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JP2005111165A - Instrument and method for measuring scattering absorbing medium - Google Patents

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JP2005111165A
JP2005111165A JP2003352589A JP2003352589A JP2005111165A JP 2005111165 A JP2005111165 A JP 2005111165A JP 2003352589 A JP2003352589 A JP 2003352589A JP 2003352589 A JP2003352589 A JP 2003352589A JP 2005111165 A JP2005111165 A JP 2005111165A
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JP
Japan
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light
measurement
reference signal
signal
detection
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Application number
JP2003352589A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneyuki Uragami
恒幸 浦上
Mitsuharu Miwa
光春 三輪
Hidenao Iwai
秀直 岩井
Mitsuaki Nishizawa
充哲 西沢
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an instrument and method for measuring a scattering absorbing medium for realizing the measurement of the scattering absorbing medium by a PMS method under a stable condition in spite of a change in environmental temperature and light quantity. <P>SOLUTION: The scattering absorbing medium SM is irradiated from a laser diode 10 with measurement light which is modulated by a modulation signal with a reference signal outputted from a reference signal generator 20 as a source. Then internally propagated light is detected by a light detector 15. A phase difference between a detection signal from the light detector 15 and the reference signal is detected by a phaser detector 21 to measure the scattering absorbing medium by the PMS method. A light branch mirror 14 for branching a part of the measurement light from the laser diode 10 is arranged. Then a PLL circuit for stabilizing the phase of the measurement light from the laser diode 10 is constituted of a light detector 30 for monitoring, a phase detector 31 for monitoring, and a VCO 32. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、生体などの散乱吸収体の内部情報を計測する散乱吸収体計測装置及び計測方法に関するものである。   The present invention relates to a scattering medium measuring apparatus and a measuring method for measuring internal information of a scattering medium such as a living body.

近年、光を用いた生体計測が非破壊、非侵襲の利点から注目されている。この計測方法においては、近赤外光などの所定波長の計測光を計測対象となる生体などの散乱吸収体に照射して、その内部を伝搬させる。そして、内部を伝搬した光を光検出器にて検出し、その検出結果から散乱吸収体の内部情報を取得する(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, biological measurement using light has attracted attention because of its non-destructive and non-invasive advantages. In this measurement method, measurement light having a predetermined wavelength such as near-infrared light is applied to a scattering medium such as a living body to be measured and propagated through the inside. And the light which propagated the inside is detected with a photodetector, and the internal information of a scattering medium is acquired from the detection result (for example, refer to patent documents 1).

このような計測方法は、例えば、生体内における酸素化・脱酸素化ヘモグロビン濃度情報を取得して、血中の酸素代謝機能を可視化する光トポグラフィ計測装置に用いることが可能であり、この装置によって、人にタスクを与えている際の酸素代謝機能の変化を動的に可視化する研究がなされている。
特開平11−169361号公報 特開2000−77768号公報
Such a measurement method can be used, for example, in an optical topography measurement device that acquires oxygenated / deoxygenated hemoglobin concentration information in a living body and visualizes the oxygen metabolism function in blood. Research has been conducted to dynamically visualize changes in oxygen metabolism during tasks given to humans.
JP-A-11-169361 JP 2000-77768 A

現在市販されている光を用いた散乱吸収体計測装置では、散乱吸収体に対して照射する計測光としてCW光が用いられている。CW光を用いた計測方法では、その検出光強度の変化の分布からヘモグロビン濃度等の変化をマッピングする。しかしながら、このような方法では光が生体内を伝搬する平均光路長を測定していないため、その濃度変化の値を絶対値として求めることができず、臨床現場における高度な診察等に用いることができないという問題がある。   In a scattering medium measuring apparatus using light that is currently on the market, CW light is used as the measuring light with which the scattering medium is irradiated. In the measurement method using CW light, changes in hemoglobin concentration and the like are mapped from the distribution of changes in the detected light intensity. However, in such a method, since the average optical path length in which light propagates in the living body is not measured, the value of the concentration change cannot be obtained as an absolute value, and it can be used for advanced medical examinations in the clinical field. There is a problem that you can not.

また、散乱吸収体に対してパルス光を照射して、その平均光路長を求める試みもなされている。ただし、このような方法では、光検出器及び光源等を用いて構築される計測システムが高価になる場合がある。また、散乱吸収体に対して強度変調された光を照射し、強度変調された周期的な光波形における位相についての位相遅れを計測することによって平均光路長を求めるPMS(Phase Modulation Spectroscopy)法が検討されている。   Attempts have also been made to determine the average optical path length by irradiating the scattering medium with pulsed light. However, in such a method, a measurement system constructed using a photodetector and a light source may be expensive. Further, there is a PMS (Phase Modulation Spectroscopy) method for obtaining an average optical path length by irradiating a scattering medium with intensity-modulated light and measuring a phase delay with respect to the phase in the intensity-modulated periodic optical waveform. It is being considered.

PMS法による散乱吸収体計測を臨床現場等に応用する場合、幅広い環境温度下で計測可能であること、広いダイナミックレンジで計測可能であることが重要となる。一方、計測光を供給する光源としては半導体発光素子であるレーザダイオードなどが用いられる。ここで、レーザダイオードの動作においては、その環境温度が変化した場合、あるいは、広いダイナミックレンジで計測するために励起電流によって光量を変化させた場合、レーザダイオードの動作条件が変化する。このように、レーザダイオードの動作条件が変化すると、計測光の位相が変化してしまい、PMS法による散乱吸収体計測を安定して行うことができないという問題がある。   When scattering absorber measurement by the PMS method is applied to clinical sites and the like, it is important to be able to measure under a wide range of environmental temperatures and to be measured with a wide dynamic range. On the other hand, a laser diode, which is a semiconductor light emitting element, is used as a light source for supplying measurement light. Here, in the operation of the laser diode, the operating condition of the laser diode changes when the environmental temperature changes or when the light quantity is changed by the excitation current in order to measure in a wide dynamic range. Thus, when the operating condition of the laser diode changes, there is a problem that the phase of the measurement light changes and the scattering medium measurement by the PMS method cannot be performed stably.

環境温度の変化によるレーザダイオードの動作条件の変化を防止する方法として、ペルチェ素子によってレーザダイオードの温度を制御する構成が用いられている。しかしながら、このようにペルチェ素子を用いたのでは、ペルチェ素子が充分な電流を必要とするために電源が大きくなって装置全体が大型化し、また、装置が高価になってしまう。また、光量変化によるレーザダイオードの動作条件の変化については、レーザダイオードから出力される光量を一定とし、レーザダイオードの後段にNDフィルタ等を設置して光量を制御する構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、光量の制御機構が複雑化し、また、ペルチェ素子による温度制御と同様に装置が高価になるという問題がある。   As a method for preventing changes in operating conditions of the laser diode due to changes in the environmental temperature, a configuration in which the temperature of the laser diode is controlled by a Peltier element is used. However, when the Peltier element is used in this way, the Peltier element requires a sufficient current, so that the power supply becomes large, the entire apparatus becomes large, and the apparatus becomes expensive. Regarding the change in the operating conditions of the laser diode due to the change in the amount of light, a configuration in which the amount of light output from the laser diode is constant and the amount of light is controlled by installing an ND filter or the like at the subsequent stage of the laser diode is conceivable. However, in such a configuration, there is a problem that the light quantity control mechanism is complicated, and the device is expensive as in the temperature control by the Peltier element.

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、環境温度や光量の変化に関わらず、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行可能な散乱吸収体計測装置及び計測方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and a scattering absorber measurement apparatus capable of performing scattering absorber measurement by the PMS method under stable conditions regardless of changes in environmental temperature and light amount, and An object is to provide a measurement method.

このような目的を達成するために、本発明による散乱吸収体計測装置は、(1)所定の基準周波数の基準信号を出力する基準信号発生手段と、(2)散乱吸収体に対して設定された光照射位置から照射するための所定波長の計測光を供給するとともに、基準信号に基づく変調信号による計測光の変調動作が可能な光供給手段と、(3)光照射位置から散乱吸収体に照射された計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出手段と、(4)光検出手段からの検出信号、及び基準信号発生手段からの基準信号の位相差を検出する計測用位相検出手段と、(5)光供給手段からの光出力をモニタしてモニタ信号を出力するモニタ手段と、(6)モニタ手段からのモニタ信号、及び基準信号発生手段からの基準信号の位相差を検出して、計測用位相検出手段による位相差の検出に対する参照信号を出力するモニタ用位相検出手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, a scattering medium measuring apparatus according to the present invention is set for (1) a reference signal generating means for outputting a reference signal of a predetermined reference frequency and (2) a scattering medium. A light supply means for supplying measurement light having a predetermined wavelength for irradiation from a light irradiation position and capable of modulating the measurement light by a modulation signal based on a reference signal; and (3) from the light irradiation position to the scattering medium. A light detection means for detecting light that has propagated through the inside of the irradiated measurement light and has reached the light detection position and outputting a detection signal; and (4) generation of a detection signal and a reference signal from the light detection means. Measuring phase detecting means for detecting the phase difference of the reference signal from the means, (5) monitoring means for monitoring the light output from the light supplying means and outputting a monitor signal, and (6) monitor signal from the monitoring means And reference signal generating means By detecting the phase difference between al of the reference signal, characterized in that it comprises a monitoring phase detecting means for outputting a reference signal for detecting the phase difference by the measurement phase detecting means.

また、本発明による散乱吸収体計測方法は、(1)所定の基準周波数の基準信号を出力する基準信号発生ステップと、(2)散乱吸収体に対して設定された光照射位置から、基準信号に基づく変調信号によって変調された光供給手段からの所定波長の計測光を照射する光照射ステップと、(3)光照射位置から散乱吸収体に照射された計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出ステップと、(4)光検出ステップからの検出信号、及び基準信号発生ステップからの基準信号の位相差を検出する計測用位相検出ステップと、(5)光供給手段からの光出力をモニタしてモニタ信号を出力するモニタステップと、(6)モニタステップからのモニタ信号、及び基準信号発生ステップからの基準信号の位相差を検出して、計測用位相検出ステップにおける位相差の検出に対する参照信号を出力するモニタ用位相検出ステップとを備えることを特徴とする。   Further, the scattering absorber measuring method according to the present invention includes (1) a reference signal generating step for outputting a reference signal having a predetermined reference frequency, and (2) a reference signal from a light irradiation position set for the scattering absorber. A light irradiation step for irradiating measurement light of a predetermined wavelength from the light supply means modulated by the modulation signal based on the above, and (3) propagating through the measurement light irradiated to the scattering medium from the light irradiation position A light detection step for detecting light that has reached the light detection position and outputting a detection signal; and (4) for detecting a phase difference between the detection signal from the light detection step and the reference signal from the reference signal generation step. A phase detection step; (5) a monitor step for monitoring a light output from the light supply means and outputting a monitor signal; and (6) a monitor signal from the monitor step and a reference signal generation step. By detecting the phase difference between the signals, characterized in that it comprises a monitoring phase detecting step of outputting a reference signal for detecting the phase difference in the measurement phase detecting step.

上記した散乱吸収体計測装置及び計測方法においては、計測用位相検出手段を用いてPMS法による散乱吸収体計測を行う。そして、モニタ用位相検出手段において、計測光に対応するモニタ信号の位相と基準信号の位相とを比較し、基準信号に対する計測光の位相の変化を検出して、PMS法での位相差の検出に対する参照信号を生成している。このような参照信号を用いることにより、環境温度や光量の変化などによる光供給手段の動作条件の変化を反映させて、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行することが可能となる。   In the scattering absorber measuring apparatus and the measuring method described above, the scattering absorber measurement is performed by the PMS method using the measurement phase detector. Then, the monitor phase detection means compares the phase of the monitor signal corresponding to the measurement light with the phase of the reference signal, detects a change in the phase of the measurement light with respect to the reference signal, and detects the phase difference by the PMS method. A reference signal for is generated. By using such a reference signal, it is possible to perform scattering absorber measurement by the PMS method under stable conditions, reflecting changes in the operating conditions of the light supply means due to changes in environmental temperature, light quantity, and the like. .

散乱吸収体計測への参照信号の反映については、計測装置は、所定の周波数の発振信号を出力するとともに、外部信号によって発振条件を制御可能な発振器を備え、発振器からの発振信号が変調信号として光供給手段へと入力されるとともに、発振器においてモニタ用位相検出手段からの参照信号によって発振信号の発振条件を制御することが好ましい。   Regarding the reflection of the reference signal to the scattering medium measurement, the measuring device outputs an oscillation signal of a predetermined frequency and includes an oscillator capable of controlling the oscillation condition by an external signal, and the oscillation signal from the oscillator is used as a modulation signal. It is preferable that the oscillation condition of the oscillation signal is controlled by the reference signal from the monitoring phase detection means in the oscillator while being input to the light supply means.

同様に、計測方法は、外部信号によって発振条件が制御された所定の周波数の発振信号を出力する発振信号発生ステップを備え、発振信号発生ステップからの発振信号が変調信号として光供給手段へと入力されるとともに、発振信号発生ステップにおいてモニタ用位相検出ステップからの参照信号によって発振信号の発振条件を制御することが好ましい。   Similarly, the measurement method includes an oscillation signal generation step for outputting an oscillation signal having a predetermined frequency whose oscillation condition is controlled by an external signal, and the oscillation signal from the oscillation signal generation step is input to the light supply means as a modulation signal. In addition, the oscillation condition of the oscillation signal is preferably controlled by the reference signal from the monitoring phase detection step in the oscillation signal generation step.

このような構成によれば、モニタ手段、モニタ用位相検出手段、及び発振器によって、光供給手段からの変調された計測光の位相を安定化させるPLL回路を構成して、安定した条件でのPMS法による散乱吸収体計測を実現することができる。   According to such a configuration, the PLL circuit that stabilizes the phase of the modulated measurement light from the light supply unit is configured by the monitoring unit, the monitoring phase detection unit, and the oscillator, and the PMS under stable conditions is formed. Scattering absorber measurement by the method can be realized.

あるいは、計測装置は、基準信号発生手段からの基準信号が変調信号として光供給手段へと入力されるとともに、モニタ用位相検出手段からの参照信号によって計測用位相検出手段による位相差の検出結果を補正することが好ましい。   Alternatively, the measuring apparatus inputs the reference signal from the reference signal generating means to the light supplying means as a modulation signal, and uses the reference signal from the monitoring phase detecting means to detect the detection result of the phase difference by the measuring phase detecting means. It is preferable to correct.

同様に、計測方法は、基準信号発生ステップからの基準信号が変調信号として光供給手段へと入力されるとともに、モニタ用位相検出ステップからの参照信号によって計測用位相検出ステップにおける位相差の検出結果を補正することが好ましい。   Similarly, in the measurement method, the reference signal from the reference signal generation step is input to the light supply means as a modulation signal, and the detection result of the phase difference in the measurement phase detection step by the reference signal from the monitor phase detection step Is preferably corrected.

このような構成によれば、光供給手段からの変調された計測光の位相が変化した場合であっても、その位相の変化をPMS法での位相差の検出結果に反映させて、安定した条件でのPMS法による散乱吸収体計測を実現することができる。   According to such a configuration, even when the phase of the modulated measurement light from the light supply unit changes, the change in the phase is reflected in the detection result of the phase difference by the PMS method, and stable. Scattering absorber measurement by the PMS method under conditions can be realized.

ここで、計測装置は、光検出手段からの検出信号によって散乱吸収体内での光の減衰率を求める減衰率解析手段と、計測用位相検出手段による位相差の検出結果、及び減衰率解析手段による減衰率の解析結果に基づいて、散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出手段とを備えることとしても良い。同様に、計測方法は、光検出ステップからの検出信号によって散乱吸収体内での光の減衰率を求める減衰率解析ステップと、計測用位相検出ステップにおける位相差の検出結果、及び減衰率解析ステップにおける減衰率の解析結果に基づいて、散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出ステップとを備えることとしても良い。   Here, the measurement device is based on an attenuation rate analysis unit that obtains an attenuation rate of light in the scattering medium based on a detection signal from the light detection unit, a detection result of a phase difference by the measurement phase detection unit, and an attenuation rate analysis unit. It is good also as providing the density | concentration calculation means which calculates the density | concentration of the absorber in the scattering medium based on the analysis result of an attenuation factor. Similarly, the measurement method includes an attenuation rate analysis step for obtaining an attenuation rate of light in the scattering medium based on a detection signal from the light detection step, a detection result of a phase difference in the measurement phase detection step, and an attenuation rate analysis step. It is good also as providing the density | concentration calculation step which calculates the density | concentration of the absorber in the scattering medium based on the analysis result of an attenuation factor.

また、計測装置は、光供給手段からの光出力のDC成分をモニタして、光供給手段から供給される計測光の光量を制御する光量制御手段を備えることが好ましい。同様に、計測方法は、光供給手段からの光出力のDC成分をモニタして、光供給手段から供給される計測光の光量を制御する光量制御ステップを備えることが好ましい。   The measurement apparatus preferably includes a light amount control unit that monitors the DC component of the light output from the light supply unit and controls the light amount of the measurement light supplied from the light supply unit. Similarly, the measurement method preferably includes a light amount control step for monitoring the DC component of the light output from the light supply unit and controlling the light amount of the measurement light supplied from the light supply unit.

あるいは、計測装置は、光供給手段からの光出力のDC成分またはAC成分が所望の範囲内となるように、光供給手段から供給される計測光を調整する計測光調整手段を備えることが好ましい。同様に、計測方法は、光供給手段からの光出力のDC成分またはAC成分が所望の範囲内となるように、光供給手段から供給される計測光を調整する計測光調整ステップを備えることが好ましい。   Alternatively, the measurement apparatus preferably includes a measurement light adjustment unit that adjusts the measurement light supplied from the light supply unit so that the DC component or the AC component of the light output from the light supply unit falls within a desired range. . Similarly, the measurement method includes a measurement light adjustment step for adjusting the measurement light supplied from the light supply unit so that the DC component or the AC component of the light output from the light supply unit falls within a desired range. preferable.

このように、光供給手段からの光出力のDC成分またはAC成分に対する制御、調整を行うことにより、計測光の光量、振幅や光波形等を好適に設定して、PMS法による散乱吸収体計測の条件をさらに安定化することができる。   In this way, by controlling and adjusting the DC component or AC component of the light output from the light supply means, the light amount, amplitude, optical waveform, etc. of the measurement light are suitably set, and the scattering absorber measurement by the PMS method is performed. This condition can be further stabilized.

本発明による散乱吸収体計測装置及び計測方法によれば、計測光に対応するモニタ信号の位相と基準信号の位相との比較結果を示す参照信号を用いて計測を行うことにより、環境温度や光量の変化に関わらず、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行することが可能となる。   According to the scattering medium measuring apparatus and the measuring method according to the present invention, the ambient temperature and the light amount are measured by performing the measurement using the reference signal indicating the comparison result between the phase of the monitor signal corresponding to the measurement light and the phase of the reference signal. Regardless of the change of, scattering absorber measurement by the PMS method can be performed under stable conditions.

以下、図面とともに本発明による散乱吸収体計測装置、及び散乱吸収体計測方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。   Hereinafter, preferred embodiments of a scattering medium measuring apparatus and a scattering medium measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.

図1は、本発明による散乱吸収体計測装置の第1実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。本散乱吸収体計測装置は、近赤外光などの所定波長の光を用いて散乱吸収体の内部情報を非侵襲的に計測するものである。本計測装置での計測対象となる散乱吸収体としては、例えば生体などがある。また、計測される内部情報としては、例えば生体内での吸収物質であるヘモグロビンの濃度や酸素飽和度などがある。なお、本明細書において「位相」とは、強度変調された周期的な光波形における位相をいう。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the first embodiment of the scattering medium measuring apparatus according to the present invention. This scattering medium measuring apparatus measures the internal information of a scattering medium noninvasively using light of a predetermined wavelength such as near infrared light. Examples of the scattering absorber to be measured by this measuring apparatus include a living body. The internal information to be measured includes, for example, the concentration of hemoglobin that is an absorbing substance in the living body, oxygen saturation, and the like. In this specification, “phase” refers to a phase in an intensity-modulated periodic optical waveform.

図1に示す計測装置は、半導体発光素子であるレーザダイオード10と、光検出器15と、基準信号発生器20と、位相検出器21と、解析装置22とを備える。レーザダイオード10は、散乱吸収体SMの内部情報の計測に用いられる所定波長の計測光を供給する光供給手段であり、散乱吸収体SMに対して設定された光照射位置から計測光を照射可能に配置されている。また、このレーザダイオード10は、外部からの変調信号による計測光の変調動作が可能に構成されており、変調信号によって強度変調された変調光を計測光として散乱吸収体SMへと供給する。また、レーザダイオード10に対し、レーザダイオード10を励起するDC電流を供給するDC電流源11が設けられている。   The measurement apparatus shown in FIG. 1 includes a laser diode 10 that is a semiconductor light emitting element, a photodetector 15, a reference signal generator 20, a phase detector 21, and an analysis device 22. The laser diode 10 is a light supply unit that supplies measurement light having a predetermined wavelength used for measuring internal information of the scattering medium SM, and can radiate measurement light from a light irradiation position set for the scattering medium SM. Is arranged. Further, the laser diode 10 is configured to be capable of modulating the measurement light by the modulation signal from the outside, and supplies the modulated light whose intensity is modulated by the modulation signal as the measurement light to the scattering medium SM. Further, a DC current source 11 that supplies a DC current for exciting the laser diode 10 to the laser diode 10 is provided.

基準信号発生器20は、所定の基準周波数の電気信号を基準信号として出力する。この基準信号は、レーザダイオード10に入力される変調信号の元となる信号であり、その基準周波数が計測光の変調周波数となる。   The reference signal generator 20 outputs an electric signal having a predetermined reference frequency as a reference signal. This reference signal is a signal that is the source of the modulation signal input to the laser diode 10, and the reference frequency is the modulation frequency of the measurement light.

光検出器15は、レーザダイオード10から供給され、上記した光照射位置から散乱吸収体SMに照射された計測光のうち、散乱吸収体SMの内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出する。そして、光検出器15は、検出した光の強度や時間変化等に応じた検出信号を出力する。   The light detector 15 supplies light that has been supplied from the laser diode 10 and that has traveled through the scattering medium SM and reached the light detection position out of the measurement light irradiated on the scattering medium SM from the light irradiation position described above. To detect. And the photodetector 15 outputs the detection signal according to the intensity | strength, time change, etc. of the detected light.

光検出器15から出力される検出信号に対して、位相検出器21と、解析装置22とが設けられている。位相検出器21は、PMS法による散乱吸収体計測に用いられる計測用位相検出手段である。この位相検出器21には、光検出器15からの検出信号と、基準信号発生器20からの基準信号とが入力されており、検出信号及び基準信号の位相差を検出する。位相検出器21によって検出される位相差は、レーザダイオード10から散乱吸収体SMに照射される計測光に対する、光検出器15において検出される光の位相遅れ(遅延時間)である。この位相遅れは、散乱吸収体SM内での光の平均光路長に相当する。   A phase detector 21 and an analysis device 22 are provided for the detection signal output from the photodetector 15. The phase detector 21 is a phase detector for measurement used for scattering medium measurement by the PMS method. The phase detector 21 receives the detection signal from the photodetector 15 and the reference signal from the reference signal generator 20, and detects the phase difference between the detection signal and the reference signal. The phase difference detected by the phase detector 21 is the phase delay (delay time) of the light detected by the photodetector 15 with respect to the measurement light irradiated from the laser diode 10 to the scattering medium SM. This phase delay corresponds to the average optical path length of light in the scattering medium SM.

解析装置22は、減衰率解析部23と、濃度算出部24とを有している。減衰率解析部23には、光検出器15からの検出信号が入力されており、検出信号の振幅を算出し、算出された振幅から散乱吸収体SM内での光の減衰率を求める。なお、減衰率解析部23への入力については、位相検出器21から出力されたAC成分の振幅を入力し、それによって光の減衰率を求めても良い。   The analysis device 22 includes an attenuation rate analysis unit 23 and a concentration calculation unit 24. A detection signal from the photodetector 15 is input to the attenuation factor analysis unit 23, and the amplitude of the detection signal is calculated, and the attenuation factor of light in the scattering medium SM is obtained from the calculated amplitude. As for the input to the attenuation rate analysis unit 23, the amplitude of the AC component output from the phase detector 21 may be input, and thereby the attenuation rate of light may be obtained.

位相検出器21による位相差の検出結果、及び減衰率解析部23による光の減衰率の解析結果は、濃度算出部24へと入力されている。濃度算出部24は、それらの結果に基づいて、散乱吸収体SMにおける吸収物質(例えば、ヘモグロビン)の濃度を算出する。   The detection result of the phase difference by the phase detector 21 and the analysis result of the light attenuation rate by the attenuation rate analysis unit 23 are input to the concentration calculation unit 24. Based on these results, the concentration calculation unit 24 calculates the concentration of the absorbing substance (for example, hemoglobin) in the scattering medium SM.

本実施形態の計測装置においては、レーザダイオード10から供給される強度変調された計測光について、基準信号発生器20に加えて、モニタ用光検出器30、モニタ用位相検出器31、及びVCO(Voltage-Controlled Oscillator:電圧制御型発振器)32が設けられている。また、レーザダイオード10と散乱吸収体SMとの間の光路上の所定位置に、レーザダイオード10から出射された計測光の一部を分岐する光分岐ミラー14が配置されている。   In the measurement apparatus of the present embodiment, in addition to the reference signal generator 20, the monitoring light detector 30, the monitoring phase detector 31, and the VCO (VCO) are used for the intensity-modulated measurement light supplied from the laser diode 10. A voltage-controlled oscillator (voltage-controlled oscillator) 32 is provided. Further, an optical branching mirror 14 that branches a part of the measurement light emitted from the laser diode 10 is disposed at a predetermined position on the optical path between the laser diode 10 and the scattering medium SM.

モニタ用光検出器30は、レーザダイオード10からの光出力をモニタするモニタ手段である。図1に示す構成においては、光分岐ミラー14によって分岐された計測光の一部がモニタ用光検出器30へと入射されて検出され、これによってレーザダイオード10からの光出力がモニタされている。そして、光検出器30は、検出した計測光の強度や時間変化等に応じたモニタ信号を出力する。   The monitoring photodetector 30 is monitoring means for monitoring the light output from the laser diode 10. In the configuration shown in FIG. 1, a part of the measurement light branched by the light branching mirror 14 is incident on the monitoring photodetector 30 and detected, thereby monitoring the light output from the laser diode 10. . And the photodetector 30 outputs the monitor signal according to the intensity | strength, time change, etc. of the detected measurement light.

モニタ用位相検出器31には、モニタ用光検出器30からのモニタ信号と、基準信号発生器20からの基準信号とが入力されており、これらの位相を比較してモニタ信号及び基準信号の位相差を検出する。位相検出器31によって検出される位相差は、レーザダイオード10に入力される変調信号の元となる基準信号と、実際に強度変調されたレーザダイオード10からの計測光との位相ずれである。   The monitor phase detector 31 receives the monitor signal from the monitor photodetector 30 and the reference signal from the reference signal generator 20, and compares the phases of the monitor signal and the reference signal. Detect phase difference. The phase difference detected by the phase detector 31 is a phase shift between the reference signal that is the source of the modulation signal input to the laser diode 10 and the measurement light from the laser diode 10 that is actually intensity-modulated.

このような計測光の位相ずれをモニタすることにより、レーザダイオード10の動作条件の変化に伴う計測光の位相の時間変化がモニタされる。そして、モニタ用位相検出器31は、検出した位相差に応じて、位相検出器21による位相差の検出に対する参照信号を出力する。   By monitoring such a phase shift of the measurement light, a temporal change in the phase of the measurement light accompanying a change in the operating condition of the laser diode 10 is monitored. Then, the monitoring phase detector 31 outputs a reference signal for detecting the phase difference by the phase detector 21 in accordance with the detected phase difference.

VCO32は、所定の周波数の発振信号を出力するとともに、外部信号によって発振条件を制御可能な発振器である。本実施形態においては、VCO32からの発振信号が、計測光を変調するための基準信号に基づく変調信号としてレーザダイオード10へと入力されている。また、VCO32には、モニタ用位相検出器31からの参照信号が入力されており、この参照信号に基づいて発振信号の位相が制御される。これにより、VCO32において、レーザダイオード10から出射される計測光の位相が揃うように、VCO32からの発振信号の位相が制御される。   The VCO 32 is an oscillator that can output an oscillation signal having a predetermined frequency and can control an oscillation condition by an external signal. In the present embodiment, the oscillation signal from the VCO 32 is input to the laser diode 10 as a modulation signal based on a reference signal for modulating the measurement light. Further, the reference signal from the monitoring phase detector 31 is input to the VCO 32, and the phase of the oscillation signal is controlled based on this reference signal. Thereby, in the VCO 32, the phase of the oscillation signal from the VCO 32 is controlled so that the phase of the measurement light emitted from the laser diode 10 is aligned.

図1に示した計測装置を用いた散乱吸収体計測方法においては、まず、基準信号発生器20から基準周波数の基準信号が出力される(基準信号発生ステップ)。そして、DC電流源11からのDC電流に加えて、上記基準信号を元にしたVCO32からの発振信号が変調信号としてレーザダイオード10へと入力される。レーザダイオード10は、変調信号によって変調された所定波長の計測光を生成し、計測対象である散乱吸収体SMに対して、光照射位置から計測光を照射する(光照射ステップ)。照射された計測光は、吸収、散乱等を受けつつ散乱吸収体SMの内部を伝搬する。   In the scattering medium measuring method using the measuring apparatus shown in FIG. 1, first, a reference signal having a reference frequency is output from the reference signal generator 20 (reference signal generation step). Then, in addition to the DC current from the DC current source 11, an oscillation signal from the VCO 32 based on the reference signal is input to the laser diode 10 as a modulation signal. The laser diode 10 generates measurement light having a predetermined wavelength modulated by the modulation signal, and irradiates the measurement light from the light irradiation position to the scattering medium SM to be measured (light irradiation step). The irradiated measurement light propagates inside the scattering medium SM while receiving absorption, scattering, and the like.

光照射位置から散乱吸収体SMに照射されてその内部を伝搬した光のうち、光検出位置に到達した光成分は、光検出器15によって検出される。光検出器15は、検出した光の強度等に応じた検出信号を出力する(光検出ステップ)。   Of the light that has been irradiated to the scattering medium SM from the light irradiation position and propagated through it, the light component that has reached the light detection position is detected by the light detector 15. The light detector 15 outputs a detection signal corresponding to the detected light intensity or the like (light detection step).

位相検出器21は、光検出器15からの検出信号、及び基準信号発生器20からの基準信号の位相差を検出する(計測用位相検出ステップ)。解析装置22の減衰率解析部23は、光検出器15からの検出信号によって散乱吸収体SM内での光の減衰率を求める(減衰率解析ステップ)。また、濃度算出部24は、上記した位相差の検出結果、及び減衰率の解析結果に基づいて、散乱吸収体SM内における吸収物質の濃度を算出する(濃度算出ステップ)。   The phase detector 21 detects the phase difference between the detection signal from the photodetector 15 and the reference signal from the reference signal generator 20 (measurement phase detection step). The attenuation factor analysis unit 23 of the analyzer 22 obtains the attenuation factor of light in the scattering medium SM based on the detection signal from the photodetector 15 (attenuation factor analysis step). Further, the concentration calculation unit 24 calculates the concentration of the absorbing material in the scattering medium SM based on the detection result of the phase difference and the analysis result of the attenuation rate (concentration calculation step).

一方、光分岐ミラー14で分岐された計測光の一部はモニタ用光検出器30によって検出され、レーザダイオード10からの光出力がモニタされる。光検出器30は、光出力のモニタ結果に応じたモニタ信号を出力する(モニタステップ)。モニタ用位相検出器31は、光検出器30からのモニタ信号、及び基準信号発生器20からの基準信号の位相差を検出して、参照信号を出力する(モニタ用位相検出ステップ)。そして、VCO32は、位相検出器31からの参照信号によって制御された周波数及び位相で発振信号を出力する(発振信号発生ステップ)。発振信号は、計測光を変調するための変調信号としてレーザダイオード10へと入力される。   On the other hand, a part of the measurement light branched by the light branching mirror 14 is detected by the monitoring photodetector 30 and the light output from the laser diode 10 is monitored. The photodetector 30 outputs a monitor signal corresponding to the monitoring result of the light output (monitoring step). The monitoring phase detector 31 detects the phase difference between the monitor signal from the photodetector 30 and the reference signal from the reference signal generator 20, and outputs a reference signal (monitoring phase detection step). The VCO 32 outputs an oscillation signal at a frequency and phase controlled by the reference signal from the phase detector 31 (oscillation signal generation step). The oscillation signal is input to the laser diode 10 as a modulation signal for modulating the measurement light.

上記実施形態による散乱吸収体計測装置及び計測方法の効果について説明する。   The effects of the scattering medium measuring apparatus and the measuring method according to the above embodiment will be described.

図1に示した散乱吸収体計測装置、及びそれを用いた計測方法においては、レーザダイオード10からの変調された計測光の供給と、位相検出器21による光検出器15からの検出信号の位相検出とを用いて、PMS法による散乱吸収体計測を行う。そして、モニタ用位相検出器31において、計測光に対応するモニタ信号の位相と基準信号の位相とを比較し、基準信号に対する計測光の位相の変化を検出して、PMS法での位相差の検出に対する参照信号を生成している。このような参照信号を用いることにより、環境温度や光量の変化などによるレーザダイオード10の動作条件の変化に伴って計測光の位相が変化した場合であっても、その変化を計測に反映させて、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行することが可能となる。   In the scattering medium measuring apparatus and the measuring method using the same shown in FIG. 1, the supply of the modulated measuring light from the laser diode 10 and the phase of the detection signal from the photodetector 15 by the phase detector 21. Using the detection, scattering absorber measurement by the PMS method is performed. The monitoring phase detector 31 compares the phase of the monitor signal corresponding to the measurement light with the phase of the reference signal, detects a change in the phase of the measurement light with respect to the reference signal, and detects the phase difference in the PMS method. A reference signal for detection is generated. By using such a reference signal, even if the phase of the measurement light changes with a change in the operating condition of the laser diode 10 due to a change in the environmental temperature or the amount of light, the change is reflected in the measurement. It becomes possible to perform scattering absorber measurement by the PMS method under stable conditions.

このようにレーザダイオード10からの光出力をモニタしてPMS法による散乱吸収体計測を行う構成では、レーザダイオード10に対して温度制御用のペルチェ素子等を設置することなく、安定した条件で計測を実行することができる。これにより、ペルチェ素子に用いられる電流の供給が不要となり、電源を含めた装置全体が小型化し、また、装置が安価となる。この場合、レーザダイオード10の温度制御のため、空冷用のファン等を用いても良い。このようなファンの設置は、レーザダイオード10の過度の温度変化を抑制して、計測光の波長の変化等を防止する上で効果がある。   Thus, in the configuration in which the light output from the laser diode 10 is monitored and the scattering medium measurement is performed by the PMS method, the measurement is performed under stable conditions without installing a temperature control Peltier element or the like for the laser diode 10. Can be executed. This eliminates the need for supplying the current used for the Peltier element, reduces the size of the entire apparatus including the power supply, and reduces the cost of the apparatus. In this case, an air cooling fan or the like may be used for temperature control of the laser diode 10. The installation of such a fan is effective in suppressing an excessive temperature change of the laser diode 10 and preventing a change in the wavelength of the measurement light.

また、散乱吸収体計測への参照信号の反映については、本実施形態においては、基準信号発生器20とは別にVCO32を設けて、VCO32からの発振信号を変調信号とするとともに、モニタ用位相検出器31からの参照信号によってVCO32をフィードバック制御している。このような構成によれば、モニタ用光検出器30、位相検出器31、及びVCO32によって、光供給手段であるレーザダイオード10からの変調された計測光の位相を安定化させるPLL回路を構成して、安定した条件での散乱吸収体計測を実現することができる。   In addition, regarding the reflection of the reference signal to the scattering medium measurement, in this embodiment, a VCO 32 is provided separately from the reference signal generator 20, and the oscillation signal from the VCO 32 is used as the modulation signal, and the phase detection for monitoring is performed. The VCO 32 is feedback controlled by the reference signal from the device 31. According to such a configuration, the monitoring photodetector 30, the phase detector 31, and the VCO 32 constitute a PLL circuit that stabilizes the phase of the modulated measurement light from the laser diode 10 that is the light supply means. Thus, scattering absorber measurement can be realized under stable conditions.

ここで、散乱吸収体SMに照射される計測光を強度変調するための変調信号の元となる基準信号発生器20からの基準信号の周波数については、PMS法による平均光路長の計測を精度良く行うことが可能な周波数に設定する必要がある。具体的には、この基準周波数は、1MHz以上の周波数とすることが好ましい。また、計測光の波長については、計測対象とする散乱吸収体SMの特性や、取得しようとする内部情報の種類(例えば吸収物質の濃度)等に応じて好適な波長を選択すれば良く、必要があれば2波長以上の光を用いても良い。   Here, with respect to the frequency of the reference signal from the reference signal generator 20 that is the source of the modulation signal for intensity-modulating the measurement light irradiated to the scattering medium SM, the measurement of the average optical path length by the PMS method is accurately performed. It is necessary to set to a frequency that can be performed. Specifically, this reference frequency is preferably set to a frequency of 1 MHz or more. As for the wavelength of the measurement light, a suitable wavelength may be selected depending on the characteristics of the scattering medium SM to be measured, the type of internal information to be acquired (for example, the concentration of the absorbing material), and the like. If there is, light having two or more wavelengths may be used.

また、レーザダイオード10からの計測光の散乱吸収体SMへの照射については、散乱吸収体SMの光照射位置に対してレーザダイオード10を含む照射光学系を直接配置しても良く、あるいは、レーザダイオード10から出射された計測光を光ファイバ等の照射プローブによって光照射位置へと導光する構成としても良い。このような構成は、光検出器15による光の検出についても同様である。また、散乱吸収体SMに対して計測光を供給する光供給手段としては、レーザダイオード(LD)以外にも、LEDなど様々な光源を用いて良い。   For irradiation of the measurement light beam from the laser diode 10 to the scattering medium SM, an irradiation optical system including the laser diode 10 may be directly arranged at the light irradiation position of the scattering medium SM, or a laser The measurement light emitted from the diode 10 may be guided to the light irradiation position by an irradiation probe such as an optical fiber. Such a configuration is the same for the detection of light by the photodetector 15. In addition to the laser diode (LD), various light sources such as LEDs may be used as the light supply means for supplying the measurement light to the scattering medium SM.

また、レーザダイオード10の動作をモニタするモニタ手段については、図1に示した構成では光分岐ミラー14によって計測光の一部を分岐し、それを検出する光検出器30をモニタ手段として用いているが、モニタ手段としては、これ以外にも様々な構成を用いることができる。一般には、このモニタ手段は、光供給手段からの光出力をモニタするものであれば良い。   As for the monitoring means for monitoring the operation of the laser diode 10, in the configuration shown in FIG. 1, a part of the measurement light is branched by the light branching mirror 14 and the photodetector 30 for detecting it is used as the monitoring means. However, various other configurations can be used as the monitoring means. Generally, this monitoring means may be any means that monitors the light output from the light supply means.

図2は、図1に示した散乱吸収体計測装置の構成の変形例を示すブロック図である。本変形例においては、レーザダイオード10と散乱吸収体SMとの間に光分岐ミラーを配置して計測光の一部を分岐するのではなく、レーザダイオード10の後方に出射される光を検出するモニタ用フォトダイオード33を、レーザダイオード10からの光出力をモニタするモニタ手段として用いている。このようなモニタ用フォトダイオード33は、通常、レーザダイオード10と同一のパッケージ内に収容されている。また、レーザダイオード10、DC電流源11、基準信号発生器20、モニタ用フォトダイオード33、モニタ用位相検出器31、及びVCO32等としては、例えば、図3に示す回路系を用いることができる。   FIG. 2 is a block diagram showing a modification of the configuration of the scattering medium measuring apparatus shown in FIG. In this modification, a light branching mirror is not disposed between the laser diode 10 and the scattering medium SM and a part of the measurement light is branched, but the light emitted behind the laser diode 10 is detected. The monitoring photodiode 33 is used as monitoring means for monitoring the light output from the laser diode 10. Such a monitoring photodiode 33 is usually housed in the same package as the laser diode 10. As the laser diode 10, the DC current source 11, the reference signal generator 20, the monitoring photodiode 33, the monitoring phase detector 31, and the VCO 32, for example, the circuit system shown in FIG. 3 can be used.

なお、光源に対してPLL回路を組み込むことについては、特許文献2に記載がある。しかしながら、特許文献2に記載された装置は光パルス発生装置であり、生成された光パルスを用いた位相差計測や、そのような位相差計測における位相の変化の影響等については記載されていない。   Note that Patent Document 2 describes the incorporation of a PLL circuit into a light source. However, the device described in Patent Document 2 is an optical pulse generator, and does not describe phase difference measurement using the generated optical pulse, influence of phase change in such phase difference measurement, or the like. .

これに対して、上記した散乱吸収体計測装置及び計測方法では、変調された計測光をPMS法による散乱吸収体計測に適用している。そして、そのような計測における検出信号と基準信号との位相差の検出に対して計測光のモニタ結果に基づく参照信号を生成し、この参照信号を用いることによって高精度での散乱吸収体計測を可能とするものである。   On the other hand, in the above scattering absorber measuring apparatus and measuring method, the modulated measuring light is applied to the scattering absorber measurement by the PMS method. Then, a reference signal based on the monitoring result of the measurement light is generated for the detection of the phase difference between the detection signal and the reference signal in such measurement, and the scattering absorber measurement with high accuracy is performed by using this reference signal. It is possible.

ここで、上記した計測装置及び計測方法による散乱吸収体の内部情報の取得について、生体における吸収物質である酸素化ヘモグロビン(HbO)及び脱酸素化ヘモグロビン(Hb)の濃度計測を例として説明しておく。光を用いた生体計測では、生体内の酸素を直接計測することができないが、酸素代謝に関与する血液中のヘモグロビンなどの色素蛋白は、酸素と結合した状態と解離した状態とで光の吸収スペクトル(光吸収特性の波長依存性)が異なるため、これを利用して間接的に生体内の酸素代謝についての情報を得ることができる。 Here, the acquisition of the internal information of the scattering medium by the measurement apparatus and the measurement method described above will be described by taking, as an example, the concentration measurement of oxygenated hemoglobin (HbO 2 ) and deoxygenated hemoglobin (Hb) that are absorbing substances in the living body. Keep it. In vivo measurement using light cannot directly measure oxygen in the body, but chromoproteins such as hemoglobin in the blood involved in oxygen metabolism absorb light in a state of being bound to oxygen and in a dissociated state. Since the spectra (wavelength dependence of light absorption characteristics) are different, information on oxygen metabolism in the living body can be obtained indirectly using this spectrum.

例えば、レーザダイオード10から散乱吸収体SMに照射される変調された計測光として、波長λ、λの2波長の光を用いた場合、酸素化ヘモグロビンの濃度変化Δ[HbO]、及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化Δ[Hb]は、生体内での光の減衰率と平均光路長とにより、それぞれ以下の式(1.1)、(1.2)に示すように求められる。

Figure 2005111165
ここで、<L1>、<L2>はそれぞれ波長λ、λでの平均光路長(位相差に対応)、ΔODλ1、ΔODλ2はそれぞれ波長λ、λでの光強度変化(減衰率に対応)、ελ1 HbO2、ελ2 HbO2はそれぞれ波長λ、λでの酸素化ヘモグロビンの吸光係数、ελ1 Hb、ελ2 Hbはそれぞれ波長λ、λでの脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数である。 For example, when two-wavelength light having wavelengths λ 1 and λ 2 is used as the modulated measurement light emitted from the laser diode 10 to the scattering medium SM, the concentration change Δ [HbO 2 ] of oxygenated hemoglobin, and The concentration change Δ [Hb] of deoxygenated hemoglobin is obtained as shown in the following formulas (1.1) and (1.2), respectively, based on the attenuation rate of light in the living body and the average optical path length.
Figure 2005111165
Here, <L1>, <L2> each wavelength lambda 1, (corresponding to the phase difference) the mean path length in λ 2, ΔOD λ1, ΔOD λ2 each wavelength lambda 1, the light intensity change at lambda 2 (attenuation corresponding to the rate), ε λ1 HbO2, ε λ2 HbO2 each wavelength lambda 1, the absorption coefficient of oxyhemoglobin at λ 2, ε λ1 Hb, ε λ2 Hb each wavelength lambda 1, deoxygenated hemoglobin in lambda 2 Is the extinction coefficient.

このようなヘモグロビンの濃度計測において、CW光を用いた計測では生体内での平均光路長<L>を求めることができないため、ヘモグロビンの濃度変化を絶対値として求めることができない。これに対して、計測光として変調光を用いて位相ずれP(radian)を計測した場合、位相Pと平均光路長<L>とは、以下の式(2.1)、(2.2)

Figure 2005111165
に示すように、リニアな関係式が成り立つ。ここで、c’は媒質(散乱吸収体)中での光速を示している。上記の式より、位相情報Pを平均光路長<L>に換算することにより、減衰率の計測結果と合わせて、ヘモグロビンの濃度変化を絶対値として求めることができる。特に、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行可能な上記した計測装置及び計測方法を用いれば、ヘモグロビンの濃度、及びその時間変化を定量的に精度良く求めることが可能となる。なお、計測対象での吸収係数μについて、μ≪2πf/c’の条件が満たされない場合には、計測精度を上げるために式(2.1)に補正項を入れても良い。 In such hemoglobin concentration measurement, the measurement using CW light cannot determine the average optical path length <L> in the living body, and therefore cannot determine the change in hemoglobin concentration as an absolute value. On the other hand, when the phase shift P (radian) is measured using modulated light as measurement light, the phase P and the average optical path length <L> are expressed by the following equations (2.1) and (2.2):
Figure 2005111165
As shown, a linear relational expression is established. Here, c ′ represents the speed of light in the medium (scattering absorber). By converting the phase information P to the average optical path length <L>, the change in hemoglobin concentration can be obtained as an absolute value together with the attenuation rate measurement result. In particular, if the above-described measurement apparatus and measurement method capable of performing scattering absorber measurement by the PMS method under stable conditions are used, the concentration of hemoglobin and its change over time can be obtained quantitatively and accurately. When the condition of μ a << 2πf / c ′ is not satisfied with respect to the absorption coefficient μ a on the measurement target, a correction term may be added to the equation (2.1) in order to increase measurement accuracy.

図4は、本発明による散乱吸収体計測装置の第2実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the second embodiment of the scattering medium measuring apparatus according to the present invention.

図4に示す計測装置は、レーザダイオード10と、電流源11と、光検出器15と、基準信号発生器20と、位相検出器21と、減衰率解析部23及び濃度算出部24を有する解析装置22とを備えている。これらの構成については、図1に示した計測装置と同様である。また、本実施形態においては、基準信号発生器20からの基準信号自体が、計測光を変調するための変調信号としてレーザダイオード10へと入力されている。   The measurement apparatus shown in FIG. 4 has an analysis including a laser diode 10, a current source 11, a photodetector 15, a reference signal generator 20, a phase detector 21, an attenuation rate analysis unit 23, and a concentration calculation unit 24. And a device 22. About these structures, it is the same as that of the measuring apparatus shown in FIG. In the present embodiment, the reference signal itself from the reference signal generator 20 is input to the laser diode 10 as a modulation signal for modulating the measurement light.

本実施形態の計測装置においては、レーザダイオード10から供給される強度変調された計測光について、基準信号発生器20に加えて、モニタ用光検出器30、及びモニタ用位相検出器31が設けられている。また、レーザダイオード10と散乱吸収体SMとの間の光路上の所定位置に、レーザダイオード10から出射された計測光の一部を分岐する光分岐ミラー14が配置されている。   In the measurement apparatus of the present embodiment, in addition to the reference signal generator 20, a monitor photodetector 30 and a monitor phase detector 31 are provided for the intensity-modulated measurement light supplied from the laser diode 10. ing. Further, an optical branching mirror 14 that branches a part of the measurement light emitted from the laser diode 10 is disposed at a predetermined position on the optical path between the laser diode 10 and the scattering medium SM.

モニタ用光検出器30は、光分岐ミラー14によって分岐された計測光の一部を入射して検出し、検出した計測光の強度や時間変化等に応じたモニタ信号を出力する。また、モニタ用位相検出器31は、モニタ用光検出器30からのモニタ信号と、基準信号発生器20からの基準信号との位相を比較して位相差を検出し、検出した位相差に応じた参照信号を出力する。   The monitor photodetector 30 receives and detects part of the measurement light branched by the light branching mirror 14 and outputs a monitor signal according to the intensity of the detected measurement light, a temporal change, or the like. The monitoring phase detector 31 detects the phase difference by comparing the phase of the monitor signal from the monitoring photodetector 30 with the reference signal from the reference signal generator 20, and responds to the detected phase difference. Output a reference signal.

モニタ用位相検出器31からの参照信号は、解析装置22へと入力されている。解析装置22においては、入力された参照信号によって位相検出器21による位相差の検出結果の補正が行われる。濃度算出部24は、モニタ用位相検出器31からの参照信号によって補正された位相検出器21による位相差の検出結果、及び減衰率解析部23による光の減衰率の解析結果に基づいて、散乱吸収体SMにおける吸収物質の濃度を算出する。   The reference signal from the monitoring phase detector 31 is input to the analysis device 22. In the analysis device 22, the detection result of the phase difference by the phase detector 21 is corrected by the input reference signal. Based on the detection result of the phase difference by the phase detector 21 corrected by the reference signal from the monitoring phase detector 31 and the analysis result of the light attenuation rate by the attenuation rate analysis unit 23, the density calculation unit 24 performs scattering. The concentration of the absorbing substance in the absorber SM is calculated.

図4に示した散乱吸収体計測装置、及びそれを用いた計測方法においては、モニタ用位相検出器31において、モニタ信号の位相と基準信号の位相とを比較して、PMS法での位相差の検出に対する参照信号を生成している。これにより、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行することが可能となる。   In the scattering medium measuring apparatus shown in FIG. 4 and the measuring method using the same, the monitor phase detector 31 compares the phase of the monitor signal with the phase of the reference signal to obtain a phase difference in the PMS method. A reference signal for the detection of. Thereby, it becomes possible to perform scattering absorber measurement by the PMS method under stable conditions.

また、散乱吸収体計測への参照信号の反映については、本実施形態においては、モニタ用位相検出器31からの参照信号を解析装置22に入力し、それによって位相検出器21による位相差の検出結果を補正している。このような構成によれば、光供給手段であるレーザダイオード10からの変調された計測光の位相が変化した場合であっても、その位相の変化をPMS法での位相差の検出結果に反映させて、安定した条件でのPMS法による散乱吸収体計測を実現することができる。   In addition, regarding the reflection of the reference signal to the scattering medium measurement, in this embodiment, the reference signal from the monitoring phase detector 31 is input to the analysis device 22, thereby detecting the phase difference by the phase detector 21. The result is corrected. According to such a configuration, even when the phase of the modulated measurement light from the laser diode 10 serving as the light supply means changes, the change in the phase is reflected in the detection result of the phase difference by the PMS method. Thus, it is possible to realize scattering absorber measurement by the PMS method under stable conditions.

図5は、本発明による散乱吸収体計測装置の第3実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the third embodiment of the scattering medium measuring apparatus according to the present invention.

図5に示す計測装置は、レーザダイオード10と、電流源11と、光検出器15と、基準信号発生器20と、位相検出器21と、減衰率解析部23及び濃度算出部24を有する解析装置22とを備えている。これらの構成については、図1に示した計測装置と同様である。また、光分岐ミラー14、モニタ用光検出器30、モニタ用位相検出器31、及びVCO32の構成についても、図1に示した計測装置と同様の構成となっている。   The measurement apparatus shown in FIG. 5 has an analysis including a laser diode 10, a current source 11, a photodetector 15, a reference signal generator 20, a phase detector 21, an attenuation rate analysis unit 23, and a concentration calculation unit 24. And a device 22. About these structures, it is the same as that of the measuring apparatus shown in FIG. Further, the configuration of the optical branching mirror 14, the monitoring photodetector 30, the monitoring phase detector 31, and the VCO 32 is the same as that of the measurement apparatus shown in FIG.

本実施形態の計測装置においては、計測光調整装置40と、差動増幅器41と、RFアンプ42とがさらに設置されている。   In the measurement device of the present embodiment, a measurement light adjustment device 40, a differential amplifier 41, and an RF amplifier 42 are further installed.

差動増幅器41は、光供給手段であるレーザダイオード10からの光出力のDC成分をモニタして、計測光の光量を制御する光量制御手段である。差動増幅器41には、モニタ用光検出器30で検出された計測光に対応する検出信号のDC成分と、計測光調整装置40からの基準電圧とが入力されている。差動増幅器41は、検出信号のDC成分と基準電圧との比較結果に基づき、計測光の光量を一定に保持するための制御信号をDC電流源11へと送出する。これにより、レーザダイオード10から供給される計測光の光量を安定化させるAPC制御が行われる(光量制御ステップ)。   The differential amplifier 41 is a light amount control unit that monitors the DC component of the light output from the laser diode 10 that is a light supply unit and controls the light amount of the measurement light. The differential amplifier 41 is supplied with the DC component of the detection signal corresponding to the measurement light detected by the monitoring photodetector 30 and the reference voltage from the measurement light adjusting device 40. The differential amplifier 41 sends a control signal for keeping the amount of measurement light constant to the DC current source 11 based on the comparison result between the DC component of the detection signal and the reference voltage. Thereby, APC control for stabilizing the light amount of the measurement light supplied from the laser diode 10 is performed (light amount control step).

一方、計測光を変調するための変調信号となるVCO32からの発振信号は、RFアンプ42によって所定の利得で増幅された後、レーザダイオード10へと入力されている。また、RFアンプ42における発振信号の増幅利得は、計測光調整装置40からの利得指示信号によって制御されている。これにより、レーザダイオード10から供給される計測光でのAC成分の振幅等が制御される。   On the other hand, an oscillation signal from the VCO 32 that is a modulation signal for modulating the measurement light is amplified with a predetermined gain by the RF amplifier 42 and then input to the laser diode 10. Further, the amplification gain of the oscillation signal in the RF amplifier 42 is controlled by a gain instruction signal from the measurement light adjusting device 40. As a result, the amplitude of the AC component in the measurement light supplied from the laser diode 10 is controlled.

計測光調整装置40は、レーザダイオード10からの光出力のDC成分またはAC成分が所望の範囲内となるように計測光を調整する調整手段である。この計測光調整装置40には、計測光のDC成分及びAC成分の値の設定、または変更を指示する解析装置22からの調整指示信号が入力されている。計測光調整装置40は、解析装置22からの指示信号に基づいて、差動増幅器41へと送出する基準電圧、及びRFアンプ42へと送出する利得指示信号を設定または変更することにより、レーザダイオード10から供給される計測光のDC成分及びAC成分を調整する(計測光調整ステップ)。   The measurement light adjustment device 40 is an adjustment unit that adjusts the measurement light so that the DC component or AC component of the light output from the laser diode 10 is within a desired range. The measurement light adjusting device 40 receives an adjustment instruction signal from the analysis device 22 that instructs setting or changing of the DC component value and the AC component value of the measurement light. The measuring light adjusting device 40 sets or changes the reference voltage to be sent to the differential amplifier 41 and the gain indication signal to be sent to the RF amplifier 42 based on the instruction signal from the analyzing device 22, thereby changing the laser diode. The DC component and AC component of the measurement light supplied from 10 are adjusted (measurement light adjustment step).

また、本実施形態においては、解析装置22に、レーザダイオード10からその動作条件等を示す指示信号が入力されている。解析装置22は、このレーザダイオード10からの指示信号の内容を考慮し、計測光調整装置40による計測光の調整条件等を設定する。これにより、レーザダイオード10の動作条件に応じた様々な計測制御が可能となる。なお、レーザダイオード10からの指示信号としては、例えば、レーザダイオード10に対して設けられた温度センサ12(図3参照)によって計測された温度情報を示す信号がある。温度センサ12は、例えば、温度によって抵抗率が変わる素子、サーミスタを用いることができる。図3においては、固定抵抗と直列に接続して、温度による抵抗値の変化によって抵抗分割比が変化することを利用して、抵抗値の変化を電圧変化に変換している。ただし、温度センサ12に用いる素子はサーミスタに限定されない。   In the present embodiment, an instruction signal indicating the operating conditions and the like is input from the laser diode 10 to the analysis device 22. The analysis device 22 sets the adjustment conditions of the measurement light by the measurement light adjustment device 40 in consideration of the contents of the instruction signal from the laser diode 10. Thereby, various measurement control according to the operating condition of the laser diode 10 becomes possible. The instruction signal from the laser diode 10 includes a signal indicating temperature information measured by a temperature sensor 12 (see FIG. 3) provided for the laser diode 10, for example. As the temperature sensor 12, for example, an element or a thermistor whose resistivity changes with temperature can be used. In FIG. 3, a change in resistance value is converted into a voltage change by using the fact that the resistance division ratio changes due to a change in resistance value due to temperature by connecting in series with a fixed resistor. However, the element used for the temperature sensor 12 is not limited to the thermistor.

レーザダイオード10から解析装置22へと送られる温度に関する情報は、濃度算出部24において計算に使用されるパラメータに反映させても良い。例えば、濃度算出をしようとする計測対象の分光特性が波長に依存している場合、温度変化によって濃度算出に使用するパラメータを変えることが好ましい。この場合、あらかじめ温度の値に対するパラメータテーブル、またはパラメータを求める式を用意しておき、温度の値に応じて使用するパラメータを変えることにより、計測精度を向上させることができる。このような制御を行うことにより、ペルチェ素子等を使用した厳密な温度制御が不要となる。このとき、レーザダイオード10の熱暴走を防ぐために、空冷ファンや水冷によってレーザダイオード10を冷却する構成としても良い。   Information on the temperature sent from the laser diode 10 to the analysis device 22 may be reflected in a parameter used for calculation in the concentration calculation unit 24. For example, when the spectral characteristic of the measurement target for which the concentration is to be calculated depends on the wavelength, it is preferable to change the parameter used for the concentration calculation due to a temperature change. In this case, it is possible to improve the measurement accuracy by preparing a parameter table for the temperature value or an equation for obtaining the parameter in advance and changing the parameter to be used according to the temperature value. By performing such control, strict temperature control using a Peltier element or the like becomes unnecessary. At this time, in order to prevent thermal runaway of the laser diode 10, the laser diode 10 may be cooled by an air cooling fan or water cooling.

図5に示した散乱吸収体計測装置、及びそれを用いた計測方法においては、モニタ用位相検出器31において、モニタ信号の位相と基準信号の位相とを比較して、PMS法での位相差の検出に対する参照信号を生成している。これにより、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行することが可能となる。   In the scattering medium measuring apparatus shown in FIG. 5 and the measuring method using the same, the monitor phase detector 31 compares the phase of the monitor signal with the phase of the reference signal, and the phase difference in the PMS method. A reference signal for the detection of. Thereby, it becomes possible to perform scattering absorber measurement by the PMS method under stable conditions.

また、レーザダイオード10から供給される計測光に対し、計測光調整装置40、差動増幅器41、及びRFアンプ42を設けている。このような構成を用い、レーザダイオード10からの光出力のDC成分またはAC成分に対する制御、調整を行うことにより、計測光の光量、振幅や光波形等を好適に設定して、PMS法による散乱吸収体計測の条件をさらに安定化することができる。また、必要に応じた計測条件の変更も容易となる。   Further, a measurement light adjusting device 40, a differential amplifier 41, and an RF amplifier 42 are provided for the measurement light supplied from the laser diode 10. Using such a configuration, by controlling and adjusting the DC component or AC component of the light output from the laser diode 10, the light amount, amplitude, optical waveform, etc. of the measurement light is suitably set, and scattering by the PMS method Absorbent measurement conditions can be further stabilized. In addition, the measurement conditions can be easily changed as necessary.

本発明による散乱吸収体計測装置及び計測方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、減衰率解析部23及び濃度算出部24を有する解析装置22を設けているが、減衰率や濃度の導出が不要な場合や、外部装置においてそれらの算出を行う場合等には、減衰率解析部23及び濃度算出部24を設けない構成としても良い。また、光供給手段における計測光の変調方法としては、光源の後段に設けた光変調器によって計測光を変調する構成としても良い。この場合、変調信号は光変調器に入力されて、その変調動作が制御される。   The scattering medium measuring apparatus and the measuring method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the analysis device 22 having the attenuation rate analysis unit 23 and the concentration calculation unit 24 is provided. However, when it is not necessary to derive the attenuation rate or the concentration, or when an external device performs the calculation For example, the attenuation rate analysis unit 23 and the concentration calculation unit 24 may be omitted. As a method for modulating the measurement light in the light supply means, the measurement light may be modulated by an optical modulator provided at the subsequent stage of the light source. In this case, the modulation signal is input to the optical modulator, and the modulation operation is controlled.

また、モニタ用光検出器30とモニタ用位相検出器31との間、あるいは、モニタ用位相検出器31とVCO32との間などには、必要に応じて、所定の周波数範囲内の信号成分を選択的に通過させる周波数フィルタを挿入しても良い。例えば、図6には、図1に示した散乱吸収体計測装置の構成の変形例として、モニタ用光検出器30とモニタ用位相検出器31との間に周波数フィルタ35を設置した構成を示している。   In addition, a signal component within a predetermined frequency range may be provided between the monitoring photodetector 30 and the monitoring phase detector 31 or between the monitoring phase detector 31 and the VCO 32 as necessary. A frequency filter that selectively passes may be inserted. For example, FIG. 6 shows a configuration in which a frequency filter 35 is installed between the monitoring photodetector 30 and the monitoring phase detector 31 as a modification of the configuration of the scattering medium measuring apparatus shown in FIG. ing.

また、図1等に示した構成では、基準信号発生器20とVCO32との間において、安定に同期して動作するように両者間で同期信号を用いて接続しても良い。この場合、一般には、10MHzの信号を用いることが多い。また、VCO32における発振信号の位相の制御については、上記構成ではVCO32自体で位相を制御しているが、位相の制御方法についてはこれに限定されない。例えば、VCOを固定位相で動作させ、電気信号に応じて位相を遅延させる素子によって位相を制御する構成としても良い。また、レーザダイオード10に対する変調信号については、所定の周期を持つ信号であれば、正弦波や矩形波など様々な波形の信号を用いて良い。   In the configuration shown in FIG. 1 and the like, the reference signal generator 20 and the VCO 32 may be connected using a synchronization signal so as to operate stably in synchronization. In this case, generally, a signal of 10 MHz is often used. As for the phase control of the oscillation signal in the VCO 32, the phase is controlled by the VCO 32 itself in the above configuration, but the phase control method is not limited to this. For example, the VCO may be operated at a fixed phase, and the phase may be controlled by an element that delays the phase according to an electric signal. As the modulation signal for the laser diode 10, signals having various waveforms such as a sine wave and a rectangular wave may be used as long as the signals have a predetermined period.

また、レーザダイオード10から出射された計測光の一部を分岐する光分岐手段としては、図1に示した光分岐ミラー14以外にも、様々な素子を用いて良い。例えば、レーザダイオードなどの光源からの光をファイバに導き、分岐機能を有するファイバを使用しても良い。また、バンドルファイバや、融着によって入出力の数を1入力−2出力としたファイバなどを使用しても良い。   Various elements other than the light branching mirror 14 shown in FIG. 1 may be used as the light branching means for branching a part of the measurement light emitted from the laser diode 10. For example, a fiber having a branching function may be used by guiding light from a light source such as a laser diode to the fiber. Further, a bundle fiber, a fiber having the number of inputs and outputs of 1 input to 2 outputs by fusion, or the like may be used.

本発明による散乱吸収体計測装置及び計測方法は、環境温度や光量の変化に関わらず、安定した条件でPMS法による散乱吸収体計測を実行可能な計測装置及び計測方法として利用可能である。   The scattering medium measuring apparatus and the measuring method according to the present invention can be used as a measuring apparatus and a measuring method capable of performing scattering medium measurement by the PMS method under stable conditions regardless of changes in environmental temperature and light quantity.

散乱吸収体計測装置の第1実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 1st Embodiment of a scattering medium measuring device. 図1に示した散乱吸収体計測装置の構成の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of a structure of the scattering medium measuring device shown in FIG. レーザダイオードに対して設けられるPLL回路に用いられる回路系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit system used for the PLL circuit provided with respect to a laser diode. 散乱吸収体計測装置の第2実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 2nd Embodiment of a scattering medium measuring device. 散乱吸収体計測装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 3rd Embodiment of a scattering medium measuring device. 図1に示した散乱吸収体計測装置の構成の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of a structure of the scattering medium measuring device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…レーザダイオード(光供給手段)、11…DC電流源、12…温度センサ、14…光分岐ミラー、15…光検出器、20…基準信号発生器、21…計測用位相検出器、22…解析装置、23…減衰率解析部、24…濃度算出部、30…モニタ用光検出器、31…モニタ用位相検出器、32…VCO(電圧制御型発振器)、33…モニタ用フォトダイオード、40…計測光調整装置、41…差動増幅器、42…RFアンプ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser diode (light supply means), 11 ... DC current source, 12 ... Temperature sensor, 14 ... Optical branching mirror, 15 ... Photo detector, 20 ... Reference signal generator, 21 ... Phase detector for measurement, 22 ... Analyzing device, 23... Attenuation factor analyzing unit, 24... Concentration calculating unit, 30... Monitoring photodetector, 31... Monitoring phase detector, 32 .. VCO (voltage controlled oscillator), 33. ... Measurement light adjusting device, 41 ... differential amplifier, 42 ... RF amplifier.

Claims (12)

所定の基準周波数の基準信号を出力する基準信号発生手段と、
散乱吸収体に対して設定された光照射位置から照射するための所定波長の計測光を供給するとともに、前記基準信号に基づく変調信号による前記計測光の変調動作が可能な光供給手段と、
前記光照射位置から前記散乱吸収体に照射された前記計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段からの前記検出信号、及び前記基準信号発生手段からの前記基準信号の位相差を検出する計測用位相検出手段と、
前記光供給手段からの光出力をモニタしてモニタ信号を出力するモニタ手段と、
前記モニタ手段からの前記モニタ信号、及び前記基準信号発生手段からの前記基準信号の位相差を検出して、前記計測用位相検出手段による位相差の検出に対する参照信号を出力するモニタ用位相検出手段と
を備えることを特徴とする散乱吸収体計測装置。
Reference signal generating means for outputting a reference signal of a predetermined reference frequency;
A light supply means for supplying measurement light of a predetermined wavelength for irradiation from a light irradiation position set to the scattering medium, and capable of modulating the measurement light by a modulation signal based on the reference signal;
Among the measurement light irradiated to the scattering medium from the light irradiation position, light detection means for detecting the light that has propagated through the interior and reached the light detection position and outputting a detection signal;
A phase detector for measurement that detects a phase difference between the detection signal from the light detector and the reference signal from the reference signal generator;
Monitoring means for monitoring a light output from the light supply means and outputting a monitor signal;
Monitor phase detection means for detecting a phase difference between the monitor signal from the monitor means and the reference signal from the reference signal generation means and outputting a reference signal for detection of the phase difference by the measurement phase detection means And a scattering medium measuring apparatus.
所定の周波数の発振信号を出力するとともに、外部信号によって発振条件を制御可能な発振器を備え、
前記発振器からの前記発振信号が前記変調信号として前記光供給手段へと入力されるとともに、前記発振器において前記モニタ用位相検出手段からの前記参照信号によって前記発振信号の発振条件を制御することを特徴とする請求項1記載の散乱吸収体計測装置。
An oscillator that outputs an oscillation signal of a predetermined frequency and that can control oscillation conditions by an external signal is provided.
The oscillation signal from the oscillator is input to the light supply unit as the modulation signal, and the oscillation condition of the oscillation signal is controlled by the reference signal from the monitoring phase detection unit in the oscillator. The scattering medium measuring apparatus according to claim 1.
前記基準信号発生手段からの前記基準信号が前記変調信号として前記光供給手段へと入力されるとともに、前記モニタ用位相検出手段からの前記参照信号によって前記計測用位相検出手段による位相差の検出結果を補正することを特徴とする請求項1記載の散乱吸収体計測装置。   The reference signal from the reference signal generation means is input to the light supply means as the modulation signal, and a phase difference detection result by the measurement phase detection means by the reference signal from the monitoring phase detection means The scattering medium measuring apparatus according to claim 1, wherein: 前記光検出手段からの前記検出信号によって前記散乱吸収体内での光の減衰率を求める減衰率解析手段と、
前記計測用位相検出手段による位相差の検出結果、及び前記減衰率解析手段による減衰率の解析結果に基づいて、前記散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出手段と
を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。
An attenuation rate analysis means for obtaining an attenuation rate of light in the scattering medium by the detection signal from the light detection means;
A concentration calculating means for calculating the concentration of the absorbing substance in the scattering medium based on the detection result of the phase difference by the measurement phase detecting means and the analysis result of the attenuation rate by the attenuation rate analyzing means. The scattering medium measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記光供給手段からの光出力のDC成分をモニタして、前記光供給手段から供給される前記計測光の光量を制御する光量制御手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。   5. The apparatus according to claim 1, further comprising a light amount control unit that monitors a DC component of light output from the light supply unit and controls a light amount of the measurement light supplied from the light supply unit. The scattering medium measuring apparatus according to one item. 前記光供給手段からの光出力のDC成分またはAC成分が所望の範囲内となるように、前記光供給手段から供給される前記計測光を調整する計測光調整手段を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。   The measurement light adjusting means for adjusting the measurement light supplied from the light supply means so that the DC component or AC component of the light output from the light supply means falls within a desired range. Item 6. The scattering medium measuring apparatus according to any one of Items 1 to 5. 所定の基準周波数の基準信号を出力する基準信号発生ステップと、
散乱吸収体に対して設定された光照射位置から、前記基準信号に基づく変調信号によって変調された光供給手段からの所定波長の計測光を照射する光照射ステップと、
前記光照射位置から前記散乱吸収体に照射された前記計測光のうち、その内部を伝搬して光検出位置に到達した光を検出して検出信号を出力する光検出ステップと、
前記光検出ステップからの前記検出信号、及び前記基準信号発生ステップからの前記基準信号の位相差を検出する計測用位相検出ステップと、
前記光供給手段からの光出力をモニタしてモニタ信号を出力するモニタステップと、
前記モニタステップからの前記モニタ信号、及び前記基準信号発生ステップからの前記基準信号の位相差を検出して、前記計測用位相検出ステップにおける位相差の検出に対する参照信号を出力するモニタ用位相検出ステップと
を備えることを特徴とする散乱吸収体計測方法。
A reference signal generation step for outputting a reference signal of a predetermined reference frequency;
A light irradiation step of irradiating measurement light having a predetermined wavelength from the light supply means modulated by the modulation signal based on the reference signal from the light irradiation position set for the scattering medium;
Among the measurement light irradiated to the scattering medium from the light irradiation position, a light detection step of detecting light that has propagated through the measurement light and reached the light detection position and outputting a detection signal;
A phase detection step for measurement for detecting a phase difference between the detection signal from the light detection step and the reference signal from the reference signal generation step;
A monitoring step of monitoring a light output from the light supply means and outputting a monitor signal;
A monitoring phase detection step for detecting a phase difference between the monitoring signal from the monitoring step and the reference signal from the reference signal generation step and outputting a reference signal for detection of the phase difference in the measurement phase detection step A scattering absorber measurement method comprising:
外部信号によって発振条件が制御された所定の周波数の発振信号を出力する発振信号発生ステップを備え、
前記発振信号発生ステップからの前記発振信号が前記変調信号として前記光供給手段へと入力されるとともに、前記発振信号発生ステップにおいて前記モニタ用位相検出ステップからの前記参照信号によって前記発振信号の発振条件を制御することを特徴とする請求項7記載の散乱吸収体計測方法。
An oscillation signal generating step for outputting an oscillation signal of a predetermined frequency whose oscillation condition is controlled by an external signal;
The oscillation signal from the oscillation signal generation step is input to the light supply means as the modulation signal, and the oscillation condition of the oscillation signal is determined by the reference signal from the monitoring phase detection step in the oscillation signal generation step. The scattering absorber measurement method according to claim 7, wherein:
前記基準信号発生ステップからの前記基準信号が前記変調信号として前記光供給手段へと入力されるとともに、前記モニタ用位相検出ステップからの前記参照信号によって前記計測用位相検出ステップにおける位相差の検出結果を補正することを特徴とする請求項7記載の散乱吸収体計測方法。   The reference signal from the reference signal generation step is input as the modulation signal to the light supply means, and the detection result of the phase difference in the measurement phase detection step by the reference signal from the monitoring phase detection step The method of measuring a scattering medium according to claim 7, wherein: 前記光検出ステップからの前記検出信号によって前記散乱吸収体内での光の減衰率を求める減衰率解析ステップと、
前記計測用位相検出ステップにおける位相差の検出結果、及び前記減衰率解析ステップにおける減衰率の解析結果に基づいて、前記散乱吸収体内における吸収物質の濃度を算出する濃度算出ステップと
を備えることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項記載の散乱吸収体計測方法。
An attenuation rate analysis step for obtaining an attenuation rate of light in the scattering medium by the detection signal from the light detection step;
A concentration calculation step of calculating a concentration of the absorbing substance in the scattering medium based on a detection result of the phase difference in the measurement phase detection step and an analysis result of the attenuation rate in the attenuation rate analysis step. The scattering medium measuring method according to any one of claims 7 to 9.
前記光供給手段からの光出力のDC成分をモニタして、前記光供給手段から供給される前記計測光の光量を制御する光量制御ステップを備えることを特徴とする請求項7〜10のいずれか一項記載の散乱吸収体計測方法。   The light quantity control step of monitoring the DC component of the light output from the light supply means and controlling the light quantity of the measurement light supplied from the light supply means. The scattering absorber measurement method according to one item. 前記光供給手段からの光出力のDC成分またはAC成分が所望の範囲内となるように、前記光供給手段から供給される前記計測光を調整する計測光調整ステップを備えることを特徴とする請求項7〜11のいずれか一項記載の散乱吸収体計測方法。   The measurement light adjustment step of adjusting the measurement light supplied from the light supply means so that the DC component or AC component of the light output from the light supply means falls within a desired range. Item 12. The scattering medium measuring method according to any one of Items 7 to 11.
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