(57)【要約】【課題】  外気の湿度条件に影響されることなく呼気を検知できる光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムを提供する。【解決手段】  光ファイバコアと、当該光ファイバコアの表面を被覆し、疎水性物質と親水性物質とを含む湿度応答層とを有し、少なくとも疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成することで、高湿度下に於ける湿度変化に対して透過光強度を大きく変化させる光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムとした。【選択図】        図１
2005143906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバコアと、当該光ファイバコアの表面を被覆し、疎水性物質と親水性物質とを含む湿度応答層とを有し、
少なくとも前記疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成し、
前記湿度応答層は、気体中の水分量に応じて、前記光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量を変化させることを特徴とする呼気センサ用光ファイバ。
【請求項２】
前記親水性物質は親水性ポリマーであり、
前記疎水性物質は非水溶性材料であることを特徴とする請求項１に記載の呼気センサ用光ファイバ。
【請求項３】
前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーと非水溶性材料との重量混合比が１：１．５〜１：５の溶液を用いて形成されることを特徴とする請求項２に記載の呼気センサ用光ファイバ。
【請求項４】
前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーが０．４重量％以上の濃度で含まれる溶液を用いて形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の呼気センサ用光ファイバ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の呼気センサ用光ファイバを用いて呼気を検知することを特徴とする光ファイバ呼気センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の光ファイバ呼気センサを用いることを特徴とする呼気検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気センサ用光ファイバ、光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムに関し、特にプラスチック光ファイバを利用した光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック光ファイバを利用した従来の湿度センサとして、例えば特許文献１に於いて、光ファイバを覆うクラッドの一部にポリビニルアルコールを主体として、酢酸カリウム、塩化マグネシウム、硫酸ナトリウムを含んだ感湿層を形成させて、透過光強度変化を検知する湿度センサが示されている。
【特許文献１】特開平５−６０６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の湿度センサでは、湿度の上昇に伴う透過光強度の変化がＳ字型の曲線を示し、即ち、高湿度下に於ける湿度変化に対する透過光強度変化の感度及び応答速度が不十分であり、外気の湿度変化に影響されやすかった。
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑み、外気の湿度条件に影響されることなく呼気を検知できる光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る呼気センサ用光ファイバは、光ファイバコアと、当該光ファイバコアの表面を被覆し、疎水性物質と親水性物質とを含む湿度応答層とを有し、少なくとも前記疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成し、前記湿度応答層は、気体中の水分量に応じて、前記光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量を変化させることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る呼気センサ用光ファイバに於いて、前記親水性物質は親水性ポリマーであり、前記疎水性物質は非水溶性材料であってもよい。
【０００７】
また、本発明に係る呼気センサ用光ファイバに於いて、前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーと非水溶性材料との重量混合比が１：１．５〜１：５の溶液を用いて形成されてもよい。
【０００８】
また、本発明に係る呼気センサ用光ファイバに於いて、前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーが０．４重量％以上の濃度で含まれる溶液を用いて形成されてもよい。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバ呼気センサは、前記の呼気センサ用光ファイバを用いて呼気を検知する。
【００１０】
また、本発明に係る呼気検知システムは、前記光ファイバ呼気センサを用いる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高湿度下における透過光強度変化の感度及び応答速度が向上し、外気の湿度条件に影響されることなく呼気を検知できる光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る呼気センサ用光ファイバは、コアとなる物質をクラッドとなる物質で覆って構成される。即ち、呼気センサ用光ファイバは、光ファイバコアと、この光ファイバコアの表面を被覆する湿度応答層（クラッド層）とを有し、湿度応答層は、疎水性物質と親水性物質とを含み、少なくとも疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成する。
【００１３】
例えば、親水性物質としては親水性ポリマーが用いられ、疎水性物質としては非水溶性材料が用いられる。この場合、親水性ポリマーと非水溶性材料を適切な溶媒に溶解し、この溶液を光ファイバコアの表面に塗布し、乾燥させることで湿度応答層を形成する。ここで、親水性ポリマー及び非水溶性材料を溶解する溶媒は、これらの均一な溶液が得られれば特に限られないが、好ましくは、ジメチルスルホキシド、エタノール或いはこれらと水との混合溶媒が挙げられる。
【００１４】
親水性物質として用いる親水性ポリマーには制限はないが、例えばアクリル系やセルロース系のポリマー、特にセルロース系ポリマーを用いれば良好である。セルロース系ポリマーには制限はないが、好ましくはヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース等が挙げられ、特に好ましくは、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。
【００１５】
疎水性物質として用いる非水溶性材料としては、使用する溶媒に対して均一に溶解するポリマーであれば制限はないが、例えば、疎水性ポリマー、特にフッ素系ポリマーを用いると良好である。フッ素系ポリマーには制限はないが、好ましくはポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル等が挙げられ、特に好ましくは、ポリフッ化ビニリデンが挙げられる。
【００１６】
湿度応答層は、気体中の水分量（例えば、湿度）に応じて、光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量（以下、透過光強度）を変化させる。
【００１７】
例えば、低湿度の環境下に於いては、呼気センサ用光ファイバの透過光強度は低い。これは、低湿度下では湿度応答層の屈折率は光ファイバコアの屈折率よりも高く、光ファイバコアは光の導波路として機能できないためである。即ち、この場合、光ファイバの一方の端から入ってその中を通る光は湿度応答層付近から光ファイバコア外に漏れ出し、他端への光の到達量は入射光量に比べて減少する。
【００１８】
さらに、少なくとも疎水性物質を含むマトリクス層が網目状に形成されていることにより、光を散乱する効果があると考えられ、上述の低湿度下に於ける透過光強度の低下を促進する。
【００１９】
一方、高湿度下に於いては、湿度応答層の親水性物質は気体中の水分を吸収して膨潤し、その屈折率は光ファイバコアの屈折率よりも低くなるため、光ファイバコアは光の導波路として機能するようになる。即ち、高湿度下に於いては、光ファイバコアの一端から入ってその中を通る光は、光ファイバコアと湿度応答層との境界で全反射され、大幅に損失することなく他端に到達するため、低湿度下の場合に比べて透過光強度が増加する。
【００２０】
このように、低湿度下と高湿度下での湿度応答層、特に親水性物質の屈折率の変化を利用して、気体中の水分量の変化を透過光強度の変化として検知することが可能になる。例えば、人間又は動物が呼吸する際に吐き出す呼気が湿度応答層に吹きかけられると、呼気センサ用光ファイバの透過光強度が増加するため、呼吸を検知することができる。
【００２１】
特に、湿度応答層が、網目状に形成された疎水性のマトリックス層と、マトリックス層の網目の間に分散された親水性物質を含む分散層とを有するように形成されることで、後述するように高湿度下に於いても湿度の変化に対して透過光強度を大きく変化させることができ、また湿度変化に対する透過光強度の応答速度（変化速度）も向上させることができる。
【００２２】
また、湿度応答層は、好ましくは親水性ポリマー：非水溶性材料（重量混合比）＝１：１．５〜１：５、より好ましくは１：２〜１：４の溶液を用いて形成されれば、湿度変化に対する呼気センサ用光ファイバの応答性が向上し、高湿度下でも大きな透過光強度変化が得られる。
【００２３】
即ち、非水溶性材料の親水性ポリマーに対する重量混合比が１．５以下であると、非水溶性材料が十分な量ではないために、疎水性物質は、網目状に形成されず粒子状（島状）に分散してしまい、高湿度下に於いて湿度変化に対する透過光強度変化の感度が低くなる（透過光強度の変化量が小さくなる）ため、好ましくない。
【００２４】
また、非水溶性材料の親水性ポリマーに対する重量混合比が５以上であると、親水性ポリマーが少なすぎて湿度変化に対する透過光強度の変化が十分得られないため好ましくない。
【００２５】
また、湿度応答層は、好ましくは親水性ポリマーが０．４重量％以上、より好ましくは１．０重量％以上の濃度で含まれる均一溶液を用いて形成されれば、少なくとも疎水性物質による好適な網目状のマトリクス層が形成され、高湿度下に於ける透過光強度変化及び湿度変化に対する応答速度の向上を図ることができる。
【００２６】
また、呼気センサ用光ファイバを用いて、その一端に光源を接続し、他端に受光器を接続する等すれば、呼吸時の呼気を検知する光ファイバ呼気センサを提供できる。
【００２７】
また、この光ファイバ呼気センサを用い、さらにマイコンによるデータ処理機能、液晶ディスプレイ及びパソコンモニタへの表示機能を備えることによって、被験者（人間又は動物）の呼吸に伴う湿度変化を簡便に検知することが可能な呼気検知システムを組むことができる。この呼気検知システムは、液晶ディスプレイ等に無呼吸（呼吸が所定時間以上行われない状態）カウントデータを表示する機能をもたせることで、呼吸の様子を視覚的に捉えることができ、より明確に呼吸状態をモニタリングすることができる。また、さらに、この呼気検知システムの別の態様として、光電変換素子等を用いて実際の呼吸による透過光強度を電圧に変換し、この電圧変化をパソコンモニタ等のディスプレイ上に波形として表示するようにすれば、呼吸の様子を視覚的に捉えることができ、より明確に呼吸状態をモニタリングすることができる。
【００２８】
また、さらに、光ファイバ呼気センサを引き回し用ＰＯＦ（プラスチック光ファイバ）に接続し、両耳にかけて固定するようにすれば、長時間の使用に際しても顔から外れる可能性を極力抑えることができる。また、さらにセンサ部（湿度応答層を形成させた部分）を２つもったＵ字型の光ファイバ呼気センサとすれば、２つのセンサ部をそれぞれ鼻と口の位置に合わせて保持することで、鼻と口いずれによる呼吸にも対応することができる。
【００２９】
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。なお、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【００３０】
［呼気センサ用光ファイバの作製］
市販のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）のスーパーエスカ（登録商標、以下同じ）（０．５ｍｍ径、三菱レイヨン製）を２５ｃｍの長さに切り出し、鼻用のセンサ部となる部分は３ｃｍ、口用のセンサ部となる部分は２．５ｃｍに渡って被覆を剥がした。さらに、これらセンサ部となる部分のクラッドを有機溶媒（ジオキサン等）に浸漬させることによって除去し、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の光ファイバコアのみとした。次いで、４０ｇのジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に０．４８ｇのヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、１．４４ｇのポリビニリデンフロライド(ポリフッ化ビニリデン、ＰＶＤＦ)をそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒（ＤＭＳＯ）に対するＨＥＣが重量％濃度で１．２％、ＨＥＣ：ＰＶＤＦ（重量混合比）＝１：３の溶液を作製した（第一の実施形態）。また、同様に、４０ｇのＤＭＳＯに０．２４ｇのＨＥＣ、０．４８ｇ又は０．７２ｇのＰＶＤＦをそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒に対するＨＥＣの重量％濃度が０．６％、ＨＥＣ：ＰＶＤＦ（重量混合比）＝１：２（第二の実施形態）又は１：３（第三の実施形態）の溶液をそれぞれ作製した。これら３種類の溶液のそれぞれに上記のクラッドを剥がした光ファイバコアを浸漬し、さらにこの光ファイバコアを５０℃で１２時間、真空乾燥機内で乾燥させて溶媒を蒸発させ、３種類の呼気センサ用光ファイバを作製した。その後、呼気センサ用光ファイバの両端面を研磨して鏡面とし、一部を曲率半径１ｃｍで折り返した構造とした。
【００３１】
［光ファイバ呼気センサの湿度応答性、呼気応答性の評価］
上述のように作製した呼気センサ用光ファイバの一端を発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を有する光源装置に、他端をフォトダイオード（ＰＤ）等を有する受光装置に、それぞれ接続して光ファイバ呼気センサ（以下、単に呼気センサと呼ぶ）を作製した。呼気センサが接する空気中の湿度を変化させ、それに伴う透過光強度の変化を光パワーメータにて測定した。
【００３２】
この結果を図１に示す。図１に於いて、横軸は相対湿度（％）を、縦軸は透過光強度相対値を示す。透過光強度相対値は、相対湿度３５％に於いて光パワーメータにより検出された透過光強度（μＷ）を１とした場合の各相対湿度下での透過光強度、即ち、各相対湿度に於ける透過光強度の、相対湿度３５％に於ける透過光強度に対する比率を算出したものである。図１には、ＨＥＣ重量％濃度が１．２％且つＨＥＣ：ＰＶＤＦ＝１：３（黒塗り四角印）、ＨＥＣ重量％濃度が０．６％且つＨＥＣ：ＰＶＤＦ＝１：３（中抜き丸印）、ＨＥＣ重量％濃度が０．６％且つＨＥＣ：ＰＶＤＦ＝１：２（黒塗り三角印）の溶液をそれぞれ用いて形成した湿度応答層を有する上述の３種類の呼気センサの測定結果が示されている。図１から明らかなように、呼気センサの透過光強度は、相対湿度の上昇に伴って増加し、特に８０％以上の高湿度下に於いて著しく増加した。即ち、通常の外気中に相当する湿度下よりも、呼気中の湿度（一般に８０％以上）に相当する高湿度下に於いて、呼気センサの透過光強度は湿度変化に伴って急激に変化しており、外気の影響を受けず呼気に高感度に応答する呼気センサとしての優れた湿度応答性が示された。
【００３３】
また、上述の呼気センサに人間の呼気を吹きかけた場合の透過光強度の時間的変化を上述の場合と同様に光パワーメータで測定した結果を図２に示した。図２に於いて、横軸は測定時間（秒、ｓ）、縦軸は、透過光強度変化率（％）を示している。透過光強度変化率は、通常の何も呼吸をしていない状態の透過光強度を０％、呼気を吹きかけた時に変化した透過光強度の最大値を１００％として、各測定時間に於ける透過光強度の割合を算出したものである。透過光強度変化率が１００％となってから５０％まで低下する時間を応答時間として評価すると、図２から明らかなように、呼気センサの透過光強度は、呼気の吹きかけに伴って急激に増加し、応答時間は数秒以内であった。即ち、呼吸のタイミングに合わせた迅速な透過光強度の変化が可能であることが示された。
【００３４】
図１及び図２より、本発明に係る呼気センサは、気体中の水分量に応じて高感度に且つ高い応答速度（短い応答時間）で透過光強度を変化させ、特に外気中よりも高い湿度下で優れた呼気センサ特性を有していることが示された。
【００３５】
［光ファイバ呼気センサの表面観察］
図３、図４は、それぞれＨＥＣ重量％濃度が１．２％且つＨＥＣ：ＰＶＤＦ＝１：３、ＨＥＣ重量％濃度が０．６％且つＨＥＣ：ＰＶＤＦ＝１：３の溶液を用いて形成した湿度応答層の表面を走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎ（日立製作所製）によって観察した結果を示している。走査型電子顕微鏡によって観察された光ファイバ呼気センサ表面をエネルギー分散型エックス線分析装置（ＥＭＡＸ  ＥＮＥＲＧＹ、株式会社堀場製作所製）を使用した元素分析に於いて、フッ素の分布状況を確認することで、ＰＶＤＦの存在を確認した。即ち、図３及び図４に於いては、少なくともＰＶＤＦを含むマトリクス層が２次元或いは３次元状の白い網目状に示され（矢印Ａ）、マトリクス層の網目の間にはＨＥＣを含む分散層が島状に分散して黒く示されている（矢印Ｂ）。
【００３６】
［光ファイバ呼気センサの顔への固定］
次に、上述の呼気センサを人間の顔に固定して使用する方法について説明する。図５は、その一例を示す説明図である。呼気センサ１０は、湿度応答層で被覆された鼻用センサ部１２及び口用センサ部１４、これらをつなぐ湾曲した湾曲部１６とを有し、湾曲部１６の一部は曲率半径１ｃｍで折り曲げられている。
【００３７】
図５に示すように、呼気センサ１０の鼻用センサ部１２及び口用センサ部１４は、それぞれ被験者の鼻Ｎ及び口Ｍの前に位置するように配され、湾曲部１６の折り曲げられた部分は引き回し用の紐１８と接続され、両端（鼻用センサ部１２又は口用センサ部１４の一端）はそれぞれ引き回し用のＰＯＦ２０と接続され、これら引き回し部（引き回し用の紐１８及び引き回し用のＰＯＦ２０）を両耳Ｅにかけて顎Ｃの下で束ねることによって顔に固定する。２本の引き回し用ＰＯＦ２０は、それぞれ図示しない上述の発光装置又は受光装置にそれぞれ接続されている。さらに、呼気センサ１０の両頬に位置する辺りをテープ等で留めることによってより強く固定することが可能であり、長時間センサを顔に取り付けていても外れる心配がなくなる。また、束ねる部分は上下に可動になっており、サイズの調整が可能となっている。
【００３８】
［呼気検知システムの作製］
次に、本発明に係る呼気検知システムの一例について説明する。その概略の構成を図６に示した。図６に示す呼気検知システムは、例えば図５に示したような呼気センサ１０を含む呼気センサ部３０、発光部４０、受光部回路５０、マイコン回路６０、液晶表示部７０、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部８０、ディスプレイ部９０を有する。発光部４０には例えばＬＥＤを、受光部回路５０には例えばＰＤを利用し、これらの間に呼気センサ部３０が接続されている。発光部４０から呼気センサ部３０に入射され、その中を通ってきた光を受光部回路５０に於いて電流に変換することによって電圧を発生させる。この電圧は、上述の呼気センサの性質に応じて、呼気を吹きかけることによって透過光強度が変化することによって増減する。発生した電圧を増幅回路によって増幅し、Ａ／Ｄ変換素子等を含むＡ／Ｄ変換部８０を通してデジタル信号を生成することにより、呼吸による電圧の増減をパソコンモニタ等のディスプレイ部９０に波形として表示できる。
【００３９】
図７に、上述の呼気検知システムに於いて、呼気の吹きかけに伴う電圧変化をディスプレイ部９０に波形として表示した結果の一例を示す。図７に於いて、横軸は測定時間（ｓ）を、縦軸は呼気センサ部３０への呼気の吹きかけによって発生した電圧（Ｖ）を示す。図７に於いて、上述の呼気検知システムは呼吸を高感度且つ高い応答速度で電圧の変化として検出でき、さらにこの電圧の変化を視覚的に明確に表示できることが示されている。
【００４０】
また、受光部回路５０からの出力に対する、マイコン回路６０のマイコンによるデータ処理により、例えば、無呼吸のカウント数、無呼吸状態の時間（単位：秒）、現在の電圧（単位：Ｖ）の３つの状態を液晶ディスプレイ等の液晶表示部７０に表示でき、呼気検知システムによる無呼吸状態の診断が可能になる。
【００４１】
また、マイコン回路６０に於けるマイコンによるデータ処理プログラムは、例えば次のようになっている。即ち、呼吸による電圧の変化量或いは変化率が、設定されたある一定の閾値を下回った場合に、無呼吸状態であると判断し、時間を計測する。その状態が１０秒以上続いた場合に、無呼吸のカウントを＋１とする。無呼吸状態時に呼吸によって電圧が一定の閾値を越えた場合には、無呼吸状態は直ちにリセットされる。
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、疎水性物質と親水性物質とを含み、少なくとも疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成している湿度応答層で光ファイバコアの表面を被覆し、湿度応答層は、気体中の水分量に応じて、光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量を変化させる光ファイバ呼気センサとすることによって、高感度、高応答性で、外気の湿度条件に左右されることなく呼気を検知できる。
【００４３】
また、プラスチック光ファイバ呼気センサとマイコンによるデータ処理機能、液晶ディスプレイへの無呼吸カウント表示及びパソコンモニタへの波形表示機能を備えた呼気検知システムとすることによって、視覚的に呼吸の様子をモニタすることができ、またデータを保存することによって様々な診断への応用が可能となる。
【００４４】
また、センサ部を２つ持ち、これらをつなぐ部分をＵ字に折り曲げたセンサとし、そのセンサを引き回し用ＰＯＦに接続し、それを両耳にかけて固定するセンサの取り付け方法とすることによって、口と鼻の呼吸をカバーし、なおかつ長時間使用してもはずれない安定性を得ることができる。
【００４５】
また、本発明に係る呼気センサは、高感度、高応答性であることから、被験者に直接的に接触させることなく呼吸を検知できる非接触型の呼気センサとしても利用することが可能であり、接触箇所に創傷がある被験者や意識的に接触保持し続けることが困難な新生児や乳幼児、小動物を対象とすることもでき、さらにこれらの微弱な呼吸変化をも検知することが可能である。
【００４６】
［比較実験例］
次に、本発明に対して比較実験を行った結果を示す。
【００４７】
［呼気センサ用光ファイバの作製］
市販プラスチック光ファイバのスーパーエスカ（０．５ｍｍ径、三菱レイヨン製）を２５ｃｍの長さに切り出し、鼻用のセンサ部となる部分は３ｃｍ、口用のセンサ部となる部分は２．５ｃｍに渡って被覆を剥がした。その後、センサ部となる部分のクラッドをジオキサンに浸漬させることによって除去して、ＰＭＭＡのコアのみとした。
【００４８】
次いで、第一の比較例（比較例１）として、４０ｇのＤＭＳＯに０．４８ｇのＨＥＣ、０．３２ｇのＰＶＤＦをそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒に対するＨＥＣの濃度が重量で１．２％、ＨＥＣ：ＰＶＤＦ（重量混合比）＝３：２の溶液を作製した。作製した溶液を攪拌しながら上記のコアを浸漬した後に、真空オーブン内にて５０℃、１５時間乾燥させることによってＰＭＭＡのコア上に湿度応答層を形成させた呼気センサ用光ファイバを作製した。
【００４９】
また、第二の比較例（比較例２）として、水：エタノール（重量混合比）＝１：１の混合溶媒４０ｇに、０．４８ｇのＨＥＣ、０．３２ｇのＰＶＤＦを混合し、溶媒に対するＨＥＣの濃度が重量で１．２％、ＨＥＣ：ＰＶＤＦ（重量混合比）＝３：２の溶液を作製した。作製した溶液を攪拌しながら上記のコアを浸漬した後に、２２℃、１５時間乾燥させることによってＰＭＭＡのコア上に湿度応答層を形成させた呼気センサ用光ファイバを作製した。
【００５０】
また、第三の比較例（比較例３）として、４０ｇのＤＭＳＯに０．１２ｇのＨＥＣ、０．２８ｇのＰＶＤＦをそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒に対するＨＥＣの濃度が重量で０．３％、ＨＥＣ：ＰＶＤＦ（重量混合比）＝１：２．３３の溶液を作製した。作製した溶液を攪拌しながら上記のコアを浸漬した後に、真空オーブン内にて５０℃、１５時間乾燥させることによってＰＭＭＡのコア上に湿度応答層を形成させた呼気センサ用光ファイバを作製した。
【００５１】
［光ファイバ呼気センサの湿度応答性評価］
上述のように作製した呼気センサ用光ファイバの両端面を研磨して鏡面とし、両端をそれぞれ光源装置Ｐｈｏｔｏｍ３７０Ｈ−Ｓ（ハクロトニクス製）と受光装置Ｐｈｏｔｏｍ２２８（ハクロトニクス製）とに接続して光ファイバ呼気センサを作製し、湿度３５％〜９５％の範囲に於ける透過光強度変化を光パワーメータで測定した。この時、光ファイバ呼気センサは直線状態で測定した。
【００５２】
比較例１及び２について、これらの湿度と透過光強度変化の相関を図８に示した。図８の横軸及び縦軸は図１と同様である。図８より、比較例１（中抜き丸印）及び比較例２（黒塗り三角印）のいずれの光ファイバ呼気センサも、湿度依存的な透過光強度を示してはいるが、高湿度付近での透過光強度変化は、図１の結果と比べて極めて小さく、高湿度下に於いて呼気を検出するためのセンサ特性は不十分であることが示されている。
【００５３】
また、比較例３について、これらの湿度と透過光強度変化の相関を図９に示した。図９に於いて、湿度変化に対する透過光強度の変化の度合い（透過光強度変化率）は、図１に示した結果に比べて格段に小さく、ＨＥＣの濃度が０．３％以下の溶液を用いて形成される湿度応答層を有する光ファイバ呼気センサは、呼気の検出には不十分であることが示されている。
【００５４】
［呼気センサ用光ファイバの表面観察］
次に、上述の呼気センサ用光ファイバの湿度応答層表面を走査型電子顕微鏡Ｓ−３０００Ｎ（日立製作所製）によって観察した結果を図１０及び図１１に示す。図１０及び図１１より、ＰＭＭＡのコア上に疎水性物質であるＰＶＤＦが粒子状に分散されていること、即ち疎水性物質は網目状には形成されず、湿度応答層表面に粒子状に形成されていることが認められる（矢印Ａ）。疎水性物質の粒径はおよそ１μｍ〜１０μｍであった。
【００５５】
このように、湿度応答層に於いて少なくとも疎水性物質が網目状のマトリクス層を形成していない呼気センサは、高湿度下における透過光強度の応答性が小さく、外気の影響を受けやすい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第一乃至第三の実施形態に係る光ファイバ呼気センサについて、相対湿度に対する透過光強度変化を測定した結果を示す図である。
【図２】本発明の第一乃至第三の実施形態に係る光ファイバ呼気センサについて、呼気の吹きかけに伴う透過光強度の時間変化を測定した結果を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図４】本発明の第三の実施形態に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光ファイバ呼気センサの顔への取り付け方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る呼気検知システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る呼気検知システムについて、呼吸に伴う電圧の時間的変化を波形として表示した結果を示す図である。
【図８】本発明に対する第一及び第二の比較例に係る光ファイバ呼気センサについて、相対湿度に対する透過光強度変化を測定した結果を示す図である。
【図９】本発明に対する第三の比較例に係る光ファイバ呼気センサについて、相対湿度に対する透過光強度変化を測定した結果を示す図である。
【図１０】本発明に対する第一の比較例に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１１】本発明に対する第二の比較例に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  呼気センサ、１２  鼻用センサ部、１４  口用センサ部、１６  湾曲部、１８  引き回し用紐、２０  引き回し用ＰＯＦ、３０  呼気センサ部、４０  発光部、５０  受光部回路、６０  マイコン回路、７０  液晶表示部、８０  Ａ／Ｄ変換部、９０  ディスプレイ部。
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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【図１０】
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【図１１】
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