【2022年版】ロックインアンプ1選 / メーカー2社一覧
ロックインアンプについての概要、用途、原理などをご説明します。また、ロックインアンプのメーカー2社一覧や企業ランキングも掲載しておりますので是非ご覧ください。ロックインアンプ関連企業の2022年6月注目ランキングは1位:株式会社エヌエフ回路設計ブロックとなっています。
ロックインアンプとは
ロックインアンプとは、入力された信号から特定の周波数を持った成分を取り出すことができる装置です。一般的にノイズの中に埋もれた微弱な信号を検出する際に使用され、例えば天体観測のような宇宙物理学の測定、蛍光顕微鏡やラマン分光顕微鏡、ナノメーターオーダーの薄膜の分光測定など、微弱な信号を検出する実験で使われています。
ロックインアンプは、参照信号と入力信号を装置内で掛け合わせることでノイズを除去します。参照信号は特定の周波数を持った正弦波もしくは矩形波で、ミキサーによって入力信号と掛け合わせると、周波数が参照信号と入力信号の周波数の和であるコサイン波と周波数が両者の差であるコサイン波の差が出力されます。
ロックインアンプ内にはローパスフィルターが入っており、ミキサーの出力のうち参照信号と入力信号の周波数が近いもの以外はローパスフィルターによって除去されます。これがロックインアンプによって特定周波数を持つ信号のみを抽出できる仕組みです。
ロックインアンプには時定数と呼ばれる装置固有の値が設定されており、時定数が大きいほど出力信号の揺らぎを小さくすることができます。
ロックインアンプの使用用途
ロックインアンプは分光測定などの光学分野でよく使用されており、顕微鏡と組み合わせて使用することもあります。特に厚みが数百ナノメーター以下の薄膜など、試料由来の信号が弱い測定においてはロックインアンプのような信号の増幅、ノイズ除去を行う装置は必須とも言えます。
また、蛍光顕微鏡やラマン分光顕微鏡などの測定で微弱光を検出する際に用いられ、原子間力顕微鏡などのプローブ顕微鏡でも用いられることも多いです。他にも、半導体業界などで熱伝導性や半導体特性などの物性測定や天体観測などの天文学、宇宙物理学の分野でも使用されています。
ロックインアンプの原理
ここでは、ロックインアンプの原理について詳しく解説します。
入力信号と参照信号
ロックインアンプは、測定したいシグナル(入力信号)を参照信号と比較することでS/N比を改善させる装置です。ロックインアンプ内で入力信号と参照信号を掛け合わされ、入力信号と参照信号の周波数の和、差で表された出力となります。
入力信号をVi=Acos(ωit+Φ)、参照信号をVr=Bcosωrtとすると出力の周波数は{cos[(ωi-ωr)t+Φ]+cos[(ωi+ωｒ)ｔ+Φ]}に比例します。ただし、ロックインアンプではローパスフィルターを作用させるため、残る成分はωi-ωrが0に近い信号のみです。
つまり、ロックインアンプによって参照信号と周波数が近い入力信号のみを抽出し、ノイズのようなランダムな成分を除去することができます。
ロックインアンプの回路構成
ロックインアンプの入力信号はプリアンプに入力され、増強されます。その後、参照信号と入力信号をミキサーに入力して掛け合わされたものが出力され、最後にローパスフィルターによってノイズ成分を除去するという流れがロックインアンプの主な回路構成です。
なお、ロックインアンプの参照信号は上記の通り、正弦波を用いることが多いです。ただし、回路の単純化、低コスト化のために参照信号として矩形波を用いることもあります。しかし、矩形波を用いた場合、ノイズの除去性能は正弦波よりも劣ります
ロックインアンプの関連用語解説
ここでは、ロックインアンプを使用する上で知っておきたい用語を3つ解説します。
時定数
ロックインアンプには装置固有の時定数と呼ばれるものがあります。時定数とは、回路に取り付けられた抵抗の抵抗値とコンデンサの容量の積で表される値です。
ロックインアンプの出力に含まれるノイズの大きさは時定数の逆数に比例するため、時定数が大きいほど出力信号のノイズは小さくなります。一般的な時定数の大きさは10ミリ秒から10秒程度ですが、デジタル処理を行う装置の時定数は1000秒程度です。
チョッパー
チョッパーとはブレードを一定周期で回転させる装置のことです。ロックインアンプとチョッパーを組み合わせた高感度測定は分光測定において一般的な手法の一つと言えます。
連続光の光路上に置くことで、ブレードが光路上にあるときは光が遮られ、ブレードが光路上にないときに光が抜けるようになり、測定光を一定の周期を持つ信号に変換することができます。吸収係数が大きい結晶や、伝搬損失の大きい光導波路の測定では、測定光が試料に強く吸収されるため、検出できる光の強度が小さくなり相対的にノイズの影響が大きくなります。
このような測定では、ロックインアンプとチョッパーを併用する方が有効的です。チョッパーや変調器でノイズが少なく周波数が高い信号に変調し、ロックインアンプを使用して効率よく復調することで、ノイズの少ない信号を元の周波数で得られるようになります。
ノイズ
ロックインアンプはノイズに埋もれた微弱な信号を検出するための装置ですが、信号自体のS/N比も測定精度に影響します。S/N比が1、つまり信号とノイズが同程度の大きさでもロックインアンプを活用することで信号を抜き出すことは可能です。
なお、ロックインアンプで参照信号をかけ合わせる前に増幅器に入力すると、信号に含まれるノイズも増幅されたり、増幅器由来のノイズが乗ってしまうため、S/Nが悪くなってしまうことがあります。これを防ぐためには、装置由来のノイズが小さいものを選定し、入力信号の強度を上げると良いです。
参考文献
https://www.optoscience.com/maker/zi/principle-lock_in_amplifier/
http://www.g-munu.t.u-tokyo.ac.jp/mio/note/sig_mes/sig_mes.pdf
https://www.topic.ad.jp/sice/htdocs/papers/260/260-10.pdf
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/9/7/9_7_511/_pdf
http://www.nfcorp.co.jp/techinfo/keisoku/noise/pdf/se_c2_LIT.pdf
ロックインアンプのメーカー2社一覧
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
企業の並び替え
ロックインアンプのメーカーランキング
*一部商社などの取扱い企業なども含みます2022年6月の注目ランキングベスト1
| 順位 | 会社名 | クリックシェア |
|---|---|---|
| 1 | 株式会社エヌエフ回路設計ブロック | 100% |
注目ランキング導出方法について
注目ランキングは、2022年6月のロックインアンプページ内でのクリックシェアを基に算出しています。クリックシェアは、対象期間内の全企業の総クリック数を各企業のクリック数で割った値を指します。社員数の規模
- 1 株式会社エヌエフ回路設計ブロック
- 2 エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社
設立年の新しい会社
- 1 エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社
- 2 株式会社エヌエフ回路設計ブロック
歴史のある会社
- 1 株式会社エヌエフ回路設計ブロック
- 2 エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社
ロックインアンプ1選
エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社
2位相型ロックインアンプ
画像出典:
エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社公式サイト特徴
2つのPSD(Phase Sensitive Detection)を用いることで位相調整を不要にした、2位相型のロックインアンプ です。
2位相型ロックインアンプでは、1位相型では測定することができない位相も、演算処理により振幅と合わせて測定することが可能になります。
入力形式は、差動入力と片線接地入力の両方に対応しており、信号源の出力に合わせて使用することが可能です。
オプティカルチョッパーを用いた光計測用途に最適です。
エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社の会社概要
- 会社所在地: 東京都文京区本駒込2-29-24パシフィックスクエア千石4F
- 会社サイト
- 創業: 1995年
- 従業員数: 120人
ロックインアンプの2製品一覧
-
株式会社エヌエフ回路設計ブロックのロックインアンプ
- ロックインアンプ一覧ページ
-
エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社のアンプ
- 2位相型ロックインアンプ
関連記事
カテゴリから探す
