(57)【要約】【課題】人工透析では、送血針の一部が抜け、血液が漏れて事故を起こすことがあるため、漏血を検出するための大掛かりでないセンサが望まれている。【解決手段】そこで本発明では，フレキシブル基板１上に形成した平板状フレキシブル光導波路４の一方側を光ファイバ接続部として構成すると共に、他方側に反射膜５を形成し、更に基板から離れた側のコア２の面を露出させて構成した液体検出用光導波路式センサを提案すると共に、発光手段１１と、受光した光の強度測定手段１２と、それらの手段と入出力用光ファイバ１３間に配置した方向性結合手段１４とから液体検出装置本体１０を構成し、入出力用光ファイバに上記光導波路式センサを接続して構成した光導波路式液体検出装置を提案する。【選択図】    図１
2007178188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル基板上に形成した平板状フレキシブル光導波路の一方側を光ファイバ接続部として構成すると共に、他方側に反射膜を形成し、更に基板から離れた側のコア面を露出させて構成したことを特徴とする液体検出用光導波路式センサ。
【請求項２】
コアは、光導波路の一方側から他方側に幅広となるテーパ状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の液体検出用光導波路式センサ。
【請求項３】
発光手段と、受光した光の強度測定手段と、それらの手段と入出力用光ファイバ間に配置した方向性結合手段とから液体検出装置本体を構成し、入出力用光ファイバに請求項１又は２のいずれかに記載の光導波路式センサを接続して構成したことを特徴とする光導波路式液体検出装置。
【請求項４】
方向性結合手段は、ファイバカップラにより構成したことを特徴とする請求項３に記載の光導波路式液体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体検出用光導波路式センサ及び光導波路式液体検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、人工透析においては、透析装置の半透膜に生じたピンホール等により、血液が透析液中に漏出したことを検出するための漏血センサを設置している。例えば、特許文献１は、血液に対する吸収率が異なる２つのピーク波長を有する光により発光素子を別々に発光させ、透析液を透過させて受光素子により受光し、前記透析液に対する２つの波長の光の透過量を変換した電圧レベルを比較することにより、透析液中の漏血状態を検知する漏血検出器が記載されている。このように発光素子と受光素子により透析液への血液の漏出を検出する漏血検出器は特許文献２にも記載されている。
【０００３】
また人工透析においては、送血針の一部が抜け、その側面等に設けられている穴から血液が漏れて事故を起こすことがあるため、針を刺した皮膚の部分の近傍に漏血を検出するためのセンサを設置するのが望ましい。
【０００４】
このような漏血の検出に関連する技術としては、人の皮膚から血管に刺した針に、薬液注入装置から圧力の加わった薬液を供給して注入する際の薬液漏出検出技術がある。
【０００５】
例えば特許文献３には、針を刺した皮膚の部分に粘着剤により貼り付けるように構成したパッチに複数の電極を設け、これらの電極間における人体組織のインピーダンスの変化を検出して薬液の漏出を検出する装置が記載されている。
【０００６】
一方、従来技術として、クラッドとコアから成る平板状フレキシブル光導波路が特許文献４、５等に記載されている。
【特許文献１】特開平４−３５７９６１号公報
【特許文献２】特開平６−３２７７６６号公報
【特許文献３】米国特許第５，９６４，７０３号明細書
【特許文献４】特開２００１−１５４０５０号公報
【特許文献５】特開２００１−１１６９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の従来技術では次に示すような課題がある。
１．特許文献１又は特許文献２の漏血検出技術は、発光素子と受光素子の間を透過する光の透過量によって漏血を検出するものであるので、針を刺した皮膚の部分からの漏血の検出に適用するのは困難である。即ち、この漏血検出技術では、発光素子と受光素子の間に、光が邪魔されずに透過し、しかも漏出した血液が光を遮る空間が必要であるところ、このような空間を針の穿刺した部分に形成するのは困難であると共に、仮にこのような空間が形成されたとしても、発光素子と受光素子を針を刺した皮膚の部分に取り付けなければならないので大掛かりに成ってしまう。
２．また特許文献３の漏血検出技術では、微少とはいっても皮膚に電流を流すことにおいて、人に違和感を感じさせ易い。
本発明は以上の課題を解決するために、平板状フレキシブル光導波路を合理的に応用して液体検出用光導波路式センサを構成することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では，上述した課題を解決するために，フレキシブル基板上に形成した平板状フレキシブル光導波路の一方側を光ファイバ接続部として構成すると共に、他方側に反射膜を形成し、更に基板から離れた側のコア面を露出させて構成した液体検出用光導波路式センサを提案する。
【０００９】
また本発明では、上記の構成において、コアは、光導波路の一方側から他方側に幅広となるテーパ状に形成することを提案する。
【００１０】
また本発明では、発光手段と、受光した光の強度測定手段と、それらの手段と入出力用光ファイバ間に配置した方向性結合手段とから液体検出装置本体を構成し、入出力用光ファイバに上記光導波路式センサを接続して構成する光導波路式液体検出装置を提案する。
【００１１】
そして本発明では、上記装置において、方向性結合手段は、ファイバカップラ１４により構成することを提案する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光導波路式センサでは、コア面が露出している光導波路の面を皮膚側に対応させて、皮膚に刺した針の近傍に位置させて固定し、光導波路式センサに接続した光ファイバを、光コネクタにより液体検出装置本体の入出力用光ファイバに接続して使用する。
【００１３】
以上の使用状態において、針からの漏血がない場合には、液体検出装置本体から入出力用光ファイバを経て光導波路式センサの光導波路のコアを伝搬してきた光は、コアの露出面において、露出面に接する空気との屈折率（例えばコアの屈折率：1.46、空気の屈折率：1.0）の差により、対応する反射率で反射して液体検出装置本体に戻り、反射光の強度が測定される。
【００１４】
この状態において皮膚に刺した針から血液が漏出して露出しているコアに接すると、血液の屈折率は空気よりも高く、例えば血漿成分の９０％を占める水の屈折率は1.3であるためコアの露出面における光の反射率が低下し、よって、コアの露出で反射して液体検出装置本体で測定される反射光の強度が低下する。従って、この反射光の強度の低下により、針からの漏血を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る光導波路式センサを用いた光導波路式液体検出装置の実施の形態を示すもので、図２は図１の光導波路式センサの部分の拡大図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は光導波路式センサを液体検出装置本体に接続する構成要素を示すものである。
符号１はフレキシブル基板であり、この基板１上に、コア２とクラッド３から成る平板状フレキシブル光導波路４が形成されており、基板から離れた側のコア２の面は露出させた構成としている。この光導波路４の一方側は光ファイバ接続部として構成され、コア２は光導波路４の一方側から他方側に幅広となるテーパ状に形成されると共に、光導波路４の他方側には反射膜５が形成されている。このような構成の平板状フレキシブル光導波路４は、上述した特許文献４、５等の従来技術を用いて容易に構成することができる。
【００１６】
符号６は光導波路４の一方側に接続される光ファイバ接続部材であり、この光ファイバ接続部材６は、溝形の係合支持部７を有し、この係合支持部７内に光導波路４の一方側の端縁を係合して保持する構成である。光導波路４の保持を確実にするために、光導波路４の一方側の面にはストッパー凹部８が形成されており、また光ファイバ接続部材６の係合支持部７の内側には、このストッパー凹部８に弾発的に係合するストッパー突起（図示省略）が設けられており、このストッパー突起は操作部材（図示省略）によって、ストッパー凹部８から後退して係合が解除可能な構成となっている。また光ファイバ接続部材６には光ファイバ９が接続され、光ファイバ９の端面と光導波路４とを光学的に接続する機構（図示省略）が設けられている。
【００１７】
次に、符号１０は液体検出装置本体であり、この液体検出装置本体１０は、レーザーダイオード等の発光手段１１と、ホトダイオード等を要素とする受光強度測定手段１２と入出力用光ファイバ１３と、方向性結合手段としてのファイバカップラ１４とを主要な構成要素としている。このファイバカップラ１４は分岐比を１：１としている。符号１５ａは入出力用光ファイバ１３に接続した光コネクタであり、この光コネクタ１５ａに光導波路式センサ側の光ファイバ９に接続した光コネクタ１５ｂを接続する構成としている。
【００１８】
以上の構成において、使用においては、図５に示すように、コア２の面が露出している光導波路４の面を皮膚側に対応させて、血管１６に刺した針１７の近傍に位置させて固定し、光ファイバ接続部材６に接続した光ファイバ９を、光コネクタ１５ａ，１５ｂにより液体検出装置本体１０の入出力用光ファイバ１３に接続して使用する。
【００１９】
以上の使用状態において、針１７からの漏血がない場合には、液体検出装置本体１０から入出力用光ファイバ１３を経て光導波路式センサの光導波路４のコア２を伝搬する光は、コア２の露出面において、露出面に接する空気との屈折率（例えばコアの屈折率：1.46、空気の屈折率：1.0）の差により、対応する反射率で反射して液体検出装置本体１０に戻り、反射光の強度が測定される。
【００２０】
ここで、本発明における光導波路とは異なるが、光ファイバのコア２を伝搬してきた光が、端面において反射する反射率Ｒと、受光強度測定手段１２における反射光の受光強度ＰRは次の式で示される。
反射率Ｒ＝｛（ｎg−ｎ0）2／（ｎg＋ｎ0）2｝×100  （％）
受光強度ＰR＝｛(Ｐ0／2)×Ｒ／100｝／2
但し、ｎg：光ファイバのコアの屈折率、ｎ0：コアの端面と接する媒質の屈折率、Ｐ0：発光手段から送光される光の強度である。
【００２１】
そこで光導波路式センサのコア２の端面に媒質として、空気、水及び屈折率を光ファイバのコアの屈折率に整合させた液の３種類を接触させて、反射率Ｒと受光強度ＰRの理論値を求めると共に、受光強度を測定した結果は下表に示すとおりである。但し、受光強度の測定は、光ファイバの端面を研磨したものと、クリーバ切断を行ったものの２種類に付き行い、発光手段１１から送光され光の強度Ｐ0は1135μＷである。またコアの屈折率は1.46である。
屈折率    反射率    受光強度            測定値（μＷ）
ｎ0      Ｒ（％）  ＰR（μＷ）    端面研磨    クリーバ切断
空気        1.0      3.50       9.92          9.05          8.45
水          1.3      0.34       0.95          0.63          0.59
整合液      1.45    0.001      0.003          0.02          0.01
【００２２】
以上の理論計算及び測定結果から、光ファイバのコアの端面に接する媒質が空気と水の場合には、受光強度測定手段により測定する反射光の強度が１桁以上異なるので、これらの媒質を十分に識別可能であることが分かる。
【００２３】
従って、本発明の光導波路式センサにおいて、コア２の露出面に接する媒質の屈折率の変化により反射率が変化することは容易に類推できる。
【００２４】
従って上述した使用状態において皮膚に刺した針１７から血液が漏出して、コア２の露出面に接すると、血液の屈折率は空気よりも高く、例えば血漿成分の９０％を占める水の屈折率は上表に示すように1.3程度であるため、コア２の露出面における光の反射率が低下し、よって、コアの露出面で反射して液体検出装置本体１０で測定される反射光の強度が低下する。この強度の低下は比較的大きいので、確実に水分の存在、即ち血液の存在を検出することができ、こうして針１７からの漏血を確実に検出することができる。
【００２５】
この実施の形態では、コア２は光導波路４の一方側から他方側に幅広となるテーパ状に形成されているため、血液等の媒質と接触する面積が広く、従って血液等を高い感度で確実に検出することができる。またコア２を幅広とするためにテーパ状としているため、コア２を幅広とすることによる光の反射を抑制することができる。
【００２６】
しかしながら他の実施の形態においては、コア２は、一定の幅の形状とすることもできる。
【００２７】
本発明における光導波路式センサの上述した使用においては、図５に示すように、コア２の面が露出している光導波路４の面と皮膚との間に脱脂綿等のように、血液を吸収し拡散する繊維集合体１８を介在すれば、針１７から漏出した血液を光導波路４の面に沿って拡散することができ、上述した検出を確実に行うことができる。尚、図中符号２０は光導波路式センサと針１７の部分を覆う脱脂綿等の被覆部材である。
【００２８】
以上、本発明の光導波路式センサ及びそれを用いた液体検出装置を、透析等における針からの漏血を検出する装置に適用した場合につき説明したが、本発明の光導波路式センサ及びそれを用いた液体検出装置は、その他の用途における水やその他の液体の検出に用いることができるものである。
【００２９】
また本発明の光導波路式センサでは以上のように漏血の検出に使用した後、光ファイバ接続部材６から外して廃棄することができ、衛生的である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の光導波路式センサ及びそれを用いた液体検出装置は、以上のとおりであるので，以下に示すような特徴を有し，産業上の利用可能性が大である。
１．光導波路式センサは、コアの露出面における光の反射を利用するものであるので、発光素子と受光素子の対を必要とせず、従って大掛かりと成らず人の腕等に容易に取り付けて使用することができる。
２．皮膚等に電流を流さないので、使用する人に違和感を感じさせない。
３．また本発明の光導波路式センサは非常に安価に構成することができるので、１回のみの使用で廃棄しても経済的に負担とならない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る光導波路式センサを用いた光導波路式液体検出装置の実施の形態を示す説明図である。
【図２】図１の光導波路式センサの部分の拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】光導波路式センサを液体検出装置本体に接続する構成要素を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る光導波路式センサの使用状態の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１                フレキシブル基板
２                コア
３                クラッド
４                平板状フレキシブル光導波路
５                反射膜
６                光ファイバ接続部材
７                係合支持部
８                ストッパー凹部
９                光ファイバ
１０              液体検出装置本体
１１              発光手段
１２              受光強度測定手段
１３              入出力用光ファイバ
１４              ファイバカップラ
１５ａ，１５ｂ    光コネクタ
１６              血管
１７              針
１８              穴
１９              繊維集合体
２０              被覆部材
【図１】
2007178188.tif 000003
【図２】
2007178188.tif 000004
【図３】
2007178188.tif 000005
【図４】
2007178188.tif 000006
【図５】
2007178188.tif 000007