JP5297034B2 - 光測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば検水の濁度を光学的に測定する濁度計等として用いられる光測定装置に関する。なお、「濁度」とは、濁りの程度を示すものである。

光測定装置の一応用例として、検水の濁度を光学的に測定する濁度計が知られている（例えば特許文献１）。この種の濁度計では、投光素子から検水に光を投じて、その散乱光又は透過光を受光素子で受ける。検水に投じられた光は粒子に当たって反射及び散乱するので、受光素子の受光量を測定することにより濁度を測定することができる。つまり、散乱光を利用すれば、受光素子の受光量が多いほど濁度が高いと判定される。一方、透過光を利用すれば、受光素子の受光量が多いほど濁度が低いと判定される。

特開２０００−７４８３１号公報

しかしながら、投光素子及び受光素子はともに温度特性を有する。そのため、濁度が一定の検水でも、温度に応じて濁度の測定値が変わってしまう、という問題があった。

そこで、本発明の目的は、温度変化による測定値の変動を抑えた光測定装置を提供することにある。

本発明に係る光測定装置は、被測定対象へ光を投ずる測定用投光素子と、前記被測定対象に投ぜられた光を受ける測定用受光素子と、この測定用受光素子と入出力の温度依存性が同じであるとともに前記測定用投光素子からの光を直接受ける制御用受光素子と、この制御用受光素子の出力を前記測定用投光素子の入力へフィードバックして当該制御用受光素子の出力を一定にする制御回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、入出力の温度依存性が測定用受光素子と同じであり測定用投光素子からの光を直接受ける制御用受光素子を設け、制御用受光素子の出力を測定用投光素子の入力にフィードバックして制御用受光素子の出力が一定になるように制御することにより、測定用投光素子及び測定用受光素子の両方の温度特性の影響を低減できるので、温度変化による測定値の変動を抑えることができる。

図１は、本発明に係る光測定装置の第一実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態の光測定装置１０は、被測定対象としての検水Ｗへ光Ｐ１を投ずる測定用投光素子１１と、検水Ｗに投ぜられた光Ｐ１’を受ける測定用受光素子１２と、測定用受光素子１２と入出力の温度依存性が同じであるとともに測定用投光素子１１からの光Ｐ１''を直接受ける制御用受光素子１３と、制御用受光素子１３の出力を測定用投光素子１１の入力へフィードバックして制御用受光素子１３の出力を一定にする制御回路１４と、を備えたことを特徴とする。

ここで「入出力の温度依存性が同じ」について説明する。投光素子は、電気信号を入力し、この電気信号を一定の効率で光信号に変換して出力する。受光素子は、光信号を入力し、この光信号を一定の効率で電気信号に変換して出力する。このとき、二つの投光素子の入出力の温度依存性が同じとは、入力が一定でも温度変化に応じて出力が変化するとき、一方の投光素子の出力が増加するときは他方の投光素子も出力が増加し、逆に一方の投光素子の出力が減少するときは他方の投光素子も出力が減少することをいう。同様に、二つの受光素子の入出力の温度依存性が同じとは、入力が一定でも温度変化に応じて出力が変化するとき、一方の受光素子の出力が増加するときは他方の受光素子も出力が増加し、逆に一方の受光素子の出力が減少するときは他方の受光素子も出力が減少することをいう。例えば、同一メーカの同一型名の二つの素子があれば、これらの素子の入出力の温度依存性は同じといえる。

測定用投光素子１１及び測定用受光素子１２は、それぞれガラスなどから成る透光窓１５ａ，１５ｂに面して配置されることにより、測定用投光素子１１から検水Ｗへ光Ｐ１を投ずるとともに、光Ｐ１の散乱光である光Ｐ１’を測定用受光素子１２で受けることができる構造になっている。制御用受光素子１３は、透光窓１５ａ，１５ｂから隔絶された位置に配置されることにより、測定用投光素子１１からの光Ｐ１''を直接受けることができる構造になっている。光Ｐ１''は、測定用投光素子１１の側面などから発生した光Ｐ１の一部である。また、測定用投光素子１１、測定用受光素子１２及び制御用受光素子１３は、例えば互いに近接して配置されることにより、熱結合部１６となっている。熱結合部１６は、第二実施形態で述べるような金属ブロックを用いて構成してもよい。

測定用投光素子１１は発光ダイオードである。測定用受光素子１２及び制御用受光素子１３は、フォトダイオードを起電力発生素子として使用している。制御回路１４は、制御用受光素子１３の出力を増幅する増幅器１４１と、増幅器１４１の出力の帰還量βを設定する可変抵抗器１４２と、可変抵抗器１４２の出力と駆動回路１７からの矩形波との差を増幅する増幅器１４３とを備えている。増幅器１４１，１４３はオペアンプ及びその外付け抵抗器等からなる。

測定用受光素子１２の出力側には、出力回路１８が設けられている。出力回路１８は、
測定用受光素子１２の出力を増幅する増幅器１８１と、増幅器１４１の出力の一部を増幅器１８３の入力とする可変抵抗器１８２と、可変抵抗器１８２の出力と増幅器１８１の出力との差を増幅する増幅器１８３と、ＣＲ微分回路であるコンデンサ１８４及び抵抗器１８５と、ボルテージフォロワ１８６とを備えている。増幅器１８１，１８３はオペアンプ及びその外付け抵抗器等からなる。

次に、光測定装置１０の動作について説明する。

測定用投光素子１１から検水Ｗに投じられた光Ｐ１は、検水Ｗ中の粒子に当たって反射及び散乱する。そのため、測定用受光素子１２の受光量を測定することにより、検水Ｗの濁度を測定することができる。しかし、測定用投光素子１１及び測定用受光素子１２はともに温度特性を有するため、そのままでは、濁度が一定の検水Ｗでも、温度に応じて濁度の測定値が変わってしまう。

そこで、本実施形態では、測定用投光素子１１の光Ｐ１''を直接（検水Ｗを介さずに）制御用受光素子１３で受け、制御用受光素子１３の出力が一定になるように、制御用受光素子１３の出力を測定用投光素子１１の入力にフィードバックする。例えば、測定用投光素子１１の出力が温度変化により増加すると、制御用受光素子１３の出力も増加する。この場合は、増幅器１４３の−入力端子の電圧が増加することにより、測定用投光素子１１の入力が減少するので、制御用受光素子１３の出力が減少する。逆に、測定用投光素子１１の出力が温度変化により減少すると、制御用受光素子１３の出力も減少する。この場合は、増幅器１４３の−入力端子の電圧が減少することにより、測定用投光素子１１の入力が増加するので、制御用受光素子１３の出力が増加する。また、測定用投光素子１１の出力が一定でも、制御用受光素子１３の出力が温度変化により増加すると、増幅器１４３の−入力端子の電圧が増加することにより、測定用投光素子１１の入力が減少するので、制御用受光素子１３の出力が減少する。逆に、測定用投光素子１１の出力が一定でも、制御用受光素子１３の出力が温度変化により減少すると増幅器１４３の−入力端子の電圧が減少することにより、測定用投光素子１１の入力が増加するので、制御用受光素子１３の出力が増加する。その結果、制御用受光素子１３の出力は、測定用投光素子１１及び制御用受光素子１３の両方の温度特性の影響が低減したものとなる。

測定用受光素子１２は、入出力の温度依存性が制御用受光素子１３と同じである。また、測定用受光素子１２は、検水Ｗを介する点を除き、制御用受光素子１３と同じように測定用投光素子１１からの光Ｐ１’を受ける。そのため、制御用受光素子１３の出力が一定になるように測定用投光素子１１の入力をフィードバック制御することは、濁度に対応して異なる測定用受光素子１２の出力が温度変化にかかわらず一定になるように、測定用投光素子１１の入力をフィードバック制御することに他ならない。したがって、測定用受光素子１２の出力は、制御用受光素子１３の出力と同様に、測定用投光素子１１及び測定用受光素子１２の両方の温度特性の影響が低減したものとなる。

出力回路１８において、測定用受光素子１２の出力は、制御用受光素子１３の出力に比べて一般に非常に小さくなる。そこで、可変抵抗器１８２によって制御用受光素子１３の出力のレベルを落として、測定用受光素子１２の出力のレベルに揃え、両者の差を増幅器１８３で出力している。すなわち、増幅器１８３の出力電圧Ｖout1は、散乱光である光Ｐ１’の変化分に相当する。出力電圧Ｖout1は、コンデンサ１８４及び抵抗器１８５から成る微分回路で直流分がカットされて出力電圧Ｖout2となる。

また、光測定装置１０は、測定用投光素子１１を一定の周波数の矩形波で駆動する駆動回路１７と、測定用受光素子１２の出力を前記周波数に同期させて整流する同期整流回路（図示せず）とを備えている。その同期整流回路によって、出力電圧Ｖout2は、リップル電圧が低減すると同時に、外乱光の影響が低減する。同期整流回路の出力が検水Ｗの濁度となる。

次に、制御回路１４によるフィードバック制御について詳しく説明する。駆動回路１７の出力電圧をＶｉｎ、増幅器１４３の増幅率をＡ₁、測定用投光素子１１の発光効率をα、測定用投光素子１１から制御用受光素子１３への光伝達率をγ、制御用受光素子１３の変換効率をδ、増幅器１４１の増幅率をＡ₂、可変抵抗器１４２による帰還率をβ、増幅器１４１の出力電圧をＶｏとする。このとき、Ｖｏは次式で与えられる。
Ｖｏ＝Ａ（Ｖｉｎ−βＶｏ） ・・・<1>
ただし、Ａ＝Ａ₁×α×γ×δ×Ａ₂ ・・・<2>
式<1>から次式が得られる。
Ｖｏ＝｛Ａ／（１＋Ａβ）｝Ｖｉｎ
＝｛１／（１／Ａ＋β）｝Ｖｉｎ ・・・<3>
ここで、式<2>において、通常、増幅器１４３，１４１の増幅率Ａ₁、Ａ₂は極めて大きいので、（Ａ₁×Ａ₂）（α×γ×δ）＞＞０となるように設定できる。したがって、式<3>において１／Ａ≒０とみなせることにより、式<3>は次式のように表せる。
Ｖｏ＝（１／β）Ｖｉｎ ・・・<4>
式<4>から明らかなように、α又はδが温度変化により変動しても、Ｖｏは影響を受けない。

本実施形態の光測定装置１０によれば、入出力の温度依存性が測定用受光素子１２と同じであり測定用投光素子１１からの光を直接受ける制御用受光素子１３を設け、制御用受光素子１３の出力を測定用投光素子１１の入力にフィードバックして制御用受光素子１３の出力が一定になるように制御することにより、測定用投光素子１１及び測定用受光素子１２の両方の温度特性の影響を低減できるので、温度変化による測定値の変動を抑えることができる。これに加え、本実施形態によれば、投光素子が一つでよいので、構成を簡素化できるとともに、投光素子を二つ以上設けたときの投光素子間の特性のバラツキの影響を回避できる。

また、光測定装置１０を濁度計として用いる場合は、光測定装置１０を主に屋外で使用し、かつ光測定装置１０の少なくとも一部を屋外の検水Ｗ中に浸漬する必要がある。そのため、測定用投光素子１１等は外気温の変動及び水温の変動によって広範囲の温度変化にさらされることになる。このような厳しい使用条件にもかかわらず、光測定装置１０は温度変化の影響が少ない測定値が得られるので、光測定装置１０を濁度計として用いる場合は特に効果が顕著になる。

なお、本発明は、言うまでもなく、本実施形態に限定されない。例えば、測定用受光素子１２及び制御用受光素子１３は、フォトダイオードの代わりに、フォトトランジスタや光導電素子を用いてもよい。測定用投光素子１１は、発光ダイオードの代わりに、ＥＬ（electroluminescence）素子や半導体レーザを用いてもよい。濁度の測定は、散乱光の代わりに透過光を用いてもよい。

図２は、本発明に係る光測定装置の第二実施形態を示す回路図である。図３は、図２の光測定装置の部分断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図２において図１と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の光測定装置２０は、第一実施形態の光測定装置１０（図１）において、入出力の温度依存性が測定用投光素子１１と同じであるとともに入力が測定用投光素子１１と同じになるように接続された制御用投光素子２１を備え、制御用受光素子１３は測定用投光素子１１に代えて制御用投光素子２１からの光Ｐ２を直接受けることを特徴とする。測定用投光素子１１と同じ入力となるように制御用投光素子２１を接続するには、測定用投光素子１１と制御用投光素子２１とを図示するように直列に接続すればよいが、これらを並列に接続してもよい。つまり、「入力が同じ」とは、入力電流が同じ又は入力電圧が同じということである。また、素子に直列又は並列に例えば抵抗器などを接続することにより、入力を同じにしてもよい。

また、光測定装置２０は、複数の物体に接触してそれらの物体間の熱伝導を促進する熱伝導促進手段としての一つの金属ブロック２４を備えている。金属ブロック２４は、熱伝導に優れた例えばアルミニウムなどから成る。金属ブロック２４に形成された凹部に、測定用投光素子１１、測定用受光素子１２、制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３が嵌設されている。このとき、金属ブロック２４と測定用投光素子１１等とは、更に熱伝導を促進させるために、熱伝導に優れた油脂や樹脂などを介して接するようにしてもよい。

制御用投光素子２１は発光ダイオードである。制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３は、透光窓１５ａ，１５ｂから隔絶された位置に配置されることにより、制御用受光素子１３が制御用投光素子２１からの光Ｐ２を直接受けることができる構造になっている。また、測定用投光素子１１、測定用受光素子１２、制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３は、一つの金属ブロック２４を介して互いに近接して配置されることにより、熱結合部２６を構成している。

更に、光測定装置２０は、図２の回路図に示す構成が防水筺体２５内に収容されている。防水筺体２５内には、測定用投光素子１１等及び金属ブロック２４に加え、図２に示す他の構成が電子回路部２７として収容されている。防水筺体２５の底面には透光窓１５ａ，１５ｂが設けられ、透光窓１５ａ，１５ｂを含む防水筺体２５の一部又は全部が検水Ｗ中に浸漬される。

次に、光測定装置２０の動作について説明する。

光測定装置２０では、制御用受光素子１３の出力を制御用投光素子２１の入力にフィードバックして、制御用受光素子１３の出力が一定になるように制御する。その結果、制御用受光素子１３の出力は、制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３の両方の温度特性の影響が低減したものとなる。

制御用投光素子２１は、入出力の温度依存性が測定用投光素子１１と同じであり、かつ入力が測定用投光素子１１と同じになるように接続されていることから、当然、測定用投光素子１１と同じ温度特性を有することになる。そのため、制御用受光素子１３の出力が一定になるように制御用投光素子２１の入力をフィードバック制御することは、濁度に対応して異なる測定用受光素子１２の出力が温度変化にかかわらず一定になるように、測定用投光素子１１の入力をフィードバック制御することに他ならない。したがって、測定用受光素子１２の出力は、制御用受光素子１３の出力と同様に、測定用投光素子１１及び測定用受光素子１２の両方の温度特性の影響が低減したものとなる。

本実施形態の光測定装置２０によれば、測定用投光素子１１と制御用投光素子２１とが別々になっていることにより、測定用及び制御用の光Ｐ１，Ｐ２を十分に得ることができるので、測定精度がより向上する。また、測定用投光素子１１等は、金属ブロック２４に密接しているので、全体として温度が均一化する。したがって、測定用投光素子１１等が全体として同じように温度変動することにより、各素子の入出力の温度依存性をより等しくできるので、測定精度が更に向上する。その他の作用及び効果は、第一実施形態と同じである。

なお、制御用投光素子２１は、測定基準対象としての基準検水（図示せず）に光を投じるようにし、制御用受光素子１３は、制御用投光素子２１からの光を直接受けることに代えて、基準検水に投ぜられた光を受けるようにしてもよい。この場合は、基準検水の濁度と検水Ｗの濁度との差を、温度変化に影響されること無く正確に測定することができる。例えば、汚れた機械油と新品の機械油とを比較検出や、下水処理水の比較検出にも利用できる。また、これに関連する発明を第五実施形態として説明する。

図４は、本発明に係る光測定装置の第三実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図２と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の光測定装置３０は、第二実施形態の光測定装置２０（図２）において、測定用投光素子１１，３１と測定用受光素子１２，３２とは二対から成り、測定用投光素子１１，３１は互いに入出力の温度依存性が同じであるとともに互いに同じ入力になるように接続され、測定用受光素子１２，３２はそれぞれ対をなす測定用投光素子１１，３１から検水Ｗへ投ぜられた光Ｐ１，Ｐ３を受けるとともに互いに入出力の温度依存性が同じであることを特徴とする。

測定用投光素子１１及び測定用受光素子１２は、それぞれガラスなどから成る透光窓１５ａ，１５ｂに面して配置されることにより、測定用投光素子１１から検水Ｗへ光Ｐ１を投ずるとともに、光Ｐ１の散乱光である光Ｐ１’を測定用受光素子１２で受けることができる構造になっている。同様に、測定用投光素子３１及び測定用受光素子３２は、それぞれガラスなどから成る透光窓１５ｃ，１５ｄに面して配置されることにより、測定用投光素子３１から検水Ｗへ光Ｐ３を投ずるとともに、光Ｐ３の散乱光である光Ｐ３’を測定用受光素子３２で受けることができる構造になっている。また、測定用投光素子１１，３１、測定用受光素子１２，３２、制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３は、例えば互いに一つの金属ブロック（図示せず）内に近接して配置されることにより、熱結合部３６を構成している。

測定用投光素子３１は発光ダイオードである。測定用受光素子３２は、フォトダイオードを起電力発生素子として使用している。測定用受光素子３２の出力側には、出力回路１８と同じ構成の出力回路３８が設けられている。すなわち、出力回路３８は、増幅器１８１と同じ増幅器３８１等を備えている。

次に、光測定装置３０の動作について説明する。

光測定装置３０では、制御用受光素子１３の出力を制御用投光素子２１の入力にフィードバックして、制御用受光素子１３の出力が一定になるように制御する。その結果、制御用受光素子１３の出力は、制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３の両方の温度特性の影響が低減したものとなる。

測定用受光素子１２，３２は、互いに入出力の温度依存性が制御用受光素子１３と同じであることから、当然、制御用受光素子１３と同じ温度特性を有することになる。測定用投光素子１１，３１は、互いに入出力の温度依存性が制御用投光素子２１と同じであり、かつ互いに入力が制御用投光素子２１と同じになるように接続されていることから、当然、制御用投光素子２１と同じ温度特性を有することになる。そのため、制御用受光素子１３の出力が一定になるように制御用投光素子２１の入力をフィードバック制御することは、濁度に対応して異なる測定用受光素子１２，３２の出力が温度変化にかかわらず一定になるように、測定用投光素子１１，３１の入力をフィードバック制御することに他ならない。したがって、測定用受光素子１２，３２の出力は、制御用受光素子１３の出力と同様に、測定用投光素子１１，３１及び測定用受光素子１２，３２の両方の温度特性の影響が低減したものとなる。

本実施形態の光測定装置３０によれば、複数個所の濁度を温度変化の影響を抑えて精度よく測定できる。その他の作用及び効果は、第一及び第二実施形態と同じである。

なお、本実施形態では、測定用投光素子と測定用受光素子との組み合わせを二対としたが、三対以上としてもよい。

図５は本発明に係る光測定装置の第四実施形態を示し、図５［１］は測定用投光素子の波長を示すグラフであり、図５［２］は回路図である。以下、図４及び図５に基づき説明する。ただし、図５において図４と同じ部分は、図示を省略するか又は同じ符号を付すことにより、説明を省略する。

本実施形態の光測定装置は、第三実施形態の光測定装置３０（図４）において、測定用投光素子１１，３１の光Ｐ１，Ｐ３の波長λ１，λ３が互いに異なり（図５［１］）、出力回路３８の構成が異なる（図５［２］）。

検水Ｗ中の粒子には、特定の波長に対して高い反射率を有する種類がある。例えば、検水Ｗ中のアオコは、緑色の波長に対して高い反射率を有する。本実施形態によれば、測定用投光素子１１，３１が互いに波長の異なる光Ｐ１，Ｐ３を発するので、その波長λ１，λ３ごとに特定の粒子による濁度を精度よく測定できる。

このとき、図５［１］に示すように、測定用投光素子１１の光Ｐ１（λ１）の波長成分と、測定用投光素子３１の光Ｐ３（λ３）の波長成分とが、互いに重なる場合がある。この場合、図５［２］に示す出力回路３８を用いて、測定用投光素子３１に対応する測定用受光素子３２の出力から、測定用投光素子１１に対応する測定用受光素子１２の出力の一部を、差し引くようにしてもよい。

出力回路３８は、測定用受光素子３２の出力を増幅する増幅器３８１と、増幅器１８１の出力の一部を増幅器３８１の入力とする可変抵抗器３８２と、可変抵抗器３８２の出力と増幅器３８１の出力との差を増幅する増幅器３８３と、ＣＲ微分回路であるコンデンサ３８４及び抵抗器３８５と、ボルテージフォロワ３８６とを備えている。

出力回路３８の動作を説明する。予め可変抵抗器３８２を調整して、光Ｐ１の波長成分と光Ｐ３の波長成分との重なり部分に相当する出力のレベルを決めておく。これにより、測定用受光素子１２の出力の一部と測定用受光素子３２の出力との差が、増幅器３８３から出力される。増幅器３８３の出力電圧は、コンデンサ３８４及び抵抗器３８５から成る微分回路で直流分がカットされて出力電圧Ｖout3となる。出力電圧Ｖout3は、必要に応じ、同期整流回路などで処理される。

出力電圧Ｖout3は、測定用投光素子１１の光Ｐ１の波長成分が測定用投光素子３１の光Ｐ３の波長成分と重なるときに、その重なり部分の出力を測定用投光素子３１の出力から差し引いた値であることにより、特定の波長λ３における濁度すなわち特定の粒子による濁度に相当する。したがって、本実施形態によれば、特定の粒子による濁度を温度変化の影響を抑えて精度よく測定できる。その他の作用及び効果は、第三実施形態と同じである。

なお、波長の重なり部分の出力を測定用投光素子１１の出力から差し引くことにより、特定の波長λ２における濁度を測定するようにしてもよい。また、光学フィルタを用いて特定の波長のみを利用するようにしてもよい。

図６は、本発明に係る光測定装置の第五実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図２と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の光測定装置５０は、第二実施形態の光測定装置２０（図２）に比べて、次の点が異なる。制御用投光素子２１は、測定基準対象Ｒに光を投ずる。制御用受光素子１３は、制御用投光素子２１からの光Ｐ２を直接受けることに代えて、測定基準対象Ｒに投ぜられた光Ｐ２’を受ける。

また、測定用投光素子１１は被測定対象Ｍへ光Ｐ１を投ずる。測定用受光素子１２は、被測定対象Ｍに投ぜられた光Ｐ１’を受ける。熱結合部５６は、例えば図３の構造に準じた金属ブロック等によって構成されている。制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３は、それぞれ透光窓１５ａ，１５ｂに面して配置されることにより、制御用投光素子２１から測定基準対象Ｒへ光Ｐ２を投ずるとともに、光Ｐ２の散乱光である光Ｐ２’を制御用受光素子１３で受けることができる構造になっている。同様に、測定用投光素子１１及び測定用受光素子１２は、それぞれ透光窓１５ｃ，１５ｄに面して配置されることにより、測定用投光素子１１から被測定対象Ｍへ光Ｐ１を投ずるとともに、光Ｐ１の散乱光である光Ｐ１’を測定用受光素子１２で受けることができる構造になっている。

光測定装置５０によれば、測定基準対象Ｒの散乱光と被測定対象Ｍの散乱光との差を、温度変化に影響されること無く正確に測定することができる。その他の作用及び効果は、第二実施形態と同じである。なお、散乱光の代わりに透過光を用いるようにしてもよい。

光測定装置５０の応用例として、土壌水分計について説明する。まず、二つのセラミックス小片を用意する。一方のセラミックスは、乾かして測定基準対象Ｒとする。他方のセラミックスは、土壌の水分を吸わせて被測定対象Ｍとする。このとき、光測定装置５０で測定される散乱光の差は、被測定対象Ｍすなわち土壌の水分に相当する。

図７は、本発明に係る光測定装置の第六実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図４と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の光測定装置６０は、一つの測定用受光素子１２が二つの測定用投光素子１１，３１に共用され、測定用投光素子１１，３１を一定の周波数で順次切り換えて駆動する順次駆動回路６１と、測定用受光素子１２の出力を前記周波数に同期させて測定用投光素子１１，３１に対応する複数の出力に分離する出力分離回路６２と、を備えている。また、測定用投光素子１１，３１の光Ｐ１，Ｐ３の波長λ１，λ３は互いに異なる（図５［１］参照）。制御回路１４の増幅器１４３の＋入力端子には、直流電源１７’の出力電圧が印加される。

順次駆動回路６１は、駆動回路１７とスイッチ１７ａとを備えている。駆動回路１７は、一定の周波数の正パルスと負パルスとからなる矩形波電圧Ｖｉｎを出力する。スイッチ１７ａは、制御用投光素子２１を介して得られた増幅器１４３の出力電圧を、駆動回路１７から出力された正パルスの時に測定用投光素子１１に印加し、同じく負パルスの時に測定用投光素子３１に印加する。このようなスイッチ１７ａの機能は、例えば、正パルスでオンし負パルスでオフする第一のトランジスタと、正パルスでオフし負パルスでオンする第二のトランジスタと、を含む電子的スイッチで実現することができる。又は、スイッチ１７ａは、駆動回路１７から出力された正パルスの期間時に測定用投光素子１１に導通するように信号を印加し、同じく負パルスの期間時に測定用投光素子３１に導通するように信号を印加する構成、としてもよい。このようなスイッチ１７ａの機能は、アナログスイッチ等の電子的スイッチで実現することができる。

出力分離回路６２の前段には出力回路６３が設けられ、出力分離回路６２の後段には出力回路６４が設けられている。出力回路６３は、測定用受光素子１２の出力を増幅する増幅器１８１と、増幅器１４１の出力の一部を増幅器１８３の入力とする可変抵抗器１８２と、可変抵抗器１８２の出力と増幅器１８１の出力との差を増幅する増幅器１８３と、を備えている。

出力回路６４は、波長λ１に対応する測定電圧を出力する増幅器６４１と、増幅器６４１の出力電圧Ｖ_λ１から直流分を除去する微分回路をなすコンデンサ６４２及び抵抗器６４３と、波長λ３に対応する測定電圧を出力する増幅器６４４と、増幅器６４４の出力電圧Ｖ_λ３から直流分を除去する微分回路をなすコンデンサ６４５及び抵抗器６４６と、を備えている。

出力分離回路６２は、スイッチ６２ａを備えている。スイッチ６２ａは、出力回路６３の出力電圧Ｖout1を、駆動回路１７から出力された正パルスの時に増幅器６４１へ出力し、同じく負パルスの時に増幅器６４４へ出力する。このようなスイッチ６２ａの機能は、例えば、正パルスでオンし負パルスでオフする第一のトランジスタと、正パルスでオフし負パルスでオンする第二のトランジスタと、を含む電子的スイッチで実現することができる。スイッチ６２ａは、スイッチ１７ａと同じように、アナログスイッチなどで構成してもよい。

測定用受光素子１２は透光窓１５ｂに面して配置され、測定用投光素子１１，３１はそれぞれ透光窓１５ｂに隣接する透光窓１５ａ，１５ｃに面して配置されている。これにより、測定用投光素子１１，３１から検水Ｗへ光Ｐ１，Ｐ３を投ずるとともに、光Ｐ１，Ｐ３の散乱光である光Ｐ１’，Ｐ３’を測定用受光素子１２で受けることができる構造になっている。また、測定用投光素子１１，３１、測定用受光素子１２、制御用投光素子２１及び制御用受光素子１３は、例えば互いに一つの金属ブロック（図示せず）内に近接して配置されることにより、熱結合部６６を構成している。

次に、光測定装置６０の動作について説明する。制御用投光素子２１は、増幅器１４３から出力される直流電圧によって常に点灯している。一方、測定用投光素子１１，３１は、順次駆動回路６１によって、測定用投光素子１１が点灯している時は測定用投光素子３１が消灯し、測定用投光素子３１が点灯している時は測定用投光素子１１が消灯する。このタイミングに同期して、出力分離回路６２は出力電圧Ｖout1を次のように分離する。測定用投光素子１１が点灯している時の測定用受光素子１２の出力は、増幅器６４１から出力電圧Ｖ_λ１として得る。そして、測定用投光素子３１が点灯している時の測定用受光素子１２の出力は、増幅器６４４から出力電圧Ｖ_λ３として得る。

光測定装置６０によれば、特定の波長λ１、λ３における濁度をそれぞれ別々に、温度変化の影響を抑えて精度よく測定できる。このとき、測定用受光素子が一つでよいので、構成を簡素化できるとともに、測定用受光素子を二つ以上設けたときの測定用受光素子間の特性のバラツキの影響を回避できる。その他の作用及び効果は、第二乃至第四実施形態と同じである。なお、順次駆動回路は三つ以上の測定用投光素子を順次切り換えて駆動し、出力分離回路は測定用受光素子の出力を三つ以上の測定用投光素子に対応する複数の出力に時間差で分離する、としてもよい。このとき、三つ以上の測定用投光素子が発する光の波長は、それぞれ異なるようにしてもよい。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

本発明に係る光測定装置は、例えば濁度計、土壌水分計など、散乱光や透過光を測定する装置に利用することができる。

本発明に係る光測定装置の第一実施形態を示す回路図である。 本発明に係る光測定装置の第二実施形態を示す回路図である。 図２の光測定装置の部分断面図である。 本発明に係る光測定装置の第三実施形態を示す回路図である。 本本発明に係る光測定装置の第四実施形態を示し、図５［１］は測定用投光素子の波長を示すグラフであり、図５［２］は回路図である。 本発明に係る光測定装置の第五実施形態を示す回路図である。 本発明に係る光測定装置の第六実施形態を示す回路図である。

符号の説明

１０、２０、３０、５０、６０ 光測定装置
１１、３１ 測定用投光素子
１２、３２ 測定用受光素子
１３ 制御用受光素子
１４ 制御回路
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 透光窓
１６、２６、３６、５６ 熱結合部
１７ 駆動回路
１８、３８ 出力回路
２１ 制御用投光素子
２４ 金属ブロック（熱伝導促進手段）
６１ 順次駆動回路
６２ 出力分離回路
Ｍ 被測定対象
Ｐ１、Ｐ１’、Ｐ１''、Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ３、Ｐ３’ 光
Ｓ 測定基準対象
Ｗ 検水（被測定対象）

Claims (6)

1. 検水へ光を投ずる測定用投光素子と、
   入出力の温度依存性が前記測定用投光素子と同じであるとともに入力が当該測定用投光素子と同じになるように直列に接続された制御用投光素子と、
   前記検水に投ぜられた光を受け当該検水の濁度に対応する電気信号を出力する測定用受光素子と、
   この測定用受光素子と入出力の温度依存性が同じであるとともに前記制御用投光素子からの光を直接受ける制御用受光素子と、
   この制御用受光素子の出力を前記測定用投光素子の入力へフィードバックして当該制御用受光素子の出力を一定にする制御回路と、
   を備え、
   前記測定用投光素子と前記測定用受光素子とは複数対から成り、
   複数の前記測定用投光素子は互いに入出力の温度依存性が同じであるとともに互いに同じ入力になるように直列に接続され、
   複数の前記測定用受光素子はそれぞれ対をなす前記測定用投光素子から前記検水へ投ぜられた光を受けるとともに互いに入出力の温度依存性が同じである、
   ことを特徴とする光測定装置。
2. 複数の前記測定用投光素子は、互いに波長の異なる光を発するとともに、当該波長を除き互いに入出力の温度依存性が同じである、
   ことを特徴とする請求項１記載の光測定装置。
3. 複数の前記測定用投光素子の各光は前記波長を中心とする一定範囲の波長成分を有し、
   複数の前記測定用投光素子のうちいずれか一つの測定用投光素子の光の波長成分の一部が他の測定用投光素子の光の波長成分と重なり、当該一つの測定用投光素子と対をなす前記測定用受光素子の出力から当該他の測定用投光素子と対をなす前記測定用受光素子の出力の一部を差し引く、
   ことを特徴とする請求項２記載の光測定装置。
4. 前記測定用投光素子と前記測定用受光素子との複数対のうちのいずれかの複数対において、一つの前記測定用受光素子が複数の前記測定用投光素子に共用され、
   これらの複数の測定用投光素子を一定の周波数で順次切り換えて駆動する駆動回路と、
   前記一つの測定用受光素子の出力を前記周波数に同期させて前記複数の測定用投光素子に対応する複数の出力に分離する出力分離回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光測定装置。
5. 複数の物体に接触してそれらの物体間の熱伝導を促進する熱伝導促進手段を備え、
   少なくとも前記測定用投光素子、前記測定用受光素子、前記制御用投光素子及び前記制御用受光素子が前記熱伝導促進手段に接触する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光測定装置。
6. 前記熱伝導促進手段が金属ブロックであり、この金属ブロックに前記測定用投光素子、前記測定用受光素子、前記制御用投光素子及び前記制御用受光素子が嵌設された、
   ことを特徴とする請求項５記載の光測定装置。

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