DE69719238T2 - Optische Vorrichtung zur Messung von Streulicht - Google Patents

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Kurashiki Spinning Co Ltd
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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen eines physikalischen Eigenschaftswerts in einem Streuer mit Licht. Der Zielstreuer ist Pulver, eine lichtundurchlässige Lösung, wie z. B. Blut oder Kuhmilch, Lebensmittel, wie z. B. Früchte, oder ein menschlicher Körper. Das Pulver könnte ein Rohmaterial für eine Arznei oder für ein verarbeitetes Lebensmittel, wie z. B. Maisstärke oder Mehl, oder ein Industrieverarbeitungsrohmaterial, wie z. B. Keramik, umfassen. Der physikalische Eigenschaftswert, der gemessen werden soll, ist ein Feuchtigkeitsgehalt oder eine Konzentration einer Komponente, wie z. B. eine Proteinkonzentration.
  • Ein Verfahren zum Messen eines physikalischen Eigenschaftswertes in einem Streuer ist durch ein Bestrahlen der Zielsubstanz mit Licht durch dessen Oberfläche und ein Empfangen des in der Zielsubstanz gestreuten und durch dieselbe reflektierten Lichts an einem anderen Punkt der Oberfläche der Zielsubstanz, wodurch der physikalische Eigenschaftswert auf der Basis von Daten des empfangenen Lichts gemessen wird. Eine Vorrichtung z. B., die ein lichtprojizierendes Ende zum Projizieren von Licht auf ein Ziel, ein erstes photoempfangendes Ende zum Empfangen von gestreutem/reflektiertem Licht in der Umgebung des lichtprojizierenden Endes und ein zweites photoempfangendes Ende zum Empfangen des gestreuten/reflektierten Lichts an einer von dem lichtprojizierenden Ende getrennten Position aufweist, zum Messen eines physikalischen Eigenschaftswertes in einem tiefen Abschnitt des Ziels wurde vorgeschlagen (siehe japanisches Patent Nr. 61-11614 (1986)).
  • Um eine Meßgenauigkeit zu verbessern, wird eine Messung in einem Leerzustand ohne Meßobjekt in dem Fall eines Senders ausgeführt, während eine Referenzstreuprobe zum Messen eines Referenzspektrums in dem Fall eines Streuers verwendet wird. In dem Fall des zuvor genannten Stands der Technik entspricht ein Signal, das durch ein Faserbauteil, das in 14 der Referenz gezeigt ist, erhalten wird, dem Referenzspektrum.
  • Ferner wird eine Messung bei zwei oder drei Wellenlängen zum Erhalten von Verhältnissen von bei unterschiedlichen Wellenlängen gemessenen Daten durchgeführt, wodurch eine Meßgenauigkeit verbessert wird.
  • Die Vorrichtung des zuvor genannten Stands der Technik weist jedoch die folgenden Probleme auf:
    Sie bezieht sich auf diese Messung in einem tiefen Abschnitt, wie für eine intrazerebrale Messung notwendig ist, wobei die Strecke zwischen dem lichtprojizierenden Ende und dem zweiten photoempfangenden Ende zumindest 4,25 cm betragen muß. Wenn das lichtprojizierende Ende und das zweite photoempfangende Ende voneinander getrennt sind, wird die wesentliche Länge des optischen Pfads jedoch erhöht, die Menge von Licht, die das zweite photoempfangende Ende erreicht, wird aufgrund einer Absorbanz oder einer Streuung in einem Ziel extrem reduziert und die Meßgenauigkeit wird reduziert.
  • Während eine Faserbündelstruktur in 15 der Referenz des Stands der Technik gezeigt ist, ist ein Faserbauteil, das das zweite photoempfangende Ende ist, von dem lichtprojizierenden Ende getrennt und so können das erste und das zweite photoempfangende Ende nicht in identische Bündelstrukturen gemeinsam mit dem lichtprojizierenden Ende gebracht werden.
  • Ferner sind bei der Referenz des Stands der Technik ein Faserbauteil, das als das lichtprojizierende Ende dient, und das Faserbauteil, das als das zweite photoempfangende Ende dient, hinsichtlich einer Oberfläche des Ziels geneigt befestigt und so variiert die Menge von Licht mit der Tiefe des Ziels.
  • Während sich projiziertes Licht in dem Ziel mit 360 Grad ausbreitet, kann das Faserbauteil, das als das zweite photoempfangende Ende dient, nur Licht von einer Teilregion mit einer schlechten Kondensierbarkeit empfangen.
  • Die vorliegende Erfindung ist angepaßt, um einen physikalischen Eigenschaftswert in einer flachen Region von einer Oberfläche eines Ziels zu messen. Um wirksam Licht, das auf das Ziel projiziert wird, an photoempfangenden Enden zu empfangen, kann eine Anzahl von photoempfangenden Enden um ein lichtprojizierendes Ende angeordnet sein. 1 zeigt eine Endoberfläche eines derartigen Optische-Faser-Bündels. Mehrere lichtprojizierende Optische-Faser-Bauteile 2 sind in der Mitte angeordnet, während ein erstes und ein zweites photoempfangendes Optische-Faser-Bauteil 3 und 4 um dieselbe jeweils in mehreren Schichten angeordnet sind.
  • Wenn eine Anzahl von photoempfangenden Enden um lichtprojizierende Enden angeordnet ist, wie in 1 gezeigt ist, wird die Menge empfangenen Lichts zum Ermöglichen einer optisch hellen Messung erhöht. Die photoempfangenden Enden sind jedoch in unterschiedlichen Entfernungen von den lichtprojizierenden Enden 2 in dem ersten und dem zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Bauteil 3 und 4 vorhanden und eine Mehrzahl von Daten von Abschnitten unterschiedlicher Tiefen mischt sich untereinander, um unvermeidbar eine Meßgenauigkeit zu reduzieren.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Meßgenauigkeit durch ein Erhöhen der Menge empfangenen Lichts zu verbessern, während eine Durchmischung einer Mehrzahl von Daten von Abschnitten unterschiedlicher Tiefen unterdrückt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine optische Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß der Erfindung ist eine optische Meßvorrichtung für einen Lichtstreuer vorgesehen, die ein Lichtquellenbauteil zum Erzeugen von Licht von einem Infrarot- bis zu einem Nahinfrarotbereich, ein Photoerfassungsbauteil, das einen Photodetektor aufweist, der eine Empfindlichkeit in dem Infrarot- bis Nahinfrarotbereich aufweist, einen Optische-Faser-Lichtführungspfad, der eine Mehrzahl von Einheitsbündeln aufweist, zum Führen und Anlegen des Lichts von dem Lichtquellenbauteil an eine Oberfläche eines Lichtstreuungsziels, der gestreutes/reflektiertes Licht, das von der Oberfläche des Ziels erzeugt wird, empfängt und dasselbe zu dem Photoerfassungsbauteil führt, und einen Signalprozessor zum Erhalten eines physikalischen Eigenschaftswerts in dem Ziel aus einem Erfassungssignal des Photoerfassungsbauteils aufweist. Jedes Bündel der Mehrzahl von Einheitsbündeln umfaßt ein lichtprojizierendes Optische-Faser-Bauglied, das an der Mitte auf einer Endoberfläche angeordnet ist, eine erste photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe, die um das lichtprojizierende Optische-Faser-Bauglied im wesentlichen an dem Umfang eines ersten Kreises angeordnet ist, der konzentrisch mit dem Optische-Faser-Bauglied ist, und eine zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe, die im wesentlichen an dem Umfang eines zweiten Kreises angeordnet ist, der konzentrisch mit dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied und in seinem Radius größer als der erste Kreis ist. Die Bündel sind so gebündelt, daß Endoberflächen derselben bündig zueinander sind. Die lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieder dieser Einheitsbündel sind miteinander an den anderen Endoberflächen integriert, um zu einem Lichtquellenbauteil geführt zu werden. Die ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen der jeweiligen Einheitsbündel sind unabhängig voneinander gebündelt, um zu einem Photoerfassungsbauteil geführt zu werden, so daß Lichtkomponenten, die durch die ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen geführt werden, als unterschiedliche Signale in dem Photoerfassungsbauteil empfangen werden.
  • Eine Mehrzahl von Einheitsbündeln ist gebündelt, wodurch die Anzahl von Optische-Faser-Baugliedern, die die ersten und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen in den Einheitsbündeln bilden, reduziert werden kann. Es wird sehr bevorzugt, Optische-Faser-Bauglieder in den ersten bzw. zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen in einzelnen Schichten anzuordnen. Dies ist sehr wirksam zum Unterdrücken einer Durchmischung einer Mehrzahl von Daten von Abschnitten unterschiedlicher Tiefen. Während Daten von den Abschnitten unterschiedlicher Tiefen sich miteinander mischen, wenn die Dicken der ersten und zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen in den Einheitsbündeln doppelt oder dreifach erhöht werden, kann eine Reduzierung einer Meßgenauigkeit unterdrückt werden, da es nicht notwendig ist, die Optische-Faser-Bauglieder in mehreren Schichten anzuordnen, was im Gegensatz zu dem einzigen Optische-Faser-Bündel aus 1 steht.
  • Enden der Faserbauglieder können im wesentlichen senkrecht in einen engen Kontakt mit dem Ziel gebracht werden. Licht von den lichtprojizierenden Optische-Faser-Baugliedern wird wiederholt in/durch das Ziel gestreut/reflektiert und breitet sich mit 360 Grad aus. Die ersten und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen sind jedoch konzentrisch um die lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieder angeordnet, um dieselben zu umschließen, wodurch die jeweiligen Einheitsbündel das Licht wirksam empfangen können. In diesem Fall sind die Enden der Faserbauglieder im wesentlichen senkrecht in einem engen Kontakt mit dem Ziel, während die ersten und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen dünn auf jeweiligen im wesentlichen konzentrischen Kreisen angeordnet sein können, wodurch eine Durchmischung von Daten von Abschnitten unterschiedlicher Tiefen unterdrückt werden kann.
  • Die Menge empfangenen Lichts kann aufgrund der Bündelung der Mehrzahl von Einheitsbündeln erhöht werden. Währen die Einheitsbündel gebildet sind, weist Licht, das durch nahe Optische-Faser-Bauglieder empfangen wird, die stärkste Intensität auf, wobei so Licht von lichtprojizierenden Optische-Faser-Baugliedern unterschiedlicher Einheitsbündel relativ schwach ist und nur einen kleinen Einfluß aufweist.
  • Geeignete Längen eines optischen Pfads können erzielt werden, indem die Entfernungen zwischen den lichtprojizierenden Optische-Faser-Baugliedern und den ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen und diejenigen zwischen den ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen und den zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen unterschiedlich voneinander gemacht werden.
  • Ferner können die lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieder und die Optische-Faser-Bauglieder, die die ersten bzw. zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen bilden, so strukturiert sein, daß die Durchmesser derselben nicht gleich sind. Die Gesamtlichtmenge kann durch ein Verdicken der lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieder erhöht werden, während z. B. die Menge an Licht, das durch die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen empfangen wird, durch ein Verdicken der Durchmesser der Optische-Faser-Bauglieder erhöht werden kann, die die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen bilden, in denen die Menge von Licht aufgrund der langen wesentlichen Länge eines optischen Pfads von lichtprojizierenden Punkten reduziert wird. Die Menge von Licht, die in den zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen empfangen wird, kann auch durch ein Erhöhen der Anzahl der Optische-Faser-Bauglieder, die die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen bilden, verglichen mit denjenigen, die die ersten photoemp fangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen bilden, erhöht werden. So kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen modifiziert werden, um eine optimale Menge an Licht zu erhalten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine Mehrzahl von Einheitsbündeln, die jeweils ein lichtprojizierendes Optische-Faser-Bauglied umfassen, das in der Mitte an einer Endoberfläche angeordnet sind, eine erste photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppe, die um das lichtprojizierende Optische-Faser-Bauglied im wesentlichen an dem Umfang eines ersten Kreises angeordnet ist, der konzentrisch mit dem Optische-Faser-Bauglied ist, und eine zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe, die im wesentlichen an dem Umfang eines zweiten Kreises angeordnet ist, der konzentrisch mit dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied und in seinem Radius größer als der erste Kreis ist, zum Projizieren von Licht von den projizierenden Optische-Faser-Baugliedern der jeweiligen Einheitsbündel auf ein Ziel gebündelt, während die ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen der jeweiligen Einheitsbündel unabhängig voneinander gebündelt sind und zur Erfassung zu einem Photoerfassungsbauteil geführt werden. Auf diese Weise wird eine Kondensierbarkeit verbessert. Ferner kann eine Durchmischung von Daten von Abschnitten unterschiedlicher Längen verglichen mit dem Fall unterdrückt werden, in dem die gleiche Anzahl photoempfangender Optische-Faser-Bauteile auf mehreren konzentrischen Kreisen in einem einzelnen Bündel angeordnet ist. Folglich wird eine Meßgenauigkeit verbessert.
  • Eine Miniaturlichtquelle kann sekundär genutzt werden, so daß die Vorrichtung selbst miniaturisiert sein kann, und ein Problem einer Wärmeerzeugung kann gelöst werden.
  • Eine Messung eines Referenzlichtes, das in einer Streuermessung in Frage kommt, wird unnötig gemacht, Fehler bei einer Referenzlichtmessung werden beseitigt und eine Genauigkeit wird durch ein Erhalten einer spezifischen Absorbanz von photoempfangenden Signalen durch die ersten und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen verbessert. Aufgrund einer internen Standardmessung wird ferner eine äußere Fluktuation, wie z. B. eine Differenz zwischen Kontaktdrücken oder gemessenen Abschnitten, beseitigt und die Genauigkeit wird auch in diesem Punkt verbessert.
  • Eine Miniaturisierung der Vorrichtung selbst kann durch ein Verwenden eines einzelnen Interferenzfilters als ein spektroskopisches Teil oder ein Verwenden einer LED (lichtemittierenden Diode) oder einer LD (Laserdiode), die nur Licht einer spezifischen Wellenlängenregion ausstrahlt, als eine Lichtquelle, erzielt werden. Ferner ist im wesentlichen kein Verdichten des optischen Systems notwendig und so kann eine Miniaturisierung der Vorrichtung auch in diesem Punkt erzielt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Das Vorangegangene sowie weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich, in denen:
  • 1 eine Endansicht ist, die ein herkömmliches Optische-Faser-Bündel zeigt;
  • 2 eine Endansicht ist, die ein Optische-Faser-Bündel bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3(A) symbolisch optische Pfade in einem Einheitsbündel darstellt;
  • 3(B) eine Endansicht derselben ist;
  • 4(A) bzw. 4(B) Endansichten sind, die andere exemplarische Einheitsbündel zeigen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
  • 5 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 8 Standardabweichungen von Spektren im Fall eines wiederholten Messens menschlicher Arme bei einem Beispiel bzw. einem Vergleichsbeispiel darstellt; und
  • 9 eine Korrelation zwischen Blutzuckerpegeln in einem menschlichen Körper und Lichtintensitäten darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzuten Ausführungsbeispiele
  • 2 stellt eine Endoberfläche, die in engen Kontakt mit einem Ziel gebracht wird, eines Optische-Faser-Lichtführungspfads 10 bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Dieser Optische-Faser-Lichtführungspfad 10 ist durch ein Bündeln einer Mehrzahl von Einheitsbündeln 12 gebildet, so daß jeweilige Endoberflächen derselben an einer Endoberfläche bündig miteinander sind. Die Einheitsbündel 12 sind in ihrer Struktur identisch zueinander. Ein lichtprojizierendes Optische-Faser-Bauglied 14 zum Führen von Licht von einem Lichtquellenbauteil und Projizieren desselben auf das Ziel ist in der Mitte jedes Einheitsbündels 12 angeordnet. Eine Mehrzahl erster photoempfangenden Optische-Faser-Bauglieder 16 ist auf einem im wesentlichen konzentrischen Kreis um das Bauglied 14 angeordnet, um eine erste photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe zu bilden. Auf einem im wesentlichen konzentrischen Ring außerhalb der ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppe ist eine Mehrzahl zweiter photoempfangenden Optische-Faser-Bauglieder 18 angeordnet, um eine zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe zu bilden.
  • 3(A) stellt symbolisch optische Pfade in jedem Einheitsbündel 12 dar und 3(B) ist eine Endansicht derselben. Eine Endoberfläche jedes Einheitsbündels 12 ist gegen ein Ziel 20 gepreßt, um in einem engen Kontakt mit demselben zu stehen, und so sind alle jeweiligen Optische-Faser-Bauglieder 14, 16 und 18 im wesentlichen senkrecht hinsichtlich des Ziels 20 angeordnet.
  • Licht, das von dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied 14 geführt wird, fällt auf das Ziel 20 ein, wird in dem Ziel gestreut/reflektiert, um auf die photoempfangenden Optische-Faser-Bauglieder 16 und 18 einzufallen, und wird zu einem Erfassungsbauteil geführt.
  • Die ersten und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Bauglieder 16 und 18 sind in diesem Beispiel jeweils in einzelnen Schichten angeordnet, am bevorzugtesten für ein Unterdrücken einer Durchmischung einer Mehrzahl von Daten aus Abschnitten unterschiedlicher Tiefen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die erste und die zweite photoempfangende optische Faser 16 und 18 eingeschränkt, die jeweils in einzelnen Schichten angeordnet sind.
  • 4(A) bzw. 4(B) stellen weitere exemplarische Einheitsbündel dar, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Bei dem in 4(A) gezeigten Beispiel sind Faserbauglieder so angeordnet, daß Strecken L1 und L2 zwischen einem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied 14 und ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedern 16 und zwischen den ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedern 16 und zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedern 18 sich voneinander unterscheiden, wodurch die Strecken zwischen dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied 14 und den ersten und den zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedern 16 und 18 optimal ansprechend auf ein Ziel und Meßbedingungen eingestellt sind.
  • Bei dem in 4(B) gezeigten Beispiel andererseits sind Durchmesser der Optische-Faser-Bauglieder 14, 16 und 18 eingestellt, um sich voneinander zu unterscheiden. Bei diesem Beispiel sind die Durchmesser des lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieds 14 und der zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Bauglieder 18 groß und diejenigen der ersten photoempfangenden Optische-Faser-Bauglieder 16 sind klein. Die Menge projizierten Lichts kann erhöht werden, indem das projizierende Optische-Faser-Bauglied 14 verdickt wird, und die Menge empfangenden Lichts sowie ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis können erhöht werden, indem die zweiten Optische-Faser-Bauglieder 18 verdickt werden, in denen die Menge empfangenen Lichts aufgrund einer langen wirksamen Länge des optischen Pfads von dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied 14 reduziert ist.
  • Die 5 bis 7 stellen schematisch jeweilige Ausführungsbeispiele dar.
  • 5 stellt eine Meßvorrichtung dar, die eine Halogenlampe 22, die Licht mehrerer Wellenlängen erzeugt, als eine Lichtquelle, sowie ein Interferenzfilter 24 zum Auswählen einer spezifischen Wellenlänge und Projizieren von Licht auf ein Ziel 20 verwendet. Das Licht von der Halogenlampe 22 wird in jeweilige Optische-Faser-Bauglieder, die eine lichtprojizierende Optische-Faser-Baugliedgruppe 14a bilden, durch eine Kondensorlinse 26 eingeführt. Das Interferenzfilter 24 ist zwischen der Kondensorlinse 26 und einem Einfallsende der lichtprojizierenden Optische-Faser-Baugliedgruppe 14a angeordnet. Ein Optische-Faser-Lichtführungspfad 10 weist ein Ende, das in engen Kontakt mit dem Ziel 20 gebracht ist, sowie ein weiteres Ende auf, das in drei Optische-Faser-Baugliedgruppen aufgezweigt ist, die eine lichtprojizierende Optische-Faser-Baugliedgruppe 14a und eine erste und eine zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe 16a und 18a umfassen. Die lichtprojizierende Optische-Faser-Baugliedgruppe 14a und die erste und die zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe 16a und 18a sind durch ein Bündeln der lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieder 14 und der ersten und der zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Bauglieder 16 und 18 der jeweiligen Einheitsbündel 12, die in 2 jeweils gezeigt sind, gebildet. Vorderenden der ersten und der zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppe 16a und 18a sind zu Infrarotdetektoren 30 bzw. 32 zur Erfassung des empfangenden Lichts geführt. Eine elektrische Signalverarbeitungsschaltung 34 ist als ein Signalprozessor zum Holen und Verarbeiten von Erfassungssignalen von den Infrarotdetektoren 30 und 32 bereitgestellt.
  • 6 stellt eine Meßvorrichtung dar, die mit einer Drehinterferenzfilterplatte 36 anstelle des Interferenzfilters 24, das in 5 gezeigt ist, versehen ist, so daß Interferenzfilter durch ein Drehen der Platte 36 durch einen Schrittgebermotor 37 umgeschaltet werden können. Eine Mehrzahl von Interferenzfiltern, die jeweils unterschiedliche Übertragungsbereiche aufweisen, sind auf der Interferenzfilterplatte 36 entlang ihres Umfangs angeordnet, so daß ein ausgewähltes Interferenzfilter auf einem optischen Pfad zwischen einer Lichtquelle 22 und einem Einfallsende einer lichtprojizierenden Optische-Faser-Baugliedgruppe 14a angeordnet sein kann. Kondensierende optische Systeme 26a und 26b, die der Kondensorlinse 26 aus 5 entsprechen, sind durch ein Kombinieren notwendiger Anzahlen von Linsen miteinander gebildet.
  • Jedes der Ausführungsbeispiele, die in den 5 und 6 gezeigt sind, stellt das sogenannte vor-spektroskopische System zum Auswählen der Wellenlänge vor einem Projizieren des Lichts auf das Ziel dar, während das sogenannte nach-spektroskopische System zum Auswählen einer Wellenlänge nach einem Streuen/Reflektieren des Lichts von einem Ziel alternativ verwendet werden kann.
  • 7 zeigt ein Beispiel, das eine Laserdiode (LD) 38 zum Erzeugen von Einwellenlängenlicht als eine Lichtquelle verwendet. Das Bezugszeichen 40 bezeichnet eine Treiberschaltung für die Laserdiode 38. In diesem Fall ist kein Filter zur Wellenlängenauswahl nötig, da die Laserdiode 38 Licht einer Wellenlänge erzeugt.
  • Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel kann eine lichtemittierende Diode (LED) alternativ als die Lichtquelle verwendet werden.
  • Während die Infrarotdetektoren 30 und 32 für jeweilige photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppen 16a und 18a vorgesehen sind, können die photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen 16a und 18a alternativ durch einen Verschluß zu einem gemeinsamen Infrarotdetektor geführt werden, so daß der Infrarotdetektor abwechselnd Licht von den photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen 16a und 18a erfaßt.
  • Ergebnisse einer tatsächlichen Messung werden nun beschrieben. Eine Halogenlampe mit 30 W wurde als eine Infrarotlichtquelle verwendet, ein FTIR (Fourier-Transform-Infrarot-Spektrophotometer) wurde als ein spektroskopisches Bau teil verwendet und ein Bündel (Quarzfaserbauglied GS-180 von Sumitomo Electric Industries, Ltd.) mit 117 Optische-Faser-Baugliedern, die jeweils einen Kerndurchmesser von 180 μm und einen Umhüllungsdurchmesser von 200 μm aufweisen, wurde als ein Optische-Faser-Lichtführungspfad 10 verwendet. Bei diesem Optische-Faser-Bündel wurden 19 Einheitsbündel 12, die jeweils 19 Optische-Faser-Bauglieder aufweisen, die ein lichtprojizierendes Optische-Faser-Bauglied 14 umfassen, das in der Mitte angeordnet ist, sowie sechs erste photoempfangende Optische-Faser-Bauglieder 16, die auf einem im wesentlichen konzentrischen inneren Kreis um den Umfang des lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieds 14 angeordnet sind, und 12 zweite photoempfangende Optische-Faser-Bauglieder 18, die auf einem im wesentlichen konzentrischen äußeren Kreis, wie in 2 gezeigt ist, angeordnet sind, zum Bilden eines Optische-Faser-Lichtführungspfads 10 gebündelt. PbS-Detektoren wurden als Infrarotdetektoren 30 und 32 verwendet.
  • 8 zeigt Standardabweichungen von Spektren, die jeweils dadurch erhalten werden, daß ein Basisendabschnitt des Optische-Faser-Lichtführungspfads 10 einer derartigen Meßvorrichtung in engen Kontakt mit einem menschlichen Arm gebracht wurde und wiederholt sechsmal ein naher Abschnitt gemessen wurde. Die unterbrochene Linie zeigt eine spezifische Absorbanz -log(E1/E2), wobei E1 und E2 Intensitäten von Licht von einer ersten bzw. zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppe darstellen, und die durchgezogene Linie zeigt ein Ergebnis einer Messung mit einer Absorbanz -logE1 in einer einzelnen Entfernung von einem lichtprojizierenden Ende in einem Vergleichsbeispiel. Eine Dispersion durch die wiederholte Messung wurde auf 1/2 bis 1/3 des Gesamtwellenlängenbereichs aufgrund der Verwendung der spezifischen Absorbanz unterdrückt und die Wellenlängenabhängigkeit war reduziert. Die Dispersion ist in 8 um 7000 zu 6500 cm-1 erhöht, da Infrarotlicht aufgrund einer Feuchtigkeitsabsorption des menschlichen Körpers fast vollständig absorbiert wurde.
  • 9 zeigt eine exemplarische Korrelation zwischen Blutzuckerpegeln in einem menschlichen Körper und Lichtintensitäten, ausgedrückt in der spezifischen Absorbanz -log(E2/E1), gemessen durch ein Verwenden einer Siliziumkristallplatte als ein Breitbandfilter, das Licht von 10.000 bis 5.400 cm-1 durchläßt. Eine exzellente Korrelation ist zwischen den Blutzuckerpegeln und den Lichtintensitäten zu beobachten und es ist verständlich, daß Blutzuckerpegel optisch durch ein Verwenden einer spezifischen Absorbanz gemessen werden können.

Claims (6)

  1. Eine optische Meßvorrichtung für einen Lichtstreuer, die folgende Merkmale umfaßt: ein Lichtquellenbauteil (22, 38) zum Erzeugen von Licht von einem Infrarot- bis zu einem Nahinfrarotbereich, ein Photoerfassungsbauteil (30, 32), das einen Photodetektor aufweist, der eine Empfindlichkeit in dem Infrarot- bis Nahinfrarotbereich aufweist, einen Optische-Faser-Lichtführungspfad (10), der eine Mehrzahl von Einheitsbündeln (12) aufweist, wobei jedes Einheitsbündel (12) ein lichtprojizierendes Optische-Faser-Bauglied (14), eine erste photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (16) und eine zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (18) zum Führen und Anlegen des Lichtes von dem Lichtquellenbauteil (22, 33) an eine Oberfläche eines Lichtstreuungsziels (20) umfaßt, der gestreutes/reflektiertes Licht, das von der Oberfläche des Ziels (20) erzeugt wird, empfängt und dasselbe zu dem Photoerfassungsbauteil (30, 32) führt, und einen Signalprozessor (34) zum Erhalten eines physikalischen Eigenschaftswertes in dem Ziel (20) aus einem Erfassungssignal des Photoerfassungsbauteils (30, 32), wobei das Photoerfassungsbauteil (30, 32) angeordnet ist, um jeweilige Lichtkomponenten, die durch die ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen (16) und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen (18) geführt werden, als unterschiedliche Signale zu empfangen, wobei in jedem Einheitsbündel das lichtprojizierende Optische-Faser-Bauglied (14) an einer Mitte auf einer Endoberfläche angeordnet ist, wobei die erste photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (16) um das lichtprojizierende Optische-Faser-Bauglied (14) im we sentlichen an dem Umfang eines ersten Kreises angeordnet ist, der konzentrisch mit dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied (14) ist, und wobei die zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (18) im wesentlichen an dem Umfang eines zweiten Kreises angeordnet ist, der konzentrisch mit dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied (14) und in seinem Radius größer als der erste Kreis ist, wobei die Einheitsbündel (12) gebündelt sind, wobei erste Endoberflächen derselben bündig zueinander sind, wobei die lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieder (14) der jeweiligen Einheitsbündel (12) gebündelt und zu dem Lichtquellenbauteil (22, 38) auf der anderen Endoberflächenseite geführt sind, und wobei die ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen (16a) und die zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppen (18a) der jeweiligen Einheitsbündel (12) unabhängig voneinander gebündelt und zu dem Photoerfassungsbauteil (30, 32) geführt sind.
  2. Die optische Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die erste und die zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (16, 18) jeweils in einzelnen Schichten angeordnet sind.
  3. Die optische Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der jedes Einheitsbündel (12) jeweilige Abstände zwischen dem lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglied (14) und der ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppe (16) und zwischen der ersten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppe (16) und der zweiten photoempfangenden Optische-Faser-Baugliedgruppe (18) aufweist, die sich voneinander unterscheiden.
  4. Die optische Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der Durchmesser der lichtprojizierenden Optische-Faser-Bauglieder (14) und der Optische-Faser-Bauglieder (16, 18), die die erste und die zweite photoempfangende Faser-Baugliedgruppe bilden, nicht identisch sind.
  5. Die optische Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Anzahl von Optische-Faser-Baugliedern, die jede zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (18) bilden, größer ist als die Anzahl von Optische-Faser-Baugliedern, die jede erste photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (16) bilden.
  6. Die optische Meßvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Signalprozessor (34) angeordnet ist, um das Verhältnis E1/E2 zwischen erfaßten Intensitäten E1 und E2 von Lichtkomponenten, die durch die erste bzw. zweite photoempfangende Optische-Faser-Baugliedgruppe (16, 18) in dem Photoerfassungsbauteil (30, 32) geführt werden, oder einen Wert -log(E2/E1) oder -logE2/logE1 in Form einer Absorbanz als einen optisch gemessenen Wert zu berechnen, um den physikalischen Eigenschaftswert des Ziels (20) aus einer separat erhaltenen Regressionsformel des optisch gemessenen Wertes und eines physikalischen Eigenschaftswertes zu erhalten.
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