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の破損を迅速に検出する。
【解決手段】光学プローブ１は、液体試料に照射する光を伝播するための投光用光ファイバー３と、投光用光ファイバー３ａ端面に対向し、かつ、投光用光ファイバー端面３ａとは間隔をもって配置されたレンズ５と、レンズ５とは間隔をもって配置され、かつ、投光用光ファイバー端面３ａから照射されてレンズ５及び液体試料２５を透過した光をレンズ５に反射させるための光反射材７と、レンズ５に対して投光用光ファイバー３と同じ側でレンズ５とは間隔をもって配置され、かつ、光反射材７で反射され、液体試料２５及びレンズ５を透過した光を受光するための受光用光ファイバー９と、光ファイバー端面３ａ，９ａとレンズ５との間の空間２３を液体試料２５とは隔離するための筒状部材１３及びシーリング部材１５と、空間２３内への液体試料２５の浸入を検知するための液漏検知センサー１１と、を備えている。
【解決手段】光学プローブ１は、液体試料に照射する光を伝播するための投光用光ファイバー３と、投光用光ファイバー３ａ端面に対向し、かつ、投光用光ファイバー端面３ａとは間隔をもって配置されたレンズ５と、レンズ５とは間隔をもって配置され、かつ、投光用光ファイバー端面３ａから照射されてレンズ５及び液体試料２５を透過した光をレンズ５に反射させるための光反射材７と、レンズ５に対して投光用光ファイバー３と同じ側でレンズ５とは間隔をもって配置され、かつ、光反射材７で反射され、液体試料２５及びレンズ５を透過した光を受光するための受光用光ファイバー９と、光ファイバー端面３ａ，９ａとレンズ５との間の空間２３を液体試料２５とは隔離するための筒状部材１３及びシーリング部材１５と、空間２３内への液体試料２５の浸入を検知するための液漏検知センサー１１と、を備えている。
【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１０は、従来の光学プローブを説明するための断面図である。
光学プローブ１０１は、照射用の光ファイバー１０３、受光用の光ファイバー１０５、キャピラリ１０７、ミラー１０９、レンズ１１１、補強材１１３、試料挿入セル１１５を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３２００号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
浸漬式の光学プローブは一般に細い棒状であるから、光学プローブの先端部分が他の部材に接触すると、プローブの構造体が破損することがある。例えば図１０に示した光学プローブ１０１で、キャピラリ１０７及び補強材１１３が破損して折れて、レンズ１１１、光ファイバー１０３，１０５が破損すれば、測定のための光が通過できず、故障状態になる。
【０００６】
また、半導体の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、光学プローブは石英で作製される。しかし、トラブル等で石英の破損が発生した場合に、洗浄液は光学プローブ内に入り込み、光学プローブ内の部品の構成部材の金属が、洗浄液内に漏れ出し、甚大なる被害が発生することがある。例えば図１０に示した光学プローブ１０１で、キャピラリ１０７及び補強材１１３が破損すると、レンズ１１１、光ファイバー１０３，１０５に液体試料が接触して、レンズ１１１、光ファイバー１０３，１０５に含まれる金属が液体試料に溶け出す。
【０００７】
本発明は、光学プローブの破損を迅速に検出することが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】
【０００８】
本発明にかかる光学プローブは、液体試料に照射される光を伝播するための投光用光ファイバーと、上記液体試料を通過した光を伝播するための受光用光ファイバーと、上記光ファイバーの一部分が配置される空間であって上記液体試料とは隔離される空間を形成するための構造体と、上記空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーと、を備えている。
本発明の光学プローブにおいて、測定対象である液体試料が光学プローブ内に浸入できない空間が形成されている。その空間内に、投光用光ファイバーの一部分、受光用光ファイバーの一部分、及び液体を検知するセンサーが設置されている。光学プローブの破損により、上記空間に液体試料が入り込んだとき、上記センサーによって上記空間に入り込んだ液体試料を検知することにより、光学プローブの破損を検知する。
【０００９】
本発明にかかる光学プローブ例は、液体試料に照射される光を伝搬するための投光用光ファイバーと、上記投光用光ファイバー端面から照射された光を集光又は平行光にする照射レンズと、上記照射レンズから上記液体試料に照射されて上記液体試料を通過した光を集光又は平行光にする受光レンズと、上記受光レンズから受光用光ファイバー端面に照射された光を伝搬するための受光用光ファイバーとを、上記液体試料とは隔離するための構造体、例えば筒状の構造体を備えている。その構造体内に空間が形成されており、その空間は光学プローブの破損のない状態では液体試料が浸入できない構造になっている。上記空間内に、投光用光ファイバーの一部分、受光用光ファイバーの一部分、及び上記空間内への上記液体試料の浸入を検知するためのセンサーが上記空間内に配置されている。そして、光学プローブが破損して上記空間内に液体試料が浸入すると、上記センサーは上記空間内に浸入した液体を検知する。光学プローブの使用者は、上記センサーによる液体の検知に基づいて、光学プローブ破損による、関係する分光測定装置の測定異常や、光学プローブが浸漬されていた液体の金属汚染や、光学プローブ構成部材による汚染が発生したことを検知する。例えば、その汚染された液体が半導体の洗浄液である場合に、光学プローブの使用者は、汚染された液体による半導体製造プロセス異常の被害を最小限に止めるようにすることができる。
【００１０】
本発明の光学プローブにおいて、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本の光ファイバーによって構成されているようにしてもよい。ただし、上記投光用光ファイバーと上記受光用光ファイバーは別々の光ファイバーによって構成されていてもよい。
【００１１】
また、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されており、上記構造体は上記液体試料と接触する部分に上記光が透過するレンズを備えているようにしてもよい。例えば上記構造体は、先端内部に上記レンズが配置される筒状部材と、上記筒状部材と上記レンズとの隙間を埋めるためのシーリング部材と、上記光ファイバーの一部分を上記筒状部材内に配置するための光ファイバー支持部材と、を備えている。上記筒状部材内に上記空間が形成される。上記空間内に光ファイバーの一端面が配置される。
【００１２】
また、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されており、上記構造体は上記液体試料と接触する部分に上記光が透過する窓板を備え、上記空間内で上記光ファイバーの一端面と上記窓板との間に上記光が透過するレンズを備えているようにしてもよい。例えば上記構造体は、先端内部に上記窓板が配置される筒状部材と、上記筒状部材と上記窓板との隙間を埋めるためのシーリング部材と、上記光ファイバーの一部分を上記筒状部材内に配置するための光ファイバー支持部材と、上記レンズと、を備えている。上記筒状部材内に上記空間が形成される。上記空間内に光ファイバーの一端面が配置される。
ただし、構造体の構成は、これらに限定されるものではなく、光ファイバーの一部分が配置される空間を液体試料とは隔離できる構成であればどのような構成であってもよい。
【００１３】
また、上記センサーは、上記空間内への液体の浸入を検知できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、上記センサーは、一般に液漏検知センサーや液面計と呼ばれるものである。
【００１４】
本発明の光学プローブにおいて、上記センサーとして、液漏検知センサーや液面計のように独立したセンサーが設置されてもよいが、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されている構成においては、上記センサーは、上記空間内での光路に液体が浸入したことに起因する、上記受光用光ファイバーの一端面とは反対側の端面から照射される光の強度変化に基づいて、上記空間内への液体の浸入を検知するものであってもよい。光学プローブの破損によって投光用光ファイバー端面や受光用光ファイバー端面、レンズ、窓板などに液体が接触することにより、受光用光ファイバーの一端面（上記空間内に配置された端面）とは反対側の端面から照射される光の強度は、光学プローブの破損がない状態と比較して大きく変化する。その光強度変化を検知することにより、上記空間内への液体の浸入を検知できる。すなわち、光学プローブ内に配置された投光用光ファイバーの一端面もしくは受光用光ファイバーの一端面又はその両方を上記センサーとして使用することも可能である。また、光学プローブの破損時には、液体試料は光ファイバー端面だけではなく、レンズや窓板の上記空間側の面にも付着するため、それらの面を通過する光の強度変化を検知することにより、上記空間内への液体の浸入を検知できる。
【００１５】
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、上記投光用光ファイバーの一端面とは反対側の投光用光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、上記受光用光ファイバーの一端面とは反対側の受光用光ファイバー第２反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、上記液漏検知センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光学プローブは、投光用光ファイバーの一端面と受光用光ファイバーの一端面が配置される空間であって液体試料とは隔離される空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーを備えているようにした。
本発明の分光測定装置は、本発明の光学プローブと、液漏検知センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部を備えているようにした。
本発明の光学プローブ及び分光測定装置は、光学プローブの破損に起因する、上記空間への液体の侵入をセンサーによって検出することができるので、光学プローブの破損を迅速に検出することができる。
これにより、光学プローブの使用者への注意喚起を促し、光ファイバー端面とレンズとの間の空間への液体の浸入による誤測定や、液体試料への光学プローブ構成部品の混入や金属成分漏出などを最小限に留めて、甚大なる被害拡大を防ぐことができる。
また、光学プローブ内の投光用光ファイバーの一端面又は受光用光ファイバーの一端面をセンサーとして使用する場合は、光学プローブの構造が簡単になり、装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】光学プローブの実施例１のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図２】実施例１の全体の構成を示す断面図である。
【図３】分光測定装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図４】光学プローブの実施例２のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図５】光学プローブが破損して光学プローブ内に液が浸入したときの受光素子の信号変化を示す図である。
【図６】タングステンランプが切れたときの受光素子の信号変化を示す図である。
【図７】光学プローブが液体試料から空気中に取り出されたときの信号変化を示す図である。
【図８】光学プローブの実施例３のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図９】分光測定装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図１０】従来の光学プローブを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施例１）
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。
【００１９】
光学プローブ１は、投光用光ファイバー３、レンズ５、測定光反射ミラー（光反射材）７、受光用光ファイバー９、液面計（センサー）１１、筒状部材１３、シーリング部材１５、レンズ位置決め部材１７、光ファイバー及び液面計支持部材１９、ならびに、ミラー支持部材２１によって構成されている。
【００２０】
レンズ５は、例えば石英製の筒状部材１３の先端内部に配置されている。レンズ５と筒状部材１３との隙間は環状のシーリング部材１５によって埋められている。シーリング部材１５の材料は例えばフッ素樹脂ゴムである。レンズ５及びシーリング部材１５は筒状部材１３内に配置された環状のレンズ位置決め部材１７によって位置決めされている。レンズ位置決め部材１７の材料は例えばＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）である。
筒状部材１３内の空間２３は、レンズ５及びシーリング部材１５によって、筒状部材１３周囲の雰囲気とは隔離されている。
【００２１】
投光用光ファイバー３の一端、受光用光ファイバー９の一端及び液面計１１の先端は、筒状部材１３内の空間２３に配置されており、筒状部材１３内に配置されたＰＴＦＥ製の、光ファイバー及び液面計支持部材１９によって支持されている。
投光用光ファイバー端面３ａ及び受光用光ファイバー端面９ａは、筒状部材１３内でレンズ５に対向し、かつ、レンズ５とは間隔をもつ位置に配置されている。
液面計１１の先端は、光ファイバー端面３ａ，９ａとレンズ５との間の光路と交わらない位置に配置されている。液面計１１の先端は、光ファイバー端面３ａ，９ａよりも例えば３ｍｍ（ミリメートル）だけレンズ５側に配置されている。
【００２２】
測定光反射ミラー７は、筒状部材１３に取り付けられたミラー支持部材２１によって支持されている。ミラー支持部材２１の材料は例えば石英である。測定光反射ミラー７は、レンズ５に対向し、かつ、レンズ５とは間隔をもつ位置に配置されている。
【００２３】
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２５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が液体試料２５に接触する深さまで液体試料２５に浸漬される。
投光用光ファイバー端面３ａから測定光が放射される。その測定光はレンズ５で平行光又は集光光にされ、液体試料２５を介して測定光反射ミラー７に照射される。測定光反射ミラー７で反射された光は液体試料２５を介してレンズ５に到達し、再度レンズ５にて集光され、受光用光ファイバー端面９ａに集光される。
【００２４】
光学プローブ１が破損して液体試料２５が空間２３内に浸入すると、浸入した液体試料は空間２３内に配置された液面計１１の先端に接触する。液面計１１が空間２３内への液体試料の浸入を検知することにより、光学プローブ１の破損を検知できる。
【００２５】
ここでは、液面計１１として、光で液の存在を検知する光電センサーＨＰＦ−Ｄ０３３（株式会社山武商会の製品）を使用した。ただし、液面計１１は電気の導通状態を検知するセンサーでもよい。その場合は、２本の白金線を互いに間隔をもって設置し、その白金線間に電圧をかけておき、その白金線間に液に浸ると電流が流れ、それを検知することにより液の存在を検知できる。その他、超音波による液面の高さを検知する液面計でもよい。
【００２６】
また、光ファイバー及び液面計支持部材１９は、空間２３と、光ファイバー及び液面計支持部材１９に対して空間２３とは反対側の筒状部材１３内部空間とを連通するための貫通孔を備えているようにしてもよい。光学プローブ１が破損して当該反対側の筒状部材１３内部空間へ液体試料２５が侵入した場合、その浸入した液体試料は光ファイバー及び液面計支持部材１９に設けられた貫通孔を介して空間２３内へ浸入するので、空間２３を形成している構成部分以外の光学プローブ１構成部分が破損した場合であっても、光学プローブ１の破損を検知できる。
【００２７】
図３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２７と、データ処理部２９と、表示部３１とで構成されている。
まず、分光部２７の具体的な構成を説明する。
【００２８】
分光部２７には、光源であるタングステンランプ３３と、凸レンズ３５と、８個の干渉フィルタ３７を備えた回転円板３９と、凸レンズ４１と、凸レンズ４３と、受光素子（光検出部）４５と、回転円板３９を回転させるための駆動モータ４７とが設けられている。タングステンランプ３３から放射された光は、凸レンズ３５によって集光され、干渉フィルタ３７を通過する。干渉フィルタは所定の波長の光だけを通過させるバンドパスフィルタで、回転円板３９に保持された干渉フィルタ３７は、光を１９０〜２６００ｎｍの範囲内の所定の波長の光に分光する。
【００２９】
干渉フィルタ３７によって分光された光は、凸レンズ４１によって集光され、投光用光ファイバー３の入射端面（投光用光ファイバー第２端面）３ｂに照射される。投光用光ファイバー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及び図２を参照して説明したとおりである。
【００３０】
光学プローブ１の受光用光ファイバー９の出射端面（受光用光ファイバー第２端面）９ｂは分光部２７内に配置されている。光学プローブ１で受光用光ファイバー端面９ａに入射した光は、受光用光ファイバー端面９ｂから凸レンズ４３に入射して、集光して、受光素子４５に入射される。受光素子４５は、入射された光を、その強度に対応する電流に変換する。
【００３１】
回転円板３９は、８枚の干渉フィルタ３７を、円周方向に等角度間隔で保持し、駆動モータ４７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３７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３９が回転すると、各干渉フィルタ３７が、凸レンズ３５，４１の光軸に順次挿入される。そして、タングステンランプ３３から放射された光は、干渉フィルタ３７によって分光された後、投光用光ファイバー３、光学プローブ１のレンズ５を介して、液体試料２５に照射される。液体試料２５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２５及びレンズ５を通過して集光され、受光用光ファイバー９に入り、凸レンズ４３を通過して集光され、受光素子４５に入射される。これにより、受光素子４５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。
【００３２】
データ処理部２９は、受光素子４５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。
また、光学プローブ１の液面計１１は、データ処理部２９に電気的に接続されている。データ処理部２９は、液面計１１からの液漏検知信号に基づいて表示部３１に液漏警告を表示させる。表示部３１は、例えばモニタ画面や警告表示ランプなどである。ここではデータ処理部２９によって液漏警告を表示部３１に表示させているが、液面計１１からの液漏検知信号に基づいて表示部３１に液漏警告を表示させる機構を別途設けてもよい。
【００３３】
（実施例２）
図４は、光学プローブの実施例２のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図１及び図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
【００３４】
光学プローブ４９は、投光用光ファイバー３、投光用レンズ５ａ、測定光反射ミラー７、受光用レンズ５ｂ、受光用光ファイバー９、筒状部材１３、ミラー支持部材２１、窓板５１、シーリング部材５３、レンズ位置決め部材５５、光ファイバー支持部材５７、窓板押さえ部材５９を備えている。
【００３５】
窓板５１は、例えば石英製の筒状部材１３の先端内部に配置されている。窓板５１と筒状部材１３との隙間は、例えばフッ素樹脂製Ｏリングからなるシーリング部材５３で埋められている。窓板押さえ部材５９は、窓板５１を位置決めするとともに、窓板５１をシーリング部材５３側へ押さえている。
【００３６】
投光用レンズ５ａは投光用光ファイバー端面３ａに対向する位置に配置されている。受光用レンズ５ｂは受光用光ファイバー端面９ａに対向する位置に配置されている。レンズ５ａ，５ｂは、例えばＰＴＦＥ製のレンズ位置決め部材５５によって位置決めされている。光ファイバー端面３ａ，９ａは、レンズ５ａ，５ｂ、筒状部材１３、レンズ位置決め部材５５、及び光ファイバー支持部材５７によって囲まれた空間２３ａ内に配置されている。
【００３７】
レンズ５ａ，５ｂ、筒状部材１３、窓板５１、及びレンズ位置決め部材５５によって囲まれた空間２３ｂが形成されている。レンズ位置決め部材５５には、空間２３ａと２３ｂを連通するための貫通孔５５ａを備えている。
【００３８】
光ファイバー３，９は、例えばＰＴＦＥ製の光ファイバー支持部材５７によって位置決めされている。光ファイバー支持部材５７は、空間２３ａと、光ファイバー支持部材５７に対して空間２３ａとは反対側の空間２３ｃとを連通するための貫通孔５７ａを備えている。
測定光反射ミラー７は、筒状部材１３に取り付けられたミラー支持部材２１によって支持されている。ミラー支持部材２１の材料は例えば石英である。
【００３９】
光学プローブ４９の使用時には、光学プローブ４９の光ファイバー３，９は、図１及び図２を参照して説明した光学プローブ１の光ファイバー３，９と同様にして、図３を参照して説明した分光測定装置に接続される。光学プローブ４９の先端部分は液体試料２５に浸漬される。光学プローブ４９の先端部分は、少なくとも窓板５１が液体試料２５に接触する深さまで液体試料２５に浸漬される。
【００４０】
投光用光ファイバー端面３ａから測定光が放射される。その測定光は投光用レンズ５ａで平行光又は集光光にされ、窓板５１を通過して、液体試料２５を介して測定光反射ミラー７に照射される。測定光反射ミラー７で反射された光は液体試料２５を介して窓板５１を通過した後、受光用レンズ５ｂに到達し、受光用レンズ５ｂによって受光用光ファイバー端面９ａに集光される。
【００４１】
光学プローブ４９が破損して液体試料２５が空間２３ａ内や空間２３ｂ内、空間２３ｃ内に浸入すると、浸入した液体試料は、投光用光ファイバー端面３ａや、受光用光ファイバー端面９ａ、投光用レンズ５ａ、受光用レンズ５ｂ、窓板５１の空間２３ｂ側の面などに接触する。光ファイバー支持部材５７には貫通孔５７ａが設けられているので、空間２３ｃに浸入した液体は、空間２３ａにも到達する。レンズ位置決め部材５５には貫通孔５５ａが設けられているので、空間２３ｂ内に浸入した液体は空間２３ａにも浸入し、さらに空間２３ｃにも浸入する。また、空間２３ａに浸入した液体は、貫通孔５５ａを介して空間２３ｂに侵入する。
【００４２】
投光用光ファイバー端面３ａや、受光用光ファイバー端面９ａ、投光用レンズ５ａ、受光用レンズ５ｂ、窓板５１の空間２３ｂ側の面などに接触した液は、投光用光ファイバー端面３ａから照射されて、受光用光ファイバー端面９ａに入射されるまでの光路を遮る。すなわち、空間２３ａ，２３ｂ内での光路に液体が浸入した状態になる。
【００４３】
空間２３ａ，２３ｂ内での光路に液体が浸入した状態は、図３を参照して説明した分光測定装置の受光素子４５の出力変化、すなわち受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化を分析することによって検知できる。
【００４４】
例えば、予め光学プローブ４９の破損を模擬試験して、受光素子４５の出力変化パターンをデータ処理部２９内に設けられた記憶部に記憶させておく。分光測定装置による液体試料２５の濃度測定と同時に、光学プローブ４９の破損に伴う出力変化パターンを照らし合わせることを行ない、常に光学プローブ４９の破損を監視する。
【００４５】
図５は、光学プローブ４９が破損して光学プローブ４９内に液が浸入したときの受光素子４５の信号変化を示す図である。図６は、タングステンランプ３３が切れたときの受光素子４５の信号変化を示す図である。図７は、光学プローブ４９が液体試料２５から空気中に取り出されたときの信号変化を示す図である。図５から図７は、互いに波長が異なる８波長について示している。図５から図７で、縦軸は光強度（任意単位）、横軸は時間を示す。
【００４６】
光学プローブ４９が破損して光学プローブ４９内に液体が浸入したとき、図５に示すように、８つの各波長の強度は減少するが０にはならない。また、液体試料２５の濃度変化に起因する光強度変化よりも１０倍以上の突然の光強度変化が発生する。
【００４７】
これに対し、タングステンランプ３３が切れたとき、図６に示すように、８つの波長の強度は、それぞれほぼ０になる。
また、光学プローブ４９が液体試料２５から空気中に取り出されたとき、図７に示すように、液体試料２５による光吸収がなくなるので、８つの波長の強度はそれぞれ増加する。
【００４８】
したがって、受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化を監視して、図５に示したような特異的な変化を捉える、例えば液体試料２５の濃度変化に起因する光強度変化よりも１０倍以上の突然の光強度変化を検出することにより、光学プローブ４９の破損を検知できる。
【００４９】
次に、その出力変化パターン例を列記する。ここでは受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光のうち８つの波長の光強度を用いて説明する。なお、少なくとも２つの波長を用いれば、光強度の変化パターンに基づいて光学プローブの破損を検知できる。
【００５０】
（１）８つの各波長の光強度が、全て低下し、かつ全て０ではなく、その低下が液体試料の濃度変化より発生する光強度変化よりも大きい場合は、光学プローブ４９の破損と判断する。なお、液体試料の濃度変化により発生する光強度変化は、データ処理部２９に設けられた記憶部に記憶されている。
【００５１】
（２）８つの各波長の光強度変化値を波長に従って並べた場合に、波長の短い光の方が、波長の長い光よりも光強度低下率が高いときは、光学プローブ４９の破損と判断する。光ファイバー端面３ａ，９ａや、レンズ５ａ，５ｂ、窓板５１で光が通過する箇所に、光学プローブ４９の破損によって液体が細かな水滴として付着したとき、その水滴は散乱体になる。散乱はレイリー散乱に従い、波長の短い光の方が波長の長い光に比べて散乱率が高くなる。そのため、波長の短い光の方が、波長の長い光に比べて、光強度の低下率が高くなる。
【００５２】
（３）８つの各波長のうち、いずれか複数の波長で光強度が低下していても、その他の波長の強度が変化していない場合は、光学プローブ４９の破損とは判断しない。特定の波長のみの光強度の低下の原因は、電気系又は干渉フィルタ関連の光学系の損傷と想定される。
【００５３】
（４）８つの各波長の光強度がほぼ０になった場合に、例えば１秒未満の時間で急に光強度が０になるのではなく、１秒以上の時間をかけて光強度が徐々に低下したときは、タングステンランプ３３が切れたのではなく、光学プローブ４９の破損と判断する。このような光強度変化パターンは、光学プローブ４９の破損の度合いが激しく、光学プローブ４９内で光路に大量の液体が入り込み、受光用光ファイバー端面９ｂにまったく光が届かなくなった場合に現れる。
【００５４】
これらの光強度変化パターンをデータ処理部２９に設けられた記憶部に記憶させておき、データ処理部２９によって、これらの光強度変化パターンと、受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化パターンとを照らし合わせることにより、光学プローブ４９の破損を検知できる。
【００５５】
（実施例３）
図８は、光学プローブの実施例３のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図４と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
【００５６】
光学プローブ６１は、投光用光ファイバー及び受光用光ファイバーとして１本の光ファイバー６３を備えている。投光用レンズ兼受光用レンズとして機能するレンズ５ｃが光ファイバー端面６３ａに対向してレンズ位置決め部材５５によって位置決めされている。
【００５７】
図９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３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３に示した分光装置と比較して、ハーフミラー６５、凸レンズ６７，６９及びミラー６９を分光部２７にさらに備えている。
【００５８】
ハーフミラー６５と凸レンズ６７は、凸レンズ４１と光ファイバー端面（光ファイバー第２端面）６３ｂとの間の光路にその順に配置されている。凸レンズ６７とミラー６９は、ハーフミラー６５と凸レンズ４３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６７とミラー６９が設けられずに、ハーフミラー６５で反射された光が凸レンズ４３によって受光素子４５に集光される構成であってもよい。
【００５９】
タングステンランプ３３から放射された光は、凸レンズ３５、干渉フィルタ３７、凸レンズ４１、ハーフミラー６５、凸レンズ６７を通過し、光ファイバー６３の端面６３ｂに入射され、光ファイバー端面６３ａ、光学プローブ６３のレンズ５ｃ及び窓板５１を介して、液体試料２５に照射される（図８も参照）。液体試料２５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２５及びレンズ５ｃを通過して集光され、光ファイバー６３に入り、凸レンズ６７を通過して集光され、ハーフミラー６５で反射され、凸レンズ６９で集光され、ミラー７１で反射され、凸レンズ４３で集光されて受光素子４５に入射される。これにより、受光素子４５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。
【００６０】
受光素子４５の信号強度、すなわち光学プローブ６１の光ファイバー端面６３ｂから照射される光の強度変化を監視して、光学プローブ６１の空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃへの液体の浸入に起因する光強度変化を検出することにより、光学プローブ６１の破損を検知できる。
【００６１】
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。
例えば、上記実施例で、光ファイバーの一部分が配置される空間２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成するための構造体は、上記実施例の構成に限定されるものではなく、光ファイバーの一部分が配置される空間を液体試料とは隔離できる構成であればどのような構成であってもよい。
【００６２】
また、図４に示した光学プローブ４９及び図８に示した光学プローブ６１は、液漏検知センサーや液面計、白金電極等の物理的なセンサーを備えていないが、空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃ内への液体の侵入を検知するための物理的なセンサーを備えているようにしてもよい。この場合、空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうちの少なくとも１つの空間内に物理的なセンサーを配置する。
【００６３】
また、図１及び図２に示した光学プローブ１を用いて、空間２３内での光路に液体が浸入したことに起因する、受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化に基づいて、空間２３内への液体の浸入を検知して、光学プローブ１の破損を検知するようにしてもよい。この場合、光学プローブ１の液面計１１は不要である。
【００６４】
また、図４に示した光学プローブ４９及び図８に示した光学プローブ６１において、レンズ５ａ，５ｂに替えて、図１及び図２の光学プローブ１と同様に、投光用と受光用で共通の１つのレンズを備えているようにしてもよい。
また、図１及び図２に示した光学プローブ１において、レンズ５に替えて、図４の光学プローブ４９と同様に、投光用レンズと受光用レンズを備えているようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，４９，６１ 光学プローブ
３ 投光用光ファイバー
３ａ 投光用光ファイバー端面
３ｂ 投光用光ファイバー第２端面
５，５ａ，５ｂ，５ｃ レンズ
９ 受光用光ファイバー
９ａ 受光用光ファイバー端面
９ｂ 受光用光ファイバー第２端面
１１ 液面計（センサー）
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 空間
２５ 液体試料
２９ データ処理部
３１ 表示部
３３ 光源
４５ 受光素子（光検出部）
５１ 窓板
６３ 投光用兼受光用の光ファイバー
６３ａ 光ファイバー端面
６３ｂ 光ファイバー第２端面
【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１０は、従来の光学プローブを説明するための断面図である。
光学プローブ１０１は、照射用の光ファイバー１０３、受光用の光ファイバー１０５、キャピラリ１０７、ミラー１０９、レンズ１１１、補強材１１３、試料挿入セル１１５を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３２００号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
浸漬式の光学プローブは一般に細い棒状であるから、光学プローブの先端部分が他の部材に接触すると、プローブの構造体が破損することがある。例えば図１０に示した光学プローブ１０１で、キャピラリ１０７及び補強材１１３が破損して折れて、レンズ１１１、光ファイバー１０３，１０５が破損すれば、測定のための光が通過できず、故障状態になる。
【０００６】
また、半導体の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、光学プローブは石英で作製される。しかし、トラブル等で石英の破損が発生した場合に、洗浄液は光学プローブ内に入り込み、光学プローブ内の部品の構成部材の金属が、洗浄液内に漏れ出し、甚大なる被害が発生することがある。例えば図１０に示した光学プローブ１０１で、キャピラリ１０７及び補強材１１３が破損すると、レンズ１１１、光ファイバー１０３，１０５に液体試料が接触して、レンズ１１１、光ファイバー１０３，１０５に含まれる金属が液体試料に溶け出す。
【０００７】
本発明は、光学プローブの破損を迅速に検出することが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】
【０００８】
本発明にかかる光学プローブは、液体試料に照射される光を伝播するための投光用光ファイバーと、上記液体試料を通過した光を伝播するための受光用光ファイバーと、上記光ファイバーの一部分が配置される空間であって上記液体試料とは隔離される空間を形成するための構造体と、上記空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーと、を備えている。
本発明の光学プローブにおいて、測定対象である液体試料が光学プローブ内に浸入できない空間が形成されている。その空間内に、投光用光ファイバーの一部分、受光用光ファイバーの一部分、及び液体を検知するセンサーが設置されている。光学プローブの破損により、上記空間に液体試料が入り込んだとき、上記センサーによって上記空間に入り込んだ液体試料を検知することにより、光学プローブの破損を検知する。
【０００９】
本発明にかかる光学プローブ例は、液体試料に照射される光を伝搬するための投光用光ファイバーと、上記投光用光ファイバー端面から照射された光を集光又は平行光にする照射レンズと、上記照射レンズから上記液体試料に照射されて上記液体試料を通過した光を集光又は平行光にする受光レンズと、上記受光レンズから受光用光ファイバー端面に照射された光を伝搬するための受光用光ファイバーとを、上記液体試料とは隔離するための構造体、例えば筒状の構造体を備えている。その構造体内に空間が形成されており、その空間は光学プローブの破損のない状態では液体試料が浸入できない構造になっている。上記空間内に、投光用光ファイバーの一部分、受光用光ファイバーの一部分、及び上記空間内への上記液体試料の浸入を検知するためのセンサーが上記空間内に配置されている。そして、光学プローブが破損して上記空間内に液体試料が浸入すると、上記センサーは上記空間内に浸入した液体を検知する。光学プローブの使用者は、上記センサーによる液体の検知に基づいて、光学プローブ破損による、関係する分光測定装置の測定異常や、光学プローブが浸漬されていた液体の金属汚染や、光学プローブ構成部材による汚染が発生したことを検知する。例えば、その汚染された液体が半導体の洗浄液である場合に、光学プローブの使用者は、汚染された液体による半導体製造プロセス異常の被害を最小限に止めるようにすることができる。
【００１０】
本発明の光学プローブにおいて、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本の光ファイバーによって構成されているようにしてもよい。ただし、上記投光用光ファイバーと上記受光用光ファイバーは別々の光ファイバーによって構成されていてもよい。
【００１１】
また、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されており、上記構造体は上記液体試料と接触する部分に上記光が透過するレンズを備えているようにしてもよい。例えば上記構造体は、先端内部に上記レンズが配置される筒状部材と、上記筒状部材と上記レンズとの隙間を埋めるためのシーリング部材と、上記光ファイバーの一部分を上記筒状部材内に配置するための光ファイバー支持部材と、を備えている。上記筒状部材内に上記空間が形成される。上記空間内に光ファイバーの一端面が配置される。
【００１２】
また、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されており、上記構造体は上記液体試料と接触する部分に上記光が透過する窓板を備え、上記空間内で上記光ファイバーの一端面と上記窓板との間に上記光が透過するレンズを備えているようにしてもよい。例えば上記構造体は、先端内部に上記窓板が配置される筒状部材と、上記筒状部材と上記窓板との隙間を埋めるためのシーリング部材と、上記光ファイバーの一部分を上記筒状部材内に配置するための光ファイバー支持部材と、上記レンズと、を備えている。上記筒状部材内に上記空間が形成される。上記空間内に光ファイバーの一端面が配置される。
ただし、構造体の構成は、これらに限定されるものではなく、光ファイバーの一部分が配置される空間を液体試料とは隔離できる構成であればどのような構成であってもよい。
【００１３】
また、上記センサーは、上記空間内への液体の浸入を検知できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、上記センサーは、一般に液漏検知センサーや液面計と呼ばれるものである。
【００１４】
本発明の光学プローブにおいて、上記センサーとして、液漏検知センサーや液面計のように独立したセンサーが設置されてもよいが、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されている構成においては、上記センサーは、上記空間内での光路に液体が浸入したことに起因する、上記受光用光ファイバーの一端面とは反対側の端面から照射される光の強度変化に基づいて、上記空間内への液体の浸入を検知するものであってもよい。光学プローブの破損によって投光用光ファイバー端面や受光用光ファイバー端面、レンズ、窓板などに液体が接触することにより、受光用光ファイバーの一端面（上記空間内に配置された端面）とは反対側の端面から照射される光の強度は、光学プローブの破損がない状態と比較して大きく変化する。その光強度変化を検知することにより、上記空間内への液体の浸入を検知できる。すなわち、光学プローブ内に配置された投光用光ファイバーの一端面もしくは受光用光ファイバーの一端面又はその両方を上記センサーとして使用することも可能である。また、光学プローブの破損時には、液体試料は光ファイバー端面だけではなく、レンズや窓板の上記空間側の面にも付着するため、それらの面を通過する光の強度変化を検知することにより、上記空間内への液体の浸入を検知できる。
【００１５】
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、上記投光用光ファイバーの一端面とは反対側の投光用光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、上記受光用光ファイバーの一端面とは反対側の受光用光ファイバー第２反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、上記液漏検知センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光学プローブは、投光用光ファイバーの一端面と受光用光ファイバーの一端面が配置される空間であって液体試料とは隔離される空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーを備えているようにした。
本発明の分光測定装置は、本発明の光学プローブと、液漏検知センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部を備えているようにした。
本発明の光学プローブ及び分光測定装置は、光学プローブの破損に起因する、上記空間への液体の侵入をセンサーによって検出することができるので、光学プローブの破損を迅速に検出することができる。
これにより、光学プローブの使用者への注意喚起を促し、光ファイバー端面とレンズとの間の空間への液体の浸入による誤測定や、液体試料への光学プローブ構成部品の混入や金属成分漏出などを最小限に留めて、甚大なる被害拡大を防ぐことができる。
また、光学プローブ内の投光用光ファイバーの一端面又は受光用光ファイバーの一端面をセンサーとして使用する場合は、光学プローブの構造が簡単になり、装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】光学プローブの実施例１のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図２】実施例１の全体の構成を示す断面図である。
【図３】分光測定装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図４】光学プローブの実施例２のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図５】光学プローブが破損して光学プローブ内に液が浸入したときの受光素子の信号変化を示す図である。
【図６】タングステンランプが切れたときの受光素子の信号変化を示す図である。
【図７】光学プローブが液体試料から空気中に取り出されたときの信号変化を示す図である。
【図８】光学プローブの実施例３のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。
【図９】分光測定装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図１０】従来の光学プローブを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施例１）
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。
【００１９】
光学プローブ１は、投光用光ファイバー３、レンズ５、測定光反射ミラー（光反射材）７、受光用光ファイバー９、液面計（センサー）１１、筒状部材１３、シーリング部材１５、レンズ位置決め部材１７、光ファイバー及び液面計支持部材１９、ならびに、ミラー支持部材２１によって構成されている。
【００２０】
レンズ５は、例えば石英製の筒状部材１３の先端内部に配置されている。レンズ５と筒状部材１３との隙間は環状のシーリング部材１５によって埋められている。シーリング部材１５の材料は例えばフッ素樹脂ゴムである。レンズ５及びシーリング部材１５は筒状部材１３内に配置された環状のレンズ位置決め部材１７によって位置決めされている。レンズ位置決め部材１７の材料は例えばＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）である。
筒状部材１３内の空間２３は、レンズ５及びシーリング部材１５によって、筒状部材１３周囲の雰囲気とは隔離されている。
【００２１】
投光用光ファイバー３の一端、受光用光ファイバー９の一端及び液面計１１の先端は、筒状部材１３内の空間２３に配置されており、筒状部材１３内に配置されたＰＴＦＥ製の、光ファイバー及び液面計支持部材１９によって支持されている。
投光用光ファイバー端面３ａ及び受光用光ファイバー端面９ａは、筒状部材１３内でレンズ５に対向し、かつ、レンズ５とは間隔をもつ位置に配置されている。
液面計１１の先端は、光ファイバー端面３ａ，９ａとレンズ５との間の光路と交わらない位置に配置されている。液面計１１の先端は、光ファイバー端面３ａ，９ａよりも例えば３ｍｍ（ミリメートル）だけレンズ５側に配置されている。
【００２２】
測定光反射ミラー７は、筒状部材１３に取り付けられたミラー支持部材２１によって支持されている。ミラー支持部材２１の材料は例えば石英である。測定光反射ミラー７は、レンズ５に対向し、かつ、レンズ５とは間隔をもつ位置に配置されている。
【００２３】
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２５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が液体試料２５に接触する深さまで液体試料２５に浸漬される。
投光用光ファイバー端面３ａから測定光が放射される。その測定光はレンズ５で平行光又は集光光にされ、液体試料２５を介して測定光反射ミラー７に照射される。測定光反射ミラー７で反射された光は液体試料２５を介してレンズ５に到達し、再度レンズ５にて集光され、受光用光ファイバー端面９ａに集光される。
【００２４】
光学プローブ１が破損して液体試料２５が空間２３内に浸入すると、浸入した液体試料は空間２３内に配置された液面計１１の先端に接触する。液面計１１が空間２３内への液体試料の浸入を検知することにより、光学プローブ１の破損を検知できる。
【００２５】
ここでは、液面計１１として、光で液の存在を検知する光電センサーＨＰＦ−Ｄ０３３（株式会社山武商会の製品）を使用した。ただし、液面計１１は電気の導通状態を検知するセンサーでもよい。その場合は、２本の白金線を互いに間隔をもって設置し、その白金線間に電圧をかけておき、その白金線間に液に浸ると電流が流れ、それを検知することにより液の存在を検知できる。その他、超音波による液面の高さを検知する液面計でもよい。
【００２６】
また、光ファイバー及び液面計支持部材１９は、空間２３と、光ファイバー及び液面計支持部材１９に対して空間２３とは反対側の筒状部材１３内部空間とを連通するための貫通孔を備えているようにしてもよい。光学プローブ１が破損して当該反対側の筒状部材１３内部空間へ液体試料２５が侵入した場合、その浸入した液体試料は光ファイバー及び液面計支持部材１９に設けられた貫通孔を介して空間２３内へ浸入するので、空間２３を形成している構成部分以外の光学プローブ１構成部分が破損した場合であっても、光学プローブ１の破損を検知できる。
【００２７】
図３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２７と、データ処理部２９と、表示部３１とで構成されている。
まず、分光部２７の具体的な構成を説明する。
【００２８】
分光部２７には、光源であるタングステンランプ３３と、凸レンズ３５と、８個の干渉フィルタ３７を備えた回転円板３９と、凸レンズ４１と、凸レンズ４３と、受光素子（光検出部）４５と、回転円板３９を回転させるための駆動モータ４７とが設けられている。タングステンランプ３３から放射された光は、凸レンズ３５によって集光され、干渉フィルタ３７を通過する。干渉フィルタは所定の波長の光だけを通過させるバンドパスフィルタで、回転円板３９に保持された干渉フィルタ３７は、光を１９０〜２６００ｎｍの範囲内の所定の波長の光に分光する。
【００２９】
干渉フィルタ３７によって分光された光は、凸レンズ４１によって集光され、投光用光ファイバー３の入射端面（投光用光ファイバー第２端面）３ｂに照射される。投光用光ファイバー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及び図２を参照して説明したとおりである。
【００３０】
光学プローブ１の受光用光ファイバー９の出射端面（受光用光ファイバー第２端面）９ｂは分光部２７内に配置されている。光学プローブ１で受光用光ファイバー端面９ａに入射した光は、受光用光ファイバー端面９ｂから凸レンズ４３に入射して、集光して、受光素子４５に入射される。受光素子４５は、入射された光を、その強度に対応する電流に変換する。
【００３１】
回転円板３９は、８枚の干渉フィルタ３７を、円周方向に等角度間隔で保持し、駆動モータ４７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３７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３９が回転すると、各干渉フィルタ３７が、凸レンズ３５，４１の光軸に順次挿入される。そして、タングステンランプ３３から放射された光は、干渉フィルタ３７によって分光された後、投光用光ファイバー３、光学プローブ１のレンズ５を介して、液体試料２５に照射される。液体試料２５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２５及びレンズ５を通過して集光され、受光用光ファイバー９に入り、凸レンズ４３を通過して集光され、受光素子４５に入射される。これにより、受光素子４５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。
【００３２】
データ処理部２９は、受光素子４５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。
また、光学プローブ１の液面計１１は、データ処理部２９に電気的に接続されている。データ処理部２９は、液面計１１からの液漏検知信号に基づいて表示部３１に液漏警告を表示させる。表示部３１は、例えばモニタ画面や警告表示ランプなどである。ここではデータ処理部２９によって液漏警告を表示部３１に表示させているが、液面計１１からの液漏検知信号に基づいて表示部３１に液漏警告を表示させる機構を別途設けてもよい。
【００３３】
（実施例２）
図４は、光学プローブの実施例２のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図１及び図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
【００３４】
光学プローブ４９は、投光用光ファイバー３、投光用レンズ５ａ、測定光反射ミラー７、受光用レンズ５ｂ、受光用光ファイバー９、筒状部材１３、ミラー支持部材２１、窓板５１、シーリング部材５３、レンズ位置決め部材５５、光ファイバー支持部材５７、窓板押さえ部材５９を備えている。
【００３５】
窓板５１は、例えば石英製の筒状部材１３の先端内部に配置されている。窓板５１と筒状部材１３との隙間は、例えばフッ素樹脂製Ｏリングからなるシーリング部材５３で埋められている。窓板押さえ部材５９は、窓板５１を位置決めするとともに、窓板５１をシーリング部材５３側へ押さえている。
【００３６】
投光用レンズ５ａは投光用光ファイバー端面３ａに対向する位置に配置されている。受光用レンズ５ｂは受光用光ファイバー端面９ａに対向する位置に配置されている。レンズ５ａ，５ｂは、例えばＰＴＦＥ製のレンズ位置決め部材５５によって位置決めされている。光ファイバー端面３ａ，９ａは、レンズ５ａ，５ｂ、筒状部材１３、レンズ位置決め部材５５、及び光ファイバー支持部材５７によって囲まれた空間２３ａ内に配置されている。
【００３７】
レンズ５ａ，５ｂ、筒状部材１３、窓板５１、及びレンズ位置決め部材５５によって囲まれた空間２３ｂが形成されている。レンズ位置決め部材５５には、空間２３ａと２３ｂを連通するための貫通孔５５ａを備えている。
【００３８】
光ファイバー３，９は、例えばＰＴＦＥ製の光ファイバー支持部材５７によって位置決めされている。光ファイバー支持部材５７は、空間２３ａと、光ファイバー支持部材５７に対して空間２３ａとは反対側の空間２３ｃとを連通するための貫通孔５７ａを備えている。
測定光反射ミラー７は、筒状部材１３に取り付けられたミラー支持部材２１によって支持されている。ミラー支持部材２１の材料は例えば石英である。
【００３９】
光学プローブ４９の使用時には、光学プローブ４９の光ファイバー３，９は、図１及び図２を参照して説明した光学プローブ１の光ファイバー３，９と同様にして、図３を参照して説明した分光測定装置に接続される。光学プローブ４９の先端部分は液体試料２５に浸漬される。光学プローブ４９の先端部分は、少なくとも窓板５１が液体試料２５に接触する深さまで液体試料２５に浸漬される。
【００４０】
投光用光ファイバー端面３ａから測定光が放射される。その測定光は投光用レンズ５ａで平行光又は集光光にされ、窓板５１を通過して、液体試料２５を介して測定光反射ミラー７に照射される。測定光反射ミラー７で反射された光は液体試料２５を介して窓板５１を通過した後、受光用レンズ５ｂに到達し、受光用レンズ５ｂによって受光用光ファイバー端面９ａに集光される。
【００４１】
光学プローブ４９が破損して液体試料２５が空間２３ａ内や空間２３ｂ内、空間２３ｃ内に浸入すると、浸入した液体試料は、投光用光ファイバー端面３ａや、受光用光ファイバー端面９ａ、投光用レンズ５ａ、受光用レンズ５ｂ、窓板５１の空間２３ｂ側の面などに接触する。光ファイバー支持部材５７には貫通孔５７ａが設けられているので、空間２３ｃに浸入した液体は、空間２３ａにも到達する。レンズ位置決め部材５５には貫通孔５５ａが設けられているので、空間２３ｂ内に浸入した液体は空間２３ａにも浸入し、さらに空間２３ｃにも浸入する。また、空間２３ａに浸入した液体は、貫通孔５５ａを介して空間２３ｂに侵入する。
【００４２】
投光用光ファイバー端面３ａや、受光用光ファイバー端面９ａ、投光用レンズ５ａ、受光用レンズ５ｂ、窓板５１の空間２３ｂ側の面などに接触した液は、投光用光ファイバー端面３ａから照射されて、受光用光ファイバー端面９ａに入射されるまでの光路を遮る。すなわち、空間２３ａ，２３ｂ内での光路に液体が浸入した状態になる。
【００４３】
空間２３ａ，２３ｂ内での光路に液体が浸入した状態は、図３を参照して説明した分光測定装置の受光素子４５の出力変化、すなわち受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化を分析することによって検知できる。
【００４４】
例えば、予め光学プローブ４９の破損を模擬試験して、受光素子４５の出力変化パターンをデータ処理部２９内に設けられた記憶部に記憶させておく。分光測定装置による液体試料２５の濃度測定と同時に、光学プローブ４９の破損に伴う出力変化パターンを照らし合わせることを行ない、常に光学プローブ４９の破損を監視する。
【００４５】
図５は、光学プローブ４９が破損して光学プローブ４９内に液が浸入したときの受光素子４５の信号変化を示す図である。図６は、タングステンランプ３３が切れたときの受光素子４５の信号変化を示す図である。図７は、光学プローブ４９が液体試料２５から空気中に取り出されたときの信号変化を示す図である。図５から図７は、互いに波長が異なる８波長について示している。図５から図７で、縦軸は光強度（任意単位）、横軸は時間を示す。
【００４６】
光学プローブ４９が破損して光学プローブ４９内に液体が浸入したとき、図５に示すように、８つの各波長の強度は減少するが０にはならない。また、液体試料２５の濃度変化に起因する光強度変化よりも１０倍以上の突然の光強度変化が発生する。
【００４７】
これに対し、タングステンランプ３３が切れたとき、図６に示すように、８つの波長の強度は、それぞれほぼ０になる。
また、光学プローブ４９が液体試料２５から空気中に取り出されたとき、図７に示すように、液体試料２５による光吸収がなくなるので、８つの波長の強度はそれぞれ増加する。
【００４８】
したがって、受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化を監視して、図５に示したような特異的な変化を捉える、例えば液体試料２５の濃度変化に起因する光強度変化よりも１０倍以上の突然の光強度変化を検出することにより、光学プローブ４９の破損を検知できる。
【００４９】
次に、その出力変化パターン例を列記する。ここでは受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光のうち８つの波長の光強度を用いて説明する。なお、少なくとも２つの波長を用いれば、光強度の変化パターンに基づいて光学プローブの破損を検知できる。
【００５０】
（１）８つの各波長の光強度が、全て低下し、かつ全て０ではなく、その低下が液体試料の濃度変化より発生する光強度変化よりも大きい場合は、光学プローブ４９の破損と判断する。なお、液体試料の濃度変化により発生する光強度変化は、データ処理部２９に設けられた記憶部に記憶されている。
【００５１】
（２）８つの各波長の光強度変化値を波長に従って並べた場合に、波長の短い光の方が、波長の長い光よりも光強度低下率が高いときは、光学プローブ４９の破損と判断する。光ファイバー端面３ａ，９ａや、レンズ５ａ，５ｂ、窓板５１で光が通過する箇所に、光学プローブ４９の破損によって液体が細かな水滴として付着したとき、その水滴は散乱体になる。散乱はレイリー散乱に従い、波長の短い光の方が波長の長い光に比べて散乱率が高くなる。そのため、波長の短い光の方が、波長の長い光に比べて、光強度の低下率が高くなる。
【００５２】
（３）８つの各波長のうち、いずれか複数の波長で光強度が低下していても、その他の波長の強度が変化していない場合は、光学プローブ４９の破損とは判断しない。特定の波長のみの光強度の低下の原因は、電気系又は干渉フィルタ関連の光学系の損傷と想定される。
【００５３】
（４）８つの各波長の光強度がほぼ０になった場合に、例えば１秒未満の時間で急に光強度が０になるのではなく、１秒以上の時間をかけて光強度が徐々に低下したときは、タングステンランプ３３が切れたのではなく、光学プローブ４９の破損と判断する。このような光強度変化パターンは、光学プローブ４９の破損の度合いが激しく、光学プローブ４９内で光路に大量の液体が入り込み、受光用光ファイバー端面９ｂにまったく光が届かなくなった場合に現れる。
【００５４】
これらの光強度変化パターンをデータ処理部２９に設けられた記憶部に記憶させておき、データ処理部２９によって、これらの光強度変化パターンと、受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化パターンとを照らし合わせることにより、光学プローブ４９の破損を検知できる。
【００５５】
（実施例３）
図８は、光学プローブの実施例３のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図４と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
【００５６】
光学プローブ６１は、投光用光ファイバー及び受光用光ファイバーとして１本の光ファイバー６３を備えている。投光用レンズ兼受光用レンズとして機能するレンズ５ｃが光ファイバー端面６３ａに対向してレンズ位置決め部材５５によって位置決めされている。
【００５７】
図９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３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３に示した分光装置と比較して、ハーフミラー６５、凸レンズ６７，６９及びミラー６９を分光部２７にさらに備えている。
【００５８】
ハーフミラー６５と凸レンズ６７は、凸レンズ４１と光ファイバー端面（光ファイバー第２端面）６３ｂとの間の光路にその順に配置されている。凸レンズ６７とミラー６９は、ハーフミラー６５と凸レンズ４３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６７とミラー６９が設けられずに、ハーフミラー６５で反射された光が凸レンズ４３によって受光素子４５に集光される構成であってもよい。
【００５９】
タングステンランプ３３から放射された光は、凸レンズ３５、干渉フィルタ３７、凸レンズ４１、ハーフミラー６５、凸レンズ６７を通過し、光ファイバー６３の端面６３ｂに入射され、光ファイバー端面６３ａ、光学プローブ６３のレンズ５ｃ及び窓板５１を介して、液体試料２５に照射される（図８も参照）。液体試料２５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２５及びレンズ５ｃを通過して集光され、光ファイバー６３に入り、凸レンズ６７を通過して集光され、ハーフミラー６５で反射され、凸レンズ６９で集光され、ミラー７１で反射され、凸レンズ４３で集光されて受光素子４５に入射される。これにより、受光素子４５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。
【００６０】
受光素子４５の信号強度、すなわち光学プローブ６１の光ファイバー端面６３ｂから照射される光の強度変化を監視して、光学プローブ６１の空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃへの液体の浸入に起因する光強度変化を検出することにより、光学プローブ６１の破損を検知できる。
【００６１】
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。
例えば、上記実施例で、光ファイバーの一部分が配置される空間２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成するための構造体は、上記実施例の構成に限定されるものではなく、光ファイバーの一部分が配置される空間を液体試料とは隔離できる構成であればどのような構成であってもよい。
【００６２】
また、図４に示した光学プローブ４９及び図８に示した光学プローブ６１は、液漏検知センサーや液面計、白金電極等の物理的なセンサーを備えていないが、空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃ内への液体の侵入を検知するための物理的なセンサーを備えているようにしてもよい。この場合、空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうちの少なくとも１つの空間内に物理的なセンサーを配置する。
【００６３】
また、図１及び図２に示した光学プローブ１を用いて、空間２３内での光路に液体が浸入したことに起因する、受光用光ファイバー端面９ｂから照射される光の強度変化に基づいて、空間２３内への液体の浸入を検知して、光学プローブ１の破損を検知するようにしてもよい。この場合、光学プローブ１の液面計１１は不要である。
【００６４】
また、図４に示した光学プローブ４９及び図８に示した光学プローブ６１において、レンズ５ａ，５ｂに替えて、図１及び図２の光学プローブ１と同様に、投光用と受光用で共通の１つのレンズを備えているようにしてもよい。
また、図１及び図２に示した光学プローブ１において、レンズ５に替えて、図４の光学プローブ４９と同様に、投光用レンズと受光用レンズを備えているようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，４９，６１ 光学プローブ
３ 投光用光ファイバー
３ａ 投光用光ファイバー端面
３ｂ 投光用光ファイバー第２端面
５，５ａ，５ｂ，５ｃ レンズ
９ 受光用光ファイバー
９ａ 受光用光ファイバー端面
９ｂ 受光用光ファイバー第２端面
１１ 液面計（センサー）
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 空間
２５ 液体試料
２９ データ処理部
３１ 表示部
３３ 光源
４５ 受光素子（光検出部）
５１ 窓板
６３ 投光用兼受光用の光ファイバー
６３ａ 光ファイバー端面
６３ｂ 光ファイバー第２端面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料に照射される光を伝播するための投光用光ファイバーと、
前記液体試料を通過した光を伝播するための受光用光ファイバーと、
前記光ファイバーの一部分が配置される空間であって前記液体試料とは隔離される空間を形成するための構造体と、
前記空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーと、を備えた光学プローブ。
【請求項２】
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本の光ファイバーによって構成されている請求項１記載の光学プローブ。
【請求項３】
前記空間内に前記光ファイバーの一端面が配置されており、
前記構造体は、前記液体試料と接触する部分に前記光が透過するレンズを備えている請求項１又は２に記載の光学プローブ。
【請求項４】
前記空間内に前記光ファイバーの一端面が配置されており、
前記構造体は、前記液体試料と接触する部分に前記光が透過する窓板を備え、
前記空間内で前記光ファイバーの前記端面と前記窓板との間に前記光が透過するレンズを備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項５】
前記センサーは前記空間内に配置された液漏検知センサーである請求項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】
前記センサーは前記空間内に配置された液面計である請求項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】
前記センサーは、前記空間内での光路に液体が浸入したことに起因する、前記受光用光ファイバー端面とは反対側の受光用光ファイバー端面から照射される光の強度変化に基づいて、前記空間内への液体の浸入を検知する請求項３又は４に記載の光学プローブ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学プローブと、
前記投光用光ファイバー端面とは反対側の投光用光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、
前記受光用光ファイバー端面とは反対側の受光用光ファイバー第２反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、
前記センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部と、を備えた分光測定装置。
【請求項１】
液体試料に照射される光を伝播するための投光用光ファイバーと、
前記液体試料を通過した光を伝播するための受光用光ファイバーと、
前記光ファイバーの一部分が配置される空間であって前記液体試料とは隔離される空間を形成するための構造体と、
前記空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーと、を備えた光学プローブ。
【請求項２】
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本の光ファイバーによって構成されている請求項１記載の光学プローブ。
【請求項３】
前記空間内に前記光ファイバーの一端面が配置されており、
前記構造体は、前記液体試料と接触する部分に前記光が透過するレンズを備えている請求項１又は２に記載の光学プローブ。
【請求項４】
前記空間内に前記光ファイバーの一端面が配置されており、
前記構造体は、前記液体試料と接触する部分に前記光が透過する窓板を備え、
前記空間内で前記光ファイバーの前記端面と前記窓板との間に前記光が透過するレンズを備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の光学プローブ。
【請求項５】
前記センサーは前記空間内に配置された液漏検知センサーである請求項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】
前記センサーは前記空間内に配置された液面計である請求項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】
前記センサーは、前記空間内での光路に液体が浸入したことに起因する、前記受光用光ファイバー端面とは反対側の受光用光ファイバー端面から照射される光の強度変化に基づいて、前記空間内への液体の浸入を検知する請求項３又は４に記載の光学プローブ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学プローブと、
前記投光用光ファイバー端面とは反対側の投光用光ファイバー第２端面に光を照射するための光源と、
前記受光用光ファイバー端面とは反対側の受光用光ファイバー第２反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、
前記センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部と、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２０１１−２４７６２７（Ｐ２０１１−２４７６２７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８２９７（Ｐ２０１０−１１８２９７）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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