JP2013013547A - Optical measurement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測対象に光を照射しこの計測対象の内部を透過した光を検出してその内部情報を測定する、生体光計測装置などの光計測装置に関するものである。 The present invention relates to an optical measurement device such as a biological light measurement device that irradiates a measurement target with light, detects light transmitted through the measurement target, and measures its internal information.
生体光計測装置として、光トポグラフ装置と呼ばれる計測装置が知られている。この装置は、光照射を行う光源プローブと光受光を行う受光プローブを生体計測対象に多数配置し、光の透過の違いを計測することにより、生体情報、たとえば、血液の流れの変化などを計測する装置である。 As a biological light measurement device, a measurement device called an optical topograph device is known. This device measures biological information, for example, changes in blood flow, by arranging a number of light source probes that emit light and light receiving probes that receive light in a living body measurement object and measuring differences in light transmission. It is a device to do.
光源プローブと受光プローブは計測対象上に決められたプローブ間距離をとって配置するため、各プローブを決まった距離間に配置できるプローブフォルダに装着し、プローブフォルダを計測対象の皮膚に配置して計測を行う。生体の表面は凹凸や曲面を持つため、各プローブ先端が、均一に皮膚に接触するように、プローブフォルダは柔軟性を持った構造となっている。生体情報の分布を計測する場合には、光源プローブと受光プローブを多数配置したプローブフォルダを計測部位、例えば、頭部に密着するように取り付けて、各光源プローブから近赤外線を照射して各受光プローブで計測を行う。 Since the light source probe and the light receiving probe are arranged with a predetermined distance between the probes on the measurement object, each probe is attached to a probe folder that can be arranged within a predetermined distance, and the probe folder is arranged on the skin to be measured. Measure. Since the surface of the living body has irregularities and curved surfaces, the probe folder has a flexible structure so that the tip of each probe contacts the skin uniformly. When measuring the distribution of biological information, attach a probe folder with many light source probes and light receiving probes so that they are in close contact with the measurement site, for example, the head, and irradiate each infrared source with near infrared rays. Measure with a probe.
生体情報の分布を計測するためには、各光源プローブはプローブ間のばらつきがないように同じ光出力とされる必要がある。同様に、各受光プローブは同じ光を検出すると同じ値として検出する必要がある。しかし、光源プローブに用いられている光源素子、および受光プローブに用いられている受光素子には個々のばらつきがある。通常は予め素子の入出力特性を計測して、校正データを記録しておき、各光源素子、受光素子を計測システムに組み込んだときに、校正データを元に光源素子の駆動電流、受光素子の感度補正を制御回路の調整部で補正することにより、計測データの統一を得ている。また、各光源素子、受光素子は素子の環境温度や、素子の使用時間によっても入出力特性が変化するため、予め各素子の温度補正や定期的な校正データの改定を行う必要がある。光源素子が一定の出力が得られるような方法として、特許文献1には、光源プローブ内部に受光素子を持ち、光源素子の出力光の一部をプローブ内部の受光素子に導き、受光素子の出力が一定になるようにフィードバックする方法が記載されている。
In order to measure the distribution of biological information, each light source probe needs to have the same light output so that there is no variation between the probes. Similarly, when each light receiving probe detects the same light, it must be detected as the same value. However, the light source element used for the light source probe and the light receiving element used for the light receiving probe have individual variations. Normally, the input / output characteristics of the element are measured in advance and the calibration data is recorded. When each light source element and light receiving element are incorporated in the measurement system, the driving current of the light source element and the light receiving element The measurement data is unified by correcting the sensitivity correction by the adjustment unit of the control circuit. In addition, since the input / output characteristics of each light source element and light receiving element change depending on the environmental temperature of the element and the usage time of the element, it is necessary to correct the temperature of each element in advance and periodically revise the calibration data. As a method for obtaining a constant output from a light source element,
従来の計測システムでは予め行った校正をもとに、回路調整、計測プログラム内の計測補正を行うため、プローブを入れ替えたり、使用していたプローブが動作しなくなり、違うプローブを装着する場合、再度、校正値の計測、計測プログラム内の補正値を入力し直して計測する必要があった。 In the conventional measurement system, circuit adjustment and measurement correction in the measurement program are performed based on calibration performed in advance, so if you replace the probe or the probe you used does not work, and you install a different probe, It was necessary to measure the calibration value and input the correction value in the measurement program again.
本発明は、プローブを入れ替えたり交換しても、再度校正を行わずに最適条件で計測を行うことができる光計測装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical measurement device that can perform measurement under optimum conditions without performing calibration again even if the probe is replaced or replaced.
本発明は、各プローブに固有番号を割り当て、各プローブ内に不揮発性メモリを有し、プローブ固有番号と光学素子の校正データを記録、保持することにより、計測の際、プローブフォホルダの複数あるプローブ口のどこに、どのプローブが配置されているかを把握し、校正データを元に最適な光学素子の駆動条件を設定できるようにしたものである。 The present invention assigns a unique number to each probe, has a non-volatile memory in each probe, and records and holds the probe unique number and calibration data of the optical element, so that there are a plurality of probe for holders at the time of measurement. It is possible to grasp which probe is arranged at the probe port and set the optimum optical element driving condition based on the calibration data.
本願において開示される発明のうち代表的なものを挙げれば、光源プローブから計測対象に光を照射し、前記計測対象の内部を透過した光を受光プローブで検出してその光の強度変化を計測することにより、計測対象の内部情報を測定する光計測装置において、プローブフォルダを有し、前記光源プローブと前記受光プローブは、個別に取り外しができるように、プローブフォルダに装着し、前記光源プローブおよび前記受光部ローブには、それぞれ光源プローブ内に配置されている光源素子および受光プローブ内に配置されている受光素子の校正用データ並びに各プローブに固有に割り当てられている番号を保持できる不揮発性メモリを有し、計測の際に、プローブフォルダのどの位置にプローブが装着されているかを判別し、各プローブの前記不揮発メモリに保持してある個別の校正データを元に各プローブの光源素子の駆動電流の調整または受光素子の感度補正を行うように構成したものである。 A typical example of the invention disclosed in the present application is to irradiate a measurement target with light from a light source probe, detect the light transmitted through the measurement target with a light receiving probe, and measure the intensity change of the light. Thus, in the optical measurement device for measuring the internal information of the measurement target, the optical measurement device has a probe folder, and the light source probe and the light receiving probe are attached to the probe folder so that they can be individually detached, and the light source probe and The light receiving section lobe can hold a light source element disposed in the light source probe, calibration data for the light receiving element disposed in the light receiving probe, and a number uniquely assigned to each probe. When measuring, determine where the probe is mounted in the probe folder and Wherein those configured to perform adjustment or sensitivity correction of the light-receiving element of the driving current of light source elements of each probe based on the individual calibration data that is held in the nonvolatile memory.
本発明によれば、計測の際、各プローブをプローブフォルダのどのプローブ口に装着しても、また、プローブを交換しても、再度校正を行わずに最適条件で計測を行うことができる。 According to the present invention, even when each probe is attached to any probe port of the probe folder or when the probe is replaced, measurement can be performed under optimum conditions without performing calibration again.
以下に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。各図面において、同一の構成要素には同一の番号を付し、繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same number is attached | subjected to the same component, and repeated description is abbreviate | omitted.
図1から図13を参照して、実施例1に係る光計測装置を具体的に説明する。この実施例に係る光計測装置は、脳のある部位が活動をすると、それに伴って、その部位に酸素を送る為の血液量が増大することを利用して、生体内の局所的な血液動態変化を計測する装置である。具体的には、頭皮上から近赤外光を照射し、この近赤外光の血液中のヘモグロビンによる散乱を計測することで、大脳の表面付近の血液量の変化を計測し、それを2次元的なマップ等に表わすなどして簡便に脳の働きを観察することができる。ここで、近赤外光とは、可視光より波長の長い領域の電磁波である。 With reference to FIGS. 1 to 13, the optical measurement apparatus according to the first embodiment will be described in detail. The optical measurement apparatus according to this embodiment uses the fact that when a part of the brain is active, the blood volume for sending oxygen to the part increases, the local blood dynamics in the living body. It is a device that measures changes. Specifically, near-infrared light is irradiated from the scalp, and by measuring the scattering of this near-infrared light by hemoglobin in the blood, the change in the blood volume near the surface of the cerebrum is measured. The function of the brain can be easily observed by displaying it on a dimensional map or the like. Here, near-infrared light is an electromagnetic wave having a wavelength longer than that of visible light.
先ず、図1は光学計測システム全体を示した斜視図である。計測システムは光学計測装置と校正装置から成り立っている。 First, FIG. 1 is a perspective view showing the entire optical measurement system. The measurement system consists of an optical measurement device and a calibration device.
光学計測装置は、測定対象の血液量の変化を計測する。光学計測装置はシステムコントローラ5、計測ユニット4、プローブフォルダ3、光源プローブ1、受光プローブ2から成り立っている。プローブフォルダ3と計測ユニット4は計測ユニット−プローブフォルダ接続ケーブル7を介して接続される。計測ユニット4とシステムコントローラ5はシステムコントローラ−計測ユニット接続ケーブル8を介して接続される。プローブフォルダ3には光源プローブ1と受光プローブ2を装着して計測を行う。測定対象10の血液変化を計測するには各プローブを装着したプローブユニット3を測定対象の皮膚に当て測定を行う。その際、各プローブの先端に配置している光ファイバ端部が均一に接触するように配置する。
The optical measurement device measures a change in blood volume to be measured. The optical measuring device includes a
校正装置は光源プローブ1と受光プローブ2の校正を行う。校正装置はシステムコントローラ5とプローブ校正ユニット6から成り立っている。プローブ校正ユニット6とシステムコントローラ5はシステムコントローラ−プローブ校正ユニット接続ケーブル9を介して接続される。
The calibration device calibrates the
図2は光源プローブの構成を示した図である。図中(a)は光源プローブ1の斜視図、(b)は光源プローブの断面図、(c)は断面図の破断面47を示す。光源プローブ1は光源素子11、光学フィルタ12、光ファイバ13、プローブコネクタ(プローブ側)14、プロセッサ電気回路基板16、プロセッサ素子17、不揮発性メモリ18、光源素子駆動電気回路基板15、光源素子駆動回路電子部品19から構成されており、個々の光源プローブには固有の番号が割り当てられており、不揮発性メモリ18に記録されている。また、不揮発性メモリ18には、光源素子の個別の校正データが記憶されており、計測の際、システムコントローラから読み出されて最適な光源素子の駆動条件が設定される。不揮発性メモリ18の情報はプロセッサ素子17を介して読み書きされる。プロセッサ素子17はプローブコネクタ14を介して情報を送受信する。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the light source probe. In the figure, (a) is a perspective view of the
図3は受光プローブの構成を示した図である。図中(a)は受光プローブ2の斜視図、(b)は受光プローブの断面図、(c)は断面図の破断面48を示す。受光プローブ2は受光素子20、光学フィルタ12、光ファイバ13、プローブコネクタ(プローブ側)14、プロセッサ電気回路基板16、プロセッサ素子17、不揮発性メモリ18、受光素子駆動電気回路基板21、受光素子駆動回路電子部品22から構成されており、個々の受光プローブには固有の番号が割り当てられており、不揮発性メモリ18に記録されている。また、不揮発性メモリ18には、受光素子の個別の校正データが記憶されており、計測の際、システムコントローラから読み出されて最適な受光素子の駆動条件が設定される。不揮発性メモリ18の情報はプロセッサ素子17を介して読み書きされる。プロセッサ素子17はプローブコネクタ14を介して情報を送受信する。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the light receiving probe. In the figure, (a) is a perspective view of the
図4はプローブフォルダ3を示した説明図である。プローブフォルダ3には、プローブを装着するプローブ口23が複数個ある。プローブ口横にはプローブが装着された際、プローブコネクタ(プローブ側)14と接続されるプローブコネクタ(フォルダ側)24が配置されている。プローブコネクタ(フォルダ側)には、コネクタカバー25が設けられている。プローブフォルダには、接続されたプローブを制御するプローブ制御回路をプローブ制御インターフェース部27に有している。プローブ制御回路はフォルダコネクタ26に接続されており、プローブフォルダ3と計測ユニット4を計測ユニット−プローブフォルダ接続ケーブル7で接続される。
FIG. 4 is an explanatory view showing the
図5は、プローブフォルダを示した図であり、(a)は全体斜視図、(b)は展開図である。プローブフォルダ3は上部よりコネクタ層24、プローブフォルダ上部層28、コネクタ配線層29、プローブフォルダ下部層30から構成されている。プローブフォルダ上部層28とプローブフォルダ下部層30はコネクタ配線29の電気的絶縁の役割を果たす。プローブフォルダ上部層28、コネクタ配線層29、プローブフォルダ下部層30は一体として構成される。
5A and 5B are diagrams showing the probe folder, where FIG. 5A is an overall perspective view and FIG. 5B is a developed view. The
図6は、計測手順を示した流れ図を示す。計測対象の血液変化量を計測する場合、計測目的に従い、計測領域を覆うプローブフォルダと受光プローブと光源ローブを用意する。用意したプローブが校正されていない場合は各プローブの校正を行う(S601,S602)。次に、測定対象にプローブフォルダを装着する(S603)。次に計測にあわせて光源プローブと受光プローブをプローブフォルダのプローブ口に装着する(S604,S605)。次にプローブフォルダと計測ユニットを計測ユニット−プローブフォルダ接続ケーブルで接続する(S606)。次に計測ユニットとシステムコントローラをシステムコントローラ−計測ユニット接続ケーブルで接続し(S607)、計測接続配置を整える。システムコントローラは、プローブフォルダの複数あるプローブ口のどこに、どのプローブが接続されているか、各プローブ口ごとにプローブ固有番号を確認することにより装着位置を確認する(S608)。計測目的にあったプローブ配置が確認できると各プローブの校正パラメータを読み出し、計測手順に最適なプローブ制御設定を行う(S609)。その後、プローブ装着の確認を行い、光源プローブの出力調整を行った後(S610)、計測シーケンスに従い計測を行う(S612)。 FIG. 6 is a flowchart showing the measurement procedure. When measuring a blood change amount to be measured, a probe folder, a light receiving probe, and a light source lobe that cover the measurement region are prepared according to the measurement purpose. If the prepared probe is not calibrated, each probe is calibrated (S601, S602). Next, the probe folder is attached to the measurement target (S603). Next, the light source probe and the light receiving probe are attached to the probe port of the probe folder in accordance with the measurement (S604, S605). Next, the probe folder and the measurement unit are connected by the measurement unit-probe folder connection cable (S606). Next, the measurement unit and the system controller are connected by the system controller-measurement unit connection cable (S607), and the measurement connection arrangement is arranged. The system controller confirms the mounting position by confirming which probe is connected to which probe port of the plurality of probe folders and which probe unique number for each probe port (S608). When the probe arrangement suitable for the measurement purpose can be confirmed, the calibration parameters of each probe are read, and the optimum probe control setting for the measurement procedure is performed (S609). Then, after confirming probe mounting and adjusting the output of the light source probe (S610), measurement is performed according to the measurement sequence (S612).
計測接続配置が整いシステムコントローラが行う計測調整は、まず各プローブ口にプローブが接続されているかを各口へ電気的通信を行い、確認する。接続が確認されたなら、その接続されているプローブ内に記録されている個別番号、プローブの種類を読み出し、そのプローブが光源プローブの場合は、光源駆動電流−光出力の特性関数、累積駆動時間が読み出される。一方、受光プローブの場合、受光強度−センサ出力電圧の特性関数、累積計測時間が読み出される。プローブフォルダの全てのプローブ口の接続状態が確認できたなら、各プローブ口に接続されたプローブの配置パターンに決められた計測シーケンスでプローブの測定対象への装着状態をチェックする。ここで、プローブの配置が予めプログラムされている計測シーケンスに無かった場合、新たにシステムコントローラへシーケンスプログラムを入力するか、もしくはプローブの配置をシーケンスプログラムに適合した配置へ変更する。 In the measurement adjustment performed by the system controller with the measurement connection arrangement in place, first, it is confirmed by performing electrical communication to each port to determine whether the probe is connected to each probe port. If the connection is confirmed, the individual number recorded in the connected probe and the type of the probe are read. If the probe is a light source probe, the light source drive current-light output characteristic function, cumulative drive time Is read out. On the other hand, in the case of the light receiving probe, the characteristic function of the received light intensity-sensor output voltage and the accumulated measurement time are read out. If the connection state of all the probe ports in the probe folder is confirmed, the mounting state of the probe to the measurement target is checked by the measurement sequence determined by the arrangement pattern of the probes connected to each probe port. Here, when the probe arrangement is not in the pre-programmed measurement sequence, a sequence program is newly input to the system controller, or the probe arrangement is changed to an arrangement suitable for the sequence program.
プローブの測定対象への装着状態のチェックは、まず、光源プローブの駆動電流を各プローブの平均駆動電流に設定し、シーケンスに従い発光させ、受光プローブで透過散乱光の受光強度を測定する。一つの受光プローブは複数の光源プローブからの光を時間分割もしくは変調することにより、別々に検出し、受光プローブとそれぞれの光源プローブ対の位置によって決まる空間別の血流変化を計測する。 To check the mounting state of the probe on the measurement target, first, the driving current of the light source probe is set to the average driving current of each probe, light is emitted according to the sequence, and the light receiving intensity of the transmitted scattered light is measured by the light receiving probe. One light receiving probe separately detects light from a plurality of light source probes by time division or modulation, and measures a change in blood flow for each space determined by the positions of the light receiving probe and each light source probe pair.
ここで、測定対象への装着状態のチェックの判定は、各受光プローブの空間別の血流を計測するための光源プローブのそれぞれが照射した光を受光プローブで検出した受光強度により行う。 Here, the determination of the check of the mounting state on the measurement target is performed based on the received light intensity detected by the light receiving probe for the light emitted by each of the light source probes for measuring the blood flow of each light receiving probe for each space.
全ての光源プローブと受光プローブ対パターンでの受光強度が計測許容範囲に収まっていた場合、被験者への装着は計測可能状態と判断される。
その後、それぞれの光源プローブと受光プローブ対の受光強度を平均光出力となるように、光源プローブの出力電流を調整して計測準備を完了し、本計測を行うことができる。
When the received light intensity of all the light source probes and the light receiving probe pair pattern is within the measurement allowable range, it is determined that the attachment to the subject is a measurable state.
Thereafter, the measurement preparation is completed by adjusting the output current of the light source probe so that the light reception intensity of each light source probe and the light receiving probe pair becomes the average light output, and the main measurement can be performed.
一方、受光強度が複数の光源プローブの全てにおいて計測許容範囲より大きい場合、その受光プローブへの外部からの光照射が考えられるので、外光の入射チェックをさせ、再度、装着具合のチェックを行う。 On the other hand, if the received light intensity is greater than the allowable measurement range for all of the light source probes, it is possible to irradiate light from the outside to the light receiving probe, so check the incident of external light and check the mounting condition again. .
受光プローブが空間別の血流変化を計測するそれぞれの光源プローブ全ての光について検出強度が計測許容範囲より低い場合はその受光プローブが測定対象に接触していないことが予想されるので、再度、装着具合のチェックを行う。 If the detection intensity is lower than the allowable measurement range for all the light source probes that measure blood flow changes by space, the light receiving probe is not in contact with the measurement target. Check the wearing condition.
受光プローブが空間別の血流変化を計測するそれぞれの光源プローブのうち、検出強度が計測許容範囲より低い対がある場合はその光源プローブが測定対象に接触していないことが予想されるので、再度、装着具合のチェックを行う。 Among the light source probes that measure the blood flow changes by space, if there is a pair whose detection intensity is lower than the allowable measurement range, it is expected that the light source probe is not in contact with the measurement target. Check the wearing condition again.
通常は全てのプローブ対の検出強度が計測許容範囲に収まるようにプローブの装着を調整するが、光検出強度が計測許容範囲に収まらない対が有る場合でも計測準備完了し、本計測を行うことができる。しかし、その場合は、その対の信号は無効として計測を行う。 Normally, the probe mounting is adjusted so that the detection intensity of all probe pairs falls within the allowable measurement range. However, even if there is a pair whose optical detection intensity does not fall within the allowable measurement range, the measurement preparation is completed and this measurement is performed. Can do. However, in that case, the measurement is performed with the pair of signals invalid.
図7はプローブ校正を行うプローブ校正ユニットを示し、(a)は斜視図、(b)は断面図である。プローブ校正ユニット6は、校正済み光源素子34、校正済み受光素子35、光学NDフィルタ33、光学フィルタ12、光ファイバ13、光源素子制御電子回路56、受光素子制御電子回路57、受光プローブ校正口32、光源プローブ校正口31、光源プローブコネクタ50、受光プローブコネクタ51、システムコントローラ接続用コネクタ52、プローブ校正口カバー54、遮光壁55から構成されている。
FIG. 7 shows a probe calibration unit for performing probe calibration, (a) is a perspective view, and (b) is a cross-sectional view. The
図8は、光源プローブの校正手順を示した流れ図である。システムコントローラ5と校正ユニット6をシステムコントローラ−プローブ校正ユニット接続ケーブル9を用いて接続する。光源プローブ1を光源プローブ校正口31へ装着する(S801)。この時、光源プローブの先端に配置してある光ファイバ13と光源プローブ校正用光学NDフィルタ33が接触するように配置する。
FIG. 8 is a flowchart showing the calibration procedure of the light source probe. The
システムコントローラはプローブ校正ユニット電気回路53及び、光源プローブの電子回路を制御する。光源プローブの光源素子の駆動電流を、ゼロから徐々に増加させていき(S802)、校正済み光検出器の出力電圧が、光源プローブと検出プローブを標準距離離して被験者に装着して計測したときに、検出プローブで検出される光強度(標準検出光強度)の時に出力される電圧となる電流値を標準駆動電流として記録する(S804)。さらに電流値を増加させ(S805)、光検出器の出力電圧が測定対象の安全を考慮して設定されている最大光出力のND係数分の1の出力電圧となる電流値を計測時最大駆動電流値として記録する(S807)。そして、駆動電流値を計測時最大駆動電流値の2倍まで増加させる(S808)。その駆動電流値を変化させたときの、光検出器の出力電圧との関係を、その光源プローブの特性として計測する(S810)。ただし、計測点として記録するのは標準駆動電流の10分の1から計測時最大駆動電流値の2倍の値までの区間とする。この特性関係が「光源素子の駆動電流−校正済み光検出器の出力電圧関係」となる。記録する電流値の計測点数は記録する電流値区間を均等に200区間程度に分けた点とする。光源プローブ校正用光学NDフィルタの減衰係数は光源プローブと受光プローブを標準的な計測対象に標準距離に装着したときに得られる減衰係数とする。測定された計測点から近似関数を求める(S811)。求めた近似関数式より光源プローブ特性を定め、プローブ内の不揮発性メモリおよびシステムコントローラの記憶部に、プローブの個別番号と結びつけて記録する(S812)。
The system controller controls the probe calibration unit
図9に、光源プローブの校正手順で得られる「光源素子の駆動電流−校正済み光検出器の出力電圧関係」を示す。この特性は、光源プローブの光源素子の駆動電流とNDフィルタ透過した校正用光源プローブの出力電圧の計測関係を示す。 FIG. 9 shows a “light source element driving current−calibrated photodetector output voltage relationship” obtained in the light source probe calibration procedure. This characteristic indicates the measurement relationship between the drive current of the light source element of the light source probe and the output voltage of the calibration light source probe that has passed through the ND filter.
図10に、光源素子の駆動電流−校正済み光検出器の出力電圧関係の近似式から得られるグラフを示す。 FIG. 10 shows a graph obtained from an approximate expression of the relationship between the driving current of the light source element and the output voltage of the calibrated photodetector.
図11に、受光プローブの校正手順を示した流れ図を示す。 FIG. 11 is a flowchart showing the calibration procedure of the light receiving probe.
システムコントローラ5と校正ユニット6をシステムコントローラ−プローブ校正ユニット接続ケーブル9を用いて接続する。受光プローブ2を受光プローブ校正口32へ装着する(S1101)。この時、受光プローブ2の先端に配置してある光ファイバ13と受光プローブ校正用光学NDフィルタ33が接触するように配置する。システムコントローラ5はプローブ校正ユニット電気回路53及び、受光プローブの電子回路を制御する。
The
校正済み光源素子の駆動電流を、ゼロから徐々に増加させていき(S1102)、計測時最大駆動電流値の2倍の値まで変化させたときの検出プローブで出力される光検出器の出力電圧を記録する。また、その間の標準駆動電流値の時の出力電圧を標準検出光強度、計測時最大駆動電流値の時の出力電圧を最大光出力強度のND係数分の1として記録する(S1104,S1107)。その他の記録する点は標準検出光強度から最大光出力強度の2倍までの区間とする(S1110)。この特性が「校正済み光源による光出力と受光プローブの出力電圧の計測の関係」となる。ここで、光源素子の駆動電流値は、光強度として換算することができる。記録する校正済み光源の電流値(光強度)の計測点数は記録する電流値(光強度)区間を均等に200区間程度に分けた点とする。受光プローブ校正用光学NDフィルタの減衰係数は光源プローブと受光プローブを標準的な計測対象に標準距離に装着したときに得られる減衰係数とする。測定された計測点から近似関数を求める(S1111)。求めた近似関数式より受光プローブ特性を定め、プローブ内の不揮発性メモリおよびシステムコントローラの記憶部に、プローブの個別番号をつけて記録する(S1112)。 The output voltage of the photodetector output by the detection probe when the drive current of the calibrated light source element is gradually increased from zero (S1102) and changed to twice the maximum drive current during measurement. Record. In addition, the output voltage at the time of the standard drive current value during that time is recorded as the standard detection light intensity, and the output voltage at the time of the maximum drive current value at the time of measurement is recorded as 1 / ND coefficient of the maximum light output intensity (S1104, S1107). The other points to be recorded are sections from the standard detection light intensity to twice the maximum light output intensity (S1110). This characteristic is “relationship between measurement of light output from calibrated light source and output voltage of light receiving probe”. Here, the drive current value of the light source element can be converted as light intensity. The number of measurement points of the current value (light intensity) of the calibrated light source to be recorded is a point where the current value (light intensity) section to be recorded is equally divided into about 200 sections. The attenuation coefficient of the light receiving probe calibration optical ND filter is an attenuation coefficient obtained when the light source probe and the light receiving probe are attached to a standard measurement object at a standard distance. An approximate function is obtained from the measured measurement points (S1111). The light receiving probe characteristic is determined from the obtained approximate function expression, and the probe individual number is assigned and recorded in the nonvolatile memory in the probe and the storage unit of the system controller (S1112).
図12に、校正済み光源による光出力(電流値)−受光出力の計測(電圧値)関係図を示す。この特性は、校正済み光源の駆動電流表示による光出力と光源プローブと受光プローブ距離を標準距離としたときの減衰係数に相当するNDフィルタ透過した光を受光したときの受光プローブの出力電圧の計測関係を示す。得られた光出力−受光プローブ出力電圧の計測データより光出力−受光プローブ感度出力の近似式を多次数関数で求め、校正データとして使用する。 FIG. 12 shows a measurement (voltage value) relationship diagram of light output (current value) −light reception output by a calibrated light source. This characteristic is obtained by measuring the output voltage of the light receiving probe when receiving light that has passed through the ND filter corresponding to the attenuation coefficient when the distance between the light source probe and the light receiving probe is the standard distance. Show the relationship. From the obtained measurement data of the light output-light receiving probe output voltage, an approximate expression of light output-light receiving probe sensitivity output is obtained by a multi-order function and used as calibration data.
図13に、光出力−受光出力の近似式から得られるグラフを示す。 FIG. 13 shows a graph obtained from the approximate expression of light output-light reception output.
図14は、図1で示した光学計測システム全体において、プローブフォルダ3と計測ユニット4を計測ユニット−プローブフォルダ接続ケーブル7を用いて接続し、有線で各プローブと計測ユニット間で通信するに代えて、プローブフォルダ3と計測ユニット4間を無線で通信するようにしたものである。プローブフォルダ3にバッテリー60と無線通信アンテナ61を配置し、計測ユニット4にも無線通信アンテナ62を配置することにより、各プローブと計測ユニット間を無線で通信する。これにより、測定対象10が移動中や運動中でも光計測を行うことができる。
FIG. 14 shows that the
1 光源プローブ
2 受光プローブ
3 プローブフォルダ
4 計測ユニット
5 システムコントローラ
6 プローブ校正ユニット
7 計測ユニット−プローブフォルダ接続ケーブル
8 システムコントローラ−計測ユニット接続ケーブル
9 システムコントローラ−プローブ校正ユニット接続ケーブル
10 測定対象
11 光源素子
12 光学フィルタ
13 光ファイバ
14 プローブコネクタ(プローブ側)
15 光源素子駆動電気回路基板
16 プロセッサ電気回路基板
17 プロセッサ素子
18 不揮発性メモリ
19 光源素子駆動回路電子部品
20 受光素子
21 受光素子駆動電気回路基板
22 受光素子駆動回路電子部品
23 プローブ口
24 プローブコネクタ(フォルダ側)
25 コネクタカバー
26 フォルダコネクタ
27 プローブ制御インターフェース部
28 プローブフォルダ上部層
29 コネクタ配線層
30 プローブフォルダ下部層
31 光源プローブ校正口
32 受光プローブ校正口
33 光学NDフィルタ
34 校正済み光源素子
35 校正済み受光素子
47 光源プローブ断面
48 受光プローブ断面
50 光源プローブコネクタ(プローブ校正ユニット)
51 受光プローブコネクタ(プローブ校正ユニット)
52 システムコントローラ接続用コネクタ
53 プローブ校正ユニット電気回路基板
54 プローブ校正口カバー
55 遮光壁
56 光源素子制御電子回路
57 受光素子制御電子回路
60 バッテリー
61 プローブワイヤレスアンテナ
62 計測ユニットワイヤレスアンテナ
DESCRIPTION OF
15 light source element driving
25 Connector cover 26
51 Receiving probe connector (probe calibration unit)
52 Connector for
Claims (5)
プローブフォルダを有し、前記光源プローブと前記受光プローブは、個別に取り外しができるように、プローブフォルダに装着し、
前記光源プローブおよび前記受光部ローブには、それぞれ光源プローブ内に配置されている光源素子および受光プローブ内に配置されている受光素子の校正用データ並びに各プローブに固有に割り当てられている番号を保持できる不揮発性メモリを有し、
計測の際に、プローブフォルダのどの位置にプローブが装着されているかを判別し、各プローブの前記不揮発メモリに保持してある個別の校正データを元に各プローブの光源素子の駆動電流の調整または受光素子の感度補正を行うように構成したことを特徴とする光計測装置。 In an optical measurement device that measures internal information of a measurement target by irradiating the measurement target with light from a light source probe, detecting light transmitted through the measurement target with a light receiving probe, and measuring a change in intensity of the light. ,
Having a probe folder, the light source probe and the light receiving probe are attached to the probe folder so that they can be removed individually,
The light source probe and the light receiving section lobe hold the light source element arranged in the light source probe and the calibration data of the light receiving element arranged in the light receiving probe and the number uniquely assigned to each probe. A non-volatile memory that can
At the time of measurement, it is determined in which position of the probe folder the probe is mounted, and the adjustment of the drive current of the light source element of each probe based on the individual calibration data held in the nonvolatile memory of each probe or An optical measuring device configured to perform sensitivity correction of a light receiving element.
光源プローブの光源素子および受光プローブの受光素子の校正データを測定し、測定した校正データを各プローブ内部の不揮発性メモリに書き込みを行う校正ユニットを備えることを特徴とする光計測装置。 The optical measurement device according to claim 1, further comprising:
An optical measuring device comprising a calibration unit that measures calibration data of a light source element of a light source probe and a light receiving element of a light receiving probe and writes the measured calibration data to a nonvolatile memory inside each probe.
前記プローブフォルダと計測ユニットとを、接続ケーブルで接続し、信号を有線通信することを特徴とする光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
An optical measurement device, wherein the probe folder and a measurement unit are connected by a connection cable and signals are wired.
前記プローブフォルダにバッテリーと無線通信アンテナを配置すると共に、計測ユニットに無線通信アンテナを配置し、信号を無線通信することを特徴とする光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
An optical measurement device, wherein a battery and a wireless communication antenna are disposed in the probe folder, and a wireless communication antenna is disposed in a measurement unit to wirelessly communicate signals.
前記光源プローブの不揮発性メモリには、光源駆動電流−光出力の特性関数、累積駆動時間を保持し、
前記受光プローブの不揮発性メモリには、受光強度−センサ出力電圧の特性関数、累積計測時間を保持することを特徴とする光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
The non-volatile memory of the light source probe holds a light source driving current-light output characteristic function, cumulative driving time,
An optical measuring device characterized in that the non-volatile memory of the light receiving probe holds a characteristic function of received light intensity-sensor output voltage and an accumulated measurement time.
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