(57)【要約】【課題】従来のものよりも簡素な構成で且つ少ない試料でも同性能以上の分光測定ができるファイバ型セル、分光測定用デバイス、及び、ファイバ型セルを用いた分光測定方法を提供する。【解決手段】ファイバ型セル１０は、コア１ａとクラッド１ｂとを備えてなる光ファイバ１に、クラッド１ｂ表面からコア１ａの途中まで径方向に、レーザー光によって掘穿された穴２が形成されてなるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドとを備えている光ファイバからなり、前記クラッド表面から前記コアまで径方向に掘穿された穴が少なくとも１つ形成されていることを特徴とするファイバ型セル。
【請求項２】
前記穴が、前記クラッド表面から前記コアを介して反対側のクラッド表面まで貫通している貫通孔であることを特徴とするファイバ型セル。
【請求項３】
前記クラッドの外表面がメッキされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバ型セル。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のファイバ型セルと、前記ファイバ型セルにおける前記穴が形成された部位の周囲に、前記穴の開口部を塞がないように且つ内部空間を前記クラッドとともに形成するように設けられている部材とを備えており、
前記部材が、前記内部空間と外部とを連通する孔を有していることを特徴とする分光測定用デバイス。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のファイバ型セルの前記穴に、被検査気体又は被検査液体を送入し、前記ファイバ型セルの一端に所定波長の光を入射させて、他端から出射した光の強度を測定する工程を有していることを特徴とする分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の成分濃度、同定などを行うための分光測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物質の成分濃度、同定などを行うための分光測定に用いるものとして、光ファイバを用いた光プローブを有する装置が公知である（例えば、下記特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−２３２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１で開示されている装置における光学プローブは、複雑な構成であるが、さらに簡素な構成で且つ少ない試料でも同性能以上の分光測定ができるものが求められていた。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、従来のものよりも簡素な構成で且つ少ない試料でも同性能以上の分光測定ができるファイバ型セル、分光測定用デバイス、及び、ファイバ型セルを用いた分光測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００５】
（１）  本発明のファイバ型セルは、コアとクラッドとを備えている光ファイバからなり、前記クラッド表面から前記コアまで径方向に掘穿された穴が少なくとも１つ形成されている。
【０００６】
上記（１）の構成によれば、従来のものよりも簡素な構成で且つ少ない試料でも同性能以上の分光測定ができるファイバ型セルを提供できる。また、従来のような光ファイバ端面の調芯、レンズなどの調芯が不要なため、セルにおける光の損失を低減できるので、高感度（微量）な測定できるファイバ型セルを提供できる。
【０００７】
（２）  本発明のファイバ型セルにおいては、前記穴が、前記クラッド表面から前記コアを介して反対側のクラッド表面まで貫通している貫通孔であることが好ましい。
【０００８】
上記（２）の構成によれば、一度測定が終了した後に連続して、濃度の違った試料若しくは種類の違う試料を一定時間貫通孔に送入し、直前の試料を次に測定したい試料に完全に置換してから測定することができるので、多数・多種の試料の連続測定も可能となる。
【０００９】
（３）  本発明のファイバ型セルにおいては、前記クラッドの外表面がメッキされていることが好ましい。
【００１０】
上記（３）の構成によれば、光ファイバを保護できると共に、その強度を強化できる。
【００１１】
（４）  本発明の分光測定用デバイスは、上記（１）〜（３）のいずれか１つのファイバ型セルと、前記穴の開口部を塞がないように且つ内部空間を前記クラッドとともに形成するように設けられている部材とを備えており、前記部材が、前記内部空間と外部とを連通する孔を有している。
【００１２】
上記（４）の構成によれば、管に設けられている孔から、所定空間に気体又は液体の試料を（好ましくは圧力をかけつつ）送入した際、光ファイバにおける穴に試料を容易に送入できる。
【００１３】
（５）  本発明の分光測定方法は、上記（１）〜（３）のいずれか１つのファイバ型セルの前記穴に、被検査気体又は被検査液体を送入し、前記ファイバ型セルの一端に所定波長の光を入射させて、他端から出射した光の強度を測定する工程を有している。
【００１４】
上記（５）の構成によれば、確実且つ容易に、被検査気体又は被検査液体の同定又は濃度を測定することができる情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に係るファイバ型セルを説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバ型セルの概略断面図である。
【００１６】
ファイバ型セル１０は、図１に示すように、コア１ａとクラッド１ｂとを備えてなる光ファイバ１に、クラッド１ｂ表面からコア１ａの途中まで径方向に、レーザー光によって掘穿された穴２が形成されてなるものである。なお、光ファイバ１は、プラスチック製、ガラス製どちらのものでもよい。
【００１７】
ここで、一変形例として、穴２は複数並んで形成されていてもよい。また、穴２がコア１ａを突き抜けて、開口部側と反対側のクラッド１ｂの途中まで掘穿されていてもよい。
【００１８】
ここで、図２を参照し、レーザー光によって光ファイバを掘穿し、本実施の形態のファイバ型セル１０を加工する際の加工光学系について説明する。ファイバ型セル１０は、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザーによって穴２が掘穿される。本実施で使用する加工用のＹＡＧレーザー条件を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
図２は、ファイバ型セル１０の加工光学系を示す概略構成図である。図２に示すように、ファイバ型セル１０の加工光学系は、上述のＹＡＧレーザーを出力するＹＡＧレーザー発振器１０１と、ミラー１０２ａ・１０２ｂと、加工するファイバ１を保持するファイバホルダ１０５と、ファイバ１を位置決めするＸＹＺステージ１０６と、筐体１０９とを有している。
【００２１】
また、筐体１０９は、ＹＡＧレーザーを反射するダイクロイックミラー１０３と、ＹＡＧレーザーを集光する対物レンズ１０４と、ファイバ１を参照するＣＣＤカメラ１０７と、ファイバ１を照明する照明装置１０８とを備えている。
【００２２】
具体的に、ＹＡＧレーザー発振器１０１から出力されたレーザー光は、ミラー１０２ａ・１０２ｂによって位置決めされ、筐体１０９内に導入される。筐体１０９内に導入されたレーザー光は、筐体１０９内に設けられたダイクロイックミラー１０３によって９０°の角度で反射され、筐体１０９に設けられた対物レンズ１０４に到達する。本実施の形態で使用する対物レンズ１０４のレンズ特性を表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
対物レンズ１０４に到達したレーザー光が、ファイバホルダ１０５によって水平方向に保持されるファイバ１に集光される。ここで、ファイバホルダ１０５は、ＸＹＺステージ１０６によって支持されている。ＸＹＺステージ１０６は、図示しない駆動機構を有している。この駆動機構が駆動されることにより、ＸＹＺステージ１０６は、Ｘ・Ｙ・Ｚの各軸について調整可能となっている。即ち、対物レンズ１０４からのレーザー光の集光点が、ファイバホルダ１０５に保持されるファイバ１の掘穿箇所に一致するように、調整可能となっている。
【００２５】
具体的に、ＸＹＺステージ１０６がＸＹ軸方向（水平方向）に駆動されることにより、ファイバ１の照射位置の走査が行われる。また、ＸＹＺステージ１０６がＺ軸方向（鉛直方向）に駆動されることにより、ファイバ１における高さ方向の集光位置が決定される。即ち、ＸＹＺステージ１０６をＺ軸方向に調整することで、高さ方向の穴加工最適位置を調整・再現することができるようになっている。尚、図示しないが、ＸＹＺステージは、現在のＸＹＺ軸についての位置座標を出力可能であると共に、位置座標を入力することで自動的に水平方向及び高さ方向の位置決めが可能である。これにより、穴加工最適位置が再現可能となっている。
【００２６】
また、筐体１０９には、ＣＣＤカメラ１０７、及び、照明装置１０８が設けられており、加工される光ファイバ１を参照可能となっている。図示しないが、照明装置１０８から照射される照射光は、ダイクロイックミラー１０３に到達する。ここで、照射光は、ダイクロイックミラー１０３を透過する波長を有している。ダイクロイックミラー１０３を透過した照射光は、ファイバホルダ１０５に保持されたファイバ１に照射される。ＣＣＤカメラ１０８は、照射光が照射されたファイバ１を撮像し、その撮像画像を図示しない表示装置に表示する。これにより、レーザー光の照射位置及び寸法等を参照することが可能となっている。
【００２７】
尚、本実施の形態におけるファイバ型セル１０の加工光学系の構成要素、及び、それらの配置等は上記に限定されるものではない。
【００２８】
次に、ファイバ型セル１０を分光測定に使用する場合について説明する。まず、被検査気体又は被検査液体を穴２に送入する。次に、被検査気体又は被検査液体の濃度を測定したい場合には、ファイバ型セル１０の一端に所定波長の光を入射させて、他端から出射した光の強度を測定する。これにより、被検査気体又は被検査液体にどれだけ光が吸収されたかを測定でき、この結果から被検査気体又は被検査液体の濃度がわかる。一方、被検査気体又は被検査液体の同定を行いたい場合には、複数種の波長の光をファイバ型セル１０の一端に所定波長の光を入射させて、他端から出射した光の強度を測定する。これにより、どの波長の光が吸収されたかを確認するだけで、文献値と照らし合わせることで、被検査気体又は被検査液体の同定を行うことができる。
【００２９】
本実施形態によれば、従来のものよりも簡素な構成で且つ少ない試料でも同性能以上の分光測定ができるファイバ型セルを提供できる。また、従来のような光ファイバ端面の調芯、レンズなどの調芯が不要なため、セルにおける光の損失を低減できるので、高感度（微量）な測定できるファイバ型セルを提供できる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るファイバ型セルを説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るファイバ型セルの概略断面図である。なお、第１実施形態の符号１、１ａ、１ｂと同様の箇所には、順に１１、１１ａ、１１ｂとして、その説明を省略することがある。
【００３１】
ファイバ型セル２０は、図３に示すように、コア１ａとクラッド１ｂとを備えてなる光ファイバ１１に、クラッド１１ｂ表面からコア１１ａを介して反対側のクラッド表面まで貫通している孔１２が形成されてなるものである。なお、孔１２は、レーザー光によって形成されたものである。
【００３２】
なお、孔１２を加工するための加工光学系は、図２で示す第１実施形態と同様であるため説明を省略する。本実施の形態のファイバ型セル２０の場合、レーザー光によりファイバ１１を貫通するように掘穿されて、孔１２が形成される。
【００３３】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用・効果を奏するだけでなく、一度測定が終了した後に連続して、濃度の違った試料若しくは種類の違う試料を一定時間貫通孔に送入し、直前の試料を次に測定したい試料に完全に置換してから測定することができるので、多数・多種の試料の連続測定も可能となる。
【００３４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る分光測定用デバイスを説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る分光測定用デバイスの概略断面図である。なお、第１実施形態の符号１、１ａ、１ｂ、２と同様の箇所には、順に２１、２１ａ、２１ｂ、２２として、その説明を省略することがある。
【００３５】
分光測定用デバイス３０は、第１実施形態のファイバ型セル１０と同構成のファイバ型セルと、このファイバ型セルの周囲であって穴２２の部分に設けられた試料送入用部材２３とを備えている。試料送入用部材２３は、空間２４と外部とを連通させる孔２３ａを有しているとともに、穴２２の開口部を塞がないように、クラッド２１ｂ外表面とともに空間２４を形成している。なお、クラッド２１ｂ外表面と試料送入用部材２３との接触部は接着剤などで接着されており、孔２３ａ以外に外部と連通しないようにシールされている。
【００３６】
次に、分光測定用デバイス３０を分光測定に使用する場合について説明する。まず、圧力をかけながら、孔２３ａを介して、被検査気体又は被検査液体を空間２４に送入し、穴２２に被検査気体又は被検査液体が送入されるまで行う。その後、第１実施形態で説明したのと同様に、分光測定を行う。
【００３７】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用・効果を奏するだけでなく、試料送入用部材２３に設けられている孔２３ａから、空間２４に気体又は液体の試料を（好ましくは圧力をかけつつ）送入することによって、光ファイバ２１における穴２２に試料を容易に送入できる。
【００３８】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る分光測定用デバイスを説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係る分光測定用デバイスの概略断面図である。なお、第２実施形態の符号１１、１１ａ、１１ｂ、１２と同様の箇所には、順に３１、３１ａ、３１ｂ、３２として、その説明を省略することがある。
【００３９】
分光測定用デバイス４０は、第２実施形態のファイバ型セル２０と同構成のファイバ型セルと、このファイバ型セルの周囲であって孔３２の一端側に設けられた試料送入用部材３３と、ファイバ型セルの周囲であって孔３２の他端側に設けられた試料貯留及び排出用部材３４とを備えている。
【００４０】
試料送入用部材３３は、孔３２の開口部の一端側を塞がないように、クラッド３１ｂ外表面とともに空間３５を形成し、空間３５と外部とを連通させる孔３３ａを有している。試料貯留及び排出用部材３４は、孔３２の開口部の他端側を塞がないように、クラッド３１ｂ外表面とともに空間３６を形成し、空間３６と外部とを連通させる孔３４ａを有している。
【００４１】
空間３５、３６は、独立して別個に形成されており、孔３２を介して連通している。なお、図示していないが、クラッド３１ｂ外表面と試料送入用部材３３・試料貯留及び排出用部材３４との接触部は接着剤などで接着されており、空間３５、３６は、孔３３ａ、３４ａ以外の部分で、外部と連通しないようにシールされている。
【００４２】
次に、分光測定用デバイス４０を分光測定に使用する場合について説明する。まず、圧力をかけながら、孔３３ａを介して、被検査気体又は被検査液体を空間３５に送入し、孔３２に被検査気体又は被検査液体が送入されるまで行う。このとき、当然、孔３４ａは塞いでおく。その後、第１実施形態で説明したのと同様に、分光測定を行う。そして、測定が終了した後、連続して、濃度の違った試料若しくは種類の違う試料を測定したい場合には、次のように操作する。すなわち、孔３４ａを開放し、一定時間、濃度の違った試料若しくは種類の違う試料を孔３２に送入し、直前の試料を次に測定したい試料に完全に置換してから、再度、孔３４ａを塞いだ上で、孔３２に試料を溜めてから分光測定する。
【００４３】
本実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用・効果を奏するだけでなく、多数・多種の試料の連続測定も可能となる。
【００４４】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図示しないが、光ファイバを保護すると共にその強度を強化するために、クラッドの外表面をメッキしてもよいし、メッキする代わりに、保護管で覆ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバ型セルの概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るファイバ型セルの加工光学系を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るファイバ型セルの概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る分光測定用デバイスの概略断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る分光測定用デバイスの概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ、１１ａ、２１ａ、３１ａ    コア
１ｂ、１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ    クラッド
１、１１、２１、３１    光ファイバ
２、３２    穴
１０、２０    ファイバ型セル
１２、２３ａ、３２、３３ａ、３４ａ    孔
２３、３３    試料送入用部材
２４、３５、３６    空間
３０、４０    分光測定用デバイス
３４    試料貯留及び排出用部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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