光學元件、透過探針、試樣容器、光學裝置以及液浸透過測定方法
【專利摘要】光學元件(10)具有：主體(110)，其由透光材料構(gòu)成，包含圓弧狀的光路；以及空隙(111)，其形成于所述主體(110)中的所述圓弧狀的光路上。本光學元件(10)例如在液浸透過測定中進行使用。根據(jù)本光學元件(10)，在將光向空隙內(nèi)的試樣液進行照射而實施透過測定時，能夠使試樣液容易浸入空隙中。
【專利說明】
光學元件、透過探針、試樣容器、光學裝置以及液浸透過測定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開涉及光學元件、透過探針、試樣容器、光學裝置以及液浸透過測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透過探針在對溶液的光吸收特性以及透過特性等進行測定時使用。透過探針具有將來自光源的光向溶液進行照射的功能、以及使透過了溶液的光進行反射而返回的功能。在使用透過探針的液浸透過測定中，例如，如圖11所示，經(jīng)由光纖等光傳輸路徑320，將透過探針(液浸探針)300與分光裝置310連接。將透過探針300直接浸入試樣容器330內(nèi)的試樣液340 中。
[0003]在光傳輸路徑320上，有時照射光和透過了試樣液340的測定光二者使用I條光路而進行傳輸。但是，通常，照射光和測定光的光路是分開的。另外，存在照射預(yù)先進行分光而得到的光的前分光方式、和照射白色光而對測定光進行分光的后分光方式。
[0004]圖12A及12B是表示現(xiàn)有的透過探針的結(jié)構(gòu)例的圖。在圖12A所示類型的透過探針中，照射光I次在I個方向透過試樣液。在圖12B所示類型的透過探針中，照射光2次透過試樣液(進行往返)。圖12B所示類型的透過探針也稱為透過反射探針。
[0005]為了使液浸透過測定變得容易，任意類型的透過探針均具有棒狀的形狀。在兩類透過探針的側(cè)面，形成有使光透過的空隙307。試樣液注入空隙307中。這些透過探針具有:連接器301，其經(jīng)由光傳輸路徑320而與分光裝置310連接;照射用光傳輸路徑302，其對來自連接器301的照射光進行引導；測定用光傳輸路徑303，其將測定光引導至連接器301;透鏡等光學系統(tǒng)304;窗305，其配置于空隙307的上下；以及反射器306。
[0006]在圖12A所示的類型中，使用棱鏡型的反射器306。在圖12B所示的類型中，作為反射器306而使用平面鏡。在圖12B所示的類型中，光2次透過試樣液。因此，如果是相同的規(guī)格，則12B所示類型的透過探針中的空隙307的寬度(試樣通路)成為圖12A所示類型的透過探針中的空隙307的寬度的一半。作為照射用光傳輸路徑302以及測定用光傳輸路徑303，能夠使用光纖等。
[0007]本領(lǐng)域中的參考技術(shù)例如在日本特開2009 — 250825號公報中公開。
[0008]被試樣液進行了光吸收的量與試樣通路的大小相對應(yīng)。因此，與試樣液的光吸收特性等相應(yīng)地，確定出試樣通路的適當?shù)闹怠＠?，在試樣液具有針對照射光的高光吸收度的情況下，使試樣通路減小。具體地說，在使用大約2μπι波長的光，對水進行分光分析的情況下，在大多數(shù)情況下，能夠使用具有Imm左右的試樣通路的透過探針。
[0009]另外，根據(jù)耐熱及耐壓等機械條件，透過探針的直徑為20mm左右。關(guān)于空隙307的深度，為了確保試樣液中的光的透過區(qū)域，通常大于透過探針的半徑。
[0010]在空隙307的試樣通路較短的情況下，如果使空隙307變深，則試樣液變得難以進入空隙307中。如果試樣液難以進入空隙307中，則在測定時，有時空隙307中未充滿試樣液。在該情況下，測定精度可能會下降。另外，例如在對反應(yīng)中的試樣液進行測定的情況下，如果試樣液駐留在空隙307中，空隙307內(nèi)的試樣液未被更換，則難以得到試樣液的最新狀態(tài)(測定值)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]本公開的目的之一是，在向空隙內(nèi)的試樣液照射光而實施透過測定時，使試樣液容易向空隙中浸入。
[0012]本公開的一種方式所涉及的光學元件(本光學元件)具有:主體，其由透光材料構(gòu)成，包含圓弧狀的光路；以及空隙，其形成于所述主體中的所述圓弧狀的光路上。
[0013]在本光學元件中，所述空隙也可以具有切口狀。
[0014]在本光學元件中，所述主體也可以具有半圓板狀。
[0015]本光學元件也可以還具有凸緣部，其設(shè)置于所述半圓板狀的主體的直徑部分處。
[0016]在本光學元件中，所述主體也可以具有半球狀。
[0017]本光學元件也可以還具有斜面或者曲面(圓角)，其形成于所述空隙的切口側(cè)的一個角處。
[0018]本公開的一種方式所涉及的透過探針具有:本光學元件，照射用光傳輸路徑，其以使照射光在所述光學元件的所述光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出；以及測定用光傳輸路徑，其對通過所述光學元件的所述空隙而從所述光路射出的返回光進行受光而作為測定光。
[0019]本公開的一種方式所涉及的試樣容器具有本光學元件、和安裝有所述光學元件的內(nèi)表面。
[0020]本公開的一種方式所涉及的光學裝置安裝于所述試樣容器處，具有:照射用光傳輸路徑，其以使照射光在所述光學元件的所述光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出；以及測定用光傳輸路徑，其對通過所述光學元件的所述空隙而從所述光路射出的返回光進行受光而作為測定光。
[0021]本公開的一種方式所涉及的液浸透過測定方法包含:將本光學元件安裝于試樣容器的內(nèi)表面處;從所述試樣容器的外部，以使照射光在所述光學元件的所述光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出；以及對通過所述光學元件的所述空隙而從所述光路射出的返回光進行受光而作為測定光。
[0022]本光學元件例如在液浸透過測定中使用。根據(jù)本光學元件，在向空隙內(nèi)的試樣液照射光而實施透過測定時，能夠使試樣液容易向空隙中浸入。
【附圖說明】
[0023]圖1表示本實施方式的第I實施例所涉及的透過探針用光學元件。
[0024]圖2表示所述透過探針用光學元件中的、沿半圓周的光傳輸。
[0025]圖3A及B表示所述透過探針用光學元件中的照明光的射入、以及測定光的射出。
[0026]圖4表示具有所述透過探針用光學元件的透過探針。
[0027]圖5A及5B表示安裝有所述透過探針用光學元件的試樣容器。
[0028]圖6表示具有凸緣部的透過探針用光學元件。
[0029]圖7表示具有形成于空隙的斜面的透過探針用光學元件。
[0030]圖8表示本實施方式的第2實施例所涉及的透過探針用光學元件。
[0031]圖9表示所述透過探針用光學元件中的照明光的射入、以及測定光的射出。
[0032]圖10表示透過探針用光學元件的變形例。
[0033]圖11表示使用透過探針的分光分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0034]圖12A及12B表示現(xiàn)有的透過探針的結(jié)構(gòu)例。
[0035]標號的說明
[0036]100…透過探針，1I…連接器，102…照射用光傳輸路徑，103…測定用光傳輸路徑，104…光學系統(tǒng)，110…透過探針用光學元件，111…空隙，115…凸緣部，120…透過探針用光學兀件，121…空隙，130…試樣容器，131…引導部件，140…光學系統(tǒng)，141…照射用光傳輸路徑，142…測定用光傳輸路徑，143…引導部件
【具體實施方式】
[0037]在如下的詳細說明中，為了進行說明，詳盡地解釋了諸多具體細節(jié)，以提供對公開的實施例的深入理解。然而，一個或多個實施例當然也能夠省略這些具體細節(jié)而進行實施。在其他例子中，示意性地示出公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以簡化附圖。
[0038]關(guān)于本公開的實施方式，參照附圖進行說明。圖1表示本實施方式的第I實施例所涉及的透過探針用光學元件10。如本圖所示，透過探針用光學元件10具有主體110。主體110形成為具有厚度t的半圓板狀。透過探針用光學元件10在主體110的半圓周上的一部分處具有用于試樣液進行浸入的切口狀的空隙111。
[0039]空隙111的兩壁形成為與空隙111的中間位置處的、半圓周的切線大致垂直?？障?11的底是任意形狀即可。在本例中，空隙111形成于半圓周上的中間點。也可以取代這種構(gòu)造而在半圓周上的其他部位形成空隙111。
[0040]透過探針用光學元件10的主體110由使在測定中使用的光透過的材料形成。作為該材料，例如能夠使用石英玻璃、金剛石、藍寶石。作為該材料，也可以使用作為非晶性樹脂的PCTFE(聚氯三氟乙烯)等氟類塑料。該材料適用于作為在測定中使用的光而使用近紅外線的情況。當然，也可以使用其他材料。
[0041]相對于上述透過探針用光學元件10的主體110，如圖2所示，如果將光從與半圓的直徑部分大致垂直的方向而向該直徑部分的端部A射入，則光一邊在半圓周的內(nèi)側(cè)重復進行全反射，一邊沿圓周的圓弧(圓弧狀的光路)行進，跨越空隙111，進一步沿圓周行進，從相反側(cè)的端部B射出。即，透過探針用光學元件10的主體110具有圓弧狀的光路?？障?11形成于主體110中的圓弧狀的光路上。
[0042]此外，在由石英玻璃形成透過探針用光學元件10的主體110、假設(shè)相當于試樣液的外部的物質(zhì)為水的情況下，如果光的入射角(與垂直于透過探針用光學元件10的主體110的、半圓的直徑部分的方向所成的角度)小于或等于10°左右，則光能夠傳輸至端部B。該情況能夠使用表示臨界角的公式，通過計算予以確認。
[0043]因此，例如，如圖3A所示，通過以使光與半圓的直徑部分大致垂直而向端部A進行射入的方式，對照射用光傳輸路徑102的出射端進行配置、以及將測定用光傳輸路徑103的入射端配置于端部B，從而能夠使來自照射用光傳輸路徑102的照射光通過空隙111、以及使通過了空隙111的光(測定光)被引導至測定用光傳輸路徑103。
[0044]在透過探針用光學元件10的主體110處，光沿圓周內(nèi)側(cè)行進。因此，即使將空隙111形成得極淺，光也能夠通過空隙111。因此，通過將透過探針用光學元件10應(yīng)用于透過探針的頭部，從而能夠以簡單的結(jié)構(gòu)，使試樣液向空隙111中浸入變得容易。
[0045]此外，在端部A處，優(yōu)選光向盡可能接近圓周的位置進行入射。另外，透過探針用光學元件10的主體110的厚度t(參照圖1)大約為入射光的直徑是有效的。因此，透過探針用光學元件10的主體110的厚度t也可以與作為照射用光傳輸路徑102而使用的光纖的直徑是相同程度。
[0046]或者，如圖3B所示，也可以使來自照射用光傳輸路徑102的照射光經(jīng)由包含透鏡等在內(nèi)的光學系統(tǒng)104而向主體110的端部A入射。并且，也可以使通過了空隙111的光(測定光)從主體110的端部B經(jīng)由光學系統(tǒng)104而被引導至測定用光傳輸路徑103。照射用光傳輸路徑102側(cè)的光學系統(tǒng)104也可以構(gòu)成為對照射光進行聚光并引導至端部A。在來自照射用光傳輸路徑102的照射光如激光所示是直行性高的光的情況下，光學系統(tǒng)104也可以將照射光作為平行光而引導至端部A。
[0047]也可以在透過探針用光學元件10的主體110的除了空隙111部分(包含空隙111的兩壁在內(nèi))的、半圓周的弧面及兩側(cè)面，實施用于對在測定中使用的光進行反射的涂層。作為涂層劑，例如能夠使用銀、金、銅、鋅、鋁、以及鉀。
[0048]如圖4所示，上述透過探針用光學元件10能夠作為透過探針100的部件進行使用。透過探針100具有透過探針用光學元件10、以及透過探針100的主體所包含的連接器101、照射用光傳輸路徑102、以及測定用光傳輸路徑103。連接器101經(jīng)由光傳輸路徑而與分光裝置連接。
[0049]照射用光傳輸路徑102對來自連接器101的照射光進行引導。即，照射用光傳輸路徑102以使照射光在透過探針用光學元件10的圓弧狀的光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向透過探針用光學元件10射出。即，照射用光傳輸路徑102使照射光與半圓的直徑部分大致垂直而向主體110的端部A進行入射。
[0050]測定用光傳輸路徑103將測定光向連接器101進行引導。即，測定用光傳輸路徑103對通過透過探針用光學元件10的空隙111、從透過探針用光學元件10的圓弧狀的光路射出的返回光進行受光而作為測定光。
[0051]透過探針用光學元件10安裝于透過探針100的主體的前端。通過將透過探針用光學元件10浸入試樣液中，從而能夠進行分光分析。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)使試樣液能夠容易地浸入空隙中的透過探針100。
[0052]如上所述，圖4所示的透過探針100，在透過探針用光學元件10的主體110和照射用光傳輸路徑102之間、和/或透過探針用光學元件10的主體110和測定用光傳輸路徑103之間，也可以插入包含透鏡等在內(nèi)的光學系統(tǒng)104。
[0053]或者，如圖5A所示，也可以將透過探針用光學元件10安裝于試樣容器130的內(nèi)側(cè)(內(nèi)表面，例如底面)。在該情況下，通過將具有照射用光傳輸路徑141和測定用光傳輸路徑142的光學裝置140配置于試樣容器130的外部，從而能夠進行試樣容器130內(nèi)的試樣液的分光分析。透過探針用光學元件10的安裝位置(安裝透過探針用光學元件10的試樣容器130的內(nèi)表面)可以是試樣容器130的底面，也可以是側(cè)面。
[0054]在該情況下，成為光學裝置140的定位部件的引導部件131也可以形成于試樣容器130處。該引導部件131出于下述目的而設(shè)置，S卩，使得來自照射用光傳輸路徑141的照射光能夠入射至透過探針用光學元件10的主體110的適當?shù)奈恢茫约笆沟脧耐高^探針用光學元件1的主體110射出的測定光能夠入射至測定用光傳輸路徑142。
[0055]此外，如圖5B所示，具有與引導部件131相同的功能的定位用的引導部件143也可以設(shè)置于光學裝置140處。
[0056]安裝有透過探針用光學元件10的試樣容器130，例如在滅菌的狀態(tài)下流通。該試樣容器130例如適宜于以I次性使用為目的的生化學用途、以及危險化學物質(zhì)的測定用途。
[0057]使用上述的試樣容器130的液浸透過測定方法還能夠表現(xiàn)為下述方式。即，該方法包含:將透過探針用光學元件10安裝于試樣容器130的內(nèi)表面處;從試樣容器130的外部，以使照射光在透過探針用光學元件10的光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向透過探針用光學元件10射出；以及對通過透過探針用光學元件10的空隙111、從光路射出的返回光進行受光而作為測定光。
[0058]另外，如圖6所示，為了使透過探針用光學元件10的操作容易，也可以在透過探針用光學元件10的主體110的直徑部分處形成凸緣部115。即，透過探針用光學元件10也可以還具有設(shè)置于半圓板狀的主體110的直徑部分處的凸緣部115。使用者能夠利用凸緣部115而對透過探針用光學元件10進行保持或者進行固定等。凸緣部115可以作為光路的一部分而形成，也可以(以避開光路的方式)形成于光路外。
[0059]如圖7所示，也可以在空隙111的切口側(cè)的一個角116處形成斜面或者曲面(圓角)。即，透過探針用光學元件10也可以還具有在空隙111的切口側(cè)的一個角處形成的斜面或者曲面。由此，能夠減少從空隙111射出的照射光向外周方向的散射量。其結(jié)果，能夠使測定光量增多。
[0060]下面，說明本實施方式的第2實施例。圖8表示本實施方式的第2實施例所涉及的透過探針用光學元件20。如本圖所示，透過探針用光學元件20具有主體120。主體120形成為具有半球狀。在透過探針用光學元件20的主體120中的半球面上的一部分處，形成有用于使試樣液浸入的切口狀的空隙121。
[0061]空隙121的兩壁形成為與空隙121的中間位置處的、半球面上的切平面大致垂直?？障?21的底是任意形狀即可。在本例中，空隙121形成于半球的頂點。也可以取代這種構(gòu)造而在半球面上的其他部位形成空隙121。
[0062]相對于上述透過探針用光學元件20的主體120，如圖9所示，如果從與半球的平面大致垂直的方向?qū)⒐庀虬肭虻钠矫?、和與空隙121的壁正交的平面(光路平面)相交而成的線段的端部A進行入射，則光一邊在半球的內(nèi)側(cè)重復進行全反射，一邊在光路平面附近沿半球面的圓弧(圓弧狀的光路)行進，跨越空隙121，進而沿半球面行進，從相反側(cè)的端部B射出。即，透過探針用光學元件20的主體120具有圓弧狀的光路。空隙121形成于主體120中的圓弧狀的光路上。
[0063]因此，與第I實施例同樣地，通過以使光與半球的平面大致垂直而向端部A進行入射的方式，對照射用光傳輸路徑的出射端進行配置、以及將測定用光傳輸路徑的入射端配置于端部B，從而能夠使來自照射用光傳輸路徑的照射光通過空隙121、以及將通過空隙121的光(測定光)向測定用光傳輸路徑進行引導。
[0064]在透過探針用光學元件20的主體120處，光沿半球內(nèi)側(cè)行進。因此，即使空隙121形成得極淺，光也能夠通過空隙121部分。因此，通過將透過探針用光學元件20應(yīng)用于透過探針的頭部，從而能夠以簡單的結(jié)構(gòu)，使試樣液容易浸入。
[0065]第2實施例所涉及的透過探針用光學元件20的主體120的材料、使用方式、變形例等與第I實施例所涉及的透過探針用光學元件10相同。此外，透過探針用光學元件20的主體120也可以不具有嚴格的半球形狀。特別地，除了光路平面以外的部位是任意形狀即可。
[0066]在上述的第I實施例中，切口狀的空隙111形成為具有規(guī)定的深度。也可以取代這種構(gòu)造，如圖10所示，使空隙111貫穿至相反側(cè)的表面(直線部分)為止。即，空隙111也可以是貫穿槽狀，而非切口狀。在該情況下，透過探針用光學元件10的主體110由空隙111分割為2部分。在第2實施例中，同樣地，空隙121也可以貫穿至相反側(cè)的表面(半球的平面)為止。即，空隙121也可以是孔狀或者貫穿槽狀，而非切口狀。在該情況下，透過探針用光學元件20的主體120也可以由空隙121分割為2部分。
[0067]本公開的實施方式也可以說涉及下述技術(shù)，S卩，在將光向空隙內(nèi)的試樣液進行照射而進行透過測定時，用于使試樣液容易向空隙中浸入。
[0068]如圖6所示，為了使透過探針用光學元件10容易操作，也可以在側(cè)面方向形成凸緣部115。
[0069]在第2實施例中，也可以說，相對于透過探針用光學元件20的主體120，如圖9所示，如果將光從半球的平面、和與空隙121的壁成直角而相交的平面(光路平面)相交而成的線段的端部A向與半球的平面垂直的方向進行入射，則一邊在半球的內(nèi)側(cè)重復進行全反射，一邊在光路平面附近沿半球面行進，跨越空隙121，進而沿半球面行進，從相反側(cè)的端部B射出。
[0070]本公開的實施方式也可以是以下的第I?第3的在液浸透過測定中使用的光學元件(光學元件)、第I透過探針、第I試樣容器、第I光學裝置以及第I液浸透過測定方法。
[0071]第I光學元件是半圓板狀的透光材料，其特征在于，在半圓周上的一部分處形成有切口狀的空隙。
[0072]第2光學元件是半球狀的透光材料，其特征在于，在半圓球面上的一部分處形成有切口狀的空隙。
[0073]第3光學元件的特征在于，在第I或者第2光學元件中，在所述空隙的切口側(cè)的一個角處，形成有斜面或者圓角。
[0074]第I透過探針的特征在于，第I?第3中的任一個光學元件安裝于前端部，以使照射光在所述光學元件的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出，將跨越了所述空隙的來自所述光學元件的返回光作為測定光而進行入射。
[0075]第I試樣容器的特征在于，將第I?第3中的任一個光學元件安裝于內(nèi)表面。
[0076]第I光學裝置的特征在于，安裝于第I試樣容器，以使照射光在所述光學元件的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出，將跨越了所述空隙的來自所述光學元件的返回光作為測定光而進行入射。
[0077]第I液浸透過測定方法的特征在于，具有下述步驟，S卩:將第I或第2光學元件安裝于試樣容器的內(nèi)表面;從所述試樣容器的外部，以使照射光在所述光學元件的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出；以及將跨越了所述空隙的來自所述光學元件的返回光作為測定光而進行入射。
[0078]根據(jù)這些第I?第3光學元件、第I透過探針、第I試樣容器、第I光學裝置以及第I液浸透過測定方法，在將光向空隙內(nèi)的試樣液進行照射而進行透過測定時，能夠使試樣液容易向空隙中浸入。
[0079]出于說明目的，進行了上述詳細說明。根據(jù)上述講述，能夠進行許多修改和變化。無意于將所描述的主題限制于所公開的具體形式。雖然使用特定的結(jié)構(gòu)特征和/或方法行為的語言對主題進行了描述，但應(yīng)該理解為，在隨附的權(quán)利要求書中定義的主題不一定限于上述的具體特征或行為。相反，上述的具體特征和行為作為實施此處隨附的權(quán)利要求書的形式的例子而進行了公開。
【主權(quán)項】
1.一種光學元件，其具有: 主體，其由透光材料構(gòu)成，包含圓弧狀的光路；以及 空隙，其形成于所述主體中的所述圓弧狀的光路上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學元件，其中， 所述空隙具有切口狀。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學元件，其中， 所述主體具有半圓板狀。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學元件，其中， 還具有凸緣部，其設(shè)置于所述半圓板狀的主體的直徑部分處。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學元件，其中， 所述主體具有半球狀。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學元件，其中， 還具有斜面或者曲面，其形成于所述空隙的切口側(cè)的一個角處。7.—種透過探針，其具有: 權(quán)利要求1?6中任I項所述的光學元件； 照射用光傳輸路徑，其以使照射光在所述光學元件的所述光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出；以及 測定用光傳輸路徑，其對通過所述光學元件的所述空隙而從所述光路射出的返回光進行受光而作為測定光。8.一種試樣容器，其具有: 權(quán)利要求1?6中任一項所述的光學元件；以及 安裝有所述光學元件的內(nèi)表面。9.一種光學裝置，其安裝于權(quán)利要求8所述的試樣容器處，具有: 照射用光傳輸路徑，其以使照射光在所述光學元件的所述光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出；以及 測定用光傳輸路徑，其對通過所述光學元件的所述空隙而從所述光路射出的返回光進行受光而作為測定光。10.一種液浸透過測定方法，其包含: 將權(quán)利要求1?6中任一項所述的光學元件安裝于試樣容器的內(nèi)表面處； 從所述試樣容器的外部，以使照射光在所述光學元件的所述光路的內(nèi)表面處進行全反射的方式，將照射光向所述光學元件射出；以及 對通過所述光學元件的所述空隙而從所述光路射出的返回光進行受光而作為測定光。
【文檔編號】G01N21/59GK105974511SQ201610084550
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年2月14日
【發(fā)明人】鈴木泰幸, 中村幸弘, 生田目哲志
【申請人】橫河電機株式會社