JP4639366B2

JP4639366B2 - 多芯光ファイバプローブ

Info

Publication number: JP4639366B2
Application number: JP2005231632A
Authority: JP
Inventors: 史子樋渡; 泰雄新村
Original assignee: 株式会社システムズエンジニアリング
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: JP2007047017A

Description

本発明は、一般的にはＡＴＲスペクトル検出に用いる光ファイバプローブに関し、詳しくは検出面での試料の測定領域を広く採ることを可能とした多芯光ファイバプローブに関する。

ＡＴＲ（Attenuated Total Reflectance）分光は、ＩＲ、ＵＶ等の光を試料と接触させたクリスタルの検出面に、臨界角以上の角度で照射して検出面で全反射させたときに、検出面から試料表層に染み出したエバネセント波が試料に特有の特定波長を吸収されて反射光に戻る現象を利用して、反射光について特定波長の吸収スペクトルを測定することにより、試料の表面状態や化学種等を検出するものである。

従来、このＡＴＲ分光に用いるプローブの一つとして、プローブの筐体内に断面二等辺三角形の角柱状クリスタル（プリズム）を、二等辺の面に挟まれる面を検出面として該検出面が筐体の先端に開設した開口に位置するようにして設け、そのクリスタルの頂部を通る垂直面に対し対称にクリスタルの検出面を挟む一方の面に光照射側の光ファイバを配置し、他方の面に受光側の光ファイバを配置したものが知られている。

このプローブによれば、一方の光ファイバからクリスタルの検出面に光を照射して、検出面で全反射した光を他方の光ファイバで受光し、反射光を検出器に導いて検出することにより、吸収スペクトルを測定することができる。しかしながら、このクリスタルの検出面での光の反射は１回であるため、検出面での測定領域が狭く、検出精度が低い問題があった。

そこで、断面矩形の角柱状のクリスタルを横長に配置し、クリスタルの長手方向一端面から検出面に光ファイバから光を照射して、検出面で全反射した光を対向する面（この面にも試料を接触させて検出面とすることがある）で全反射させ、これをクリスタルの全長に亘って多数回繰返させて、反射光を他端面から光ファイバで受光する多重反射方式のプローブが考えられている。しかしながら、光は反射を繰返すたびに散乱するので、最終的に得られる反射光は強度が弱くなり、吸収スペクトルのピークが小さくなって、検出精度を大きく向上できない問題がある。

したがって、本発明の課題は、１つの光に全反射を複数回させなくても、検出面での試料の測定領域を広く採ることがき、吸収スペクトルの測定による試料の検出精度を向上することを可能とした多芯光ファイバプローブを提供することである。

（１）多芯光ファイバプローブであって、筐体の先端面に開設した開口に検出面を位置させて該筐体内に配設した、該検出面が測定試料に接触されるクリスタルと、クリスタルの検出面を挟む一方の側に光学的に接続した光ファイバをクリスタルの長手方向に沿って複数本配設した、各光ファイバから検出面に向けて臨界角以上の角度で光を照射する光照射側リボンケーブルと、クリスタルの検出面を挟む他方の側に光学的に接続した光ファイバを前記光照射側リボンケールの光ファイバと対応する態様でクリスタルの長手方向に沿って複数本配設した、各光ファイバが前記光照射側リボンケールの対応する光ファイバから照射されて検出面で反射した光を受光する受光側リボンケーブルとを備えることを特徴とする。

（２）請求項１の多芯光ファイバプローブにおいて、前記クリスタルが一つの面を検出面とした断面三角形またはその頭部を切断した台形の角柱体形状をなし、該クリスタルの検出面を挟む一方の面に前記光照射側リボンケーブルの光ファイバを配置し、該クリスタルの検出面を挟む他方の面に前記受光側リボンケーブルの光ファイバを配置したことを特徴とする。

（３）請求項２記載の多芯光ファイバプローブにおいて、前記クリスタルが二等辺の面に挟まれる面を検出面とした断面二等辺三角形またはその頭部を切断した等脚台形の角柱体形状をなし、前記光照射側の光ファイバと受光側のリボンケーブルの光ファイバを該クリスタルの頂部を通る検出面に鉛直な面に対し対称に配置したことを特徴とする。

（４）請求項３の多芯光ファイバプローブにおいて、前記クリスタルが断面直角二等辺三角形またはその頭部を切断した等脚台形の角柱体形状をなすことを特徴とする。

（５）請求項１〜４のいずれかの多芯光ファイバプローブにおいて、前記光照射側リボンケーブルおよび受光側リボンケーブルが、それぞれ複数の光ファイバを有する円筒状多芯ケーブルを加工し、または接続器を介して接続することによって、円筒状多芯ケーブルの先端側に形成されていることを特徴とする。

本発明の多芯光ファイバプローブによれば、クリスタルの検出面での各光１回の全反射を複数状の光によって複数箇所で行わせるので、検出面での試料の測定領域を複数倍に増し、反射光の吸収スペクトル測定による試料の検出精度を顕著に向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。図１は本発明の多芯光ファイバプローブの一実施例を一部切り欠いて示す斜視図、図２はプローブの検出部を示す横断面図、図３はプローブを示す水平断面図である。

本実施例において、多芯光ファイバプローブ１は、筐体２内に断面直角二等辺三角形の角柱体のクリスタル３を備え、該クリスタル３は二等辺の面で挟む一面を検出面４として、該検出面４を筐体２の先端面中央に開設した矩形状の開口５に位置さて設置されている。筐体２内にはその上面から光照射側のリボンケーブル８Ａ、受光側のリボンケーブル９Ａを挿入し、該リボンケーブル８Ａ、９Ａをクリスタル３に向けて上方で曲げて、クリスタル３の検出面４を挟む一方の傾斜面６、他方の傾斜面７に配設している。

リボンケーブル８Ａ、９Ａは、それぞれ複数本、本例では７本の光ファイバ８、９を平行に束ねてなっており、この複数本の光ファイバ８、９を、リボンケーブル８Ａ、９Ａの被覆を剥がし、または剥がさずに、クリスタル３の頂部を通る検出面４に垂直な面νに対し対称に傾斜面６、７に配置して、光ファイバ８と９とが一つずつ対応するようにしてクリスタル３の長手方向に沿って配列している。そして光照射側の光ファイバ８を傾斜面６に直交する態様で端面を近接させて光学的に接続し、各光ファイバ８の光軸を検出面４と垂直面νとの交点と臨界角以上の角度θで交わらせている。同様に、受光側の光ファイバ９を傾斜面７に直交する態様で端面を近接させて光学的に接続し、各光ファイバ９の光軸を検出面４と垂直面νとの交点と上記と同一角度θで交わらせている。

筐体２内に導入されるリボンケーブル８Ａ、９Ａは、それぞれ同数本の光ファイバ１０、１１を有する円筒状多芯ケーブル１０Ａ、１１Ｂに接続器１０ａ、１１ａを介して接続され、この光照射側の多芯ケーブル１０Ａは図示しない光源に接続され、受光側の多芯ケーブル１１Ｂを光検出器に接続されている。

本実施例のプローブ１によれば、プローブ先端のクリスタル３の検出面４を試料に接触させ、光源で発生した光を円筒状多芯ケーブル１０Ａの光ファイバ１０、リボンケーブル８Ａの光ファイバ８を順次経てクリスタル３に導くと、計７本の光ファイバ８から７条の平行光がクリスタル３の検出面４に臨界角以上の入射角度（θ）で照射され、検出面４の７箇所で全反射して、７条の反射光が対応する受光側の計７本の光ファイバ９に１つずつ受光され、各光ファイバ９から多芯ケーブル１１Ａの各光ファイバ１１を経て検出器に送られ、吸収スペクトルが測定される。

これによれば、７条の光を使用することによって、各光１回の全反射を検出面４の７箇所で行わせて、検出面４での試料の測定領域を７倍に増しているので、試料の測定精度を顕著に向上することができる。また、７条の光をそれぞれ波長の異なる光とすることもできる。

以上の実施例では、クリスタルは断面直角二等辺三角形の角柱体状としたが、角柱体は、断面が鋭角または鈍角の二等辺三角形であってもよく、さらに不等辺三角形であってもよい。また検出面に対応する三角柱の頂部を切断した断面が等脚台形、不等脚台形の角柱体でもよく、さらには断面矩形の角柱体でも、断面が５角形以上の角柱体でもよい。

また光ファイバは光照射側、受光側ともクリスタルの面に直交させて配置したが、クリスタルに対する光の入射、出謝についての反射による損失が許容できる範囲ならば、クリスタルの面に対し傾斜させて配置することもできる。

リボンケーブルの光ファイバは、円筒状多芯ケーブルの光ファイバに接続器を介して接続したが、円筒状多芯ケーブルの先端部を加工してリボンケーブルに形成してもよい。

本発明の多芯光ファイバプローブの一実施例を一部切り欠いて示す斜視図である。図１のプローブの検出部を示す横断面図である。図１のプローブを示す水平断面図である。

符号の説明

１多芯光ファイバプローブ２筐体
３クリスタル４検出面
５開口６、７傾斜面
８、９光ファイバ８Ａ、９Ａリボンケーブル
１０a、１１a 接続器１０Ａ、１１Ａ円筒状多芯ケーブル

Claims

筐体の先端面に開設した開口に検出面を位置させて該筐体内に配設した、該検出面が測定試料に接触されるクリスタルと、
クリスタルの検出面を挟む一方の側に光学的に接続した光ファイバをクリスタルの長手方向に沿って複数本配設した、各光ファイバから検出面に向けて臨界角以上の角度で光を照射する光照射側リボンケーブルと、
クリスタルの検出面を挟む他方の側に光学的に接続した光ファイバを前記光照射側リボンケールの光ファイバと対応する態様でクリスタルの長手方向に沿って複数本配設した、各光ファイバが前記光照射側リボンケールの対応する光ファイバから照射されて検出面で反射した光を受光する受光側リボンケーブルとを備えることを特徴とする多芯光ファイバプローブ。
前記クリスタルが一つの面を検出面とした断面三角形またはその頭部を切断した台形の角柱体形状をなし、該クリスタルの検出面を挟む一方の面に前記光照射側リボンケーブルの光ファイバを配置し、該クリスタルの検出面を挟む他方の面に前記受光側リボンケーブルの光ファイバを配置したことを特徴とする請求項１記載の多芯光ファイバプローブ。
前記クリスタルが二等辺の面に挟まれる面を検出面とした断面二等辺三角形またはその頭部を切断した等脚台形の角柱体形状をなし、前記光照射側の光ファイバと受光側のリボンケーブルの光ファイバを該クリスタルの頂部を通る検出面に鉛直な面に対し対称に配置したことを特徴とする請求項２記載の多芯光ファイバプローブ。
前記クリスタルが断面直角二等辺三角形またはその頭部を切断した等脚台形の角柱体形状をなすことを特徴とする請求項３記載の多芯光ファイバプローブ。
前記光照射側リボンケーブルおよび受光側リボンケーブルが、それぞれ複数の光ファイバを有する円筒状多芯ケーブルを加工し、または接続器を介して接続することによって、円筒状多芯ケーブルの先端側に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の多芯光ファイバプローブ。