(57)【要約】【課題】  流体の非侵襲的分析において、簡易な構成で分解能を向上させる。【解決手段】  流体物が流通する透光性のチューブ１３の外側に着脱自在に設けられる流体検知センサ１であって、単一のピーク波長を有する光を出射する、発光素子１８ａ〜１８ｆと、発光素子１８ａ〜１８ｆの光が出射される光出射端１１１ａからチューブ１３を間に挟んで一定距離離れた場所に配置された、互いに独立した複数の受光面１２３ａを有する受光素子１９と、チューブ１３と受光素子１９との間又は光出射端１１１ａとチューブ１３との間に配置されたプリズム１７とを備え、受光素子１９は、プリズム１７により分光された光をそれぞれ異なる受光面１２３ａで受光する。【選択図】図１
2012021917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体物が流通する透光性のチューブの外側に着脱自在に設けられる流体検知センサであって、
単一のピーク波長を有する光を出射する、単数又は複数の発光素子と、
前記単数又は複数の発光素子の光が出射される光出射端から前記チューブを間に挟んで一定距離離れた場所に配置された、互いに独立した複数の受光面を有する受光手段と、
前記チューブと前記受光手段との間又は前記光出射端と前記チューブとの間に配置された分光手段とを備え、
前記受光手段は、前記分光手段により分光された光をそれぞれ異なる受光面で受光するものである、流体検知センサ。
【請求項２】
流体物が流通する透光性のチューブと、
前記チューブの外側に設けられ、単一のピーク波長を有する光を出射する、単数又は複数の発光素子と、
前記チューブの外側であって、光出射端と対向する位置に設けられた、互いに独立した複数の受光面を有する受光手段と、
前記チューブの前記受光手段と隣接する側の壁部又は前記光出射端と隣接する側の壁部と一体的に形成された分光手段とを備え、
前記受光手段は、前記分光手段により分光された光をそれぞれ異なる受光面で受光するものである、流体検知センサ。
【請求項３】
前記発光素子は複数であって互いに異なる前記ピーク波長を有するものであり、前記チューブの延伸方向に対して交差する線上に配列されている、請求項１又は２に記載の流体検知センサ。
【請求項４】
前記発光素子は複数であって互いに異なる前記ピーク波長を有するものであり、前記チューブの延伸方向に平行な直線上に配列されている、請求項１又は２に記載の流体検知センサ。
【請求項５】
前記発光素子の光路において前記分光手段の直前に設けられた、一定大きさの開口を有する第１の遮蔽板を備えた、請求項１から３のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項６】
前記開口は、前記発光素子の個数及び形状の少なくともいずれか一方に対応して設けられている、請求項５に記載の流体検知センサ。
【請求項７】
前記発光素子の光路において前記発光手段の直後に設けられた、前記チューブの延伸方向に沿って延伸する形状の開口を有する第２の遮蔽板を備えた、請求項１から６のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項８】
前記受光素子の直前に設けられた集光手段を備えた、請求項１から７のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項９】
前記チューブの、発光素子と対向する側の外壁と内壁、及び前記受光面と対向する側の内壁と外壁の少なくともいずれか一方は、平行面を成している、請求項１から８のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項１０】
前記分光手段はプリズムである、請求項１から９のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項１１】
前記分光手段は回折格子である、請求項１から９のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項１２】
前記分光手段はグリズムである、請求項１から９のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項１３】
前記受光手段は、前記複数の受光面の全部又は一部が一つの素子上に設けられたものである、請求項１から１２のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項１４】
前記受光手段は、前記複数の受光面の各々が互いに独立した素子上に設けられたものである、請求項１から１２のいずれかに記載の流体検知センサ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の流体検知センサと、
前記発光素子の動作を制御する発光制御手段と、
前記受光素子した光の分光分析処理を行う分析手段とを備え、
前記発光制御手段は前記発光素子を時分割に発光させる制御を行う、分光分析装置。
【請求項１６】
前記分析手段は、前記受光素子が同一波長帯域に属する光を複数回受光した場合は、より光量の大きい光を優先的に分光分析処理に用いる、請求項１５に記載の分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲型でチューブ内を流れる流体物の分析を行う、流体検知センサ及び分光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、飲食物や化学薬品の成分を非侵襲的に分析することは広く行われている。
【０００３】
特に液体やゲルといった流体物である飲料や化学品等の場合、製造現場から例えば貯蔵タンクへ製品を直送する流路上に分析装置を設け、流路内を流通する流体物に対して分光分析を行うことで、試料を別途採取することなく簡易に分析を行う技術が、例えば特許文献１及び特許文献２に紹介されている。
【０００４】
図１９は、上記従来の簡易な分光分析技術の模式図である。図１９に示すように、透明なチューブ５０１を間に挟んで設けられた、赤外線等の所望の波長光を発生するＬＥＤその他の発光素子５０２とＣｄｓ等の受光素子５０３とを用い、発光素子５０２からの出射光をチューブ５０１及びチューブ５０１内を流入する流体物５０１ａを透過させた後に受光させるものである。
【０００５】
受光素子５０３から得られた電気信号は信号処理部５０４にて数値化され予め取得した既知のデータベースと比較されることで、当該データベースから信号の数値に対応した流体物５０１ａの特性値が得られ、この値を分析結果として出力する。これよりチューブ５０１内を流れる流体物５０１ａの特性（特定成分の濃度、含有率等）を測定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３００３３７号公報
【特許文献２】米国特許第７２３６２３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来の技術による簡易分光分析においては、以下のような問題があった。すなわち、分解能の高い精密な分光分析を行うには狭い波長ピッチで波長が変化する複数の光を用いることが望ましい。図１９に示す構成の場合では、３つの発光素子５０２として、それぞれ異なるピーク波長の素子を用いることにより分解能を高めることができる。
【０００８】
ところが、それらの分解能は発光素子５０２である既成のＬＥＤ等の製品の定格によって定まり、精細な分解能を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、流体物の非侵襲的分析において、簡易な構成で分解能を向上させることが可能な、流体検知センサ及び分光分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、
流体物が流通する透光性のチューブの外側に着脱自在に設けられる流体検知センサであって、
単一のピーク波長を有する光を出射する、単数又は複数の発光素子と、
前記単数又は複数の発光素子の光が出射される光出射端から前記チューブを間に挟んで一定距離離れた場所に配置された、互いに独立した複数の受光面を有する受光手段と、
前記チューブと前記受光手段との間又は前記光出射端と前記チューブとの間に配置された分光手段とを備え、
前記受光手段は、前記分光手段により分光された光をそれぞれ異なる受光面で受光するものである、流体検知センサである。
【００１１】
又、本発明の第２の側面は、
流体物が流通する透光性のチューブと、
前記チューブの外側に設けられ、単一のピーク波長を有する光を出射する、単数又は複数の発光素子と、
前記チューブの外側であって、光出射端と対向する位置に設けられた、互いに独立した複数の受光面を有する受光手段と、
前記チューブの前記受光手段と隣接する側の壁部又は前記光出射端と隣接する側の壁部と一体的に形成された分光手段とを備え、
前記受光手段は、前記分光手段により分光された光をそれぞれ異なる受光面で受光するものである、流体検知センサである。
【００１２】
又、本発明の第３の側面は、
前記発光素子は複数であって互いに異なる前記ピーク波長を有するものであり、前記チューブの延伸方向に対して交差する線上に配列されている、本発明の第１又は第２の側面の流体検知センサである。
【００１３】
又、本発明の第４の側面は、
前記発光素子は複数であって互いに異なる前記ピーク波長を有するものであり、前記チューブの延伸方向に平行な直線上に配列されている、本発明の第１又は第２の側面の流体検知センサである。
【００１４】
又、本発明の第５の側面は、
前記発光素子の光路において前記分光手段の直前に設けられた、一定大きさの開口を有する第１の遮蔽板を備えた、本発明の第１から第３のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００１５】
又、本発明の第６の側面は、
前記開口は、前記発光素子の個数及び形状の少なくともいずれか一方に対応して設けられている、本発明の第５の側面の流体検知センサである。
【００１６】
又、本発明の第７の側面は、
前記発光素子の光路において前記発光手段の直後に設けられた、前記チューブの延伸方向に沿って延伸する形状の開口を有する第２の遮蔽板を備えた、本発明の第１から第６のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００１７】
又、本発明の第８の側面は、
前記受光素子の直前に設けられた集光手段を備えた、本発明の第１から第７のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００１８】
又、本発明の第９の側面は、
前記チューブの、発光素子と対向する側の外壁と内壁、及び前記受光面と対向する側の内壁と外壁の少なくともいずれか一方は、平行面を成している、本発明の第１から第８のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００１９】
又、本発明の第１０の側面は、
前記分光手段はプリズムである、本発明の第１から第９のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００２０】
又、本発明の第１１の側面は、
前記分光手段は回折格子である、本発明の第１から第９のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００２１】
又、本発明の第１２の側面は、
前記分光手段はグリズムである、本発明の第１から第９のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００２２】
又、本発明の第１３の側面は、
前記受光手段は、前記複数の受光面の全部又は一部が一つの素子上に設けられたものである、本発明の第１から第１２のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００２３】
又、本発明の第１４の側面は、
前記受光手段は、前記複数の受光面の各々が互いに独立した素子上に設けられたものである、本発明の第１から第１２のいずれかの側面の流体検知センサである。
【００２４】
又、本発明の第１５の側面は、
本発明の第１から第１４のいずれかの側面の流体検知センサと、
前記発光素子の動作を制御する発光制御手段と、
前記受光した光の分光分析処理を行う分析手段とを備え、
前記発光制御手段は前記発光素子を時分割に発光させる制御を行う、分光分析装置である。
【００２５】
又、本発明の第１６の側面は、
前記分析手段は、前記受光素子が同一波長帯域に属する光を複数回受光した場合は、より光量の大きい光を優先的に分光分析処理に用いる、本発明の第１５の側面の分光分析装置である。
【発明の効果】
【００２６】
以上のような本発明によれば、流体物の非侵襲的分析において、簡易な構成で分解能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１による流体検知センサ１の構成を示す外観斜視図
【図２】本発明の実施の形態１による流体検知センサ１のハウジング１０の内側の構成を示す模式的分解図
【図３】本発明の実施の形態１による分光分析装置２の機能的構成を示すブロック図
【図４】上側ハウジング１１の底面１１１上における光出射端１１１ａのレイアウトを示す図（ｂ）下側ハウジング１２の斜面１２３上における受光面１２３ａのレイアウトを示す図
【図５】本発明の実施の形態１による流体検知センサ１の、発光素子１８ａからの出射光の光軸５０による要部断面図
【図６】（ａ）本発明の流体検知センサの動作原理を説明するための図（ｂ）本発明の流体検知センサの動作原理を説明するための図
【図７】上側ハウジング１１の光出射端１１１ａのレイアウトの他の例を示す図（ｂ）下側ハウジング１２の斜面１２３上における受光面１２３ａのレイアウトの他の例を示す図
【図８】（ａ）本発明の流体検知センサにおける光路を説明するための図（ｂ）本発明の流体検知センサにおける光路を説明するための図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態２による流体検知センサ１６０の要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態２による流体検知センサ１６０の光路５０に沿った方向から眺めた透視図（ｃ）遮蔽板６０の他の例を示す図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態３による流体検知センサ１７０の要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態２による流体検知センサ１７０の上側ハウジングの裏面図（ｃ）遮蔽板７０の要部拡大図
【図１１】本発明の実施の形態４による流体検知センサ１８０の要部断面図
【図１２】本発明の実施の形態５による流体検知センサ１９０の要部断面図
【図１３】本発明の流体検知センサの他の例を示す図
【図１４】本発明の流体検知センサの他の例を示す図
【図１５】本発明の流体検知センサの他の例を示す図
【図１６】本発明の流体検知センサの他の例を示す図
【図１７】本発明の流体検知センサの他の例を示す図
【図１８】本発明の流体検知センサの他の例を示す図
【図１９】従来の技術による分光分析の構成を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による流体検知センサ１の外観を示す斜視図である。
【００３０】
図１に示すように、流体検知センサ１は、上側ハウジング１１及び下側ハウジング１２から構成されるハウジング１０と、ハウジング１０の内部に収納されるチューブ１３とから構成される。チューブ１３は断面矩形状の筒状の部材であって、ガラス又はアクリル若しくはポリエチレンその他化学樹脂である透光性の材料により作成されている。一端がチューブ１３の端面形状に対応し、他端が既成の配管の端面形状である円形を有するコネクタ１６をチューブ１３の両端に接続することにより、流体検知センサ１は既成の配管と接続して、被検体である透光性の流体物を外部からチューブ１３内部へ流通させることができる。なお、図中においてはチューブ１３とコネクタ１６とを係止するためのパッキンその他の機械的機構は周知の技術的手段を用いることとし、その詳細は省略して示した。又、本発明における「透光性」とは、可視光、不可視光の種類を問わず任意の波長の光を透過する性質を意味する。
【００３１】
又、上側ハウジング１１の上面には流体検知センサ１自体の動作状態を示すための表示ランプ１４及び後述する発光素子の動作状態を示すための表示ランプ１５が設けられている。
【００３２】
次に、図２は、ハウジング１０の内側の構成を示す模式的分解図である。
【００３３】
図２に示すように、ハウジング１０において、上側ハウジング１１及び下側ハウジング１２には、それぞれ中央に、チューブ１３の外形の反転形状に対応した形状を有する溝１１０及び１２０が設けられている。上側ハウジング１１及び下側ハウジング１２が溝１１０及び１２０が対向する向きで当接されると、溝１１０及び１２０により柱状の空間が形成される。チューブ１３は、溝１１０及び１２０に嵌合するようにして、この柱状の空間に収納される。
【００３４】
上側ハウジング１１の溝１１０の底面１１１上には、後述する発光素子の光出射端１１１ａが露出している。ハウジング１０が組み立てられた状態において、光出射端１１１ａから所定波長光が溝１２０に向かって射出される。なお、上側ハウジング１１及び下側ハウジング１２は、脱着可能な構成であってもよい。その場合、ヒンジにより両者を結合し、図２中矢印Ａに示すように開閉可能とすることが望ましい。
【００３５】
又、下側ハウジング１２の溝１２０は、底面１１１と平行な底面１２１、及び底面１２１と平行であってより深い底面１２２を有する二段底の構成を有している。底面１２１はチューブ１３の両端に対応し、溝１１０とともにチューブ１３の表面に当接してその位置を固定する役割を果たす。又、底面１２２は、チューブ１３の直下に位置するプリズム１７を収納する空間を形成する。更に、底面１２２と溝１２０の壁面との間には斜面１２３が形成されており、斜面１２３上には、後述する受光素子の受光面１２３ａが露出している。
【００３６】
次に、図３は、流体検知センサ１を含めた本発明の実施の形態１による分光分析装置２の機能的構成を示すブロック図であり、図４（ａ）は上側ハウジング１１底面１１１上における出射端１１１ａのレイアウトを示す図であり、図４（ｂ）は下側ハウジング１２の斜面１２３上における受光面１２３ａのレイアウトを示す図である。
【００３７】
図３に示すように、分光分析装置２は、検知部である流体検知センサ１と、流体検知センサ１の動作制御及びそこから取得した情報の処理を行う制御・処理部２０とから構成される。
【００３８】
流体検知センサ１は、同一波長ピッチにて互いに異なるピーク波長λａ、λｂ、λｃ、λｄ、λｅ、λｆ（λａ＜λｂ＜λｃ＜λｄ＜λｅ＜λｆ）の光をそれぞれ発光する６つの発光素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、チューブ１３、プリズム１７及び受光素子１９から構成される。図３及び図４（ａ）に示す発光素子１８ａ〜１８ｆとしてはＬＥＤ、レーザダイオード、又は有機ＥＬ素子等の固体光源を用いることができる。又、図４（ａ）に示すように、発光素子１８ａ〜１８ｆは等間隔で直線をなし、かつチューブ１３の延伸方向（溝１１０の延伸方向）に対して斜行するように配列されている。
【００３９】
又、受光素子１９は、図２に示す受光面１２３ａとして、図４（ｂ）に示すように、長手方向に６つ短手方向に５つの合計３０の受光領域を有する。これら３０の受光領域のうち、短手方向の５つの受光領域を一列の単位として、６つの発光素子１８ａ〜１８ｆからの出射光を６列の受光領域列１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆのそれぞれによって受光する。
【００４０】
一方、制御・処理部２０は、発光素子１８ａ〜１８ｆを時分割で発光させる制御を行う発光制御部２１、受光領域列１９ａ〜１９ｆにおいて、各列を構成する５つの受光領域からの電気信号をそれぞれ増幅する増幅回路２２，増幅回路２２から取得した信号を、記憶部２４に記憶されたデータベースを参照し、比較する分析・比較処理部２３、及び分析・比較処理部２３の処理結果を外部へ信号として出力する出力処理部２５から構成される。記憶部２４に記憶されたデータベースは、光電変換による受光量と、これに対応した流体物の各種特性の実測値とを対応づけたものであり、使用用途に応じて流体物内の所定の物質の特性に応じたデータベースを用意する。
【００４１】
なお、上記の構成において、流体検知センサ１は本発明の流体検知センサに相当し、発光制御部２１は本発明の発光制御手段に相当し、分析・比較処理部２３及び記憶部２０は本発明の分析手段に相当する。
【００４２】
又、発光素子１８ａ〜１８ｆは本発明の発光素子に相当し、光出射端１１１ａは本発明の光出射端に相当する。又、受光素子１９は本発明の受光手段に相当し、受光面１２３ａは本発明の受光面に相当する。又、チューブ１３は本発明のチューブに相当し、プリズム１７は本発明の分光手段に相当する。
【００４３】
以上の構成を有する流体検知センサ１の動作を説明するとともに、これにより、本発明の分光分析装置の一実施の形態について説明を行う。
【００４４】
はじめに、分光分析装置２が動作を開始すると、発光制御部２１は発光素子１８ａ〜１８ｆを順次発光させる。すなわち、発光素子１８ａ〜１８ｆは逐次的に発光し、２つ以上の素子が同時に発光することはない。
【００４５】
以下、発光素子１８ａが最初に発光した場合を例にとって説明を行う。発光素子１８ａから出射された波長λａ０の出射光は、後述する光軸に沿って、チューブ１３及びチューブ１３内を流通する流体物を透過して、プリズム１７に達する。
【００４６】
ここで図５に、動作中の流体検知センサ１の、発光素子１８ａからの出射光の光軸５０による要部断面図を示す。ここで図５に示す発光素子１８ａは、本発明の説明を容易にするために、仮想的にチューブ１３の上面中央に対向する位置にあるものとして示した。これは、以後の各実施の形態における要部断面図を参照した説明においても同様である。図５に示すように、チューブ１３の各壁面と直交する光軸５０を経てプリズム１７に達した光は屈折するが、その光に含まれる波長に応じたスペクトルで分光した後プリズム１７から出射され、斜面１２３に到達する。
【００４７】
斜面１２３上の受光面１２３ａは、受光素子１９の受光領域列を構成する５つの受光領域の位置が、屈折後の所望の波長の出射光の到達位置となるように設定されている。これにより、それぞれ光路５１、５２、５３、５４及び５５をとる５つの特定波長λａ１、λａ２、λａ３、λａ４及びλａ５（λａ５＞λａ４＞λａ３＞λａ２＞λａ１）の出射光が受光領域列１９ａにて受光される。
【００４８】
波長λａ１〜λａ５の出射光は受光素子１９にて電気信号として増幅回路２２へ出力され、増幅された後、分析・比較処理部２３に送られる。分析・比較処理部２３は受光量をＡ／Ｄ変換して数値化するとともに、図示しないバッファメモリに一旦当該数値を記憶する。
【００４９】
ここで図６（ａ）（ｂ）は、本発明の流体検知センサの動作原理を説明するための図である。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、単一波長光を発するとされる固体光源であっても、実際にはピーク波長λＸを中心に一定の波長幅を有し、ピーク波長λＸより長い波長及び短い波長の双方の光を含んでいる。本実施の形態においては、プリズム１７により、これらピーク波長λX以外の波長の光を取り出すことにより、単一の発光素子から複数の波長の光を検出するようにしている。プリズム１７により分光される光のスペクトルは連続的なものであるが、分光後の各波長の光の経路はプリズム１７の材料の屈折率、角度等によって定まるため、受光面１２３ａの位置を所望の波長光に応じて設定することで、当該所望の波長光を検出することができる。図６（ｂ）にはピーク波長λＸと同一波長λＸ３、及びこれより短い波長λＸ１並びにλＸ２及び長い波長λＸ４及びλＸ５を含む合計５つの波長の光を取り出すものとして示したが、受光素子１９の感度や受光面１２３ａのレイアウトに応じて、これら波長より短い又は長い波長の光の受光量を求めるようにしてもよい。
【００５１】
従来の分光分析においては、その分解能は発光素子である固体光源の定格に依存することとなり、小さくとも２０ｎｍ程度であったが、本発明の構成によれば、プリズム１７の寸法、角度、屈折率及び受光面１２３ａの位置等の各パラメータを調整することにより、単一ピーク波長の固体光源から、これら定格に定められた製品の波長ピッチよりも短い波長ピッチ（例えば数ｎｍ）で複数の光を取り出すことができ、別途光源を用意することなく、簡易な構成で分解能を向上させることが可能となり、更には流体物の特性に応じた、より精度の高い分光分析を行うことも可能となる。
【００５２】
又、単一の光源で複数の波長を得ることができるため、従来では複数の光源が必要な分光分析を本実施の形態の装置で置き換えることが可能となり、又、既製品の発光素子の定格に基づくピーク波長とは異なる波長の光を分光分析に用いることもできる。これらにより、装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００５３】
再び分光分析装置２の動作の説明に戻る。発光制御部２１は、発光素子１８ｂを発光させる。発光素子１８ａの場合と同様にして、プリズム１７を通過することにより波長λｂの入射光は分光され、５つの特定波長λｂ１〜λｂ５の出射光として受光領域列１９ｂにて受光され、電気信号として取り出され、分析・比較処理部２３は受光量を数値化、記憶する。以下、発光素子１８ｆの動作完了まで同様の動作を繰り返す。
【００５４】
分析・比較処理部２３は、以上の動作により特定波長λａ１〜λａ５から発光素子１８ｆのピーク波長λｆの分光による特定波長λｆ１〜λｆ５までの合計３０種類の信号値を得ると、記憶部２４のデータベースを参照し、これより、各信号値に対応した流体物の各種特性の実測値を分析結果として読み出し、出力処理部２５はこれを外部へ出力する。
【００５５】
ところで、特に、分解能を上げるために発光素子１８ａ〜１８ｆのピーク波長間の波長ピッチを短く設定した場合、発光素子からの出射光の波長の長短が変化することにより、元の発光素子１８ａ〜１８ｆの波長の長短にかかわらず、分光後の光において同一波長の光が複数の受光領域列にまたがって受光されることが考えられる。以下、図４（ｂ）を参照して説明する。
【００５６】
図４（ｂ）に示すように、領域Ｒａは元の発光素子１８ａからの出射光のピーク波長λａがより長い波長λａ５の光が受光される領域であって、領域Ｒｂは元の発光素子１８ｂからの出射光のピーク波長λｂがより短い波長λｂ２の光が受光される領域である。プリズム１７による分光の結果、出射光同士において元の発光素子からの出射光のピーク波長λａ及びλｂの差分（λｂ−λａ）が補償されることでλａ５＝λｂ２となった場合、領域Ｒａから得られる信号値及び領域Ｒｂから得られる信号値は、同一波長についての情報を重複して与えていることとなる。
【００５７】
このような場合に対応するため、分析・比較処理部２３においては、予め、各受光領域とその領域が受光する光の波長との対応を記憶しておき、バッファメモリから各光の受光量を抽出した後に、同一波長のものについては信号値同士の比較を行い、一番値の大きなものを当該波長の受光値として選択する。図４（ｂ）の場合であれば、領域Ｒａ又はＲｂのうち、信号値の大きいいずれか一方の信号値を、当該波長光からの信号として選択するようにする。
【００５８】
以上のように設定することで、各波長毎の測定精度を向上させることが可能となる。
【００５９】
なお、上記の分析・比較処理部２３の動作に際しては、バッファメモリによる信号値の一次蓄積を省略して逐次的に分析結果を読み出してもよい。これは、受光素子１９の複数の受光領域列にまたがって同一波長の光が受光されることがない場合に、分析の速度を向上させる効果がある。又、発光制御部２１は直流電流で発光素子１８ａ〜１８ｆを発光させるものであるが、交流信号を重畳して動作するようにしてもよい。この場合、発光素子１８ａ〜１８ｆからの出射光が交流変調され、分析・比較処理部２３は変調成分を選択して信号値として処理することができ、光雑音等の外部雑音の影響を排除し、より精密な分析を行うことが可能となる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態の分光分析装置２は、流体検知センサ１により、単一の固体光源からなる発光素子により精細な波長光を得ることで、分解能を高めた分光分析が可能となる。
【００６１】
なお、上記の説明においては、発光素子１８ａ〜１８ｆはチューブ１３の延伸方向に対して斜行する直線上に配置したが、これは図７（ａ）に示すように、チューブ１３の延伸方向に対して平行な直線とすることも可能である。しかしながら、図８（ａ）（ｂ）に示すように、発光素子からの出射光においては、波長の短い光（図８（ａ））が長い光（図８（ｂ））よりも屈折角が大きいため、分光後の光においては受光素子列の位置がシフトすることになる。このシフトを考慮して受光面１２３ａを設計すると、図７（ｂ）に示すように、受光素子１９の表面積の大型化を招くこととなる。したがって、流体検知センサ１の小型化を考慮した場合は、図３（ａ）に示すように発光素子１８ａ〜１８ｆを、斜行線上に配列することが望ましい。ただし、本発明は上記の構成に限定するものではなく、発光素子の配列は、用いる光の波長、プリズム１７の材料の屈折率、受光面１２３ａのレイアウト等を考慮して、任意に設定してよい。例えば直線状ではなく、曲線状に配置してもよい。要するに、本発明は、複数の受光面を有している構成であればよく、その受光面の具体的な配置によって限定されるものではない。
【００６２】
（実施の形態２）
図９（ａ）は、本発明の実施の形態２による流体検知センサ１６０の、発光素子１８ａからの出射光の光軸５０による要部断面図であり、図９（ｂ）は、光軸５０に沿った方向から眺めた透視図である。
【００６３】
本実施の形態２による流体検知センサ１６０は、実施の形態１の流体検知センサ１の構成に、チューブ１３とプリズム１７との間に位置する、開口６１を有する遮蔽板６０を更に備えたことを特徴とする。
【００６４】
図９（ｂ）に示すように、遮蔽板６０において、開口６１は、発光素子１８ａ〜１８ｆの光出射端１１１ａと同一位置にレイアウトされた、わずかに大きな円形の開口６１ａ〜６１ｆとして形成されている。このような構成とすることにより、発光素子１８ａ〜１８ｆの光出射端１１１ａから出射された光のうち、チューブ１３及びチューブ１３内を流通する流体物内で乱反射して生ずる迷光６２がプリズム１７へ入射することを防ぎ、分光分析の精度を高めることができる。
【００６５】
なお、開口の形状は、必ずしも光出射端１１１ａの形状に対応させる必要はない。図９（ｃ）のスリット６１ｇに示すように、光出射端１１１ａの各面を一連につなげたスリット状の形状としてもよい。又、動作させない発光素子の個数に応じて、その個数を増減させてもよい。
【００６６】
要するに、流体検知センサ１６０の動作において、プリズム１７へ入射する迷光の程度を、分光分析において差し支えない程度まで低減できるのであれば、本発明の開口６１はその形状、個数、大きさ等によって限定されるものではない。
【００６７】
なお、上記の構成において、遮蔽板６０は本発明の第１の遮蔽板に相当し、開口６１は本発明の一定大きさの開口に相当する。
【００６８】
（実施の形態３）
図１０（ａ）は、本発明の実施の形態３による流体検知センサ１７０の、発光素子１８ａからの出射光の光軸５０による要部断面図であり、図１０（ｂ）は、図４（ａ）に対応した上側ハウジングの裏面図である。
【００６９】
本実施の形態３による流体検知センサ１７０は、実施の形態１の流体検知センサ１の構成に、光出射端１１１ａとチューブ１３との間に位置する、開口７１を有する遮蔽板７０を更に備えたことを特徴とする。
【００７０】
図１０（ｂ）に示すように、遮蔽板７０において、開口７１は、発光素子１８ａ〜１８ｆの光出射端１１１ａと同一位置にレイアウトされ、短手方向の長さが光出射端１１１ａの直径よりも短い矩形状のスリット７１ａ〜７１ｆとして形成されている。
【００７１】
このような構成とすることにより、図１０（ｃ）に示すように、光出射端１１１ａの一部領域１１１ｂが遮蔽板７０によって覆われることとなり、発光素子１８ａ〜１８ｆの光出射端１１１ａから出射された光の断面形状が、チューブ１３の延伸方向に沿った長円形状に整形されることとなる。その結果、チューブ１３への入射光の、チューブ１３の延伸方向に直交する方向における選択性を高め、チューブ１３内で迷光が生ずる可能性を低減することで、分光分析の精度を高めることができる。
【００７２】
なお、上記の構成において、遮蔽板７０は本発明の第２の遮蔽板に相当し、開口７１は本発明の開口に相当する。また、開口の形状は、矩形に限定されない。長円、楕円等であってもよい。要するに、流体検知センサ１７０の動作において、チューブ１３内で発生する迷光を低減できるように、チューブ１３の延伸方向に沿って延伸する形状であればよい。
【００７３】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４による流体検知センサ１８０の、発光素子１８ａからの出射光の光軸５０による要部断面図である。
【００７４】
本実施の形態４による流体検知センサ１８０は、実施の形態１の流体検知センサ１の構成に、プリズム１７と受光面１２３ａとの間に位置する集光手段１００を更に備えたことを特徴とする。
【００７５】
図１１に示すように、集光手段１００は、プリズム１７から出射された分光を収束させることができる。これにより、受光面１２３ａの幅を小さくとることができるため、受光素子として実施の形態１の受光素子１９よりも小型の受光素子１９´を用いることができ、ひいてはセンサ本体の更なる小型化を実現することができる。
【００７６】
なお、集光手段１００としては、凸レンズ、コリメートレンズ、円筒レンズ、グリンレンズ等の任意のレンズ、更には透過型回折格子等を用いてもよい。要するに、プリズム１７からの出射光を収束する機能を有するものであれば、その具体的な構成によって限定されるものではない。
【００７７】
なお、上記の構成において、集光手段１００は本発明の集光手段に相当する。
【００７８】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５による流体検知センサ１９０の、発光素子１８ａからの出射光の光軸５０による要部断面図である。
【００７９】
本実施の形態５による流体検知センサ１９０は、実施の形態１の流体検知センサ１の構成において、チューブ１３及びプリズム１７に替えて、プリズム１７と同一材料により構成されたチューブ１３０を備えたことを特徴とする。
【００８０】
図１２に示すように、チューブ１３０の断面形状は、その底面の領域１３１において、内壁１３１ａ及び外壁１３１ｂが、実施の形態１のプリズム１７と同様の傾斜角を有している。すなわち、本実施の形態５におけるチューブ１３０は、チューブ１３及びプリズム１７を一体化した構成と同等の光学的機能を有する。
【００８１】
このような構成とすることにより、流体検知センサの部品点数を省略でき、小型化、軽量化を実現することができる。
【００８２】
なお、上記の説明においては、チューブ１３０の材料をプリズム１７と同一であるとしたが、受光面１２３ａに所望の波長光を導くことができれば、可視光、不可視光の種類を問わず任意の波長の光に対して透光性を有する材料を用いてもよい。その場合は、内壁１３１ａ及び外壁１３１ｂの傾斜角を所望の角度に調整する。
【００８３】
なお、上記の構成において、チューブ１３０は、本発明の、受光手段と隣接する側の壁部又は前記光出射端と隣接する側の壁部と一体的に形成された分光手段に相当する。
【００８４】
以上説明したところから明らかなように、本発明の各実施の形態による流体検知センサ並びに分光分析装置によれば、簡易な構成で分光分析の分解能を高めることが可能となる。
【００８５】
しかしながら、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではない。
【００８６】
上記の各実施の形態においては、本発明の分光手段はプリズム１７であるとして説明を行ったが、発光素子からの光を複数の波長の光に分光できるものであれば、他の構成であってもよい。
【００８７】
図１３に、分光手段として透過型回折格子８０を用いた流体検知センサ２００を示す。回折格子を用いることで、分光した光を所定方向に選択的に出射させることができるため、より精度の高い受光が可能となる。更に、透過型回折格子８０はプリズム１７より厚みが小さくなるため分光された光の光路を短くとることができるため、実施の形態４と同様、より小さな受光素子１９´を用いることも可能となる。なお、回折格子としては透過型の他、反射型を用いてもよい。
【００８８】
又、他の例として図１４に、分光手段としてグリズム９０を用いた流体検知センサ２１０を示す。グリズム９０を用いることで、発光素子からの出射光の方向と分光した光の方向とを揃えることができるため、受光面の構成を簡略化、小型化することが可能となる。なお、グリズム９０は一枚の回折格子の両面にプリズムを配置した構成としたが、一枚の回折格子のいずれかの面にプリズムを配置した構成として実現してもよい。
【００８９】
又、図１３や図１４に示す例は、実施の形態５のように、チューブ１３と一体化した構成として実現してもよい。
【００９０】
又、上記の各実施の形態においては、分光手段としてのプリズム１７は、チューブ１３と受光面１２３ａとの間に配置するものとして説明を行ったが、本発明の分光手段は、図１５に示すように、光出射端１１１ａとチューブ１３との間に配置する構成としてもよい。この場合、分光した光の光路が大きく広がることから、複数の受光面１２３ａを集積した受光素子１９に替えて、より安価な、それぞれが単一の受光面１２３ａを有する複数の受光素子１９″を用いることができ、低コスト化を図ることが可能となる。なお、この構成は、実施の形態５や図１３，１４に示す例においても実現してもよい。
【００９１】
更に、上記の実施の形態１〜４においては、本発明のチューブは、流体検知センサの本体に収納された断面矩形状のチューブ１３であるとして説明を行ったが、本発明の流体検知センサは、チューブが流体検知センサの上側ハウジング及び下側ハウジングと脱着可能な構成であってもよいし、断面形状が円形、その他の形状のチューブであってもよい。そのような構成例を図１６に示す。
【００９２】
図１６に示す構成は、チューブ１３に替えて、透光性及び可撓性を有する材料で作成したチューブ１４０に対応した流体検知センサ２３０である。この場合、チューブ１４０が変形することにより光出射端１１１ａとの接点及びプリズム１７との接点との光学的結合が確保される。すなわち、ハウジング１０がチューブ１４０を内蔵した状態においては、チューブ１４０の外形は、上側ハウジング１１の溝１１０及び下側ハウジング１２の溝１２０のそれぞれの内壁の形状に沿って変形するが、このとき、変形したチューブ１４０の内壁及び外壁のうち、光出射端１１１ａと接する部分とプリズム１７側に対向する部分とが互いに平行面を成すように位置されれば、これらの部分によって形成される領域１４１（図中一点鎖線により示す）内の光学的状態は図５等に示した断面矩形のチューブ１３と同様となる。これにより、光学素子１８ａ（並びに他の光学素子１８ｂ〜１８ｆ）からの出射光は屈折、反射等することなく、チューブ１４０の、領域１４１に含まれる壁面と直交する直線の光軸５０を形成してプリズム１７に到達することができる。なお、領域１４１以外の箇所におけるチューブ１４０の変形の程度、パターンは本発明の作用効果に何ら影響を及ぼすものではない。
【００９３】
なお、チューブ１４０の形状を安定させるように、図１７に示す流体検知センサ２３１のような構成としてもよい。流体検知センサ２３１は、プリズム１７とチューブ１４０との間に、光出射端１１１ａに対して平行面をなす透光性の支持板１４２を備えたものである。このような構成とすることにより、可撓性のチューブ１４０は支持板１４２の表面に沿って変形することとなり、領域１４１におけるチューブ１４０の形状を安定して保持することが可能となる。
【００９４】
又、可撓性がないチューブであっても、実質的に光出射端１１１ａとの接点及びプリズム１７との接点との光学的結合が保たれるならば、チューブ壁面の位置関係によらず、本発明を実施することができる。例えば、図１８に示す流体検知センサ２３２においては、断面形状が円形であって、可撓性を有さない透光性のチューブ１４０´が、光出射端１１１ａ及びプリズム１７の表面状の点１４１ａと接することで固定されている。領域１４１に含まれるチューブ１４０´の壁面の部分が実質的に平行面と見なせる程度の厚み及び曲率を有するものであれば、チューブ１３と同様の光学的機能を維持することができる。なお、チューブ１４０´の直径が光軸５０と一致するようにチューブ１４０´を位置決めすることは、領域１４１内におけるチューブ１４０´の対向する壁面同士の曲率を対称とできるため、さらに光学的特性をチューブ１３に近似させることが可能となり、より望ましい。流体検知センサ２３２においてはチューブ１４０´の直径は光軸５０と一致している。
【００９５】
以上述べたように、本発明は、チューブの断面形状に限定されるものではない。さらに、チューブを脱着可能な構成とすることでチューブを明示的に含まない構成として実現してもよい。
【００９６】
又、上記の各実施の形態においては、発光素子は６つの発光素子１８ａ〜１８ｆとし、受光素子は合計３０の受光面１２３ａを有するものとしたが、発光素子の個数、及び受光素子、受光面の個数は単数、複数と任意であってよい。発光素子の個数としては具体的には４〜１６個が望ましく、これら個数の発光素子を７００〜９５０ｎｍ（近赤外線領域）、４００〜６５０ｎｍ（可視光領域）、さらには４００〜１０００ｎｍ（可視光及び近赤外線領域）、又は７００，８００，９００ｎｍ（赤血球の測定に必要な離散的波長帯域）に渡って、それぞれ波長を異ならせることにより、これら各領域において分解能の高い分光分析を行うことが可能となる。
【００９７】
以上のような本発明の流体検知センサは、流体物として一定の透明度を有するものであれば、食品（ビール、アップルジュース等）、医薬品、飲料水、工業用水、アンモニア、石油精製物等の化学品、等、多岐に渡って分析対象として用いることができる。又、本発明の分光分析装置は、従来の分光分析装置であれば数百万円単位のコストを要する分光分析装置に相当する上記流体物の（含有率等の）定量測定、（不純物混入等の）定性測定を、数百円単位のコストで実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上説明したように、本発明によれば、流体物の非侵襲的分析において、簡易な構成で分解能を向上させることが可能な効果を有し、例えば食品や薬品等の分析において有用である。
【符号の説明】
【００９９】
１  流体検知センサ
２  分光分析装置
１０  ハウジング
１１  上側ハウジング
１２  下側ハウジング
１３  チューブ
１４、１５  表示ランプ
１６  コネクタ
１７  プリズム
１８ａ〜１８ｆ  発光素子
１９ａ〜１９ｆ  受光領域列
２０  制御・処理部
２１  発光制御部
２２  増幅回路
２３  分析・比較処理部
２４  記憶部
２５  出力処理部
１１１ａ  光出射端
１２３ａ  受光面
【図１】
2012021917.tif 000003
【図２】
2012021917.tif 000004
【図３】
2012021917.tif 000005
【図４】
2012021917.tif 000006
【図５】
2012021917.tif 000007
【図６】
2012021917.tif 000008
【図７】
2012021917.tif 000009
【図８】
2012021917.tif 000010
【図９】
2012021917.tif 000011
【図１０】
2012021917.tif 000012
【図１１】
2012021917.tif 000013
【図１２】
2012021917.tif 000014
【図１３】
2012021917.tif 000015
【図１４】
2012021917.tif 000016
【図１５】
2012021917.tif 000017
【図１６】
2012021917.tif 000018
【図１７】
2012021917.tif 000019
【図１８】
2012021917.tif 000020
【図１９】
2012021917.tif 000021