JP6628184B2

JP6628184B2 - 観測光導光システム、観測光導光部材及び導光方法

Info

Publication number: JP6628184B2
Application number: JP2016020386A
Authority: JP
Inventors: 雄司興; 宏晃吉岡; 金市森田
Original assignee: Kyushu University NUC; Ushio Denki KK
Current assignee: Kyushu University NUC; Ushio Denki KK
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2020-01-08
Anticipated expiration: 2036-02-05
Also published as: JP2017138245A

Description

本発明は、観測光導光システム、観測光導光部材及び導光方法に関し、特に、光学分析における試料からの観測光を光測定部へ導光する観測光導光システム等に関するものである。

近年、ライフサイエンス分野におけるポイントオブケア（POCT）検査のように、吸光度法やレーザー誘起蛍光法などの光分析技術を用いた光測定装置の小型化が要請されている。

発明者らは、光測定装置の小型化を実現するために、顔料を少なくとも一部に含む樹脂を用いて光学系およびモノリシックな筐体を構成した光誘起蛍光測定器を提案した（例えば、特許文献１参照）。具体的には、以下の構成の特徴を有する。（１）照射光学系を構成する導光路、観測光収集光学系を構成する導光路の一部に、照射光及び観測光に対して透明な樹脂が充填されている。（２）これらの導光路を構成する透明樹脂を包囲するようにさらに樹脂を設ける。この樹脂には顔料が含有されている。（３）顔料は、迷光を吸収する特性を有する。顔料の含有量は、少なくとも迷光を全て吸収する量に設定されている。（４）透明樹脂と顔料含有樹脂との樹脂の材質は同じである。

上記の構成により、例えば、以下の作用・効果を奏する。まず、透明樹脂と顔料含有樹脂との樹脂の材質を同じにすることにより、両樹脂が接触する界面において光の反射や散乱が抑制される。また、顔料含有樹脂に入射した迷光は、顔料により吸収される。そのため、導光路を構成する透明樹脂に戻ることはほとんどない。さらに、顔料含有樹脂から外部へ迷光が漏れることもない。そのため、迷光の複雑な多重反射がほとんど発生しない。結果として、観測光収集光学系は、複雑な多重反射に対応する必要がなく簡便化され、結果的に本測定器は小型化される。以下、このようなシリコーン樹脂で構築した光学系の技術を、SOT（Silicone Optical Technologies）と呼称することにする。

ここで、従来、試料からの観測光が筐体（分光装置本体）へ導光される分光装置としては、図１２に分光装置７０１を示すように、試料７０３に受光側光ファイバ束７０５の受光側入射端７０７を接近させて、試料７０３からの観測光７０９を受光するものがあった。受光側光ファイバ束７０５に入射した観測光７０９は、光ファイバの特性により低損失で分光装置本体７１１へと導光される（例えば、特許文献２参照）。また、光源７１３からの照射光７１５は、投光側光ファイバ束７１７で試料７０３に導光される。このように光ファイバで観測光７０９や照射光７１５を導光することにより、分光装置本体７１１から離れた位置にある試料７０３についても、移動させることなく光測定を行うことが可能となる。

特許第５６６５８１１号公報国際公開第２００３／００４９８２号

しかしながら、受光側光ファイバ束７０５がノイズ光７１９まで低損失で分光装置本体７１１へと導光してしまうと、高精度な光測定を行うことはできない。

ゆえに、本発明は、光ファイバによるノイズ光の導光を抑制する観測光導光システム等の提供を目的とする。

本発明の第１の観点は、光学分析における試料からの観測光を光測定部へ導光する観測光導光システムであって、光源からの光を前記試料に入射させる投光側光ファイバと、前記観測光を前記光測定部へ導光する受光側光ファイバと、前記受光側光ファイバの観測光入射端に接続された受光側透明樹脂部と、前記受光側透明樹脂部と同一の樹脂で構成されており、かつ、遮光する顔料を含む受光側遮光樹脂部とを備え、前記受光側遮光樹脂部は、前記受光側透明樹脂部の一部を包囲し、前記受光側透明樹脂部は、前記受光側遮光樹脂部を介さずに外部に接する受光側窓部を有し、前記受光側光ファイバの光軸の延長線は、前記受光側遮光樹脂部に遮られることなく、前記受光側透明樹脂部を貫通して前記受光側窓部から外部に達する、観測光導光システムである。

本発明の第２の観点は、第１の観点の観測光導光システムであって、前記投光側光ファイバからの入射光の出射の全てを遮ることなく前記投光側光ファイバの入射光出射端の周りを包む投光側遮光樹脂部をさらに備え、前記投光側遮光樹脂部は、前記投光側光ファイバの光軸と前記受光側光ファイバの光軸とを一致させた状態で、前記観測光入射端の面上の任意の１点から前記受光側窓部の面上の任意の１点に向けて引いた半直線であって、前記入射光出射端と交わらない半直線の全てを遮る形状である、観測光導光システムである。

本発明の第３の観点は、第２の観点の観測光導光システムであって、前記受光側遮光樹脂部は、前記投光側光ファイバの光軸と前記受光側光ファイバの光軸とを一致させた状態で、前記観測光入射端の面上の任意の１点から前記受光側窓部の面上の任意の１点に向けて引いた半直線が前記入射光出射端又は前記投光側遮光樹脂部で反射された直線の全てを遮る形状である、観測光導光システムである。

本発明の第４の観点は、第１から第３のいずれかの観点の観測光導光システムであって、前記受光側遮光樹脂部は、前記受光側窓部の周囲においてフランジ形状を有する、観測光導光システムである。

本発明の第５の観点は、第２から第４のいずれかの観点の観測光導光システムであって、前記投光側遮光樹脂部は、前記入射光出射端の周囲においてフランジ形状を有する、観測光導光システムである。

本発明の第６の観点は、第２から第５のいずれかの観点の観測光導光システムであって、前記光軸を含む面において前記受光側透明樹脂部の外縁上の線分であって、前記受光側窓部を含まない線分は、前記受光側窓部からみて前記受光側光ファイバ側に対して凸である、観測光導光システムである。

本発明の第７の観点は、第２から第６のいずれかの観点の観測光導光システムであって、前記入射光出射端に接続された投光側透明樹脂部をさらに備え、前記投光側透明樹脂部は、前記投光側遮光樹脂部を介さずに外部に接する投光側窓部を有し、前記光軸を含む面において前記投光側透明樹脂部の外縁上の線分であって、前記投光側窓部を含まない線分は、前記投光側窓部からみて前記投光側光ファイバ側に対して凸である、観測光導光システムである。

本発明の第８の観点は、第１から第７のいずれかの観点の観測光導光システムであって、前記投光側光ファイバからの入射光の出射の全てを遮ることなく前記投光側光ファイバの入射光出射端の周りを包む投光側遮光樹脂部と、前記入射光出射端に接続された投光側透明樹脂部とをさらに備え、前記投光側遮光樹脂部は、前記入射光出射端の周囲においてフランジ形状を有し、前記受光側遮光樹脂部は、前記受光側窓部の周囲においてフランジ形状を有し、前記投光側透明樹脂部は、柱体であると共に、前記投光側遮光樹脂部を介さずに外部に接する投光側窓部を有し、前記受光側透明樹脂部は、前記受光側窓部の周囲においてフランジ形状を有し、光軸から前記投光側透明樹脂部の側面までの距離Rb、光軸から前記受光側遮光樹脂部のフランジ形状の側面までの距離R、光軸から前記受光側透明樹脂部の前記受光側窓部の周囲におけるフランジ形状の側面までの距離Rf、前記受光側光ファイバの直径d、前記投光側透明樹脂部の光軸方向の厚みDb、前記受光側透明樹脂部の前記受光側窓部の周囲におけるフランジ形状の厚みDf、前記試料の光軸方向の厚みt、及び、前記受光側透明樹脂部の光軸方向におけるフランジ形状を含まない長さlに対して、式（１）から式（３）を満たす、観測光導光システムである。

本発明の第９の観点は、光学分析における試料からの観測光を光測定部へ導光する観測光導光部材であって、前記観測光を前記光測定部へ導光する光ファイバと、前記光ファイバの光入射端に接続された透明樹脂部と、前記透明樹脂部と同一の樹脂で構成されており、かつ、遮光する顔料を含む遮光樹脂部とを備え、前記遮光樹脂部は、前記透明樹脂部の一部を包囲し、前記透明樹脂部は、前記遮光樹脂部を介さずに外部に接する窓部を有し、前記光ファイバの光軸の延長線は、前記遮光樹脂部に遮光されることなく、前記透明樹脂部を貫通して前記窓部から外部に達する、観測光導光部材である。

本発明の第１０の観点は、光学分析における試料からの観測光を光測定部へ導光する観測光導光部材を用いた導光方法であって、前記観測光導光部材は、前記観測光を前記光測定部へ導光する光ファイバと、前記光ファイバの光入射端に接続された透明樹脂部と、前記透明樹脂部と同一の樹脂で構成されており、かつ、遮光する顔料を含む遮光樹脂部とを備えるものであり、前記遮光樹脂部は、前記透明樹脂部の一部を包囲し、前記透明樹脂部は、前記遮光樹脂部を介さずに外部に接する窓部を有し、前記光ファイバの光軸の延長線は、前記遮光樹脂部に遮光されることなく、前記透明樹脂部を貫通して前記窓部から外部に達し、前記観測光導光部材が、前記窓部から前記観測光を受光する受光ステップを含む、導光方法である。

本発明の各観点によれば、光測定部へのノイズ光の導光を抑制することができる。ノイズ光は、受光側光ファイバに到達する前に受光側透明樹脂部の周囲の受光側遮光樹脂部によって吸収されるためである。

また、本発明の第２の観点によれば、ノイズ光が直接的に受光側光ファイバに到達しないようにすることがさらに容易となる。

さらに、本発明の第３の観点によれば、投光側の反射を経てノイズ光が間接的に受光側光ファイバに到達するのを抑制することがさらに容易となる。

また、本発明の第４、第５又は第８の観点によれば、投光側遮光樹脂部及び／又は受光側遮光樹脂部を効果的な形状にすることが容易となる。

また、本発明の第６又は第７の観点によれば、散乱光が受光側光ファイバに到達することを抑制することがさらに容易となる。

本発明の観測光導光システムの一例の斜視図である。本発明の観測光導光システムの一例（実施例１）の断面図である。本発明の観測光導光システムの一例（実施例２）の断面図である。本発明の観測光導光システムの一例（実施例３）の断面図である。本発明の観測光導光システムの一例（実施例３）の各構成要素の長さを示す図である。本発明の観測光導光システムの一例（実施例３）の断面図であり、相似となる三角形４０１及び４０２を示す図である。本発明の観測光導光システムの一例（実施例３）の断面図であり、相似となる三角形４０３及び４０４を示す図である。本発明の観測光導光システムの一例（実施例３）の断面図であり、相似となる三角形４０５及び４０６を示す図である。Ｒ＝５ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｌ＝２０ｍｍ、Ｒ_ｆ＝３ｍｍとした場合のｔに対する、Ｄ_ｆ、Ｄ_ｂ、Ｒ_ｂの変化量を示す図である。Ｒ＝１０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｌ＝２０ｍｍ、Ｒ_ｆ＝５ｍｍとした場合のｔに対する、Ｄ_ｆ、Ｄ_ｂ、Ｒ_ｂの変化量を示す図である。本発明のクランプ型導光部材の一例を示す斜視図である。従来の分光装置の概要を例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について述べる。なお、本発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の観測光導光システム１（本願請求項における「観測光導光システム」の一例）の斜視図である。観測光導光システム１は、クランプ式吸光度測定システムであって、照射光導光部材３と観測光導光部材５からなる。照射光導光部材３は、光源からの照射光を試料７へ導光する。観測光導光部材５は、試料７からの観測光を光測定装置へと導光する。

図２は、本発明の観測光導光システム１０１（本願請求項における「観測光導光システム」の一例）の一例（実施例１）の断面図である。照射光導光部材１０３は、照射光１０５を導光するアクリル製の第１光ファイバ１０７（本願請求項における「投光側光ファイバ」の一例）と、透明なシリコーン樹脂からなる透明樹脂部１０９からなる。第１光ファイバ１０７の一端は、試料１１１に面する入射光出射端１１３（本願請求項における「入射光出射端」の一例）である。透明樹脂部１０９は、第１光ファイバ１０７の入射光出射端１１３側の側面の一部を円筒状に包囲している。透明樹脂部１０９と第１光ファイバ１０７は、同心状に配置されている。

観測光導光部材１１５（本願請求項における「観測光導光部材」の一例）は、透明なシリコーン樹脂製で観測光１１７を導光する導光用透明樹脂部１１９（本願請求項における「受光側透明樹脂部」及び「透明樹脂部」の一例）及びアクリル製の第２光ファイバ１２１（本願請求項における「受光側光ファイバ」及び「光ファイバ」の一例）、並びに、シリコーン樹脂製で遮光する顔料を含有する顔料含有樹脂部１２３（本願請求項における「受光側遮光樹脂部」及び「遮光樹脂部」の一例）からなる。導光用透明樹脂部１１９は円筒形状であり、その径は第２光ファイバ１２１の径とほぼ同じである。そして導光用透明樹脂部１１９は、第２光ファイバ１２１の観測光入射端１２５に接続する観測光出射面１２７と、試料１１１からの観測光１１７を受光する受光側窓部１２９（本願請求項における「受光側窓部」の一例）を有する。顔料含有樹脂部１２３は、導光用透明樹脂部１１９の側面と、導光用透明樹脂部１１９に光学的に接続される第２光ファイバ１２１の観測光入射端１２５側の側面を円筒状に包囲している。また、導光用透明樹脂部１１９は、顔料含有樹脂部１２３を介さずに外部に接する受光側窓部１２９を有する。第２光ファイバ１２１の光軸の延長線は、顔料含有樹脂部１２３に遮られることなく、導光用透明樹脂部１１９を貫通して受光側窓部１２９から外部に達する。導光用透明樹脂部１１９と第２光ファイバ１２１の観測光入射端１２５は、ほぼ一直線上に配置され、導光用透明樹脂部１１９と第２光ファイバ１２１は観測光導光路１３１をなす。また、顔料含有樹脂部１２３と、観測光導光路１３１とは、同心状に配置されている。

照射光導光部材１０３の入射光出射端１１３側の先端は、円筒状の透明樹脂部１０９とその中心軸上に配置された第１光ファイバ１０７が露出している。一方、観測光導光部材１１５の受光側窓部１２９側の先端は、円筒状の顔料含有樹脂部１２３とその中心軸上に配置された導光用透明樹脂部１１９が露出している。よって、透明樹脂部１０９からなる照射光１０５側の円筒状筐体と、顔料含有樹脂部１２３からなる観測光１１７側の円筒状筐体を同軸上に配置することにより、照射光１０５側の光軸と観測光１１７側の光軸とはほぼ一致することになる。

本実施例の観測光導光システム１０１の特徴は、観測光導光部材１１５において、試料１１１と第２光ファイバ１２１の観測光入射端１２５の間に、導光用透明樹脂部１１９が設けられており、さらに導光用透明樹脂部１１９を包囲する顔料含有樹脂部１２３が設けられていることである。

なお、導光用透明樹脂部１１９と顔料含有樹脂部１２３は共に、例えば、ジメチルポリシロキサン（PDMS）等の同一材料からなる。そのため、両樹脂が接触する界面における光の反射や散乱は抑制される。また、顔料含有樹脂部１２３に含有される顔料は、例えば、カーボンブラック（CB）である。よって、顔料含有樹脂部１２３に入射した迷光は、顔料により吸収され、導光用透明樹脂部１１９に戻ることはほとんどない。顔料含有樹脂部１２３から、外部へ迷光が漏えいすることもない。

すなわち、観測光導光部材１１５側が「SOT構造」となっており、図１に示すように、試料１１１を介して入射してくる外光（ノイズ光）１３３が、SOT構造を構成する導光用透明樹脂部１１９とそれを包囲する顔料含有樹脂部１２３の協働によりほぼ吸収される。よって、外部（例えば、研究所を離れた外部）において、照射光導光部材１０３及び観測光導光部材１１５により試料１１１を挟む構造であっても、外光（ノイズ光）１３３が抑制された吸光度測定を実施することが可能となる。

よって、本発明の観測光導光システム１を用いれば、吸光度法を用いた光分析技術が採用された光測定装置を携帯可能な程度に小型化することが可能となるし、高性能な測定も可能となる。例えば、ライフサイエンス分野におけるポイントオブケア検査（POCT）などに好適な光測定装置となる。

図３は、本発明の観測光導光システム２０１（本願請求項における「観測光導光システム」の一例）の一例（実施例２）の断面図であり、実施例１との相違点が二点ある。一点目は、照射光１０５を導光する第１光ファイバ１０７の側面を包囲する樹脂部が、透明樹脂部１０９に代わり、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３（本願請求項における「投光側遮光樹脂部」の一例）である点である。二点目は、観測光導光路１３１を包囲する顔料含有樹脂部が、円筒状の顔料含有樹脂部１２３に代わり、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５（本願請求項における「受光側遮光樹脂部」及び「遮光樹脂部」の一例）である点である。

第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３は、第１光ファイバ１０７の側面を包囲する第１円筒部２０７と、第１円筒部２０７から鍔状に出っ張っており、試料１１１の側面に接する第１フランジ部２０９からなる。また、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３は、第１光ファイバ１０７と第２光ファイバ１２１の光軸を一致させた状態で、観測光入射端１２５の面上の任意の１点から受光側窓部１２９の面上の任意の１点に向けて引いた半直線であって、入射光出射端１１３と交わらない半直線の全てを遮る形状である。第１円筒部２０７と第１光ファイバ１０７は、同心状に配置されている。

第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５は、観測光導光路１３１を包囲する第２円筒部２１１と、第２円筒部２１１から鍔状に出っ張っており、試料１１１の側面に接する第２フランジ部２１３からなる。また、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５は、第１光ファイバ１０７と第２光ファイバ１２１の光軸を一致させた状態で、観測光入射端１２５の面上の任意の１点から受光側窓部１２９の面上の任意の１点に向けて引いた半直線が入射光出射端１１３又は第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３で反射された直線の全てを遮る形状である。第２円筒部２１１と観測光導光路１３１は、同心状に配置されている。

照射光導光部材２１５の入射光出射端１１３側の先端は、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３の第１フランジ部２０９と、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３の中心軸上に配置された第１光ファイバ１０７が露出している。一方、観測光導光部材２１７（本願請求項における「観測光導光部材」の一例）の受光側窓部１２９側の先端は、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５の第２フランジ部２１３と、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５の中心軸上に配置された導光用透明樹脂部１１９が露出している。よって、第１フランジ部２０９と、第２フランジ部２１３を同軸上に配置することにより、投光側の光軸と受光側の光軸とはほぼ一致することになる。

実施例１の観測光導光システム１０１と比較して、本実施例の観測光導光システム２０１の特徴である第１フランジ部２０９及び第２フランジ部２１３によって、外光（ノイズ光）２１９が遮光され、更に外光の抑制性能が向上する。特に、照射光１０５以外の光が試料１１１を通って観測光入射端１２５に入射することをより効果的に抑制するものである。

なお、本実施例は、観測光導光部材２１７がSOT構造となっており、実施例１と同様の効果も得られる。

図４は、本発明の観測光導光システム３０１（本願請求項における「観測光導光システム」の一例）の一例（実施例３）の断面図であり、実施例２との相違点が二点ある。一点目は、第１光ファイバ１０７の入射光出射端１１３と試料１１１の間に第１光学的空洞部３０３（本願請求項における「投光側透明樹脂部」の一例）が設けられていることである。二点目は、実施例２の導光用透明樹脂部１１９に代わる導光用透明樹脂部が、フランジ形状となっており、そのフランジ部は光学的空洞として機能する点である。以下、この第２光学的空洞部３０５を備えたフランジ形状の導光用透明樹脂部を、導光用フランジ型透明樹脂部３０７と称する。

実施例２の図３に示すように、例えば、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５の第２フランジ部２１３の周縁部を通過し、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３と第１光ファイバ１０７との境界部である第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３の内側の角部２２１（図３の破線の円）に到達する外光の一部は、角部２２１により散乱し、一部は第２ファイバ１２１に到達する可能性もある。そこで、実施例３には、上記角部２２１による外光の散乱光が第２光ファイバ１２１に到達することを抑制する構造として、第１光学的空洞部３０３及び第２光学的空洞部３０５を設けた。

第１光学的空洞部３０３には、透明樹脂が充填されている。また、第１光学的空洞部３０３は、前記投光側遮光樹脂部を介さずに外部に接する投光側窓部３０８（本願請求項における「投光側窓部」の一例）を有し、第１光学的空洞部３０３の光入射側には、照射光１０５を導光する第１光ファイバ１０７の入射光出射端１１３が接続している。実施例２と同様、第１光ファイバ１０７の少なくとも先端部は、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３に包囲されている。第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３の第１フランジ部２０９は、試料１１１と接触している。第１光学的空洞部３０３の中心軸と、第１光学的空洞部３０３に光学的に接続される第１光ファイバ１０７の中心軸とは、ほぼ一直線上に配置される。第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３の第１円筒部２０７に対して、一直線上に配置されている光学的に接続された第１光学的空洞部３０３及び第１光ファイバ１０７は、同心状に配置されている。また、第１光ファイバ１０７の光軸を含む面において第１光学的空洞部３０３の外縁上の線分であって、投光側窓部３０８を含まない線分は、投光側窓部３０８からみて第１光ファイバ１０７側に対して凸である。

観測光１１７を導光する第２光ファイバ１２１の光入射側には、観測光１１７を導光する導光用フランジ型透明樹脂部３０７が接続されている。導光用フランジ型透明樹脂部３０７のフランジ部は光学的空洞として機能する第２光学的空洞部３０５である。導光用フランジ型透明樹脂部３０７の円筒部の径は、例えば、第２光ファイバ１２１の径とほぼ同じである。導光用フランジ型透明樹脂部３０７と、それに光学的に接続される第２光ファイバ１２１の先端部は、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５に包囲されている。導光用フランジ型透明樹脂部３０７の円筒部の中心軸と、それに光学的に接続される第２光ファイバ１２１の中心軸とは、ほぼ一直線上に配置される。第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５の第２フランジ部２１３は、試料１１１と接触している。第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５の第２円筒部２１１に対して、中心軸が一直線上に配置されている光学的に接続された導光用フランジ型透明樹脂部３０７及び第２光ファイバ１２１は、同心状に配置されている。また、第２光ファイバ１２１の光軸を含む面において導光用フランジ型透明樹脂部３０７の外縁上の線分であって、受光側窓部１２９を含まない線分は、受光側窓部１２９からみて第２光ファイバ１２１側に対して凸である。

照射光導光部材３０９の一端は、フランジ型顔料含有樹脂部２０３と、その中心軸上に配置された円柱状の第１透明樹脂部３０３が露出している。一方、観測光導光部材３１１（本願請求項における「観測光導光部材」の一例）の一端は、フランジ型顔料含有樹脂部２０５とその中心軸上に配置された導光用フランジ型透明樹脂部３０７が露出している。よって、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３と、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５を同軸上に配置することにより、投光側の光軸と受光側の光軸とはほぼ一致することになる。

実施例２の観測光導光システム２０１と比較すると、本実施例の観測光導光システム３０１の特徴である第１光学的空洞部３０３によって、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３と第１光ファイバ１０７との境界部である角部２２１が後ろ（投光側）に後退し、外光の角部２２１への入射角が小さくなり、角部２２１からの外光の散乱光が第２光ファイバ１２１に到達する確率が小さくなる。この第１光学的空洞部３０３に、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３と同じ材質の透明樹脂を充填することにより、第１光学的空洞部３０３の一部は、「SOT構造」となる。よって、第１光学的空洞部３０３にて発生した外光の散乱光の一部は、SOT構造により吸収される。

また、本実施例の観測光導光システム３０１のもう１点の特徴である第２光学的空洞部３０５によって、第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５と導光用透明樹脂部１１９との境界部である角部２２３が前（受光側）に前進し、実施例２と比較すると、外光の角部への入射角が小さくなり、角部からの外光の散乱光が第２光ファイバ１２１に到達する確率が小さくなる。

なお、本実施例は、観測光導光部材３１１がSOT構造となっており、実施例１と同様の効果も得られる。また、第１フランジ型顔料含有樹脂部２０３及び第２フランジ型顔料含有樹脂部２０５が設けられ、各フランジ型顔料含有樹脂部（２０３、２０５）のフランジ部（２０９、２１３）が試料１１１と接触しているので、実施例２と同様の外光の抑制性能も得られる。

以下、実施例３の設計例を述べる。図５は、実施例３の観測光導光システム３０１において、各構成要素の長さを示すものである。R_bは光軸から第１光学的空洞部３０３の側面までの距離、Rは光軸から第２フランジ部２１３（本願請求項における「受光側遮光樹脂部のフランジ形状」の一例）の側面までの距離、R_fは光軸から第２光学的空洞部３０５（本願請求項における「受光側透明樹脂部の受光側窓部の周囲におけるフランジ形状」の一例）の側面までの距離、dは第２光ファイバ１２１の直径、D_bは第１光学的空洞部３０３の光軸方向の厚み、D_fは第２光学的空洞部３０５の厚み、tは試料7（１１１）の光軸方向の厚み、及び、lは導光用フランジ型透明樹脂部３０７の光軸方向における第２光学的空洞部３０５を含まない長さ（本願請求項における「受光側透明樹脂部の光軸方向におけるフランジ形状を含まない長さ」の一例）である。

以下の式（１）から式（３）の条件を全て満たす場合、外光が一回の反射では第２光ファイバ１２１に入射しない。よって、ノイズとなる外光は、少なくとも２回は顔料含有樹脂部に吸収されることとなる。そのため、仮にノイズ光が第２光ファイバ１２１に到達するとしても強度が非常に小さくなることが期待できる。

図５の経路１を通る１回反射で第２光ファイバ１２１に外光が到達しないようにすることを考えるため、Ｄ_ｆのしきい値を求める。まず、図６の三角形４０１と三角形４０２の相似関係から、下記の式（４）が得られる。すると、Ｄ_ｆのしきい値（許される最小の値）は式（５）で表される。

Ｄ_ｆは、ｌ、ｄ、ｔ以外では、導光用フランジ型透明樹脂部３０７のフランジ部の半径Ｒ_ｆにより決定される。ｄ／２＜Ｒ_ｆ＜Ｒの関係は自明であり、Ｄ_ｆは式（１）の関係からＲ_ｆ、ｄ、Ｒから決定される値が最小であり、それ以上となるように決定される。

次に、図５の経路２を通る１回反射で第２光ファイバ１２１に外光が到達しないようにすることを考える。図７の三角形４０３と三角形４０４の相似関係から下記の式（６）及び（７）が求められる。

Ｒ_ｂが式（７）を満たす値以上であれば、外光が、第２の経路を通過して第２光ファイバ１２１に到達することはない。

図８の三角形４０５と三角形４０６の相似関係からは下記の式（８）及び（９）が求められる。

Ｄ_ｂが式（９）を満たす値以上であれば、外光が、第２の経路を通過して第２光ファイバ１２１に到達することはない。

設計の一例として、Ｒ＝５ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｌ＝２０ｍｍ、Ｒ_ｆ＝３ｍｍとした場合のｔに対する、Ｄ_ｆ、Ｄ_ｂ、Ｒ_ｂの変化量を図９に示す。ｔ＝８とすると、Ｄ_ｆ＝１４ｍｍ、Ｄ_ｂ＞１２．５ｍｍ、Ｒ_ｂ＞１ｍｍとなる。

また、Ｒ＝１０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｌ＝２０ｍｍ、Ｒ_ｆ＝５ｍｍとした場合のｔに対する、Ｄ_ｆ、Ｄ_ｂ、Ｒ_ｂの変化量を図１０に示す。ｔ＝８とすると、Ｄ_ｆ＝９ｍｍ、Ｄ_ｂ＞２．５ｍｍ、Ｒ_ｂ＞１ｍｍとなる。

なお、図１１に示すように、本発明の導光部材に、クランプ型の保持部材５０１を付け加えても良い。保持部材５０１は、照射光導光部材３と観測光導光部材５とが同軸上に配置されるように保持しつつ、照射光導光部材３と観測光導光部材５の少なくとも一方が試料７を挟持するために可動するよう構成されている。

１・・・観測光導光システム、３・・・照射光導光部材、５・・・観測光導光部材、７・・・試料、１０１・・・観測光導光システム、１０３・・・照射光導光部材、１０５・・・照射光、１０７・・・第１光ファイバ、１０９・・・透明樹脂部、１１１・・・試料、１１３・・・入射光出射端、１１５・・・観測光導光部材、１１７・・・観測光、１１９・・・導光用透明樹脂部、１２１・・・第２光ファイバ、１２３・・顔料含有樹脂部、１２５・・・観測光入射端、１２７・・・観測光出射面、１２９・・・受光側窓部、１３１・・・観測光導光路、１３３・・・外光（ノイズ光）、２０１・・・観測光導光システム、２０３・・・第１フランジ型顔料含有樹脂部、２０５・・・第２フランジ型顔料含有樹脂部、２０７・・・第１円筒部、２０９・・・第１フランジ部、２１１・・・第２円筒部、２１３・・・第２フランジ部、２１５・・・照射光導光部材、２１７・・・観測光導光部材、２１９・・・外光（ノイズ光）、２２１・・・角部、２２３・・・角部、３０１・・・観測光導光システム、３０３・・・第１光学的空洞部、３０５・・・第２光学的空洞部、３０７・・・導光用フランジ型透明樹脂部、３０８・・・投光側窓部、３０９・・・照射光導光部材、３１１・・・観測光導光部材、４０１〜４０６・・・三角形、５０１・・・保持部材、７０１・・・分光装置、７０３・・・試料、７０５・・・受光側光ファイバ束、７０７・・・受光側入射端、７０９・・・観測光、７１１・・・分光装置本体、７１５・・・照射光、７１７・・・投光側光ファイバ束、７１９・・・ノイズ光

Claims

光学分析における試料からの観測光を光測定部へ導光する観測光導光システムであって、
光源からの光を前記試料に入射させる投光側光ファイバと、
前記観測光を前記光測定部へ導光する受光側光ファイバと、
前記受光側光ファイバの観測光入射端に接続された受光側透明樹脂部と、
前記受光側透明樹脂部と同一の樹脂で構成されており、かつ、遮光する顔料を含む受光側遮光樹脂部とを備え、
前記受光側遮光樹脂部は、前記受光側透明樹脂部の光軸に対する側面を接触して包囲し、
前記受光側透明樹脂部は、前記受光側遮光樹脂部を介さずに外部に接する受光側窓部を有し、
前記受光側光ファイバの光軸の延長線は、前記受光側遮光樹脂部に遮られることなく、前記受光側透明樹脂部を貫通して前記受光側窓部から外部に達するものであり、
前記受光側遮光樹脂部は、前記受光側窓部の周囲においてフランジ形状を有する、観測光導光システム。
前記投光側光ファイバからの入射光の出射の全てを遮ることなく前記投光側光ファイバの入射光出射端の周りを包む投光側遮光樹脂部をさらに備える、請求項１記載の観測光導光システム。
前記投光側遮光樹脂部は、前記入射光出射端の周囲においてフランジ形状を有する、請求項２記載の観測光導光システム。
前記投光側遮光樹脂部は、前記投光側光ファイバの光軸と前記受光側光ファイバの光軸とを一致させた状態で、前記観測光入射端の面上の任意の１点から前記受光側窓部の面上の任意の１点に向けて引いた半直線であって、前記入射光出射端と交わらない半直線の全てを遮る形状である、請求項２又は３記載の観測光導光システム。
前記受光側遮光樹脂部は、前記投光側光ファイバの光軸と前記受光側光ファイバの光軸とを一致させた状態で、前記観測光入射端の面上の任意の１点から前記受光側窓部の面上の任意の１点に向けて引いた半直線が前記入射光出射端又は前記投光側遮光樹脂部で反射された直線の全てを遮る形状である、請求項４記載の観測光導光システム。
前記光軸を含む面において前記受光側透明樹脂部の外縁上の線分であって、前記受光側窓部を含まない線分は、前記受光側窓部からみて前記受光側光ファイバ側に対して凸である、請求項１から５のいずれかに記載の観測光導光システム。
前記入射光出射端に接続された投光側透明樹脂部をさらに備え、
前記投光側透明樹脂部は、前記投光側遮光樹脂部を介さずに外部に接する投光側窓部を有し、
前記光軸を含む面において前記投光側透明樹脂部の外縁上の線分であって、前記投光側窓部を含まない線分は、前記投光側窓部からみて前記投光側光ファイバ側に対して凸である、請求項２から６のいずれかに記載の観測光導光システム。
前記投光側光ファイバからの入射光の出射の全てを遮ることなく前記投光側光ファイバの入射光出射端の周りを包む投光側遮光樹脂部と、
前記入射光出射端に接続された投光側透明樹脂部とをさらに備え、
前記投光側遮光樹脂部は、前記入射光出射端の周囲においてフランジ形状を有し、
前記受光側遮光樹脂部は、前記受光側窓部の周囲においてフランジ形状を有し、
前記投光側透明樹脂部は、柱体であると共に、前記投光側遮光樹脂部を介さずに外部に接する投光側窓部を有し、
前記受光側透明樹脂部は、前記受光側窓部の周囲においてフランジ形状を有し、
光軸から前記投光側透明樹脂部の側面までの距離Rb、光軸から前記受光側遮光樹脂部のフランジ形状の側面までの距離R、光軸から前記受光側透明樹脂部の前記受光側窓部の周囲におけるフランジ形状の側面までの距離Rf、前記受光側光ファイバの直径d、前記投光側透明樹脂部の光軸方向の厚みDb、前記受光側透明樹脂部の前記受光側窓部の周囲におけるフランジ形状の厚みDf、前記試料の光軸方向の厚みt、及び、前記受光側透明樹脂部の光軸方向におけるフランジ形状を含まない長さlに対して、式（１）から式（３）を満たす、請求項１から７のいずれかに記載の観測光導光システム。
光学分析における試料からの観測光を光測定部へ導光する観測光導光部材であって、
前記観測光を前記光測定部へ導光する光ファイバと、
前記光ファイバの光入射端に接続された透明樹脂部と、
前記透明樹脂部と同一の樹脂で構成されており、かつ、遮光する顔料を含む遮光樹脂部とを備え、
前記遮光樹脂部は、前記透明樹脂部の光軸に対する側面を接触して包囲し、
前記透明樹脂部は、前記遮光樹脂部を介さずに外部に接する窓部を有し、
前記遮光樹脂部は、前記窓部の周囲においてフランジ形状を有し、
前記光ファイバの光軸の延長線は、前記遮光樹脂部に遮光されることなく、前記透明樹脂部を貫通して前記窓部から外部に達する、観測光導光部材。
光学分析における試料からの観測光を光測定部へ導光する観測光導光部材を用いた導光方法であって、
前記観測光導光部材は、
前記観測光を前記光測定部へ導光する光ファイバと、
前記光ファイバの光入射端に接続された透明樹脂部と、
前記透明樹脂部と同一の樹脂で構成されており、かつ、遮光する顔料を含む遮光樹脂部とを備えるものであり、
前記遮光樹脂部は、前記透明樹脂部の光軸に対する側面を接触して包囲し、
前記透明樹脂部は、前記遮光樹脂部を介さずに外部に接する窓部を有し、
前記遮光樹脂部は、前記窓部の周囲においてフランジ形状を有し、
前記光ファイバの光軸の延長線は、前記遮光樹脂部に遮光されることなく、前記透明樹脂部を貫通して前記窓部から外部に達し、
前記観測光導光部材が、前記窓部から前記観測光を受光する受光ステップを含む、導光方法。