JP2015108508A - Non-destructive measurement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体を破壊せず、その内部の特性値およびその分布等を測定するための装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for measuring an internal characteristic value and distribution thereof without destroying a subject.
被検体たとえば青果物を破壊せずその特性を測定する装置としては、青果物に透過させた光を受光し、青果物内部において吸収された吸光度を測定する光透過型の測定装置があった(特許文献1および2参照)。上記光透過型の測定装置は、投光部と受光部とが青果物を中心に相反する側に対向して設けられるため、装置全体を固定化しなければならず、容易に移動するものではなかった。そこで、上記測定装置は専ら青果市場などにおいてコンベア上を搬送する青果物について使用されていた。 As an apparatus for measuring characteristics of an object such as fruit and vegetables without destroying the object, there is a light transmission type measuring apparatus that receives light transmitted through the fruit and vegetables and measures the absorbance absorbed in the fruit and vegetables (Patent Document 1). And 2). In the light transmission type measuring device, since the light projecting unit and the light receiving unit are provided opposite to the opposite sides centering on the fruits and vegetables, the entire device has to be fixed and does not move easily. . Therefore, the measuring apparatus has been used exclusively for fruits and vegetables that are transported on a conveyor in the fruits and vegetables market.
これに対し、青果物の測定装置を移動可能にするため、投光部と受光部が近接するように配置され、青果物表面で反射した反射光を受光する光反射型または青果物内部で拡散した後に放出される拡散光を受光する光拡散型の測定装置が開発されていた(特許文献3または4参照)。この種の測定装置は、投射光源にLEDを使用し、このLEDにより所定波長の近赤外線を照射し、当該波長の反射率または透過率等から測定すべき特性(例えば糖度や熟度)を演算するものであった。なお、青果物から放出される透過光の光量を測定し、当該青果物の特性を判断するための方法としては、測定対象となる青果物について、実測値と測定値(吸光度計測値)との相関関係に基づく検量線を予め用意し、反射光または拡散光の測定値を当該検量線と比較することにより、青果物の特性(評価量)を算出するようにしていた(特許文献5参照)。
On the other hand, in order to make the fruit and vegetable measuring device movable, the light projecting part and the light receiving part are arranged so as to be close to each other, and the light reflected from the surface of the fruit and vegetables is received or diffused inside the fruit and emitted. A light diffusion type measuring device for receiving diffused light that has been developed has been developed (see
ところが、上記に示した光反射型または光拡散型の青果物測定装置では、青果物に照射する光源を特定波長とするものであるため、測定すべき青果物の特性に応じて照射される光の波長を特定していた。従って、糖度と熟度を同時に測定する場合には、異なる波長の光を数回に分けて照射し、それを順次受光しなければならず、測定に時間がかかることとなっていた。特に、多数の異なる波長の反射光または拡散光を測定することは光源の数および測定の回数を著しく増加させることとなり、装置の大型化および測定時間の長期化を招来することとなっていた。 However, in the above-described light reflection type or light diffusion type fruit and vegetable measuring apparatus, the light source that irradiates the fruit and vegetable is set to a specific wavelength, so the wavelength of the light that is irradiated according to the characteristics of the fruit and vegetable to be measured is changed. It was specified. Therefore, when measuring the sugar content and the maturity at the same time, it is necessary to irradiate light of different wavelengths in several times and sequentially receive the light, which takes time. In particular, measuring a large number of reflected light or diffused light with different wavelengths significantly increases the number of light sources and the number of times of measurement, leading to an increase in the size of the apparatus and an increase in measurement time.
上記問題点を解決するためには、照射光の波長を特定せず、反射光、拡散光または透過光を分光器によって分光し、特定波長の光について測定することが考えられるものの、分光器が高価であることから測定装置全体の価格が高騰することとなっていた。そこで、本願の発明者らは、複数の光ファイバによって構成され、前記受光部で検出した拡散光を前記各光学フィルタに伝送する複数の光伝送ケーブルと、該光伝送ケーブルの各末端を包囲しつつ該末端を前記各光学フィルタの近傍に保持するケーブル支持部複数範囲の波長の光を同時に測定し得る青果物の非破壊測定装置を考案した(特許文献6)。 In order to solve the above problems, it is possible to measure the light of a specific wavelength by spectroscopically analyzing reflected light, diffused light or transmitted light without specifying the wavelength of the irradiated light. Due to the high price, the price of the entire measuring device has increased. Therefore, the inventors of the present application enclose a plurality of optical transmission cables configured by a plurality of optical fibers and transmitting diffused light detected by the light receiving unit to the respective optical filters, and respective ends of the optical transmission cables. Meanwhile, a non-destructive measuring apparatus for fruits and vegetables was devised that can simultaneously measure light in a plurality of ranges of wavelengths of the cable support section that holds the end in the vicinity of each optical filter (Patent Document 6).
また、人間や生物の皮膚組織における生体成分濃度を定量分析する方法および装置が開発され(特許文献7参照)、生体成分としては、グルコース、血糖値、組織水分量、中性脂肪、コレステロール、糖化ヘモグロビン(HbA1c)、フルクトサミン、アルブミン、グロブリン、尿酸等が例示されている。そこで、被検体を肉や魚とする場合には、これらの生体成分濃度の定量測定を可能とし得るものであった。 In addition, a method and apparatus for quantitatively analyzing the concentration of biological components in human or living skin tissue has been developed (see Patent Document 7), and as biological components, glucose, blood sugar level, tissue water content, neutral fat, cholesterol, glycation Hemoglobin (HbA1c), fructosamine, albumin, globulin, uric acid and the like are exemplified. Therefore, when the subject is meat or fish, it is possible to quantitatively measure the concentrations of these biological components.
他方、被検体の内部の特性分布を測定する装置としては、発光素子(発光ダイオード)と受光素子(フォトセンサ)を対としたユニットをマトリックス状に配置して生体内の周辺部と異なった部分を検出する装置があった(特許文献8参照)。この装置は、発光素子を駆動する周期性の入力信号と、受光素子から取り出される周期性の出力信号との間の位相差により、周波数偏差の2次元分布から生体の物質測定を検査するものであった。 On the other hand, as a device for measuring the characteristic distribution inside the subject, a unit different from the peripheral part in the living body is arranged in a matrix form with a pair of light emitting elements (light emitting diodes) and light receiving elements (photosensors). There has been a device for detecting (see Patent Document 8). This device examines biological material measurement from a two-dimensional distribution of frequency deviations based on the phase difference between a periodic input signal for driving a light emitting element and a periodic output signal taken from a light receiving element. there were.
さらに、小型の非破壊測定装置としては、小型パッケージ分光センサユニットが開発されており(特許文献9参照)、この装置は、光ファイバ束、光拡散体および連続可変干渉フィルタと光電変換素子を組み合わせた構成の装置であった。 Furthermore, as a small non-destructive measuring device, a small package spectroscopic sensor unit has been developed (see Patent Document 9), which combines an optical fiber bundle, a light diffuser, a continuous variable interference filter, and a photoelectric conversion element. It was a device of the configuration.
前記の特許文献6に記載の技術は、本願発明者らが開発した装置であるが、複数の光伝送ケーブルが多数の光ファイバより構成されてなり、均一に精度よく分岐するためには手間がかかるとともに、装置ごとの形状が安定しないことから、大量生産に不向きなものとなるため、装置全体が高価にならざるを得なかった。また、上記装置は十分に小型であったが、さらに薄型化・小型化することが望まれていた。
The technique described in
前記の特許文献7に記載される技術は、受発光プローブと受光後の光を分光する回折格子ユニットが必要であり、この回折格子ユニットに加えて受光素子ユニットおよび演算ユニットが前記受発光プローブとは別に用意しなければならず、装置全体を小型化するのは困難であった。
The technique described in
また、上記に示した二つの技術では、被検体の生体成分濃度分布を測定することは困難であり、前記の特許文献8に記載の技術では、発光素子を駆動する周期性の入力信号と、受光素子から取り出される周期性の出力信号との間の位相差により、当該周波数の変化を生体組織の物質特性に変換する構成であることから、解像度が非常に低く適度に正確な分布を測定するのは困難であった。さらに、特許文献9に記載の技術は、小型パッケージ分光センサユニットであるとしつつも、光ファイバ光拡散体連続可変干渉フィルタと光電変換素子を組み合わせ、光ファイバ束、光拡散体、連続可変干渉フィルタの各光路を一致させるため、装置が大きくかつ高価な部品を使用していることから安価に生産することができず、また、必要とする波長の調整および特定が難しいという問題点があった。
In addition, it is difficult to measure the biological component concentration distribution of the subject with the two techniques described above. With the technique described in
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、小型または薄型にしつつ被検体の生体成分濃度を測定し得る非破壊測定装置を提供するとともに、被検体の生体成分濃度分布をも測定し得る非破壊測定装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned various points. The object of the present invention is to provide a non-destructive measurement apparatus capable of measuring the concentration of a biological component of a subject while reducing the size or thickness of the subject. It is to provide a nondestructive measuring device capable of measuring a biological component concentration distribution.
そこで、本発明は、測定対象の被検体に光を照射する発光部と、該被検体から放出される反射光、拡散光または透過光を受光する受光部と、受光部により受光した光から特定の光学特性の光を透過させる複数の光学フィルタと、受光部により受光した光を前記複数の光学フィルタに導く一体に形成された光導波路と、前記各光学フィルタを通過した特定の光学特性の光を検出する受光素子と、検出した反射光、拡散光または透過光により検量線から被検体の評価量を演算する処理手段とを備えたことを特徴とするものである。 Therefore, the present invention specifies from a light emitting unit that irradiates light to a subject to be measured, a light receiving unit that receives reflected light, diffused light, or transmitted light emitted from the subject, and light received by the light receiving unit. A plurality of optical filters that transmit light having the optical characteristics, an integrally formed optical waveguide that guides light received by the light receiving unit to the plurality of optical filters, and light having specific optical characteristics that has passed through the optical filters. And a processing means for calculating the evaluation amount of the subject from the calibration curve using the detected reflected light, diffused light or transmitted light.
上記のような構成であれば、受光部により受光した光を一体的に形成された導波路が光学フィルタまで導くことができ、高価な光ファイバを使用する必要がなくなる。そして、複数の光学フィルタまでの範囲において、ほぼ同程度の光量を均等に導くことにより、各光学フィルタにより特定の光学特性の光を受光素子によって検出させることができ、それぞれの光学特性における光の強度を測定することができる。 With the above configuration, the waveguide formed integrally with the light received by the light receiving unit can be guided to the optical filter, and it is not necessary to use an expensive optical fiber. In the range up to a plurality of optical filters, light of approximately the same degree is uniformly guided, so that each optical filter can detect light of a specific optical characteristic by the light receiving element, and light of each optical characteristic can be detected. The intensity can be measured.
本発明によれば、一体的に形成された光導波路によって、受光部から光学フィルタまでの範囲を短く構成することができ、非破壊測定装置を小型または薄型にしつつ被検体の生体成分濃度を測定することができる。また、光学フィルタは複数設けられ、その数に応じた光の強度の分布を測定することが可能となることから、当該光の強度の測定により被検体の生体成分濃度分布を測定することができる。 According to the present invention, the range from the light receiving unit to the optical filter can be shortened by the integrally formed optical waveguide, and the biological component concentration of the subject can be measured while making the nondestructive measurement apparatus small or thin. can do. In addition, since a plurality of optical filters are provided and the light intensity distribution corresponding to the number of the optical filters can be measured, the biological component concentration distribution of the subject can be measured by measuring the light intensity. .
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態の概略を示す図である。図1(a)および(b)に示すように、本実施形態は、概ね被検体測定部1と、電源ユニット部2とで構成されている。電源ユニット部2の内部には、図示せぬ電源および測定状態を報知するための報知装置が内蔵されており、その側部に設けた電源スイッチ21および測定スイッチ22の操作により、電源のON/OFFおよび測定の開始/中止を行うことができるものである。電源としては、乾電池を収納させてもよいが、バッテリ式の電源を内蔵させてもよい。また、報知装置は、測定開始および測定完了等を報知するための電子音発生装置であって、発振回路とスピーカとで構成されている。この報知装置は、後述の表示部において光学的に表示させるものであってもよく、敢えて設けない構成としてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the first embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1A and 1B, the present embodiment is generally composed of a
被検体測定部1は、片方の表面11には、測定状態および測定結果を表示するための表示部3が設けられており(図1(a)参照)、測定対象となる被検体の種類を表示するとともに、後述する処理装置により処理された結果を表示する。他方の表面12には、測定窓4が設けられ(図1(b)参照)、後述の発光部から放出される光を被検体に照射するとともに、被検体から放出される反射光または拡散光を受光することができる。この測定窓には、発光被検体の表面に接触するための円環状の接触部41が設けられ、この接触部41の円環内部を通過する反射光または拡散光を取得して測定するように構成されている。なお、この接触部41は、被検体と柔軟に接触できるように、変形容易な柔軟な素材で構成されている。上記の測定窓4は、内蔵される発光部の光を透過し、また、被検体によって反射または拡散した光を受光することができるように、透明な材料で構成されている。この測定窓4を介して、発光部7および光導波路8が近接した位置に内蔵されている(図1(c)参照)。
The
上記被検体測定部1の内部を図2に示す。この図は、図1(b)のII−IIにおける断面を概略示す図である。この図に示すように、被検体測定部1の表示部3は、薄肉の板状部材31と表示装置32とで構成され、その近傍には、処理手段として機能する処理装置5が配置されている。この処理装置5には、記憶部と演算部とを備えており、記憶部には測定すべき被検体の種類および測定するべき成分に応じて、それぞれ参照すべき複数の検量線情報が記憶されており、演算部では、処理装置5の近傍に配置される基板6からの信号の入力を受け、前記記憶部に記憶されている被検体ごとの検量線情報と、入力値とを比較・演算し、被検体の生体成分を分析するものである。その演算結果は、適宜な信号に変換して表示装置32に出力するものである。上記基板6には、受光素子として機能するフォトセンサ61がマウントされ、または基板6の表面上に形成されており、受光した光の強度を測定することができるものである。
The inside of the
また、被検体測定部1の内部には、発光部として機能する発光素子7が内蔵されており、この発光素子7の光は測定窓4を介して外方に放出されるものである。ここで、図示の発光素子7は、広い発光波長特性を有するタングステンハロゲンランプを示しているが、後述するように、LED等の他の発光素子を使用することができる。また、測定窓4は透明なガラスまたはアクリル等の樹脂によって設けられている。
A light-emitting
上記の発光素子7の近傍には光導波路8が設置さている。光導波路8は、測定窓4の一部から受光する光を前記フォトセンサ61まで導くためのものであり、両者の間に配置されている。測定窓4の一部は前記接触部41によって測定窓4の他の部分と区別され、受光部42として機能させている。受光部42は、被検体Fから放出される反射光または拡散光(以下、まとめて「入力光」と称する場合があり、「入力光」には透過光を含む場合がある。)を内部に入射させるため、透明なガラスまたはアクリル等の樹脂によって設けられている。また、光導波路8は、発光素子7から放出された光が直接光導波路8に侵入しないように、光導波路8の周辺は隔壁9によって包囲されている。また、光導波路8には被検体Fから放出される入力光に限定して入射を許容するため、光導波路8の片方端面81は、前記受光部42に対向するように配置され、当該端面81と受光部42との間隙部分についても隔壁9によって遮光されている。光導波路8の他方端面はフォトセンサ61に対向させているが、特定の光学的特性を示す光を検出させるために、光学フィルタ62を介在させている。光導波路8によって誘導された光に限定してフォトセンサ61が検出できるように、当該フォトセンサ61および光学フィルタ61は遮光壁63で包囲している。なお、接触部41は、被検体Fの表面に直接接触する部材であるため、柔軟な緩衝部材によって構成されており、被検体Fに対して強く押し付けられる際には変形可能になっている。また、接触する端部から外部光が入射しないように、円環(パラボラ)状に設けられている。
An
ここで、本実施形態が予定する成分測定としては、被検体Fとして、果物、野菜等としてはリンゴ、柿、イチゴ、マンゴ、トマト、白菜、キャベツ、ほうれん草等が挙げられ、これらの糖度、熟度(または硬度)、リコピン、その他特性の値を測定することを目的とし、また豚肉、牛肉、魚肉については脂肪、アミノ酸、その他のタンパク質、デンプン量、酸度、グルコース量等を測定することも目的としている。さらには、生体(人体等)におけるグルコース量、血糖値等の測定が可能であり、前記各特性についての分布状態をも測定することができる。 Here, as the component measurement scheduled in the present embodiment, the subject F, the fruits, vegetables, etc. include apples, strawberries, strawberries, mango, tomatoes, Chinese cabbage, cabbage, spinach, etc. The purpose is to measure the value of degree (or hardness), lycopene, and other characteristics. For pork, beef and fish, the purpose is to measure fat, amino acids, other proteins, starch content, acidity, glucose content, etc. It is said. Furthermore, it is possible to measure the amount of glucose, blood sugar level, etc. in a living body (human body, etc.), and the distribution state of each of the above characteristics can also be measured.
前記発光素子は、代表例としてはタングステンハロゲンランプや発光ダイオード(LED)である。ハロゲンランプでは波長400nm付近の光から波長3500nm付近の光まで安定して使用できる。また、発光ダイオードを発光素子として使用する場合は各発光ダイオード固有な発光波長を有するものを複数選択し組み合わせて使用する。測定に必要な波長の数だけの発光ダイオードを用意する。メロンの糖度を測定する場合の検出波長は中心波長約590nm、720nm、734nm、742nm、750nm、766nm、810nm、830nm、838nm、958nm、910nm、926nm、1030nm等の中から適宜選択組み合わせて使用できる。また、被検体が肉、魚、人間等の生体においては、検出波長は中心波長約800nm、830nm、930nm、970nm、1020nm、1188nm、1215nm、1628nm、1670nm、1722nm、1728nm等の中から適宜選択組み合わせて使用できる。 The light emitting element is typically a tungsten halogen lamp or a light emitting diode (LED). The halogen lamp can be used stably from light having a wavelength of about 400 nm to light having a wavelength of about 3500 nm. In addition, when a light emitting diode is used as a light emitting element, a plurality of light emitting diodes having a light emission wavelength specific to each light emitting diode are selected and used in combination. Prepare as many light-emitting diodes as the number of wavelengths required for measurement. When the sugar content of melon is measured, a detection wavelength can be appropriately selected and combined from center wavelengths of about 590 nm, 720 nm, 734 nm, 742 nm, 750 nm, 766 nm, 810 nm, 830 nm, 838 nm, 958 nm, 910 nm, 926 nm, and 1030 nm. In addition, when the subject is a living body such as meat, fish, or human, the detection wavelength is appropriately selected from the center wavelengths of about 800 nm, 830 nm, 930 nm, 970 nm, 1020 nm, 1188 nm, 1215 nm, 1628 nm, 1670 nm, 1722 nm, and 1728 nm. Can be used.
受光素子としてフォトセンサを使用するが、このフォトセンサには、トランジスタ、フォトダイオード、フォトICなどが用いられ、これらの中から適宜選択して使用することができる。また、フォトダイオードを使用する場合に、測定する波長に応じて異なる種類のフォトダイオードを選択することができる。例えば検出波長が400nm〜1100nmではSi(シリコン)フォトダイオードを、検出波長が1000nm〜1600nmではGe(ゲルマニウム)やInGaAs(インジウム−ガリウム−砒素)フォトダイオードを選択し、それらを組み合わせて使用することができる。 A photosensor is used as the light receiving element. As the photosensor, a transistor, a photodiode, a photo IC, or the like is used, and can be appropriately selected from these. In addition, when using a photodiode, different types of photodiodes can be selected depending on the wavelength to be measured. For example, Si (silicon) photodiodes are selected when the detection wavelength is 400 nm to 1100 nm, and Ge (germanium) or InGaAs (indium-gallium-arsenide) photodiodes are selected and used in combination when the detection wavelength is 1000 nm to 1600 nm. it can.
また、受光素子61が設けられる部分には、ペルチエ素子などを当該受光素子61の底辺部、周辺部に配置し所定の温度に保持することによりさらに精度を向上することができる。さらに発光素子として発光ダイオード等使用する場合も発光素子の底辺部、周辺部に配置し所定の温度に保持することに発光光度、発光波長安定化によりさらに検出精度を向上することができる。
Further, in a portion where the
次に、光導波路8について詳述する。本実施形態の光導波路8は、図3に示すように、導入部80aと分岐部80bとで構成されている。導入部80aは概略円柱状に形成され、分岐部80bは当該導入部80aから複数に分岐し、概略四角柱状に形成されている。これらの導入部80aおよび分岐部80bは、一体的に構成されており、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネ−ト、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニール等のプラスチック材料を使用することができる。こられの材質は、発光素子7または入力光の光波長に応じて適宜設定することができる。その形成方法は金型によるモールド成形、射出成形、刀具、レーザー光による切削、さらには分岐部の接着等を用いることで形成できる。
Next, the
光導波路8の片方端面(受光部側端面)81は、膨出させて凸レンズ状としており、入力光を集光可能にしている。この端面形状は、入力光が強力な状況下にように集光の必要がない場合には、平坦な端面形状としてもよい。また、他端(光学フィルタ側端面)82は平坦な端面であり、光学フィルタ62の表面に近接(または当接)する状態で入力光を放出できるようにしている。そして、この光学フィルタ62の背面側に基板6が配置され、前記受光素子(フォトダイオード等)61が設けられている。従って、光学フィルタ62によって検出する波長に対応した光を受光素子(フォトダイオード等)61によって検知可能にしている。この図においては、9個の異なった波長に対応した光学フィルタ62をもった受光素子が縦横3×3に配列しているが、この光学フィルタ62と受光素子61の個数は9個である必要はなく測定対象により異なる。
One end surface (light-receiving-unit-side end surface) 81 of the
光導波路8の分岐部80bは、前述のとおり、導入部80aから入射した入力光を複数の光学フィルタ62のそれぞれに入力光を誘導するためのものであるが、各光学フィルタに対し、ほぼ同程度の光量を誘導するために、分岐部80bによって分岐された各枝(分岐導波路)の大きさ(断面積)を適宜調整することができる。大きさ(断面積)の調整とは、導入部80aの中心(軸心)付近の光量が強く、周辺部が弱くなる場合に、周辺部に合わせて中心付近の光量を制限することを意味する。例えば、図示のように、正方形のマトリックス状に配置した3×3の9個の光学フィルタ62は、4つの角部に位置するものが導入部80aの中心(軸心)から最も離れており、正方形の中央に位置するものが導入部80aの中心(軸心)線上にあり最も近い。そこで、これらに対して入力光を誘導する分岐部80bの各端面82は各光学フィルタ62の位置に分岐して配置されることから、中央に位置する光学センサに誘導できる入力光の光量よりも、周辺に位置する光学センサに誘導できる入力光の光量が弱くなる場合があり得る。従って、中央に位置する光学センサに誘導する部分における分岐導波路の断面積を小さくすることによって、その光量を抑えるようにするのである。ただし、このような光量の調整は必須ではなく、予め得られる光量の際を把握し、その光量差に応じて、フォトセンサ等から得られる入力光のデータを適宜処理することにより、異なる位置における光量の変化を是正することは可能である。
As described above, the
ここで、光学フィルタ62は、被検体の測定に必要な個数(例えば、図示の場合は9個)が配置され、それぞれが異なる波長の光を透過できるものが使用される。従って、例えば前掲のように9個の光学フィフィルタ62を使用すれば、9種類の波長の光を得ることができ、波長700nm付近の光から波長1000nm付近の光を計測することを想定した場合において、その範囲内において所望波長の9種類の光を得ることができる。これにより、分光器を用いて分光する場合と同様の効果を得ることができるのである。
Here, the number of
なお、上述した9種類は一例であり、この数は増減することができる。また、9種類の異なる波長の光を検知する場合であっても、被検体の特性を演算する際には、必要とすべき数種類の光の測定値のみを選択して使用することができる。さらに、光学フィルタ62により透過できる光は、中心波長から所定の波長幅を有することがあるが、上記の所望波長の光とは、中心波長を意味するものである。そして、本実施形態の光学フィルタは、中心波長の前後約5nmの範囲の波長の光を透過するものが使用されているが、この中心波長前後の波長幅はこれに限定されるものではない。
Note that the nine types described above are examples, and this number can be increased or decreased. Further, even when detecting light of nine different wavelengths, when calculating the characteristics of the subject, it is possible to select and use only several types of measured light values that should be necessary. Further, the light that can be transmitted by the
また、光導波路8は、前記のように、縦横3×3に配列した9個の光学フィルタ62に対して光を誘導する場合に限定されるものではない。その変形例を図4に示す。この図に示すように、光導波路8の基本的な構成は前述と同様であるが、分岐部80bが一列に分岐させている。この数は3個を例示したが、当然、その数を増減することができる。このような配置は、光学フィルタ62を有するフォトセンサ61の配置に対応するように適宜変更することができるのである。
Moreover, the
さらに、図5に示すように、光導波路8の受光部およびフィルタと対向する端面を除いて光漏れ防止層83を設けることもできる。この場合、光漏れ防止層83としては金属薄膜、屈折率の低いプラスチック樹脂、塗装膜、微粒子金属を含んだ塗装膜を用いることができる。金属薄膜は、反射層として働きAl(アルミニウム)、Ni(ニッケル)、Ag(銀)、Au(金)、Ti(チタン)、Cu(銅)等、およびこれらの積層膜、合金膜を利用することができる。その形成法としては、例えばAl薄膜は蒸着法、スパッタリング法により形成させることができ、Ni薄膜は無電解Niメッキ法、Ag薄膜は銀鏡反応で形成することができる。この金属薄膜層の厚さは10nm〜2μmであれば十分であり、本実施形態においては、0.1μmで形成している。また光導波路の受光部および光学フィルタと対向する端面部に金属薄膜を形成しないようにするには蒸着等の前に、当該部分にマスキングテープ等の部材の貼り付け、他の方法としてはスクリーン印刷等の印刷手法を用いマスキング材の形成を行って蒸着後にマスキングテープ、マスキング材等を除去すればよい。また、全面に金属層を形成し、いわゆる半導体プロセスで用いられるレジストを用いたホトリソグラフィ・エッチング手法により所定の領域の金属薄膜を除去することができる。このほかの光漏れ防止層83としては、いわゆる全反射を利用した構成として、光導波路の周囲に形成した屈折率の低いプラスチック樹脂層を形成されるものが想定できる。これらの周囲には、さらに強度の高い樹脂膜をコーティングすることにより取り扱いは容易になる。
Furthermore, as shown in FIG. 5, a light
本実施形態は、上記のような構成であるから、発光素子7により被検体Fに照射された光は、反射光または拡散光として受光部42から被検体測定部1の内部に入射され、受光部42を介して入射された入力光は、光導波路8の内部を通過して光学フィルタ62に誘導されることとなる。この光学フィルタ62により、特定波長の光を通過させたのち、受光素子(フォトセンサ)61によって検知され、その光の状態が演算処理されることとなる。このように、光導波路8が一体的に構成されることによって、小型の光導波路8によって受光部42から光学フィルタ62までの間に、入力光を誘導させることができ、装置全体を小型にすることが可能となる。また、入力光は、光導波路8を通過する途中において分岐されることから、必要な数の光学フィルタ62に対して適宜分岐させつつ光を誘導させることができる。
Since the present embodiment is configured as described above, the light irradiated to the subject F by the
次に、光導波路8の変形例ならびに受光素子61および光学フィルタ62の変形例について説明する。前述の実施形態においては、光導波路8は、導入部80aおよび分岐部80bに区分して構成したが、分岐部80aを形成しない形態としてもよい。この形態を図6に示す。図6(a)に示すように、光導波路8が分岐しない構成の場合には、受光素子61および光学フィルタ62は、接近して(隣接して)配置することが可能となる。従って、この形態においては、例えば9個の受光フィルタと9個の受光素子を一体に構成され受光素子モジュールを形成することによることが可能となる。なお、上記形態においても、図6(b)に示すように、光導波路8の受光部およびフィルタと対向する端面を除いて光漏れ防止層83を設けることもできる。光漏れ防止層83の形成は前述と同様である。
Next, modified examples of the
上記のような受光素子モジュールは、図6(c)に示すように、複数の受光素子61および光学フィルタ62が分離せずに一体化して形成される。ここで、各光学フィルタ62を通過する前の光は、同じ入力光であることから、各光学フィルタ62の境界を明確に遮断できればよいものである。そして、このようにモジュール化することにより、一層の小型化、組み付けの単純化が達成できる。また、この構成をとることにより光導波路とモジュール化された受光フィルタ、受光素子とを簡単にかつ確実に位置決めができ精度の向上とばらつきなく一体化することが可能である。受光素子61および光学フィルタ62のモジュール化は、半導体基板にフォトセンサを形成し、さらに、その表面にフィルタ材を貼り付け、またはプリントすることにより製造することが可能である。
The light receiving element module as described above is formed by integrating a plurality of light receiving
基板上のフォトセンサは、いわゆる半導体プロセスによって、適宜な大きさ・位置に形成することが容易であり、当該フォトセンサ形成後に、フォトレジストまたはマスキング等により、必要なフォトセンサのみに対して所望の波長を透過し得るフィルタを形成できる。フィルタの形成には蒸着法またはスパッタリング法によることが可能である。なお、隣接する各フォトセンサ61および光学フィルタ62の境界部分には遮光壁63を形成するために、基板にシリコンを使用する場合には絶縁層として形成可能なシリコン酸化膜を積層することによることも可能である。さらに、複数の受光素子を個別に製造し、これを二次元に適宜配置するとともに、これら隣接する受光素子同士を接着して一体化させた受光素子モジュールを形成してもよい。この場合、個々の受光素子は、前記の半導体プロセスによってフォトセンサを形成することができ、また、各受光素子の端縁に反射防止膜を設けることにより、受光素子相互間の光の侵入を防止することができる。反射防止膜は、例えば、光の反射を防止する性質を有する液体(反射防止液など)に端縁を浸すことにより、容易に形成することができる。このように、上記手法によっても、図6(c)に示される前記受光素子モジュールと同様の構成とすることが可能である。
The photosensor on the substrate can be easily formed in an appropriate size and position by a so-called semiconductor process. After the photosensor is formed, only a desired photosensor can be formed by photoresist or masking. A filter capable of transmitting a wavelength can be formed. The filter can be formed by vapor deposition or sputtering. In addition, in order to form the
上記におけるモジュールの構成は、9個の受光フィルタ、受光素子に限らず複数個を任意の配置形状で作製できる。1列に複数個並べることもでき、また必要ならば周囲部のみ配置し真ん中を開けておくことも可能である。モジュールの真ん中を開口した状態を図7(a)に示し、このモジュールに装着できる光導波路8の形状を図7(b)に示す。この図に示しているように、このような形態では、9個の受光素子61を配置するのではなく、中央の一区画分を貫通させ、その周辺に8個の受光素子61を配置するのであり、これに対応するように、光導波路8の中央に突起を形成するのである。このように貫通部と突起とが嵌合することにより、光導波路8とモジュールとを容易に位置決めすることができるものである。また、上記構成によれば、前述のように入力光の光量が最も強くなる位置(光導波路8の中心(軸心)に一致する部分)での光検知を排除することとなり、入力光の光量が大きく異なることを防止するという効果もある。
The configuration of the module in the above is not limited to nine light receiving filters and light receiving elements, and a plurality of modules can be manufactured in any arrangement shape. A plurality can be arranged in one row, and if necessary, only the peripheral portion can be arranged and the middle can be opened. FIG. 7A shows a state where the middle of the module is opened, and FIG. 7B shows the shape of the
なお、光導波路8の位置決めを容易にする構成としては、上記の他に、図8(a)および図8(b)に示すような構成もあり得る。これは、有底筒状の位置決め函体を設け、その底部に光学フィルタおよび受光素子を配置する(図8(a))とともに、同じ位置決め函体によって光導波路8を収納させるのである。同じ函体に光導波路8を収納させるためには、当該光導波路8は、収納可能な形状(図8(b))に設けられることとなる。光導波路8を収納させた状態を図8(c)に示す。
In addition to the above, the configuration for facilitating the positioning of the
さらなる変形例としては、導入部80aを極端に短尺にしてなる構成がある。その形態を図9に示す。図9(a)に示すように、分岐部80bを形成しない場合には、ドーム状の導入部80aによって集光しつつ光学フィルタおよび受光素子に対して光を誘導させることが可能となる。また、図9(b)に示すように、導入部80aを分岐部80bと同じ大きさで構成してもよい。この場合は、分岐部が80bが形成されていることから、光学フィルタおよび受光素子は、モジュール化したものでなないものを使用することができる。
As a further modification, there is a configuration in which the
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図10は、その概略を示す。この図に示すように、本実施形態は、全体的に薄型に構成されている。図10(a)に示すように、本実施形態の場合においても、概ね被検体測定部101と電源ユニット部102とに区分され、その片面には表示部103が設けられている。被検体測定部101の先端には受光部142が設けられ、入力光を受光し内部に誘導できる構成である。なお、スイッチ群は、本体側面に配置されている。また、本実施形態は、被検体測定部101の端面側に受光部142を備えており、図10(b)に示すように、当該端面に発光部(発光素子)107を備えている。本実施形態では、装置全体の薄型化を実現するため、平板状光導波路108と、ライン配列受光素子または配列受光素子モジュール160とを組み合わせている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 shows the outline. As shown in this figure, the present embodiment is configured to be thin overall. As shown in FIG. 10A, also in the case of the present embodiment, the
その内部の概略を図11に示す。この図に示しているように、被検体測定部101における主要部配列としては被検体測定部101の端部に配置される発光部107および受光部142と(図10(b)参照)、この受光部142に連続して配置される平板状光導波路108と、光導波路の端部に設けられていて光学フィルタを上面に形成されたライン配列受光素子またはライン配列受光素子モジュール160と、この受光素子またはモジュール160の情報を処理する処理装置105と、処理された情報を表示する表示部(例えば液晶ディスプレー)103とであり、電源ユニット102には薄型の電池(たとえばリチウム電池等)102が配置されている。なお、この図には信号の送受を示す配線等は図示していないが、受光素子またはモジュール160と処理装置105には測定値のデータが送受され、処理装置105と表示部103とは表示に必要なデータが送受されるものである。電源ユニット102における電源供給についても各部との間に配線されている。
An outline of the inside is shown in FIG. As shown in this figure, the main part array in the
ところで、本実施形態における光導波路108は、図4において例示した分岐部80bを一列に配置した構成の光導波路8が使用される。すなわち、図4に示されているように、分岐部80bを一列に配置する光導波路8を使用することにより、光学フィルタ62および受光素子61を一列に配置することが可能となり、本実施形態のような薄型の被検体測定部101を構成し得ることとなるのである。そして、本実施形態おいても、図12に示すように、光導波路108には分岐させない構成とすることにより、光学フィルタ162および受光素子161をモジュール化してなる配列受光素子モジュール160を使用することが可能である。さらに、これら分岐の有無にかかわらず、光導波路108の表面の一部に光り漏れ防止層183を形成することにより、入力光を効率よく誘導させるように構成し得ることも前記第一の実施形態と同様である。
By the way, the
なお、受光素子161および光学フィルタ162は、複数個が一列に配置されているが、これらの数は測定対象に応じて適宜変更することができる。また、図12の配列受光素子モジュールは、同一基板上に複数のフォトセンサを形成してなる構成によりモジュール化を可能にし、各フォトセンサおよび光学フィルタの境界部分には入力光が相互に混入することを防ぐための遮光壁163を形成してもよい。
Note that a plurality of light receiving
さらに、その他の形態とすることもできる。他の実施形態を図13に示す。図13(a)は、3個の発光素子(タングステンハロゲンランプ)7a,7b,7cを光導波路8の周辺に配置するように構成したものである。被検体の種類により強力な光の照射を必要とする場合には、複数の発光素子7a,7b,7cを使用することにより測定に必要な反射光または拡散光を得ることができるものである。また、図13(b)は、発光素子7として、タングステンハロゲンランプに代えてLEDを使用した形態を示している。前述したように、発光素子7はタングステンハロゲンランプに限定されるものではなく、他の発光素子を使用してもよく、固体発光素子を使用することが可能である。そこで、固体発光素子として、代表的な例としてLEDを例示している。このように固体発光ダイオードを使用する場合には、より小型化、薄型化、低消費電力化、タングステンハロゲンランプからの熱影響を低減化することができる。なお、固体発光素子としては、LED(発光ダイオード)、レーザダイオード、エレクトロルミネッセント素子(EL素子)等がある。
Further, other forms can be adopted. Another embodiment is shown in FIG. FIG. 13A shows a configuration in which three light emitting elements (tungsten halogen lamps) 7 a, 7 b, 7 c are arranged around the
また、図13(c)は、上記LEDで構成した3個の発光素子7a,7b,7cを配置した状態を示している。前記のように(図13(a)に示したように)、タングステンハロゲンランプを3個使用した場合と同様に、強い光量を照射すべき場合には、前記固体発光素子の数を増加させる構成とすることが可能である。なお、それぞれの発光素子7a,7b,7cには、複数の素子(LED)が集合して一群の発光素子7a,7b,7cを形成させており、図13(c)は、個々の素子による集合体が複数設けられている例を示している。このように、複数の素子による集合体を使用することにより、個々の素子によって放出される光の波長を異ならせることができ、被検体の成分測定に必要な光の波長を照射することにより、特定波長の光の反射・拡散の状態を検知し得る。これを複数の集合体とする発光素子7a,7b,7cを単位に波長を変化させてもよい。さらに、LEDまたはEL素子を使用する場合には、受光部を中心とする円形に発光素子を配置してもよい。LEDを使用する場合は、複数のLEDによって当該円形の全周に適宜間隔で配置し、EL素子を使用する場合は、当該EL素子を円形状にして配置することができる。
FIG. 13C shows a state in which three
次に、本発明の第三の実施形態として、透過光を受光する測定装置(透過型測定装置)の形態について説明する。図14は、本実施形態を示している。この実施形態は、前記薄型にした形態(図10および図11参照)の変形例でもあり、薄型の実施形態のうち、被検体測定101を発光側101aおよび受光側101bに分離したものである。発光側101aには、発光素子が内蔵されており、受光側101bに向けて(受光側101bに対向する面から)光を放出することができ、外側表面には表示部103が設けられている。他方、受光側101bには、受光部142が設けられ、前記発光側101aから照射される光を受光できるようになっている。この受光側101bには、前述の薄型装置(図11参照)のように、薄型の光導波路と、一列に配置してなる受光素子モジュールとが内蔵され、この受光素子モジュールの個々の受光素子(光学フィルタ)に受光した光を誘導できるようになっている。また、電源は、受光側101bに内蔵されるとともに、この受光側101bには各種操作のためのスイッチ群が側面に設けられている。受光した光のデータを処理する処理装置は、発光側101aに内蔵されており、受光側101bの受光素子により検知されたデータは、発光側101aにおいて処理され、表示部103に表示されるようになっている。なお、前記発光側101aと受光側10bとは、枢軸120によって回動可能に設けられ、この枢軸120を介して一体的に構成されている。さらに、この枢軸120を介して(枢軸内を通過して)、電源ケーブルおよびデータ線が発光側101aに接続されている。
Next, as a third embodiment of the present invention, a description will be given of a form of a measuring device (transmissive measuring device) that receives transmitted light. FIG. 14 shows this embodiment. This embodiment is also a modified example of the thinned form (see FIGS. 10 and 11). In the thinned embodiment, the
上記のような構成により、枢軸120を中心に発光側101aを回動させることにより、受光側101bとの角度を変更することができ、これにより、発光側101bと受光側101bとの間隙を調整することが可能となる。そこで、使用時には、発光側101aの角度を大きくし(図14(a)参照)、両者の間隙を広げた後、被検体を受光側101bの受光部142に載置し、発光側101aの角度を小さくすることにより、発光側101aと受光側101bとで当該被検体を挟むような状態とすることができる(図14(b)参照)。この状態において、発光素子により光を照射し、その反対側において受光素子が透過光を受光することにより、透過光による被検体の生体成分濃度を測定することができるのである。このような構成により、植物の葉やスライスされた肉片などの比較的薄肉の被検体について透過光による生体成分濃度を測定することが可能となる。なお、被検体の肉厚が測定値に影響を与える場合には、その肉厚を同時に測定することも可能である。測定方法としては、発光側101aと受光側101bとで被検体を挟んだ状態における両者の角度から肉厚を算出する方法(機械的測定方法)のほかに、光路差により測定し(光学的測定方法)、または超音波により測定する方法(超音波式測定方法)などがある。
With the configuration described above, the angle between the light receiving
上記透過型測定装置にかかる実施形態の変形例を図15に示す。この図に示す変形例は、厚肉の被検体などについての透過光型の測定装置である。この変更例においても被検体測定部101は、発光側101aと受光側101bとに分離しており、発光側101aの発光部から放出される光を被検体に照射し、その透過光を受光側101bで受光し、当該被検体の生体成分濃度を測定するものである。なお、発光側101aに備えられる発光素子、処理装置および表示部103は、前記の実施形態と同様であり、受光側101bに備えられる受光素子モジュール等についても、前記の実施形態と同様である。
A modification of the embodiment according to the transmission type measuring apparatus is shown in FIG. The modification shown in this figure is a transmitted light type measuring apparatus for a thick subject or the like. Also in this modified example, the
この変形例では、発光側101aが、受光側101bとの間に支持部101cが介在されており、発光側101aの高さを自在に変更できるようにしている。発光側101aと支持部101cとは、枢軸120aによって回動自在に連続しており、また、受光側101bと支持部101cとも他の枢軸120bによって回動自在に連続している。従って、発光側101aは、受光側101bとの距離を自在に調整できるとともに、発光側101aの角度を調整でき、発光側101aの発光面111と、受光側101bの受光面112とを平行に配置することが可能となる。また、受光側101bは、受光部142を有する部分が伸縮可能に設けられており、発光側101aの位置に対向する位置に受光部142を配置できるようになっている。従って、発光側101aに内蔵される発光素子によって照射される光は、受光側101bの受光部142に向かうこととなり、両者間に被検体を配置することにより、透過光による生体成分濃度を測定することができるものである。このような構成により、果実、野菜またはブロック肉等の比較的厚肉の被検体についても測定することが可能となる。なお、被検体の肉厚が測定値に影響を与える場合には、前記の実施形態の同様に、機械的測定方法、光学的測定方法および超音波式測定方法などにより、その肉厚を同時に測定することも可能である。
In this modification, a
なお、上記第三の実施形態(図14参照)およびその変形例(図15参照)においては、薄型の発光素子および薄型の受光素子モジュールを使用した形態を例示したが、これらに限られるものではなく、発光素子部分および受光素子部分が多少厚くなることが許容される場合には、例えば、発光素子として第一の実施形態(図2参照)における形態、すなわちタングステンハロゲンランプを使用する構成とし、同様に、受光素子としても第一の実施形態(図3参照)のような光導波路8、光学フィルタ62,フォトセンサ61等を設置する構成としてもよい。
In the third embodiment (see FIG. 14) and its modified example (see FIG. 15), the form using the thin light emitting element and the thin light receiving element module is exemplified. However, the present invention is not limited to these. In the case where the light emitting element portion and the light receiving element portion are allowed to be somewhat thicker, for example, the configuration in the first embodiment (see FIG. 2) as the light emitting element, that is, a configuration using a tungsten halogen lamp, Similarly, as the light receiving element, the
次に、複数のフィルタをイメージセンサ上に形成した例を説明する。これは、被検体(例えばメロン等)の成分(例えば糖度等)の内部状態の分布情報を一度に測定するものである。図16(a)に示すように、イメージセンサの表面に、複数の種類の波長フィルタを周期的に配置してなるモジュール260を構成するのである。すなわち、数種類の波長を透過するフィルタにより一群の集合フィルタを形成し、これを規則的にイメージセンサ上に配置することにより、各集合フィルタを単位として、成分濃度を把握することができるのである。そして、複数の集合フィルタごとに各波長に対応したイメージデータを複数取得することにより、分布情報を表示させることができるのである。例えば5種類の波長に対応したフィルタを形成すれば5種類の波長分布データを得ることができそれらのデータを解析することできめの細かい糖度情報を得ることができる。なお、イメージセンサモジュール260は、センサパッケージ200によってパッケージ化されている。
Next, an example in which a plurality of filters are formed on the image sensor will be described. This measures the distribution information of the internal state of components (for example, sugar content) of the subject (for example, melon) at a time. As shown in FIG. 16A, a
本実施形態における入力光は、前述のように光導波路8によって取得されるが、図16(b)または(c)に示すように、分岐部を形成しない受光部208によって、広い範囲における入力光が誘導される。パッケージ化されたイメージセンサモジュール260は、センサパッケージ200の内部に配置される基板206に形成され、同時にパッケージ化される透明な光透過窓285によって表面が保護されている。従って、受光部から入射された入力光は、光導波路208によってセンサパッケージ200の光透過窓285に誘導され、この光透過窓285を透過してイメージセンサモジュール260に到達する。
The input light in this embodiment is acquired by the
上記のイメージセンサは、半導体プロセスによって集積化された光電変換素子により構成され、CCDセンサやCMOSセンサなどを代表的に挙げることができる。このように半導体プロセスにより集積化されたイメージセンサを使用することにより、同一基板2206にイメージセンサおよび光学フィルタを適宜形成することも可能となる。また、図16(b)および(c)に示されているように、本実施形態のイメージセンサはパッケージ化されているため、センサパッケージ200の底部には、複数の端子が形成されており、イメージセンサによる光電変換された電荷の転送に使用される。すなわち、イメージ信号の出力用の端子である。
The image sensor includes a photoelectric conversion element integrated by a semiconductor process, and a CCD sensor, a CMOS sensor, and the like can be given as representative examples. In this manner, by using an image sensor integrated by a semiconductor process, an image sensor and an optical filter can be appropriately formed on the same substrate 2206. Also, as shown in FIGS. 16B and 16C, since the image sensor of this embodiment is packaged, a plurality of terminals are formed on the bottom of the
なお、前記イメージセンサ上に配置される光学フィルタの種類は適宜必要種類を形成できる。被検体の生体成分濃度を測定するために必要な数・種類を所望の波長に応じて選択して使用するのである。また、イメージセンサのパッケージ化には、例えばセラミックパッケージ、プラスチックモールドパッケージ等に収容する事により小型化、取り扱いを容易にできる。 In addition, the kind of optical filter arrange | positioned on the said image sensor can form a required kind suitably. The number and type necessary for measuring the biological component concentration of the subject are selected and used according to the desired wavelength. In addition, the image sensor can be packaged, for example, by being housed in a ceramic package, a plastic mold package, or the like, so that the image sensor can be easily reduced in size and handled.
本発明の実施形態は上記のとおりであるが、本発明が上記に示した範囲に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々の形態とすることができる。例えば、前記実施形態では、受光素子をモジュール化することを中心に説明したが、複数の発光素子をモジュール化する構成としてもよい。この場合、モジュール化された各発光素子によって放出される光の波長を異ならせることにより、被検体の成分測定に必要な光の波長を照射することにより、特定波長の光の反射・拡散の状態を検知し得る。さらに、モジュール化したLED(発光ダイオード)を同時に発光させることによって、対応するフィルタ波長を有する受光素子によって同時に測定できるので測定時間の短縮ができる。用途に応じ同時発光ではなく個別に発光することもできる。また、いくつかの群に分け、群発光、群検出してもよい。 The embodiment of the present invention is as described above, but the present invention is not limited to the above-described range, and various forms can be made within the scope of the invention. For example, in the embodiment described above, the light receiving element is mainly modularized, but a configuration in which a plurality of light emitting elements are modularized may be employed. In this case, the wavelength of light emitted by each light-emitting element that is modularized is made different so that the light wavelength necessary for measuring the component of the subject is irradiated, thereby reflecting or diffusing light of a specific wavelength. Can be detected. Further, by simultaneously emitting light from modularized LEDs (light emitting diodes), it is possible to simultaneously measure with a light receiving element having a corresponding filter wavelength, so that the measurement time can be shortened. Depending on the application, it is possible to emit light individually instead of simultaneously. In addition, group emission and group detection may be performed by dividing into some groups.
また、配線層を形成したプリント基板、セラミック基板等の配線基板に発光素子部、光導波路、受光素子、必要に応じて回路部としての集積回路、その他の部品を実装し全体を樹脂モールドパッケージしてもよい。この状態を図17に示す。この図に示すように、上記構造においては非破壊測定装置の主要構成部品がモールドパッケージ309に集約化されるので小型化、薄型化、各部品の取り付け位置が製造段階で決定され、ばらつきなく特性のそろったものをモジュールとして提供することができる。モールドパッケージ309は、基本的に遮光性を有することから、これを隔壁として利用することができる。パッケージ内には、基板306が配置され、その表面に生体成分を測定するための発光素子307、受光素子361および光学フィルタ362が形成されるものである。そして、光学フィルタ362の上部には光導波路308が装着されている。なお、この光導波路308の周辺に光漏れ防止層383を形成してもよい。また、モジュール全体を筐体等に取り付けるために樹脂モールドパッケージ309に取り付け穴部391,392を形成しておくことも可能である。そして、上記の場合には、構成部品を配線基板に実装後樹脂モールドパッケージしたが、配線層を形成したプリント基板、セラミック基板等の配線基板を保持基板として樹脂モールドすることなく使用することもできる。
In addition, a light-emitting element part, optical waveguide, light-receiving element, integrated circuit as a circuit part if necessary, and other components are mounted on a wiring board such as a printed circuit board or ceramic substrate on which a wiring layer is formed, and the whole is resin-molded. May be. This state is shown in FIG. As shown in this figure, in the above structure, the main components of the nondestructive measuring apparatus are concentrated in the
さらに、これらの受光素子はペルチエ素子などの温度調整用の素子を受光素子の底辺部、周辺部に配置し所定の温度に保持することによりさらに精度を向上することができる。受光素子61の底面(下部)にペルチエ素子400を配置した構成を図18(a)に示す。このような構成により、受光素子61の温度安定化により検出精度を向上できる。さらに発光素子61としてLED(発光ダイオード)等使用する場合は発光素子と受光素子の底面部にそれぞれペルチエ素子400を配置してもよい。また、図18(b)に示すように単一のペルチエ素子400を発光素子部(発光モジュール)407と受光素子(受光モジュール)460に配置する構成としてもよい。この場合、受発光のための両素子を含めた一つのモジュール化を実現させ、発光側407および受光側460を所定の温度に保持することができ小型化、コストダウンに寄与できる。このように所定の温度に保持することにより発光光度、発光波長安定化によりさらに検出精度を向上することができる。
Further, these light receiving elements can be further improved in accuracy by disposing temperature adjusting elements such as Peltier elements on the bottom and periphery of the light receiving elements and maintaining them at a predetermined temperature. FIG. 18A shows a configuration in which the
さらに、ペルチエ素子を含めてモジュール化してもよい。この場合を図19に示す。この構造においては、モールドパッケージ509の内部にペルチエ素子500を配置することから、当該ペルチエ素子500の上面に基板506を配置し、さらに基板506に発光素子507等を形成することができることとなり、モールドパッケージ500によってパッケージ化されたモジュールを構成することができる。このような構成により、非破壊測定装置の主要構成部品がモールドパッケージ内に集約化されるので小型化、薄型化、各部品の取り付け位置が製造段階で決定され、さらに所定の温度に保持されるので、ばらつきなく特性のそろったものをモジュールとして提供することができる。なお、このような構成の場合においても、モールドパッケージ509の遮光性により、パッケージ509を遮光壁として機能させ、筐体等に取り付けるための取り付け穴部591,592を形成しておくことも可能である。また、同様に、構成部品は配線基板に実装することの他に、配線層を形成したプリント基板、セラミック基板等の配線基板とペルチエ素子部を保持基板として樹脂モールドすることなく使用することもできる。
Furthermore, it may be modularized including the Peltier element. This case is shown in FIG. In this structure, since the
また、図20に示すように、非接触温度計600を有する構成としてもよい。図20(a)に示すように、非接触温度計600は、被検体測定部601の内部において、発光部607および受光部(光導波路608)とともに、当該受光部の近傍に設置される。これにより、受光部が被検体からの入力光を受光する際に、当該被検体の近傍において、その被検体の温度を測定することが可能となる。そして、この非接触測定装置の電源ユニット602には、電源スイッチ621および測定スイッチ622の他に、温度測定モード切替スイッチ623が設けられ、被検体の温度測定を実施するか否かのモード切替を可能にしている。そして、図20(b)に示すように、表示部604の近傍には、測定完了ランプ613、測定実行表示ランプ614、温度測定ランプ615、温度測定モード切替ランプ616が配置され、測定中(614)または測定完了(613)を表示するとともに、温度測定のモード切替状態(616)を表示するほかに、温度測定中(615)の状態を表示する。これらの表示は、表示部604の内側における表示装置によって表示させてもよい。なお、各測定結果は、処理装置を介して、表示装置によって表示される。なお、非接触温度計600は、図20(c)に示すように、基板606にサーモパイル式温度計を設置または形成する構成としてもよい。このような構成の場合は、全体をモジュール化することができ、全体を小型化することができる。
Moreover, as shown in FIG. 20, it is good also as a structure which has the
このように、非接触温度計600を設ける構成とする場合には、被検体の温度を参照できることから、特に被検体の温度によって測定すべき成分の検出値が異なる場合に、その補正を演算させることが可能となる。すなわち、被検体は周辺温度と同一ではなく、保存されている状況によっても異なる。例えば、周辺温度が20°Cであるとして、被検体(果実等)を冷蔵庫内で保管することにより、当該被検体が5°C〜10°Cに冷却されている場合には、被検体の温度は周辺の温度とは大きく異なる。そこで、このような場合、従来は、当該温度によって糖度等の測定値が異なるため、被検体の温度に対応する検量線を参照するように、操作者が温度補正等の操作をしなければならなかったが、非接触温度計により測定される被検体の温度を参照することにより、温度補正を自動化することができる。従って、操作者(測定者)による手作業の温度補正が不要となる。なお、非接触の温度計としてはサーモパイル式の放射温度計を使用することができるが、他の方式による温度計を使用してもよい。
As described above, when the
なお、上記各実施形態においては、光導波路の材質はプラスチック材料(アクリル樹脂、ポリカーボネ−ト、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニール等)を用いて形成したがプラスチック材料にはいずれの材料においても波長1700nm近傍に大きな光吸収ピークがある。そこで、この近傍を測定する場合は、例えばホウケイ酸ガラス(例えばパイレックス(登録商標)ガラス:商品名)をモールド成形した光導波路用いれば約320nm〜2600nmの波長までほぼ光吸収がなく適用可能である。さらに光吸収が良好な材料としては合成石英ガラスがあり約200nm〜3500nmまで、さらに合成サファイアガラスは約200nm〜4500nmまで適用可能である。 In each of the above embodiments, the optical waveguide is formed using a plastic material (acrylic resin, polycarbonate, polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, etc.). The material also has a large light absorption peak near the wavelength of 1700 nm. Therefore, in the case of measuring this vicinity, for example, if an optical waveguide formed by molding borosilicate glass (for example, Pyrex (registered trademark) glass: trade name) is used, it can be applied with almost no light absorption up to a wavelength of about 320 nm to 2600 nm. . Further, as a material having good light absorption, there is synthetic quartz glass, which can be applied to about 200 nm to 3500 nm, and further, synthetic sapphire glass can be applied to about 200 nm to 4500 nm.
また、光導波路による光の誘導方向が折曲または湾曲する場合(例えば、図14および図15に示した形態の場合)には、図21に示すように、光反射層によって光の誘導方向を変化させるように構成してもよい。この種の光導波路8の構成は、光の誘導方向が折曲方向等に制約されている場合に限らず、適宜採用することができる。直線方向へ入力光を誘導しても十分な入力光を得られない場合は、敢えて光の誘導方向を変化させることにより、入力光を容易に誘導できる場合もあり得るからである。また、光導波路8の受光部側端面は、平滑または単一の凸レンズ状とすることについて説明したが、集光機能を高めるためには、端面に微細な凸レンズを複数整列させることもでき、フレネルレンズとしてもよい。また、端部を複数の山形(ピラミッド型)に形成することによって、表面積を大きくし、受光できる光量を増加させる構成としてもよい。
When the light guiding direction by the optical waveguide is bent or curved (for example, in the case of the form shown in FIGS. 14 and 15), the light guiding direction is changed by the light reflecting layer as shown in FIG. You may comprise so that it may change. The configuration of this type of
1,101 被検体測定部
2,102 電源ユニット
3,103 表示部
4,104 測定窓
5,105 処理装置(処理手段)
6,206 基板
7,7a,7b,7c 発光素子
8,108,208 光導波路
9 隔壁
11 被検体測定部の片方表面
12 被検体測定部の他方表面
21 電源スイッチ
22 測定スイッチ
31 板状部材
32 表示装置
41,141 接触部
42,142 受光部
61,161 受光素子(フォトセンサ)
62,162 光学フィルタ
80a 光導波路の導入部
80b 光導波路の分岐部
81 光導波路の受光部側端面
82 光導波路の光学フィルタ側端面
160 受光素子モジュール
260 イメージセンサモジュール
400,500 ペルチエ素子
600 非接触温度計
F 被検体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Subject measurement part 2,102 Power supply unit 3,103 Display part 4,104 Measurement window 5,105 Processing apparatus (processing means)
6, 206
62, 162
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Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP6203923B1 (en) * | 2016-10-04 | 2017-09-27 | 三井金属計測機工株式会社 | Fruit and vegetable inspection equipment |
JP6203922B1 (en) * | 2016-10-04 | 2017-09-27 | 三井金属計測機工株式会社 | Fruit and vegetable inspection equipment |
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Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2004166827A (en) * | 2002-11-18 | 2004-06-17 | Honda Motor Co Ltd | Optical measuring device |
JP2004219322A (en) * | 2003-01-16 | 2004-08-05 | Astem:Kk | Non-destructive spectrophotometric instrument |
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JP2011169738A (en) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Sharp Corp | Chemical material detector |
JP3162945U (en) * | 2010-07-09 | 2010-09-24 | 千代田電子工業株式会社 | Non-destructive measuring device for fruits and vegetables |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018047366A1 (en) * | 2016-09-06 | 2018-03-15 | 株式会社アタゴ | Nondestructive measuring device |
JPWO2018047366A1 (en) * | 2016-09-06 | 2019-06-24 | 株式会社アタゴ | Nondestructive measuring device |
US11099127B2 (en) | 2016-09-06 | 2021-08-24 | Atago Co., Ltd. | Nondestructive measurement apparatus |
JP2018105795A (en) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Functional water concentration sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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