JPH0625733B2 - 光学的サンプリングを行うためのプローブ、及び光学的サンプリング方法、並びに光反射光学プローブ素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は光学的に流体特性を感知するための光学プロー
ブに関し、更に詳しくはサンプル室内の流体サンプルの
光学的分析に関する。さらに詳しくは本発明はサンプル
室内に導入される流体の光学的サンプリングを行うため
の組合せ光学プローブおよび鎮静化井戸（stilling wel
l）に指向されるものである。

発明の背景 工業的処理用の光学フアイバーに基づいた連絡および制
御の利点は益々よく知られるようになつて来たので、光
学的に感知される物理的パラメーターまたは測定（meas
urand）の簡単で、安価で且つ信頼性のある連絡の種々
の方法を求める要望が益々増大している。若干の流体材
料の光学的分析は他の技術にも公知の改善を与えてい
る。

流体の光伝達または光散乱特性の測定は通常光のビーム
または放射エネルギーが流体を通され、次に放射エネル
ギー検出装置に向つて指向されることを必要とする。こ
のような仕事を行うための光学装置はレンズ、ミラーま
たは内部反射ライトガイドのような別々の構成要素がサ
ンプリング装置に使用されるような分野で使用されて来
た。光学フアイバーは光を感知装置に伝達して検出装置
に送り返すのに使用できる。このような技術の例はリユ
ウ（Lew）（′268）に付与された米国特許第４，５９
１，２６８号、佐藤に付与された（′978）米国特許
４，３２０，９７８号、クツシユナーその他に付与され
た（′070）米国特許第4,152,070に示されている。これ
らの特許の方法は一般に試験流体内に直接に浸漬するの
には適していない。何故ならば光学的表面が流体との接
触、すなわち汚損腐食、点食（pitting）および表面の
溶解によつて損傷されるからである。光学フアイバーラ
イトガイドを使用することは、問題としている流体の処
理コンテナーまたは問題としている流体を含むパイプラ
インのような過酷な環境にて流体の光伝達特性または散
乱特性を測定するのを可能になすことが認められてい
る。従つてヴイロームその他（′743）に付与された米
国特許第４，０４０，７４３号および永宗その他に付与
された（′779）米国特許第４，５６１，７７９号は流
体懸濁液のその場所での（in-situ）測定用の装置を記
載している。エツチ・ラーブによつてテヒニツシエス・
メツセン、第５０号、１９８３年（１２月）第４７５頁
に記載されている同様の探究は若干の流体のその場所で
の分析のために使用されている。これらの公知の方法の
共通の特徴は光線を９０゜曲げるように作用する平らな
面を有する比較的小さいプリズムを使用していることで
ある。このようなプリズムは製造が高価で、整合させる
のが困難である。

円錐形反射素子は既に文献（例えばエム・リオーその他
によるアプライド・オプテイクス、第１７（１０）号、
１９７８年、第１５３２頁）に記載されている。これの
使用は、主として回転円錐形反射素子の軸線に沿つて配
置される対象物の結像装置としてであつた。以下の説明
から明らかなように、ここに説明される本発明の方法お
よび装置はこれらの公知の形態のものとは異なり、軸外
的な方法（off-axis manner）で内部円錐形反射面（int
erior conical reflecting sur-face）を利用するのを
可能になすものである。

さらに、本発明は醗酵技術（fermentation arts）にお
ける応用面を有するから、測定部分における泡を最小限
にするのに有用であり、また屡必要であつた。公知の不
動態（passive）の泡減少技術は醗酵装置の分野に応用
される場合には不適当である。発泡状サンプルの排出を
促進するように設計された通常の複雑な狭い通路は有効
でなく、通常区画を有する（cell-laden）溶液による閉
塞を生じる傾向がある。このために、本発明は、泡およ
び発泡体が測定の前に効果的に排出されるような弁付き
鎮静化井戸または鎮静化室を包含することを企図してい
る。従つて組合せプローブは、電気的または空気圧作動
的に弁による調節作動のできる鎮静化井戸室および新規
な光学プローブを組込んでいるのである。このような弁
付き鎮静化井戸の実施例は、溶液が測定室を通つて自由
に通過できる「開放」位置および溶液内の泡および／ま
たは発泡体が測定の前に短時間の間で排出され得る「閉
鎖」位置を含んでいる。

ここで行われる制限された説明の目的のために、「フア
イバー光学」、「光学フアイバー」、「ライトガイド」
および「放射エネルギー通路」（radiant energy pathw
ay）は一般に光学フアイバーとなされる光学的連通通路
を示すものとする。ここで使用される用語「放射エネル
ギー」および「光」は３×１０^-7ないし１０^-9メーター
の間の波長の電磁的放射線を示し、詳しくは赤外、可視
および紫外線光を含むものとする。簡単のために、この
ような電磁的放射線は単に「光」と称されることができ
る。これらの用語は詳しくは干渉性および非干渉性の両
方の光学的パワーを含んでいる。「コリメート」された
光とは或る線または方向に実質的に平行化された光線を
有する放射線パワーを示すものとする。

発明の要約 本発明の目的は、サンプル室内へ、サンプル室を通り、
またサンプル室からの放射エネルギーの導入および収集
を行うための改善された装置を提供することである。

本発明の他の目的は、測定時に流体サンプル内の泡およ
び／または発泡体を迅速に効果的に除去する鎮静化機構
を組込むことである。

さらに他の目的は費用が安く、過酷な処理条件に耐える
ことのできる方法および装置を提供することを含んでい
る。

本発明のさらに他の目的は、容易に安価に製造できるよ
うになすことである。

本発明のプローブはサンプル室内へ、またサンプル室か
ら外方に放射エネルギーを指向させるために内部円錐形
反射面を使用することに指向されている。本発明の装置
は軸外円錐形反射面を使用することができる。本発明
は、光を放射エネルギー源からサンプル室へ搬送し、こ
の光を被験流体サンプルを含む室内に指向させ、このよ
うに伝達されてサンプルによつて一部分減衰され、また
は散乱された光を収集して放射エネルギー検出装置に再
指向させる光学的−機械的構成要素を広く含むものであ
る。

このプローブは、特に流体を自然の処理容器、パイプに
閉じ込めるのに必要な場合、または高過ぎる温度のよう
な環境条件が流体の直接近辺に光源または検出装置を配
置する可能性を排除する情況における流体の光伝達特性
または光散乱特性の簡単化された遠隔測定を行うための
光学的方法および装置を利用するものである。本発明
は、処理流体内の溶解された不純物のレベルの決定、醗
酵装置の溶解されない固体含有量または粒子寸法のよう
な流体の混濁度を含むが、これに制限されない広い範囲
の応用面にわたる流体特性の測定を容易にするのであ
る。他の測定はフイルターベツドの透過性（breakthrou
gh）、水の品質、飲料中の二酸化炭素、有機物中の砂
糖、ガソリン中のメタノール、水中の硫酸塩および燐酸
塩および同様のものを含んでいる。

本発明の方法および装置は光を放射エネルギー源から問
題にされている試験流体を含むサンプル室に搬送し、こ
の光をサンプル室内に指向させ、このように伝達されて
一部分減衰され、または散乱された光を収集して放射エ
ネルギー検出装置に再指向させる光学的−機械的構成要
素を広く意図している。

本発明の一実施例において、この装置は試験室すなわち
サンプル室内の流体を光学的にサンプリングするための
プローブであつて、この装置は放射エネルギー源、サン
プル室の部分を取囲む内部円錐形反射面部分であつて、
これの第１の反射面部分が放射エネルギーをサンプル室
を通して指向させるのに使用されるようになつていて、
この円錐形反射面の他の部分が前記室からの放射エネル
ギーを収集するのに使用されるようになつている前記内
部円錐形反射面、放射エネルギーを前記円錐形反射面の
前記第１の部分に搬送する第１の通路およびこの放射エ
ネルギーを前記サンプル室から外方に、前記反射面の他
の部分を経て検出装置に向つて搬送する第２の通路を含
んでいる。

本発明の１つの特徴は、放射エネルギーをサンプル室内
へ、またこのサンプル室から外方へ指向させる内部円錐
形反射面を利用することである。この円錐形反射面部分
は光学的構成要素の迅速な、経済的な組立および整合を
可能になし、光がサンプル室内へ、またサンプル室から
外方へ伝達される能率を改善するのである。

測定の邪魔をする泡または発泡体を含む流体の醗酵特性
の測定は、所望の溶液の特性を正確に測定できるように
するためにこのような泡および／または発泡体の除去を
可能とするように鎮静化装置をプローブの設計に組込む
ことによつて容易にされるのである。本発明の１つの実
施例においては、少なくとも１つの上部換気ポート、１
つまたはそれ以上の下部の側部排出ポートおよびこの下
部の側部排出ポートを閉じる弁装置を有するサンプル室
（長手方向に配向されることができる）を含むのであ
る。この弁装置は空気圧作動または電気的作動の何れか
になすことができるが、電気的作動が望ましい。

図面の簡単な説明 ここに説明される本発明の多くの他の特徴および利点は
本明細書の部分をなす若干の図面を調べることによつて
明らかになる。実線矢印は光線を示すために使用されて
いる。総ての図面において、同様の符号は対応する部分
または構成要素を示している。

第１図は断面図にて本発明の基本的な特徴による光学的
プローブの主な部分を示す図面である。

第２図は断面図にて本発明の基本的な特徴による他の光
学的プローブの部分を示す図面である。

第３図は本発明の他の特徴による光学プローブ組立体を
示す図面である。

第４図は第１図に示された通りのサンプル室の頂部シー
ルの直接下方に沿う横断面図である。

第５図は本発明の装置の詳細をさらに示す第１図に示さ
れた本発明の縦断面図である。

第６図は第５図の装置の詳細を示す図面である。

第７図はプローブが永久的に取付けられるようになされ
た第２図に示された本発明の縦断面図である。

第８図はプローブがパイプラインに挿入するためのフラ
ンジを有するパイプの周囲に永久的に取付けられるよう
になされた第２図に示された本発明の図面である。

第９図は、内部円錐形反射面から反射される前および後
の光線を集光するのにレンズが使用されている本発明の
特徴を示す図面である。

第１０図は第９図の装置を示す他の図面である。

第１１図は平面図にて迷光（stray light）の潜在的な
問題を解決する本発明の他の特徴を示す図面である。

第１２図は縦断面図にて第２図の装置と同様の装置を組
込んだ第１１図のバツフルを示す図面である。

第１３図は第１１図によるバツフルを示す他の図面であ
る。

第１４図は、放射エネルギーが直接にサンプル試験室内
に導入されて散乱された放射線が内部円錐形反射素子に
よつて収集されるようになされている本発明の特徴を示
す図面である。

第１５図は、放射エネルギーが直接にサンプル試験室内
に導入されて散乱された放射線が内部面錐形反射素子に
よつて収集されるようになされている代替的装置を示す
図面である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図、第４図、第５図および第６図は、内部円錐形反
射装置セグメント１１を組込んだプローブ１０が、下部
鎮静化弁アクチユエーターセグメント１２、上部流通孔
１５を有する上部主本体セグメント１４に接合されてい
て、また上部主本体セグメント１４が延長管セグメント
１６に接合されるようになされている本発明の望ましい
実施例を示している。このプローブ１０は、延長される
とプローブ１０の中心線に一致する円錐形反射装置セグ
メント１１の回転軸線１３を含んでいる。勿論回転軸線
は必ずしもプローブの中心線である必要はない。

内部円錐反射装置セグメント１１は内部面錐形反射面１
７を、（望ましくは壁厚を厚くされた中空の）円筒形本
体の中央面積部分に形成することによつて作られるので
ある。反射セグメント１１の内部円錐形反射面１７は旋
盤にて簡単な切削作業により容易に製造されることがで
きる。品質のよい反射面１７はこれの精密切削作業に引
続いて仕上げ研磨を行うか、またはその他の公知の光学
面仕上げ方法によつて得られるのである。反射性被覆
（overcoat）（図示せず）が反射面１７の反射率をさら
に改善するために沈着されることができる。当業者に
は、ここに説明された光学素子の光伝達および反射特性
がサンプルの測定を行うのに使用される光の波長、例え
ばサンプル流体の光散乱または光伝達特性によつて影響
を受けることが理解される。さらに、プローブ１０の反
射装置セグメントおよび主本体セグメント１１、１４は
処理流体（Ｆ）に露出されることができ、従つて予期さ
れる環境条件の化学的および物理的性質に耐えるように
選択されなければならない。

プローブ１０のセグメント１１、１２、１４、１６は、
他の形状も使用できるけれども、形状が実質的に細長
く、円筒形になされるのである。反射装置セグメント１
１は内部円錐形反射面１７を組込んでいて、セグメント
１１、１４、１６は、光を遠隔場所に位置する放射エネ
ルギー源（図示せず）から試験流体（Ｆ）を含むサンプ
ル室１８に搬送する光学的、電気的（または空気圧作動
的）および機械的構成要素を収容している。このサンプ
ル室１８はセグメント１１および１４を接合する中央部
分に形成されている、中空の、長手方向の中央部分を有
するガラスの円筒形の透明な部分が使用されている。サ
ンプル室１８はセグメント１１、１４の接合部の上方か
ら反射装置セグメント１１内の円錐形反射面１７の下方
の点まで伸長している。プローブ１０の中央通路３８は
それぞれセグメント１４、１１内でサンプル室１８の上
方および下方を伸長している。

ライトガイド通路２８のような多数の長手方向通路がセ
グメント１１、１４およびセグメント１２、１６の部分
を通つて侵入するライトガイド２０、２１、２６を収容
してこれを保護するようになつている。これらの通路２
８は附加的に反射装置セグメント１１の回転軸線１３に
対応するセグメント１４の中心線から所望の半径方向角
度および半径方向距離にてライトガイド２０、２１、２
６の正確な整合を与えるようになつている。ワイヤー
（図示せず）が弁機構を作動させるのに必要な電力を通
路２９を経て接続している。適当と思われる場合には空
気圧作動連通通路が代替されることができる。

セグメント１４、１６は当業者にはよく知られているよ
うに溶接または接着剤によることを含む封止状態で接合
されることができる。セグメント１４、１６に同心的な
段階を付された端ぐりを設けることはこれらのセグメン
トの機械的な整合を容易にする。

同様にして、セグメント１１、１４も同心的な段階を付
された端ぐりを設けることによつて（第６図にて詳細に
さらに明瞭に示されるように）接合されることができ
る。上部主本体セグメント１４に対する内部円錐形反射
装置セグメント１１の取付けは円周方向の溶接によつて
行われることができる。サンプル室１８は円錐形反射装
置セグメント１１および上部主本体セグメント１４の間
に配置される透明壁部２５を有する。接合の前に、この
透明壁部２５（円筒形の断面で、高強度の耐熱ガラスの
ような強力な透明材料によつて形成されている）はこれ
らの２つのセグメント１１、１４の中央に挿入され、こ
れらの２つのセグメント１１、１４は次に所望の圧縮状
態に円形またはＯリングシール３１、３２を圧縮するの
に適当な圧縮力によつて一緒に保持されてサンプル流体
の漏洩を阻止する封止作用を行うようになされるのであ
る。反射装置セグメント１１および主本体セグメント１
４の軸線方向の整合は組合う面３３および３４によつて
行われるが、これらの組合う面３３および３４は主本体
セグメント１４の孔３６に嵌合される段部を付された端
ぐり３５より成つていて、これの内径は反射装置セグメ
ント１１の外径に機械加工された段部３７の外径よりも
小さくないようになされている。図示のこの組合う形状
は単なる図解のためであつて、請求の範囲の限定を行う
ことは企図されていない。何故ならば当業者には公知
の、他の同様に便利な、セグメントを整合させて接合す
る形態に置換えることができるからである。

第４図は、内部円錘形反射装置セグメント１１の回転軸
線１３でもあるセグメント１４の中心線を示すようにな
されたサンプル室１８の頂部に近い上部主本体セグメン
ト１４の内部断面を示している。第１、第２および附加
的なライトガイド２０、２１、２６はこの断面を通過し
ている。セグメント１４内にサンプル室１８を形成する
円筒形の透明壁部２５は、セグメント１４を通つてライ
トガイド２０、２１、２６を取巻いている多数のライト
ガイド通路（強調するために拡大されて示されている）
２８を含んでいる。鎮静化弁アクチユエーターセグメン
ト１２（この図面には示されていない）に対する電気的
／空気圧作動的連通通路を取巻いているさらに他の通路
２９が鎮静化弁アクチユエーターセグメント１２に対し
て必要な作動制御ラインを支持している。

さて、第５図に転じ、円錐形反射面１７の反射特性およ
び円筒形対称性は、この反射面１７を組込んでいる新規
な測定プローブ１０の反射装置および主本体セグメント
１１、１４の迅速で簡単な、比較的安価な製造を可能に
なすのである。これらのセグメント１１、１２、１４、
１６は反射装置セグメント１１の回転軸線１３として役
立つ長手方向軸線に沿つて配置されていて、上部流通孔
１５が透明壁部分２５によつて境界されたサンプル室１
８から上方に伸長し、上部ポート３０に連通し、ここで
サンプル流体（Ｆ）がサンプル室１８の上方で主本体セ
グメント１４の一側から自由に排出されるようになつて
いる。この実施例は単一のこのような上部ポート３０に
よつて示されているが、多数のこのようなポートも使用
できるのである。

反射装置セグメント１１は１つまたはそれ以上の処理流
体（Ｆ）の下部ポート３９を含んでいる。この下部ポー
ト３９は処理流体（Ｆ）を中央通路３８を経て、これか
ら上部ポート３０に直接に連通させている。

望ましい実施例においては、反射装置セグメント１１は
その下端部に弁作動装置の若干の部分を含んでいて、こ
れが、サンプル室１８が新規な蒸留井戸としても間歇的
に機能するのを可能になしている。さらに詳しくは、反
射装置セグメント１１の下端部に、この反射装置セグメ
ント１１の中央通路３８の断面直径の収縮部を形成する
弁座または制止部４０が形成されている。この弁制止部
４０は下部ポート３９からサンプル室１８を通つて上部
ポート３０に流通孔１５を経て行われる処理流体（Ｆ）
の自由な連通の遮断を可能になしている。

鎮静化弁アクチユエーターセグメント１２は反射装置セ
グメント１１の弁座すなわち制止部４０およびアクチユ
エーターセグメント１２の中央通路に配置されるプラン
ジヤー４１によつて形成された鎮静化弁を閉じる役目を
なしている。このプランジヤーは制止部４０に当接され
る封止状態に附形され、このようにして中央通路３８を
閉じるのである。プランジヤー４１を作動させる動力は
この例ではソレノイドコイル４２による電磁装置として
示されていて、空気圧作動駆動装置が代替されて、プラ
ンジヤー４１が空気圧作動圧力によつて制止部４０に対
して閉鎖を行うようになし得る。ソレノイドコイル４２
はプランジヤー４１に埋設されている永久磁石４３と磁
気的に協働してプランジヤー４１が弁制止部４０にて中
央通路３８を閉じるようになす。このプランジヤー４１
は多数の円弧状隆起部４４、４５を含み、弁封止部４０
に対するプランジヤー４１の適正な同軸的整合を保証す
るようになされるのが望ましい。ワイヤー（図示せず）
がコイル４２によつてプランジヤー４１を作動させるた
めの電力を供給するように連結されている。

弁アクチユエーターセグメント１２は、反射装置セグメ
ント１１が既述のように主本体セグメント１４に接合さ
れるのと実質的に同様の方法で反射装置セグメント１１
に取付けられることができる。

プランジヤー４１はアクチユエーターセグメント１２の
下端部の上に底部カバー４６を配置することによつてア
クチユエーターセグメント１２内に保持されていて、１
つまたはそれ以上の処理流体排出孔４７が底部カバー４
６内に設けられて、実質的に処理流体の排出を可能に
し、弁プランジヤー４１を弁座４０に対して閉じるよう
にプランジヤー４１が自由に運動することに対する処理
流体による妨害を排除するのを可能になしている。

簡単化された反射装置セグメントが第２図および第３図
に示されている。同様の反射装置セグメント９２を有す
るさらに基本的なプローブ１９において、円錐形反射面
１７の傾斜角度α（１）は望ましい実施例では約４５゜
である。主本体セグメント１４は光学的ライトガイド２
０、２１を内蔵している。これらのライトガイド２０、
２１は主本体セグメント１４の長さに沿つて伸長し、反
射面１７に密接した位置で終端している。附加的なライ
トガイド２６、２７がライトガイド２０に対して種々の
角度で配置されることができる。

反射面１７の光反射特性に関する反射装置セグメント９
２の詳細な説明が本発明による一般的な光学プローブ１
９の光学的作動を図示して以下に行われる。遠隔場所の
光源（図示せず）からの光は第１の光学フアイバー２０
を経てプローブ１９に連結されている。この光学フアイ
バー２０は主本体セグメント１４内の通路２８（第４
図）内に、この通路２８によつて配置され、円錐形反射
面１７に隣接して終端している。この円錐形反射面１７
はこの光をサンプル室１８内に、またこれを通つて指向
させ、このように伝達されて部分的に減衰され、また散
乱された光を収集して再指向させるようになつている。
フアイバー２１のような他の光学フアイバーが光を遠隔
場所に配置される放射エネルギー検出装置（図示せず）
に向つて搬送するようになつている。附加的なフアイバ
ー２６、２７が軸外に配置されて光を受けるようにされ
ることができる。

ライトガイド２０内で生じてライトガイド２１に伝達さ
れるこの装置の光軸に沿つて搬送される光線は、反射面
１７および約４５゜の傾斜角度を有する円錐形反射装置
セグメント９２に対する一連の光線２２、２３、２４よ
り構成されている。最初の光線２２はライトガイド２０
を出て、反射面１７の第１の面部分に入射する光線を示
し、光線２３は約９０゜の角度で反射されてサンプル室
１８の透明壁部２５を通過する光線を示し、この透明壁
部２５を通って光線２３が試験サンプル流体（Ｆ）に出
会うようになつている。

サンプル流体（Ｆ）および対向するサンプル室１８の壁
部２５を通過させた後で、光線２３は反射面１７の第２
の面部分に出会い、再度約９０゜の角度で偏向されて光
線２４を形成するのである。この光線２４は反射面１７
の第２の部分からライトガイド２１に向い、これに入射
する光線２３の連続部分を示す。第３図は第２図の装置
を、光線２３を含み、円錐形反射装置セグメント９２の
回転軸線１３に垂直な平面内で示している。

附加的なライトガイド２６、２７がライトガイド２０か
ら生じる光の収集装置として役立つことができるか、ま
たは必要な場合に他の外部の光源に対する光導管として
機能できるのである。これらの附加的なライトガイド２
６、２７はサンプル室１８の中心から実質的に散乱され
た光を受入れるようになつている。もし、角度α（２）
が９０゜であるならば、この形状は比濁的（nephelomet
ric）と命名され、このプローブは比濁的な混濁プロー
ブとして有利に使用されることができる。然し、第３図
においては、角度α（２）が１２２゜、角度α（３）が
５３゜である実施例が示されている。附加的なライトガ
イド２６はライトガイド２０から生じる光が引続いて試
験流体（Ｆ）によつて散乱された光を収集するのであ
る。ライトガイド２０および２１は組合されて汚濁媒体
の前進散乱成分（forwardscattering component）また
は、さもなければ均一な流体内に溶解された材料の数値
密度(number density)の関数として放射エネルギーの減
衰の何れかの測定を可能になすのである。

円錐形反射面を使用する光学的プローブの若干の変形実
施例が第７図ないし第１５図に示されている。第７図の
簡単化された光学的プローブ４８は、一部分だけか示さ
れている貯蔵タンク、すなわち処理容器５０のような容
器に対して永久的に取付けられるようになつている。プ
ローブ４８に（例えば円周方向の溶接リング５２による
ようにして）取付けられた円周方向フランジ５１はプロ
ーブ４８が如何にして処理容器５０に取付けられ得るか
を示している。第２図に示されたプローブ９２と同様の
簡単化されたプローブが示されている。この処理容器５
０は例えば処理流体（Ｆ）に露出されるプローブ４８の
長さ部分を収容できる一定の寸法のコンテナーまたはパ
イプラインになすことができる。円形またはＯリングシ
ール５３のような封止装置が、処理流体（Ｆ）が外部環
境に漏洩するのを阻止するために使用されている。

このような封止作用を行うための代替例は当業者には公
知であり、この実施例のＯリングは制限を与えるもので
はなく、変形形態のシールの使用を除外するものではな
い。サンプル室１８、反射装置セグメント９０および主
本体セグメント１４の間の適当なシールは２つのＯリン
グ３１、３２、ガラス対金属配列（glass-to-metal gra
ded）のシールまたは同様のものによつて行われること
ができる。これらの機素は既述のようにして接合され、
封止されるのである。処理流体（Ｆ）は下部ポート５４
および１つまたはそれ以上の上部ポート３０を経て自由
にサンプル室１８を流過することができる。測定の手順
は既述の通りであつて、鎮静化井戸弁作動装置を附加す
ることによつて連続的または間歇的になされることがで
きる。

第８図は本発明の他の実施例を示している。この光学的
サンプリング装置は円錐形反射装置セグメント９１およ
びライトガイド２０、２１を含むプローブ本体５５を含
んでいる。このものは円錐形反射装置セグメント９１が
パイプ部分５６（これの少なくとも一部分がサンプル室
の位置にて透明である）上に嵌合され、このパイプ部分
はまた１つまたはそれ以上のフランジ５７によつてサン
プルライン（図示せず）に連結されている。この実施例
においては、単一のサービスケーブル５８が総ての光学
的ライトガイド２０、２１を内蔵している。

再度簡単に第２図および第３図を概観すれば、ライトガ
イド２０を出る光は最初の光線２２に対する最大傾斜角
度がライトガイド２０の開口数によつて決定されるよう
な光線を含んでいて、この最大傾斜角度よりも小さい傾
斜角度を有する総ての光線がライトガイド２１に伝達さ
れ得る光の許容円錐体（acceptancecone）を規定してい
る。このことによつて、反射面１７に入射する多数の光
線がサンプル室１８を通るスキユー光線を生じさせる
が、これらのスキユー光線が総てがサンプル室１８を出
た後でライトガイド２１の許容円錐体内に入射するわけ
ではない。このような状況はサンプル室を通る最大放射
エネルギーを減少させるのである。若干の応用面におい
ては、このような放射エネルギーの損失は重大ではな
い。何故ならば種々の可能な光源、ライトガイドおよび
放射エネルギー検出装置の内から、これらが組合された
時にその累積感度および損失が好都合な測定感度を与え
るように選択することができるからである。

第２図および第３図に示された本発明の実施例のさらに
他の改良点は上述の減少された測定感度の状態に指向さ
れるものであつて、第９図の光学的機構はサンプル室１
８を通る光のさらに能率的な伝達を促進する。さらに、
この実施例は試験流体（Ｆ）を流過させることが、例え
ば温度の変化によつて生じるように流体の屈折率の変化
によつて僅かしか影響を受けない光線を生じさせるので
ある。

更に詳しくは、個々のレンズ５９、６０がそれぞれライ
トガイド２０、２１の端部６１、６２の間に介装されて
いるのである。レンズ５９はライトガイド２０を出る光
を実質的に平行化するのに役力ち、平行化された光ビー
ムは今度は試験流体（Ｆ）の屈折率には実質的に無関係
にサンプル室１８の中心に結像（反射面１７によつて）
されるが、このことはさらに明瞭に第１０図に示されて
いて、ここではサンプリング光線２３が反射装置セグメ
ント９２の回転軸線１３に垂直になされている。入つて
来る光線および出て行く戻り光線はそれぞれ全体的に光
線ビームの直径６３、６４として示されている。レンズ
６０に入射する戻り光線ビーム６４はライトガイド２１
の端部（すなわち入力面）上に再度結像される。サンプ
ル室１８の中心線（すなわち反射装置セグメント９２の
回転軸線）に形成される長手方向の線像は直径６３（お
よびまた直径６４）に実質的に等しい長さを有する。

若干の応用面においては、迷光を除去するか又は減少さ
せることが望ましい。当業者には多くの光学に基づく測
定装置に対する制限が、定義によつて企図された通路と
は異なる他の通路によつて検出装置に達する光であると
ころのかような迷光が存在することにあることを認めて
いる。例として、混濁度測定において、過剰の迷光は低
レベルの懸濁物質に対する分析の際に感度を制限する恐
れがある。光学プローブにおける迷光の発生源を最小限
にする１つの方法が第１１図、第１２図および第１３図
に示されている。迷光バツフル７０が迷光を除去し、ま
たは減少させるのに使用できる。このようなバツフル７
０は試験サンプル室１８の壁部２５を通る光の通過角度
を制限するのである。

レンズ６５を通る附加的な光路が光軸（第２図および第
９図の光線２３によつて規定される）に大体垂直でサン
プル室１８の中心を通るように配置されている。この形
状は甚だ低い混濁度レベルを測定するのに使用される
が、またラーマン分光学に対して適当である。例えば回
転の中心線および軸線１３のような点の近くのサンプル
処理流体（Ｆ）の容積部分内の物質によつて散乱された
光の部分が集光レンズ６５に向つて集光されるのであ
る。光線６６はこの光を含んでいる。波形の線の光線６
７によつて示されるような迷い放射線もまた円錐形反射
面１７が完全に平滑でない場合にはレンズ６５に到達す
る。レンズ５９からこの円錐形反射面１７に入射する光
はこれの表面の欠点によつて、波形の線の光線６７によ
つて１つの例しか示されていないような多くの方向に散
乱されるのである。当業者には、光線６７が実際には、
示されたように曲線的に移動するのではなく、単なる図
解的なものであることが判る。集光レンズ６５に到達し
てここからライトガイド２６を経て適当な検出装置（図
示せず）に達するこのような光線があることは、試験サ
ンプル室１８内に何等散乱性物質がない時においても、
本来なら無い筈のある値の信号が発生されることを意味
するのである。この信号は、充分に大きい場合には、装
置の感度を不具合に制限し、低濃度の正確な測定を全く
困難になすのである。

このような困難を排除するために、多数の半径方向に伸
長する通路７１、７２、７３を含む円形の光制限バツフ
ル７０が反射装置セグメント９２の反射面１７および主
本体セグメント１４の間に介装されているが、後者のセ
グメント１４はレンズ５９、６０、６５およびそれぞれ
のライトガイドを含んでいる。バツフル７０は通路７１
を含み、この通路がライトガイド２０からの光を、レン
ズ５９によつて平行化された後で妨害を受けないでサン
プル室１８に通すのを可能にしている。他の半径方向の
通路７２は直接に伝達された光ビームが妨害を受けない
でレンズ６０を通過するのを可能にし、またバツフル７
０の第３の半径方向の通路７３はサンプルによつて散乱
された光をさらにレンズ６５に通すのを可能にしてい
る。しかし、バツフル７０は光線６７のような迷光が、
バツフル７０の通路７１、７２、７３およびサンプル室
１８を通る以外にレンズ６５に到達するのを阻止するの
である。バツフル７０の平面図が第１３図に示されてい
る。バツフル７０内に作られる通路の寸法および形状を
変化させることによつて、光の集光角度を制御する目的
で如何に多くの光がレンズ６５によつて集光されること
ができるかと言うような要因を制御することがさらに可
能になるのである。

第１４図は本発明のさらに他の実施例を示し、この場合
光が円筒形のサンプル室１８の長手方向の中央軸線に沿
つて導入されるようになつていて、９０゜で散乱される
光が反射面１７によつて集光されてライトガイド２０、
２１によつて示された１つまたはそれ以上の受光ライト
ガイドに向かつて指向されるようになつている。この場
合、保護シース７７内に内蔵されるライトガイド２６は
光をサンプル室１８に搬送するが、ここでは光は保護透
明窓７８を通過するのである。この窓７８から出る光線
７９は種々の角度で散乱される。第１４図に示された形
状の組立および構造は、入射光が長手方向軸線に沿つて
導入されてこれに垂直に指向される以外は実質的に既述
のものと同様である。更に詳しくは、光線８０および８
１は試験処理流体（Ｆ）によつて入射光線７９に対して
約９０゜で散乱された光線を示している。このような約
９０゜で散乱された放射線は円錐形の反射装置セグメン
ト９３の反射面１７によつて多数の集光光学フアイバー
２０、２１に向つて指向されるのである。この場合、セ
グメント９３は端部が開放されていて、先端部を切断さ
れた円錐形になされてサンプルが自由にサンプル室内に
流入するのを可能にしている。ここでまたサンプル室１
８がＯリングシール３１、３２の間に配置されていると
ともに下部ポート８４および上部ポート８５はサンプル
室１８内で試験処理流体（Ｆ）の自由な交換を可能にし
ている。レンズがライトガイド２６および窓７８の間に
（または窓７８の代りに）配置されて、これにより出て
行く光線ビーム７９の形状が種々の広範な測定の要求条
件に適応できるようになされ、従つて光線７９内の最大
エネルギー集中点がレンズのパワーを適当に選択するこ
とによつて窓７８を超えてさらに延長されることができ
るようになされ得るのである。

本発明のさらに他の実施例が第１５図に示されている
が、この図面においては光が長手方向軸線に沿つて導入
され、これの中を伝達された放射エネルギーが少なくと
も１つの附加的なライトガイド２７によつて集光される
とともに散乱された光がライトガイド２０、２１によつ
て集光されるようになつている。この場合、サンプル室
１８は完全に包囲されていて、附加的なポート８１が附
加され、試験処理流体（Ｆ）がこのサンプル室１８を流
過するのを可能にしている。第１５図に示された形状の
組立および構造は既述のものと実質的に同じである。し
かし、反射セグメント９４はポート８１の下方で閉じら
れている。なお、符号８８は保護透明窓を示し、符号８
９は保護シースを示している。

このようにして、上述のように本発明は光のサンプル室
内への導入およびサンプル室からの流出を簡単化してサ
ンプル室を通過されて伝達される減衰され、または散乱
された放射エネルギーの変化を監視する目的の方法およ
び装置を提供するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−216234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−120486（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178337（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射エネルギー源および光学的検出装置を
   含む光学的感知装置における光学的サンプリングを行う
   ためのプローブにおいて、 a) 光学的入口および光学的出口および流体ポートを有
   する室と、 b) 放射エネルギーを前記放射エネルギー源から前記室
   内へ、またこの室を通して出口に指向させる装置と、 c) 前記室から出て来る前記放射エネルギーを収集する
   装置と、 d) 前記放射エネルギーを前記室を通して指向させる前
   記装置に放射エネルギーを搬送する第１の通路装置と、 e) 前記室の出口から前記検出装置に放射エネルギーを
   搬送し去る第２の通路装置と、 f) 前記流体ポートを封止し、これによって鎮静化井戸
   を形成する装置と、 を含んでいて、 その際に放射エネルギーを前記室内に指向させ、この室
   を通して前記出口に指向させる前記装置および放射エネ
   ルギーを収集する前記装置が内部円錐形反射面の表面部
   分を含むようになされている、 光学的サンプリングを行うためのプローブ。
2. 【請求項２】引続いて流体サンプルが前記室を通って流
   れることを許容する装置をさらに含んでいる請求の範囲
   第１項記載のプローブ。
3. 【請求項３】長手方向の軸線と、放射エネルギーを前記
   放射エネルギー源から前記室へ、またこの室を通して出
   口に指向させる少なくとも１つの装置と、前記室から出
   て来る前記放射エネルギーを収集する少なくとも１つの
   装置とを有し、前記室内に指向された前記放射エネルギ
   ー源からの放射エネルギーと前記室から出て来る放射エ
   ネルギーとは前記長手方向の軸線に対して直角であって
   且つ直径的に反対方向にある請求の範囲第１項記載のプ
   ローブ。
4. 【請求項４】長手方向の軸線と、放射エネルギーを前記
   放射エネルギー源から前記室へ、またこの室を通して出
   口に指向させる少なくとも１つの装置と、前記室から出
   て来る前記放射エネルギーを収集する少なくとも１つの
   装置とを有し、前記室内に指向された前記放射エネルギ
   ー源からの放射エネルギーと前記室から出て来る放射エ
   ネルギーとは前記長手方向の軸線に対して直角であって
   且つ互いに５３゜から１２２゜までの範囲の角度をなし
   ている請求の範囲第１項記載のプローブ。
5. 【請求項５】光学的入口および光学的出口および第１の
   流体ポートおよび第２の流体ポートを有する室内の流体
   の光学的サンプリングを行うためのプローブによる光学
   的サンプリング方法において、 a) 放射エネルギー源によって放射エネルギーを準備
   し、 b) 放射エネルギーを第１の通路装置を経て前記室を通
   して放射エネルギーを指向させる装置に搬送し、 c) 放射エネルギーを前記通路装置から前記室内へ指向
   させ、内部円錐形反射装置の表面部分からの反射によっ
   て前記室を通して出口に指向させ、 d) 前記室から出て来る前記放射エネルギーを内部円錐
   形反射装置の表面部分からの反射によって収集し、 e) 放射エネルギーを第２の通路装置を経て前記室の出
   口から搬送し去り、 f) 前記流体ポートの少なくとも１つを流体が鎮静化さ
   れるのに充分な時間の間封止する、 ことを含んでいる光学的サンプリング方法。
6. 【請求項６】引続いて流体サンプルが前記室を通って流
   れることを許容する工程をさらに含んでいる請求の範囲
   第５項記載の方法。
7. 【請求項７】光学的入口および光学的出口を有する室内
   の流体の光学的サンプリングを行うための光反射光学プ
   ローブ素子において、 a) 光を前記室内へ、また該室を通して出口に指向させ
   る装置と、 b) 前記室から出て来る光を収集する装置と、 を含んでいて、 その際前記室を出て来る光を収集する前記装置が少なく
   とも１つの内部円錐形反射面の表面部分を含むようにな
   されている、光反射光学プローブ素子。
8. 【請求項８】引続いて流体サンプルが前記室を通って流
   れることを許容する装置をさらに含んでいる請求の範囲
   第７項記載のプローブ素子。