JP2794829B2 - 光ファイバ屈折計 - Google Patents
光ファイバ屈折計Info
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- JP2794829B2 JP2794829B2 JP25130889A JP25130889A JP2794829B2 JP 2794829 B2 JP2794829 B2 JP 2794829B2 JP 25130889 A JP25130889 A JP 25130889A JP 25130889 A JP25130889 A JP 25130889A JP 2794829 B2 JP2794829 B2 JP 2794829B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光ファイバ屈折計に関し、 極めて簡易な構成で液体の屈折率を精度よく容易に測
定することを目的とし、 コア部に蛍光色素が混和され、一方の端部が被検液体
に浸漬されると側面から受光して変換蛍光を発光する光
ファイバと、前記光ファイバの被検液体に浸漬された部
分の側面に、前記被検液体を介して光を入射させる光源
と、前記光ファイバの他方の端部から出射する前記変換
蛍光を受光する光検知器とを有するように光ファイバ屈
折計を構成する。
定することを目的とし、 コア部に蛍光色素が混和され、一方の端部が被検液体
に浸漬されると側面から受光して変換蛍光を発光する光
ファイバと、前記光ファイバの被検液体に浸漬された部
分の側面に、前記被検液体を介して光を入射させる光源
と、前記光ファイバの他方の端部から出射する前記変換
蛍光を受光する光検知器とを有するように光ファイバ屈
折計を構成する。
本発明は光ファイバ屈折計，特にコア部に蛍光色素を
混和した光ファイバ（以下、蛍光ファイバと称する）を
利用して液体の屈折率を精度よく簡易に測定することが
できる新規の屈折計に関する。
混和した光ファイバ（以下、蛍光ファイバと称する）を
利用して液体の屈折率を精度よく簡易に測定することが
できる新規の屈折計に関する。
液体の屈折率測定には従来から種々の方法が提案され
ているが、広く用いられているものに，たとえば、次の
ようなものがある（朝倉書店刊：光学技術ハンドブッ
ク,P273〜275,1981参照）。
ているが、広く用いられているものに，たとえば、次の
ようなものがある（朝倉書店刊：光学技術ハンドブッ
ク,P273〜275,1981参照）。
第３図は従来の屈折計の例を示す図（その１）で，い
わゆる、アッベの屈折計の原理構成を示したものであ
る。すなわち、屈折率n1の媒質からなる２個の直角プリ
ズム50および51の向かい合う斜面の間に屈折率ｎの被検
液体を挿み0.1mm程度の液層をつくる。そして、臨界角
に相当する出射角βを測定すると、被検液体の屈折率ｎ
は次式から求められる。
わゆる、アッベの屈折計の原理構成を示したものであ
る。すなわち、屈折率n1の媒質からなる２個の直角プリ
ズム50および51の向かい合う斜面の間に屈折率ｎの被検
液体を挿み0.1mm程度の液層をつくる。そして、臨界角
に相当する出射角βを測定すると、被検液体の屈折率ｎ
は次式から求められる。
ｎ＝sinψ（n1 2−sin2β）1/2±cosψsinβ……
（１） こゝで＋は出射面垂線の頂角ψよりに出射するとき，
一はその反対の場合である。
（１） こゝで＋は出射面垂線の頂角ψよりに出射するとき，
一はその反対の場合である。
また、第４図は従来の屈折計の例を示す図（その２）
で，いわゆる、光電式屈折計の原理構成を示したもので
ある。すなわち、ガラスロッド61を曲げて一部を屈折率
を測定しようとする被検液体71の中に浸漬し、一端から
光を送り，他端に光電管81を置いて受光する。ロッドの
中を光は全反射によって伝播していくが、液の屈折率と
ガラスロッドの屈折率が等しいとき全反射は行われなく
なり、受光量は極小になる。図示したように既知の屈折
率の液体70に浸漬したガラスロッド60,光電管80とを用
いペアにして零メソッド法によって高精度で屈折率の同
定をすることができる。なお、図中、90はガルバノメー
タ,91は光源である。
で，いわゆる、光電式屈折計の原理構成を示したもので
ある。すなわち、ガラスロッド61を曲げて一部を屈折率
を測定しようとする被検液体71の中に浸漬し、一端から
光を送り，他端に光電管81を置いて受光する。ロッドの
中を光は全反射によって伝播していくが、液の屈折率と
ガラスロッドの屈折率が等しいとき全反射は行われなく
なり、受光量は極小になる。図示したように既知の屈折
率の液体70に浸漬したガラスロッド60,光電管80とを用
いペアにして零メソッド法によって高精度で屈折率の同
定をすることができる。なお、図中、90はガルバノメー
タ,91は光源である。
しかし、上記従来例の構成において、プリズムを用い
た場合に、プリズム相互間，入射光と出射光の光軸の角
度測定など，部品構成や装置組立てに高精度を必要と
し、また、光電式のようにガラスロッドを用いると壊れ
やすい上に光源や光電管の取付けの自由度が乏しく，さ
らに、ガラスロッドの端面から光を取り入れているの
で、ロッド径が大きくなって小型化に難がある。すなわ
ち、いずれの場合も用途によって取扱い性，大きさ，価
格などの点で問題を生じており、それらの解決が必要で
あった。
た場合に、プリズム相互間，入射光と出射光の光軸の角
度測定など，部品構成や装置組立てに高精度を必要と
し、また、光電式のようにガラスロッドを用いると壊れ
やすい上に光源や光電管の取付けの自由度が乏しく，さ
らに、ガラスロッドの端面から光を取り入れているの
で、ロッド径が大きくなって小型化に難がある。すなわ
ち、いずれの場合も用途によって取扱い性，大きさ，価
格などの点で問題を生じており、それらの解決が必要で
あった。
すなわち、上記課題は、第１図において、コア部に蛍
光色素が混和され、一方の端部が被検液体に浸漬される
と側面から受光して変換蛍光を発光する蛍光ファイバ１
と、前記蛍光ファイバ１の被検液体２に浸漬された部分
の側面に、前記被検液体２を介して光を入射させる光源
３と、前記蛍光ファイバ１の他方の端部から出射する前
記変換蛍光を受光する光検知器４とを有するように構成
された光ファイバ屈折計によって解決することができ
る。
光色素が混和され、一方の端部が被検液体に浸漬される
と側面から受光して変換蛍光を発光する蛍光ファイバ１
と、前記蛍光ファイバ１の被検液体２に浸漬された部分
の側面に、前記被検液体２を介して光を入射させる光源
３と、前記蛍光ファイバ１の他方の端部から出射する前
記変換蛍光を受光する光検知器４とを有するように構成
された光ファイバ屈折計によって解決することができ
る。
本発明によれば、細い光ファイバ，たとえば、蛍光色
素を混和したプラスチック蛍光ファイバ１を使用し、そ
の一方の端部の裸の側面を被検液体２に浸漬した基本構
成になっているので、ファイバは細く柔軟性に富んで扱
い易く，かつ、光はファイバの端面ではなく側面から入
射して蛍光色素11で変換された散乱光がファイバ中を導
かれるように構成されている。したがって、蛍光ファイ
バ１は細くても被検液体２と蛍光ファイバ１の屈折率比
に対応した充分な光量を光検知器４に送ることができ、
高感度で小型，かつ、簡易な構成の屈折計を実現するこ
とが可能となる。
素を混和したプラスチック蛍光ファイバ１を使用し、そ
の一方の端部の裸の側面を被検液体２に浸漬した基本構
成になっているので、ファイバは細く柔軟性に富んで扱
い易く，かつ、光はファイバの端面ではなく側面から入
射して蛍光色素11で変換された散乱光がファイバ中を導
かれるように構成されている。したがって、蛍光ファイ
バ１は細くても被検液体２と蛍光ファイバ１の屈折率比
に対応した充分な光量を光検知器４に送ることができ、
高感度で小型，かつ、簡易な構成の屈折計を実現するこ
とが可能となる。
第１図は本発明の実施例を示す図である。
図中、１は蛍光ファイバで，たとえば、透明なポリカ
ーボネート樹脂あるいはポリメチルメタクリレート樹脂
の中に、蛍光色素11としてよく知られる，たとえば、ペ
リレン系色素を混和したものを直径0.5mmφのファイバ
に引いて形成したもので，いわゆる、コア部を構成して
いる。
ーボネート樹脂あるいはポリメチルメタクリレート樹脂
の中に、蛍光色素11としてよく知られる，たとえば、ペ
リレン系色素を混和したものを直径0.5mmφのファイバ
に引いて形成したもので，いわゆる、コア部を構成して
いる。
２は屈折率ｎの被検液体で、透明な，たとえば、ガラ
ス性の容器21に入れてある。
ス性の容器21に入れてある。
12はクラッドで、液浸漬部分を除く蛍光ファイバ１の
周囲に設けられ、蛍光ファイバ１の屈折率n1よりも小さ
い屈折率を有する，たとえば、ポリメチルメタクリレー
ト樹脂（PMMA）とポリ弗化ビニリデン樹脂（PVDF）の混
和物，いわゆる、ポリマーブレンドからなり、蛍光ファ
イバ１の中を伝播する光をファイバ中に閉じ込める作用
をする。
周囲に設けられ、蛍光ファイバ１の屈折率n1よりも小さ
い屈折率を有する，たとえば、ポリメチルメタクリレー
ト樹脂（PMMA）とポリ弗化ビニリデン樹脂（PVDF）の混
和物，いわゆる、ポリマーブレンドからなり、蛍光ファ
イバ１の中を伝播する光をファイバ中に閉じ込める作用
をする。
13は被覆で、同じく液浸漬部分を除いてクラッド12の
外周に設けられ、ファイバ全体を保護するためのもの
で，たとえば、塩化ビニール樹脂などの材料からなって
いる。
外周に設けられ、ファイバ全体を保護するためのもの
で，たとえば、塩化ビニール樹脂などの材料からなって
いる。
３は光源で，たとえば、被検液体２を介して光を入射
させるように配置された白熱ランプ、４は光検知器で、
蛍光ファイバ１の他の一方の端部の端面に接近して配置
された，たとえば、ホトダイオードである。
させるように配置された白熱ランプ、４は光検知器で、
蛍光ファイバ１の他の一方の端部の端面に接近して配置
された，たとえば、ホトダイオードである。
いま、光源３からI0の光が出射し、屈折率ｎの被検液
体２を通して屈折率n0の蛍光ファイバ１の側面から入射
したとすると、蛍光ファイバ１で変換された散乱蛍光は
クラッド12で全反射を受けながらファイバ中を伝播され
て他端から出射し、その光量Ｉが光検知器４により検出
される。
体２を通して屈折率n0の蛍光ファイバ１の側面から入射
したとすると、蛍光ファイバ１で変換された散乱蛍光は
クラッド12で全反射を受けながらファイバ中を伝播され
て他端から出射し、その光量Ｉが光検知器４により検出
される。
こゝで、被検液体２での光の通過率をαとし、ηを蛍
光ファイバ１での蛍光への変換効率とすれば、蛍光ファ
イバ１からの出射光量Ｉは次式で表される。
光ファイバ１での蛍光への変換効率とすれば、蛍光ファ
イバ１からの出射光量Ｉは次式で表される。
Ｉ＝αηI0（１−n/n0） ……（２） いま、被検液体２での光のロスを無視すれば、（２）
式は、 Ｉ＝ηI0（１−n/n0） ……（３） となる。すなわち、Ｉを測定することにより、ｎを求め
ることができる。
式は、 Ｉ＝ηI0（１−n/n0） ……（３） となる。すなわち、Ｉを測定することにより、ｎを求め
ることができる。
第２図は本発明実施例による液体の屈折率を求める図
で、縦軸に光量比（I/ηI0）を，横軸に液体の屈折率ｎ
をとってあり、右下がりの直線で図示される。
で、縦軸に光量比（I/ηI0）を，横軸に液体の屈折率ｎ
をとってあり、右下がりの直線で図示される。
図では蛍光ファイバ１がポリカーボネート樹脂（n0
＝1.586）の場合、はポリメチルメタクリレート樹脂
（n0＝1.491）の場合である。
＝1.586）の場合、はポリメチルメタクリレート樹脂
（n0＝1.491）の場合である。
予め、屈折率がわかっている液体でこのようなグラフ
を作成しておくことによって、出射光強度を測定すれば
被検液体の屈折率を精度よく測定することができる。
を作成しておくことによって、出射光強度を測定すれば
被検液体の屈折率を精度よく測定することができる。
なお、被検液体２の屈折率ｎが蛍光ファイバ１の屈折
率n0よりも大きい場合には、液体からファイバへの光入
射が行われ難くなるので、屈折率n0の異なる幾つかの蛍
光ファイバを用意して屈折率ｎが大きい被検液体にも対
応できるようにしておけばよい。
率n0よりも大きい場合には、液体からファイバへの光入
射が行われ難くなるので、屈折率n0の異なる幾つかの蛍
光ファイバを用意して屈折率ｎが大きい被検液体にも対
応できるようにしておけばよい。
被検液体２としては単液だけでなく、混合溶液に対し
ても適用できる。
ても適用できる。
さらに、複数の異なる蛍光ファイバを使用して多点測
定を行えば測定精度を高めることができる。
定を行えば測定精度を高めることができる。
また、被検液体２が濁っているような場合には、
（２）式において蛍光ファイバ１への入射光はI0からα
I0に変化するので、濁りによる透過率の減少として濁度
の測定に応用することもできる。
（２）式において蛍光ファイバ１への入射光はI0からα
I0に変化するので、濁りによる透過率の減少として濁度
の測定に応用することもできる。
なお、上記実施例では被検液体に浸漬されている部分
はクラッド12を除去して使用したが、光が蛍光ファイバ
1,すなわち、コア部に入射できる屈折率の境界条件が成
立している限り、必ずしもクラッド12を除去する必要は
ない。
はクラッド12を除去して使用したが、光が蛍光ファイバ
1,すなわち、コア部に入射できる屈折率の境界条件が成
立している限り、必ずしもクラッド12を除去する必要は
ない。
また、蛍光ファイバ１はプラスチックファイバとは限
らず、ガラスファイバに，たとえば、無機質の蛍光物質
を加えた蛍光ファイバを使用してもよいことは言うまで
もない。
らず、ガラスファイバに，たとえば、無機質の蛍光物質
を加えた蛍光ファイバを使用してもよいことは言うまで
もない。
以上説明したように、本発明によれば細い光ファイ
バ，たとえば、蛍光色素を混和したプラスチック蛍光フ
ァイバ１を使用し、その一方の端部の裸の側面をプロー
バとして被検液体２に浸漬するだけの基本構成になって
おり、ファイバは細く柔軟性に富んで扱い易く，かつ、
光はファイバの端面ではなく側面から入射して蛍光色素
11で変換された散乱光がファイバ中を導かれるように構
成されている。したがって、蛍光ファイバ１は細くても
被検液体２と蛍光ファイバ１の屈折率比に対応した充分
な光量を光検知器４に送ることができ、高感度で液体の
屈折率を測定することが可能となり、屈折計の小型・簡
易化と性能の向上に寄与するところが極めて大きい。
バ，たとえば、蛍光色素を混和したプラスチック蛍光フ
ァイバ１を使用し、その一方の端部の裸の側面をプロー
バとして被検液体２に浸漬するだけの基本構成になって
おり、ファイバは細く柔軟性に富んで扱い易く，かつ、
光はファイバの端面ではなく側面から入射して蛍光色素
11で変換された散乱光がファイバ中を導かれるように構
成されている。したがって、蛍光ファイバ１は細くても
被検液体２と蛍光ファイバ１の屈折率比に対応した充分
な光量を光検知器４に送ることができ、高感度で液体の
屈折率を測定することが可能となり、屈折計の小型・簡
易化と性能の向上に寄与するところが極めて大きい。
第１図は本発明の実施例を示す図、 第２図は本発明実施例による液体の屈折率を求める図、 第３図は従来の屈折計の例を示す図（その１）、 第４図は従来の屈折計の例を示す図（その２）である。 図において、 １は蛍光ファイバ１（コア部に蛍光色素を混和した光フ
ァイバ）、 ２は被検液体、 ３は光源、 ４は光検知器、 11は蛍光色素、 12はクラッド、 13は被覆である。
ァイバ）、 ２は被検液体、 ３は光源、 ４は光検知器、 11は蛍光色素、 12はクラッド、 13は被覆である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/74
Claims (1)
- 【請求項１】コア部に蛍光色素が混和され、一方の端部
が被検液体に浸漬されると側面から受光して変換蛍光を
発光する光ファイバと、 前記光ファイバの被検液体に浸漬された部分の側面に、
前記被検液体を介して光を入射させる光源と、 前記光ファイバの他方の端部から出射する前記変換蛍光
を受光する光検知器とを有することを特徴とする光ファ
イバ屈折計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25130889A JP2794829B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 光ファイバ屈折計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25130889A JP2794829B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 光ファイバ屈折計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03111742A JPH03111742A (ja) | 1991-05-13 |
| JP2794829B2 true JP2794829B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=17220875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25130889A Expired - Fee Related JP2794829B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 光ファイバ屈折計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2794829B2 (ja) |
-
1989
- 1989-09-27 JP JP25130889A patent/JP2794829B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03111742A (ja) | 1991-05-13 |
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Legal Events
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090626 Year of fee payment: 11 |
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