JP2002340676A - Multi-channel modulation spectrometer and multi-channel modulation spectrometer - Google Patents
Multi-channel modulation spectrometer and multi-channel modulation spectrometerInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳＮ比の良い多色変調分光計測装置
【解決手段】ＰＣ１から、トリガー信号がｎ個のディジ
タル変調信号発生器２−ｎに出力される。トリガー信号
に同期して、周波数が互いに異なるディジタル正弦波が
発生し、ＤＡＣ３−ｎにより周波数ｆnのアナログ正弦
波に変換されて各々ＬＥＤ４−ｎに出力される。ＬＥＤ
４−ｎから、各々周波数ｆnで変調された発光波長λnの
光が、被測定物Ｓに照射される。被測定物Ｓを透過した
透過光をフォトダイオード５により検出し、増幅器６で
電力増幅、ＡＤＣ７でディジタルサンプリングを行う。
これをＰＣ１で所望の回数積算し、ＦＦＴ分析する。ト
リガー信号をＬＥＤの強度変調とＡＤＣ７のサンプリン
グで共有しているので、ＡＤＣ７のサンプリングにおい
て、波長λnの検出光は各々常に一定の位相からサンプ
リングが開始されており、積算により有効信号が相殺さ
れることは無い。
(57) Abstract: A multicolor modulation spectrometer having a good SN ratio. A trigger signal is output from a PC1 to n digital modulation signal generators 2-n. In synchronization with the trigger signal, the frequency is different digital sine wave is generated with each other, is output after being converted into an analog sine wave of a frequency f n each LED 4-n by DAC 3-n. LED
4-n, the light of the emission wavelength λ n modulated at the frequency f n is applied to the device under test S. Light transmitted through the device under test S is detected by the photodiode 5, power is amplified by the amplifier 6, and digital sampling is performed by the ADC 7.
This is integrated by the PC 1 a desired number of times, and FFT analysis is performed. Since the trigger signal is shared by the sampling of the LED intensity modulation and ADC 7, the sampling ADC 7, the wavelength λ detection light n are each always starts sampling the constant phase, the effective signal is canceled out by the integrated Never.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、変調分光測定に関
する。本発明は、特に多色（多チャンネル）に対応した
変調分光測定に関するものである。[0001] The present invention relates to modulation spectroscopy. The present invention particularly relates to modulation spectrometry corresponding to multiple colors (multiple channels).
【０００２】[0002]
【従来の技術】吸光度測定は物質の定量、反応の追跡に
至便であり、汎用される計測方法である。この際、ＳＮ
比を向上させるため、光源を特定の周波数で変調し、検
出器で捉えた信号の中からその周波数成分のみを計測す
るいわゆる変調分光測定が有効である。2. Description of the Related Art Absorbance measurement is a convenient method for quantifying substances and tracking reactions, and is a widely used measuring method. At this time, SN
In order to improve the ratio, so-called modulation spectroscopy in which the light source is modulated at a specific frequency and only the frequency component is measured from the signal captured by the detector is effective.
【０００３】市販の分散型スキャン分光光度計では、光
源にハロゲンランプ等のインコヒーレント光源を用いて
おり、信号光をチョッパーミラー等で機械式に数十Hzで
断続して被測定物に照射し、検出光をロックインアンプ
により検出する機構が用いられている。In a commercially available dispersive scanning spectrophotometer, an incoherent light source such as a halogen lamp is used as a light source. A mechanism for detecting the detection light with a lock-in amplifier is used.
【０００４】一方、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザ
ダイオード（ＬＤ）を光源とすると、駆動電流の制御に
より容易に数十kHz以上の高い周波数で強度変調が可能
となる。また比較的狭い半値幅の光源であるため、測定
波長領域付近の発光強度が高く、コンパクトで高性能の
計測システムを構築することができる。このとき、発光
波長の異なるLED又はLDを同時に用い、各々別々の周波
数で強度変調すれば、検出信号を周波数毎に抽出するこ
とで、多色同時測定も可能である。On the other hand, when a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) is used as a light source, intensity modulation can be easily performed at a high frequency of several tens kHz or more by controlling a driving current. In addition, since the light source has a relatively narrow half-value width, the emission intensity near the measurement wavelength region is high, and a compact and high-performance measurement system can be constructed. At this time, if LEDs or LDs having different emission wavelengths are used simultaneously and the intensity is modulated at different frequencies, simultaneous detection of multiple colors is possible by extracting the detection signal for each frequency.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、強度変調の
特定周波数成分の信号の抽出方法は、次のような方法が
考えられる。 （１）アナログ電気信号からパッシブＬＲＣフィルタ又
はオペアンプ等を利用したアクティブフィルタのバンド
パスフィルタにより抽出する。 （２）ロックインアンプ(Phase Sensitive Detector)を
用いて同期検出する。 （３）ディジタル信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に
より数値演算する。The following method can be considered as a method of extracting a signal of a specific frequency component of intensity modulation. (1) Extraction is performed from an analog electric signal by a passive LRC filter or a band-pass filter of an active filter using an operational amplifier or the like. (2) Synchronous detection is performed using a lock-in amplifier (Phase Sensitive Detector). (3) Numerical operation of the digital signal is performed by fast Fourier transform (FFT).
【０００６】このうち（１）は簡易であるが位相の異な
る信号も取り込んでしまい、不都合である。（２）は同
相成分のみを抽出できるが、多色の信号を同時に検出す
るためには１色ごとに１台のロックインアンプが必要と
なり、色数が増加すると巨大なシステムが必要となって
しまう。[0006] Of these, (1) is inconvenient because it is simple but also takes in signals with different phases. In (2), only in-phase components can be extracted, but one lock-in amplifier is required for each color in order to simultaneously detect multi-color signals, and a huge system is required as the number of colors increases. I will.
【０００７】複数の異なる波長のＬＥＤやＬＤを光源と
した（３）のＦＦＴ装置は知られていない。ここにおけ
る困難性は、積算により更にＳＮ比を向上させるために
は、少なくとも検出側において常に同一位相で測定する
ことが必要なことである。本発明はこのような課題を解
決するため、成されたものである。The FFT device of (3) using a plurality of LEDs and LDs of different wavelengths as light sources is not known. The difficulty here is that in order to further improve the SN ratio by integration, it is necessary to always measure at the same phase at least on the detection side. The present invention has been made to solve such a problem.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の手段は、複数個の発光素子を用
い、当該複数個の発光素子に各々強度変調をかけたうえ
で合波し、被測定物に照射して透過光、散乱光又は反射
光を分析する多チャンネル変調分光計測方法において、
１つのトリガー信号により同期された、各複数個の発光
素子ごとに周波数の異なる強度変調信号を発生させ、当
該周波数の異なる強度変調信号により各複数個の発光素
子を発光させて被測定物に照射し、光電気変換素子によ
り被測定物からの透過光、散乱光又は反射光の強度に応
じた電力を出力し、トリガー信号と同期された、ディジ
タルサンプリング手段により光電気変換素子の電力をア
ナログ／ディジタル変換し、当該アナログ／ディジタル
変換した電力信号を積算し、以上を所望回数くり返して
当該積算されたデータを周波数分析することから成る、
被測定物からの透過光、散乱光又は反射光を分析する多
チャンネル変調分光計測方法である。尚、積算に際し、
平均値をとるようにすることも本願発明に包含される。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the means according to claim 1 uses a plurality of light emitting elements, and modulates the intensity of each of the plurality of light emitting elements before combining them. In a multi-channel modulation spectroscopic measurement method of analyzing transmitted light, scattered light or reflected light by irradiating an object to be measured,
An intensity modulation signal having a different frequency is generated for each of the plurality of light emitting elements synchronized by one trigger signal, and the plurality of light emitting elements are caused to emit light by the intensity modulation signals having different frequencies to irradiate the device under test. Then, the power corresponding to the intensity of the transmitted light, the scattered light or the reflected light from the DUT is output by the photoelectric conversion element, and the power of the photoelectric conversion element is converted into analog / Digitally converting, integrating the analog / digital converted power signal, repeating the above for a desired number of times, and frequency-analyzing the integrated data.
This is a multi-channel modulation spectrometry method for analyzing transmitted light, scattered light or reflected light from an object to be measured. In addition, when calculating
Taking an average value is also included in the present invention.
【０００９】また、請求項２に記載の手段は、強度変調
信号が、正弦波であることを特徴とする。また、請求項
３に記載の手段は、強度変調信号が、ディジタル信号を
アナログ信号に変換されたものであることを特徴とす
る。また、請求項４に記載の手段は、ディジタル信号
は、複数個の発光素子の全てに与える前に強度変調信号
の和として与えられ、そのディジタル信号を複数個の発
光素子毎に対応したバンドパスフィルタを通過させてそ
れぞれ所定の帯域の信号を抽出したのち、ディジタル／
アナログ変換して各複数個の発光素子に入力させる、又
は逆に、そのディジタル信号をディジタル／アナログ変
換したのち、複数個の発光素子毎に対応したバンドパス
フィルタを通過させてそれぞれ所定の帯域の信号を抽出
して各複数個の発光素子に入力させることを特徴とす
る。According to another aspect of the present invention, the intensity modulation signal is a sine wave. According to a third aspect of the present invention, the intensity modulation signal is obtained by converting a digital signal into an analog signal. The digital signal may be provided as a sum of intensity modulation signals before being applied to all of the plurality of light emitting elements, and the digital signal may be applied to a band pass corresponding to each of the plurality of light emitting elements. After passing through a filter to extract a signal of a predetermined band,
After analog conversion and input to each of the plurality of light-emitting elements, or conversely, after digital-to-analog conversion of the digital signal, the signals are passed through band-pass filters corresponding to each of the plurality of light-emitting elements and each of the predetermined band is passed. A signal is extracted and input to each of the plurality of light emitting elements.
【００１０】請求項５乃至請求項７に記載の手段は、請
求項１乃至請求項３に記載の手段に対応した多チャンネ
ル変調分光計測装置である。尚、光電変換素子は１個に
限定されず、複数としたものも本願発明に包含される。[0010] The means described in claims 5 to 7 is a multi-channel modulation spectrometer corresponding to the means described in claims 1 to 3. The number of photoelectric conversion elements is not limited to one, and a plurality of photoelectric conversion elements are also included in the present invention.
【００１１】また、請求項８に記載の手段は、請求項５
に記載の手段の構成を一部変えたものであり、請求項４
に記載の手段に対応する。即ち、トリガー信号に同期し
て、強度変調和信号を出力する強度変調和信号出力手段
と、各複数個の発光素子ごとに用意され、前記強度変調
和信号から、前記各複数個の発光素子ごとに周波数の異
なる強度変調信号を取り出して出力する複数個の強度変
調信号出力手段と、の構成に変えたものである。[0011] The means described in claim 8 is the same as in claim 5.
The configuration of the means described in (1) is partially changed.
Corresponds to the means described in (1). That is, an intensity-modulated sum signal output unit that outputs an intensity-modulated sum signal in synchronization with a trigger signal, and is prepared for each of the plurality of light-emitting elements, and is provided for each of the plurality of light-emitting elements from the intensity-modulated sum signal. And a plurality of intensity modulation signal output means for extracting and outputting intensity modulation signals having different frequencies.
【００１２】請求項９に記載の手段は、強度変調信号が
正弦波であることを特徴とする。また、請求項１０に記
載の手段は、強度変調和信号がディジタル信号であり、
複数個の強度変調信号出力手段が強度変調和信号から該
当する周波数成分を取り出したのちアナログ信号に変換
して出力することを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, the intensity modulation signal is a sine wave. Further, in the means according to claim 10, the intensity modulated sum signal is a digital signal,
A plurality of intensity modulation signal output means extracts a corresponding frequency component from the intensity modulation sum signal, converts the frequency component into an analog signal, and outputs the analog signal.
【００１３】[0013]
【作用及び発明の効果】複数の発光素子の強度変調信号
と、検出電力のサンプリングを積算する期間の窓が同期
しているので、これらの間に位相差が生じない。複数の
発光素子の光信号を、各発光素子に割り当てられた強度
変調周波数の違いとして確実に測定できるので、各発光
波長の被測定物による吸光率（又は透過率）、散乱率又
は反射率を確実に測定できる。このとき、周波数分析に
先立って積算が行われることから、周波数分析されたデ
ータのＳＮ比も向上させることができる（請求項１、
５）。Since the intensity modulation signals of the plurality of light-emitting elements and the window of the period for integrating the sampling of the detected power are synchronized, no phase difference occurs between them. Since the optical signals of a plurality of light-emitting elements can be reliably measured as a difference in the intensity modulation frequency assigned to each light-emitting element, the light absorption (or transmittance), scattering, or reflectance of the object at each emission wavelength can be measured. Can be measured reliably. At this time, since the integration is performed prior to the frequency analysis, the SN ratio of the frequency-analyzed data can also be improved.
5).
【００１４】強度変調信号は１つの和信号としてメモリ
されていれば、記憶容量を減らすことが可能となる（請
求項４、８）。このとき、それがディジタル信号ならば
尚好ましい（請求項４、１０）。If the intensity modulation signal is stored as one sum signal, the storage capacity can be reduced (claims 4 and 8). At this time, it is more preferable if the signal is a digital signal (claims 4 and 10).
【００１５】強度変調信号が正弦波ならば、周波数分析
は各発光波長ごとに１つのピークとすることができ、も
っとも簡便な構成とすることができる（請求項２、６、
９）。If the intensity modulation signal is a sine wave, the frequency analysis can be performed with one peak for each emission wavelength, and the simplest configuration can be obtained.
9).
【００１６】ＬＤ、ＬＥＤの注入電流と出力強度の関係
は一般に線形ではないが、強度変調信号をディジタル信
号で発生させたのちディジタル／アナログ変換して発光
素子に供給する構成とすれば、発光素子の電流／発光強
度の補正が容易である。即ち、各発光素子毎に正確な正
弦波の発光となるよう、補正された電流をディジタル信
号で記憶させておくことで、正確な正弦波の発光が可能
となる（請求項３、７、１０）。The relationship between the injection current of LD and LED and the output intensity is not generally linear. However, if the intensity modulation signal is generated as a digital signal and then converted from digital to analog and supplied to the light emitting element, The correction of the current / light emission intensity is easy. That is, by storing the corrected current in the form of a digital signal so as to emit an accurate sine wave for each light emitting element, it becomes possible to emit an accurate sine wave. ).
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例
を、図を参照しながら説明する。尚、本発明は以下の実
施例に限定されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.
【００１８】〔第１実施例〕図１は、本発明の具体的な
第１の実施例に係る変調分光計測装置（吸光度測定装
置）１００の構成を示すブロック図である。トリガー信
号を発生させ、また、積算及び高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）機能を有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１、
ＰＣ１のトリガー信号によりディジタル変調信号を発生
させるｎ個の変調信号発生器２−１、２−２、…、２−
ｎ、それぞれに対応するｎ個のディジタル／アナログ変
換器（ＤＡＣ）３−１、３−２、…、３−ｎ、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）４−１、４−２、…、４−ｎが光源側
として設けられている。尚図１では詳細を記載していな
いが、発光ダイオード（ＬＥＤ）４−１、４−２、…、
４−ｎには定電流回路から一定電力が供給されており、
それに変調信号が重畳される構成である。これは第２、
第３実施例においても同様である。被測定物Ｓを透過し
た光を受光する受光側は、フォトダイオード（ＰＤ）
５、増幅器６、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
７が設けられ、ＰＣ１のトリガー信号によりＡＤＣ７の
サンプリングタイミングが制御される。ＡＤＣ７でサン
プリングされたデータはＰＣ１で所望回数積算されたの
ちＦＦＴ機能により周波数分析される。[First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a modulation spectrometer (absorbance measuring device) 100 according to a first embodiment of the present invention. Trigger signal is generated, and integration and fast Fourier transform (FF)
T) a personal computer (PC) 1 having a function;
N modulation signal generators 2-1, 2-2,..., 2- which generate a digital modulation signal by a trigger signal of PC1.
, n corresponding to each of the digital / analog converters (DACs) 3-1, 3-2,..., 3-n, and the light emitting diodes (LEDs) 4-1 4-2,. It is provided on the light source side. Although details are not described in FIG. 1, light emitting diodes (LEDs) 4-1 4-2,.
4-n is supplied with constant power from a constant current circuit,
In this configuration, a modulation signal is superimposed thereon. This is the second,
The same applies to the third embodiment. The light receiving side for receiving the light transmitted through the object S is a photodiode (PD).
5. Amplifier 6, analog / digital converter (ADC)
The sampling timing of the ADC 7 is controlled by a trigger signal of the PC 1. The data sampled by the ADC 7 is integrated by the PC 1 a desired number of times, and then subjected to frequency analysis by the FFT function.
【００１９】即ち、図１の変調分光計測装置１００にお
いては、ＰＣ１がトリガー信号出力手段を構成し、ｎ個
の変調信号発生器２−１、２−２、…、２−ｎ及びＤＡ
Ｃ３−１、３−２、…、３−ｎが複数個の強度変調信号
出力手段を構成し、ＬＥＤ４−１、４−２、…、４−ｎ
が複数個の発光素子を構成する。また、ＰＤ５が被測定
物Ｓからの透過光、散乱光又は反射光の強度に応じた電
力を出力する光電気変換手段を構成し、ＡＤＣ７がＡ／
Ｄ変換手段を構成し、ＰＣ１が積算手段及び周波数分析
手段を構成する。That is, in the modulation spectrometer 100 of FIG. 1, the PC 1 constitutes a trigger signal output means, and n modulation signal generators 2-1, 2-2,..., 2-n and DA
, 3-n constitute a plurality of intensity modulation signal output means, and LEDs 4-1 4-2, ..., 4-n
Constitute a plurality of light emitting elements. Further, the PD 5 constitutes a photoelectric conversion unit that outputs electric power according to the intensity of the transmitted light, the scattered light or the reflected light from the object S, and the ADC 7 has an A / D converter.
The PC 1 constitutes the D conversion means, and the PC 1 constitutes the integration means and the frequency analysis means.
【００２０】ＰＣ１から、トリガー信号がｎ個のディジ
タル変調信号発生器２−１、２−２、…、２−ｎに出力
される。ｎ個のディジタル変調信号発生器２−１、２−
２、…、２−ｎは、トリガー信号に同期して、ディジタ
ル正弦波を発生させる。このディジタル正弦波の周波数
は互いに異なり、ｆ1、ｆ2、…、ｆnである。周波数
ｆ1、ｆ2、…、ｆnのディジタル正弦波はＤＡＣ３−
１、３−２、…、３−ｎにより周波数ｆ1、ｆ2、…、ｆ
nのアナログ正弦波に変換されて各々ＬＥＤ４−１、４
−２、…、４−ｎに出力される。ＬＥＤ４−１、４−
２、…、４−ｎは各々発光波長が異なる。これをλ1、
λ2、…、λnとおく。こうして、ＬＥＤ４−１、４−
２、…、４−ｎから、各々周波数ｆ1で変調された発光
波長λ1の光、周波数ｆ2で変調された発光波長λ2の
光、…、周波数ｆnで変調された発光波長λnの光が、被
測定物Ｓに照射される。The PC 1 outputs a trigger signal to the n digital modulation signal generators 2-1, 2-2,..., 2-n. n digital modulation signal generators 2-1 and 2-
2,..., 2-n generate a digital sine wave in synchronization with the trigger signal. The digital sine waves have different frequencies, f 1 , f 2 ,..., F n . Frequency f 1, f 2, ..., the digital sine wave f n is DAC3-
The frequencies f 1 , f 2 ,..., F according to 1 , 3-2,.
are converted into analog sine waves of n
,..., 4-n. LED4-1, 4-
2,..., 4-n have different emission wavelengths. This is λ 1 ,
λ 2 , ..., λ n . Thus, LEDs 4-1 and 4-
2, ..., from 4-n, each modulated emission wavelength lambda 1 of the light at the frequency f 1, the emission wavelength lambda 2 of the light modulated at a frequency f 2, ..., emission wavelength modulated at a frequency f n lambda The n light is applied to the object S.
【００２１】被測定物Ｓを透過した透過光をＰＤ５によ
り検出する。ＰＤ５は波長λ1、λ2、…、λnについて
検出可能なものである。これを増幅器６で電力増幅し、
ＡＤＣ７でサンプリングを行う。ＡＤＣ７のサンプリン
グは、ＰＣ１からのトリガー信号により開始される。こ
のトリガー信号はｎ個のディジタル変調信号発生器２−
１、２−２、…、２−ｎに出力されるトリガー信号と同
一であり、ＡＤＣ７のサンプリングにおいて、波長
λ1、λ2、…、λnの検出光は各々常に一定の位相から
サンプリングが開始される。The transmitted light transmitted through the object S is detected by the PD 5. The PD 5 can detect the wavelengths λ 1 , λ 2 ,..., Λ n . This is power-amplified by the amplifier 6,
The ADC 7 performs sampling. The sampling of the ADC 7 is started by a trigger signal from the PC 1. This trigger signal is generated by n digital modulation signal generators 2-
1,2-2, ..., are the same as the trigger signal is output to 2-n, in the sampling of the ADC 7, the wavelength lambda 1, lambda 2, ..., detection light lambda n is the sampling from each always constant phase Be started.
【００２２】ＡＤＣ７から波長λ1、λ2、…、λnの検
出光の強度の和ｆ(λ1)＋ｆ(λ2)＋…＋ｆ(λn)がＰＣ
１に出力される。以上の、照射、透過光検出をトリガー
信号１回ごとに行い、所望の回数積算したのち周波数分
析する。即ち、ＰＣ１はＦＦＴにより強度変調の周波数
範囲で周波数分析を行う。これにより、周波数ｆ1の強
度として波長λ1の透過光の強度が、周波数ｆ2の強度と
して波長λ2の透過光の強度が、…、周波数ｆnの強度と
して波長λnの透過光の強度が検出される。[0022] The wavelength λ 1 from ADC7, λ 2, ..., λ n of the detection light of the sum of the strength f (λ 1) + f ( λ 2) + ... + f (λ n) is PC
1 is output. The above-described irradiation and transmitted light detection are performed for each trigger signal, and after a desired number of times, frequency analysis is performed. That is, the PC 1 performs frequency analysis in the frequency range of intensity modulation by FFT. Thus, the intensity of the transmitted light of the wavelength λ 1 as the intensity of the frequency f 1, the intensity of the transmitted light of the wavelength λ 2 as the intensity of the frequency f 2 ,..., The intensity of the transmitted light of the wavelength λ n as the intensity of the frequency f n The intensity is detected.
【００２３】ここで、トリガー信号をＬＥＤの強度変調
とＡＤＣ７のサンプリングで共有しているので、ＡＤＣ
７のサンプリングにおいて、波長λ1、λ2、…、λnの
検出光は各々常に一定の位相からサンプリングが開始さ
れており、積算により有効信号が相殺されることは無
い。このような変調分光計測装置１００は、極めて簡単
な構成でありながら、ＳＮ比の良い、多色（多チャンネ
ル）変調分光計測装置である。Since the trigger signal is shared between the intensity modulation of the LED and the sampling of the ADC 7, the
In the sampling of No. 7, the detection light of the wavelengths λ 1 , λ 2 ,..., Λ n always starts sampling from a fixed phase, and the effective signal is not canceled by the integration. Such a modulation spectrometer 100 is a multicolor (multi-channel) modulation spectrometer having a very simple configuration and a good SN ratio.
【００２４】〔第２実施例〕図１の変調分光計測装置１
００の、ｎ個のディジタル変調信号発生器２−１、２−
２、…、２−ｎの出力を正確な正弦波ではなく、ＬＥＤ
４−１、４−２、…、４−ｎの発光が正弦波となるよう
に補正された電流値とするように構成する。即ち、ｎ個
のディジタル変調信号発生器２−１、２−２、…、２−
ｎは、予め用意された周波数ｆ1、ｆ2、…、ｆnのディ
ジタル波形を各々記憶したメモリを有し、ＰＣ１のトリ
ガー信号を受けて、当該記憶されたディジタル波形を出
力する構成とする。これにより、ＤＡＣ３−１、３−
２、…、３−ｎの出力であるアナログ信号は、ＬＥＤ４
−１、４−２、…、４−ｎの発光が、一定発光強度に正
確な正弦波の変調信号が重畳されるようにするものであ
る。このような構成の変調分光計測装置２００は、第１
実施例の変調分光計測装置１００に比較し、更に優れた
多色（多チャンネル）変調分光計測装置とすることがで
きる。[Second Embodiment] The modulation spectrometer 1 shown in FIG.
00, n digitally modulated signal generators 2-1 and 2-
The output of 2, ..., 2-n is not an exact sine wave but LED
.., 4-n have a current value corrected so as to be a sine wave. That is, n digitally modulated signal generators 2-1, 2-2, ..., 2-
n has a memory in which digital waveforms of frequencies f 1 , f 2 ,..., f n prepared in advance are respectively stored, and receives a trigger signal of PC1 and outputs the stored digital waveform. . Thereby, DACs 3-1 and 3-
The analog signal which is the output of 2,..., 3-n is LED4
The light emission of -1, 4-2,..., 4-n is such that an accurate sine wave modulation signal is superimposed on a constant light emission intensity. The modulation spectrometer 200 having such a configuration has the first
A more excellent multicolor (multi-channel) modulation spectrometer can be obtained as compared with the modulation spectrometer 100 of the embodiment.
【００２５】〔第３実施例〕図２の変調分光計測装置２
００は、図１の変調分光計測装置１００の構成を一部変
更したものである。即ち図１の変調分光計測装置１００
のｎ個のディジタル変調信号発生器２−１、２−２、
…、２−ｎを、変調和信号発生器２０とディジタルバン
ドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１−１、２１−２、…、２
１−ｎに置き替えた構成である。ここにおいて、変調和
信号発生器２０が強度変調和信号出力手段を構成し、Ｂ
ＰＦ２１−１、２１−２、…、２１−ｎが複数個の強度
変調信号出力手段を構成する。その他の構成内容は第１
実施例と同様である。[Third Embodiment] Modulated spectrometer 2 shown in FIG.
Reference numeral 00 denotes a partially modified configuration of the modulation spectrometer 100 of FIG. That is, the modulation spectrometer 100 shown in FIG.
N digitally modulated signal generators 2-1, 2-2,.
, 2-n are represented by a modulated sum signal generator 20 and digital bandpass filters (BPF) 21-1, 21-2,.
1-n. Here, the modulation sum signal generator 20 constitutes intensity modulation sum signal output means, and B
The PFs 21-1, 21-2,..., 21-n constitute a plurality of intensity modulation signal output units. Other components are the first
This is the same as the embodiment.
【００２６】ＰＣ１から、トリガー信号が変調和信号発
生器２０に出力される。変調和信号発生器２０は、周波
数ｆ1、ｆ2、…、ｆnのディジタル正弦波の和の信号を
発生し、ＢＰＦ２１−１、２１−２、…、２１−ｎに出
力する。ＢＰＦ２１−１、２１−２、…、２１−ｎは、
各々周波数ｆ1、ｆ2、…、ｆnのディジタル正弦波のみ
を抽出してＤＡＣ３−１、３−２、…、３−ｎに出力す
る。以下の構成及び作用は図１の変調分光計測装置１０
０と全く同様である。図２の変調分光計測装置２００
は、記憶すべきディジタル信号が、周波数ｆ1、ｆ2、
…、ｆnのディジタル正弦波の和の信号の１つのみであ
るので、メモリを節約することができる。The trigger signal is output from the PC 1 to the modulation sum signal generator 20. The modulation sum signal generator 20 generates a signal of the sum of digital sine waves of the frequencies f 1 , f 2 ,..., F n and outputs the signal to the BPFs 21-1, 21-2,. The BPFs 21-1, 21-2, ..., 21-n are:
Only the digital sine waves of the frequencies f 1 , f 2 ,..., F n are extracted and output to the DACs 3-1, 3-2,. The following configuration and operation are performed by the modulation spectrometer 10 shown in FIG.
It is exactly the same as 0. Modulation spectrometer 200 of FIG.
Means that the digital signals to be stored are at frequencies f 1 , f 2 ,
Since only one signal of the sum of the digital sine waves of f n is used, the memory can be saved.
【００２７】上記第１、第２実施例では変調信号発生器
としてディジタル信号を発生させ、ＤＡ変換器と組み合
わせる構成を示したが、変調信号発生器としてアナログ
信号を発生させるものを用いても良い。また、上記第３
実施例では周波数ｆ1、ｆ2、…、ｆnのディジタル信号
の和の信号を記憶させ、トリガー信号に応じて出力し、
ＢＰＦ、ＤＡ変換器と組み合わせる構成を示したが、ト
リガー信号に応じて周波数ｆ1、ｆ2、…、ｆnのアナロ
グ信号の和の信号を発生させ、アナログバンドパスフィ
ルタにより周波数ｆ1、ｆ2、…、ｆnのアナログ信号を
各々抽出させる構成としても良い。In the first and second embodiments, a configuration has been described in which a digital signal is generated as a modulation signal generator and combined with a DA converter. However, a modulation signal generator that generates an analog signal may be used. . In addition, the third
In the embodiment, the sum signal of the digital signals of the frequencies f 1 , f 2 ,..., F n is stored and output according to the trigger signal.
Although the configuration combined with the BPF and the DA converter has been described, a signal of the sum of the analog signals of the frequencies f 1 , f 2 ,..., F n is generated according to the trigger signal, and the frequencies f 1 , f 2 ,..., F n may be configured to extract the respective analog signals.
【００２８】上記３つの実施例においては受光側は１個
のＰＤ５のみで光電変換素子を構成しているが、２個以
上の光電変換素子を用いても良い。また、光電変換素子
はＰＤに限定されず、アバランシェフォトダイオードや
光電増倍管でもよい。また、光電変換素子が受光量と起
電力の関係が線形から外れる場合や、更にそれが波長に
よって異なる場合に補正する構成を加えても良い。２個
以上の光電変換素子の場合も同様に補正する構成を加え
ても良い。尚、ＰＣ１における周波数分析はＦＦＴに限
定されない。さらに、ＦＦＴ分析の際に、いわゆる任意
の窓関数を適用して有効信号のサイドバンドを低減する
など、公知技術を適用することも本願発明に包含され
る。In the above three embodiments, the photoelectric conversion element is constituted by only one PD 5 on the light receiving side, but two or more photoelectric conversion elements may be used. Further, the photoelectric conversion element is not limited to the PD, but may be an avalanche photodiode or a photoelectric multiplier. Further, a configuration may be added to correct the case where the relationship between the amount of received light and the electromotive force of the photoelectric conversion element deviates from the linear shape, or the case where the relationship differs depending on the wavelength. In the case of two or more photoelectric conversion elements, a configuration for correcting similarly may be added. Note that the frequency analysis in the PC 1 is not limited to FFT. Further, the present invention includes application of a known technique, such as applying a so-called arbitrary window function to reduce the sideband of an effective signal at the time of FFT analysis.
【００２９】本発明の利用分野としては、多色吸光度測
定を応用できる全ての分野が当てはまる。例えば血中酸
素濃度を、酸素結合ヘモグロビン濃度と酸素非結合ヘモ
グロビン濃度とを測定することで決定するような医療分
野、果実等の糖度と酸度を測定する農業及び食品加工分
野等が上げられる。The field of application of the present invention applies to all fields to which multicolor absorbance measurement can be applied. For example, the medical field where blood oxygen concentration is determined by measuring the concentration of oxygen-bound hemoglobin and the concentration of non-oxygen-bound hemoglobin, and the field of agriculture and food processing where the sugar content and the acid content of fruits and the like are measured are mentioned.
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係る変調分光
計測装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a modulation spectrometer according to a first specific example of the present invention.
【図２】本発明の具体的な第３の実施例に係る変調分光
計測装置の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a modulation spectrometer according to a third specific example of the present invention.
１ パーソナルコンピュータ（ＰＣ） ２−１、２−２、…、２−ｎ 変調信号発生器 ２０ 変調和信号発生器 ２１−１、２１−２、…、２１−ｎ ディジタルバンド
パスフィルタ（ＢＰＦ） ３−１、３−２、…、３−ｎ ディジタル／アナログ変
換器（ＤＡＣ） ４−１、４−２、…、４−ｎ 発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ） ５ フォトダイオード（ＰＤ） ６ 増幅器 ７ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ） Ｓ 被測定物Reference Signs List 1 personal computer (PC) 2-1, 2-2, ..., 2-n modulation signal generator 20 modulation sum signal generator 21-1, 21-2, ..., 21-n digital bandpass filter (BPF) 3 -1, 3-2, ..., 3-n digital / analog converter (DAC) 4-1 4-2, ..., 4-n light emitting diode (LE
D) 5 Photodiode (PD) 6 Amplifier 7 Analog / Digital converter (ADC) S DUT
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 守 北海道札幌市西区山の手一条７丁目 ライ オンズマンション山の手901 Ｆターム(参考） 2G020 BA02 BA20 CA13 CB06 CB36 CC63 CD06 CD12 CD13 CD23 CD24 CD32 CD34 CD35 CD36 CD37 2G059 AA01 AA05 BB11 BB12 BB13 CC16 CC18 EE01 EE02 EE11 GG02 GG03 GG06 KK01 MM09 MM10 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Mamoru Tamura 7-chome Yamanote 1-chome, Nishi-ku, Sapporo, Hokkaido 901 F-Term (reference) 2G020 BA02 BA20 CA13 CB06 CB36 CC63 CD06 CD12 CD13 CD23 CD24 CD32 CD34 CD35 CD36 CD37 2G059 AA01 AA05 BB11 BB12 BB13 CC16 CC18 EE01 EE02 EE11 GG02 GG03 GG06 KK01 MM09 MM10
Claims (10)
発光素子に各々強度変調をかけたうえで合波し、被測定
物に照射して透過光、散乱光又は反射光を分析する多チ
ャンネル変調分光計測方法において、 １つのトリガー信号により同期された、各複数個の発光
素子ごとに周波数の異なる強度変調信号を発生させ、 当該周波数の異なる強度変調信号により前記各複数個の
発光素子を発光させて被測定物に照射し、 光電気変換素子により被測定物からの透過光、散乱光又
は反射光の強度に応じた電力を出力し、 前記トリガー信号と同期された、ディジタルサンプリン
グ手段により前記光電気変換素子の電力をアナログ／デ
ィジタル変換し、 当該アナログ／ディジタル変換した電力信号を積算し、 以上を所望回数くり返して当該積算されたデータを周波
数分析することから成る、被測定物からの透過光、散乱
光又は反射光を分析する多チャンネル変調分光計測方
法。1. A plurality of light emitting elements are used, each of which is subjected to intensity modulation, multiplexed, irradiated on an object to be measured, and transmitted light, scattered light or reflected light is analyzed. In the multi-channel modulation spectroscopic measurement method, an intensity modulation signal having a different frequency is generated for each of the plurality of light-emitting elements synchronized by one trigger signal, and the plurality of light-emitting elements are generated by the intensity modulation signals having different frequencies. And irradiates the device under test with light, and outputs power according to the intensity of transmitted light, scattered light or reflected light from the device under test by a photoelectric conversion element, and digital sampling means synchronized with the trigger signal. The analog-to-digital conversion of the power of the photoelectric conversion element is performed by the analog-to-digital conversion, the power signal obtained by the analog-to-digital conversion is integrated, and the above operation is repeated a desired number of times. A multi-channel modulation spectroscopic measurement method for analyzing transmitted light, scattered light or reflected light from an object to be measured, which comprises frequency-analyzing the data.
を特徴とする請求項１に記載の多チャンネル変調分光計
測方法。2. The method according to claim 1, wherein the intensity modulation signal is a sine wave.
アナログ信号に変換されたものであることを特徴とする
請求項１に記載の多チャンネル変調分光計測方法。3. The method according to claim 1, wherein the intensity modulation signal is a signal obtained by converting a digital signal into an analog signal.
子の全てに与える前に強度変調信号の和として与えら
れ、 そのディジタル信号を前記複数個の発光素子毎に対応し
たバンドパスフィルタを通過させてそれぞれ所定の帯域
の信号を抽出したのち、ディジタル／アナログ変換して
各複数個の発光素子に入力させること、 又は、そのディジタル信号をディジタル／アナログ変換
したのち、前記複数個の発光素子毎に対応したバンドパ
スフィルタを通過させてそれぞれ所定の帯域の信号を抽
出して各複数個の発光素子に入力させることを特徴とす
る請求項３に記載の多チャンネル変調分光計測方法。4. The digital signal is applied as a sum of intensity modulation signals before being applied to all of the plurality of light emitting elements, and the digital signal is passed through a band-pass filter corresponding to each of the plurality of light emitting elements. After extracting a signal in a predetermined band, digital / analog conversion and input to each of the plurality of light emitting elements, or digital / analog conversion of the digital signal, and then, for each of the plurality of light emitting elements, 4. The multi-channel modulation spectrometry method according to claim 3, wherein a signal in a predetermined band is extracted by passing through a corresponding band-pass filter and input to each of the plurality of light emitting elements.
照射して透過光、散乱光又は反射光を分析する多チャン
ネル変調分光計測装置において、 同期のためのトリガー信号を出力するトリガー信号出力
手段と、 前記各複数個の発光素子ごとに用意され、前記トリガー
信号に同期して、各々周波数の異なる強度変調信号を出
力する複数個の強度変調信号出力手段と、 当該周波数の異なる強度変調信号により前記各複数個の
発光素子を発光させて被測定物に照射した際に、被測定
物からの透過光、散乱光又は反射光の強度に応じた電力
を出力する光電気変換手段と、 前記トリガー信号と同期され、前記光電気変換手段の出
力をアナログ／ディジタル変換するアナログ／ディジタ
ル変換手段と、 当該アナログ／ディジタル変換手段の出力を積算する積
算手段と、 当該積算手段の出力するデータを周波数分析する周波数
分析手段とを有することを特徴とする多チャンネル変調
分光計測装置。5. A trigger for outputting a trigger signal for synchronization in a multi-channel modulation spectrometer for analyzing transmitted light, scattered light or reflected light by irradiating an object to be measured using a plurality of light emitting elements. Signal output means, a plurality of intensity modulation signal output means which are provided for each of the plurality of light emitting elements and output intensity modulation signals having different frequencies in synchronization with the trigger signal, When the plurality of light-emitting elements emit light by a modulation signal and irradiate the device under test, a photoelectric conversion unit that outputs electric power according to the intensity of transmitted light, scattered light, or reflected light from the device under test. An analog-to-digital conversion means for synchronizing with the trigger signal and performing an analog-to-digital conversion of the output of the photoelectric conversion means; and integrating the output of the analog-to-digital conversion means And integrating means, multi-channel modulation spectroscopy apparatus; and a frequency analyzing means for frequency analyzing the output data of said integrating means.
特徴とする請求項５に記載の多チャンネル変調分光計測
装置。6. The multi-channel modulation spectrometer according to claim 5, wherein the intensity modulation signal is a sine wave.
ル信号を発生させたのちアナログ信号に変換して出力す
ることを特徴とする請求項５に記載の多チャンネル変調
分光計測装置。7. The multi-channel modulation spectrometer according to claim 5, wherein the intensity modulation signal output means generates a digital signal, converts the digital signal into an analog signal, and outputs the analog signal.
照射して透過光、散乱光又は反射光を分析する多チャン
ネル変調分光計測装置において、 同期のためのトリガー信号を出力するトリガー信号出力
手段と、 前記トリガー信号に同期して、強度変調和信号を出力す
る強度変調和信号出力手段と、 前記各複数個の発光素子ごとに用意され、前記強度変調
和信号から、前記各複数個の発光素子ごとに周波数の異
なる強度変調信号を取り出して出力する複数個の強度変
調信号出力手段と、 当該周波数の異なる強度変調信号により前記各複数個の
発光素子を発光させて被測定物に照射した際に、被測定
物からの透過光、散乱光又は反射光の強度に応じた電力
を出力する光電気変換手段と、 前記トリガー信号と同期され、前記光電気変換手段の出
力をアナログ／ディジタル変換するアナログ／ディジタ
ル変換手段と、 当該アナログ／ディジタル変換手段の出力を積算する積
算手段と、 当該積算手段の出力するデータを周波数分析する周波数
分析手段とを有することを特徴とする多チャンネル変調
分光計測装置。8. A trigger for outputting a trigger signal for synchronization in a multi-channel modulation spectrometer for irradiating an object to be measured and analyzing transmitted light, scattered light or reflected light by using a plurality of light emitting elements. A signal output unit; an intensity modulation sum signal output unit that outputs an intensity modulation sum signal in synchronization with the trigger signal; and a plurality of the plurality of light emission elements are provided for each of the plurality of light emitting elements. A plurality of intensity modulation signal output means for extracting and outputting an intensity modulation signal having a different frequency for each of the plurality of light emitting elements; and causing the plurality of light emitting elements to emit light by the intensity modulation signals having the different frequencies. When irradiating, photoelectric conversion means for outputting power according to the intensity of transmitted light, scattered light or reflected light from the object to be measured, and the output of the photoelectric conversion means synchronized with the trigger signal An analog / digital conversion means for performing analog / digital conversion, an integration means for integrating the output of the analog / digital conversion means, and a frequency analysis means for frequency-analyzing the data output from the integration means. Channel modulation spectrometer.
特徴とする請求項８に記載の多チャンネル変調分光計測
装置。9. The multi-channel modulation spectrometer according to claim 8, wherein the intensity modulation signal is a sine wave.
であり、前記複数個の強度変調信号出力手段が前記強度
変調和信号から該当する周波数成分を取り出したのちア
ナログ信号に変換して出力することを特徴とする請求項
８に記載の多チャンネル変調分光計測装置。10. The method according to claim 1, wherein the intensity-modulated sum signal is a digital signal, and the plurality of intensity-modulated signal output means extracts a corresponding frequency component from the intensity-modulated sum signal, converts the frequency component into an analog signal, and outputs the analog signal. The multi-channel modulation spectrometer according to claim 8, wherein:
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