(57)【要約】  携帯用屈折計において、穿刺先端（１１）に試料窪み（７）が配置されており、それにより、穿刺先端（１１）を液体ないし果実に挿入した後、十分な量の試料液が試料窪み（７）に残り、そこで、光を透過する物体によって区切られた測定面（４）を湿潤する。測定面（４）に当って反射された光学ビームの強度測定によって、湿潤する液体の屈折率を判定することができる。
2005515433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ビーム（１２）を生成するための放射源（１）と、測定ビーム（１２）を検出するための放射検出器（２）と、測定ビーム（１２）が相互作用をする液体（５）で湿潤されるべき測定面（４）が配置された、測定ビームによって通過されるべき測定区間とを有するセンサ機構を備える、液体（５）の屈折率を判定するため、および場合によりそこから導き出される量、たとえば糖分濃度などを判定するための屈折計において、
液体（５）に入れることが可能な穿刺ゾンデ（１１）の試料窪み（７）に測定面（４）が配置されていることを特徴とする屈折計。
【請求項２】
測定面（４）がレンズ体（３）によって区切られていることを特徴とする、請求項１に記載の屈折計。
【請求項３】
測定面（４）がガラス体によって区切られていることを特徴とする、請求項１または２に記載の屈折計。
【請求項４】
放射源（１）と、放射検出器（２）と、レンズ体（３）または場合によりガラス体とが、特に鋼材やアルミニウムからなる金属製の収容部（６）に保持されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の屈折計。
【請求項５】
金属製収容部（６）が、収容部（６）の材料よりも熱伝導性が低い物質、特にプラスチック（１９）によって被覆されていることを特徴とする、前記請求項のうちいずれか１項に記載の屈折計。
【請求項６】
センサ機構（１，２，３）の領域に温度センサ（８）が設けられていることを特徴とする、請求項１またはその後の請求項のいずれか１項に記載の屈折計。
【請求項７】
レンズ体（３）またはガラス体が、屈折率が１．５よりも大きい材料、特に２よりも大きい材料でできていることを特徴とする、請求項２またはその後の請求項のいずれか１項に記載の屈折計。
【請求項８】
試料窪み（７）の容積が１ミリリットルよりも小さいことを特徴とする、請求項１またはその後の請求項のいずれか１項に記載の屈折計。
【請求項９】
放射源（１）が赤外線発光ダイオードによって構成されており、放射検出器（２）は、赤外線領域で感度のある半導体によって構成されていることを特徴とする、請求項１またはその後の請求項のいずれか１項に記載の屈折計。
【請求項１０】
表面の湾曲が大きい領域と湾曲が小さい領域とを有するレンズ体（３）を備えており、湾曲が大きい領域は放射源および放射検出器（２）のほうを向いており、湾曲の小さい領域は測定面（４）を区切っていることを特徴とする、請求項１またはその後の請求項のいずれか１項に記載の屈折計。
【請求項１１】
請求項１またはその後の請求項のいずれか１項に記載の屈折計を作動させる方法において、
まず穿刺先端を試料液の中に入れ、もしくは果実に突き刺し、次いで穿刺先端を引き抜き、試料窪みの中に残った試料液の試料に関して屈折率の測定を実施することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ビームを生成するための放射源と、測定ビームを検出するための放射検出器と、測定ビームが相互作用をする液体で湿潤されるべき測定面が配置された、測定ビームによって通過されるべき測定区間とを有するセンサ機構を備える、液体の屈折率を判定するため、および場合によりそこから導き出される量、たとえば糖分濃度などを判定するための屈折計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような種類の屈折計は、デジタル式またはアナログ式の測定装置として、たとえば液体中に溶けていて屈折率に影響を及ぼす特定の物質の濃度を判定するために利用される。たとえばワイン醸造の分野で、ブドウ果汁の糖分含有率を判定することは、このような測定の重要な利用分野である。
【０００３】
このような分野では、原則として２種類の測定装置が公知となっており、そのうち一方は試料を採取し、たとえば滴加によって試料を測定装置に入れることが必要であるのに対して、もう一方の構造形態は、センサを検体に浸けることを意図しており、すなわち、測定を実施するために液体の中に浸けることを意図している。
前者の方式では試料採取が比較的面倒で時間コストがかかり、新たに試料採取をする前に、測定装置を徹底的に洗浄することが必要である。後者の方式の測定装置では、屈折計が検体と異なる温度を有しているために、温度依存的な屈折率の判定時に必要な温度補償を実施するのが非常に難しいことが、しばしば問題として取りあげられる。そのうえ、分析対象物の中にゾンデを入れる場合、光学測定時に外部光の影響を考慮に入れるのが困難であることが知られている。
【０００４】
米国特許明細書５８５９６９６より、液体中の糖分含有率を判定するための、冒頭に述べた種類に類似する屈折計が公知となっており、この場合、光学ビームが放射源から発せられ、透明な物体の内部で測定面に当って反射されて、放射検出器の中へ戻るように誘導される。測定面の外部が、屈折率の高い液体、たとえば糖分濃度の高いソフトドリンクなどで湿潤されると、このことは、測定面の液体の屈折率と透明な物体の屈折率が近似することにつながり、それに伴って、測定面でのビームの反射が弱まることにつながり、換言すれば、ビームの大部分が測定面を通過して液体中に入るために、反射されるビームの強度が著しく低下することにつながる。このことが光学的に検出され、反射されたビームの測定された強度に依存して、高い糖分濃度ないし低い糖分濃度が算出される。この測定装置は、測定先端を液体に浸けて、手に持った装置で相応の信号が認識されるように利用することが容易に可能である。測定時に液体の温度は考慮されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それに対して本発明の課題は、一方では簡単かつ迅速な取扱を可能にするとともに、他方では効率的な温度補償が保証されるように、冒頭に述べた種類の単純な構造をもつ屈折計を構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は本発明によれば、液体に入れることが可能な穿刺ゾンデの試料窪みに測定面が配置されることによって解決される。
本発明に基づく設計によって、一方では液体の中に入れることができ、また他方では、測定されるべき液体を採取した後に内部で屈折率が測定される試料窪みを含んでいる穿刺ゾンデによって、試料採取と測定が可能である。試料窪みの中には少量の液体容積しか残らないので、穿刺ゾンデと液体の間で温度補償が迅速に行われ、その結果、屈折計と液体が測定時に同じ温度を有することになる。しかも、ゾンデで温度を測定することによって温度補償が容易に可能である。この目的のために、穿刺ゾンデの内部に温度センサが配置されていてよい。
【０００７】
他の液体または同じ液体の新たな試料を採取するためには、穿刺ゾンデを液体の中へ再度入れるだけでよく、このとき選択的に、測定されるべき液体を取り扱うにあたって必要と考えられる場合には、事前に試料窪みを簡単に掃除しておくことができる。そうでなければ、ゾンデを単にあらためて液体に入れることも考えられ、この場合には、初回の測定で測定された液体は他の液体によって試料窪みから洗い流される。
【０００８】
このように本発明の屈折計により、測定をするときの試料採取および場合により反復使用が著しく簡素化され、また、効率的な温度補償の可能性も与えられる。穿刺ゾンデは、内部の果汁を測定するために比較的大きな果実に直接突き刺すことを可能にするために、たとえば端部が尖った状態に構成されていてよい。穿刺ゾンデの表面に溝が設けられていてもよく、液体水面や果実に少し挿入しただけで、測定されるべき液体がこの溝を通って試料窪みに向かって流れることができる。
【０００９】
本発明の１つの有利な実施形態は、測定面がレンズ体によって区切られることを意図している。
レンズ体は、一方の側では液体によって湿潤可能であり、他方の側ではレンズ体表面が液体で濡れないように配置される。そして、液体で濡れないレンズ体の側に放射源と放射検出器が配置され、それにより、測定ビームは放射源からレンズ体に入射し、そこで、液体で湿潤された測定面に当って少なくとも部分的に反射され、それから放射検出器へと誘導することができる。反射された測定ビームの強度は、レンズ体の屈折率と、これを湿潤している液体の屈折率との比率に依存して決まる。レンズ体の幾何学構成は、測定ビームがレンズ体の中で集束され、もしくは集束された状態に保たれるように、かつ、レンズ体に対する放射源と放射検出器の適切な配置を選択できるように施工されるのが好ましい。
【００１０】
本発明の別の有利な実施形態は、測定面がガラス体によって区切られることを意図している。
原則として、測定面がガラス体で区切られることにより、測定を実施した後の測定面の洗浄が容易になり、測定面に引っ掻き傷をつけることがなくなる。さらに、ガラスの比較的良好な熱伝導性によって、センサ機構と液体との間の効率的な温度補償が保証される。
機械的な構造の安定性に関して本発明は、放射源と、放射検出器と、レンズ体または場合によりガラス体とが、特に鋼材やアルミニウムからなる金属製の収容部に保持されることによって構成されるのが好ましい。
鋼材またはアルミニウムの形態の安定した材料からなる収容部の構成は、衝撃によって測定区間が変化する心配がないほど、放射源、検出器、およびレンズの幾何学的な配置が安定することにつながる。また、金属からなる構成によって、センサ機構の個々の部材と、試料窪みの中の液体との間で、非常に迅速かつ効率的な温度補償が行われる。この場合、液体と金属製収容部との接触によって温度補償を向上させることができる。
【００１１】
さらに、センサ機構の領域に温度センサを組み込むのが好ましい。このようにして、温度依存的な屈折率の測定と同時に、センサ機構および液体の温度を、これらが相互に補償された後に測定することができ、このような補償は数秒後に行われる。次いで評価装置で、測定された温度を考慮したうえで、液体の測定された屈折率を標準温度に換算することができる。本発明のセンサ機構では補償のためにただ１つの温度しか考慮しなくてよいので、センサ機構のキャリブレーションも著しく簡素化される。
【００１２】
さらに、一時的な温度変化が生じた場合にセンサ機構を測定値の誤差から守るために、収容部の材料よりも熱伝導性が低い物質、特にプラスチックによって、金属製収容部が被覆されることが意図されていてよい。
これは、通常のケースではポリマーまたはエラストマーによるセンサ機構のプラスチック被覆であり、このプラスチック被覆は当然ながら測定面を含めた試料窪みには施されない。液体の採取された試料は、周囲温度に関わりなく、試料窪みの中での熱的な接触によって温度がセンサ機構の温度に合わせてほぼ補償され、その温度で屈折率が測定される。この温度は、温度の影響を考慮するため、ないし測定結果を標準温度に換算できるようにするために、屈折計の内部のセンサ機構の領域における温度センサによって同時に測定されるのが好ましい。
【００１３】
本発明の別の有利な実施形態は、レンズ体またはガラス体が、特に屈折率が２よりも大きい材料からなることを意図している。レンズの屈折率は１，８５であるのが好ましい。
ガラス体の高い屈折率は、電気定数ないし屈折率が同じように高い液体が測定されるべき場合に有利である。
格別に迅速な温度補償という目的のために、試料窪みは１ミリリットルよりも少ない容積を有しているのが好ましい。
センサ機構は、放射源が赤外線発光ダイオードによって構成され、放射検出器が、赤外線領域で感度のある半導体によって構成されることによって構成されるのが好ましい。
赤外線領域では、通常の場合、外部光による妨害が格別に少なく、使用するコンポーネントが高い信頼度と少ない誤差の発生頻度で作動する。
屈折計は、放射源および放射検出器のほうを向いている湾曲の大きい領域と、測定面を区切る湾曲の少ない領域とを有するレンズ体を有しているのが好ましい。
レンズ体のこのような構成により、測定ビームの最善の案内と、測定工学的に最善な測定面の構成とが組み合わされ、測定面をいっそう容易に洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、実施例を使って本発明を図面に示したうえで、以下において説明する。
まず最初に図１を参照しながら、本発明による屈折計の機能原理について説明する。この図面には、赤外線発光ダイオードの形態の放射源１と、感光性の半導体ダイオードの形態の放射検出器２と、これらの間に介在する測定区間とを備えるセンサ機構が模式的に示されている。測定ビームが、放射源１から、ガラスでできたレンズ体３に向かって発せられ、その球面状または近似的に球面状の表面によってガラス体へ垂直方向に入り、レンズ体３の平坦な仕切面によって形成された測定面４に達するまで、このガラス体を通って伝播する。そこで測定ビームは、レンズ体の材料の屈折率と、レンズ体を湿潤する液体５の物質の屈折率との比率に依存して反射され、もしくは屈折して部分的に液体中に入る。
【００１５】
ビームの少なくとも一部は場合により測定面４に当って放射検出器２に向かって反射され、これによって記録される。
検出された放射強度が放射検出器２によって測定され、液体５の屈折率を表す目安となる。この測定測定は、屈折率を判定するために、レンズ体３の上の湿潤する液体なしに実施された、または既知の液体を使って実施された、参照測定の結果と比較される。
放射検出器２の開口角が小さいことにより、湿潤する液体５と測定面４とを通って非常にわずかな光しか外部から測定検出器２に到達しないので、測定に対する外部光の影響を格別に低く抑えることができる。
【００１６】
レンズの向きにより、一方では、レンズ体３への測定ビームの入射および放射検出器への射出が格別に低損失となり、また他方では、平坦に構成された測定面４により、外部光がレンズ体３へ入射するのが困難になる。測定されるべき液体５にその都度さらされる測定面４の外面の洗浄は、平坦な構成によって同じく容易になる。レンズは、典型的には３ｍｍの直径を有するとともに、１．５よりも大きい屈折率、特に２よりも大きい屈折率を有している。
放射源１と放射検出器２は、それぞれ収容体６の内部の穴に配置されており、それにより、高い信頼度で、かつ相互の位置やレンズ体３に対する位置を狂わすことがないように固定されている。
【００１７】
さらに、たとえば鋼材やアルミニウム等の金属からなる収容体６は、卓越した熱伝導性を保証するので、センサ機構の部材１，２，３が高い信頼度で収容部６と同じ温度に保たれ、液体５の試料の量が少ないことにより、試料が、ガラス製のレンズ体３によって熱輸送により非常に迅速に収容体６と同じ温度になることが保証される。
【００１８】
図１には一例として、レンズ体３の上に載った液体５の液滴の形態で小さな試料が図示されているが、同様に、通常は試料窪み７が縁部まで完全に満たされることが意図されていてもよい。いずれの場合でも、試料と収容体６との間の温度補償には数秒間しかかからない。試料窪みは１ｍｌよりも小さい容積、特に０．５ｍｌよりも小さい容積を有している。
温度測定をするために、収容体６には、測定を評価する際に温度補償を可能にする温度センサ８が追加的に設けられている。
収容体６はプラスチック層１９を備えており、このプラスチック層が収容体を熱的に絶縁し、それによってセンサ機構を外部要因の変化から守る。レンズ体３の縁部領域で、レンズ体は、プラスチック層１９および収容体６に対して、弾性的なシール材２０によって封止されている。
【００１９】
図１の模式的な断面図は、以下において説明する図２の破線Ａ−Ａに沿った断面図に相当している。図２は、デジタル表示器１０が組み込まれた握り９を備える携帯用屈折計が外観図で示されている。携帯用屈折計の本体には、放射検出器２や温度センサ８から供給されるデータを評価する評価装置が格納されている。センサ機構は穿刺先端１１の付近に配置されており、すなわち、試料窪み７の下側に配置されている。図２ではレンズ体３が円形に見えている。
穿刺先端１１は、果実に含まれる果汁が試料窪み７に達するように、果実に突き刺すことができるように構成されている。しかしながら、穿刺先端１１が液体の中に浸けられ、上面には溝状の刻み目を有しており、この刻み目が試料窪み７まで通じていて、穿刺先端１１を液体に深く浸けなくても、ないし果実に突き刺さなくても、試料液が試料窪み７へ流入するのを可能にすることも考えられる。そうでなければ、試料窪みが満たされるまで穿刺先端が分析対象物に挿入される。
【００２０】
次に図３を参照しながら、屈折計の機能形態について短く概略的に説明する。測定ビーム１２は赤外線の形態で放射源１によって生成され、この赤外線は、図１の模式図に破線で図示している放射源１の収容穴１３の中心線に沿って測定面４まで伝搬し、そこで反射され、そこから、同じく破線で図示している放射検出器２の収容穴１４の中心線に沿ってさらに進行する。放射検出器２では、反射された測定ビーム１２の強度の測定が行われる。測定された強度は評価装置１５に送られ、評価装置では、まず第１の計算装置１６が温度を考慮することなく、参照値を用いて最新の屈折率の値を算出する。次いで、測定に基づいて算出されたこの値が、第２の計算装置１７で、温度センサ８で測定されて同じく評価装置１５に送られる温度値を考慮したうえで参照温度に換算され、それによって温度の影響が補償される。次いで、このように算出、修正された屈折率の値が表示器１８に送られ、そこでデジタル表示によって利用者に出力される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】センサ機構の内部構造を示す模式図である。
【図２】穿刺ゾンデを示す模式図である。
【図３】本発明による屈折計の評価装置である。
【図１】
2005515433.tif 000003
【図２】
2005515433.tif 000004
【図３】
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【国際調査報告】
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