(57)【要約】  実施態様では、光学センサ・ヘッド及び光学センサ・ヘッドの製造方法が提供される。いくつかの事例において、関心事の液体試料内部の物質濃度を測定するために、センサ・ヘッドを蛍光センサとして使用することができる。センサ・ヘッドは、センサ・ヘッドと分析領域との間で光を透過させる光源窓と検出器窓とを含んでいる。いくつかの事例において、窓は、ボール・レンズとチャネルとがセンサ・ヘッドの内部と外部との間にシールを形成するようにチャネル内部に位置決めされたボール・レンズを含んでいる。
2013524205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光センサであって、
浸漬可能なセンサ・ヘッドと、コントローラとを含み、
前記浸漬可能なセンサ・ヘッドは、
ハウジングであって、平面状第１外面を備えた第１壁と、平面状第２外面を備えた第２壁とを含むハウジングと、
光源チャンバであって、前記センサ・ヘッドに近接する分析領域内部の水試料を励起させるための第１ＵＶ波長を発する紫外線（ＵＶ）光源を含む光源チャンバと、
光源窓であって、前記光源チャンバから前記分析領域内へ前記第１ＵＶ波長を透過させる前記第１壁内に位置決めされており、且つ、前記第１壁を通って延びる第１チャネルと、該第１チャネル内に位置決めされた第１ボール・レンズとを含み、該第１ボール・レンズは半径Ｒ1を有しており、前記第１チャネルは、前記第１ボール・レンズの周りで変形させられて、該第１ボール・レンズを該第１チャネル内部に固定し、前記光源チャンバと前記分析領域との間で前記第１ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成するように、２Ｒ1未満の公称直径を有する、光源窓と、
検出器チャンバであって、前記分析領域からの第２ＵＶ波長の蛍光発光を検出するＵＶ検出器を含む検出器チャンバと、
検出器窓であって、前記分析領域から前記検出器チャンバ内へ前記第２ＵＶ波長を透過させる前記第２壁内に位置決めされており、且つ、前記第２壁を通って延びる第２チャネルと、該第２チャネル内に位置決めされた第２ボール・レンズとを含み、該第２ボール・レンズは半径Ｒ2を有しており、前記第２チャネルは、前記第２ボール・レンズの周りで変形させられて、該第２ボール・レンズを該第２チャネル内部に固定し、前記検出器チャンバと前記分析領域との間で前記第２ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成するように、２Ｒ2未満の公称直径を有する、検出器窓と
を含み、
前記コントローラは、前記ＵＶ検出器にカップリングされており、且つ、前記検出された蛍光発光に基づいて前記分析領域内部の前記水試料中の化学物質の濃度を計算するようになっている、蛍光センサ。
【請求項２】
前記第１チャネルの軸線と、前記第２チャネルの軸線とが、前記分析領域内の交点で、約６０度〜約１２０度の第１角度を成して交差している、請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項３】
前記第１チャネルの軸線が前記第１外面に対して直交し、前記第２チャネルの軸線が前記第２外面に対して直交する、請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項４】
前記第１角度が約９０度である、請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項５】
前記交点から前記第１外面までの第１距離が約Ｒ1〜約３Ｒ1であり、前記交点から前記第２外面までの第２距離が約Ｒ2〜約３Ｒ2であり、前記第１ボール・レンズの中心から前記交点までの第３距離が約１．２Ｒ1〜約３．２Ｒ1であり、前記第２ボール・レンズの中心から前記交点までの第４距離が約１．２Ｒ2〜約３．２Ｒ2である、請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項６】
前記第１ボール・レンズ及び前記第２ボール・レンズのそれぞれが前記交点から約２ｍｍ未満である、請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項７】
Ｒ1はＲ2に等しく、Ｒ1及びＲ2は約１ｍｍ〜約４ｍｍである、請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項８】
前記第１チャネルの公称直径が約１．７５Ｒ1〜約１．９５Ｒ1であり、前記第２チャネルの公称直径が約１．７５Ｒ2〜約１．９５Ｒ2である、請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項９】
前記第１ボール・レンズは、前記第１外面の平面が該第１ボール・レンズと交差するように、前記第１チャネルから部分的に突出しており、前記第２ボール・レンズは、前記第２外面の平面が該第２ボール・レンズと交差するように、前記第２チャネルから部分的に突出している、請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項１０】
前記第１ボール・レンズが前記第２ボール・レンズと接触している、請求項９に記載の蛍光センサ。
【請求項１１】
前記第１壁が、前記第１ボール・レンズの外面に対して接線を成す平面状第１内面を含み、前記第２壁が、前記第２ボール・レンズの外面に対して接線を成す平面状第２内面を含む、請求項９に記載の蛍光センサ。
【請求項１２】
前記第１壁及び前記第２壁は弾性材料を含み、前記第１ボール・レンズ及び前記第２ボール・レンズはガラス又はサファイアを含む、請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項１３】
蛍光センサであって、
浸漬可能なセンサ・ヘッドと、コントローラとを含み、
前記浸漬可能なセンサ・ヘッドは、
プラスチック・ハウジングであって、該ハウジングの側面に切欠きを含み、該切欠きは平面状第１外面を備えた第１壁と平面状第２外面を備えた第２壁とを画定しており、該第１外面と該第２外面とは第１角度を成して交差している、プラスチック・ハウジングと、
光源チャンバであって、前記センサ・ヘッドに近接する分析領域内部の水試料を励起させるための第１ＵＶ波長を発する紫外線（ＵＶ）光源を含む光源チャンバと、
光源窓であって、前記光源チャンバから前記分析領域内へ前記第１ＵＶ波長を透過させる前記第１壁内に位置決めされており、且つ、前記第１外面に対して直交方向に前記第１壁を通って延びる第１チャネルと、該第１チャネル内に位置決めされた第１ボール・レンズとを含み、該第１ボール・レンズは半径Ｒ1を有しており、前記第１チャネルは、前記第１ボール・レンズの周りで変形させられて、該第１ボール・レンズを該第１チャネル内部に固定し、前記光源チャンバと前記分析領域との間で前記第１ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成するように、２Ｒ1未満の公称直径を有する、光源窓と、
検出器チャンバであって、前記分析領域からの第２ＵＶ波長の蛍光発光を検出するＵＶ検出器を含む検出器チャンバと、
検出器窓であって、前記分析領域から前記検出器チャンバ内へ前記第２ＵＶ波長を透過させる前記第２壁内に位置決めされており、且つ、前記第２外面に対して直交方向に前記第２壁を通って延びる第２チャネルと、該第２チャネル内に位置決めされた第２ボール・レンズとを含み、該第２ボール・レンズは半径Ｒ2を有しており、前記第２チャネルは、前記第２ボール・レンズの周りで変形させられて、該第２ボール・レンズを該第２チャネル内部に固定し、前記検出器チャンバと前記分析領域との間で前記第２ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成するように、２Ｒ2未満の公称直径を有する、検出器窓と
を含み、
前記コントローラは、前記ＵＶ検出器にカップリングされており、且つ、前記検出された蛍光発光に基づいて前記分析領域内部の前記水試料中の化学物質の濃度を計算するようになっており、
前記第１角度が約６０度〜約１２０度であり、
前記第１チャネルの軸線と前記第２チャネルの軸線とが前記分析領域内の交点で交差しており、
前記交点から前記第１外面までの第１距離が約Ｒ1〜約３Ｒ1であり、
前記交点から前記第２外面までの第２距離が約Ｒ2〜約３Ｒ2であり
前記第１ボール・レンズの中心から前記交点までの第３距離が約１．２Ｒ1〜約３．２Ｒ1であり、
前記第２ボール・レンズの中心から前記交点までの第４距離が約１．２Ｒ2〜約３．２Ｒ2である、蛍光センサ。
【請求項１４】
前記第１角度が約９０度である、請求項１３に記載の蛍光センサ。
【請求項１５】
前記第１ボール・レンズ及び前記第２ボール・レンズのそれぞれが前記交点から約２ｍｍ未満である、請求項１３に記載の蛍光センサ。
【請求項１６】
Ｒ1はＲ2に等しく、Ｒ1及びＲ2は約１ｍｍ〜約４ｍｍである、請求項１３に記載の蛍光センサ。
【請求項１７】
前記第１チャネルの公称直径が約１．７５Ｒ1〜約１．９５Ｒ1であり、前記第２チャネルの公称直径が約１．７５Ｒ2〜約１．９５Ｒ2である、請求項１３に記載の蛍光センサ。
【請求項１８】
前記第１ボール・レンズは、前記第１外面の平面が該第１ボール・レンズと交差するように、前記第１チャネルから部分的に突出しており、前記第２ボール・レンズは、前記第２外面の平面が該第２ボール・レンズと交差するように、前記第２チャネルから部分的に突出している、請求項１３に記載の蛍光センサ。
【請求項１９】
前記第１ボール・レンズが前記第２ボール・レンズと接触している、請求項１８に記載の蛍光センサ。
【請求項２０】
前記第１壁が、前記第１ボール・レンズの外面に対して接線を成す平面状第１内面を含み、前記第２壁が、前記第２ボール・レンズの外面に対して接線を成す平面状第２内面を含む、請求項１８に記載の蛍光センサ。
【請求項２１】
前記第１壁及び前記第２壁は弾性プラスチックを含み、前記第１ボール・レンズ及び前記第２ボール・レンズはガラス又はサファイアを含む、請求項１３に記載の蛍光センサ。
【請求項２２】
浸漬可能な蛍光センサ・ヘッドを製造する方法であって、
プラスチック・ワークピースを提供するステップと、
前記ワークピース内に光源チャンバを形成するステップと、
前記ワークピース内に検出器チャンバを形成するステップと、
前記ワークピースの側面に切欠きを形成するステップであって、該切欠きと前記光源チャンバとが平面状第１外面を備えた第１壁を画定し、前記切欠きと前記検出器チャンバとが平面状第２外面を備えた第２壁を画定し、該平面状第１外面と該平面状第２外面とが第１角度を成して交差する、ステップと、
前記第１壁内に光源窓を形成するステップであって、該第１壁を通って延びる第１チャネルを形成することと、該第１チャネル内に第１ボール・レンズを位置決めすることとを含み、該第１ボール・レンズは半径Ｒ1を有し、前記第１チャネルは２Ｒ1未満の公称直径を有しており、前記位置決めすることは、前記光源チャンバから前記第１チャネル内へ前記第１ボール・レンズを押し込むことと、該第１ボール・レンズを固定して前記光源チャンバと前記センサ・ヘッドの外部との間で前記第１ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成すべく、前記第１チャネルを前記第１ボール・レンズの周りで変形させることとを含む、ステップと、
前記第２壁内に検出器窓を形成するステップであって、前記第２壁を通って延びる第２チャネルを形成することと、該第２チャネル内に第２ボール・レンズを位置決めすることとを含み、該第２ボール・レンズは半径Ｒ2を有し、前記第２チャネルは２Ｒ2未満の公称直径を有しており、前記位置決めすることは、前記検出器チャンバから前記第２チャネル内へ前記第２ボール・レンズを押し込むことと、該第２ボール・レンズを固定して前記検出器チャンバと前記センサ・ヘッドの外部との間で前記第２ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成するように、前記第２チャネルを前記第２ボール・レンズの周りで変形させることとを含む、ステップと、
前記光源チャンバ内に紫外線（ＵＶ）光源を位置決めするステップであって、該紫外線（ＵＶ）光源は、前記センサ・ヘッドに近接する分析領域内部の水試料を励起させるために前記光源窓を通して第１ＵＶ波長を発する、ステップと、
前記検出器チャンバ内にＵＶ検出器を位置決めするステップであって、該検出器は、前記分析領域から前記検出器窓を通して第２ＵＶ波長の蛍光発光を検出する、ステップと
を含む、浸漬可能な蛍光センサ・ヘッドを製造する方法。
【請求項２３】
前記第１ボール・レンズが前記第１チャネルから部分的に突出することにより前記第１外面の平面が該第１ボール・レンズと交差するように、該第１ボール・レンズを前記第１チャネル内に押し込むステップと、前記第２ボール・レンズが前記第２チャネルから部分的に突出することにより前記第２外面の平面が該第２ボール・レンズと交差するように、該第２ボール・レンズを前記第２チャネル内に押し込むステップとを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１壁の平面状第１内面が前記第１ボール・レンズの外面に対して接線を成すように、該第１ボール・レンズを前記第１チャネル内に押し込むステップと、前記第２壁の平面状第２内面が前記第２ボール・レンズの外面に対して接線を成すように、該第２ボール・レンズを前記第２チャネル内に押し込むステップとを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１角度が約６０度〜約１２０度である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１チャネルの軸線が前記第１外面に対して直交し、前記第２チャネルの軸線が前記第２外面に対して直交する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
Ｒ1はＲ2に等しく、Ｒ1及びＲ2は約１ｍｍ〜約４ｍｍである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１チャネルの直径が約１．７５Ｒ1〜約１．９５Ｒ1であり、前記第２チャネルの直径が約１．７５Ｒ2〜約１．９５Ｒ2である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１ボール・レンズが前記第２ボール・レンズと接触する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１壁及び前記第２壁は弾性材料を含み、前記第１ボール・レンズ及び前記第２ボール・レンズはガラス又はサファイアを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記光源チャンバが、前記ＵＶ光源の強度をモニタリングするために基準検出器を含んでいる、請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項３２】
前記ＵＶ光源及び前記基準検出器は、該基準検出器が光キャビティ内部で反射させられ且つ散乱させられるＵＶ光を測定するように、前記光キャビティ内部に配置されている、請求項３１に記載の蛍光センサ。
【請求項３３】
前記光キャビティがフィルタ・ホルダによって形成されており、励起フィルタが前記光学キャビティ内部で前記ＵＶ光源及び前記基準検出器の反対側に固定されている、請求項３２に記載の蛍光センサ。
【請求項３４】
前記光キャビティが前記ＵＶ光源及び前記基準検出器のためのカバーによって形成されており、励起フィルタが前記光キャビティ内部で前記ＵＶ光源上に固定されている、請求項３２に記載の蛍光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施態様は、概して液体試料を試験するための光学測定装置に関し、特に、液体試料中の１つ以上の物質の濃度を割り出してモニタリングするための蛍光センサ及び蛍光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
清浄化作業及び抗菌作業において、商業的ユーザ（例えばレストラン、ホテル、食品飲料工場、食料品店など）は、清浄化生成物又は抗菌生成物を効果的に作用させるためにその生成物の濃度を頼りにする。清浄化生成物又は抗菌生成物を（濃度の問題に起因して）効果的に作用させることに失敗すると、商業的ユーザはその生成物の品質が低いと感じることがある。末端消費者は、商業的ユーザが提供するサービスが劣っていると感じることもある。加えて、政府の規制官庁及び健康機関によって商業的ユーザが調査・制裁を受ける場合もある。従って、生成物濃度が指定の濃度範囲内にあるかどうかを割り出すことができるシステムが必要である。同じことが他の用途、例えばウォーターケア（water care)、害虫駆除、飲料ボトリング作業、及びパッケージング作業などに当てはまる。
【０００３】
生成物の濃度をモニタリングする１つの方法は、試料（及び試料中の生成物）が所定の光波長に曝されると発生する生成物の蛍光をモニタリングすることを頼りにする。例えば生成物中の化合物、又は生成物に添加された蛍光トレーサが所定の光波長に曝されると、蛍光を発し得る。次いで、蛍光光度計を使用して生成物濃度を割り出すことができる。蛍光光度計は、化合物の蛍光を測定して、測定された蛍光に基づいて化学物質濃度を計算する。
【０００４】
蛍光分光法が、関心事の試料によって発せられた蛍光を検出することに関わる。これは、光ビーム、通常は紫外線（ＵＶ）を使用することを伴う。光ビームは、試料中の所定の化合物の分子内の電子を励起して、これらがより低いエネルギーの光を発する（すなわち「蛍光を発する」）ようにする。発せられた蛍光を測定するためのいくつかの蛍光光度計がある。蛍光光度計は一般に、励起放射エネルギー源と、励起波長選択器と、試料材料を含有するための試料セルと、発光波長選択器と、信号プロセッサを備えた検出器と、読み出しデバイスとを有している。フィルタ蛍光光度計は、入射光と蛍光とを分離するために光学フィルタを使用する。蛍光分光光度計は、入射光と蛍光とを分離するために回折格子モノクロメータを使用する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明のいくつかの実施態様は概して、関心事の試料中に励起光を発し、次いで試料からの蛍光発光を検出して測定することができる蛍光センサの種々の設計に関する。蛍光センサのいくつかの実施態様はコントローラにカップリングされたセンサ・ヘッドを含み、コントローラは、測定された蛍光を受容して試料内部の生成物の濃度を計算する。センサ・ヘッドは、試料とセンサ・ヘッド内部の電子装置との間で光を透過させる１つ以上の窓を含み、いくつかの事例では、センサ・ヘッドの効率を改善する１つ以上の特徴を含む。
【０００６】
本発明の１つの態様によれば蛍光センサが提供され、蛍光センサは、浸漬可能なセンサ・ヘッドと、センサ・ヘッドにカップリングされたコントローラとを含み、コントローラは、検出された蛍光発光に基づいて水試料中の化学物質濃度を計算するようになっている。センサ・ヘッドは、平面状第１外面を備えた第１壁と、平面状第２外面を備えた第２壁とを有するハウジングを含んでいる。センサ・ヘッドはまた、光源チャンバと検出器チャンバとを含んでいる。光源チャンバ内部には紫外線（ＵＶ）光源が位置決めされており、紫外線（ＵＶ）光源は、センサ・ヘッドに近接する分析領域内部の水試料を励起させるための第１ＵＶ波長を発する。検出器チャンバ内部にはＵＶ検出器が位置決めされており、ＵＶ検出器は分析領域からの第２ＵＶ波長の蛍光発光を検出する。ＵＶ検出器はコントローラにカップリングされている。センサ・ヘッドはまた、光源チャンバから分析領域内へ第１ＵＶ波長を透過させる第１壁内に位置決めされた光源窓と、分析領域から検出器チャンバ内へ第２ＵＶ波長を透過させる第２壁内に位置決めされた検出器窓とを含んでいる。光源窓は、第１壁を通って延びる第１チャネルと、第１チャネル内に位置決めされた第１ボール・レンズとを含んでいる。第１ボール・レンズは半径Ｒ1を有しており、第１チャネルは、第１ボール・レンズの周りで変形させられるように２Ｒ1未満の公称直径を有している。このことによって、第１ボール・レンズが第１チャネル内部に固定され、光源チャンバと分析領域との間で第１ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールが形成される。検出器窓は、第２壁を通って延びる第２チャネルと、第２チャネル内に位置決めされた第２ボール・レンズとを含んでいる。第２ボール・レンズは半径Ｒ2を有しており、第２チャネルは、第２ボール・レンズの周りで変形させられるように２Ｒ2未満の公称直径を有している。このことによって、第２ボール・レンズが第２チャネル内部に固定され、検出器と分析領域との間で第２ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールが形成される。
【０００７】
本発明の別の態様によれば蛍光センサが提供され、蛍光センサは、浸漬可能なセンサ・ヘッドと、センサ・ヘッドにカップリングされたコントローラとを含み、コントローラは、検出された蛍光発光に基づいて水試料中の化学物質濃度を計算するようになっている。センサ・ヘッドは、ハウジングの側面に切欠きを有するプラスチック・ハウジングを含んでいる。切欠きは平面状第１外面を備えた第１壁と平面状第２外面を備えた第２壁とを画定しており、第１外面と第２外面とは約６０度〜約１２０度の第１角度を成して交差している。センサ・ヘッドはまた、光源チャンバと検出器チャンバとを含んでいる。光源チャンバ内部には紫外線（ＵＶ）光源が位置決めされており、紫外線（ＵＶ）光源は、センサ・ヘッドに近接する分析領域内部の水試料を励起させるための第１ＵＶ波長を発する。検出器チャンバ内部にはＵＶ検出器が位置決めされており、ＵＶ検出器は分析領域からの第２ＵＶ波長の蛍光発光を検出する。センサ・ヘッドはまた、光源チャンバから分析領域内へ第１ＵＶ波長を透過させる第１壁内に位置決めされた光源窓と、分析領域から検出器チャンバ内へ第２ＵＶ波長を透過させる第２壁内に位置決めされた検出器窓とを含んでいる。光源窓は、第１壁を通って延びる第１チャネルと、第１チャネル内に位置決めされた第１ボール・レンズとを含んでいる。第１ボール・レンズは半径Ｒ1を有しており、第１チャネルは、第１ボール・レンズの周りで変形させられるように２Ｒ1未満の公称直径を有している。このことによって、第１ボール・レンズが第１チャネル内部に固定され、光源チャンバと分析領域との間で第１ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールが形成される。検出器窓は、第２壁を通って延びる第２チャネルと、第２チャネル内に位置決めされた第２ボール・レンズとを含んでいる。第２ボール・レンズは半径Ｒ2を有しており、第２チャネルは、第２ボール・レンズの周りで変形させられるように、２Ｒ2未満の公称直径を有している。このことによって、第２ボール・レンズが第２チャネル内部に固定され、検出器と分析領域との間で第２ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールが形成される。第２チャネルの軸線が第１チャネルの軸線と分析領域内の交点で交差している。いくつかの事例において、交点から第１外面までの第１距離が約Ｒ1〜約３Ｒ1であり、交点から第２外面までの第２距離が約Ｒ2〜約３Ｒ2であり、第１ボール・レンズの中心から交点までの第３距離が約１．２Ｒ1〜約３．２Ｒ1であり、第２ボール・レンズの中心から交点までの第４距離が約１．２Ｒ2〜約３．２Ｒ2である。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、浸漬可能な蛍光センサ・ヘッドを製造する方法が提供される。この方法は、プラスチック・ワークピースを提供し、ワークピース内に光源チャンバと検出器チャンバとを形成することを含む。また、ワークピースの側面に切欠きを形成する。切欠きと光源チャンバとは平面状第１外面を備えた第１壁を画定し、切欠きと検出器チャンバとは平面状第２外面を備えた第２壁を画定する。平面状第１外面と平面状第２外面とは第１角度を成して交差する。この方法はまた、第１壁内に光源窓を形成することと、第２壁内に検出器窓を形成することとを含む。光源窓を形成することは、第１壁を通って延びる第１チャネルを形成することと、第１チャネル内に第１ボール・レンズを位置決めすることとを含む。第１ボール・レンズは半径Ｒ1を有し、第１チャネルは２Ｒ1未満の公称直径を有している。いくつかの事例において、第１ボール・レンズは、光源チャンバから第１チャネル内へ第１ボール・レンズを押し込むことによって位置決めされる。第１チャネルは、第１ボール・レンズの周りで変形することにより、第１ボール・レンズを固定し、光源チャンバとセンサ・ヘッドの外部との間で第１ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成する。検出器窓を形成することは、第２壁を通って延びる第２チャネルを形成することと、第２チャネル内に第２ボール・レンズを位置決めすることとを含む。第２ボール・レンズは半径Ｒ2を有し、第２チャネルは２Ｒ2未満の公称直径を有している。いくつかの事例において、第２ボール・レンズは、検出器チャンバから第２チャネル内へ第２ボール・レンズを押し込むことによって位置決めされる。このことは、第２チャネルを第２ボール・レンズの周りで変形させることにより、第２ボール・レンズを固定し、検出器チャンバとセンサ・ヘッドの外部との間で第２ボール・レンズの周りに連続的な不浸透性シールを形成する。この方法はさらに、光源チャンバ内に紫外線（ＵＶ）光源を位置決めすることと、検出器チャンバ内にＵＶ検出器を位置決めすることとを含む。ＵＶ光源は、センサ・ヘッドに近接する分析領域内部の水試料を励起させるために光源窓を通して第１ＵＶ波長を発し、ＵＶ検出器は、分析領域から検出器窓を通して第２ＵＶ波長の蛍光発光を検出する。
【０００９】
本発明の実施態様は、下記特徴及び／又は利点のうちの１つ以上を提供することができる。いくつかの実施態様は、例えば励起ビームの方向に対して所定の角度（例えば６０〜１２０度）で蛍光信号を測定するのに効率的なマイクロ光学素子を組み入れることによって、改善された感度を有する蛍光光度計センサ・ヘッドを提供する。いくつかの実施態様の場合、マイクロ光学素子が、蛍光信号が集束ボール・レンズにより接近して測定される分析領域をもたらすように配列されている。距離が短ければ短いほど、センサ・ヘッドの効率及び／又は感度を著しく高めることができる。いくつかの実施態様の場合、分析距離は、以前の設計のものの５分の１〜１０分の１の長さである。いくつかの実施態様の場合、分析距離は約２ｍｍであり得る。
【００１０】
以下の詳細な説明を読むことで、これらの特徴及び利点並びに他の様々な特徴及び利点が明らかになる。
【００１１】
下記図面は、本発明の具体的な実施態様を例示するものであり、従って本発明の範囲を限定するものではない。図面は、原寸に比例してはおらず（特に断りのない限り）、下記詳細な説明における説明と併せて用いられることが意図されている。本発明の実施態様を添付の図面と併せて以下に説明する。同様の符号は同様の要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計の斜視図である。
【図２】図２は、本発明のいくつかの実施態様に基づく励起スペクトル強度及び発光スペクトル強度のプロットである。
【図３】図３は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計の分解図である。
【図４】図４は、本発明のいくつかの実施態様に基づく制御ボードの概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボードの斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボードの一部の断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボードの一部の断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく発光検出器ボードの斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づく発光検出器ボードの一部の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明のいくつかの実施態様に基づくフィルタのスペクトル透過率の例を示すプロットである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明のいくつかの実施態様に基づくフィルタリングされた励起スペクトルとフィルタリングされた発光スペクトルとの間のスペクトル分離を示すプロットである。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの頂面斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａのセンサ・ヘッドの底部斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａのセンサ・ヘッドの斜視断面図である。
【図８】図８は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、水試料中の物質濃度を割り出す方法を示すフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの斜視断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａのセンサ・ヘッドを示す断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの断面図である。
【図１１】図１１は、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの製造方法を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づくボール・レンズの位置決めを示すセンサ・ヘッドの断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づくボール・レンズの位置決めを示すセンサ・ヘッドの断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明のいくつかの実施態様に基づくボール・レンズの位置決めを示すセンサ・ヘッドの断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、センサ・ヘッド・チャンバと、ボール・レンズを位置決めするための位置決め工具との断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、センサ・ヘッドと、ボール・レンズを位置決めするための位置決め工具との斜視図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に基づく、センサ・ヘッドと、図１３Ｂの位置決め工具との断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
下記の詳細な説明は本質的に模範例を示すものであり、本発明の範囲、適用性、又は形態を限定することは意図されていない。むしろ、下記説明は、本発明の模範的な実施態様を実施するためのいくつかの実際的な例を提供する。構造、材料、寸法、及び製造プロセスの例が、選択された要素のために提供され、他の全ての要素は本発明の分野における当業者に公知のものを採用する。記載の例の多くが種々様々な好適な代替物を有することは当業者に明らかである。
【００１４】
本発明の実施態様は概して、浸漬可能なセンサ・ヘッドを有する手持ち式光学測定装置と、このような装置の使用方法とを提供する。いくつかの実施態様において、手持ち式光学測定装置の構成部分は、有利には手持ち式構造内に内蔵されており、種々様々な用途のための好都合なツールを提供する。本発明のいくつかの実施態様の場合、手持ち式蛍光光度計の形態を成す光学測定装置が提供される。本発明のいくつかの実施態様が蛍光光度計（手持ち式又はその他の形式）に関連してここでは記載されているが、言うまでもなく、本発明の態様は種々の光学測定装置（例えば濁度計、吸光度計など）において具体化されることができ、そして本発明はいかなる特定の装置形態にも限定されることはない。
【００１５】
図１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計１００の形態を成す光学測定装置の斜視図である。蛍光光度計１００は一般に、手持ち式コントローラ・モジュール１０４に結合された浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２を含んでいる。コントローラ・モジュール１０４はまた、センサの読み値及び計算値をユーザに表示するための電子ディスプレイ１１０と、キーバッド１１２の形態を成す入力インターフェイスとを含んでいる。キーパッド１１２は、ユーザが蛍光光度計１００と対話するのを可能にする（例えば変数の入力、パラメータの設計、メニューアイテムへのアクセスなど）。
【００１６】
いくつかの実施態様によれば、コントローラ・モジュール１０４は一般に細長いハウジング１０６を有している。このハウジングは、蛍光光度計１００を手によって容易に把持又は保持するためにハンドル又は棒状部材と同様の好都合な形態を提供している。センサ・ヘッド１０２は好ましくは水密ハウジングを含んでいる。水密ハウジングは、関心事の液体試料内に部分的又は全体的に浸漬されたときに、センサ・ヘッドが測定及びその他の機能を果たすのを可能にする。従って、いくつかの事例では、センサ・ヘッド１０２は、浸漬可能なディップ・プローブと同様のいくつかの要素及び／又は特徴を有している。例えば、本発明のいくつかの実施態様の場合、浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２は米国特許第７，５５０，７４６号明細書及び米国特許出願公開第２００９／０２１２２３６号明細書（それぞれの明細書の内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる）に記載されたものと同様の１つ以上の要素及び／又は構成部分を有している。浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２の形態は、関心事の試料を含有する光学セルの外部にセンサ及び他の構成部分を位置決めする蛍光光度計及び他の光学機器といくつかの点で対比されることもできる。
【００１７】
いくつかの事例において、センサ・ヘッド１０２は、コントローラ・ハウジング１０６の、ディスプレイ１１０とは反対側の底面１０８に結合（例えば付着又は一体化）され、コントローラ・ハウジングの遠位端１２０に隣接して位置決めされている。典型的には、ユーザはコントローラ・ハウジングの近位端１２２の近くでコントローラ・ハウジング１０６を把持することにより、試料からの測定を行い、ディスプレイ１１０を読み、且つ／又はキーパッド１１２を操作することができる。例えば、センサ・ヘッド１０２を試料中に部分的又は完全に浸した状態で、（現場のリザーバ／容器内、実験室内のビーカー内などの）液体試料の表面の上方にコントローラ・モジュール１０４を保持することによって、ユーザはセンサ・ヘッド１０２を試料中に浸すことができる。いくつかの実施態様において、ユーザは、試料で満たされた試料カップを浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２の周りに繋止しつつ、コントローラ・モジュール１０４の第２の端部を把持してもよい。もちろん、コントローラ・モジュール及びセンサ・ヘッドの他の形態が可能であり、本発明は特定の物理的形態に限定されない。
【００１８】
一般に、手持ち式蛍光光度計１００は最小限でも、関心事の物質（例えば化学溶液、例えば抗菌生成物又は清浄化生成物）を含む試料からの蛍光発光を測定し、試料中の物質の濃度を計算し、且つ割り出された濃度をユーザに表示する。ユーザは次いで任意には、割り出された濃度に基づいて所期の処置を施すことができ、例えば、物質をより多く産業用システムに添加することによって物質濃度を高めることができる。このように、蛍光光度計は手動フィードバック・ループの一部であり得る。濃度が閾値濃度よりも低い又は高いことを蛍光光度計が割り出す場合、ユーザは、その差異を見て、生成物のディスペンシング量をより多く又はより少なくすることによって、生成物のディスペンシング量を適宜に調節することができる。加えて、蛍光光度計は生成物切れアラームの一部として機能することもできる。生成物が切れると、（生成物濃度を反映する）蛍光が所定の閾値レベル未満に低下する。この時点で、センサはディスペンサが生成物切れであることをユーザに警告することができる。信号は視覚的又は聴覚的な信号又は振動信号であり得る。従って、このようなフィードバックは、所期効果（清潔、微生物の低減、潤滑など）を達成するのに十分なクリーナー、抗菌剤、又はその他の組成物が存在することを保証する。
【００１９】
蛍光光度計の基本作業はよく知られているため、様々な詳細は便宜上ここでは省かれる。一般に、蛍光光度計１００は物質の蛍光特性に基づいて、液体試料中の特定物質の濃度を計算する。本明細書中により詳細に説明するように、蛍光光度計１００は光源を含む。光源は、選択された波長範囲内の光を発する。センサ・ヘッド１０２が液体試料中に浸漬されると、光は関心事の物質の粒子に衝突する。光は、物質の特定分子における電子を励起して、電子が別の波長範囲内のより低いエネルギーの光を発する（すなわち蛍光を発する）ようにする。センサ・ヘッド１０２は光学センサ、例えば光検出器を含む。この光学センサは、蛍光発光を検出し、且つ蛍光発光強度を示す相応の電気信号を生成する。蛍光光度計１００は、光学センサとカップリングされたコントローラを含んでいる。コントローラは蛍光発光強度と物質濃度との既知の関係に基づいて物質濃度を計算することができる。
【００２０】
この一般的なプロセスの数多くの変更形及び具体的な詳細が、蛍光光度計に関する本発明の実施態様に対して考えられる。例えば関心事の物質は、蛍光特性を有する所期の化学溶液であってよい。その一例としては、殺生物剤、例えば殺虫生成物及び抗菌生成物、防食生成物、スケール防止生成物、ファウリング防止生成物、殺菌生成物、及び他の清浄化生成物、洗剤、及び添加剤などが挙げられる。便宜上、これらの、そしてその他のこのような物質は代わりに単に「生成物」、「化学溶液」、及び／又は「処理溶液」と呼ばれる。さらに、種々の産業用システム内に使用される冷却水の試料（例えば水試料）における水処理溶液の濃度を割り出すことに関する例が本明細書中に提供されてはいるものの、手持ち式蛍光光度計１００が、水及び他の液体を処理するための数多くの環境内で使用される生成物の濃度を割り出す上で有用であることは言うまでもない。ほんの数例を挙げるならば、手持ち式蛍光光度計１００は、洗濯、自動食器洗浄、手動食器洗浄、サード・シンク(3rd sink)用途、パワーシンク(power sink)用途、自動車の手入れ、現場のクリーニング作業、健康管理用途、硬質面用途などにおける１つ以上の物質の濃度を割り出すのに有用である。
【００２１】
センサ・ヘッド１０２から放射する光の存在下で、多くの生成物が蛍光を発する。なぜならば、生成物を形成する化合物の多くは蛍光特性を有しているからである。例えば、ベンゼン成分を有する化合物又は分子は、１つ以上の置換電子供与基、例えば−ＯＨ、−ＮＨ2、及び−ＯＣＨ3と、蛍光特性を呈する多環式化合物とを取り込むことができる。上記用途で使用される多くの化合物は、これらと同様の化学構造、例えば界面活性剤、潤滑剤、抗菌剤、溶剤、ヒドロトロープ、再付着防止剤、色素、腐食防止剤、及び漂白添加剤を含む。これらの化合物は、食器洗浄用洗剤、濯ぎ剤、洗濯用洗剤、現場クリーニング用クリーナー、抗菌剤、床コーティング剤、食肉、家禽及び魚介の屠体処理剤、農薬、自動車手入れ用組成物、水管理組成物、プール及び温泉のための組成物、無菌パッケージング組成物、及び瓶洗浄組成物などのような生成物中に組み入れられることができる。これらの化合物及び対応する用途のうちのいくつかの例を米国特許第７，５５０，７４６号明細書に見いだすことができる。この内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる。
【００２２】
これに加えて、又はこれとは別に、蛍光トレーサ（ここでは「蛍光マーカー」とも呼ばれる）を、自然に蛍光を発する化合物を既に含む又は含まない生成物中に組み入れることができる。トレーサのいくつかの非限定的な例は、ナフタレンジスルホネート（ＮＤＳＡ）、２−ナフタレンスルホン酸、アシッド・イエロー７，１，３，６，８−ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩、及びフルオレセインを含む。いくつかの実施態様の場合、蛍光トレーサは生成物に周知の比率で添加され、ひいては一旦トレーサの濃度が割り出されると、生成物濃度を評価することが可能になる。例えば、いくつかの事例において、蛍光トレーサの濃度は、現在の蛍光信号と、較正手順中に測定された既知のトレーサ濃度からの蛍光信号とを比較することにより割り出すことができる。次いで、蛍光トレーサの既知の公称比率と、測定された蛍光濃度とから化学生成物の濃度を評価することができる。いくつかの事例において、液体試料中の現在の生成物濃度Ｃcを以下の式によって割り出すことができる。
【００２３】
Ｃc＝Ｃm×（Ｃ0／Ｃf）
【００２４】
ここで、Ｃm＝Ｋm×（Ｓx−Ｚ0）である。
【００２５】
ここで、Ｃmは現在の蛍光マーカー濃度であり、Ｋmは勾配補正係数であり、Ｓxは現在の蛍光測定値であり、Ｚ0はゼロシフトであり、Ｃ0は生成物の公称濃度であり、そしてＣfは蛍光トレーサの公称濃度である。
【００２６】
図２を参照すると、本発明のいくつかの実施態様に基づく励起スペクトル強度２０２及び発光スペクトル強度２０４のプロット２００が示されている。この例では、紫外線（ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態を成す光源を有する蛍光光度計は、約２８０ｎｍ〜約３１０ｎｍの励起光を、蛍光トレーサが添加された生成物を有する冷却塔水の試料中に発する。添加されたＮＤＳＡはこのＵＶ線を吸収して約３１０ｎｍ〜約４００ｎｍの蛍光を生成する。蛍光光度計の発光検出器は、この発光放射を検出し、蛍光光度計はＮＤＳＡトレーサの濃度を割り出し、そして最終的には冷却塔水試料中の生成物濃度を割り出す。
【００２７】
図３は、図１に示された手持ち式蛍光光度計と同様の手持ち式蛍光光度計３００の分解図である。蛍光光度計３００は一般に、コントローラ・モジュール部分３０３に結合された浸漬可能なセンサ・ヘッド３０１を含んでいる。コントローラ・モジュール部分３０３は、ハウジングと、ハウジング内部のいくつかの構成部分とを含んでいる。ハウジングは上側部分３０２と下側部分３０４とから形成されていて、コントローラ・ハウジングの下側部分３０４は下側部分の外側の底面３０５を画定している。センサ・ヘッド３０１はセンサ・ヘッド・ハウジング３１６を含んでいる。センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、コントローラ・ハウジングの底面３０５に固定的に取り付けられるように形成されている。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、コントローラ・ハウジングの１つ以上の部分と一体的に形成されていてよい。
【００２８】
いくつかの実施態様において、コントローラ・モジュール３０３は一般に、センサ・ヘッド３０１から受信された信号に基づいて生成物濃度を割り出すのに必要な構成部分を含む。図３に示されているように、コントローラ・モジュール３０３は制御ボード３０６を含んでいる。制御ボードは、ディスプレイボードケーブル３１２を介してディスプレイボード３０８とカップリングしている。ディスプレイボード３０８は電子ディスプレイ３０９（例えばＬＣＤスクリーン）を含んでいる。電子ディスプレイ３０９は情報をユーザに表示する。コントローラ・モジュール３０３はまた、メンブレン・キーパッド・オーバーレイ（membrane keypad overlay）３１０の形態を成す入力インターフェイスを含んでいる。メンブレン・キーパッド・オーバーレイは、ユーザがコントローラ・モジュール３０３によって種々様々な情報を入力するのを可能にする。コントローラ・モジュール３０３は、ポータブル電源、例えば蛍光光度計３００内の回路に給電するためのバッテリ３１４も含んでいる。
【００２９】
いくつかの実施態様において、浸漬可能なセンサ・ヘッド３０１は、共通の譲受人を持つ米国特許第７，５５０，７４６号明細書及び米国特許出願公開第２００９／０２１２２３６号明細書（それぞれの明細書の内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる）に記載されたものと同様の１つ以上の要素及び／又は構成部分を有している。図３に戻ると、いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド３０１はハウジング３１６を含んでいる。このハウジングは、光源ボード３２０と発光検出器ボード３２２とを収納している。第１のＯリング３１８が、センサ・ヘッド・ハウジング３１６とコントローラ・ハウジングの下側部分３０４との間にシールを形成する。光源ボード３２０及び発光検出器ボード３２２上の構成部分は黄銅管３２６によって遮蔽されている。黄銅管３２６はそれぞれのボードを実質的に取り囲んでいる。それぞれの管３２６は管の遠位端に切欠きを含んでおり、センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、ハウジングを通って延びる窓３３０を含んでいる。これらの切欠き及び窓３３０は、光源ボード３２０上に位置決めされた光源（例えばＬＥＤ）と、発光検出器ボード３２２上に位置決めされた発光検出器（例えば光検出器）とがセンサ・ヘッド・ハウジング３１６の外側の分析領域と連通するのを可能にする。電気ケーブル３２４が光源ボード３２０及び発光検出器ボード３２２を制御ボード３０６にカップリングする。制御ボード３０６は、ボード３０６上のコントローラが光源を制御し且つ発光検出器から戻った信号を受信するのを可能にする。いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド３０１は１つ以上の温度センサも含んでいる。これらの温度センサは水試料の温度を測定することができる。例えば光源ボード３２０及び／又は発光検出器ボード３２２は、センサ・ヘッド・ハウジング３１６内に延びる１つ以上の温度センサを含んでいてもよい。付加的なＯリング３３４とともに、センサ・ハウジング３１６の遠位面内に位置決めされたカバー３３２が、温度センサの周りにシールを形成する。
【００３０】
図４は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計のための制御ボード４００の概略図である。制御ボード４００は、プリント回路板４０１上に位置決め（例えばはんだ付け）されて一緒にカップリングされた（接続は図示されていない）数多くの別個の構成部分を含むことができる。図４は、１つの模範的な制御ボード４００の基礎構成部分の単純化された概略図を示しており、当業者には明らかなように、構成部分間の種々の接続及び／又は構成部分に関する細部は変化しうる。制御ボード４００はコントローラ４０２を含んでいる。コントローラ４０２は、発光検出器からの強度信号に基づいて水試料中の生成物濃度を計算する。コントローラ４０２は種々様々な他の機能を提供し得る。これらの機能の一例としては、較正ルーティンを実施すること、入力インターフェイスで入力された指示を受け入れて実行すること、及び／又は蛍光光度計のディスプレイ上の表示のためのデータをフォーマットすることが挙げられる。コントローラ４０２は、任意の好適な形態、例えばソフトウェア駆動型マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、又は固定ハードウェア・デザイン、例えば特定用途向け集積回路などの形態で具体化されることができる。加えて、コントローラ４０２は内蔵メモリを有していてよく、或いは、制御ボードは、コントローラ４０２による実行のための指示を保存するメモリ（図示せず）を有していてよい。
【００３１】
制御ボードは、制御ボード４００を電源、例えば図３に示されたバッテリ３１４に接続するためのコネクタ４１０を備えた電力ケーブルも含んでいる。制御ボード４００はまた、コントローラ給電部４１２と、アナログ給電部４１４と、センサ・ヘッド内の光源に給電するための光源給電部４１６とを含む。いくつかの実施態様の場合、制御ボード４００は、リアルタイム・クロック・バッテリ４１８と、ロックイン増幅器４２０と、基準フォトダイオード増幅器４２２と、ディスプレイボード４２４と光源ボード４０４と発光検出器ボード４０６とのためのコネクタとを含んでいる。いくつかの場合、制御ボード４００は、音響器４２６と、ＵＳＢ又はその他のタイプのデータ・コネクタ４２８と、他のコンピューティング・デバイスと交信するための無線手段４３０と、任意のアナログ出力部４３２及び論理出力部４３４とを有していてもよい。
【００３２】
図５Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボード５００の斜視図である。光源ボード５００（図３には符号３２０としても示されている）は一般にプリント回路板５０２を含み、プリント回路板５０２は、前置増幅器５０８と、光源ボード５００を制御ボードにカップリングするためのコネクタ５１０とともに、光源５０４と、基準フォトダイオード５０６とを有する。図５Ｂは、光源５０４と基準フォトダイオード５０６とが、プリント回路板５０２上に固定されたフィルタ・ホルダ５１４によって形成された光キャビティ５１６の内部に位置する１実施態様を示す断面図である。光源５０４からの光の小さな部分が基準フォトダイオード５０６に到達して基準信号を提供することにより、時間及び温度変化に伴う光源の出力強度の変動を補償する。いくつかの事例において、基準信号は励起フィルタ５１２からの反射及びキャビティ５１６内部の散乱光によって生成される。いくつかの事例において、基準信号は、安定しており、光源５０４の総出力に対して比例する。いくつかの実施態様の場合、基準フォトダイオード５０６は、光キャビティ５１６内で光が自然に減衰するため、光減衰器又はビーム・スプリッタなしで働く。励起フィルタ５１２は、光源５０４からの光を、光が浸漬可能なセンサ・ヘッドから出る前にフィルタリングすべく、フィルタ・ホルダ５１４によって光源５０４の上に位置決めされる。光源５０４は、考えられ得る種々様々な要素を含むことができる。例えば光源５０４はガス放電ランプ、水銀ランプ、重水素ランプ、金属蒸気ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は複数のＬＥＤであってよい。加えて、光源５０４は、選択された要素及び所望のスペクトルに応じて、考えられ得る数多くのスペクトルの励起放射を発することができる。いくつかの実施態様では、光源は波長約２８０ｎｍ〜約３１０ｎｍの光を発することができる紫外ＬＥＤである。
【００３３】
図５Ｃは、光キャビティ５１６の別の実施態様を示している。励起フィルタ５１２がＵＶ・ＬＥＤ５０４の頂部に直接に固定されている。カバー５２０がＵＶ・ＬＥＤ５０４及び基準フォトダイオード５０６の周りに光キャビティ５１６を形成している。カバー５２０は、出口５３０を有することによりＵＶ・ＬＥＤを励起窓（例えば図３に示された１つの窓３３０）とカップリングする。いくつかの事例において、ＵＶ・ＬＥＤによって発せられたＵＶ光の主要な部分が、ＵＶ・ＬＥＤ５０４から出口５３０を通って励起窓に移動する。いくつかの事例において、ＵＶ光のより小さな部分が、光キャビティ５１６内部で反射・散乱させられ、ＵＶ・ＬＥＤ強度に対して比例する安定な基準信号を提供する。いくつかの実施態様の場合、カバー５２０及び／又はフィルタ・ホルダ５１８をポリテトラフルオロエチレンから形成することにより、散乱信号の強度、及び基準信号の長期間安定性を改善する。いくつかの実施態様の場合、カバー５２０が金属化反射層を備えた研磨された内面を有することにより、且つ／又はフィルタ・ホルダ５１８が金属化反射層を備えた研磨された外面を有することにより、反射信号の強度及び基準信号の安定性を改善することができる。
【００３４】
図６Ａ及び６Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づく発光検出器ボード６００を示す。図６Ａは、発光検出器ボード６００の斜視図である。検出器ボード６００は一般に、プリント回路板６０２上に位置決めされた発光検出器６０４を含む数多くの構成部分を含んでいる。本発明のいくつかの実施態様の場合、発光検出器６０４はＵＶ感光性フォトダイオードを含む。例えば、検出器６０４は、センサ・ヘッドの外側の分析領域から検出された約３１０ｎｍ〜約４００ｎｍの光に基づいて強度信号を生成することができる。検出器ボード６００はまた、前置増幅器６０６と温度センサ６０８とを含んでいる。発光検出器６０４の周りに位置決めされた発光フィルタ・ホルダ６１０が、放射エネルギーをスクリーニングし、所期波長を通過させて検出器６０４に送るための１つ以上のフィルタを支持している。図６Ｂに示された実施態様の場合、フィルタは干渉フィルタ６１２とＵＧ−１１ガラス・フィルタ６１４とを含む。いくつかの実施態様の場合、付加的なポリエステル膜フィルタ６１６も発光検出器６０４の前に位置決めされている。いくつかの事例において、ポリエステル膜フィルタ６１６の厚さは約０．５±０．２ｍｍである。いくつかの事例では、光学設計（例えばボール・レンズ、高発散ビームなどの使用）が光学効率の増大をもたらすことができるが、高い効率及びコリメート・ビームに対する高い拒絶値を有する干渉フィルタの性能が犠牲になることもある。このようなポリエステル膜を組み入れると、いくつかの事例では、散乱光レベルを最小化することにより、１００ネフェロメトリック濁度単位（ＮＴＵ）という高い濁度の試料中のＮＤＳＡ蛍光の測定を可能にすることができる。
【００３５】
図６Ｃは、本発明のいくつかの実施態様に基づく、励起フィルタ５１２のスペクトル透過率６５０、干渉フィルタ６１２のスペクトル透過率６５２、ＵＧ−１１ガラス・フィルタ６１４のスペクトル透過率６５４、及びポリエステル・フィルム・フィルタ６１６のスペクトル透過率６５６の例を示すプロットである。いくつかの実施態様の場合、フィルタのこのような組み合わせは、ＵＶ・ＬＥＤからの励起光スペクトルと、試料内部の蛍光トレーサからの発光スペクトルとの間の効果的なスペクトル分離をもたらす。図６Ｄは、励起フィルタ５１２、干渉フィルタ６１２、ＵＧ−１１ガラス・フィルタ６１４、及びポリエステル・フィルム・フィルタ６１６を利用した、フィルタリングされた励起スペクトル６６０とフィルタリングされた発光スペクトル６６２との間のスペクトル分離を示すプロットである。
【００３６】
図７Ａ〜７Ｃは、前述のような手持ち式蛍光光度計のコントローラ・モジュールに取り付けられることができる、本発明のいくつかの実施態様に基づく別々の浸漬可能なセンサ・ヘッド７００を示す種々の図面を示す。図７Ａはセンサ・ヘッド７００の頂面斜視図である。図７Ｂはセンサ・ヘッド７００の底部斜視図である。図７Ｃは図７Ａのセンサ・ヘッド７００の斜視断面図である。センサ・ヘッド７００は、プラスチックから形成されることができ、且つ所望の形状及び特徴を得るように成形且つ／又はミリングされることができる。
【００３７】
一般に、センサ・ヘッド７００は、第１の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１２を含むハウジング７０２を含んでいる。第１の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１２は、光源回路ボード（例えば図３の符号３２０又は図５の符号５００の光源ボード）を受容するように形成されている。いくつかの事例において、光源チャンバ７１２は円筒形態を有するように形成されている。円筒形態は、図３に示された円筒形黄銅シールド３２６のための滑り嵌めを提供することができる。いくつかの実施態様の場合、光源チャンバ７１２は、チャンバ７１２の１つの側面に沿って平面状の壁７２６を含む部分円筒形態を有している。図７Ａ〜７Ｃに戻ると、センサ・ヘッド・ハウジング７０２は、光源チャンバ７１２と同様に、発光検出器回路ボード（例えば図３の符号３２２又は図６の符号６００）の発光検出器ボードを受容するための第２の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１４を含んでいる。いくつかの事例において、光源チャンバ７１２及び発光検出器チャンバ７１４は、センサ・ヘッド７００の長手方向軸線７０８を中心として対称に形成して位置決めされることができるが、このことは全ての実施態様において必要とされるわけではない。
【００３８】
センサ・ヘッド・ハウジング７０２はさらに、ハウジング７０２の外面内に所定の角度を成すアングル状切欠き７５２を含んでいる。いくつかの実施態様の場合、切欠き７５２の角度はほぼ９０度であるが、言うまでもなく本発明は切欠きのための特定の角度に限定されることはない。切欠き７５２は、センサ・ヘッド７００の長手方向軸線で第２壁７５６と交差する第１壁７５４によって仕切られている。第１壁７５４は光源窓７２０を画定する。光源窓７２０は、光源によって発せられた励起エネルギーのための、第１壁７５４を貫通する通路を提供する。第２壁７５６も同様に発光検出器窓７２２を画定し、この発光検出器窓７２２は、蛍光発光がセンサ・ヘッド・ハウジング７０２内部に配置された発光検出器に達するように、第２壁７５６を貫通する通路を提供する。いくつかの実施態様では、光源窓７２０及び／又は発光検出器窓７２２はセンサ・ヘッド・ハウジング７０２を通って延びるチャネルを含んでいる。いくつかの実施態様の場合、窓７２０，７２２は、レンズ、プリズム、又は光源放射及び／若しくは蛍光発光に対して光学的に透明な他の材料を含んでいる。例えばいくつかの実施態様の場合、それぞれのチャネル内部にはガラス又はサファイアのボール・レンズが位置決めされている。当業者に知られた他の好適な材料を使用してもよい。ボール・レンズは、光源／検出器窓を提供し、さらに、光源／検出器と、センサ・ヘッド７００のハウジング７０２の外側の分析領域７５０との間で光を導くための集束手段も提供する。
【００３９】
図示のように、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２を含むアングル状切欠き７５２は、アングル状切欠き及び窓がコントローラ・モジュールの遠位端に面するように、コントローラ・モジュールに対して配向されている。本明細書中にさらに論じるように、アングル状切欠き及び窓はいくつかの実施態様において、異なる方向に配向されていてよい。例えば、いくつかの実施態様において、アングル状切欠き及び窓は、コントローラ・モジュールの近位端に向いている。
【００４０】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００は近位端７０４と遠位端７０６とを含んでいる。これらの間には、長手方向軸線７０８とセンサ・ヘッド７００の長さ部分とが延びている。図１及び３に示されているように、いくつかの実施態様では、センサ・ヘッド７００は、センサ・ヘッド７００の近位端７０４又はその近くで、コントローラ・モジュール・ハウジングの底面に結合されている。いくつかの事例では、センサ・ヘッド７００はコントローラ・ハウジングにファスナによって固定的に取り付けられている。ファスナは例えばねじ、ボルト及び／若しくはピン、又は接着剤又は溶接（図示せず）を含むことができる。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド７００は４つのねじで固定されている。これらのねじは、センサ・ヘッド７００とコントローラ・モジュールとの間の溝７１０内に位置決めされたＯリングを圧縮する。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド・ハウジング７０２はコントローラ・モジュールと一体的に形成されて、センサ・ヘッドの近位端７０４とコントローラ・モジュールの底面とが継ぎ目なしに移行するようになっていてもよい。
【００４１】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００はファスナの一部又は全ても含んでいる。ファスナはセンサ・ヘッド７００の周りに試料カップを取り外し可能に固定する。ただ１つの例として、ファスナは、センサ・ヘッド・ハウジング７０２の周りに位置決めされた１つ以上のピン７４０と、試料カップ上の対応スロットとを含んでいてよい。いくつかの実施態様の場合、ピン７４０とスロットとはバヨネット式ファスナを形成する。バヨネット式ファスナは、試料カップをセンサ・ヘッドの周りに固定し、且つ試料カップをセンサ・ヘッド７００の周りに好ましい配向に方向付ける（例えば回転）。他のファスナ（例えばねじ山、対向する加圧要素など）を含むこともできる。
【００４２】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００はまた、図３に示されているような、１つ以上の温度センサ・カバーを挿入するための穴７３０を含んでいる。図７Ａ〜７Ｃに戻ると、穴７３０は、ねじ山を有しているか、或いは温度センサを受容して固定するように他の形で形成されていてよい。（図７Ａ〜７Ｃには示されていない）温度センサは、現在の水試料温度を検知し、そして対応信号を生成するように適合されている。対応信号は、例えば許容範囲外の温度に起因するエラーに基づいて濃度計算を補正するために使用されることができる。
【００４３】
加えて、センサ・ヘッド７００は好ましくは浸漬可能なセンサ・ヘッドである。浸漬可能なセンサ・ヘッドは、蛍光発光を測定するときにこれが水試料表面よりも下方に部分的又は全体的に浸漬されることを意味する。従って、センサ・ヘッド・ハウジング７０２、すなわちコントローラ・ハウジングへの結合部、及びハウジング７０２内の窓又はその他の潜在的な空所（void）は、浸漬前に事実上シールされる。例えばいくつかの場合、ハウジング７０２は、センサ・ヘッドの近位端７０４に第１のＯリング溝７１０を含み、且つ温度センサ穴７３０の周りに第２のＯリング溝７３２を含んでいる。試料カップを含むいくつかの実施態様において、センサ・ヘッドの近位端７０４の近くでセンサ・ヘッド７００の周囲に第３のＯリング溝７４２を形成することにより、試料カップとセンサ・ヘッド７００との間に実質的に不透過性のシールを提供する。加えて、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２はＯリングなどでシールされてもよい。いくつかの実施態様では、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２は、窓チャネルとチャネル内部に配置されたボール・レンズとの間の圧力嵌めに基づいてシールされている。
【００４４】
図８は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、水試料中の物質の濃度を割り出す方法を示すフローチャートである。一般に、蛍光光度計は生成物内の活性分子の蛍光発光を測定する。蛍光発光は水試料中の実際の生成物濃度に対して比例する。コントローラ・モジュールと、コントローラ・モジュールに結合されたセンサ・ヘッドとを有する手持ち式蛍光光度計を提供した（８０２）後、関心事の生成物を含有する水試料を提供する。センサ・ヘッドを水試料中に浸漬し（８０４）、水試料はセンサの分析領域を占有する。次に第１ＵＶ波長を有する紫外（ＵＶ）励起光をセンサ・ヘッド内の光源によって発生させて、これを水試料及び分析領域内へ導く（８０６）。次いでセンサ・ヘッドが第２ＵＶ波長で試料の蛍光発光を検出して測定する（８０８）。センサ・ヘッドはコントローラを含む（例えば図４の符号４０２）。コントローラが、測定された蛍光発光に基づいて試料中の生成物濃度を計算する（８１０）。第１波長は２８０〜３１０ｎｍであってよい。第２ＵＶ波長は３１０ｎｍ〜４００ｎｍであってよい。センサは第１波長で試料の基準蛍光発光を測定してもよい。センサは、化学物質濃度がゼロであるゼロ溶液の蛍光発光を測定してもよい。この場合、試料中の化学物質濃度は、化学物質を含有する試料の測定された蛍光発光と、ゼロ溶液の測定された蛍光発光との計算された差に基づいて計算されることができる。試料濃度は、較正試料中の既知の生成物濃度に対して割り出された較正定数に基づいて計算されてもよい。
【００４５】
一例として、いくつかの場合、２つのＵＶ検出器からの信号に基づいて試料濃度を評価することができる。基準検出器が、光源によって発生せしめられたＵＣ励起の強度を測定するのに対して、蛍光発光検出器が、生成物によって発せられた蛍光発光の強度を測定する。計算は下記の式を使用する。
【数１】
2013524205.tif 000003
【００４６】
ここで、Ｃｃは試料溶液中の生成物Ｘ（例えば界面活性剤、抗菌剤など）の実際の現在の濃度である。
【００４７】
Ｋxは較正係数である。
【００４８】
【数２】
2013524205.tif 000004
は、試料溶液に対応する発光検出器からの出力信号である。
【００４９】
【数３】
2013524205.tif 000005
は、試料溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。
【００５０】
【数４】
2013524205.tif 000006
は、ゼロ溶液（すなわち、生成物濃度がゼロである溶液）に対応する発光検出器からの出力信号である。
【００５１】
【数５】
2013524205.tif 000007
は、ゼロ溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。
【数６】
2013524205.tif 000008
【００５２】
ここで、ＣCALIBRは、較正溶液中の生成物の濃度である。
【００５３】
【数７】
2013524205.tif 000009
は、較正溶液に対応する発光検出器からの出力信号である。
【００５４】
【数８】
2013524205.tif 000010
は、較正溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。
【００５５】
いくつかの実施態様において、蛍光出力信号は、生成物濃度の非線形関数である。例えば試料溶液中の生成物Ｘの線形化された現在の濃度ＣLは、下記の式を用いて計算されることができる。
ＣL＝Ａ・Ｒ・（１＋Ｂ・Ｒ＋Ｃ・Ｒ2＋Ｄ・Ｒ3）
【００５６】
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、較正中に見いだすことができる線形化係数である。
【００５７】
【数９】
2013524205.tif 000011
は、試料と、本明細書において上述されたようなゼロ溶液とについての発光検出器信号及び基準検出器信号に基づくレシオメトリック出力信号である。
【００５８】
いくつかの実施態様において、蛍光出力信号は温度の非線形関数である。例えば試料溶液中の生成物Ｘの線形化された温度補正濃度
【数１０】
2013524205.tif 000012
は、下記の式を用いて計算されることができる。
【００５９】
【数１１】
2013524205.tif 000013
【００６０】
ここで、Ｋ1及びＫ2は、較正中に見出されることができる温度補正係数である。
【００６１】
ｔsは測定中の試料の温度である。
【００６２】
ｔCALIBRは較正中の試料の温度である。
【００６３】
図４を参照して上述したように、手持ち式蛍光光度計内部のコントローラ４０２は、発光検出器からの強度信号に基づいて試料中の生成物濃度を計算することができる。いくつかの実施態様の場合、コントローラ４０２は、上記関係を用いて、較正定数、ゼロシフト、及び／又は励起基準信号に基づいて生成物濃度を計算してもよい。コントローラのための操作指示はオンボード又は別個のメモリ内に記憶されることができる。この点に関して、メモリは、プログラム指示を含むコンピュータ可読媒体であってよい。これらのプログラム指示は、コントローラがこれらに帰属する機能のいずれかを提供し且つ本明細書中に記載された方法のいずれかを実施するようにする。コントローラは、発光検出器及び／又は基準検出器によって得られた生の蛍光データ及び他の関連データをメモリ内に記憶することもできる。コントローラは、計算された任意の蛍光値及び／又は濃度データをメモリ内に記憶することもできる。
【００６４】
ここで図９Ａ〜９Ｂを参照すると、図７Ａ〜７Ｃに示されたセンサ・ヘッド７００と同様の浸漬可能なセンサ・ヘッド９００のそれぞれ斜視図及び頂部断面図が、本発明のいくつかの実施態様に従って示されている。センサ・ヘッド９００は概して、ハウジング９０２と、光源チャンバ９１２と、検出器チャンバ９１４とを含んでいる。光源チャンバ９１２は、図５に示された光源ボード５００及び光源５０４と同様の光源ボード９３６にカップリングされた光源９３４を含んでいる。検出器チャンバ９１４は、図６に示された発光検出器ボード６００及び発光検出器６０４と同様の検出器ボード３９２にカップリングされた検出器９３０を含んでいる。センサ・ヘッド９００はまた、光源９３４からセンサ・ヘッド９００外部の分析領域９５０へ光を透過させる光源窓９０４と、分析領域９５０から検出器チャンバ９１４及び検出器９３０へ光を透過させる検出器窓９２０とを含んでいる。
【００６５】
いくつかの実施態様によれば、浸漬可能なセンサ・ヘッド９００は、分析領域９５０内部の水試料からの蛍光発光を測定し、且つ水試料の蛍光に対応する信号を生成することができる。本明細書中に論じられているように、このような能力は水試料内部の１つ以上の生成物の濃度を定量するのに有用であり得る。操作中、例えば光源９３４は、光源窓９０４が分析領域９５０へ透過させるＵＶ励起放射を発生させてよい。いくつかの事例では、図５Ｂ及び５Ｃに示された実施態様と同様に、光源９３４と光源窓９０４との間に励起フィルタが配置されている。いくつかの事例では、励起放射は、分析領域９５０を占める水試料中の蛍光応答を刺激する。この蛍光応答を検出器窓９２０は検出器９３０へ透過させる。いくつかの事例では、図６Ｂに示された実施態様と同様に、検出器窓９２０と検出器９３０との間に１つ以上の発光フィルタが配置されている。次いで、検出器９３０は、蛍光発光強度に対応する電気信号を発生させる。検出器９３０はさらにコントローラとカップリングされている。次いで、コントローラは蛍光発光強度に基づいて生成物濃度を計算することができる。
【００６６】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド９００は、図１を参照して上述した蛍光光度計１００のような手持ち式蛍光光度計内部に設けられている。このようなものとして、検出器９３０は、蛍光光度計のコントローラ・モジュール部分（例えばハンドル）内部に配置されたコントローラとカップリングされていてよい。いくつかの実施態様では、センサ・ヘッド構造は、ベース・コントローラと連通するディップ・プローブ（dip probe）内に（例えばケーブル、無線伝送などを介して）組み込まれていてよい。例えば、いくつかの実施態様の場合、浸漬可能なセンサ・ヘッド９００は、共通の譲受人を有する米国特許第７，５５０，７４６号明細書及び／又は米国特許出願公開第２００９／０２１２２３６号明細書に記載されたものと同様の蛍光光度計内に組み込まれていてよい。いくつかの事例では、センサ・ヘッド９００は、コントローラ機能を提供するパーソナル・コンピュータとカップリングされてよい。言うまでもなく、他の装置も可能であり、本発明の範囲はいかなる特定のコントローラ構造にも限定されない。
【００６７】
図９Ａ及び９Ｂに戻ると、いくつかの実施態様では、センサ・ヘッド９００は、ハウジング９０２の側面に切欠き９５２を含んでいる。いくつかの事例では、切欠き９５２は概して、平面状外面を有する第１壁９５４と、第１壁９５４の外面と第１角度を成して交差する平面状外面を有する第２壁９５６とを画定している（すなわち第１壁９５４と第２壁９５６とは第１角度を形成する）。光源窓９０４は、第１壁９５４内部に配置され、且つ、切欠き内に概して配置された分析領域９５０と、センサ・ヘッド９００内部の光源チャンバ９１２との間で、第１壁を通して光を透過させるための通路を提供する。検出器窓９２０は、第２壁９５６内部に配置され、且つ、分析領域９５０と、センサ・ヘッド９００内部の検出器チャンバ９１４との間で、第２壁を通して光を透過させるための通路を提供する。
【００６８】
本発明のいくつかの実施態様の場合、光源窓９０４及び／又は検出器窓９２０は、センサ・ヘッド・ハウジングを通るチャネルと、チャネルを通して光を透過させつつでチャネルを閉じる窓又はレンズのような透過素子との組み合わせを含んでいる。図９Ａ及び９Ｂに示されているように、光源窓９０４は、光源チャンバ９１２とセンサ・ヘッド９００の外部との間で第１壁９５４を通って延びる第１チャネル９０６と、第１チャネル９０６内に位置決めされた第１ボール・レンズ９０８とから形成されている。同様に、検出器窓９２０は、検出器チャンバ９１４とセンサ・ヘッド９００の外部との間で第２壁９５６を通って延びる第２チャネル９２２と、第２チャネル９２２内に位置決めされた第２ボール・レンズ９２４とから形成されている。
【００６９】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド９００は好ましくは浸漬可能なセンサ・ヘッドである。これは、センサ・ヘッドが測定中に水試料表面よりも下方に部分的又は全体的に浸漬されることを意味する。従って、光源窓９０４及び検出器窓９２０をシールすることにより、光源チャンバ及び検出器チャンバとセンサ・ヘッド外部との間にほぼ不浸透性のシールを提供することができる。前述のように、いくつかの実施態様の場合、窓はＯリング及び／又は他のシーリング構成部分でシールされていてよい。
【００７０】
光源窓９０４及び検出器窓９２０は、Ｏリングのような付加的なシーリング構成部分を必要とすることなしに、窓チャネルと、チャネル内部に位置決めされたボール・レンズとを圧力嵌めすることによってシールされていてもよい。いくつかの事例では、ハウジングの第１壁９５４及び第２壁９５６は、窓チャネルがチャネル内部のボール・レンズの周りで膨らんでボール・レンズを固定するのを可能にするある程度弾性的又は変形可能な材料（例えばプラスチック）を含むことができる。例えばいくつかの実施態様の場合、第１ボール・レンズ９０８は半径Ｒ1を有しているのに対して、第１チャネル９０６は２Ｒ1未満の公称直径を有している。ボール・レンズの位置では、チャネルはその公称直径を超えて膨らむことにより、ボール・レンズのより大きい直径を収容する。チャネルは、こうしてボール・レンズの周りで変形し、チャネル９０６内部でこれを固定する。いくつかの事例では、第１チャネル９０６の変形と、ボール・レンズ９０８とチャネル９０６との間の対応する圧力嵌めとによって、光源チャンバ９１２とセンサ・ヘッドの外部の分析領域との間において、第１ボール・レンズ９０８の周りに連続的な不浸透性シールが形成され且つ／又は完成する。
【００７１】
いくつかの実施態様の場合、第１チャネル９０６の公称直径は約１．７５Ｒ1〜約１．９５Ｒ1である。いくつかの事例では、第１ボール・レンズ９０８の半径Ｒ1は、約１ｍｍ〜約４ｍｍである。言うまでもなく、第１チャネルの他の直径が可能であるように、Ｒ1に対しても他の半径が可能である。
【００７２】
第２ボール・レンズ９２４の周りに同様のシールが形成されていてよい。例えばいくつかの実施態様の場合、第２ボール・レンズ９２４は半径Ｒ2を有しているのに対して、第２チャネル９２２は２Ｒ2未満の公称直径を有している。第２ボール・レンズの位置では、チャネルはその公称直径を超えて膨らむことにより、第２ボール・レンズのより大きい直径を収容する。第２チャネルは、こうしてボール・レンズの周りで変形し、第２チャネル９２２内部でこれを固定する。いくつかの事例では、第２チャネル９２２の変形と、第２ボール・レンズ９２４と第２チャネル９２２との間の対応する圧力嵌めとによって、検出器チャンバ９１４とセンサ・ヘッドの外部の分析領域との間において、第２ボール・レンズ９２４の周りに連続的な不浸透性シールが形成され且つ／又は完成する。
【００７３】
いくつかの実施態様の場合、第２チャネル９２２の公称直径は約１．７５Ｒ2〜約１．９５Ｒ2である。いくつかの事例では、第２ボール・レンズ９２４の半径Ｒ2は、約１ｍｍ〜約４ｍｍである。第２ボール・レンズ９２４の半径Ｒ2は、第１ボール・レンズ９０８の半径Ｒ1と同じであってもよいが、これが必要とされるわけではない。言うまでもなく、第２チャネルの他の直径が可能であるように、Ｒ2に対しても他の半径が可能である。
【００７４】
本発明の実施態様では、一つには水試料が光源窓／発光検出器窓のすぐ近くにあり、このことによって光源窓／発光検出器窓と水試料内部の生成物との間の移動距離が劇的に短くなることに部分的に起因して、感度が高められる。従って、本発明の実施態様においてもたらされた高められた感度は、極めて低濃度の生成物（例えば数ｐｐｍ）を測定することと、色度及び／又は濁度が高い水試料内部の生成物の濃度を測定することとに有用である。本発明のいくつかの実施態様によれば、ボール・レンズのうちの１つ以上とチャネルとの間の圧力嵌めによって形成されたシールは、別個のシーリング構成部分、例えばＯリングを組み入れた設計と比較して、ボール・レンズの改善された位置決めを可能にする。例えば、別個のＯリングが存在しないことによって、ボール・レンズのうちの一方又は両方が分析領域９５０により接近して位置決めされるのが可能になり、ひいては透過長さが短くなり、色度及び／又は濁度が高い水試料を測定するための作業効率が一層高められる。いくつかの実施態様では分析距離は、以前の設計の約５分の１〜約１０分の１の長さであり得る。
【００７５】
図９Ｂを参照すると、本発明のいくつかの実施態様において、ボール・レンズ９０８、９２４のうちの１つ以上はセンサ・ヘッドのハウジングから突出しており、ひいては分析領域９５０との距離が短くなる。いくつかの事例では、第１ボール・レンズ９０８は第１チャネル９０６から部分的に突出しているので、第１壁９５４の外面の平面が第１ボール・レンズ９０８と交差する。第２ボール・レンズ９２４も第２チャネル９２２から突出しているので、第２壁９５６の外面の平面が第２ボール・レンズ９２４と交差する。それぞれのチャネル内部の第１ボール・レンズ９０８及び／又は第２ボール・レンズ９２４の位置決めは、チャネルの長さ（例えば第１壁９５４及び第２壁９５６の幅）、及びボール・レンズの直径に応じて変化してよい。例えばいくつかの事例では、ボール・レンズの一方の側が第１壁９５４の外面を超えて突出するのに対して、第１壁の平面状内面９６２がボール・レンズの反対側の外面に対して接線を成すか又はこの外面と面一であるように、第１ボール・レンズ９０８は第１チャネル９０６内部に位置決めされてよい。いくつかの事例では、第２ボール・レンズ９２４も同様に第２チャネル９２２内部に位置決めされて、平面状内面９６０が第２ボール・レンズ９２４の外面に対して接線を成すか又はこの外面と面一である。
【００７６】
図１０Ａ〜１０Ｃは、本発明のいくつかの実施態様による種々異なる角状切欠き及び光学素子配列を有するセンサ・ヘッドの断面図である。図１０Ａは、第１壁９５４と第２壁９５６とが約９０度の角度を形成している切欠き１０１４を有するセンサ・ヘッド１０００Ａを示している。光源窓チャネルの軸線１０１２は、センサ・ヘッド外部の分析領域９５０内部の交点で、検出器窓チャネルの軸線１０１０と交差している。この実施態様に示されているように、第１チャネルの軸線１０１２及び第２チャネルの軸線１０１０が第１壁９５４及び第２壁９５６の外面に対して直交するように（しかし直交関係が必要とされるわけではない）、第１チャネル９０６及び第２チャネル９２２は第１壁９５４及び第２壁９５６内部に位置決めされている。
【００７７】
切欠き１０１４の角度（すなわち第１壁９５４と第２壁９５６との間の角度）、及び／又は第１チャネルの軸線１０１２と第２チャネルの軸線１０１０との交差角度は、本発明の種々異なる実施態様において変化することができる。例えば、いくつかの事例において、チャネル間及び／又は切欠き壁間の角度は約６０度〜約１２０度であってよい。言うまでもなく、直交チャネルの場合、チャネルの交差角度は、第１壁と第２壁との間の角度を相補することになる（すなわちこのような事例では、両方の角度は合計で１８０度になる）。
【００７８】
図１０Ａに示されているように、切欠き１０１４の角度、及びチャネルの軸線間の交差角度は両方とも約９０度である。光源チャネルと検出器チャネルとの間の直角配置は、特にいくつかの既存の光学センサ内に提供された１８０度配列と比較して、検出器チャネルに入射する励起光量を最小化することにより、作業効率をさらに高めることができる。もちろん、本発明の実施態様は、特定の角度配向に限定されるものではなく、具体的な実施態様に対する所期パラメータに応じて形成されてよい。図１０Ｂ及び１０Ｃは２つの付加的な実施態様を示している。図１０Ｂでは、センサ・ヘッド１０００Ｂには約１２０度の角度を形成する角状切欠き１０１６が設けられ、一方、第１チャネル９０６の軸線１０１２と第２チャネル９２２の軸線１０１０とは約６０度の角度を形成している。図１０Ｃでは、センサ・ヘッド１０００Ｃには約６０度の角度を形成する角状切欠き１０１８が設けられ、一方、第１チャネル９０６の軸線１０１２と第２チャネル９２２の軸線１０１０とは約１２０度の角度を形成している。
【００７９】
本明細書中で上述したように、本発明の実施態様は、ボール・レンズのうちの一方又は両方が分析領域９５０により接近して位置決めされるのを可能にし、ひいては分析領域９５０とボール・レンズとの間の、水試料を通る透過長さを短くする。例えばいくつかの事例では、チャネルの軸線の交点は、第１壁９５４の外面からの距離が約Ｒ1〜約３Ｒ1であり、且つ第２壁９５６の外面からの距離が約Ｒ2〜約３Ｒ2である。いくつかの事例では、交点は、第１ボール・レンズ９０８の中心からの距離が約１．２Ｒ1〜約３．２Ｒ1であり、且つ第２ボール・レンズ９２４の中心からの距離が約１．２Ｒ2〜約３．２Ｒ2である。いくつかの実施態様の場合、第１ボール・レンズ９０８及び第２ボール・レンズ９２４の両方は、交点からの距離が約２ｍｍ未満である。図１０Ａに示されているように、いくつかの事例では、第１ボール・レンズ９０８は実際に第２ボール・レンズ９２４に接触してよい。また言うまでもなく、図１０Ａ〜１０Ｃは、第１ボール・レンズ、第１壁、及び第１チャネルと、第２ボール・レンズ、第２壁、及び第２チャネルとの対称構造を示しているが、光学的配列はいくつかの実施態様では対称的ではない場合がある。
【００８０】
図１１は、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの製造方法１１００を示すフローチャートである。この方法は、最初にワークピースを提供すること（１１０２）を含み、このワークピースからセンサ・ヘッドが作り出される。いくつかの実施態様において、ワークピースは好ましくはモールディング可能且つ／又はミリング可能な不透明なプラスチック、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＣＶ）、ポリオキシメチレン、又はポリアセタールである。いくつかの実施態様において、プラスチックは、発光検出器が感受性を有する光波長、及び／又はセンサ・ヘッド内部の光源によって発せられる光波長に対して不透明である。もちろん他のプラスチックも可能であり、いくつかの事例では、試料内部で発生する化学プロセスと適合するものであればいかなる不透明プラスチックも使用することができる。当業者に知られている他の材料（高分子材料及び非高分子材料の両方）も可能である。いくつかの実施態様では、ワークピースはモールディングを通して形成されてもよいが、いくつかの実施形態では、センサ・ヘッドは固体ワークピースをミリングすることによって作られる。
【００８１】
方法１１００は、ワークピース内に光源チャンバ（１１０４）及び検出器チャンバ（１１０６）の両方を形成することを含む。例えば、ほぼ円筒形のチャンバ、本明細書中で上記したもののような１つ以上の平面状内面を備えたチャンバ、又はセンサ電子装置を収容するのに適した他の任意のチャンバを形成することができる。またワークピースの側面に切欠きを形成する（１１０８）。切欠きと光源チャンバとは平面状外面を備えた第１壁を画定し、切欠きと検出器チャンバとは、第１壁の表面と第１角度を成して交差する平面状外面を備えた第２壁を画定する。この方法は、さらに、第１壁内に光源窓を形成すること（１１１０）と、第２壁内に検出器窓を形成すること（１１１２）とを含む。光源チャンバ内にＵＶ光源を位置決めし（１１１４）、検出器チャンバ内にＵＶ検出器を位置決めする（１１１６）。ＵＶ光源は、センサ・ヘッドに近接する分析領域内部の水試料を励起させるために光源窓を通して第１ＵＶ波長を発する。水試料の励起は、分析領域から検出器窓を通して第２ＵＶ波長において検出される。
【００８２】
いくつかの実施態様によれば、光源窓及び／又は検出器窓を形成することは、それぞれ第１壁及び／又は第２壁を通るチャネルを形成（例えばミリング、エッチング、モールディングなど）することと、それぞれのチャネル内部にボール・レンズを位置決めすることとを含む。いくつかの事例において、チャネル及び／又はボール・レンズは、本明細書中に上記したものと同様であってよい。
【００８３】
図１２Ａ〜１２Ｃを参照すると、センサ・ヘッド１２００の断面図が、本発明のいくつかの実施態様に基づくボール・レンズ９０８の位置決めを示している。上述のように、いくつかの事例において、第１チャネル９０６及び／又は第２チャネル９２２は、チャネル内部に位置決めされたボール・レンズの直径よりも小さな公称直径を有している。いくつかの実施態様において、光源チャンバ９１２の内側からチャネル９０６内へボール・レンズを挿入し（図１２Ａ）、次いでボール・レンズがチャンバ／壁の内面と面一になって壁の外面から突出する（図１２Ｃ）ように、第１ボール・レンズをチャネル内へ押し込むことによって、光源窓チャネル９０６内部に第１ボール・レンズ９０８を位置決めする。
【００８４】
ボール・レンズ９０８がチャネル９０６内に押し込まれるのに伴って、チャネル表面は好ましくは変形することにより、ボール・レンズの通過を許す。例えばプラスチック内に形成されたチャネルを通してガラス又はサファイアのボール・レンズを押すことにより、ボール・レンズがチャネル内を通過するのに伴って、チャネルを変形させることができる。いくつかの事例では、チャネル壁の材料はまた、ボール・レンズがチャネル内を通過するのに伴って、弾性的にその公称直径に戻る。ボール・レンズがその最終位置にあるときには、チャネルは、ボール・レンズの周りで（例えばボール・レンズの内側及び外側で）変形させられたままであり、ひいてはチャネル９０６内部でボール・レンズ９０８を固定し、光源チャンバとセンサ・ヘッド外部との間で、ボール・レンズの周りにほぼ連続的な不浸透性シールを形成する。同様の方法を用いて、検出器チャネル９２２内部にボール・レンズを位置決めすることができる。
【００８５】
図１２Ａ〜１２Ｃを参照すると、いくつかの実施態様では、チャネル９０６内にボール・レンズ１１０２を押し込むために、工具１２０２を使用することができる。いくつかの実施態様では、光源チャンバ９１２又は検出器チャンバ９１４内に工具１２０２を挿入することにより、チャンバ内からボール・レンズを押すことができる。図１０Ｃを参照すると、いくつかの実施態様では、窓チャネル９０６及び９２２を機械加工してチャンバの外側からボール・レンズを押し込むために、センサ・ヘッド・ハウジングの側面に設けられた開口が光源チャンバ９１２及び検出器チャンバ９１４へのアクセスを可能にする。ボール・レンズの位置決め後、ストッパ１０２０、１０２２又は別の同等手段で開口をシールすることができる。
【００８６】
図１３Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく、窓チャネル１３０４内部にボール・レンズ１３０６を位置決めするための挿入又は位置決め工具１３００の一例を示す断面図である。位置決め工具１３００は好ましくは、センサ・ヘッド・チャンバ１３０２（例えば光源チャンバ及び／又は検出器チャンバ）内部に嵌合するように寸法設定されて成形されている。いくつかの実施態様の場合、工具１３００はフレーム１３１０を含んでいる。フレーム１３１０は楔１３１２を移動可能に支持している。押圧部品１３１４（例えばねじ）が楔を押し下げることができる。次いで、楔はフレーム１３１０の角度付き部分によってボール・レンズ１３０６に対して側方に向けられる。ボール・レンズをチャネル内に押し込んだ後、工具１３００を取り外し、適宜の電子装置をチャネル内に取り付けることができる。
【００８７】
図１３Ｂ及び１３Ｃは、本発明のいくつかの実施態様に基づく、センサ・ヘッド１３２２の窓チャネル１３０４内部にボール・レンズ１３０６を挿入するための挿入又は位置決め工具１３２０の別の例をそれぞれ示す斜視図及び断面図である。位置決め工具１３２０は、センサ・ヘッド・チャンバ１３０２内部に嵌合するように成形された細長いロッド又はバーとして形成されている。いくつかの事例において、バーの平らな部分１３２４がバーの一方の端部の近くに、平らな傾斜付き又は角度付きのノッチ（notch）１３２６を有している。挿入工具１３２０がセンサ・ヘッド・チャンバ１３０２内部で動くと、平らな傾斜付きノッチ１３２６は、ボール・レンズ１３０６を窓チャネル１３０４内に押し込む力を形成する。いくつかの事例では、挿入工具１３２０は、例えばバーの両端部に、異なる深さ及び／又は角度を有する平らな傾斜付きノッチ１３２６を有することができる。例えば、より深いノッチが窓チャネル１３０４内へのボール・レンズの初期挿入を容易にすることができ、次いで挿入工具を抜き出し、回転させ、そしてより浅いノッチを使用するために反対側の端部を挿入することによって、ボール・レンズ１３０６が窓チャネル１３０４内に完全に挿入されることを保証することができる。
【００８８】
このように本発明の実施態様が開示された。開示された実施態様を参照しながらかなり詳細に本発明を説明してきたが、開示された実施態様は一例として提示されたに過ぎず、本発明の他の実施態様も可能である。当業者には明らかなように、本発明の思想及び添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の変更、適応、及び改変を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【国際調査報告】
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