(57)【要約】【課題】内燃機関または自動車内に搭載して設置することができる流体分析分光計を提供する。【解決手段】本発明は、波長帯域をカバーする光ビームを発生するための照明デバイス（ＬＳＣＲ）と、分析対象の流体と、照明デバイスからの光ビームが分析対象の流体と相互作用するように構成されたプローブと、分析対象の流体と相互作用した後の光ビームを受け取り、様々な波長範囲にわたって光強度尺度を提供するように構成されたスペクトル分析デバイスとを備える分光測定デバイスであって、照明デバイスが、様々な波長範囲での光を放出する複数の発光構成要素（１ａ〜１ｃ）と、発光構成要素によって放出された光の流れを組み合わせて、波長帯域をカバーする光ビームを生成し、生成された光の流れをプローブに向けて案内するための、発光構成要素（１ａ〜１ｇ）の発光面に固定された混合光学構成要素（３）と、を含む分光測定デバイスに関する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域をカバーする光ビームを発生するように構成された照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）と、
前記照明デバイスから出射した光ビームが分析対象の流体（２０）と相互作用するように構成されたプローブ（ＰＲＢ、ＰＲＢ１〜ＰＲＢ４）と、
前記分析対象の流体と相互作用した後の光ビームを受け取り、様々な波長範囲に関して、受け取られた光の量に応じた測定値を提供するように構成されたスペクトル分析デバイス（ＳＰＡＮ、ＳＰＡＮ１）と、を備えた分光計において、
前記照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）が、それぞれ発光面を備え、前記波長帯域内に含まれる様々な波長範囲の光を放出する複数の発光構成要素（１ａ〜１ｇ）と、前記発光構成要素によって放出された光の流れを組み合わせて、前記波長帯域をカバーする光ビームを生成し、前記生成された光の流れをプローブ（ＰＲＢ、ＰＲＢ１〜ＰＲＢ４）に案内するための、前記発光構成要素（１ａ〜１ｇ）の前記発光面に固定された混合光学構成要素（３）とを備えたことを特徴とする分光計。
【請求項２】
前記混合光学構成要素（３）は、前記発光構成要素（１ａ〜１ｇ）から出射した光を受け取る入射面と、光導波路（４）に結合された出射面とを有し、前記発光構成要素から前記プローブ（ＰＲＢ、ＰＲＢ１〜ＰＲＢ４）にできるだけ多くの光を集束して伝送するように実質的に最適化された回転面を有している形状を有した請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記混合光学構成要素（３）は、各前記発光構成要素（１ａ〜１ｇ）の発光面を覆っている請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記混合光学構成要素（３）が、１つまたは複数の光ファイバ（７ａ、７ｂ、７ｃ）によって各前記発光構成要素（１ａ〜１ｃ）の発光面に結合された請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）によって発生された光ビームは、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長帯域をカバーしている請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）は、実質的に同じ波長範囲の光を放出する複数の発光構成要素を備えている請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記発光構成要素（１ａ〜１ｇ）は発光ダイオードである請求項１から６の一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記プローブ（ＰＲＢ、ＰＲＢ１〜ＰＲＢ４）は、前記照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）から出射した光ビームを分析対象の流体（２０）に伝送する光ファイバ照明光導波路（４）と、前記照明光導波路に結合され、前記分析対象の流体を通過した光ビームを少なくとも部分的に収集し、収集した光ビームを前記スペクトル分析デバイス（ＳＰＡＮ、ＳＰＡＮ１）に伝送する光ファイバ収集光導波路（１２、１２’）と、を備えている請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記収集光導波路は、前記照明光導波路（４）の周りに配された複数の収集光ファイバ（１２）と、前記分析対象の流体（２０）を通過した後の光ビームを、前記分析対象の流体を通して前記収集光ファイバに送り返すための反射器（１３、１３’）と、を備えている請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記反射器（１３、１３’）は、光ビームの各入射光線を、前記入射光線の方向とは実質的に逆の方向に、わずかに広がった角度で反射するように製造された請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記反射器（１３、１３’）は、Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）タイプまたは再帰反射プリズムを有する安全反射材タイプである請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記反射器（１３’）は、実質的に前記照明光導波路（４）の出射面の中心に置かれた球形シェルの形状を有している請求項９から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記プローブは、前記照明光導波路（４）の出射側と前記分析対象の流体（２０）との間に配置された集束レンズ（１９）を備えている請求項９から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記プローブ（ＰＲＢ２）は、前記照明光導波路（４）の出射側での光ビームを前記分析対象の流体（２０）中に伝送するため、および前記分析対象の流体から出射した光ビームを前記収集光導波路（１２）内に伝送するためのＹ字形光カプラ（２５）と、前記分析対象の流体を通った後の光ビームを、前記分析対象の流体を通して前記光カプラに伝送するための反射器（１３、１３’）と、を備えている請求項８に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記反射器（１３、１３’）は、光ビームの各入射光線を、前記入射光線の方向とは実質的に逆の方向に反射するように製造された請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記反射器（１３、１３’）は、Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）タイプまたは再帰反射プリズムを有する安全反射材タイプである請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記反射器（１３’）は、実質的に前記照明光導波路（４）の出射面の中心に置かれた球形シェルの形状を有している請求項１４または１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記プローブ（ＰＲＢ２）は、前記カプラ（２５）と前記分析対象の流体（２０）との間に配置された集束レンズ（１９）を備えている請求項１４から１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記プローブ（ＰＲＢ３、ＰＲＢ４）は、前記照明光導波路（４）の出射側と前記分析対象の流体（２０）との間に配置された集束レンズ（１９）と、前記収集光導波路（１２）と前記分析対象の流体との間に配置された集束レンズ（１９’）と、を備えている請求項８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記スペクトル分析デバイス（ＳＰＡＮ、ＳＰＡＮ１）は、前記プローブ（ＰＲＢ、ＰＲＢ１〜ＰＲＢ４）に結合された第１の光導波路（２１）を備え、前記分析対象の流体（２０）と相互作用した後の光ビームを受け取り、受け取った光ビームを第１の光フィルタデバイス（２２）を通して第１の組の感光セル（２４、２４’）に拡散させ、前記第１の光フィルタデバイス（２２）が、前記第１の組の感光セルの少なくとも一部の各感光セルに、前記波長帯域内に含まれるそれぞれの波長範囲をカバーする光ビームの一部を伝送するように構成された請求項１から１９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第１の光導波路（２１）は、透明材料からなり、プレート形状であり、前記分析対象の流体（２０）から出射した光ビームを前記プレートの縁部（２１０）で受け取り、受け取った光ビームを、前記第１のフィルタデバイス（２２）および前記第１の組の感光セル（２４、２４’）が配置された前記プレートの反対側の縁部（２１１）に広げることによって拡散させる請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記収集光導波路（１２、１２’）は、前記収集光導波路（１２、１２’）に光ビームを伝送するための前記第１の光導波路（２１）に結合された請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記スペクトル分析デバイス（ＳＰＡＮ、ＳＰＡＮ１）は、前記第１のフィルタデバイス（２２）を介して前記プレート（２１）の前記縁部（２１１）に固定された前記第１の組の感光セルを備えている光検出器（２４、２４’）のストリップを備えた請求項２１または２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記第１のフィルタデバイス（２２）は、前記フィルタデバイス（２２）の長さにわたって線形に変化するスペクトル透過干渉タイプのフィルタを備えている請求項２０から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記フィルタデバイス（２２）は、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長帯域をカバーしている請求項２０から２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記スペクトル分析デバイス（ＳＰＡＮ１）は、前記照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）の出射側で光ビームの一部を直接取り、前記光ビームの一部を第２の光フィルタデバイス（２２’）を通して第２の組の感光セル（２４’）に伝送する第２の光導波路（２１’）を備え、前記第２の光フィルタデバイス（２２’）は、各前記感光セルに、前記波長帯域に含まれるそれぞれの波長範囲をカバーする光ビームの一部を伝送するように構成された請求項２０から２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記第２の光導波路（２１’）は、透明材料からなり、プレート形状であり、前記照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）から出射した光ビームの一部を前記プレートの縁部で受け取り、受け取った光ビームを、前記第２のフィルタデバイス（２２’）および前記第２の組の感光セル（２４’）が配置された前記プレートの反対側の縁部に広げることによって拡散させている請求項２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記照明デバイス（ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１）から出射した光ビームを前記第２の光導波路（２１’）に伝送するために、前記第２の光導波路（２１’）に結合された光ファイバ光導波路（４’）を備えている請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記スペクトル分析デバイス（ＳＰＡＮ１）は、前記第１および第２のフィルタデバイス（２２、２２’）を介して前記第１および第２の光導波路（２１、２１’）の前記プレートの縁部に固定された前記第１の組および第２の組の感光セルを備えている光検出器（２４’）のストリップを備える請求項２６から２８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記第２のフィルタデバイス（２２’）は、前記フィルタデバイス（２２’）の長さにわたって線形に変化するスペクトル透過干渉タイプのフィルタを備えている請求項２６から２９のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の分析に関する。より詳細には、本発明は、自動車の内燃機関など内燃機関の動作を保証する、流体、特に炭化水素またはバイオ燃料ベースの燃料の定性分析に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、センサによって測定される様々なパラメータに従ってエンジンの動作を最適化するように構成された電子管理システムを装備されることが増えてきている。そのようなシステムは、一般に、特にエンジン速度、油および冷却剤の温度、ならびに大気圧や周囲温度などの外部パラメータに応じて、エンジンに注入される燃料の量を調節し、注入時間、点火進角、吸気圧力、および排気ガスのリサイクルを設定するように構成されている。
【０００３】
しかし、そのような最適化は、燃料の質の変動によって制限される。実際、燃料は規格によって定められているが、天候および給油所によって質のばらつきが大きい。燃料は、一般に、火花点火エンジンに関してはオクタン価および蒸気圧、ディーゼルエンジンに関してはセタン価、引火点、および耐低温性、ならびに蒸留曲線、濃度、および含酸素化合物の含有量など、物理化学パラメータによって特徴付けられる。したがって、炭化水素ベース燃料の物理化学パラメータは、規格で定められた標準平均値から１５〜４０％以上変化することがあると推定される。
【０００４】
ここで、内燃機関の動作は、標準燃料に関して最適化される。ポンプで取られる燃料の質が標準燃料の質と違いすぎる場合、そのような最適化はもはや達成されず、エンジンは、燃料をより多く消費し、汚染ガスをより多く発生する傾向がある。
【０００５】
したがって、エンジンに供給する燃料の質を特定し、得られた結果を考慮に入れてエンジンの動作を管理することが望ましい。このために、近赤外吸光分光法が、炭化水素または炭化水素混合物の定性的評価に適している。
【０００６】
流体吸収スペクトルを発生する標準的な分光計は、一般に以下の要素を備える。
−  測定を行わなければならない少なくとも１つの波長帯域をカバーする光源
−  光源によって発生される光と分析対象の流体とがそこで相互作用する、以下の説明では「プローブ」と呼ぶデバイス
−  プローブの出射側での光を分析するスペクトル分析センサ
【０００７】
そのような分光計により、分析対象の流体を通過した光の量Ｔを波長λに応じて示すＴ＝ｆ（λ）タイプの曲線の形状での吸収スペクトルを得ることができる。
【０００８】
分光計は、主に、そのスペクトル分析範囲（発生されるスペクトルの幅および位置）、その分析精度、または提供されるスペクトルを構成する測定点の数、吸収値に関するその測定精度、およびその感度、すなわち少量の光を測定することができる能力によって特徴付けられる。
【０００９】
現在の分光計は、一般に非常に複雑であり、したがって非常に高価であり、しかもサイズが比較的大きい。特に、現在の分光計は、空気空間によって離隔された多くの光学構成要素（レンズ、フィルタ、プリズム、ミラー、回折格子）を備える。分光計が正常に機能するには、これらの構成要素の位置合わせが重要である。したがって、一般に実験室用に設計されている現在の分光計は、内燃機関または自動車の環境には適さない。特に、内燃機関または自動車によって発生される激しい振動に耐えるようには設計されていない。実際、光ビームは、光源とスペクトル分析デバイスの間で、空気空間によって離隔されたかなりの数の光学構成要素を通過する。光学構成要素と空気の各界面が、調節ずれまたは劣化の原因となり得る。
【００１０】
分光計で従来使用されている光源（白熱灯や金属蒸気灯、ハロゲンなど）は、内燃機関または車両内に搭載する用途で必要なロバスト性、耐用年数、およびサイズの要件に合わない。レーザの使用も、所望のスペクトルでの測定点と同数のレーザが必要であるので、除外しなければならない。また、レーザの使用は、厳しい環境での耐用年数、安定性、およびロバスト性の理由からも除外しなければならない。
【００１１】
さらに、仏国特許出願第２７９８５８２号および第２７８９２９４号で、標準の光学構成要素と関連付けられた発光ダイオードを使用することが考察されている。
米国特許出願第２００７／００８４９９０号に、試料と相互作用するための光学構成要素と、取得および処理回路とを含む、単一ボックス内にエネルギー源と検出器とを統合する小型化された分光計が記載されている。連続的に変化する光フィルタによって、またはマトリックスフィルタによって、スペクトル選択性が得られる。このデバイスは、透過率、吸収、濁り度、および蛍光を測定できるようにする。この文献は、白色ＬＥＤなど狭いまたは広いスペクトルの光源を使用することを提供する。
仏国特許第２５８３１６４号には、光ファイバを介して流体を照明するために合焦光学系と関連付けられた光源を備えるデバイスが記載されている。光は、色分解デバイスに光を伝送する別の光ファイバを使用して流体から収集される。
英国特許第２２８３０９１号には、反射器を備えるプローブに光線を伝送する光ファイバと、分析対象の液体用の通路とを備える、液体のスペクトルを分析するための液体スペクトル分析デバイスが記載されている。反射器は、ファイバ内の光線を分析ユニットに反射する。
米国特許出願２００５／０１４０２７０号には、ＬＥＤなど、赤色光、緑色光、または青色光の複数の光源を備える発光デバイスが記載されている。各光源によって放出された光が、集光器のアレイの素子によって集光され、次いで光導波路の束のそれぞれの光導波路によって伝送される。
米国特許第６５６００３８号には、１つのＬＥＤまたは１組のＬＥＤに関連付けられた光カプラが記載されている。
仏国特許第２５６６９０９号には、一部分が光を液体に伝送する光ファイバの束と、ファイバの束に光を反射する液体中に液浸されたミラーとを備え、ファイバの束の他の部分が検出器に連係される、液体中での生成物を検出するためのデバイスが記載されている。
米国特許第４９８９９４２号には、光ファイバによってコリメートレンズに伝送される光源を備える、液体を分析するためのデバイスが記載されている。ここで、光は、液体を通過し、その後、別のコリメートレンズによって収集される。次いで、収集された光は、光ファイバによって分析デバイスに伝送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】仏国特許出願第２７９８５８２号
【特許文献２】仏国特許出願第２７８９２９４号
【特許文献３】米国特許出願第２００７／００８４９９０号
【特許文献４】仏国特許第２５８３１６４号
【特許文献５】英国特許第２２８３０９１号
【特許文献６】米国特許出願２００５／０１４０２７０号
【特許文献７】米国特許第６５６００３８号
【特許文献８】仏国特許第２５６６９０９号
【特許文献９】米国特許第４９８９９４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、内燃機関または自動車内に搭載して設置することができる流体分析分光計を製造することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、波長帯域をカバーする光ビームを発生するように構成された照明デバイスと、照明デバイスから出射した光ビームが分析対象の流体と相互作用するように構成されたプローブと、分析対象の流体と相互作用した後の光ビームを受け取り、様々な波長範囲に関して、受け取られた光の量に応じて測定値を提供するように構成されたスペクトル分析デバイスとを備える分光計を提供することによって実現される。
【００１５】
一実施形態によれば、照明デバイスが、それぞれ発光面を備え、波長帯域内に含まれる様々な波長範囲の光を放出する複数の発光構成要素と、発光構成要素によって放出された光の流れを組み合わせて、波長帯域をカバーする光ビームを生成し、生成された光の流れをプローブに案内するための、発光構成要素の発光面に固定された混合光学構成要素とを備える。
【００１６】
一実施形態によれば、混合光学構成要素が、発光構成要素から出射した光を受け取る入射面と、光導波路に結合された出射面とを有し、発光構成要素からプローブにできるだけ多くの光を集束して伝送するように実質的に最適化された回転面を有する形状を有する。
【００１７】
一実施形態によれば、混合光学構成要素が、各発光構成要素の発光面を覆う。
【００１８】
一実施形態によれば、混合光学構成要素が、１つまたは複数の光ファイバによって各発光構成要素の発光面に結合される。
【００１９】
一実施形態によれば、照明デバイスによって発生される光ビームが、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長帯域をカバーする。
【００２０】
一実施形態によれば、照明デバイスが、実質的に同じ波長範囲の光を放出する複数の発光構成要素を備える。
【００２１】
一実施形態によれば、発光構成要素が発光ダイオードである。
【００２２】
一実施形態によれば、プローブが、照明デバイスから出射した光ビームを分析対象の流体に伝送する光ファイバ照明光導波路と、照明光導波路に結合され、分析対象の流体を通過した光ビームを少なくとも一部収集し、収集した光ビームをスペクトル分析デバイスに伝送する光ファイバ収集光導波路とを備える。
【００２３】
一実施形態によれば、収集光導波路が、照明光導波路の周りに配された複数の収集光ファイバと、分析対象の流体を通過した後の光ビームを、分析対象の流体を通して収集光ファイバに送り返すための反射器とを備える。
【００２４】
一実施形態によれば、反射器が、光ビームの各入射光線を、入射光線の方向とは実質的に逆の方向に、わずかに広がった角度で反射するように作製される。
【００２５】
一実施形態によれば、反射器が、Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）タイプまたは再帰反射プリズムを有する安全反射材タイプである。
【００２６】
一実施形態によれば、反射器が、実質的に照明光導波路の出射面の中心に芯合わせされた球形シェルの形状を有する。
【００２７】
一実施形態によれば、プローブが、照明光導波路の出射側と分析対象の流体との間に配置された集束レンズを備える。
【００２８】
一実施形態によれば、プローブが、照明光導波路の出射側での光ビームを分析対象の流体中に伝送するため、および分析対象の流体から出射した光ビームを収集光導波路内に伝送するためのＹ字形光カプラと、分析対象の流体を通った後の光ビームを、分析対象の流体を通して光カプラに伝送するための反射器とを備える。
【００２９】
一実施形態によれば、反射器が、光ビームの各入射光線を、入射光線の方向とは実質的に逆の方向に反射するように作製される。
【００３０】
一実施形態によれば、反射器が、Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）タイプまたは再帰反射プリズムを有する安全反射材タイプである。
【００３１】
一実施形態によれば、反射器が、実質的に照明光導波路の出射面の中心に芯合わせされた球形シェルの形状を有する。
【００３２】
一実施形態によれば、プローブが、カプラと分析対象の流体との間に配置された集束レンズを備える。
【００３３】
一実施形態によれば、プローブが、照明光導波路の出射側と分析対象の流体との間に配置された集束レンズと、収集光導波路と分析対象の流体との間に配置された集束レンズとを備える。
【００３４】
一実施形態によれば、スペクトル分析デバイスが、プローブに結合された第１の光導波路を備え、分析対象の流体と相互作用した後の光ビームを受け取り、受け取った光ビームを第１の光フィルタデバイスを通して第１の組の感光セルに拡散させ、第１の光フィルタデバイスが、第１の組の感光セルの少なくとも一部の各感光セルに、波長帯域内に含まれるそれぞれの波長範囲をカバーする光ビームの一部を伝送するように構成される。
【００３５】
一実施形態によれば、第１の光導波路が、透明材料からなり、プレート形状であり、分析対象の流体から出射した光ビームをプレートの縁部で受け取り、受け取った光ビームを、第１のフィルタデバイスおよび第１の組の感光セルが配置されたプレートの反対側の縁部に広げることによって拡散させる。
【００３６】
一実施形態によれば、収集光導波路が、そこに光ビームを伝送するための第１の光導波路に結合される。
【００３７】
一実施形態によれば、スペクトル分析デバイスが、第１のフィルタデバイスを介してプレートの縁部に固定された第１の組の感光セルを備える光検出器のストリップを備える。
【００３８】
一実施形態によれば、第１のフィルタデバイスが、その長さにわたって線形に変化するスペクトル透過干渉タイプのフィルタを備える。
【００３９】
一実施形態によれば、フィルタデバイスが、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長帯域をカバーする。
【００４０】
一実施形態によれば、スペクトル分析デバイスが、照明デバイスの出射側で光ビームの一部を直接取り、その光ビームの一部を第２の光フィルタデバイスを通して第２の組の感光セルに伝送する第２の光導波路を備え、第２の光フィルタデバイスが、各感光セルに、波長帯域に含まれるそれぞれの波長範囲をカバーする光ビームの一部を伝送するように構成される。
【００４１】
一実施形態によれば、第２の光導波路が、透明材料からなり、プレート形状であり、照明デバイスから出射した光ビームの一部をプレートの縁部で受け取り、受け取った光ビームを、第２のフィルタデバイスおよび第２の組の感光セルが配置されたプレートの反対側の縁部に広げることによって拡散させる。
【００４２】
一実施形態によれば、デバイスが、照明デバイスから出射した光ビームを第２の光導波路に伝送するために、第２の光導波路に結合された光ファイバ光導波路を備える。
【００４３】
一実施形態によれば、スペクトル分析デバイスが、第１および第２のフィルタデバイスを介して第１および第２の光導波路のプレートの縁部に固定された第１の組および第２の組の感光セルを備える光検出器のストリップを備える。
【００４４】
一実施形態によれば、第２のフィルタデバイスが、その長さにわたって線形に変化するスペクトル透過干渉タイプのフィルタを備える。
【００４５】
以下、本発明の実施形態のいくつかの例を、以下の図面に関連して、しかしそれらに限定せずに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】内燃機関または自動車の環境に適合された分光計のいくつかの機構を示すブロック図である。
【図２Ａ】分光計の照明デバイスの側面図である。
【図２Ｂ】照明デバイスの光源の前面図である。
【図３】照明デバイスの光源の発光スペクトルのいくつかの例を曲線の形で示す図である。
【図４】分光計の照明デバイスの一代替実施形態の側面図である。
【図５Ａ】照明デバイスによって発生された光ビームを分析対象の流体に伝送するための伝送プローブの側面図である。
【図５Ｂ】プローブでの光ファイバの一構成の断面図である。
【図６】プローブの一代替実施形態の側面図である。
【図７】プローブの別の代替実施形態の側面図である。
【図８Ａ】分光計のスペクトル分析デバイスの上面図である。
【図８Ｂ】スペクトル分析デバイスの側面図である。
【図９】分光計の構成を示すブロック図である。
【図１０】分光計の一代替構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示される分光計のスペクトル分析デバイスの上面図である。
【図１２】スペクトル分析デバイスによって得られる流体吸収曲線の一例を示す図である。
【図１３】分光計の第２の代替構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示される分光計のプローブの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下の図面の説明において、同じ要素には同じ参照符号が付されている。
【００４８】
図１は、流体を分析するための分光計ＦＡＮを示す。このデバイスＦＡＮは、以下のものを備える。
−  分光測定が行われなければならない少なくとも１つの波長帯域をカバーする照明デバイスＬＳＲＣ
−  照明デバイスＬＳＲＣによって発生された光が分析対象の流体と相互作用するように構成されたプローブＰＲＢ
−  プローブの出射側での光を分析するスペクトル分析センサＳＰＡＮ
−  光源とプローブの間、およびプローブとセンサの間で光ビームを案内するように構成された光学素子４、１２
【００４９】
分析対象の流体は、気体もしくは液体、特に炭化水素もしくは炭化水素混合物、またはさらには炭化水素とバイオ燃料の混合物であってよい。
【００５０】
図２Ａおよび図２Ｂは、照明デバイスＬＳＲＣの一実施形態を示す。照明デバイスＬＳＲＣは、媒質２に取り付けられ、接続ピン５によってエネルギー源（図示せず）に接続された光源１を備える。光源１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）タイプの発光構成要素を備える。媒質２は、発光構成要素１が取り付けられて接続されるプリント回路板を備えることがある。
【００５１】
光ファイバ４は、構成要素１の発光面に結合されて、発生された光をプローブＰＲＢに向けて伝送する。
【００５２】
分光測定を行うためにカバーすべき波長帯域を単一の発光構成要素ではカバーすることができない場合、様々な波長範囲での複数の発光構成要素１ａ〜１ｇを媒質２に取り付けることができる。
【００５３】
ここで、現在の発光ダイオードは、発光波長スペクトルの幅が数十ナノメートルである。したがって、カバーすべきスペクトルが数百ナノメートルよりも広い場合には、複数の発光ダイオードが必要とされる。したがって、例えば、照明デバイスは、７００〜１１００ｎｍの範囲の波長のスペクトルをカバーすることができる。
【００５４】
次いで、照明デバイスＬＳＲＣは、各発光構成要素１ａ〜１ｇから出射した光を混合し、混合された光を光ファイバ４に案内するように構成された光学構成要素３を備える。光学構成要素３は、分析器の測定波長のスペクトルを透過する材料から形成することができる。光学構成要素３は、例えばＴＩＲ（全反射）タイプのものであり、発光構成要素１ａ〜１ｇによって発生された光エネルギーを最適な効率で光ファイバ４に伝送する。構成要素３は、すべての発光構成要素１ａ〜１ｇを覆う入射面と、ファイバ４の入射面と実質的に同じ形状および寸法を有する出射面とを有する。構成要素３の回転面は、実質的に円錐形であり、その発生機構は、発光構成要素１ａ〜１ｇからできるだけ多くの光を光ファイバ４に伝送するように最適化される。構成要素３は、例えば、構成要素１ａ〜１ｇを完全に覆う透明接着剤の層３ａによって、構成要素１ａ〜１ｇおよび媒質２に固定される。光ファイバ４も、透明接着剤によって構成要素３に固定することができる。
【００５５】
図３は、様々な発光ダイオードの発光スペクトルＣ１〜Ｃ５と、光学構成要素３がスペクトルＣ１〜Ｃ５を組み合わせた後に得られる生成されたスペクトルＣＲとに対応する、波長に応じた照明パワーの６つの曲線を示す。各発光スペクトルＣ１〜Ｃ５が、実質的にガウス曲線の形状を有する。スペクトルＣ１〜Ｃ５は、それぞれ８５０ｎｍ、８９０ｎｍ、９４０ｎｍ、９７０ｎｍ、および１０５０ｎｍ付近で最大値を有する。これらの最大値は同一でないので、照明デバイスＬＳＲＣは、生成されるスペクトルＣＲが、カバーすべき波長帯域内でできるだけ平坦（一定の出力）となるように、実質的に同一の発光スペクトルを有する複数の発光構成要素を備えることがある。
【００５６】
図４は、照明デバイスの別の実施形態を示す。図４で、照明デバイスＬＳＲＣ１は、複数の発光構成要素１ａ、１ｂ、１ｃを備え、各構成要素が、媒質２ａ、２ｂ、２ｃに取り付けられ、光ファイバ７ａ、７ｂ、７ｃに直接結合される。したがって、各構成要素１ａ、１ｂ、１ｃの発光面は、光ファイバ７ａ、７ｂ、７ｃの入射面と接触する。各光ファイバの出射面は、上述した光学構成要素３などの光学構成要素に結合される。光ファイバ７ａ、７ｂ、７ｃは、透明接着剤によって、構成要素１ａ、１ｂ、１ｃまたは媒質２ａ、２ｂ、２ｃ、および構成要素３に固定することができる。
【００５７】
ここで、混合構成要素３を省くこともできる。そのとき、ダイオードから延びる光ファイバは、照明デバイスから出射した光ビームをプローブＰＲＢに伝送する光ファイバの束にまとめられる。
【００５８】
図４での実施形態において、図２Ａ、２Ｂに示されるようにダイオード１ａ〜１ｃを同じ媒質２に取り付けることもできることに留意されたい。
【００５９】
図５Ａは、プローブＰＲＢを示す。プローブＰＲＢは、束として構成された複数の光ファイバ４、１２と、集束レンズ１９とを備える。
【００６０】
図５Ｂは、束としてのファイバの構成の一例を示す。図５Ｂ上では、束は、照明デバイスＬＳＲＣから延びるファイバ４に対応する照明光ファイバと呼ばれる中心の光ファイバと、中心ファイバ４の周りに配置された収集光ファイバと呼ばれる外側の光ファイバ１２とを備える。中心の光ファイバ４の直径は、外側の光ファイバ１２の直径とは異なることがあり、例えばより大きいことがある。図５Ｂにおける例では、プローブＰＲＢは、７本のファイバ１２を備える。
【００６１】
レンズ１９は、その光軸１６が中心ファイバ４の出射側での光ビームの光軸と実質的に一致し、ファイバ４の出射面の中心がレンズの焦点の近くに位置されるようにファイバ４、１２に結合される。レンズ１９の直径は、ファイバ４の出射側での光ビームの角度に基づいて、ファイバ４によって伝送された光ビームがレンズによって無限遠にすべて送られるようなものである。すべてのファイバ４、１２およびレンズ１９全体を、ボックス１８内に収容することができる。
【００６２】
分析対象の流体は、レンズ１９の出射側での光ビームの経路上に配置される。このために、分析対象の流体２０を含むパイプまたはタンク１０が、レンズ１９の出射側での光ビームの経路上に配置された透明窓１１ａおよび平面反射器１３を備える。反射器１３は、光軸１６に垂直に配置され、それにより、光ビームは、分析対象の流体２０を通過し、反射されて、レンズ１９を通ってファイバ４および１２に向かう。したがって、光ビームは、窓１１ａと反射器１３の間にある分析対象の流体を二度通過する。
【００６３】
反射器１３は、光源に向けて再帰反射するタイプのものであり、すなわち、反射されたビームがレンズ１９によってファイバ４よりも大きい表面積に集束されて特にファイバ１２の入射面を覆うように、わずかに偏光して各入射光線をその入射光線の方向と逆の方向に反射する。
【００６４】
例えば、３Ｍ社から商標名Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）として市販されている反射面が、この特性を有する。すなわち、そのような表面に達した光ビームは、わずかに広がった角度で逆方向に表面から出る。このタイプの表面は、例えば、再帰反射安全作業服を製造するために使用される。このために、反射面は、媒質に付着された透明なマイクロビーズを備え、媒質に向いたマイクロビーズの表面の半分が反射層で覆われる。
【００６５】
再帰反射プリズムを有する安全反射材も同じ特性を有する。
【００６６】
この特性は、反射器１３に垂直な軸とレンズ１９の光軸１６との位置合わせ不良を補償する。
【００６７】
パイプまたはタンク１０は、光ビームの経路上に位置決めされた第２の透明窓１１ｂを備えることがあり、そこに反射器１３が固定される。
【００６８】
透明窓１１ａをレンズ１９と組み合わせることもできることを理解されたい。
【００６９】
図６は、プローブの別の実施形態を示す。この実施形態では、プローブＰＲＢ１は、レンズ１９がない点で図５Ａに示されるものとは異なる。図５Ａと同様に、分析対象の流体２０を含むタンクまたはパイプ１０’は、ファイバ４から出射した光ビームを分析対象の流体に入射させる透明窓１１ａを備える。透明窓１１ａとは反対側に、実質的にファイバ４の出射面の中心に芯合わせされた球形シェルの形状の反射器１３’が提供される。したがって、ファイバ４の出射側での光ビームのすべての光線が、分析対象の流体２０中で実質的に同じ長さの経路を通る。
【００７０】
反射器１３’は再帰反射面を有し、それにより、反射されたビームを拡大して、ファイバ１２の入射面を覆う。
【００７１】
したがって、ファイバ４から出射した全ビームが、透明窓１１ａを介してパイプまたはタンク１０’に入り、反射器１３によってファイバ４、１２に向けて反射される。
【００７２】
ここでも、反射器１３’は、パイプまたはタンクの内部に配置される、またはパイプまたはタンク１０’に提供された球形シェルの形状の透明窓に配置される。
【００７３】
また、ファイバ４、１２の端部を反射器１３’と連結し、それらを分析対象の流体２０中に液浸することも可能である。
【００７４】
図７は、プローブの別の実施形態を示す。この実施形態では、プローブＰＲＢ２は、Ｙ字形カプラ２５および単一の収集ファイバ１２’がある点で、図５Ａに示されるものとは異なる。プローブＰＲＢ２は、光ビームを分析対象の流体２０に伝送し、そこから出射した光ビームを捕捉する単一のファイバ２６を備える。カプラ２５は、光ビームをそれらの伝播方向に応じて分離するように構成され、すなわち、照明デバイスＬＳＲＣまたはＬＳＲＣ１から出射したビームをファイバ２６および分析対象の流体に向け、分析対象の流体を通過した光ビームは、ファイバ２６によって、スペクトル分析センサＳＰＡＮの入射側に結合された光ファイバ１２’に向けて伝送される。光ファイバ４、２６、および１２’は、透明接着剤によってカプラ２５に固定することができる。
【００７５】
図６を参照して上述したように、図７における実施形態でのレンズ１９をなくすこともできることを理解されたい。この場合、図６に示される反射器のような球形シェルの形態での反射器が使用される。
【００７６】
図８Ａ、８Ｂは、スペクトル分析センサＳＰＡＮの一実施形態を示す。センサＳＰＡＮは、光導波路２１、光フィルタ２２、および感光センサ２４を備える。光導波路２１は、透明材料、例えばガラスからなり、プローブＰＲＢから延びる光ファイバ１２の直径と実質的に同じかそれよりも大きい程度の小さい厚さの実質的に平行六面体プレートの形状を有する。各収集光ファイバ１２は、例えば透明接着剤を使用して、プレートの側面または縁部２１０に固定される。
【００７７】
センサ２４は、１組の感光セルを備え、これらの感光セルは、ストリップとして構成し、フィルタ２２によって覆うことができる。フィルタ２２を備える感光セルのストリップは、収集光ファイバ１２が固定された側面または縁部２１０とは反対側の導波路２１の側面または縁部２１１を覆う。センサ２４は、例えば、複数の感光素子、例えば６４個または１２８個の感光セルを備えるＣＭＯＳセンサタイプのものである。フィルタ２２は、分析すべき波長帯域のそれぞれの波長範囲にある光線を伝送するように構成された、１つの感光セルにつき１つのフィルタ素子を備え、それにより、各感光セルが、発生すべきスペクトルの曲線上の点の値を提供する。各セルの出力信号は、フィルタ２２によってセルに伝送された波長範囲に関する、分析対象の流体を通過した光の量の測定値である。
【００７８】
このようにしてセルによって取得された測定値は、信号処理デバイスＲＤＰに送信され、この信号処理デバイスＲＤＰは、分析対象の流体によって伝送された光の量Ｉを波長λに応じて示すＩ＝ｆ（λ）の形状のスペクトルを発生するように構成される。また、信号処理デバイスは、このようにして発生された吸収スペクトルから、照明デバイスＬＳＲＣから出射した光ビームが通過した流体のいくつかの特性ＳＰＣＴを導出するようにも構成される。
【００７９】
導波路２１を構成する材料は、縁部２１０から導入されるすべての光線が、導波路の壁によって反射され、反対側の縁部２１１を通ってのみ導波路から出るような屈折率を有する。したがって、収集光ファイバ１２の出射側での光ビームは、フィルタ２２にすべて伝送される。導波路２１に関してこのように選択された幾何形状により、プローブＰＲＢから出射した光ビームを、フィルタ２２の表面全体にわたって実質的に均質に広げることができるようになる。
【００８０】
導波路２１は、例えば、それぞれ直径が１ｍｍの７本の収集ファイバ１２に関して、厚さ約１ｍｍ、幅約７ｍｍである。導波路２１の長さは、例えば、導波路２１の幅の中央に固定された収集ファイバの出射側でのビーム２７がフィルタ２２全体を覆うように、導波路２１におけるファイバ１２の出射側での光ビームの角度に応じて決定される。
【００８１】
フィルタ２２は、その長さにわたって線形に変化するスペクトル透過干渉タイプのものであってよく、受け取られた光ビームの各波長成分が、導波路２１の出射面（縁部）２１１の幅に沿ったその波長に応じた位置を通るようにする。したがって、センサ２４の各感光セルは、異なる波長帯域にある光線を受け取り、センサの２つの隣接するセルが、２つの隣接する波長範囲にある光線を受け取る。
【００８２】
プローブが、図７のファイバ１２’のような単一の収集光ファイバを備える場合、単一のファイバが、光導波路２１の入射面（縁部）２１０に、好ましくはこの面の中央で固定されることを理解されたい。
【００８３】
図９は、分光計ＦＡＮにおける上述した様々な構成要素の構成を示す。図９で、照明デバイスＬＳＲＣは、光ファイバ４を介してプローブＰＲＢ（またはＰＲＢ１、ＰＲＢ２）に連係される。プローブＰＲＢまたはＰＲＢ２の場合、レンズ１９が、分析対象の流体２０を含むパイプまたはタンク１０にある透明窓１１ａおよび反射器１３に対向して配置される。プローブＰＲＢ（またはＰＲＢ１、ＰＲＢ２）は、光ファイバ１２（またはプローブＰＲＢ２の場合には光ファイバ１２’）を介してスペクトル分析センサＳＰＡＮに連係される。
【００８４】
図１０は、分光計の別の実施形態を示す。図１０では、分光計ＦＡＮ１は、スペクトル分析デバイスＳＰＡＮ１と、照明デバイスＬＳＲＣの出射側をデバイスＳＰＡＮ１に連係する光ファイバ４’とを備える点で、分光計ＦＡＮとは異なる。
【００８５】
図９および図１０上では、照明デバイスはデバイスＬＳＲＣ１であってもよい。
【００８６】
図１１は、分光計ＦＡＮ１のスペクトル分析センサＳＰＡＮ１を示す。図１１で、スペクトル分析センサＳＰＡＮ１は、図８Ａ、８Ｂに示されるスペクトル分析センサＳＰＡＮなどのセンサを２つ備える。したがって、センサＳＰＡＮ１は、２つの光導波路２１、２１’と、２つの光フィルタ２２、２２’と、２つの感光センサとを備える。導波路２１の入射面は、光ファイバ１２に結合され、光導波路２１’の入射面は、光ファイバ４’に結合される。
【００８７】
光ファイバ４’は、それ自体知られている光ファイバカプラ（図示せず）を介して照明デバイスＬＳＲＣ（またはＬＳＲＣ１）に接続することができ、混合構成要素３の出射側での光ビームを、実質的に損失を全く伴わずに、２つの光ファイバ４、４’に関してバランスを保って伝送することができる。
【００８８】
図１１における例では、センサＳＰＡＮ１は、それぞれフィルタ２２、２２’に関連付けられた２つの導波路２１、２１’によって伝送された光ビームを分析するために、２倍の感光セル、例えば１２８個または２５６個の感光セルを備える単一の感光センサ２４を備える。
【００８９】
ファイバ４’によって照明デバイスＬＳＲＣから直接伝送された光は、フィルタ２２’を通して分析され、各波長λに関して、照明デバイスによって放出された光の量Ｒ（λ）を示す。
【００９０】
収集ファイバ１２によってプローブＰＲＢから伝送された光は、各波長λに関して、分析対象の流体を通過した光の量ｔ（λ）を示す。
【００９１】
したがって、デバイスＳＰＡＮ１は、Ｔ（λ）＝ｔ（λ）／Ｒ（λ）の形で、照明デバイスから出射した光ビームの変動を考慮する補正された透過スペクトルを構成することができる。
【００９２】
図１２は、波長８５０ｎｍ〜１０５０ｎｍの間のそのような吸収スペクトルＴの一例を示し、Ｔは、対応する波長λで流体が完全に透過性であるときには実質的に１に等しく、対応する波長λで流体が完全に不透過性であるときには実質的に０に等しい。
【００９３】
図１３は、分光計の別の実施形態を示す。図１３では、分光計ＦＡＮ２は、２つの部品ＰＲＢ３、ＰＲＢ４、すなわち、照明デバイスＬＳＲＣに接続された１つのプローブ部品ＰＲＢ３と、分析センサＳＰＡＮ１に接続された１つのプローブ部品ＰＲＢ４とを備える変更されたプローブがある点で、デバイスＦＡＮ１とは異なる。２つのプローブ部品ＰＲＢ３、ＰＲＢ４は、透明窓１１ａ、１１ｂの前でパイプまたはタンク１０の各側に配置され、部品ＰＲＢ３は、照明デバイスによって発生された光ビームを分析対象の流体２０に伝送するためにファイバ４に接続され、部品ＰＲＢ４は、分析対象の流体を通過した後の光ビームを受け取り、それをファイバ１２’に伝送する。
【００９４】
デバイスＦＡＮ２において照明デバイスＬＳＲＣ１を使用することもできることを理解されたい。
【００９５】
図１４は、２つのプローブ部品ＰＲＢ３、ＰＲＢ４を示す。部品ＰＲＢ３は、プローブＰＲＢのボックス１８およびレンズ１９を備える。部品ＰＲＢ４は、分析対象の流体２０および窓１１ｂを通過した光ビームをファイバ１２’の入射面の中心に集束するレンズ１９’を備える。レンズ１９’全体およびファイバ１２’の端部をボックス１８’内に取り付けることができる。この構成では、ファイバ４、１２’とレンズ１９、１９’が互いに結合され、それにより、ファイバ４の出射側での光ビームの軸が、レンズ１９、１９’の光軸１６およびファイバ１２’の入射軸と一致する。
【００９６】
ここで、レンズ１９、１９’が透明窓１１ａ、１１ｂを構成することができることにも留意されたい。
【００９７】
照明デバイスＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１と、プローブＰＲＢ、ＰＲＢ１〜ＰＲＢ４と、分析デバイスＳＰＡＮ、ＳＰＡＮ１とを連係させる上述した光ファイバ４、４’、１２、１２’をファイバの束で置き換えることができることを理解されたい。
【００９８】
分光計ＦＡＮ、ＦＡＮ１、ＦＡＮ２の様々な光学素子は、これらの素子の組立ておよび光ファイバによるそれらの接続中に位置合わせされる。光ファイバを使用することによって、光学構成要素の間に空気または真空のない単一のブロックを形成するように組立てを行うことができ、また、これによりデバイスが振動の影響を受けなくなる。したがって、デバイスのすべての構成要素および光ファイバを、過酷な環境に耐えるのに適した例えばポッティングタイプの樹脂に埋設することができる。
【００９９】
さらに、分光計ＦＡＮ、ＦＡＮ１、ＦＡＮ２は、耐用年数が長い低コストの構成要素のみを使用し、その構成により、分光計が大量生産プロセスに適したものになる。したがって、この分光計は、内燃機関および自動車の環境に申し分なく適することが分かる。
【０１００】
本発明の様々な代替実施形態および（様々な）用途があり得ることを当業者は理解されよう。特に、本発明は、分光計の様々な要素（照明デバイス、プローブ、およびスペクトル分析デバイス）を接続するために光ファイバを使用することに限定されない。本発明は、照明デバイスをプローブおよびスペクトル分析デバイスに連係する単一の光ファイバを備えるデバイス、またはプローブをスペクトル分析デバイスに連係する１本または７本の光ファイバに限定されない。実際、これらの接続は、光ファイバの束から構成された光導波路によって成すこともできる。
【０１０１】
また、本発明は、混合光学構成要素３を有さない照明デバイスを備えることもできる。実際、この構成要素は、すべての発光ダイオードを覆う入射面を有する光ファイバまたは光ファイバの束が使用される場合には省くことができる。その際、光ファイバまたは束は、透明接着剤の層によってダイオードに固定され、その層内にダイオードが埋設される。混合光学構成要素３がないとき、発光ダイオード１ａ〜１ｇによって発生される様々な波長範囲にある光ビームは、分析対象の流体中で混合され、次いで、光ファイバ１２またはファイバ１２’および光導波路２１によって収集される。図１１における実施形態では、スペクトル分析デバイスＳＰＡＮ１に直接伝送される光ビームは、ファイバ４’および光導波路２１’内で混合される。
【０１０２】
本発明は、プレートの形状の光導波路２１、２１’に限定されない。感光セルの形状および分布に応じて他の形状が適することもある。そのような光導波路を提供することによって、感光センサのすべてのセルにわたって光ビームを実質的に均質に広げることができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１ａ〜１ｇ  発光構成要素
３  混合光学構成要素
４  光学素子、光導波路
７ａ、７ｂ、７ｃ  光ファイバ
１０  パイプまたはタンク
１１ａ  透過窓
１２、１２’  光学素子、光ファイバ、光ファイバ収集光導波路
１３、１３’  反射器
１６  光軸
１９、１９’  集束レンズ
２０  分析対象の流体
２１  光導波路
２２  光フィルタ、光フィルタデバイス
２４、２４’  感光センサ、第１の組の感光セル、光検出器
２５  Ｙ字形光カプラ
２１０  プレートの縁部
２１１  プレートの反対側の縁部
ＬＳＲＣ、ＬＳＲＣ１  照明デバイス
ＰＲＢ、ＰＲＢ１〜ＰＲＢ４  プローブ
ＳＰＡＮ、ＳＰＡＮ１  スペクトル分析センサ、スペクトル分析デバイス
【図１】
2014232120.tif 000003
【図２Ａ】
2014232120.tif 000004
【図２Ｂ】
2014232120.tif 000005
【図３】
2014232120.tif 000006
【図４】
2014232120.tif 000007
【図５Ａ】
2014232120.tif 000008
【図５Ｂ】
2014232120.tif 000009
【図６】
2014232120.tif 000010
【図７】
2014232120.tif 000011
【図８Ａ】
2014232120.tif 000012
【図８Ｂ】
2014232120.tif 000013
【図９】
2014232120.tif 000014
【図１０】
2014232120.tif 000015
【図１１】
2014232120.tif 000016
【図１２】
2014232120.tif 000017
【図１３】
2014232120.tif 000018
【図１４】
2014232120.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月11日(2014.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域をカバーする光ビームを発生するように構成された照明デバイスと、
前記照明デバイスから出射した光ビームが分析対象の流体と相互作用するように構成されたプローブと、
前記分析対象の流体と相互作用した後の光ビームを受け取り、様々な波長範囲に関して、受け取られた光の量に応じた測定値を提供するように構成されたスペクトル分析デバイスと、を備えた分光計において、
前記照明デバイスが、それぞれ発光面を備え、前記波長帯域内に含まれる様々な波長範囲の光を放出する複数の発光構成要素と、前記発光構成要素によって放出された光の流れを組み合わせて、前記波長帯域をカバーする光ビームを生成し、前記生成された光の流れを前記プローブの光導波路に案内する、透明材料で作られた混合光学構成要素とを備え、
前記混合光学構成要素は全反射タイプであり、前記発光構成要素から出射した全ての光を受け取るために、透明接着剤によって各々の前記発光構成要素の前記発光面に固定された入射面と、前記光導波路に結合された出射面とを有し、前記発光構成要素から前記プローブにできるだけ多くの光を混合し、集束させ、及び伝送するように実質的に最適化された回転面を有している形状を有したことを特徴とする分光計。
【請求項２】
前記混合光学構成要素は、各前記発光構成要素の発光面を覆っている請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記混合光学構成要素が、１つまたは複数の光ファイバによって各前記発光構成要素の発光面に結合された請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記照明デバイスによって発生された光ビームは、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長帯域をカバーしている請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記照明デバイスは、実質的に同じ波長範囲の光を放出する複数の発光構成要素を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記発光構成要素は発光ダイオードである請求項１から５の一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記プローブは、前記照明デバイスから出射した光ビームを分析対象の流体に伝送する光ファイバ照明光導波路と、前記照明光導波路に結合され、前記分析対象の流体を通過した光ビームを少なくとも部分的に収集し、収集した光ビームを前記スペクトル分析デバイスに伝送する光ファイバ収集光導波路と、を備えている請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記収集光導波路は、前記照明光導波路の周りに配された複数の収集光ファイバと、前記分析対象の流体を通過した後の光ビームを、前記分析対象の流体を通して前記収集光ファイバに送り返すための反射器と、を備えている請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記反射器は、光ビームの各入射光線を、前記入射光線の方向とは実質的に逆の方向に、わずかに広がった角度で反射するように製造された請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記反射器は、再帰反射プリズムまたは媒質に付着した透明なマイクロビーズを備えており、前記媒質に向いた前記マイクロビーズの表面の半分が反射層で覆われている請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記反射器は、実質的に前記照明光導波路の出射面の中心に置かれた球形シェルの形状を有している請求項８から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記プローブは、前記照明光導波路の出射側と前記分析対象の流体との間に配置された集束レンズを備えている請求項８から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記プローブは、前記照明光導波路の出射側での光ビームを前記分析対象の流体中に伝送するため、および前記分析対象の流体から出射した光ビームを前記収集光導波路内に伝送するためのＹ字形光カプラと、前記分析対象の流体を通った後の光ビームを、前記分析対象の流体を通して前記光カプラに伝送するための反射器と、を備えている請求項７に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記反射器は、光ビームの各入射光線を、前記入射光線の方向とは実質的に逆の方向に反射するように製造された請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記反射器は、再帰反射プリズムまたは媒質に付着した透明なマイクロビーズを備えており、前記媒質に向いた前記マイクロビーズの表面の半分が反射層で覆われている請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記反射器は、実質的に前記照明光導波路の出射面の中心に置かれた球形シェルの形状を有している請求項１３または１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記プローブは、前記カプラと前記分析対象の流体との間に配置された集束レンズを備えている請求項１３から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記プローブは、前記照明光導波路の出射側と前記分析対象の流体との間に配置された集束レンズと、前記収集光導波路と前記分析対象の流体との間に配置された集束レンズと、を備えている請求項７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記スペクトル分析デバイスは、前記プローブに結合された第１の光導波路を備え、前記分析対象の流体と相互作用した後の光ビームを受け取り、受け取った光ビームを第１の光フィルタデバイスを通して第１の組の感光セルに拡散させ、前記第１の光フィルタデバイスが、前記第１の組の感光セルの少なくとも一部の各感光セルに、前記波長帯域内に含まれるそれぞれの波長範囲をカバーする光ビームの一部を伝送するように構成された請求項１から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記第１の光導波路は、透明材料からなり、プレート形状であり、前記分析対象の流体から出射した光ビームを前記プレートの縁部で受け取り、受け取った光ビームを、前記第１のフィルタデバイスおよび前記第１の組の感光セルが配置された前記プレートの反対側の縁部に広げることによって拡散させる請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記分析対象の流体を通過した光ビームを少なくとも部分的に収集する収集光導波路を備え、前記収集光導波路は、前記第１の光導波路に光ビームを伝送するために前記第１の光導波路に結合された請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記スペクトル分析デバイスは、前記第１のフィルタデバイスを介して前記プレートの前記縁部に固定された前記第１の組の感光セルを備えている光検出器のストリップを備えた請求項２０または２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記第１のフィルタデバイスは、前記フィルタデバイスの長さにわたって線形に変化するスペクトル透過干渉タイプのフィルタを備えている請求項１９から２２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記フィルタデバイスは、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長帯域をカバーしている請求項１９から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記スペクトル分析デバイスは、前記照明デバイスの出射側で光ビームの一部を直接取り、前記光ビームの一部を第２の光フィルタデバイスを通して第２の組の感光セルに伝送する第２の光導波路を備え、前記第２の光フィルタデバイスは、各前記感光セルに、前記波長帯域に含まれるそれぞれの波長範囲をカバーする光ビームの一部を伝送するように構成された請求項１９から２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記第２の光導波路は、透明材料からなり、プレート形状であり、前記照明デバイスから出射した光ビームの一部を前記プレートの縁部で受け取り、受け取った光ビームを、前記第２のフィルタデバイスおよび前記第２の組の感光セルが配置された前記プレートの反対側の縁部に広げることによって拡散させている請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記照明デバイスから出射した光ビームを前記第２の光導波路に伝送するために、前記第２の光導波路に結合された光ファイバ光導波路を備えている請求項２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記第１及び第２の光導波路はプレート形状であり、前記スペクトル分析デバイスは、前記第１および第２のフィルタデバイスを介して前記第１および第２の光導波路の前記プレートの縁部に固定された前記第１の組および第２の組の感光セルを備えている光検出器のストリップを備える請求項２５から２７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記第２のフィルタデバイスは、前記フィルタデバイスの長さにわたって線形に変化するスペクトル透過干渉タイプのフィルタを備えている請求項２６から２８のいずれか一項に記載のデバイス。
【外国語明細書】
2014232120000001.pdf