JP6962628B1

JP6962628B1 - 検出装置

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Publication number: JP6962628B1
Application number: JP2021041469A
Authority: JP
Inventors: 峰雪春田
Original assignee: 株式会社ピーアンドエム
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2041-03-15
Also published as: WO2022196587A1; JP2022141250A; EP4092391A4; EP4092391A1; TW202244467A

Abstract

【課題】液滴の滴下の検出能力を向上可能な新規の検出装置およびこれを利用した液滴情報通知システムを提供する。【解決手段】検出装置１０は、第１の発光素子１２と第１の受光素子１３と第２の受光素子１３’とを含む３つ以上の光学素子を有する光学素子アレイ１１を備え、第１の発光素子から照射される発光領域の一部と第１の受光素子１３の受光領域の一部とが重複するとともに、第１の発光素子１２から照射される発光領域の一部と第２の受光素子１３’の受光領域の一部とが重複するように、光学素子アレイ１１内において第１の発光素子１２と第１の受光素子１３と第２の受光素子１３’とが配置される。【選択図】図１

Description

本開示は、概して、液滴の滴下を検出する検出装置に関し、特に医療分野で使用される薬剤の点滴の滴下を検出する検出装置に関する。

従来、発光素子と受光素子とを用いて点滴の滴下を検出する点滴監視装置が知られている。

特許文献１には、点滴の滴落の検知機能を持った輸液ポンプが開示されている。この輸液ポンプは、滴落検知器を備えており、滴落検知器は、点滴通過位置に対向して１つの発光素子と１つの受光素子とを配置することで、発光素子から照射された光が点滴通過時に光の屈折や遮光により受光素子に入る光量の変化を利用し、受光素子の電圧変化で滴落を検知するようになっている。

特開２０１４−２０４８９７号公報

本開示は、液滴の滴下の検出能力を向上可能な新規の検出装置およびこれを利用した液滴情報通知システムの提供を目的とする。

本発明者らは、鋭意研究した結果、液滴の滴下の検出範囲を効率的に拡大することによって検出能力を向上可能な液滴検出装置を開発した。一つの側面において、本開示の液滴検出装置は、３つ以上の光学素子を有する光学素子アレイと、光学素子アレイから受光素子への光の反射を防止する反射防止部材とを備えている。一つの側面において、本開示の液滴情報通知システムは、液滴情報を取得する検出装置と、液滴情報が通信されるネットワークと、液滴情報を受信する１または複数の端末とを備えている。

したがって、本開示は以下を提供する。
（項目１）
液滴の滴下を検出する検出装置であって、前記検出装置は、
第１の発光素子と第１の受光素子と第２の受光素子とを含む３つ以上の光学素子を有する光学素子アレイ
を備え、
前記第１の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第１の受光素子の受光領域の一部とが重複するとともに、
前記第１の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第２の受光素子の受光領域の一部とが重複するように、前記光学素子アレイ内において前記第１の発光素子と前記第１の受光素子と前記第２の受光素子とが配置される、検出装置。
（項目２）
前記３つ以上の光学素子は、第２の発光素子をさらに備え、
前記第２の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第１の受光素子の受光領域の一部とが重複するとともに、
前記第２の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第２の受光素子の受光領域の一部とが重複するように、前記光学素子アレイ内において第１の発光素子と第１の受光素子と第２の受光素子と第２の発光素子とが配置される、項目１に記載の検出装置。
（項目３）
前記第１の発光素子と前記第２の受光素子とが、前記液滴が通過する経路の上流側に配置され、
前記第２の発光素子と前記第１の受光素子とが、前記液滴が通過する経路の下流側に配置される、項目２に記載の検出装置。
（項目４）
前記光学素子アレイは、
第１の発光素子と第１の受光素子とを備える第１の光学素子サブアレイと、
第２の発光素子と第２の受光素子とを備える第２の光学素子サブアレイと
を備え、
前記第１の光学素子サブアレイと前記第２の光学素子アレイとは隣接して配置される、項目２または３に記載の検出装置。
（項目５）
前記第２の光学素子サブアレイは、前記第１の光学素子サブアレイに着脱可能に構成される、項目４に記載の検出装置。
（項目６）
前記液滴が通過する経路に対して前記光学素子アレイが配置された側とは反対側に配置された反射防止部材を備える、項目１〜５のいずれか一項に記載の検出装置。
（項目７）
前記反射防止部材は、黒色領域を備える、項目５に記載の検出装置。
（項目８）
前記第１の発光素子の発光波長ならびに前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の受光波長は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍである、項目１〜７のいずれか一項に記載の検出装置。
（項目９）
前記第１の発光素子と前記第１の受光素子との距離は約２ｍｍ〜約３ｍｍ、
前記第１の発光素子と前記第２の受光素子との距離は約４ｍｍ〜約５ｍｍである、項目１〜８のいずれか一項に記載の検出装置。
（項目１０）
情報通知システムであって、前記システムは、
液滴情報を取得する項目１〜９８のうちのいずれか一項に記載の検出装置と、
ネットワークを介して前記液滴情報を受信し出力する１または複数の出力装置と
を備える、システム。

図１は、本開示に係る液滴検出装置の概略図である。図２は、本開示に係る光学素子アレイの正面図である。図３は、本開示に係る光学素子アレイの図２と異なる例示的な配列を示す。図４は、本開示に係る光学素子アレイにおける光学素子の配列と受光信号との関係を示す。図５は、本開示に係る光学素子アレイとともに使用され得る例示的な液滴生成装置５０を示す。図６は、本開示に係る発光回路および受光回路の概略図である。図７は、受光信号から液滴情報を抽出する例示的方法を示す。図８は、本開示に係る点滴速度通知システムの概略図を示す。

以下、本開示を最良の形態を示しながら説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。従って、単数形の冠詞（例えば、英語の場合は「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」等）は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及されない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本開示の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。

（定義等）
以下に本明細書において特に使用される用語の定義および／または基本的技術内容を適宜説明する。

本明細書において「液滴」とは、表面張力でまとまった液体の塊を指す。

本明細書において「光学素子アレイ」とは、複数の光学素子が同一平面上に配列された器具を指す。

本明細書において、「発光領域」とは、発光素子から照射した光が、液滴が通過する経路を含む平面に照射された領域をいう。そして、「受光領域」とは、受光素子における指向性を有する受光可能な領域であって液滴が通過する経路を含む平面における領域をいう。また、「検出領域」とは、上記「発光領域」と「受光領域」とが重複する領域のことをいう。

本明細書において「滴下速度」とは、単位時間当たりに滴下する液滴の量を指し、例えば、液滴数／分、リットル／時間、またはグラム／秒等の単位で表現される値であり得る。

本明細書において、用語「約」は、特に別の定義が示されない限り、示された値プラスまたはマイナス１０％を指す。

（液滴検出装置）
一つの局面において、本開示は、液滴検出装置を提供する。液滴検出装置は、第１の発光素子と第１の受光素子と第２の受光素子とを含む３つ以上の光学素子を有する光学素子アレイと、液滴が通過する経路に対して光学素子アレイが配置された側とは反対側に配置された反射防止部材とを備え得る。反射防止部材を設けることにより、液滴以外に反射する光が抑制されるため、受光素子における液滴の滴下の検出精度を向上させることが可能である。

図１は、本開示の一実施形態に係る液滴検出装置１０を示す。液滴検出装置１０は、光学素子アレイ１１と、反射防止部材１９と、発光回路２０と、受光回路３０と、制御部４０とを備え得る。

光学素子アレイは、発光素子と受光素子とを含む３つ以上の光学素子を有し得る。発光素子アレイに備えられる光学素子の数は３つ以上であれば任意であり得る。１つの実施形態において、光学素子アレイは、２つの発光素子と２つの受光素子との４つの光学素子を備えるが、本発明はこれに限定されない。３つ以上の光学素子は、第１の発光素子と第１の受光素子と第２の受光素子とを含んでいてもよいし、第１の発光素子と第１の受光素子と第２の発光素子とを含んでいてもよい。発光素子と受光素子の数はそれぞれ同数であってもよいし、発光素子と受光素子との数が異なっていてもよい。１つの実施形態において、液滴検出装置１０における光学素子アレイ１１は、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’の２つの発光素子と、第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’の２つの受光素子とを備える。第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’は、電気信号を光信号に変換して光信号を送信し得る任意の光学素子であり得、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ、赤外ＬＥＤ、紫外ＬＥＤ、レーザダイオード等であり得る。第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’は、光信号を受信して光信号を電気信号に変換し得る任意の光学素子であり得、例えば、フォトトランジスタ、光電子増倍管（ＰＭＴ）、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光導電セル、光電池等であり得る。また、第１の発光素子１２と第２の発光素子１２’とは、同種類の発光素子であってもよいし、異なる種類の発光素子であってもよい。もっとも、１つの発光回路により同一の量の光を発するように、第１の発光素子１２と第２の発光素子１２’とは同種類の発光素子であることが好ましい。第１の受光素子１３と第２の受光素子１３’とは、同種類の受光素子であってもよいし、異なる種類の受光素子であってもよい。もっとも、１つの受光回路により同一の値の光を受信するように、第１の受光素子１３と第２の受光素子１３’とは同種類の受光素子であることが好ましい。

発光素子が発し受光素子が受け取る光は、発光素子および受光素子が適応可能な任意の波長を有し得、好ましくは、液滴の滴下を精密に捕捉し周囲光の干渉を受けにくい波長を有し得る。本開示に係る光学素子アレイが室内で使用される場合、光学素子アレイが使用する光は、蛍光灯から発される光の影響を受けて液滴の検出に悪影響を受ける可能性があり得る。また、光学素子アレイが使用する光は、人間に視認されないことが望まれ得る。さらに、光学素子アレイが使用する光は、大気を介して発光素子から受光素子に伝播することを要求され得る。一般的な蛍光灯の波長は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍであり、可視光の波長は、約３８０ｎｍ〜約７８０ｎｍであり、大気中の透過波長は、約３００ｎｍ〜約１０００ｎｍであることから、特に好ましくは、発光素子の発光波長および受光素子の受光波長は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍであり得る。

本開示に係る光学素子アレイでは、３つ以上の光学素子のうちの１つ以上の発光素子の発光領域と、１つ以上の受光素子の受光領域とが重複するように、光学素子が配置され得る。好ましくは、第１の発光素子から照射される発光領域の一部と第１の受光素子の受光領域の一部とが重複するとともに、第１の発光素子から照射される発光領域の一部と第２の受光素子の受光領域の一部とが重複するように、光学素子アレイ内に置いて第１の発光素子と第１の受光素子と第２の受光素子とが配置され得る。さらに好ましくは、３つ以上の光学素子は、第２の発光素子をさらに備え、第２の発光素子から照射される発光領域の一部と第１の受光素子の受光領域の一部とが重複するとともに、第２の発光素子から照射される発光領域の一部と第２の受光素子の受光領域の一部とが重複するように、光学素子アレイ内において第１の発光素子と第１の受光素子と第２の受光素子と第２の発光素子とが配置され得る。最も好ましくは、第１の発光素子と１の受光素子または第２の受光素子とが、液滴が通過する経路の上流側に配置され、第２の発光素子と第２の受光素子または第１の受光素子とが、液滴が通過する経路の下流側に配置され得る。

本開示の一実施形態に係る光学素子アレイ１１では、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’ならびに第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’は、光学素子アレイ１１の平面１１ａ上に配列され得る。図２は、光学素子アレイ１１の平面１１ａの正面図を示す。第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’は、それぞれ、各々の素子の断面積より大きい面積を有する第１の発光領域１２ａおよび第２の発光領域１２’ａを有し得、第１の受光素子１３および第２の受光領域１３’は、それぞれ、各々の素子の断面積より大きい面積を有する第１の受光領域１３ａおよび第２の受光領域１３’ａを有し得る。光学素子アレイは、１つ以上の発光領域と１つ以上の受光領域とが重なり合う範囲で液滴の滴下を検出することが可能である。光学素子１１は、第１の発光素子１２の発光領域１２ａが、第１の受光素子１３の受光領域１３ａおよび第２の受光素子１３’の受光領域１３’ａと重なり合い（検出領域１５ａ、１５ｂ）、第１の受光素子１３の受光領域１３ａが、第１の発光素子１２の発光領域１２ａおよび第２の発光素子１２’の発光領域１２’ａと重なり合い（検出領域１５ａ、１５ｃ）、第２の発光素子１２’の発光領域１２’ａが、第１の受光素子１３の受光領域１３ａおよび第２の受光素子１３’の受光領域１３’ａと重なり合い（検出領域１５ｃ、１５ｄ）、第２の受光素子１３’の受光領域１３’ａが、第１の発光素子１２の発光領域１２ａおよび第２の発光素子１２’の発光領域１２’ａと重なり合う（検出領域１５ｂ、１５ｄ）ように、光学素子を配置し得る。その結果、光学素子アレイ１１は、１つの発光素子と１つの受光素子とから成る光学素子アレイと比較して広い検出領域を備えることができる。検出領域の鉛直方向の長さ１６（以下、検出高さ１６と呼ぶ）を大きくすることは、液滴の検出時間を長くすることを可能とし、検出領域の水平方向の長さ１７（以下、検出幅１７と呼ぶ）を大きくすることは、液滴３が液滴滴下軸４から逸れて滴下した場合であっても液滴の滴下を検出することを可能とする。

光学素子アレイ１１では、発光素子の発光領域の大きさおよび受光素子の受光領域の大きさに基づいて、十分な液滴の検出領域を有するように、各光学素子間の距離が決定され得る。各光学素子間の距離は、例えば、対象物との距離、発光素子の光量、受光素子の受光感度、センサの指向性等に基づいて決定され得る。１つの実施形態では、第１の発光素子１２と第１の受光素子１３とは隣接して配列され得る。他の実施形態では、第１の光学素子１２の中心位置と第１の受光素子１３の中心位置との距離は、数十ｍｍであり得る。第１の発光素子１２の中心位置と第１の受光素子１３の中心位置との距離は、好ましくは、約２ｍｍ〜約３ｍｍであり、最も好ましくは、約２．２ｍｍであり得る。第１の発光素子の中心位置と第２の受光素子の中心位置との距離は、好ましくは、約４ｍｍ〜約５ｍｍであり、最も好ましくは、約４．９ｍｍであり得る。

光学素子アレイは、一体的な筐体で構成されてもよいし、複数の筐体から成るように構成されてもよい。もっとも、光学素子アレイは、検出対象に適した光学素子の配列を可能とするように、複数の筐体から成るように構成されることが好ましい。液滴検出装置１０における光学素子アレイ１１は、第１の発光素子１２と第１の受光素子１３とを備える第１の光学素子サブアレイ１４と、第２の発光素子１２’と第２の受光素子１３’とを備える第２の光学素子サブアレイ１４’とを含み得る。そして、光学素子アレイ１１は、第１の光学素子サブアレイ１４と第２の光学素子サブアレイ１４’とが隣接して配置されることにより形成され得る。第１の光学素子サブアレイ１４および第２の光学素子サブアレイ１４’の各々は、互いに着脱可能に構成され得る。好ましくは、第１および第２の光学素子サブアレイの各々は、その各側面に結合機構を備えることにより、用途に合わせた様々な結合を可能とし得る。好ましくは、第１の光学素子サブアレイ１４と第２の光学素子サブアレイ１４’とは、図２に示されるように各々の発光素子同士が対角上に配列され、かつ各々の受光素子同士が対角上に配列されるように結合され得る。なお、複数の光学素子サブアレイは、各々の発光素子同士が隣接し、かつ各々の受光素子同士が隣接するように結合されてもよい。さらに、光学素子アレイは、３つ以上の光学素子サブアレイを含んでいてもよい。

図３は、他の実施形態による光学素子アレイの発光素子および受光素子の配列を示す。図３（ａ）は、光学素子アレイ１１における第１の発光素子１２、第１の受光素子１３、第２の発光素子１２’および第２の受光素子１３’に加え、第３の発光素子１２’’および第３の受光素子１３’’を備える光学素子アレイ１１’の正面図である。光学素子アレイ１１’は、第３の発光素子１２’’および第３の受光素子１３’’を備えることにより、光学素子アレイ１１の検出幅１７より大きい検出幅１７’を有し得る。そのため、光学素子アレイ１１’は、液滴が液滴滴下軸をさらに大きく逸れて滴下した場合であっても、液滴の滴下を確実に検出することが可能である。

図３（ｂ）は、光学素子アレイ３１１の正面図を示す。光学素子アレイ３１１は、略三角形の形状を有し、１つの発光素子３１２と、第１の受光素子３１３と、第２の受光素子３１３’とを備える。光学素子アレイ３１１は、発光素子３１２の発光領域と第１の受光素子３１３の受光領域とが重複する部分、および発光素子３１２の発光領域と第２の受光素子３１３’の受光領域とが重複する部分において液滴の滴下を検出することが可能であり得る。そのため、光学素子アレイ３１１は、１つの発光素子と１つの受光素子とから成る光学素子アレイと比較して大きい検出高さ３１６および検出幅３１７を有し得る。

上述されるように、本開示に係る光学素子アレイは、１つの発光素子の発光領域に対して２つ以上の受光素子の受光領域が重複する範囲内で発光素子および受光素子が様々に配列され得る。さらに、発光素子および受光素子の配列は、例えば、受光信号の信号計測速度および液滴の滴下速度、ならびに液滴が液滴滴下軸から逸れる誤差の大きさ等によって決定され得る。図４は、受光信号強度と時間との関係を表すグラフである。図４（ａ）および図４（ｂ）は、同一の受光信号４５に関する受光信号データである。本実施形態では、後述されるように閾値４８を超える受光信号を抽出することにより、制御部４０が液滴の滴下を検出し得る。図４（ａ）のように受光信号の計測速度が十分に高い場合、制御部４０は、液滴が滴下したときの高い受光信号を複数検出して液滴の滴下を検出し得る。一方、図４（ｂ）にように従来の液滴検出装置における受光信号の計測速度が低い場合（または検出領域が小さい場合）、閾値４８を超える受光信号を検出できず、液滴の滴下を検出しそびれることがあり得る。このような場合には、検出高さ１６の大きい（検出領域の広い）光学素子アレイ１１を用い得る。光学素子アレイ１１は、検出高さ１６の小さい光学素子アレイを用いる場合と比較して液滴の滴下を長時間検知して、閾値４８を超える受光信号を確実に検出し得る。

さらに、光学素子アレイにおける発光素子および受光素子の配列は、液滴を生成する装置の構成にも依存し得る。例えば、光学素子アレイの検出領域が大きい場合、滴下していない液滴を検出してしまうことがあり得る。ここで図５を参照すると、図５は、例示的な液滴生成装置５０を示している。液滴生成装置５０は、液滴筒５１と液滴生成部５２とを有しており、液滴生成部５２から滴下した液滴は、液滴筒５１内を通過して、液滴筒５１下部に溜まる。本開示に係る液滴検出装置が未だ滴下していない生成中の液滴３ａを検出してしまうと、滴下速度が正確に算出できないことがあり得る。また、液滴検出装置の検出領域が液だまり３ｃにまで及ぶ場合、液滴の滴下によって液だまりに発生する波紋および液滴の跳ね返り等を液滴検出装置が液滴として検出してしまう可能性がある。よって、本開示に係る液滴検出装置が生成中の液滴３ａおよび液だまり３ｃにおける波紋等を検出せず、滴下中の液滴３ｂのみを検出し得るように、光学素子アレイ１１は、生成中の液滴３ａおよび液溜まり３ｃを含まないような検出高さ５１６を有するように構成され得る。例えば、液滴生成部５２の先端から液だまり３ｃの表面までの長さが３８ｍｍである場合、光学素子アレイの検出高さ５１６は、３４ｍｍであり得る。

上述のように、光学素子アレイにおける発光素子および受光素子の配列は、液滴の滴下速度、信号計測速度、液滴を生成する装置の構成および液滴が液滴滴下軸から逸れる誤差の大きさ等によって決定され得る。例えば、上述のように光学素子アレイが複数の光学素子サブアレイを備えることにより、適切な検出領域を設定することが可能であり得る。

ここで、図１を再び参照すると、光学素子アレイ１１の平面１１ａは、液滴滴下軸４に向けられ得る。液滴滴下軸４は、液滴３が滴下する経路に沿った任意の軸であり得、例えば、液滴３が重力にしたがって滴下する略鉛直方向に延在する直線軸であり得る。図１の紙面において上側が液滴の上流側であり、下側が下流側を示す。

反射防止部材１９は、光の反射を防止する任意の部材であり得、光を一様に吸収するように略平面を備える部材であり得る。反射防止部材１９は、任意の材料で形成され得、例えば樹脂等で構成され得る。反射防止部材１９は、好ましくは、光を吸収し得るように黒色材料で形成され得る。反射防止部材１９は、光学素子アレイ１１の平面１１ａに対向して、液滴滴下軸４を挟んで配置され得る。光学素子アレイ１１の第１発光素子１２および第２の発光素子１２’から送信された光を一様に吸収するように、反射防止部材１９は、好ましくは光学素子アレイ１１の平面１１ａに平行して配置され得る。また、別の実施形態では、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’から送信された光を第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’の受光領域外に逃がすように、反射防止部材１９は、凹凸状の表面または湾曲した表面を有し得る。

光学素子アレイの発光素子は発光回路に接続され、受光素子は受光回路に接続される。液滴検出装置１０においては、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’は、発光回路２０に接続され得、第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’は、受光回路３０に接続され得る。発光回路２０は、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’に照射させる光の強度に適した電気信号を生成する任意の回路素子を含み得、受光回路３０は、第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’によって受光され変換された電気信号を制御部４０に伝達する任意の回路素子を含み得る。

図６は、液滴検出装置の回路の例示的な構成を示す。あくまで、図６に示される回路の構成は、例示的であり、これに限定されるものではない。

回路は発光回路２０と受光回路３０とを含んでいる。発光回路２０は、電源２１と、発光量調節用抵抗器２２と、渦電流防止用抵抗器２３と、アース３１とを含み得る。電源２１は、発光素子に送信する電気信号を生成する任意の電源であり得、例えば固定電源、可変電源を含み得る。電源２１は、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’に直接接続されてもよいし、他の素子を介して接続されてもよい。

電源２１から発信された電気信号は、発光量調節用抵抗器２２に到達し得る。発光量調節用抵抗器２２は、電源から発信された電気信号の強度を調節し得る任意の可変抵抗器であり得る。

発光量調節用抵抗器２２を通過した電気信号は、渦電流防止用抵抗器２３に到達し得る。渦電流防止用抵抗器２３は、発光回路２０内の渦電流を除去し得る任意の抵抗器であり得る。

渦電流防止用抵抗器２３を通過した電気信号は、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’に送られ得る。第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’は、受信した電気信号を光信号に変換させて、光信号を発信し得る。そして、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’は、アース３１に接続され得る。

受光回路３０は、電源２１と、アース３１と、受光感度調節用抵抗器３２とを備え得る。電源２１から発信された電気信号は、第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’に到達し得る。第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’は、液滴によって反射された光信号を受信し、受信した光信号を電気信号に変換して制御部４０に出力し得る。

また、第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’によって出力された電気信号は、受光感度調節用抵抗器３２によって受光感度を調整され得る。液滴検出装置１０においては、液滴が検出されていないときの電気信号の強度は０であることが望ましいが、実際には外乱光の影響を受けていくらかの強度の電気信号が出力され得る。受光感度調整用抵抗器３２は、そのような外乱光による液滴の検出への影響を除去または最小化するような任意の可変抵抗器であり得る。例えば、受光感度調整用抵抗器３２は、液滴を検出する出力信号の大きさと、外乱光による出力信号の大きさを加味して、制御部４０に出力される電気信号の大きさを調整し得る。受光感度調整用抵抗器３２は、アース３１に接続され得る。

制御部４０に出力される電気信号は、任意のパラメータを有する信号であり得、例えば、電圧または電流であり得る。もっとも、計測の容易さのため、電気信号は電圧として出力されることが好ましい。この場合、受光素子の出力に抵抗器を追加することによって、抵抗器にかかる電圧が電流としての電気信号として制御部４０に出力され得る。

制御部４０は、第１の発光素子１２および第２の発光素子１２’の発光量を決定し、第１の受光素子１３および第２の受光素子１３’の受光量から液滴の滴下を検出し得る。制御部４０は、任意の制御装置であり得、例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、集積回路、マイクロコントローラ等であり得る。

制御部４０は、検出領域を通過して滴下した液滴を受光信号から液滴滴下情報を抽出することにより、液滴の滴下を検出し得る。制御部４０による液滴滴下情報の抽出方法は、任意であり得、好ましくは、液滴が滴下したときと液滴が滴下していないときとを明確に識別するように、受光信号をＡ／Ｄ変換し得る。図７は、受光信号をＡ／Ｄ変換して液滴滴下情報を抽出する例示的方法を示す。

図７（ａ）は、制御部４０が受信する受光信号の生データを示す。受光信号の生データは、任意のデータであり得、例えば連続的な電気信号等のアナログデータであり得る。本例では、時刻ｔ_１および時刻ｔ_２において受光信号強度が最大となっている。受光信号の生データについて、閾値３８が設定され得る。閾値３８は、液滴が検出領域を通過しているときと通過していないときとを判定し得る任意の値であり得る。もっとも、閾値３８は、液滴が検出領域を通過しているときの受光信号強度より十分低い値であり、かつ液滴が検出領域を通過していないときの受光信号強度より十分高い値であることが好ましい。

図７（ｂ）は、受光信号の生データをデジタル化したデータを示す。受光信号のデジタルデータは、閾値３８を超えた値を１とし、閾値３８を超えていない値を０として設定され得る。閾値３８は、液滴通過時の信号強度と液滴が通過していない時の信号強度とを区別し得る任意の値であり得る。

図７（ｃ）は、受光信号のデジタルデータから液滴の滴下時刻を一時に識別するために、受光信号のデジタルデータの値を積算したデータを示す。積算値は、受光信号のデジタルデータの値を積算した値であり得る。デジタル値が１になると、積算データは１に上昇し、デジタル値が１を取り続ける間は、積算値が上昇していく。そして、デジタル値が１から０に下がると、積算値は一定となる。そして、積算値が同一の値をとり続けると、積算値はリセットされ得る。

図７（ｄ）は、積算データから液滴情報を取り出すために二値化された液滴検出データを示す。液滴検出データは、一定の基準で液滴の滴下を識別可能な任意のデータであり得る。液滴情報を取り出すために二値化データを用いる場合、検出値４８’が定められ得る。本実施形態では、検出値４８’は、図７（ｃ）の積算データにおける積算値１であり得る。そして、検出値４８’に一致する値を１とし、検出値４８’に一致しない値を０として二値化することによって、一滴の液滴の滴下時刻が一時に定められ、それによって、液滴滴下時刻間の時間が滴下速度として導出され得る。

液滴検出データから得られた情報は、液滴滴下情報として制御部４０に処理され得る。例えば、制御部４０は、液滴滴下情報を他のデバイスおよび／またはネットワークに送信し、かつ／または液滴滴下情報を用いてさらなる処理を実施し得る。液滴滴下情報は、液滴の滴下を定量的に示す任意の情報であり得、例えば、液滴滴下時刻、液滴の滴下速度（例えば、滴数／分、滴数／時間、リットル／分、リットル／時間、グラム／分、またはグラム／時間等）であり得る。本方法においては、図７（ｃ）の積算データにおいて積算値が１である時刻が液滴滴下時刻として算出され得る。さらに、連続する液滴滴下時刻から、液滴の滴下速度（例えば、滴／分）が導出され得る。

図７に示される液滴滴下情報を抽出する方法は、例示的であり、他の方法によって液滴の滴下が検出されてもよい。図７の例は、デジタル化された受光信号データを積算データに変換し、さらに二値化することによって液滴の滴下を検出しているが、液滴情報は、例えば、受光信号のデジタルデータにおいて値が０から１になった時刻を液滴の滴下時刻と定めることにより、積算を介さず抽出されてもよい。

（情報通知システム）
一局面において、本開示は、液滴の滴下に関する情報をユーザに通知する情報通知システムを提供する。本開示に係る情報通知システムは、液滴情報を取得する検出装置と、液滴情報が通信されるネットワークと、液滴情報を受信し出力する１または複数の出力装置とを備え得る。図８は、医療機関において患者の点滴の滴下速度を医者および／または看護師に通知する点滴速度通知システム８０を示す。なお、本開示に係る情報通知システムは、これに限定されず、例えば、植物の水やりに使用される水やり速度通知システムであってもよい。

点滴速度通知システム８０は、検出装置８１と、ネットワーク８２と、サーバ８３と、１または複数のルータ８４と、１または複数のユーザ端末８５とを備え得る。検出装置８１は、点滴速度を検出し得る任意の装置であり得、例えば、上述された液滴検出装置１０であり得る。検出装置８１は、検出した点滴速度情報をサーバ８３、および／または、１または複数のユーザ端末８５に通知し得るように、ネットワーク８２に接続され得る。

ネットワーク８２は、複数の端末間で利用され得る任意のネットワークであり得、例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮ等であり得る。本医療機関では、ネットワーク８２に様々な機器が接続され、様々な情報がネットワーク８２を介して送受信され得る。

１または複数のルータ８４は、様々な機器をネットワーク８２に接続するために、医療機関内に設置され得る。

サーバ８３は、ネットワーク８２を介して点滴速度情報を受信し、受信した点滴速度情報を記憶し、１または複数のユーザ端末８５に点滴速度情報を送信し得る。本実施形態では、点滴速度通知システム８０は、１つのサーバを有するように示されているが、これに限定されず、複数のサーバを有していてもよい。

１または複数のユーザ端末８５は、サーバ８３から点滴速度情報を取得し得る。１または複数のユーザ端末８５は、医者および／または看護師等の任意のユーザによって所持され得る任意の端末であり得、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット、スマートウォッチ等であり得る。点滴速度情報は、任意の形式で１または複数のユーザ端末８５に送信され得、例えば、ｅメールで送信されてもよいし、専用のアプリケーションにおけるメッセージとして送信されてもよい。好ましくは、１または複数のユーザ端末８５が常に最新の点滴速度情報を取得し得るように、点滴速度情報は、専用のアプリケーション内のメッセージとして送信され得る。１または複数の端末８５を所持するユーザは、送信された点滴速度情報を確認することにより、患者の点滴が適切に実施されているか否かを遠隔で確認することが可能である。

１または複数のユーザ端末８５は、本開示に係る情報通知システムにおける出力装置の一例であり、他のデバイスも含み得る。例えば、出力装置は、表示ランプ、スピーカー等であり得、医療従事者が待機する場所（例えば、ナースステーション等）に設置され得る。

図８に示される点滴速度通知システム８０では、１または複数のルータ８４は、４つのルータ８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄを備えている。４つのルータ８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄは、それぞれ、異なる場所に配置されている。また、点滴速度通知システム８０では、１または複数のユーザ端末８５は、３つのユーザ端末８５ａ、８５ｂ、８５ｃを備え、３つのユーザ端末８５ａ、８５ｂ、８５ｃはそれぞれ異なるユーザによって所持されている。

ルータ８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄは、検出装置８１およびユーザ端末８５ａ、８５ｂ、８５ｃをネットワーク８２に接続する。検出装置８１およびユーザ端末８５ａ、８５ｂ、８５ｃは、最も近くに配置されているルータに接続されるように設定される。図８に示される例では、ユーザ端末８５ａがルータ８４ａに接続され、ユーザ端末８５ｂがルータ８４ｂに接続され、ユーザ端末８５ｃがルータ８４ｃに接続され、検出装置８１がルータ８４ｄに接続されている。これにより、ユーザ端末８５ａ、８５ｂ、８５ｃは常にネットワーク８２に接続された状態を保つことができ、ネットワークを介して患者の点滴速度情報を通知されることが可能である。

検出装置８１がネットワーク８２を介してサーバ８３に送信した点滴速度情報に異常がみられる場合、サーバ８３は、ユーザ端末に点滴異常警告を通知し得る。点滴異常警告は、サーバ８３からネットワーク８２に送信され得る。ネットワーク８２は、ルータ８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄのうち、検出装置８１が接続されているルータ８４ｄに接続されているユーザ端末が存在するか否かを判定し得る。ルータ８４ｄに接続されているユーザ端末が存在する場合、そのユーザ端末に点滴異常警告を通知し得る。一方、ルータ８４ｄに接続されているユーザ端末が存在しない場合、ネットワーク８２は、ルータ８４ｄの最も近くに配置されているルータ８４ｃに接続されているユーザ端末８５ｃに点滴異常警告を通知し得る。もし、ルータ８４ｃに接続されているユーザ端末も存在しない場合には、さらに、ルータ８４ｂ、ルータ８４ａを順に探索し得る。このように、ルータの位置情報により検出装置８１の近くに存在するユーザ端末に点滴異常警告を通知することにより、ユーザ端末を所持するユーザが早急に患者のもとに向かい、適切な対応をとることを可能とする。

以上図８を参照して説明された点滴速度通知システム８０は、本開示に係る情報通知システムの単なる一例であり、点滴速度通知システム８０の構成と一部が異なる他のシステムも、本開示に係る情報通知システムの範囲に含まれ得る。例えば、医療機関の規模によって異なるシステムの構成が採用され得る。例えば、固有のサーバを設置することが難しく、敷地も広くないような個人で運営される医院では、検出装置から得られた患者の液滴情報は、ルータおよびサーバを利用することなく、クラウドに送信され、クラウド上で管理され、クラウドから直接ユーザ端末に送信され得る。また、固有のサーバを有するが敷地が広くないような小規模病院では、ユーザ端末の代わりに表示ランプまたはスピーカー等の他の出力装置が用いられ得、出力装置がナースステーション等に設置されることにより、点滴異常警告は出力装置を通じて医療従事者に通知され得る。さらに、固有のサーバを有し敷地も大きい中規模病院および大規模病院では、点滴異常警告が発された患者の近辺に居る医療従事者に警告を通知する必要があるため、上述された点滴速度通知システム８０が用いられ得る。

本開示により、液滴の滴下を検出する能力が向上された検出装置を得ることできる。本開示に係る検出装置は、従来の検出装置のように１つの発光素子の発光領域に重複するものが１つの受光素子の受光領域であるものと比較して、１つの発光素子の発光領域に重複する受光素子の受光領域が複数となるため、効率的に広い検出領域を有することが可能となる。その結果、レンズ等を用いて検出領域を拡大させることなく広範囲の液滴を検出することが可能となる。

また、本開示に係る情報通知システムにより、遠隔のユーザが液滴情報を確認することが可能となり、液滴の滴下に異常があった場合に医療従事者などのユーザが迅速な対応をとることができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、上述される実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本開示に係る発明の具体的な好ましい実施形態の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施できることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本開示は、液滴の滴下を検出する能力が向上された検出装置を提供するものとして有用である。

３液滴
４液滴滴下軸
１０液滴検出装置
１１光学素子アレイ
１１ａ表面
１２第１の発光素子
１２’ 第２の発光素子
１２ａ第１の発光素子の発光領域
１２’ａ第２の発光素子の発光領域
１３第１の受光素子
１３’ 第２の受光素子
１３ａ第１の受光素子の受光領域
１３’ａ第２の受光素子の受光領域
１４第１の光学素子サブアレイ
１４’ 第２の光学素子サブアレイ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ検出領域
１６検出高さ
１７検出幅
１９反射防止部材
２０発光回路
３０受光回路
４０制御部

Claims

液滴の滴下を検出する検出装置であって、前記検出装置は、
第１の発光素子と第１の受光素子と第２の発光素子と第２の受光素子とを含む４つ以上の光学素子を有する光学素子アレイ
を備え、
前記第１の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第１の受光素子の受光領域の一部とが重複するとともに、
前記第１の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第２の受光素子の受光領域の一部とが重複するように、前記光学素子アレイ内において前記第１の発光素子と前記第１の受光素子と前記第２の受光素子とが配置され、
前記第２の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第１の受光素子の受光領域の一部とが重複するとともに、
前記第２の発光素子から照射される発光領域の一部と前記第２の受光素子の受光領域の一部とが重複するように、前記光学素子アレイ内において第１の受光素子と第２の受光素子と第２の発光素子とが配置されるとともに、
前記第１の発光素子と前記第２の受光素子とは、前記液滴が通過する経路の上流側に配置され、前記第２の発光素子と前記第１の受光素子とは、前記液滴が通過する経路の下流側に配置される、検出装置。
前記光学素子アレイは、
第１の発光素子と第１の受光素子とを備える第１の光学素子サブアレイと、
第２の発光素子と第２の受光素子とを備える第２の光学素子サブアレイと
を備え、
前記第１の光学素子サブアレイと前記第２の光学素子アレイとは隣接して配置される、請求項１に記載の検出装置。
前記第２の光学素子サブアレイは、前記第１の光学素子サブアレイに着脱可能に構成される、請求項２に記載の検出装置。
前記液滴が通過する経路に対して前記光学素子アレイが配置された側とは反対側に配置された反射防止部材を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
前記反射防止部材は、黒色領域を備える、請求項４に記載の検出装置。
前記第１の発光素子の発光波長ならびに前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の受光波長は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出装置。
前記第１の発光素子と前記第１の受光素子との距離は約２ｍｍ〜約３ｍｍ、
前記第１の発光素子と前記第２の受光素子との距離は約４ｍｍ〜約５ｍｍである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出装置。
情報通知システムであって、前記システムは、
液滴情報を取得する請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の検出装置と、
ネットワークを介して前記液滴情報を受信し出力する１または複数の出力装置と
を備える、システム。