JPH0510870A - 光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法 - Google Patents
光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法Info
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- JPH0510870A JPH0510870A JP3165655A JP16565591A JPH0510870A JP H0510870 A JPH0510870 A JP H0510870A JP 3165655 A JP3165655 A JP 3165655A JP 16565591 A JP16565591 A JP 16565591A JP H0510870 A JPH0510870 A JP H0510870A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光音響分光法とフーリエ分光法の組み合わせ
により、試料の深さ方向の情報を正確に検出する。 【構成】 所定周期で発光するパルス光源１からの光を
ラピッドスキャン干渉計２によって変調して測定試料４
に照射し、その照射によって測定試料４中で発生した熱
は拡散して周囲の気体に伝達され、それに基づく気体の
密度変化をマイクロホン５で検出して電気信号に変換
し、その検出信号をパルス光源１発光より後の一定の遅
延時間においてゲート回路９によりサンプリングし、サ
ンプリングされた信号の低周波数成分をローパスフィル
タ１０により取り出し、その信号をＡＤ変換器１２によ
りディジタル信号に変換し、コンピュータ１３によりフ
ーリエ変換して、照射光波数に依存した測定試料の特定
深さの熱分布情報を得る。
により、試料の深さ方向の情報を正確に検出する。 【構成】 所定周期で発光するパルス光源１からの光を
ラピッドスキャン干渉計２によって変調して測定試料４
に照射し、その照射によって測定試料４中で発生した熱
は拡散して周囲の気体に伝達され、それに基づく気体の
密度変化をマイクロホン５で検出して電気信号に変換
し、その検出信号をパルス光源１発光より後の一定の遅
延時間においてゲート回路９によりサンプリングし、サ
ンプリングされた信号の低周波数成分をローパスフィル
タ１０により取り出し、その信号をＡＤ変換器１２によ
りディジタル信号に変換し、コンピュータ１３によりフ
ーリエ変換して、照射光波数に依存した測定試料の特定
深さの熱分布情報を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光音響分光法（ＰＡ
Ｓ）とフーリエ分光法を用いた試料の深さ分析法に関
し、特に、パルス光源とラピッドスキャン干渉計とを用
いて、試料の深さ方向の情報を正確に検出することが可
能なＰＡＳとフーリエ分光法を用いた深さ分析法に関す
る。
Ｓ）とフーリエ分光法を用いた試料の深さ分析法に関
し、特に、パルス光源とラピッドスキャン干渉計とを用
いて、試料の深さ方向の情報を正確に検出することが可
能なＰＡＳとフーリエ分光法を用いた深さ分析法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光音響分光法（ＰＡＳ）は、次のような
ものである。すなわち、試料に光を照射し、その中に取
り込まれた光エネルギーの一部が熱を発生し、発生され
た熱エネルギーの一部は熱拡散により周囲の気体に伝達
される。いま、照射光が断続的に変調されており、その
変調周波数に比べて充分速い熱変換速度を有しているな
ら、熱エネルギーの周囲気体への伝達も断続的となり、
周囲の気体に粗密波（音波）が発生する。これを高感度
マイクロホンで検知して試料の分光情報を得ることがで
きる。上記の断続的に変調された照射光として、ラピッ
ドスキャン干渉計によって変調された光を用い、マイク
ロホンで検知された信号をＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤
外分光法）と同じ信号処理を用いて、干渉計の移動鏡速
度を変えることにより、試料の深さ方向の情報を得てい
る（田隅三生著「ＦＴ−ＩＲの基礎と実際」（１９８６
年１２月１０日（株）東京化学同人発行）第１１４〜１
２３頁参照）。
ものである。すなわち、試料に光を照射し、その中に取
り込まれた光エネルギーの一部が熱を発生し、発生され
た熱エネルギーの一部は熱拡散により周囲の気体に伝達
される。いま、照射光が断続的に変調されており、その
変調周波数に比べて充分速い熱変換速度を有しているな
ら、熱エネルギーの周囲気体への伝達も断続的となり、
周囲の気体に粗密波（音波）が発生する。これを高感度
マイクロホンで検知して試料の分光情報を得ることがで
きる。上記の断続的に変調された照射光として、ラピッ
ドスキャン干渉計によって変調された光を用い、マイク
ロホンで検知された信号をＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤
外分光法）と同じ信号処理を用いて、干渉計の移動鏡速
度を変えることにより、試料の深さ方向の情報を得てい
る（田隅三生著「ＦＴ−ＩＲの基礎と実際」（１９８６
年１２月１０日（株）東京化学同人発行）第１１４〜１
２３頁参照）。
【０００３】ところで、本出願人は、すでに、刺激発生
手段により周期的に刺激を発生して測定対象に繰り返し
与え、ラピッドスキャン干渉計を用いた検出器出力から
刺激より一定の遅延時間に対するインターフェログラム
を取得し、フーリエ変換によりスペクトルを得ることに
よって、刺激に対して繰り返し同じ応答を示す測定対象
の反応状態を測定する時間分解分光方法に関して、特願
平１−２３０２０９号、特願平１−３３５７４８号、特
願平２−２５９３５５号、特願平２−２５９３５７号、
特願平３−２３７８号、特願平３−２３７９号、特願平
３−６４６２３号、特願平３−６４６２４号、特願平３
−１５８３３０号等により種々提案している。
手段により周期的に刺激を発生して測定対象に繰り返し
与え、ラピッドスキャン干渉計を用いた検出器出力から
刺激より一定の遅延時間に対するインターフェログラム
を取得し、フーリエ変換によりスペクトルを得ることに
よって、刺激に対して繰り返し同じ応答を示す測定対象
の反応状態を測定する時間分解分光方法に関して、特願
平１−２３０２０９号、特願平１−３３５７４８号、特
願平２−２５９３５５号、特願平２−２５９３５７号、
特願平３−２３７８号、特願平３−２３７９号、特願平
３−６４６２３号、特願平３−６４６２４号、特願平３
−１５８３３０号等により種々提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記ＦＴ−ＩＲ
を用いたＰＡＳにおいて、深さ方向の情報とは、試料の
ある深さから表面までの平均した吸収情報であり、ま
た、その深さも光の波数により異なるため、ある深さの
層だけの情報を取り出すことは困難である。
を用いたＰＡＳにおいて、深さ方向の情報とは、試料の
ある深さから表面までの平均した吸収情報であり、ま
た、その深さも光の波数により異なるため、ある深さの
層だけの情報を取り出すことは困難である。
【０００５】また、試料の表面のみの分析には、移動鏡
の速度を上げればよいが、実際にはＡＤ変換器の変換速
度等の関係で、移動鏡の大幅な高速化は難しい。
の速度を上げればよいが、実際にはＡＤ変換器の変換速
度等の関係で、移動鏡の大幅な高速化は難しい。
【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、試料の深さ方向の情報を正確
に検出することが可能な光音響分光法とフーリエ分光法
を用いた深さ分析法を提供することである。
ものであり、その目的は、試料の深さ方向の情報を正確
に検出することが可能な光音響分光法とフーリエ分光法
を用いた深さ分析法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法
は、測定試料にラピッドスキャン干渉計によって変調さ
れた光を照射することによって測定試料中で発生した熱
が拡散して周囲の気体に伝達され、それに基づく気体の
密度変化を検出して電気信号に変換し、その信号をフー
リエ変換することにより測定試料の深さ方向の情報を取
得する光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析
法において、光源として所定周期で発光するパルス光源
を用い、検出信号をパルス光源発光より後の一定の遅延
時間においてサンプリングし、サンプリングされた信号
の所定範囲の周波数成分を取り出し、それに所定の信号
処理を施すかそのままその信号をフーリエ変換して、照
射光波数に依存した測定試料の特定深さの熱分布情報を
得ることを特徴とする方法である。
明の光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法
は、測定試料にラピッドスキャン干渉計によって変調さ
れた光を照射することによって測定試料中で発生した熱
が拡散して周囲の気体に伝達され、それに基づく気体の
密度変化を検出して電気信号に変換し、その信号をフー
リエ変換することにより測定試料の深さ方向の情報を取
得する光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析
法において、光源として所定周期で発光するパルス光源
を用い、検出信号をパルス光源発光より後の一定の遅延
時間においてサンプリングし、サンプリングされた信号
の所定範囲の周波数成分を取り出し、それに所定の信号
処理を施すかそのままその信号をフーリエ変換して、照
射光波数に依存した測定試料の特定深さの熱分布情報を
得ることを特徴とする方法である。
【０００８】
【作用】本発明においては、光源として所定周期で発光
するパルス光源を用い、検出信号をパルス光源発光より
後の一定の遅延時間においてサンプリングし、サンプリ
ングされた信号の所定範囲の周波数成分を取り出し、そ
れに所定の信号処理を施すかそのままその信号をフーリ
エ変換して、照射光波数に依存した測定試料の特定深さ
の熱分布情報を得るようにしているので、照射光の波数
に依存した測定試料の深さ方向の吸収特性の違いを利用
して、試料の深さ方向の情報を正確に検出することがで
きる。
するパルス光源を用い、検出信号をパルス光源発光より
後の一定の遅延時間においてサンプリングし、サンプリ
ングされた信号の所定範囲の周波数成分を取り出し、そ
れに所定の信号処理を施すかそのままその信号をフーリ
エ変換して、照射光波数に依存した測定試料の特定深さ
の熱分布情報を得るようにしているので、照射光の波数
に依存した測定試料の深さ方向の吸収特性の違いを利用
して、試料の深さ方向の情報を正確に検出することがで
きる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照にして、本発明の光音響分
光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法の実施例につ
いて説明する。図１に本発明に係る深さ分析法の１実施
例を実施するための装置の基本構成を示す。この実施例
においては、干渉計２の変調周波数ｆが、パルス光源１
の繰り返し周波数１／τ（τ：パルス発光繰り返し周
期）の半分より小さい範囲にのみ存在するとする。図１
において、１はパルス光源、２は干渉計、３はパルス光
源１を周期τでパルス発光させるためのタイマであり、
また、４は深さ方向の情報を得ようとする試料、５は試
料４からの熱による音波を検知するマイクロホンであ
り、試料４とマイクロホン５は従来のものと同様なＰＡ
Ｓユニット６を構成している。さらに、７はプリアン
プ、８は遅延回路、９はゲート回路、１０はローパスフ
ィルタ、１１はメインアンプ、１２はＡＤ変換器、１３
はコンピュータを示す。
光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法の実施例につ
いて説明する。図１に本発明に係る深さ分析法の１実施
例を実施するための装置の基本構成を示す。この実施例
においては、干渉計２の変調周波数ｆが、パルス光源１
の繰り返し周波数１／τ（τ：パルス発光繰り返し周
期）の半分より小さい範囲にのみ存在するとする。図１
において、１はパルス光源、２は干渉計、３はパルス光
源１を周期τでパルス発光させるためのタイマであり、
また、４は深さ方向の情報を得ようとする試料、５は試
料４からの熱による音波を検知するマイクロホンであ
り、試料４とマイクロホン５は従来のものと同様なＰＡ
Ｓユニット６を構成している。さらに、７はプリアン
プ、８は遅延回路、９はゲート回路、１０はローパスフ
ィルタ、１１はメインアンプ、１２はＡＤ変換器、１３
はコンピュータを示す。
【００１０】このような構成において、試料４は、干渉
計２により変調されたパルス光源１からの光で一様に照
射され、各深さの層の成分に応じた光を吸収する。吸収
された光は熱に変換され、その吸収に応じた熱分布を示
す。熱は時間と共に拡散して試料４表面に達し、そこで
周りの空気を暖め、膨張させる。その圧力変化を音とし
てマイクロホン５がキャッチして電気信号に変換する。
タイマ３は、干渉計２の持つ基準信号（インタフェログ
ラムをＡ／Ｄ変換してコンピュータに取り込んでフーリ
エ変換するためのサンプリング信号）と非同期で一定周
期τでパルス光源１をパルス発光させるものであり、ま
た、遅延回路５は、タイマ３の発光信号から一定時間Δ
τ遅延したトリガーを生成してゲート回路９を制御する
ものである。ゲート回路９は、パルス発光から一定時間
Δτ遅延した時間にマイクロホン５からの出力を切り出
すものであるが、ＡＤ変換器１２と同様に、周期τに対
して十分狭いゲート幅を持ったものであり、その間だけ
信号を通すことによって櫛状の信号を得るものである。
ローパスフィルタ１０は、ゲート回路９の出力から得ら
れるスペクトルの低周波成分（ｆ＜１／２τ）を取り出
すものである。
計２により変調されたパルス光源１からの光で一様に照
射され、各深さの層の成分に応じた光を吸収する。吸収
された光は熱に変換され、その吸収に応じた熱分布を示
す。熱は時間と共に拡散して試料４表面に達し、そこで
周りの空気を暖め、膨張させる。その圧力変化を音とし
てマイクロホン５がキャッチして電気信号に変換する。
タイマ３は、干渉計２の持つ基準信号（インタフェログ
ラムをＡ／Ｄ変換してコンピュータに取り込んでフーリ
エ変換するためのサンプリング信号）と非同期で一定周
期τでパルス光源１をパルス発光させるものであり、ま
た、遅延回路５は、タイマ３の発光信号から一定時間Δ
τ遅延したトリガーを生成してゲート回路９を制御する
ものである。ゲート回路９は、パルス発光から一定時間
Δτ遅延した時間にマイクロホン５からの出力を切り出
すものであるが、ＡＤ変換器１２と同様に、周期τに対
して十分狭いゲート幅を持ったものであり、その間だけ
信号を通すことによって櫛状の信号を得るものである。
ローパスフィルタ１０は、ゲート回路９の出力から得ら
れるスペクトルの低周波成分（ｆ＜１／２τ）を取り出
すものである。
【００１１】さて、試料４に光の波数σの単位強度のパ
ルス光を照射したときにマイクロホン５から得られる信
号（ＰＡＳのパルスレスポンス関数）をA(σ,t) とする
と、A(σ,t) は、試料４の波数σの光に対する深さ方向
の熱分布情報を表すことになる。したがって、このＰＡ
Ｓのパルスレスポンス関数A(σ,t) を求めることによ
り、試料４の深さ方向の情報を正確に検出することがで
きる。
ルス光を照射したときにマイクロホン５から得られる信
号（ＰＡＳのパルスレスポンス関数）をA(σ,t) とする
と、A(σ,t) は、試料４の波数σの光に対する深さ方向
の熱分布情報を表すことになる。したがって、このＰＡ
Ｓのパルスレスポンス関数A(σ,t) を求めることによ
り、試料４の深さ方向の情報を正確に検出することがで
きる。
【００１２】いま、単色光B(σ)dσのパルス連Шτ(t)
が干渉計２を通過したときの出力は、 B(σ)dσШτ(t) cos2πx σ で表され、これがＰＡＳユニット６に入射したとする
と、マイクロホン５から得られる信号は、 ｛B(σ)dσШτ(t) cos2πx σ｝＊A(σ,t) ＝｛A(σ,t) ＊Шτ(t) ｝B(σ) cos2πx σd σ となる。ここで、Шτ(t) はデラック関数δ（ｔ）が等
間隔な時間τで並んだ繰り返し操作を表すコム関数、＊
はコンボリューション演算である。したがって、様々な
波数の光がパルス光源１から放射されるときは、マイク
ロホン５から得られる信号は次のようになる。
が干渉計２を通過したときの出力は、 B(σ)dσШτ(t) cos2πx σ で表され、これがＰＡＳユニット６に入射したとする
と、マイクロホン５から得られる信号は、 ｛B(σ)dσШτ(t) cos2πx σ｝＊A(σ,t) ＝｛A(σ,t) ＊Шτ(t) ｝B(σ) cos2πx σd σ となる。ここで、Шτ(t) はデラック関数δ（ｔ）が等
間隔な時間τで並んだ繰り返し操作を表すコム関数、＊
はコンボリューション演算である。したがって、様々な
波数の光がパルス光源１から放射されるときは、マイク
ロホン５から得られる信号は次のようになる。
【００１３】 ∫｛A(σ,t) ＊Шτ(t) ｝B(σ)cos 2πx σ dσ この信号をゲート回路９を通して切り出だすと、 Шτ(t -Δτ) ∫｛ A( σ,t) ＊Шτ(t) ｝B(σ)cos2 πx σ dσ となる。
【００１４】この信号において、サンプリング処理を示
すШτ(t -Δτ) は、変数σとは独立な関数であるた
め、積分の中に組み込むことができる。ここで、時間変
数ｔに従属なШτ(t -Δτ) ｛A(σ,t) ＊Шτ(t) ｝だ
けを取り出して、その式の変形を行う。コム関数はデル
タ関数の和で表せるので、 Шτ(t) ＝Σδ(t-nτ) ・・・（A1） Шτ(t -Δτ) ｛ A( σ,t) ＊Шτ(t) ｝をこの（A1）
式を用いて書き直す。ここで、ｎは整数である。
すШτ(t -Δτ) は、変数σとは独立な関数であるた
め、積分の中に組み込むことができる。ここで、時間変
数ｔに従属なШτ(t -Δτ) ｛A(σ,t) ＊Шτ(t) ｝だ
けを取り出して、その式の変形を行う。コム関数はデル
タ関数の和で表せるので、 Шτ(t) ＝Σδ(t-nτ) ・・・（A1） Шτ(t -Δτ) ｛ A( σ,t) ＊Шτ(t) ｝をこの（A1）
式を用いて書き直す。ここで、ｎは整数である。
【００１５】 Шτ(t -Δτ) ｛A(σ,t) ＊Шτ(t) ｝ ＝｛Σδ(t- Δτ-nτ) ｝［∫A(σ,t-t')｛Σδ(t'- mτ) ｝dt' ］ ＝｛Σδ(t- Δτ-nτ) ｝｛ΣA(σ,t-mτ) ｝ ・・・（A2） ｍもまた整数である。パルス光源１周期τは試料４の熱
拡散時間より長くとられているので、ｔ＜０，ｔ≧τの
ときは、A(σ,t) ＝０となる。したがって、（Ａ２）式
はｎ＝ｍのときのみ信号が得られる。よって、（Ａ２）
式は次のように変形できる。
拡散時間より長くとられているので、ｔ＜０，ｔ≧τの
ときは、A(σ,t) ＝０となる。したがって、（Ａ２）式
はｎ＝ｍのときのみ信号が得られる。よって、（Ａ２）
式は次のように変形できる。
【００１６】 ｛Σδ(t- Δτ-nτ) ｝｛ΣA(σ,t-mτ) ｝ ＝Σ｛δ(t- Δτ-nτ) A(σ,t- n τ) ｝ ＝Σ｛δ(t- Δτ-nτ) A(σ, Δτ) ｝ ・・・（A3） A(σ, Δτ) は定数のため、括りだせるので、 ＝A(σ, Δτ) Σδ(t- Δτ-nτ) ＝A(σ, Δτ) Шτ(t- Δτ) ・・・（A4） よって、 Шτ(t -Δτ) ∫｛ A( σ,t) ＊Шτ(t) ｝B(σ)cos2 πx σ dσ ＝Шτ(t -Δτ) ∫A(σ，Δτ) B(σ)cos2 πx σ dσ ・・（A5） になる。
【００１７】このゲート回路９を通して得られる信号
（A5）は、よく見ると、本出願人が特願平１−２３０２
０９号、特願平１−３３５７４８号、特願平２−２５９
３５５号、特願平２−２５９３５７号、特願平３−２３
７８号、特願平３−２３７９号、特願平３−６４６２３
号、特願平３−６４６２４号、特願平３−１５８３３０
号等において提案した時間分解分光方法におけるゲート
回路からの出力と全く同じ形式のものである（この信号
（A5）は、例えば特願平３−２３７８号の式（4b）と同
じである。）。すなわち、干渉計２を通してパルス光源
１から試料４を照射する光は、上記の時間分解分光方法
における刺激発生手段からの測定対象に与える繰り返し
刺激に相当し、以後の信号の処理は、全く同様に処理す
ればよいことになる。
（A5）は、よく見ると、本出願人が特願平１−２３０２
０９号、特願平１−３３５７４８号、特願平２−２５９
３５５号、特願平２−２５９３５７号、特願平３−２３
７８号、特願平３−２３７９号、特願平３−６４６２３
号、特願平３−６４６２４号、特願平３−１５８３３０
号等において提案した時間分解分光方法におけるゲート
回路からの出力と全く同じ形式のものである（この信号
（A5）は、例えば特願平３−２３７８号の式（4b）と同
じである。）。すなわち、干渉計２を通してパルス光源
１から試料４を照射する光は、上記の時間分解分光方法
における刺激発生手段からの測定対象に与える繰り返し
刺激に相当し、以後の信号の処理は、全く同様に処理す
ればよいことになる。
【００１８】したがって、図１の場合は、干渉計２の各
時間分解信号の変調周波数ｆがパルス光源１の繰り返し
周波数１／τの半分より小さい範囲にのみ存在するの
で、特願平１−２３０２０９号の場合と同様、その信号
の低周波成分（ｆ＜１／２τ）をローパスフィルタ１０
により取り出し、メインアンプ１１で増幅後、ＡＤ変換
器１２により干渉計２の持つ周期τ0 の基準信号でサン
プリングを行い、コンピュータ１３によりフーリエ変換
することにより、A(σ，Δτ) B(σ) が求められ、例え
ば通常のＦＴ−ＩＲ分光測定で求めたB(σ) を用いて、
求められたA(σ，Δτ) B(σ) との比をとることによ
り、試料４の波数σの光に対する深さ方向の熱分布情報
を表すＰＡＳのパルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を求
めることができる。同様にして、ゲート回路９へのトリ
ガー信号の遅延時間Δτを変えることにより、一連の遅
延時間における時系列のＰＡＳのパルスレスポンス関数
A(σ,Δτ) を求めることができる（Δτが深さに対応
する。）。
時間分解信号の変調周波数ｆがパルス光源１の繰り返し
周波数１／τの半分より小さい範囲にのみ存在するの
で、特願平１−２３０２０９号の場合と同様、その信号
の低周波成分（ｆ＜１／２τ）をローパスフィルタ１０
により取り出し、メインアンプ１１で増幅後、ＡＤ変換
器１２により干渉計２の持つ周期τ0 の基準信号でサン
プリングを行い、コンピュータ１３によりフーリエ変換
することにより、A(σ，Δτ) B(σ) が求められ、例え
ば通常のＦＴ−ＩＲ分光測定で求めたB(σ) を用いて、
求められたA(σ，Δτ) B(σ) との比をとることによ
り、試料４の波数σの光に対する深さ方向の熱分布情報
を表すＰＡＳのパルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を求
めることができる。同様にして、ゲート回路９へのトリ
ガー信号の遅延時間Δτを変えることにより、一連の遅
延時間における時系列のＰＡＳのパルスレスポンス関数
A(σ,Δτ) を求めることができる（Δτが深さに対応
する。）。
【００１９】以上は、干渉計２の変調周波数ｆが、パル
ス光源１の繰り返し周波数１／τ（τ：パルス発光繰り
返し周期）の半分より小さい範囲にのみ存在する場合で
あったが、ｍ／２τ＜ｆ＜（ｍ＋１）／２τ（ｍは正の
整数）の範囲のみにパルス光源１からのスペクトルが存
在する場合には、ゲート回路９から得られた信号は、特
願平３−２３７８号、特願平３−２３７９号及び特願平
３−１５８３３０号の場合と同様に処理する。すなわ
ち、特願平３−２３７９号による場合は、図１の構成に
装置において、ローパスフィルタ１０によりゲート回路
９から得られた信号の高次成分（ｆ＜１／２τの範囲に
ある１次成分）を取り出し、その信号をＡＤ変換器１２
でサンプリングした後、コンピュータ１３で位相補正と
波数変換を行ってＰＡＳのパルスレスポンス関数A(σ,
Δτ) を求める。
ス光源１の繰り返し周波数１／τ（τ：パルス発光繰り
返し周期）の半分より小さい範囲にのみ存在する場合で
あったが、ｍ／２τ＜ｆ＜（ｍ＋１）／２τ（ｍは正の
整数）の範囲のみにパルス光源１からのスペクトルが存
在する場合には、ゲート回路９から得られた信号は、特
願平３−２３７８号、特願平３−２３７９号及び特願平
３−１５８３３０号の場合と同様に処理する。すなわ
ち、特願平３−２３７９号による場合は、図１の構成に
装置において、ローパスフィルタ１０によりゲート回路
９から得られた信号の高次成分（ｆ＜１／２τの範囲に
ある１次成分）を取り出し、その信号をＡＤ変換器１２
でサンプリングした後、コンピュータ１３で位相補正と
波数変換を行ってＰＡＳのパルスレスポンス関数A(σ,
Δτ) を求める。
【００２０】また、特願平３−２３７８号による場合
は、図２に示すように、ローパスフィルタの代わりに、
ｍ／２τ＜ｆ＜（ｍ＋１）／２τ（ｍは正の整数）の信
号を通すバンドパスフィルタ１４を用いて、ゲート回路
９から得られた信号の中から本来のＰＡＳのレスポンス
関数に相当する部分（０次成分）のみを取り出し、これ
を図１の場合と同様にフーリエ変換してＰＡＳのパルス
レスポンス関数A(σ, Δτ) を求める。
は、図２に示すように、ローパスフィルタの代わりに、
ｍ／２τ＜ｆ＜（ｍ＋１）／２τ（ｍは正の整数）の信
号を通すバンドパスフィルタ１４を用いて、ゲート回路
９から得られた信号の中から本来のＰＡＳのレスポンス
関数に相当する部分（０次成分）のみを取り出し、これ
を図１の場合と同様にフーリエ変換してＰＡＳのパルス
レスポンス関数A(σ, Δτ) を求める。
【００２１】さらに、特願平３−１５８３３０号による
場合は、特願平３−２３７９号による場合と同様、ロー
パスフィルタ１０によりゲート回路９から得られた信号
の高次成分（ｆ＜１／２τの範囲にある１次成分）を取
り出すが、位相補正と波数変換を行う代わりに、図３に
示すように、ローパスフィルタ１０からの信号をロック
インアンプ１５に入力し、タイマ３からの周期τの信号
と同期をとることにより、本来のＰＡＳのレスポンス関
数と同じスペクトルを有し位相補正の必要のない信号に
変換して、ＡＤ変換器１２でサンプリングした後、図１
の場合と同様にフーリエ変換してＰＡＳのパルスレスポ
ンス関数A(σ, Δτ) を求める。
場合は、特願平３−２３７９号による場合と同様、ロー
パスフィルタ１０によりゲート回路９から得られた信号
の高次成分（ｆ＜１／２τの範囲にある１次成分）を取
り出すが、位相補正と波数変換を行う代わりに、図３に
示すように、ローパスフィルタ１０からの信号をロック
インアンプ１５に入力し、タイマ３からの周期τの信号
と同期をとることにより、本来のＰＡＳのレスポンス関
数と同じスペクトルを有し位相補正の必要のない信号に
変換して、ＡＤ変換器１２でサンプリングした後、図１
の場合と同様にフーリエ変換してＰＡＳのパルスレスポ
ンス関数A(σ, Δτ) を求める。
【００２２】また、図１、図３の場合に、パルス光源１
の発光周期をτ、ゲート回路９で信号を切り出す周期を
τ／２にして、１個おきの信号をパルス光入射のときの
ＰＡＳ信号とし、もう１つの１個おきの信号をパルス光
入射なしのときのバックグラウンド信号とすることによ
り、装置の状態、測定環境の変化に影響されない測定を
可能にすることが可能である。すなわち、特願平１−３
３５７４８号による場合は、干渉計２の各時間分解信号
の変調周波数ｆがパルス光源１の繰り返し周波数１／τ
の半分より小さい範囲にのみ存在する場合で、図４に示
すように、タイマ３からの周期τの信号はパルス光源１
をパルス発光させると共に、もう１つの信号は逓倍器１
６により周期τ／２の信号に変換され、その後遅延回路
５により一定時間Δτ遅延したトリガーを生成してゲー
ト回路９に加えられる。ゲート回路９は、パルス発光時
及びパルス発光間の中間時点から一定時間Δτ遅延した
時間にマイクロホン５からの出力を切り出す。このゲー
ト回路９からの信号の１／２τ＜ｆ＜１／τの周波数成
分をバンドパスフィルタ１４により取り出し、バンドパ
スフィルタ１４からの信号をロックインアンプ１５に入
力して、タイマ３からの周期τの信号と同期をとること
により位相補正の必要のない形にし、ＡＤ変換器１２で
サンプリングした後、コンピュータ１３によりフーリエ
変換することにより、バックグラウンドとの差の形でA
(σ，Δτ) B(σ) が求められ、別に求めたB(σ) を用
いて、試料４の波数σの光に対する深さ方向の熱分布情
報を表すＰＡＳのパルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を
求めることができる。同様にして、ゲート回路９へのト
リガー信号の遅延時間Δτを変えることにより、一連の
遅延時間における時系列のＰＡＳのパルスレスポンス関
数A(σ, Δτ) を求めることができる（Δτが深さに対
応する。）。
の発光周期をτ、ゲート回路９で信号を切り出す周期を
τ／２にして、１個おきの信号をパルス光入射のときの
ＰＡＳ信号とし、もう１つの１個おきの信号をパルス光
入射なしのときのバックグラウンド信号とすることによ
り、装置の状態、測定環境の変化に影響されない測定を
可能にすることが可能である。すなわち、特願平１−３
３５７４８号による場合は、干渉計２の各時間分解信号
の変調周波数ｆがパルス光源１の繰り返し周波数１／τ
の半分より小さい範囲にのみ存在する場合で、図４に示
すように、タイマ３からの周期τの信号はパルス光源１
をパルス発光させると共に、もう１つの信号は逓倍器１
６により周期τ／２の信号に変換され、その後遅延回路
５により一定時間Δτ遅延したトリガーを生成してゲー
ト回路９に加えられる。ゲート回路９は、パルス発光時
及びパルス発光間の中間時点から一定時間Δτ遅延した
時間にマイクロホン５からの出力を切り出す。このゲー
ト回路９からの信号の１／２τ＜ｆ＜１／τの周波数成
分をバンドパスフィルタ１４により取り出し、バンドパ
スフィルタ１４からの信号をロックインアンプ１５に入
力して、タイマ３からの周期τの信号と同期をとること
により位相補正の必要のない形にし、ＡＤ変換器１２で
サンプリングした後、コンピュータ１３によりフーリエ
変換することにより、バックグラウンドとの差の形でA
(σ，Δτ) B(σ) が求められ、別に求めたB(σ) を用
いて、試料４の波数σの光に対する深さ方向の熱分布情
報を表すＰＡＳのパルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を
求めることができる。同様にして、ゲート回路９へのト
リガー信号の遅延時間Δτを変えることにより、一連の
遅延時間における時系列のＰＡＳのパルスレスポンス関
数A(σ, Δτ) を求めることができる（Δτが深さに対
応する。）。
【００２３】また、特願平３−６４６２３号による場合
は、干渉計２の各時間分解信号の変調周波数ｆがｍ／２
τ＜ｆ＜（ｍ＋１）／２τ（ｍは正の整数）の範囲のみ
に存在する場合で、この場合は、図４のバンドパスフィ
ルタ１４を用いる代わりに、図５に示すように、ｆ＜１
／２τの範囲にある成分を取り出すローパスフフィルタ
１０を用いる。その他は図４の場合と同様である。
は、干渉計２の各時間分解信号の変調周波数ｆがｍ／２
τ＜ｆ＜（ｍ＋１）／２τ（ｍは正の整数）の範囲のみ
に存在する場合で、この場合は、図４のバンドパスフィ
ルタ１４を用いる代わりに、図５に示すように、ｆ＜１
／２τの範囲にある成分を取り出すローパスフフィルタ
１０を用いる。その他は図４の場合と同様である。
【００２４】さらに、特願平３−６４６２４号により、
図５のロックインアンプ１５を省略して図６のように構
成し、ローパスフィルタ１０からの信号をＡＤ変換器１
２でサンプリングした後、コンピュータ１３で位相補正
と波数変換を行ってバックグラウンドとの差をとったＰ
ＡＳのパルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を求めるよう
にすることもできる。
図５のロックインアンプ１５を省略して図６のように構
成し、ローパスフィルタ１０からの信号をＡＤ変換器１
２でサンプリングした後、コンピュータ１３で位相補正
と波数変換を行ってバックグラウンドとの差をとったＰ
ＡＳのパルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を求めるよう
にすることもできる。
【００２５】ところで、以上の図１から図６の何れのも
のも、ゲート回路９、ローパスフィルタ１０、メインア
ンプ１１等からなるチャンネルを複数設け、各チャンネ
ルにプリアンプ７からの信号を入力し、パルス光源１を
発光させてからの各ゲートを開くまでの遅延時間Δτを
チャンネル毎に異ならせることにより、異なる一連の遅
延時間Δτ1 、Δτ2 、Δτ3 ・・・におけるＰＡＳの
パルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を同時に求めること
もできる。その例を図１の場合と図４の場合とについ
て、図７、図８に図示のみするが、図２、図３、図５、
図６の場合についても同様に構成できることは明らかで
あろう。なお、これらの詳細については、特願平２−２
５９３５５号、特願平２−２５９３５７号、特願平３−
２３７８号、特願平３−２３７９号、特願平３−６４６
２３号、特願平３−６４６２４号、特願平３−１５８３
３０号の明細書を参照されたい。
のも、ゲート回路９、ローパスフィルタ１０、メインア
ンプ１１等からなるチャンネルを複数設け、各チャンネ
ルにプリアンプ７からの信号を入力し、パルス光源１を
発光させてからの各ゲートを開くまでの遅延時間Δτを
チャンネル毎に異ならせることにより、異なる一連の遅
延時間Δτ1 、Δτ2 、Δτ3 ・・・におけるＰＡＳの
パルスレスポンス関数A(σ, Δτ) を同時に求めること
もできる。その例を図１の場合と図４の場合とについ
て、図７、図８に図示のみするが、図２、図３、図５、
図６の場合についても同様に構成できることは明らかで
あろう。なお、これらの詳細については、特願平２−２
５９３５５号、特願平２−２５９３５７号、特願平３−
２３７８号、特願平３−２３７９号、特願平３−６４６
２３号、特願平３−６４６２４号、特願平３−１５８３
３０号の明細書を参照されたい。
【００２６】以上、本発明の光音響分光法とフーリエ分
光法を用いた深さ分析法について、その数学的原理が、
本出願人の特願平１−２３０２０９号、特願平１−３３
５７４８号、特願平２−２５９３５５号、特願平２−２
５９３５７号、特願平３−２３７８号、特願平３−２３
７９号、特願平３−６４６２３号、特願平３−６４６２
４号、特願平３−１５８３３０号等で提案した時間分解
分光方法の数学的原理と同じであることを説明し、その
アナロジーから各種実施例を説明してきたが、それらの
作用、効果の詳細、その他の変形例等については、これ
ら出願の明細書及び図面を参照されたい。
光法を用いた深さ分析法について、その数学的原理が、
本出願人の特願平１−２３０２０９号、特願平１−３３
５７４８号、特願平２−２５９３５５号、特願平２−２
５９３５７号、特願平３−２３７８号、特願平３−２３
７９号、特願平３−６４６２３号、特願平３−６４６２
４号、特願平３−１５８３３０号等で提案した時間分解
分光方法の数学的原理と同じであることを説明し、その
アナロジーから各種実施例を説明してきたが、それらの
作用、効果の詳細、その他の変形例等については、これ
ら出願の明細書及び図面を参照されたい。
【００２７】ところで、以上の説明において、試料４が
照射された光を吸収して熱に変換し、その熱の周囲の空
気への拡散を検知するＰＡＳユニット６にマイクロホン
５を用いることを前提にしていたが、この熱拡散を検知
するのに、熱による空気の屈折率の変化を利用するよう
にすることもできる。すなわち、図９に別の実施例のＰ
ＡＳユニット６′を模式的に示すように、試料４表面に
沿って近接してレーザ光２０を通過させておき、その通
過光をＣＣＤ等の１次元又は２次元アレー検知器２１に
入射させておく。試料４に干渉計２を介してパルス光源
１からのパルス光を照射して吸収により試料１を内部か
ら加熱すると、その表面にパルス光照射後の時間に応じ
て熱が拡散してきて空気が膨張し、屈折率が温度に応じ
て変化する。すると、試料４表面に沿って近接して通過
しているレーザ光２０の光路は屈折率の高い方へ曲げら
れ、アレー検知器２１上での受光位置が変化する。この
位置変化をアレー検知器２１により信号に変え、図１〜
図８におけるプリアンプ７に入力するようにすることも
できる。この場合、屈折率の変化は極めて敏感に検知で
きるので、より検出感度が向上する。
照射された光を吸収して熱に変換し、その熱の周囲の空
気への拡散を検知するＰＡＳユニット６にマイクロホン
５を用いることを前提にしていたが、この熱拡散を検知
するのに、熱による空気の屈折率の変化を利用するよう
にすることもできる。すなわち、図９に別の実施例のＰ
ＡＳユニット６′を模式的に示すように、試料４表面に
沿って近接してレーザ光２０を通過させておき、その通
過光をＣＣＤ等の１次元又は２次元アレー検知器２１に
入射させておく。試料４に干渉計２を介してパルス光源
１からのパルス光を照射して吸収により試料１を内部か
ら加熱すると、その表面にパルス光照射後の時間に応じ
て熱が拡散してきて空気が膨張し、屈折率が温度に応じ
て変化する。すると、試料４表面に沿って近接して通過
しているレーザ光２０の光路は屈折率の高い方へ曲げら
れ、アレー検知器２１上での受光位置が変化する。この
位置変化をアレー検知器２１により信号に変え、図１〜
図８におけるプリアンプ７に入力するようにすることも
できる。この場合、屈折率の変化は極めて敏感に検知で
きるので、より検出感度が向上する。
【００２８】以上、いくつかの実施例について説明して
きたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形
が可能である。
きたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形
が可能である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光音響分
光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法によると、光
源として所定周期で発光するパルス光源を用い、検出信
号をパルス光源発光より後の一定の遅延時間においてサ
ンプリングし、サンプリングされた信号の所定範囲の周
波数成分を取り出し、それに所定の信号処理を施すかそ
のままその信号をフーリエ変換して、照射光波数に依存
した測定試料の特定深さの熱分布情報を得るようにして
いるので、照射光の波数に依存した測定試料の深さ方向
の吸収特性の違いを利用して、試料の深さ方向の情報を
正確に検出することができる。
光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法によると、光
源として所定周期で発光するパルス光源を用い、検出信
号をパルス光源発光より後の一定の遅延時間においてサ
ンプリングし、サンプリングされた信号の所定範囲の周
波数成分を取り出し、それに所定の信号処理を施すかそ
のままその信号をフーリエ変換して、照射光波数に依存
した測定試料の特定深さの熱分布情報を得るようにして
いるので、照射光の波数に依存した測定試料の深さ方向
の吸収特性の違いを利用して、試料の深さ方向の情報を
正確に検出することができる。
【図１】本発明に係る深さ分析法の１実施例を実施する
ための装置の基本構成を示す図である。
ための装置の基本構成を示す図である。
【図２】他の実施例の図１と同様な図である。
【図３】ロックインアンプを用いた実施例の図１と同様
な図である。
な図である。
【図４】差測定法による実施例の図１と同様な図であ
る。
る。
【図５】差測定法による別の実施例の図１と同様な図で
ある。
ある。
【図６】ロックインアンプを用いない差測定法の実施例
の図１と同様な図である。
の図１と同様な図である。
【図７】図１の装置を多チャンネル化した実施例の図１
と同様な図である。
と同様な図である。
【図８】図４の装置を多チャンネル化した実施例の図１
と同様な図である。
と同様な図である。
【図９】ＰＡＳユニットの別の実施例の構成を示す模式
的な図である。
的な図である。
１…パルス光源 ２…干渉計 ３…タイマ ４…測定試料 ５…マイクロホン ６…ＰＡＳユニット ７…プリアンプ ８…遅延回路 ９…ゲート回路 １０…ローパスフィルタ １１…メインアンプ １２…ＡＤ変換器 １３…コンピュータ １４…バンドパスフィルタ １５…ロックインアンプ １６…逓倍器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 測定試料にラピッドスキャン干渉計によ
って変調された光を照射することによって測定試料中で
発生した熱が拡散して周囲の気体に伝達され、それに基
づく気体の密度変化を検出して電気信号に変換し、その
信号をフーリエ変換することにより測定試料の深さ方向
の情報を取得する光音響分光法とフーリエ分光法を用い
た深さ分析法において、光源として所定周期で発光する
パルス光源を用い、検出信号をパルス光源発光より後の
一定の遅延時間においてサンプリングし、サンプリング
された信号の所定範囲の周波数成分を取り出し、それに
所定の信号処理を施すかそのままその信号をフーリエ変
換して、照射光波数に依存した測定試料の特定深さの熱
分布情報を得ることを特徴とする光音響分光法とフーリ
エ分光法を用いた深さ分析法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3165655A JP2879995B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3165655A JP2879995B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510870A true JPH0510870A (ja) | 1993-01-19 |
| JP2879995B2 JP2879995B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=15816486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3165655A Expired - Fee Related JP2879995B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 光音響分光法とフーリエ分光法を用いた深さ分析法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2879995B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109946384A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-06-28 | 山东大学 | 一种基于rapid层析成像技术的信号获取过程优化方法 |
| CN113588595A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-02 | 清华大学 | 一种溶液吸收谱线测量方法 |
-
1991
- 1991-07-05 JP JP3165655A patent/JP2879995B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109946384A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-06-28 | 山东大学 | 一种基于rapid层析成像技术的信号获取过程优化方法 |
| CN113588595A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-02 | 清华大学 | 一种溶液吸收谱线测量方法 |
| CN113588595B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-12-02 | 清华大学 | 一种溶液吸收谱线测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2879995B2 (ja) | 1999-04-05 |
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|---|---|---|---|
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