(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で、一時に分光光学的測定が可能で、外光の影響を受けにくい光学的測定方法及びその装置を提供する。【解決手段】レーザ２−１，２−２，２−３から互いに異なる波長λ１，λ２，λ３の光を出射させ、その際にこれらレーザの駆動回路に設けられた変調用信号発生器４−１，４−２，４−３により出射光の振幅を互いに異なる周波数ω１，λω，ω３で変調し、これらの振幅変調光を光ファイバ６−１，６−２，６−３を介して同時に被検体Ｔに照射する。被検体Ｔを経た振幅変調光をフォトダイオード２０で光電変換して得られる電気信号における周波数ω１，λω，ω３のそれぞれに対応する複数の成分信号を、変調用信号発生器４−１，４−２，４−３から得られるそれらの周波数の信号に基づき抽出する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なる複数の光の振幅を互いに異なる複数の周波数で変調して得られる複数の振幅変調光を同時に被検体に照射し、該被検体を経た前記振幅変調光を光電変換して得られる電気信号における前記複数の周波数のそれぞれに対応する複数の成分信号を抽出することを特徴とする、複数の光を用いた同時光学的測定方法。
【請求項２】
前記複数の光を複数のレーザから出射させ、該複数のレーザの駆動回路に設けられた複数の変調用信号発生器により前記複数の光の振幅を互いに異なる複数の周波数で変調し、前記複数の変調用信号発生器から得られるそれらの周波数の信号に基づき前記複数の成分信号を抽出することを特徴とする、請求項１に記載の複数の光を用いた同時光学的測定方法。
【請求項３】
前記複数の光を複数のレーザから出射させ、該複数のレーザから発せられる前記複数の光の振幅を複数の変調素子により互いに異なる複数の周波数で変調し、前記複数の変調素子の周波数の信号に基づき前記複数の成分信号を抽出することを特徴とする、請求項１に記載の複数の光を用いた同時光学的測定方法。
【請求項４】
前記複数の振幅変調光を合成した後に前記被検体に照射することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の複数の光を用いた同時光学的測定方法。
【請求項５】
互いに異なる波長の光を発する複数の光源と、該複数の光源から発せられる複数の光の振幅を互いに異なる複数の周波数で変調する複数の変調手段と、該複数の変調手段での変調により得られた複数の振幅変調光を被検体へと導く光照射光学系と、前記被検体を経た前記振幅変調光を検出して光電変換する光検出器と、該光検出器により得られる電気信号を前記複数の変調手段から得られる複数の周波数の信号に基づきそれらに対応する複数の成分信号を抽出する成分信号抽出手段とを備えていることを特徴とする、複数の光を用いた同時光学的測定装置。
【請求項６】
前記光源はレーザであり、前記変調手段は前記レーザの駆動回路に設けられた変調用信号発生器であることを特徴とする、請求項５に記載の複数の光を用いた同時光学的測定装置。
【請求項７】
前記光源はレーザであり、前記変調手段は前記レーザから発せられる光の通過経路に設けられた変調素子であることを特徴とする、請求項５に記載の複数の光を用いた同時光学的測定装置。
【請求項８】
前記光照射光学系は前記複数の光源にそれぞれ一端を結合せしめられた複数の光ファイバを備えており、該光ファイバの他端はまとめられて１つの光出射部を形成しており、前記光照射光学系は更に前記光出射部から発せられた光を前記被検体へと導くコリメータを備えていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の複数波長光による同時光学的測定装置。
【請求項９】
前記被検体を経た前記振幅変調光を前記光検出器へと導く導光光学系を備えていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記載の複数波長光による同時光学的測定装置。
【請求項１０】
前記導光光学系は、前記被検体からの光を集光させる集光レンズと、該集光レンズにより集光せしめられた光を一端から入射させ且つ他端が前記光検出器と結合せしめられた光ファイバとを備えていることを特徴とする、請求項９に記載の複数波長光による同時光学的測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的測定の技術分野に属するものであり、特に被検体に互いに異なる波長の複数の光を照射し、該被検体を経た光を検出することで、該被検体の分光光学的特性を測定する測定方法及びそれに用いる装置に関するものである。本発明の測定は、例えば被検体の動的な状態変化の測定や、原子吸光分析に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、連続スペクトル光または互いに波長の異なる複数の光を同時に被検体に照射して分光光学的測定を行なう際には、光検出器として複雑な機構を持ち調整が面倒な分光器が必要であり、また、分光器は熱膨張の影響を受けて精度が低下しやすいので精度維持のための条件維持が面倒であるという難点があった。また、互いに波長の異なる複数の光を順次被検体に照射することで、分光器を使用せずに分光光学的測定を行なうことも可能である。しかし、この場合には、同時測定ができないので、動的状態変化を行なう被検体の場合には正確な同時測定ができない。
【０００３】
更に、以上の様な従来の光学的測定方法では、測定に係る波長を含む外光が入射すると測定結果が影響を受け正確な測定ができなくなるという難点があり、これを避けるためには、外光の入らない暗所で測定を行なうことが必要であるという不利があった。
【０００４】
そこで、本発明は、簡単な装置構成で、一時に分光光学的測定が可能で、外光の影響を受けにくい光学的測定方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
互いに波長の異なる複数の光の振幅を互いに異なる複数の周波数で変調して得られる複数の振幅変調光を同時に被検体に照射し、該被検体を経た前記振幅変調光を光電変換して得られる電気信号における前記複数の周波数のそれぞれに対応する複数の成分信号を抽出することを特徴とする、複数の光を用いた同時光学的測定方法、
が提供される。
【０００６】
本発明の一態様においては、前記複数の光を複数のレーザから出射させ、該複数のレーザの駆動回路に設けられた複数の変調用信号発生器により前記複数の光の振幅を互いに異なる複数の周波数で変調し、前記複数の変調用信号発生器から得られるそれらの周波数の信号に基づき前記複数の成分信号を抽出する。本発明の一態様においては、前記複数の光を複数のレーザから出射させ、該複数のレーザから発せられる前記複数の光の振幅を複数の変調素子により互いに異なる複数の周波数で変調し、前記複数の変調素子の周波数の信号に基づき前記複数の成分信号を抽出する。
本発明の一態様においては、前記複数の振幅変調光を合成した後に前記被検体に照射する。
【０００７】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
互いに異なる波長の光を発する複数の光源と、該複数の光源から発せられる複数の光の振幅を互いに異なる複数の周波数で変調する複数の変調手段と、該複数の変調手段での変調により得られた複数の振幅変調光を被検体へと導く光照射光学系と、前記被検体を経た前記振幅変調光を検出して光電変換する光検出器と、該光検出器により得られる電気信号を前記複数の変調手段から得られる複数の周波数の信号に基づきそれらに対応する複数の成分信号を抽出する成分信号抽出手段とを備えていることを特徴とする、複数の光を用いた同時光学的測定装置、
が提供される。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記光源はレーザであり、前記変調手段は前記レーザの駆動回路に設けられた変調用信号発生器である。本発明の一態様においては、前記光源はレーザであり、前記変調手段は前記レーザから発せられる光の通過経路に設けられた変調素子である。本発明の一態様においては、前記光照射光学系は前記複数の光源にそれぞれ一端を結合せしめられた複数の光ファイバを備えており、該光ファイバの他端はまとめられて１つの光出射部を形成しており、前記光照射光学系は更に前記光出射部から発せられた光を前記被検体へと導くコリメータを備えている。本発明の一態様においては、前記被検体を経た前記振幅変調光を前記光検出器へと導く導光光学系を備えている。本発明の一態様においては、前記導光光学系は、前記被検体からの光を集光させる集光レンズと、該集光レンズにより集光せしめられた光を一端から入射させ且つ他端が前記光検出器と結合せしめられた光ファイバとを備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明による光学的測定方法およびその装置の一実施形態を説明するための模式図である。
【００１１】
本実施形態において、第１のレーザ２−１、第２のレーザ２−２及び第３のレーザ２−３は、それぞれ互いに異なる第１の波長λ１、第２の波長λ２及び第３の波長λ３の光を発する。これらのレーザ２−１，２−２，２−３の駆動回路は、当該レーザから発せられる光の振幅を互いに異なる第１の周波数ω１、第２の周波数ω２及び第３の周波数ω３で変調する複数の変調手段としての第１の変調用信号発生器４−１、第２の変調用信号発生器４−２及び第３の変調用信号発生器４−３を含んでいる。
【００１２】
レーザ２−１，２−２，２−３から発せられる光は、それぞれ変調用信号発生器４−１，４−２，４−３による振幅変調を受けた振幅変調光とされ、これらの大部分が光照射光学系を構成する第１の光ファイバ６−１、第２の光ファイバ６−２及び第３の光ファイバ６−３の一端に入射せしめられる。また、レーザ２−１，２−２，２−３から発せられる光の一部は、レーザ駆動回路を構成する出力安定化フィードバック回路を構成する光ファイバ８−１，８−２，８−３の一端に入射せしめられ、該光ファイバ中を導光され、その他端から出力安定化フィードバック回路を構成する光検出器たるフォトダイオード１０−１，１０−２，１０−３へと入射せしめられる。レーザ駆動回路は、フォトダイオード１０−１，１０−２，１０−３により検知される光量が時間平均で安定化する様に、フィードバック制御を行なう。
【００１３】
第１〜第３の光ファイバ６−１〜６−３の他端は、まとめられて１つの光出射部７を形成しており、光照射光学系は更に光出射部７から発せられた光を被検体載置部１２に載置された被検体Ｔへと導くコリメータレンズ１４を備えている。光出射部７から発せられた光は、コリメータレンズ１４によりほぼ平行な光にされ、被検体Ｔを照射する。
【００１４】
被検体Ｔを経た光（反射光、透過光または散乱光等）は、集光レンズ１６により集光され、光ファイバ１８の一端へと入射せしめられ、該光ファイバ中を導光され、その他端から光検出器たるフォトダイオード２０へと入射せしめられる。集光レンズ１６及び光ファイバ１８は、導光光学系を構成する。尚、被検体載置部１２と集光レンズ１６との間に、波長λ１，λ２，λ３及びその近傍以外の波長の光の透過を阻止するフィルタ１５あるいはファイバーグレーティングを配置してもよい。また、光ファイバ１８を使用することなく、集光レンズ１６により集光される光を直接フォトダイオード２０へと入射させてもよい。
【００１５】
フォトダイオード２０での光電変換により得られる電気信号は増幅器２２により増幅され、成分信号抽出手段を構成する信号抽出回路２４へ増幅信号Ｖ（ｔ）として入力される。信号抽出回路２４では、変調用信号発生器４−１，４−２，４−３から得られる３つの周波数（ω１，ω２，ω３）の信号に基づきそれらに対応する複数の成分信号を抽出する。
【００１６】
以下、本実施形態における光学的測定の動作を説明する。
【００１７】
図２は変調用信号発生器４−１，４−２，４−３の３つの周波数（ω１，ω２，ω３）により振幅変調を受けたレーザ２−１，２−２，２−３からの出射光（振幅変調光）の強度Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の時間変化を示す図である。ここで、Ｐ１は一定値Ｐ０にｓｉｎω１・ｔに比例する成分が重畳されたものであり、Ｐ２は一定値Ｐ０にｓｉｎω２・ｔに比例する成分が重畳されたものであり、Ｐ３は一定値Ｐ０にｓｉｎω３・ｔに比例する成分が重畳されたものである。被検体Ｔへと照射される光は、これらの３つの振幅変調光が光出射部７にて合成されたものである。被検体Ｔへと照射された光は、被検体Ｔとの相互作用による変化を受ける。該被検体Ｔを経て集光レンズ１６に到来する光、たとえば反射光、透過光または散乱光は、３つの波長λ１，λ２，λ３のそれぞれの成分について上記相互作用による変化を受ける。光ファイバ１８を経てフォトダイオード２０へと入射した光を該フォトダイオード２０により光電変換して得られる電気信号及びそれを増幅器２２で増幅して得られる増幅信号Ｖ（ｔ）も同様である。
【００１８】
そこで、信号抽出回路２４では、変調用信号発生器４−１，４−２，４−３から得られる３つの周波数ω１，ω２，ω３の信号に基づき、次の様な演算を行なって、３つの成分信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３
Ｓ１＝（１／Ｔ）∫０ＴＶ（ｔ）・ｓｉｎ　［ω１・ｔ］ｄｔ
Ｓ２＝（１／Ｔ）∫０ＴＶ（ｔ）・ｓｉｎ　［ω２・ｔ］ｄｔ
Ｓ３＝（１／Ｔ）∫０ＴＶ（ｔ）・ｓｉｎ　［ω３・ｔ］ｄｔ
を抽出する。ここで、Ｔは測定時間である。これらの信号成分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれ、波長λ１，λ２，λ３の振幅変調光が被検体Ｔとの相互作用（その大きさは波長λ１，λ２，λ３により異なる）による変化を受けた結果を示すものであり、更には、それぞれ、振幅変調なしの波長λ１，λ２，λ３の光が被検体Ｔとの相互作用による変化を受けた場合の結果にも対応するものである。
【００１９】
本実施形態では、複数の波長の光について互いに異なる周波数で振幅変調してなる光を被検体Ｔに照射し、フォトダイオード２０で光電変換して得られる電気信号から各波長光について当該変調周波数に対応する成分を選別するので、外光が存在していても実質上測定に悪影響を与えることがない。
【００２０】
また、本実施形態では、分光器を要せず、しかも光検出器であるフォトダイオード２０を１つ用いればよいので、装置構成が簡単になり、しかも一時に分光光学的測定が可能である。
【００２１】
以上の実施形態では、変調手段として半導体レーザ等のレーザの駆動回路に設けられた変調用信号発生器が用いられているが、本発明においては、変調手段としてレーザから発せられる光の通過経路に設けられた変調素子を用いることができる。図３は、そのような変調素子を用いた外部変調方式の実施形態を部分的に示す模式図である。第１のレーザ２−１から発せられる波長λ１の連続光の通過経路に第１の変調素子３−１を配置し、これにより例えば変調素子３−１に印加する電圧を交流電圧として光に対する電界変調を行うことで、該変調素子３−１を通過した光の強度Ｐ１を上記図２に関し説明したと同様なものにすることができる。第２及び第３のレーザから発せられる波長λ２及びλ３の光についても同様にして第２及び第３の変調素子による変調を行う。これにより、複数の光を複数のレーザから出射させ、該複数のレーザから発せられる前記複数の光の振幅を複数の変調素子により互いに異なる複数の周波数で変調し、前記複数の変調素子の周波数の信号に基づき前記複数の成分信号を抽出する。本実施形態においても、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、互いに波長の異なる複数の光の振幅を互いに異なる複数の周波数で変調して得られる複数の振幅変調光を同時に被検体に照射し、該被検体を経た前記振幅変調光を光電変換して得られる電気信号における前記複数の周波数のそれぞれに対応する複数の成分信号を抽出するので、簡単な装置構成で、一時に分光光学的測定ができ、外光の影響を受けにくい光学的測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学的測定方法およびその装置の一実施形態を説明するための模式図である。
【図２】変調用信号発生器の３つの周波数ω１，ω２，ω３により振幅変調を受けたレーザからの出射光（振幅変調光）の強度の時間変化を示す図である。
【図３】外部変調方式の実施形態を部分的に示す模式図である。
【符号の説明】
２−１、２−２，２−３　　レーザ
３−１　　変調素子
４−１，４−２，４−３　　変調用信号発生器
６−１，６−２，６−３　　光ファイバ
７　　光出射部
８−１，８−２，８−３　　光ファイバ
１０−１，１０−２，１０−３　　フォトダイオード
１２　　被検体載置部
１４　　コリメータレンズ
１５　　フィルタ
１６　　集光レンズ
１８　　光ファイバ
２０　　フォトダイオード
２２　　増幅器
２４　　信号抽出回路
Ｔ　　被検体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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