JPH07198604A - 屈折率測定装置 - Google Patents
屈折率測定装置Info
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- JPH07198604A JPH07198604A JP35077293A JP35077293A JPH07198604A JP H07198604 A JPH07198604 A JP H07198604A JP 35077293 A JP35077293 A JP 35077293A JP 35077293 A JP35077293 A JP 35077293A JP H07198604 A JPH07198604 A JP H07198604A
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- Japan
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- sample
- interferometer
- transmitted light
- interferometers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で試料の微小な屈折率の変化を敏感に検
出できる装置を得る。 【構成】 二つのファブリペロー干渉器を光路方向に前
後して並べ、一方のファブリペロー干渉器には試料を流
通させ、他方のファブリペロー干渉器の透過光波長を上
記一方のファブリペロー干渉器に標準試料を通したとき
の透過波長に合わせ、両干渉器を透過した光を測定す
る。 【作用】 ファブリペロー干渉器は透過光の波長幅がせ
まいので、標準試料に対して二つのファブリペロー干渉
器の透過光波長を合わせておくと、試料のわずかな変化
で透過光強度が大幅に変る。
出できる装置を得る。 【構成】 二つのファブリペロー干渉器を光路方向に前
後して並べ、一方のファブリペロー干渉器には試料を流
通させ、他方のファブリペロー干渉器の透過光波長を上
記一方のファブリペロー干渉器に標準試料を通したとき
の透過波長に合わせ、両干渉器を透過した光を測定す
る。 【作用】 ファブリペロー干渉器は透過光の波長幅がせ
まいので、標準試料に対して二つのファブリペロー干渉
器の透過光波長を合わせておくと、試料のわずかな変化
で透過光強度が大幅に変る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は試料の屈折率の変化を検
出するための屈折率測定装置に関する。試料の濃度とか
酸化度のような化学変化の程度を検出するのに試料の屈
折率を測定する方法がある。本発明は特に製品の製造過
程で流れている原材料とか製品の屈折率変化を検出して
品質管理を行う場合に適した屈折率測定装置に関する。
出するための屈折率測定装置に関する。試料の濃度とか
酸化度のような化学変化の程度を検出するのに試料の屈
折率を測定する方法がある。本発明は特に製品の製造過
程で流れている原材料とか製品の屈折率変化を検出して
品質管理を行う場合に適した屈折率測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】屈折率の測定方法には基本的に次のよう
な種類があり、夫々に装置化されている。その一つは光
の屈折角を直接測定するもので、偏角法、その変形とし
ての臨界角法を用いた装置で、光路が曲っており、検出
器を動かす必要があって、装置は大型となり、構造的に
複雑で、感度が低く、気体の測定には向かないものであ
る。その二は反射率が屈折率によって変ることを利用し
たもので、光検出器を動かす必要がないこと、不透明な
試料でも光沢面があれば測定可能な利点はあるが感度は
屈折角を測る方法と大差ない。反射率法の一種に偏光解
析装置を用いる方法があるが、測定操作が面倒である。
その三は干渉法で光の光路長が屈折率によって変化する
ことを利用して、光を２光束に分け、一方の光束を試料
に通し、その後２光束を干渉させるもので、屈折率の変
化に対して敏感であるが、光学構造が複雑で、二光束に
分けて干渉させるので振動に対し敏感で製造現場等還境
の悪い所での使用には不向きである。
な種類があり、夫々に装置化されている。その一つは光
の屈折角を直接測定するもので、偏角法、その変形とし
ての臨界角法を用いた装置で、光路が曲っており、検出
器を動かす必要があって、装置は大型となり、構造的に
複雑で、感度が低く、気体の測定には向かないものであ
る。その二は反射率が屈折率によって変ることを利用し
たもので、光検出器を動かす必要がないこと、不透明な
試料でも光沢面があれば測定可能な利点はあるが感度は
屈折角を測る方法と大差ない。反射率法の一種に偏光解
析装置を用いる方法があるが、測定操作が面倒である。
その三は干渉法で光の光路長が屈折率によって変化する
ことを利用して、光を２光束に分け、一方の光束を試料
に通し、その後２光束を干渉させるもので、屈折率の変
化に対して敏感であるが、光学構造が複雑で、二光束に
分けて干渉させるので振動に対し敏感で製造現場等還境
の悪い所での使用には不向きである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
屈折率測定装置は構造的に複雑で大型であり、しかも感
度が低いとか操作が面倒である。或は感度は高いが、外
部の振動に弱く、使用還境が限定される等の問題があっ
て、構造簡単でしかも高感度で任意の場所で使用でき、
精度も高いと云った装置はなかった。従って本発明はそ
のような要求を満足させる屈折率測定装置を提供しよう
とするものである。
屈折率測定装置は構造的に複雑で大型であり、しかも感
度が低いとか操作が面倒である。或は感度は高いが、外
部の振動に弱く、使用還境が限定される等の問題があっ
て、構造簡単でしかも高感度で任意の場所で使用でき、
精度も高いと云った装置はなかった。従って本発明はそ
のような要求を満足させる屈折率測定装置を提供しよう
とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】二つのファブリペロー干
渉器を光路上に前後させて配置し、その後方に上記両干
渉器を透過した光を検出する測光手段を配置し、上記二
つの干渉器の一方の透過光波長を調節可能とし、他方の
干渉器に試料を入れるようにした。
渉器を光路上に前後させて配置し、その後方に上記両干
渉器を透過した光を検出する測光手段を配置し、上記二
つの干渉器の一方の透過光波長を調節可能とし、他方の
干渉器に試料を入れるようにした。
【０００５】
【作用】図４で横軸は波長で縦軸はファブリペロー干渉
器の光透過率であり、二つのピークのうちＡは試料を入
れる方の干渉器の透過率曲線、Ｂは透過光波長をλに合
わせた他方の干渉器である。ピークＡの中心波長は試料
の屈折率の変化によって移動し、両ピークの重なり部分
の面積（斜線が入れてある）が両方の干渉器を透過した
光の光量を表わす。ファブリペロー干渉器の透過光の波
長幅Ｗはたいへん狭いので、図から明らかなように二つ
の干渉器を透過する光の強度は試料の屈折率の変化によ
って大幅に変化する。
器の光透過率であり、二つのピークのうちＡは試料を入
れる方の干渉器の透過率曲線、Ｂは透過光波長をλに合
わせた他方の干渉器である。ピークＡの中心波長は試料
の屈折率の変化によって移動し、両ピークの重なり部分
の面積（斜線が入れてある）が両方の干渉器を透過した
光の光量を表わす。ファブリペロー干渉器の透過光の波
長幅Ｗはたいへん狭いので、図から明らかなように二つ
の干渉器を透過する光の強度は試料の屈折率の変化によ
って大幅に変化する。
【０００６】
【実施例】図１に本発明の装置の全体を示す。１，２は
夫々ファブリペロー干渉器である。ファブリペロー干渉
器は反射率を高めた二つの平面を適当な距離を距てゝ平
行に対向配置したもので、二つの平面に垂直に光を入射
させると、二つの平面間の多重反射の干渉により、二平
面間の光路長で決まる特定の波長の光が透過する。透過
波長は一つではなく、飛びとびに幾つもの波長が存在す
るが、個々の透過波長の波長幅はきわめて小さい。ファ
ブリペロー干渉器（以下単に干渉器と書く）１，２は光
路Ｌ上に前後して配置され、前方に光源３，後方に光検
出器４が置かれている。光源３の光はレンズ５で平行光
束となって干渉器１，２に入射し、１，２を透過した光
束はレンズ６で光検出器４上に集光される。検出器４の
出力信号は基準電圧発生器７の出力と比較部８で比較さ
れ、両者の差信号が工程の制御情報として出力される。
前側の干渉器１には適当な気体が封入される。後側の干
渉器２には被測定試料を流通させる。後側の干渉器２に
標準試料を入れ、前側の干渉器１の気体の封入圧力を調
節すると、干渉器１の透過光群の波長が変動するから、
後側の干渉器２に標準試料を入れ、干渉器１の気体の封
入圧力を変えると、検出器４の出力は０と最大値との間
で変化する。そこで検出器４の出力が０と最大との中間
になるように封入気体の圧力を調節し、そのときの比較
部８の出力が０になるように基準電圧発生器７の出力を
調整する。その後、後の干渉器２に被測定試料を流通さ
せれば、被測定試料の標準試料からのずれ（例えば濃度
とか酸化度等の）に応じて比較部８からは正負の信号が
出力される。
夫々ファブリペロー干渉器である。ファブリペロー干渉
器は反射率を高めた二つの平面を適当な距離を距てゝ平
行に対向配置したもので、二つの平面に垂直に光を入射
させると、二つの平面間の多重反射の干渉により、二平
面間の光路長で決まる特定の波長の光が透過する。透過
波長は一つではなく、飛びとびに幾つもの波長が存在す
るが、個々の透過波長の波長幅はきわめて小さい。ファ
ブリペロー干渉器（以下単に干渉器と書く）１，２は光
路Ｌ上に前後して配置され、前方に光源３，後方に光検
出器４が置かれている。光源３の光はレンズ５で平行光
束となって干渉器１，２に入射し、１，２を透過した光
束はレンズ６で光検出器４上に集光される。検出器４の
出力信号は基準電圧発生器７の出力と比較部８で比較さ
れ、両者の差信号が工程の制御情報として出力される。
前側の干渉器１には適当な気体が封入される。後側の干
渉器２には被測定試料を流通させる。後側の干渉器２に
標準試料を入れ、前側の干渉器１の気体の封入圧力を調
節すると、干渉器１の透過光群の波長が変動するから、
後側の干渉器２に標準試料を入れ、干渉器１の気体の封
入圧力を変えると、検出器４の出力は０と最大値との間
で変化する。そこで検出器４の出力が０と最大との中間
になるように封入気体の圧力を調節し、そのときの比較
部８の出力が０になるように基準電圧発生器７の出力を
調整する。その後、後の干渉器２に被測定試料を流通さ
せれば、被測定試料の標準試料からのずれ（例えば濃度
とか酸化度等の）に応じて比較部８からは正負の信号が
出力される。
【０００７】図２は図１に示した構成をユニット化した
ものである。２個の干渉器１，２は二枚のウェッジ付き
ガラス板１１，２２と平行ガラス板１２間にスペーサ９
を介して平行に配置して構成され、各ガラス板とスペー
サとの間はオプチカルコンタクトで接合され平行度及び
気密が保たれている。三枚のガラス板１１，１２，２２
の隙間Ｓが干渉器１，２となり、三枚のガラス板の相互
対向面は平面度良く研磨され、かつ反射膜が形成してあ
って反射率は約９４％、各ガラス板間の隙間は０．１ｍ
ｍである。スペーサは図２Ｂに示すように上から見る
と、左右２分割され、その間が干渉器の空間となるの
で、干渉器のスペースは上下方向に流体が流通可能であ
る。このように構成された干渉器１，２のユニットが本
体１０内に収納される。本体１０には前後に貫通する孔
があって、この孔の前部にレンズ５および光源１として
発光ダイオードが挿入固定されている。孔の後部には光
検出器４としてフォトダイオードが挿入固定され、本体
の後面に検出器４の出力の増幅器、基準電圧発生器７，
比較部８等を収納した回路部１３が取付けられる。１９
は出力用コネクタである。本体１０にはガラス板１２と
２２との間の隙間即ち後方の干渉器２に通じる試料導入
口１４と試料流出口１５とが設けられている。また本体
１０にはガラス板１１と１２との隙間即ち前側の干渉器
１に通じる封入口１６が設けられ、封入栓１７が嵌めて
ある。また本体は上下二つ割になっている。１８はＯリ
ングである。
ものである。２個の干渉器１，２は二枚のウェッジ付き
ガラス板１１，２２と平行ガラス板１２間にスペーサ９
を介して平行に配置して構成され、各ガラス板とスペー
サとの間はオプチカルコンタクトで接合され平行度及び
気密が保たれている。三枚のガラス板１１，１２，２２
の隙間Ｓが干渉器１，２となり、三枚のガラス板の相互
対向面は平面度良く研磨され、かつ反射膜が形成してあ
って反射率は約９４％、各ガラス板間の隙間は０．１ｍ
ｍである。スペーサは図２Ｂに示すように上から見る
と、左右２分割され、その間が干渉器の空間となるの
で、干渉器のスペースは上下方向に流体が流通可能であ
る。このように構成された干渉器１，２のユニットが本
体１０内に収納される。本体１０には前後に貫通する孔
があって、この孔の前部にレンズ５および光源１として
発光ダイオードが挿入固定されている。孔の後部には光
検出器４としてフォトダイオードが挿入固定され、本体
の後面に検出器４の出力の増幅器、基準電圧発生器７，
比較部８等を収納した回路部１３が取付けられる。１９
は出力用コネクタである。本体１０にはガラス板１２と
２２との間の隙間即ち後方の干渉器２に通じる試料導入
口１４と試料流出口１５とが設けられている。また本体
１０にはガラス板１１と１２との隙間即ち前側の干渉器
１に通じる封入口１６が設けられ、封入栓１７が嵌めて
ある。また本体は上下二つ割になっている。１８はＯリ
ングである。
【０００８】図３で横軸は波長、縦軸は干渉器の透過率
である。透過光のピークは前述したように幾つか現われ
る。これらのピークは干渉器の対向反射面間の光路長を
変えると図上で左右に動く。図３でＡは干渉器２の透過
光を示し、実線のピークは標準試料が入っているとき、
点線のピークは被測定試料が入っているときのものであ
る。図３のＢは干渉器１の透過光を示し、干渉器２の透
過光の一つのピークＰに対して干渉器１の透過光ピーク
Ｐ’が半分重なるように干渉器１の封入気体の圧力を調
節して栓１７を閉じる。このようにしておくと、干渉器
２に被測定試料を流通させたときの干渉器２の透過光ピ
ークが標準試料のときのピークより左にずれると検出器
４の出力は増大し、右にずれると減少する。
である。透過光のピークは前述したように幾つか現われ
る。これらのピークは干渉器の対向反射面間の光路長を
変えると図上で左右に動く。図３でＡは干渉器２の透過
光を示し、実線のピークは標準試料が入っているとき、
点線のピークは被測定試料が入っているときのものであ
る。図３のＢは干渉器１の透過光を示し、干渉器２の透
過光の一つのピークＰに対して干渉器１の透過光ピーク
Ｐ’が半分重なるように干渉器１の封入気体の圧力を調
節して栓１７を閉じる。このようにしておくと、干渉器
２に被測定試料を流通させたときの干渉器２の透過光ピ
ークが標準試料のときのピークより左にずれると検出器
４の出力は増大し、右にずれると減少する。
【０００９】被測定試料が気体のときは、前側の干渉器
１に封入する気体に被測定試料と同種の標準試料のガス
を封入して、その封入圧を調節することで上述した調整
を行えばよい。試料が液体のときは封入圧は変えられな
いので、封入液の濃度を変えて調整を行う。干渉器１に
封入する流体と被測定試料とが同種であり、干渉器１，
２の各スペースの光路方向の長さ（スペース長）が等し
いときは、図３のＡ，Ｂにおける各ピークは互に同じ間
隔で現われるので各ピークを同時に重ねることができ、
両干渉器の透過光のピークのずれによる検出器出力の変
化は大きいが、二つの干渉器のスペース長さが等しくて
も干渉器１に封入する流体と被測定試料とが異種である
ときは両者の屈折率の分散が異なるので、両方の干渉器
の多数の透過光ピークを同時に重ねることはできなくな
り、両干渉器の透過光ピークを相互にずらせても光検出
器の出力変化は小さくなる。つまり感度は低下する。従
って測定に関与するピーク数は少ない方がよい。同じこ
とは二つの干渉器のスペース長さが等しくないときにも
云える。従って二つの干渉器のスペース長が略等しく、
干渉器１に封入する流体と被測定試料が同種のときは光
源は白色光源を用いることができる。この場合でも特定
の波長での屈折率の変化を測定する場合とか、二つの干
渉器のスペース長が等しくないとき、封入流体と被測定
試料の分散が著しく異なっているとき等は光源の波長分
布幅は或る程度せまい方が良く、適当な光源を選び必要
に応じて適当なバンドパスフィルタを用いる。
１に封入する気体に被測定試料と同種の標準試料のガス
を封入して、その封入圧を調節することで上述した調整
を行えばよい。試料が液体のときは封入圧は変えられな
いので、封入液の濃度を変えて調整を行う。干渉器１に
封入する流体と被測定試料とが同種であり、干渉器１，
２の各スペースの光路方向の長さ（スペース長）が等し
いときは、図３のＡ，Ｂにおける各ピークは互に同じ間
隔で現われるので各ピークを同時に重ねることができ、
両干渉器の透過光のピークのずれによる検出器出力の変
化は大きいが、二つの干渉器のスペース長さが等しくて
も干渉器１に封入する流体と被測定試料とが異種である
ときは両者の屈折率の分散が異なるので、両方の干渉器
の多数の透過光ピークを同時に重ねることはできなくな
り、両干渉器の透過光ピークを相互にずらせても光検出
器の出力変化は小さくなる。つまり感度は低下する。従
って測定に関与するピーク数は少ない方がよい。同じこ
とは二つの干渉器のスペース長さが等しくないときにも
云える。従って二つの干渉器のスペース長が略等しく、
干渉器１に封入する流体と被測定試料が同種のときは光
源は白色光源を用いることができる。この場合でも特定
の波長での屈折率の変化を測定する場合とか、二つの干
渉器のスペース長が等しくないとき、封入流体と被測定
試料の分散が著しく異なっているとき等は光源の波長分
布幅は或る程度せまい方が良く、適当な光源を選び必要
に応じて適当なバンドパスフィルタを用いる。
【００１０】図５は干渉器２における試料の屈折率と透
過光ピークの波長のずれの関係を示し、屈折率の少数以
下３，４桁が５５から６５まで変るときピーク波長は約
６ｎｍだけ変化している。図６は干渉器１，２を透過し
た光の強度を最大値即ち干渉器１，２の透過光ピークが
重なったときの透過光強度を１００として表わしたもの
で横軸は試料の屈折率である。屈折率の小数点以下４桁
目が５から８まで差で３変る間に透過光強度は約９０％
変化する。これによって本発明装置の感度の高さが分か
る。
過光ピークの波長のずれの関係を示し、屈折率の少数以
下３，４桁が５５から６５まで変るときピーク波長は約
６ｎｍだけ変化している。図６は干渉器１，２を透過し
た光の強度を最大値即ち干渉器１，２の透過光ピークが
重なったときの透過光強度を１００として表わしたもの
で横軸は試料の屈折率である。屈折率の小数点以下４桁
目が５から８まで差で３変る間に透過光強度は約９０％
変化する。これによって本発明装置の感度の高さが分か
る。
【００１１】
【発明の効果】ファブリペロー干渉器は二つのガラス板
をスペーサを介して対向固定したもので構造的に簡単で
堅固であり、小型に作ることができ、可動部分がなく、
干渉を使っているが二光束型のように二光束を異る光路
に分けるのでないから振動の影響を受けない。本発明は
このようなファブリペロー干渉器を使っているので構造
的に簡単，堅固で振動騒音のはげしい不良還境でも使
え、干渉法を使っているので屈折率の変化に対して高感
度であり、基準との比較測定になっているので精度も高
い。
をスペーサを介して対向固定したもので構造的に簡単で
堅固であり、小型に作ることができ、可動部分がなく、
干渉を使っているが二光束型のように二光束を異る光路
に分けるのでないから振動の影響を受けない。本発明は
このようなファブリペロー干渉器を使っているので構造
的に簡単，堅固で振動騒音のはげしい不良還境でも使
え、干渉法を使っているので屈折率の変化に対して高感
度であり、基準との比較測定になっているので精度も高
い。
【図１】本発明装置の全体図
【図２】本発明の一実施例装置の縦断側面図
【図３】二つの干渉器の透過光ピークの関係図
【図４】本発明の原理説明図
【図５】干渉器の試料屈折率の変化による透過率ピーク
のずれを示す図
のずれを示す図
【図６】本発明装置の感度を示す図
１ ファブリペロー干渉器 ２ ファブリペロー干渉器 ３ 光源 ４ 光検出器 ５ レンズ ６ レンズ ７ 基準電圧発生器 ８ 比較部
Claims (2)
- 【請求項１】 二つのファブリペロー干渉器を光路方向
に前後して並べ、その後方に両干渉器を透過した光を検
出する測光手段を配置し、上記二つの干渉器の一方に試
料を入れ、他方の干渉器の透過光波長を調節可能とした
ことを特徴とする屈折率測定装置。 - 【請求項２】 二つのファブリペロー干渉器を隙間を開
けて配置した３枚の透明板を挟んで対向配置させ、各透
明板間に形成される二つの上記隙間を二つのファブリペ
ロー干渉器の干渉空間としたことを特徴とする屈折率測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35077293A JPH07198604A (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 屈折率測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35077293A JPH07198604A (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 屈折率測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198604A true JPH07198604A (ja) | 1995-08-01 |
Family
ID=18412769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35077293A Pending JPH07198604A (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 屈折率測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07198604A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122084A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 屈折率変化の測定装置および屈折率変化の測定方法 |
| US7450789B2 (en) | 2005-07-13 | 2008-11-11 | Hitachi, Ltd. | Micro sensor device |
| KR101234971B1 (ko) * | 2005-04-26 | 2013-02-20 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 반사 방지 적층체의 제조 방법 |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP35077293A patent/JPH07198604A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101234971B1 (ko) * | 2005-04-26 | 2013-02-20 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 반사 방지 적층체의 제조 방법 |
| US7450789B2 (en) | 2005-07-13 | 2008-11-11 | Hitachi, Ltd. | Micro sensor device |
| JP2008122084A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 屈折率変化の測定装置および屈折率変化の測定方法 |
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