JPH0448524Y2

JPH0448524Y2 -

Info

Publication number: JPH0448524Y2
Application number: JP12872486U
Authority: JP
Priority date: 1986-08-23
Filing date: 1986-08-23
Publication date: 1992-11-16
Also published as: JPS6335952U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、液体に浸したプリズムの接触境界に
おける入射角の変化と臨角との関係を利用して液
体の屈折率を求める液体の屈折率測定装置に関す
るものである。

（従来の技術）従来から光学的に液体の屈折率を測定する装置
が数多く知られている。たとえば特公昭51−
40474号公報の装置では、第６図で示すように、
平行光線としてレーザ光１を用い、プリズム２と
測定資料３が接触する界面２ａの一点Ｏに入光す
るレーザ光１の入射角θを連続的に変換させ、こ
の変換によつて生ずる界面２ａからの反射光４を
受光器５で感知し、界面２ａにおける臨界角を検
出する。この場合の入射角θを変える装置として
はプリズム２の入射側に入射光投射部６を配設
し、入射光投射部６の中に回転プリズム７を組み
込んでいる回転プリズム７は断面方形状の楔形を
しており、入射光の光軸と同じ回転軸まわりに回
転するように入射光投射部内に組み込まれてい
る。従つてこの回転プリズム７に入射した光は、
屈折し点Ｏに達するが回転プリズム７により振ら
れ界面２ａの一点Ｏに照射するレーザ光の一点Ｏ
における入射角θが変化する。

また、特公昭56−21092号公報の装置では、第
７図で示すように、透明棒１１の自由端に測定面
１２および反射面１３を形成し、光源１４から発
する光束１５が測定面１２上において生ずる最大
および最小の全反射角θmax，θminの差に等しい
角度で発散するように調整されており、光源から
発する光が測定面に向かつて絞り１６により絞ら
れ、しかもその光束１５の軸１７と測定面１２と
が液体密度の平均値における全反射角θ_Tに等しい
角度を形成するように向けられ、測定面１２から
の光束１５が液体の密度に応じて全部又は一部が
反射面１３に向かつて反射され、受光部１８に受
光されるように一体化されている。

（考案が解決しようとする問題点）上記従来技術では、たとえば特公昭51−40474
号公報に記載された装置にあつては、光路の異な
る複数の単光線（レーザ光１）を界面上の一点に
集光することは、実用上きわめて困難であり、ま
た、特公昭56−21092号公報に記載された装置に
あつては、光源の光強度分布のバラツキ並びに測
定面１２と反射面１３を一つの透明棒の自由端に
形成するためには工作上の精密さと熟練を要する
こと等、それぞれに製作および使用において実用
上難しいという問題点があつた。

本考案の目的は、上記問題点に鑑み、プリズム
の測定液体との界面形状を円弧状に形成し、プリ
ズムに入射する光束を平行移動する光束移動装置
を配設して、製作を容易にするとともに、液体の
屈折率を容易に測定できるようにして上記問題点
を解決した液体の屈折率測定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）本考案は、上記問題点を解決するための手段と
して、液体の屈折率測定装置を構成するにあた
り、測定液体に対する接触界面を円弧状に形成し
たプリズムを光源と受光装置のそれぞれに前記接
触界面と反対側の面を向けて配設するとともに、
前記光源と前記プリズムとの間に前記プリズムへ
入射する光束を平行移動させる光束規制体を備え
た光束移動装置を配設したものである。

（作用）本考案は上記構成により、プリズムの接触界面
と反対側の面から入射する光束を、光束移動装置
により平行移動させ、前記界面上の入射角を変化
させるとき、入射角の変化に対応する反射光量の
検知が可能となり、前記入射角が臨界角を越えて
変るときに現われる反射光量の急変により、その
時点の前記光束の入射位置を検出しその入射位置
より一次の関係式にて容易に液体の屈折率を算出
して求めることができ、簡単な構造で精度良く広
範囲の測定が可能な液体の屈折率測定装置が実現
できるようになる。

（実施例）以下、本考案の実施例につき、第１図乃至第５
図に基づき説明する。

屈折率n₁の測定液体２１に屈折率n₂の透光性材
料からなるプリズム２２を浸漬する。プリズム２
２の測定液体２１に浸漬する側の端面を半径Ｒの
半円形状に形成して接触界面２３とする。ただ
し、接触界面２３は半円に制限されるものでなく
円弧の一部に形成してあれば良い。プリズム２２
の接触界面２３に対向する端面２４は平面状に形
成し、その平面状端面２４の両端部をそれぞれ光
束の入口面２５と出口面２６とする。プリズム２
２の入口面２５側から出口面２６側までの厚さは
一定に形成する。平面状端面２４を密着させ、プ
リズム２２を測定液体２１に浸漬する固定具２７
には、プリズム２２の入口面２５と出口面２６に
対応する位置にそれぞれ孔２８と孔２９を穿設す
る。

プリズム２２の入口面２５に垂直な方向の上方
には、光源３０と光源３０から発する光線を均質
な平行光線に変向させるコリメータ３１とからな
る光源部３２を平板状に形成した光束規制体３３
の上に一体に配設し、光束規制体３３のコリメー
タ３１を配設した位置の中央部にプリズム２２の
厚さ方向に長い細幅のスリツト３４を穿設し、ス
リツト３４と略平行に設けた螺合部材３５をプリ
ズム２２の外方に位置する端部に突出させ、螺合
部材３５に先端部にねじ部３６ａを形成した軸３
６を螺合し、軸３６のねじ部形成側の反対側の端
部をモーター等の駆動装置３７と連結した光束移
動装置３８を配設する。この光束規制体３３およ
び駆動装置３７はこれに限定することはなく、た
とえば第４図で示すように、光束規制体として回
動自在に軸支したプリズム３８とプリズム３８の
端面側に配設した軸３９と軸３９を回転させるモ
ーター等の駆動装置４０とからなる光束移動装置
でも良い。このように光束規制体３３と光束移動
装置３８とは光束を平行移動させ得るように構成
した同様の機能を有する限りにおいては、各種の
装置が考慮されて良い。

プリズム２２の出口面２６に垂直な方向の上方
には、受光面にフオトセル等を用いた光電変換型
の受光装置４１を受光面を出口面２６側に向けて
配設する。この受光装置４１によつて出口面２６
から受光面に照射された光量に応じた起電力が得
られる。

このように構成した本実施例を用いると、光束
規制体３３でコリメータ３１の平行光線をスリツ
ト３４を通して所定の大きさの光束４５に規制
し、第１図または第５図の右側から左側へ平行移
動させるとするとき、接触界面２３における入射
角βはβ₁，β₂，β₃……と変化する。この入射角β
の変化に伴い受光装置４１に達する反射光束４６
の光量も変化する。即ち、測定液体２１の屈折率
n₁とプリズム２２の屈折率n₂とがn₁＜n₂であると
すると、両屈折率n₁，n₂から接触界面２３におけ
る全反射の臨界角αは α＝sin^-1n₁／n₂ ……(1) で求められ、点Ｐにおける入射角β₂が臨界角αに
等しくなつているとすれば、光束４５がプリズム
２２に入射して接触界面２３における照射位置が
点Ｐを越えたとき、反射光束４６の光量が急激に
減衰する。従つて受光装置４１で光電変換された
電力が臨界角αの位置を境にして急激に減少し、
その変化の度合をチヤート上等に記録することに
よつて容易に知ることができる。そして、第５図
で示すように、光束規制体３３のスリツト３４の
位置を光束４５が始点Ｑから点Ｐまで移動するた
めに必要な距離ｌだけ平行移動させ入射角β₂が臨
界角αに等しくなつたとすると、前記全反射の臨
界角の式(1)より sinβ₂＝n₁／n₂ ……(2) であり、プリズム２２の半径Ｒと距離ｌとから、 sinβ₂＝Ｒ−ｌ／Ｒ ……(3) 第２式および第３式から測定液体２１の屈折率n₁
は、 n₁＝n₂（Ｒ−ｌ）／Ｒ ……(4) となり、ここで（Ｒ−ｌ）をｘ，n₂／Ｒをｋとお
くと、第４式は n₁＝ｋ・ｘ ……(5) となつて、測定液体２１の屈折率n₁が光束４５の
移動距離ｌに関する一次関係となる。これによ
り、光束４５の移動距離ｌまたはｘ＝（Ｒ−ｌ）
を知ることで、容易に測定液体２１の屈折率n₁を
求めることができ、上記関係式(5)が一次式である
ことから測定を可能にする。従つて予め測定液体
について屈折率と濃度等の関係を求めておくこと
により、目的とする特性値を容易に求めることが
できるようになる。

上記実施例では、従来知られている装置、たと
えば特公昭51−40474号の公報の装置に代表され
るような水平面を界面とするプリズムによる場合
に起る測定範囲の制限がない。即ち装置装置のよ
うに水平界面の場合には、式(1)から知られるよう
に、臨界角αが徐々に大きくなるにつれてあらわ
れる臨界角αの変化率に対する被測定液体の屈折
率n₁の変化率が小さくなつて行くので、測定に使
用できる入射角βの範囲は測定値の精度が下るこ
とから自ずと制約されることになるが、上記実施
例の場合では、測定にあたつてはプリズム界面の
入射する平行光束の移動距離ｌと被測定液体ｌの
屈折率n₁は単純な一次の関係となるから、測定に
あたり従来装置のような制約を受けることなく、
広い範囲の屈折率（実用上はプリズムの屈折率ま
で）にわたり、高い精度を以つて測定できる利点
を有する。

上記実施例は本考案の主旨をより良く理解させ
るために具体的に述べたものであり、特に指定さ
れない限り別態様を制御するものではない。たと
えば、平板上に形成した光束規制対３３あるいは
プリズム３８等の駆動装置による作動はモーター
等の電気機械式作動の他、純機械的作動または手
動的作動等いずれにしても良く、また、受光装置
の起電力等の出力側と駆動装置を電気的に結合
し、出力側が急変したときに光束規制体の位置を
読み取るようにしても良い。また、光束規制体３
３のスリツト３４を図のような長方形に代えて、
渦巻形としても良く、この場合の駆動装置は渦巻
スリツトに旋回を与える駆動装置とすれば良い。

（考案の効果）以上のように本考案は、接触界面を円弧状に形
成したプリズムに入射する光束を光束移動装置に
より平行移動させることができるようにしたこと
により、入射した光束が移動して円弧状の接触界
面で反射する位置を変化させて接触界面における
入射角を変化させることができ、臨界角点におけ
る反射光の急変より平行光の入射位置を検出し、
その位置より液体の屈折率を求めることができ
る。また、プリズムの接触界面を円弧状に形成し
たことによりプリズムの製作が容易で、固定した
円弧状の接触界面を持つプリズムに光束移動装置
により平行移動させた光束を入射させることによ
つて、入射光の平行移動距離と被測定液体の屈折
率との一次の関係により、容易に高精度で広範囲
にわたり液体の屈折率を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による液体の屈折率測定装置を
示す側面説明図、第２図は本考案による液体の屈
折率測定装置を示す平面説明図、第３図は第１図
の−線に沿う断面図、第４図は本考案による
光束移動装置の別態様を示す斜視図、第５図は本
考案による装置における測定の説明図、第６図は
従来の液体の屈折率測定装置を示す側面説明図、
第７図は従来の液体の屈折率測定装置の別態様を
示す側面説明図。２１……測定液体、２２……プリズム、２３…
…接触界面、２４……端面、２５……入口面、２
６……出口面、２７……固定具、２８，２９……
孔、３０……光源、３１……コリメータ、３２…
…光源部、３３……光束規制体、３４……スリツ
ト、３７……駆動装置、３８……光束移動装置、
４１……受光装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

測定液体に対する接触界面を円弧状に形成した
プリズムを光源と受光装置のそれぞれに前記接触
界面と反対側の面を向けて配設し、前記光源と前
記プリズムとの間に前記プリズムへ入射する光束
を平行移動させる光束規制体を備えた光束移動装
置を配設したことを特徴とする液体の屈折率測定
装置。