JPS61126502A

JPS61126502A - 光学的拡散部材

Info

Publication number: JPS61126502A
Application number: JP59246990A
Authority: JP
Inventors: Isao Endo; 遠藤　勲; Teruyuki Nagamune; 輝行長棟; Ichiro Inoue; 一郎井上; Tokuji Kitsunai; 徳司橘内; Yutaka Yamada; 豊山田; Tadashi Nohira; 野平　正; Ikuzo Kagami; 加賀美　幾三; Tatsuya Iwakura; 達也岩倉
Original assignee: KOMATSUGAWA KAKOKI KK; Research Development Corp of Japan; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research; Fuji Facom Corp
Current assignee: KOMATSUGAWA KAKOKI KK; Japan Science and Technology Agency; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research; Fuji Facom Corp
Priority date: 1984-11-24
Filing date: 1984-11-24
Publication date: 1986-06-14
Also published as: JPH0438321B2

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）本発明は光学的拡散部材、特に濁度計、分光光度計、比
色計、菌体濃度計などの生物、化学分析装置において測
定すべき試料中を透過する光、特に赤外または近赤外領
域のレーザ光を拡散するのに好適な光学的拡散部材に関
するものである。

（従来の技術）従来、光学的拡散部材として使用されている材料として
は、オパールグラス、乳白色プラスチック板、硫酸紙、
流動パラフィンを染み込ませた濾紙、艶消しガラスなど
がある。このような材料より成る拡散部材を濁度計に使
用することについては実開昭５７−２０１．９５４号に
記載されている。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の光学的拡散部材は加工性、耐熱性、耐久
性、拡散光の透過効率などのいずれかの点に問題がある
。例えばオパールグラスは加工性が悪く、所望の形状、
寸法を有する光学的拡散部材を得難いという欠点がある
。また硫酸紙や流動パラフィンを染み込ませた濾紙は耐
熱性、耐久性に乏しく、上述した生物、化学分析装置に
は使用できない欠点がある。さらに上述した従来の光学
的拡散部材はいずれも透過率が小さく、明るい拡散光を
得ることができない欠点がある。例えば蜀変針において
測定精度を上げるには成る程度光強度の大きな散乱光を
試料に照射する必要があるが、従来の光学的拡散部材を
用いたのでは十分な強度が得られない。このため強力な
光源を用いたり、厚さの薄い拡散部材を用いざるを得な
いが、この場合には拡散効果が十分なものとならない欠
点があり、測定精度が期待した程向上しないことになる
。

本発明の目的は上述した従来の欠点を除去し、加工性、
耐熱性、耐久性、透過性に優れているとともに良好な拡
散作用を有する光学的拡散部材を堤供しようとするもの
である。

（問題点を解決するための手段）本発明の光学的拡散部材は、少なくとも内部に多数の微
細な気泡を有する不透明石英を以て構成したものである
。

（作　用）一般に水晶を原料として１７００℃以上に加熱、溶融し
た後、冷却、加工することにより透明石英（石英ガラス
）が得られる。この石英ガラスは紫外線透過ガラスとし
て、またプリズム、レンズ等の光学素子として広く用い
られている。一方、原料としてケイ石、ケイ砂などを使
用し、これを加熱、溶融し、徐冷することにより、微細
な気泡を含有する不透明石英が得られる。本発明はこの
ようにして形成した不透明石英を以て光学的拡散部材を
構成するものである。このような不透明石英より成る光
学的拡散部材は、濁度計、比色計、分光光度計、菌体濃
度計等の生物、化学分析装置の拡散部材として使用する
のに特に好適である。本発明者等の一部は前述した実開
昭５７−２０１９５４号において、オパールグラスより
成る光拡散板を懸濁液を挟んで対向して配置した濁度計
を考案したが、このオパールグラスは当時判明していた
光拡散部材の中では最も優れているものであった。しか
し、オパールグラスは加工性が悪いとともに４００〜７
００ｒ＋ｍの波長範囲の測定には適しているが、近赤外
〜赤外領域のレーザ光を拡散して使用する濁度計には余
り適していないことが判明した。これに対し本発明の不
透明石英より成る光学的拡散部材は１８０ｎｍ〜４００
０＋ｕｗのきわめて広い波長範囲に亘って良好な拡散特
性を示し、近赤外〜赤外領域のレーザ光をも良好に拡散
するものである。

本発明による光学的拡散部材は多数の微細な気泡を含む
不透明石英より成るものであるが、気泡の直、径は５〜
５００μ、特に１０〜１００μが好適であるとともに１
ｍｍ２当り３０個以上、好ましくは１００〜５００個の
気泡が存在するものが好適である。

気泡の大きさは加熱温度による影響が大きく、温度が高
くなる程大きくなる。本発明に用いる不透明石英は、加
熱温度を１７００〜２５００℃の範囲、特に１７００°
Ｃ〜２２００°Ｃの範囲とすることにより上述した寸法
の気泡を有するものが得られる。また単位面積当りの気
泡の個数、すなわち気泡の分布は原料ケイ石、ケイ砂の
産地、例えば韓国、インドにより若干異なるので、異な
る産地のケイ石、ケイ砂を適当に混合することにより本
発明の光学的拡散部材として適当なものを得ることがで
きる。また、気泡が多過ぎる場合には原料に透明石英、
水晶の粉末を加えることにより気泡分布を下げることが
できる。さらに、原料粒子の大きさと、気泡の大きさや
分布との間には殆ど相関関係がないと考えられる。本発
明の光学的拡散部材の不透明石英としては、ケイ石、ケ
イ砂のうちケイ石、特に純度の高い白ケイ石が好適であ
る。

本発明においては、上述したようにして適当な気泡直径
、気泡分布を有する不透明石英を造り、これを通常は適
当な大きさに切断する。次いでこの不透明石英の表面を
加熱溶融するか、表面に低融点ガラスを融着するかまた
はシリコンワニスまたはウルシを塗布するかまたはこれ
らの処理の２つ以上の組合わせにより表面に存在する気
泡による凹凸を除去し、必要に応じて表面を研磨する。

このような処理を施すのは、表面に存在する気泡による
微細な凹凸をそのままにしておくと、例えば濁度を測定
すべき試料と直接接触させた場合、凹部に微粒子が入り
込み、これは容易に除去することができないため正確な
測定ができなくなる恐れがあるためである。勿論、拡散
部材を直接試料と接触させないように使用する場合には
このような表面処理は不要となる。なお、上述した表面
処理前の不透明石英板の厚さは、例えば濁度計に使用す
る場合、０．３　ｍｍから３．０龍が適切であり、０．
３朋以下であると乱散光が少なく直接透過光量が多くな
り、また３、０龍以上であると拡散は十分であるが拡散
光の光量が不足する。

このようにして成形加工した本発明の不透明石英より成
る拡散部材を例えば透明石英ガラス製のライトガイドに
取付けるには、接着面に低融点ガラスを塗り、その融点
以上に加熱すること等によりオパールグラス等に比較し
てきわめて容易かつ強固に接着することができる。

（実施例）韓国産ケイ石を原料とし、１７００〜２２００℃の温度
で加熱溶融後、徐冷して多数の微細な気泡を有する不透
明石英板を先ず製作した。気泡の直径はほぼ１０〜１０
０μであり、１ｍｍ２当りの気泡の個数は１５０〜２５
０個である。次に濁度計の光学的拡散部材として使用す
るために、！２．２龍、横２．０　ｍ識。

厚さｌ、Ｑ＊＊に切断した。このように構成した不透明
石英小片を光学的拡散板として組込んだ濁度計の一例の
構成を第１図に示す。本例では透明石英製のライトガイ
ドＩの上面に半導体レーザダイオード２を設け、同じく
透明石英製のライトガイド３の上面に半導体フォトダイ
オード４を設け、これらライトガイド１および３の下方
の出射面および入射面に上述したようにして製作した不
透明石英より成る本発明の拡散板５および６が設けられ
ている。すなわちライトガイドｌおよび３の出射面およ
び入射面に拡散板５および６を低融点ガラスで融着する
。次いで拡散板５．６の表面およびライトガイド１．３
の上面（光の通路）を除く表面に真空アルミ蒸着により
金属膜７．８を被着して内面鏡とする。さらに拡散板５
，６の表面および金属膜７，８の上にシリコンワニスを
塗布し、乾燥してワニス被膜９，１０を形成する。この
ようにワニスを塗布すると、第２図に拡大して示すよう
に拡散板５の表面に存在していた気泡による凹部内にワ
ニス被膜９が侵入したり、気泡を塞いだりするのでワニ
ス被膜９の表面は平滑となる。このような処理を施さな
いと、懸濁液中の微粒子等が凹部内に侵入し、この粒子
は容易には脱出しないので測定誤差となる恐れがある。

最後にライトガイド１．３の上面に半導体レーザダイオ
ード２゜半導体フォトダイオード４を装着する。半導体
レーザダイオード２から放射される波長７８０ｎｍのレ
ーザ光はライトガイド１および拡散板５を透過して均一
に拡散されて懸濁液１１に入射する。懸濁液を透過した
散乱光を拡散板６およびライトガイド３を経て半導体フ
ォトダイオード４に入射させる。

この半導体フォトダイオード４の出力を処理することに
よりＱｆｉＢ液の濁度を測定することができる。

このような濁度計の表示するオプティカルデンシティ　
（光学密度）と菌体濃度とは試料？：！、濁液を用いた
くり返し実験により高菌体濃度まで精度良い関係がある
ことが認められた。また、各実験毎に行う１２５℃、３
０分間の蒸気殺菌や、培養中の試料懸濁液の攪拌等によ
る拡散板の損傷や菌体あるいは微粒子による拡散板表面
の汚れはまったく認められなかった。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変更や変形を加えることができる。上述した例
では拡散板の表面にシリコンワニスを塗布することによ
り表面を平滑としたがウルシを塗布したり、表面に低融
点ガラスを融着したり、表面を加熱溶融することにより
平滑とすることもできる。さらに上述した例では光源を
半導体レーザダイオードとし、受光器を半導体フォトダ
イオードとしたが光源として波長６３２．８ｎｍのＨｅ
　−Ｎｅガスレーザを用いたり、受光器として光電子増
倍管を用いることもできる。この場合にはオプチカルフ
ァイバのようなものを用いてレーザ光を導くように構成
すればよい。さらに上述した例ではケイ石を原料として
用いたが、ケイ砂またはこれらの混合物を原料として用
いることもできる。さらにこれらに水晶粉末を加えるこ
ともできる。

（発明の効果）本発明の不透明石英より成る光学的拡散部材の効果を要
約すると次の通りである。

（１１拡散光の透過効率が良好である。したがって光源
から放射される光の利用効率が向上する。

（２）オパールグラスなどに比べて加工性が良好である
。

（３）耐熱性があるため、測定温度による影響を受けに
くいとともに高温殺菌にも十分に耐える。

（４）硫酸紙、流動パラフィンを滲み込ませた濾紙など
に比べ耐久性が高く、破損しにくい。

（５）　　１８０ｎｍ〜４０００ｎｍの広い波長範囲の
光を良好に拡散することができ、特に近赤外〜赤外領域
のレーザ光を良好に拡散することができる。

（６）実施例で示したように表面に存在する凹凸を埋め
て平滑とすることにより試料が凹部に侵入して残存する
ことがなくなり、測定誤差を生じない。

（７）実施例のように透明石英より成るライトガイドと
の融着性に優れている。また、この場合には熱膨張係数
に差がないので温度変化による破損や剥離は生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学的拡散部材を具える濁度計の
一例の構成を示す断面図、第２図は同じくその一部分の拡大断面図である。１．３・・・ライトガイド２・・・半導体レーザダイオード４・・・半導体フォトダイオード５．６・・・拡散板　　　　　７．８・・・金属膜９．
１０・・・ワニス皮膜

Claims

【特許請求の範囲】１、少なくとも内部に多数の微細な気泡を有する不透明
石英より成ることを特徴とする光学的拡散部材。２、前記不透明石英の表面を加熱溶融するか、表面に低
融点ガラスを融着するか、シリコンワニスまたはウルシ
を塗布することにより表面に存在する気泡による凹凸を
除去した特許請求の範囲１記載の光学的拡散部材。３、前記気泡の直径を５〜５００μとし、１ｍｍ＾２当
り１００〜５００個存在させたことを特徴とする特許請
求の範囲１または２記載の光学的拡散部材。