JP2007178188A - Liquid detecting optical waveguide type sensor and optical waveguide type liquid detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体検出用光導波路式センサ及び光導波路式液体検出装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid detection type optical waveguide sensor and an optical waveguide type liquid detection device.
例えば、人工透析においては、透析装置の半透膜に生じたピンホール等により、血液が透析液中に漏出したことを検出するための漏血センサを設置している。例えば、特許文献1は、血液に対する吸収率が異なる2つのピーク波長を有する光により発光素子を別々に発光させ、透析液を透過させて受光素子により受光し、前記透析液に対する2つの波長の光の透過量を変換した電圧レベルを比較することにより、透析液中の漏血状態を検知する漏血検出器が記載されている。このように発光素子と受光素子により透析液への血液の漏出を検出する漏血検出器は特許文献2にも記載されている。
For example, in artificial dialysis, a blood leak sensor is installed to detect that blood has leaked into the dialysate due to a pinhole or the like generated in the semipermeable membrane of the dialyzer. For example,
また人工透析においては、送血針の一部が抜け、その側面等に設けられている穴から血液が漏れて事故を起こすことがあるため、針を刺した皮膚の部分の近傍に漏血を検出するためのセンサを設置するのが望ましい。 In artificial dialysis, a part of the blood-feeding needle may fall out, causing blood to leak from the hole provided on the side of the needle and causing an accident. It is desirable to install a sensor for detection.
このような漏血の検出に関連する技術としては、人の皮膚から血管に刺した針に、薬液注入装置から圧力の加わった薬液を供給して注入する際の薬液漏出検出技術がある。 As a technique related to the detection of such a blood leak, there is a chemical liquid leakage detection technique for supplying and injecting a chemical liquid under pressure from a chemical liquid injector to a needle pierced from a human skin into a blood vessel.
例えば特許文献3には、針を刺した皮膚の部分に粘着剤により貼り付けるように構成したパッチに複数の電極を設け、これらの電極間における人体組織のインピーダンスの変化を検出して薬液の漏出を検出する装置が記載されている。
For example, in
一方、従来技術として、クラッドとコアから成る平板状フレキシブル光導波路が特許文献4、5等に記載されている。
以上の従来技術では次に示すような課題がある。
1.特許文献1又は特許文献2の漏血検出技術は、発光素子と受光素子の間を透過する光の透過量によって漏血を検出するものであるので、針を刺した皮膚の部分からの漏血の検出に適用するのは困難である。即ち、この漏血検出技術では、発光素子と受光素子の間に、光が邪魔されずに透過し、しかも漏出した血液が光を遮る空間が必要であるところ、このような空間を針の穿刺した部分に形成するのは困難であると共に、仮にこのような空間が形成されたとしても、発光素子と受光素子を針を刺した皮膚の部分に取り付けなければならないので大掛かりに成ってしまう。
2.また特許文献3の漏血検出技術では、微少とはいっても皮膚に電流を流すことにおいて、人に違和感を感じさせ易い。
本発明は以上の課題を解決するために、平板状フレキシブル光導波路を合理的に応用して液体検出用光導波路式センサを構成することを目的とするものである。
The above prior art has the following problems.
1. Since the blood leakage detection technique of
2. In addition, the blood leakage detection technique disclosed in
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has an object to construct a liquid detection optical waveguide sensor by rationally applying a flat flexible optical waveguide.
本発明では,上述した課題を解決するために,フレキシブル基板上に形成した平板状フレキシブル光導波路の一方側を光ファイバ接続部として構成すると共に、他方側に反射膜を形成し、更に基板から離れた側のコア面を露出させて構成した液体検出用光導波路式センサを提案する。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, one side of the flat flexible optical waveguide formed on the flexible substrate is configured as an optical fiber connection portion, a reflective film is formed on the other side, and further away from the substrate. We propose an optical waveguide sensor for liquid detection that is configured by exposing the core surface on the other side.
また本発明では、上記の構成において、コアは、光導波路の一方側から他方側に幅広となるテーパ状に形成することを提案する。 According to the present invention, in the above configuration, it is proposed that the core is formed in a tapered shape that becomes wider from one side to the other side of the optical waveguide.
また本発明では、発光手段と、受光した光の強度測定手段と、それらの手段と入出力用光ファイバ間に配置した方向性結合手段とから液体検出装置本体を構成し、入出力用光ファイバに上記光導波路式センサを接続して構成する光導波路式液体検出装置を提案する。 In the present invention, the liquid detection device main body is constituted by the light emitting means, the intensity measuring means of the received light, and the directional coupling means arranged between these means and the input / output optical fiber, and the input / output optical fiber An optical waveguide type liquid detection device configured by connecting the optical waveguide type sensor to the above is proposed.
そして本発明では、上記装置において、方向性結合手段は、ファイバカップラ14により構成することを提案する。
In the present invention, it is proposed that the directional coupling means is constituted by the
本発明の光導波路式センサでは、コア面が露出している光導波路の面を皮膚側に対応させて、皮膚に刺した針の近傍に位置させて固定し、光導波路式センサに接続した光ファイバを、光コネクタにより液体検出装置本体の入出力用光ファイバに接続して使用する。 In the optical waveguide sensor of the present invention, the surface of the optical waveguide whose core surface is exposed corresponds to the skin side, is positioned and fixed in the vicinity of the needle pierced on the skin, and is connected to the optical waveguide sensor. The fiber is used by being connected to the input / output optical fiber of the liquid detection device main body by an optical connector.
以上の使用状態において、針からの漏血がない場合には、液体検出装置本体から入出力用光ファイバを経て光導波路式センサの光導波路のコアを伝搬してきた光は、コアの露出面において、露出面に接する空気との屈折率(例えばコアの屈折率:1.46、空気の屈折率:1.0)の差により、対応する反射率で反射して液体検出装置本体に戻り、反射光の強度が測定される。 In the above use state, when there is no blood leakage from the needle, the light propagating from the liquid detection device body through the input / output optical fiber to the core of the optical waveguide of the optical waveguide sensor is reflected on the exposed surface of the core. Due to the difference in refractive index with air in contact with the exposed surface (for example, the refractive index of the core: 1.46, the refractive index of air: 1.0), it reflects with the corresponding reflectance and returns to the liquid detector main body, and the intensity of the reflected light is Measured.
この状態において皮膚に刺した針から血液が漏出して露出しているコアに接すると、血液の屈折率は空気よりも高く、例えば血漿成分の90%を占める水の屈折率は1.3であるためコアの露出面における光の反射率が低下し、よって、コアの露出で反射して液体検出装置本体で測定される反射光の強度が低下する。従って、この反射光の強度の低下により、針からの漏血を検出することができる。 In this state, when the blood leaks from the needle stuck in the skin and comes into contact with the exposed core, the refractive index of blood is higher than that of air, for example, the refractive index of water occupying 90% of the plasma component is 1.3. The reflectance of light on the exposed surface of the core is lowered, and thus the intensity of reflected light that is reflected by the exposure of the core and measured by the liquid detection device main body is lowered. Therefore, leakage of blood from the needle can be detected by the decrease in the intensity of the reflected light.
次に本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1は本発明に係る光導波路式センサを用いた光導波路式液体検出装置の実施の形態を示すもので、図2は図1の光導波路式センサの部分の拡大図であり、図3は図2のA−A断面図、図4は光導波路式センサを液体検出装置本体に接続する構成要素を示すものである。
符号1はフレキシブル基板であり、この基板1上に、コア2とクラッド3から成る平板状フレキシブル光導波路4が形成されており、基板から離れた側のコア2の面は露出させた構成としている。この光導波路4の一方側は光ファイバ接続部として構成され、コア2は光導波路4の一方側から他方側に幅広となるテーパ状に形成されると共に、光導波路4の他方側には反射膜5が形成されている。このような構成の平板状フレキシブル光導波路4は、上述した特許文献4、5等の従来技術を用いて容易に構成することができる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an optical waveguide liquid detection device using an optical waveguide sensor according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a portion of the optical waveguide sensor in FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and FIG. 4 shows components for connecting the optical waveguide sensor to the liquid detection device main body.
符号6は光導波路4の一方側に接続される光ファイバ接続部材であり、この光ファイバ接続部材6は、溝形の係合支持部7を有し、この係合支持部7内に光導波路4の一方側の端縁を係合して保持する構成である。光導波路4の保持を確実にするために、光導波路4の一方側の面にはストッパー凹部8が形成されており、また光ファイバ接続部材6の係合支持部7の内側には、このストッパー凹部8に弾発的に係合するストッパー突起(図示省略)が設けられており、このストッパー突起は操作部材(図示省略)によって、ストッパー凹部8から後退して係合が解除可能な構成となっている。また光ファイバ接続部材6には光ファイバ9が接続され、光ファイバ9の端面と光導波路4とを光学的に接続する機構(図示省略)が設けられている。
次に、符号10は液体検出装置本体であり、この液体検出装置本体10は、レーザーダイオード等の発光手段11と、ホトダイオード等を要素とする受光強度測定手段12と入出力用光ファイバ13と、方向性結合手段としてのファイバカップラ14とを主要な構成要素としている。このファイバカップラ14は分岐比を1:1としている。符号15aは入出力用光ファイバ13に接続した光コネクタであり、この光コネクタ15aに光導波路式センサ側の光ファイバ9に接続した光コネクタ15bを接続する構成としている。
Next,
以上の構成において、使用においては、図5に示すように、コア2の面が露出している光導波路4の面を皮膚側に対応させて、血管16に刺した針17の近傍に位置させて固定し、光ファイバ接続部材6に接続した光ファイバ9を、光コネクタ15a,15bにより液体検出装置本体10の入出力用光ファイバ13に接続して使用する。
In the above configuration, in use, as shown in FIG. 5, the surface of the
以上の使用状態において、針17からの漏血がない場合には、液体検出装置本体10から入出力用光ファイバ13を経て光導波路式センサの光導波路4のコア2を伝搬する光は、コア2の露出面において、露出面に接する空気との屈折率(例えばコアの屈折率:1.46、空気の屈折率:1.0)の差により、対応する反射率で反射して液体検出装置本体10に戻り、反射光の強度が測定される。
In the above use state, when there is no blood leakage from the
ここで、本発明における光導波路とは異なるが、光ファイバのコア2を伝搬してきた光が、端面において反射する反射率Rと、受光強度測定手段12における反射光の受光強度PRは次の式で示される。
反射率R={(ng−n0)2/(ng+n0)2}×100 (%)
受光強度PR={(P0/2)×R/100}/2
但し、ng:光ファイバのコアの屈折率、n0:コアの端面と接する媒質の屈折率、P0:発光手段から送光される光の強度である。
Here, although different from the optical waveguide in the present invention, the reflectance R at which the light propagating through the
Reflectance R = {(n g −n 0 ) 2 / (n g + n 0 ) 2 } × 100 (%)
Received light intensity P R = {(P 0/2 ) × R / 100} / 2
Where n g is the refractive index of the core of the optical fiber, n 0 is the refractive index of the medium in contact with the end face of the core, and P 0 is the intensity of light transmitted from the light emitting means.
そこで光導波路式センサのコア2の端面に媒質として、空気、水及び屈折率を光ファイバのコアの屈折率に整合させた液の3種類を接触させて、反射率Rと受光強度PRの理論値を求めると共に、受光強度を測定した結果は下表に示すとおりである。但し、受光強度の測定は、光ファイバの端面を研磨したものと、クリーバ切断を行ったものの2種類に付き行い、発光手段11から送光され光の強度P0は1135μWである。またコアの屈折率は1.46である。
屈折率 反射率 受光強度 測定値(μW)
n0 R(%) PR(μW) 端面研磨 クリーバ切断
空気 1.0 3.50 9.92 9.05 8.45
水 1.3 0.34 0.95 0.63 0.59
整合液 1.45 0.001 0.003 0.02 0.01
So as the medium on the end face of the
Refractive index Reflectance Received light intensity Measured value (μW)
n 0 R (%) P R (μW) End face polishing Cleaver cutting Air 1.0 3.50 9.92 9.05 8.45
Water 1.3 0.34 0.95 0.63 0.59
Matching liquid 1.45 0.001 0.003 0.02 0.01
以上の理論計算及び測定結果から、光ファイバのコアの端面に接する媒質が空気と水の場合には、受光強度測定手段により測定する反射光の強度が1桁以上異なるので、これらの媒質を十分に識別可能であることが分かる。 From the above theoretical calculation and measurement results, when the medium in contact with the end face of the core of the optical fiber is air and water, the intensity of the reflected light measured by the received light intensity measuring means differs by one digit or more. It can be seen that these can be identified.
従って、本発明の光導波路式センサにおいて、コア2の露出面に接する媒質の屈折率の変化により反射率が変化することは容易に類推できる。
Therefore, in the optical waveguide sensor of the present invention, it can be easily analogized that the reflectance changes due to the change in the refractive index of the medium in contact with the exposed surface of the
従って上述した使用状態において皮膚に刺した針17から血液が漏出して、コア2の露出面に接すると、血液の屈折率は空気よりも高く、例えば血漿成分の90%を占める水の屈折率は上表に示すように1.3程度であるため、コア2の露出面における光の反射率が低下し、よって、コアの露出面で反射して液体検出装置本体10で測定される反射光の強度が低下する。この強度の低下は比較的大きいので、確実に水分の存在、即ち血液の存在を検出することができ、こうして針17からの漏血を確実に検出することができる。
Accordingly, when blood leaks from the
この実施の形態では、コア2は光導波路4の一方側から他方側に幅広となるテーパ状に形成されているため、血液等の媒質と接触する面積が広く、従って血液等を高い感度で確実に検出することができる。またコア2を幅広とするためにテーパ状としているため、コア2を幅広とすることによる光の反射を抑制することができる。
In this embodiment, since the
しかしながら他の実施の形態においては、コア2は、一定の幅の形状とすることもできる。
However, in other embodiments, the
本発明における光導波路式センサの上述した使用においては、図5に示すように、コア2の面が露出している光導波路4の面と皮膚との間に脱脂綿等のように、血液を吸収し拡散する繊維集合体18を介在すれば、針17から漏出した血液を光導波路4の面に沿って拡散することができ、上述した検出を確実に行うことができる。尚、図中符号20は光導波路式センサと針17の部分を覆う脱脂綿等の被覆部材である。
In the above-described use of the optical waveguide sensor of the present invention, as shown in FIG. 5, blood is absorbed between the surface of the
以上、本発明の光導波路式センサ及びそれを用いた液体検出装置を、透析等における針からの漏血を検出する装置に適用した場合につき説明したが、本発明の光導波路式センサ及びそれを用いた液体検出装置は、その他の用途における水やその他の液体の検出に用いることができるものである。 As described above, the optical waveguide sensor of the present invention and the liquid detection device using the same are applied to a device for detecting blood leakage from a needle in dialysis or the like, but the optical waveguide sensor of the present invention and the same are used. The liquid detection device used can be used for detection of water and other liquids in other applications.
また本発明の光導波路式センサでは以上のように漏血の検出に使用した後、光ファイバ接続部材6から外して廃棄することができ、衛生的である。
The optical waveguide sensor of the present invention is hygienic because it can be removed from the optical
本発明の光導波路式センサ及びそれを用いた液体検出装置は、以上のとおりであるので,以下に示すような特徴を有し,産業上の利用可能性が大である。
1.光導波路式センサは、コアの露出面における光の反射を利用するものであるので、発光素子と受光素子の対を必要とせず、従って大掛かりと成らず人の腕等に容易に取り付けて使用することができる。
2.皮膚等に電流を流さないので、使用する人に違和感を感じさせない。
3.また本発明の光導波路式センサは非常に安価に構成することができるので、1回のみの使用で廃棄しても経済的に負担とならない。
Since the optical waveguide sensor and the liquid detection device using the same according to the present invention are as described above, they have the following characteristics and have great industrial applicability.
1. Since the optical waveguide sensor utilizes light reflection on the exposed surface of the core, it does not require a pair of a light emitting element and a light receiving element, and therefore does not become large and can be easily attached to a human arm or the like. be able to.
2. Since no current is passed through the skin, the user does not feel uncomfortable.
3. Moreover, since the optical waveguide sensor of the present invention can be constructed at a very low cost, it is not economically burdened even if it is discarded after being used only once.
1 フレキシブル基板
2 コア
3 クラッド
4 平板状フレキシブル光導波路
5 反射膜
6 光ファイバ接続部材
7 係合支持部
8 ストッパー凹部
9 光ファイバ
10 液体検出装置本体
11 発光手段
12 受光強度測定手段
13 入出力用光ファイバ
14 ファイバカップラ
15a,15b 光コネクタ
16 血管
17 針
18 穴
19 繊維集合体
20 被覆部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
4. The optical waveguide liquid detection device according to claim 3, wherein the directional coupling means is constituted by a fiber coupler.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005375019A JP2007178188A (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Liquid detecting optical waveguide type sensor and optical waveguide type liquid detector |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=38303538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2005375019A Pending JP2007178188A (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Liquid detecting optical waveguide type sensor and optical waveguide type liquid detector |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITTO20130523A1 (en) * | 2013-06-26 | 2014-12-27 | Eltek Spa | MEDICAL DEVELOPMENT OF A LOSS OF FLUID ON A SUBJECT |
CN114434314A (en) * | 2017-07-24 | 2022-05-06 | 株式会社荏原制作所 | Polishing method |
-
2005
- 2005-12-27 JP JP2005375019A patent/JP2007178188A/en active Pending
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