(57)【要約】【課題】  戸外においても精度良く屈折率を測定することができる屈折計を提供する。【解決手段】  試料Ｓとの境界面をなすプリズム境界面（１２ａ）を有するプリズム（１２）と、プリズム境界面（１２ａ）に光を入射させる光源（１４）と、プリズム境界面（１２ａ）における反射光を受光する光電センサ（１６）と、光源（１４）を点灯せずに前記光電センサ（１６）により測定された光量を予め設定された許容値と比較する光量比較手段（２８）と、光源（１４）を点灯せずに測定された光量が許容値より大きいとき、エラーを表示する表示手段（２０）と、光源（１４）を点灯せずに測定された光量が許容値以下であるとき、前記光源（１４）を点灯する光源制御手段（３６）と、光源（１４）を点灯した状態で光電センサ（１６）により測定された光量分布から屈折率を検出する屈折率計算手段（３０）と、を有する。【選択図】図１
2005084009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料との境界面をなすプリズム境界面を有するプリズムと、
プリズム境界面に光を入射させる光源と、
プリズム境界面における反射光を受光する光電センサと、
光源を点灯せずに前記光電センサにより測定された光量を予め設定された許容値と比較する光量比較手段と、
光源を点灯せずに測定された光量が許容値より大きいとき、エラーを表示する表示手段と、
光源を点灯せずに測定された光量が許容値以下であるとき、前記光源を点灯する光源制御手段と、
光源を点灯した状態で光電センサにより測定された光量分布から屈折率を検出する屈折率計算手段と、
を有する屈折計。
【請求項２】
前記表示手段が屈折率計算手段により検出された屈折率を表示する請求項１に記載の屈折計。
【請求項３】
試料との境界面をなすプリズム境界面を有するプリズムと、プリズム境界面に光を入射させる光源と、プリズム境界面における反射光を受光する光電センサと、を有する屈折計を使用する屈折率の測定方法であって、
光源を点灯せずに光電センサにより光量分布を測定するステップと、
光源を点灯せずに測定した光量を予め設定された許容値と比較するステップと、
光源を点灯せずに測定した光量が前記許容値より大きいとき、エラーを表示するステップと、
光源を点灯せずに測定した光量が前記許容値以下であるとき、光源を点灯し光電センサにより光量分布を測定するステップと、
光源を点灯した状態で測定した光量分布から屈折率を検出するステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶液中の糖度や濃度の測定に用いられる屈折計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶液中の糖度や濃度の測定に用いられる屈折計として、試料とプリズムとの境界面に光を照射し、境界面で反射した光を光電センサにより検出し、光電センサの出力信号より試料の屈折率（糖度、濃度）を測定する屈折計が知られている。
【０００３】
屈折計の測定原理は、プリズムと試料との境界面において全反射が起こる臨界角が試料の屈折率に依存することに由来する。従って、このような屈折計は、前記境界面における反射光のみが光電センサに入射することを前提とする。
【０００４】
しかし、屈折計を使用する場所は室内とは限らない。例えば、果物や野菜の搾汁や自動車用の不凍液を試料とする場合、戸外で測定を行うことが多い。この場合、時間的・空間的に変動する外光が、試料側からプリズムを透過し、内部光源からの反射光と共に光電センサに入射する。このため、戸外では屈折率を正確に測定することができないという問題があった。
【０００５】
戸外において屈折率を正確に測定するために、試料の上から手で覆うか、カバーを被せて外光を遮ることは有効である。しかしながら、測定の度に手で覆ったり、カバーを開け閉めすることは面倒であり、測定を能率的に行うことができない。
【特許文献１】実公平３−２６４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明の目的は、上記の問題点を解決するため、戸外においても精度良くかつ能率的に屈折率を測定することができる屈折計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の屈折計は、試料との境界面をなすプリズム境界面を有するプリズムと、
プリズム境界面に光を入射させる光源と、
プリズム境界面における反射光を受光する光電センサと、
光源を点灯せずに前記光電センサにより測定された光量を予め設定された許容値と比較する光量比較手段と、
光源を点灯せずに測定された光量が許容値より大きいとき、エラーを表示する表示手段と、
光源を点灯せずに測定された光量が許容値以下であるとき、前記光源を点灯する光源制御手段と、
光源を点灯した状態で光電センサにより測定された光量分布から屈折率を検出する屈折率計算手段と、
を有する。
【０００８】
好ましくは、前記表示手段が屈折率計算手段により検出された屈折率を表示する。
【０００９】
また、この発明の屈折率測定方法は、試料との境界面をなすプリズム境界面を有するプリズムと、プリズム境界面に光を入射させる光源と、プリズム境界面における反射光を受光する光電センサと、を有する屈折計を使用する屈折率の測定方法であって、
光源を点灯せずに光電センサにより光量分布を測定するステップと、
光源を点灯せずに測定した光量を予め設定された許容値と比較するステップと、
光源を点灯せずに測定した光量が前記許容値より大きいとき、エラーを表示するステップと、
光源を点灯せずに測定した光量が前記許容値以下であるとき、光源を点灯し光電センサにより光量分布を測定するステップと、
光源を点灯した状態で測定した光量分布から屈折率を検出するステップと、
を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、戸外でも精度良くかつ能率的に屈折率を測定することができる屈折計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本願発明による屈折計の一実施形態を示す。この屈折計１０は、試料Ｓとの境界面をなすプリズム境界面１２ａを有するプリズム１２と、プリズム境界面１２ａに光を入射させるＬＥＤなどの光源１４と、プリズム境界面１２ａにおける反射光を受光する複数の受光素子を備えたラインセンサなどの光電センサ１６と、を有する。
【００１２】
屈折計１０は、さらに、光源１４および光電センサ１６に接続された制御部１８と、制御部１８に接続された表示手段２０、スタートスイッチ２２および電源回路２４を有する。制御部１８は、受光量メモリ２６と、判断手段２７と、光量比較手段２８と、許容値メモリ２７と、屈折率計算手段３０と、比較結果メモリ３２と、計算結果メモリ３４と、光源制御手段３６と、表示決定手段３８と、を含む。
【００１３】
受光量メモリ２６は、光電センサ１６の各受光素子の受光量を記憶する。より詳細には、受光量は光電センサ１６から電気信号として出力され、Ｉ−Ｖ変換器（図示せず）などにより電圧信号に変換された後、受光量メモリ２６に記憶される。
【００１４】
許容値メモリ２７は、外部からの入射光量（外光）の許容値を記憶する。この許容値は、外光の影響による屈折率の誤差が所定範囲内になるように実験により求められ、電圧値として設定される。
【００１５】
比較結果メモリ３２は、外部からの入射光量が許容値以下であるか否かを示す、「Ｎ＝０」または「Ｎ＝１」を記憶する。「Ｎ＝０」は、外部からの入射光量が許容値より大きい場合を示す。「Ｎ＝１」は、外部からの入射光量が許容値以下である場合を示す。
【００１６】
光量比較手段２８は、「Ｎ＝０」のとき、受光量メモリ２６に記憶された光電センサ１６の各受光素子（各位置アドレス）への入射光量を、許容値メモリ２７に記憶された許容値と比較する。光量比較手段２８は、この外部からの入射光量が許容値より大きいと判定すると、比較結果メモリ３２を初期値「Ｎ＝０」のまま保持する。光量比較手段２８は、外部からの入射光量が許容値以下であると判定すると、比較結果メモリ３２に「Ｎ＝１」を記憶させる。
【００１７】
光源制御手段３６は、比較結果メモリ３２に「Ｎ＝１」が記憶されると、光源１４を点灯する。
【００１８】
屈折率計算手段３０は、「Ｎ＝１」のとき、受光量メモリ２６に記憶された光電センサ１６の各受光素子への入射光量の分布に基づいて、屈折率および濃度または糖度を計算する。
【００１９】
計算結果メモリ３４は、屈折率計算手段３０により計算された屈折率および濃度または糖度を記憶する。
【００２０】
表示決定手段３８は、比較結果メモリ３２のＮの値に基づいて、表示手段２０に外部からの入射光量（外光）が過大である「外光エラー」、或いは、計算結果メモリ３４に記憶された濃度または糖度を表示させる。比較結果メモリ３２が「Ｎ＝０」を記憶するとき、表示決定手段３８は表示手段２０に「外光エラー」を表示させる。比較結果メモリ３２が「Ｎ＝１」を記憶するとき、表示決定手段３８は計算結果メモリ３４に記憶された濃度または糖度を表示手段２０に表示させる。
【００２１】
表示手段２０は、例えばセグメント表示式のＬＣＤであり、濃度または糖度、或いは、「外光エラー」を表示する。表示手段２０は、濃度または糖度が測定範囲を超えている「測定範囲オーバー」、臨界角が検出できない「測定不能エラー」、温度が測定可能範囲にない「温度エラー」などのエラーをさらに表示し得る。「外光エラー」の表示手段が、濃度や糖度の表示手段および他のエラーの表示手段と別個に設けられてもよい。
【００２２】
以下、図１および図２を参照して、屈折計１０の動作を説明する。
【００２３】
図２は、屈折計１０を用いた屈折率の測定方法を示すフローチャート図である。
【００２４】
ステップＳ２００で、比較結果メモリ３２が初期化され、「Ｎ＝０」と設定される。
【００２５】
ステップＳ２０１で、使用者により、プリズム境界面１２ａ上に試料Ｓがセットされ、スタートスイッチ２２が押され、電源回路２４がＯＮになる。
【００２６】
ステップＳ２０３で、光電センサ１６が光量分布を測定し、光電センサ１６の各受光素子への入射光量が受光量メモリ２６に記憶される。
【００２７】
ステップＳ２０５で、比較結果メモリ３２の「Ｎ＝０」に基づいて、光量比較手段２８がＯＮとなり、ステップＳ２０７へ進む。
【００２８】
ステップＳ２０７で、光量比較手段２８が、受光量メモリ２６に記憶された光電センサ１６の各受光素子への入射光量を、許容値メモリ２７に記憶された許容値と比較する。このとき光源１４は点灯していないので、各受光素子への入射光は外部からプリズム境界面１２ａを通して入射した外光のみである。
【００２９】
ステップＳ２０７で、受光素子のいずれかの受光量が許容値より大きい場合、光量比較手段２８は比較結果メモリ３２を「Ｎ＝０」のまま保持し、ステップＳ２０９へ進む。
【００３０】
ステップＳ２０９で、表示決定手段３８が、比較結果メモリ３２の「Ｎ＝０」に基づいて表示手段２０に「外光エラー」を表示させ、ステップＳ２０１へ戻る。表示手段２０による「外光エラー」の表示により、使用者は外光が強すぎるために屈折率が測定できないことに気づき、プリズム境界面１２ａを手で覆うなど、外光を遮るための適切な処置を行うことができる。
【００３１】
ステップＳ２０１で、再びスタートスイッチ２２が押され、ステップＳ２０３で、光電センサ１６が光量分布を測定し、測定結果が受光量メモリ２６に記憶される。ステップＳ２０５で、比較結果メモリ３２の「Ｎ＝０」に基づいて、光量比較手段２８が作動し、ステップＳ２０７へ進む。
【００３２】
ステップＳ２０７で、全ての受光素子の受光量が許容値以下である場合、ステップＳ２１０で光量比較手段２８は比較結果メモリ３２に「Ｎ＝１」を記憶させ、ステップＳ２１１へ進む。
【００３３】
ステップＳ２１１で、光源制御手段３６が比較結果メモリ３２の「Ｎ＝１」に基づいて光源１４を点灯し、ステップＳ２０３へ戻る。ステップＳ２０３で、再び光電センサ１６により光量分布を測定し、測定結果を受光量メモリ２６へ記憶し、ステップＳ２０５へ進む。
【００３４】
ステップＳ２０５で、比較結果メモリ３２の「Ｎ＝１」に基づいて、屈折率計算手段３０が作動し、ステップＳ２１３へ進む。
【００３５】
ステップＳ２１３で、屈折率計算手段３０が、受光量メモリ２６に記憶された光電センサ１６の各受光素子への入射光量の分布に基づいて屈折率および濃度または糖度を演算する。ステップＳ２０７において外部からの入射光量（外光）が許容値以下であることが確認されているので、受光素子への入射光は、主に光源１４から出射しプリズム境界面１２ａで反射された光である。従って、この光量分布からは臨界角を正確に検出することができ、濃度または糖度を精度良く計算することができる。得られた屈折率および濃度または糖度は、計算結果メモリ３４に記憶される。
【００３６】
ステップＳ２１５で、表示決定手段３８が、比較結果メモリ３２の「Ｎ＝１」に基づいて、計算結果メモリ３４に記憶された濃度または糖度を表示手段２０に表示する。
【００３７】
なお、上記測定方法においては、ステップＳ２０９で「外光エラー」を表示した後、ステップＳ２０１でスタートスイッチ２２がＯＮされない限りステップＳ２０３へ進まないようにしたが、ステップＳ２０９から直ちにステップＳ２０３へ進むようにすることもできる。これにより、外部からの入射光量が許容値以下であること（Ｎ＝１）が確認されるまで、光電センサ１６は自動的に測定を繰り返すことができる。
【００３８】
以下、図３を参照して、実際の測定例について説明する。
【００３９】
図３は、屈折計１０を用いて測定した光量分布図である。横軸は、光電センサ１６の各受光素子の位置アドレスを示す。縦軸は、電圧値に変換された各受光素子の受光量を示す。
【００４０】
図３（Ａ）および（Ｂ）の一点鎖線は、図２のステップＳ２０３において光源１４を点灯せずに最初に測定された光量分布、すなわち外部からの入射光量の分布を示す。図３（Ａ）および（Ｂ）の実線は、図２のステップＳ２０３において光源１４を点灯した状態で測定された光量分布を示す。なお、外部からの入射光量の許容値は４０Ｖと設定されているとする。
【００４１】
図３（Ａ）は試料として濃度０％の水を使用した場合の測定結果を示す。
【００４２】
一点鎖線に示すように、この例では、測定当初、ステップＳ２０７において外部からの入射光量が許容値より大きいと判断され、ステップＳ２０９において「外光エラー」が表示された。
【００４３】
一方、実線に示すように、使用者によって入射光を遮るための処置が行われた後、光源１４が点灯した状態で測定された光量分布からは、全反射による臨界角を正しく測定することができた。この光量分布曲線に基づいて計算された濃度は、０％であった。
【００４４】
図３（Ｂ）は試料として濃度４０％の糖液を使用した場合の測定結果を示す。
【００４５】
一点鎖線に示すように、この例では、測定当初から、ステップＳ２０７において外部からの入射光量が許容値４０Ｖ以下であると判断された。「外光エラー」は表示されず、使用者は外光を遮るための処置を行う必要がなかった。
【００４６】
実線に示すように、外光を遮らずに光源１４を点灯した状態で測定された光量分布は、外部からの入射光を含んでいる。しかし、外部からの入射光量は許容値以下であるため、この光量分布からも全反射による臨界角を比較的正確に測定することができた。この光量分布に基づいて計算された濃度は、４０％であった。
【００４７】
要するに、本願発明による屈折計の実施形態は、以下の特徴を有する。
【００４８】
１．  試料Ｓとの境界面をなすプリズム境界面１２ａを有するプリズム１２と、
プリズム境界面１２ａに光を入射させる光源１４と、
プリズム境界面１２ａにおける反射光を受光する光電センサ１６と、
光源１４を点灯せずに前記光電センサ１６により測定された光量を予め設定された許容値と比較する光量比較手段２８と、
光源１４を点灯せずに測定された光量が許容値より大きいとき、エラーを表示する表示手段２０と、
光源１４を点灯せずに測定された光量が許容値以下であるとき、前記光源１４を点灯する光源制御手段３６と、
光源１４を点灯した状態で光電センサ１６により測定された光量分布から屈折率を検出する屈折率計算手段３０と、
を有する。
【００４９】
２．  前記表示手段２０は、屈折率計算手段３０により検出された屈折率を表示する。
【００５０】
また、本願発明による屈折率測定方法の実施形態は、以下の特徴を有する。
【００５１】
３．  試料Ｓとの境界面をなすプリズム境界面１２ａを有するプリズム１２と、プリズム境界面１２ａに光を入射させる光源１４と、プリズム境界面１２ａにおける反射光を受光する光電センサ１６と、を有する屈折計１０を使用する屈折率の測定方法であって、
光源１４を点灯せずに光電センサ１６により光量分布を測定するステップＳ２０３と、
光源１４を点灯せずに測定した光量を予め設定された許容値と比較するステップＳ２０７と、
光源１４を点灯せずに測定した光量が前記許容値より大きいとき、エラーを表示するステップＳ２０９と、
光源１４を点灯せずに測定した光量が前記許容値以下であるとき、光源１４を点灯し光電センサ１６により光量分布を測定するステップＳ２０３と、
光源１４を点灯した状態で測定した光量分布から屈折率を検出するステップＳ２１３と、
を有する。
【００５２】
前記屈折計および屈折率測定方法は、以下の効果を奏する。
【００５３】
（１）戸外などの明るい場所においても、高精度に屈折率を測定することができる。
【００５４】
（２）測定が容易かつ能率的に行える。
【００５５】
（３）製造が容易である。
【００５６】
（４）製造コストが安い。
【００５７】
尚、この発明は上記実施形態に限定されるものでなく、他の様々な形態で実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本願発明による屈折計の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図２】図２は、図１の屈折計を用いた屈折率の測定方法を示すフローチャート図である。
【図３】図３は、図１の屈折計を用いて測定された光量分布図を示す。
【符号の説明】
【００５９】
１０  屈折計
１２  プリズム
１４  光源
１６  光電センサ
１８  制御部
２０  表示手段
２２  スタートスイッチ
２４  電源回路
２６  受光量メモリ
２７  許容値メモリ
２８  光量比較手段
３０  屈折率計算手段
３２  比較結果メモリ
３４  計算結果メモリ
３６  光源制御手段
３８  表示決定手段
【図１】
2005084009.tif 000003
【図２】
2005084009.tif 000004
【図３】
2005084009.tif 000005