JPS63118635A

JPS63118635A - 光学装置

Info

Publication number: JPS63118635A
Application number: JP62183225A
Authority: JP
Inventors: ドナルド・アール・ウエブスター
Original assignee: Pacific Scientific Co
Current assignee: Pacific Scientific Co
Priority date: 1986-07-22
Filing date: 1987-07-21
Publication date: 1988-05-23
Also published as: US4738535A; CA1300108C; EP0254204A2; EP0254204A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光学装置、詳しくは被測定物に伝達される光
の波長を検査するために可動フィルタを用いる光学装置
に関する。

（従来の技術）米国特許１ｔｈ３，０６１．７８８および米国特許１１
ｈ４，０８２゜４６４には、狭波長帯域の光を被測定物
に向けて、被測定物からその結果放射される反射光を測
定することによって、被測定物の反射率または透過率を
測定する光学装置が記載されている。これらの装置にお
いては、複数の干渉フィルタがフィルタホイールに固定
され、各フィルタはそのフィルタホイールにより回動し
、その結果、近赤外線範囲の平行な光の道を通過する。

前記フィルタが平行な光のビームを通過すると、フィル
タの角度が変化し、フィルタによって伝達された光の狭
周波数帯域が変化する。このような方法で、被測定物に
伝達する狭周波数帯域の中心波長を選択したスペクトル
、特に、近赤外線スペクトルにしている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の装置は大型であるとい
った問題点があった。

（発明の目的）そこで本発明は、ファイバオプティックス（光ファイバ
）を使用することにより、装置の小型化を図ることを目
的としている。

（問題点を解決するための手段）本発明に係る光学装置は、上記目的を達成するため、線
状フィラメントを有するランプと、前記ランプからの光
を受信し、その光をビームに変えるファイバオプティッ
クスと、前記ファイバオプティックスは前記ランプの回
りに配置されそれぞれが前記フィラメントに垂直に向け
られた複数の受信端を有する光ファイバからなり、およ
び、フィルタを介して伝達される波長を変化させるため
に前記ビームを通過するように前記フィルタを回転する
フィルタ回転手段と、を備えている。

（作用）ランプのフィラメントからの光は、光ファイバ束の４本
の受信束端により受信され、二本の伝達束端で放出され
る。放出された二つのライトビームはレンズを通過して
、フィルタホールの車軸の両側を通過するように水平面
に対して平行になる。

フィルタホイールが回転すると、その干渉フィルタは二
つの平行ライトビームを連続して通過する。

その結果、干渉フィルタにより所望の近赤外線スペクト
ルが得られる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
〜５図は本発明に係る光学装置の一実施例を示す図であ
る。

本発明に係る光学装置は、線状フィラメント１３を有す
るランプ１１からなる。ランプ１１は、マウンティング
ブロック１７の中央端の突出部１９に形成される凹部１
５に配置されている。凹部１５は、突出部１９の上部壁
から下部壁に貫通している。ランプ１１は、突出部１９
の上下に位置したソケット２１を有する固定体２１の内
側に配置され、その上下のソケット２１に連結されてい
る。凹部１５は、四つの垂直壁２３を有し、各垂直壁２
３はその隣接壁と１２０°の角度をなす。光ファイバ束
１６は、垂直壁２３から伝達端２５まで延在しているブ
ロック１７の内側に固定されている。光ファイバ束１６
は、垂直壁２３で４本の受信束端２７に分岐し、その各
東端２７は、ランプ１１のフィラメント１３に面してい
る。受信束端２７は、幅２．４ｍ、長さ６１ｊの長方形
のスリット状に形成されている。したがって、光ファイ
バ束１６の各光ファイバは、ランプ１１のフィラメント
１３に対して垂直になっている受信端を有している。そ
の結果、ランプ１１から各光ファイバに進入する光は、
水平面に対して略平行になる。ブロック１７の伝達端２
５で、光ファイバ束１６は、２本の伝達端２９に分岐し
ている。伝達端２９は、ブロック２７の伝達端２５の上
下に配列され１．５ｍＸ２０■１の長方形のスリットに
なっている。各受信束端２７からの光ファイバは、２本
の伝達束端２９との間で等しく分配されている。

光ファイバ束１６の伝達束端２９は、可動フィルタホイ
ール３１の軸の両側に向けられている。可動フィルタホ
イール３１は、その車軸３５にペダル形状に固定された
３枚の干渉フィルタ３３からなる。車軸３５は、モータ
３７により駆動され、干渉フィルタ３３をその車軸３５
の回りに回転させる。

光ファイバの受信端により受信された光は、水平面に対
して略平行になるので、また、光ファイバの大部分は伝
達束端２９で同方向に保持されるので、伝達束端２９か
ら放出された光は水平面に対して略平行になる。前記光
は、各ファイバがランプ１１のフィラメント１３から垂
直角度で拡がった光を受信するので、伝達束端２９で垂
直方向に拡がる。

伝達束端２９で垂直方向に拡がったライトビームは、垂
直方向に拡がった光を平行にする２枚の円筒レンズ３９
を通過する。その結果、平行になった光のビームは、車
軸３５の両側を通過するようになる。

伝達束端２９の狭いスリット形状のために、前記ビーム
は、車軸３５の軸に平行な光線の平面でかつ車軸３５の
軸を含む平面に垂直に伝達される方向で、光の狭いシー
ト形状になる。各受信束端２７からの光ファイバは伝達
束端２９との間で平等に分配されているので、たとえラ
ンプ１１が凹部１５の中心に正確に位置していなくても
、伝達束端２９から放出されたライトビームは同一密度
を有する。

フィルタホイール３１がモータ３７により回転すると、
干渉フィルタ３３は前記二つのライトビームのそれぞれ
を連続して通過する。その結果、干渉フィルタがライト
ビームの一つを通過するときに干渉フィルタにより伝達
される光の狭帯域幅は近赤外線範囲の一部になる。前記
３枚のフィルタ３３は、近赤外線スペクトルの所望の全
範囲が包含されるように近赤外線スペクトルの異なった
部分を包含するように選定されている。

フィルタ３３は車軸３５から延在しているアーム３４に
固定されている。アーム３４の端には、不透過ベーン４
１が固定されている。米国特許Ｎ１３，８６１，７８８
に説明されているように装置の零点規正のためのグーク
期間を与えるために、これらのベーン４１は、相隣接す
るフィルタがライトビーム中を通過するまでの時間、前
記ライトビームを阻止するように機能する。例えば、フ
ィルタホイールが第２図に示されるように時計方向に回
転する場合には、各フィルタ３３は第１図に示されるよ
うに上側のライトビーム中に移動するので、このフィル
タ用のアームの端に固定されたベーンは、フィルタ３３
がライトビームに対して略垂直になるまで光を阻止する
。フィルタが回転を継続すると、光はそのフィルタを介
して伝達され、その伝達された周波数帯幅の中心波長が
変化する。前記ベーン４１は、光が上側ライトビームに
ついてはフィルタホイールの上流側で阻止され、下側ラ
イトビームについては下流側で阻止されるということを
除いては、同様に下側ライトビームについて光を阻止す
る。

フィルタホイールのフィルタを通過したライトビームは
わずかに拡がる傾向がある。

このため、レンズ４２が設けられ、これによりライトビ
ームをスリット形状にし光ファイバ束４７および４８の
受信端４３および４４の焦点に合わせている。

受信端４３および４４はスリット形状のライトビームに
対応した狭いスリット形状になっている。

第１図に示されるように、固定体２０、ファイバマウン
ティングブロック１７、レンズ１９、レンズ４２、およ
び、光ファイバ束４７および４８の端４３および４４は
、ケース５３の内部に配置されたシャシ５１に固定され
ている。ファン５５は、ケース５３の前部壁に固定され
たフィルタスクリーン５５およびおよび５６を介してケ
ース５３の後部から空気を排出し、ケース内に空気を導
入するために設けられている。垂直方向に延在する平行
なフィンを有する熱シンク５９は、ファン５５により発
生した空気の流れよってブロック１７が冷却されるよう
にそのブロック１７の上下面に固定されている。

光ファイバ束４７は、フィルタホイール３１を介して受
信された光を人体の胴に当てられるプローブ５１に運搬
する。光ファイバ束４８はフィルタホイールを介して受
信された光を人体の額に当てられるプローブ５３に運搬
する。光ファイバ束５５の受信端は、光ファイバ束４７
から４０鶴離隔しているプローブ５１に固定されている
。プローブ５１が人体の胴に載置され、光が光ファイバ
束４７を介して伝達されたとき、胴体の皮膚から発せら
れた放射は、光ファイバ束５５に反射を生じさせる。前
記光ファイバ束５５は、反射された光を光検出器６１に
運搬する。

光ファイバ束５７の受信端は、プローブ５３に固定され
、光ファイバ束４８の伝達端に対して角度を有するよう
に配置され約４０龍離隔している。プローブ５３が人体
の額に当てられ、フィルタホイールからの光がファイバ
束４８を介して伝達され額を介して血管を放射するとき
、その皮膚を介してファイバ束５７に光が反射される。

前記ファイバ束５７はその光を、光検出器６３に運搬す
る。光検出器６１および６３で発生した信号によって、
装置は人体の血管内の酸素の割合を測定することができ
る。

次に、作用を説明する。

ランプ１１のフィラメントＩ３からの光は、光ファイバ
束１６の４本の受信束端２７により受信され、２本の伝
達束端２９で放出される。放出された二つのライトビー
ムはレンズ３９を通過して、フィルタホイール３１の車
軸３５の両側を通過するように水平面に対して平行にな
る。フィルタホイール３１が回転すると、その干渉フィ
ルタ３３は二つの平行ライトビームを連続して通過する
。その結果、干渉フィルタ３３により所望の近赤外線ス
ペクトルが得られる。干渉フィノｔ゛夕３３を通過した
平行ライトビームはわずかに拡がるので、レンズ４２を
通過して再び平行になり、光ファイバ束４７および４８
により受信される。光ファイバ束４７により受信された
光は、プローブ５１を介して人体の胴に伝達され、その
反射光は光ファイバ束５５により光検出器６１に運搬さ
れる。光ファイバ束４８により受信された光は、プロー
ブ５３を介して人体の額に伝達され、その反射光は光フ
ァイバ束５７により光検出器６３に運搬される。その結
果、光検出器６１および６３で発生した信号によって、
人体の血管内の酸素の割合が測定される。

上述した装置においては、ランプと回転しているフィル
タとの間で光を伝達するために用いられた光フアイバ配
置は、フィルタを介して伝達された光の平行性を一層良
くし、したがって、伝達された光の周波数帯域を減縮す
ることができる。また、前記光フアイバ配置により装置
が小型化する。

フィルタホイールの両側に伝達された二つの光線が同一
の密度を有するようにしたランプから光を受信する東端
とフィルタホイールに光を伝達する東端との間の光ファ
イバの分配は、各プローブによる測定の比較を信顧性の
あるものにしている。

ランプフィラメントに面している光ファイバの受信端を
分離した線束にする代わりに、所望の平行を達成するた
めに受信端をフィラメントの回りに連続した円筒状に配
置することもできる。この場合、各光ファイバの受信端
はフィラメントに向いていることが重要である。線束は
、装置の組立てを容易にする場合に使用される。

前述した本発明の実施例は、人体の血管の酸素含有量を
測定するために設計されたものである。

コンパクト光学装置を提供するための光ファイバを可動
フィルタホイールとプローブと共に使用する概念は広範
囲の分析装置に適用することができる。反射光を使用す
る代わりに、プローブはサンプルを介して伝達された光
を測定するように設計することもできる。また、赤外線
を使用する代わりに、サンプルの色を測定するために、
装置を可視スペクトルの範囲で運転することができる。

これらの変更および他のｍｌ更は、クレームで限定され
る本発明の範囲から脱することなく行われるものである
。

（効果）本発明に従って、ファイバオプティックス（光ファイバ
）が可動フィルタと共に使用されているので、装置の小
型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜５図は本発明に係る光学装置の一実施例を示す
図であり、第１図はその組立側面図、第２図はその上側
平面図、第３図は第２図の３−３矢視端面図、第４図は
その要部拡大側面図、第５図は第１図の５−５矢視図で
ある。１１・・・・・・ランプ、１３・・・・・・線状フィラメント、１６・・・・・・ファイバオプティックス、２７・・・
・・・受信端、３１・・・・・・フィルタ回転手段、３３・・・・・・フィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）線状フィラメントを有するランプと、前記ランプ
からの光を受信し、その光をビームに変えるファイバオ
プティックスと、前記ファイバオプティックスは前記ラ
ンプの回りに配置されそれぞれが前記フィラメントに垂
直に向けられた複数の受信端を有する光ファイバからな
り、および、フィルタを介して伝達される波長を変化さ
せるために前記ビームを通過するように前記フィルタを
回転するフィルタ回転手段と、を備えたことを特徴とす
る光学装置。
（２）前記ファイバオプティックスの受信端を前記フィ
ラメントに面し前記フィラメントと一直線となる狭いス
リット形状の複数の受信束端に分けて配置することを特
徴とする請求範囲第１項記載の光学装置。
（３）前記光ファイバを前記ファイバオプティックスに
より受信された光を二つの平行なビームにするために二
つの伝達端に分けて配置し、前記受信束端からの前記光
ファイバを前記伝達端との間で等しく分配したこと、お
よび、フィルタを回転する前記手段が複数のフィルタと
車軸とを有するフィルタホィールと前記フィルタを連続
して前記ビーム中を通過するように移動させるために前
記車軸の回りに前記フィルタを回転する手段とからなる
こと、を特徴とする請求範囲第２項記載の光学装置。
（４）前記複数のフィルタが伝達された光の帯域幅を前
記光のその複数のフィルタへの入射角度に従って変化さ
せること、および、前記光学装置がさらに前記ビームを
前記フィルタホィールの軸に平行な光のシート形状にす
る手段とからなること、を特徴とする請求範囲第３項記
載の光学装置。
（５）前記フィルタが伝達された光の帯域幅を前記光の
そのフィルタへの入射角度に従って変化させること、前
記複数の光ファイバが前記ファイバオプティックスによ
って受信された光を前記ビームに形成するために少なく
とも一つの伝達束端に形成されていること、および、円
筒形レンズを前記伝達端から放射された光を平行にする
ために前記伝達端と前記フィルタとの間に位置させたこ
と、を特徴とする請求範囲第１項記載の光学装置。
（６）前記伝達端を狭いスリットに形成していること、
および、前記円筒レンズが前記伝達端によって放射され
た光のビームをシート形状に形成すること、を特徴とす
る請求範囲第５項記載の光学装置。
（７）ランプと、前記ランプから光を受信しそれを二つ
の平行ビームに変えるように配置されたファイバオプテ
ィックスと、ペダル形状に固定された複数のフィルタと
車軸とを有するフィルタホールと、前記車軸を前記ビー
ムが前記車軸の両側に前記フィルタホールのフィルタを
通過するように前記ビーム間で位置させ、および、前記
フィルタを連続して前記ビームを通過するように移動さ
せるために前記車軸の回りに前記フィルタホィールを回
転させる手段と、を備えたことを特徴とする光学装置。
（８）前記ファイバオプティックスが前記ランプに面し
その回りに分配され束状に配置された受信端を有する複
数の光ファイバからなること、および、前記束状受信端
からの前記光ファイバを前記ファイバオプティックスに
より受信された光を前記ビームに変える二つの伝達端に
等配分したこと、を特徴とする請求範囲第６項記載の光
学装置。
（９）前記ランプが線状フィラメントを有すること、お
よび、受信端の複数の前記束を前記フィラメントの軸の
回りに分配し、前記フィラメントと一直線になるスリッ
トにしたこと、を特徴とする請求範囲第７項記載の光学
装置。
（１０）前記フィルタがそのフィルタへ伝達された光の
入射角度に従ってその光の周波数帯幅を変化させること
を特徴とする請求範囲第６項記載の光学装置。
（１１）第１ファイバオプティックス束を前記ビームの
一方が前記フィルタを通過した後にそれを受信するよう
に位置させたこと、および、第２ファイバオプティック
ス束を前記ビームの他方が前記フィルタを通過した後に
それを受信するように位置させたこと、を特徴とする請
求範囲第６項記載の光学装置。