本発明の好ましい実施の形態を、図面を� ��照しながら説明する。

 図1は、本発明の第1の実施の形態に係る� �熱変換測定装置の例を示す。この装置は、� �一の測定用光源10と、複数の測定部14と、前� ��測定用光源10から発せられる光を測定光と� �て各測定部14に導くための測定用光学系12と� ��備える。

 なお、この実施の形態に係る装置は4つの 測定部14を具備するが、図1では便宜上、2つ� �測定部14のみが図示される。

 前記各測定部14は、試料収容器16と、励起 光入射光学系18と、受光素子アレイ20と、信� �処理装置22とを備える。

 前記試料収容器16は、同一平面上に並ぶ� �数の(図例では6つの)測定域を含む領域に試� �(例えば色素水溶液やエタノール)を収容する ためのものであり、例えば石英やPDMS(ポリジ� ��チルシロサキン)のような透光材(特に紫外� �透過性の高い材料)からなる。

 前記励起光入射光学系18は、前記各測定� �に励起光を下から入射するためのものであ� �、図略の励起光源と、適当な分光機構及び� �調機構を含む。前記励起光源には、例えば� �色光を出力するキセノンランプが用いられ� �。前記分光機構は、前記励起光源から発せ� �れる光を分光し、前記変調機構は、その分� �された光を周期的に変調して光熱効果の測� �に好適な励起光を生成する。この励起光は� �前記試料収容器16内の試料に照射されること により、当該試料に周期的な光熱効果を生じ させる。すなわち、前記励起光が照射された 試料は当該励起光を吸収することにより周期 的に発熱する。この発熱による温度変化が当 該試料の屈折率を周期的に変化させる。

 前記受光素子アレイ20は、前記各測定域� �対応する複数の(図例では6個の)受光素子24を 有する。これらの受光素子24は、前記各測定� ��を透過した測定光をそれぞれ個別に受光す� ��ことが可能な位置に配列され、その測定光� ��強度に対応する電気信号を出力する。

 信号処理装置22は、励起光入射光学系18に おける励起光の変調周期と、前記各受光素子 24が受光する測定光の強度変化とに基づき、� ��記試料の屈折率の変化を演算し(ロックイン 検出)、その演算結果を図略の表示装置に表� �させる。

 前記測定用光源10は、前記試料の屈折率� �変化を測定するための測定光の源となる光� �発するものである。この測定用光源10には、 例えば出力1mWのHe-Neレーザ発生器が用いられ� ��。

 前記測定用光学系12は、前記測定用光源10 から発せられた光を分割するための分割素子 であるビームスプリッタ26と、このビームス� ��リッタ26により分割された光をそれぞれ各� �定部14に導くための2つの分岐光学系30とを備 える。

 前記ビームスプリッタ26は、前記測定用� �源10から発せられる光を、90°反射される反� �光と、そのまま透過する透過光とに分割す� �。前記反射光は、一方の分岐光学系30によっ てさらに2つに分割され、前記4つの測定部14� �うち図示されている2つの測定部14に導かれ� �。前記透過光は別のビームスプリッタ28によ って反射されてから他方の分岐光学系30によ� ��て同様に図略の2つの測定部14に導かれる。

 前記各分岐光学系30は、分光素子である� �ームスプリッタ32と、測定光用光学系34M及び 参照光用光学系34Rと、各測定部14に対応した� ��向ビームスプリッタ36と、ビームエキスパ� �ダ38と、干渉用光学系40とを備える。

 前記ビームスプリッタ32は、前記ビームス� �リッタ26から導かれる光を測定光と参
照光とに分光する。

 前記測定光用光学系34Mは、前記測定光を� ��らに2つの測定光に分割するための測定光用 分割素子42Mと、その分割された測定光をそれ ぞれ前記各偏向ビームスプリッタ36に反射す� ��ためのミラー44Mと、これらのミラー44Mがそ� ��ぞれ反射した光の偏向面を回転させるため� ��λ/2波長板46Mとを備える。同様に、前記参照 光用光学系36は、前記参照光をさらに2つの参 照光に分割するための参照光用分割素子42Rと 、その分割された測定光をそれぞれ前記各偏 向ビームスプリッタ36に反射するためのミラ� ��44Rと、これらのミラー44Rがそれぞれ反射し� ��光の偏向面を回転させるためのλ/2波長板46R とを備える。

 前記測定光用分割素子42M及び参照光用分� ��素子42Rは、いずれも、AOM(音響光学変調器)48 と、プリズム50と、一対のミラー52とを含む� �

 前記AOM48は、前記ビームスプリッタ32で分 光された光を回折させ、適当な周波数に変換 する。その回折光のうち、+1次光と-1次光と� �測定光(または参照光)として採用される。

 前記プリズム50は、前記+1次光及び前記-1� ��光をそれぞれ両外側に反射する2枚の反射面 を有する。各反射面は前記プリズム50に適当� ��コーティングを施すことにより形成される� ��前記各ミラー52は、前記プリズム50により反 射された+1次光及び-1次光をそれぞれ前記AOM48 への入光方向と平行な方向に反射する。これ により、周波数f1をもつ2本の測定光、及び周 波数f2をもつ2本の参照光が生成される。

 前記AOM48による回折光のうち、測定光あ� �いは参照光として採用される回折光はラマ� �ナース効果による±n次光に限られない。例� �ば1次光と2次光がそれぞれ採用されてもよい 。

 前記プリズム50に対する前記各ミラー52の 配置は適宜設定可能である。例えば図2に示� �れるように前記プリズム50及び前記各ミラー 52が前記AOM48からの光を多重反射するもので� �ってもよい。

 前記各偏向ビームスプリッタ36は、合成� �子に相当するもので、前記測定光用光学系34 Mにより導かれる測定光と前記参照光用光学� �34Rにより導かれる参照光とを合成し、前記� �ビームエキスパンダ38に導く。詳しくは、一 方の偏向ビームスプリッタ36により合成され� ��光はそのまま一方のビームエキスパンダ38� �導かれ、他方の偏向ビームスプリッタ36によ り合成された光はミラー53,54で反射されるこ� ��により他方のビームエキスパンダ38に導か� �る。

 前記各ビームエキスパンダ38は、光拡大� �子に相当するもので、前記偏向ビームスプ� �ッタ36から入射される測定光及び参照光を構 成するビームの口径を拡大する。その拡大率 は、拡大後の測定光が前記試料収容器16にお� ��る全ての測定域を通過することが可能とな� ��程度に設定される。

 前記各干渉用光学系40は、前記ビームエ� �スパンダ38により拡大された測定光及び参照 光のうちの測定光のみを前記測定域に透過さ せ、かつ、その透過後の測定光を前記参照光 と干渉させてから前記受光素子アレイ20に導� ��ためのものであり、偏向ビームスプリッタ5 6と、測定光用λ/4波長板58Mと、測定光用ミラ� ��60Mと、参照光用λ/4波長板58Rと、参照光用ミ ラー60Rとを備える。

 前記偏向ビームスプリッタ56は、前記ビ� �ムエキスパンダ38と前記試料収容器16との間� ��かつ前記受光素子アレイ20の各受光素子24に 対向する位置に設けられ、前記測定光をその まま透過させて前記試料収容器16に導く一方� ��前記参照光を前記受光素子アレイ20と反対� �側(図1では左側)に90°反射させる。

 前記測定光用λ/4波長板58Mは、前記偏向ビ ームスプリッタ56と前記試料収容器16との間� �介在し、この測定光用λ/4波長板58Mを前記測� ��光が通過する度に当該測定光の偏向面を45° 回転させる。前記測定光用ミラー60Mは、前記 試料収容器16を挟んで前記測定光用λ/4波長板 58Mと反対の側に配置され、前記励起光の透過 は許容する一方、前記試料収容器16における� ��測定域を透過した測定光を180°反射するこ� �により当該試料収容器16及び前記測定光用λ/ 4波長板58Mを往復させる。

 前記参照光用λ/4波長板58Rは、前記偏向ビ ームスプリッタ56で前記参照光が反射される� ��に配置され、この参照光が通過する度に当� ��参照光の偏向面を45°回転させる。前記参照 光用ミラー60Rは、前記試料収容器16を挟んで� ��記参照光用λ/4波長板58Rと反対の側に配置さ れ、前記参照光用λ/4波長板58Rを通過した参� �光を180°反射することにより当該参照光用λ/ 4波長板58Rを往復させる。

 前記偏向ビームスプリッタ56は、後述の� �うに、前記測定光用ミラー60Mにより反射さ� �て前記試料収容器16を往復した測定光と前記 参照光用ミラー60Rにより反射された参照光と を干渉させ、その干渉光を前記受光素子アレ イ20の各受光素子24に受光させる。

 この光熱変換測定装置の具体的作用は次� ��とおりである。

 4つの測定部14においては、それぞれ、試� ��収容器16に収容された試料に含まれる全て� �測定域(図では1つの測定部14あたりに6つの測 定域)に対し、励起光入射光学系18が周期的に 変調した励起光を試料に入射する。試料は、 この励起光を吸収することにより発熱する(� �熱効果)。この発熱による試料の温度変化は� ��記変調の周期に対応するので、当該周期で� ��該試料の屈折率が変化する。この試料の屈� ��率の変化が、前記測定光と前記参照光との� ��渉を利用して計測される。

 具体的に、前記測定用光源10は、4つの測� ��部14に導かれる測定光及び参照光の源とな� �光(ビーム)を発する。この光は、まず、分割 素子であるビームスプリッタ26により2つの光 に分割される。具体的には、当該ビームスプ リッタ26により90°反射される反射光と、当該 ビームスプリッタ26を透過する透過光とに分� ��される。前記反射光はそのまま一方の分岐� ��学系30に導かれ、前記透過光はビームスプ� �ッタ28により90°反射されてから他方の分岐� �学系30に導かれる。

 各分岐光学系30では、まず、前記ビーム� �プリッタ26から導かれる光が分光素子である ビームスプリッタ32により測定光と参照光と� ��分光される。このうち測定光は、測定光用� ��割素子42MのAOM48により周波数変換(周波数f1� �変換)されながらさらに2つの測定光に分割さ れる。これらの測定光はそれぞれミラー44Mで 反射され、さらにλ/2波長板46Mにより偏向面� �調節を受けてから、対応する偏向ビームス� �リッタ36にそれぞれ導かれる。

 同様に、参照光は参照光用分割素子42RのA OM48により周波数変換(周波数f2に変換)されな� ��ら前記各測定光に対応する2つの参照光に分 割される。これらの参照光はそれぞれミラー 44Rで反射され、さらにλ/2波長板46Rにより偏� �面の調節を受けてから、対応する偏向ビー� �スプリッタ36にそれぞれ導かれる。

 前記各偏向ビームスプリッタ36は、この� �向ビームスプリッタ36に入射される前記測定 光及び前記参照光を合成し、光拡大素子であ るビームエキスパンダ38に導く。ビームエキ� ��パンダ38は、前記測定光及び前記参照光の� �径を同時に拡大する。その拡大後の測定光� �び参照光は干渉用光学系40の偏向ビームスプ リッタ56に入射される。

 偏向ビームスプリッタ56は、前記合成光� �うちの参照光を受光素子アレイ20と反対の側 に90°反射する。この参照光は、参照光用ミ� �ー60Rによって180°反射されることにより、参 照光用λ/4波長板58Rを往復してから前記偏向� �ームスプリッタ56に戻る。この参照光が前記 参照光用λ/4波長板58Rを往復する際、当該参� �光の偏向面が計90°回転するために、前記偏� ��ビームスプリッタ56に戻った参照光はその� �ま当該偏向ビームスプリッタ56を透過する。

 一方、前記偏向ビームスプリッタ56は、� �記測定光をそのまま透過させて測定光用λ/4� ��長板58M及び試料収容器16に導く。この測定� �は、前記試料収容器16に収容される試料に含 まれる全ての測定域を通過した後、測定光用 ミラー60Mによって180°反射される。この反射� ��より、前記測定光は前記測定光用λ/4波長板 58M及び前記試料収容器16を往復してから前記� ��向ビームスプリッタ56に戻る。

 このとき、前記測定光の位相は、前記各� ��定域における試料の屈折率の変化分だけ、� ��化する。さらに、この測定光の偏向面は、� ��該測定光が前記測定光用λ/4波長板58Mを往復 することによって計90°回転する。このため� �当該測定光は前記偏向ビームスプリッタ56に て90°反射され、前記参照光と干渉しながら� �記受光素子アレイ20の各受光素子24に受光さ� ��る。

 前記各受光素子24は、前記干渉光を受光� �、その強度に対応する電気信号を信号処理� �置22に出力する。この電気信号は、前記測定 光と前記参照光の周波数差(=|f1-f2|)に相当す� �うねり周波数をもつ信号となる。信号処理� �置22は、前記電気信号と、前記励起光入射光 学系18における励起光の変調周期とに基づき� ��前記測定光の位相変化を演算する。すなわ� ��、光干渉法による位相変化の測定を実行す� ��。

 具体的に、前記干渉光の強度S1は、次の(1)� �で表される。
 S1=C1+C2・cos(2π・fb・t+φ) …(1)

 同式において、C1、C2は前記偏光ビームス プリッタ等の光学素子の特性や試料の透過率 により定まる定数、φは前記測定光と前記参� ��光の光路長差による位相差、fbは前記測定� �と前記参照光の周波数差(=f1-f2)である。この (1)式は、干渉後の測定光の強度S1の変化(前記 励起光を照射しないとき或いはその光強度が 小さいときとその光強度が大きいときとの差 )から、前記位相差φの変化を求めることが可 能であることを示している。信号処理装置22� ��、この(1)式を利用して前記位相差φの変化� �算出する。

 例えば、前記励起光Leの強度がチョッパ� �回転により周波数fで周期的に強度変調され� ��場合、試料の屈折率も前記周波数fで変化す る。測定光の光路長も前記周波数fで変化し(� ��照光の光路長は一定)、前記位相差φも周波� ��fで変化する。従って、前記位相差φの変化� ��前記周波数fの成分(前記励起信号の強度変� �周期と同周期成分)について測定(算出)する� �とが、周波数fの成分を有しないノイズの影� ��を除去しつつ試料の屈折率変化のみを精度� ��く測定することを可能にする。すなわち、� ��の測定は、前記位相差φの測定のS/N比を向� �させる。

 以上示した光熱変換測定装置では、測定� ��光学系12に含まれる分割素子(ビームスプリ� ��タ26並びに測定光用分割素子42M及び参照光� �分割素子42R)が、測定用光源10から発する光� �分割することにより、単一の測定用光源10を 用いて計4つの試料収容器16に収容される試料 の測定を同時に行うことを可能にする。この ことは、装置のコストアップを抑えながら効 率の高い測定を行うことを可能にする。

 さらに、前記測定用光学系12に含まれる� �拡大素子であるビームエキスパンダ38は、分 割された後の各測定光及び各参照光を拡大す ることにより、当該測定光が各試料に含まれ る複数の測定域を同時に透過することを可能 にする。そして、それぞれの測定域を透過し た測定光の干渉後の強度が各受光素子24によ� ��個別に検出される。従って、前記試料収容� ��16が全ての測定域に跨って連続するように� �料を収容するものである場合、前記励起光� �射光学系18が前記試料に含まれる全ての測定 域に対し均一な周波数をもつ励起光を入射す ることにより、前記試料における光熱効果の 分布特性を測定することを可能にする。この 場合、各受光素子24が当該受光素子24に対応� �る測定域についての位置情報を含んでおれ� �よい。

 励起光入射光学系18は、例えば第2の実施� ��形態として図3に示すように、光源からの光 を互いに波長の異なる複数の励起光に分光す る機能を有しており、それぞれの励起光を試 料収容器16内の各測定域に照射するものであ� ��てもよい。このような複数種の励起光の照� ��は、前記試料の吸収スペクトルを速やかに� ��定することを可能にする。

 前記試料収容器16は、例えば図4に示され� ��ように測定域ごとに区画された複数の試料� ��容部16aを有するものであってもよい。これ� ��の試料収容部16aにそれぞれ異なる試料が個� ��に収容された状態で全試料収容部16aを拡大� ��の測定光が透過すると、当該測定光すなわ� ��共通の測定光を用いて複数の試料の測定を� ��時に行うことが可能である。

 本発明では、前記分割素子、前記光拡大� ��子の一方が省略されてもよい。また、分割� ��子を具備する場合、第3の実施の形態として 図5に示されるように、試料収容器16の直前で 測定光及び参照光がそれぞれ分割されてもよ い。

 この第3の実施の形態に係る装置は、共通 の光源から発せられる光を測定光と参照光と に分割する分光素子であるビームスプリッタ 32と、測定光周波数変換用のAOM49M及び参照光� ��波数変換用のAOM49Rのほか、前記分割のため� ��ビームスプリッタユニット70を備える。

 前記ビームスプリッタユニット70は、前� �AOM49Mにより周波数変換された測定光を分割� �るための測定光分割部72Mと、前記AOM49Mによ� �周波数変換された参照光を分割するための� �照光分割部72Rとを併有する。各分割部72M,72R� ��は測定域の個数(図では4個)と同数のビーム� ��プリッタ74が直列に配される。

 測定光分割部72Mにより分割された各測定� ��は、互いに平行な状態を維持しながら試料� ��容器16における各測定域を透過した後、干� �用光学系40を構成する偏向ビームスプリッタ 76によってそれぞれ90°反射され、レンズ78に� ��って受光素子アレイ20に集光される。参照� �分割部72Rにより分割された各参照光は、互� �に平行なままミラー80で90°反射され、前記� �偏向ビームスプリッタ76を透過した後にレン ズ78によって受光素子アレイ20に集光される� �

 従って、この装置においても、各測定域� ��対応して測定光及び参照光が分割され、各� ��定光は対応する測定域を透過した後に対応� ��る参照光と干渉させられる。この干渉が、� ��記測定光の位相変化の検出を可能にする。

 以上説明したように、本発明は、試料が� ��在しかつ当該試料に光熱効果を生じさせる� ��めの励起光が当該試料に照射される複数の� ��定域に前記励起光とは別の測定光をそれぞ� ��透過させることにより、前記各測定域での� ��記光熱効果による前記試料の発熱量を測定� ��るための光熱変換測定装置であって、前記� ��測定域に前記励起光を入射するための励起� ��入射光学系と、前記励起光とは別の光を発� ��る測定用光源と、前記測定用光源から発せ� ��れた光を前記各測定域に前記測定光として� ��き、当該測定域を透過させるための測定用� ��学系と、前記各測定域を透過した後の前記� ��定光を受光してその位相変化をそれぞれ測� ��するための複数の受光素子と、を備える。� ��らに、前記測定用光学系は、前記測定用光� ��から発せられた光を、前記各測定域を同時� ��透過することが可能な光に変換するための� ��変換素子を含み、この光変換素子により変� ��された光を前記各測定域に前記測定光とし� ��導く。

 この装置では、前記光変換素子により変� ��された光が測定光として複数の測定域を同� ��に透過する。このことは、共通の測定用光� ��を用いながら各測定域での測定を同時に行� ��ことを可能にする。このような共通光源に� ��る複数域での同時測定は、装置のコストア� ��プを抑えながら測定効率を高めることを可� ��にする。

 前記測定用光学系は、前記光変換素子と� ��て、前記測定用光源から発せられた光を、� ��記各測定域をそれぞれ透過することが可能� ��複数の光に分割するための分割素子を含む� ��のが、好適である。この分割素子は、前記� ��定用光源からの光を分割するだけの簡単な� ��成でありながら、前記各測定域での同時測� ��を実現可能にする。

 前記分割素子としては、例えば、ビーム� ��プリッタや、前記測定用光源から発せられ� ��光を回折させるための音響光学変調器及び� ��の音響光学変調器から出る特定の複数の光� ��それぞれ特定方向に向けて反射する反射素� ��を含むものが、好適である。

 前記測定光の位相変化は、例えば光干渉� ��により測定することが可能である。そのた� ��の構成として、前記測定用光学系は、前記� ��定用光源から発せられた光を前記測定光と� ��照光とに分光する分光素子と、前記参照光� ��前記測定域を透過する測定光と干渉させる� ��渉用光学系を含み、前記各受光素子は、前� ��干渉後の前記各測定光の強度をそれぞれ検� ��するものが、好適である。

 その場合、前記分光素子及び前記干渉用� ��学系は、前記分割素子により分割された後� ��複数の光についてそれぞれ設けられるもの� ��もよいし、前記干渉用光学系は、前記分割� ��子として、分光された測定光をさらに複数� ��測定光に分割するための測定光用分割素子� ��、分光された干渉光をさらに複数の干渉光� ��分割するための干渉光用分割素子とを含み� ��その分割された複数の干渉光を、分割され� ��複数の前記測定光のうち対応する測定光に� ��れぞれ干渉させるものであってもよい。

 また、前記測定用光学系は、前記光変換� ��子として、前記測定用光源から発せられた� ��を拡大する光拡大素子を含み、この光拡大� ��子により拡大された後の光を複数の測定域� ��同時に透過させるものであってもよい。こ� ��光拡大素子は、前記測定用光源から発せら� ��る光を拡大するだけの簡単な構成で、当該� ��が測定光として複数の測定域を同時に透過� ��ることを可能にする。

 この装置においても、光干渉法による測� ��が可能である。具体的には、前記測定用光� ��から発せられた光を前記測定光と参照光と� ��分光する分光素子と、その分光された測定� ��と参照光とを合成するための合成素子と、� ��成された測定光及び参照光のうちの測定光� ��前記測定域に透過させてその透過した測定� ��と参照光とを干渉させる干渉用光学系を含� ��、前記光拡大素子は、前記合成素子により� ��成された前記測定光及び前記干渉光を同時� ��拡大して前記干渉用光学系に導くものが、� ��適である。

 この装置において、前記合成素子は、前� ��測定光及び参照光を合成してから前記光拡� ��素子に導くことにより、この光拡大素子が� ��記測定光及び参照光をまとめて拡大するこ� ��を可能にし、その結果、拡大後の測定光が� ��記参照光と干渉することを可能にする。

 本発明では、前記測定域ごとに互いに異� ��る複数の試料を収容するための試料収容器� ��備えてもよいし、複数の測定域に跨る領域� ��連続する試料を収容するための試料収容器� ��備えてもよい。前者の試料収容器は、互い� ��異なる試料の光熱効果の同時測定を可能に� ��る。これに対し、後者の試料収容器は、共� ��の試料内の各部位における光熱効果の同時� ��定を可能にする。例えば、前記励起光入射� ��学系が、前記試料に含まれる全ての測定域� ��対し均一な周波数をもつ励起光を入射する� ��のであれば、当該試料における光熱効果の� ��布特性を測定することが可能であり、前記� ��起光入射光学系が、前記試料に含まれる測� ��域毎に互いに異なる励起光を照射するもの� ��あれば、当該試料の吸収スペクトルを速や� ��に測定することが可能である。