JP2008209160A - 中空ファイババンドル - Google Patents
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Abstract
【課題】広範囲に可動して適用できると共に、受光光量を向上できる安価な中空ファイババンドルを提供する。
【解決手段】赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物(14)に照射する照射用中空ファイバ(2)と、前記被測定物(14)の透過光、反射光あるいは散乱光を
受光して伝搬する検出用中空ファイバ(3)とを有し、前記照射用中空ファイバ(2)と前記検出用中空ファイバ(3)とは一端部側が結束され、他端部側が分離されている中空ファイバ
バンドル(1)である。
【選択図】図１
【解決手段】赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物(14)に照射する照射用中空ファイバ(2)と、前記被測定物(14)の透過光、反射光あるいは散乱光を
受光して伝搬する検出用中空ファイバ(3)とを有し、前記照射用中空ファイバ(2)と前記検出用中空ファイバ(3)とは一端部側が結束され、他端部側が分離されている中空ファイバ
バンドル(1)である。
【選択図】図１
Description
本発明は、中空ファイババンドルに関し、特に、赤外波長帯の光を伝搬して化学物質、生体細胞、ガスなどの分光分析を行う分光分析装置に好適な中空ファイババンドルに関する。
従来、タンパク質、脂肪酸、アルコール、糖、色素などの化学物質の分析、生体細胞を構成する分子状態の把握、化学反応過程のモニタリング、ガス濃度の分析などに、赤外吸収スペクトルを測定して分析を行なう赤外分光分析法が広く使用されている。
これを実現する赤外分光分析装置では、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光器やモノクロメータなどで分光した光を特定の試料に照射し、その試料を透過した光あるいは試料から反射または散乱した光をＭＣＴ（Mercury Cadmium Tellurium）などの検出器で受光し
て、赤外吸収スペクトルを測定し、その吸収特性から定量的な分析を行なっている。あるいは、試料には広帯域光を照射し、検出器側で分光して吸収スペクトルを測定する構成も可能である。
これを実現する赤外分光分析装置では、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光器やモノクロメータなどで分光した光を特定の試料に照射し、その試料を透過した光あるいは試料から反射または散乱した光をＭＣＴ（Mercury Cadmium Tellurium）などの検出器で受光し
て、赤外吸収スペクトルを測定し、その吸収特性から定量的な分析を行なっている。あるいは、試料には広帯域光を照射し、検出器側で分光して吸収スペクトルを測定する構成も可能である。
赤外分光分析用の光学部品として、光源からの光を導いて試料に照射し、さらに試料を透過した光あるいは試料から反射または散乱した光を受光して検出器に導くために、複数の充実型の光ファイバを一端で結束し、他端で二つに分離したＹ字型の光ファイババンドルが知られている（特許文献１参照）。
この光ファイババンドルを用いた従来の赤外分光分析装置では、図４（ａ）に示すように、光源４１及び分光器４２側に照射用光ファイバ４３が７本、検出器４７側に検出用光ファイバ４６が１２本、合計１９本の充実型のカルコゲナイド光ファイバが使用され、これら光ファイバ４３，４６が試料４５側で一つに結束され、その結束部の先端に２回反射のＺｎＳｅプリズム４４が装着された光ファイバプローブとして用いられている。試料４５側の光ファイバ結束部は、図４（ａ）のＣ−Ｃ拡大断面図である図４（ｂ）に示すように、照射用光ファイバ４３と検出用光ファイバ４６が混在した状態で固定されており、その端面は平坦に研磨されている。
分光された赤外光は照射用光ファイバ４３によりＺｎＳｅプリズム４４に入射し、試料４５にプリズム４４を押し付けることによって試料４５内部をエバネッセント光として吸収を受けながら伝搬する光を検出用光ファイバ４６に導き、検出器４７で赤外吸収スペクトルを測定する。光ファイバを用いているため、測定部分の可動範囲が広くなり、様々な測定部位に対応できる。
この光ファイババンドルを用いた従来の赤外分光分析装置では、図４（ａ）に示すように、光源４１及び分光器４２側に照射用光ファイバ４３が７本、検出器４７側に検出用光ファイバ４６が１２本、合計１９本の充実型のカルコゲナイド光ファイバが使用され、これら光ファイバ４３，４６が試料４５側で一つに結束され、その結束部の先端に２回反射のＺｎＳｅプリズム４４が装着された光ファイバプローブとして用いられている。試料４５側の光ファイバ結束部は、図４（ａ）のＣ−Ｃ拡大断面図である図４（ｂ）に示すように、照射用光ファイバ４３と検出用光ファイバ４６が混在した状態で固定されており、その端面は平坦に研磨されている。
分光された赤外光は照射用光ファイバ４３によりＺｎＳｅプリズム４４に入射し、試料４５にプリズム４４を押し付けることによって試料４５内部をエバネッセント光として吸収を受けながら伝搬する光を検出用光ファイバ４６に導き、検出器４７で赤外吸収スペクトルを測定する。光ファイバを用いているため、測定部分の可動範囲が広くなり、様々な測定部位に対応できる。
また従来、図５に示すように、試料５４に照射するプローブに中空ファイバ５３を用いた分光分析装置が提案されている（特許文献２参照）。図５（ａ）は透過光を測定する測定例であり、光源５１からの光を分光器５２で分光し、分光された光をプローブとしての中空ファイバ５３によって試料５４に照射し、試料５４を透過した透過光を検出器５５によって分光分析を行なうものである。
図５（ｂ）は反射光や散乱光を測定する測定例であり、試料５４から反射あるいは散乱され、中空ファイバ５３を逆方向に伝搬した光を、半透鏡５６と反射鏡５７によって検出器５５に導き分光分析を行なうものである。
中空ファイバ５３の先端開口部を試料５４に接触もしくは近接した状態とし、中空ファイバ５３の開口部から発せられる分光された赤外光を試料５４に照射する。プローブが中空ファイバ５３により形成されているため、充実型の赤外光伝送用光ファイバのように光導波の際にファイバの自家蛍光の発生がなく、分析精度を高めることができる。
米国特許第５１７００５６号明細書
特開２００４−２９４１５０号公報
図５（ｂ）は反射光や散乱光を測定する測定例であり、試料５４から反射あるいは散乱され、中空ファイバ５３を逆方向に伝搬した光を、半透鏡５６と反射鏡５７によって検出器５５に導き分光分析を行なうものである。
中空ファイバ５３の先端開口部を試料５４に接触もしくは近接した状態とし、中空ファイバ５３の開口部から発せられる分光された赤外光を試料５４に照射する。プローブが中空ファイバ５３により形成されているため、充実型の赤外光伝送用光ファイバのように光導波の際にファイバの自家蛍光の発生がなく、分析精度を高めることができる。
図４に示す複数の充実型の光ファイバ４３，４６が一端は結束され、他端は分離されたＹ字型の光ファイババンドルでは、多数の光ファイバをバンドル化することにより受光量を向上させているが、血糖値を非侵襲的に計測するような用途においては更に分析精度を高める必要がある。
充実型の光ファイバを用いているため、試料４５側の結束された複数の光ファイバ４３，４６は接着固定され、端面は一様に研磨されている。そのため、プローブ先端と試料との距離は任意に調整できるが、試料への照射光量に対する検出光の受光量を独立に調整することができない。先端にプリズム４４を装着させ受光量が大きく取れるように工夫されているが、照射用光ファイバ４３と検出用光ファイバ４６は、受光量が最大になるように考慮して配置されておらず、また受光量が最大になるように調節することもできない。
また光ファイバには赤外光伝送を可能とするカルコゲナイドガラスを使用しているが、これは毒性材料であり医療用途の生体分析には適した材料ではない。先端に装着しなければならないプリズム４４のＺｎＳｅも毒性材料であり、また同じく赤外光学材料として一般的なフッ化カルシウムは潮解性があり、湿潤な試料への挿入、接触、接近には適さない。また、充実型の光ファイバでは自家蛍光発生の可能性もあり、高精度分析には障害となる。
充実型の光ファイバを用いているため、試料４５側の結束された複数の光ファイバ４３，４６は接着固定され、端面は一様に研磨されている。そのため、プローブ先端と試料との距離は任意に調整できるが、試料への照射光量に対する検出光の受光量を独立に調整することができない。先端にプリズム４４を装着させ受光量が大きく取れるように工夫されているが、照射用光ファイバ４３と検出用光ファイバ４６は、受光量が最大になるように考慮して配置されておらず、また受光量が最大になるように調節することもできない。
また光ファイバには赤外光伝送を可能とするカルコゲナイドガラスを使用しているが、これは毒性材料であり医療用途の生体分析には適した材料ではない。先端に装着しなければならないプリズム４４のＺｎＳｅも毒性材料であり、また同じく赤外光学材料として一般的なフッ化カルシウムは潮解性があり、湿潤な試料への挿入、接触、接近には適さない。また、充実型の光ファイバでは自家蛍光発生の可能性もあり、高精度分析には障害となる。
図５に示した分光分析装置においては、図５（ａ）の透過光の測定では、試料の厚さや容器（ステージ）の吸収特性に検出光量が大きく依存し、検出対象物質に制限を受ける。また、図５（ｂ）の反射光や散乱光の測定では、試料５４からの微弱な反射光あるいは散乱光を入射光とは逆方向に一本の同一の中空ファイバ５３内を伝搬させ、半透鏡５６によって入射光と分離する。その結果、実際に検出器に受光される光量はかなり微弱である。さらに図５（ａ）の透過光に基づく測定例、図５（ｂ）の反射光や散乱光に基づく測定例、ともに測定系が固定されるので、広範な部位を測定するには制限を受ける。また図５の分光分析では、液体中に置かれた試料の分析を目的としている。このような環境においては、両端が開放された中空ファイバ５３内部に、外部から異物が侵入してしまう。高い撥水性を有する中空ファイバを使用することにより、異物侵入によって中空ファイバ自体の損傷を防ぐことは可能であったとしても、中空ファイバ内壁の汚染により検出感度は格段に劣化してしまう。
本発明は、上記課題を解決し、広範囲に可動して適用できると共に、受光光量を向上できる安価な中空ファイババンドルを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとが結束されていることを特徴とする中空ファイババンドルである。
本発明の第１の態様は、赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとが結束されていることを特徴とする中空ファイババンドルである。
本発明の第２の態様は、赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとを有し、前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバとは一端部側が結束され、他端部側が分離されていることを特徴とする中空ファイババンドルである。
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様の中空ファイババンドルにおいて、前記被測定物側における前記照射用中空ファイバの端面と前記検出用中空ファイバの端面が、位置をずらして配置されていることを特徴とする。
本発明の第４の態様は、第１の態様又は第２の態様の中空ファイババンドルにおいて、前記被測定物側における前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバが、端面の位置を相対的に移動調整可能に結束されていることを特徴とする。
本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバが中心部に配置され、前記検出用中空ファイバが前記照射用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする。
本発明の第６の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記検出用中空ファイバが中心部に配置され、前記照射用中空ファイバが前記検出用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする。
本発明の第７の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバは結束横断面の一方の略片半分に、前記検出用中空ファイバは他方の略片半分に配置されていることを特徴とする。
本発明の第８の態様は、第１〜第７の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバの前記被測定物側の先端面が伝搬する赤外光に対して透明な封止部材によって封止されていることを特徴とする。
本発明の第９の態様は、第１〜第７の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバの内部が陽圧に保持されていることを特徴とする。
本発明の第１０の態様は、第１〜第９の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバは、導波路を構成する管状部材の内周面に、伝送する赤外光に対して透明な誘電体薄膜が形成された中空ファイバであることを特徴とする。
本発明によれば、複数の中空ファイバを結束させてバンドル化しているので、受光光量を増大できると共に、広範囲の測定箇所に可動して適用することができる。さらに、従来の充実型光ファイバと比較して、一般に中空ファイバはコア径の大きなファイバが容易に製造できるので、より少ない本数でバンドルを構成しても十分な受光量を確保し、また端面研磨などの工程も必要ないので、低価格で効果的な構造を実現することができる。
また、結束されている被測定物側における照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとの端面が、当該端面の位置をずらして配置され、或いは、当該端面の位置を相対的に移動調整可能に結束されているので、被測定物からの検出光の受光感度を向上することができる。
また、結束されている被測定物側における照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとの端面が、当該端面の位置をずらして配置され、或いは、当該端面の位置を相対的に移動調整可能に結束されているので、被測定物からの検出光の受光感度を向上することができる。
以下に、本発明に係る中空ファイババンドルの実施形態を図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態の中空ファイババンドルを使用した分光分析装置の概略構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ拡大断面図である。
この実施形態の中空ファイババンドル１は、１本の照射用中空ファイバ２と、６本の検
出用中空ファイバ３とを有する。照射用中空ファイバ２および検出用中空ファイバ３の一端部側（試料１４側）は円筒状のフェルール７内に挿入されて一つに結束されている。フェルール７は光ファイバプローブとして試料１４に近接あるいは接触させて設けられる。また、フェルール７により一つに結束された照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３は、コネクタ６部より照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３とに二分されている。照射用中空ファイバ２は保護チューブ４内に収納され、照射用中空ファイバ２の他端は分光器１２に光学的に接続されると共に、検出用中空ファイバ３は保護チューブ５内に収納され、検出用中空ファイバ３の他端は検出器１５に光学的に接続されている。
出用中空ファイバ３とを有する。照射用中空ファイバ２および検出用中空ファイバ３の一端部側（試料１４側）は円筒状のフェルール７内に挿入されて一つに結束されている。フェルール７は光ファイバプローブとして試料１４に近接あるいは接触させて設けられる。また、フェルール７により一つに結束された照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３は、コネクタ６部より照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３とに二分されている。照射用中空ファイバ２は保護チューブ４内に収納され、照射用中空ファイバ２の他端は分光器１２に光学的に接続されると共に、検出用中空ファイバ３は保護チューブ５内に収納され、検出用中空ファイバ３の他端は検出器１５に光学的に接続されている。
中空コアを有して赤外波長領域の光を低損失で伝送可能な構造として、導波路を構成する管状部材の内壁に、伝送する赤外光に対して透明な誘電体薄膜を内装した誘電体内装中空ファイバが知られている（例えば特許第３５６６２３２号公報参照）。誘電体薄膜は、環状オレフィンポリマーあるいは銀ハライド材料など赤外領域で透明な誘電体が用いられる。管状部材は、リン青銅あるいはステンレスなどの金属パイプ、または石英ガラスあるいはフッ素樹脂などの非金属パイプからなり、非金属パイプあるいは金属パイプの内壁には、銀、金、モリブデン、ニッケルなどの金属薄膜が設けられる。
本実施形態では、照射用中空ファイバ２及び検出用中空ファイバ３として、外周部にポリイミド保護膜が形成された石英ガラスキャピラリを用い、その内周面に銀薄膜及び環状オレフィンポリマー薄膜が形成された誘電体内装金属中空ファイバを使用した。この誘電体内装金属中空ファイバは、内径７００μｍ、外径８５０μｍである。
本実施形態では、照射用中空ファイバ２及び検出用中空ファイバ３として、外周部にポリイミド保護膜が形成された石英ガラスキャピラリを用い、その内周面に銀薄膜及び環状オレフィンポリマー薄膜が形成された誘電体内装金属中空ファイバを使用した。この誘電体内装金属中空ファイバは、内径７００μｍ、外径８５０μｍである。
光源１１から発光され、分光器１２によって分光された赤外光は、照射用中空ファイバ２に導かれてステージ１３上の試料１４に照射される。試料１４において透過、反射あるいは散乱した光は、検出用中空ファイバ３によって受光される。検出用中空ファイバ３を伝搬した光は検出器１５に受光され、試料１４による赤外吸収スペクトルが測定される。
照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３とが結束されて一体になった結束部（フェルール７部）は、図１（ｂ）の光ファイバ横断面に示すように、照射用中空ファイバ２が中心部に、検出用中空ファイバ３がその周辺部に配置されている。本実施形態では、図１（ｂ）のように１本の照射用中空ファイバ２と、その外周に６本の検出用中空ファイバ３を使用したが、これに限らず、例えば照射用中空ファイバを３本、検出用中空ファイバはこれら照射用中空ファイバを取り囲むように、さらに多くの本数の中空ファイバを使用してもよい。また本実施形態では、上述したように、照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３は共に、内径７００μｍ、外径８５０μｍのものを使用したが、それぞれ異なる径の中空ファイバを用いてもよい。
本実施形態では、環状オレフィンポリマーを内装した誘電体内装金属中空ファイバを使用したが、誘電体を内装していない銀中空ファイバでは、透過率は高々数％である。従って、照射用中空ファイバ２及び検出用中空ファイバ３として、誘電体を内装していない金属中空ファイバを用いた場合、試料１４に照射される光量は微弱であり、検出用中空ファイバ３を伝搬し検出器１５で受光される光量はノイズレベルとなり、精確な分光分析を行なうことが難しい。これに対し、赤外領域で透明な誘電体を内装した金属中空ファイバを用いることによって、長さ１ｍ程度の伝送路で約７０％の透過率があり、赤外分光分析に必要な十分な感度が得られる。
照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３のフェルール７内の配置は、図１（ｂ）の配置に限らずに、図２（ａ）のように、検出用中空ファイバ３を中心部に、照射用中空ファイバ２を検出用中空ファイバ３の周辺部に配置してもよい。この配置の場合には、図１（ａ）において光源１１側と検出器１５側に接続した中空ファイバをそれぞれ逆に接続すれば、図１と同一構造の中空ファイババンドル１を用いて容易に分析装置を構成できる
。
。
さらに、図２（ｂ）のように、楕円管状のフェルール８内に、照射用中空ファイバ２をフェルール８内の横断面の略片半分に、検出用中空ファイバ３を他の略片半分に配置させてもよい。また、図２（ｂ）では、照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３をそれぞれ３本ずつ使用しているが、例えば、各１本ずつ使用し並列に配置して結束させた構造としてもよい。
各中空ファイバの本数や配置は被測定物である試料１４の大ささや形状、材料による吸収率や反射・散乱量などに依存して選択される。例えば、試料が微小な場合には図１（ｂ）の構成、試料がある程度の大きさを有する場合には図２（ａ）の構成の方が検出器１５への受光量が大きく有利である。また試料が楕円形状の場合には図２（ｂ）の構成の方が検出受光量を大きくすることができる。
また、図１の実施形態では、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとは一端部側が結束され、他端部側は二つに分離されたＹ字型の構造をしているが、両端とも結束した中空ファイババンドルでもよい。この場合、中空ファイバ内には照射光と検出光が互いに逆向きに伝搬し、同一の中空ファイバで照射用中空ファイバと検出用中空ファイバを兼ねる。このような構成の場合には、従来技術の図５（ｂ）のように、半透鏡などを用いることによって照射光と検出光を分離すればよい。このように一端部が分離された中空ファイババンドル構造でなくても、中空ファイバが複数本束ねられた構造であるので、受光面積が広く、多くの検出光を受光できるので、図５（ｂ）の従来技術よりも高感度に分析できる。
また、試料を透過した透過光を測定する場合に、例えば、図１の試料１４に臨む検出用中空ファイバ３を試料１４を載置したステージ１３の後方に引き回して配置して受光するようにしてもよい。この場合、中空ファイババンドルをその中間部で、あるいは光源及び検出器側の端部側で結束するようにしてもよい。
図３に、本発明の中空ファイババンドルの他の実施形態を示す。
図３（ａ）に示すように、この実施形態の中空ファイババンドルは、結束されている試料１４側の部分（フェルール３１）において、照射用中空ファイバ２の端面と検出用中空ファイバ３の端面との位置が同一面にはなく、端面の位置をファイバ長手方向にずらせて配置されている。具体的には、照射用中空ファイバ２端面は検出用中空ファイバ３端面よりもフェルール３１内の奥に配置されている。また、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である図３（ｂ）に示すように、フェルール３１内の中心部に１本の照射用中空ファイバ２が、照射用中空ファイバ２の外周部に６本の検出用中空ファイバ３が設けられている。また、フェルール３１の先端開口部には、中空ファイバ２，３の内部に異物が侵入しないように封止する封止部材として、中空ファイバ２，３で伝送する赤外光に対して透明なウィンドウ３２が嵌め込まれている。
図３（ａ）に示すように、この実施形態の中空ファイババンドルは、結束されている試料１４側の部分（フェルール３１）において、照射用中空ファイバ２の端面と検出用中空ファイバ３の端面との位置が同一面にはなく、端面の位置をファイバ長手方向にずらせて配置されている。具体的には、照射用中空ファイバ２端面は検出用中空ファイバ３端面よりもフェルール３１内の奥に配置されている。また、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である図３（ｂ）に示すように、フェルール３１内の中心部に１本の照射用中空ファイバ２が、照射用中空ファイバ２の外周部に６本の検出用中空ファイバ３が設けられている。また、フェルール３１の先端開口部には、中空ファイバ２，３の内部に異物が侵入しないように封止する封止部材として、中空ファイバ２，３で伝送する赤外光に対して透明なウィンドウ３２が嵌め込まれている。
一般に中空ファイバは、中実コアの充実型光ファイバと比較して、出射光の拡がり角が小さい。そのため、照射用中空ファイバ２端面と検出用中空ファイバ３端面とが同一面にあると、照射用中空ファイバ２から照射された光に対し、試料１４からの検出光が、検出用中空ファイバ３ではなく、照射光を出射した照射用中空ファイバ２に戻る割合が多くなる。そこで、図３のように照射用中空ファイバ２の端面位置と検出用中空ファィバ３の端面位置を同一面にない構造にすることにより、より効率良く検出光を検出用中空ファイバ３に受光させることができ、高感度の赤外分光分析装置を構築できる。中空ファイバは充実型光ファイバと異なり、端面を研磨する必要が無く、切断するだけで受光面を確保できるので、このような構造を実現することは容易である。
中空ファイバ２，３の端面の位置は、試料形状などによって最適位置が存在するので、照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３とが結束されている状態を保持しながら、照射用中空ファイバ２と検出用中空ファイバ３の端面位置を相対的に移動できる構造とするのが好ましい。
具体的には、図３（ａ）において、中空ファイババンドルのプローブとしてのフェルール３１先端と試料１４との距離ａ、および照射用中空ファイバ２の端面位置と検出用中空ファイバ３の端面位置との距離ｂを、検出器による受光量が最大となるように、各々独立に移動調節できるようにした。
なお、複数の照射用中空ファイバ同士の端面位置をずらしたり、複数の検出用中空ファイバ同士の端面位置をずらしたりしてもよい。また、例えば、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとが挿入されるフェルールを、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとに区分する二重管構造などにして相互に軸方向に移動できるように構成してもよい。更に、中空ファイバの端面移動を送りねじなどの機構を用いて実施してもよい。
具体的には、図３（ａ）において、中空ファイババンドルのプローブとしてのフェルール３１先端と試料１４との距離ａ、および照射用中空ファイバ２の端面位置と検出用中空ファイバ３の端面位置との距離ｂを、検出器による受光量が最大となるように、各々独立に移動調節できるようにした。
なお、複数の照射用中空ファイバ同士の端面位置をずらしたり、複数の検出用中空ファイバ同士の端面位置をずらしたりしてもよい。また、例えば、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとが挿入されるフェルールを、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとに区分する二重管構造などにして相互に軸方向に移動できるように構成してもよい。更に、中空ファイバの端面移動を送りねじなどの機構を用いて実施してもよい。
一般に中空ファイバの場合は、充実型光ファイバより出射光の拡がり角が小さく照射用中空ファイバ２の端面位置は、図３（ａ）に示すように検出用中空ファイバ３の端面位置より奥に配置する方が受光量を大きくすることができる。但し、試料１４の形状が凹形状の場合には、逆に照射用中空ファイバ２の端面位置を検出用中空ファイバ３の端面位置より突き出した方が感度が大きくなる場合があり、検出器の受光量をモニターしながら各中空ファイバ２，３の端面位置調節することが効果的である。このように、端面位置を移動調整可能な構成とすることにより、図４に示した従来の充実型光ファイババンドルを用いた分光分析装置のように、先端にプリズムを装着すること無しに、より高感度な分光分析が可能になった。
即ち、中空ファイバ２、３として、上記図１の実施形態と同一の、内径７００μｍ、外径８５０μｍのオレフィンポリマー内装銀中空ファイバを使用し、図３に示した１本の照射用中空ファイバ２と６本の検出用中空ファイバ３の端面位置の調整を行なうことによって、上述した従来技術である図４に示す照射用光ファイバ７本、検出用光ファイバ１２本の計１９本の充実型カルコゲナイド光ファイバを用いた光ファイババンドルと比較して、約２倍の検出器受光量を得ることができた。
また、中空ファイババンドルは、一端を試料１４に挿入または接近させても、各中空ファイバ２，３内部に外部からの特定の異物が侵入しないように中空ファイバ２，３を伝搬する赤外光に対して透明なウィンドウ３２をフェルール３１先端に装着させた。ウィンドウ材としては赤外領域において透明なシリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化セレン、フッ化カルシウムなどの無機材料が用いられるが、試料１４がもつ固有の吸収ピークと一致しない赤外吸収を有する樹脂性材料を用いることもできる。この場合、平板型のウィンドウ３２だけでなく、中空ファイババンドル先端全体を覆うようにキャップの形状を成型して取り付けてもよい。あるいは、ウィンドウやキャップのような封止部材を用いるのではなく、中空ファイバ２，３内部にガスを供給し陽圧にすることによって、各中空ファイバ２，３内部に、外部からの異物侵入を防止することも可能である。
なお、上記実施形態では、照射用中空ファイバ２を伝搬し試料１４に照射する光は分光器１２によって分光された赤外光を用いたが、試料１４には赤外光を含む広帯域光を照射し、検出器１５側で分光して赤外吸収スペクトル特性を測定する構成も可能である。
１ 中空ファイババンドル
２ 照射用中空ファイバ
３ 検出用中空ファイバ
４、５ 保護チューブ
６ コネクタ
７ フェルール
８ フェルール
１１ 光源
１２ 分光器
１４ 試料（被測定物）
１５ 検出器
３１ フェルール
３２ ウィンドウ（封止部材）
２ 照射用中空ファイバ
３ 検出用中空ファイバ
４、５ 保護チューブ
６ コネクタ
７ フェルール
８ フェルール
１１ 光源
１２ 分光器
１４ 試料（被測定物）
１５ 検出器
３１ フェルール
３２ ウィンドウ（封止部材）
Claims (10)
- 赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとが結束されていることを特徴とする中空ファイババンドル。
- 赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとを有し、前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバとは一端部側が結束され、他端部側が分離されていることを特徴とする中空ファイババンドル。
- 前記被測定物側における前記照射用中空ファイバの端面と前記検出用中空ファイバの端面が、位置をずらして配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の中空ファイババンドル。
- 前記被測定物側における前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバが、端面の位置を相対的に移動調整可能に結束されていることを特徴とする請求項１または２記載の中空ファイババンドル。
- 前記照射用中空ファイバが中心部に配置され、前記検出用中空ファイバが前記照射用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空ファイババンドル。
- 前記検出用中空ファイバが中心部に配置され、前記照射用中空ファイバが前記検出用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空ファイババンドル。
- 前記照射用中空ファイバは結束横断面の一方の略片半分に、前記検出用中空ファイバは他方の略片半分に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空ファイババンドル。
- 前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバの前記被測定物側の先端面が伝搬する赤外光に対して透明な封止部材によって封止されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の中空ファイババンドル。
- 前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバの内部が陽圧に保持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の中空ファイババンドル。
- 前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバは、導波路を構成する管状部材の内周面に、伝送する赤外光に対して透明な誘電体薄膜が形成された中空ファイバであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の中空ファイババンドル。
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