検知センサ及びその使用方法
【課題】光検出器などの特別な装置を必要とすること無く物理的又は化学的刺激の有無を検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することであり、また、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することである。
【解決手段】励起光ｈνを受けて異なる波長λ１，λ２の蛍光を放射する複数種類の蛍光体２，３から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なることを特徴とするとする検知センサである。また、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体を、該応答性を示さないものとすることも可能である。
【解決手段】励起光ｈνを受けて異なる波長λ１，λ２の蛍光を放射する複数種類の蛍光体２，３から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なることを特徴とするとする検知センサである。また、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体を、該応答性を示さないものとすることも可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知センサ及びその使用方法に関し、特に、物理的又は化学的刺激に対応して出力する光スペクトルを変化させる検知センサ並びに該検知センサの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸素消光性を有する色素を基板上に付着させた酸素センサなどのように、物理的又は化学的刺激により発光光量が変化する検知センサが実用化されている。
特許文献１には、アルミニウムやチタンなどの金属母材面に多孔質の酸化皮膜を形成し、該酸化皮膜表面にルテニウム、白金、オスミウム、ポルフィリンなどの酸素感応物質を吸着させた酸素センサが開示されている。
【特許文献１】特許第３１０１６７１号公報
【０００３】
また、特許文献２には、酸素消光性の発光色素層の上に、コバルトポルフィリン錯体などの酸素分子と結合することにより吸収スペクトルが変化する吸収色素層を形成した検知センサが開示されている。
【特許文献２】特開２００４−２８６５０号公報
【０００４】
さらに、特許文献３には、金属酸化物層上にカルボキシル基あるいはスルホン基を持つ感酸素及び感圧機能を有する色素を結合させる酸素及び圧力センサが開示されている。
【特許文献３】特開２００２−１６２３５４号公報
【０００５】
これらの検知センサは、いずれも検知センサが出力する特定波長の光強度変化を測定し、物理的又は化学的刺激の大きさを検知するものであるが、このような光強度の変化を測定するには光検出器を別途必要とするため、測定方法全体が高コスト化し、測定操作も煩雑化するなどの問題を生じていた。
また、検知センサが出力する光の光量は、検知センサに照射する励起光の光量にも依存し、励起光の光量が変動すると検知センサの光出力が変化する。このため、励起光を一定に保つ工夫や励起光の光量を別途検出する装置が必要となるなど、更に高コスト化する原因ともなっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決する課題は、上述した問題を解決し、光検出器などの特別な装置を必要とすること無く物理的又は化学的刺激の有無を検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することであり、また、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なることを特徴とするとする検知センサである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の検知センサにおいて、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体が、該応答性を示さないものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、励起光を受けて特定波長の蛍光を放射する蛍光体と、該特定波長と異なる波長の光を反射する色素とから構成され、該蛍光体が物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層を被覆すると共に、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の蛍光体に対し、該特定の蛍光体の励起光又は蛍光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、異なる波長の光を反射する複数種類の色素を含む色素層と、該色素層を被覆すると共に、該複数種類の色素の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の色素に対し、該特定の色素の反射光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の検知センサにおいて、該物理的又は化学的刺激は、酸素吸着、圧力、温度、又は溶媒の化学的性質のいずれかであることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光の色の変化により該物理的又は化学的刺激の有無を判断することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項１に記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される少なくとも２つの異なる波長の光の相対的な光強度比を測定し、該光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項２乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光のうち、該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化する変化光と該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化しない無変化光との相対的な光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明により、検知センサが、起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なるため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には、蛍光体の応答性が他の蛍光体と異なるものが存在するため、異なる波長における相対的な光強度比を測定することにより、励起光の照射光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００１７】
請求項２に係る発明により、検知センサにおいて、複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体が、該応答性を示さないものであるため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には、応答性を示さない蛍光体により物理的又は化学的刺激に依存しない特定波長の光が存在するため、該特定波長光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、励起光の照射光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００１８】
請求項３に係る発明により、検知センサが、励起光を受けて特定波長の蛍光を放射する蛍光体と、該特定波長と異なる波長の光を反射する色素とから構成され、該蛍光体が物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有するため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には物理的又は化学的刺激に依存しない色素からの反射光が存在するため、該反射光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、検知センサに照射される照射光の光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００１９】
請求項４に係る発明により、検知センサが、励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層を被覆すると共に、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の蛍光体に対し、該特定の蛍光体の励起光又は蛍光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有するため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には物理的又は化学的刺激に依存しない特定波長の光が存在するため、該特定波長光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、励起光の照射光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００２０】
請求項５に係る発明により、検知センサが、異なる波長の光を反射する複数種類の色素を含む色素層と、該色素層を被覆すると共に、該複数種類の色素の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の色素に対し、該特定の色素の反射光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有するため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には物理的又は化学的刺激に依存しない特定波長の反射光が存在するため、該反射光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、検知センサに照射する照射光の光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００２１】
請求項６に係る発明により、検知センサにおける物理的又は化学的刺激は、酸素吸着、圧力、温度、又は溶媒の化学的性質のいずれかであるため、検知センサの色合いで、酸素、加圧、温度変化や溶媒の有無を容易に検知できる。また、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に酸素濃度や加圧量を検知することが可能となる。
【００２２】
請求項７に係る発明により、検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光の色の変化により、物理的又は化学的刺激の有無を判断するため、光検出器などの特別な装置を不要とすることが可能となる。
【００２３】
請求項８に係る発明により、検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される少なくとも２つの異なる波長の光の相対的な光強度比を測定し、該光強度比の変化により、物理的又は化学的刺激の大きさを判断するため、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能となる。
【００２４】
請求項９に係る発明により、検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光のうち、物理的又は化学的刺激により出力光量が変化する変化光と該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化しない無変化光との相対的な光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断するため、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る検知センサ及びその使用方法について、以下に詳細に説明する。
図１は、本発明に係る検知センサの第１の形態を示す概略図である。
図１の検知センサは、支持体１上に蛍光体２，３を含む蛍光体層４を形成することにより構成される。蛍光体２，３は励起光ｈνの照射を受けると異なる波長の蛍光を発する蛍光体であり、複数種類の蛍光体は、圧力などの物理的刺激や酸素との結合などの化学的刺激により、蛍光体の発光量が変化する蛍光体を使用する。ただし、各蛍光体における、物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性は、各々異なるものを使用する。
図１の例では、２種類の蛍光体を例示しているが、これに限らず、３種類以上の蛍光体を使用した場合は、各蛍光体が発する蛍光が異なる波長となるよう選択することが好ましい。
【００２６】
また、複数の異なる物理的又は化学的刺激を同一の検知センサで観察・測定するためには、物理的又は化学的刺激に反応する複数種類の蛍光体を、混在させて、あるいは、同一検知センサの表面を複数に分割し、各分割領域毎に物理的又は化学的刺激の種類毎に区別した蛍光体層４を組み込むことが可能である。
【００２７】
図２は、図１の検知センサから出力される蛍光のスペクトルの強度分布（横軸は波長λを示し、縦軸は光強度Ｉを示す。）を表す図であり、蛍光体２は励起光を受けて波長λ１のスペクトルＡの蛍光を発し、また、蛍光体３は励起光を受けて波長λ２のスペクトルＢの蛍光を発するものと仮定する。
仮に、蛍光体２又は３は、物理的又は化学的刺激を受けると蛍光の発光量が減少し、図２の点線で示すスペクトルＡ’又はＢ’のようにスペクトル分布が変化する場合に、物理的又は化学的刺激が無い時は、検知センサが出力する光スペクトルは、スペクトルＡ及びＢを重ね合わせたスペクトルとなり、物理的又は化学的刺激がある場合には、スペクトルＡ’及びＢ’を重ね合わせたスペクトルとなる。
【００２８】
このため、検知センサからの発光色を観察し、スペクトルの色合いの変化から、物理的又は化学的刺激の有無が判断できることとなる。
人間が目視により容易に観察可能とするためには、蛍光体から発する蛍光の波長を、下限値３６０〜４００ｎｍ、上限値７６０〜８３０ｎｍの可視光領域内の波長を含むように設定すると共に、光量の変化する２つの波長λ１とλ２との波長差を５０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００２９】
また、光検出器を使用してλ１とλ２のピーク強度を測定し、λ１のピーク強度Ｉ１に対するλ２のピーク強度Ｉ２の比Ｉ２／Ｉ１を算出する。この比Ｉ２／Ｉ１は、励起光ｈνの光強度が変化した場合でも、常に一定の値を示し、蛍光体３が物理的又は化学的刺激に反応し蛍光の光強度が変化した場合にのみ変化するため、励起光の照射光量に依存しない物理的又は化学的刺激の大きさを測定することが可能となる。
【００３０】
検知センサに使用される支持体１は、各種の材料を使用することが可能であり、例えば、アルミニウムやチタンなどの金属やプラスチックあるいはセラミックス、さらには、プラスチックのベースフィルムに金属を付着させた複合体なども使用可能である。
蛍光体２は、物理的又は化学的刺激に対して放射する蛍光の光量が変化しないものであれば各種の蛍光体を使用することが可能である。特に、上述した比Ｉ２／Ｉ１で測定する際には、後述する物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体３の蛍光を受けて再発光する蛍光体の使用は好ましくなく、蛍光体３の発光波長λ２は、蛍光体２の励起エネルギー以下とすることが好ましい。
【００３１】
蛍光体３としては、物理的又は化学的刺激を考慮して種々のものが選択でき、例えば、酸素感応性のある蛍光体としては、特許文献１乃至３に示されているような白金オクタエチルポルフィリン、白金テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンなどの金属ポルフィリン錯体及びその誘導体、ビピリジル、フェナンスロリンなどを配位子とするルテニウム、オスミウム、イリジウムなどの金属錯体及びその誘導体、ピレン、ペリレンなどの多環式芳香族化合物及びその誘導体などが使用可能である。
また、温度変化に対する応答性を有する蛍光体としては、ルテニウム、オスミウム、イリジウムなどの金属錯体顔料、スチルベン顔料などが使用可能である。
さらに、溶媒の化学的性質に対する応答性を有する蛍光体として、ピレンモノマーとダイマーは、溶液の性質（非水溶媒か否か）を判断する際に使用することが可能である。
【００３２】
蛍光体２，３を分散し蛍光体層４を形成するための樹脂としては、少なくとも励起光ｈν、蛍光λ１及びλ２に対して透明な樹脂であり、蛍光体２，３との結着性や支持体１との結着性の高い樹脂であれば特に限定されないが、物理的又は化学的刺激に対する蛍光体の反応性を向上させるため、例えば、酸素感応性を向上させるには、塩化ビニールやポリメチルなどの酸素透過性樹脂を使用するなど、物理的又は化学的刺激を伝達し易い材料を使用することが好ましい。
【００３３】
また、特許文献１に示すように、蛍光体を支持体１の表面に直接結着させることも可能である。
さらに、シュウ酸を含む電解液で支持体となるアルミニウムを陽極酸化させた場合には、酸化部分が蛍光特性を持つ。このように、支持体自体に蛍光特性を持たせ、支持体に付着させる蛍光体の一部分を担うよう構成することも可能である。
【００３４】
次に、本発明に係る検知センサの第１の形態の応用例１について説明する。
図１の検知センサを構成する蛍光体２について、図３に示すように、物理的又は化学的刺激に対する応答性を有しない蛍光体を使用する。
この場合は、物理的又は化学的刺激がない場合には、蛍光体２は励起光を受けて波長λ１のスペクトルＡの蛍光を発し、また、蛍光体３は励起光を受けて波長λ２のスペクトルＢの蛍光を発する。しかし、物理的又は化学的刺激を受けると蛍光体３のみの発光量が減少し、図３の点線で示すスペクトルＢ’のようにスペクトル分布が変化する。よって、物理的又は化学的刺激が無い時は、検知センサが出力する光スペクトルは、スペクトルＡ及びＢを重ね合わせたスペクトルとなり、物理的又は化学的刺激がある場合には、スペクトルＡ及びＢ’を重ね合わせたスペクトルとなる。
【００３５】
このため、検知センサからの発光色を観察し、スペクトルの色合いの変化から、物理的又は化学的刺激の有無が判断できることとなる。
また、光検出器を使用してλ１とλ２のピーク強度を測定し、λ１のピーク強度Ｉ１に対するλ２のピーク強度Ｉ２の比Ｉ２／Ｉ１を算出する。この比Ｉ２／Ｉ１は、励起光ｈνの光強度が変化した場合でも、常に一定の値を示し、蛍光体３が物理的又は化学的刺激に反応し蛍光の光強度が変化した場合にのみ変化するため、励起光の照射光量に依存しない物理的又は化学的刺激の大きさを測定することが可能となる。
【００３６】
図４は、図１に示す検知センサの第１の形態の応用例２あり、支持体１上に、蛍光体２を含む蛍光体層５と、蛍光体３を含む蛍光体層６とを積層した検知センサを示す。
蛍光体２及び３は、共に物理的又は化学的刺激に応じて出力する蛍光の光量が変化する応答性を有しても良いが、その場合には、両者の応答性が図２に示すように異なることが必要である。また、蛍光体２及び３のいずれか一方を、物理的又は化学的刺激に対して応答性なしとすることも可能である。この場合には、蛍光体３を、物理的又は化学的刺激に応じて出力する蛍光の光量が変化する蛍光体とし、該蛍光体３を含む蛍光体層６は、物理的又は化学的刺激に敏感に反応することが可能なように検知センサの最表面に設置されることが好ましい。
【００３７】
他方、蛍光体２を効果的に発光させるには、蛍光体層６の蛍光体を保持している樹脂により、励起光ｈνや蛍光体２の蛍光波長λ１が減衰しないような材料を選定することが好ましい。また、仮に蛍光体２が物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体である場合でも、蛍光体層５の蛍光体２を分散する樹脂に、例えば、酸素不透過性の樹脂などを使用し、物理的又は化学的刺激から蛍光体２を遮断することにより、物理的又は化学的刺激に反応しない蛍光体として使用することも可能となる。
【００３８】
次に、図５は本発明に係る検知センサの第２の形態を示す図である。
図５は、支持体１上に、物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体３と、特定の光を反射する色素７を混合して分散した蛍光体・色素膜８を形成している。
色素７は、入射光ｈνが含む特定波長λａを反射する特性を有しており、λａは、第１の形態を示す図１の蛍光体２の蛍光λ１の代わりを担っている。
【００３９】
図５の検知センサを使用する際には、特定波長λａ及び蛍光体２を発光させる励起光を含む光を該検知センサに照射し、検知センサから出力される波長λａ及びλ２を観察することで、色合いの変化から物理的又は化学的刺激の有無を判断する。また、波長λａ及びλ２の各波長間の光強度比を測定することで、物理的又は化学的刺激の大きさを判断することが可能となる。
【００４０】
検知センサに使用される色素７は、蛍光λ２と異なる波長の光を反射するものであれば、特に限定されない。なお、反射光λａと蛍光λ２との関係は、第１の形態と同様に、人間が目視により容易に観察可能とするためには、可視光領域内の波長を含むように設定すると共に、λａとλ２との波長差を５０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００４１】
図６は、図５の第２の形態の検知センサの応用例を示す図であり、支持体１上に、色素７を含む色素層９と、蛍光体３を含む蛍光体層１０順次積層した検知センサである。
蛍光体層１０に使用する樹脂には、照射光ｈνに含まれる蛍光体３の励起光や色素７に入射又は反射される波長λａの光に対して透明な材料を使用することが好ましい。
【００４２】
次に、図７は本発明に係る検知センサの第３の形態を示す図である。
図７は、支持体１上に、複数種類の蛍光体２，３を含む蛍光体層１１と、物理的又は化学的刺激に反応して特定波長の光透過性が変化する光吸収層１２とが形成さている。
図７の検知センサに使用する蛍光体には、物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体を含む必要は必ずしもないが、光吸収層１２に物理的又は化学的刺激を伝達可能な材料を使用する場合には、蛍光体２，３のいずれかを物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体を使用し、検知センサの感度を高めることが可能である。
【００４３】
光吸収層１２には、物理的又は化学的刺激に反応して特定波長の光透過性が変化する材料であり、例えば、特許文献２に示すような酸素と結合して特定波長に対する透過性が変化するコバルトポルフィリン錯体などを使用することが可能である。
光吸収層１２は、物理的又は化学的刺激に反応しない蛍光体２の励起光や蛍光（波長λ１）は吸収しないが、物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体３の励起光や蛍光（波長λ２）を、物理的又は化学的刺激に対応して吸収する特性を有する。また、蛍光体２，３を物理的又は化学的刺激に反応しない蛍光体で構成する場合には、物理的又は化学的刺激に対応して蛍光体２又は３のいずれかの蛍光体に対する励起光や蛍光を吸収する特性を有する材料で光吸収層１２を形成する。
【００４４】
図７の検知センサを使用する際には、蛍光体２及び３を発光させる励起光を含む光を該検知センサに照射し、検知センサから出力される波長λ１及びλ２を観察することで、色合いの変化から物理的又は化学的刺激の有無を判断する。また、波長λ１及びλ２の各波長間の光強度比を測定することで、物理的又は化学的刺激の大きさを判断することが可能となる。
【００４５】
図８は、検知センサの第３の形態の応用例であり、支持体１上に、異なる波長の光を反射する色素７，１３を含む色素層１４と、物理的又は化学的刺激に反応して特定波長の光透過性が変化する光吸収層１２とが形成さている。
光吸収層が吸収する波長は、各色素は反射する波長λａ，λｂのいずれかである。光吸収層１２が物理的又は化学的刺激に反応することにより、特定の色素、例えば色素１３に入射する照射光の中の特定波長成分λｂと色素１３から反射する反射光（波長λｂ）を吸収し、検知センサから出力される出力光の色合いを変化させたり、λａに対するλｂの光強度を変化させることが可能となる。
【００４６】
上述した図４乃至図８に係る各種の検知センサに対しても、図１の検知センサに係る支持体や蛍光体などの各種の材料や構成を適用可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
アルミニウム基板に硫酸浴を使用してアルマイト皮膜を形成し、その後シュウ酸浴を使用してさらにアルマイト皮膜を形成した。そして該皮膜表面にポルフィリンを付着させ実施例１の検知センサを作成した。
実施例１の検知センサに対し、３６５ｎｍの励起光を照射したところ、大気中では青色、窒素雰囲気中では赤紫色の発光を確認した。
【００４８】
実施例１の検知センサの蛍光スペクトルを分析したところ、アルマイト皮膜からは４５０ｎｍ付近にピークを有する蛍光が発生しており、該蛍光の強度は、酸素の有無に無関係で常に一定であった。
一方、ポルフィリンからは６５０ｎｍ付近にピークを有する蛍光が発生しており、該蛍光の強度は、酸素の有無により、大きく変化していることが確認された。（図９参照）
【００４９】
上記実施例１により、光検出器などの特別な装置を必要とすること無く、酸素の有無を検知することが可能な検知センサを提供できることが確認された。
【００５０】
（実施例２）
多孔質アルミナ基板にピラニンとポリフィリンを吸着させて、実施例２の検知センサを作成した。
実施例２の検知センサに、紫外線（３９０ｎｍ）の励起光を照射したところ、図１０に示す蛍光スペクトルの強度分布が得られた。実線は酸素が無い場合であり、点線は酸素がある場合を示す。そして、酸素が無い場合には、赤色の発光が観測され、酸素がある場合には、赤紫色の発光となった。
実施例２のように、酸素吸着反応に対応して発光光量が変化する２種類の蛍光体を使用した場合でも、本発明に係る検知センサが有効に機能していることが確認された。
【００５１】
（実施例３）
スチルベン顔料とＲｕ金属錯体顔料とをポリスチレンに分散させ、支持体上に塗布して、実施例３の検知センサを作成した。
実施例３の検知センサに、３５５ｎｍの励起光を照射したところ、図１１に示す蛍光スペクトルの強度分布が得られた。４３０ｎｍ付近の蛍光ピークはスチルベンによるものであり、６５０ｎｍ付近の蛍光ピークはＲｕによるものである。
次に、検知センサの環境温度を３５０Ｋと３００Ｋとした場合に、図１１の実線は３５０Ｋのスペクトル分布、点線は３００Ｋのスペクトル分布を示しており、温度変化により、検知センサから出力される色が大きく異なることが確認された。
【００５２】
（実施例４）
多孔質アルミナ上に、カルボキシル基を有するピレン誘導体をその溶液から吸着させる。溶液濃度と温度を適切に選択することで、単量体構造と二量体構造とを共存させた膜を作製することができ、実施例４の検知センサを作成した。
図１２には、実施例４の検知センサを、水に浸した場合の発光スペクトル（実線）と、アセトニトリル（ＭｅＣＮ）に浸した場合の発光スペクトル(点線）とを示す。
これにより、溶液に化学的性質が非水溶媒であるか否かにより、蛍光スペクトルが大きく変化し、蛍光色の色の変化により、溶液が特定の化学的性質を有するか否かが、容易に判別可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上、説明したように、本発明により、光検出器などの特別な装置を必要とすること無く物理的又は化学的刺激の有無を検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することが可能であり、また、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の検知センサの第１の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の検知センサからの出力光のスペクトル強度分布の概要を示す図である。
【図３】本発明の検知センサ（第１の形態の応用例１）からの出力光のスペクトル強度分布の概要を示す図である。
【図４】本発明の検知センサの第１の形態の応用例２を示す概略図である。
【図５】本発明の検知センサの第２の形態を示す概略図である。
【図６】本発明の検知センサの第２の形態の応用例を示す概略図である。
【図７】本発明の検知センサの第３の形態を示す概略図である。
【図８】本発明の検知センサの第３の形態の応用例を示す概略図である。
【図９】実施例１の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【図１０】実施例２の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【図１１】実施例３の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【図１２】実施例４の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 支持体
２，３ 蛍光体
４，５，６，１０，１１ 蛍光体層
７，１３ 色素
８ 色素・蛍光体層
９，１４ 色素層
１２ 光吸収層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知センサ及びその使用方法に関し、特に、物理的又は化学的刺激に対応して出力する光スペクトルを変化させる検知センサ並びに該検知センサの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸素消光性を有する色素を基板上に付着させた酸素センサなどのように、物理的又は化学的刺激により発光光量が変化する検知センサが実用化されている。
特許文献１には、アルミニウムやチタンなどの金属母材面に多孔質の酸化皮膜を形成し、該酸化皮膜表面にルテニウム、白金、オスミウム、ポルフィリンなどの酸素感応物質を吸着させた酸素センサが開示されている。
【特許文献１】特許第３１０１６７１号公報
【０００３】
また、特許文献２には、酸素消光性の発光色素層の上に、コバルトポルフィリン錯体などの酸素分子と結合することにより吸収スペクトルが変化する吸収色素層を形成した検知センサが開示されている。
【特許文献２】特開２００４−２８６５０号公報
【０００４】
さらに、特許文献３には、金属酸化物層上にカルボキシル基あるいはスルホン基を持つ感酸素及び感圧機能を有する色素を結合させる酸素及び圧力センサが開示されている。
【特許文献３】特開２００２−１６２３５４号公報
【０００５】
これらの検知センサは、いずれも検知センサが出力する特定波長の光強度変化を測定し、物理的又は化学的刺激の大きさを検知するものであるが、このような光強度の変化を測定するには光検出器を別途必要とするため、測定方法全体が高コスト化し、測定操作も煩雑化するなどの問題を生じていた。
また、検知センサが出力する光の光量は、検知センサに照射する励起光の光量にも依存し、励起光の光量が変動すると検知センサの光出力が変化する。このため、励起光を一定に保つ工夫や励起光の光量を別途検出する装置が必要となるなど、更に高コスト化する原因ともなっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決する課題は、上述した問題を解決し、光検出器などの特別な装置を必要とすること無く物理的又は化学的刺激の有無を検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することであり、また、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なることを特徴とするとする検知センサである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の検知センサにおいて、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体が、該応答性を示さないものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、励起光を受けて特定波長の蛍光を放射する蛍光体と、該特定波長と異なる波長の光を反射する色素とから構成され、該蛍光体が物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層を被覆すると共に、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の蛍光体に対し、該特定の蛍光体の励起光又は蛍光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、異なる波長の光を反射する複数種類の色素を含む色素層と、該色素層を被覆すると共に、該複数種類の色素の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の色素に対し、該特定の色素の反射光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の検知センサにおいて、該物理的又は化学的刺激は、酸素吸着、圧力、温度、又は溶媒の化学的性質のいずれかであることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光の色の変化により該物理的又は化学的刺激の有無を判断することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項１に記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される少なくとも２つの異なる波長の光の相対的な光強度比を測定し、該光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項２乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光のうち、該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化する変化光と該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化しない無変化光との相対的な光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明により、検知センサが、起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なるため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には、蛍光体の応答性が他の蛍光体と異なるものが存在するため、異なる波長における相対的な光強度比を測定することにより、励起光の照射光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００１７】
請求項２に係る発明により、検知センサにおいて、複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体が、該応答性を示さないものであるため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には、応答性を示さない蛍光体により物理的又は化学的刺激に依存しない特定波長の光が存在するため、該特定波長光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、励起光の照射光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００１８】
請求項３に係る発明により、検知センサが、励起光を受けて特定波長の蛍光を放射する蛍光体と、該特定波長と異なる波長の光を反射する色素とから構成され、該蛍光体が物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有するため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には物理的又は化学的刺激に依存しない色素からの反射光が存在するため、該反射光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、検知センサに照射される照射光の光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００１９】
請求項４に係る発明により、検知センサが、励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層を被覆すると共に、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の蛍光体に対し、該特定の蛍光体の励起光又は蛍光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有するため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には物理的又は化学的刺激に依存しない特定波長の光が存在するため、該特定波長光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、励起光の照射光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００２０】
請求項５に係る発明により、検知センサが、異なる波長の光を反射する複数種類の色素を含む色素層と、該色素層を被覆すると共に、該複数種類の色素の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の色素に対し、該特定の色素の反射光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有するため、物理的又は化学的刺激に反応して、検知センサから出力される光スペクトルが異なり、出力光の色合いの変化により物理的又は化学的刺激の有無を判別することが可能となる。しかも検知センサの出力光には物理的又は化学的刺激に依存しない特定波長の反射光が存在するため、該反射光を基準として出力光の波長毎の光強度を測定することにより、検知センサに照射する照射光の光量の変化に依存せずに、物理的又は化学的刺激の大きさを測定することも可能となる。
【００２１】
請求項６に係る発明により、検知センサにおける物理的又は化学的刺激は、酸素吸着、圧力、温度、又は溶媒の化学的性質のいずれかであるため、検知センサの色合いで、酸素、加圧、温度変化や溶媒の有無を容易に検知できる。また、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に酸素濃度や加圧量を検知することが可能となる。
【００２２】
請求項７に係る発明により、検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光の色の変化により、物理的又は化学的刺激の有無を判断するため、光検出器などの特別な装置を不要とすることが可能となる。
【００２３】
請求項８に係る発明により、検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される少なくとも２つの異なる波長の光の相対的な光強度比を測定し、該光強度比の変化により、物理的又は化学的刺激の大きさを判断するため、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能となる。
【００２４】
請求項９に係る発明により、検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光のうち、物理的又は化学的刺激により出力光量が変化する変化光と該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化しない無変化光との相対的な光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断するため、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る検知センサ及びその使用方法について、以下に詳細に説明する。
図１は、本発明に係る検知センサの第１の形態を示す概略図である。
図１の検知センサは、支持体１上に蛍光体２，３を含む蛍光体層４を形成することにより構成される。蛍光体２，３は励起光ｈνの照射を受けると異なる波長の蛍光を発する蛍光体であり、複数種類の蛍光体は、圧力などの物理的刺激や酸素との結合などの化学的刺激により、蛍光体の発光量が変化する蛍光体を使用する。ただし、各蛍光体における、物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性は、各々異なるものを使用する。
図１の例では、２種類の蛍光体を例示しているが、これに限らず、３種類以上の蛍光体を使用した場合は、各蛍光体が発する蛍光が異なる波長となるよう選択することが好ましい。
【００２６】
また、複数の異なる物理的又は化学的刺激を同一の検知センサで観察・測定するためには、物理的又は化学的刺激に反応する複数種類の蛍光体を、混在させて、あるいは、同一検知センサの表面を複数に分割し、各分割領域毎に物理的又は化学的刺激の種類毎に区別した蛍光体層４を組み込むことが可能である。
【００２７】
図２は、図１の検知センサから出力される蛍光のスペクトルの強度分布（横軸は波長λを示し、縦軸は光強度Ｉを示す。）を表す図であり、蛍光体２は励起光を受けて波長λ１のスペクトルＡの蛍光を発し、また、蛍光体３は励起光を受けて波長λ２のスペクトルＢの蛍光を発するものと仮定する。
仮に、蛍光体２又は３は、物理的又は化学的刺激を受けると蛍光の発光量が減少し、図２の点線で示すスペクトルＡ’又はＢ’のようにスペクトル分布が変化する場合に、物理的又は化学的刺激が無い時は、検知センサが出力する光スペクトルは、スペクトルＡ及びＢを重ね合わせたスペクトルとなり、物理的又は化学的刺激がある場合には、スペクトルＡ’及びＢ’を重ね合わせたスペクトルとなる。
【００２８】
このため、検知センサからの発光色を観察し、スペクトルの色合いの変化から、物理的又は化学的刺激の有無が判断できることとなる。
人間が目視により容易に観察可能とするためには、蛍光体から発する蛍光の波長を、下限値３６０〜４００ｎｍ、上限値７６０〜８３０ｎｍの可視光領域内の波長を含むように設定すると共に、光量の変化する２つの波長λ１とλ２との波長差を５０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００２９】
また、光検出器を使用してλ１とλ２のピーク強度を測定し、λ１のピーク強度Ｉ１に対するλ２のピーク強度Ｉ２の比Ｉ２／Ｉ１を算出する。この比Ｉ２／Ｉ１は、励起光ｈνの光強度が変化した場合でも、常に一定の値を示し、蛍光体３が物理的又は化学的刺激に反応し蛍光の光強度が変化した場合にのみ変化するため、励起光の照射光量に依存しない物理的又は化学的刺激の大きさを測定することが可能となる。
【００３０】
検知センサに使用される支持体１は、各種の材料を使用することが可能であり、例えば、アルミニウムやチタンなどの金属やプラスチックあるいはセラミックス、さらには、プラスチックのベースフィルムに金属を付着させた複合体なども使用可能である。
蛍光体２は、物理的又は化学的刺激に対して放射する蛍光の光量が変化しないものであれば各種の蛍光体を使用することが可能である。特に、上述した比Ｉ２／Ｉ１で測定する際には、後述する物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体３の蛍光を受けて再発光する蛍光体の使用は好ましくなく、蛍光体３の発光波長λ２は、蛍光体２の励起エネルギー以下とすることが好ましい。
【００３１】
蛍光体３としては、物理的又は化学的刺激を考慮して種々のものが選択でき、例えば、酸素感応性のある蛍光体としては、特許文献１乃至３に示されているような白金オクタエチルポルフィリン、白金テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンなどの金属ポルフィリン錯体及びその誘導体、ビピリジル、フェナンスロリンなどを配位子とするルテニウム、オスミウム、イリジウムなどの金属錯体及びその誘導体、ピレン、ペリレンなどの多環式芳香族化合物及びその誘導体などが使用可能である。
また、温度変化に対する応答性を有する蛍光体としては、ルテニウム、オスミウム、イリジウムなどの金属錯体顔料、スチルベン顔料などが使用可能である。
さらに、溶媒の化学的性質に対する応答性を有する蛍光体として、ピレンモノマーとダイマーは、溶液の性質（非水溶媒か否か）を判断する際に使用することが可能である。
【００３２】
蛍光体２，３を分散し蛍光体層４を形成するための樹脂としては、少なくとも励起光ｈν、蛍光λ１及びλ２に対して透明な樹脂であり、蛍光体２，３との結着性や支持体１との結着性の高い樹脂であれば特に限定されないが、物理的又は化学的刺激に対する蛍光体の反応性を向上させるため、例えば、酸素感応性を向上させるには、塩化ビニールやポリメチルなどの酸素透過性樹脂を使用するなど、物理的又は化学的刺激を伝達し易い材料を使用することが好ましい。
【００３３】
また、特許文献１に示すように、蛍光体を支持体１の表面に直接結着させることも可能である。
さらに、シュウ酸を含む電解液で支持体となるアルミニウムを陽極酸化させた場合には、酸化部分が蛍光特性を持つ。このように、支持体自体に蛍光特性を持たせ、支持体に付着させる蛍光体の一部分を担うよう構成することも可能である。
【００３４】
次に、本発明に係る検知センサの第１の形態の応用例１について説明する。
図１の検知センサを構成する蛍光体２について、図３に示すように、物理的又は化学的刺激に対する応答性を有しない蛍光体を使用する。
この場合は、物理的又は化学的刺激がない場合には、蛍光体２は励起光を受けて波長λ１のスペクトルＡの蛍光を発し、また、蛍光体３は励起光を受けて波長λ２のスペクトルＢの蛍光を発する。しかし、物理的又は化学的刺激を受けると蛍光体３のみの発光量が減少し、図３の点線で示すスペクトルＢ’のようにスペクトル分布が変化する。よって、物理的又は化学的刺激が無い時は、検知センサが出力する光スペクトルは、スペクトルＡ及びＢを重ね合わせたスペクトルとなり、物理的又は化学的刺激がある場合には、スペクトルＡ及びＢ’を重ね合わせたスペクトルとなる。
【００３５】
このため、検知センサからの発光色を観察し、スペクトルの色合いの変化から、物理的又は化学的刺激の有無が判断できることとなる。
また、光検出器を使用してλ１とλ２のピーク強度を測定し、λ１のピーク強度Ｉ１に対するλ２のピーク強度Ｉ２の比Ｉ２／Ｉ１を算出する。この比Ｉ２／Ｉ１は、励起光ｈνの光強度が変化した場合でも、常に一定の値を示し、蛍光体３が物理的又は化学的刺激に反応し蛍光の光強度が変化した場合にのみ変化するため、励起光の照射光量に依存しない物理的又は化学的刺激の大きさを測定することが可能となる。
【００３６】
図４は、図１に示す検知センサの第１の形態の応用例２あり、支持体１上に、蛍光体２を含む蛍光体層５と、蛍光体３を含む蛍光体層６とを積層した検知センサを示す。
蛍光体２及び３は、共に物理的又は化学的刺激に応じて出力する蛍光の光量が変化する応答性を有しても良いが、その場合には、両者の応答性が図２に示すように異なることが必要である。また、蛍光体２及び３のいずれか一方を、物理的又は化学的刺激に対して応答性なしとすることも可能である。この場合には、蛍光体３を、物理的又は化学的刺激に応じて出力する蛍光の光量が変化する蛍光体とし、該蛍光体３を含む蛍光体層６は、物理的又は化学的刺激に敏感に反応することが可能なように検知センサの最表面に設置されることが好ましい。
【００３７】
他方、蛍光体２を効果的に発光させるには、蛍光体層６の蛍光体を保持している樹脂により、励起光ｈνや蛍光体２の蛍光波長λ１が減衰しないような材料を選定することが好ましい。また、仮に蛍光体２が物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体である場合でも、蛍光体層５の蛍光体２を分散する樹脂に、例えば、酸素不透過性の樹脂などを使用し、物理的又は化学的刺激から蛍光体２を遮断することにより、物理的又は化学的刺激に反応しない蛍光体として使用することも可能となる。
【００３８】
次に、図５は本発明に係る検知センサの第２の形態を示す図である。
図５は、支持体１上に、物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体３と、特定の光を反射する色素７を混合して分散した蛍光体・色素膜８を形成している。
色素７は、入射光ｈνが含む特定波長λａを反射する特性を有しており、λａは、第１の形態を示す図１の蛍光体２の蛍光λ１の代わりを担っている。
【００３９】
図５の検知センサを使用する際には、特定波長λａ及び蛍光体２を発光させる励起光を含む光を該検知センサに照射し、検知センサから出力される波長λａ及びλ２を観察することで、色合いの変化から物理的又は化学的刺激の有無を判断する。また、波長λａ及びλ２の各波長間の光強度比を測定することで、物理的又は化学的刺激の大きさを判断することが可能となる。
【００４０】
検知センサに使用される色素７は、蛍光λ２と異なる波長の光を反射するものであれば、特に限定されない。なお、反射光λａと蛍光λ２との関係は、第１の形態と同様に、人間が目視により容易に観察可能とするためには、可視光領域内の波長を含むように設定すると共に、λａとλ２との波長差を５０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００４１】
図６は、図５の第２の形態の検知センサの応用例を示す図であり、支持体１上に、色素７を含む色素層９と、蛍光体３を含む蛍光体層１０順次積層した検知センサである。
蛍光体層１０に使用する樹脂には、照射光ｈνに含まれる蛍光体３の励起光や色素７に入射又は反射される波長λａの光に対して透明な材料を使用することが好ましい。
【００４２】
次に、図７は本発明に係る検知センサの第３の形態を示す図である。
図７は、支持体１上に、複数種類の蛍光体２，３を含む蛍光体層１１と、物理的又は化学的刺激に反応して特定波長の光透過性が変化する光吸収層１２とが形成さている。
図７の検知センサに使用する蛍光体には、物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体を含む必要は必ずしもないが、光吸収層１２に物理的又は化学的刺激を伝達可能な材料を使用する場合には、蛍光体２，３のいずれかを物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体を使用し、検知センサの感度を高めることが可能である。
【００４３】
光吸収層１２には、物理的又は化学的刺激に反応して特定波長の光透過性が変化する材料であり、例えば、特許文献２に示すような酸素と結合して特定波長に対する透過性が変化するコバルトポルフィリン錯体などを使用することが可能である。
光吸収層１２は、物理的又は化学的刺激に反応しない蛍光体２の励起光や蛍光（波長λ１）は吸収しないが、物理的又は化学的刺激に反応する蛍光体３の励起光や蛍光（波長λ２）を、物理的又は化学的刺激に対応して吸収する特性を有する。また、蛍光体２，３を物理的又は化学的刺激に反応しない蛍光体で構成する場合には、物理的又は化学的刺激に対応して蛍光体２又は３のいずれかの蛍光体に対する励起光や蛍光を吸収する特性を有する材料で光吸収層１２を形成する。
【００４４】
図７の検知センサを使用する際には、蛍光体２及び３を発光させる励起光を含む光を該検知センサに照射し、検知センサから出力される波長λ１及びλ２を観察することで、色合いの変化から物理的又は化学的刺激の有無を判断する。また、波長λ１及びλ２の各波長間の光強度比を測定することで、物理的又は化学的刺激の大きさを判断することが可能となる。
【００４５】
図８は、検知センサの第３の形態の応用例であり、支持体１上に、異なる波長の光を反射する色素７，１３を含む色素層１４と、物理的又は化学的刺激に反応して特定波長の光透過性が変化する光吸収層１２とが形成さている。
光吸収層が吸収する波長は、各色素は反射する波長λａ，λｂのいずれかである。光吸収層１２が物理的又は化学的刺激に反応することにより、特定の色素、例えば色素１３に入射する照射光の中の特定波長成分λｂと色素１３から反射する反射光（波長λｂ）を吸収し、検知センサから出力される出力光の色合いを変化させたり、λａに対するλｂの光強度を変化させることが可能となる。
【００４６】
上述した図４乃至図８に係る各種の検知センサに対しても、図１の検知センサに係る支持体や蛍光体などの各種の材料や構成を適用可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
アルミニウム基板に硫酸浴を使用してアルマイト皮膜を形成し、その後シュウ酸浴を使用してさらにアルマイト皮膜を形成した。そして該皮膜表面にポルフィリンを付着させ実施例１の検知センサを作成した。
実施例１の検知センサに対し、３６５ｎｍの励起光を照射したところ、大気中では青色、窒素雰囲気中では赤紫色の発光を確認した。
【００４８】
実施例１の検知センサの蛍光スペクトルを分析したところ、アルマイト皮膜からは４５０ｎｍ付近にピークを有する蛍光が発生しており、該蛍光の強度は、酸素の有無に無関係で常に一定であった。
一方、ポルフィリンからは６５０ｎｍ付近にピークを有する蛍光が発生しており、該蛍光の強度は、酸素の有無により、大きく変化していることが確認された。（図９参照）
【００４９】
上記実施例１により、光検出器などの特別な装置を必要とすること無く、酸素の有無を検知することが可能な検知センサを提供できることが確認された。
【００５０】
（実施例２）
多孔質アルミナ基板にピラニンとポリフィリンを吸着させて、実施例２の検知センサを作成した。
実施例２の検知センサに、紫外線（３９０ｎｍ）の励起光を照射したところ、図１０に示す蛍光スペクトルの強度分布が得られた。実線は酸素が無い場合であり、点線は酸素がある場合を示す。そして、酸素が無い場合には、赤色の発光が観測され、酸素がある場合には、赤紫色の発光となった。
実施例２のように、酸素吸着反応に対応して発光光量が変化する２種類の蛍光体を使用した場合でも、本発明に係る検知センサが有効に機能していることが確認された。
【００５１】
（実施例３）
スチルベン顔料とＲｕ金属錯体顔料とをポリスチレンに分散させ、支持体上に塗布して、実施例３の検知センサを作成した。
実施例３の検知センサに、３５５ｎｍの励起光を照射したところ、図１１に示す蛍光スペクトルの強度分布が得られた。４３０ｎｍ付近の蛍光ピークはスチルベンによるものであり、６５０ｎｍ付近の蛍光ピークはＲｕによるものである。
次に、検知センサの環境温度を３５０Ｋと３００Ｋとした場合に、図１１の実線は３５０Ｋのスペクトル分布、点線は３００Ｋのスペクトル分布を示しており、温度変化により、検知センサから出力される色が大きく異なることが確認された。
【００５２】
（実施例４）
多孔質アルミナ上に、カルボキシル基を有するピレン誘導体をその溶液から吸着させる。溶液濃度と温度を適切に選択することで、単量体構造と二量体構造とを共存させた膜を作製することができ、実施例４の検知センサを作成した。
図１２には、実施例４の検知センサを、水に浸した場合の発光スペクトル（実線）と、アセトニトリル（ＭｅＣＮ）に浸した場合の発光スペクトル(点線）とを示す。
これにより、溶液に化学的性質が非水溶媒であるか否かにより、蛍光スペクトルが大きく変化し、蛍光色の色の変化により、溶液が特定の化学的性質を有するか否かが、容易に判別可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上、説明したように、本発明により、光検出器などの特別な装置を必要とすること無く物理的又は化学的刺激の有無を検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することが可能であり、また、励起光などの検知センサに照射する光量が変動した場合でも、安定的に物理的又は化学的刺激の大きさを検知することが可能な検知センサ及びその使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の検知センサの第１の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の検知センサからの出力光のスペクトル強度分布の概要を示す図である。
【図３】本発明の検知センサ（第１の形態の応用例１）からの出力光のスペクトル強度分布の概要を示す図である。
【図４】本発明の検知センサの第１の形態の応用例２を示す概略図である。
【図５】本発明の検知センサの第２の形態を示す概略図である。
【図６】本発明の検知センサの第２の形態の応用例を示す概略図である。
【図７】本発明の検知センサの第３の形態を示す概略図である。
【図８】本発明の検知センサの第３の形態の応用例を示す概略図である。
【図９】実施例１の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【図１０】実施例２の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【図１１】実施例３の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【図１２】実施例４の検知センサに係る蛍光スペクトル分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 支持体
２，３ 蛍光体
４，５，６，１０，１１ 蛍光体層
７，１３ 色素
８ 色素・蛍光体層
９，１４ 色素層
１２ 光吸収層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なることを特徴とするとする検知センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の検知センサにおいて、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体が、該応答性を示さないものであることを特徴とする検知センサ。
【請求項３】
励起光を受けて特定波長の蛍光を放射する蛍光体と、該特定波長と異なる波長の光を反射する色素とから構成され、該蛍光体が物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有することを特徴とする検知センサ。
【請求項４】
励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層を被覆すると共に、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の蛍光体に対し、該特定の蛍光体の励起光又は蛍光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする検知センサ。
【請求項５】
異なる波長の光を反射する複数種類の色素を含む色素層と、該色素層を被覆すると共に、該複数種類の色素の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の色素に対し、該特定の色素の反射光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする検知センサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の検知センサにおいて、該物理的又は化学的刺激は、酸素吸着、圧力、温度、又は溶媒の化学的性質のいずれかであることを特徴とする検知センサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光の色の変化により該物理的又は化学的刺激の有無を判断することを特徴とする検知センサの使用方法。
【請求項８】
請求項１に記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される少なくとも２つの異なる波長の光の相対的な光強度比を測定し、該光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする検知センサの使用方法。
【請求項９】
請求項２乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光のうち、該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化する変化光と該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化しない無変化光との相対的な光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする検知センサの使用方法。
【請求項１】
励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体から構成され、該複数種類の蛍光体の全種類又は少なくとも一部の種類は、同一の物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有し、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類が他の蛍光体と該応答性が異なることを特徴とするとする検知センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の検知センサにおいて、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類であり全種類ではない蛍光体が、該応答性を示さないものであることを特徴とする検知センサ。
【請求項３】
励起光を受けて特定波長の蛍光を放射する蛍光体と、該特定波長と異なる波長の光を反射する色素とから構成され、該蛍光体が物理的又は化学的刺激に反応し放射する蛍光の放射光量が変化する応答性を有することを特徴とする検知センサ。
【請求項４】
励起光を受けて異なる波長の蛍光を放射する複数種類の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層を被覆すると共に、該複数種類の蛍光体の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の蛍光体に対し、該特定の蛍光体の励起光又は蛍光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする検知センサ。
【請求項５】
異なる波長の光を反射する複数種類の色素を含む色素層と、該色素層を被覆すると共に、該複数種類の色素の内の少なくとも一種類以上であり全種類ではない特定の色素に対し、該特定の色素の反射光を吸収する光吸収層とを有し、該光吸収層は物理的又は化学的刺激に反応し吸収する吸収量が変化する応答性を有することを特徴とする検知センサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の検知センサにおいて、該物理的又は化学的刺激は、酸素吸着、圧力、温度、又は溶媒の化学的性質のいずれかであることを特徴とする検知センサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光の色の変化により該物理的又は化学的刺激の有無を判断することを特徴とする検知センサの使用方法。
【請求項８】
請求項１に記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される少なくとも２つの異なる波長の光の相対的な光強度比を測定し、該光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする検知センサの使用方法。
【請求項９】
請求項２乃至６のいずれかに記載の検知センサの使用方法において、該検知センサから出力される光のうち、該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化する変化光と該物理的又は化学的刺激により出力光量が変化しない無変化光との相対的な光強度比の変化により、該物理的又は化学的刺激の大きさを判断することを特徴とする検知センサの使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１２１２３３（Ｐ２００７−１２１２３３Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１７３２３（Ｐ２００５−３１７３２３）
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５９１１１７２０６）株式会社東亜電化 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５９１１１７２０６）株式会社東亜電化 (6)
【Ｆターム（参考）】
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