(57)【要約】      （修正有）【課題】屈折率の測定が正確にできているか否かを正確に判定できる装置の提供。【解決手段】光源の発光強度を制御する発光制御手段と、光源が、測定時の発光強度で発光したときと消灯したときの受光センサの第１の出力値差と、光源が、測定時より弱い弱発光したときと消灯したときの受光センサの第２の出力値差とを求める演算手段と、第１の出力値差と測定時の発光強度の比、及び、第２の出力値差と弱発光の発光強度の比に基づいて、屈折率が正確に測定されるか否かを判定する判定手段を備える。【選択図】図１
2005127902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が載置されるプリズムの測定面に向けて光源を発光させ、上記測定面にて反射した光を受光する受光センサの出力値に基づいて上記被測定物の屈折率を測定する屈折率測定装置において、
上記光源の発光強度を制御する発光制御手段と、
上記光源が、測定時の発光強度で発光したときと消灯したときの上記受光センサの第１の出力値差と、上記光源が、測定時より弱い弱発光したときと消灯したときの上記受光センサの第２の出力値差とを求める演算手段と、
上記第１の出力値差と上記測定時の発光強度の比、及び、上記第２の出力値差と上記弱発光の発光強度の比に基づいて、上記屈折率が正確に測定されるか否かを判定する判定手段を備えたことを特徴とする屈折率測定装置。
【請求項２】
上記判定手段にて正確に測定されないと判定されたとき、警告を報知する報知手段を備えた請求項１に記載の屈折率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全反射法により屈折率を測定する屈折率測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図２に示すような屈折率測定装置を用いて、全反射法で屈折率を測定する方法がある。屈折率測定装置は、被測定物が載置されたプリズム１０１の測定面１０２に向けて当該測定面１０２の背後から光源１０３を発光させ、上記測定面１０２で反射した光を受光センサ１０４で受光し、受光センサ１０４の出力値に基づいて屈折率を求める。
【０００３】
屈折率測定装置は、測定面１０２に被測定物を載置するための窓をプリズム１０１を挟んで光源１０３と反対側の位置に備える。屈折率測定装置によっては、この窓から上記屈折率測定装置内に入射した外光により屈折率の測定精度が低下することがある。
【０００４】
従来の屋外で使用する簡易型屈折率測定装置では、測定面１０２に載置された被測定物に蓋が被せられた状態で、屈折率の測定を行っていたため、入射した外光が屈折率の測定に影響を及ぼすことはない。しかし、蓋を被せたり、屈折率測定後に蓋の裏側に付着した被測定物を掃除する手間等を省くために、近年、蓋をせずに屈折率の測定を行う屈折率測定装置が製品化されている。蓋を被せずに屈折率の測定を行う屈折率測定装置においては、入射した外光によって屈折率の測定精度が低下する。
【０００５】
従来から、屈折率は液中の糖度によって変化することから、屈折率測定装置を果物の糖度を求めるために使用する、と言った広範な用途で古くから使用されている。果物の糖度を求める場合は、屋外で屈折率測定装置が使用される機会が多い。
【０００６】
屈折率測定装置が実験室で使用される場合、屈折率測定装置内に外光の入射を防ぐための対策をとることができるが、屋外の生産現場等で使用される場合、外光の入射を防ぐ対策をとることは困難である。
【０００７】
屈折率測定装置に入射した外光は、上記受光センサ１０４に受光されるために受光センサ１０４の出力値が外光に影響される。受光センサ１０４の出力値が外光に影響されることを無くすために、光源１０３を発光させたときと、光源１０３を消灯させたときの受光センサ１０４の出力値差に基づいて外光の影響がキャンセルされた出力値を算出し、算出した出力値に基づいて屈折率を求める方法が、屈折率測定装置に採用されている。
【０００８】
受光センサの受光量と出力値の関係は、図３に示すように、受光量が一定の範囲では直線性を示す。しかし、その範囲より大きい受光量に対しては、受光量の変化に対して出力値の変化が小さく、受光量が極端に大きい場合、受光量が変化しても出力値はほとんど変化しない。
【０００９】
屈折率測定装置内に強度の高い外光が入射した場合、光源１０３が点灯していると、受光センサ１０４の受光量と出力値の関係が直線性を示す範囲よりも大きくなることがある。このような外光が入射している場合、外光のキャンセリングを完全に行うことができないので、測定された屈折率に誤差が生じる可能性がある。
【００１０】
そのため、光源１０３を消灯させたときの受光センサ１０４の受光量が、一定の受光量以上である場合、測定値が正確でない旨の警告を測定者に報知する屈折率測定装置が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−４８１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
測定値が正確でない警告を報知する場合、警告を報知するか否かの境界となる受光量の閾値を屈折率測定装置に設定しなければならない。しかしながら、直線性を示す受光量の範囲は、受光センサ毎にある程度のばらつきがある。また、受光センサ１０４のメーカによっても、直線性を保証する受光量の範囲が異なる。
【００１２】
上記閾値は、直線性を示す受光量の範囲が受光センサ毎に異なることを考慮して、余裕をもってかなり低目に設定され、そのため、実際には正確な測定が行われているにも関わらず、警告が報知されることがあり、屈折率測定装置の性能を余すところなく発揮できないことになってしまう。
【００１３】
そこで、本発明は、屈折率の測定が正確に行われているかどうかを、屈折率測定の性能の発揮を妨げることなく、正確に検知する屈折率測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の屈折率測定装置は、光源を発光させたときの受光センサの受光量が、直線性を示す範囲に含まれるかどうかを判断することで、屈折率が正確に測定されるか否かを判定する。
【００１５】
直線性を示す範囲に受光量が含まれるかどうかを判断するために、屈折率測定装置は、光源が、屈折率の測定時の発光強度で発光したときと消灯したときの受光センサの第１の出力値差と、光源が、測定時より弱い弱発光したときと消灯したときの受光センサの第２の出力値差とを求める。そして、屈折率測定装置は、第１の出力値差と上記測定時の発光強度の比、及び、第２の出力値差と弱発光の発光強度の比に基づいて、屈折率が正確に測定されるか否かを判定する。
【００１６】
光源が測定時の発光強度で発光したとき、弱発光したとき、消灯したときの各受光センサの受光量が直線性を示す範囲に含まれている場合、第１の出力値差と上記測定時の発光強度の比と、第２の出力値差と上記弱発光の発光強度の比が同じとなる。上記２つの比の違いが一定の許容範囲内にある場合、屈折率測定装置は、屈折率が正確に測定されていると判定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の屈折率測定装置は、光源を屈折率の測定時の発光強度に発光させたとき、光源を弱発光させたとき、光源を消灯したときの３つの条件での受光センサの出力値が各条件に対応する値を採るかどうかに基づいて、屈折率が正確に測定されたかどうかを判定する。よって、従来のように低目に設定された閾値を外光量が超えているかどうかに基づいて、屈折率の測定が正確に行われているか否かの判定を行わないので、屈折率の測定が正確に行われているにも関わらず、警告が報知されるという事態が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本実施の形態の屈折率測定装置２００における屈折率の測定方法は、背景技術及び図２を用いて説明した全反射法を用いて行われる。
【００１９】
本実施の形態においては、屈折率測定装置２００は、屈折率が正確に測定されたか否かを判定するために、光源１０３を発光させて屈折率を測定した後、光源１０３を弱発光させ、さらに光源１０３を消灯させる。屈折率測定装置２００は、屈折率の測定時と、光源１０３を弱発光させた時と、光源１０３を消灯させた時との３つの受光センサ１０４の出力値に基づいて屈折率が正確に測定されたか否かを判定する。
【００２０】
その手順を以下に詳しく説明すれば、まず、屈折率測定装置２００は、測定者からの測定指示により屈折率の測定を開始する。例えば、屈折率測定装置２００に備えられたスタートキー２１０が押下されると、図１に示す発光制御手段２０１は、プリズムの測定面１０２に載置された被測定物の屈折率を測定するために光源１０３を発光させる。上記発光制御手段２０１は、光源１０３を発光させると共に、受光センサ１０４の全受光素子の出力値を演算手段２０４に取得するように指示する。上記演算手段２０４は、指示に基づき取得した各受光素子の出力値を屈折率測定時の出力値ｖ１（図３参照）とする。
【００２１】
次に、上記発光制御手段２０１は、光源１０３の発光強度を弱めて光源１０３を弱発光させる。本実施の形態においては、弱発光の発光強度は、屈折率の測定時の発光の８０％とするが、弱発光の発光強度は、屈折率の測定時の発光より弱ければよい。
【００２２】
弱発光状態で、上記発光制御手段２０１は、上記演算手段２０４に受光センサ１０４の全受光素子の出力値を弱発光時の出力値ｖ２として取得するように指示する。上記演算手段２０４は、指示に基づき各受光素子の出力値を弱発光時の出力値ｖ２として、全受光素子の出力値を取得する。さらに、上記発光制御手段２０１は、弱発光の発光強度が、屈折率の測定時の発光の８０％である旨を判定手段２０５に入力する。
【００２３】
次に、上記発光制御手段２０１は、光源１０３を消灯する。消灯状態で、上記発光制御手段２０１は、受光センサ１０４の全受光素子の出力値を消灯時の出力値ｖ３として上記演算手段２０４に取得するように指示する。上記演算手段２０４は、指示に基づき、各受光素子の出力値を消灯時の出力値ｖ３として取得する。
【００２４】
屈折率測定装置２００内に外光が入射している場合、屈折率測定時の出力値ｖ１、弱発光時の出力値ｖ２は、測定面１０２にて反射した光と入射した外光との合計の受光量に対応する出力値となり、消灯時の出力値ｖ３は、入射した外光の受光量に対応する出力値となる。
【００２５】
上記演算手段２０４は、各受光素子の屈折率測定時の出力値ｖ１、弱発光時の出力値ｖ２、消灯時の出力値ｖ３を取得すると、次に、外光量のキャンセリングを行う。光量のキャンセリング手段として、本実施の形態では、上記演算手段２０４は、各受光素子の屈折率測定時の出力値ｖ１と各受光素子の弱発光時の出力値ｖ２から各受光素子の消灯時の出力値ｖ３を引く。以下では、屈折率測定時の出力値ｖ１から消灯時の出力値ｖ３を引いた値を第１の出力値差ΔＶ１と言い、弱発光時の出力値ｖ２から消灯時の出力値ｖ３を引いた値を第２の出力値差ΔＶ２という。
【００２６】
上記演算手段２０４は、上記判定手段２０５に、第１の出力値差ΔＶ１と第２の出力値差ΔＶ２を入力し、測定手段２０７に第１の出力値差ΔＶ１を入力する。
【００２７】
第１の出力値差ΔＶ１が入力されると、上記測定手段２０７は、第１の出力値差ΔＶ１に基づいて屈折率を測定する。
【００２８】
一方、上記判定手段２０５は、第１の出力値差ΔＶ１と第２の出力値差ΔＶ２が入力されると、本実施の形態では、弱発光の発光強度が８０％である旨が上記発光制御手段２０１から入力されているので、各受光素子に対応する第１の出力値差ΔＶ１と第２の出力値差ΔＶ２の関係が、ΔＶ１＝ΔＶ２／０．８となるか否かを判定する。この式が成立する場合、この式が成立した受光素子における受光量と出力値の関係が、受光量が屈折率測定時の受光量と弱発光時の受光量との間において、直線性を示すことが証明される。
【００２９】
全受光素子の第１の出力値差ΔＶ１と第２の出力値差ΔＶ２が上記式の関係を満たすと、上記判定手段２０５は、屈折率が正確に測定されたと判定する。なお、光源光量の調整、受光量の測定には調整誤差と測定誤差が含まれるので、ΔＶ１とΔＶ２／０．８の値が多少異なっても、上記判定手段２０５は、屈折率が正確に測定されたと判定することが望ましい。
【００３０】
上記判定手段２０５は、屈折率が正確に測定されたか否かを判定すると、その判定結果を報知手段２０６に通知する。上記報知手段２０６は、通知された判定結果を表示パネルに表示したり、音や音声で測定者に知らせる。
【００３１】
測定者は、判定結果を知ることで、上記測定手段２０７が測定した屈折率が正確であるかどうかを知ることができる。
【００３２】
上記においては、上記発光制御手段２０１は、屈折率の測定のために光源１０３を発光させてから、弱発光、消灯を行っているが、屈折率測定のための発光、弱発光、消灯の順序は、限定されるものではない。
【００３３】
屈折率測定装置に入射する外光として、代表的なものとして蛍光灯の光がある。蛍光灯等の交流電圧を利用した光源は、所定周期で点灯・消灯を繰り返す。そのため、蛍光灯の設置された環境で屈折率測定装置を使用する場合、屈折率測定装置に入射する外光の強度は一定でなく、蛍光灯の発光強度に応じて変化する。本発明では、屈折率の測定が正確であるか否かの判定に、第１出力値差ΔＶ１と第２の出力値差ΔＶ２を利用している。そのため、各出力値ｖ１、ｖ２、ｖ３が上記演算手段１０４に入力される時の蛍光灯の発光強度が異なると、各出力値差ΔＶ１、ΔＶ２は、屈折率測定装置に外光が入射していない状態で、光源が１０３が屈折率測定時の発光または弱発光しているときの受光センサ１０４の出力値を正確に示す値とならない。そこで、蛍光灯からの光が入射する可能性のある環境で屈折率測定装置が使用される場合、各出力値ｖ１、ｖ２、ｖ３を測定する間隔は、蛍光灯の点灯・消灯の周期と合わせることが好ましい。
【００３４】
また、屈折率測定装置に入射する外光は、上記した蛍光灯だけでなく自然光など強度が一定でない光の場合もある。しかし、各出力値ｖ１、ｖ２、ｖ３は比較的短い時間で測定されるので、外光が急激に変化しない場合には大きな問題にはならない。逆に、測定期間中に一定とみなせないような外光が入射する場合には、たとえ外光量が受光センサ１０４の直線性の範囲であったとしても、上記演算手段２０４は正確な外光量のキャンセリングができず、測定に誤差を生じる。従来のような消灯時の出力値ｖ３（外光量）の大きさだけに基づいて警告を報知するかどうかを判断する方法では、測定期間中に一定とみなせないような外光が入射する場合であっても、外光量がたまたま小さい時に消灯時の出力値ｖ３を計測してしまうと、警告が出されない。しかし、本発明では、各出力値ｖ１、ｖ２、ｖ３の測定時の外光量が異なると、各出力値ｖ１、ｖ２、ｖ３が受光センサ１０４の直線性を示す範囲であっても、ΔＶ１とΔＶ２／０．８が一致しなくなり、屈折率測定装置は警告を出すことができる。
【００３５】
上記においては、受光センサ１０４の全受光素子の屈折率測定時の出力値ｖ１、弱発光時の出力値ｖ２、消灯時の出力値ｖ３が上記演算手段２０４に入力され、受光センサ１０４の全受光素子を直線性の評価対象としている場合が記載されているが、受光センサ１０４の限定された領域の受光素子のみを直線性の評価対象としてもよい。
【００３６】
受光センサ１０４に受光される測定面１０２にて反射する光の量は、図４に示すように、測定面１０２への入射角θが一定角度（以下「臨界角」という。）より大か小で大きな差がある。そのため、入射角θが臨界角より小さい光を受光する受光素子と、臨界角より大きい光を受光する受光素子とで、出力値に大きな差がある。上記測定手段２０７は、各受光素子の第１の出力値差ΔV１に基づいて臨界角を求め、臨界角に基づいて屈折率の測定を行う。そのため、臨界角で測定面１０２に入射した光を受光する受光素子及びその周囲の受光素子における出力値が、受光量に対してリニアな関係であれば屈折率の測定は正確に行うことができる。
【００３７】
上記測定手段２０７は、上記のように臨界角を求めると、求めた臨界角に基づいて、直線性の評価対象となる受光素子を決定する。ここでの評価対象となる受光素子は、例えば、上記測定手段２０７が求めた臨界角で測定面１０２に入射した光が受光される受光素子とその周辺にある受光素子である。
【００３８】
評価対象となる受光素子を決定すると、上記測定手段２０７は、評価対象として決定した受光素子の位置情報を上記演算手段２０４に入力する。
【００３９】
上記演算手段２０４は、入力された位置情報にて特定される受光素子から出力される屈折率測定時の出力値ｖ１、弱発光時の出力値ｖ２、消灯時の出力値ｖ３のみを取得する。上記演算手段２０４は、屈折率測定時の出力値ｖ１、弱発光時の出力値ｖ２、消灯時の出力値ｖ３を取得した受光素子に対応する上記第１の出力値差ΔＶ１と、上記第２の出力値差ΔＶ２を求める。上記判定手段２０５は、上記演算手段２０４にて求められた上記第１の出力値差ΔＶ１と、上記第２の出力値差ΔＶ２に基づいて、屈折率の測定が正確に測定された否かを判定する。
【００４０】
また、図２は、測定面１０２で反射した光を、直接受光センサ１０４に受光する全反射法を採用した屈折率測定装置の模式図となっている。全反射法を採用した屈折率測定装置には、測定面１０２で反射し、プリズムから出射した光を凸レンズを介して受光センサ１０４に受光させる構成を採用したものがある。
【００４１】
凸レンズを介して受光センサ１０４に受光させる場合、外光などの測定面１０２で反射した光以外の光が受光センサ１０４に受光される量を小さくすることができる。しかし、凸レンズを屈折率測定装置に設けると、レンズの持つ光学的収差による測定誤差や屈折率測定装置の構成が複雑となる等の不利な点がある。一方、図２に示すような凸レンズを設けない場合、凸レンズを設けた屈折率測定装置に比べ、受光センサ１０４に受光される外光等の受光量が大きくなるという不利な点がある。
【００４２】
本発明では、受光センサ１０４が外光を受光しても、屈折率が正確に測定されているかどうかを正確に判定することができるので、凸レンズを設けない屈折率測定装置に本発明を適用すると、構成が単純で、且つ屈折率が正確に測定されているか否かを正確に判定できる屈折率測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の屈折率測定装置の機能ブロック図である。
【図２】全反射法が採用された屈折率測定装置の模式図である。
【図３】受光センサの受光量と出力値の関係を表したグラフである。
【図４】測定面からの反射光の強度分布を表したグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０２  測定面
１０３  光源
１０４  受光センサ
２００  屈折率測定装置
２０１  発光制御手段
２０４  演算手段
２０５  判定手段
２０６  報知手段
【図１】
2005127902.tif 000003
【図２】
2005127902.tif 000004
【図３】
2005127902.tif 000005
【図４】
2005127902.tif 000006