(57)【要約】一パルスの光を所定の波長で発信して物質中の経路を通過させ；物質に吸収されること無くその経路長を通過する光パルス中の光に応じて第一の信号を発生させ；前記光パルスが経路を通過する際物質に吸収される、前記光パルス中の光の一部に反応して、物質が放出するエネルギーに応じて、第二の信号を発生させ；且つ吸収部分を決定するために第一の信号と第二の信号を使うこと、から成る物質に入射し物質により吸収される所定の波長の光の一部を決定する方法。
2005504985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一パルスの光を所定の波長で発信して物質中の経路を通過させ；
物質に吸収されること無くその経路長を通過する光パルス中の光に応じて第一の信号を発生させ；
前記光パルスが経路を通過する際物質に吸収される、前記光パルス中の光の一部に反応して、物質が放出するエネルギーに応じて、第二の信号を発生させ；且つ
吸収部分を決定するために第一の信号と第二の信号を使うこと、
から成る物質に入射し物質により吸収される所定の波長の光の一部を決定する方法。
【請求項２】
光パルスが通過する経路の経路長を決定し、前記経路長と前記吸収部分を使用して所定の波長に対する物質の吸収係数を決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
物質が放出するエネルギーが、光音響効果によって物質中で発生する一パルスの音響エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記音響エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
物質中の経路が２つの面ではね返り、物質により放出される光音響パルス中のエネルギーの一部が２つの面の間を繰り返し往復反射し、前記経路の経路長を決定することが、前記音響パルス中のエネルギーがその２面間を一往復する周期を決定し且つ、前記経路長を決定するために前記周期を使用することである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
物質が放出するエネルギーが、光音響効果によって物質中で発生する一パルスの音響エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記音響エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
物質が放出するエネルギーが、熱エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記熱エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
物質が放出するエネルギーが、物質により発光した光学エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記光学エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第一の信号の発生が、非吸収光中の光学エネルギーを感知し、感知されたエネルギーを音響エネルギーに変換し、その音響エネルギーに応じて信号を発生することである、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
非吸収光中の光学エネルギーを感知することが、少なくとも一の光パルスの伝播方向に対して、物質により散乱される光パルス中の光を感知することから成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の信号の発生が、非吸収光中の光学エネルギーを感知し、その非吸収光中の光学エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーに応じて信号を発生することである、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
物質を光パルスが通過した後に光パルス中に生じるエネルギーを時間の関数として感知し、前記第一の信号を発生することが、全経路を経た光パルス中の光の通過時間のおよそ２倍以下である光パルスの通過後の所定期間内に感知されるエネルギーに応じて、前記第一の信号を発生させることである、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記第二の信号の発生が、実質上前記通過時間より遅い光パルス通過時間の経過後の時点で感知されるエネルギーに応じて前記第二の信号を発生することから成る、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記吸収部分を決定する為に前記第一の信号と前記第二の信号を使用することが：
物質に吸収されない光パルス中のエネルギーの指標を提供するために前記第一の信号を使用すること；
物質に吸収される光パルス中のエネルギーの指標を提供するために前記第二の信号を使用すること；及び
前記吸収部分を決定するために前記エネルギーの指標を使うこと、
から成る請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記吸収部分を決定するために前記エネルギーの指標を使用することが、前記エネルギー指標間の比率を決定することである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
物質を貫く経路を通り抜ける所定の波長を持つ一パルスの光を発信する光源；
物質に吸収されない光パルス中の光を受信し、それに応じて第一の信号を発生する検出器；
物質に吸収される光パルス中の光に応じて物質により放出されるエネルギーを受信し、それに応じて第二の信号を発生する検出器；及び
前記第一の信号と前記第二の信号を受信し、その信号を使用して吸収係数を決定するプロセッサ、
から成る所定の波長の光に対する物質の吸収係数を決定する装置。
【請求項１６】
光パルス中の光を受信する検出器が、入射する光パルスからの光学エネルギーを音響エネルギーに変換し、その音響エネルギーに応じて前記第一の信号を発生する音響検波器である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
光パルス中の光を受信する検出器が、入射する光パルスからの光学エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーに応じて前記第一の信号を発生する熱センサーである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
物質に吸収されない光パルスからの光を受信する検出器が、物質によって散乱される光パルスからの光を受信するように配置している、請求項１５から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が音響検波器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが音響エネルギーである、請求項１５から１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が熱センサーであり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが熱エネルギーである、請求項１５から１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
光パルス中の光を受信する検出器が、物質により放出されるエネルギーを受信する検出器と同一である、請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】
前記検出器が音響検波器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが、一パルスの音響エネルギーであり、音響検波器が前記検出器に入射する光パルス中の光学エネルギーを音響エネルギーに変換して前記第一の信号を発生させる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記検出器が熱検出器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが、一パルスの熱エネルギーであり、熱センサーが前記検出器に入射する前記光パルス中の光学エネルギーを熱エネルギーに変換して前記第一の信号を発生させる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
物質を貫く経路が２面ではね返され、物質により放出される光音響パルス中のエネルギーの一部が２面間を繰り返し往復反射し、且つ、前記プロセッサは、音響パルス中のエネルギーが２面間を１往復する周期を決定し、前記経路の経路長を決定する為に前記周期を使用し、前記吸収係数を決定するために前記経路長を使用する、請求項１９または２２に記載の装置。
【請求項２５】
物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が、光パルスが通過する経路を横切らないように配置される、請求項１５から２４いずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、2001年10月9日出願の米国仮特許出願No.60/327,288の35 U.S.C. 119(e)の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は物質による電磁波吸収の測定に関し、詳細には物質による光の吸収の測定に関する。
【背景技術】
【０００３】
特定波長の光に対する物質の吸収係数の測定による、物質の成分分析がよく知られている。物質の成分は、ρをその成分濃度、σをある与えられた波長の光に対応するその成分の吸収断面積とすると、σρに比例してその与えられた波長の光に対応する物質の吸収係数に寄与する。
【０００４】
選択された波長の光に対応する物質の吸収係数を決定するために、一般的には、その物質の試料がその波長の光で照射される。その試料を透過するその光の量は試料を通過する際に被る光の減衰量を決定するために測定され、その際Beer-Lambert法が吸収率を決定するために用いられる。αが吸収係数、Ｌがその物質を通る光の光路長とすると、Beer-Lambert法により、I=I0exp(-αL)で表される（ここでIは物質を透過した光の強度、I0は物質に入射する光の強度）。
【０００５】
一般的にαは物質中の異なる複数成分の濃度の関数である。物質中のある特定成分濃度を決定するために、αは多数の異なる波長で測定される。物質中の特定成分の濃度は物質中の各成分の既知の吸収断面積と異なる波長での吸収係数の測定とから決定される。その開示が参照により本明細書に組み込まれる、V.Cliftに付与された米国特許5,452,716は、血液グルコースを分析するために複数波長の光で血液の吸収係数を測定することを記載している。
【０００６】
様々な形態の多数の装置、以下「光度計（photometers）」と称す、が物質の吸収係数の測定に利用可能である。それらの装置は、分析する物質の試料を通り抜ける光線を供給する、レーザーやLEDのような適切な光源を備えている。供給される光線の強度はI0の値を得るために測定され、試料を透過する光の強度の測定はIの値を提供する。試料を通過する光線の光路長Lの値は一般的にその試料形状、もしくは液体の場合にはしばしばその液体を包含するキュベットの形状により定まる。
【０００７】
液体の吸収係数の決定に使われる「垂直ビーム光度計（vertical-beam photometers）」と呼ばれるいくつかの光度計では、液体の試料が開口容器に保持されている。光線は、容器の開口端、容器の中の液体、容器の底を通って「垂直」に透過し、その光線の減衰量と、それに従って又、その液体の吸収係数を決定する。その液体を通る光線の光路長Lは、容器に満たされた液体の高さと液体と大気の界面で形成されるメニスカスの形状により決まる。
【０００８】
一般に、垂直ビーム光度計の容器中の液体試料の高さとそのメニスカスの形状は、どちらも、キュベットの寸法を制御することができるような精度では制御することができない。結果として、垂直ビーム光度計中液体試料を通過する光の光路長は、一般に、キュベットの寸法によって光路長が決定される光度計中の試料を通過する光路長ほどは正確には分からず、もしくは、正確に制御可能ではない。そのために垂直ビーム光度計により提供される吸収係数測定は、一般に、他の形式の光度計により提供される吸収係数測定ほど正確ではない。
【０００９】
しかしながら、垂直ビーム光度計は多くの液体試料の迅速な分析が可能なために普及している。被測定液体試料を保持する容器は、通常、適切な材料から作られた「トレイ」上に小さい竪穴（small well）を形成している。そのトレイ上の竪穴は被測定液体試料で簡単にかつ素早く満たされる。満たされるとすぐに、そのトレイは、吸収係数測定のために光度計が供給する光線に各竪穴の液体をさらす位置に迅速に置かれる。
【００１０】
その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許6,188,476は、垂直ビーム光度測定法を使用して吸収係数が測定される液体試料の光路長決定の問題について論じている。この米国特許は、液体試料を含んでいる可能性のある種々の普通溶剤に対し、２つの異なる波長による経路長の較正測定を使って試料溶液の光路長を決定する方法を記載している。
【００１１】
光路長Lの測定誤差により生ずる吸収係数測定の誤差に加えて、光度計により提供される吸収係数測定は、光源により供給される光の強度I0の変動と、Iの決定のために使用される検出器感度のドリフトによる誤差をしばしば生じる。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の幾つかの実施形態の一側面は、試料物質の光に対する吸収係数を決定する為に改良した光度計を提供することに関する。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態の一側面は、物質の吸収係数の値を決定する為に、その物質の試料を透過する光線に対する光路長を決定する光度計を提供することに関する。
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態の一側面は、吸収係数を決定するために試料を透過する光線の強度の違いに実質的に影響されることなく、試料の吸収係数の測定を行う光度計を提供することに関する。
【００１５】
本発明の幾つかの実施形態の一側面によると、前記吸収係数の値は、試料を透過する光線の光強度を決定するために使用される検出器感度のドリフトに実質的に影響されない。
【００１６】
本発明の実施形態の一つによれば、光度計は光源とエネルギー検出器を含む。エネルギー検出器は入射されるエネルギーに応じて信号を発生し、この信号から入射エネルギー量を決定することができる。
【００１７】
エネルギー検出器は吸収係数が決定される試料物質と接続されており、光源は試料内部を透過する光の少なくとも１パルスを供給するために制御される。試料内部を透過する一の光パルス中の或る部分は物質により吸収され、その他の部分は吸収されずに物質を透過する。光源とエネルギー検出器は、物質に吸収されない光パルス中の光の少なくとも一部が、直接的に光源から、または、反射により物質から、光学エネルギーのパルスとしてエネルギー検出器に届くように配置されている。（すなわち、本発明の幾つかの実施例では、光学エネルギーのパルスは光源から検出器まで、物質中を直進する経路に沿って検出器に到達する。本発明の幾つかの実施例では、光学エネルギーのパルスは物質により反射した後、検出器に到達する。）
【００１８】
非吸収光からの光学エネルギーのパルス（以下、「直接エネルギー（immediate energy）」と称する）は、光源から検出器まで光が進む距離を光速で割ることにより決まる、通常は非常に短時間の遅れの後に検出器に到達する。直接エネルギーに反応して、検出器は信号（以下、「直接信号（immediate signal）」と称する）を発生し、選択的には、この信号から、検出器に入射する直接エネルギーの強度と量が公知の方法により決定されてもよい。
【００１９】
物質に吸収される光パルス中の光からのエネルギーはその後解放され、解放エネルギーの一部（以下、「遅延エネルギー（delayed energy）」と称する）は直接エネルギーがエネルギー検出器に到達した後にその検出器に到達する。検出器への直接エネルギーと遅延エネルギーの到達時間間隔は、以下「吸収遅延（absorption delay）」と称する。吸収遅延は「伝播遅延（propagation delay）」と「解放遅延（release delay）」の和である。一般的に、遅延エネルギーは、エネルギーが音波または対流伝播熱として解放される物質中の一点からエネルギー検出器へと伝播する。物質中の光速と、音または熱伝播速度の間の差が伝播遅延を引き起こす。解放遅延は、光が物質に吸収される時と光から吸収されたエネルギーが物質に解放される時との間の時間である。一般的に、伝播遅延は解放遅延よりも極めて長く、吸収遅延は伝播遅延により左右される。
【００２０】
エネルギー検出器は到達する遅延エネルギー量に応じて信号（以下、「遅延信号（delayed signal）」と称する）を発生する。直接信号の場合のように、検出器に入射する遅延エネルギーの強度と量が選択的に遅延信号から決定される。
【００２１】
本発明の幾つかの実施形態では、エネルギー検出器は音響検波器を含む。直接エネルギーは、物質に吸収されない光パルス中の光から光学エネルギーのパルスの形で音響検波器に到達し、音響検波器で直接信号となる音響パルスを発生させる。物質に吸収される光パルスからの光は光音響作用により物質内部で音波を発生させる。その音波は音響検波器へ伝播して、音響検波器に「遅延エネルギー」を搬送し、これにより遅延信号を発生させる。
【００２２】
光音響効果による音波の発生は、その開示がともに参照により本明細書に組み込まれている、本出願人の、同時係属の、2000年8月24日出願、名称「光音響分析と画像システム」のイスラエル特許出願138,073と同名称のPCT出願PCT/IL01/00740で議論されている。光音響波の振幅と、光音響波を発生する組織領域に吸収されるエネルギー量の間の関係が、その開示が参照により本明細書に組み込まれているBowenへ付与の米国特許4,385,634とPCT公報WO98/14118に記載されている。また、光音響波の振幅の式が、その全ての開示が参照により本明細書に組み込まれている、Lai, H. M.とYoung, K. J.による論文Acoust. Soc. Am. Vol 76, pg 2000 (1982)、MacKenzieらによる論文「Advances in Photoacoustic Noninvasive Glucose Testing」Clin. Chem. Vol 45, pp 1587-1595 (1999)、及びC. G. A. Hoelenらによる論文「A New Theoretical Approach To Photoacoustic Signal Generation」Acoust. Soc. Am. 106 2 (1999)、に示されている。
【００２３】
直接エネルギーと遅延エネルギーは、物質を通る光パルスの通過の間に物質に吸収されない光パルスからの光量と、その間に物質により吸収される光量とにそれぞれ比例する。本発明の実施形態の一つによれば、直接信号と遅延信号は、光パルスから吸収される光量と吸収されない光量の間の比率（以下「吸収比（absorption ratio）」と呼ぶ）を提供するために処理される。吸収光量と非吸収光量はともに光パルス中の光強度に比例するので、吸収比は、実質上、光パルス中の光強度に依存しない。吸収比は、実質上、光パルス中の光に対する物質の吸収係数と、試料を通る光パルスの経路長のみの関数である。本発明の実施形態の一つによれば、吸収比は吸収係数を決定するために使われる。
【００２４】
吸収比は、実質上、物質による光パルスからのエネルギー吸収量、または非吸収量のどちらか一方よりもさらに急速に吸収係数の変化を伴って変化するので、吸収比は吸収係数特に感度の良い物差し（measure）である。また、吸収比は実質的に光パルス中の光強度に影響されない。さらに、本発明の実施形態の一つによると、同じエネルギー検出器が、直接エネルギーと遅延エネルギーの両方に反応して検知し信号を発生するので、吸収比は実質上、検出器の感度変化には影響されない。従来の光度計では、一般的に、２つの検出器が物質の試料の吸収係数を決定するために使われていることに注目する。その第一の検出器は試料内部へ透過しようとする光源からの光の強度I0を測定し、第二の検出器は試料を透過した光の強度Iを測定する。２つの検出器の相対的な感度の変化、または、光の一部を光源から第一の検出器へ、別の一部を光源から試料へ向ける光学系の変化は、そのような従来の光度計により提供される測定の精度を落としてしまいかねないエラーの原因となる。本発明による光度計は、そのようなエラーの原因に、実質上、無関係である。それゆえに、本発明の実施形態の一つによる光度計は、一般的に、特に確固とした感度の良い吸収係数の物差しを提供する。
【００２５】
検出器が音響検波器である本発明の実施形態では、音波の一部が、検波器と試料表面間を繰り返し往復反響する。試料中の音速と検波器と試料表面間を往復反響するエネルギーの振動数は、本発明の実施形態の一つによれば、検波器と試料表面間の距離を決定するために使われ、また、その距離によって試料を通る光の経路長を決定するために使われる。本発明の幾つかの実施形態では、検波器と試料表面間の距離を決定するために使用される試料中の音速の値は、試料を介して既知の距離を音が進行する時間から実験的に決定される。例えば、試料がキュベットに液体を入れたものであると、音速は、液面より低いキュベットの側壁に適切な音響変換器を配置することによって決定できる。その変換器は、キュベットの両壁面間を液体中で音が往復動する時間を測定するために使われる。キュベットの寸法がわかっているので、液体中の音速を決定することができる。
【００２６】
本発明の幾つかの実施形態では、検出器は熱変換器から成る。物質に吸収されない光パルス中の光から熱変換器に到達する直接エネルギーが、熱変換器の温度変化を生じさせ、この温度変化に応じて検出器が直接信号を発生させる。検出器は、光パルスから物質によって吸収された光に反応して物質により解放されて検出器に到達する熱エネルギーに反応して、遅延信号を発生する。
【００２７】
その結果、本発明の実施形態の一つによれば、
一パルスの光を所定の波長で発信して物質中の経路を通過させ；
物質に吸収されること無くその経路長を通過する光パルス中の光に応じて第一の信号を発生させ；
前記光パルスが経路を通過する際物質に吸収される、前記光パルス中の光の一部に反応して、物質が放出するエネルギーに応じて、第二の信号を発生させ；且つ
吸収部分を決定するために第一の信号と第二の信号を使うこと、
から成る、物質に入射し物質により吸収される所定の波長の光の一部を決定する方法を提供する。
【００２８】
選択的には、その方法は光パルスが通過する経路の経路長を決定し、前記経路長と前記吸収部分を使用して所定の波長に対する物質の吸収係数を決定することから成る。
【００２９】
選択的には、物質が放出するエネルギーが、光音響効果によって物質中で発生する一パルスの音響エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記音響エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである。
【００３０】
選択的には、物質中の経路が２つの面ではね返り、物質により放出される光音響パルス中のエネルギーの一部が２つの面の間を繰り返し往復反射し、前記経路の経路長を決定することが、前記音響パルス中のエネルギーがその２面間を一往復する周期を決定し且つ、前記経路長を決定するために前記周期を使用することである。
【００３１】
物質が放出するエネルギーが、光音響効果によって物質中で発生する一パルスの音響エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記音響エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである。
【００３２】
本発明の幾つかの実施形態では、物質が放出するエネルギーが、熱エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記熱エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである。
【００３３】
本発明の幾つかの実施形態では、物質が放出するエネルギーが、物質により発光した光学エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記光学エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである。
【００３４】
本発明の幾つかの実施形態では、前記第一の信号の発生が、非吸収光中の光学エネルギーを感知し、感知されたエネルギーを音響エネルギーに変換し、その音響エネルギーに応じて信号を発生することである。
【００３５】
選択的には、非吸収光中の光学エネルギーを感知することが、少なくとも一の光パルスの伝播方向に対して、物質により散乱される光パルス中の光を感知することから成る。
【００３６】
本発明の幾つかの実施形態では、前記第一の信号の発生が、非吸収光中の光学エネルギーを感知し、その非吸収光中の光学エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーに応じて信号を発生することである。
【００３７】
本発明の幾つかの実施形態では、物質を光パルスが通過した後に光パルス中に生じるエネルギーを時間の関数として感知し、前記第一の信号を発生することが、全経路を経た光パルス中の光の通過時間のおよそ２倍以下である光パルスの通過後の所定期間内に感知されるエネルギーに応じて、前記第一の信号を発生させることである。
【００３８】
選択的には、前記第二の信号の発生が、実質上前記通過時間より遅い光パルス通過時間の経過後の時点で感知されるエネルギーに応じて前記第二の信号を発生することから成る。
【００３９】
本発明の幾つかの実施形態では、前記吸収部分を決定する為に前記第一の信号と前記第二の信号を使用することが：
物質に吸収されない光パルス中のエネルギーの指標を提供するために前記第一の信号を使用すること；
物質に吸収される光パルス中のエネルギーの指標を提供するために前記第二の信号を使用すること；及び
前記吸収部分を決定するために前記エネルギーの指標を使うこと、から成る。
【００４０】
選択的には、前記吸収部分を決定するために前記エネルギーの指標を使用することが、前記エネルギー指標間の比率を決定することである。
【００４１】
さらに、本発明の実施形態の一つによれば、物質を貫く経路を通り抜ける所定の波長を持つ一パルスの光を発信する光源；
物質に吸収されない光パルス中の光を受信し、それに応じて第一の信号を発生する検出器；
物質に吸収される光パルス中の光に応じて物質により放出されるエネルギーを受信し、それに応じて第二の信号を発生する検出器；及び
前記第一の信号と前記第二の信号を受信し、その信号を使用して吸収係数を決定するプロセッサ、
から成る所定の波長の光に対する物質の吸収係数を決定する装置、を提供する。
【００４２】
選択的には、光パルス中の光を受信する検出器が、入射する光パルスからの光学エネルギーを音響エネルギーに変換し、その音響エネルギーに応じて前記第一の信号を発生する音響検波器である。
【００４３】
代替的に、光パルス中の光を受信する検出器が、入射する光パルスからの光学エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーに応じて前記第一の信号を発生する熱センサーである。
【００４４】
本発明の幾つかの実施形態では、物質に吸収されない光パルスからの光を受信する検出器が、物質によって散乱される光パルスからの光を受信するように配置している。
【００４５】
本発明の幾つかの実施形態では、物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が音響検波器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが音響エネルギーである。
【００４６】
本発明の幾つかの実施形態では、物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が熱センサーであり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが熱エネルギーである。
【００４７】
選択的には、光パルス中の光を受信する検出器が、物質により放出されるエネルギーを受信する検出器と同一である。
【００４８】
選択的には、前記検出器が音響検波器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが、一パルスの音響エネルギーであり、音響検波器が前記検出器に入射する光パルス中の光学エネルギーを音響エネルギーに変換して前記第一の信号を発生させる。
【００４９】
代替的に、前記検出器が熱検出器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが、一パルスの熱エネルギーであり、熱センサーが前記検出器に入射する前記光パルス中の光学エネルギーを熱エネルギーに変換して前記第一の信号を発生させる。
【００５０】
本発明の幾つかの実施形態では、物質を貫く経路が２面ではね返され、物質により放出される光音響パルス中のエネルギーの一部が２面間を繰り返し往復反射し、且つ、前記プロセッサは、音響パルス中のエネルギーが２面間を１往復する周期を決定し、前記経路の経路長を決定する為に前記周期を使用し、前記吸収係数を決定するために前記経路長を使用する。
【００５１】
本発明の幾つかの実施形態では、物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が、光パルスが通過する経路を横切らないように配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
図１は、本発明の実施形態によると、吸収係数の決定に使用される垂直ビーム光度計２０の模式図であり、例として容器２４に入っている液体試料２２の測定を行うものである。光度計２０では液体試料２２の吸収係数を決定する過程において、挿入図２６，２８のような異なる状態が見られる。グラフ３０は、処理過程中の時間の関数としての光度計２０が発生する信号の模式図である。液体試料２２は液体試料と大気の境界でメニスカス３２を形成しており、実施例では、図１において、メニスカス３２は凸面を有する。
【００５３】
光度計２０は、レーザー、LEDやアーク灯等の光源３４、選択的に音響検波器３６であるエネルギー検出器、及びコントローラー３７から成る。音響検波器３６は選択的には圧電性の検出器でもよい。検波器３６の表面３８は容器２４の底面４０に既知の技術を用い、密着して配置することが好ましい。挿入図２６において、コントローラー３７は、光源３４を制御し、波状矢印４２で示す光パルスで液体試料２２を照射する。
【００５４】
液体２２に進入した光パルス４２中の光は、音響検波器３６の方向に伝播するにつれて、液体中で吸収されて減衰する。光源３４から検波器３６方向への波状矢印４２の減少は、光パルスの減衰を模式的に表している。光パルス４２中の光の一部は液体２２に吸収されず、液体試料２２内を残存して進行し、「直接光学エネルギー（immediate optical energy）」という相対的に幅の狭いパルスとして音響検波器の表面３８に入射する。直接エネルギーのパルスはグラフ３０にパルス４４として挿入図２６のすぐ下に模式的に示されている。パルス４４は時間t0で始まり、光パルス４２のパルス幅と、実質上等しいパルス幅を持つ。
【００５５】
パルス４４における直接エネルギー量は、液体２２に進入する光パルス４２中の光の強度I0に比例する。パルス４４における直接エネルギー量を「IE」とすれば、直接エネルギーはIE=β’I0exp(-αD)で表すことができる。IE式中のDは検波器３６からその上部のメニスカス３２までの高さであり、αは光パルス４２中の光に対する液体２２の吸収係数であり、β’は比例定数である。β’は、光パルス４２中の非吸収光の収集効率となる因子を乗じた、光パルス４２のパルス幅に実質的に等しい。その効率因子は、検波器３６の寸法と、光パルス４２が液体２２中を進行するときのその光パルス中の光の散乱との関数である。また、その効率因子は、液体試料の適当なモデルと容器２４の形状を使って計算することができ、且つ、又は、実験的に決定することができる。
【００５６】
直接エネルギーパルス４４は、検波器３６の表面３８の一領域で、局所的な発熱を生じさせ、検波器内で音波を発生させる。実質的に時間t0と同時に、検波器はその音波に反応して直接信号を発生する。音波を介した直接信号は、IEの関数となり、その結果、液体２２に吸収されない光パルス４２からのエネルギー量の関数となる。ISを直接信号とすると、I0exp(-αD)はI0exp(-αD)=F(IS)と表され、ここでFは、コントローラー３７が直接信号ISからI0exp(-αD)を決定するときに用いる計算処理法もしくは相関関係を表している。
【００５７】
本発明の幾つかの実施形態では、ISとI0exp(-αD)の相関関係は線形である。例えば、本発明の幾つかの実施形態では、直接信号の強度もしくは全時間積算信号の強度は入射直接エネルギーの線形関数である。本発明のこれらの実施形態では、「AIS」が直接信号の「線形」強度または時間積算強度と表されるならば、AISはI0exp(-αD)=βAISと表すことができる。AISの式中では、βは因子1/β’を含む比例定数である（β’を定義している上式から、直接エネルギーIEの式はI0exp(-αD)≒IE/β’となる）。βは光度計２０による適切な測定により求めることが可能である。
【００５８】
液体２２に吸収される光パルス４２中の光は、液体中にエネルギーを蓄積し、光音響効果により超音波を発生する。液体２２内部の超音波の発生源を、図１の挿入図２８に「星印（starbursts）」４６として模式的に示す。光パルス４２の強度は、光パルスが検波器３６へと伝播するにつれて指数関数的に減衰するので、光パルスによる液体２２の単位体積当りのエネルギー蓄積量は、メニスカス３２からの距離が離れるとともに指数関数的に減少する。蓄積エネルギーの減少は、挿入図２８において、メニスカス３２から検波器３６の方向へと減少する星印４６によって、模式的に図示されている。
【００５９】
超音波は、エネルギーが光パルス４２により星印４６の位置で蓄積した後、すなわち「解放遅延」後、短時間遅れてその星印４６の位置で発生する。星印４６で生じた超音波は、星印から全ての方向に、実質上、同じ強度で星印から遠ざかるように音速で伝播し、液体２２の音波吸収率に相応して伝播するにつれて減衰する。
【００６０】
超音波の一部は、他の超音波が液体２２の内部をはね返った後に検波器３６に到達する一方で、星印４６から検波器３６まで直接伝播する。検波器３６に入射する超音波中のエネルギーは、液体２２中を光パルス４２が通過した後に、検波器に到達する「遅延エネルギー」である。検波器３６から距離「ｄ」に位置する星印４６から直接伝播する超音波エネルギーは、星印から「解放」され、d/Cにおおよそ等しい伝播遅延時間を経た後に、検出器に到達する。ここでCは液体試料中の音速である。星印４６から検波器３６まで直接伝播しない超音波は、代わりに検波器に到達する前に液体２２中（液体の容器の壁と上面から離れたところ）を反響するが、解放された後にd/Cよりも長い伝播遅延時間を経て検波器に到達する。また、星印４６からの「間接エネルギー（indirect energy）」は、検波器３６に到達するまでのより長い伝播経路と反射損失のために、直接エネルギーと比し減衰される。結果として、一般的に、遅延した超音波エネルギーは、グラフ３０中のパルス４８に模式的に示され、時間t0後の解放遅延時間「ΔtR」に続く時間t1で始まり、遅延する音響エネルギーパルスとして検波器３６に到達する。解放遅延時間ΔtRは、エネルギーが液体２２のある領域に吸収された時間から、吸収されたエネルギーに反応してその領域で光音響波が発生する時間までの経過時間である。遅延エネルギーパルス４８は、時刻t1後に続く伝播時間D/Cとおおよそ等しい時間に最大値を持ち、又グラフ３０に図示したようにD/Cよりも長いパルス幅「PW」持つ。
【００６１】
解放遅延時間はナノ秒の次元であり、パルス４８に示す特性を有するマイクロ秒の次元の伝播遅延時間よりも極めて短い。従って、解放遅延時間は、時間t0より後に遅延エネルギーが検波器３６に到達する際の時間特性である吸収遅延（すなわち、解放遅延時間＋伝播遅延時間）を決定する際には、通常、無視することができる。図１では、伝播遅延時間D/Cの長さに対する解放遅延時間ΔtRの長さは、表現上の明瞭化のために著しく誇張している。検波器３６に入射した遅延エネルギーパルス４８中の超音波エネルギーの全量は、液体２２に吸収されたエネルギーの全量に比例する。DEは検波器３６に入射した遅延エネルギーパルス４８中の全遅延エネルギー量を表す。そのとき、DE≒γ’[I0(1-exp(-αD))]であり、角括弧中の式は液体２２に吸収された光パルス４２中のエネルギーの全量に等しく、γ’は比例定数である。
【００６２】
遅延エネルギー４８に反応して、検波器３６は、DEと相関関係を持ち、その結果液体２２に吸収された光パルス４２中のエネルギー量とも相関関係を持つ、遅延信号「DS」を発生する。DSと液体２２に吸収された光パルス４２中のエネルギー量の相関関係はG(DS)で表され、[I0(1-exp(-αD))]=G(DS)となる。
【００６３】
本発明の幾つかの実施形態では、遅延信号の強度または時間積算強度はDEの線形関数である。遅延信号DSの線形強度または線形時間積算強度をADSとすると、そのときADSはADS≒γ[I0(1-exp(-αD))]で表される。ここで、γは因子1/γ’を含む比例定数である（γ’の定義から、I0(1-exp(-αD))≒DE/γ’）。
【００６４】
本発明の実施形態の一つによれば、コントローラー３７に構成可能な適切なプロセッサ（図示していない）は、式R=G(DS)/F(IS)=[ I0(1-exp(-αD))]/[ I0 exp(-αD)]=(1-exp(αD))/ exp(-αD)で定義される吸収比「R」から液体２２の吸収係数を決定する。吸収比Rは、液体２２に吸収された光パルス４２からのエネルギー量の変化よりも、実質上αの変化に対して敏感であることに着目すべきである（その結果、もちろん液体２２に吸収されなかったエネルギー量の変化に対しても同様である）。Rをαで微分した絶対値は、光パルス４２から吸収されたエネルギー量をαで微分した値よりも大きい。ゆえに、Rは通常、αに高感度の物差しとなる。直接信号と遅延信号がそれぞれ直接エネルギーと遅延エネルギーの「線形関数」である本発明の実施形態では、Rは、選択的には、直接信号と遅延信号の強度または時間積算強度の比、すなわちR=[β(ADS)]/[γ(AIS)]、から決定される。
【００６５】
上記式より、RはI0とは無関係であることがわかる。結果として、αの決定にRを用いることは、光パルス４２の強度または光源３４の出力変化からの影響を実質上なくすことができる。さらに、直接エネルギーと遅延エネルギーの測定時間差は、音波が液体試料２２中を貫いた通過時間程度である。この通過時間は典型的な場合には２，３マイクロ秒である。そのような比較的短時間の間に、光度計２０の構成要素の作用に特性を与え、また影響を与える各種パラメーターの変化は、実質上無視してよいと考えられる。結果として、αの値を、光度計２０を用いて決定することで、これらのパラメーターの変化を実質上回避できる。
【００６６】
Rからαを決定するために、液体２２を通過する光パルスの光路長Dの値が必要となる。本発明の幾つかの実施形態では、Dは従来の方法、例えば上記に引用した米国特許6,188,476に記載されているような方法を利用して測定される。本発明の幾つかの実施形態では、選択的には、光度計２０が検波器３６で受信した音響エネルギーパルスを用いてDの値を測定する。
【００６７】
遅延エネルギーパルス４８が検波器３６に入射するとき、そのパルス中の全ての音響エネルギーが検波器に蓄積されるわけではない。エネルギーの一部は反射する。反射したエネルギーはメニスカス３２へと伝播し、メニスカスと大気間の表面ではその反射エネルギーの一部が再び反射され、今回は検波器３６へと戻る。２重反射した超音波エネルギーは検波器３６に入射し、そこで入射エネルギーの一部が再びメニスカス３２の方へと反射される。その結果、遅延エネルギーパルス４８からの音響エネルギーはメニスカス３２と検波器３６の間を繰り返し往復反射する。
【００６８】
繰り返し反射したエネルギーは、強度が減衰していく一連の超音波パルス５０、２往復目までしか図示していないが、として検波器３６に入射する。パルス５０は、検波器３６とメニスカス３２間を往復伝播する音の往復時間2D/Cにほぼ等しい、反復周期「RP」を持っている。本発明の実施形態の一つによれば、一連の反射パルス５０は、Dの値を決定するための前述の先行技術に記載の方法を使用しているプロセッサを用いて解析される。本発明の幾つかの実施形態では、超音波変換器（図示していない）を容器２４の側壁に接触して配置する。その変換器は、容器の変換器を配置した側壁とその対面の側壁間を音が往復する通過時間を測定するために使われ、その通過時間を用いてCの値を決定する。
【００６９】
図２は、本発明の実施形態の一つによる他の光度計６０の模式図である。光度計６０は、光度計２０に似ているが垂直ビーム光度計としては構成されておらず、固体物質６２の試料の吸収係数を決定する例として示されている。
【００７０】
光度計６０は光度計２０と同様に機能し、光度計２０中の構成要素と同様の構成要素を含む。固体の吸収係数を決定する際、光源３４を固体の表面６４に接触させることが好ましく、選択的にはその表面に結合してもよい。エネルギー検出器３６は、光源３４が結合している物質６２の表面６４と対面の表面６６に密着していることが好ましい。
【００７１】
光度計２０の場合と同様に、コントローラー３７は物質６２内部へ光パルス（図示していない）を伝播させるための光源３４を制御する。検出器３６は物質６２に吸収されない光パルス中の光から直接エネルギーのパルスを受信し、そのパルスに反応して直接信号ISを発生する。直接エネルギーパルスの受信後に、検出器３６は、物質６２に吸収される光パルス中の光により生じる光音響効果によって発生した遅延エネルギーのパルスを受信し、そのパルスに反応して遅延信号DSを発生する。直接信号と遅延信号は、選択的には、物質の吸収係数が導かれる吸収比を決定するために使われる。
【００７２】
本発明の幾つかの実施形態では、表面６４と６６で仕切られる物質６２の厚さ「D」を使って、光パルスの光路長を決定する。本発明の幾つかの実施形態では、表面６４と６６間を繰り返し往復反射する音響エネルギーパルスを使って、物質６２の厚さを決定し、またその厚さを用いて光パルスの光路長を決定する。
【００７３】
図２の光度計６０は固体物質の吸収係数の決定方法を示すが、本発明の実施形態の一つによれば、光度計６０を用いて液体の吸収係数を決定することができる。光源３４と検出器３６の間に固体物質６２を挟んだ図２に示すような方法と同様に、そこに液体を入れた適切なキュベットを置き換えて挟む。光パルスはそのキュベットと、吸収係数を決定するために用いられる直接信号ISと遅延信号DSを発生する液体とを通過する。液体の吸収係数決定時のキュベットの影響を取り除くために、キュベットが空であるか、または、正確な既知の吸収係数を持つ液体、例えば水、で満たされている時に、光パルスを通過させて直接信号と遅延信号の較正測定を行う。較正測定を用いて検出器３６により発生する直接信号と遅延信号を修正し、それにより液体の吸収係数を決定する。
【００７４】
図３は本発明の実施形態の一つによる、他の光度計７０の模式図である。光度計７０を用いて固体物質７２（または、キュベット中の液体）の吸収係数を決定する。
【００７５】
光度計７０は光度計２０，６０と同様に機能する。しかし、光度計２０，６０と異なる点は、光度計７０は選択的に、光源の対面にエネルギー検出器を配置していないことである。
【００７６】
光度計７０は光源７４と少なくとも一つの音響検波器７６から成る。実施例として、光度計７０では２つの音響検波器７６を備えている。このとき、光源７４と音響検波器７６を、物質７２の同一表面７８上に密着して配置することが好ましい。
【００７７】
光度計２０，６０と同様に、物質７２の吸収係数を決定するために、光源７４は物質に進入する波状矢印８０で示される一パルスの光を発信する。しかし、検波器７６は光源７４に対向配置されていないので、光源から直接検波器へ向けてパルスが物質７２を完全に通過する光パルス８０中の光から直接信号を発生させる直接エネルギーパルスを受信しない。その代わりに検波器７６は、物質７２によって検波器の方向へ散乱され、且つ、物質に吸収されずに戻る光パルス８０中の光から直接エネルギーのパルスを受信する。波状矢印８２は物質７２により散乱されて戻ってくるパルス８０中の光を示している。
【００７８】
本発明の実施形態の一つによれば、検波器７６は後散乱光８２に反応して直接信号を発生する。その後、検波器７６は、物質７２に吸収された光パルス８０中のエネルギーによる光音響作用で発生した超音波中の一パルスの遅延音響エネルギーとして検波器に到達する、その遅延エネルギーに反応して遅延信号を発生する。
【００７９】
本発明の実施形態の一つによれば、直接信号と遅延信号を処理することにより、物質７２の吸収係数を決定するために物質中の光パルス８０の光路長と共に用いられる、吸収比が決定される。本発明の幾つかの実施形態では、光路長はあらかじめ分かっている物質７２の寸法により定まる。本発明の幾つかの実施形態では、光度計７０は検出器２０，６０と同様に機能し、遅延音響パルス中の超音波エネルギーの多重反射が、物質の厚さの決定に、また、その厚さにより光パルス８０の光路長を決定するために用いられる。
【００８０】
本発明の実施形態の一つによれば、光度計７０と同様な光度計は、物質の吸収係数を決定する際に、光源とエネルギー検出器の間に試料物質を挟むことができず、または、都合が悪いときに特に有利である。
【００８１】
さらに、本発明の幾つかの実施形態では、物質がその吸収係数の逆数よりも、実質上、大きな厚みを持つので、光度計７０は、吸収係数を決定する際に使われる物質中の光路長を決定しなくても、吸収係数を決定するための機能を果たす。例えば、非常に簡単なモデルを使用し、一回の散乱のみ想定するような状態のとき、パルス長「τ」の光パルス８０が検波器７６に入射するときの直接エネルギー量IEと初期強度I0は、
【数１】
2005504985.tif 000003
で表すことができる。式IE中では、xは物質中の深さを表し、σ(Ω)は立体角の関数としての光の弾性散乱断面積であり、ε(x,Ω)は物質中の深さxからの立体角Ω内の後散乱光に対する検波器７６の「幾何学的な」収集効率である。２つの因数が、検波器７６への後散乱光の減衰を近似的に説明するための指数関数中の独立変数として現れている（深さxから検波器７６までの後散乱光の経路長は、上記式IE中では2xに等しくなるように近似している）。立体角の積分は、立体角２πから４πまでの「背面立体角（back solid angles）」の積分であり、物質中の深さの積分は０から無限大までを行う。検波器７６に到達する光は後散乱光であるので、積分は背面立体角について行われる。物質の厚さは吸収距離1/αよりも大きいと想定されるので、深さxの積分は０から無限大である。実際は、例えばモンテカルロ法のような、実質上、より複雑なモデル、且つ、又は、複数の方法を使うことによって、IEを決定することができる。
【００８２】
検出器７６に到達する遅延エネルギーDEに関する同様の式は、
【数２】
2005504985.tif 000004
で表すことができる。DEの式中では、τ(αexp(-αx))は、深さxにおける物質の単位体積当りの光パルス８０からのエネルギー吸収量であり、ρはエネルギー吸収量とそのエネルギーを吸収したある量の物質中において発生する光音響波の強度を関連付けている比例定数である（単純化のために、ρはエネルギー吸収量に依存しない定数とする）。
【００８３】
IEとDEに関する式から、IEとDEは物質中の光パルスの経路長に依存しないことがわかる。幾何学的な収集効率は、検出器７０に相応する幾何学モデルから、また、光パルス中の散乱光を、深さの関数として物質中を伝播すると仮定することにより決定できる。
【００８４】
しかし、IEとDEに関する上記式から吸収係数αを決定するために、光に対する弾性散乱断面積σ(Ω)と光音響結合率ρを得なければならない。本発明の幾つかの実施形態では、σ(Ω)とρは、断面積と吸収係数を測定している物質に類似する物質の既知の光音響結合定数とから求めることができる。
【００８５】
上述の記載では、直接エネルギーIEと遅延エネルギーDEを検出するために使用されるエネルギー検出器は、音響検波器を想定している。本発明の幾つかの実施形態によれば、光度計は、音響検波器の代わりに、検出器が受信する熱エネルギーに反応して信号を発生する熱検出器であるエネルギー検出器を備える。本発明の実施形態によれば、熱検出器を備える光度計の構成と配置は、音響検波器を構成要素とする光度計の配置と同様であり、また、本発明の実施形態によれば、音響検波器が熱検出器に置き換えられる光度計の配置と同様である。本発明の実施形態の一つによれば、「熱光度計（thermal photometer）」はその対応する「音響光度計（acoustic photometer）」の方式と同様の方式で作動する。
【００８６】
熱光度計では光源からの光パルスが、吸収係数の被測定物質を通過するとき、その物質に吸収されない光パルス中の光の少なくとも一部分が光度計内の熱検出器に入射する。入射光が熱検出器を発熱させ、熱エネルギーの形で直接エネルギーが熱検出器を伝播する。熱検出器はその直接熱エネルギーに反応して直接信号ISを発生する。物質に吸収される光パルス中の光は物質を発熱させる。光パルスにより発熱した物質中の領域からの熱エネルギーは、伝導によりその領域から離れ去るように伝播し、遅延エネルギーとして熱検出器に入射し、その遅延エネルギーに反応して熱検出器が遅延信号DSを発生する。本発明の実施形態の一つによれば、熱検出器が供給する直接信号と遅延信号を使って、物質の吸収係数の決定時に用いる吸収比を決定する。
【００８７】
本発明の実施形態による光度計の上記実施例では、直接エネルギーと遅延エネルギーを感知するために同じ検出器が使われているが、本発明の幾つかの実施形態では、直接エネルギーと遅延エネルギーを感知するために異なる検出器を使用していることに着目すべきである。例えば、直接エネルギーを検出する第一の検出器は図１から３に示したように、すなわち、吸収係数の被測定物質中に光パルスを発信する光源に向かい合わせ、もしくは近接させて、配置することができる。遅延エネルギーを検出する第二の検出器は、光源が発信する光パルスに沿った方向と、実質上、平行となっている物質の表面上に配置することができる。（遅延エネルギーは一般的に、物質中を通過する光パルスからのエネルギーを吸収した領域から、実質上等方的に放射する。結果として、遅延エネルギーを感知する第二検出器の位置は、図１から３に示す以外の位置、例えば上記に示すような伝播する光パルスに沿った方向に平行な表面上等、でも可能かつ、有効である。）
【００８８】
さらに、本発明の実施形態の一つによれば、直接エネルギーと遅延エネルギーの感知に異種の検出器を使うことによって、直接エネルギーの感知に使用する検出器は光学エネルギーを感知するために最適化することができ（すなわち、適切な光学検出器）、その一方で遅延エネルギーの感知に使用する検出器は特定の希望する遅延エネルギーの形式（例えば音波または熱）を検出するために最適化することができる。
【００８９】
さらに、本発明の幾つかの実施形態では、遅延エネルギーが直接エネルギーと同様に光学エネルギーであることに注目する。例えば、吸収係数を測定する試料に吸収される光パルス中の光学エネルギーは、本発明の実施形態によれば、解放遅延の後に試料物質をルミネセンス発光させてもよい。ルミネセンス光は遅延エネルギー量を決定するために感知され、使用される。一般的に、ルミネセンス光は波長に特徴があり、その波長は吸収される光学エネルギーの光パルスが持つ波長の特徴とは異なる。結果として、直接エネルギーに比例する光を遅延エネルギーに比例するルミネセンス光と区別することが、本発明の実施形態の一つによれば、時間分離（いわゆる吸収遅延）によるのみでなく、波長差によっても、可能である。
【００９０】
本出願の明細書及び請求項中では、comprise, include, haveとその活用形のそれぞれの動詞は、その動詞の対象が必ずしもその動詞の対象の部材、組成、要素或いは部分の完全なリストではないことを示すために使用されている。
【００９１】
本発明は、例として提供され且つなんら発明の範囲を限定するものではない実施形態の詳細な説明を使って記載されている。記載された実施形態は異なる特徴を含むものであり、発明の全ての実施形態にその特徴全てが要求されているわけではない。本発明の幾つかの実施形態は、それらの特徴またはそれらの特徴の可能な組み合わせの幾つかのみを利用するものである。記載されている本発明の実施形態の変形と、記載されている実施形態中で言及された特徴の組み合わせ含む本発明の実施形態とは、当業者が想到するものであろう。発明の範囲は以下の請求項によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
本発明の実施形態をなんら限定するものでない実施例を、本明細書に添付した図面を参考にして、以下に説明する。この図面では、一つの図またはそれ以上の図に記載されている同一の構造、要素または部品は、それらが記載されている全ての図に、同じ数字で番号が付されている。図面中の構成要素と機構の寸法は、表示上の便宜と明瞭化のために選択され、必ずしもその示すものではない。以下に図面の説明を列挙する。
【図１】図１は、本発明の実施形態による、液体試料の吸収係数を決定する垂直ビーム光度計の模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、固体物質の吸収係数を決定する光度計の模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、固体物質の吸収係数を決定する他の光度計の模式図である。
【符号の説明】
【００９３】
２０    垂直ビーム光度計
２２    液体試料
２４    容器
３２    メニスカス
３４    光源
３６    検出器
３７    コントローラー
４２    光パルス
４４    直接エネルギーパルス
４８    遅延エネルギーパルス
７４    光源
７６    検出器
８０    光パルス
８２    後散乱光
【図１】
2005504985.tif 000005
【図２】
2005504985.tif 000006
【図３】
2005504985.tif 000007
【国際公開パンフレット】
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2005504985.tif 000033
2005504985.tif 000034
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005504985.tif 000035
2005504985.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月12日(2003.5.12)
【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】
一パルスの光を所定の波長で発信して物質中の経路を通過させ；
物質によって吸収されないが、少なくとも一の光パルスの伝播方向に対して散乱される、光パルス中の光に応じて第一の信号を発生させ；
前記光パルスが経路を通過する際物質に吸収される、前記光パルス中の光の一部に反応して、物質が放出するエネルギーに応じて、第二の信号を発生させ；且つ
吸収部分を決定するために第一の信号と第二の信号を使うこと、
から成る物質に入射し物質により吸収される所定の波長の光の一部を決定する方法。
【請求項２】
光パルスが通過する経路の経路長を決定し、前記経路長と前記吸収部分を使用して所定の波長に対する物質の吸収係数を決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
物質が放出するエネルギーが、光音響効果によって物質中で発生する一パルスの音響エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記音響エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
物質中の経路が２つの面ではね返り、物質により放出される光音響パルス中のエネルギーの一部が２つの面の間を繰り返し往復反射し、前記経路の経路長を決定することが、前記音響パルス中のエネルギーがその２面間を一往復する周期を決定し且つ、前記経路長を決定するために前記周期を使用することである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
物質が放出するエネルギーが、光音響効果によって物質中で発生する一パルスの音響エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記音響エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
物質が放出するエネルギーが、熱エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記熱エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
物質が放出するエネルギーが、物質により発光した光学エネルギーであり、前記第二の信号の発生は、前記光学エネルギーを感知し、それに応じて信号を発生することである、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第一の信号の発生が、非吸収光中の光学エネルギーを感知し、感知されたエネルギーを音響エネルギーに変換し、その音響エネルギーに応じて信号を発生することである、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第一の信号の発生が、非吸収光中の光学エネルギーを感知し、その非吸収光中の光学エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーに応じて信号を発生することである、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
物質を光パルスが通過した後に光パルス中に生じるエネルギーを時間の関数として感知し、前記第一の信号を発生することが、全経路を経た光パルス中の光の通過時間のおよそ２倍以下である光パルスの通過後の所定期間内に感知されるエネルギーに応じて、前記第一の信号を発生させることである、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第二の信号の発生が、実質上前記通過時間より遅い光パルス通過時間の経過後の時点で感知されるエネルギーに応じて前記第二の信号を発生することから成る、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記吸収部分を決定する為に前記第一の信号と前記第二の信号を使用することが：
物質に吸収されない光パルス中のエネルギーの指標を提供するために前記第一の信号を使用すること；
物質に吸収される光パルス中のエネルギーの指標を提供するために前記第二の信号を使用すること；及び
前記吸収部分を決定するために前記エネルギーの指標を使うこと、
から成る請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記吸収部分を決定するために前記エネルギーの指標を使用することが、前記エネルギー指標間の比率を決定することである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の信号と前記第二の信号を発生させることが、非吸収光と物質が放出するエネルギーとを感知するために同一の検出器を使用することを含む、いずれかの先行請求項に記載する方法。
【請求項１５】
物質を貫く経路を通り抜ける所定の波長を持つ一パルスの光を発信する光源；
物質に吸収されないが少なくとも一のパルス光の伝播方向に対して散乱される、光パルスからの光を受信し、それに応じて第一の信号を発生する検出器；
物質に吸収される光パルス中の光に応じて物質により放出されるエネルギーを受信し、それに応じて第二の信号を発生する検出器；及び
前記第一の信号と前記第二の信号を受信し、その信号を使用して吸収係数を決定するプロセッサ、
から成る所定の波長の光に対する物質の吸収係数を決定する装置。
【請求項１６】
光パルス中の光を受信する検出器が、入射する光パルスからの光学エネルギーを音響エネルギーに変換し、その音響エネルギーに応じて前記第一の信号を発生する音響検波器である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
光パルス中の光を受信する検出器が、入射する光パルスからの光学エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーに応じて前記第一の信号を発生する熱センサーである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が音響検波器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが音響エネルギーである、請求項１５から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が熱センサーであり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが熱エネルギーである、請求項１５から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
光パルス中の光を受信する検出器が、物質により放出されるエネルギーを受信する検出器と同一である、請求項１５から１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記検出器が音響検波器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが、一パルスの音響エネルギーであり、音響検波器が前記検出器に入射する光パルス中の光学エネルギーを音響エネルギーに変換して前記第一の信号を発生させる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記検出器が熱検出器であり、物質により放出されるエネルギーであって前記検出器に前記第二の信号を発生させるエネルギーが、一パルスの熱エネルギーであり、熱センサーが前記検出器に入射する前記光パルス中の光学エネルギーを熱エネルギーに変換して前記第一の信号を発生させる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
物質を貫く経路が２面ではね返され、物質により放出される光音響パルス中のエネルギーの一部が２面間を繰り返し往復反射し、且つ、前記プロセッサは、音響パルス中のエネルギーが２面間を１往復する周期を決定し、前記経路の経路長を決定する為に前記周期を使用し、前記吸収係数を決定するために前記経路長を使用する、請求項１８または２１に記載の装置。
【請求項２４】
物質により放出されるエネルギーを受信する検出器が、光パルスが通過する経路を横切らないように配置される、請求項１５から２３のいずれかに記載の装置。
【国際調査報告】
2005504985.tif 000037
2005504985.tif 000038
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