JP2011247627A - Optical probe and spectrometry device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置に関し、特に、浸漬式の光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置に関する。 The present invention relates to an optical probe and a spectroscopic measurement apparatus using the same, and more particularly to an immersion type optical probe and a spectroscopic measurement apparatus using the same.
液体試料の成分濃度を測定する方法として吸光度測定法がある。吸光度測定法は、液体試料に光を照射し、その光が液体試料を通過する際の測定対象物質による吸光度を測定することにより、その測定対象物質の濃度を定量的に分析できる。
液体試料の成分濃度を連続して監視する際に、光ファイバーを用いた浸漬式の光学プローブが用いられることがある(例えば特許文献1,2を参照)。
There is an absorbance measurement method as a method of measuring the component concentration of a liquid sample. In the absorbance measurement method, the concentration of the measurement target substance can be quantitatively analyzed by irradiating the liquid sample with light and measuring the absorbance of the measurement target substance when the light passes through the liquid sample.
When continuously monitoring the component concentration of a liquid sample, an immersion type optical probe using an optical fiber may be used (see, for example,
図10は、従来の光学プローブを説明するための断面図である。
光学プローブ101は、照射用の光ファイバー103、受光用の光ファイバー105、キャピラリ107、ミラー109、レンズ111、補強材113、試料挿入セル115を備えている。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a conventional optical probe.
The
浸漬式の光学プローブは一般に細い棒状であるから、光学プローブの先端部分が他の部材に接触すると、プローブの構造体が破損することがある。例えば図10に示した光学プローブ101で、キャピラリ107及び補強材113が破損して折れて、レンズ111、光ファイバー103,105が破損すれば、測定のための光が通過できず、故障状態になる。
Since the immersion type optical probe is generally a thin rod, the probe structure may be damaged if the tip of the optical probe comes into contact with another member. For example, in the
また、半導体の洗浄液槽に光学プローブを浸して洗浄液物性測定する例では、洗浄液は金属の汚染を非常に嫌い、ppb(parts per billion)レベル、ppt(parts per trillion)レベルで金属汚染のないように制御しなければならないため、光学プローブは石英で作製される。しかし、トラブル等で石英の破損が発生した場合に、洗浄液は光学プローブ内に入り込み、光学プローブ内の部品の構成部材の金属が、洗浄液内に漏れ出し、甚大なる被害が発生することがある。例えば図10に示した光学プローブ101で、キャピラリ107及び補強材113が破損すると、レンズ111、光ファイバー103,105に液体試料が接触して、レンズ111、光ファイバー103,105に含まれる金属が液体試料に溶け出す。
Also, in the example of measuring the physical properties of the cleaning solution by immersing the optical probe in the semiconductor cleaning solution tank, the cleaning solution is very disliked of metal contamination, so that there is no metal contamination at the ppb (parts per billion) level and ppt (parts per trillion) level. Therefore, the optical probe is made of quartz. However, when quartz breakage occurs due to trouble or the like, the cleaning liquid may enter the optical probe, and the metal of the constituent members of the components in the optical probe may leak into the cleaning liquid, causing serious damage. For example, in the
本発明は、光学プローブの破損を迅速に検出することができる光学プローブ及びそれを用いた分光測定装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the optical probe which can detect rapidly the failure | damage of an optical probe, and the spectroscopic measurement apparatus using the same.
本発明にかかる光学プローブは、液体試料に照射される光を伝播するための投光用光ファイバーと、上記液体試料を通過した光を伝播するための受光用光ファイバーと、上記光ファイバーの一部分が配置される空間であって上記液体試料とは隔離される空間を形成するための構造体と、上記空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーと、を備えている。
本発明の光学プローブにおいて、測定対象である液体試料が光学プローブ内に浸入できない空間が形成されている。その空間内に、投光用光ファイバーの一部分、受光用光ファイバーの一部分、及び液体を検知するセンサーが設置されている。光学プローブの破損により、上記空間に液体試料が入り込んだとき、上記センサーによって上記空間に入り込んだ液体試料を検知することにより、光学プローブの破損を検知する。
An optical probe according to the present invention includes a light projecting optical fiber for propagating light applied to a liquid sample, a light receiving optical fiber for propagating light that has passed through the liquid sample, and a portion of the optical fiber. And a structure for forming a space that is isolated from the liquid sample, and a sensor for detecting the intrusion of the liquid into the space.
In the optical probe of the present invention, a space in which a liquid sample to be measured cannot enter the optical probe is formed. In the space, a part of the optical fiber for light projection, a part of the optical fiber for light reception, and a sensor for detecting the liquid are installed. When a liquid sample enters the space due to breakage of the optical probe, the breakage of the optical probe is detected by detecting the liquid sample entering the space by the sensor.
本発明にかかる光学プローブ例は、液体試料に照射される光を伝搬するための投光用光ファイバーと、上記投光用光ファイバー端面から照射された光を集光又は平行光にする照射レンズと、上記照射レンズから上記液体試料に照射されて上記液体試料を通過した光を集光又は平行光にする受光レンズと、上記受光レンズから受光用光ファイバー端面に照射された光を伝搬するための受光用光ファイバーとを、上記液体試料とは隔離するための構造体、例えば筒状の構造体を備えている。その構造体内に空間が形成されており、その空間は光学プローブの破損のない状態では液体試料が浸入できない構造になっている。上記空間内に、投光用光ファイバーの一部分、受光用光ファイバーの一部分、及び上記空間内への上記液体試料の浸入を検知するためのセンサーが上記空間内に配置されている。そして、光学プローブが破損して上記空間内に液体試料が浸入すると、上記センサーは上記空間内に浸入した液体を検知する。光学プローブの使用者は、上記センサーによる液体の検知に基づいて、光学プローブ破損による、関係する分光測定装置の測定異常や、光学プローブが浸漬されていた液体の金属汚染や、光学プローブ構成部材による汚染が発生したことを検知する。例えば、その汚染された液体が半導体の洗浄液である場合に、光学プローブの使用者は、汚染された液体による半導体製造プロセス異常の被害を最小限に止めるようにすることができる。 An optical probe example according to the present invention includes a light projecting optical fiber for propagating light irradiated to a liquid sample, an irradiation lens for condensing or collimating light irradiated from the end surface of the light projecting optical fiber, A light receiving lens that collects or collimates light that has passed through the liquid sample by being irradiated from the irradiation lens, and a light receiving device for propagating the light irradiated from the light receiving lens to the optical fiber end surface for light reception A structure for separating the optical fiber from the liquid sample, for example, a cylindrical structure is provided. A space is formed in the structure, and the space is structured such that the liquid sample cannot enter without damage to the optical probe. In the space, a part of the light projecting optical fiber, a part of the light receiving optical fiber, and a sensor for detecting the intrusion of the liquid sample into the space are arranged in the space. When the optical probe is broken and a liquid sample enters the space, the sensor detects the liquid that has entered the space. Based on the detection of the liquid by the sensor, the user of the optical probe may cause a measurement abnormality of the related spectroscopic measurement device due to damage to the optical probe, metal contamination of the liquid in which the optical probe is immersed, or an optical probe component. Detect that contamination has occurred. For example, if the contaminated liquid is a semiconductor cleaning liquid, the user of the optical probe can minimize damage to the semiconductor manufacturing process abnormalities due to the contaminated liquid.
本発明の光学プローブにおいて、上記投光用光ファイバーと上記受光用光ファイバーは1本の光ファイバーによって構成されているようにしてもよい。ただし、上記投光用光ファイバーと上記受光用光ファイバーは別々の光ファイバーによって構成されていてもよい。 In the optical probe of the present invention, the light projecting optical fiber and the light receiving optical fiber may be constituted by a single optical fiber. However, the light projecting optical fiber and the light receiving optical fiber may be constituted by separate optical fibers.
また、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されており、上記構造体は上記液体試料と接触する部分に上記光が透過するレンズを備えているようにしてもよい。例えば上記構造体は、先端内部に上記レンズが配置される筒状部材と、上記筒状部材と上記レンズとの隙間を埋めるためのシーリング部材と、上記光ファイバーの一部分を上記筒状部材内に配置するための光ファイバー支持部材と、を備えている。上記筒状部材内に上記空間が形成される。上記空間内に光ファイバーの一端面が配置される。 In addition, one end face of the optical fiber may be disposed in the space, and the structure may include a lens through which the light is transmitted at a portion in contact with the liquid sample. For example, the structure includes a cylindrical member in which the lens is disposed inside a tip, a sealing member for filling a gap between the cylindrical member and the lens, and a part of the optical fiber disposed in the cylindrical member. An optical fiber support member. The space is formed in the cylindrical member. One end face of the optical fiber is disposed in the space.
また、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されており、上記構造体は上記液体試料と接触する部分に上記光が透過する窓板を備え、上記空間内で上記光ファイバーの一端面と上記窓板との間に上記光が透過するレンズを備えているようにしてもよい。例えば上記構造体は、先端内部に上記窓板が配置される筒状部材と、上記筒状部材と上記窓板との隙間を埋めるためのシーリング部材と、上記光ファイバーの一部分を上記筒状部材内に配置するための光ファイバー支持部材と、上記レンズと、を備えている。上記筒状部材内に上記空間が形成される。上記空間内に光ファイバーの一端面が配置される。
ただし、構造体の構成は、これらに限定されるものではなく、光ファイバーの一部分が配置される空間を液体試料とは隔離できる構成であればどのような構成であってもよい。
In addition, one end face of the optical fiber is disposed in the space, and the structure includes a window plate through which the light is transmitted at a portion in contact with the liquid sample. You may make it provide the lens which the said light permeate | transmits between window plates. For example, the structure includes a cylindrical member in which the window plate is disposed inside a tip, a sealing member for filling a gap between the cylindrical member and the window plate, and a part of the optical fiber in the cylindrical member. The optical fiber support member for arrange | positioning, and the said lens are provided. The space is formed in the cylindrical member. One end face of the optical fiber is disposed in the space.
However, the structure of the structure is not limited to these, and may be any structure as long as the space in which a part of the optical fiber is arranged can be isolated from the liquid sample.
また、上記センサーは、上記空間内への液体の浸入を検知できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、上記センサーは、一般に液漏検知センサーや液面計と呼ばれるものである。 The sensor may be any sensor as long as it can detect the intrusion of liquid into the space. For example, the sensor is generally called a liquid leakage detection sensor or a liquid level gauge.
本発明の光学プローブにおいて、上記センサーとして、液漏検知センサーや液面計のように独立したセンサーが設置されてもよいが、上記空間内に上記光ファイバーの一端面が配置されている構成においては、上記センサーは、上記空間内での光路に液体が浸入したことに起因する、上記受光用光ファイバーの一端面とは反対側の端面から照射される光の強度変化に基づいて、上記空間内への液体の浸入を検知するものであってもよい。光学プローブの破損によって投光用光ファイバー端面や受光用光ファイバー端面、レンズ、窓板などに液体が接触することにより、受光用光ファイバーの一端面(上記空間内に配置された端面)とは反対側の端面から照射される光の強度は、光学プローブの破損がない状態と比較して大きく変化する。その光強度変化を検知することにより、上記空間内への液体の浸入を検知できる。すなわち、光学プローブ内に配置された投光用光ファイバーの一端面もしくは受光用光ファイバーの一端面又はその両方を上記センサーとして使用することも可能である。また、光学プローブの破損時には、液体試料は光ファイバー端面だけではなく、レンズや窓板の上記空間側の面にも付着するため、それらの面を通過する光の強度変化を検知することにより、上記空間内への液体の浸入を検知できる。 In the optical probe of the present invention, an independent sensor such as a liquid leakage detection sensor or a liquid level gauge may be installed as the sensor, but in the configuration in which one end surface of the optical fiber is disposed in the space. The sensor enters the space based on a change in the intensity of light irradiated from the end surface opposite to the one end surface of the light receiving optical fiber, which is caused by liquid entering the optical path in the space. Intrusion of liquid may be detected. When the optical probe is damaged, the liquid comes into contact with the end face of the optical fiber for projection, the end face of the optical fiber for light reception, the lens, the window plate, etc., so that the end face of the optical fiber for light reception (the end face arranged in the space) is opposite. The intensity of the light irradiated from the end face varies greatly as compared with a state where the optical probe is not damaged. By detecting the change in the light intensity, the intrusion of the liquid into the space can be detected. That is, one end surface of the light projecting optical fiber and / or one end surface of the light receiving optical fiber disposed in the optical probe can be used as the sensor. In addition, when the optical probe is broken, the liquid sample adheres not only to the end face of the optical fiber but also to the space side surface of the lens and window plate. Therefore, by detecting the intensity change of the light passing through these surfaces, Intrusion of liquid into the space can be detected.
本発明にかかる分光測定装置は、本発明の光学プローブと、上記投光用光ファイバーの一端面とは反対側の投光用光ファイバー第2端面に光を照射するための光源と、上記受光用光ファイバーの一端面とは反対側の受光用光ファイバー第2反面から照射される光を受光するための光検出部と、上記光検出部からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出するためのデータ処理部と、上記液漏検知センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部と、を備えている。 The spectroscopic measurement device according to the present invention includes an optical probe according to the present invention, a light source for irradiating light onto the second end face of the light projecting optical fiber opposite to the one end face of the light projecting optical fiber, and the light receiving optical fiber. A light detection unit for receiving light irradiated from the second optical fiber for receiving light on the side opposite to the one end surface, and a liquid sample component concentration according to a light intensity signal from the light detection unit A data processing unit, and a display unit for displaying a liquid leakage warning based on a liquid leakage detection signal from the liquid leakage detection sensor.
本発明の光学プローブは、投光用光ファイバーの一端面と受光用光ファイバーの一端面が配置される空間であって液体試料とは隔離される空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーを備えているようにした。
本発明の分光測定装置は、本発明の光学プローブと、液漏検知センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部を備えているようにした。
本発明の光学プローブ及び分光測定装置は、光学プローブの破損に起因する、上記空間への液体の侵入をセンサーによって検出することができるので、光学プローブの破損を迅速に検出することができる。
これにより、光学プローブの使用者への注意喚起を促し、光ファイバー端面とレンズとの間の空間への液体の浸入による誤測定や、液体試料への光学プローブ構成部品の混入や金属成分漏出などを最小限に留めて、甚大なる被害拡大を防ぐことができる。
また、光学プローブ内の投光用光ファイバーの一端面又は受光用光ファイバーの一端面をセンサーとして使用する場合は、光学プローブの構造が簡単になり、装置の信頼性が向上する。
The optical probe of the present invention includes a sensor for detecting the intrusion of liquid into a space in which one end face of the projecting optical fiber and one end face of the receiving optical fiber are arranged and isolated from the liquid sample. I was prepared.
The spectroscopic measurement apparatus of the present invention includes the optical probe of the present invention and a display unit that displays a liquid leakage warning based on a liquid leakage detection signal from the liquid leakage detection sensor.
The optical probe and the spectroscopic measurement apparatus of the present invention can detect the intrusion of the liquid into the space due to the damage of the optical probe by the sensor, so that the damage of the optical probe can be detected quickly.
This urges the user of the optical probe to be alerted to prevent erroneous measurement due to liquid intrusion into the space between the end face of the optical fiber and the lens, contamination of the optical probe components into the liquid sample, and leakage of metal components. Minimizing the damage can prevent the spread of enormous damage.
In addition, when one end surface of the light projecting optical fiber or one end surface of the light receiving optical fiber in the optical probe is used as a sensor, the structure of the optical probe is simplified and the reliability of the apparatus is improved.
(実施例1)
図1は、光学プローブの一実施例のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図2は、その一実施例の全体の構造を示す断面図である。
Example 1
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing the periphery of a lens according to an embodiment of the optical probe. FIG. 2 is a sectional view showing the entire structure of the embodiment.
光学プローブ1は、投光用光ファイバー3、レンズ5、測定光反射ミラー(光反射材)7、受光用光ファイバー9、液面計(センサー)11、筒状部材13、シーリング部材15、レンズ位置決め部材17、光ファイバー及び液面計支持部材19、ならびに、ミラー支持部材21によって構成されている。
The
レンズ5は、例えば石英製の筒状部材13の先端内部に配置されている。レンズ5と筒状部材13との隙間は環状のシーリング部材15によって埋められている。シーリング部材15の材料は例えばフッ素樹脂ゴムである。レンズ5及びシーリング部材15は筒状部材13内に配置された環状のレンズ位置決め部材17によって位置決めされている。レンズ位置決め部材17の材料は例えばPTFE(Polytetrafluoroethylene)である。
筒状部材13内の空間23は、レンズ5及びシーリング部材15によって、筒状部材13周囲の雰囲気とは隔離されている。
The
The
投光用光ファイバー3の一端、受光用光ファイバー9の一端及び液面計11の先端は、筒状部材13内の空間23に配置されており、筒状部材13内に配置されたPTFE製の、光ファイバー及び液面計支持部材19によって支持されている。
投光用光ファイバー端面3a及び受光用光ファイバー端面9aは、筒状部材13内でレンズ5に対向し、かつ、レンズ5とは間隔をもつ位置に配置されている。
液面計11の先端は、光ファイバー端面3a,9aとレンズ5との間の光路と交わらない位置に配置されている。液面計11の先端は、光ファイバー端面3a,9aよりも例えば3mm(ミリメートル)だけレンズ5側に配置されている。
One end of the light projecting
The light projecting optical
The tip of the
測定光反射ミラー7は、筒状部材13に取り付けられたミラー支持部材21によって支持されている。ミラー支持部材21の材料は例えば石英である。測定光反射ミラー7は、レンズ5に対向し、かつ、レンズ5とは間隔をもつ位置に配置されている。
The measuring
光学プローブ1の使用時には、光学プローブ1の先端部分が液体試料25に浸漬される。光学プローブ1の先端部分は、少なくともレンズ5が液体試料25に接触する深さまで液体試料25に浸漬される。
投光用光ファイバー端面3aから測定光が放射される。その測定光はレンズ5で平行光又は集光光にされ、液体試料25を介して測定光反射ミラー7に照射される。測定光反射ミラー7で反射された光は液体試料25を介してレンズ5に到達し、再度レンズ5にて集光され、受光用光ファイバー端面9aに集光される。
When the
Measurement light is emitted from the optical
光学プローブ1が破損して液体試料25が空間23内に浸入すると、浸入した液体試料は空間23内に配置された液面計11の先端に接触する。液面計11が空間23内への液体試料の浸入を検知することにより、光学プローブ1の破損を検知できる。
When the
ここでは、液面計11として、光で液の存在を検知する光電センサーHPF−D033(株式会社山武商会の製品)を使用した。ただし、液面計11は電気の導通状態を検知するセンサーでもよい。その場合は、2本の白金線を互いに間隔をもって設置し、その白金線間に電圧をかけておき、その白金線間に液に浸ると電流が流れ、それを検知することにより液の存在を検知できる。その他、超音波による液面の高さを検知する液面計でもよい。
Here, as the
また、光ファイバー及び液面計支持部材19は、空間23と、光ファイバー及び液面計支持部材19に対して空間23とは反対側の筒状部材13内部空間とを連通するための貫通孔を備えているようにしてもよい。光学プローブ1が破損して当該反対側の筒状部材13内部空間へ液体試料25が侵入した場合、その浸入した液体試料は光ファイバー及び液面計支持部材19に設けられた貫通孔を介して空間23内へ浸入するので、空間23を形成している構成部分以外の光学プローブ1構成部分が破損した場合であっても、光学プローブ1の破損を検知できる。
The optical fiber and level
図3は、分光測定装置の一実施例を概略的に示す図である。
この分光測定装置は、実質的に光学プローブ1と、分光部27と、データ処理部29と、表示部31とで構成されている。
まず、分光部27の具体的な構成を説明する。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an embodiment of the spectroscopic measurement apparatus.
This spectroscopic measurement apparatus is substantially composed of an
First, a specific configuration of the
分光部27には、光源であるタングステンランプ33と、凸レンズ35と、8個の干渉フィルタ37を備えた回転円板39と、凸レンズ41と、凸レンズ43と、受光素子(光検出部)45と、回転円板39を回転させるための駆動モータ47とが設けられている。タングステンランプ33から放射された光は、凸レンズ35によって集光され、干渉フィルタ37を通過する。干渉フィルタは所定の波長の光だけを通過させるバンドパスフィルタで、回転円板39に保持された干渉フィルタ37は、光を190〜2600nmの範囲内の所定の波長の光に分光する。
The
干渉フィルタ37によって分光された光は、凸レンズ41によって集光され、投光用光ファイバー3の入射端面(投光用光ファイバー第2端面)3bに照射される。投光用光ファイバー3は光学プローブ1につながっている。光学プローブ1の構造及び光路は図1及び図2を参照して説明したとおりである。
The light split by the
光学プローブ1の受光用光ファイバー9の出射端面(受光用光ファイバー第2端面)9bは分光部27内に配置されている。光学プローブ1で受光用光ファイバー端面9aに入射した光は、受光用光ファイバー端面9bから凸レンズ43に入射して、集光して、受光素子45に入射される。受光素子45は、入射された光を、その強度に対応する電流に変換する。
An emission end face (light receiving optical fiber second end face) 9 b of the light receiving
回転円板39は、8枚の干渉フィルタ37を、円周方向に等角度間隔で保持し、駆動モータ47により所定の回転数、例えば1200rpm(Revolutions Per Minute)で回転駆動される。各干渉フィルタ37は、190〜2600nmの範囲内で、測定対象に応じた、互いに異なる所定の透過波長を有している。ここで、回転円板39が回転すると、各干渉フィルタ37が、凸レンズ35,41の光軸に順次挿入される。そして、タングステンランプ33から放射された光は、干渉フィルタ37によって分光された後、投光用光ファイバー3、光学プローブ1のレンズ5を介して、液体試料25に照射される。液体試料25を通過した光は、測定光反射ミラー7で反射され、再度液体試料25及びレンズ5を通過して集光され、受光用光ファイバー9に入り、凸レンズ43を通過して集光され、受光素子45に入射される。これにより、受光素子45から、各波長の光の吸光度に応じた電気信号が出力される。
The
データ処理部29は、受光素子45からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出する。
また、光学プローブ1の液面計11は、データ処理部29に電気的に接続されている。データ処理部29は、液面計11からの液漏検知信号に基づいて表示部31に液漏警告を表示させる。表示部31は、例えばモニタ画面や警告表示ランプなどである。ここではデータ処理部29によって液漏警告を表示部31に表示させているが、液面計11からの液漏検知信号に基づいて表示部31に液漏警告を表示させる機構を別途設けてもよい。
The
The
(実施例2)
図4は、光学プローブの実施例2のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図1及び図2と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
(Example 2)
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating the periphery of a lens according to the second embodiment of the optical probe. Parts having the same functions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
光学プローブ49は、投光用光ファイバー3、投光用レンズ5a、測定光反射ミラー7、受光用レンズ5b、受光用光ファイバー9、筒状部材13、ミラー支持部材21、窓板51、シーリング部材53、レンズ位置決め部材55、光ファイバー支持部材57、窓板押さえ部材59を備えている。
The
窓板51は、例えば石英製の筒状部材13の先端内部に配置されている。窓板51と筒状部材13との隙間は、例えばフッ素樹脂製Oリングからなるシーリング部材53で埋められている。窓板押さえ部材59は、窓板51を位置決めするとともに、窓板51をシーリング部材53側へ押さえている。
The
投光用レンズ5aは投光用光ファイバー端面3aに対向する位置に配置されている。受光用レンズ5bは受光用光ファイバー端面9aに対向する位置に配置されている。レンズ5a,5bは、例えばPTFE製のレンズ位置決め部材55によって位置決めされている。光ファイバー端面3a,9aは、レンズ5a,5b、筒状部材13、レンズ位置決め部材55、及び光ファイバー支持部材57によって囲まれた空間23a内に配置されている。
The
レンズ5a,5b、筒状部材13、窓板51、及びレンズ位置決め部材55によって囲まれた空間23bが形成されている。レンズ位置決め部材55には、空間23aと23bを連通するための貫通孔55aを備えている。
A
光ファイバー3,9は、例えばPTFE製の光ファイバー支持部材57によって位置決めされている。光ファイバー支持部材57は、空間23aと、光ファイバー支持部材57に対して空間23aとは反対側の空間23cとを連通するための貫通孔57aを備えている。
測定光反射ミラー7は、筒状部材13に取り付けられたミラー支持部材21によって支持されている。ミラー支持部材21の材料は例えば石英である。
The
The measuring
光学プローブ49の使用時には、光学プローブ49の光ファイバー3,9は、図1及び図2を参照して説明した光学プローブ1の光ファイバー3,9と同様にして、図3を参照して説明した分光測定装置に接続される。光学プローブ49の先端部分は液体試料25に浸漬される。光学プローブ49の先端部分は、少なくとも窓板51が液体試料25に接触する深さまで液体試料25に浸漬される。
When the
投光用光ファイバー端面3aから測定光が放射される。その測定光は投光用レンズ5aで平行光又は集光光にされ、窓板51を通過して、液体試料25を介して測定光反射ミラー7に照射される。測定光反射ミラー7で反射された光は液体試料25を介して窓板51を通過した後、受光用レンズ5bに到達し、受光用レンズ5bによって受光用光ファイバー端面9aに集光される。
Measurement light is emitted from the optical
光学プローブ49が破損して液体試料25が空間23a内や空間23b内、空間23c内に浸入すると、浸入した液体試料は、投光用光ファイバー端面3aや、受光用光ファイバー端面9a、投光用レンズ5a、受光用レンズ5b、窓板51の空間23b側の面などに接触する。光ファイバー支持部材57には貫通孔57aが設けられているので、空間23cに浸入した液体は、空間23aにも到達する。レンズ位置決め部材55には貫通孔55aが設けられているので、空間23b内に浸入した液体は空間23aにも浸入し、さらに空間23cにも浸入する。また、空間23aに浸入した液体は、貫通孔55aを介して空間23bに侵入する。
When the
投光用光ファイバー端面3aや、受光用光ファイバー端面9a、投光用レンズ5a、受光用レンズ5b、窓板51の空間23b側の面などに接触した液は、投光用光ファイバー端面3aから照射されて、受光用光ファイバー端面9aに入射されるまでの光路を遮る。すなわち、空間23a,23b内での光路に液体が浸入した状態になる。
The liquid in contact with the light projecting optical
空間23a,23b内での光路に液体が浸入した状態は、図3を参照して説明した分光測定装置の受光素子45の出力変化、すなわち受光用光ファイバー端面9bから照射される光の強度変化を分析することによって検知できる。
The state in which the liquid has entered the optical path in the
例えば、予め光学プローブ49の破損を模擬試験して、受光素子45の出力変化パターンをデータ処理部29内に設けられた記憶部に記憶させておく。分光測定装置による液体試料25の濃度測定と同時に、光学プローブ49の破損に伴う出力変化パターンを照らし合わせることを行ない、常に光学プローブ49の破損を監視する。
For example, the
図5は、光学プローブ49が破損して光学プローブ49内に液が浸入したときの受光素子45の信号変化を示す図である。図6は、タングステンランプ33が切れたときの受光素子45の信号変化を示す図である。図7は、光学プローブ49が液体試料25から空気中に取り出されたときの信号変化を示す図である。図5から図7は、互いに波長が異なる8波長について示している。図5から図7で、縦軸は光強度(任意単位)、横軸は時間を示す。
FIG. 5 is a diagram illustrating a signal change of the
光学プローブ49が破損して光学プローブ49内に液体が浸入したとき、図5に示すように、8つの各波長の強度は減少するが0にはならない。また、液体試料25の濃度変化に起因する光強度変化よりも10倍以上の突然の光強度変化が発生する。
When the
これに対し、タングステンランプ33が切れたとき、図6に示すように、8つの波長の強度は、それぞれほぼ0になる。
また、光学プローブ49が液体試料25から空気中に取り出されたとき、図7に示すように、液体試料25による光吸収がなくなるので、8つの波長の強度はそれぞれ増加する。
On the other hand, when the
Further, when the
したがって、受光用光ファイバー端面9bから照射される光の強度変化を監視して、図5に示したような特異的な変化を捉える、例えば液体試料25の濃度変化に起因する光強度変化よりも10倍以上の突然の光強度変化を検出することにより、光学プローブ49の破損を検知できる。
Therefore, a change in the intensity of light irradiated from the optical
次に、その出力変化パターン例を列記する。ここでは受光用光ファイバー端面9bから照射される光のうち8つの波長の光強度を用いて説明する。なお、少なくとも2つの波長を用いれば、光強度の変化パターンに基づいて光学プローブの破損を検知できる。
Next, output change pattern examples are listed. Here, description will be made using the light intensities of eight wavelengths among the light irradiated from the optical
(1)8つの各波長の光強度が、全て低下し、かつ全て0ではなく、その低下が液体試料の濃度変化より発生する光強度変化よりも大きい場合は、光学プローブ49の破損と判断する。なお、液体試料の濃度変化により発生する光強度変化は、データ処理部29に設けられた記憶部に記憶されている。
(1) When the light intensities at the eight wavelengths all decrease and are not all zero and the decrease is greater than the light intensity change caused by the concentration change of the liquid sample, it is determined that the
(2)8つの各波長の光強度変化値を波長に従って並べた場合に、波長の短い光の方が、波長の長い光よりも光強度低下率が高いときは、光学プローブ49の破損と判断する。光ファイバー端面3a,9aや、レンズ5a,5b、窓板51で光が通過する箇所に、光学プローブ49の破損によって液体が細かな水滴として付着したとき、その水滴は散乱体になる。散乱はレイリー散乱に従い、波長の短い光の方が波長の長い光に比べて散乱率が高くなる。そのため、波長の短い光の方が、波長の長い光に比べて、光強度の低下率が高くなる。
(2) When the light intensity change values of each of the eight wavelengths are arranged according to the wavelength, if the light intensity decrease rate of the light having a short wavelength is higher than that of the light having a long wavelength, it is determined that the
(3)8つの各波長のうち、いずれか複数の波長で光強度が低下していても、その他の波長の強度が変化していない場合は、光学プローブ49の破損とは判断しない。特定の波長のみの光強度の低下の原因は、電気系又は干渉フィルタ関連の光学系の損傷と想定される。
(3) Even if the light intensity is reduced at any one of the eight wavelengths, if the intensity of the other wavelengths is not changed, it is not determined that the
(4)8つの各波長の光強度がほぼ0になった場合に、例えば1秒未満の時間で急に光強度が0になるのではなく、1秒以上の時間をかけて光強度が徐々に低下したときは、タングステンランプ33が切れたのではなく、光学プローブ49の破損と判断する。このような光強度変化パターンは、光学プローブ49の破損の度合いが激しく、光学プローブ49内で光路に大量の液体が入り込み、受光用光ファイバー端面9bにまったく光が届かなくなった場合に現れる。
(4) When the light intensity of each of the eight wavelengths becomes almost zero, for example, the light intensity does not suddenly become zero in a time of less than 1 second, but gradually increases over a time of 1 second or more. When the voltage drops to, it is determined that the
これらの光強度変化パターンをデータ処理部29に設けられた記憶部に記憶させておき、データ処理部29によって、これらの光強度変化パターンと、受光用光ファイバー端面9bから照射される光の強度変化パターンとを照らし合わせることにより、光学プローブ49の破損を検知できる。
These light intensity change patterns are stored in a storage unit provided in the
(実施例3)
図8は、光学プローブの実施例3のレンズ周辺を拡大して示す断面図である。図4と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
(Example 3)
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the lens of Example 3 of the optical probe. Parts having the same functions as those in FIG.
光学プローブ61は、投光用光ファイバー及び受光用光ファイバーとして1本の光ファイバー63を備えている。投光用レンズ兼受光用レンズとして機能するレンズ5cが光ファイバー端面63aに対向してレンズ位置決め部材55によって位置決めされている。
The
図9は、分光測定装置の他の実施例を概略的に示す図である。図3に示した分光測定装置と同じ部分には同じ符号を付す。
この実施例の分光測定装置は、図3に示した分光装置と比較して、ハーフミラー65、凸レンズ67,69及びミラー69を分光部27にさらに備えている。
FIG. 9 is a diagram schematically showing another embodiment of the spectrometer. The same parts as those in the spectroscopic measurement apparatus shown in FIG.
The spectroscopic measurement apparatus of this embodiment further includes a
ハーフミラー65と凸レンズ67は、凸レンズ41と光ファイバー端面(光ファイバー第2端面)63bとの間の光路にその順に配置されている。凸レンズ67とミラー69は、ハーフミラー65と凸レンズ43との間の光路にその順に配置されている。ここで、凸レンズ67とミラー69が設けられずに、ハーフミラー65で反射された光が凸レンズ43によって受光素子45に集光される構成であってもよい。
The
タングステンランプ33から放射された光は、凸レンズ35、干渉フィルタ37、凸レンズ41、ハーフミラー65、凸レンズ67を通過し、光ファイバー63の端面63bに入射され、光ファイバー端面63a、光学プローブ63のレンズ5c及び窓板51を介して、液体試料25に照射される(図8も参照)。液体試料25を通過した光は、測定光反射ミラー7で反射され、再度液体試料25及びレンズ5cを通過して集光され、光ファイバー63に入り、凸レンズ67を通過して集光され、ハーフミラー65で反射され、凸レンズ69で集光され、ミラー71で反射され、凸レンズ43で集光されて受光素子45に入射される。これにより、受光素子45から、各波長の光の吸光度に応じた電気信号が出力される。
The light emitted from the
受光素子45の信号強度、すなわち光学プローブ61の光ファイバー端面63bから照射される光の強度変化を監視して、光学プローブ61の空間23a,23b,23cへの液体の浸入に起因する光強度変化を検出することにより、光学プローブ61の破損を検知できる。
The signal intensity of the
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施例で、光ファイバーの一部分が配置される空間23,23a,23b,23cを形成するための構造体は、上記実施例の構成に限定されるものではなく、光ファイバーの一部分が配置される空間を液体試料とは隔離できる構成であればどのような構成であってもよい。
As mentioned above, although the Example of this invention was described, material, a shape, arrangement | positioning, a dimension, etc. are examples, This invention is not limited to these, In the range of this invention described in the claim Various changes can be made.
For example, in the above embodiment, the structure for forming the
また、図4に示した光学プローブ49及び図8に示した光学プローブ61は、液漏検知センサーや液面計、白金電極等の物理的なセンサーを備えていないが、空間23a,23b,23c内への液体の侵入を検知するための物理的なセンサーを備えているようにしてもよい。この場合、空間23a,23b,23cのうちの少なくとも1つの空間内に物理的なセンサーを配置する。
The
また、図1及び図2に示した光学プローブ1を用いて、空間23内での光路に液体が浸入したことに起因する、受光用光ファイバー端面9bから照射される光の強度変化に基づいて、空間23内への液体の浸入を検知して、光学プローブ1の破損を検知するようにしてもよい。この場合、光学プローブ1の液面計11は不要である。
Moreover, based on the intensity change of the light irradiated from the optical
また、図4に示した光学プローブ49及び図8に示した光学プローブ61において、レンズ5a,5bに替えて、図1及び図2の光学プローブ1と同様に、投光用と受光用で共通の1つのレンズを備えているようにしてもよい。
また、図1及び図2に示した光学プローブ1において、レンズ5に替えて、図4の光学プローブ49と同様に、投光用レンズと受光用レンズを備えているようにしてもよい。
Further, in the
In addition, the
1,49,61 光学プローブ
3 投光用光ファイバー
3a 投光用光ファイバー端面
3b 投光用光ファイバー第2端面
5,5a,5b,5c レンズ
9 受光用光ファイバー
9a 受光用光ファイバー端面
9b 受光用光ファイバー第2端面
11 液面計(センサー)
23,23a,23b,23c 空間
25 液体試料
29 データ処理部
31 表示部
33 光源
45 受光素子(光検出部)
51 窓板
63 投光用兼受光用の光ファイバー
63a 光ファイバー端面
63b 光ファイバー第2端面
1, 49, 61
23, 23a, 23b,
51
Claims (8)
前記液体試料を通過した光を伝播するための受光用光ファイバーと、
前記光ファイバーの一部分が配置される空間であって前記液体試料とは隔離される空間を形成するための構造体と、
前記空間内への液体の浸入を検知するためのセンサーと、を備えた光学プローブ。 A light projecting optical fiber for propagating the light irradiated to the liquid sample;
A light-receiving optical fiber for propagating light that has passed through the liquid sample;
A structure for forming a space in which a part of the optical fiber is disposed and isolated from the liquid sample;
An optical probe comprising: a sensor for detecting intrusion of liquid into the space.
前記構造体は、前記液体試料と接触する部分に前記光が透過するレンズを備えている請求項1又は2に記載の光学プローブ。 One end face of the optical fiber is disposed in the space,
The optical probe according to claim 1, wherein the structure includes a lens through which the light is transmitted at a portion that contacts the liquid sample.
前記構造体は、前記液体試料と接触する部分に前記光が透過する窓板を備え、
前記空間内で前記光ファイバーの前記端面と前記窓板との間に前記光が透過するレンズを備えている請求項1から3のいずれか一項に記載の光学プローブ。 One end face of the optical fiber is disposed in the space,
The structure includes a window plate through which the light is transmitted at a portion in contact with the liquid sample.
The optical probe according to any one of claims 1 to 3, further comprising a lens through which the light passes between the end face of the optical fiber and the window plate in the space.
前記投光用光ファイバー端面とは反対側の投光用光ファイバー第2端面に光を照射するための光源と、
前記受光用光ファイバー端面とは反対側の受光用光ファイバー第2反面から照射される光を受光するための光検出部と、
前記光検出部からの光強度信号に応じた液体試料成分濃度を算出するためのデータ処理部と、
前記センサーからの液漏検知信号に基づいて液漏警告を表示する表示部と、を備えた分光測定装置。 An optical probe according to any one of claims 1 to 7,
A light source for irradiating light to the second optical fiber for projecting optical fiber opposite to the optical fiber end surface for projecting light;
A light detection unit for receiving light irradiated from the second optical fiber for receiving light on the side opposite to the end surface of the optical fiber for receiving light;
A data processing unit for calculating a liquid sample component concentration according to a light intensity signal from the light detection unit;
And a display unit that displays a liquid leakage warning based on a liquid leakage detection signal from the sensor.
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