JP2010127622A

JP2010127622A - 屈折率測定装置

Info

Publication number: JP2010127622A
Application number: JP2008299066A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyasu Kobayashi; 義康小林; Kazuhiro Aoyama; 和宏青山
Original assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】コンタミネーションの影響を最大限排除して、正確な屈折率測定を行うことが可能な屈折率測定装置を提供する。
【解決手段】プリズム上の試料に集光レンズを介して照射光を照射する光源と、この光の反射光を受光する受光素子と、この受光素子の出力に基づいて上記試料の屈折率を測定する測定回路とを備える屈折率測定装置を前提としている。そして、このような屈折率測定装置において、上記照射光の結像位置が上記プリズムの上底開口部中央の近傍であるように構成する。特に、上記結像位置を上記近傍に設定するために、上記集光レンズを上記プリズムに近接させる。これにより、プリズム中央部からの反射光のみを測定に用いることができるため、コンタミネーションを排除することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体試料等の屈折率を測定する屈折率測定装置に関する。

物質の屈折率はその物質の種々の物性を現している。例えば物質の糖度も屈折率で現すことができ、従来から屈折率を利用した糖度計が実現されている。

図４は屈折率測定装置の原理を示す説明図である。三面プリズム５１の上底（試料面）に載置された試料皿５５内に試料液を滴下し、一方の側面に配置した光源５３から光（照射光）を上記試料の背面に対して入射すると、他方の側面に設けた受光センサ５４が、屈折率に応じた光を受光するようになっている。すなわち、光源からの光は、試料の屈折率が高い程、入射角が小さい光を全反射する。従って、受光側では、試料からの反射光量あるいは、全反射の生じている位置を測定することによって、屈折率を測定することができることになる。

上記の状態をアナログの受光センサ５４で受光する場合は、図４の受光センサ５４の前面にレンズを配置してプルズム５１を抜けた光を集光し、試料より反射した全光量を受光センサ５４で受光することになる。また、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)をライン状に配列して、全反射域と透過域の境界を求めるようにしたセンサを用いる場合は、屈折率が高い程境界位置は図４の上では左に寄ることになる。

このような構成において、上記照射光は図４に一点鎖線で示すような光路をとっていた。即ち、光源５３から出た照射光は、集光レンズ２，３を介して、試料液を保持する上記試料皿５５の開口部５６の全面を照射するようになっていた。これは主に構造上簡易であるためである。

なお、このような屈折率測定装置は、例えば下記の特許文献１に開示されている。
特開２００５−１２７９０２号公報

しかし、上記の従来技術には、次のような問題点があった。

例えば、沢山の液体試料について屈折率を繰り返し測定するような場合、ユーザは試料皿５５内の液体試料を布などで拭き取って、次の試料をこの試料皿５５に滴下することになる。この際、試料皿５５の端部Ｅに、前回に測定した液体試料が残留してしまうことが往々にしてある（図３（ｂ）参照）。

このような残留試料Ａがあると、次回の屈折率測定が不正確になってしまう（これを当業者は「コンタミネーション」と呼んでいる）。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コンタミネーションの影響を最大限排除して、正確な屈折率測定を行うことが可能な屈折率測定装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明では以下のような手段を採用している。

まず、本発明は、プリズム上の試料に集光レンズを介して照射光を照射する光源と、この光の反射光を受光する受光素子と、この受光素子の出力に基づいて上記試料の屈折率を測定する測定回路とを備える屈折率測定装置を前提としている。

そして、このような屈折率測定装置において、上記照射光の結像位置が上記プリズムの上底開口部中央の近傍であるように構成する。ここで「上底開口部」とは、このプリズムが、試料を載置するために上記試料皿によって開口された部分を指す。特に、上記結像位置を上記近傍に設定するために、上記集光レンズを上記プリズムに近接させる。これにより、プリズム中央部からの反射光のみを測定に用いることができるため、コンタミネーションを排除することができる。

以上のように、本発明によれば、コンタミネーションの影響を最大限排除して、正確な屈折率測定を行うことが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の屈折率測定装置の光学系の構造を示す図である。

光源である発光ダイオード(ＬＥＤ:Light Emitting Diode)１から発せられた光（照射光）によって、プリズム４の上底に置かれた試料が照射され、その反射光をＣＣＤ(Charge Coupled Device)などの受光素子５で検出することによって、当該試料の屈折率を測定する。この測定原理は従来と同様である。

本発明の屈折率測定装置では、集光レンズ２，３を上記プリズム４に近接させている。この集光レンズ２，３の作用によって、上記照射光は、この図１に実線で示すように、上記プリズム４の上底開口部中央の近傍に結像するようになっている。即ち、集光レンズ３の焦点位置が、プリズム４の上底開口部中央の近傍に設定されている。なお、「上底開口部」とは、このプリズム４が、試料を載置するために試料皿６によって開口された部分を指す。

本実施の形態において、「近傍」とは、プリズムの上底開口部中央から１ｍｍ以内の位置となっている。より詳しくは、試料皿６の開口部面積に対して、プリズム４の上底の光官能部の面積が1/10となるようになっている。上記焦点位置がこの近傍の範囲内であれば、次のような優れた効果を奏することができる。

即ち、上記「発明が解決しようとする課題」で述べたように、従来では照射光がプリズムの上底開口部全面を照射していたために、試料皿の端部Ｅ（図４参照）において、残留試料Ａに起因するコンタミネーションの影響を受けていた（図３（ｂ）参照）。しかし、本発明によれば、上記端部Ｅからの反射光が受光素子５に入射することがなく、コンタミネーションの起こりづらいプリズム４の上底開口部中央からの反射光のみを測定に用いることができる（図３（ａ）参照）。したがって、より正確な屈折率測定を行えるのである。

図２は試料皿の端部Ｅに異物を配置した状態で純水の屈折率を測定した場合の結果である。従来の屈折率測定装置の値はコンタミネーションによる測定誤差のため、純水の屈折率を示さない。本発明の屈折率測定装置によれば純水測定は水の理論値（１．３３３０）を示す。

このように、本発明によれば、コンタミネーションの影響を最大限排除して、正確な屈折率測定を行うことが可能である。なお、以上では、集光レンズ３の焦点位置が上記近傍にあると説明したが、この焦点位置がプリズムの上底開口部中央と一致するのが理想的であることは言うまでもない。

さらに、本発明により、照射光の結像範囲が小さく狭められたため、プリズムや試料皿などをより小さく設計することが可能となり、屈折率測定装置全体の小型化にも資することができることを最後に付言しておく。

本発明に係る屈折率測定装置は、プリズム中央部からの反射光のみを測定に用いることができるため、コンタミネーションを排除することができる。

本発明の屈折率測定装置の光学系の構造図。本発明と従来の屈折率測定装置との出力の比較。コンタミネーションの説明図。従来の屈折率測定装置の原理の説明図。

符号の説明

１光源
２集光レンズ
３集光レンズ
４プリズム
５受光素子
６試料皿
５１プリズム（従来）
５２試料面（従来）
５３光源（従来）
５４受光素子（従来）
５５試料皿（従来）
５６開口部（従来）

Claims

プリズム上の試料に集光レンズを介して照射光を照射する光源と、該光の反射光を受光する受光素子と、該受光素子の出力に基づいて上記試料の屈折率を測定する測定回路とを備える屈折率測定装置において、
上記照射光の結像位置が上記プリズムの上底開口部中央の近傍である
ことを特徴とする、屈折率測定装置。
上記結像位置を上記近傍に設定するために、上記集光レンズを上記プリズムに近接させた、請求項１に記載の屈折率測定装置。