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光学測定装置および光学測定方法 UPDATE コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P170014584
整理番号 T2016-113
掲載日 2017年9月13日
出願番号 特願2017-102606
公開番号 特開2018-197705
出願日 平成29年5月24日(2017.5.24)
公開日 平成30年12月13日(2018.12.13)
発明者
  • 瀬戸 啓介
  • 徳永 英司
出願人
  • 学校法人東京理科大学
発明の名称 光学測定装置および光学測定方法 UPDATE コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】試料に印加される刺激に対する応答の結果生じるプローブ光の強度変化を検出信号の位相変化として検出する場合と比べて、高い信号雑音比で測定することが可能な光学測定装置および光学測定方法を提供する。
【解決手段】加算器(201)は、重み付加器(200)で得られる光検出信号の強度に応じた重みを、位相制御器(16)で調整された同期信号に加算して補償同期信号を導出し、乗算器(12)が補償同期信号と光検出信号とを乗算することで、光検出信号の位相ノイズが強度ノイズにより引き起こされた場合であっても、その位相ノイズと相関させて同期信号の位相が変調されるので、位相ノイズをキャンセルすることができる。
【選択図】図11
従来技術、競合技術の概要


従来より、試料に刺激を与え、その刺激に対する応答を光で測定する光学測定方法として、ポンプ・プローブ法が知られている。このポンプ・プローブ法を用いて、試料の分子振動を測定する一例として、誘導ラマン散乱法による光学測定方法も知られている。誘導ラマン散乱法ではポンプ光及びプローブ光とされる各々のパルス光を用い、これらポンプ光とプローブ光は時間・空間的に重ねられる。ポンプ光とプローブ光の光子のエネルギー差が分子振動エネルギーと一致した時に、プローブ光の強度が変化する。従って、ポンプ光またはプローブ光の光子エネルギーを掃引させることで分子振動スペクトルの取得が可能になる。また、ポンプ光とプローブ光の光子エネルギー差を分子振動のエネルギーと一致させ、これら光を空間的に掃引することで分子振動によるイメージングも可能である。また、試料の複数の分子振動を測定するために、白色パルス光源をプローブ光として用いた光学測定方法も知られている。



ところが、白色パルス光源を用いて試料の複数の分子振動を測定する場合、白色光の強度変動(強度ノイズ)が大きく、十分な信号雑音比を得るために長い積算時間が要求されることがある。光源の強度ノイズによる信号雑音比劣化を防ぐ方法として、光源の参照光を用意し、プローブ光の検出信号から参照光の検出信号を減算する、または除算することで検出される強度雑音を除去する方法がある。しかし、白色パルス光の場合、この強度ノイズは波長ごとに異なる場合がある。この場合、参照光の検出波長及び波長幅をプローブ光と厳密に同一にしなければ、強度雑音を効率的に除去することができない。従って、白色光を分光して検出する場合、プローブ光と参照光とで特性の揃った分光器を用意する必要があり、煩雑になる。このことを解消するために、光を検出する素子へ入射されるプローブ光に対して入射時期を遅延させた参照光を用意し、共通の分光器で分光されたプローブ光と参照光を共通の光検出素子で検出し、試料測定によるプローブ光の強度変化を検出信号の位相変化として検出することで、波長ごとに異なる白色光の強度ノイズによる信号雑音比劣化を抑制する光学測定装置が提案されている(特許文献1参照)。

産業上の利用分野


本発明は、光学測定装置および光学測定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
光源から出力された出力光を所定時間遅延させて参照光として出力する遅延部と、
前記出力光と前記参照光と刺激光とを試料へ照射し、かつ前記試料からの測定光を受光し、受光した光の強度に応じた光検出信号を出力する受光部と、
前記光検出信号と前記光源に同期する同期信号とに基づいて定めた補償同期信号と、前記光検出信号とを乗算して光検出信号に含まれる雑音成分を除去する除去部と、
を備えた光学測定装置。

【請求項2】
前記遅延部は、前記出力光を前記所定時間としてπ/2遅延させて参照光として出力する
請求項1に記載の光学測定装置。

【請求項3】
前記補償同期信号は、前記同期信号に所定の重みを付加した前記光検出信号を加算した信号である
請求項1又は請求項2に記載の光学測定装置。

【請求項4】
前記補償同期信号は、前記光検出信号の瞬時振幅に基づき前記同期信号の位相が調整された信号を用いる
請求項1又は請求項2に記載の光学測定装置。

【請求項5】
前記補償同期信号は、前記光検出信号の瞬時振幅のべき乗に基づき前記同期信号の位相が調整された信号を用いる
請求項1又は請求項2に記載の光学測定装置。

【請求項6】
前記所定の重みは、前記光検出信号の瞬時振幅に基づいて定める
請求項3に記載の光学測定装置。

【請求項7】
前記所定の重みは、前記光検出信号の瞬時振幅のべき乗に基づいて定める
請求項3に記載の光学測定装置。

【請求項8】
前記補償同期信号は、前記光検出信号と瞬時位相とが直交するように定める
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の光学測定装置。

【請求項9】
前記除去部は、
前記同期信号の位相を調節して前記補償同期信号とする位相調整部と、
前記補償同期信号と前記光検出信号とを乗算する乗算部と、
前記乗算部の出力を前記除去部に帰還する帰還部と、
を含む請求項1から請求項8の何れか1項に記載の光学測定装置。

【請求項10】
前記帰還部は、前記乗算部の出力から予め定めた周波数以下の低周波成分を取り出すフィルタをさらに有し、前記低周波成分が、前記同期信号に前記光検出信号を付加するときの重み調整又は記位相調整部に帰還される
請求項9に記載の光学測定装置。

【請求項11】
前記光源は白色光源であり、
前記受光部の前段に配置される分光器、
をさらに有し、
前記受光部及び前記除去部は、前記分光器により分光された波長ごとに配置される
請求項1から請求項10の何れか1項に記載の光学測定装置。

【請求項12】
光源から出力された出力光を所定時間遅延させて参照光として出力する遅延部と、
前記出力光と前記参照光と刺激光とを試料へ照射し、かつ前記試料からの測定光を受光し、受光した光の強度に応じた光検出信号を出力する受光部と、
前記光検出信号と前記光源に同期する同期信号とを乗算して光検出信号に含まれる強度雑音成分を抑制する抑制部と、
前記抑制部で前記強度雑音成分が抑制された信号から、前記光検出信号に基づいて定めた位相雑音に関係する光強度信号を減算する減算部と、
を備えた光学測定装置。

【請求項13】
前記遅延部は、前記出力光を前記所定時間としてπ/2遅延させて参照光として出力する
請求項12に記載の光学測定装置。

【請求項14】
前記減算部は、前記光検出信号の瞬時振幅に基づいて位相雑音に関係する光強度信号を定める
請求項12又は請求項13に記載の光学測定装置。

【請求項15】
前記減算部は、前記光検出信号の瞬時振幅のべき乗に基づいて位相雑音に関係する光強度信号を定める
請求項12又は請求項13に記載の光学測定装置。

【請求項16】
光源から出力された出力光を所定時間遅延させて参照光として出力し、
前記出力光と前記参照光と刺激光とを試料へ照射し、かつ前記試料からの測定光を受光し、受光した光の強度に応じた光検出信号を出力し、
前記光検出信号と前記光源に同期する同期信号とに基づいて定めた補償同期信号と、前記光検出信号とを乗算して光検出信号に含まれる雑音成分を除去する、
光学測定方法。

【請求項17】
光源から出力された出力光を所定時間遅延させて参照光として出力し、
前記出力光と前記参照光と刺激光とを試料へ照射し、かつ前記試料からの測定光を受光し、受光した光の強度に応じた光検出信号を出力し、
前記光検出信号と前記光源に同期する同期信号とを乗算して光検出信号に含まれる強度雑音成分を抑制し、
前記抑制された信号から、前記光検出信号に基づいて定めた位相雑音に関係する光強度信号を減算する
を備えた光学測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017102606thum.jpg
出願権利状態 公開
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