(57)【要約】  測定装置は、被測定対象（２００）にレーザ光を照射する照射手段（１２０）と、被測定対象によって散乱されたレーザ光を受光する受光手段（１３０）と、照射手段のモードホップを検出する検出手段（１６０）と、検出手段の出力に基づいてモードホップを抑制する抑制手段（１７０）とを備える。この測定装置によれば、照射手段においてモードホップの発生が発生すると、モードホップを抑制する処理が実行される。よって、モードホップの影響を抑制し、好適な測定を実現することが可能である。
2015198472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、
前記照射手段のモードホップを検出する検出手段と、
前記検出手段の出力に基づいて前記モードホップを抑制する抑制手段と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記受光手段の出力信号の強度が所定の閾値を超えた場合に、前記モードホップを検出することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記検出手段は、過去の前記出力信号の強度に応じて前記所定の閾値を変更することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記抑制手段は、前記照射手段の駆動電流を変化させることで、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記抑制手段は、前記照射手段の温度を変化させることで、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記抑制手段は、前記照射手段と前記被測定対象との間に設けられた液晶窓の屈折率を変化させることで、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記抑制手段は、前記モードホップが所定時間以上継続して検出されている場合に、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記抑制手段は、所定期間内の前記モードホップの発生回数が所定回数以上である場合に、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記受光手段の出力信号を処理して出力する出力手段と、
前記モードホップが検出された場合に、前記モードホップが検出される前の出力を維持するように前記出力手段を制御する出力維持手段と
を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記受光手段は、複数の受光素子を含んでいることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１１】
被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、
前記受光手段の出力信号と所定の閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の出力に基づいて前記照射手段によるレーザ光の照射を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項１２】
被測定対象にレーザ光を照射する照射工程と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光工程と、
前記照射工程におけるモードホップを検出する検出工程と、
前記検出工程における出力に基づいて前記モードホップを抑制する抑制工程と
を備えることを特徴とする測定方法。
【請求項１３】
被測定対象にレーザ光を照射する照射工程と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光工程と、
前記受光工程における出力信号と所定の閾値とを比較する比較工程と、
前記比較工程における出力に基づいて前記照射工程におけるレーザ光の照射を制御する制御工程と
を備えることを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象において散乱された光を利用して、例えば被測定対象の移動に関する情報等を測定する測定装置及び測定方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の測定装置に用いられる半導体レーザは、レーザの温度の上昇に起因してバンドギャップが変化するため、温度の上昇に伴い発振波長は長波長へと徐々に変化する。そして、温度の上昇が続くと、あるタイミングで、次の長波長側の最大利得を有する波長に発振波長が突然飛び移る。この現象はモードホップと呼ばれ、例えば光ドップラを利用した測定装置における測定誤差の原因となることが知られている。【０００３】
特許文献１では、上述したモードホップの発生を抑制するために、ペルチェ素子を用いてレーザ光源の温度を制御するという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２０５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載されている技術では、吸熱手段であるペルチェ素子を常時動作させている。しかしながら、ペルチェ素子は消費電力が大きいため、省電力の観点からすれば常時動作させることは好ましくない。また、消費電力が大きいと電池駆動が難しくなるため、コストの増大や装置の大型化が避けられないという技術的問題点もある。【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、モードホップの発生を好適に抑制することが可能な測定装置及び測定方法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第１の測定装置は、被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、前記照射手段のモードホップを検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて前記モードホップを抑制する抑制手段とを備える。【０００８】
上記課題を解決するための第２の測定装置は、被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段の出力信号と所定の閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力に基づいて前記照射手段によるレーザ光の照射を制御する制御手段とを備える。【０００９】
上記課題を解決するための第１の測定方法は、被測定対象にレーザ光を照射する照射工程と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光工程と、前記照射工程におけるモードホップを検出する検出工程と、前記検出工程における出力に基づいて前記モードホップを抑制する抑制工程とを備える。【００１０】
上記課題を解決するための第２の測定方法は、被測定対象にレーザ光を照射する照射工程と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光工程と、前記受光工程における出力信号と所定の閾値とを比較する比較工程と、前記比較工程における出力に基づいて前記照射工程におけるレーザ光の照射を制御する制御工程とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例に係る測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】受光素子及びＩ−∨変換器の具体的な構成を示す回路図である。
【図３】モードホップ判定部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】第１変形例に係るモードホップ判定部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図５】第２変形例に係るモードホップ判定部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図６】第２変形例に係るモードホップ判定部における判定方法を示す概念図である。
【図７】モードホップ発生時の検出電圧を示す波形図である。
【図８】駆動電流にＡＣ成分を重畳した後の検出電圧を示す波形図である。
【図９】第２実施例に係る測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】第３実施例に係る測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜１＞
本実施形態に係る第１の測定装置は、被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、前記照射手段のモードホップを検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて前記モードホップを抑制する抑制手段とを備える。
【００１３】
本実施形態に係る第１の測定装置によれば、その動作時には、被測定対象に対して、照射手段からレーザ光が照射される。照射手段は、例えば半導体レーザ素子等を含んで構成されており、その使用時には、被測定対象に効率的に光を照射できる位置に配置される。なお、被測定対象は、例えば生体の血液等の流体である。ただし、被測定対象は特に限定されるものではなく、移動するものであれば流体以外（例えば、個体）であっても構わない。
【００１４】
照射手段から照射されたレーザ光は被測定対象において散乱（具体的には、反射及び透過）された後、受光手段で受光される。受光手段は、例えばフォトダイオード等を含んで構成され、受光した光に応じた出力信号を出力する。出力信号は、例えば被測定対象の移動速度を算出するのに利用される。具体的には、例えば受光手段の出力信号に含まれるレーザ光のドップラーシフトに起因するビート信号に基づいて、被測定対象の移動速度を算出することができる。
【００１５】
上述したようにレーザ光を照射及び受光する際には、検出手段において、照射手段のモードホップが検出される。言い換えれば、検出手段は、照射手段においてモードホップが発生しているか否かを監視している。なお、モードホップの具体的な検出方法については特に限定されるものではないが、例えば出力信号の強度を利用して検出することができる。
【００１６】
ここで本実施形態では特に、抑制手段により、照射手段のモードホップが抑制される。なお、抑制手段は、常時モードホップを抑制するための処理を実行するのではなく、検出手段の出力に基づいてモードホップを抑制する。より具体的には、抑制手段は、検出手段においてモードホップが検出された場合にモードホップを抑制するための処理を実行する。よって、極めて効率的にモードホップを抑制することが可能である。
【００１７】
ちなみに、モードホップを抑制する方法は特に限定されるものではなく、モードホップが発生している状態又はモードホップが発生する可能性が高い状態を脱する、或いは発生しているモードホップの頻度を低減するための各種処理を適宜実行すればよい。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態に係る測定装置によれば、モードホップを抑制して、好適に測定を行うことが可能である。
【００１９】
＜２＞
本実施形態に係る第１の測定装置の一態様では、前記検出手段は、前記受光手段の出力信号の強度が所定の閾値を超えた場合に、前記モードホップを検出する。
【００２０】
この態様によれば、出力信号と所定閾値とを比較すればよいため、容易且つ的確にモードホップを検出できる。なお、「所定の閾値」は、モードホップが発生している状態の出力信号の強度と、モードホップが発生していない状態の出力信号の強度とを判別するための値であり、例えば事前のシミュレーション等によって決定することができる。
【００２１】
＜３＞
上述した所定の閾値を利用してモードホップを検出する態様では、前記検出手段は、過去の前記出力信号の強度に応じて前記所定の閾値を変更してもよい。
【００２２】
この場合、所定の閾値が、過去の出力信号（言い換えれば、モードホップが発生していない正常な出力信号）の強度に応じて変更されるため、より正確にモードホップを検出することができる。
【００２３】
なお、所定の閾値は、例えば過去の出力信号の強度が比較的大きい場合には大きく変更され、過去の出力信号の強度が比較的小さい場合には小さく変更されればよい。
【００２４】
＜４＞
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記抑制手段は、前記照射手段の駆動電流を変化させることで、前記モードホップを抑制する。
【００２５】
この態様によれば、照射手段の駆動電流をモードホップが抑制されるようなものへと変化させて、確実にモードホップを抑制することができる。なお、照射手段の駆動電流にＡＣ成分を乗せて、単発のモードホップを、測定結果に影響が出難い程度の長い周期で発生させるようにしてもよい。
【００２６】
＜５＞
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記抑制手段は、前記照射手段の温度を変化させることで、前記モードホップを抑制する。
【００２７】
この態様によれば、例えばペルチェ素子等により照射手段の温度を変化させて、確実にモードホップを抑制することができる。
【００２８】
＜６＞
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記抑制手段は、前記照射手段と前記被測定対象との間に設けられた液晶窓の屈折率を変化させることで、前記モードホップを抑制する。
【００２９】
この態様によれば、液晶窓の屈折率を変化させることで、被測定対象からの戻り光が照射手段に入射するのを抑制できる。従って、戻り光の入射に起因するモードホップの発生を確実に抑制することができる。
【００３０】
＜７＞
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記抑制手段は、前記モードホップが所定時間以上継続して検出されている場合に、前記モードホップを抑制する。
【００３１】
この態様によれば、モードホップが所定時間以上継続して検出されていない場合には、モードホップは抑制されない。よって、抑制せずともよいモードホップに対してまで抑制処理が実行されてしまうことを防止できる。なお、本態様に係る「所定時間」は、モードホップが継続して発生することで、測定結果に影響を及ぼしてしまうような時間として設定すればよい。
【００３２】
＜８＞
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記抑制手段は、所定期間内の前記モードホップの発生回数が所定回数以上である場合に、前記モードホップを抑制する。
【００３３】
この態様によれば、モードホップが所定期間内に所定回数以上発生していない場合には、モードホップは抑制されない。よって、抑制せずともよいモードホップに対してまで抑制処理が実行されてしまうことを防止できる。なお、本態様に係る「所定期間」及び「所定回数」は、測定結果に影響を及ぼしてしまうようなモードホップの発生頻度に対応する値として設定すればよい。
【００３４】
＜９＞
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記受光手段の出力信号を処理して出力する出力手段と、前記モードホップが検出された場合に、前記モードホップが検出される前の出力を維持するように前記出力手段を制御する出力維持手段とを備える。
【００３５】
この態様によれば、モードホップが検出されると、出力手段において、モードホップが検出される前の出力が維持される。このため、モードホップに起因して出力手段の出力が適切でない値になってしまうような場合であっても、適切な値を出力し続けることができる。なお、出力手段の出力維持は、例えば抑制手段による抑制処理により、モードホップが検出されなくなった時点で解除されればよい。
【００３６】
＜１０＞
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記受光手段は、複数の受光素子を含んでいる。
【００３７】
この態様によれば、複数の受光素子により高感度を実現できるが、モードホップにより複数の受光素子の各々に入射する光の強度の変化により、やはり測定結果に影響が及ぼされる可能性がある。このため本態様でも、モードホップを抑制することで、測定結果への影響を排除する効果が得られ、実践上非常に有利である。
【００３８】
＜１１＞
本実施形態に係る第２の測定装置は、被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段の出力信号と所定の閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力に基づいて前記照射手段によるレーザ光の照射を制御する制御手段とを備える。
【００３９】
本実施形態の第２の測定装置によれば、その動作時には、比較手段において受光手段の出力信号と所定の閾値とが比較される。なお、ここでの「所定の閾値」は、測定結果に影響を与え得る現象（典型的にはモードホップ）が発生している状態の出力信号と、発生していない状態の出力信号とを判別するための値であり、例えば事前のシミュレーション等によって決定することができる。
【００４０】
ここで、上述した照射手段によるレーザ光の照射時には、制御手段により照射が制御される。具体的には、制御手段は、比較手段の出力に基づいて照射手段によるレーザ光の照射を制御する。なお、ここでの「レーザ光の照射を制御する」とは、レーザ光を照射する照射手段の動作を直接制御すること（例えば、駆動電流の制御等）を含むほか、レーザ光の照射状態が変化するような間接的な制御（例えば、照射手段の温度制御や、レーザ光を導く光学部材の制御等）も含む広い概念である。このような制御を行うことによって、レーザ光を適切な状態で照射することが可能となる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る第２の測定装置によれば、例えばモードホップのように照射手段に測定結果に影響を与え得る現象が発生している場合であっても、その発生を好適に抑制して測定を行うことが可能である。
【００４２】
なお、本実施形態に係る第２の測定装置においても、上述した本実施形態に係る第１の測定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。
【００４３】
＜１２＞
本実施形態に係る第１の測定方法は、被測定対象にレーザ光を照射する照射工程と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光工程と、前記照射工程におけるモードホップを検出する検出工程と、前記検出工程における出力に基づいて前記モードホップを抑制する抑制工程とを備える。
【００４４】
本実施形態の第１の測定方法によれば、上述した本実施形態に係る第１の測定装置と同様に、モードホップを抑制して、好適に測定を行うことが可能である。
【００４５】
なお、本実施形態に係る第１の測定方法においても、上述した本実施形態に係る第１の測定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。
【００４６】
＜１３＞
本実施形態に係る第２の測定方法は、被測定対象にレーザ光を照射する照射工程と、前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光工程と、前記受光工程における出力信号と所定の閾値とを比較する比較工程と、前記比較工程における出力に基づいて前記照射工程におけるレーザ光の照射を制御する制御工程とを備える。
【００４７】
本実施形態の第２の測定方法によれば、上述した本実施形態に係る第２の測定装置と同様に、照射者手段に測定結果に影響を与え得る現象が発生している場合であっても、その発生を好適に抑制して測定を行うことが可能である。
【００４８】
なお、本実施形態に係る第２の測定方法においても、上述した本実施形態に係る第２の測定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。
【００４９】
本実施形態に係る測定装置及び測定方法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】
【００５０】
以下では、図面を参照して測定装置及び測定方法の実施例について詳細に説明する。なお、以下では、本発明に係る測定装置が、血流を測定する血流測定装置として構成される場合を例にとり説明する。【００５１】
＜第１実施例＞
第１実施例に係る測定装置について、図１から図８を参照して説明する。【００５２】
＜全体構成＞
先ず、第１実施例に係る測定装置の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、第１実施例に係る測定装置の全体構成を示すブロック図である。【００５３】
図１において、本実施例に係る測定装置は、レーザ駆動部１１０と、半導体レーザ１２０と、受光素子１３０と、Ｉ−Ｖ変換部１４０と、信号処理部１５０と、モードホップ判定部１６０と、モードホップ抑制処理部１７０とを備えて構成されている。【００５４】
レーザ駆動部１１０は、半導体レーザ１２０を駆動するための電流を発生する。【００５５】
半導体レーザ１２０は、「照射手段」の一具体例であり、レーザ駆動部１１０において発生された駆動電流に応じたレーザ光を、被測定対象２００（例えば、生体の皮膚等）に対して照射する。【００５６】
受光素子１３０は、「受光手段」の一具体例であり、半導体レーザ１２０から照射されたレーザ光のうち、血液２００で散乱された散乱光を受光する。受光素子１３０は、受光した散乱光の強度に応じて検出電流を出力する。【００５７】
Ｉ−Ｖ変換器１４０は、受光素子１３０から出力された検出電流を電圧に変換して、検出電圧を出力する。【００５８】
信号処理部１５０は、例えば増幅器、Ａ／Ｄ変換器、演算部等を備えて構成されている。信号処理部１５０は、検出電圧に対して各種信号処理を施して被測定対象２００である血流に関する情報（例えば、血流速度や血流量等）を出力する。【００５９】
モードホップ判定部１６０は、「検出手段」の一具体例であり。入力される検出電圧に基づき、半導体レーザ１２０においてモードホップが発生しているか否かを判定する。また、モードホップ判定部１６０は、モードホップが発生していると判定した場合に、モードホップ抑制処理部１７０における処理の実行を許可する信号を出力すると共に、信号処理部１５０に前値ホールド信号（即ち、直前の出力を維持する指令）を出力する。モードホップ判定部１６０の具体的な構成については、後に詳述する。【００６０】
モードホップ抑制処理部１７０は、「抑制手段」の一具体例であり、モードホップ判定部１６０における判定結果に応じて、モードホップを抑制するための抑制処理を実行する。抑制処理については、後に詳述する。【００６１】
＜動作説明＞
以下では、上述した測定装置の動作について、引き続き図１を参照して詳細に説明する。【００６２】
図１において、本実施例に係る測定装置の動作時には、先ずレーザ駆動部１１０が、半導体レーザ１２０の閾値電流以上の規定の動作電流を発生し、半導体レーザ１２０に供給する。これにより、半導体レーザ１２０はレーザ発振する。【００６３】
半導体レーザ１２０は被測定対象２００に対してレーザ光を出射すべく、クリップ等（図示せず）により被測定対象２００に固定される。被測定対象２００が生体の皮膚である場合、照射されたレーザ光は、固定物体である皮膚組織により散乱された散乱光、及び移動物体である毛細血管中の赤血球で散乱された散乱光となり、その両者が受光素子１３０によって受光される。【００６４】
ここで、皮膚組織により散乱された散乱光は参照光であり、赤血球で散乱された散乱光は赤血球の移動速度に対応して光ドップラーシフトを生じた散乱光である。これら２つの散乱光は、レーザ光の可干渉性により干渉を起こす。受光素子１３０は、この干渉の結果である光ビート信号の強度に対応して、検出電流を生じる。【００６５】
受光素子１３０は、半導体レーザ１２０と同様に、被測定対象２００からの散乱光を受光すべくクリップ等（図示せず）により被測定対象２００に固定されている。受光素子１３０が検出した光ビート信号に対応した検出電流は、Ｉ-Ｖ変換器１４０にて、電流電圧変換され、検出電圧として出力される。【００６６】
以下では、受光素子１３０及びＩ−Ｖ変換器１４０の具体的な構成及び動作について、図２を参照して説明する。ここに図２は、受光素子及びＩ−∨変換器の具体的な構成を示す回路図である。【００６７】
図２において、本実施例に係る受光素子１３０は、２つの受光素子１３０ａ及び１３０ｂを含んで構成されている。受光素子１３０ａ及び１３０ｂは、例えばＰＩＮ型半導体によるフォトディテクタとして構成されている。受光素子１３０ａ及び１３０ｂは、カソード同士が接続され、互いに逆向きに直列接続されている。このように構成すれば、ＤＣ成分を抑圧し、信号成分であるＡＣ成分を効率よく検出できる。【００６８】
具体的には、受光素子１３０ａ及び１３０ｂの各々から出力される電流のうち入力光に含まれる定常光成分に相当する電流成分（以下「ＤＣ（direct current）成分」と適宜称する）を低減或いは除去して、入力光に含まれる信号光成分に相当する電流成分（以下「ＡＣ（alternate current）成分」と適宜称する）を主として含む電流を検出電流として出力することができる。即ち、受光素子１３０ａの出力電流のＤＣ成分と、受光素子１３０ｂの出力する電流のＤＣ成分とを相殺させることができ、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流を出力することができる。【００６９】
例えば、受光素子１３０ａの検出電流をＩｄ１、受光素子１３０ｂの検出電流をＩｄ２とすると、両者は極性が逆に直列接続されているため、検出電流は以下の数式（１）のようになる。【００７０】
Ｉｄｔ＝Ｉｄ２−Ｉｄ１・・・（１）
また、受光素子１３０ａが受光した散乱光と、受光素子１３０ｂが受光した散乱光とは、両者の経路が互いに異なっているため、光の波長を基準長さとすると、およそ無相関の信号となる。そのため、減算により、信号成分である光ビート信号の強度は、√２倍となる。【００７１】
一方、ＤＣ電流は減算により相殺されるので、トランスインピーダンスアンプであるＡｍｐ１とＡｍｐ２の検出感度を高く設定しても飽和を防止できる。具体的には、帰還抵抗Ｒｆ１とＲｆ２の抵抗値を高く設定することが可能となり、電流電圧変換感度が向上する。この結果、高い検出Ｓ/Ｎ（Signal-to-Noise ratio）が得られる。【００７２】
Ａｍｐ１とＡｍｐ２の非反転入力端子は、接地されている。Ａｍｐ１とＡｍｐ２の帰還抵抗Ｒｆ１とＲｆ２の負帰還作用により、非反転端子と反転端子はイマジナリシュート状態であり、およそ同一電位となる。そのため、受光素子１３０ａのアノードと受光素子１３０ｂのアノードとは同一電位となり、Ｐ受光素子１３０ａと受光素子１３０ｂとは所謂発電モードで動作している。この発電モードにより、暗電流が抑圧され、暗電流ゆらぎによるノイズ増加が抑圧できる。【００７３】
Ａｍｐ１の検出電圧Ｖｄ１及びＡｍｐ２の検出電圧Ｖｄ２は、以下の数式（２）、（３）のようになる。【００７４】
Ｖｄ１＝Ｒｆ１・Ｉｄｔ      ・・・（２）
Ｖｄ２＝Ｒｆ２・（−Ｉｄｔ）・・・（３）
Ａｍｐ３は、Ａｍｐ１とＡｍｐ２の検出電圧を差動増幅し、Ｖｏｕｔとして出力する。この差動増幅により、電源ノイズやハム等の同相ノイズは除去される。【００７５】
ここで、Ｒａ１＝Ｒａ２＝Ｒａ、Ｒｂ１＝Ｒｂ２＝Ｒｂとなるように抵抗値を設定すると、Ｖｏｕｔは、以下の数式（４）のようになる。【００７６】
Ｖｏｕｔ＝（Ｒｂ／Ｒａ）（Ｖｄ１−Ｖｄ２）  ・・・（４）
上記数式（２）、（３）及び（４）から、Ｒｆ１＝Ｒｆ２＝Ｒｆとなるように抵抗値を設定すると、Ｖｏｕｔは、以下の数式（５）のようになる。【００７７】
Ｖｏｕｔ＝２Ｒｆ（Ｒｂ／Ｒａ）Ｉｄｔ  ・・・（５）
上記数式（５）から、信号成分である光ビート信号の強度に対応した、検出電圧Ｖｏｕｔが得られることが分かる。【００７８】
図１に戻り、Ｉ−Ｖ変換器１４０から出力された検出電圧は、信号処理部１５０に入力され、各種信号処理が施される。例えば、検出電圧は、増幅器により増幅されると共に、Ａ／Ｄ変換器により量子化され、デジタルデータとされる。そして、データにはＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の周波数解析処理が実行され、その結果として血流に関する情報が出力される。【００７９】
他方で、Ｉ−Ｖ変換器１４０から出力された検出電圧は、モードホップ判定部１６０にも入力される。以下では、モードホップ判定部１６０の具体的な構成及び動作について、図３を参照して詳細に説明する。ここに図３は、モードホップ判定部の具体的な構成を示すブロック図である。【００８０】
図３に示すように、モードホップ判定部１６０は、比較器１６１と、制御部１６２とを備えて構成されている。【００８１】
比較器１６１は、検出電圧と、制御部１６２から入力される所定の上側閾値及び下側閾値とを比較して、比較結果を制御部１６２に出力する。上側閾値及び下側閾値は夫々、例えばモードホップが発生していない場合の検出電力の上限値及び下限値に相当する値として設定されている。【００８２】
制御部１６２は、検出電圧が上側閾値よりも大きいと判定された場合、又は検出電圧が下側閾値よりも小さいと判定された場合にモードホップが発生していると判定する。制御部１６２は、モードホップが発生していると判定した場合、モードホップ抑制処理部１７０に抑制処理許可信号を出力する。これにより、モードホップ抑制処理部１７０では、モードホップを抑制するための抑制処理が実行されることになる。【００８３】
また制御部１６２は、モードホップが発生していると判定した場合、信号処理部１５０に対して、前値ホールド信号を出力する。このため、モードホップに起因して信号処理部１５０の出力が適切でない値になってしまうような場合であっても、適切な値（即ち、モードホップが発生する前の値）を出力し続けることができる。【００８４】
なお、上述したモードホップ判定部１６０の構成は、あくまで一例であり、モードホップの発生を判定可能である限り、様々な態様を採ることができる。【００８５】
以下では、モードホップ判定部１６０の変形例について、図４から図６を参照して説明する。ここに図４は、第１変形例に係るモードホップ判定部の具体的な構成を示すブロック図である。また図５は、第２変形例に係るモードホップ判定部の具体的な構成を示すブロック図であり、図６は、第２変形例に係るモードホップ判定部における判定方法を示す概念図である。【００８６】
図４に示すように、第１変形例に係るモードホップ判定部１６０ｂは、比較器１６１及び制御部１６２に加えて、Ａ／Ｄ変換器１６３と、メモリ１６４と、閾値算出部１６５とを備えて構成されている。【００８７】
モードホップ判定部１６０ｂに入力された検出電圧は、先ずＡ／Ｄ変換器１６３でデジタル変換され、比較器１６１及びメモリ１６４に対して夫々出力される。【００８８】
メモリ１６４は、予め設定された期間の検出電圧を記憶可能に構成されており、記憶した検出電圧の値を閾値算出部１６５に出力する。【００８９】
閾値出力部１６５は、メモリ１６４に記憶されていた直前の検出電圧の値（即ち、モードホップが発生していない状態の値）に基づいて、上側閾値及び下側閾値を算出する。このように、過去の検出電圧の値に基づいて閾値を変更すれば、より適切にモードホップの発生を判定することができる。【００９０】
図５に示すように、第２変形例に係るモードホップ判定部１６０ｃは、比較器１６１及び制御部１６２に加えて、エンベロープ検波器１６６と、ＬＰＦ部１６７とを備えて構成されている。【００９１】
モードホップ判定部１６０ｃに入力された検出電圧は、先ずエンベロープ検波器１６６に入力され、その後ＬＰＦ部１６７を介して、比較器１６１に入力される。【００９２】
図６において、モードホップ判定部１６０ｃに対して、例えば図中の左側の波形のようにモードホップが高い頻度で発生しているような検出電圧が入力されたとする。この場合、エンベロープ検波器１６６の出力は比較的高い値をとり続けることになり、ＬＰＦ部１６７の出力は一次的に上側閾値を超えている。よって、図中の左側の波形で示す例では、ＬＰＦ部１６７の出力が上側閾値を超えた期間が、モードホップが発生している期間であると判定されている。【００９３】
一方、図中の右側の波形のようにモードホップが低い頻度で発生しているような検出電圧が入力されたとする。この場合、エンベロープ検波器１６６の出力は、モードホップ間で十分に小さくなり、ＬＰＦ部１６７の出力は上側閾値を超えない。よって、図中の右側の波形で示す例では、モードホップが発生している期間はないと判定されている。【００９４】
ここで、モードホップが高い頻度で発生している場合は、測定結果に悪影響を及ぼす可能性が高いと考えられるが、モードホップが低い頻度で発生している場合は、測定結果に及ぼす影響も小さく、問題とならない可能性もある。これに対し、上述したエンベロープ検波器１６６を用いたモードホップ判定部１６０ｃによれば、モードホップが不都合を生じる程度に高い頻度で発生している場合にのみ、モードホップが発生していると判定される。よって、発生を抑制するまでもないモードホップに対してまで抑制処理が実行されてしまうことを回避できる。【００９５】
次に、モードホップ抑制処理部１７０によるモードホップ抑制処理について、図７及び図８を参照して説明する。ここに図７は、モードホップ発生時の検出電圧を示す波形図である。また図８は、駆動電流にＡＣ成分を重畳した後の検出電圧を示す波形図である。【００９６】
図７に示すように、モードホップが高い頻度で発生し、検出電圧に集中的にノイズが発生しているとする。このような場合、モードホップ抑制処理部１７０には、モードホップ判定部１６０から抑制処理許可信号が入力される。そして、抑制処理許可信号を受けたモードホップ抑制処理部１７０は、レーザ駆動部１１０に対して、駆動電流制御信号を出力する。即ち、レーザ光を出力させるための駆動電流を制御して、モードホップの発生を抑制する。具体的には、モードホップ抑制処理部１７０は、駆動電流に所定周期のＡＣ成分を重畳する（例えば、１００ｍ∨の信号を１０Ｈｚで重畳する）ように制御する。【００９７】
図８に示すように、駆動電流にＡＣ成分が重畳されると、検出電圧におけるノイズも比較的長い安定した周期で発生するようになる。即ち、集中的に発生していたモードホップが、重畳したＡＣ成分に応じた長い周期で発生するようになる。モードホップは、集中的に発生することで測定に悪影響を及ぼす可能性が高まるが、図に示した例のように、安定した状態で発生している場合には、測定への影響も少ない。従って、駆動電流にＡＣ成分を重畳することにより、モードホップの影響を抑制した好適な測定が実現できる。【００９８】
以上説明したように、第１実施例に係る測定装置によれば、半導体レーザ１２０のモードホップの発生を抑制して、より正確な血流測定を実施することが可能である。また本実施例に係る測定装置では特に、モードホップが発生した場合にのみ抑制処理が実行されるため、極めて効率的にモードホップを抑制できる。【００９９】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係る測定装置について、図９を参照して説明する。ここに図９は、第２実施例に係る測定装置の全体構成を示すブロック図である。【０１００】
なお、第２実施例は、上述した第１実施例と比べて一部の構成及び動作が異なるのみで、多くの部分は第１実施例と同様である。このため、以下では第１実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。【０１０１】
図９において、第２実施例に係る測定装置では、レーザ駆動部１１０に温度を制御するためのペルチェ素子３００が設けられている。そして、第２実施例に係るモードホップ抑制処理部１７０ｂは、そのペルチェ素子３００を制御することで、モードホップの発生を抑制する。【０１０２】
具体的には、モードホップ抑制処理部１７０ｂは、モードホップ判定部１６０から抑制処理許可信号が入力されると（即ち、モードホップが発生していると判定されると）、ペルチェ素子制御信号を出力して、ペルチェ素子３００によるレーザ駆動部１１０の吸熱を実施する。このようにすれば、レーザ駆動部１１０の温度が低下し、温度上昇に起因して発生していたモードホップが抑制される。【０１０３】
以上説明したように、第２実施例に係る測定装置によれば、第１実施例と同様に、半導体レーザ１２０のモードホップの発生を抑制して、より正確な血流測定を実施することが可能である。【０１０４】
＜第３実施例＞
次に、第３実施例に係る測定装置について、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、第３実施例に係る測定装置の全体構成を示すブロック図である。【０１０５】
なお、第３実施例は、上述した第１及び第２実施例と比べて一部の構成及び動作が異なるのみで、多くの部分は第１及び第２実施例と同様である。このため、以下では第１及び第２実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。【０１０６】
図１０において、第３実施例に係る測定装置では、半導体レーザ１２０と被測定対象２００との間に液晶４００が設けられている。そして、第３実施例に係るモードホップ抑制処理部１７０ｃは、その液晶４００を制御することで、モードホップの発生を抑制する。【０１０７】
具体的には、モードホップ抑制処理部１７０ｃは、モードホップ判定部１６０から抑制処理許可信号が入力されると（即ち、モードホップが発生していると判定されると）、液晶制御信号を出力して、液晶４００の屈折率を変化させ、被測定対象２００からの戻り光が、半導体レーザ１２０に入射しないような環境を実現する。このようにすれば、半導体レーザ１２０に戻り光が入射することに起因して発生していたモードホップが抑制される。【０１０８】
以上説明したように、第３実施例に係る測定装置によれば、第１及び第２実施例と同様に、半導体レーザ１２０のモードホップの発生を抑制して、より正確な血流測定を実施することが可能である。【０１０９】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、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測定装置及び測定方法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】
【０１１０】
１１０  レーザ駆動部
１２０  半導体レーザ
１３０  受光素子
１４０  Ｉ−Ｖ変換部
１５０  信号処理部
１６０  モードホップ判定部
１６１  比較器
１６２  制御部
１６３  Ａ／Ｄ変換器
１６４  メモリ
１６５  閾値算出部
１６６  エンベロープ検波器
１６７  ＬＰＦ部
１７０  モードホップ抑制処理部
２００  被測定対象
３００  ペルチェ素子
４００  液晶
【図１】
2015198472.tif 000003
【図２】
2015198472.tif 000004
【図３】
2015198472.tif 000005
【図４】
2015198472.tif 000006
【図５】
2015198472.tif 000007
【図６】
2015198472.tif 000008
【図７】
2015198472.tif 000009
【図８】
2015198472.tif 000010
【図９】
2015198472.tif 000011
【図１０】
2015198472.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月21日(2016.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、
前記照射手段のモードホップを検出する検出手段と、
前記検出手段によって前記モードホップが検出された場合に、前記モードホップを抑制する抑制手段と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記受光手段の出力信号の強度が所定の閾値を超えた場合に、前記モードホップを検出することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記検出手段は、過去の前記出力信号の強度に応じて前記所定の閾値を変更することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記抑制手段は、前記照射手段の駆動電流を変化させることで、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記抑制手段は、前記照射手段の温度を変化させることで、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記抑制手段は、前記照射手段と前記被測定対象との間に設けられた液晶窓の屈折率を変化させることで、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記抑制手段は、前記モードホップが所定時間以上継続して検出されている場合に、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記抑制手段は、所定期間内の前記モードホップの発生回数が所定回数以上である場合に、前記モードホップを抑制することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項９】
被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、
前記受光手段の出力信号が所定の閾値よりも高い場合に、前記照射手段の駆動電流にＡＣ成分を重畳させる制御手段と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
被測定対象にレーザ光を照射する照射手段と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光手段と、
前記照射手段のモードホップを検出する検出手段と、
前記検出手段の出力に基づいて前記モードホップを抑制する抑制手段と、
前記検出手段によって前記モードホップが検出された場合に、前記モードホップが検出される前の出力を維持するように前記受光手段の出力信号を処理して出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
被測定対象にレーザ光を照射する照射工程と、
前記被測定対象によって散乱された前記レーザ光を受光する受光工程と、
前記照射工程におけるモードホップを検出する検出工程と、
前記検出工程によって前記モードホップが検出された場合に、前記モードホップを抑制する抑制工程と
を備えることを特徴とする測定方法。
【国際調査報告】
2015198472.tif 000013
2015198472.tif 000014
2015198472.tif 000015
2015198472.tif 000016