JPS6279332A

JPS6279332A - 光学センサ

Info

Publication number: JPS6279332A
Application number: JP21975585A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsuno; 浩一津野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-10-02
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1987-04-11

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】（産業上の利用分野）本発明は光ファイバを用いて、被測定液の光吸収特性を
直接的にかつ実時間で測定できるようにする光学センサ
に関し、特に血管内の血液の光吸収特性を実時間で測定
するに好適な光学センサに関する。

（従来技術とその欠点）生体の血管内を流れる血液中には著しく濃厚な色素ヘモ
グロビンが含有されている。このため血液の光吸収特性
、例えば吸収スペクトル、を測定しようとする場合には
吸収の生じる光路長を０．１朋前後またはそれ以下とな
るようにしないと、吸収の強い波長領域では透過光が殆
んど皆無知近い状態となるので、特別高性能の受光系を
用いない限り広い波長範囲の吸収特性を測定することは
不可能である。普通の吸収スペクトル測定においては、
このような高吸収物質を何倍かに希釈することにより測
定が可能となるが、この方法は生体血管内での直接的な
測定には適用できない。この直接的な測定では、光の吸
収をできるだけ少な（するために血液の吸収光路を極度
に短（とることが必要かつ不可欠である。

従来、光ファイバを用いて血液の光吸収特性を直接的て
測定する光学センサとして、平行に配置された送光用フ
ァイバと受光用ファイバとの先端に血液が入り込むこと
ができる微小間隙を設けた対向配置のプリズムを取付け
ることによって、極度に短い血液の吸収光路をファイバ
の先端に形成した光学センサは公知である。しかしなが
ら血液中を通過し、透過吸収または散乱を受けて戻って
（る光は、はとんど無指向性であり、特定位置に配され
た受光用ファイバでは、効率的に受光できないことがあ
る。また従来の光学センサは、対向配置のプリズムに対
し送光用ファイバと受光用ファイバとを分離して取付け
ねばならないため、ファイバの取付構成が面倒であり製
造コストが高価につく欠点がある。すなわち、この種の
光学センナに使用される送受光用ファイバ束は製作の都
合上ランダムに配置されることが多く、また実際の使用
においても互いに送光用および受光用ファイバとして兼
用されることが多いが、か〜るランダムまたは配置には
考慮を払わない配置のファイバ束をいちいち送光用ファ
イバと受光用ファイバとに分離してプリズムに取付ける
ことは面倒であり、製造コストを大巾に上昇せしめる。

この場合、送光用ファイバ束と受光用ファイバ束とをラ
ンダム配置のま〜直接プリズムに取付けたのでは、特定
光路を通った光のみが受光用ファイバに入射され受光効
率が極めて低い。また、はじめから分離した送光用ファ
イバ束および受光用ファイバ束を使用したのでは、セン
サ先端部分に一体性がな（太くなる結果となり血管内環
狭隘な場所に挿入するセンサとしては不適当である。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記従来の欠点を除去すべ（なされたもので、
このため本発明による光学センサは、測定系と被測定液
との間で測定用の光を伝送する光ファイバとして、相互
てランダムに配置されたまたは配置を考慮しない送光用
ファイバ群と受光用ファイバ群とからなる光ファイバを
使用し、該光ファイバの先端に直接プリズムを取付ける
のではなく、該光ファイバの先端に送光用ファイバ群か
らプリズムへ向う出射光およびプリズムから受光用ファ
イバ群へ向う入射光を断面内で一様に分散する該光ファ
イバと同一断面を有するガラス状透明体を設け、該ガラ
ス状透明体の先方に被測定液が侵入し得る微小間隙をお
いて互いに対向配置された一対のプリズムを設けたこと
を特徴とする。

（作用）送光用ファイバ群からガラス状透明体へ入射した光は該
ガラス状透明体の断面全体に拡がるように分散されてプ
リズムに入射される。プリズムに入射された光はプリズ
ム外面にて反射され、被測定液が侵入している微小間隙
を通った後、いずれかの対向プリズムの外面により反射
されて再びガラス状透明体に入射する。ガラス状透明体
に入射した被測定液通過後の光は再びガラス状透明体の
断面全体に拡がるように分散されて受光用ファイバ群に
より受光される。受光用ファイバ群により受光される光
は光フアイバ全断面内にで入射位置および入射角度を一
様に分散されており、したがって受光用ファイバ全体に
て平均した受光が可能である。

（実施例）以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図乃至第６図は本発明を血管内挿入用光学センサと
して具体化せる一実施例を示す図である。

図において、１は送光用ファイバ群及び受光用ファイバ
群からなる光ファイバ、２は光ファイバ１の先端に取付
けられ該光ファイバ１から後述するプリズムへの入射光
および該プリズムから光ファイバ１への入射光を断面内
で一様に拡散するためのガラス状透明体、６．６は該ガ
ラス状透明体２の先端にて該透明体と一体形成されかつ
微小間隙４をもって互いに対向配置せしめられた一対の
４５°プリズムであり、該プリズム３．６の外側面は互
いに９０°をなして反射面となっている。上記光ファイ
バ１は測定光の入出射部を除き、第６図に示すように、
送光用ファイバ群１ａと受光用ファイバ群１ｂとが断面
内にてランダムに配置されて一体化されたファイバ束よ
りなる。また５は上記一対のプリズム６．３間の微小間
隙４内に入り込んだ被測定血液、６は光ファイバ１およ
びガラス状透明体２を被覆および支持するステンレス等
よりなるスリーブである。上記微小間隙４内を満してい
る血液５により測定のための極めて短い吸収光路が形成
されることになる。この被測定血液５は血管内の血液流
のために微小間隙４外の血液と自然に交換可能である。

なお、ガラス状透明体２の外面には反射体が蒸着されて
おり、該反射体の外側をさらにシリコン樹脂で被覆しで
ある。また、プリズム部分を除（ガラス状透明体２の軸
方向長さＬは、セ治序需唸〒→次式ｆｉｌで示される長
さとすることが望ましい（第７図参照）。

ＮＡＬ　＝　Ｄｃｏｔ　（ｓｉｎ”−）…曲−−−−−−−
−（１）但し、　Ｄ：光ファイバの直径ＮＡ：光ファイバの開口数ｎニガラス状透明体の屈折率しかして、光源から送光用ファイバ束に光を入射すると
１．この光は、図示破線で示す如く、透明体２を通って
対向プリズム６．６の一方の反射面で反射される。反射
された光は微小間隙４内の血＃５中を透過し、散乱を受
は対向プリズムのいずれかに入射してその反射面にて反
射され、再び透明体２を通って受光用ファイバ束に入射
し受光系へ伝送される。このとき、送光用ファイバ群１
ａよりガラス状透明体２へ入射される光およびプリズム
６からガラス状透明体２へ入射される光は、第８図に示
すごと（、ガラス状透明体２の断面内で一様に拡がるよ
うに分散されるので、ガラス状透明体２より受光用ファ
イバ群１ｂへ入射される光の入射位置および入射角度は
その配置に拘らず光ファイバ１の断面内で一様化され、
受光用ファイバ全体で均一に受光することができる。し
たがって従来のよう知特定の光線通路を通ったもののみ
を受光するセンナに比べて受光効率、センサの安定性（
センサ間の感度のバラツキが小さい性質）を大巾に向上
させることができる。この光は血液中を透過または散乱
しているために、被測定液体である血液の吸収特性に関
する情報を含んでいる。

従って、この光を受光系で分光分析することにより被測
定血液の吸収特性を直接的にかつ実時間で測定できるこ
とになる。このことは生体の血液の吸収特性を測定する
際に、最も必要とされる要件を満たすことを意味する。

第９図および第１０図はそれぞれ本発明による血管内挿
入用センサの他の実施例を示すもので、これら実施例の
ものは対向プリズム６．６の形態かや〜異なるだけで他
の構成は先の実施例のものと全く同一である。

第１１図乃至第１５図は、本発明による血管内挿入用セ
ンサの更に他の実施例を示すもので、先の実施例と同一
符号は同一要素を示す。該実施例のものは対向プリズム
６．６を透明体２と別個Ｉ；影形成てこれをスリーブ６
の先端より伸びる一対の突出片７．７により支持したも
ので、これにより対向プリズム３．６と透明体２との間
に更に所望厚さの被測定血液５が侵入可能な微小離間距
離８を形成したものである。該微小離間距離８は上記対
向プリズム間の微小間隙４よりは太き（、従って被測定
血液５の光路長をより大きくとることができ、これによ
って吸収特性の感度を高めることができると共に被測定
液が薄い場合にも有効な測定が可能となる。

（発明の効果）本発明の効果としては、血液の濃厚さのために光の散乱
吸収が多すぎて希釈しない限り吸収特性を測定できなか
った血液においても希釈せずに測定できるので生体の血
液の吸収特性の直接的測定が可能なこと、センサ内血液
とセンサ外の血液とが交換できるようなセンサ構造であ
るので実際に変化しつつある血液の吸収特性を実時間測
定できること、測定光を伝送する光ファイバとして送光
用ファイバ群と受光用ファイバ群とがランダムに配置さ
れたまたは配置を考慮しない光ファイバをそのま〜使用
できるようにしたのでセンサの製造が容易で安価に提供
できること、送光用ファイバ群と受光用ファイバ群とが
一体化された光ファイバを使用するので血管内環狭隘な
場所に挿入するセンサとして構成することができること
、およびガラス状透明体により光ファイバの断面全体に
て均一に受光できるようにしたので受光効率センサの感
度安定性を大巾に向上させることができる等の利点があ
る。

本発明の応用分野としては、生体血管内の血液について
の測定の他に、生体内のリンパ液、胃液等についての測
定、更には工業排水の監視等広い分野がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は同上面図
、第３図は同正面図、第４図は同側面図、第５図は第４
図のＡ−Ａ線に沿う断面図で血液と共に示す図、第６図
は本発明センサに使用される光ファイバの送受光ファイ
バの配列例を示す断面図、第７図はガラス状透明体の長
さと直径等との関係を示す図、第８図は本発明の要部拡
大断面図、第９および第１０図はそれぞれ本発明の他の
実施例の斜視図、第１１図は本発明の更に他の実施例の
斜視図、第１２図は同上面図、第１６図は同正面図、第
１４図は同側面図、第１５図は第１４図の線１３−　Ｂ
　Ｋ　Ｇ　５断面図で血液と共に示す図である。１・・・光ファイバ、　２・・・ガラス状透明体、３・
・・プリズム、　４・・・微小間隙、　５・・・血液、
８・・・微小離間距離。特許出臥　住友電気工業株式会社（外５名）第１図一第９図　　　第１０図第１１図Ｂ＝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）測定系と被測定液との間で測定用の光を伝送する
光ファイバの先方に被測定液が侵入し得る微小間隙をお
いて互いに対向配置された一対のプリズムを設けた光学
センサにおいて、前記光ファイバとして相互にランダム
に配置されたまたは配置を考慮しない送光用ファイバ群
と受光用ファイバ群とからなる光ファイバを使用し、該
光ファイバの先端に前記送光用ファイバ群から前記プリ
ズムへ向う出射光および該プリズムから前記受光用ファ
イバ群へ向う入射光を断面内で一様に分散する該光ファ
イバとほゞ同一断面のガラス状透明体を設け、該ガラス
状透明体の先方に前記プリズムを設けたことを特徴とす
る光学センサ。
（２）特許請求の範囲第１項の光学センサにおいて、前
記一対のプリズムが前記ガラス状透明体と一体に形成さ
れていることを特徴とする光学センサ。
（３）特許請求の範囲第２項の光学センサにおいて、前
記ガラス状透明体の軸方向長さＬがほゞＬ＝Ｄｃｏｔ（
ｓｉｎ＾−＾１ＮＡ／ｎ）但し、Ｄ：光ファイバの直径ＮＡ：光ファイバの開口数ｎ：ガラス状透明体の屈折率であることを特徴とする光学センサ。
（４）特許請求の範囲第１項の光学センサにおいて、前
記一対のプリズムが前記ガラス状透明体に対し微小離間
距離をもつて対向配置せしめられ、前記微小間隙と微小
離間距離内に被測定液が侵入可能としたことを特徴とす
る光学センサ。
（５）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかによ
る光学センサであつて、前記ガラス状透明体の外面に反
射体を蒸着してあることを特徴とする光学センサ。
（６）特許請求の範囲第５項の光学センサであつて、前
記反射体の外面にシリコン樹脂を被覆してあることを特
徴とする光学センサ。
（７）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかによ
る光学センサにおいて、当該センサが血管内挿入用光学
センサよりなり、前記微小間隙又は該微小間隙および微
小離間距離内に血液が交換可能に侵入できるようにした
ことを特徴とする光学センサ。