JP3175079U

JP3175079U - 屈折計

Info

Publication number: JP3175079U
Application number: JP2012000638U
Authority: JP
Inventors: 徹也永井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2022-02-08

Abstract

【課題】作業者や周辺環境の違いにより、試料とＶブロックプリズムに温度差が発生するため、試料とＶブロックプリズムの温度差が極力小さく、また、屈折率測定時の試料とＶブロックプリズムの温度が測定および表示される屈折計が求められる。
【解決手段】Ｖブロックプリズム６と試料１０の温度を非接触で測定するために赤外線検出素子１４および１５を用いた温度測定手段とともに、両者の温度差が所定値以下であるか否かを判定する判定手段を備える。
【選択図】図１

Description

本考案は、新素材やガラス等の透明試料や透明液体の屈折率を測定するために用いられる屈折計に関する。

物質の物性を特徴付ける指標の一つとして屈折率が上げられる。その屈折率の測定のため種々の屈折計が考案されている。その中から一例をあげれば、Ｖブロックプリズムを用いた屈折計がある。

屈折計は、屈折率を決定するために使用され、屈折率測定法は、化学分析の標準的方法として認められている。屈折率は、任意の物質に特有の値である。通常、屈折率は、ナトリウムＤ線、すなわち５８９．３ｎｍの波長で測定されるが、他の温度または波長もまた、使用され得る。屈折率は温度の影響を受けるため、通常、光学部品やプラスチックは２３℃で測定され、屈折率の基準温度として使用される。例えば、プラスチックの屈折率の求め方は、ＪＩＳＫ１７４２に規格化されている。したがって、多くの屈折計は、温度制御装置を備えている。

図６は、従来の屈折計の概要を示したものである。（ａ）に正面図、（ｂ）に上面図、（ｃ）に試料を変更した場合の正面図を示す。図６（ａ）および（ｂ）に示すごとく、屈折計３１は、試料４０がセットされたＶブロックプリズム３６と、Ｖブロックプリズム３６の両側に設置された光源３２および光学系４２と、テレメータ部４３と、テレメータ部４３を回転させるサーボモータ４６およびその回転角度を検出するエンコーダ４７と、制御部５３および演算表示部５４より構成される。なお、試料４０およびＶブロックプリズム３６部分は外部からの迷光を遮光するため試料室４１に納められている。なお、Ｖブロックプリズム３６は、角Ｇ＝角Ｈ＝角Ｎ＝９０度、角Ｆ＝角Ｉ＝４５度に作られている。

光源３２から出た光束は光学系４２に入射する。光学系４２は、光源３２から出た光束を単色光に変換する干渉フィルタ３３と、入射光の透過領域を規制する入口スリット３４と、入口スリット３４を通った光束を平行光にするコリメータレンズ３５から構成される。コリメータレンズ３５から出た平行光は、Ｖブロックプリズム３６の側面に垂直に入射し、Ｖブロックプリズム３６の９０度のＶ形開口部３６ａに配設された試料４０を通り、再度Ｖブロックプリズム３６を通過してテレメータ部４３に入る。

テレメータ部４３に導入された光束は、テレメータ部４３を構成するテレメータレンズ３７と、出口スリット３８を通り光電子増倍管３９に入射する。制御部５３の指令を受けたサーボモータ４６により、モータ軸４６ａに固定されたアーム部４８を介してテレメータ部４３を駆動し、光電子増倍管３９の検出信号が最大となるテレメータ部４３の回転角度位置をエンコーダ４７で検出する。前記回転角度データは演算表示部５４に送られ、屈折率が算出され、表示される。

なお、図６の（ａ）および（ｂ）は、Ｖブロックプリズム３６と試料４０が同一材質の場合を示し、光源３２から出た光は直進して光電子増倍管３９に最大の検出信号を持って入射する位置に光電子増倍管３９を設置したものである。この状態のテレメータ部４３の角度位置が、テレメータ部４３の回転角度位置測定の基準０度の位置となる。この作業は、屈折計の初期調整時や、その他必要に応じて実施される。

図６の（ｃ）は、被測定試料を設置した状態を示す正面図であり、通常の屈折率測定時の状態を示す。被測定試料として、Ｖブロックプリズム３６と材質の異なる試料５０の屈折率測定状態を示したものである。コリメータレンズ３５から出た平行光は、Ｖブロックプリズム３６の側面に垂直に入射するため点Ｐで屈折することなく直進する。次に、直進した平行光は、Ｖブロックプリズム３６と試料５０の屈折率の差により、点Ｑおよび点Ｒで屈折して直進する。さらに、平行光は点Ｓで屈折して、Ｖブロックプリズム３６から空気中に出射する。出射した光の偏角δ（図６に図示）を測定するために、サーボモータ４６によってテレメータ部４３を回転させて、出射した光を受ける光電子増倍管３９の検出信号が最大となる角度に合わせる。すなわち、この角度が偏角δであり、図６の（ｃ）は、その状態を示している。なお、モータ軸４６ａの回転中心軸は、光源３２より出射される光の光軸の延長線上に位置する。また、前記偏角δは、Ｖブロックプリズム３６からの光の出射面に立てた垂線と光束のなす角である。

物質の屈折率は、温度に影響を受けるため、被測定試料と測定用プリズムの温度状態の把握が重要であり、温度を測定する手法が種々考案されている。特許文献１では、Ｖブロックプリズムを用いた屈折率測定方法と異なるが、光の全反射特性を利用したアッベ式屈折計において、屈折率測定試料である液状物質を上面露出部で接触させた基準プリズムの温度を、感温素子を用いて測定することにより、屈折率測定試料である液状物質の温度を知る手段が開示されている。

登実第３００１３３５号公報

すべての物質の屈折率は温度に大きく依存する。そのため、従来は屈折計を恒温室に設置し、測定前に試料を恒温に保持することが行われている。測定に際し、試料はＶブロックプリズムにセットされ、互いに温度が馴染むまでの適当な時間その状態が保持され、そののち、試料とＶブロックプリズムは恒温室の温度と同一であるとの前提のもと屈折率が測定される。しかしながら、試料の扱い方による作業者の体温の影響や試料セット後の待ち時間の長短、外気等の温度変化の影響などにより、試料とＶブロックプリズムの温度差が発生するが、試料とＶブロックプリズムの温度は直接測定されていなかった。したがって、試料とＶブロックプリズムの温度差が極力小さく、また、試料とＶブロックプリズムの屈折率測定時の温度を測定および表示できる屈折計が望ましい。

前記課題を解決するために、本考案は、測定光を出射する光源と、角度９０度のＶ形溝を有するＶブロックプリズムと、前記光源より出射された光から単色光の平行光を取り出す光学系と、前記Ｖブロックプリズムおよび前記ＶブロックプリズムのＶ形溝に合わせて設置されたＶ形状の試料を透過した前記平行光の出射角度を測定する測定装置を備えた屈折計において、前記Ｖブロックプリズムおよび前記試料の温度を非接触で測定する温度測定手段と、前記温度の測定値を表示する表示手段を備えたものである。

本考案は、前記温度測定手段により取得されたデータを基に、前記Ｖブロックプリズムと前記試料の温度差が所定値以下であるか否かを判定する判定手段を備えることが好適である。

また、本考案は、前記温度測定手段が、単一の赤外線検出素子により形成された単一形または複数の赤外線検出素子を並べて形成されたアレイ形の赤外線検出素子からなる温度測定手段であることが望ましい。

Ｖブロックプリズムと試料の温度に外乱を与えることなく非接触で温度を測定することにより、正確にＶブロックプリズムと試料の温度が測定および表示されるため、作業者や周辺環境の違いによる差がなくなり、再現性と安定性良く屈折率測定が可能となる。

本考案の実施例による屈折計の概要を示す図である。（ａ）に正面図、（ｂ）に上面図、（ｃ）に右側面図（Ｔ−Ｔ断面図）を示す。本考案の実施例による屈折計において試料を変更した場合の状態を示す正面図である。本考案の変形例１の概要を示す図である。本考案の変形例２の概要を示す図である。本考案の変形例３の概要を示す図である。従来の屈折計の概要を示す図である。（ａ）に正面図、（ｂ）に上面図、（ｃ）に試料を変更した場合の正面図を示す。

図１は、本考案の実施例による屈折計の概要を示す図である。（ａ）に正面図、（ｂ）に上面図、（ｃ）に右側面図（Ｔ−Ｔ断面図）を示す。図１に示すごとく、屈折計１は、試料１０がセットされたＶブロックプリズム６と、Ｖブロックプリズム６の両側に設置された光源２および光学系１２と、テレメータ部１３と、テレメータ部１３を回転させるサーボモータ１６およびその回転角度を検出するエンコーダ１７と、試料１０およびＶブロックプリズム６から発せられる赤外線を検知する赤外線検出素子１４および１５から構成される。なお、Ｖブロックプリズム６は、角Ｂ＝角Ｃ＝角Ｅ＝９０度、角Ａ＝角Ｄ＝４５度に作られている。

また、サーボモータ１６を制御する制御部２３と、試料１０およびＶブロックプリズム６から発せられる赤外線を電気信号に変換する赤外線検出素子１４および１５と、前記電気信号より温度値を算出する機能を有するとともに屈折率を演算表示する演算表示部２４と、試料１０とＶブロックプリズム６の温度値より求められた両者の温度差が、所定値以下であるか否かを判定する判定手段２２を備える。なお、試料１０およびＶブロックプリズム６部分は外部からの迷光を遮光するため試料室１１に納められている。

光源２から出た光束は光学系１２に入射する。光学系１２は、光源２から出た光束を単色光にする干渉フィルタ３と、入射光の透過領域を規制する入口スリット４と、入口スリット４を通った光束を平行光にするコリメータレンズ５から構成される。コリメータレンズ５から出た平行光は、Ｖブロックプリズム６の側面に垂直に入射し、Ｖブロックプリズム６の９０度のＶ形開口部６ａに配設された試料１０を通り、再度Ｖブロックプリズム６を通過してテレメータ部１３に入る。

テレメータ部１３に入った光束は、テレメータ部１３を構成するテレメータレンズ７と、出口スリット８を通り光電子増倍管９に入射する。演算表示部２４から送られてきた試料１０とＶブロックプリズム６の温度差が、所定値以下であると判定された場合、屈折率の測定を開始する。判定手段２２から制御部２３に測定開始の指令が送られ、サーボモータ１６によりモータ軸１６ａに固定されたアーム部１８を介してテレメータ部１３が駆動される。テレメータ部１３は、光電子増倍管９の検出信号が最大となるテレメータ部１３の回転角度位置に移動し、エンコーダ１７によりその角度が検出される。検出された回転角度データは演算表示部２４に送られ、屈折率が算出され、表示される。同時に、角度検出時のＶブロックプリズム６と試料１０の温度データも演算表示部２４に表示される。なお、モータ軸１６ａの回転中心軸は、光源２より出射される光の光軸の延長線上に位置する。

なお、図１は、Ｖブロックプリズム６と試料１０が同一材質の場合を示し、光源２から出た光が直進して光電子増倍管９に最大の検出信号を持って入射する位置に光電子増倍管９を設置したものである。前記状態のテレメータ部１３の角度位置が、テレメータ部１３の回転角度位置測定の基準０度の位置となる。この作業は、屈折計の初期調整時や、その他必要に応じて実施される。

図２は、本考案の実施例による屈折計であって、被測定試料を設置した状態を示す正面図であり、通常の屈折率測定時の状態を示す。図２は、被測定試料として、Ｖブロックプリズム６と材質の異なる試料２０の屈折率測定状態を示したものである。コリメータレンズ５から出た平行光は、Ｖブロックプリズム６の側面に垂直に入射するため点Ｊで屈折することなく直進する。次に、直進した平行光は、Ｖブロックプリズム６と試料２０の屈折率の差により、点Ｋおよび点Ｌで屈折して直進する。さらに、平行光は点Ｍで屈折して、Ｖブロックプリズム６から空気中に出射する。

空気中に出射した光の偏角δ（図２に図示）を測定するために、サーボモータ１６によってテレメータ部１３を回転駆動し、出射した光を受ける光電子増倍管９の検出信号が最大となる角度に合わせる。すなわち、前記角度が偏角δであり、図２は、その状態を示している。なお、偏角測定に際しては、試料１０とＶブロックプリズム６の温度差が所定値以下であると判定された場合のみ、判定手段２２から制御部２３に測定開始の指令が送られる。なお、前記偏角δは、Ｖブロックプリズム６からの光の出射面に立てた垂線と光束のなす角である。

なお、赤外線検出素子１４および１５としては、単一の赤外線検出素子により形成された単一形または複数の赤外線検出素子を並べて形成されたアレイ形であってもよい。

図３〜図５は、本考案の変形例１〜変形例３の概要を示す図である。本変形例は、Ｖブロックプリズム６と試料２０の温度測定用の赤外線検出素子を含む温度測定系の構成に関するものである。図３の変形例１は、Ｖブロックプリズム６と試料２０に対して赤外線検出素子２５および２６の手前側に個別に集光用のレンズ５５および５６を配置したものである。図４の変形例２は、Ｖブロックプリズム６と試料２０に対して赤外線検出素子２７および２８の手前側に共通の集光用のレンズ５７を配置したものである。なお、集光用のレンズ５５、５６および５７を配置するのは検出箇所の特定のためであり、変形例２では、部品点数減少のためレンズを１個にしたものである。図５の変形例３は、Ｖブロックプリズム６と試料２０に対してレンズ５８を介して、アレイ型赤外線検出素子２９を配設し両者の温度を同時に測定する方式であり、例えばマップ状に両者の温度状態を表示することができる。

なお、図１〜図６において同一の符号で示すものは、同じ機能を持つ同一物を表す。

１、３１屈折計
２、３２光源
３、３３干渉フィルタ
４、３４入口スリット
５、３５コリメータレンズ
６、３６Ｖブロックプリズム
６ａ、３６ａＶ形開口部
７、３７テレメータレンズ
８、３８出口スリット
９、３９光電子増倍管
１０、２０、４０、５０試料
１１、４１試料室
１２、４２光学系
１３、４３テレメータ部
１４、１５、２５、２６、２７、２８赤外線検出素子
１６、４６サーボモータ
１６ａ、４６ａモータ軸
１７、４７エンコーダ
１８、４８アーム部
２２判定手段
２３、５３制御部
２４、５４演算表示部
２９アレイ型赤外線検出素子
５５、５６、５７、５８レンズ
Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ点
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｎ角

Claims

測定光を出射する光源と、角度９０度のＶ形溝を有するＶブロックプリズムと、前記光源より出射された光から単色光の平行光を取り出す光学系と、前記Ｖブロックプリズムおよび前記ＶブロックプリズムのＶ形溝に合わせて設置されたＶ形状の試料を透過した前記平行光の出射角度を測定する測定装置を備えた屈折計において、前記Ｖブロックプリズムおよび前記試料の温度を非接触で測定する温度測定手段と、前記温度の測定値を表示する表示手段を備えたことを特徴とする屈折計。
前記温度測定手段により取得されたデータを基に、前記Ｖブロックプリズムと前記試料の温度差が所定値以下であるか否かを判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の屈折計。
前記温度測定手段が、単一の赤外線検出素子により形成された単一形または複数の赤外線検出素子を並べて形成されたアレイ形の赤外線検出素子からなる温度測定手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の屈折計。