(57)【要約】液体の特性を試験するための機器であって、バイアル１３０と、ハウジング１１０とを備える。そのバイアル１３０は、液体のサンプルを収容するためのチャンバ１１６を定義し、かつ液体を密封するためのキャップ１３３を有する。上記ハウジングは、上記バイアルを収容するための凹部を有する。複数の発光ダイオードと検出器とが、上記ハウジング内の複数のメリジオナル平面上に整列されるものである。
2005536713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺光のなかで物質の特性を光学的に測定するための装置であって、
測定される物質を収容するためのサンプルチャンバを定義すると共に軸を定義する少なくとも１つの半透明の壁と、
上記サンプルチャンバと近接して設けられた少なくとも一つの第一の放射源とを備え、その第一の放射源は、放射の変調されたビームを放出し、そのビームは、上記変調に基づき周辺光から識別可能であり、
上記第一の放射源に対して上記サンプルチャンバの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第一の検出器を備え、その第一の検出器は、上記サンプルチャンバと上記サンプルチャンバ内で測定される物質とを通過した後の上記放射の変調されたビームを受けると共に、上記検出器に影響を及ぼす上記ビームの上記放射の強度を示す変調された出力信号を生成し、
上記第一の放射源と上記第一の検出器とに連結され、上記第一の放射源を作動させると共に上記出力信号を処理するためのコントローラと、
上記コントローラに連結され、上記出力信号に基づいた測定の示度を表示するためのディスプレイとを備えることを特徴とする周辺光のなかで物質の特性を光学的に測定するための装置。
【請求項２】
凹部を定義するハウジングをさらに備え、上記少なくとも一つの半透明の壁がその中にサンプルチャンバを定義するバイアルにより構成され、かつ、上記第一の放射源と上記第一の検出器とが上記凹部に近接して設けられた請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記少なくとも一つの半透明の壁が、略円筒形である請求項１記載の装置。
【請求項４】
上記少なくとも一つの第一の放射源に連結され、上記第一の放射源を変調するための少なくとも一つのオシレータをさらに備えた請求項１記載の装置。
【請求項５】
上記第一の検出器に連結され、上記出力信号を増幅すると共に他の周波数を弱めるための少なくとも一つのアンプをさらに備えた請求項１記載の装置。
【請求項６】
上記サンプルチャンバに近接して設けられると共に、上記第一の放射源に対して上記サンプルチャンバの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第二の放射源をさらに備え、その少なくとも一つの第二の放射源は、放射の第二の変調されたビームを放出し、そのビームが、上記変調に基づき、上記周辺光と、上記第一の放射源からの変調されたビームとから識別可能であるように構成された請求項１記載の装置。
【請求項７】
上記第二の放射源に対して上記サンプルチャンバの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第二の検出器をさらに備え、その第二の検出器は、上記サンプルチャンバと上記サンプルチャンバ内で測定される物質とを通過した後の上記放射の変調されたビームを受けると共に、上記第二の検出器に影響を及ぼす上記ビームの上記放射の強度を示す第二の変調された出力信号を生成するように構成された請求項６記載の装置。
【請求項８】
上記第二の検出器の前に配置され、上記少なくとも一つの第一の放射源の散乱強度から蛍光放射強度を分離すると共に迷光を減少させるための光学的ロングパスフィルタをさらに備えた請求項７記載の装置。
【請求項９】
複数の第一の放射源を備え、各第一の放射源が主光線を各々放出し、それら主光線が、上記軸を通り上記第一の検出器の中央部に達するように構成された請求項１記載の装置。
【請求項１０】
上記少なくとも一つの第一の放射源が、発光ダイオードである請求項１記載の装置。
【請求項１１】
物質の特性を測定するための装置であって、
（ａ）物質のサンプルを収容すると共に軸を定義するサンプルチャンバを備え、
（ｂ）信号発生器を備え、その信号発生器は、上記サンプルチャンバを通過する放射のビームを放出するための、上記サンプルチャンバに近接して設けられた少なくとも一つの放射源と、その放射源に対して上記サンプルチャンバの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの検出器とを備え、上記検出器が、上記サンプルチャンバと上記サンプルチャンバ内で測定される物質とを通過した後の上記放射の上記ビームを受けると共に、上記検出器に影響を及ぼす上記ビームの上記放射の強度を示す出力信号を生成し、
（ｃ）上記信号発生器に作動可能に連結され、複数の異なる基準サンプルに基づく複数の基準測定値を含むデータを格納するためのメモリを備え、各基準サンプルは、不純物について異なる濃度を有し、
（ｄ）メモリと通信するコントローラを備え、そのコントローラは、
（i）不純物について未知の濃度を有する上記サンプルチャンバ内のサンプルに基づいた、上記信号発生器からの信号を受信し、
（ii）上記サンプルの上記不純物の濃度を決定するために、上記信号を上記基準測定値の少なくとも一つの部分と自動的に比較し、
（iii）さらに、上記濃度を示す出力信号を生成するように作動することを特徴とする物質の特性を測定するための装置。
【請求項１２】
その中に上記サンプルチャンバを定義するバイアルと、そのバイアルをその中に取り外し可能に収容する凹部とをさらに備えた請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
上記サンプルチャンバが、フィールドサンプルがそれを通り流れることが可能な導管により定義され、上記不純物が自由流れの物質に溶け込み、上記コントローラがさらに上記不純物の上記濃度を検査するように作動するように構成された請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
上記出力信号を受信すると共に、上記出力信号の人間が判読可能な形式を生成するためのディスプレイをさらに備えた請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
上記信号発生器が所定の周波数で変調され、それにより上記信号が変調され、上記信号が、周辺光および異なる周波数に変調された他の信号から識別されるように構成された請求項１１記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも二つの信号発生器を備え、それら少なくとも二つの信号発生器の各々が分離された経路およびメリジオナル平面を定義し、それら経路およびメリジオナル平面が、互いに対して上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された請求項１１記載の装置。
【請求項１７】
上記コントローラが、上記複数の基準測定値内の第一と第二とのデータポイントの選択することで、比較を行ない、それら第一と第二とのデータポイントは各々、上記信号を越えるものと、上記信号以下であるものとであり、上記コントローラが、上記出力信号に達するように、上記データポイントを数学的に補間するように構成された請求項１１記載の装置。
【請求項１８】
縦長のサンプルに関しての放射透過と散乱とを分析するための装置であって、上記縦長のサンプルは、軸を定義し、
第一のメリジオナル平面を定義する第一の経路を備え、
上記第一のメリジオナル平面が、それを通り延びる上記軸を有すると共に、
上記サンプルに近接して設けられ、上記サンプルを通過する放射の第一のビームを放出するための少なくとも一つの第一の放射源と、上記第一の放射源に対して上記サンプルの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第一の検出器とをその上に備え、
上記少なくとも一つの第一の検出器が、上記少なくとも一つの第一の検出器に影響を及ぼす放射の強度を示す第一の出力信号を生成するためのものであり、
第二のメリジオナル平面を定義する第二の経路を備え、
上記第二のメリジオナル平面が、それを通り延びる上記軸を有すると共に、
上記サンプルに近接して設けられ、上記サンプルを通過する放射の第二のビームを放出するための少なくとも一つの第二の放射源と、上記第二の放射源に対して上記サンプルの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第二の検出器とをその上に備え、
上記少なくとも一つの第二の検出器が、上記少なくとも一つの第二の検出器に影響を及ぼす放射の強度を示す第二の出力信号を生成するためのものであり、
さらに、各経路を作動させると共に、それにより生成された信号を処理するためのエレクトロニクスを備えたことを特徴とする縦長のサンプルに関しての放射透過と散乱とを分析するための装置。
【請求項１９】
上記少なくとも一つの第一の放射源が、互いに軸方向に間隔を置いて配置された複数の発光ダイオードを備え、各発光ダイオードが、そこから実質的に放出する主光線が上記サンプルの上記軸を通りかつ上記第一の検出器上へと進むように配置された請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
上記第一および第二の放射源が、緑色、赤色、黄色、橙色、青色、および、近赤外線の発光ダイオードのグループから選択された請求項１８記載の装置。
【請求項２１】
上記第一および第二の経路が、略４５°間隔で周方向に間隔を置いて配置された請求項１８記載の装置。
【請求項２２】
第三のメリジオナル平面を定義する第三の経路をさらに備え、
上記第三のメリジオナル平面が、上記軸を通って延びると共に、
上記サンプルに近接して設けられ、上記サンプルを通過する放射の第三のビームを放出するための少なくとも一つの第三の放射源と、上記第三の放射源に対して上記サンプルの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第三の検出器とをその上に備え、
上記少なくとも一つの第三の検出器が、上記少なくとも一つの第三の検出器に影響を及ぼす放射の強度を示す第三の出力信号を生成するためのものである請求項１８記載の装置。
【請求項２３】
上記第二および第三の経路が、略４５°間隔で周方向に間隔を置いて配置され、かつ、上記第一および第三の経路が、略４５°間隔で周方向に間隔を置いて配置された請求項１８記載の装置。
【請求項２４】
第四のメリジオナル平面を定義する第四の経路をさらに備え、
上記第四のメリジオナル平面が、上記軸を通り延びると共に、
上記サンプルに近接して設けられ、上記サンプルを通過する放射の第四のビームを放出するための少なくとも一つの第四の放射源と、上記第四の放射源に対して上記サンプルチャンバの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第四の検出器とをその上に備え、
上記少なくとも一つの第四の検出器が、上記少なくとも一つの第四の検出器に影響を及ぼす放射の強度を示す第四の出力信号を生成するためものである請求項１８記載の装置。
【請求項２５】
上記第一および第四の経路が、略２２．５°間隔で周方向に間隔を置いて配置された請求項１８記載の装置。
【請求項２６】
上記軸が、上記第一のメリジオナル平面内に位置する請求項１８記載の装置。
【請求項２７】
上記軸が、上記第二のメリジオナル平面内に位置する請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
物質の特性を試験するための機器であって、
物質のサンプルを収容するための半透明のセルと、
上記半透明のセルをその中に収容するための開口部を定義するハウジングとを備え、そのハウジングが、
上記開口部に近接して上記ハウジング内に設けられ、上記開口部に配置された上記半透明のセルを通る光を第一の変調された周波数で放出するための第一の光源と、
上記ハウジング内に設けられると共に、上記開口部に近接した上記第一の光源に対して周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの検出器とを備え、その少なくとも一つの検出器が、上記第一の光源からの上記変調された光が上記半透明のセルを通過した後に、上記第一の光源からの上記変調された光を電気信号へ変換するためのものであり、上記電気信号が、上記第一の変調された周波数に変調され、
上記第一の検出器からの出力を人間が判読可能な形式に変換するためのディスプレイを備えたことを特徴とする物質の特性を試験するための機器。
【請求項２９】
上記半透明のセルを通る光を第二の変調された周波数で放出するための第二の光源をさらに備え、上記少なくとも一つの検出器が、上記第二の光源からの上記光が上記半透明のセルを通過した後に、上記第二の光源からの上記光を上記第二の周波数で上記第二の電気信号に変換し、上記ディスプレイが上記検出器からの出力を人間が判読可能な形式に変換し、さらに、上記第一と第二との周波数が異なるように構成された請求項２８記載の機器。
【請求項３０】
上記第一および第二の光源と、上記第一および第二の光源と対応する検出器とを備え、それら検出器が、異なる経路に沿って固定された請求項２９記載の機器。
【請求項３１】
上記第一の光源が、発光ダイオードである請求項２８記載の機器。
【請求項３２】
透過率の程度を示す上記第一の電気信号をデータベースと自動的に比較するためのコントローラをさらに備え、上記データベースには、そのような比較に基づいて不純物の濃度を決定するための値が格納された請求項２８記載の機器。
【請求項３３】
上記半透明のセルが、上記サンプルを上記半透明のセル内に密封するための取り外し可能なキャップを備えた請求項２８記載の機器。
【請求項３４】
上記半透明のセルが、それを通る上記物質を収容するための導管である請求項２８記載の機器。
【請求項３５】
上記光の一部を参照検出器へ指向するため、および、上記光源の出力電力を示し、それにより上記光源の性能を監視するための、上記光源の前に配置されたビーム分配器をさらに備えた請求項２８記載の機器。
【請求項３６】
上記検出器と作動可能に関連し、上記電気信号を増幅するためのアンプをさらに備えた請求項２８記載の機器。
【請求項３７】
上記光源と作動可能に関連し、上記光源の上記光を上記第一の変調された周波数で変調するためのオシレータをさらに備えた請求項２８記載の機器。
【請求項３８】
上記物質と混合し上記光を散乱する微粒子を作成するために、上記半透明のセル内に含有される試薬をさらに備えた請求項２８記載の機器。
【請求項３９】
上記物質と混合し蛍光を作成するのために、上記半透明のセル内に含有される試薬をさらに備えた請求項２８記載の機器。
【請求項４０】
上記物質と混合し上記物質の透過率を減少させる光吸収帯を作成するために、上記半透明のセル内に含有される試薬をさらに備えた請求項２８記載の機器。
【請求項４１】
上記光源と上記検出器とに作動可能に連結されたコントローラをさらに備え、上記半透明のセルが、その上に設けられた電気回路を備え、その電気回路が、物質を試験するための命令を供するように、上記コントローラと作動可能に関連したものである請求項２８記載の機器。
【請求項４２】
上記半透明のセルが、上記半透明のセルに取り付け可能なキャップを備え、そのキャップが、上記半透明のセル内に上記サンプルを密封するためのものである請求項２８記載の機器。
【請求項４３】
周辺光のなかで物質の特性を光学的に測定するための装置であって
測定される物質をその中に収容するためのサンプルチャンバを定義すると共に、軸を定義する第一の手段と
上記サンプルチャンバに近接して設けられ、放射の変調されたビームを放出するための第二の手段とを備え、上記放射の変調されたビームは、上記変調に基づき、上記周辺光から識別可能であり、
上記第二の手段に対して上記サンプルチャンバの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された第三の手段を備え、その第三の手段が、上記サンプルチャンバと上記サンプルチャンバ内で測定される物質とを通過した後の上記放射の変調されたビームを受けると共に、上記第三の手段に影響を及ぼす上記ビームの上記放射の強度を示す変調された出力信号を生成するためのものであり、
上記第二および第三の手段に連結され、上記第二の手段を作動させると共に上記出力信号を処理するための第四の手段と、
上記出力信号に基づいた測定の示度を表示するための第５の手段とを備えたことを特徴とする周辺光のなかで物質の特性を光学的に測定するための装置。
【請求項４４】
上記第二の手段が、放射源である請求項４３記載の装置。
【請求項４５】
上記放射源が、発光ダイオードと、その発光ダイオードに接続されたオシレータである請求項４４記載の装置。
【請求項４６】
上記第三の手段が、センサである請求項４３記載の装置。
【請求項４７】
上記第四の手段が、上記第二および第三の手段に作動可能に接続された、マイクロプロセッサとメモリとである請求項４３記載の装置。
【請求項４８】
周辺光なかで物質の特性を光学的に測定するための方法であって、
その中で測定される物質を収容するための、軸を定義するサンプルチャンバを供するステップと、
上記サンプルチャンバに近接して設けられた少なくとも二つの放射源を供するステップと、
上記放射源から放射の変調されたビームを放出し、各放射源を異なる周波数で変調し、それにより上記変調に基づき、上記変調されたビームと上記周辺光とを識別可能とし、かつ上記変調されたビーム同士を互いに識別可能とするステップと、
上記第一の放射源に対して上記サンプルチャンバの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された少なくとも一つの第一の検出器を供するステップと
上記サンプルチャンバと上記サンプルチャンバ内で測定される物質とを通過後の放射の上記変調されたビームを、上記第一の検出器により受けるステップと、
上記第一の検出器に影響を及ぼす上記変調されたビームの、上記放射の強度を示す変調された出力信号を生成するステップと、
コントローラにより、上記第一の放射源と上記第一の検出器とを作動させるステップと、
上記変調された出力信号を処理するステップと、
さらに、上記変調された出力信号に基づいた測定の示度を供するためのディスプレイを供するステップとを備えることを特徴とする周辺光なかで物質の特性を光学的に測定するための方法。
【請求項４９】
純水のサンプルを用いた較正に基づいたデータポイントを格納することにより、任意の角度の影響が自動的に考慮される請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
周辺光の周波数で、任意の信号を弱めるステップをさらに備えた請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
サンプル内の不純物の濃度を決定するための機器であって、
（ａ）上記サンプルを収容するための凹部を定義するハウジングと、
（ｂ）上記ハウジングに作動可能に接続され、光学的なエネルギを上記サンプルを通して放出するための源と、
（ｃ）上記ハウジングと作動可能に関連づけられ、上記光学的なエネルギを受けると共に上記光学的なエネルギを上記サンプルについてのデータポイントへと変換するための検出器と、
（ｄ）上記ハウジングと作動可能に関連づけられた少なくとも一つのメモリとを備え、上記少なくとも一つのメモリが、上記不純物についての複数の濃度に対しての測定の示度のデータベースを格納するように構成され、
（ｅ）上記少なくとも一つのメモリと通信する少なくとも一つのプロセッサを備え、上記少なくと一つのプロセッサが、上記不純物の上記濃度を決定するように構成され、上記不純物の上記濃度を決定は、上記サンプルについての上記データポイントを測定の示度の上記データベースと比較することに基づくことを特徴とするサンプル内の不純物の濃度を決定するための機器。
【請求項５２】
上記源が、発光ダイオードである請求項５１記載の機器。
【請求項５３】
上記検出器が、光起電力検出器である請求項５１記載の機器。
【請求項５４】
上記源に作動可能に接続された、上記ハウジング内の少なくとも一つのオシレータと、  その少なくとも１つのオシレータを駆動するための、上記ハウジング内の電池と、
上記サンプルを収容するためのバイアルとをさらに備え、上記バイアルが、中心線の軸を定義し、
上記ハウジングに作動可能に接続され、光学的なエネルギを上記サンプルを通して放出するための第二の源と、
上記ハウジングと作動可能に関連づけられ、光学的なエネルギを受けるための第二の検出器とをさらに備え、上記光源および検出器が、固定軸と、上記サンプルの軸を通過するメリジオナル平面上との上に位置するように構成された請求項５１記載の機器。
【請求項５５】
上記バイアルに設けられたベースをさらに備え、そのベースが、プリント回路基板を有し、そのプリント回路基板が、上記プロセッサにデータを供するためのメモリを有するように構成された請求項５４記載の機器。
【請求項５６】
物質の特性を測定するための機器であって、
（ａ）測定される物質のサンプルをその中に収容するためのサンプルチャンバを定義すると共に、軸を定義するための第一の手段と、
（ｂ）上記サンプルチャンバに近接して設けられ、放射のビームを上記サンプルを通して放出すると共に上記サンプルを通過した後の放射の上記ビームの強度を示す出力信号を生成するための第二の手段と、
（ｃ）上記第二の手段と作動可能に連結され、複数の異なる基準サンプルに基づく複数の基準測定値を含むデータを格納するための第三の手段とを備え、各基準サンプルが、不純物の異なる濃度を有し、
（ｄ）上記第二および第三の手段と通信する第四の手段を備え、その第四の手段は、
（i）不純物の未知の濃度を有する上記第一の手段内のサンプルに基づいた上記第二の手段からの信号を受信するためのものであり、
（ii）上記サンプル内の上記不純物の濃度を決定するために、上記信号を少なくとも一つの上記基準測定値の部分と比較するためのものであり、
(iii) 上記濃度を示す出力信号を生成するためのものであることを特徴とする物質の特性を測定するための機器。
【請求項５７】
上記第一の手段が、バイアルである請求項５６記載の機器。
【請求項５８】
上記第二の手段が、発光ダイオードと光起電力検出器とである請求項５６記載の機器。
【請求項５９】
上記第三の手段が、随時読み出し書き込みメモリと読み出し専用メモリとである請求項５６記載の機器。
【請求項６０】
上記第四の手段が、マイクロプロセッサと上記第三の手段に格納されたソフトウェアプログラムとである請求項５６記載の機器。
【請求項６１】
サンプルの色と散乱とを分析するための機器であって、上記サンプルが軸を定義し、
第一のメリジオナル平面を定義する第一の手段と、その第一の手段の上に含まれ、ある周波数で変調された放射のビームを放出するための第二の手段とを備え、上記第二の手段が、上記サンプルを通して放射の上記ビームを放出するように上記サンプルに近接して設けられ、上記第二の手段に対して上記サンプルの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された検出のための第三の手段を備え、上記第三の手段が、上記第三の手段に影響を及ぼす放射の強度を示す第一の出力信号を生成し、
第二のメリジオナル平面を定義する第四の手段と、その第四の手段の上に含まれ、第二の周波数で変調された放射のビームを放出するための第五の手段とを備え、上記第五の手段が、上記サンプルを通して放射の上記ビームを放出するように上記サンプルに近接して設けられ、上記第五の手段に対して上記サンプルの上記軸まわりに周方向に間隔を置いて配置された検出のための第六の手段を備え、上記第六の手段が、上記第六の手段に影響を及ぼす放射の強度を示す第二の出力信号を生成し、
上記第一および第四の手段を作動させると共にそれにより生成された上記出力信号を処理するための第七の手段を備えたことを特徴とするサンプルの色と散乱とを分析するための機器。
【請求項６２】
上記第七の手段が、第二および第五の手段を作動させ、かつ、それにより生成された対応する信号が識別可能である請求項６１記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、液体の特性を測定するための機器に関し、特に、反応物質と混合された水などの液体の色、濁度および／または螢光を試験するための改良された機器および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新鮮な飲用水の水源が、人口増加により酷使されているために、生産および使用におけるあらゆるレベルでの水質検査（モニタリング）が、急速に全世界の必然事項になっている。低レベルの異物または汚染物質でさえ、検出されない場合には、深刻な健康(衛生）および安全上の危険をもたらすことになる。その結果、迅速かつ正確な水質試験の結果が、さらに拡大する水源の試験サンプルのために必要とされている。従って、水の処理と利用とが拡大するにつれて、水質を検査するための丈夫な携帯機器および方法への必要性が増している。
【０００３】
通常、水質試験は、液体のサンプルへの指定の試薬の付加を必要としている。
従来、既知の濃度の反応物質が、未知の濃度の反応物質を含む水のサンプルに混合される。あるいは、サンプルの特性の変化が反応の終了点を示すまで、この既知の反応物が連続的に加えられる。いずれの場合も、この試薬が汚染物質と反応し、汚染物質の濃度に比例する反応を引き起こす。たいてい、変色指示薬が含まれているので、変色が生じたり、または化学反応に内在して変色する。このように、試薬の付加後に、プリントされたカラーチャートに対する目視検査により、関連する汚染物質のレベルまたは欠如を決定することができる。この様な単に視覚的な比較は、本質的に主観的であり、従って、微妙な測定では信頼性を欠くことになる。一般に、この反応の程度および結果の解釈をするためには、熟練の技術者が必要とされる。あるいは、比色計（colorimeter）もしくは光度計（photometer）が、反応の程度(例えば、色の濃さまたは分光透過）、言い換えれば、汚染物質の濃度を一致性を有して測定できる。しかしながら、従来の比色計および光度計は、フィールド（現場、filed）使用には実用的でなく、かつ色に関連するデータのみを提供するものであった。
【０００４】
反応生成物が微粒子の沈殿物である場合、光学的な濁度測定方法（つまり、散乱）によって、サンプルを測定できる。汚染物質が高濃度である結果としての高濃度の沈殿物は、さらなる散乱を生成する。従って、濁度のレベルは、汚染物質の濃度のレベルと対応する。あるいは、自然の水源からの液体サンプル中において、濁度のレベルの有無は、そのような液体のサンプルの特性を示すの重大な指標になりうる。
【０００５】
付加的な技術として、蛍光性のマーカーを含む試薬の追加がある。汚染物質との反応が、蛍光の一部を可能もしくは抑制する。例えば、マーカー・ローダミンは、青色光により励起されると、赤色の蛍光を発する。従って、サンプルを通して青色光を送ることは、汚染物質のレベルに比例する赤色の螢光を発生させる。従って、螢光レベルの変化を決定することは、汚染物質の濃度を示すことになる。
【０００６】
さらに、青色の励起光が繰り返し送られ（pulsed）、蛍光強度を各パルスの後に所定の時間で測定する場合、螢光のタイム・ディケイ（時間退化）率は、汚染物質の化学的性質についてのさらに詳細な情報を提供することができる。
【０００７】
上記を考慮して、いくつかのシステムが、液体サンプルの色、濁度または螢光を確認するために開発されてきた。従来の比色計は、広帯域の光源を備える。フィルタは、異なる波長を提供するために、光路（optical path）に出入りするように移動される。フィルタは、手動またはモータで移動されてもよい。光導体（lightpipe）またはレンズ系が、光を集めて、試験される対象物上のポイントに指向する。そのようなポイントにおいて、この光は、不透明な対象から反射し、半透明な対象を通り受信器（receivers）へと進む。この受信器（通常はフォトダイオード）は、光信号を処理用の電気信号に変換する。誤った読み取りを防ぐために、受信器は周辺光（ambient light）から隔離されなけらばならない。周囲の状況を制御するために、従来の比色計は、通常、実験室（laboratory）のみで使用されている。
【０００８】
例えば、マッカーシー（McCarthy）の特許文献１は、同じ基板上に設けられた、発光ダイオード(下記に「ＬＥＤ」として記載)と受信器とを備える光学的な分光分析装置を開示している。したがって、反射光だけが分析される。トラノウスキー（Taranowski）らの特許文献２は、タイミングパルスによって実行される複数の異なる色のＬＥＤを使用することを開示している。ＬＥＤのタイミングパルスとの同期（synchronism）状態において、フォトダイオードの出力がサンプリングされ、従って、各出力が個々の有色のＬＥＤの信号を示す。オカモト（Okamoto）の特許文献３は、反射光の合計を受け取り、合計された値と、基準目標に関連する値とを比較することを開示している。結果として生じる比較値が、数値形式で表示され、試験された項目と基準項目との間の整合の程度を示す。ワグナー（Wagner）らの特許文献４は、小型の比色計を開示している。小型の比色計は、反射光を光センサ（sensor）に伝送するための光導体（light pipe）、三つの異なる原色の光源、表示パネルおよび測定ボタンを有するボディを備える。操作時に、この小型の比色計は、三原色の波長で測定された目標の反射率を表わす三つの色データポイントを生成する。マイクロプロセッサは、三つのデータポイントを分析し、一般に知られた各種のフォーマットで結果を表示する。
【０００９】
さらに、いくつかの特許は、特に水の試験方法および装置に関するものである。
【００１０】
マウント（Mount）らの特許文献５は、試薬の反応が終了点に達した際に、比色計および他の装置と通信するコンピュータを使用し、判定過程を自動化している。ウォールステイン（Wohlstein）の特許文献６は、 エンジンオイルの状態を示す比率を提示するために、光センサ（photosensors）によって生成された電圧を使用している。試験液が、プリセットされた許容限度外にある場合、その許容限度示すアラームが始動する。
【００１１】
多くの特許は、対象物の色を光電子的に（photoelectrically）検出する特定の態様に関するものである。例えば、トラノウスキー（Taranowski）の特許文献７は、同じ角度に向けられた赤色光、緑色光および青色光から均等に構成される白色光を生成する色センサ照明源（color sensor illumination source）を開示している。バランスのとれた源の重要性は、相対的にバランスのとれた色の出力の示度をもたらすことである。ライゼック（Ryczek）の特許文献８は、光源から光を直接受ける補助的な（secondary）感光性の構成要素を示している。その結果、補助的な感光性の構成要素からの信号が、光源の電力の出力を規制する閉回路フィードバック信号を生成するために使用される。
【００１２】
付加的な特許は、特定の材料が観測角度に依存して異なる色を表示することを認識している。具体的には、オオタ（Ota）らの特許文献９は、複製可能な結果を与えるために観測角度を正確に決定する必要性を認識している。この問題を解決するために、オオタらは、所望の観測角度を繰り返し可能にセットするために、調節機構を制御する角度検出器を組込み込んだ。
【００１３】
アンダーソン（Anderson）の特許文献１０は、ポータブル比色計の必要性を開示している。この比色計は、サンプルを収容するためにハウジングで囲まれている。バイアル（vial）がサンプル用コンパートメントに配置されるとき、キャップ部材が、外部光（external light）からの干渉を防止するために溝（grooves）内に配置される。パオリ（Paoli）らの特許文献１１は、サンプルセル（sample cell）と光学的な検出器（detector）との間の非結像の光学的なコンセントレータ（non-imaging optical concentrator）を有するポータブル濁度計を開示している。カバーが、読み取りに対する周辺光からの影響を軽減するために使用される。クーパー（Cooper）らの特許文献１２では、１０，０００（NTUs(移動単位））のような非常に高い水の濁度を測定する比濁計器を開示している。この比濁計器は１つの光源と４つの検出器とを有している。この検出器は後方散乱、前方散乱、９０°の散乱および透過光線を受ける。
【００１４】
そのほかにも、いくつかの特許では、液体の光透過のみを決定するための装置に関するものがある。クアン（Kuan）の特許文献１３は、測定される液体中に、光導体（light guide）および耐液の光センサを浸すことを教示している。光源がこの光導体を照らす際に、光センサが、試験液についての光の透過を示す信号を生成する。リリエンフェルト（Lilienfeld）の特許文献１４は、空中の微粒子をモニタリングするためのシステムに関する。リリエンフェルトは、遠隔地からリアルタイムで外気の特性を決定することができる携帯測定器の必要性を評価している。上記に記載された各々の米国特許は、参照として本明細書に組込まれる。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５，１３７，３６４号
【特許文献２】米国特許第５，２９９，８４１号
【特許文献３】米国特許第６，０９４，２７２号
【特許文献４】米国特許第６，１５７，４５４号
【特許文献５】米国特許第５，６１８，４９５号
【特許文献６】米国特許第５，６９１，７０１号
【特許文献７】米国特許第５，３０３，０３７号
【特許文献８】米国特許第５，４７１，０５２号
【特許文献９】米国特許第５，５９２，２９４号
【特許文献１０】米国特許第５，０８３，８６８号
【特許文献１１】米国特許第５，８７２，３６１号
【特許文献１２】米国特許第５，６０４，５９０号
【特許文献１３】米国特許第５，６９６，５９２号
【特許文献１４】米国特許第６，０５５，０５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記に言及された特許の教示にもかかわらず、水質試験の分野で周知の先行技術のシステムおよび方法に関連した様々な問題がある。多くのシステムが、サンプルを入手し、分析のためにそのサンプルを実験室へ送る時間のかかる工程を必要とする。あるいは、フィールドでの分析は、しばしば人為的なミスにより、一致性のない結果を生じる。さらに、先行技術の装置、特に携帯用に設計されたものは、限定された結果しか産出できない。従来、一致性がありかつ正確である汚染物質レベルを示すことができる装置の提供は、場所にかかわらず実用的でなかった。したがって、少なくとも一つの効率的かつ正確な読み取りが可能な改善された水質試験機器および方法、および好ましくは様々な応用および運転条件のための複数のパラメータが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、周辺光（ambient light）のなかにおいて、物質の特性を光学的に測定するための方法および装置に関し、その装置は、サンプルチャンバ（sample chamber）および軸を定義する半透明の壁（wall）を備えている。半透明の壁は、測定される物質を含む。ＬＥＤまたは他の光源等の放射源（radiation source）は、サンプルチャンバに近接して（adjacent to）設けられ、放射（radiation）が変調（modulated）されることで周辺光から識別可能な放射の変調されたビームを放出する。その放射は、サンプルチャンバを通過した後、検出器により受けられる。その検出器は、放射源に対してサンプルチャンバの軸まわりに周方向に間隔を隔てて（角度的に間隔を隔てて）配置されたものである（angularly spaced）。その検出器は、その検出器に影響を及ぼすビームの放射の強度を示す変調された出力信号を生成する。コントローラは、放射源と検出器とを作動させ、かつ、ディスプレイに表示するための変調された出力信号を処理する。
【００１８】
本発明は、また物質の特性を測定するための機器および方法に関し、この機器は、物質のサンプルを収容ためのサンプルチャンバを備えている。信号発生器（signal generator）は、サンプルチャンバに近接して設けられた放射源を有する。この放射源は、放射のビームをサンプルチャンバを通して検出器上へ放出する。検出器は、放射源に対してサンプルチャンバの軸まわりに周方向に間隔を隔てて配置されたものである。信号発生器の検出器は、サンプルチャンバとサンプルチャンバ内で測定される物質とを通過した後の放射のビームを受ける。放射を受け取る際に、検出器は、その検出器に影響を及ぼす放射の強度を示す出力信号を生成する。メモリは、複数の異なる基準サンプルに基づく基準測定値データを格納する。各基準サンプルは、不純物の異なる濃度を有する。メモリと通信するコントローラが、不純物の濃度が未知であるサンプルチャンバ内のサンプルに基づいた信号を信号発生器から受信するように作動する。サンプル内の不純物の濃度を決定し、濃度を示す出力信号を生成するために、コントローラが、信号と基準測定値とを自動的に比較する。
【００１９】
本発明はまた、バイアル（vial）に含まれる水のサンプル等の縦長（elongated）のサンプルの色および散乱を分析する方法および装置に関する。その縦長のサンプルは軸を定義する。装置は、第一のメリジオナル平面（meridional plane）を定義する第一の経路（channel）を備え、その第一のメリジオナル平面は、サンプルに近接して設けられた第一の放射源を有する。その第一の放射源は、放射の第一のビームをサンプルを通して第一のセンサ上へ放出する。第一のセンサは、第一の放射源に対してサンプルの軸まわりに周方向に間隔を隔てて設けられたものである。第一のセンサは、そのセンサに影響を及ぼす放射の強度を示す第一の出力信号を生成する。第二の経路は、第二のメリジオナル平面を定義し、サンプルに近接して設けられた第二の放射源をその上に備える。第二の放射源も、放射のビームをサンプルを通して第二のセンサ上に放出する。第二のセンサは、第二の放射源に対してサンプルの軸まわりに周方向に間隔を隔てて設けられたものである。第二のセンサは、第二の出力信号を生成するためのものである。エレクトロニクスは、各経路を作動させ、それにより生成された信号を処理する。経路は、色、透過（transmission）および４５°の濁度の測定を可能にするために、４５°間隔であることが好ましい。
【００２０】
当業者に開示される機器および方法が、この機器および方法をどのように構成し、使用するかをより容易に理解するために、添付の図面を参照するべきであろう。本明細書に開示される機器および方法のこれらおよびその他の一意的な特徴および利点は、以下の記載、添付図面および添付されたクレームからより容易に明白になるであろう。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の機器および方法の１つの利点は、それらが変調された光の源（光源）を用いており、従って、生成された信号を分離することができる。その結果、この機器および方法は、周辺光のなかで機能することが可能である。さらに、従来の機構（mechanisms）よりも速くデータ収集をするために、同時に多変量解析を行うことができる。
【００２２】
また、本発明のもう一つの主題は、多くの測定を行なう固定された（stationary）構成部材の単純化された配置である。その結果、信頼性が改善され、しかも生産コストが軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、試験装置および方法に関連した先行技術における問題の多くを解消する。本明細書に開示されるこの機器と方法の利点および他の特徴は、当業者に、以下の特定の好適実施形態の詳細な説明を、本発明の主な実施形態を示す図面とともに参照することにより、容易に明らかになるであろう。尚、同様の構成部材を示す為に同じ参照番号が用いられる。
【００２４】
図１を参照すると、多軸測光検出機器（multi-axis photometric sensing instrument）１００は、光学的な構成要素を保護し整列させるためのハウジング１１０を備え、それら光学的な構成要素がハウジング１１０に設けられる。多軸測光検出機器１００は、ユーザーに複数の測定結果を示すためのディスプレイ１１２と、ユーザーから入力を受け付けるためのキーパッド１１４とを備える。ハウジング１１０は、縦長のサンプルバイアル１３０を収容する凹部１１６を定義し、サンプルバイアル１３０が、試験されるサンプルが収容されるサンプルチャンバを定義する。さらに下に記載されるように、この凹部１１６は、分析のための光路（optical path）にサンプルバイアル１３０を適切に整列させる。コンピュータ(図示せず)と通信するためのポート１１８と、内部電力電池１２１(図３に示される）を充電するためのソケット１２０ともハウジング１１０の内に一体的に設けられる（integrated）。好ましくは、このポート１１８は、シリアル、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４ポート、または、当業者に知られている同類のものである。
【００２５】
機器１００は、その頑丈さを強化するために防水であることが好ましい。この好適実施形態の中のオプティクス（optics）およびエレクトロニクス（electronics）は、ハウジング１１０内に固定されるＬＥＤおよび光起電力検出器(下記に「ＰＶＤ」とする記載)である。多数の光学的および電子的構成要素が、機器の性能要件を十分に発揮させるために使用されてもよいことが想定される。例えば、半導体レーザーが、ＬＥＤおよびフォト電界効果トランジスタ（photoFETs）と置き換えられるか、あるいはアバランシェフォトダイオード（avalanche photodiodes）がＰＶＤと置き換えられてもよいが、これに限定されない。アナログおよびデジタル信号処理用の電子部品の有益な組合せを、電子的な構成要素として使用してもよいことが想定される。可動部の数の減らすことは、高い信頼性を供する。下に更に詳細に記載されるように、多軸（multi-axis）、多源（multi-source）および多検出器（multi-detector）機器１００は、複数の試験を行なうために電気的（electrical）スイッチングによって選択的に作動される。
【００２６】
サンプルバイアル１３０は、壁面が薄く、視覚的に透明または半透明で、開口部が広く形成された非散乱シンチレーションチューブ（non-scattering scintillation tube）で、蓋付きボトルあることが好ましい。ある好適実施形態では、サンプルバイアル１３０が、およそ２インチ（およそ５．０８ｃｍ）の高さとおよそ１インチ（およそ２．５４ｃｍ）の直径とを有する透明ガラスまたはプラスチックのシリンダに形成される。その結果、このサンプルバイアル１３０は、そこを通過する光を屈折させるであろう。サンプルバイアル１３０内の媒体（medium）もまたサンプルバイアルを通過する光と相互に作用し合うであろう。さらに、本明細書の開示を評価するにあたり当業者に認識されるように、サンプルバイアル１３０は、正方形、長方形、長楕円形またはその他多くの形状でもよい。
【００２７】
サンプルバイアル１３０は、つまみ（つめ）付き、ねじ留め式のプラスチックキャップ１３２を有する。このキャップ１３２には、ラベリングのため、ぬれた際にきつく閉めやすくするため（てこ作用の強化）、および取り扱いを容易にするためにタブ部分１３３が供されることが好ましい。一つの実施形態では、サンプルバイアル１３０が前回の試験からの二次汚染を回避するために使い捨てである。好ましくは、サンプルバイアル１３０が、必要とされるサンプルの量を示すための充填線１３１を有する。本明細書の開示に基づき、当業者に認識されるように、ここに示されたサンプルチャンバを定義する、サンプルバイアル１３０の容積、構成材料、および形状またはサンプルチャンバを定義するその他の構成は、一例であり、この機器の特定の応用、または所望される別の方法に従って、望まれるように変更されてもよい。
【００２８】
操作中、このサンプルバイアル１３０は、試験液(試験流体、test fluid)が充填され、機器１００の凹部１１６内に配置される。例えば、試験液は、飲料水供給用に産出された水のサンプルでもよい。ある好適実施形態では、このサンプルバイアル１３０は、サンプルホルダおよび機器の機能に必須の光学屈折要素として作用する。図示される本実施形態では、その他すべてのハードウェアおよびソフトウェアが、ハウジング１１０の残材部に永続的に存する（固定される）。また、任意の化学/濁度試験のための特定の指示が、ハウジング１１０のキーパッド１１４によって入力される。以下に詳細に記載されるように、ユーザーは、キーパッド１１４を介して、色、濁度および／または螢光等（これらに限定はされない）の適切な試験を選択する。機器１００が試験液を分析し、ディスプレイ１１２が試験の結果を表示する。
【００２９】
ここでは図２ａに参照されるように、メリジオナル平面１５４ｂおよび１５４ｃのみが、簡単に示される。サンプルバイアル１３０が、凹部１１６内に配置されると、サンプルバイアル１３０が、複数のＬＥＤ１５０（ｓ）とＰＶＤ（ｓ）１５２との間に位置する。一つの実施形態では、九つのＬＥＤ１５０から放出される主光線１５１が、三つのメリジオナル平面１５４を定義するように九つのＬＥＤ１５０が配置される。それら九つのＬＥＤ１５０から放出される主光線１５１は、サンプルバイアル１３０の中心軸「ｚ」を通り、それらに対応するＰＶＤ１５２の中心点に集められる。ＬＥＤ１５０およびＰＶＤ１５２の選択および配置によって、サンプルチャンバの軸ｚに対して定義された複数のメリジオナル平面１５４ａ−ｃが作成される。これらＬＥＤ１５０は前方方向（forward direction）に放出するが、サンプルバイアル１３０により行なわれる屈折の焦点合わせ以外は、さらなる放射の円錐角（cone angle）を制御する必要ない。これらＬＥＤ１５０は、比較的狭い視野角（view-angle）のＬＥＤであることが好ましい。図示されるように、ＬＥＤ１５０とＰＶＤ１５２との各々が、定義された固定軸上に位置し、メリジオナル平面１５４ａ−ｃが、なるべくなら円筒状のサンプルバイアル１３０の軸ｚを通過する。さらに下に記載されるように、任意の角度（angle）の影響も、純水サンプルでゼロ点調整を（zeroing）することにより、自動的に考慮される。本発明のこの好適実施形態では、三つの定義されたメリジオナル平面１５４ａ−ｃ(あるいは「経路（channel）」)が、液体の光吸収のために、近紫外線、可視光線、および近赤外線(下記に「ＮＩＲ」として記載)付近の範囲に分布される合計９つの異なる波長域を供する。測光透過（photometric transmission）の測定の結果として生じる感度および精密度は、人間の目によるものより優れており、典型的な視覚による色決定を超える化学試験の有用性を示している。一つの実施形態では、およそ５ｍｍの直径と高い光度とを有するＬＥＤが選択される。光線の色は、青色(４３０ｎｍのピーク放射波長)、緑色(５６５ｎｍ））、赤色(６６０ｎｍ)、近赤外線（near IR）(８８０または９４０ｎｍ)および白色でもよいが、これに限定されない。この白色ＬＥＤは、部品番号ＣＭＤ３３３ＵＷＣで、シカゴ・ミニチュア・ランプ（Chicago  Miniature Lamp）より入手可能なものであることが好ましい。ＬＥＤ、ＰＶＤおよび、他の光源および検出器についての他の選択は、本明細書の主題を検討することにより当業者に明らかになるだろう。また、他の選択は、このような光源および検出器における波長および位置を含んだものである。
【００３０】
好ましくは、各ＬＥＤの放射円錐（emission cone）、サンプルバイアル１３０の屈折力（refractive power）および各ＰＶＤ１５２の幅が、光の全円錐（full cone）を対応するＰＶＤ内に捉えるような組合せに選択される。各ＬＥＤ１５０によって放出される光の円形の円錐は、サンプルバイアル１３０を通過することにより長楕円形に歪められる。従って、矩形状のＰＶＤが、光の全てを受けるために必要とされる。ある好適実施形態では、各々のＬＥＤ１５０が、光強度（high-brightness）Ｔ１  ３／４のＬＥＤであり、そのＬＥＤは、サンプルバイアル１３０から略５ｍｍ離間して位置する。各ＬＥＤは、前方円錐（a forward cone）の中に放射を各々放出する。その前方円錐は、およそ３０°未満の視野角（viewangle）を有することが好ましく、放射が光の円錐内でおよそ均等に分配される。各ＰＶＤ１５２は、略２０×４０ｍｍの矩形状の作用面（active area）を各々有する。適当なＰＶＤが、ラジオ店（Radio Shack）から部品番号#２７６-１２４Ａで入手可能である。各ＰＶＤは、対応するＬＥＤによって放出された光の前方円錐を収集するように、サンプルバイアル１３０から略１９ｍｍ離間して配置される。他の実施形態では、略２０×２０ｍｍのＰＶＤが使用され、小さな円柱レンズ(軸が水平、図示されない)が、ＬＥＤ１５０とサンプルバイアル１３０との間に、５ｍｍ離間して各ＬＥＤ１５０の前方に配置される。この円柱レンズは、２０ｍｍの高さのＰＶＤまたはその他のセンサの上に適合させるように、垂直に広がったビームを集光する。ＰＶＤ１５２が光起電力モードで使用され、入力信号に対する反応の線形性と、暗電流（dark current）がないことと、および機器１００の運転温度に対する感度が微小であることとが保証される。本明細書での開示に基づき当業者に認識されるように、本明細書の寸法と角度は一例であり、所望されるかその他要求されるように変更されてもよい。
【００３１】
図示されるように、光学系は、構成が簡単で厳密な誤差範囲を要さないことが好ましい。各メリジオナル平面１５４内のＬＥＤ１５０の軽量な（lightweight）構成および自動整列を容易にするために、一片の金属またはプラスチック(図示されない)を機械加工または成型して、ＬＥＤを適所に固定するようにしてもよい。他の実施形態では、透明ガラスまたは、半透明または透光性カバー等(図示されない)が、水および汚れの蓄積を防ぐために、ＬＥＤ１５０および／またはＰＶＤ１５２の上にエポキシ接着（expoxied）されるかあるいはその他の方法で固定される。さらに他の実施形態では、ウラテン（Wratten）ブルーパスフィルタ(図示されない)が、清浄度を促進するだけでなく、測定中の信号対雑音比を増加させるために、メリジオナル平面の内の一つにおける青色を放出するＬＥＤの上に接合される。さらに、本明細書に記載されるように、機器１００は、マイクロコントローラ１７４(図３に最もよく示される)を備え、そのマイクロコントローラ１７４は、当業者により既知である方法で、さまざまなスイッチング制度（regimes）を制御するようにプログラムされる。従って、機器１００中の唯一の可動部は、手動で挿入されるサンプルバイアル１３０であることが好ましい。
【００３２】
他の実施形態では、四つのＰＶＤ１５２を、八角形の配置(図示されない)に整列させることができる。その八角形の配置では、四つのＬＥＤの経路と四つのＰＶＤ１５２とにより、１２の異なるＬＥＤ１５０を測光、透過および濁度測定または比色定量（colorimetric）の目的で同時に使用することが可能となる。もし望まれるならば、分光学（spectroscopy）を鋭くするために幾つかのＬＥＤの前方の小さな干渉フィルタ(図示されない)が使用されることが想定される。好ましくは、各四つのＰＶＤ１５２が、各々略２０×４０ｍｍである。しかしながら、本明細書での開示に基づき当業者に認識されるように、本明細書の寸法は一例であり、所望されるかその他要求されるように変更されてもよい。
【００３３】
ここで図２ｂおよび２ｃに参照されるように、センサの１つのメリジオナル平面１５４だけが、簡単に示される。図示されるように、メリジオナル平面１５４は、直交座標系の軸ｘおよびｚにより定義された平面に位置する。図示されたメリジオナル平面１５４は、メリジオナル平面１５４ａ−ｃのうちのいずれかの配置を表わし、軸ｚは、任意の空間の方向にあるかもしれないことが、当業者により認識されるであろう。本好適実施形態の密封されたサンプルバイアル１３０では、軸ｚを定義する最も知覚可能（sensible）な方向が、ほぼ垂直上向きである。他の実施形態では、そのようなサンプルバイアルもしくはサンプルチャンバが、下に記載されたクオーツ・パイプあるいは他の透明か半透明の導管によって定義され、その導管が、それを通り流れる液体を収容する。さらに、軸ｚの長さおよび方向に関する実際的な制限はない。図２ｃに示される他の実施形態では、そのような参照付けが必要とされるもしくは望まれる場合に、ＬＥＤの出力電力の連続的な検出と、ＬＥＤの変動を修正するためのフィードバックとが供されるように、平坦なグラス（plain-grass）のビーム分配器（beam-splitter）１５７と、小さな参照光電池（photocell）１５９とが配置される。
【００３４】
図２ｂに示されるように、ＬＥＤ１５０は、図中のサンプルバイアル１３０の左のグラス壁からｘ軸における「ｓ１」の距離に位置し、互いからｚ軸におけるある最小の「ｈ１」の距離で一定間隔に配置される。メリジオナル平面１５４の各ＬＥＤの主光線１５１は、ｚ軸に沿う各々のＰＶＤ１５２における中央部分と交差する。そのＰＶＤ１５２は、メリジオナル平面１５４の中心軸へ、ほぼ垂直に指向され、かつ、図中のサンプルバイアル１３０から、ｘ軸における「ｓ３」の距離で一定間隔に配置される。図２ｂおよび２ｃに示されるように、典型的なＰＶＤ１５２は、高さ「Ｈ」および幅「Ｗ」を定義し、各々のメリジオナル平面のＬＥＤの内のいずれかあるいは全てからの光を、連続してあるいは同時に受ける。さらに下に記載されるように、二つかそれ以上のＬＥＤが同時に、「オン（on）」である場合、マイクロコントローラ１７４のソフトウェアが、各ＰＶＤの出力信号を分析することができ、かつ各ＬＥＤの放射から発生する成分を分離することができるように、各源は、周波数変調されたものか、あるいは、所望の他の方法で(例えば位相もしくは振幅変調によって)変調（調節、modulated）されたものが好ましい。例えば、この好適実施形態では、各ＬＥＤあるいは他の光源の周波数が、略以下のように変調される：ｆ１=１６１３Ｈｚ、ｆ２=１０９９Ｈｚおよびｆ３=６７６Ｈｚ。
【００３５】
図２ｂを参照すると、典型的なＰＶＤ１５２の高さＨは、対応するＬＥＤ１５０により放出された円錐の垂直方向の指向性により決定され、同様に、水あるいは他の液体が充填されたサンプルバイアル１３０によるメリジオナル平面１５４中の屈折により修正される。図２ｃに示されるように、典型的なＰＶＤ１５２の幅Ｗは、端の光線１５３（extreme ray）のｘ−ｙ平面での屈折によって決定され、その端の光線１５３は、ＬＥＤの前方円錐の半分の角度η(つまり、ＬＥＤ１５０の従来の視野角の半分)で放出される。
【００３６】
三つのメリジオナル平面１５４が、なるべく円筒状のサンプルバイアル１３０の中心軸ｚのまわりに、八角形に(つまり、およそ４５°間隔で)間隔を隔てて配置されることが好ましい。単純化のために、図２ａは、二つのメリジオナル平面１５４ｂおよび１５４ｃのみを示す。メリジオナル平面１５４の各々が、異なるピーク波長の複数のＬＥＤ１５０と、単一のＰＶＤ１５２とを含むことが好ましい。したがって、本好適実施形態の機器１００は、九つの異なる波帯（waveband）のＬＥＤ１５０と、三つの独立した広いエリア（broad-area）のＰＶＤ１５２とを有する。本明細書での開示に基づき当業者に認識されるように、測定の応用に基づいて、より多数のもしくはより少数のメリジオナル平面を用いてもよいし、各メリジオナル平面に対してより多数のもしくはより少数のＬＥＤを用いてもよい。サンプルバイアル１３０が、直径に関して拡大もしくは縮小される場合、光学的な設計が、ｓ１とｓ３との変更を要求するであろう(図２ｂ参照)。特に、ＰＶＤの幅Ｗ(図２ｃ参照)は、隣り合うＰＶＤとの物理的な重なりを避けることが強要される。本好適実施形態の理論的設計および試験では、サンプルバイアル１３０の直径ｓ２がおよそ２５．４ｍｍである場合に、ＬＥＤについての視野角２ηがおよそ２４°もしくはそれ以下であることが見出され、システムでの有用な寸法が、およそ５ｍｍより大きくおよそ１０ｍｍ未満のｓ１、およそ１５ｍｍのｓ３、および一般に利用可能なＰＶＤの寸法である約２０×４０ｍｍのＷ×Ｈであることが見出された。本明細書での開示に基づき当業者に認識されるように、これらの寸法と角度は、所望されるかその他要求されるように変更されてもよい。
【００３７】
ここで図３を参照すると、三つのメリジオナル平面１５４ａ−ｃが八角形の配置で使用される際に、メリジオナル平面１５４ａで、橙色、赤色およびＮＩＲのＬＥＤ１５０ａの三つ組だけを使用し、メリジオナル平面１５４ｃで深緑色（deep green）のＬＥＤおよび青色のＬＥＤだけを使用することは有用である。機器の迷光（stray light）が減少するように、補足的なロングパスおよびショートパスフィルタ（各々１７８および１７６）が、ＰＶＤ１５２ａおよび１５２ｃの前に各々配置される。ウラテン・ゼラチン・フィルタ＃２５および＃４７が、ロングおよびショートフィルタとして、各々十分であることが見出された。本好適実施形態では、黄色と緑色とのＬＥＤ１５０ｂのダブレット（doublet）が、メリジオナル平面１５４ｂで使用される。
【００３８】
図３の本実施形態では、複数のオシレータ１７０ａ−ｃが、七つのＬＥＤａ−ｃに、各々切り替え可能（switchably）に接続される。作動時には、電力電池１２１がオシレータに電流を供給する。各オシレータ１７０が一意的な周波数の方形波を生成することが好ましい。スイッチング回路類（circuitry）エリア１７２内のスイッチング回路類は、オシレータの出力を受け取り、ユーザにより要求された特定の分析に依存して、どのＬＥＤが点灯されるのかを決定する。より詳細には、下に記述される。典型的な目的のために、単純化されたスイッチング・スキームが、スイッチング回路類エリア１７２内に図示される。特定のスイッチング回路類は図示された簡単な形式に限定されず、それにより、図示された以上の多くの組み合せが考慮されることが、電子的な(electronic)スイッチングに関する当業者により認識されるであろう。手動とは対照的に電子的なスイッチングの使用は、関連するプリアンプ１８０ａ−ｃ、アンプ１８８ａ−ｃ、およびディスプレイ１１２の静定時間（settling times）のみに制限される迅速で連続的な表示を可能にする。マイクロコントローラ１７４は、オシレータと、関連するスイッチング回路類とを動かす命令を供する。マイクロコントローラ１７４は、マイクロコントローラ１７４に作動可能に接続されたマイクロプロセッサ１８４とメモリ１８６とを有する。マイクロプロセッサ１７４が、ＬＥＤ１５０のための変調周波数（modulating frequencies）を直接に生成可能であることは、当業者により認識されるであろう。したがって、アナログ・オシレータ１７０は、不要であるかもしれない。
【００３９】
さらに図３を参照すると、七つのＬＥＤ１５０が、様々な色を有する。七つのＬＥＤが、メリジオナル平面１５４ｃ内の薄い青色（light blue）（Ｂ＋）と濃い青色（dark blue）（Ｂ）とのＬＥＤ１５０ｃ、メリジオナル平面１５４ｂ内の黄色（Ｙ）と緑色（Ｇ）とのＬＥＤ１５０ｂ、およびメリジオナル平面１５４ａの内の赤色（Ｒ）、橙色（Ｏ）および赤外線（ＩＲ）のＬＥＤａからなることが好ましい。ＬＥＤ１５０から放出される光が、サンプルバイアル１３０を通過する。図２ａ、２ｂおよび２ｃに関して上に記載されたように、濁度が存在する場合には、サンプルバイアル１３０内で、光が屈折、散乱される。ＰＶＤ１５２の内の二つが、フィルタされた光を受けることが想定されるであろう。ある好適実施形態では、また、上に記述されたように、メリジオナル平面１５４ｃのＰＶＤ１５２ａが、それと関連した赤色光のブロッキングフィルタ１７６(例えばウラテン#４７）を有し、かつ、ＰＶＤ１５２aが、それと関連した青緑色（blue-green）のブロッキングフィルタ(例えばウラテン#２５)を有する。光学的なフィルタの使用は、散乱強度から平均蛍光放射強度（average fluorescence emission intensity）を、高信頼性で分離することを助ける。パルス励起あるいは、時間遅延ゲート方式（time-delay gated methods）により蛍光を検出する場合には、物理的なフィルタを省略してもよい。
【００４０】
ＰＶＤ１５２ａ−ｃが光を電気信号に変換する際に、その結果として生じる電気信号が、オシレータ１７０ａ−ｃの周波数と同じ周波数で変調される。それらオシレータ１７０ａ−ｃは、対応するＬＥＤ１５０ａ−ｃに電力を供給したものである。変調は、周辺光から信号を分類することを可能にするだけでなく、一つを越えるＬＥＤが任意の時に作動される場合に、他のＬＥＤによって生成されたそれに対立する信号を区別する。その変調が、機器の性能に任意の影響を及ぼす太陽光と室内光とを自動的に除去する。
【００４１】
ある好適実施形態では、複数のプリアンプ１８０ａ−ｃのうちの１つが、対応するＰＶＤ１５２ａ−ｃにより生成された各信号を増幅する。当業者により既知のタイプのスイッチングエリア１８２内の付加的なスイッチング回路類の制御により、マイクロコントローラ１７４が、プリアンプ１８０ａ−ｃを作動させるタイミングおよび継続時間を決定する。ユーザーにより要求された特定の分析に従って、増幅された信号が、回路類１８２により、加算増幅器１８４への可変的なルートを経て送られる。より詳細には、下に記載される。どのプリアンプ１８０ａ−ｃが出力しても、対応する信号は加算増幅器１８４に送られる。複数のアンプ１８８ａ−ｃは、増幅された信号を受信するように、各々の変調周波数（frequency of modulation）に各々調節される。調節されたアンプ１８８ａ−ｃは、他の周波数を拒絶するか弱める間に、オシレータ１７０ａ−ｃの変調周波数(modulation frequencies)である信号の部分をより増幅する。調節されたアンプ１８８ａ−ｃの出力が、マイクロコントローラ１７４により処理され、ユーザーによる検討のために、ディスプレイ１１２へ入力される。ディスプレイ１１２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面、プリントアウト、ディジタル計測器、アナログ針ゲージまたは、当業者に既知である同種のものであることが想定される。調節されたアンプ１８８ａ−ｃの出力が、さらにデータとしてメモリ１８６に格納される。メモリ１８６に格納されたソフトウェアが、マイクロプロセッサ１８４に命令を与え、特定の試験についてのデータ処理を行う。データおよび／または結果が、詳しい分析と長期保管とのために、周期的な方式（periodic basis）で、ポート１１８を介して外部コンピューター(図示しない)に送信されることが好ましい。他の実施形態では、プレ増幅、スイッチング、加算、および周波数選択的に調節された増幅の上記のシーケンス（sequence）が、機器１００のアナログ表現に関連して、プレ増幅の後にどの時点でも、信号処理の多くの代替のディジタルの方法と取り替え可能である。例えば、スイッチドキャパシタフィルタ（switched capacitor filter）、ディジタルソフトウェアフィルタ、同期復調（synchronous demodulation）および同種のものが、ＰＶＤのプレアンプの出力１８０ａ−ｃから直接信号を得るために使用することができる。マイクロプロセッサに制御されるスイッチングの柔軟性は、任意のＬＥＤの変調された放射により引き起こされた任意のＰＶＤの出力の測定を可能にする。
【００４２】
ここで図４を参照すると、機器１００の他の好適実施形態に係る光学的な構成要素の上からの（overhead）平面図が、単純化のために、八角形の構成によって割り当てられた八つの位置の内の六つにおける、三つのＬＥＤ１５０ａ−ｃと、三つのＰＶＤ１５２ａ−ｃとを含む。ＰＶＤ１５２は、それぞれのメリジオナル平面１５４ａ−ｃ内のサンプルの透過を測定し、適切なスイッチングにより、濁っている液体により散乱した光(つまり濁度)を測定する。選択的な第四のＰＶＤ１５２ｄが、ＰＶＤ１５２aから略２２.５度に配置される。第四のＰＶＤ１５２ｄは、サンプルバイアル１３０内で散乱した光の付加的な収集を可能にする。この実施形態では、任意のメリジオナル平面１５４ａ−ｃの複数のＬＥＤの内のいずれかから、４つのＰＶＤ１５０ａ−ｄの内のいずれかへの散乱測定を可能にするために、メリジオナル平面１５４ａおよび１５４ｃの中の保護色（protective color）フィルタが省略される。多くの構成が、本明細書で考慮された測定を遂行し、かつ、本明細書の主題を検討することで、当業者により容易に認識されるであろうことが想定される。
【００４３】
機器１００の正確さを増加させるために、ポスト−プレ増幅（post-preamplification）と変調された信号の測定とが、ディジタルの（digitized）あるいはアナログの構成要素の任意の所望の組み合せにより行なわれる場合、迷光（stray light）は、最小限であることが好ましい。視野角（view-angle）の円錐の外側に指向されたＬＥＤ１５０からの弱い放射、サンプルバイアル１３０へ入る際の表面での反射、サンプルバイアル１３０の液体または流体中の泡および／または微粒子による光学的な散乱、サンプルバイアル１３０から出る際の内部反射、および／またはＰＶＤ１５２表面での反射および散乱により、望ましくない迷光が起こされる。三つのメリジオナル平面のＬＥＤを使用することの利点の１つは、図３の配置で示されたように、迷光の影響の減少である。迷光は、黒色の吸収体(black absorbers)１９０ａおよび１９０ｂの追加によりさらに減少させることができ、その黒色の吸収体１９０ａおよび１９０ｂは、図４中破線により示されるように、光学系のＬＥＤとＰＶＤとの側部の間の未使用のメリジオナル平面の空間（empty space）内に位置する。図示されるように、隣り合うＬＥＤ間の黒色の吸収体は、サンプルバイアル１３０へ実質的に隣接して内側向きに拡張することができる。
【００４４】
さらに機器１００の正確さを増加させるために、周期的な較正（校正、calibration）が適切である。周期的な較正の間、サンプルバイアル１３０は、密封され、泡のない純粋な自然水(「ゼロ点調整（zeroing）ボトル」)を含む。メモリ１８６中の機器の清浄水の透過と任意の直接もしくは散乱した迷光のレベルとをチェックしリセットするために、ゼロ点調整ボトルが、機器１００中に差し込まれる。使用時と使用場所とにおいて、格納されたベースライン・レベルをリセットすることで、機器の周囲の動作温度の変動と構成要素のエイジングとを修正し、さらに、もし工場セット・レベルからのいくらかの誤作用（mis-function）もしくは、大きな逸脱が生じていれば、ユーザーに信号の送信を行う。メモリ１８６に格納された清浄水の散乱した迷光による値が、実質の濁度を決定するために、サンプルの濁度測定値から数学的に引かれる。同様に、各ＬＥＤについて、メモリ１８６に格納された清浄水の透過の信号が、サンプルバイアル１３０中の試験液の透過率を計算する際に、除数として使用される。
【００４５】
概して、操作中、機器１００には標準の較正データがロードされる。他の実施形態では、機器１００が、一連の実験用の読み取りを行い、記憶装置に対する一意的な較正データを生成する。機器が格納された較正データを必要としないかもしれず、フィールド（field）で生成された標準データが、所望の分析を行うのに十分であることが想定される。機器１００の使用時に、ユーザーは、凹部１１６にサンプルバイアル１３０を挿入する。特定の分析に対して適切であるように、一つのサンプルバイアル１３０が、周期的なキャリブレーション中に、ゼロ点調整のクリアな泡のない水を含むかもしれず、他のサンプルバイアル１３０が、変更されていないフィールドサンプル、あるいは試薬を加えられたフィールドサンプルを含んでもよく、異なる物質に基づくいくつかの読み取りが、特定の分析を完了するために要求されてもよい。ユーザーは、キーパッド１１４を介して所望の分析を選択し、プロセスを開始する。マイクロコントローラ１７４が、必要なＬＥＤ１５０ａ−ｃおよびＰＶＤ１５２ａ−ｃを作動させ、選択された分析のために必要とされる命令を、ディスプレイ１１２を介してユーザーに供する。必要ならば、ディスプレイ１１２により促された適切な時に、ユーザーが、適切に充填されたサンプルバイアル１３０を手動で挿入する。エレクトロニクス（アンプとマイクロコントローラとを備えるが、これに限定されない）が、読み取りにより生成された信号を処理し、ユーザーへの結果をディスプレイ１１２上に表示し、ポート１１８を介しての外部装置への後のダウンロードのために、メモリ１８６に結果を格納する。機器１００の電力が低下した場合に、当業者により既知であるように、ユーザーはコンセント１２０を介して内蔵電池を充電してもよい。
【００４６】
図３および４を再び参照すると、サンプルバイアル１３０を真っすぐに通り抜ける光の光吸収が、色変化データを供する。色が精神物理学的な知覚であることは、認識されることであり、したがって、光エレクトロニクス（opto-electronic）的な装置は、そのような測定を行うことができない。しかしながら、簡単化のため、タームカラー（term color）が、本願明細書に示された多重波長測光（multi-wavelength photometry）を参照するために用いられる。したがって、対象の流体の視覚的な色に対する実際の関係はなく、単なる特定の波長の測光透過（photometric transmission）である。
【００４７】
機器１００のためのベースラインを得るために、正確な分光学（spectroscopy）が実験室で導かれる。その結果が、メモリ１８６に格納され、調節されたアンプ１８０ａ−ｃの出力からのディジタル化されたデータと組み合わせて使用される(図３を参照)。色変化をもたらすための試薬が必要とされる場合、機器１００は、様々な必要な化学薬品および試薬を含むキットと共に運ばれることが好ましい。
【００４８】
色変化をもたらすために、サンプルに試薬を加える必要がある場合、二つのサンプルが使用されることが想定される。サンプルのうちの一つが、「自然色（natural color）」ベースラインの基準（reference）を供給し、第二のサンプルが、それに加えられた試薬を含むであろう。各サンプルは、試薬の追加を除いては、本質的に全く同一のプロセスに従って測定されるべきである。蛍光効果（fluorescent effect）を生成するためには、試薬の追加を必要とするかもしれないことがさらに想定される。
【００４９】
多くの色測定では、赤色、緑色、および青色＋（blue +）の発光ダイオード１５０の使用のみを必要とする。一つの実施形態では、図４に示されるように、各々発光ダイオード１５０ａ−ｃが、赤色、緑色、および青色＋の発光ダイオードである。それら三つの発光ダイオードは、各々異なる周波数で変調される。三つの光線がサンプルバイアル１３０を通り抜ける結果として、赤色、青色＋および緑色の示度が、サンプルについての色の示度を表示するディスプレイ１１２に出力される。より複雑でない色の試験に関しては、三つの異なる色の経路の冗長性は、不要であろう。例えば、青みを帯びたサンプルは、赤色の経路を使用した色分析のみが必要とされるであろう。より複雑な色の試験に関しては、例えば、八角形の配置で、同時に作用する異なる変調周波数、あるいは、順次作用する単一の変調周波数のような、１２までの異なる色のＬＥＤの任意のサブセットが色分析のために用いられてもよい。
【００５０】
他の実施形態では、機器１００は、予め決定された不純物の濃度を示す。その濃度は、メモリ１８６に格納されたデータポイントに対するフィールドサンプルからのデータの比較に基づく。本好適実施形態では、格納されたデータが、対数−線形のベールの法則のプロット（log-linear Beer's Law plot）の標本（representative）である。ベールの法則のプロットは、光路長（path length of the light）または波長を変化させずに濃度が変化する溶液の透過光線の信号（Ｔ）を測定し、そのＴを、同じ光路長および波長で純水サンプルを透過した光線の信号（Ｔ0）で除算することで作成される。濃度に対する比率の対数でのプロットが、ベールの法則のプロットである。線形のベールの法則のプロットは、ベール・ランベルト関係が、特定の波長で溶液に適用できることと、ベールの法則のプロットが、未知の溶液の濃度を決定するのに用いられることとを示す。象徴的に、ベール・ランベルト関係は、「Ｔ／Ｔ0＝１０-A」であり、その場合、Ａ=εｂｃ、ここで、Ａは、吸収係数であり、εはモル吸収率（absorbtivity）であり、ｂは光路長であり、さらに、ｃは溶液における混合物の濃度である。格納されたデータポイントが、実験室のコントロールされた条件下で、濃度が既知の不純物のいくつかのサンプルを、機器１００を用いて測定することにより生成されることが好ましい。フィールドサンプルからの吸収（absorption）もしくは透過の示度の取得に際して、格納されたデータがフィールドサンプルからの示度と比較され、本願明細書の開示に基づき当業者が既知の方法により、対応する不純物の濃度を調べる。例えば、マイクロコントローラ１７４は、各々、フィールドサンプルの示度を越えるものと、フィールドサンプルの示度以下のものである、第一と第二とのデータポイントを選択する。フィールドサンプルの示度と、第一および第二データポイントに基づいて、マイクロコントローラが、フィールドサンプルの不純物のレベルに達するように、数学的に補間（interpolates）を行う。
【００５１】
フィールドサンプルの自然色が、不適当な濁度あるいは変色（coloration）を有するならば、結果として生じる濃度分析の正確さをさらに高めるために、ゼロ点調整の基準ポイントとして、自然色のサンプルが使用してもよいことが、当業者によりさらに認識されるであろう。他の実施形態では、さらに濃度分析の信頼度を高めるために、複数の色が、対応する格納されたデータポイントのセットと共に利用されるであろう。したがって、１つの色に対しての分析の結果が、他の色の結果を実証するであろう。
【００５２】
図５は、濁度の測定を行なうための構成要素のこの好適配置を描写し、図３および４の中で示される同一の関連した位置に、同一の構成要素の部分を含むことが示される。スイッチング回路類が、本願明細書の開示に基づいて当業者が既知の方法により、選択された濁度の測定を遂行するために、マイクロプロセッサの制御に従って変更される。濁度のデータは、４５°かまたはその近傍においての、４５°の光散乱に基づくものであることが好ましい。
【００５３】
一つの実施形態では、青色＋のビームのＬＥＤ１５０ｃを作動させることで、青色の濁度が測定される。そのような機器１００が、追加の構成要素を含むかもしれないことが、当業者により十分に理解されるであろう。その追加の構成要素は、簡単化のために示されない。例えば、以下に記載されるように、そのような構成要素が信号を処理し、追加の測定の実行を容易にする。青色＋のＬＥＤ１５０ｃからの光が、サンプルバイアル１３０を通過した時に、光の一部が散乱し、隣り合う経路のＰＶＤ１５２ｂに影響を及ぼす。ＰＶＤ１５２ｂは、カラーフィルターを有しておらず、青色光の周波数で変調された信号が、散乱により生成される。アンプ１８８(図３参照)は、青色光の周波数に調節される。サンプルの透過の最初の測定が、ＰＶＤ１５２ａからの信号の増幅により行われ、その後、アンプ１８８が、さらに、ＰＶＤ １５０ｂの信号のみを増幅するように切り替えられ、その信号の強さが４５°の濁度に比例する。その結果、機器１００は、ディスプレイ１１２上にサンプルの濁度を示す値を表示する。
【００５４】
さらに、図５を参照すると、ＮＩＲ（近赤外線）放射の濁度も測定することができる。ＬＥＤ１５０ａが、ＮＩＲを供する変調された源であり、ＰＶＤ１５２ａが、透過モニタ（transmission monitor）であり、さらに、フィルターのない（unfiltered）ＰＶＤ１５２ｂが、軸から離れて略４５°散乱したＮＩＲのためのセンサであることが好ましい。水の濁度検査における国際的慣行が、いくつかの事例における８６０ｎｍのＮＩＲ光と、他のものにおける長波の青色光との使用を現在明示しているので、可動部を有さない同一の機器１００を用いた両方の濁度を測定するという性能は、ユーザーにとって容易であり、潜在的なオペレータ・エラーを回避する。さらに他の実施形態では、図４に示されるように、第四のおよび／または第五のＰＶＤ(図示されない)の配置が、対応する濁度の測定に関する、メリジオナル平面１５４ａおよびｃからの２２．５°の光を、各々受け取ることができる。
【００５５】
測定値について、特に濁度については、ゼロ点調整の技術と清潔さとが重要である。なぜならば、気泡、リント、しみおよびその他同種のものが、次の結果へ影響するであろう不適当な散乱を引き起こすかもしれないからである。ある好適実施形態では、効率的かつ正確に濁度の測定を行なうために、技術者が以下の方法に従う:
１．キーパッド１１４を介して、ディスプレイ１１２に示された測定のリストから、濁度を選択する。
２．周期的なゼロ点調整を行い、特定の濁度試験で使用される全ての構成要素に対して、清浄水の透過と迷光の信号とを取得、格納する。必要であれば、サンプルバイアル１３０の洗浄（cleaning）と拭き取りとが行われる。さらに、内部のガラス、および／またはチャンバの水の接触面にはりつく微細な気泡等これに限らず、不適当な濁度の潜在的な源について点検する。
３．測定される水のサンプルを、サンプルバイアル１３０に充填する。前のステップと同様に、不適当な濁度の潜在的な源について、充填されたサンプルバイアル１３０を点検する。
４．サンプルバイアル１３０を機器１００内に挿入する。
５．キーパッド１１４上の適切なボタンを押すことで、測定を開始し、ディスプレイ１１２上の所望の結果を見る。
【００５６】
サンプル内の微粒子の散乱を引き起こすために、試薬の追加が必要とされる場合、追加のステップが必要とされるであろう。追加のサンプルバイアル１３０は、サンプルが充填されると共に、密封されるべきである。たとえ試薬が追加されなくとも、追加のサンプルバイアル１３０は、試薬とオリジナルのサンプルの中にある任意の自然な濁度を評価するために使用されたベースライン示度とを備えたサンプルバイアル１３０と同様に実質的に正確に扱われる（例えば、攪拌される）べきである。したがって、同様の攪拌履歴を伴ったそのような基準ポイントを使用することにより、サンプル内の沈殿および処理の影響が、マイクロコントローラ１７４により、当業者に既知の方法で数学的に引かれ、正確な濁度の結果をもとらす。
【００５７】
さらに、図５を参照すると、一直線および略９０°の放射を用いることで、蛍光の測定が可能となる。一つの実施形態では、ＬＥＤ１５０ｃにより、青色の経路に沿って励起が生じる。メリジオナルＰＶＤ１５２ｃは、サンプルバイアル１３０が清浄水（clear water）を含む場合には青色のＬＥＤの強度を示し、サンプルチャンバが「自然色」の水のサンプルを含む場合には自然の液体の透過率を示し、さらに、サンプルバイアル１３０が発蛍光的な（fluorogenic）薬品（agent）による化学反応後の自然水（natural water）を含む場合、反応した液体の透過率を示す。蛍光反応の生成物が赤色で放出を行う場合、ＰＶＤ１５２ｃにより生成された信号は、もっぱらサンプルバイアル１３０を通り透過した励起青色光（exciting blue light）のものである。なぜならば、赤色光は、ＰＶＤ１５２ｃの前に位置するフィルタ１７６によってブロックされるためである。赤色の蛍光は、ＰＶＤ１５２ａの前に位置するフィルタ１７８を通過するので、赤色の蛍光が、励起する青色光のビームに対して略９０°で、ＰＶＤ１５２ａにより検知される。この測定の間、青色＋のＬＥＤ１５０ｃ以外の全ての機器内のＬＥＤが、信号対雑音比を減少するために切られる（switched off）ことが好ましい。ＰＶＤ１５２ａから生じる赤色の螢光の信号は、励起するビームと同じ変調周波数を有する。したがって、よりいっそう電子的な雑音を縮小するために、ＰＶＤ１５２ａからの信号が測定される時には、ＰＶＤ１５２ｃからの直接の信号が切られる。螢光を測定するための機器１００が、透過率と濁度との測定のための上述した実施形態から、物理的に全く異ならず、当業者に既知の方法によるマイクロプロセッサ１８４のソフトウェアによりコントロールされた電気的なスイッチングの変更だけが必要なことは、当業者により認識されるであろう。
【００５８】
他の実施形態では、メリジオナル平面１５４ｃの複数の青色ＬＥＤの励起の強度が増幅され、次いで、生成された信号の強度が増幅される。さらに、螢光信号の強度を増幅させるために、受光（receiving）ＰＶＤ１５２aが、サンプルバイアル１３０に接近して配置され、集められる螢光信号が増加する。受光ＰＶＤ１５２ａが、適切に成形されたウイストン（Winston）円錐とアバランシェフォトダイオード検出器とである場合、螢光感度をなおいっそう増幅可能であり、このことは、当業者により認識されるであろう。
【００５９】
多変量解析（multivariate analysis）は、二つかそれ以上の異なるデータの集合を、当業者に既知である方法により、同時に行列計算を使用して解析し、結果を分離させるものである。例えば、濁度と螢光との測定値が、機器１００を用いて同時に収集され得る。ＬＥＤ１５０が異なる周波数で変調されるので、透過と散乱との同時測定を、クロス・トーク（cross-talk）なしに行うことができる。複数の波長での透過率の同時測定を、複数の相互に作用しない化学試験を受ける液体サンプルに行うことが可能であり、その化学試験は、異なる波長における既知の光吸収の変化を生成する。当業者に既知のタイプの様々なアルゴリズムが、そのような多変量のデータを処理するために、マイクロコントローラ１７４により実行される。多変量解析の例が、マシュー  モズリー（クレムソン大学、１９９８）（Matthew Mosley(Clemson University,1998)）による「多変量測定技術における最適化のための、遺伝アルゴリズムの応用と制限」に示され、それを参照することにより、その全体が本願明細書に組み入れられる。
【００６０】
複数の読み取りも、連続して行なうことができる。読み取りの間隔は、アンプおよびディスプレイ１１２の静定時間により制限される。例えば、光度（photometric）および蛍光光度（fluorometric）または、光度および濁度の測定は、サンプルバイアル１３０の複数のメリジオナル平面１５４に沿って指向された複数の光線により、数秒内に行われることが可能となる。そのような連続的な測定値の集合は、従来の計算方法だけを必要とするが、与えられたデータの故意の冗長性は、機器の出力における統計的な精度に対するユーザーの信頼と認識とをより高めるために、当業者により既知である多変量方法により好都合に処理される。
【００６１】
図６ａおよび６ｂを参照して、機器２００は、流体または他の物質の測定に用いるために適合されたものであり、それら流体または他の物質は、透明もしくは半透明の導管（conduit）２３２に形成されたサンプルチャンバ２３０を通過する。これを達成するために、機器２００は、複数のメリジオナル平面(簡単化のために一つのみが示される)上の、複数のＬＥＤ２５０と複数のＰＶＤ２５２とを備える。マイクロコントローラ２７４も機器２００内に収容される。ＬＥＤ２５０が、導管２３０の一つの側面に固定され、反対側の側面にＰＶＤ２５２が固定されることが好ましい。簡単化のために、ＬＥＤ２５０およびＰＶＤ２５２の１つのセットだけが、図６ａに示される。機器２００は、サンプルチャンバの軸ｚ’と平行に通過する中心線に沿って二等分される。ヒンジ２４０および閉鎖ラッチ２４２により、機器２００の二等分されたもの（two halves）がともに固定されることが好ましい。透明な導管２３０は、サンプルチャンバをその中に定義する。一つの実施形態では、上に記載されるようなメリジオナル平面２５４の構成が可能なように、導管２３０の外径はおよそ１インチ（およそ２．５４ｃｍ）である。そのような配置は、導管２３０を流れる物質の透過率、濁度および螢光度の連続的な測定を可能にする。この配置が、工業用の光化学（photochemical）および生化学（biochemical）の反応装置、都市上水および下水処理施設、原子力発電所の燃料棒貯蔵設備、および同種のものにおいて適用可能であることが想定される。
【００６２】
流れる液体を検査する際に、０．５インチ（１．２７ｃｍ）もしくはそれ以下の外径のサンプルパイプを容認し、光学的な検出機器２００を縮小することは、有益な点となるであろう。従って、縮小化された（scaled-down）実施形態では、ＬＥＤが、５ｍｍの代わりに３ｍｍで、略２０°の小さな視野角を有するべきである。あるいは、適切な場合には、ＬＥＤ２５０の代わりの放射源として半導体レーザーを、上に記載されるような２０×２０ｍｍよりさらに小さな表面積のＰＶＤ ２５２とともに使用することができる。０．５インチ（１．２７ｃｍ）の直径のクオーツ・パイプ（quartz pipe）のサンプルチャンバを使用する応用は、上に言及された全てのものに加えて、化学薬品、調合薬および食品加工装置および同種のものの中の共通の比較的小さなチューブ配管を備える。機器２００の光学的な構成要素は、現在あるいは後に知られる任意の多数の異なる応用もしくは使用の要求を満たすために、拡大または、縮小されるかもしれないことが、本願明細書の開示に基づいて当業者により認識されるであろう。
【００６３】
メリジオナル平面２５４の軸に沿った、ＰＶＤ２５２の位置決めにおける小さな設計変更だけが、水より高い屈折率（refractive indices）（例えば、１.４-１.５の範囲）を有する石油化学の流体の検査に適合するために必要とされる。透過および微粒子濃度の検査が、屈折率の低い流体に対しても行なうことができ、その屈折率の低い流体とは、工業用およびエンジン排気の流れるガスや、凝結したＣＯ2のような低温（lowtemperature）の超臨界（super-critical）および臨界（critical）の流体のようなものである。全ての光エネルギを十分に集めるために、これらの測定は、大きなエリアのＰＶＤと、光の円錐が１０°であるような非常に小さな視野角のＬＥＤおよび／または半導体レーザーとを用いることを必要とする。なぜならば、サンプルの通過に間に、光線の明らかな屈折の形成が起こりにくいためである。高温および低温の流れる液体については、サンプルを含むチューブ２３０が、大きな外部のクオーツ・チューブの内部で真空密封され、光学的な検出機器２００からサンプルを断熱することが好ましい。そのような配置では、ＰＶＤ２５２が、外部の断熱チューブ（insulating tube）のまわりに密に合わされるように設計されることが好ましい。
【００６４】
ここで図７ａから７ｃを参照すると、他の好適実施形態は、集積回路３２０を備えたサンプルチャンバ３００を使用する。サンプルチャンバ３００は、キャップ３３２とプラスチックベース３１０とを有する。ベース３１０は、圧入（press fit）、エポキシ（epoxy）、または、当業者に既知の他の方法により固定される。図７ｂに示されるように、ベース３１０は、組み込まれた集積回路または、プリント回路基板３２０を備える。その集積回路またはプリント回路基板３２０は、不揮発性を有し、消去可能であり、書き込み可能であるメモリのような電子装置を備える（carries）。その電子装置は、特定の試験のソフトウェアの命令、試験に特有の較正データ、ユーザー・インタフェース・コンフィギュレーション・データおよび所望の同種のものを格納する。サンプルバイアル３００のプリント回路基板３２０は、さらに、識別番号を備える。その識別番号は、サンプルバイアル３００を、試薬のような予め詰められた化学薬品へ、明確に関連づける。その試薬は、サンプルバイアル３００の内部もしくは、サンプルバイアル３００と共に供給されるであろう。機器１００への挿入に際して、機器１００が、識別番号によりサンプルチャンバ３００を認識し、適切な測定の実行と、選択された試験の自動的な開始とに必要な命令を受け取る。したがって、ユーザーは、サンプルバイアル３００内のサンプルチャンバを充填し、機器１００にサンプルバイアル３００を挿入することのみが必要となる。もし望まれれば、サンプルチャンバ３００は、それで行なわれた化学試験あるいは一連の試験に依存して、再使用可能であるかもしれない。
【００６５】
図７ｃを参照すると、サンプルバイアル３００が、機器１００の凹部１１６に置かれた時に、ベース３１０を通して機器１００と通信する。充填されたサンプルバイアル３００の重量は、凹部１１６における回転の配置とは無関係に、機器１００の凹部１１６に組み込まれたバネ押し接点ボタンとの電気的な接触が生じるような、ベース３１０への接触を引き起こすことが好ましい。一つの実施形態では、機器の凹部１１６内に設けられた外部接触リング３１２が、共通の電気的なグランドを確立し、機器の凹部１１６の基部（base）に設けられると共にマイクロプロセッサ１８４へ電気的に連結された中央の接点３１６が、電力と多重電気信号とを前後に通信する。さらに、ベース３１０と機器１００とが、電子的に接続されるかもしれないことが想定され、その電子的な接続は、容量結合（capacitive coupling）、低出力「ＲＦＩＤ」タイプの技術、電磁結合（magnetic coupling）、任意の通常の光電子（opto-electronic）リモート・コントロール、さらには、同種のものによる。
【００６６】
当業者に認識されるように、上に記載された構成要素と寸法とは一例であり、新しい応用により所望されるかその他要求されるように変更されてもよい。
【００６７】
従って、好適実施形態の詳述な記載を図示説明してきたが、これに限定する意図はない。本発明は、好適実施形態に関して記載されているが、当業者であれば、添付された特許請求の範囲に定義された発明の範囲や精神から逸脱することなく、多くの変更及び修正を行い得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、主題となる開示に従って構成された、液体のサンプルの光学的な透過、濁度および螢光を測定するための機器の概略図である。
【図２】図２ａは、本明細書主題の好適実施形態に従って構成される機器のオプティクス（optics）の部分概略透視図であって、想定されるメリジオナル平面の３つのうち２つのみが簡単に図示されている。図２ｂは、本明細書主題の好適実施形態に従って構成される機器の３つのＬＥＤの主光線を示す１つのメリジオナル平面の部分的な概略側面図である。図２ｃは、本明細書主題の好適実施形態に従って構成される機器の最も外側の１つのＬＥＤの主光線を示す１つのメリジオナル平面の部分概略平面図である。
【図３】図３は、本明細書主題の好適実施形態に従って構成される機器のオプティクスおよびエレクトロニクスについての概略図である。
【図４】図４は、本明細書主題の好適実施形態に従って構成される機器のオプティクスの部分概略平面図である。
【図５】図５は、本明細書主題の好適実施形態に従って散乱測定に使用されるオプティクスの部分概略平面図である。
【図６】図６ａは、本明細書主題に従う、透明な導管中に流れる液体サンプルの光学的な透過、濁度および螢光を測定するための別の機器の透視図である。図６ｂは、図６ａのラインＡ−Ａに沿う断面図である。
【図７】図７ａは、本明細書主題の付加的な好適実施形態に従うサンプルバイアルの透視図である。図７ｂは、図７ａのサンプルバイアルのベースの断面図である。図７ｃは、図７ａのサンプルバイアルのベースの底面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  機器（装置）
１１０  ハウジング
１１２  ディスプレイ
１１６  凹部
１３０  サンプルバイアル（バイアル）
１３２  キャップ
１５０  発光ダイオード（放射源）
１５２  光起電力検出器（検出器）
１５４  メリジオナル平面
１７４  マイクロコントローラ（コントローラ）
【図１】
2005536713.tif 000003
【図２ａ】
2005536713.tif 000004
【図２ｂ】
2005536713.tif 000005
【図２ｃ】
2005536713.tif 000006
【図３】
2005536713.tif 000007
【図４】
2005536713.tif 000008
【図５】
2005536713.tif 000009
【図６ａ】
2005536713.tif 000010
【図６ｂ】
2005536713.tif 000011
【図７ａ】
2005536713.tif 000012
【図７ｂ】
2005536713.tif 000013
【図７ｃ】
2005536713.tif 000014
【国際調査報告】
2005536713.tif 000015