特開 2024-141518 光測定装置及び光測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024141518

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】光測定装置及び光測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053218

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000147350

【氏名又は名称】株式会社精工技研

(74)【代理人】

【識別番号】100121658

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 昌義

(72)【発明者】

【氏名】吉田 誠

(72)【発明者】

【氏名】桐谷 健

【テーマコード（参考）】

2G043

【Ｆターム（参考）】

2G043EA01

2G043HA05

2G043JA01

2G043JA03

2G043JA04

2G043KA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型で、微小な測定対象範囲に対応した測定することができる光測定装置及び光測定方法を提供する。
【解決手段】本発明の一観点に係る光測定装置１は、一つのクラッド２１１中に複数のコアを有するマルチコアファイバ２１を備えたマルチコアプローブ２と、光源３から出力される入射光を、コアのうちの一部である第一コアに導くための第一導光ファイバ４と、コアのうちの第一コア以外の第二コア２１２２に入射される蛍光を検出する測定器５と、第二コアから測定器に蛍光を導くための第二導光ファイバ６を備える。また、本発明の他の一観点に係る光測定方法は、一つのクラッド２１１中に複数のコアを有するマルチコアファイバ２１を備えたマルチコアプローブ２における第一コアに入射光を入射させ、マルチコアファイバ２１から測定対象Ｍに入射光を照射し、測定対象Ｍからの蛍光を第二コアに入射させ、蛍光を測定するものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一つのクラッド中に複数のコアを有するマルチコアファイバを備えたマルチコアプローブと、
入射光を出力する光源と、
前記光源から出力される前記入射光を、前記マルチコアファイバにおける複数の前記コアのうちの一部である第一コアに導くための第一導光ファイバと、
前記マルチコアファイバにおける複数の前記コアのうちの前記第一コア以外の第二コアに入射される蛍光を検出する測定器と、
前記第二コアから前記測定器に前記蛍光を導くための第二導光ファイバと、を備える光測定装置。

【請求項2】

前記マルチコアプローブは、
前記マルチコアファイバの先端近傍において前記マルチコアファイバ周囲を覆うフェルールと、
前記フェルールと前記マルチコアファイバを固定する無機ハンダと、を備える請求項１記載の光測定装置。

【請求項3】

前記第一コアは、前記第二コアの同径又は内径に位置している請求項１記載の光測定装置。

【請求項4】

前記マルチコアファイバと、前記第一導光ファイバ及び前記第二導光ファイバは、光コネクタによって接続されている請求項１記載の光測定装置。

【請求項5】

前記第一導光ファイバに光アイソレータが設けられている請求項１記載の光測定装置。

【請求項6】

前記第二導光ファイバは、複数の光ファイバに分かれて前記測定器に前記蛍光を導く請求項１記載の光測定装置。

【請求項7】

前記第二導光ファイバ及び前記測定器内の少なくともいずれかに光学分割手段が設けられている請求項１記載の光測定装置。

【請求項8】

前記マルチコアプローブは、
前記第二コアの数が前記第一コアの数よりも多く備える請求項１記載の光測定装置。

【請求項9】

一つのクラッド中に複数のコアを有するマルチコアファイバを備えたマルチコアプローブにおける複数の前記コアのうちの一部である第一コアに入射光を入射させ、前記マルチコアファイバから測定対象に前記入射光を照射し、
前記測定対象からの蛍光を、前記マルチコアファイバにおける複数の前記コアのうちの前記第一コア以外の第二コアに入射させ、前記蛍光を測定する光測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光測定装置及び光測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象に対し光を照射し、この照射した光に基づく蛍光を発生させて測定し、測定対象の成分や特性を分析する光測定装置及び光測定方法（以下「光測定装置」等という。）が広く用いられている。

【0003】

光測定装置等においては、例えば、下記特許文献１には、光源からの光を測定対象となる試料まで導く入射側の光ファイバと、試料から反射された光を受光装置まで導く受光側の光ファイバと、これら光ファイバの間に配置され検出面が測定試料に接触するクリスタルと、を備えたＡＴＲ分光用の多芯光ファイバプローブが開示されている。特に、下記特許文献１に記載の技術では、入射側の光ファイバ、受光側の光ファイバそれぞれが複数の光ファイバを備えて構成されており、これらがクリスタルに対して長手方向に沿って配置されている構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－４７０１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、測定対象に接触させるクリスタルを設けなければならず、しかも入射側の光ファイバ及び受光側の光ファイバをそれぞれ長手方向に沿って配置しなければならないため、測定対象が広範囲にならざるを得ず、微小領域を精度よく測定することは困難であり、装置自体も大型化せざるを得ない、といった課題がある。

【0006】

そこで、本発明は、小型化が可能であり、微小な測定対象範囲に対しても精度よく測定することができる光測定装置及び光測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する本発明の一観点に係る光測定装置は、一つのクラッド中に複数のコアを有するマルチコアファイバを備えたマルチコアプローブと、入射光を出力する光源と、光源から出力される入射光を、マルチコアファイバにおける複数のコアのうちの一部である第一コアに導くための第一導光ファイバと、マルチコアファイバにおける複数のコアのうちの前記第一コア以外の第二コアに入射される蛍光を検出する測定器と、第二コアから測定器に蛍光を導くための第二導光ファイバと、を備えるものである。

【0008】

また、本観点において、限定されるわけではないが、マルチコアプローブは、マルチコアファイバの先端近傍においてマルチコアファイバ周囲を覆うフェルールと、フェルールとマルチコアファイバを固定する無機ハンダと、を備えることが好ましい。

【0009】

また、本観点において、限定されるわけではないが、第一コアは、第二コアの同径又は内径に位置していることが好ましい。

【0010】

また、本観点において、限定されるわけではないが、マルチコアファイバと、第一導光ファイバ及び第二導光ファイバは、光コネクタによって接続されていることが好ましい。

【0011】

また、本観点において、限定されるわけではないが、第一導光ファイバに光アイソレータが設けられていることが好ましい。

【0012】

また、本観点において、限定されるわけではないが、第二導光ファイバは、複数の光ファイバに分かれて測定器に蛍光を導くことが好ましい。

【0013】

また、本観点において、限定されるわけではないが、第二導光ファイバ及び測定器内の少なくともいずれかに光学分割手段が設けられていることが好ましい。

【0014】

また、本観点において、限定されるわけではないが、測定対象からの蛍光は反射を繰返すたびに散乱し強度が弱くなるため、吸収スペクトルのピークが小さくなり、検出精度が悪くなることが予想される。そのため、マルチコアプローブは、第二コアの数が第一コアの数よりも多く備えることが好ましい。

【0015】

また、本発明の他の一観点に係る光測定方法は、一つのクラッド中に複数のコアを有するマルチコアファイバを備えたマルチコアプローブにおける複数のコアのうちの一部である第一コアに入射光を入射させ、マルチコアファイバから測定対象に入射光を照射し、測定対象からの蛍光を、マルチコアファイバにおける複数のコアのうちの第一コア以外の第二コアに入射させ、蛍光を測定するものである。

【発明の効果】

【0016】

以上、本発明によって、小型化が可能であり、微小な測定対象範囲に対しても精度よく測定することができる光測定装置及び光測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係る光測定装置の概略図である。

【図2】実施形態に係る光測定装置のマルチコアプローブの先端近傍の概略図である。

【図3】実施形態に係る光測定装置のマルチコアプローブの先端近傍の断面の概略図である。

【図4】実施形態に係る光測定装置のマルチコアファイバのコアの数のイメージ図である。

【図5】実施形態に係る光測定装置のマルチコアプローブの先端近傍における光照射のイメージ図である。

【図6】実施形態に係る第一導光ファイバの断面のイメージ図である。

【図7】実施形態に係る光コネクタによる接続の外観のイメージ図である。

【図8】実施形態に係る光コネクタによる接続の断面のイメージ図である。

【図9】実施形態に係る光測定装置の他の例の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に説明する実施形態における具体的な例示にのみ限定されるわけではない。

【0019】

（光測定装置）
図１は、本実施形態に係る光測定装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。本図で示すように、本装置１は、一つのクラッド２１１中に複数のコア２１２が配置されているマルチコアファイバ２１を備えたマルチコアプローブ２と、入射光を出力する光源３と、光源から出力される入射光を、マルチコアプローブ２における複数のコア２１２のうちの一部である第一コア２１２１に導くための第一導光ファイバ４と、マルチコアプローブ２における複数のコア２１２のうちの第一コア２１２１以外の第二コア２１２２に入射される蛍光を検出する測定器５と、第二コア２１２２から測定器５に蛍光を導くための第二導光ファイバ６と、を備えるものである。

【0020】

本装置１は、上記の通りの構成であり、このような構成を採用することで、一つのクラッド２１１中に複数のコア２１２が配置されているマルチコアファイバ２１の一部のコアにコンパクトに測定対象Ｍに光を照射し、測定対象Ｍが発する蛍光をマルチコアファイバ２１内の他のコアによって受光することが可能となっており、クリスタル等の部品が不要となるため小型化が可能であり、微小な測定対象範囲に対しても精度よく測定することができるといった利点がある。この詳細については後述の記載から明らかとなる。

【0021】

本装置１は、上記の通り、一つのクラッド２１１中に複数のコア２１２が配置されているマルチコアファイバ２１を備えたマルチコアプローブ２を備える。本装置１において「マルチコアファイバ」とは、上記の通り、一つのクラッド２１１中に複数のコア２１２が配置されている光ファイバであって、それぞれのコアの屈折率とクラッドの屈折率差によってコア内において光を全反射させることによって光を閉じ込めて遠方まで伝搬させることができるものである。また、「マルチコアプローブ」とは、測定対象Ｍに対して光を照射する一方、測定対象Ｍから発せられる蛍光を受光するための部材である。詳細については後述する。なお図２に、本装置１のマルチコアプローブ２の先端近傍の概略を示し、図３に、マルチコアプローブ２の先端部分における断面の概略を示しておく。

【0022】

本装置１におけるマルチコアファイバ２１は、上記の通り、一つのクラッド２１１中に複数のコア２１２が配置されている光ファイバである。クラッド２１１は線状に延伸しているとともにその断面が略円形状であり、その内部に複数のコアを有する。なおコア２１２もクラッド２１１内を線状に延伸している。

【0023】

また、本装置１におけるマルチコアファイバ２１の長さは、第一導光ファイバ４及び第二導光ファイバ６と相まって、光源３と測定対象Ｍの間において光を伝搬させることができる長さがあればよく、第一導光ファイバ４及び第二導光ファイバ６の長さにも依存し、特に限定されるわけではないが、長さとして１０ｍ以下であることが装置の大型化を避ける観点から好ましい。

【0024】

マルチコアファイバ２１におけるクラッド２１１の断面の直径としては、本装置１の機能を実現することができる限りにおいて限定されるわけではないが、その内部に複数のコア２１２を配置するためにある程度の太さが必要であり、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。

【0025】

また、マルチコアファイバ２１におけるクラッド２１１の材質としては、本装置１の機能を実現することができる限りにおいて限定されるわけではないが、石英ガラス、フッ素添加ガラス物等のガラスを例示することができる。

【0026】

また、マルチコアファイバ２１におけるクラッド２１１の屈折率としては、内部に設けられるコア２１２の屈折率よりも低く全反射により光を導くことができる限りにおいて限定されるわけではないが、用いる光を紫外領域から可視領域と想定した場合、１．４６以下、より具体的には波長６３２ｎｍにおける屈折率が１．４６以下となっていることが好ましい。

【0027】

また、マルチコアファイバ２１のコア２１２とは、上記の通り一つのクラッド２１１内に複数設けられ、個々のコア２１２は線状であってその断面は略円形状であり、クラッド２１１内において延伸して配置されるものである。

【0028】

マルチコアファイバ２１におけるコア２１２の断面の直径としては、本装置１の機能を実現することができる限りにおいて限定されるわけではないが、その内部に複数のコアを配置するためにある程度の太さが必要であり、例えばシングルモードの場合はコア１個当たりの径が３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、マルチモードの場合はコア１個当たりの径が５０μｍ又は６２．５μｍであることが好ましい。

【0029】

マルチコアファイバ２１におけるコア２１２の材質としては、上記の通り、光を透過することができてクラッド２１１の屈折率差により全反射ができる材料である限りにおいて限定されず、例えば二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２）添加石英ガラス、石英ガラス等のガラスを例示することができる。

【0030】

また、マルチコアファイバ２１におけるコア２１２の屈折率としては、この周囲にあるクラッド２１１の屈折率よりも高く、コア２１２内において全反射により光を導くことができる限りにおいて限定されるわけではないが、用いる光を紫外領域から可視領域と想定した場合、１．４６より大きいこと、より具体的には波長６３２ｎｍにおける屈折率が１．４６より大きいことが好ましい。

【0031】

また、マルチコアファイバ２１におけるコア２１２は、上記の通り複数設けられる。複数のコアは、同じ材料のコアを組み合わせても、異なる材料のコアを組み合わせてもよい。同じ材料のコアを組み合わせることで、製造が簡便になり光を均一に伝搬させることができるといった利点がある。一方、異なる材料のコアを用いる（例えば第一コア２１２１と第二コア２１２２の材料を異ならせておく）ことで、例えば照射と受光において異なる波長となるため、それぞれに好ましく対応させることができるといった利点がある。また、このことはコア２１２の直径においても同様であり、コアごとにその直径を変えることとしてもよい。

【0032】

また、マルチコアファイバ２１においては、第一コア２１２１、第二コア２１２２と表現しているが、その本質は同じであり、機能を異ならせているために説明の便宜上この序数を用いているに過ぎない。具体的に、マルチコアファイバ２１における第一コア２１２１は、光源３から入射される光を伝搬させるために用いられるコアをいい、第二コア２１２２は、測定対象Ｍから発せられる蛍光を測定器５まで伝搬させるために用いられるコアをいう。すなわち、第一コア２１２１と第二コア２１２２とは、それぞれが接続される先が光源３であるのか測定器５であるのかによって呼び方が異なるだけとも言える。

【0033】

またコア２１２の数としては、第一コア２１２１、第二コア２１２２の最低限１つずつ、すなわち２以上あればよく、限定されるわけではないが、コア２１２（第一のコア２１２１と第二のコア２１２２の合計）数としては４以上、好ましくは７以上、さらに好ましくは１９以上となっていることが好ましい。この場合のイメージ図を図４に示しておく。

【0034】

これらの図から明らかなように、第一コア２１２１、第二コア２１２２は、それぞれ複数設けることが好ましい。第一コア２１２１を複数設けると、光源３からの光であれば均一化な光照射を実現することが容易となる。一方、第二コア２１２２を複数設けると、測定対象Ｍから発せられた光を複数の経路で取り入れることが可能となり、そのそれぞれにおいて必要な波長範囲の光を適宜選択しながら取り入れることができるようになる。これは、一つのクラッドに一つのコアしか持たないいわゆるシングルコアの光ファイバには容易に実現できない効果である。具体的に説明すると、シングルコアの光ファイバを束ねた場合、二つの光ファイバを束ねる必要からコア間の距離を長くせざるを得ず、コアの延伸方向を略平行に束ねた場合、光ファイバの端面が測定対象Ｍから近いと一方の光ファイバから照射した光によって発生する蛍光を他方の光ファイバで受光することは容易ではなく、受光するためには光ファイバの端面と測定対象Ｍとの距離を取らねばならず分解能が悪くなる。また実際には、測定対象Ｍの表面が平滑であることは少なく、距離を取った場合乱反射が起こり、他方の光ファイバでこの蛍光を効率的に受光することは容易ではない。そもそも二つの光ファイバを束ねた場合に、測定精度を十分高く維持して平行に束ねること自体が容易でない。そのため、上記特許文献１に記載の技術のように、二つの光ファイバを設ける場合、一方の光ファイバと他方の光ファイバを測定対象Ｍの表面に対して対称に傾けて離して配置することが効率的となる。すなわち、本装置１によると、一つの光ファイバ内のコアを入射光用のコアと受光用のコアに役割を分けて使用することで、測定対象Ｍに近づけたとしても効率的に受光することが可能となり、コア同士を略平行にてコンパクトにしつつも効率的に蛍光を受けることができるといった利点がある。

【0035】

また、マルチコアファイバ２１のコア２１２の配置は適宜調整可能であるが、第一コア２１２１は、第二コア２１２２により囲まれた領域内に配置されていること、中心近傍に集めて配置されていることが好ましい。第一コア２１２１は、光源３からの光を測定対象Ｍに照射するものであるが、第一コア２１２１を出た光は広がりながら反射される。すなわち、測定対象Ｍから発せられる光は、より広がる可能性があるため、第一コア２１２１の外側に第二コア２１２２を多く配置させることでその測定精度を向上させることができる。この場合のイメージを図５に示しておく。

【0036】

また、本装置１のマルチコアプローブ２においては、上記の通り、その先端近傍に、マルチコアファイバ２１の周囲を覆うフェルール２２が配置されていることが好ましい。フェルール２２を配置することで、マルチコアプローブ２、特にその先端を測定対象Ｍに対して固定することが可能となるといった利点がある。より具体的には、フェルール２２を測定対象Ｍに対して固定するための測定治具（図示省略）に嵌め合わせることで位置固定が可能となる。ただし、フェルール２２の先端位置よりも、マルチコアファイバ２１の先端位置が突出していることが好ましい。この構成とすることで、微小領域を精度よく測定する際にマルチコアファイバ２１の先端位置を把握しやすくし、また測定対象Ｍにマルチコアファイバ２１の先端を正確に近づけやすくなるといった効果がある。またこのマルチコアファイバ２１の先端位置の突出長さとしては、限定されるわけではないが０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１．５ｍｍ以下の範囲である。

【0037】

フェルール２２とマルチコアファイバ２１は、無機ハンダ２３により固定されていることが好ましい。本装置１では、測定対象Ｍが有機物であることを想定しており、ここで有機物を接合層として用いる場合、その有機物に光源３からの光が当たってしまうとこの有機物の蛍光を測定してしまう恐れがある。そのため、無機ハンダ２３を用いることで不要なノイズを発生させないといった効果がある。

【0038】

フェルール２２とマルチコアファイバ２１に接合層として無機ハンダ２３を採用する場合、その材質は限定されるわけではないが、例えば、金、錫、ニッケル、ゲルマニウム、銀、鉛等を用いることが好ましく、具体的には、金－錫、ニッケル－クロム、金－ゲルマニウム、銀蝋、鈴－鉛等の組み合わせを例示することができる。

【0039】

また、フェルール２２はマルチコアファイバ２１の周囲を覆うものであるが、上記のように、マルチコアファイバ２１の先端がフェルール２２の先端位置から突出している場合において、マルチコアファイバ２１の突出した部分の周囲に接合層が形成されていることが好ましい。この部分に接合層を形成することで、無機ハンダ２３がマルチコアファイバ２１の側面部分からフェルール２２の先端面にフィレット状に広がることとなり、これによりマルチコアファイバ２１をフェルール２２に固定することができるようになるとともに、この無機ハンダ２３に測定対象Ｍから反射した光が当たった場合、マルチコアファイバ２１から遠ざかる方向（外側）に反射させることができ、多重反射によって生じうるノイズ等を抑えることができるようになるといった利点がある。

【0040】

さらに、マルチコアファイバ２１の周囲に接合層が形成される場合において、接合層は、マルチコアファイバ２１の突出した部分すべてに形成されているのではなく、その先端近傍においては接合層によって覆われていない部分が形成されていることが好ましい。このようにすることで、無機ハンダ２３がマルチコアファイバ２１の先端表面にまで付着してしまうことを防止できるといった利点がある。なお、この覆われていない部分（マスキング処理された部分）は、マルチコアファイバ２１の先端から０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。マルチコアファイバ２１の先端側端面は、マルチコアファイバ２１の側面に対し、基本的には直角に処理されていれば良く、その精度としては、９０°±１°の範囲が好ましく、その処理方法としては、マルチコアファイバ２１の端面を研磨しても良いが、専用の工具を使用してクリーブカット処理していれば良いと考える。

【0041】

また、フェルール２２とマルチコアファイバ２１に接合層として無機ハンダ２３を採用する場合、無機ハンダ２３とフェルール２２、マルチコアファイバ２１のそれぞれの間に、さらに、接合層２４を設けることが好ましい。接合層２４を設けることでフェルール２２、マルチコアファイバ２１と無機ハンダの接合強度をより高くすることができるといった効果がある。この接合層２４の材質としては、限定されるわけではないが、ニッケル、クロム、金等であることが好ましく、最外層は金であることが重要である。すなわち、上記無機ハンダ２３とフェルール２２、マルチコアファイバ２１のそれぞれの間に接合層２４をはさむことでより信頼性を高くすることができるといった利点がある。

【0042】

また、本装置１のマルチコアプローブ２において、マルチコアファイバ２１の先端近傍及び光コネクタ７の近傍以外の部分においては、マルチコアファイバ２１は被覆材によって覆われている。これにより、クラッド２１１を保護することができる。被覆材の材料としては限定されるわけではないが、例えばＵＶ樹脂、ポリイミド樹脂、ＥＴＦＥ樹脂等を例示することができるがこれに限定されない。また、ＵＶ樹脂の被覆は、破損の可能性が生じるため、保護チューブを最外層につけてもよい。

【0043】

なお、本装置１のマルチコアファイバ２１は、シングルモードの光ファイバであっても、マルチモードの光ファイバであってもよく、その光ファイバの長さや伝送損失等によって適宜選択可能である。

【0044】

また、本装置１は、上記の通り、入射光を出力する光源３を備える。光源３の構成としては、測定において必要な波長の光を放出することができるものである限りにおいて限定されない。具体的に、本装置１は、有機物に光を照射してその蛍光を測定することでその有機物内に存在する物質の分析を行うことを主眼としており、この観点から、本装置１の光源３の発する光の波長としては、限定されるわけではないが、紫外領域から可視領域の光であることが好ましく、具体的には１００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。

【0045】

また、本装置１は、上記の通り、光源３から出力される入射光を、マルチコアプローブ２のマルチコアファイバ２１における複数のコア２１２のうちの一部である第一コア２１２１に導くための第一導光ファイバ４を備える。すなわち、光源３から出力された光は、第一導光ファイバ４を介して第一コア２１２１を伝搬し、更にマルチコアファイバ２１の先端から測定対象Ｍに照射されることになる。ここで、「導光ファイバ」とは、光源３からの光をマルチコアファイバ２１まで導く光ファイバをいい、マルチコアプローブ２のマルチコアファイバ２１とは異なる構成要素であるため別の用語を用いたものである。また、「第一」とあるのは、第二導光ファイバ６とは異なる用途で用いられるものであるためこの序数を用いているにすぎず、これ以上の技術的な意味は持たない。

【0046】

第一導光ファイバ４の構成としては、光ファイバである限りその構成は限定されるわけではないが、一つのクラッド４３に一つのコア４２が設けられるいわゆるシングルコアの光ファイバであることが好ましい。シングルコアの光ファイバを用いることでマルチコアファイバの複数のコアそれぞれにシングルコアの光ファイバを設定することにはなるが、そのそれぞれに対し個別の処理を行うことができるようになるといった利点がある。図６に、第一導光ファイバ４の延伸方向に沿った断面のイメージ図を示しておく。なお、第一導光ファイバ４にシングルコアの光ファイバを用いる場合、第一導光ファイバ４は、マルチコアファイバ２１における第一コア２１２１の数だけ設けておくことが好ましい。

【0047】

第一導光ファイバ４のクラッド４３については、上記の機能を有する限りにおいて限定されず、上記のマルチコアファイバ２１におけるクラッド２１１と同じ材質、屈折率等のものを採用することが可能である。

【0048】

第一導光ファイバ４のコア４２についても、上記の機能を有する限りにおいて限定されず、上記のマルチコアファイバ２１におけるコア２１２と同じ材質、コア径、屈折率等のものを採用することが可能である。

【0049】

また、本装置１における第一導光ファイバ４は、シングルモードの光ファイバであっても、マルチモードの光ファイバであってもよく、その光ファイバの長さや伝送損失等によって適宜選択可能である。

【0050】

また、本装置１においては、第一導光ファイバ４に光アイソレータ４１が設けられていることが好ましい。「光アイソレータ」とは、一方に進んでくる光は透過し、逆方向に進んでくる光は遮断する光学部品である。光アイソレータを設けることで、測定対象Ｍに照射した光のうちの反射光等がそのままマルチコアファイバ２１の第一コア２１２１に戻り、更に第一導光ファイバ４まで戻ってくることで光源３に損傷を与えてしまうのを防ぐことが可能となる。なお、第一導光ファイバ４を複数設けている場合は、そのそれぞれに光アイソレータを設けておくことが好ましい。

【0051】

光アイソレータ４１の構成としては、上記の機能を有するものである限り限定されるわけではなく、偏光依存型であっても偏光無依存型であってもよいが、例えば偏光依存型である場合、一対の複屈折結晶と、この一対の複屈折結晶の間に配置される位相板及びファラデー回転子とを備えたものであることが好ましい。これにより、光源３から発せられた光はそのまま第一導光ファイバ４を介してマルチコアファイバ２１まで伝達され、マルチコアファイバ２１から第一導光ファイバ４に戻ってきた光はこれらにより遮断され、光源３まで届かないようにすることができる。

【0052】

また、本装置１は、上記の通り、マルチコアプローブ２における複数のコア２１２のうちの他の一部である第二コア２１２２に入射される蛍光を検出する測定器５を備える。測定器５によって、その蛍光の強度やスペクトル等必要なパラメータを分析し、測定対象Ｍ内に存在する物質を分析することが可能である。

【0053】

また、本装置１では、測定器５が測定する光は、測定対象Ｍに照射する入射光すなわち励起光に基づき発する蛍光である。「蛍光」は、測定対象Ｍに照射された光が吸収され励起状態となり、異なる波長として測定対象Ｍから放出された光をいう。ただし、本装置１では、蛍光だけでなく、入射光に基づき燐光も生ずる場合があるため、燐光も測定の対象となりうる。なお、蛍光は、励起一重項状態から基底一重項状態への許容遷移において発せられるものである一方、燐光は、励起三重項状態から基底一重項状態への許容遷移において発せられるものである点において違いがある。一般に燐光の方が時間的に長く発せられる。繰り返しとなるが、本装置１は、この蛍光を測定することにより、測定対象Ｍにそのような物質が存在しているのかを分析することができる。

【0054】

また、本装置１は、上記の通り、第二コア２１２２から測定器５に蛍光を導くための第二導光ファイバ６と、を備える。第二導光ファイバ６は、上記の通り、第一導光ファイバ４と同一の構成とすることができるものであるが、第二導光ファイバ６は、測定対象Ｍからマルチコアファイバ２１の第二コア２１２２に入射される蛍光を測定器５まで伝搬させるために用いられるものであり、その用途の違いにより「第二」をつけて表現されているに過ぎない。

【0055】

また、本装置１において、第二導光ファイバ６は複数設けられる、すなわち複数の光ファイバ６１に分かれて測定器５に蛍光を導かれていることが好ましい。複数の光ファイバ６１に分かれていることで、測定に必要な光の強度を確保することができるだけでなく、それぞれの光ファイバ６１において設けられる光学分割手段６２（後述）によって必要な波長範囲を選択させることが可能となる。

【0056】

また、本装置１において、第二導光ファイバ６（第二導光ファイバ６が複数の光ファイバ６１によって構成されている場合は複数の光ファイバ６１の各々）には、光学分割手段６２が設けられていることが好ましい。本装置１では、光源３から測定対象Ｍに対して照射される光に基づき蛍光が放出される。しかしながら、この蛍光には、様々な波長の光が含まれており、更には、測定対象Ｍに照射された入射光そのものも含まれる場合がある。そのため、必要な波長範囲を分割して取得するための光学分割手段６２を設けることが重要である。なお、この光学分割手段については、第二導光ファイバ６ではなく、測定器５内に設ける構成としてもよい。

【0057】

光学分割手段６２としては、上記の機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）やファイバーブラッグ回折格子（ＦＢＧ）を例示することができるがこれに限定されない。

【0058】

また、本装置１の光学分割手段６２に関し、取り出す波長範囲については適宜調整可能であり限定されるわけではないが、第二導光ファイバ６が複数の光ファイバ６１によって構成されている場合は、そのそれぞれの光学分割手段６２を異ならせる構成としてもよい。このようにすることで、広い範囲にわたって詳細な分析を行うことが可能となるといった利点がある。

【0059】

また、本装置１では、マルチコアファイバ２１と、第一導光ファイバ４及び第二導光ファイバ６は、光コネクタ７によって接続されていることが好ましい。図７、８に、光コネクタ７のイメージを示す。図７は、光コネクタ７によって接続される場合のイメージを示し、図８はその断面におけるイメージを示しておく。これらの図で示すように、光コネクタ７は、第一導光ファイバ４と第二導光ファイバ６を束ね、そのそれぞれのコアを、マルチコアファイバ２１のコア２１２と接続させるためのコネクタである。より具体的には、光コネクタ用のアダプタ７１内に、マルチコアファイバ２１が接着層７３を介して固定されたフェルール７４と、複数の第一導光ファイバ４、第二導光ファイバ６を束ねて接着層７３を介して固定されたフェルール７４、そのそれぞれのフェルール７４をアダプタ７１内の接続スリーブ７２を介して接続し、収容する光コネクタ７に設けられたキー７５を、アダプタ７１に形成されたキー溝７６に勘合させながら挿入して接続することにより実現することができる。これにより、光源３からの入射光を測定対象Ｍに、測定対象Ｍからの蛍光を測定器５に、確実に伝搬させることが可能となる。

【0060】

なお、本装置１の光コネクタ７において、第一導光ファイバ４及び第二導光ファイバ６のそれぞれにおいては、エッチング等により細線化処理を行っておくことが好ましい。一般にシングルコアの光ファイバにおいてコアの周りのクラッド２１１は厚く形成されていることが多い。一方で、本装置１で用いるマルチコアファイバ２１では一つのクラッド２１１内でコア２１２が複数設けられているため、クラッド２１１の厚さすなわちコアとコアの間の距離は比較的短い。そのため、本装置１では、第一導光ファイバ４及び第二導光ファイバ６のそれぞれにおいてエッチングなどの細線化処理を行っておくことで、マルチコアファイバ２１内のコア間の距離に調節することが有用である。

【0061】

以上、本装置１は、小型化が可能であり、微小な測定対象範囲に対しても精度よく測定することができる光測定装置となるが、具体的な動作については、下記で示す光測定方法によって明らかとなる。

【0062】

また、本装置１の上記の例では、測定対象Ｍから発せられる蛍光は、光コネクタ７によってマルチコアファイバ２１から第一導光ファイバ４、第二導光ファイバ６に伝搬されており、第二導光ファイバ６は第二コア２１２２の数に応じて複数に分岐されてそのそれぞれが測定器５に入力されている。しかし、上記の例のように、光コネクタ７から複数分岐されて延びる第二導光ファイバ６をビームスプリッタ６３によって光を一つに合波してから光学分割手段６２及び測定器５に入力させることとしてもよい。この場合のイメージを図９に示しておく。なお、ビームスプリッタ６３は、一つの光を複数に分割するために用いられる光学部材であるが、逆方向とすると複数の光を合波する素子として用いることができる。この例では、このように複数の光を合波するために使用しており、これによってマルチコアファイバ２１の複数設けられる第二コア２１２２からの光を合波し、光強度を確保することができるといった利点がある。

【0063】

（光測定方法）
本装置１を用いることで達成される本実施形態に係る光測定方法（以下「本方法」という。）は、（Ｓ１）一つのクラッド中に複数のコアを有するマルチコアファイバを備えたマルチコアプローブにおける複数のコアのうちの一部である第一コアに入射光を入射させ、マルチコアファイバから測定対象に入射光を照射し、（Ｓ２）測定対象からの蛍光を、マルチコアプローブにおける複数のコアのうちの他の一部である第二コアに入射させ、蛍光を測定するものである。

【0064】

上記の通り本方法では、まず、（Ｓ１）一つのクラッド中に複数のコアを有するマルチコアファイバを備えたマルチコアプローブにおける複数のコアのうちの一部である第一コアに入射光を入射させ、マルチコアファイバから測定対象に入射光を照射する。

【0065】

（Ｓ２）測定対象からの蛍光を、マルチコアプローブにおける複数のコアのうちの他の一部である第二コアに入射させ、蛍光を測定するものである。

【0066】

以上、本発明によって、小型化が可能であり、微小な測定対象範囲に対しても精度よく測定することができる光測定装置及び光測定方法が提供される。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明は、光測定装置及び光測定方法として産業上の利用可能性がある。

【符号の説明】

【0068】

１…光測定装置
２…マルチコアプローブ
２１…マルチコアファイバ
２１１…クラッド
２１２…コア
２１２１…第一コア
２１２２…第二コア
２２…フェルール
２３…無機ハンダ
２４…接合層
３…光源
４…第一導光ファイバ
４１…光アイソレータ
５…測定器
６…第二導光ファイバ
Ｍ…測定対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】