JPH11326210A - クロロフィル蛍光計測装置 - Google Patents

クロロフィル蛍光計測装置

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JPH11326210A
JPH11326210A JP13231198A JP13231198A JPH11326210A JP H11326210 A JPH11326210 A JP H11326210A JP 13231198 A JP13231198 A JP 13231198A JP 13231198 A JP13231198 A JP 13231198A JP H11326210 A JPH11326210 A JP H11326210A
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JP
Japan
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fluorescence
excitation light
chlorophyll
light
optical fiber
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JP13231198A
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Hiroto Takesue
浩人 武末
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境モニタリング項目として重要なクロロフ
ィル検知器として、屋内、屋外を問わず任意の場所に容
易に設置することが可能な非常に小型であり、且つ周辺
光の影響を受けることなく全天候の条件下で高感度に検
知でき、取り扱い及びメンテナンスが容易である装置を
提供することにある。 【解決手段】 400〜470nmに主要な発光波長を
有しているLED又はLDを光源とし励起波長選択部、
蛍光波長選択部および光検出素子が単一の筐体に配置さ
れているクロロフィル蛍光計測装置において、光源1か
ら発せられる励起光3を前記筐体10から検知対象領域
15へ伝送・照射するための光導波路20aおよび検知
対象領域で生じた蛍光4を集光し筐体へ伝送するための
光導波路20bとして光ファイバを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中での蛍光測定
に使用されるクロロフィル蛍光計測装置に関し、特に小
型、コンパクト、取扱いが容易であり、且つ集光効率が
高い構造を有する光計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水中の蛍光計測に関連する技術は海洋、
湖沼、河川等のモニタリングに適用されている。LED
を利用した検知技術としては、水中のプランクトンセン
サ(特開平8-15157号公報、特開平8-26193
4号公報等)がある。
【0003】LEDを利用した蛍光検出装置としてクロ
ロフィル蛍光を検知対象とした上記技術は、LED光源
からの光が波長選択フィルタおよび窓材を介して外部に
照射する構造を有している。このような構成は測定対象
をある特定の領域に限定しない、たとえば“水中の蛍光
測定”等では有効である。しかしながら特定部位(点)
の検知を行う場合のフレキシビリティは不十分であり、
面を検知対象とする場合には検知位置の調整が必要とな
る。前記の調整は装置全体を動かすことになるため作業
が非常に煩雑になる。さらに主要な電子、光学機器がす
べて水中に設置されることになるため使用環境が装置の
信頼性に与える影響は非常に大きいと考えられる。また
従来特許の計測対象は励起光出射面前方の極限定された
狭い領域であり、観測方向の深度分布に対する対策は何
等施されていない。
【0004】蛍光集光量を増大させるため、複数の励起
光源を使用し、さらに励起光の照射角度も工夫する等の
対策が施されているものもあるが(特開平8-2619
34号公報)、部品点数の増大、装置加工の煩雑化、消
費電力の増大が誘発されるため最終的には装置構成の大
型化および価格の高騰を招く欠点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の上記問題に鑑み、任意の場所に容易に設置でき、
且つ周辺光の影響を受けることがなく、高感度であり、
省電力での動作が可能であり、低価格である実用的なク
ロロフィル蛍光計測装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のクロロフィル蛍
光計測装置は、上記課題を解決するため、クロロフィル
色素の蛍光特性を利用してその存在を検知するものであ
り、励起光源として市販のLED又はLDを使用する。
さらに励起光および蛍光を任意の位置に伝送する手段と
して光ファイバを適用する。また、LED光源は一般の
蛍光測定用光源(ランプ光源、レーザ光源等)に比べて
強度が非常に微弱であることから、その発光波長成分に
おいて、クロロフィル蛍光の誘起に寄与できる波長成分
を広範囲且つ効率良く選択することによって検出感度の
向上が可能になる。
【0007】装置構成としては、LED光源、 励起波
長選択部、蛍光波長選択部、光検出素子、および検出信
号出力部を単一の筐体に配置させることによって、小
型、軽量、省電力のクロロフィル蛍光計測装置を構築す
ることが可能となる。励起光を検知対象に伝送するため
の光導波路および検知対象領域で生じた蛍光を検知部に
伝送するための光導波路として光ファイバを使用するこ
とにより検知対象部位を任意且つ容易に設定できる。特
定波長領域の励起光および蛍光の選択は干渉フィルタに
よって行われる。
【0008】さらにLED駆動回路、発振器および強度
変調型信号検出回路(ロックイン回路)を組み込むこと
によって周辺光の影響を受けない全天候型のクロロフィ
ル蛍光計測装置が構築できる。
【0009】また、特定の構成を有する光ファイバと集
光レンズを組み合わせることによって励起効率および蛍
光集光効率が向上し、観測方向への深度分布がある程度
深い場合にも対応できる。よって水面上方からの水面監
視にも適用できる。
【0010】一方、励起光強度が不十分で満足な蛍光が
得られない場合には、励起光源を本体の筐体から分離独
立させてプローブ部(励起光照射および蛍光集光部)に直
接設置する。この場合、励起光伝送用光ファイバは不用
になるため、ファイバへの集光および伝送に関わる光の
損失がなくなり、光源強度を最大限に利用できることに
なる。さらにこの時、励起光照射軸に対する集光用光フ
ァイバの設置角度を最適化することによって蛍光集光効
率が向上し、検出感度が改善することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について図
面を参照して説明する。
【0012】図1は本発明の第1の実施形態のクロロフ
ィル蛍光計測装置の構成図である。励起光として使用し
ているLED1は470nmに強度中心があり、400
nm〜600nmにわたってブロードに分布している。
ここではフィルタ2aによって波長選択された成分が励
起光3として使用される。レンズ11aによって集光さ
れた励起光3はコネクタ12aに接続されている光ファ
イバ20aの端面に集光され、ファイバ20a内に導入
される。ファイバ20aを介した励起光3は測定対象領
域15に照射される。
【0013】測定対象領域15にクロロフィル50が存
在する場合には、励起光3によって励起されたクロロフ
ィル50から蛍光4が生じる。この蛍光4の一部は光フ
ァイバ20bによって集光され、コネクタ12bの接続
部、レンズ11b、フィルタ2bを介して光検出素子で
検知される。フィルタ2bは波長選択用の干渉フィルタ
であり、これによって励起光3の反射・散乱成分が分離
除去され、蛍光4のみを選択的に光検出素子5で検知す
ることができる。光検出素子5ので検知された蛍光の出
力は検知信号出力端子31を介して外部へ伝送される。
【0014】本検知器を用いて効率良くクロロフィルの
蛍光を検知するためには、LEDの発光波長のうち、4
60nm以下の波長成分をフィルタ2aによって選択
し、励起光3として利用し、さらにクロロフィルの蛍光
4の670〜690nmの波長成分をフィルタ2bによ
って選択し、光検出素子5によって検知する。
【0015】図2は本発明の第2の実施形態のクロロフ
ィル蛍光計測装置の構成図である。本検知器は単一の筐
体10に、LED光源1、蛍光検出素子5(フォトダイ
オード)、LED駆動回路6、発振器7、ロックインア
ンプ8及び電圧変換部9から構成される蛍光測定ユニッ
トが内蔵されており、電源の供給および検知信号の出力
はそれぞれ電源電圧供給端子30および検知信号出力端
子31を介して行われる。
【0016】発振器7およびLED駆動回路6によって
パルス化されたLED光源1からの光はレンズ11aを
介してフィルタ2aにより波長選択された後、コネクタ
12aに設置されている光ファイバ20aの端面に集光
され、ファイバ20a内に導入される。ファイバ20a
を介した励起光3は第1の実施形態と同様に測定対象領
域に照射される。
【0017】クロロフィルから生じた蛍光は光ファイバ
20bで集光・伝送された後、コネクタ12b、レンズ
11bおよびィルタ2bを介して光検出素子5により検
知された後、ロックインアンプ8によって発振器7の周
波数に同期した(バックグラウンド光の影響を含まな
い)蛍光のみの強度が検知され出力される。ロックイン
アンプ8からの出力電圧は検知信号出力端子31を介し
て得られる。
【0018】図3は、本発明の第3の実施形態のクロロ
フィル蛍光計測装置で使用する光ファイバ先端の構成図
である。
【0019】励起光照射用ファイバ20aは励起光3を
効率よく導入するために口径1.5mmの単一のファイ
バを使用しており、励起光照射用ファイバ20aの周辺
に口径0.5mmのファイバを12本、同心円上に配置
する(蛍光集光用ファイバ20b)。上記の先端構造を
プローブとし、ファイバ20aおよび20bの他端をそ
れぞれクロロフィル蛍光計測装置の励起光照射側コネク
タ12aおよび蛍光検知側コネクタ12bに接続するこ
とにより、プローブ先端近傍に存在するクロロフィルの
蛍光検知が可能になる。励起光のファイバ20aへの入
射量を増大させるため、ファイバ20aは口径および開
口数の大きな単一のファイバを使用することが望まし
く、伝送距離によってはプラスチックファイバの使用も
有効である。
【0020】図4は、本発明の第4の実施形態のクロロ
フィル蛍光計測装置で使用する光ファイバおよびレンズ
系の構成図である。
【0021】使用する光ファイバ先端は図3に示した構
成と同じであり、励起光照射用光ファイバ20aを中心
としてその周辺に蛍光集光用光ファイバ20bが配置さ
れている。光ファイバ20aから照射された励起光3は
集光レンズ40を介して集光点41に集光される。集光
点41にクロロフィル50が存在する場合にはクロロフ
ィル50から生じる蛍光4が集光レンズ40を介して光
ファイバ20bで集光される。ここでクロロフィル50
が集光点41よりも内側(レンズ側)にある場合には、
そこからの蛍光は光ファイバ20aの出射端面の外周側
に集光されるため、光ファイバ20aの周辺に配置され
ている光ファイバ20bによって検知することができ
る。本構成により、レンズ40による励起光3の集光点
41から内側に存在するクロロフィル50も効率良く検
知することが可能となり、水面上方からのクロロフィル
検知等、検知距離が変化するような検知対象に対しても
適用が可能になる。
【0022】図5は、本発明の第5の実施形態のクロロ
フィル蛍光計測装置のプローブ部構成図である。本実施
形態は、これまでの実施形態と異なり、光源および励起
光選択部を筐体から分離することにより励起光伝送用の
光ファイバを介さずに光を検知対象領域に照射するもの
である。
【0023】LED励起光源1、LED駆動回路6、発
振器7および光源の周辺に同心円上に配置された集光用
光ファイバ20bによってプローブ部60が構成されて
おり、励起光はフィルタ2aおよびレンズ11aを介し
て外部に照射される。
【0024】図6は、本発明の第6の実施形態のクロロ
フィル蛍光計測装置の蛍光集光用光ファイバの配置図で
ある。
【0025】励起光の出射面61の最前面が集光用ファ
イバ20bの開口角に含まれるよう、集光用光ファイバ
20bの方向軸71をLED励起光源1からの励起光の
照射中心軸70に対してある一定の角度に設定する。こ
れにより出射直後の最も光量が多い段階で励起/発光し
たクロロフィル蛍光を効率よく検知することが可能にな
る。
【0026】
【発明の効果】これまで説明したように、本発明は、L
EDまたはLDを光源とし、励起波長選択部、蛍光波長
選択部および光検出素子が単一の筐体に配置されている
蛍光計測装置おいて、光源から発せられる励起光を前記
筐体から検知対象領域へ伝送するための光導波路および
検知対象領域で生じた蛍光を筐体へ伝送するための光導
波路として光ファイバを使用することにより、大気中、
水中の何れの検知対象にも容易に設置することができ、
迅速且つ確実なクロロフィル蛍光の検知を長期にわたり
実施することできる。
【0027】励起波長および検出蛍光波長の選択を最適
化することによって感度の向上が図られ、さらに光源の
パルス化およびロックインアンプの使用により周辺光の
影響を受けない高感度の漏油検知が可能になる。また、
使用する光ファイバの構成(配列)を最適化することに
よってより高効率の蛍光検知が実現される。
【0028】更に特定の構成を有する光ファイバとレン
ズとの組み合わせることによって、プローブと油の距離
が変化しても蛍光を検知することができる。励起光強度
が不十分である場合はプローブ部に光源を含ませること
で対応が可能であり、さらに蛍光集光用ファイバの励起
光照射中心軸に対する角度を最適化することによって蛍
光の集光効率を向させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のクロロフィル蛍光計
測装置の構成図
【図2】本発明の第2の実施形態のクロロフィル蛍光計
測装置の構成図
【図3】本発明の第3の実施形態のクロロフィル蛍光計
測装置で使用する光ファイバ先端の構成図
【図4】本発明の第4の実施形態のクロロフィル蛍光計
測装置で使用する光ファイバおよびレンズ系の構成図
【図5】本発明の第5の実施形態のクロロフィル蛍光計
測装置のプローブ部の構成図
【図6】本発明の第6の実施形態のクロロフィル蛍光計
測装置で使用する蛍光伝送用光ファイバの配置図
【符号の説明】
1 LED(光源) 2a,2b フィルタ(波長選択用) 3 励起光 4 蛍光 5 光検出素子 6 LED駆動回路 7 発振器 8 ロックインアンプ 9 変圧部 10 筐体 11a,11b レンズ 12a,12b コネクタ 15 測定対象領域 20a,20b 光ファイバ 30 電源電圧供給端子 31 検知信号出力端子 40 集光レンズ 41 集光点 50 クロロフィル 60 プローブ部 61 励起光出射面 70 照射中心軸 71 ファイバ方向軸

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 400〜470nmに主要な発光波長を
    有しているLED又はLDを光源とし励起波長選択部、
    蛍光波長選択部および光検出素子が単一の筐体に配置さ
    れているクロロフィル蛍光計測装置において、光源から
    発せられる励起光を前記筐体から検知対象領域へ伝送・
    照射するための光導波路および検知対象領域で生じた蛍
    光を集光し筐体へ伝送するための光導波路として光ファ
    イバを使用していることを特徴とするクロロフィル蛍光
    計測装置。
  2. 【請求項2】 LED又はLDを光源とする励起光をパ
    ルス化する発振器、LED又はLD駆動回路およびロッ
    クインアンプの使用により周辺光の影響を受けることな
    く蛍光を検知することを特徴とする請求項1に記載のク
    ロロフィル蛍光計測装置。
  3. 【請求項3】 励起光伝送用光ファイバを中心としてそ
    の周辺に複数の蛍光検出用光ファイバを配置させた構造
    を励起光出射側端面に有していることを特徴とする請求
    項1または2に記載のクロロフィル蛍光計測装置。
  4. 【請求項4】 励起光伝送用光ファイバを中心としてそ
    の周辺に複数の蛍光検出用光ファイバを配置させた構造
    を励起光出射側端面に有しており、且つ励起光出射側端
    面の前方に集光用レンズを配置していることを特徴とす
    る請求項3に記載のクロロフィル蛍光計測装置。
  5. 【請求項5】 励起光出射面周辺に集光用ファイバが同
    心円上にされている配置形態において、前記集光用ファ
    イバの中心軸が励起光の出射中心軸に対してある一定の
    角度を有していることを特徴とする請求項3に記載のク
    ロロフィル光計測装置。
  6. 【請求項6】 光源および励起光選択部を筐体から分離
    することにより励起光伝送用の光ファイバを介さずに光
    を検知対象領域に照射することを特徴とする請求項1ま
    たは2に記載のクロロフィル蛍光検出装置。
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