JP2006275993A - 蛍光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置を小型化しつつ、検出精度を向上することができる蛍光検出装置を提供する。
【解決手段】 ａ）本体と、ｂ）本体の端部に配置され、本体の端部に対向する所定位置に向けて光を照射する発光素子２と、ｃ）本体の端部に配置され、所定位置に配置された被検査物からの光を検出して検出信号を出力する受光素子４，６，８と、ｄ）発光素子２を発光させ、受光素子４，６，８からの検出信号により、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光成分を分析する計測回路と、ｅ）本体の端部に配置され、本体の端部と所定位置との間に、発光素子２と所定位置との間及び受光素子４，６，８と所定位置との間を連通する連通空間を形成するヘッド部１６とを備える。ヘッド部１６の連通空間を形成する内面１６ａが高反射率である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、蛍光検出装置に関し、詳しくは、被検査物に含まれる蛍光物質を分析する蛍光検出装置に関する。

現在、荷札やシール、包装材等の加工時にある種の蛍光物質を添加しておき、添加した蛍光物質からの蛍光の波長を読み取り、識別する技術が開発されている。例えば図１に示したように、単純なペン型の入力端子であるペン型光読取装置５２を用い、その先端５４をシールなどの被検査物５６に接近又は接触させた状態で、先端５４から光を照射し、先端５４で光を受光する。受光した光は、光ファイバを介して検出装置本体５０に送り、波長を分析する（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００２−３３２４１４号公報 特開２００２−３３６７９８号公報

このような技術を実用化するためには、添加する蛍光物質を減らし、コスト低減を図ることが必要となる。しかし、添加量が少なくなると蛍光物質による光が微弱になるので、検出精度を高める必要がある。高輝度光を照射し、受光量を増やせば、Ｓ／Ｎ比を改善し、検出精度を向上することができるが、そのためには、光源の出力増大などにより、装置が大きくなってしまう。

本発明は、かかる実情に鑑みて、装置を小型化しつつ、検出精度を向上することができる蛍光検出装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した、蛍光検出装置を提供する。

蛍光検出装置は、ａ）本体と、ｂ）前記本体の端部に配置され、前記本体の前記端部に対向する所定位置に向けて光を照射する発光素子と、ｃ）前記本体の前記端部に配置され、前記所定位置に配置された被検査物からの光を検出して検出信号を出力する受光素子と、ｄ）前記発光素子を発光させ、前記受光素子からの前記検出信号により、前記被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光成分を分析する計測回路と、ｅ）前記本体の端部に配置され、前記本体の前記端部と前記所定位置との間に、前記発光素子と前記所定位置との間及び前記受光素子と前記所定位置との間を連通する連通空間を形成するヘッド部とを備える。前記ヘッド部の前記連通空間を形成する内面が高反射率である。

上記構成において、発光素子からの光照射により、被検査物に含まれる蛍光物質により蛍光が発光する。この蛍光を受光素子で検出し、計測回路で分析する。

上記構成によれば、発光素子及び受光素子を本体の端部に配置し、被検査物が配置される所定位置までの距離をできるだけ短くすることにより、装置を小型化しつつ、被検査物への光照射量の増大と、被検査物からの受光量の増大とを図ることができる。

上記構成によれば、ヘッド部の連通空間を形成する内面が高反射率であるので、発光素子からの光束をヘッド部の連通空間の内面で反射させて、被検査物への光照射量を増加させ、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光発光量を増加させることができる。また、被検査物からの光束をヘッド部の連通空間の内面で反射させて、受光素子による受光量を増加させることができる。蛍光発光量を増加させ、受光量を増加させることによって、検出精度を向上することができる。

好ましくは、前記ヘッド部の前記連通空間は、一つの略筒状の空間である。

この場合、ヘッド部の構成が簡単になる。

好ましくは、前記ヘッド部の前記連通空間は、前記発光素子と前記所定位置との間を連通する略筒状の第１空間と、前記発光素子と前記所定位置との間を連通する略筒状の第２空間とを含む。

この場合、光を照射して分析する範囲を狭くすることができる。

好ましくは、前記本体の端部において、前記発光素子の周囲に、２以上の前記受光素子が配置される。前記発光素子は、前記所定位置に配置された前記被検査物に略垂直に光を照射する。前記受光素子は、前記所定位置に配置された前記被検査物に対して斜め方向の光を受光する。

上記構成によれば、２以上の受光素子で異なる波長成分を検出することにより、被検査物に含まれる蛍光物質が微量でも、高精度に検出することができる。例えば、受光素子の一つにより、被検査物に含まれる蛍光物質からの蛍光成分のみを検出し、他の受光素子により蛍光成分以外の成分を含む光を検出し、両者の検出結果を比較することによりノイズ成分をキャンセルし、検出精度を高めることができる。

この場合、発光素子から被検査物に略垂直に光を照射することにより、被検査物の単位面積当たりの光照射量が最大になり、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光発光量も最大になるので、受光素子の受光量が増大する。これによって、検出精度を高めることができる。

好ましくは、前記ヘッド部に装着され、前記所定位置の周囲を覆う遮光部材をさらに備える。

上記構成によれば、遮光部材により、所定位置に配置された被検査物に、外部からの光が照射されるのを防ぎ、検出精度をより高めることができる。

本発明の蛍光検出装置は、装置を小型化しつつ、検出精度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態として実施例を、図２〜図６を参照しながら説明する。

（実施例１）まず、実施例１の蛍光分析装置３０について、図２、図３及び図６を参照しながら説明する。

図２は、蛍光分析装置３０の外観図である。蛍光分析装置３０の本体３２は、表示パネル３４とスイッチ３６とが設けられている。図示していないが、本体３２の内部には、計測回路や電源電池などが配置されている。蛍光分析装置３０は、ユーザーが片手で持つことができる程度の大きさであり、携帯可能である。

蛍光分析装置３０は、本体３２の下部を被検査物（例えば、ブランド品のファスナー部分）に押し付け、スイッチ３６を押すと、遮光部材２０で覆った内側で、被検査物に発光素子からの光が照射され、被検査物からの光を受光素子で受光し、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光成分を計測回路により分析し、分析結果（例えば、ブランド品の真贋判定結果）を表示部３４に示す。

本体３２の端部３３には、図３に示すヘッドユニット１０が配置されている。図３（ａ）は底面図、（ｂ）は正面図である。

ヘッドユニット１０は、基板１２の下面１２ｔにカバー板１４が接合されている。

基板１２の上面１２ｓには、発光素子２が実装され、基板１２の下面１２ｔに３つの受光素子４，６，８が実装される。基板１２には、発光素子２の中心部分に対向する位置に、貫通孔１２ａが形成されている。発光素子２には、例えばドーム状の反射面を有するＬＥＤ素子を用いる。受光素子４，６，８には、例えばフォトダイオードを用いる。

カバー板１４には、４つの貫通孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されている。一つの貫通孔１４ａは、基板１２の貫通孔１２ａに対応して形成され、基板１２の貫通孔１２ａに連通するようになっている。他の３つの貫通孔１４ｂ，１４ｃ，１４ｄには、それぞれ、基板１２の下面１２ｔに実装された受光素子４，６，８が挿入されるようになっている。

カバーの下面１４ｔには、貫通孔１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを覆うフィルタシート４ｘ，６ｘ，８ｘと、略筒状のヘッド部材１６とが配置されている。フィルタシート４ｘ，６ｘ，８ｘは、被検査物に含まれる蛍光製物質による蛍光の波長に応じて適宜に選択すればよいが、例えばＲＧＢ三原色のフィルタを用いると汎用性が高まる。フィルタシート４ｘ，６ｘ，８ｘを用いることにより、受光素子４，６，８の特性を統一することができるが、フィルタシート４ｘ，６ｘ，８ｘをなくし、それぞれ異なる特性の受光素子４，６，８を用いるようにしてもよい。

ヘッド部材１６は、その内筒面１６ａで形成される内部空間が、カバー１４の貫通孔１４ａに連通するともに、フィルタシート４ｘ，６ｘ，８ｘを介してカバー１４の貫通孔１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対向するようになっている。ヘッド部材１６は、金属（例えばアルミニウム）で形成され、内筒面１６ａは、鏡面に仕上げ加工されている。

ヘッド部材１６の外筒面１６ｂには、矢印１９で示すように、遮光部材２０が装着される。遮光部材２０は、ヘッド部材１６の外筒面１６ｂに外嵌する筒状のベース部２２と、ベース部２２の一端から径方向外側に広がった略傘状の拡大部２４とを有する。遮光部材２０は、ゴム又は軟質プラスチックなどの弾性材料で形成され、拡大部２４が被検査物に押し付けられると、被検査物に沿って変形し、被検査物に密着するようになっている。

次に、蛍光分析装置３０の動作について説明する。

ユーザーがヘッド部材１６の先端１６ｘを被検査物に押し当ててスイッチ３６を押すと、スイッチ３６が押されている間、発光素子２が所定間隔で発光を繰り返す。発光素子２からの光は、基板１２の貫通孔１２ａ、カバー１４の貫通孔１４ａ、ヘッド部材１６の内部空間を通って、被検査物に照射される。この発光素子２からの光の照射により、被検査物の表面反射光と、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光とが、ヘッド部材１６の内部空間から、フィルタシート４ｘ，６ｘ，８ｘを介して受光素子４，６，８に達し、受光素子４，６，８は受光量に応じた検出信号を計測回路に出力する。計測回路はこの検出信号を分析し、その分析結果が表示パネル３４に表示される。

ヘッド部材１６の先端１６ｘが被検査物に押し当てられたとき、遮光部材２０の拡大部２４が被検査物に当接して広がり、被検査物に密着し、内部と外部を遮断する。これにより、外部からの光の進入が防止され、受光素子４，６，８は、発光素子２からの光照射による被検査物からの光のみを検出し、外部からの光の影響を受けない。また、発光素子２からの光が外部に漏れない。

フィルタシート４ｘ，６ｘ，８ｘを組み合わせることにより、蛍光成分の受光量と蛍光成分以外の成分の受光量とを分けて検出する。被検査物の表面反射光は残光性がないが、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光は残光性があるので、発光素子２が発光してから次に発光するまでの間の蛍光成分の受光量の時間的な変化と蛍光成分以外の成分の受光量の時間的変化とを比較することにより、被検査物に含まれる蛍光物質を検出することができる。２以上の受光素子を備えることにより、蛍光成分の受光量と蛍光成分以外の成分の受光量とを分けて検出することができる。

図６の説明図に示すように、発光素子２からは矢印２ｘで示すように、被検査物１上の一点１ｋ近傍に、光が照射され、矢印１ｓ，１ｔで示すように、この一点１ｋ近傍からの光を受光素子４（図示せず），６，８で検出する。このとき、発光素子２の光軸２ｓは被検査物１に対して略垂直であり、被検査物１上の一点１ｋ近傍への単位面積当たりの光照射量が最大になる。一方、受光素子４（図示せず），６，８の光軸４ｓ（図示せず），６ｓ，８ｓは被検査物１に対して斜めに傾いている。

好ましくは、受光素子４（図示せず），６，８の感度特性は、符号４ｋ（図示せず），６ｋ，８ｋのように、光軸４ｓ（図示せず），６ｓ，８ｓ方向で最大になるようにする。これによって、被検査物１上の一点１ｋ近傍の光照射部分からの光を、高感度に検出する。

蛍光分析装置３０は、発光素子２及び受光素子４，６，８を本体３２の端部３３に配置し、被検査物が配置される所定位置までの距離をできるだけ短くすることにより、装置を携帯可能なサイズまで小型化しつつ、被検査物への光照射量の増大と、被検査物からの受光量の増大とを図ることができる。

ヘッド部材１６の内筒面１６ａが高反射率であるので、発光素子２からの光束を内筒面１６ａで反射させ、被検査物への光照射量を増加させ、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光発光量を増加させることができる。また、被検査物からの光束を、内筒面１６ａで反射させて受光素子４，６，８による受光量を増加させることができる。蛍光発光量を増加させ、受光量を増加させることによって、検出精度を向上することができる。例えば、ヘッド部材１６の内筒面１６ａを黒色から鏡面にすることで、蛍光成分のゲインが２０ｄＢ程度改善され、検出精度（分解能）を向上することができる。

（実施例２）次に、実施例２の蛍光分析装置について、図４及び図５を参照しながら説明する。

実施例２の蛍光分析装置は、実施例１の蛍光分析装置３０と略同様に構成される。以下では、実施例１の蛍光分析装置３０との相違点を中心に説明し、実施例１と同一の構成部分には実施例１と同じ符号を用いる。

図４に示すように、実施例２の蛍光分析装置３０は、ヘッドユニット１０ａ、特にヘッド部材１８の構成が、実施例１とは異なる。図４（ａ）はヘッドユニット１０ａの底面図、（ｂ）はヘッドユニット１０ａの正面図、（ｃ）はヘッド部材１８の平面図である。

ヘッド部材１８には、４つの貫通孔１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが形成されている。

一つの貫通孔１８ｂは、ヘッド部材１８の中心に、カバー板１４の貫通孔１４ａ（図３参照）に対応して形成され、カバー板１４の貫通孔１４ａ（図３参照）に連通するようになっている。

他の３つの貫通孔１８ｃ，１８ｄ，１８ｅは、それぞれ、カバー板１４の貫通孔１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ（図３参照）に連通するようになっている。カバー板１４には、実施例１と同様にフィルタシートを設けてもよい。３つの貫通孔１８ｃ，１８ｄ，１８ｅは、貫通孔１８ｂのまわりに貫通孔１８ｂに対して傾いて形成され、ヘッド部材１８の先端１８ｔ近傍で貫通孔１８ｂに連通するようになっている。

ヘッド部材１８は、金属（例えばアルミニウム）で形成し、４つの貫通孔１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの内面は、それぞれ、鏡面に仕上げ加工されている。

ヘッド部材１８は、基部側１８ａが円筒形状であり、先端側１８ｓが円錐台形状であり、先端面１８ｔが小さく、被検査物に光を照射する範囲が狭くなっている。そのため、光を被検査物の狭い範囲を分析することができる。ヘッド部材１８の外筒面１８ａには、矢印１９ａで示すように、実施例１と同様、遮光部材２０のベース部２２が外嵌するようになっている。

図５（ａ）に示すように、ヘッド部材１８の先端側１８ｓに、弾性材料の遮光部材２６を固定してもよい。

また、図５（ｂ）に示すように、段面１７ｓを有するヘッド部材１７を用い、先端側１７ｂに、Ｏリング状の遮光部材２８を設けてもよい。

実施例２の蛍光分析装置は、ヘッド部材１８の貫通孔１８ｂの内面が高反射率であるので、発光素子２からの光束をヘッド部材１８の貫通孔１８ｂの内面で反射させて、被検査物への光照射量を増加させ、被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光発光量を増加させることができる。また、ヘッド部材１８の貫通孔１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの内面が高反射率であるので、被検査物からの光束を貫通孔１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの内面で反射させて、受光素子４，６，８による受光量を増加させることができる。蛍光発光量を増加させ、受光量を増加させることによって、検出精度を向上することができる。

なお、本発明の蛍光検出装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。

例えば、ヘッド部材１６の内筒面１６ａや貫通孔１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの内面は、高反射率であればよく、鏡面に限らず、白色の拡散面などであってもよい。

蛍光分析装置の説明図である。（従来例） 蛍光分析装置の外観図である。（実施例１） 蛍光分析装置の（ａ）底面図、（ｂ）要部正面図である。（実施例１） 蛍光分析装置の（ａ）底面図、（ｂ）要部正面図、（ｃ）要部平面図である。（実施例２） 蛍光分析装置の要部断面図である。（変形例） 蛍光分析装置の要部拡大構成図である。（実施例１）

符号の説明

２ 発光素子
４，６，８ 受光素子
１６ ヘッド部材（ヘッド部）
１６ａ 内筒面（内面）
１８ ヘッド部材（ヘッド部）
１８ｂ 貫通孔（第１空間）
１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ 貫通孔（第２空間）
２０ 遮光部材
３０ 蛍光分析装置
３２ 本体

Claims (5)

1. 本体と、
   前記本体の端部に配置され、前記本体の前記端部に対向する所定位置に向けて光を照射する発光素子と、
   前記本体の前記端部に配置され、前記所定位置に配置された被検査物からの光を検出して検出信号を出力する受光素子と、
   前記発光素子を発光させ、前記受光素子からの前記検出信号により、前記被検査物に含まれる蛍光物質による蛍光成分を分析する計測回路と、
   前記本体の端部に配置され、前記本体の前記端部と前記所定位置との間に、前記発光素子と前記所定位置との間及び前記受光素子と前記所定位置との間を連通する連通空間を形成するヘッド部とを備え、
   前記ヘッド部の前記連通空間を形成する内面が高反射率であることを特徴とする、蛍光検出装置。
2. 前記ヘッド部の前記連通空間は、一つの略筒状の空間であることを特徴とする、請求項１に記載の蛍光検出装置。
3. 前記ヘッド部の前記連通空間は、
   前記発光素子と前記所定位置との間を連通する略筒状の第１空間と、
   前記発光素子と前記所定位置との間を連通する略筒状の第２空間とを含むことを特徴とする、請求項１記載の蛍光検出装置。
4. 前記本体の端部において、前記発光素子の周囲に、２以上の前記受光素子が配置され、
   前記発光素子は、前記所定位置に配置された前記被検査物に略垂直に光を照射し、
   前記受光素子は、前記所定位置に配置された前記被検査物に対して斜め方向の光を受光することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の蛍光検出装置。
5. 前記ヘッド部に装着され、前記所定位置の周囲を覆う遮光部材をさらに備えたことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の蛍光検出装置。

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