(57)【要約】【課題】計測装置における照射部の温度を好適に制御する。【解決手段】計測装置は、被測定対象（２００）に光を照射する第１照射部（１２１）と、第１照射部により発生した熱を放熱部（７０）に伝達する伝熱部（６０）と、第１照射部の周囲の第１温度（Ｔ１）を検出する第１温度検出部（４１０）と、第１温度と第１温度目標情報（Ｔ１ｒｅｆ）とに基づいて、第２目標温度（Ｔ２ｖ）を設定する目標温度設定部（４３０）と、伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出部（５１０）と、第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、伝熱部を制御する制御部（５３０）と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象に光を照射する第１照射部と、
前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、
前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出部と、
前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定部と、
前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出部と、
前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記第１温度目標情報として、前記第１照射部をシングルモードで動作させるための温度を示す情報を予め記憶する記憶部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記第１照射部は、照射する光の光軸を調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記被測定対象は流体であり、
前記第１照射部から照射された光のうち、前記流体で散乱された光を用いて、前記流体の流量を測定する流量測定部を更に備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、を備える計測装置を用いる計測方法であって、
前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出工程と、
前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定工程と、
前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出工程と、
前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御工程と、
を含むことを特徴とする計測方法。
【請求項６】
被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、を備える計測装置に用いるコンピュータプログラムであって、
前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出工程と、
前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定工程と、
前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出工程と、
前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御工程と、
を前記計測装置に実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載のコンピュータプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を照射して被測定対象に関する情報を計測する計測装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、計測対象に光を照射すると共に散乱光を受光して、計測対象に関する情報を測定するものが知られている。例えば特許文献１では、人工透析装置において、血液の濃度や流量を計測する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５８６４７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被計測対象に光を照射する場合、例えばモードホップ等を抑制するために、照射部を適切な温度に維持することが望まれる。照射部の温度調節は、例えば温度センサ等で検出した温度を目標温度に近づけるようなフィードバック制御を行うことで実現することができる。
【０００５】
照射部の温度は、正確な温度を検出するためにも、できる限り照射部に近い場所で検出されることが好ましい。しかしながら、装置の構造上、やむをえず照射部（温度制御対象）と伝熱部（ペルチェ素子）と温度センサとの距離が離れてしまうことがある。このような場合、検出される温度（即ち、フィードバック制御に用いられる温度）と、実際の照射部の温度とで差が生じてしまい、適切な温度調節を行えなくなってしまうという技術的問題点が生ずる。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、照射部の温度を好適に制御することが可能な計測装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための計測装置は、被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出部と、前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定部と、前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出部と、前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御部と、を備える。
【０００８】
上記課題を解決するための計測方法は、被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、を備える計測装置を用いる計測方法であって、前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出工程と、前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定工程と、前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出工程と、前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御工程と、を含む。
【０００９】
上記課題を解決するためのコンピュータプログラムは、被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、を備える計測装置に用いるコンピュータプログラムであって、前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出工程と、前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定工程と、前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出工程と、前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御工程と、を前記計測装置に実行させる。
【００１０】
上記課題を解決するための記憶媒体は、上述したコンピュータプログラムを記憶している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係る計測装置の計測ブロックの構成を示す概略構成図である。
【図２】流体の流量をパラメータとしたときの、光ビート信号のパワースペクトルを示すグラフである。
【図３】流体濃度と透過光量との関係を示すグラフである。
【図４】実施例に係る計測装置の温度制御ブロックの構成を示す概略構成図である。
【図５】実施例に係る計測装置による温度誤差演算動作の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施例に係る計測装置による温度目標出力動作の流れを示すフローチャートである。
【図７】実施例に係る計測装置によるペルチェ制御動作の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜１＞
本実施形態に係る計測装置は、被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱するための放熱部に、前記発生した熱を伝達する伝熱部と、前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出部と、前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定部と、前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出部と、前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御部と、を備える。
【００１３】
本実施形態に係る計測装置の動作時には、第１照射部から被測定対象に光が照射される。照射される光は、例えばレーザ光であり、ファブリペロー型（ＦＰ）レーザ光源等を用いて照射される。光を照射することで第１照射部に発生した熱は、伝熱部によって放熱部に伝達される。伝熱部は、例えばペルチェ素子を含んで構成されており、放熱部に伝達する熱流量を制御することが可能な構成を有する。
【００１４】
本実施形態では特に、第１照射部の周囲の第１温度と、予め設定された第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度が設定される。そして、伝熱部の周囲の第２温度と、設定された第２目標温度に基づいて、伝熱部が制御される（即ち、放熱部に伝達する熱流量の度合いが調整される）。これにより、第１照射部の温度が、第１温度目標情報に基づいた適切な温度に維持される。なお、「第１温度目標情報」とは、第１照射部を動作させるために適切な温度（言い換えれば、第１温度の目標となる温度）を示す情報である。また、「第２目標温度」とは、第２温度の目標となる温度である。
【００１５】
上述したように、第１照射部の周囲の第１温度と、伝熱部の周囲の第２温度とは、互いに別の温度として検出される。この場合、例えば第１照射部と伝熱部との間の距離が大きくなると、熱抵抗による熱伝達遅延により第１温度と第２温度との間にも大きな差が生ずる。このような状況下で、仮に第２温度のみに基づいて伝熱部が制御されてしまうと、第２温度が、第１温度（即ち、第１照射部の実際の温度に近い値）と大きく乖離していることに起因して、正確な温度制御が行えなくなってしまうおそれがある。具体的には、第２温度が適切な値になるよう制御しても、第１温度は適切な値にならない可能性がある。
【００１６】
しかるに本実施形態では、上述したように、まずは第１温度と第１温度目標情報とに基づいて第２目標温度が設定される。ここで第２目標温度は、第１温度と第２温度との差による影響を小さくするための値として設定される。具体的には、第２目標温度は、第２温度が第２目標温度に近づくように制御された場合に、第１温度が第１目標温度の示す温度に近づくような値として設定される。よって、第２温度と第２目標温度に基づいて伝熱部を制御することで、第１温度（即ち、第１照射部の周囲の温度）を第１目標温度情報の示す温度に近づけることができる。
【００１７】
従って、本実施形態に係る計測装置によれば、第１温度と第２温度とに差が生じている場合であっても、第１照射部の温度を適切な温度に維持することができる。よって、第１温度と第２温度との間に比較的大きな差が生じてしまうような装置構成を採用せざるを得ない場合であっても、第１照射部の温度を適切な温度に維持することができる。
【００１８】
＜２＞
本実施形態に係る計測装置の一態様では、前記第１温度目標情報として、前記第１照射部をシングルモードで動作させるための温度を示す情報を予め記憶する記憶部を更に備える。
【００１９】
この態様によれば、伝熱部の制御によって第１照射部におけるモードホップの発生を好適に抑制することができる。よって、モードホップの発生に起因して、計測精度が低下してしまうことを防止することができる。
【００２０】
＜３＞
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記第１照射部は、照射する光の光軸を調整可能である。
【００２１】
この態様によれば、第１照射部の光軸を調整可能とする構造（例えば、特殊な治具の配置）によって、第１照射部と伝熱部との間の距離が大きくなってしまう可能性がある。このため、第１温度と第２温度との間にも大きな差が生ずるおそれがある。
【００２２】
しかるに本態様では、既に説明したように、第１温度と第１温度目標情報とに基づいて第２目標温度が設定され、第２温度と第２目標温度とに基づいて伝熱部が制御される。このため、第１温度と第２温度とに差が生じている場合であっても、第１照射部の温度を適切な温度に維持することができる。
【００２３】
＜４＞
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記被測定対象は流体であり、前記第１照射部から照射された光のうち、前記流体で散乱された光を用いて、前記流体の流量を測定する流量測定部を更に備える。
【００２４】
流体の流量を測定しようとする場合、第１照射部の光は、被測定対象に対して所定の角度で斜めに照射されることが好ましい。しかしながら、第１照射部から適切な角度で光を照射するためには、例えば上述したような光軸を調整可能な構成を採用することが要求される。また、照射光が他の部材等によって遮られないようにするために、各部材の配置が制限されることにもなる。この結果、第１照射部と伝熱部及び放熱部との間の距離が大きくなってしまい、第１温度と第２温度との間に大きな差が生ずる可能性が高くなる。
【００２５】
しかるに本態様では、既に説明したように、第１温度と第１温度目標情報とに基づいて第２目標温度が設定され、第２温度と第２目標温度とに基づいて伝熱部が制御される。このため、第１温度と第２温度とに差が生じている場合であっても、第１照射部の温度を適切な温度に維持することができる。
【００２６】
＜５＞
本実施形態に係る計測方法は、被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、を備える計測装置を用いる計測方法であって、前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出工程と、前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定工程と、前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出工程と、前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御工程と、を含む。
【００２７】
本実施形態に係る計測方法によれば、上述した本実施形態に係る計測装置と同様に、第１温度と第２温度との間に比較的大きな差が生じてしまうような装置構成を採用せざるを得ない場合であっても、第１照射部の温度を適切な温度に維持することができる。
【００２８】
なお、本実施形態に係る計測方法においても、上述した本実施形態に係る計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。
【００２９】
＜６＞
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、被測定対象に光を照射する第１照射部と、前記第１照射部により発生した熱を放熱部に伝達する伝熱部と、を備える計測装置に用いるコンピュータプログラムであって、前記第１照射部の周囲の第１温度を検出する第１温度検出工程と、前記第１温度と第１温度目標情報とに基づいて、第２目標温度を設定する目標温度設定工程と、前記伝熱部の周囲の第２温度を検出する第２温度検出工程と、前記第２温度と前記第２目標温度とに基づいて、前記伝熱部を制御する制御工程と、を前記計測装置に実行させる。
【００３０】
本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態に係る計測方法と同様の工程を計測装置に実行させることで、第１温度と第２温度との間に比較的大きな差が生じてしまうような装置構成を採用せざるを得ない場合であっても、第１照射部の温度を適切な温度に維持することができる。
【００３１】
なお、本実施形態に係るコンピュータプログラムにおいても、上述した本実施形態に係る計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。
【００３２】
＜７＞
本実施形態に係る記憶媒体は、上述したコンピュータプログラムを記憶している。
【００３３】
本実施形態に係る記憶媒体によれば、上述した本実施形態に係るコンピュータプログラムを実行させることで、第１温度と第２温度との間に比較的大きな差が生じてしまうような装置構成を採用せざるを得ない場合であっても、第１照射部の温度を適切な温度に維持することができる。
【００３４】
本実施形態に係る計測装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。
【実施例】
【００３５】
以下では、図面を参照して計測装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体の実施例について詳細に説明する。なお、以下では、計測装置が、血液の流量及び濃度に関する情報を測定する装置に適用される場合を例にとり説明を進める。
【００３６】
＜計測ブロック＞
先ず、図１を参照して、本実施例に係る計測装置の計測ブロックの構成及び各部の基本的な動作について説明する。図１は、実施例に係る計測装置の計測ブロックの構成を示す概略構成図である。本実施例に係る計測装置は、例えば血液透析装置に用いられる。
【００３７】
図１に示すように、本実施例に係る計測装置は、血液の流路である透明チューブ２００に向けて、レーザ光を照射可能な半導体レーザ１２１，１２２、及び１２３を備えている。透明チューブ２００は、脱血側の流路および返血側の流路を構成する。半導体レーザは、例えばファブリペロー型のレーザ素子として構成されている。半導体レーザ１２１は、第１駆動制御部１１１によって駆動され、主に血液からの反射光を得るために、脱血側の流路に向けてレーザ光を照射する。半導体レーザ１２２は、第２駆動制御部１１２によって駆動され、主に血液からの透過光を得るために、脱血側の流路に向けてレーザ光を照射する。半導体レーザ１２３は、第３駆動制御部１１３によって駆動され、主に血液からの透過光を得るために、返血側の流路に向けてレーザ光を照射する。
【００３８】
半導体レーザ１２１からの照射光に起因する反射光は、第１受光素子１３１で受光される。半導体レーザ１２２からの照射光に起因する透過光は、第２受光素子１３２で受光される。半導体レーザ１２３からの照射光に起因する透過光は、第３受光素子１３３で受光される。第１受光素子１３１、第２受光素子１３２、及び第３受光素子１３３は、例えばフォトダイオードとして構成されており、受光した光の強度に応じた検出電流を夫々出力する。
【００３９】
第１受光素子１３１から出力された第１検出電流は、第１Ｉ−Ｖ変換部１４１で第１検出電圧に変換される。第１Ｉ−Ｖ変換部１４１から出力された第１検出電圧は、第１ＢＰＦ増幅器１５１により、ノイズを含む不要な成分である高周波数成分と低周波成分が除去されると共に増幅され、第１反射信号として出力される。第１反射信号は、第１Ａ／Ｄ変換部１６１により量子化され、第１反射光量として流量濃度推定部に入力される。
【００４０】
第２受光素子１３２から出力された第２検出電流は、第２Ｉ−Ｖ変換部１４２で第２検出電圧に変換される。第２Ｉ−Ｖ変換部１４２から出力された第２検出電圧は、第１ＬＰＦ増幅器１５２により、ノイズを含む不要な成分である高周波成分が除去されると共に増幅され、第１透過信号として出力される。第１透過信号は、第２Ａ／Ｄ変換部１６２により量子化され、第１透過光量として流量濃度推定部に入力される。
【００４１】
第３受光素子１３３から出力された第３検出電流は、第３Ｉ−Ｖ変換部１４３で第３検出電圧に変換される。第３Ｉ−Ｖ変換部１４３から出力された第３検出電圧は、第２ＬＰＦ増幅器１５３により、ノイズを含む不要な成分である高周波成分が除去されると共に増幅され、第２透過信号として出力される。第２透過信号は、第３Ａ／Ｄ変換部１６３により量子化され、第２透過光量として流量濃度推定部に入力される。
【００４２】
流量濃度推定部３００は、入力された第１反射光量を周波数解析することにより、被測定対象である血液の流量Ｑ１を推定して出力する。具体的には、レーザドップラ作用により生じた光ビート信号である第１反射光量の周波数解析結果から、光ビート信号の平均周波数を演算することにより流量Ｑ１を推定する。流量濃度推定部３００は、入力された第１透過光量から、脱血側の血液の濃度Ｈｔ２を推定して出力する。流量濃度推定部３００は、入力された第２透過光量から、返血側の血液の濃度Ｈｔ３を推定して出力する。
【００４３】
ここで、図２及び図３を参照して、血液の流量及び濃度の算出方法について説明する。図２は、流体の流量をパラメータとしたときの、光ビート信号のパワースペクトルを示すグラフである。また図３は、流体濃度と透過光量との関係を示すグラフである。
【００４４】
図２に示すように、透明チューブ２００内を流れる血液の流量が低い場合、第１反射光量のパワースペクトルＰ１（ｆ）は、周波数が低いときに大きな値となり、周波数が高いときは小さい値となる。逆に、血液の流量が高い場合、第１反射光量のパワースペクトルＰ２（ｆ）は、Ｐ１（ｆ）と比較して周波数が低いときにより小さな値となり、周波数が高いときはより大きな値となる。結果として、流量が低い場合は、血液の流量が高い場合と比較して、パワースペクトルの重心に対応する平均周波数は低い値となる。流量濃度推定部３００は、このような関係を利用して、パワースペクトルの平均周波数から血液の流量Ｑ１を推定する。
【００４５】
図３に示すように、透明チューブ２００内を流れる血液の濃度（即ち、ヘマトクリット値）が高くなると、透過光量は指数関数的に減衰する。流量濃度推定部３００は、このような関係を利用して、透過光量から血液の濃度Ｈｔ２及びＨｔ３を夫々推定する。
【００４６】
＜温度制御ブロック＞
次に、図４を参照して、本実施例に係る計測装置の温度制御ブロックの構成及び各部の基本的な動作について説明する。図４は、実施例に係る計測装置の温度制御ブロックの構成を示す概略構成図である。
【００４７】
図４に示すように、第１半導体レーザ１２１は、光ドップラシフトを利用して血液の流速を計測するべく、流路である透明チューブ２００に対して、規定の角度で斜めにレーザ光を照射することが可能に構成されている。具体的には、第１半導体レーザ１２１は、レーザ光の光軸の角度を調整可能に構成されている。第１半導体レーザ１２１は、熱伝導材５５を介して伝熱板５０に熱結合されている。伝熱板５０には、第２半導体レーザ１２２及び第３半導体レーザ１２３も熱結合されている。なお、第２半導体レーザ１２２及び第３半導体レーザ１２３は、透明チューブ２００に垂直にレーザ光を照射できればよいため、第１半導体レーザ１２１のような光軸調整機能は設けられていない。
【００４８】
伝熱板５０は、例えば熱伝導性の高い金属を含んで構成されており、熱移動素子であるペルチェ素子６０の一方の面に熱結合するように配置されている。また、ペルチェ素子６０のもう一方の面には、熱を外部に放出するための放熱板７０が、熱結合するように配置されている。ここで特に、ペルチェ素子６０及び放熱板７０は、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３から照射されるレーザ光を遮ることがないように、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３とは離れた位置に配置されている。ペルチェ素子６０及び放熱板７０は、夫々「伝熱部」及び「放熱部」の一具体例である。
【００４９】
第１サーミスタ８１は、第１半導体レーザ１２１周辺の温度を検出すべく、伝熱板５０における第１半導体レーザ１２１の近くに、熱結合するように配置される。第１サーミスタ８１は、第１温度検出部４１０の構成要素である抵抗素子及び定電圧源と協調してブリッジ回路を構成している（図示せず）。第１温度検出部４１０は、ブリッジ回路の中点電圧を差動増幅することにより、温度検出電圧Ｖ１を出力する。温度検出電圧Ｖ１は、Ａ/Ｄ変換部４２０で量子化され、ＣＰＵ４３０に入力される。ＣＰＵ４３０は、Ａ／Ｄ変換部４２０の出力値から、第１サーミスタ８１の温度Ｔ１を推定するための演算を実行する。ＣＰＵ４３０は、推定した温度Ｔ１とメモリ４４０から取得した目標温度Ｔ１ｒｅｆとの差に応じて、後述する第２サーミスタ８２の温度目標値を変更するべく、Ｄ／Ａ変換部４５０に温度目標値データを出力する。Ｄ／Ａ変換部４５０は、温度目標値データに応じた温度目標電圧Ｔ２ｖを生成して、温度制御部５２０の一方の入力に供給する。
【００５０】
第２サーミスタ８２は、ペルチェ素子６０周辺の温度を検出すべく、伝熱板５０におけるペルチェ素子６０の近くに、熱結合するように配置される。第２サーミスタ８２は、第２温度検出部５１０の構成要素である抵抗素子及び定電圧源と協調してブリッジ回路を構成している（図示せず）。第２温度検出部５１０は、ブリッジ回路の中点電圧を差動増幅することにより、温度検出電圧Ｖ２を出力する。温度検出電圧Ｖ２は、温度制御部５２０のもう一方の入力に供給される。
【００５１】
温度制御部５２０は、温度目標電圧Ｔ２ｖと温度検出電圧Ｖ２の差に応じて、制御出力電圧ＶＣ２を生成して、駆動回路５３０に出力する。駆動回路５３０は、制御出力電圧ＶＣ２に応じた駆動電流を生成し、ペルチェ素子６０を駆動する。ペルチェ素子６０は、駆動電流に応じて、伝熱板５０から第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３が発生した熱を吸収して、放熱板７０に移動させる。放熱板７０は、ペルチェ素子６０により移動した熱を外部に放熱する。即ち、伝熱板５０、ペルチェ素子６０、及び放熱板７０が協調することで、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３を冷却している。
【００５２】
第１サーミスタ８１、第１温度検出部４１０、Ａ/Ｄ変換部４２０、ＣＰＵ４３０、及びＤ/Ａ変換部４５０の各々は、互いに協調して第１の温度制御ループを形成している。第１の温度制御ループは、温度目標値Ｔ１ｒｅｆに応じて温度目標電圧Ｔ２ｖを制御する第１の負帰還制御を形成している。
【００５３】
第２サーミスタ８２、第２温度検出部５１０、温度制御部５２０、及び駆動回路５３０、ペルチェ素子６０の各々は、協調して第２の温度制御ループを形成している。第２の温度制御ループは、温度目標電圧Ｔ２ｖに応じて、ペルチェ素子６０周辺の温度を制御する第２の負帰還制御を形成している。
【００５４】
なお、第２の温度制御ループの構成要素である第２温度検出部５１０、温度制御部５２０、及び駆動回路５３０は、同一のアナログ制御ＬＳＩにより構成してもよい。この場合、基板面積が減少し、装置の小型化を実現可能である。
【００５５】
また、第２温度検出部５１０の出力電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換器により量子化し、第１の温度制御ループの構成要素であるＣＰＵ４３０が、温度制御部５２０の作用をデジタル信号処理にて実行してもよい。この場合、第２の温度制御ループの目標電圧Ｔ２ｖに代わり、第２の温度制御ループの目標値がデジタル値として第２の温度制御ループに入力される。この結果、第１の温度制御ループのＤ／Ａ変換器４５０が省略でき、コストを低減することが可能である。
【００５６】
＜熱伝達に起因する問題点＞
次に、引き続き図４を参照しながら、熱伝達に起因して発生する問題点について説明する。
【００５７】
図４に示すように、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３は、同一の伝熱板５０に熱結合するべく取り付けられ、伝熱板５０には単一のペルチェ素子６０が熱結合するべく取り付けられている。また、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３と、ペルチェ素子６０及び放熱板７０とは、互いに異なる位置に距離を隔てて配置されている。このように配置すれば、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３の出射光を、比較的大きな体積を必要とするペルチェ素子６０と放熱板７０が遮らないようにすることができる。
【００５８】
本実施例では特に、上述したように、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３と、ペルチェ素子６０及び放熱板７０とが離れて配置されているにもかかわらず、共通の伝熱板５０を介在させることで、互いの熱結合が実現されている。このため、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３を好適に冷却することが可能である。しかしながら、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３と、ペルチェ素子６０及び放熱板７０との間に一定の距離が存在することにより、その間には熱伝達遅延が発生してしまう。具体的には、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３の照射に伴い発熱した熱量が、伝熱板５０を伝わり、第２サーミスタ８２まで到達するのには、ある程度の時間を要する。
【００５９】
この熱伝達遅延を解消するべく、熱源である第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３をペルチェ素子６０に近接配置しようとすると、出射光が遮られてしまうような構造にせざるを得なくなる。従って、この熱伝達遅延は、複数の光源を単一のペルチェ素子６０と放熱板７０で冷却し、しかも同時に各光路を確保しようとする場合には避けられない問題となる。このような問題点を解決するために、本実施例に係る計測装置は、２つの制御ループ（即ち、第１の温度制御ループ及び第２の温度制御ループ）を利用した温度制御動作を実行する。
【００６０】
＜温度制御動作＞
次に、図５から図７を参照して、本実施例に係る計測装置が実行する温度制御動作について説明する。図５は、実施例に係る計測装置による温度誤差演算動作の流れを示すフローチャートである。図６は、実施例に係る計測装置による温度目標出力動作の流れを示すフローチャートである。図７は、実施例に係る計測装置によるペルチェ制御動作の流れを示すフローチャートである。
【００６１】
図５に示すように、本実施例に係る計測装置の動作時には、ＣＰＵ４３０が、第１温度検出部４１０の出力である温度検出電圧Ｖ１のＡ／Ｄ変換値を取得する（ステップＳ１０１）。続いてＣＰＵ４３０は、第１温度検出部４１０のＡ／Ｄ変換値から、例えばサーミスタＢ定数を用いて指数関数演算等を実行することにより、第１サーミスタ８１の温度Ｔ１を演算する（ステップＳ１０２）。続いてＣＰＵ４３０は、第１サーミスタ８１の温度Ｔ１（即ち、第１半導体レーザ１２１の温度）の目標温度Ｔ１ｒｅｆを、メモリ４４０からリードする（ステップＳ１０３）。続いてＣＰＵ４３０は、目標温度Ｔ１ｒｅｆから現在の第１サーミスタ８１の温度Ｔ１を差し引いて、温度誤差Ｅｒｒ１を算出する（ステップＳ１０４）。
【００６２】
図６に示すように、ＣＰＵ４３０は、温度誤差Ｅｒｒ１を入力として、位相遅れ補償Ｅｑ１を演算する（ステップＳ２０１）。具体的には、位相遅れ補償を実行するためにローブーストフィルタ特性を有するデジタルフィルタ演算を実行し、その出力を位相遅れ補償Ｅｑ１として出力する。続いてＣＰＵ４３０は、位相遅れ補償Ｅｑ１にループゲインＫ１を乗算して、その値を制御出力値ＤＡとしてＤ／Ａに変換部４５０に出力する（ステップＳ２０２）。Ｄ／Ａ変換部４５０は、ＣＰＵ４３０から入力された制御出力値ＤＡに応じて、温度目標電圧Ｔ２ｖを生成して出力する（ステップＳ２０３）。
【００６３】
図７に示すように、温度制御部５２０は、第２温度検出部５１０の出力である温度検出電圧Ｖ２と、Ｄ／Ａ変換部４５０から入力される温度目標電圧Ｔ２ｖとの差から、制御誤差Ｅｒｒ２を算出する（ステップＳ３０１）。具体的には、Ｏｐアンプによる差動増幅を行う。続いて温度制御部５２０は、制御誤差Ｅｒｒ２を入力として、位相遅れ進み補償Ｅｑ２を演算する（ステップＳ３０２）。具体的には、Ｏｐアンプによる演算機能を利用したアナログフィルタ演算を実行し、位相遅れ進み補償Ｅｑ２を出力する。続いて温度制御部５２０は、位相遅れ進み補償Ｅｑ２にループゲインＫ２を乗算して、制御出力電圧ＶＣ２を演算する（ステップＳ３０３）。具体的にはＯｐアンプの増幅機能を利用する。駆動回路５３０は制御出力電圧ＶＣ２に応じて駆動電流を生成して、ペルチェ素子６０を駆動する。
【００６４】
＜本実施例の効果＞
次に、上述した温度制御動作によって得られる本実施例の技術的効果について説明する。以下では、本実施例とは構成が異なる比較例との比較により、本実施例の効果を明確化していく。
【００６５】
温度制御を行う場合、第２サーミスタ８２を省略して、第２サーミスタ８２の代わりに第１サーミスタ８１を第２の温度制御ループの構成要素として負帰還制御を行うことも考えられる（第１比較例）。しかし、第１比較例では、上述した熱伝達遅延により、制御ループ内に長大な無駄時間要素を含むことになる。この無駄時間のために原理的に制御帯域を高帯域化することは不可能となる。その結果、周囲温度変化による外乱を抑圧し、温度を安定化させることが困難となり、制御特性として不適となる。また、制御帯域を高帯域に確保できないために、電源投入時の整定時間が長大化し、なかなか計測がスタートできない等の不具合が生じる。
【００６６】
これに対し、本実施例に係る計測装置では、第２の温度制御ループの検出系の構成要素は、第２サーミスタ８２であり、ペルチェ素子６０の近傍に配置されている。このため、熱伝達遅延を最小化することが可能な構成を有しているため、原理的に制御帯域をより高帯域化できる。
【００６７】
第１比較例とは逆に、第１サーミスタ８１を省略して、第２の温度制御ループの目標電圧を固定電圧とする場合も考えられる（第２比較例）。第２比較例では、第２の温度制御ループを高帯域化して、周囲温度変化による外乱抑圧性能を向上させることは比較的容易である。しかし、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３の近傍温度と、第２サーミスタ８２の近傍温度に温度差が生じる。その理由は、両者は伝熱板５０を介して熱結合はしているものの、両者の距離が離れていることにより、比較的大きな熱抵抗を有しているためである。
【００６８】
この温度差は、周囲温度変化による外乱の状態により、熱流量が変動するので、前述の熱抵抗の作用により、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３の近傍温度を、外乱が印加された状況下で、希望の温度に正確に維持するのは困難であり、結果として第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３の発振状態が不安定になる。より具体的には、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３の発振波長が不安定となり、所謂モードホップが生じ、特に光の干渉性を利用したレーザドップラシフトによる流量検出には不適となる。
【００６９】
これに対し、本実施例に係る計測装置では、第２の温度制御ループの検出系の構成要素は、第２サーミスタ８２であり、ペルチェ素子６０近傍に配置されている。このため、熱伝達遅延を最小化することが可能な構成を有していると同時に、第２の温度制御ループの目標温度が、固定値ではなく第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３の近傍温度に対する外乱の印加状態により適切に変化する。その理由は、第１半導体レーザ１２１、第２半導体レーザ１２２、及び第３半導体レーザ１２３近傍に配置した第１サーミスタ８１が検出した温度Ｔ１と、メモリ４４０上に記憶された目標温度Ｔ１ｒｅｆとの差を制御誤差とした第１の温度制御ループにより、制御誤差を抑圧するべく、第２の温度制御ループの目標温度電圧Ｔ２ｖを負帰還制御していることによる。
【００７０】
以上説明したように、本実施例に係る計測装置は、２重の負帰還制御ループを有するように構成されている。これにより、複数の測定対象に対して、複数の光束を複数の光源から出射する場合に、単一のペルチェ素子６０と放熱板７０を用いて温度制御しても、ペルチェ素子６０と放熱板７０がそれぞれの光束を遮ることがない。同時に、温度制御対象である光源と熱制御素子である伝熱素子（ペルチェ素子６０）までの距離により熱伝達遅延があっても、伝熱素子近傍に配置した第２サーミスタ８２を用いて第２の温度制御ループの熱伝達遅延を最小化することにより、ペルチェ素子６０と第２サーミスタ８２による第２の温度制御ループの制御帯域を高帯域化し、かつ、最終的に制御したい目標温度を光源近傍に配置した第１サーミスタ８１を用いて検出することにより、第１の温度制御ループの制御量である第２の温度制御ループの目標温度を適宜変化可能としたことにより、光源の温度を目標温度に正確に維持することが可能である。
【００７１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う計測装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７２】
５０  伝熱板
６０  ペルチェ素子
７０  放熱板
８１  第１サーミスタ
８２  第２サーミスタ
１２１  第１半導体レーザ
１２２  第２半導体レーザ
１２３  第３半導体レーザ
２００  透明チューブ
３００  流量濃度推定部
４１０  第１温度検出部
４２０  Ａ／Ｄ変換部
４３０  ＣＰＵ
４４０  メモリ
４５０  Ｄ／Ａ変換部
５１０  第２温度検出部
５２０  温度制御部
５３０  駆動回路
【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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