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JP2013068461A - Refraction factor measuring apparatus, sugar concentration measuring apparatus and method therefor - Google Patents

Refraction factor measuring apparatus, sugar concentration measuring apparatus and method therefor Download PDF

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JP2013068461A
JP2013068461A JP2011205913A JP2011205913A JP2013068461A JP 2013068461 A JP2013068461 A JP 2013068461A JP 2011205913 A JP2011205913 A JP 2011205913A JP 2011205913 A JP2011205913 A JP 2011205913A JP 2013068461 A JP2013068461 A JP 2013068461A
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light
guide rod
light guide
refractive index
sample
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JP2011205913A
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Japanese (ja)
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Kazuji Hyakumura
和司 百村
Ryuji Sawada
龍治 澤田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refraction factor measuring apparatus in which a refraction factor of a measuring target can be measured easily and highly accurately.SOLUTION: A refraction factor measuring apparatus 1 is adopted which comprises a light guide rod 10, a line sensor 20 and a CPU 30. The light guide rod 10 reflects incident illumination light on its inner surface and guides the light to its end face. The line sensor 20 measures a light flux diameter of light from the light guide rod 10, at a predetermined position from the end face of the light guide rod 10. The CPU 30 calculates a spread angle of light from the light guide rod 10 from the light flux diameter measured by the line sensor 20, and calculates a refraction factor of a sample S in contact with a side surface of the light guide rod 10 on the basis of the spread angle.

Description

本発明は、屈折率測定装置およびこれを備える糖分濃度測定装置並びにその方法に関するものである。   The present invention relates to a refractive index measuring device, a sugar concentration measuring device including the same, and a method thereof.

従来、屈折率が既知の物質と測定対象物とを光学的に接触させ、その境界面において全反射が起こる光の入射角(臨界角)を測定することで、測定対象物の屈折率を測定する屈折率測定装置が知られている(例えば、特許文献1から3参照)。   Conventionally, the refractive index of a measurement object is measured by optically contacting a measurement object with a known refractive index and measuring the incident angle (critical angle) of light at which the total reflection occurs at the interface. Refractive index measuring devices are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開2009−162561号公報JP 2009-162561 A 特開2005−257319号公報JP 2005-257319 A 特開2003−322616号公報JP 2003-322616 A

しかしながら、特許文献1から3に開示されている屈折率測定装置によれば、視野内において屈折率の境目を示す像を見つけ出し、鏡筒を動かしてこの境目を基準に合わせ、そのときの角度を基に屈折率を算出していた。このため、測定対象物の屈折率の測定に手間がかかっていた。また、その測定精度の誤差が大きいという不都合があった。   However, according to the refractive index measuring devices disclosed in Patent Documents 1 to 3, the image showing the boundary of the refractive index is found in the field of view, the lens barrel is moved to match the boundary, and the angle at that time is set. Based on this, the refractive index was calculated. For this reason, it took time and effort to measure the refractive index of the measurement object. In addition, there is a disadvantage that the measurement accuracy error is large.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、容易かつ高精度に測定対象物の屈折率を測定することができる屈折率測定装置およびこれを備える糖分濃度測定装置並びにその方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a refractive index measuring device that can easily and accurately measure the refractive index of a measurement object, a sugar concentration measuring device including the same, and a method thereof. The purpose is to provide.

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第1の態様は、入射させた照明光を内面反射させて端面まで導く導光ロッドと、前記導光ロッドの端面から所定位置における前記導光ロッドからの光の光束径を測定する測定部と、前記測定部により測定された光束径から前記導光ロッドからの光の拡がり角を算出し、該拡がり角に基づいて前記導光ロッドの側面に接触する試料の屈折率を算出する算出部とを備える屈折率測定装置である。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The first aspect of the present invention measures a light guide rod that internally reflects incident illumination light and guides it to an end surface, and measures a light beam diameter of the light from the light guide rod at a predetermined position from the end surface of the light guide rod. A divergence angle of light from the light guide rod is calculated from a measurement unit and a light beam diameter measured by the measurement unit, and a refractive index of a sample contacting the side surface of the light guide rod is calculated based on the divergence angle. A refractive index measuring device including a calculating unit.

本発明の第1の態様によれば、屈折率を測定する試料を導光ロッドの側面に接触させた状態で、導光ロッドに入射させた照明光が、導光ロッドの内側面を反射して端面まで導かれる。そして、導光ロッドの端面から光が射出され、該端面から所定位置における光の光束径が測定部により測定される。そして、算出部により、このように測定された光束径から導光ロッドからの光の拡がり角が算出され、該拡がり角に基づいて導光ロッドの側面に接触する試料の屈折率が算出される。   According to the first aspect of the present invention, the illumination light incident on the light guide rod reflects the inner side surface of the light guide rod while the sample for measuring the refractive index is in contact with the side surface of the light guide rod. To the end face. And light is inject | emitted from the end surface of a light guide rod, and the light beam diameter of the light in a predetermined position from this end surface is measured by a measurement part. Then, the calculation unit calculates the divergence angle of the light from the light guide rod from the measured light beam diameter, and calculates the refractive index of the sample contacting the side surface of the light guide rod based on the divergence angle. .

この場合において、導光ロッドの端面から射出された光は、導光ロッドと試料との界面において複数回全反射されている。これにより、導光ロッドからの光の拡がり角の角度分布を急峻なものとすることができ、該拡がり角に基づいて算出される試料の屈折率の精度を向上させることができる。また、従来の屈折率測定装置のように、屈折率の境目を示す像を肉眼で見つけ出したり、鏡筒を動かす必要がない。すなわち、本発明の第1の態様によれば、容易かつ高精度に試料の屈折率を測定することができる。   In this case, the light emitted from the end face of the light guide rod is totally reflected a plurality of times at the interface between the light guide rod and the sample. Thereby, the angle distribution of the divergence angle of the light from the light guide rod can be made steep, and the accuracy of the refractive index of the sample calculated based on the divergence angle can be improved. Further, unlike the conventional refractive index measuring apparatus, it is not necessary to find an image showing the boundary of the refractive index with the naked eye or to move the lens barrel. That is, according to the first aspect of the present invention, the refractive index of the sample can be easily and accurately measured.

上記態様において、前記算出部が、前記所定位置における光の光束半径をh、前記導光ロッドの端面と前記所定位置との距離をf1、光の拡がり角をθとした場合に、以下の式に基づいて光の拡がり角を算出することとしてもよい。
h=f1×tanθ
In the above aspect, when the calculation unit sets the light beam radius at the predetermined position as h, the distance between the end face of the light guide rod and the predetermined position as f1, and the light spread angle as θ, The light divergence angle may be calculated based on the above.
h = f1 × tanθ

このようにすることで、光の拡がり角(光の光軸となす角)を容易に算出することができ、該拡がり角に基づいて導光ロッドの側面に接触する試料の屈折率を算出することができる。   In this way, the light divergence angle (angle formed with the optical axis of the light) can be easily calculated, and the refractive index of the sample contacting the side surface of the light guide rod is calculated based on the divergence angle. be able to.

上記態様において、前記導光ロッドの端面に焦点位置が配置され、前記導光ロッドからの光を平行光にして前記所定位置に射出する光学系を備え、前記算出部が、前記所定位置における光の光束半径をh、前記光学系の焦点距離をf2、光の拡がり角をθとした場合に、以下の式に基づいて光の拡がり角を算出することとしてもよい。
h=f2×tanθ
In the above aspect, a focal position is disposed on an end surface of the light guide rod, and an optical system that emits light from the light guide rod as parallel light and emits the light to the predetermined position is provided, and the calculation unit includes light at the predetermined position. Where the light beam radius is h, the focal length of the optical system is f2, and the light spread angle is θ, the light spread angle may be calculated based on the following equation.
h = f2 × tanθ

このようにすることで、光の拡がり角(光の光軸となす角)を容易に算出することができ、該拡がり角に基づいて導光ロッドの側面に接触する試料の屈折率が算出することができる。また、光学系により導光ロッドからの光を平行光にすることができるため、光束径を測定する位置(所定位置)を光軸方向において任意の位置にすることができるとともに、光束径を不要に拡げてしまうことを防止して、測定部による測定範囲を制限することができる。   In this way, the light divergence angle (angle formed with the optical axis of the light) can be easily calculated, and the refractive index of the sample contacting the side surface of the light guide rod is calculated based on the divergence angle. be able to. In addition, since the light from the light guide rod can be converted into parallel light by the optical system, the position (predetermined position) at which the light beam diameter is measured can be set to an arbitrary position in the optical axis direction, and the light beam diameter is unnecessary. It is possible to limit the measurement range by the measurement unit.

上記態様において、前記算出部が、前記導光ロッドからの光の拡がり角から前記導光ロッド内において全反射を起こす前記試料への入射角を算出し、以下の式に基づいて前記試料の屈折率を算出することとしてもよい。
θc=arcsin(n2/n1)
ここで、
θc:前記導光ロッド内において全反射を起こす前記試料への入射角
n1:前記導光ロッドの屈折率
n2:前記試料の屈折率
In the above aspect, the calculation unit calculates an incident angle to the sample that causes total reflection in the light guide rod from a spread angle of light from the light guide rod, and refraction of the sample based on the following formula: The rate may be calculated.
θc = arcsin (n2 / n1)
here,
θc: Angle of incidence on the sample causing total reflection in the light guide rod n1: Refractive index of the light guide rod n2: Refractive index of the sample

このようにすることで、導光ロッドからの光の拡がり角から、導光ロッド内において全反射を起こす試料への入射角を算出し、試料の屈折率を容易に算出することができる。   By doing in this way, the incident angle to the sample which causes total reflection in the light guide rod can be calculated from the divergence angle of the light from the light guide rod, and the refractive index of the sample can be easily calculated.

上記態様において、前記導光ロッドが、照明光を入射させる第1端面と、該第1端面とは他端側に配置され、内面反射して導かれてきた光を反射する第2端面とを有することとしてもよい。   In the above aspect, the light guide rod includes a first end surface on which illumination light is incident, and a second end surface that is disposed on the other end side of the first end surface and reflects the light guided by internal reflection. It is good also as having.

このように構成することで、第1端面から入射した照明光を、導光ロッドの内側面により反射を繰り返して第2端面まで導くとともに、第2端面により反射して再び第1端面まで導くことができる。このようにすることで、導光ロッドと試料との界面における全反射の回数を増加させることができる。これにより、導光ロッドからの光の拡がり角の角度分布を急峻なものとすることができ、該拡がり角に基づいて算出される試料の屈折率の精度を向上させることができる。また、導光ロッドの構造を簡易なものとすることができる。   With this configuration, the illumination light incident from the first end surface is repeatedly reflected by the inner surface of the light guide rod and guided to the second end surface, and is reflected by the second end surface and guided again to the first end surface. Can do. By doing in this way, the frequency | count of total reflection in the interface of a light guide rod and a sample can be increased. Thereby, the angle distribution of the divergence angle of the light from the light guide rod can be made steep, and the accuracy of the refractive index of the sample calculated based on the divergence angle can be improved. Moreover, the structure of the light guide rod can be simplified.

上記態様において、前記導光ロッドに入射させる照明光の波長を調節する波長調節部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、導光ロッドに入射させる照明光の波長を波長調節部により調節しながら、波長毎の試料の屈折率を算出することができ、試料の屈折率の精度を向上させることができる。
The said aspect WHEREIN: It is good also as providing the wavelength adjustment part which adjusts the wavelength of the illumination light entered into the said light guide rod.
By configuring in this way, the refractive index of the sample for each wavelength can be calculated while adjusting the wavelength of the illumination light incident on the light guide rod by the wavelength adjusting unit, and the accuracy of the refractive index of the sample is improved. be able to.

本発明の第2の態様は、上記の屈折率測定装置と、前記導光ロッドからの光の波長スペクトルを測定するスペクトル測定部と、前記スペクトル測定部により測定された波長スペクトルおよび前記算出部により算出された前記試料の屈折率から、前記試料の糖分濃度を多変量解析により演算する演算部とを備える糖分濃度測定装置である。   According to a second aspect of the present invention, the refractive index measurement device, a spectrum measurement unit that measures a wavelength spectrum of light from the light guide rod, a wavelength spectrum measured by the spectrum measurement unit, and the calculation unit are used. It is a sugar concentration measuring apparatus provided with the calculating part which calculates the sugar content concentration of the said sample by multivariate analysis from the calculated refractive index of the said sample.

本発明の第2の態様によれば、屈折率測定装置により試料の屈折率を算出するとともに、スペクトル測定部により導光ロッドからの光の波長スペクトルを測定することができる。そして、このように算出された波長スペクトルおよび試料の屈折率から、演算部により試料の糖分濃度を多変量解析により演算することができる。このように試料の糖分濃度を演算することで、単純に試料の屈折率から糖分濃度を演算する場合に比べて、その測定精度を向上することができる。   According to the second aspect of the present invention, the refractive index of the sample can be calculated by the refractive index measuring device, and the wavelength spectrum of the light from the light guide rod can be measured by the spectrum measuring unit. Then, the sugar concentration of the sample can be calculated by multivariate analysis from the wavelength spectrum thus calculated and the refractive index of the sample. By calculating the sugar concentration of the sample in this way, the measurement accuracy can be improved compared to the case where the sugar concentration is simply calculated from the refractive index of the sample.

本発明の第3の態様は、入射させた照明光を内面反射させて導光ロッドの端面まで導く導光ステップと、前記導光ロッドの端面から所定位置における前記導光ロッドからの光の光束径を測定する測定ステップと、前記測定ステップにより測定された光束径から前記導光ロッドからの光の拡がり角を算出し、該拡がり角に基づいて前記導光ロッドの側面に接触する試料の屈折率を算出する算出ステップとを含む屈折率測定方法である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a light guide step for guiding incident illumination light to the end surface of the light guide rod by internally reflecting the light, and a light beam from the light guide rod at a predetermined position from the end surface of the light guide rod. A measurement step for measuring the diameter, and a light divergence angle from the light guide rod is calculated from the light beam diameter measured in the measurement step, and the refraction of the sample contacting the side surface of the light guide rod based on the divergence angle A refractive index measurement method including a calculation step of calculating a refractive index.

本発明の第4の態様は、上記の屈折率測定方法と、前記導光ロッドからの光の波長スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、前記スペクトル測定ステップにより測定された波長スペクトルおよび前記算出ステップにより算出された前記試料の屈折率から、前記試料の糖分濃度を多変量解析により演算する演算ステップとを含む糖分濃度測定方法である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the refractive index measurement method, a spectrum measurement step of measuring a wavelength spectrum of light from the light guide rod, a wavelength spectrum measured by the spectrum measurement step, and the calculation step. And a calculation step of calculating a sugar concentration of the sample by multivariate analysis from the calculated refractive index of the sample.

本発明によれば、容易かつ高精度に測定対象物の屈折率を測定することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to easily and accurately measure the refractive index of a measurement object.

本発明の第1の実施形態に係る屈折率測定装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a refractive index measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. 屈折率の測定原理を説明する図である。It is a figure explaining the measurement principle of a refractive index. 図1の屈折率測定装置の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the refractive index measuring apparatus of FIG. 導光ロッドから射出される光の角度特性についてのシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result about the angle characteristic of the light inject | emitted from a light guide rod. 導光ロッド内における全反射角を説明する図である。It is a figure explaining the total reflection angle in a light guide rod. 本発明の第2の実施形態に係る糖分濃度測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the sugar concentration measuring apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図6のCPUにより実行される処理を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the process performed by CPU of FIG. 本発明の第1の変形例に係る糖分濃度測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the sugar concentration measuring apparatus which concerns on the 1st modification of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る糖分濃度測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the sugar concentration measuring apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第2の変形例に係る糖分濃度測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the sugar concentration measuring apparatus which concerns on the 2nd modification of this invention.

[第1の実施形態]
以下に、本発明の第1の実施形態に係る屈折率測定装置1について、図1から図5を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る屈折率測定装置1は、図1に示されるように、光源25と、波長調節装置(波長調節部)35と、レンズL1と、ハーフミラー15と、導光ロッド10と、レンズL2と、ラインセンサー(測定部)20と、CPU(算出部)30と、モニタ31と、制御装置38を備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a refractive index measuring apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
As shown in FIG. 1, the refractive index measurement device 1 according to the present embodiment includes a light source 25, a wavelength adjustment device (wavelength adjustment unit) 35, a lens L 1, a half mirror 15, a light guide rod 10, A lens L2, a line sensor (measurement unit) 20, a CPU (calculation unit) 30, a monitor 31, and a control device 38 are provided.

光源25は、広帯域な波長成分を有する照明光をハーフミラー15に向けて射出するようになっている。光源25の射出光軸上には、後述する波長調節装置35と、波長調節装置35からの照明光を集光するレンズL1とが配置されている。   The light source 25 emits illumination light having a broadband wavelength component toward the half mirror 15. On the emission optical axis of the light source 25, a wavelength adjusting device 35, which will be described later, and a lens L1 that collects the illumination light from the wavelength adjusting device 35 are arranged.

波長調節装置35は、光源25の射出光軸上に配置されたフィルタホイール36と、フィルタホイール36を光源25の射出光軸に沿う回転軸回りに回転させる回転部37とを備えている。フィルタホイール36は、互いに異なる波長帯域の光を透過させる複数のバンドパスフィルタが搭載されている。   The wavelength adjusting device 35 includes a filter wheel 36 disposed on the emission optical axis of the light source 25, and a rotation unit 37 that rotates the filter wheel 36 about a rotation axis along the emission optical axis of the light source 25. The filter wheel 36 is equipped with a plurality of band pass filters that transmit light in different wavelength bands.

このような構成を有することで、波長調節装置35は、後述する制御装置38からの指令に基づいて回転部37によりフィルタホール36を回転させることにより、光源25からの照明光のうち所定の波長帯域の光をハーフミラー15に向けて射出するようになっている。   By having such a configuration, the wavelength adjusting device 35 rotates the filter hole 36 by the rotating unit 37 based on a command from the control device 38 to be described later, so that a predetermined wavelength of the illumination light from the light source 25 is obtained. The band light is emitted toward the half mirror 15.

ハーフミラー15は、光源25(波長調節装置35)からの照明光の一部を導光ロッド10の入射端面(第1端面)11に向けて反射するとともに、導光ロッド10からの光の一部をラインセンサー20に向けて透過させるようになっている。   The half mirror 15 reflects a part of the illumination light from the light source 25 (wavelength adjusting device 35) toward the incident end surface (first end surface) 11 of the light guide rod 10, and one part of the light from the light guide rod 10. The part is transmitted toward the line sensor 20.

導光ロッド10は、例えばガラス等で形成された棒状のロッドであり、入射端面11から入射させた照明光を、内側面により内面反射させて入射端面11とは他端側に配置された反射端面(第2端面)12まで導くようになっている。反射端面12は、導光ロッド10内を導かれてきた光を反射するようになっている。   The light guide rod 10 is a rod-shaped rod made of, for example, glass or the like, and the illumination light incident from the incident end surface 11 is reflected on the inner surface by the inner surface, and is a reflection disposed on the other end side from the incident end surface 11. It leads to the end face (second end face) 12. The reflection end face 12 reflects light guided through the light guide rod 10.

このような構成を有することで、導光ロッド10は、入射端面11から入射した照明光を、導光ロッド10の内側面により反射を繰り返して反射端面12まで導くとともに、反射端面12により反射して再び入射端面11まで導くようになっている。   By having such a structure, the light guide rod 10 repeatedly reflects the illumination light incident from the incident end surface 11 by the inner side surface of the light guide rod 10 to the reflection end surface 12 and reflects it by the reflection end surface 12. Then, the light is guided again to the incident end face 11.

また、導光ロッド10は、その外側面が、屈折率の測定対象である試料Sに接触して配置されている。具体的には、例えば試料Sとして生体試料を採用した場合には、入射端面11を生体外に露出させた状態で、導光ロッド10全体を生体内に挿入する。   Further, the light guide rod 10 is arranged such that the outer surface thereof is in contact with the sample S that is the object of measurement of the refractive index. Specifically, for example, when a biological sample is adopted as the sample S, the entire light guide rod 10 is inserted into the living body with the incident end face 11 exposed outside the living body.

ラインセンサー20は、導光ロッド10の入射端面11から所定の間隔をあけて配置されており、導光ロッド10の入射端面11から所定位置における導光ロッド10からの光の光束径を測定するようになっている。
また、ハーフミラー15とラインセンサー20との間には、導光ロッド10からの光を集光するレンズL2が設けられている。
The line sensor 20 is disposed at a predetermined interval from the incident end surface 11 of the light guide rod 10 and measures the light beam diameter of the light from the light guide rod 10 at a predetermined position from the incident end surface 11 of the light guide rod 10. It is like that.
A lens L <b> 2 that collects light from the light guide rod 10 is provided between the half mirror 15 and the line sensor 20.

CPU30は、ラインセンサー20により測定された光束径から導光ロッド10からの光の拡がり角を算出し、該拡がり角に基づいて導光ロッド10の外側面に接触する試料Sの屈折率を算出するようになっている。   The CPU 30 calculates the divergence angle of the light from the light guide rod 10 from the beam diameter measured by the line sensor 20, and calculates the refractive index of the sample S that contacts the outer surface of the light guide rod 10 based on the divergence angle. It is supposed to be.

モニタ31は、CPU30より算出された試料Sの屈折率や、波長調節装置35により選択的に透過される照明光の波長等の情報を表示するようになっている。
制御装置38は、CPU30からの指令に基づいて回転部37を動作させて、波長調節装置35から射出する照明光の波長を制御するようになっている。
The monitor 31 displays information such as the refractive index of the sample S calculated by the CPU 30 and the wavelength of illumination light that is selectively transmitted by the wavelength adjusting device 35.
The control device 38 operates the rotating unit 37 based on a command from the CPU 30 to control the wavelength of illumination light emitted from the wavelength adjusting device 35.

ここで、本実施形態に係る屈折率測定装置1による屈折率の測定原理について以下に説明する。
図2に示すように、屈折率が異なる物質が接している界面では反射が起こる。物質A,物質Bの屈折率をそれぞれn1,n2としたとき、n1>n2のとき、ある角度以上の入射角θcで全反射が起こることが知られている。この全反射角は次式で与えられる。
θc=arcsin(n2/n1)
Here, the measurement principle of the refractive index by the refractive index measuring apparatus 1 according to the present embodiment will be described below.
As shown in FIG. 2, reflection occurs at the interface where materials having different refractive indexes are in contact. When the refractive indexes of the substance A and the substance B are n1 and n2, respectively, it is known that total reflection occurs at an incident angle θc greater than a certain angle when n1> n2. This total reflection angle is given by the following equation.
θc = arcsin (n2 / n1)

上式に基づき、物質Aの屈折率n1が既知であれば、全反射角θcを測定することにより物質Bの屈折率n2を測定することができる。これがアッベ屈折率計の基本的な原理となっている。   If the refractive index n1 of the substance A is known based on the above formula, the refractive index n2 of the substance B can be measured by measuring the total reflection angle θc. This is the basic principle of the Abbe refractometer.

本実施形態に係る屈折率測定装置1では、図3に示すように、導光ロッド10に光を伝播させる場合には全反射を利用している。伝播できる光束の角度は、導光ロッド10の屈折率n1と、導光ロッド10の外側に配置された外側媒質の屈折率n2で決まる。
すなわち、導光ロッド10の屈折率n1が既知であれば、導光ロッド10を伝播できる光束の角度を測定することにより、外側媒質の屈折率n2を測定することができる。これが本実施形態に係る屈折率測定装置1による屈折率測定法の原理である。
In the refractive index measuring apparatus 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, when light is propagated to the light guide rod 10, total reflection is used. The angle of the light beam that can be propagated is determined by the refractive index n1 of the light guide rod 10 and the refractive index n2 of the outer medium disposed outside the light guide rod 10.
That is, if the refractive index n1 of the light guide rod 10 is known, the refractive index n2 of the outer medium can be measured by measuring the angle of the light beam that can propagate through the light guide rod 10. This is the principle of the refractive index measuring method by the refractive index measuring apparatus 1 according to this embodiment.

上記構成を有する本実施形態に係る屈折率測定装置1によれば、光束は導光ロッド10の内側面を何度も反射し、このことにより、光束強度の角度分布はより急峻となるため、全反射角の測定精度を向上することができる。   According to the refractive index measuring apparatus 1 according to the present embodiment having the above-described configuration, the light beam reflects the inner surface of the light guide rod 10 many times, and thereby the angular distribution of the light beam intensity becomes steeper. The measurement accuracy of the total reflection angle can be improved.

上記の効果について、シミュレーション結果を用いて以下に説明する。
図4は外側媒質の屈折率n2=1.33,導光ロッド10の屈折率n1=1.38とした場合における反射率の角度特性を示したものである。横軸はラジアン(rad)表記の角度、縦軸は反射率を示す。反射率が1になる角度が全反射角(臨界角)である。
The above effect will be described below using simulation results.
FIG. 4 shows the angle characteristics of the reflectance when the refractive index n2 = 1.33 of the outer medium and the refractive index n1 = 1.38 of the light guide rod 10 are set. The horizontal axis represents the angle expressed in radians (rad), and the vertical axis represents the reflectance. The angle at which the reflectance is 1 is the total reflection angle (critical angle).

図4において、ラインG1は一回反射のもの、ラインG2は10回反射のものである。10回反射を示すラインG2では、臨界角付近の傾きは急峻であり、臨界角の決定が容易になり、屈折率の測定精度が向上する。   In FIG. 4, line G1 is a one-time reflection, and line G2 is a ten-time reflection. In the line G2 indicating 10-time reflection, the inclination near the critical angle is steep, so that the critical angle can be easily determined, and the measurement accuracy of the refractive index is improved.

以上のことより、図5に示すように、導光ロッド10の屈折率n1と外側媒質(試料S)の屈折率n2で決まる全反射角θc以下の入射角の光束が含まれるように、導光ロッド10への入射光束の最大角度を決める。このように入射光束の最大角を決めると、導光ロッド10と外側媒質との界面へは全反射角以下の光と全反射角以上の光が含まれる。このうち、全反射角以上の角度で界面に入射した光が反射され、この反射光のみが導光ロッド10内を伝播することができる。   From the above, as shown in FIG. 5, the light guide rod 10 is guided so that a light beam having an incident angle equal to or smaller than the total reflection angle θc determined by the refractive index n1 of the light guide rod 10 and the refractive index n2 of the outer medium (sample S) is included. The maximum angle of the light beam incident on the optical rod 10 is determined. When the maximum angle of the incident light beam is determined in this way, the interface between the light guide rod 10 and the outer medium includes light having a total reflection angle or less and light having a total reflection angle or more. Among these, light incident on the interface at an angle greater than the total reflection angle is reflected, and only this reflected light can propagate through the light guide rod 10.

ここで、導光ロッド10の入射端面11とは反対側の端面に反射端面12を設けておくと、導光ロッド10内を伝播した光は再び入射端面11に戻ってくる。この戻り光は、導光ロッド10と外側媒質の界面で全反射角以上の角度で入射した成分のみである。したがって、この戻り光の角度分布を測定すれば、外側媒質の屈折率を測定することができる。   Here, if the reflection end face 12 is provided on the end face opposite to the incident end face 11 of the light guide rod 10, the light propagated in the light guide rod 10 returns to the incident end face 11 again. This return light is only the component incident at an angle greater than the total reflection angle at the interface between the light guide rod 10 and the outer medium. Therefore, if the angular distribution of the return light is measured, the refractive index of the outer medium can be measured.

上記構成を有する本実施形態に係る屈折率測定装置1の作用について以下に説明する。
光源25から発せられた照明光は、波長調節装置35で分光され、レンズL1でハーフミラー15上に集光されて、入射端面11から導光ロッド10に導入される。導光ロッド10のもう一方の端面は反射端面12となっているため、導光ロッド10内を伝播する光束は入射端面11へ戻される。
The operation of the refractive index measuring apparatus 1 according to this embodiment having the above configuration will be described below.
Illumination light emitted from the light source 25 is dispersed by the wavelength adjusting device 35, condensed on the half mirror 15 by the lens L 1, and introduced into the light guide rod 10 from the incident end face 11. Since the other end face of the light guide rod 10 is a reflection end face 12, the light beam propagating through the light guide rod 10 is returned to the incident end face 11.

レンズL2は、図3に示すように、その前側焦点が導光ロッド10の入射端面11に位置し、後ろ側焦点にラインセンサー20が配置されている。レンズL2をこのような配置とすることで、導光ロッド10からの光を平行光にしてラインセンサー20の配置された面21に射出することができる。これにより、ラインセンサー20の配置された面21上に、導光ロッド10からの光の角度情報が現れる。   As shown in FIG. 3, the front focal point of the lens L <b> 2 is located on the incident end surface 11 of the light guide rod 10, and the line sensor 20 is disposed at the rear focal point. By arranging the lens L2 in such an arrangement, the light from the light guide rod 10 can be collimated and emitted to the surface 21 on which the line sensor 20 is arranged. Thereby, the angle information of the light from the light guide rod 10 appears on the surface 21 on which the line sensor 20 is arranged.

具体的には、図3に示すように、面21上において光の光軸中心からの距離をh、レンズL2の焦点距離をf2、光の光軸となす角度(光の拡がり角)をθとすると、以下の式に表わす関係が成り立つ。
h=f2×tanθ
Specifically, as shown in FIG. 3, the distance from the optical axis center of light on the surface 21 is h, the focal length of the lens L2 is f2, and the angle (light spread angle) between the optical axis of the light is θ. Then, the relationship expressed by the following equation is established.
h = f2 × tanθ

ラインセンサー20により光軸中心からの距離hを測定し、上記の式に代入することで、光の拡がり角θを算出することができる。このようにラインセンサー10で戻り光の最大角度を測定することにより、導光ロッド10内での全反射角を知ることができ、外側媒質(試料S)の屈折率を測定することができる。   By measuring the distance h from the center of the optical axis by the line sensor 20 and substituting it into the above formula, the light spread angle θ can be calculated. Thus, by measuring the maximum angle of the return light by the line sensor 10, the total reflection angle in the light guide rod 10 can be known, and the refractive index of the outer medium (sample S) can be measured.

以上のように、本実施形態に係る屈折率測定装置1によれば、屈折率を測定する試料Sを導光ロッド10の側面に接触させた状態で、導光ロッド10の入射端面11に入射させた照明光が、導光ロッド10の内側面および反射端面12により反射されて入射端面11まで再び導かれる。そして、導光ロッド10の入射端面11から光が射出され、入射端面11から所定位置における光の光束径が、ラインセンサー20により測定される。そして、CPU30により、このように測定された光束径から、導光ロッド10からの光の拡がり角が算出され、該拡がり角に基づいて導光ロッド10の側面に接触する試料Sの屈折率が算出される。   As described above, according to the refractive index measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the sample S for measuring the refractive index is incident on the incident end surface 11 of the light guide rod 10 while being in contact with the side surface of the light guide rod 10. The illuminated illumination light is reflected by the inner side surface of the light guide rod 10 and the reflection end surface 12 and guided again to the incident end surface 11. Then, light is emitted from the incident end face 11 of the light guide rod 10, and the light beam diameter at a predetermined position from the incident end face 11 is measured by the line sensor 20. Then, the CPU 30 calculates the divergence angle of the light from the light guide rod 10 from the light beam diameter measured in this way, and the refractive index of the sample S contacting the side surface of the light guide rod 10 based on the divergence angle. Calculated.

この場合において、導光ロッド10の端面から射出された光は、導光ロッド10と試料Sとの界面において複数回全反射されている。これにより、導光ロッド10からの光の拡がり角の角度分布を急峻なものとすることができ、拡がり角に基づいて算出される試料Sの屈折率の精度を向上させることができる。また、従来の屈折率測定装置のように、屈折率の境目を示す像を肉眼で見つけ出したり、鏡筒を動かす必要がない。すなわち、本実施形態に係る屈折率測定装置1によれば、容易かつ高精度に試料Sの屈折率を測定することができる。   In this case, the light emitted from the end face of the light guide rod 10 is totally reflected a plurality of times at the interface between the light guide rod 10 and the sample S. Thereby, the angle distribution of the divergence angle of the light from the light guide rod 10 can be made steep, and the accuracy of the refractive index of the sample S calculated based on the divergence angle can be improved. Further, unlike the conventional refractive index measuring apparatus, it is not necessary to find an image showing the boundary of the refractive index with the naked eye or to move the lens barrel. That is, according to the refractive index measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the refractive index of the sample S can be measured easily and with high accuracy.

また、レンズL2により導光ロッド10からの光を平行光にすることができるため、光束径を測定する位置(所定位置)を光軸方向において任意の位置にすることができる。また、光束径を不要に拡げてしまうことを防止して、ラインセンサー20の測定範囲を制限することができる。   In addition, since the light from the light guide rod 10 can be converted into parallel light by the lens L2, the position (predetermined position) at which the beam diameter is measured can be set to an arbitrary position in the optical axis direction. Further, it is possible to limit the measurement range of the line sensor 20 by preventing the light beam diameter from being unnecessarily widened.

また、導光ロッド10が入射端面11の他端側に反射端面12とを有することで、入射端面11から入射した照明光を、導光ロッド10の内側面により反射を繰り返して反射端面12まで導くとともに、反射端面12により反射して再び入射端面11まで導くことができる。このようにすることで、導光ロッド10と試料Sとの界面における全反射の回数を増加させることができる。これにより、導光ロッド10からの光の拡がり角の角度分布を急峻なものとすることができ、拡がり角に基づいて算出される試料Sの屈折率の精度を向上させることができる。また、導光ロッド10の構造を簡易なものとすることができる。   Further, since the light guide rod 10 has the reflection end face 12 on the other end side of the incident end face 11, the illumination light incident from the incident end face 11 is repeatedly reflected by the inner side face of the light guide rod 10 to the reflection end face 12. At the same time, it can be reflected by the reflection end face 12 and led to the incident end face 11 again. By doing in this way, the frequency | count of total reflection in the interface of the light guide rod 10 and the sample S can be increased. Thereby, the angle distribution of the divergence angle of the light from the light guide rod 10 can be made steep, and the accuracy of the refractive index of the sample S calculated based on the divergence angle can be improved. Moreover, the structure of the light guide rod 10 can be simplified.

また、導光ロッド10に入射させる照明光の波長を調節する波長調節装置35を備えることで、導光ロッド10に入射させる照明光の波長を調節しながら、波長毎の試料Sの屈折率を算出することができ、試料Sの屈折率の精度を向上させることができる。   Moreover, by providing the wavelength adjusting device 35 that adjusts the wavelength of the illumination light incident on the light guide rod 10, the refractive index of the sample S for each wavelength is adjusted while adjusting the wavelength of the illumination light incident on the light guide rod 10. And the accuracy of the refractive index of the sample S can be improved.

なお、本実施形態に係る屈折率測定装置1において、レンズL2を設けずに、以下の式に基づいて光の拡がり角(光の光軸となす角)を算出することとしてもよい。
h=f1×tanθ
ここで、hは所定位置(図3の面21)における光の光束半径、f1は導光ロッド10の入射端面11と所定位置(図3の面21)との距離、θは光の拡がり角である。
In the refractive index measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the light divergence angle (angle formed with the optical axis of light) may be calculated based on the following formula without providing the lens L2.
h = f1 × tanθ
Here, h is a light beam radius at a predetermined position (surface 21 in FIG. 3), f1 is a distance between the incident end surface 11 of the light guide rod 10 and the predetermined position (surface 21 in FIG. 3), and θ is a light spread angle. It is.

このようにすることで、レンズL2を設けることなく、光の拡がり角を容易に算出することができ、該拡がり角に基づいて導光ロッド10の側面に接触する試料Sの屈折率が算出することができる。   In this way, the light divergence angle can be easily calculated without providing the lens L2, and the refractive index of the sample S contacting the side surface of the light guide rod 10 is calculated based on the divergence angle. be able to.

なお、外側媒質の屈折率の範囲が既知の場合、その範囲の測定ができるだけの小さなラインセンサー20を用いることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。
また、導光ロッド10はその一部が試料Sに接していれば良く、大気中に突出している部分があってもよい。
When the range of the refractive index of the outer medium is known, a small line sensor 20 that can measure the range can be used. Thereby, size reduction of an apparatus can be achieved.
The light guide rod 10 only needs to be in contact with the sample S, and may have a portion protruding into the atmosphere.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、前述の第1の実施形態に係る屈折率測定装置1を、例えば血糖値等を測定する糖分測定装置に適用した例について説明する。以下、本実施形態の糖分測定装置2について、第1の実施形態に係る屈折率測定装置1と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the refractive index measurement device 1 according to the first embodiment described above is applied to, for example, a sugar content measurement device that measures a blood sugar level or the like will be described. Hereinafter, with respect to the sugar content measuring apparatus 2 of the present embodiment, description of points that are common to the refractive index measuring apparatus 1 according to the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

本実施形態に係る糖分測定装置2は、図6に示すように、第1の実施形態に係る屈折率測定装置1の構成(図1参照)に加えて、一部がラインセンサー20を通過してきた導光ロッド10からの光を集光するレンズL3と、レンズL3により集光された光を検出する光検出器(スペクトル測定部)40とを備えている。   As shown in FIG. 6, the sugar content measuring apparatus 2 according to the present embodiment partially passes through the line sensor 20 in addition to the configuration of the refractive index measuring apparatus 1 according to the first embodiment (see FIG. 1). The lens L3 which condenses the light from the light guide rod 10 and the photodetector (spectrum measurement unit) 40 which detects the light collected by the lens L3 are provided.

光検出器40は、波長調節装置35により選択的に透過された照明光の波長毎に、導光ロッド10内を内面反射して入射端面11から射出された光の強度を検出するようになっている。これにより、試料Sの吸収スペクトルを測定するようになっている。   The light detector 40 detects the intensity of light emitted from the incident end face 11 by being internally reflected in the light guide rod 10 for each wavelength of the illumination light selectively transmitted by the wavelength adjusting device 35. ing. Thereby, the absorption spectrum of the sample S is measured.

ここで、導光ロッド10内における全反射の現象では、全反射光は外側媒質側に少しだけ潜り込んで反射されるので、外側媒質に吸収があるとこの影響を受けて反射光のエネルギーが減少する。したがって、照明光の波長を種々変えることにより、あるいは反射光を分光することにより、外側媒質のスペクトルが得られる。これは減衰全反射法(ATR:attenuated total reflection)と呼ばれるスペクトル測定法である。   Here, in the phenomenon of total reflection in the light guide rod 10, the total reflected light enters the outer medium side a little and is reflected, so that if the outer medium is absorbed, the influence of this influence decreases the energy of the reflected light. To do. Therefore, the spectrum of the outer medium can be obtained by variously changing the wavelength of the illumination light or by spectroscopically analyzing the reflected light. This is a spectral measurement method called attenuated total reflection (ATR).

上記構成を有する本実施形態に係る糖分測定装置2によれば、単一の導光ロッド10で外側媒質の屈折率とスペクトルの両方を測定することができる。
なお、ラインセンサー20は導光ロッド10からの光の一部を遮蔽するが、大部分の光はラインセンサー20以外の部分を透過するため、スペクトル測定への影響は少ない。
According to the sugar content measuring apparatus 2 according to the present embodiment having the above-described configuration, both the refractive index and the spectrum of the outer medium can be measured with the single light guide rod 10.
The line sensor 20 blocks a part of the light from the light guide rod 10, but most of the light is transmitted through a part other than the line sensor 20, so that the influence on the spectrum measurement is small.

本実施形態に係る糖分測定装置2において、CPU(算出部、演算部)30は、光検出器40により測定された吸収スペクトルおよびラインセンサー20により測定された光束径から算出された試料Sの屈折率から、試料Sの糖分濃度を多変量解析により演算するようになっている。   In the sugar content measuring apparatus 2 according to the present embodiment, the CPU (calculation unit, calculation unit) 30 has a refraction of the sample S calculated from the absorption spectrum measured by the photodetector 40 and the beam diameter measured by the line sensor 20. From the rate, the sugar concentration of the sample S is calculated by multivariate analysis.

上記演算における情報処理の流れは図7に示すようになる。本実施形態に係る糖分測定装置2によれば、アルコール類、糖類、脂肪酸、ポリマーなど広範囲な溶質の濃度測定が可能であるが、ここでは血糖値測定を例に説明する。減衰全反射法によるスペクトル測定値と屈折率測定値はPLS法などの回帰分析手法を含む演算処理を経て血糖値として最終的な値を得る。   The flow of information processing in the above calculation is as shown in FIG. According to the sugar content measuring apparatus 2 according to the present embodiment, it is possible to measure a wide range of solute concentrations such as alcohols, sugars, fatty acids, polymers, etc. Here, blood sugar level measurement will be described as an example. The spectrum measurement value and the refractive index measurement value obtained by the attenuated total reflection method are finally subjected to arithmetic processing including a regression analysis method such as the PLS method to obtain a final value as a blood glucose level.

以上のように、本実施形態に係る糖分測定装置2によれば、前述の実施形態に係る屈折率測定装置1により試料Sの屈折率を算出するとともに、光検出器40により導光ロッド10からの光の波長スペクトルを測定することができる。そして、このように算出された波長スペクトルおよび試料Sの屈折率から、CPU30により試料Sの糖分濃度を多変量解析により演算することができる。このように試料Sの糖分濃度を演算することで、単純に試料Sの屈折率から糖分濃度を演算する場合に比べて、その測定精度を向上することができる。   As described above, according to the sugar content measuring device 2 according to the present embodiment, the refractive index of the sample S is calculated by the refractive index measuring device 1 according to the above-described embodiment, and the light detector 40 removes the refractive index from the light guide rod 10. The wavelength spectrum of light can be measured. Then, from the thus calculated wavelength spectrum and the refractive index of the sample S, the CPU 30 can calculate the sugar concentration of the sample S through multivariate analysis. By calculating the sugar concentration of the sample S in this way, the measurement accuracy can be improved compared to a case where the sugar concentration is simply calculated from the refractive index of the sample S.

また、本実施形態に係る糖分測定装置2には可動部が無いため、安定した糖分測定が可能である。
また、測定対象の溶媒及び溶質の屈折率と濃度の変動幅が限定されている場合、導光ロッド10の屈折率を最適化してラインセンサー20上の光束径の変化を最大化することにより、屈折率の測定精度を高めることができる。
Moreover, since there is no movable part in the sugar content measuring apparatus 2 according to the present embodiment, stable sugar content measurement is possible.
Also, when the refractive index and concentration fluctuation range of the solvent and solute to be measured are limited, by optimizing the refractive index of the light guide rod 10 and maximizing the change in the beam diameter on the line sensor 20, The measurement accuracy of the refractive index can be increased.

また、導光ロッド10の径を細径化しても感度が落ちないため、径の細い導光ロッド10を生体内に設置して生体内の物質濃度を測定することが可能である。これにより、血糖値測定の際の侵襲を軽減することができる。   Moreover, since the sensitivity does not decrease even if the diameter of the light guide rod 10 is reduced, it is possible to measure the substance concentration in the living body by installing the light guiding rod 10 having a small diameter in the living body. Thereby, invasion at the time of blood glucose level measurement can be reduced.

[第1の変形例]
なお、本実施形態に係る糖分測定装置2の変形例として、図8に示すように、U字型の導光ロッド10を用いるとともに、図6のハーフミラー15に代えて、全反射ミラー16を採用することとしてもよい。
本変形例に係る糖分測定装置3によれば、ハーフミラーで生じる光の減衰を回避することができ、試料Sの屈折率および糖分濃度の測定精度を向上することができる。
[First Modification]
As a modification of the sugar content measuring apparatus 2 according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, a U-shaped light guide rod 10 is used, and a total reflection mirror 16 is used instead of the half mirror 15 in FIG. It may be adopted.
According to the sugar content measuring apparatus 3 according to this modification, it is possible to avoid the attenuation of light that occurs in the half mirror, and it is possible to improve the measurement accuracy of the refractive index and the sugar concentration of the sample S.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、前述の変形例に係る糖分測定装置3において、ラインセンサー20および光検出器40に代えて、2次元センサーを採用した例について説明する。以下、本実施形態の糖分測定装置4について、前述の実施形態に係る糖分測定装置2,3と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which a two-dimensional sensor is employed instead of the line sensor 20 and the photodetector 40 in the sugar content measuring apparatus 3 according to the above-described modification will be described. Hereinafter, with respect to the sugar content measuring device 4 of the present embodiment, description of points common to the sugar content measuring devices 2 and 3 according to the above-described embodiments will be omitted, and different points will be mainly described.

本実施形態に係る糖分測定装置3は、図9に示すように、光源25と、レンズL4と、導光ロッド10と、シリンドリカルレンズL5と、グレーティング41と、2次元センサー(測定部、スペクトル測定部)42と、CPU(算出部)30と、モニタ31とを備えている。   As shown in FIG. 9, the sugar content measuring apparatus 3 according to this embodiment includes a light source 25, a lens L4, a light guide rod 10, a cylindrical lens L5, a grating 41, and a two-dimensional sensor (measurement unit, spectrum measurement). Unit) 42, a CPU (calculation unit) 30, and a monitor 31.

光源25は、例えば中赤外線ランプであり、広帯域な波長成分を有する照明光を導光ロッド10の入射端面11に向けて射出するようになっている。光源25の射出光軸上には、光源25からの照明光を集光するレンズL4が配置されている。   The light source 25 is, for example, a mid-infrared lamp, and emits illumination light having a broadband wavelength component toward the incident end face 11 of the light guide rod 10. A lens L4 that condenses the illumination light from the light source 25 is disposed on the emission optical axis of the light source 25.

導光ロッド10は、例えばガラス等で形成されたU字型のロッドであり、入射端面11から入射させた照明光を、内側面により内面反射させて入射端面11とは他端側に配置された出射端面13まで導くようになっている。   The light guide rod 10 is a U-shaped rod formed of, for example, glass or the like, and the illumination light incident from the incident end surface 11 is internally reflected by the inner surface, and is disposed on the other end side with respect to the incident end surface 11. Further, it is guided to the outgoing end face 13.

また、導光ロッド10は、その外側面が、屈折率の測定対象である試料Sに接触して配置されている。具体的には、例えば試料Sとして生体試料を採用した場合には、入射端面11および出射端面13を生体外に露出させた状態で、導光ロッド10全体を生体内に挿入する。   Further, the light guide rod 10 is arranged such that the outer surface thereof is in contact with the sample S that is the object of measurement of the refractive index. Specifically, for example, when a biological sample is adopted as the sample S, the entire light guide rod 10 is inserted into the living body with the incident end face 11 and the emitting end face 13 exposed outside the living body.

導光ロッド10の射出光軸上には、シリンドリカルレンズL5と、グレーティング41とが配置されている。
シリンドリカルレンズL5は、導光ロッド10の出射端面13から射出された光を、光軸に直交する2次元方向のうち1次元方向にのみ集光するようになっている。これにより、導光ロッド10の出射端面13から射出された断面円形の光は、シリンドリカルレンズL5により、その横断面が長円形状にグレーティング41上に集光される。
On the emission optical axis of the light guide rod 10, a cylindrical lens L5 and a grating 41 are arranged.
The cylindrical lens L5 condenses the light emitted from the emission end face 13 of the light guide rod 10 only in the one-dimensional direction out of the two-dimensional directions orthogonal to the optical axis. As a result, the light having a circular cross section emitted from the light emitting end face 13 of the light guide rod 10 is condensed on the grating 41 by the cylindrical lens L5 so that the horizontal cross section is an oval shape.

なお、導光ロッド10の出射端面13から射出された光の光束径は、試料Sの屈折率情報を有している。したがって、シリンドリカルレンズL5により長円形に集光された光の長径についても試料Sの屈折率情報を保持している。   Note that the light beam diameter of the light emitted from the emission end face 13 of the light guide rod 10 has the refractive index information of the sample S. Therefore, the refractive index information of the sample S is held for the major axis of the light condensed into an oval shape by the cylindrical lens L5.

グレーティング41は、シリンドリカルレンズL5により長円形に集光された光を、その短径方向に波長帯域毎に分光して、2次元センサー42に向けて反射するようになっている。グレーティング41では、図9に示すように、長円形状の横断面を有する光が短径方向に波長成分毎に分解される。このように分光された光は、長径方向に屈折率情報、短径方向に波長スペクトル情報を有している。   The grating 41 separates the light collected in an oval shape by the cylindrical lens L5 into the short diameter direction for each wavelength band and reflects it toward the two-dimensional sensor. In the grating 41, as shown in FIG. 9, light having an elliptical cross section is decomposed for each wavelength component in the minor axis direction. The light thus dispersed has refractive index information in the major axis direction and wavelength spectrum information in the minor axis direction.

2次元センサー42は、グレーティング41からの分光された光について、その光束径および強度を検出するようになっている。より具体的には、2次元センサー42は、グレーティング41からの分光された光について、長径(屈折率情報)および波長毎の強度(波長スペクトル情報)を検出するようになっている。   The two-dimensional sensor 42 detects the light beam diameter and intensity of the dispersed light from the grating 41. More specifically, the two-dimensional sensor 42 detects the major axis (refractive index information) and the intensity for each wavelength (wavelength spectrum information) with respect to the dispersed light from the grating 41.

CPU30は、2次元センサー42により検出された光の光束径(長径)から試料Sの屈折率を算出し、該屈折率および2次元センサー42により検出された波長スペクトルから、試料Sの糖分濃度を多変量解析により演算するようになっている。   The CPU 30 calculates the refractive index of the sample S from the light beam diameter (major axis) of the light detected by the two-dimensional sensor 42, and calculates the sugar concentration of the sample S from the refractive index and the wavelength spectrum detected by the two-dimensional sensor 42. Calculations are made by multivariate analysis.

モニタ31は、CPU30より算出された試料Sの屈折率や、2次元センサー42により検出された波長スペクトルや、これらより演算された試料Sの糖分濃度等の情報を表示するようになっている。   The monitor 31 displays information such as the refractive index of the sample S calculated by the CPU 30, the wavelength spectrum detected by the two-dimensional sensor 42, and the sugar concentration of the sample S calculated from these.

上記構成を有する本実施形態に係る糖分測定装置4によれば、前述の実施形態に係る糖分測定装置2,3と同様の効果に加えて、試料Sの屈折率と波長スペクトルを単一のセンサーで測定できるため、装置の小型化を図ることができる。   According to the sugar content measuring apparatus 4 according to this embodiment having the above-described configuration, in addition to the same effects as those of the sugar content measuring apparatuses 2 and 3 according to the above-described embodiments, the refractive index and the wavelength spectrum of the sample S can be obtained from a single sensor. Therefore, the apparatus can be downsized.

〔第2の変形例〕
なお、本実施形態に係る糖分測定装置4の変形例として、図10に示すように、U字型の導光ロッドに代えて棒状の導光ロッド10を用いるとともに、光源25の射出光軸と導光ロッド10からの射出光軸との交点にハーフミラー15を配置することとしてもよい。
本変形例に係る糖分測定装置5によれば、導光ロッド10を小さくすることができ、血糖値測定の際の侵襲を軽減することができる。
[Second Modification]
As a modification of the sugar content measuring device 4 according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, a rod-shaped light guide rod 10 is used instead of the U-shaped light guide rod, and the emission optical axis of the light source 25 is used. The half mirror 15 may be disposed at the intersection with the optical axis emitted from the light guide rod 10.
According to the sugar content measuring apparatus 5 according to this modification, the light guide rod 10 can be made small, and the invasion at the time of blood glucose level measurement can be reduced.

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および各変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよい。   As mentioned above, although each embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. . For example, you may apply this invention to embodiment which combined each said embodiment and each modification suitably.

L1,L2,L3,L4 レンズ(光学系)
L5 シリンドリカルレンズ
S 試料
1 屈折率測定装置
2,3,4,5 糖分測定装置
10 導光ロッド
11 入射端面(第1端面)
12 反射端面(第2端面)
13 出射端面(第2端面)
15 ハーフミラー
20 ラインセンサー(測定部)
25 光源
35 波長調節装置(波長調節部)
30 CPU(算出部)
31 モニタ
38 制御装置
40 光検出器(スペクトル測定部)
41 グレーティング
42 2次元センサー(測定部、スペクトル測定部)
L1, L2, L3, L4 lens (optical system)
L5 Cylindrical lens S Sample 1 Refractive index measurement device 2, 3, 4, 5 Sugar content measurement device 10 Light guide rod 11 Incident end surface (first end surface)
12 Reflective end face (second end face)
13 Output end face (second end face)
15 Half mirror 20 Line sensor (measurement part)
25 Light source 35 Wavelength tuning device (wavelength tuning unit)
30 CPU (calculation unit)
31 Monitor 38 Control device 40 Photodetector (spectrum measurement unit)
41 grating 42 two-dimensional sensor (measurement unit, spectrum measurement unit)

Claims (9)

入射させた照明光を内面反射させて端面まで導く導光ロッドと、
前記導光ロッドの端面から所定位置における前記導光ロッドからの光の光束径を測定する測定部と、
前記測定部により測定された光束径から前記導光ロッドからの光の拡がり角を算出し、該拡がり角に基づいて前記導光ロッドの側面に接触する試料の屈折率を算出する算出部とを備える屈折率測定装置。
A light guide rod that internally reflects incident illumination light and leads it to the end face;
A measuring unit for measuring a light beam diameter of light from the light guide rod at a predetermined position from an end surface of the light guide rod;
Calculating a divergence angle of light from the light guide rod from the beam diameter measured by the measurement unit, and calculating a refractive index of a sample contacting the side surface of the light guide rod based on the divergence angle; Refractive index measuring device provided.
前記算出部が、前記所定位置における光の光束半径をh、前記導光ロッドの端面と前記所定位置との距離をf1、光の拡がり角をθとした場合に、以下の式に基づいて光の拡がり角を算出する請求項1に記載の屈折率測定装置。
h=f1×tanθ
When the calculation unit sets the light beam radius at the predetermined position as h, the distance between the end face of the light guide rod and the predetermined position as f1, and the light spread angle as θ, the light is calculated based on the following formula: The refractive index measuring apparatus of Claim 1 which calculates the divergence angle of.
h = f1 × tanθ
前記導光ロッドの端面に焦点位置が配置され、前記導光ロッドからの光を平行光にして前記所定位置に射出する光学系を備え、
前記算出部が、前記所定位置における光の光束半径をh、前記光学系の焦点距離をf2、光の拡がり角をθとした場合に、以下の式に基づいて光の拡がり角を算出する請求項1に記載の屈折率測定装置。
h=f2×tanθ
A focal position is disposed on an end face of the light guide rod, and an optical system that emits light from the light guide rod as parallel light and emits the light to the predetermined position;
The calculation unit calculates a light divergence angle based on the following expression, where h is a light beam radius at the predetermined position, h2 is a focal length of the optical system, and θ is a light divergence angle. Item 2. The refractive index measurement apparatus according to Item 1.
h = f2 × tanθ
前記算出部が、前記導光ロッドからの光の拡がり角から前記導光ロッド内において全反射を起こす前記試料への入射角を算出し、以下の式に基づいて前記試料の屈折率を算出する請求項2または3に記載の屈折率測定装置。
θc=arcsin(n2/n1)
ここで、
θc:前記導光ロッド内において全反射を起こす前記試料への入射角
n1:前記導光ロッドの屈折率
n2:前記試料の屈折率
The calculation unit calculates an incident angle to the sample that causes total reflection in the light guide rod from a spread angle of light from the light guide rod, and calculates a refractive index of the sample based on the following equation: The refractive index measuring device according to claim 2 or 3.
θc = arcsin (n2 / n1)
here,
θc: Angle of incidence on the sample causing total reflection in the light guide rod n1: Refractive index of the light guide rod n2: Refractive index of the sample
前記導光ロッドが、照明光を入射させる第1端面と、該第1端面とは他端側に配置され、内面反射して導かれてきた光を反射する第2端面とを有する請求項1に記載の屈折率測定装置。   2. The light guide rod has a first end surface on which illumination light is incident, and a second end surface that is disposed on the other end side of the first end surface and reflects light guided by internal reflection. The refractive index measuring apparatus as described in 2. 前記導光ロッドに入射させる照明光の波長を調節する波長調節部を備える請求項1に記載の屈折率測定装置。   The refractive index measuring apparatus according to claim 1, further comprising a wavelength adjusting unit that adjusts a wavelength of illumination light incident on the light guide rod. 請求項6に記載の屈折率測定装置と、
前記導光ロッドからの光の波長スペクトルを測定するスペクトル測定部と、
前記スペクトル測定部により測定された波長スペクトルおよび前記算出部により算出された前記試料の屈折率から、前記試料の糖分濃度を多変量解析により演算する演算部とを備える糖分濃度測定装置。
Refractive index measuring device according to claim 6,
A spectrum measuring unit for measuring a wavelength spectrum of light from the light guide rod;
A sugar concentration measuring apparatus comprising: an arithmetic unit that calculates a sugar concentration of the sample by multivariate analysis from the wavelength spectrum measured by the spectrum measuring unit and the refractive index of the sample calculated by the calculating unit.
入射させた照明光を内面反射させて導光ロッドの端面まで導く導光ステップと、
前記導光ロッドの端面から所定位置における前記導光ロッドからの光の光束径を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにより測定された光束径から前記導光ロッドからの光の拡がり角を算出し、該拡がり角に基づいて前記導光ロッドの側面に接触する試料の屈折率を算出する算出ステップとを含む屈折率測定方法。
A light guide step for guiding the incident illumination light to the end surface of the light guide rod by internal reflection;
A measurement step of measuring a light beam diameter of light from the light guide rod at a predetermined position from an end surface of the light guide rod;
Calculating a divergence angle of light from the light guide rod from the light beam diameter measured in the measurement step, and calculating a refractive index of a sample contacting the side surface of the light guide rod based on the divergence angle; Including refractive index measurement method.
請求項8に記載の屈折率測定方法と、
前記導光ロッドからの光の波長スペクトルを測定するスペクトル測定ステップと、
前記スペクトル測定ステップにより測定された波長スペクトルおよび前記算出ステップにより算出された前記試料の屈折率から、前記試料の糖分濃度を多変量解析により演算する演算ステップとを含む糖分濃度測定方法。
Refractive index measurement method according to claim 8,
A spectrum measuring step for measuring a wavelength spectrum of light from the light guide rod;
A sugar concentration measuring method including a calculation step of calculating a sugar concentration of the sample by multivariate analysis from the wavelength spectrum measured by the spectrum measuring step and the refractive index of the sample calculated by the calculating step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11583227B2 (en) 2018-11-11 2023-02-21 Biobeat Technologies Ltd. Wearable apparatus and method for monitoring medical properties
US12193811B2 (en) 2019-12-26 2025-01-14 Biobeat Technologies Ltd. Sensor device for optical measurement of biological properties

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