JP2005148027A - 屈折率測定装置および濃度測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 機械的動作を液晶素子による光変調などによる電気的な動作に置き換えることによって、非常に高精度を必要とする機器の調整が不要となり、また、振動などの影響がないため高精度の測定が可能となる。また、これまで、ミラーを可動とし、ミラーによる反射光を参照光としていたため機器の配置の制約が大きかったが、透過光線を利用できる液晶素子を用いることにより、小型化など様々な状況に応じた装置構成が可能となる。
【選択図】 図1
Description
別個に入れることができ、試料セルに少なくとも試料と基準液が別個に入れられており、参照光が基準液を通過することが望ましい。
低コヒーレンス干渉法を用いて試料の屈折率を測定する屈折率測定装置および濃度測定装置において、光分割手段によって二本に分割された光線の内、参照用に用いる光線の飛行時間を機械的ではなく、液晶素子を用い電気的に変化させることにより、高い精度を必要とする機器の調整が不要となり、また、振動などの影響がないため高精度の測定が可能となる。また、これまで、ミラーを可動とし、ミラーによる反射光を参照光としていたため機器の配置の制約が大きかったが、透過光線を利用できる液晶素子を用いることにより、小型化など様々な状況に応じた装置構成が可能となる。
図1は本発明の第一の実施形態の例である。図1において駆動回路109によって駆動されるスーパールミネッセントダイオードなどの光源101より出射された直線偏光した光線をコリメートレンズ102に入射する。ここで、光源101はスーパールミネッセントダイオードに限るものではなく、白色光や発光ダイオード、フェムト秒レーザーなど、可干渉性の低い低コヒーレンス光を出射する光源である。仮に光源の種類により、光源101より出射された光線が直線偏光ではない場合、偏光子などを配置し、直線偏光が出射されるようにする。コリメータレンズ102は入射してきた光線を平行光にするものであって、光線の広がり角等によって配置を変え、光源からの距離を変化させる。次に、コリメータレンズ102によって平行光となった光線を光分割手段103に入射する。ここで、本実施形態においては光分割手段103として開口を用い、二本の光線に分割している。光分割手段103としては、他に、回折格子、プリズム、及びそれらと反射板などを組み合わせたものが考えられる。次に、光分割手段103によって分割された二本の光線の内、一方の光線は試料104に入射する。本実施形態においては試料104としてはグルコース溶液とする。ここで、光線が試料104を通過する際、グルコース溶液の屈折率により光の速度が低下する。仮にグルコース溶液の屈折率をngとすると、光線が試料104を通過する際の速度c1は、
c1=c/ng
となる。このとき、cは真空中の光の速度である。すなわち、試料を通過する際の光路長をLとすると、試料104を通過することによる光線の飛行時間の遅延量T1は、
T1=(ng−1)・L/c
となる。次に、試料104を通過した光線は偏光子106に入射し、入射した光線の偏光子106の透過軸方向の成分のみが透過する。次に、偏光子106を透過した光線は集光レンズ107に入射し、受光器108の受光部に集光される。
c/nlcd2 < c2 < c/nlcd1
となる。すなわち、液晶素子105のギャップをLlcdとすると、液晶素子105を通過することによる光線の飛行時間の遅延量T2は、
(nlcd1−1)・Llcd/c<T2<(nlcd2−1)・Llcd/c
となる。ここで、Tlcd1=(nlcd1−1)・Llcd/cとし、Tlcd2=(nlcd2−1)・Llcd/cとする。次に、液晶素子105を通過した光線は偏光子106に入射し、入射した光線の偏光子106の透過軸方向の成分のみが透過する。次に、偏光子106を透過した光線は集光レンズ107に入射し、受光器108の受光部に集光される。
極大、もしくは極小のピークが観察される。
Tlcd1<T1<Tlcd2
の条件を満たすとすれば、液晶素子105への印加電圧を変化させていったときに、ある電圧値のところで干渉信号が観察される。このとき、干渉信号が観察される電圧値と試料104の屈折率の間には相関が見られるため、試料104の屈折率が測定できる。また、屈折率に比例するグルコース濃度の算出が可能となる。
次に第二の実施形態について図3を用いて説明する。光学素子等に関しては第一の実施形態と同様のものとする。第一の実施形態と同様に、駆動回路109によって駆動される低コヒーレンスの光源101より出射された直線偏光した光線をコリメートレンズ102に入射する。光源の種類により、光源101より出射された光線が直線偏光ではない場合、偏光子などを配置し、直線偏光が出射されるようにする。次に、コリメータレンズ102によって平行光となった光線を光分割手段103に入射する。ここで、本実施形態においても、第一の実施形態と同様に光分割手段103として開口を用い、二本の光線に分割している。次に、光分割手段103によって分割された二本の光線を分割型の液晶素子301に入射する。
線の偏光方向と等しい方向であり、液晶注入部の半分の面、面Bのみに電極を配置してある。液晶駆動回路110によって分割型の液晶素子301に電圧を印加した場合、面Bにだけ電圧が印加され液晶分子の配向方向が変化する。電極のない面Aは電圧を印加しても変化は起こらない。ここで、光分割手段103によって分割された二本の光線をそれぞれ分割型の液晶素子301の面Aと面Bに入射する。このとき、分割型の液晶素子301の面Aに入射する光線を光線a、面Bに入射する光線を光線bとする。
T1=(ng−1)・L/c
となる。実際には光線は試料セル302も通過しているため、試料セルを通過する際にも飛行時間の遅延は発生している。次に、試料104を通過した光線は偏光子106に入射し、入射した光線の偏光子106の透過軸方向の成分のみが透過する。次に、偏光子106を透過した光線は集光レンズ107に入射し、受光器108の受光部に集光される。
T2=(n0−1)・L/c
となる。次に、基準液303を通過した光線は偏光子106に入射し、入射した光線の偏光子106の透過軸方向の成分のみが透過する。次に、偏光子106を透過した光線は集光レンズ107に入射し、受光器108の受光部に集光される。
り、液晶分子による変調分以外の要素、すなわち、液晶素子のガラスや配向膜などの影響を打ち消すことが出来る。また、同様に同一の試料セル302に入射し、光線aを試料、光線bを基準液に入射することにより、試料セル302を通過する際の影響も光線a、光線b間でキャンセルすることが出来る。すなわち、光線aと光線bの飛行時間において、遅延差が発生するのは液晶分子による変調分と、試料104と基準液303の屈折率差のみとなり、測定に必要な要素以外はキャンセルできるため、上述のように高精度の測定が可能となる。また、第一の実施形態と同様に、本実施形態においても散乱体の測定も可能である。
102 コリメートレンズ
103 光分割手段
104 試料
105 液晶素子
106 偏光子
107 集光レンズ
108 受光器
301 分割型の液晶素子
302 試料セル
Claims (12)
- 低コヒーレンス光を出力する光源を含む光出力手段と、該光出力手段から出力された光線を二本の光線に分割する光分割手段と、該光分割手段によって分割された二本の光線のうち、一方の光線のみを試料に入射し、該試料に入射した測定光と、前記試料に入射しない参照光を集光するレンズと、該レンズによって集光された光の強度を検出する光強度検出手段を備え、前記測定光と前記参照光を合波して干渉させる干渉光学系による屈折率測定装置であって、前記参照光を電気的な光変調素子に入射して変調し、該光変調素子への印加電圧値と、前記光強度検出手段において検出される前記測定光と前記参照光の干渉信号より前記試料の屈折率を測定する屈折率測定装置。
- 前記電気的な光変調素子は液晶素子によって構成されることを特徴とする請求項1に記載の屈折率測定装置。
- 低コヒーレンス光を出力する光源を含む光出力手段と、該光出力手段から出力された光線を二本の光線に分割する光分割手段と、該光分割手段によって分割された二本の光線のうち、一方の光線のみを試料に入射し、該試料に入射した測定光と、前記試料に入射しない参照光を集光するレンズと、該レンズによって集光された光の強度を検出する光強度検出手段を備え、前記測定光と前記参照光を合波して干渉させる干渉光学系による屈折率測定装置であって、光線のビーム径より十分大きな面積の電極を配置してある面と前記面積の電極を配置していない面を同一面上に有する基板で構成される分割型の液晶素子を有し、前記測定光を前記分割型の液晶素子における前記電極を配置していない面に入射し、前記参照光を前記分割型の液晶素子における前記電極を配置してある面に入射して変調し、前記分割型の液晶素子への印加電圧値と、前記光強度検出手段において検出される前記測定光と前記参照光の干渉信号より前記試料の屈折率を測定する屈折率測定装置。
- 前記液晶素子はホモジニアス配向の液晶素子であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の屈折率測定装置。
- 前記測定光と前記参照光が前記光強度検出手段に入射する前に、ともに、任意の偏光軸を持った偏光子を透過することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の屈折率測定装置。
- 前記試料を入れる試料セルが少なくとも二種類の溶液を別個に入れることができ、前記試料セルに少なくとも前記試料と基準液が別個に入れられており、前記参照光が前記基準液を通過することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の屈折率測定装置。
- 前記試料は水溶液であり、前記基準液は純水であることを特徴とする請求項6に記載の屈折率測定装置。
- 前記光出力手段は直線偏光を出力することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の屈折率測定装置。
- 前記光源は直線偏光を出力することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の屈折率測定装置。
- 前記光源はスーパールミネッセントダイオード、フェムト秒レーザ、または発光ダイオードであることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の屈折率測定装置。
- 前記試料はグルコース溶液、血液、または尿であり、前記試料中の溶質はグルコースであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の屈折率測定装置。
- 請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の屈折率測定装置によって試料の屈折率を測定し、前記試料中の物質の濃度を算出する濃度測定装置。
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