流路中流动的样本的光学特性测量装置的制作方法

专利名称：流路中流动的样本的光学特性测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用光的干涉来测量流路中的样本的光学特性的光学特性测量装置。
背景技术：
利用光的干涉的光学特性测量装置例如由专利文献1、2所公开。利用马赫-曾德 尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer)的光学特性测量装置能够测量流路中的样本的 光学特性。即这种光学特性测量装置以由第1光耦合器将光调制成2个分支之后的一个分 支光横断流路的方式由第2光耦合器使该分支光和另一个分支光干涉，通过检测该干涉光 的强度从而能够测量流路中的样本的光学特性。 具体来说，所谓样本的光学特性是光学厚度和折射率以及吸收等。由此，可以知道
细胞等的样本的大小(体积)和干燥重量。由测量部测量相位差。将相位差①的因样本
的通过而引起的变化量作为A。s。例如，在试图测量样本的光学厚度的情况下，能够根据
"A 0)s( A /2 )"计算出细胞的光学厚度。如果知道了样本的折射率，那么也能够计算出
样本的粒子直径。在样本内部的折射率分布是一样的情况下，光学厚度与体积存在比例关
系，在样本内部的折射率分布是不一样的情况下，光学厚度与样本的干燥重量存在比例关
系(非专利文献l)。另外，样本的折射率可以根据"A①s(A/2Ji)/D"计算出平均的折射
率差(溶剂与样本的折射差)。在此，D表示粒子的直径。另外，如果对输入到测量部的信
号Asin①、Acos①施以平方和，那么能够得到振幅A，并能够从该振幅强度的衰减程度测量
样本的吸收。A表示光的波长。 专利文献1 :日本特公平7-119613号公报 专利文献2 :美国专利申请公开第2005-0105097号说明书 非专利文献1 :E. B. van Munster， Cytometry, Vol. 47， pp. 192—199 (2002)

发明内容
发明所要解决的问题 在如上述那样的光学特性测量装置中，第1光耦合器与第2光耦合器之间的2个 分支光路分别存在其一部分或者全部由光纤构成的情况。在该情况下，由于温度等的环境 变动而使光纤发生伸縮，且2个分支光路的各自的光程长度的差发生变动，从而干涉光的 强度发生变动。该干涉光的强度变动作为测量时的噪音。 —般来说，玻璃纤维的线膨胀系数为100X 10—7K，且其伸縮的变动幅度和其频率 取决于所使用的环境。例如，如果使光纤的长度为2m，那么在温度变动为rC的情况下，其 光纤的伸縮为20ym的左右，且光纤的伸縮的变动的频率(即噪音频率)为0. 2Hz左右。如 果起因于测量对象物而产生的信号光的频率比噪音频率足够大，例如10kHz以上，那么能 够由频率识别的方法除去噪音成分从而有选择性地取出信号光。 另外，由于温度等的环境变动而使2个分支光路的各自的光程长度的差发生变 动，从而产生测量灵敏度的劣化。即在光程长度差为规定值的时候测量灵敏度最大，但是如果光程长度差偏离了规定值，那么测量灵敏度发生劣化，且SN比发生劣化。因此，为了将测 量灵敏度维持为一定值，将光程长度差控制为一定值的机构是必须的。 在测量流路中的样本的光学特性的情况下，因为样本粒子一个一个地移动，所以 在样本粒子横穿过分支光的时候产生信号光，而在样本粒子没有横穿过分支光的时候不产 生信号光。这就是在如流式细胞仪(flow cytometer)那样的通常技术中，在样本没有通过 的时候光不到达光检测器那样的结构。通过制成该结构，从而在测量光强度的情况下，由于 只在样本通过时检测信号成分，因而能够提高测量灵敏度。即使在样本粒子没有横穿过分 支光的时候，由于光程长度差发生变动且测量灵敏度发生变动，因而在测量相位差的情况 下也有必要将光程长度差一直控制为一定值。 但是，在通常的技术中，在样本粒子没有横穿过分支光的时候，由于是光不到达光 检测器的结构，因而无法一直将光程长度差控制为一定值。所以，即使在一个一个的样本粒 子横穿过分支光的时候，光程长度差也会偏离于规定值，且测量灵敏度也不为一定值。
本发明为了解决上述的问题，以提供一种即使在流路中样本粒子一个一个地移动 的情况下也能够以一定的灵敏度测量该样本的光学特性的光学特性测量装置为目的。
解决问题的方法 本发明的第1侧面所涉及的光学特性测量装置是一种利用光的干涉来测量流路 中的样本的光学特性的光学特性测量装置，其具备(1)输出光的光源部、(2)将从光源部输 出的光调制成2个分支并作为第1分支光以及第2分支光进行输出的第1光耦合器、(3)输 入从第1光耦合器输出并经过第1分支光路的第1分支光，并输入从第1光耦合器输出并 在经过第2分支光路的同时通过该第2分支光路上的流路的第2分支光，并且使这些输入 的第1分支光以及第2分支光干涉并输出该干涉光的第2光耦合器、(4)被设置于第1光耦 合器与第2光耦合器之间的第1分支光路以及第2分支光路中的任意的光路上，并以频率 f对在该光路上传播的光进行相位调制的相位调制部、(5)调整第1光耦合器与第2光耦合 器之间的第1分支光路以及第2分支光路的各自的光程长度的差的光程长度差调整部。
再有，本发明的第1侧面所涉及的光学特性测量装置还具备(6)接收从第2光耦 合器输出的干涉光并输出对应于该受光强度的值的电信号的受光部、(7)输入从受光部输 出的电信号，并在输出对应于该电信号中所含的频率f的成分的大小的值的第l信号的同 时，输出对应于该电信号中所含的频率2f的成分的大小的值的第2信号的同步检测部、(8) 以根据从同步检测部输出的第1信号或者第2信号，使由光程长度差调整部调整的光程长 度差为规定值的方式进行控制的控制部、(9)根据从同步检测部输出的第1信号以及第2信 号，测量流路中的样本的光学特性的测量部。 在本发明的第1侧面所涉及的光学特性测量装置中，从光源部输出的光由第1光 耦合器调制成2个分支并作为第1分支光以及第2分支光输出。从第1光耦合器输出并经 过第1分支光路的第1分支光被输入到第2光耦合器。从第1光耦合器输出并在经过第2 分支光路的同时通过该第2分支光路上的流路的第2分支光也被输入到第2光耦合器。被 输入到第2光耦合器的第1分支光以及第2分支光发生干涉，该干涉光从第2光耦合器被 输出。第1光耦合器、第2光耦合器、第1分支光路以及第2分支光路构成了马赫_曾德尔 干涉仪(Mach-ZehnderInterferometer)。通过被设置于第1光耦合器与第2光耦合器之间 的第1分支光路以及第2分支光路中的任意的光路上的相位调制部，从而以频率f使在该光路上传播的光被相位调制。第1光耦合器与第2光耦合器之间的第1分支光路以及第2 分支光路的各自的光程长度的差被光程长度差调整部调整。 从第2光耦合器输出的干涉光通过受光部而被受光，对应于该受光强度的值的电 信号从受光部被输出。从受光部输出的电信号被输入到同步检测部，在对应于该电信号中 所含的频率f的成分的大小的值的第1信号从同步检测部输出的同时，对应于该电信号中 所含的频率2f的成分的大小的值的第2信号从同步检测部输出。然后，通过控制部，以根 据从同步检测部输出的第1信号或者第2信号而使由光程长度差调整部调整的光程长度差 为规定值的方式进行控制。另外，通过测量部，并根据从同步检测部输出的第l信号以及第 2信号，测量流路中的样本的光学特性。 另外，本发明的第2侧面所涉及的光学特性测量装置是一种利用光的干涉来测量 流路中的样本的光学特性的光学特性测量装置，其具备(1)输出光的光源部、(2)将从光源 部输出的光调制成2个分支并作为第1分支光以及第2分支光输出的第1光耦合器、(3)输 入从第1光耦合器输出并经过第1分支光路的第1分支光，并输入从第1光耦合器输出并 在经过第2分支光路的同时通过该第2分支光路上的流路的第2分支光，并且使这些输入 的第1分支光以及第2分支光干涉并输出该干涉光的第2光耦合器、(4)被设置于第1光 耦合器与第2光耦合器之间的第1分支光路以及第2分支光路中的任意的光路上，并以频 率f对在该光路上传播的光进行相位调制的相位调制部、(5)对第1光耦合器与第2光耦 合器之间的第1分支光路以及第2分支光路的各自的光程长度的差进行调整的光程长度差 调整部。 再有，本发明的第2侧面所涉及的光学特性测量装置还具备(6a)有选择性地接收 从第2光耦合器输出的干涉光中的0次光并输出对应于该受光强度的值的第1电信号的第 l受光部、(6b)有选择性地接收从第2光耦合器输出的干涉光中的高次光并输出对应于该 受光强度的值的第2电信号的第2受光部、(7a)输入从第1受光部输出的第1电信号并输 出对应于该第1电信号中所含的频率f的成分的大小的值的第l信号或者输出对应于该第 1电信号中所含的频率2f的成分的大小的值的第2信号的第1同步检测部、(7b)输入从第 2受光部输出的第2电信号，并在输出对应于该第2电信号中所含的频率f的成分的大小的 值的第3信号的同时，输出对应于该第2电信号中所含的频率2f的成分的大小的值的第4 信号的第2同步检测部、(8)以根据从第1同步检测部输出的第1信号或者第2信号而使 由光程长度差调整部调整的光程长度差为规定值的方式进行控制的控制部、(9)根据从第 2同步检测部输出的第3信号以及第4信号，测量流路中的样本的光学特性的测量部。
在本发明的第2侧面所涉及的光学特性测量装置中，从光源部输出的光由第1光 耦合器调制成2个分支并作为第1分支光以及第2分支光输出。从第1光耦合器输出并经 过第1分支光路的第1分支光被输入到第2光耦合器。从第1光耦合器输出并在经过第2 分支光路的同时通过该第2分支光路上的流路的第2分支光也被输入到第2光耦合器。被 输入到第2光耦合器的第1分支光以及第2分支光发生干涉，该干涉光从第2光耦合器被 输出。第1光耦合器、第2光耦合器、第1分支光路以及第2分支光路构成了马赫_曾德尔 干涉仪。通过被设置于第1光耦合器与第2光耦合器之间的第1分支光路以及第2分支光 路中的任意的光路上的相位调制部，从而以频率f使在该光路上传播的光被相位调制。第 1光耦合器与第2光耦合器之间的第1分支光路以及第2分支光路的各自的光程长度的差被光程长度差调整部调整。 从第2光耦合器输出的干涉光中的0次光通过第1受光部而有选择性地被受光， 对应于该受光强度的值的第1电信号从第1受光部被输出。从第2光耦合器输出的干涉光 中的高次光通过第2受光部而有选择性地被受光，对应于该受光强度的值的第2电信号从 第2受光部被输出。从第1受光部输出的第1电信号被输入到第1同步检测部，对应于该 第1电信号中所含的频率f的成分的大小的值的第1信号或者对应于该第1电信号中所含 的频率2f的成分的大小的值的第2信号从第1同步检测部被输出。从第2受光部输出的 第2电信号被输入到第2同步检测部，并在对应于该第2电信号中所含的频率f的成分的 大小的值的第3信号从第2同步检测部被输出的同时，对应于该第2电信号中所含的频率 2f的成分的大小的值的第4信号从第2同步检测部被输出。然后，通过控制部，以根据从第 1同步检测部输出的第1信号或者第2信号而使由光程长度差调整部调整的光程长度差为 规定值的方式进行控制。另外，通过测量部，并根据从第2同步检测部输出的第3信号以及 第4信号，测量流路中的样本的光学特性。 在此，通过本发明所涉及的光学特性测量装置进行测量的优选的对象为在流路中 样本粒子一个一个地移动的情况下的该样本。流路可以是由玻璃管构成的流通池(flow cell)或毛细管(c即illary)，也可以是生物体的血管。
发明的效果 根据本发明，即使在流路中样本粒子一个一个地移动的情况下，也能够以一定的 灵敏度测量该样本的光学特性。
图3是表示光程长度差调整部50A的特性的图。
-个例子的光程长度差调整部50B的结


图1是表示第1实施方式所涉及的光学特性测量装置1的结构的图。 图2是表示作为光程长度差调整部50的一个例子的光程长度差调整部50A的结
构的图。

构的图
构的图
构的图
构的图
构的图。 图9是表示在不进行光程长度差的控制的情况下从同步检测部70输出的第1信 号(Asin①)以及第2信号(Acos①)的图。 图10是表示分别在进行光程长度差的控制的情况以及不进行光程长度差的控制 的情况下从同步检测部70输出的第1信号(Asin①)的图。
图4是表示作为光程长度差调整部50的-图5是表示作为光程长度差调整部50的-图6是表示作为光程长度差调整部50的-图7是表示作为光程长度差调整部50的-图8是表示作为光程长度差调整部50的-
-个例子的光程长度差调整部50C的结 -个例子的光程长度差调整部50D的结 -个例子的光程长度差调整部50E的结 -个例子的光程长度差调整部50F的结
图11是表示第2实施方式所涉及的光学特性测量装置2的结构的图。 图12是表示第1受光部61以及第2受光部62的一个构成例的图。 图13是表示第1受光部61以及第2受光部62的一个构成例的图。 图14是表示第1受光部61以及第2受光部62的一个构成例的图。 符号的说明 1、2…光学特性测量装置 10…光源部10 21、22…光耦合器 31 32…透镜 40…相位调制部 41…驱动部 50…光程长度差调整部 51…控制部 60 62…受光部 70 72…同步检测部 80…测量部
具体实施例方式
以下，参照附图对用于实施本发明的最佳方式进行详细的说明。在此，在附图的说 明中，对相同的要素标记相同的符号，省略重复的说明。 [OOM](第1实施方式) 首先，对本发明所涉及的光学特性测量装置的第1实施方式进行说明。图1是表 示第1实施方式所涉及的光学特性测量装置1的结构的图。该图所示的第1实施方式所涉 及的光学特性测量装置1具备光源部10、第1光耦合器21、第2光耦合器22、透镜31、透镜 32、相位调制部40、驱动部41、光程长度差调整部50、控制部51、受光部60、同步检测部70 以及测量部80。 光源部10为输出相干光的装置，优选为激光光源，更加优选为半导体激光光源或 超发光二极管(superluminescence diode)。 第1光耦合器21将从光源部10输出的光调制成2个分支并作为第1分支光以及 第2分支光输出。第1光耦合器21将第1分支光输出到第1分支光路Pl，并将第2分支光 输出到第2分支光路P2。第2光耦合器22输入从第1光耦合器21输出并经过第1分支光 路Pl的第1分支光，也输入从第1光耦合器21输出并在经过第2分支光路P2的同时通过 该第2分支光路P2上的流路90的第2分支光，使这些输入的第1分支光以及第2分支光 干涉并将该干涉光输出到受光部60。第l光耦合器21以及第2光耦合器22可以分别是分 束器(beamspliter)，也可以分别是光纤耦合器。第1光耦合器21、第2光耦合器22、第1 分支光路Pl以及第2分支光路P2构成了马赫_曾德尔干涉仪。 透镜31以及透镜32在第1光耦合器21与第2光耦合器22之间的第2分支光路 P2的中途夹着流路90而相对地设置。透镜31对从第1光耦合器21输出并被光纤导波而 到达的第2分支光进行平行校正(collimate)或者进行聚光并向外部输出。透镜32输入从透镜31输出的第2分支光，并通过光纤将该第2分支光朝向第2光耦合器22导波。
相位调制部40以及光程长度差调整部50分别被设置于第1光耦合器21与第2 光耦合器22之间的第1分支光路Pl的中途。相位调制部40被从驱动部41输出的频率f 的调制信号驱动，并以频率f将在第1分支光路Pl上传播的第1分支光相位调制成正弦波 状。相位调制部40例如是使用LiNb03结晶的部件，调制速度为2. 5Gbit/s，使相位仅变化 n而所需的驱动电压为5V以下，以5MHz将第1分支光相位调制成正弦波状。作为驱动部 41，例如使用驱动电路。 光程长度差调整部50被控制部51所控制，通过调整第1分支光路P1的光程长度 从而调整第1光耦合器21与第2光耦合器22之间的第1分支光路Pl以及第2分支光路 P2的各自的光程长度的差。作为光程长度差调整部50，可以采用各种形式的调整部，例如， 如在后面使用图2 图8进行说明的那样，可以采用将光纤巻到圆筒型压电振动器而使该 光纤的光程长度可变的调整部、或者由压电元件使对向的2个镜子的间隔可变的调整部。 作为控制部51，例如使用PID控制器。 在此，第1光耦合器21与相位调制部40之间的光路、相位调制部40与光程长度 差调整部50之间的光路、光程长度差调整部50与第2光耦合器22之间的光路、第1光耦 合器21与透镜31之间的光路、透镜32与第2光耦合器22之间的光路分别优选由光纤构 成。 受光部60接收从第2光耦合器22输出的干涉光，并向同步检测部70输出对应于 该受光强度的值的电信号。受光部60包含例如光电二极管。同步检测部70在输入从受光 部60输出的电信号的同时从驱动部41输入频率f的调制信号以及频率2f的调制信号。然 后，同步检测部70在输出对应于从受光部60输出的电信号中所含的频率f的成分的大小 的值的第1信号的同时，输出对应于该电信号中所含的频率2f的成分的大小的值的第2信 号。同步检测部70包含例如锁相放大器(lock-in Amplifier)。 测量部80根据从同步检测部70输出的第1信号以及第2信号，测量流路90中的 样本的光学特性。另外，控制部51以根据从同步检测部70输出的第1信号或者第2信号 (也可以根据第1信号以及第2信号这两者的值)而使由光程长度差调整部50调整的光程 长度差为规定值的方式进行控制。例如，在图1所示的光学特性测量装置1、图ll所示的光 学特性测量装置2中，仅根据第2信号进行控制。在此，由该控制部51进行的控制优选为 使由于温度等的环境变动而引起的光程长度差的变动频率透过、并且经由低通滤波器来进 行，该低通滤波器截断包含伴随着样本通过的信号的频率。 接着，使用图2 图8，对包含于第1实施方式所涉及的光学特性测量装置1的光 程长度差调整部50的构成例进行说明。 图2是表示作为光程长度差调整部50的一个例子的光程长度差调整部50A的结 构的图。该图所示的光程长度差调整部50A包含镜子101、镜子102、压电元件103、准直器 104(collimator也可称之为"平行校正器")以及准直器105。各镜子101以及镜子102被 配置成平坦的反射面相对，在垂直于反射面的方向上通过压电元件103使一个镜子101移 动，从而可以变更两面镜子之间的间隔。准直器104被设置于引导从相位调制部40输出的 光LT的光纤的输出端。准直器105被设置于将光引导到第2光耦合器22的光纤的输入端。
被准直器104平行校正后输出的光最初被镜子101反射，其后被镜子101以及镜子102反复反射，最后被镜子102反射并被输入到准直器105中。在该光程长度差调整部 50A中，通过压电元件103使镜子101移动，从而变更镜子101与镜子102之间的间隔，并变 更了从准直器104到准直器105的光程长度。 例如，镜子101与镜子102的间隔为10mm，压电元件103的行程(stroke)为6 ii m， 由镜子101以及镜子102而反复反射的次数为12次( 一个镜子6次)。
在此，如果将由压电元件103而得到的镜子101的移动距离作为S d、将入射到镜 子101的光的入射角作为9 ，那么最后被镜子102反射并被输入到准直器105的光在垂直 于朝向该准直器105的入射方向的方向上仅移动距离(2Sd*sine)。因此，如图3所示， 如果施加到压电元件103的施加电压变大从而镜子101的移动距离S d变大，那么被结合 于准直器105的光的强度变小。如以上所述，虽然光强度发生变化，但是在检测相位差① 上并没有影响。 图4是表示作为光程长度差调整部50的一个例子的光程长度差调整部50B的结 构的图。该图所示的光程长度差调整部50B与光程长度差调整部50A相同，也包含镜子101、 镜子102、压电元件103、准直器104以及准直器105，还包含使准直器104的位置可变的机 构106。这样，通过对应于由压电元件103而引起的镜子101的移动距离S d而使准直器 104仅移动距离(2 S d sin e )，从而可以将被结合于准直器105的光的强度维持为一定。
图5是表示作为光程长度差调整部50的一个例子的光程长度差调整部50C的结 构的图。该图所示的光程长度差调整部50C与光程长度差调整部50A相同，也包含镜子101、 镜子102、压电元件103、准直器104以及准直器105，但是被镜子101以及镜子102反射的 次数为2次(一个镜子1次)。 图6是表示作为光程长度差调整部50的一个例子的光程长度差调整部50D的结 构的图。该图所示的光程长度差调整部50D包含光循环器(circulator) 111、准直器112、 压电元件114以及镜子113。光循环器111输入从相位调制部40到达的光LT并向准直器 112输出该光，输入从准直器112到达的光并向第2光耦合器22输出该光。准直器112对 从光循环器111到达的光进行平行校正并向镜子113输出，另外，输入被镜子113反射而到 达的光。镜子113在垂直于反射面的方向上通过压电元件114而发生移动。在该光程长度 差调整部50D中，通过由压电元件114而使镜子113移动，从而变更镜子113与准直器112 之间的间隔，并变更了从光循环器111的入射端到射出端的光程长度。
图7是表示作为光程长度差调整部50的一个例子的光程长度差调整部50E的结 构的图。该图所示的光程长度差调整部50E包含光循环器121、准直器122、压电元件124以 及镜子125 127。光循环器121输入从相位调制部40到达的光LT并向准直器122输出 该光，输入从准直器122到达的光并向第2光耦合器22输出该光。准直器122对从光循环 器121到达的光进行平行校正并向镜子125输出，另外，输入被镜子125反射而到达的光。 镜子125使从准直器122到达的光反射到镜子126，并使从镜子126到达的光反射到准直 器122，另外，在垂直于反射面的方向上通过压电元件124而发生移动。镜子126入射从镜 子125到达的光并向镜子127前进，并将从镜子127到达的光向镜子125输出。在该光程 长度差调整部50E中，通过由压电元件124而使镜子125移动，从而变更镜子127与准直器 122之间的间隔，并变更了从光循环器121的入射端到射出端的光程长度。
图8是表示作为光程长度差调整部50的一个例子的光程长度差调整部50F的结
10构的图。该图所示的光程长度差调整部50F是将光纤132巻到圆筒型压电振动器131上的 调整部，通过圆筒型压电振动器131的直径的伸縮而使光纤132的光程长度可变。
接着，对第1实施方式所涉及的光学特性测量装置1的动作进行说明。从光源部 10输出的光被第1光耦合器21调制成2个分支并作为第1分支光以及第2分支光输出。 从第1光耦合器21输出到第1分支光路Pl的第1分支光通过被驱动部41驱动的相位调 制部40并以频率f被相位调制成正弦波状，经过被控制部51控制的光程长度差调整部50 从而被输入到第2光耦合器22。从第1光耦合器21输出到第2分支光路P2的第2分支光 通过透镜31被平行校正或者被聚光并被输出，在通过流路90之后被输入到透镜32，并被输 入到第2光耦合器22。 被输入到第2光耦合器22的第1分支光以及第2分支光在第2光耦合器22中发 生干涉，该干涉光从第2光耦合器22输出。从第2光耦合器22输出的干涉光被受光部60 受光，对应于该受光强度的值的电信号从受光部60输出。在从受光部60输出的电信号被 输入到同步检测部70的同时，从驱动部41将频率f的调制信号以及频率2f的调制信号输 入到同步检测部70。然后，在从同步检测部70输出对应于从受光部60输出的电信号中所 含的频率f的成分的大小的值的第1信号的同时，输出对应于该电信号中所含的频率2f的 成分的大小的值的第2信号。 从同步检测部70输出的第1信号以及第2信号被输入到测量部80，根据这些第1 信号以及第2信号测量流路90中的样本的光学特性。另外，由控制部51以根据从同步检 测部70输出的第1信号或者第2信号而使被光程长度差调整部50调整的光程长度差为规 定值的方式进行控制。 在此，将从光源部IO输出的光的波长作为A。另外，第1光耦合器21与第2光 耦合器22之间的第1分支光路Pl以及第2分支光路P2的各自的光程长度的差L由下述 式(1)表示，在通过光程长度差调整部50而被设定为某一个中心值L。的同时，通过相位调 制部40在中心值L。的周围以振幅AL以及频率f微小变动为正弦波状。在此，t为时间变 <formula>formula see original document page 11</formula>
此时，被受光部60受光的干涉光的强度I(t)由下述的式(2)表示。下述式(2) 表示如果利用A①与2ji相比足够小这一现象来进行近似，那么主要包含频率f的成分以 及频率2f的成分。其中，频率f的成分由作为Asin①的式子来表示，频率2f的成分由作 为Acos①的式子来表示。在此，A为常数。因此，两个成分的比由tan①(或者它的倒数的 cot①)来表示。<formula>formula see original document page 11</formula> 即从同步检测部70输出的第1信号因为是对应于从受光部60输出的电信号中所 含的频率f的成分的大小的值，所以由作为Asin①的式子来表示。另外，从同步检测部70 输出的第2信号因为是对应于从受光部60输出的电信号中所含的频率2f的成分的大小的 值，所以由作为Acos①的式子来表示。再有，在测量部80中，求得第1信号(Asin①)以及 第2信号(Acos①)的各自的值的比tan①或者cot①，并基于该tan①或者cot①的值而求得第1分支光路PI和第2分支光路P2的相位差①(即光程长度差L。)。然后，根据相位 差①测量流路90中的样本的相位差。 在测量部80中，在根据tan①的值求得相位差①的情况下、在第2信号(Acos①) 的值为0的时候(或者在接近于0的时候)，即在相位差①为Ji /2或者为3 Ji /2的时候 (在光程长度差L。为A /4或者为3 A /4的时候)，测量灵敏度最大。因此，在该情况下，由 控制部51并以从同步检测部70输出的第2信号(Acos①)的绝对值变小的方式控制被光 程长度差调整部50调整的光程长度差。 图9以及图10分别是表示包含于第1实施方式所涉及的光学特性测量装置1中 的从同步检测部70输出的第l信号(Asin①)以及第2信号(Acos①)的图。在没有由控 制部51以及光程长度差调整部50控制光程长度差的情况下，从同步检测部70输出的第1 信号(Asin①)以及第2信号(Acos①)由于温度等的环境变动而如图9以及图10(后半部 分)所示以大概周期0. 1 0. 5Hz进行变动。相对于此，在由控制部51以及光程长度差调 整部50控制光程长度差的情况下，从同步检测部70输出的第1信号(Asin①)如图10(前 半部分)所示是稳定的。 如以上所述，在第1实施方式所涉及的光学特性测量装置1中，即使在样本粒子没 有横穿过分支光的时候，也能够将光程长度差控制为规定值，并且即使在流路中样本粒子 一个一个地移动的情况下，也能够以一定的灵敏度测量该样本的光学特性。 [OOSS](第2实施方式) 接着，对本发明所涉及的光学特性测量装置的第2实施方式进行说明。图11是表 示第2实施方式所涉及的光学特性测量装置2的结构的图。如果与图1所示的第1实施方 式所涉及的光学特性测量装置1的结构相比较，那么该图11所示的第2实施方式所涉及的 光学特性测量装置2在代替受光部60而具备第1受光部61以及第2受光部62这一点上 不同、在代替同步检测部70而具备第1同步检测部71以及第2同步检测部72这一点上不 同、在控制部51根据从第1同步检测部71输出的信号进行控制这一点上不同，另外，在测 量部80根据从第2同步检测部72输出的信号进行测量这一点上不同。
第1受光部61有选择性地接收从第2光耦合器22输出的干涉光中的0次光，并 将对应于该受光强度的值的第1电信号输出到同步检测部71。第2受光部62有选择性地 接收从第2光耦合器22输出的干涉光中的高次光，并将对应于该受光强度的值的第2电信 号输出到同步检测部72。第1受光部61以及第2受光部62分别包含例如光电二极管。
第1同步检测部71输入从第1受光部61输出的第1电信号，并输出对应于该第1 电信号中所含的频率f的成分的大小的值的第1信号(Asin①)或者输出对应于该第1电 信号中所含的频率2f的成分的大小的值的第2信号(Acos①)。第2同步检测部72输入从 第2受光部62输出的第2电信号，并在输出对应于该第2电信号中所含的频率f的成分的 大小的值的第3信号(Asin①)的同时输出对应于该第2电信号中所含的频率2f的成分的 大小的值的第4信号(Acos①)。第1同步检测部71以及第2同步检测部72分别包含例如 锁相放大器(lock-inAmplifier)。 控制部51以根据从第1同步检测部71输出的第1信号(Asin①)或者第2信号 (Acos①)而使被光程长度差调整部50调整的光程长度差为规定值的方式进行控制。由该 控制部51进行控制的内容与第1实施方式的情况相同。测量部80根据从第2同步检测部72输出的第3信号(Asin①)以及第4信号(Acos①)而测量流路90中的样本的光学特性。 由该测量部80进行处理的内容与第1实施方式的情况相同。 接着，使用图12 图14对包含于第2实施方式所涉及的光学特性测量装置2中
的第2光耦合器22、第1受光部61以及第2受光部62的构成例进行说明。 在图12所示的构成例中，流路90位于透镜31的后焦点位置，并且位于透镜32的
前焦点位置。第2光耦合器22是分束器，在输入经过第1分支光路P1并由准直器33进行
平行校正而被输出的第1分支光的同时，也输入被透镜32聚光并被输出的第2分支光，使
这些第1分支光和第2分支光干涉，并将该干涉光分别输出到第1受光部61以及第2受光
部62。 被设置于第2光耦合器22与第1受光部61之间的小孔201位于透镜32的后焦 点位置，使从第2光耦合器22到达的干涉光中的0次光通过并截断从第2光耦合器22到 达的干涉光中的高次光。第1受光部61接收通过该小孔201的0次光。被设置于第2光 耦合器22与第2受光部62之间的阻塞物(sto卯er)202位于透镜32的后焦点位置，截断 从第2光耦合器22到达的干涉光中的0次光并使从第2光耦合器22到达的干涉光中的高 次光通过。第2受光部62接收通过该阻塞物202的高次光。 在图13所示的构成例中，流路90位于透镜31的后焦点位置，并且位于透镜32的 前焦点位置。第2光耦合器22是分束器，在输入经过第1分支光路P1并由准直器33进行 平行校正而被输出的第1分支光的同时，由透镜32进行平行校正，并由在透镜32的后焦点 位置上具有入射端面的多芯光纤210进行导波，多芯光纤210的射出端面的像由中继透镜 (relay lens) 34而被成像于小孔201以及阻塞物202。第2光耦合器22还输入经过这些 过程而被输出的第2分支光，使这些第1分支光和第2分支光干涉，并将该干涉光分别输出 到第1受光部61以及第2受光部62。 被设置于第2光耦合器22与第1受光部61之间的小孔201位于通过中继透镜34 而成像的像面位置，使从第2光耦合器22到达的干涉光中的0次光通过并截断从第2光耦 合器22到达的干涉光中的高次光。第1受光部61接收通过该小孔201的0次光。被设置 于第2光耦合器22与第2受光部62之间的阻塞物202位于通过中继透镜34而成像的像 面位置，截断从第2光耦合器22到达的干涉光中的0次光并使从第2光耦合器22到达的 干涉光中的高次光通过。第2受光部62接收通过该阻塞物202的高次光。
在图14所示的构成例中，流路90位于透镜31的后焦点位置，并且位于透镜32的 前焦点位置。第2光耦合器22是分束器，在输入经过第1分支光路P1并由准直器33进行 平行校正而被输出的第1分支光的同时，还输入被透镜32平行校正并被输出的第2分支 光，使这些第1分支光和第2分支光干涉并将该干涉光分别输出到第1受光部61以及第2 受光部62。 第1受光部61以及第2受光部62如同图(b)所示，位于透镜32的后焦点位置， 由具有2个受光区域的1个元件构成。即中心部分的受光区域有选择性地接收从第2光耦 合器22到达的干涉光中的0次光，从而作为第1受光部61而起作用。其周围的环状的受 光区域有选择性地接收从第2光耦合器22到达的干涉光中的高次光，从而作为第2受光部 62而起作用。 接着，对第2实施方式所涉及的光学特性测量装置2的动作进行说明。从光源部10输出的光被第1光耦合器21调制成2个分支并作为第1分支光以及第2分支光输出。 从第1光耦合器21输出到第1分支光路PI的第1分支光通过被驱动部41驱动的相位调 制部40并以频率f被相位调制成正弦波状，经过被控制部51控制的光程长度差调整部50 从而被输入到第2光耦合器22。从第1光耦合器21输出到第2分支光路P2的第2分支光 通过透镜31被平行校正或者被聚光并被输出，在通过流路90之后被输入到透镜32，并被输 入到第2光耦合器22。 被输入到第2光耦合器22的第1分支光以及第2分支光在第2光耦合器22中发 生干涉，该干涉光从第2光耦合器22输出。从第2光耦合器22输出的干涉光中的0次光 被第1受光部61有选择性地受光，对应于该受光强度的值的第1电信号从第1受光部61 向同步检测部71输出。从第2光耦合器22输出的干涉光中的高次光被第2受光部62有 选择性地受光，对应于该受光强度的值的第2电信号从第2受光部62向同步检测部72输 出。 在从第1受光部61输出的第1电信号被输入到第1同步检测部71的同时，从驱 动部41将频率f的调制信号以及频率2f的调制信号输入到第1同步检测部71。在从第1 同步检测部71输出对应于从第1受光部61输出的第1电信号中所含的频率f的成分的大 小的值的第l信号(Asin①)的同时，输出对应于该第l电信号中所含的频率2f的成分的 大小的值的第2信号(Acos①)。然后，通过控制部51以根据从第1同步检测部71输出的 第1信号(Asin①)或者第2信号(Acos①)而使被光程长度差调整部50调整的光程长度 差为规定值的方式进行控制。由该控制部51进行控制的内容与第1实施方式的情况相同。
在从第2受光部62输出的第2电信号被输入到第2同步检测部72的同时，从驱 动部41将频率f的调制信号以及频率2f的调制信号输入到第2同步检测部72。在从第2 同步检测部72输出对应于从第2受光部62输出的第2电信号中所含的频率f的成分的大 小的值的第3信号(Asin①)的同时，输出对应于该第2电信号中所含的频率2f的成分的 大小的值的第4信号(Acos①)。然后，通过测量部80并根据从第2同步检测部72输出的 第3信号(Asin①)以及第4信号(Acos①)，测量流路90中的样本的光学特性。由该测量 部80进行处理的内容与第1实施方式的情况相同。 如以上所述，在第2实施方式所涉及的光学特性测量装置2中，即使在样本粒子没 有横穿过分支光的时候，也能够将光程长度差控制为规定值，并且即使在流路中样本粒子 一个一个地移动的情况下，也能够以一定的灵敏度测量该样本的光学特性。
特别是在第2实施方式所涉及的光学特性测量装置2中，以根据由从第2光耦合 器22输出的干涉光中的0次光并通过第1受光部61以及第1同步检测部71而得到的第1 信号(Asin①)或者第2信号(Acos①)而使被光程长度差调整部50调整的光程长度差为规 定值的方式进行控制。另外，根据由从第2光耦合器22输出的干涉光中的高次光并通过第 2受光部62以及第2同步检测部72而得到的第3信号(Asin①)以及第4信号(Acos①)， 由测量部80测量流路90中的样本的光学特性。因此，即使在与0次光相比高次光的强度 弱的情况下，测量灵敏度也会较高。
权利要求
一种光学特性测量装置，其特征在于，是利用光的干涉来测量流路中的样本的光学特性的光学特性测量装置，具备光源部，其输出光；第1光耦合器，其将从所述光源部输出的光调制成2个分支并作为第1分支光以及第2分支光输出；第2光耦合器，其输入从所述第1光耦合器输出并经过第1分支光路的第1分支光，并输入从所述第1光耦合器输出并在经过第2分支光路的同时通过该第2分支光路上的所述流路的第2分支光，并且使这些输入的第1分支光以及第2分支光干涉并输出该干涉光；相位调制部，其被设置于所述第1光耦合器与所述第2光耦合器之间的所述第1分支光路以及所述第2分支光路中的任意的光路上，并以频率f对在该光路上传播的光进行相位调制；光程长度差调整部，其对所述第1光耦合器与所述第2光耦合器之间的所述第1分支光路以及所述第2分支光路的各自的光程长度的差进行调整；受光部，接收从所述第2光耦合器输出的干涉光并输出对应于该受光强度的值的电信号；同步检测部，其输入从所述受光部输出的电信号，并在输出对应于该电信号中所含的频率f的成分的大小的值的第1信号的同时，输出对应于该电信号中所含的频率2f的成分的大小的值的第2信号；控制部，其以根据从所述同步检测部输出的第1信号或者第2信号而使被所述光程长度差调整部调整的光程长度差为规定值的方式进行控制；以及测量部，其根据从所述同步检测部输出的第1信号以及第2信号，测量所述流路中的样本的光学特性。
2. —种光学特性测量装置，其特征在于，是利用光的干涉来测量流路中的样本的光学特性的光学特性测量装置， 具备光源部，其输出光；第1光耦合器，其将从所述光源部输出的光调制成2个分支并作为第1分支光以及第 2分支光输出；第2光耦合器，其输入从所述第1光耦合器输出并经过第1分支光路的第1分支光，并 输入从所述第1光耦合器输出并在经过第2分支光路的同时通过该第2分支光路上的所述 流路的第2分支光，并且使这些输入的第1分支光以及第2分支光干涉并输出该干涉光；相位调制部，其被设置于所述第1光耦合器与所述第2光耦合器之间的所述第1分支 光路以及所述第2分支光路中的任意的光路上，并以频率f对在该光路上传播的光进行相 位调制；光程长度差调整部，其对所述第1光耦合器与所述第2光耦合器之间的所述第1分支 光路以及所述第2分支光路的各自的光程长度的差进行调整；第1受光部，选择性地接收从所述第2光耦合器输出的干涉光中的0次光，并输出对应 于该受光强度的值的第1电信号；第2受光部，选择性地接收从所述第2光耦合器输出的干涉光中的高次光，并输出对应 于该受光强度的值的第2电信号；第1同步检测部，其输入从所述第1受光部输出的第1电信号，并输出对应于该第1电 信号中所含的频率f的成分的大小的值的第1信号，或者输出对应于该第1电信号中所含的频率2f的成分的大小的值的第2信号；第2同步检测部，其输入从所述第2受光部输出的第2电信号，并在输出对应于该第2 电信号中所含的频率f的成分的大小的值的第3信号的同时，输出对应于该第2电信号中 所含的频率2f的成分的大小的值的第4信号；控制部，其以根据从所述第1同步检测部输出的第1信号或者第2信号而使被所述光 程长度差调整部调整的光程长度差为规定值的方式进行控制；以及测量部，其根据从所述第2同步检测部输出的第3信号以及第4信号，测量所述流路中 的样本的光学特性。
全文摘要
本发明的光学特性测量装置(1)具备光源部(10)、第1光耦合器(21)、第2光耦合器(22)、透镜(31)、透镜(32)、相位调制部(40)、驱动部(41)、光程长度差调整部(50)、控制部(51)、受光部(60)、同步检测部(70)以及测量部(80)。相位调制部(40)以频率(f)对光进行相位调制。同步检测部(70)在输出对应于从受光部(60)输出的电信号中所含的频率(f)的成分的大小的值的第1信号的同时，输出对应于该电信号中所含的频率(2f)的成分的大小的值的第2信号。控制部(51)以根据从同步检测部(70)输出的第1信号或者第2信号而使被光程长度差调整部(50)调整的光程长度差为规定值的方式进行控制。
文档编号G01B9/02GK101765765SQ20088010113
公开日2010年6月30日 申请日期2008年6月3日 优先权日2007年7月31日
发明者山内丰彦, 岩井秀直 申请人:浜松光子学株式会社