JP2019191125A - 非接触ガス計測装置、非接触ガス計測システム、および非接触ガス計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者の皮膚などに影響を与えず、簡易な構成によって対象物からのガスを測定する。【解決手段】非接触ガス計測装置１００において、受信発振部１０１は、電磁波の出射および検出を行う。可視光源１０４は、受信発振部１０１が出射する電磁波と異なる周波数の電磁波を出射する。光学素子１０７は、可視光源１０４が出射する電磁波に基づいて透過率が変化して、受信発振部１０１が出射する電磁波を透過または反射させる。制御部１１０は、対象物を測定する際に可視光源１０４の電磁波を停止させて光学素子１０７が透過板として機能するように透過率を変化させ、光学素子１０７を透過した電磁波を前記対象物に照射させるように制御する。受信発振部１０１は、対象物６００から反射した電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を計測値として出力する。【選択図】図１８

Description

本発明は、非接触ガス計測装置、非接触ガス計測システム、および非接触ガス計測方法に関し、特に、非接触による皮膚表面のガス計測に有効な技術に関する。

本技術分野の背景技術として、例えば、特開２００２−２６３０７２（特許文献１）、特開２０１０−１７２５４３（特許文献２）、及び特開２０１０−１６９６５８（特許文献３）がある。

特許文献１には、課題として「必要十分な精度の測定が可能であって、しかも、小型軽量、安価で取扱いが容易な水分蒸散量測定装置を提供する。」と記載があり、その解決手段として「皮膚表面に接触させる枠の内側に回路基板を配置して、回路基板上に湿度検出素子として電気容量型高分子薄膜湿度センサを１個だけ配置する。湿度検出素子の駆動回路も回路基板上に配置される。ハンドル軸を通じて取り出した回路出力から水分蒸散量を演算する。湿度検出素子を１つしか使用しないから、２つ使用する場合に比較して部品点数が削減されるとともに、組立調整や維持管理のコストが低くなる。」と記載されている。

また、特許文献２には、課題として「簡便かつ的確に経皮水分蒸散量を推定し、さらにこれに基づいて皮膚のバリア機能を評価する装置を提供する。」と記載があり、その解決手段として「本体部と、本体部に設置される複数の交流電圧を印加し得る印加電極と、本体部に設置されるサセプタンス（Ｂ）、アドミタンス（Ｙ）、又はコンダクタンス（Ｇ）のいずれかを検出する検出電極１３と、本体部に設置される表示部と、本体部に内蔵され、検出したサセプタンス（Ｂ）、アドミタンス（Ｙ）、又はコンダクタンス（Ｇ）のいずれかに基づいて経皮水分蒸散量の推定値となりえる特性値（Ｐ）を算出する演算部とを備え、算出された特性値（Ｐ）に基づいて経皮水分蒸散量を推定し、これに基づいて皮膚バリア機能を評価する。」と記載されている。

また、特許文献３には、課題として「気体を供給する部位から供給された気体を効率良く分析する。」と記載があり、その解決手段として「気体を捕獲する捕獲膜３（例えば、多孔質性のポリマーなど。）を含み、該捕獲膜に捕獲された気体（例えば、人体から発生した皮膚ガス。）と前記発生部から発生したテラヘルツ波もしくは赤外光とが相互作用するように該捕獲膜を配置可能な捕獲部（捕獲膜と捕集容器とで構成される部材。）を備える。前記捕獲部は、前記気体を供給する部位（例えば、腕や手などの人体。）に接触可能な構造体（捕集容器）を含む。そして、前記構造体は、前記捕獲膜と前記部位１とを非接触状態として維持するように設けられる。」と記載されている。

特開２００２−２６３０７２号公報 特開２０１０−１７２５４３号公報 特開２０１０−１６９６５８号公報

人体の皮膚は、皮膚呼吸や発汗などにより生体内の環境や温度を調整するだけでなく、異物、細菌、あるいは微生物などの外部刺激から生体の内部組織を保護する役目も担っている。

このため熱中症予防やアトピー性皮膚炎によるドライスキンの防止などの健康維持の観点、あるいは化粧品や医薬品の評価、美容など実用的な観点においても皮膚内部の水分量と皮膚から蒸散される水分量、いわゆる経皮水分蒸散量の情報を取得することは重要である。特に、経皮水分蒸散量は、外部刺激から生体を守り、水分が体外に蒸散しないよう防御する皮膚バリア機能を評価する指標として関心が高い。

また、ヘルスケアなどにおいては、皮膚から蒸散される水分だけでなく、皮膚ガスなどのガスの計測も行われている。皮膚ガスにより、特定の疾病を発見することができる。例えば、皮膚ガスにアセトンが多く含まれている場合には、糖尿病との関連があり、アンモニアが多く含まれている場合には、慢性肝疾患との関連があるといわれている。

経皮水分蒸散量の計測においては、例えば湿度センサなどを使用して皮膚表面から蒸散する水分損失量を測定する技術（例えば、特許文献１）が知られている。この技術では、皮膚表面から蒸散する水分損失量を測定する湿度センサを安定化する機構などが必要となる。そのために、測定機器が高価となり、かつ大がかりなものとなってしまうという問題がある。また、測定機器の一部を対象物、すなわち皮膚などに接触させて計測する接触型であるために、計測時に患者の皮膚表面に影響を与えてしまったり、傷をつけてしまう恐れがある。患者の皮膚などへの影響を考慮すると、計測箇所を限定してしまう。

一方では、皮膚の電気的性質を測定することにより、皮膚のバリア機能を小型で低コストにて評価する技術（例えば、特許文献２）などがある。上記特許文献１と同様に、対象物の電気的性質を測定するために測定機器の一部を計測部分である皮膚に接触させる必要がある。

また、皮膚ガスを測定する技術としては、皮膚ガスを捕獲して、捕獲した皮膚ガスを電磁波を用いて計測する技術（例えば、特許文献３）などが知られている。この技術では、計測機器の構成として、皮膚ガスを捕捉および計測するために赤外光などを発生させる光源と検出器とが必要である。よって、装置構成が複雑で大がかりなものとなってしまうという問題がある。

この特許文献３の技術においても、測定機器の一部を対象物で皮膚に接触させて計測する構成であるため、上記特許文献１，２と同様に、計測箇所を限定してしまう。

本発明の目的は、利用者の皮膚などに影響を与えず、簡易な構成によって対象物からのガスを測定することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的な非接触ガス計測システムは、非接触ガス計測装置、解析部、およびシステム制御部を有する。非接触ガス計測装置は、対象物から発せられる計測対象ガスを電磁波を用いて計測する。解析部は、非接触ガス計測装置が計測した計測値から計測対象ガスを解析する。システム制御部は、非接触ガス計測装置および解析部の動作を制御する。

また、非接触ガス計測装置は、受信発振部、電磁波照射部、光学素子、および制御部を備える。受信発振部は、電磁波の出射および検出を行う。電磁波照射部は、受信発振部が出射する電磁波と異なる周波数の電磁波を出射する。

光学素子は、電磁波照射部が出射する電磁波に基づいて透過率が変化して、受信発振部が出射する電磁波を透過または反射させる。制御部は、受信発振部および電磁波照射部を制御する。

そして、制御部は、対象物を測定する際に電磁波照射部の電磁波を停止させて光学素子が透過板として機能するように透過率を変化させ、光学素子を透過した電磁波を対象物に照射させるように制御する。受信発振部は、対象物から反射した電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を計測値として解析部に出力する。

特に、制御部は、計測値を補正する補正電磁波を取得する際に電磁波照射部から電磁波を出射させて光学素子が反射板として機能するように透過率を変化させ、電磁波を光学素子から反射させるように制御する。

また、受信発振部は、光学素子から反射した電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を補正値として解析部に出力する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

（１）利用者の利便性を向上することができる。

（２）非接触ガス計測装置および非接触ガス計測システムを小型化することができる。

実施の形態１による非接触ガス計測装置における構成の一例を示す説明図である。 図１の非接触ガス計測装置が有する受発振器における特性の一例を示す説明図である。 図１の非接触ガス計測装置によるガス計測の動作における一例を示すフローチャートである。 図１の非接触ガス計測装置を用いた非接触ガス計測システムにおける構成の一例を示す説明図である。 図４の非接触ガス計測システムの一例を示す概観斜視図である。 図５の非接触ガス計測システムを使用する際の一例を示す説明図である。 図４の非接触ガス計測システムが有する受信発振部および情報補正部における構成の一例を示す説明図である。 図４の非接触ガス計測システムが有する受信発振部および情報補正部における他の構成例を示す説明図である。 図８に続く説明図である。 図４の非接触ガス計測システムが有するシステム制御部が参照する制御情報管理テーブルにおける構成の一例を示した説明図である。 図４の非接触ガス計測システムが有するメモリに格納される計測結果テーブルの一例を示す説明図である。 図４の非接触ガス計測システムによる計測対象ガスの計測処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２による受信発振部および情報補正部における構成の一例を示す説明図である。 実施の形態３による携帯端末における構成の一例を示す説明図である。 図１４の携帯端末の概観の一例を示す説明図である。 図１５の携帯端末が有する入出力部による表示の一例を示す説明図である。 図１４の携帯端末によるガス計測の動作における一例を示すフローチャートである。 実施の形態４による非接触ガス計測装置における構成の一例を示す説明図である。 図１８の非接触ガス計測装置における各機能部の時間波形の一例を示す説明図である。 図１８の非接触ガス計測装置を用いて構成した非接触ガス計測システムによる計測対象ガスの計測処理の一例を示すフローチャートである。 図１８の非接触ガス計測装置による可視光源を変調した際の電磁波強度および透過率の変化を示す説明図である。 図２０の計測処理における他の例を示すフローチャートである。 実施の形態５における非接触ガス計測装置による膜厚測定の一例を示す説明図である。 図２３の対象物における膜厚測定の原理を説明する説明図である。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
以下、実施の形態を詳細に説明する。

〈非接触ガス計測装置の構成例〉
図１は、本実施の形態１による非接触ガス計測装置１００における構成の一例を示す説明図である。

非接触ガス計測装置１００は、対象物６００から発せられる計測対象ガス６０１を電磁波を用いて計測する。この非接触ガス計測装置１００は、図１に示すように受信発振部１０１および制御部１１０を有する。受信発振部１０１は、電磁波の発振と受信とが単体化された構成となっており、電磁波を出射および検出する。

受信発振部１０１は、受発信器１０２およびレンズ１０３を有している。受発信器１０２は、電磁波の発振および受信を行う。レンズ１０３は、受発信器１０２が発振した電磁波を平行光にして対象物６００に照射し、対象物６００からの反射波を集光する。

受発信器１０２が発振した電磁波は、対象物６００に対して垂直に照射されることにより、計測対象ガス６０１を通過してその反射波が受発信器１０２に戻る。ここで、対象物６００は、使用者の皮膚などである。制御部１１０は、受信発振部１０１を制御する。

受信発振部１０１が発振する電磁波は、ガスに吸収され易い周波数を用いる。例えば、対象物６００が皮膚であって、計測対象ガス６０１が皮膚から蒸散する水蒸気である場合には、０．５６ＴＨｚ程度や０．７５ＴＨｚ程度などの周波数が好適である。

受発信器１０２は、例えば負性抵抗領域にて電磁波を発振する電子デバイスであり、例えば共鳴トンネルダイオードなどである。図１では、便宜上共鳴トンネルダイオードにて示しているが、受発信器については、これに限定されるものではない。

例えばレーザなどの電磁波を発振するデバイスでもよい。０．５６ＴＨｚ程度や０．７５ＴＨｚ程度の周波数を発振する発振器としては、例えば量子カスケードレーザあるいは共鳴トンネルダイオードなどがある。

〈受発信器の特性〉
図２は、図１の非接触ガス計測装置１００が有する受発信器１０２における特性の一例を示す説明図である。

この図２は、対象物６００からの反射波の強さと受発信器１０２の端子間を流れる電流と関係を示したものであり、受発信器１０２から発振した電磁波が反射波として該受発信器１０２に戻ったときに該受発信器１０２の発振特性に影響を与える現象の一例である。

例えば受発信器１０２として共鳴トンネルダイオードが用いられた場合は、該共鳴トンネルダイオードの端子間に特定の電圧をかけることによって負性抵抗領域にて電磁波が発振する。

非特許文献Ｍａｓａｈｉｒｏ Ａｓａｄａ ａｎｄ Ｓａｆｕｍｉ Ｓｕｚｕｋｉ ２０１５ Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ５４ ０７０３０９には、反射物の反射率が異なると、発振器の端子間を流れる電流が変化することが記載されている。

これは、発振回路に仮想アドミタンスが付与されることで起こる。また、半導体レーザの場合も同様に、反射波が発振特性に影響を与えるが、こちらは共振器中で発振波と反射波が干渉することで生じる。これらの現象はこれまでノイズとして扱われていた。

本発明者は、上記した非特許文献にて反射物体の反射率として示されているものを計測対象ガスにおける電磁波の吸収による減衰とすることによって、この現象を非接触ガス計測に適用できることに着目した。

つまり、受発信器１０２は、電磁波を発振して、該電磁波が対象物６００から反射されて該受発信器１０２に戻る反射波の強度に応じて、受発信器１０２を流れる電流に差が生じる。この電磁波路中の計測対象ガス６０１の量によって反射波の強さは変化するために受発信器１０２にかかる電流または電圧の差を用いてガス計測することが可能となる。

例えば図２では、共鳴トンネルダイオードの端子間を流れる電流が少ないと反射波の強さが弱くなっており、その結果、計測対象ガス６０１による電磁波の吸収が強かったことが分かる。すなわち計測対象ガス６０１の量が多いことが分かる。

このように、受発信器１０２の端子間の電流または電圧変化を検出して、計測対象ガス６０１による電磁波の吸収量を算出することによって、ガスによる吸収と量の相関から計測対象ガス６０１を計測することが可能となる。

また、図２に示したグラフは一例を示したものであり、データ構造はこれに限定されるものではなく、計測した電流値と計測対象ガスとの関係を示す構成、例えばテーブル構成などの情報であればよい。

〈ガス計測装置の動作例〉
図３は、図１の非接触ガス計測装置１００によるガス計測の動作における一例を示すフローチャートである。

まず、制御部１１０は、受信発振部１０１を制御することにより、予め設定された周波数の電磁波を計測対象の対象物６００に照射させる（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１の処理において、非接触ガス計測装置１００は、電磁波を対象物６００に向けて照射するだけでよいので、非接触ガス計測装置１００を皮膚などの対象物６００に密着させる必要はなく、図１に示したように、非接触ガス計測装置１００と対象物６００との間に距離を置いてガス計測を行う。

そして、対象物６００に対して垂直に照射された電磁波は、計測対象ガス６０１を通過して対象物６００に照射され、その反射波がレンズ１０３に集光されて受発信器１０２に戻る。続いて、制御部１１０は、受信発振部１０１が受信した反射波の強度に応じた電流または電圧の値を取得する（ステップＳ１０２）。

これにより、上述のように非接触ガス計測装置１００を対象物６００に密着させずにガス計測することができるので、計測時に患者の皮膚表面への影響を低減することができる。また、皮膚などへの影響を考慮しなくてよいので、計測箇所が制限されることがなくなり、容易に正確な計測結果を得ることができる。

計測対象ガス６０１が一意に決まっている場合には、事前に値を定量計測することにより、図２における反射波の強さを計測対象ガス６０１の濃度と置換することが可能である。この場合、ステップＳ１０２の処理にて測定した電流値または電圧値を用いて、計測対象ガス６０１の濃度を算出することができる。また、過去に計測した電流または電圧の結果と比較し、計測対象ガス６０１の変化を換算することも可能である。

〈非接触ガス計測システムの構成例〉
図４は、図１の非接触ガス計測装置１００を用いた非接触ガス計測システム５００における構成の一例を示す説明図である。

非接触ガス計測システム５００は、図４に示すように非接触ガス計測装置１００、情報補正部２００、距離測定部３００、システム制御部４００、解析部４１０、入出力部４２０、およびメモリ４３０を有する。

これら非接触ガス計測装置１００、情報補正部２００、距離測定部３００、システム制御部４００、解析部４１０、入出力部４２０、およびメモリ４３０は、システムバス４０１によって相互に接続されている。なお、非接触ガス計測装置１００の構成および動作については、図１と同様であるので説明は省略する。

情報補正部２００は、環境による計測の誤差を減少させる補正波を取得する。この補正波は、電磁波である。例えば、計測対象ガスとして皮膚から蒸散された水蒸気を計測する場合、使用者が存在する環境により空気中の水蒸気量が異なるために計測値に影響を及ぼす恐れがある。このため、情報補正部２００が取得する補正波を用いて、環境による水蒸気の影響を除く。

距離測定部３００は、該距離測定部３００から対象物６００までの距離を測定する。システム制御部４００は、各種データを取得し、非接触ガス計測システム５００における制御を司る。特に、システム制御部４００は、計測対象ガス６０１を計測する際に後述する図１０に示す制御情報管理テーブル８００を参照して非接触ガス計測装置１００を制御する。

解析部４１０は、検出した電磁波の計測値を解析する。入出力部４２０は、使用者とのインターフェースであり、後述する図５に示す入力部４２１および出力部４２２からなる。入力部４２１は、例えばボタンなどであり、出力部４２２は、例えば表示部である。

メモリ４３０は、例えばフラッシュメモリなどに例示される不揮発性半導体メモリなどからなり、受信したデータや解析結果などを格納する。特に、後述する図１０の制御情報管理テーブル８００および図１１の計測結果テーブル９００などを格納する。

〈非接触ガス計測システムの概観例〉
図５は、図４の非接触ガス計測システム５００の一例を示す概観斜視図である。

非接触ガス計測システム５００は、図５に示すように例えば直方体からなるケース５０１に収納されており、該ケース５０１の主面には、入力部４２１および出力部４２２がそれぞれ設けられている。図５の例では、入力部４２１は、ボタンである。

使用者は、この入力部４２１から計測開始指示や計測対象ガスの選択などの情報を入力する。入力部４２１は、ボタンに限定されることはなく、例えばタッチパネルやキーボードなどであってもよい。

出力部４２２は、図５の例では、液晶ディスプレイである。この出力部４２２に計測した結果などが表示される。出力部４２２についても液晶ディスプレイに限定されることはなく、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やブザーなどであってもよい。

使用者は、入力部４２１であるボタンを押下する。これによって、ガスの計測が開始され、受信発振部１０１から電磁波が出射される。他にも、複数の入力部４２１を設けることによって、計測対象ガス６０１の種類を使用者に選択させることもできる。

また、計測対象ガス６０１の計測結果は、出力部４２２に表示される。これによって、使用者が計測結果を知ることができる。出力部４２２にＬＥＤを用いることによって、例えば緑色の発光が計測終了、赤の発光が計測エラーなどの情報を提示することができる。

また、ケース５０１の側面５０３には、出射口５０４が形成されている。出射口５０４は、非接触ガス計測装置１００が有する受信発振部１０１が発振する電磁波を出射する。また、その他の非接触ガス計測システム５００を構成する情報補正部２００、距離測定部３００、システム制御部４００、解析部４１０、およびメモリ４３０については、ケース５０１に収納されている。

解析部４１０は、メモリ４３０に蓄積された過去のデータを参照して、ある時刻の計測値だけではなく、過去の履歴を含んだ時系列のデータとして使用者の皮膚の状態変化を解析する。

ここで、非接触ガス計測システム５００を複数の使用者によって使用する際には、例えばメモリ４３０に各々の使用者を特定する番号などの情報を付加して、複数人の計測データをそれぞれ識別できるように保持してもよい。

〈非接触ガス計測システムの使用例〉
図６は、図５の非接触ガス計測システム５００を使用する際の一例を示す説明図である。

非接触ガス計測システム５００を用いて使用者の皮膚を測定する場合には、図６に示すように使用者は図５のケース５０１の出射口５０４を皮膚に向けながら入力部４２１を指などによって押下する。

〈情報補正部の構成例〉
図７は、図４の非接触ガス計測システム５００が有する受信発振部１０１および情報補正部２００における構成の一例を示す説明図である。

情報補正部２００は、受信発振部１０１が計測対象ガス６０１以外による影響を除去する補正波を取得するためのものである。この情報補正部２００は、例えばミラーによって構成されている。

なお、情報補正部２００は、ミラーに限定されるものではなく、電磁波を反射させる反射物や光学素子などであればよい。

情報補正部２００は、ケース５０１に設けられた出射口５０４の近傍に設けられており、受信発振部１０１における電磁波の出射面と対向するように設けられている。この場合、受信発振部１０１から出射された一部の電磁波は、情報補正部２００の表面にあたり反射される。受信発振部１０１は、情報補正部２００の反射波を補正波として取得する。

この補正波の取得の際には、非接触ガス計測システム５００の計測可能な距離よりも対象物６００が十分に離れていていることが前提となる。すなわち計測対象ガスを計測していない状況が前提となる。

対象物６００が十分に離れていているか否かは、例えば図４のシステム制御部４００が判定する。図４の距離測定部３００は、補正波の取得の際に対象物６００までの距離を測定する。その測定結果は、図４のシステム制御部４００に出力される。

システム制御部４００は、距離測定部３００が測定した距離が予め設定された第１の測定判定距離よりも長い場合に、対象物６００が十分に離れていていると判定する。また、第１の測定判定距離は、例えばメモリ４３０に格納される。

補正波を取得した後、受信発振部１０１が電磁波を出射する。電磁波は、計測対象ガス６０１を通過して対象物６００にあたり、その反射波を計測する。このとき、受信発振部１０１と対象物６００との距離が計測可能な距離内であり、計測対象ガス６０１を計測可能である状況が前提となる。

ここでも、システム制御部４００は、距離測定部３００が測定した距離結果から計測可能な距離内であるか否かを判定する。システム制御部４００は、距離測定部３００が測定した距離が予め設定された第２の測定判定距離よりも短い場合に、対象物６００が十分に近づいていると判定する。第２の測定判定距離は、例えばメモリ４３０に格納される。

なお、計測対象ガス６０１の測定波には、補正波も含まれている。これは、計測対象ガス６０１を測定する際に情報補正部２００に反射する反射波が含まれるためである。しかし、計測対象ガス６０１の測定波に補正波が含まれていても、計測対象ガス６０１を計測する前に取得した補正波を用いて補正することにより、計測対象ガス６０１を高精度に計測することができる。

受信発振部１０１が出射する電磁波は、図１に示したようにレンズ１０３を用いて平行光とされるが、平行光とはせずに発散光としてもよい。その場合、レンズ１０３は、不要となる。

平行光の場合は、計測時の計測位置による誤差の影響を抑えることができる。発散光の場合、計測可能距離が短くなるため、計測対象ガス６０１の情報を含まない補正波を取得しやすくなる。

〈情報補正部の他の構成例〉
図８は、図４の非接触ガス計測システム５００が有する受信発振部１０１および情報補正部２００における他の構成例を示す説明図である。図９は、図８に続く説明図である。

図８に示す情報補正部２００は、ミラー２０１およびモータ２０２を有する。図７の情報補正部２００は、ミラーのみであり、該ミラーが固定された構成であったが、図８の情報補正部２００は、ミラー２０１およびモータ２０２から構成されている。

ミラー２０１は、図５のケース５０１に設けられた出射口５０４の近傍に設けられている。このミラー２０１は、図８において、ミラー２０１の上方の２つのコーナ部を回転軸として回転可能に取り付けられている。

モータ２０２は、例えば図４のシステム制御部４００から出力されるモード信号に基づいてミラー２０１を回転させる。システム制御部４００が出力するモード信号としては、例えば情報補正モード信号および計測モード信号がある。情報補正モード信号は、補正波を取得する際に出力される信号であり、計測モード信号は、計測対象ガス６０１を計測する際に出力される信号である。

情報補正モード信号が出力されると、モータ２０２は、図８に示すようにミラー２０１を回転させて該ミラー２０１が出射口５０４を遮蔽する位置まで移動させる。これにより、受信発振部１０１から出射された電磁波は、ミラー２０１によって反射され、該受信発振部１０１に戻ることによって補正波を取得できる。

また、計測モード信号が出力されると、モータ２０２は、図９に示すようにミラー２０１を９０°程度回転させて、該ミラー２０１が出射口５０４を遮らない位置まで移動させる。すなわち、受信発振部１０１と対象物６００との間からミラー２０１が除かれた状態になる。これにより、受信発振部１０１から出射された電磁波は、計測対象ガス６０１を通過して対象物６００にあたり反射されるので、受信発振部１０１は、計測対象ガス６０１の計測波を取得することができる。

〈制御情報管理テーブルの構成例〉
続いて、制御情報管理テーブル８００について説明する。

図１０は、図４の非接触ガス計測システム５００が有するシステム制御部４００が参照する制御情報管理テーブル８００における構成の一例を示した説明図である。

制御情報管理テーブル８００には、計測制御情報を格納したテーブルである。計測制御情報は、非接触ガス計測装置１００が計測対象ガス６０１を計測する際に発振する電磁波の周波数や、補正波の取得に関する情報などの計測対象ガス６０１を計測する情報である。

制御情報管理テーブル８００は、図１０に示すように、左から右にかけて、計測対象ガス名８０１、周波数８０２、および情報補正制御８０３の項目を有する。計測対象ガス名８０１は、計測対象ガス６０１を識別する情報である。周波数８０２は、計測対象ガス６０１を計測する周波数を示す。情報補正制御８０３は、計測時に情報補正部２００を制御する必要があるか否かを示す情報である。

ただし、制御情報管理テーブル８００の項目は、図１０に限定されるものではなく、非接触ガス計測装置１００や情報補正部２００を制御する情報が格納されていればよい。例えば、非接触ガス計測装置１００を制御する電圧値や電流値などであってもよい。

制御情報管理テーブル８００に格納される情報は、予めメモリ４３０などに格納してもよいし、あるいはネットワーク経由などによって取得してもよい。また、使用者などが制御情報管理テーブル８００に格納される情報を編集してもよい。

なお、非接触ガス計測装置１００および情報補正部２００の制御が不要な場合、制御情報管理テーブル８００は不要である。計測制御情報は、データ構造に依存せず、どのようなデータ構造であってもよい。図１０の制御情報管理テーブル８００以外にも、例えばリストあるいはデータベースなどから適切に選択したデータ構造体などによって該計測制御情報を格納することができる。

この制御情報管理テーブル８００は、上述したように例えばメモリ４３０ではなく、例えばシステム制御部４００が有する図示しないメモリなどに格納するようにしてもよい。その他に、例えばネットワークを経由して接続された外部の記憶デバイスなどに格納するようにしてもよい。

〈計測結果テーブルの構成例〉
図１１は、図４の非接触ガス計測システム５００が有するメモリ４３０に格納される計測結果テーブル９００の一例を示す説明図である。

計測結果テーブル９００は、非接触ガス計測システム５００が計測対象ガス６０１を計測および計測結果を用いて解析した結果が格納される。

計測結果テーブル９００は、図１１に示すように左から右にかけて、日時９０１、計測対象ガス名９０２、周波数９０３、対象物有無９０４、および値９０５の項目を有している。

日時９０１は、計測または解析した日時を示す。計測対象ガス名９０２は、計測対象ガス６０１を識別する情報を示す。周波数９０３は、計測対象ガス６０１の計測に用いた周波数を示す。対象物有無９０４は、計測時に計測対象ガス６０１を計測したか否かを示す。値９０５は、計測または解析した結果の値を示す。

ただし、計測結果テーブル９００の項目は、図１１に限定されるものではなく、非接触ガス計測システム５００が取得、あるいは生成した他の情報を格納するようにしてもよい。

〈非接触ガス計測システムの動作例〉
続いて、非接触ガス計測システム５００による計測動作について説明する。

図１２は、図４の非接触ガス計測システム５００による計測対象ガス６０１の計測処理の一例を示すフローチャートである。

図１２のフローチャートにおいて、特に指定がない場合には、図４のシステム制御部４００が主体となって制御するものとする。

まず、使用者が入出力部４２０を操作することによって入力情報を取得する（ステップＳ２０１）。入力情報は、例えば図６に示したように、使用者が入力部４２１のボタンを押下したことによる計測開始指示のことである。使用者が入力した入力情報は、システム制御部４００が受け取る。

システム制御部４００が入力情報を受け付けると、図４の距離測定部３００による距離計測が行われ、計測対象ガス６０１が計測範囲内か否かの判定を開始する（ステップＳ２０２）。

具体的には、まずシステム制御部４００が距離測定部３００を制御して、受信発振部１０１と対象物６００との距離を計測する。システム制御部４００は、距離測定部３００が計測した距離とメモリ４３０に格納されている第１の測定判定距離とを比較し、計測対象ガス６０１が計測範囲内か範囲外かの判定を行う。

例えば非接触ガス計測システム５００の計測可能距離が約１０ｃｍであるとする。この場合、第１の測定判定距離は、約１０ｃｍである。測定結果において、受信発振部１０１と対象物６００との距離が約５ｃｍの場合には、第１の測定判定距離の約１０ｃｍよりも短いので計測範囲内と判定し、計測した距離が１５ｃｍなら１０ｃｍよりも長いため計測範囲外と判定する。

この判定結果は、図１１の計測結果テーブル９００における対象物有無９０４に格納される。図１１に示すように、例えば判定結果が測定範囲内なら「有」となり、判定結果が測定範囲外なら「無」と示される。

続いて、制御情報管理テーブル８００から計測制御情報を取得する（ステップＳ２０３）。具体的には、システム制御部４００が、メモリ４３０に格納された図１０の制御情報管理テーブル８００から計測対象ガス６０１の計測に必要な制御情報を取得する。

図１０を例にすると、計測対象ガス６０１として経皮水分蒸散量を測定する場合には、計測対象ガス名８０１の経皮水分蒸散量の行から周波数８０２の０．５５８ＴＨｚ、０．６００ＴＨｚおよび情報補正制御８０３の「有」の情報を取得する。

ここでは、説明の便宜上、制御情報管理テーブル８００から情報を取得しているが、入力部４２１を経由して使用者が直接入力した情報に基づいて制御してもよい。

システム制御部４００は、ステップＳ２０３の処理にて取得した情報に基づいて、情報補正部２００を制御するか否かを判定する（ステップＳ２０４）。例えば図１０において、情報補正制御８０３が「有」（ＹＥＳ）の場合は、ステップＳ２０５の処理に進み、情報補正制御８０３が「無」（ＮＯ）の場合は、ステップＳ２０６の処理に進む。

情報補正制御８０３の有無は、非接触ガス計測システム５００の構成および計測対象ガス６０１による。例えば図７に示した情報補正部２００の場合には、情報補正の制御が不要となるため常に「無」となる。一方、図８に示した情報補正部２００の場合、補正波が必要な場合は「有」となり、補正波が不要な場合は「無」となる。

システム制御部４００は、情報補正部２００を制御する（ステップＳ２０５）。このステップＳ２０５の処理は、情報補正部２００の構成によるが、例えば図８に示す情報補正部２００の場合、システム制御部４００は、情報補正部２００のモータ２０２を制御することにより、ミラー２０１を回転させて該ミラー２０１が出射口５０４を遮蔽する位置まで移動させる。

システム制御部４００は、ステップＳ２０３の処理にて取得した制御情報に基づいて、非接触ガス計測装置１００が照射する電磁波の周波数を制御するか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

図１０の制御情報管理テーブル８００を例にすると、周波数８０２と非接触ガス計測装置１００に設定されている情報とが異なる場合には、制御する必要があるためステップＳ２０７の処理に進む。

周波数８０２と非接触ガス計測装置１００に設定されている情報とが同じ場合には、制御が不要であるため、ステップＳ２０８の処理に進む。具体的には、周波数８０２から０．５５８ＴＨｚを取得した場合、非接触ガス計測装置１００が０．５５８ＴＨｚを発振できる状態ならそのままとし、異なる場合は、ステップＳ２０７の処理にて非接触ガス計測装置１００が０．５５８ＴＨｚを発振できるように制御する。なお、非接触ガス計測装置１００の周波数が固定されている場合は、この処理は不要となる。

そして、ステップＳ２０６の処理における周波数制御の情報に基づいて、非接触ガス計測装置１００を制御して、電磁波を特定の周波数とする（ステップＳ２０７）。例えば、受発信器１０２の電圧または電流を変化させることによって電磁波の周波数を変更する。

これにより、計測対象ガス６０１の計測が開始され、受信発振部１０１が電流または電圧の値を取得する（ステップＳ２０８）。計測した値は、計測結果テーブル９００の値９０５に格納される。

ステップＳ２０３の処理にて取得した制御情報を参照して、計測する周波数をすべて計測したか否かを判定する（ステップＳ２０９）。計測する周波数がある場合には、ステップＳ２０６の処理に戻る。すべての周波数の計測が完了した場合には、計測が終了となる。

具体的には、図１０を例にすると、計測対象ガス６０１として経皮水分蒸散量を測定したい場合には、周波数８０２の０．５５８ＴＨｚおよび０．６００ＴＨｚの２つの周波数にて計測を完了しているか否かを判断し、計測が終わるまで繰り返す。

計測が終了すると、解析部４１０は、計測結果テーブル９００の値９０５を用いて解析を行う（ステップＳ２１０）。

具体的には、計測終了を受けたシステム制御部４００は、解析部４１０に計測したデータの解析を指示して、該解析部４１０がメモリ４３０上の計測結果テーブル９００を参照することにより解析を行う。

例えば、経皮水分蒸散量を算出する場合は、次のような計算方法となる。

経皮水分蒸散量を算出するためには、４パターンの電磁波にて解析を行う。１つ目は、水蒸気に感度が高い周波数、例えば、０．５５８ＴＨｚ程度の周波数を対象物６００に照射した電磁波である。皮膚から反射された電磁波が戻るため、空気中の水蒸気、皮膚から蒸散された水蒸気、皮膚による吸収、および内部反射光の拡散の情報などを含んだ強度が検出される。

２つ目は、水蒸気による感度が高い周波数、例えば、０．５５８ＴＨｚ程度の周波数を情報補正部２００に照射した電磁波である。ミラーにて反射された電磁波のみが戻るため、空気中の水蒸気の情報を含んだ強度が検出される。

３つ目は、水蒸気に感度が低い周波数、例えば、０．６００ＴＨｚ程度の周波数を対象物６００に照射した電磁波である。皮膚から反射された電磁波が戻るため、皮膚による吸収および内部反射光の拡散の情報を含んだ強度が検出される。

４つ目は、水蒸気による感度が低い周波数、例えば、０．６００ＴＨｚ程度の周波数を情報補正部２００に照射した電磁波である。ミラーにて反射された電磁波のみが戻り、参照信号として用いることができる。

１つ目と２つ目の検出結果は、同じ空気中の水蒸気による減衰を含む。このため１つ目と２つ目の差分は、皮膚による吸収および内部反射光の拡散による減衰と、皮膚から蒸散された水蒸気による減衰となる。

３つ目と４つ目の差分は、皮膚による吸収および内部反射光の拡散による減衰となる。そこで、１つ目と２つ目の差分から３つ目と４つ目の差分を引くことにより、皮膚から蒸散された水蒸気による減衰を検出することができる。

続いて、システム制御部４００は、ステップＳ２１０の処理にて解析した結果をメモリ４３０に格納する（ステップＳ２１１）。例えば、解析結果は、メモリ４３０が記憶する計測結果テーブル９００に格納してもよいし、メモリ４３０の他の領域に格納するようにしてもよい。このステップＳ２１１の処理は、省略してステップＳ２１２の処理に進むようにしてもよい。

そして、システム制御部４００は、出力部４２２に解析結果を表示する。例えば、図５に示したように出力部４２２に使用者が解析結果を認識できるように表示を行う（ステップＳ２１２）。

ここで、非接触ガス計測システム５００に不具合がある場合、システム制御部４００は、それらの不具合を検知して出力部４２２にアラートを出力する。例えば出力部４２２が液晶ディスプレイの場合には、アラートの内容を表示する。また、出力部４２２がスピーカなどの場合には、音声やブザーなどの音によってアラートを伝える。出力部４２２が、ＬＥＤの場合には、光などによってアラートを知らせる。

以上、共鳴トンネルダイオードなどを用いることによって、簡易な構成によって電磁波の照射および受信する受信発振部１０１を一体化することができ、非接触ガス計測装置１００を小型化することができる。

また、対象物６００に電磁波照射して、その反射波の強弱から計測対象ガス６０１を計測するので、受信発振部１０１を対象物６００から離して、すなわち皮膚表面と非接触にて計測することができる。

これにより、利用者の皮膚などに非接触ガス計測装置１００を密着させることなく計測できるので、測定箇所が制限されることなく高精度な計測を行うことができる。また、利用者の患部への負担を軽減することができる。

さらに、情報補正部２００による補正波を用いて、計測対象ガスを計測することにより、非接触ガス計測システム５００の計測精度を向上させることができる。

（実施の形態２）
〈受信発振部および情報補正部の構成例〉
本実施の形態２では、受信発振部および情報補正部における他の構成例について説明する。

図１３は、本実施の形態２による受信発振部１０１，１０１ａおよび情報補正部２００における構成の一例を示す説明図である。

前記実施の形態１の図７では、１つの受信発振部１０１によって測定波と補正波とをそれぞれ取得する構成であったが、図１３の場合には、第１の受信発振部である受信発振部１０１に加えて、第２の受信発振部である受信発振部１０１ａが新たに設けられた構成となっている。

図１３において、受信発振部１０１は、計測対象ガス６０１を計測する際に用いられ、受信発振部１０１ａは、補正波を計測する際に用いられる。なお、その他の非接触ガス計測システム５００における構成については、前記実施の形態１の図４と同様であるので説明は省略する。

情報補正部２００は、例えばミラーなどからなり、受信発振部１０１ａにおける電磁波の出射面と対向するように設けられている。情報補正部２００は、受信発振部１０１ａが計測対象ガス６０１以外のガスによる影響を除去するための補正波を取得する。受信発振部１０１ａは、情報補正部２００に電磁波を照射し、その反射波を補正波として取得する。

受信発振部１０１は、電磁波を計測対象の対象物６００に照射して、該対象物６００が照射した反射波を受信し、受信した反射波の強度に応じた電流または電圧の値を取得する。受信発振部１０１から出射された電磁波は、計測対象ガス６０１を通過して対象物６００にあたり反射されて戻ることにより計測波を計測する。

以上により、受信発振部１０１ａを設けることにより、より正確に補正波を取得することができる。その結果、より高精度に計測対象ガス６０１を計測することができ、非接触ガス計測システム５００の信頼性を向上させることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３では、非接触ガス計測システム５００を携帯端末、例えばスマートフォンやタブレットなどに設けた構成について説明する。

〈携帯端末の構成例〉
図１４は、本実施の形態３による携帯端末５６０における構成の一例を示す説明図である。

携帯端末５６０は、非接触ガス計測システム５００、撮像部４４０、および通信部４５０から構成されている。非接触ガス計測システム５００は、前記実施の形態１の図４の非接触ガス計測システム５００と同様の構成からなる。

撮像部４４０は、画像を取得するカメラである。撮像部４４０は、後述する測定位置を一致させる技術および計測特定の技術などに用いられる。通信部４５０は、例えばインターネット回線や電話通信回線などの通信回線と無線接続され、外部との通信を行う。

図１４では、通信部４５０によって外部接続されたサーバ４６０と接続される例を示している。通信部４５０は、例えば非接触ガス計測装置１００、距離測定部３００、および撮像部４４０などが取得した情報をサーバ４６０に送受信する。

撮像部４４０は、例えば可視光波長に対する感度を持つＲ（Red）Ｇ（Green）Ｂ（Blue）カメラ、赤外線に対する感度を持つ赤外光カメラ、または赤外線から可視光の波長に対する感度を持つＲＧＢカメラなどがある。あるいは可視光から紫外線の波長、または赤外線から可視光を経て紫外線の波長に対する感度を持つＲＧＢカメラなどであってもよい。

なお、非接触ガス計測システム５００が有する入出力部４２０は、携帯端末５６０が有するタッチパネルなどの入出力部を流用してもよい。

図１４では、スマートフォンなどの携帯端末５６０に非接触ガス計測システム５００を設けた構成としたが、例えば非接触ガス計測システム５００に携帯端末５６０の機能である撮像部４４０および通信部４５０を新たに追加する構成としてもよい。

〈携帯端末の概観例〉
図１５は、図１４の携帯端末５６０の概観の一例を示す説明図である。図１５（ａ）は、携帯端末５６０の正面を示しており、図１５（ｂ）は、携帯端末５６０の背面を示している。ここでは、入出力部４２０が設けられている面を携帯端末５６０の正面とし、それに対向する面を背面とする。

図１５の例では、撮像部４４０によって図１５（ａ）に示す携帯端末５６０の正面側および図１５（ｂ）に示す携帯端末５６０の背面側のいずれの面からも画像を撮影することができる構成となっている。

同様に、図１５の例では、受信発振部１０１においても、図１５（ａ）に示す携帯端末５６０の正面側および図１５（ｂ）に示す背面側のいずれの面からも電磁波の照射および受信を行うことができる構成となっている。

〈入出力部の表示例〉
図１６は、図１５の携帯端末５６０が有する入出力部４２０による表示の一例を示す説明図である。

この場合、入出力部４２０は、例えばタッチパネル式のディスプレイからなるものとする。この入出力部４２０には、図１６（ａ）に示すように、例えば使用者が計測対象を選択するメニュー画面や、図１６（ｂ）に示すように、撮像部４４０にて撮像した画像や解析した結果などを表示する。

図１６（ａ）に示すメニュー画面では、計測可能な計測対象ガス名を表示し、使用者が選択できるようにする。メニューボタンと前記実施の形態１の図１０の制御情報管理テーブル８００とを関連付けることにより、例えば図１２のステップＳ２０１の処理における入力情報に使用者が選択した計測対象ガス６０１を簡単に付与することができる。

また、計測結果として、図１６（ｂ）に示すように、例えば経皮水分蒸散量を時系列に表示したグラフ、撮像部４４０が取得した前回の測定位置を示す測定位置マーカなどを入出力部４２０に表示するようにしてもよい。

〈携帯端末の動作例〉
図１７は、図１４の携帯端末５６０によるガス計測の動作における一例を示すフローチャートである。

まず、入力情報を取得する（ステップＳ３０１）。このステップＳ３０１の処理は、前記実施の形態１の図１２におけるステップＳ２０１の処理と同じである。続いて、撮像部４４０が使用者の測定部位の撮影を行い、システム制御部４００が撮影された画像を解析する（ステップＳ３０２）。

これにより、測定位置を前回の場所と一致させることや、受信発振部１０１による計測を携帯端末５６０の正面または背面のいずれの面によって計測するかなどを認識することができる。

測定位置を一致させる技術について説明する。

長期のモニタリングを行う場合には、測定位置を合わせて、略同一部位を計測することが望まれる。そこで、前回あるいはこれまで撮像部４４０にて撮影した画像結果から測定部位を特定して、その結果を出力部４２２に表示することによって使用者に知らせる。

入出力部４２０に測定位置マーカを表示してもよいし、スピーカなどを使って測定位置マーカと撮像部４４０にて撮影されている現在位置との差分の情報を音、例えば音程の変化、音量の変化、あるいは音声などによって知らせることも可能である。

受信発振部１０１による計測を携帯端末５６０の正面または背面のいずれによって計測しているかを特定させる計測特定の技術について説明する。

例えば、対象物６００が図１５（ａ）の撮像部４４０、すなわち携帯端末５６０の正面側にて撮影されたか、あるいは対象物６００が図１５（ｂ）の撮像部４４０、すなわち携帯端末５６０の背面側にて撮影されたかを判定し、撮影された面側において受信発振部１０１による計測を行う。

これにより、計測対象ガス６０１が携帯端末の正面に有る場合も、背面に有る場合も簡単に撮影できる。具体的には、腕を計測する場合は、図１５（ｂ）の背面側の受信発振部１０１を使用し、顔面などを計測する場合は、図１５（ａ）正面の受信発振部１０１を使用する。これにより、利用者は、入出力部４２０であるディスプレイを見ながら計測することができる。

図１７において、画像の解析が終了すると、計測対象ガス６０１の計測を行う（ステップＳ３０３）。このステップＳ３０３の処理は、図１２のステップＳ２０２〜Ｓ２０９の処理と同様である。

続いて、計測結果の送信が行われる（ステップＳ３０４）。システム制御部４００は、通信部４５０によって外部接続されたサーバ４６０に計測結果などを転送する。その後、サーバ４６０は、転送された計測結果を解析する（ステップＳ３０５）。

具体的には、ステップＳ３０４の処理にて取得した計測結果と、ステップＳ３０２の処理にて画像解析結果とが通信部４５０からサーバ４６０に送信される。サーバ４６０は、複雑な解析のすべて或いは一部の解析を実行する。具体的な処理は、図１２のステップＳ２１０の処理と同じである。これにより、非接触ガス計測システム５００の処理負荷を低減させることができる。

通信部４５０は、サーバ４６０が解析した結果を取得する（ステップＳ３０６）。システム制御部４００は、サーバ４６０から取得した結果を入出力部４２０に表示する（ステップＳ３０７）。このとき、システム制御部４００は、サーバ４６０から取得した結果をメモリ４３０に格納する。

これにより、携帯端末５６０に非接触ガス計測システム５００を設けることにより、より利用者の利便性を向上させることができる。また、計測対象ガス６０１の解析を外部のサーバ４６０に解析させるので、より短時間で計測対象ガス６０１を解析することができる。

また、非接触ガス計測システム５００に計測対象ガス６０１を解析する機能が不要となるので、該非接触ガス計測システム５００の構成をより簡単化することができ、小型化や低コスト化にも貢献することができる。

（実施の形態４）
〈非接触ガス計測装置の構成例〉
図１８は、本実施の形態４による非接触ガス計測装置１００における構成の一例を示す説明図である。

前記実施の形態１の図８では、情報補正部２００がミラー２０１およびモータ２０２にて構成されているが、本実施の形態４においては、図１８に示す情報補正部２００を構成する光学素子１０７と可視光源１０４とが、ミラー２０１およびモータ２０２の役目を担うことによってモータのような駆動部を不要とした例を示している。

非接触ガス計測装置１００は、図１８に示すように、受信発振部１０１、制御部１１０および情報補正部２００を有する。受信発振部１０１については、前記実施の形態１の図１と同様であるので説明は省略する。

情報補正部２００は、可視光源１０４、レンズ１０５、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）１０６、および光学素子１０７を有している。

電磁波照射部である可視光源１０４は、制御部１１０の制御に基づいて、可視光線の電磁波、すなわち可視光を出射する。レンズ１０５は、可視光源１０４から出射した光を平行光にして光学素子１０７に照射する。ＩＴＯ１０６は、受信発振部１０１が発する電磁波を反射して、可視光源１０４から出射する光を透過させる光学特性を有する。

光学素子１０７は、可視光源１０４により透過率を変える。光学素子１０７としては、例えばＳｉあるいはＧａＡｓなどの半導体や半導体の代わりとして光誘起金属・絶縁体転移を示す物質、例えば酸化バナジウムなどとする。

ここで、可視光源１０４から出射した光が光学素子１０７に照射されると、半導体の光電効果によるキャリアが生成される。この半導体中のキャリアは、受発信器１０２が発振する電磁波にとっては金属的な振る舞いをする。

これによって、キャリアが存在する領域を電磁波が透過することはできない。したがって、可視光源１０４から出射した光の有無により光学素子１０７を反射板または透過板として機能するように切り替えることができる。

受発信器１０２が発振した電磁波は、対象物６００に対して垂直に照射されることにより、計測対象ガス６０１を通過してその反射波が受発信器１０２に戻る。ここで、対象物６００は、使用者の皮膚などである。

制御部１１０は、受信発振部１０１および可視光源１０４を制御する。受信発振部１０１が発振する電磁波は、ガスに吸収され易い周波数を用いる。例えば、対象物６００が皮膚であって、計測対象ガス６０１が皮膚から蒸散する水蒸気である場合には、０．５６ＴＨｚ程度や０．７５ＴＨｚ程度などの周波数が好適である。

図１８に示す非接触ガス計測装置１００を用いて非接触ガス計測システム５００を構成した場合、該非接触ガス計測システム５００は、前記実施の形態１の図４と同様の構成からなる。

また、図１８に示す非接触ガス計測装置１００を用いた非接触ガス計測システム５００の外観は、同じく前記実施の形態の図５に示すようになる。その場合、光学素子１０７は、図５に示すケース５０１に設けられた出射口５０４の近傍に設けられる。

可視光源１０４による光学素子１０７の光学特性の切り替えは、例えば前記実施の形態１の図４に示すシステム制御部４００から出力されるモード信号に基づいて行われる。

この場合においても、システム制御部４００が出力するモード信号としては、例えば情報補正モード信号および計測モード信号がある。情報補正モード信号は、補正波を取得する際に出力される信号であり、計測モード信号は、計測対象ガス６０１を計測する際に出力される信号である。

システム制御部４００から出力される情報補正モード信号または計測モード信号は、制御部１１０にそれぞれ入力される。制御部１１０は、情報補正モード信号が入力されると、可視光源１０４を点灯させるように制御し、計測モード信号が入力された際には、可視光源１０４を消灯させるように制御する。

〈非接触ガス計測装置の各機能部の時間波形〉
図１９は、図１８の非接触ガス計測装置１００における各機能部の時間波形の一例を示す説明図である。

図１９においては、上方から下方にかけて、図４のシステム制御部４００から出力されるモード信号の時間に対する変化、可視光源１０４の時間に対する光強度変化、時間に対する受信発振部１０１が発する電磁波強度の変化、光学素子１０７の時間に対する透過率の変化、および受信発振部１０１が受信する受信信号の応答変化をそれぞれ示している。

図１９において、システム制御部４００から情報補正モード信号が出力されると、可視光源１０４は、可視光を出射する。この可視光が光学素子１０７に照射されると、該光学素子１０７は、反射板として機能する。

これにより、受信発振部１０１から出射された電磁波は、光学素子１０７にて反射されて、該受信発振部１０１に戻ることによって補正波を取得することができる。この補正波は、電磁波である。

例えば、計測対象ガスとして皮膚から蒸散された水蒸気を計測する場合、使用者が存在する環境、すなわち測定環境によって、空気中の水蒸気量が異なるために計測値に影響を及ぼす恐れがある。このため、情報補正部２００が取得する補正波を用いて、環境による水蒸気の影響を除く。

システム制御部４００から計測モード信号が出力されると、可視光源１０４は、消灯する。可視光が照射されなくなると、光学素子１０７は、透過板として機能する。

よって、受信発振部１０１から出射された電磁波は、計測対象ガス６０１を通過して対象物６００に当たり反射されるので、受信発振部１０１は、計測対象ガス６０１の計測波を取得することができる。

また、受発信器１０２は、光学素子１０７が透過板として機能していない期間および透過板として機能している期間のいずれの期間においても、電磁波強度Ｉｉｎの電磁波を連続的に出射している。

受信発振部１０１は、光学素子１０７が反射板として機能している場合、環境による計測の誤差を減少させる補正波を取得する。また、光学素子１０７が透過板として動作している場合、受信発振部１０１は、計測対象ガスを計測した反射波を受発信器１０２が検出する。

〈計測処理例〉
図２０は、図１８の非接触ガス計測装置１００を用いて構成した非接触ガス計測システム５００による計測対象ガス６０１の計測処理の一例を示すフローチャートである。図２０のフローチャートにおいて、特に指定がない場合には、図４のシステム制御部４００が主体となって制御するものとする。

また、図２０のステップＳ４０１〜Ｓ４０４の処理については、前記実施の形態１の図１２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理と同様であるので、説明は省略する。

ステップＳ４０４の処理において、情報補正部２００を制御すると判定した場合、システム制御部４００は、情報補正部２００を制御する（ステップＳ４０５）。

このステップＳ４０５の処理では、情報補正部２００が制御部１１０に対して情報補正モード信号を出力する。制御部１１０は、情報補正モード信号が入力されると、可視光源１０４を点灯させるように制御する。これによって、光学素子１０７は反射板として機能する。

続いて、システム制御部４００は、受信発振部１０１を制御して、電磁波の発振および受信を行うことによって、計測対象ガス６０１の計測が開始され、受信発振部１０１が電流または電圧の値を取得する（ステップＳ４０６）。上述したように、光学素子１０７が反射板として機能することによって補正波を取得する。

その後、システム制御部４００は、情報補正用に周波数制御するか否かを判定する（ステップＳ４０７）。このステップＳ４０７の処理における周波数制御の判定技術について、計測対象ガス６０１として経皮水分蒸散量を測定する場合を例として説明する。

システム制御部４００は、ステップＳ４０３の処理にて、図１０の制御情報管理テーブル８００から取得した計測制御情報に基づいて、非接触ガス計測装置１００が照射する電磁波の周波数を制御するか否かを判定する。

図１０の制御情報管理テーブル８００を例にすると、周波数８０２と非接触ガス計測装置１００に設定されている周波数とが異なる場合には、電磁波の周波数を制御する必要があるため、ステップＳ４０３の処理にてＹＥＳと判定する。

一方、周波数８０２と非接触ガス計測装置１００に設定されている周波数とが一致する場合には、電磁波の周波数を制御する必要がない。よって、ステップＳ４０３の処理では、ＮＯと判定してステップＳ４０８の処理に進む。

ステップＳ４０７の処理にて電磁波の周波数を制御する必要がないと判定した際あるいはステップＳ４０４の処理にて情報補正部２００を制御しないと判定した際、システム制御部４００は、制御部１１０に対して計測モード信号を出力して、情報補正部２００の可視光源１０４を消灯するように制御する。可視光が照射されないことによって、光学素子１０７には、半導体の光電効果によるキャリアが生成されず、該光学素子１０７は、透過板として機能する。

続いて、システム制御部４００は、ステップＳ４０３の処理にて取得した制御情報に基づいて、非接触ガス計測装置１００が照射する電磁波の周波数を制御するか否かを判定する（ステップＳ４０８）。

ここで、図１０の制御情報管理テーブル８００を例にすると、周波数８０２と非接触ガス計測装置１００に設定されている周波数とが異なる場合には、制御する必要があるためステップＳ４０９の処理に進む。

制御情報管理テーブル８００の周波数８０２と非接触ガス計測装置１００に設定されている周波数とが同じ場合には、制御が不要であるため、ステップＳ４１０の処理に進む。

具体的には、周波数８０２から０．５５８ＴＨｚを取得した場合、非接触ガス計測装置１００が０．５５８ＴＨｚを発振できる状態であるならそのままとし、異なる場合は、ステップＳ４０９の処理にて非接触ガス計測装置１００が０．５５８ＴＨｚを発振できるように制御する。なお、非接触ガス計測装置１００の周波数が固定されている場合は、この処理は不要となる。

そして、ステップＳ４０８の処理における周波数制御の情報に基づいて、システム制御部４００は、非接触ガス計測装置１００を制御して、電磁波を特定の周波数とする（ステップＳ４０９）。例えば、受発信器１０２の電圧または電流を変化させることによって電磁波の周波数を変更する。

これにより、計測対象ガス６０１の計測が開始されて、受信発振部１０１が電流または電圧の値を取得する（ステップＳ４１０）。計測した値は、図１１の計測結果テーブル９００の値９０５に格納される。

システム制御部４００は、ステップＳ４０３の処理にて取得した制御情報を参照して、計測する周波数をすべて計測したか否かを判定する（ステップＳ４１１）。計測する周波数がある場合には、ステップＳ４０８）の処理に戻る。

すべての周波数の計測が完了した場合には、計測は終了となる。具体的には、図１０を例にすると、計測対象ガス６０１として経皮水分蒸散量を測定したい場合、周波数８０２の０．５５８ＴＨｚおよび０．６００ＴＨｚの２つの周波数にて計測を完了しているか否かを判断して、計測が終わるまで繰り返す。

計測が終了すると、解析部４１０は、図１１の計測結果テーブル９００の値９０５を用いて解析を行う（ステップ４１２）。以下、図２０のステップＳ４１２〜Ｓ４１４の処理については、図１２のステップＳ２１０〜Ｓ２１２の処理と同様であるので説明は省略する。

ここで、図１８に示した非接触ガス計測装置１００による計測結果は、通常、温度や振動などに由来する雑音が含まれる。そのため、より高精度な計測結果を得るには、信号成分から雑音を除去する計測技術が必要となる。

この計測技術としては、信号を変調することにより信号成分のスペクトルと雑音のスペクトルとを分離するロックイン計測が用いられる。例えば、この信号の変調に光学式のチョッパを用いる技術がある。

このチョッパを用いる技術は、光学式チョッパを回転させて、回転周波数により受発信器１０２が出射した電磁波をオン／オフすることによって変調を行う。このため、光学式チョッパを回転させるためのモータが必要になる。

〈電磁波の変調例〉
そこで、図１８の非接触ガス計測装置１００を使ってモータのような機械的な駆動をせずに変調を行う技術について、図２１を用いて説明する。

図２１は、図１８の非接触ガス計測装置１００による可視光源を変調した際の電磁波強度および透過率の変化を示す説明図である。

図２１においては、上方から下方にかけて、可視光源１０４の点灯／消灯、受信発振部１０１から出射される電磁波、および光学素子１０７の透過率の変化のタイミングをそれぞれ示している。

図２１において、可視光源１０４は、可視光強度Ｉｖｉｎの可視光を消灯および点灯を繰り返して出射する。点灯および消灯は、例えば１ｋＨｚ程度にて時間的に繰り返すものとする。可視光源１０４における消灯および点灯の制御は、制御部１１０が行う。

この際、受信発振部１０１は、電磁波強度Ｉｉｎの電磁波を連続的に出射している。この受信発振部１０１の制御は、制御部１１０が行う。

光学素子１０７は、可視光源１０４の点灯および消灯に伴い透過率が変化する。図示するように、可視光源１０４が点灯している場合、光学素子１０７は、反射状態２２０１、すなわち反射板として機能する。可視光源１０４が消灯している場合、光学素子１０７は、透過状態２２０２、すなわち透過板として機能する。

このように、制御部１１０が可視光源１０４の可視光強度Ｉｖｉｎを時間的に変化させることにより、光学素子１０７を図２１に示すように時間的に制御することができる。

これにより、受信発振部１０１から発せられる電磁波強度Ｉｉｎの電磁波が光学素子１０７にて約１ｋＨｚの周波数によって変調されるので、信号成分のスペクトルと雑音のスペクトルとを良好に分離することができる。その結果、より高精度な計測結果を得ることができる。

〈計測処理の他の例〉
図２２は、図２０の計測処理における他の例を示すフローチャートである。

図２２のフローチャートにおいて、特に指定がない場合には、図４のシステム制御部４００が主体となって制御するものとする。

上述した図２０のフローチャートでは、システム制御部４００からの情報補正モード信号においてのみ光学素子１０７の光学特性は変化していた。一方、図２２のフローチャートでは、ステップＳ５０７の処理とステップＳ５０９の処理との間に新たに処理を追加することによって、情報補正モード信号および計測モード信号の２つのモードで光学特性を変える。

なお、図２２のステップＳ５０１〜Ｓ５０７の処理は、図２０のステップＳ４０１〜Ｓ４０７の処理と同じであり、図２２のステップＳ５０９〜Ｓ５１５の処理は、図２０のステップＳ４０８〜Ｓ４１４の処理と同じである。よって、図２０と図２２とでは、ステップＳ５０８の処理以外は、全て同じである。

図２２におけるステップＳ５０８の処理は、計測対象ガス６０１の計測時に、図２１にて説明したように、受信発振部１０１、可視光源１０４、および光学素子１０７を時間的にそれぞれ制御することにより、受信発振部１０１の電磁波の信号変調を行うものである。

ここでは、計測モード時にのみ、受信発振部１０１の電磁波を変調する例を示しているが、例えばステップＳ５０８の処理による変調制御をステップＳ５０４の処理とステップＳ５０５の処理との間に入れることで、補正モードの計測時にも受信発振部１０１の電磁波を変調することが可能となる。

このように、受信発振部１０１の電磁波の信号変調を行いながら対象物６００から発せられる計測対象ガス６０１を電磁波により計測することにより、変調した周波数付近の電磁波のみを測定対象とすることができる。

以上により、より高精度な測定を行うことができる。また、生体の有無を検知するなどの生体認証に用いることができる。

（実施の形態５）
〈膜厚測定例〉
図２３は、本実施の形態５における非接触ガス計測装置１００による膜厚測定の一例を示す説明図である。

なお、図２３に示す非接触ガス計測装置１００は、前記実施の形態４の図１８に示す非接触ガス計測装置１００と同様であるので、非接触ガス計測装置１００の説明は省略する。

この図２３は、層構造からなる対象物６００の膜厚を測定する場合を示しており、対象物６００の層構造によって受発信器１０２が出射した電磁波が膜の表面にて反射した電磁波６０３と、裏面にて反射した電磁波６０４との２つの電磁波が生じた例を示している。

膜厚測定の原理には、例えば光の干渉効果を利用したピークバレー法が用いられる。

このピークバレー法は、対象物６００における表面反射した電磁波６０３と裏面反射した電磁波６０４との２つの電磁波が互いに干渉して、２つの電磁波の位相が一致すると干渉の強度が強まり、ずれると干渉波の強度が弱まるという性質を利用した膜厚の測定技術である。このピークバレー法などを用いた膜厚測定は、例えば図４の解析部４１０などが実行する。

〈膜厚測定の原理〉
図２４は、図２３の対象物６００における膜厚測定の原理を説明する説明図である。

図２４は、横軸を周波数として、縦軸に干渉信号の強度を示したグラフである。図２４（ａ）は、ピークバレー法による膜厚測定の原理を示したものであり、図２４（ｂ）は、カーブフィット法による膜厚測定の原理を示したものである。

ピークバレー法では、干渉信号強度が最大となる２つの周波数から以下に示す式（１）を使って膜厚を計算する。

ここで、ｄは対象物６００の膜厚、ｎは対象物６００の屈折率、ｃは光速、Δｆは干渉信号強度が最大となる２つの周波数の差（ｆ２−ｆ１）である。

例えば、人の肌の屈折率を２．０程度、膜厚ｄを一般的な表皮層である１００μｍ〜３００μｍ程度すると、干渉信号強度が最大となる２つの周波数の差は、０．２５ＴＨｚ〜０．７５ＴＨｚ程度となる。

ここで、計測したいのは膜厚ｄであるが、対象物６００の屈折率ｎは必ずしも既知ではない。しかし、対象物６００をモニタリングして、その状態あるいは時間の変化を観測するには、対象物６００の屈折率は変化しない固定値と見なし、ｎｄをｄ’と考えてもよい。例えば、異なる対象物６００をモニタリングする場合には、対象物６００毎に測定値を管理すればよい。

このように、肌の表皮厚さなどを計測することによって、利用者の肌荒れなどを判定することができる。例えば肌荒れの場合には、該肌荒れの影響などによって表皮層が薄くなっていると考えられる。これによって、利用者の利便性を向上させることができる。

一方、カーブフィット法は、図２４（ｂ）に示すように、干渉信号強度が最大となる２つの周波数の差で膜厚を計測するのではなく、周波数を変えながら周波数ｆ１〜ｆ４を測定する。

そして、測定された周波数に対する干渉信号の強度変化をモデル化した膜構造から得られる周波数に対する干渉信号の強度の推定値との差分が小さくなるようにカーブフィットすることによって膜厚を算出するものである。

なお、本実施の形態５による非接触ガス計測装置１００における膜厚測定は、肌の厚みの測定だけではなく、例えば車の塗装膜の厚みの計測などにも有効である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、カラー画像と距離画像とを同時に取得可能な単眼カメラを使えば、図１４の撮像部４４０および距離測定部３００の機能を実現することができるので、小型化かつ低コストな非接触ガス計測システムを実現することができる。

１００ 非接触ガス計測装置
１０１ 受信発振部
１０１ａ 受信発振部
１０２ 受発信器
１０３ レンズ
１０４ 可視光源
１０５ レンズ
１０６ ＩＴＯ
１０７ 光学素子
１１０ 制御部
２００ 情報補正部
２０１ ミラー
２０２ モータ
３００ 距離測定部
４００ システム制御部
４０１ システムバス
４１０ 解析部
４２０ 入出力部
４２１ 入力部
４２２ 出力部
４３０ メモリ
４４０ 撮像部
４５０ 通信部
４６０ サーバ
５００ 非接触ガス計測システム
５６０ 携帯端末
６００ 対象物
６０１ 計測対象ガス

Claims (15)

1. 電磁波の出射および検出を行う受信発振部と、
   前記受信発振部が出射する電磁波と異なる周波数の電磁波を出射する電磁波照射部と、
   前記電磁波照射部が出射する前記電磁波に基づいて透過率が変化して、前記受信発振部が出射する前記電磁波を透過または反射させる光学素子と、
   前記受信発振部および前記電磁波照射部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、対象物を測定する際に前記電磁波照射部の前記電磁波を停止させて前記光学素子が透過板として機能するように透過率を変化させ、前記光学素子を透過した前記電磁波を前記対象物に照射させるように制御し、
   前記受信発振部は、前記対象物から反射した前記電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を計測値として出力する、非接触ガス計測装置。
2. 請求項１記載の非接触ガス計測装置において、
   前記制御部は、前記計測値を補正する補正電磁波を取得する際に前記電磁波照射部から前記電磁波を出射させて前記光学素子が反射板として機能するように透過率を変化させ、前記電磁波を前記光学素子から反射させるように制御し、
   前記受信発振部は、前記光学素子から反射した前記電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を補正値として出力する、非接触ガス計測装置。
3. 請求項１または２記載の非接触ガス計測装置において、
   前記受信発振部は、負性抵抗領域にて電磁波を発振する電子デバイスを含む、非接触ガス計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触ガス計測装置において、
   前記電磁波照射部が出射する前記電磁波は、可視光線である、非接触ガス計測装置。
5. 対象物から発せられる計測対象ガスを電磁波を用いて計測する非接触ガス計測装置と、
   前記非接触ガス計測装置が計測した計測値から前記計測対象ガスを解析する解析部と、
   前記非接触ガス計測装置および前記解析部の動作を制御するシステム制御部と、
   を有し、
   前記非接触ガス計測装置は、
   電磁波の出射および検出を行う受信発振部と、
   前記受信発振部が出射する電磁波と異なる周波数の電磁波を出射する電磁波照射部と、
   前記電磁波照射部が出射する前記電磁波に基づいて透過率が変化して、前記受信発振部が出射する前記電磁波を透過または反射させる光学素子と、
   前記受信発振部および前記電磁波照射部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、対象物を測定する際に前記電磁波照射部の前記電磁波を停止させて前記光学素子が透過板として機能するように透過率を変化させ、前記光学素子を透過した前記電磁波を前記対象物に照射させるように制御し、
   前記受信発振部は、前記対象物から反射した前記電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を計測値として前記解析部に出力する、非接触ガス計測システム。
6. 請求項５記載の非接触ガス計測システムにおいて、
   前記制御部は、前記計測値を補正する補正電磁波を取得する際に前記電磁波照射部から前記電磁波を出射させて前記光学素子が反射板として機能するように透過率を変化させ、前記電磁波を前記光学素子から反射させるように制御し、
   前記受信発振部は、前記光学素子から反射した前記電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を補正値として前記解析部に出力する、非接触ガス計測システム。
7. 請求項５または６記載の非接触ガス計測システムにおいて、
   前記受信発振部は、負性抵抗領域にて電磁波を発振する電子デバイスを含む、非接触ガス計測システム。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の非接触ガス計測システムにおいて、
   前記電磁波照射部が出射する前記電磁波は、可視光線である、非接触ガス計測システム。
9. 請求項５記載の非接触ガス計測システムにおいて、
   前記制御部は、対象物の計測値を測定する際に前記電磁波照射部が出射する前記電磁波をオン、オフさせることにより、前記対象物に照射させる前記電磁波を変調させる、非接触ガス計測システム。
10. 請求項９記載の非接触ガス計測システムにおいて、
    前記制御部は、前記システム制御部の制御に基づいて、前記対象物に照射させる前記電磁波の周波数を設定する、非接触ガス計測システム。
11. 請求項９または１０記載の非接触ガス計測システムにおいて、
    前記解析部は、前記受信発振部が出力する計測値から前記対象物の膜厚を計測する、非接触ガス計測システム。
12. 電磁波の出射および検出を行う受信発振部、前記受信発振部が出射する電磁波と異なる周波数の電磁波を出射する電磁波照射部、前記電磁波照射部が出射する前記電磁波に基づいて透過率が変化して、前記受信発振部が出射する前記電磁波を透過または反射させる光学素子、および前記受信発振部および前記電磁波照射部を制御する制御部を備える非接触ガス計測装置と、前記非接触ガス計測装置が計測した計測値から計測対象ガスを解析する解析部と、前記非接触ガス計測装置および前記解析部の動作を制御するシステム制御部と、を具備する非接触ガス計測システムによる非接触ガス計測方法であって、
    前記受信発振部が、電磁波を照射するステップと、
    前記制御部が、前記電磁波照射部の前記電磁波を停止させて前記光学素子が透過板として機能するように透過率を変化させ、前記対象物に前記光学素子を透過した前記電磁波を照射させるように制御するステップと、
    前記受信発振部が、前記対象物から反射した前記電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を計測値として前記解析部に出力するステップと、
    前記解析部が、前記非接触ガス計測装置が計測した計測値から前記計測対象ガスを解析するステップと、
    を有する、非接触ガス計測方法。
13. 請求項１２記載の非接触ガス計測方法において、
    前記解析部が、前記非接触ガス計測装置が計測した計測値から前記対象物の膜厚を計測するステップを有する、非接触ガス計測方法。
14. 請求項１２記載の非接触ガス計測方法において、
    前記制御部が、前記電磁波照射部から前記電磁波を出射させて前記光学素子が反射板として機能するように透過率を変化させるステップと、
    前記受信発振部が、前記光学素子から反射した前記電磁波の強度に応じて変化する電圧または電流の値を補正値として前記解析部に出力するステップと、
    前記解析部が、前記受信発振部が取得した前記補正値を用いて前記計測値の誤差を補正するステップと、
    を有する、非接触ガス計測方法。
15. 請求項１２記載の非接触ガス計測方法において、
    前記受信発振部が、電磁波を照射するステップと、
    前記電磁波照射部が、前記受信発振部が出射する前記電磁波と異なる周波数の電磁波を出射して前記電磁波照射部が出射する前記電磁波をオン、オフさせることにより、前記対象物に照射させる前記電磁波を変調させて、変調させてた前記電磁波を前記対象物に出射するステップと、
    前記受信発振部が、前記対象物から反射した電磁波を受信して、受信した電磁波の強さに応じて変化する電圧または電流の値を計測値として前記解析部に出力するステップと、
    を有する、非接触ガス計測方法。

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