JP2009008640A - 計測装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象に対して、電気信号、あるいは物理量に対して変調法を採用することにより提供しうる、低価格かつ軽量な測定装置、および手段を提供する。
【解決手段】
計測対象に加える電気信号、あるいは物理量に変調を施して、信号の周波数帯域を直流付近の低い周波数帯域からオーディオ周波数帯にシフトすることによって、パーソナルコンピューターに付属しているアナログ入力端子とアナログ出力端子とをＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器として活用する事により計測装置の低コスト化、軽量化、高速化をはかって、従来の課題を解決するものである。
【選択図】図１

Description

本発明はパーソナルコンピューターを用いて、簡便に測定対象に対してパラメータ（例えば光における波長）を変化させつつ、測定対象の特性（光で言えば、透過率や反射率）の変化を測定する装置に関するものである。

従来、試料の透過率や反射率などの分光学的性質を測定するには、光源、分光器、検出器、処理装置、駆動装置等の高価な専用装置を用いて行ってきており、波長の走査にも相当の時間を必要とした。

発明が解決しようとする課題

そのため、例えば初等・中等教育における理科実験において分光測定を行おうとすると、極めて高額な装置が必要であり、教育機関での大量導入にはコストがかかり過ぎるという重大な問題があった。また、波長走査にも時間がかかるため、例えば尿検査に用いる検査用紙の様に短時間で退色する試料の測定には問題が多く、これが装置の自動化の大きな隘路となっていた。

また、物理量として光学的な量を測定する場合に、パラメータとして試料の位置を選べば、光学量を映像化する事になる。学校教育における光学顕微鏡の画像化を例として考えると、特に開発途上国においてＣＣＤビデオカメラの導入が難しい場合などには、コストが大きな問題であった。
本発明は、上記の物理量に関する測定装置を、パーソナルコンピューターの機能を有効に活用することによって、低価格化、また同時に軽量化、高速化をも実現するものである。

従来から、パーソナルコンピューターのサウンドの入出力に用いられているアナログ入力端子およびアナログ出力端子は、直流付近でのアナログ信号をＡ／ＤおよびＤ／Ａ変換できないために、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器としての積極的な使用はなされてこなかった。

課題を解決するための手段

本発明は、パーソナルコンピューターのアナログ出力端子から変調した電気信号を出力し、それを直接電気信号として、あるいは変換器によって光や熱、音などの物理量に変換して測定対象に与える。そして、測定対象の応答をパーソナルコンピューターのアナログ入力端子から信号として取り込み、計測する。光測定の場合における波長のようなパラメータとなる物理量は、パーソナルコンピューターのパラレルポート、あるいはディジタルポート、あるいはアナログ出力端子の一部を用いて変化させる事が可能であり、以上の原理を用いて、従来の課題を解決するものである。

特願２００５−２０６１７７

発明の効果

本発明では、従来オーディオ帯域の信号の入力を主眼として用いられてきたパーソナルコンピューターのアナログ入力端子を、変調をかける手法によって直流に近い低周波域でのわずかな時間変化をする信号を、信号の周波数帯域をシフトして、計測を可能としたもので、装置の低コスト化と軽量化をはかって、従来の課題を解決するものである。

また、同時にパーソナルコンピューターのパラレルポート、あるいはディジタルポート、あるいはアナログ出力端子の一部を用いて物理パラメータを直接制御するため、高速なパラメータの変化（光計測に例をとれば高速な波長走査）も可能になる。

このように、本発明は初等・中等学校教育における光吸収スペクトルの測定などの、安価で簡便な測定装置を実現する効果があり、同時に軽量で携帯可能な高速波長走査可能な分光測定器を実現することによって、例えば尿検査の目視によらない自動測定装置の実現の可能性をも開くものである。

以下に、本発明に関わる測定装置を、光吸収や反射スペクトルを測定する分光装置に応用した場合を例にとって、本発明の原理ならびに実施形態を図面に基づいて説明する。

まず図１に示す様に、パーソナルコンピューター（１）のアナログ出力端子（２）から変調した信号を出力し、それを直接、あるいは変換器（５）によって光や熱、音などの物理量に変換して測定対象（７）に与える。そして、測定対象の応答を変換器（８）により電気信号に変換してパーソナルコンピューターのアナログ入力端子（３）から取り込んで、処理する。

この例では、変換器（５）として発光波長の異なる複数（Ｎ個）の発光ダイオードを使用し、試料を透過してきた光強度を検出する変換器（８）として光センサーを用いている。発光波長の切り替えには切り替え信号出力端子（９）から出力される信号をデマルチプレクサに加えることによって行っている。

なお、試料の光透過率の校正には、予め透過率１００％の基準試料を通過されて校正を行う手法や、試料に入射する光の一部を半透明鏡により、一部反射させてその強度で透過光強度を割り算してスペクトルを求める方法が一般的であるが、図では省略した。

次に、本発明に関わる計測装置を、複数個の試料の光反射スペクトル、あるいは光音響スペクトルを時系列データとして測定するシステムに応用した場合を例にとって、同様に説明する。

図２は光反射、あるいは光音響スペクトル測定装置である。図２に示す様に、光源となる複数の発光ダイオード（４）から出た光は複数個の試料（７）に照射される。反射光測定の場合には光センサーがが変換器（８）となり、光音響測定の場合にはマイクロフォンに代表される音響センサーが変換器（８）となる。

パーソナルコンピューターのアナログ出力端子からの出力電圧は、デマルチプレクサ（４）で発光波長の異なる複数の発光ダイオードに加えられる。どの素子を発光させるか、に関しては、切り替え出力端子からの出力で制御する。これには、通常パーソナルコンピューターのパラレルポート、あるいはディジタルポート、あるいはアナログ出力端子の一部（一方のチャンネル）を用いる。

図１の例では変換器（８）を単一に描いているが、図２の様に感度のある波長域が一般には異なる複数（Ｎ個）の計測対象を測定する場合には、複数（Ｍ個）の発光体である変換器（５）からの光を時間領域において分離した後に、光ファイバ・バンドル（１１）に代表される光学系により波長的に多重化して伝送・供給し、複数（Ｎ個）の計測対象に照射した後、単一ないし複数個（２個以上計測対象と同数のＮ個以下）の受光体である変換器（８）とで測定系を構成する場合をも含む。

その場合には、受光した信号を多重化するマルチプレクサ（１０）を変換器（８）とアナログ入力端子（３）との間に挿入し、切り替え信号出力端子（９）で発光体と受光体との切り替えを同期する必要がある。

なお、試料の光反射率の校正には、予め反射率０％、１００％と見なせる基準試料により反射率の校正を行う手法が一般的であり、本発明はそれをも含むが、図では省略した。

また、尿検査や血液検査などのドライケミカル検査用紙の計測に応用する場合においては、用紙の自動供給機構に代表される周辺機器も必要となる場合があり、本発明はその機能をも含むが、図への記載は省略した。

本発明を透過型の分光測定装置として実施した場合の映像装置の図 本発明を反射型で複数の試料に対する反射または光音響分光測定装置として実施した場合の映像装置の図

符号の説明

１ パーソナルコンピューター
２ アナログ出力端子
３ アナログ入力端子
４ デマルチプレクサ
５ 発光ダイオードおよび駆動回路
６ 集光光学系
７ 試料
８ 変換器および増幅回路
９ 切り替え信号出力端子
１０ マルチプレクサ
１１ 光ファイバ・バンドル

Claims (4)

1. 電気信号、あるいは物理量に対して変調法を採用することにより、計測しようとする電気信号の周波数変域を直流および低周波数帯域から、オーディオ帯域へ周波数シフトすることにより、パーソナルコンピューターのアナログ入力端子およびアナログ出力端子を、それぞれＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器として使用する事を特徴とする計測装置、および方法。
2. 前項の原理を用い、さらにパーソナルコンピューターのパラレルポート、あるいはディジタルポート、あるいはアナログ出力端子の一部を、計測に必要なパラメータ（例えば、物理量のパラメータの一部、あるいは計測対象へ電気信号あるいは物理量を与える位置）を変化するために用いる事を特徴とする計測装置、及び方法。
3. 請求項１および２の原理に基づく装置であって、計測に必要なパラメータの変化範囲、ならびに計測範囲を拡大するために、多重化の機構を組み込んだ事を特徴とする計測装置、及び方法。
4. 請求項１、２および３の原理に基づく装置であって、計測システムの運用にネットワークを含む事を特徴とする計測装置、及び方法。

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