特表 2023-548738 比濁測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-21

(54)【発明の名称】比濁測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/49 20060101AFI20231114BHJP

   G01N 15/06 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

G01N21/49 Z

G01N15/06 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023519053

(86)(22)【出願日】2020-11-02

(85)【翻訳文提出日】2023-03-24

(86)【国際出願番号】 US2020058578

(87)【国際公開番号】W WO2022093286

(87)【国際公開日】2022-05-05

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

(71)【出願人】

【識別番号】517094345

【氏名又は名称】ティントメーター・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｔｉｎｔｏｍｅｔｅｒ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(72)【発明者】

【氏名】パルンボ，ペリー

(72)【発明者】

【氏名】グラバート，エルマー

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB06

2G059BB09

2G059DD13

2G059EE02

2G059GG02

2G059HH02

2G059JJ11

2G059KK01

2G059KK03

2G059LL01

2G059MM01

2G059MM05

2G059MM12

2G059MM14

(57)【要約】

以下のように構成される比濁測定装置が開示される。懸濁液を通って伝搬するビームから１つまたは複数の散乱光検出器に衝突し、異なる経路長を有する散乱光の量により、散乱光検出器の応答と懸濁液の濁度値との実質的に同等の感度と相関関係とがもたらされる。懸濁液を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る散乱光検出器の応答は、一群の非線形方程式から選択される方程式（下記の「式１」）に従い得る。式１において、「ｎ」は０よりも大きい整数であり、「ｘ」は懸濁液の濁度値に相当し、「ｙ」は散乱光検出器の応答に相当し、「ａｎ」は較正係数である。散乱光検出器の最大応答は、実効散乱光路長に依存する濁度値で発生する。
【数１】

【選択図】図２C

【特許請求の範囲】

【請求項1】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
電磁放射線源と、
ビームサンプラーと、
第１電磁放射線検出器と、
第２電磁放射線検出器と、
第３電磁放射線検出器と、を備え、
前記第２電磁放射線検出器は、散乱電磁放射線を受けるように構成され、且つ、前記電磁放射線源の出力部の放射線経路に対して約８５～１１０度の角度で方向付けられており、
前記第３電磁放射線検出器は、散乱電磁放射線を受けるように構成され、且つ、前記電磁放射線源の前記出力部の前記放射線経路に対して約８５～１１０度の角度で方向付けられており、
散乱電磁放射線を受ける前記第２電磁放射線検出器と前記第３電磁放射線検出器とに基づく前記散乱光値の変化は、低濁度値における前記懸濁液中の粒子の濃度の変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項2】

前記電磁放射線源は、発光ダイオードである、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項3】

前記第３電磁放射線検出器は、前記第２電磁放射線検出器に比べて、前記電磁放射線源からより遠くに配置されている、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項4】

前記第１電磁放射線検出器は、前記ビームサンプラーに隣接して配置され、且つ、前記電磁放射線源からの電磁放射線のビームのパワーを特定するために使用される、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項5】

前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器は、容器の底部に隣接して配置されている、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項6】

前記懸濁液は、前記容器内に配置されている、請求項５に記載の比濁測定装置。

【請求項7】

前記第３電磁放射線検出器は、前記第２電磁放射線検出器に対して実質的に垂直に方向付けられている、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項8】

前記第２電磁放射線検出器は、容器の底部に隣接して配置され、
前記第３電磁放射線検出器は、前記容器の側面に隣接して配置されている、請求項７に記載の比濁測定装置。

【請求項9】

視野レンズと視野絞りとを更に備え、
前記第３電磁放射線検出器、前記視野レンズ、および前記視野絞りは、１つの軸上に方向付けられている、請求項７に記載の比濁測定装置。

【請求項10】

前記視野レンズは、容器の最も近くに配置され、
前記第３電磁放射線検出器は、前記容器から最も遠くに配置され、
前記視野絞りは、前記視野レンズと前記第３電磁放射線検出器との間に配置されている、請求項９に記載の比濁測定装置。

【請求項11】

前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の応答は、下記の式１によって定義される一群の非線形方程式から選択される１つの方程式に従う、請求項１に記載の比濁測定装置。

【数1】

【請求項12】

前記式１において、
「ｎ」は、０よりも大きい整数であり、
「ｘ」は、前記懸濁液の濁度値であり、
「ｙ」は、前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の前記応答に相当し、
「ａｎ」は、較正係数である、請求項１１に記載の比濁測定装置。

【請求項13】

前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の最大応答は、散乱電磁放射線の経路長に依存する前記懸濁液の散乱光値で生じる、請求項１２に記載の比濁測定装置。

【請求項14】

前記第２電磁放射線検出器は、前記第３電磁放射線検出器とは異なる経路長で散乱電磁放射線を受ける、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項15】

前記第２電磁放射線検出器は、第１の経路長の散乱電磁放射線を受け、
前記第３電磁放射線検出器は、第２の経路長の散乱電磁放射線を受け、
前記第１の経路長は、前記第２の経路長とは異なる、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項16】

前記散乱光値の前記変化は、少なくとも前記懸濁液内の粒子の濃度の変化に基づいており、
前記散乱光値の前記変化は、粒子濃度と散乱光値との関係が知られている標準的な懸濁液の単位に関連付けられている、請求項１に記載の比濁測定装置。

【請求項17】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
電磁放射線源と、
ビームサンプラーと、
第１電磁放射線検出器と、
第２電磁放射線検出器と、
第３電磁放射線検出器と、を備え、
前記第１電磁放射線検出器は、前記ビームサンプラーに隣接して配置され、
前記第２電磁放射線検出器は、散乱電磁放射線を受けるように構成され、容器の底部に隣接して配置され、且つ、前記電磁放射線源の出力部の放射線経路に対して約８５～１１０度の角度で方向付けられており、
前記第３電磁放射線検出器は、散乱電磁放射線を受けるように構成され、前記容器の底部に隣接して配置され、且つ、前記電磁放射線源の前記出力部の前記放射線経路に対して約８５～１１０度の角度で方向付けられており、
散乱電磁放射線を受ける前記第２電磁放射線検出器と前記第３電磁放射線検出器とに基づく前記散乱光値の変化は、低濁度値における前記懸濁液中の粒子の濃度の変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項18】

前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の応答は、下記の式１によって定義される一群の非線形方程式から選択される１つの方程式に従う、請求項１７に記載の比濁測定装置。

【数2】

【請求項19】

前記式１において、
「ｎ」は、０よりも大きい整数であり、
「ｘ」は、前記懸濁液の濁度値に相当し、
「ｙ」は、前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の前記応答に相当し、
「ａｎ」は、較正係数である、請求項１８に記載の比濁測定装置。

【請求項20】

前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の最大応答は、散乱電磁放射線の経路長に依存する前記懸濁液の散乱光値で生じる、請求項１９に記載の比濁測定装置。

【請求項21】

前記第２電磁放射線検出器は、前記第３電磁放射線検出器とは異なる経路長で散乱電磁放射線を受ける、請求項１７に記載の比濁測定装置。

【請求項22】

前記第２電磁放射線検出器は、第１の経路長の散乱電磁放射線を受け、
前記第３電磁放射線検出器は、第２の経路長の散乱電磁放射線を受け、
前記第１の経路長は、前記第２の経路長とは異なる、請求項１７に記載の比濁測定装置。

【請求項23】

前記散乱光値の前記変化は、少なくとも前記懸濁液内の粒子の濃度の変化に基づいており、
前記散乱光値の前記変化は、粒子濃度と散乱光値との関係が知られている標準的な懸濁液の単位に関連付けられている、請求項１７に記載の比濁測定装置。

【請求項24】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
電磁放射線源と、
ビームサンプラーと、
第１電磁放射線検出器と、
第２電磁放射線検出器と、
第３電磁放射線検出器と、を備え、
前記第１電磁放射線検出器は、前記ビームサンプラーに隣接して配置され、
前記第２電磁放射線検出器は、
前記第２電磁放射線検出器は、散乱電磁放射線を受けるように構成され、容器の底部に隣接して配置され、且つ、前記電磁放射線源の出力部の放射線経路に対して約８５～１１０度の角度で方向付けられており、
前記第３電磁放射線検出器は、散乱電磁放射線を受けるように構成され、前記容器の底部に隣接して配置され、且つ、前記電磁放射線源の前記出力部の前記放射線経路に対して約８５～１１０度の角度で且つ前記第２電磁放射線検出器に対して実質的に垂直に方向付けられており、
散乱電磁放射線を受ける前記第２電磁放射線検出器と前記第３電磁放射線検出器とに基づく前記散乱光値の変化は、低濁度値における前記懸濁液中の粒子の濃度の変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項25】

前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の応答は、下記の式１によって定義される一群の非線形方程式から選択される１つの方程式に従う、請求項２４に記載の比濁測定装置。

【数3】

【請求項26】

前記式１において、
「ｎ」は、０よりも大きい整数であり、
「ｘ」は、前記懸濁液の濁度値に相当し、
「ｙ」は、前記第２電磁放射線検出器および前記第３電磁放射線検出器の前記応答に相当し、
「ａｎ」は、較正係数である、請求項２５に記載の比濁測定装置。

【請求項27】

前記第２電磁放射線検出器は、前記第３電磁放射線検出器とは異なる経路長で散乱電磁放射線を受ける、請求項２４に記載の比濁測定装置。

【請求項28】

前記第２電磁放射線検出器は、第１の経路長の散乱電磁放射線を受け、
前記第３電磁放射線検出器は、第２の経路長の散乱電磁放射線を受け、
前記第１の経路長は、前記第２の経路長とは異なる、請求項２４に記載の比濁測定装置。

【請求項29】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
第１の波長で電磁放射線を放出する第１電磁放射線源と、
第２の波長で電磁放射線を放出する第２電磁放射線源と、
前記第１電磁放射線源および前記第２電磁放射線源の出力部の放射線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取るように構成された電磁放射線検出器と、を備え、
前記第１の波長および前記第２の波長の電磁放射線を受ける前記電磁放射線検出器に基づく前記散乱光値の変化は、前記懸濁液中の粒子の濃度の変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項30】

前記電磁放射線検出器の応答は、下記の式１によって定義される一群の非線形方程式から選択される１つの方程式に従う、請求項２９に記載の比濁測定装置。

【数4】

【請求項31】

前記式１において、
「ｎ」は、０よりも大きい整数であり、
「ｘ」は、前記懸濁液の濁度値に相当し、
「ｙ」は、前記電磁放射線検出器の前記応答に相当し、
「ａｎ」は、較正係数である、請求項３０に記載の比濁測定装置。

【請求項32】

前記電磁放射線検出器は、前記第２の波長の散乱電磁放射線とは異なる経路長で、前記第１の波長の散乱電磁放射線を受け取る、請求項２９に記載の比濁測定装置。

【請求項33】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
前記懸濁液を収容するためのバイアルと、
第１の光線経路に沿って前記懸濁液を通して所定の波長の光ビームを発射するように構成された発光体と、
前記光ビームの一部を参照光検出器に向け直すように構成されたビームサンプラーと、
第１の散乱光経路長を有する散乱光を受けるように構成され、前記懸濁液を通って伝わる前記光ビームの前記第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置された第１光検出器と、
第２の散乱光経路長を有する散乱光を受けるように構成され、前記懸濁液を通って伝わる前記光ビームの前記第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置された第２光検出器と、
前記懸濁液内に前記第２光検出器の像を形成するために、前記第２光検出器と前記バイアルとの間に配置されたレンズと、
前記レンズと前記第２光検出器との間に配置された視野絞りであって、入射光ビームが界面を通って伝わる際に前記入射光ビームからの光散乱を排除するように前記第２光検出器の前記像の画角を制限する開口を有する、視野絞りと、
前記懸濁液によって散乱されない前記光ビームのエネルギーを減衰させるように構成された光トラップ面と、
暗基準面と、を備え、
前記第１の散乱光経路長を有する散乱光を受ける前記第１光検出器と、前記第２の散乱光経路長を有する散乱光を受ける前記第２光検出器とに基づく前記散乱光値の変化は、前記懸濁液中の粒子の濃度の変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項34】

前記参照光検出器は、前記光ビームのパワーを特定する、請求項３３に記載の比濁測定装置。

【請求項35】

前記バイアルは、所定の波長の少なくとも一部に対して透過性を有する、請求項３３に記載の比濁測定装置。

【請求項36】

前記バイアル及び前記懸濁液において屈折率の変化が生じる、請求項３３に記載の比濁測定装置。

【請求項37】

前記暗基準面は、球形であり、且つ、前記視野絞りが結像される前記第２光検出器の量子化限界未満の表面放射輝度を有する、請求項３３に記載の比濁測定装置。

【請求項38】

前記第１光検出器は、前記バイアルの底部に隣接して配置され、
前記第２光検出器は、前記バイアルの側面に隣接して配置され、且つ、前記第１光検出器に対して実質的に垂直に方向付けられている、請求項３３に記載の比濁測定装置。

【請求項39】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
前記懸濁液を収容するように構成されたバイアルと、
第１の光線経路に沿って前記懸濁液を通して所定の波長の光ビームを発射するように構成された発光体と、
前記光ビームの一部を参照検出器に向けるように構成されたビームサンプラーと、
第１の散乱光経路長を有する散乱光を受けるための第１光検出器であって、前記懸濁液を通って伝わる前記光ビームの前記第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置された第１光検出器と、
第２の散乱光経路長を有する散乱光を受けるための第２光検出器であって、前記懸濁液を通って伝わる前記光ビームの前記第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置された第２光検出器と、を備え、
前記第１の散乱光経路長を有する散乱光を受ける前記第１光検出器と、前記第２の散乱光経路長を有する散乱光を受ける前記第２光検出器とに基づく前記散乱光値の変化は、前記懸濁液中の粒子の濃度の変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項40】

前記参照検出器は、前記光ビームのパワーを特定する、請求項３９に記載の比濁測定装置。

【請求項41】

前記バイアルは、所定の波長の少なくとも一部に対して透過性を有する、請求項３９に記載の比濁測定装置。

【請求項42】

前記第１光検出器および前記第２光検出器は、前記バイアルの底部に隣接してそれぞれ配置されている、請求項３９に記載の比濁測定装置。

【請求項43】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
前記懸濁液を収容するためのバイアルと、
第１の光線経路に沿って前記懸濁液を通して第１の波長で第１の光ビームを発射するように構成された第１発光体と、
前記第１の光線経路に沿って前記懸濁液を通して第２の波長で第２の光ビームを発射するように構成された第２発光体と、
前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとの一部を参照光検出器に向け直すように構成されたビームサンプラーと、
前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームからの散乱光を受けるように構成され、前記第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置される光検出器と、
前記懸濁液内に前記光検出器の像を形成するために前記光検出器と前記バイアルとの間に配置されたレンズと、
前記レンズと前記光検出器との間に配置された視野絞りであって、入射光ビームからの光散乱を排除するように前記光検出器の前記像の画角を制限する開口を有する、視野絞りと、
前記懸濁液によって散乱されない前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームのエネルギーを減衰させるように構成された光トラップ面と、
暗基準面と、を備え、
前記第１の光ビームからの散乱光および前記第２の光ビームからの散乱光を受ける前記光検出器に基づく前記散乱光値の変化は、前記懸濁液中の粒子の濃度の変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項44】

前記光検出器の応答は、下記の式１によって定義される一群の非線形方程式から選択される１つの方程式に従う、請求項４３に記載の比濁測定装置。

【数5】

【請求項45】

前記式１において、
「ｎ」は、０よりも大きい整数であり、
「ｘ」は、前記懸濁液の濁度値であり、
「ｙ」は、前記光検出器の前記応答に相当し、
「ａｎ」は、較正係数である、請求項４４に記載の比濁測定装置。

【請求項46】

懸濁液の散乱光値を測定するための比濁測定装置であって、
前記懸濁液を収容するためのバイアルと、
第１の光線経路に沿って前記懸濁液を通して光ビームを発射するように構成された広帯域発光体と、
散乱光を受けるように構成された散乱光検出器であって、前記懸濁液を通って伝わる前記光ビームの前記第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置された散乱光検出器と、
前記懸濁液内に前記散乱光検出器の像を形成するために前記散乱光検出器と前記バイアルとの間に配置されたレンズと、
前記レンズと前記散乱光検出器との間に配置された視野絞りと、
前記視野絞りと前記散乱光検出器との間に配置され、第１の波長の散乱光を通過させるように構成された第１帯域通過フィルタと、
前記視野絞りと前記散乱光検出器との間に配置され、第２の波長の散乱光を通過させるように構成された第２帯域通過フィルタと、を備え、
前記懸濁液を通って伝わる前記光ビームから２つ以上の波長の散乱光を受ける前記散乱光検出器に基づく前記散乱光値の変化は、低粒子濃度における前記懸濁液中の粒子の濃度の漸進的変化に実質的に等しい、比濁測定装置。

【請求項47】

前記視野絞りは、入射光ビームからの光散乱を排除するように前記散乱光検出器の前記像の画角を制限する開口を有する、請求項４６に記載の比濁測定装置。

【請求項48】

前記懸濁液によって散乱されない前記光ビームのエネルギーを減衰させるように構成された光トラップ面をさらに備える、請求項４６に記載の比濁測定装置。

【請求項49】

前記視野絞りが結像される前記散乱光検出器の量子化限界未満の表面放射輝度を有する暗基準面をさらに備える、請求項４６に記載の比濁測定装置。

【請求項50】

前記光ビームの一部を参照光検出器に向け直すように構成されたビームサンプラーをさらに備える、請求項４６に記載の比濁測定装置。

【請求項51】

前記散乱光検出器の応答は、下記の式１によって定義される一群の非線形方程式から選択される１つの方程式に従う、請求項４６に記載の比濁測定装置。

【数6】

【請求項52】

前記式１において、
「ｎ」は、０よりも大きい整数であり、
「ｘ」は、前記懸濁液の濁度値に相当し、
「ｙ」は、前記散乱光検出器の前記応答に相当し、
「ａｎ」は、較正係数である、請求項５１に記載の比濁測定装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

粒子の濃度、懸濁媒質の濁度、ヘーズ（曇価）、若しくは混濁度、又は、懸濁媒質中の粒子の純度若しくは非存在の特定（測定）において、比濁分析（濁度検定）がしばしば実施される。比濁分析では、媒質に光ビームが通され、散乱光の量が測定され、参照基準と同等とみなされる。比濁分析中、懸濁媒質を通って伝わる光ビームに対して約９０度で検出器に入射する散乱光の量は、粒子径分布（ＰＳＤ）とは実質的に無関係である。したがって、比濁分析は、粒子径分布が分からない懸濁媒質の分析に好適な方法である。

【0002】

懸濁媒質中の粒子の濃度の特定には、比濁ではない測定の結果としての先行技術の機器の分析が含まれるが、当該分析におけるエラーを排除可能な装置が必要である。

【0003】

例えばホルマジン濁度標準液などの液体媒質中に粒子が含まれる懸濁液を収容した直径２４ｍｍのガラス製バイアル内の標本（サンプル）が用意され、懸濁媒質を通って伝わる光ビームの光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で観察される場合、懸濁媒質中の粒子濃度の変化に対する比濁分析検出器の応答は、低濁度値において実質的にリニア（直線的）である。ここで、低濁度値は、１００ＮＴＵ（比濁法濁度単位）未満の値としてさらに定義される。より高い濁度値、つまり１００ＮＴＵを超える濁度値では、濁度値の増大とは不釣り合いに、比濁分析検出器に衝突する散乱光の量が減少する。散乱光の波長にもよるが、８００～１０，０００ＮＴＵの濁度値で、懸濁媒質中の粒子濃度の変化に対する比濁分析検出器の応答が最大に達する。懸濁媒質中の粒子の濃度がさらに増大すると、比濁分析検出器の応答は低下し、曖昧さをもたらす。つまり、検出器の応答は、最大値よりも大きい濁度値、及び、比濁分析検出器の最大応答よりも小さい濁度値、という２つの濁度値で等しくなる。先行技術の装置は、入射光ビームの光線経路に対して１つまたは複数の追加の角度での光の非比濁測定を含むことによって、この曖昧さを回避する。例えば、後方散乱では５～８５度、前方散乱では１１０～１７５度乱、透過では１８０度である。先行技術の装置は、懸濁媒質中の粒子サイズとは無関係に、懸濁媒質中の高濃度の粒子を正確に測定することができない。未知の粒子成分の非比濁角度での散乱光の検出における不正確さは、較正基準内または参照基準内での粒子径分布と比較したサンプル内の粒子径分布の変化に対する非比濁角度での検出器の高い固有感度の結果である。

【0004】

一例として、特許文献１（米国特許第７４９１３６６号、Tokhtuev他）に開示された先行技術の装置は、サンプルの濁度を測定するために９０度および１８０度の両方の光学ジオメトリを使用する。特許文献１の光学配置は、２つの発光体と４つの検出器で構成される４つの光線経路に沿って濁度をさらに測定する。特許文献１の先行技術は、９０度と１８０度の両方での散乱光測定の融合に依存しており、１８０度での測定は、サンプルの粒子サイズへの応答を導入する。その結果、他の粒子径分布または単一の粒子径分布の較正基準と比較して、未知の粒子径分布のサンプルの分析に誤差が生じる。さらに、特許文献１の線形方程式は、比濁項（ネフェロメトリック項）と透過率項の両方に依存するため、５つの較正基準を必要とし、その結果、較正がより複雑で、時間と費用がかかる。また、特許文献１の先行技術の装置では、バイアルの円筒形表面へ光の入射ビームが鋭角に入射することに起因して測定誤差が生じるという制限がある。入射ビームの入射角が鋭角であることは、バイアル壁の表面での反射やその他の偏光効果により、サンプルバイアルの位置の小さな変化に対して検出器で受けられる散乱光の量が大幅に変化する状況を作り出す。特許文献１には、この他にも、光学的構成の感度の増加、すなわち、バイアルの壁に近いシフトされた分析領域を有する第２の平行な入射光線経路が濁度分析の感度の増加をもたらすことが教示されている。

【0005】

未知の濁度値および未知の粒子径分布のサンプルの分析において、懸濁媒質を通って伝わる光線の単一の光線経路に沿って測定する場合、２つ以上の散乱光路長の比濁法観測者に対して実質的に同等の感度を示し得る装置が必要である。

【0006】

非比濁散乱角度での粒子サイズ依存性による誤差の導入に加えて、例えば特許文献３（米国特許第５５０６６７９号明細書、Cooper他）の先行技術において、隣接する非比濁検出器の応答の結果として、相関誤差も存在する。隣接する非比濁検出器の応答に急激な変化は、後方散乱角度位置での低濁度値での弱い検出器応答と、前方散乱および透過検出器位置での強い応答とに起因して存在する。これとは逆のことが、高濁度値か観測角度かの対比に当てはまる。このことは、隣接する非比濁検出器応答の遷移点で特に顕著であり、その感度は、入射ビーム光線経路に対して非比濁法角度で配置された検出器では大幅に異なる。さらに、隣接する応答の遷移点では、第１の非比濁角度で測定する第１の散乱光検出器が濁度値の決定に寄与しなくなり、第２の非比濁角度の第２の検出器が分析に寄与し始める。キャリブレーション条件と比較して分析の動作条件がわずかに変動すると、隣接する検出器応答の遷移点付近で報告される濁度値に顕著な不連続性が生じる。

【0007】

先行技術の装置におけるさらに別の問題と考えられるのは、濁度値か観測者の応答かを、拡張された濁度範囲にわたる定義するために必要なキャリブレータ（較正器）の数である。この濁度範囲は、所与の観察角度のいずれかの散乱光検出器の最大応答に近いか、またはこれを超える濁度範囲としてさらに説明される。従来技術の装置は、典型的には、拡張された濁度範囲にわたる濁度値の決定において４つ以上の較正器を必要とする。キャリブレーションの実行に使用されるキャリブレータの数を減らすと、手順エラーのリスク、時間、労力、およびデバイスの生涯所有コストが削減される。

【0008】

前述のように、非比濁法観測角度の検出器を含えて、従来技術の装置は、サンプルの粒子径分布に敏感な複数の検出器応答の組み合わせまたは隣接により、任意の１つの検出器の最大応答を超えるように濁度の分析を拡張できる。

【0009】

サンプルの光路長や粒子径分布に関係なく、懸濁媒質を伝わるビームから散乱された光の量に対する比濁分析検出器の応答を記述するために、新しい多項式を利用できる装置が必要である。新しい多項式は、０～４０００ＮＴＵの範囲の濁度値の測定に３つ以下のキャリブレータ（較正器）を必要とすることがあり、その結果、所有コストが削減され、較正プロセスの品質が向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】米国特許第７４９１３６６号明細書

【特許文献2】米国特許第５５０６６７９号明細書

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置の側面図である。

【図1B】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置の底面図である。

【図1C】本発明の一実施形態に係る、断面線Ａ－Ａを含む比濁測定装置の正面図である。

【図1D】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置のＡ－Ａ線断面図である。

【図2A】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置の側面図である。

【図2B】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置の底面図である。

【図2C】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置のハウジングの平面図である。

【図2D】本発明の一実施形態に係る、断面線Ｂ－Ｂを含む比濁測定装置のハウジングの側面図である。

【図2E】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置のハウジングのＢ－Ｂ線断面図である。

【図3A】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置の側面図である。

【図3B】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置の底面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る比濁測定装置の底面図である。

【図5】２つの散乱光路長からの２つの比濁分析検出器の調整された応答曲線のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態は、比濁測定装置を備え、該比濁測定装置は、散乱光検出器を用いて散乱光値を測定し、散乱光値の変化を懸濁液中の粒子濃度の変化と相関させる。より具体的に、本発明の実施形態は、散乱光検出器を用いてサンプル（標本）の散乱光を測定し、サンプルの散乱光値を計算する比濁測定装置を備えてもよい。サンプル内の粒子濃度の変化は、散乱光値の変化をもたらす可能性があり、粒子濃度と散乱光値との関係が知られている標準的な懸濁液ユニットに関連付けることができる。典型的には、比濁測定装置は、懸濁液（例えば、水）を通って伝わる光線から散乱光を受け取ることができる。比濁測定装置は、懸濁媒質中の粒子の濃度の変化に対する感度の点で検出器の感度が実質的に等しい場合に、異なる長さを有する２つ以上の散乱光路からの光を検出することができる。各散乱光の光路長は、対応する濁度値で最大の応答を引き起こし得る。比濁測定装置は、サンプルの粒径分布の変化に対して実質的に鈍感であり得る。懸濁液の濁度値の変化に対する比濁測定装置の応答は、経路長に関係なく、単一の多項式との高い相関関係で説明され得る。

【0013】

比濁測定装置は、散乱光値を測定するように構成され得る。例えば、比濁測定装置は、懸濁液中の粒子からの散乱光を測定し、散乱光値をホルマジン などの光散乱懸濁液標準と関連付けることができる（例えば、ＮＴＵ）。サンプル中の粒子のアルベド（すなわち、白さ）が、装置が較正された基準に比べて低い場合、報告される粒子濃度の値は、予想よりも低く報告されるか、又は誤って報告される。懸濁液中の粒子の未知のサンプルから散乱される光の量は、較正（キャリブレーション）用懸濁液と同等の相対応答（ＮＴＵでの濁度値など）を生成し得る。

【0014】

本実施形態に係る比濁測定装置によれば、サンプルの粒子径分布における較正基準または参照基準の粒子径分布からの変化による誤差の導入なしに、低濁度サンプルおよび高濁度サンプルの両方の分析が達成され得る。さらに、本実施形態に係る比濁測定装置によれば、分析に含まれる光路長の個数に関係なく、非比濁散乱光観測者の排除による誤差の低減と、比濁分析検出器の応答を表現するために必要な較正器の個数の減少とが可能になる。

【0015】

重要な注目すべき点として、２つ以上の散乱光路長から懸濁液を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る２つ以上の光検出器の応答の変化と、懸濁媒質中の粒子の濃度の変化とは実質的に同等であり得る。例えば、懸濁液を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で２つ以上の波長の散乱光を受け取る光検出器の感度は、懸濁液中の粒子の濃度の増分変化と実質的に同等であり得る。

【0016】

懸濁媒質を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る光検出器の応答は、一群の非線形方程式から選択される方程式（下記の「式１」参照）に従い得る。

【0017】

【数1】

ここで、「ｎ」は「０」よりも大きい整数であり、「ｘ」は懸濁液の濁度値に相当し、「ｙ」は散乱光検出器の応答に相当し、「ａｎ」は較正係数である。

【0018】

懸濁液を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る光検出器の較正係数「ａｎ」は、一群の同じ次数の非線形多項式から選択される方程式（上記の「式１」参照）に従い得るものであり、選択された方程式の項数以上の量の１組の光散乱較正器から決定可能である。

【0019】

本実施形態に係る比濁測定装置は、非限定的ではあるが、次の特徴（ｉ）～（ｉｖ）を示し得る。
（ｉ）懸濁液を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で２つ以上の散乱光路長から散乱光を受け取る１つ以上の光検出器の最大応答は、散乱光の光路長に依存し得る濁度値で生じ得る。
（ｉｉ）１つまたは複数の波長の粒子を含む懸濁液を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る１つまたは複数の光検出器の応答は、１つまたは複数の散乱光路長に対応する比濁検出器応答を引き起こし得る。
（ｉｉｉ）第１の散乱光経路長の懸濁液を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る散乱光検出器の応答に適用されるスカラーは、選択された濁度値での第２の散乱光路長における散乱光検出器の同等の応答をもたらし得る。
（ｉｖ）光線経路に沿って伝搬する入射ビームの強度の変動は、２つ以上の散乱光路長の粒子を含む懸濁液を通って伝搬する光のビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る光検出器の応答比の変化を引き起こさない。

【0020】

一実施形態において、比濁測定装置は、懸濁液の散乱光値を測定するために設けられてもよい。比濁測定装置は、電磁放射線源、ビームサンプラー、第１電磁放射線検出器、第２電磁放射線検出器、および第３電磁放射線検出器を備えてもよいが、これらに限定されない。第２電磁放射線検出器は、（ｉ）散乱電磁放射線を受け取るように構成されてもよく、（ｉｉ）電磁放射線源の出力部の光線経路に対して約８５～約１１０度の角度で方向づけられてもよい。第３電磁放射線検出器は、（ｉ）散乱電磁放射線を受け取るように構成されてもよく、（ｉｉ）電磁放射線源の出力部の光線経路に対して約８５～約１１０度の角度で方向づけられてもよい。散乱電磁放射線を受け取る第２電磁放射線検出器および第３電磁放射線検出器に基づいて比濁測定装置によって測定される散乱光値の変化は、低濁度値における懸濁液中の粒子の濃度の変化と実質的に等しくなり得る。

【0021】

一実施形態において、比濁測定装置は、懸濁液の散乱光値を測定するために設けられてもよい。比濁測定装置は、電磁放射線源、ビームサンプラー、ビームサンプラーに隣接（近接）して配置された第１電磁放射検出器、第２の電磁放射検出器、および第３の電磁放射検出器を備えてもよいが、これらに限定されない。第２電磁放射線検出器は、（ｉ）散乱電磁放射線を受け取るように構成されてもよく、（ｉｉ）容器の底部に隣接（近接）して配置されてもよく、（ｉｉｉ）電磁放射線源の出力部の光線経路に対して約８５～約１１０度の角度で方向づけられてもよい。第３電磁放射線検出器は、（ｉ）散乱電磁放射線を受け取るように構成されてもよく、（ｉｉ）容器の底部に隣接（近接）して配置されてもよく、（ｉｉｉ）電磁放射線源の出力部の光線経路に対して約８５～約１１０度の角度で方向づけられてもよい。散乱電磁放射線を受け取る第２電磁放射線検出器および第３電磁放射線検出器に基づいて比濁測定装置によって決定される散乱光値の変化は、低濁度値における懸濁液中の粒子の濃度の変化と実質的に等しくなり得る。

【0022】

一実施形態において、比濁測定装置は、懸濁液の散乱光値を測定するために設けられてもよい。比濁測定装置は、電磁放射線源、ビームサンプラー、ビームサンプラーに隣接（近接）して配置された第１電磁放射検出器、第２電磁放射検出器、および第３電磁放射検出器を備えてもよいが、これらに限定されない。第２電磁放射線検出器は、（ｉ）散乱電磁放射線波を受け取るように構成されてもよく、（ｉｉ）容器の底部に隣接（近接）して配置されてもよく、（ｉｉｉ）電磁放射線源の光線経路に対して約８５～約１１０度の角度で方向づけられてもよい。第３電磁放射線検出器は、（ｉ）散乱電磁放射線波を受け取るように構成されてもよく、（ｉｉ）容器の側面に隣接（近接）して配置されてもよく、（ｉｉｉ）（ａ）電磁放射線源の出力部の光線経路に対して約８５～約１１０度の角度で、且つ、（ｂ）第２電磁放射線検出器に対して実質的に垂直に、方向づけられてもよい。散乱電磁放射線を受け取る第２電磁放射線検出器および第３電磁放射線検出器に基づいて比濁測定装置によって測定される散乱光値の変化は、低濁度値における懸濁液中の粒子の濃度の変化と実質的に等しくなり得る。

【0023】

一実施形態において、比濁測定装置は、懸濁液の散乱光値を測定するために設けられてもよい。比濁測定装置は、第１の波長で電磁放射線を放出する第１電磁放射線源と、第２の波長で電磁放射線を放出する第２電磁放射線源と、第１電磁放射線源および第２電磁放射線源の出力部の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取るように構成された電磁放射線検出器とを備えてもよいが、これらに限定されない。第１の波長および第２の波長の電磁放射線を受け取る電磁放射線検出器に基づく比濁測定装置によって測定される散乱光値の変化は、懸濁液中の粒子の濃度の変化と実質的に等しくなり得る。

【0024】

一実施形態において、懸濁液の散乱光値を測定するために比濁測定装置を実装することができる。比濁測定装置は、バイアル（容器）、発光体、ビームサンプラー、第１光検出器、第２光検出器、レンズ、視野絞り、光トラップ面、および暗基準面（dark reference surface）を備えてもよいが、これらに限定されない。バイアル（容器）は、懸濁液の封入のために設けられてもよい。発光体は、第１の光線経路に沿って懸濁液を通して所定の波長の光ビームを投射するように構成されてもよい。ビームサンプラーは、光ビームの一部を参照光検出器に方向転換させる（向け直す）ように構成されてもよい。第１光検出器は、第１の散乱光経路長を有する散乱光を受光するように構成されてもよく、懸濁液を通って伝搬する光ビームの第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度に配置されてもよい。第２光検出器は、第２の散乱光経路長を有する散乱光を受光するように構成されてもよく、懸濁液を通って伝搬する光ビームの第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度に配置されてもよい。レンズは、懸濁液内に第２光検出器の像を形成するように第２光検出器とバイアルとの間に配置されてもよい。視野絞りは、レンズと第２光検出器との間に配置されてもよい。視野絞りは、入射光ビームが界面を通って伝搬する際に入射光ビームからの光散乱を排除するように第２光検出器の像の視野角を制限し得る開口（アパーチャ）を有してもよい。光トラップ面は、懸濁液によって散乱されない光ビームのエネルギーを減衰させるように構成されてもよい。第１の散乱光路長上の散乱光を受光する第１光検出器と、第２の散乱光路長上の散乱光を受光する第２光検出器とに基づいて比濁測定装置によって測定される散乱光値の変化は、懸濁液中の粒子の濃度の変化と実質的に同等であり得る。

【0025】

一実施形態において、比濁測定装置は、懸濁液の散乱光値を測定するために用いられてもよい。比濁測定装置は、バイアル（容器）、発光器、ビームサンプラー、第１光検出器、および第２光検出器を備えてもよいが、これらに限定されない。バイアル（容器）は、懸濁液を収容するように構成されてもよい。発光体は、第１の光線経路に沿って懸濁液を通して所定の波長の光ビームを投射するように構成されてもよい。ビームサンプラーは、光ビームの一部を参照検出器に向けるように構成されてもよい。第１光検出器は、第１の散乱光経路長を有する散乱光を受け取ることができ、懸濁液を通って伝搬する光ビームの第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置されてもよい。第２光検出器は、第２の散乱光経路長を有する散乱光を受け取ることができ、懸濁液を通って伝搬する光ビームの第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置されてもよい。第１の散乱光路長上の散乱光を受光する第１光検出器と、第２の散乱光路長上の散乱光を受光する第２光検出器とに基づいて比濁測定装置によって測定される散乱光値の変化は、懸濁液中の粒子濃度の変化と実質的に同等であり得る。

【0026】

一実施形態において、比濁測定装置は、懸濁液の散乱光値を測定するために設けられてもよい。比濁測定装置は、バイアル（容器）、第１発光体、第２発光体、ビームサンプラー、光検出器、レンズ、視野絞り、光トラップ面、および暗基準面を備えてもよいが、これらに限定されない。バイアル（容器）は、懸濁液の封入のために設けられてもよい。第１発光体は、懸濁液を通して第１の光線経路に沿って第１の波長で第１の光ビームを投射するように構成されてもよい。第２発光体は、懸濁液を介して第１の光線経路に沿って第２の波長で第２の光ビームを投射するように構成されてもよい。ビームサンプラーは、第１の光ビームおよび第２の光ビームの一部を参照光検出器に方向転換させる（向け直す）ように構成されてもよい。光検出器は、（ｉ）第１の光ビームおよび第２の光ビームから散乱光を受け取るように構成されてもよく、（ｉｉ）第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置されてもよい。レンズは、懸濁液内に光検出器の像を形成するために、光検出器とバイアルとの間に配置されてもよい。視野絞りは、レンズと光検出器との間に配置されてもよい。視野絞りは、入射光ビームからの光散乱を排除するように光検出器の像の視野角を制限する開口（アパーチャ）を有してもよい。光トラップ面は、懸濁液によって散乱されない第１の光ビームおよび第２の光ビームのエネルギーを減衰させるように構成されてもよい。第１の光ビームからの散乱光および第２の光ビームからの散乱光を受光する光検出器に基づいて比濁測定装置によって測定される散乱光値の変化は、懸濁液中の粒子の濃度の変化と実質的に等しくなり得る。

【0027】

一実施形態において、比濁測定装置は、懸濁液の散乱光値を測定するために設けられてもよい。比濁測定装置は、バイアル（容器）、広帯域発光体、散乱光検出器、レンズ、視野絞り、第１帯域通過フィルタ、および第２帯域通過フィルタを備えてもよいが、これらに限定されない。バイアル（容器）は、懸濁液の封入のために設けられてもよい。広帯域発光体は、サスペンションを介して第１の光線経路に沿って光線を投射するように構成されてもよい。散乱光検出器は、散乱光を受け取るように構成されてもよく、懸濁液を通って伝搬する光ビームの第１の光線経路に対して８５～１１０度の比濁角度で配置されてもよい。レンズは、懸濁液内に散乱光検出器の像を形成するように散乱光検出器とバイアルとの間に配置されてもよい。視野絞りは、レンズと散乱光検出器との間に配置されてもよい。第１の帯域通過フィルタおよび第２の帯域通過フィルタは、それぞれ視野絞りと散乱光検出器との間に配置されてもよい。第１の帯域通過フィルタは、第１の波長の散乱光を通過させるように構成されてもよい。第２の帯域通過フィルタは、第２の波長の散乱光を通過させるように構成されてもよい。懸濁液を通って伝搬する光ビームからの２つ以上の波長の散乱光を受け取る散乱光検出器に基づく比濁測定装置によって測定される散乱光値の変化は、懸濁液中の粒子の濃度の漸進的変化に対して、粒子の低濃度において実質的に等しくなり得る。

【0028】

本発明は、装置（デバイス）、システム、方法、および／またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本発明は、ハードウェアおよび／またはソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）において具現化され得る。さらに、本発明は、コンピュータ使用可能媒体上またはコンピュータ可読媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。当該媒体は、命令実行システムによる使用、または、該命令実行システムに関連した使用のために媒体に具現化されたコンピュータ使用可能プログラムコードまたはコンピュータ可読プログラムコードを有する。一実施形態において、本発明は、非一時的なコンピュータ可読媒体として具現化され得る。本明細書の文脈において、「コンピュータ使用可能媒体（computer-usable medium）」または「コンピュータ可読媒体（computer-readable medium）」には、命令実行システム、命令実行装置、若しくは命令実行デバイスによって使用するか、又は、これらに関連して使用するために、プログラムを格納、保存、通信、伝搬、または転送することができる任意の媒体が含まれ得るが、これらに限定されるものでない。

【0029】

コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体のシステム、装置、デバイス、または伝搬媒体であってもよいが、これらに限定されない。

【0030】

［用語］
以下の用語説明において引用符が付された用語および語句は、文脈の中で別途明示されていない限り、当該用語説明で定義された意味を有することが意図されており、このことは、本明細書全体および特許請求の範囲に適用される。さらに、ここで述べられる定義は、単語またはフレーズの文法上の形式に関係なく、定義された単語またはフレーズの単数形および複数形のバリエーションに適用される。

【0031】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「又は（若しくは、或いは）」という用語は、排他的であることを意味するものではなく、むしろ、この用語は包括的であり、「どちらか一方、又は、両方」を意味する。

【0032】

本明細書における「一実施形態」、「別の実施形態」、「好ましい実施形態」、「代替の実施形態」、「一変形例」、「変形例（バリエーション）」、および同様の語句への言及は、これらの実施形態または変形例に関連して説明された特定の構成、特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態または変形例に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所で使用される「一実施形態において」、「一変形例において」という語句、または同様の語句は、必ずしも同じ実施形態または同じ変形例を指すことを意味するものではない。

【0033】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「接続」又は「結合」という用語は、特定された要素、部品（コンポーネント）、または物体（オブジェクト）間の間接的または直接的な物理的接続（物理的結合）を指す。多くの場合、接続（結合）の方法は、特に、２つの結合された要素が相互作用する方法に関係する。

【0034】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「直接接続」又は「直接結合」という用語は、他の部品（コンポーネント）、または物体（オブジェクト）が介在しないような、特定された要素、部品（コンポーネント）、または物体（オブジェクト）間の物理的接続（物理的結合）を指す。

【0035】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「約（approximately）」という用語は、与えられた値のプラスマイナス１０％を指す。

【0036】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「概ね（about）」という用語は、与えられた値のプラスマイナス２０％を指す。

【0037】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「概して」および「実質的に」という用語は、「ほとんど」、「大部分」、または「ほぼ」を意味する。

【0038】

左、右、底、頂、上、下、垂直（鉛直）、水平、後、前、横（側）などの方向および／または位置関係を示す用語は、相互に関連しており、該当する要素または物品の特定の向きに依存するものであり、様々な実施形態の説明を補助するために適宜使用されるものであり、限定的に解釈されることを必ずしも意図されていない。

【0039】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「光検出器（photodetector）」、「光センサー（photosensor）」、「比濁法検出器（nephelometric detector）」、「比濁法観測者（nephelometric observer）」、「観測者（observer）」、「光検出器（light detector）」、「散乱光検出器（scattered-light detector）」、および「電磁放射線検出器（electromagnetic radiation detector）」という用語は、互換的に使用可能であり、光放射または他の電磁放射を検出するように構成された装置（デバイス）を指す。

【0040】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「濁度」、「ヘーズ（曇価）」、「曇り度」、および「散乱光値」という用語は、媒質内の浮遊粒子による標本懸濁液または標準懸濁液の光散乱特性を指す。

【0041】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「ソフトウェア」という用語は、システムの動作に関連するプログラム、処理、規則、命令、および任意の関連ドキュメンテーションを指す。

【0042】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「ファームウェア」という用語は、ハードウェアデバイスに永続的に含まれるコンピュータプログラム、処理、規則、命令、および関連ドキュメンテーションを指し、フラッシュウェア（flashware）であってもよい。

【0043】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「ハードウェア」という用語は、システムの物理的、電気的、および機械的な部分（部品）を指す。

【0044】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「コンピュータ使用可能媒体」または「コンピュータ可読媒体」という用語は、命令実行システム、命令実行装置、または命令実行デバイスによって使用されるか、またはこれらに関連して使用されるプログラムを格納、保存、通信、伝搬、または転送することができる任意の媒体を指す。コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体のシステム、装置、デバイス、または伝搬媒体であってもよいが、これらに限定されない。非限定的な一例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体を備えてもよい。

【0045】

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「信号」という用語は、信号内の情報をエンコードするような方法で設定または変更される１つまたは複数の特性を有する信号を指す。信号を送信する無線手段が設けられてもよく、無線手段は、例えば、Bluetooth、Wi-Fi、音響、RF、赤外線、および他の無線手段を含むが、これらに限定されない。

【0046】

［第１の実施形態に係る比濁測定装置］
図１Ａ～図１Ｄを参照すると、第１の実施形態に係る比濁測定装置１００の詳細図が示されている。第１の実施形態に係る比濁測定装置１００は、媒質中の懸濁粒子の濃度を測定するために用いられ得る。

【0047】

図１Ａ～図１Ｄに全体的に示されるように、比濁測定装置１００は、非限定的ではあるが、電磁放射線源１０２、ビームサンプラー１０４、第１光検出器（第１電磁放射線検出器）１０６、第２光検出器（第２電磁放射線検出器）１０８、及び、第３光検出器（第３電磁放射線検出器）１１０を備え得る。比濁測定装置１００は、キャップ１６２を有するバイアル（容器）１６０内に保存（格納）されたサンプル（標本）１５０中の浮遊粒子の濃度を測定するために用いられ得る。第１光検出器１０６は、参照光検出器として用いられ得る。光検出器１０６、１０８、１１０のそれぞれは、電磁放射線源１０２によって生成された電磁放射線を検出するように構成され得る。

【0048】

電磁放射線源１０２は、発光ダイオード（発光体）であってもよい。比濁測定装置１００の入射ビームは、２．５度以下の発散に制限されつつ発光体（電磁放射線源）１０２から発する電磁放射線のコリメーション（視準）から構成され得る。入射ビームの波長は、しばしば、特定の用途のための規制要件または標準的な慣行によって決定され得る。飲料水中の特定の物質を測定するために、米国環境保護庁（USEPA）の様々な方法では、入射ビームが４００～７００ｎｍの可視スペクトル内の波長で構成されることが優先的に要求される。一方、ＩＳＯ７０２７メソッドへの準拠では、入射ビームが８３０～８９０ｎｍの近赤外線波長で構成されている必要がある。他の規制要件によっても、散乱光検出器によって規定される収集角度と、調査ビームの光線経路に対する測定角度とが規定される。飲料水の規制遵守のために、通常、入射ビームの光線経路に対して９０度を中心とする比濁角度が指定される。他の規制および非規制の用途のうち、散乱光の分析には８５～１１０度の比濁角度が適切であり、懸濁媒質中のさまざまなサイズの粒子に無関心であるという特性が共有される。

【0049】

図１Ｂに示されるように、対象となる波長（例えば、所定の波長）からなる光は、発光体１０２から放射され、第１の光線経路１１１に沿って伝わることができる。発光体１０２からの放射光は、ビームサンプラー１０４の凸状光学面１０４ａでの屈折によって視準が合わせられ得る（コリメートされ得る）。凸状光学面１０４ａは、対象の波長の少なくとも一部を透過し得る光学材料（例えば、Ｓｃｈｏｔｔ Ｎ－ＢＫ７）から構成され得る。ビームサンプラー１０４を通って伝搬する光は、ビームサンプラー１０４の斜辺１０４ｂで部分的に反射され得る。その後、当該反射された光の一部は、内部で光線経路（放射線経路）１１１ａに沿って方向転換され、参照光検出器（第１光検出器）１０６に入射する。一例において、参照光検出器１０６は、光学接着剤１１２によってビームサンプラー１０４の反対側の面１０４ｃに接合（接着）されてもよい。参照光検出器１０６に入射する光の量は、視準が合わされた（コリメートされた）ビームのパワーに比例し得る。

【0050】

環境の影響または入力電力の変動による発光体１０２から放射される光の量の変化は、（例えば、参照光検出器１０６がフォトダイオードである場合に）参照光検出器１０６で生成される電気信号の変化として特定され得る。参照信号は、該参照信号の変化に比例して散乱光信号を調整することにより、サンプル１５０の濁度値の特定に適用され得る。ビームサンプラー１０４の内部において斜辺１０４ｂで反射されない光は、第１の入射光線経路１１１ｂに沿って屈折されて、サンプル１５０を通るように方向付けられ得る。サンプル１５０の容積は、バイアル１６０およびキャップ１６２内の容積に制限され得る。バイアル１６０の円筒形の側面および底部は、対象の波長の少なくとも一部の透過を可能にし、サンプル１５０を通って伝搬する入射ビームからの散乱光の観察を許容する。典型的には、バイアル１６０はガラスから製造され得る。例えば、液体媒質の懸濁剤の分析で一般的に使用されるホウケイ酸ガラスが用いられてもよい。

【0051】

第２の光検出器１０８および第３の光検出器１１０はそれぞれ、散乱光検出器として用いられ得る。散乱光検出器１０８，１１０（第１の散乱光検出器１０８及び第２の散乱光検出器１１０）は、バイアル１６０の透明な底部の下に配置され、第１の入射光線経路１１１ｂに沿って並べて配置され、第１の入射光線経路１１１ｂに対して約９０度の比濁角度で、中心間距離「Ｄ」を空けて空間的に離れて配置されてもよい。

【0052】

図１Ｃを参照すると、比濁測定装置１００の正面図が示されている。図１Ｃには、断面線Ａ－Ａが付されている。

【0053】

図１Ｄを参照すると、図１Ｃの断面線Ａ－Ａに沿った断面図が示されている。第１の光線経路１１１、第２の光線経路１１３、第３の光線経路１１５、第１の入射光線経路１１１ｂ、第２の入射光線経路１１３ｂ、第３の入射光線経路１１５ｂ、第１の散乱光線経路１１３ｃ、および第２の散乱光線経路１１５ｃが示されている。注目すべきは、第１の光線経路１１１と同様に、第２の光線経路１１３および第３の光線経路１１５の一部は、参照光検出器１０６に向かって方向転換され得ることである。第２の入射光線経路１１３ｂおよび第３の入射光線経路１１５ｂに沿ってサンプル１５０を透過した光線が、サンプル１５０内の粒子１１４、１１６との遭遇により光散乱にさらされると、入射光の少なくとも一部は、第１の散乱光線経路１１３ｃおよび第２の散乱光線経路１１５ｃに沿って散乱され得る。第２の散乱光線経路１１５ｃに沿って第１の散乱光検出器１０８によって受け取られる散乱光は、第１の散乱光線経路１１３ｃに沿って第２の散乱光検出器１１０によって受け取られる散乱光の経路長よりも短い経路長を有し得る。散乱光の経路長（散乱光路長）は、散乱光がサンプル１５０内を移動して散乱光検出器１０８，１１０の１つに衝突するまでの総距離として定義され得る。

【0054】

また、図１Ｄに、光散乱勾配の仮想ゾーン（Ａ、Ｂ、およびＣ）が示されている。光がサンプル１５０を通って伝搬するとき、光は曲がりくねった経路に沿って散乱され、入射ビームの強度を減少させる。ゾーンＡは、ゾーンＢおよびゾーンＣと比較して、分散経路長が短いゾーンである。入射ビームの強度は、光の散乱により、入射ビームがゾーンＡからゾーンＣへ伝搬するにつれて減少し得る。サンプル１５０内の粒子の濃度が増加するにつれて、散乱光検出器１０８，１１０の応答は、実質的に同じ速度で増加し得る。第１の散乱光路長Ｌ１および第２の散乱光路長Ｌ２のそれぞれについての図５のグラフに示されるように、散乱光検出器１０８，１１０は、低い濁度値に対して実質的に同じ感度を有することを特徴とし得る。サンプルの濁度がさらに増加すると、散乱光検出器１０８，１１０ごとに最大濁度値に達することができ、これよりもさらにサンプル１５０の濁度が増加すると、散乱光検出器１０８，１１０の応答が低下する可能性がある。

【0055】

散乱光検出器１０８，１１０の最大応答は一意的であってもよい。散乱光路長に沿って散乱光を受け取る比濁検出器の応答は、短い散乱光路長の比濁検出器の応答と比較して、より大きな信号値を生成し、より低い濁度値で最大応答に達することができる。本発明の実施において自明ではないが、比濁散乱光検出器の応答は、散乱光の光路長に関係なく、一群の非線形方程式に対する懸濁媒質の濁度と強い相関関係で説明され得る。ここで、下記の非線形方程式（「式１３」の一般式など）において、「ｘ／ｙ」は多項式に相当する。下記の非線形方程式において、「ｎ」は「０」よりも大きく、「ｘ」は濁度値に相当し、「ｙ」は検出器の応答に相当し、「ａｎ」は較正係数である。本発明のイノベーションにおける原則として、本明細書には、１次、２次、およびｎ次の比濁応答式が次のように開示される。

【0056】

【数2】

【0057】

【数3】

【0058】

【数4】

【0059】

異なる散乱光路長の散乱光を受け取る１つまたは複数の比濁分析検出器の較正係数「ａｎ」は、同じ次数の非線形多項式（式１３）のグループから選択された式に従って、共通の特性応答をもたらす。これは、 選択された式の項数以上の量の１組のキャリブレータ（較正器）から特定可能である。

【0060】

一実施例において、非線形の一次多項式（式１１）は、サンプルの準線形濁度範囲における比濁分析の検出器応答を特性評価するのに有用であり、二次多項式（式１２）または高次多項式（式１３）は、 準線形濁度範囲を超える濃度に対する比濁分析検出器応答の特性評価により適している。準線形濁度範囲は、２４ｍｍバイアル（容器）内に収容されて白色発光ダイオード（ＬＥＤ）から放射される光のビームによって調べられるサンプルについての、１００ＮＴＵ以下の比濁法濁度単位（ＮＴＵ）の値としてさらに説明される。応答曲線を説明する際に使用される式の次数は、応答関数の係数を定義するために必要な較正点または較正器の最小数に直接関係する。２次式の場合、式の係数を定義するには、少なくとも３つの較正点が必要である。「式１２」の最大応答（ピーク応答）の発生は、次の「式１４」に示される。

【0061】

【数5】

【0062】

散乱光検出器１０８，１１０の応答曲線の交点は、サンプル１５０の濁度値の報告における基準として有用であり得る。散乱光検出器１０８，１１０の応答曲線の交点以上の報告された濁度値は、第２の散乱光検出器（例えば、長光路長検出器）１１０の応答の代わりに、第１の散乱光検出器（例えば、短光路長検出器）１０８の応答から特定され得る。懸濁媒質を通って伝搬する光のビームから８５～１１０度の比濁角度で散乱光を受け取る散乱光検出器１０８，１１０の感度は、低濁度値での懸濁媒質中の粒子の濃度の増分変化と実質的に同等であり得る。したがって、応答曲線の交点を調整することは、第１の散乱光検出器１０８と第２の散乱光検出器１１０とのゲインの差の制御、又は、サンプル１５０の濁度値の報告に利用される散乱光経路長の選択のために有用であり得る。異なる光路長の１つまたは複数の比濁分析検出器の応答と散乱光の量との交点は、他方の応答曲線に対する一方の応答曲線に適用されるスケーリング (またはゲイン係数) の積として選択される濁度値に調整可能である。スケーリング係数は、２つ以上の分散光路長の最低ピーク濁度値未満の値で選択される濁度値で評価される２つの応答曲線の比率によって特定され得る。

【0063】

比濁測定装置１００は、単一の光線経路に沿ってサンプル１５０を通って伝搬するビームから異なる散乱光経路長のターバリー（turbaries）の散乱光を受け取る２つ以上の比濁法観察器（例えば、光検出器）の動作の共通モードを有する。図１Ｂの入射光線経路１１１ｂに沿って散乱光検出器１０８，１１０を配置することによって、改良が実現され得る。ここで、散乱光を受け取る各散乱光検出器は、バイアル１６０およびサンプル１５０を通って伝搬する光ビームの強度の比例的変化にさらされる。光ビームの強度の変化は、バイアル１６０とサンプル１５０のばらつきの結果である可能性がある。バイアル１６０のばらつきには、入射ビームの光線経路に対するバイアル１６０の位置、バイアル１６０の材料の欠陥（例えば、線条）、バイアル１６０の壁内の気泡および封入物、傷、指紋、ほこり、汚れなどの表面異常などが含まれ得るが、これらに限定されない。サンプル１５０のばらつきには、懸濁媒質中の粒子の重量成層、異なる速度での異なる比重の懸濁媒質中の粒子の沈殿、及び／又
は、混合によりサンプルに導入された気泡による干渉などが含まれ得るが、これらに限定されない。入射ビームの強度の変化は、２つ以上の散乱光路長のサンプル内の懸濁剤からの散乱光を受け取る１つ以上の比濁分析検出器に共通の影響を与える可能性があり、種々の入射ビームの共通性により、光路長に関係なく、濁度値のほぼ一致した特定が可能になる。対照的に、１つ以上の別個の放射体からの別個の光線経路の２つ以上の入射ビームに沿って実行される分析では、２つの異なる光線経路に沿った入射ビームの強度の違いにより、報告される２つの濁度値の間で不一致が生じやすくなる。

【0064】

［第２の実施形態に係る比濁測定装置］
懸濁媒質中の粒子濃度の分析において低い量子化限界を達成するために、比濁観測者は、濃度の増分変化に対する応答（反応）を無関係な応答（反応）から区別できなければならない。光応答に関係のない散乱光検出器の応答（反応）はノイズである。入射ビームからのサンプルの光散乱とは無関係の応答を引き起こす散乱光検出器に衝突する光は、迷光である。迷光応答の原因には、サンプル内の入射ビームの観察範囲を超える散乱光検出器の視野と、散乱光検出器の視野内の外部光または周囲光の存在とが含まれるが、これらに限定されない。

【0065】

図２Ａ～図２Ｂを参照すると、第２の実施形態に係る比濁測定装置２００の詳細図が示されている。第２の実施形態に係る比濁測定装置２００は、迷光を軽減して低い量子化限界を達成するように構成され得る。図２Ａを参照すると、比濁測定装置２００の側面図が示されている。図２Ｂを参照すると、比濁測定装置２００の底面図が示されている。

【0066】

全体的に示されるように、比濁測定装置２００は、電磁放射線源２０２、ビームサンプラー２０４、第１の光検出器（または光検出器）２０６、第２の光検出器（または光検出器）２０８、 レンズ２１０、視野絞り２１２、第３の光検出器（または光検出器）２１４、球体２１６、および光トラップ２１８を備え得るが、これらに限定されない。比濁測定装置２００は、キャップ２６２を有するバイアル（容器）２６０内に格納されたサンプル２５０中の浮遊粒子の濃度を測定し、迷光を軽減するように構成され得る。

【0067】

第１の光検出器２０６は、参照光検出器として用いられ得る。第２の光検出器２０８および第３の光検出器２１４はそれぞれ、散乱光検出器（第１の散乱光検出器２０８及び第２の散乱光検出器２１４）として用いられ得る。光トラップ２１８は、入射ビーム光トラップとして用いられ得る。球体２１６は暗基準面として用いられ得る。

【0068】

第１の光線経路２１１、第２の光線経路２１３、第３の光線経路２１５、第１の入射光線経路２１１ｂ、第２の入射光線経路２１３ｂ、第３の入射光線経路２１５ｂ、第１の散乱光線経路２１５ｃ、および第２の散乱光線経路２１３ｃが示されている。注目すべきは、第１の光線経路２１１と同様に、第２の光線経路２１３および第３の光線経路２１５の一部は、参照光検出器（第１の光検出器）２０６に向かって方向転換され得ることである。第２の入射光線経路２１３ｂおよび第３の入射光線経路２１５ｂに沿ってサンプル２５０を透過した光線が、サンプル２５０内の粒子２２０，２２２との遭遇による光散乱にさらされると、入射光の少なくとも一部は、第１の散乱光線経路２１５ｃおよび第２の散乱光線経路２１３ｃに沿って散乱され得る。

【0069】

レンズ２１０、視野絞り２１２、第２の散乱光検出器（第３の光検出器）２１４、および球体２１６は、（ｉ）第２の入射光線経路２１３ｂに対して８５～１１０度の比濁角度で光軸２２３に沿って、且つ、（ｉｉ）第１の散乱光検出器（第２の光検出器）２０８に直交するように、位置合わせされ得る。レンズ２１０は、第２の散乱光検出器２１４のアクティブ領域の像をバイアル２６０の中心に投影し得る。第２の散乱光検出器２１４およびバイアル２６０に対するレンズ２１０および視野絞り２１２の位置および直径は、界面での光散乱を排除するように第２の散乱光検出器２１４の映像の画角を制限し得る。その結果、バイアル２６０およびサンプル２５０を通って伝搬する入射ビームは、屈折率の変化を受け、入射ビームの光散乱を引き起こしている。第２の入射光線経路２１３ｂに沿った入射ビームとサンプル２５０との相互作用による光散乱は、比濁分析光線経路（第２の散乱光線経路）２１３ｃに沿って第２の散乱光検出器２１４に衝突され得る。

【0070】

球体２１６の暗基準面２１６ｂは、対象の波長に対して吸収性を有し、暗基準面２１６ｂに衝突する吸収されていない残留光の複数の内部反射によって、サンプル２５０からの迷光または散乱光から球体の開口（アパーチャ）２１６ａに入る光を減衰させるように作用し得る。暗基準面２１６ｂの表面組成、構造、および仕上げは、球体の開口２１６ａに入る光を減衰させるために、多種多様な材料および表面特性から選択され得る。例えば、黒色のアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂で構成された半研磨球面が用いられてもよい。暗基準面２１６ｂの吸収率は、レンズ２１０および視野絞り２１２を通して第２の散乱光検出器２１４によって観察されるように、表面照度を必要な量子化限界未満に低減するように選択され得る。球体２１６の開口（球体アパーチャ）２１６ａの直径は、周辺光線２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃとして示されるように、視野絞り２１２の像を取り囲むのに実用的で十分な程度に小さく維持され得る。サンプル２５０の懸濁媒質中に光散乱粒子が存在しない場合、第２の散乱光検出器２１４の信号は、迷光および暗基準面２１６ｂの表面輝度（表面放射輝度）の結果である可能性がある。迷光が十分に低いことを保証するために、光トラップ２１８は、第１の入射光線経路２１１ｂに沿ってバイアル２６０およびサンプル２５０を通る入射ビームの伝搬から散乱されない光を吸収して、バイアル２６０に接する表面への光の再入射を防止し得る。

【0071】

図示のように、光トラップ２１８は、２つ以上の光吸収面を有し得る。第１の入射光線経路２１１ｂに沿って光トラップアパーチャ（光トラップ開口）２１８ａに入る光は、図２Ａに示されるように、光吸収面２１８ｂ，２１８ｃ，２１８ｄに順次伝搬し得る。光吸収面２１８ｂで吸収されない残りの光は、第１の反射光線経路２１１ｃに沿って光吸収面２１８ｃに向けて方向づけられ得る。続いて、光吸収面２１８ｃで吸収されない光は、第２の反射光線経路２１１ｄに沿って光吸収面２１８ｄに向けて方向づけられ得る。光吸収面２１８ｄで吸収されない残りの光は、反射光線経路２１１ｄ，２１１ｃに沿って後方に反射され、バイアル２６０に接する表面への光の再入射を実質的に防止し、迷光が散乱光検出器２０８，２１４に衝突するのを防止し得る。光トラップ２１８の表面の組成、構造、および仕上げは、光トラップアパーチャ２１８ａに入る光を減衰させるために、多種多様な材料および表面特性から選択され得る。一例において、半研磨された黒色のＡＢＳ樹脂からなる平面が設けられ得る。光トラップ２１８の表面（すなわち、光吸収面２１８ｂ，２１８ｃ，２１８ｄ）の吸収率は、反射光の量を１０％未満に制限するように選択されてもよい。この結果、吸収されずに第１の入射光線経路２１１ｂに沿って後方に反射される光の量は、光トラップ２１８に入射した光の約０．１０^５倍（または約１／１０，０００）に減少され得る。光トラップ２１８の表面（すなわち、光吸収面２１８ｂ，２１８ｃ，２１８ｄ）の吸収率は、光トラップ２１８の表面に衝突する光の各入射について、入射角での表面の反射率の積に従って、光トラップ２１８の減衰に影響を与え得る。

【0072】

散乱光検出器２０８，２１４は、サンプル２５０の濁度値の変化に対して、第１の実施形態の散乱光検出器１０８，１１０について説明した比濁分析の応答および感度と同じ特性を有し得る。散乱光検出器２０８，２１４は、それぞれ懸濁液中の粒子２２０，２２２との遭遇から散乱光線経路２１３ｃ，２１５ｃに沿って散乱された光を受け取ることができる。散乱光路長に関わらず、懸濁媒質を通って伝搬する光ビームからの散乱光検出器２０８，２１４の応答は、一群の非線形方程式との相関において、懸濁媒質の濁度と強い関係で説明され得る。一群の非線形方程式において、「ｘ／ｙ」は、前述の「式１３」の形式における多項式に相当する。

【0073】

図２Ｃ～図２Ｅを参照すると、第２の実施形態に係る比濁測定装置２００がハウジング２７０内に示されている。ハウジング２７０は、比濁測定装置２００の構成要素（部品）を組み立てるための構造の一例であり、これに限定することを意図されていない。ハウジング２７０は、その変形例として、本明細書に記載された比濁測定装置のそれぞれを収容するように適宜変更され得る。図２Ｃを参照すると、ハウジング２７０の上面図が示されている。図２Ｄを参照すると、ハウジング２７０およびバイアル２６０の側面図が示されている。図２Ｄは、断面線Ｂ－Ｂをさらに含む。図２Ｅを参照すると、断面線Ｂ－Ｂに沿ったハウジング２７０の断面図が示されている。図２Ｃ～図２Ｅを全体的に参照すると、ハウジング２７０は、その内部に収容された比濁測定装置２００の構成要素と結合するように構成され得る上側部材２７２および下側部材２７４を備え得る。ハウジング２７０は、ビームサンプラー取付部２７６、電磁放射線源取付部２７８、半球体２８０、光トラップ取付部２８２、散乱光検出器取付部２８４、バイアル収容部２８６、フィールドレンズ（視野レンズ）２８８、及びフィールドレンズ取付部（視野レンズ取付部）２９０を更に備え得る。ただし、フィールドレンズ２８８およびフィールドレンズ取付部２９０がハウジング２７０から取り外し可能に構成された変形例も考えられる。例えば、発光体（電磁放射線源）２０２がレーザーダイオードである場合である。場合によっては、フィールドレンズ取付部２９０は、フィールドレンズ２８８がフィールドレンズ取付部２９０に取り付けられていないとき、アパーチャ（またはバッフル）として使用されてもよい。一例において、フィールドレンズ取付部２９０は、フィールドレンズ２８８がハウジング２７０内に向けて設置される場合、取り除かれてもよい。フィールドレンズ取付部２９０は、フィールドレンズ２８８を入射ビーム内の中心に置くように構成されてもよい。フィールドレンズ２８８は、ビームの範囲が光トラップアパーチャ２１８ａ内に収まるようにビームの発散を低減するように構成されてもよい。

【0074】

図示のように、ハウジング２７０は、図２Ａ～図２Ｂを参照して上述したように比濁測定装置２００の構成要素を配置するように構成され得る。なお、同様のハウジングが、図１Ａ～図１Ｄに示すような第１の実施形態に係る比濁測定装置１００の構成要素を構成するために用いられてもよい。さらに、同様のタイプのハウジングが、第１の実施形態および第２の実施形態の比濁測定装置１００，２００と同様に、以下に説明される実施形態の構成要素を構成するために用いられてもよい。

【0075】

［第３の実施形態に係る比濁測定装置］
本発明の他の実施形態によれば、８５～１１０度の比濁角度で懸濁媒質を通って伝搬する光ビームからの異なる経路長の散乱光を受け取る散乱光検出器の感度は、低い濁度値で実質的に同じであり、懸濁媒質の異なる濁度値で最大応答に達する。光散乱理論によれば、懸濁媒質中の粒子サンプルを伝搬するビームからの散乱光の経路長は、入射光の波長と粒子のサイズに依存する。また、入射ビームの光線経路に対して８５～１１０度で散乱する光は、懸濁媒質内の粒子のサイズにほとんど依存しないことも知られている。

【0076】

比濁分析観測者に衝突する散乱光の波長の変化に対する比濁分析観測者の応答は、懸濁媒質中の粒子の光散乱特性、懸濁媒質の吸収、および比濁分析観測者に対する波長応答に依存する。水性媒質中の粒子の分析における一次標準として、ホルマジンベースの懸濁剤は単一の粒子サイズではなく、０．１～１０マイクロメートルの範囲であり、飲料水中の病原体の対象となる粒子サイズに一致する。ホルマジンの波長依存性は、λ－2にほぼ等しく、レイリー散乱とミー散乱の光散乱理論の領域に収まる。換言すれば、ホルマジン懸濁液の散乱光路長は、散乱光の波長が長くなるほど短くなり、波長が短くなるほど長くなる。例えば、波長６６０ｎｍの光では、波長４７０ｎｍの光に比べて、散乱光路長が約半分になる。

【0077】

前述の実施形態の原理と一致するのは、懸濁媒質を通って伝搬する光のビームから８５～１１０度の角度で比濁法観測者によって受け取られる散乱光の量であり、懸濁媒質内の粒子濃度の変化に対する観測者の応答（反応）は、次の（ｉ）～（ｉｖ）の通りである。
（ｉ）異なる散乱光路長の２つ以上の比濁観測について、低濁度値において実質的に同等であってもよい。
（ｉｉ）一群の非線形方程式から選択される式に従ったものであってもよい。非線形方程式において、「ｘ／ｙ」は、上記の「式１３」の形式の多項式に相当する。ここで、「ｎ」は「０」よりも大きい整数であり、「ｘ」は懸濁媒質の濁度値に相当し、「ｙ」は比濁検出器の応答に相当し、「ａｎ」は較正係数である。
（ｉｉｉ）異なる散乱光路長で異なる濁度値で最大応答に達してもよい。
（ｉＶ）異なる散乱光路長の観測者に対して同等の応答値にスケーリング可能（scalable）である。

【0078】

図２Ａ～図２Ｂを参照すると、第３の実施形態に係る比濁測定装置３００の詳細図が示されている。第３の実施形態の比濁測定装置３００は、散乱光検出器が、一致する光線経路に沿って懸濁媒質を通って伝搬する２つ以上の異なる波長からなる光ビームから２つ以上の経路長の光散乱を受け取るように構成され得る。光散乱は、異なる時間間隔で、第１の経路長の第１の波長および第２の経路長の第２の波長の散乱光検出器に衝突し得る。２つ以上の散乱光経路長から散乱光を受け取る１つ以上の散乱光検出器は、散乱光検出器に衝突する散乱光波長の選択から達成され得る。図示されるように、比濁測定装置３００は、第１の電磁放射線源３０１、第２の電磁放射線源３０２、ビームサンプラー３０４、第１の光検出器（または光検出器）２、第２の光検出器（ または光検出器）３０８、レンズ３１０、視野絞り３１２、球体３１６、および光トラップ３１８を備え得るが、これらに限定されるものでない。第１の電磁放射線源３０１および第２の電磁放射線源３０２は、発光ダイオード（発光体）で構成されてもよい。第１の光検出器３０６は、参照光検出器として設けられてもよい。第２の光検出器３０８は、散乱光検出器として設けられてもよい。レンズ３１０、視野絞り３１２、球体３１６、および光トラップ３１８は、第２の実施形態の構成要素と同様に設けられてもよい。

【0079】

第１の発光体（第１の電磁放射線源）３０１は、第１の光線経路３２０に沿って放射することができ、第２の発光体（第２の電磁放射線源）３０２は、第２の光線経路３２２に沿って放射することができる。電気制御において、第１の発光体３０１および第２の発光体３０２は、第１の光線経路３２０および第２の光線経路３２２に沿って異なる時間間隔で光を放出するように選択可能である。第１の発光体３０１および第２の発光体３０２からの光は、ビームサンプラー３０４によって視準が合わされ（コリメートされ）、部分的に反射され得る。部分的に反射されたビームは、第１の反射光線経路３２０ａおよび第２の反射光線経路３２２ａに沿って参照光検出器（第１の光検出器）３０６に入射し得る。球体３１６の球体アパーチャの直径は、周辺光線３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃとして示されるように、視野絞り３１２の像を取り囲むのに十分な程度に可能な限り小さく維持され得る。迷光が十分に低いことを保証するために、光トラップ３１８は、一致する光線経路３２０ｂ，３２２ｂに沿ってバイアル（容器）３６０およびサンプル３５０を通過する入射ビームの伝搬から散乱されない光を吸収し、バイアル３６０接する表面への光の再入射を防止し得る。

【0080】

ビームサンプラー３０４によって内部反射されない光は、屈折の結果として、一致する光線経路に沿って伝搬し得る。例えば、第１の入射光線経路３２０ｂと第２の入射光線経路３２２ｂは一致し得る。第１の発光体３０１および第２の発光体３０２からの光は、光が放出されない隔離帯域（isolation band）によって隔てられた異なる波長を有し得る。第１の散乱光線経路３２０ｃおよび第２の散乱光線経路３２２ｃに沿って粒子３１５から散乱された光の一部は、レンズ３１０および視野絞り３１２を通して散乱光検出器（第２の光検出器）３０８によって受け取られ得る。レンズ３１０によって形成された散乱光検出器３０８の像は、光軸３２３に沿ってサンプル３５０内に入ることができる。視野絞り３１２の像（すなわち、レンズ３１０によって形成される散乱光検出器３０８の視野の範囲）は、第１の入射光線経路３２０ｂおよび第２の入射光線経路３２２ｂに対して８５～１１０度の比濁角度で光軸３２３に沿って球体アパーチャ３１６ａを通って球体３１６内に入ることができる。サンプル３５０を通って伝搬する入射ビームの相互作用によって散乱されない光は、光トラップアパーチャ３１８ａを通って光トラップ３１８に入ることができ、その中の光吸収表面で減衰されて、バイアル３６０に接する表面を照らす光の再入射を防止し得る。

【0081】

本発明の第３の実施形態は、一人の比濁観測者と１つの入射光線経路からなり、最初の２つ（第１及び第２）の実施形態における空間的に分離された散乱光経路を廃止することによって、共通モード誤差をさらに低減する。バイアル３６０およびサンプル３５０を通過する一致する光線経路３２０ｂ，３２２ｂに沿って伝搬する入射ビームは、サンプル３５０からの光散乱とは関係なく、比濁法観測者と実質的に同じ光学効果を経験し得る。散乱光検出器３０８は、異なる時間間隔で第１の発光体３０１および第２の発光体３０２から放射された一致する光線経路３２０ｂ，３２２ｂに沿って、サンプル３５０を通って伝搬する異なる波長の各ビームからの散乱光の量の尺度として、異なる経路長の散乱光を識別し得る。懸濁媒質を通って伝搬する光ビームから８５～１１０度の比濁角度で２つ以上の波長の散乱光を受け取る光検出器の感度は、低濃度の粒子では、懸濁媒質中の粒子の濃度の漸進的変化と実質的に同等であり得る。

【0082】

一致する光線経路３２０ｂ，３２２ｂに沿って伝搬する光の波長の選択は、ビームサンプラー３０４または参照光検出器３０６の存在に関係なく、本発明の範囲内の様々な代替手段で達成され得る。例えば、波長選択手段は、広帯域発光体およびモノクロメータ、波長可変キャビティ、または、他の波長可変発光体から構成される。

【0083】

［第４の実施形態に係る比濁測定装置］
図４を参照すると、第４の実施形態の比濁測定装置４００の底面図が示されている。第４の実施形態の比濁測定装置４００は、第２の実施形態および第３の実施形態の比濁測定装置２００，３００と同様の構成要素を備え得る。

【0084】

図示されるように、比濁測定装置４００は、電磁放射線源４０２、ビームサンプラー４０４、第１の光検出器（または光検出器）４０６、第２の光検出器（または光検出器）４０８、レンズ４１０、視野絞り４１２、球体４１６、光トラップ４１８、第１のバンドパスフィルタ４２０、および第２のバンドパスフィルタ４２２を備え得るが、これらに限定されない。電磁放射線源４０２は、広帯域発光体（または広帯域発光ダイオード）であってもよい。広帯域発光体（電磁放射線源）４０２は、第１の光線経路４３０に沿って放射し得る。第１の光検出器４０６は、参照光検出器として設けられてもよい。第２の光検出器４０８は、散乱光検出器として設けられてもよい。

【0085】

図示されるように、光ビームは、第１の光線経路４３０に沿って広帯域発光体４０２から放射し得る。該発光体４０２からの放射光は、ビームサンプラー４０４の凸状光学面での屈折によって視準が合わされ（コリメートされ）得る。ビームサンプラー４０４を通って伝搬する光は、ビームサンプラー４０４の斜辺で部分的に反射され得る。その後、この光の一部は、ビームサンプラー４０４の内部で光線経路４３０ａに沿って方向転換され、参照光検出器（第１の光検出器）４０６に入射し得る。光学面の斜辺で内部反射されない光は、入射光線経路４３０ｂに沿って屈折されて、サンプル４５０を通して方向付けられ得る。球体４１６の球体アパーチャの直径は、周辺光線４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃとして示されるように、視野絞り４１２の像を取り囲むのに十分な程度に可能な限り小さく維持され得る。迷光が十分に低いことを保証するために、光トラップ４１８は、入射光線経路４３０ｂに沿ってバイアル（容器）４６０およびサンプル４５０を通過する入射ビームの伝搬から散乱されない光を吸収し、バイアル４６０に接する表面への照射を引き起こす光の再入射を防ぐことができる。

【0086】

散乱光線経路４３０ｃに沿って粒子４１５から散乱された光の一部は、レンズ４１０、視野絞り４１２、および一方のバンドパスフィルタ４２０，４２２を通して、散乱光検出器３０８によって受け取られ得る。レンズ４１０によって形成された散乱光検出器（第２の光検出器）４０８の像は、光軸４２３に沿ってサンプル４５０内に入ることができる。視野絞り４１２の像（すなわち、レンズ４１０によって形成される散乱光検出器４０８の視野の範囲）は、入射光線経路４３０ｂに対して８５～１１０度の比濁角度で光軸４２３に沿って球体アパーチャ４１６ａを通って球体４１６内に入ることができる。

【0087】

散乱光検出器４０８は、２つ以上の散乱光経路長のサンプル４５０を通って伝搬する広帯域光の入射ビームから、２つ以上のバンドパスフィルタ４２０，４２２を約８５～１１０度で透過した散乱光を受け取ることができる。一例において、広帯域発光体は、４５０～７００ｎｍの可視スペクトルの光を放出する白色光ＬＥＤであってもよい。注目すべきは、バンドパスフィルタの中心波長の間隔が大きいほど、散乱光の光路長の差が大きくなる。バンドパスフィルタ４２０，４２２を透過した散乱光は、異なる時間間隔で散乱光線経路４３０ｃに沿って散乱光検出器４０８に衝突し得る。バンドパスフィルタ４２０，４２２を透過しない光は、散乱光が散乱光検出器４０８に衝突するのを防ぐように吸収および／または排除され得る。

【0088】

第１のバンドパスフィルタ４２０が位置４２０ａに移動され、第２のバンドパスフィルタ４２２が散乱光検出器４０８の前の第１のバンドパスフィルタ４２０の位置に置き換わるとき、散乱光検出器４０８に衝突する散乱光は、第１のバンドパスフィルタ４２０を通過する長い散乱光路長と、第２のバンドパスフィルタ４２２を通過する短い散乱光路長との尺度であり得る。フィルタ位置の交換は、様々な機械的手段で行われてもよい。例えば、フィルタ４２０，４２２は、回転ホイール内に取り付けられて、所定の位置へ回転されてもよい。別の例において、フィルタ４２０，４２２は、所定の位置へ直線的に移動するスライド式キャリッジ内に取り付けられてもよい。さらに別の例において、散乱光の波長選択は、モノクロメータによって達成されてもよい。

【0089】

散乱光線経路４３０ｃに沿って伝搬する広帯域散乱光の異なる波長の同時測定が、例えば、波長選択ピクセルの配置または積み重ねられた波長選択半導体光接合で構成されるポリクロメーターまたはカラー光センサーを介して、本発明の範囲内の代替手段によって達成され得ることも、当業者によって容易に理解される。懸濁媒質を通って伝搬する光のビームから８５～１１０度の比濁角度で２つ以上の波長の散乱光を受け取る光検出器の感度は、低粒子濃度において、実質的に懸濁媒質中の粒子の濃度の増分変化に等しい。

【0090】

［代替の実施形態および変形例］
添付の図面に示され且つ／又は上述された様々な実施形態およびその変形例は、単なる例示であり、本発明の範囲を限定することを意味するものではない。本開示の利点を考慮すれば、当業者には明らかなように、本発明の多数の他の変形例が企図されていることを理解されたい。添付の特許請求の範囲に読める本発明のすべての変形例は、本発明の範囲内にあることが意図され、企図される。上述の実施形態は、１つまたは２つの散乱光検出器を有する例として考えられているが、本発明の範囲を超えない限り、２つ以上の散乱光検出器が設けられてもよいことを理解されたい。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】