JP4316818B2

JP4316818B2 - 光散乱測定プローブ

Info

Publication number: JP4316818B2
Application number: JP2001057203A
Authority: JP
Inventors: 和典筒井; 勉水口
Original assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Current assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: US20030133112A1; TW558632B; WO2002071035A1; CN1255674C; EP1321758A1; EP1321758A4; US6750967B2; JP2002257727A; CN1457427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に光を照射し、散乱体積内から散乱される光を検出することにより光散乱測定を行う光散乱測定プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光散乱測定装置は、流体中に存在する粒子の動き（ブラウン運動）に起因する散乱光強度の揺らぎ（時間変化）を測定することにより、粒子の拡散係数や流体力学的な大きさを求めるための装置である。
従来の光散乱測定装置では、試料流体の入った円筒形や直方体のセルに、レーザ光を、レンズを介して照射し、試料から出てくる散乱光を、ピンホール等で観測体積を制限された受光光学系を通して、フォトマルチプライヤ等の光検出器で測定していた。
【０００３】
この従来の光散乱測定装置では、セル内の試料流体の光路長が長いので、溶液の粒子濃度が高くなると、セル内で散乱光による散乱（多重散乱）が起こり、正確な散乱光の情報を測定することができない。
そこで、入射光ファイバと受光ファイバとの端面同士を、セル内で、所定角度で対向させ、しかも端面同士の距離を近接させた光散乱測定プローブの構造が提案されている(R.R.Khan, H.S.Dhadwal, and K.Suh, Applied Optics 33(25), 1994)。この光散乱測定プローブを使えば、観測体積を小さくでき、多重散乱の問題を避けることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の光散乱測定プローブでは、入射光ファイバの端面と受光ファイバの端面に、それぞれ、光ファイバーの焦点を目的の位置に合わせるための微小なレンズ（グレーデッドインデックスファイバーを含む）を配置している。このため、光ファイバーやレンズの位置関係に高い精度が要求され、実用レベルの製品としての品質確保が困難となる。
【０００５】
そこで、光ファイバのクラッドを露出するか、削り込むことにより、光ファイバのコアの端面同士の距離をできるだけ短くして、多重散乱の影響をなくす発明が提案されている(国際公開WO00/31514)。
ところが、単にクラッドを露出したのでは、強度が保てない、位置調整が困難、クラッドから光が漏れる、などの問題があった。
そこで、本発明は、製造が容易で、精度のよい、かつ信頼性の高い散乱光強度測定を行うことのでき、光散乱測定プローブを実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の光散乱測定プローブは、試料の散乱体積に照射する光を伝播するための入射用光ファイバと、前記散乱体積からの散乱光を集めて伝搬するための散乱光測定用光ファイバとが装着され、両光ファイバの先端部にそれぞれフェルールが被せられ、各フェルールの先端は、光ファイバのコアを含む先端面の一部又は全部を残して円錐台形にカットされており、両光ファイバの先端面同士が所定距離離れて所定角度で対向するように、前記フェルールが、光散乱測定プローブに保持され、両光ファイバの先端面同士の角度及び距離は、フェルールを介して、調節部材により調節可能にされているものである。
【０００７】
前記の構成によれば、両光ファイバの先端部にフェルールが被せられ、当該フェルールの先端は、両光ファイバの先端面の一部又は全部を残して円錐台形にカットされている。
したがって、光ファイバの先端部の強度が少なくても、フェルールにより強度を補い、保護することができる。また、両光ファイバの先端面同士の距離、角度は、フェルールを保持することによって、容易に保つことができる。クラッドからの光の漏れも、フェルールによって防ぐことができる。
【０００８】
さらに、フェルールの先端を円錐台形に斜めカットすることにより、両光ファイバの先端に試料流体の気泡がつきにくくなる。また、斜めカットしない場合と比べて、両光ファイバの先端面同士の距離を縮めることができる。また前記両光ファイバの先端面同士の角度及び距離は、フェルールを介して、調節部材により調節することにより、散乱体積を所望の大きさに調整することができる。例えば前記フェルールを約９０度の角度で向かい合うようにすることができる。
【０００９】
光ファイバは、シングルモード光ファイバであることが好ましい。これにより、よりコヒーレンスのよい条件で測定ができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、光散乱測定プローブ３を含む測定システムの全体構成図である。レーザ装置１から照射された光は、レンズ２で絞られ、入射用光ファイバ４に入射される。入射用光ファイバ４の先は光散乱測定プローブ３に結合されている。光散乱測定プローブ３は、試料液体ｈを満たしたセル５に挿入され、光散乱測定プローブ３からレーザ光が試料に照射される。
【００１１】
試料からの散乱光は、光散乱測定プローブ３で受光され、光散乱測定プローブ３から散乱光測定用光ファイバ６を通して、フォトマルチプライヤ等の受光素子７に入り、受光素子７において時系列データが測定される。そして、図示しない処理回路において、そのデータの自己相関係数が計算され、粒子サイズ等が求められる。
入射用光ファイバ４、散乱光測定用光ファイバ６は、シングルモード光ファイバであることが、光のコヒーレンスを保つ上から、好ましい。
【００１２】
図２は、光散乱測定プローブ３の正面図(ａ)および中心線で切った側断面図(ｂ)を示す。上方向をｙ，正面方向をｚ、側方向をｘで示している。
光散乱測定プローブ３は、筒状の胴部６１と、胴部６１に結合される先端部６２とを有している。胴部６１から先端部６２にかけて、入射用光ファイバ４および散乱光測定用光ファイバ６が挿通されている。胴部６１、先端部６２は金属、あるいは樹脂で形成することができる。
【００１３】
先端部６２の一面には、凹部６３が形成されていて、入射用光ファイバ４は、この凹部６３に形成された縦孔６４から飛び出し、散乱光測定用光ファイバ６は、この凹部６３に形成された横孔６５から覗いている。
そして、当該飛び出した入射用光ファイバ４の先端部に円筒形フェルール６６が被せられ、散乱光測定用光ファイバ６にフェルール６７が被せられている。図２では、フェルール６６は一部断面示し、フェルール６７は全部断面示している。
【００１４】
フェルール６６は、箱状の支持体７０に設けられた孔を貫通している。フェルール６６，６７は、互いに約９０°の角度で向かい合っている（図５も参照）。測定する散乱体積は、図５に符号Ｖで示している。
支持体７０の正面と側面及び先端部６２の底面には、後に詳しく説明するように、光ファイバ４，６の投光、受光の位置を調節するための「調節部材」としての調節ねじ７１〜７４が設けられている。
【００１５】
図３は、フェルール６６，６７の詳細構造を示す断面図である。フェ−ルール６６，６７は、ジルコニア等のセラミック製で、円筒形をしている。
入射用光ファイバ４又は散乱光測定用光ファイバ６は、クラッド部分４ａ，６ａが露出される。フェ−ルール６６，６７の中心線に沿って、この露出部分を挿入する細い穴６６ａ，６７ａが設けられている。さらに、フェ−ルール６６，６７の基端には、入射用光ファイバ４又は散乱光測定用光ファイバ６の被覆部分を挿入し止める太い孔６６ａ，６７ａが設けられている。
【００１６】
フェ−ルール６６，６７の先端は、両光ファイバ４，６の先端面４ｂ，６ｂの一部又は全部を残して円錐台形に研磨されている（図３(b)参照）。研磨は、クラッド部分４ａ，６ａまで及んでいてもよく、及んでいなくてもよい。しかし、残された先端面４ｂ，６ｂには、両光ファイバ４，６の光が伝播するコア部分が必ず含まれている必要がある。
この斜め研磨により、両光ファイバ４，６の先端面４ｂ，６ｂ同士を十分に近づけることができる。また、先端面４ｂ，６ｂに試料液体の気泡が付きにくくなり、測定の信頼度を向上させることができる。
【００１７】
次に、両光ファイバ４，６の先端面４ｂ，６ｂの位置関係を調節する機構を図４、図５を用いて説明する。
図４は、先端部６２の凹部６３に配置された支持体７０等を示す斜視図であり、図５は、Ａ−Ａ線階段断面図である。
支持体７０には、支持体７０を、先端部６２の凹部６３に固定するための固定ねじ７２が挿通されている。さらに、ねじを緩めた後締め付けることにより、フェ−ルール６６及び入射用光ファイバ４をｙ軸方向に移動調整する調整ねじ７１が設けられている。
【００１８】
また、支持体７０をｘ軸方向に移動調整する調整ねじ７３が設けられている。なお、調整ねじ７３で支持体７０をｘ軸方向に移動調整する場合は、固定ねじ７２を先に緩めておいて、調整ねじ７３で調整し、その後固定ねじ７２を締め付けることにより行う。このため、固定ねじ７２のねじ孔には、若干の遊びがある。一方、先端部６２の底面には、ねじを緩めた後締め付けることにより、フェ−ルール６７及び散乱光測定用光ファイバ６のｚ方向の位置を調節する調整ねじ７４が設けられる。
【００１９】
以上のねじ７１，７３，７４を回転調節することにより、入射用光ファイバ４の先端面４ｂと、散乱光測定用光ファイバ６の先端面６ｂとの対向角度、距離を微妙に調整することができる。
以上の構成の光散乱測定プローブ３を試料液体ｈに浸け、入射用光ファイバ４にレーザ光を入射すると、散乱光測定用光ファイバ６を通して散乱光が出射される。この散乱光を受光素子７で検出することができる。先端を斜めにカットしたフェ−ルール６６，６７同士を近づけて、非常に小さな散乱体積Ｖを測定することができる。したがって、多重散乱による測定精度低下を防ぐことができる。
【００２０】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光散乱測定プローブ３を含む測定システムの全体構成図である。
【図２】光散乱測定プローブ３の正面図(ａ)および側断面図(ｂ)である。
【図３】フェルール６６，６７の詳細構造を示す断面図である。(a)はカット前の状態を示し、(b)はカット後の状態を示す。
【図４】先端部６２の凹部６３に配置された支持体７０等を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線階段断面図である。
【符号の説明】
１レーザ装置
２レンズ
３光散乱測定プローブ
４入射用光ファイバ
５セル
６散乱光測定用光ファイバ
７受光素子
６１胴部
６２先端部
６３凹部
６４，６５孔
６６，６７フェルール
７０支持体
７１〜７４調節ねじ

Claims

試料に光を照射し、散乱体積内から散乱される光を検出することにより光散乱測定を行う光散乱測定プローブであって、
光散乱測定プローブに、試料の散乱体積に照射する光を伝播するための入射用光ファイバと、前記散乱体積からの散乱光を集めて伝搬するための散乱光測定用光ファイバとが装着され、
両光ファイバの先端部にそれぞれフェルールが被せられ、
各フェルールの先端は、光ファイバのコアを含む先端面の一部又は全部を残して円錐台形にカットされており、
両光ファイバの先端面同士が所定距離離れて所定角度で対向するように、前記フェルールが、光散乱測定プローブに保持され、
両光ファイバの先端面同士の角度及び距離は、フェルールを介して、調節部材により調節可能にされていることを特徴とする光散乱測定プローブ。
前記フェルールは約９０度の角度で向かい合っていることを特徴とする請求項１記載の光散乱測定プローブ。
前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光散乱測定プローブ。