JP2765945B2 - 液体色測定用プローブ - Google Patents

液体色測定用プローブ

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体の反射色を測定するための液体色測定
用プローブに係わり、特に撹拌状態の不透明液体中に直
接浸漬して液体の反射色を測定するのに好適な液体色測
定用プローブに関する。
〔従来の技術〕
液体中に直接浸漬して液体の反射色を測定するための
従来の反射型液体色測定用プローブを、第9図と第10図
に示す。
第9図に示すプローブの場合には、投光用光ファイバ
バンドル1と受光用ファイババンドル2が円筒状プロー
ブヘッド3に収容され、プローブヘッド3の先端面に設
置されたガラス板4を通してガラス板4に面した部分の
液体5の反射色を測定する。
第10図に示すプローブの場合には、投光用光ファイバ
6と受光用光ファイバ7との先端部分8が1本のバンド
ルにまとめられ、この先端部分8を液体9に漬けて液体
の反射色を測定する。この場合、投光用光ファイバ6と
受光用光ファイバ7はバンドル8内で、同軸にまたは二
つに分割されて配置されているかまたはランダムにミッ
クスされている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、第9図に示したプローブの場合には、直接反
射光(正反射光)成分が受光用光ファイババンドル2に
入射しないように投光用光ファイババンドル1を受光用
光ファイババンドル2に対して傾ける必要があるため、
構造上、実際の測定視野径に対して円筒状プローブヘッ
ド3の外径が大きくなってしまう。そのため、撹拌中の
液体5などに浸漬して測定する場合に、液体5の対流を
妨げ、プローブの測定個所だけが他の部分の色と異なっ
てしまう。また、液体5を一方向からしか照明しないた
め、見る方向によって明るさや色が異なる液体5の測色
には不適当である。
更に、第10図に示したプローブの場合には、照明光と
反射光が別々の光ファイバ6,7内を伝わる方式のため、
このプローブを液体9中に漬けて色の測定を行う場合、
液体の透過率が極端に低いような不透明液体において
は、被測定物がバンドル8の先端面に接触しているため
バンドル8aの先端面と被測定物との距離が0のため、反
射光は全て投光用光ファイバ6内に戻ってしまい、受光
用光ファイバ7には全く入射しない。そのため、色の正
確な測定を行うことができない。
本発明は、上記問題点乃至欠点を除去するためになさ
れたものであり、その目的は、撹拌中の液体、見る方向
によって明るさや色が異なる方向性のある液体、および
不透明液体の色(反射色)を正確に測定することができ
る液体色測定用プローブを提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するために、投光用光ファイ
ババンドルと、受光用光ファイババンドルと、これら両
光ファイババンドルを所定の角度をなすように収容する
ケース状のプローブヘッドとを備えた液体色測定用プロ
ーブにおいて、プローブヘッド先端に、投光用光ファイ
ババンドルからの照射光と被測定物からの反射光を同時
に伝達する1本の光伝導ロッドを取付け、受光用光ファ
イババンドルを、その光軸が光伝導ロッドの光軸上に位
置するように配置し、かつ受光用光ファイババンドルの
先端に直接反射光入射防止手段を取付け、投光用光ファ
イババンドルを、その光軸が光伝導ロッドの光軸と平行
な線に対して、 θ<θ−α<α (ここでθは受光用光ファイババンドルに入射する直
接反射光の最大角度、αは投光用光ファイババンドル
の片側開口角、αは光伝導ロッドの片側開口角であ
る)となるような角度θで配置したことを特徴とするも
のである。
この場合、光伝導ロッドはプローブヘッドに対して着
脱可能に取付けられていることが望ましい。更に、光伝
導ロッドは保護管に収容されていることが望ましい。直
接反射光入射防止手段は好ましくは、内周面に黒色の多
数のネジ状溝を有する遮光筒である。更に、ケース状プ
ローブヘッド内に、光源モニタ用光ファイババンドルを
収納しても良い。更に、光伝導ロッドの代わりに、投光
用光ファイババンドルからの照射光と被測定物からの反
射光を同時に伝達する1本の光ファイババンドルをプロ
ーブヘッド先端に配置してもよい。
〔作用〕
本発明による液体色測定用プローブは、測定時に、比
較的に細径の光伝導ロッドだけが液体に浸漬される。更
に、投光用光ファイババンドルを光伝導ロッドに対して
所定の角度で配置したので、光伝導ロッド入射端面およ
び出射端面での直接反射光は受光用光ファイババンドル
内に直接入射しない。照射光は光伝導ロッド内で全反射
しながら伝わるため、光伝導ロッド入射端面に一方向か
ら照射光を入射しても、光伝導ロッド出射端面から全方
向に出射される。
〔実施例〕
次に、図を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図は本発明による液体色測定用プローブを部分的
に切断して示している。このプローブはケース状プロー
ブヘッド10を有する。このプローブヘッド10は全体形状
が箱形であり、ケース本体10aと、端板10b,10cと、外側
ケース10dとからなっている。プローブヘッド10は更
に、図示していないシールによって防水構造となってい
る。
プローブヘッド10には、投光用光ファイババンドル11
と受光用光ファイババンドル12と光源モニタ用光ファイ
ババンドル13の3本の光ファイババンドルが案内されて
いる。投光用光ファイババンドル11は図示していない光
源から照射光を被測定物(液体)へ導くためのものであ
る。受光用光ファイババンドル12は被測定物から反射し
た光を測定装置に導くためのものである。光源モニタ用
光ファイババンドル13は、光源の光量の変動をモニタす
るためのものである。これらの光ファイババンドル11,1
2,13はプローブヘッド10の外側において保護チューブ14
に収容されて、それぞれ光源、測定装置または光源モニ
タ装置に接続または案内されている。保護チューブ14は
接着剤などによってコネクタ15に固定され、このコネク
タ15は締付けリング16によってプローブヘッド10の端板
10bに固定保持されている。
光ファイババンドル11,12,13はプローブヘッド内10
で、保持金具17を介して取付け板18に固定保持されてい
る。この保持金具17は光ファイババンドル11,12,13を保
持して取付け板18に固定されている。取付け板18はプロ
ーブヘッド10のケース本体10aに固定されている。
受光用光ファイババンドル12は後述の光伝導ロッド19
の入射および出射端面で反射した照射光の直接反射光を
受光しないように、その先端部に遮光筒20が取付けられ
ている。この遮光筒20はその内周面全面に、ネジ状に切
られ黒色に塗られた溝20aを有し、この溝は遮光筒内周
面で反射した光が受光用ファイババンドル12に入らない
ようにする。なお、遮光筒20の先端から受光用ファイバ
バンドル12の先端までの長さおよび内径は、後述の受光
用光ファイババンドル12の視野角度θに基づいて決め
る。
プローブヘッド10の先端側には、光伝導ロッド19が取
付けられている。この光伝導ロッド19は、ステンレス製
の保護管21に収容され、この保護管21は接着剤などによ
ってコネクタ22に固定され、コネクタ22は締付けリング
23によってプローブヘッド10の端板10cに固定保持され
ている。光伝導ロッド19の長さや口径は後述の投光用お
よび受光用光ファイババンドル11,12の設置条件を満た
す範囲で自由に決定することができる。ただし、光伝導
ロッド径は液体の対流を妨げないよう細径であることが
望ましく、また、端面は両端共光軸に対して直角になる
ように充分平滑に研磨されている必要がある。更に、保
護の目的でクラッドの外側をテフロンなどでコーティン
グしてもよい。
第2図は、光伝導ロッド19と投光用光ファイババンド
ル11および受光用光ファイババンドル12の位置関係を示
している。なお、前記の光源モニタ用光ファイババンド
ル13は第2図では省略してある。また、光伝導ロッド19
はコア19aとクラッド19bだけが示してあり、前記の保護
管21は省略してある。
受光用光ファイババンドル12はその光軸が光伝導ロッ
ド19の光軸上に位置するように配置されている。また、
遮光筒20を介しての光伝導ロッド入射端面における視野
径d1が光伝導ロッド19のコア径d2よりも小さくなるよう
に、光伝導ロッド入射端面に対して所定の間隔をおいて
配置されている。なお、受光用光ファイババンドル12の
設置の際は、JIS Z 8722“物体色の測定方法”に合わせ
る場合には、受光用光ファイババンドル12の視野角度θ
(=θ)の最大角度θが5゜以下となるようにす
ることが望ましい。
投光用光ファイババンドル11は、それからの照射光が
光伝導ロッド19の入射端面全体に照射されるように、光
伝導ロッド19の入射端面に対して所定の間隔をおいて設
置されている。更に、投光用光ファイババンドル11の光
軸は光伝導ロッド19の光軸と平行な線に対して角度θを
なして配置されている。この場合、角度θと、受光用光
ファイババンドル12に入射する直接反射光の最大角度θ
と、投光用光ファイババンドル11の片側開口角α
と、光伝導ロッド19の片側開口角αとの間に、光伝
導ロッド入射および出射端面での直接反射光が受光用光
ファイババンドル12に直接入射しないようにするため
に、次式 θ<θ−α が成り立つように、かつ照射光が光伝導ロッド19内で全
反射するようにするために、次式 θ−α<α が成り立つように、角度θが定められている。すなわ
ち、投光用光ファイババンドル11の光軸は光伝導ロッド
19の光軸と平行な線に対して、次式 θ<θ−α<α となるような角度θで配置されている。
第3図は上記構造の液体色測定用プローブの測定原理
を示している。なお、光伝導ロッド19内に光が入射する
際の光伝導ロッド19と空気との屈折率の違いによる光路
の変化は便宜上省略してある。投光用光ファイババンド
ル11から照射された照射光は、光伝導ロッド19の中心軸
に対する最小入射角度θminが θ<θmin<α であるように入射する。なお、光伝導ロッド19の入射端
面で反射した照射光の直接反射光は遮光筒20の溝20aに
よって遮られ、受光用光ファイババンドル12内に達しな
い。
開口角αより小さな角度で光伝導ロッド19に入射し
た照射光は全反射を繰り返しながら出射端に到達し、液
体24の測定部を照明する。このように、照射光が全反射
しながら伝わるため、光伝導ロッド19の出射端面では全
方向に光が照射されるので、見る方向によって明るさや
色が異なる方向性のある被測定物の場合にも安定して測
定することができる。
出射端面に接する液体24からの反射光は再び光伝導ロ
ッド19内に入射する。このとき、光伝導ロッド19の出射
端面における直接反射光は入射光と同じ角度で全反射を
繰り返し、入射端からθより大きい角度で出射する。
そのため、出射端における直接反射光は遮光筒20で遮ら
れるなどして受光用光ファイババンドル12には入射しな
い。一方、出射端における拡散反射光のうち、光伝導ロ
ッド19の中心軸に対する反射角度がθ以下の成分は、
その角度で光伝導ロッド19内を進み、入射端からθ
下の角度で出射する。そのため、この拡散反射光成分は
遮光筒20で遮られることなく、受光用光ファイババンド
ル12に入射する。
以上のように、入射光、直接反射光、拡散反射光が1
本のロッドに混在しているにもかかわらず、拡散反射光
のみを受光でき、被測定物の色(反射色)を測定するこ
とができる。
第4図は、光源モニタ機構を示している。この機構は
光源の光量の変動をモニタし、光源の光量を一定に保つ
ためのものである。そのため、前記の光源モニタ用光フ
ァイババンドル13は光伝導ロッド19端面からの直接反射
光を受光してもよい。光源モニタ用光ファイババンドル
13は第4図に示すごとく、光源モニタ装置25から案内さ
れたモニタ側光ファイバ13aだけでなく、前記投光用光
ファイババンドル11と一緒に光源26から案内され分岐し
た光源側光ファイババンドル13bを含んでいる。この場
合、モニタ側の光ファイババンドル13aと光源側光ファ
イババンドル13bは、光源モニタ用光ファイババンドル1
3の先端面においてランダムにミックスされている。ま
た、光源側光ファイババンドル13bと投光側光ファイバ
バンドル11は光源26の入射部においてランダムミックス
されている。更に、光源モニタ用光ファイババンドル13
の先端には白色板27が取付けられている。
この光源モニタ用光ファイババンドル13は、必ずしも
プローブヘッド10内に配置する必要はない。しかし、光
源モニタ用光ファイババンドル13をプローブヘッド10内
に配置すると、液体色測定装置全体がコンパクトになる
という利点がある。
第5図と第6図に液体色測定用プローブの使用状態を
示す。第5図に示すように、プローブは撹拌槽28内の液
体24に直接浸漬して液体中の色を測定する。プローブヘ
ッド10を撹拌槽28に固定するための取付板29(第6図参
照)をプローブヘッド10に取付けてもよい。
撹拌槽28の中に直接漬けて液体内部の色を測定する場
合には、撹拌棒30や撹拌羽根31に光伝導ロッド19が触れ
ると、光伝導ロッド19が損傷する恐れがある。この損傷
を防止するために、光伝導ロッド19は前述のように、ス
テンレス製の保護管21に収容されている。
その際、保護管21はその内径が光伝導ロッド径と同程
度のもので、かつ肉厚が1.0mm程度のものを使用した方
が望ましい。厚すぎると液体の対流の妨げになり、薄い
と保護の役目を果たさないからである。光伝導ロッド19
と保護管21は、その間の隙間に接着剤32などで充填する
ことによって固定してもよいし(第7A図と第7B図参
照)、両端部をカシメによって固定してもよい(第8A図
と第8B図参照)。
光伝導ロッド19の洗浄および消毒のために、光伝導ロ
ッド19を着脱可能にプローブヘッド10に取付けることが
望ましい。それによって、光伝導ロッド19だけを取外し
て、洗浄および消毒を行うことができる。
更に、光伝導ロッド19の代わりに光ファイババンドル
を取付けることができる。それによって、プローブの先
端部にフレキシビリティを持たせることができる。
〔発明の効果〕
本発明による液体色測定用プローブは、液体に浸漬さ
れる部分が細径の光伝導ロッドだけであるので、撹拌中
の液体の対流をほとんど妨げない。従って、分離してし
まうような液体も、撹拌することによって、均一な状態
での色を測定することができる。また、撹拌槽の大きさ
や測定個所の違いなどによってロッドの長さを自由に決
定することができる。
更に、投光用光ファイババンドルを光伝導ロッドに対
して所定の角度で配置し、かつ直接反射光入射防止手段
を受光用光ファイババンドル先端に取付けたので、光伝
導ロッド入射端および出射端面からの直接反射光は受光
用光ファイババンドル内に直接入射しない。従って、拡
散反射光だけが受光用光ファイババンドルに入射するの
で、正確な測定が可能である。
投光用光ファイババンドルから或る一方向へ光を入射
しても、光伝導ロッド内で全反射しながら伝わるため、
出射端においては全方向に照明光が照射される。従っ
て、見る方向によって明るさや色が異なる方向性のある
被測定物に対しても均一な照明、ひいては安定した正確
な測定が可能である。
光伝導ロッドが着脱可能にプローブヘッドに取付けら
れているので、光伝導ロッド部だけを取外して洗浄およ
び消毒することができる。
更に、光伝導ロッドは保護管に収容されているので、
損傷が防止される。
更に、光源モニタ用光ファイババンドルをプローブヘ
ッドに収納したので、色測定装置全体がコンパクトにな
る。
光伝導ロッドの代わりに、光ファイババンドルを使用
するとプローブの先端部にフレキシビリティをもたせる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による液体色測定用プローブの
部分断面図、第2図は投光用光ファイババンドルと受光
用光ファイババンドルと光伝導ロッドの相対的な配置状
態を示す図、第3図は液体色測定中の光伝導ロッドと投
光用光ファイババンドルと受光用光ファイババンドルを
示す図、第4図は光源モニタ機構を示す図、第5図は光
伝導ロッドを撹拌槽中の液体に浸漬した液体色測定状態
を示す部分断面図、第6図はプローブとその取付け板を
示す斜視図、第7A図は光伝導ロッド用保護管の斜視図、
第7B図は第7A図に示した保護管の端面図、第8A図は光伝
導ロッド用保護管の変形例の斜視図、第8B図は第8A図に
示した保護管の端面図、第9図と第10図は従来の液体色
測定プローブの部分断面図である。 10……プローブヘッド、10a……ケス本体、10b,10c……
端板、10d……外側ケース、11……投光用光ファイババ
ンドル、12……受光用光ファイババンドル、13……光源
モニタ用光ファイババンドル、13a……モニタ側光ファ
イババンドル、13b……光源側光ファイババンドル、14
……保護チューブ、15……コネクタ、16……締付けリン
グ、17……保持金具、18……取付け板、19……光伝導ロ
ッド、19a……コア、19b……クラッド、20……遮光筒、
20a……溝、21……保護管、22……コネクタ、23……締
付けリング、24……液体、25……光源モニタ装置、26…
…光源、27……白色板、28……撹拌槽、29……取付板、
30……撹拌棒、31……撹拌羽根、32……接着剤

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】投光用光ファイババンドルと、受光用光フ
    ァイババンドルと、これら両光ファイババンドルを所定
    の角度をなすように収容するケース状のプローブヘッド
    とを備えた液体色測定用プローブにおいて、 プローブヘッド先端に、投光用光ファイババンドルから
    の照射光と被測定物からの反射光を同時に伝達する1本
    の光伝導ロッドを取付け、 受光用光ファイババンドルを、その光軸が光伝導ロッド
    の光軸上に位置するように配置し、かつ受光用光ファイ
    ババンドルの先端に直接反射光入射防止手段を取付け、 投光用光ファイババンドルを、その光軸が光伝導ロッド
    の光軸と平行な線に対して、 θ<θ−α<α (ここでθは受光用光ファイババンドルに入射する直
    接反射光の最大角度、αは投光用光ファイババンドル
    の片側開口角、αは光伝導ロッドの片側開口角であ
    る)となるような角度θで配置したことを特徴とする液
    体色測定用プローブ。
  2. 【請求項2】光伝導ロッドがプローブヘッドに対して着
    脱可能に取付けられていることを特徴とする、請求項1
    記載の液体色測定用プローブ。
  3. 【請求項3】光伝導ロッドが保護管に収納されているこ
    と特徴とする、請求項1または請求項2記載の液体色測
    定用プローブ。
  4. 【請求項4】直接反射光入射防止手段が、内周面に黒色
    の多数のネジ状溝を有する遮光筒であることを特徴とす
    る、請求項1記載の液体色測定用プローブ。
  5. 【請求項5】ケース状プローブヘッド内に光源モニタ用
    光ファイババンドルを収納したことを特徴とする、請求
    項1記載の液体色測定用プローブ。
  6. 【請求項6】光伝導ロッドの代わりに、投光用光ファイ
    ババンドルからの照射光と被測定物からの反射光を同時
    に伝達する1本の光ファイババンドルをプローブヘッド
    先端に配置したことを特徴とする、請求項1記載の液体
    色測定用プローブ。
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