特表 2024-542228 光学分析システム及びその光学分析計

(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】2024-11-13

(54)【発明の名称】光学分析システム及びその光学分析計

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/01 20060101AFI20241106BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

G01N21/01 D

G01N21/27 F

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024529785

(86)(22)【出願日】2022-11-18

(85)【翻訳文提出日】2024-07-09

(86)【国際出願番号】 IB2022061126

(87)【国際公開番号】W WO2023089545

(87)【国際公開日】2023-05-25

(31)【優先権主張番号】110143041

(32)【優先日】2021-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524187966

【氏名又は名称】ダーリャン メガ クリスタル バイオロジカル テクノロジー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】ティン イー－シェン

(72)【発明者】

【氏名】チェン ユー－ツン

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB04

2G059EE01

2G059EE12

2G059FF08

2G059GG01

2G059GG02

2G059GG03

2G059HH01

2G059HH02

2G059JJ22

2G059KK01

2G059KK03

2G059MM01

2G059MM05

(57)【要約】

本開示の光学分析計（１００）は、固体光源エミッタ（１０）、均一混合又は光分割素子（２０、２０’）、第１受光器（３０）及び第２受光器（４０）を含む。固体光源エミッタ（１０）は、光源（１）を含み、光源（１）は、それぞれが、少なくとも１つの発光ピーク波長及び少なくとも１つの波長域を有する光を発する複数の発光素子（１３）を含み、複数の発光素子（１３）から発した光線は、均一混合又は光分割素子（２０、２０’）を通過して第１光線（Ｌ１）及び第２光線（Ｌ２）を形成し、第２光線（Ｌ２）は、測定対象流体（Ｏ）を通過した後、検出光線（Ｌ３）となる（即ち、第２光線（Ｌ２）は、測定対象流体（Ｏ）を通過した後、第２光線（Ｌ２）のうちの測定対象流体（Ｏ）によって吸収されていない部分が検出光線（Ｌ３）となる）。第１受光器（３０）は、第１光線（Ｌ１）を受ける。第２受光器（４０）は、検出光線（Ｌ３）を受ける。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源を含む固体光源エミッタ（１０）であって、前記光源は、それぞれが、少なくとも１つの発光ピーク波長及び少なくとも１つの波長域を有する光を発する複数の発光素子（１３）を含み、複数の前記発光素子（１３）は、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ又はレーザダイオードであり、それぞれ点滅頻度で非連続的に点灯可能であり、複数の前記点滅頻度は、互いに同じであるか又は互いに異なり、或いは、複数の前記点滅頻度は、部分的に同じであるか又は部分的に異なる、固体光源エミッタ（１０）と、
均一混合又は光分割素子（２０）であって、複数の前記発光素子（１３）から発した光線が前記均一混合又は光分割素子（２０）を通過した後に第１光線（Ｌ１）及び第２光線（Ｌ２）を形成し、前記第２光線（Ｌ２）が測定対象流体（Ｏ）を通過し、前記第２光線（Ｌ２）のうちの前記測定対象流体（Ｏ）によって吸収されない部分が検出光線（Ｌ３）を形成する、均一混合又は光分割素子（２０）と、
前記第１光線（Ｌ１）を受ける第１受光器（３０）と、
前記検出光線（Ｌ３）を受ける第２受光器（４０）と、
を含む、ことを特徴とする光学分析計。

【請求項2】

前記第１光線（Ｌ１）が標準光強度を有する場合、前記第２光線（Ｌ２）の光強度と前記標準光強度とは、特定の比を示し、前記検出光線（Ｌ３）と前記標準光強度との比は、前記測定対象流体（Ｏ）の標準透過率であり、前記第１光線（Ｌ１）が動作光強度を有する場合、前記第２光線（Ｌ２）の前記光強度と前記動作光強度とは、前記特定の比を示し、前記検出光線（Ｌ３）と前記動作光強度との比は、前記測定対象流体（Ｏ）の動作透過率であり、前記標準光強度と前記動作光強度とは、異なり、前記標準透過率と前記動作透過率との比較結果を用いて、前記測定対象流体（Ｏ）の組成成分の変化を判断する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項3】

前記第１光線（Ｌ１）が標準光強度を有する場合、前記第１受光器（３０）は、前記第１光線（Ｌ１）を受けて標準光強度信号を生成し、前記第１光線（Ｌ１）が減衰光強度を有する場合、前記第１受光器（３０）は、前記第１光線（Ｌ１）を受けて減衰光強度信号を生成し、前記標準光強度信号と前記減衰光強度信号とを比較して変化量を取得し、前記均一混合又は光分割素子（２０）は、前記変化量に基づいて前記第１光線（Ｌ１）の
光強度を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項4】

前記均一混合又は光分割素子（２０）は、光積分球であり、前記光積分球は、光入口（２１）、第１光出口（２２）及び第２光出口（２３）を含み、前記第１受光器（３０）は、前記第１光出口（２２）に位置合わせされ、前記第２受光器（４０）は、前記第２光出口（２３）に位置合わせされ、前記発光素子（１３）から発した前記光線は、前記光入口（２１）から前記光積分球に入り、前記第１光線（Ｌ１）は、前記第１光出口（２２）から出射され、前記第２光線（Ｌ２）は、前記第２光出口（２３）から出射される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項5】

前記第１光出口（２２）と前記光入口（２１）とは、前記光積分球の中心に対して９０度の中心角を有し、前記第２光出口（２３）と前記光入口（２１）とは、前記光積分球の中心に対して９０度の中心角を有し、前記第１光出口（２２）と前記第２光出口（２３）とは、前記光積分球の中心に対して１８０度の中心角を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の光学分析計。

【請求項6】

前記均一混合又は光分割素子（２０’）は、貫通孔（２４）を有する遮蔽板であり、前記第１受光器（３０）は、前記遮蔽板に設けられるとともに、複数の前記発光素子（１３）に対向して設けられ、複数の前記発光素子（１３）から発した複数の前記光線の一部は、前記第１光線（Ｌ１）となって前記第１受光器（３０）によって受けられ、複数の前記発光素子（１３）から発した複数の前記光線の他の部分は、前記貫通孔（２４）を通過して前記第２光線（Ｌ２）となる、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項7】

隣接する２つの前記発光ピーク波長に対応する２つの前記発光素子（１３）の複数の前記波長域は、複数の前記発光素子（１３）のうちのそれぞれの前記波長域より広い連続波長域を形成するように部分的に重なり、或いは、隣接する２つの前記発光ピーク波長に対応する２つの前記発光素子（１３）の複数の前記波長域は、重ならない、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項8】

複数の前記発光素子（１３）は、順次発光し、前記順次発光とは、異なる位置にある同じ波長域の光を発する複数の前記発光素子（１３）が同時に発光しないことを指し、或いは、複数の前記発光素子（１３）は、一部同時発光し、前記一部同時発光とは、複数の前記発光素子（１３）のうちの一部が同時に発光し、異なる複数の波長域の光を同時に放射することを指す、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項9】

前記固体光源エミッタ（１０）は、複数の前記発光素子（１３）の動作時の定電流バイアスを測定し、複数の前記発光素子（１３）の前記定電流バイアスと前記固体光源エミッタ（１０）のＰＮ接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて換算して前記固体光源エミッタ（１０）の前記ＰＮ接合面温度を取得した後、複数の前記発光素子（１３）の発光強度と前記ＰＮ接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて、複数の前記発光素子（１３）の発光強度の比を取得し、判断結果に基づいて前記第１受光器（３０）により測定された、複数の前記発光素子（１３）の発光強度値を補正する、基板（１１）を更に含む、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項10】

第１プロセッサ（５０）及び第１表示機器（６０）を更に含み、前記固体光源エミッタ（１０）、前記第１受光器（３０）及び前記第２受光器（４０）は、前記第１プロセッサ（５０）に接続され、前記第１プロセッサ（５０）は、複数の前記光線を順次発するように前記固体光源エミッタ（１０）を制御し、前記第１受光器（３０）及び前記第２受光器（４０）が受けた光の光強度信号は、前記第１表示機器（６０）に表示される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項11】

前記第１プロセッサ（５０）に接続された第１無線通信モジュール（７０）を更に含み、前記第１受光器（３０）及び前記第２受光器（４０）が受けた光の前記光強度信号は、前記第１無線通信モジュール（７０）を介して外部電子装置に伝送可能であり、或いは、前記第１無線通信モジュール（７０）は、前記外部電子装置からの制御信号を受信可能である、ことを特徴とする請求項１０に記載の光学分析計。

【請求項12】

前記点滅頻度は、０．０５回／秒～５００００回／秒である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項13】

前記点滅頻度における前記発光素子（１３）をオンにする時間区間は、０．００００１秒～１０秒であり、前記点滅頻度における前記発光素子（１３）をオフにする時間区間は、０．００００１秒～１０秒である、ことを特徴とする請求項１２に記載の光学分析計。

【請求項14】

隣接する２つの前記発光ピーク波長の差は、１ｎｍ～８０ｎｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項15】

隣接する２つの前記発光ピーク波長の前記差は、５ｎｍ～８０ｎｍである、ことを特徴とする請求項１４に記載の光学分析計。

【請求項16】

各前記発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、１５ｎｍ～５０ｎｍである、ことを特徴とする請求項１５に記載の光学分析計。

【請求項17】

各前記発光ピーク波長に対応する前記波長半値全幅は、１５ｎｍ～４０ｎｍである、ことを特徴とする請求項１６に記載の光学分析計。

【請求項18】

隣接する２つの前記発光ピーク波長の差は、０．５ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項19】

隣接する２つの前記発光ピーク波長の前記差は、１ｎｍ～８０ｎｍである、ことを特徴とする請求項１８に記載の光学分析計。

【請求項20】

複数の前記発光ピーク波長のうちの少なくとも一部の前記発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析計。

【請求項21】

光源を含む固体光源エミッタ（１０）であって、前記光源は、それぞれが、少なくとも１つの発光ピーク波長及び少なくとも１つの波長域を有する光を発する複数の発光素子（１３）を含み、複数の前記発光素子（１３）は、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ又はレーザダイオードであり、それぞれ点滅頻度で非連続的に発光可能であり、複数の前記点滅頻度は、互いに同じであるか又は互いに異なり、或いは、複数の前記点滅頻度は、部分的に同じであるか又は部分的に異なり、複数の前記発光素子（１３）から発した光線は、第１光線（Ｌ１）及び第２光線（Ｌ２）を形成し、前記第２光線（Ｌ２）は、測定対象流体（Ｏ）を通過した後に検出光線（Ｌ３）となる、固体光源エミッタ（１０）と、
前記第１光線（Ｌ１）を受ける第１受光器（３０）と、
前記検出光線（Ｌ３）を受ける第２受光器（４０）と、
を含み、
前記第１光線（Ｌ１）が標準光強度を有する場合、前記第２光線（Ｌ２）の光強度と前記標準光強度とは、特定の比を示し、前記検出光線（Ｌ３）と前記標準光強度との比は、前記測定対象流体（Ｏ）の標準透過率であり、前記第１光線（Ｌ１）が動作光強度を有する場合、前記第２光線（Ｌ２）の前記光強度と前記動作光強度とは、前記特定の比を示し、前記検出光線（Ｌ３）と前記動作光強度との比は、前記測定対象流体（Ｏ）の動作透過率であり、前記標準光強度と前記動作光強度とは、異なり、前記標準透過率と前記動作透過率との比較結果を用いて、前記測定対象流体（Ｏ）の組成成分の変化を判断する、ことを特徴とする光学分析計。

【請求項22】

請求項１～２１のいずれか一項に記載の光学分析計（１００）と、
液体輸送部材（２００）であって、前記測定対象流体（Ｏ）が前記液体輸送部材（２００）内で輸送され、前記均一混合又は光分割素子（２０）と前記第２受光器（４０）が前記液体輸送部材（２００）の両側に設けられ、前記第２光線（Ｌ２）が前記液体輸送部材（２００）を通過して前記検出光線（Ｌ３）となって前記第２受光器（４０）によって受けられる、液体輸送部材（２００）と、
を含む、ことを特徴とする光学分析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、透過型光学分析の技術分野に関し、特に、光源からの光線をそれぞれ２つの受光器で受けて、光源の発光強度が減衰するか否かを判断する光学分析システム及びその光学分析計に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の光学分析計は、シングルビーム分光計とダブルビーム分光計とに分けられる。シングルビーム分光計では、その検出原理は、光源から２つの検出光線を発して、それぞれ対応するモノクロメータを通過させた後、ビームスプリッターの回転によって、それぞれ吸収１に位置する測定対象液体を通過するように２つの検出光線を調整する。測定対象液体は、成分が異なるため、異なる波長の検出光線を吸収し、吸収セルを通過した検出光線が検出器によって受けられた後、測定対象液体の吸収スペクトルを得ることにより、測定対象液体の物理的性質又は化学的性質を検出することである。しかしながら、シングルビーム分光計は、ビームスプリッターのミラー回転によって異なる周波数の検出光線に切り替えるだけである。ミラー回転の速度が遅く、波長を迅速に切り替えることができない場合、測定対象物が迅速に流れる流体であると、完全な吸収スペクトルをリアルタイムに測定することができない。さらに、２つの検出光線は、いずれも吸収セルを通過してから検出器によって受けられる。そのため、元の検出光線の光強度を監視することができず、光源強度が減衰するか否かをリアルタイムに知ることが困難である。

【0003】

ダブルビーム分光計では、図１に示すように、その検出原理は、光源１から光線を発し、分光器２１によって光線の経路を検出光経路Ｐ１と比較光経路Ｐ２とに分ける。検出光経路Ｐ１において、光線が吸収セル３に位置する測定対象液体を通過する。測定対象液体は、その成分が異なるため、異なる波長の光線を吸収する。吸収セル３を通過した光線が第１検出器４によって受けられ、測定対象液体の吸収スペクトルを得る。比較光経路Ｐ２において、光線が第２検出器５によって直接的に受けられて比較スペクトルを形成する。最後に、上記吸収スペクトルと比較スペクトルとを比較することにより、分析して測定対象液体の物理的性質又は化学的性質を検出する。しかしながら、図１に示すように、複数のミラーを用いる場合、ビームスプリッターＲ２を追加して比較光経路Ｐ２の方向を変更する。埃を防止するためにミラーの密閉性を向上させる必要があることに加えて、配置されたミラーの数が増えるため、従来の光学分析計の体積が大きくなるので、携帯製品を製造することができない。また、光線が分光器Ｒ１によって分光されて光強度が低すぎる場合、測定対象液体の光の吸収度が大きいと、スペクトルを形成することができない。一方で、分光器Ｒ１の角度が変化すると光強度の変化にも影響を与える。

【0004】

したがって、本発明は、どのように革新的なハードウェア設計によって従来のシングルビーム分光計とダブルビーム分光計の上記課題を効果的に改善するかを説明し、該課題は、依然として関連産業の開発業者と関連研究者が克服し解決するために懸命に努力し続ける必要がある課題である。

【発明の概要】

【0005】

これを鑑みて、本発明は、異なる波長域の光線を順次発することができる複数の発光素子を有し、２つの受光器を設け、２つの受光器が受けた光線の差を比較することにより、発光素子から発した光線の光強度が減衰するか否かを判断する、光学分析システム及びその光学分析計を提供することを目的とする。

【0006】

本発明の実施例の光学分析計は、固体光源エミッタ、均一混合又は光分割素子、第１受光器及び第２受光器を含む。固体光源エミッタは、光源を含み、光源は、それぞれが、少なくとも１つの発光ピーク波長及び少なくとも１つの波長域を有する光を発する複数の発光素子を含み、複数の発光素子は、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ又はレーザダイオードであり、それぞれ点滅頻度で非連続的に発光可能であり、複数の点滅頻度は、互いに同じであってもよく、互いに異なってもよく、或いは、複数の点滅頻度は、部分的に同じであってもよく、部分的に異なってもよい。複数の発光素子から発した光線は、均一混合又は光分割素子を通過した後に第１光線及び第２光線を形成し、第２光線は、測定対象流体を通過して測定対象流体によって吸収されないと検出光線となる。第１受光器は、第１光線を受ける。第２受光器は、検出光線を受ける。

【0007】

別の実施例では、第１光線が標準光強度を有する場合、第２光線の光強度と標準光強度とは、特定の比を示し、検出光線と標準光強度との比は、測定対象流体の標準透過率であり、第１光線が動作光強度を有する場合、第２光線の光強度と動作光強度とは、特定の比を示し、検出光線と動作光強度との比は、測定対象流体の動作透過率であり、標準光強度と動作光強度とは、異なる。標準透過率と動作透過率との比較結果を用いて、測定対象流体の組成成分の変化を判断してもよい。

【0008】

別の実施例では、第１光線が標準光強度を有する場合、第１受光器は、第１光線を受けて標準光強度信号を生成し、第１光線が減衰光強度を有する場合、第１受光器は、第１光線を受けて減衰光強度信号を生成し、標準光強度信号と減衰光強度信号との間の変化量を比較し、光分割素子は、変化量に基づいて第１光線の光強度を調整する。

【0009】

別の実施例では、均一混合又は光分割素子は、光積分球であり、光積分球は、光入口、第１光出口及び第２光出口を含み、第１受光器は、第１光出口に位置合わせされ、第２受光器は、第２光出口に位置合わせされ、複数の発光素子から発した複数の光線は、光入口から光積分球に入り、第１光線は、第１光出口から出射され、第２光線は、第２光出口から出射される。

【0010】

別の実施例では、第１光出口と光入口とは、光積分球の中心に対して９０度の中心角を有し、第２光出口と光入口とは、光積分球の中心に対して９０度の中心角を有し、第１光出口と第２光出口とは、光積分球の中心に対して１８０度の中心角を有する。

【0011】

別の実施例では、均一混合又は光分割素子は、貫通孔を有する遮蔽板であり、第１受光器は、遮蔽板に設けられるとともに、複数の発光素子に対向して設けられ、複数の発光素子から発した複数の光線の一部は、第１光線となって第１受光器によって受けられ、複数の発光素子から発した複数の光線の他の部分は、貫通孔を通過して第２光線となる。

【0012】

別の実施例では、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光素子の複数の波長域は、複数の発光素子のうちのそれぞれの波長域より広い連続波長域を形成するように部分的に重なるか、或いは、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光素子の複数の波長域は、重ならない。

【0013】

別の実施例では、異なる複数の波長域の複数の発光素子（１３）は、異なる時間に発光する。

【0014】

別の実施例では、固体光源エミッタは、複数の発光素子の動作時の定電流バイアス値を測定し、複数の発光素子の定電流バイアスと固体光源エミッタのＰＮ接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて換算して固体光源のＰＮ接合面温度を取得した後、複数の発光素子の発光強度とＰＮ接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて、複数の発光素子の発光強度の比を取得し、判断結果に基づいて第１受光器により測定された、複数の発光素子の発光強度値を補正する基板を更に含む。

【0015】

別の実施例では、本発明の光学分析計は、第１プロセッサ及び第１表示機器を更に含む。固体光源エミッタ、第１受光器及び第２受光器は、第１プロセッサに接続される。第１プロセッサは、複数の光線を順次発するように固体光源エミッタを制御する。第１受光器及び第２受光器が受けた光の光強度信号は、第１表示機器に表示される。

【0016】

別の実施例では、本発明の光学分析計は、第１プロセッサに接続された第１無線通信モジュールを更に含む。第１受光器及び第２受光器が受けた光の光強度信号は、第１無線通信モジュールを介して外部電子装置に伝送可能であり、或いは、第１無線通信モジュールは、外部電子装置からの制御信号を受信可能である。

【0017】

別の実施例では、点滅頻度は、０．０５回／秒～５００００回／秒である。

【0018】

別の実施例では、点滅頻度における発光素子をオンにする時間区間は、０．００００１秒～１０秒である。

【0019】

別の実施例では、点滅頻度における発光素子をオフにする時間区間は、０．００００１秒～１０秒である。

【0020】

別の実施例では、隣接する２つの発光ピーク波長の差は、１ｎｍ～８０ｎｍである。

【0021】

別の実施例では、隣接する２つの発光ピーク波長の差は、５ｎｍ～８０ｎｍである。

【0022】

別の実施例では、各発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、１５ｎｍ～５０ｎｍである。

【0023】

別の実施例では、各発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、１５ｎｍ～４０ｎｍである。

【0024】

別の実施例では、隣接する２つの発光ピーク波長の差は、０．５ｎｍ以上である。

【0025】

別の実施例では、隣接する２つの発光ピーク波長の差は、１ｎｍ～８０ｎｍである。

【0026】

別の実施例では、複数の発光ピーク波長のうちの少なくとも一部の発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下である。

【0027】

本発明の実施例に係る光学分析計は、固体光源エミッタ、第１受光器及び第２受光器を含む。固体光源エミッタは、光源を含み、光源は、それぞれが、少なくとも１つの発光ピーク波長及び少なくとも１つの波長域を有する光を発する複数の発光素子を含み、複数の発光素子は、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ又はレーザダイオードであり、それぞれ点滅頻度で非連続的に発光可能であり、複数の点滅頻度は、互いに同じであってもよく、互いに異なってもよく、或いは、複数の点滅頻度は、部分的に同じであってもよく、部分的に異なってもよい。複数の発光素子から発した光線は、第１光線及び第２光線を形成し、第２光線は、測定対象流体を通過した後に検出光線となる（即ち、第２光線の測定対象流体を通過する場合に測定対象流体に吸収されない部分は、検出光線となる）。第１受光器は、第１光線を受ける。第２受光器は、検出光線を受ける。第１光線が標準光強度を有する場合、第２光線の光強度と標準光強度とは、特定の比を示し、検出光線と標準光強度との比は、測定対象流体の標準透過率であり、第１光線が動作光強度を有する場合、第２光線の光強度と動作光強度とは、特定の比を示し、検出光線と動作光強度との比は、測定対象流体の動作透過率であり、標準光強度と動作光強度とは、異なる。標準透過率と動作透過率との比較結果を用いて、測定対象流体の組成成分の変化を判断してもよい。

【0028】

本発明に係る光学分析システムは、光学分析計及び液体輸送部材を含み、測定対象液体は、液体輸送部材内で輸送され、第１受光器及び第２受光器は、液体輸送部材の両側に設けられ、第２光線は、液体輸送部材通過して検出光線となって第２受光器によって受けられる。

【0029】

本発明の光学分析システム及び光学分析計では、光源が異なる波長域の光線を発する複数の発光素子を有して１つずつ発光させることにより、従来技術におけるモノクロメータを設ける必要がなくなり、光学分析計の体積を大幅に低減することができる。また、本発明の光学分析計には、第１受光器及び第２受光器が設けられることにより、発光素子の光強度の減衰状態を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】従来技術における光学分析計の概略図である。

【図2】本発明の光学分析計の一実施例の概略図である。

【図3】図２の光学分析計の断面図である。

【図4】本発明の光学分析計の別の実施例の概略図である。

【図5】本発明の光学分析計の固体光源エミッタの第１実施例の発光ダイオードの放射スペクトル図である。

【図6】本発明の光学分析計の固体光源エミッタの第２実施例の発光ダイオードの放射スペクトル図である。

【図7】本発明の光学分析計の固体光源エミッタの第３実施例の発光ダイオードの放射スペクトル図である。

【図8】本発明の光学分析計の固体光源エミッタの一実施例の概略図である。

【図9A】温度を測定することにより発光素子を補正する発光強度補正方法のフローチャートである。

【図9B】本発明の第４発光ダイオードの相対強度と接合面温度との対応図である。

【図9C】本発明の第４発光ダイオードの順方向バイアスと接合面温度の対応図である。

【図10】本発明の光学分析システムの一実施例の概略図である。

【図11】本発明の光学分析計の一実施例のシステムブロック図である。

【図12】本発明の光学分析計に信号接続される電子装置のシステムブロック図である。

【図13】本発明の光学分析計のまた別の実施例の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図２及び図３は、本発明の光学分析計の一実施例を示す。図２及び図３に示すように、本実施例の光学分析計１００は、固体光源エミッタ１０、均一混合又は光分割素子２０、第１受光器３０及び第２受光器４０を含む。固体光源エミッタ１０は、光源を含み、光源は、それぞれが、少なくとも１つの発光ピーク波長及び少なくとも１つの波長域を有する光を発する複数の発光素子１３を含み、複数の発光素子１３は、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ又はレーザダイオードであり、それぞれ点滅頻度で非連続的に発光可能であり、複数の点滅頻度は、互いに同じであってもよく、互いに異なってもよく、或いは、複数の点滅頻度は、部分的に同じであってもよく、部分的に異なってもよい。

【0032】

複数の発光素子１３から発した光線は、均一混合又は光分割素子２０を通過した後に第１光線Ｌ１及び第２光線Ｌ２を形成し、第２光線Ｌ２は、測定対象流体を通過した後に検出光線Ｌ３となり、簡単に言えば、第２光線Ｌ２が測定対象流体を通過する場合、一部が測定対象流体Ｏによって吸収され、他の部分が測定対象流体によって吸収されず、第２光線Ｌ２のうちの測定対象流体Ｏによって吸収されない他の部分は、上記検出光線Ｌ３となる。第１受光器３０は、第１光線Ｌ１を受ける。第２受光器４０は、検出光線Ｌ３を受ける。第１光線Ｌ１が標準光強度を有する場合、第２光線Ｌ２の光強度と標準光強度とは、特定の比を示し（即ち、第１光線Ｌ１の標準光強度を第２光線Ｌ２の光強度で割った比が特定の比である）、検出光線Ｌ３と標準光強度との比は、測定対象流体Ｏの標準透過率であり、第１光線Ｌ１が動作光強度を有する場合、第２光線Ｌ２の光強度と動作光強度とは、特定の比を示し、検出光線Ｌ３と動作光強度との比は、測定対象流体の動作透過率であり、標準光強度と動作光強度とは、異なる。標準透過率と動作透過率とを比較することにより、比較結果に基づいて測定対象流体の組成成分の変化を判断することができる。例えば、測定対象流体は、プリント回路板（ＰＣＢ）、半導体、石油化学工業又は食品加工業に必要な動作薬液とすることができ、標準透過率は、測定対象流体Ｏが正常動作時に必要な組成成分の割合及び濃度を有することを表し、標準透過率と動作透過率は、同じであるか又は差が許容範囲である場合、測定対象流体の組成は、依然として使用者のニーズに合致すると判断することができ、標準透過率と動作透過率は、異なり、かつ差が許容できない範囲である場合、測定対象流体Ｏは、組成成分の割合及び濃度が変化して正常動作時に必要な動作薬液ではなくなったと判断することができるため、現在の動作薬液を交換するか又は調整する必要がある。本発明は、第１光線Ｌ１を受ける第１受光器３０と、測定対象流体を通過した検出光線Ｌ３を受ける第２受光器４０とによって、現在の測定対象流体Ｏの透過率とその組成成分の割合及び濃度が正常動作時に必要な品質を満たすか否かをリアルタイムに監視するか又は動的に連続記録するか、又は耐用年数を更に推定して、測定対象流体Ｏを交換するか又は調整する準備作業を予め行うことができる。

【0033】

上記特定の比は、均一混合又は光分割素子２０によって決定されてもよく、例えば、特定の比が５０％であると、第１光線Ｌ１が標準光強度を有する場合、第２光線Ｌ２の光強度が標準光強度と同じであることを表し、第１光線Ｌ１が動作光強度を有する場合、第２光線Ｌ２の光強度が動作光強度と同じであることを表す。しかしながら、本発明は、特定の比が５０％であることに限定されないが、固体光源エミッタ１０のパワーを上げ過ぎないことを確保するために、好ましくは、２５％～７５％である。

【0034】

更に、検出光線Ｌ３は、第２光線Ｌ２が測定対象流体を通過して生成され、Ｌ３＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＝Ｌ２＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＊ｋ１と表され、ここで、Ｌ３＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは、検出光線Ｌ３の光強度であり、Ｌ２＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは、第２光線Ｌ２の光強度であり、ｋ１は、１以下の値であり、かつ測定対象流体Ｏの透過率に関連する。第１光線Ｌ１の光強度と第２光線Ｌ２の光強度とが特定の比を示すとき、Ｌ１＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＝Ｌ２＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＊ｋ２と表され、ここで、Ｌ１＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは、第１光線Ｌ１の光強度であり、ｋ２は、特定の比である。したがって、ｋ２／ｋ１＝Ｌ３＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ／Ｌ１＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（Ｌ３＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ／Ｌ１＿ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを本発明では、測定対象流体Ｏの透過率として定義する）を導出することができ、即ち、測定対象流体Ｏの透過率と特定の比ｋ２が変化しない場合、第１光線Ｌ１の光強度と検出光線Ｌ３の光強度とには、比例関係がある。換言すれば、第１光線Ｌ１の光強度が標準光強度から動作光強度になり、特定の比ｋ２が変化しない場合、測定対象流体Ｏの透過率が変化しない限り、第１光線Ｌ１の光強度と検出光線Ｌ３の光強度との比も変化せず、測定対象流体の透過率が変化すると、それに応じて、第１光線Ｌ１の光強度と検出光線Ｌ３の光強度との比も変化し、ｋ１もそれとともに変化する。このようにして、第１光線Ｌ１の光強度と第２光線Ｌ２の光強度が等しくなくても、測定対象流体Ｏの透過率が変化するか否か（即ち、測定対象流体Ｏの組成が変化するか否か）をスムーズに測定することができる。

【0035】

複数の発光素子１３から発した光線は、均一混合又は光分割素子２０を通過した後に第１光線Ｌ１及び第２光線Ｌ２を形成し、第２光線Ｌ２は、測定対象流体Ｏを通過した後に検出光線Ｌ３となる。第１受光器３０は、第１光線Ｌ１を受ける。第２受光器４０は、検出光線Ｌ３を受ける。第１光線Ｌ１が標準光強度を有する場合、第１受光器３０は、第１光線Ｌ１を受けて標準光強度信号を生成し、第１光線Ｌ１が減衰光強度を有する場合、第１受光器３０は、第１光線Ｌ１を受けて減衰光強度信号を生成し、標準光強度信号と減衰光強度信号との間の変化量を比較し、均一混合又は光分割素子２０は、変化量に基づいて第１光線Ｌ１の光強度を調整して、一定範囲の光強度の測定システムを取得する。本発明では、第１光線Ｌ１を受ける第１受光器３０によって、固体光源エミッタ１０の光源の光強度が減衰するか否か、及び光強度信号減衰の変化量をリアルタイムに監視し、更に固体光源エミッタ１０の光源を調整するか又は交換することができる。第１光線Ｌ１の光強度が低すぎると、検出光線Ｌ３の光強度もそれとともに低すぎて、測定された測定対象流体Ｏの透過率が不正確になるおそれがあるので、測定された測定対象流体Ｏの透過率の精度を一定に保つために、上記方法により、第１光線Ｌ１の光強度を特定の範囲に保つ必要がある。

【0036】

本実施例の均一混合又は光分割素子２０は、光積分球であり、光積分球は、光入口２１、第１光出口２２及び第２光出口２３を含み、第１受光器３０は、第１光出口２２に位置合わせされ、第２受光器４０は、第２光出口２３に位置合わせされ、複数の発光素子１３から発した複数の光線は、光入口２１から光積分球に入り、第１光線Ｌ１は、第１光出口２２から出射され、第２光線Ｌ２は、第２光出口２３から出射される。図２に示すように、第１光出口２２と光入口２１とは、光積分球の中心に対して９０度の中心角を有し、第２光出口２３と光入口２１とは、光積分球の中心に対して９０度の中心角を有し、第１光出口２２と第２光出口２３とは、光積分球の中心に対して１８０度の中心角を有する。

【0037】

本実施例の均一混合又は光分割素子２０の光積分球は、収容ハウジング６内に設けられる。固体光源エミッタ１０と第１受光器３０はそれぞれ、収容ハウジング６の側壁に設けられる。収容ハウジング６は、開口６１を有する。開口６１は、第２光線Ｌ２が開口６１を通過して収容ハウジング６から発せられるように、第２光出口２３に位置合わせされる。

【0038】

図４は、本発明の光学分析計の別の実施例を示す。図４に示すように、本実施例の一部の構成は、図２の実施例と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、説明を省略する。本実施例の均一混合又は光分割素子２０’は、貫通孔２４を有する遮蔽板である。第１受光器３０は、遮蔽板に設けられるとともに、複数の発光素子１３に対向して設けられる。複数の発光素子１３から発した複数の光線の一部は、第１光線Ｌ１となって第１受光器３０によって受けられ、複数の発光素子１３から発した複数の光線の他の部分は、貫通孔２４を通過して第２光線Ｌ２となる。第２光線Ｌ２は、測定対象流体Ｏを通過した後に検出光線Ｌ３となって、第２受光器４０によって受けられる。同様に、第１光線Ｌ１の強度と検出光線Ｌ３の強度とが同じであるか否かを比較し、比較結果に基づいて複数の発光素子１３から発した複数の光線の光強度を調整する。

【0039】

また、本発明の固体光源エミッタ１０の光源の発光素子１３から発した光線において、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光素子１３の複数の波長域は、複数の発光素子１３のうちのそれぞれの波長域より広い連続波長域を形成するように部分的に重なるか、あるいは、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光素子１３の複数の波長域は、重ならない。

【0040】

図５に示すように、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光ダイオードの複数の波長域は、複数の発光ダイオードのうちのそれぞれの波長域より広い連続波長域を形成するように部分的に重なる。連続波長域は、１８０ｎｍ～２５００ｎｍである。図２において、合計で３つの発光ピーク波長及び対応する波長域がある。それらは、第１光線の第１発光ピーク波長（７３４ｎｍ）に対応する第１波長域、第２光線の第２発光ピーク波長（８１０ｎｍ）に対応する第２波長域、及び第３光線の第３発光ピーク波長（８８２ｎｍ）に対応する第３波長域である。第１発光ピーク波長と第２発光ピーク波長は、隣接する２つの発光ピーク波長であり、同様に第２発光ピーク波長と第３発光ピーク波長も隣接する２つの発光ピーク波長である。第１発光ピーク波長に対応する第１波長域は、６６０ｎｍ～７８０ｎｍであり、第２光線の第２発光ピーク波長に対応する第２波長域は、７１０ｎｍ～８５０ｎｍである。第１波長域と第２波長域とは、７１０ｎｍ～７８０ｎｍで部分的に重なるため、第１波長域は、第２波長域とともに６６０ｎｍ～８５０ｎｍの連続波長域を形成する。同様に、第２発光ピーク波長に対応する第２波長域は、７１０ｎｍ～８５０ｎｍであり、第３光線の第３発光ピーク波長に対応する第３波長域は、７８０ｎｍ～９４０ｎｍである。第２波長域と第３波長域とは、７８０ｎｍ～８５０ｎｍで部分的に重なるため、第２波長域は、第３波長域とともに７１０ｎｍ～９４０ｎｍの連続波長域を形成する。本発明では、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光ダイオードの複数の波長域の重なり部分が少ないほど好ましい。当然ながら、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光ダイオードの複数の波長域は、重ならなくてもよく、これについては後述する。

【0041】

隣接する２つの発光ピーク波長の差は、０．５ｎｍ以上であり、好ましくは、１ｎｍ～８０ｎｍであり、より好ましくは、５ｎｍ～８０ｎｍである。図２において、隣接する第１発光ピーク波長（７３４ｎｍ）と第２発光ピーク波長（８１０ｎｍ）との差は、７６ｎｍであり、隣接する第２発光ピーク波長（８１０ｎｍ）と第３発光ピーク波長（８８２ｎｍ）との差は、７２ｎｍである。特に断らない限り、本発明及び特許請求の範囲に記載の数値範囲の限定は、常に端値を含む。例えば、前述した、隣接する２つの発光ピーク波長の差が５ｎｍ～８０ｎｍであることは、５ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。

【0042】

図６の第２実施例を併せて参照すると、第２実施例は、第１実施例の派生実施例であるため、第２実施例における第１実施例と同じである部分について説明を省略する。第２実施例と第１実施例とは、第２実施例の光源が第１発光ダイオード、第４波長域を有する第４光線を発する第４発光ダイオード、第２発光ダイオード、第５波長域を有する第５光線を発する第５発光ダイオード、及び第３発光ダイオードの５つの発光ダイオードを含む点で相違する。第４光線は、第４波長域内で第４発光ピーク波長（７７２ｎｍ）を有し、第５光線は、第５波長域内で第５発光ピーク波長（８５４ｎｍ）を有する。図３において、発光ピーク波長は、小さい順に順次第１発光ピーク波長（７３４ｎｍ）、第４発光ピーク波長（７７２ｎｍ）、第２発光ピーク波長（８１０ｎｍ）、第５発光ピーク波長（８５４ｎｍ）及び第３発光ピーク波長（８８２ｎｍ）である。隣接する第１発光ピーク波長（７３４ｎｍ）と第４発光ピーク波長（７７２ｎｍ）との差は、３８ｎｍであり、隣接する第４発光ピーク波長（７７２ｎｍ）と第２発光ピーク波長（８１０ｎｍ）との差は、３８ｎｍであり、隣接する第２発光ピーク波長（８１０ｎｍ）と第５発光ピーク波長（８５４ｎｍ）との差は、４４ｎｍであり、隣接する第５発光ピーク波長（８５４ｎｍ）と第３発光ピーク波長（８８２ｎｍ）との差は、２８ｎｍである。

【0043】

図７の第３実施例を併せて参照すると、第３実施例は、第１実施例及び第２実施例の派生実施例であるため、第３実施例において第１実施例及び第２実施例と同じである部分について説明を省略する。第３実施例と第１実施例とは、第３実施例の光源が１２個の発光ダイオードを含むという点で相違する。図８において、１２個の発光ダイオードの発光ピーク波長は、小さい順に順次７３４ｎｍ（第１発光ピーク波長）、７４７ｎｍ、７６０ｎｍ、７７２ｎｍ（第４発光ピーク波長）、７８５ｎｍ、７９８ｎｍ、８１０ｎｍ（第２発光ピーク波長）、８２４ｎｍ、８３９ｎｍ、８５４ｎｍ（第５発光ピーク波長）、８６７ｎｍ及び８８２ｎｍ（第３発光ピーク波長）である。１２個の発光ダイオードの発光ピーク波長のうち、隣接する２つの発光ピーク波長の差は、順次１３ｎｍ、１３ｎｍ、１２ｎｍ、１３ｎｍ、１３ｎｍ、１２ｎｍ、１４ｎｍ、１５ｎｍ、１５ｎｍ、１３ｎｍ及び１５ｎｍである。第１実施例、第２実施例及び第３実施例において、発光素子１３がレーザダイオードに変更される場合、隣接する２つの発光ピーク波長の差は、０．５ｎｍ以上、例えば１ｎｍであってもよい。

【0044】

複数の発光ピーク波長のうちの少なくとも一部の発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下である。好ましくは、各発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下である。例えば、前述の第１実施例、第２実施例及び第３実施例では、発光ピーク波長は、小さい順に順次７３４ｎｍ（第１発光ピーク波長）、７４７ｎｍ、７６０ｎｍ、７７２ｎｍ（第４発光ピーク波長）、７８５ｎｍ、７９８ｎｍ、８１０ｎｍ（第２発光ピーク波長）、８２４ｎｍ、８３９ｎｍ、８５４ｎｍ（第５発光ピーク波長）、８６７ｎｍ及び８８２ｎｍ（第３発光ピーク波長）である。好ましくは、第１光線の第１発光ピーク波長に対応する波長半値全幅、第２光線の第２発光ピーク波長に対応する波長半値全幅、第３光線の第３発光ピーク波長に対応する波長半値全幅、第４光線の第４発光ピーク波長に対応する波長半値全幅及び第５光線の第５発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下であり、好ましくは、１５ｎｍ～５０ｎｍであり、より好ましくは、１５ｎｍ～４０ｎｍである。他の説明されない７４７ｎｍ、７６０ｎｍ、７８５ｎｍ、７９８ｎｍ、８２４ｎｍ、８３９ｎｍ及び８６７ｎｍの発光ピーク波長に対応する波長半値全幅（図４）も０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下であり、好ましくは、１５ｎｍ～５０ｎｍであり、より好ましくは、１５ｎｍ～４０ｎｍである。本発明の実験操作において、前述の第１実施例、第２実施例及び第３実施例における発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、５５ｎｍである。発光素子１３がレーザダイオードである場合、各発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下、例えば１ｎｍである。

【0045】

前述の隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光ダイオードの複数の波長域は、重ならなくてもよく、例えば、前述の第１実施例、第２実施例及び第３実施例における各発光ピーク波長に対応する波長半値全幅は、１５ｎｍであり、各発光ピーク波長に対応する波長域の幅（即ち、波長域の最大値と最小値との差）は、４０ｎｍである。隣接する２つの発光ピーク波長の差は、８０ｎｍである。また、例えば、発光素子１３がレーザダイオードであり、各発光ピーク波長に対応する波長半値全幅が１ｎｍであり、波長域の幅が４ｎｍであり、隣接する２つの発光ピーク波長の差が５ｎｍである場合、隣接する２つの発光ピーク波長に対応する２つの発光素子（レーザダイオード）の複数の波長域は、重ならない。

【0046】

好ましくは、第１実施例、第２実施例及び第３実施例では、測定対象物の検出を行うために撮像装置を操作して測定対象物のスペクトル図を生成する場合、撮像装置は、携帯電話又はタブレットコンピュータである。前述したように、固体光源エミッタ１０は、それぞれ点滅頻度で非連続的に点灯するように複数の発光ダイオードをそれぞれ制御することができる。複数の点滅頻度は、互いに同じであってもよく、互いに異なってもよく、或いは、複数の点滅頻度は、部分的に同じであってもよく、部分的に異なってもよい。前述の点滅頻度は、０．０５回／秒～５００００回／秒である。点滅頻度における発光ダイオードをオンに（点灯）する時間区間は、０．００００１秒～１０秒であり、点滅頻度における発光ダイオードをオフに（消灯）する時間区間は、０．００００１秒～１０秒である。点滅頻度の周期とは、連続する、発光ダイオードをオンに（点灯）する時間区間と、発光ダイオードをオフに（消灯）する時間区間との和を指し、点滅頻度の周期は、点滅頻度の逆数である。換言すれば、点滅頻度の周期は、複数の発光ダイオードを連続点灯する点灯時間区間と、直ちに中断することなく連続消灯する消灯時間区間との和であると理解することができる。点灯時間区間は、０．００００１秒～１０秒であり、消灯時間区間は、０．００００１秒～１０秒である。好ましくは、点滅頻度は、０．５回／秒～５００００回／秒であり、より好ましくは、点滅頻度は、５回／秒～５００００回／秒である。複数の発光ダイオードが非連続的に点灯する態様により、発光ダイオードから放射される光の熱エネルギーによる測定対象物（Ａ）への影響を大幅に低減し、有機体を含有する測定対象物（Ａ）の質的変化を回避することができるため、特に熱エネルギーに敏感な測定対象物（Ａ）に適し、特に発光ダイオードから放射される波長域の光が近赤外光である場合により適する。

【0047】

また、複数の発光素子１３は、順次発光する。前述の順次発光とは、異なる位置にある同じ波長域の光を発する複数の発光素子１３が同時に発光しないことを指し、或いは、複数の発光素子１３は、一部同時発光し、前述の一部同時発光とは、複数の発光素子１３のうちの一部が同時に発光し、異なる波長域の光を同時に放射することを指す。また、スペクトルが連続的であり、隣接する２つの波長域の光が互いに干渉しないようにするために、別の好ましい実施例では、異なる波長域の複数の発光素子１３を異なる時間で発光させる。例えば、６つの発光素子１３がそれぞれ異なる６つの波長域を有する場合、隣接する２つの波長域の光が互いに干渉しないことを確保するために、６つの発光素子１３は、異なる時間で発光する。

【0048】

図８は、本発明の固体光源エミッタの一実施例を示す。図８に示すように、本実施例の固体光源エミッタ１０は、基板１１、温度センサ１２及び複数の発光素子１３を含む。複数の発光素子１３及び温度センサ１２は、基板１１の接合面１１１に設けられる。複数の発光素子のバイアス値を測定し、複数の発光素子１３のバイアス値と接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて換算して接合面１１１の接合面温度を取得した後、複数の発光素子１３の発光強度と接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて、複数の発光素子１３の発光強度を取得して、複数の発光素子１３の発光強度が変化するか否かを判断し、判断結果に基づいて複数の発光素子１３から発した複数の光線の光強度を調整する。

【0049】

本発明の別の実施例では、固体光源エミッタ１０は、複数の発光素子１３の動作時の定電流バイアスを測定し、複数の発光素子１３の定電流バイアスと固体光源エミッタ１０のＰＮ接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて換算して固体光源エミッタ１０のＰＮ接合面温度を取得した後、複数の発光素子１３の発光強度とＰＮ接合面温度との数式、対応する表又は図に基づいて、複数の発光素子１３の発光強度の比を取得し、判断結果に基づいて第１受光器３０により測定された、複数の発光素子１３からの光強度数値を補正する基板１１を更に含む。

【0050】

各発光ダイオードの発光強度とその接合面温度（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）との反比例関係、及び発光ダイオードの放熱問題により、電流密度で動作する発光ダイオードの持続動作時間が長くなると、接合面温度が上昇して発光強度が低下するため、発光補正方法で発光強度の較正を行う必要がある。発光補正方法は、較正関係取得ステップＰ０１と、順方向バイアス測定ステップＰ０２と、比例関係取得ステップＰ０３と、較正完了ステップＰ０４と、を順次含む。図９Ａに示すように、発光補正方法は、発光方法の後に実行されてもよく、前述のスペクトル検出方法におけるフィルタリングステップＳ０３及び逆変換ステップＳ０４は、発光補正方法の後に実行されてもよい。

【0051】

較正関係取得ステップＰ０１では、各発光ダイオードの発光強度又は相対強度と接合面温度との数式、対応する表又は図を取得し、これらは、通常、発光ダイオードのメーカーによって提供される。図９Ｂは、第４発光ダイオードの相対強度と接合面温度との対応図であり、図９Ｂに示すように、第４発光ダイオードは、接合面温度が２５℃である場合、第４発光ピーク波長が７７２ｎｍであり、相対強度が１００％とされる。また、各発光ダイオードの順方向バイアス（ｆｏｒｗａｒｄ ｖｏｌｔａｇｅ）と接合面温度との数式、対応する表又は図を取得し、第４発光ダイオードは、接合面温度が２５℃である場合、第４発光ピーク波長が７７２ｎｍであり、順方向バイアスが２ボルトである。図９Ｃは、第４発光ダイオードの順方向バイアスと接合面温度との対応図である。発光強度又は相対強度と接合面温度との数式、対応する表又は図、及び発光ダイオードの順方向バイアスと接合面温度との数式、対応する表又は図の両者の取得方式について、「科学与工程技術期刊第三巻、第四期、民国九十六年、９９～１０３頁、発光二極管接面温度的自動量測系統」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．３、Ｎｏ．４、ｐｐ．９９－１０３（２００７））、及び台湾特許出願公開第２００８１８３６３号に開示された方式を参照することができるため、ここでは説明を省略する。

【0052】

順方向バイアス測定ステップＰ０２では、発光ダイオードをオンに（点灯）する時間区間、例えば、点滅頻度における発光ダイオードをオンに（点灯）する時間区間で、発光ダイオードの順方向バイアスを同時に測定する。例えば、前述の実施例２及び実施例３では、第４発光ダイオードの点滅頻度は、約９０．９０回／秒であり、点滅頻度において発光ダイオードをオンに（点灯）する時間区間は、１ミリ秒（１ｍｓ）であり、点滅頻度において発光ダイオードをオフに（消灯）する時間区間は、１０ミリ秒（１０ｍｓ）であり、点滅頻度における第４発光ダイオードをオンに（点灯）する時間区間で、第４発光ダイオードの順方向バイアスを同時に測定すると、１．９ボルトである。

【0053】

比例関係取得ステップＰ０３では、測定された順方向バイアスを、前述の発光ダイオードの順方向バイアスと接合面温度との数式、対応する表又は図を参照して、換算して接合面温度を取得する。例えば、測定された第４発光ダイオードの順方向バイアスが１．９ボルトであり、図９Ｃを参照して、接合面温度が５０℃である。次いで、換算して取得された接合面温度を、前述の発光強度又は相対強度と接合面温度との数式、対応する表又は図を参照して、換算して発光強度又は相対強度を取得する。例えば、参照して取得された接合面温度が５０℃であり、図９Ｂを対照して、第４発光ダイオードの相対強度が８３％である。続いて、換算して取得された発光強度又は相対強度と、発光強度又は相対強度と接合面温度との数式、対応する表又は図中の特定の接合面温度での発光強度又は相対強度とを比較して比例関係を取得する。例えば、特定の接合面温度が２５℃であり、２５℃での第４発光ダイオードの相対強度が１００％であり、接合面温度が２５℃である場合の相対強度１００％を５０℃の場合の相対強度８３％で割ると、比例関係が１．２０倍である。

【0054】

較正完了ステップＰ０４では、前述の初期スペクトルエネルギー分布曲線における発光ダイオードに対応する波長域の発光強度に比例関係を乗じて、発光強度の較正を達成し、或いは、発光ダイオードに対応する波長域の測定されたスペクトル信号に比例関係を乗じて、スペクトル信号の較正を達成する。上記波長域のスペクトル信号は、前述の測定対象物のスペクトル信号及び背景騒音で構成された測定対象物の時間領域信号であってもよい。例えば、光検出器又はコンピュータにより、第４発光ダイオードに対応する第４発光強度１７．７ｘｌ０７（ａ．ｕ．）に１．２０倍の比例関係を乗じて取得した発光強度は、特定の接合面温度（２５℃）での第４発光ダイオードの発光強度と見なすことができる。

【0055】

なお、本発明では、光源の複数の発光ダイオードのうちの少なくとも１つの発光ダイオード、一部の発光ダイオード又は全ての発光ダイオードに対して発光補正方法を順次又は同時に実行する。好ましくは、本発明では、全ての発光ダイオードに対して発光補正方法を同時に実行し、このようにして取得したスペクトルエネルギー分布曲線は、特定の接合面温度（２５℃）でのスペクトルエネルギー分布曲線と見なすことができ、取得したスペクトル信号は、特定の接合面温度（２５℃）でのスペクトル信号と見なすことができる。

【0056】

図１０は、本発明の光学分析システムの一実施例を示す。図１０に示すように、本実施例の光学分析システムは、図２に示す光学分析計１００に加えて、液体輸送部材２００を更に含み、測定対象流体は、液体輸送部材２００内で輸送され、均一混合又は光分割素子２０と第２受光器４０は、液体輸送部材２００の両側に設けられ、第２光線Ｌ２は、液体輸送部材２００を通過して検出光線Ｌ３となって第２受光器４０によって受けられる。図１０に示す光学分析システムは、図２に示す光学分析計１００を含むが、本発明は、これに限定されず、図４に示す光学分析計も本発明の光学分析システムに適する。

【0057】

図１１は、本発明の光学分析計の一実施例のシステムブロック図を示す。図１１に示すように、本実施例の光学分析計は、前述の固体光源エミッタ１０、均一混合又は光分割素子２０、第１受光器３０及び第２受光器４０に加えて、第１プロセッサ５０、第１表示機器６０及び第１無線通信モジュール７０を更に含む。固体光源エミッタ１０、第１受光器３０及び第２受光器４０は、第１プロセッサ５０に接続され、第１プロセッサ５０は、複数の光線を順次発するように固体光源エミッタ１０を制御し、第１受光器３０及び第２受光器４０が受けた光の光強度信号は、第１表示機器６０に表示され、即ち、第１表示機器６０は、第２光線Ｌ２が測定対象物を通過した後に生成された検出光線Ｌ３の吸収スペクトルを表示する。第１無線通信モジュール７０は、第１プロセッサ５０に接続され、第１受光器３０及び第２受光器４０が受けた光の光強度信号は、第１無線通信モジュール７０を介して外部電子装置に伝送可能であり、或いは、第１無線通信モジュール７０は、外部電子装置からの制御信号を受信可能である。

【0058】

図１２は、本発明の光学分析計に信号接続される電子装置のシステムブロック図を示す。図１２に示すように、外部電子装置は、例えば、モバイル装置又はコンピュータ装置などであってもよい。外部電子装置Ｅは、第２プロセッサ１１０、第２設定ユニット１２０、第２表示機器１３０及び第２無線通信モジュール１４０を含む。第２設定ユニット１２０、第２表示機器１３０及び第２無線通信モジュール１４０は、いずれも第２プロセッサ１１０に接続される。第２無線通信モジュール１４０は、第１無線通信モジュール７０に信号接続され、第１受光器３０及び第２受光器４０が受けた光の光強度信号は、第１無線通信モジュール７０及び第２無線通信モジュール１４０を介して外部電子装置Ｅに伝送され、第２プロセッサ１１０を介して第２表示機器１３０に伝送されて第２表示機器１３０に表示される。第２設定ユニット１２０から入力された設定値又は命令（制御信号）も第２プロセッサ１１０を介して第２無線通信モジュール１４０から第１無線通信モジュール７０に伝送された後に、第１プロセッサ５０に伝送されて固体光源エミッタ１０を制御する。

【0059】

更に、上記実施例では、光学分析計により標準透過率と動作透過率とを比較し、比較結果に基づいて測定対象流体の組成成分の変化を判断し、光学分析計は、上記動作を行うプロセッサを含む。他の実施形態では、光学分析計に電気的に接続（有線接続又は無線接続）されたコンピュータ装置又はクラウドサーバによって比較し分析してもよい。

【0060】

また、図１３は、本発明の光学分析計の別の実施例の概略図である。図１３に示すように、図５と異なり、該光学分析計は、均一混合又は光分割素子２０’を有さない（即ち、貫通孔２４を有する遮蔽板を有さない）。この実施例では、固体光源エミッタ１０から発した光線は、第１光線Ｌ１及び第２光線Ｌ２を含み、第１受光器３０と第２受光器４０は、測定対象流体Ｏの両側に位置し、第１受光器３０は、固体光源エミッタ１０から発した第１光線Ｌ１の進行方向に位置するが、固体光源エミッタ１０から発した第２光線Ｌ２の進行方向に位置せず、第２受光器４０は、第１光線Ｌ１が測定対象流体Ｏを通過して形成された第３光線Ｌ３の進行方向に位置する。

【0061】

第１光線Ｌ１が標準光強度を有する場合、第２光線Ｌ２の光強度と標準光強度とは、特定の比を示し、検出光線Ｌ３と標準光強度との比は、測定対象流体Ｏの標準透過率である。第１光線Ｌ１が動作光強度を有する場合、第２光線Ｌ２の光強度と動作光強度とは、特定の比を示し、検出光線Ｌ３と動作光強度との比は、測定対象流体の動作透過率であり、標準光強度と動作光強度とは、異なる。このように、標準透過率と動作透過率との比較結果を用いて、測定対象流体Ｏの組成成分の変化を判断する。

【0062】

以上のように、本発明は、従来技術における製品と比較すると、以下の複数の利点のうちの少なくとも１つを有する。

【0063】

本発明の１つの目的は、光源が異なる波長域の光線を発する複数の発光素子を有して１つずつ発光させることにより、光学分析計に従来技術におけるモノクロメータを設ける必要がなくなり、光学分析計の体積を大幅に低減することができることである。また、本発明の光学分析計には、第１受光器及び第２受光器が設けられることにより、発光素子の光強度の減衰状態を検出することができる。

【0064】

本発明の１つの目的は、均一混合又は光分割素子が光積分球であるという技術的特徴により、光積分球の体積が小さいため、従来のビームスプリッターの使用により体積が大きく携帯しにくいという問題を解決することができ、また、光積分球により、光線を均一に混合した後に特定の第１光出口と第２光出口から出射させることができ、従来の分光器の使用時に分光器の角度の変化による光強度への影響を更に解決することができることである。

【0065】

本発明の１つの目的は、均一混合又は光分割素子が遮蔽板であるという技術的特徴により、遮蔽板が有する貫通孔とその配置関係により、従来のビームスプリッターの使用により体積が大きく携帯しにくいという問題を解決することができることに加えて、貫通孔により一部の光線を通過させることもでき、従来の分光器の使用時に分光器の角度の変化による光強度への影響を更に解決することができることである。

【0066】

本発明の１つの目的は、第１光線を受ける第１受光器と、測定対象流体を通過した検出光線を受ける第２受光器とによって、現在の測定対象流体の透過率とその組成成分の割合及び濃度が正常動作時に必要な品質を満たすか否かをリアルタイムに監視するか又は動的に連続記録するか、又は耐用年数を更に推定して、測定対象流体を交換するか又は調整する準備作業を予め行うことができることである。

【0067】

本発明の１つの目的は、第１光線を受ける第１受光器によって、固体光源エミッタの光源の光強度が減衰するか否か、及び光強度信号の減衰の変化量をリアルタイムに監視し、更に固体光源エミッタの光源を調整するか又は交換することができることである。

【0068】

以上の説明は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではなく、即ち、本発明の特許請求の範囲及び明細書に基づく簡単な等価変更及び修正は、いずれも本発明の範囲内に属する。また、本発明のいかなる実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目的、利点又は特徴を達成するものとは限らない。また、要約及び発明の名称は、特許文献の検索を支援するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及された「第１」、「第２」などの用語は、要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を命名したり、異なる実施例又は範囲を区別したりするためのものに過ぎず、要素の数の上限又は下限を制限するためのものではない。

【符号の説明】

【0069】

１ 光源
Ｒ１ 分光器
Ｒ２ ビームスプリッター
３ 吸収セル
４ 第１検出器
５ 第２検出器
Ｐ１ 検出光経路
Ｐ２ 比較光経路
６ 収容ハウジング
１０ 固体光源エミッタ
１１ 基板
１２ 温度センサ
１３ 発光素子
２０、２０’ 均一混合又は光分割素子
２１ 光入口
２２ 第１光出口
２３ 第２光出口
２４ 貫通孔
３０ 第１受光器
４０ 第２受光器
５０ 第１プロセッサ
６０ 第１表示機器
６１ 開口
７０ 第１無線通信モジュール
１００ 光学分析計
１１０ 第２プロセッサ
１１１ 接合面
１２０ 第２設定ユニット
１３０ 第２表示機器
１４０ 第２無線通信モジュール
２００ 液体輸送部材
Ｌ１ 第１光線
Ｌ２ 第２光線
Ｌ３ 検出光線
Ｏ 測定対象流体
Ｅ 電子装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【国際調査報告】