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光学特性測定装置及び光学特性測定方法

国内特許コード P190016212
整理番号 (S2016-0992-N0)
掲載日 2019年7月26日
出願番号 特願2018-534436
出願日 平成29年8月18日(2017.8.18)
国際出願番号 JP2017029638
国際公開番号 WO2018034343
国際出願日 平成29年8月18日(2017.8.18)
国際公開日 平成30年2月22日(2018.2.22)
優先権データ
  • 特願2016-161493 (2016.8.19) JP
発明者
  • 石丸 伊知郎
出願人
  • 国立大学法人香川大学
発明の名称 光学特性測定装置及び光学特性測定方法
発明の概要 本発明は、試料20に光を照射する光源30と、光源30からの光が入射する試料20の表面から所定の距離だけ内側に節が位置する、前記試料20の表面に垂直な音響定在波を試料20中に形成する定在波形成部40と、試料20の表面に対して光源30と同じ側に配置された、試料20の表面から出射された光を検出する検出器50と、定在波形成部40により試料20中に音響定在波が形成されている状態で試料20の表面に光を照射したときの検出器50の検出結果と、試料20中に音響定在波が形成されていない状態で試料20の表面に光を照射したときの検出器50の検出結果とから、試料の光学特性である吸光度を求める吸光度算出部74とを備える。
従来技術、競合技術の概要

試料の種類や該試料に含まれる成分を同定する手法の一つに、屈折率や吸光度、透過率、分光特性(スペクトル)等の光学特性を利用する方法がある。これらの方法では、光源からの光を試料に照射したときの透過光の波長や強度を検出器で検出することにより光学特性を測定する(特許文献1、2)。

透過光の強度は、光源からの光が試料の内部を通過した距離(光路長)に依存する。すなわち、試料内を通過する光は、該試料内の成分に吸収されたり該成分によって散乱されたりするため、光路長が長いほど透過光の強度が小さくなる。従って、透過光の強度が試料中の成分の濃度を精確に反映したものとするためには、透過光の光路長を一定にする必要がある。

試料が液体の場合、該試料は透光性を有する材料から形成された試料セルに封入された状態で光源からの光が照射される。試料セルは、例えば内部に液体試料の収容空間を有する角筒状の容器から成る。収容空間の大きさは一定であるため、光源からの光を試料セルの対向する側壁の一方から入射させ、他方から出射させると、その出射光が収容空間内を通過した距離、つまり、光路長を一定にすることができる。

生体試料や有機化合物等の光学特性の測定に用いられることが多い中赤外領域の光は水による吸収率が非常に高く、光路長が100μmを超えるとほぼ全ての光が液体試料に吸収されてしまう。そのため、中赤外領域の光を液体試料に照射して該液体試料の光学特性を測定する場合は、収容空間を小さくした試料セルが用いられる。ところが、収容空間が小さいと、該収容空間に液体試料を入れる際に気泡が入り込んでしまった場合にその気泡が抜けにくい。また、粘度の高い液体試料の場合は収容空間に充填することが難しい。さらに、収容空間が小さいと試料セルを洗浄し難いという問題もある。

これに対して、2個の窓材の間にリング状のスペーサを挟み、これらをホルダーで共締めすることにより構成された組み立て式の試料セルがある。この試料セルでは、2個の窓材とスペーサで囲まれた空間に液体試料が収容される。この試料セルでは、1個の窓材の上にスペーサを載せた状態で該スペーサの内側に液体試料を入れ、もう1個の窓材をスペーサの上に被せて、ホルダーで共締めする。このため、どのような液体試料であっても、2個の窓材とスペーサに囲まれた空間に容易に、また、気泡を含むことなく充填することができる。また、上記試料セルは、ホルダーを外すことにより窓材とスペーサを分離することができるため、試料セルを容易に洗浄することができる。

産業上の利用分野

本発明は、試料に光を照射したときの透過光に基づき該試料の光学特性を測定する光学特性測定装置及び光学特性測定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
試験試料に光を照射する光源と、
前記試験試料の表面のうち前記光源からの光が入射する領域から所定の距離だけ内側に節が位置する、前記領域に垂直な音響定在波を前記試料中に形成する定在波形成器と、
前記領域に対して前記光源と同じ側に配置された、前記試験試料の表面から出射された光を検出する検出器と、
前記光源からの光が前記試験試料に照射されたときの前記検出器の検出結果に基づき、前記試験試料の光学特性を求める光学特性算出器と
を備える光学特性測定装置。

【請求項2】
請求項1に記載の光学特性測定装置において、
前記光学特性算出器が、前記定在波形成器により前記試験試料中に音響定在波が形成されているときの前記検出器の検出結果に基づき、前記試料の光学特性を求めることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項3】
請求項1に記載の光学特性測定装置において、さらに、
前記音響定在波形成器により前記試験試料中に前記音響定在波が形成されている第1状態と前記試験試料中に前記音響定在波が形成されていない第2状態に切り替える切替器を備え、
前記光学特性算出器が、前記第1状態にあるときの前記検出器の検出結果と、前記第2状態にあるときの前記検出器の検出結果とから、前記試験試料の光学特性を求めることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項4】
請求項1又は2に記載の光学特性測定装置において、さらに、
前記定在波形成器により対照試料中に前記音響定在波が形成されている状態で該対照試料に前記光源からの光が照射されたときの前記検出器の検出結果である対照試料検出結果を記憶する記憶部を備え、
前記光学特性算出器が、前記定在波形成器により前記試験試料中に音響定在波が形成されている状態で前記試験試料の表面に光を照射したときの前記検出器の検出結果と、前記対照試料検出結果とから、前記試験試料の光学特性を求めることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項5】
請求項1に記載の光学特性測定装置において、さらに、
前記定在波形成器が形成する前記音響定在波の波長を変更する波長変更器を備えることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項6】
請求項1に記載の光学特性測定装置において、
前記定在波形成器が、音波振動子と、該音波振動子が発する音波振動の周波数及び/又は振幅を変更する音波振動変更部とを備えることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項7】
請求項4に記載の光学特性測定装置において、
前記試験試料が既知物質と未知物質からなる複合試料であり、前記対照試料が前記既知物質である、光学特性測定装置。

【請求項8】
請求項4に記載の光学特性測定装置において、
前記試験試料が溶媒と溶質から成る液体試料であり、前記対照試料が前記溶媒である、光学特性測定装置。

【請求項9】
請求項1又は2に記載の光学特性測定装置において、
前記光源が、所定の波長範囲の光を出射する多波長光源であり、
前記検出器が、波長毎の光の強度を測定する分光光度計であることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項10】
請求項1又は2に記載の光学特性測定装置において、
前記検出器が、光干渉断層計であることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項11】
試験試料の表面の所定の領域から所定の距離だけ内側に節が位置する、前記所定の領域に垂直な音響定在波を前記試験試料中に形成しつつ、光源からの光を前記所定の領域から前記試験試料に入射させたときに、前記試験試料の表面から出射された光を検出する第1工程と、
前記試験試料中に前記音響定在波が形成されていない状態で前記光源からの光を前記所定の領域から前記試験試料に入射させたときに、前記試験試料の表面から出射された光を検出する第2工程と、
前記第1工程で検出された結果と、前記第2工程で検出された結果とから、前記試験試料の光学特性を求める第3工程とを備えることを特徴とする光学特性測定方法。

【請求項12】
試験試料の表面の所定の領域から所定の距離だけ内側に節が位置する、前記試験試料の所定の領域に垂直な音響定在波を前記試験試料中に形成しつつ、光源からの光を前記試験試料の所定の領域から前記試験試料に入射させたときに、該試験試料の表面から出射された光を検出する第1工程と、
対照試料の表面の所定の領域から所定の距離だけ内側に節が位置する、前記対照試料の所定の領域に垂直な音響定在波を前記対照試料中に形成しつつ、前記光源からの光を前記対照試料の所定の領域から前記対照試料に入射させたときに、該対照試料の表面から出射された光を検出する第2工程と、
前記第1工程で検出された結果と、前記第2工程で検出された結果とから、前記試験試料の光学特性を求める第3工程とを備えることを特徴とする光学特性測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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