JP2000266669A

JP2000266669A - 濃度測定装置

Info

Publication number: JP2000266669A
Application number: JP7577799A
Authority: JP
Inventors: Susumu Suzuki; 進鈴木; Mitsuaki Nishizawa; 充哲西沢; Sumio Takasaki; 住男高崎
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】散乱吸収体内部の特定成分の絶対濃度等を測
定することができる濃度測定装置を提供する。【解決手段】プローブ１５のホトダイオード２０によ
り検出される光に基づいて空間分解分光法の原理により
光減衰率の変化率が、受光用光ファイバ２１により検出
される光に基づいて強度変調分光法の原理により平均光
路長が算出される。そして、光減衰率の変化率、平均光
路長、散乱係数μ_s'と吸収係数μ_aの所定の関係より、
酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、総ヘモグ
ロビン等の絶対濃度が容易に算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体など散乱吸収
体内部の特定成分の濃度等の情報を光により非侵襲的に
測定する濃度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体などの散乱吸収体内部の情報を測定
する装置としては、例えば特開平７−２５５７０９号公
報に開示されているものが知られている。この装置は、
空間分解分光法の原理を利用して、光入射部からの距離
方向に対する光減衰率の変化率を測定し、光減衰率の変
化率と光吸収係数との所定の関係により、散乱吸収体内
部の特定成分の相対濃度等を算出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの装置
では、散乱吸収体内部における特定成分の相対濃度や時
間変化等の相対的な情報しか算出することができなかっ
たため、例えば医療現場において、術中・術後の呼吸管
理等を精密かつ適切に行うためには本装置からの情報で
は必ずしも十分ではなかった。

【０００４】そこで本発明は、散乱吸収体内部の特定成
分の絶対濃度等を測定することができる濃度測定装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、空間分解分光法の原理と平均光路長と
の関係に注目し、本発明を完成させた。即ち、本発明に
かかる濃度測定装置は、複数の波長の光を発する光源
と、複数の波長の光を強度変調するための発振器と、強
度変調された複数の波長の光を散乱吸収体に入射させる
光入射部と、所定間隔を隔てて並置され、その並び方向
に光入射部が位置するように設けられる複数の光検出器
からなる第１の受光部と、第１の受光部において検出さ
れる光に基づいて光入射部からの距離方向に対する光減
衰率の変化率を算出する第１の算出手段と、光入射部と
第１の受光部とが存在する同一平面上であって、第１の
受光部の近傍に設けられる光検出器からなる第２の受光
部と、第２の受光部において検出される光に基づいて散
乱吸収体内部を拡散伝搬する光の平均光路長を算出する
第２の算出手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】かかる構造としたことにより、第１の受光
部により検出される光に基づいて空間分解分光法の原理
により光減衰率の変化率が算出され、第２の受光部によ
り検出される光に基づいて強度変調分光法の原理により
平均光路長が算出され、これらの値と散乱係数と吸収係
数の所定の関係より、散乱吸収体内部の特定成分の絶対
濃度を容易に求めることができる。

【０００７】また本発明にかかる濃度測定装置は、第２
の受光部は、光入射部からの距離が光入射部と第１の受
光部の中心とを結ぶ距離と等しくなるよう位置決めされ
ていることを特徴としてもよい。このようにすれば、第
１の受光部にある光検出器と第２の受光部にある光検出
器とで検出される光がほぼ同じ光路を取ることができ、
測定値の精度を高めることができる。

【０００８】また本発明にかかる濃度測定装置は、複数
の波長の光を発する光源と、複数の波長の光を強度変調
するための発振器と、強度変調された複数の波長の光を
散乱吸収体に入射させる光入射部と、所定間隔を隔てて
並置され、その並び方向に光入射部が位置するように設
けられる複数の光検出器からなる受光部と、受光部にお
いて検出される光に基づいて光入射部からの距離方向に
対する光減衰率の変化率を算出する第１の算出手段と、
受光部を構成する複数の光検出器のうちいずれかの光検
出器によって検出される光に基づいて散乱吸収体内部を
拡散伝搬する光の平均光路長を算出する第２の算出手段
と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】このようにすれば、受光部にある複数の光
検出器により検出される光に基づいて空間分解分光法の
原理により光減衰率の変化率を求めることができるばか
りでなく、そのうちいずれかの光検出器により検出され
る光に基づいて強度変調分光法の原理により平均光路長
をも求めることができるため、平均光路長を求めるため
の新たな光検出器を設ける必要がなくなり、装置構成を
単純化することができる。また、同じ光路を取った光に
より光減衰率の変化率と平均光路長の測定を行うことが
できるため、測定値の精度を高めることができる。

【００１０】また本発明にかかる濃度測定装置は、光検
出器によって検出される光に基づいて平均光路長を算出
する際の誤差を補正するための補正手段を設けたことを
特徴としてもよい。このようにすれば、平均光路長の測
定値の精度を高めることができ、それに基づいて算出さ
れる特定成分の絶対濃度等の信頼性を高めることができ
る。

【００１１】また本発明にかかる濃度測定装置は、光検
出器によって検出される光の検出量に基づいて散乱吸収
体内部に入射する光の照射量を制御する光照射量制御手
段を設けたことを特徴としてもよい。このようにすれ
ば、光検出器により検出される光の量を調整することが
でき、過大光量による装置の感度の劣化や損傷を防止す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。なお、同一の要素には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。

【００１３】図１は、本発明の一実施形態にかかる濃度
測定装置の全体構成の概略を示している。

【００１４】濃度測定装置は大きく分けて、高周波を発
する発振器１０と、複数の波長の光を発する光源１１
と、その光を生体に入射するための光入射部１２と、生
体内を拡散伝搬した光を検出するための第１の受光部１
３及び第２の受光部１４と、光入射部１２と第１の受光
部１３と第２の受光部１４とを一体化して設けたプロー
ブ１５と、光減衰率の変化率を算出する第１の算出手段
としてのパーソナルコンピュータ１６（PC）と、平均光
路長を算出する第２の算出手段としてのIQ復調器１７
（IQD）及びパーソナルコンピュータ１６と、測定結果
を表示するディスプレイ１８とで構成されている。

【００１５】発振器１０は、出力が正弦波で、周波数が
１４０MHzの高周波発振器であり、一の周波数を用いた
強度変調分光法により生体内部を拡散伝搬する光の平均
光路長を測定するために設けたものである。この周波数
は、１０MHzから１GHzの間で散乱吸収体に合わせて選択
され、生体の測定では１００MHzから２００MHzの範囲内
で選択される。本実施形態では、電子回路部品の入手性
を考えて１４０MHzとした。また、この発振器１０は、
周波数のドリフトが大きいと光路長の測定結果に誤差を
生じさせるので、クリスタル発振器か、またはクリスタ
ル発振器を基準周波数とした電圧制御発振器を使用する
のが望ましい。ただし、０．１度程度の精度であればク
リスタル発振器を使用する必要はない。

【００１６】光源１１は、波長がそれぞれλ₁からλ₄の
異なる光を発する４個のレーザダイオード１９（LD）に
より構成され、パーソナルコンピュータ１６からのタイ
ミング信号に同期して発光するようになっている。この
レーザダイオード１９は、シングルモード、マルチモー
ドのどちらを使用してもよい。また、それぞれの光の波
長は、７００nmから９５０nmの間で選択する。なお、m
種類の特定成分の濃度を測定するためには、（m＋１）
種類の波長の光が必要であり、本実施形態では４種類の
波長の光を使用しているので３種類の特定成分の濃度の
測定が可能となる。

【００１７】プローブ１５は、図２（ａ）の平面図及び
（ｂ）の断面図に示すように、光入射部１２と、複数の
ホトダイオード２０からなる第１の受光部１３と、受光
用光ファイバ２１からなる第２の受光部１４とから構成
され、これらが遮光用ラバー２２に位置ずれしないよう
に固定されて一体化されている。光入射部１２は、送光
用光ファイバー２３とプリズム２４とから成り、伝送さ
れる光をほぼ垂直に生体に入射する構造となっている。
第１の受光部１３は、光入射部１２からの距離方向に並
べられた１次元の光センサであり、３個のホトダイオー
ド２０で構成されている。このホトダイオード２０によ
り検出された光信号は、ケーブル９を介して装置本体へ
伝送されるようになっている。このホトダイオードの数
は２個以上必要で、数が多いほど光減衰率の変化率の測
定精度が高くなる。また、第１の受光部２０の近傍に
は、位相検出用の一の受光用光ファイバ２１からなる第
２の受光部１４が設けられている。なお、ホトダイオー
ド２０と受光用光ファイバ２１とで検出される光がほぼ
同じ光路を取るようにして測定値の精度を高めるため、
光入射部１２から第１の受光部１３の中心までの距離ｒ
₁と、光入射部１２から第２の受光部１４までの距離ｒ₂
とが等しくなるように、第２の受光部１４は位置決めさ
れている。

【００１８】図３にこのプローブ１５の使用例を示す。
本実施形態における濃度測定の主な対象は頭部であり、
臨床上酸素モニターが最も重要な部分である。プローブ
１５は通常毛髪の無い額部へ粘着テープや伸縮性のバン
ド等で固定される。図示されているのは、粘着テープ６
０で固定されている状態である。

【００１９】IQ復調器１７は、受光用光ファイバ２１に
より検出され、光電子増倍管２５（PMT）から高周波ア
ンプ２６（A）を経てきた信号と、発振器１０からの基
準信号とを比較し、両信号の位相差を算出するための出
力信号をパーソナルコンピュータ１６に送るためのもの
である。

【００２０】パーソナルコンピュータ１６は、本装置の
制御を司るものであり、レーザダイオード１９のオン・
オフ信号を発したり、ホトダイオード２０により検出さ
れる光に基づいて光減衰率の変化率を算出したり、IQ復
調器１７からの信号に基づいて位相差を算出して平均光
路長を算出したり、光減衰率の変化率及び平均光路長に
基づいて特定成分の絶対濃度等を算出したり、その測定
結果をディスプレイ１８に表示するための信号を発した
りするためのものである。

【００２１】ディスプレイ１８は、パーソナルコンピュ
ータ１６からの信号に基づいて、生体内部の特定成分、
例えば酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、総
ヘモグロビン等の絶対濃度を表示するためのものであ
る。

【００２２】次に、本濃度測定装置の制御動作について
説明する。

【００２３】発振器１０の出力は、レーザダイオード１
９を強度変調するための信号と、IQ復調器１７の基準信
号の２つに分岐される。前者の信号は、高周波アンプ２
７により増幅され、RFスイッチ２８（SW）に入力され
る。このRFスイッチ２８は、パーソナルコンピュータ１
６から送られてくるレーザダイオード１９のオン・オフ
の制御信号により動作し、その出力信号が次の加算回路
２９に入力される。加算回路２９では、パルスアンプ３
０（PA）により電流増幅されたレーザダイオード１９の
オン・オフの制御信号に同期した矩形波状の信号と、高
周波信号との加算が行われる。この加算回路２９の出力
信号によってレーザダイオード１９が駆動される。

【００２４】レーザダイオード１９から発せられた複数
の波長の光は、送光用光ファイバ３１により光入射部１
２まで送られ、生体内部に入射される。この送光用光フ
ァイバ３１は、シングルモードファイバ、マルチモード
ファイバ、バンドルファイバのいずれを使用してもよ
い。なお、温度の影響やファイバ端の戻り光雑音を避け
るため、レーザダイオード１９を温度制御したり、戻り
光遮断のためのアイソレータを使用したりしてもよい。

【００２５】生体内部を拡散伝搬した光は、複数のホト
ダイオード２０と、光電子増倍管２５に光を送るための
受光用光ファイバ２１とにより受光される。

【００２６】ホトダイオード２０により受光された光
は、積分回路３２（INT）、サンプルホールド回路３３
（S/H）を経てA/Dコンバータ３４に入力され、順次デジ
タル信号へと変換されてパーソナルコンピュータ１６に
送られる。ただし、サンプルホールドするタイミング
は、複数のホトダイオード２０に対して同時に行わなけ
ればならない。

【００２７】一方、受光用光ファイバ２１により受光さ
れた光は、光電子増倍管２５に送られる。光電子増倍管
２５の出力信号は、高周波アンプ２６により１４０MHz
の成分だけ選択的に６０dB程度増幅され、IQ復調器１７
に入力される。

【００２８】IQ復調器１７は、光電子増倍管２５から高
周波アンプ２６を経てきた信号と発振器１０からの基準
信号とをそれぞれRF端子とLO端子に入力し、互いに直交
する成分、IとQに分解する。この２つの信号を積分回路
３５（INT）、サンプルホールド回路３６（S/H）を経て
A/Dコンバータ３７に入力する。ここで順次デジタル変
換されパーソナルコンピュータ１６に送られる。ただ
し、サンプルホールドするタイミングは、ホトダイオー
ド２０の信号のサンプルホールドと同時に行わなければ
ならない。

【００２９】パーソナルコンピュータ１６では、IとQの
信号から次の（１）式を使って位相差θが算出され、続
いて（２）式を使って平均光路長Lが算出される。

【００３０】

【数１】

【００３１】

【数２】ここで、vは生体内部での光速、fは変調周波数である。
θは、LO端子に入力された信号を基準としたときのRF端
子の信号との位相差を示す。

【００３２】また、パーソナルコンピュータ１６では、
３つのホトダイオード２０により検出された光に基づい
て光減衰率の変化率が算出される。

【００３３】そして、次の光減衰率の変化率と平均光路
長との所定の関係より、散乱係数μ _s'と吸収係数μ_aが
算出される。

【００３４】

【数３】

【００３５】

【数４】ここで、Aは光減衰率、ρは距離である。

【００３６】このようにして求められた各波長λでの散
乱係数μ_s'と吸収係数μ_aにより、酸素化ヘモグロビ
ン、脱酸素化ヘモグロビン、総ヘモグロビン等の絶対濃
度が算出され、その結果がディスプレイ１８に表示され
る。

【００３７】図４及び図５は、これらの過程をタイムチ
ャートに示したものである。

【００３８】パーソナルコンピュータ１６からのタイミ
ング信号に同期して、４つのレーザダイオード１９は図
４（a）から（d）に示すように発光する。λ₄の波長の
光が発光された後、同じ時間だけダーク補正用のデータ
を取得するため、すべてのレーザダイオード１９がオフ
される。したがって、光入射部１２からは図４（e）の
ようなパターンの光が発せられる。この光は、生体内部
を拡散伝搬し、ホトダイオード２０と受光用光ファイバ
２１によって受光される。

【００３９】図５（f）は、ホトダイオード２０の出力
を示している。１は入射部より最も近いホトダイオード
の出力で、３は最も遠いホトダイオードの出力である。
これらは、高周波の変調成分を除いて低周波成分のみを
出力したものでり、これらの値を使って光減衰率の変化
率が算出される。このとき、外来光や暗電流の影響を取
り除くために、レーザダイオード１９をすべてオフとし
たときの値を各波長における信号の値から減算して計算
を行う。

【００４０】図５（g）は光電子増倍管２５の出力信号
を示している。ここでは、変調成分を使うので、応答周
波数が低いと信号の検出効率が著しく悪化するため、光
電子増倍管２５の応答周波数が変調周波数を上回るよう
にする。

【００４１】図５（g）の出力信号から高周波成分だけ
を選択的に増幅すると、図５（h）のようになる。この
信号をIQ復調器１７のRF端子に入力する。一方、発振器
１０の出力信号を分岐して得られた基準信号は、図５
（i）のように連続した高周波の出力信号となる。この
信号をIQ復調器１７のLO端子に入力する。そして、IQ復
調器１７は、図５（j）、（k）のような出力をし、これ
らの値を使って位相差θを計算した後、平均光路長が算
出される（式（１）、（２）参照）。

【００４２】次に、受光用光ファイバ２１によって検出
される光に基づいて平均光路長を算出する際の誤差を補
正するための補正手段について説明する。

【００４３】本実施形態では、光入射部１２から発せら
れる光が図６（a）のように発光していたとしても、par
asitic RF signalが存在するため、IQ復調器１７の入力
（RF端子）の実際の波形は、図６（b）のようになって
いる。オフセットは、外来光や光電子増倍管２５の暗電
流、DCアンプのドリフトによって発生する。また、レー
ザダイオード１９がオフになっていても高周波信号が出
力されている。この様子を図７にベクトルを使って表
す。ここで、v_nDCはオフセットの影響を、v_nRFはparasi
tic RF signalの影響を示し、v_measは測定値を、v_sigは
真値を示す。また、θ_measは測定される位相を示し、θ
_sigは真の位相を示す。このように、オフセットやparas
itic RF signalにより、真の位相と異なる値を出力する
ようになってしまう。

【００４４】この測定誤差を補正するために、補正手段
としてのパーソナルコンピュータ１６では以下の処理を
行う。

【００４５】まず、レーザーダイオード１９の出力がオ
フのときの値をそれぞれの出力信号から減算する。これ
は、v_nDCの補正に相当する。次に、光電子増倍管２５の
高圧電源３８（HV）をオフとし、レーザダイオード１９
がオンとオフのときの出力信号の差をさらに減算する。
これは、v_nRFの補正に相当する。これらの処理を行うこ
とにより、真値を求めることができる。

【００４６】図８は、この補正を実現させるための他の
構成を示す。図１の発振器１０と送光用光ファイバ３１
の間において、RFスイッチ２８、パルスアンプ３０を取
り除き、定電流源３９より一定の電流を流してレーザー
ダイオード１９をCW（連続）点灯させる。また、送光用
光ファイバ３１の途中にシャッタ４０を配置し、オン・
オフできるようにする。このシャッタ４０のオン・オフ
によって、光の出力を制御する。ただし、シャッタ４０
により完全に光をカットしなければならないので、通常
はメカニカルシャッタを用いる。この構成を各レーザダ
イオード１９ごとに配置する。この場合における測定値
のずれの様子を、図９にベクトルを使って表す。この構
成では、オフセット分v_nのみ影響するので、シャッタ４
０がオフのときの値を測定値から減算するだけで、真値
を得ることができる。

【００４７】次に、受光用光ファイバ２１によって検出
される光の検出量に基づいて生体に入射される光の照射
量を制御する光照射量制御手段について説明する。

【００４８】本実施形態にかかる装置では、位相検出用
に光電子増倍管２５を使用しているので、過大光量は光
電子増倍管２５の感度の劣化や損傷を来す。そこで、あ
る許容量を越えると光電子増倍管２５に入射する光量の
平均値が定格をこえないように、図１０に示すような発
光パターンを得られるように光の照射量を制御する。こ
の制御は、手動または、自動で光照射量制御手段として
のパーソナルコンピュータ１６からのレーザダイオード
１９のオン・オフの制御信号を調節することで行われ
る。

【００４９】図１０（a）は、４つのレーザダイオード
１９の発光信号とオフ信号とを１グループとし、その繰
り返し周波数を変化させて光の照射量を制御するもの
で、また、図１０（b）はそれぞれのレーザダイオード
１９の発光時間を変化させて光の照射量を制御するもの
である。

【００５０】この制御により、光電子増倍管２５への光
の照射量が全体として減少するため、光電子増倍管２５
に通常より強い光が入ってきても、装置の感度の劣化や
損傷をきたすことなく測定を行うことができる。特に、
この光照射量の制御は、GaAs、InGaAsの光電面を持つ光
電子増倍管に対し有効である。

【００５１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことなく、種々の変形が可能である。

【００５２】例えば、図１１に示すように、１次元のホ
トダイオードの代わりに、３つの受光用光ファイバ４１
を光入射部１２より距離方向に並べ、それぞれに光電子
増倍管４２を接続して受光部４３を構成してもよい。

【００５３】本構成では、３つの受光用光ファイバ４１
のうち中心に位置するものが、光減衰率の変化率及び位
相差を測定するのに利用される。この場合、図１１に示
すように、真ん中の光電子増倍管４２の出力を２分岐
し、ハイパスフィルタ４４（HPF）で高周波成分のみを
高周波アンプ４５（A）で増幅し、IQ復調器１７に入力
する。一方、低周波成分は積分回路４６（INT）、サン
プルホールド回路４７（S/H）を経てA/Dコンバータ４８
でデジタル信号へ変換される。その他の構成は、図１と
同じである。

【００５４】図１２はこの場合のプローブ１５を示し、
光入射部１２と、光入射部１２より距離方向に並べられ
た三つの受光用光ファイバ４１からなる受光部４３とを
遮光用ラバー２２に位置ずれしないように固定して構成
されている。

【００５５】このようにすれば、３つの受光用光ファイ
バ４１のうち中心に位置するものが、光減衰率の変化率
を測定するのに利用されるだけでなく、位相を検出する
のにも利用されるため、新たに位相検出用の光検出器を
設ける必要がなくなり、構成を単純化することができ
る。また、同じ光路を取った光により光減衰率の変化率
と平均光路長の測定を行うことができるため、測定値の
精度を高めることができる。

【００５６】また、本実施形態にかかる濃度測定装置で
は、周波数の異なる２つの発振器を使ったヘテロダイン
方式によって位相検出を行ってもよい。この場合の装置
構成について図１３に示す。

【００５７】２つの発振器４９，５０は、周波数がそれ
ぞれ１００MHzと１００．０１MHzの高周波発振器であ
り、周波数差が１０kHzに固定されている。この周波数
差は、応答特性、雑音等を考慮して適当な値を選択すれ
ばよく、１０kHzに限定されるものではない。それぞれ
の発振器４９，５０からの信号は、乗算器５１に入力さ
れ、ローパスフィルタ５２（LPF）を通して差周波信号
だけを位相比較するIQ復調器５３のLO端子に入力され
る。また、光電子増倍管２５の出力信号も同様に乗算器
５４とローパスフィルタ５５（LPF）で差周波信号が取
り出され、IQ復調器５３のRF端子に入力される。なお、
IQ復調器５３のかわりにロックインアンプを使ってもよ
い。また、乗算器としてはDBMが好んで使用されるが、I
Cを使用してもよい。その他の構成は、図１と同じであ
る。このようにすれば、位相検出における雑音レベルを
大幅に減少することができる。

【００５８】以上、本実施形態にかかる濃度測定装置で
は、光減衰率の変化率のみならず、平均光路長をも測定
できるため、平均光路長、光減衰率の変化率及び散乱係
数μ _s'と吸収係数μ_aの所定の関係より、生体内部の特
定成分の絶対濃度を求めることができる。この生体内部
の特定成分の絶対濃度は、時間分解分光法や強度変調分
光法のみを用いた装置によっても測定することができ
る。しかしながら、時間分解分光法を用いた装置では、
レーザーダイオードをピコ秒間隔で発光させたり、フォ
トカウンティングレベルでの検出を行わなければならな
いため、実用性の面で問題がある。また、強度変調分光
法のみを用いた装置では、複数の周波数での変調や高周
波での変調が必要となり、技術的に難しい。これに反し
て本実施形態にかかる装置によれば、時間分解分光法や
強度変調分光法のみを用いた装置に比較して、技術的に
容易で実用性に優れた装置を提供することができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明では、空間分解分光法の原理によ
り光減衰率の変化率を測定でき、強度変調分光法の原理
により散乱吸収体内部を拡散伝搬する光の平均光路長を
測定することができるため、光減衰率の変化率、平均光
路長及び散乱係数と吸収係数の所定の関係より、散乱吸
収体内部の特定成分の絶対濃度を容易に求めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態における濃度測定装置のシステムの概
略を示すブロック図。

【図２】本発明の実施形態における濃度測定装置に用い
られるプローブを示す（a）平面図、および（b）（a）
のＡ−Ａ線断面図。

【図３】図２に示されたプローブの使用例を示す正面
図。

【図４】図１に示されたレーザダイオードの発する光の
信号を示す波形図。

【図５】図１に示されたシステムの各部における信号を
示す波形図。

【図６】IQ復調器のRF端子へ入力される理論と実際の信
号を比較した波形図。

【図７】位相検出時における測定誤差を示すベクトル
図。

【図８】位相検出時における測定誤差の補正を実現する
ための他の構成を示すブロック図。

【図９】図８の構成での位相検出時における測定誤差を
示すベクトル図。

【図１０】光照射量制御手段によりレーザダイオードの
発光を制御した場合の波形図。

【図１１】他の構成のプローブを用いた場合の濃度測定
装置のシステムの概略を示すブロック図。

【図１２】図１１の構成の濃度測定装置に用いられるプ
ローブの構成を示す平面図。

【図１３】ヘテロダイン方式により位相検出を行う場合
のシステムのブロック図。

【符号の説明】

１０…発振器、１１…光源、１２…光入射部、１３…第
１の受光部、１４…第２の受光部、１６…パーソナルコ
ンピュータ、１７…IQ復調器、１９…レーザダイオー
ド、２０…ホトダイオード、２１…受光用光ファイバ、
４１…受光用光ファイバ、４３…受光部。

フロントページの続き (72)発明者高崎住男静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB12 EE11 GG01 GG06 JJ17 KK02 KK03 LL01 MM01 MM03 4C038 KK04 KL01 KL07 KX01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の波長の光を発する光源と、前記複数の波長の光を強度変調するための発振器と、強度変調された前記複数の波長の光を散乱吸収体に入射
させる光入射部と、所定間隔を隔てて並置され、その並び方向に前記光入射
部が位置するように設けられる複数の光検出器からなる
第１の受光部と、前記第１の受光部において検出される光に基づいて前記
光入射部からの距離方向に対する光減衰率の変化率を算
出する第１の算出手段と、前記光入射部と前記第１の受光部とが存在する同一平面
上であって、前記第１の受光部の近傍に設けられる光検
出器からなる第２の受光部と、前記第２の受光部において検出される光に基づいて前記
散乱吸収体内部を拡散伝搬する光の平均光路長を算出す
る第２の算出手段と、を備えたことを特徴とする濃度測
定装置。
【請求項２】前記第２の受光部は、前記光入射部から
の距離が前記光入射部と前記第１の受光部の中心とを結
ぶ距離と等しくなるよう位置決めされていることを特徴
とする請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】複数の波長の光を発する光源と、前記複数の波長の光を強度変調するための発振器と、強度変調された前記複数の波長の光を散乱吸収体に入射
させる光入射部と、所定間隔を隔てて並置され、その並び方向に前記光入射
部が位置するように設けられる複数の光検出器からなる
受光部と、前記受光部において検出される光に基づいて前記光入射
部からの距離方向に対する光減衰率の変化率を算出する
第１の算出手段と、前記受光部を構成する複数の光検出器のうちいずれかの
光検出器によって検出される光に基づいて前記散乱吸収
体内部を拡散伝搬する光の平均光路長を算出する第２の
算出手段と、を備えたことを特徴とする濃度測定装置。
【請求項４】前記光検出器によって検出される光に基
づいて前記平均光路長を算出する際の誤差を補正するた
めの補正手段を設けたことを特徴とする請求項１から請
求項３のいずれか１項に記載の濃度測定装置。
【請求項５】前記光検出器によって検出される光の検
出量に基づいて前記散乱吸収体内部に入射する光の照射
量を制御する光照射量制御手段を設けたことを特徴とす
る請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の濃度測
定装置。