光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置
【課題】浸漬式の光学プローブ内への水分の浸入を防止する。
【解決手段】光学プローブ１は、投光側筒状部材１３内に配置され、液体試料２３に照射する光を伝播するための投光側光ファイバー３と、投光側筒状部材１３の先端に配置された投光側レンズ５と、投光側光ファイバー端面３ａから照射されてレンズ５及び試料２３を透過した光を反射させるための光反射材７と、受光側筒状部材１５の先端に配置され、光反射材７で反射されて試料２３を透過した光が入射される受光側レンズ９と、受光側筒状部材１５内に配置され、レンズ９を透過した光を端面１１ａに受光するための受光側光ファイバー１１と、を備えている。レンズ５，９及び筒状部材１３，１５はガラス材からなる。投光側レンズ５は投光側筒状部材１３に対して、受光側レンズ９は受光側筒状部材１５に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されている。
【解決手段】光学プローブ１は、投光側筒状部材１３内に配置され、液体試料２３に照射する光を伝播するための投光側光ファイバー３と、投光側筒状部材１３の先端に配置された投光側レンズ５と、投光側光ファイバー端面３ａから照射されてレンズ５及び試料２３を透過した光を反射させるための光反射材７と、受光側筒状部材１５の先端に配置され、光反射材７で反射されて試料２３を透過した光が入射される受光側レンズ９と、受光側筒状部材１５内に配置され、レンズ９を透過した光を端面１１ａに受光するための受光側光ファイバー１１と、を備えている。レンズ５，９及び筒状部材１３，１５はガラス材からなる。投光側レンズ５は投光側筒状部材１３に対して、受光側レンズ９は受光側筒状部材１５に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置に関し、特に、浸漬式の光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体試料の成分濃度を測定する方法として吸光度測定法がある。吸光度測定法は、液体試料に光を照射し、その光が液体試料を通過する際の測定対象物質による吸光度を測定することにより、その測定対象物質の濃度を定量的に分析できる。
液体試料の成分濃度を連続して監視する際に、光ファイバーを用いた浸漬式の光学プローブが用いられることがある（例えば特許文献１，２を参照）。
【０００３】
図９は、従来の光学プローブのレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図１０は、従来の光学プローブの全体の構造を示す断面図である。
従来の光学プローブは、投光側光ファイバー１０１の端面１０１ａから放射される光をレンズ１０３で平行光又は集光光にして、測定反射ミラー１０５に照射して、測定反射ミラー１０５で反射した光を再度レンズ１０３にて集光して、受光側光ファイバー１０７の端面１０７ａに集光させる。
【０００４】
レンズ１０３はプローブ筒１０９の先端内部に配置されている。レンズ１０３とプローブ筒１０９との隙間はシーリング部材１１１で埋められている。シーリング部材１１１とレンズ１０３の周縁部は、締付け部材１１３によって、プローブ筒１０９の先端内部に設けられた鍔部に押さえ込まれて圧着されている。これにより、シーリング効果が保持されている。
【０００５】
光学プローブを液体試料１１５に浸す場合、プローブ筒１０９の先端が液体試料１１５に浸かる。光ファイバー端面１０１ａ，１０７ａが配置される空間１１７は、レンズ１０３、プローブ筒１０９及びシーリング部材１１１によって液体試料１１５とは隔離されている。
【０００６】
特許文献１，２に開示された光学プローブは、図９に示したようなレンズとプローブ筒とのシーリングを行なっていない。特許文献１では、シーリング方法は言及しておらず、「素材を組み合わせて一体化する」という説明があるのみである。特許文献２では、各構成部材の固定方法として、低融点ガラスをはじめとする接着剤を使用することが記載されている。このことから、レンズとプローブ筒の固定に関しては直接の言及はないが、低融点ガラスをはじめとする接着剤を使用していることが推測できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２３２００号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０８２５号公報
【特許文献３】特開２００８−１９１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９、図１０に示した光学プローブを液に浸す場合や湿度の高い雰囲気で使用する場合、プローブ筒１０９とシーリング部材１１１との密着が悪いときには、空間１１７内に液や水蒸気が浸入する。空間１１７内に浸入した液や水蒸気によって、光ファイバー端面１０１ａ，１０７ａに対向しているレンズ１０３の面や、光ファイバー端面１０１ａ，１０７ａに結露が発生して、光測定に支障を来すという問題があった。
【０００９】
図９、図１０に示した光学プローブで、レンズ１０３とプローブ筒１０９の隙間を接着剤でシーリングする場合、プローブ筒１０９はステンレス材で形成されていることが多く、レンズ１０３はガラス材で形成されていることが多いので、プローブ筒１０９とレンズ１０３は接着性が悪く、最初はシーリング性がよくても長年の使用で、シーリング性が悪くなる場合があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載されているシーリング剤として、低融点ガラス又は接着剤が挙げられている。
一般に、低融点ガラスは鉛が含有されている。環境問題により、国内外市場の無鉛化要求から使用が制限されている。
また、半導体の加工過程で用いられる洗浄液を溜めた洗浄液槽に光学プローブを浸して洗浄液物性測定する例では、洗浄液は金属の汚染を非常に嫌い、ｐｐｂ（parts per billion）レベル、ｐｐｔ（parts per trillion）レベルで金属汚染のないように制御しなければならないため、光学プローブの構造体に鉛が含まれることは許されない。
鉛の含まれない低融点ガラスも開発されつつある（例えば特許文献３を参照）。しかし、鉛の含まれない低融点ガラス鉛以外の成分、例えばＢ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｂａ、Ｃｕなどが含まれており、同様の金属汚染の問題がある。
【００１１】
次に接着剤であるが、接着剤は大きく分けて無機系接着剤と有機系接着剤に分類できる。前者は、シリカ系接着剤、セラミック、セメント、はんだ、水ガラスと分類できる。上記の低融点ガラスもこの中に分類できる。無機系接着剤には各種の金属元素が含まれており、上記と同様の金属汚染の問題がある。
【００１２】
有機系接着剤は、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、塩化ビニル樹脂溶剤系、シアノアクリレート系、シリコーン系などに分類されるが、全て耐熱性に問題がある。さらに、有機系接着剤は、構成している有機物の製造工程まで管理されていないと、ｐｐｂレベル、ｐｐｔレベルで各種の金属元素が含まれることがあり、上記と同様の金属汚染の問題がある。
【００１３】
図９、図１０に示した光学プローブに示した光学プローブでは、レンズ１０３を１個使用した例であるが、投光側と受光側にそれぞれ独立したレンズを配置する場合や、複合レンズを用いる場合や、レンズの前に窓板とよばれるガラス板を配置する場合などもある。それらの場合でも、レンズ又は窓板と筒状部材との間はシーリング部材や接着剤を用いてシーリングされるので、レンズの数や形状等に係わらず、光学プローブ内への液や水蒸気の浸入による問題が存在する。
【００１４】
本発明は、光学プローブ内への水分の浸入を防止できる光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明にかかる光学プローブは、投光側筒状部材内に配置され、液体試料に照射する光を伝播するための投光側光ファイバーと、上記液体試料に接する位置で上記投光側筒状部材の先端に配置され、上記投光側光ファイバー端面に対向して配置された投光側レンズと、上記投光側レンズとは間隔をもって配置され、かつ、上記投光側光ファイバー端面から照射されて上記投光側レンズ及び上記液体試料を透過した光を反射させるための光反射材と、上記液体試料に接する位置で受光側筒状部材の先端に配置され、上記光反射材で反射されて上記液体試料を透過した光が入射される受光側レンズと、上記受光側筒状部材内に配置され、上記受光側レンズを透過した光を端面に受光するための受光側光ファイバーと、を備え、上記投光側筒状部材、上記投光側レンズ、上記受光側筒状部材及び上記受光側レンズはガラス材からなり、上記投光側レンズは上記投光側筒状部材に対して、上記受光側レンズは上記受光側筒状部材に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているものである。
【００１６】
本発明の光学プローブにおいて、上記レンズは半球レンズであり、上記筒状部材の端面は平面加工されており、上記半球レンズの平坦面の周縁部が上記筒状部材の端面に接合されている例を挙げることができる。
また、上記レンズはボールレンズ、球面レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォックレンズ）であり、上記筒状部材の端面は上記レンズの周縁部の形状に合わせて加工されており、上記半球レンズの周縁部が上記筒状部材の端面に接合されている例を挙げることができる。
【００１７】
また、上記レンズは、ガラス材に替えて、上記筒状部材に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、上記レンズは上記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されているようにしてもよい。
また、上記レンズ及び上記筒状部材は、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、上記レンズは上記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されているようにしてもよい。
ここで、ガラス材として、石英を挙げることができる。また、上記結晶材として、サファイア、シリコン結晶、ゲルマニウム結晶、水晶、ルビー、ダイアモンド等を挙げることができる。
【００１８】
また、上記投光用光ファイバーと上記受光用光ファイバーは１本の投光側兼受光側光ファイバーにより構成され、上記投光側レンズと上記受光側レンズは１つの投光側兼受光側レンズにより構成され、上記投光側筒状部材と上記受光側筒状部材は１つの投光側兼受光側筒状部材により構成されているようにしてもよい。
【００１９】
本発明にかかる分光測定装置は、本発明の光学プローブと、上記投光側光ファイバー端面とは反対側の投光側光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、上記受光側光ファイバー端面とは反対側の受光側光ファイバー第２端面から照射される光を受光するための光検出部と、上記光検出部からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出するためのデータ処理部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光学プローブでは、投光側レンズは投光側筒状部材に対して、受光側レンズは受光側筒状部材に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているようにしたので、光学プローブ内への水分の浸入を防止できる。
【００２１】
本発明の光学プローブにおいて、筒状部材の端面が平面加工されている場合には、レンズとして半球レンズを備え、その半球レンズの平坦面の周縁部が筒状部材の端面に接合されているようにすれば、ボールレンズや球面レンズを用いる場合に比べて、筒状部材とレンズの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
また、レンズとして、屈折率分布型ロッドレンズが用いられる場合には、その屈折率分布型ロッドレンズの平坦面の周縁部が筒状部材の端面に接合されているようにすれば、ボールレンズや球面レンズを用いる場合に比べて、筒状部材とレンズの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
また、レンズとして、ボールレンズや球面レンズが用いられる場合には、筒状部材の端面はレンズの周縁部の形状に合わせて加工されているようにすれば、筒状部材とレンズの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
【００２２】
また、レンズとしてガラス材以外の材料からなる透明な結晶材を用いる場合であっても、その透明な結晶材がガラス材に対してオプティカルコンタクトが可能な材質であれば、レンズと筒状部材をオプティカルコンタクトにより一体化して、液密を保つことができる。
また、その透明な結晶材がオプティカルコンタクトで接合可能なものであれば、レンズと筒状部材をその透明な結晶材により形成し、レンズと筒状部材をオプティカルコンタクトにより一体化して、液密を保つこともできる。
また、レンズ及び筒状部材をガラス材により形成する場合、レンズ及び筒状部材が一体物として形成されたものであれば、レンズと筒状部材との間に隙間はなく、液密を保つことができる。
【００２３】
また、投光用光ファイバーと受光用光ファイバーは１本の投光側兼受光側光ファイバーにより構成され、投光側レンズと受光側レンズは１つの投光側兼受光側レンズにより構成され、投光側筒状部材と受光側筒状部材は１つの投光側兼受光側筒状部材により構成されているようにすれば、部品点数を減らして、光学プローブ形状を細くできる。
【００２４】
本発明の分光測定装置は、本発明の光学プローブを備えているようにしたので、光学プローブ内への水分の浸入に起因する誤測定を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】光学プローブの一実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図２】同実施例の全体の構成を示す断面図である。
【図３】同実施例の全体の構成を示す側面図である。
【図４】分光測定装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図５】光学プローブの他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図６】光学プローブのさらに他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図７】光学プローブのさらに他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図８】分光測定装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図９】従来の光学プローブのレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図１０】従来の光学プローブの全体の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、光学プローブの一実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図２は、その一実施例の全体の構造を示す断面図である。図３は、その実施例の全体の構造を示す側面図である。図２の断面は図３のＡ−Ｂ位置に対応している。
【００２７】
光学プローブ１は、投光側光ファイバー３、投光側レンズ５、測定反射ミラー（光反射材）７、受光側レンズ９、受光側光ファイバー１１、投光側ガラス筒（投光側筒状部材）１３、受光側ガラス筒（受光側筒状部材）１５、ベース基板１７、及びガラス筒固定部材１９，２１によって構成されている。
【００２８】
投光側光ファイバー３の端面３ａは投光側ガラス筒１３内に配置されている。投光側ガラス筒１３の一端面に投光側レンズ５が配置されている。投光側レンズ５は、例えば石英からなる半球レンズである。投光側ガラス筒１３も石英からなる。投光側ガラス筒１３の端面は平面加工されている。投光側レンズ５の平坦面の周縁部は、溶着又はオプティカルコンタクトにより、投光側ガラス筒１３の端面に接合されている。これにより、投光側ガラス筒１３と投光側レンズ５は一体化されている。
投光側ガラス筒１３は、ガラス筒固定部材１９，２１によってベース基板１７に取り付けられている。
【００２９】
測定反射ミラー７は、投光側光ファイバー端面３ａから照射され、投光側レンズ５を透過した光が照射される位置でベース基板１７に取り付けられている。測定反射ミラー７は、投光側レンズ５とは間隔をもって配置されている。
【００３０】
受光側光ファイバー１１の端面１１ａは受光側ガラス筒１５内に配置されている。受光側ガラス筒１５の一端面に受光側レンズ９が配置されている。受光側レンズ９は、例えば石英からなる半球レンズである。受光側ガラス筒１５も石英からなる。受光側ガラス筒１５の端面は平面加工されている。受光側レンズ９の平坦面の周縁部は、溶着又はオプティカルコンタクトにより、受光側ガラス筒１５の端面に接合されている。これにより、受光側ガラス筒１５と受光側レンズ９は一体化されている。
【００３１】
受光側ガラス筒１５は、測定反射ミラー７で反射された光が受光側レンズ９を透過して受光側光ファイバー端面１１ａに入射するように、ガラス筒固定部材１９，２１によってベース基板１７に取り付けられている。受光側ガラス筒１５の先端に配置された受光側レンズ９は、測定反射ミラー７とは間隔をもって配置されている。
【００３２】
光学プローブ１の使用時には、光学プローブ１の先端部分が液体試料２３に浸漬される。光学プローブ１の先端部分は、少なくともレンズ５，９が液体試料２３に接触する深さまで液体試料２３に浸漬される。液体試料は、水溶液であることが多く、その屈折率は、波長６００ｎｍ（ナノメートル）付近で２０℃近辺では１.３３付近である。石英の屈折率は、波長６００ｎｍ付近で２０℃近辺では１.４６付近である。サファイアは、波長６００ｎｍ付近で２０℃近辺では１.７６付近である。レンズ５，９には、液体試料２３の屈折率とレンズ材質の屈折率と、使用する光の波長と、液体試料の温度、光学プローブの温度を考慮した屈折率差を基に、最適なレンズ形状、レンズ焦点距離のものを使う。
【００３３】
投光側光ファイバー端面３ａとは反対側の投光側光ファイバー端面に入射された測定光は、投光側光ファイバー端面３ａから放射される。その測定光は投光側レンズ５で平行光又は集光光にされ、液体試料２３を介して測定反射ミラー７に照射される。測定反射ミラー７で反射された光は液体試料２３を介して受光側レンズ９に到達し、受光側レンズ９にて集光され、受光側光ファイバー端面１１ａに照射される。
【００３４】
この実施例では、投光側レンズ５は投光側ガラス筒１３に対して、受光側レンズ９は受光側ガラス筒１５に対して、溶着又はオプティカルコンタクトより液密を保って一体化されているので、ガラス筒１３，１５内、すなわち光学プローブ１内への水分の浸入を防止できる。
【００３５】
図４は、分光測定装置の一実施例を概略的に示す図である。
この分光測定装置は、実質的に光学プローブ１と、分光部２５と、データ処理部２７とで構成されている。
まず、分光部２５の具体的な構成を説明する。
【００３６】
分光部２５には、光源であるタングステンランプ２９と、凸レンズ３１と、８個の干渉フィルタ３３を備えた回転円板３５と、凸レンズ３７と、凸レンズ３９と、受光素子（光検出部）４１と、回転円板３５を回転させるための駆動モータ４３とが設けられている。タングステンランプ２９から放射された光は、凸レンズ３１によって集光され、干渉フィルタ３３を通過する。ここで、回転円板３５に保持された干渉フィルタ３３は、光を１９０〜２６００ｎｍの範囲内の所定の波長の光に分光する。
干渉フィルタ３３によって分光された光は、凸レンズ３７によって集光され、投光側光ファイバー３の入射端面３ｂに照射される。投光側光ファイバー３は光学プローブ１につながっている。光学プローブ１の構造及び光路は図１から図３を参照して説明したとおりである。
【００３７】
光学プローブ１から導かれた受光側光ファイバー１１の出射端面１１ｂは分光部２５内に配置されている。光学プローブ１で受光側光ファイバー端面１１ａに入射した光は、受光側光ファイバー端面１１ｂから凸レンズ３９に入射して、集光して、受光素子４１に入射される。受光素子４１は、入射された光を、その強度に対応する光電流に変換する。
【００３８】
回転円板３５は、８枚の干渉フィルタ３３を、円周方向に等角度間隔で保持し、駆動モータ４３により所定の回転数、例えば１２００ｒｐｍ（revolutions per minute）で回転駆動される。各干渉フィルタ３３は、１９０〜２６００ｎｍの範囲内で、測定対象に応じた、互いに異なる所定の透過波長を有している。ここで、回転円板３５が回転すると、各干渉フィルタ３３が、凸レンズ３１，３７の光軸に順次挿入される。そして、タングステンランプ２９から放射された光は、干渉フィルタ３３によって分光された後、投光側光ファイバー３、光学プローブ１の投光側レンズ５を介して、液体試料２３に照射される。液体試料２３を通過した光は、測定反射ミラー７で反射され、再度液体試料２３を通過して受光側レンズ９で集光され、受光側光ファイバー１１に入り、凸レンズ３９を通過して集光され、受光素子４１に入射される。これにより、受光素子４１から、各波長の光の吸光度に応じた電気信号が出力される。データ処理部２７は、受光素子４１からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出する。
【００３９】
図１〜図４に示した光学プローブ１は、半球レンズからなる投光側レンズ５及び受光側レンズ９を備えているが、投光側レンズ及び受光側レンズはボールレンズ、球面レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォックレンズ）であってもよい。この場合、投光側ガラス筒の端面及び受光側ガラス筒の端面は、レンズの周縁部の形状に合わせて加工されていることが好ましい。
【００４０】
例えば、図５に示すように、投光側ガラス筒１３の端面は投光側ボールレンズ５ａの形状に合わせて、受光側ガラス筒１５の端面は受光側ボールレンズ９ａの形状に合わせて、凹状に形成されている。これにより、投光側ガラス筒１３と投光側ボールレンズ５ａの接触面積、及び受光側ガラス筒１５と受光側ボールレンズ９ａの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
【００４１】
また、上記実施例では、レンズ５，９，５ａ，９ａの材料としてガラス材を用いているが、投光側レンズ及び受光側レンズの材料は、ガラス筒１３，１５に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材、例えばサファイアを用いてもよい。
またレンズ及び筒状部材の材料として、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材を用いてもよい。この場合、投光側レンズは投光側筒状部材に対して、受光側レンズは受光側筒状部材に対して、オプティカルコンタクトにより一体化する。
【００４２】
また、上記実施例では、別々に形成されたレンズと筒状部材が溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているが、図６に示すように、投光側レンズ５ｂと投光側ガラス筒１３はガラス材からなる一体物により構成され、受光側レンズ９ｂと受光側ガラス筒１５は、ガラス材からなる一体物により構成されているようにしてもよい。この態様によれば、投光側レンズ５ｂと投光側ガラス筒１３との間、受光側レンズ９ｂと受光側ガラス筒１５との間に隙間はなく、液密を保つことができる。
【００４３】
図７は、光学プローブのさらに他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
光学プローブ１は、投光側兼受光側光ファイバー４５、投光側兼受光側レンズ４７、測定反射ミラー（光反射材）７、投光側兼受光側ガラス筒（投光側兼受光側筒状部材）４９、ベース基板１７、及びガラス筒固定部材２１を備えている。
【００４４】
光ファイバー４５の端面４５ａはガラス筒４９内に配置されている。ガラス筒４９の一端面にレンズ４７が配置されている。レンズ４７は、例えば石英からなるボールレンズである。ガラス筒４９も石英からなる。ガラス筒４９の端面は平面加工されている。レンズ４７の平坦面の周縁部は、溶着またはオプティカルコンタクトにより、ガラス筒４９の端面に接合されている。これにより、ガラス筒４９とレンズ４７は一体化されている。
ガラス筒４９は、ガラス筒固定部材２１によってベース基板１７に取り付けられている。
【００４５】
測定反射ミラー７は、光ファイバー端面４５ａから照射され、レンズ４７を透過した光が照射される位置でベース基板１７に取り付けられている。測定反射ミラー７は、レンズ４７とは間隔をもって配置されている。
【００４６】
光学プローブ１の使用時には、光学プローブ１の先端部分が液体試料２３に浸漬される。光学プローブ１の先端部分は、少なくともレンズ４７が液体試料２３に接触する深さまで液体試料２３に浸漬される。光ファイバー端面４５ａとは反対側の光ファイバー端面に入射された測定光は、光ファイバー端面４５ａから放射される。その測定光はレンズ４７で平行光又は集光光にされ、液体試料２３を介して測定反射ミラー７に照射される。測定反射ミラー７で反射された光は液体試料２３を介してレンズ４７に到達し、レンズ４７にて集光され、光ファイバー端面４５ａに照射される。
【００４７】
この実施例では、レンズ４７はガラス筒４９に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているので、ガラス筒４９内、すなわち光学プローブ１内への水分の浸入を防止できる。
さらに、図１等に示した上記実施例と比較して、投光側と受光側が共通のため、部品点数を減らして、光学プローブ形状を細くできる。
【００４８】
図７に示した光学プローブ１は、ボールレンズからなる投光側兼受光側レンズ４７を備えているが、投光側兼受光側レンズ４７は半球レンズ、球面レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォックレンズ）であってもよい。この場合、投光側ガラス筒の端面及び受光側ガラス筒の端面は、レンズの周縁部の形状に合わせて加工されていることが好ましい。
【００４９】
また、図７に示した光学プローブ１は、投光側兼受光側レンズ４７の材料としてガラス材を用いているが、投光側兼受光側レンズ４７の材料は、ガラス筒４９に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材、例えばサファイアを用いてもよい。
また投光側兼受光側レンズ４７及びガラス筒４９の材料として、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材を用いてもよい。この場合、投光側兼受光側レンズ４７はガラス筒４９に対してオプティカルコンタクトにより一体化する。
【００５０】
また、図７に示した光学プローブ１は、別々に形成された投光側兼受光側レンズ４７とガラス筒４９が溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているが、図６に示した実施例と同様に、投光側兼受光側レンズとガラス筒はガラス材からなる一体物により構成されているようにしてもよい。この態様によれば、投光側兼受光側レンズとガラス筒との間に隙間はなく、液密を保つことができる。
【００５１】
図８は、分光測定装置の他の実施例を概略的に示す図である。図４に示した分光測定装置と同じ部分には同じ符号を付す。
この実施例の分光測定装置は、図４に示した分光装置と比較して、ハーフミラー５１、凸レンズ５３，５５及びミラー５７を分光部２５にさらに備えている。この分光測定装置には図７に示した光学プローブ１が接続されている。
【００５２】
ハーフミラー５１と凸レンズ５３は、凸レンズ３７と光ファイバー端面（光ファイバー第２端面）４５ｂとの間の光路にその順に配置されている。凸レンズ５５とミラー５７は、ハーフミラー５１と凸レンズ３９との間の光路にその順に配置されている。ここで、凸レンズ５５とミラー５７が設けられずに、ハーフミラー５１で反射された光が凸レンズ３９によって受光素子４１に集光される構成であってもよい。
【００５３】
タングステンランプ２９から放射された光は、凸レンズ３１、干渉フィルタ３３、凸レンズ３７、ハーフミラー５１、凸レンズ５３を通過し、光ファイバー４５の端面４５ｂに入射され、光ファイバー端面４５ａ及び光学プローブ１のレンズ４７を介して、液体試料２３に照射される（図７も参照）。液体試料２３を通過した光は、測定光反射ミラー７で反射され、再度液体試料２３及びレンズ４７を通過して集光され、光ファイバー端面４５ａから光ファイバー４５に入り、凸レンズ５３を通過して集光され、ハーフミラー５１で反射され、凸レンズ５５で集光され、ミラー５７で反射され、凸レンズ３９で集光されて受光素子４１に入射される。これにより、受光素子４１から、各波長の光の吸光度に応じた電気信号が出力される。データ処理部２７は、受光素子４１からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出する。
【００５４】
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光学プローブ
３ 投光側光ファイバー
５，５ａ 投光側レンズ
７ 測定反射ミラー（光反射材）
９，９ａ 受光側レンズ
１１ 受光側光ファイバー
１３ 投光側ガラス筒（投光側筒状部材）
１５ 受光側ガラス筒（受光側筒状部材）
２３ 液体試料
２７ データ処理部
２９ 光源
４１ 受光素子（光検出部）
４５ 投光側兼受光側光ファイバー
４７ 投光側兼受光側レンズ
４９ 投光側兼受光側ガラス筒（投光側兼受光側筒状部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置に関し、特に、浸漬式の光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体試料の成分濃度を測定する方法として吸光度測定法がある。吸光度測定法は、液体試料に光を照射し、その光が液体試料を通過する際の測定対象物質による吸光度を測定することにより、その測定対象物質の濃度を定量的に分析できる。
液体試料の成分濃度を連続して監視する際に、光ファイバーを用いた浸漬式の光学プローブが用いられることがある（例えば特許文献１，２を参照）。
【０００３】
図９は、従来の光学プローブのレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図１０は、従来の光学プローブの全体の構造を示す断面図である。
従来の光学プローブは、投光側光ファイバー１０１の端面１０１ａから放射される光をレンズ１０３で平行光又は集光光にして、測定反射ミラー１０５に照射して、測定反射ミラー１０５で反射した光を再度レンズ１０３にて集光して、受光側光ファイバー１０７の端面１０７ａに集光させる。
【０００４】
レンズ１０３はプローブ筒１０９の先端内部に配置されている。レンズ１０３とプローブ筒１０９との隙間はシーリング部材１１１で埋められている。シーリング部材１１１とレンズ１０３の周縁部は、締付け部材１１３によって、プローブ筒１０９の先端内部に設けられた鍔部に押さえ込まれて圧着されている。これにより、シーリング効果が保持されている。
【０００５】
光学プローブを液体試料１１５に浸す場合、プローブ筒１０９の先端が液体試料１１５に浸かる。光ファイバー端面１０１ａ，１０７ａが配置される空間１１７は、レンズ１０３、プローブ筒１０９及びシーリング部材１１１によって液体試料１１５とは隔離されている。
【０００６】
特許文献１，２に開示された光学プローブは、図９に示したようなレンズとプローブ筒とのシーリングを行なっていない。特許文献１では、シーリング方法は言及しておらず、「素材を組み合わせて一体化する」という説明があるのみである。特許文献２では、各構成部材の固定方法として、低融点ガラスをはじめとする接着剤を使用することが記載されている。このことから、レンズとプローブ筒の固定に関しては直接の言及はないが、低融点ガラスをはじめとする接着剤を使用していることが推測できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２３２００号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０８２５号公報
【特許文献３】特開２００８−１９１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９、図１０に示した光学プローブを液に浸す場合や湿度の高い雰囲気で使用する場合、プローブ筒１０９とシーリング部材１１１との密着が悪いときには、空間１１７内に液や水蒸気が浸入する。空間１１７内に浸入した液や水蒸気によって、光ファイバー端面１０１ａ，１０７ａに対向しているレンズ１０３の面や、光ファイバー端面１０１ａ，１０７ａに結露が発生して、光測定に支障を来すという問題があった。
【０００９】
図９、図１０に示した光学プローブで、レンズ１０３とプローブ筒１０９の隙間を接着剤でシーリングする場合、プローブ筒１０９はステンレス材で形成されていることが多く、レンズ１０３はガラス材で形成されていることが多いので、プローブ筒１０９とレンズ１０３は接着性が悪く、最初はシーリング性がよくても長年の使用で、シーリング性が悪くなる場合があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載されているシーリング剤として、低融点ガラス又は接着剤が挙げられている。
一般に、低融点ガラスは鉛が含有されている。環境問題により、国内外市場の無鉛化要求から使用が制限されている。
また、半導体の加工過程で用いられる洗浄液を溜めた洗浄液槽に光学プローブを浸して洗浄液物性測定する例では、洗浄液は金属の汚染を非常に嫌い、ｐｐｂ（parts per billion）レベル、ｐｐｔ（parts per trillion）レベルで金属汚染のないように制御しなければならないため、光学プローブの構造体に鉛が含まれることは許されない。
鉛の含まれない低融点ガラスも開発されつつある（例えば特許文献３を参照）。しかし、鉛の含まれない低融点ガラス鉛以外の成分、例えばＢ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｂａ、Ｃｕなどが含まれており、同様の金属汚染の問題がある。
【００１１】
次に接着剤であるが、接着剤は大きく分けて無機系接着剤と有機系接着剤に分類できる。前者は、シリカ系接着剤、セラミック、セメント、はんだ、水ガラスと分類できる。上記の低融点ガラスもこの中に分類できる。無機系接着剤には各種の金属元素が含まれており、上記と同様の金属汚染の問題がある。
【００１２】
有機系接着剤は、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、塩化ビニル樹脂溶剤系、シアノアクリレート系、シリコーン系などに分類されるが、全て耐熱性に問題がある。さらに、有機系接着剤は、構成している有機物の製造工程まで管理されていないと、ｐｐｂレベル、ｐｐｔレベルで各種の金属元素が含まれることがあり、上記と同様の金属汚染の問題がある。
【００１３】
図９、図１０に示した光学プローブに示した光学プローブでは、レンズ１０３を１個使用した例であるが、投光側と受光側にそれぞれ独立したレンズを配置する場合や、複合レンズを用いる場合や、レンズの前に窓板とよばれるガラス板を配置する場合などもある。それらの場合でも、レンズ又は窓板と筒状部材との間はシーリング部材や接着剤を用いてシーリングされるので、レンズの数や形状等に係わらず、光学プローブ内への液や水蒸気の浸入による問題が存在する。
【００１４】
本発明は、光学プローブ内への水分の浸入を防止できる光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明にかかる光学プローブは、投光側筒状部材内に配置され、液体試料に照射する光を伝播するための投光側光ファイバーと、上記液体試料に接する位置で上記投光側筒状部材の先端に配置され、上記投光側光ファイバー端面に対向して配置された投光側レンズと、上記投光側レンズとは間隔をもって配置され、かつ、上記投光側光ファイバー端面から照射されて上記投光側レンズ及び上記液体試料を透過した光を反射させるための光反射材と、上記液体試料に接する位置で受光側筒状部材の先端に配置され、上記光反射材で反射されて上記液体試料を透過した光が入射される受光側レンズと、上記受光側筒状部材内に配置され、上記受光側レンズを透過した光を端面に受光するための受光側光ファイバーと、を備え、上記投光側筒状部材、上記投光側レンズ、上記受光側筒状部材及び上記受光側レンズはガラス材からなり、上記投光側レンズは上記投光側筒状部材に対して、上記受光側レンズは上記受光側筒状部材に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているものである。
【００１６】
本発明の光学プローブにおいて、上記レンズは半球レンズであり、上記筒状部材の端面は平面加工されており、上記半球レンズの平坦面の周縁部が上記筒状部材の端面に接合されている例を挙げることができる。
また、上記レンズはボールレンズ、球面レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォックレンズ）であり、上記筒状部材の端面は上記レンズの周縁部の形状に合わせて加工されており、上記半球レンズの周縁部が上記筒状部材の端面に接合されている例を挙げることができる。
【００１７】
また、上記レンズは、ガラス材に替えて、上記筒状部材に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、上記レンズは上記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されているようにしてもよい。
また、上記レンズ及び上記筒状部材は、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、上記レンズは上記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されているようにしてもよい。
ここで、ガラス材として、石英を挙げることができる。また、上記結晶材として、サファイア、シリコン結晶、ゲルマニウム結晶、水晶、ルビー、ダイアモンド等を挙げることができる。
【００１８】
また、上記投光用光ファイバーと上記受光用光ファイバーは１本の投光側兼受光側光ファイバーにより構成され、上記投光側レンズと上記受光側レンズは１つの投光側兼受光側レンズにより構成され、上記投光側筒状部材と上記受光側筒状部材は１つの投光側兼受光側筒状部材により構成されているようにしてもよい。
【００１９】
本発明にかかる分光測定装置は、本発明の光学プローブと、上記投光側光ファイバー端面とは反対側の投光側光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、上記受光側光ファイバー端面とは反対側の受光側光ファイバー第２端面から照射される光を受光するための光検出部と、上記光検出部からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出するためのデータ処理部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光学プローブでは、投光側レンズは投光側筒状部材に対して、受光側レンズは受光側筒状部材に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているようにしたので、光学プローブ内への水分の浸入を防止できる。
【００２１】
本発明の光学プローブにおいて、筒状部材の端面が平面加工されている場合には、レンズとして半球レンズを備え、その半球レンズの平坦面の周縁部が筒状部材の端面に接合されているようにすれば、ボールレンズや球面レンズを用いる場合に比べて、筒状部材とレンズの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
また、レンズとして、屈折率分布型ロッドレンズが用いられる場合には、その屈折率分布型ロッドレンズの平坦面の周縁部が筒状部材の端面に接合されているようにすれば、ボールレンズや球面レンズを用いる場合に比べて、筒状部材とレンズの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
また、レンズとして、ボールレンズや球面レンズが用いられる場合には、筒状部材の端面はレンズの周縁部の形状に合わせて加工されているようにすれば、筒状部材とレンズの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
【００２２】
また、レンズとしてガラス材以外の材料からなる透明な結晶材を用いる場合であっても、その透明な結晶材がガラス材に対してオプティカルコンタクトが可能な材質であれば、レンズと筒状部材をオプティカルコンタクトにより一体化して、液密を保つことができる。
また、その透明な結晶材がオプティカルコンタクトで接合可能なものであれば、レンズと筒状部材をその透明な結晶材により形成し、レンズと筒状部材をオプティカルコンタクトにより一体化して、液密を保つこともできる。
また、レンズ及び筒状部材をガラス材により形成する場合、レンズ及び筒状部材が一体物として形成されたものであれば、レンズと筒状部材との間に隙間はなく、液密を保つことができる。
【００２３】
また、投光用光ファイバーと受光用光ファイバーは１本の投光側兼受光側光ファイバーにより構成され、投光側レンズと受光側レンズは１つの投光側兼受光側レンズにより構成され、投光側筒状部材と受光側筒状部材は１つの投光側兼受光側筒状部材により構成されているようにすれば、部品点数を減らして、光学プローブ形状を細くできる。
【００２４】
本発明の分光測定装置は、本発明の光学プローブを備えているようにしたので、光学プローブ内への水分の浸入に起因する誤測定を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】光学プローブの一実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図２】同実施例の全体の構成を示す断面図である。
【図３】同実施例の全体の構成を示す側面図である。
【図４】分光測定装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図５】光学プローブの他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図６】光学プローブのさらに他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図７】光学プローブのさらに他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図８】分光測定装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図９】従来の光学プローブのレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図１０】従来の光学プローブの全体の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、光学プローブの一実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図２は、その一実施例の全体の構造を示す断面図である。図３は、その実施例の全体の構造を示す側面図である。図２の断面は図３のＡ−Ｂ位置に対応している。
【００２７】
光学プローブ１は、投光側光ファイバー３、投光側レンズ５、測定反射ミラー（光反射材）７、受光側レンズ９、受光側光ファイバー１１、投光側ガラス筒（投光側筒状部材）１３、受光側ガラス筒（受光側筒状部材）１５、ベース基板１７、及びガラス筒固定部材１９，２１によって構成されている。
【００２８】
投光側光ファイバー３の端面３ａは投光側ガラス筒１３内に配置されている。投光側ガラス筒１３の一端面に投光側レンズ５が配置されている。投光側レンズ５は、例えば石英からなる半球レンズである。投光側ガラス筒１３も石英からなる。投光側ガラス筒１３の端面は平面加工されている。投光側レンズ５の平坦面の周縁部は、溶着又はオプティカルコンタクトにより、投光側ガラス筒１３の端面に接合されている。これにより、投光側ガラス筒１３と投光側レンズ５は一体化されている。
投光側ガラス筒１３は、ガラス筒固定部材１９，２１によってベース基板１７に取り付けられている。
【００２９】
測定反射ミラー７は、投光側光ファイバー端面３ａから照射され、投光側レンズ５を透過した光が照射される位置でベース基板１７に取り付けられている。測定反射ミラー７は、投光側レンズ５とは間隔をもって配置されている。
【００３０】
受光側光ファイバー１１の端面１１ａは受光側ガラス筒１５内に配置されている。受光側ガラス筒１５の一端面に受光側レンズ９が配置されている。受光側レンズ９は、例えば石英からなる半球レンズである。受光側ガラス筒１５も石英からなる。受光側ガラス筒１５の端面は平面加工されている。受光側レンズ９の平坦面の周縁部は、溶着又はオプティカルコンタクトにより、受光側ガラス筒１５の端面に接合されている。これにより、受光側ガラス筒１５と受光側レンズ９は一体化されている。
【００３１】
受光側ガラス筒１５は、測定反射ミラー７で反射された光が受光側レンズ９を透過して受光側光ファイバー端面１１ａに入射するように、ガラス筒固定部材１９，２１によってベース基板１７に取り付けられている。受光側ガラス筒１５の先端に配置された受光側レンズ９は、測定反射ミラー７とは間隔をもって配置されている。
【００３２】
光学プローブ１の使用時には、光学プローブ１の先端部分が液体試料２３に浸漬される。光学プローブ１の先端部分は、少なくともレンズ５，９が液体試料２３に接触する深さまで液体試料２３に浸漬される。液体試料は、水溶液であることが多く、その屈折率は、波長６００ｎｍ（ナノメートル）付近で２０℃近辺では１.３３付近である。石英の屈折率は、波長６００ｎｍ付近で２０℃近辺では１.４６付近である。サファイアは、波長６００ｎｍ付近で２０℃近辺では１.７６付近である。レンズ５，９には、液体試料２３の屈折率とレンズ材質の屈折率と、使用する光の波長と、液体試料の温度、光学プローブの温度を考慮した屈折率差を基に、最適なレンズ形状、レンズ焦点距離のものを使う。
【００３３】
投光側光ファイバー端面３ａとは反対側の投光側光ファイバー端面に入射された測定光は、投光側光ファイバー端面３ａから放射される。その測定光は投光側レンズ５で平行光又は集光光にされ、液体試料２３を介して測定反射ミラー７に照射される。測定反射ミラー７で反射された光は液体試料２３を介して受光側レンズ９に到達し、受光側レンズ９にて集光され、受光側光ファイバー端面１１ａに照射される。
【００３４】
この実施例では、投光側レンズ５は投光側ガラス筒１３に対して、受光側レンズ９は受光側ガラス筒１５に対して、溶着又はオプティカルコンタクトより液密を保って一体化されているので、ガラス筒１３，１５内、すなわち光学プローブ１内への水分の浸入を防止できる。
【００３５】
図４は、分光測定装置の一実施例を概略的に示す図である。
この分光測定装置は、実質的に光学プローブ１と、分光部２５と、データ処理部２７とで構成されている。
まず、分光部２５の具体的な構成を説明する。
【００３６】
分光部２５には、光源であるタングステンランプ２９と、凸レンズ３１と、８個の干渉フィルタ３３を備えた回転円板３５と、凸レンズ３７と、凸レンズ３９と、受光素子（光検出部）４１と、回転円板３５を回転させるための駆動モータ４３とが設けられている。タングステンランプ２９から放射された光は、凸レンズ３１によって集光され、干渉フィルタ３３を通過する。ここで、回転円板３５に保持された干渉フィルタ３３は、光を１９０〜２６００ｎｍの範囲内の所定の波長の光に分光する。
干渉フィルタ３３によって分光された光は、凸レンズ３７によって集光され、投光側光ファイバー３の入射端面３ｂに照射される。投光側光ファイバー３は光学プローブ１につながっている。光学プローブ１の構造及び光路は図１から図３を参照して説明したとおりである。
【００３７】
光学プローブ１から導かれた受光側光ファイバー１１の出射端面１１ｂは分光部２５内に配置されている。光学プローブ１で受光側光ファイバー端面１１ａに入射した光は、受光側光ファイバー端面１１ｂから凸レンズ３９に入射して、集光して、受光素子４１に入射される。受光素子４１は、入射された光を、その強度に対応する光電流に変換する。
【００３８】
回転円板３５は、８枚の干渉フィルタ３３を、円周方向に等角度間隔で保持し、駆動モータ４３により所定の回転数、例えば１２００ｒｐｍ（revolutions per minute）で回転駆動される。各干渉フィルタ３３は、１９０〜２６００ｎｍの範囲内で、測定対象に応じた、互いに異なる所定の透過波長を有している。ここで、回転円板３５が回転すると、各干渉フィルタ３３が、凸レンズ３１，３７の光軸に順次挿入される。そして、タングステンランプ２９から放射された光は、干渉フィルタ３３によって分光された後、投光側光ファイバー３、光学プローブ１の投光側レンズ５を介して、液体試料２３に照射される。液体試料２３を通過した光は、測定反射ミラー７で反射され、再度液体試料２３を通過して受光側レンズ９で集光され、受光側光ファイバー１１に入り、凸レンズ３９を通過して集光され、受光素子４１に入射される。これにより、受光素子４１から、各波長の光の吸光度に応じた電気信号が出力される。データ処理部２７は、受光素子４１からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出する。
【００３９】
図１〜図４に示した光学プローブ１は、半球レンズからなる投光側レンズ５及び受光側レンズ９を備えているが、投光側レンズ及び受光側レンズはボールレンズ、球面レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォックレンズ）であってもよい。この場合、投光側ガラス筒の端面及び受光側ガラス筒の端面は、レンズの周縁部の形状に合わせて加工されていることが好ましい。
【００４０】
例えば、図５に示すように、投光側ガラス筒１３の端面は投光側ボールレンズ５ａの形状に合わせて、受光側ガラス筒１５の端面は受光側ボールレンズ９ａの形状に合わせて、凹状に形成されている。これにより、投光側ガラス筒１３と投光側ボールレンズ５ａの接触面積、及び受光側ガラス筒１５と受光側ボールレンズ９ａの接触面積を大きくすることができ、液密性を向上させることができる。
【００４１】
また、上記実施例では、レンズ５，９，５ａ，９ａの材料としてガラス材を用いているが、投光側レンズ及び受光側レンズの材料は、ガラス筒１３，１５に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材、例えばサファイアを用いてもよい。
またレンズ及び筒状部材の材料として、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材を用いてもよい。この場合、投光側レンズは投光側筒状部材に対して、受光側レンズは受光側筒状部材に対して、オプティカルコンタクトにより一体化する。
【００４２】
また、上記実施例では、別々に形成されたレンズと筒状部材が溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているが、図６に示すように、投光側レンズ５ｂと投光側ガラス筒１３はガラス材からなる一体物により構成され、受光側レンズ９ｂと受光側ガラス筒１５は、ガラス材からなる一体物により構成されているようにしてもよい。この態様によれば、投光側レンズ５ｂと投光側ガラス筒１３との間、受光側レンズ９ｂと受光側ガラス筒１５との間に隙間はなく、液密を保つことができる。
【００４３】
図７は、光学プローブのさらに他の実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
光学プローブ１は、投光側兼受光側光ファイバー４５、投光側兼受光側レンズ４７、測定反射ミラー（光反射材）７、投光側兼受光側ガラス筒（投光側兼受光側筒状部材）４９、ベース基板１７、及びガラス筒固定部材２１を備えている。
【００４４】
光ファイバー４５の端面４５ａはガラス筒４９内に配置されている。ガラス筒４９の一端面にレンズ４７が配置されている。レンズ４７は、例えば石英からなるボールレンズである。ガラス筒４９も石英からなる。ガラス筒４９の端面は平面加工されている。レンズ４７の平坦面の周縁部は、溶着またはオプティカルコンタクトにより、ガラス筒４９の端面に接合されている。これにより、ガラス筒４９とレンズ４７は一体化されている。
ガラス筒４９は、ガラス筒固定部材２１によってベース基板１７に取り付けられている。
【００４５】
測定反射ミラー７は、光ファイバー端面４５ａから照射され、レンズ４７を透過した光が照射される位置でベース基板１７に取り付けられている。測定反射ミラー７は、レンズ４７とは間隔をもって配置されている。
【００４６】
光学プローブ１の使用時には、光学プローブ１の先端部分が液体試料２３に浸漬される。光学プローブ１の先端部分は、少なくともレンズ４７が液体試料２３に接触する深さまで液体試料２３に浸漬される。光ファイバー端面４５ａとは反対側の光ファイバー端面に入射された測定光は、光ファイバー端面４５ａから放射される。その測定光はレンズ４７で平行光又は集光光にされ、液体試料２３を介して測定反射ミラー７に照射される。測定反射ミラー７で反射された光は液体試料２３を介してレンズ４７に到達し、レンズ４７にて集光され、光ファイバー端面４５ａに照射される。
【００４７】
この実施例では、レンズ４７はガラス筒４９に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているので、ガラス筒４９内、すなわち光学プローブ１内への水分の浸入を防止できる。
さらに、図１等に示した上記実施例と比較して、投光側と受光側が共通のため、部品点数を減らして、光学プローブ形状を細くできる。
【００４８】
図７に示した光学プローブ１は、ボールレンズからなる投光側兼受光側レンズ４７を備えているが、投光側兼受光側レンズ４７は半球レンズ、球面レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォックレンズ）であってもよい。この場合、投光側ガラス筒の端面及び受光側ガラス筒の端面は、レンズの周縁部の形状に合わせて加工されていることが好ましい。
【００４９】
また、図７に示した光学プローブ１は、投光側兼受光側レンズ４７の材料としてガラス材を用いているが、投光側兼受光側レンズ４７の材料は、ガラス筒４９に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材、例えばサファイアを用いてもよい。
また投光側兼受光側レンズ４７及びガラス筒４９の材料として、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材を用いてもよい。この場合、投光側兼受光側レンズ４７はガラス筒４９に対してオプティカルコンタクトにより一体化する。
【００５０】
また、図７に示した光学プローブ１は、別々に形成された投光側兼受光側レンズ４７とガラス筒４９が溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されているが、図６に示した実施例と同様に、投光側兼受光側レンズとガラス筒はガラス材からなる一体物により構成されているようにしてもよい。この態様によれば、投光側兼受光側レンズとガラス筒との間に隙間はなく、液密を保つことができる。
【００５１】
図８は、分光測定装置の他の実施例を概略的に示す図である。図４に示した分光測定装置と同じ部分には同じ符号を付す。
この実施例の分光測定装置は、図４に示した分光装置と比較して、ハーフミラー５１、凸レンズ５３，５５及びミラー５７を分光部２５にさらに備えている。この分光測定装置には図７に示した光学プローブ１が接続されている。
【００５２】
ハーフミラー５１と凸レンズ５３は、凸レンズ３７と光ファイバー端面（光ファイバー第２端面）４５ｂとの間の光路にその順に配置されている。凸レンズ５５とミラー５７は、ハーフミラー５１と凸レンズ３９との間の光路にその順に配置されている。ここで、凸レンズ５５とミラー５７が設けられずに、ハーフミラー５１で反射された光が凸レンズ３９によって受光素子４１に集光される構成であってもよい。
【００５３】
タングステンランプ２９から放射された光は、凸レンズ３１、干渉フィルタ３３、凸レンズ３７、ハーフミラー５１、凸レンズ５３を通過し、光ファイバー４５の端面４５ｂに入射され、光ファイバー端面４５ａ及び光学プローブ１のレンズ４７を介して、液体試料２３に照射される（図７も参照）。液体試料２３を通過した光は、測定光反射ミラー７で反射され、再度液体試料２３及びレンズ４７を通過して集光され、光ファイバー端面４５ａから光ファイバー４５に入り、凸レンズ５３を通過して集光され、ハーフミラー５１で反射され、凸レンズ５５で集光され、ミラー５７で反射され、凸レンズ３９で集光されて受光素子４１に入射される。これにより、受光素子４１から、各波長の光の吸光度に応じた電気信号が出力される。データ処理部２７は、受光素子４１からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出する。
【００５４】
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光学プローブ
３ 投光側光ファイバー
５，５ａ 投光側レンズ
７ 測定反射ミラー（光反射材）
９，９ａ 受光側レンズ
１１ 受光側光ファイバー
１３ 投光側ガラス筒（投光側筒状部材）
１５ 受光側ガラス筒（受光側筒状部材）
２３ 液体試料
２７ データ処理部
２９ 光源
４１ 受光素子（光検出部）
４５ 投光側兼受光側光ファイバー
４７ 投光側兼受光側レンズ
４９ 投光側兼受光側ガラス筒（投光側兼受光側筒状部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光側筒状部材内に配置され、液体試料に照射する光を伝播するための投光側光ファイバーと、
前記液体試料に接する位置で前記投光側筒状部材の先端に前記投光側光ファイバー端面に対向して配置され、前記液体試料に接する投光側レンズと、
前記投光側レンズとは間隔をもって配置され、かつ、前記投光側光ファイバー端面から照射されて前記投光側レンズ及び前記液体試料を透過した光を反射させるための光反射材と、
前記液体試料に接する位置で受光側筒状部材の先端に配置され、前記光反射材で反射されて前記液体試料を透過した光が入射される受光側レンズと、
前記受光側筒状部材内に配置され、前記受光側レンズを透過した光を端面に受光するための受光側光ファイバーと、を備え、
前記投光側筒状部材、前記投光側レンズ、前記受光側筒状部材及び前記受光側レンズはガラス材からなり、
前記投光側レンズは前記投光側筒状部材に対して、前記受光側レンズは前記受光側筒状部材に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されている光学プローブ。
【請求項２】
前記レンズは半球レンズであり、前記筒状部材の端面は平面加工されており、前記半球レンズの平坦面の周縁部が前記筒状部材の端面に接合されている請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項３】
前記レンズはボールレンズ又は球面レンズであり、前記筒状部材の端面は前記レンズの周縁部の形状に合わせて加工されており、前記半球レンズの周縁部が前記筒状部材の端面に接合されている請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項４】
前記レンズは屈折率分布型ロッドレンズであり、前記筒状部材の端面は平面加工されており、前記レンズの周縁部が前記筒状部材の端面に接合されている請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項５】
前記レンズは、ガラス材に替えて、前記筒状部材に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、前記レンズは前記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項６】
前記レンズ及び前記筒状部材は、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、前記レンズは前記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項７】
前記投光側レンズと前記投光側筒状部材、及び前記受光側レンズと前記受光側筒状部材は、一体物として形成されたものである請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項８】
前記投光用光ファイバーと前記受光用光ファイバーは１本の投光側兼受光側光ファイバーにより構成され、前記投光側レンズと前記受光側レンズは１つの投光側兼受光側レンズにより構成され、前記投光側筒状部材と前記受光側筒状部材は１つの投光側兼受光側筒状部材により構成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の光学プローブと、
前記投光側光ファイバー端面とは反対側の投光側光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、
前記受光側光ファイバー端面とは反対側の受光側光ファイバー第２端面から照射される光を受光するための光検出部と、
前記光検出部からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出するためのデータ処理部と、を備えた分光測定装置。
【請求項１】
投光側筒状部材内に配置され、液体試料に照射する光を伝播するための投光側光ファイバーと、
前記液体試料に接する位置で前記投光側筒状部材の先端に前記投光側光ファイバー端面に対向して配置され、前記液体試料に接する投光側レンズと、
前記投光側レンズとは間隔をもって配置され、かつ、前記投光側光ファイバー端面から照射されて前記投光側レンズ及び前記液体試料を透過した光を反射させるための光反射材と、
前記液体試料に接する位置で受光側筒状部材の先端に配置され、前記光反射材で反射されて前記液体試料を透過した光が入射される受光側レンズと、
前記受光側筒状部材内に配置され、前記受光側レンズを透過した光を端面に受光するための受光側光ファイバーと、を備え、
前記投光側筒状部材、前記投光側レンズ、前記受光側筒状部材及び前記受光側レンズはガラス材からなり、
前記投光側レンズは前記投光側筒状部材に対して、前記受光側レンズは前記受光側筒状部材に対して、溶着又はオプティカルコンタクトにより液密を保って一体化されている光学プローブ。
【請求項２】
前記レンズは半球レンズであり、前記筒状部材の端面は平面加工されており、前記半球レンズの平坦面の周縁部が前記筒状部材の端面に接合されている請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項３】
前記レンズはボールレンズ又は球面レンズであり、前記筒状部材の端面は前記レンズの周縁部の形状に合わせて加工されており、前記半球レンズの周縁部が前記筒状部材の端面に接合されている請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項４】
前記レンズは屈折率分布型ロッドレンズであり、前記筒状部材の端面は平面加工されており、前記レンズの周縁部が前記筒状部材の端面に接合されている請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項５】
前記レンズは、ガラス材に替えて、前記筒状部材に対してオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、前記レンズは前記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項６】
前記レンズ及び前記筒状部材は、ガラス材に替えて、互いにオプティカルコンタクトによる接合が可能な透明な結晶材によって形成されており、前記レンズは前記筒状部材に対してオプティカルコンタクトにより一体化されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項７】
前記投光側レンズと前記投光側筒状部材、及び前記受光側レンズと前記受光側筒状部材は、一体物として形成されたものである請求項１に記載の光学プローブ。
【請求項８】
前記投光用光ファイバーと前記受光用光ファイバーは１本の投光側兼受光側光ファイバーにより構成され、前記投光側レンズと前記受光側レンズは１つの投光側兼受光側レンズにより構成され、前記投光側筒状部材と前記受光側筒状部材は１つの投光側兼受光側筒状部材により構成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の光学プローブと、
前記投光側光ファイバー端面とは反対側の投光側光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、
前記受光側光ファイバー端面とは反対側の受光側光ファイバー第２端面から照射される光を受光するための光検出部と、
前記光検出部からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出するためのデータ処理部と、を備えた分光測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−３２１８４（Ｐ２０１２−３２１８４Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９９３２（Ｐ２０１０−１６９９３２）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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