JP2021001766A - 光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯可能な程度に小型で高性能な測定が可能な光測定装置を提供する。【解決手段】光測定装置１０は、固相抽出された試料３０の光測定を行う。光測定装置１０は、光照射部１１と、光照射部から放出される光が照射された試料から放出される反射光を受光する受光部１２と、試料と受光部との間に配置され、反射光を受光部に導光する受光用導光路１３ａと、受光用導光路を、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂により包囲する包囲部材と、を有する受光用導光部１３と、を備える。そして、光照射部から試料に放出される光の光軸Ｌｐと、受光用導光路により受光部に導光される光の光軸Ｌｒとのなす角が所定の角度θに設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、固相抽出された試料に対して光測定を行う光測定装置に関する。

試料（特に固体試料）に照射光を照射して、当該試料からの反射光を測定する光学測定技術は、例えば表色値測定（例えば、ＣＩＥ表色系に基づく表色値測定）や、拡散反射測定（例えば、固体の吸収スペクトル測定）等に広く用いられている。

物体（試料）の色は、照明光特性や試料の分光反射率のみに依存しない。観察する方向あるいは物体に対する照明方向が変わると、視覚的に色が変化して見える。
このことを踏まえ、表色値測定（ＣＩＥ表色系に基づく表色値測定）においては、照明及び受光の幾何学的条件が定められている。当該幾何学的条件は、ＪＩＳ Ｚ ８７２２：２００９に定められており、従来の光学測定器においては、上記ＪＩＳで規定された幾何学条件に基づく配置（ＪＩＳ配置）を採用して表色値測定や固体の吸収スペクトル測定を行っている。

一方、光照射された試料からの反射光の測定を利用した光分析は、上記したような表色値測定、固体の吸収スペクトル測定以外にも適用可能である。
例えば、メンブレンフィルタ等の固相抽出フィルタ（ＳＰＥフィルタ：solid phase extraction）により測定対象試料を固相抽出し、固相抽出された試料に光照射して当該試料からの反射光を測定する分析方法がある。
例えば特許文献１には、アンチモンイオンをメンブレンフィルタ等のフィルタにより抽出し、分光色差計を用いて、アンチモンイオンを抽出したフィルタに光照射して当該フィルタからの反射光を測定する例が開示されている。この技術は、フィルタで抽出したアンチモンイオンの反射吸光度（フィルタの着色度合）と試料溶液中のアンチモン錯体濃度との関係がほぼ線形であることを利用して、アンチモンイオン濃度を分析する技術である。なお、この特許文献１に開示された方法においては、分光色差計を用いて反射吸光度を測定しているので、上記したＪＩＳ配置に基づき測定しているものと推察される。

さらに、非特許文献１には、モリブデンブルー（ＭＢ）としてヒ素をメンブレンフィルタ等のフィルタにより抽出し、ＭＢを抽出したフィルタに光照射して当該フィルタからの反射光を測定する例が開示されている。この技術は、投光用のファイバから試料に光照射し、試料からの反射光を、投光用ファイバを中心とした同軸円上に配置した受光ファイバを介して測定する技術である。この非特許文献１に開示された方法においても、試料に照射した光の反射吸収を利用して、測定試料の定量を行っている。

特開２００４−２５７８０６号公報

Ｙ．ＨＡＳＥＧＡＷＡ、外２名、"Ｏｎ−ｓｉｔｅ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｃｅ Ａｒｓｅｎｉｃ ｂｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ ｏｆ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｂｌｕｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｏｎ ａ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｉｌｔｅｒ"、ＡＮＡＬＹＴＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥＳ ＪＵＬＹ ２０１７、ＶＯＬ.３３、ｐ．８５９−８６２

しかしながら、上記のＪＩＳ配置を採用した光測定装置の場合、規定された幾何学条件を満たすためには装置構成が複雑となり、装置が大型化する。
さらに、発明者が調査した結果、固相抽出フィルタで抽出された試料に対して光を照射し、その反射光を測定する場合に、上記のＪＩＳ配置を採用すると、線形であるべき光応答特性が、試料濃度が高い領域では非線形の特性を示し、測定精度が低下してしまうことがわかった。
また、上記非特許文献１に記載された技術の場合、ファイバからの拡散光が試料に照射されるので、試料により反射される反射光の強度が弱くなり、十分な強度の反射光を得られないという課題もある。

そこで、本発明は、携帯可能な程度に小型で高性能な測定が可能な光測定装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る光測定装置の一態様は、固相抽出された試料の光測定を行う光測定装置であって、光照射部と、前記光照射部から放出される光が照射された前記試料から放出される反射光を受光する受光部と、前記試料と前記受光部との間に配置され、前記反射光を前記受光部に導光する受光用導光路と、前記受光用導光路を、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂により包囲する包囲部材と、を有する受光用導光部と、を備え、前記光照射部から前記試料に放出される光の光軸と、前記受光用導光路により前記受光部に導光される光の光軸とのなす角が所定の角度に設定されている。
これにより、簡易な構成で、特定の反射角の光を直進光として取り出して受光部で受光することができる。また、このとき特定の反射角の光を、ノイズ光成分（外光、迷光）をほぼカットして受光部にて受光することができる。したがって、装置の小型化と高精度な測定とを実現することができる。

また、上記の光測定装置において、前記光照射部から前記試料に放出される光の光軸方向、もしくは前記受光用導光路により前記受光部に導光される光の光軸方向が、前記試料の光照射面の法線方向と一致しており、前記所定の角度が、０°よりも大きく４５°未満であってもよい。
この場合、光照射部からの光が照射された試料により反射された正反射光に近い方向に進む反射光を測定することができる。固相抽出された試料の内部における光の反射や再吸収の影響が少なく、試料濃度に対してほぼ線形な特性を示す光を測定光とすることができるので、高精度な測定が可能となる。

さらに、上記の光測定装置において、前記光照射部と前記試料との間に配置され、前記光照射部から放出される光を前記試料に導光する投光用導光路と、前記投光用導光路を、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂により包囲する包囲部材と、を有する投光用導光部をさらに備え、前記光照射部から前記試料に放出される光の光軸は、前記投光用導光路の光軸であってもよい。
このように、投光用導光部を備えることで、光照射部から試料への照射光を直進光とすることができる。これにより、より適切な光測定が可能となる。

また、上記の光測定装置において、前記受光用導光部と前記投光用導光部とが一体的に構成されており、前記受光用導光路と前記投光用導光路とは共通の前記包囲部材により包囲されていてもよい。この場合、受光用導光路と投光用導光路との位置決めが容易となる。
さらに、上記の光測定装置において、前記受光用導光路の光軸と前記投光用導光路の光軸とが前記所定の角度となるように、前記受光用導光部と前記投光用導光部とを位置決めする位置決め部材をさらに備えていてもよい。この場合、各導光部を、導光路の光軸が導光部の軸に一致する簡単な構成とすることができ、各導光部の製造が容易となる。
また、上記の光測定装置において、前記受光用導光部と前記投光用導光部とは、それぞれ外形が四角柱状であってよい。この場合、楔形形状の位置決め部材を用いて容易に受光用導光部と投光用導光部との位置決めが可能となる。

さらにまた、上記の光測定装置において、前記受光用導光路は、前記光照射部から放出される光を前記試料に導光するとともに、前記反射光を前記受光部に導光する、前記光照射部および前記受光部側を底面とする円錐台形状の投光受光用導光路であり、前記円錐台の前記底面に垂直な面における前記円錐台の母線のなす角度が前記所定の角度に設定されていてもよい。このように、１つの導光路で、光照射部から試料へ照射される光の光軸と、試料から反射され受光部が受光する反射光の光軸とのなす角を規定することができる。また、導光路が円錐台形状であるため、成型による製造が容易である。
また、上記の光測定装置において、前記受光用導光路の光路長をＬａ、前記受光用導光路の幅をｄとするとき、ｔａｎ^-1（ｄ／Ｌａ）で表される角度が８°未満であってもよい。この場合、受光光線束に含まれる光線の傾きを、中心線に対して８°未満に抑えることができる。このように、受光用導光路の光路長と幅とを規定することで、容易に所望の光線束条件を満たすことができる。

本発明の光測定装置は、携帯可能な程度に小型な構成で、高性能な測定が可能である。

第一の実施形態における光測定装置の概略構成図である。 図１のＡ方向矢視図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 導光路に侵入する外光について説明する図である。 第二の実施形態における光測定装置の概略構成図である。 図６のＣ方向矢視図である。 図６のＣ方向矢視図の別の例である。 図６のＤ−Ｄ断面図である。 第三の実施形態における光測定装置の概略構成図である。 図１０のＥ方向矢視図である。 第四の実施形態における光測定装置の概略構成図である。 図１２のＦ方向矢視図である。 図１２のＦ方向矢視図の別の例である。 光測定装置の別の例を示す図である。 光測定装置の別の例を示す図である。 導光路の構成を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態における光測定装置１０の概略構成図である。
光測定装置１０は、光源（光照射部）１１と、受光センサ（受光部）１２と、導光部（受光用導光部）１３と、を備える。光源１１、受光センサ１２および導光部１３は、不図示の位置決め機構により所定の位置姿勢で配置されている。

光測定装置１０は、光源１１から試料３０に対して光を照射し、試料３０に照射されて反射した反射光を受光センサ１２によって受光するように構成されている。ここで、試料３０は、フィルタ２０により固相抽出された試料（粉体）である。
また、光測定装置１０は、制御部４１と、給電部４２と、演算部４３と、試料交換機構４４と、を備える。制御部４１は、給電部４２および演算部４３を制御する。給電部４２は、光源１１、受光センサ１２および試料交換機構４４に電力を供給する。

（フィルタ）
フィルタ２０は、固相抽出フィルタ（ＳＰＥフィルタ：solid phase extraction）であり、例えば、ナイロン６ナノファイバーを積層させた複合型メンブレンフィルタとすることができる。試料３０は、このフィルタ２０により液体サンプル中に含まれる金属を凝縮抽出したものである。例えば、試料３０は、フィルタ２０により固相抽出されたニッケルである。
なお、フィルタ２０の種類や構成、試料３０の種類等については、上記に限定されるものではない。フィルタ２０は、検出感度や測定対象試料に応じて適宜選択することができる。

（投光部および受光部）
光源１１は、光を放出する光照射部であり、試料３０の光照射面（図１の上面）に対向する位置に配置される。受光センサ１２は、光を受光する受光部であり、光源１１と同様に、試料３０の光照射面に対向する位置に配置される。具体的には、受光センサ１２は、導光部１３上に配置されて、図２に図１のＡ方向矢視図を示すように、光源１１に対して水平方向に所定距離離間して配置される。光源１１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、受光センサ１２は、例えばＲＧＢカラーセンサである。光源１１は、例えばチップＬＥＤ（表面実装型ＬＥＤ）とすることができる。
光源１１は、光源１１から試料３０への照射光（入射光）Ｌｐの光軸方向が、試料３０の光照射面の法線方向となるように配置されている。また、受光センサ１２は、光源１１からの照射光Ｌｐの光軸と受光センサ１２の光軸とのなす角が所定の角度θとなるように配置されている。ここで、受光センサ１２の光軸とは、光源１１からの照射光Ｌｐの光軸と試料３０の光照射面とが交わる点と、受光センサ１２の光受光面の中心位置とを結ぶ軸である。
なお、図１において、光源１１から試料３０への照射光Ｌｐがほぼ直進光となるように、光源１１と試料３０との間に、レンズ等の光学素子を配置してもよい。

光源１１および受光センサ１２は、給電部４２から電力を得て動作する。受光センサ１２は、測定した測定信号（光強度情報）を演算部４３に出力する。演算部４３は、受光センサ１２から送出される測定信号を受信し、当該測定信号に基づき、クベルカ−ムンク関数（Ｋ−Ｍ関数）等を用いて、試料３０の吸光度を計算する。
ここで、試料３０の吸収スペクトルを測定するためには、試料３０のみならず、標準試料である標準粉体の反射光を測定する必要がある。そのため、図１に示すように、光測定装置１０においては、測定位置に、測定試料である試料３０と標準試料３１とを交互に配置するための試料交換機構４４が設けられている。
なお、本実施形態では、光測定装置１０が演算部４３を備える場合について説明するが、外部装置が演算部４３の機能を有する演算手段を備えていてもよい。この場合、光測定装置１０は、受光センサ１２により得られる測定信号を外部装置に送信し、外部装置の演算手段が試料３０の吸光度を計算する。

（導光部）
導光部１３は、受光用導光路１３ａを備える。受光用導光路１３ａは、光源１１から放出されて試料３０に照射され、試料３０により反射された反射光Ｌｒ０のうち、光源１１からの照射光Ｌｐの光軸とのなす角が所定の角度θとなる反射光Ｌｒを受光センサ１２に導光する。
図３に図１のＢ−Ｂ断面図を示すように、導光部１３の外形は円柱形状とすることができる。なお、導光部１３の外形は円柱形状に限定されるものではなく、任意の形状であってよい。

受光用導光路１３ａは、反射光Ｌｒに対して透明な樹脂（例えば、シリコーン樹脂）により構成される。また、受光用導光路１３ａは、図３に示すように、顔料含有樹脂からなる包囲部材１３ｂにより包囲されている。ここで、顔料含有樹脂は、光透過特性を有する樹脂（例えば、シリコーン樹脂）に、迷光を吸収する特性を有する顔料を含有したものである。上記顔料は、例えば、黒色顔料であるカーボンブラック等を採用することができる。

本実施形態では、受光用導光路１３ａを構成する透明な樹脂と、顔料含有樹脂を構成する光透過性を有する樹脂との材質を同じにする。これにより、両樹脂の界面での反射および散乱が抑制される。また、顔料含有樹脂に入射した迷光は、その顔料含有樹脂で吸収され、受光用導光路１３ａにほとんど戻らず、迷光の複雑な多重反射がほとんど発生しない。
図４に示すように、受光用導光路１３ａに侵入する外光等のノイズ光Ｌ１１のうち、受光用導光路１３ａの光軸と同方向に進む成分は非常に少なく、大部分は、受光用導光路１３ａと顔料含有樹脂からなる包囲部材１３ｂとの界面から顔料含有樹脂へと入射し、顔料により吸収される。このとき、上記界面での反射は、受光用導光路１３ａを構成する透明な樹脂と、包囲部材１３ｂを構成する顔料含有樹脂との材質を同じとすることにより、発生しない。

なお、顔料に入射する外光やその散乱光は、当該顔料によりほぼ吸収されるが、わずかながら顔料表面で散乱される。しかしながら、その散乱光は、再度顔料含有樹脂からなる包囲部材１３ｂへと入射する場合が多く、顔料含有樹脂の顔料により吸収されることになる。したがって、図４に示すように、受光用導光路１３ａから取り出される光の大部分は、受光用導光路１３ａの光軸に沿った直進光Ｌ１となる。

このように、導光部１３は、透明な樹脂（シリコーン樹脂）により構成される受光用導光路１３ａを、外光や散乱光を吸収可能な顔料含有樹脂からなる包囲部材１３ｂにより包囲した構成を有する。したがって、上記外光や散乱光からのノイズ光（迷光）の影響を抑制することが可能である。
特に、上記透明な樹脂と、顔料含有樹脂との材質を同じにすることにより、両樹脂の界面での反射や散乱を適切に抑制することができる。つまり、顔料含有樹脂に入射した迷光は当該顔料含有樹脂により吸収され受光用導光路１３ａに殆ど戻らず、迷光の複雑な多重反射がほとんど発生しない。また、外部からの外光も受光用導光路１３ａに到達しない。

したがって、本実施形態における光測定装置１０の光学系は、複雑な多重反射に対応する必要がない。そのため、光学系は小型・簡便化される。結果として、光測定装置１０も小型化される。上記したシリコーン樹脂で構築した光学系の技術を、ＳＯＴ（Silicone Optical Technologies）と呼称する。

受光用導光路１３ａの光軸（直進光Ｌ１の光軸）は、上記の受光センサ１２の光軸となる。つまり、導光部１３は、受光用導光路１３ａの光軸と光源１１の光軸とのなす角が所定の角度θとなるように、図示を省略した位置決め手段により位置決めされる。
本実施形態では、所定の角度θは、０°＜θ≦９°に設定されているものとする。この角度θは、光源１１から試料３０の光照射面の法線方向に照射され試料３０により反射される反射光のうち、正反射光（鏡面反射光）とほぼ等しい方向に進む光を受光できる角度である。
なお、本実施形態では、角度θは、０°＜θ≦９°に設定されている場合について説明するが、角度θは、０°よりも大きく４５°未満の角度であればよい。ただし、角度θは、できるだけ小さい方が試料濃度と光応答との関係が線形に近づくため、好ましい。

本発明者は、フィルタにより固相抽出された試料の分析に、表色値測定においてＪＩＳ Ｚ ８７２２：２００９で規定されている照明及び受光の幾何学条件に基づく配置（ＪＩＳ配置）を採用することが適切かどうかを調査した。具体的には、光源から放出される光の光強度Ｉ_０とセンサで受光される光の光強度Ｉ_１の比を光応答とし、ニッケル濃度と光応答との関係を調査した。ここでは、ＪＩＳ配置のうち、照明及び受光の幾何学条件ａ（４５°照明、垂直受光）と、幾何学条件ｂ（垂直照明、４５°受光）について調査した。なお、幾何学条件ａ、ｂは、以下のように定められている。

（１）幾何学条件ａ
試料への照明条件：試料面法線に対して光軸が４５°±２°をなす１つ以上の光線束により照射。
受光条件：試料面法線となす角度が１０°以下の反射光を受光。
光線束条件：照明光光線束、および受光光線束は、各々の中心線に対して８°以上の傾きの光線は含まれてはならない。

（２）幾何学条件ｂ
試料への照明条件：試料面法線に対して光軸が１０°以下である光線束により照射。
受光条件：試料面法線に対して光軸が４５°±２°をなす方向の反射光を受光。
光線束条件：照明光光線束、および受光光線束は、各々の中心線に対して８°以上の傾きの光線は含まれてはならない。

調査の結果、固相抽出フィルタにより固相抽出された試料に対して光を照射し、その反射光を測定する場合に、上記のＪＩＳ配置を採用すると、線形であるべき光応答特性が、試料濃度が高い領域では非線形の特性を示し、測定精度が低下してしまうことがわかった。これは、測定試料が粒子（粉体等）の集合体である場合、試料濃度が高い領域では試料内部での光の反射や再吸収の影響が大きいためであると考えられる。

そこで、本発明者は、光照射された試料からの正反射光の方向に進む光を測定することで、フィルタにより固相抽出した試料の分析が可能かどうかを検証した。その結果、少なくともニッケル濃度が０〜１００ｐｐｂの範囲内では、ニッケル濃度と光応答との関係はほぼ線形であることが確認できた。
すなわち、固相抽出された試料の光測定において、図１に示すように、試料面法線に対して光軸が０°である光線束を照射し、試料面法線に対して光軸が０°＜θ≦９°をなす方向の反射光を受光する条件を採用した場合、試料濃度が高い領域を含み高精度な測定が可能であることが確認できた。

以上説明したように、本実施形態における光測定装置１０は、光源１１と、光源１１から放出される光が照射された試料３０から放出される反射光を受光する受光センサ１２と、試料３０と受光センサ１２との間に配置された導光部１３と、を備える。導光部１３は、上記反射光を受光センサ１２に導光する受光用導光路１３ａと、受光用導光路１３ａを、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂により包囲する包囲部材１３ｂと、を有する。そして、光源１１から試料３０に放出される光の光軸と、受光用導光路１３ａにより受光センサ１２に導光される光の光軸とのなす角が所定の角度θに設定されている。
ここで、光源１１から試料３０に放出される光の光軸方向、もしくは受光用導光路１３ａにより受光センサ１２に導光される光の光軸方向は、試料３０の光照射面の法線方向と一致しており、上記所定の角度θは、０°＜θ≦４５°、好ましくは０°＜θ≦９°に設定されている。

このように、光測定装置１０は、受光側に受光用導光路１３ａと包囲部材１３ｂとからなるＳＯＴ構造を有する導光部１３を備え、この導光部１３を、受光用導光路１３ａの光軸と光源１１からの照射光の光軸とのなす角が所定の角度θとなるように配置した構成を有する。これにより、簡単な構成で、特定の反射角の光を選択的に受光センサで受光することが可能となる。また、特定の反射角の光を、受光センサ１２によりノイズ光成分（外光、迷光）をほぼカットして受光することが可能となる。したがって、光測定装置１０を携帯可能な程度に小型化できるとともに、高精度な光測定が可能となる。
また、試料面法線に対して光軸が０°である光線束を照射し、試料面法線に対して光軸が０°＜θ≦９°をなす方向の反射光を受光する条件で光測定が可能である。つまり、光照射された試料３０からの正反射光の方向に進む光を受光センサ１２により効率良くかつノイズ光成分をほぼカットして受光することが可能となる。したがって、試料濃度が高い領域を含め高精度な光測定が可能となる。

なお、上記実施形態においては、光源１１から試料３０に放出される光の光軸方向が、試料３０の光照射面の法線方向に完全に一致している場合について説明したが、ほぼ一致していればよい。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
上述した第一の実施形態では、試料３０と受光センサ１２との間にのみ導光部１３を配置する場合について説明した。この第二の実施形態では、光源１１と試料３０との間にも導光部を配置する場合について説明する。

図５は、本実施形態における光測定装置１０Ａの概略構成図である。この図５において、上述した図１の光測定装置１０と同一構成を有する部分には、図１と同一符号を付している。なお、図５において、図１に示す制御部４１、給電部４２、演算部４３および試料交換機構４４は省略している。
導光部１３Ａは、受光用導光路１３ａと、投光用導光路１３ｃと、を備える。投光用導光路１３ｃは、光源１１から放出される光を試料３０に導光する。受光用導光路１３ａと投光用導光路１３ｃとは、共通の包囲部材１３ｂにより包囲されている。投光用導光路１３ｃは、照射光Ｌｐに対して透明な樹脂（例えば、シリコーン樹脂）により構成される。
この導光部１３Ａにおいて、投光用導光路１３ｃと受光用導光路１３ａとは、投光用導光路１３ｃの光軸と受光用導光路１３ａの光軸とのなす角が所定の角度θとなるように、導光部１３Ａに形成されている。

本実施形態では、投光用導光路１３ｃの光軸方向は、導光部１３Ａの軸方向に一致している。そして、導光部１３Ａは、その軸方向が試料３０の光照射面の法線方向となるように配置される。
上述したように、投光用導光路１３ｃと受光用導光路１３ａとは、投光用導光路１３ｃの光軸と受光用導光路１３ａの光軸とのなす角が所定の角度θとなるように導光部１３Ａに既に配置されている。したがって、導光部１３Ａの軸方向が試料３０の光照射面の法線方向となるように導光部１３Ａを配置することで、投光用導光路１３ｃの光軸方向は試料３０の光照射面の法線方向に一致し、受光用導光路１３ａの光軸方向は試料３０の光照射面の法線方向に対して所定の角度θとなる。ここで、所定の角度θは、０°＜θ≦４５°、好ましくは０°＜θ≦９°である。

また、光源１１および受光センサ１２は、図６に図５のＣ方向矢視図を示すように、導光部１３Ａ上に、水平方向に所定距離離間して配置される。具体的には、光源１１は、投光用導光路１３ｃの光入射端に配置され、受光センサ１２は、受光用導光路１３ａの光出射端に配置される。
このように、光源１１、投光用導光路１３ｃ、受光用導光路１３ａおよび受光センサ１２が位置決めされてユニット化されているため、これらの位置合わせが容易となる。
なお、導光部１３Ａの外形は図６に示す円柱形状に限定されるものではなく、例えば図７に示すように、四角柱形状であってもよい。また、受光用導光路１３ａおよび投光用導光路１３ｃの断面形状は、図８に図５のＤ−Ｄ断面図を示すように、円形状である。

以上説明したように、本実施形態における光測定装置１０Ａは、光源１１と試料３０との間に、光源１１から放出される光を試料３０に導光するＳＯＴ構造の導光部１３を備える。したがって、光源１１から試料３０への照射光を簡易な構成で直進光とすることができる。
また、導光部１３は、受光用導光路１３ａと投光用導光路１３ｃとが共通の包囲部材１３ｂにより包囲された構成を有する。つまり、光源１１と試料３０との間に配置されて光源１１から放出される光を試料３０に導光する投光用導光部と、試料３０と受光センサ１２との間に配置されて試料３０から放出される反射光を受光センサ１２に導光する受光用導光部とを一体的に構成する。したがって、受光用導光路１３ａと投光用導光路１３ｃとを互いの光軸がなす角が所定の角度θになるように配置すれば、光源１１から試料３０に放出される光の光軸と、試料３０から放出されて受光用導光路１３ａにより受光センサ１２に導光される光の光軸とのなす角を所定の角度θとするための位置決めが容易となる。

（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。
上述した第二の実施形態では、投光用導光部と受光用導光部とが一体的に構成されている場合について説明した。この第三の実施形態では、投光用導光部と受光用導光部とが別体である場合について説明する。

図９は、本実施形態における光測定装置１０Ｂの概略構成図である。この図９において、上述した図５の光測定装置１０Ａと同一構成を有する部分には、図５と同一符号を付している。
図１０に図９のＥ方向矢視図を示すように、導光部１３Ｂは、受光用導光路１３ａおよび受光用導光路１３ａを包囲する包囲部材１３ｂ’を有する受光用導光部１３Ｂ’と、投光用導光路１３ｃおよび投光用導光路１３ｃを包囲する包囲部材１３ｂ”を有する投光用導光部１３Ｂ”と、を備える。ここで、包囲部材１３ｂ’、１３ｂ”は、上述した包囲部材１３ｂと同様の構成を有する。

この受光用導光部１３Ｂ’において、受光用導光路１３ａは、その光軸方向が受光用導光部１３Ｂ’の軸方向に一致するように形成されている。同様に、投光用導光部１３Ｂ”において、投光用導光路１３ｃは、その光軸方向が投光用導光部１３Ｂ”の軸方向に一致するように形成されている。
光源１１は、投光用導光部１３Ｂ”の投光用導光路１３ｃの光入射端に配置され、受光センサ１２は、受光用導光部１３Ｂ’の受光用導光路１３ａの光出射端に配置される。

また、導光部１３Ｂは、受光用導光路１３ａの光軸と投光用導光路１３ｃの光軸とが所定の角度θとなるように、受光用導光部１３Ｂ’と投光用導光部１３Ｂ“とを位置決めする位置決め部材１３ｄをさらに備える。
図１０に示すように、受光用導光部１３Ｂ’と投光用導光部１３Ｂ”とは、それぞれ外形が四角柱状となっており、位置決め部材１３ｄは、受光用導光部１３Ｂ’と投光用導光部１３Ｂ”との間に配置される。

具体的には、位置決め部材１３ｄは、図１０に示すように、受光用導光部１３Ｂ’の４つの側面のうちの１面と接触する第１の平面１３ｄ’と、投光用導光部１３Ｂ”の４つの側面のうちの１面と接触する第２の平面１３ｄ”とを有する。位置決め部材１３ｄは、第１の平面１３ｄ’と第２の平面１３ｄ”とのなす角が、所定の角度θに設定された楔形形状を有する。ここで、所定の角度θは、０°＜θ≦４５°、好ましくは０°＜θ≦９°である。

そして、投光用導光部１３Ｂ”は、その軸方向が試料３０の光照射面の法線方向となるように配置される。
上述したように、位置決め部材１３ｄの第１の平面１３ｄ’と第２の平面１３ｄ”とのなす角は、所定の角度θに設定されている。したがって、投光用導光部１３Ｂ”の軸方向が試料３０の光照射面の法線方向となるように投光用導光部１３Ｂ”を配置し、位置決め部材１３ｄおよび受光用導光部１３Ｂ’をそれぞれ配置することで、投光用導光路１３ｃの光軸方向は試料３０の光照射面の法線方向に一致し、受光用導光路１３ａの光軸方向は試料３０の光照射面の法線方向に対して所定の角度θとなる。

以上説明したように、本実施形態における光測定装置１０Ｂは、受光用導光部１３Ｂ’と、投光用導光部１３Ｂ”と、受光用導光路１３ａの光軸と投光用導光路１３ｃの光軸とが所定の角度θとなるように、受光用導光部１３Ｂ’と投光用導光部１３Ｂ”とを位置決めする位置決め部材１３ｄと、を備える。したがって、光源１１から試料３０に放出される光の光軸と、試料３０から放出されて受光用導光路１３ａにより受光センサ１２に導光される光の光軸とのなす角を所定の角度θとするための位置決めが容易となる。
また、受光用導光部１３Ｂ’と投光用導光部１３Ｂ”との外形を四角柱状とすれば、位置決め部材１３ｄを楔形形状とすることができ、位置決めがより容易となる。

ところで、上記のような透明な樹脂からなる導光路と、導光路を包囲する包囲部材とからなる光路ユニットは、例えば、以下のような手順で製造される。
まず、導光路が後に形成される導光路用空洞部が設けられた顔料含有樹脂からなる包囲部材を成形する。次に、この包囲部材を定盤上に設置し、導光路用空洞部に液体状の透明樹脂を注入し、この透明樹脂を固化する。
これにより、透明な樹脂からなる導光路と、顔料含有樹脂からなり導光路を包囲する包囲部材とからなる光路ユニットが得られる。

ここで、上述した第二の実施形態の導光部１３Ａにおいては、図５に示すように、投光用導光路１３ｃと受光用導光路１３ａとは、それぞれの光軸のなす角が所定の角度θとなるように形成される。そのため、包囲部材１３ｂを成形する際に設けられる各導光路用空洞も、一方の空洞の中心軸と他方の空洞の中心軸とのなす角が所定の角度θとなるように構成する必要がある。しかしながら、一方の空洞を光路ユニットの軸と同方向に構成することは比較的容易であるが、他方の空洞をその中心軸が一方の空洞の中心軸に対して角度θとなるようにすることは製造上難しい。

これに対して、本実施形態では、各導光部１３Ｂ’、１３Ｂ”は、その軸方向に中心軸が一致する導光路１３ａ、１３ｃを備える。したがって、各導光部１３Ｂ’、１３Ｂ”を容易に製造することができる。
また、位置決め部材１３ｄの楔の角度を適宜設定することにより、投光用導光路１３ｃと受光用導光路１３ａとの光軸のなす角θを所望の角度に設定することが可能である。つまり、位置決め部材１３ｄを交換することで、自由になす角θを変更することも可能である。

（第四の実施形態）
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。
上述した第二および第三の実施形態では、１つの導光部が投光用導光路１３ｃと受光用導光路１３ａとを備える場合について説明した。この第四の実施形態では、１つの導光路が投光用導光路と受光用導光路として機能する１つの導光路を備える場合について説明する。

図１１は、本実施形態における光測定装置１０Ｃの概略構成図である。この図１１において、上述した図５の光測定装置１０Ａと同一構成を有する部分には、図５と同一符号を付している。
導光部１３Ｃは、導光路１３ｆと、導光路１３ｆを包囲する包囲部材１３ｂと、を備える。導光路１３ｆは、光源１１から放出される光を試料３０に導光するとともに、試料３０により反射された反射光を受光センサ１２に導光する投光受光用導光路である。導光路１３ｆは、光源１１および受光センサ１２側を底面とする円錐台形状を有する。つまり、導光路１３ｆの試料３０に対面する側の面積は、光源１１および受光センサ１２に対面する側の面積よりも小さい。そして、当該円錐台の底面に垂直な面における円錐台の母線のなす角度は、所定の角度θに設定されている。

この導光部１３Ｃにおいて、導光路１３ｆの円錐の高さ方向は、導光部１３Ｃの軸方向に一致している。そして、導光部１３Ｃは、その軸方向が試料３０の光照射面の法線方向となるように配置される。
上述したように、導光路１３ｆの円錐台の高さ方向は導光部１３Ｃの軸方向に一致しており、円錐台の斜面がなす角は所定の角度θとなるように設定されている。したがって、導光部１３Ｃの軸方向が試料３０の光照射面の法線方向となるように導光部１３Ｃを配置することで、光源１１からの照射光Ｌｐの光軸とのなす角が所定の角度θとならない光は、導光部１３Ｃの包囲部材１３ｂに吸収され、受光センサ１２には到達しない。

なお、導光路１３ｆの試料３０に対面する側の直径は１ｍｍ、光源１１および受光センサ１２に対面する側の直径は１．２ｍｍと非常に小さい。そのため、図１１に示すように、導光部１３Ｃの軸方向が試料３０の光照射面の法線方向となるように導光部１３Ｃを配置した場合、光源１１からの照射光Ｌｐの光軸は、試料３０の光照射面の法線方向にほぼ一致する。また、光源１１からの照射光Ｌｐの光軸と受光センサ１２が受光する反射光Ｌｒの光軸とのなす角は、導光路１３ｆの円錐台の斜面のなす角とほぼ等しい。
つまり、試料面法線に対して光軸がほぼ０°である光線束を照射し、試料面法線に対して光軸がほぼ０°＜θ≦９°をなす方向の反射光を受光する条件を実現することができる。

また、導光部１３Ｃは、導光路１３ｆおよび包囲部材１３ｂの上面に、包囲部材１３ｅを備えていてもよい。この場合、光源１１および受光センサ１２は、図１２に図１１のＦ方向矢視図を示すように、包囲部材１３ｅに包囲されていてもよい。
なお、導光部１３Ｃの外形は、図１２に図１１のＦ方向矢視図を示すように円柱形状に限定されるものではなく、例えば図１３に示すように、四角柱形状であってもよい。

以上説明したように、本実施形態における光測定装置１０Ｃは、光源１１および受光センサ１２と試料３０との間に、光源１１から放出される光を試料３０に導光するとともに、試料３０から反射される反射光を受光センサ１２に導光する１つの導光路１３ｆを備える導光部１３Ｃを備える。ここで、導光路１３ｆは、光源１１および受光センサ１２側を底面とする円錐台形状であり、円錐台の底面に垂直な面における円錐台の母線のなす角度が所定の角度θに設定されている。
このように、導光部が有する導光路が１本であるので、構成が簡単となる。また、上述した第二の実施形態および第三の実施形態のように、投光用導光路の光軸と受光用導光路の光軸とのなす角を所定の角度θとなるように設定する必要がない。
さらに、導光路１３ｆが円錐台形状を有するので、型の抜けが良好である。したがって、成型により容易に導光部１３Ｃを製造することができる。

（変形例）
なお、上記各実施形態においては、光源１１から試料３０への照射光Ｌｐの光軸方向が、試料３０の光照射面の法線方向に一致または略一致している場合について説明した。しかしながら、受光センサ１２の光軸方向が試料３０の光照射面の法線方向に一致または略一致し、光源１１から試料３０への照射光Ｌｐの光軸方向が試料３０の光照射面の法線方向に対して所定の角度θに設定されていてもよい。この場合、図５の導光部１３Ａにおいて、受光用導光路１３ａは、受光用導光路１３ａの光軸方向が導光部１３Ａの軸方向に一致するように配置されていてもよい。

上記各実施形態においては、所定の角度θが４５°未満である場合について説明したが、角度θは上記に限定されるものではなく、任意の角度に設定可能である。例えば、角度θは、ＪＩＳ Ｚ ８７２２：２００９に定められている幾何学条件ａ、ｂに準じた角度であってもよい。この場合、例えば図９に示す光測定装置１０Ｂにおいて、導光部１３Ｂが備える位置決め部材１３ｄの楔の角度θを適宜設定すればよい。

図１４は、図９に示す光測定装置１０Ｂにおける位置決め部材１３ｄの楔の角度θを４５°±２°に設定した光測定装置１０Ｂ’を示す図である。この光測定装置１０Ｂ’において、投光用導光部１３Ｂ’は、投光用導光路１３ｃの光軸と試料３０の光照射面の法線とのなす角が１０°以下となるように配置されている。また、受光用導光部１３Ｂ”は、受光用導光路１３ａの光軸と試料３０の光照射面の法線とのなす角が４５°±２°となるように配置されている。
また、図１５に示す光測定装置１０Ｂ”のように、投光用導光部１３Ｂ’を、投光用導光路１３ｃの光軸と試料３０の光照射面の法線とのなす角が４５°±２°となるように配置し、受光用導光部１３Ｂ”を、受光用導光路１３ａの光軸と試料３０の光照射面の法線とのなす角が１０°以下となるように配置することもできる。

図１６は、透明樹脂からなる受光用導光路１３ａとこれを包囲する顔料含有樹脂からなる包囲部材１３ｂとを有する導光部１３の断面である。この導光部１３において、受光用導光路１３ａの光軸（中心軸）と同図のＡＤ線分（またはＢＣ線分）とのなす角δよりも小さい角度で受光用導光路１３ａに入射する光は、受光用導光路１３ａと包囲部材１３ｂとの界面に入射することなく、外部に放出される。
すなわち、受光用導光路１３ａから取り出される光は、その大部分は直進光であるが、中心軸となす角度がθ以下の光も存在する。

そこで、図１４および図１５に示す受光用導光部１３Ｂ’において、δ＜８°となるように受光用導光路１３ａの光路長および幅を設定する。すると、δ≧８°である光は受光用導光路１３ａと包囲部材１３ｂとの界面に入射し、上記したように減衰する。結果として、受光センサ１２に到達する受光光線束は、その中心線に対して８°以上の傾きの光線を含まない。
同様に、図１４および図１５に示す投光用導光部１３Ｂ”において、δ＜８°となるように投光用導光路１３ｃの光路長および幅を設定する。これにより、光源１１から試料表面に到達する照明光光線束は、その中心線に対して８°以上の傾きの光線を含まない。

すなわち、上記のように受光用導光部１３Ｂ’および投光用導光部１３Ｂ”をＳＯＴ構造とし、導光路の光路長をＬａ、導光路の幅をｄとするとき、ｔａｎ^-1（ｄ／Ｌａ）で表される角度δが８°未満となるように当該導光路を形成する。これにより、レンズ等の光学素子を用いることなく、容易に幾何学条件ａ、ｂの光学系を実現することが可能となる。
なお、上記の導光路の光路長Ｌａおよび幅ｄにより光線束条件（δ＜８°）を規定する方法は、上述した第一〜第四の実施形態にも適用可能である。
また、光源１１がレーザ光源の場合、レーザビームの拡がり角が８°以内であれば、投光用導光路およびそれを包囲する顔料含有樹脂からなる包囲部材は不要となる。すなわち、光源単体でもよい。

上記各実施形態においては、導光路を透明な樹脂により構成する場合について説明したが、導光路は空洞であってもよい。その場合、導光路とそれを包囲する顔料含有樹脂からなる包囲部材との界面における迷光反射の抑制効果は得られないものの、顔料含有樹脂に入射した迷光は当該顔料含有樹脂によって吸収されるので、迷光の複雑な多重反射はある程度抑制される。

１０…光測定装置、１１…光源、１２…受光センサ、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…導光部、１３ａ…受光用導光路、１３ｂ…包囲部材、１３ｃ…投光用導光路、１３ｄ…位置決め部材、１３ｅ…包囲部材、１３ｆ…投光受光用導光路、１３ｇ…位置決め部材、２０…フィルタ、３０…試料

Claims (8)

1. 固相抽出された試料の光測定を行う光測定装置であって、
   光照射部と、
   前記光照射部から放出される光が照射された前記試料から放出される反射光を受光する受光部と、
   前記試料と前記受光部との間に配置され、前記反射光を前記受光部に導光する受光用導光路と、前記受光用導光路を、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂により包囲する包囲部材と、を有する受光用導光部と、を備え、
   前記光照射部から前記試料に放出される光の光軸と、前記受光用導光路により前記受光部に導光される光の光軸とのなす角が所定の角度に設定されていることを特徴とする光測定装置。
2. 前記光照射部から前記試料に放出される光の光軸方向、もしくは前記受光用導光路により前記受光部に導光される光の光軸方向が、前記試料の光照射面の法線方向と一致しており、
   前記所定の角度が、０°よりも大きく４５°未満であることを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
3. 前記光照射部と前記試料との間に配置され、前記光照射部から放出される光を前記試料に導光する投光用導光路と、前記投光用導光路を、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂により包囲する包囲部材と、を有する投光用導光部をさらに備え、
   前記光照射部から前記試料に放出される光の光軸は、前記投光用導光路の光軸であることを特徴とする請求項１または２に記載の光測定装置。
4. 前記受光用導光部と前記投光用導光部とが一体的に構成されており、
   前記受光用導光路と前記投光用導光路とは共通の前記包囲部材により包囲されていることを特徴とする請求項３に記載の光測定装置。
5. 前記受光用導光路の光軸と前記投光用導光路の光軸とが前記所定の角度となるように、前記受光用導光部と前記投光用導光部とを位置決めする位置決め部材をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の光測定装置。
6. 前記受光用導光部と前記投光用導光部とは、それぞれ外形が四角柱状であることを特徴とする請求項５に記載の光測定装置。
7. 前記受光用導光路は、前記光照射部から放出される光を前記試料に導光するとともに、前記反射光を前記受光部に導光する、前記光照射部および前記受光部側を底面とする円錐台形状の投光受光用導光路であり、
   前記円錐台の前記底面に垂直な面における前記円錐台の母線のなす角度が前記所定の角度に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光測定装置。
8. 前記受光用導光路の光路長をＬａ、
   前記受光用導光路の幅をｄとするとき、
   ｔａｎ^-1（ｄ／Ｌａ）で表される角度が８°未満であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光測定装置。

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