JP2807777B2 - スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 - Google Patents
スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置Info
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- JP2807777B2 JP2807777B2 JP6215742A JP21574294A JP2807777B2 JP 2807777 B2 JP2807777 B2 JP 2807777B2 JP 6215742 A JP6215742 A JP 6215742A JP 21574294 A JP21574294 A JP 21574294A JP 2807777 B2 JP2807777 B2 JP 2807777B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スラブ光導波路を利用
して界面、表面吸着物、薄膜、極微量の試料などの光吸
収スペクトルを高感度に測定するための装置に関する。
して界面、表面吸着物、薄膜、極微量の試料などの光吸
収スペクトルを高感度に測定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光導波路を利用した従来技術として、レ
ーザーを光源とする光導波路センサーがある。レーザー
を光源とする光導波路センサーは、プリズムあるいはグ
レーティングを利用してレーザーからの光を光導波路内
に導入し、光導波路内を全反射した光をプリズムあるい
はグレーティングを利用して取り出し、光検出器で検出
して光強度を測定することにより、圧力や電場、磁場な
どの物理的測定や物質の濃度などの化学的測定を行うも
のである。またエバネッセント光を利用した試料の光吸
収スペクトルの測定方法として、ＡＴＲ法が知られてい
る。ＡＴＲ法とは、表面に試料を乗せた内部反射エレメ
ント（ＩＲＥ）と呼ばれる厚さ数ｍｍの台形の結晶に光
を導入し、エレメント内を全反射した光を取り出して、
光強度を測定することにより、試料の光吸収スペクトル
を測定するものである。従来の光吸収測定装置では、Ｌ
Ｂ膜中に単分子層相当の濃度に対して、１／２又は１／
１０の濃度のポルフィリン色素が含まれている場合、即
ち０．５分子層相当あるいは０．１分子層相当の表面濃
度程度の極低濃度になると、通常の方法で測定される吸
光度は、例えば、数万から数十万という非常にモル吸光
度が高い試料であっても、０．５分子層に対して、０．
０５程度、０．１分子層に対して、０．０１程度とな
り、通常の分光測定装置では色素の光吸収スペクトルを
測定することが非常に困難となる。通常の分光測定装置
の検出下限は、吸光度に換算して０．００１ａｂｓ程度
である。
ーザーを光源とする光導波路センサーがある。レーザー
を光源とする光導波路センサーは、プリズムあるいはグ
レーティングを利用してレーザーからの光を光導波路内
に導入し、光導波路内を全反射した光をプリズムあるい
はグレーティングを利用して取り出し、光検出器で検出
して光強度を測定することにより、圧力や電場、磁場な
どの物理的測定や物質の濃度などの化学的測定を行うも
のである。またエバネッセント光を利用した試料の光吸
収スペクトルの測定方法として、ＡＴＲ法が知られてい
る。ＡＴＲ法とは、表面に試料を乗せた内部反射エレメ
ント（ＩＲＥ）と呼ばれる厚さ数ｍｍの台形の結晶に光
を導入し、エレメント内を全反射した光を取り出して、
光強度を測定することにより、試料の光吸収スペクトル
を測定するものである。従来の光吸収測定装置では、Ｌ
Ｂ膜中に単分子層相当の濃度に対して、１／２又は１／
１０の濃度のポルフィリン色素が含まれている場合、即
ち０．５分子層相当あるいは０．１分子層相当の表面濃
度程度の極低濃度になると、通常の方法で測定される吸
光度は、例えば、数万から数十万という非常にモル吸光
度が高い試料であっても、０．５分子層に対して、０．
０５程度、０．１分子層に対して、０．０１程度とな
り、通常の分光測定装置では色素の光吸収スペクトルを
測定することが非常に困難となる。通常の分光測定装置
の検出下限は、吸光度に換算して０．００１ａｂｓ程度
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光導波路層内では、い
わゆる導波路モードと呼ばれるモードが形成されている
ため、特定の角度の光しか光導波路層内に入射できな
い。また光導波路層内への光の入射角度は波長毎に異な
るため、プリズムもしくはグレーティングの単独使用で
は、光導波路層内に特定の波長の光、例えばレーザー光
しか入出射させることしかできない。そのため、従来の
光導波路センサーでは、光吸収スペクトルを測定するこ
とは不可能であった。一方ＡＴＲ法は、光吸収スペクト
ルを測定することができるが、エレメントの厚さが数ｍ
ｍと厚いため、光の反射回数はせいぜい数回〜数十回程
度となり、十分な感度が得られず、感度を向上するため
にエレメントの厚さを薄くすると、機械的強度が保てな
いという問題点があった。また測定の際、バックグラウ
ンド光の影響を受けないように、光導波路又はエレメン
ト、及びその周辺は暗くする必要があった。さらに光導
波路は、光の透過モードがあり、入射角度が極めて限ら
れているため、光の入射、及び出射角度を定めることは
困難な作業であった。本発明は、上述の問題点に鑑み、
高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であり、またバ
ックグラウンド光の影響を受けることなく光吸収スペク
トルを測定でき、さらに光の入射、及び出射角度を容易
に設定することができるスラブ光導波路を利用した光吸
収スペクトル測定装置を提供することを目的とする。
わゆる導波路モードと呼ばれるモードが形成されている
ため、特定の角度の光しか光導波路層内に入射できな
い。また光導波路層内への光の入射角度は波長毎に異な
るため、プリズムもしくはグレーティングの単独使用で
は、光導波路層内に特定の波長の光、例えばレーザー光
しか入出射させることしかできない。そのため、従来の
光導波路センサーでは、光吸収スペクトルを測定するこ
とは不可能であった。一方ＡＴＲ法は、光吸収スペクト
ルを測定することができるが、エレメントの厚さが数ｍ
ｍと厚いため、光の反射回数はせいぜい数回〜数十回程
度となり、十分な感度が得られず、感度を向上するため
にエレメントの厚さを薄くすると、機械的強度が保てな
いという問題点があった。また測定の際、バックグラウ
ンド光の影響を受けないように、光導波路又はエレメン
ト、及びその周辺は暗くする必要があった。さらに光導
波路は、光の透過モードがあり、入射角度が極めて限ら
れているため、光の入射、及び出射角度を定めることは
困難な作業であった。本発明は、上述の問題点に鑑み、
高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であり、またバ
ックグラウンド光の影響を受けることなく光吸収スペク
トルを測定でき、さらに光の入射、及び出射角度を容易
に設定することができるスラブ光導波路を利用した光吸
収スペクトル測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み、種々検討した結果、一定の波長幅を持つ光を入
射光側レンズで集光し、入射光側プリズムに入射するこ
とにより、一度に広い波長範囲の光を光導波路層内に導
入することができ、また光導波路内において全反射を繰
返した光を出射光側プリズムから出射光側レンズで一度
に取り出し、検出器で測定することにより、スラブ光導
波路を利用した高感度の光吸収スペクトルの測定が可能
となることを見い出した。本発明はこれらの知見に基づ
きなされるに至ったものである。
に鑑み、種々検討した結果、一定の波長幅を持つ光を入
射光側レンズで集光し、入射光側プリズムに入射するこ
とにより、一度に広い波長範囲の光を光導波路層内に導
入することができ、また光導波路内において全反射を繰
返した光を出射光側プリズムから出射光側レンズで一度
に取り出し、検出器で測定することにより、スラブ光導
波路を利用した高感度の光吸収スペクトルの測定が可能
となることを見い出した。本発明はこれらの知見に基づ
きなされるに至ったものである。
【０００５】すなわち本発明は、 （１）白色光源、該白色光源から発射された光を集光す
る入射光側レンズ、該入射光側レンズと所定間隔を有
し、かつ光導波路層内に該入射光レンズで集光した光を
導入する入射光側プリズム、該入射光側プリズムを出射
した光を導入する、厚さ０．１μｍ〜数十μｍの光導波
路層を基板の上に形成してなるスラブ光導波路、該光導
波路層内部で全反射を繰返した光を導入する出射光側プ
リズム、及び該出射光側プリズムと所定間隔を有し、か
つ該出射光側プリズムから出射した光を導入する出射光
側レンズよりなる試料測定部を有し、試料測定部からの
出射光をとり出しスペクトルを測定するようにしたこと
を特徴とするスラブ光導波路を利用した光吸収スペクト
ル測定装置、 （２）白色光源と入射光側レンズの間に、白色光源から
の光を一定周期の断続光にする装置を有し、かつ出射し
た断続光のみを増幅する装置を有することを特徴とする
（１）項に記載のスラブ光導波路を利用した光吸収スペ
クトル測定装置、及び （３）白色光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レ
ンズと分光器の間に、光ファイバーを使用することを特
徴とする（１）項又は（２）項に記載のスラブ光導波路
を利用した光吸収スペクトル測定装置を提供するもので
ある。
る入射光側レンズ、該入射光側レンズと所定間隔を有
し、かつ光導波路層内に該入射光レンズで集光した光を
導入する入射光側プリズム、該入射光側プリズムを出射
した光を導入する、厚さ０．１μｍ〜数十μｍの光導波
路層を基板の上に形成してなるスラブ光導波路、該光導
波路層内部で全反射を繰返した光を導入する出射光側プ
リズム、及び該出射光側プリズムと所定間隔を有し、か
つ該出射光側プリズムから出射した光を導入する出射光
側レンズよりなる試料測定部を有し、試料測定部からの
出射光をとり出しスペクトルを測定するようにしたこと
を特徴とするスラブ光導波路を利用した光吸収スペクト
ル測定装置、 （２）白色光源と入射光側レンズの間に、白色光源から
の光を一定周期の断続光にする装置を有し、かつ出射し
た断続光のみを増幅する装置を有することを特徴とする
（１）項に記載のスラブ光導波路を利用した光吸収スペ
クトル測定装置、及び （３）白色光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レ
ンズと分光器の間に、光ファイバーを使用することを特
徴とする（１）項又は（２）項に記載のスラブ光導波路
を利用した光吸収スペクトル測定装置を提供するもので
ある。
【０００６】次に本発明を詳細に説明する。本発明のス
ラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置は、
レンズとプリズムの組合わせを利用し一度に広い波長範
囲の光を光導波路層内に入出射することができるため、
スラブ光導波路を利用して高感度の光吸収スペクトルの
測定が可能となることを特徴とする。本発明において、
光源は、白色光を発射するものを選択する。この場合、
白色光は、ある波長幅を持つ光ということであり、白い
色の光という意味ではない。本発明において、光源から
の光を他の光と明確に区別するために、光源からの光を
一定の周期の断続光にすることは好ましい。光源からの
光を一定の周期の断続光にして、光導波路層に入射さ
せ、光導波路層内を透過した断続光を出射させ、出射光
を測定することにより、バックグラウンド光の影響を受
けることなく光吸収スペクトルを測定できるようにな
る。光源からの光を一定の周期の断続光にするのに、光
チョッパーを使用するのが望ましい。またこの場合、光
導波路層内からの出射光のみを増幅することも好まし
い。本発明において、光の位置や方向を変えるために、
光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レンズと分光
器の間に光ファイバーを使用することは、好ましい。光
源と入射光側レンズの間、及び出射光側レンズと分光器
の間に光ファイバーを使用することにより、レンズと入
射光側又は出射光側プリズムの距離や入射角度や出射角
度を容易かつ微妙に調整できるようになる。本発明にお
いても、屈折率の高い光導波路層内に光を入出射するた
めに、プリズムが使用されているが、一度に広い波長範
囲の光を光導波路層内に入出射するために、入射光側に
は、入射光側プリズムと一定の距離を隔てて入射光側レ
ンズが、出射光側には、出射光側プリズムと一定の距離
を隔てて出射光側レンズが設けられている。本発明に使
用するスラブ光導波路は、基板の上に透明な光導波路層
を乗せたものである。基板は屈折率は空気よりも高いガ
ラス板、石英板などの透明な板を使用する。短波長の透
過度を良好にするために、無蛍光スライドガラスを使用
してもよい。基板の厚さは全体の形を支えることができ
ればよく、特に制限はないが０．５ｍｍ位〜数十ｍｍ程
度であるが、好ましくは、１ｍｍ程度〜数ｍｍ程度であ
る。光導波路層は基板より屈折率が高いことが要求さ
れ、０．１μｍ〜数十μｍの厚さであり、ソーダガラス
の表面のナトリウムイオンを、カリウムイオンやタリウ
ムイオンのようなガラスの屈折率を高くする効果のある
物質とイオン交換することにより、又はゾル・ゲル法、
もしくはスピンコート法などの方法で高屈折率の物質を
薄くコートすることにより作成されることが好ましい。
本発明において、出射光側レンズから一度に広い波長範
囲の光が取り出され、光導波路層内から出射した光は分
光器で分光され、光電子増倍管に送られる。
ラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置は、
レンズとプリズムの組合わせを利用し一度に広い波長範
囲の光を光導波路層内に入出射することができるため、
スラブ光導波路を利用して高感度の光吸収スペクトルの
測定が可能となることを特徴とする。本発明において、
光源は、白色光を発射するものを選択する。この場合、
白色光は、ある波長幅を持つ光ということであり、白い
色の光という意味ではない。本発明において、光源から
の光を他の光と明確に区別するために、光源からの光を
一定の周期の断続光にすることは好ましい。光源からの
光を一定の周期の断続光にして、光導波路層に入射さ
せ、光導波路層内を透過した断続光を出射させ、出射光
を測定することにより、バックグラウンド光の影響を受
けることなく光吸収スペクトルを測定できるようにな
る。光源からの光を一定の周期の断続光にするのに、光
チョッパーを使用するのが望ましい。またこの場合、光
導波路層内からの出射光のみを増幅することも好まし
い。本発明において、光の位置や方向を変えるために、
光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レンズと分光
器の間に光ファイバーを使用することは、好ましい。光
源と入射光側レンズの間、及び出射光側レンズと分光器
の間に光ファイバーを使用することにより、レンズと入
射光側又は出射光側プリズムの距離や入射角度や出射角
度を容易かつ微妙に調整できるようになる。本発明にお
いても、屈折率の高い光導波路層内に光を入出射するた
めに、プリズムが使用されているが、一度に広い波長範
囲の光を光導波路層内に入出射するために、入射光側に
は、入射光側プリズムと一定の距離を隔てて入射光側レ
ンズが、出射光側には、出射光側プリズムと一定の距離
を隔てて出射光側レンズが設けられている。本発明に使
用するスラブ光導波路は、基板の上に透明な光導波路層
を乗せたものである。基板は屈折率は空気よりも高いガ
ラス板、石英板などの透明な板を使用する。短波長の透
過度を良好にするために、無蛍光スライドガラスを使用
してもよい。基板の厚さは全体の形を支えることができ
ればよく、特に制限はないが０．５ｍｍ位〜数十ｍｍ程
度であるが、好ましくは、１ｍｍ程度〜数ｍｍ程度であ
る。光導波路層は基板より屈折率が高いことが要求さ
れ、０．１μｍ〜数十μｍの厚さであり、ソーダガラス
の表面のナトリウムイオンを、カリウムイオンやタリウ
ムイオンのようなガラスの屈折率を高くする効果のある
物質とイオン交換することにより、又はゾル・ゲル法、
もしくはスピンコート法などの方法で高屈折率の物質を
薄くコートすることにより作成されることが好ましい。
本発明において、出射光側レンズから一度に広い波長範
囲の光が取り出され、光導波路層内から出射した光は分
光器で分光され、光電子増倍管に送られる。
【０００７】
【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づき、さら
に詳細に説明する。なお本発明は実施例に限定されな
い。本発明のスラブ光導波路を利用した光吸収スペクト
ル測定装置の一例の装置の構成を模式図として図１に示
す。図中、１０は光源、３０は光チョッパー、３１は入
射光側光ファイバー、１１は入射光側レンズ、１２は入
射光側プリズムである。１３はスラブ光導波路、１４は
出射光側プリズム、１５は出射光側プリズム、３２は光
ファイバー、４１は分光器、４２はコンピュータであ
る。４３は光電子増倍管、４４は増幅器である。１６は
スラブ光導波路の位置、角度の制御機構である。３３、
３４はレンズを示す。図１において、光源１０は、白色
光を発射するものであり、Ｘｅランプを使用する。光チ
ョッパー３０は光源からの光を一定の周期の断続光にす
るものであり、光源１０と入射光側光ファイバー３１の
間に設けられる。試料測定部は入射光側レンズ１１、出
射光側レンズ１５、入射光側プリズム１２、出射光側プ
リズム１４、スラブ光導波路１３、位置制御機構１６を
有している。入射光側レンズ１１は、入射光側光ファイ
バー３１の出口側の先端に、出射光側レンズ１５は、出
射光側光ファイバー３２の入口側の先端に、設けられ
る。上記のスラブ光導波路の部分を図２に平面図で、図
３に断面図で示す。両図に示すように入射光側プリズム
１２、及び出射光側プリズム１４は、スラブ光導波路１
３上に配置され、試料と参照部分をプリズムを付け直す
ことなく測定可能にするため、細長いものを使用する。
スラブ光導波路１３は、光導波路層５２を支持するため
の基板５１と、光導波路層５２からなる。スラブ光導波
路１３の片側部分に帯状に試料５４が乗り、その反対
側、即ち試料５４のない部分は、参照部分５３となる。
図１に示すように検出部は分光器４１、光電子増倍管４
３、増幅器４４、及びコンピュータ４２を有している。
光源１０から発射された白色光は、光チョッパー３０で
一定の周期の断続光にされた後、入射光側光ファイバー
３１に導入される。入射光側光ファイバー３１に導入さ
れた断続光は、入射光側光ファイバー３１を通り、出光
側の先端に設けられた入射光側レンズ１１で集光され、
適当な角度で入射光側プリズム１２に導入される。入射
光側レンズ１１で集光された断続光は、入射光側プリズ
ム１２に導入された後、スラブ光導波路１３の光導波路
層５２内に入射する。光導波路層５２内に入射した断続
光は、光導波路層５２内で全反射を繰返した後、光導波
路層５２内から出射し、出射光側プリズム１４に導入さ
れる。出射光側プリズム１４に導入された断続光は、出
射光側光ファイバー３２の入光側の先端に設けられた出
射光側レンズ１５により取り出され、出射光側光ファイ
バー３２によって、分光器４１に送られる。分光器４１
によって分光された断続光は、光電子増倍管４３、増幅
器４４を経て、コンピュータ４２に送られ分析されるこ
とにより、光吸収スペクトルが得られる。
に詳細に説明する。なお本発明は実施例に限定されな
い。本発明のスラブ光導波路を利用した光吸収スペクト
ル測定装置の一例の装置の構成を模式図として図１に示
す。図中、１０は光源、３０は光チョッパー、３１は入
射光側光ファイバー、１１は入射光側レンズ、１２は入
射光側プリズムである。１３はスラブ光導波路、１４は
出射光側プリズム、１５は出射光側プリズム、３２は光
ファイバー、４１は分光器、４２はコンピュータであ
る。４３は光電子増倍管、４４は増幅器である。１６は
スラブ光導波路の位置、角度の制御機構である。３３、
３４はレンズを示す。図１において、光源１０は、白色
光を発射するものであり、Ｘｅランプを使用する。光チ
ョッパー３０は光源からの光を一定の周期の断続光にす
るものであり、光源１０と入射光側光ファイバー３１の
間に設けられる。試料測定部は入射光側レンズ１１、出
射光側レンズ１５、入射光側プリズム１２、出射光側プ
リズム１４、スラブ光導波路１３、位置制御機構１６を
有している。入射光側レンズ１１は、入射光側光ファイ
バー３１の出口側の先端に、出射光側レンズ１５は、出
射光側光ファイバー３２の入口側の先端に、設けられ
る。上記のスラブ光導波路の部分を図２に平面図で、図
３に断面図で示す。両図に示すように入射光側プリズム
１２、及び出射光側プリズム１４は、スラブ光導波路１
３上に配置され、試料と参照部分をプリズムを付け直す
ことなく測定可能にするため、細長いものを使用する。
スラブ光導波路１３は、光導波路層５２を支持するため
の基板５１と、光導波路層５２からなる。スラブ光導波
路１３の片側部分に帯状に試料５４が乗り、その反対
側、即ち試料５４のない部分は、参照部分５３となる。
図１に示すように検出部は分光器４１、光電子増倍管４
３、増幅器４４、及びコンピュータ４２を有している。
光源１０から発射された白色光は、光チョッパー３０で
一定の周期の断続光にされた後、入射光側光ファイバー
３１に導入される。入射光側光ファイバー３１に導入さ
れた断続光は、入射光側光ファイバー３１を通り、出光
側の先端に設けられた入射光側レンズ１１で集光され、
適当な角度で入射光側プリズム１２に導入される。入射
光側レンズ１１で集光された断続光は、入射光側プリズ
ム１２に導入された後、スラブ光導波路１３の光導波路
層５２内に入射する。光導波路層５２内に入射した断続
光は、光導波路層５２内で全反射を繰返した後、光導波
路層５２内から出射し、出射光側プリズム１４に導入さ
れる。出射光側プリズム１４に導入された断続光は、出
射光側光ファイバー３２の入光側の先端に設けられた出
射光側レンズ１５により取り出され、出射光側光ファイ
バー３２によって、分光器４１に送られる。分光器４１
によって分光された断続光は、光電子増倍管４３、増幅
器４４を経て、コンピュータ４２に送られ分析されるこ
とにより、光吸収スペクトルが得られる。
【０００８】
【作用】光源から発射された光は、入射光側レンズで集
光され、入射光側プリズムに入射させることにより、一
度に広い波長範囲の光が光導波路層内に導入できる。光
導波路層内に導入された光は、光導波路層内部で極めて
多数回の全反射をする。このような内部多重反射によ
り、光導波路層表面の光の波長程度の極近傍に、エバネ
ッセント光が発生する。光導波路層内に入射した光が試
料のある部分の真下の光導波路層を通過すると、光導波
路層表面に発生したエバネッセント光は試料に吸収され
るので、入射光は弱められ、光導波路層から出射する光
の強度は減少する。光導波路内において全反射を繰返し
た光は、出射光側プリズムを通過し、出射光側レンズか
ら一度に取り出され、分光器を経て検出器に送られる。
従って、試料がある側、及び試料がない側、即ち参照部
分の両側について、光導波路層内に光を導入し、光導波
路層内で全反射を繰返して出射した光の強度を測定し、
測定結果をパーソナルコンピュータ等で比較分析するこ
とにより、試料の光吸収スペクトルを得ることができ
る。
光され、入射光側プリズムに入射させることにより、一
度に広い波長範囲の光が光導波路層内に導入できる。光
導波路層内に導入された光は、光導波路層内部で極めて
多数回の全反射をする。このような内部多重反射によ
り、光導波路層表面の光の波長程度の極近傍に、エバネ
ッセント光が発生する。光導波路層内に入射した光が試
料のある部分の真下の光導波路層を通過すると、光導波
路層表面に発生したエバネッセント光は試料に吸収され
るので、入射光は弱められ、光導波路層から出射する光
の強度は減少する。光導波路内において全反射を繰返し
た光は、出射光側プリズムを通過し、出射光側レンズか
ら一度に取り出され、分光器を経て検出器に送られる。
従って、試料がある側、及び試料がない側、即ち参照部
分の両側について、光導波路層内に光を導入し、光導波
路層内で全反射を繰返して出射した光の強度を測定し、
測定結果をパーソナルコンピュータ等で比較分析するこ
とにより、試料の光吸収スペクトルを得ることができ
る。
【０００９】次に本発明を試験例に基づき、さらに詳細
に説明する。 試験例１ 図１の装置を使用し、レンズと入射光側又は出射光側プ
リズムとの距離を変化させた場合の各波長における透過
度を測定して、光導波路層の光透過特性を調べた。 直
径３ｍｍ、有効直径２ｍｍ、焦点距離５ｍｍ程度のレン
ズを使用した。プリズムは、４×５×１５ｍｍで、屈折
率が光導波路層（１．５２）、基板（１．５１６）、空
気（１）よりも大きい１．８７のものを使用した。基板
にはソーダガラスを使用し、ソーダガラス表面を、４０
０℃の溶融硝酸カリウム浴に３０分間浸漬して、硝酸カ
リウム溶融塩処理することにより光導波路層を作成し
た。得られた光導波路層の厚さはＨｅ−Ｎｅレーザーに
よる光の導波路モードで測定し１〜２μｍ程度であっ
た。光ファイバーは、コア径２５０μｍのマルチモード
のものを使用した。試料は、アラキン酸カドニウムを主
成分とし、色素としてポルフィリン銅錯体を１．５ｍｏ
ｌ％加えたＬＢ膜を使用した。図４に、図１の装置を使
用し、レンズと入射光側又は出射光側プリズムの距離を
変化させた場合の各波長における透過度の関係を示す。
レンズを入射光側又は出射光側プリズムに近づけること
により、長波長側の広い範囲で透過度が良好になり、よ
り広い範囲の白色光が透過可能であることがわかった。
に説明する。 試験例１ 図１の装置を使用し、レンズと入射光側又は出射光側プ
リズムとの距離を変化させた場合の各波長における透過
度を測定して、光導波路層の光透過特性を調べた。 直
径３ｍｍ、有効直径２ｍｍ、焦点距離５ｍｍ程度のレン
ズを使用した。プリズムは、４×５×１５ｍｍで、屈折
率が光導波路層（１．５２）、基板（１．５１６）、空
気（１）よりも大きい１．８７のものを使用した。基板
にはソーダガラスを使用し、ソーダガラス表面を、４０
０℃の溶融硝酸カリウム浴に３０分間浸漬して、硝酸カ
リウム溶融塩処理することにより光導波路層を作成し
た。得られた光導波路層の厚さはＨｅ−Ｎｅレーザーに
よる光の導波路モードで測定し１〜２μｍ程度であっ
た。光ファイバーは、コア径２５０μｍのマルチモード
のものを使用した。試料は、アラキン酸カドニウムを主
成分とし、色素としてポルフィリン銅錯体を１．５ｍｏ
ｌ％加えたＬＢ膜を使用した。図４に、図１の装置を使
用し、レンズと入射光側又は出射光側プリズムの距離を
変化させた場合の各波長における透過度の関係を示す。
レンズを入射光側又は出射光側プリズムに近づけること
により、長波長側の広い範囲で透過度が良好になり、よ
り広い範囲の白色光が透過可能であることがわかった。
【００１０】試験例２ 光導波路層表面にアラキン酸カドニウムにポルフィリン
銅錯体を加えた二種類のＬＢ膜を作成し、これらを試料
として図１の装置を使用して、光吸収スペクトルの測定
を行った。二種類のＬＢ膜のポルフィリン銅錯体の濃度
は、（Ａ）１．５ｍｏｌ％、即ち約０．１分子層相当と
（Ｂ）１３ｍｏｌ％、即ち約０．５分子層相当とし、入
射光側レンズと入射光側プリズムの距離は、２３ｍｍと
した。このようにして得られた光吸収スペクトルを
（Ａ）、（Ｂ）として図５に示した。従来、色素である
ポルフィリン銅錯体の濃度が０．１分子層相当と極めて
低濃度である場合、高濃度の場合と比較して色素の状態
が変化するため、色素の濃度を高めたり、試料の厚みを
増やしたりしても、正しいスペクトルを測定することが
困難であったが、本発明の装置によれば図５に示すよう
に、光吸収スペクトルを高感度で測定することができ
た。
銅錯体を加えた二種類のＬＢ膜を作成し、これらを試料
として図１の装置を使用して、光吸収スペクトルの測定
を行った。二種類のＬＢ膜のポルフィリン銅錯体の濃度
は、（Ａ）１．５ｍｏｌ％、即ち約０．１分子層相当と
（Ｂ）１３ｍｏｌ％、即ち約０．５分子層相当とし、入
射光側レンズと入射光側プリズムの距離は、２３ｍｍと
した。このようにして得られた光吸収スペクトルを
（Ａ）、（Ｂ）として図５に示した。従来、色素である
ポルフィリン銅錯体の濃度が０．１分子層相当と極めて
低濃度である場合、高濃度の場合と比較して色素の状態
が変化するため、色素の濃度を高めたり、試料の厚みを
増やしたりしても、正しいスペクトルを測定することが
困難であったが、本発明の装置によれば図５に示すよう
に、光吸収スペクトルを高感度で測定することができ
た。
【００１１】
【発明の効果】本発明の光吸収スペクトル測定装置は、
白色光をレンズで集光して、レンズと所定間隔に設定し
たプリズムから光をスラブ光導波路の光導波路層に入射
し、光導波路層内を全反射した光をプリズムを経てプリ
ズムと所定間隔に設定したレンズで取り出し、分光器で
出射光を分光し、検出器に送ることにより、極めて大き
な反射回数が得られ、高感度の光吸収スペクトルの測定
が可能であり、これにより、高価な光源が不要になり、
磁場、電場、光、熱、化学的な処理、圧力、音、生物的
処理などの様々な作用を行わせながらのスペクトル測定
が可能になる。本発明の光吸収スペクトル測定装置は、
光源から発射された光を断続波にして光導波路層内を通
過させることにより、光源から発射した光を他の光と明
確に区別できるようになり、光導波路部及びその周辺を
遮光する必要がなく、装置が簡便になるだけではなく、
別の光を照射しながら光スペクトル測定が可能である。
本発明の光吸収スペクトル測定装置は、光ファイバーを
使用することにより、レンズとプリズムの距離、光の方
向を自由に変えることができ、光の入射、及び出射角度
を容易に定めることができ、装置の構造を簡易化するこ
とができる。
白色光をレンズで集光して、レンズと所定間隔に設定し
たプリズムから光をスラブ光導波路の光導波路層に入射
し、光導波路層内を全反射した光をプリズムを経てプリ
ズムと所定間隔に設定したレンズで取り出し、分光器で
出射光を分光し、検出器に送ることにより、極めて大き
な反射回数が得られ、高感度の光吸収スペクトルの測定
が可能であり、これにより、高価な光源が不要になり、
磁場、電場、光、熱、化学的な処理、圧力、音、生物的
処理などの様々な作用を行わせながらのスペクトル測定
が可能になる。本発明の光吸収スペクトル測定装置は、
光源から発射された光を断続波にして光導波路層内を通
過させることにより、光源から発射した光を他の光と明
確に区別できるようになり、光導波路部及びその周辺を
遮光する必要がなく、装置が簡便になるだけではなく、
別の光を照射しながら光スペクトル測定が可能である。
本発明の光吸収スペクトル測定装置は、光ファイバーを
使用することにより、レンズとプリズムの距離、光の方
向を自由に変えることができ、光の入射、及び出射角度
を容易に定めることができ、装置の構造を簡易化するこ
とができる。
【図１】本発明の光吸収スペクトル測定装置の実施例の
一例の構成を示す模式図である。
一例の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の光吸収スペクトル測定装置におけるス
ラブ光導波路の一例を示す平面図である
ラブ光導波路の一例を示す平面図である
【図３】本発明の光吸収スペクトル測定装置におけるス
ラブ光導波路の一例を示す断面図である
ラブ光導波路の一例を示す断面図である
【図４】 本発明の光吸収スペクトル測定装置における
入射光側レンズと入射光側プリズム間との距離を変化さ
せた場合の光導波路層の光透過特性を示すグラフであ
る。
入射光側レンズと入射光側プリズム間との距離を変化さ
せた場合の光導波路層の光透過特性を示すグラフであ
る。
【図５】本発明の光吸収スペクトル測定装置の実施例の
一例を使用し、ＬＢ膜を試料とした場合の光吸収スペク
トルの測定結果を示すグラフである。
一例を使用し、ＬＢ膜を試料とした場合の光吸収スペク
トルの測定結果を示すグラフである。
１０ 光源 １１ 入射光側レンズ １２ 入射光側プリズム １３ スラブ光導波路 １４ 出射光側プリズム １５ 出射光側レンズ １６ 位置制御機構 ３０ 光チョッパー ３１ 入射光側光ファイバー ３２ 出射光側光ファイバー ４１ 分光器 ４２ コンピュータ ４３ 光電子増倍管 ４４ 増幅器 ５１ 基板 ５２ 光導波路層 ５３ 参照部分 ５４ 試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−191965（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184442（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 21/27
Claims (3)
- 【請求項１】 白色光源、該白色光源から発射された光
を集光する入射光側レンズ、該入射光側レンズと所定間
隔を有し、かつ光導波路層内に該入射光レンズで集光し
た光を導入する入射光側プリズム、該入射光側プリズム
を出射した光を導入する、厚さ０．１μｍ〜数十μｍの
光導波路層を基板の上に形成してなるスラブ光導波路、
該光導波路層内部で全反射を繰返した光を導入する出射
光側プリズム、及び該出射光側プリズムと所定間隔を有
し、かつ該出射光側プリズムから出射した光を導入する
出射光側レンズよりなる試料測定部を有し、試料測定部
からの出射光をとり出しスペクトルを測定するようにし
たことを特徴とするスラブ光導波路を利用した光吸収ス
ペクトル測定装置。 - 【請求項２】 白色光源と入射光側レンズの間に、白色
光源からの光を一定周期の断続光にする装置を有し、か
つ出射した断続光のみを増幅する装置を有することを特
徴とする請求項１に記載のスラブ光導波路を利用した光
吸収スペクトル測定装置。 - 【請求項３】 白色光源と入射光側レンズの間、及び出
射光側レンズと分光器の間に、光ファイバーを使用する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスラブ光導波
路を利用した光吸収スペクトル測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6215742A JP2807777B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6215742A JP2807777B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875639A JPH0875639A (ja) | 1996-03-22 |
| JP2807777B2 true JP2807777B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=16677458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6215742A Expired - Lifetime JP2807777B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807777B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1630545A1 (en) | 2004-08-24 | 2006-03-01 | System Instruments Co., Ltd. | Method of and device for measuring with enhanced sensitivity optical absorption characteristics of a sample |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001337036A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | Masao Karube | 差動式ｓｐｒセンサー及び該センサーを用いた測定法 |
| EP1422512A1 (en) * | 2001-08-28 | 2004-05-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for measuring information on particular component |
| JP3816072B2 (ja) | 2003-10-28 | 2006-08-30 | ローム株式会社 | 光導波路型センサおよびそれを用いた測定装置 |
| JP4481967B2 (ja) * | 2005-09-05 | 2010-06-16 | キヤノン株式会社 | センサ装置 |
| CN101400987B (zh) | 2006-03-16 | 2011-04-13 | 仓敷纺绩株式会社 | 全反射衰减型光学探针和使用该全反射衰减型光学探针的水溶液分光测定装置 |
| JP4840773B2 (ja) | 2006-11-22 | 2011-12-21 | 株式会社アツミテック | 水素センサおよび水素ガス検知装置 |
| JP4911606B2 (ja) * | 2007-03-08 | 2012-04-04 | 倉敷紡績株式会社 | 全反射減衰型光学プローブおよびそれを用いた水溶液分光測定装置 |
| TW200944776A (en) * | 2008-03-04 | 2009-11-01 | Kurashiki Boseki Kk | Total reflection attenuation type far-ultraviolet spectroscopy and concentration measurement device using the spectroscopy |
| EP2780692A1 (en) | 2011-11-14 | 2014-09-24 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus for cluster detection |
| JP6010009B2 (ja) * | 2013-10-11 | 2016-10-19 | Dic株式会社 | Ａｔｒ素子、及び、液浸プローブ |
| WO2018105455A1 (ja) * | 2016-12-07 | 2018-06-14 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 成分センサ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2606991A1 (de) * | 1976-02-20 | 1977-08-25 | Nils Dr Med Kaiser | Geraet zur bestimmung des gehaltes von stoffwechselprodukten im blut |
| EP0185126B1 (en) * | 1984-12-10 | 1989-11-15 | Prutec Limited | Optical test probe and apparatus for optically determining species in solution |
| EP0184600B1 (en) * | 1984-12-10 | 1990-03-14 | Prutec Limited | Method for optically ascertaining parameters of species in a liquid analyte |
| JPH0610636B2 (ja) * | 1985-02-04 | 1994-02-09 | 東京瓦斯株式会社 | 気体の分光装置 |
| JPS61187622A (ja) * | 1985-02-15 | 1986-08-21 | Hochiki Corp | 炎検出装置 |
| CH665033A5 (fr) * | 1985-07-01 | 1988-04-15 | Prutec Ltd | Guide d'onde utilisable comme sonde optique dans l'analyse spectroscopique a reflexion interne. |
| JPS63259444A (ja) * | 1987-04-16 | 1988-10-26 | Akira Fujishima | 溶液中の物理・化学反応の測定方法 |
| JPH0776711B2 (ja) * | 1987-08-31 | 1995-08-16 | 新技術事業団 | 高時間分解全反射分光法及び測定装置 |
| JPH0746109B2 (ja) * | 1988-02-29 | 1995-05-17 | ダイキン工業株式会社 | 免疫検査装置および免疫検査方法 |
| DE3926604A1 (de) * | 1989-08-11 | 1991-02-14 | Hoechst Ag | Polyimidwellenleiter als optische sensoren |
| JPH0372264A (ja) * | 1989-08-11 | 1991-03-27 | Daikin Ind Ltd | 光学的測定装置 |
| JP3247366B2 (ja) * | 1990-03-16 | 2002-01-15 | 凸版印刷株式会社 | エバネッセント波を使用したホログラム及びその作成方法 |
| JP3249993B2 (ja) * | 1992-09-29 | 2002-01-28 | 日水製薬株式会社 | 光学的測定装置 |
-
1994
- 1994-09-09 JP JP6215742A patent/JP2807777B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1630545A1 (en) | 2004-08-24 | 2006-03-01 | System Instruments Co., Ltd. | Method of and device for measuring with enhanced sensitivity optical absorption characteristics of a sample |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0875639A (ja) | 1996-03-22 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314531 |
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