変化率（＝１０）とほぼ一致するＴＬＭ強度比をえることができた。
【００８４】
さらに、屈折率差ｄｎが１．０×１０−５から１．０×１０−４に変化させたときのＴＬＭ強度比（図１１（ｃ））を算出した場合、色収差ｄｆ及び開口半径ｒａｄの値に関係なく屈折率差ｄｎの変化率（＝１０）とほぼ一致するＴＬＭ強度比をえることができた。尚、図１１（ｃ）において、開口数ｒａｄが０．４ｍｍ以下である場合、ＴＬＭ強度比はほぼ１０であるとはいえない値が算出されているが、これは計算精度の限界によるものである。
【００８５】
以上の結果から、開口数ＮＡが０．２のとき、屈折率差ｄｎが１．０×１０−３以下とすると、熱レンズ分析を定量的に行うことができることがわかる。
【００８６】
次に、ロッドレンズ１０の開口数ＮＡと規格化されたＰＤ距離Ｌｏの関係について説明する。
【００８７】
開口半径ｒａｄ、ＰＤ距離Ｌ、及び規格化されたＰＤ距離Ｌｏは下記式に示すような関係を有する。
【００８８】
Ｌｏ＝Ｌ／（ｒａｄ×２）
図３（ｂ）のグラフから、色収差ｄｆが０．０２、開口数ＮＡが０．２のときのＴＬＭ出力のピーク位置となる開口半径は１．００ｍｍであると読み取ることができ、また、このピーク位置のＴＬＭ出力との差が４割以下となる開口半径ｒａｄは、その最小値は０．５ｍｍ、最大値は１．８ｍｍとなる。
【００８９】
従って、ＰＤ１１の開口直径（＝ｒａｄ×２）で規格化されたＰＤ距離Ｌｏは、最適値が１０（＝２０／（１．００×２））、最小値が５．５６（＝２０／（１．８×２））、最大値が２０（＝２０／（０．５×２））となる。
【００９０】
また、開口数ＮＡとＰＤ距離Ｌは反比例の関係（式（２））であることから、開口数ＮＡと規格されたＰＤ距離Ｌｏは下記式に示すような関係を有する。
【００９１】
Ｌｏ＝Ｌ／（ｒａｄ×２）＝Ｃ３／ＮＡ（Ｃ３：係数）
従って、開口数ＮＡが０．２のときの規格されたＰＤ距離Ｌｏの最適値、最小値、最大値の値から、開口数ＮＡが０．１及び０．４のときの規格化されたＰＤ距離Ｌｏの最適値、最小値、最大値が算出される。
【００９２】
以上より、ＮＡ＝０．４，０．２，０．１としたときの規格化されたＰＤ距離Ｌｏの最適値、最小値、最大値は表５に示す結果となった。
【００９３】
【表５】
2004309430.tif 000007
【００９４】
この結果を開口数ＮＡと規格化されたＰＤ距離Ｌｏの関係としてプロットし（図１２（ｃ））、上記Ｃ３の値を求めると１．１≦Ｃ３≦４．０となった。
【００９５】
即ち、１．１／ＮＡ≦Ｌ０≦４．０／ＮＡとなるように、開口数ＮＡと規格されたＰＤ距離Ｌ０を設定すると、強いＴＬＭ出力を得られることがわかった。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載の熱レンズ分析装置によれば、熱レンズの屈折率分布をガウス分布で近似し、算出されるＴＬＭ出力が最大になるように開口数ＮＡ、深さｔ、屈折率差ｄｎ、色収差ｄｆ、開口半径ｒａｄ、及びＰＤ距離Ｌを決定するので、ＳＮＳ積層光学系で近似するときに生じる光線のケラレがなく、より実際的なモデルをえることができ、熱レンズ分析を安定して行うことができる。
【００９７】
請求項２記載の熱レンズ分析装置によれば、開口数ＮＡが０．１〜０．４の範囲で、屈折率差ｄｎが１．０×１０−３以下、深さｔを０．０２５ｍｍ以上と決定するので、ＴＬＭ信号と屈折率差ｄｎの比例関係が成立し、定量的分析を行うことができる。
【００９８】
請求項３記載の熱レンズ分析装置によれば、開口数ＮＡ、色収差ｄｆ、及び深さｔをこれらの関係がＮＡ２∝１／ｄｆ∝１／ｔを満たすように決定するので、色収差ｄｆに関係なく、ＴＬＭ出力のピーク位置を一定値とすることができる。
【００９９】
請求項４記載の熱レンズ分析装置によれば、深さｔを４×１０−３／ＮＡ２≦ｔ≦８×１０−３／ＮＡ２と決定するので、マイクロチップとして実用可能な深さｔの流路に収容可能な熱レンズを形成することができ、且つ強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【０１００】
請求項５記載の熱レンズ分析装置によれば、色収差ｄｆを３×１０−４／ＮＡ２≦ｄｆ≦１６×１０−４／ＮＡ２と決定するので、強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【０１０１】
請求項６記載の熱レンズ分析装置によれば、規格化されたＰＤ距離Ｌ０と反比例するように開口数ＮＡを決定するので、強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【０１０２】
請求項７記載の熱レンズ分析装置によれば、規格化されたＰＤ距離Ｌ０を１．１／ＮＡ≦Ｌ０≦４．０／ＮＡと決定するので、強いＴＬＭ出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱レンズ分析装置を示す図である。
【図２】図１における熱レンズ１２について実光線追跡によりＴＬＭ出力をシミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）は熱レンズ１２の屈折率分布をガウス分布で近似した場合を示し、（ｂ）は熱レンズ１２の屈折率分布をＳＮＳ積層光学系で近似した場合を示す。
【図３】図１の熱レンズ分析装置１において、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍ、屈折率差ｄｎを１．０×１０−４としたときに、深さｔ、開口半径ｒａｄ、及び色収差ｄｆに対するＴＬＭ出力を示すグラフであり、（ａ）は深さｔが０．０５ｍｍの場合を示し、（ｂ）は深さｔが０．１０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は深さｔが０．１５ｍｍの場合を示し、（ｄ）は深さｔが０．２０ｍｍの場合を示す。
【図４】図１の熱レンズ分析装置１において、屈折率差ｄｎを１．０×１０−５としたときに、開口数ＮＡ、深さｔ、ＰＤ距離Ｌ、開口半径ｒａｄ、及び色収差ｄｆに対するＴＬＭ出力を示すグラフであり、（ａ）は開口数ＮＡが０．４、深さｔが０．０５ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが１０ｍｍの場合を示し、（ｂ）は開口数ＮＡが０．４、深さｔが０．０２５ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが１０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は開口数ＮＡが０．２、深さｔが０．１０ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが２０ｍｍの場合を示し、（ｄ）は開口数ＮＡが０．１、深さｔが０．２０ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが４０ｍｍの場合を示し、（ｅ）は開口数ＮＡが０．１、深さｔが０．４０ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが４０ｍｍの場合を示す。
【図５】図１の熱レンズ分析装置１において、屈折率差ｄｎを１．０×１０−３、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとしたときに、深さｔ、開口半径ｒａｄ、及び色収差ｄｆに対するＴＬＭ出力を示すグラフであり、（ａ）は深さｔが０．０５ｍｍの場合を示し、（ｂ）は深さｔが０．１０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は深さｔが０．１５ｍｍの場合を示し、（ｄ）は深さｔが０．２０ｍｍの場合を示す。
【図６】図１の熱レンズ分析装置１において、屈折率差ｄｎを１．０×１０−４、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとしたときに、深さｔ、開口半径ｒａｄ、及び色収差ｄｆに対するＴＬＭ出力を示すグラフであり、（ａ）は深さｔが０．０５ｍｍの場合を示し、（ｂ）は深さｔが０．１０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は深さｔが０．１５ｍｍの場合を示し、（ｄ）は深さｔが０．２０ｍｍの場合を示す。
【図７】図１の熱レンズ分析装置１において、屈折率差ｄｎを１．０×１０−５、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとしたときに、深さｔ、開口半径ｒａｄ、及び色収差ｄｆに対するＴＬＭ出力を示すグラフであり、（ａ）は深さｔが０．０５ｍｍの場合を示し、（ｂ）は深さｔが０．１０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は深さｔが０．１５ｍｍの場合を示し、（ｄ）は深さｔが０．２０ｍｍの場合を示す。
【図８】図１の熱レンズ分析装置１において、屈折率差ｄｎを１．０×１０−５としたときに、開口数ＮＡ、深さｔ、開口半径ｒａｄ、及び色収差ｄｆに対するＴＬＭ出力を示すグラフであり、（ａ）は開口数ＮＡが０．４、深さｔが０．０２５ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが１０ｍｍの場合を示し、（ｂ）は開口数ＮＡが０．２、深さｔが０．１０ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが２０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は開口数ＮＡが０．１、深さｔが０．４０ｍｍ、ＰＤ距離Ｌが４０ｍｍの場合を示す。
【図９】図１の熱レンズ分析装置１において、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとしたときに、色収差ｄｆに対する屈折率差ｄｎが１．０×１０−３と１．０×１０−４のときのＴＬＭ出力比を示すグラフであり、（ａ）は深さｔが０．０５ｍｍの場合を示し、（ｂ）は深さｔが０．１０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は深さｔが０．１５ｍｍの場合を示し、（ｄ）は深さｔが０．２０ｍｍの場合を示す。
【図１０】図１の熱レンズ分析装置１において、開口数ＮＡを０．２、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍとしたときに、色収差ｄｆに対する屈折率差ｄｎが１．０×１０−４と１．０×１０−５のときのＴＬＭ出力比を示すグラフであり、（ａ）は深さｔが０．０５ｍｍの場合を示し、（ｂ）は深さｔが０．１０ｍｍの場合を示し、（ｃ）は深さｔが０．１５ｍｍの場合を示し、（ｄ）は深さｔが０．２０ｍｍの場合を示す。
【図１１】図１の熱レンズ分析装置１において、ＰＤ距離Ｌを２０ｍｍ、開口数ＮＡを０．２、深さｔを０．１０ｍｍに固定したときに、色収差ｄｆに対するＴＬＭ出力比の関係を示すグラフであり、（ａ）は、屈折率差ｄｎが１．０×１０−２と１．０×１０−３の場合を示し、（ｂ）は、屈折率差ｄｎが１．０×１０−３と１．０×１０−４の場合を示し、（ｃ）は、屈折率差ｄｎが１．０×１０−４と１．０×１０−５の場合を示す。
【図１２】図１の熱レンズ分析装置１において、開口数ＮＡに対して最適となるパラメータの範囲を示すグラフであり、（ａ）は深さｔとの関係を示し、（ｂ）は色収差ｄｆとの関係を示し、（ｃ）は規格化されたＰＤ距離Ｌ０との関係を示すグラフである。
【符合の説明】
１  熱レンズ分析装置
１０  ロッドレンズ
１１  ＰＤ
１２  熱レンズ
【図１】
2004309430.tif 000008
【図２】
2004309430.tif 000009
【図３】
2004309430.tif 000010
【図４】
2004309430.tif 000011
【図５】
2004309430.tif 000012
【図６】
2004309430.tif 000013
【図７】
2004309430.tif 000014
【図８】
2004309430.tif 000015
【図９】
2004309430.tif 000016
【図１０】
2004309430.tif 000017
【図１１】
2004309430.tif 000018
【図１２】
2004309430.tif 000019