JPS58108437A - 測光信号の評価方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、明暗の２段階でクロック制御される光源と、
この光源によシ試料を介して照射される測定受光器と、
測定受光器に接続可能な、積分器を備えた測定−積分器
デイジタル化回路とが用いられ、その際光源の明段階の
少なくとも一部期間において受光器の測定信号が積分さ
れ、また暗段階の少なくとも一部期間において受光器の
測定信号が積分され、明段階の積分値から暗段階の積分
値を差引くことによって測定結果が検出され、その際測
定値の積分に用いられる積分器が、積分値のディジタル
変換にも用いられる、測光信号の評価方法に関する。

更に本発明は、上記の方法を実施するための装置に関す
る。

測光信号の検出方法は分析測定の為に、殊に医学上の目
的で次第に多く用いられるようになっており、その場合
頻繁に試験片やプレ・ξラードが使用される。この種の
試験片では、テスト領域で、体液（例えば尿、血液）の
成分間の化学反応が行なわれ、テスト領域にその反応、
この場合はテスト領域の色の変化が現われる。この色の
変化は適当な方法ないし相応の装置を用いて量的に評価
することができる。例えば反射形光度計を用いて、テス
ト領域表面の反射率を、１つまたは複数の波長での反応
の経過に基づき決定することができる。測定値の他に、
多くは基準値が、また場合によっては１つまたは複数の
別の測定値が各々の所与の関係に従って評価される。こ
の他臨床化学においては、透過形光度計を用いて液体の
色の変化を評価する分析測定法も相変らず大きな役割を
はたしている。本発明はこの形式の光度計にも適用でき
る。

しかし本発明の説明は、本発明の方法を有利に適用ｆき
る反射形光度計の実施例に関して行う′ことにする。こ
の光度計はウルブリヒト球を備えていて、この球を用い
て光源の光を均一に拡散させる。その結果試験片には測
定窓を介して拡散光が照射される。この球の内部には更
に２つの受光器が設けられておシ、その際１つの受光器
は測定受光器としてテスト領域からの光のみ受信し、他
方の受光器は基準受光器として、球内壁の障害のない部
分からの光のみ受信する。

測光信号は、有利にはホトダ、イオードとして構成され
た受光器で、大きさ１ｎＡの極めて僅かな電流に変換さ
れる。このようにして得られた測定値は次に増幅して評
価する必項がある。

殊に臨床化学において、測光信号の検出および評価には
極めて高度な要求が課されている。

僅かな電流を十分な分解能で測定するには、更にＩＰＡ
の変動が確実に記録されなければならない。この為には
多くの妨害源の影響を防ぐことが必要である。妨害源に
は、一方〒は極めて小さな信号を検出するための評価電
子工学に関連する公知の諸問題、例えば増幅器のドリフ
ト、直流電圧、殊に素子のオフセット電圧の重畳、比較
的高周波のノイズ電圧、低周波交流電圧、殊に電源周波
数をもつりプル、増幅器の入力電流、各種の漏れ電流等
がある。− その上更に、光学的測定に典型的な妨害源、殊に外部入
射光による妨害が加わる。また光学測定では、この典型
的な妨害の他に、電源から給電され、５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚの一般的電源周波数で動作する外部光源による比
較的一定の直流電圧成分も妨害となる。

この妨害源を抑圧するために、既に多くの提案が出され
た。殊に、光源を、電気的にオンオフ制御するかあるい
は適当な遮蔽板によって周期的に覆うことによって、光
源に明段階と暗段階のサイクルを設ける方法は、広く普
及している。このとき、受信信号は明段階の一期間でも
、また暗段階の一期間フも同様にして評価される。

暗段階の間の測定結果を、切設・階の間の測定結果から
減算することによって、光源のクロック周波数に依存し
て除々に変化し、測定信号に余計な値を付加する妨害量
を大幅に取除くことができる。

高周波ノイズを抑圧するためには、測定受光器の信号を
一定期間に亘って積分する方法が適している。これにょ
シ、逆方向の積分時間よシも遥かに高い周波数を有する
高周波ノイズを大部分抑圧することができる。

ドイツ連邦共和国特許出願第２８１４３５８号明細書か
ら、上記の２つの解決法を組合わせた、冒頭に述べた種
類の方法および相応の装置が公知である。この場合、受
光器はクロック制御される光源によって照射され、信号
は明段階の一部期間ならびに暗段階の一部期間において
積分される。各々積分の直後に積分値がディジタル化さ
れる。このために積分器に一定の基準電圧が印加され、
２重積分原理に従うＡ　／　Ｄ変換器の動作パターン化
じて、一定の基準電圧と共に負方向に積分され、これと
同時に計数過程が開始される。この場合、積分器の出力
電圧はコンパレータにおいて基準電圧（一般に零電位）
と比較され、積分器の出力信号が零電位になると直ちに
計数過程が停止される。公知の方法では、このようにし
て明段階の間の受信信号ならびに暗段階の受信信号を評
価し、これらの２つの測定結果をディジタル化した後に
相互に減算することによって、補正された測定値を一部
る。

確かにこの方法で既述のように高周波ノイズと低周波ノ
イズの一部とが取除かれるが、公知の方法はなお十分で
ない、つまり公知の方法では、満足な精度を得るには比
較的高い回路技術的にコストがかかる。つまり比較的高
い周波数の変動を、光源を明暗サイクルフクロツク制御
することによって岬、圧するには、そのクロック制御を
比幹的高い周波数で行わなければならないから〒ある。

これによシ明段階および暗段階における積分時間が相対
的に僅かになる。しかし２重積分−法に従って動作する
Ａ　／　Ｄ変換器の分解能は、カウンタ周波数と素子の
スイッチング速度とが決まっている場合、使用可能な最
大積分時間によって決まる。この最大積分時間が非・常
に短いの１、相当速いスイッチング速度の素子を用いる
しかなく、これが装置のコストを高めるの１ある。

従って本発明の目的は、簡単に且つ僅かなコストで、前
述のような測定誤差を抑圧し、高い分解能と精度を達成
する、冒頭に詠べた形式の方法を提供することにある。

その際従来特殊な専門知識と綿密な注意を必要とした高
価な補償過程を省くことによシ、本発明の方法に従って
動作する装置の製造および保守のコストを低く抑えるこ
と！ある。

この目的、は、冒頭に述べた形式の方法において積分段
階およびディジタル化段階を次のようにして行うことに
よって達成される。即ち、測定電圧の各周期が、明段階
の一積分期間と暗段階の一積分期間とを含むようにし、
この測定電圧周期の間に受光器の測定値を同じ積分器に
交互に逆の極性で印加し、明段階および暗段階の積分期
間を同じ大きさにし、積分を測定電圧周期の全体に亘っ
て行うことによって積分値の合計を求め、この後合計積
分値を同じ積分器を用いてディジタル化する。

このとき積分は事実上一方ｆは四段階全体に亘シ、他方
ｆは暗段階全体に亘シ行なうことが１きるが、明段階で
も暗段階でも最初の時期ｔは遅延があるので、受光器の
測定値を積分しない方が有利ｆある。つまシ明段階の始
めに、例えば発光ダイオードチップとして形成された光
源における加熱遅れによって、受光器の測定値ないし出
力電圧がオー・マーシュートし、更にホトダイオ−ｒと
して構成すると有利な受光器においては、暗段階の始め
に弛張効果によって測定値の低下が遅延する。このよう
な温度に依存する量的に把握し難い効果は、上記の遅延
時間の間に積分を行なわないことによって、いわばフェ
ードアウトされる。しかもこれにょシ、その他の過渡現
象も消去される。

本発明による、多数の連続する明−暗段階を過渡期間〒
のディジタル化を行なわずに積分する方法によって、長
い積分時間が得られ、にもかかわらず比較的高いクロッ
ク周波数で光源を動作させることができる。これにょシ
一方ｆは積分時間が長いため、なお比較的に低い周波数
の高周波ノイズが取除かれ、他方フはクロック周波数が
比較的高いため、比較的速く変化する直流電圧成分が確
実に取除かれる。ディジタル化は、何度も積分された後
に初めて必要となるのｆ、ディジタル化時間を比較的長
くとることができ、それ故安価な素子で高い分解能を達
成することが１きる。この利点は極めて簡単な手段を用
いて、従って非常に僅かなコスト１達成することができ
る。

積分時間は、光源のクロック周波数が予め定められてい
るとき、ひいては測定電圧周期の持続時間が予め定めら
れているとき、積分に関係する測定電圧周期の数に依存
する。この周期の数は１よシ大きくすると有利であり、
上限は測定過程に用いられる最高時間によってのみ限定
される。

電源周波数（一般に５０　Ｈｚまたは６０　（４ｚ　）
と同期したノイズ周波数を確実に抑圧できるようにする
には、測定電圧周期の周期長を電源周波数の周期長の偶
数倍に選定すると有利ｔある。

これによシミ波周波数と同期した妨害が明段階にも暗段
階にも同様に生じるので、明段階の一期間の受光器の測
定値を、暗段階の相応の一期間における受光器の測定値
と逆の極性で積分器に加えるという本発明の方法を用い
れば、妨害は取除かれる。

一般に本発明によれば明段階および暗段階のどの期間を
積分に用いてもよい。ただ重要なのは、補正量を測定量
と一致させるために、これらの雨期間を同じ大きさにす
るということである。

本発明の方法ｆ、光源と試料と測定受光器とから成る測
定チャネルの他に、有利には同じ光源と、基準対象と、
基準受光器とから成る基準チャネルを、用いると有利ｆ
ある。基準チャネルの為に、反射形光度肝のインクグレ
ージョン球内に第２のホトダイオードを設けると都合が
よい。しかし本発明はこの実施例に限定されず、基準受
光器兼測定受光器として同じ１つの受光器を用いる場合
も包ん１いる。基準チャネルを用いる場合に、基準受光
器の信号を測定受光器の年号と交互に切換え接続するこ
とによって、同じ測定−積分回路を用いて評価し、その
際基準信号の評価の際の積分−ディジタル化段階を、測
定信号の評価の際の積分−ディジタル化段階と全く同じ
にし、ディジタル化された合計積分値から商を形成する
ことによって測定結果を導出するようにすると有利ｆあ
る。この場合基準受光器と測定受光器との間の切換えを
、例えば２つの別個の受光器を用いる場合には電気的に
行い、１つの基準用兼測定用の受光器のときは。

光学的部材（鏡、光導波体等）１もって交互に基準チャ
ネルの信号と測定チャネルの信号とがよシ、基準チャネ
ルと測定チャネルとの切換に比べて緩慢に変化し、直線
的偏差を発生する妨害源を全て取除くことができる。こ
こｆ言う妨害源とは、特に増幅度を決める素子の老化と
、受光器感度の老化とを指す。

本発明の別の有利な実施例によれば、殊に積分器のオフ
セットに起因する零電位の偏差を取除くために更に付加
的零点補償を行う。この零電位の偏差は本発明の上記の
実施例では検出されない。このため上記の、測定受光器
および基準受光器の信号用の積分−ディ、フタル化段階
の他に更に別の、全く同様の積分−ディジタル化段階が
必要である。この段階の異なる点は、受光器の信号の代
シに零信号が測定−積分器デイジタル化回路に加えられ
るということだけである。このとき得られる第３の合計
積分値は零値として用いることが１き、ディジタル化し
て。

受光器から導出されたディジタルな合計積分値の補正に
用いる。

本発明の方法を実施するための本発明による装置は、試
料を照射する光源と、試料から反射した光線を受信して
アナログ信号を形成する測定゛受光器とを備えている。

受光器のアナログ信号は、このアナログ信号を前述の方
法ｆ測定し且つ積分し且つディジタル化するための、積
分器を備えた測定−積分器ディジタル化回路に供給され
る。光源は遮断装置を備えておシ、この装置によって光
源が周期的にクロック制御され、そのとき受光器には測
定電圧周期が生ずる。積分信号のディジタル化のために
、測定受光器のアナログ信号の極性と逆の極性をもち、
相応の電圧源から取出される一定電圧を積分器に供給す
る負方向積分スイッチが設けられている。２重積分原理
に従うディジタル化回路の場合に一般的なように、更に
コンパレータが、積分器の出力電圧を基準電圧と比較す
るために設けられている。コンパレータの出力信号はゲ
ート回路に供給される。このゲート回路にはそめ他に、
負方向積分電圧が積分器に加えられた瞬間に、適当な別
の素子からの信号が加えられる。この別の素子からの信
号に基づいて、積分器の出力電圧がコン・ぞレータの基
準電、圧よシ大きい限り、ゲート回路がクロック発生器
のノξルスを通過させてカウンタに供給させる。積分値
出力電圧がコンノぞレータの基準電圧と等しくなると、
ディジタル化が終る。

先に述べた本発明の目的は、この形式の装置によって、
次のようにすれば、信頼性が高いにもかかわらず僅かな
回路コストで、比較的僅かな基本素子を用いて達成する
ことが１きる。即ち、測定受信機と積分器との間に極性
切換装置を設け、この装置によって、光源の遮断装置と
同期して、光源が投入接続されているときの受光器の信
号と、光源が遮断されているときの受光器の信号とが交
互に逆の極性で積分器に、前述の本発明の方法１接続さ
れるようにする。

本発明の装置の有利な実施例が実施態様項および図面の
説明に詳細に記載されている。ここに記載の構成によシ
、特別な選択した素子を用いずとも、極めて高い測定精
度を達成する装置を実現できる。回路全体は、装置の製
造時や後の保守の際に補償調整を行う必要もない、偏差
のない動作をする。従って極めて優れた耐久性をもつ。

次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図の本発明の方法を実施するための装置のブロック
回路図には、１つの光源ＬＥＤと２つの受光器ＤＩ　、
Ｄ２とを備えたウルブリヒト球が略示されている。光源
の光は公知のようにウルブリヒト球内で均一に拡散され
るの１、試料、例えば試験片３は測定窓３Ａを介して拡
散光〒照射される。

試験片に対応しているダイオ−ｒとして構成された受光
器Ｄ２が試験片から反射された光のみを受信し、ダイオ
ードとして構成された基準受光器Ｄ１が球内壁面の障害
のない部分からの光のみ受信するように受光器Ｄ１とＤ
２が球１内に設けられている。光源ＬＥＤと試験片３の
表面と測定受光器Ｄ２とが測定チャネルを構成しておシ
、他方同じ光源ＬＥＤと、球内壁面の相応の基準信号を
形成するために適した部分と、基準受光器Ｄ１とが基準
チャネルを形成している。受光器に受信される測光信号
に相応する測定値の検出および評価・のために、測定−
積分器デイ・フタル化回路が用いられる。この回路をま
とめてＭＩＤで示した。回路ＭＩＤは、制御装置２によ
って、いずれか一方の受光器の測定値を選択的に後続の
変換器８に加えるように操作される切換スイッチ５を備
き備えている。変換器８は前述の小さな光電流を相応の
電圧に変換し、この電圧が後続の増幅器１ｏで増幅され
る。

制御装置２によって光源ＬＥＤも、切設階〒は発光し暗
段階では発光しないようにクロック制御される。増幅器
１０の出力側はスイッチ回−路６を介して積分器ヰに接
続されている。スイッチ回路６と積分器番とは同様に制
御装置２にょつてクロック制御される。その際測定−積
分−ディジタル化の３つの連続する段階（後〒詳しく説
明する）において積分器４″ｒ！測定値Ｕｌ。

Ｕ２ならびに妨害量ｏｉ　、０２の積分が行なわれる。

積分器ヰには、主にコンｉぞレータとゲート・回路とカ
ウンタとを備えたディジタル化ユニット１２が後置接続
されている。このシーツ４トに関しても後ｆ詳しく説明
する。ここで強調すべき点は、１つの同じ積分器で、測
定値の平均値の形成と妨害量、殊にオフセット電圧、の
補償が行なわれる他、更にこの積分器に後置接続された
ディジタル化ユニット１２と共働して、アナログ−ディ
ジタル変換と零点補償をも行われるととｆある。このと
き各方法の過程の制御は制御装置２ｆもって行なわれる
。ディジモル化ユニツ）１２の上記のカウンタに生ずる
ディジタル値は制御装置２０計算機ユニット１４に供給
され、ここで指示装置１６によシ指示すべき値が算出さ
れる。

第２図ａ　、ｅ　ｂ　、　ｃ　、　ｄ　、　ｅには積分
値工１の時間経過を説明するための種々の・ξルス波形
図が示されている。波形図ａでは測定ないし基準値Ｕ１
又はＵ２が負電圧として示されている３、四段階Ｈの間
に相応の電圧が生じ、暗段階りの間はこの電圧が零にな
る。明−暗段階は、光源ＬＥＤを光源に直列接続された
スイッチＳ’ｌ（第５図）″１１’オンオフ制御するこ
とによ多形成される。理解を助けるために、第５図の原
、理回路図を参照されたい。この図では、上記のスイッ
チＳ１と、後干説明する回路との回路構成を示した。四
段階Ｈおよび暗段階りの周期Ｔは２００ｍ５ｅｃとする
と有利であシ、これによシ本発明によれば基本周波数５
０または６０Ｈｚを有する重畳された交流電圧も補償す
ることができ、この交流電圧によシ生ずる変動を回避で
きる。四段階Ｈの始めに、破線２０で示すように測定値
Ｕ１がオーツツーシュートする。このオーツツーシュー
トは、殊に光源ＬＥＤめ温度特性に基因する。。

また暗段階りの始めで測定値はある程度の遅延して零に
なる。これは１点鎖線２２によって示した。この原因は
ホトダイオードとして構成された受光器Ｄｌの弛張現象
にある。以上の現象およびその他の切換時の現象の影響
をなくするために、積分は遅延時間ＴＶＡおよびＴＶＨ
の過ぎた後に初めて開始されるようにする。波形図ａ・
には更に正のオフセット電圧Ｏ１と負のオフセット電圧
０２とが示されている。後ｆ、この２つの予想される場
合において、オフセット電圧をいかにして補償するかを
説明する。更に第２図ａには周波数５　Ｈｚでクロック
制御されている測定電圧Ｕ１の４つの周期（測定電圧周
期Ｔ）が示されている。第２図の波形図すは、正または
負のオフセット電圧と共に測定値を正方向に積分するた
めの、制御・ぐルスを示す。この・ぐルスは、四段階Ｈ
の開始から遅延時間ＴＶＡが過ぎた後に始まる。その際
、積分時間ＴＡは５０ｍ５ｅｃ’１％ある。積分時間Ｔ
Ａの間、第６図のスイッチＳ５は′閉じているの１、積
分を行なえる。

第２図の波形図Ｃは、暗段階りの間のパ〃スを示し、こ
のｉｅルスは暗段階りの開始から遅延時間ＴＶＢ遅れて
始まる。積分時間ＴＡとＴＢとが同じ大きさ！あること
が重要である。積分時間は各５０　ｍ５ｅｃ＊　１あシ
、遅延時間Ｔ　Ｖ　Ａ、ＴＶＢもまた５　Ｑ　ｍ５ｅｃ
・の長さ！ある。しかし積分時間ＴＡとＴＢとが必ず同
じ大きさでなければならないのに反し、遅延時間ＴＶＡ
、ＴＶＢは特別な用途では互いに且つ積分時間ＴＡおよ
びＴＢに対して異なる大きさにしてもよい。測定電圧周
期は積分時間ＴＡ、、ＴＢと、たいていその都度複数の
、遅延時間の和として生ずるので、四段階と暗段階とを
異なる長さにすることもできる。

ことに図示した実施例のように、遅延時間ＴＶＡおよび
ＴＶＢが相互に等しく且つ積分時間ＴＡ。

ＴＢとも同じ長さであシ、従って四段階Ｈと暗段階りの
長さも同じである場合、特に簡単な回路構成が得られ、
その上・ぐルスは相応の、例えば発振器の基本周波数か
ら容易に導出することが１きる。積分時間ＴＢＯ間は、
第５図のスイッチＳ６が閉じる。

第２図の波形図ｄは、オフセット電圧０１がある場合の
積分値ＩＩ又は■２の時間経過を示す。第１の積分時間
ＴＡが終了すると積分値仏が生ずる。この積分値は、積
分の行なわれ々い後続の遅延時間ＴＶＢの間も保持され
る。暗段階りにおいて更に積分時間ＴＢの間に次の積分
が、行なわれる。このとき積分器の極性が切換わること
によシ必然的に負方向に積分が行なわれる。暗段階の間
は測定値は生ぜずオフセット電圧０１のみ生ずるのマ、
差引かれて相応の値ＩＢが生ずる。本発明によれば積分
時間Ｔｉ、ＴＢは同じ、大きさなので、暗段階りの終シ
に生ずる積分値ＩＢはオフセット電圧０１による偏差を
もはや有していない。この過程は計４つの周期Ｔの間に
行なわれるのマ、最終的に積分器の出力側にはアナログ
な合計積分値Ｉｌ又は■２が生ずる。このとき上述のよ
うにオフセット補償が行なわれているので１合計積分値
ＩＩは測定値Ｕ１に相応する。第２図の波形図ｅは、測
定値に負のオフセット電圧０２が重畳されている場合の
積分値の時間経過を示す。負の測定値Ｕ１と、やはシ負
のオフセット電圧ｏ２とから導出される値は、上記の場
合における値よシ小さいので、積分時間ＴＡの間の積分
はゆるい勾配１行なわれる。暗段階りにおける積分時間
ＴＢの間にはオフセット電圧ｏ２のみ積分される。その
際オフセット電圧０２の極性も負なの１、その積分値も
相応に僅かな勾配で上昇する。そして第１の周期が終了
したとき、オフセット電圧は既に補償されている。

以上の説明は、少なくとも測定期間Ｔの間はオフセット
電圧が一定！あることを前提としてイル。従ってこの条
件が満たされている限シ良好な補償が行なえる。この条
件が実際にも当嵌まるようにするために、測定周期の長
さを出来　　　□るだけ短くするとよい。測定周期の短
縮により平均値検出のための積分時間が短かくなるが、
これは本発明によれば、複数の測定周期を次々に設ける
ことによって補償できる。

オフセｚトに重畳される実際に特に問題となる周期的妨
害として、本発明の方法によって補償すべきものに、電
源ハムがある。このハムは。

電源周波数１振動し１．測光分野ｆは、配電電源によ多
動作する光源の光線の強さの変動にょって光学的に起き
る他、電子回路丙での電磁作用によっても生ずることが
ある。このハムは周期長・Ｔ＝、Ｈ＋Ｄ＝ＴＶＡ＋ＴＡ
＋ＴＶＢ＋ＴＢがＴ＝２ｍ＊Ｔ−とき最もよく補償され
る。なおｍは整数、ｌは電源周波数の周期である。重畳
された５０Ｈｚまたは６０　Ｈｚの交流電圧を補償すべ
きとき、従って選定すべき最短周期長Ｔは４゜ｍ５ｅｃ
・または３３１ｍ５ｅｃ・となる。両妨害周波数を１つ
の共通の周期長Ｔで取除くのに適当な最短周期長Ｔは２
００　ｍ５ｅｃｅ　Ｍある。

第２図の波形図ｄとｅとを比較すれば、オフセット電圧
の極性に関係なく、ｎ＝４周期の終シにはいずれも同じ
合計積分値■１が得られることがわかる。

第３図は測定値Ｕ’ｌ、Ｕ２のＡ　／　Ｄ変換用のブロ
ック回路図を示す。その際簡略に示すために第１図の変
換器と増幅器とは示さなかった。

制御装置２によ多制御される切換スイッチ５を用いて、
測定値ＵｌまたはＵ２のいずれかをスイッチ回路′６に
選択的に供給することができる、この他、切換スイッチ
５を介してスイッチ回路６０入力側を接地することも１
きる。スイッチ回路６と、後続の積分器４と１、制御装
置２の制御によって、前述の零点補償と平均値の形成と
が行なわれる。従って積分器４の出力側２４にアナログ
積分値■１が生ずることが前提とされている。これに対
し、切換スイッチ５が測定値Ｕ２を導通接続している間
は、出力側２４には相応の積分値工２が生ずる。以後説
明は簡潔にするため積分値工ｌについてのみ行なう。各
積分値のＡ／Ｄ変換のために、積分器４の反転入力側１
３に、負方向積分スイッチＳ８の操作に従って負方向積
分電圧ＵＶが加えられる。入力側１３と出力側２４との
間には積分コンデンサ２６が接続されている。積分器牛
にはコン、ｐレータ２３が後置接続されておシ、コンノ
ミレータの出力側はゲート回路１５を介してカウンタ１
８に接続されている。コンパレータ２３の別の入力側に
は、直流電圧の形でコンパレータの基準値ＵＫが加えら
れ、る。負方向積分スイッチＳ８の切換と同時に、つま
りは負方向積分用電圧ＵＶが印加されると同時に、制御
装置２により′計数クロックがゲート１５を介してカウ
ンタに加えられ、カウンタが計数を開始する。カウンタ
は先ず零にセットしておきカウンタが計数クロックを計
数すると有利である。印加された負方向積分電圧ＵＶに
基づいて積分器２４の出力電圧が降下する。積分器の出
力電圧が、この電圧と反対の極性をもつコン・ξレータ
の基準値ＵＫと同じ値に達すると、ゲート１５が遮断さ
れ、カウンタ１８には計数クロックが供給されなくなる
。ところ〒計数状態、即ちディジタル値Ｚｌ（第４図）
は測定値Ｕｌに直ちに相応するわけではなく、種々の妨
害量によって偏差を生じている。妨害量とは、ここフは
特に積分器１１・・ ４およびコンパレータ２３のオフセット電圧のことを指
す。この場合更に全積分時間および積分時定数が、コン
ｐンサ２６の容量と、積分器牛に前置接続された抵抗２
７の抵抗値とに依存することも考慮すべきである。

ディジタル値Ｚ１は更にコン、ｏレータ基準値ＵＫの大
きさと積分電圧ＵＶの大きさとに影響される。測定値Ｕ
２のディジタル値Ｚ２を形成する際にも相応の妨害量な
いし偏差が生ずることは言うまでもない。この妨害量お
よび諸影響に相当するディジタルな零値Ｚ３を測定する
ために、切換スイッチ５をアース電位に接続する。

測定値Ｕ１ないしＵ２のディジ〉ル値ｚ１ないしＺ２の
検出は、各々同様な２つの積分−ディジタル化段階の間
に行なわれる。零値Ｚ３の検出は更に次の第３の積分−
ディジタル化段階に行なう。この第３の積分−ディジタ
ル化段階も先の２段階と同様制御装置２によってクロッ
ク制御される。第３段階の唯−異なる点は、この段階〒
は切換スイッチ５を介して零電位がスイ□ ツチ回路６の入力側に加えられることであ゛る。

各段階の終シにディジタル値Ｚｌ　、Ｚ２ならびに零値
ｚ３が計算機二二ツ）１４に供給される。

計算機ユニット１４１は、ディジタル値Ｚ２と零値Ｚ３
との差、ならびにディジタル値Ｚ１と零値Ｚ３との差か
ら簡単に商が形成される。その際この商が、測定値Ｕ２
と基準値Ｕ１との比較・によって得られる所望の測定結
果に相応する。

第４図ａ、ｂ、ｃには、３つの積分−ディジタル化段階
ＭＰ　１　、ＭＰ２　、ＭＰ３に亘る測定過程の間の、
積分値の時間経過ならびに相応のディジタル値の形成過
程が示されている。第４図ａは積分器の出力側２４の積
分器電圧の経過を示す。この場合、簡略化の為積分器の
動作開始の後は直線的電圧上昇線で示した。しかし実際
の電圧上昇は第２図１説明したような非定常的な経過を
とる。先に説明したｎ回の測定周期が終了すると、先ず
基準値Ｕ１に相応する合計積分値工１が得られる。次に
段階ＭＰＩの間にＡ　／　Ｄ変換のため負方向積分が行
なわれ、その際負方向積分の開始、即ち負方向積分電圧
ＵＶの印加と同時に、第４図の波形図すに示すようにカ
ウンタも作動される。積−分器電圧が負のコンノぞレー
タ基準値ＵＫに達するとカウンタの動作が終る。続いて
、第４図の波形図Ｃに示すように積分器が零にセットさ
れる。このとき第５図のスイッチＳ９が閉じる。第２の
積分−ディジタル化段階ＭＰ２の開始と共に、測定値Ｕ
２が正方向に積分され始め、同様にして合計積分値工２
が形成される。引続き行なわれる負方向積分の間、カウ
ンタが再び作動され、積分値Ｉ２に相応するディジタル
値Ｚ２が形成される。積分値工２は積分値工１より小さ
いの１、カウンタも相応に短かい時間だけ作動させられ
、その結果計数状態すなわちディ・ジタル値Ｚ２も小さ
くなる。本発明では、零値の測定の為に、更に第３の測
定段階ＭＰ３を行なう。この段階では、積分器入力側が
零電位に接続されるので、積分値Ｉ３は本来零に等しく
なる。しかし零に等しくない積分器オフセット電圧によ
って、やはシ零に等しくない積分値Ｉ３が生ずることも
ある１、しかし積分値工３をコン・ぞレータ基準値ＵＫ
に対して負方向に積分することによって簡単に、積分器
：ｔ　７　セット電圧や積分器オフセット電流等の妨害
量の総和を検出でき、ディジタル方式でこの妨害量を測
定値Ｚ２および基準値Ｚ、１がら差引くことが〒きる。

・第４図に示すように、コン・ξレータの基準電圧ＵＫ
は零に等しくなく且つ受光器Ｄ工ないしＤ２のアナログ
信号とは反対の極性をもっている。これによシ１例えデ
ィジタル化すべき合計積分値が極めて小さい場合１も、
っまシこのような場合は特に積分−ディジタル化段階Ｍ
Ｐ３に多くあるが、確実に切換側縁が得られるようにな
る。また積分−ディジタル化段階ＭＰ３では両極性の合
計積分値Ｉ３が生ずるので、コン・ξレータの基準電圧
を零にした場合、切換側線が形成されなくなる。コン・
ξレータの基準電圧を零でない値にすることによって、
それだけ計数状態Ｚｌ、Ｚ２．Ｚ３が余分に高くなる。

しかし測定結果を得る際には計数値Ｚ１と計数値Ｚ２と
から各々計数値Ｚ３を差引くの１、そ１て偏差はどの計
数値でも同じなので、この偏差は取除かれる。

第５図は本発明の有利な回路装置の原理回路図を示す。

第１図〜第４図を用いて既に詳細に説明した素子につい
ては、ここ〒はもはや説明しない。また繰シ返しを避け
るためこれらの素子の回路構成および動作についても説
明は省略した。基本的には、既述の周期および段階のク
ロック制御を行なうために、制御装置２でもってスイッ
チ８１〜ｓ９が操作される。光源ＬＥＩ）ＫスイッチＳ
１が直列接続されており、スイッチＳ１の操作によって
明−暗段階Ｈ，Ｄが制御される。受光器ＤＩ、Ｄ２には
スイッチ８２゜Ｓ３が後置接続されておシ、これらは前
述の切換スイッチ５に相当し、受光器Ｄ１またはＤ２の
いずれか一方を選択的に変供器８に接続させる。電流／
電圧変換器８は演算増幅器３ｏを備えておシ、これに高
抵抗値の抵抗２８が接続されている。増幅度のドリフト
が抵抗２８の老化と温度計数とによって起きることがあ
るが、受光器ＤＩ、、Ｄ２を前述のように切換えること
により、この種の増幅度のドリフトはｔ１埋阻止される
。つまシ本発明によれば唯一の測定−積分−ディジタル
化回路ＭＩＤのみ設けるので、両側定値Ｕｌ　、Ｕ２に
関する増幅度のドリフトも僅・か数秒の比較定短い測定
時間の間ならば実質的に同じ大きさをとるからである。

長時間に亘る変化は、測定値と基準値との間の商を形成
することによって有利に取除くことができる。変換器８
には増幅器ｌＯが後置接続されている。増幅器の出力側
はスイッチ８４〜Ｓ８を備えたスイッチ回路を介して積
分器４と接続されている。スイッチＳ４（零点スイッチ
）では１次の第３の積分−ディジタル化段階ＭＰ３の期
間中に零値Ｚ３を測定するための接地電位への切換えが
行なわれる。段階ＭＰＩ、ＭＰ２の間はスイッチＳ４は
図示の位置にある。スイッチＳ５を介して、切設階の間
に各測定値または接地電位が積１分器ヰの反転入力側１
３に加えられ、またスイッチＳ６を介して暗段階の間に
各測定値または接地電位が積分器牛の非反転入力側１３
に加えられる。その結果間段階の間は各測定値が妨害量
と共に積分され、暗段階の間は妨害量のみ積分される。

そしてこの積分された妨害量が、その極性を切換えられ
ることによって、先に得られた積分値から、極性正しく
差引かれる。スイッチ８５．８６と同期して別のスイッ
チＳ７が動作しており、このスイッチはその都度、信号
が加えられていない方の積分器入力側を接地電位に接続
する。スイッチ８８（負方向積分スイッチ）を介してＡ
　／　Ｄ変換が負方向積分の開始と共に行なわれるよう
にするために負方向積分値ＵＶが積分器に加えられる。

積分器ヰないしそのコンデンサ２６には、スイッチＳ９
が並列接続されており、このスイッチＳ９を介して、各
測定段階の始まる前に積分器４が零にセットされる。積
分器の解除のためにはスイッチＳ９が開かれる。積分器
４にはコン・ξレータ２３が、またゲート１５を介して
カウンタ□１８が後置接続されている。以上のように本
発明の装置は極めて簡単な回路構成を有していもとシわ
け、積分器４を、零点補償と平均値形成とに用い、更に
Ａ　／　Ｄ変換にも、また零値の測定にも用いることに
よって簡単な構成となっている。更に強調すべき点は、
装置に単に１つの測定−積分回路しかないことであり、
この回路が有利にはマイクロプロセッサを備えた制御装
置２によって、簡単にクロック制御されることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置のブロック
回路図、第２図ａは積分器の入力側の信号の波形を示し
第２図す、ｃは積分を制御する・ξルス波形図、第２図
ａ、ｅは積分値１１（″またはＩ２）の時間経過を説明
するだめの・ぞルス波形図、第３図は測定値のＡ／Ｄ変
換用のブロック回路図、第４図ａは積分電圧の時間経過
を示す波形図、第４図すはこれに相応するディジタル値
形成のだめのカウンタ動作を示す波形図、 第Φ′図Ｃは積分器の零セットと測定期間の関係を示す
波形図、第５図は本発明の有利な回路装置の原理回路図
である。 Ｈ・・・光源の四段階、Ｄ・・・光源の暗段階、Ｕ１゜
Ｕ２・・・測定値、ｒｌ、Ｉ２．Ｉ３・・・合計積分値
、Ｔ　Ａ　、　Ｔ　Ｂ−・・積分時間、ＴＶＡ、ＴＶＢ
・・・遅延時間、Ｄｌ、Ｄ２・・・受光器、２・・・制
御装置、３・・・試料、４・・・積分器、ＭＩＤ・・・
測定−積分器デイジタル化回路、８・・・電流／電圧変
換器、１４・・・計算機ユニット、１８・・・カウンタ
、２３・・・コンノξレータ 手続補正書（方式） 昭和５８年２月θ　日 特許庁長官殿 １、事件の表示昭和５７年特許願第１６１０６８号２、
発明の名称 測光信号の評価方法および装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、　ｖ１代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、明暗の２段階ｆクロック制御される光源と、この光
   源によ多試料を介して照射される測定受光器と、測定受
   光器に接続可能な、積分器を備えた測定−積分器デイジ
   タル化回路とが用いられ、その際光源の明段階（Ｈ）の
   少なくとも一部期間において受光器の測定信号（Ｕ２）
   が積分され、また暗段階（Ｄ）の少なくとも一部期間に
   おいて受光器の測定信号（Ｕ２）が積分され、明段階（
   Ｈ）の積分値から暗段階（Ｄ）の積分値を差引くことに
   よって測定結果が検出され、その際測定値の積分に用い
   られる積分器が積分値のディジタル変換にも用いられる
   、測光信号（〜λへの評価方法において。 測定電圧の１周期（’Ｉ’）が各々明段階（Ｈ）および
   暗段階（Ｄ）の一部期間（ＴＡないしＴＢ）を含むよう
   にし、この測定電圧周期の間に受光器の測定値を同じ積
   分器に相互に逆の極性で印加し、また明段階（Ｈ）およ
   び暗段階（Ｄ）の一部期間（ＴＡないしＴＢ）を同じ大
   きさにし、積分を測定電圧周期（Ｔ）のある整数（ｎ）
   に亘って行うことにより合計・積分値（工２）を形成し
   、その後合計積分値を同じ積分器を用いてディ、ジタル
   化することを特徴とする１、測光信号の評価方法。 ２、明段階（Ｈ）および暗段階（Ｄ）の最初、各々遅延
   時間（ＴＶＡないしＴＶＢ）の間は受光器の測定信号を
   積分しないようにし、その際遅延時間（ＴＶＡないしＴ
   ＶＢ）を同じ長さにした特許請求の範囲第１項記載の評
   価方法。 ３、電圧測定周期（Ｔ）の整数（ｎ）を１より大きくし
   た特許請求の範囲第１項記載の評価方法。 屯　光源（ＬＥＤ　）を交流電流ｆ動作させ、測定電圧
   周期（Ｔ）の周期長を、交流電流（ＴＮ）の周期長の偶
   数倍（２ｍ）とした特許請求の範囲第１項記載の評価方
   法。 ５　基準チャネルを介して光源によシ照射される基準受
   光器の信号を、測定受光器の信号と交互に切換えること
   Ｋよって同じ測定−積分回路を用いて評価し、その際基
   準信号の評価の際の積分−ディジタル化段階（Ｍ　Ｐ　
   、２）を、測定信号の評価の際の積分−ディジタル化段
   階（ＭＰＩ）と全く同じにし、ディジタル化された合計
   積分値（ｚｌ、ｚ２）から商を形成することによって測
   定結果を導出する特許請求の範囲第１項記載の評価方法
   。 ６、　測定チャネルの合計積分値（工１）および基準チ
   ャネルの合計積分値（工２）が形成される積分−ディジ
   タル化段階（Ｍ　Ｐ　ｌ、ＭＰ２）に加えて、別の積分
   −ディジタル化段階（ＭＰ３）を同様の方法１行い、そ
   の際受光器の出力信号の代シに零点信号を測定値−積分
   器ディジタル化回路に加えることによシ、零値としての
   付加的合計積分値（Ｉ３）を形成し、このルな合計積分
   値（Ｚｌ　、Ｚ２）の補正に用いる特許請求の範囲第１
   項記載の評価方法。 ７、試料（３）を照射する光源（ＬＥＤ）と、試料から
   入射した光源を受信してアナログ信号を形成する測定受
   光器（Ｄ２）と、積分器（４）を含む測定−積分器デイ
   ジタル化回路（ＭＩＤ）とを有しておシ、この回路（Ｍ
   ＩＤ）に測定受光器（Ｄ２）のアナログ信号が加えられ
   て測定され且つ積分され且つディジタル化され、更に光
   源（ＬＥＤ）用の遮断装置（Ｓｌ）を有しておシ、また
   測定受光器（Ｄ２）のアナログ信号と逆の極性の一定電
   圧（Ｕｖ）を、積分器（４）の入力側に接続する負方向
   積分スイッチ（Ｓ８）を有しており、積分器（４）の出
   力電圧を基準電圧（ＵＫ）と比較するコンパレータ（２
   ３）を有しており、更にクロック発生器とゲート回路（
   １５）とを有しておシ、このゲート回路によって、一定
   電圧（ＵＶ）が積分器（４）に加わシ且つ積分器（４）
   の出力電圧がコンパレータの基準電圧（ＵＫ）を上回っ
   ている限シ、クロック発生器の出力信号がカクンタ（１
   ８）に供給される、測光信号の評価装置において、 極性切換装置（８５，８６，８７）を測定受信機と積分
   器（４）との間に接続し、この極性切換装置によって、
   光源（ＬＥＤ）用の遮断装置（８１）と同期して、光源
   （ＬＥ’Ｄ）が投入接続されているときの受光器（Ｄ２
   ）の信号と、光源（ＬＥＤ　）が遮断されているときの
   受光器（ｐ−２）の信号とが、交互に逆の極性で積分器
   （４）に接続されるようにしたことを特徴とする、測光
   信号の評価装置。 ８、　基準受光器（ＤＩ）を設け、該受光器が切換スイ
   ッチ（８２，８３）を介して測定受光器（Ｄ２）と交互
   に同じ測定−積分器ディ、ジタル化回路（ＭＩＤ）に接
   続されるようにした特許請求の範囲第７項記載の評価装
   置。 ９、・　受光器（ＤＩ、Ｄ２）をホトダイオードとし、
   測定−積分器ディジタル化回路（ＭＩＤ）中に電流／電
   圧変換器（８）を設けた特許請求の範囲第７項または第
   ８項記載の評価装置。 １０、測定−積分器デイジタル化回路（ＭＩ　Ｄ　）に
   おいて、積分器（４）に零点スイッチ（Ｓ４）を前置接
   続し、これによシ積分器（４）の入力端が周期的に零電
   位に接続されるようにし、更に計算機ユニット（１４）
   を設け、該計算機ユニットによって、積分器（４）に零
   電位が加えられている間の測定−積分器デイ・シタ。 ル化回路（ＭＩ　Ｄ　）のディジタル出力信号が、積分
   器に受光器（Ｄｌ、Ｄ２）が接続されている間のディジ
   タル出力信号から減算されるようにした特許請求の範囲
   第７項〜第９項のいずれかに記載の評価装置。 １１、コン・ξレータ（２３）の基準電圧（ｕＫ）を零
   に等しくない値とし、測定受光器（Ｄ２）のアナログ信
   号と逆の極性にした特許請求の範囲第１Ｏ項記載の評価
   装置。 ２積分器（４）を１つだけ設け、該積分器と１つまたは
   複数の受光器（ＤＩ、Ｄ２）との間に、負方向積分スイ
   ッチ（Ｓ８）と極性切換装置（ｓ５．ｓ６．ｓ７）と、
   受光器（Ｄｌ。 Ｄ２）の切換スイッチ（５：ｓ２．ｓ３）と、零スィッ
   チ（Ｓ４）とを接続し、これらが１つの共通の制御装置
   （２）によって同期で操作されるようにした特許請求の
   範囲第７項〜第１１項のいずれかに記載の評価装置。 １３．１つの共通の制御装置（２）に、ソフトウェア１
   制御されるマイクロプロセッサを設けた特許請求の範囲
   第１２項記載の評価装置。