JP7056612B2 - 濁度測定方法及び濁度計 - Google Patents

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Description

本開示は、濁度測定方法及び濁度計に関する。
例えば水等を含む被測定液の濁り具合を測定する濁度計に関する技術が従来から知られている。
例えば、特許文献１には、被測定液中の浮遊物質の濃度が低い領域から高い領域まで幅広く同一のセル長及び検出器配置で直線性を保ち正確に測定を行うことができる濁度計が開示されている。
特開２００６－３２９６２９号公報
従来の濁度計では、例えば、広帯域の発光スペクトルを有し白色光を照射するランプ光源が光源として用いられる傾向にあった。このような従来の濁度計から光源の種類を変更する場合、機械的に光源を置き換えるだけでは、従来の濁度計により測定された被測定液の濁度と光源を置き換えた濁度計により測定された被測定液の濁度とが十分に対応しない恐れがある。
本開示は、従来の濁度計における他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能な濁度測定方法及び濁度計を提供することを目的とする。
幾つかの実施形態に係る濁度測定方法は、被測定液の濁度を測定する濁度測定方法であって、第１スペクトルを有する第１照射光を前記被測定液に対して照射するステップと、前記被測定液に対して照射された前記第１照射光に基づく第１被測定光の検出信号を取得するステップと、前記第１スペクトルと異なる第２スペクトルを有する第２照射光を前記被測定液に対して照射するステップと、前記被測定液に対して照射された前記第２照射光に基づく第２被測定光の検出信号を取得するステップと、前記第１被測定光及び前記第２被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度を算出するステップと、前記被測定液の濁度を算出するステップにおいて算出される濁度が、比較の基準となる他の光源を用いて測定された前記被測定液の濁度と対応するように、前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ及び前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータの少なくとも一方を補正するステップと、を含む。このような濁度測定方法によれば、従来の濁度計における他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能である。したがって、ユーザは、被測定液の濁度測定における測定装置を、例えばランプ光源を用いた従来の濁度計からＬＥＤ光源を用いた一実施形態に係る濁度計へと変更する場合であっても、同一の被測定液に対して同様の測定結果を得ることができる。したがって、一実施形態に係る濁度計へ測定装置を更新する際のユーザの利便性が向上する。
一実施形態において、前記濁度算出に関する第１パラメータは、検出された前記第１被測定光の第１検出信号強度を含み、前記濁度算出に関する第２パラメータは、検出された前記第２被測定光の第２検出信号強度を含み、前記補正するステップにおいて、前記第１検出信号強度及び前記第２検出信号強度の少なくとも一方が補正されてもよい。これにより、検出された検出信号に基づく検出情報が信号処理により補正された状態で濁度測定が実行される。したがって、このような信号処理によって、他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度が算出可能である。
一実施形態において、前記第１照射光を前記被測定液に対して照射するステップ、及び前記第２照射光を前記被測定液に対して照射するステップが互いに異なるタイミングで実行されてもよい。これにより、第１被測定光及び第２被測定光の検出信号をそれぞれ個別に取得することが可能となる。したがって、検出信号に対するそれぞれの寄与が個別に正確に算出され、濁度算出に関する精度が向上する。
一実施形態において、前記第１被測定光及び前記第２被測定光の各々は、前記被測定液を透過した透過光と、前記被測定液によって散乱された散乱光と、を含んでもよい。これにより、透過光・散乱光比較方式を用いることができ、透過光及び散乱光のいずれか一方のみを用いる場合と比較して、濁度のより広範な範囲にわたって濁度が精度良く算出可能である。加えて、濁度計の周囲の温度等による駆動電流の変動が、第１照射光を照射する第１ＬＥＤ光源の第１駆動電流値及び第２照射光を照射する第２ＬＥＤ光源の第２駆動電流値の間で異なっても、透過光・散乱光比較方式が採用されていることで、濁度測定への影響は最小限に抑制される。
一実施形態では、前記被測定液の濁度を算出するステップにおいて、前記第１被測定光に含まれる第１散乱光の第１検出信号強度をＩS1、及び前記第１被測定光に含まれる第１透過光の第１検出信号強度をＩT1とし、前記第２被測定光に含まれる第２散乱光の第２検出信号強度をＩS2、及び前記第２被測定光に含まれる第２透過光の第２検出信号強度をＩT2とすると、前記濁度Ｎは、
Figure 0007056612000001
 により算出され、Ｋは濁度算出用の感度係数であり、ＩS1(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第１散乱光の第１検出信号強度であり、ＩT1(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第１透過光の第１検出信号強度であり、ＩS2(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第２散乱光の第２検出信号強度であり、ＩT2(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第２透過光の第２検出信号強度であり、αは補正係数であってもよい。これにより、第１被測定光及び第２被測定光の検出信号に基づいて被測定液の濁度が正確に算出可能である。
一実施形態において、前記濁度算出に関する第１パラメータは、前記第１照射光を照射する第１ＬＥＤ光源の第１駆動電流を含み、前記濁度算出に関する第２パラメータは、前記第２照射光を照射する第２ＬＥＤ光源の第２駆動電流を含み、前記補正するステップにおいて、前記第１駆動電流及び前記第２駆動電流の少なくとも一方が補正されてもよい。これにより、ＬＥＤ光源の駆動電流に基づいて光学的に発光スペクトルが補正された状態で濁度測定が実行される。したがって、このような光学処理によって、他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度が算出可能である。
一実施形態における濁度測定方法は、第３スペクトルを有する第３照射光を前記被測定液に対して照射するステップと、前記被測定液に対して照射された前記第３照射光に基づく第３被測定光の検出信号を取得するステップと、をさらに含み、前記被測定液の濁度を算出するステップにおいて、前記第１被測定光、前記第２被測定光、及び前記第３被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度が算出され、前記補正するステップにおいて、前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ、前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータ、及び前記第３照射光に関連付けられる濁度算出に関する第３パラメータが補正されてもよい。これにより、３つの光源を用いて被測定液の濁度を測定する場合であっても、従来の濁度計における他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能である。したがって、ユーザは、被測定液の濁度測定における測定装置を、例えばランプ光源を用いた従来の濁度計からＬＥＤ光源を用いた一実施形態に係る濁度計へと変更する場合であっても、同一の被測定液に対して同様の測定結果を得ることができる。したがって、一実施形態に係る濁度計へ測定装置を更新する際のユーザの利便性が向上する。
幾つかの実施形態に係る濁度計は、被測定液の濁度を測定する濁度計であって、第１スペクトルを有する第１照射光を前記被測定液に対して照射する第１光源部と、前記第１スペクトルと異なる第２スペクトルを有する第２照射光を前記被測定液に対して照射する第２光源部と、前記被測定液に対して照射された前記第１照射光に基づく第１被測定光、及び前記被測定液に対して照射された前記第２照射光に基づく第２被測定光の検出信号を取得する受光部と、前記第１被測定光及び前記第２被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記制御部によって算出される濁度が、比較の基準となる他の光源を用いて測定された前記被測定液の濁度と対応するように、前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ及び前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータの少なくとも一方を補正する。このような濁度計によれば、従来の濁度計における他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能である。したがって、ユーザは、被測定液の濁度測定における測定装置を、例えばランプ光源を用いた従来の濁度計からＬＥＤ光源を用いた一実施形態に係る濁度計へと変更する場合であっても、同一の被測定液に対して同様の測定結果を得ることができる。したがって、一実施形態に係る濁度計へ測定装置を更新する際のユーザの利便性が向上する。
一実施形態において、前記濁度算出に関する第１パラメータは、前記受光部によって検出された前記第１被測定光の第１検出信号強度を含み、前記濁度算出に関する第２パラメータは、前記受光部によって検出された前記第２被測定光の第２検出信号強度を含み、前記制御部は、前記第１検出信号強度及び前記第２検出信号強度の少なくとも一方を補正してもよい。これにより、濁度計は、受光部によって検出された検出信号に基づく検出情報を信号処理により補正した状態で濁度測定を実行する。したがって、制御部は、このような信号処理によって、他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能である。
一実施形態において、前記制御部は、前記第１光源部及び前記第２光源部を互いに異なるタイミングで動作させて、前記第１照射光及び前記第２照射光を互いに異なるタイミングで照射させてもよい。これにより、制御部は、第１被測定光及び第２被測定光の検出信号をそれぞれ個別に取得することができる。したがって、制御部は、検出信号に対するそれぞれの寄与を個別に正確に算出可能であり、濁度算出に関する精度を向上させることができる。
一実施形態において、前記第１被測定光及び前記第２被測定光の各々は、前記被測定液を透過した透過光と、前記被測定液によって散乱された散乱光と、を含んでもよい。これにより、制御部は、透過光・散乱光比較方式を用いることができ、透過光及び散乱光のいずれか一方のみを用いる場合と比較して、濁度のより広範な範囲にわたって濁度を精度良く算出することができる。加えて、濁度計の周囲の温度等による駆動電流の変動が、第１照射光を照射する第１ＬＥＤ光源の第１駆動電流値及び第２照射光を照射する第２ＬＥＤ光源の第２駆動電流値の間で異なっても、透過光・散乱光比較方式が採用されていることで、濁度測定への影響は最小限に抑制される。
一実施形態において、前記制御部は、前記第１被測定光に含まれる第１散乱光の第１検出信号強度をＩS1、及び前記第１被測定光に含まれる第１透過光の第１検出信号強度をＩT1とし、前記第２被測定光に含まれる第２散乱光の第２検出信号強度をＩS2、及び前記第２被測定光に含まれる第２透過光の第２検出信号強度をＩT2とすると、前記濁度Ｎを、
Figure 0007056612000002
 により算出し、Ｋは濁度算出用の感度係数であり、ＩS1(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第１散乱光の第１検出信号強度であり、ＩT1(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第１透過光の第１検出信号強度であり、ＩS2(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第２散乱光の第２検出信号強度であり、ＩT2(0)は濁度０度の液に対して得られる前記第２透過光の第２検出信号強度であり、αは補正係数であってもよい。これにより、第１被測定光及び第２被測定光の検出信号に基づいて被測定液の濁度が正確に算出可能である。
一実施形態において、前記第１光源部は、第１ＬＥＤ光源を含み、前記第２光源部は、第２ＬＥＤ光源を含み、前記濁度算出に関する第１パラメータは、前記第１ＬＥＤ光源の第１駆動電流を含み、前記濁度算出に関する第２パラメータは、前記第２ＬＥＤ光源の第２駆動電流を含み、前記制御部は、前記第１駆動電流及び前記第２駆動電流の少なくとも一方を補正してもよい。これにより、濁度計は、ＬＥＤ光源の駆動電流に基づいて光学的に発光スペクトルを補正した状態で濁度測定を実行する。したがって、制御部は、このような光学処理によって、他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能である。
一実施形態における濁度計は、第３スペクトルを有する第３照射光を前記被測定液に対して照射する第３光源部をさらに備え、前記受光部は、前記被測定液に対して照射された前記第３照射光に基づく第３被測定光の検出信号を取得し、前記制御部は、前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ、前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータ、及び前記第３照射光に関連付けられる濁度算出に関する第３パラメータを補正し、前記第１被測定光、前記第２被測定光、及び前記第３被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度を算出してもよい。これにより、３つの光源を用いて被測定液の濁度を測定する場合であっても、従来の濁度計における他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能である。したがって、ユーザは、被測定液の濁度測定における測定装置を、例えばランプ光源を用いた従来の濁度計からＬＥＤ光源を用いた一実施形態に係る濁度計へと変更する場合であっても、同一の被測定液に対して同様の測定結果を得ることができる。したがって、一実施形態に係る濁度計へ測定装置を更新する際のユーザの利便性が向上する。
本開示によれば、従来の濁度計における他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能な濁度測定方法及び濁度計を提供可能である。
一実施形態に係る濁度計の外観を示す正面図である。 図１の濁度計の構成の一例を示すブロック図である。 図１の光学装置の断面の一例を示す模式図である。 各光源によって照射される照射光のスペクトルの一例を示す模式図である。 図１の光源部によって照射された照射光のスペクトルの一例を示す模式図である。 図１の濁度計を用いた濁度測定方法の一例を示すフローチャートである。 一実施形態に係る濁度計の第１変形例を示す図３に対応する模式図である。 一実施形態に係る濁度計の第２変形例を示す図３に対応する模式図である。 一実施形態に係る濁度計の第３変形例を示す図３に対応する模式図である。 ランプ光源を用いた従来の濁度計の断面の一例を示す模式図である。
濁度計によって測定される被測定液の濁りは、被測定液の中に存在する粒子、すなわち濁質の量によって決まる。濁質の量を測定するためのいくつかの方法が知られている。例えば、透過光・散乱光比較方式の濁度計においては、被測定液中の濁質による照射光の吸収及び散乱が利用されている。濁質を含む被測定液に照射光が照射されると、透過光は、粒子の吸収によって濁度が大きいほど弱まる。一方で、散乱光は、粒子の散乱によって濁度が大きいほど強まる。
透過光は、その光強度がランベルトベールの法則によって対数的に変化することから、高濁度において非常に弱くなる。したがって、透過光単独を用いて高濁度の被測定液を測定することは困難である。散乱光は、理論的には濁度に比例する一方で、実際の測定では高濁度の被測定液において吸収の影響を受ける。したがって、散乱光に関する検出信号強度が濁度に比例しない。そこで、透過光・散乱光比較方式の濁度計では、散乱光の検出信号強度を透過光の検出信号強度で除算した値が利用され、検出信号値と濁度値との間の単調増加関係が作り出されている。
従来の濁度計は、例えば図１０に示すとおり、ランプ光源、集光レンズ、液槽、透過光を検出する透過光検出器、及び散乱光を検出する散乱光検出器を有する。ランプ光源から照射された白色光は集光レンズによって平行光となる。平行光となった白色光は、液槽に入射する。液槽の両端は透明ガラスにより仕切られている。例えば、図１０中において下から上へと液槽を流れる被測定液の濁質によって平行光の一部は散乱される。散乱光は、液槽の後段に配置された散乱光検出器によって検出される。散乱されずに透過した透過光は、同様に液槽の後段に配置された透過光検出器によって検出される。検出された透過光の検出信号強度と散乱光の検出信号強度とを演算回路等により以下の式３のとおりに計算することで、被測定液の濁度Ｎが求められる。
Figure 0007056612000003
ここで、ＩTは、被測定液を透過した透過光の検出信号強度、ＩSは、被測定液によって散乱された散乱光の検出信号強度を示す。ＩT（０）は、濁度０度の液を透過した透過光の検出信号強度、ＩS（０）は、濁度０度の液によって散乱された散乱光の検出信号強度を示す。ｃは、被測定液中の濁質、並びに検出部の形状及び特性により定まる定数であり、Ｌは、測定対象となる液槽の光路長である。式３に示すとおり、比率ＩS／ＩTは、濁度Ｎに対して一次関数的に変化する。
従来の濁度計では、例えば、広帯域の発光スペクトルを有し白色光を照射するランプ光源が光源として用いられる傾向にあった。ランプ光源は、フィラメントが断線しやすく寿命が短いという欠点を有する。加えて、ランプ光源は、消費電力が大きく発熱しやすいため液槽の透明ガラスに結露が発生しやすいという欠点を有する。液槽の透明ガラスに結露が発生すると、当該結露が光のさらなる散乱の要因になり得るので、被測定液の濁度の測定精度が低下する恐れがある。
以上のような問題点を解決するために光源として例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源が用いられる場合がある。濁度計の光源に使用される従来のＬＥＤの一例として、単色ＬＥＤが知られている。このような単色ＬＥＤ光源による照射光のスペクトルは、例えば可視領域、又は１０００ｎｍ以下の近赤外領域において、数ｎｍ～数十ｎｍの半値幅を有する。ここで、近赤外領域は、可視領域よりも長波長側の所定の波長領域を意味し、後述する赤外領域のうち、比較的可視領域に近い波長領域を含む。例えば、近赤外領域は、７８０ｎｍ～２０００ｎｍまでの波長領域を含む。このような単色ＬＥＤ光源の発光スペクトルの波長帯域及びスペクトル強度は、従来のランプ光源と比較すると大きく異なる。例えば、ランプ光源による照射光のスペクトルは、単色ＬＥＤ光源とは異なり、赤外領域にピークを有し、その波長帯域は可視領域全体にまで及んでいる。ここで、赤外領域は、可視領域よりも長波長側の所定の波長領域を意味し、例えば７８０ｎｍよりも長い波長を有する所定の波長領域を含む。
濁度計の光源に使用される従来のＬＥＤの他の例として、蛍光体等を使用し、照射光の見た目を太陽光、蛍光灯の光、及びランプ光源の光等に近づけた白色ＬＥＤ又は調光・混色ＬＥＤも知られている。これらのＬＥＤ光源による照射光は、人間の眼にはランプ光源からの照射光と類似するように見える。しかしながら、これらのＬＥＤ光源の発光スペクトルは、可視領域において不連続的に複数のピークを有しており、可視領域において連続的にスペクトル強度が変化するランプ光源の発光スペクトルと大きく異なる。
以上のような従来のＬＥＤ光源は、汎用性が高い反面、波長特性に関してランプ光源と大きく相違する。したがって、被測定液の濁度測定においては、ランプ光源から従来のＬＥＤ光源へと置き換えることによって、濁度の検出感度の対応性が低下する恐れがある。すなわち、標準液以外の被測定液では、ランプ光源を有する濁度計により測定された濁度と、ＬＥＤ光源を有する濁度計により測定された濁度とが一致しない恐れがある。用いる光源の波長特性が異なると、散乱角度分布、及び被測定液中に含まれる濁質又は被測定液自体の吸収特性が異なり、検出される散乱光強度及び透過光強度が変化する恐れがあるためである。ここで、標準液は、所定の濁度規格で規定されている所定の濁度標準物質を含む、既知の濁度値を有する液を含む。
本開示は、上記の問題点を解決するために、従来の濁度計における他の光源、より具体的にはランプ光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するようにＬＥＤ光源を用いて被測定液の濁度を算出可能な濁度測定方法及び濁度計を提供することを目的とする。
以下では、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について主に説明する。
図１は、一実施形態に係る濁度計１の外観を示す正面図である。
一実施形態に係る濁度計１は、一例として透過光・散乱光比較方式の濁度計である。濁度計１は、被測定液の濁度を測定する。濁度計１は、大きな構成要素として、光学装置２と処理装置３とを有する。光学装置２は、内部を通過する被測定液に対して照射光を照射し、照射光に基づく透過光Ｔ及び散乱光Ｓを検出する。処理装置３は、光学装置２と接続され、光学装置２によって検出された透過光Ｔ及び散乱光Ｓに基づく検出信号を光学装置２から取得する。処理装置３は、光学装置２から取得した検出信号に基づく被測定液の濁度の算出処理等を実行したり、光学装置２の制御を実行したりする。
光学装置２は、図１において下方から流れてくる被測定液が流入する被測定液入口２１と、被測定液入口２１から光学装置２の内部に流入した被測定液が外部へと流出する被測定液出口２２と、を有する。光学装置２は、本体部２３と、光源部２４と、受光部２５と、を有する。本体部２３の内部には、下方から上方へと流れる被測定液をガイドする液槽が含まれる。本体部２３の液槽は、被測定液が流れる方向と交差する方向において、光源部２４及び受光部２５により挟まれる。
図２は、図１の濁度計１の構成の一例を示すブロック図である。
光学装置２に含まれる光源部２４は、第１光源部２４１と、第２光源部２４２と、を有する。
第１光源部２４１は、後述する第１スペクトルＥ１を有する第１照射光Ｌ１を被測定液に対して照射する。第１光源部２４１は、第１照射光Ｌ１を照射可能な任意の光源を有する。例えば、第１光源部２４１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１を含む。
第２光源部２４２は、第１スペクトルＥ１と異なる、後述する第２スペクトルＥ２を有する第２照射光Ｌ２を被測定液に対して照射する。第２光源部２４２は、第２照射光Ｌ２を照射可能な任意の光源を有する。例えば、第２光源部２４２は、第２ＬＥＤ光源Ｄ２を含む。
光学装置２に含まれる受光部２５は、被測定液に対して照射された第１照射光Ｌ１に基づく第１被測定光ＭＬ１、及び被測定液に対して照射された第２照射光Ｌ２に基づく第２被測定光ＭＬ２の検出信号を取得する。受光部２５は、第１被測定光ＭＬ１及び第２被測定光ＭＬ２の検出信号として、検出電流又は検出電圧を出力する。出力される検出信号の強度は、受光部２５によって検出される被測定光の光強度に対応する。濁度計１が透過光・散乱光比較方式である場合、第１被測定光ＭＬ１は、被測定液を透過した第１透過光Ｔ１と、被測定液によって散乱された第１散乱光Ｓ１と、を含む。同様に、第２被測定光ＭＬ２は、被測定液を透過した第２透過光Ｔ２と、被測定液によって散乱された第２散乱光Ｓ２と、を含む。
受光部２５は、透過光検出部２５１と、散乱光検出部２５２と、を有する。
透過光検出部２５１は、第１照射光Ｌ１に基づく第１透過光Ｔ１と、第２照射光Ｌ２に基づく第２透過光Ｔ２と、を検出する。透過光検出部２５１は、第１透過光Ｔ１及び第２透過光Ｔ２を検出可能な任意の光検出器を有する。例えば、透過光検出部２５１は、フォトダイオードを含む。透過光検出部２５１を構成するフォトダイオードの波長帯域は、第１透過光Ｔ１及び第２透過光Ｔ２が有する光スペクトルの波長帯域を含む。
散乱光検出部２５２は、第１照射光Ｌ１に基づく第１散乱光Ｓ１と、第２照射光Ｌ２に基づく第２散乱光Ｓ２と、を検出する。散乱光検出部２５２は、第１散乱光Ｓ１及び第２散乱光Ｓ２を検出可能な任意の光検出器を有する。例えば、散乱光検出部２５２は、フォトダイオードを含む。散乱光検出部２５２を構成するフォトダイオードの波長帯域は、第１散乱光Ｓ１及び第２散乱光Ｓ２が有する光スペクトルの波長帯域を含む。
処理装置３は、制御部３１と、記憶部３２と、入力部３３と、表示部３４と、通信部３５と、を有する。
制御部３１は、１つ以上のプロセッサを含む。例えば、制御部３１は、濁度計１に関する処理を可能にするプロセッサを含む。制御部３１は、濁度計１を構成する各構成部に接続され、各構成部をはじめとして濁度計１全体を制御及び管理する。例えば、制御部３１は、第１光源部２４１及び第２光源部２４２にそれぞれ含まれるＬＥＤ光源の駆動電流を制御する。例えば、制御部３１は、光学装置２から出力される、第１被測定光ＭＬ１及び第２被測定光ＭＬ２の検出信号に基づいて被測定液の濁度を算出する。その他にも、制御部３１は、例えば、被測定液の濁度を算出するために必要なパラメータを算出する。
記憶部３２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の任意の記憶装置を含み、濁度計１の動作を実現するために必要な情報を記憶する。記憶部３２は、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部３２は、濁度計１に内蔵されているものに限定されず、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポート等によって接続されている外付け型の記憶装置であってもよい。記憶部３２は、例えば、制御部３１によって算出された各種情報を記憶する。記憶部３２は、例えば、光学装置２から出力される、第１被測定光ＭＬ１及び第２被測定光ＭＬ２の検出信号に基づく検出情報を記憶する。
入力部３３は、濁度計１のユーザによる入力操作を受け付ける任意の入力インタフェースを含む。入力部３３は、濁度計１のユーザによる入力操作を受け付け、当該ユーザによる入力情報を取得する。入力部３３は、取得した入力情報を制御部３１に出力する。例えば、ユーザは、入力部３３を用いて、濁度計１の動作を実現するために必要な任意の情報を入力する。
表示部３４は、画像を出力する任意の出力インタフェースを含む。表示部３４は、例えば液晶ディスプレイを含む。表示部３４は、例えば、制御部３１によって算出された各種情報を濁度計１のユーザに対して表示する。表示部３４は、例えば、濁度計１の動作を実現する任意の情報をユーザが入力するために必要な設定画面をユーザに対して表示する。
通信部３５は、有線又は無線に基づく任意の通信プロトコルに対応した任意の通信インタフェースを含む。通信部３５は、制御部３１によって算出された各種情報を任意の外部装置に送信してもよい。通信部３５は、濁度計１の動作を実現するために必要な任意の情報を任意の外部装置から受信してもよい。例えば、通信部３５は、光学装置２を制御するための制御信号を任意の外部装置から受信してもよい。
図３は、図１の光学装置２の断面の一例を示す模式図である。図３を参照しながら、濁度計１の光学系に関する動作について主に説明する。
第１光源部２４１及び第２光源部２４２を含む光源部２４によって照射された照射光は、集光レンズ２６によって平行光となる。平行光となった照射光は、液槽２７に入射する。液槽２７の両端は透明ガラスにより仕切られている。液槽２７では、例えば図の下から上に向かって被測定液が流れている。液槽２７を挟んで光源部２４と反対側に、受光部２５が配置されている。
液槽２７内の被測定液を透過した透過光Ｔは、例えば液槽２７を挟んで光源部２４と対向するように配置されている透過光検出部２５１で検出される。液槽２７中を流れる被測定液の濁質により散乱された散乱光Ｓのうち、平行光線である透過光Ｔに対して所定の角度が付された散乱光Ｓは、例えば透過光検出部２５１の上方及び下方に配置されている散乱光検出部２５２で検出される。散乱光検出部２５２を構成する光検出器の数は２つに限定されず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。制御部３１は、受光部２５によって検出された透過光Ｔの検出信号強度ＩTと散乱光Ｓの検出信号強度ＩSとに基づいて、ＩS／ＩTのように比率演算することで濁度Ｎを算出する。
図４は、各光源によって照射される照射光のスペクトルの一例を示す模式図である。図４を参照しながら、従来のランプ光源、第１光源部２４１に含まれる第１ＬＥＤ光源Ｄ１、及び第２光源部２４２に含まれる第２ＬＥＤ光源Ｄ２のそれぞれの発光スペクトルを比較して説明する。
図４において、従来のランプ光源の発光スペクトルは実線により示される。図４では、従来のランプ光源の発光スペクトルにおいて、赤外領域に現れるピークを含め、波長８００ｎｍ付近よりも長波長側の当該発光スペクトルの図示は省略されている。すなわち、図４では、従来のランプ光源の発光スペクトルにおいて、波長８００ｎｍ付近よりも短波長側の当該発光スペクトルのみが図示されている。図４において、第１ＬＥＤ光源Ｄ１の第１照射光Ｌ１の第１スペクトルＥ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２照射光Ｌ２の第２スペクトルＥ２は破線により示される。
一実施形態に係る濁度計１では、第１照射光Ｌ１の第１スペクトルＥ１及び第２照射光Ｌ２の第２スペクトルＥ２に基づいて、従来のランプ光源の波長特性と同様の波長特性が実現される。
より具体的には、第１ＬＥＤ光源Ｄ１によって照射される第１照射光Ｌ１の第１スペクトルＥ１は、可視領域において、ランプ光源の発光スペクトルと十分に対応する。すなわち、第１スペクトルＥ１は、ランプ光源の発光スペクトルと同様に、波長４００ｎｍ付近から立ち上がり、可視領域の略全体にわたって広がっている。このように、第１ＬＥＤ光源Ｄ１は、可視領域においてはランプ光源の波長特性と同様の波長特性を有する。しかしながら、７８０ｎｍ以上の近赤外領域において、第１スペクトルＥ１のスペクトル強度が低下し、第１ＬＥＤ光源Ｄ１は、ランプ光源の波長特性と異なる波長特性を有するようになる。
第２ＬＥＤ光源Ｄ２は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１の近赤外領域におけるスペクトル強度の低下を補って、当該領域における光源部２４のスペクトル強度をランプ光源のスペクトル強度と対応させる。すなわち、第２スペクトルＥ２は、近赤外領域においてランプ光源のスペクトル強度に対応するピークを有し、所定の半値幅で広がっている。なお、第２スペクトルＥ２が広がっている領域よりもさらなる長波長側でも、従来のランプ光源の発光スペクトルは所定のスペクトル強度を有している。しかしながら、例えば近赤外領域における所定の波長以下で感度を有するような光検出器が従来から使用されており、受光部２５においても同様の光検出器が用いられることで、当該所定の波長よりも長波長側でのランプ光源の発光スペクトルに基づく濁度測定への影響は無視することができる。
第１ＬＥＤ光源Ｄ１は、図４に示すような第１スペクトルＥ１を有する第１照射光Ｌ１を照射するために、蛍光体と、当該蛍光体を励起するためのさらなる励起用ＬＥＤを有する。このとき、励起用ＬＥＤの発光スペクトルのピークが例えば紫外領域に現れる。ここで、紫外領域は、可視領域よりも短波長側の所定の波長領域を意味し、例えば３８０ｎｍよりも短い波長を有する所定の波長領域を含む。一方で、従来のランプ光源のスペクトル強度は、紫外領域において略ゼロとなる。一実施形態に係る濁度計１において、従来のランプ光源の波長特性と同様の波長特性を実現するために、このような紫外領域におけるピークを抑制する場合もある。したがって、第１ＬＥＤ光源Ｄ１は、励起用ＬＥＤの光路上に配置され、励起用ＬＥＤのピークを抑制する任意の光学フィルタを有してもよい。
第１ＬＥＤ光源Ｄ１は、紫外領域におけるピークを抑制するための光学フィルタに加えて、又は代えて、第１スペクトルＥ１が広がっている波長領域内で互いに異なる発光波長を有する単色ＬＥＤを複数有してもよい。これにより、可視領域で広がっている第１スペクトルＥ１のスペクトル強度は、複数の単色ＬＥＤによるスペクトル強度が加わる分、紫外領域における励起用ＬＥＤのスペクトル強度と比較して十分に大きくなる。したがって、紫外領域における励起用ＬＥＤのピークが、第１スペクトルＥ１に対して相対的に低下する。結果として、紫外領域における励起用ＬＥＤのピークが相対的に抑制される。
第１ＬＥＤ光源Ｄ１は、紫外領域におけるピークを抑制するための上記の構成に加えて、又は代えて、励起用ＬＥＤによる励起効率、すなわちエネルギー効率が高くなるような蛍光体に関する構成を有してもよい。より具体的には、第１ＬＥＤ光源Ｄ１は、種類及び光学密度の少なくとも一方が最適化された蛍光体を有してもよい。例えば、図４に示す第１スペクトルＥ１よりも半値幅が若干小さくなるが、励起用ＬＥＤのピークが十分に低下するような種類の蛍光体が第１ＬＥＤ光源Ｄ１の蛍光体として選択されてもよい。例えば、蛍光体内で励起用ＬＥＤからの励起光が十分に吸収されるような光学密度を有する蛍光体が第１ＬＥＤ光源Ｄ１の蛍光体として選択されてもよい。以上のように、エネルギー効率が高くなるような蛍光体を第１ＬＥＤ光源Ｄ１が有することで、紫外領域における励起用ＬＥＤのピークが第１スペクトルＥ１に対して相対的に低下する。また、紫外領域ではなく可視領域で励起用ＬＥＤを発光させることも可能である。したがって、励起用ＬＥＤのピークを抑制する任意の光学フィルタが省略可能となる。
第２ＬＥＤ光源Ｄ２は、図４に示すような第２スペクトルＥ２を有する第２照射光Ｌ２を照射するために、近赤外領域において発光する単色ＬＥＤを有する。近赤外領域における光源部２４からの発光強度を向上させるための構成は、これに限定されない。光源部２４は、第２ＬＥＤ光源Ｄ２が有する単色ＬＥＤに加えて、又は代えて、近赤外領域における発光強度を向上させるような蛍光体がさらに添加された第１ＬＥＤ光源Ｄ１の蛍光体を有してもよい。第２ＬＥＤ光源Ｄ２が有する単色ＬＥＤに代えてこのような蛍光体を光源部２４が有する場合、第１光源部２４１と第２光源部２４２とが、当該蛍光体を共有するような構成となる。
例えば、上述したとおり第１ＬＥＤ光源Ｄ１と第２ＬＥＤ光源Ｄ２との間で異なるＬＥＤが用いられる場合、照射光の光強度はＬＥＤごとに異なるのが通常である。したがって、濁度測定にあたり、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２間のこのような差異を考慮する必要がある。
したがって、制御部３１は、以上のような光源部２４を用いながら、制御部３１によって算出される濁度が、比較の基準となる他の光源、すなわちランプ光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように、第１照射光Ｌ１に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ及び第２照射光Ｌ２に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータの少なくとも一方を補正する。以下では、このような補正方法について、２つの例を挙げて説明する。
補正方法の第１例では、濁度算出に関する第１パラメータは、受光部２５によって検出された第１被測定光ＭＬ１の第１検出信号強度を含み、濁度算出に関する第２パラメータは、受光部２５によって検出された第２被測定光ＭＬ２の第２検出信号強度を含む。このとき、制御部３１は、制御部３１によって算出される濁度が、ランプ光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように第１検出信号強度及び第２検出信号強度の少なくとも一方を補正する。このように補正方法の第１例では、濁度計１は、例えば受光部２５によって検出された検出信号に基づく検出情報を信号処理により補正した状態で濁度測定を実行してもよい。
補正方法の第１例では、制御部３１は、このような信号処理を実行するために、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２を互いに異なるタイミングで動作させて、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を互いに異なるタイミングで照射させる。例えば、制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２のいずれか一方を交互に動作させて、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２のいずれか一方を交互に照射させる。被測定液に対して第１ＬＥＤ光源Ｄ１のみを発光させたときに得られる第１散乱光Ｓ１の第１検出信号強度をＩS1及び第１透過光Ｔ１の第１検出信号強度をＩT1とし、被測定液に対して第２ＬＥＤ光源Ｄ２のみを発光させたときに得られる第２散乱光Ｓ２の第２検出信号強度をＩS2及び第２透過光Ｔ２の第２検出信号強度をＩT2とする。このとき、制御部３１は、以下の式４に基づいて濁度Ｎを算出する。
Figure 0007056612000004
式４において、Ｋは、濁度０度の液と標準液とを用いて２つの既知の濁度Ｎで第１被測定光ＭＬ１及び第２被測定光ＭＬ２を測定したときの傾きを示す濁度算出用の感度係数である。感度係数は、比率ＩS／ＩTを濁度Ｎに換算するための比例係数である。濁度０度の液及び標準液のそれぞれに対して測定が行われると、式４における各検出信号強度が実測可能である。実測された各検出信号強度と共に、既知の濁度Ｎ及び後述する補正係数αに基づいて、感度係数Ｋが算出可能となる。
ＩS1(0)は、濁度０度の液に対して第１ＬＥＤ光源Ｄ１のみを発光させたときに得られる第１散乱光Ｓ１の第１検出信号強度を示す。ＩT1(0)は、濁度０度の液に対して第１ＬＥＤ光源Ｄ１のみを発光させたときに得られる第１透過光Ｔ１の第１検出信号強度を示す。ＩS2(0)は、濁度０度の液に対して第２ＬＥＤ光源Ｄ２のみを発光させたときに得られる第２散乱光Ｓ２の第２検出信号強度を示す。ＩT2(0)は、濁度０度の液に対して第２ＬＥＤ光源Ｄ２のみを発光させたときに得られる第２透過光Ｔ２の第２検出信号強度を示す。
αは、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２の濁度測定への寄与率を従来のランプ光源に近づけることを目的とした補正係数である。より具体的には、補正係数αは、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２の組ごとに、以下の手順で算出される。
図５は、図１の光源部２４によって照射された照射光のスペクトルの一例を示す模式図である。図５を参照しながら、補正係数αの算出手順を主に説明する。補正係数αを算出する以下の第１手順及び第２手順では、第１スペクトルＥ１の第１ピーク波長での第１スペクトル強度Ｐ１と第２スペクトルＥ２の第２ピーク波長での第２スペクトル強度Ｐ２との比率が、図４に示すランプ光源の発光スペクトルにおける、第１ピーク波長でのスペクトル強度Ａと、第２ピーク波長でのスペクトル強度Ｂとの比率と同一となるように、制御部３１が第１駆動電流及び第２駆動電流の少なくとも一方を調整する。
制御部３１は、例えば、濁度計１とは別の装置である光スペクトラムアナライザ等によって測定された、基準となるランプ光源の発光スペクトルにおける、第１ピーク波長でのスペクトル強度Ａと、第２ピーク波長でのスペクトル強度Ｂと、を任意の方法により予め取得する。補正係数αを算出する第１手順では、制御部３１は、取得したスペクトル強度Ａ、Ｂに基づいて、比率Ｂ／Ａを算出する。
補正係数αを算出する第２手順では、制御部３１は、例えば、第１ＬＥＤ光源Ｄ１と第２ＬＥＤ光源Ｄ２とを同時に発光させた状態で光スペクトラムアナライザ等によって測定された、第１スペクトル強度Ｐ１と第２スペクトル強度Ｐ２とを任意の方法により取得する。このとき、制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１の第１駆動電流と第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２駆動電流とを、個別に調整可能である。制御部３１は、例えば第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２駆動電流を調整して、第２スペクトル強度Ｐ２が以下の式５を満たすような駆動電流値を決定する。
Figure 0007056612000005
制御部３１は、このときの第１ＬＥＤ光源Ｄ１の第１駆動電流値Ｃ１と、第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２駆動電流値Ｃ２と、を記憶部３２に格納する。
なお、上記の具体例では、制御部３１は、第１スペクトル強度Ｐ１と第２スペクトル強度Ｐ２との比率がスペクトル強度Ａとスペクトル強度Ｂとの比率と同一となるよう第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２駆動電流のみを調整するとして説明した。このとき、制御部３１は、例えば、第１スペクトル強度Ｐ１がスペクトル強度Ａと一致するように、第１ＬＥＤ光源Ｄ１の第１駆動電流をさらに調整してもよいし、調整しなくてもよい。
第１駆動電流が調整される場合、第１スペクトル強度Ｐ１及び第２スペクトル強度Ｐ２の絶対値がランプ光源の発光スペクトルにおける対応するスペクトル強度と一致する。したがって、ランプ光源を用いた従来の濁度計における検出回路と同様のものを一実施形態に係る濁度計１においても用いることが可能となり、従来の濁度計と一実施形態に係る濁度計１との互換性が向上する。
第１駆動電流が調整されない場合、第１スペクトル強度Ｐ１はスペクトル強度Ａと一致していないのが通常である。このような場合であっても、制御部３１はＩS／ＩTのように比率演算を実行するので、光源部２４の発光スペクトルの絶対値とランプ光源の発光スペクトルの絶対値との差による影響が分母及び分子間で相殺される。したがって、互いの絶対値に差があったとしても、それぞれの場合に測定される濁度は十分に対応する。
補正係数αを算出する第３手順では、制御部３１は、例えば、温度及び湿度等の周囲環境が常に一定である工場条件下で、記憶部３２に記録されている第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２の比率と同一の比率になるように第１ＬＥＤ光源Ｄ１の第１駆動電流と第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２駆動電流とを個別に調整する。このとき、調整された第１駆動電流及び第２駆動電流は、第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２とそれぞれ同一の値をとってもよいし、各ＬＥＤ光源の駆動電流と発光強度とが線形性を有する範囲であれば、第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２とそれぞれ異なる値をとってもよい。
制御部３１は、濁度０度の液が満たされている液槽２７に対して、調整された第１駆動電流及び第２駆動電流に基づき第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２をそれぞれ異なるタイミングで個別に発光させる。制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２をそれぞれ発光させたときの第１透過光Ｔ１の第１検出信号強度ＩT1b及び第２透過光Ｔ２の第２検出信号強度ＩT2bを記憶部３２に格納する。
補正係数αを算出する第４手順では、制御部３１は、例えば、濁度計１に取り付けられている第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２を、ユーザによる実際の使用状況に合わせた任意の第１駆動電流及び第２駆動電流でそれぞれ異なるタイミングで個別に発光させる。このとき、液槽２７には、濁度０度の液が満たされている。制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２をそれぞれ発光させたときの第１透過光Ｔ１の第１検出信号強度ＩT1i及び第２透過光Ｔ２の第２検出信号強度ＩT2iを記憶部３２に格納する。
制御部３１は、以下の式６に基づいて補正係数αを算出する。
Figure 0007056612000006
制御部３１は、以上のように算出された補正係数αを記憶部３２に格納する。制御部３１は、ユーザによる実際の使用状況に合わせて設定された上記の第１駆動電流及び第２駆動電流で第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２のいずれか一方を交互に動作させる。これにより、制御部３１は、記憶部３２に予め記憶されている補正係数αを用い、式４に基づいて被測定液の濁度Ｎを算出することが可能となる。このとき、濁度計１としては、各駆動電流を調整するための機能が備わっていなくてもよい。なお、補正係数αは、上述したように製品出荷前の初期校正段階で算出され、その後ユーザ等によって定期的に更新されてもよい。
以上のような制御部３１による処理によって、第１検出信号強度及び第２検出信号強度の少なくとも一方が補正され、制御部３１によって算出された被測定液の濁度がランプ光源を用いて測定された濁度と対応する。
以下では補正方法の第２例について主に説明する。
例えば、濁度計１は、上述した補正方法の第１例に代えて、ＬＥＤ光源の駆動電流に基づいて光学的に発光スペクトルを補正した状態で濁度測定を実行してもよい。
補正方法の第２例では、濁度算出に関する第１パラメータは、第１ＬＥＤ光源Ｄ１の第１駆動電流を含み、濁度算出に関する第２パラメータは、第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２駆動電流を含む。このとき、制御部３１は、制御部３１によって算出される濁度が、ランプ光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように第１駆動電流及び第２駆動電流の少なくとも一方を補正する。
より具体的には、図５に示す、第１スペクトルＥ１の第１ピーク波長での第１スペクトル強度Ｐ１と第２スペクトルＥ２の第２ピーク波長での第２スペクトル強度Ｐ２との比率が、図４に示すランプ光源の発光スペクトルにおける、第１ピーク波長でのスペクトル強度Ａと、第２ピーク波長でのスペクトル強度Ｂとの比率と同一となるように、制御部３１が第１駆動電流及び第２駆動電流の少なくとも一方を補正する。
より具体的には、制御部３１は、補正方法の第１例において説明した、補正係数αを算出する第１手順及び第２手順と全く同一の手順により、第１ＬＥＤ光源Ｄ１の第１駆動電流値Ｃ１と、第２ＬＥＤ光源Ｄ２の第２駆動電流値Ｃ２と、を記憶部３２に格納する。
制御部３１は、例えば、記憶部３２に記憶されている第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２で第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２をそれぞれ発光させて、被測定液の濁度を算出する。このとき、制御部３１は、例えば、式４において補正係数αを１としたときの以下の式７に基づいて、濁度Ｎを算出してもよい。
Figure 0007056612000007
すなわち、制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２を、第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２に基づいてそれぞれ異なるタイミングで個別に発光させて濁度Ｎを算出してもよい。これに限定されず、制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２を、第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２に基づいて互いに同時に発光させて濁度Ｎを算出してもよい。このとき、制御部３１は、例えば、ランプ光源を用いた従来の濁度測定と同様に式３を用いて、照射光に基づく透過光Ｔ及び散乱光Ｓの検出信号強度の比率ＩS／ＩTから濁度Ｎを算出してもよい。
以上により、第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２を用いて別々の駆動電流で第１ＬＥＤ光源Ｄ１及び第２ＬＥＤ光源Ｄ２を発光させることで、制御部３１は、光源部２４の発光スペクトルをランプ光源の発光スペクトルに十分に対応するように補正することが可能となる。
光源部２４から第１照射光Ｌ１と第２照射光Ｌ２とが同時に照射される場合、可視領域において不連続的に複数のピークを有する従来の白色ＬＥＤ又は調光・混色ＬＥＤと異なり、全体の照射光のスペクトルは、第１スペクトルＥ１と第２スペクトルＥ２とを足し合わせた、連続的にスペクトル強度が変化するものとなる。
以上のような光源部２４の構成によって、光源部２４の発光スペクトルと従来のランプ光源の発光スペクトルとの対応性が良好となる。これにより、ＬＥＤを使用した濁度測定においても、所定の波長領域において、被測定液を透過した透過光Ｔ、及び被測定液によって散乱された散乱光Ｓのそれぞれの光強度が、従来のランプ光源を用いた場合の光強度と十分に対応する。したがって、両者を用いて測定された被測定液の濁度が十分に対応する。
図６は、図１の濁度計１を用いた濁度測定方法の一例を示すフローチャートである。図６を参照しながら、一実施形態に係る濁度計１の制御部３１が実行する被測定液の濁度測定のフローの例について主に説明する。
ステップＳ１０１では、制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１を点灯させて、第１スペクトルＥ１を有する第１照射光Ｌ１を被測定液に対して照射する。
ステップＳ１０２では、制御部３１は、ステップＳ１０１において、被測定液に対して照射された第１照射光Ｌ１に基づく第１被測定光ＭＬ１を検出する。
ステップＳ１０３では、制御部３１は、ステップＳ１０２において検出された第１被測定光ＭＬ１に基づいて、第１散乱光Ｓ１の第１検出信号強度ＩS1及び第１透過光Ｔ１の第１検出信号強度ＩT1を記憶部３２に格納する。
ステップＳ１０４では、制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１を消灯させて、第１照射光Ｌ１をオフにする。
ステップＳ１０５では、制御部３１は、第２ＬＥＤ光源Ｄ２を点灯させて、第１スペクトルＥ１と異なる第２スペクトルＥ２を有する第２照射光Ｌ２を被測定液に対して照射する。
ステップＳ１０６では、制御部３１は、ステップＳ１０５において、被測定液に対して照射された第２照射光Ｌ２に基づく第２被測定光ＭＬ２を検出する。
ステップＳ１０７では、制御部３１は、ステップＳ１０６において検出された第２被測定光ＭＬ２に基づいて、第２散乱光Ｓ２の第２検出信号強度ＩS2及び第２透過光Ｔ２の第２検出信号強度ＩT2を記憶部３２に格納する。
ステップＳ１０８では、制御部３１は、第２ＬＥＤ光源Ｄ２を消灯させて、第２照射光Ｌ２をオフにする。
ステップＳ１０９では、制御部３１は、ステップＳ１０３で記憶部３２に格納したＩS1及びＩT1、並びにステップＳ１０７で記憶部３２に格納したＩS2及びＩT2に基づいて、例えば式４等を用いて被測定液の濁度Ｎを算出する。
ステップＳ１１０では、制御部３１は、例えば入力部３３を用いてユーザにより設定された所定値にデータ取得回数が到達したか否かを判定する。制御部３１は、データ取得回数が所定値に到達していないと判定すると、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０９までの処理を再度実行する。制御部３１は、データ取得回数が所定値に到達していると判定すると、処理を終了させる。
上述した補正方法の第１例に基づく場合、制御部３１は、例えば図６のステップＳ１０１よりも前に補正係数αを算出し、記憶部３２に格納する。制御部３１は、ステップＳ１０９において被測定液の濁度Ｎを算出する際に、第１検出信号強度及び第２検出信号強度の少なくとも一方を記憶部３２に予め記憶されている補正係数αに基づいて補正する。
上述した補正方法の第２例に基づく場合、制御部３１は、例えば図６のステップＳ１０１よりも前に第１駆動電流値Ｃ１及び第２駆動電流値Ｃ２を決定し、対応する第１駆動電流及び第２駆動電流の少なくとも一方を補正する。
図６に示すフローにおいて、ステップＳ１０１からステップＳ１０９までの一周期は、例えば、１～２秒程度である。また、制御部３１は、ステップＳ１０９において一周期ごとに算出した濁度Ｎを複数周期にわたって平均化してもよい。
一実施形態に係る濁度計１では、制御部３１によって算出される濁度が、比較の基準となる他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように、第１照射光Ｌ１に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ及び第２照射光Ｌ２に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータの少なくとも一方を制御部３１が補正する。以上のような一実施形態に係る濁度計１によれば、従来の濁度計における他の光源を用いて測定された被測定液の濁度と対応するように被測定液の濁度を算出可能である。したがって、ユーザは、被測定液の濁度測定における測定装置を、例えばランプ光源を用いた従来の濁度計からＬＥＤ光源を用いた一実施形態に係る濁度計１へと変更する場合であっても、同一の被測定液に対して同様の測定結果を得ることができる。したがって、一実施形態に係る濁度計１へ測定装置を更新する際のユーザの利便性が向上する。
本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。したがって、先の記述は例示的であり、これに限定されない。開示の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるとする。
例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き、及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き、及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。
例えば、上述した濁度計１を用いた測定方法における各ステップ及び各ステップに含まれる機能等は、論理的に矛盾しないように再配置可能であり、ステップの順序を変更したり、複数のステップを１つに組み合わせたり、又は分割したりすることが可能である。
例えば、本開示は、上述した濁度計１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得る。本開示の範囲には、これらも包含されると理解されたい。
補正方法の第１例では、制御部３１は、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２のいずれか一方を交互に照射させるとして説明したが、制御部３１による制御方法はこれに限定されない。例えば、光学処理及び信号処理等によって、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２に基づく上述した各検出信号強度を制御部３１が個別に算出可能であれば、制御部３１は、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を同時に照射させてもよい。このときも、制御部３１は、上述した式４に基づいて濁度Ｎを算出してもよい。
上記では、濁度計１は、図３に示すような透過光・散乱光比較方式の濁度計であるとして説明したが、これに限定されない。図７は、一実施形態に係る濁度計１の第１変形例を示す図３に対応する模式図である。図７に示すように、濁度計１は、吸光度のみを用いて濁度を測定する透過光方式の濁度計であってもよい。図８は、一実施形態に係る濁度計１の第２変形例を示す図３に対応する模式図である。図８に示すように、濁度計１は、散乱光方式の濁度計であってもよい。図９は、一実施形態に係る濁度計１の第３変形例を示す図３に対応する模式図である。図９に示すように、濁度計１は、表面散乱光方式の濁度計であってもよい。
上記では、第２ＬＥＤ光源Ｄ２は、近赤外領域において発光する単色ＬＥＤを１つのみ有するとして説明したが、これに限定されない。光源部２４は、光源部２４から照射される照射光のスペクトルがランプ光源の発光スペクトルにより近似するように、第１スペクトルＥ１のスペクトル強度が低下している領域において異なる発光波長を有する複数の単色ＬＥＤを有してもよい。
例えば、光源部２４は、第３スペクトルＥ３を有する第３照射光Ｌ３を被測定液に対して照射する第３光源部２４３をさらに有してもよい。第３光源部２４３は、第３照射光Ｌ３を照射可能な任意の光源を有する。例えば、第３光源部２４３は、第３ＬＥＤ光源Ｄ３を含む。第３ＬＥＤ光源Ｄ３は、近赤外領域において発光する単色ＬＥＤを１つ有してもよい。
このとき、制御部３１は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１、第２ＬＥＤ光源Ｄ２、及び第３ＬＥＤ光源Ｄ３を互いに異なるタイミングで動作させて、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２に加えて、第３照射光Ｌ３も互いに異なるタイミングで照射させる。受光部２５は、被測定液に対して照射された第３照射光Ｌ３に基づく第３被測定光ＭＬ３の検出信号をさらに取得する。
制御部３１は、第１照射光Ｌ１に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ、第２照射光Ｌ２に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータ、及び第３照射光Ｌ３に関連付けられる濁度算出に関する第３パラメータを、上記の補正方法の第１例及び第２例と同様の方法で補正する。制御部３１は、第１被測定光ＭＬ１、第２被測定光ＭＬ２、及び第３被測定光ＭＬ３の検出信号に基づいて被測定液の濁度を算出する。ここで、補正方法の第１例では、濁度算出に関する第３パラメータは、受光部２５によって検出された第３被測定光ＭＬ３の第３検出信号強度を含む。補正方法の第２例では、濁度算出に関する第３パラメータは、第３ＬＥＤ光源Ｄ３の第３駆動電流を含む。
例えば、３つの光源を用いる場合の上記の補正方法の第１例について説明する。被測定液に対して第３照射光Ｌ３のみを照射させたときに得られる第３散乱光Ｓ３の第３検出信号強度をＩS3及び第３透過光Ｔ３の第３検出信号強度をＩT3とする。このとき、制御部３１は、式４に代えて以下の式８に基づいて濁度Ｎを算出する。
Figure 0007056612000008
式８において、ＩS3(0)は、濁度０度の液に対して第３照射光Ｌ３のみを照射させたときに得られる第３散乱光Ｓ３の第３検出信号強度を示す。ＩT3(0)は、濁度０度の液に対して第３照射光Ｌ３のみを照射させたときに得られる第３透過光Ｔ３の第３検出信号強度を示す。
α1、α2、及びα3は、第１ＬＥＤ光源Ｄ１、第２ＬＥＤ光源Ｄ２、及び第３ＬＥＤ光源Ｄ３の濁度測定への寄与率を従来のランプ光源に近づけることを目的とした補正係数である。補正係数α1、α2、及びα3は、上述の補正方法の第１例において説明した補正係数αを算出する手順に基づく算出方法と同様の方法により算出される。補正係数α1、α2、及びα3は、３つの光源のうち２対の光源のスペクトル強度比に基づいて算出される。制御部３１は、補正係数α1、α2、及びα3のいずれか１つを１とし、対応する光源の発光強度を基準として他の２つの光源との対を決定する。例えば、制御部３１は、α1＝１としたときに、第１ＬＥＤ光源Ｄ１と第２ＬＥＤ光源Ｄ２とを対として決定する。制御部３１は、これらの光源のスペクトル強度比に基づいてα2を算出する。同様に、制御部３１は、α1＝１としたときに、第１ＬＥＤ光源Ｄ１と第３ＬＥＤ光源Ｄ３とを対として決定する。制御部３１は、これらの光源のスペクトル強度比に基づいてα3を算出する。
上記では、透過光検出部２５１において検出される散乱光Ｓは透過光Ｔに対して十分に弱いとし、式４のように透過光Ｔに関する検出信号強度の項で散乱光Ｓによる寄与が無視されているが、濁度Ｎの算出方法はこれに限定されない。例えば、制御部３１は、以下の式９のように透過光Ｔに関する検出信号強度の項で散乱光Ｓによる寄与を含めて濁度Ｎを算出してもよい。
Figure 0007056612000009
式９においてβは、検出部の形状及び特性により決定される定数である。式９は、散乱光Ｓによる成分が定数βの割合で透過光Ｔに関する検出信号強度に加わることを示している。濁度計の中には、透過光Ｔの検出信号強度に散乱光Ｓの検出信号強度の一部を所定の比率で加えることで、良好な直線性が得られるものもある。そのような濁度計においても、ランプ光源を２つ以上のＬＥＤ光源に置き換えることが上記の式９によって可能となる。制御部３１が式９を用いて濁度Ｎを算出することで、複数のＬＥＤ光源を用いた場合であっても、低濁度から高濁度までの広い範囲において良好な直線性が得られる。従来、低濁度領域と高濁度領域とでは、透過光Ｔ及び散乱光Ｓの変化の仕方が異なるため、光学系を調整することで各領域における直線性が最適化されていた。しかしながら、制御部３１が式９を用いて濁度Ｎを算出することで、同一の光学系によって、低濁度から高濁度までの広い範囲で良好な直線性を得ることが可能となる。
１ 濁度計
２ 光学装置
２１ 被測定液入口
２２ 被測定液出口
２３ 本体部
２４ 光源部
２４１ 第１光源部
２４２ 第２光源部
２４３ 第３光源部
２５ 受光部
２５１ 透過光検出部
２５２ 散乱光検出部
２６ 集光レンズ
２７ 液槽
３ 処理装置
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 入力部
３４ 表示部
３５ 通信部
Ｄ１ 第１ＬＥＤ光源
Ｄ２ 第２ＬＥＤ光源
Ｄ３ 第３ＬＥＤ光源
Ｅ１ 第１スペクトル
Ｅ２ 第２スペクトル
Ｅ３ 第３スペクトル
Ｌ１ 第１照射光
Ｌ２ 第２照射光
Ｌ３ 第３照射光
ＭＬ１ 第１被測定光
ＭＬ２ 第２被測定光
ＭＬ３ 第３被測定光
Ｓ 散乱光
Ｓ１ 第１散乱光
Ｓ２ 第２散乱光
Ｓ３ 第３散乱光
Ｔ 透過光
Ｔ１ 第１透過光
Ｔ２ 第２透過光
Ｔ３ 第３透過光

Claims (14)

  1. 被測定液の濁度を測定する濁度測定方法であって、
    第１スペクトルを有する第１照射光を前記被測定液に対して照射するステップと、
    前記被測定液に対して照射された前記第１照射光に基づく第１被測定光の検出信号を取得するステップと、
    前記第１スペクトルと異なる第２スペクトルを有する第２照射光を前記被測定液に対して照射するステップと、
    前記被測定液に対して照射された前記第２照射光に基づく第２被測定光の検出信号を取得するステップと、
    前記第１被測定光及び前記第２被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度を算出するステップと、
    他の光源の発光スペクトルに関する情報を取得するステップと、
    前記被測定液の濁度を算出するステップにおいて算出される濁度が、比較の基準となる前記他の光源を用いて測定された前記被測定液の濁度と対応するように、前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ及び前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータの少なくとも一方を前記発光スペクトルに関する情報に基づいて補正するステップと、
    を含む、
    濁度測定方法。
  2. 前記濁度算出に関する第１パラメータは、検出された前記第１被測定光の第１検出信号強度を含み、
    前記濁度算出に関する第２パラメータは、検出された前記第２被測定光の第２検出信号強度を含み、
    前記補正するステップにおいて、前記第１検出信号強度及び前記第２検出信号強度の少なくとも一方が補正される、
    請求項１に記載の濁度測定方法。
  3. 前記第１照射光を前記被測定液に対して照射するステップ、及び前記第２照射光を前記被測定液に対して照射するステップが互いに異なるタイミングで実行される、
    請求項２に記載の濁度測定方法。
  4. 前記第１被測定光及び前記第２被測定光の各々は、前記被測定液を透過した透過光と、前記被測定液によって散乱された散乱光と、を含む、
    請求項２又は３に記載の濁度測定方法。
  5. 前記被測定液の濁度を算出するステップにおいて、前記第１被測定光に含まれる第１散乱光の第１検出信号強度をＩＳ１、及び前記第１被測定光に含まれる第１透過光の第１検出信号強度をＩＴ１とし、前記第２被測定光に含まれる第２散乱光の第２検出信号強度をＩＳ２、及び前記第２被測定光に含まれる第２透過光の第２検出信号強度をＩＴ２とすると、前記濁度をＮとしてＮは、
    Figure 0007056612000010
     により算出され、Ｋは濁度算出用の感度係数であり、ＩＳ１（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第１散乱光の第１検出信号強度であり、ＩＴ１（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第１透過光の第１検出信号強度であり、ＩＳ２（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第２散乱光の第２検出信号強度であり、ＩＴ２（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第２透過光の第２検出信号強度であり、αは補正係数である、
    請求項４に記載の濁度測定方法。
  6. 前記濁度算出に関する第１パラメータは、前記第１照射光を照射する第１ＬＥＤ光源の第１駆動電流を含み、
    前記濁度算出に関する第２パラメータは、前記第２照射光を照射する第２ＬＥＤ光源の第２駆動電流を含み、
    前記補正するステップにおいて、前記第１駆動電流及び前記第２駆動電流の少なくとも一方が補正される、
    請求項１に記載の濁度測定方法。
  7. 第３スペクトルを有する第３照射光を前記被測定液に対して照射するステップと、
    前記被測定液に対して照射された前記第３照射光に基づく第３被測定光の検出信号を取得するステップと、
    をさらに含み、
    前記被測定液の濁度を算出するステップにおいて、前記第１被測定光、前記第２被測定光、及び前記第３被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度が算出され、
    前記補正するステップにおいて、前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ、前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータ、及び前記第３照射光に関連付けられる濁度算出に関する第３パラメータが補正される、
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載の濁度測定方法。
  8. 被測定液の濁度を測定する濁度計であって、
    第１スペクトルを有する第１照射光を前記被測定液に対して照射する第１光源部と、
    前記第１スペクトルと異なる第２スペクトルを有する第２照射光を前記被測定液に対して照射する第２光源部と、
    前記被測定液に対して照射された前記第１照射光に基づく第１被測定光、及び前記被測定液に対して照射された前記第２照射光に基づく第２被測定光の検出信号を取得する受光部と、
    前記第１被測定光及び前記第２被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度を算出する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、他の光源の発光スペクトルに関する情報を取得し、前記制御部によって算出される濁度が、比較の基準となる前記他の光源を用いて測定された前記被測定液の濁度と対応するように、前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ及び前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータの少なくとも一方を前記発光スペクトルに関する情報に基づいて補正する、
    濁度計。
  9. 前記濁度算出に関する第１パラメータは、前記受光部によって検出された前記第１被測定光の第１検出信号強度を含み、
    前記濁度算出に関する第２パラメータは、前記受光部によって検出された前記第２被測定光の第２検出信号強度を含み、
    前記制御部は、前記第１検出信号強度及び前記第２検出信号強度の少なくとも一方を補正する、
    請求項８に記載の濁度計。
  10. 前記制御部は、前記第１光源部及び前記第２光源部を互いに異なるタイミングで動作させて、前記第１照射光及び前記第２照射光を互いに異なるタイミングで照射させる、
    請求項９に記載の濁度計。
  11. 前記第１被測定光及び前記第２被測定光の各々は、前記被測定液を透過した透過光と、前記被測定液によって散乱された散乱光と、を含む、
    請求項９又は１０に記載の濁度計。
  12. 前記制御部は、前記第１被測定光に含まれる第１散乱光の第１検出信号強度をＩＳ１、及び前記第１被測定光に含まれる第１透過光の第１検出信号強度をＩＴ１とし、前記第２被測定光に含まれる第２散乱光の第２検出信号強度をＩＳ２、及び前記第２被測定光に含まれる第２透過光の第２検出信号強度をＩＴ２とすると、前記濁度をＮとしてＮを、
    Figure 0007056612000011
     により算出し、Ｋは濁度算出用の感度係数であり、ＩＳ１（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第１散乱光の第１検出信号強度であり、ＩＴ１（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第１透過光の第１検出信号強度であり、ＩＳ２（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第２散乱光の第２検出信号強度であり、ＩＴ２（０）は濁度０度の液に対して得られる前記第２透過光の第２検出信号強度であり、αは補正係数である、
    請求項１１に記載の濁度計。
  13. 前記第１光源部は、第１ＬＥＤ光源を含み、
    前記第２光源部は、第２ＬＥＤ光源を含み、
    前記濁度算出に関する第１パラメータは、前記第１ＬＥＤ光源の第１駆動電流を含み、
    前記濁度算出に関する第２パラメータは、前記第２ＬＥＤ光源の第２駆動電流を含み、
    前記制御部は、前記第１駆動電流及び前記第２駆動電流の少なくとも一方を補正する、
    請求項８に記載の濁度計。
  14. 第３スペクトルを有する第３照射光を前記被測定液に対して照射する第３光源部をさらに備え、
    前記受光部は、前記被測定液に対して照射された前記第３照射光に基づく第３被測定光の検出信号を取得し、
    前記制御部は、
    前記第１照射光に関連付けられる濁度算出に関する第１パラメータ、前記第２照射光に関連付けられる濁度算出に関する第２パラメータ、及び前記第３照射光に関連付けられる濁度算出に関する第３パラメータを補正し、
    前記第１被測定光、前記第２被測定光、及び前記第３被測定光の前記検出信号に基づいて前記被測定液の濁度を算出する、
    請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の濁度計。
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