DE112013007208T5

DE112013007208T5 - V-Block-Refratometer

Info

Publication number: DE112013007208T5
Application number: DE112013007208.4T
Authority: DE
Inventors: Katsuto Yamada; Naoya KONDO
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: WO2015001649A1; DE112013007208T8; JP5983880B2; US20160238525A1; US9632023B2; DE112013007208B4; JPWO2015001649A1

Abstract

Bereitgestellt wird ein V-Block-Refraktometer mit der Fähigkeit zum Verbessern der Messgenauigkeit. Ein Einfallswinkel von auf ein V-Block-Prisma 1 von einer Kollimatorlinse 48 einfallendem Messlicht wird durch die Drehung eines Motors 7 geändert, und es wird das Messlicht von dem V-Block-Prisma 1 bei jedem Einfallswinkel von einem Detektor 2 detektiert. Diese Ausgestaltung beseitigt die Notwendigkeit der Bereitstellung des Detektors 2 nahe an dem Motor 7 wie im Stand der Technik, wodurch eine Verschlechterung der Messgenauigkeit infolge einer Zunahme der Last an dem Motor 7 verhindert und die Messgenauigkeit verbessert werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein V-Block-Refraktometer zum Messen eines Brechungsindex einer Probe durch Bestrahlen der Probe mit Messlicht durch ein V-Block-Prisma.
Hintergrund
Bei einem V-Block-Refraktometer wird eine Probe an einer V-förmigen Nut, die an einem V-Block-Prisma ausgebildet ist, platziert, und es wird die Probe mit Messlicht durch das V-Block-Prisma bestrahlt. Das durch die Probe hindurchlaufende Messlicht wird von einem Detektor detektiert, wodurch ein Brechungsindex der Probe gemessen werden kann (siehe beispielsweise nachstehend angeführte Patentdruckschrift 1).
5 ist eine schematische Planansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung eines herkömmlichen V-Block-Refraktometers. Das Refraktometer beinhaltet zusätzlich zu dem vorgenannten V-Block-Prisma 101 und dem Detektor 102 eine Lichtquelleneinheit 103 zum Emittieren von Messlicht, ein erstes optisches System 104 zum Führen des Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 103 zu dem V-Block-Prisma 101 und ein zweites optisches System 105 zum Führen des durch das V-Block-Prisma 101 hindurchlaufenden Messlichtes zu dem Detektor 102.
Die Lichtquelleneinheit 103 beinhaltet einen Spiegel 132, der um eine Drehwelle 131 drehbar ist, die sich in der senkrechten Richtung (Vorne-Hinten-Richtung der Zeichenebene von 5) erstreckt, und eine Mehrzahl von Lichtquellen 133, die in einem Bogen um die Drehwelle 131 angeordnet sind und die Fähigkeit zum Emittieren von Messlicht mit verschiedenen Wellenlängen aufweisen. Hierdurch kann das Messlicht von der Lichtquelle 133 entsprechend der Drehposition des Spiegels 132 an dem Spiegel 132 in der horizontalen Richtung reflektiert und hin zu dem ersten optischen System 104 geführt werden.
Das erste optische System 104 beinhaltet eine Linse 141, Spiegel 142, 143 und 144, ein Interferenzfilter 145, einen Schlitz 146, eine Kollimatorlinse 147 und dergleichen mehr. Durch die Linse 141 hindurchlaufendes und an den Spiegeln 142 und 143 reflektiertes Messlicht fällt auf das Interferenzfilter 145 ein, das entsprechend dem Typ der Lichtquellen 133 ausgewählt ist, wobei lediglich dasjenige Messlicht (monochromatisches Licht), das eine spezifische Wellenlänge aufweist, durch das Interferenzfilter 145 hindurchläuft. Das durch das Interferenzfilter 145 hindurchlaufende Messlicht wird an dem Spiegel 144 reflektiert, läuft durch den Schlitz 146 hindurch, wird durch die Kollimatorlinse 147 in paralleles Licht umgewandelt und durch das V-Block-Prisma 101 zu der Probe emittiert.
Das zweite optische System 105 beinhaltet Spiegel 151 und 152, eine Telemeterlinse 153, einen Strahlteiler 154 und dergleichen. Das zweite optische System 105 ist an einer kreisförmigen Scheibe 107 fixiert, die an einer Drehwelle 161 eines Motors 106 montiert ist. Insbesondere sind die Spiegel 151 und 152 und die Telemeterlinse 153 parallel zu der Drehwelle 161 an einer exzentrischen Position relativ zu der Drehwelle 161 angeordnet, und es sind der Spiegel 152 und der Strahlteiler 154 an der kreisförmigen Scheibe 107 derart fixiert, dass sie vertikal in einer Reihe relativ zu der Drehwelle 161 angeordnet sind.
Durch den Strahlteiler 154 hindurchlaufendes Messlicht fällt auf den an der kreisförmigen Scheibe 107 fixierten Detektor 102 ein. Demgegenüber wird an dem Strahlteiler 154 reflektiertes Messlicht an einem Spiegel 108 reflektiert, läuft sodann durch eine Linse 109 hindurch und wird hin zu einer Okulareinheit (nicht dargestellt) geführt, wo der Zustand des Messlichtes optisch erfasst werden kann. Der Strahlteiler 154 und der Spiegel 108 sind an der Drehwelle 161 vorgesehen. Wird die Position des V-Block-Prismas 101 angepasst, so kann ein Autokollimationsprisma 110 auf dem optischen Weg zwischen dem Strahlteiler 154 und dem Spiegel 108 angeordnet werden.
Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung kann Messlicht von dem V-Block-Prisma 101 bei verschiedenen Winkeln bei Drehung des Motors 106 empfangen und zu dem Detektor 102 geführt werden. Das Messlicht von dem V-Block-Prisma 101 wird bei jedem Drehwinkel von dem Detektor 102 durch Drehen des Motors 106 detektiert. Hierbei kann der Drehwinkel, bei dem die Detektionsintensität am höchsten wird, spezifiziert werden, und es kann der Brechungsindex der Probe auf Grundlage des Drehwinkels und des Brechungsindex des V-Block-Prismas 101 gemessen werden.
Druckschriften zum Stand der Technik
Patentdruckschriften

Patentdruckschrift 1: JP 2011-99795 A

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Bei dem vorbeschriebenen herkömmlichen V-Block-Refraktometer sind der Detektor 102 und das Autokollimationsprisma 110 zwischen dem Motor 106 und der kreisförmigen Scheibe 102 derart angeordnet, dass der Abstand zwischen dem Motor 106 und der kreisförmigen Scheibe 102 vergrößert werden muss. Hierbei ergibt sich bei einem herkömmlichen Refraktometer ein Problem dahingehend, dass eine Verkleinerung desselben schwierig wird, sowie ein Probe dahingehend, dass mit steigendem Abstand auch die an dem Motor 106 wirkende Last zunimmt, was die Messgenauigkeit verschlechtert. Wird zusätzlich ein weiterer Detektor bereitgestellt, um den zu messenden Wellenlängenbereich zu vergrößern, so nimmt das Gewicht zu, was wiederum die Messgenauigkeit weiter verschlechtert.
Bei einer Ausgestaltung, bei der Messlicht an der Okulareinheit optisch nicht erfasst wird, sondern dieses durch eine Kamera erfasst und das erfasste Bild an einer Anzeigeeinheit zur Bestätigung angezeigt wird, ist die Kamera bisweilen an der kreisförmigen Scheibe 107 montiert. Eine derartige Ausgestaltung geht mit dem Problem einer weiteren Verschlechterung der Messgenauigkeit infolge einer Gewichtszunahme einher und geht zudem mit dem Problem der notwendigen Berücksichtigung von mit der Kamera verbundenen Verlegekabeln einher.
Das vorbeschriebene herkömmliche V-Block-Refraktometer ist derart ausgestaltet, dass Messlicht von der Lichtquelle 133 horizontal an dem Spiegel 132 reflektiert und zu dem ersten optischen System 104 geführt wird. Daher kann das Messlicht nicht in zufriedenstellendem Maße zu dem ersten optischen System 104 von dem Spiegel 132 in Abhängigkeit von der Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 133 und dem Spiegel 132 geführt werden. Insbesondere wenn der Reflexionswinkel des Messlichtes an dem Spiegel 132 zu groß ist, tritt eine Vignettierung an dem Spiegel 132 auf, weshalb es schwierig ist, die Lichtquelle an der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem ersten optischen System 104 über den Spiegel 30 hinweg anzuordnen. Damit tritt ein Problem hinsichtlich der Begrenzung der Anordnungsposition der Lichtquelle 133 auf.
Die vorliegende Erfindung wurde eingedenk der vorbeschriebenen Gegebenheiten gemacht und zielt auf die Bereitstellung eines V-Block-Refraktometers ab, das die Messgenauigkeit verbessern kann. Die vorliegende Erfindung zielt zudem auf die Bereitstellung eines V-Block-Refraktometers ab, das kompakter ausgestaltet werden kann. Die vorliegende Erfindung zielt zudem auf die Bereitstellung eines V-Block-Refraktometers ab, das in zufriedenstellendem Maße Messlicht führen kann.
Mittel zur Lösung der Probleme
Das Refraktometer entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein V-Block-Refraktometer zum Messen eines Brechungsindex einer Probe durch Bestrahlen der Probe mit Messlicht durch ein V-Block-Prisma, wobei das Refraktometer umfasst: eine Kollimatorlinse, die ermöglicht, dass Messlicht auf das V-Block-Prisma nach Umwandlung des Messlichtes in paralleles Licht einfällt; eine Telemeterlinse, die das durch das V-Block-Prisma hindurchlaufende Messlicht konvergiert; einen Detektor, der das Messlicht von der Telemeterlinse detektiert; ein Kollimatorlinsenhalteelement, das drehbar um eine vorbestimmte erste Drehwelle zum Halten der Kollimatorlinse an einer exzentrischen Position relativ zu der ersten Drehwelle vorgesehen ist; und einen Motor, der einen Einfallswinkel des auf das V-Block-Prisma von der Kollimatorlinse einfallenden Messlichtes durch Drehen des Kollimatorlinsenhalteelementes um die erste Drehwelle ändert.
Bei dieser Ausgestaltung wird der Einfallswinkel des auf das V-Block-Prisma von der Kollimatorlinse einfallenden Messlichtes bei Drehung des Motors geändert, und es wird das Messlicht bei jedem Einfallswinkel von dem V-Block-Prisma von dem Detektor erfasst. Hierbei kann der Einfallswinkel, bei dem die Detektionintensität am höchsten wird, spezifiziert werden, und es kann der Brechungsindex der Probe auf Grundlage des Einfallswinkels und des Brechungsindex des V-Block-Prismas gemessen werden. Die vorliegende Ausgestaltung beseitigt die Notwendigkeit der Bereitstellung des Detektors nahe an dem Motor wie im Stand der Technik, wodurch eine Verschlechterung der Messgenauigkeit infolge einer Last an dem Motor verhindert und die Messgenauigkeit verbessert werden kann.
Eine einfache Anordnung ist lediglich für das optische System an der stromabwärtigen Seite des V-Block-Prismas erforderlich. Entsprechend kann die Anzahl der Komponenten des optischen Systems verringert werden, und es kann der Grad der Freiheit bei der Anordnung einer jeden Komponente vergrößert werden. Hierdurch kann die Struktur vereinfacht werden, wodurch es möglich wird, das Refraktometer kompakter auszugestalten.
Umfassen kann das Refraktometer des Weiteren einen ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel, der auf einer Achse der ersten Drehwelle vorgesehen ist und sich zusammen mit dem Kollimatorlinsenhalteelement um die erste Drehwelle dreht, um Messlicht zu reflektieren; und einen zweiten Kollimatorlinsenseitenspiegel, der an einer exzentrischen Position relativ zu der ersten Drehwelle vorgesehen ist und sich zusammen mit dem Kollimatorlinsenhalteelement um die erste Drehwelle dreht, um das an dem ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel reflektierte Messlicht hin zu dem V-Block-Prisma zu führen. In diesem Fall ist vorzuziehen, wenn das Messlicht auf den ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel entlang der ersten Drehwelle einfällt.
Die vorliegende Ausgestaltung kann ermöglichen, dass Messlicht auf den ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel entlang der ersten Drehwelle mit Funktion als Drehzentrum des Kollimatorlinsenhaltenelementes einfällt, und kann das Messlicht hin zu dem V-Block-Prisma durch den ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel und den zweiten Kollimatorlinsenseitenspiegel führen. Bei der Ausgestaltung, bei der Messlicht entlang des Drehzentrums des Kollimatorlinsenhalteelementes gemäß vorstehender Beschreibung einfällt, kann die Struktur stärker vereinfacht werden, und es kann das Refraktometer kompakter werden.
Umfassen kann das Refraktometer des Weiteren eine Mehrzahl von Lichtquellen, die jeweils die Fähigkeit zum Emittieren von Messlicht mit verschiedener Wellenlänge aufweisen; einen ersten Lichtquellenseitenspiegel, der auf einer Achse einer vorbestimmten zweiten Drehwelle vorgesehen ist, wobei der erste Lichtquellenseitenspiegel das Messlicht von der Lichtquelle entsprechend einer Drehposition hiervon empfängt und das Messlicht mit Einfall von der Lichtquelle entlang der zweiten Drehwelle infolge der Drehung um die zweite Drehwelle reflektiert; und einen zweiten Lichtquellenseitenspiegel, der das an dem ersten Lichtquellenseitenspiegel reflektierte Messlicht hin zu der Kollimatorlinse führt.
Bei dieser Ausgestaltung kann der Spiegel in einer Doppel-Stufen-Struktur derart montiert sein, dass Messlicht von der Lichtquelle an dem ersten Lichtquellenseitenspiegel und zudem an dem zweiten Lichtquellenseitenspiegel reflektiert und hin zu der Kollimatorlinse geführt wird. Der erste Lichtquellenseitenspiegel, der auf der Achse der zweiten Drehwelle montiert ist, dreht sich um die zweite Drehwelle und reflektiert das Messlicht mit Einfall von der Lichtquelle entlang der zweiten Drehwelle. Hierdurch kann das Messlicht von allen Lichtquellen in zufriedenstellendem Maße von dem ersten Lichtquellenseitenspiegel zu dem zweiten Lichtquellenseitenspiegel reflektiert und in zufriedenstellendem Maße hin zu der Kollimatorlinse von dem zweiten Lichtquellenseitenspiegel unabhängig von der Drehposition des ersten Lichtquellenseitenspiegels geführt werden.
Umfassen kann das Refraktometer des Weiteren ein Abschirmelement, das das Äußere des ersten Lichtquellenseitenspiegels bedeckt und um die zweite Drehwelle zusammen mit dem ersten Lichtquellenseitenspiegel drehbar ist. In diesem Fall ist vorzuziehen, wenn an dem Abschirmelement eine Apertur ausgebildet ist, durch die lediglich Messlicht von einer der Lichtquellen entsprechend der Drehposition des ersten Lichtquellenseitenspiegels einfällt.
Bei dieser Ausgestaltung kann lediglich Messlicht von einer Lichtquelle auf den ersten Lichtquellenseitenspiegel einfallen und hin zu der Kollimatorlinse geführt werden. Entsprechend kann diese Ausgestaltung den Einfall von Streulicht von anderen Lichtquellen auf den ersten Lichtquellenseitenspiegel zur Führung hin zu der Kollimatorlinse verhindern. Infolgedessen beeinträchtigt das Streulicht das Messergebnis nicht, wodurch die Messgenauigkeit verbessert werden kann.
Das Refraktometer entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein V-Block-Refraktometer zum Messen eines Brechungsindex einer Probe durch Bestrahlen der Probe mit Messlicht durch ein V-Block-Prisma, wobei das Refraktometer beinhaltet: eine Lichtquelleneinheit, die eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die jeweils die Fähigkeit zum Emittieren von Messlicht mit verschiedenen Wellenlängen aufweisen; eine Kollimatorlinse, die ermöglicht, dass Messlicht auf das V-Block-Prisma nach Umwandlung des Messlichtes in paralleles Licht einfällt; eine Telemeterlinse, die das durch das V-Block-Prisma hindurchlaufende Messlicht konvergiert; und einen Detektor, der das Messlicht von der Telemeterlinse detektiert; wobei die Lichtquelleneinheit mit einem ersten Lichtquellenseitenspiegel versehen ist, der auf einer Achse einer vorbestimmten Drehwelle montiert ist, wobei der erste Lichtquellenseitenspiegel das Messlicht von der Lichtquelle entsprechend einer Drehposition hiervon empfängt und das Messlicht mit Einfall von der Lichtquelle entlang der Drehwelle infolge der Drehung um die Drehwelle reflektiert; und einen zweiten Lichtquellenseitenspiegel, der das an dem ersten Lichtquellenseitenspiegel reflektierte Messlicht hin zu der Kollimatorlinse führt.
Effekte der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine Verschlechterung der Messgenauigkeit infolge einer Zunahme der Last an dem Motor verhindert werden, wodurch die Messgenauigkeit verbessert werden kann. Des Weiteren kann die Struktur des optischen Systems auf der stromabwärtigen Seite des V-Block-Prismas vereinfacht werden, was das Refraktometer kompakter macht. Wenn zudem der Spiegel in einer Doppel-Stufen-Struktur derart montiert ist, dass Messlicht von der Lichtquelle an dem ersten Lichtquellenseitenspiegel und des Weiteren an dem zweiten Lichtquellenseitenspiegel zur Führung hin zu der Kollimatorlinse reflektiert wird, kann Messlicht von allen Lichtquellen in zufriedenstellendem Maße von dem ersten Lichtquellenseitenspiegel zu dem zweiten Lichtquellenseitenspiegel reflektiert und in zufriedenstellendem Maße hin zu der Kollimatorlinse von dem zweiten Lichtquellenseitenspiegel unabhängig von der Drehposition des ersten Lichtquellenseitenspiegels geführt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Planansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung eines V-Block-Refraktometers entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Refraktometers bei einer Betrachtung von einem Pfeil A aus.
3 ist eine schematische Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels der Ausgestaltung der Lichtquelleneinheit in 1.
4 ist eine schematische Planansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung eines V-Block-Refraktometers entsprechend einer weiteren Ausführungsform.
5 ist eine schematische Planansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung eines herkömmlichen V-Block-Refraktometers.
Ausführungsweise der Erfindung
1 ist eine schematische Planansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung eines V-Block-Refraktometers entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Refraktometers bei einer Betrachtung von einem Pfeil A aus. Das Refraktometer ist ein V-Block-Refraktometer, das einen Brechungsindex einer Probe S durch Bestrahlen der Probe S mit Messlicht durch ein V-Block-Prisma 1 misst.
Beispiele für die Probe S beinhalten Glas, Kunststoff und Flüssigkeiten. Die Probe S wird in einer V-förmigen Nut 11 platziert, die an dem V-Block-Prisma 1 ausgebildet ist, wobei der Brechungsindex der Probe S durch Detektieren von durch die Probe S hindurchlaufendem Messlicht mit einem Detektor 2 gemessen werden kann.
Das Refraktometer beinhaltet zusätzlich zu dem vorgenannten V-Block-Prisma 1 und dem Detektor 2 eine Lichtquelleneinheit 3, die Messlicht emittiert, ein erstes optisches System 4, das das Messlicht von der Lichtquelleneinheit 3 zu dem V-Block-Prisma 1 führt, und ein zweites optisches System 5, das durch das V-Block-Prisma 1 hindurchlaufende Messlicht zu dem Detektor 2 führt.
Die Lichtquelleneinheit 3 beinhaltet eine Mehrzahl von Lichtquellen 31. Verwendet werden eine Heliumlampe, eine Wasserstofflampe oder eine Quecksilberlampe für die Lichtquellen 31 verwendet, und es können Messlichter, die jeweils verschiedene Wellenlängen aufweisen, so beispielsweise eine Helium-d-Linie, eine Wasserstoff-C-Linie, eine Wasserstoff-F-Linie, eine Quecksilber-e-Linie, eine Quecksilber-g-Linie und eine Quecksilber-h-Linie, von der Lichtquelleneinheit 3 emittiert werden. Das Messlicht von den Lichtquellen 31 wird an einer Mehrzahl von Spiegeln 32 reflektiert und in der horizontalen Richtung von der Lichtquelleneinheit 3 emittiert. Man beachte, dass die Lichtquellen 31 nicht auf die vorbeschriebenen Typen beschränkt sind.
Das erste optische System 4 beinhaltet Linsen 41 und 42, ein Interferenzfilter 43, Spiegel 44, 45 und 46, einen Schlitz 47 und eine Kollimatorlinse 48. Die Linsen 41 und 42 und der Spiegel 44 sind in einer Reihe entlang der Emissionsrichtung des Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 3 angeordnet, wobei jedes aus der Mehrzahl von Interferenzfiltern 43 selektiv auf dem optischen Weg des Messlichtes positioniert werden kann. Die Mehrzahl von Interferenzfiltern 43 ist entsprechend dem Typ der Lichtquellen 31 ausgewählt. Lediglich das Messlicht (monochromatisches Licht), das eine spezifische Wellenlänge entsprechend dem ausgewählten Interferenzfilter 43 aufweist, läuft durch das Interferenzfilter 43 hindurch und wird hin zu dem Spiegel 44 geführt.
Der Spiegel 44 ist derart angeordnet, dass die Reflexionsebene um 45° relativ zur Einfallsrichtung des Messlichtes verkippt ist. Das an dem Spiegel 44 reflektierte Messlicht ändert seine Ausbreitungsrichtung um 90°, läuft durch den Schlitz 47 hindurch und wird sodann zu dem Spiegel 45 geführt. Der Spiegel 45 ist derart angeordnet, dass seine Reflexionsebene parallel zur Reflexionsebene des Spiegels 44 ist. Das an dem Spiegel 45 reflektierte Messlicht ändert seine Ausbreitungsrichtung um 90° und wird zu der Kollimatorlinse 48 entlang der Richtung parallel zur Emissionsrichtung des Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 3 geführt.
Die Kollimatorlinse 48 wandelt das Messlicht in paralleles Licht um und führt das sich ergebende Licht zu dem Spiegel 46. Das Messlicht, das seine Ausbreitungsrichtung um 90° durch den Spiegel 46 ändert, fällt auf das V-Block-Prisma 1 ein. Die Spiegel 45 und 46 und die Kollimatorlinse 48 sind in einer Reihe entlang der Richtung parallel zur Emissionrrichtung des Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 3 angeordnet und werden integral an einer kreisförmigen Scheibe 6 als Kollimatoreinheit 40 gehalten.
Die kreisförmige Scheibe 6 ist ein Kollimatorlinsenhalteelement zum Halten der Kollimatorlinse 48. Das Zentrum der kreisförmigen Scheibe 6 ist an einer Drehwelle 71 des Motors 7 fixiert, wodurch die kreisförmige Scheibe 6 um die Drehwelle 71 drehbar ist. Die Kollimatoreinheit 40 ist derart vorgesehen, dass sie von der kreisförmigen Scheibe 6 entlang der Richtung parallel zu der Drehwelle 41 an der exzentrischen Position relativ zu der Drehwelle 71 vorsteht.
Hierbei kann, wenn die kreisförmige Scheibe 6 um die Drehwelle 71 bei Drehung des Motors 7 gedreht wird, die Position der Kollimatoreinheit 40 zu dem V-Block-Prisma 1 geändert (abgetastet) werden, wie durch eine unterbrochene Linie in 2 angedeutet ist, wodurch der Einfallswinkel des auf das V-Block-Prisma 1 einfallenden Messlichtes geändert werden kann. Der Motor 7 ist beispielsweise ein Servomotor mit einem Codierer und kann den Einfallswinkel des auf das V-Block-Prisma 1 einfallenden Messlichtes auf Grundlage des Drehwinkels des Motors 7 genau messen.
An einer Endfläche 12 des V-Block-Prismas 1 einfallendes Messlicht läuft durch die in der V-förmigen Nut 11 platzierte Probe S hindurch, läuft wiederum durch das V-Block-Prisma 1 hindurch und wird von der anderen Endfläche 13 unter einem Winkel emittiert, der der Differenz beim Brechungsindex zwischen dem V-Block-Prisma 1 und der Probe S entspricht. In diesem Fall wird das Messlicht unter einem anderen Winkel entsprechend dem Einfallswinkel zu dem V-Block-Prisma emittiert, was dazu führt, dass die Menge des zu dem zweiten optischen System 5 geführten Messlichtes entsprechend dem Einfallswinkel geändert wird.
Das zweite optische System 5 beinhaltet einen Spiegel 51, eine Telemeterlinse 52 und einen Schlitz 53. Der Spiegel 51 ist auf einer geraden Linie relativ zu dem Spiegel 46 und dem V-Block-Prisma 1 sowie zudem derart angeordnet, dass dessen Reflexionsebene um 45° relativ zur Einfallsrichtung des Messlichtes verkippt ist. Hierbei ändert das an dem Spiegel 51 reflektierte Messlicht seine Ausbreitungsrichtung um 90° und wird zu der Telemeterlinse 52 geführt. Die Telemeterlinse 52 konvergiert das Messlicht von dem V-Block-Prisma 1 und führt das sich ergebende Licht zu dem Schlitz 53. Das durch den Schlitz 53 hindurchlaufende Messlicht wird von dem Detektor 2 detektiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Einfallswinkel des auf das V-Block-Prisma 1 von der Kollimatorlinse 48 einfallenden Messlichtes bei Drehung des Motors 7 geändert, und es wird das Messlicht bei jedem Einfallswinkel von dem V-Block-Prisma 1 von dem Detektor 2 detektiert. Hierbei kann der Einfallswinkel, bei dem die Detektionsintensität am höchsten wird, spezifiziert werden, und es kann der Brechungsindex der Probe S auf Grundlage des Einfallswinkels und des Brechungsindex des V-Block-Prismas 1 gemessen werden. Diese Ausgestaltung beseitigt die Notwendigkeit der Bereitstellung des Detektors 2 nahe an dem Motor 7 wie im Stand der Technik, wodurch der Abstand zwischen dem Motor 7 und der kreisförmigen Scheibe 6 verkleinert werden kann. Damit kann eine Verschlechterung der Messgenauigkeit infolge einer Zunahme der Last an dem Motor 7 verhindert werden, wodurch die Messgenauigkeit vergrößert werden kann.
Eine einfache Anordnung wird lediglich für das zweite optische System 5 an der stromabwärtigen Seite des V-Block-Prismas 1 benötigt. Entsprechend kann die Zahl der Bauteile des zweiten optischen Systems 5 verringert werden, und es kann der Grad der Freiheit beim Anordnen einer jeden Komponente vergrößert werden. Hierbei kann die Struktur vereinfacht werden, wodurch es möglich wird, das Refraktometer kompakter auszugestalten.
Ist ein Strahlteiler auf dem optischen Weg des zweiten optischen Systems 5 montiert, um einen Teil des durch das zweite optische System 5 hindurchlaufenden Messlichtes zu einer Okulareinheit (nicht dargestellt) zu führen, so kann der Zustand des Messlichtes an der Okulareinheit optisch erfasst werden. Alternativ kann die Ausgestaltung derart sein, dass ein Teil des durch den Strahlteiler geführten Messlichtes mit einer Kamera, so beispielsweise einer CCD-Kamera (Charge Coupled Device CCD), erfasst wird, und es wird das erfasste Bild an einem Anzeigeschirm einer Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) angezeigt. Alternativ kann eine Ausgestaltung derart vorliegen, dass ein Autokollimationsprisma (nicht dargestellt) auf dem optischen Weg des zweiten optischen Systems 5 beim Durchführen der Positionsanpassung des V-Block-Prismas 1 angeordnet wird.
Bei der Ausgestaltung, bei der eine Komponente, so beispielsweise der Strahlteiler, die Kamera oder das Autokollimationsprisma an dem zweiten optischen System, wie vorstehend beschrieben worden ist, vorgesehen ist, kann eine Verschlechterung der Messgenauigkeit infolge einer Zunahme der Last an dem Motor 7 effektiv im Vergleich zu einer herkömmlichen Ausgestaltung, bei der diese Komponenten nicht nahe an dem Motor 7 angeordnet sind, verhindert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Spiegel 44 (erster Kollimatorlinsenseitenspiegel) an der Drehwelle 71 des Motors 7 montiert. Der Spiegel 44 dreht sich mit der kreisförmigen Scheibe 6 um die Drehwelle 71 und reflektiert Messlicht in der radialen Richtung um die Drehwelle 71. Die Drehwelle 71 ist beispielsweise hohl ausgebildet, und es ist der Spiegel 44 in der Drehwelle 71 vorgesehen. Bei dieser Ausgestaltung kann der Spiegel 44 auf der Achse der Drehwelle 71 des Motors 7 vorgesehen sein.
Demgegenüber ist der Spiegel 45 (zweiter Kollimatorlinsenseitenspiegel) an einer exzentrischen Position relativ zu der Drehwelle 71 des Motors 7 vorgesehen. Der Spiegel 45 dreht sich mit der kreisförmigen Scheibe 6 um die Drehwelle 71 und führt das an dem Spiegel 44 reflektierte Messlicht hin zu dem V-Block-Prisma 1. Der Schlitz 47 kann in der Drehwelle 71 des Motors 7 oder an der Außenseite der Drehwelle 71 ausgebildet sein.
Bei der vorliegenden Ausführungsform fällt Messlicht auf den Spiegel 44 entlang der Drehwelle 71 des Motors 7 ein. Dementsprechend kann Messlicht auf den Spiegel 44 entlang der Drehwelle 71 mit Funktion als Drehzentrum der kreisförmigen Scheibe 6 einfallen und hin zu dem V-Block-Prisma 1 durch den Spiegel 44 und den Spiegel 45 geführt werden. Bei einer Ausgestaltung, bei der das Messlicht entlang der Drehzentrums der kreisförmigen Scheibe 6, wie vorstehend beschrieben worden ist, einfällt, kann die Struktur stärker vereinfacht werden, und es kann das Refraktometer kompakter ausgestaltet werden.
3 ist eine schematische Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung der Lichtquelleneinheit 3 in 1. Bei diesem Beispiel sind zwei Spiegel 321 und 322 vertikal in zwei Stufen wie die vorgenannte Mehrzahl von Spiegeln 32 vorgesehen. Eine Mehrzahl von Lichtquellen 31 ist in einem Bogen an einer kreisförmigen Halteplatte 33 angeordnet. Der Motor 34 ist am Zentrum der Halteplatte 33 montiert, und es erstreckt sich eine Drehwelle 341 des Motors 34 nach oben durch das Zentrum der Halteplatte 33.
Ein Spiegel 321 (erster Lichtquellenseitenspiegel) ist auf einer Achse der Drehwelle 341 des Motors 34 montiert. Der Spiegel 321 dreht sich um die Drehwelle 341 bei Drehung des Motors 34 und ist hierdurch dazu fähig, die Richtung der Reflexionsebene des Spiegels 321 um 360° in Umfangsrichtung zu ändern. Hierbei fällt Messlicht von der Lichtquelle 31 entsprechend der Drehposition auf die Reflexionsebene des Spiegels 321 ein.
Die Reflexionsebene des Spiegels 321 ist derart angeordnet, dass sie um 45° relativ zur Richtung (vertikale Richtung), in der sich die Drehwelle 341 des Motors 34 erstreckt, verkippt ist. Entsprechend wird das horizontal auf den Spiegel 321 von jeder Lichtquelle 31 einfallende Messlicht reflektiert und durch Ändern seiner Ausbreitungsrichtung um 90° nach oben geführt. Insbesondere wird die Richtung der Reflexionsebene des Spiegels 321 bei Drehung des Motors 34 geändert, wobei sogar dann, wenn das auf die Reflexionsebene des Spiegels 321 einfallende Messlicht zum Messlicht einer weiteren Lichtquelle 31 wird, das Messlicht stets nach oben entlang der Drehwelle 341 reflektiert wird.
Der andere Spiegel 322 (zweiter Lichtquellenseitenspiegel) ist über dem Spiegel 321 auf der Achse der Drehwelle 341 des Motors 34 vorgesehen. Das durch den Spiegel 321 nach oben reflektierte Messlicht ändert seine Ausbreitungsrichtung um 90° durch den Spiegel 322 und wird hin zu dem ersten optischen System 4 (hin zu der Kollimatorlinse 48) entlang der Horizontalrichtung geführt. Der Spiegel 322 ist derart fixiert, dass er um 45° relativ zur Achse der Drehwelle 341 des Motors 34 verkippt ist, sodass Messlicht stets in einer festen Richtung reflektiert wird.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Spiegel 32 in einer Doppel-Stufen-Struktur derart montiert sein, dass Messlicht von der Lichtquelle 31 von dem Spiegel 321 und zudem von dem Spiegel 322 reflektiert und hin zu der Kollimatorlinse 48 geführt wird. Der auf der Achse der Drehwelle 341 des Motors 34 vorgesehene Spiegel 321 dreht sich um die Drehwelle 341 und reflektiert Messlicht mit Einfall von der Lichtquelle 31 entlang der Drehwelle 341. Hierbei kann Messlicht von allen Lichtquellen 31 in zufriedenstellendem Maße von dem Spiegel 321 zu dem Spiegel 322 reflektiert und in zufriedenstellendem Maße hin zu der Kollimatorlinse 48 von dem Spiegel 322 unabhängig von der Drehposition des Spiegels 321 geführt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein zylindrisches Abschirmelement 35 an der Drehwelle 341 des Motors 34 montiert, und es ist der Spiegel 321 in dem Abschirmelement 35 montiert. Insbesondere wird das Äußere des Spiegels 321 von dem Abschirmelement 35 bedeckt, das sich mit dem Spiegel 321 um die Drehwelle 341 des Motors 34 drehen kann. Eine Apertur 351 ist an der Wandfläche des Abschirmelementes 35 an der Position entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Reflexionsebene des Spiegels 321 in der horizontalen Richtung ausgebildet. Hierbei kann nur Messlicht von einer Lichtquelle 31 entsprechend der Drehposition des Spiegels 321 auf den Spiegel 321 von der Apertur 351 einfallen.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei der vorliegenden Ausführungsform lediglich Messlicht von einer Lichtquelle 31 auf den Spiegel 321 einfallen und hin zu der Kollimatorlinse 48 geführt werden. Entsprechend kann diese Ausgestaltung verhindern, dass Streulicht von anderen Lichtquellen 31 auf den Spiegel 321 einfällt und hin zu der Kollimatorlinse 48 geführt wird. Infolgedessen beeinträchtigt das Streulicht das Messergebnis nicht, wodurch die Messgenauigkeit vergrößert werden kann.
4 ist eine schematische Planansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung eines V-Block-Refraktometers entsprechend einer weiteren Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich die Anordnungsposition der Spiegel 44 und 45 und des Schlitzes 47 bei dem ersten optischen System 4 von derjenigen bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, wobei die anderen Ausgestaltungen ähnlich zu denjenigen bei der vorbeschriebenen Ausführungsform sind. Daher sind ähnliche Ausgestaltungen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und es wird die Detailbeschreibung hiervon nicht wiederholt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Spiegel 44 und 45 nicht nahe an der kreisförmigen Scheibe 6 in Bezug auf den Motor 7, sondern auf der entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite der kreisförmigen Scheibe 6, das heißt nahe an der Lichtquelleneinheit 3, vorgesehen. Insbesondere ist ein L-förmiges Halteelement 49, das sich zusammen mit der Drehwelle 71 des Motors 7 dreht, mit der kreisförmigen Scheibe 6 entlang der Seite des Motors 7 von der der Lichtquelleneinehit 3 zu eigenen Seite in Bezug auf den Motor 7 verbunden, und es sind die Spiegel 44 und 45 und der Schlitz 47 an dem Halteelement 49 vorgesehen.
Der Spiegel 44 ist derart angeordnet, dass die Reflexionsebene unter 45° relativ zur Einfallsrichtung des Messlichtes verkippt ist. Das an dem Spiegel 44 reflektierte Messlicht ändert seine Ausbreitungsrichtung um 90° und wird sodann zu dem Spiegel 45 geführt. Der Spiegel 45 ist derart angeordnet, dass seine Reflexionsebene parallel zur Reflexionsebene des Spiegels 44 ist. Das an dem Spiegel 45 reflektierte Messlicht ändert seine Ausbreitungsrichtung um 90° und wird zu dem Schlitz 47 in der Richtung parallel zur Emissionsrichtung des Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 3 geführt. Das durch den Schlitz 47 hindurchlaufende Messlicht fällt auf die Kollimatorlinse 48 ein.
Der Spiegel 44 (erster Kollimatorlinsenseitenspiegel) ist auf der Achse der Drehwelle 71 des Motors 7 montiert. Der Spiegel 44 dreht sich mit der kreisförmigen Scheibe 6 um die Drehwelle 71 und reflektiert Messlicht in der radialen Richtung um die Drehwelle 71. Demgegenüber ist der Spiegel 45 (zweiter Kollimatorlinsenseitenspiegel) an einer exzentrischen Position relativ zu der Drehwelle 71 des Motors 7 vorgesehen. Der Spiegel 45 dreht sich mit der kreisförmigen Scheibe 6 um die Drehwelle 71 und führt das an dem Spiegel 44 reflektierte Messlicht hin zu dem V-Block-Prisma 1.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform fällt Messlicht auf den Spiegel 44 entlang der Drehwelle 71 des Motors 7 wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform ein. Dementsprechend kann Messlicht auf den Spiegel 44 entlang der Drehwelle 71 mit Funktion als Drehzentrum der kreisförmigen Scheibe 6 einfallen und hin zu dem V-Block-Prisma 1 durch den Spiegel 44 und den Spiegel 45 geführt werden. Bei der Ausgestaltung, bei der das Messlicht entlang des Drehzentrums der kreisförmigen Scheibe 6, wie vorstehend beschrieben worden ist, einfällt, kann die Struktur stärker vereinfacht werden, und es kann das Refraktometer kompakter ausgestaltet werden.
Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Spiegel 44 nicht in der Drehwelle 71 des Motors 7 wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform vorgesehen. Daher ist es nicht notwendig, die Drehwelle 71 des Motors 7 hohl auszubilden, und es kann der Abstand zwischen dem Motor 7 und der kreisförmigen Scheibe 6 weiter verringert werden. Darüber hinaus ist die kreisförmige Scheibe 6 nicht nur mit der Drehwelle 71, sondern auch mit dem Halteelement 49 verbunden, wodurch die Festigkeit der kreisförmigen Scheibe 6 vergrößert wird. Entsprechend kann eine Verschlechterung der Messgenauigkeit infolge einer Vergrößerung der Last an dem Motor 7 effektiv verhindert werden, wodurch die Messgenauigkeit weiter vergrößert werden kann.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschreiben eine Ausgestaltung, bei der Messlicht zu dem Detektor 2 von der Lichtquelleneinheit 3 entlang der horizontalen Richtung geführt wird. Die Ausgestaltung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenigstens ein Teil des optischen Weges des Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 3 zu dem Detektor 2 kann relativ zu der horizontalen Richtung verkippt sein. In diesem Fall ist die Drehwelle 71 des Motors 7 nicht darauf beschränkt, sich in der horizontalen Richtung zu erstrecken. Die Drehwelle 71 kann sich auch in der Verkippungsrichtung relativ zu der horizontalen Richtung erstrecken.
Die Ausgestaltung des auf dem optischen Weg des Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 3 zu dem Detektor 2 vorgesehenen optischen Elementes ist nicht auf die bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen dargestellte Ausgestaltung beschränkt. Es kann auch ein anderes optisches Element vorgesehen sein, und es kann auch ein Teil der optischen Elemente weggelassen werden.
Die andere Ausgestaltungen können sich von denjenigen bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen unterscheiden, solange nur eine Ausgestaltung derart gegeben ist, dass ein Einfallswinkel des auf das V-Block-Prisma 1 von der Kollimatorlinse 48 einfallenden Messlichtes durch Drehen der kreisförmigen Scheibe 6 um die erste Welle 71 unter Verwendung des Motors 7 geändert wird. Das Messlicht von der Lichtquelleneinheit 3 fällt beispielsweise gegebenenfalls nicht auf den Spiegel 44 entlang der Drehwelle 71 ein, sondern kann aus einer exzentrischen Position relativ zu der Drehwelle 71 einfallen. Die Lichtquelleneinheit 3 ist nicht darauf beschränkt, eine Doppel-Stufen-Struktur aufzuweisen, die zwei Spiegel 321 und 322 beinhaltet. Die Lichtquelleneinheit 3 kann auch derart ausgestaltet sein, dass Messlicht von der Lichtquelle 31 unter Verwendung eines Spiegels oder auch unter Verwendung von drei oder mehr Spiegeln geführt wird.
Bezugszeichenliste

1: V-Block-Prisma
2: Detektor
3: Lichtquelleneinheit
4: erstes optisches System
5: zweites optisches System
6: kreisförmige Scheibe
7: Motor
31: Lichtquelle
32: Spiegel
33: Halteplatte
34: Motor
35: Abschirmplatte
40: Kollimatoreinheit
41, 42: Linse
43: Interferenzfilter
44, 45, 46: Spiegel
47: Schlitz
48: Kollimatorlinse
49: Haltelement
51: Spiegel
52: Telemeterlinse
53: Schlitz
71: Drehwelle
321, 322: Spiegel
341: Drehwelle
351: Apertur
S: Probe

Claims

V-Block-Refraktometer zum Messen eines Brechungsindex einer Probe durch Bestrahlen der Probe mit Messlicht durch ein V-Block-Prisma, wobei das Refraktometer umfasst: eine Kollimatorlinse, die ermöglicht, dass Messlicht auf das V-Block-Prisma nach Umwandlung des Messlichtes in paralleles Licht einfällt; eine Telemeterlinse, die das durch das V-Block-Prisma hindurchlaufende Messlicht konvergiert; einen Detektor, der das Messlicht von der Telemeterlinse detektiert; ein Kollimatorlinsenhalteelement, das drehbar um eine vorbestimmte erste Drehwelle zum Halten der Kollimatorlinse an einer exzentrischen Position relativ zu der ersten Drehwelle vorgesehen ist; und einen Motor, der einen Einfallswinkel des auf das V-Block-Prisma von der Kollimatorlinse einfallenden Messlichtes durch Drehen des Kollimatorlinsenhalteelementes um die erste Drehwelle ändert.
V-Block-Refraktometer nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: einen ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel, der auf einer Achse der ersten Drehwelle vorgesehen ist und sich zusammen mit dem Kollimatorlinsenhalteelement um die erste Drehwelle dreht, um Messlicht zu reflektieren; und einen zweiten Kollimatorlinsenseitenspiegel, der an einer exzentrischen Position relativ zu der ersten Drehwelle vorgesehen ist und sich zusammen mit dem Kollimatorlinsenhalteelement um die erste Drehwelle dreht, um das an dem ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel reflektierte Messlicht hin zu dem V-Block-Prisma zu führen, wobei Messlicht auf den ersten Kollimatorlinsenseitenspiegel entlang der ersten Drehwelle einfällt.
V-Block-Refraktometer nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren umfassend: eine Mehrzahl von Lichtquellen, die jeweils die Fähigkeit zum Emittieren von Messlicht mit verschiedener Wellenlänge aufweisen; einen ersten Lichtquellenseitenspiegel, der auf einer Achse einer vorbestimmten zweiten Drehwelle vorgesehen ist, wobei der erste Lichtquellenseitenspiegel das Messlicht von der Lichtquelle entsprechend der Drehposition hiervon empfängt und das Messlicht mit Einfall von der Lichtquelle entlang der zweiten Drehwelle infolge der Drehung um die zweite Drehwelle reflektiert; und einen zweiten Lichtquellenseitenspiegel, der das an dem ersten Lichtquellenseitenspiegel reflektierte Messlicht hin zu der Kollimatorlinse führt.
V-Block-Refraktometer nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend: ein Abschirmelement, das das Äußere des ersten Lichtquellenseitenspiegels bedeckt und um die zweite Drehwelle zusammen mit dem ersten Lichtquellenseitenspiegel drehbar ist, wobei an dem Abschirmelement eine Apertur ausgebildet ist, durch die lediglich Messlicht von einer der Lichtquellen entsprechend der Drehposition des ersten Lichtquellenseitenspiegels einfällt.