CN109557047B - 折射率测定装置及折射率测定方法 - Google Patents

折射率测定装置及折射率测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种折射率测定装置及折射率测定方法，可缩短以多波长测定试样的折射率时的测定时间。检测器(2)检测透过了试样的测定光的强度。照相机(200)拍摄通过透过试样而分光成多种颜色的测定光的彩色图像。扫描处理部(101)通过使接受透过了试样的测定光的角度、或射入至试样中的测定光的角度变化来进行扫描。波长特定处理部(102)根据伴随由扫描处理部(101)所进行的扫描而变化的检测器(2)的检测强度、及由照相机(200)所拍摄的彩色图像中的对应于射入至检测器(2)中的测定光的位置的颜色信息，使对应于检测强度的各峰值的波长进行特定。

Description

折射率测定装置及折射率测定方法
技术领域
本发明涉及一种针对保持在V形块(V-block)棱镜中所形成的V字状的槽中的试样，经由所述V形块棱镜而照射测定光，由此检测透过了试样的测定光来测定试样的折射率的折射率测定装置及折射率测定方法。
背景技术
在作为折射率测定装置的一例的V形块方式的折射率测定装置中，将试样载置在V形块棱镜中所形成的V字状的槽中，并经由V形块棱镜而对试样照射测定光。而且，以对应于波长的角度从V形块棱镜中射出的测定光在固定的范围内进行扫描并通过检测器来检测，由此根据其检测结果来测定试样的折射率(例如，参照下述专利文献1)。
在此种折射率测定装置中具备可插入至测定光的光路中的多种滤光器。多种滤光器分别仅使不同的特定的波长的光透过。通过将从这些滤光器中选择的一个滤光器插入至测定光的光路中，而仅对试样照射对应于此滤光器的波长的测定光(单色光)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]国际公开第2014/207809号
发明内容
[发明所要解决的问题]
在如上所述的现有的V形块方式的折射率测定装置中，通过切换插入至测定光的光路中的滤光器的种类，可测定各波长中的试样的折射率。但是，当以多波长测定试样的折射率时，必须切换插入至测定光的光路中的滤光器的种类，而于各波长中反复测定，因此存在折射率的测定耗费时间这一问题。
本发明是鉴于所述实际情况而成者，其目的在于提供一种可缩短以多波长测定试样的折射率时的测定时间的折射率测定装置及折射率测定方法。
[解决问题的技术手段]
(1)本发明的折射率测定装置是针对保持在V形块棱镜中所形成的V字状的槽中的试样，经由所述V形块棱镜而照射测定光，由此检测透过了试样的测定光来测定试样的折射率的折射率测定装置，其具备检测器、拍摄部、扫描处理部、以及波长特定处理部。所述检测器检测透过了试样的测定光的强度。所述拍摄部拍摄通过透过试样而分光成多种颜色的测定光的彩色图像。所述扫描处理部通过使接受透过了试样的测定光的角度、或射入至试样中的测定光的角度变化来进行扫描。所述波长特定处理部根据伴随由所述扫描处理部所进行的扫描而变化的所述检测器的检测强度、及由所述拍摄部所拍摄的彩色图像中的对应于射入至所述检测器中的测定光的位置的颜色信息，使对应于检测强度的各峰值的波长进行特定。
根据此种构成，可根据由拍摄部所拍摄的彩色图像的颜色信息，而特定射入至检测器中的测定光的波长。由此，可将射入至检测器中的测定光的波长与此波长的测定光射入至检测器中时的检测强度的峰值建立对应。因此，当以多波长测定试样的折射率时，可针对通过一次扫描所获得的检测强度的多个峰值，特定对应于各峰值的波长。若使用以所述方式特定的检测强度的各峰值与波长的关系，则可通过一次扫描而以多波长测定试样的折射率，因此可缩短测定时间。
(2)所述折射率测定装置也可以进而具备存储部。所述存储部将由所述波长特定处理部所特定的检测强度的各峰值与波长的关系相互建立对应来存储。
根据此种构成，可针对通过一次扫描所获得的检测强度的多个峰值，特定对应于各峰值的波长，并将此波长与各峰值的关系相互建立对应而存储在存储部中。因此，只要读出存储在存储部中的对应关系并进行运算，便可根据通过一次扫描所获得的数据而以多波长测定试样的折射率。
(3)所述折射率测定装置也可以进而具备折射率算出处理部。所述折射率算出处理部根据由所述波长特定处理部所特定的检测强度的各峰值与波长的关系，算出对应于检测强度的各峰值的波长中的试样的折射率。
根据此种构成，针对通过一次扫描所获得的检测强度的多个峰值，特定对应于各峰值的波长，并利用折射率算出处理部进行基于此波长与各峰值的关系的运算，由此可自动地以多波长测定试样的折射率。因此，可在短时间内容易地以多波长测定试样的折射率。
(4)本发明的折射率测定方法是针对保持在V形块棱镜中所形成的V字状的槽中的试样，经由所述V形块棱镜而照射测定光，由此检测透过了试样的测定光来测定试样的折射率的折射率测定方法，其包括扫描步骤与波长特定步骤。在所述扫描步骤中，通过使接受透过了试样的测定光的角度、或射入至试样中的测定光的角度变化来进行扫描，并利用检测器检测透过了试样的测定光的强度，并且利用拍摄部拍摄通过透过试样而分光成多种颜色的测定光的彩色图像。在所述波长特定步骤中，根据伴随由所述扫描步骤所进行的扫描而变化的所述检测器的检测强度、及由所述拍摄部所拍摄的彩色图像中的对应于射入至所述检测器中的测定光的位置的颜色信息，使对应于检测强度的各峰值的波长进行特定。
(5)所述折射率测定方法也可以进而包括存储步骤。在所述存储步骤中，将由所述波长特定步骤所特定的检测强度的各峰值与波长的关系相互建立对应而存储在存储部中。
(6)所述折射率测定方法也可以进而包括折射率算出步骤。在所述折射率算出步骤中，根据由所述波长特定步骤所特定的检测强度的各峰值与波长的关系，算出对应于检测强度的各峰值的波长中的试样的折射率。
[发明的效果]
根据本发明，可通过一次扫描而以多波长测定试样的折射率，因此可缩短测定时间。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的折射率测定装置的构成例的概略平面图。
图2是表示V形块棱镜的构成例的概略侧面图。
图3是表示图1的折射率测定装置中的控制部的构成例的方框图。
图4是概略性地表示由照相机所拍摄的彩色图像的具体例的图。
图5是概略性地表示由照相机所拍摄的彩色图像的具体例的图。
图6是概略性地表示伴随扫描处理部的扫描的检测器的检测强度的变化的一例的图，表示马达的旋转角与检测器的检测强度的关系。
[符号的说明]
1：V形块棱镜 2：检测器
3：光源部 4：第1光学系统
5：第2光学系统 6：马达
7：圆板 8、32、42、43、44、51、52：镜子
9、41：透镜 10：自准直棱镜
11：槽 12、13：端面
31：光源 46：狭缝
47：准直透镜 50：遥测计部
53：遥测透镜 54：分束器
61：旋转轴 100：控制部
101：扫描处理部 102：波长特定处理部
103：折射率算出处理部 104：显示处理部
111、112：平面 200：照相机
300：显示部 321：旋转轴
400：存储部 C1、C2、C3、C4、C5：图像
P：测定位置 PK：峰值
S：试样
具体实施方式
1.折射率测定装置的整体构成
图1是表示本发明的一实施例的折射率测定装置的构成例的概略平面图。此折射率测定装置是经由V形块棱镜1而对试样照射测定光，由此测定试样的折射率的V形块方式的折射率测定装置。
作为试样，例如可列举：玻璃、塑料或液体等。试样载置在V形块棱镜1中所形成的V字状的槽11(图1中表示从正上方观察槽11的图)中，可利用检测器2检测透过了试样的测定光，并根据折射角与V形块棱镜1的折射率来测定试样的折射率。
在此折射率测定装置中，除所述V形块棱镜1及检测器2以外，具备照射测定光的光源部3、将来自光源部3的测定光引导至V形块棱镜1中的第1光学系统4、以及将透过了V形块棱镜1的测定光引导至检测器2中的第2光学系统5。
在光源部3中具备多个光源31。作为光源31，例如可使用氦灯、氢灯及汞灯，可从光源部3照射氦d线、氢C线、氢F线、汞e线、汞g线及汞h线等不同的波长的测定光。来自光源31的测定光由镜子32反射，而从光源部3朝水平方向照射。镜子32能够以在垂直方向(图1中的纸面前后方向)上延长的旋转轴321为中心进行旋转，可将来自对应于镜子32的旋转位置的光源31的测定光引导至第1光学系统4中。但是，光源31并不限定于如上所述的种类。
在第1光学系统4中具备透镜41，镜子42、镜子43、镜子44，狭缝46及准直透镜47等。来自光源部3的测定光穿过透镜41，由镜子42、镜子43、镜子44依次反射后，穿过狭缝46。穿过了狭缝46的测定光通过准直透镜(collimator lens)47而变成平行光后，射入至V形块棱镜1中。从一侧的端面12射入至V形块棱镜1中的测定光透过载置在V字状的槽11中的试样后，再次穿过V形块棱镜1，并从另一侧的端面13射出。
在第2光学系统5中具备镜子51、镜子52、遥测透镜(telemeter lens)53及分束器(beam splitter)54等。第2光学系统5固定在马达6的旋转轴61上所安装的圆板7上。具体而言，以镜子51、镜子52及遥测透镜53在相对于旋转轴61偏心的位置上与旋转轴61平行地排列，镜子52及分束器54在相对于旋转轴61垂直的方向上排列的方式，分别固定在圆板7上。
镜子51以反射面相对于测定光的射入方向倾斜45°的方式配置，由此将由所述镜子51所反射的测定光的前进方向变换90°而引导至遥测透镜53中。遥测透镜53使来自V形块棱镜1的测定光聚光后引导至镜子52中，由镜子52所反射的测定光透过分束器54，并由固定在圆板7上的检测器2接受。检测器2输出对应于所接受的光的强度的信号，由此检测透过了试样的测定光的强度。
镜子51及遥测透镜53在相对于来自V形块棱镜1的测定光的射入方向垂直的方向上配置成一列，且在相对于旋转轴61偏心的位置上，作为遥测计(telemeter)部50而一体地保持在圆板7上。因此，若通过使马达6旋转，而使圆板7以旋转轴61为中心进行旋转，则可使相对于V形块棱镜1的遥测计部50的位置变化(扫描)，而从不同的角度接受来自V形块棱镜1的测定光并引导至检测器2中。马达6例如包含带有编码器(encoder)的伺服马达，可正确地掌握马达6的旋转角。
另一方面，由分束器54所反射的测定光由镜子8反射后，穿过透镜9而被引导至照相机(拍摄部)200中，可通过此照相机200来拍摄透过了试样的测定光。分束器54及镜子8设置在旋转轴61上，当进行V形块棱镜1的位置调整时，可在分束器54与镜子8之间的光路上插入自准直棱镜(autocollimation prism)10。
照相机200例如可包含具有电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)的彩色照相机。照相机200并不限定于设置在如上所述的位置上的构成，例如也可以是如经由安装在圆板7上、且与分束器54区别设置的分束器，将测定光引导至此照相机200中的构成等。
在本实施例中，由于在测定光的光路中未设置滤光器，因此并非单色光而是来自光源部3的测定光直接射入至试样中。而且，测定光通过透过试样而分光成多种颜色后，射入至照相机200中。将照相机200的拍摄范围设定成可同时拍摄经分光的多种颜色的测定光的范围。因此，在由照相机200所拍摄的测定光的彩色图像(静态图象或动态图象)中，多种颜色的图像并列显示。
2.V形块棱镜的构成
图2是表示V形块棱镜1的构成例的概略侧面图。如图2所示，V形块棱镜1具备由相互交叉成直角的一对平面111、平面112形成的V字状的槽11。试样S的表面形成为对应于槽11的V字状，并以载置在槽11上的状态得到保持。
测定光垂直地射入至V形块棱镜1的一侧的端面12中。从端面12射入的测定光穿过V形块棱镜1内后，从槽11的平面111射入至试样S中。此时，测定光如图2中由箭头所示般以对应于试样S的折射率的角度折射，透过试样S后，在槽11的平面112上再次折射后再次射入至V形块棱镜1内。而且，测定光穿过V形块棱镜1内并从另一侧的端面13射出时再次折射。
如此，测定光经由V形块棱镜1而照射至试样S中，透过了试样S的测定光以对应于V形块棱镜1与试样S的折射率差的角度从另一侧的端面13射出。因此，可通过检测从V形块棱镜1中射出的测定光，而根据此测定光的射出角度来测定试样S的折射率。
3.折射率测定装置的电气构成
图3是表示图1的折射率测定装置中的控制部100的构成例的方框图。此折射率测定装置的动作通过例如包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的控制部100来控制。控制部100通过CPU执行程序，而作为扫描处理部101、波长特定处理部102、折射率算出处理部103及显示处理部104等发挥功能。
扫描处理部101通过使马达6旋转，而使遥测计部50对V形块棱镜1进行扫描(扫描步骤)。当测定试样的折射率时，扫描处理部101使马达6以固定速度旋转，由此使接受透过了试样的测定光的角度变化来进行扫描。由此，从V形块棱镜1被引导至检测器2中的测定光的光量变化，因此伴随马达6的旋转，检测器2中的检测强度变化。
波长特定处理部102根据检测器2中的检测强度与由照相机200所拍摄的彩色图像，进行特定对应于检测强度的各峰值的波长的处理(波长特定步骤)。在本实施例中，由于在测定光的光路中未设置滤光器，因此并非单色光而是来自光源部3的测定光直接射入至试样中，各波长的光在试样中折射并由检测器2检测。因此，在来自检测器2的检测信号中出现多个峰值。波长特定处理部102根据伴随由扫描处理部101所进行的扫描而变化的检测器2的检测强度、及由照相机200所拍摄的彩色图像中的对应于射入至检测器2中的测定光的位置的颜色信息(例如RGB数据)，特定对应于检测强度的各峰值的波长。
在折射率测定装置中具备例如包含硬盘或随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)的存储部400。由波长特定处理部102所特定的检测强度的各峰值与波长的关系相互建立对应而存储在存储部400中(存储步骤)。此时，检测到各峰值时的马达6的旋转角也与检测强度及波长建立对应而存储在存储部400中。
折射率算出处理部103根据存储在存储部400中的检测强度的各峰值与波长的关系，算出对应于检测强度的各峰值的波长中的试样的折射率(折射率算出步骤)。即，由于对应于检测强度的各峰值的波长通过波长特定处理部102来特定，且各波长与马达6的旋转角建立对应而存储在存储部400中，因此可根据各波长中的马达6的旋转角与V形块棱镜1的折射率，算出各波长中的试样的折射率。
显示处理部104进行与在显示部300的显示画面中的显示相关的处理。显示部300例如包含液晶显示器，可在折射率测定装置中具备显示部300，也可以与折射率测定装置区别设置显示部300。显示处理部104可使由折射率算出处理部103所算出的对应于检测强度的各峰值的波长中的试样的折射率等各种信息显示在显示部300的显示画面中。
4.根据彩色图像的波长的特定
图4及图5是概略性地表示由照相机200所拍摄的彩色图像的具体例的图。图6是概略性地表示伴随扫描处理部101的扫描的检测器2的检测强度的变化的一例的图，表示马达6的旋转角与检测器2的检测强度的关系。
测定光通过透过试样而分光成多种颜色，因此在由照相机200所拍摄的测定光的彩色图像中，如图4及图5所示，多种颜色的图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5并列显示。在此例中，由于测定光穿过狭缝46，因此各色的图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5变成棒状的细长的形状。各图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5的颜色例如为紫色、蓝色、黄色、红色、橙色等。
当利用扫描处理部101进行了扫描时，彩色图像中的各图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5沿着扫描方向移动。在此例中，如图4及图5所示，伴随扫描处理部101的扫描，各图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5在上下方向上平行移动。因此，伴随扫描，不同的图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5位于对应于射入至检测器2中的测定光的位置(测定位置P)的彩色图像的区域中。在此例中，在图4中，图像C3位于对应于测定位置P的彩色图像的区域中，在图5中，图像C2位于对应于测定位置P的彩色图像的区域中。
因此，可根据对应于测定位置P的图像的颜色信息，将此时的检测器2的检测强度的峰值特定为对应于此颜色信息的波长的测定光的峰值。例如，如图4所示，黄色的图像C3位于对应于测定位置P的彩色图像的区域中，此时在检测到图6中所示的峰值PK的情况下，可特定此峰值PK为对应于黄色的波长的峰值。
如此，可根据伴随扫描而依次位于测定位置P上的各图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5的颜色信息与此时的检测强度的峰值的对应关系，特定对应于各峰值的波长。所特定的波长可以是对应于各图像C1、图像C2、图像C3、图像C4、图像C5的颜色信息的波长的范围，也可以是此范围内的特定的波长(例如中间的波长)。
5.作用效果
(1)在本实施例中，可根据由照相机200所拍摄的彩色图像的颜色信息，特定射入至检测器2中的测定光的波长。由此，可将射入至检测器2中的测定光的波长与此波长的测定光射入至检测器2中时的检测强度的峰值建立对应。因此，当以多波长测定试样的折射率时，可针对通过一次扫描所获得的检测强度的多个峰值(参照图6)，特定对应于各峰值的波长。若使用以所述方式特定的检测强度的各峰值与波长的关系，则可通过一次扫描而以多波长测定试样的折射率，因此可缩短测定时间。再者，所述彩色图像只要是可取得所拍摄的平面上的颜色分布的信息者即可。
(2)另外，在本实施例中，可针对通过一次扫描所获得的检测强度的多个峰值，特定对应于各峰值的波长，并将此波长与各峰值的关系相互建立对应而存储在存储部400中。因此，只要读出存储在存储部400中的对应关系并进行运算，便可根据通过一次扫描所获得的数据而以多波长测定试样的折射率。
(3)进而，在本实施例中，针对通过一次扫描所获得的检测强度的多个峰值，特定对应于各峰值的波长，并利用折射率算出处理部103进行基于此波长与各峰值的关系的运算，由此可自动地以多波长测定试样的折射率。因此，可在短时间内容易地以多波长测定试样的折射率。
6.变形例
扫描处理部101并不限定于如通过使接受从试样中射出的测定光的角度变化来进行扫描的构成，也可以是如通过使射入至试样中的测定光的角度变化来进行扫描的构成。在此情况下，例如也可以是如下的构成：将保持准直透镜的准直器部(未图示)固定在圆板上，并通过马达来使此圆板旋转，由此可使相对于V形块棱镜1的准直器部的角度变化来进行扫描。
由波长特定处理部102所特定的检测强度的各峰值与波长的关系也可以不存储在存储部400中。即，也可以是如下的构成：折射率算出处理部103根据由波长特定处理部102所特定的检测强度的各峰值与波长的关系，实时算出对应于检测强度的各峰值的波长中的试样的折射率。
在以上的实施例中，对如扫描步骤、波长特定步骤、存储步骤及折射率算出步骤均通过折射率测定装置来自动地执行的构成进行了说明。但是，并不限定于此种构成，也可以通过操作者来手动执行所述步骤的至少一个步骤。

Claims (6)

1.一种折射率测定装置，其是针对保持在V形块棱镜中所形成的V字状的槽中的试样，经由所述V形块棱镜而照射分光成多种颜色的测定光，由此检测透过了试样的测定光以多波长来测定试样的折射率的折射率测定装置，其特征在于，包括：
检测器，检测透过了试样的测定光的强度；
拍摄部，拍摄通过透过试样而分光成多种颜色的测定光的彩色图像，将所述拍摄部的拍摄范围设定成可同时拍摄经分光的多种颜色的测定光的范围；
扫描处理部，通过使接受透过了试样的测定光的角度、或射入至试样中的测定光的角度变化来进行扫描，其中伴随所述的接受透过了试样的测定光的角度、或射入至试样中的测定光的角度变化，所述检测器的检测强度变化；以及
波长特定处理部，根据伴随由所述扫描处理部所进行的扫描而变化的所述检测器的所述检测强度、及由所述拍摄部所拍摄的包括经分光的多种颜色的测定光的彩色图像中的对应于射入至所述检测器中的测定光的位置的颜色信息，使对应于所述检测强度的各峰值的波长进行特定。
2.根据权利要求1所述的折射率测定装置，其特征在于：还包括存储部，所述存储部将由所述波长特定处理部所特定的检测强度的各峰值与波长的关系相互建立对应来存储。
3.根据权利要求1或2所述的折射率测定装置，其特征在于：还包括折射率算出处理部，所述折射率算出处理部根据由所述波长特定处理部所特定的检测强度的各峰值与波长的关系，算出对应于检测强度的各峰值的波长中的试样的折射率。
4.一种折射率测定方法，其是针对保持在V形块棱镜中所形成的V字状的槽中的试样，经由所述V形块棱镜而照射分光成多种颜色的测定光，由此检测透过了试样的测定光以多波长来测定试样的折射率的折射率测定方法，其特征在于，包括：
扫描步骤，通过使接受透过了试样的测定光的角度、或射入至试样中的测定光的角度变化来进行扫描，其中伴随所述的接受透过了试样的测定光的角度、或射入至试样中的测定光的角度变化，检测器的检测强度变化，并利用检测器检测透过了试样的测定光的强度，并且利用拍摄部拍摄通过透过试样而分光成多种颜色的测定光的彩色图像，将所述拍摄部的拍摄范围设定成可同时拍摄经分光的多种颜色的测定光的范围；以及
波长特定步骤，根据伴随由所述扫描步骤所进行的扫描而变化的所述检测器的所述检测强度、及由所述拍摄部所拍摄的包括经分光的多种颜色的测定光的彩色图像中的对应于射入至所述检测器中的测定光的位置的颜色信息，使对应于所述检测强度的各峰值的波长进行特定。
5.根据权利要求4所述的折射率测定方法，其特征在于：还包括存储步骤，所述存储步骤将由所述波长特定步骤所特定的检测强度的各峰值与波长的关系相互建立对应而存储在存储部中。
6.根据权利要求4或5所述的折射率测定方法，其特征在于：还包括折射率算出步骤，所述折射率算出步骤根据由所述波长特定步骤所特定的检测强度的各峰值与波长的关系，算出对应于检测强度的各峰值的波长中的试样的折射率。
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