KR100674530B1 - Light scattering measuring probe - Google Patents
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Abstract
본 발명의 광 산란 측정 프로브의 구조는 다음과 같다. 입사용 광 파이버(4)와, 산란광을 모아 전파하기 위한 산란광 측정용 광 파이버(6)가 본체에 삽입되고, 광 파이버(4)는 광 산란 측정 프로브(3)에 설치된 구멍으로부터 바깥으로 삽입 통과되어, 양 광 파이버(4, 6)의 선단부에 각각 페룰(66, 67)이 씌워져, 각 페룰(66, 67)의 선단은 양 광 파이버(4, 6)의 선단면의 일부 또는 전부를 남기고 원추대형으로 절단되어 있으며, 양 광 파이버(4, 6)의 선단면끼리가 소정 거리 떨어져 소정 각도로 대향하도록 상기 페룰(66, 67)이 지지체(70) 등에 지지되어 있다. 광 파이버의 선단부의 강도가 적더라도, 페룰(66, 67)에 의해 강도를 보충하여 보호할 수 있다. 또한, 원추대형의 절단에 의해 양 광 파이버(4, 6)의 선단면끼리의 거리를 단축할 수 있다(도 2).
페룰, 전단부, 광 파이버, 프로브, 선단면
The structure of the light scattering measurement probe of the present invention is as follows. The incident optical fiber 4 and the scattered light measuring optical fiber 6 for collecting and propagating the scattered light are inserted into the main body, and the optical fiber 4 is inserted outward from the hole provided in the light scattering measurement probe 3. The ferrules 66 and 67 are covered with the front ends of the two optical fibers 4 and 6, respectively, so that the ends of the ferrules 66 and 67 leave part or all of the front end surfaces of the two optical fibers 4 and 6, respectively. The ferrules 66 and 67 are supported on the support 70 and the like so as to be cut into a truncated cone shape so that the front end faces of the two optical fibers 4 and 6 face each other at a predetermined angle apart. Even if the strength of the tip of the optical fiber is low, the ferrules 66 and 67 can supplement and protect the strength. In addition, the distance between the tip faces of the two optical fibers 4 and 6 can be shortened by cutting the cone (FIG. 2).
Ferrules, shears, fiber optics, probes, tip
Description
본 발명은 시료에 광을 조사하여, 산란 체적 내로부터 산란되는 광을 검출함으로써 광 산란 측정을 하는 광 산란 측정 프로브에 관한 것이다. The present invention relates to a light scattering measurement probe which performs light scattering measurement by irradiating light onto a sample and detecting light scattered from the scattering volume.
광 산란 측정 장치는 유체 중에 존재하는 입자의 움직임(브라운 운동)에서 기인하는 산란광 강도의 흔들림(시간 변화)을 측정함으로써, 입자의 확산 계수나 유체 역학적인 입자 크기를 구하기 위한 장치이다. The light scattering measuring device is a device for determining the diffusion coefficient of a particle or the hydrodynamic particle size by measuring the shaking (time change) of the scattered light intensity resulting from the motion (brown movement) of the particle which exists in a fluid.
종래의 광 산란 측정 장치에서는 시료 유체가 들어간 원통형이나 직방체의 셀에 레이저광을 렌즈를 경유하여 조사하여, 시료로부터 나오는 산란광을 핀홀 등으로 관측 체적을 제한된 수광 광학계를 통해, 포토멀티플라이어 등의 광 검출기로 측정하였었다. In a conventional light scattering measuring device, a laser beam is irradiated to a cell of a cylindrical or rectangular parallelepiped containing sample fluid through a lens, and the scattered light emitted from the sample is light-received through a light receiving optical system whose observation volume is limited to a pinhole or the like. It was measured by a detector.
이 종래의 광 산란 측정 장치에서는 셀 내의 시료 유체의 광로 길이가 길기 때문에, 용액의 입자 한도가 높아지면, 셀 내에서 산란광에 의한 산란(다중 산란)이 일어나, 정확한 산란광의 정보를 측정할 수 없게 된다. In this conventional light scattering measuring device, since the optical path length of the sample fluid in the cell is long, when the particle limit of the solution becomes high, scattering (multi-scattering) caused by scattered light occurs in the cell, so that accurate scattered light information cannot be measured. do.
그래서, 입사광 파이버와 수광 파이버의 단면끼리를 셀 내에서 소정 각도로 대향시키고, 더구나 단면끼리의 거리를 근접시킨 광 산란 측정 프로브의 구조가 제안되어 있다(R.R.Khan, H.S.Dhadwal, and K.Suh, Applied Optics 33(25), 1994). 이 광 산란 측정 프로브를 사용하면, 관측 체적을 작게 할 수 있어, 다중 산란의 문제를 피할 수 있다. Therefore, a structure of a light scattering measurement probe in which the end faces of the incident light fiber and the light receiving fiber are opposed to each other at a predetermined angle in the cell and the distance between the end faces is approached has been proposed (RRKhan, HSDhadwal, and K. Suh, Applied Optics 33 (25), 1994). By using this light scattering measurement probe, the observation volume can be made small, and the problem of multiple scattering can be avoided.
상기 광 산란 측정 프로브에서는 입사광 파이버의 단면과 수광 파이버의 단면에, 각각 광 파이버의 초점을 목적 위치에 맞추기 위한 미소한 렌즈 또는 그레이디드 인덱스 파이버를 배치하고 있다. 이 때문에, 광 파이버와 렌즈의 위치 관계에 높은 정밀도가 요구되어, 실용 수준의 제품으로서의 품질 확보가 곤란해진다. In the light scattering measurement probe, microlenses or graded index fibers are arranged on the end face of the incident light fiber and the end face of the light receiving fiber, respectively, to adjust the focus of the optical fiber to the target position. For this reason, high precision is required for the positional relationship of an optical fiber and a lens, and it becomes difficult to ensure the quality as a practical level product.
광 파이버의 구조는 광을 투과시키는 코어 주위를 굴절율이 작은 클래드로 둘러싸, 더욱이 그 위를 보호용 수지로 피복한 구조로 되어 있다. The structure of an optical fiber is a structure in which the cladding with a small refractive index is enclosed around the core which transmits light, and the upper part is covered with the protective resin.
그래서, 광 파이버의 수지 피복을 제거하여 클래드를 노출시키거나, 더욱이 클래드를 깎아 코어를 노출시킴으로써, 코어의 단면끼리의 거리를 가능한 한 짧게 하도록 하여, 다중 산란의 영향을 피하도록 한 발명이 제안되어 있다(국제 공개 W000/31514). Therefore, an invention has been proposed in which the resin coating of the optical fiber is removed to expose the clad, or further, the clad is cut to expose the core, so that the distance between the cross sections of the cores is as short as possible to avoid the effects of multiple scattering. (International Publication W000 / 31514).
그런데, 클래드나 코어를 노출한 것으로는, 광 파이버의 강도가 유지되지 못하고, 코어끼리의 위치 조정이 곤란, 클래드로부터 광이 누설하는 등의 문제가 있었다. By the way, exposing the cladding and the core did not maintain the strength of the optical fiber, making it difficult to adjust the positions of the cores, and leaking light from the clad.
그래서, 본 발명은 제조가 용이하고, 정밀도가 좋으며, 또한 신뢰성이 높은 산란광 강도 측정을 할 수 있는 광 산란 측정 프로브를 실현하는 것을 목적으로 한다. Therefore, an object of the present invention is to realize a light scattering measurement probe which is easy to manufacture, has high precision, and can perform highly reliable scattered light intensity measurement.
본 발명의 광 산란 측정 프로브는 시료에 조사하는 광을 전파하기 위한 입사 용 광 파이버와, 산란광을 모아 전파하기 위한 산란광 측정용 광 파이버가 장착되어 있다. 각 광 파이버의 선단부에 각각 페룰(ferrule)이 씌워져, 각 페룰의 선단은 광 파이버의 선단면의 일부 또는 전부를 남겨 원추대형으로 절단되어 있다. 양 광 파이버의 선단면끼리가 소정 거리 떨어져 소정 각도로 대향하도록, 상기 페룰이 광 산란 측정 프로브에 지지되어 있다(청구항 1). The light scattering measurement probe of the present invention is equipped with an incident optical fiber for propagating light irradiated onto a sample, and an optical fiber for measuring scattered light for collecting and propagating scattered light. Ferrules are respectively applied to the tips of the respective optical fibers, and the tips of the respective ferrules are cut in a truncated cone shape, leaving part or all of the tip surface of the optical fiber. The ferrule is supported by the light scattering measurement probe so that the front end surfaces of the two optical fibers face each other at a predetermined distance apart from each other (claim 1).
이 구성에 의하면, 광 파이버의 선단부 강도가 적더라도, 페룰에 의해 강도를 보충하여 보호할 수 있다. 또한, 양 광 파이버의 선단면끼리의 거리, 각도는 페룰을 지지함으로써, 용이하게 유지할 수 있다. 클래드로부터의 광 누설도 페룰에 의해 방지할 수 있다. According to this structure, even if the strength of the tip portion of the optical fiber is small, the strength can be supplemented and protected by the ferrule. In addition, the distance and angle of the front end surfaces of both optical fibers can be easily maintained by supporting a ferrule. Light leakage from the clad can also be prevented by ferrules.
더욱이, 페룰의 선단을 원추대형으로 비스듬히 절단함으로써, 양 광 파이버의 선단에 시료 유체의 기포가 붙기 어려워진다. 또한, 경사 절단하지 않은 경우에 비하여, 양 광 파이버의 선단면끼리의 거리를 단축할 수 있다. Further, by cutting the tip of the ferrule obliquely in the shape of a cone, it becomes difficult to bubble the sample fluid to the tip of the positive fiber. In addition, the distance between the distal end surfaces of the two-optical fibers can be shortened as compared with the case where no oblique cutting is performed.
상기 양 광 파이버의 선단면끼리의 각도 및 거리는 페룰을 경유하여 조절 부재에 의해 조절 가능한 것이 바람직하다(청구항 2). 이로써, 산란 체적을 소망하는 크기로 조정할 수 있다. 이 조절은 나사를 사용함으로써, 정확하고 또한 용이하게 할 수 있다(청구항 5 내지 8). It is preferable that the angle and distance of the front end surfaces of the said positive optical fiber can be adjusted by an adjustment member via a ferrule (claim 2). Thereby, scattering volume can be adjusted to a desired magnitude | size. This adjustment can be made accurately and easily by using screws (claims 5 to 8).
광 파이버는 싱글 모드 광 파이버인 것이 바람직하다(청구항 3). 이로써, 보다 결합성이 좋은 조건에서 측정을 할 수 있다. The optical fiber is preferably a single mode optical fiber (claim 3). Thereby, a measurement can be made on the conditions with more favorable binding.
상기 페룰은 광 파이버의 피복 부분을 제외한 클래드 부분을 삽입하고 있는 것이 바람직하다(청구항 4). 이로써 페룰의 선단을 클래드 부분 또는 그 중의 코 어 부분까지 경사 절단하여 갈 수 있기 때문에, 양 광 파이버의 선단면끼리의 거리를 단축하는 것을 용이하게 할 수 있다. It is preferable that the said ferrule inserts the clad part except the coating part of an optical fiber (claim 4). Since the tip of the ferrule can be obliquely cut to the clad portion or the core portion therein, it is possible to easily shorten the distance between the end faces of the positive fiber.
도 1은 광 산란 측정 프로브(3)를 포함하는 측정 시스템의 전체 구성도. 1 is an overall configuration diagram of a measurement system including a light
도 2a 및 도 2b는 광 산란 측정 프로브(3)의 정면도 및 측단면도.2A and 2B are front and side cross-sectional views of the light
도 3은 페룰(66, 67)의 상세 구조를 도시하는 단면도.3 is a cross-sectional view showing a detailed structure of the
도 3a는 절단 전의 상태를 도시하며, 도 3b는 절단 후의 상태를 도시하는 도면. 3A shows a state before cutting, and FIG. 3B shows a state after cutting.
도 4는 선단부(62)의 오목부(63)에 배치된 지지체(70) 등을 도시하는 사시도. 4 is a perspective view showing a
도 5는 도 4의 단차형상의 A-A선을 따른 단면도. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of the stepped shape of FIG. 4.
도 1은 광 산란 측정 프로브(3)를 포함하는 측정 시스템의 전체 구성도이다. 레이저 장치(1)로부터 조사된 광은 렌즈(2)로 조여져, 입사용 광 파이버(4)에 입사된다. 입사용 광 파이버(4)의 앞은 광 산란 측정 프로브(3)에 결합되어 있다. 광 산란 측정 프로브(3)는 시료 액체(h)를 채운 셀(5)에 삽입되어, 광 산란 측정 프로브(3)로부터 레이저광이 시료에 조사된다. 1 is an overall configuration diagram of a measurement system including a light
시료로부터의 산란광은 광 산란 측정 프로브(3)로 수광되어, 광 산란 측정 프로브(3)로부터 산란광 측정용 광파이버(6)를 통해, 포토멀티플라이어 등의 수광 소자(7)로 들어가, 수광 소자(7)에 있어서 시계열 데이터가 측정된다. 그리고, 도 시하지 않은 처리 회로에 있어서, 그 데이터의 자기 상관 계수가 계산되어, 입자 사이즈가 구해진다. Scattered light from the sample is received by the light
입사용 광 파이버(4), 산란광 측정용 광 파이버(6)는 싱글 모드 광 파이버인 것이 광의 결합성을 유지하는 데 바람직하다. It is preferable for the incident
도 2a 및 도 2b는 광 산란 측정 프로브(3)의 정면도(도 2a) 및 중심선으로 자른 측단면도(도 2b)를 도시한다. 위 방향을 y, 정면 방향을 z, 측 방향을 x로 도시하고 있다. 2A and 2B show a front view (FIG. 2A) and a side cross-sectional view (FIG. 2B) taken along the center line of the light
광 산란 측정 프로브(3)는 통 형상의 몸통부(61)와, 몸통부(61)에 결합되는 선단부(62)를 갖고 있다. 몸통부(61)로부터 선단부(62)에 걸쳐 입사용 광 파이버(4) 및 산란광 측정용 광 파이버(6)가 삽입 통과되어 있다. 몸통부(61), 선단부(62)는 금속 혹은 수지로 형성할 수 있다. The light
선단부(62)의 한쪽 면에는 오목부(63)가 형성되어 있어, 입사용 광 파이버(4)는 이 오목부(63)에 형성된 세로 구멍(64)으로부터 튀어나오고, 산란광 측정용 광 파이버(6)는 이 오목부(63)에 형성된 가로 구멍(65)으로부터 들여다보고 있다. A
그리고, 해당 튀어나온 입사용 광 파이버(4)의 선단부에 원통형 페룰(66)이 씌워지고, 산란광 측정용 광 파이버(6)에 페룰(67)이 씌워져 있다. 도 2에서는 페룰(66)은 일부 단면 도시하며, 페룰(67)은 전부 단면 도시하고 있다. The
페룰(66)은 상자형 지지체(70)에 설치된 구멍을 관통하고 있다. 페룰(66, 67)은 서로 약 90°의 각도로 마주보고 있다(도 5도 참조). 측정하는 산란 체적은 도 5에 부호(V)로 도시하고 있다. The
지지체(70)의 정면과 측면 및 선단부(62)의 바닥면에는 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이, 광 파이버(4, 6)의 투광, 수광의 위치를 조절하기 위한 「조절 부재」로서의 조정 나사(71 내지 74)가 설치되어 있다. On the front and side surfaces of the
도 3은 페룰(66, 67)의 상세 구조를 도시하는 단면도이다. 페룰(66, 67)은 지르코니아 등의 세라믹제로, 원통형을 하고 있다. 3 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the
입사용 광 파이버(4) 또는 산란광 측정용 광파이버(6)는 클래드 부분(4a, 6a)이 노출된다. 페룰(66, 67)의 중심선을 따라 이 노출 부분을 삽입하는 가는 구멍(66a, 67a)이 설치되어 있다. 더욱이, 페룰(66, 67)의 기단에는 입사용 광 파이버(4) 또는 산란광 측정용 광 파이버(6)의 피복 부분을 삽입 정지시키는 굵은 구멍(66b, 67b)이 설치되어 있다. The
페룰(66, 67)의 선단은 양 광 파이버(4, 6)의 선단면(4b, 6b)의 일부 또는 전부를 남기고 원추대형으로 연마되어 있다(도 3b 참조). 연마는 클래드 부분(4a, 6a)까지 미치고 있어도 되고, 미치고 있지 않아도 된다. 또한, 클래드 부분(4a, 6a)을 넘어, 그 속의 코어 부분에 미쳐도 된다. The tips of the
남겨진 선단면(4b, 6b)에는 양 광 파이버(4, 6)의 광이 전파하는 코어 부분이 반드시 포함되어 있을 필요가 있다. The remaining front end faces 4b and 6b must necessarily include a core portion through which the light of both
이 경사 연마에 의해, 양 광 파이버(4, 6)의 선단면(4b, 6b)끼리를 충분히 근접시킬 수 있다. 또한, 선단면(4b, 6b)에 시료 액체의 기포가 붙기 어려워져, 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
By this inclined polishing, the front end surfaces 4b and 6b of the positive
다음으로, 양 광 파이버(4, 6)의 선단면(4b, 6b)의 위치 관계를 조절하는 기구를 도 4, 도 5를 사용하여 설명한다. Next, a mechanism for adjusting the positional relationship of the front end surfaces 4b and 6b of the two
도 4는 선단부(62)의 오목부(63)에 배치된 지지체(70) 등을 도시하는 사시도이고, 도 5는 단차형상의 A-A선을 따른 단면도이다. 4 is a perspective view showing a
지지체(70)에는 지지체(70)를 선단부(62)의 오목부(63)에 고정시키기 위한 고정 나사(72)가 삽입 통과되어 있다. 더욱이, 나사를 느슨하게 한 후 조임으로써, 페룰(66) 및 입사용 광 파이버(4)를 y축 방향으로 이동 조정하는 조정 나사(71)가 설치되어 있다. A fixing
또한, 지지체(70)를 x축 방향으로 이동 조정하는 조정 나사(73)가 설치되어 있다. 또한, 조정 나사(73)로 지지체(70)를 x축 방향으로 이동 조정할 경우는, 고정 나사(72)를 먼저 느슨하게 해 두고, 조정 나사(73)를 조정하며, 그 후 고정 나사(72)를 조임으로써 행한다. 이 때문에, 고정 나사(72)의 나사 구멍에는 약간의 여유가 있다. Moreover, the
한편, 선단부(62)의 바닥면에는 도 5에 도시하는 바와 같이, 나사를 느슨하게 한 후 조임으로써, 페룰(67) 및 산란광 측정용 광 파이버(6)의 z방향의 위치를 조절하는 조정 나사(74)가 설치된다.On the other hand, as shown in Fig. 5, on the bottom surface of the
이상의 나사(71, 73, 74)를 회전 조절함으로써, 입사용 광 파이버(4)의 선단면(4b)과, 산란광 측정용 광 파이버(6)의 선단면(6b)의 대향 각도, 거리를 미묘하게 조정할 수 있다. By rotating and adjusting the above-mentioned
이상의 구성의 광 산란 측정 프로브(3)를 시료 액체(h)에 담가, 입사용 광 파이버(4)에 레이저광을 입사하면, 산란광 측정용 광 파이버(6)를 통해 산란광이 출사된다. 이 산란광을 수광 소자(7)로 검출할 수 있다. 선단을 비스듬히 절단한 페룰(66, 67)끼리를 근접시켜, 대단히 작은 산란 체적(V)을 측정할 수 있다. 따라서, 다중 산란에 의한 측정 정밀도 저하를 막을 수 있다. When the light
이상으로, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 실시는 상기 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변경을 실시할 수 있다. As mentioned above, although the Example of this invention was described, implementation of this invention is not limited to the said form, A various change is possible within the scope of this invention.
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH10281976A (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-23 | Toshiba Corp | Particle measuring device |
Non-Patent Citations (1)
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AMND | Amendment | ||
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J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20050830 Effective date: 20061222 |
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S901 | Examination by remand of revocation | ||
GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100111 Year of fee payment: 4 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |