JP2014095568A - Spectroscopic probe and spectroscopic instrument - Google Patents

Spectroscopic probe and spectroscopic instrument Download PDF

Info

Publication number
JP2014095568A
JP2014095568A JP2012245808A JP2012245808A JP2014095568A JP 2014095568 A JP2014095568 A JP 2014095568A JP 2012245808 A JP2012245808 A JP 2012245808A JP 2012245808 A JP2012245808 A JP 2012245808A JP 2014095568 A JP2014095568 A JP 2014095568A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
excitation
detection
spectroscopic
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012245808A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6238220B2 (en
Inventor
Toshiro Yamanaka
俊朗 山中
Hiroe Nakagawa
裕江 中川
Zenhachi Okumi
善八 小久見
Takeshi Abe
武志 安部
Yasuhiro Michimi
康弘 道見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyoto University
GS Yuasa Corp
Original Assignee
Kyoto University
GS Yuasa Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyoto University, GS Yuasa Corp filed Critical Kyoto University
Priority to JP2012245808A priority Critical patent/JP6238220B2/en
Publication of JP2014095568A publication Critical patent/JP2014095568A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6238220B2 publication Critical patent/JP6238220B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectroscopic probe that is able to make spatial resolution higher and to provide a spectroscopic instrument that has the same.SOLUTION: A spectroscopic probe 10 according to one embodiment comprises: an excitation fiber 11 configured to guide excitation light to a specimen 20; and a detection fiber 15 that is subjected to signal light from the specimen 20. The end face of the sample-side leading end of either the excitation fiber or detection fiber is formed obliquely with respect to a fiber axis such that a spatial resolution of not greater than 1.0 mm is obtained, the spatial resolution being based on an analysis area 32 where the emission area 30 of excitation light emitted from the sample-side end face 11a of the excitation fiber overlaps the light receiving area 31 of the detection fiber. Additionally, the excitation fiber and the detection fiber are arranged.

Description

本発明は、分光プローブ及び分光装置に関する。   The present invention relates to a spectroscopic probe and a spectroscopic device.

分光装置に使用される分光プローブとして、特許文献1及び非特許文献1に記載されたプローブがある。特許文献1等記載のプローブは、試料を励起する励起光を伝搬する励起用ファイバと、試料からの信号光(例えば、散乱光)を受ける検出用ファイバとを備える。励起用ファイバと検出用ファイバとは、通常、特許文献1等に記載されているように、試料側において、それらのファイバ軸が実質的に平行になるように配置される。   As a spectroscopic probe used in a spectroscopic device, there are probes described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1. The probe described in Patent Document 1 and the like includes an excitation fiber that propagates excitation light that excites a sample, and a detection fiber that receives signal light (for example, scattered light) from the sample. Usually, the excitation fiber and the detection fiber are arranged so that their fiber axes are substantially parallel on the sample side, as described in Patent Document 1 and the like.

このように、励起用ファイバと検出用ファイバとを備える分光プローブでは、励起用ファイバから出射される励起光の照射領域と、検出用ファイバに光が入射可能な範囲(以下、受光領域と称す)とが重なった領域内の試料からの信号光を検出可能である。従って、照射領域と受光領域との重なり領域が、分光により分析される分析領域である。   Thus, in a spectroscopic probe including an excitation fiber and a detection fiber, an irradiation region of excitation light emitted from the excitation fiber and a range in which light can enter the detection fiber (hereinafter referred to as a light receiving region) It is possible to detect the signal light from the sample in the region where the and overlap. Therefore, the overlapping region between the irradiation region and the light receiving region is an analysis region analyzed by spectroscopy.

特開2004−294109号公報JP 2004-294109 A

Yuichi Komachi, Takashi Katagiri,Hidetoshi Sato, and Hideo Tashiro, “Improvement and analysis of a micro Ramanprobe,”APPLIED OPTICS, Optical Society of America, 20 March 2009, Vol.48, No.9,pp.1683-1696Yuichi Komachi, Takashi Katagiri, Hidetoshi Sato, and Hideo Tashiro, “Improvement and analysis of a micro Ramanprobe,” APPLIED OPTICS, Optical Society of America, 20 March 2009, Vol.48, No.9, pp.1683-1696

分光プローブを利用して分光分析する試料自体が小さい場合がある。そのため、高い空間分解能を実現し得る分光プローブが求められている。   In some cases, a sample to be spectrally analyzed using a spectroscopic probe is small. Therefore, a spectroscopic probe that can realize high spatial resolution is required.

そこで、本発明は、空間分解能をより高くし得る分光プローブとそれを備えた分光装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a spectroscopic probe that can further increase the spatial resolution and a spectroscopic device including the spectroscopic probe.

本発明の一側面に係る分光プローブは、励起光を試料に導く励起用ファイバと、試料からの信号光を受ける検出用ファイバと、を備える。分光プローブは、励起用ファイバの試料側の端面から出射される励起光の照射領域と、検出用ファイバの受光領域とが重複している分析領域に基づく空間分解能が1.0mm以下であるように、励起用ファイバ及び検出用ファイバの少なくとも一方の試料側の先端部の端面が、ファイバ軸に対して斜めに形成されていると共に、励起用ファイバと検出用光ファイバとが配置されている。   A spectroscopic probe according to one aspect of the present invention includes an excitation fiber that guides excitation light to a sample, and a detection fiber that receives signal light from the sample. The spectroscopic probe has a spatial resolution of 1.0 mm or less based on an analysis region in which an irradiation region of excitation light emitted from the end surface on the sample side of the excitation fiber and a light receiving region of the detection fiber overlap. The end surface of the tip portion on the sample side of at least one of the excitation fiber and the detection fiber is formed obliquely with respect to the fiber axis, and the excitation fiber and the detection optical fiber are arranged.

上記構成では、上記分析領域に基づく空間分解能が1.0mm以下となるように、励起用ファイバ及び検出用ファイバの少なくとも一方の試料側の先端部の端面が、ファイバ軸に対して斜めに配置されていると共に、励起用ファイバと検出用光ファイバとが配置されている。そのため、上記構成の分光プローブは、1.0mm以下という高い空間分解能を実現できる。   In the above configuration, the end surface of the distal end portion of at least one of the excitation fiber and the detection fiber is disposed obliquely with respect to the fiber axis so that the spatial resolution based on the analysis region is 1.0 mm or less. In addition, an excitation fiber and a detection optical fiber are arranged. Therefore, the spectral probe having the above configuration can realize a high spatial resolution of 1.0 mm or less.

一実施形態において、ファイバ軸に対して斜めに形成された端面がミラーコートされていてもよい。   In one embodiment, the end surface formed obliquely with respect to the fiber axis may be mirror-coated.

この場合、ミラーコートされた端面で励起光が反射によって、励起光の光路が屈強して励起用ファイバから出射される及び/又はミラーコートされた端面で信号光が反射され、信号光の光路が屈曲して検出用ファイバに入射される。   In this case, the excitation light is reflected by the mirror-coated end face, and the optical path of the excitation light is emitted strongly from the excitation fiber and / or the signal light is reflected by the mirror-coated end face, and the optical path of the signal light is The light is bent and incident on the detection fiber.

一実施形態において、ファイバ軸に対して斜めに形成された端面が研磨面であってもよい。   In one embodiment, the end surface formed obliquely with respect to the fiber axis may be a polished surface.

この場合、ファイバ軸に対して端面が直交している光ファイバの上記端面を研磨することで、ファイバ軸に対して斜めに形成された端面を有する励起用ファイバ及び/又は検出用ファイバを容易に製造できる。   In this case, by polishing the end face of the optical fiber whose end face is orthogonal to the fiber axis, an excitation fiber and / or a detection fiber having an end face formed obliquely with respect to the fiber axis can be easily obtained. Can be manufactured.

一実施形態において、ファイバ軸に対して斜めに形成された端面がレンズ加工されていてもよい。   In one embodiment, an end surface formed obliquely with respect to the fiber axis may be processed with a lens.

この場合、端面によるレンズ効果によって、分析領域をより狭くすることが可能である。   In this case, the analysis region can be made narrower by the lens effect due to the end face.

一実施形態において、励起用プローブ及び検出用プローブの試料側の先端部間の距離が、励起用ファイバ及び検出用ファイバのうち直径のより小さいファイバの直径の3倍以下であってもよい。   In one embodiment, the distance between the sample-side tips of the excitation probe and the detection probe may be not more than three times the diameter of the smaller diameter fiber of the excitation fiber and the detection fiber.

これにより、より高い空間分解能を実現しやすい。   Thereby, it is easy to realize higher spatial resolution.

一実施形態において、励起用ファイバと検出用ファイバとは、試料側の先端部側に互いに固定された固定領域を有し、固定領域において、励起用ファイバのファイバ軸と検出用ファイバのファイバ軸とは平行であってもよい。   In one embodiment, the excitation fiber and the detection fiber have a fixed region fixed to each other on the tip side on the sample side, and in the fixed region, the fiber axis of the excitation fiber and the fiber axis of the detection fiber May be parallel.

この場合、励起用ファイバ及び検出用ファイバのうちの少なくとも一方の端面がファイバ軸に対して傾斜しているので、照射領域及び受光領域の少なくとも一方が、励起用ファイバ及び検出用ファイバ双方のファイバ軸に対して傾斜することになる。その結果、分析領域がより確実に小さくなる。   In this case, since at least one end face of the excitation fiber and the detection fiber is inclined with respect to the fiber axis, at least one of the irradiation region and the light reception region is a fiber axis of both the excitation fiber and the detection fiber. Will be inclined with respect to. As a result, the analysis area is more reliably reduced.

本発明の他の側面に係る分光装置は、上記分光プローブと、分光プローブが有する前記励起用ファイバに供給する励起光を出力する光源部と、分光プローブが有する前記検出用ファイバから出力される前記信号光を分光する分光器と、を備える。   A spectroscopic device according to another aspect of the present invention includes the spectroscopic probe, a light source unit that outputs excitation light supplied to the excitation fiber included in the spectroscopic probe, and the detection fiber included in the spectroscopic probe. A spectroscope for spectrally separating the signal light.

上記構成の分光装置では、分光プローブによる空間分解能を1.0mm以下とし得るので、より小さい試料の分光分析を行うことが可能である。   In the spectroscopic device having the above-described configuration, the spatial resolution by the spectroscopic probe can be set to 1.0 mm or less, so that spectroscopic analysis of a smaller sample can be performed.

本発明によれば、空間分解能をより高くし得る分光プローブとそれを備えた分光装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the spectroscopic probe which can make spatial resolution higher, and a spectroscopic device provided with the same can be provided.

一実施形態に係る分光装置の構成を模式的に示す図面である。It is drawing which shows typically the structure of the spectrometer concerning one Embodiment. (a)は、図1に示した分光プローブの試料側の先端部の拡大図である。(b)は、(a)の矢印αの方向から見た場合の分析領域の模式図である。(A) is an enlarged view of the front-end | tip part by the side of the sample of the spectroscopy probe shown in FIG. (B) is a schematic diagram of an analysis region when viewed from the direction of arrow α in (a). (a)は、分光プローブでリチウムイオン二次電池の電解液を分光分析する場合の実験構成例の模式図である。(b)は、(a)のIIIb―IIIb線に沿った断面図である。(A) is a schematic diagram of an experimental configuration example in the case of performing spectral analysis of an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery with a spectroscopic probe. (B) is sectional drawing along the IIIb-IIIb line | wire of (a). 図2(a)に示した分光プローブの第1の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 1st modification of the spectroscopy probe shown to Fig.2 (a). 図2(a)に示した分光プローブの第2の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd modification of the spectroscopy probe shown to Fig.2 (a). 図2(a)に示した分光プローブの第3の変形例を示す図面である。It is drawing which shows the 3rd modification of the spectroscopy probe shown to Fig.2 (a). 図2(a)に示した分光プローブの第4の変形例を示す図面である。It is drawing which shows the 4th modification of the spectroscopy probe shown to Fig.2 (a). 図2(a)に示した分光プローブの第5の変形例を示す図面である。It is drawing which shows the 5th modification of the spectroscopy probe shown to Fig.2 (a).

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are given to the same elements, and duplicate descriptions are omitted. The dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described. In the description, words indicating directions such as “up” and “down” are convenient words based on the state shown in the drawings.

図1は、一実施形態に係る分光装置の構成を模式的に示す図面である。分光装置1は、いわゆるラマン分光装置である。分光装置1は、励起光源(光源部)2と、ラマンプローブとしての分光プローブ10と、分光器3とを備える。図1では、分光装置1によって、試料20を測定する場合の状態を模式的に示している。図1では、試料20は、液体試料であり、試料20の例は、後述するように、リチウムイオン二次電池の電解液である。   FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of a spectroscopic device according to an embodiment. The spectroscopic device 1 is a so-called Raman spectroscopic device. The spectroscopic device 1 includes an excitation light source (light source unit) 2, a spectroscopic probe 10 as a Raman probe, and a spectroscope 3. In FIG. 1, a state in which the sample 20 is measured by the spectroscopic device 1 is schematically shown. In FIG. 1, the sample 20 is a liquid sample, and an example of the sample 20 is an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery, as will be described later.

励起光源2は、ラマン分光が可能な所定の波長の励起光を出力可能な光源であればよい。励起光源2の例は、レーザ光源である。レーザ光源としての励起光源2の具体例は、励起光として波長532nmの光を出力する固体レーザである。   The excitation light source 2 may be a light source that can output excitation light having a predetermined wavelength that allows Raman spectroscopy. An example of the excitation light source 2 is a laser light source. A specific example of the excitation light source 2 as a laser light source is a solid-state laser that outputs light having a wavelength of 532 nm as excitation light.

分光プローブ10は、励起光源2から出力された励起光を試料20まで伝搬させる励起用ファイバ11と、励起光が照射された試料20からのラマン散乱光としての信号光を分光器3に伝搬させるための検出用ファイバ15とを有する。   The spectroscopic probe 10 propagates the excitation light 11 output from the excitation light source 2 to the sample 20 and the signal light as Raman scattered light from the sample 20 irradiated with the excitation light to the spectrometer 3. And a detection fiber 15.

分光器3は、検出用ファイバ15から出力されたラマン散乱光を分光するための装置である。分光器3は、ラマン散乱光を分光可能であればよく、公知の分光器3が使用され得る。   The spectroscope 3 is a device for splitting Raman scattered light output from the detection fiber 15. The spectroscope 3 only needs to be able to split Raman scattered light, and a known spectroscope 3 can be used.

一実施形態において、図1に示すように、分光装置1は、励起光源2から出力された励起光を励起用ファイバ11の入射端11b(励起光源2側の端)に入射させるための第1の光学系(入射側光学系)4を備えても良い。本実施形態では、励起光源2自体を光源部として説明しているが、光源部は、励起光源2と共に、第1の光学系4を含んでもよい。   In one embodiment, as shown in FIG. 1, the spectroscopic device 1 is a first for causing the excitation light output from the excitation light source 2 to enter the incident end 11 b (end on the excitation light source 2 side) of the excitation fiber 11. The optical system (incident side optical system) 4 may be provided. In the present embodiment, the excitation light source 2 itself is described as the light source unit. However, the light source unit may include the first optical system 4 together with the excitation light source 2.

同様に、分光装置1は、検出用ファイバ15の出力端(分光器3側の端)15bから出力される信号光を分光器3に入射させるための第2の光学系(出射側光学系)5を備えても良い。更に、分光装置1は、出射端15bから分光器3に導かれる信号光の光路上に、励起光をカットし信号光のみを通過させるフィルタを備えてもよい。このようなフィルタを備えることで、検出感度が向上する。   Similarly, the spectroscopic device 1 includes a second optical system (exit-side optical system) for causing the signal light output from the output end (end on the spectroscope 3 side) 15 b of the detection fiber 15 to enter the spectroscope 3. 5 may be provided. Furthermore, the spectroscopic device 1 may include a filter that cuts the excitation light and allows only the signal light to pass through on the optical path of the signal light guided to the spectroscope 3 from the emission end 15b. By providing such a filter, the detection sensitivity is improved.

分光プローブ10の構成について、図2(a)及び図2(b)を利用して更に詳細に説明する。図2(a)は、図1に示した分光プローブの試料側の先端部の拡大図である。図2(a)では、分光プローブ10の先端部を模試的に示している。図2(b)は、図2(a)の矢印α方向から見た場合の分析領域の模式図である。   The configuration of the spectroscopic probe 10 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). FIG. 2A is an enlarged view of the tip portion on the sample side of the spectroscopic probe shown in FIG. FIG. 2A schematically shows the tip of the spectroscopic probe 10. FIG. 2B is a schematic diagram of the analysis region when viewed from the direction of the arrow α in FIG.

分光プローブ10は、試料20側の先端部において、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15とが互いに固定された固定領域Fを有してもよい。固定領域Fにおいて、励起用ファイバ11のファイバ軸C1は、検出用ファイバ15のファイバ軸C2と略平行であり得る。   The spectroscopic probe 10 may have a fixed region F in which the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 are fixed to each other at the distal end portion on the sample 20 side. In the fixed region F, the fiber axis C1 of the excitation fiber 11 may be substantially parallel to the fiber axis C2 of the detection fiber 15.

固定領域Fにおける励起用ファイバ11を検出用ファイバ15に(或いは、検出用ファイバ15を励起用ファイバ11に)固定する方法は、それらを固定可能であって、所望の分析が可能な方法であればよい。例えば、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15とが接するように接着剤などで固定してもよいし、或いは、励起用ファイバ11及び検出用ファイバ15とを固定部材で固定してもよい、固定部材としては、例えば、励起用ファイバ11及び検出用ファイバ15それぞれを挿入可能な孔が形成された部材が例示され得る。   The method for fixing the excitation fiber 11 in the fixed region F to the detection fiber 15 (or the detection fiber 15 to the excitation fiber 11) is a method that can fix them and can perform a desired analysis. That's fine. For example, the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 may be fixed with an adhesive or the like, or the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 may be fixed with a fixing member. As the member, for example, a member in which a hole into which each of the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 can be inserted is formed.

固定領域Fにおいて、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15との間の距離の例は、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15のうち直径のより小さいファイバの直径の3倍以下である。これにより、後述する分光プローブ10の空間分解能をより高くし得る。励起用ファイバ11と検出用ファイバ15との間の距離は、例えば、励起用ファイバ11のファイバ軸(又は中心軸若しくは光軸)C1と、検出用ファイバ15のファイバ軸(又は中心軸若しくは光軸)C2との間の距離である。   In the fixed region F, an example of the distance between the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 is not more than three times the diameter of the smaller diameter of the excitation fiber 11 and the detection fiber 15. Thereby, the spatial resolution of the spectroscopic probe 10 to be described later can be further increased. The distance between the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 is, for example, the fiber axis (or central axis or optical axis) C1 of the excitation fiber 11 and the fiber axis (or central axis or optical axis) of the detection fiber 15. ) Distance to C2.

励起用ファイバ11は、コア部12とクラッド部13とを有する光ファイバである。コア部12の屈折率は、例えば1.5〜1.8である。クラッド部13は、コア部12の屈折率より小さく、例えば、1.4〜1.7である。一実施形態において、励起用ファイバ11の直径は、試料20に挿入可能な大きさであればよい。励起用ファイバ11の直径の例は30μmである。直径が30μmの励起用ファイバ11の場合、クラッド部13の厚さの例は1.75μmである。励起用ファイバ11の試料20側の先端部の端面11aは、ファイバ軸C1に対して傾斜している。ファイバ軸C1に対する端面11aの傾斜角θ1の例は45°である。端面11aは、図2(a)に示したように、平坦面であってもよい。端面11aにはミラーコートが施されている。ミラーコートは、例えば、端面11aの外面に金属膜14を形成することで実現され得る。ミラーコートの具体例は、アルミニウムメッキ、銀メッキなどである。   The excitation fiber 11 is an optical fiber having a core portion 12 and a cladding portion 13. The refractive index of the core part 12 is 1.5-1.8, for example. The clad part 13 is smaller than the refractive index of the core part 12 and is, for example, 1.4 to 1.7. In one embodiment, the excitation fiber 11 may have a diameter that can be inserted into the sample 20. An example of the diameter of the excitation fiber 11 is 30 μm. In the case of the excitation fiber 11 having a diameter of 30 μm, an example of the thickness of the clad portion 13 is 1.75 μm. The end surface 11a at the tip of the excitation fiber 11 on the sample 20 side is inclined with respect to the fiber axis C1. An example of the inclination angle θ1 of the end face 11a with respect to the fiber axis C1 is 45 °. The end surface 11a may be a flat surface as shown in FIG. A mirror coat is applied to the end face 11a. The mirror coating can be realized, for example, by forming the metal film 14 on the outer surface of the end surface 11a. Specific examples of the mirror coat include aluminum plating and silver plating.

上記構成では、励起用ファイバ11内を伝搬してきた励起光は端面11aで反射し、励起用ファイバ11の側方に照射される。励起用ファイバ11から出射された励起光で照射される領域を照射領域30と称す。図2(a)及び図2(b)では、ハッチングにより照射領域30を示している。   In the above configuration, the excitation light propagating through the excitation fiber 11 is reflected by the end face 11 a and irradiated to the side of the excitation fiber 11. An area irradiated with the excitation light emitted from the excitation fiber 11 is referred to as an irradiation area 30. 2A and 2B, the irradiation region 30 is shown by hatching.

励起用ファイバ11は、次のように製造され得る。まず、光ファイバにおいてそのファイバ軸C1に直交している端面を、ファイバ軸C1に対して傾斜するように研磨することによって、研磨面を形成する。次に、その研磨面にミラーコートを施す。ミラーコートは、例えば、金属膜14を蒸着により形成することで実施され得る。   The excitation fiber 11 can be manufactured as follows. First, a polished surface is formed by polishing an end face of the optical fiber orthogonal to the fiber axis C1 so as to be inclined with respect to the fiber axis C1. Next, a mirror coat is applied to the polished surface. The mirror coating can be performed, for example, by forming the metal film 14 by vapor deposition.

検出用ファイバ15は、励起用ファイバ11と同様に、コア部16とクラッド部17とを有する光ファイバである。コア部16及びクラッド部17の屈折率の例は、励起用ファイバ11の場合と同様である。一実施形態において、励起用ファイバ11の場合と同様に、検出用ファイバ15の直径は、試料20に挿入可能な大きさであればよい。検出用ファイバ15の直径及びクラッド部17の厚さの例は、励起用ファイバ11の直径及びクラッド部の厚さと同じでもよい。検出用ファイバ15の先端側の端面15aは、ファイバ軸C2に対して直交している。   Similar to the excitation fiber 11, the detection fiber 15 is an optical fiber having a core portion 16 and a cladding portion 17. The example of the refractive index of the core part 16 and the clad part 17 is the same as that of the excitation fiber 11. In one embodiment, as in the case of the excitation fiber 11, the diameter of the detection fiber 15 may be a size that can be inserted into the sample 20. Examples of the diameter of the detection fiber 15 and the thickness of the cladding portion 17 may be the same as the diameter of the excitation fiber 11 and the thickness of the cladding portion. An end face 15a on the distal end side of the detection fiber 15 is orthogonal to the fiber axis C2.

検出用ファイバ15は、励起用ファイバ11の端面11aで反射した励起光が出射される側に配置されている。検出用ファイバ15は、励起用ファイバ11の端面11aからの励起光が照射された試料20から生じたラマン散乱光(信号光)が端面15aから入射されるように、励起用ファイバ11に対して配置されている。例えば、図2に示すように、励起用ファイバ11が検出用ファイバ15より突出するように、すなわち、分光プローブ10の試料20側の先端部において、段差が生じるように、検出用ファイバ15は励起用ファイバ11に対して配置されている。   The detection fiber 15 is arranged on the side from which the excitation light reflected by the end face 11a of the excitation fiber 11 is emitted. The detection fiber 15 is placed on the excitation fiber 11 so that Raman scattered light (signal light) generated from the sample 20 irradiated with the excitation light from the end surface 11a of the excitation fiber 11 is incident from the end surface 15a. Is arranged. For example, as shown in FIG. 2, the detection fiber 15 is excited so that the excitation fiber 11 protrudes from the detection fiber 15, that is, a step is generated at the tip of the spectroscopic probe 10 on the sample 20 side. The optical fiber 11 is disposed.

一実施形態において、図2に示したように、検出用ファイバ15は、励起用ファイバ11から出射された励起光の照射領域30の外側に配置される。この場合、端面15aが照射領域30との間の距離が狭い方が、空間分解能を向上させる観点から好ましい。一実施形態において、励起用ファイバ11の端面11aにおいて、検出用ファイバ15側と反対側の縁、すなわち、端面11aのうちファイバ軸C1方向において、入射端11b(図1参照)側に位置する縁と同じ位置又はその近傍に端面15aが位置するように配置されてもよい。   In one embodiment, as shown in FIG. 2, the detection fiber 15 is disposed outside the irradiation region 30 of the excitation light emitted from the excitation fiber 11. In this case, it is preferable from the viewpoint of improving the spatial resolution that the distance between the end face 15a and the irradiation region 30 is narrow. In one embodiment, on the end face 11a of the excitation fiber 11, the edge opposite to the detection fiber 15 side, that is, the edge located on the incident end 11b (see FIG. 1) side in the fiber axis C1 direction of the end face 11a. It may be arranged so that the end face 15a is located at the same position or in the vicinity thereof.

上記構成では、励起光源2から出力され励起用ファイバ11に入射された励起光は、励起用ファイバ11中を伝搬する。励起用ファイバ11で端面11aに向けて導かれてきた励起光は、ミラーコートされると共に、研磨面である端面11aで反射する。端面11aでの反射は、全反射条件以外の反射であることから、端面11aで反射された励起光は、励起用ファイバ11のクラッド部(壁面)13を透過して励起用ファイバ11の側方(検出用ファイバ15側)から出射される。すなわち、励起用ファイバ11を伝搬して来た励起光は、端面11aでその光路が曲げられて励起用ファイバ11から出射される。励起用ファイバ11から出射された励起光が試料20に照射されると、試料20で生じたラマン散乱光が信号光として検出用ファイバ15に入射する。検出用ファイバ15に入射された信号光は、検出用ファイバ15内を伝搬した後、出射端15b(図1参照)から出射される。出射端15bから出射された信号光は、分光器3に入射され、分光器3内で分光され得る。よって、分光装置1で試料20が分析され得る。   In the above configuration, the excitation light output from the excitation light source 2 and incident on the excitation fiber 11 propagates through the excitation fiber 11. The excitation light guided toward the end surface 11a by the excitation fiber 11 is mirror-coated and reflected by the end surface 11a which is a polished surface. Since the reflection on the end surface 11a is a reflection other than the total reflection condition, the excitation light reflected on the end surface 11a passes through the cladding portion (wall surface) 13 of the excitation fiber 11 and is lateral to the excitation fiber 11. The light is emitted from the detection fiber 15 side. That is, the excitation light that has propagated through the excitation fiber 11 is emitted from the excitation fiber 11 with its optical path bent at the end face 11a. When the sample 20 is irradiated with the excitation light emitted from the excitation fiber 11, the Raman scattered light generated in the sample 20 enters the detection fiber 15 as signal light. The signal light incident on the detection fiber 15 travels through the detection fiber 15 and then exits from the exit end 15b (see FIG. 1). The signal light emitted from the emission end 15 b is incident on the spectroscope 3 and can be split in the spectroscope 3. Therefore, the sample 20 can be analyzed by the spectroscopic device 1.

励起光の照射領域30内の試料20から信号光が生じる一方、検出できる信号光は、検出用ファイバ15に入射可能な光である。検出用ファイバ15に入射可能な光は、検出用ファイバ15の端面15a側の視野角(或いは、検出用ファイバ15の入射可能な光の最大入射角)内の領域の光である。以下の説明では、検出用ファイバ15の視野角内の領域を、受光領域31と称す。受光領域31は例えば検出用ファイバ15の開口数で規定されてもよい。図2(a)及び図2(b)では、照射領域30とは異なるハッチングを付して受光領域31を示している。   While signal light is generated from the sample 20 in the excitation light irradiation region 30, the detectable signal light is light that can enter the detection fiber 15. The light that can enter the detection fiber 15 is light in a region within the viewing angle (or the maximum incident angle of light that can be incident on the detection fiber 15) on the end face 15 a side of the detection fiber 15. In the following description, a region within the viewing angle of the detection fiber 15 is referred to as a light receiving region 31. For example, the light receiving region 31 may be defined by the numerical aperture of the detection fiber 15. In FIG. 2A and FIG. 2B, the light receiving region 31 is shown with hatching different from the irradiation region 30.

照射領域30内の試料20が励起光によって励起されると共に、受光領域31内の試料20から生じた信号光が検出用ファイバ15に入射することから、照射領域30と受光領域31とが重複した領域内の試料20が分光装置1により分析される。そのため、以下の説明では、分光プローブ10の外側の領域であって、励起光の照射領域30と、検出用ファイバ15の受光領域31の重複した領域を分析領域32とも称す。   Since the sample 20 in the irradiation region 30 is excited by the excitation light and the signal light generated from the sample 20 in the light receiving region 31 is incident on the detection fiber 15, the irradiation region 30 and the light receiving region 31 overlap. A sample 20 in the region is analyzed by the spectroscopic device 1. Therefore, in the following description, an area outside the spectroscopic probe 10 and an overlapping area of the excitation light irradiation area 30 and the light receiving area 31 of the detection fiber 15 is also referred to as an analysis area 32.

分析領域32の大きさが、ラマン分光によって試料20を分析できる領域であるため、分析領域32の大きさが、分光プローブ10の空間分解能に対応する。本実施形態において、分光プローブ10の空間分解能は、次のように定義される。   Since the size of the analysis region 32 is a region where the sample 20 can be analyzed by Raman spectroscopy, the size of the analysis region 32 corresponds to the spatial resolution of the spectroscopic probe 10. In the present embodiment, the spatial resolution of the spectroscopic probe 10 is defined as follows.

すなわち、分光プローブ10の空間分解能は、分析領域32における幅L1、幅L2及び幅L3(図2(a)及び図2(b)参照)のうち一番大きな幅の値である。幅L1、幅L2及び幅L3のうちの一番大きな幅の値をLmaxとも称す。 That is, the spatial resolution of the spectroscopic probe 10 is the largest width value among the width L1, the width L2, and the width L3 (see FIGS. 2A and 2B) in the analysis region 32. Width L1, the value of the largest width of the width L2 and the width L3 is also referred to as L max.

幅L1は、図2(a)に示すように、励起用ファイバ11及び検出用ファイバ15のファイバ軸C1,C2を含む平面において、検出用ファイバ15のファイバ軸C2に直交する方向の幅である。幅L2は、図2(b)に示すように、励起用ファイバ11及び検出用ファイバ15のファイバ軸C1,C2を含む平面に直交する方向の分析領域32の幅である。幅L3は、ファイバ軸C1,C2に平行な方向の分析領域32の幅である。以下の説明では、L1,L2及びL3それぞれを対応する幅の方向を示すために使用することもある。   The width L1 is a width in a direction perpendicular to the fiber axis C2 of the detection fiber 15 on a plane including the fiber axes C1 and C2 of the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 as shown in FIG. . The width L2 is the width of the analysis region 32 in the direction orthogonal to the plane including the fiber axes C1 and C2 of the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 as shown in FIG. The width L3 is the width of the analysis region 32 in a direction parallel to the fiber axes C1 and C2. In the following description, L1, L2, and L3 may be used to indicate corresponding width directions.

本明細書では特に断らない限り、分光装置1の空間分解能は、上記定義の空間分解能である。本明細書において、空間分解能が高いとは、空間分解能に対応するLmaxが小さいことを意味する。 Unless otherwise specified in this specification, the spatial resolution of the spectroscopic device 1 is the spatial resolution defined above. In this specification, high spatial resolution means that L max corresponding to the spatial resolution is small.

上述したように、励起用ファイバ11を伝搬して来た励起光は、端面11aでその光路が曲げられて励起用ファイバ11から出射される。すなわち、照射領域30は、端面11aを基準として、試料20側に延びていく。そのため、以下、説明のために、ファイバ軸C1に沿って伝搬してきた光が端面11aで反射された光の進行方向に延びる方向を、照射領域30の延在方向A1と称す。この延在方向は、端面11aで反射された励起光の光路に対応する。なお、図2では、延在方向A1とファイバ軸C1との関係を示すため、延在方向A1を示す矢印を、端面11aまで延長して示している。この点は、他の図でも同様である。   As described above, the excitation light that has propagated through the excitation fiber 11 is emitted from the excitation fiber 11 with its optical path bent at the end face 11a. That is, the irradiation region 30 extends toward the sample 20 with reference to the end face 11a. Therefore, for the sake of explanation, the direction in which the light propagating along the fiber axis C1 extends in the traveling direction of the light reflected by the end face 11a will be referred to as the extending direction A1 of the irradiation region 30. This extending direction corresponds to the optical path of the excitation light reflected by the end face 11a. In FIG. 2, in order to show the relationship between the extending direction A1 and the fiber axis C1, an arrow indicating the extending direction A1 is extended to the end face 11a. This is the same in other figures.

同様に、受光領域31は、検出用ファイバ15に入射可能な光の領域であるため、端面15aと反対側に延びている。受光領域31は、仮にファイバ軸C2に沿って伝搬してきた光が端面15aから出射された場合において、その光の照射領域に対応する。そのため、仮にファイバ軸C2に沿って検出用ファイバ15内を伝搬してきた光が端面15aから出射された場合の光の進行方向を、受光領域31の延在方向A2と称す。この延在方向A2は、検出用ファイバ15に入射可能な信号光の光路に対応する。図2に示したように端面15aがファイバ軸C2に直交している形態では、受光領域31の延在方向は、ファイバ軸C2の方向と同じである。   Similarly, since the light receiving region 31 is a region of light that can enter the detection fiber 15, it extends to the side opposite to the end face 15a. The light receiving region 31 corresponds to an irradiation region of light when the light propagating along the fiber axis C2 is emitted from the end face 15a. Therefore, the light traveling direction when the light propagating in the detection fiber 15 along the fiber axis C2 is emitted from the end face 15a is referred to as an extending direction A2 of the light receiving region 31. This extending direction A2 corresponds to the optical path of signal light that can be incident on the detection fiber 15. As shown in FIG. 2, in the form in which the end face 15a is orthogonal to the fiber axis C2, the extending direction of the light receiving region 31 is the same as the direction of the fiber axis C2.

分光プローブ10では、端面11aがファイバ軸C1に対して傾斜していることにより、励起用ファイバ11を伝搬してきた励起光は、端面11aでその光路が曲げられて励起用ファイバ11の側方に出射される。そのため、照射領域30の延在方向A1は、一定の角度(図2(a)の例では、約90°)でファイバ軸C1と交差している。ファイバ軸C2は、ファイバ軸C1と実質的に平行で、延在方向A2は、ファイバ軸C2の方向と同じであることから、照射領域30の延在方向A1と受光領域31の延在方向A2とは交差する。そのため、分析領域32は、端面11aがファイバ軸C1に直交している場合、すなわち、延在方向A1と延在方向A2とが実質的に平行である場合より小さい。従って、分光プローブ10では、空間分解能として1.0mm以下、すなわち、Lmaxが1.0mm以下という高い分解能を実現できる。 In the spectroscopic probe 10, the end surface 11 a is inclined with respect to the fiber axis C <b> 1, so that the excitation light propagating through the excitation fiber 11 is bent at the end surface 11 a to the side of the excitation fiber 11. Emitted. Therefore, the extending direction A1 of the irradiation region 30 intersects the fiber axis C1 at a certain angle (about 90 ° in the example of FIG. 2A). Since the fiber axis C2 is substantially parallel to the fiber axis C1 and the extending direction A2 is the same as the direction of the fiber axis C2, the extending direction A1 of the irradiation region 30 and the extending direction A2 of the light receiving region 31 are the same. Intersect. Therefore, the analysis region 32 is smaller than when the end surface 11a is orthogonal to the fiber axis C1, that is, when the extending direction A1 and the extending direction A2 are substantially parallel. Therefore, the spectroscopic probe 10 can realize a high resolution of 1.0 mm or less as a spatial resolution, that is, L max of 1.0 mm or less.

空間分解能は、L1,L2,L3のうちの一番大きい値Lmaxで決定される。そのため、幅L1,L2,L3はいずれも1.0mm以下であればよい。 The spatial resolution is determined by the largest value L max among L1, L2, and L3. Therefore, the widths L1, L2, and L3 may be 1.0 mm or less.

ただし、L1は、好ましくは、100μm以下であり、更に好ましくは、50μm以下である。L2は、好ましくは、50μm以下であり、更に好ましくは、30μm以下である。L3は、好ましくは、100μm以下であり、更に好ましくは、50μm以下である。   However, L1 is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. L2 is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. L3 is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less.

上記のような好ましい範囲によって、例えば、幅L1,L2,L3それぞれの方向においてより小さい試料20の分光分析が可能である。   According to the preferable range as described above, for example, the spectroscopic analysis of the smaller sample 20 is possible in the directions of the widths L1, L2, and L3.

上記例示したようなL1,L2及びL3の範囲例は、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15の配置関係、及び、端面11aの形状及び端面11aのファイバ軸C1に対する傾斜角θ1を調整することにより実現され得る。   The range examples of L1, L2, and L3 as exemplified above are obtained by adjusting the arrangement relationship between the excitation fiber 11 and the detection fiber 15, and the shape of the end surface 11a and the inclination angle θ1 of the end surface 11a with respect to the fiber axis C1. Can be realized.

例えば、幅L2が50μm以下であれば、リチウムイオン二次電池の電解液を試料20として分光分析可能である。この点を、図3(a)及び図3(b)を参照して説明する。   For example, if the width L2 is 50 μm or less, it is possible to perform spectroscopic analysis using the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery as the sample 20. This point will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).

図3(a)は、分光プローブでリチウムイオン二次電池の電解液を分光分析する場合の実験構成例の模式図である。図3(b)は、図3(a)のIIIb―IIIb線に沿った断面図である。図3(b)は、IIIb―IIIb線に沿った断面構成の一部を拡大して示している。   Fig.3 (a) is a schematic diagram of the example of an experiment structure in the case of carrying out the spectral analysis of the electrolyte solution of a lithium ion secondary battery with a spectroscopic probe. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb in FIG. FIG. 3B shows an enlarged part of the cross-sectional configuration along the line IIIb-IIIb.

図3(a)に示した試料20は、リチウムイオン二次電池の電解液である。電解液の屈折率は、通常、1.3〜1.6である。実験モデルとしてのリチウムイオン二次電池は、離間した正極板21と負極板22とを有する。正極板21は正極活物質の粉末をペースト状にしたものをアルミ箔25上に塗布したものである。負極板22は負極活物質の粉末をペースト状にしたものを銅箔26上に塗布したものである。正極板21と負極板22との間に、試料20としての電解液が注入されている。正極板21の内面(負極板22側の面)及び負極板22の内面(正極板21側の面)には、それぞれセパレータ23,24が設けられている。電解液が漏れないように、正極板21及び負極板22などの構成要素はケースに収容されているが、図3(a)及び図3(b)ではケースの記載を省略している。   A sample 20 shown in FIG. 3A is an electrolytic solution of a lithium ion secondary battery. The refractive index of the electrolytic solution is usually 1.3 to 1.6. A lithium ion secondary battery as an experimental model has a positive electrode plate 21 and a negative electrode plate 22 that are spaced apart from each other. The positive electrode plate 21 is obtained by applying a paste of positive electrode active material powder onto an aluminum foil 25. The negative electrode plate 22 is obtained by applying a paste of negative electrode active material powder on a copper foil 26. An electrolyte solution as the sample 20 is injected between the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22. Separators 23 and 24 are provided on the inner surface of the positive electrode plate 21 (surface on the negative electrode plate 22 side) and the inner surface of the negative electrode plate 22 (surface on the positive electrode plate 21 side), respectively. The components such as the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 are accommodated in the case so that the electrolyte does not leak, but the description of the case is omitted in FIGS. 3 (a) and 3 (b).

実験モデルに対して、分光プローブ10は、図3(b)に示したように、ファイバ軸C1,C2を含む平面に直交する方向(すなわち、幅L2の方向)が、正極板21(又は負極板22)の板厚方向となるように、一対のセパレータ23,24の間に配置される。   With respect to the experimental model, as shown in FIG. 3B, the spectroscopic probe 10 has a positive electrode plate 21 (or a negative electrode) whose direction perpendicular to the plane including the fiber axes C1 and C2 (ie, the direction of the width L2). It arrange | positions between a pair of separators 23 and 24 so that it may become the plate | board thickness direction of the board 22).

実電池において、正極板及び負極板の間隔は、通常、10μm〜50μmである。正極板及び負極板との間には、それらの間隔と同様の厚さ(すなわち、10μm〜50μm)を有する、電解液が染み込んだセパレータが挟まれている。   In the actual battery, the interval between the positive electrode plate and the negative electrode plate is usually 10 μm to 50 μm. Between the positive electrode plate and the negative electrode plate, a separator infiltrated with an electrolytic solution having the same thickness as that of the gap (that is, 10 μm to 50 μm) is sandwiched.

このような実電池の構成では、分光プローブ10の挿入スペースが確保されないので、図3(a)に示した実験モデルは、電解液を試料20とするために、2枚のセパレータ23,24を離間して配置し、その間の電解液中に分光プローブ10を挿入可能な構成を採用している。   Since the space for inserting the spectroscopic probe 10 is not secured in such a configuration of the actual battery, the experimental model shown in FIG. 3A uses two separators 23 and 24 in order to use the electrolytic solution as the sample 20. A configuration is adopted in which the spectroscopic probe 10 can be inserted into the electrolytic solution therebetween while being spaced apart.

分析領域32の幅L2が50μm以下であれば、図3(a)及び図3(b)に示したような分光プローブ10の配置により、セパレータ23,24間の間隔を狭くできるので、実電池の構成により近いモデルで電解液を解析可能である。更に、幅L2が30μm以下であれば、例えば、セパレータ23,24の厚さを20μmとし、セパレータ23,24間の間隔を30μmとすすることで、正極板21及び負極板22との間の間隔が70μmとなり、更に実電池に近い構成となる。このような実験モデルであれば、従来知られていなかった実電池内の現象を、分光プローブ10を用いて解析可能である。   If the width L2 of the analysis region 32 is 50 μm or less, the spacing between the separators 23 and 24 can be reduced by the arrangement of the spectroscopic probe 10 as shown in FIGS. 3A and 3B. It is possible to analyze the electrolyte with a model closer to the configuration of Further, if the width L2 is 30 μm or less, for example, the thickness of the separators 23 and 24 is set to 20 μm, and the distance between the separators 23 and 24 is set to 30 μm, so that the gap between the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 is increased. The interval is 70 μm, and the configuration is closer to that of a real battery. With such an experimental model, it is possible to analyze a phenomenon in an actual battery, which has not been conventionally known, using the spectroscopic probe 10.

分光プローブ10としての空間分解能が1.0mm以下であり、更に、幅L2が50μm以下、更に好ましくは、30μm以下とする場合の構成は、例えば、以下の条件を満たせばよい。
(a)直径30μm〜50μmの励起用ファイバ11と検出用ファイバ15とが、固定領域Fにおいて固定されている。
(b)固定領域Fにおいて、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15の距離がそれらのファイバのうち直径のより小さい方のファイバの直径の3倍以下、好ましくは、互いに接するように固定されている。
(c)固定領域Fにおいてファイバ軸C1とファイバ軸C2とが実質的に平行である。
(d)平坦面としての端面11aがファイバ軸C1に対して30°〜60°で傾いている。傾斜角θ1の一例は、45°である。
(e)検出用ファイバ15の端面15aが照射領域30とほぼ接する程度に近づけられて配置されている。
The configuration in which the spatial resolution of the spectroscopic probe 10 is 1.0 mm or less and the width L2 is 50 μm or less, more preferably 30 μm or less may satisfy the following conditions, for example.
(A) The excitation fiber 11 and the detection fiber 15 having a diameter of 30 μm to 50 μm are fixed in the fixed region F.
(B) In the fixed region F, the distance between the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 is not more than three times the diameter of the smaller one of these fibers, preferably fixed so as to contact each other. .
(C) In the fixed region F, the fiber axis C1 and the fiber axis C2 are substantially parallel.
(D) The end surface 11a as a flat surface is inclined at 30 ° to 60 ° with respect to the fiber axis C1. An example of the inclination angle θ1 is 45 °.
(E) The end face 15 a of the detection fiber 15 is disposed so as to be close to the irradiation region 30.

ここでは、リチウムイオン二次電池の実験モデルを例にして説明したが、例えば、幅L2方向における、解析対象である試料20の長さが短い場合などは、同様の構成を採用し得る。   Here, the experimental model of the lithium ion secondary battery has been described as an example. However, for example, when the length of the sample 20 to be analyzed is short in the width L2 direction, the same configuration can be adopted.

励起光を伝搬させる光ファイバ(励起用ファイバ11)と、信号光を受ける光ファイバ(検出用ファイバ15)とが異なるので、例えば、一つの光ファイバで、励起光の伝搬と信号光の伝搬の2つの機能を持たせる場合より、検出感度が向上する。これは光ファイバ自体のラマン散乱又は発光を除去できるからである。   Since the optical fiber that propagates the pumping light (pumping fiber 11) and the optical fiber that receives the signal light (detecting fiber 15) are different, for example, the propagation of the pumping light and the propagation of the signal light can be performed with one optical fiber. The detection sensitivity is improved as compared with the case where two functions are provided. This is because Raman scattering or light emission of the optical fiber itself can be removed.

分光プローブ10では、試料20側の固定領域Fでは、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15とそれらのファイバ軸C1,C2が実質的に平行であれば、分光プローブ10の先端部をより小さくすることができる。そのため、試料20が小さくても分光プローブ10の先端部を試料20内又は試料20近傍に配置することができるので、高い空間分解を維持しながら、より小さい試料20を分光分析可能である。固定領域Fを小さくすると共に、より高い空間分解能を実現する観点からは励起用ファイバ11と検出用ファイバ15とが接していることが好ましいが、前述したように、励起用ファイバ11と検出用ファイバ15との間の距離は、それらのファイバのうち直径のより小さいファイバの直径の3倍以下であればよい。   In the spectroscopic probe 10, in the fixed region F on the sample 20 side, if the excitation fiber 11, the detection fiber 15, and their fiber axes C1 and C2 are substantially parallel, the tip of the spectroscopic probe 10 is made smaller. be able to. Therefore, even if the sample 20 is small, the tip portion of the spectroscopic probe 10 can be disposed in the sample 20 or in the vicinity of the sample 20, so that the smaller sample 20 can be spectroscopically analyzed while maintaining high spatial resolution. From the viewpoint of reducing the fixed region F and realizing higher spatial resolution, it is preferable that the excitation fiber 11 and the detection fiber 15 are in contact with each other, but as described above, the excitation fiber 11 and the detection fiber The distance between them may be no more than three times the diameter of the smaller of these fibers.

更に、端面11a自体を加工(斜め研磨)して励起光の光路を屈曲させているので、例えば、仮に微小なレンズを作成して光を集光させる場合などに比べて、空間分解能の向上が容易である。   Furthermore, since the end surface 11a itself is processed (obliquely polished) and the optical path of the excitation light is bent, the spatial resolution is improved as compared with, for example, a case where a minute lens is formed to collect light. Easy.

端面11aは、研磨された研磨面であることから、端面11a内に凹凸が生じている場合より、励起光の光路を調整しやすい。また、光ファイバの端面を研磨した後、ミラ−コートを施すことで励起用ファイバ11を容易に製造できる。   Since the end surface 11a is a polished surface, it is easier to adjust the optical path of the excitation light than when there are irregularities in the end surface 11a. Further, after polishing the end face of the optical fiber, the excitation fiber 11 can be easily manufactured by applying a mirror coat.

以上、分光プローブ10の種々の形態について説明したが、分光プローブ10の形態は、分析領域32に基づく空間分解能が1.0mm以下となるような構成であれば、種々変形できる。以下、分光プローブの種々の変形例を、分光プローブ10との相違点を中心にして説明する。次に説明する種々の形態の分光プローブは、分光プローブ10の代わりに分光装置1に適用され得る。また、以下の各変形例の分光プローブは、少なくとも分光プローブ10と同様の作用効果を有する。各変形例を示す図面では、図2(a)において二点鎖線で示された矢印α方向から見た状態の図面は省略しているが、各変形例における空間分解能の定義は、分光プローブ10の場合と同様である。   While various forms of the spectroscopic probe 10 have been described above, the form of the spectroscopic probe 10 can be variously modified as long as the spatial resolution based on the analysis region 32 is 1.0 mm or less. Hereinafter, various modified examples of the spectroscopic probe will be described focusing on differences from the spectroscopic probe 10. Various types of spectroscopic probes described below can be applied to the spectroscopic device 1 instead of the spectroscopic probe 10. In addition, the spectral probes of the following modifications have at least the same functions and effects as the spectral probe 10. In the drawings showing the respective modifications, the drawing of the state viewed from the direction of the arrow α indicated by the two-dot chain line in FIG. 2A is omitted, but the definition of the spatial resolution in each modification is defined by the spectroscopic probe 10. It is the same as the case of.

図4は、図2(a)に示した分光プローブの第1の変形例を示す模式図である。図4では、第1の変形例としての分光プローブ40の試料20側の先端部を拡大して示している。分光プローブ40は、励起用ファイバ41と、検出用ファイバ15とを有する。分光プローブ40は、励起用ファイバ11の代わりに励起用ファイバ41を備える点で分光プローブ10と相違する。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a first modification of the spectroscopic probe shown in FIG. In FIG. 4, the distal end portion on the sample 20 side of the spectroscopic probe 40 as the first modification is shown in an enlarged manner. The spectroscopic probe 40 includes an excitation fiber 41 and a detection fiber 15. The spectroscopic probe 40 is different from the spectroscopic probe 10 in that an excitation fiber 41 is provided instead of the excitation fiber 11.

励起用ファイバ41は、励起用ファイバ11と同様にコア部12とクラッド部13とを有する光ファイバである。励起用ファイバ41は、その試料20の端面41aがレンズ加工された面、すなわち、湾曲面である点で、励起用ファイバ11と相違する。より具体的には、端面41aは、外側に凸である湾曲面である。端面41aには、励起用ファイバ11の場合と同様に、ミラーコートが施されており、ミラーコートの例は、金属膜14である。   The excitation fiber 41 is an optical fiber having a core portion 12 and a clad portion 13 like the excitation fiber 11. The excitation fiber 41 is different from the excitation fiber 11 in that the end surface 41a of the sample 20 is a lens-processed surface, that is, a curved surface. More specifically, the end surface 41a is a curved surface that is convex outward. As in the case of the excitation fiber 11, a mirror coat is applied to the end face 41 a, and an example of the mirror coat is a metal film 14.

レンズ加工された端面41aの形状は、1.0mm以下の空間分解能が得られるような形状であって、試料20内を分析可能なように設定されていればよい。例えば、図3に示したリチウムイオン二次電池の電解液を試料20とする場合、レンズ加工された端面41aの形状は、幅L2の例示した好ましい範囲が更に得られるような形状であることが更に好ましい。   The shape of the lens-processed end surface 41a is such that a spatial resolution of 1.0 mm or less can be obtained, and it may be set so that the inside of the sample 20 can be analyzed. For example, when the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery shown in FIG. 3 is used as the sample 20, the shape of the lens-processed end surface 41a may be a shape that can further obtain the preferable range exemplified by the width L2. Further preferred.

端面41aは、励起用ファイバ41のファイバ軸C1に対して傾斜すると共に、端面41aにミラーコートが施されているので、照射領域30と受光領域31との重複領域である分析領域32が、分光プローブ10の場合と同様に小さくなる。その結果、分光プローブ40でも、1.0mm以下の空間分解能を実現できる。   Since the end surface 41a is inclined with respect to the fiber axis C1 of the excitation fiber 41 and the end surface 41a is mirror-coated, the analysis region 32, which is the overlapping region of the irradiation region 30 and the light receiving region 31, is separated into the spectroscopic region. Similar to the case of the probe 10, it becomes smaller. As a result, the spectral probe 40 can also realize a spatial resolution of 1.0 mm or less.

図5は、図2(a)に示した分光プローブの第2の変形例を示す模式図である。図5では、第2の変形例の分光プローブ50の試料20側の先端部を拡大して示している。図5に示した分光プローブ50は、励起用ファイバ51と検出用ファイバ52とを有する。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a second modification of the spectroscopic probe shown in FIG. FIG. 5 shows an enlarged tip of the spectroscopic probe 50 of the second modification on the sample 20 side. The spectroscopic probe 50 shown in FIG. 5 includes an excitation fiber 51 and a detection fiber 52.

励起用ファイバ51は、励起用ファイバ11と同様にコア部12とクラッド部13とを有する光ファイバである。励起用ファイバ51は、試料20側の端面51aにミラーコートが施されてない点で、励起用ファイバ11と相違する。   The excitation fiber 51 is an optical fiber having a core portion 12 and a clad portion 13 like the excitation fiber 11. The excitation fiber 51 is different from the excitation fiber 11 in that the end surface 51a on the sample 20 side is not mirror-coated.

検出用ファイバ52は、検出用ファイバ15と同様にコア部16とクラッド部17とを有する光ファイバである。検出用ファイバ52は、試料20側の端面52aが、ファイバ軸C2に対して傾斜している点で、検出用ファイバ15と相違する。   Similar to the detection fiber 15, the detection fiber 52 is an optical fiber having a core portion 16 and a cladding portion 17. The detection fiber 52 is different from the detection fiber 15 in that the end surface 52a on the sample 20 side is inclined with respect to the fiber axis C2.

励起用ファイバ51の端面51aには、ミラーコートが施されていないので、励起用ファイバ51に導かれてきた励起光は、端面51aを通過して励起用ファイバ51から出射される。端面51aを通過する際、励起光は端面51aで屈折する。端面51aは、ファイバ軸C1に対して傾斜しているので、屈折された励起光は、ファイバ軸C1に対して斜め方向に出射される。従って、照射領域30の延在方向A1は、ファイバ軸C1に対して傾いている。この際、端面51aは、照射領域30の延在方向A1がファイバ軸C1に対して検出用ファイバ52側に向けて曲がるように形成されている。   Since the end surface 51 a of the excitation fiber 51 is not mirror-coated, the excitation light guided to the excitation fiber 51 is emitted from the excitation fiber 51 through the end surface 51 a. When passing through the end face 51a, the excitation light is refracted by the end face 51a. Since the end face 51a is inclined with respect to the fiber axis C1, the refracted excitation light is emitted in an oblique direction with respect to the fiber axis C1. Therefore, the extending direction A1 of the irradiation region 30 is inclined with respect to the fiber axis C1. At this time, the end surface 51a is formed such that the extending direction A1 of the irradiation region 30 is bent toward the detection fiber 52 with respect to the fiber axis C1.

検出用ファイバ52の端面52aは、励起用ファイバ11の場合と同様に、光ファイバの端面を研磨することにより形成されている。すなわち、端面52aは、端面51a(又は端面11)と同様に研磨面である。光は、端面52aで屈折して検出用ファイバ52に入射する。検出用ファイバ52に入射される光の光路は、仮に検出用ファイバ52内を伝搬してきた光が端面52aから出射された場合の光路と逆の光路である。従って、受光領域31の延在方向A2は、ファイバ軸C2に対して傾いている。この際、端面52aは、受光領域31の延在方向A2がファイバ軸C2に対して励起用ファイバ51側に向けて曲がるように形成されている。   The end face 52 a of the detection fiber 52 is formed by polishing the end face of the optical fiber, as in the case of the excitation fiber 11. That is, the end surface 52a is a polished surface like the end surface 51a (or the end surface 11). The light is refracted at the end face 52 a and enters the detection fiber 52. The optical path of the light incident on the detection fiber 52 is an optical path opposite to the optical path when the light propagating through the detection fiber 52 is emitted from the end face 52a. Therefore, the extending direction A2 of the light receiving region 31 is inclined with respect to the fiber axis C2. At this time, the end face 52a is formed such that the extending direction A2 of the light receiving region 31 is bent toward the excitation fiber 51 with respect to the fiber axis C2.

図2(a)に示した場合と同様に、励起用ファイバ51と検出用ファイバ52とは、固定領域Fにおいて互いに接すると共に、ファイバ軸C1,C2が実質的に平行になるように配置されている。ただし、一実施形態において、図2(a)に示した場合と異なり、励起用ファイバ51の端面51aのうち、より先端側の縁と、検出用ファイバ52の端面52aのうち、より先端側の縁とが重なるように配置されている。   Similarly to the case shown in FIG. 2A, the excitation fiber 51 and the detection fiber 52 are arranged so that they are in contact with each other in the fixed region F and the fiber axes C1 and C2 are substantially parallel to each other. Yes. However, in one embodiment, unlike the case shown in FIG. 2A, the edge on the more distal side of the end face 51 a of the excitation fiber 51 and the edge on the more distal side of the end face 52 a of the detection fiber 52. It arrange | positions so that an edge may overlap.

一実施形態において、分光プローブ50は、図5に例示したように、励起用ファイバ51と検出用ファイバ52とは、それらの接触部を含む平面に対して対象な構成であり得る。   In one embodiment, as illustrated in FIG. 5, in the spectroscopic probe 50, the excitation fiber 51 and the detection fiber 52 may have a target configuration with respect to a plane including their contact portions.

端面51aがファイバ軸C1に対して傾斜していない場合、照射領域30の延在方向A1は、励起用ファイバ51のファイバ軸C1と同じ方向であり、端面51aから出射された励起光は端面51aから離れるに従って広がる。同様に、端面52aがファイバ軸C2に対して傾斜していない場合、受光領域31の延在方向A2は、検出用ファイバ52のファイバ軸C2と同じである。前述したように、検出用ファイバ52に入射される光の光路は、仮に検出用ファイバ52内を伝搬してきた光が端面52aから出射される光路と逆の光路である。従って、受光領域31の形状は、照射領域30と同様に、端面52aと反対側が広がった形状である。ファイバ軸C1とファイバ軸C2とは実質的に平行であるため、端面51a,52aが傾斜していない場合、照射領域30の延在方向A1と、受光領域31の延在方向A2とは実質的に平行である。そのため、端面51a(又は端面52a)側と反対側において、照射領域30と受光領域31は、ほとんど全体的に重なる。   When the end face 51a is not inclined with respect to the fiber axis C1, the extending direction A1 of the irradiation region 30 is the same direction as the fiber axis C1 of the excitation fiber 51, and the excitation light emitted from the end face 51a is the end face 51a. It spreads as you move away from it. Similarly, when the end face 52a is not inclined with respect to the fiber axis C2, the extending direction A2 of the light receiving region 31 is the same as the fiber axis C2 of the detection fiber 52. As described above, the optical path of the light incident on the detection fiber 52 is an optical path opposite to the optical path where the light propagating through the detection fiber 52 is emitted from the end face 52a. Therefore, the shape of the light receiving region 31 is a shape in which the opposite side to the end face 52 a is widened like the irradiation region 30. Since the fiber axis C1 and the fiber axis C2 are substantially parallel, when the end faces 51a and 52a are not inclined, the extending direction A1 of the irradiation region 30 and the extending direction A2 of the light receiving region 31 are substantially the same. Parallel to Therefore, the irradiation region 30 and the light receiving region 31 almost entirely overlap on the side opposite to the end surface 51a (or end surface 52a) side.

これに対して、端面51a,52aそれぞれが対応するファイバ軸C1,C2に対して傾斜していると、図5に示したように、照射領域30の延在方向A1と、受光領域31の延在方向A2とは交差する。よって、延在方向A1と延在方向A2とが実質的に平行な場合より、照射領域30と受光領域31とが交差する領域である分析領域32は小さくなる。その結果、分光装置1において、1.0mm以下といった高い空間分解能を得られる。   On the other hand, if the end faces 51a and 52a are inclined with respect to the corresponding fiber axes C1 and C2, respectively, the extending direction A1 of the irradiation region 30 and the extension of the light receiving region 31 are shown in FIG. It intersects with the current direction A2. Therefore, the analysis region 32, which is a region where the irradiation region 30 and the light receiving region 31 intersect, is smaller than when the extending direction A1 and the extending direction A2 are substantially parallel. As a result, the spectroscopic device 1 can obtain a high spatial resolution of 1.0 mm or less.

端面51aのファイバ軸C1に対する傾斜角θ1及び端面52aのファイバ軸C2に対する傾斜角θ2並びに励起用ファイバ51と検出用ファイバ52の配置関係は、空間分解能(すなわち、Lmax)が1.0mm以下であって、試料20内を分析可能なように設定されていればよい。例えば、図3(a)及び図3(b)に示したリチウムイオン二次電池の電解液を試料20とする場合、幅L2が、好ましくは、50μm以下、更に好ましくは、30μm以下となるように、端面51aのファイバ軸C1に対する傾斜角θ1及び端面52aのファイバ軸C2に対する傾斜角θ2並びに励起用ファイバ51と検出用ファイバ52の配置関係が設定される。なお、端面51aにミラーコートが施されていない場合、試料20の屈折率と、コア部12の屈折率との関係を考慮して、傾斜角θ1が決定され得る。同様に、傾斜角θ2も試料20の屈折率と、コア部12の屈折率との関係を考慮して決定され得る。 The positional relationship between the inclination angle θ1 of the end surface 51a with respect to the fiber axis C1, the inclination angle θ2 of the end surface 52a with respect to the fiber axis C2, and the arrangement of the excitation fiber 51 and the detection fiber 52 is 1.0 mm or less in spatial resolution (ie, L max ). Therefore, it is only necessary to set so that the inside of the sample 20 can be analyzed. For example, when the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery shown in FIGS. 3A and 3B is used as the sample 20, the width L2 is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less. In addition, the inclination angle θ1 of the end face 51a with respect to the fiber axis C1, the inclination angle θ2 of the end face 52a with respect to the fiber axis C2, and the arrangement relationship between the excitation fiber 51 and the detection fiber 52 are set. When the end face 51a is not mirror-coated, the inclination angle θ1 can be determined in consideration of the relationship between the refractive index of the sample 20 and the refractive index of the core portion 12. Similarly, the inclination angle θ2 can be determined in consideration of the relationship between the refractive index of the sample 20 and the refractive index of the core portion 12.

図5では、励起用ファイバ51の端面51aのうちより先端側の縁と検出用ファイバ52の端面52aのうちより先端側の縁の位置が重なるように配置されているが、励起用ファイバ51の端面51aの縁と検出用ファイバ52の端面52aの縁とは、ずれていても良い。   In FIG. 5, the end edge 51 a of the excitation fiber 51 is arranged so that the edge on the more distal side overlaps the position of the edge on the more distal side of the end face 52 a of the detection fiber 52. The edge of the end surface 51a and the edge of the end surface 52a of the detection fiber 52 may be shifted.

図6は、図2(a)に示した分光プローブの第3の変形例を示す図面である。図6では、第3の変形例の分光プローブ60の試料20側の先端部を拡大して示している。図6に示した分光プローブ60は、励起用ファイバ61と検出用ファイバ62とを有する。   FIG. 6 is a drawing showing a third modification of the spectroscopic probe shown in FIG. In FIG. 6, the tip part on the sample 20 side of the spectroscopic probe 60 of the third modified example is shown in an enlarged manner. The spectroscopic probe 60 shown in FIG. 6 includes an excitation fiber 61 and a detection fiber 62.

励起用ファイバ61は、励起用ファイバ11と同様にコア部12とクラッド部13とを有する光ファイバである。励起用ファイバ61は、試料20側の端面61aにミラーコートが施されてない点及び端面61aにレンズ加工が施されている、すなわち、端面61aが湾曲面である点で、励起用ファイバ11と相違する。換言すれば、励起用ファイバ61は、図4に示した励起用ファイバ41の端面41aにミラーコートを施していない形態に対応する。   The excitation fiber 61 is an optical fiber having a core portion 12 and a cladding portion 13, similarly to the excitation fiber 11. The excitation fiber 61 is different from the excitation fiber 11 in that the end surface 61a on the sample 20 side is not mirror-coated and the end surface 61a is lens-processed, that is, the end surface 61a is a curved surface. Is different. In other words, the excitation fiber 61 corresponds to a form in which the end surface 41a of the excitation fiber 41 shown in FIG. 4 is not mirror-coated.

検出用ファイバ62は、検出用ファイバ15と同様にコア部16とクラッド部17とを有する光ファイバである。検出用ファイバ62は、試料20側の端面62aにレンズ加工が施されている、すなわち、端面62aが湾曲面である点で、検出用ファイバ15と相違する。この構成では、端面62aは、ファイバ軸C2に対して傾斜している。   Like the detection fiber 15, the detection fiber 62 is an optical fiber having a core portion 16 and a cladding portion 17. The detection fiber 62 is different from the detection fiber 15 in that the end surface 62a on the sample 20 side is subjected to lens processing, that is, the end surface 62a is a curved surface. In this configuration, the end face 62a is inclined with respect to the fiber axis C2.

図5に示した分光プローブ50が有する励起用ファイバ51及び検出用ファイバ52と励起用ファイバ61及び検出用ファイバ62との相違点について説明すると、励起用ファイバ61と検出用ファイバ62とは、端面61a及び端面62aがレンズ加工されている点で、励起用ファイバ51及び検出用ファイバ52と相違する。   The difference between the excitation fiber 51 and the detection fiber 52 and the excitation fiber 61 and the detection fiber 62 included in the spectroscopic probe 50 shown in FIG. 5 will be described. The excitation fiber 61 and the detection fiber 62 are end surfaces. It differs from the excitation fiber 51 and the detection fiber 52 in that the lens 61a and the end face 62a are processed.

端面61aは、照射領域30の延在方向A1がファイバ軸C1に対して検出用ファイバ62側に曲がるように湾曲している。端面62aには、受光領域31の延在方向A2がファイバ軸C2に対して励起用ファイバ61側に曲がるように湾曲している。   The end surface 61a is curved so that the extending direction A1 of the irradiation region 30 is bent toward the detection fiber 62 with respect to the fiber axis C1. The end surface 62a is curved so that the extending direction A2 of the light receiving region 31 is bent toward the excitation fiber 61 with respect to the fiber axis C2.

端面61aにはレンズ加工が施されているので、励起光は、端面61aのレンズ効果により、端面61aから出射された後に収束し得る。逆に、検出用ファイバ62の端面62aには、レンズ加工が施されているので、仮に検出用ファイバ62内を端面62aに向けて伝搬して来た光が端面62aで収束するように出射される場合と逆の光路を通って、光は検出用ファイバ62に入射され得る。従って、図6に示したように、端面62aの外側で一度収束された光が端面62aに入射される。そのため、照射領域30及び受光領域31の双方が、端面61a,62aの外側で収束部を有すると共に、照射領域30の延在方向A1及び受光領域31の延在方向A2とは交差する。その結果、照射領域30と受光領域31の重なっている領域である分析領域32をより狭くできる。すなわち、分光装置1の空間分解能(すなわち、Lmax)を1.0mm以下とし得る。 Since the end surface 61a is lens-processed, the excitation light can converge after being emitted from the end surface 61a due to the lens effect of the end surface 61a. On the other hand, since the end surface 62a of the detection fiber 62 is lens-processed, the light that has propagated through the detection fiber 62 toward the end surface 62a is emitted so as to converge at the end surface 62a. The light can enter the detection fiber 62 through the opposite optical path. Therefore, as shown in FIG. 6, the light once converged outside the end face 62a is incident on the end face 62a. Therefore, both the irradiation region 30 and the light receiving region 31 have a converging portion outside the end faces 61a and 62a, and intersect the extending direction A1 of the irradiation region 30 and the extending direction A2 of the light receiving region 31. As a result, the analysis region 32, which is a region where the irradiation region 30 and the light receiving region 31 overlap, can be made narrower. That is, the spatial resolution (that is, L max ) of the spectroscopic device 1 can be set to 1.0 mm or less.

端面61aの形状及び端面62aの形状並びに励起用ファイバ61と検出用ファイバ62の配置関係が、空間分解能が1.0mm以下であって、試料20内を分析可能なように設定されていればよい点は、分光プローブ10の場合及び他の変形例の場合と同様である。   The shape of the end surface 61a, the shape of the end surface 62a, and the arrangement relationship between the excitation fiber 61 and the detection fiber 62 may be set so that the spatial resolution is 1.0 mm or less and the inside of the sample 20 can be analyzed. The point is the same as in the case of the spectroscopic probe 10 and other modified examples.

更に、分光プローブは、上述した種々の形態の分光プローブ10,40,50,60がそれぞれ備える励起用ファイバと検出用ファイバとの機能を反転させた形態でもよいし、種々の形態の分光プローブ10,40,50,60が備える励起用ファイバと検出用ファイバとをそれぞれ組み合わせた分光プローブでもよい。これらの点について、第4の変形例及び第5の変形例を参照して具体的に説明する。   Further, the spectroscopic probe may have a form in which the functions of the excitation fiber and the detection fiber included in the various types of spectroscopic probes 10, 40, 50, and 60 described above are reversed, or various forms of the spectroscopic probe 10 may be used. , 40, 50, 60 may be a spectroscopic probe in which excitation fibers and detection fibers are combined. These points will be specifically described with reference to a fourth modification and a fifth modification.

図7は、図2(a)に示した分光プローブの第4の変形例を示す図面である。図7では、第4の変形例の分光プローブ70の試料20側の先端部を拡大して示している。図7において、受光領域32の延在方向A2を示す矢印は、ファイバ軸C2との関係を示すために、後述する端面72aまで延長して示してある。図7に示した分光プローブ70は、励起用ファイバ71と検出用ファイバ72とを有する。   FIG. 7 is a drawing showing a fourth modification of the spectroscopic probe shown in FIG. In FIG. 7, the tip part on the sample 20 side of the spectroscopic probe 70 of the fourth modified example is shown in an enlarged manner. In FIG. 7, an arrow indicating the extending direction A2 of the light receiving region 32 is extended to an end face 72a described later in order to show the relationship with the fiber axis C2. The spectroscopic probe 70 shown in FIG. 7 includes an excitation fiber 71 and a detection fiber 72.

励起用ファイバ71は、励起用ファイバ11の場合と同様にコア部12とクラッド部13とを有する光ファイバである。励起用ファイバ71は、試料20側の端面71aがファイバ軸C1に直交している点で励起用ファイバ11と相違する。   The excitation fiber 71 is an optical fiber having a core portion 12 and a cladding portion 13 as in the case of the excitation fiber 11. The excitation fiber 71 is different from the excitation fiber 11 in that the end surface 71a on the sample 20 side is orthogonal to the fiber axis C1.

検出用ファイバ72は、検出用ファイバ15の場合と同様にコア部16とクラッド部17とを有する光ファイバである。検出用ファイバ72は、試料20側の端面72aがファイバ軸C2に対して傾斜した平坦面であり、端面72aにミラーコートが施されている点で、検出用ファイバ15と相違する。端面72aには、例えば、端面72a上に金属膜14を形成することでミラーコートが施されている。   The detection fiber 72 is an optical fiber having a core portion 16 and a cladding portion 17 as in the case of the detection fiber 15. The detection fiber 72 is different from the detection fiber 15 in that the end surface 72a on the sample 20 side is a flat surface inclined with respect to the fiber axis C2, and the end surface 72a is mirror-coated. For example, the end face 72a is mirror-coated by forming the metal film 14 on the end face 72a.

励起用ファイバ71及び検出用ファイバ72の配置関係及び端面72aのファイバ軸C2に対する傾斜角θ2は、空間分解能(すなわち、Lmax)が1.0mm以下であって、分析対象である試料20を分析可能なように設定されていればよい。 The positional relationship between the excitation fiber 71 and the detection fiber 72 and the inclination angle θ2 of the end face 72a with respect to the fiber axis C2 has a spatial resolution (ie, L max ) of 1.0 mm or less, and the sample 20 to be analyzed is analyzed. It only has to be set as possible.

図7に示した分光プローブ70の構成は、図2(a)に示した検出用ファイバ15を励起用ファイバ71として使用し、図2(a)に示した励起用ファイバ11を検出用ファイバ72として使用した場合の形態に対応する。この場合、分光プローブ70における照射領域30と受光領域31とが、分光プローブ10の場合と反転していることになるが、それらの重なり領域である分析領域32は、分光プローブ10の場合と同様であり得る。従って、分光プローブ70においても、1.0mm以下といった高い空間分解能を実現可能である。   The configuration of the spectroscopic probe 70 shown in FIG. 7 uses the detection fiber 15 shown in FIG. 2A as the excitation fiber 71, and the excitation fiber 11 shown in FIG. 2A is used as the detection fiber 72. It corresponds to the form when used as. In this case, the irradiation region 30 and the light receiving region 31 in the spectroscopic probe 70 are reversed from those in the spectroscopic probe 10, but the analysis region 32, which is an overlapping region thereof, is the same as in the spectroscopic probe 10. It can be. Therefore, the spectral probe 70 can also realize a high spatial resolution of 1.0 mm or less.

図8は、図2(a)に示した分光プローブの第5の変形例を示す図面である。図8では、第5の変形例の分光プローブ80の試料20側の先端部を拡大して示している。図8に示した分光プローブ80は、図5に示した励起用ファイバ51と図6に示した検出用ファイバ62とを備える分光プローブである。励起用ファイバ51の端面51aのファイバ軸C1に対する傾斜角θ1及び検出用ファイバ62の端面62aのレンズ加工状態、すなわち、端面62aの湾曲状態並びに励起用ファイバ51及び検出用ファイバ62の配置状態は、空間分解が1.0mm以下であって、分析対象である試料内を分析可能な範囲となるように設定されていればよい。   FIG. 8 is a drawing showing a fifth modification of the spectroscopic probe shown in FIG. FIG. 8 is an enlarged view of the tip portion on the sample 20 side of the spectroscopic probe 80 of the fifth modification. A spectroscopic probe 80 shown in FIG. 8 is a spectroscopic probe including the excitation fiber 51 shown in FIG. 5 and the detection fiber 62 shown in FIG. The tilt angle θ1 of the end surface 51a of the excitation fiber 51 with respect to the fiber axis C1, the lens processing state of the end surface 62a of the detection fiber 62, that is, the curved state of the end surface 62a and the arrangement state of the excitation fiber 51 and detection fiber 62 are It is only necessary that the spatial resolution is 1.0 mm or less and that the analysis target sample is within a range that can be analyzed.

以上、本発明の種々の実施形態及び変形例について説明した。しかしながら、本発明は上述した種々の実施形態及び変形例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。換言すれば、励起用ファイバ及び検出用ファイバの少なくとも一方の端面であってその端面を含むファイバのファイバ軸に対して傾斜している端面で光が反射又は屈折し、その結果、光の光路が屈曲して分光分析領域に基づく空間分解能が1.0mm以下であれば、分光プローブの構成は種々変形可能である。   Heretofore, various embodiments and modifications of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the various embodiments and modifications described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. In other words, the light is reflected or refracted at the end face which is at least one of the excitation fiber and the detection fiber and is inclined with respect to the fiber axis of the fiber including the end face. As a result, the optical path of the light is changed. If the spatial resolution based on the spectroscopic analysis region is 1.0 mm or less by bending, the configuration of the spectroscopic probe can be variously modified.

分光プローブは、少なくとも一つの励起用ファイバ及び少なくとも一つの検出用ファイバを備えていればよい。例えば、一つの励起用ファイバの周囲に複数の検出用ファイバが配置されていてもよい。この場合、複数の検出用ファイバは、照射領域の異なる部分に対して、複数の受光領域が重なるように配置されていればよい。或いは、一つの検出用ファイバの周囲に複数の励起用ファイバが配置されていれてもよい。或いは、励起用ファイバと検出用ファイバとの組みを複数備えていても良い。   The spectroscopic probe only needs to include at least one excitation fiber and at least one detection fiber. For example, a plurality of detection fibers may be arranged around one excitation fiber. In this case, the plurality of detection fibers may be arranged so that the plurality of light receiving regions overlap with different portions of the irradiation region. Alternatively, a plurality of excitation fibers may be arranged around one detection fiber. Alternatively, a plurality of pairs of excitation fibers and detection fibers may be provided.

例示した種々の分光プローブの変形例では、励起用ファイバと検出用ファイバとは、固定領域において、互いが接するように固定されていたが、1.0mm以下の所望の空間分解能が得られる形態であれば、励起用ファイバと検出用ファイバとは離れていてもよい。例示したように、励起用ファイバと検出用ファイバとの間の距離は、それらの直径のより小さい方の3倍以下であることが、1.0mm以下の所望の空間分解能を得る観点から好ましい。   In the modified examples of the various spectroscopic probes, the excitation fiber and the detection fiber are fixed so that they are in contact with each other in the fixed region. However, the desired spatial resolution of 1.0 mm or less can be obtained. If present, the excitation fiber and the detection fiber may be separated from each other. As illustrated, the distance between the excitation fiber and the detection fiber is preferably not more than three times the smaller of the diameters from the viewpoint of obtaining a desired spatial resolution of 1.0 mm or less.

空間分解能として1.0mm以下を実現可能であれば、固定領域Fにおいて、励起用ファイバのファイバ軸と検出用ファイバのファイバ軸とが実質的に平行でなくてもよい。この場合、空間分解能は、例えば、分析領域の検出用ファイバのファイバ軸に平行方向の幅、励起用ファイバのファイバ軸と検出用ファイバのファイバ軸を含む面内において検出用ファイバのファイバ軸に垂直な方向の幅、これら2つの方向に垂直な方向の幅のうち一番大きな幅の値でよい。   As long as a spatial resolution of 1.0 mm or less can be realized, in the fixed region F, the fiber axis of the excitation fiber and the fiber axis of the detection fiber may not be substantially parallel. In this case, for example, the spatial resolution is perpendicular to the fiber axis of the detection fiber in the plane including the width in the direction parallel to the fiber axis of the detection fiber in the analysis region and the fiber axis of the excitation fiber and the fiber axis of the detection fiber. The width in the right direction, or the largest value of the widths in the direction perpendicular to these two directions.

これまでの説明において、空間分解能として1.0mm以下を実現可能な構成において、更に好ましい形態として、幅L2がより好適な範囲の場合を例示した。しかしながら、試料20の大きさ等に応じて、幅L1及び/又は幅L3がより好適な範囲の形態であってもよい。   In the description so far, in the configuration capable of realizing 1.0 mm or less as the spatial resolution, the case where the width L2 is in a more preferable range is illustrated as a more preferable form. However, the width L1 and / or the width L3 may be in a more preferable range depending on the size of the sample 20 or the like.

試料として、リチウムイオン二次電池の電解液を例示したが、試料は、これに限定されず、他の液体試料でもよいし、気体が試料であってもよい。例えば、試料は、生体内の血液であってよい。分光プローブを注射針に仕込んで血管内にその先端部を導入すれば、人体組織を損傷させずに血液の分析を実施し得る。このような医療目的としては、例えば、内視鏡などと組み合わせて、生体内の体液などを分光分析してもよい。   Although the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery was illustrated as a sample, a sample is not limited to this, Another liquid sample may be sufficient and gas may be a sample. For example, the sample may be blood in a living body. If a spectroscopic probe is loaded into an injection needle and its tip is introduced into a blood vessel, blood analysis can be performed without damaging human tissue. As such a medical purpose, for example, a body fluid in a living body may be spectroscopically analyzed in combination with an endoscope or the like.

励起用ファイバ及び検出用ファイバの少なくとも一方の端面は研磨された研磨面として説明したが、ファイバ軸に対して傾斜した端面は、例えば、融解によって形成された面でもよい。   Although at least one end face of the excitation fiber and the detection fiber has been described as a polished polished face, the end face inclined with respect to the fiber axis may be a face formed by melting, for example.

分光プローブを用いた分光装置はラマン分光装置に限定されずに、他の分光、例えば、蛍光を利用した分光を行う場合にも適用されてもよい。   The spectroscopic device using the spectroscopic probe is not limited to the Raman spectroscopic device, and may be applied to other spectroscopic methods, for example, spectroscopic methods using fluorescence.

1…分光装置、2…励起光源(光源部)、3…分光器、10,40,50,60,70,80…分光プローブ、11,41,51,61,71,81…励起用ファイバ、11a,41a,51a,61a,71a,81a…端面、14…金属膜(ミラーコート)、15,42,52,62,72,82…検出用ファイバ、15a,42a,52a,62a,72a,82a…端面、20…試料、31…受光領域、32…分析領域、C1…ファイバ軸(励起用ファイバのファイバ軸)、C2…ファイバ軸(検出用ファイバのファイバ軸)、F…固定領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spectroscope, 2 ... Excitation light source (light source part), 3 ... Spectroscope, 10, 40, 50, 60, 70, 80 ... Spectral probe, 11, 41, 51, 61, 71, 81 ... Excitation fiber, 11a, 41a, 51a, 61a, 71a, 81a ... end face, 14 ... metal film (mirror coat), 15, 42, 52, 62, 72, 82 ... detection fiber, 15a, 42a, 52a, 62a, 72a, 82a ... end face, 20 ... sample, 31 ... light receiving region, 32 ... analysis region, C1 ... fiber axis (fiber axis of excitation fiber), C2 ... fiber axis (fiber axis of detection fiber), F ... fixed region.

Claims (7)

励起光を試料に導く励起用ファイバと、
前記試料からの信号光を受ける検出用ファイバと、
を備え、
前記励起用ファイバの前記試料側の端面から出射される励起光の照射領域と、前記検出用ファイバの受光領域とが重複している分析領域に基づく空間分解能が1.0mm以下であるように、前記励起用ファイバ及び前記検出用ファイバの少なくとも一方の前記試料側の先端部の端面が、ファイバ軸に対して斜めに形成されていると共に、前記励起用ファイバと前記検出用光ファイバとが配置されている、
分光プローブ。
An excitation fiber for guiding the excitation light to the sample;
A detection fiber for receiving signal light from the sample;
With
The spatial resolution based on the analysis region where the irradiation region of the excitation light emitted from the end surface on the sample side of the excitation fiber and the light receiving region of the detection fiber overlap is 1.0 mm or less, The end face of the tip portion on the sample side of at least one of the excitation fiber and the detection fiber is formed obliquely with respect to the fiber axis, and the excitation fiber and the detection optical fiber are arranged. ing,
Spectroscopic probe.
前記ファイバ軸に対して斜めに形成された前記端面がミラーコートされている、
請求項1記載の分光プローブ。
The end surface formed obliquely with respect to the fiber axis is mirror-coated,
The spectroscopic probe according to claim 1.
前記ファイバ軸に対して斜めに形成された前記端面が研磨面である、
請求項1記載の分光プローブ。
The end surface formed obliquely with respect to the fiber axis is a polished surface.
The spectroscopic probe according to claim 1.
前記ファイバ軸に対して斜めに形成された前記端面がレンズ加工されている、
請求項1記載の分光プローブ
The end face formed obliquely with respect to the fiber axis is lens processed,
The spectroscopic probe according to claim 1.
前記励起用プローブ及び前記検出用プローブの前記試料側の先端部間の距離が、前記励起用ファイバ及び前記検出用ファイバのうち直径のより小さいファイバの直径の3倍以下である、
請求項1〜4の何れか一項記載の分光プローブ。
The distance between the excitation probe and the tip of the detection probe on the sample side is not more than three times the diameter of the smaller diameter fiber of the excitation fiber and the detection fiber.
The spectroscopic probe according to any one of claims 1 to 4.
前記励起用ファイバと前記検出用ファイバとは、前記試料側の先端部側に互いに固定された固定領域を有し、前記固定領域において、前記励起用ファイバのファイバ軸と前記検出用ファイバのファイバ軸とは平行である、
請求項1〜5の何れか一項記載の分光プローブ。
The excitation fiber and the detection fiber have a fixed region fixed to each other on the tip side on the sample side, and in the fixed region, a fiber axis of the excitation fiber and a fiber axis of the detection fiber Is parallel to
The spectroscopic probe according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6の何れか一項記載の分光プローブと、
前記分光プローブが有する前記励起用ファイバに供給する励起光を出力する光源部と、
前記分光プローブが有する前記検出用ファイバから出力される前記信号光を分光する分光器と、
を備える分光装置。
The spectroscopic probe according to any one of claims 1 to 6, and
A light source unit that outputs excitation light supplied to the excitation fiber of the spectroscopic probe;
A spectroscope that splits the signal light output from the detection fiber of the spectroscopic probe;
A spectroscopic device.
JP2012245808A 2012-11-07 2012-11-07 Spectroscopic probe and spectroscopic device Active JP6238220B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012245808A JP6238220B2 (en) 2012-11-07 2012-11-07 Spectroscopic probe and spectroscopic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012245808A JP6238220B2 (en) 2012-11-07 2012-11-07 Spectroscopic probe and spectroscopic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014095568A true JP2014095568A (en) 2014-05-22
JP6238220B2 JP6238220B2 (en) 2017-11-29

Family

ID=50938764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012245808A Active JP6238220B2 (en) 2012-11-07 2012-11-07 Spectroscopic probe and spectroscopic device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6238220B2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5402508A (en) * 1993-05-04 1995-03-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fiber optic probe having fibers with endfaces formed for improved coupling efficiency and method using same
US5835649A (en) * 1997-06-02 1998-11-10 The University Of British Columbia Light directing and collecting fiber optic probe
JP2000510604A (en) * 1996-03-13 2000-08-15 ヴィジョネックス インコーポレイテッド Method and apparatus for improved fiber optic light management
JP2004294109A (en) * 2003-03-25 2004-10-21 Institute Of Physical & Chemical Research Raman probe and raman scattering measuring device using it
JP2008241323A (en) * 2007-03-26 2008-10-09 Keio Gijuku Liquid surface viscosity/elasticity measurement head, and liquid surface viscosity/elasticity measurement device using it
JP2009074886A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Nikon Corp Image guide
JP2009241323A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Kuraray Co Ltd Biaxially oriented film

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5402508A (en) * 1993-05-04 1995-03-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fiber optic probe having fibers with endfaces formed for improved coupling efficiency and method using same
JP2000510604A (en) * 1996-03-13 2000-08-15 ヴィジョネックス インコーポレイテッド Method and apparatus for improved fiber optic light management
US5835649A (en) * 1997-06-02 1998-11-10 The University Of British Columbia Light directing and collecting fiber optic probe
JP2004294109A (en) * 2003-03-25 2004-10-21 Institute Of Physical & Chemical Research Raman probe and raman scattering measuring device using it
JP2008241323A (en) * 2007-03-26 2008-10-09 Keio Gijuku Liquid surface viscosity/elasticity measurement head, and liquid surface viscosity/elasticity measurement device using it
JP2009074886A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Nikon Corp Image guide
JP2009241323A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Kuraray Co Ltd Biaxially oriented film

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KOMACHI Y , ET.AL.: ""Improvement and analysis of a micro Raman probe"", APPLIED OPTICS, vol. 48, no. 9, JPN6016032534, 20 March 2009 (2009-03-20), pages 1683 - 1696, XP001522338, ISSN: 0003385769, DOI: 10.1364/AO.48.001683 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6238220B2 (en) 2017-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7184142B2 (en) Raman probe and Raman spectrum measuring apparatus utilizing the same
JP2911877B2 (en) Fiber detector for detecting scattered light or fluorescence of suspension
US8736837B2 (en) Method and flow cell for characterizing particles by means of non-Gaussian temporal signals
JP2007132792A (en) Optical measuring instrument and optical coupling system with sample
US9645322B2 (en) Optical probe for optical coherence tomography and manufacturing method therefor
JP2006218192A (en) Endoscope system
US9551617B2 (en) Raman spectroscopic analyzer
JP2013138720A (en) Measuring apparatus and measuring method
US8638431B2 (en) Fiber probe based microfludic raman spectroscopy
US20100224793A1 (en) Detection system and probe therefor
US10852248B2 (en) Apparatus and method for analyzing particles
JP6238220B2 (en) Spectroscopic probe and spectroscopic device
JP5846639B2 (en) Analytical element
CA2715886C (en) Fibre probe based microfluidic raman spectroscopy
EP2856933A1 (en) Probe, system, and method for non-invasive measurement of blood analytes
Al Mamun et al. Double clad fiber improves the performance of a single-ended optical fiber sensor
WO2012086198A1 (en) Optical-electric-field enhancement device and optical detecting device
JP6038139B2 (en) Evanescent wave optical fiber sensor head
JP2012242272A (en) Raman spectroscopic apparatus, optical fiber for raman spectroscopic apparatus, and manufacturing method therefor
JP2006292562A (en) Surface plasmon sensor
WO2012157552A1 (en) Probe
US20230101792A1 (en) Composite optical fibre based plasma generation device
JP2016038395A (en) Method of light incident upon optical waveguide
JP6944678B2 (en) Optical fiber coupler for thermal lens analysis, thermal lens analyzer
WO2018193924A1 (en) Total internal reflection optical member, and total internal reflection measuring device provided with same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151014

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20151014

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160824

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160830

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161026

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170508

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171010

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171024

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6238220

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250