(57)【要約】【課題】反射型光センサにおいて、簡単な構成で、発光素子から放射される光を効率よく測定対象物に当て、反射光を効率よく受光素子に集めて性能を向上させることである。【解決手段】反射型光センサ１０は、発光素子２０が配置される下基板１２と、発光素子２０と導光体３０とが収納される穴１１を有する中間材１３と、一対の受光素子５０ａ，５０ｂが配置される上基板１４とを含む。導光体３０は、導光方向に垂直の断面が幅の狭い平行部分を含む長円形形状を有し、その幅の狭い平行部分の両側壁に受光素子５０ａ，５０ｂが配置され、受光素子は特別な形状加工を要しない。また、発光デバイスからの入射光の光軸と受光デバイスへの反射光の光軸とは略同軸に配置され、反射型光センサと測定対象物との距離が変動しても、受光レベルの変動を少なくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する発光デバイスと、
反射体又は導光材料で構成され、一方端で発光デバイスの放射する光を受け、他方端でその光を外部に放射する導光体と、
平行な隙間を隔てて互いに向かい合う辺で導光体の他方端を挟み、導光体から外部の対象物に当たって反射する反射光を受ける少なくとも２つの受光素子を含む受光デバイスと、
を備え、導光体の光軸と、受光デバイス全体としての光軸とが略一致することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の反射型光センサにおいて、
発光デバイスは、引出電極が設けられる表面の反対側の裏面が導光体の一方端に取り付けられ、
導光体は、発光デバイスの裏面から放射される光を他方端に導くことを特徴とする反射型光センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の反射型光センサにおいて、
導光体は、導光方向に垂直の断面が幅の狭い平行部分を含む形状を有し、
受光デバイスの少なくとも２つの受光素子は、導光体の幅の狭い平行部分の両側壁に沿って互いに向かい合う辺が配置されることを特徴とする反射型光センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の反射型光センサにおいて、
導光体の幅の狭い平行部分の両側壁と各受光素子との間に挟まれて配置されるフィルム状又は薄板状の遮光材を備えることを特徴とする反射型光センサ。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の反射型光センサにおいて、
発光デバイス又は受光デバイスの少なくとも一方が、相互に異なる波長帯特性を有する複数の素子からなるデバイスであることを特徴とする反射型光センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の反射型光センサにおいて、
発光デバイスは、広い波長範囲の発光特性を有し、
受光デバイスは、波長帯により受光特性が互いに異なる複数の受光素子を有することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項７】
請求項５に記載の反射型光センサにおいて、
発光デバイスは、波長帯により発光特性が互いに異なる複数の発光素子を有し、
受光デバイスは、広い波長範囲の受光特性を有することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項８】
発光デバイス又は受光デバイスの少なくとも一方が、相互に異なる波長帯特性を有する複数の素子からなり、測定対象物に光を当て、異なる検出波長帯ごとに反射率を検出する反射型光センサと、
反射型光センサにより測定対象物に光を当て、得られる反射率の各検出波長帯におけるデータに基づいて測定対象物の特性を求める特性計測部と、
を備え、
反射型光センサは、
光を放射する発光デバイスと、
反射体又は導光材料で構成され、一方端で発光デバイスの放射する光を受け、他方端でその光を外部に放射する導光体と、
平行な隙間を隔てて互いに向かい合う辺で導光体の他方端を挟み、導光体から外部の対象物に当たって反射する反射光を受ける少なくとも２つの受光素子を含む受光デバイスと、
を備え、導光体の光軸と、受光デバイス全体としての光軸とが略一致することを特徴とする反射型光センサを用いる特性計測装置。
【請求項９】
請求項８に記載の特性計測装置において、
測定対象物は、検体がかけられることで発色する呈色試験紙であり、
特性計測部は、検体がかけられた呈色試験紙の反射率の各検出波長帯における時間変化に基づいて検体の特性を求めることを特徴とする反射型光センサを用いる特性計測装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の特性計測装置において、
特性計測部は、
呈色試験紙に検体がかけられてからの反射率の時間変化データを各検出波長帯ごとに求める手段と、
呈色試験紙の呈色変化について、検体の異なる特性ごとに、かつ複数の検出波長帯ごとに、標準となる反射率の時間変化データを保持する手段と、
求められた反射率の時間変化データと、標準の反射率の時間変化データとの比較に基づき、検体の特性を特定する比較特定手段と、
を有することを特徴とする反射型光センサを用いる特性計測装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の特性計測装置において、
比較特定手段は、複数の検出波長帯の中で、検体の特性の相違により反射率の時間変化の度合いが大きい検出波長帯のデータを用いて比較を行い検体の特性を特定することを特徴とする反射型光センサを用いる特性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型光センサに係り、特に、発光素子と受光素子とを含み、発光素子の放射する光が対象物に当たって反射してくる光を受光素子で受け取る反射型光センサ及び反射型光センサを用いて対象物の特性を計測する特性計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子と受光素子とを組み合わせた反射型光センサにおいて、単に発光素子と受光素子を平面配列するときは、発光素子からの光が受光素子のほうに漏れることが生じ、発光素子の放射光が効率よく測定対象物に当てられないことが起こる。また、単なる平面配置のために、発光素子から測定対象物へ入射する光の進路と、測定対象物から反射して受光素子に入る光の進路とは一致せず、ある傾き角度を有することになる。このため、反射型光センサと測定対象物との距離が変動すると、発光素子から測定対象物に入射した光が効率よく受光素子に集められなくなることが起こる。
【０００３】
特許文献１には、基板に大型の受光素子を実装し、小型の発光素子を受光素子の上面中央部に積み重ねて実装し、透光性の樹脂で封止する技術が開示されている。この場合、発光素子と受光素子とは平面配置ではなく、中央部の発光素子から光が放射され、周辺の受光素子により反射光が効率よく検出される。また、透光性の樹脂は、発光素子の部分を封止する樹脂Ａと、発光素子の周囲の受光素子部分を封止する樹脂Ｂとからなり、樹脂Ａの底面と側面には発光素子からの光が受光素子の方にもれないように遮光膜が設けられ、ノイズを防いでいる。
【０００４】
また、本願発明者は、特許文献２において、基板中央に発光素子を設け、受光素子の受光面中央に発光素子に対応する貫通穴を設け、この穴に導光体を挿通し、発光素子からの光を測定対象物に当て、その反射光を受光素子面で受けるようにした反射型光センサを提案している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２６３８２号公報
【特許文献２】特開２００４−６１４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術のうち、特許文献１の技術によれば、反射型光センサの性能の向上が期待できるが、透光性の樹脂を２種類要し、また、その底面や側面に遮光膜を設ける等樹脂の複雑な加工を要し、構造が複雑となる。
【０００７】
また、特許文献２に開示される提案によれば、導光体を用いるため、従来技術のような複雑な樹脂の加工を必要としない。その一方で受光素子の中央に貫通穴を設けることが必要となる。半導体素子である受光素子に貫通穴を設けるには、例えばウエットエッチング又はドライエッチングあるいはレーザ加工を用いることができるが、ウエットエッチングはエッチング液やエッチングレートの管理が難しく、ドライエッチングはエッチングレートが低く貫通穴を得るのに時間がかかる。またレーザ加工は時間がかかる上に、１穴ずつの加工となり、生産性がよくない。
【０００８】
このように、反射型光センサにおいて、発光素子から放射される光を効率よく測定対象物に当て、測定対象物からの反射光を効率よく受光素子に集めて性能を向上させるためには、従来技術では複雑な構造やそれに伴う複雑な加工を要している。また、これにより、反射型光センサを用いて対象物の特性を計測することにも不便を生じている。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構成で、発光素子から放射される光を効率よく測定対象物に当て、測定対象物からの反射光を効率よく受光素子に集めて性能を向上させる反射型光センサを提供することである。また、本発明の他の目的は、反射型光センサを用いて対象物の特性を計測する特性計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る反射型光センサは、光を放射する発光デバイスと、反射体又は導光材料で構成され、一方端で発光デバイスの放射する光を受け、他方端でその光を外部に放射する導光体と、平行な隙間を隔てて互いに向かい合う辺で導光体の他方端を挟み、導光体から外部の対象物に当たって反射する反射光を受ける少なくとも２つの受光素子を含む受光デバイスと、を備え、導光体の光軸と、受光デバイス全体としての光軸とが略一致することを特徴とする。
【００１１】
また、発光デバイスは、引出電極が設けられる表面の反対側の裏面が導光体の一方端に取り付けられ、導光体は、発光デバイスの裏面から放射される光を他方端に導くことが好ましい。
【００１２】
また、導光体は、導光方向に垂直の断面が幅の狭い平行部分を含む形状を有し、受光デバイスの少なくとも２つの受光素子は、導光体の幅の狭い平行部分の両側壁に沿って互いに向かい合う辺が配置されることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、導光体の幅の狭い平行部分の両側壁と各受光素子との間に挟まれて配置されるフィルム状又は薄板状の遮光材を備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る反射型光センサにおいて、発光デバイス又は受光デバイスの少なくとも一方が、相互に異なる波長帯特性を有する複数の素子からなるデバイスであることが好ましい。また、発光デバイスは、広い波長範囲の発光特性を有し、受光デバイスは、波長帯により受光特性が互いに異なる複数の受光素子を有することが好ましい。また、発光デバイスは、波長帯により発光特性が互いに異なる複数の発光素子を有し、受光デバイスは、広い波長範囲の受光特性を有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る反射型光センサを用いる特性計測装置は、発光デバイス又は受光デバイスの少なくとも一方が、相互に異なる波長帯特性を有する複数の素子からなり、測定対象物に光を当て、異なる検出波長帯ごとに反射率を検出する反射型光センサと、反射型光センサにより測定対象物に光を当て、得られる反射率の各検出波長帯におけるデータに基づいて測定対象物の特性を求める特性計測部と、を備え、反射型光センサは、光を放射する発光デバイスと、反射体又は導光材料で構成され、一方端で発光デバイスの放射する光を受け、他方端でその光を外部に放射する導光体と、平行な隙間を隔てて互いに向かい合う辺で導光体の他方端を挟み、導光体から外部の対象物に当たって反射する反射光を受ける少なくとも２つの受光素子を含む受光デバイスと、を備え、導光体の光軸と、受光デバイス全体としての光軸とが略一致することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る特性計測装置において、測定対象物は、検体がかけられることで発色する呈色試験紙であり、特性計測部は、検体がかけられた呈色試験紙の反射率の各検出波長帯における時間変化に基づいて検体の特性を求めることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る特性計測装置において、特性計測部は、呈色試験紙に検体がかけられてからの反射率の時間変化データを各検出波長帯ごとに求める手段と、呈色試験紙の呈色変化について、検体の異なる特性ごとに、かつ複数の検出波長帯ごとに、標準となる反射率の時間変化データを保持する手段と、求められた反射率の時間変化データと、標準の反射率の時間変化データとの比較に基づき、検体の特性を特定する比較特定手段と、を有することが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る特性計測装置において、比較特定手段は、複数の検出波長帯の中で、検体の特性の相違により反射率の時間変化の度合いが大きい検出波長帯のデータを用いて比較を行い検体の特性を特定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成により、少なくとも２つの受光素子は、平行な隙間を隔てて互いに互いに向かい合う辺で、導光体の光が外部に放射される導光体の他方端を挟む。すなわち、受光素子の導光体に面するところは直線状であり、特別な形状加工を要しない。
【００２０】
そして、発光デバイスからの光は、受光素子の間を導光体に導かれて外部に放射されて測定対象物に当たり、測定対象物からの反射光は、そのまま受光素子により受け取られる。ここにおいて、受光デバイスを構成する受光素子は導光体の両側面に配置されるので、受光デバイス全体の光軸は、受光デバイス全体の略中心となり、これが導光体の光軸の略中心に配置される。このように、発光デバイスから導光体を介し外部に放射される入射光の光軸と受光デバイスへの反射光の光軸とは、略同軸に配置される。したがって、反射型光センサと測定対象物との距離が変動しても、受光レベルの変動を少なくできる。すなわち、簡単な構成で、発光デバイスから放射される光を効率よく測定対象物に当て、測定対象物からの反射光を効率よく受光デバイスに集めて性能を向上させることができる。
【００２１】
また、発光デバイスは、裏面側で導光体の一方端に取り付けられるので、光の経路を妨げる発光デバイスの表面の引出電極あるいは引出電極からの引き出しワイヤ配線の影響をなくし、発光デバイスの放射する光を効率よく導光体に入射することができる。
【００２２】
また、導光体は、幅の狭い平行部分を含む断面形状、つまり細長い矩形又は細長い長円形等の断面形状を有し、この幅の狭い平行部分の両側壁に沿って、受光素子の向かい合う辺が配置される。したがって、導光体の他方端からは、細長い線光源状に絞られた光が外部に向けて放射されて測定対象物に当たり、測定対象物からの反射光は、そのまま、導光体の平行側壁の両側に配置される受光素子に受け取られ、簡単な構成で、受光素子の光を効率よく対象物にあて、効率よく受光素子で受け取ることができる。
【００２３】
また、導光体の両側壁と各受光素子との間にフィルム状又は薄板状の遮光材を備えるので、遮光材の複雑な加工を要することなく、単にフィルム又は薄板を平行部分のところに挟む簡単な構成で、導光体から各受光素子への光の漏れを抑制できる。
【００２４】
また、発光デバイス又は受光デバイスの少なくとも一方が、相互に異なる波長特性を有する複数の素子からなるので、測定対象物の反射特性について波長特性を異ならせて測定をすることが１つの反射型光センサによって可能となる。この構成には、発光デバイスを広い波長範囲の発光特性とし、受光デバイスを波長帯によって受光特性が異なる複数の受光素子を有するものとしてもよい。この場合には、例えば、導光体の両側に配置される少なくとも２つの受光素子についてそれぞれの受光特性を異ならせればよいので、簡単な構成ですむ。また、別の構成として、発光デバイスを波長帯により発光特性が異なる複数の発光素子を有するものとし、受光デバイスを広い波長範囲の受光特性を有する１種類の受光素子を用いるものとすることもできる。この場合には、受光デバイス全体を異なる波長帯のいずれの検出にも用いることができ、受光レベルを大きく取ることができる。
【００２５】
また、反射型光センサを用いる特性計測装置は、発光デバイス又は受光デバイスの少なくとも一方が、相互に異なる波長特性を有する複数の素子からなる反射型光センサを用いる。そして、測定対象物に光をあて、異なる検出波長ごとに反射率を検出し、そのデータに基づき、測定対象物の特性を求める。
【００２６】
ここで、反射型光センサは、発光デバイスと、発光デバイスの放射する光を外部に導く導光体と、平行な隙間を隔てて互いに向かい合う辺で導光体の他方端を挟み、導光体から外部の対象物に当たって反射する反射光を受ける受光デバイスとを含み、導光体から導かれた光が対象物に当たって反射してくる光を受光デバイスで受け取る反射型光センサであって、導光体の光軸と受光デバイス全体の光軸とが略一致するものである。
【００２７】
従来の反射型光センサでは、単なる反射率を検出することが多く、異なる検出波長ごとに反射率を効率よく検出するためにはより複雑な構成を要している。上記構成では、発光デバイスの光軸と受光デバイスの光軸とが略一致するので、簡単な構成で異なる検出波長ごとに反射率を効率よく検出できる。
【００２８】
また、測定対象物は検体がかけられることで発色する呈色試験紙であり、異なる検出波長ごとの反射率の時間変化に基づいて検体の特性を求める。呈色試験紙の例は、ｐＨ試験紙、尿糖試験紙等である。これらは、検体がかけられることで色が変化するので、異なる検出波長ごとの反射率の検出、特にその時間変化の検出により、検体の特性、例えばそのｐＨや尿糖値等を求めることができる。
【００２９】
また、異なる検出波長ごとの反射率の時間変化についての標準を予め保持し、これと実際の測定データとを比較するので、容易に検体の特性を求めることができる。
【００３０】
ところで、呈色試験紙によっては、検体の特性の相違により反射率の時間変化の度合いが検出波長帯により異なることがある。例えば、ｐＨ試験紙において、酸性の検体がかけられるときはそのｐＨの相違によりオレンジ系の波長帯において反射率の時間変化の度合いが大きく変化する。しかし、青系の波長帯においてはｐＨが相違しても反射率の時間変化の度合いはほとんど変化しない。一方で、アルカリ性の検体がかけられるときはそのｐＨの相違により青系の波長帯において反射率の時間変化の度合いが大きく変化する。しかし、オレンジの波長帯においてはｐＨが相違しても反射率の時間変化の度合いはほとんど変化しない。
【００３１】
上記構成により、複数の検出波長帯の中で、検体の特性の相違により反射率の時間変化の度合いが大きい検出波長帯のデータを用いて比較を行う。したがって、検体の特性に応じ、検出感度の大きい検出波長帯のデータを用いるので、検体の特性の特定がより容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。最初に反射型光センサにつき説明し、次いで、その反射型光センサを用いる特性計測装置について説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１（ａ）は、反射型光センサ１０の平面図で、平面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図を図１（ｂ）に、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図を図１（ｃ）に示す。反射型光センサ１０は、発光素子２０が配置される下基板１２と、下基板１２の上面に配置され、発光素子２０と導光体３０とが収納される穴１１を有する中間材１３と、中間材１３の上面に配置され、一対の受光素子５０ａ，５０ｂが配置される上基板１４と、封止枠１６と、封止枠１６の内部の透光性樹脂１８を含んで構成される。
【００３４】
下基板１２は、その上面に発光素子２０を実装し、図示されていないが発光素子２０の外部端子及び増幅回路等を備える回路基板である。すなわち、その上面には発光素子２０をダイボンディングし、発光素子２０の下部電極に接続されるパッドと、発光素子２０の上部電極に対応するパッドとが設けられ、その間は図示されていないワイヤにより接続される。これらのパッド、上基板１４との接続部、外部端子等の間は配線パターンで接続される。具体的には、数ｍｍ角の平面寸法を有する厚さ約０．５−１ｍｍのガラスエポキシ基板や、セラミック基板を用いることができる。
【００３５】
中間材１３は、適当な厚みを有し、その中央部に貫通する穴１１を有する部材で、貫通する穴１１には段差が設けられ、その段差で導光体３０を支持する機能を有する。また、穴の底面は、導光体を下基板１２と組み合わせたときに、発光素子２０及びパッドやワイヤが中間材１３の壁部に干渉しない大きさに設定される。図１（ｂ），（ｃ）に示すように、導光体３０の底面は、発光素子２０とは接していない。かかる中間材１３は、厚さ数ｍｍ程度の樹脂成形品を用いることができる。穴１１の内側面は滑らかな表面とし、反射膜でコーティングされることが好ましい。例えば、アルミニウム薄膜を蒸着等で穴１１の内側面を覆うことで、反射膜とすることができる。
【００３６】
上基板１４は、中央に幅の狭い平行部分を有する長円形の穴１５を有し、その上面に一対の受光素子５０ａ，５０ｂを実装し、図示されていないが受光素子５０ａ，５０ｂの外部端子を備える回路基板である。なお、受光素子５０ａ，５０ｂの外部端子は、上基板１４に設ける代わりに、上基板１４と中間材１３にそれぞれスルーホール等を設け、下基板１２に引出して設けるものとしてもよい。
【００３７】
長円形の穴１５は、導光体３０の上部を通すための穴で、その形状寸法は、後述する遮光材４０が配置できるように、導光体３０の上部の形状寸法より若干大きめに設定される。また、上基板１４の上面には、この長円形の穴１５の両側に、穴１５の平行部分に平行となるように、受光素子５０ａ，５０ｂをダイボンディングし受光素子５０ａ，５０ｂの下部電極に接続されるパッドが配置される。つまり、一対の受光素子５０ａ，５０ｂは、長円形の穴１５の両側に、その平行部分と受光素子５０ａ，５０ｂの辺の方向とを揃えるように配置される。そして、長円形の穴１５における平行部分の長さは、これに沿って配置される受光素子５０ａ，５０ｂの辺の長さとほぼ同程度に設定される。例えば、各受光素子５０ａ，５０ｂの平面寸法を３ｍｍ×１．５ｍｍとすれば、長円形の穴１５における平行部分の長さを約３ｍｍとし、狭い幅の寸法を約０．３ｍｍから約０．５ｍｍ程度とすることができる。
【００３８】
また、上基板１４の上面には、受光素子５０ａ，５０ｂの上部電極との間をワイヤにより接続するためのパッドが設けられる。かかる上基板１４の材料は下基板１２と同じものを用いることができる。
【００３９】
封止枠１６は、一対の受光素子５０ａ，５０ｂ及びそのワイヤ等を保護する透光性樹脂１８の外形を定める枠で、薄肉のプラスチック枠又は金属枠等を用いることができる。図１の例では上基板１４の上面に配置されるものとしたが、上基板１４の周囲に配置してもよい。透光性樹脂１８は、例えばエポキシ樹脂等を用いることができる。透光性樹脂１８の厚みは、導光体３０の頂部の光放射口がわずかに突き出るように設定される。その突き出し量は、例えば０．１ｍｍ程度とすることができる。
【００４０】
導光体３０は、発光素子２０の発光面から放射される光を集めて外部に導く機能を有する光学部品である。具体的には、凸レンズ状の曲率を有し発光素子２０に向かい合う底部と、上基板１４の穴に通され外部に光を導く上部とから構成される。上部特に、上基板１４の穴に通される部分の断面形状は、図１（ａ），（ｃ）に示されるように、幅の狭い平行部分を有する長円形をなす。かかる導光体３０は、その内面側の外気との境界で光を全反射できる適当な屈折率を有する透明樹脂材料を用い、樹脂成形により得ることができる。
【００４１】
また、内面側の外気との境界で全反射しきれない光を導光体３０の外に漏らさないため、導光体３０の上部で外部に向かって光を放射する面と、底部とを除く外表面を金属皮膜で覆うことが望ましい。また、導光体の外表面を金属皮膜で覆うのに代えて、その材料の屈折率を導光体３０の内部側と表面側とで異ならせて内部の光が外に漏れないようにしてもよい。例えば、導光体のコア部分を屈折率が約１．４９のアクリル樹脂成形品を用い、その表面に屈折率約１．３５のフッ素樹脂をクラッド加工により積層したものを用いてもよい。
【００４２】
遮光材４０は、この長円形の穴１５に導光体３０を通すときにできる隙間に対応する形状寸法を有するリング材で、導光体３０から漏れる光が一対の受光素子５０ａ，５０ｂに回り込むことを防止する機能を有する。かかる遮光材４０は、金属又は遮光性のある樹脂材料を用いて成形して得ることができる。
【００４３】
発光素子は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。小型のＬＥＤの場合、その寸法は、約０．２〜０．５ｍｍ角程度である。
【００４４】
各受光素子５０ａ，５０ｂには、例えばフォトダイオードあるいはフォトトランジスタを用いることができる。フォトダイオードの場合はＰＮ接合の２端子の一方が下部電極となり他方が上部電極となる。フォトトランジスタの場合は、ベースを受光部としてコレクタが下部電極、エミッタを上部電極とすることができる。各受光素子５０ａ，５０ｂの平面形状は、矩形とすることができ、従来技術のように、中央部に発光素子を配置し、あるいは貫通穴を形成する必要もなく、ごく一般的な形状の受光素子をそのまま用いることができる。
【００４５】
かかる構成の反射型光センサ１０の作用を以下に説明する。図２は、反射型光センサ１０から測定対象物８に光を当て、測定対象物８から反射される光を反射型光センサ１０で受け止める様子を示す図で、図２（ａ）は、図１（ｂ）の断面図に対応し、図２（ｂ）は、図１（ｃ）の断面図に対応する。
【００４６】
図示されていない制御部から下基板１２を介して発光素子２０に発光制御信号が供給されると、発光素子２０は光を放射する。放射された光の経路は破線で示す。放射された光は、直接導光体３０の凸レンズ状底部に当たり、あるいは中間材１３の穴１１の内面における反射面により反射され導光体３０の凸レンズ状底部に当たる。そして、導光体３０の底部から内部に入った光は、凸レンズ状形状の作用と、導光体３０の材質の屈折率と外気の屈折率との差あるいは金属被膜のコーティングの効果により、導光体３０の内面側の外気との境界で反射しつつ、導光体３０の上部に集められる。
【００４７】
導光体３０の上部に集められた光は、断面が幅の狭い平行部分を有する長円形部分を通り、線光源状となって外部に放射され、測定対象物８に当てられる。測定対象物８にあたった光は、測定対象物８の光吸収率や反射率等の影響を受け、反射光として、受光素子５０ａ，５０ｂに向けて返される。受光素子５０ａ，５０ｂは、反射光を受け、電気信号に変換して、上基板１４を介して図示されていない計測装置に出力する。
【００４８】
このように、発光素子２０からの光を導光体３０で外部に導くに当たり、断面形状が幅の狭い平行部分を有する上部を有する導光体３０を用い、この平行部分に沿って受光素子５０ａ，５０ｂを配置したので、ごく一般的な矩形形状の受光素子５０ａ，５０ｂを用いることができる。また、一対の受光素子５０ａ，５０ｂ全体を１つの受光デバイスとするときに、受光デバイスの光軸と発光素子の光軸を略一致させることができる。したがって、簡単な構成で、発光素子から放射される光を効率よく測定対象物に当て、測定対象物からの反射光を効率よく受光素子に集めて性能を向上させることができる。
【００４９】
上記において、遮光材は、導光体３０と受光素子５０ａ，５０ｂとの間に配置されるリング材として説明したが、単にフィルム状あるいは薄板状の材料を用いることもできる。図３は、金属シートを遮光材として用いる反射型光センサ６０の例を示すもので、図３（ａ）は平面図、（ｂ）は、図１（ｂ）に対応する断面図である。図４は、図３（ｂ）のＣ部分の拡大図である。図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。この反射型光センサ６０では、金属シート４２ａ、４２ｂを用い、これを導光体３０の平行部分の外壁と受光素子５０ａ，５０ｂの側面との間に挟み、適当な接着材で固定する。金属シート４２ａ，４２ｂを挟む長さは、導光体３０に向かい合う受光素子５０ａ，５０ｂの辺の長さ程度がよい。かかる金属シート４２ａ，４２ｂとしては、ごく一般的なアルミニウム箔等を用いることができる。
【００５０】
このように、導光体３０と受光素子５０ａ，５０ｂの間は、直線的な隙間であるので、特別な形状加工を用いなくとも、単に遮光性のあるシート、あるいは薄板を挟むのみで、導光体３０と受光素子５０ａ，５０ｂとの間の遮光を確保することができる。
【００５１】
上記において、発光素子は、下基板１２の上面に実装され、発光素子の裏面の下部電極は下基板１２にダイボンディングされ、発光素子の表面の上部電極はワイヤにより下基板１２のパッドに接続されるものとして説明した。発光素子として代表的なＬＥＤは、このように、表面側から放射される光を用いることが多い。そして、光をできるだけ表面側から放射するように、裏面側の下部電極は反射のよい金属膜が用いられる。これに対し、発光素子の裏面側から光を取り出すこともできる。
【００５２】
図５、図６は、そのような反射型光センサ７０の平面図と断面図である。この反射型光センサ７０は、光が外部に出る他方端の断面形状が略矩形の導光体７２を備え、導光体７２の一方端には直接発光素子７４の裏面が取り付けられる。導光体７２は、基板７６に設けられた貫通穴にはめ込まれて保持される。貫通穴の形状は、略矩形としてもよく、あるいは円形としてもよい。導光体の一方端側の形状も貫通穴の形状に合わせられる。導光体７２の他方端は、図１、図３と同様に、幅の狭い平行部分を含む断面形状であり、その幅の狭い平行部分の両側壁に、略矩形の２つの受光素子５０ａ，５０ｂの互いに向かい合う辺が配置される。そして、導光体７２の両側壁と、２つの受光素子５０ａ，５０ｂの向かい合う辺との間には、遮光材となる金属シート４２ａ，４２ｂが挟まれて設けられる。なお、この例では、封止枠７８の形状が、受光素子５０ａ，５０ｂ及び導光体７２、金属シート４２ａ，４２ｂの位置決めがしやすいものとされている。また、発光素子７４及びその表面側からのワイヤ等を保護するため、適当な樹脂がコーティングされる。
【００５３】
発光素子７４は半導体素子であるので、これを直接導光体７２に取り付けるにあたっては、発熱静電気等の影響を考慮する必要がある。好ましくは、導光体７２は発熱、帯電しない材料で構成するのがよい。また、常時発光するのでなく、後述のように検体特性計測装置において用いられるように、測定の必要なときに断続的に点灯する条件のもとでは、この発熱防止、帯電防止の条件を緩和することができる。実際に断続点灯条件で実験したところ、一般的な樹脂材料の導光体であっても、発光素子は破壊しない。静電気の心配を軽減するために、適当な除電装置、例えば除電イオン発生装置を反射型光センサ７０のために用いてもよい。
【００５４】
図５、図６のように、導光体７２に直接発光素子７４の裏面を取り付け、発光素子７４の裏面発光を利用することで、発光素子７４の表面側の引出電極、引出ワイヤによる光の通路の障害がなくなり、実験によれば、従来の表面発光の利用に比べ、対象物に当てる光の強さが約１０〜１５％改善される。
【００５５】
図５、図６のように、発光素子７４の裏面を導光体７２に直接取り付ける場合は、裏面発光が直接導光体に入るので、発光素子７４が取り付けられる導光体の一方端側の形状も発光素子７４の大きさに合わせたほうがよい。例えば、円筒状あるいは角柱状のものを用いることができる。また、受光素子５０ａ，５０ｂに挟まれる導光体の他方端の形状も、一方端の形状のまま延ばしてもよい。上記の例では、単に、円筒状あるいは角柱状の導光体を用い、一方端に発光素子７４の裏面を取り付け、他方端の両側に受光素子５０ａ，５０ｂを配置し、必要ならば遮光材である金属シート４２ａ，４２ｂを挟み、他方端より外部の対象物に対し光を放射するようにすることができる。この場合でも、導光体は、受光素子５０ａ，５０ｂの平行な隙間を隔てて互いに向かい合う辺で挟まれればよく、受光素子５０ａ，５０ｂは略矩形の形状でよく、特別な加工を要しない。また、導光体の光軸と、受光デバイス全体の光軸とは略一致するので、対象物に当てられた発光素子７４の光を対象物と受光素子５０ａ，５０ｂとの間の距離の影響を受けずに、効率よく受光素子５０ａ，５０ｂで受け止めることができる。
【００５６】
上記において、１つの発光素子、２つの受光素子として説明し、これらの波長特性については特にふれていない。測定対象物の反射率の概略を測定するには、発光素子は広い波長範囲の発光特性を有し、受光素子は広い波長範囲の受光特性を有するものとして十分である。ここで、反射率について相互に異なる波長帯特性が測定できれば、測定対象物の特性をより詳細に知ることができる場合がある。
【００５７】
例えば、図１において、２つの受光素子５０ａ，５０ｂを、波長帯により受光特性が互いに異なるものとすることができる。具体的には、一方の受光素子５０ａを６５０ｎｍ帯のオレンジ系の波長で受光感度が高いフォトダイオードとし、他方の受光素子５０ｂを５３０ｎｍ帯の緑色系の波長で受光感度が高いフォトダイオードとすることができる。
【００５８】
図７は、４つの受光素子５１，５２，５３，５４を組合せた受光デバイスを用いる例を示す図である。各受光素子５１，５２，５３，５４は、波長帯により受光特性が互いに異なるものが選ばれる。例えば、受光素子５２を６５０ｎｍ帯のオレンジ系の波長で受光感度が高いフォトダイオードとし、受光素子５３を５３０ｎｍ帯の緑色波長で受光感度が高いフォトダイオードとし、他の２つの受光素子５１，５４を赤色、青色に受光感度が高いものとすることができる。なお、受光デバイスを構成する受光素子の波長帯特性の数は、２種類、４種類以外であってもよい。
【００５９】
受光デバイスを複数の受光素子で構成し、それぞれが波長帯により受光感度が異なるものとするときは、発光素子を広い波長範囲の発光特性を有する１種類のものを用いることができる。逆に、発光デバイスを複数の発光素子で構成し、それぞれが波長帯により受光感度が異なるものとしてもよい。図８は、発光デバイスを２つの発光素子２１，２２で構成し、例えば一方の発光素子２１を６５０ｎｍ帯で発光特性がよいオレンジ系のＬＥＤとし、発光素子２２を５３０ｎｍ帯で発光特性がよい緑色ＬＥＤとする例を示すものである。この場合は、受光デバイスを構成する２つの受光素子５０ａ，５０ｂは、広い波長範囲の受光特性を有する１種類のフォトダイオード等を用いることができる。そして、２つの発光素子２１，２２を時分割等の技術で、発光タイミングを変え、そのタイミングで受光素子５０ａ，５０ｂが反射光を受け取れば、２つの異なる波長帯における反射率特性を得ることができる。なお、発光デバイスを構成する発光素子の波長帯特性の数は、２種類以外であってもよい。
【実施例２】
【００６０】
次に、かかる反射型光センサを用いて光を測定対象物に当て、戻ってくる光を検出して測定対象物の特性を計測する特性計測装置について説明する。上記の反射型光センサは、そのまま特性計測装置に組み込むことができるが、特に、発光デバイス又は受光デバイスの少なくとも一方が、相互に異なる波長帯特性を有する複数の素子からなり、測定対象物に光を当て、異なる検出波長帯ごとに反射率を検出する反射型光センサを用いるときにすぐれた特徴を発揮するので、以下ではそのタイプの反射型光センサを用いる特性計測装置について説明する。
【００６１】
相互に異なる検出波長帯を有する反射型光センサは、例えば測定対象物の特性の相違に応じて反射光の色調が変る場合の特性計測に用いることができる。そのような測定対象物として、検体がかけられることで発色し、検体の特性に応じて色調を変えて教える呈色試験紙が知られている。代表的なものは、ｐＨ試験紙である。周知のようにｐＨ試験紙に検体をかけると、検体が酸性のときはオレンジ系に発色し、アルカリ性のときは青系に発色する。
【００６２】
最初に、ｐＨ試験紙に検体をかけ、その色調の変化を検出して検体のｐＨを特定する特性計測装置において、相互に異なる検出波長帯を有する反射型光センサを用いることができる背景を説明する。その後に、具体的な反射型光センサを用いる特性計測装置の構成、作用を説明する。
【００６３】
図９は、ｐＨ試験紙におけるｐＨの相違による呈色の変化を表わす図であり、この例では、ｐＨ５からｐＨ９までの相違に対し、オレンジ系の呈色から青系の呈色に激しく変化することが示されている。したがって、肉眼で定性的に見る分には、酸性かアルカリ性か判別が容易である。しかし、これを反射率の相違で区別するには問題がある。
【００６４】
図１０は、図９のｐＨ試験紙の呈色変化を、横軸に光の波長、縦軸にその波長における反射率をとり、ｐＨの相違による波長特性を実験的に求めたものである。このように、波長特性は、ｐＨの相違により複雑な変化をしていることがわかった。例えば、波長４５０ｎｍでは、ｐＨ９の検体がかけられたときが最も反射率が大きく、ｐＨ５の検体がかけられたときが最も反射率が小さい。これに対し、波長６５０ｎｍでは、ｐＨ５の検体がかけられたときが最も反射率が大きく、ｐＨ９の検体がかけられたときが最も反射率が小さい。また、波長５００ｎｍから５５０ｎｍの範囲では、ｐＨの大小の変化に対し反射率の大小の変化が一方向ではなく、変化の順序が入り乱れている。
【００６５】
このように、検出波長帯をどのようにとるかにより、ｐＨの大小の変化に対する反射率の大小の変化についての順序が大きく異なる。したがって、単なる反射率の大小の比較では、検体のｐＨを区別することが困難である。
【００６６】
しかし、図１０のデータを詳細に検討することで、次のような方法が可能であることがわかる。例えば、尿糖成分の分析に用いられる試験紙は、青系から緑系の波長を用いるのが便利であるが、例えば波長５３０ｎｍに注目すると、ｐＨ６以下についてｐＨの大小と反射率の大小の順序が入り乱れるが、ｐＨ７以上ではｐＨが大きいほど反射率は低くなる。一方、ＬＥＤとしてよく用いられるオレンジ系の波長、例えば６５０ｎｍに注目すると、ｐＨ８以上ではｐＨの相違による反射率の変化が飽和に近いが、ｐＨ７以下では、ｐＨが小さくなるほど反射率は大きくなる。
【００６７】
換言すれば、ｐＨの小さい酸性の検体がかけられるときはそのｐＨの相違によりオレンジ系の波長帯において反射率が一方向に変化し、ｐＨの大きいアルカリ性の検体がかけられるときはそのｐＨの相違により青系の波長帯において反射率が一方向に変化する。それ以外では、ｐＨの相違による反射率の変化は使いにくい。したがって、ｐＨの変化の全域に渡って１つの検出波長帯を用いるのではなく、ｐＨの小さいところで使いやすい検出波長帯と、ｐＨの大きいところで使いやすい検出波長帯を補完して用いるようにすれば、より詳細に検体のｐＨを検出することができることになる。
【００６８】
呈色試験紙の発色は、時々刻々変化する。したがって、発色が飽和したときの状態を検出して検体の特性を評価することもできるが、飽和まで待つのは時間がかかる上に、飽和の定義も面倒である。そこで、検体がかけられたときからの時間を定めて、呈色の時間変化を比較するほうが迅速でかつ定量的な処理に適する。そこで、ｐＨ試験紙に検体がかけられたときからの時間を測定し、そのときの反射率の時間変化を調査した。その結果を定性的に図１１、図１２に示す。
【００６９】
図１１、図１２は、横軸に検体がｐＨ試験紙にかけられたときからの時間を取り、縦軸に反射強度を取って反射強度の時間変化を示すものである。時刻Ｔ１と時刻Ｔ２との間は約１秒である。反射強度は、広い波長範囲の発光特性を有する発光素子からｐＨ試験紙に光を当て、その反射光を青系の検出波長帯λ１で受光感度がよいフォトダイオードと、オレンジ系の検出波長帯λ２で受光感度がよいオレンジ系検出用フォトダイオードとで同時に受け止め、その出力電圧値を規格化して示してある。規格化は、検体をかけないときの反射強度が同じになるようにした。図１１は、ｐＨが小さい酸性の検体をｐＨ試験紙にかけた場合、図１２は、ｐＨが大きいアルカリ性の検体をｐＨ試験紙にかけた場合の様子を示す。青系の検出波長帯λ１としては、例えば５３０ｎｍを、オレンジ系の検出波長帯λ２としては、例えば６５０ｎｍである。
【００７０】
図１１からは、ｐＨが小さい酸性の検体をｐＨ試験紙にかけた場合、オレンジ系の検出波長帯λ２においてｐＨの相違により反射率の時間変化の差異がはっきり見られるが、青系の検出波長帯λ１においてはｐＨの相違による反射率の時間変化がほとんど同じで差異が認めにくい。一方、図１２からは、ｐＨが大きいアルカリ性の検体をｐＨ試験紙にかけた場合、青系の検出波長帯λ１においてｐＨの相違により反射率の時間変化の差異がはっきり見られるが、オレンジ系の検出波長帯λ２においてはｐＨの相違による反射率の時間変化がほとんど同じで差異が認めにくい。
【００７１】
図１１、図１２の結果をまとめたものを図１３に示す。ここでは検体のｐＨの相違により、反射率の時刻Ｔ１と時刻Ｔ２との間の変化率を、検出波長帯ごとに示してある。反射率の時間変化率は、時刻Ｔ１における反射率を基準として求めてある。図１３に示されるように、青系の検出波長帯帯λ１においては、ｐＨの小さいところでは反射率の時間変化に差異がないが、ｐＨが大きくなると、反射率の時間変化に差異がでてくる。一方、オレンジ系の検出波長帯帯λ２においては、ｐＨの大きいところでは反射率の時間変化に差異がないが、ｐＨが小さくなると、反射率の時間変化に差異がでてくる。すなわち、ｐＨの大きい検体については青系の検出波長帯帯λ１における反射率の時間変化を用い、ｐＨの小さい検体についてはオレンジ系の検出波長帯帯λ２における反射率の時間変化を用いることで、ｐＨの相違を容易に検出できるはずである。
【００７２】
したがって、例えば、ｐＨ試験紙に予めわかっているｐＨの液をかけ、時間とともに変化する反射率について、所定時間の色に対応する色のカラーサンプルを作っておく。そして、後述するティーチング方法のように、２つの検出波長帯を有する反射型光センサを用いて、そのカラーサンプルの反射率を測定し、図１３のような標準テーブルを作成する。つぎに同じ反射型光センサを用いて、未知の検体をｐＨ試験紙にかけ、その反射率の時間変化の結果を標準テーブルと比較する構成とすることで、検体のｐＨを特定する装置とできる。例えば、反射率の時間変化率の実測データが、青系の検出波長帯λ１で３５％、オレンジ系の検出波長帯λ２で５０％とすれば、図１３と比較し、青系の検出波長帯λ１のデータを補間して、ｐＨ＝７．５と特定できる。別の検体について、青系の検出波長帯λ１で５０％、オレンジ系の検出波長帯λ２で２５％とすれば、図１３と比較し、オレンジ系の検出波長帯λ２のデータを補間して、ｐＨ＝４．５と特定できる。
【００７３】
ｐＨ試験紙以外にも検体特性の相違を色調変化で教える呈色試験紙がある。例えば、図１４に示すように、赤紫から青紫の色調変化で尿糖値の変化を示す尿糖成分試験紙が用いられている。この場合も、ｐＨ試験紙と同様に扱うことができる。
【００７４】
このようにして、検体の特性の相違により発色の色調が変化する呈色試験紙を用いるときは、複数の検出波長帯における反射率を検出し、各検出波長帯における反射率の時間変化に基づくことで、より詳細に検体の特性を特定できることがわかる。以下に、複数の検出波長帯を有する反射型光センサを用いる特性計測装置の具体的構成とその作用について説明する。
【００７５】
図１５は、検体特性計測装置１１０の検体特性計測に関するブロック図である。反射型光センサ１０は、発光素子２０と、発光素子２０から放射される光を外部に導く導光体３０と、導光体３０から放射され呈色試験紙１００の試験片１０２に当たって戻される光を受け取る受光素子５０ａ，５０ｂを含んで構成される。これは、図１で説明したものにおいて、２つの受光素子５０ａ，５０ｂを、波長帯により受光特性が互いに異なるものとしたものと同じである。例えば、一方の受光素子５０ａを青色系の検出波長帯λ１を有するフォトダイオードとし、他方の受光素子５０ｂをオレンジ系の検出波長帯λ２を有するフォトダイオードとして用いる。フォトダイオードに代えてフォトトランジスタを用いることもできる。
【００７６】
制御部１２０は、ＣＰＵ１２２と、発光素子２０とのインターフェース回路である発光Ｉ／Ｆ１２４と、検出波長帯λ１の受光素子５０ａとの間のインターフェース回路であるλ１Ｉ／Ｆ１２６と、検出波長帯λ２の受光素子５０ｂとの間のインターフェース回路であるλ２Ｉ／Ｆ１２８と、計測結果を表示する小型ディスプレイ１１８とのインターフェース回路である表示Ｉ／Ｆ１３０と、図１３で説明した内容の標準テーブルを記憶する記憶部１３２とを含んで構成される。これらの各要素は、内部バスで接続される。
【００７７】
制御部１２０のＣＰＵ１２２は、標準テーブルを予め作成するためのティーチング部１４０の機能と、標準テーブルと比較して検体の特性を特定する特性計測部１４２の機能を含んで構成される。これらの機能はソフトウエアによって実現することができ、具体的には対応する検体特性計測プログラムを実行することで実現できる。また、各機能の一部をハードウエアで実現するように構成してもよい。
【００７８】
かかる構成の作用、特にＣＰＵ１２２の各機能の内容に付き、図１６、図１７のフローチャートを用いて説明する。図１６は、標準テーブルを作成するティーチングの手順のフローチャートであり、ＣＰＵ１２２のティーチング部における処理手順の内容を示すものである。図１７は、特性計測の手順のフローチャートであり、ＣＰＵ１２２の特性計測部における処理手順の内容を示すものである。
【００７９】
標準テーブルは、２つの検出波長帯を有する反射型光センサを用い、予めｐＨの分かっている検体をｐＨ試験紙にかけてその反射率の時間変化を測定することで作成することもできる。しかし、ティーチングは必要に応じ行い、反射型光センサの経時変化等を常に較正できることが好ましい。そこで、ティーチングのたびに検体をｐＨ試験紙にかけるのに代え、予め、各ｐＨにおいて、反射率の時間変化率と等しい値となるカラーサンプルを用意し、このカラーサンプルを２つの検出波長帯を有する反射型光センサで測定してティーチングを行う。カラーサンプルを用意するには、最初にｐＨ試験紙に予めｐＨのわかっている検体をかけ、検体をかけたときからの経過時刻Ｔ１における発色を標準として計測し、それと同じ色になるようにＴ１カラーサンプルを用意し、同様に、検体をかけたときからの経過時刻Ｔ２における発色を標準として計測し、それと同じ色になるようにＴ２カラーサンプルを用意する。すなわち、カラーサンプルは、各ｐＨごとに、Ｔ１カラーサンプルとＴ２カラーサンプルとを１組として用意される。時刻Ｔ１とＴ２は、試験片１０２の発色が急に変化する期間内に設定するのが好ましい。例えば、Ｔ１について検体をかけてから１秒後、Ｔ２をＴ１から１秒後、すなわち検体をかけてから２秒後と設定することができる。以下では、このカラーサンプルを用いるティーチングの手順について説明する。
【００８０】
ティーチング処理においては、まず新しく呈色試験紙を用意する（Ｓ１０）。具体的には、呈色試験紙１００であるｐＨ試験紙を検体特性計測装置１１０にセットする。また、ここで検体特性計測装置１１０の初期設定を行う。初期設定には、２つの受光素子５０ａ，５０ｂの感度調整が含まれる。具体的には、検体がかけられていない呈色試験紙１００を用いて、発光素子２０より光を当て、そのときの２つの受光素子５０ａ，５０ｂの反射率出力値を規格化する感度調整が行われる。これにより、反射率の変化率の算出が規格化されたものとなる。初期設定が終わると、カラーサンプルについての検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２での反射率の測定が行われる。カラーサンプルは、上記のように、各ｐＨごとにＴ１カラーサンプルと、Ｔ２カラーサンプルの２つが用いられる。ここではｐＨの異なるカラーサンプルを順次用いるので、順番ｉで区別する。最初にｉ＝１のカラーサンプルを用意するものとする（Ｓ１２）。具体的には、ｐＨ＝４，５，６，７，８，９に対応して、それぞれＴ１カラーサンプルと、Ｔ２カラーサンプルを１組として備えるものとし、この順序に用いるとすれば、まずｐＨ４のカラーサンプルの１組をｉ＝１として用意する。
【００８１】
そして、Ｔ１カラーサンプルを検体特性計測装置１１０にセットし、検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２での反射率をそれぞれ計測する（Ｓ１４）。具体的には、制御部１２０が発光Ｉ／Ｆ１２４を介して発光素子２０に発光指示を出して、検出窓を通し、Ｔ１カラーサンプルに光を当て、戻ってくる光の反射率をλ１Ｉ／Ｆ１２６及びλ２Ｉ／Ｆ１２８を介して取得する。次に同様にして、Ｔ２カラーサンプルを検体特性計測装置１１０にセットし、検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２での反射率をそれぞれ計測する（Ｓ１６）。
【００８２】
Ｔ１及びＴ２において、それぞれ検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２での反射率が検出され取得されると、これらから検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２における反射率の変化率を算出する（Ｓ１８）。反射率の変化率は、｛（Ｔ２における反射率）−（Ｔ１における反射率）｝／（Ｔ１における反射率）を絶対値の％で表わしたものを用いることができる。算出された結果は記録される（Ｓ２０）。具体的には、記憶部１３２に記憶される標準テーブルの内容として記録される。
【００８３】
そして、特性ｉ＝１のカラーサンプル、すなわちｐＨ４のカラーサンプルについて上記の処理が終われば、ｉ＝２として、次のカラーサンプル、すなわちｐＨ５のカラーサンプルの１組を改めて用意し、上記の処理を行い記録する。これを繰り返し（Ｓ２４）、すべての特性についての記録が完了か否か判断し（Ｓ２２）、すべての記録が完了すればティーチング処理は終了する。これにより、図１３で説明した標準テーブルが完成し、記憶部１３２に記憶される。
【００８４】
次に特性計測の処理手順につき説明する。最初に新しい呈色試験紙１００が用意され、検体特性計測装置１１０の初期設定が行われる。この工程は図１６のＳ１０と同じである。初期設定が終わると、測定対象の検体、すなわちｐＨが未知の検体を呈色試験紙１００の試験片１０２に注ぐ（Ｓ３０）。
【００８５】
そして、図１１、図１２で説明したように、検体をかけてからの経過時刻Ｔ１において検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２での反射率をそれぞれ計測する（Ｓ３２）。具体的には、制御部１２０が発光Ｉ／Ｆ１２４を介して発光素子２０に発光指示を出して、検体がかけられた試験片１０２に光を当て、戻ってくる光の反射率をλ１Ｉ／Ｆ１２６及びλ２Ｉ／Ｆ１２８を介して取得する。同様に、検体をかけてからの経過時刻Ｔ２において検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２での反射率をそれぞれ計測する（Ｓ３４）。時刻Ｔ１とＴ２は、カラーサンプルを用意するときに定めたものと同じにする。例えば、Ｔ１について検体をかけてから１秒後、Ｔ２をＴ１から１秒後、すなわち検体をかけてから２秒後と設定することができる。
【００８６】
次に、図１６で説明したＳ１８と同様に、測定対象の検体につき、検出波長帯λ１及び検出波長帯λ２における反射率の変化率が算出され（Ｓ３６）、標準テーブルと比較される（Ｓ３８）。具体的には記憶部１３２から標準テーブルが読み出され、測定対象の検体についてのデータと比較される。そして、比較の結果に基づき、測定対象の検体の特性が特定される（Ｓ４０）。上記で説明した例で、検出波長帯λ１における反射率変化率が３５％、検出波長帯λ２における反射率変化率が５０％とすれば、図１３の標準テーブルと比較し、検体の特性の相違に対する反射率変化率の大きい方の検出波長帯λ２のデータを補間して、ｐＨ＝７．５と特定する。特定された検体の特性、すなわちｐＨ値は、表示Ｉ／Ｆ１３０を介して小型ディスプレイ１１８に出力される。
【００８７】
このように、検体の特性の相違により発色の色調が変化するｐＨ試験紙のような呈色試験紙について、複数の検出波長帯を有する反射型光センサを用いる特性計測装置によれば、より詳細に検体の特性を特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る実施の形態における反射型光センサの平面図、平面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における反射型光センサから測定対象物に光を当て、反射される光を反射型光センサで受け止める様子を示す断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、金属シートを遮光材として用いる反射型光センサの例を示す平面図、断面図である。
【図４】図３のＣ部分の拡大図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、発光素子の裏面を導光体に取り付けて用いる反射型光センサの例を示す平面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、発光素子の裏面を導光体に取り付けて用いる反射型光センサの例を示す断面図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、波長帯により受光特性が互いに異なる４つの受光素子を用いる例を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、波長帯により発光特性が互いに異なる２つの発光素子を用いる例を示す図である。
【図９】ｐＨ試験紙におけるｐＨの相違による呈色の変化を表わす図である。
【図１０】ｐＨの相違によるｐＨ試験紙の呈色変化の波長特性を示す図である。
【図１１】ｐＨが小さい酸性の検体をｐＨ試験紙にかけた場合における反射率の時間変化の様子を説明する図である。
【図１２】ｐＨが大きいアルカリ性の検体をｐＨ試験紙にかけた場合における反射率の時間変化の様子を説明する図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態における標準テーブルの例を示す図である。
【図１４】赤紫から青紫の色調変化で尿糖値の変化を示す尿糖成分試験紙を説明する図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態における検体特性計測装置のブロック図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態におけるティーチングの手順のフローチャートである。
【図１７】本発明に係る実施の形態における特性計測の手順のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
８  測定対象物、１０，６０，７０，８０  反射型光センサ、１１  収納穴、１２  下基板、１３  中間材、１４  上基板、１５  長円形の穴、１６，７８  封止枠、１８  透光性樹脂、２０，２１，２２，７４  発光素子、３０，７２  導光体、４０  遮光材、４２ａ，４２ｂ  金属シート、５０ａ，５０ｂ，５１，５２，５３，５４  受光素子、７６  基板、１００  呈色試験紙、１０２  試験片、１１０  検体特性計測装置、１１８  小型ディスプレイ、１２０  制御部、１２２  ＣＰＵ、１２４  発光Ｉ／Ｆ、１２６  λ１Ｉ／Ｆ、１２８  λ２Ｉ／Ｆ、１３０  表示Ｉ／Ｆ、１３２  記憶部、１４０  ティーチング部、１４２  特性計測部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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