(57)【要約】【課題】示差屈折計での測定は、結像位置をより遠方に配置した方が結像位置のずれが大きくなるため測定精度は向上する。結像位置を遠方にすると結像される光量が低下してしまうので結像位置がずれる境界を認識することが困難であり、計測可能な屈折率の変化分は１／１０００程度が限界である点が課題であった。  【解決手段】本発明の屈折計は、入射される計測光を入射光軸に対して任意の屈折角で屈折させて出射する第１のレンズ及び第２のレンズを備え、第１のレンズ及び第２のレンズそれぞれがアキシコンレンズであることを特徴とする。  本発明の屈折計によれば、アキシコンレンズは入射光のビーム径を半分に集光してベッセルビームとして出射するので、結像位置を遠方としても光量の減衰が抑制され、結像の明暗境界線が明瞭に認識できるので高精度な屈折率の計測ができる。【選択図】        図１
2020051831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光からなる計測光を生成して出射する計測光出射部と、
被測定試料が収容される計測セル部と、
前記計測セル部に入射された前記計測光が当該計測セル部を透過した透過計測光を受光する受光手段と前記計測光の前記計測セル部への入射光軸に対する受光位置を計測する計測手段と当該計測手段が計測した前記受光位置から前記被測定試料の屈折率を算出する算出手段とで構成される受光部と、を備え、
前記計測セル部は、
前記計測セル部に入射された前記計測光が入射され、入射された前記計測光の入射光軸に対して任意の屈折角で前記計測光を屈折させて第１の出射光として出射する第１のレンズと、
前記第１の出射光が入射され、入射された前記第１の出射光の入射光軸に対して任意の屈折角で前記第１の出射光を屈折させて第２の出射光として出射する第２のレンズと、をさらに備える
ことを特徴とする屈折計。
【請求項２】
請求項１に記載の屈折計であって、
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズはそれぞれアキシコンレンズであり、
当該アキシコンレンズの底面側が光の入射部、当該アキシコンレンズの直円錐側が光の出射部である
ことを特徴とする屈折計。
【請求項３】
請求項１に記載の屈折計であって、
前記第１のレンズはアキシコンレンズであり、
当該アキシコンレンズの底面側が光の入射部、当該アキシコンレンズの直円錐側が光の出射部であり、
前記第２のレンズは凹凹レンズである
ことを特徴とする屈折計。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載の屈折計であって、
前記第１のレンズから出射される前記第１の出射光が所定の位置及び所定の角度で前記第２のレンズに入射されるように、当該第２のレンズの位置及び角度を調整するレンズ駆動部をさらに備える
ことを特徴とする屈折計。
【請求項５】
請求項４に記載の屈折計であって、
前記レンズ駆動部は、
レンズ保持手段と回転手段とで構成され、
前記レンズ保持手段は、
一端が前記回転手段に固定されて片持ち梁状に設置され、他端に前記第２のレンズが固定されるレンズ固定構造を備え、
前記レンズ固定構造は、前記第１のレンズから出射される第１の出射光を前記第２のレンズに入射させる透過構造を有し、
前記回転手段は、
前記第１の出射光が前記第２のレンズに入射されるように当該第２のレンズを可動させる
ことを特徴とする屈折計。
【請求項６】
請求項５に記載の屈折計であって、
前記回転手段は、
当該回転手段の回転軸と前記第１のレンズの出射部の先端とが同一直線上となるように設置される
ことを特徴とする屈折計。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載の屈折計であって、
前記試料収容手段は、前記被測定試料の温度及び濃度が均一となるように、当該被測定試料を攪拌する試料攪拌部をさらに備える
ことを特徴とする屈折計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の屈折率を測定する屈折計に関し、特に高精度に屈折率を測定する屈折計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料の屈折率は、重要な物理定数の一つであり、屈折率を測定することで試料の濃度や混合比などを定量評価することができる。屈折率の測定法として、示差屈折計での測定が挙げられる。示差屈折計での測定は、スネルの法則に従って屈折率の違いを出射角の差として取り出し、結像面での距離の差として測定するものである。
【０００３】
このような測定法における屈折率測定の精度向上策として、試料部に平行光を入射して屈折させ、屈折率差による出射角度の違いを出射側の結像位置のずれとして測定する方法（例えば、非特許文献１参照）が挙げられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
橋谷茂雄，“半導体位置検出素子を検出部に用いた示差屈折計の高性能化への検討と装置の改良”，  福井大学工学部技術部：技術報告集第４巻（１９８８年度）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１にも記載されているとおり、結像位置をより遠方に配置した方が結像位置のずれが大きくなるため測定精度は向上する。その反面、結像位置を遠方にする分、結像される光量が低下してしまうので結像位置がずれる境界を認識することが困難となる。よってこの測定法では、屈折率の変化分として１／１０００程度が限界となる点が課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の屈折計は、平行光からなる計測光を生成して出射する計測光出射部と、被測定試料が収容される計測セル部と、計測セル部に入射された計測光が計測セル部を透過した透過計測光を受光する受光手段と計測セル部への計測光の入射光軸に対する受光位置を計測する計測手段と計測手段が計測した受光位置から被測定試料の屈折率を算出する算出手段とで構成される受光部と、を備える。計測セル部は、計測セル部に入射された計測光が入射され、入射された計測光の入射光軸に対して任意の屈折角で計測光を屈折させて第１の出射光として出射する第１のレンズと、第１の出射光が入射され、入射された第１の出射光の入射光軸に対して任意の屈折角で第１の出射光を屈折させて第２の出射光として出射する第２のレンズと、をさらに備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の屈折計における第１のレンズ及び第２のレンズはそれぞれアキシコンレンズであり、アキシコンレンズの底面側が光の入射部、アキシコンレンズの直円錐側が光の出射部であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の実施形態である屈折計では、第１のレンズはアキシコンレンズであり、アキシコンレンズの底面側が光の入射部、アキシコンレンズの直円錐側が光の出射部であり、第２のレンズは凹凹レンズであることを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明の屈折計は、第１のレンズから出射される第１の出射光が所定の位置及び所定の角度で第２のレンズに入射されるように、第２のレンズの位置及び角度を調整するレンズ駆動部をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の屈折計に使用するアキシコンレンズでは、出射光のビーム径が入射光のビーム径の半分に集光されたベッセルビームとして出射される。これにより、結像位置を遠方としても光量の減衰を抑えることが可能となる。よって、結像の明暗境界線が明瞭に認識できるので高精度な屈折率の計測ができる。
【００１１】
また、本発明の屈折計によれば、アキシコンレンズを複数個配置することで、上記の通り結像位置を遠方としても光量の減衰を抑えることが可能であり、屈折率の差による出射角度の差をより大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態における屈折計１００の装置構成の概要図。
【図２】本発明の第１の実施形態における屈折計１００のレンズ駆動部１２０１の構成概要図。
【図３】図２中に示したＡから見た側面図。
【図４】本発明の第１の実施形態における屈折計１００の試料攪拌部１２０５の構成概要図。
【図５】本発明の第１の実施形態における屈折計１００の試料攪拌部１２０５の変形例。
【図６】本発明の第１の実施形態における屈折計１００の第２のレンズ１２７の先端から受光手段１３１までの光路説明図。
【図７】本発明の第１の実施形態における屈折計１００の計測セル部１２０を透過した透過計測光の受光部１３０での観測イメージ。
【図８】第１のレンズ１２６の先端から受光手段１３１までの距離と測定基準である水の場合と被測定試料１２５をグルコース水溶液とした場合のズレ量の差の計算結果。
【図９】ズレ量の差から見積もられるグルコース水溶液の屈折率算出精度の計算結果。
【図１０】本発明の第２の実施形態における屈折計２００の装置構成の概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、各図において、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係については、本発明を十分に理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎない。また、各構成要素の数値的条件などは、単なる好適例に過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではなく、本発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。また、各構成要素については、以下説明する機能を実現する任意好適な公知の素子等を用いることができる。さらに、各図において共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態である屈折計１００について説明する。図１は、屈折計１００の装置構成の概要図である。
【００１５】
屈折計１００は、計測光出射部１１０、計測セル部１２０、受光部１３０がこの順に配置されて構成される。屈折計１００は、レンズ駆動部１２０１及び試料攪拌部１２０５をさらに備える。
【００１６】
計測光出射部１１０は、光源１１１とコリメータ１１２とで構成される。計測光出射部１１０は、光源１１１で生成した光をコリメータ１１２で平行光にして出射する。コリメータ１１２から出射される平行光が計測光である。なお、本明細書における平行光とは、光軸と平行に伝搬する光であり、そのビーム径（幅）が拡がらない光を指す。光源１１１は発光ダイオード（ＬＥＤ）の他、レーザダイオード（ＬＤ）などが適用できる。
【００１７】
計測セル部１２０は、第１の計測光透過手段１２１、試料収容手段１２２及び第２の計測光透過手段１２３を備えて構成される。第１の計測光透過手段１２１は、計測光出射部１１０から出射された計測光を透過して試料収容手段１２２に入射する。試料収容手段１２２は、被測定試料１２５が収容されるセル容器１２４と、第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７とで構成される。第２の計測光透過手段１２３は、第１の計測光透過手段１２１から試料収容手段１２２に入射されて試料収容手段１２２を透過した透過計測光を透過して出射する。第１の計測光透過手段１２１及び第２の計測光透過手段１２３は、それぞれセル容器１２４の一部を兼ねて形成されても良い。第１の計測光透過手段１２１および第２の計測光透過手段１２３の材質並びに形状は特に限定するものではないが、計測光出射部１１０から出射された計測光に対する透過率が高い材質で形成され、第１の計測光透過手段１２１や第２の計測光透過手段１２３を計測光が透過する際に、不要な散乱や屈折を生じさせないように、第１の計測光透過手段１２１や第２の計測光透過手段１２３における計測光の入射面及び出射面それぞれを平滑、且つ、入射面と出射面とを平行とすることが望ましい。 
【００１８】
第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７は、それぞれアキシコンレンズである。アキシコンレンズは直円錐形状、又は、直円錐の底面に円柱を有する形状である。本実施形態では、図１中に示すように直円錐の底面に円柱を有する平凸型の形状を採用し、第１のレンズ１２６と第２のレンズ１２７は同一形状としている。第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７は共に、底面側が光の入射部、直円錐側が光の出射部である。第１のレンズ１２６は、第１の計測光透過手段１２１を兼ねて形成されるセル容器１２４の内壁面に接して、又は、セル容器１２４の内壁面から離間して配置される。第２のレンズ１２７は、レンズ駆動部１２０１を介して、第１のレンズ１２６と所定の距離離して配置される。
【００１９】
受光部１３０は、第２の計測光透過手段１２３から出射された透過計測光を受光する受光手段１３１と、受光手段１３１での受光量ならびに受光位置を計測する計測手段１３２と、計測手段１３２が計測した透過計測光の受光位置から被測定試料１２５の屈折率を算出する算出手段１３３とで構成される。
【００２０】
受光手段１３１は、電荷結合素子（ＣＣＤ）の他、フォトダイオード（ＰＤ）が適用できる。受光手段１３１は、第１のレンズ１２６の出射部の先端から所定の距離に設定される受光面全てに配置する必要はなく、第２の計測光透過手段１２３を透過した透過計測光を受光できる範囲に配置されていれば良い。或いは、第２の計測光透過手段１２３を透過した透過計測光を受光できる位置を認識して可動させる手段を受光手段１３１に備えることもできる。
【００２１】
計測手段１３２は、受光手段１３１での受光量と、計測光出射部１１０から計測セル部１２０に入射された計測光の光軸である基準軸に対する受光手段１３１での受光位置（ズレ量ｄ）を計測する。計測手段１３２は、受光手段１３１で受光した計測光の受光量データから、受光量が最大となるように第２のレンズ１２７を可動させるレンズ駆動部１２０１の制御データを生成し、レンズ駆動部１２０１に送出する。
【００２２】
算出手段１３３は、試料収容手段１２２のセル容器１２４に、被測定試料１２５ではなく測定基準となる水を収容して予め計測した受光手段１３１での受光位置の計測データを基準データ１３４として保持する。算出手段１３３は、試料収容手段１２２のセル容器１２４に被測定試料１２５を収容して計測した受光手段１３１での受光位置の計測データと、基準データ１３４との差から被測定試料１２５の屈折率を算出する。さらに、例えばグルコース水溶液のように屈折率と濃度の関係に関するデータを別途参照することで、算出した屈折率の値から被測定試料１２５の濃度を算出することも可能である。
【００２３】
計測光出射部１１０から計測セル部１２０に入射された計測光は、第１の計測光透過手段１２１を透過して第１のレンズ１２６の入射部（底面）の中央に垂直に入射される。第１のレンズ１２６から出射される第１の出射光が第２のレンズ１２７の入射部（底面）の中央に垂直に入射され、第２のレンズ１２７から出射される第２の出射光が第２の計測光透過手段１２３を透過し、透過計測光として計測セル部１２０から出射される。第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７が上記の通りアキシコンレンズであるため、第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７の入射部である底面の中央に垂直に入射された光は、出射部である直円錐の斜面で直円錐の頂点側に屈折して円環状に出射される。さらに、出射光のビーム径は、入射光のビーム径に対して１／２に集光され、レンズからの照射距離に関わらず強度分布が変わらないベッセルビームとして出射される。
【００２４】
なお、第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７であるアキシコンレンズは、本実施形態と同様に底面の中央に光を入射すると、アキシコンレンズから出射される出射光は円環状になる。前記した出射光のビーム径とは、出射光の円環の径ではなく、出射光の幅、即ち円環を形成する光（明部）の幅のことを指すものである。
【００２５】
図２及び図３を参照してレンズ駆動部１２０１について説明する。図２はレンズ駆動部１２０１の構成概要図、図３は図２中に示したＡから見たＢ−Ｂ線における断面図である。レンズ駆動部１２０１は、回転手段１２０２及びレンズ保持手段１２０３で構成される。
【００２６】
レンズ駆動部１２０１は、第１のレンズ１２６から出射される第１の出射光が第２のレンズ１２７の入射部である底面の中央に垂直に入射されるように、第１のレンズ１２６から出射される第１の出射光の出射角度に合わせて、第２のレンズ１２７の位置及び角度を調整する。レンズ駆動部１２０１による第２のレンズ１２７の調整は、第１のレンズ１２６から出射される第１の出射光が上記の通り円環状であるので、計測光出射部１１０から計測セル部１２０に入射された計測光の光軸を含む平面と、計測光の光軸に直交する平面との交差直線上で調整されればよい。
【００２７】
回転手段１２０２は例えばモータで構成され、回転手段１２０２の回転軸と第１のレンズ１２６の出射部の先端（直円錐の先端）とが同一直線上となるように設置される。回転手段１２０２は、受光部１３０の計測手段１３２から送出された制御データによって、受光手段１３１の受光量が最大となるように第２のレンズ１２７を可動させる。
【００２８】
レンズ保持手段１２０３は、一端が回転手段１２０２に固定されて片持ち梁状に設置される。レンズ保持手段１２０３の他端には第２のレンズ１２７が固定されるレンズ固定構造を備える。第１のレンズ１２６からの出射光の第２のレンズ１２７への入射を妨げない限り、レンズ保持手段１２０３の材質やレンズ保持手段１２０３による第２のレンズ１２７の固定構造等は限定されない。例えば、レンズ保持手段１２０３を、金属などの計測光を透過しない材質で構成し、レンズ保持手段１２０３が他端に備える第２のレンズ１２７のレンズ固定構造として、第２のレンズ１２７の入射部である底面側がはめ込まれる凹部が形成される。さらに、形成された凹部底面の中央、即ち、第２のレンズ１２７の入射部（底面）の中央に相当する位置に、第１のレンズ１２６から出射される第１の出射光を入射させるための透過構造として貫通孔１２０４が形成される。レンズ保持手段１２０３をこのような構成とし、貫通孔１２０４を備えることで、第１のレンズ１２６から円環状に出射される第１の出射光から、貫通孔１２０４を通過する光のみを第２のレンズ１２７に入射させることができる。
【００２９】
図４及び図５を参照して試料攪拌部１２０５について説明する。図４は試料攪拌部１２０５の構成概要図、図５は試料攪拌部１２０５の変形例である。
【００３０】
試料攪拌部１２０５は、試料収容手段１２２での計測光の光路における被測定試料１２５の温度や濃度が均一となるように、常時或いは周期的に被測定試料１２５を攪拌する。試料攪拌部１２０５は、図４に示すように、試料収容手段１２２に攪拌子１２０６をさらに備えて、攪拌子１２０６によって被測定試料１２５を直接攪拌する構成が適用できる。攪拌子１２０６の個数や配置は特に限定されない。或いは、図５に示すように、試料攪拌部１２０５として、試料収容手段１２２に還流ポンプ１２０７をさらに備え、セル容器１２４に設けた吸入口から被測定試料１２５を吸入し、セル容器１２４に設けた吐出口から吐出することによって被測定試料１２５を還流する構成を適用することもできる。
【００３１】
（第１の実施形態の計算例）
図１及び図６を参照して、光の入射及び出射にかかる計算例を示す。図６は第２のレンズ１２７の先端から受光手段１３１までの光路を示したものである。ここで、第１のレンズ１２６の先端から第２のレンズ１２７の光入射点までの距離をＬ１、第２のレンズ１２７の厚さ（底面の中央から直円錐の先端までの距離）をｔｃ、第２のレンズ１２７の先端から第２の計測光透過手段１２３を兼ねるセル容器１２４の第２のレンズ１２７側の壁までの最短距離をＬ２、セル容器１２４の厚さをｔｇｌ、セル容器１２４の受光部１３０側の壁から受光手段１３１までの距離をＬ３とする。第２のレンズ１２７への入射光の光軸に対する、第２のレンズ１２７から出射される第２の出射光の屈折角をθとする。ここで、上記の通り第２のレンズ１２７と第１のレンズ１２６は同一形状であるので、第１のレンズ１２６への入射光の光軸に対する第１のレンズ１２６から出射される第１の出射光の屈折角もθである。
【００３２】
第１のレンズ１２６の先端から受光手段１３１までの距離Ｌｔｏｔａｌは、式１にて求められる。また、計測セル部１２０に入射された計測光の光軸を含む平面と、計測光の光軸に直交する平面との交差直線上における一方へのズレ量ｄは、第２のレンズ１２７から出射される第２の出射光のセル容器１２４への入射角をψｉ、セル容器１２４内での屈折角をψｐ、セル容器１２４からの出射光の屈折角をψｏとすると、式２にて求められる。
【００３３】
【数１】
2020051831.tif 000003
【００３４】
【数２】
2020051831.tif 000004
【００３５】
図７を参照して、受光部１３０における、計測セル部１２０からの出射光の観測イメージを説明する。なお、図７左は被測定試料１２５を測定基準である水とした場合、図７右は被測定試料１２５を例えばグルコース水溶液とした場合である。図７左に示した被測定試料１２５を水とした場合の受光手段１３１での受光位置は、計測手段１３２で予め計測され、その計測データが基準データ１３４として計測手段１３２に保持される。
【００３６】
図７左に示した被測定試料１２５を測定基準である水とした場合に計測されるズレ量ｄ１は、第１のレンズ１２６又は第２のレンズ１２７のアルファ角をα（直円錐の底面角度、図６参照）、第１のレンズ１２６又は第２のレンズ１２７の屈折率をｎｇ、水の屈折率をｎｗとして、式３にて求められる。
【００３７】
被測定試料１２５を図７右に示したグルコース水溶液の場合のように被測定対象とした場合に計測されるズレ量ｄ２は、被測定試料１２５の屈折率をｎｓとして、式４にて求められる。
【００３８】
【数３】
2020051831.tif 000005
【００３９】
【数４】
2020051831.tif 000006
【００４０】
アキシコンレンズである第２のレンズ１２７の出射光は円環状となり、受光手段１３１と交差する。例えば、第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７を、屈折率が１．６９８９５であるガラス材料（Ｎ−ＳＦ１５）とすると、被測定試料１２５の測定基準である水の屈折率（＝１．３３３）は、グルコース水溶液の屈折率（≒１．３３４）よりも小さいため、第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７との屈折率差が大きく、受光部１３０での観測イメージにおけるズレ量２ｄ１は、グルコース水溶液によるズレ量２ｄ２よりも大きくなる。
【００４１】
（第１の実施形態の効果）
第１のレンズ１２６の先端から受光手段１３１までの距離Ｌｔｏｔａｌと、測定基準である水の場合と被測定試料１２５をグルコース水溶液とした場合のズレ量の差２（ｄ１−ｄ２）との関係の計算結果を図８に示す。図８に示した計算結果から、第１のレンズ１２６の先端から受光手段１３１までの距離を７００ｍｍとすると、ズレ量の差２（ｄ１−ｄ２）が０．５ｍｍとなることが分かる。
【００４２】
被測定試料１２５が本計算例で用いたグルコース水溶液のように測定対象の水溶液である場合、測定試料の濃度が低くなると被測定試料１２５の屈折率は媒体である水の屈折率に近くなる。この場合、測定基準である水の場合に受光部１３０で計測されるズレ量２ｄ１と、グルコース水溶液の場合に受光部１３０で計測されるズレ量２ｄ２との差も小さくなる。
【００４３】
被測定試料１２５を水とした場合とグルコース水溶液とした場合のズレ量の差２（ｄ１−ｄ２）と、グルコース水溶液の屈折率の算出精度（小数点以下何桁まで算出可能か）との関係を見積もると図９に示すようになる。図８に示した結果から見積もられた、第１のレンズ１２６の先端から受光手段１３１までの距離を７００ｍｍとした場合のズレ量の差２（ｄ１−ｄ２）＝０．５ｍｍでは、概ね１／１００００の精度で屈折率を算出することができ、従来よりも１０倍高精度な屈折率の計測が可能となる。
【００４４】
本実施形態における第１のレンズ１２６及び第２のレンズ１２７は、上記の通りアキシコンレンズであり、それぞれのレンズからの照射距離に関わらず強度分布が変わらないベッセルビームとして出射されるので、結像位置を遠方（第１のレンズ１２６の先端から受光手段１３１までの距離を長く）としても光量の減衰が抑制され、結像の明暗境界線が明瞭に認識できるので高精度な屈折率の計測ができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図１０を参照して、本発明の第２の実施形態である屈折計２００について説明する。図１０は、屈折計２００の装置構成の概要図である。
【００４６】
屈折計２００の主たる構成は、屈折計１００と同様であり、計測光出射部２１０、計測セル部２２０、受光部２３０がこの順に配置されて構成される。屈折計２００は、屈折計１００と同様に、レンズ駆動部２２０１及び試料攪拌部２２０５をさらに備える。
【００４７】
計測光出射部２１０は、計測光出射部１１０と同一構成であり、光源２１１及びコリメータ２１２で構成される。計測光出射部２１０は、光源２１１で生成した光をコリメータ２１２で平行光にして出射する。コリメータ２１２から出射された平行光が計測光である。光源２１１は発光ダイオード（ＬＥＤ）の他、レーザダイオード（ＬＤ）が適用できる。
【００４８】
計測セル部２２０は、計測セル部１２０と同様の構成であり、第１の計測光透過手段２２１と試料収容手段２２２と第２の計測光透過手段２２３とを備えて構成される。第１の計測光透過手段２２１は、計測光出射部２１０から出射された計測光を透過して試料収容手段２２２に入射する。試料収容手段２２２は、被測定溶液２２５が収容されるセル容器２２４と、第１のレンズ２２６及び第２のレンズ２２７とで構成される。第２の計測光透過手段２２３は、第１の計測光透過手段２２１から試料収容手段２２２に入射されて試料収容手段２２２を透過した透過計測光を透過して出射する。第１の計測光透過手段２２１及び第２の計測光透過手段２２３は、それぞれセル容器２２４の一部を兼ねて形成されても良い。第１の実施形態と同様に、第１の計測光透過手段２２１及び第２の計測光透過手段２２３の材質並びに形状は特に限定するものではないが、計測光出射部２１０で生成された計測光に対する透過率が高い材質で形成され、計測光が第１の計測光透過手段２２１や第２の計測光透過手段２２３を透過する際に不要な散乱や屈折を生じさせないように、第１の計測光透過手段２２１や第２の計測光透過手段２２３における計測光の入射面及び出射面それぞれを平滑、且つ、入射面と出射面とを平行とすることが望ましい。
【００４９】
本実施形態における第１のレンズ２２６は、第１の実施形態における第１のレンズ１２６と同様に直円錐の底面に円筒体を有する形状の平凸型のアキシコンレンズである。本実施形態における第２のレンズ２２７は、第１の実施形態における第２のレンズ１２７とは異なり凹凹レンズである。凹凹レンズは、入射部及び出射部がともにレンズの光軸方向（厚さ方向）でのレンズ中央に向かって凹形状である。第１のレンズ２２６は、第１の計測光透過手段２２１を兼ねて形成されるセル容器２２４の内壁面に接して、又は内壁面から離間して配置される。第２のレンズ２２７は、レンズ駆動部２２０１を介して、第１のレンズ２２６と所定の距離離して配置される。
【００５０】
受光部２３０は、第２の計測光透過手段２２３から出射された透過計測光を受光する受光手段２３１と、受光手段２３１での受光量ならびに受光位置を計測する計測手段２３２と、計測手段２３２が計測した透過計測光の受光位置から被測定溶液２２５の屈折率を算出する算出手段２３３とで構成される。
【００５１】
受光手段２３１は、電荷結合素子（ＣＣＤ）の他、フォトダイオード（ＰＤ）が適用できる。受光手段２３１は、第１のレンズ２２６の出射部の先端から所定の距離に設定される受光面全てに配置する必要はなく、第２の計測光透過手段２２３を透過した透過計測光を受光できる範囲に配置されていれば良い。或いは、第２の計測光透過手段２２３を透過した透過計測光を受光できる位置を認識して可動させる手段を受光手段２３１に備えることもできる。
【００５２】
計測手段２３２は、受光手段２３１での受光量と、計測光出射部２１０から計測セル部２２０に入射された計測光の光軸である基準軸に対する受光手段２３１での受光位置（ズレ量ｄ）を計測する。計測手段２３２は、受光手段２３１で受光した計測光の受光量データから、受光量が最大となるように第２のレンズ２２７を可動させるレンズ駆動部２２０１の制御データを生成し、レンズ駆動部２２０１に送出する。
【００５３】
算出手段２３３は、試料収容手段２２２のセル容器２２４に、被測定試料２２５ではなく測定基準となる水を収容して予め計測した受光手段２３１での受光位置の計測データを基準データ２３４として保持する。算出手段２３３は、試料収容手段２２２のセル容器２２４に被測定溶液２２５を収容して計測した受光手段２３１での受光位置の計測データと、基準データ２３４との差から被測定試料２２５の屈折率を算出する。さらに、例えばグルコース水溶液のように屈折率と濃度の関係に関するデータを別途参照することで、算出した屈折率の値から被測定溶液２２５の濃度を算出することも可能である。
【００５４】
計測光出射部２１０から計測セル部２２０に入射された計測光は、第１の計測光透過手段２２１を透過して第１のレンズ２２６の入射部（底面）の中央に垂直に入射される。第１のレンズ２２６から出射される第１の出射光が第２のレンズ２２７の入射部である凹面に入射され、第２のレンズ２２７から出射される第２の出射光が第２の計測光透過手段２２３を透過し、透過計測光として計測セル部２２０から出射される。第１のレンズ２２６が上記の通りアキシコンレンズであるため、第１のレンズ２２６の入射部である底面の中央に垂直に入射された光は、出射部である直円錐の斜面で直円錐の頂点側に屈折して円環状に出射される。さらに、出射光のビーム径は入射光のビーム径に対して１／２に集光され、レンズからの照射距離に関わらず強度分布が変わらないベッセルビームとして出射される。凹凹レンズである第２のレンズ２２７は、入射光を光の入射側の焦点位置から発散する方向に出射角度βで出射する。
【００５５】
なお、第１の実施形態での説明と同様に、前記した出射光のビーム径とは、第１のレンズ２２６から円環状に出射される第１の出射光の円環の径ではなく、出射光の幅、即ち円環を形成する光（明部）の幅のことを指す。
【００５６】
レンズ駆動部２２０１は、図２及び図３に示した第１の実施形態におけるレンズ駆動部１２０１と同様に、回転手段２２０２とレンズ保持手段２２０３とを備えて構成される。回転手段２２０２にレンズ保持手段２２０３の一端が固定されて片持ち梁状に設置され、レンズ保持手段２２０３の他端に第２のレンズ２２７が固定されるレンズ固定構造を備える点も第１の実施形態と同様である。
【００５７】
レンズ駆動部２２０１は、第１のレンズ２２６から出射される第１の出射光が第２のレンズ２２７の入射側凹面に入射されるように、第１のレンズ２２６から出射される第１の出射光の出射角度に合わせて、第２のレンズ２２７の位置及び角度を調整する。第１の実施形態である屈折計１００では、第１のレンズ１２６から出射される第１の出射光が第２のレンズ１２７の入射部である底面の中央に垂直に入射されるように、レンズ駆動部１２０１によって第２のレンズ１２７の位置及び角度が調整されたが、本実施形態におけるレンズ駆動部２２０１は、第１のレンズ２２６から出射される第１の出射光が、第２のレンズ２２７の入射側の焦点と第２のレンズ２２７の径方向の中心点を同時に通過しないように、第２のレンズ２２７の位置及び角度を調整する。
【００５８】
回転手段２２０２は、第１の実施形態における回転手段１２０２と同様であるため、本実施形態における詳細な説明は割愛する。
【００５９】
レンズ保持手段２２０３は、一端が回転手段２２０２に固定されて片持ち梁状に設置される点及びレンズ保持手段２２０３の他端に第２のレンズ２２７が固定されるレンズ固定構造を備える点は、第１の実施形態におけるレンズ保持手段１２０３と同様である。レンズ保持手段２２０３の他端に備えるレンズ固定構造についても、第１の実施形態におけるレンズ固定構造と同様であるが、第１のレンズ２２６から出射される第１の出射光を第２のレンズ２２７に入射させるための透過構造として形成される貫通孔２２０４は、第１の実施形態における貫通孔１２０４とは異なり、第２のレンズ２２７の径方向の中心とは異なる位置に形成される。
【００６０】
試料攪拌部２２０５は、図４及び図５に示した第１の実施形態における試料攪拌部１２０５と同様に構成できるため、本実施形態における詳細な説明は割愛する。
【００６１】
（第２の実施形態の効果）
本実施形態における屈折率の算出は、第１の実施形態における屈折計１００と同様の手順で行われる。本実施形態における屈折計２００の第２のレンズ２２７は、第１の実施形態における屈折計１００と異なり凹凹レンズであるため、第２のレンズ２２７の出射光は円環状ではなく点出力となる。よって受光手段２３１での位置検出はより容易になる。
【利用形態の説明】
【００６２】
以上説明した本発明の各実施形態では、被測定試料１２５（２２５）の屈折率の算出は、被測定試料１２５（２２５）での計測結果と測定基準である水での計測結果との比較によって算出する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、被測定試料１２５（２２５）での測定結果（ｄ）のみを用い、第１のレンズ１２６（２２６）及び第２のレンズ１２７（２２７）、セル容器１２４（２２４）の材質から求まる屈折率を用いて被測定試料１２５（２２５）の屈折率を求めることも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１００、２００      屈折計
１１０、２１０      計測光出射部
１１１、２１１      光源
１１２、２１２      コリメータ
１２０、２２０      計測セル部
１２１、２２１      第１の計測光透過手段
１２２、２２２      試料収容手段
１２３、２２３      第２の計測光透過手段
１２４、２２４      セル容器
１２５、２２５      被測定試料
１２６、２２６      第１のレンズ
１２７、２２７      第２のレンズ
１３０、２３０      受光部
１３１、２３１      受光手段
１３２、２３２      計測手段
１３３、２３３      算出手段
１３４、２３４      基準データ
１２０１、２２０１    レンズ駆動部
１２０２、２２０２    回転手段
１２０３、２２０３    レンズ保持手段
１２０４、２２０４    貫通孔
１２０５、２２０５    試料攪拌部
１２０６、２２０６    攪拌子
１２０７、２２０７    還流ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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