JPH09318529A - 光散乱体の光学測定装置 - Google Patents
光散乱体の光学測定装置Info
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ファイバ導光路を用いた光散乱体の光学測
定装置で受光量を多くし、かつ測定精度を高める。 【解決手段】 ハロゲンランプ２２からの光は干渉フ
ィルタ２４で特定波長の光となり、集光レンズ２６で投
光用光ファイバ群１４ａの各光ファイバに導入される。
一端が測定対象物２０に密着させられる光ファイバ導光
路１０の他端側は、投光用光ファイバ群１４ａ、第１、
第２の受光用光ファイバ群１６ａ，１８ａの３つの光フ
ァイバ群に分岐しており、各光ファイバ群１４ａ，１６
ａ，１８ａは各単位バンドルの光ファイバをそれぞれ束
ねたものである。各単位バンドルは、中心に配置された
投光用光ファイバ、その投光用光ファイバの周囲でその
光ファイバを中心とする第１の円のほぼ円周上に配置さ
れた第１の受光用光ファイバ群、及び投光用光ファイバ
を中心とする同心円で、第１の円よりも半径の大きい第
２の円のほぼ円周上に配置された第２の受光用光ファイ
バ群を含んでいる。
定装置で受光量を多くし、かつ測定精度を高める。 【解決手段】 ハロゲンランプ２２からの光は干渉フ
ィルタ２４で特定波長の光となり、集光レンズ２６で投
光用光ファイバ群１４ａの各光ファイバに導入される。
一端が測定対象物２０に密着させられる光ファイバ導光
路１０の他端側は、投光用光ファイバ群１４ａ、第１、
第２の受光用光ファイバ群１６ａ，１８ａの３つの光フ
ァイバ群に分岐しており、各光ファイバ群１４ａ，１６
ａ，１８ａは各単位バンドルの光ファイバをそれぞれ束
ねたものである。各単位バンドルは、中心に配置された
投光用光ファイバ、その投光用光ファイバの周囲でその
光ファイバを中心とする第１の円のほぼ円周上に配置さ
れた第１の受光用光ファイバ群、及び投光用光ファイバ
を中心とする同心円で、第１の円よりも半径の大きい第
２の円のほぼ円周上に配置された第２の受光用光ファイ
バ群を含んでいる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光を用いて散乱体中
の物性値を測定する装置に関するものである。測定対象
となる散乱体としては、粉体、牛乳や血液などの不透明
溶液、果実などの食品、人体などがあり、粉体には製薬
原料、コーンスターチや小麦粉などの加工食品原料、セ
ラミック等の工業用加工原料などがある。測定しようと
する物性値は水分量や、蛋白濃度などの成分濃度であ
る。
の物性値を測定する装置に関するものである。測定対象
となる散乱体としては、粉体、牛乳や血液などの不透明
溶液、果実などの食品、人体などがあり、粉体には製薬
原料、コーンスターチや小麦粉などの加工食品原料、セ
ラミック等の工業用加工原料などがある。測定しようと
する物性値は水分量や、蛋白濃度などの成分濃度であ
る。
【０００２】
【従来の技術】散乱体中の物性値を測定する方法として
は、被測定物質の表面から光を照射し、その被測定物質
中で散乱し反射した光を測定対象物の表面上の別の点で
受光し、その受光データに基づいて物性値を測定するこ
とが行なわれている。例えば、測定対象物に光を投光す
る投光端と、投光端の近くで散乱反射光を受光する第１
の受光端と、測定対象物の深い部分での物性値を測定す
るために投光端から離れた位置で散乱反射光を受光する
第２の受光端とを備えた装置が提案されている（特公昭
６１−１１６１４号公報参照）。
は、被測定物質の表面から光を照射し、その被測定物質
中で散乱し反射した光を測定対象物の表面上の別の点で
受光し、その受光データに基づいて物性値を測定するこ
とが行なわれている。例えば、測定対象物に光を投光す
る投光端と、投光端の近くで散乱反射光を受光する第１
の受光端と、測定対象物の深い部分での物性値を測定す
るために投光端から離れた位置で散乱反射光を受光する
第２の受光端とを備えた装置が提案されている（特公昭
６１−１１６１４号公報参照）。
【０００３】測定精度を高めるために、透過体の場合に
は測定対象のないブランク状態での測定を行ない、散乱
体の場合には基準となる散乱試料を用いて基準となるス
ペクトルを測定することが行なわれている。上に挙げた
引用例の場合には、その図１４のファイバ２２７で得ら
れた信号が基準となるスペクトルに該当するものであ
る。また、２，３波長で測定を行ない、波長の異なる測
定データの比をとることにより測定精度を向上させるこ
とも行なわれている。
は測定対象のないブランク状態での測定を行ない、散乱
体の場合には基準となる散乱試料を用いて基準となるス
ペクトルを測定することが行なわれている。上に挙げた
引用例の場合には、その図１４のファイバ２２７で得ら
れた信号が基準となるスペクトルに該当するものであ
る。また、２，３波長で測定を行ない、波長の異なる測
定データの比をとることにより測定精度を向上させるこ
とも行なわれている。
【０００４】上記の引用例の装置は、次のような問題を
もっている。そこでは、脳内の測定のために深部の測定
が必要であり、投光端と受光端の距離が４.２５ｃｍ以
上必要であるとされている。しかし、投光端と受光端が
離れていると実質光路長が長くなり、測定対象物内での
吸収や散乱により受光端に到達する光量が微弱になり、
測定精度が低下する。
もっている。そこでは、脳内の測定のために深部の測定
が必要であり、投光端と受光端の距離が４.２５ｃｍ以
上必要であるとされている。しかし、投光端と受光端が
離れていると実質光路長が長くなり、測定対象物内での
吸収や散乱により受光端に到達する光量が微弱になり、
測定精度が低下する。
【０００５】ファイバのバンドル構造がその図１５に示
されているが、第２の受光端であるファイバ２４０が投
光端から離れているため、第１及び第２の受光端を投光
端とともに同一のバンドル構造にすることができない。
投光端のファイバ２２５と第２の受光端のファイバ２４
０は、測定対象物の表面に対して傾斜して取りつけるよ
うになっているため、測定対象の深さによって光量がか
わる。さらに、投光光は測定対象物内で３６０度に広が
るが、第２の受光端のファイバ２４０はそのうちの一部
の領域の光しか受光できないため集光効率がよくない。
されているが、第２の受光端であるファイバ２４０が投
光端から離れているため、第１及び第２の受光端を投光
端とともに同一のバンドル構造にすることができない。
投光端のファイバ２２５と第２の受光端のファイバ２４
０は、測定対象物の表面に対して傾斜して取りつけるよ
うになっているため、測定対象の深さによって光量がか
わる。さらに、投光光は測定対象物内で３６０度に広が
るが、第２の受光端のファイバ２４０はそのうちの一部
の領域の光しか受光できないため集光効率がよくない。
【０００６】本発明は、測定対象物の表面から浅い領域
での物性値を測定するためのものである。その際、測定
対象物に投光された光を受光端で効率よく集光するに
は、投光端の周りに多数の受光端を配置することが考え
られる。図１はそのような光ファイババンドルの端面を
表わしたものである。中央に数本の投光用光ファイバ２
を配置し、その周囲に第１と第２の受光用光ファイバ
３，４がそれぞれ多重に配置される。
での物性値を測定するためのものである。その際、測定
対象物に投光された光を受光端で効率よく集光するに
は、投光端の周りに多数の受光端を配置することが考え
られる。図１はそのような光ファイババンドルの端面を
表わしたものである。中央に数本の投光用光ファイバ２
を配置し、その周囲に第１と第２の受光用光ファイバ
３，４がそれぞれ多重に配置される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１のように、投光端
の回りに受光端を多数配置すれば、受光量が多くなって
光学的に明るい測定を行なうことができる。しかし、第
１の受光用光ファイバ３においても、第２の受光用光フ
ァイバ４においても、投光端２からの距離の異なる受光
端が存在することになり、深さの異なる部位からの複数
の情報が混在して測定精度の低下は免れない。本発明
は、受光量を多くし、しかも深さの異なる部位からの複
数の情報が混在するのを抑えて、測定精度を高めること
を目的とするものである。
の回りに受光端を多数配置すれば、受光量が多くなって
光学的に明るい測定を行なうことができる。しかし、第
１の受光用光ファイバ３においても、第２の受光用光フ
ァイバ４においても、投光端２からの距離の異なる受光
端が存在することになり、深さの異なる部位からの複数
の情報が混在して測定精度の低下は免れない。本発明
は、受光量を多くし、しかも深さの異なる部位からの複
数の情報が混在するのを抑えて、測定精度を高めること
を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、光源部から
の光を光散乱性の測定対象物表面に導いて照射し、その
測定対象物表面の他の位置から発生した散乱反射光を受
光して光検出部に導く光ファイバ導光路として、一端面
において中心に配置された投光用光ファイバ、その投光
用光ファイバの周囲でその光ファイバを中心とする第１
の円のほぼ円周上に配置された第１の受光用光ファイバ
群、及び投光用光ファイバを中心とする同心円で、第１
の円よりも半径の大きい第２の円のほぼ円周上に配置さ
れた第２の受光用光ファイバ群を含んで単位バンドルと
したものが、それらの端面が同一平面内にくるように複
数個束ねられ、他端面側において各単位バンドルの投光
用光ファイバが１つに束ねられて光源部に導かれ、各単
位バンドルの第１の受光用光ファイバ群と第２の受光用
光ファイバ群はそれぞれで束ねられて光検出部に導かれ
ているものを使用し、光検出部として第１の受光用光フ
ァイバ群と第２の受光用光ファイバ群により導かれたそ
れぞれの光を別の信号として受光するようにする。
の光を光散乱性の測定対象物表面に導いて照射し、その
測定対象物表面の他の位置から発生した散乱反射光を受
光して光検出部に導く光ファイバ導光路として、一端面
において中心に配置された投光用光ファイバ、その投光
用光ファイバの周囲でその光ファイバを中心とする第１
の円のほぼ円周上に配置された第１の受光用光ファイバ
群、及び投光用光ファイバを中心とする同心円で、第１
の円よりも半径の大きい第２の円のほぼ円周上に配置さ
れた第２の受光用光ファイバ群を含んで単位バンドルと
したものが、それらの端面が同一平面内にくるように複
数個束ねられ、他端面側において各単位バンドルの投光
用光ファイバが１つに束ねられて光源部に導かれ、各単
位バンドルの第１の受光用光ファイバ群と第２の受光用
光ファイバ群はそれぞれで束ねられて光検出部に導かれ
ているものを使用し、光検出部として第１の受光用光フ
ァイバ群と第２の受光用光ファイバ群により導かれたそ
れぞれの光を別の信号として受光するようにする。
【０００９】単位バンドルを複数個束ねるので、図１の
ような単一の光ファイババンドルで多数の光ファイバを
束ねるのに比べると、単位バンドルにおける第１、第２
の受光用光ファイバ群での光ファイバの数を少なくする
ことができる。最も好ましいのは第１、第２の受光用光
ファイバ群にそれぞれ光ファイバを一重に配置すること
であり、深さの異なる部位からの複数の情報が混在する
のを抑えるうえで最も有効である。単位バンドルにおけ
る第１、第２の受光用光ファイバ群が二重、三重と厚く
なるにつれて深さの異なる部位からの情報が混在してく
るが、それでも図１のような単一の光ファイババンドル
の場合ほど多重に配置する必要がないので、測定精度の
低下を抑えることができる。
ような単一の光ファイババンドルで多数の光ファイバを
束ねるのに比べると、単位バンドルにおける第１、第２
の受光用光ファイバ群での光ファイバの数を少なくする
ことができる。最も好ましいのは第１、第２の受光用光
ファイバ群にそれぞれ光ファイバを一重に配置すること
であり、深さの異なる部位からの複数の情報が混在する
のを抑えるうえで最も有効である。単位バンドルにおけ
る第１、第２の受光用光ファイバ群が二重、三重と厚く
なるにつれて深さの異なる部位からの情報が混在してく
るが、それでも図１のような単一の光ファイババンドル
の場合ほど多重に配置する必要がないので、測定精度の
低下を抑えることができる。
【００１０】ファイバ端を測定対象物にほぼ沿直に密着
させることができる。投光用光ファイバからの光は測定
対象物内で散乱反射を繰り返し、３６０度に広がる。し
かし、第１と第２の受光用光ファイバ群は投光用光ファ
イバを中心として同心円上に取り囲んで配置されている
ため、各単位バンドルにおいて光を有効に集光できる。
その際、ファイバ端が測定対象物にほぼ沿直に密着して
おり、かつ、第１と第２の受光用光ファイバ群はそれぞ
れほぼ同心円上に薄く配列することができるので、深さ
の異なる部位からの情報が混在するのを抑えることがで
きる。
させることができる。投光用光ファイバからの光は測定
対象物内で散乱反射を繰り返し、３６０度に広がる。し
かし、第１と第２の受光用光ファイバ群は投光用光ファ
イバを中心として同心円上に取り囲んで配置されている
ため、各単位バンドルにおいて光を有効に集光できる。
その際、ファイバ端が測定対象物にほぼ沿直に密着して
おり、かつ、第１と第２の受光用光ファイバ群はそれぞ
れほぼ同心円上に薄く配列することができるので、深さ
の異なる部位からの情報が混在するのを抑えることがで
きる。
【００１１】単位バンドルを複数個束ねていることによ
り受光光量を増やすことができる。単位バンドルを束ね
ているが、近接の光ファイバで受光する光の強度が最も
強いため、異なる単位バンドルの投光用光ファイバから
の光は相対的に弱く、影響は少ない。投光用光ファイバ
から第１の受光用光ファイバ群までの距離と、第１の受
光用光ファイバ群から第２の受光用光ファイバ群までの
距離とを異ならせることにより、適切な光路長を得るこ
とができる。
り受光光量を増やすことができる。単位バンドルを束ね
ているが、近接の光ファイバで受光する光の強度が最も
強いため、異なる単位バンドルの投光用光ファイバから
の光は相対的に弱く、影響は少ない。投光用光ファイバ
から第１の受光用光ファイバ群までの距離と、第１の受
光用光ファイバ群から第２の受光用光ファイバ群までの
距離とを異ならせることにより、適切な光路長を得るこ
とができる。
【００１２】また、投光用光ファイバ、第１の受光用光
ファイバ群の光ファイバ、及び第２の受光用光ファイバ
群の光ファイバは、径が均一でないように構成すること
ができる。例えば、投光用光ファイバを太くすることに
より全体の光量を増やすことができ、また例えば、投光
点からの実質光路長が長いために光量が少なくなる第２
の受光用光ファイバ群の光ファイバの径を太くすること
により、第２の受光用光ファイバ群での受光光量を増や
すことができる。第１の受光用光ファイバ群よりも第２
の受光用光ファイバ群の方で光ファイバの数を多くする
ことによっても、第２の受光用光ファイバ群での受光光
量を増やすことができる。このように、最適な光量を得
るために、種々に変形することができる。
ファイバ群の光ファイバ、及び第２の受光用光ファイバ
群の光ファイバは、径が均一でないように構成すること
ができる。例えば、投光用光ファイバを太くすることに
より全体の光量を増やすことができ、また例えば、投光
点からの実質光路長が長いために光量が少なくなる第２
の受光用光ファイバ群の光ファイバの径を太くすること
により、第２の受光用光ファイバ群での受光光量を増や
すことができる。第１の受光用光ファイバ群よりも第２
の受光用光ファイバ群の方で光ファイバの数を多くする
ことによっても、第２の受光用光ファイバ群での受光光
量を増やすことができる。このように、最適な光量を得
るために、種々に変形することができる。
【００１３】
【実施例】図２は一実施例における光ファイバ導光路
で、測定対象物に密着させられる端面を表わしたもので
ある。この光ファイバ導光路１０は、一端側において複
数の単位バンドル１２がそれぞれの端面が同一平面内に
くるように束ねられたものである。各単位バンドル１０
は同じ構成をしており、中心には光源部から光を導いて
測定対象物に投光する投光用光ファイバ１４が配置さ
れ、その周囲のほぼ同心円上に複数の第１の受光用光フ
ァイバ１６が配列されて第１の受光用光ファイバ群を形
成している。第１の受光用光ファイバ群より外側のほぼ
同心円上には複数の第２の受光用光ファイバ１８が配列
されて第２の受光用光ファイバ群を形成している。
で、測定対象物に密着させられる端面を表わしたもので
ある。この光ファイバ導光路１０は、一端側において複
数の単位バンドル１２がそれぞれの端面が同一平面内に
くるように束ねられたものである。各単位バンドル１０
は同じ構成をしており、中心には光源部から光を導いて
測定対象物に投光する投光用光ファイバ１４が配置さ
れ、その周囲のほぼ同心円上に複数の第１の受光用光フ
ァイバ１６が配列されて第１の受光用光ファイバ群を形
成している。第１の受光用光ファイバ群より外側のほぼ
同心円上には複数の第２の受光用光ファイバ１８が配列
されて第２の受光用光ファイバ群を形成している。
【００１４】図３（Ａ）は単位バンドル１２での光路を
模式的に表わしたもの、同図（Ｂ）はその端面図であ
る。各単位バンドル１２の端面が測定対象物２０に密着
して押しつけられ、各光ファイバ１４，１６，１８は測
定対象物２０に対しほぼ沿直方向に配置されることとな
る。投光用光ファイバ１４から導かれた光は測定対象物
２０に入射し、測定対象物２０内で散乱反射して受光用
光ファイバ１６，１８に入射し、検出部に導かれる。こ
の例では第１、第２の受光用光ファイバ１４，１６がそ
れぞれ一重に配置されており、深さの異なる部位からの
複数の情報が混在するのを抑えるうえで最もこのまし
い。しかし、本発明は第１、第２の受光用光ファイバ１
４，１６がそれぞれ一重に配置されたものに限定されな
い。
模式的に表わしたもの、同図（Ｂ）はその端面図であ
る。各単位バンドル１２の端面が測定対象物２０に密着
して押しつけられ、各光ファイバ１４，１６，１８は測
定対象物２０に対しほぼ沿直方向に配置されることとな
る。投光用光ファイバ１４から導かれた光は測定対象物
２０に入射し、測定対象物２０内で散乱反射して受光用
光ファイバ１６，１８に入射し、検出部に導かれる。こ
の例では第１、第２の受光用光ファイバ１４，１６がそ
れぞれ一重に配置されており、深さの異なる部位からの
複数の情報が混在するのを抑えるうえで最もこのまし
い。しかし、本発明は第１、第２の受光用光ファイバ１
４，１６がそれぞれ一重に配置されたものに限定されな
い。
【００１５】図４（Ａ）,（Ｂ）はそれぞれ本発明で使
用される単位バンドルの他の例を表わしたものである。
図４（Ａ）の例では、投光用光ファイバ１４から第１の
受光用光ファイバ１６までの距離Ｌ１と、第１の受光用
光ファイバ１６から第２の受光用光ファイバ１８までの
距離Ｌ２が異なるように配置されており、結果として投
光用光ファイバ１４から第１，第２の受光用光ファイバ
１６，１８までの距離が測定対象物や測定条件に応じて
最適に設定されている。
用される単位バンドルの他の例を表わしたものである。
図４（Ａ）の例では、投光用光ファイバ１４から第１の
受光用光ファイバ１６までの距離Ｌ１と、第１の受光用
光ファイバ１６から第２の受光用光ファイバ１８までの
距離Ｌ２が異なるように配置されており、結果として投
光用光ファイバ１４から第１，第２の受光用光ファイバ
１６，１８までの距離が測定対象物や測定条件に応じて
最適に設定されている。
【００１６】図４（Ｂ）の例では、光ファイバ１４，１
６，１８の径が異なるように設定されている。この例で
は投光用光ファイバ１４と第２の受光用光ファイバ１８
の径が太く、第１の受光用光ファイバ１６の径が細くな
っている。投光用光ファイバ１４を太くすることにより
投光量を多くすることができ、また投光用光ファイバ１
４から実効光路長が長いために受光量が少なくなる第２
の光ファイバ１８を太くすることにより受光量を増やす
ことができて、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
６，１８の径が異なるように設定されている。この例で
は投光用光ファイバ１４と第２の受光用光ファイバ１８
の径が太く、第１の受光用光ファイバ１６の径が細くな
っている。投光用光ファイバ１４を太くすることにより
投光量を多くすることができ、また投光用光ファイバ１
４から実効光路長が長いために受光量が少なくなる第２
の光ファイバ１８を太くすることにより受光量を増やす
ことができて、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００１７】図５から図６に各実施例を概略的に示す。
図５は光源として多波長を発生するハロゲンランプ２２
を用い、干渉フィルタ２４で特定の波長を選択して測定
対象物２０に投光するようにしたものである。ハロゲン
ランプ２２からの光は集光レンズ２６で投光用光ファイ
バ群１４ａの各光ファイバに導入される。干渉フィルタ
２４は集光レンズ２６と投光用光ファイバ群１４ａの入
射端の間に配置されている。一端が測定対象物２０に密
着させられる光ファイバ導光路１０の他端側は、投光用
光ファイバ群１４ａ、第１、第２の受光用光ファイバ群
１６ａ，１８ａの３つの光ファイバ群に分岐している。
投光用光ファイバ群１４ａ、第１、第２の受光用光ファ
イバ群１６ａ，１８ａは、図２における各単位バンドル
１２の投光用光ファイバ１４、第１、第２の受光用光フ
ァイバ１６，１８をそれぞれ束ねたものである。第１、
第２の受光用光ファイバ群１６ａ，１８ａの先端はそれ
ぞれの赤外検出器３０，３２に導かれており、受光した
光の検出がなされる。信号処理装置として、赤外検出器
３０，３２の検出信号を取り込んで処理する信号処理用
電気回路３４が設けられている。
図５は光源として多波長を発生するハロゲンランプ２２
を用い、干渉フィルタ２４で特定の波長を選択して測定
対象物２０に投光するようにしたものである。ハロゲン
ランプ２２からの光は集光レンズ２６で投光用光ファイ
バ群１４ａの各光ファイバに導入される。干渉フィルタ
２４は集光レンズ２６と投光用光ファイバ群１４ａの入
射端の間に配置されている。一端が測定対象物２０に密
着させられる光ファイバ導光路１０の他端側は、投光用
光ファイバ群１４ａ、第１、第２の受光用光ファイバ群
１６ａ，１８ａの３つの光ファイバ群に分岐している。
投光用光ファイバ群１４ａ、第１、第２の受光用光ファ
イバ群１６ａ，１８ａは、図２における各単位バンドル
１２の投光用光ファイバ１４、第１、第２の受光用光フ
ァイバ１６，１８をそれぞれ束ねたものである。第１、
第２の受光用光ファイバ群１６ａ，１８ａの先端はそれ
ぞれの赤外検出器３０，３２に導かれており、受光した
光の検出がなされる。信号処理装置として、赤外検出器
３０，３２の検出信号を取り込んで処理する信号処理用
電気回路３４が設けられている。
【００１８】図６は複数の波長で測定ができるようにす
るために、図５の干渉フィルタ２４に代えて回転式干渉
フィルタ円盤３６を設け、その円盤３６をステッピング
モータ３７により回転させて干渉フィルタの切換えをで
きるようにしたものである。干渉フィルタ円盤３６には
透過域の異なる複数の干渉フィルタが円周に沿って配列
されており、選択された干渉フィルタが、光源２２から
投光用光ファイバ群１４ａの入射端に至る光路に配置さ
れる。集光光学系２６ａ，２６ｂは図５の集光レンズ２
６に対応するものであり、必要な枚数のレンズを組み合
わせて構成されている。
るために、図５の干渉フィルタ２４に代えて回転式干渉
フィルタ円盤３６を設け、その円盤３６をステッピング
モータ３７により回転させて干渉フィルタの切換えをで
きるようにしたものである。干渉フィルタ円盤３６には
透過域の異なる複数の干渉フィルタが円周に沿って配列
されており、選択された干渉フィルタが、光源２２から
投光用光ファイバ群１４ａの入射端に至る光路に配置さ
れる。集光光学系２６ａ，２６ｂは図５の集光レンズ２
６に対応するものであり、必要な枚数のレンズを組み合
わせて構成されている。
【００１９】図５，図６の実施例において、波長の選択
は測定対象物に投光される前に行なう、いわゆる前分光
方式を示しているが、測定対象物からの散乱反射光を検
出器３０，３２に受光するところで波長を選択する、い
わゆる後分光方式であってもよい。
は測定対象物に投光される前に行なう、いわゆる前分光
方式を示しているが、測定対象物からの散乱反射光を検
出器３０，３２に受光するところで波長を選択する、い
わゆる後分光方式であってもよい。
【００２０】図７は光源として単一波長光を発生するレ
ーザーダイオード（ＬＤ）３８を用いた例である。４０
はレーザーダイオード３８の駆動回路である。この場
合、レーザーダイオード３８から発生する光が単一波長
光であるので、波長選択用のフィルタは不要である。図
７の実施例で、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を
用いてもよい。赤外検出器３０，３２は各受光用光ファ
イバ群１６ａ，１８ａごとに設けられているが、両受光
用光ファイバ群１６ａ，１８ａをシャッタを介して１つ
の共通の赤外検出器に導き、受光用光ファイバ群１６
ａ，１８ａからの光をその赤外検出器で交互に検出する
ようにしてもよい。
ーザーダイオード（ＬＤ）３８を用いた例である。４０
はレーザーダイオード３８の駆動回路である。この場
合、レーザーダイオード３８から発生する光が単一波長
光であるので、波長選択用のフィルタは不要である。図
７の実施例で、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を
用いてもよい。赤外検出器３０，３２は各受光用光ファ
イバ群１６ａ，１８ａごとに設けられているが、両受光
用光ファイバ群１６ａ，１８ａをシャッタを介して１つ
の共通の赤外検出器に導き、受光用光ファイバ群１６
ａ，１８ａからの光をその赤外検出器で交互に検出する
ようにしてもよい。
【００２１】ここで、実際に測定した結果を示す。赤外
光源として３０Ｗハロゲンランプを用い、分光部として
ＦＴＩＲ装置（パーキンエルマー社製のシステム２００
０）を用い、光ファイバ導光路１０として１１７本の光
ファイバ（コア径＝１８０μｍ、クラッド径＝２００μ
ｍ）をバンドルとしたもの（住友電工社製の石英ファイ
バＧＳ−１８０）を用いた。この光ファイババンドル
は、図２に示される単位バンドル１２として中心に投光
用光ファイバ１４、その周囲の内側のほぼ同心円上に６
本の第１の受光用光ファイバ１６、その外側のほぼ同心
円上に６本の第２の受光用光ファイバ１８が配置され、
単位バンドルとして１３本の光ファイバを備えたもの
が、９個束ねられて光ファイバ導光路１０となったもの
である。赤外検出器３０，３２としてＰｂＳ検出器（浜
松ホトニクス社製のＰ２５３２）を用いた。
光源として３０Ｗハロゲンランプを用い、分光部として
ＦＴＩＲ装置（パーキンエルマー社製のシステム２００
０）を用い、光ファイバ導光路１０として１１７本の光
ファイバ（コア径＝１８０μｍ、クラッド径＝２００μ
ｍ）をバンドルとしたもの（住友電工社製の石英ファイ
バＧＳ−１８０）を用いた。この光ファイババンドル
は、図２に示される単位バンドル１２として中心に投光
用光ファイバ１４、その周囲の内側のほぼ同心円上に６
本の第１の受光用光ファイバ１６、その外側のほぼ同心
円上に６本の第２の受光用光ファイバ１８が配置され、
単位バンドルとして１３本の光ファイバを備えたもの
が、９個束ねられて光ファイバ導光路１０となったもの
である。赤外検出器３０，３２としてＰｂＳ検出器（浜
松ホトニクス社製のＰ２５３２）を用いた。
【００２２】その測定装置の光ファイバ導光路１０の基
端部を人体上腕部に密着し、近傍部位を６回反復測定し
た場合のスペクトルの標準偏差を図８に示す。破線で示
されているのが比吸光度 -log(Ｅ1／Ｅ2) （ここでは、
Ｅ1，Ｅ2はそれぞれ第１，第２の受光用光ファイバ群か
らの光強度を表わしている）を測定したものであり、実
線で示されているのは比較例として投光端から１種類の
距離における吸光度-logＥ1 による測定結果である。反
復測定による分散は比吸光度を採ることにより全波長領
域で１／２〜１／３に抑えられており、かつ波長依存性
が少なくなっている。なお、図中で７０００〜６５００
ｃｍ-1付近で分散が大きくなっているのは、人体の水分
吸収により赤外線が殆ど吸収されているためである。
端部を人体上腕部に密着し、近傍部位を６回反復測定し
た場合のスペクトルの標準偏差を図８に示す。破線で示
されているのが比吸光度 -log(Ｅ1／Ｅ2) （ここでは、
Ｅ1，Ｅ2はそれぞれ第１，第２の受光用光ファイバ群か
らの光強度を表わしている）を測定したものであり、実
線で示されているのは比較例として投光端から１種類の
距離における吸光度-logＥ1 による測定結果である。反
復測定による分散は比吸光度を採ることにより全波長領
域で１／２〜１／３に抑えられており、かつ波長依存性
が少なくなっている。なお、図中で７０００〜６５００
ｃｍ-1付近で分散が大きくなっているのは、人体の水分
吸収により赤外線が殆ど吸収されているためである。
【００２３】図９には１００００〜５４００ｃｍ-1を透
過する広帯域フィルタとしてシリコン結晶板を用い、人
体中の血糖値と光強度（比吸光度 -log(Ｅ2／Ｅ1) で表
わしたもの）との相関を測定した例である。血糖値との
間によい相関が見られ、比吸光度を用いることにより血
糖値を光学的に測定できることが分かる。
過する広帯域フィルタとしてシリコン結晶板を用い、人
体中の血糖値と光強度（比吸光度 -log(Ｅ2／Ｅ1) で表
わしたもの）との相関を測定した例である。血糖値との
間によい相関が見られ、比吸光度を用いることにより血
糖値を光学的に測定できることが分かる。
【００２４】
【発明の効果】本発明では、中心に配置された投光用光
ファイバ、その投光用光ファイバの周囲でその光ファイ
バを中心とする第１の円のほぼ円周上に配置された第１
の受光用光ファイバ群、及び投光用光ファイバを中心と
する同心円で、第１の円よりも半径の大きい第２の円の
ほぼ円周上に配置された第２の受光用光ファイバ群を含
んで単位バンドルとしたものを複数個束ね、各単位バン
ドルの投光用光ファイバから測定対象物に投光し、各単
位バンドルの第１の受光用光ファイバ群と第２の受光用
光ファイバ群をそれぞれ束ね光検出部に導いて検出する
ようにしたので、集光効率が向上する。また、同じ数の
受光用光ファイバを単一バンドルで多重の同心円上に配
列するのに比べると、深さの異なる部位からの情報が混
在するのを抑えることができる。その結果、測定精度が
向上する。また、副次的に小型の光源が利用できるよう
になって装置自体の小型化や発熱の問題が解消できる。
第１の受光用光ファイバ群による受光信号と第２の受光
用光ファイバ群による受光信号とから比吸光度を求める
ことにより、散乱体測定で問題となる基準光の測定が不
要になり、基準光測定時の誤差がなくなり、精度が向上
する。また、内部標準測定であるため、接触圧力や測定
部位の違いといった外的な変動が相殺され、その点でも
精度が向上する。分光部として干渉フィルタ１枚とした
り、光源として特定波長領域しか放射しないＬＥＤやＬ
Ｄを利用することにより、装置自体の小型化を図ること
ができる。また、集光光学系がほとんど不要であるた
め、その点でも装置自体の小型化を図ることができる。
ファイバ、その投光用光ファイバの周囲でその光ファイ
バを中心とする第１の円のほぼ円周上に配置された第１
の受光用光ファイバ群、及び投光用光ファイバを中心と
する同心円で、第１の円よりも半径の大きい第２の円の
ほぼ円周上に配置された第２の受光用光ファイバ群を含
んで単位バンドルとしたものを複数個束ね、各単位バン
ドルの投光用光ファイバから測定対象物に投光し、各単
位バンドルの第１の受光用光ファイバ群と第２の受光用
光ファイバ群をそれぞれ束ね光検出部に導いて検出する
ようにしたので、集光効率が向上する。また、同じ数の
受光用光ファイバを単一バンドルで多重の同心円上に配
列するのに比べると、深さの異なる部位からの情報が混
在するのを抑えることができる。その結果、測定精度が
向上する。また、副次的に小型の光源が利用できるよう
になって装置自体の小型化や発熱の問題が解消できる。
第１の受光用光ファイバ群による受光信号と第２の受光
用光ファイバ群による受光信号とから比吸光度を求める
ことにより、散乱体測定で問題となる基準光の測定が不
要になり、基準光測定時の誤差がなくなり、精度が向上
する。また、内部標準測定であるため、接触圧力や測定
部位の違いといった外的な変動が相殺され、その点でも
精度が向上する。分光部として干渉フィルタ１枚とした
り、光源として特定波長領域しか放射しないＬＥＤやＬ
Ｄを利用することにより、装置自体の小型化を図ること
ができる。また、集光光学系がほとんど不要であるた
め、その点でも装置自体の小型化を図ることができる。
【図１】従来の光ファイババンドルを表わす端面図であ
る。
る。
【図２】一実施例における光ファイババンドルを表わす
端面図である。
端面図である。
【図３】Ａ）は単位バンドルでの光路を模式的に表わし
た断面図、（Ｂ）はその端面図である。
た断面図、（Ｂ）はその端面図である。
【図４】（Ａ）,（Ｂ）はそれぞれ本発明で使用される
単位バンドルの他の例を表わした端面図である。
単位バンドルの他の例を表わした端面図である。
【図５】第１の実施例を示す概略構成図である。
【図６】第２の実施例を示す概略構成図である。
【図７】第３の実施例を示す概略構成図である。
【図８】人体上腕部を反復測定した場合のスペクトルの
標準偏差を実施例と比較例で比較して示す図である。
標準偏差を実施例と比較例で比較して示す図である。
【図９】人体中の血糖値と光強度との相関を示す図であ
る。
る。
１０ 光ファイバ導光路 １２ 単位バンドル １４ 投光用光ファイバ １６ 第１の受光用光ファイバ １８ 第２の受光用光ファイバ ２０ 測定対象物 ２２ ハロゲンランプ ３０，３２ 赤外検出器 ３４ 信号処理用電気回路 ３８ レーザダイオード
Claims (6)
- 【請求項１】 赤外から近赤外の領域の光を発生する光
源部と、赤外から近赤外の領域に感度をもつ光検出器を
備えた光検出部と、前記光源部からの光を光散乱性の測
定対象物表面に導いて照射し、その測定対象物表面の他
の位置から発生した散乱反射光を受光し、前記光検出部
に導く光ファイバ導光路と、前記光検出部の検出信号か
ら前記測定対象物内の物性値を求める信号処理装置とを
備えた光学測定装置において、 前記光ファイバ導光路は、一端面において中心に配置さ
れた投光用光ファイバ、その投光用光ファイバの周囲で
その光ファイバを中心とする第１の円のほぼ円周上に配
置された第１の受光用光ファイバ群、及び投光用光ファ
イバを中心とする同心円で、第１の円よりも半径の大き
い第２の円のほぼ円周上に配置された第２の受光用光フ
ァイバ群を含んで単位バンドルとしたものが、それらの
端面が同一平面内にくるように複数個束ねられ、他端面
側において各単位バンドルの投光用光ファイバが１つに
束ねられて前記光源部に導かれ、各単位バンドルの第１
の受光用光ファイバ群と第２の受光用光ファイバ群はそ
れぞれで束ねられて前記光検出部に導かれているもので
あり、 前記光検出部は、第１の受光用光ファイバ群と第２の受
光用光ファイバ群により導かれたそれぞれの光を別々の
信号として受光するものであることを特徴とする光散乱
体の光学測定装置。 - 【請求項２】 第１の受光用光ファイバ群及び第２の受
光用光ファイバ群はそれぞれ一重に配置されている請求
項１に記載の光散乱体の光学測定装置。 - 【請求項３】 投光用光ファイバから第１の受光用光フ
ァイバ群までの距離と、第１の受光用光ファイバ群から
第２の受光用光ファイバ群までの距離とが異なっている
請求項１又は２に記載の光散乱体の光学測定装置。 - 【請求項４】 投光用光ファイバ、第１の受光用光ファ
イバ群の光ファイバ、及び第２の受光用光ファイバ群の
光ファイバは、径が均一ではない請求項１又は２に記載
の光散乱体の光学測定装置。 - 【請求項５】 第１の受光用光ファイバ群よりも第２の
受光用光ファイバ群の方が光ファイバの数が多くなって
いる請求項１又は２に記載の光散乱体の光学測定装置。 - 【請求項６】 前記信号処理装置は、前記光検出部にお
いて第１と第２の受光用光ファイバ群により導かれたそ
れぞれの光の一方の検出強度Ｅ1と他方の検出強度Ｅ2と
の比率Ｅ1／Ｅ2、又はその吸光度変換値 -log(Ｅ2／
Ｅ1) もしくは-logＥ2／logＥ1 を光学測定値として算
出し、別途求めたそれらの光学測定値と物性値との回帰
式から測定対象物の物性値を求めるものである請求項１
から５のいずれかに記載の光散乱体の光学測定装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16086096A JP3617576B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 光散乱体の光学測定装置 |
| US08/858,567 US5844239A (en) | 1996-05-31 | 1997-05-19 | Optical measuring apparatus for light scattering |
| KR1019970019584A KR970075902A (ko) | 1996-05-31 | 1997-05-20 | 광산란체의 광학적 측정장치 |
| EP19970108406 EP0810429B1 (en) | 1996-05-31 | 1997-05-23 | Optical measuring apparatus for light scattering |
| DE1997619238 DE69719238T2 (de) | 1996-05-31 | 1997-05-23 | Optische Vorrichtung zur Messung von Streulicht |
| CN97104419A CN1167258A (zh) | 1996-05-31 | 1997-05-29 | 用于测量光散射体的光学测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16086096A JP3617576B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 光散乱体の光学測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09318529A true JPH09318529A (ja) | 1997-12-12 |
| JP3617576B2 JP3617576B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=15723950
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16086096A Expired - Fee Related JP3617576B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 光散乱体の光学測定装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5844239A (ja) |
| EP (1) | EP0810429B1 (ja) |
| JP (1) | JP3617576B2 (ja) |
| KR (1) | KR970075902A (ja) |
| CN (1) | CN1167258A (ja) |
| DE (1) | DE69719238T2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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