以下、本発明の好ましい実施形態について� ��明する。
 本実施形態で使用される界面物性測定用光� ��ァイバープローブの先端、すなわち界面検� ��端部における端面(第1の端面)は、図1に示す ようにファイバー軸に垂直な方向に対して傾 斜するように形成されている。該端面とファ イバー軸との成す角度は、測定対象物の界面 をなす2物質の屈折率と、使用する光ファイ� �ーのコア部の屈折率とを考慮し、該光ファ� �バーに入射された光が該端面において効率� �に反射・屈折する角度とすることが望まし� �。該角度は、使用する光ファイバーの径に� �存しない。また、該光ファイバーの後端、� �なわち光入出力部における端面(第2の端面)� �、ファイバー軸に対して垂直に形成される� �とが望ましい。本実施形態において、ファ� �バー軸に対し垂直な方向に対して傾斜して� �る端面に光を供給する光源としてはレーザ� �光源を用いることができる。また、該端面� �ら反射される光量を計測する光量計測手段� �しては、反射光量を計測し得るものであれ� �何でも良く、例えば光電子増倍管、フォト� �ランジスター等が使用される。なお、界面� �出端面(第1の端面)は図1の形状が好ましいが� ��傾斜面を有していればこの形状に限定され� ��、例えば、端部が円錐状に尖っている形状� ��どでも良い。

 本実施形態の光ファイバープローブは、測� ��対象物の界面に対して垂直な方向に一定速� ��で通過させて使用される。光ファイバーに� ��射された光は光ファイバー界面検出端面に� ��し、該端面において反射し、光ファイバー� ��を戻っていく。反射光量は、界面検出端面� ��覆われている物質の屈折率によって変化す� ��。したがって、屈折率の異なる物質が作り� ��す界面を界面検出端面が通過する前後で、� ��端面から反射される光量に差が生じる。界� ��検出端面はファイバー軸に垂直な方向に対� ��て傾斜しているため、界面を通過する際、� ��端面が徐々に測定対象物に覆われ、該端面� ��らの反射光量は徐々に増加もしくは減少す� ��。
 さらに、光ファイバープローブが測定対象� ��の界面を通過する際の光ファイバープロー� ��と界面との接触過程は、測定対象物の表面� ��力によって変化する。したがって、上記反� ��光量の時間変化率は被検体の表面張力の変� ��にともない変化する。すなわち、本発明は� ��面張力の変化により生じる該時間変化率の� ��化により、表面張力を求めることを特徴と� ��るものである。

 光ファイバー界面検出端面が測定対象物の� ��面を通過する際の該端面における反射光量� ��、一定の状態から増加もしくは減少し、そ� ��後再び一定となる。該反射光量が増加もし� ��は減少し始めた時間と該反射光量が再び一� ��となる時間との差をδt、該端面が界面を通� ��する前後での該反射光量の差δLとすれば、� ��反射光量の時間変化率g _rd は、
  g _rd =δL/δt
となる。以上により求まった時間変化率g _rd と校正曲線を用いて表面張力を算出する。校 正曲線は、表面張力が既知の試薬を、本実施 形態の光ファイバープローブにより予め測定 しておくことにより、作成しておく。これに より、本光ファイバープローブで表面張力を 測定することができる。上記の各演算は、パ ーソナルコンピュータ等公知の演算手段を用 いて演算させることができる。

 なお、δLは、光ファイバープローブの先� ��形状や、測定対象物の屈折率などで決まる� ��のであり、表面張力に大きく依存するのは� �tの方であるので、δtのみからでも表面張力� ��算出することが可能である。また、反射光� ��計測手段や演算手段に余裕があれば、反射� ��量が変化する瞬間の過渡曲線を計測するこ� ��も可能であり、この過渡曲線から表面張力� ��求めることもできる。

 さらに、本発明の実施形態について図面� ��用いて詳しく説明する。図1は、ファイバー 軸に垂直な方向に対して傾斜した端面を持つ 界面物性測定用光ファイバーの構造を示すも ので、上側がその側面図、下側がその平面図 である。図中1は界面物性測定用光ファイバ� �であり、本例では、界面物性測定用光ファ� �バー1の先端、すなわち界面検出端面(第1の� �面)2は、界面検出端面2とファイバー軸の成� �角度θが35度となるように形成されている。� ��方、界面物性測定用光ファイバー1の後端、 すなわち光入出力端面(第2の端面)3は、光入� �力端面3とファイバー軸の成す角度が90度と� �るように形成されている。本例での界面物� �測定用光ファイバー1の径は230μm程度である� ��

 例えば、図2に示すように、光源4から発せ� �れた光は、ビームスプリッター5を経て、レ� ��ズ6で集光され、界面物性測定用光ファイバ ー1の後端3からその中に入射され、その先端2 に達する。先端2に達した光は先端2の端面で� ��射し、前記光ファイバー内を戻り、レンズ6 を経て、ビームスプリッター5でその進行方� �を変え、散乱光除去用の偏光子7を経て、光� ��子増倍管8に入り、その光量が計測される。
 計測した光量の信号処理系の一例を概略ブ� ��ック図で図3に示す。光電子増倍管8、出力� �ンプ及び高圧直流印加回路9、アンプ電源10� �直流電圧11で構成される光量計測装置12と、A /D変換器13、パーソナルコンピュータ14で構成 される演算装置15とで信号処理系は構成され� ��。

 図4に界面物性測定装置の概略を示す。界 面物性測定用光ファイバー1を、好ましくは� �テンレス鋼製等の細管16内に固定し、さらに 固定治具17を用いて自動ステージ18のスライ� �テーブル19に設置する。界面物性測定用光フ ァイバー1の直下に、容器20内に満たした測定 対象物21を配置する。自動ステージ制御装置2 2を操作し、界面物性測定用光ファイバー1の� ��面検出端面2を、測定対象物の界面23に通過� ��せて表面張力の測定を行う。図中24は光導� �・光量計測システム、15は演算装置である。 なお、本例では界面物性測定用光ファイバー 1を移動させているが、測定対象物の界面の� �を移動させても良い。

 次に、本発明の実験例及び計測例を示す。� ��験では、外径230μm、コア部屈折率1.46の石英 光ファイバーを加工し、θ=35度の傾斜端面を� ��する光ファイバープローブを製作した。ま� ��、このプローブに入射する光源として波長6 35nm、最大出力3mWの半導体レーザーを用いた� �純水に界面活性剤1-ペンタノールを徐々に加 え、表面張力を変化させ、測定対象物とした 。温度は20度であった。その際の1-ペンタノ� �ル濃度と表面張力との関係を表1に示す。本� ��ファイバープローブの傾斜端面を、100μm/s� �一定速度で測定対象物の界面に通過させた� �その結果、図5に示すように出力信号の時間� ��加率g _rd (=δL/δt)に差が生じた(図中のσは表面張力を� �す)。表面張力と出力信号の時間変化率g _rd の関係の一例が図6である。これを校正曲線� �し、出力信号の時間変化率g _rd を求めることにより表面張力を算出すること ができる。

 図6において、表面張力が約55mN/m以上のとこ ろで、表面張力に対する出力信号の時間変化 率g _rd の変化が鈍化している。これは、表面張力が 大きいと、プローブ先端部が濡れにくくなり 、プローブ端面におけるメニスカスの成長速 度が小さくなるためである。その結果、表面 張力に対する時間変化率g _rd の変化が鈍化する。これを解決するためには 、メニスカスの成長速度が大きくなるように すれば良い。その解決方法として、(1)光ファ イバープローブの先端部の端面に濡れ性の高 い薄膜を塗布または蒸着する(例えば、二酸� �チタンの光触媒コーティングを紫外線で光� �起して水酸基として超濡れ性被膜を生成す� �)、(2)光ファイバープローブの先端部の端面� ��細孔や凹凸などの表面構造が付与して濡れ� ��を高める(例えば、プローブ端面をダイアモ ンドプレートで研磨した後、端面に極短パル スレーザーを照射して、ファイバーの光軸と 平行に微細な溝(幅:数百nm、深さ:数百nm)をつ� ��る)、(3)光ファイバープローブ先端の傾斜面 と界面との間の角度を小さくしてメニスカス の成長速度を擬似的に大きくする(表面張力� �大きさに依存するが、例えば表面張力が55mN/ m~80mN/mの場合、プローブ先端の傾斜面と界面� ��のなす角度を10度~30度程度(プローブ中心軸� ��界面とのなす角度:45度~65度程度)とすると良 い)、などがある。図7は、前記(3)に関するも� ��である。上記の実験では図7(a)のように光フ ァイバープローブを界面に対して垂直に進入 させたが、図7(b)のように光ファイバープロ� �ブを傾けることにより、光ファイバープロ� �ブ先端の傾斜面と界面との間の角度が小さ� �なり、メニスカスの成長速度を擬似的に大� �くできる。
 図8に、図7(b)の接触角度(プローブ先端の傾� ��面と界面とのなす角度:15度、プローブ中心� ��と界面とのなす角度:50度)で、光ファイバー プローブ先端と界面とを接触させた場合の、 出力信号の時間変化率g _rd と表面張力σとの関係の実験結果を示す。図6 においては、表面張力σが約55mN/m以上のとこ� ��で表面張力σに対する時間変化率g _rd の変化が鈍化してしまい時間変化率g _rd から表面張力σを算出するのが困難であった� ��、図8においては表面張力σに対する時間変� ��率g _rd の増加分が十分であり、時間変化率g _rd から表面張力σを算出することができる。し� ��がって、表面張力σが大きくて時間変化率g _rd の変化が検出しにくい場合でも、光ファイバ ープローブ先端の界面に対する接触角度を調 整することにより擬似的にメニスカス成長速 度を高めることができ、時間変化率g _rd の検出精度を高めてより正確に表面張力σを� ��定することができる。

 以上、本発明の実施形態の一例を説明し� ��が、本発明はこれに限定されるものではな� ��、特許請求の範囲に記載された技術的思想� ��範疇において各種の変更が可能であること� ��言うまでもない。上記実施形態では主に表� ��張力の測定を行っているが、これ以外に表� ��張力に関連した界面物性、例えば濡れ性、� ��面の汚れ度(コンタミネーション)などの測� �も可能である。