JP5196400B2

JP5196400B2 - 液体試料の比重測定装置

Info

Publication number: JP5196400B2
Application number: JP2008169607A
Authority: JP
Inventors: 利顕松倉; 拓樹高垣; 俊英唐澤
Original assignee: Suwa Optronics Co Ltd
Current assignee: Suwa Optronics Co Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP2010008292A

Description

本発明は、液体試料の比重測定装置に関する。

従来からの液体試料の比重測定装置として、液体試料が載置されるプリズムの測定面にて反射する光の屈折に基づいて液体試料の比重を求めるものが知られている。この際、光の屈折は、プリズムの測定面にて全反射する光を光検出装置によって検出することにより求められる。

特許文献１には、プリズムの一表面にて全反射した光の受光範囲を光検出装置によって検出し、その範囲に基づいて屈折率を測定する屈折率測定装置が開示されている。

特開平６−２７３３２９号公報（図２）

しかしながら、特許文献１に開示されている屈折率測定装置では、光源からの光を集光レンズにより集光させてから、プリズムに入射させ、その反射光を光検出装置で検出させている。このように光源からの光を集光レンズにより集光させる場合には、集光レンズにより集光させるため、光軸側ほど照度が高く、光軸から遠くになるほど照度が低くなり、照度に差を生じるため測定精度が低下するという問題がある。

また、特許文献１に開示されている屈折率測定装置では、液体試料の比重を液体試料の屈折率を測定することで求めているため、光学系の配置精度を高いものとする必要がある。その結果、装置のコストおよび組立工数が増加するといった問題が発生する。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体試料の比重の測定精度を向上させることができる液体試料の比重測定装置を提供するものである。また、光学系の配置が容易となり、コストおよび組立工数の削減が可能な液体試料の比重測定装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、液体試料の屈折率に基づいて液体試料の比重を算出する液体試料の比重測定装置において、光を放射する光源と、光源から入射された光の照度分布を均一化させる照度分布均一化光学系と、照度分布均一化光学系からの光が入射する入射面と、液体試料が載置されると共に、入射面から入射した光が全反射する測定面と、測定面にて反射した光が出射する出射面と、を有するプリズムと、出射面から出射した光を受光する受光素子と、受光素子が受光した光の受光位置に基づいて、液体試料の屈折率を算出する屈折率算出手段と、を備えるものである。

このように構成した場合には、光の照度分布を均一化させる照度分布均一化光学系が設けられているため、均一化された照度分布を有する光を測定面に入射させることができる。そのため、屈折率の測定精度が向上する。その結果、液体試料の比重の測定精度の向上を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、照度分布均一化光学系の出射側には、測定面に平行に切り欠かれたスリット部を有するものである。

このように構成した場合には、測定面に向かう光のみを照度分布均一化光学系から出射させることができ、測定精度の向上を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、照度分布均一化光学系の光軸と受光素子の受光面とが略垂直となるように照度分布均一化光学系と受光素子が配置されているものである。

このように構成した場合には、受光素子に入射する光の基準位置を容易に決めることが可能となる。その結果、装置の組み立てが容易となると共に、測定精度の向上を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、光源が照度分布均一化光学系の内部に配置されているものである。

このように構成した場合には、より多くの光を照度分布均一化光学系から出射させることができる。そのため、測定面に入射する光量を大きくすることが可能となる。その結果、受光素子に到達する光量が大きくなり、光源から放射される光の利用効率を向上させることができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、照度分布均一化光学系をライトパイプとしたものである。

このように構成した場合には、集光レンズによって光を集光させる場合と比較して、より多くの光を測定面に入射させることが可能となる。そのため、受光素子に到達する光量を大きなものとすることができる。その結果、屈折率の測定精度が向上し、ひいては、液体試料の比重の測定精度の向上を図ることができる。また、ライトパイプを用いることで、より効率良く光を均一化でき、コンデンサレンズとフライアイレンズとを組み合わせた照度分布均一化光学系よりもコンパクト化を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、照度分布均一化光学系と入射面との間に、照度分布均一化光学系から出射した光を制限し、入射面に光を入射させる入射面側開口部を備えたものである。

このように構成した場合には、照度分布均一化光学系から出射した光以外の外乱光がプリズム内に入射することを防止でき、測定精度の向上を図ることが可能となる。

また、他の発明は、光を放射する光源と、光源から放射された光が入射する入射面と、液体試料が載置されると共に、入射面から入射した光が全反射する測定面と、測定面にて反射した光が出射する出射面と、を有するプリズムと、出射面から出射した光を受光する受光素子と、を有し、受光素子が受光した光の受光位置に基づいて、液体試料の比重を求めるものである。

このように構成した場合には、受光素子の受光位置に基づいて、液体試料の比重を求めることができるため、屈折率を求めることなしに液体試料の比重を求めることが可能となる。したがって、屈折率を介して液体試料の比重を算出する場合と比較して、光学系の配置や位置調整において高度な位置決めや位置合わせが要求されることがなくなる。その結果、製造コストや組立工数の削減を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、液体試料の比重は、受光素子が受光した光の受光位置に基づいて定められた変換テーブルにより求められるものである。

このように構成した場合には、受光素子の受光位置に基づいて、液体試料の比重を直接的に求めることができる。また、変換テーブルを用いることで、受光素子の受光位置を絶対値としてではなく、例えば、装置毎に割り当てられる相対値として用いることが可能となる。このため、光軸等の所定の基準に対して光学系を配置する必要がなくなり、光学系の配置や位置調整をする際の自由度が大きくなる。その結果、製造コストや組立工程の削減を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、光源から放射された光の照度分布を均一化させて測定面に導く照度分布均一化光学系を備えているものである。

このように構成した場合には、光の照度分布を均一化させる照度分布均一化光学系が設けられているため、均一化された照度分布を有する光を測定面に入射させることができる。その結果、液体試料の比重の測定精度の向上を図ることが可能となる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて更に、照度分布均一化光学系の出射側には、測定面に平行に切り欠かれたスリット部を有し、スリット部から光が出射するものである。

本発明によると、液体試料の比重測定装置の測定精度を向上させることができる。また、光学系の配置が容易となり、コストおよび組立工数の削減を図ることが可能となる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る液体試料の比重測定装置１（以下、単に、比重測定装置１という。）について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る比重測定装置１の概略構成を説明するための図である。

図１に示すように、比重測定装置１は、液体試料の屈折率を測定するための屈折率測定装置２と、屈折率測定装置２との間で液体試料を循環させる液体循環装置３と、比重測定装置１の各種制御を司る制御装置４とから構成されている。なお、液体試料としては、例えば、尿、血液、痰、薬液等を好適に用いることが可能である。

図１に示すように、屈折率測定装置２は、略直方体の外形形状を呈している。また、屈折率測定装置２の上面部略中央には、外側斜め上方に向かってそれぞれ突出する供給接続管７および回収接続管８が設けられている。これら接続管７，８は屈折率測定装置２の内部と連通するように構成されている。

液体循環装置３は、液体試料が貯留されると共に、屈折率測定装置２との間で液体試料を循環させるポンプ部１１と、ポンプ部１１にその一端が接続され、供給接続管７との間を連結する供給管１２と、ポンプ部１１にその一端が接続され、回収接続管８との間を連結する回収管１３とを有する。ポンプ部１１には複数種の液体試料を貯留することが可能となっている。また、図１に示すように、供給管１２の他端は供給接続管７に接続されており、回収管１３の他端は回収接続管８に接続されている。そして、ポンプ部１１は、供給管１２を介して屈折率測定装置２に液体試料を供給し、屈折率の測定が終了した後の液体試料を、回収管１３を介して屈折率測定装置２から回収する。また、複数の液体試料を測定する場合は、液体試料の回収後に、ポンプにより洗浄剤等を循環させ、次の測定に備える洗浄工程を行う場合もある。

制御装置４は、屈折率測定装置２および液体循環装置３を含む比重測定装置１全体の制御を司っており、ケーブル１４を介して屈折率測定装置２と電気的に接続されている。また、図１に示すように、制御装置４は、液体試料の屈折率を算出する屈折率算出手段１５と、屈折率に基づいて液体試料の比重を算出する比重算出手段１６とを備える。

次に、屈折率測定装置２の構成について詳細に説明する。

図２は、屈折率測定装置２を斜め上方から見た斜視図である。図３は、屈折率測定装置２の側断面図である。図４は、屈折率測定装置２における測定機構部２０を斜め下方から見た斜視図である。

図２に示すように、屈折率測定装置２は、屈折率を測定するための測定機構部２０と、測定機構部２０の外側を覆う筐体２１とを有する。筐体２１は、上方が開口した略箱型形状を呈する箱体２２と、箱体２２の開口部を閉塞する蓋体２３とを有している。箱体２２は、その上方の開口縁部から全周に亘って外側に延出する鍔部２４を有している。蓋体２３は、その外縁部近傍が鍔部２４と当接すように箱体２２の上方に配置される。蓋体２３は略矩形状の形態を有する上蓋部２５と、該上蓋部２５と鍔部２４との間に配設されるパッキン２６とを有する。これら上蓋部２５およびパッキン２６のそれぞれには、略同形状の矩形状の形態を有する矩形孔２５ａ，２６ａが設けられている（図３参照）。図３等に示すように、測定機構部２０は、蓋体２３の図３における上方から矩形孔２５ａ，２６ａの内部に嵌め込む形で筐体２１に保持される。

図３および図４に示すように、測定機構部２０は、液体試料がポンプ部１１との間で循環する循環ブロック２７と、プリズム３０と、プリズム３０に向けて光を放射させる光源３１と、照度分布均一化光学系となるライトパイプ３２と、遮光板３３と、プリズム３０を通過してプリズム３０から出射する光源３１からの光を受光する受光部３４等とを有する。遮光板３３は、略中央部にプリズム３０を保持するプリズム保持部３３ａが設けられている。そして、プリズム保持部３３ａの左側には、光源３１の保持部である光源保持部３３ｂが、又、プリズム保持部３３ａの右側には受光部３４を保持する受光部保持部３３ｃが設けられている。

図２から図４に示すように、循環ブロック２７は、略直方体形状を有しており、その内部には、屈折率を測定する際に液体試料が投入される試料室３５と、試料室３５に液体試料を導くための供給流路３６と、試料室３５に供給された液体試料を液体循環装置３側に導くための回収流路３７とが設けられている。供給流路３６は、供給接続管７および供給管１２により構成されている。また、回収流路３７は、回収接続管８および回収管１３により構成されている。図３に示すように、供給流路３６および回収流路３７は試料室３５を中心として略Ｖ字状に伸びるように形成されている。また、試料室３５は、供給流路３６および回収流路３７と連通し、図３における下方に向けてプリズム３０の上面に形成される測定面３０ａに対して開口するように形成されている。

循環ブロック２７の図３における下方には、試料室３５の開口部を塞ぐように、プリズム３０が配設されている。このプリズム３０は、いわゆる直角プリズムであり、斜面を液体試料が載置される測定面３０ａとし、直角面の一方を光源３１から放射される光が入射する入射面３０ｂと、直角面の他方を光が出射する出射面３０ｃとして構成されている。試料室３５の下方に向けて開口された開口部は、測定面３０ａによって塞がれている。プリズム３０は、循環ブロック２７の下側に、パッキン４０を用いて試料室３５の開口部を密閉するように取り付けられている。

プリズム３０の図３における左方には、光を放射する光源３１が配設されている。光源３１としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を好適に用いることができる。光源３１は保持基板４１に固定されている。また、光源３１には、不図示の配線が接続されており、この配線を介して光源３１に制御された電流が流されると、光源３１が発光する。

保持基板４１の図３における右側には、光源３１の外側を覆うように、ライトパイプ３２の一端が接続されている。このため、ライトパイプ３２は、その一端側に光源３１が収納された状態で、保持基板４１から図３における右方に向かって突出するように配置されている。このように、光源３１をライトパイプ３２内に配置することで、光を有効に利用することができる。特に、光源３１がＬＥＤである場合には、有利である。ライトパイプ３２は、その中心軸線Ｃが光源の光軸と一致するように配置される。すなわち、ライトパイプ３２は、その中心軸線Ｃが略水平方向、すなわち、プリズム３０の測定面３０ａと平行となるように配置されている。また、図４に示すように、ライトパイプ３２は、断面四角形の筒形状を呈し、中心軸線Ｃの周囲の４面は鏡面となっている。光源３１から放射された光をライトパイプ３２内の鏡面として構成される内側面３２ａにて反射させることによって、光源３１からの光の照度分布を均一化させることが可能となる。

図３および図４に示すように、プリズム３０および循環ブロック２７の図３における下方には、遮光板３３が配設されている。遮光板３３は、矩形状の板部材を折り曲げることによって形成されている。遮光板３３は、プリズム３０の入射面３０ｂの外側を覆う入射遮光部４２と、プリズム３０の出射面３０ｃの外側を覆う出射遮光部４３と、入射遮光部４２の上端部から図３における左方に向かって水平方向に折れ曲がった左水平遮光部４４と、出射遮光部４３の上端部から図３における右方に向かって鉤状に折れ曲がった右水平遮光部４６とを有する。また、遮光板３３における、左水平遮光部４４の図３における左端の紙面手前側および奥側の２箇所には、左水平遮光部４４に対して直交する方向に下方に向かって折れ曲がった光源保持部３３ｂが設けられている（図４参照）。なお、入射遮光部４２と出射遮光部４３との内側にはプリズム３０が配置され、入射遮光部４２と出射遮光部４３とはプリズム保持部３３ａとしても構成されている。さらに、遮光板３３は、入射遮光部４２の左側となる左水平遮光部４４の略中央部から図３における下方に向かって矩形状の形態で、左水平遮光部４４に対して直交する方向に折れ曲がった矩形遮光部４７（図３および図４参照）を有する。

また、遮光板３３は、右水平遮光部４６の右端に下方に向かって、右水平遮光部４６に対して直交する方向に矩形状の形態で折れ曲がった受光部保持部３３ｃを有する。上述したように、左水平遮光部４４は、測定面３０ａに平行、または沿って形成されている。そして、光源保持部３３ｂは、左水平遮光部４４に対して直交するように配置され、更に、受光部保持部３３ｃも、右水平遮光部４６に対して直交するように配置されている。このように、光源保持部３３ｂと受光部保持部３３ｃとを、それぞれ左水平遮光部４４および右水平遮光部４６に直交するように設けることで、略直方体を呈する箱体２２内のスペースを効率的に利用することができ、測定機構部２０を全体的にコンパクトに構成することができる。なお、遮光板３３は、右水平遮光部４６を、パッキン２６を挟んで蓋体２５に沿わせた状態で循環ブロック２７に対して４本のネジ４５により取り付けられている。

図３および図４に示すように、入射遮光部４２には、ライトパイプ３２から出射する光を、測定面３０ａにおいて液体試料と接触する部位となる測定部位Ａのみに導くための入射側開口部としての入射スリット５０が形成さている。すなわち、ライトパイプ３２から出射した光のうち測定部位Ａ以外の部位に向かう光は入射遮光部４２によって遮光される。このため、入射遮光部４２によって、外乱光がプリズム３０内に入射するのを防止することができる。また、出射遮光部４３には、測定部位Ａで反射した光のみを後述する受光素子５６に導くための出射側開口部としての出射スリット５１が形成さている。このため、測定部位Ａに入射し、そして反射した光の一部が、仮に、プリズム３０内で乱反射するようなことがあっても、乱反射した光が受光素子５６に入射するのを出射遮光部４３によって防止することができる。図４に示すように、光源３１は、保持基板４１を２つの光源保持部３３ｂに固定することによって箱体２２の内部に保持される。ライトパイプ３２は、その両端側において保持基板４１と矩形遮光部４７との間に狭持された状態で、左水平遮光部４４の下面に取り付けられている（図４参照）。

図３に示すように、矩形遮光部４７のライトパイプ３２の出射側の開口部に対向する部位には開口部が形成され、この開口部には、ライトパイプ３２を通過した光を拡散させるための拡散板５２が嵌め込まれている。この拡散板５２により光源３１から放射された光をライトパイプ３２と相俟ってさらに照度が均一なものとすることができる。さらに、図４に示すように、矩形遮光部４７の一面には、拡散板５２を覆うような形態で、ライトパイプ側遮光板５３が取り付けられている。ライトパイプ側遮光板５３には、横方向に向かって、すなわち、測定面３０ａおよび入射面３０ｂに平行に切り欠かれた細い幅のスリット５４が形成されている（図４参照）。このように、ライトパイプ３２の出射側に細幅のスリット５４を設けることで、このスリット５４からは、図５に示すように、所定の角度を有して光が出射する。つまり、プリズム３０内に所定の角度で発散する発散光が入射することになる。

右水平遮光部４６の先端には、受光部３４が配設されている。図３および図４に示すように、受光部３４は、基板５５と、該基板５５に取り付けられる受光素子５６とを主に備えている。受光素子５６として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やフォトダイオード等を用いることが可能である。受光素子５６は、その中心軸線Ｍ（図３参照）が略水平方向となるように配設されている。すなわち、受光素子５６の受光面がライトパイプ３２の中心軸線Ｃと略垂直となるように受光素子５６が配設されている。そして、受光素子５６に入射した反射光の受光範囲を検出することによって、液体試料の屈折率を求めることが可能である。

次に、制御装置４に構成について詳細に説明する。

図５は、測定面３０ａにおける光の反射およびその反射光の受光素子５６への入射にいて説明するための図である。図６は、屈折率と比重との関係を示す図である。

制御装置４は、屈折率算出手段１５と、比重算出手段１６の他に、不図示の制御部を有している。この不図示の制御部によって屈折率算出手段１５および比重算出手段１６を含む制御装置４の処理、並びに、屈折率測定装置２および液体循環装置３の動作の制御が行われている。

屈折率算出手段１５は、受光素子５６における後述する境界光の受光位置に基づいて、屈折率を算出する。比重算出手段１６は、屈折率算出手段１５によって算出された屈折率の値に基づいて、液体試料の比重を算出する。以下、屈折率算出手段１５および比重算出手段１６による液体試料の屈折率および比重のそれぞれの算出方法について説明する。

光源３１から放射された光は、上述のようにライトパイプ３２および拡散板５２を通過し、スリット５４から出射する。スリット５４から出射し、そして入射スリット５０を通過した光は、角度θで発散する発散光Ａとしてプリズム３０に入射する。そして、プリズム３０の測定面３０ａに入射する光は、発散光Ａの上方側の光ほど入射角αが大きくなり下側の光ほど小さくなる。ここでは、図５に示すように、光Ｖ〜光Ｚまでの５つの光が入射する場合を例として説明する。光Ｖ側が発散光Ａの一番上側の光であり、光Ｚ側が発散光Ａの一番下側の光である。スリット５４から出射し、出射スリット５１を通過する発散光Ａはスリット５４を中心として光Ｖと光Ｚがなす角度θは一定の角度を有する。また、測定面３０ａにおいて図５に示す左側に入射する光ほど小さな入射角αを有し、測定面３０ａにおいて図５に示す右側に入射する光ほど大きな入射角αを有している。そして、入射角αが臨界角φより大きな角度をもって入射する光Ｙ，Ｚのみが測定面３０ａで全反射して、受光素子５６に入射する。一方、入射角αが臨界角φより小さな角度をもって測定面３０ａに入射する光Ｖ，Ｗは測定面３０ａで屈折して液体試料を透過していく。本実施の形態では、臨界角φをもって入射する光Ｘは、出射遮光部４３によって遮光されるため、受光素子５６には到達しない。一方、光Ｙ，Ｚは出射スリット５１を通過して受光素子５６に到達する。これより、受光素子５６において、光Ｚの入射位置より下側の部分は明領域となる。一方、光Ｚは、発散光Ａの一番下側の光であり、発散光Ａの下側における境界光となっている。したがって、受光素子５６において光Ｚの入射位置より上側の部分に入射する光はなく、暗領域となる。

ここで、液体試料の屈折率をｎ_１、プリズム３０の屈折率をｎ_２とすると、臨界角φ、液体試料の屈折率をｎ_１およびプリズム３０の屈折率をｎ_２の関係は、以下の式（１）で表すことができる。
φ＝ｓｉｎ^-1（ｎ_２／ｎ_１）・・・・・・・・・・・・（１）

光Ｚの受光素子５６の入射位置は屈折率ｎ_１に対応して変化する位置である。屈折率算出手段１５には、予め、測定する際の基準位置を決めるための液体となる基準液体に対する境界光（光Ｚ）の入射位置が記憶されている。そして、屈折率算出手段１５は、試料室３５に供給された液体試料の境界光（光Ｚ）の入射位置と基準液体の境界光（光Ｚ）の入射位置（基準位置Ｎ）とのずれ幅Ｈ（図５参照）を測定することによって比重を算出する。すなわち、液体試料の入射位置と基準位置Ｎとのずれ幅Ｈの値に基づいて臨界角φを算出する（図５参照）。また、プリズム３０の屈折率をｎ_２は予め分かっているため、屈折率算出手段１５は、上記（１）式より、液体試料の屈折率ｎ_１を算出する。

比重算出手段１６は、屈折率算出手段１５で算出された液体試料の屈折率ｎ_１の値に基づいて、図６に示す屈折率と比重との関係から液体試料の比重を算出する。

次に、比重測定装置１の動作について説明する。

図７は、光源３１から放射された光の経路および受光素子５６における光の受光範囲を説明するための図である。

制御装置４の電源をＯＮにすると、液体循環装置３が作動する。そして、液体試料が、ポンプ部１１から供給管１２内に供給され、屈折率測定装置２の供給流路３６に導かれる（図１参照）。供給流路３６に導かれた液体試料は供給流路３６を通過して、試料室３５に投入される。すると、光源３１に制御信号が送信され、光源３１から光が放射される。

図７に示すように、光源３１から放射された光は、ライトパイプ３２の内側面３２ａで複数回反射し、光の照度分布が均一化された状態で、拡散板５２に入射する。拡散板５２に入射した光は、該拡散板５２で拡散される。つまり、光源３１から放射された光は、ライトパイプ３２および拡散板５２により照度分布が均一化される。そして、拡散した光はスリット５４と入射スリット５０を通過し、所定の角度での発散光Ａとしてプリズム３０に入射する。なお、所定の角度とは、上述したように、発散光Ａの下側の境界光を境に、受光素子５６において明領域と暗領域を形成することができる角度である。

スリット５４から出射された発散光Ａは、入射スリット５０を通過することで測定部位Ａのみに向かう光として通過し、測定部位Ａに到達する。すなわち、測定面３０ａのうち測定部位Ａ以外の部位に向かう光は入射遮光部４２によって遮光される。そして、測定部位Ａに到達した光は、測定面３０ａにて全反射もしくは屈折し、全反射した光のみがプリズム３０の出射面３０ｃに到達する。このうち、測定部位Ａで全反射した光のみが出射スリット５１を通過して、受光素子５６に入射する。

受光素子５６が光を受光すると、受光素子５６は、反射光の受光範囲を検出する。すると、図７に示す、境界光Ｚより下側の光の入射範囲が受光範囲として検出される。すなわち、境界光Ｚを境界として、該境界光Ｚよりも図７における下方の受光範囲が明領域Ｄとなり、境界光Ｚよりも図７における上方である非受光範囲が暗領域Ｅとなる。

受光素子５６における検出結果は、ケーブル１４を介して、制御装置４の屈折率算出手段１５に送信される。すると、屈折率算出手段１５は、受光素子５６における境界光Ｚの受光位置に基づいて、液体試料の屈折率を算出する。次に、屈折率算出手段１５において算出された液体資料の屈折率ｎ_１の値が比重算出手段１６に送信される。すると、比重算出手段１６は、屈折率算出手段１５で算出された液体試料の屈折率ｎ_１の値に基づいて、図６に示す屈折率と比重との関係から液体試料の比重を算出する。

液体試料の比重が算出されると、再度、液体循環装置３が作動する。そして、試料室３５内の液体試料が回収流路３７および回収管１３を、順次通過してポンプ部１１に回収される。ポンプ部１１に測定用の他の各種液体試料が貯留されている場合、ポンプ部１１から他の液体試料が、順次、試料室３５に供給され、上述した動作と同様に、他の液体試料の比重が測定される。

以上のように構成された比重測定装置１では、ライトパイプ３２が設けられているため、光源３１から放射された光の照度分布を均一化することが可能となる。このため、プリズム３０に入射する光の照度分布の均一化を図ることが可能となる。また、ライトパイプ３２を設けることにより、集光レンズによって光を集光させてから光を照射する場合と比較して、より多くの光をプリズム３０に導くことが可能となる。そのため、受光素子５６に到達する光量が大きくなり、光源３１から放射される光の利用効率を向上させることができる。その結果、屈折率の測定精度が向上する。また、ライトパイプ３２を用いることで、より効率良く光を均一化でき、コンデンサレンズとフライアイレンズとを組み合わせた照度分布均一化光学系よりもコンパクト化を図ることが可能となる。

また、比重測定装置１では、ライトパイプ３２には、スリット５４が形成されたライトパイプ側遮光板５３が取り付けられている。このため、測定面３０ａに向かう光のみをライトパイプ３２から出射させることが可能となる。その結果、プリズム３０内での乱反射の発生を防止でき、測定精度の向上を図ることが可能となる。

また、比重測定装置１では、プリズム３０の入射面３０ｂは、入射スリット５０が形成された入射遮光部４２に覆われている。このため、スリット５４だけではプリズム３０内に入射する光を所定の発散角にすることができない場合でも、入射スリット５０により所定の発散角の光としてプリズム３０内に入射させることができる。また、入射遮光部４２により、外乱光がプリズム３０内に入射するのを防止でき、測定精度の向上を図ることが可能となる。

また、比重測定装置１では、プリズム３０の出射面３０ｃは、出射スリット５１が形成された出射遮光部４３に覆われている。このため、測定部位Ａで全反射した光のみを受光素子５６に導くことが可能となる。つまり、プリズム３０内の測定部位Ａ以外の部分で反射した光が受光素子５６に入射することを防止できる。その結果、より測定精度の向上を図ることが可能となる

また、比重測定装置１では、ライトパイプ３２の中心軸線Ｃと受光素子５６の受光面とが略垂直となるようにライトパイプ３２と受光素子５６が配置されてい。このため、受光素子５６に入射する光の基準位置Ｎを容易に決めることが可能となる。その結果、装置１の組み立てが容易となると共に、測定精度の向上を図ることが可能となる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係る液体試料の比重測定装置６０（以下、単に、比重測定装置６０という。）について、図面を参照しながら説明する。なお、第２の実施の形態に係る比重測定装置６０において、第１の実施の形態と共通する部分については、同一の符号を付すと共にその説明を省略または簡略化する。また、本実施の形態では、制御装置６１の構成が第１の実施の形態と相違するため、制御装置６１の構成について主に説明する。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係る比重測定装置６０の概略構成を説明するための図である。図９は、受光素子５６における境界光Ｚの受光位置と比重との関係を示す図である。

図８に示すように、比重測定装置６０は、屈折率測定装置２と、液体循環装置３と、比重測定装置６０の各種制御を司る制御装置６１とから構成されている。

制御装置６１は、屈折率測定装置２および液体循環装置３を含む比重測定装置６０全体の制御を司っており、ケーブル１４を介して屈折率測定装置２と電気的に接続されている。また、図８に示すように、制御装置６１は、液体試料の比重を算出する比重算出手段６２と、不図示の制御部とを備えている。この不図示の制御部によって比重算出手段６２を含む制御装置６１の処理、並びに、屈折率測定装置２および液体循環装置３の動作の制御が行われている。

比重算出手段６２は、屈折率の値を求めることなく、受光素子５６における境界光Ｚ（図５参照）の受光位置から、液体試料の比重の値を直接算出する。ここで、比重算出手段６２には、予め、基準位置を決めるための液体となる基準液体に対する境界光（光Ｚ）の入射位置が記憶されている。そして、比重算出手段６２は、試料室３５に供給された液体試料の境界光（光Ｚ）の入射位置と基準液体の基準位置Ｎとのずれ幅Ｈを測定することによって比重を算出する（図５参照）。すなわち、比重算出手段６２は、基準位置Ｎに基づいた受光素子５６における境界光Ｚの受光位置から液体試料の比重を求めることができる変換テーブルを有し、この変換テーブルに基づいて液体試料の比重を算出している。ここで、変換テーブルにおける受光位置と比重との関係は、横軸を受光位置とし、縦軸を比重とした場合、例えば、図９に示すような１次関数的な関係を有している。さらに、この変換テーブルは、比重測定装置６０毎に割り当てられており、特に、屈折率測定装置２の構成が相違する場合、比重測定装置６０毎に異なった変換テーブルが与えられる。このような変換テーブルを用いることにより、受光素子５６の受光位置を絶対値としてではなく、相対値として用いることが可能となる。なお、変換テーブルとしては、例えば、液体試料から比重を決定することが可能な関数等の各種の関数を用いることが可能である。

以上のように構成された比重測定装置６０では、受光位置から比重に変換することが可能な変換テーブルを用いて、液体試料の比重を算出している。この際、受光素子５６の受光位置を絶対値としてではなく、装置６０毎に割り当てられる相対値として用いている。このため、屈折率を求めることなしに液体試料の比重を求めることが可能となると共に、屈折率を介して液体試料の比重を算出する場合と比較して、光学系の配置や位置調整において高度な位置決めや位置合わせを要求されることがなくなる。また、基準位置Ｎを含む変換テーブルを用いることで、光軸等の所定の基準に対して光学系を位置決めする必要がなくなり、光学系の配置や位置調整をする際の自由度が大きくなる。このため、光学系を所定の基準となる基準面に対して略直角に配置する等、装置６０を設計する際の自由度が大きくなる。その結果、製造コストや組立工数の削減を図ることが可能となる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。

上述の各実施の形態では、光源３１およびライトパイプ３２は、それらの光軸および中心軸線が略水平方向となるように配置されているが、これらの配置は光源３１およびライトパイプ３２の光軸および中心軸線が略水平方向となるように配置するのに限定されるものではなく、例えば、斜め下方からプリズム３０に向かって照射するように、光源３１およびライトパイプ３２を水平方向に対して傾くように配置しても良い。

また、上述の各実施の形態では、遮光手段として、入射遮光部４２、出射遮光部４３およびライトパイプ側遮光板５３を設けたが、これらうちのいずれか１つもしくは２つのみを設けるようにしても良い。また、上述の遮光手段以外にも他の遮光手段を設けるようにしても良い。また、各実施の形態で用いられているライトパイプ３２は、断面四角形であるが、その断面形状は四角形に限定されず、円形でも多角形でも良い。また、中空のライトパイプ３２に替えて、中実のロッドレンズを使用しても良い。さらに、照度分布均一化光学系は、ディフューザー、ホログラフィックディフューザー、回折光学素子、フライアイレンズ等であっても良い。

また、上述の第２の実施の形態では、変換テーブルとして、受光位置から液体試料の比重を算出するようなものが採用されているが、このような変換テーブルに限定されるものではなく、図１０に示すような、受光範囲に基づいて、例えば、尿、血液、痰、薬液等の試料室３５に投入される液体試料の種類を判別するような変換テーブルを用い、液体試料の種類を出力するような構成としても良い。

本発明の液体試料の比重測定装置は、医療産業、薬品産業または各種製造産業において利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る液体試料の比重測定装置の概略構成を説明するための図である。図１中の屈折率測定装置を斜め上方から見た斜視図である。図１中の屈折率測定装置の側断面図である。図３中の屈折率測定装置における測定機構部を斜め下側から見た斜視図である。図３中の測定面における光の反射およびその反射光の受光素子への入射について説明するための図である。図１中の屈折率測定手段の演算の際に用いられる屈折率と比重との関係を示す図である。図３中の光源から放射された光の経路および受光素子における光の受光範囲を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態に係る液体試料の比重測定装置の概略構成を説明するための図である。図１中の比重算出手段が演算の際に用いる変換テーブルを示す図であり、受光素子における境界光の受光位置と比重との関係を示す図である。図１中の比重算出手段が演算の際に用いる変換テーブルの変形例を示す図である。

符号の説明

１，６０…比重測定装置
１５…屈折率算出手段
３０…プリズム
３０ａ…測定面
３０ｂ…入射面
３０ｃ…出射面
３１…光源
３２…ライトパイプ（照度分布均一化光学系）
４２…入射遮光部
４３…出射遮光部
５０…入射スリット（入射側開口部）
５１…出射スリット（出射側開口部）
５３…ライトパイプ側遮光板
５４…スリット（スリット部）
５６…受光素子
Ｃ…光軸（中心軸線）

Claims

液体試料の屈折率に基づいて前記液体試料の比重を算出する液体試料の比重測定装置において、
光を放射する光源と、
前記光源から入射された光の照度分布を均一化させる照度分布均一化光学系と、
前記照度分布均一化光学系からの光が入射する入射面と、前記液体試料が載置されると共に、前記入射面から入射した光が全反射する測定面と、前記測定面にて反射した光が出射する出射面と、を有するプリズムと、
前記出射面から出射した光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した光の受光位置に基づいて、前記液体試料の屈折率を算出する屈折率算出手段と、
を備え、
前記照度分布均一化光学系の出射側には、前記測定面に平行に切り欠かれたスリット部を有することを特徴とする液体試料の比重測定装置。
液体試料の屈折率に基づいて前記液体試料の比重を算出する液体試料の比重測定装置において、
光を放射する光源と、
前記光源から入射された光の照度分布を均一化させる照度分布均一化光学系と、
前記照度分布均一化光学系からの光が入射する入射面と、前記液体試料が載置されると共に、前記入射面から入射した光が全反射する測定面と、前記測定面にて反射した光が出射する出射面と、を有するプリズムと、
前記出射面から出射した光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した光の受光位置に基づいて、前記液体試料の屈折率を算出する屈折率算出手段と、
を備え、
前記照度分布均一化光学系と前記入射面との間に、前記照度分布均一化光学系から出射した光を制限し、前記入射面に光を入射させる入射面側開口部を備えたことを特徴とする液体試料の比重測定装置。
前記照度分布均一化光学系の光軸と前記受光素子の受光面とが略垂直となるように前記照度分布均一化光学系と前記受光素子が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体試料の比重測定装置。
前記光源が前記照度分布均一化光学系の内部に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれか１項に記載の液体試料の比重測定装置。
前記照度分布均一化光学系は、ライトパイプであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液体試料の比重測定装置。
光を放射する光源と、
前記光源から放射された光が入射する入射面と、前記液体試料が載置されると共に、前記入射面から入射した光が全反射する測定面と、前記測定面にて反射した光が出射する出射面と、を有するプリズムと、
前記出射面から出射した光を受光する受光素子と、
を有し、
前記受光素子が受光した光の受光位置に基づいて、液体試料の比重を求め、
前記光源から放射された光の照度分布を均一化させて前記測定面に導く照度分布均一化光学系を備え、
前記照度分布均一化光学系の出射側には、前記測定面に平行に切り欠かれたスリット部を有し、前記スリット部から光が出射することを特徴とする液体試料の比重測定装置。
前記照度分布均一化光学系の光軸と前記受光素子の受光面とが略垂直となるように前記照度分布均一化光学系と前記受光素子が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の液体試料の比重測定装置。
前記液体試料の比重は、前記受光素子が受光した光の受光位置に基づいて定められた変換テーブルにより求められることを特徴とする請求項６または請求項７記載の液体試料の比重測定装置。