(57)【要約】【課題】高精度の呼気診断装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、セル部と、光源部と、検出部と、制御部と、を含む呼気診断装置が提供される。前記セル部は、空間を含む。前記空間には、第１物質と、前記第１物質とは異なる第２物質と、を含む呼気を含む試料気体が導入される。前記光源部は、前記第１物質の光吸収の複数のピークの間の第１波長の第１光と、前記第１波長とは異なる第２波長の第２光と、を前記空間に入射させる。前記検出部は、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第１光の強度と、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第２光の強度と、を検出する。前記制御部は、前記第１光の前記強度と、前記第２光の強度と、に基づいて、前記試料気体中の前記第２物質の濃度を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物質と、前記第１物質とは異なる第２物質と、を含む呼気を含む試料気体が導入される空間を含むセル部と、
前記第１物質の光吸収の複数のピークの間の第１波長の第１光と、前記第１波長とは異なる第２波長の第２光と、を前記空間に入射させる光源部と、
前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第１光の強度と、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第２光の強度と、を検出する検出部と、
前記第１光の前記強度と、前記第２光の強度と、に基づいて、前記試料気体中の前記第２物質の濃度を算出する制御部と、
を備えた呼気診断装置。
【請求項２】
前記光源部は、
複数の量子井戸のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により発光光を放射する半導体発光素子と、
前記発光光の波長を調整して前記第１光及び前記第２光を生成する波長制御部と、
を含む請求項１記載の呼気診断装置。
【請求項３】
前記第１波長は、７．６マイクロメートル以上７．９５マイクロメートル以下であり、
前記第２波長は、８．１マイクロメートル以上８．４マイクロメートル以下である請求項１または２に記載の呼気診断装置。
【請求項４】
前記第１物質は、水を含み、
前記第２物質は、アセトンを含む請求項３記載の呼気診断装置。
【請求項５】
前記第１波長は、７．６マイクロメートル以上７．９５マイクロメートル以下であり、
前記第２波長は、７．９８マイクロメートル以上８．２マイクロメートル以下である請求項１または２に記載の呼気診断装置。
【請求項６】
前記第１物質は、水を含み、
前記第２物質は、エタノールを含む請求項５記載の呼気診断装置。
【請求項７】
前記制御部は、第１動作と、前記第１動作の後に実施される第２動作と、を実施し、
前記第１動作は、前記光源部に前記第２光を出射させて前記検出部に前記第２光の前記強度を検出させることを含み、
前記第２動作は、前記光源部に前記第１光を出射させて前記検出部に前記第１光の前記強度を検出させることを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の呼気診断装置。
【請求項８】
前記セル部の外の外空間中の前記第１物質の濃度を検出する第１物質センサをさらに備え、
前記制御部は、前記第１物質センサが検出した前記第１物質の前記濃度にさらに基づいて、前記試料気体中の前記第２物質の前記濃度を算出する請求項１〜７のいずれか１つに記載の呼気診断装置。
【請求項９】
前記試料気体中の前記第１物質を検出する第１検出器をさらに備えた請求項１〜８のいずれか１つに記載の呼気診断装置。
【請求項１０】
前記検出部は、半導体型センサを含む請求項９記載の呼気診断装置。
【請求項１１】
前記第１検出器は、
前記試料気体が導入された前記空間に近赤外光を入射させる光出射部と、
前記試料気体が導入された前記空間を通過した前記近赤外光の強度を検出する光検出部と、
を含む請求項９記載の呼気診断装置。
【請求項１２】
前記セル部は、
前記測定光に対して反射性の第１反射部と、
前記測定光に対して反射性の第２反射部と、
を含み、
前記第１反射部と前記第２反射部との間に前記空間が配置され、
前記測定光は、前記第１反射部と前記第２反射部とを反射して前記空間を通過する請求項１〜１１のいずれか１つに記載の呼気診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、呼気診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
呼気診断装置においては、呼気のガスを測定する。この測定結果より、病気の予防や早期発見が容易になる。呼気診断装置において、高精度の測定結果を得ることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３２７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、高精度の呼気診断装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、セル部と、光源部と、検出部と、制御部と、を含む呼気診断装置が提供される。前記セル部は、空間を含む。前記空間には、第１物質と、前記第１物質とは異なる第２物質と、を含む呼気を含む試料気体が導入される。前記光源部は、前記第１物質の光吸収の複数のピークの間の第１波長の第１光と、前記第１波長とは異なる第２波長の第２光と、を前記空間に入射させる。前記検出部は、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第１光の強度と、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第２光の強度と、を検出する。前記制御部は、前記第１光の前記強度と、前記第２光の強度と、に基づいて、前記試料気体中の前記第２物質の濃度を算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。
【図２】試料気体に含まれる物質の特性を例示するグラフ図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、試料気体に含まれる物質の特性を例示するグラフ図である。
【図４】第１の実施形態に係る別の呼気診断装置を例示する模式図である。
【図５】第１の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
【図６】第１の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
【図９】第２の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。
【図１０】第２の実施形態に係る別の呼気診断装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。  
図１に表したように、本実施形態に係る呼気診断装置１１０は、セル部２０と、光源部３０と、検出部４０と、制御部４５と、を含む。
【０００９】
セル部２０には、呼気５０ａを含む試料気体５０が導入される。例えば、セル部２０は、空間２３ｓを含む。空間２３ｓに、呼気５０ａを含む試料気体５０が導入される。
【００１０】
呼気５０ａは、例えば、ヒトを含む動物の呼気である。呼気５０ａには、第１物質５１と、第２物質５２と、が含まれる。第１物質５１は、例えば、水である。第２物質５２は、例えば、アセトンである。第２物質５２は、呼気診断装置１１０において、診断の目的に関係する物質である。例えば、糖尿病に罹患すると、呼気５０ａ中のアセトンの濃度が健康時に比べて上昇する。呼気診断装置１１０においては、物質（例えばアセトンなど）の濃度を測定することで、健康状態が診断される。第２物質５２の例については、後述する。第１物質５１は、呼気５０ａに含まれる第２物質５２とは異なる物質である。
【００１１】
光源部３０は、第１波長の第１光Ｌ１と、第２波長の第２光Ｌ２と、を上記の空間２３ｓに入射させる。第２波長は、第１波長とは異なる。これらの光は、測定光３０Ｌに対応する。
【００１２】
後述するように、第１波長は、第１物質５１（例えば水）の光吸収の複数のピークの間の波長である。第１物質５１は複数の波長において、光吸収が高い。すなわち、光吸収のピーク（極大値）に対応する複数の波長（ピーク波長）が存在する。第１波長は、ピーク波長ではなく、複数のピーク波長の間の波長である。第１波長は、例えば、吸収のボトムに対応する波長でも良い。
【００１３】
この例では、光源部３０は、発光部３０ａと、駆動部３０ｂと、を含む。駆動部３０ｂは、発光部３０ａに電気的に接続される。駆動部３０ｂは、発光部３０ａに、発光のための電力を供給する。後述するように、発光部３０ａとして、例えば、外部共振器（ＥＣ）型量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）が用いられる。発光部３０ａの例については、後述する。
【００１４】
検出部４０は、試料気体５０が導入されている空間２３ｓを通過した第１光Ｌ１の強度（第１強度）を検出する。検出部４０は、試料気体５０が導入されている空間２３ｓを通過した第２光Ｌ２の強度（第２強度）を検出する。
【００１５】
制御部４５は、検出部４０で検出された第１強度（第１光Ｌ１の強度）と第２強度（第２光Ｌ２の強度）とに基づいて、試料気体５０中の第２物質５２の濃度を算出する。制御部４５の動作の例については、後述する。
【００１６】
図１に表したように、呼気診断装置１１０において、供給部１０ｉと、排出部１０ｏと、がさらに設けられている。
【００１７】
供給部１０ｉには、試料気体５０が供給される。供給部１０ｉから導入された試料気体５０は、第１配管１５ａを通じてセル部２０に導入される。第１配管１５ａは、供給部１０ｉとセル部２０との間に設けられる。一方、セル部２０に導入された試料気体５０は、第２配管１５ｂを通じて、排出部１０ｏに到達する。試料気体５０は、排出部１０ｏを通じて外部に排出される。排出部１０ｏには、例えば、ファンが設けられても良い。排気の効率が向上する。
【００１８】
この例では、セル部２０は、第１反射部２１と、第２反射部２２と、を含む。第１反射部２１及び第２反射部２２は、測定光３０Ｌに対して反射性である。
【００１９】
供給部１０ｉから導入された試料気体５０は、第１反射部２１と第２反射部２２との間の空間２３ｓに導入される。
【００２０】
例えば、セル部２０は、例えば、セル２３をさらに含む。例えば、セル２３により、空間２３ｓが形成される。第１反射部２１と第２反射部２２との間に空間２３ｓの少なくとも一部が配置される。
【００２１】
測定光３０Ｌ（第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２）は、第１反射部２１と第２反射部２２とで反射して、第１反射部２１と第２反射部２２との間（空間２３ｓ）を複数回往復する。測定光３０Ｌの一部が、試料気体５０に含まれる物質（第１物質５１及び第２物質５２）により吸収される。測定光３０Ｌのうちの、物質に特有の波長の成分が吸収される。吸収の程度は、物質の濃度に依存する。
【００２２】
検出部４０は、例えば、空間２３ｓに試料気体５０が導入された状態において空間２３ｓを通過した測定光３０Ｌを検出する。
【００２３】
検出部４０には、赤外領域に感度を有する素子が用いられる。検出部４０には、例えばサーモパイルまたは半導体素子（例えばＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ））などが用いられる。実施形態において、検出部４０は任意である。
【００２４】
この例では、筐体１０ｗがさらに設けられている。筐体１０ｗ中に、例えば、セル部２０、光源部３０、検出部４０、第１配管１５ａ及び第２配管１５ｂ、が格納される。
【００２５】
この例では、測定光３０Ｌの光路上において、光源部３０とセル部２０との間に、第１光学部品３６ａが設けられている。光路上において、セル部２０と検出部４０との間に、第２光学部品３６ｂが設けられている。これらの光学部品は、例えば、集光光学素子を含む。これらの光学部品に、フィルタを用いても良い。これらの光学部品に、光スイッチを用いても良い。光学部品は必要に応じて設けられ、省略しても良い。
【００２６】
このように、呼気診断装置１１０には、試料気体５０が導入される空間２３ｓを含むセル部２０と、測定光３０Ｌを出射する光源部３０と、が設けられている。検出部４０は、試料気体５０が導入された空間２３ｓを通過した測定光３０Ｌを検出して、光の強度（第１強度及び第２強度）を検出する。呼気５０ａに含まれている物質（第１物質５１及び第２物質５２）による測定光３０Ｌの吸収が測定される。これにより、呼気５０ａに含まれる物質の濃度が測定される。
【００２７】
図２は、試料気体に含まれる物質の特性を例示するグラフ図である。  
図２は、水の吸収スペクトル（第１吸収スペクトル５１ｓ）と、アセトンの吸収スペクトル（第２吸収スペクトル５２ｓ）と、を例示している。水は、第１物質５１の例である。アセトンは、第２物質５２の例である。横軸は、波長λ（μｍ：マイクロメートル）である。縦軸は、吸収率Ａｂである。
【００２８】
図２に表したように、アセトンの第２吸収スペクトル５２ｓにおいて、波長λが約７．６μｍ以上８．０６μｍ未満の領域において、吸収率Ａｂは、実質的に０％である。第２吸収スペクトル５２ｓにおいて、波長λが約７．１５μｍ以上約７．５μｍ以下の領域、及び、波長λが８．０６μｍ以上８．４５μｍ以下の領域において、吸収率Ａｂは、１％以上である。
【００２９】
例えば、約７．６μｍ以上８．０６μｍ未満の範囲の波長の光を用いると、アセトンの濃度を検出することは困難である。例えば、８．０６μｍ以上８．４５μｍ以下の波長の光を用いると、アセトンの濃度に応じて、吸収率Ａｂが変化する。８．０６μｍ以上８．４５μｍ以下の波長の光の強度を検出することで、試料気体５０中のアセトンの濃度に関係した量が得られる。８．０６μｍ以上８．４５μｍ以下の波長が、第２波長λ２の候補となる。
【００３０】
一方、波長λが約７．１５μｍ以上約７．５μｍの範囲においては、第２吸収スペクトル５２ｓは比較的高いものの、第１吸収スペクトル５１ｓが非常に高い。このため、もし、約７．１５μｍ以上約７．５μｍ以下の波長の光を用いた場合は、第１吸収スペクトル５１ｓと第２吸収スペクトル５２ｓとの分離が困難になる。このため、水とアセトンとの組み合わせの場合には、８．０６μｍ以上８．４５μｍ以下の波長範囲のいずれかの波長の光を、アセトンの検出に用いることが好ましい。
【００３１】
実施形態においては、８．０６μｍ以上８．４５μｍ以下の波長範囲において、水の第１吸収スペクトル５１ｓの吸収率Ａｂが低い波長を用いる。これにより、水の影響が抑制できる。このため、第２波長λ２として、８．０６μｍ以上８．４５μｍ以下の波長範囲において、水の吸収率Ａｂが低い波長を、第２波長λ２として用いる。
【００３２】
第２物質５２がアセトンである場合、第２波長λ２として、例えば、８．１２μｍ、及び、８．３２μｍの少なくともいずれかを用いることができる。図２では、８．３２μｍの光を用いる場合として、第２波長λ２が表示されている。
【００３３】
第２波長λ２を用いて、アセトンと水とを含む試料気体５０（呼気５０ａ）における光吸収を検出すると、アセトンの吸収の他に水の吸収も含まれた結果になる。このため、水の影響を考慮して、補正を行う。
【００３４】
すなわち、試料気体５０中の水（第１物質５１）の濃度を検出する。水（第１物質５１）の検出においては、アセトン（第２物質５２）の影響が実質的に生じない波長を用いる。
【００３５】
例えば、約７．６μｍ以上８．０６μｍ未満の波長においてアセトンの吸収率Ａｂは、実質的に０％であるため、この範囲の波長の光が、水の濃度を測定する時の波長（第１波長λ１）の候補となる。
【００３６】
図２に例示したように、第１吸収スペクトル５１ｓは、複数のピーク５１ｐを有する。複数のピーク５１ｐどうしの間に、ピーク間領域５１ｂがある。実施形態においては、ピーク間領域５１ｂの波長が、第１波長λ１として採用される。
【００３７】
例えば、第１物質５１が水である場合、第１波長λ１として、例えば、７．６３μｍ、７．８μｍ、７．８３μｍ、及び、７．９２μｍの少なくともいずれかを用いることができる。
【００３８】
第１波長λ１を含む波長領域において、第１物質５１の波長の変化に対する光吸収の変化率は、ピーク波長を含む波長領域における波長の変化に対する変化率よりも低い。第１波長λ１において、第１物質５１の波長変動に対する光吸収の変化の程度は、比較的小さい。第１波長λ１としては、例えば、吸収スペクトルの安定的な極小点の波長を用いることができる。
【００３９】
このように、実施形態においては、第１波長λ１として、ピーク５１ｐに対応した波長ではなく、複数のピーク５１ｐの間の波長を用いる。これにより、第１波長λ１が変動した場合においても、安定して光吸収の値が得られる。
【００４０】
もし、第１物質５１の光吸収のピーク５１ｐに対応した波長を用いて検出を行うと、波長の変動がある場合に、光吸収の値が変化してしまう。これに対して、実施形態においては、第１波長λ１として、波長の変動に対する光吸収の変動が小さい波長を用いる。この波長の第１光Ｌ１を用いて第１物質５１の濃度を求める。その値に基づいて、第２波長λ２の第２光Ｌ２の検出結果を補正して、第２物質５２（例えばアセトン）の濃度を求める。これにより求められた値は、精度が高い。実施形態によれば、高精度の呼気診断装置が提供できる。
【００４１】
複数の波長の光を測定光３０Ｌとして用いる時に、複数のレーザを用いる参考例が考えられる。例えば、それぞれが単一波長の光を出射する複数のレーザを用いる。このときの光の波長は、実質的に一定であり、波長の変動は小さい。しかしながら、複数のレーザを用いる構成においては、装置が大型になり使い難い。呼気診断装置の応用に制限が生じる。例えば、広い範囲の波長の光を放出する光源と、波長フィルタと、を用いる方法においても、同様の問題が生じる。
【００４２】
これに対して、複数の波長の光を出射することが可能な光源を用いることで、装置が小型にでき、応用範囲が拡大する。例えば、波長が可変のレーザシステムを用いることで複数の波長の光が得られる。例えば、実施形態においては、後述する外部共振器（ＥＣ）型量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）を用いることで、複数の波長の光を得る。ＥＣ−ＱＣＬにおいては、比較的狭いスペクトル幅の光が得られる。そして、波長の変更範囲が広い。例えば、変更可能な波長範囲の幅は、約１μｍ程度である。
【００４３】
このとき、ＥＣ−ＱＣＬにおいては、出射する光（例えば第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２など）の波長が変動する場合がある。
【００４４】
このとき、上記のような波長（複数のピーク５１ｐの間の波長）を第１波長λ１として用いることで、波長が変動した場合においても、得られる光吸収の変動が抑制できる。その結果、第１物質５１（例えば、水）の濃度の検出結果の変動が抑制できる。変動が抑制された第１物質５１の濃度を用いて補正することで、第２物質５２（例えばアセトン）の濃度を高い精度で求めることができる。
【００４５】
第１波長λ１における第１物質５１（例えば水）の吸収率Ａｂが過度に低いと、第１物質５１の検出が困難である。このため、第１物質５１の吸収率Ａｂが一定以上になるように、第１波長λ１が定められる。例えば、第１波長λ１における第１物質（例えば水）の吸収率Ａｂは、第２波長λ２における第２物質５２（例えばアセトン）の吸収率Ａｂよりも高い。。例えば、第１波長λ１における第１物質の吸収率Ａｂは、第２波長λ２における第２物質５２の吸収率Ａｂの５倍以上であることが好ましい。１０倍以上であることが、さらに好ましい。
【００４６】
ただし、第１波長λ１において吸収率Ａｂが過度に高い場合は、波長の変動に対する光吸収の変化率が高くなるため、検出結果の変動が大きくなる。このため、吸収率Ａｂが過度に高くならないように、第１波長λ１が設定される。
【００４７】
実施形態において、第１波長λ１における光の吸収率は、例えば、波長λが７．５μｍ以上７．９５μｍ以下の範囲における第１物質５１の光の吸収率の複数のピーク５１ｐの最大値の２０％以下である。図２に示した例においては、波長λが７．５μｍ以上７．９５μｍ以下の範囲における第１物質５１（水）の吸収率Ａｂのピークは、９８％である。例えば、波長λが７．６３μｍ、７．８μｍ、７．８３μｍ及び７．９２μｍのそれぞれのときにおいて、吸収率Ａｂは、約３％以上約６％である。このように、第１波長λ１は、７．６μｍ以上７．９５μｍ以下である。このように、ピーク５１ｐに比べて低い吸収率Ａｂが得られる波長を用いることで、吸収率Ａｂの波長依存性が小さくでき、安定して検出結果が得やすくなる。
【００４８】
このように、第１波長λ１における光吸収を低くすることで、光吸収の波長依存性が小さくなる。このため、検出結果の変動が抑制でき、高精度の結果が得られる。
【００４９】
吸収係数に基づいて、第１波長λ１を定めても良い。
【００５０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、試料気体に含まれる物質の特性を例示するグラフ図である。  
これらの図は、水（第１物質５１）の吸収スペクトル（第１吸収スペクトル５１ｓ）を例示している。これらの図の横軸は、波長λである。図３（ａ）の縦軸は、吸収係数Ａｃ（ｃｍ−１）である。図３（ｂ）の縦軸は、吸収係数Ａｃを対数表示している。
【００５１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に表したように、吸収係数Ａｃの特性においても、複数のピーク５１ｐが得られる。そして、複数のピーク５１ｐの間に、ピーク間領域５１ｂがある。ピーク間領域５１ｂの波長が、第１波長λ１として用いられる。
【００５２】
例えば、呼気診断において、７．０μｍ以上７．９５μｍ以下の光を用いることが実用的である。このため、例えば、波長が７．０μｍ以上７．９５μｍ以下の範囲において得られる第１物質５１の光の吸収係数Ａｃの最高値の０．１％以下の光の吸収係数Ａｃが得られる波長を第１波長λ１として用いることが好ましい。
【００５３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した例では、波長λが約７．０４μｍのときに、吸収係数Ａｃは最高となる。その最高の値は、約２ｃｍ−１である。この値の０．１％は、約０．００２ｃｍ−１である。この値以下の吸収係数Ａｃが得られる波長が、第１波長λ１として用いられる。このような条件を満たす波長は、以下のように、いくつか存在する。
【００５４】
例えば、第１物質５１が水であり、第２物質５２がアセトンである場合は、第１波長λ１は、７．６μｍ以上７．９５μｍ以下であり、第２波長λ２は８．１μｍ以上８．４μｍ以下である。第１波長λ１の中心波長は、例えば、７．６３μｍ、７．８μｍ、７．８３μｍ及び７．９２μｍの少なくともいずれかである。例えば、第２物質５２がエタノールである場合、第２波長λ２の中心波長は、例えば、８．０μｍ及び８．１２μｍの少なくともいずれかである。
【００５５】
例えば、第１物質５１が水であり、第２物質５２がエタノールである場合は、第１波長λ１は、７．６μｍ以上７．９５μｍ以下であり、第２波長λ２は、７．９８μｍ以上８．２μｍ以下である。第１波長λ１の中心波長は、例えば、７．６３μｍ、７．８μｍ、７．８３μｍ及び７．９２μｍの少なくともいずれかである。例えば、第２物質５２がエタノールである場合、第２波長λ２の中心波長は、例えば、８．０μｍ及び８．１２μｍの少なくともいずれかである。
【００５６】
例えば、実施形態において、初期状態において、セル２３の空間２３ｓは、実質的に空気で満たされている。その状態において、第２光Ｌ２を用いた検出（初期第２光検出）を行う。このときに得られる結果は、空気における第２光Ｌ２の光吸収である。
【００５７】
第１の時刻において、呼気５０ａが供給部１０ｉに吹き込まれる。呼気５０ａ（試料気体５０）が、セル２３の空間２３ｓに導入される。この状態において、第２光Ｌ２を用いた検出（試料気体第２光検出）を行う。このときに得られる結果は、第１物質５１と第２物質５２との合計の光吸収の結果である。
【００５８】
試料気体第２光検出の結果の、初期第２光検出の結果に対する比を求めることで、第１物質５１と第２物質５２との合計に対応した濃度が得られる。この値を第２光検出結果とする。
【００５９】
第１の時刻の後の第２の時刻において、空間２３ｓに試料気体５０が導入されている状態が、維持されている。この第２の時刻において、第１光Ｌ１を用いた検出（試料気体第１光検出）を行う。第１光Ｌ１の第１波長λ１において、第２物質５２は吸収が生じないため、試料気体第１光検出の結果は、実質的に、第１物質５１（水）の濃度に応じた光吸収の値となる。
【００６０】
第２の時刻の後に、空間２３ｓ内の試料気体５０を排気する。例えば、排出部１０ｏを介して試料気体５０が外部に排気される。ファンを用いても良い。供給部１０ｉから、空気が導入される。空間２３ｓは、空気で満たされる。この状態において、第１光Ｌ１を用いた検出（初期第１光検出）を行う。このときに得られる結果は、空気における第１光Ｌ１の光吸収である。
【００６１】
試料気体第１光検出の結果の、初期第１光検出の結果に対する比を求めることで、第１物質５１の濃度が得られる。この値を第１光検出結果とする。
【００６２】
上記の第２光検出結果を上記の第１光検出結果を用いて補正する。第１物質５１の影響が実質的に除去される。これにより、第２物質５２の濃度が求められる。求められた値は、正確である。
【００６３】
このように、実施形態においては、例えば、第２光Ｌ２を用いた検出の後に、第１光Ｌ１を用いた検出が行われる。
【００６４】
図２に例示したように、第１物質５１（例えば水）の光吸収に比べて、第２物質５２（例えばアセトン）の光吸収の程度は低い。すなわち、第２光Ｌ２を用いた第２物質５２の検出のＳＮ比は、低い。
【００６５】
一方、呼気５０ａが吹き込まれた後で、空間２３ｓ内の試料気体５０の状態が変化する場合がある。例えば、時間の経過と共に、空間２３ｓ内の呼気５０ａの濃度が低下する場合がある。
【００６６】
実施形態においては、第２物質５２を検出する第２光Ｌ２を用いた検出を、呼気５０ａの吹き込みの開始（第１の時刻）から比較的近い時刻で実施する。これにより、空間２３ｓ内の状態が変化する前に、第２光Ｌ２を用いた検出が実施できる。これにより、光吸収の程度が低い第２物質５２の光吸収を高精度に検出できる。
【００６７】
一方、第１物質５１（例えば水）の光吸収の程度は高い。このため、第１物質５１の第１光Ｌ１の検出においては、ＳＮ比が高い。このため、呼気５０ａを吹き込んだ後の経過時間が検出結果に与える影響が比較的小さい。
【００６８】
例えば、制御部４５により、動作を制御しても良い。制御部４５は、第１動作と、第２動作と、を実施する。第２動作は、第１動作の後に実施される。第１動作においては、制御部４５は、光源部３０に第２光Ｌ２を出射させて検出部４０に第２光Ｌ２の強度を検出させる。第２動作においては、制御部４５は、光源部３０に第１光Ｌ１を出射させて検出部４０に第１光Ｌ１の強度を検出させる。すなわち、第２光Ｌ２を用いた検出の後に、第１光Ｌ１を用いた検出を行う。より高い精度の検出が可能になる。
【００６９】
図４は、第１の実施形態に係る別の呼気診断装置を例示する模式図である。  
図４に表したように、本実施形態に係る別の呼気診断装置１１１においては、第１物質センサ６１がさらに設けられている。第１物質センサ６１は、例えば、筐体１０ｗ内に配置される。第１物質センサ６１は、例えば、セル部２０の外の外空間中の第１物質５１の濃度を検出する。
【００７０】
第１物質センサ６１として、例えば、電気式湿度計などが用いられる。
【００７１】
制御部４５は、第１物質センサ６１が検出した第１物質５１の濃度にさらに基づいて、試料気体５０中の第２物質５２の前記濃度を算出する。すなわち、制御部４５は、第１光の強度と、第２光の強度と、第１物質センサ６１が検出した第１物質５１の濃度と、に基づいて、試料気体５０の中の第２物質５２の濃度を算出する。第２物質５２の濃度をさらに高精度で得ることができる。
【００７２】
以下、光源部３０の発光部３０ａの例について説明する。  
図５は、第１の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。  
図５に表したように、光源部３０（発光部３０ａ）は、半導体発光素子３０ａＬと、波長制御部３０ａＣと、を有する。後述するように、半導体発光素子３０ａＬは、例えば、複数の量子井戸のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により発光光を放射する。波長制御部３０ａＣは、例えば、発光光の波長を調整して第１光Ｌ１と、第２光Ｌ２と、を生成する。
【００７３】
例えば、波長制御部３０ａＣは、第１調整機構を含む。第１調整機構は、半導体発光素子３０ａＬから出射する赤外線レーザ光の波長を、呼気５０ａに含まれる複数のガスのうちの一種類のガスの吸収スペクトル内にシフトする。波長制御部３０ａＣは、第２調整機構をさらに含んでも良い。第２調整機構は、例えば、一種類のガスの吸収スペクトル内において波長をシフトさせて波長を調整する。
【００７４】
例えば、第１調整機構は、回折格子７１を含む。回折格子７１は、半導体発光素子３０ａＬの光軸３１Ｌｘと交差するように設けられる。回折格子７１は、外部共振器を形成する。試料気体５０に含まれる複数の物質のそれぞれの吸収スペクトルに応じて、赤外線レーザ光の回折格子７１への入射角を変化させる。入射角は、例えば、角度β１〜β４などに変更される。これにより、赤外線レーザ光の波長を変化させる。
【００７５】
例えば、ステッピングモータ９９と、駆動制御部９８と、が設けられる。駆動制御部９８は、ステッピングモータ９９を制御（駆動）する。ステッピングモータ９９及び駆動制御部９８により、回折格子７１は、光軸３１Ｌｘと交差する軸を中心に回転制御される。
【００７６】
半導体発光素子３０ａＬの回折格子７１の側の端面には、反射防止コート膜ＡＲを設けることが好ましい。部分反射コート膜ＰＲ(Ｐｅｒｔｉａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉoｎ）を設けても良い。部分反射コート膜ＰＲと反射防止コート膜ＡＲとの間に半導体発光素子３０ａＬが配置される。部分反射コート膜ＰＲと回折格子７１との間において、外部共振器が形成される。
【００７７】
実施形態において、第２調整機構によってさらに波長を精度良く調整してもよい。例えば、第２調整機構として、駆動部３０ｂ（図１参照）を用いることができる。駆動部３０ｂは、半導体発光素子３０ａＬの動作電流値及びデューティの少なくともいずれかを変更する。第２調整機構として、温度制御部９０を用いても良い。温度制御部９０は、半導体発光素子３０ａＬの温度を変更する。温度制御部９０として、例えば、ペルチェ素子などが用いられる。第２調整機構として、例えば、応力生成素子などを用いても良い。応力生成素子は、外部共振器長を変化させる。応力生成素子として、例えば、ピエゾ素子などを用いることができる。
【００７８】
図６は、第１の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。  
図６は、発光部３０ａの別の例を示している。  
この例においては、第１調整機構として、回折格子７１ａが用いられる。回折格子７１ａは、半導体発光素子３０ａＬの光軸３１Ｌｘに対して所定の入射角γで交差するＸＹ面内で移動する。回折格子７１ａは、例えば、ステッピングモータ９９及び駆動制御部９８により、移動する。回折格子７１ａと、半導体発光素子３０ａＬの部分反射コート膜ＰＲと、により、外部共振器（ＥＣ）が形成される。部分反射コート膜ＰＲから放出された測定光３０Ｌは、セル部２０に入射する。
【００７９】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。  
これらの図は、回折格子７１ａの例を示す模式的平面図である。  
図７（ａ）及び図７（ｂ）に例示したように、回折格子７１は、複数の領域を有する。複数の領域において、格子のピッチが異なる。
【００８０】
図７（ａ）に示した例においては、格子のピッチが、Ｘ方向に沿って異なる。異なるピッチを有する複数の領域が設けられる。共振波長は、領域ｒｇ２＞領域ｒｇ１＞領域ｒｇ３である。例えば、Ｘ方向に移動することにより、波長を調整できる。
【００８１】
図７（ｂ）に示した例において、共振波長は、領域ｒｇ５＞領域ｒｇ６＞領域ｒｇ７＞領域ｒｇ４である。例えば、図７（ｂ）に例示された矢印方向ＳＤに沿って回折格子７１ａを移動させる。これにより、波長を調整できる。回折格子７１ａの断面形状は、非対称でもよい。
【００８２】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。  
図８（ａ）は、模式的斜視図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図８（ｃ）は、光源部３０の動作を例示する模式図である。  
この例では、光源部３０として、半導体発光素子３０ａＬが用いられる。半導体発光素子３０ａＬとして、レーザが用いられる。この例では、量子カスケードレーザが用いられる。
【００８３】
図８（ａ）に表したように、半導体発光素子３０ａＬは、基板３５と、積層体３１と、第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、誘電体層３２（第１誘電体層）と、絶縁層３３（第２誘電体層）と、を含む。
【００８４】
第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、の間に基板３５が設けられる。基板３５は、第１部分３５ａと、第２部分３５ｂと、第３部分３５ｃと、を含む。これらの部分は、１つの面内に配置される。この面は、第１電極３４ａから第２電極３４ｂに向かう方向に対して交差する（例えば平行）である。第１部分３５ａと第２部分３５ｂとの間に、第３部分３５ｃが配置される。
【００８５】
第３部分３５ｃと第１電極３４ａとの間に積層体３１が設けられる。第１部分３５ａと第１電極３４ａとの間、及び、第２部分３５ｂと第１電極３４ａとの間に、誘電体層３２が設けられる。誘電体層３２と第１電極３４ａとの間に絶縁層３３が設けられる。
【００８６】
積層体３１は、ストライプの形状を有している。積層体３１は、リッジ導波路ＲＧとして機能する。リッジ導波路ＲＧの２つの端面がミラー面となる。積層体３１において放出された光３１Ｌは、端面（光出射面）から出射する。光３１Ｌは、赤外線レーザ光である。光３１Ｌの光軸３１Ｌｘは、リッジ導波路ＲＧの延在方向に沿う。
【００８７】
図８（ｂ）に表したように、積層体３１は、例えば、第１クラッド層３１ａと、第１ガイド層３１ｂと、活性層３１ｃと、第２ガイド層３１ｄと、第２クラッド層３１ｅと、を含む。これらの層は、基板３５から第１電極３４ａに向かう方向に沿って、この順で並ぶ。第１クラッド層３１ａの屈折率及び第２クラッド層３１ｅの屈折率のそれぞれは、第１ガイド層３１ｂの屈折率、活性層３１ｃの屈折率、及び、第２ガイド層３１ｄの屈折率のそれぞれよりも低い。活性層３１ｃで生じた光３１Ｌは、積層体３１内に閉じ込められる。第１ガイド層３１ｂと第１クラッド層３１ａとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。第２ガイド層３１ｄと第２クラッド層３１ｅとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。
【００８８】
積層体３１は、光軸３１Ｌｘに対して垂直な第１側面３１ｓａ及び第２側面３１ｓｂを有する。第１側面３１ｓａと第２側面３１ｓｂとの間の距離３１ｗ（幅）は、例えば５μｍ以上２０μｍ以下である。これにより、例えば、水平横方向モードの制御が容易となり、出力の向上が容易になる。距離３１ｗが過度に長いと、水平横方向モードにおいて高次モードを生じ易くなり、出力を高めにくい。
【００８９】
誘電体層３２の屈折率は、活性層３１ｃの屈折率よりも低い。これにより、誘電体層３２により、光軸３１Ｌｘに沿ってリッジ導波路ＲＧが形成される。
【００９０】
図８（ｃ）に表したように、活性層３１ｃは、例えば、カスケード構造を有する、カスケード構造においては、例えば、第１領域ｒ１と、第２領域ｒ２と、が交互に積層される。単位構造ｒ３は、第１領域ｒ１及び第２領域ｒ２を含む。複数の単位構造ｒ３が設けられる。
【００９１】
例えば、第１領域ｒ１には、第１障壁層ＢＬ１と、第１量子井戸層ＷＬ１と、が設けられる。第２領域ｒ２には、第２障壁層ＢＬ２が設けられる。例えば、別の第１領域ｒ１ａには、第３障壁層ＢＬ３と、第２量子井戸層ＷＬ２と、が設けられる。別の第２領域ｒ２ａに、第４障壁層ＢＬ４が設けられる。
【００９２】
第１領域ｒ１においては、第１量子井戸層ＷＬ１のサブバンド間光学遷移が生じる。これにより、例えば、３μｍ以上１８μｍ以下の波長の光３１Ｌａが放出される。
【００９３】
第２領域ｒ２においては、第１領域ｒ１から注入されたキャリアｃ１（例えば電子）のエネルギーは、緩和可能である。
【００９４】
量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１）において、井戸幅ＷＬｔは、例えば、５ｎｍ以下である。井戸幅ＷＬｔがこのように狭いとき、エネルギー準位が離散して、例えば、第１サブバンドＷＬａ（高準位Ｌｕ）及び第２サブバンドＷＬｂ（低準位Ｌｌ）などを生じる。第１障壁層ＢＬ１から注入されたキャリアｃ１は、第１量子井戸層ＷＬ１に効果的に閉じ込められる。
【００９５】
高準位Ｌｕから低準位Ｌｌへキャリアｃ１が遷移するときに、エネルギー差（高準位Ｌｕと低準位Ｌｌとの差）に対応する光３１Ｌａが放出される。すなわち、光学遷移が生じる。
【００９６】
同様に、別の第１領域ｒ１ａの第２量子井戸層ＷＬ２において、光３１Ｌｂが放出される。
【００９７】
実施形態において量子井戸層は、波動関数が重なり合う複数の井戸を含んでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの高準位Ｌｕが、互いに同じでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの低準位Ｌｌが、互いに同じでも良い。
【００９８】
例えば、サブバンド間光学遷移は、伝導帯及び価電子帯のいずれかにおいて生じる。例えば、ｐｎ接合によるホールと電子との再結合は必要ではない。例えば、ホール及び電子のいずれかのキャリアｃ１により光学遷移が生じて、光が放出される。
【００９９】
活性層３１ｃにおいて、例えば、第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、の間に印加される電圧により、障壁層（例えば第１障壁層ＢＬ１）を介して、キャリアｃ１（例えば電子）が量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１）へ注入される。これにより、サブバンド間光学遷移を生じる。
【０１００】
第２領域ｒ２は、例えば、複数のサブバンドを有する。サブバンドは、例えば、ミニバンドである。サブバンドにおけるエネルギー差は、小さい。サブバンドにおいて、連続エネルギーバンドに近いことが好ましい。この結果、キャリアｃ１（電子）のエネルギーが緩和される。
【０１０１】
第２領域ｒ２では、例えば、光（例えば３μｍ以上１８μｍ以下の波長の赤外線）は、実質的に放出されない。第１領域ｒ１の低準位Ｌｌのキャリアｃ１（電子）は、第２障壁層ＢＬ２を通過して、第２領域ｒ２へ注入され、緩和される。キャリアｃ１は、カスケード接続された別の第１領域ｒ１ａへ注入される。この第１領域ｒ１ａにおいて、光学遷移が生じる。
【０１０２】
カスケード構造では、複数の単位構造ｒ３のそれぞれにおいて光学遷移が生じる。これにより、活性層３１ｃの全体において、高い光出力を得ることが容易になる。
【０１０３】
このように、光源部３０は、半導体発光素子３０ａＬを含む。半導体発光素子３０ａＬは、複数の量子井戸（例えば、第１量子井戸層ＷＬ１及び第２量子井戸層ＷＬ２など）のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により、測定光３０Ｌを放射する。
【０１０４】
量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１及び第２量子井戸層ＷＬ２など）には、例えば、ＧａＡｓが用いられる。例えば、障壁層（例えば、第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４など）には、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）が用いられる。このとき、例えば、基板３５としてＧａＡｓを用いると、量子井戸層及び障壁層において、良好な格子整合が得られる。
【０１０５】
第１クラッド層３１ａ及び第２クラッド層３１ｅは、例えば、ｎ形不純物として、Ｓｉを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下（例えば、約６×１０１８ｃｍ−３）である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば、０．５μｍ以上２μｍ以下（例えば約１μｍ）である。
【０１０６】
第１ガイド層３１ｂ及び第２ガイド層３１ｄは、例えば、ｎ形不純物として、Ｓｉを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば１×１０１６ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下（例えば、約４×１０１６ｃｍ−３）である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば２μｍ以上５μｍ以下（例えば、３．５μｍ）である。
【０１０７】
距離３１ｗ（積層体３１の幅、すなわち、活性層３１ｃの幅）は、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下（例えば、約１４μｍ）である。
【０１０８】
リッジ導波路ＲＧの長さは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下（例えば約３ｍｍ）である。半導体発光素子３０ａＬは、例えば、１０Ｖ以下の動作電圧で動作する。消費電流は、炭酸ガスレーザ装置などに比べて低い。これにより、低消費電力の動作が可能である。
【０１０９】
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。  
図９に表したように、本実施形態に係る呼気診断装置１２０においては、第１検出器６５が設けられる。これ以外は、呼気診断装置１１０と同様なので説明を省略する。
【０１１０】
第１検出器６５は、試料気体５０中の第１物質５１を検出する。第１検出器６５として、半導体型センサが用いられる。この例では、第１検出器６５は、セル２３の内壁に取り付けられている。
【０１１１】
第１検出器６５により、空間２３ｓの中の試料気体５０中の第１物質５１（水）の量（濃度）が測定される。制御部４５は、第１検出器６５に得られた第１物質５１の濃度と、第２光Ｌ２の強度と、に基づいて、試料気体５０の中の第２物質５２の濃度を算出する。
【０１１２】
呼気診断装置１２０においても、第１物質５１（例えば水）の影響が実質的に除去できる。高精度の呼気診断装置が提供できる。
【０１１３】
図１０は、第２の実施形態に係る別の呼気診断装置を例示する模式図である。  
図１０に表したように、本実施形態に係る呼気診断装置１２１においては、第１検出器６５として、光出射部６６ａと、光検出部６６ｂと、が用いられる。これ以外は、呼気診断装置１２０と同様なので説明を省略する。
【０１１４】
光出射部６６ａは、試料気体５０が導入された空間２３ｓに近赤外光６６ｃを入射させる。光検出部６６ｂは、試料気体５０が導入された空間２３ｓを通過した近赤外光６６ｃの強度を検出する。
【０１１５】
例えば、光検出部６６ｂとして、レーザダイオードが用いられる。光検出部６６ｂとして、フォトダイオードが用いられる。
【０１１６】
例えば、空間２３ｓを通過する際に、近赤外光６６ｃは、第１物質５１により吸収される。光検出部６６ｂの検出結果から、空間２３ｓ内の第１物質５１の濃度に応じた信号が得られる。
【０１１７】
制御部４５は、第１検出器６５により検出された第１物質５１の濃度と、第２光Ｌ２の強度と、に基づいて、試料気体５０の中の第２物質５２の濃度を算出する。これにより、第２物質５２の濃度が正確に得られる。
【０１１８】
実施形態によれば、高精度の呼気診断装置が提供できる。
【０１１９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、呼気診断装置に含まれる供給部、セル部、反射部、光源部、検出部及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１２０】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１２１】
その他、本発明の実施の形態として上述した呼気診断装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての呼気診断装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１２２】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１２３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２４】
１０ｉ…供給部、  １０ｏ…排出部、  １０ｗ…筐体、  １５ａ…第１配管、  １５ｂ…第２配管、  ２０…セル部、  ２１、２２…第１、第２反射部、  ２３…セル、  ２３ｓ…空間、  ３０…光源部、  ３０Ｌ…測定光、  ３０ａ…発光部、  ３０ａＣ…波長制御部、  ３０ａＬ…半導体発光素子、  ３０ｂ…駆動部、  ３１…積層体、  ３１Ｌ、３１Ｌａ、３１Ｌｂ…光、  ３１Ｌｘ…光軸、  ３１ａ…第１クラッド層、  ３１ｂ…第１ガイド層、  ３１ｃ…活性層、  ３１ｄ…第２ガイド層、  ３１ｅ…第２クラッド層、  ３１ｓａ…第１側面、  ３１ｓｂ…第２側面、  ３１ｗ…距離、  ３２…誘電体層、  ３３…絶縁層、  ３４ａ…第１電極、  ３４ｂ…第２電極、  ３５…基板、  ３５ａ〜３５ｃ…第１〜第３部分、  ３６ａ、３６ｂ…第１、第２光学部品、  ４０…検出部、  ４５…制御部、  ５０…試料気体、  ５０ａ…呼気、  ５１…第１物質、  ５１ｂ…ピーク間領域、  ５１ｐ…ピーク、  ５１ｓ…第１吸収スペクトル、  ５２…第２物質、  ５２ｓ…第１吸収スペクトル、  ６１…第１物質センサ、  ６５…第１検出器、  ６６ａ…光出射部、  ６６ｂ…光検出部、  ６６ｃ…近赤外光、  ７１、７１ａ…回折格子、  ９０…温度制御部、  ９８…駆動制御部、  ９９…ステッピングモータ、  β１〜β４…角度、  γ…入射角、  λ…波長、  λ１、λ２…第１、第２波長、  １１０、１１１、１２０、１２１…呼気診断装置、  ＡＲ…反射防止コート膜、  Ａｂ…吸収率、  ＢＬ１〜ＢＬ４…第１〜第４障壁層、  Ｌ１、Ｌ２…第１、第２光、  Ｌｌ…低準位、  Ｌｕ…高準位、  ＰＲ…部分反射コート膜、  ＲＧ…リッジ導波路、  ＳＤ…矢印方向、  ＷＬ１、ＷＬ２…第１、第２量子井戸層、  ＷＬａ…第１サブバンド、  ＷＬｂ…第２サブバンド、  ＷＬｔ…井戸幅、  ｃ１…キャリア、  ｒ１、ｒ１ａ…第１領域、  ｒ２、ｒ２ａ…第２領域、  ｒ３…単位構造、  ｒｇ１〜ｒｇ７…領域
【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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