JPH03120443A - 集束光オプトロード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、吸収スペクトルにより溶液中の化学試料を
遠隔的に検出するための集束光オプトロードに関するも
のである。

［従来の技術］ 米国特許４，８５１．８Ｇ５号明細書には、化学溶液、
特に電気メツキ液の試験に使用して良好な結果の得られ
る吸収スペクトルによる方法および装置が記載されてい
る。オプトロードについてはこの特許明細書にはオプト
ロードを最適のものとするための手段が示唆されている
。別の技術としては米国特許４，６８４，１５４号明細
書に光フアイバルミネセンス測定システムが記載されて
いる。この文献では吸収の原理によって分析するための
信号を発生する集束光ビーム遠隔センサを使用するその
他のシステムについては何も記載されていない。

［発明の解決すべき課題］ この発明の理解を容易にするために、分析すべき処理溶
液中に浸漬されるオプトロードに光フアイバケーブルに
′より照明光源から光を伝送する集束光オプトロードシ
ステムの本質的な形態の概要を説明する。オプトロード
は分析すべき処理溶液と相互作用するサンプリングギャ
ップを横切る前に光ビームを集束する。サンプリングギ
ャップを横切るとき光ビームは溶液中の化学試料により
特定の波長帯域において吸収される。集束光ビームはオ
プトロード中の対向する集束レンズによってピックアッ
プされて第２の光ファイバを介して分析モジュールに送
られる。

したがって、この発明の目的は、より多くの光を送るこ
とにより信号対雑音比を改善し、サンプリングされるべ
き処理溶液の部分の大きさを増加させて分析装置の特性
を改善する改良された集束光オプトロードを提供するこ
とである。

この発明の別の目的は、反射鏡化された水晶プリズムお
よびサファイアレンズのような高価な部品の必要がなく
、組立てが容易であり廉価に製造されることのできるよ
うに構成された集束光オプトロードシステムを得ること
である。

［課題解決のための手段］ この目的は、第１および第２の光ファイバと、それら第
１および第２の光ファイバを支持してそれらの端部を共
通の軸上に配置する手段を具備している本体と、この本
体中にギャップを規定している壁と、光を集束するため
の第１および第２のＧＲＩＮレンズと、ギャップに隣接
して本体中に設けられた第１および第２のＧＲＩＮレン
ズをギャップの反対側で実質上軸を整列させて支持する
手段とを具備し、第１および第２の光ファイバはそれぞ
れ前記ＧＲＩＮレンズに結合され、第１の光ファイバに
よって伝送され、第１のＧＲＩＮレンズを通過した光は
ギャップ中の液体材料の組成に応じてギャップ中の液体
に部分的に吸収され、それによって第２の光ファイバを
伝送される光がギャップ中の液体に関する情報を含んで
いるオプトロードによって達成される。

この発明の上記の、およびその他の利点は添付図面を参
照にした以下の実施例の詳細な説明により当業者には明
白になるであろう。

［実施例］ 第１図は複数のメッキタンクを備えたメツキ室１０を示
している。タンクの一つは１２で示されている。メッキ
タンクは種々の部品の金属メツキを行うために設けられ
ている。メッキタンクは電気メツキ法によりハンダ、鉛
、錫、銅、ニッケル、クロム、金、およびその他のメツ
キ化学物質をメツキするためのものである。メツキが行
われている間に処理溶液を分析するために、オプトロー
ド１４が第２図に示すようにメツキ液ｌＢ中にその下端
が位置するように吊下げられている。オプトロード１４
は光フアイバリンク８により室２２中の分析装置２０に
接続されている。この室２２はメツキ区域の腐食性の環
境および電気的および磁気的妨害から保護されている。

これは第２図においては概略的に示されている。溶液の
分析が必要な各タンクはそれぞれオプトロードを備え、
それらは光フアイバリンクによって分析装置に接続され
ている。

第２図において、分析装置は光源２Ｂに電力を供給する
電源２４を含むものとして概略的に示されている。光源
２６は白色光でよく、或いは問題とする特定の化学物質
に応じてエネルギの吸収に重要な波長の出力を実質的に
有する他のもっと限定された波長の光を生成するもので
もよい。光源２６がらの光は光ビーム分割器２８に送ら
れ、この光ビーム分割器２８は基準ビーム３０およびサ
ンプルビーム３２を生成する。それらのビームは等しい
強度であることが実際上は好ましいがそれに限定される
ものではない。基準ビーム３０は例えば光ビーム分割器
２８から出力されるエネルギの約ｌＯ％のエネルギであ
り、それ故サンプルビーム３２は約９０％のエネルギを
有するようにすることができる。基準ビーム３０は光源
および検出器が必要とする場合にはフィルタ３４を通過
し、このフィルタ３４は重要な吸収波長付近の狭い周波
数帯域をのみ通過させる。フィルタ３４の出力は検出器
３６に供給され、それは光電気変換器であり、比較器３
８の１人力として作用する。

基準ビーム３０およびサンプルビーム３２は光ファイバ
に入力される。サンプルビーム３２を伝送する光ファイ
バはコネクタ３９に結合される。このコネクタ３９から
ビームは光ファイバ４０によって導かれ、この光ファイ
バ４０はオプトロード１４の一部を構成する。もしも距
離が長ければ１以上のコネクタが使用されてもよい。こ
のようにしてサンプルビーム３２はオプトロード１４に
伝送される。

信号ビームは光ファイバ４２、コネクタ４４および光フ
ァイバ４Ｂを通ってフィルタ４８に伝送され、このフィ
ルタ４８もまた実質上必要な帯域のみを通過させる狭帯
域フィルタであり、フィルタ３４と同じスペクトル特性
であることが好ましい。検出器５゜は光信号を電気信号
に変換してその電気信号を比較器３８に出力する。光フ
ァイバ４ｏおよび４２はオブトロードから分析装置への
光フアイバリンクを形成する。比較器３Ｂの出力５２は
分析される溶液中の材料の濃度を示す信号を出力する。

印刷回路板製造における問題の１つは電気メツキ処理に
おいて使用される化学材料について制御を行い、維持す
ることによって解決される。制御を行い、維持すること
ができないならば、基準に合致する印刷回路板を得るに
は不十分な品質になるであろう。特定の例で説明すると
、銅のメツキ処理において、銅イオン、硫酸イオン、お
よび有機添加物は常に処理溶液中で厳密な量的制御が維
持されなければならない。またハンダメツキ処理中、鉛
イオン、錫イオン１、硼弗酸イオン、および有機添加物
は常に処理溶液中で厳密な量的制御が維持されなければ
ならない。オプトロードを最適にすることにより検出感
度は改善される。

第３図に示すようにオプトロード１４はカバー５６を支
持する本体５４を備えている。ブラケット５８は本体５
４に取付けられ、オプトロードをタンク或いは処理液流
のその他の場所にオプトロードの下端が処理溶液中に浸
漬されることができるように結合している。カバー５６
を取外した本体５４は第４図に示されている。この本体
５４はそれぞれ光ファイバ４０および４２を受入れる２
個の湾曲した通路６ｏおよび８２を備えている。本体５
４はその下端においてフランジ６４を残して切取られ、
このフランジ６４は通路と前記同じ深さの位置に面６６
を有している。

切込み部分Ｂ８が本体中に切込まれてフランジＢ４の上
縁までのギャップを形成しているが、通路８０゜６２間
の本体はこの切込み部分８８の上端よりも下方まで延在
して切込み部分６８の左側の面７ｏおよび右側の面７２
で終わっている。面７ｏおよび７２はそれぞれＶ形の溝
７４および７６を形成されいる。また面７゜および７２
には接着剤のための凹部７８および８ｏが形成されてい
る。

Ｇ　ＲＩ　Ｎ　（ｇｒａｄｉｅｎｔ　１ｎｄｅｘ　ｍａ
ｔｅｒｉａｌ　　：傾斜屈折率材料）レンズ８２および
８４がそれぞれ溝７４および７Ｂ中に接着して固定され
、それらレンズの表面は切込み部分８８の面８８．８８
と一致している。サンプルギャップを定めるＧＲＩＮレ
ンズ８２および８４はサファイアその他の適当な透明材
料で作られた窓９０および９２によって保護されている
。窓９ｏおよび９２はＧＲＩＮレンズ８２および８４上
に配置されて接着して固定されている。光ファイバ４０
および４２はそれぞれ集束ＧＲＩＮレンズ８２および８
４の表面に接着されている。組立てが完了すると溝１４
および７６は切込み部分６８を除いてエポキシポットコ
ンバウンドで満たされ、カバーが５６が取付けられる。

ＧＲＩＮレンズ８２および８４はガラス状材料で作られ
、集束作用を生じるように半径方向にドープ濃度が変化
されている。ＧＲＩＮレンズはメレス・グリオツド社（
Ｍｅｌｌｅｓ　Ｇｒｉｏｔ）から入手することができる
。傾斜屈折率レンズは日本板ガラス社によって商品名“
セルフォックス”として市販されている。このようなレ
ンズは棒状ガラス材料中に半径方向の傾斜屈折率を生成
するイオン拡散技術によって製造される。自己集束レン
ズとして棒状体の屈折率は半径の関数として周期的に変
化する。

集束ＧＲＩＮレンズの主な利点は組立てが容易であるこ
とである。このレンズ８２は光ファイバから広い角度で
放射される光を収集してそれを狭いビームに集束して窓
９０．ギャップ８８、窓９２を通って他方の集束レンズ
８４に入射させ、この集束レンズ８４はこの光を受けて
それを集束して光ファイバ４２に供給する。信号の伝送
を最適にするために光ファイバと集束レンズとの整列は
検知され、適切に調整されなければならない。

本体５４とそのカバー５Ｂはオプトロードが挿入される
液体に対して抵抗性のある材料で作られなければならな
い。合成樹脂ポリマー化合物は多くの液体に適しており
、特にモールドおよび機械加工が容易である。ベスペル
（Ｖｅｓｐｅｌ　：デュポン社の製品）、ポリプロピレ
ン、およびポリ塩化ビニルは多くの酸溶液および多くの
その他の腐食性材料に対して抵抗性が高い。通路６０．
８２は本体の上部において平行であり、それから光−フ
ァイバ４０．４２が切込み部分Ｂ８の反対側で対面する
関係位置になるように湾曲している。その曲率は多モー
ド光ファイバが信号を平行な関係から軸方向で一致する
関係にすることができるように選択され、したがって反
射鏡やプリズムを使用しないで光ファイバによって光の
屈曲が行われる。この構造は他の光学構造を使用するこ
となく光軸の方向を変えることを可能にする。

オプトロード１４の改善された特性は従来の構造に比較
して少なくとも３倍の光伝送能力を有する。

これはシステム動作範囲およびシステム雑音により生じ
る信号劣化に対する自由度において５乃至６デシベルの
増加をもたらす。同様に重要なことは感度および得られ
る分析結果の正確度の増加である。これは処理溶液の大
きい部分がギャップにおいて利用されるためである。性
能の向上に加えてオプトロードは簡単な構造でしかも優
雅なデザインであり、また動作寿命、システムの信頼性
、製造コスト、部品コストにおいても著しい改善が得ら
れる。改善された動作寿命とオプトロードの信頼性は処
理溶液による腐食の危険の減少によるものである。従来
の装置との基本的な相違は、処理溶液が構造中に漏洩し
たとき腐食の危険の大きい反射鏡プリズムを使用しない
こと、収束のために正確な位置決めの必要な半球面レン
ズを使用しないこと、および正確な整列を必要とするレ
ンズホルダー構造体がないことである。製造コストは上
記のような構成部品が不要であるために著しく低い。オ
プトロード１４は銅イオンおよび弗硼酸イオンの分析に
有効である。

オプトロードが処理溶液中に浸漬されたとき、それはス
ペクトル吸収の原理に基づいて動作する。

切込み部分６８により形成されたギャップを占めている
サンプルされた処理溶液中の特定の化学試料は分析され
る特定のイオンに特有のスペクトル帯域の光を吸収する
。オプトロードのギャップを横断する光はこの波長領域
で吸収される。この特定のイオンの濃度が変化するとき
吸収効果はそれに応じて予測できる態様で変化し、した
がって濃度変化は検出可能で測定可能な光強度の変化を
生じ、それは分析モジュールによって計量される。

以上この発明を特定の実施例について説明したが、当業
者にはこの発明の技術的範囲から逸脱することなく多く
の変形、変更および実施態様が可能であることは明白で
あろう。したがってこの発明の技術的範囲は特許請求の
範囲の記載によってのみ定められるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、メッキタンク中の溶液の分析のためのこの発
明の１実施例の集束光オプトロードシステムを示すメツ
キ室の概略図である。 第２図は、この発明の１実施例のシステムの概略ブロッ
ク図である。 第３図は、この発明の１実施例の集束光オプトロードの
側面図である。 第４図は、第３図の線４−４に沿ったカバーの取外され
たオプトロードの平面図である。 第５図は、部分的に切開かれた組み立てられたオプトロ
ードの拡大された底部を示す。 第６図は、部分的に切開かれた第５図の線６−６に沿っ
た断面図である。 部分。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１および第２の光ファイバと、 それら第１および第２の光ファイバを支持してそれらの
   端部を共通の軸上に配置する手段を具備している本体と
   、 この本体中にギャップを規定している壁と、光を集束す
   るための第１および第２のＧＲＩＮレンズと、 前記ギャップに隣接して本体中に設けられた第１および
   第２のＧＲＩＮレンズを前記ギャップの反対側で実質上
   軸を整列させて支持する手段とを具備し、 前記第１および第２の光ファイバはそれぞれ前記ＧＲＩ
   Ｎレンズに結合され、前記第１の光ファイバによって伝
   送され、第１のＧＲＩＮレンズを通過した光は前記ギャ
   ップ中の液体材料の組成に応じて前記ギャップ中の液体
   に部分的に吸収され、それによって前記第２の光ファイ
   バを伝送される光が前記ギャップ中の液体に関する情報
   を含んでいることを特徴とするオプトロード。
2. （２）前記第１および第２の光ファイバを支持する手段
   は前記本体中に第１および第２の通路を具備し、それら
   の通路を覆うカバーが設けられている請求項１記載のオ
   プトロード。
3. （３）前記第１および第２のＧＲＩＮレンズを支持する
   手段は前記ギャップに隣接して本体中に設けられた第１
   および第２の溝を具備し、前記ＧＲＩＮレンズはそれら
   の溝に固定されている請求項２記載のオプトロード。
4. （４）電源と、光源と光ビーム分割器とを具備し、前記
   電源は前記光源に接続され、前記光源は前記光ビーム分
   割器に光を供給し、前記光ビーム分割器は基準ビームと
   サンプルビームにこの光を分割し、前記サンプルビーム
   は前記第１の光ファイバに接続され、さらに比較器を具
   備し、前記基準ビームはこの比較器に接続され、前記第
   ２の光ファイバは前記比較器に接続されて前記第１およ
   び第２の光ファイバ間の光の吸収を示す請求項１記載の
   オプトロード。
5. （５）前記比較器は腐食作用から保護された環境に配置
   され、オプトロードはメッキタンクに配置されている請
   求項４記載のオプトロード。
6. （６）本体と、 この本体中に形成された第１および第２の通路と、 それら第１および第２の通路中にそれぞれ配置された第
   １および第２の光ファイバとを具備し、前記通路は前記
   光ファイバが本体の上部で入り、本体の底部で互いに対
   向して実質上同じ軸上に位置されるような形状に構成さ
   れ、光ファイバが損傷を受けずにそれに受け入れられる
   ように充分大きい曲率半径を有しており、 さらに本体は切込み部分を規定している壁と、この切込
   み部分の両側で整列して延在する溝を具備し、 第１および第２のＧＲＩＮレンズが前記切込み部分の両
   側で前記溝中に配置され、 前記第１および第２の光フアイバはそれぞれ第１および
   第２のＧＲＩＮレンズに光学的に接続され、 前記通路を覆い、オプトロード内で前記光ファイバおよ
   びＧＲＩＮレンズを保護するために前記通路中にコンパ
   ウンドを充填し前記光ファイバおよびＧＲＩＮレンズを
   覆うカバーが設けられていることを特徴とするオプトロ
   ード。
7. （７）前記切込みに隣接して前記ＧＲＩＮレンズの表面
   を保護するために前記第１および第２のＧＲＩＮレンズ
   を覆って前記切込み部分にそれぞれ固定された第１およ
   び第２の透明な保護窓を具備している請求項６記載のオ
   プトロード。
8. （８）さらに少なくとも１つのメッキタンクおよび前記
   切込み部分がメッキタンクの液中に浸漬されるようにオ
   プトロードを配置する手段と、前記第１の光ファイバに
   接続された光源と、腐食から保護するための区画室およ
   びこの保護区画室内に配置されたセンサとを具備し、前
   記第２の光ファイバはこのセンサに接続されてオプトロ
   ードの前記切込み部分中の液体が第２の光ファイバ中の
   光に影響を与え、それにより前記センサが液体の組成を
   指示する請求項７記載のオプトロード。
9. （９）前記本体およびカバーは合成樹脂ポリマー材料か
   ら構成されている請求項７記載のオプトロード。