JP2009287976A - 感度校正用光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、透光カバーから縦長の光を均一に発生させるようにした感度校正用光源装置を提供する。
【解決手段】感度校正用光源装置１においては、筐体２内に収容された半導体発光素子（例えば、ＬＥＤ又はＬＤ）１２から光を出射させ、この光をライトガイドＦの後端面２１から入射させることによって、透光カバー２０内に光を導くことができる。透光カバー２０内で、ライトガイドＦの有効部Ａは、中心軸線Ｌ方向において複数の発光部２３，２４を有するようになっているので、透光カバー２０の材質や長さを考慮して、各発光部２３，２４の位置を設計時に変更するだけで、縦長の光を中心軸線Ｌ方向において透光カバー２０から均一に発生させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、生物発光や化学発光などの微弱な光を測定するための光検出器（例えば光電子増倍管）の感度校正に利用される光源装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開平３−２６２９３１号公報があり、この公報には、様々なタイプの感度校正用光源装置が開示されている。第１の例として、ＬＥＤ（半導体発光素子）から出射した光を、ピンホールを介して光ファイバに入射させ、光ファイバを光電子増倍管の入射面に接続させることで、光電子増倍管の感度校正を行っている。第２の例として、ＬＥＤから出射した光を透明ガラス反射板で反射させ、この光をピンホールを介して光ファイバに入射させ、光ファイバを光電子増倍管の入射面に接続させることで、光電子増倍管の感度校正を行っている。第３の例として、ＬＥＤから出射した光をピンホールを介して散乱板に入射させ、この散乱光を光電子増倍管の入射面に入射させることで、光電子増倍管の感度校正を行っている。

特開平３−２６２９３１号公報

しかしながら、前述した従来の感度校正用光源装置のいずれの例も、縦長の光を発生させることを予定したものではなく、例えば、試験管内で発生する生物発光や化学発光などの微弱な光を光電子増倍管で測定する場合、縦長の発光領域に合わせて感度校正がなされることが、光電子増倍管の正確な感度校正を行う上で非常に重要である。

本発明は、透光カバーから縦長の光を均一に発生させるようにした感度校正用光源装置を提供することを目的とする。

本発明は、光検出器の感度を校正するための光源装置において、
筐体内に収容された半導体発光素子と、
半導体発光素子に電気を供給する電源と、
後端面から半導体発光素子の光が入射されるライトガイドと、
筐体の端部に接続されると共に、ライトガイドを包囲してライトガイドからの光を拡散させる透光カバーとを備え、
ライトガイドのうちで透光カバーにより包囲された部分は、ライトガイドの中心軸線方向において複数の発光部を有することを特徴とする。

この感度校正用光源装置においては、筐体内に収容された半導体発光素子（例えば、ＬＥＤ又はＬＤ）から光を出射させ、この光をライトガイドの後端面から入射させることによって、透光カバー内に光を導くことができる。透光カバー内で、ライトガイドは、中心軸線方向において複数の発光部を有するようになっているので、透光カバーの材質や長さを考慮して、各発光部の位置を設計時に変更するだけで、縦長の光を中心軸線方向において透光カバーから均一に発生させることができる。

また、透光カバーには、ライトガイドが挿入される挿入孔が形成され、ライトガイドの先端面と挿入孔の底面と間に隙間が設けられていると好適である。
この隙間は、光を拡散させるための空間として利用されるので、透光カバーの前側から放出される光の均一性に寄与している。

また、ライトガイドは、一本の光ファイバからなり、光ファイバのうちで透光カバーにより包囲された部分の前端側の発光部は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成され、光ファイバのうちで透光カバーにより包囲された部分の後端側の発光部は、全周に渡って凹状をなす縮径部として形成され、光ファイバの先細り部及び縮径部は、クラッド層が除去されてコア部が露出していると好適である。
光ファイバにおける前端側の発光部は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成されているので、光ファイバの中心軸線方向において前端側で発光領域を作り出すとともに、後端側の縮径部でも発光領域を作り出し、これによって、透光カバーを、中心軸線方向において縦長く均一に光らせることができる。さらに、縮径部及び先細り部は、いずれも光ファイバの全周に渡って形成されているので、透光カバーを全周に渡って均一に光らせることができる。また、縮径部は、光ファイバの全周に渡って凹状をなしているので、深さを変えることで様々な対応が可能である。例えば、縮径部の深さを深くした場合には、縮径部での光の漏洩が多くなり、これによって先細り部に向かう光束が弱くなり、先細り部での発光量を減らすことができる。これに対して、縮径部の深さを浅くした場合には、縮径部での光の漏洩が少なくなり、これによって先細り部に向かう光束が強くなり、先細り部での発光量を増やすことができる。このように、縮径部は、自らが発光することは言うに及ばず、先細り部の発光を調節する機能も合わせもっている。

また、半導体発光素子とライトガイドの後端面との間には、ライトガイドの後端面の面積より小さな開口面積を有する光入射孔が配置されていると好適である。
この光入射孔の開口面積を適宜変更することで、簡単な構成をもって、減光フィルタの適用なしに、半導体発光素子からライトガイドに入射する光量を容易に調節することができる。

また、ライトガイドは、複数本の光ファイバからなり、各光ファイバの先端面の位置は、透光カバー内で、ライトガイドの中心軸線方向において異なっていると好適である。
このような場合、光ファイバの先端面の位置がそれぞれ異なっているので、中心軸線方向において異なる位置で発光させることができ、これによって、中心軸線方向において縦長の光を透光カバーから均一に発生させることができる。

また、半導体発光素子はベース板上に固定され、ベース板には、半導体発光素子からの光を受光する光検出素子が固定され、ベース板は、光検出素子からの信号に基づいて半導体発光素子への供給電力を制御する制御基板に電気的に接続されていると好適である。
このような構成を採用すると、半導体発光素子が出射する光を光検出素子で直接的に受光させることができるので、半導体発光素子の光量を高精度にフィードバック制御することができる。

本発明によれば、透光カバーから縦長の光を均一に発生させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る感度校正用光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、この実施形態においては、筐体２の管軸線と光ファイバＦの光軸線とライトガイドの中心軸線は略同一であるので、符号「Ｌ」を共通して使用する。

図１及び図２に示すように、光源装置１は、試験管内で行われる生物発光や化学発光などの微弱な光を測定するための光検出器（例えば光電子増倍管（ＰＭＴ））の感度校正を行うためのものである。この光源装置１は、血液検査装置で利用される試験管と略同じ形状であり、全長約８０ｍｍ、直径約１０ｍｍをなしている。

この光源装置１は、外観がステンレスやアルミ等からなる円筒管状の筐体２と、筐体２の先端でネジ結合されて、光を拡散させる材料（例えばフッ素樹脂）からなる縦長の透光カバー（光拡散カバー）２０とを備え、透光カバー２０の先端は試験管のように丸い半球面２０ａを有している。筐体２は、制御基板３が収容される本体部２ａと、本体部２ａの先端にネジ結合された延長部２ｂと、本体部２ａの後端に固定された内筒部５にネジ結合されたキャップ部２ｃとからなる。

本体部２ａ内には、制御基板３が収容され、制御基板３には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ素子４部が固定され、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ素子４の操作レバー４ａは本体部２ａから露出している。延長部２ｂは、本体部２ａにネジ結合される外筒部２ｂＡと、外筒部２ｂＡ内に圧入された樹脂製の内筒部２ｂＢと、内筒部２ｂＢと一体をなすと共に、管軸線Ｌ方向に突出して直径略１．５ｍｍの樹脂製の光ファイバＦを固定するためのファイバ載置台２ｂＣとからなる。

このファイバ載置台２ｂＣは、円柱状をなすと共に、透光カバー２０にネジ結合させるための雄ネジ部６を有する。ファイバ載置台２ｂＣの中央には、管軸線Ｌ上に位置すると共に、光ファイバ（ライトガイド）Ｆの基端側が差し込み固定される光ファイバ差込み孔７と、管軸線Ｌ上に位置すると共に、光ファイバ差込み孔７に連通する光入射孔８とが形成されている。この光入射孔８の開口面積は、光ファイバＦの後端面２１（図３参照）の面積より小さく、ピンホールとして形成されている。

本体部２ａの内筒部５とキャップ部２ｃとの間には、制御基板３と通電するボタン電池（電源）１０が収容され、キャップ部２ｃは、本体部２ａに対して着脱自在であり、キャップ部２ｃを外すことで電池１０の交換が可能になる。

制御基板３は、本体部２ａ内で管軸線Ｌ方向に延在し、制御基板３の後端は本体部２ａの内筒部５に固定され、制御基板３の先端には、円板状のベース板１１が固定されている。このベース板１１には、半導体発光素子の一例をなす白色ＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２から出射される光を受光する光検出素子の一例をなすフォトダイオード（ＰＤ）１３とが固定され、ＬＥＤ１２及びフォトダイオード１３には、電池１０に接続された制御基板３を介して電気が供給されている。なお、ＬＥＤ１２は白色光ＬＥＤに限らず、試薬の発光波長に合わせて、所望の発光波長のＬＥＤを用いることができる。

このＬＥＤ１２は、ベース板１１の中央で管軸線Ｌ上に位置し、フォトダイオード１３は、ＬＥＤ１２に隣接している。さらに、ＬＥＤ１２及びフォトダイオード１３は、黒色の内筒部２ｂＢで包囲されている。このような構成によって、ＬＥＤ１２からの光をフォトダイオード１３で直接的に且つ確実に検知することができる。

ＬＥＤ１２及びフォトダイオード１３が固定されたベース板１１は、フォトダイオード１３からの信号に基づいてＬＥＤ１２への供給電力を制御する制御基板３に電気的に接続されている。このような構成を採用すると、ＬＥＤ１２が出射する光をフォトダイオード１３で直接的に受光させることができるので、ＬＥＤ１２の光量を高精度にフィードバック制御することができる。

管軸線Ｌ上に位置するＬＥＤ１２からの光は、内筒部２ｂＢによって包囲された空間Ｓを介して光入射孔８に達する。そして、その光は、光ファイバＦの後端面２１（図３参照）から入射されて、透光カバー２０内に導かれる。この透光カバー２０には、光ファイバ差込み孔７に差込み固定された一本の光ファイバＦを挿入させるための挿入孔２２が形成され、この挿入孔２２は、光ファイバ差込み孔７及び光入射孔８と同様に、管軸線Ｌ上に形成されている。

図３に示すように、光ファイバＦのうちで透光カバー２０により包囲された部分、すなわち挿入孔２２内に配置された部分（以下「有効部」という）Ａは、光ファイバＦの光軸線Ｌ方向において発光部２３，２４を２箇所有する。

有効部Ａの前端側の発光部２３は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成され、有効部Ａの後端側の発光部２４は、全周に渡って凹状をなす縮径部として形成されている。この縮径部２４は、ファイバ載置台２ｂＣに近接していることが好ましい。さらに、光ファイバＦの先細り部２３及び縮径部２４は、クラッド層Ｇが除去されてコア部Ｃを露出させているので、光ファイバＦ内の光をその箇所から外部に放出させることができる。この有効部Ａの全長は約１１ｍｍであり、この全長を１にした場合、先細り部２３は、約０．１５〜０．２であり、縮径部２４は、約０．１が適切である。

この感度校正用光源装置１においては、筐体２内に収容されたＬＥＤ１２から光を出射させ、この光を光ファイバＦの後端面２１から入射させることによって、透光カバー２０内に光を導くことができる。透光カバー２０内で、光ファイバＦは、この光軸線Ｌ方向において２カ所の発光部２３，２４を有するようになっているので、透光カバー２０の材質や長さを考慮して、各発光部２３，２４の位置を設計時に変更するだけで、縦長の光を管軸線Ｌ方向において透光カバー２０から均一に発生させることができる。

そして、光ファイバＦにおける前端側の発光部２３は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成されているので、光ファイバＦの光軸線Ｌ方向において前端側で発光領域を作り出すとともに、後端側の縮径部２４でも発光領域を作り出し、これによって、透光カバー２０を、管軸線Ｌ方向において縦長く均一に光らせることができる。さらに、縮径部２４及び先細り部２３は、いずれも光ファイバＦの全周に渡って形成されているので、透光カバー２０を全周に渡って均一に光らせることができる。

また、縮径部２４は、光ファイバＦの全周に渡って凹状をなしているので、深さを変えることで様々な対応が可能である。例えば、縮径部２４の深さを深くした場合には、縮径部２４での光の漏洩が多くなり、これによって先細り部２３に向かう光束が弱くなり、先細り部２３での発光量を減らすことができる。これに対して、縮径部２４の深さを浅くした場合には、縮径部２４での光の漏洩が少なくなり、これによって先細り部２３に向かう光束が強くなり、先細り部２３での発光量を増やすことができる。このように、縮径部２４は、自らが発光することは言うに及ばず、先細り部２３の発光を調節する機能も合わせもっている。

さらに、光ファイバＦの先端面２６と挿入孔２２の底面２２ａと間に隙間Ｒが設けられている。この隙間Ｒにおいて、光ファイバＦの先端面２６と底面２２ａとの距離は、光ファイバＦの直径以上にすることが好ましく、この実施形態において、直径略１．５ｍｍの樹脂製の光ファイバＦに対しては、１〜３ｍｍが適切である。この隙間Ｒは、光を拡散させるための空間として利用されるので、透光カバー２０の半球面２０ａから放出される光の均一性に寄与している。

さらに、ＬＥＤ１２と光ファイバＦの後端面２１との間には、前述したように、光ファイバＦより小さな径の開口を有する光入射孔８が、ピンホールとして形成されているので、この光入射孔８の開口面積を適宜変更することで、簡単な構成をもって、減光フィルタの適用なしに、ＬＥＤ１２から光ファイバＦに入射する光量を容易に調節することができる。

符号２７は、精密ドライバにより所定角度回転させることでＬＥＤ１２への通電量を調節するための調光部である。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。

図４及び図５に示すように、他の実施形態に係る感度校正用光源装置３０は、７本の光ファイバＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７からなるライトガイドＰを有し、各光ファイバＰ１〜Ｐ７は、ファイバ載置台２ｂＣに固定されると共に、有効部Ａは、透光カバー２０の挿入孔２２内に挿入されている。そして、この有効部Ａにおいて、各光ファイバＰ１〜Ｐ７の先端面Ｐ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ４ａ，Ｐ５ａ，Ｐ６ａ，Ｐ７ａの位置は、透光カバー２０内で、ライトガイドＰの中心軸線Ｌ方向においてそれぞれ異なっている。

さらに、ライトガイドＰの先端面Ｐ１ａと挿入孔２２の底面２２ａとの間に隙間Ｒが設けられている。

このような構成にあっては、各光ファイバＰ１〜Ｐ７の先端面Ｐ１ａ〜Ｐ７ａから光が放出され、中心軸線Ｌ方向において透光カバー２０内の異なる位置でそれぞれ発光しているので、中心軸線Ｌ方向において縦長の光を透光カバー２０から均一に発生させることができる。

なお、この感度校正用光源装置３０に適用されるライトガイドＰの光ファイバの本数は、２本以上であればよい。また、この実施形態に係る光源装置３０は、光源装置１と同一構成部分を有し、共通部分には、同一符号を付して、その説明は省略する。

半導体発光素子として、レーザーダイオード（ＬＤ）を適用してもよい。

光ファイバＦ，Ｐ１〜Ｐ７は、ガラス製であっても樹脂製であってもよい。

本発明に係る感度校正用光源装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示された光源装置の縦断面図である。 図１に示された光源装置の要部拡大断面図である。 本発明に係る感度校正用光源装置の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。 図４に示された光源装置に適用される光ファイバの配列を示す平面図である。

符号の説明

１，３０…感度校正用光源装置、２…筐体、３…制御基板、８…光入射孔、１０…電池（電源）、１１…ベース板、１２…ＬＥＤ（半導体発光素子）、１３…フォトダイオード（光検出素子）、２０…透光カバー、２１…光ファイバの後端面、２２…挿入孔、２２ａ…挿入孔の底面、２３…先細り部（発光部）、２４…縮径部（発光部）、２６…光ファイバの先端面、３１…ライトガイドの後端面、Ｆ…光ファイバ（ライトガイド）、Ｐ１〜Ｐ７…光ファイバ、Ｐ…ライトガイド、Ａ…有効部、Ｌ…光軸線、管軸線、中心軸線、Ｒ…隙間。

Claims (6)

1. 光検出器の感度を校正するための光源装置において、
   筐体内に収容された半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子に電気を供給する電源と、
   後端面から半導体発光素子の光が入射されるライトガイドと、
   前記筐体の端部に接続されると共に、前記ライトガイドを包囲して前記ライトガイドからの光を拡散させる透光カバーとを備え、
   前記ライトガイドのうちで前記透光カバーにより包囲された部分は、前記ライトガイドの中心軸線方向において複数の発光部を有することを特徴とする感度校正用光源装置。
2. 前記透光カバーには、前記ライトガイドが挿入される挿入孔が形成され、前記ライトガイドの先端面と前記挿入孔の底面と間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１記載の感度校正用光源装置。
3. 前記ライトガイドは、一本の光ファイバからなり、
   前記光ファイバのうちで前記透光カバーにより包囲された前記部分の前端側の発光部は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成され、前記光ファイバのうちで前記透光カバーにより包囲された前記部分の後端側の発光部は、全周に渡って凹状をなす縮径部として形成され、
   前記光ファイバの前記先細り部及び前記縮径部は、クラッド層が除去されてコア部が露出していることを特徴とする請求項１又は２記載の感度校正用光源装置。
4. 前記半導体発光素子と前記ライトガイドの前記後端面との間には、前記ライトガイドの後端面の面積より小さな開口面積を有する光入射孔が配置されていることを特徴とする請求項３記載の感度校正用光源装置。
5. 前記ライトガイドは、複数本の光ファイバからなり、
   前記各光ファイバの先端面の位置は、前記透光カバー内で、前記前記ライトガイドの前記中心軸線方向において異なっていることを特徴とする請求項１又は２記載の感度校正用光源装置。
6. 前記半導体発光素子はベース板上に固定され、前記ベース板には、前記半導体発光素子からの光を受光する光検出素子が固定され、前記ベース板は、前記光検出素子からの信号に基づいて前記半導体発光素子への供給電力を制御する制御基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の感度校正用光源装置。

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