JPWO2020065912A1 - 分光分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学プローブを分光分析部に接続したときに発生した不具合の原因を知らせることができる分光分析装置を提供することを目的としている。
また、上記態様においては、前記第1の戻り光および前記第2の戻り光がラマン散乱光であってもよい。
この構成により、不具合がない場合には、第1の戻り光の強度と第2の戻り光の強度との和は所定の閾値より大きく、不具合が存在する場合には、第1の戻り光の強度と第2の戻り光の強度との和は所定の閾値以下となる。
また、光ファイバの基端に光学部材が存在しない場合には、不具合がない場合に、第2の戻り光の強度に対する第1の戻り光の強度との比は、所定の閾値より小さくなる。そして、コネクタから光ファイバの先端までの間に不具合が発生している場合には、第2の戻り光の強度に対する第1の戻り光の強度との比は、所定の閾値より大きくなる。
また、上記態様においては、前記光ファイバの先端の前記光学部材から戻る前記第1の戻り光のスペクトルの、2つ以上の異なる波長を利用することで、前記光学プローブの複数の前記光ファイバにおいて発生している不具合を判定してもよい。
本実施形態に係る分光分析装置1は、図1に示されるように、光学プローブ2と、該光学プローブ2を着脱可能に取り付ける分光分析部3とを備えている。
演算部14はプロセッサにより構成され、記憶部13はメモリにより構成され、表示部15はモニタである。制御部16は、プロセッサと、入力装置と、信号出力装置とから構成される。
測定された戻り光のラマンスペクトルは演算部14に入力される。
演算部14は、動作の異なる2つのモード、診断モードおよび検査モードに対応した演算機能を備えている。
具体的には、演算部14は、記憶部13に予め記憶されている観察対象Xのラマン散乱光が含まれる波長帯域の情報に基づいて、入力されてきた戻り光のラマンスペクトルから、図8に示されるように、第1光学部材7のラマン散乱光が含まれる波長帯域のラマンスペクトルを除外する。次いで、演算部14は、図9に示されるように記憶部13に記憶されている光ファイバ4のラマンスペクトルを除外する。そして、演算部14は、図10に示されるように、記憶部13に記憶されているベースラインを減算する。
表示部15は、演算部14により算出された観察対象Xのラマンスペクトルそのもの、または、ラマンスペクトルから算出された観察対象Xの成分比、あるいは観察対象Xの成分比にもとづいて算出されるスコアを表示する。
検出されたラマンスペクトルは演算部14に入力される。
図5は、本実施形態に係る分光分析装置における分光分析部3と、光学プローブ2のコネクタ6と、分光分析部3の受側コネクタ8と、光学プローブ2と、第1光学部材7の配置とを模式的に示したものである。光学プローブ2のコネクタ6および分光分析部3の受側コネクタ8における光学的接続において光損失が発生する。また、光学プローブ2の点Qの位置において、光ファイバ4の損傷によって光損失が発生するものとする。
また、第1光学部材7におけるラマン散乱光の発生効率をσ1、光学プローブ2の光ファイバ4のラマン散乱光の発生効率をσgとする。また、分光分析部3から光学プローブ2への光入力パワーをPとする。
LP1=L1σgη2P+L2σgα2η2P+σ1α2η2P (1)
LP2=γα2η2P(σ1+σgL) (2)
LP3=γα2η2P(σ1+σgL) (3)
Pobs=L1σgη2P+L2σgα2η2P+σ1α2η2P+2γα2η2P(σ1+σgL)=(1+2γ)α2η2Pσ1+(L1η2+L2α2η2+2γα2η2L)Pσg (4)
分光分析部3および光学プローブ2のコネクタ6における光損失が無視でき、かつ光学プローブ2の光ファイバ損失も無視できる場合、すなわち、η≒1、かつ、α≒1である場合について説明する。
ST1=(1+2γ)Pσ1+(L1+L2+2γL)Pσg (5)
R11F=(1+2γ)σ1/(L1+L2+2γL)σg (6)
分光分析部3および光学プローブ2のコネクタ6における光損失が存在し、光学プローブ2の光ファイバ損失が無視できる場合、すなわち、0<η<1、かつ、α≒1である場合について説明する。
Sab=ST2(λ)
=(1+2γ)η2Pσ1+(L1+L2+2γL)η2Pσg
=η2ST1(λ) (7)
Rab=R21F(λ)
=(1+2γ)σ1/(L1+L2+2γL)σg (8)
分光分析部3および光学プローブ2のコネクタ6における光損失は無視でき、光学プローブ2の光ファイバ損失が存在する場合、η≒1、かつ、0<α<1である場合について説明する。
Sab=ST3(λ)
=(1+2γ)α2Pσ1+(L1+L2α2+2γα2L)Pσg (9)
Rab=R31F(λ)
=(1+2γ)α2σ1/(L1+L2α2+2γα2L)σg (10)
分光分析部3および光学プローブ2のコネクタ6における光損失が存在し、光学プローブ2の光ファイバ損失も存在する場合、0<η<1、かつ、0<α<1である場合について説明する。
Sab=ST4(λ)
=(1+2γ)α2η2Pσ1+(L1+L2α2+2γα2L)η2Pσg
=η2ST3(λ) (11)
Rab=R41F(λ)
=(1+2γ)α2σ1/(L1+L2α2+2γα2L)σg (12)
ここでSabが閾値TS1に対してSab>TS1であり、かつ、閾値TR1に対してRab>TR1の条件を満たす場合には、演算部14は、受側コネクタ8とコネクタ6との間の接続は正常であり、かつ、光ファイバ4が正常である旨を判定する。
操作者が分光分析装置1を制御部16から起動すると、図6に示されるように、分光分析部3は検査モードにて待機する(ステップS1)。そして、制御部16の入力装置から検査の指示が入力されると、検査を実行し(ステップS2)、演算部14による処理が終了したら表示部15を介して検査結果を画面(光)または音声を通じて操作者に報知する(ステップS3)。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る分光分析装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
演算部14においては、分光測定部12において算出された強度A,Bを用いて、強度Sabおよび比Rabが算出され、第1の実施形態と同様の不具合の有無の判定が行われる。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る分光分析装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
また、分光分析部38は、照明ファイバ34のコネクタ36を接続する第1受側コネクタ39と、集光ファイバ35のコネクタ37を接続する第2受側コネクタ40とを別々に有している。
また、分光測定部12と第2受側コネクタ40との間には、第1光学部材7および集光ファイバ35において発生したラマン散乱光のうち、第2のピーク波長λ2を含む長波長成分を反射し、第1のピーク波長λ1を含む短波長成分を透過させる、第2ダイクロイックミラー42が配置されている。
さらに、分光分析部38には、第2受側コネクタ40と第2ダイクロイックミラー42との間の光路を開閉する光学シャッタ43が配置されている。光学シャッタ43の開閉は、制御部16から光学シャッタ43へ送信される電気信号によって実行される。
照明ファイバ34を含む光路の検査においては、図17に示されるように、光学シャッタ43を作動させて第2受側コネクタ40と第2ダイクロイックミラー42との間の光路を遮断した状態で、光源10から照明光を射出させる。
検出されたラマンスペクトルは演算部14に入力される。
本実施形態の説明において、上述した第3の実施形態に係る分光分析装置32と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る分光分析装置は、図28に示されるように、分光分析部45が、光源10と第1受側コネクタ39との間および第2受側コネクタ40と分光測定部12との間に、択一的に配置可能に移動するダイクロイックミラー46を備えている。
照明ファイバ34を含む光路の検査においては、図30に示されるように、ダイクロイックミラー46を光源10と第1受側コネクタ39との間に移動させた状態で、光源10から照明光を射出させる。
光源10から射出された照明光は、照明ファイバ34に入射し、照明ファイバ34内、集光ファイバ35内および第1光学部材7において発生した第2のピーク波長のラマン散乱光が第2受側コネクタ40を経由して分光分析部45内に入射し、ダイクロイックミラー46により反射されて、分光測定部12に入射する。
測定されたラマンスペクトルは演算部14に入力される。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る分光分析装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
また、第1光学部材7におけるラマン散乱光の発生効率をσ1、第2光学部材22cにおけるラマン散乱光の発生効率をσ2、光学プローブ51の光ファイバ4のラマン散乱光の発生効率をσgとする。また、分光分析部3から光学プローブ51への光入力パワーをPとする。
LT1=σ2η2P+L1σgη2P+L2σgα2η2P+σ1α2η2P (13)
LT2=γα2η2P(σ1+σ2+σgL) (14)
LT3=γα2η2P(σ1+σ2+σgL) (15)
Pobs=σ2η2P+L1σgη2P+L2σgα2η2P+σ1α2η2P
+2γα2η2P(σ1+σ2+σgL)
=(1+2γ)α2η2Pσ1+(1+2γα2)η2Pσ2
+(L1η2+L2α2η2+2γα2η2L)Pσg (16)
分光分析部3および光学プローブ51のコネクタ6における光損失が無視でき、かつ光学プローブ51の光ファイバ損失も無視できる場合、すなわち、η≒1、かつ、α≒1である場合について説明する。
ST1=(1+2γ)Pσ1+(1+2γ)Pσ2
+(L1+L2+2γL)Pσg (17)
R112=(1+2γ)Pσ1/(1+2γ)Pσ2
=σ1/σ2 (18)
分光分析部3および光学プローブ51のコネクタ6における光損失が存在し、光学プローブ51の光ファイバ損失が無視できる場合、すなわち、0<η<1、かつ、α≒1である場合について説明する。
ST2=2γη2Pσ1+(η2+η2+2γη2)Pσ2
+(L1η2+L2η2+2γη2L)Pσg
=((1+2γ)Pσ1+(1+2γ)Pσ2+(L1+L2+2γL)Pσg)η2=η2ST1 (19)
R212=(1+2γ)Pσ1/(1+2γ)σ2P
=σ1/σ2 (20)
分光分析部3および光学プローブ51のコネクタ6における光損失は無視でき、光学プローブ51の光ファイバ損失が存在する場合、すなわち、η≒1、かつ、0<α<1である場合について説明する。
ST3=(1+2γ)α2Pσ1+(1+2γα2)Pσ2
+(L1+L2α2+2γα2L)Pσg (21)
R312=(1+2γ)α2σ1/(1+2γα2)σ2 (22)
分光分析部3および光学プローブ51のコネクタ6における光損失が存在し、光ファイバ4にも光損失が存在する場合、すなわち、0<η<1、かつ、0<α<1である場合について説明する。
ST4=2γα2η2Pσ1+(1+α2+2γα2)η2Pσ2
+(L1+L2α2+2γα2L)η2Pσg
=η2ST3 (23)
R412=(1+2γ)α2σ1/(1+2γα2)σ2 (24)
さらに、第1光学部材7と第2光学部材22cとのラマン散乱強度比R312も、R112(およびR212)よりも減少する。
このように閾値を設定しておくことにより、全ラマン散乱強度が閾値TS2よりも大きく、ラマン散乱強度比が閾値TRよりも小さくなっている場合には、演算部14は、受側コネクタ8とコネクタ6との間の接続は正常であるが、光ファイバ4における光損失が大きいという不具合が発生している旨を判定する。
2,21,33,51 光学プローブ
3,24,38,45 分光分析部
4 光ファイバ
6,36,37 コネクタ
7 第1光学部材(光学部材)
10 光源
14 演算部(情報分離部、不具合判定部)
15 表示部(報知部)
22a 第2光学部材(光学部材)
22b 第3光学部材(光学部材)
25 診断用光源(光源)
26 検査用光源(光源)
34 照明ファイバ(光ファイバ)
35 集光ファイバ(光ファイバ)
X 観察対象
Claims (6)
- 光学プローブと、該光学プローブをコネクタにより着脱可能に取り付ける分光分析部とを備え、
前記光学プローブが、光源からの照明光および観察対象からの信号光を導光する光ファイバと、該光ファイバの少なくとも先端に配置された光学部材とを備え、
前記分光分析部が、前記信号光を分光して波長特性を生成するとともに、前記信号光の情報から前記光学部材から戻る第1の戻り光および前記光ファイバから戻る第2の戻り光の情報を分離する情報分離部と、該情報分離部により分離された前記第1の戻り光および前記第2の戻り光に基づいて、前記光学プローブにおいて発生している不具合を判定する不具合判定部と、判定された不具合の情報を報知する報知部とを備える分光分析装置。 - 光学プローブと、該光学プローブをコネクタにより着脱可能に取り付ける分光分析部とを備え、
前記光学プローブが、光源からの照明光および観察対象からの信号光を導光する光ファイバと、該光ファイバの先端および基端に配置された光学部材とを備え、
前記分光分析部が、前記信号光を分光して波長特性を生成するとともに、前記信号光の情報から先端の前記光学部材から戻る第1の戻り光および基端の前記光学部材から戻る第2の戻り光の情報を分離する情報分離部と、該情報分離部により分離された前記第1の戻り光および前記第2の戻り光に基づいて、前記光学プローブにおいて発生している不具合を判定する不具合判定部と、判定された不具合の情報を報知する報知部とを備える分光分析装置。 - 前記第1の戻り光および前記第2の戻り光が蛍光である請求項2に記載の分光分析装置。
- 前記第1の戻り光および前記第2の戻り光がラマン散乱光である請求項2に記載の分光分析装置。
- 前記不具合判定部は、前記第1の戻り光の強度と前記第2の戻り光の強度との和および前記第1の戻り光の強度と前記第2の戻り光の強度との比に基づいて不具合を判定する請求項1または請求項2に記載の分光分析装置。
- 前記光ファイバの先端の前記光学部材から戻る前記第1の戻り光のスペクトルの、2つ以上の異なる波長を利用することで、前記光学プローブの複数の前記光ファイバにおいて発生している不具合を判定する請求項1または請求項2に記載の分光分析装置。
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