JP2019004946A - Component concentration measuring device and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水など光と音響信号が共に伝搬する媒体内において、その分散または溶解成分の濃度を測定する成分濃度測定装置および測定方法に関する。 The present invention relates to a component concentration measuring apparatus and a measuring method for measuring the concentration of a dispersed or dissolved component in a medium in which light and an acoustic signal propagate together, such as water.
糖尿病予防のためには、糖尿病患者の血糖値を連続的に監視することが重要となる。血糖値の監視では、血液中に存在するグルコース濃度を正確に測定する必要がある。この測定の方法として、光音響法がある。光音響法による測定によれば、連続的な血液中のグルコース濃度の監視が可能となる。また、光音響法の測定は、糖尿病患者にとって無痛であり、血液サンプルを必要とせず、糖尿病患者に不快感を与えることがない。また、光音響法の測定では、他の光学的な測定方法と比較し、散乱メディアによる効率の悪化がなく、光学と音響学の結合により高感度の特性を得ることができる。 In order to prevent diabetes, it is important to continuously monitor the blood glucose level of diabetic patients. In monitoring blood glucose levels, it is necessary to accurately measure the glucose concentration present in blood. As a measuring method, there is a photoacoustic method. According to the measurement by the photoacoustic method, it is possible to continuously monitor the glucose concentration in the blood. In addition, the photoacoustic measurement is painless for diabetic patients, does not require a blood sample, and does not cause discomfort to the diabetic patient. Also, in the photoacoustic method measurement, compared to other optical measurement methods, efficiency is not deteriorated due to the scattering media, and high sensitivity characteristics can be obtained by combining optics and acoustics.
光音響法には、パルス(pulse)法と連続波(continuous−wave:CW)法の2つの方式がある。しかし、従来のパルス法やCW法では、数回にわたる血漿中のグルコース濃度測定中に、グルコース濃度以外の他の血漿中パラメータ(例えば体温や、他の成分の濃度等)も変わる可能性が高いので、グルコース選択性が悪く、正確なグルコース濃度を得ることが難しいという問題があった。 There are two photoacoustic methods, a pulse method and a continuous-wave (CW) method. However, in the conventional pulse method and CW method, during the measurement of the glucose concentration in plasma several times, there is a high possibility that other plasma parameters other than the glucose concentration (for example, body temperature, concentration of other components, etc.) will also change. Therefore, there is a problem that the glucose selectivity is poor and it is difficult to obtain an accurate glucose concentration.
そこで、2つの波長のπ(180°)の位相差を有する連続した矩形波により成分濃度を測定する光パワーバランスシフト(Optical power balance shift:OPBS)法が開発されている(特許文献1−5参照)。 Therefore, an optical power balance shift (OPPBS) method has been developed in which component concentration is measured by a continuous rectangular wave having a phase difference of π (180 °) between two wavelengths (Patent Documents 1-5). reference).
具体的には、波長λ1と波長λ2の2つのπの位相差を有する強度変調光を合波して被測定物に出射する。そして、その被測定物の成分に吸収されて発生する音波を検出し、その音波の大きさから被測定物内の測定対象成分の濃度を測定する方法である。 Specifically, intensity-modulated light having a phase difference of two π of wavelengths λ1 and λ2 is combined and emitted to the object to be measured. Then, a sound wave generated by being absorbed by the component of the object to be measured is detected, and the concentration of the measurement target component in the object to be measured is measured from the magnitude of the sound wave.
ここで、例えば、波長λAと波長λBは、被測定物内の背景成分である水による吸収度が互いに等しくなるように設定されている。また、波長λAは、被測定物内の測定対象成分であるグルコースによる吸収度が極大になるように設定されている。 Here, for example, the wavelength λ A and the wavelength λ B are set so that the absorbance by water, which is the background component in the object to be measured, is equal to each other. The wavelength λ A is set so that the absorbance due to glucose, which is a measurement target component in the object to be measured, is maximized.
このような異なる2つの波長の光を出射した場合、波長λAの光をグルコースと水の両方が吸収して被測定物から発生する音波と、波長λBの光を水が吸収して被測定物から発生する音波とは、周波数が等しくかつ逆位相であることから、被測定物の内部で重畳し、音波の差として、グルコースが吸収して被測定物から発生する音波の大きさのみが残留することになる。 When light of such two different wavelengths is emitted, the light of wavelength λ A is absorbed by both glucose and water, and the sound wave generated from the object to be measured and the light of wavelength λ B are absorbed by water. Since the sound wave generated from the measurement object has the same frequency and opposite phase, it is superimposed inside the measurement object, and only the magnitude of the sound wave generated from the measurement object as glucose is absorbed as glucose difference. Will remain.
すなわち、検出された音波の大きさSは、波長λAの光のみを用いて計測した音波の大きさと波長λBの光のみを用いて計測した音波の大きさとの差分に相当し、被測定物内の特定成分(ここではグルコース)の吸収のみに基づく大きさとなる。 That is, the size S of the detected acoustic wave is equivalent to the difference between the magnitude of the acoustic wave was measured using only the light of the size and the wavelength lambda B of the waves measured by using only the light of wavelength lambda A, to be measured The size is based only on the absorption of a specific component (here, glucose) in the object.
[OPBS測定法]
ここで従来のOPBS法の測定原理を簡単に説明する。従来のOPBS法では、被測定物から超音波が発生しない点、すなわち光音響信号の強度Sが0となる点を探索するために、前記2波長の光のパワーの調整を行う。
[OPBS measurement method]
Here, the measurement principle of the conventional OPBS method will be briefly described. In the conventional OPBS method, in order to search for a point where no ultrasonic wave is generated from the object to be measured, that is, a point where the intensity S of the photoacoustic signal is 0, the power of the two wavelengths of light is adjusted.
例えば、前記光音響信号の強度Sが0ではなく定数S0であっても既知の定数であれば問題がないが、以下、説明の簡略化のため、定数S0が0となるとして考える。 For example, even if the intensity S of the photoacoustic signal is not 0 but is a constant S 0 , there is no problem as long as it is a known constant. However, for the sake of simplification of explanation, it is assumed that the constant S 0 is 0.
光音響信号の強度S=0の場合には、次式のような理論式が成立する。
αAPA−αBPB=0 ・・・(1)
When the intensity S of the photoacoustic signal is S = 0, the following theoretical formula is established.
α A P A −α B P B = 0 (1)
ここでPA、PBは2波長の光A、Bのパワー、αA、αBはそれぞれ光のパワーがPA、PBの光に対する被測定物の光吸収係数である。 Here, P A and P B are the powers of the two wavelengths of light A and B, and α A and α B are the light absorption coefficients of the object to be measured for the light powers of P A and P B , respectively.
このとき、2波長の光からそれぞれ発生する音波は、周波数が等しくかつ逆位相であることから、被測定物の内部で打ち消し合い光音響信号の強度S=0(もしくは、極小値:S0)とすることができる。言い換えると、この時は2波長の光の音波の強度バランスが取れた状態とも言える。 At this time, since the sound waves generated from the two wavelengths of light have the same frequency and opposite phases, the intensity S = 0 of the photoacoustic signal cancels inside the object to be measured (or the minimum value: S 0 ). It can be. In other words, at this time, it can be said that the intensity balance of the sound waves of the light of two wavelengths is balanced.
ここで、測定したい成分の濃度が変化した場合、例えば被測定物の成分としてグルコース濃度がCgだけ変化したと仮定する。この濃度変化により光吸収係数αA、αBがそれぞれδαA、δαBだけ変化した場合、式(1)が成立する状態から式(2)の状態に変化する。
(αA+δαACg)PA−(αB+δαBCg)PB≠0 ・・・(2)
Here, when the concentration of the component to be measured changes, for example, it is assumed that the glucose concentration has changed by Cg as the component of the object to be measured. When the light absorption coefficients α A and α B change by δα A and δα B , respectively, due to this change in concentration, the state changes from the state in which equation (1) holds to the state in equation (2).
(Α A + δα A C g ) P A − (α B + δα B C g ) P B ≠ 0 (2)
ここで、光吸収係数変化率δαA,δαBは、被測定物の成分であるグルコースに関する光A、Bの光波長λA、λBでの単位濃度当たりの光吸収係数であるので、グルコース単体の試薬溶液での光吸収スペクトル測定などで別途検出可能な値である。 Here, the light absorption coefficient change rates δα A and δα B are light absorption coefficients per unit concentration at the light wavelengths λ A and λ B of light A and B relating to glucose as a component of the object to be measured. It is a value that can be separately detected by light absorption spectrum measurement using a single reagent solution.
S=0の状態に戻すために、例えば光Aの光強度PAを変化させると次式が成立する。
(αA+δαACg)(PA+δPA)−(αB+δαBCg)PB=0 ・・・(3)
In order to return to the state of S = 0, for example, when the light intensity PA of the light A is changed, the following equation is established.
(Α A + δα A C g ) (P A + δP A ) − (α B + δα B C g ) P B = 0 (3)
続いて、それと同時に、もう一方の光Bの光強度PBを変化させると、式(3)と同様に次式が成り立つ。
(αA+δαACg)(PA+δPA)−(αB+δαBCg)(PB+δPB)=0 ・・・(4)
Subsequently, when the light intensity P B of the other light B is changed at the same time, the following equation is established as in the equation (3).
(Α A + δα A Cg) (P A + δP A ) − (α B + δα B Cg) (P B + δP B ) = 0 (4)
式(3)、(4)におけるδPA、δPBは光A、Bの光強度PA、PBの各変化量である。 In formulas (3) and (4), δP A and δP B are the amounts of change in the light intensities P A and P B of the light A and B , respectively.
このとき、式(4)より次式が得られる。 At this time, the following equation is obtained from equation (4).
式(1)、(3)、(4)より、未知であった光吸収係数αA、αBが求まることから、式(5)より、グルコース濃度Cgを測ることができることが分かる。 From formulas (1), (3), and (4), unknown light absorption coefficients α A and α B are obtained, and it can be seen from formula (5) that the glucose concentration C g can be measured.
引き続いて、OPBS法の測定手順について、具体的に図表を用いて説明する。 Subsequently, the measurement procedure of the OPBS method will be specifically described with reference to a chart.
特許文献1−5に開示されたOPBS法では、図1に示すように光波長が異なり、互いに位相差がπの2つの矩形連続波形の光Aと光Bを被測定物に対して、同一光出力口から照射する。この時、被測定物より発生する光音響波信号Sは、被測定物の光吸収係数をα、一定強度の光強度をPとすると次式で表され、図1中の各照射光の時間変化である矩形連続波形の面積となる。
S=α×P ・・・(6)
In the OPBS method disclosed in Patent Documents 1-5, as shown in FIG. 1, two rectangular continuous waveforms of light A and light B having different light wavelengths and having a phase difference of π are identical to the object to be measured. Irradiate from the light output port. At this time, the photoacoustic wave signal S generated from the object to be measured is represented by the following equation where the light absorption coefficient of the object to be measured is α and the light intensity of a certain intensity is P, and the time of each irradiation light in FIG. It becomes the area of a rectangular continuous waveform that is a change.
S = α × P (6)
OPBS法は、これら2波長の光A、Bの光強度PA、PBを増減させながら、光音響信号の振幅が最小な箇所の位相の変曲点を探し、この探索結果から血液中に溶解している被測定物の濃度を求める方法である。 The OPBS method searches for an inflection point of the phase where the amplitude of the photoacoustic signal is minimum while increasing or decreasing the light intensities P A and P B of these two wavelengths of light A and B. This is a method for obtaining the concentration of a dissolved object to be measured.
より具体的には、図2(a)から図2(c)に示すように、まず波長の異なる2つの光A、Bのうち一方の光Bの光強度PBを一定にし、もう一方の光Aの光強度PAを変えながら光音響信号強度Sを測定していく。このとき、光音響信号強度Sが図2(d)に示すような極小値を取る曲線変化が得られる。特に図2(b)の位置で、光音響信号強度Sは極小値を示すが、これは2波長の光A、Bに起因する音波の強度バランスが取れた状態であり、式(1)が成り立つ状態である。 More specifically, as shown in FIGS. 2A to 2C, first, the light intensity P B of one of the two lights A and B having different wavelengths is made constant, and the other continue to measure the photoacoustic signal intensity S while changing the light intensity P a light a. At this time, a curve change in which the photoacoustic signal intensity S takes a minimum value as shown in FIG. In particular, at the position shown in FIG. 2B, the photoacoustic signal intensity S shows a minimum value. This is a state in which the intensity balance of sound waves caused by the two wavelengths of light A and B is balanced. It is a state that holds.
その後、被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の濃度の増減によって生じる光吸光係数αBが変化すると、図2(d)の破線のように光音響信号強度Sの曲線はシフトする。図2(b)と同様の位置で光音響信号強度が極小値をとるとき、式(3)の状態となり、光Aの光強度PAも変化する(図2(d)の破線)。さらに、光Bの光強度PBも同様に変化させることにより、式(4)の状態を再現することができるため、式(1)、(3)〜(5)より、被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の濃度Cgの評価が行える。 Thereafter, when the light absorption coefficient α B caused by the increase or decrease in the concentration of a specific component (for example, glucose) in the object to be measured changes, the curve of the photoacoustic signal intensity S shifts as indicated by the broken line in FIG. When the photoacoustic signal intensity takes the minimum value at the same position as in FIG. 2B, the state of Expression (3) is obtained, and the light intensity PA of the light A also changes (broken line in FIG. 2D). Furthermore, since the state of the equation (4) can be reproduced by changing the light intensity P B of the light B in the same manner, from the equations (1) and (3) to (5), allows evaluation of the concentration C g of the specific component (e.g. glucose).
しかし実際には、一方の光Aは、被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の光吸収係数変化率δαAが無視できるほど小さい(δαA≒0)光波長を選択することも可能であり、それにより測定は光Aのみの光強度変化と式(1)、(3)で評価できるため、つまり、光音響信号強度が最低となる光強度PBのみ変化させることより被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の濃度の正確な測定が可能となる。 However, in practice, the light wavelength of one light A can be selected so that the light absorption coefficient change rate δα A of a specific component (for example, glucose) in the object to be measured is so small that it can be ignored (δα A ≈0). Yes, since the measurement can be evaluated by the change in the light intensity of only the light A and the expressions (1) and (3), that is, by changing only the light intensity P B at which the photoacoustic signal intensity is minimum, It is possible to accurately measure the concentration of a specific component (for example, glucose).
つまり、被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の濃度C=C0のときの図2(d)の実線の極小値を取る光Bの強度PB(C0)と式(1)、および、被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の濃度がΔCだけ増えた場合の濃度C1=C0+ΔCのときの図2(d)の破線の極小値を取る光Bの強度PB’(C1=C0+ΔC)と式(3)から、被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の濃度増加分ΔCが得られる。 That is, the concentration C = C intensity P B (C 0) of light B which takes a minimum value of the solid line shown in FIG. 2 (d) when the 0 in the formula (1) of a specific component in the measuring object (e.g. glucose), Further, the intensity P B of the light B taking the minimum value of the broken line in FIG. 2D when the concentration C 1 = C 0 + ΔC when the concentration of the specific component (for example, glucose) in the object to be measured is increased by ΔC. From (C 1 = C 0 + ΔC) and equation (3), a concentration increase ΔC of a specific component (for example, glucose) in the object to be measured is obtained.
従来のOPBS法では、光源の出力の安定性が良くない場合や環境温度の変動などにより、光パワーPA、PBはレーザダイオードの駆動電流が一定でも変化する。例えば式(1)において、光パワーPAがεだけ変化すると、次式のようになる。
αA(PA+ε)−αBPB≠0 ・・・(7)
In the conventional OPBS method, the optical powers P A and P B change even when the driving current of the laser diode is constant, due to the case where the output stability of the light source is not good or the environmental temperature varies. For example, in the formula (1), the optical power P A is changed by epsilon, expressed by the following equation.
α A (P A + ε) −α B P B ≠ 0 (7)
式(7)の状態では、グルコース濃度が一定であっても、S=0の状態にするために一方の光強度(例えばPA)を調整しなければならない。
αA((PA+δPA)+ε)−αBPB=0 ・・・(8)
In the state of Expression (7), even if the glucose concentration is constant, one of the light intensities (for example, P A ) must be adjusted in order to make S = 0.
α A ((P A + δP A ) + ε) −α B P B = 0 (8)
したがって、光源の出力の変化が光音響信号の強度Sに与える影響とグルコース濃度の変化が光音響信号の強度Sに与える影響とは同じであり、これらの変化を測定結果のδPAから区別することはできないため、光源の出力の変化があると、グルコース濃度を正確に測ることが難しくなる。つまり、従来のOPBS法では、光源の出力パワーを常時測定し、光源の出力を一定に保つ必要があった。 Therefore, the effect of changes in impact and glucose concentration change in the output of the light source has on the intensity of the photoacoustic signal S is supplied to the intensity S of photoacoustic signal is the same, to distinguish these changes from [delta] P A measurement result Therefore, it is difficult to accurately measure the glucose concentration when there is a change in the output of the light source. That is, in the conventional OPBS method, it is necessary to always measure the output power of the light source and keep the output of the light source constant.
つまり、従来のOPBS法では、光音響信号の強度が最低な点を探索するために、光強度PAを一定強度に保ったまま、パワーPBを細かく変えながら光音響信号の強度の測定を行う必要がある。 That is, in the conventional OPBS method, in order to search for the point where the intensity of the photoacoustic signal is the lowest, the intensity of the photoacoustic signal is measured while finely changing the power P B while keeping the light intensity P A constant. There is a need to do.
そのため、レーザダイオードの光強度、PA、PBの安定性が必要となり、光音響信号の極小値を求める1サイクルの測定時間内での短時間安定性と測定再現性のための長時間安定性の両方が必要となる。 Therefore, the laser diode light intensity, P A , and P B stability are required, and long-term stability for short-term stability and measurement reproducibility within one cycle of measurement time for obtaining the minimum value of the photoacoustic signal. Both sexes are required.
しかし、実際には、フィードバック回路を有する注入電流制御を行っていてもLD(レーザダイオード)光の光強度の時間変化安定性は、さほど高くなく、温度などの環境変化などで、数%の光強度変動は生じてしまう。そのため、実際に上記測定を行う場合、極小値を測定する時間内に数%の光強度ノイズを含んでしまい、改善の困難なOPBS法の測定誤差の原因となってしまうという課題があった。 However, in practice, even if injection current control with a feedback circuit is performed, the temporal change stability of the light intensity of LD (laser diode) light is not so high. Intensity fluctuations will occur. Therefore, when the above measurement is actually performed, there is a problem that light intensity noise of several percent is included in the time for measuring the minimum value, which causes a measurement error of the OPBS method that is difficult to improve.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、OPBS法での測定時に被測定試料への照射光強度が時間的に変動しても、高精度な測定が可能な成分濃度測定装置および測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a component concentration measuring apparatus capable of measuring with high accuracy even when the intensity of light irradiated to a sample to be measured varies with time during measurement by the OPBS method. And it aims at providing a measuring method.
上記の課題を解決するために、本発明は、成分濃度測定装置であって、波長の異なる複数の光を照射する光源と、前記波長の異なる複数の光の内、位相がπ異なる矩形連続波形の第1および第2の光の前記光源を切り替える光路切替手段と、前記第1および第2の光のそれぞれの光強度を測定する光強度測定手段と、前記第1および第2の光の光照射を間欠的にON/OFF制御して、前記第1および第2の光の照射時間を制御する開閉手段と、前記開閉手段からの前記第1および第2の光の光照射によって被測定物から発生する光音響波を検出して光音響信号強度を出力する光音響信号検出手段と、前記光強度と前記照射時間とから算出される前記第1および第2の光の時間積算光強度について、前記照射時間を制御することにより前記第1および第2の光の一方の前記時間積算光強度を一定し、前記光音響信号強度が極小値となるように他方の前記時間積算光強度を変化させたときの前記第1および第2の光それぞれの前記時間積算光強度、前記時間積算光強度の変化量、光吸収係数および光吸収係数変化率に基づき、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出する濃度導出手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a component concentration measuring apparatus, which is a light source that irradiates a plurality of lights having different wavelengths, and a rectangular continuous waveform having a phase that differs by π among the plurality of lights having different wavelengths. Optical path switching means for switching the light sources of the first and second lights, light intensity measuring means for measuring the light intensity of each of the first and second lights, and the light of the first and second lights Opening / closing means for controlling ON / OFF of irradiation intermittently to control the irradiation time of the first and second lights, and an object to be measured by light irradiation of the first and second lights from the opening / closing means A photoacoustic signal detecting means for detecting a photoacoustic wave generated from the light and outputting a photoacoustic signal intensity; and a time integrated light intensity of the first and second lights calculated from the light intensity and the irradiation time , By controlling the irradiation time The first and second light when the time integrated light intensity of one of the second light and the second light is constant and the other time integrated light intensity is changed so that the photoacoustic signal intensity becomes a minimum value. A concentration deriving means for deriving a concentration of a component to be measured included in the object to be measured, based on each of the time integrated light intensity, a change amount of the time integrated light intensity, a light absorption coefficient, and a light absorption coefficient change rate; It is provided with.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の成分濃度測定装置において、前記光路切替手段と前記開閉手段との間に設置された光分岐手段をさらに備え、前記光強度測定手段は、前記光分岐手段で分岐された光の光強度を測定することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the component concentration measuring apparatus according to claim 1, further comprising a light branching means installed between the optical path switching means and the opening and closing means, the light intensity measuring means, The light intensity of the light branched by the light branching means is measured.
請求項3に記載の発明は、成分濃度測定装置であって、波長の異なる複数の光を照射する光源と、前記波長の異なる複数の光の内、位相がπ異なる矩形連続波形の第1および第2の光の前記光源を、第1および第2の光路間で切り替え、前記第1の光路への前記第1および第2の光の照射時間を制御する光スイッチと、前記第1および第2の光のそれぞれの光強度を測定する光強度測定手段と、前記光スイッチの第1の光路からの前記第1および第2の光の光照射によって被測定物から発生する光音響波を検出して光音響信号強度を出力する光音響信号検出手段と、前記光強度と前記照射時間とから算出される前記第1および第2の光の時間積算光強度について、前記照射時間を制御することにより前記第1および第2の光の一方の前記時間積算光強度を一定し、前記光音響信号強度が極小値となるように他方の前記時間積算光強度を変化させたときの前記第1および第2の光それぞれの前記時間積算光強度、前記時間積算光強度の変化量、光吸収係数および光吸収係数変化率に基づき、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出する濃度導出手段と、を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 3 is a component concentration measuring apparatus, comprising: a light source that irradiates a plurality of light beams having different wavelengths; and a first rectangular continuous waveform having a phase different by π among the plurality of light beams having different wavelengths. An optical switch that switches the light source of the second light between the first and second optical paths and controls the irradiation time of the first and second lights to the first optical path; A light intensity measuring means for measuring the light intensity of each of the two lights, and a photoacoustic wave generated from the object to be measured by the light irradiation of the first and second lights from the first optical path of the optical switch. And controlling the irradiation time for the photoacoustic signal detection means for outputting the photoacoustic signal intensity and the time-integrated light intensity of the first and second lights calculated from the light intensity and the irradiation time. The time of one of the first and second lights by The time-integrated light intensity of each of the first and second lights when the other time-integrated light intensity is changed so that the calculated light intensity is constant and the photoacoustic signal intensity becomes a minimum value, the time And a concentration deriving unit for deriving the concentration of the component to be measured included in the object to be measured based on the change amount of the integrated light intensity, the light absorption coefficient, and the light absorption coefficient change rate.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の成分濃度測定装置において、前記光スイッチは、前記光源に接続された第1の光スイッチと、前記第1および第2の光路に接続された第2の光スイッチとを含み、前記第1の光スイッチと前記第2の光スイッチとの間に設置された光分岐手段をさらに備え、前記光強度測定手段は、前記光分岐手段で分岐された光の光強度を測定することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the component concentration measuring apparatus according to the third aspect, the optical switch is connected to the first optical switch connected to the light source and the first and second optical paths. A second optical switch, and further comprising an optical branching unit disposed between the first optical switch and the second optical switch, wherein the optical intensity measuring unit is branched by the optical branching unit. The light intensity of the emitted light is measured.
請求項5に記載の発明は、成分濃度分析方法であって、波長の異なる複数の光を照射するステップと、前記波長の異なる複数の光の内、位相がπ異なる矩形連続波形の第1および第2の光の接続を、第1および第2の光路間で切り替え、前記第1の光路への前記第1および第2の光の照射時間を制御するステップと、前記第1および第2の光のそれぞれの光強度を測定するステップと、前記第1の光路からの前記第1および第2の光の光照射によって被測定物から発生する光音響波を検出して光音響信号強度を出力するステップと、前記光強度と前記照射時間とから算出される前記第1および第2の光の時間積算光強度について、前記照射時間を制御することにより前記第1および第2の光の一方の前記時間積算光強度を一定し、前記光音響信号強度が極小値となるように他方の前記時間積算光強度を変化させたときの前記第1および第2の光それぞれの前記時間積算光強度、前記時間積算光強度の変化量、光吸収係数および光吸収係数変化率に基づき、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出するステップと、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 5 is a component concentration analysis method, comprising: irradiating a plurality of lights having different wavelengths; and first and second rectangular continuous waveforms having a phase different by π among the plurality of lights having different wavelengths. Switching the connection of the second light between the first and second optical paths and controlling the irradiation time of the first and second lights on the first optical path; and A step of measuring each light intensity of light, and detecting a photoacoustic wave generated from the object to be measured by light irradiation of the first and second light from the first optical path and outputting a photoacoustic signal intensity The time integrated light intensity of the first and second lights calculated from the light intensity and the irradiation time, and controlling one of the first and second lights by controlling the irradiation time. The time integrated light intensity is constant, and the photoacoustic The time integrated light intensity of each of the first and second lights, the amount of change in the time integrated light intensity, and the light absorption coefficient when the other time integrated light intensity is changed so that the signal intensity becomes a minimum value. And a step of deriving the concentration of the component to be measured included in the object to be measured based on the change rate of the light absorption coefficient.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の成分濃度分析方法において、前記測定対象の成分の濃度を導出するステップは、前記測定対象の成分の濃度および溶媒の光吸収係数が既知の標準試料を用いて前記第1および第2の光の前記光吸収係数変化率を導出するステップを含むことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the component concentration analysis method according to the fifth aspect, in the step of deriving the concentration of the component to be measured, the concentration of the component to be measured and the light absorption coefficient of the solvent are known. Deriving the rate of change of the light absorption coefficient of the first and second lights using a standard sample.
請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の成分濃度分析方法において、前記測定対象の成分の濃度を導出するステップは、前記光音響信号強度が極小値となるように前記時間積算光強度を調整した後、前記測定対象の成分の濃度を増減させ、前記測定対象の成分の濃度の増減後に前記光音響信号強度が極小値となる前記時間積算光強度の変化量、光吸収係数変化率を測定するステップを含むことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the component concentration analysis method according to the fifth or sixth aspect, the step of deriving the concentration of the component to be measured includes the time period so that the photoacoustic signal intensity becomes a minimum value. After adjusting the integrated light intensity, the concentration of the component to be measured is increased or decreased, and the amount of change in the time integrated light intensity at which the photoacoustic signal intensity becomes a minimum value after the increase or decrease in the concentration of the component to be measured, light absorption The method includes the step of measuring a coefficient change rate.
本発明によれば光透過性のある溶液中の溶解成分濃度を光音響信号を用いて検出でき、溶液分析の技術に適用できる。特に、血液や体液の分析に用いることによって、血液グルコース、アルブミン等の成分の濃度をモニターすることが可能となり、様々な医療分析技術へ導入が可能である。 According to the present invention, the concentration of a dissolved component in a light-transmitting solution can be detected using a photoacoustic signal, and can be applied to a solution analysis technique. In particular, by using it for analysis of blood and body fluids, it is possible to monitor the concentration of components such as blood glucose and albumin, which can be introduced into various medical analysis techniques.
従来のOPBS法では、光音響信号の強度が最低な点(極小値)を探索するために、一方の光強度PAを常時測定し、一定強度に保ったまま、パワーPBを細かく変えながら光音響信号の強度の測定を行っており、パワーPAは、常に一定に保たれていることが前提条件であり、測定中に変動した場合のパワー変動幅ΔPAは、光音響信号の強度が最低な点(極小値)を求める際の誤差原因となっていた。 In conventional OPBS method, for the intensity of the photoacoustic signal is to search the lowest point (minimum value), constantly measures the one of the light intensity P A, while maintaining a constant intensity, while finely changing the power P B and measured the intensity of the photoacoustic signal, the power P a is always the assumption is that is kept constant, the power variation width [Delta] P a in the case of fluctuations in measurement, the intensity of the photoacoustic signal Was the cause of error in finding the lowest point (minimum value).
そこで本発明の成分濃度測定装置は、従来のOPBS法のように光音響信号の強度が最低な点を探索するために、測定した光パワーを測定し、被測定試料に単位時間当たり、同じ時間積算光強度Wとなるように照射時間を時間間欠的にON/OFF制御し調整することによって、たとえ照射する光パワーが変動しても、同じ光音響信号強度を安定的に維持できるようにすることを特徴としている。そのため本発明では、従来のように、一方の光強度PAを常時測定し、一定強度に保ったまま、パワーPBを細かく変えながら光音響信号の強度の測定を行う必要はない。 Therefore, the component concentration measuring apparatus of the present invention measures the measured optical power in order to search for the point where the intensity of the photoacoustic signal is the lowest as in the conventional OPBS method, and applies the same time per unit time to the sample to be measured. By adjusting the irradiation time intermittently ON / OFF to adjust the integrated light intensity W, the same photoacoustic signal intensity can be stably maintained even if the irradiation light power varies. It is characterized by that. In the present invention therefore, as in the prior art, always measured one light intensity P A, while maintaining a constant intensity, there is no need to perform intensity measurements of the photoacoustic signal while finely changing the power P B.
つまり、パワーPAを一定にするのではなく、1点の計測点を得るための単位測定時間当たりの時間積算光強度Wを一定にすることによって、同じ光音響信号を得られるようにするものである。 That is, instead of the power P A constant, by the time integration light intensity W per unit measurement time for obtaining a measurement point of one point constant, those to be obtained the same photoacoustic signal It is.
時間積算光強度Wは、測定した光強度の時間変化を用いて、以下の式をもって表される。 The time-integrated light intensity W is expressed by the following equation using the time change of the measured light intensity.
このとき、時間間欠的にON/OFF制御する時間内で生じる光強度の時間変化が十分小さい場合には、時間積算光強度Wは、以下の式のように、矩形波の集合として離散化させることができる。 At this time, if the temporal change of the light intensity generated within the time for intermittent ON / OFF control is sufficiently small, the time integrated light intensity W is discretized as a set of rectangular waves as in the following equation. be able to.
特に、複数の波長の光を用いた1周期の測定の時間内で生じる光強度の時間変化が十分小さい場合には、時間積算光強度Wは、光強度をPS、1周期の光照射の合計時間をTSとすると、以下の式のように、単純な積として表せる。
W=PS×TS ・・・(11)
In particular, when the temporal change in the light intensity that occurs within one period of measurement using light of a plurality of wavelengths is sufficiently small, the time integrated light intensity W is the light intensity of P S , one period of light irradiation. If the total time is T S , it can be expressed as a simple product as shown in the following equation.
W = P S × T S (11)
このとき、被測定試料に光吸収が起こり、熱変換や熱放射によって局所的に熱膨張を起こし、その熱膨張によって生体内から発生する光音響波が発生するまでの変換時間以内に、光照射を時間間欠して前記積算量を調整することが望ましいため、間欠時間は10ミリ秒以下が望ましい。さらに音響マイクロフォンにノイズ検出されにくくするため、20kHz以上の周波数動作が望ましく、間欠時間は5×10-5秒以下であることが望ましい。 At this time, light absorption occurs in the sample to be measured, local thermal expansion occurs due to thermal conversion or thermal radiation, and light irradiation is performed within the conversion time until the photoacoustic wave generated from the living body is generated due to the thermal expansion. Since it is desirable to adjust the integrated amount by intermittently measuring the time, the intermittent time is desirably 10 milliseconds or less. Furthermore, in order to make it difficult for the acoustic microphone to detect noise, a frequency operation of 20 kHz or more is desirable, and the intermittent time is desirably 5 × 10 −5 seconds or less.
図3(a)、(b)に、光強度が時間変動しても、時間積算光強度Wを一定に保つ原理を説明する図を示す。図3(a)は、時間変化に対して、波長λAとλBの光A、Bを交互に時間間欠的に照射した際の光強度変化の例を示す。光Aは時間的に光強度PAは変動していないが、光Bの光強度PBは時間変化している。破線は光Aの光強度を結んだものであり、一点破線は光Bの光強度を結んだものである。光Aのように、光強度PAを一定に保つためには、常時光強度PAを測定し光強度PAを制御する必要がある。しかし、式(9)〜(11)を用いて時間積算光強度Wを計算すると、図3(a)の光Bのように光強度を常時制御しなくても照射時間を制御することにより、図3(b)に示すように光Bも光Aと同様に時間積算光強度Wを一定に保つことが可能となる。 FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the principle of keeping the time integrated light intensity W constant even when the light intensity fluctuates over time. 3 (a) shows relative time change, the wavelength lambda A and lambda B of light A, the example of light intensity change at the time of intermittently irradiating time alternately B. The light intensity P A of the light A does not change over time, but the light intensity P B of the light B changes over time. The broken line connects the light intensity of the light A, and the one-dot broken line connects the light intensity of the light B. Like the light A, in order to maintain the light intensity P A constant, it is necessary to control the measured light intensity P A constantly light intensity P A. However, when the time integrated light intensity W is calculated using the equations (9) to (11), the irradiation time is controlled without always controlling the light intensity like the light B in FIG. As shown in FIG. 3B, the light B can keep the time-integrated light intensity W constant as in the case of the light A.
さらに、従来のOPBS法において、互いに異なる波長の複数の少なくとも1つの光パワーを細かく変えながら光音響信号の強度の測定を行っていたが、光パワーの高精度なフィードバック制御が必要となるうえ、温度やLD電源の電流安定性などの問題で、数%程度の光パワー変動が発生してしまう。 Further, in the conventional OPBS method, the intensity of the photoacoustic signal is measured while finely changing at least one of a plurality of optical powers having different wavelengths, but high-precision feedback control of the optical power is required. Due to problems such as temperature and current stability of the LD power supply, optical power fluctuations of about several percent occur.
そのため本発明では、照射時間を調整して光時間積算強度を可変させることにより、光音響信号の強度の測定を行い、光音響信号強度が最低となる時間積算強度の変化量を測定することにより、被測定物内の特定成分(例えばグルコース)の濃度の正確な測定を行うものである。 Therefore, in the present invention, the intensity of the photoacoustic signal is measured by adjusting the irradiation time to vary the optical time integrated intensity, and the amount of change in the time integrated intensity at which the photoacoustic signal intensity is minimum is measured. The concentration of a specific component (for example, glucose) in the object to be measured is accurately measured.
図4に、時間積算光強度Wを変化させる原理を例示する。周期を2πとして波長λAとλBの光A、Bを交互に照射する際に、光Aの時間積算光強度WAを一定に保ちながら、光Bの時間積算光強度WBを変化させる場合を例示している。 FIG. 4 illustrates the principle of changing the time integrated light intensity W. When the light beams A and B having the wavelengths λ A and λ B are alternately irradiated with a period of 2π, the time integrated light intensity W B of the light B is changed while keeping the time integrated light intensity W A of the light A constant. The case is illustrated.
説明を簡潔にするため、波長λAとλBの光A、Bは、常に一定の光強度であると仮定すると、例えば、図4中の時間T=π×2n〜π×(2n+1)(n:0以上の整数)の各周期での光Aの光照射時間を一定にすることにより、図4中の光Aの破線のように光Aの時間積算光強度WAを常に一定にすることができる。一方、光Bのように、時間積算光強度Wを増加させたいときは、図4中の光Bのように時間T=π×(2m+1)〜π×(2m+2)(m:0以上の整数)の各周期での光Bの光照射時間を、例えばT=π〜2πのように長くし、時間積算光強度WBを増加させれば良い。つまり、特に図4中の一点破線のように光Bの時間積算光強度WBを変化させる場合には、図4に示す光Bのように照射時間を増減すれば良いことになる。 For the sake of brevity, assuming that the light beams A and B having the wavelengths λ A and λ B always have a constant light intensity, for example, time T = π × 2n to π × (2n + 1) ( n: an integer greater than or equal to 0), the light irradiation time of light A in each cycle is constant, so that the time-integrated light intensity WA of light A is always constant as shown by the broken line of light A in FIG. be able to. On the other hand, when it is desired to increase the time integrated light intensity W as in the light B, the time T = π × (2m + 1) to π × (2m + 2) (m is an integer equal to or greater than 0) as in the light B in FIG. irradiation time of the light B in each cycle of), for example long as T = π~2π, it is sufficient to increase the time integration light intensity W B. That is, in particular, when the time-integrated light intensity WB of the light B is changed as shown by the one-dot broken line in FIG. 4, the irradiation time may be increased or decreased as the light B shown in FIG.
さらに、同じ時間積算光強度Wを照射する方法としては、照射の合計時間が一定値であれば良く、原理的には分割数や間隔に依存しない。より具体的に、周期を2πとして波長λAとλBの光A、Bを交互に照射する場合について、図5に例示して説明する。(説明を簡潔にするため、波長λAとλBの光A、Bは、常に一定の光強度であると仮定する。)例えば、同じ時間積算光強度W0を照射する方法としては、図5中の時間T=π〜2πの光Bのように、時間的に連続して光照射することも可能であるが、図5中の時間T=0〜πの光Aのように、時間分割して光照射することも可能である。このとき、時間分割する長さは、図5中の時間T=2π〜3πの光Aのように、不等間隔であっても構わない。むしろ光照射の時間分割による発生音波の高周波成分の影響が出る場合には、不等間隔に時間分割して光照射する方が望ましい。 Furthermore, as a method of irradiating the same time-integrated light intensity W, the total irradiation time may be a constant value, and in principle, it does not depend on the number of divisions or the interval. More specifically, for the case of irradiating wavelengths period as 2 [pi lambda A and lambda B of light A, B alternately, will be exemplified in FIG. (For the sake of brevity, it is assumed that the light beams A and B having the wavelengths λ A and λ B always have a constant light intensity.) For example, as a method of irradiating the same time-integrated light intensity W 0 , FIG. It is possible to irradiate light continuously in time like light B at time T = π to 2π in FIG. 5, but time as light A in time T = 0 to π in FIG. It is also possible to divide and irradiate light. At this time, the length of time division may be unequal intervals like the light A at time T = 2π to 3π in FIG. Rather, when the influence of the high frequency component of the generated sound wave due to the time division of light irradiation appears, it is desirable to irradiate the light by dividing the time into unequal intervals.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図6は、本発明の第1の実施形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。ブロック図中の各ブロックを接続した実線は、光照射を示し、各ブロックを接続した二重線は、電気信号の接続を示している。
(First embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the component concentration measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the block diagram, solid lines connecting the blocks indicate light irradiation, and double lines connecting the blocks indicate electrical signal connections.
本実施形態1における成分濃度測定装置では、発光する光の波長がそれぞれ異なる光源101〜106が、それぞれ光路切替器107に光接続され、光分岐109、ON/OFF開閉器112を介して被測定物の入った被測定物セル114へ至る光路へ選択的に接続される。 In the component concentration measuring apparatus according to the first embodiment, light sources 101 to 106 having different wavelengths of light to be emitted are optically connected to the optical path switch 107 and are measured via the optical branch 109 and the ON / OFF switch 112. It is selectively connected to the optical path leading to the measured object cell 114 containing the object.
このとき光源101〜106は、通常のランプ、蛍光管、LED(発光ダイオード)、ガスレーザーなど様々な光源が利用できるが、光強度が大きく、照射光の光強度安定性が比較的高く、出力される光波長の光スぺクトル線幅が狭帯域であることが望ましいため、分布帰還型半導体レーザ(DFB−LD)が望ましい。 At this time, various light sources such as a normal lamp, a fluorescent tube, an LED (light emitting diode), and a gas laser can be used as the light sources 101 to 106, but the light intensity is large, the light intensity stability of the irradiated light is relatively high, and the output A distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) is desirable because it is desirable that the optical spectrum line width of the emitted light wavelength is a narrow band.
また、光源101〜106は、一定の光強度を任意の時間安定して出力できるように、光源への注入電流や環境温度などが高精度に安定していることが望ましい。 Further, it is desirable that the light sources 101 to 106 are stable with high accuracy in the injection current to the light source, the environmental temperature, and the like so that a constant light intensity can be stably output for an arbitrary time.
さらに、図6には光源101〜106の場合を示しているが、説明の都合上6個示しているだけであり、光源は2個以上であれば良く、被測定物を特定するために7個以上の光波長が必要であれば、7個以上の光源を備えていても構わない。 Further, FIG. 6 shows the case of the light sources 101 to 106, but only six light sources are shown for convenience of explanation, and it is sufficient that the number of light sources is two or more. If more than one light wavelength is required, seven or more light sources may be provided.
一方で光源101〜106は、複数の光源を用いずに、1つの波長可変レーザで代替して光波長を可変させても良い。このとき、温度調整により発振周波数を変化させる方法や外部共振器を用いる方法等がある。その他、固体レーザも用いることも可能であり、プリズムや回折格子等の分散素子を利用して所定の波長を取り出すようにしても良い。 On the other hand, instead of using a plurality of light sources, the light sources 101 to 106 may be replaced with one wavelength tunable laser to vary the light wavelength. At this time, there are a method of changing the oscillation frequency by temperature adjustment, a method of using an external resonator, and the like. In addition, a solid-state laser can also be used, and a predetermined wavelength may be extracted using a dispersion element such as a prism or a diffraction grating.
さらに、光路切替器107は、図6で示したように測定時間に対して光源を切り替える機能を担っており、光路切替器107は、MEMS駆動光ミラーや、機械駆動のミラーやプリズムなどが利用可能である。 Furthermore, as shown in FIG. 6, the optical path switching unit 107 has a function of switching the light source with respect to the measurement time. The optical path switching unit 107 uses a MEMS driving light mirror, a mechanical driving mirror, a prism, or the like. Is possible.
光路切替器107は、予め設定された周期時間において周期駆動回路108が光路切替器107を制御することより光路切替がなされ、被測定物を光照射する光の光源が選択される。 The optical path switch 107 is switched by the periodic drive circuit 108 controlling the optical path switch 107 in a preset cycle time, and the light source for irradiating the object to be measured is selected.
光路切替器107から出力された光は、光分岐109において一部が光強度測定器110に分岐され、光強度測定器110で測定された光強度と光分岐109の分岐比から被測定物に照射される光強度を測定する。 A part of the light output from the optical path switcher 107 is branched to the light intensity measuring device 110 at the light branch 109, and the light intensity measured by the light intensity measuring device 110 and the branching ratio of the light branch 109 are passed to the object to be measured. The intensity of the irradiated light is measured.
このとき、光分岐109は、使用する各光源の光波長帯において、光分岐比が一定なものであれば良く、各光源の光波長帯において屈折率分散が小さいミラーなど利用可能である。また、光強度測定器110は、前記各光源101〜106の各光強度をモニターする機能も担っている。 At this time, the light branch 109 only needs to have a constant light branch ratio in the light wavelength band of each light source to be used, and a mirror having a small refractive index dispersion in the light wavelength band of each light source can be used. The light intensity measuring device 110 also has a function of monitoring each light intensity of each of the light sources 101 to 106.
光強度測定器110で得られた光強度から、予め設定された時間積算光強度W0となるように、制御コンピュータ117により照射時間が計算され、計算された照射時間だけ光が照射されるように積算駆動回路111を用いてON/OFF開閉器112の光路開閉時間が制御される。これにより、光路切替器107から出力された光の被測定物への光照射をON/OFF制御するON/OFF開閉器112により積算光照射し、予め設定された時間積算光強度W0の光を被測定物セル113内の被測定物に光照射する。 From the light intensity obtained by the light intensity measuring device 110, the irradiation time is calculated by the control computer 117 so that the preset time integrated light intensity W 0 is obtained, and the light is irradiated for the calculated irradiation time. Further, the optical path opening / closing time of the ON / OFF switch 112 is controlled by using the integration driving circuit 111. Thereby, the integrated light is irradiated by the ON / OFF switch 112 that controls ON / OFF of the light output from the optical path switch 107 to the object to be measured, and the light having the preset time integrated light intensity W 0 is obtained. Is irradiated to the object to be measured in the object cell 113.
被測定物に光照射されることにより発生した音波は、音波電気変換素子114によって音波検出され、増幅器115により信号増幅され、周期駆動回路108に与えられた周期信号と同期させることによりロックインアンプ116にて選択増幅される。 The sound wave generated by irradiating the object to be measured is detected by the sonic / electrical conversion element 114, amplified by the amplifier 115, and synchronized with the periodic signal supplied to the periodic drive circuit 108. 116 is selectively amplified.
このとき、音波電気変換素子114は、誘電体結晶等を用いた圧電素子や、マグネットとコイルを用いたマイクロフォンでも良く、できるだけ光音響波を精密に検出可能な高感度、広帯域な音波電気変換素子が望ましい。 At this time, the sonic electric conversion element 114 may be a piezoelectric element using a dielectric crystal or the like, or a microphone using a magnet and a coil, and is a highly sensitive and broadband sonic electric conversion element capable of detecting photoacoustic waves as precisely as possible. Is desirable.
以上によって得られた各光源の各時間積算光強度Wに対する光音響信号を検出し、制御コンピュータ117に記録、分析することにより、被測定物の特定成分の濃度を測定することが可能となる。 By detecting a photoacoustic signal with respect to each time integrated light intensity W of each light source obtained as described above, and recording and analyzing it in the control computer 117, it is possible to measure the concentration of a specific component of the object to be measured.
(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。ブロック図中の各ブロックを接続した実線は、光照射を示し、各ブロックを接続した二重線は、電気信号の接続を示している。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a component concentration measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the block diagram, solid lines connecting the blocks indicate light irradiation, and double lines connecting the blocks indicate electrical signal connections.
本実施形態2における成分濃度測定装置では、まず発光する光波長がそれぞれ異なる光波長λAの第1LD(レーザダイオード)201と光波長λBの第2LDとの202が、2×1分岐の光路切替スイッチ203に光接続されている。このとき第1LD201および第2LD202は、DFB−LDが望ましい。 In the component concentration measurement apparatus according to the second embodiment, first, a first LD (laser diode) 201 having a light wavelength λ A and a second LD having a light wavelength λ B , each having a different light wavelength, emit a 2 × 1 branch optical path. Optically connected to the changeover switch 203. At this time, the first LD 201 and the second LD 202 are preferably DFB-LD.
尚、この2つの第1LD201および第2LD202は、1つの波長可変レーザで代替して光波長を可変させても良い。このとき、温度調整により発振周波数を変化させる方法や外部共振器を用いる方法等がある。その他、ガスレーザや固体レーザも用いることも可能であり、プリズムや回折格子等の分散素子を利用して所定の波長を取り出すようにしても良い。 The two first LD 201 and the second LD 202 may be replaced with one wavelength tunable laser to vary the optical wavelength. At this time, there are a method of changing the oscillation frequency by temperature adjustment, a method of using an external resonator, and the like. In addition, a gas laser or a solid-state laser can also be used, and a predetermined wavelength may be extracted using a dispersion element such as a prism or a diffraction grating.
また、第2の実施形態の光接続方法としては、大気中の空間を直接光ビームを伝搬させても良いが、温度や大気の揺らぎの影響などをうけるため、使用する光波長帯の光を低損失、低分散で安定して伝送可能な光ファイバを用いた光接続が望ましい。 In addition, as an optical connection method of the second embodiment, a light beam may be directly propagated through the space in the atmosphere. However, in order to be affected by temperature and fluctuations in the atmosphere, light in the light wavelength band to be used is used. An optical connection using an optical fiber that can transmit stably with low loss and low dispersion is desirable.
第1光路切替スイッチ203は、予め設定された周期時間において周期駆動回路204により光路切替がなされて被測定物を照射する光源が選択され、光分岐205、第2光路切替スイッチ208を介して被測定物の入った被測定物セル210へ至る光路へ選択的に接続される。 The first optical path switching switch 203 selects a light source that irradiates the object to be measured after the optical path is switched by the periodic drive circuit 204 in a preset periodic time, and is switched through the optical branch 205 and the second optical path switching switch 208. It is selectively connected to the optical path to the device cell 210 to be measured containing the object to be measured.
第1光路切替スイッチ203から出力された光は、光分岐205にて一部が光強度測定器206に分岐され、光強度測定器206で測定された光強度と光分岐205の分岐比から被測定物に照射される光強度を測定する。 A part of the light output from the first optical path switching switch 203 is branched to the light intensity measuring device 206 by the light branching 205, and the light intensity is measured from the light intensity measured by the light intensity measuring device 206 and the branching ratio of the light branching 205. The light intensity irradiated to the measurement object is measured.
このとき、光分岐205は、使用する光波長帯で一定の分岐比を有する、光導波路や光ファイバを用いた光スプリッタが利用できる。 At this time, as the optical branching 205, an optical splitter using an optical waveguide or an optical fiber having a certain branching ratio in the optical wavelength band to be used can be used.
光強度測定器206で得られた光強度から、予め設定された時間積算光強度W0となるように、制御コンピュータ214により照射時間が計算され、計算された照射時間だけ光が照射されるように積算駆動回路207により第2光路切替スイッチ208が制御される。尚、迷光防止のために照射時間外では光終端器209に切り替えるため、第2光路切替スイッチ208により光終端器209と被測定物セル210との間で光接続切替がなされる。 The irradiation time is calculated by the control computer 214 from the light intensity obtained by the light intensity measuring device 206 so as to be a preset time integrated light intensity W 0, and light is irradiated for the calculated irradiation time. In addition, the second optical path changeover switch 208 is controlled by the integration driving circuit 207. In order to prevent stray light, the optical terminator 209 is switched outside the irradiation time, so that the optical connection is switched between the optical terminator 209 and the measured object cell 210 by the second optical path switching switch 208.
これにより、第1光路切替スイッチ203より出力された光を第2光路切替スイッチ208の切り替えにより積算光照射し、予め設定された時間積算光強度W0の光を被測定物セル210内の被測定物に光照射する。 As a result, the light output from the first optical path selector switch 203 is irradiated with integrated light by switching the second optical path selector switch 208, and light having a preset time integrated light intensity W 0 is applied to the object cell 210 to be measured. Irradiate the measurement object with light.
このとき、光路切替スイッチ203、208は、高速、広帯域で消光比の大きな光スイッチの方が望ましく、MEMS駆動光ミラーや光導波路構造のマッハツェンダー干渉計を用いた熱光学効果スイッチや、InP光導波路スイッチやLiNbO3光導波路などの位相変調光スイッチ、誘電体結晶をもちいた光導波路型表面弾性波(SAW)スイッチなどを用いることができる。 At this time, the optical path change-over switches 203 and 208 are preferably high-speed, wide-band, and high extinction ratio optical switches. Thermo-optic effect switches using MEMS drive optical mirrors or Mach-Zehnder interferometers having an optical waveguide structure, InP optical switches A phase modulation optical switch such as a waveguide switch or a LiNbO 3 optical waveguide, an optical waveguide surface acoustic wave (SAW) switch using a dielectric crystal, or the like can be used.
被測定物に光照射がなされることにより発生した音波は、第1の実施形態と同様に、音波電気変換素子211によって音波検出され、増幅器212により信号増幅され、周期駆動回路204に与えられた周期信号と同期させることによりロックインアンプ213にて選択増幅される。 The sound wave generated by irradiating the object to be measured is detected by the sonic electric conversion element 211, amplified by the amplifier 212, and supplied to the periodic drive circuit 204, as in the first embodiment. The signal is selectively amplified by the lock-in amplifier 213 by synchronizing with the periodic signal.
以上によって得られた各光源の各時間積算光強度に対する光音響信号強度を検出し、制御コンピュータに記録、分析することにより、被測定物の特定成分の濃度を測定することが可能となる。 By detecting the photoacoustic signal intensity with respect to each time integrated light intensity of each light source obtained as described above, and recording and analyzing it in the control computer, it is possible to measure the concentration of the specific component of the object to be measured.
以下、図8を参照しながら、第2の実施形態に係る成分濃度分析手順について説明する。 The component concentration analysis procedure according to the second embodiment will be described below with reference to FIG.
最初に、光波長がそれぞれ異なる光波長λAと光波長λBの光A、Bの時間積算光強度変化に対する被測定物内の特定成分の光吸収係数変化率δWαを測定する。まず、光Aの時間積算光強度変化に対する被測定物内の特定成分の光吸収係数変化率δWαAを求めるために、特定成分の濃度や溶媒の光吸収係数が既知の標準試料を準備し、光Aを照射する(ステップS101)。光Aの時間積算光強度WAを掃引し、光Aの特定成分の光音響信号SAGの時間積算光強度依存性を測定する(ステップS102)。この測定結果より光Aの特定成分の光音響信号SAGから光Aの光吸収係数変化率δWαAを算出する(ステップS103)。 First, the light absorption coefficient change rate δWα of a specific component in the object to be measured with respect to the time-integrated light intensity change of the light wavelengths λ A and λ B having different light wavelengths is measured. First, in order to obtain the light absorption coefficient change rate δWα A of the specific component in the measured object with respect to the time-integrated light intensity change of the light A , prepare a standard sample whose concentration of the specific component and the light absorption coefficient of the solvent are known, Irradiate light A (step S101). The time integrated light intensity WA of the light A is swept, and the time integrated light intensity dependency of the photoacoustic signal SAG of the specific component of the light A is measured (step S102). The measurement result to calculate the optical absorption coefficient change rate Derutadaburyuarufa A light A from the photoacoustic signal S AG of the specific component of the light A from (step S103).
続いて、光Bの時間積算光強度変化に対する被測定物内の特定成分の光吸収係数変化率δWαBを求めるために、特定成分の濃度や溶媒の光吸収係数が既知の標準試料を準備し、光Bを照射する(ステップS104)。光Bの時間積算光強度WBを掃引し、光Bの特定成分の光音響信号SBGの時間積算光強度依存性を測定する(ステップS105)。この測定結果より光Bの特定成分の光音響信号SBGから光Bの光吸収係数変化率δWαBを算出する(ステップS106)。 Subsequently, in order to obtain the light absorption coefficient change rate δWα B of the specific component in the measured object with respect to the time-integrated light intensity change of the light B , a standard sample whose concentration of the specific component and the light absorption coefficient of the solvent are known is prepared. The light B is irradiated (step S104). The time integrated light intensity WB of the light B is swept, and the time integrated light intensity dependency of the photoacoustic signal SBG of the specific component of the light B is measured (step S105). The measurement result to calculate the optical absorption coefficient change rate Derutadaburyuarufa B light B from the photoacoustic signal S BG of the specific component of the light B from (step S106).
続いて被測定物の測定に移行する。例えば図7に示すような成分濃度測定装置を用いて、周波数fでπ位相が異なっている2つの光Aと光Bを交互に被測定物に照射する(ステップS107)。 Subsequently, the process proceeds to measurement of an object to be measured. For example, using a component concentration measuring apparatus as shown in FIG. 7, the light to be measured is irradiated alternately with two light A and light B having a different π phase at the frequency f (step S107).
このとき周波数fは、光音響信号Sの周波数となるため、マイクロフォンや圧電素子のような音波電気変換素子211が検出可能な周波数帯であることが望ましい。具体的には、20KHz以下であることが望ましい。 At this time, since the frequency f is the frequency of the photoacoustic signal S, it is desirable that the frequency f be a frequency band that can be detected by the sonic electric transducer 211 such as a microphone or a piezoelectric element. Specifically, it is desirable that it is 20 KHz or less.
まず、一方の光Bは一定の時間積算光強度WBになるように調整したまま、もう一方の光Aの時間積算光強度WAを掃引し、被測定物の光音響信号SAの時間積算光強度依存性を測定する(ステップS108)。この測定結果より、光音響信号SAの時間積算光強度変化から極小値を探索し、その時に光Aの時間積算光強度WAを取得する(ステップS109)。 First, while adjusting one light B to have a constant time integrated light intensity W B , the time integrated light intensity W A of the other light A is swept, and the time of the photoacoustic signal S A of the object to be measured is swept. The integrated light intensity dependency is measured (step S108). From this measurement result, it is searching for a minimum value from time integration light intensity variation of the photoacoustic signal S A, and obtains the time integrated light intensity W A of the light A when the (step S109).
続いて、測定の初期状態に戻し、2つの光Aと光Bを合波して被測定物に照射する(ステップS110)。光Bの時間積算光強度をWB’=WB+δWBに増やし、一定の光強度となるように調整したまま、光Aの時間積算光強度WAを掃引し、被測定物の光音響信号SA’の時間積算光強度依存性を測定する(ステップS111)。この測定結果より、光音響信号SA’の時間積算光強度変化から極小値を探索し、その時に光Aの時間積算光強度WA’=WA+δWAを取得する(ステップS112)。 Subsequently, the measurement is returned to the initial state, and the two light A and the light B are combined and irradiated onto the object to be measured (step S110). The time-integrated light intensity of light B is increased to W B ′ = W B + δW B , and the time-integrated light intensity WA of light A is swept while adjusting so as to obtain a constant light intensity. The dependence of the signal S A 'on the time integrated light intensity is measured (step S111). From this measurement result, the minimum value is searched from the change in the time integrated light intensity of the photoacoustic signal S A ′, and the time integrated light intensity W A ′ = W A + δW A of the light A is obtained at that time (step S112).
最後に、これまでの測定で得られたパラメータδWαA、δWαB、WA、WB、δWA、δWBの値を用いて、被測定物内の特定成分の濃度を導出する(ステップS112)。以上の手順より、被測定物内の特定成分の濃度は導出可能である。 Finally, using the values of the parameters δWα A , δWα B , W A , W B , δW A , and δW B obtained in the previous measurement, the concentration of the specific component in the object to be measured is derived (step S112). ). From the above procedure, the concentration of the specific component in the object to be measured can be derived.
さらに、図9を参照しながらステップS105、S108での光AとBが特定の時間積算光強度をWA、WBに設定された際の1周期分の照射手順について説明する。 Further, an irradiation procedure for one cycle when the light A and B in steps S105 and S108 are set to specific time-integrated light intensities W A and W B will be described with reference to FIG.
最初に、光Aと光Bを交互に照射する周期時間を設定し(ステップS201)、光Aの時間積算光強度WAと間欠時間パターンを設定する(ステップS202)。次に、光Aの時間計測を開始し(ステップS203)、設定された時間間欠パターンに合わせて被測定物に光Aを照射する(ステップS204)。このとき、時間間欠の時間軸でのパターンは、等間隔でも不等間隔でも構わないが、音波の高調波が発生しにくいため、不等間隔の方が望ましい。 First, a cycle time for alternately irradiating light A and light B is set (step S201), and a time integrated light intensity WA of the light A and an intermittent time pattern are set (step S202). Next, time measurement of the light A is started (step S203), and the light A is irradiated to the object to be measured in accordance with the set time intermittent pattern (step S204). At this time, the time-intermittent pattern on the time axis may be equal intervals or unequal intervals, but unequal intervals are desirable because harmonics of sound waves are less likely to occur.
その後、光Aの時間積算光強度WAが予め設定された時間積算光強度WA0に到達したかどうかのチェックを行い(ステップS205)、もし、設定した時間積算光強度WA0に到達していなければ、設定された時間間欠パターンでの光Aの照射を継続する。 Thereafter, it is checked whether or not the time integrated light intensity WA of the light A has reached a preset time integrated light intensity WA0 (step S205), and if it has reached the set time integrated light intensity WA0. If not, the irradiation of the light A in the set time intermittent pattern is continued.
光Aの時間積算光強度WAが予め設定された時間積算光強度WA0に到達していれば、光Aに与えられた所定の周期時間が経過したかどうかのチェックを行い(ステップS206)、所定の周期時間に到達していなければ、設定された周期時間まで光Bの照射をせず待機する(ステップS207)。所定の周期時間が経過していれば、続いて光Bの照射に移行し、光Bの時間積算光強度WBと間欠時間パターンを設定する(ステップS208)。続いて、光Bの時間計測を開始し(ステップS209)、設定された時間間欠パターンに合わせて被測定物に光Bを照射する(ステップS210)。このとき、時間間欠の時間軸でのパターンは、等間隔でも不等間隔でも構わないが、音波の高調波が発生しにくいため、不等間隔の方が望ましい。 If the time integrated light intensity WA of the light A has reached the preset time integrated light intensity WA0 , it is checked whether or not a predetermined period of time given to the light A has passed (step S206). If the predetermined cycle time has not been reached, the light B is not irradiated until the set cycle time (step S207). If the elapse of a predetermined period time, then proceeds to the irradiation of light B, to set the light B time integrated light intensity W B and rest time pattern (step S208). Subsequently, time measurement of the light B is started (step S209), and the light B is irradiated to the object to be measured in accordance with the set time intermittent pattern (step S210). At this time, the time-intermittent pattern on the time axis may be equal intervals or unequal intervals, but unequal intervals are desirable because harmonics of sound waves are less likely to occur.
その後、光Bの時間積算光強度WBが予め設定された時間積算光強度WB0に到達したかどうかのチェックを行い(ステップS211)、もし、設定した時間積算光強度WB0に到達していなければ、設定された時間間欠パターンでの光Bの照射を継続する。 Then, time integrated light intensity W B light B performs a check whether the reached accumulated light intensity W B0 preset time (step S211), if not reach the time set integrated light intensity W B0 If not, the irradiation of the light B in the set time intermittent pattern is continued.
光Bの時間積算光強度WBが予め設定された時間積算光強度WB0に到達していれば、光Bに与えられた所定の周期時間が経過したかどうかのチェックを行い(ステップS212)、所定の周期時間に到達していなければ、設定された周期時間まで光Aの照射をせず待機する(ステップS213)が、経過していれば、光照射の1周期動作を完了する。 If the time integrated light intensity W B of the light B has reached a preset time integrated light intensity W B0 , it is checked whether or not a predetermined period of time given to the light B has elapsed (step S212). If the predetermined cycle time has not been reached, the light A is not irradiated until the set cycle time (step S213), but if it has elapsed, the one cycle operation of the light irradiation is completed.
(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。ブロック図中の各ブロックを接続した実線は、光照射を示し、各ブロックを接続した二重線は、電気信号の接続を示している。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a component concentration measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the block diagram, solid lines connecting the blocks indicate light irradiation, and double lines connecting the blocks indicate electrical signal connections.
基本的な成分濃度測定の流れは、第1および第2の実施の形態と同様であるが、第3の実施形態における成分濃度測定装置では、まず発光する光波長がそれぞれ異なる第1LD301と第2LD302とが、それぞれ第1LD駆動回路303、第2LD駆動回路304によって駆動されている。さらに、第1LD301および第2LD302は、安定した光出力を実現するために、光強度をそれぞれ測定し、内臓フィードバック回路により光強度がそれぞれ補正されている。 The basic component concentration measurement flow is the same as in the first and second embodiments. However, in the component concentration measurement apparatus according to the third embodiment, first, the first LD 301 and the second LD 302 having different light wavelengths are emitted. Are driven by the first LD driving circuit 303 and the second LD driving circuit 304, respectively. Further, the first LD 301 and the second LD 302 measure the light intensity in order to realize a stable light output, and the light intensity is corrected by the internal feedback circuit.
この時、第1LD301および第2LD302、ならびに第1LD駆動回路303および第2LD駆動回路304は、光強度値を電気信号として出力可能なものであり、これら光強度値を利用することにより、光源の光分岐と光強度の検出を行う構成が不要となる。そのため、2×2の光切替スイッチ305が1つだけで成分濃度測定装置を構成することが可能となっている。 At this time, the first LD 301 and the second LD 302, and the first LD driving circuit 303 and the second LD driving circuit 304 can output the light intensity values as electric signals. By using these light intensity values, the light of the light source A configuration for detecting branching and light intensity is not required. Therefore, it is possible to configure a component concentration measuring device with only one 2 × 2 light changeover switch 305.
光切替スイッチ305は、周期駆動回路308からの信号に基づき周期的に第1LD301と第2LD302との間で切り替えを行うとともに、積算駆動回路306により光照射時間を制御して、被測定物の入った被測定物セル309に光照射を行う。 The light change-over switch 305 periodically switches between the first LD 301 and the second LD 302 based on the signal from the periodic drive circuit 308, and controls the light irradiation time by the integrating drive circuit 306 to enter the object to be measured. The measured object cell 309 is irradiated with light.
被測定物に光照射されることにより発生した音波は、前記第1および第2の実施形態と同様に、音波電気変換素子310によって音波検出され、増幅器311により信号増幅され、周期駆動回路308に与えられた周期信号と同期させることによりロックインアンプ312にて選択増幅される。 As in the first and second embodiments, the sound wave generated by irradiating the object to be measured is detected by the sonic electric conversion element 310, amplified by the amplifier 311, and sent to the periodic drive circuit 308. The signal is selectively amplified by a lock-in amplifier 312 by synchronizing with a given periodic signal.
以上によって得られた前記各光源の各時間積算光強度に対する光音響信号を検出し、制御コンピュータに記録、分析することにより、前記被測定物の前記特定成分の濃度を測定することが可能となる。 It is possible to measure the concentration of the specific component of the object to be measured by detecting a photoacoustic signal for each time integrated light intensity of each light source obtained as described above, and recording and analyzing it in a control computer. .
101〜106 光源
107 光路切替器
108、204、307 周期駆動回路
109、205 光分岐
110、206 光強度測定器
111、207、306 積算駆動回路
112 ON/OFF開閉器
113、210、309 被測定物セル
114、211、310 音波電気変換素子
115、212、311 増幅器
116、213、312 ロックインアンプ
117、214、313 制御コンピュータ
201、202、301、302 LD
203、208、305 光スイッチ
209、307 光終端器
303、304 LD駆動回路
101 to 106 Light source 107 Optical path switch 108, 204, 307 Periodic drive circuit 109, 205 Optical branch 110, 206 Light intensity measuring device 111, 207, 306 Accumulated drive circuit 112 ON / OFF switch 113, 210, 309 Device under test Cell 114, 211, 310 Sonic transducer 115, 212, 311 Amplifier 116, 213, 312 Lock-in amplifier 117, 214, 313 Control computer 201, 202, 301, 302 LD
203, 208, 305 Optical switch 209, 307 Optical terminator 303, 304 LD drive circuit
Claims (7)
前記波長の異なる複数の光の内、位相がπ異なる矩形連続波形の第1および第2の光の前記光源を切り替える光路切替手段と、
前記第1および第2の光のそれぞれの光強度を測定する光強度測定手段と、
前記第1および第2の光の光照射を間欠的にON/OFF制御して、前記第1および第2の光の照射時間を制御する開閉手段と、
前記開閉手段からの前記第1および第2の光の光照射によって被測定物から発生する光音響波を検出して光音響信号強度を出力する光音響信号検出手段と、
前記光強度と前記照射時間とから算出される前記第1および第2の光の時間積算光強度について、前記照射時間を制御することにより前記第1および第2の光の一方の前記時間積算光強度を一定し、前記光音響信号強度が極小値となるように他方の前記時間積算光強度を変化させたときの前記第1および第2の光それぞれの前記時間積算光強度、前記時間積算光強度の変化量、光吸収係数および光吸収係数変化率に基づき、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出する濃度導出手段と、
を備えたことを特徴とする成分濃度測定装置。 A light source that emits a plurality of lights having different wavelengths;
Optical path switching means for switching the light sources of the first and second rectangular continuous waveforms having a phase different by π among the plurality of lights having different wavelengths;
Light intensity measuring means for measuring the light intensity of each of the first and second lights;
An opening / closing means for intermittently turning on / off the light irradiation of the first and second lights to control the irradiation time of the first and second lights;
Photoacoustic signal detection means for detecting a photoacoustic wave generated from the object to be measured by light irradiation of the first and second lights from the opening / closing means and outputting a photoacoustic signal intensity;
For the time integrated light intensity of the first and second lights calculated from the light intensity and the irradiation time, the time integrated light of one of the first and second lights is controlled by controlling the irradiation time. The time integrated light intensity and the time integrated light of each of the first and second lights when the other time integrated light intensity is changed so that the intensity is constant and the photoacoustic signal intensity becomes a minimum value. A concentration deriving means for deriving the concentration of the component to be measured included in the object to be measured based on the intensity change amount, the light absorption coefficient, and the light absorption coefficient change rate;
A component concentration measuring apparatus comprising:
前記光強度測定手段は、前記光分岐手段で分岐された光の光強度を測定することを特徴とする請求項1に記載の成分濃度測定装置。 Further comprising an optical branching means installed between the optical path switching means and the opening and closing means,
2. The component concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the light intensity measuring unit measures the light intensity of the light branched by the light branching unit.
前記波長の異なる複数の光の内、位相がπ異なる矩形連続波形の第1および第2の光の前記光源を、第1および第2の光路間で切り替え、前記第1の光路への前記第1および第2の光の照射時間を制御する光スイッチと、
前記第1および第2の光のそれぞれの光強度を測定する光強度測定手段と、
前記光スイッチの第1の光路からの前記第1および第2の光の光照射によって被測定物から発生する光音響波を検出して光音響信号強度を出力する光音響信号検出手段と、
前記光強度と前記照射時間とから算出される前記第1および第2の光の時間積算光強度について、前記照射時間を制御することにより前記第1および第2の光の一方の前記時間積算光強度を一定し、前記光音響信号強度が極小値となるように他方の前記時間積算光強度を変化させたときの前記第1および第2の光それぞれの前記時間積算光強度、前記時間積算光強度の変化量、光吸収係数および光吸収係数変化率に基づき、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出する濃度導出手段と、
を備えたことを特徴とする成分濃度測定装置。 A light source that emits a plurality of lights having different wavelengths;
The light sources of the first and second rectangular continuous waveforms having a phase different by π among the plurality of lights having different wavelengths are switched between the first and second optical paths, and the first light path to the first optical path is switched. An optical switch for controlling the irradiation time of the first and second lights;
Light intensity measuring means for measuring the light intensity of each of the first and second lights;
Photoacoustic signal detection means for detecting a photoacoustic wave generated from the object to be measured by light irradiation of the first and second lights from the first optical path of the optical switch and outputting a photoacoustic signal intensity;
For the time integrated light intensity of the first and second lights calculated from the light intensity and the irradiation time, the time integrated light of one of the first and second lights is controlled by controlling the irradiation time. The time integrated light intensity and the time integrated light of each of the first and second lights when the other time integrated light intensity is changed so that the intensity is constant and the photoacoustic signal intensity becomes a minimum value. A concentration deriving means for deriving the concentration of the component to be measured included in the object to be measured based on the intensity change amount, the light absorption coefficient, and the light absorption coefficient change rate;
A component concentration measuring apparatus comprising:
前記第1の光スイッチと前記第2の光スイッチとの間に設置された光分岐手段をさらに備え、
前記光強度測定手段は、前記光分岐手段で分岐された光の光強度を測定することを特徴とする請求項3に記載の成分濃度測定装置。 The optical switch includes a first optical switch connected to the light source, and a second optical switch connected to the first and second optical paths,
An optical branching unit disposed between the first optical switch and the second optical switch;
4. The component concentration measuring apparatus according to claim 3, wherein the light intensity measuring unit measures the light intensity of the light branched by the light branching unit.
前記波長の異なる複数の光の内、位相がπ異なる矩形連続波形の第1および第2の光の接続を、第1および第2の光路間で切り替え、前記第1の光路への前記第1および第2の光の照射時間を制御するステップと、
前記第1および第2の光のそれぞれの光強度を測定するステップと、
前記第1の光路からの前記第1および第2の光の光照射によって被測定物から発生する光音響波を検出して光音響信号強度を出力するステップと、
前記光強度と前記照射時間とから算出される前記第1および第2の光の時間積算光強度について、前記照射時間を制御することにより前記第1および第2の光の一方の前記時間積算光強度を一定し、前記光音響信号強度が極小値となるように他方の前記時間積算光強度を変化させたときの前記第1および第2の光それぞれの前記時間積算光強度、前記時間積算光強度の変化量、光吸収係数および光吸収係数変化率に基づき、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出するステップと、
を有することを特徴とする成分濃度測定方法。 Irradiating a plurality of lights having different wavelengths;
Among the plurality of lights having different wavelengths, the connection of the first and second light having a rectangular continuous waveform having a phase different by π is switched between the first and second optical paths, and the first to the first optical path is switched. And controlling the irradiation time of the second light,
Measuring the light intensity of each of the first and second lights;
Detecting a photoacoustic wave generated from the object to be measured by light irradiation of the first and second lights from the first optical path and outputting a photoacoustic signal intensity;
For the time integrated light intensity of the first and second lights calculated from the light intensity and the irradiation time, the time integrated light of one of the first and second lights is controlled by controlling the irradiation time. The time integrated light intensity and the time integrated light of each of the first and second lights when the other time integrated light intensity is changed so that the intensity is constant and the photoacoustic signal intensity becomes a minimum value. Deriving the concentration of the component to be measured included in the object to be measured based on the intensity change amount, the light absorption coefficient, and the light absorption coefficient change rate;
A component concentration measurement method comprising:
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