JP2019060714A - 液体試料測定用アタッチメント、屈折率測定装置及び屈折率測定方法 - Google Patents

液体試料測定用アタッチメント、屈折率測定装置及び屈折率測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液体試料の使用量を効果的に削減することができる液体試料測定用アタッチメント、屈折率測定装置及び屈折率測定方法を提供する。【解決手段】試料を保持するためのV字状の溝11が形成されたVブロックプリズム1に対して、溝11に入り込むようにアタッチメント100を設置する。アタッチメント100の本体110は、Vブロックプリズム1に形成された溝11の表面との間で液体試料を封入するための封入空間107を形成し、封入空間107に封入された液体試料を溝11の表面に直接接触させる。【選択図】 図4

Description

本発明は、試料を保持するためのV字状の溝が形成されたVブロックプリズムに対して、前記溝に入り込むように設置され、液体試料の屈折率をVブロック式の屈折率測定装置で測定する際に用いられる液体試料測定用アタッチメント、屈折率測定装置及び屈折率測定方法に関するものである。
屈折率測定装置の一例であるVブロック方式の屈折率測定装置では、Vブロックプリズムに形成されているV字状の溝に試料が載置され、Vブロックプリズムを介して試料に測定光が照射される。そして、波長に応じた角度でVブロックプリズムから出射する測定光が、一定の範囲で走査されて検出器で検出されることにより、その検出結果に基づいて試料の屈折率が測定される(例えば、下記特許文献1参照)。
この種の屈折率測定装置を用いて液体試料の屈折率を測定する場合には、例えば液体試料用のVブロックプリズムが用いられる。液体試料用のVブロックプリズムには、固体試料用のVブロックプリズムと同様にV字状の溝が形成されているが、溝から液体試料が漏れ出さないように、溝の側方を塞ぐ側面壁が設けられている。側面壁で側方が塞がれた溝の中に液体試料を注ぐことにより、Vブロックプリズム上に液体試料を保持することができる。
また、液体試料の屈折率を測定する別の方法として、液体試料をセル内に充填し、そのセルを固体試料用のVブロックプリズムの溝に載置する方法も知られている。この方法では、直方体形状又は立方体形状からなる中空のセル内に液体試料が充填され、そのセルの外壁面の角部がVブロックプリズムのV字状の溝に沿うように、Vブロックプリズム上にセルが載置される。
国際公開第2014/207809号
液体試料用のVブロックプリズムを用いた場合には、比較的大きい容量を有するV字状の溝の中に液体試料が注がれるため、液体試料の使用量が多くなってしまうという問題がある。セル内に液体試料を充填する方法であれば、セル内の容量を小さくすることは可能であるが、容量を小さくするのにも限度があるため、液体試料の使用量を効果的に削減できるとは言い難い。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、液体試料の使用量を効果的に削減することができる液体試料測定用アタッチメント、屈折率測定装置及び屈折率測定方法を提供することを目的とする。
(1)本発明に係る液体試料測定用アタッチメントは、試料を保持するためのV字状の溝が形成されたVブロックプリズムに対して、前記溝に入り込むように設置され、液体試料の屈折率をVブロック式の屈折率測定装置で測定する際に用いられる液体試料測定用アタッチメントであって、本体を備える。前記本体は、Vブロックプリズムに形成された前記溝の表面との間で液体試料を封入するための封入空間を形成し、当該封入空間に封入された液体試料を前記溝の表面に直接接触させる。
このような構成によれば、Vブロックプリズムに形成されたV字状の溝に入り込むように液体試料測定用アタッチメントを設置することにより、当該アタッチメントとV字状の溝の表面との間に封入空間を形成することができる。この封入空間に封入された液体試料を溝の表面に直接接触させることにより、封入空間を比較的小さい容量で形成することができるため、液体試料の使用量を効果的に削減することができる。
(2)Vブロックプリズムに対して前記本体が設置されたときに前記溝の底部に対向する前記本体の頂部には、前記封入空間を区画する凹部が形成されていてもよい。
このような構成によれば、液体試料測定用アタッチメントの本体の頂部に凹部を形成することにより、当該凹部とV字状の溝の表面との間に、比較的容量の小さい封入空間を容易に形成することができる。
(3)前記本体の側面には、Vブロックプリズムに対して前記本体が設置されたときに前記封入空間に連通する溝部が形成されていてもよい。
このような構成によれば、液体試料測定用アタッチメントの本体の側面に形成された溝部を介して、当該溝部に連通する封入空間に液体試料を容易に充填することができる。
(4)前記本体内には、Vブロックプリズムに対して前記本体が設置されたときに前記封入空間に連通する貫通孔が形成されていてもよい。
このような構成によれば、液体試料測定用アタッチメントの本体内に形成された貫通孔を介して、当該貫通孔に連通する封入空間に液体試料を容易に充填することができる。
(5)前記本体は、1対の側板と、前記1対の側板の間に挟持されるスペーサとを有していてもよい。この場合、前記1対の側板と前記スペーサとにより区画される空間が、Vブロックプリズムに形成された前記溝の表面との間で前記封入空間を形成してもよい。
このような構成によれば、1対の側板及びスペーサを用いて液体試料測定用アタッチメントの本体を構成し、当該本体とVブロックプリズムに形成されたV字状の溝の表面との間で封入空間を形成することができる。
(6)本発明に係る屈折率測定装置は、前記液体測定用アタッチメントと、Vブロックプリズムと、光源部と、検出器とを備える。前記Vブロックプリズムには、前記液体測定用アタッチメントが設置される。前記光源部は、前記封入空間に封入された液体試料に対して、前記Vブロックプリズムを介して測定光を照射する。前記検出器は、液体試料を透過した測定光を検出する。
(7)本発明に係る屈折率測定方法は、アタッチメント設置ステップと、測定ステップとを含む。前記アタッチメント設置ステップでは、試料を保持するためのV字状の溝が形成されたVブロックプリズムに対して、前記溝に入り込むように液体試料測定用アタッチメントを設置することにより、Vブロックプリズムに形成された前記溝の表面と前記液体試料測定用アタッチメントとの間で液体試料を封入するための封入空間を形成する。前記測定ステップでは、前記溝の表面に直接接触するように前記封入空間に封入された液体試料に対して、前記Vブロックプリズムを介して測定光を照射することにより、液体試料を透過した測定光を検出して液体試料の屈折率を測定する。
本発明によれば、液体試料測定用アタッチメントとVブロックプリズムに形成されたV字状の溝の表面との間に封入空間を形成し、この封入空間に封入された液体試料を溝の表面に直接接触させることにより、封入空間を比較的小さい容量で形成することができるため、液体試料の使用量を効果的に削減することができる。
本発明の一実施形態に係る屈折率測定装置の構成例を示す概略平面図である。 Vブロックプリズムの構成例を示す斜視図である。 アタッチメントの一例を示す正面図である。 図3Aのアタッチメントの側面図である。 図3AのアタッチメントをVブロックプリズムの溝上に設置した状態を示す正面図である。 アタッチメントの第1変形例を示す正面図である。 図5Aのアタッチメントの側面図である。 アタッチメントの第2変形例を示す正面図である。 図6Aのアタッチメントの側面図である。 アタッチメントの第3変形例を示す正面図である。 図7Aのアタッチメントの側面図である。 アタッチメントの第4変形例を示す側面図である。
1.屈折率測定装置の全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る屈折率測定装置の構成例を示す概略平面図である。この屈折率測定装置は、Vブロックプリズム1を介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するVブロック方式の屈折率測定装置である。
試料としては、例えばガラス、プラスチック又は液体などを挙げることができるが、本実施形態では、液体試料の屈折率を測定する場合について説明する。液体試料は、Vブロックプリズム1に形成されているV字状の溝11(図1では溝11を真上から見た図を示している。)に保持され、液体試料を透過した測定光を検出器2で検出し、求めた屈折角とVブロックプリズム1の屈折率から液体試料の屈折率を測定することができるようになっている。
この屈折率測定装置には、上述のVブロックプリズム1及び検出器2に加えて、測定光を照射する光源部3と、光源部3からの測定光をVブロックプリズム1に導く第1光学系4と、Vブロックプリズム1を透過した測定光を検出器2に導く第2光学系5とが備えられている。
光源部3には、複数の光源31が備えられている。光源31としては、例えばヘリウムランプ、水素ランプ及び水銀ランプが用いられ、ヘリウムd線、水素C線、水素F線、水銀e線、水銀g線及び水銀h線などの異なる波長の測定光を光源部3から照射することができるようになっている。光源31からの測定光は、ミラー32で反射され、光源部3から水平方向に照射される。ミラー32は、垂直方向(図1における紙面前後方向)に延びる回転軸321を中心に回転可能となっており、ミラー32の回転位置に応じた光源31からの測定光を第1光学系4に導くことができる。ただし、光源31は、上記のような種類に限られるものではない。
第1光学系4には、レンズ41、ミラー42,43,44、フィルタ45、スリット46及びコリメータレンズ47などが備えられている。光源部3からの測定光は、レンズ41を通過し、ミラー42,43で順次に反射した後、フィルタ45に入射する。
フィルタ45は複数設けられており、光源31の種類に応じて選択されたフィルタ45が光路中に挿入されることにより、そのフィルタ45に対応する特定波長の測定光(単色光)のみがフィルタ45を透過し、ミラー44側へと導かれる。ミラー44で反射した測定光は、スリット46を通過し、コリメータレンズ47で平行光とされた後、Vブロックプリズム1に入射する。Vブロックプリズム1に対して一方の端面12から入射した測定光は、V字状の溝11に保持されている液体試料を透過した後、再びVブロックプリズム1を通り、他方の端面13から出射する。
第2光学系5には、ミラー51,52、テレメータレンズ53及びビームスプリッタ54などが備えられている。第2光学系5は、モータ6の回転軸61に取り付けられた円板7に固定されている。具体的には、ミラー51,52及びテレメータレンズ53が、回転軸61に対して偏心した位置で回転軸61に平行に並び、ミラー52及びビームスプリッタ54が、回転軸61に対して垂直方向に並ぶように、それぞれ円板7に固定されている。
ミラー51は、測定光の入射方向に対して反射面が45°傾斜するように配置されることにより、当該ミラー51で反射した測定光は、進行方向が90°変換されてテレメータレンズ53に導かれる。テレメータレンズ53は、Vブロックプリズム1からの測定光を集光させてミラー52に導き、ミラー52で反射した測定光は、ビームスプリッタ54を透過して、円板7に固定された検出器2により受光される。検出器2は、受光する光の強度に応じた信号を出力することにより、試料を透過した測定光の強度を検出する。
ミラー51及びテレメータレンズ53は、Vブロックプリズム1からの測定光の入射方向に対して垂直方向に1列に配置され、回転軸61に対して偏心した位置で、テレメータ部50として一体的に円板7に保持されている。したがって、モータ6を回転させることにより、回転軸61を中心に円板7を回転させれば、Vブロックプリズム1に対するテレメータ部50の位置を変化(走査)させ、Vブロックプリズム1からの測定光を異なる角度から受光して検出器2に導くことができる。モータ6は、例えばエンコーダ付きのサーボモータからなり、モータ6の回転角を正確に把握することができる。
一方、ビームスプリッタ54で反射した測定光は、ミラー8で反射した後、レンズ9を通過してカメラ200へと導かれ、当該カメラ200により試料を透過した測定光を撮像することができる。ビームスプリッタ54及びミラー8は、回転軸61上に設けられており、Vブロックプリズム1の位置調整を行う際には、ビームスプリッタ54とミラー8との間の光路上にオートコリメーションプリズム10を挿入可能となっている。
カメラ200は、例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラにより構成することができる。カメラ200は、上記のような位置に設けられた構成に限らず、例えば円板7に取り付けられ、ビームスプリッタ54とは別に設けられたビームスプリッタを介して、当該カメラ200に測定光が導かれるような構成であってもよいし、カメラ200が2つ以上設けられた構成であってもよい。
2.Vブロックプリズム及びアタッチメントの構成
図2は、Vブロックプリズム1の構成例を示す斜視図である。図2に示すように、Vブロックプリズム1は、互いに直角に交わる1対の平面111,112により形成されたV字状の溝11を備えている。本実施形態では、Vブロックプリズム1の溝11上に液体試料測定用のアタッチメントを設置することにより、溝11上に液体試料を保持することができるようになっている。
図3Aは、アタッチメント100の一例を示す正面図である。図3Bは、図3Aのアタッチメント100の側面図である。図4は、図3Aのアタッチメント100をVブロックプリズム1の溝11上に設置した状態を示す正面図である。アタッチメント100は、液体試料の屈折率を屈折率測定装置で測定する際に用いられ、図4に示すように、Vブロックプリズム1の溝11に入り込むように設置される(アタッチメント設置ステップ)。
アタッチメント100の本体110は、三角柱形状を有している。具体的には、本体110は、互いに直角に交わる1対の側面101,102と、それぞれ三角形状からなる前面103及び背面104を有している。本体110の1対の側面101,102は、溝11に対応するV字状に形成されており、一方の側面101が溝11の平面111に当接し、他方の側面102が溝11の平面112に当接した状態で、本体110が溝11上に載置される。
本体110における1対の側面101,102が交わる部分は、V字状に尖った頂部105を構成している。本体110の頂部105には、本体110の中央部側に向かって前面103及び背面104に対して平行に窪んだ凹部106が形成されている。一方、溝11における1対の平面111,112が交わる部分は、V字状に窪んだ底部113を構成している。
Vブロックプリズム1に対してアタッチメント100の本体110が設置されたときには、溝11の底部113に本体110の頂部105が対向し、互いに密着する。これにより、本体110の頂部105に形成された凹部106が、溝11の底部113で塞がれた状態となる。この密閉された凹部106により区画される空間は、液体試料を封入するための封入空間107を構成している。
すなわち、Vブロックプリズム1に形成された溝11の表面(底部113)と、アタッチメント100の本体110(凹部106)との間に、液体試料を封入するための封入空間107が形成される。図4にハッチングで示すように、封入空間107に液体試料を封入することにより、その封入された液体試料を溝11の表面(底部113)に直接接触させた状態で保持することができる。
封入空間107は、溝11に沿った長さLが約3mm、前後方向の厚みTが約1mmである。このように、凹部106(封入空間107)は非常に小さい容量であり、毛細管現象を利用して凹部106内に液体試料を取り込むことが可能である。凹部106内に液体試料を取り込んだ後は、図3A及び図3Bに示すように凹部106を下に向けた状態であっても、液体試料の表面張力によって凹部106内から液体試料がこぼれるのを防止することができ、そのまま本体110を溝11上に設置することができる。
本体110の材料は、光を通さない材料、又は、光を通しにくい材料であることが好ましい。あるいは、本体110における凹部106の表面が、光を通さない材料、又は、光を通しにくい材料によりコーティングされていてもよい。ただし、このような構成に限られるものではなく、本体110は任意の材料で形成することができる。
図4に示すように、測定光は、Vブロックプリズム1の一方の端面12に対して垂直に入射する。端面12から入射した測定光は、Vブロックプリズム1内を通って溝11の平面111から封入空間107内の液体試料に入射する。このとき、測定光は、図4に矢印で示すように液体試料の屈折率に応じた角度で屈折し、液体試料を透過した後、溝11の平面112で再び屈折してVブロックプリズム1内に入射する。そして、測定光は、Vブロックプリズム1内を通って他方の端面13から出射する際に再び屈折する。
このように、測定光はVブロックプリズム1を介して液体試料に照射され、液体試料を透過した測定光は、Vブロックプリズム1と液体試料の屈折率差に応じた角度で他方の端面13から出射する。したがって、Vブロックプリズム1から出射する測定光を検出することにより、その測定光の出射角度に基づいて、液体試料の屈折率を測定することができる(測定ステップ)。
3.作用効果
(1)本実施形態では、Vブロックプリズム1に形成されたV字状の溝11に入り込むようにアタッチメント100を設置することにより、アタッチメント100とV字状の溝11の表面との間に封入空間107を形成することができる。この封入空間107に封入された液体試料を溝11の表面に直接接触させることにより、封入空間107を比較的小さい容量で形成することができるため、液体試料の使用量を効果的に削減することができる。
(2)また、本実施形態では、アタッチメント100の本体110の頂部105に凹部106を形成することにより、凹部106とV字状の溝11の表面との間に、比較的容量の小さい封入空間107を容易に形成することができる。
4.アタッチメントの第1変形例
図5Aは、アタッチメント100の第1変形例を示す正面図である。図5Bは、図5Aのアタッチメント100の側面図である。この例では、アタッチメント100の本体110に溝部108が形成されている点が、上記実施形態とは異なっている。その他の点については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
溝部108は、本体110の側面102に形成されている。具体的には、溝部108は、本体110の側面102の一端(頂部105)から他端(頂部105とは反対側)まで延びており、凹部106に連通している。このような本体110がVブロックプリズム1に対して設置されたときには、封入空間107に溝部108が連通した状態となる。すなわち、封入空間107が、溝部108を介して外部に開放された状態となる。
したがって、アタッチメント100の本体110の側面102に形成された溝部108を介して、溝部108に連通する封入空間107に液体試料を容易に充填することができる。ただし、溝部108は、本体110の側面102ではなく、反対側の側面101に形成されていてもよい。また、本体110の両方の側面101,102に溝部108が形成された構成であってもよい。
5.アタッチメントの第2変形例
図6Aは、アタッチメント100の第2変形例を示す正面図である。図6Bは、図6Aのアタッチメント100の側面図である。この例では、アタッチメント100の本体110に貫通孔109が形成されている点が、上記実施形態とは異なっている。その他の点については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
貫通孔109は、本体110を一端(頂部105)から他端(頂部105とは反対側)まで貫通するように形成され、凹部106に連通している。このような本体110がVブロックプリズム1に対して設置されたときには、封入空間107に貫通孔109が連通した状態となる。すなわち、封入空間107が、貫通孔109を介して外部に開放された状態となる。
したがって、アタッチメント100の本体110内に形成された貫通孔109を介して、貫通孔109に連通する封入空間107に液体試料を容易に充填することができる。ただし、貫通孔109は、図6A及び図6Bに示すように上下方向に真っ直ぐ延びるような構成に限らず、湾曲又は屈曲した形状であってもよい。また、本体110に貫通孔109が複数形成された構成であってもよい。
6.アタッチメントの第3変形例
図7Aは、アタッチメント100の第3変形例を示す正面図である。図7Bは、図7Aのアタッチメント100の側面図である。この例では、アタッチメント100の本体110に形成された凹部106の形状が、上記実施形態とは異なっている。その他の点については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この例では、凹部106が、上記実施形態のように本体110の頂部105から中央部側に向かって窪んだ形状ではなく、頂部105における一方の側面101から他方の側面102に貫通する貫通孔により構成されている。このような本体110がVブロックプリズム1に対して設置されたときには、貫通孔としての凹部106が、溝11の側面101,102で塞がれた状態となり、この密閉された凹部106により区画される空間が、液体試料を封入するための封入空間107を構成する。
このような構成であっても、上記実施形態と同様に、凹部106とV字状の溝11の表面との間に、比較的容量の小さい封入空間107を容易に形成することができる。ただし、上記第1変形例のように凹部106に連通する溝部を形成したり、上記第2変形例のように凹部106に連通する貫通孔を形成したりすることも可能である。
7.アタッチメントの第4変形例
図8は、アタッチメント100の第4変形例を示す側面図である。この例では、アタッチメント100の本体110が、複数の部材により構成されている点が、上記実施形態とは異なっている。その他の点については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この例では、本体110が、1対の側板120とスペーサ130とを備えている。スペーサ130は、1対の側板120の間に挟持されている。これにより、本体110は、1対の側板120とスペーサ130とが一体的に形成された構成となっている。
スペーサ130における本体110の頂部105側の端部は、1対の側板120よりも本体110の中央部側に入り込んでいる。すなわち、1対の側板120の頂部105の端部は、スペーサ130よりも突出している。これにより、本体110の頂部105には、1対の側板120とスペーサ130とにより区画された凹部106が形成されている。
このような本体110がVブロックプリズム1に対して設置されたときには、凹部106が溝11の底部113で塞がれた状態となり、この密閉された凹部106により区画される空間が、液体試料を封入するための封入空間107を構成する。したがって、1対の側板120及びスペーサ130を用いてアタッチメント100の本体110を構成し、本体110とVブロックプリズム1に形成されたV字状の溝11の表面(底部113)との間で封入空間107を形成することができる。
ただし、上記第1変形例のように凹部106に連通する溝部を形成したり、上記第2変形例のように凹部106に連通する貫通孔を形成したりすることも可能である。また、本体110の頂部105におけるスペーサ130の一部に、一方の側面101から他方の側面102に貫通する貫通孔を形成したり、分割された複数のスペーサ130を1対の側板120の間に挟持して貫通孔を形成したりすることにより、上記第3変形例のように、凹部106を貫通孔で構成することも可能である。
1 Vブロックプリズム
2 検出器
3 光源部
4 第1光学系
5 第2光学系
6 モータ
7 円板
8 ミラー
9 レンズ
10 オートコリメーションプリズム
11 溝
31 光源
100 アタッチメント
101,102 側面
105 頂部
106 凹部
107 封入空間
108 溝部
109 貫通孔
110 本体
111,112 平面
113 底部
120 側板
130 スペーサ

Claims (7)

  1. 試料を保持するためのV字状の溝が形成されたVブロックプリズムに対して、前記溝に入り込むように設置され、液体試料の屈折率をVブロック式の屈折率測定装置で測定する際に用いられる液体試料測定用アタッチメントであって、
    Vブロックプリズムに形成された前記溝の表面との間で液体試料を封入するための封入空間を形成し、当該封入空間に封入された液体試料を前記溝の表面に直接接触させる本体を備えることを特徴とする液体試料測定用アタッチメント。
  2. Vブロックプリズムに対して前記本体が設置されたときに前記溝の底部に対向する前記本体の頂部には、前記封入空間を区画する凹部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液体試料測定用アタッチメント。
  3. 前記本体の側面には、Vブロックプリズムに対して前記本体が設置されたときに前記封入空間に連通する溝部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体試料測定用アタッチメント。
  4. 前記本体内には、Vブロックプリズムに対して前記本体が設置されたときに前記封入空間に連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体試料測定用アタッチメント。
  5. 前記本体は、1対の側板と、前記1対の側板の間に挟持されるスペーサとを有し、
    前記1対の側板と前記スペーサとにより区画される空間が、Vブロックプリズムに形成された前記溝の表面との間で前記封入空間を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の液体試料測定用アタッチメント。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の液体測定用アタッチメントと、
    前記液体測定用アタッチメントが設置されるVブロックプリズムと、
    前記封入空間に封入された液体試料に対して、前記Vブロックプリズムを介して測定光を照射する光源部と、
    液体試料を透過した測定光を検出する検出器とを備えることを特徴とする屈折率測定装置。
  7. 試料を保持するためのV字状の溝が形成されたVブロックプリズムに対して、前記溝に入り込むように液体試料測定用アタッチメントを設置することにより、Vブロックプリズムに形成された前記溝の表面と前記液体試料測定用アタッチメントとの間で液体試料を封入するための封入空間を形成するアタッチメント設置ステップと、
    前記溝の表面に直接接触するように前記封入空間に封入された液体試料に対して、前記Vブロックプリズムを介して測定光を照射することにより、液体試料を透過した測定光を検出して液体試料の屈折率を測定する測定ステップとを含むことを特徴とする屈折率測定方法。
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