JPH0140035Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0140035Y2 JPH0140035Y2 JP1984134029U JP13402984U JPH0140035Y2 JP H0140035 Y2 JPH0140035 Y2 JP H0140035Y2 JP 1984134029 U JP1984134029 U JP 1984134029U JP 13402984 U JP13402984 U JP 13402984U JP H0140035 Y2 JPH0140035 Y2 JP H0140035Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- prism
- liquid
- photodiodes
- refractive index
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/4133—Refractometers, e.g. differential
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
産業上の利用分野
本考案は一部を液体中に浸漬したプリズムと、
光源と、この液体の屈折率に応じた光の屈折角変
化を測定する手段と、前記光源からの光路上に配
置した絞りと、この絞りの像を集束させるため絞
りを通過する光路上に配置した光学系とを含み、
この光学系から出た光束が外気との接触面から入
射し、前記液体中に浸漬しているプリズムの面か
ら射出するように前記プリズムを配置した屈折計
に係わる。
光源と、この液体の屈折率に応じた光の屈折角変
化を測定する手段と、前記光源からの光路上に配
置した絞りと、この絞りの像を集束させるため絞
りを通過する光路上に配置した光学系とを含み、
この光学系から出た光束が外気との接触面から入
射し、前記液体中に浸漬しているプリズムの面か
ら射出するように前記プリズムを配置した屈折計
に係わる。
従来技術、および考案が解決しようとする問題点
屈折計には大別して２種類があり、その１つは
光の強さ変化に基づくものであり、もう１つは臨
界角の近傍における光束の屈折に基づくものであ
る。光の強さ変化に基づく屈折計は光源の明るさ
及び液体の透明度に影響される。また、臨界角で
作用する屈折計は明確な信号を提供できない。
光の強さ変化に基づくものであり、もう１つは臨
界角の近傍における光束の屈折に基づくものであ
る。光の強さ変化に基づく屈折計は光源の明るさ
及び液体の透明度に影響される。また、臨界角で
作用する屈折計は明確な信号を提供できない。
各検知器によつて受光される明るさの比を測定
して液体の屈折率を求めるため少なくとも２個の
光感検知器を含む屈折計はすでに公知である。こ
のような屈折計は特に米国特許第3674373号及び
フランス特許第1529518号に開示されている。こ
の２つの公知例はサンプル分析用の実験室装置で
あつて、例えば生産過程における液体の屈折率測
定や蓄電池の充電状態測定のため屈折率を測定す
べき液体を収納している容器内に設置できる簡単
な装置を実現できるものではない。
して液体の屈折率を求めるため少なくとも２個の
光感検知器を含む屈折計はすでに公知である。こ
のような屈折計は特に米国特許第3674373号及び
フランス特許第1529518号に開示されている。こ
の２つの公知例はサンプル分析用の実験室装置で
あつて、例えば生産過程における液体の屈折率測
定や蓄電池の充電状態測定のため屈折率を測定す
べき液体を収納している容器内に設置できる簡単
な装置を実現できるものではない。
本考案の目的は液体の屈折率を測定するいかな
る自動システムにも組み込むことのできる前述の
装置を提供することにある。
る自動システムにも組み込むことのできる前述の
装置を提供することにある。
問題点を解決するための手段、および作用
本考案においては、一部を液体中に浸漬したプ
リズムと、光源と、この液体の屈折率に応じた光
の屈折角度変化を測定する手段と、該光源からの
光路上に配置を絞りと、該絞りの像を集束させる
ため絞りを通過する光路上に配置した光学系とを
含み、この光学系から出た光束がプリズムの外気
との接触面から入射し、該液体中に浸漬している
プリズムの面から射出するように該プリズムを配
置した屈折計において、 該測定手段がレンズの集束面上にかつ液体の所
定屈折率に対応する屈折軸にほぼ沿つて接合され
た２個のフオトダイオードから成り、該プリズ
ム、光源、絞り、および光学系がこれら諸要素の
光軸と一致する長手軸を有する管状箱体に収納さ
れ、該２個のフオトダイオードが該管状箱体の一
端における支持面に固定され、一方のダイオード
から得られる信号と該２個のフオトダイオードか
ら得られる信号和との比にもとづいて該液体の屈
折率が求められるようになつている、ことを特徴
とする屈折計、が提供される。
リズムと、光源と、この液体の屈折率に応じた光
の屈折角度変化を測定する手段と、該光源からの
光路上に配置を絞りと、該絞りの像を集束させる
ため絞りを通過する光路上に配置した光学系とを
含み、この光学系から出た光束がプリズムの外気
との接触面から入射し、該液体中に浸漬している
プリズムの面から射出するように該プリズムを配
置した屈折計において、 該測定手段がレンズの集束面上にかつ液体の所
定屈折率に対応する屈折軸にほぼ沿つて接合され
た２個のフオトダイオードから成り、該プリズ
ム、光源、絞り、および光学系がこれら諸要素の
光軸と一致する長手軸を有する管状箱体に収納さ
れ、該２個のフオトダイオードが該管状箱体の一
端における支持面に固定され、一方のダイオード
から得られる信号と該２個のフオトダイオードか
ら得られる信号和との比にもとづいて該液体の屈
折率が求められるようになつている、ことを特徴
とする屈折計、が提供される。
この屈折計は角度測定に基づき、明確な信号の
取得を可能にし、絞りの像を２個のフオトダイオ
ード上に集束させる。一方のフオトダイオードに
よつて受光される光の明るさを測定する一方、こ
の明るさと両方のフオトダイオードによつて受光
される明かるさの和を求めることによつて屈折率
を表わす信号を得る。このように比例測定値を求
めることにより、光源の明るさにも液体の透明度
にも影響されない装置が得られる。この屈折計の
他の利点は構造が簡単なことと、構成素子数が少
ないことにある。測定の信頼性とその精度はまさ
にこの簡単な構造と、各素子の相対位置が組み立
て時に決定され、事前の調整を必要とせず、管状
箱体が各素子を光軸に沿つて整列させることによ
るものである。
取得を可能にし、絞りの像を２個のフオトダイオ
ード上に集束させる。一方のフオトダイオードに
よつて受光される光の明るさを測定する一方、こ
の明るさと両方のフオトダイオードによつて受光
される明かるさの和を求めることによつて屈折率
を表わす信号を得る。このように比例測定値を求
めることにより、光源の明るさにも液体の透明度
にも影響されない装置が得られる。この屈折計の
他の利点は構造が簡単なことと、構成素子数が少
ないことにある。測定の信頼性とその精度はまさ
にこの簡単な構造と、各素子の相対位置が組み立
て時に決定され、事前の調整を必要とせず、管状
箱体が各素子を光軸に沿つて整列させることによ
るものである。
実施例
以下添付図面に沿つて本考案による屈折計の実
施例を説明する。
施例を説明する。
本考案の屈折計は管状箱体Ｃ内に、屈折率と関
連のある特性、特にアルコールまたは酸の濃度を
測定したい液体Ｌ中に一部を浸漬したプリズムＰ
を含む。発光ダイオードDELから成る光源をこ
のプリズムＰの頂面上方に配置する。この光源の
手前に絞りＤがあり、液体Ｌ中のプリズムＰを越
えた側に位置する平面に絞りの像を集束させる単
数または複数のレンズから成る光学系Ｏが絞りＤ
とプリズムＰの間に介在する。前記集束面に２個
のフオトダイオードPDa，PDbを配置し、管状箱
体Ｃの一端にあつてその長手軸に対して傾斜角を
形成する支持面Ｓに固定する。前記傾斜角は液体
Ｌと接触するプリズムの射出面で屈折する光束に
対して直角である。２個のフオトダイオードの接
合面は液体の所定屈折率に対応する絞りＤの像の
光軸と一致し、前記所定屈折率において、２個の
フオトダイオードの信号は等しくなる。液体の屈
折率が増大すると屈折光束が右方へずれ、フオト
ダイオードPDbの信号が増大、フオトダイオード
PDaの信号が低下する。
連のある特性、特にアルコールまたは酸の濃度を
測定したい液体Ｌ中に一部を浸漬したプリズムＰ
を含む。発光ダイオードDELから成る光源をこ
のプリズムＰの頂面上方に配置する。この光源の
手前に絞りＤがあり、液体Ｌ中のプリズムＰを越
えた側に位置する平面に絞りの像を集束させる単
数または複数のレンズから成る光学系Ｏが絞りＤ
とプリズムＰの間に介在する。前記集束面に２個
のフオトダイオードPDa，PDbを配置し、管状箱
体Ｃの一端にあつてその長手軸に対して傾斜角を
形成する支持面Ｓに固定する。前記傾斜角は液体
Ｌと接触するプリズムの射出面で屈折する光束に
対して直角である。２個のフオトダイオードの接
合面は液体の所定屈折率に対応する絞りＤの像の
光軸と一致し、前記所定屈折率において、２個の
フオトダイオードの信号は等しくなる。液体の屈
折率が増大すると屈折光束が右方へずれ、フオト
ダイオードPDbの信号が増大、フオトダイオード
PDaの信号が低下する。
フオトダイオードPDaの電流と合計電流との比
に対応するすぐれたコントラスト比を得るために
は２個のフオトダイオードPDa，PDbに結ぶ絞り
Ｄの像ができるだけ鮮明であり、最大光量が集中
しなければならない。これらのパラメータを求め
る種々の実験から、フオトダイオード上での変位
方向と交差する方向に測つた絞りの像の寸法が約
0.10mmでなければならないことが判明した。光源
が点光源ではないから、発光ダイオードDELの
最大光量を通過させ得るように絞りの対応寸法を
0.060mmに設定した。同様の目的で、ダイオード
DELの前端をカツトし、絞りＤを接着する前に
このカツト面を研摩した。
に対応するすぐれたコントラスト比を得るために
は２個のフオトダイオードPDa，PDbに結ぶ絞り
Ｄの像ができるだけ鮮明であり、最大光量が集中
しなければならない。これらのパラメータを求め
る種々の実験から、フオトダイオード上での変位
方向と交差する方向に測つた絞りの像の寸法が約
0.10mmでなければならないことが判明した。光源
が点光源ではないから、発光ダイオードDELの
最大光量を通過させ得るように絞りの対応寸法を
0.060mmに設定した。同様の目的で、ダイオード
DELの前端をカツトし、絞りＤを接着する前に
このカツト面を研摩した。
光学系Ｏのレンズによつて形成される光束に対
する変位に応じた２個のフオトダイオードPDa，
PDbの電流の強さに生ずる変化を次のような条件
下に測定した。スタンレー社の発光ダイオード
ESBR 5501に幅0.060mmの方形孔を有する絞りを
接着した。光学系Ｏのレンズとしては口径６mmの
ｆ／10mmレンズを採用し、40mmの位置でマイクロ
メータ用スライダに２個のフオトダイオード
PDa，PDbを配置し、プリズムＰは省いた。第２
図の特性図はフオトダイオードPDa，PDbの電流
強さの変化にそれぞれ対応する曲線ａ，ｂを示す
特性図であり、横座標に示す変位量に対して縦座
標に電流強さを対数値で示した。
する変位に応じた２個のフオトダイオードPDa，
PDbの電流の強さに生ずる変化を次のような条件
下に測定した。スタンレー社の発光ダイオード
ESBR 5501に幅0.060mmの方形孔を有する絞りを
接着した。光学系Ｏのレンズとしては口径６mmの
ｆ／10mmレンズを採用し、40mmの位置でマイクロ
メータ用スライダに２個のフオトダイオード
PDa，PDbを配置し、プリズムＰは省いた。第２
図の特性図はフオトダイオードPDa，PDbの電流
強さの変化にそれぞれ対応する曲線ａ，ｂを示す
特性図であり、横座標に示す変位量に対して縦座
標に電流強さを対数値で示した。
この特性図から明らかなように、曲線ａ及びｂ
の最大強さの10％に対応する変位量は0.27mmに等
しい。両曲線の最大強さの10％に対応する２点間
の変位量はレンズによつて２個のフオトダイオー
ド上に形成される絞りＤの像の幅と考えることが
できる。これらのフオトダイオードは互いに0.05
mmだけ分離しているから、最大強さの10％に対応
する２点間の変位量が0.27mmであれば絞りの像の
幅は0.32mmとなる。絞りＤ、光学系Ｏ及び２個の
フオトダイオードPDa，PDbの相対位置は像を
2.7倍に拡大する配置であるから、非拡大像は幅
0.12mmであり、これはフオトダイオードPDaの電
流と２個のフオトダイオードPDa，PDbの合計電
流とのすぐれたコントラスト比をもたらす寸法に
相当する。
の最大強さの10％に対応する変位量は0.27mmに等
しい。両曲線の最大強さの10％に対応する２点間
の変位量はレンズによつて２個のフオトダイオー
ド上に形成される絞りＤの像の幅と考えることが
できる。これらのフオトダイオードは互いに0.05
mmだけ分離しているから、最大強さの10％に対応
する２点間の変位量が0.27mmであれば絞りの像の
幅は0.32mmとなる。絞りＤ、光学系Ｏ及び２個の
フオトダイオードPDa，PDbの相対位置は像を
2.7倍に拡大する配置であるから、非拡大像は幅
0.12mmであり、これはフオトダイオードPDaの電
流と２個のフオトダイオードPDa，PDbの合計電
流とのすぐれたコントラスト比をもたらす寸法に
相当する。
第１図に示す屈折計において、プリズムＰはプ
レキシガラス（PMMA）製である。このプリズ
ムの傾斜面角度は光源DELからの光が52.5゜の入
射角でこの傾斜面に入射するように設定してあ
る。光は液体Ｌの平均屈折率に対応する60゜の屈
折角で液体Ｌ内に進む。２個のフオトダイオード
の平面は光束の射出ゾーンから４mmの距離にあ
る。液体の屈折率に応じた光束の偏向量は容易に
計算できる。例えば15〜14％のH2SO4から成る
鉛蓄電池の電解質では屈折率はｎ＝1.35〜ｎ＝
1.38であり、光束がフオトダイオードPDa，PDb
に等しく配分される場合の屈折率は1.3680とな
る。屈折角はsin-11.49／1.35sin52.5＝61.12゜〜
sin-11.49／1.38sin52.5＝58.94゜である。
レキシガラス（PMMA）製である。このプリズ
ムの傾斜面角度は光源DELからの光が52.5゜の入
射角でこの傾斜面に入射するように設定してあ
る。光は液体Ｌの平均屈折率に対応する60゜の屈
折角で液体Ｌ内に進む。２個のフオトダイオード
の平面は光束の射出ゾーンから４mmの距離にあ
る。液体の屈折率に応じた光束の偏向量は容易に
計算できる。例えば15〜14％のH2SO4から成る
鉛蓄電池の電解質では屈折率はｎ＝1.35〜ｎ＝
1.38であり、光束がフオトダイオードPDa，PDb
に等しく配分される場合の屈折率は1.3680とな
る。屈折角はsin-11.49／1.35sin52.5＝61.12゜〜
sin-11.49／1.38sin52.5＝58.94゜である。
光束の線形変位量は4.0sin（61.12−58.94）＝
0.152mmである。
0.152mmである。
第３図の特性図から明らかなように、この変位
量は一方のフオトダイオードが受光する光量と両
フオトダイオードが受光する合計光量との比が完
全に線形となるには大き過ぎる。この非線形性は
測定範囲がこの測定範囲の限界に近過ぎることに
起因する。絞りの像の縁辺がぼけている場合、光
によつて発生した電流がこの像の縁辺において線
形でないことを意味する。
量は一方のフオトダイオードが受光する光量と両
フオトダイオードが受光する合計光量との比が完
全に線形となるには大き過ぎる。この非線形性は
測定範囲がこの測定範囲の限界に近過ぎることに
起因する。絞りの像の縁辺がぼけている場合、光
によつて発生した電流がこの像の縁辺において線
形でないことを意味する。
この実施例では光学系Ｏのｆ／10mmレンズを絞
りに対して２個のフオトダイオードPDa，PDbの
表面と同じ距離、即ち絞りから20mmの距離に配置
する。これにより、理論的には絞りと同寸法の像
が得られる。ただし、光源が点光源ではないか
ら、或る程度光が分散し、もしスリツト幅が0.06
mmであれば、その像は約２倍となる。
りに対して２個のフオトダイオードPDa，PDbの
表面と同じ距離、即ち絞りから20mmの距離に配置
する。これにより、理論的には絞りと同寸法の像
が得られる。ただし、光源が点光源ではないか
ら、或る程度光が分散し、もしスリツト幅が0.06
mmであれば、その像は約２倍となる。
第３図の特性図から測定が光源の明るさにほと
んど影響されないことも明らかである。なお、特
性図に示すように、測定は10mA，20mA及び
50mAの光源を利用して行われた。
んど影響されないことも明らかである。なお、特
性図に示すように、測定は10mA，20mA及び
50mAの光源を利用して行われた。
第１図は本考案の実施例を示す縦断面図；第２
図は２個のフオトダイオードに集束される像の明
るさをこの像に対するフオトダイオードの変位量
との関係で示す特性図；第３図は一方のフオトダ
イオードにおける明るさと両フオトダイオードに
おける合計明るさの比を液体の屈折率との関係で
示す特性図である。 Ｃ……管状箱体、Ｐ……プリズム、Ｌ……液
体、DEL……発光ダイオード、Ｄ……絞り、Ｏ
……光学系、PDa，PDb……フオトダイオード、
Ｓ……支持傾斜面。
図は２個のフオトダイオードに集束される像の明
るさをこの像に対するフオトダイオードの変位量
との関係で示す特性図；第３図は一方のフオトダ
イオードにおける明るさと両フオトダイオードに
おける合計明るさの比を液体の屈折率との関係で
示す特性図である。 Ｃ……管状箱体、Ｐ……プリズム、Ｌ……液
体、DEL……発光ダイオード、Ｄ……絞り、Ｏ
……光学系、PDa，PDb……フオトダイオード、
Ｓ……支持傾斜面。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 １ 一部を液体中に浸漬したプリズムと、光源
と、この液体の屈折率に応じた光の屈折角度変
化を測定する手段と、該光源からの光路上に配
置した絞りと、該絞りの像を集束させるため絞
りを通過する光路上に配置した光学系とを含
み、この光学系から出た光束がプリズムの外気
との接触面から入射し、該液体中に浸漬してい
るプリズムの面から射出するように該プリズム
を配置した屈折計において、 該測定手段がレンズの集束面上にかつ液体の
所定屈折率に対応する屈折軸にほぼ沿つて接合
された２個のフオトダイオードから成り、該プ
リズム、光源、絞り、および光学系がこれら諸
要素の光軸と一致する長手軸を有する管状箱体
に収納され、該２個のフオトダイオードが該管
状箱体の一端における支持面に固定され、一方
のダイオードから得られる信号と該２個のフオ
トダイオードから得られる信号和との比にもと
づいて該液体の屈折率が求められるようになつ
ている、ことを特徴とする屈折計。 ２ 該管状箱体の一端が該長手軸に対して所定の
傾斜角を形成して該２個のフオトダイオードの
支持手段として作用する面を有する、実用新案
登録請求の範囲第１項記載の屈折計。 ３ 該プリズムを該管状箱体内に密封状態に調整
した、実用新案登録請求の範囲第１項記載の屈
折計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH4883/83-9 | 1983-09-07 | ||
| CH4883/83A CH654664A5 (fr) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | Refractometre. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6056259U JPS6056259U (ja) | 1985-04-19 |
| JPH0140035Y2 true JPH0140035Y2 (ja) | 1989-12-01 |
Family
ID=4284200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1984134029U Granted JPS6056259U (ja) | 1983-09-07 | 1984-09-05 | 屈折計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4641965A (ja) |
| JP (1) | JPS6056259U (ja) |
| CH (1) | CH654664A5 (ja) |
| DE (1) | DE3432838A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4749274A (en) * | 1986-01-24 | 1988-06-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Apparatus for detecting fuel mixture ratio |
| US4940333A (en) * | 1986-12-31 | 1990-07-10 | Anthony R. Torres | Method and apparatus for detecting universally and selectively concentration gradients, and for deflecting a light beam in a controlled fashion |
| US4784494A (en) * | 1986-12-31 | 1988-11-15 | Anthony R. Torres | Method and apparatus for detecting universal and selectively concentration gradients, and for deflecting a light beam in a controlled fashion |
| US5015091A (en) * | 1988-04-13 | 1991-05-14 | Mitsubishi Denki K.K. | Device for detecting alcoholic content |
| KR940002500B1 (ko) * | 1990-02-08 | 1994-03-25 | 미쯔비시덴끼 가부시끼가이샤 | 알콜 함유율 검지장치 |
| US5311274A (en) * | 1992-05-11 | 1994-05-10 | Cole Jr Charles F | Fiber optic refractometer |
| US5870185A (en) * | 1996-10-21 | 1999-02-09 | C.F.C. Technology, Inc. | Apparatus and method for fluid analysis |
| WO2000018521A1 (en) * | 1998-10-01 | 2000-04-06 | Minntech Corporation | Reverse flow cleaning and sterilizing device and method |
| US9733182B2 (en) * | 2013-04-04 | 2017-08-15 | Baker Hughes Incorporated | Apparatus and method for determining a fluid property downhole using a bulk reading refractometer |
| ES2887026B2 (es) * | 2020-06-18 | 2023-12-22 | Univ Cantabria | Refractometro y metodo de medida del indice de refraccion de una substancia |
| FI20215647A1 (en) * | 2020-07-31 | 2022-02-01 | Kaahre Jan | Optical multimeter |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1529518A (fr) * | 1964-07-31 | 1968-06-21 | Appareil permettant de déterminer l'indice de réfraction des liquides | |
| US3426211A (en) * | 1965-10-21 | 1969-02-04 | Honeywell Inc | Refractometers |
| US3674373A (en) * | 1970-02-02 | 1972-07-04 | Waters Associates Inc | Differential refractometer |
-
1983
- 1983-09-07 CH CH4883/83A patent/CH654664A5/fr not_active IP Right Cessation
-
1984
- 1984-09-04 DE DE19843432838 patent/DE3432838A1/de not_active Withdrawn
- 1984-09-05 JP JP1984134029U patent/JPS6056259U/ja active Granted
- 1984-09-07 US US06/648,795 patent/US4641965A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3432838A1 (de) | 1985-03-21 |
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