JP6723534B2 - 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材 - Google Patents

光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材 Download PDF

Info

Publication number
JP6723534B2
JP6723534B2 JP2018554966A JP2018554966A JP6723534B2 JP 6723534 B2 JP6723534 B2 JP 6723534B2 JP 2018554966 A JP2018554966 A JP 2018554966A JP 2018554966 A JP2018554966 A JP 2018554966A JP 6723534 B2 JP6723534 B2 JP 6723534B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
wavelength
sample
silicone resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2018554966A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018105502A1 (ja
Inventor
雄司 興
雄司 興
金市 森田
金市 森田
広行 大橋
広行 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyushu University NUC
Ushio Denki KK
Original Assignee
Kyushu University NUC
Ushio Denki KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyushu University NUC, Ushio Denki KK filed Critical Kyushu University NUC
Publication of JPWO2018105502A1 publication Critical patent/JPWO2018105502A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6723534B2 publication Critical patent/JP6723534B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • G02B5/0242—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element by means of dispersed particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/255—Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/041—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/206—Filters comprising particles embedded in a solid matrix
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts
    • G01N2201/0638—Refractive parts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

本発明は、光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材に関し、特に、第１波長の光の直進よりも、第２波長の光の直進を遮る光学部材等に関するものである。
近年、吸光度法、レーザ誘起蛍光法などの光分析技術を用いた光測定装置の小型化、高性能な測定可能化などが要請されている。このような光測定装置は、例えば、ライフサイエンス分野における広範囲なバイオアナリシスにおいて採用されており、例えば、ポイントオブケア検査（ＰＯＣＴ）用の測定機器として期待されている。ＰＯＣＴ用測定機器として使用する場合、上記光測定装置は、携帯可能な程度の小型化の要請がある。
光測定装置の小型化を行うと、当該装置内において、試料に測定光を照射するための光源と、試料からの観測光をモニタする検出器との距離が近くなる。また、光源からの測定光を試料に導く測定光学系を構成する導光路や、試料からの観測光を検出器に導光する観測光収集光学系を構成する導光路には、集光レンズや光学フィルタ等の光学素子が存在する。
よって、これらの導光路を光が進行する際に発生する反射光、散乱光といった、測定においてノイズとなりうる迷光の影響は、光測定装置が小型化するにつれて顕著になる。このような、迷光の影響をできるだけ抑制し、光学測定装置の小型化を実現するために、発明者らは、例えば、特許文献１及び特許文献２において、導光路をシリコーン樹脂で形成したことを主な特徴とする光測定装置を提案した。
上記光測定装置における導光路は、少なくともその一部に、光源からの測定光、試料からの観測光に透明な樹脂が充填されている。更にこの透明樹脂からなる導光路は、上記迷光を吸収する特性を有する顔料が分散した樹脂で包囲されている。
ここで、導光路を構成する透明樹脂と、顔料含有樹脂との材質とを同じとすることにより、両樹脂が接触する界面において光の反射や散乱は抑制される。また、顔料含有樹脂に入射した迷光は顔料により吸収され、導光路を構成する透明樹脂に戻ることはほとんどなく、また、顔料含有樹脂から外部へ迷光が漏えいすることもない。
よって、迷光の複雑な多重反射から生じる迷光の影響は殆ど抑制されるので、導光路中の光学系は、複雑な多重反射に対応する必要がない。
透明なシリコーン樹脂からなる導光路には、導光する光の整形や波長フィルタリングのため、適宜レンズ、光学フィルタ、プリズム等の光学素子が埋設される。
例えば、特許文献１に記載されている光測定装置は、光（レーザ）誘起蛍光測定装置であり、レーザ光源から励起光が照射された試料から放出される蛍光をセンサに導光する蛍光収集光学系に上記した透明なシリコーン樹脂からなる導光路を採用している。そして、導光路には、複数枚のレンズ、複数枚の光学フィルタが埋設されている。複数枚の光学フィルタとしては、例えば、上記励起光の波長の光を反射するノッチフィルタおよび試料から放出される蛍光以外の光を吸収する色ガラスフィルタが使用される。
ノッチフィルタや色ガラスフィルタは一般的に高価である。発明者らは、これらと性能的に遜色がなく、安価でかつ形状の自由度が高い光学素子を提案した。
例えば、特許文献２では、透明のシリコーン樹脂内に設けた空洞において、当該空洞と樹脂との境界面の一方に樹脂により形成される回折格子状面を設け、この回折格子状面の前後で導光路が屈曲している構造を提案した。この回折格子状面に入射した光は回折され、屈曲した光路の方向に沿って進む光のみが測定部に到達する。よって、この構造は、高価なノッチフィルタと同等の性能を有する光学特性を有することになる。
特許５６６５８１１号公報 特開２０１６−１０９５６４号公報 特許４９８２３８６号公報
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に記載の回折格子状面を有する上記構造は、各構成要素の配置が重要であるため、構造上の制約が多く、形状の自由度が低い。
そこで、本発明は、高価なノッチフィルタ等の光学素子の代替となり、かつ、形状の自由度が高い光学部材を提供することを目的とする。
本発明の第１の観点は、第１波長の光の直進よりも、第２波長の光の直進を遮る光学部材であって、シリコーン樹脂部と、前記シリコーン樹脂部の中に分散された光学材料粒子とを備え、前記シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が前記第１波長において一致し、前記第２波長において一致しない、光学部材である。
本発明の第２の観点は、第１の観点の光学部材であって、前記シリコーン樹脂部がＰＤＭＳであり、前記光学材料粒子が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である、光学部材である。
本発明の第３の観点は、第２の観点の光学部材であって、前記光学材料粒子の短径が０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、前記シリコーン樹脂部の中の前記光学材料粒子の濃度が１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％であり、前記光学材料粒子の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、光学部材である。
本発明の第４の観点は、第１の観点の光学部材であって、前記シリコーン樹脂部がＰＤＭＳであり、前記光学材料粒子がフッ化カルシウム（ＣａＦ２）である、光学部材である。
本発明の第５の観点は、第４の観点の光学部材であって、前記光学材料粒子の短径が２０μｍ以上５００μｍ以下であり、前記シリコーン樹脂部の中の前記光学材料粒子の濃度が５ｗｔ％以上５０ｗｔ%以下であり、前記光学材料粒子の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、光学部材である。
本発明の第６の観点は、第１から第５のいずれかの観点の光学部材を導光路の少なくとも一部として含むフィルタリング導光路と、前記フィルタリング導光路に接する顔料含有樹脂部とを備える、光測定装置である。
本発明の第７の観点は、光測定の試料を保持する試料保持部材であって、光源部からの光が透過する光透過部の少なくとも一部に、第１から第５の観点のいずれかに記載の光学部材を備える、試料保持部材である。
本発明の第８の観点は、第７の観点の試料保持部材であって、前記試料保持部材の全体が、前記光学部材からなる、試料保持部材である。
本発明の第９の観点は、第７又は第８の観点の試料保持部材であって、前記光学部材が、第１粒子を前記光学材料粒子として有する第１粒子含有樹脂部と、前記第１粒子とは異なる第２粒子を前記光学材料粒子として有する第２粒子含有樹脂部とを有し、前記シリコーン樹脂部と前記第１粒子の屈折率が、前記第１波長において一致し、前記第１波長とは異なる前記第２波長において一致しないものであり、前記シリコーン樹脂部と前記第２粒子の屈折率が、前記第１波長とは異なる第３波長において一致し、前記第３波長とは異なる第４波長において一致しないものである、試料保持部材である。
本発明の第１０の観点は、第７又は第８の観点の試料保持部材であって、前記光学部材が、第１シリコーン樹脂部を前記シリコーン樹脂部として有する第１粒子含有樹脂部と、前記第１シリコーン樹脂部とは異なるシリコーン樹脂からなる第２シリコーン樹脂部を前記シリコーン樹脂部として有する第２粒子含有樹脂部とを有し、前記第１シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が、前記第１波長において一致し、前記第１波長とは異なる前記第２波長において一致しないものであり、前記第２シリコーン樹脂部と前記前記光学材料粒子の屈折率が、前記第１波長とは異なる第３波長において一致し、前記第３波長とは異なる第４波長において一致しないものである、試料保持部材である。
本発明の第１１の観点は、試料を保持する試料保持部材と、光測定装置とを備える光測定システムであって、前記光測定装置は、前記試料に光を照射する光源部と、前記試料からの光を集光する集光レンズ部と、前記集光レンズ部で集光された光を測定する光測定部とを備え、前記試料保持部材は、第７から第１０の観点のいずれかに記載の試料保持部材である、光測定システムである。
本発明の第１２の観点は、第１１の観点の光測定システムであって、前記試料保持部材は、第１粒子を前記光学材料粒子として有する第１粒子含有樹脂部からなる第１透過部と、前記第１粒子とは異なる第２粒子を前記光学材料粒子として有する第２粒子含有樹脂部からなる第２透過部を有し、前記光測定装置は、前記試料に第１光を照射する第１光源部と、前記試料に第２光を照射する第２光源部と、前記第１透過部を透過した前記試料からの光を集光する第１集光レンズ部と、前記第２透過部と透過した前記試料からの光を集光する第２集光レンズ部と、前記第１集光レンズ部で集光された光を測定する第１光測定部と、前記第２集光レンズ部で集光された光を測定する第２光測定部とを備える、光測定システムである。
本発明の第１３の観点は、第１２の観点の光測定システムであって、前記第１光源部及び前記第２光源部は、それぞれ、前記試料保持部材の対向する面に光を照射する位置にあり、前記試料保持部材のうち、前記第１光が透過する部分は、前記第１粒子含有樹脂部からなり、前記第２光が透過する部分は、前記第２粒子含有樹脂部からなる、光測定システムである。
本発明の第１４の観点は、試料を保持する試料保持部材と、光測定装置とを備える光測定システムであって、前記光測定装置は、前記試料に光を照射する光源部と、前記試料からの光を測定する光測定部と、前記試料保持部材の光透過部と前記光測定部の受光面との間を充填する透明樹脂部と、前記透明樹脂部を包囲する顔料含有樹脂とを備え、前記試料保持部材は、、第７から第１０の観点のいずれかに記載の試料保持部材である、光測定システムである。
本発明の第１５の観点は、試料からの第１波長の光を集光する特定波長集光部材であって、試料からの光を集光するレンズ部と、第１から第５の観点のいずれかに記載の光学部材とを備え、前記光学部材は、前記レンズ部に隣接する、特定波長集光部材である。
本発明の第１６の観点は、第１５の観点の特定波長集光部材であって、前記光学部材の少なくとも光路上流および少なくとも光路上流に平凸レンズを備える特定波長集光部材である。
本発明の第１７の観点は、第１５の観点の特定波長集光部材であって、前記レンズ部として、少なくとも一枚の平凸レンズを備え、光を反射させる光反射部をさらに備え、前記試料から前記光反射部への入射光及びその反射光の両方が、前記平凸レンズ及び前記光学部材の両方を透過する、特定波長集光部材である。
本発明の第１８の観点は、試料からの第１波長の光を測定する光測定装置であって、前記試料に光を照射する光源部と、前記試料からの第１波長の光を集光する特定波長集光部材と、前記特定波長集光部材で集光された光を測定する光測定部とを備え、前記特定波長集光部材は、第１５から第１７の観点のいずれかに記載の特定波長集光部材である、光測定装置である。
本発明の第１９の観点は、第１８の観点の光測定装置であって、前記光測定部の光入射側に、アパーチャ部材を備える、光測定装置である。
本発明の各観点によれば、特定の波長（第１波長）を選択的に透過させる光学部材等を従来の光学素子とは異なる部材により提供することが可能になる。
また、本発明の光学部材は、シリコーン樹脂中に光学材料粒子が分散しているという単純な構図であり、構造上の制約が少ない。つまり、シリコーン樹脂中に光学材料粒子がばらばらに散っている状態であればよく、各構成要素の位置や角度の調整等の精密な作業は必要でない。よって、本発明の光学部材は、形状の自由度が高い。また、精密さが求められる作業工程が従来に比べて少ないため、低コストで製造可能である。
さらに、光学材料粒子を分散させたシリコーン樹脂を原料として、３Ｄプリンタ等の印刷技術を用いて成形することも可能である。
本発明の第２の観点によれば、２８０ｎｍの光を選択的に透過する光学部材を提供することが可能になる。
本発明の第３の観点によれば、より高い精度で、２８０ｎｍの光の選択的透過が可能になる。
本発明の第４の観点によれば、２８０ｎｍ又は２６０ｎｍの光を選択的に透過する光学部材を提供することが可能になる。
本発明の第５の観点によれば、より高い精度で、２８０ｎｍの光の選択的透過が可能になる。
本発明の第６の観点によれば、特定の波長（第１波長）を選択的に透過させるフィルタリング導光路を含む光測定装置を提供することが可能になる。さらに、フィルタリング導光路で直進を遮られた第２波長の光を、フィルタリング導光路に接する顔料含有樹脂部で吸収し、迷光の発生を抑制することが可能になる。つまり、顔料含有樹脂部に入射した第２波長の光は顔料により吸収されるため、フィルタリング導光路に戻ることはほとんどなく、また、顔料含有樹脂部から外部へ迷光として漏えいすることもなくなる。
本発明の第７及び第１１の観点によれば、試料保持部材が、単に試料を保持するだけでなく、特定の波長（第１波長）の光を選択的に透過させることも可能になる。そのため、ノッチフィルタ等の光学素子を用いる装置と比較して、光測定装置を構成する光学素子の数を減らすことができ、ＰＯＣＴにおける測定現場でのハンドリングが容易となる。
しかも、本発明の光学部材は、当該光学部材への光の入射角が０でなくても、第１波長を直進させ、第２波長を散乱させる機能を有する。一方、波長選択のために従来から使用されているノッチフィルタは、入射角０の光でなければ波長選択機能を発揮できなかった。したがって、本発明の光測定システムは、入射光０とするためのレンズが不要となるため、従来よりも光学素子の少ない構造にすることができる。
本発明の第８の観点によれば、試料保持部材を更に小型化することが可能になる。
本発明の第９、第１０及び第１２の観点によれば、複数の波長の光を選択的に透過させて、同時に測定することが可能になる。しかも、切替スイッチのような能動素子が不要であるため、測定現場で故障しにくい部材を提供することが容易となる。
本発明の第１３の観点によれば、２つの測定部がそれぞれ反対方向からの光を測定する配置となる。そのため、放射状に発光する光源を用いても、各光測定部への対応しない光源からのノイズ光の入射を低減することが可能になる。また、二つの波長を同時に測定できる光測定装置を更に小型化することが可能になる。
本発明の第１４の観点によれば、光学部材で散乱された光が顔料含有樹脂部で吸収されるため、光測定部へのノイズ光の入射を低減することが可能になる。結果として、測定光を集光する集光レンズを設けなくても十分測定できるため、光測定装置を更に小型化することが可能になる。
本発明の第１５から第１８の観点によれば、より高い分光性能の光学部材を提供することができ、結果的に光測定装置の光路長がより短くなる。また、光測定部の受光面での光強度の減衰も抑制することが可能になる。
本発明の第１７の観点によれば、光路を折り返すため、さらに小型の光測定装置を提供することが可能になる。また、光学部材の厚みもより薄くすることができる。
本発明の第１９の観点によれば、よりシャープなピークを観測可能な光測定装置を提供することが可能になる。
シリコーン樹脂及び光学材料の屈折率の波長依存性を示す模式図である。 本発明に係る光学部材１の模式図である。 ＰＤＭＳ、ＳｉＯ２及びＣａＦ２の屈折率の波長依存性を示す図である。 ＰＤＭＳにＳｉＯ２粒子を分散させて得られる光学部材の透過率特性を示す図である。 ＰＤＭＳにＣａＦ２粒子を分散させて得られる光学部材の透過率特性を示す図である。 周囲に顔料含有樹脂部を設けた、本発明に係るフィルタリング導光路の模式図である。 本発明に係る光測定システム（実施例２）の模式図である。 本発明に係る光測定システム（実施例３）の模式図である。 本発明に係る光測定システム（実施例４）の模式図である。 本発明に係る光測定システム（実施例５）の模式図である。 本発明に係る光測定システム（実施例６）の模式図である。 本発明に係る光測定システム（実施例７）の模式図である。 本発明に係る選択フィルタの分光特性を示す図である。 本発明に係る光測定装置（実施例８）の模式図である。 本発明に係る光測定装置（実施例９）の模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について述べる。実施例１は、本発明に係る光学部材についての実施例であり、実施例２から実施例７は、本発明に係る光学部材を使用した光測定システムについての実施例である。なお。本発明の実施の形態は以下の実施例に限定されるものではない。
図１は、シリコーン樹脂及び光学材料の屈折率の波長依存性を示す模式図である。実線がシリコーン樹脂、一点鎖線が光学材料を示しており、２本の曲線は１点で交わっている。ここでは、シリコーン樹脂と光学材料の屈折率が一致する波長をλ１（本願請求項記載の「第１波長」の一例）とする。
図２は、本発明の光学部材１の模式図である。光学部材１において、透明なシリコーン樹脂３に、光学材料からなる粒子５が分散されている。
２つの互いに接する材料のそれぞれの屈折率が一致する場合、その２つの材料の境界面は光学的には存在しないとみなすことができる。したがって、シリコーン樹脂３の屈折率と粒子５の屈折率が一致する波長λ１の光は、シリコーン樹脂３と粒子５との境界面において、反射、散乱及び屈折が発生しない。つまり、直進光として光学部材１に入射する波長λ１の光７は、光学部材１の中を直進する。
一方、波長λ１とは一致しない波長λ２の光９（本願請求項記載の「第２波長」の一例）を光学部材１に照射すると、当該波長λ２の光９は、シリコーン樹脂３と粒子５との境界面において、反射、散乱又は屈折が発生する。そのため、直進光として波長λ２の光９が光学部材１に入射しても、波長λ２の光９は、シリコーン樹脂３と粒子５との境界面における反射、散乱又は屈折により、光学部材１の中を直進しない。
言い換えれば、上記図２に示す光学部材１は、波長λ１の光７を選択的に透過する光学フィルタとして機能し、例えばノッチフィルタの代替光学素子となる。
図３に、先行文献に基づいて算出したＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン、本願請求項記載の「シリコーン樹脂部」の一例）、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）及びＣａＦ２（フッ化カルシウム）の屈折率の波長依存性を示す図である。ＳｉＯ２曲線及びＣａＦ２曲線はどちらもＰＤＭＳ曲線との交点がある。この交点が存在する波長が、上記した波長λ１となる。そのため、ＳｉＯ２又はＣａＦ２の粒子をＰＤＭＳの中に分散させることで、波長λ１の光を選択的に透過させるノッチフィルタの代替光学素子とすることが期待できる。
図４に、ＰＤＭＳにＳｉＯ２粒子（本願請求項記載の「光学材料粒子」の一例）を分散させて得られる光学部材（本願請求項記載の「光学部材」の一例）の透過率特性を示す。縦軸は透過率、横軸は透過した光の波長である。
ここで、ＳｉＯ２粒子の粒径（短径）は１００ｎｍであり、ＰＤＭＳ中に分散させたＳｉＯ２粒子の濃度は１５、２０、２５ｗｔ％である。また光学部材の光路長（図２におけるｄ）は、１ｍｍとした。
図４において、透過率が極大となるピーク波長は約２８０ｎｍ（本願請求項記載の「第１波長」の一例）であった。特にＳｉＯ２粒子の濃度２０ｗｔ％において、２８０ｎｍの光の透過率が最大となる。また、２４０ｎｍ付近の領域Ａにおいて、透過率の第２ピークが生じているが、これはＰＤＭＳに入射した光によって発生した蛍光によるものと考えられる。また、２６０ｎｍ付近の領域Ｂにおける透過率の変動は、ＰＤＭＳを架橋して固化する際の残留物質に起因するものと考えられる。
図４の結果から明らかなように、上記光学素子は特定の波長（約２８０ｎｍ）に対する透過率のピークが存在する。すなわち、上記光学部材には、波長２８０ｎｍの光を選択的に透過させる機能を有することが分かった。なお、ＳｉＯ２粒子の短径が０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、ＰＤＭＳの中のＳｉＯ２粒子の濃度が１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であり、光学部材の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であっても、同様の機能が実現できると想定される。
図５に、ＰＤＭＳにＣａＦ２粒子（本願請求項記載の「光学材料粒子」の一例）を分散させて得られる光学部材（本願請求項記載の「光学部材」の一例）の透過率特性を示す。縦軸は透過率、横軸は透過した光の波長である。
ここで、ＣａＦ２粒子の粒径（短径）は２０μｍ以上５００μｍ以下であり、ＰＤＭＳ中に分散させたＣａＦ２粒子の濃度は３０ｗｔ％である。また光学部材の光路長（図２におけるｄ）は、１ｍｍとした。
図５に示されるように、透過率が極大となるピーク波長２８０ｎｍ（本願請求項記載の「第１波長」の一例）の光の透過率は約８０％と特に高かった。つまり、上記光学部材は、波長２８０ｎｍの光を選択的に透過させる機能を有することが分かった。なお、ＣａＦ２粒子の短径が２０μｍ以上５００μｍ以下であり、ＰＤＭＳの中のＣａＦ２粒子の濃度が５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であり、光学部材の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であっても、同様の機能が実現できると想定される。さらに、ＰＤＭＳの中のＣａＦ２粒子の濃度が１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であればさらに好ましい。
なお、図３から予想されるピーク波長（ＳｉＯ２曲線とＰＤＭＳ曲線との交点が存在する波長およびＣａＦ２曲線とＰＤＭＳ曲線との交点が存在する波長）と図４および図５のピーク波長とには、ズレがある。図３は先行文献を参考に外挿により算出したものであるのに対し、図４及び図５は実際の測定結果に基づくものであるため、ＰＤＭＳの実製品における固化のための添加剤（固化剤）に起因する紫外領域での屈折率上昇が影響して図３におけるピーク波長と図４及び図５におけるピーク波長とにズレが生じたと思われる。
また、適宜、固化剤の成分が異なるＰＤＭＳ製品を選択することで、透過率が極大となるピーク波長を２５０ｎｍから３００ｎｍの範囲で変更することが出来る。図５には、ＰＤＭＳにＣａＦ２粒子を分散させて得られる光学部材が２８０ｎｍの光を選択的に透過させることを示したが、異なる固化剤を用いて２６０ｎｍの光を選択的に透過できた。また、固化剤を用いずに電子ビームで固化すれば２５０ｎｍの光を透過させることもできることが分かっている。
さらに、光路長ｄ、シリコーン樹脂に分散させる粒子の粒径、濃度等を適切に設定することにより、より波長選択性の高い光学部材が得られるものと期待できる。
また、本発明に係る光学部材を光測定装置（本願請求項記載の「光測定装置」の一例）に用いる場合は、例えば、導光路の一部に当該光学部材を設けてフィルタリング導光路（本願請求項記載の「フィルタリング導光路」の一例）としてもよい。さらに、フィルタリング導光路の周囲に顔料含有樹脂部（本願請求項記載の「顔料樹脂部」の一例）を設けてもよい。
図６は、周囲に顔料含有樹脂部１１を設けたフィルタリング導光路１３の模式図である。顔料樹脂部１１においては、ＰＤＭＳ等の樹脂に、光を吸収する特性を有する顔料が分散されている。これにより、フィルタリング導光路１３で直進を遮られ顔料含有樹脂部１１に入射した波長λ２の光９が顔料により吸収されるため、フィルタリング導光路１３に戻ることはほとんどなく、また、顔料含有樹脂部１１から外部へ迷光として漏えいすることもなくなり、迷光の発生が抑制される。
図７に、本発明の光学部材２０を備える光測定システム２２の基本構成を示す。本発明の光測定システム２２は、紫外線を含む光を放出する例えばＵＶ−ＬＥＤからなるＵＶ光源２４、測定試料２６を保持するＵＶ透過セル２８（本願請求項記載の「試料保持部材」の一例）、ＵＶ透過セル２８を透過した光を平行光にする第１レンズ３０、紫外線を含む光が照射された試料２６から放出される光から所定の紫外線（例えば、波長２６０ｎｍ、２８０ｎｍ）の光を選択する光学部材２０、光学部材２０で選択された光を収集するための、例えば第２レンズ３２を有する光収集光学系、当該光収集光学系で収集された光を受光し、光測定を行うセンサ３４を備える。
紫外線を用いた光学測定用のＵＶ測定セルは、通常は例えば、紫外線透過性が良好な石英ガラスから構成される。但し、石英ガラスからなるＵＶ測定セルは比較的高価であり、また衝撃に対して脆い。よって、ＰＯＣＴ用の光学測定装置に使用されるサンプルケースとしては、測定現場でのハンドリング性がよくない。
そこで、本実施例の光測定システム２２に用いるＵＶ測定セル２８は、石英ガラスではなく、紫外線透過特性を有する汎用のシリコーン樹脂（エラストマー）を用いて構成した。これにより、製造上の自由度が高く、所望の形に成形することが容易となる。また、弾性特性があるので、耐衝撃性が良好である。そのため、ＰＯＣＴにおける測定現場でのハンドリング性が石英ガラスに比べ良い。さらに、大量生産により、製造コストを安価にすることができる。
また、図７に示す光測定システム２２は、第１レンズ３０を省いて小型化することも可能である。従来、波長選択にノッチフィルタを用いていた場合は、ノッチフィルタへの光の入射角を０にするために、第１レンズ３０のような光学素子が必要であった。しかし、本発明の光学部材２０は、入射角が０の光でなくても、ＰＤＭＳと光学材料粒子の屈折率が一致する波長の光を直進させ、その他の光を散乱させることができる。そのため、実施例３に示すように、光測定システム２２では、第１レンズ３０がなくても光測定が可能である。
なお、上記基本構成においては、液体試料をＵＶ透過セル内に保持する方式であるので、測定前に事前に測定試料を準備しておくことができる。すなわち、液体試料を注入した光測定用ＵＶ透過セルを事前に準備可能であり、必要に応じて、複数のＵＶ透過セルを用意することも可能となる。
なお、ＵＶ透過セルを用いず、体積マイクロリットルオーダーの測定試料（液体）を、
表面張力を利用して円筒状に保持し、当該試料を光学測定する方法・装置が特許文献３に開示されている。このような装置を用いることにより、試料をサンプルケースに保持することなく、紫外線を用いた光学測定を行うことが可能となる。しかしながら、マイクロリットルオーダーの測定試料は、蒸発しやすく、光学測定中に試料を通過する通過光の光路が絶えず変化し、安定した光学測定が非常に困難となる。
また、上記した装置で複数回の測定を実施する場合、各測定が終了後、都度測定部において測定試料の拭き取りが行われる。よって、それに続く測定は、拭き取り具合によっては、前回の測定の影響を受ける。例えば、前回測定試料が僅かでも残留する場合、それはそれに続く測定において不純物となり得る。
一方、本実施例の基本構成においては、ＵＶ透過セル内に測定試料を注入する方式であるので、液体試料の量が少なくても蒸発の影響は殆どない。よって、安定な光学測定を行うことが可能となる。
さらに、複数回の光学測定を行う場合、測定試料を注入済みの複数のＵＶ透過セルを用意すればよく、従来技術のように、測定の都度、測定部を洗浄する必要はない。そのため、各光学測定において、前回の測定の影響を受けることはなく、信頼性の高い光学測定を実施することが可能となる。
図８は、光学部材３８（本願請求項記載の「光学部材」の一例）を有するＵＶ透過セル４０を備える光測定システム３６（本願請求項記載の「光測定システム」の一例）の図である。光測定システム３６は、ＵＶ光源４２（本願請求項記載の「光源部」の一例）、ＵＶ透過セル４０を透過した光を集光する集光レンズ４４（本願請求項記載の「集光レンズ部」の一例）、集光レンズ４４で集光された光を受光して測定するセンサ４６（本願請求項記載の「光測定部」の一例）を備える。ＵＶ透過セル４０は、セル部４８と光学部材３８とが一体となって構成されている。セル部４８は、紫外線透過性の高いシリコーン樹脂からなり、試料５０を入れるための空洞を有している。光学部材３８は、ＵＶ透過セル４０のうちＵＶ光源４２からの光が透過する光透過部（本願請求項記載の「光透過部」の一例）の一部であり、実施例１の光学部材と同様に、光学材料粒子（本願請求項記載の「光学材料粒子」の一例）が分散したシリコーン樹脂（本願請求項記載の「シリコーン樹脂部」の一例）からなる。そのため、ＵＶ透過セル４０は、光学部材３８を構成するシリコーン樹脂と光学材料粒子の屈折率が一致する波長の光だけを直進させ、その他の光を散乱させる波長選択機能を有する。
ノッチフィルタと光学部材３８は、どちらも同様に波長選択機能を有しているが、入射光の入射角を０にする必要があるか否かで相違する。ノッチフィルタを用いる場合は、試料からノッチフィルタへの光の入射角を０にするために、ノッチフィルタと試料保持部の間にレンズが必要である。しかし、光学部材３８とセル部４８の間には、入射角を０にするためのレンズは必要ないため、実質的に一体化することが可能となり、光測定システム３６の小型化が実現できる。
また、ＵＶ透過セル４０は、シリコーン樹脂がエラストマーの場合、弾性特性があるので耐衝撃性が良好となる。よって、ＰＯＣＴにおける測定現場でのハンドリングが容易となる。更に、大量生産により、製造コストを安価にすることができる。
光学部材３８を構成するシリコーン樹脂と光学材料の屈折率が一致する波長をλ１（本願請求項記載の「第１波長」の一例）とするとき、光学部材３８を透過する光のうち、波長λ１以外の波長（本願請求項記載の「第２波長」の一例）の光の大部分４９は、光学部材３８によりあらゆる方向に散乱する。一方、波長λ１の光は、光学部材３８において散乱しないので、ＵＶ光源から放出される光の性質を維持したまま進行する。
よって、光学部材３８と集光レンズ４４との距離を所定の距離ｄとすることにより、集光レンズ４４へ到達する波長λ１以外の光成分は少なくなり、集光レンズ４４への波長λ１以外の光の入射量を小さくすることが可能となる。そして、集光レンズ４４により、集光レンズ４４を通過した波長λ１の光は、センサ４６の受光面に選択的に集光される。
図９は、光学部材で構成されたＵＶ透過セル５２を備える光測定システム５３の図である。実施例３では、ＵＶ透過セルと光学部材とが実質的に一体化した構造であった。本実施例では、シリコーン樹脂からなるＵＶ透過セル５２そのものに光学材料粒子を分散させ、ＵＶ透過セル５２自体に波長選択機能を付与するものである。ＵＶ透過セル５２自体が、実施例３の光学部材と同様に機能するため、本実施例に係る光測定システム５３は、実施例３に示す光測定システム３６より更に小型化することが可能となる。
図１０は、二種類の光学部材を有するＵＶ透過セル６２を備える、二波長同時測定が可能な光測定システム６０の図である。本実施例のＵＶ透過セル６２は、実施例３に係るＵＶ透過セル４０と同様に、ＵＶ透過セル６２のセル部６４の光透過側に、波長λ１（本願請求項記載の「第１波長」の一例）の光が直進し、波長λ１の以外の波長（本願請求項記載の「第２波長」の一例）の光を散乱させる第１粒子含有樹脂部６６（波長＝λ１直進、波長≠λ１散乱、本願請求項記載の「第１粒子含有樹脂部」の一例）を有する。また、セル部６４は、紫外線透過性の高いシリコーン樹脂からなり、試料７０を入れるための空洞を有している。
そのため、第１ＵＶ光源（本願請求項記載の「第１光源部」の一例）６８から放出される紫外線（波長λ１）を含む光は、ＵＶ透過セル６２のセル部６４を介して試料７０に照射され、試料７０から放出される光はセル部６４を介して第１粒子含有樹脂部６６に到達する。第１粒子含有樹脂部６６では、波長λ１の光は入射角が維持されたまま屈折せずに通過し、波長λ１以外の波長の光はあらゆる方向へ散乱する。波長λ１以外の光が到達する量が十分小さくなるように、第１粒子含有樹脂部６６から距離ｄ１の位置に設置された第１集光レンズ７２（本願請求項記載の「第１集光レンズ部」の一例）を通過する波長λ１の光は、第１センサ７４（本願請求項記載の「第１光測定部」の一例）の受光面に集光され、当該波長λ１の光が第１センサ７４により測定される。
更に、光測定システム６０は、第１ＵＶ光源６８、第１粒子含有樹脂部６６、第１集光レンズ７２、第１センサ７４からなる光学系の光軸に対しほぼ直角なるように、第２ＵＶ光源７６（本願請求項記載の「第２光源部」の一例）、第２粒子含有樹脂部７８、第２集光レンズ８０（本願請求項記載の「第２集光レンズ部」の一例）、第２センサ８２（本願請求項記載の「第２光測定部」の一例）からなる光学系の光軸を設定する。すなわち、断面四角形のＵＶ透過セル６２は、例えば四角柱状であり、第１粒子含有樹脂６８が設けられる面と直行する面に、第２粒子含有樹脂部７８（本願請求項記載の「第２粒子含有樹脂部」の一例）が設けられている。第２粒子含有樹脂部７８は、第１粒子含有樹脂部６６とは異なる光学材料粒子が分散したシリコーン樹脂からなり、波長λ１とは異なる波長λ３(本願請求項記載の「第３波長」の一例）の光が直進し、波長λ３以外の波長（本願請求項記載の「第４波長」の一例）光を散乱させる波長選択機能を有する。
第２ＵＶ光源７６から放出される紫外線（波長λ３）を含む光は、ＵＶ透過セル６２のセル部６４を介して試料７０に照射され、試料７０から放出される光はセル部６４を介して第２粒子含有樹脂部７８に到達する。第２粒子含有樹脂部７８では、波長λ３の光は入射角が維持されたまま屈折せずに通過し、波長λ３以外の波長の光はあらゆる方向へ散乱する。波長λ３以外の波長の光が到達する量が十分小さくなるように、第２粒子含有樹脂部７８から距離ｄ２の位置に設置された第２集光レンズ８０を通過する波長λ３の光は、第２センサ８２の受光面に集光され、当該波長λ２の光が第２センサ８２により測定される。
すなわち、図１０に示す光測定システム６０及びＵＶ透過セル６２の光測定システムによれば、試料７０から放出される光のうち、２つの波長（λ１、λ３）を選択し、かつ、同時に測定することが可能となる。
図１１は、二種類の光学部材からなるＵＶ透過セル９２を備える、二波長同時測定が可能な光測定システム９０の図である。本実施例の光測定システム９０は、実施例５と同様に、試料から放出される光のうち、２つの波長（λ１、λ３）を選択し、かつ、同時に測定するものである。また、ＵＶ透過セル９２は、実施例４と同様に、シリコーン樹脂からなるＵＶ透過セルそのものに光学材料粒子を分散させ、ＵＶ測定セル自体に波長選択機能を付与するものである。
ＵＶ透過セル９２は、二種類の光学部材からなる。その一方は、第１光学材料粒子がシリコーン樹脂中に分散されている第１粒子含有樹脂部９４であり、他方は、第１光学材料粒子とは異なる第２光学材料粒子が分散されている第２粒子含有樹脂部９６である。第１光学材料粒子９４は、シリコーン樹脂と波長λ１で屈折率が一致する。第２光学材料粒子９６は、波長λ１とは異なる波長λ３でシリコーン樹脂と屈折率が一致する。
すなわち、第１ＵＶ光源９８から放出される紫外線（波長λ１）を含む光は、ＵＶ透過セル９２の第１粒子含有樹脂部９４を介して試料１００に照射され、試料１００から放出される光はＵＶ透過セル９２の第１粒子含有樹脂部９４を通過する。第１粒子含有樹脂部９４では、紫外線（波長λ１）は入射角が維持されたまま屈折せずに通過し、波長λ１以外の波長の光はあらゆる方向へ散乱する。波長λ１以外の波長の光が到達する量が十分小さくなるように、第１粒子含有樹脂部９４から距離ｄ１の位置に設置された第１集光レンズ１０２を通過する波長λ１の光は、第１センサ１０４の受光面に集光され、当該波長λ１の光が第１センサ１０４により測定される。
同様に、第２ＵＶ光源１０６から放出される紫外線（波長λ３）を含む光は、ＵＶ透過セル９２の第２粒子含有樹脂部９６を介して試料１００に照射され、試料１００から放出される光はＵＶ透過セル９２の第２粒子含有樹脂部９６を通過する。第２粒子含有樹脂部９６では、紫外線（波長λ３）は入射角が維持されたまま屈折せずに通過し、波長λ３以外の波長の光はあらゆる方向へ散乱する。波長λ３以外の波長の光が到達する量が十分小さくなるように、第２粒子含有樹脂部９６から距離ｄ２の位置に設置された第２集光レンズ１０８を通過する波長λ３の光は、第２センサ１１０の受光面に集光され、当該波長λ３の光が第２センサ１１０により測定される。
すなわち、図１１に示す光測定システム９０によれば、試料から放出される光のうち、２つの波長（λ１、λ３）を選択し、かつ、同時に測定することが可能となる。
なお、本実施例の光測定システム９０は、実施例５の光測定システム６０と同一かつ同数の部品で構成されているが、それらの配置が異なる。本実施例のように各部品を配置することで、第１センサ１０４への第２ＵＶ光源１０６からの光の入射と、第２センサ１１０への第１ＵＶ光源９８からの光の入射を容易に低減することができる。
図１２は、実施例３の光測定システム３６に、ＳＯＴ（Silicone Optical Technologies）を適用した光測定システム１２０を示す図である。ＳＯＴとは、本発明の発明者らの発明であり、光学系を透明なシリコーン樹脂及び顔料含有樹脂で構築することにより、光測定装置の耐振動性及び耐衝撃性の向上、並びに、迷光及び散乱光の抑制を可能にした技術である（例えば、特許文献１又は２参照）。
本実施例のＵＶ透過セル４０は、実施例３と同様に、セル部４８と光学部材３８とが一体となって構成されている。
光測定システム１２０は、実施例３と同様に、ＵＶ光源４２及びセンサ４６を備える。加えて、光測定システム１２０は、光学部材３８とセンサ４６との間に、ＰＤＭＳ等の紫外線に透明なシリコーン樹脂により充填されている導光路部１２２を備える。また、導光路部１２２は、光学部材３８に接する面及びセンサ４６に接する面を除いて、迷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部１２４で包囲されている。
このように構成することにより、光学部材３８から放出される光のうち、導光路部１２２に入射する光以外の光は、顔料含有樹脂部１２４に入射して吸収される。よって、光学部材３８から放出される光の導光路部１２２への入射量は、導光路部１２２の断面積により制限される。また、特に光学部材３８から放出される波長λ１以外の光の大部分は散乱光であり、導光路部１２２を進行中に、導光路部１２２から顔料含有樹脂部１２４に入射して吸収される。
そのため、導光路部１２２の断面積と、導光路部１２２の長さＤを適宜設定すれば、波長λ１以外の光は、ほぼ顔料含有樹脂部１２４により吸収され、センサ４６には殆ど到達しない。一方、波長λ１の光のうち顔料含有樹脂部１２４に入射しなかった光は、全てセンサ４６に到達する。波長λ１の光は、光学部材３８により散乱を受けることが無いので、波長λ１以外の光と比較すると、顔料含有樹脂部１２４に吸収される光は極めて少ない。よって、集光レンズを設けることなく、センサ４６でセンシングすることが可能となる。
そして、集光レンズを省略することができるので、本実施例に係る光測定システム１２０は、実施例３に係る光測定システム３６より更に小型化することが可能となる。
なお、実施例５及び６では、波長特性が異なる二種類の光学部材として、同一のシリコーン樹脂にそれぞれ異なる種類の光学材料粒子を分散させた例を示したが、光学材料粒子ではなくシリコーン樹脂の種類を変えても良い。例えば、第１シリコーン樹脂（商品名「ＳＩＭ−３６０」信越化学工業（株）製、本願請求項記載の「第１シリコーン樹脂部」の一例）の中にＣａＦ２を分散させたものを第１粒子含有樹脂部とし、第１シリコーン樹脂とは異なる第２シリコーン樹脂（商品名「ＫＥ−１０３」信越化学工業（株）製、本願請求項記載の「第２シリコーン樹脂部」の一例）の中にＣａＦ２を分散させたものを第２粒子含有樹脂部としても良い。
図１３は、波長２６０ｎｍの光を選択的に透過させる本発明の光学部材２０１に、（ａ）波長２６０ｎｍの光を照射した場合と、（ｂ）波長２８０ｎｍの光を照射した場合の光軸を矢印で示した図である。光学部材２０１は、シリコーン樹脂として商品名「ＳＩＭ−３６０」信越化学工業（株）製のＰＤＭＳを採用し、光学材料粒子としてＣａＦ２を採用して製作した。
図１３に示すように、波長２６０ｎｍの紫外光は光学部材２０１を直進するのに対し、波長２８０ｎｍ紫外線はシリコーン樹脂中のＣａＦ２により散乱され、１〜２°の拡散角φの拡散光として光学部材２０１から放出される。
そのため、波長２６０ｎｍの光と波長２８０ｎｍの光とを分光しようとすると、光路長Ｌが１０から３０ｃｍ程度必要となる。光学部材２０１に入射する光の直径をｄ〔ｃｍ〕、前記入射光が元来有する拡がり角を±θ〔度〕とし、光学部材２０１を透過した光を受光するセンサの受光範囲（直径）もｄ〔ｃｍ〕とすると、前記センサに到達する波長２６０ｎｍと波長２８０ｎｍの光の強度比は、光路長Ｌ〔ｃｍ〕に対して、下記の式（１）で表される。ここで、φは光学部材２０１中の光学材料粒子（例えば、ＣａＦ２粒子）による散乱角〔度〕を示す。光学部材２０１に入射する光が直径１ｍｍで当該光が元々±1度程度の広がり角を持っていると、光路長が１０〜３０ｃｍの場合、強度比はφが1度の時、３．１〜３．７倍になる。しかしながら、センサに到達する測定光の光強度（光の明るさ）は距離の２乗に反比例するため、センサの受光面（直径）が１ｃｍでも、光路長Ｌ＞３０ｃｍでは、センサに到達する光の一部はセンサをはみ出し、結果としてセンサが受光する測定光は暗くなる。
そこで、光測定装置の更なる小型化、測定信号の減衰抑制を実現するために、本発明の光測定装置２０３を図１４のように構成した。本発明の光測定装置２０３は、紫外線２０５を放出する光源２０７、液体試料２０９を収容するＵＶ測定セル２１１、波長選択フィルタユニット２１３、アパーチャ部材２１５、及び、センサ２１７からなる。
光源２０７は、例えば、小型のＵＶ−ＬＥＤからなる。ＵＶ測定セル２１１は、例えば、紫外線透過特性を有する汎用のシリコーン樹脂（エラストマー）を用いて構成される。センサ２１７は、液体試料から放出された後に、波長選択フィルタユニット２１３にて波長選択された波長の光を受光し、当該光の特性を測定する。
波長選択フィルタユニット
波長選択フィルタユニット２１３は、板状の光学部材２１９を、光入射側の平凸レンズ２２１と光出射側の平凸レンズ２２３との間に挟んでなるレンズユニットである。光学部材２１９は、実施例１の光学部材と同様に、光学材料粒子（本願請求項記載の「光学材料粒子」の一例）が分散したシリコーン樹脂（本願請求項記載の「シリコーン樹脂部」の一例）からなる。そのため、波長選択フィルタユニット２１３は、光学部材２１９を構成するシリコーン樹脂と光学材料粒子の屈折率が一致する波長の光だけを直進させ、その他の光を散乱させる波長選択機能を有する。
板状の光学部材２１９を、光入射側の平凸レンズ２２１と光出射側の平凸レンズ２２３との間に挟んだ構成の波長選択フィルタユニット２０３とし、光源２０７より放出された光が、波長選択フィルタユニット２１３を通過してアパーチャ部材２１５に集光されてセンサ２１７に到達するように、光源２０７、波長選択フィルタユニット２０３、アパーチャ部材２１５、センサ２１７を配置することにより、特定の波長の光のみが集光してセンサ２１７に効率的に入射して、前記特定の波長の光より集光性が劣るその他の波長の光がセンサ２１７に到達しにくい構成が実現できる。前記した強度比の式（１）において、光源２０７がもともと持つ広がり角θを０とすることができるため、光の直径ｄを０．１ｃｍとしても、平凸レンズ２２３からセンサ２１７までの光路長が４ｃｍ、１０ｃｍのときの強度比はそれぞれ５倍、２０倍となり、結果的に光路長をより短くすることが可能となる。さらに、広がり角θが無視できることで、センサ受光面での光強度の減衰も抑制することが可能となる。
なお、測定光の光強度が十分であれば、光入射側の平凸レンズ２２１又は光出射側の平凸レンズ２２３のいずれか一方のみでもよい。
また、光学部材２１９の厚さは、光学部材２１９内部における平均自由工程よりも大きいことが好ましい。また、厚み上限については、透過率を考慮して定めると良い。例えば、シリコーン樹脂とＣａＦ２の重量比が７：３であり、ＣａＦ２の平均粒径が１μｍの場合、光学部材２１９の厚さは５０μｍから５ｍｍの範囲内とすることができる。
なお、波長選択フィルタユニット２１３とセンサ２１７との間の光路中に、空間フィルタを構成するために、センサ２１７の光入射側に開口部を有するアパーチャ部材２１５を設けることができる。
図１５は、実施例８とは異なる波長選択フィルタユニット２２５を用いた光測定装置２２７の構成例を示す図である。光測定装置２２７の波長選択フィルタユニット２２５は、光学部材２２９、平凸レンズ２３１及び反射ミラー２３３が一体化してなるものである。具体的には、平板状の光学部材２２９の光入射側に平凸レンズ２３１、光学部材２２９を挟んで平凸レンズ２３１の反対側に反射ミラー２３３を設けたものである。
この波長選択フィルタユニット２２５においては、光入射側に設けられたレンズに入射した光は光学部材２２９を通過して波長選択され、反射ミラー２３３により折り返される。折り返された光は、再度光学部材２２９を通過して波長選択され、平凸レンズ２３１から出射される。
光路が１回折り返されることにより、アパーチャ部材２３５及びセンサ２３７は、波長選択フィルタユニット２２５を挟んで光源２３９及びＵＶ測定セル２４１の反対側ではなく、同じ側に配置される。そのため、光測定装置２２７は、図６に示す光測定装置２０３よりも更にを小型化することが可能となる。
また、光学部材２２９は、その内部を光が２度通過するため、実施例８の光学部材２１９の半分の厚みで同等の波長選択特性を得ることができる。
１・・・光学部材、３・・・シリコーン樹脂、５・・粒子、７・・・波長λ１の光、９・・・波長λ２の光、１１・・・顔料含有樹脂部材、１３・・・フィルタリング導光路、２０・・・光学部材、２２・・・光測定システム、２４・・・ＵＶ光源、２６・・・測定試料、２８・・・ＵＶ透過セル、３０・・・第１レンズ、３２・・・第２レンズ、３４・・・センサ、３６・・・光測定システム、３８・・・光学部材、４０・・・ＵＶ透過セル、４２・・・ＵＶ光源、４４・・・集光レンズ、４６・・・センサ、４８・・・セル部、４９・・・波長λ１以外の光、５０・・・試料、５２・・・ＵＶ透過セル、５３・・・光測定システム、６０・・・光測定システム、６２・・・ＵＶ透過セル、６４・・・セル部、６６・・・第１粒子含有樹脂部、６８・・・第１ＵＶ光源、７０・・・試料、７２・・・第１集光レンズ、７４・・・第１センサ、７６・・・第２ＵＶ光源、７８・・・第２粒子含有樹脂部、８０・・・第２集光レンズ、８２・・・第２センサ、９０・・・光測定システム、９２・・・ＵＶ透過セル、９４・・・第１粒子含有樹脂部、９６・・・第２粒子含有樹脂部、９８・・・第２粒子含有樹脂部、１００・・・試料、１０２・・・第１集光レンズ、１０４・・・第１センサ、１０６・・・第２ＵＶ光源、１０８・・・第２集光レンズ、１１０・・・第２センサ、１２０・・・光測定システム、１２２・・・導光路部、１２４・・・顔料含有樹脂部、２０１・・・光学部材、２０３・・・光測定装置、２０５・・・紫外線、２０７・・・光源、２０９・・・液体試料、２１１・・・ＵＶ測定セル、２１３・・・波長選択フィルタユニット、２１５・・・アパーチャ部材、２１７・・・センサ、２１９・・・光学部材、２２１・・・平凸レンズ、２２３・・・平凸レンズ、２２５・・・波長選択フィルタユニット、２２７・・・光測定装置、２２９・・・光学部材、２３１・・・平凸レンズ、２３３・・・反射ミラー、２３５・・・アパーチャ部材、２３７・・・センサ、２３９・・・光源、２４１・・・ＵＶ測定セル

Claims (19)

  1. 光測定の試料を保持する試料保持部材であって、
    光源部からの光が透過する光透過部の少なくとも一部に、光学部材を備え、
    前記光学部材は、
    第１波長の光の直進よりも、第２波長の光の直進を遮る光学部材であって、
    シリコーン樹脂部と、
    前記シリコーン樹脂部の中に分散された光学材料粒子とを備え、
    前記シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が
    前記第１波長において一致し、
    前記第２波長において一致せず、
    前記光学部材はさらに、
    第１粒子を前記光学材料粒子として有する第１粒子含有樹脂部と、
    前記第１粒子とは異なる第２粒子を前記光学材料粒子として有する第２粒子含有樹脂部とを有し、
    前記シリコーン樹脂部と前記第１粒子の屈折率が、
    前記第１波長において一致し、
    前記第１波長とは異なる前記第２波長において一致しないものであり、
    前記シリコーン樹脂部と前記第２粒子の屈折率が、
    前記第１波長とは異なる第３波長において一致し、
    前記第３波長とは異なる第４波長において一致しないものである、
    試料保持部材。
  2. 前記シリコーン樹脂部がＰＤＭＳであり、前記光学材料粒子が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である、請求項１記載の試料保持部材。
  3. 前記光学材料粒子の短径が０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、前記シリコーン樹脂部の中の前記光学材料粒子の濃度が１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であり、
    前記光学材料粒子の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項２記載の試料保持光学部材。
  4. 前記シリコーン樹脂部がＰＤＭＳであり、前記光学材料粒子がフッ化カルシウム（ＣａＦ２）である、請求項１記載の試料保持部材。
  5. 前記光学材料粒子の短径が２０μｍ以上５００μｍ以下であり、前記シリコーン樹脂部の中の前記光学材料粒子の濃度が５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であり、
    前記光学材料粒子の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項４記載の試料保持部材。
  6. 前記試料保持部材の全体が、前記光学部材からなる、請求項１から５のいずれか１項に記載の試料保持部材。
  7. 光測定の試料を保持する試料保持部材であって、
    光源部からの光が透過する光透過部の少なくとも一部に、光学部材を備え、
    前記光学部材は、
    第１波長の光の直進よりも、第２波長の光の直進を遮る光学部材であって、
    シリコーン樹脂部と、
    前記シリコーン樹脂部の中に分散された光学材料粒子とを備え、
    前記シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が
    前記第１波長において一致し、
    前記第２波長において一致せず、
    前記光学部材はさらに、
    第１シリコーン樹脂部を前記シリコーン樹脂部として有する第１粒子含有樹脂部と、
    前記第１シリコーン樹脂部とは異なるシリコーン樹脂からなる第２シリコーン樹脂部を前記シリコーン樹脂部として有する第２粒子含有樹脂部とを有し、
    前記第１シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が、
    前記第１波長において一致し、
    前記第１波長とは異なる前記第２波長において一致しないものであり、
    前記第２シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が、
    前記第１波長とは異なる第３波長において一致し、
    前記第３波長とは異なる第４波長において一致しないものである、
    試料保持部材。
  8. 前記シリコーン樹脂部がＰＤＭＳであり、前記光学材料粒子が二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）である、請求項７記載の試料保持部材。
  9. 前記光学材料粒子の短径が０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、前記シリコーン樹脂部の中の前記光学材料粒子の濃度が１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であり、
    前記光学材料粒子の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項８記載の試料保持光学部材。
  10. 前記シリコーン樹脂部がＰＤＭＳであり、前記光学材料粒子がフッ化カルシウム（ＣａＦ ２ ）である、請求項７記載の試料保持部材。
  11. 前記光学材料粒子の短径が２０μｍ以上５００μｍ以下であり、前記シリコーン樹脂部の中の前記光学材料粒子の濃度が５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であり、
    前記光学材料粒子の光路長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項１０記載の試料保持部材。
  12. 前記試料保持部材の全体が、前記光学部材からなる、請求項７から１１のいずれか１項に記載の試料保持部材。
  13. 試料を保持する試料保持部材と、光測定装置とを備える光測定システムであって、
    前記光測定装置は、
    前記試料に光を照射する光源部と、
    前記試料からの光を集光する集光レンズ部と、
    前記集光レンズ部で集光された光を測定する光測定部とを備え、
    前記試料保持部材は、
    光測定の試料を保持する試料保持部材であって、
    光源部からの光が透過する光透過部の少なくとも一部に、光学部材を備え、
    前記光学部材は、
    第１波長の光の直進よりも、第２波長の光の直進を遮る光学部材であって、
    シリコーン樹脂部と、
    前記シリコーン樹脂部の中に分散された光学材料粒子とを備え、
    前記シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が
    前記第１波長において一致し、
    前記第２波長において一致せず、
    前記試料保持部材は、
    第１粒子を前記光学材料粒子として有する第１粒子含有樹脂部を有する第１透過部と、
    前記第１粒子とは異なる第２粒子を前記光学材料粒子として有する第２粒子含有樹脂部を有する第２透過部を有し、
    前記光測定装置は、
    前記試料に第１光を照射する第１光源部と、
    前記試料に第２光を照射する第２光源部と、
    前記第１透過部を透過した前記試料からの光を集光する第１集光レンズ部と、
    前記第２透過部と透過した前記試料からの光を集光する第２集光レンズ部と、
    前記第１集光レンズ部で集光された光を測定する第１光測定部と、
    前記第２集光レンズ部で集光された光を測定する第２光測定部とを備える、
    光測定システム。
  14. 前記第１光源部及び前記第２光源部は、それぞれ、前記試料保持部材の対向する面に光を照射する位置にあり、
    前記試料保持部材のうち、
    前記第１光が透過する部分は、前記第１粒子含有樹脂部を有し、
    前記第２光が透過する部分は、前記第２粒子含有樹脂部を有する、請求項１３記載の光測定システム。
  15. 試料を保持する試料保持部材と、光測定装置とを備える光測定システムであって、
    前記光測定装置は、
    前記試料に光を照射する光源部と、
    前記試料からの光を測定する光測定部と、
    前記試料保持部材の光透過部と前記光測定部の受光面との間を充填する透明樹脂部と、
    前記透明樹脂部を包囲する顔料含有樹脂部とを備え、
    前記試料保持部材は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の試料保持部材である、光測定システム。
  16. 試料からの第１波長の光を集光する特定波長集光部材であって、
    試料からの光を集光するレンズ部と、光学部材とを備え、
    前記光学部材は、
    第１波長の光の直進よりも、第２波長の光の直進を遮る光学部材であって、
    シリコーン樹脂部と、
    前記シリコーン樹脂部の中に分散された光学材料粒子とを備え、
    前記シリコーン樹脂部と前記光学材料粒子の屈折率が
    前記第１波長において一致し、
    前記第２波長において一致せず、
    前記光学部材は、前記レンズ部に隣接し、
    前記レンズ部として、少なくとも一枚の平凸レンズを備え、
    光を反射させる光反射部をさらに備え、
    前記試料から前記光反射部への入射光及びその反射光の両方が、前記平凸レンズ及び前記光学部材の両方を透過する、
    特定波長集光部材。
  17. 前記光学部材の少なくとも光路上流および少なくとも光路下流に平凸レンズを備える請求項１６記載の特定波長集光部材。
  18. 試料からの第１波長の光を測定する光測定装置であって、
    前記試料に光を照射する光源部と、
    前記試料からの第１波長の光を集光する特定波長集光部材と、
    前記特定波長集光部材で集光された光を測定する光測定部とを備え、
    前記特定波長集光部材は、請求項１６または１７記載の特定波長集光部材である、光測定装置。
  19. 前記光測定部の光入射側に、アパーチャ部材を備える、請求項１８記載の光測定装置。
JP2018554966A 2016-12-06 2017-11-30 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材 Expired - Fee Related JP6723534B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016237041 2016-12-06
JP2016237041 2016-12-06
JP2017166116 2017-08-30
JP2017166116 2017-08-30
PCT/JP2017/043209 WO2018105502A1 (ja) 2016-12-06 2017-11-30 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020080272A Division JP2020126268A (ja) 2016-12-06 2020-04-30 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018105502A1 JPWO2018105502A1 (ja) 2019-07-18
JP6723534B2 true JP6723534B2 (ja) 2020-07-15

Family

ID=62490999

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018554966A Expired - Fee Related JP6723534B2 (ja) 2016-12-06 2017-11-30 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材
JP2020080272A Pending JP2020126268A (ja) 2016-12-06 2020-04-30 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020080272A Pending JP2020126268A (ja) 2016-12-06 2020-04-30 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200064262A1 (ja)
JP (2) JP6723534B2 (ja)
WO (1) WO2018105502A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10823670B2 (en) * 2016-10-21 2020-11-03 Honeywell International Inc. Compact ultraviolet light adsorption sensing system

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4978717A (ja) * 1972-12-01 1974-07-30
JP3465121B2 (ja) * 1994-08-11 2003-11-10 竹中エンジニアリング株式会社 赤外線検知装置
JP4356779B2 (ja) * 2007-07-13 2009-11-04 豊田合成株式会社 赤外線反射材、赤外線反射積層体および赤外線反射構造体ならびにその製造方法
JP4862784B2 (ja) * 2007-08-28 2012-01-25 三菱化学株式会社 光学特性制御装置及び板状光学部材
JP5665811B2 (ja) * 2012-08-02 2015-02-04 国立大学法人九州大学 光誘起蛍光測定器
US10234608B2 (en) * 2013-11-15 2019-03-19 University Of Utah Research Foundation Nanoparticle light filtering method and apparatus
JP2016133518A (ja) * 2015-01-15 2016-07-25 コニカミノルタ株式会社 光学素子及び光学素子の製造方法
KR20170071346A (ko) * 2015-12-15 2017-06-23 엘지전자 주식회사 투명복합소재용 수지 조성물 및 그 이용
JP2017110056A (ja) * 2015-12-15 2017-06-22 日本電気硝子株式会社 樹脂組成物

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020126268A (ja) 2020-08-20
JPWO2018105502A1 (ja) 2019-07-18
US20200064262A1 (en) 2020-02-27
WO2018105502A1 (ja) 2018-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6814918B2 (ja) 光学測定システム、光学セル、及び、光学測定方法
EP1645864B1 (en) Enhanced sensitivity differential refractometer incorporating a photodetector array
JP6150259B2 (ja) 毛細管ベースのフローサイトメトリーにおける集光効率を高めるための装置及び方法
CA2976129C (en) Beam splitter and arrangement for examining a sample which can be excited by means of electromagnetic radiation
DE10151312C2 (de) Oberflächenplasmonen-Resonanz-Sensor
CN110146430A (zh) 一种流式细胞仪光学***
CA2423512A1 (en) Optical sensor for volatile organic compounds
US20120043476A1 (en) Combined lens and reflector, and an optical apparatus using the same
JP6723534B2 (ja) 光学部材、光測定装置、試料保持部材、光測定システム及び特定波長集光部材
US10113960B2 (en) Arrangement in connection with measuring window of refractometer, and refractometer
Yoon et al. Microfluidic refractometer with micro-image defocusing
JP2010156557A (ja) 入射光学系及びラマン散乱光測定装置
US10384152B2 (en) Backscatter reductant anamorphic beam sampler
JP7429161B2 (ja) ＴｏＦ型距離センサ及び電子機器
JP6803499B2 (ja) 光学測定システム及び光学セル
JP4563600B2 (ja) 光散乱測定プローブ
FI127243B (fi) Menetelmä ja mittalaite Abben luvun jatkuvaksi mittaamiseksi
JP2020085615A (ja) 光学測定器
JP6664771B2 (ja) 光学系構造体、光学測定装置及び光学測定方法
RU157412U1 (ru) Автоматический цифровой рефрактометр для определения показателя преломления жидкостей
CN110132414B (zh) 双通道宽波段棱镜式连续光谱测量仪及其测量方法
WO2019009209A1 (ja) 光測定装置、導光部材及び光測定方法
JP2019015708A (ja) 光測定装置、導光部材及び光測定方法
JP6944678B2 (ja) 熱レンズ分析用光ファイバーカプラ、熱レンズ分析装置
CN212844874U (zh) 一种基于光学腔增强的液体测量***

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190606

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20200205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200303

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20200306

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20200422

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200430

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200526

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200616

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6723534

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees