JP2007121025A5

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Publication number: JP2007121025A5
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Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2025-10-26

Description

分析装置

本発明は、レーザ光の照射によって発生するプラズマから得られる蛍光に基づいて元素を分析する分析装置に関する。

従来、レーザ光を分析対象物に照射し、レーザ光の照射によって発生した蛍光を定量することにより、分析対象物の元素を分析でき、しかも、元素分析に前処理が不要で、分析時間も１００ｍｓｅｃ程度と短時間のためにリアルタイムで分析できる分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この分析装置では、レーザ光をレーザ光集光光学系で集光して分析対象物の表面に照射することにより、分析対象物の表面の元素をプラズマ化させる。このプラズマはレーザ光の照射終了とともに再結合を始め、数μ秒ないし数十μ秒の間は分析対象物の構成元素が励起状態の原子となり、この励起状態の原子が下準位に遷移するときに、原子特有の波長で原子数に比例した量の蛍光を放出する。そして、分析対象物から放出された蛍光の一部をレーザ光集光光学系の横方向から蛍光集光光学系によって集光し、その蛍光を蛍光測定器によりスペクトル分光分析し、蛍光を放出した物質に含まれる元素を分析する。

また、レーザ光の伝送と蛍光の伝送とにそれぞれ光ファイバを用いることにより、分析の自由度が向上し、例えば蛍光Ｘ線分析装置などに対して優位な特徴を持つ分析装置が得られる。光ファイバでレーザ光を伝送する場合、光ファイバは伝送するレーザ光エネルギが過大であると損傷するおそれがあるために伝送可能なレーザ光エネルギが制限されることと、レーザ光の照射によりプラズマが発生するためには試験結果から約２５ｍＪ／ｍｍ^２以上のエネルギ密度が必要であることとにより、レーザ光の照射面積（分析範囲）が制限されるが、分析の自由度が得られる利点がある。
特開２０００−３１０５９６号公報（第６頁、図４−５）

上述のように、分析装置では、レーザ光の伝送と蛍光の伝送とにそれぞれ光ファイバを用いることにより、分析の自由度が得られるが、従来のように、レーザ光集光光学系の横方向から蛍光集光光学系で蛍光を集光し、光ファイバで伝送する場合は、分析対象物の表面が平面で蛍光の集光が妨げられないことが必要であり、分析対象物の表面に凹凸や曲率がある場合にはレーザ光集光光学系の横方向から蛍光を集光する蛍光集光光学系では蛍光を十分に集光することができず分析が困難になることがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、分析対象物の形状の影響による感度低下が少なく、分析精度を向上でき、また、レーザ光と蛍光との集光光学系を一体化して小形化でき、蛍光の集光調整も容易にできる分析装置を提供することを目的とする。

本発明は、レーザ光を伝送するレーザ光伝送用光ファイバと、前記レーザ光伝送用光ファイバで伝送するレーザ光を透過するとともにこのレーザ光の分析対象物への照射にて放出される蛍光を反射する分波手段、およびこの分波手段を透過したレーザ光を集光して前記分析対象物に照射させるとともにこの分析対象物からの前記蛍光を集光して前記分波手段に導光させる集光照射手段を有する光学系ユニットと、前記分波手段で反射した蛍光を伝送する蛍光伝送用光ファイバと、前記蛍光伝送用光ファイバで伝送する蛍光に基づいて前記分析対象物に含まれている元素を定量する分析手段とを具備しているものである。

また、本発明は、レーザ光を伝送するレーザ光伝送用光ファイバと、前記レーザ光伝送用光ファイバで伝送するレーザ光を透過するとともにこのレーザ光の分析対象物への照射にて放出される蛍光を反射する分波手段、この分波手段を透過したレーザ光を集光して前記分析対象物に照射させるとともに前記分析対象物からの前記蛍光を集光して前記分波手段に導光させる集光照射手段、および前記分波手段で反射した蛍光をその反射方向に対して異なる方向に向けて反射させる反射手段を有する光学系ユニットと、前記反射手段で反射した蛍光を伝送する蛍光伝送用光ファイバと、前記蛍光伝送用光ファイバで伝送する蛍光に基づいて前記分析対象物に含まれている元素を定量する分析手段とを具備しているものである。

また、本発明は、レーザ光を出射するレーザ光出射面を有し、レーザ光を伝送してレーザ光出射面から出射するレーザ光伝送用光ファイバと、蛍光を入射する蛍光入射面を有し、この蛍光入射面から蛍光を入射して伝送する蛍光伝送用光ファイバと、前記レーザ光伝送用光ファイバのレーザ光出射面から出射する前記レーザ光を集光して前記分析対象物に照射させるとともにこのレーザ光の照射にて前記分析対象物から放出される蛍光を集光して前記蛍光伝送用光ファイバの蛍光入射面に導光させる集光照射手段を有する光学系ユニットと、前記蛍光伝送用光ファイバで伝送する蛍光に基づいて前記分析対象物に含まれている元素を定量する分析手段とを具備しているものである。

本発明によれば、光学系ユニットによりレーザ光伝送用光ファイバで伝送するレーザ光を集光して分析対象物に照射するとともにレーザ光の照射によって放出された蛍光を集光して蛍光伝送用光ファイバにて分析手段に伝送し、この分岐手段にて蛍光から分析対象物に含まれている元素を定量できるので、分析対象物の形状の影響による感度低下が少なく、分析精度を向上できる。しかも、光学系ユニットはレーザ光と蛍光との集光で集光照射手段を共用して小形化でき、レーザ光の集光調整をすれば蛍光の集光調整も自動的にできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１ないし図３に第１の実施の形態を示す。

図２に示すように、分析装置11は、分析対象物12に対して光学系ユニット13からレーザ光としてのパルスレーザ光Ｌを照射し、この分析対象物12の表面がプラズマ化して発生する蛍光Ｆを同一の光学系ユニット13で集光し、この蛍光Ｆの波長および強度から分析対象物12に含有する元素を定量する。

分析装置11には、例えばＹＡＧ（Yttrium・Aluminium・Garnet:イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ光であるパルスレーザ光Ｌを発振させるレーザ発振器としてのＹＡＧレーザ発振器14を備えている。このＹＡＧレーザ発振器14は、図示しない制御手段としての主制御装置により所定のタイミングで発生する駆動パルスに基づいて、所定パルス幅のパルスレーザ光Ｌを出力する。

ＹＡＧレーザ発振器14には発振されたパルスレーザ光Ｌを集光させる光学系である光ファイバ入射系15が配置され、この光ファイバ入射系15にて集光されたパルスレーザ光Ｌがレーザ光伝送用光ファイバ16の一端に入射される。

光学系ユニット13には、パルスレーザ光Ｌを光学系ユニット13に伝送するレーザ光伝送用光ファイバ16の他端が接続されているとともに、光学系ユニット13で集光した蛍光Ｆを入射して伝送する蛍光伝送用光ファイバ17の一端が接続されている。

蛍光伝送用光ファイバ17の他端は、この蛍光伝送用光ファイバ17で伝送される蛍光Ｆに基づいて分析対象物12に含まれている元素を定量する分析手段18が接続されている。この分析手段18は、蛍光伝送用光ファイバ17で伝送される蛍光Ｆを分光して全ての波長と強度を測定する蛍光測定器19、およびこの蛍光測定器19で測定された測定値から分析対象物12に含まれている元素とその量を割り出す計算機20が接続されている。この計算機20には分析結果などを表示する表示装置21が接続されている。蛍光測定器19と計算機20とは、図示しないタイミング調整機構により各動作タイミングが制御される。

また、図１に示すように、光学系ユニット13は、パルスレーザ光Ｌの光軸を軸線とする円筒状の本体筒部25を有し、この本体筒部25の側部にはパルスレーザ光Ｌの光軸に対して交差する方向であって具体的には直交する方向を軸線とする蛍光導光筒部26が連通状態に取り付けられている。

本体筒部25の一端である基端にはレーザ光伝送用光ファイバ16の他端が接続され、このレーザ光伝送用光ファイバ16の他端であるレーザ光出射面16aからパルスレーザ光Ｌが本体筒部25の内部に出射される。このパルスレーザ光Ｌの光軸と本体筒部25の軸線とは同一とされている。

本体筒部25の内部には、パルスレーザ光Ｌの光路上で蛍光導光筒部26に臨む位置に、パルスレーザ光Ｌを本体筒部25の他端である先端へ向けて透過するとともに本体筒部25の先端側から集光されてくる蛍光Ｆを蛍光導光筒部26に向けて反射する分波手段としての分波反射ミラー27が配置されている。この分波反射ミラー27は、平板状に形成され、パルスレーザ光Ｌの光軸に対して例えば４５゜の角度で傾斜して設置されている。分波反射ミラー27におけるレーザ光伝送用光ファイバ16のレーザ光出射面16aに臨む面とは反対面であって本体筒部25の先端側に臨む面は、可視光および紫外光を含む蛍光Ｆを反射する蛍光反射面28として構成されている。図３には、パルスレーザ光Ｌと蛍光Ｆとを分波する分波反射ミラー27の波長と透過率および反射率との関係を示す。

本体筒部25には、レーザ光伝送用光ファイバ16で伝送されるパルスレーザ光Ｌを集光して分析対象物12に照射させるとともに、分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆを集光して蛍光伝送用光ファイバ17に導光させるための集光照射手段29が配置されている。この集光照射手段29は、本体筒部25の先端で、分波反射ミラー27を透過したパルスレーザ光Ｌの光軸上に配置され、パルスレーザ光Ｌを集光させてから分析対象物12へと照射させる集光手段としての集光照射光学系である集光レンズ群30を備えている。この集光レンズ群30は、レーザ光入射面が平坦でレーザ光出射面が凸弧面状に突出した凸レンズである第１のレンズ31、レーザ光入射面が凸弧面状に突出しレーザ光出射面が凹弧面状に凹んだ凹レンズである第２のレンズ32、レーザ光入射面およびレーザ光出射面のそれぞれが凸弧面状に突出した凸レンズである第３のレンズ33、およびレーザ光入射面が凸弧面状に突出しレーザ光出射面が平坦な凸レンズである第４のレンズ34を有している。

集光レンズ群30には、分析対象物12へのパルスレーザ光Ｌの照射にて放出される蛍光Ｆが入射され、この蛍光Ｆを集光してから分波反射ミラー27の蛍光反射面28に導光して蛍光導光筒部26へと反射させる。したがって、この集光レンズ群30は、パルスレーザ光Ｌが照射された分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆを集光する蛍光集光手段としての蛍光集光光学系でもある。

蛍光導光筒部26の先端には、蛍光伝送用光ファイバ17の一端が接続保持され、この蛍光伝送用光ファイバ17の一端の蛍光入射面17aが蛍光導光筒部26の軸線である蛍光Ｆの光軸の位置に対応して配置されている。蛍光導光筒部26内には、分波反射ミラー27の蛍光反射面28で反射して蛍光導光筒部26内へと導光された蛍光Ｆを集光して蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aに導光させる導光手段としての蛍光集光レンズ35が配置されている。

次に、第１の実施の形態の分析装置11による分析対象物12の元素を分析する検査方法について説明する。

分析対象物12を所定の位置にセットした後、ＹＡＧレーザ発振器14によりパルスレーザ光Ｌを出力する。出力したパルスレーザ光Ｌは、光ファイバ入射系15にて集光されてからレーザ光伝送用光ファイバ16により光学系ユニット13へと伝送される。

光学系ユニット13へと伝送されたパルスレーザ光Ｌは、分波反射ミラー27を透過し、集光レンズ群30で集光されて分析対象物12の表面に照射される。

パルスレーザ光Ｌの照射により分析対象物12の表面は高温度に瞬時に加熱されてプラズマ化され、分析対象物12の表面からプラズマが発生する。

その後、ＹＡＧレーザ発振器14からのパルスレーザ光Ｌの照射を停止させる。

パルスレーザ光Ｌの照射停止とともに、分析対象物12の表面で発生したプラズマが再結合を始め、数μ秒ないし数十μ秒の間は分析対象物12中の元素は励起状態のまま原子となる。そして、この励起状態の原子が下準位に遷移するとき、原子は原子数に比例した蛍光Ｆを放出する。

放出された蛍光Ｆは、集光レンズ群30に入射し、この集光レンズ群30で集光してから分波反射ミラー27の蛍光反射面28で反射させて蛍光導光筒部26内へと導光する。蛍光導光筒部26内へと導光された蛍光Ｆは、蛍光集光レンズ35で集光して蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aに導光させる。

蛍光伝送用光ファイバ17により導光された蛍光Ｆを蛍光測定器19内に伝送し、蛍光測定器19で蛍光Ｆを分光して全ての波長と強度を測定し、この蛍光測定器19で測定された測定値から計算機20により分析対象物12に含まれている元素とその量を割り出し、分析結果などを表示装置21で表示する。

このように、集光照射手段29の集光レンズ群30により、レーザ光伝送用光ファイバ16で伝送するパルスレーザ光Ｌを集光して分析対象物12に照射するとともに、パルスレーザ光Ｌの照射によって分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆを集光して蛍光伝送用光ファイバ17に伝送することができるので、分析対象物12の形状の影響による感度低下が少なく、分析精度を向上できる。

また、光学系ユニット13にパルスレーザ光Ｌと蛍光Ｆとの集光で集光レンズ群30を共用することにより一体化できて小形化でき、しかも、パルスレーザ光Ｌの集光点位置を調整することにより、蛍光Ｆの集光調整も自動的にでき、分析時の調整を容易にできる。

次に、図４および図５に第２の実施の形態を示す。

集光照射手段29は、パルスレーザ光Ｌを円環状に整形する整形手段41としての円錐レンズ42と、この円錐レンズ42にて円環状に整形されたパルスレーザ光Ｌを集光させる集光手段としての集光レンズ群30を備えている。

円錐レンズ42は光学系ユニット13の本体筒部25の基端側に配置され、集光レンズ群30は光学系ユニット13の本体筒部25の先端側に配置され、分波反射ミラー27は光学系ユニット13の本体筒部25の先端寄りで円錐レンズ42と集光レンズ群30との間に配置されている。

集光レンズ群30は、レーザ光入射面およびレーザ光出射面が凸弧面状に突出した凸レンズである第１のレンズ31、レーザ光入射面が凹弧面状に凹みレーザ光出射面が凸弧面状に突出した凹レンズである第２のレンズ32、レーザ光入射面が凸弧面状に突出しレーザ光出射面が平坦な凸レンズである第３のレンズ33、およびレーザ光入射面が凸弧面状に突出しレーザ光出射面が凹弧面状に凹んだ凹レンズである第４のレンズ34を有している。

そして、レーザ光伝送用光ファイバで伝送されたパルスレーザ光Ｌは、円錐レンズ42で均一な円環状に整形されてから分波反射ミラー27を透過し、集光レンズ群30で円環状のまま集光されて分析対象物12の表面に照射される。図５には、分析対象物12の表面に照射された例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下の外径寸法の円環状のパルスレーザ光Ｌを示す。

例えば、分析対象物12をコイン形のリチウムコイン電池とし、このリチウムコイン電池からのリチウム電解液の漏洩をパルスレーザ光Ｌの照射にて検査する場合、この検査の効率性の向上には、１回のパルスレーザ光Ｌの照射でリチウム電解液の漏洩の有無を検査する必要がある。また、大きなエネルギのパルスレーザ光Ｌをレーザ光伝送用光ファイバ16に伝送させると、このレーザ光伝送用光ファイバ16が破損してしまうおそれがため、大きなレーザエネルギのパルスレーザ光Ｌをレーザ光伝送用光ファイバ16には伝送できず、したがって、パルスレーザ光Ｌの照射面積は、さらに、伝送するパルスレーザ光Ｌのレーザエネルギがレーザ光伝送用光ファイバ16にて制限される。試験の結果から、パルスレーザ光Ｌの照射によりプラズマが発生するためには約２５ｍＪ／ｍｍ^２以上のエネルギ密度が必要であることが判った。このため、リチウムコイン電池に１回の円形状のパルスレーザ光Ｌの照射で検査することは困難である。そこで、パルスレーザ光Ｌを円環状に集光すれば、パルスレーザ光Ｌの照射によりプラズマが発生する約２５ｍＪ／ｍｍ^２以上のエネルギ密度を満たしたうえで、１回の円環状のパルスレーザ光Ｌの照射で検査できることが判った。

ところが、円環状に集光したパルスレーザ光Ｌをリチウムコイン電池に照射させた場合には、このリチウムコイン電池から円環状のプラズマが生成され、この円環状のプラズマから円環状の蛍光Ｆが発生する。したがって、この円環状の蛍光Ｆを均一の感度で測定する必要があるが、この円環状の蛍光Ｆを均一に測定するのは容易でない。すなわち、レーザ照射光学系と蛍光集光光学系とが別個に設置された従来の一般的な分析装置では、特に直径１ｍｍ以上の範囲にパルスレーザ光Ｌを照射して測定した場合には、感度が大きく変化してしまい正確な測定ができない。

そこで、レーザ光伝送用光ファイバで伝送されたパルスレーザ光Ｌを、円錐レンズ42で均一な円環状に整形してから分波反射ミラー27を透過させ、集光レンズ群30で円環状のまま集光して分析対象物12の表面に照射する。さらに、リチウムコイン電池へのパルスレーザ光Ｌの照射により、このリチウムコイン電池から放出される蛍光Ｆを、集光レンズ群30で集光してから、分波反射ミラー27の蛍光反射面28にて反射させて、蛍光集光レンズ35を介して蛍光伝送用光ファイバ17へと導光させる。

この結果、円環状としたパルスレーザ光Ｌのリチウムコイン電池への照射範囲を広範囲にしても、このリチウムコイン電池上の広範囲から放出される蛍光Ｆを、集光レンズ群30にて集光してから分波反射ミラー27にて反射させた後に蛍光伝送用光ファイバ17へと導光させることにより、レーザ光照射範囲の全ての範囲に含まれている元素を効率良く定量できる。同時に、リチウムコイン電池の広範囲から放出された蛍光Ｆを、ほぼ等しい感度で測定できる。すなわち、円環状のパルスレーザ光Ｌの照射にて放出される円環状の蛍光Ｆを均一な感度で測定できるから、このリチウムコイン電池のレーザ照射範囲すべての位置のリチウム電解液の漏洩を測定できる。よって、このリチウムコイン電池を広範囲に亘って精度良く分析できる。

次に、図６に第３の実施の形態を示す。

集光照射手段29は、パルスレーザ光Ｌを線状であるライン状に整形する整形手段41としてのトロイダルレンズ群45と、このトロイダルレンズ群45にてライン状に整形されたパルスレーザ光Ｌを集光させる集光手段としての集光レンズ群30を備えている。

トロイダルレンズ群45は光学系ユニット13の本体筒部25の基端側に配置され、集光レンズ群30は光学系ユニット13の本体筒部25の先端側に配置され、分波反射ミラー27は光学系ユニット13の本体筒部25の先端寄りでトロイダルレンズ群45と集光レンズ群30との間に配置されている。

トロイダルレンズ群45は、第１のトロイダルレンズ46および第２のトロイダルレンズ47を有し、例えば長手方向の長さが例えば長さ１ｍｍ以上５ｍｍ以下のライン状であって具体的には細長扁平楕円形状のパルスレーザ光Ｌに整形する。

集光レンズ群30は、レーザ光入射面が略平坦な円弧面状に突出しレーザ光出射面が凹弧面状に凹んだ凹レンズである第１のレンズ31、レーザ光入射面が略平坦な円弧面状に突出しレーザ光出射面が凸弧面状に突出した凸レンズである第２のレンズ32、レーザ光入射面が凸弧面状に突出しレーザ光出射面が略平坦な円弧面状に突出した凸レンズである第３のレンズ33、およびレーザ光入射面が凸弧面状に突出しレーザ光出射面が平坦な第３のトロイダルレンズである第４のレンズ34を有している。

そして、レーザ光伝送用光ファイバ16で伝送されたパルスレーザ光Ｌは、トロイダルレンズ群45で線状に整形されてから分波反射ミラー27を透過し、集光レンズ群30で線状のまま集光されて分析対象物12の表面に照射される。

このように、線状のパルスレーザ光Ｌを分析対象物12へと照射させることにより、分析対象物12から線状に放出される蛍光Ｆを均一な感度で測定できるので、上記第２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

次に、図７および図８に第４の実施の形態を示す。

光学系ユニット13の集光レンズ群30にて、パルスレーザ光Ｌを直径(φ)１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の円形状のパルスレーザ光Ｌに集光してから分析対象物12に照射する。

光学系ユニット13の分波反射ミラー27より先端の本体筒部25内には、分波反射ミラー27を透過したパルスレーザ光Ｌを平行状の平行ビームに偏光して整形させる整形手段41としてのレンズ群50が配置されている。このレンズ群50は、上側面が平坦で下側面が凸弧面状に突出した凸レンズである第１のレンズ51、上側面が凸弧面状に突出し下側面が凹弧面状に凹んだ凹レンズである第２のレンズ52を有している。

レンズ群50を通過した円形平行状のパルスレーザ光Ｌの光路上には、この円形平行状のパルスレーザ光Ｌを、例えば直径(φ)１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の照射口径である円形状に集光させ、この集光させたパルスレーザ光Ｌを分析対象物12へと照射させる集光レンズ群30が配置されている。この集光レンズ群30は、上側面および下側面のそれぞれが凸弧面状に突出した凸レンズである第３のレンズ53、上側面が凸弧面状に突出し下側面が平坦な凸レンズである第４のレンズ54を有している。

そして、レーザ光伝送用光ファイバ16で伝送されたパルスレーザ光Ｌは、第１のレンズ群50で円形状に整形されてから分波反射ミラー27を透過し、集光レンズ群30で円形状のまま集光されて分析対象物12の表面に照射される。図８には、分析対象物12の表面に照射された例えば直径(φ)１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の円形状のパルスレーザ光Ｌを示す。

このように、円形状である点状に集光させたパルスレーザ光Ｌを分析対象物12へと照射させることにより、分析対象物12から円形状に放出される蛍光Ｆを均一な感度で測定できるので、上記第２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

次に、図９に第５の実施の形態を示す。

光学系ユニット13には、本体筒部25の側部に、蛍光導光筒部26がその軸線を本体筒部25の軸線と平行な方向として並設されている。この蛍光導光筒部26の一端である基端は本体筒部25の基端と略同位置に配置され、他端である先端は本体筒部25の中間部に連通開口されている。

蛍光導光筒部26の基端には、蛍光伝送用光ファイバ17の一端が接続保持され、この蛍光伝送用光ファイバ17の一端の蛍光入射面17aが蛍光導光筒部26の軸線上の位置に対応して配置されている。

蛍光導光筒部26内の先端には、分波反射ミラー27の蛍光反射面28で反射して蛍光導光筒部26内へ向けて導光される蛍光Ｆを蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aへ向けて蛍光導光筒部26の軸線に沿うように反射させる反射手段としての反射ミラー57が配置されているとともに、この反射ミラー57で反射した蛍光Ｆを集光して蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aに導光させる蛍光集光レンズ35が配置されている。

なお、蛍光導光筒部26や反射ミラー57などの構成以外の構成は第１の実施の形態と同様である。

そして、レーザ光伝送用光ファイバ16で伝送されたパルスレーザ光Ｌは、分波反射ミラー27を透過し、集光レンズ群30で集光されて分析対象物12の表面に照射される。

分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆは、集光レンズ群30に入射し、この集光レンズ群30で集光してから分波反射ミラー27の蛍光反射面28で反射させて側方の蛍光導光筒部26内へと導光する。蛍光導光筒部26内へと導光された蛍光Ｆは、反射ミラー57で反射し、蛍光集光レンズ35で集光して蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aに導光させる。

このように、分波反射ミラー27の蛍光反射面28で反射して側方の蛍光導光筒部26内へと導光された蛍光Ｆを反射ミラー57で反射させることにより、光学系ユニット13の本体筒部25と蛍光導光筒部26とを平行に配置できるとともに、光学系ユニット13に対する各光ファイバ16，17の接続方向を同一方向にでき、光学系ユニット13を小形化できる。

次に、図１０に第６の実施の形態を示す。

光学系ユニット13は本体筒部25を有し、この本体筒部25の基端にレーザ光伝送用光ファイバ16と蛍光伝送用光ファイバ17とが配置され、本体筒部25の先端に集光レンズ群30が配置されている。

レーザ光伝送用光ファイバ16は、本体筒部25の軸線の位置に対応して配置されている。蛍光伝送用光ファイバ17はレーザ光伝送用光ファイバ16の側部に配置されているとともに、蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aがレーザ光伝送用光ファイバ16のレーザ光出射面16aよりも集光レンズ群30側に突出するように配置されている。

集光レンズ群30は第１の実施の形態と同様に構成されている。

そして、レーザ光伝送用光ファイバ16で伝送されてレーザ光出射面16aから出射するパルスレーザ光Ｌは、集光レンズ群30で集光されて分析対象物12の表面に照射される。

分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆは、集光レンズ群30に入射し、この集光レンズ群30で集光して蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aへと導光する。

このように、分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆを、集光レンズ群30で集光して蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aへと導光することができ、蛍光Ｆの集光率は多少低下するものの十分な性能が得られ、光学系ユニット13を小形化できる。

蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aをレーザ光伝送用光ファイバ16のレーザ光出射面16aよりも集光レンズ群30側に突出するように配置することにより、パルスレーザ光Ｌが蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aに入射するのを防止できるとともに、蛍光Ｆの集光率を向上できる。

次に、図１１および図１２に第７の実施の形態を示す。

光学系ユニット13は本体筒部25を有し、この本体筒部25の基端にレーザ光伝送用光ファイバ16と複数の蛍光伝送用光ファイバ17とが配置され、本体筒部25の先端に集光レンズ群30が配置されている。

レーザ光伝送用光ファイバ16は、本体筒部25の軸線の位置に対応して配置されている。各蛍光伝送用光ファイバ17はレーザ光伝送用光ファイバ16より小径に形成されていてレーザ光伝送用光ファイバ16の周囲に沿って配置されているとともに、各蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aがレーザ光伝送用光ファイバ16のレーザ光出射面16aよりも集光レンズ群30側に突出するように配置されている。

また、蛍光測定器19は、複数の蛍光伝送用光ファイバ17で伝送される蛍光Ｆの波長と強度を測定する。

分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆは、集光レンズ群30に入射し、この集光レンズ群30で集光して複数の蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aへと導光する。

このように、分析対象物12の表面に含まれている原子から放出される蛍光Ｆを、集光レンズ群30で集光して複数の蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aへと導光することができ、蛍光Ｆの集光率は多少低下するものの十分な性能が得られ、光学系ユニット13を小形化できる。

各蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aをレーザ光伝送用光ファイバ16のレーザ光出射面16aよりも集光レンズ群30側に突出するように配置することにより、パルスレーザ光Ｌが各蛍光伝送用光ファイバ17の蛍光入射面17aに入射するのを防止できるとともに、蛍光Ｆの集光率を向上できる。

本発明の第１の実施の形態を示す分析装置の光学系ユニットの断面図である。同上分析装置の構成図である。同上分析装置の分波ミラーの波長と透過率および反射率との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態を示す分析装置の光学系ユニットの断面図である。同上分析装置の照射するレーザ光の説明図である。本発明の第３の実施の形態を示す分析装置の光学系ユニットの断面図である。本発明の第４の実施の形態を示す分析装置の光学系ユニットの断面図である。同上分析装置の照射するレーザ光の説明図である。本発明の第５の実施の形態を示す分析装置の光学系ユニットの断面図である。本発明の第６の実施の形態を示す分析装置の光学系ユニットの断面図である。本発明の第７の実施の形態を示す分析装置の光学系ユニットの断面図である。同上分析装置のレーザ光伝送用光ファイバと蛍光伝送用光ファイバとの配置関係を示す端面図である。

符号の説明

11 分析装置
12 分析対象物
13 光学系ユニット
16 レーザ光伝送用光ファイバ
16a レーザ光出射面
17 蛍光伝送用光ファイバ
17a 蛍光入射面
18 分析手段
27 分波手段としての分波反射ミラー
29 集光照射手段
30 集光手段としての集光レンズ群
41 整形手段
57 反射手段としての反射ミラー
Ｆ蛍光
Ｌレーザ光としてのパルスレーザ光

Claims

レーザ光を伝送するレーザ光伝送用光ファイバと、
前記レーザ光伝送用光ファイバで伝送するレーザ光を透過するとともにこのレーザ光の分析対象物への照射にて放出される蛍光を反射する分波手段、およびこの分波手段を透過したレーザ光を集光して前記分析対象物に照射させるとともにこの分析対象物からの前記蛍光を集光して前記分波手段に導光させる集光照射手段を有する光学系ユニットと、
前記分波手段で反射した蛍光を伝送する蛍光伝送用光ファイバと、
前記蛍光伝送用光ファイバで伝送する蛍光に基づいて前記分析対象物に含まれている元素を定量する分析手段と
を具備していることを特徴とする分析装置。
レーザ光を伝送するレーザ光伝送用光ファイバと、
前記レーザ光伝送用光ファイバで伝送するレーザ光を透過するとともにこのレーザ光の分析対象物への照射にて放出される蛍光を反射する分波手段、この分波手段を透過したレーザ光を集光して前記分析対象物に照射させるとともに前記分析対象物からの前記蛍光を集光して前記分波手段に導光させる集光照射手段、および前記分波手段で反射した蛍光をその反射方向に対して異なる方向に向けて反射させる反射手段を有する光学系ユニットと、
前記反射手段で反射した蛍光を伝送する蛍光伝送用光ファイバと、
前記蛍光伝送用光ファイバで伝送する蛍光に基づいて前記分析対象物に含まれている元素を定量する分析手段と
を具備していることを特徴とする分析装置。
レーザ光を出射するレーザ光出射面を有し、レーザ光を伝送してレーザ光出射面から出射するレーザ光伝送用光ファイバと、
蛍光を入射する蛍光入射面を有し、この蛍光入射面から蛍光を入射して伝送する蛍光伝送用光ファイバと、
前記レーザ光伝送用光ファイバのレーザ光出射面から出射する前記レーザ光を集光して前記分析対象物に照射させるとともにこのレーザ光の照射にて前記分析対象物から放出される蛍光を集光して前記蛍光伝送用光ファイバの蛍光入射面に導光させる集光照射手段を有する光学系ユニットと、
前記蛍光伝送用光ファイバで伝送する蛍光に基づいて前記分析対象物に含まれている元素を定量する分析手段と
を具備していることを特徴とする分析装置。
蛍光伝送用光ファイバは、複数で、レーザ光伝送用光ファイバの周囲に配置されている
ことを特徴とする請求項３記載の分析装置。
集光照射手段は、円環状に整形したレーザ光を分析対象物に照射させる
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の分析装置。
集光照射手段は、線状に整形したレーザ光を分析対象物に照射させる
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の分析装置。
集光照射手段は、円形状に整形したレーザ光を分析対象物に照射させる
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の分析装置。
集光照射手段は、複数の集光レンズを備え、これら複数の集光レンズの少なくとも一部に蛍光を透過させて分波手段に導光する
ことを特徴とした請求項１および２記載の分析装置。
集光照射手段は、レーザ光を円環状に整形する整形手段と、この整形手段にて円環状に整形されたレーザ光を集光させる集光手段とを備え、
分波手段は、前記整形手段と前記集光手段との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の分析装置。