JPH076910B2 - 集束光オプトロード - Google Patents

集束光オプトロード

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JPH076910B2
JPH076910B2 JP2260372A JP26037290A JPH076910B2 JP H076910 B2 JPH076910 B2 JP H076910B2 JP 2260372 A JP2260372 A JP 2260372A JP 26037290 A JP26037290 A JP 26037290A JP H076910 B2 JPH076910 B2 JP H076910B2
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light
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    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • 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
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、吸収スペクトルにより溶液中の化学試料を
遠隔的に検出するための集束光オプトロードに関するも
のである。
［従来の技術］ 米国特許4,851,665号明細書には、化学溶液、特に電気
メッキ液の試験に使用して良好な結果の得られる吸収ス
ペクトルによる方法および装置が記載されている。オプ
トロードについてはこの特許明細書にはオプトロードを
最適のものとするための手段が示唆されている。別の技
術としては米国特許4,664,154号明細書に光ファイバル
ミネセンス測定システムが記載されている。この文献で
は吸収の原理によって分析するための信号を発生する集
束光ビーム遠隔センサを使用するその他のシステムにつ
いては何も記載されていない。
［発明の解決すべき課題］ この発明の理解を容易にするために、分析すべき処理溶
液中に浸漬されるオプトロードに光ファイバケーブルに
より照明光源から光を伝送する集束光オプトロードシス
テムの本質的な形態の概要を説明する。オプトロードは
分析すべき処理溶液と相互作用するサンプリングギャッ
プを横切る前に光ビームを集束する。サンプリングギャ
ップを横切るとき光ビームは溶液中の化学試料により特
定の波長帯域において吸収される。集束光ビームはオプ
トロード中の対向する集束レンズによってピックアップ
されて第２の光ファイバを介して分析モジユールに送ら
れる。
したがって、この発明の目的は、より多くの光を送るこ
とにより信号対雑音比を改善し、サンプリングされるべ
き処理溶液の部分の大きさを増加させて分析装置の特性
を改善する改良された集束光オプトロードを提供するこ
とである。
この発明の別の目的は、反射鏡化された水晶プリズムお
よびサファイアレンズのような高価な部品の必要がな
く、組立てが容易であり廉価に製造されることのできる
ように構成された集束光オプロードシステムを得ること
である。
［課題解決のための手段］ この目的は、第１および第２の光ファイバと、それら第
１および第２の光ファイバを支持してそれらの端部を共
通の軸上に配置するための第１および第２の通路と、そ
れらの通路を覆うカバーと、前記第１および第２の通路
間を分離しているギャップを規定している対向する壁と
を備えている本体と、 光を集束するための第１および第２の傾斜屈折率レンズ
とを具備し、 前記第１および第２の傾斜屈折率レンズは前記ギャップ
に隣接して本体中に設けられた第１および第２の溝に固
定されて前記ギャップの反対側で実質上軸を整列して支
持され、前記第１および第２の光ファイバはそれぞれ前
記傾斜屈折率レンズの前記ギャップと反対側の端部に結
合され、前記第１の光ファイバによって伝送され、第１
の傾斜屈折率レンズを通過した光は前記ギャップ中の液
体材料の組成に応じて前記ギャップ中の液体に部分的に
吸収され、それによって前記第２の光ファイバを伝送さ
れる光が前記ギャップ中の液体に関する情報を含んでい
ることを特徴とするオプトロードによって達成される。
この発明の上記の、およびその他の利点は添付図面を参
照にした以下の実施例の詳細に説明により当業者には明
白になるであろう。
［実施例］ 第１図は複数のメッキタンクを備えたメッキ室10を示し
ている。タンクの一つは12で示されている。メッキタン
クは種々の部品の金属メッキを行うために設けられてい
る。メッキタンクは電気メッキ法によりハンダ、鉛、
錫、銅、ニツケル、クロム、金、およびその他のメッキ
化学物質をメッキするためのものである。メッキが行わ
れている間に処理溶液を分析するために、オプトロード
14が第２図に示すようにメッキ液16中にその下端が位置
するように吊下げられている。オプトロード14は光ファ
イバリング８により室22中の分析装置20に接続されてい
る。この室22はメッキ区域の腐食性の環境および電気的
および磁気的妨害から保護されている。これは第２図に
おいては概略的に示されている。溶液の分析が必要な各
タンクはそれぞれオプトロードを備え、それらは光ファ
イバリンクによって分析装置に接続されている。
第２図において、分析装置は光源26に電力を供給する電
源24を含むものとして概略的に示されている。光源26は
白色光でよく、或いは問題とする特定の化学物質に応じ
てエネルギの吸収に重要な波長の出力を実質的に有する
他のもっと限定された波長の光を生成するものでもよ
い。光源26からの光は光ビーム分割器28に送られ、この
光ビーム分割器28は基準ビーム30およびサンプルビーム
32を生成する。それらのビームは等しい強度であること
が実際上は好ましいがそれに限定されるものではない。
基準ビーム30は例えば光ビーム分割器28から出力される
エネルギの約10％のエネルギであり、それ故サンプルビ
ーム32は約90％のエネルギを有するようにすることがで
きる。基準ビーム30は光源および検出器が必要とする場
合にはフィルタ34を通過し、このフィルタ34は重要な吸
収波長付近の狭い周波数帯域をのみ通過させる。フィル
タ34の出力は検出器36に供給され、それは光電気変換器
であり、比較器38の１入力として作用する。
基準ビーム30およびサンプルビーム32は光ファイバに入
力される。サンプルビーム32を伝送する光ファイバはコ
ネクタ39に結合される。このコネクタ39からビームは光
ファイバ40によって導かれ、この光ファイバ40はオプト
ロード14の一部を構成する。もしも距離が長ければ１以
上のコネクタが使用されてもよい。このようにしてサン
プルビーム32はオプトロード14に伝送される。
信号ビームは光ファイバ42、コネクタ44および光ファイ
バ46を通ってフィルタ48に伝送され、このフィルタ48も
また実質上必要な帯域のみを通過させる狭帯域フィルタ
であり、フィルタ34と同じスペクトル特性であることが
好ましい。検出器50は光信号を電気信号に変換してその
電気信号を比較器38に出力する。光ファイバ40および42
はオプトロードから分析装置への光ファイバリンクを形
成する。比較器38の出力52は分析される溶液中の材料の
濃度を示す信号を出力する。
印刷回路板製造における問題の１つは電気メッキ処理に
おいて使用される化学材料について制御を行い、維持す
ることによって解決される。制御を行い、維持すること
ができないならば、基準に合致する印刷回路板を得るに
は不十分な品質になるであろう。特定の例で説明する
と、銅のメッキ処理において、銅イオン、硫酸イオン、
および有機添加物は常に処理溶液中で厳密な量的制御が
維持されなければならない。またハンダメッキ処理中、
鉛イオン、錫イオン、硼弗酸イオン、および有機添加物
は常に処理溶液中で厳密な量的制御が維持されなければ
ならない。オプトロードを最適にすることにより検出感
度は改善される。
第３図に示すようにオプトロード14はカバー56を指示す
る本体54を備えている。ブラケット58は本体54に取付け
られ、オプトロードをタンク或いは処理液流のその他の
場所にオプトロードの下端が処理溶液中に浸漬されるこ
とができるように結合している。カバー56を取外した本
体54は第４図に示されている。この本体54はそれぞれ光
ファイバ40および42を受入れる２個の湾曲した通路60お
よび62を備えている。本体54はその下端においてフラン
ジ64を残して切取られ、このフランジ64は通路と前記同
じ深さの位置に面66を有している。切込み部分68が本体
中に切込まれてフランジ64の上縁までのギャップを形成
しているが、通路60,62間の本体はこの切込み部分68の
上端よりも下方まで延在して切込み部分68の左側の面70
および右側の面72で終わっている。面70および72はそれ
ぞれＶ形の溝74および76を形成されぃる。また面70およ
び72には接着剤のための凹部78および80が形成されてい
る。
GRIN（gradient index material:傾斜屈折率材料）レン
ズ82および84がそれそれ溝74および76中に接着して固定
され、それらレンズの表面は切込み部分68の面86,88と
一致している。サンプルギャップを定めるGRINレンズ82
および84はサファイアその他の適当な透明材料で作られ
た窓90および92によって保護されている。窓90および92
はGRINレンズ82および84上に配置されて接着して固定さ
れている。光ファイバ40および42はそれぞれ集束GRINレ
ンズ82および84の表面に接着されている。組立てが完了
すると溝74および76は切込み部分68を除いてエポキシポ
ットコンパウンドで満たされ、カバーが56が取付けられ
る。GRINレンズ82および84はガラス状材料で作られ、集
束作用を生じるように半径方向にドープ濃度が変化され
ている。GRINレンズはメレス・グリオット社（Melles G
riot）から入手することができる。傾斜屈折率レンズは
日本板ガラス社によって商品明“セルフォックス”とし
て市販されている。このようなレンズは棒状ガラス材料
中に半径方向の傾斜屈折率を生成するイオン拡散技術に
よって製造される。自己集束レンズとして棒状体の屈折
率は半径の関数として周期的に変化する。集束GRINレン
ズの主な利点は組立てが容易であることである。このレ
ンズ82は光ファイバから広い角度で放射される光を収集
してそれを狭いビームに集束して窓90、ギャップ68、窓
92を通って他方の集束レンズ84に入射させ、この集束レ
ンズ84はこの光を受けてそれを集束して光ファイバ42に
供給する。信号の伝送を最適にするために光ファイバと
集束レンズとの整列は検知され、適切に調整されなけれ
ばならない。
本体54とそのカバー56はオプトロードが挿入される液体
に対して抵抗性のある材料で作られなければならない。
合成樹脂ポリマー化合物は多くの液体に適しており、特
にモールドおよび機械加工が容易である。ベスペル（Ve
spel:デュポン社の製品）、ポリプロピレン、およびポ
リ塩化ビニルは多くの酸溶液および多くのその他の腐食
性材料に対して抵抗性が高い。通路60,62は本体の上部
において平行であり、それから光ファイバ40,42が切込
み部分68の反対側で対面する関係位置になるように湾曲
している。その曲率は多モード光ファイバが信号を平行
な関係から軸方向で一致する関係にすることができるよ
うに選択され、したがって反射鏡やプリズムを使用しな
いで光ファイバによって光の屈曲が行われる。この構造
は他の光学構造を使用することなく光軸の方向を変える
ことを可能にする。
オプトロード14の改善された特性は従来の構造に比較し
て少なくとも３倍の光伝送能力を有する。これはシステ
ム動作範囲およびシステム雑音により生じる信号劣化に
対する自由度において５乃至６デシベルの増加をもたら
す。同様に重要なことは感度および得られる分析結果の
正確度の増加である。これは処理溶液の大きい部分がギ
ャップにおいて利用されるためである。性能の向上に加
えてオプトロードは簡単な構造でしかも優雅なデザイン
であり、また動作寿命、システムの信頼性、製造コス
ト、部品コストにおいても著しい改善が得られる。改善
された動作寿命とオプトロードの信頼性は処理溶液によ
る腐食の危険の減少によるものである。従来の装置との
基本的な相違は、処理溶液が構造中に漏洩したとき腐食
の危険の大きい反射鏡プリズムを使用しないこと、収束
のために正確な位置決めの必要な半球面レンズを使用し
ないこと、および正確な整列を必要とするレンズホルダ
ー構造体がないことである。製造コストは上記のような
構成部品が不要であるために著しく低い。オプトロード
14は銅イオンおよび弗硼酸イオンの分析に有効である。
オプトロードが処理溶液中に浸漬されたとき、それはス
ペクトル吸収の原理に基づいて動作する。切込み部分68
により形成されたギャップを占めているサンプルされた
処理溶液中の特定の化学試料は分析される特定のイオン
に特有のスペクトル帯域の光を吸収する。オプトロード
のギャップを横断する光はこの波長領域で吸収される。
この特定のイオンの濃度が変化するとき吸収効果はそれ
に応じて予測できる態様で変化し、したがって濃度変化
は検出可能で測定可能な光強度の変化を生じ、それは分
析モジユールによって計量される。
以上この発明を特定の実施例について説明したが、当業
者にはこの発明の技術的範囲から逸脱することなく多く
の変形、変更および実施態様が可能であることは明白で
あろう。したがってこの発明の技術的範囲は特許請求の
範囲の記載によってのみ定められるべきものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、メッキタンク中の溶液の分析のためのこの発
明の１実施例の集束光オプトロードシステムを示すメッ
キ室の概略図である。 第２図は、この発明の１実施例のシステムの概略ブロッ
ク図である。 第３図は、この発明の１実施例の集束光オプトロードの
側面図である。 第４図は、第３図の線４−４に沿ったカバーの取外され
たオプトロードの平面図である。 第５図は、部分的に切開かれた組み立てられたオプトロ
ードの拡大された底部を示す。 第６図は、部分的に切開かれた第５図の線６−６に沿っ
た断面図である。 10……メッキ室、12……メッキタンク、14……オプトロ
ード、20……分析装置、22……保護室、68……切込み部
分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−228045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−184038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121668（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１および第２の光ファイバと、 それら第１および第２の光ファイバを支持してそれらの
    端部を共通の軸上に配置するための第１および第２の通
    路と、それらの通路を覆うカバーと、前記第１および第
    ２の通路間を分離しているギャップを規定している対向
    する壁とを備えている本体と、 光を集束するための第１および第２の傾斜屈折率レンズ
    とを具備し、 前記第１および第２の傾斜屈折率レンズは前記ギャップ
    に隣接して本体中に設けられた第１および第２の溝に固
    定されて前記ギャップの反対側で実質上軸を整列して支
    持され、前記第１および第２の光ファイバはそれぞれ前
    記傾斜屈折率レンズの前記ギャップと反対側の端部に結
    合され、前記第１の光ファイバによって伝送され、第１
    の傾斜屈折率レンズを通過した光は前記ギャップ中の液
    体材料の組成に応じて前記ギャップ中の液体に部分的に
    吸収され、それによって前記第２の光ファイバを伝送さ
    れる光が前記ギャップ中の液体に関する情報を含んでい
    ることを特徴とするオプトロード装置。
  2. 【請求項２】電源と、光源と光ビーム分割器とを具備
    し、前記電源は前記光源に接続され、前記光源は前記光
    ビーム分割器に光を供給し、前記光ビーム分割器は基準
    ビームとサンプルビームにこの光を分割し、前記サンプ
    ルビームは前記第１の光ファイバに接続され、さらに比
    較器を具備し、前記基準ビームはこの比較器に接続さ
    れ、前記第２の光ファイバは前記比較器に接続されて前
    記第１および第２の光ファイバに結合された前記第１お
    よび第２の傾斜屈折率レンズ間のギャップ中の液体の光
    の吸収を示す請求項１記載のオプトロード装置。
  3. 【請求項３】前記比較器は腐食作用から保護された環境
    に配置され、オプトロードの前記本体部分はメッキタン
    クに配置されている請求項４記載のオプトロード装置。
  4. 【請求項４】本体と、 この本体中に形成された第１および第２の通路と、 それら第１および第２の通路中にそれぞれ配置された第
    １および第２の光ファイバとを具備し、前記通路は前記
    光ファイバが本体の上部で入り、本体の底部で互いに対
    向して実質上同じ軸上に位置されるような形状に構成さ
    れ、光ファイバが損傷を受けずにそれに受け入れられる
    ように充分大きい曲率半径を有しており、 さらに本体は切込み部分を規定している壁と、この切込
    み部分の両側で整列して延在する溝を具備し、 第１および第２の傾斜屈折率レンズが前記切込み部分の
    両側で前記溝中に配置され、 前記第１および第２の光ファイバはそれぞれ第１および
    第２の傾斜屈折率レンズに光学的に接続され、 前記通路を覆い、オプトロード内で前記光ファイバおよ
    び傾斜屈折率レンズを保護するために前記通路中にコン
    パウンドが充填され、前記光ファイバおよび傾斜屈折率
    レンズを覆うカバーが設けられていることを特徴とする
    オプトロード装置。
  5. 【請求項５】前記切込みに隣接して前記傾斜屈折率レン
    ズの表面を保護するために前記第１および第２の傾斜屈
    折率レンズを覆って前記切込み部分にそれぞれ固定され
    た第１および第２の透明な保護窓を具備している請求項
    ４記載のオプトロード装置。
  6. 【請求項６】さらに少なくとも１つのメッキタンクおよ
    び前記切込み部分がメッキタンクの液中に浸漬されるよ
    うにオプトロードの前記本体部分を配置する手段と、 前記第１の光ファイバに接続された光源と、 腐食から保護するための区画室およびこの保護区画室内
    に配置されたセンサとを具備し、前記第２の光ファイバ
    はこのセンサに接続されてオプトロードの前記切込み部
    分中の液体が第２の光ファイバ中の光に影響を与え、そ
    れにより前記センサが液体の組成を指示する請求項５記
    載のオプトロード装置。
  7. 【請求項７】前記本体およびカバーは合成樹脂ポリマー
    材料から構成されている請求項５記載のオプトロード装
    置。
JP2260372A 1989-09-27 1990-09-27 集束光オプトロード Expired - Lifetime JPH076910B2 (ja)

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US07/413,497 US4989942A (en) 1989-09-27 1989-09-27 Collimated light optrode
US413497 1989-09-27

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JPH03120443A JPH03120443A (ja) 1991-05-22
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