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(In Japanese)作用スペクトル出力装置及び作用スペクトル出力方法 meetings

Patent code P190016353
File No. T2018-017
Posted date Sep 18, 2019
Application number P2018-208256
Publication number P2020-076578A
Date of filing Nov 5, 2018
Date of publication of application May 21, 2020
Inventor
  • (In Japanese)瀬戸 啓介
  • (In Japanese)川村 修平
  • (In Japanese)山田 弘夢
  • (In Japanese)徳永 英司
Applicant
  • (In Japanese)学校法人東京理科大学
Title (In Japanese)作用スペクトル出力装置及び作用スペクトル出力方法 meetings
Abstract (In Japanese)
【課題】
 試料に照射する照射光の波長の掃引を行なうことなく、試料の応答における、照射光に対する波長依存性を出力できる作用スペクトル出力装置を提供する。
【解決手段】
 作用スペクトル出力装置10は、複数の波長の光が混ざった白色光を発生する白色光源11と、白色光に波長毎に既知のノイズを付加する雑音源12と、雑音源12により付加されたノイズを含む白色光を試料Sに照射した反応結果を、取得する受光器14と、雑音源12により付加されたノイズを、白色光の波長毎に、受光器14により取得された反応結果に乗算する乗算器M1~Mnと、乗算器M1~Mnによる波長毎の乗算結果から、白色光に含まれる各波長の光の刺激に対する試料Sの反応の波長依存性を作用スペクトルとして出力するローパスフィルタLF1~LFnと、を有する。
【選択図】
 図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

光学測定の手法の一つとして、ポンプ・プローブ法が知られている。この測定では、試料に対して2つの重ね合わされた光、ポンプ光とプローブ光を入射させて試料の構造を探る。このとき試料は、ポンプ光に対して固有の応答をする。プローブ光は、このポンプ光に対する応答を反映して強度変調されるため、この強度変化を測定することでポンプ光に対する物質の応答を観測できる。

ポンプ・プローブ法では試料に照射するポンプ光の波長に依存した応答を測定できる。試料の応答のポンプ光に対する波長依存性を測定する場合、その測定点に対してポンプ光の波長を掃引する必要がある(例えば、特許文献1参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明の技術は、作用スペクトル出力装置及び作用スペクトル出力方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
複数の波長の波を刺激として発生する刺激源と、
前記波の波長毎に既知のノイズを付加するか、前記波から波長毎にノイズを抽出することにより、前記波が含むノイズを特定するノイズ特定部と、
前記ノイズ特定部により特定されたノイズを含む波を刺激として試料に与えた反応結果を、取得する取得部と、
前記ノイズ特定部により特定されたノイズを、前記波の波長毎に、前記取得部により取得された反応結果に乗算する乗算部と、
前記乗算部による波長毎の乗算結果から、前記波に含まれる各波長の刺激に対する前記試料の反応の波長依存性を作用スペクトルとして出力する出力部と、
を有する作用スペクトル出力装置。

【請求項2】
 
前記刺激源は、複数の波長の光が混ざった白色光を発生する白色光源、電磁波を発生する電磁波源、及び音波を発生する音波源の少なくとも一つである請求項1記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項3】
 
前記刺激源は、複数の波長の光が混ざった白色光を発生する白色光源であり、
前記取得部は、前記白色光の照射により刺激された前記試料の反応結果を、前記試料に対してプローブ光源からプローブ光を照射したときの当該プローブ光、又は前記試料に対して照射した前記ノイズを含む白色光の透過率、刺激により発生した蛍光若しくは燐光を含む発光の発光量、前記試料に対して通電したときの電流値、電圧値、キャパシタンス、インダクタンス若しくは抵抗値、又は、刺激により発生した音波の振幅、圧力、体積若しくは変位、刺激により発生した磁場若しくは電場、刺激による発熱の熱量若しくは温度変化、又は、前記試料を透過する光の屈折率若しくは光熱効果の少なくとも一つとして検出する検出部を含む請求項1記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項4】
 
前記検出部は、前記試料を透過した前記白色光を検出する光検出器であり、
前記出力部は、前記白色光が前記試料を透過する透過率を、前記作用スペクトルとして出力する請求項3記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項5】
 
前記白色光源で発生した光の強度を変調する強度変調器と、
前記強度変調器による強度変調に基づいて、前記乗算部による波長毎の乗算結果を復調するロックインアンプと、
を更に有する請求項3又は請求項4に記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項6】
 
前記出力部は、波長毎の乗算結果の移動平均をとるローパスフィルタを含む請求項1~5のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項7】
 
前記取得部により取得された前記反応結果から、一部の周波数帯を除去するフィルタを更に有し、
前記ノイズ特定部は、前記フィルタにより一部の周波数帯が除去されて残った周波数帯に対応する波長についてノイズを特定する請求項1~6のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項8】
 
前記取得部により取得した前記反応結果を、波長毎に分割する分割器を更に有し、
前記乗算部は、前記波の波長と前記分割器により分割された前記反応結果の波長との組合せ毎に、前記ノイズ特定部により特定されたノイズを、前記取得部により取得された反応結果に乗算する請求項1~7のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項9】
 
前記乗算部による波長毎の乗算結果の行列(O)、前記波に含まれる各波長の前記作用スペクトルを表す行列(R)、及び、波長間のノイズの相関を表す相関行列(C)は、次の式(10)により表され、
(O)=(C)・(R) … 式(10)
前記波が含むノイズが波長間において相関がある場合、次の式(11)により、相関行列Cの逆行列C-1を、式(1)の両辺に乗算した上で、
(C)-1・(O)=(C)-1・(C)・(R) … 式(11)
既知の乗算結果(O)、相関行列(C)、逆行列(C)-1を用いて、作用スペクトルを表す行列Rが算出される請求項1~8のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項10】
 
前記相関行列(C)は、前記ノイズ特定部により特定された波長毎のノイズを、当該波長順に行として配列した行ベクトルと、当該波長順に列として配列した列ベクトルと、を積算して得られる行列である請求項9記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項11】
 
前記乗算部による波長毎の乗算結果の行列(O)、前記波に含まれる各波長の前記作用スペクトルを表す行列(R)、及び、波長間のノイズの相関を表す相関行列(C)は、次の式(10)により表され、
(O)=(C)・(R) … 式(10)
前記波が含むノイズが波長間において相関がある場合、逆問題の手法により、行列(R)が算出される請求項1~8のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力装置。

【請求項12】
 
複数の波長の波を刺激として発生する発生工程と、
前記発生工程により発生された前記波の波長毎に既知のノイズを付加するか、前記波から波長毎にノイズを抽出することにより、前記波が含むノイズを特定するノイズ特定工程と、
前記ノイズ特定工程により特定されたノイズを含む波を刺激として試料に与えた反応結果を、取得する取得工程と、
前記ノイズ特定工程により特定されたノイズを、前記波の波長毎に、前記取得工程により取得された反応結果に乗算する乗算工程と、
前記乗算工程による波長毎の乗算結果から、前記波に含まれる各波長の刺激に対する前記試料の反応の波長依存性を作用スペクトルとして出力する出力工程と、
を有する作用スペクトル出力方法。

【請求項13】
 
前記発生工程では、複数の波長の光が混ざった白色光、電磁波、及び音波の少なくとも一つを発生する請求項12記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項14】
 
前記刺激源は、複数の波長の光が混ざった白色光を発生する白色光源であり、
前記取得工程は、前記白色光の照射により刺激された前記試料の反応結果を、前記試料に対してプローブ光源からプローブ光を照射したときの当該プローブ光、又は前記試料に対して照射した前記ノイズを含む白色光の透過率、刺激により発生した蛍光若しくは燐光を含む発光の発光量、前記試料に対して通電したときの電流値、電圧値、キャパシタンス、インダクタンス若しくは抵抗値、又は、刺激により発生した音波の振幅、圧力、体積若しくは変位、刺激により発生した磁場若しくは電場、刺激による発熱の熱量若しくは温度変化、又は、前記試料を透過する光の屈折率若しくは光熱効果の少なくとも一つとして検出する検出工程を含む請求項13記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項15】
 
前記検出工程では、前記試料を透過した前記白色光を検出し、
前記出力工程では、前記白色光が前記試料を透過する透過率を、前記作用スペクトルとして出力する請求項14記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項16】
 
白色光照射工程で照射する光の強度を変調する強度変調工程と、
前記強度変調工程による強度変調に基づいて、前記乗算工程による波長毎の乗算結果を復調する復調工程と、
を更に含む請求項14又は請求項15に記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項17】
 
前記乗算工程及び前記出力工程の間において、ローパスフィルタにより、波長毎の乗算結果の移動平均をとる移動平均工程を、更に含む請求項12~16のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項18】
 
前記取得工程において取得された前記反応結果から、一部の周波数帯の光を除去するフィルタ工程を更に含み、
前記ノイズ特定工程においては、前記フィルタ工程により一部の周波数帯が除去されて残った周波数帯に対応する波長についてノイズを特定する請求項12~17のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項19】
 
前記取得工程において取得した前記反応結果を、波長毎に分割する分割工程を更に含み、
前記乗算工程では、前記波の波長と前記分割工程において分割された前記反応結果の波長との組合せ毎に、前記ノイズ特定工程において特定されたノイズを、前記取得工程において取得された反応結果に乗算する請求項12~18のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項20】
 
前記乗算工程における波長毎の乗算結果の行列(O)、前記波に含まれる各波長の前記作用スペクトルを表す行列(R)、及び、波長間のノイズの相関を表す相関行列(C)は、次の式(10)により表され、
(O)=(C)・(R) … 式(10)
前記波が含むノイズが波長間において相関がある場合、次の式(11)により、相関行列Cの逆行列C-1を、式(10)の両辺に乗算した上で、
(C)-1・(O)=(C)-1・(C)・(R) … 式(10)
既知の乗算結果(O)、相関行列(C)、逆行列(C)-1を用いて、作用スペクトルを表す行列Rが算出される請求項12~19のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項21】
 
前記相関行列(C)は、前記ノイズ特定工程において特定された波長毎のノイズを、当該波長順に行として配列した行ベクトルと、当該波長順に列として配列した列ベクトルと、を積算して得られる行列である請求項20記載の作用スペクトル出力方法。

【請求項22】
 
前記乗算工程における波長毎の乗算結果の行列(O)、前記波に含まれる各波長の前記作用スペクトルを表す行列(R)、及び、波長間のノイズの相関を表す相関行列(C)は、次の式(10)により表され、
(O)=(C)・(R) … 式(10)
前記波が含むノイズが波長間において相関がある場合、逆問題の手法により、行列(R)が算出される請求項12~19のいずれか一項に記載の作用スペクトル出力方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018208256thum.jpg
State of application right Published
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