(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光分析に使用するためのプローブであって、光ファイバと該光ファイバの出力端部に光結合された端部片とから成っており、該端部片が、ほぼロッド状でありかつ光ファイバの直径よりも大きな直径を有しており、放射源から放射検出器にまで伝送される放射が、前記光ファイバと該光ファイバを取り囲んだ端部片の環状領域との間の端部片内を、光ファイバとは反対の側の端部片の端面からの拡散反射によって、伝搬するように前記端部片が構成および配置されており、使用時に端部片の前記端面が試料に対して位置決めされたときに、端部片内を伝搬する放射が前記試料に入射しかつ前記試料から拡散反射されるようになっており、前記放射源または検出器の一方が、端部片にまたは端部片の近くに配置されており、鏡面反射された放射が検出器に方向付けられないように、試料に対して配置された端部片の端面が所定の曲率半径を有することを特徴とする、分光分析のためのプローブ。
【請求項２】
放射が、光ファイバ端部から前記環状領域にまで伝搬するようになっている、請求項１記載のプローブ。
【請求項３】
放射が、前記環状領域から前記光ファイバ端部にまで伝搬するようになっている、請求項１記載のプローブ。
【請求項４】
放射源が、光ファイバ端部から離れた箇所に設けられている、請求項１記載のプローブ。
【請求項５】
放射の検出器が、前記環状領域または前記環状領域の近くに設けられている、請求項１記載のプローブ。
【請求項６】
前記検出器が、環状である、請求項５記載のプローブ。
【請求項７】
前記検出器が、環状領域に配置されている、請求項５記載のプローブ。
【請求項８】
前記検出器が、光ファイバの端部を取り囲むように配置された管状のスリーブの端面に配置されているので、前記検出器が、光ファイバの端面から軸線方向に間隔を置いた位置に配置されている、請求項４記載のプローブ。
【請求項９】
前記端部片の端面に曲率半径が形成されており、該端面に入射しかつ該端面から鏡面反射された放射が、検出器から離れた位置または領域へ伝搬するようになっている、請求項１記載のプローブ。
【請求項１０】
前記曲率半径の形成により、鏡面反射された放射が、検出器の領域に設けられた、マスキング領域に入射するようになっている、請求項９記載のプローブ。
【請求項１１】
分光分析に使用するためのプローブであって、光ファイバと、該光ファイバの出力端部に光結合された端部片とから成っており、該端部片が、ほぼロッド状でありかつ光ファイバの直径よりも大きな直径を有しており、放射源から放射検出器へ伝送される放射が、前記光ファイバと該光ファイバを取り囲んだ端部片の環状領域との間の端部片内を、光ファイバとは反対の側の端部片の端面からの拡散反射によって伝搬するように前記端部片が構成および配置されており、使用時に端部片の端面が試料に対して位置決めさせられたときに、端部片内を伝搬する放射が、試料に入射しかつ該試料から拡散反射させられるようになっており、端部片の端面に曲率半径が形成されており、このような構成により、端面に入射しかつ該端面から鏡面反射された放射が、検出器へ伝搬されないようになっていることを特徴とする、分光分析のためのプローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光分析で使用するためのプローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分光分析を実施するための装置は、ＦＴ−ＩＲ分光器の場合には、放射源、一般的には赤外線または近赤外線（ＮＩＲ）源を有している。この装置は、放射源からの放射を測定中の試料の位置へ方向付け、試料から反射されたまたは試料を透過して伝達された放射を集めるための、適当な光学を有している。このような装置においては、出力ポートを設けることが一般的であり、この出力ポートにプローブを連結することができ、これにより、プローブは、放射源からの放射を受け取り、この放射を分光分析を行うための遠隔位置へ方向付けるために使用することができる。このようなプローブは、一般的に１つまたは複数の光ファイバを有しており、この光ファイバ内を放射が伝搬することができる。公知のプローブの例は、国際公開第９２／０９８８１号パンフレットおよび欧州特許出願公開第０６５２４２９号明細書に記載されている。これらの公知の装置においては、分析放射源および分析放射検出器が、主分光計ハウジングに配置されており、つまり、分析放射は、１つまたは複数のファイバの全長に沿って二度伝搬しなければならない。このような装置は、拡散反射された放射を集めることに関しては効率が悪い。本発明は、プローブの改良された形式に関する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、放射を効率的に集めることができるプローブを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、光ファイバとこの光ファイバの出力端部に光結合された端部片とから成っており、この端部片が、ほぼロッド状でありかつ光ファイバの直径よりも大きな直径を有しており、放射源から放射検出器にまで伝送される放射が、前記光ファイバと該光ファイバを取り囲んだ端部片の環状領域との間の端部片内を、光ファイバとは反対の側の端部片の端面からの拡散反射によって、伝搬するように前記端部片が構成および配置されており、使用時に端部片の前記端面が試料に対して位置決めされたときに、端部片内を伝搬する放射が前記試料に入射しかつ前記試料から拡散反射されるようになっており、前記放射源または検出器の一方が、端部片にまたは端部片の近くに配置されているようにした。
【０００５】
また、前記課題を解決するために本発明の別の構成では、光ファイバと、該光ファイバの出力端部に光結合された端部片とから成っており、該端部片が、ほぼロッド状でありかつ光ファイバの直径よりも大きな直径を有しており、放射源から放射検出器へ伝送される放射が、前記光ファイバと該光ファイバを取り囲んだ端部片の環状領域との間の端部片内を、光ファイバとは反対の側の端部片の端面からの拡散反射によって伝搬するように前記端部片が構成および配置されており、使用時に端部片の端面が試料に対して位置決めさせられたときに、端部片内を伝搬する放射が、試料に入射しかつ該試料から拡散反射させられるようになっており、端部片の端面に曲率半径が形成されており、このような構成により、端面に入射しかつ該端面から鏡面反射された放射が、検出器へ伝搬されないようにした。
【０００６】
【発明の効果】
本発明の１つの側面によれば、光ファイバとこの光ファイバの出力端部に光結合された端部片とから成っており、この端部片が、ほぼロッド状でありかつ光ファイバの直径よりも大きな直径を有しており、放射源から放射検出器にまで伝送される放射が、前記光ファイバとこの光ファイバを取り囲んだ端部片の環状領域との間の端部片内を、光ファイバとは反対の側の端部片の端面からの拡散反射によって伝搬するように前記端部片が構成および配置されており、使用時に端部片の前記端面が試料に対して位置決めされたときに、端部片内を伝搬する放射が前記試料に入射しかつ前記試料から拡散反射されるようになっており、前記放射源または検出器のうちの一方が、端部片にまたは端部片の近くに配置されている。
【０００７】
放射は、光ファイバ端部から前記環状領域へ伝搬してよい。択一的に、放射は、環状領域から光ファイバ端部へ伝搬してよい。
【０００８】
放射源は、光ファイバの端部から離れて配置されていてよい。放射の検出器は、前記環状領域にまたは環状領域の近くに設けられていてよい。前記検出器は、環状であってよい。検出器は、環状領域に配置されていてよい。
【０００９】
択一的に、検出器は、光ファイバの端面から軸線方向に間隔を置いた位置に配置されるように、光ファイバの端部を取り囲んで配置された管状スリーブの端面に配置されてよい。
【００１０】
端部片の端面は、曲率半径が形成されていてもよく、この構成により、端面に入射しこの端面から鏡面反射された放射が、検出器から離れた位置または領域に伝搬する。曲率半径は、鏡面反射された放射が、検出器の領域に設けられたマスキング領域に入射するように形成されている。
【００１１】
端部片は、ガラスロッドの形式であってもよい。
【００１２】
本発明の構成は、単一の光ファイバを使用する拡散反射プローブを提供し、局部的な放射源または検出器が、測定中の試料から反射された放射の効果的な収集を提供する。製造および使用は比較的単純である。
【００１３】
本発明の別の側面によれば、光ファイバと、この光ファイバの出力端部に光結合された端部片とから成っており、この端部片が、ほぼロッド状でありかつ光ファイバの直径よりも大きな直径を有しており、放射源から放射検出器へ伝送される放射が、前記光ファイバとこの光ファイバを取り囲んだ端部片の環状領域との間の端部片内を、光ファイバとは反対の側の端部片の端面からの拡散反射によって伝搬するように前記端部片が構成および配置されており、使用時に端部片の端面が試料に対して位置決めさせられたときに、端部片内を伝搬する放射が、試料に入射しかつこの試料から拡散反射させられるようになっており、端部片の端面に曲率半径が形成されており、このような構成により、端面に入射しかつこの端面から鏡面反射された放射が、検出器へ伝搬されないようになっている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１５】
図１に示したように、拡散反射プローブは、光ファイバ１０を有しており、この光ファイバ１０の端部は、フェルール１１内に配置されている。このフェルール１１は、曲率半径が形成されていると有利であるが、平らな端面を有することもできる。ガラス製のロッド１２として形成された端部片は、接着またはばね負荷によって光ファイバの端部に固定されている。フリンジを抑制するために、光ファイバ１０の端面と、ガラス製のロッド１２の端面との間に良好な光結合が形成されることが重要である。ロッド１２は、ほぼ円筒状であり、このロッドの光ファイバとは反対側の端部は、１４で示したように曲率半径が形成されている。反対側の端部では、ロッド１２にはほぼ環状の検出器１５が形成されている。検出器は、測定に用いられる放射を感知することができる、あらゆる適した材料から形成することができ、ロッド１２の端面に配置することができる。赤外線分光器の場合には、放射は、赤外線の波長領域を占めている。ロッド１２の円筒状外面は、たとえば金属化層によって汚染から保護されていることが望ましい。
【００１６】
ロッド１２は、光を伝送するようになっており、このロッド１２の長さは、光ファイバ１０の端面から放射されるビームが僅かに拡開しこれにより符号１８で概略的に示した試料を所望のスポットサイズで照明するように、選択されている。試料から拡散散乱された放射は、ロッドによって集められ、ロッドの端面に配置された検出器１５へ、内面反射によって伝送される。ロッド１２の端面に設けられた、曲率半径が形成された部分１４は、検出器に向かって反射される、鏡面反射される放射量を最少限にするために設けられている。この鏡面反射を減じることにより、測定を実施することのできる吸収範囲が増大される。曲率半径は、鏡面反射された放射が、光ファイバに隣接したマスキング領域２０に方向付けられるように、選択されており、かつ角度付けることができる。このマスキング領域は、図２に符号２０で示されている。この構成の変化実施例の場合には、光ファイバ１０をロッド１２に対して僅かに軸線をずらして配置し、鏡面反射された放射を、環状の端面に適切に配置されたマスキングポイントへ戻るように方向付ける。
【００１７】
このように、使用時にはプローブは、測定する試料の近くへ移動させられ、放射が、分光計（図示せず）から光ファイバ１０に沿ってロッド１２を通って試料１８へ伝搬することができる。試料から拡散反射されて戻った放射は、検出器１５によって検出される。検出器１５は、適切なデータを提供するために、分光計に設けられた適切な分析回路構成要素に接続されている。図示した構成により、光ファイバとロッド１２との間の容易な相互結合が可能であり、試料からの放射の効果的な収集が提供される。試料を照射するためにこのようなタイプのプローブが使用される場合、放射が広い角度範囲に亘って拡散散乱され、これにより放射の効果的な収集が困難になる。ロッド１２においてまたはロッド１２の近くにおいて検出器１５を使用することにより、拡散散乱した放射の効果的な収集が提供される。
【００１８】
図１に示した構成の変化実施例が、図３に示されている。この変化実施例の場合には、検出器は、光ファイバの端部を取り囲むように配置された管状のスリーブ２２の端部に配置されている。スリーブ２２は、光を伝送するようになっており、ロッド１２と同じ材料から形成することができる。この構成の場合には、検出器は、ロッド１２の先端部からさらに離れる方向に効果的に移動させられている。
【００１９】
実施可能な別の変化実施例は、ビームスプリッタまたはフォールドミラーの提供であり、このビームスプリッタまたはフォールドミラーは、ロッドからの光を、焦点光学を介して別個の検出器へ変向する。ビームスプリッタを使用する場合には、ビームスプリッタは、ビームを別の検出器内へスペクトル分解するためにコーティングを有することができ、これにより、用いられたスペクトルレンジに亘って性能を最適化する。
【００２０】
別の変化実施例の場合、プローブの機械的および化学的耐久度を向上させるために、ロッドの、曲率半径が形成された端部１４に取り付けられた湾曲した窓またはサファイア、ダイアモンドまたは同様の固い材料による適切なコーティングを提供する。
【００２１】
様々な長さのロッドを備えたプローブを提供することも可能であり、これにより特定の試料タイプのためのそれぞれ異なるスポットサイズを達成しかつ最適化することができる。
【００２２】
提供することができる別の利点は、検出器の温度安定である。このことを達成するために、検出器の裏側にペルティエ冷却装置を接着することができ、これにより温度を安定させ、必要であれば検出器を冷却する。
【００２３】
前記実施例の場合には、放射源は、プローブの端部片から離れて配置されており、通常は分光計に配置されている。この放射源からの光は、光ファイバに沿って伝搬させられ、試料から、端部片の近くに配置された検出器へ反射される。また、光源が端部片の近くに配置されていて、光源からの放射が、試料から反射され、光ファイバによって集められ、分光計に配置された検出器へ戻されるような択一的な構成を提供することも可能である。このことを達成することができる構成が図４に示されている。このような構成の場合には、端部片１２は、図３に示した構成におけるスリーブに類似の、軸線方向に延びたスリーブを有している。周方向に間隔を置いて配置された一連の光ファイバ２５は、スリーブの環状端面に光結合されており、放射源２８からの放射をスリーブ内に結合することができ、これにより、放射は端面を通過してスリーブに沿って伝搬するので、測定する試料に入射する。試料から拡散反射された放射は、内面反射によって端部片に沿って戻され、光ファイバ１０によって集められる。次いで光ファイバ１０が、この放射を、離れて配置された検出器へ案内する。拡散散乱させられた十分な放射が光ファイバ１０によって集められるためには、伝送される放射の適切な角度分布を有するものを光源として選択する必要があり、これにより、この構成は、たとえば図１の構成とは逆に働く。適切な光源の１つは、映写用電球である。
【００２４】
光が、光ファイバ１０の端部に設けられた光源からまず光ファイバ１０に沿って伝搬し、次いで光ファイバ２５に光結合された検出器によって検出される場合には、光ファイバ２５の束を有する、図４の構成に類似した構成を用いることができる。
【００２５】
さらに別の変更例が図５に示されている。この場合、ロッド１２の上方にフォールドミラー３０が配置されている。このフォールドミラーは、中央開口を有しており、この中央開口を光ファイバ１０が貫通している。検出器（図示せず）は、フォールドミラー３０から反射された放射を受け取ることができる位置に移動させられている。
【００２６】
実施例は、単一の光ファイバ１０を使用するものとして示されている。複数光ファイバ構成を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射プローブを概略的に示した図である。
【図２】図１の構成の変更した特徴を概略的に示す図である。
【図３】変化実施例を示す図である。
【図４】本発明によるプローブの別の変化実施例を示す図である。
【図５】本発明によるプローブのさらに別の変化実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０  光ファイバ、  １１  フェルール、  １２  ロッド、  １４  曲率半径が形成された部分、  １５  検出器、  １８  試料、  ２０  マスキング領域、２２  スリーブ、  ２５  光ファイバ、  ２８  放射源、  ３０  フォールドミラー
【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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