JPWO2016046905A1 - Measuring apparatus, measuring method, computer program and recording medium - Google Patents
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Abstract
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、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、被測定対象の移動に関する情報を出力する出力手段(170)と、所定期間内のビート信号に基づいて、照射手段によるレーザ光の照射状態を制御する制御手段(190)とを備える。この測定装置によれば、モードホップに起因する測定誤差の発生を抑制することが可能である。The measuring device is included in the output signal of the light receiving means (120) for irradiating the measurement target (200) with the laser light, the light receiving means (130) for receiving the laser light scattered by the measurement target, and the light receiving means. The output means (170) for outputting information on the movement of the measurement target based on the beat signal resulting from the Doppler shift of the laser light, and the irradiation state of the laser light by the irradiation means based on the beat signal within a predetermined period And control means (190) for controlling. According to this measuring apparatus, it is possible to suppress the occurrence of measurement errors due to mode hops.
Description
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、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a measuring apparatus and a measuring method, and a computer program and a recording medium that measure, for example, information related to movement of the target to be measured using light scattered in the target to be measured.
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。 In a semiconductor laser used in this type of measuring apparatus, the band gap changes due to an increase in the temperature of the laser, so that the oscillation wavelength gradually changes to a long wavelength as the temperature increases. When the temperature continues to rise, the oscillation wavelength suddenly jumps to the wavelength having the maximum gain on the long wavelength side at a certain timing. This phenomenon is called mode hopping, and is known to cause a measurement error in a measuring apparatus using optical Doppler, for example.
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。
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。
In the technique described in
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、モードホップに起因する測定誤差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、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを課題とする。 Examples of problems to be solved by the present invention include the above. It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus and a measuring method, a computer program, and a recording medium that can suitably suppress occurrence of a measurement error due to mode hops.
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、前記受光手段の出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力手段と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御する制御手段とを備える。 A first measuring apparatus for solving the above problems includes an irradiating means for irradiating a measurement target with laser light, a light receiving means for receiving the laser light scattered by the measurement target, and an output of the light receiving means. Based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the signal, output means for outputting information on the movement of the measurement target, and on the basis of the beat signal within a predetermined period, by the irradiation means Control means for controlling the irradiation state of the laser beam.
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に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力手段と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出手段とを備える。 A second measuring apparatus for solving the above problems includes an irradiating means for irradiating a measurement target with laser light, a light receiving means for receiving the laser light scattered by the measurement target, and an output of the light receiving means. Output means for outputting information relating to the movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the signal, and the measurement target based on the beat signal within a predetermined period Detecting means for detecting a state in which an error in information relating to the movement of the image exceeds a predetermined error.
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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射工程における前記レーザ光の照射状態を制御する制御工程とを備える。 A first measurement method for solving the above problems is obtained by an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and a light reception step. An output step of outputting information relating to movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the output signal, and the irradiation based on the beat signal within a predetermined period And a control step of controlling the irradiation state of the laser beam in the step.
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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出工程とを備える。 A second measurement method for solving the above problems is obtained in an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and a light reception step. An output step of outputting information relating to movement of the measurement target based on a beat signal caused by a Doppler shift of the laser light included in the output signal, and based on the beat signal within a predetermined period, A detection step of detecting a state in which an error in information relating to movement of the measurement object exceeds a predetermined error.
上記課題を解決するための第1のコンピュータプログラムは、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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射工程における前記レーザ光の照射状態を制御する制御工程とをコンピュータに実行させる。 A first computer program for solving the above problems is obtained in an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and the light reception step. An output step of outputting information relating to movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the output signal, and the irradiation based on the beat signal within a predetermined period And causing the computer to execute a control step of controlling the irradiation state of the laser light in the step.
上記課題を解決するための第2のコンピュータプログラムは、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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出工程とをコンピュータに実行させる。 A second computer program for solving the above problems is obtained in an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and the light reception step. An output step of outputting information relating to movement of the measurement target based on a beat signal caused by a Doppler shift of the laser light included in the output signal, and based on the beat signal within a predetermined period, And causing a computer to execute a detection step of detecting a state in which an error in information relating to movement of the measurement object exceeds a predetermined error.
上記課題を解決するための記録媒体は、上述したコンピュータプログラム(但し、その各種態様を含む)が記録されている。 A recording medium for solving the above problems is recorded with the above-described computer program (including various aspects thereof).
<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、前記受光手段の出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力手段と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御する制御手段とを備える。<1>
The first measurement apparatus according to the present embodiment includes an irradiation unit that irradiates a measurement target with laser light, a light reception unit that receives the laser light scattered by the measurement target, and an output signal of the light reception unit. An output means for outputting information relating to movement of the measurement object based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included; and the laser by the irradiation means based on the beat signal within a predetermined period. Control means for controlling the light irradiation state.
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。 According to the first measuring apparatus according to the present embodiment, the laser beam is irradiated from the irradiation unit to the measurement target during the operation. The irradiation means is configured to include, for example, a semiconductor laser element or the like, and is disposed at a position where the measurement target can be efficiently irradiated with light when used. The measurement target is a fluid such as blood of a living body. However, the measurement target is not particularly limited, and may be other than fluid (for example, an individual) as long as it moves.
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。 The laser light emitted from the irradiating means is scattered (specifically reflected and transmitted) in the object to be measured and then received by the light receiving means. The light receiving means includes, for example, a photodiode and outputs an output signal corresponding to the received light.
受光手段の出力信号は、出力手段から被測定対象の移動に関する情報を出力する際に用いられる。具体的には、出力手段では、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(以下、適宜「光ドップラ」と称する)に起因するビート信号に基づいて、被測定対象の移動に関する情報が算出される。なお、ここでの「移動に関する情報」とは、被測定対象の移動速度や移動量、移動方向の他、それらの情報を間接的に示す情報を含む広い概念である。 The output signal of the light receiving means is used when outputting information related to the movement of the measurement target from the output means. Specifically, in the output means, information on the movement of the measurement target is obtained based on a beat signal resulting from a Doppler shift (hereinafter referred to as “optical Doppler” as appropriate) of the laser light included in the output signal of the light receiving means. Calculated. Here, “information relating to movement” is a broad concept including information that indirectly indicates such information in addition to the movement speed, movement amount, and movement direction of the measurement target.
光ドップラを利用して被測定対象の移動に関する情報を出力しようとする場合、照射手段の照射状態の異常により、測定結果に誤差が生じてしまうことがある。例えば、照射手段の温度が上昇することでモードホップが発生すると、受光手段の出力信号の振幅値が大きく変動する(例えば、振幅が瞬間的に極めて大きい値となる)。その結果、出力信号から得られる測定結果に不必要な変動が生じ、測定結果に誤差が生じてしまうことがある。 When trying to output information on the movement of the measurement target using optical Doppler, an error may occur in the measurement result due to an abnormality in the irradiation state of the irradiation means. For example, when a mode hop occurs due to an increase in the temperature of the irradiation unit, the amplitude value of the output signal of the light receiving unit varies greatly (for example, the amplitude instantaneously becomes a very large value). As a result, unnecessary fluctuation may occur in the measurement result obtained from the output signal, and an error may occur in the measurement result.
このため本実施形態では特に、測定時において、制御手段によるレーザ光の照射状態の制御が実行される。制御手段は、所定期間内のビート信号に基づいてレーザ光の照射状態を制御する。より具体的には、制御手段は、所定期間内のビート信号を解析し、測定結果に悪影響を及ぼしてしまうようなモードホップが発生していると判断すると、レーザ光の照射状態を制御してモードホップの発生を抑制する。なお、ここでの「所定期間」とは、モードホップが測定結果に悪影響を及ぼしてしまうような頻度で発生しているか否かを判定するために設定される期間であり、例えば誤判定が発生しない程度に長い期間、且つ、モードホップによる悪影響が顕在化しない程度に短い期間として設定される。 For this reason, in this embodiment, in particular, at the time of measurement, control of the irradiation state of the laser light by the control means is executed. The control means controls the irradiation state of the laser light based on the beat signal within a predetermined period. More specifically, the control means analyzes the beat signal within a predetermined period, and determines that a mode hop that adversely affects the measurement result has occurred, controls the laser light irradiation state. Suppresses the occurrence of mode hops. Here, the “predetermined period” is a period that is set to determine whether or not the mode hop occurs at a frequency that adversely affects the measurement result. For example, an erroneous determination occurs. It is set as a period that is long enough not to cause an adverse effect due to mode hops.
上述したようにレーザ光の照射状態を制御すれば、測定結果に悪影響を及ぼしてしまうようなモードホップが発生してしまった場合でも、モードホップの発生を抑制し、測定結果への影響を低減することができる。また、本実施形態では、照射状態の制御は常に実行され続ける訳ではなく、所定期間内のビート信号に基づいて、不適切なモードホップが発生していると判断された場合に実行される。言い換えれば、モードホップの発生時には常に照射状態の制御が実行される訳ではなく、悪影響をおよぼす可能性のあるモードホップが発生した場合に、照射状態の制御が実行される。よって、極めて効率的に測定結果への悪影響を低減できる。 Controlling the laser light irradiation state as described above suppresses the generation of mode hops and reduces the influence on the measurement results even if mode hops that adversely affect the measurement results occur. can do. Further, in the present embodiment, the control of the irradiation state is not always executed, and is executed when it is determined that an inappropriate mode hop has occurred based on a beat signal within a predetermined period. In other words, the irradiation state control is not always executed when a mode hop occurs, and the irradiation state control is executed when a mode hop that may have an adverse effect occurs. Therefore, the adverse effect on the measurement result can be reduced very efficiently.
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、モードホップの発生に伴う不都合を回避して、好適に測定を行うことが可能である。 As described above, according to the measuring apparatus according to the present embodiment, it is possible to avoid inconvenience associated with the occurrence of mode hops and to perform measurement suitably.
<2>
本実施形態に係る第1の測定装置の一態様では、前記制御手段は、前記所定期間内において前記ビート信号の振幅値が所定振幅値を超えた回数をカウントし、前記カウントされた回数が所定回数を超えた場合に、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御する。<2>
In one aspect of the first measurement apparatus according to the present embodiment, the control unit counts the number of times that the amplitude value of the beat signal exceeds a predetermined amplitude value within the predetermined period, and the counted number of times is predetermined. When the number of times is exceeded, the irradiation state of the laser beam by the irradiation unit is controlled.
この態様によれば、ビート信号の振幅値が所定振幅値を超えた回数と所定回数とを比較することで、容易且つ的確に不適切なモードホップの発生を検出できる。なお、「所定振幅値」は、モードホップが発生している状態のビート信号の振幅値と、モードホップが発生していない状態のビート信号の振幅値とを判別するための値として設定され、「所定回数」は、モードホップが測定結果に影響を及ぼしてしまう程度の頻度で発生しているか否かを判定するための値として設定される。 According to this aspect, by comparing the number of times that the amplitude value of the beat signal exceeds the predetermined amplitude value with the predetermined number of times, occurrence of an inappropriate mode hop can be detected easily and accurately. The “predetermined amplitude value” is set as a value for discriminating between the amplitude value of the beat signal in a state where a mode hop has occurred and the amplitude value of a beat signal in a state where no mode hop has occurred, The “predetermined number of times” is set as a value for determining whether or not the mode hop occurs with a frequency that affects the measurement result.
<3>
本実施形態に係る第1の測定装置の他の態様では、前記制御手段は、前記所定期間内において前記ビート信号の振幅値を積分して平均化し、前記平均化された振幅値が所定閾値を超えた場合に、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御する。<3>
In another aspect of the first measuring apparatus according to the present embodiment, the control means integrates and averages the amplitude value of the beat signal within the predetermined period, and the averaged amplitude value has a predetermined threshold value. When it exceeds, the irradiation state of the laser beam by the irradiation means is controlled.
この態様によれば、ビート信号の振幅値が、例えばLPF(ローパスフィルタ)等により積分して平均化される。平均化された値は、振幅値の異常な増加が発生する頻度(即ち、モードホップの発生頻度)に応じて増大する値である。よって、平均化された値と所定閾値を比較することで、容易且つ的確に不適切なモードホップの発生を検出できる。なお、「所定閾値」は、測定結果に影響を与えない程度のモードホップと、測定結果に影響を与え得るモードホップとを判別するための閾値として、事前のシミュレーション等により決定すればよい。 According to this aspect, the amplitude value of the beat signal is integrated and averaged by, for example, an LPF (low-pass filter). The averaged value is a value that increases in accordance with the frequency of occurrence of an abnormal increase in amplitude value (that is, the frequency of occurrence of mode hops). Therefore, the occurrence of an inappropriate mode hop can be detected easily and accurately by comparing the averaged value with a predetermined threshold value. The “predetermined threshold value” may be determined by a prior simulation or the like as a threshold value for discriminating a mode hop that does not affect the measurement result and a mode hop that can affect the measurement result.
<4>
本実施形態に係る第1の測定装置の他の態様では、前記出力手段は、高速フーリエ変換を用いて前記被測定対象の移動に関する情報を演算し、前記所定期間は、前記高速フーリエ変換のバッファ期間に応じた期間として設定されている。<4>
In another aspect of the first measurement apparatus according to the present embodiment, the output means calculates information on the movement of the measurement target using fast Fourier transform, and the fast Fourier transform buffer is used for the predetermined period. It is set as a period according to the period.
この態様によれば、高速フーリエ変換のバッファ期間に蓄積されたデータを利用して、レーザ光の制御が行われる。即ち、被測定対象の移動に関する情報を演算するために蓄積されるデータを利用して、モードホップの発生が検出される。従って、実践上極めて効率的にモードホップの抑制を実現することができる。 According to this aspect, the laser light is controlled using the data accumulated during the fast Fourier transform buffer period. That is, the occurrence of a mode hop is detected using data stored for calculating information related to the movement of the measurement target. Therefore, mode hop suppression can be realized very efficiently in practice.
なお、所定期間とバッファ期間とは同一の値でなくともよく、バッファ期間から導き出すことのできる期間(例えば、バッファ期間の整数倍の期間)として設定されてもよい。 The predetermined period and the buffer period do not have to be the same value, and may be set as a period that can be derived from the buffer period (for example, a period that is an integral multiple of the buffer period).
<5>
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記制御手段は、前記照射手段の駆動電流を変化させることで、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御する。<5>
In another aspect of the measuring apparatus according to the present embodiment, the control unit controls the irradiation state of the laser light by the irradiation unit by changing a driving current of the irradiation unit.
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値へと変化させて、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。 According to this aspect, it is possible to reliably suppress the mode hop by changing the driving current of the irradiation unit to a value that suppresses the mode hop. Note that an AC component may be placed on the driving current of the irradiation unit so that a single mode hop is generated with a long period that does not easily affect the measurement result.
<6>
上述した照射手段の駆動電流を変化させる態様では、前記制御手段は、基準電流に応じた所定範囲内で前記照射手段の駆動電流を変化させてもよい。<6>
In the aspect in which the driving current of the irradiation unit is changed, the control unit may change the driving current of the irradiation unit within a predetermined range corresponding to a reference current.
このように構成すれば、照射手段の駆動電流を適切な範囲で変化させることが可能となり、駆動電流の変化に伴う不都合の発生を防止できる。具体的には、照射手段の駆動電流が低くなり過ぎて、照射されるレーザ光のパワーが低下し、計測におけるS/N比が悪化してしまうことを防止できる。また、照射手段の駆動電流が高くなり過ぎて、照射されるレーザ光のパワーが増大し、照射手段の寿命が低下してしまうことを防止できる。 If comprised in this way, it will become possible to change the drive current of an irradiation means in the suitable range, and generation | occurrence | production of the problem accompanying the change of a drive current can be prevented. Specifically, it can be prevented that the driving current of the irradiation unit becomes too low, the power of the irradiated laser light is reduced, and the S / N ratio in measurement is deteriorated. Further, it can be prevented that the driving current of the irradiating means becomes too high, the power of the irradiated laser light increases, and the life of the irradiating means is reduced.
<7>
上述した所定範囲内で照射手段の駆動電流を変化させる態様では、前記制御手段は、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御すべきと判定する度に、前記照射手段の駆動電流を増加方向又は減少方向の一方向に所定値ずつ段階的に変化させてもよい。<7>
In the aspect in which the driving current of the irradiation unit is changed within the predetermined range described above, the control unit increases the driving current of the irradiation unit every time it determines that the irradiation state of the laser beam by the irradiation unit should be controlled. The direction may be changed step by step by a predetermined value in one direction.
このように構成すれば、制御によって駆動電流が大きく上下して、ハンチング現象が発生してしまうことを防止できる。これにより、ハンチング現象に起因する電力消費の増加や、計測誤差の増加を防止することが可能である。なお、駆動電流の変動単位である「所定値」は、上述したハンチング現象を回避できる程度に小さい値として設定すればよい。 If comprised in this way, it can prevent that a drive current raises / lowers largely by control, and a hunting phenomenon will generate | occur | produce. Thereby, it is possible to prevent an increase in power consumption and an increase in measurement error due to the hunting phenomenon. Note that the “predetermined value” that is a unit of fluctuation of the drive current may be set to a value that is small enough to avoid the hunting phenomenon described above.
<8>
上述した照射手段の駆動電流を一方向に段階的に変化させる態様では、前記制御手段は、前記所定範囲を超える駆動電流の変化が要求された場合に、前記照射手段の駆動電流の変化方向を反転させてもよい。<8>
In the aspect in which the driving current of the irradiation unit is changed stepwise in one direction, the control unit changes the direction of change of the driving current of the irradiation unit when a change in the driving current exceeding the predetermined range is requested. It may be reversed.
このように構成すれば、駆動電流を所定範囲の境界付近で制御する場合であっても、段階的な駆動電流の変動を実現することができる。例えば、駆動電流を所定値減少させる制御が複数回実行された結果、駆動電流が所定範囲の下限値付近となった場合であっても、駆動電流の変化方向を増加方向へと反転させることにより、継続して段階的な駆動電流の変化を実現できる。 With this configuration, even when the drive current is controlled near the boundary of the predetermined range, stepwise fluctuations in the drive current can be realized. For example, even if the drive current is close to the lower limit value of the predetermined range as a result of performing the control for decreasing the drive current a plurality of times, the change direction of the drive current is reversed in the increasing direction. Continuously, stepwise drive current change can be realized.
<9>
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記制御手段は、前記照射手段の温度を変化させることで、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御する。<9>
In another aspect of the measuring apparatus according to the present embodiment, the control unit controls the irradiation state of the laser light by the irradiation unit by changing the temperature of the irradiation unit.
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。 According to this aspect, it is possible to reliably suppress mode hops by changing the temperature of the irradiation means using a Peltier element or the like, for example.
<10>
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記制御手段は、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、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御する。<10>
In another aspect of the measuring apparatus according to this embodiment, the control unit changes the refractive index of a liquid crystal window provided between the irradiation unit and the measurement target, so that the laser by the irradiation unit is used. Controls the light irradiation state.
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。 According to this aspect, by changing the refractive index of the liquid crystal window, it is possible to suppress the return light from the measurement target from entering the irradiation unit. Therefore, the occurrence of mode hops due to the incident return light can be reliably suppressed.
<11>
本実施形態に係る測定装置の他の態様では、前記制御手段において、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態を制御すべきと判定した場合に、前記判定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を更に備える。<11>
In another aspect of the measuring apparatus according to the present embodiment, when the control unit determines that the irradiation state of the laser beam by the irradiation unit should be controlled, the output so as to maintain the output before the determination. Output maintaining means for controlling the means is further provided.
この態様によれば、照射手段によるレーザ光の照射状態を制御すべきと判定された場合(即ち、不適切なモードホップの発生が検出された場合)、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、例えば制御手段によるレーザ光の照射状態の制御により、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。 According to this aspect, when it is determined that the laser beam irradiation state by the irradiation unit should be controlled (that is, when an inappropriate mode hop is detected), the output unit detects the mode hop. The previous output is maintained. For this reason, even if the output of the output means becomes an inappropriate value due to the mode hop, it is possible to continue outputting an appropriate value. Note that the output maintenance of the output unit may be canceled when the mode hop is no longer detected by controlling the irradiation state of the laser beam by the control unit, for example.
<12>
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の振幅値を所定振幅範囲内に制限する制限手段を更に備え、前記出力手段は、前記制限手段により制限された前記受光手段の出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する。<12>
In another aspect of the measuring apparatus according to the present embodiment, the measuring device further includes a limiting unit that limits an amplitude value of an output signal of the light receiving unit within a predetermined amplitude range, and the output unit receives the light reception limited by the limiting unit. Information relating to the movement of the object to be measured is output based on a beat signal caused by the Doppler shift of the laser light included in the output signal of the means.
この態様によれば、受光手段の出力信号の振幅値が、制限手段によって所定の範囲内に制限される。このため出力信号は、所定振幅範囲を超えた部分がカットされた状態で出力されることになる。なお、ここでの「所定振幅範囲」とは、モードホップに起因する測定結果への影響を抑制するために、振幅制限の基準として設定される振幅の範囲(言い換えれば、振幅の上限値)である。所定振幅範囲は、事前のシミュレーション等によりモードホップによる影響を効果的に抑制できるような範囲として設定される。所定振幅範囲は固定値であってもよいし、測定状況等に応じて可変とされる値であってもよい。 According to this aspect, the amplitude value of the output signal of the light receiving unit is limited within a predetermined range by the limiting unit. For this reason, the output signal is output in a state where a portion exceeding the predetermined amplitude range is cut. The “predetermined amplitude range” here is an amplitude range (in other words, an upper limit value of amplitude) set as a reference for amplitude limitation in order to suppress the influence on the measurement result due to mode hopping. is there. The predetermined amplitude range is set as a range in which the influence by the mode hop can be effectively suppressed by a prior simulation or the like. The predetermined amplitude range may be a fixed value, or may be a value that can be changed according to a measurement situation or the like.
上述したように振幅値を制限すれば、仮にモードホップが発生したとしても、受光手段の出力信号からはモードホップによる変動部分が除かれる。これにより、被測定対象の移動に関する情報を出力する際に用いられる出力信号は、モードホップの影響を全く或いは殆ど受けていない状態のものとされる。従って、モードホップが発生している状況においても、被測定対象の移動に関する情報は正確なものとして出力される。 If the amplitude value is limited as described above, even if a mode hop occurs, the fluctuation portion due to the mode hop is removed from the output signal of the light receiving means. As a result, the output signal used when outputting the information related to the movement of the measurement target is in a state in which it is not influenced by mode hops at all or almost. Therefore, even in a situation where a mode hop occurs, information regarding the movement of the measurement target is output as accurate.
なお、出力信号の振幅値を制限することによるモードホップの影響抑制効果は、所定振幅範囲の値にもよるが、比較的モードホップの発生頻度が穏やかな場合に有効であり、モードホップの発生頻度が大きく増加すると、十分ではなくなるおそれがある。しかしながら本実施形態では、上述したように、レーザ光の照射状態の制御により、モードホップの発生頻度を低下させることができる。従って、モードホップの発生状況に応じて、その影響を効果的に抑制することが可能である。 Note that the effect of suppressing the effect of mode hops by limiting the amplitude value of the output signal is effective when the frequency of mode hops is relatively moderate, although it depends on the value of the predetermined amplitude range. If the frequency increases significantly, it may not be sufficient. However, in the present embodiment, as described above, the mode hop occurrence frequency can be reduced by controlling the irradiation state of the laser light. Therefore, it is possible to effectively suppress the influence according to the state of occurrence of mode hops.
<13>
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に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力手段と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出手段とを備える。<13>
The second measuring apparatus according to the present embodiment includes an irradiating unit that irradiates a measurement target with laser light, a light receiving unit that receives the laser light scattered by the measurement target, and an output signal of the light receiving unit. Output means for outputting information related to movement of the measurement target based on a beat signal resulting from the Doppler shift of the laser light included, and movement of the measurement target based on the beat signal within a predetermined period Detecting means for detecting a state in which an error in information relating to the error exceeds a predetermined error.
本実施形態の第2の測定装置によれば、測定時において、被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態であるかが検出される。なお、ここでの「所定誤差」とは、被測定対象の移動に関する情報の誤差が使用環境において許容できるものであるか否かを判定するための閾値として設定される値である。なお、被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態であるか否かは、ビート信号に基づいて検出される。具体的には、ビート信号から、照射手段におけるモードホップの発生頻度が検出され、その発生頻度から測定結果に生じている誤差が推定される。 According to the second measuring apparatus of the present embodiment, at the time of measurement, it is detected whether or not the error of information relating to the movement of the measurement target exceeds a predetermined error. Here, the “predetermined error” is a value set as a threshold value for determining whether or not an error in information related to the movement of the measurement target is acceptable in the usage environment. Note that whether or not the error in the information related to the movement of the measurement target exceeds a predetermined error is detected based on the beat signal. Specifically, the occurrence frequency of the mode hop in the irradiation means is detected from the beat signal, and an error occurring in the measurement result is estimated from the occurrence frequency.
本実施形態に係る第2の測定装置によれば、測定結果に生じている誤差が許容範囲を超えた状態を好適に検出できるため、例えばモードホップの抑制制御等を実行することにより、正確でない測定結果が出力され続けてしまうことを防止できる。 According to the second measuring apparatus according to the present embodiment, it is possible to suitably detect a state in which an error occurring in the measurement result exceeds an allowable range. Therefore, it is not accurate by executing, for example, mode hop suppression control. It is possible to prevent the measurement result from being continuously output.
<14>
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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射工程における前記レーザ光の照射状態を制御する制御工程とを備える。<14>
The first measurement method according to this embodiment includes an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and an output obtained in the light reception step. In the irradiation process, based on the beat signal included in the signal, based on the beat signal resulting from the Doppler shift of the laser light, and on the basis of the beat signal within a predetermined period And a control step for controlling the irradiation state of the laser beam.
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の第1の測定装置と同様に、レーザ光の照射状態を制御することにより、モードホップの発生を抑制し、測定結果への影響を低減することができる。 According to the first measurement method of the present embodiment, as in the first measurement apparatus of the present embodiment described above, the generation of mode hops is suppressed by controlling the irradiation state of the laser light, and the measurement result is obtained. Can be reduced.
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。 In addition, also in the 1st measuring method which concerns on this embodiment, it is possible to take the various aspects similar to the various aspects in the 1st measuring apparatus which concerns on this embodiment mentioned above.
<15>
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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出工程とを備える。<15>
The second measurement method according to this embodiment includes an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and an output obtained in the light reception step. An output step of outputting information relating to movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the signal, and the measurement target based on the beat signal within a predetermined period And a detection step of detecting a state in which an error in information relating to the movement of the image exceeds a predetermined error.
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の第2の測定装置と同様に、測定結果に生じている誤差が許容範囲を超えた状態を好適に検出することができる。 According to the second measurement method of the present embodiment, similarly to the above-described second measurement apparatus of the present embodiment, it is possible to suitably detect a state where an error occurring in the measurement result exceeds an allowable range. .
<16>
本実施形態に係る第1のコンピュータプログラムは、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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射工程における前記レーザ光の照射状態を制御する制御工程とをコンピュータに実行させる。<16>
The first computer program according to the present embodiment includes an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and an output obtained in the light reception step. In the irradiation process, based on the beat signal included in the signal, based on the beat signal resulting from the Doppler shift of the laser light, and on the basis of the beat signal within a predetermined period The computer executes a control process for controlling the irradiation state of the laser beam.
本実施形態の第1のコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態に係る第1の測定方法と同様の各工程をコンピュータに実行させることで、モードホップの発生を抑制し、測定結果への影響を低減することができる。 According to the first computer program of the present embodiment, by causing the computer to execute the same steps as those of the first measurement method according to the present embodiment described above, the occurrence of mode hops is suppressed, and the measurement results are displayed. The influence can be reduced.
<17>
本実施形態に係る第2のコンピュータプログラムは、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、前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出工程とをコンピュータに実行させる。<17>
The second computer program according to the present embodiment includes an irradiation step of irradiating a measurement target with laser light, a light reception step of receiving the laser light scattered by the measurement target, and an output obtained in the light reception step. An output step of outputting information relating to movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the signal, and the measurement target based on the beat signal within a predetermined period And a detection step of detecting a state in which an error in information relating to movement of the image exceeds a predetermined error.
本実施形態の第2のコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態に係る第2の測定方法と同様の各工程をコンピュータに実行させることで、測定結果に生じている誤差が許容範囲を超えた状態を好適に検出することができる。 According to the second computer program of the present embodiment, by causing the computer to execute the same steps as those of the second measurement method according to the present embodiment described above, an error occurring in the measurement result exceeds the allowable range. It is possible to suitably detect the state.
<18>
本実施形態に係る記録媒体は、上述したコンピュータプログラム(但し、その各種態様を含む)が記録されている。<18>
The recording medium according to the present embodiment records the above-described computer program (including various aspects thereof).
本実施形態の記録媒体によれば、本実施形態の第1のコンピュータプログラム又は第2のコンピュータプログラムをコンピュータに実行させることにより、モードホップに起因する不都合を好適に回避することができる。 According to the recording medium of the present embodiment, inconvenience due to the mode hop can be suitably avoided by causing the computer to execute the first computer program or the second computer program of the present embodiment.
本実施形態に係る測定装置及び測定方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体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。 The measuring apparatus and measuring method according to the present embodiment, the operation of the computer program and the recording medium, and other gains will be described in more detail in the following examples.
以下では、図面を参照して測定装置及び測定方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体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。 Hereinafter, embodiments of a measuring apparatus and a measuring method, a computer program, and a recording medium will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where the measurement device according to the present invention is configured as a blood flow measurement device that measures blood flow will be described as an example.
<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11を参照して説明する。<First embodiment>
A measuring apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
<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。<Overall configuration>
First, the overall configuration of the measuring apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the measuring apparatus according to the first embodiment.
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、増幅器150と、A/D変換器160と、バッファ処理部165と、血流演算部170と、モードホップ検出部180と、モードホップ抑制処理部190とを備えて構成されている。
In FIG. 1, the measuring apparatus according to the present embodiment includes a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
増幅器150は、I−V変換器140から出力された検出電圧を増幅し増幅信号として出力する
A/D変換器160は、入力されるアナログの増幅信号を量子化し、デジタルのデータとして出力する。The
バッファ処理部165は、A/D変換器160から出力されたデータを規定数格納する。
The
血流演算部170は、「出力手段」の一具体例であり、入力されるデータに基づいて血流(具体的には、血液200の流速等の移動に関する情報)を出力する。血流演算部170は、例えばDSP(Digital Signal Processor)として構成されており、入力されるデータに対して周波数解析等のデジタル信号処理を実行可能とされている。
The blood
モードホップ検出部180は、入力されるバッファデータに基づき、半導体レーザ120において(高い頻度で)モードホップが発生していることを検出する。また、モードホップ検出部180は、モードホップの発生を検出した場合に、モードホップ抑制処理部190における処理の実行を許可する信号を出力すると共に、血流演算部170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。モードホップ検出部180の具体的な構成については、後に詳述する。
The mode
モードホップ抑制処理部190は、「制御手段」の一具体例であり、モードホップ検出部180における検出結果に応じて、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。
The mode hop
<全体動作説明>
以下では、上述した測定装置の全体的な動作について、引き続き図1を参照して詳細に説明する。<Description of overall operation>
Hereinafter, the overall operation of the above-described measuring apparatus will be described in detail with reference to FIG.
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。
In FIG. 1, during the operation of the measuring apparatus according to the present embodiment, first, the
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。
The
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。
Here, the scattered light scattered by the skin tissue is the reference light, and the scattered light scattered by the red blood cells is scattered light that has caused an optical Doppler shift corresponding to the moving speed of the red blood cells. These two scattered lights cause interference due to the coherence of the laser light. The
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。
Similar to the
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、第1実施例に係る受光素子及びI−V変換器の具体的な構成を示す回路図である。
Hereinafter, specific configurations and operations of the
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。
In FIG. 2, the
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。
Specifically, a current component corresponding to a steady light component included in the input light (hereinafter appropriately referred to as a “DC (direct current) component”) among currents output from each of the
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。
For example, if the detection current of the
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。Idt = Id2-Id1 (1)
Further, since the scattered light received by the
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。 On the other hand, since the DC current is canceled out by subtraction, saturation can be prevented even when the detection sensitivity of the transimpedance amplifiers Amp1 and Amp2 is set high. Specifically, the resistance values of the feedback resistors Rf1 and Rf2 can be set high, and the current-voltage conversion sensitivity is improved. As a result, a high detection S / N (Signal-to-Noise ratio) is obtained.
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。
The non-inverting input terminals of Amp1 and Amp2 are grounded. Due to the negative feedback action of the feedback resistors Rf1 and Rf2 of Amp1 and Amp2, the non-inversion terminal and the inversion terminal are in an imaginary shoot state and have approximately the same potential. Therefore, the anode of the
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。 The detection voltage Vd1 of Amp1 and the detection voltage Vd2 of Amp2 are as shown in the following equations (2) and (3).
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。Vd1 = Rf1 · Idt (2)
Vd2 = Rf2 · (−Idt) (3)
Amp3 differentially amplifies the detection voltage of Amp1 and Amp2 and outputs it as Vout. This differential amplification removes common mode noise such as power supply noise and hum.
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。 Here, when the resistance value is set such that Ra1 = Ra2 = Ra and Rb1 = Rb2 = Rb, Vout is expressed by the following formula (4).
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。Vout = (Rb / Ra) (Vd1-Vd2) (4)
From the above equations (2), (3), and (4), when the resistance value is set so that Rf1 = Rf2 = Rf, Vout is expressed by the following equation (5).
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。Vout = 2Rf (Rb / Ra) Idt (5)
From the above equation (5), it can be seen that the detection voltage Vout corresponding to the intensity of the optical beat signal as the signal component can be obtained.
図1に戻り、I−V変換器140から出力された検出電圧は、増幅器150に入力される。増幅器150は、検出電圧をA/D変換器160の入力ダイナミックレンジに適合する振幅レベルまで増幅し、増幅信号を出力する。
Returning to FIG. 1, the detected voltage output from the
増幅器150の出力である増幅信号は、A/D変換器160に入力される。A/D変換器160は、入力された増幅信号を規定のサンプリング周波数にて量子化し、デジタル値としてのデータを出力する。
The amplified signal that is the output of the
A/D変換器160から出力されたデータは、血流演算部170の周波数解析に利用するデータ数を蓄積するために、バッファ処理部165に入力される。バッファ処理部165は、例えばFFT(高速フーリエ変換)に必要なnポイントのデータを蓄積する。バッファ処理部165により蓄積されたバッファデータは、血流演算部170によりデジタル信号処理され、血流に関する情報が出力される。
The data output from the A /
また、バッファ処理部165により蓄積されたバッファデータは、モードホップ検出部180にも入力される。モードホップ検出部180は、バッファデータに基づいてモードホップの発生(正確には、測定結果に影響を与える程度のモードホップの発生)を検出する。モードホップ検出部180においてモードホップの発生が検出されると、モードホップ抑制処理部190により、モードホップ抑制処理(ここでは、レーザ駆動部110の駆動電流制御)が実行される。
Further, the buffer data accumulated by the
<血流演算>
次に、血流演算部170の具体的な構成及び動作について、図3及び図4を参照して説明する。ここに図3は、第1実施例に係る血流演算部の具体的な構成を示すブロック図である。また図4は、血流スペクトルの具体例を示すグラフである。<Blood flow calculation>
Next, a specific configuration and operation of the blood
図3において、血流演算部170に入力されたデータは、先ずハニング窓処理部171に入力される。ハニング窓処理部171は、FFT(高速フーリエ変換)の前処理としてのハニング窓処理を実行する。
In FIG. 3, data input to the blood
FFT処理部172は、窓関数により制限されたデータを、FFT処理により周波数解析する。
The
2乗演算部173は、周波数解析データに複素共役処理を実行し、パワースペクトルP(f)を取得する。
The
1次モーメント積算部174は、得られたパワースペクトルP(f)に周波数ベクトルfを乗算し、更に規定帯域内で積算して、Σ{f・P(f)}を得る。
The primary
LPF部175は、Σ{f・P(f)}信号の高周波成分を除去し、規定のゲインを乗算する。これにより、血流出力が得られる。
The
図4に示すように、血流が低いとき、即ち毛細血管内を流れる散乱体である血球の流れる速度が遅い場合、光ビート信号のパワースペクトルP(f)については、図中の点線で示したような特性が得られ、低周波成分が高周波成分に比較してより多く含まれる。一方、血流が高いとき、即ち毛細血管内を流れる散乱体である血球の流れる速度が速い場合、光ビート信号のパワースペクトルP(f)については、図中の実線で示したような特性が得られ、高周波成分が低周波成分に比較してより多く含まれる。 As shown in FIG. 4, when the blood flow is low, that is, when the velocity of blood cells, which are scatterers flowing in capillaries, is slow, the power spectrum P (f) of the optical beat signal is indicated by a dotted line in the figure. Thus, the low frequency component is included more than the high frequency component. On the other hand, when the blood flow is high, that is, when the flow velocity of blood cells, which are scatterers flowing in the capillaries, is fast, the power spectrum P (f) of the optical beat signal has the characteristics shown by the solid line in the figure. As a result, the high frequency component is contained more than the low frequency component.
このように、移動体の速度が速い場合、散乱光のドップラーシフト量が増加する。よって、光ビート信号の周波数スペクトルは、周波数が高い領域の成分がより増加し、図4のような特性を示すことになる。 Thus, when the speed of the moving body is high, the Doppler shift amount of the scattered light increases. Therefore, in the frequency spectrum of the optical beat signal, the components in the high frequency region are increased, and the characteristics as shown in FIG. 4 are exhibited.
なお、血流演算部170は、光ビート信号のパワースペクトル変化を効率的に検出すべく演算を行う。本実施例ではFFTによる周波数解析を利用した方式を説明したが、この方式に限定されるものではない。
The blood
<モードホップ検出>
次に、モードホップ検出部180の具体的な構成について、図5を参照して詳細に説明する。ここに図5は、第1実施例に係るモードホップ検出部の具体的な構成を示すブロック図である。<Mode hop detection>
Next, a specific configuration of the mode
図5に示すように、モードホップ検出部180は、絶対値化部181と、ピーク検出部182と、レベル比較部183と、カウンタ部184と、回数比較部185とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 5, the mode
絶対値化部181は、バッファ処理部165により蓄積されたnポイントのバッファデータを絶対値化し、ABS信号を出力する。
The absolute
ピーク検出部182は、絶対値化部181から入力されるABS信号の正の極大値を検出し、PEK信号を出力する。
The
レベル比較部183は、規定のピーク値THLVLと、PEK信号とを比較し、PEK信号が大きい場合、比較結果としてCMP=1を出力する。一方、PEKがTHLVLと等しい又は小さい場合、比較結果としてCMP=0を出力する。
The
カウンタ部184は、レベル比較部183から入力される比較結果CMPに基づいてカウンタ値を変更する。具体的には、カウンタ部184は、比較結果がCMP=1のとき、カウント値をインクリメントし、CMP=0のとき、カウンタ値を維持する。また、カウンタ部184には、カウンタ値を初期化するためのCLR信号が供給されている。CLR信号は、バッファ処理部にnポイントのデータが蓄積されると1度だけ発生し、カウンタ値をクリア(CNT=0)する。
The
回数比較部185は、カウンタ部184から入力されるカウンタ値CNTと、もう一方の入力から入力される規定のカウンタ値THCNTとを比較して、異常検出信号を出力する。具体的には、回数比較部185は、CNT<THCNTの場合、カウンタ値CNTが規定の回数に達していないと判断して、異常検出フラグMDHP=0として異常検出信号を出力する。一方、回数比較部185は、CNT>=THCNTの場合、カウンタ値CNTが規定の回数に達したと判断して、異常検出フラグMDHP=1として異常検出信号を出力する。
The
次に、モードホップを検出する際に実行される処理について、図6から図9を参照して説明する。ここに図6は、第1実施例に係るモードホップ検出処理の流れを示すフローチャートである。図7は、第1実施例に係るモードホップ検出波形例を示すタイムチャートであり、図8は、第1実施例に係るモードホップ脱出波形例を示すタイムチャートである。図9は、カウント値と血流計測誤差との関係を示すグラフである。 Next, processing executed when detecting a mode hop will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the mode hop detection process according to the first embodiment. FIG. 7 is a time chart showing an example of a mode hop detection waveform according to the first embodiment, and FIG. 8 is a time chart showing an example of a mode hop escape waveform according to the first embodiment. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the count value and the blood flow measurement error.
図6に示すように、本実施例に係る血流測定装置による計測が開始されると、規定の電流量で半導体レーザ120(以下、適宜「LD」と称する)が駆動される(ステップS101)。続いて、A/D変換器160では、規定の周波数で増幅信号がA/D変換される(ステップS102)。バッファ処理部165では、A/D変換後の蓄積データ数がnポイントに到達したか否かが判定される(ステップS103)。ここで、蓄積データ数がnポイントに到達していない場合は(ステップS103:NO)、ステップS102の処理に戻る。一方、蓄積データ数がnポイントに到達した場合は(ステップS103:YES)、異常カウンタ値CNTをクリアする(ステップS104)。
As shown in FIG. 6, when measurement by the blood flow measurement device according to the present embodiment is started, the semiconductor laser 120 (hereinafter referred to as “LD” as appropriate) is driven with a specified amount of current (step S101). . Subsequently, in the A /
次に、絶対値化部181では、nポイントの蓄積データがそれぞれ絶対値化され、ABS値として保存される(ステップS105)。ピーク検出部182では、nポイントの蓄積データに対応するABS値の複数のピークをそれぞれ検出して、複数のPEK値として保存する(ステップS106)。レベル比較部183では、ピーク値の全てを規定のピーク値THLVLと比較したか否かが判断される(ステップS107)。ここで、全てのピーク値の比較が終了すると(ステップS107:YES)、ステップS112に移行する。一方、全てのピーク値の比較が終了していない場合(ステップS107:NO)、ステップS108に移行する。
Next, the absolute
PEK>THLVLが成立する場合(ステップS108:YES)、レベル比較部183では、異常なピーク値を検出したと判断して、比較フラグがセット(CMP=1)される(ステップS109)。またカウンタ部184では、カウンタ値がインクリメントされ(ステップS110)、ステップS107に戻る。一方、PEK>THLVLが成立しない場合(ステップS108:NO)、レベル比較部183では、異常なピーク値を検出していないと判断され、比較フラグがリセット(CMP=0)される(ステップS111)。なお、カウンタ部184では、カウンタ値が維持されたままで、ステップS107に戻る。
When PEK> THLVL is satisfied (step S108: YES), the
回数比較部185では、カウンタ値CNTが規定の回数THCNTに到達しているか否かが判断される(ステップS112)。CNT>THCNTが成立する場合、回数比較部185では、異常なピーク値を多数検出したと判断され、異常フラグがセット(MDHP=1)される(ステップS113)。この場合、回数比較部185からは、LD駆動電流変更指令が出力され(ステップS114)、ステップS102に戻る。一方、CNT>THCNTが成立しない場合、回数比較部185では、異常なピーク値を検出していない又は多数は検出していないと判断され、異常フラグがリセット(MDHP=0)される(ステップS115)。この場合、LD駆動電流は維持されたままでステップS102に戻る。
The
図7に示すように、バッファデータは、多様な周波数、振幅、位相を有するランダム信号に近い信号であるが、LDがモードホップしていない通常の場合、その振幅は規定の範囲内にある。ところが、LDがモードホップした場合、光の波長がシフトするので、光ドップラによる光ビート信号が乱れ、光ビート信号を増幅した増幅信号を量子化したバッファデータの振幅は、光ビート信号の乱れから異常ピークを示す。 As shown in FIG. 7, the buffer data is a signal close to a random signal having various frequencies, amplitudes, and phases. However, in the normal case where the LD is not mode-hopped, the amplitude is within a specified range. However, when the LD is mode-hopped, the wavelength of the light shifts, so the optical beat signal by the optical Doppler is disturbed, and the amplitude of the buffer data obtained by quantizing the amplified signal obtained by amplifying the optical beat signal is from the disturbance of the optical beat signal. An abnormal peak is shown.
ここで、連続していない単発的なモードホップが生じた場合、光ビート信号の乱れ区間は短く、異常ピークも単発的となり、最終的に血流信号出力に与える悪影響は少ない(図7の左側の半面参照)。ところが、連続した激しいモードホップが生じた場合、光ビート信号の乱れ区間は長く、異常ピークも連続的となり、最終的に血流信号出力に与える悪影響が大きくなる(図7の右側の半面参照)。 Here, when a discontinuous single mode hop occurs, the disturbance section of the optical beat signal is short, the abnormal peak is also single, and finally there is little adverse effect on the blood flow signal output (left side of FIG. 7). On the other side). However, when a continuous intense mode hop occurs, the disturbance section of the optical beat signal is long, the abnormal peak becomes continuous, and finally the adverse effect on the blood flow signal output becomes large (see the right side of FIG. 7). .
バッファデータの振幅値を検出するために絶対値化したABS値は、正の値となる。バッファデータの異常ピーク値部分は、ABS値も異常な値となる。バッファデータの振幅値の異常状態を検出するために、ABS値は規定のピーク値THLVLと比較され、比較結果CMPは、異常ピーク値部分でCMP=1となり、それ以外の通常状態では、CMP=1となる。 The ABS value that is converted into an absolute value to detect the amplitude value of the buffer data is a positive value. The abnormal peak value portion of the buffer data also has an abnormal ABS value. In order to detect an abnormal state of the amplitude value of the buffer data, the ABS value is compared with a specified peak value THLVL, and the comparison result CMP is CMP = 1 in the abnormal peak value portion, and in other normal states, CMP = 1
カウンタを初期化するために、nポイントのデータごとに、CLR信号が生成される。CLR信号の周期は、A/D変換されたnポイントのデータがバッファ処理により蓄積される周期と同一である。ただし、モードホップの検出には、バッファ処理の期間とは異なる期間のデータ(例えば、バッファ処理期間の整数倍の期間や、外部に血流を出力するレート等)が用いられてもよい。 In order to initialize the counter, a CLR signal is generated for every n points of data. The cycle of the CLR signal is the same as the cycle in which n-point data subjected to A / D conversion is accumulated by buffer processing. However, mode hop detection may use data of a period different from the buffer processing period (for example, a period that is an integral multiple of the buffer processing period, a rate at which blood flow is output to the outside, or the like).
図7の左側の半面では、一度、モードホップによる異常ピークが単発的に生じており、CMP=1となりカウンタ値CNTがインクリメントされる。しかし、ここではモードホップが連続して生じていないので、カウンタ値CNTは、規定の回数THCNTに到達する前に、CLR信号によりクリアされる。そのため、MDHP=0のままであり、異常は検出されない。 On the left half of FIG. 7, once an abnormal peak due to mode hops occurs once, CMP = 1 and the counter value CNT is incremented. However, since the mode hops are not continuously generated here, the counter value CNT is cleared by the CLR signal before reaching the prescribed number of times THCNT. Therefore, MDHP = 0 remains and no abnormality is detected.
一方、図7の右側の半面にでは、連続したモードホップによる連続した異常ピークが生じており、長い区間で、CMP=1となりカウンタ値CNTが複数回インクリメントされている。この結果、カウンタ値CNTは規定の回数THCNTに到達する。そのため、MDHP=1となり、異常が検出される。 On the other hand, on the right half of FIG. 7, continuous abnormal peaks due to continuous mode hops occur, and in a long section, CMP = 1 and the counter value CNT is incremented a plurality of times. As a result, the counter value CNT reaches the specified number of times THCNT. Therefore, MDHP = 1 and an abnormality is detected.
図8は、LDの温度変化等により、連続した激しいモードホップが検出されたことで、MDHP=1となり、LD駆動電流変更指令が発令され、その後LD駆動電流が変化したことにより、連続した激しいモードホップ状態から脱出し、モードホップしていない安定な状態に変化した例を示している。 FIG. 8 shows that a continuous intense mode hop is detected due to a change in the temperature of the LD, so that MDHP = 1, an LD drive current change command is issued, and then the LD drive current changes, resulting in a continuous intense An example is shown in which the mode hop state is escaped and the mode hop is changed to a stable state.
連続した激しいモードホップ状態は、例えば、半導体レーザの利得が最大になる波長モードが特定温度における特定駆動電流に対して、近接して存在し、交互にモード間を行ったり来たりするモード競合が生じている場合である。このとき、駆動電流を変更すると、どちらかのモードに安定し、他のモードに戻らなくなる。即ち、連続したモードホップ状態から脱出することが可能となる。 The continuous intense mode hop state is, for example, that the wavelength mode in which the gain of the semiconductor laser is maximized exists close to the specific drive current at a specific temperature, and mode competition occurs alternately between modes. This is the case. At this time, if the drive current is changed, the mode is stabilized in one of the modes and cannot be returned to the other mode. That is, it is possible to escape from a continuous mode hop state.
図9では、図7及び図8で示した異常ピークのカウント値CNTと、最終的に血流出力に生じた計測誤差との関係を、実験により把握した結果が示されている。図を見ても分かるように、カウント値CNTが、規定カウント値THCNTを超えると、急激に計測誤差が増大している。このように、カウント値CNTの増加に対して、計測誤差は指数関数的に増大する実験結果が得られている。なお、CNTがTHCNT以下の領域は、モードホップが生じていないか、又は単発的な穏やかなモードホップが生じている場合である。一方、CNTがTHCNT超えた領域は、連続した激しいモードホップが生じている場合である。 FIG. 9 shows the result of an experiment to grasp the relationship between the abnormal peak count value CNT shown in FIGS. 7 and 8 and the measurement error that finally occurred in the blood flow output. As can be seen from the figure, when the count value CNT exceeds the specified count value THCNT, the measurement error increases rapidly. Thus, experimental results have been obtained in which the measurement error increases exponentially as the count value CNT increases. The region where CNT is equal to or less than THCNT is a case where no mode hop occurs or a single modest mode hop occurs. On the other hand, the region where CNT exceeds THCNT is a case where continuous intense mode hops occur.
以上の結果、カウント値CNTが規定カウント値THCNTを超えた場合にモードホップを抑制する処理を行えば、極めて効率的にモードホップの悪影響を低減できると判断できる。本実施例では、血流演算の周波数解析に用いるnポイントのデータ中における、異常ピーク数に対応したカウント値CNTから、半導体レーザ120のモードホップ状態を定量的に把握できる構成としたので、最終的に血流計測結果に与える影響が小さい場合はLD駆動電流を維持し、一方、最終的に血流計測結果に与える影響が大きい場合のみ、LD駆動電流を変更してモードホップ状態を脱出することが可能となる。従って、より適切なLD駆動電流制御が実現可能となるので、消費電力を抑圧しつつ、モードホップ状態を脱出して正確な血流計測が可能となる。
As a result of the above, it can be determined that if the process for suppressing the mode hop is performed when the count value CNT exceeds the specified count value THCNT, the adverse effect of the mode hop can be reduced very efficiently. In the present embodiment, since the mode hop state of the
また、モード競合状態にある連続した激しいモードホップ状態の場合、異常を検出して駆動電流変更によりモード競合を脱出できる。一方、単発的な穏やかなモードホップ状態は異常を検出しないので、駆動電流を維持でき、安定したレーザ発振状態を維持できる。よって、過度な駆動電流変更によるモードホップ状態の助長を防止できる。 Further, in the case of continuous intense mode hop states in the mode competition state, it is possible to escape from the mode competition by detecting an abnormality and changing the drive current. On the other hand, since a single modest mode hop state does not detect an abnormality, a drive current can be maintained and a stable laser oscillation state can be maintained. Therefore, it is possible to prevent the mode hop state from being promoted due to an excessive drive current change.
nポイントのデータ中における、異常ピーク数に対応したCNT値は、モードホップを起こす確率に対応した値を求めていると言える。従って、モードホップが生じ易い状態なのか、或いはモードホップは発生し難い状態なのかを、定量的に示す指標がカウント値CNTである。規定カウント数THCNTは、例えば図9に示されたようなデータに基づくことで最適化することができる。 It can be said that the CNT value corresponding to the number of abnormal peaks in the n-point data is a value corresponding to the probability of causing a mode hop. Therefore, an index that quantitatively indicates whether a mode hop is likely to occur or a mode hop is unlikely to occur is the count value CNT. The specified count number THCNT can be optimized based on data as shown in FIG. 9, for example.
<異常検出時の血流出力維持>
次に、異常検出時の血流演算方法について、図10を参照して具体的に説明する。ここに図10は、異常検出時の血流演算処理の流れを示すフローチャートである。<Maintaining blood flow output when an abnormality is detected>
Next, a blood flow calculation method at the time of detecting an abnormality will be specifically described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing the flow of blood flow calculation processing when an abnormality is detected.
図10に示すように、蓄積データ数がnポイントに達すると(ステップS103:YES)、既に図6を用いて説明したモードホップ検出処理が実施される(ステップS201)。その後、異常検出フラグMDHPが確認され、モードホップ異常状態が検出されない場合(ステップS202:NO)、MDHP=0となり、図3で示した通常の血流演算処理が実行される(ステップS203)
一方、モードホップ異常状態が検出された場合(ステップS202:YES)、MDHP=1となり、今回の血流演算は入力データの信頼性が低いと判断される。この場合、前回演算した結果にホールドすべく、前回の血流演算結果を今回の血流演算結果とし、LD駆動電流変更を指令が発令される(ステップS204)。As shown in FIG. 10, when the number of accumulated data reaches n points (step S103: YES), the mode hop detection process already described with reference to FIG. 6 is performed (step S201). Thereafter, when the abnormality detection flag MDHP is confirmed and the mode hop abnormality state is not detected (step S202: NO), MDHP = 0 and the normal blood flow calculation process shown in FIG. 3 is executed (step S203).
On the other hand, when the mode hop abnormal state is detected (step S202: YES), MDHP = 1, and it is determined that the current blood flow calculation has low reliability of the input data. In this case, in order to hold the previous calculation result, the previous blood flow calculation result is set as the current blood flow calculation result, and a command to change the LD drive current is issued (step S204).
以上の結果、モードホップ異常状態が検出されない場合には、通常の血流演算処理で得られた血流が出力され、モードホップ異常状態が検出された場合には、前回の血流演算処理で得られた血流が出力される(ステップS205)。モードホップ異常状態が検出された場合において、前回の血流演算結果を維持することにより、モードホップ時の計測誤差の増大(図9参照)を防止することができる。なお、図9で示されているデータは、上述した処理を実行しないときの実験結果である。 As a result, when the mode hop abnormal state is not detected, the blood flow obtained by the normal blood flow calculation process is output. When the mode hop abnormal state is detected, the previous blood flow calculation process is performed. The obtained blood flow is output (step S205). When a mode hop abnormal state is detected, an increase in measurement error during mode hop (see FIG. 9) can be prevented by maintaining the previous blood flow calculation result. The data shown in FIG. 9 is an experimental result when the above-described processing is not executed.
<駆動電流の限界値設定>
次に、モードホップ抑制処理によって制御されるLD駆動電流に対する限界値の設定について、図11を参照して詳細に説明する。ここに図11は、LD駆動電流の限界値設定の流れを示すフローチャートである。<Drive current limit setting>
Next, setting of the limit value for the LD drive current controlled by the mode hop suppression process will be described in detail with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of setting the limit value of the LD drive current.
図11は、図10における異常検出時の処理(ステップS204)を一部変更した例を示している。ここで示す例では、LD駆動電流設定値が変更(ダウン又はアップ)されると(ステップS301)、LD駆動電流設定値が、限界値以内か否かが判定される(ステップS302)。 FIG. 11 shows an example in which the process (step S204) at the time of abnormality detection in FIG. 10 is partially changed. In the example shown here, when the LD drive current set value is changed (down or up) (step S301), it is determined whether the LD drive current set value is within a limit value (step S302).
ここで、LD駆動電流設定値が限界値以内の場合、LD駆動電流変更指令が発令され(ステップS303)、血流値が出力される(ステップS205)。一方、LD駆動電流設定値が限界値を超えている場合、駆動電流変更方向を反転して(アップ又はダウン)LD駆動電流設定値が再変更された上で(ステップ304)、LD駆動電流変更指令が発令され(ステップS303)、血流値が出力される(ステップS205)。 Here, when the LD drive current set value is within the limit value, an LD drive current change command is issued (step S303), and a blood flow value is output (step S205). On the other hand, when the LD drive current set value exceeds the limit value, the drive current change direction is reversed (up or down) and the LD drive current set value is changed again (step 304), and then the LD drive current change is performed. A command is issued (step S303), and a blood flow value is output (step S205).
LD駆動電流は、初期段階で適正なレーザ光パワーを得るべく調整される。LD駆動電流変更の限界値は、初期段階での調整値に対して、例えば±5%の範囲として設定される。このようにLD駆動電流変更の限界値を設定すれば、LD駆動電流が適切な範囲で変更される。 The LD drive current is adjusted in order to obtain an appropriate laser beam power in the initial stage. The limit value of the LD drive current change is set, for example, as a range of ± 5% with respect to the adjustment value in the initial stage. When the limit value for changing the LD drive current is set in this way, the LD drive current is changed within an appropriate range.
ここで仮に、LD駆動電流を低くし過ぎると、LD発光パワーが低下し、計測S/Nが確保できなくなる不具合を生じる。また、LD駆動電流を高くし過ぎると、LD発光パワーが増大し、LDの寿命が低下する不具合を生じる。しかるに本実施例によれば、LD駆動電流が適切な範囲で変更され、上述した不具合を防止でき、且つ電流変更方向を適切に反転して駆動電流を変更するので、連続した激しいモードホップ状態を脱出することができる。 Here, if the LD drive current is too low, the LD light emission power is reduced, resulting in a problem that the measurement S / N cannot be secured. Further, if the LD drive current is excessively increased, the LD light emission power increases, resulting in a problem that the life of the LD is reduced. However, according to the present embodiment, the LD driving current is changed in an appropriate range, the above-described problems can be prevented, and the driving current is changed by appropriately inverting the current changing direction, so that a continuous intense mode hop state can be obtained. You can escape.
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、悪影響が生じてしまうような頻度で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。
As described above, according to the measurement apparatus of the first embodiment, it is possible to suppress the occurrence of mode hopping of the
<第2実施例>
次に、第2実施例に係る測定装置について、図12及び図13を参照して説明する。ここに図12は、第2実施例に係る測定装置におけるモードホップ検出部の構成を示すブロック図である。また図13は、第2実施例に係るモードホップ検出波形例を示すタイムチャートである。<Second embodiment>
Next, a measuring apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a block diagram illustrating the configuration of the mode hop detection unit in the measurement apparatus according to the second embodiment. FIG. 13 is a time chart showing a mode hop detection waveform example according to the second embodiment.
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。 The second embodiment is different from the first embodiment described above only in part of the configuration and operation, and many parts are the same as the first embodiment. For this reason, below, a different part from 1st Example is demonstrated in detail, and description is abbreviate | omitted suitably about the overlapping part.
図12に示すように、第2実施例に係るモードホップ検出部180bは、絶対値化部181と、LPF部186と、レベル比較部187とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 12, the mode
LPF部186は、絶対値化部181から出力されたABS(即ち、絶対値化されたバッファデータ)を積分して平均化し、RMSとして出力する。
The
レベル比較部187は、LPF部186から出力されたRMSと、規定平均レベルRMSLVLと比較する。そして、RMS>RMSLVLが成立する場合、LDモードホップによる異常な振幅値であると判断し、MDHP=1として、異常を検出する。
The
図13に示すように、RMS値は、バッファデータに異常ピークがあると、ゆるやかにレベルが上昇し、異常ピークがなくなると、ゆるやかにレベルが下降する。また、連続した激しいモードホップが生じると、RMS値の上昇は連続し、やがてRMSLVLに到達する。このようなRMSの特性を利用し、第2実施例では、RMS>RMSLVLが成立すると、MDHPが0から1に変化し、異常が検出される。 As shown in FIG. 13, the RMS value gradually increases when there is an abnormal peak in the buffer data, and gradually decreases when the abnormal peak disappears. Also, when continuous intense mode hops occur, the RMS value continues to rise and eventually reaches RMSLVL. Using such RMS characteristics, in the second embodiment, when RMS> RMSLVL is established, MDHP changes from 0 to 1, and an abnormality is detected.
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、異常ピークのカウンタ値CNTを用いてモードホップを検出する第1実施例と同様に、好適にモードホップの発生を検出できる。従って、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。 As described above, according to the measurement apparatus of the second embodiment, it is possible to suitably detect the occurrence of a mode hop as in the first embodiment in which the mode hop is detected using the abnormal peak counter value CNT. Therefore, the generation of mode hops can be suppressed and more accurate blood flow measurement can be performed.
<第3実施例>
次に、第3実施例に係る測定装置について、図14を参照して説明する。ここに図14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。<Third embodiment>
Next, a measuring apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a block diagram showing the overall configuration of the measuring apparatus according to the third embodiment.
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。 Note that the third embodiment differs from the first and second embodiments described above only in part of the configuration and operation, and many parts are the same as in the first and second embodiments. For this reason, below, a different part from 1st and 2nd Example is demonstrated in detail, and description shall be abbreviate | omitted suitably about the overlapping part.
図14に示すように、第3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190b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。
As shown in FIG. 14, in the measuring apparatus according to the third embodiment, the
具体的には、モードホップ抑制処理部190bは、モードホップ検出部180から抑制処理許可信号が入力されると(即ち、高い頻度で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。
Specifically, the mode hop
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、レーザ駆動部110の駆動電流を制御する第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。
As described above, according to the measurement apparatus of the third embodiment, the generation of mode hops in the
<第4実施例>
次に、第4施例に係る測定装置について、図15を参照して説明する。ここに図15は、第4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。<Fourth embodiment>
Next, a measuring apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a block diagram showing the overall configuration of the measuring apparatus according to the fourth embodiment.
なお、第4実施例は、上述した第1から第3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から第3実施例と同様である。このため、以下では第1から第3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。 Note that the fourth embodiment differs from the first to third embodiments described above only in part of the configuration and operation, and many parts are the same as in the first to third embodiments. For this reason, below, a different part from 1st-3rd Example is demonstrated in detail, and description is abbreviate | omitted suitably about the overlapping part.
図15に示すように、第4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4実施例に係るモードホップ抑制処理部190c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。
As shown in FIG. 15, in the measuring apparatus according to the fourth example, a
具体的には、モードホップ抑制処理部190cは、モードホップ検出部180から抑制処理許可信号が入力されると(即ち、高い頻度で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。
Specifically, when the suppression processing permission signal is input from the mode hop detection unit 180 (that is, when it is determined that mode hops occur frequently), the mode hop
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から第3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。
As described above, according to the measurement apparatus according to the third embodiment, as in the first to third embodiments, the generation of mode hops in the
<第5実施例>
次に、第5施例に係る測定装置について、図16から図19を参照して説明する。ここに図16は、第5実施例に係る測定装置における振幅リミッタ部の構成を示すブロック図である。また図17から図19は夫々、増幅信号及び血流出力の一例を示すグラフである。なお、図17から図19で示されているグラフの横軸は時間であり、0秒から27秒に対応している。<Fifth embodiment>
Next, a measuring apparatus according to a fifth example will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a block diagram illustrating the configuration of the amplitude limiter unit in the measurement apparatus according to the fifth embodiment. FIGS. 17 to 19 are graphs showing examples of the amplified signal and the blood flow output, respectively. Note that the horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 17 to 19 is time, which corresponds to 0 to 27 seconds.
図16に示すように、第5実施例に係る測定装置は、血流演算部170の前段に、振幅リミッタ部500を備えて構成されている。振幅リミッタ部500は、極性判定部501と、選択部502と、−1倍部503と、データ入れ替え部504とを備えている。
As shown in FIG. 16, the measurement apparatus according to the fifth example is configured to include an
極性判定部501は、入力されるバッファデータの極性を判定する。極性判定部501における判定結果(即ち、バッファデータの極性の正負)は、選択部502に出力される。
The
選択部502は、バッファデータの極性が正極性の場合、リミットレベルTHLVLをそのまま選択し、データ入れ替え部504に出力する。一方で、選択部502は、バッファデータの極性が負極性の場合、リミットレベルTHLVLを−1倍部503で−1倍して極性反転したレベルを選択し、データ入れ替え部504に出力する。なお、リミットレベルTHLVLは、上述した規定のピーク値THLVL(即ち、モードホップ検出部180においてモードホップを検出するための振幅閾値)と同一であってもよいし、異なる値であってもよい。
When the polarity of the buffer data is positive, the
データ入れ替え部504は、バッファデータに異常ピークが生じているとき(即ち、レベル比較結果であるCMP=1の場合)、バッファデータを選択部502の出力に入れ替え、リミットデータとして出力する。またデータ入れ替え部504は、通常の振幅のとき(即ち、レベル比較結果であるCMP=0の場合)、バッファデータをそのままリミットデータとして出力する。リミットデータは、図3で示した周波数解析を含む信号処理からなる血流演算部170に入力される。
When an abnormal peak occurs in the buffer data (that is, when the level comparison result is CMP = 1), the
図17に示す波形は、半導体レーザ120が安定してシングルモードで発振している状態、即ちモードホップを生じていない場合に得られる波形の一例である。この場合は、モードホップが生じていないため、増幅信号にノイズが殆ど存在していない。このため、振幅リミッタ処理を行わずとも、正確な血流出力が得られている。
The waveform shown in FIG. 17 is an example of a waveform obtained when the
図18に示す波形は、半導体レーザ120がモードホップにより不安定な発振状態にある場合に得られる波形の一例である。この場合は、図17と比較しても分かるように、モードホップの発生に起因して、増幅信号に多くのノイズが存在している。このため、振幅リミッタ処理を行わないと、血流出力の脈波に乱れが生じてしまう。
The waveform shown in FIG. 18 is an example of a waveform obtained when the
図19に示す波形は、図18の場合と同様に、半導体レーザ120がモードホップにより不安定な発振状態にある場合に得られる波形の一例であるが、本実施例に係る振幅リミッタ処理を行って復調している。このため、振幅リミッタ部500の振幅制限作用により、ノイズ成分が抑圧されている。その結果、血流出力における脈波の乱れは、最小限に抑えられ、図17の場合と同様に、モードホップしていない(即ち、ノイズのない)状態に近い波形が得られている。
The waveform shown in FIG. 19 is an example of the waveform obtained when the
以上説明したように、第5実施例に係る測定装置によれば、半導体レーザ120のモードホップによるノイズが生じても、その影響を抑圧して、より正確な血流測定を実施することが可能である。なお、振幅リミッタ処理によるモードホップの影響抑制効果は、比較的モードホップの発生頻度が穏やかな場合に有効であり、モードホップの発生頻度が大きく増加すると、十分ではなくなるおそれがある。しかしながら本実施形態では、上述したように、高い頻度でモードホップが発生した場合には、レーザ駆動部110の駆動電流の制御、温度制御、或いは液晶400による戻り光の制御により、モードホップの発生頻度を低下させることができる。従って、モードホップの発生状況に応じて、その影響を効果的に抑制することが可能である。
As described above, according to the measurement apparatus of the fifth embodiment, even if noise due to the mode hop of the
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、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification. A method, a computer program, and a recording medium are also included in the technical scope of the present invention.
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 増幅器
160 A/D変換器
165 バッファ処理部
170 血流演算部
171 ハニング窓処理部
172 FFT処理部
173 2乗演算部
174 1次モーメント積算部
175 LPF部
180 モードホップ検出部
181 絶対値化部
182 ピーク検出部
183 レベル比較部
184 カウンタ部
185 回数比較部
186 LPF部
187 レベル比較部
190 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
500 振幅リミッタ部
501 極性判定部
502 選択部
503 −1倍部
504 データ入れ替え部DESCRIPTION OF
Claims (18)
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に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力手段と、
所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射手段による前記レーザ光の照射状態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。Irradiating means for irradiating the measurement target with laser light;
A light receiving means for receiving the laser light scattered by the measurement object;
An output means for outputting information on the movement of the measurement target based on a beat signal caused by a Doppler shift of the laser light included in the output signal of the light receiving means;
And a control unit that controls an irradiation state of the laser light by the irradiation unit based on the beat signal within a predetermined period.
ことを特徴とする請求項1に記載の測定装置。The control means counts the number of times that the amplitude value of the beat signal exceeds a predetermined amplitude value within the predetermined period, and when the counted number exceeds the predetermined number of times, the laser light by the irradiation means The measuring apparatus according to claim 1, wherein the irradiation state is controlled.
ことを特徴とする請求項1に記載の測定装置。The control means integrates and averages the amplitude value of the beat signal within the predetermined period, and when the averaged amplitude value exceeds a predetermined threshold, the irradiation state of the laser light by the irradiation means is determined. The measuring device according to claim 1, wherein the measuring device is controlled.
前記所定期間は、前記高速フーリエ変換のバッファ期間に応じた期間として設定されている
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。The output means calculates information on the movement of the measurement object using a fast Fourier transform,
The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined period is set as a period corresponding to a buffer period of the fast Fourier transform.
前記出力手段は、前記制限手段により制限された前記受光手段の出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の測定装置。Further comprising limiting means for limiting the amplitude value of the output signal of the light receiving means within a predetermined amplitude range;
The output means outputs information related to movement of the measurement target based on a beat signal caused by a Doppler shift of the laser light included in an output signal of the light receiving means restricted by the restriction means. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring apparatus is characterized.
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に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力手段と、
所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする測定装置。Irradiating means for irradiating the measurement target with laser light;
A light receiving means for receiving the laser light scattered by the measurement object;
An output means for outputting information on the movement of the measurement target based on a beat signal caused by a Doppler shift of the laser light included in the output signal of the light receiving means;
And a detection unit that detects a state in which an error in information relating to movement of the measurement target exceeds a predetermined error based on the beat signal within a predetermined period.
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、
前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、
所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射工程における前記レーザ光の照射状態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。An irradiation step of irradiating a measurement target with laser light;
A light receiving step for receiving the laser light scattered by the measurement object;
An output step of outputting information relating to the movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the output signal obtained in the light receiving step;
And a control step of controlling an irradiation state of the laser light in the irradiation step based on the beat signal within a predetermined period.
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、
前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、
所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出工程と
を備えることを特徴とする測定方法。An irradiation step of irradiating a measurement target with laser light;
A light receiving step for receiving the laser light scattered by the measurement object;
An output step of outputting information relating to the movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the output signal obtained in the light receiving step;
And a detection step of detecting a state in which an error in information relating to movement of the measurement target exceeds a predetermined error based on the beat signal within a predetermined period.
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、
前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、
所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記照射工程における前記レーザ光の照射状態を制御する制御工程と
をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。An irradiation step of irradiating a measurement target with laser light;
A light receiving step for receiving the laser light scattered by the measurement object;
An output step of outputting information relating to the movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the output signal obtained in the light receiving step;
A computer program causing a computer to execute a control step of controlling an irradiation state of the laser beam in the irradiation step based on the beat signal within a predetermined period.
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、
前記受光工程で得られる出力信号に含まれる、前記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、前記被測定対象の移動に関する情報を出力する出力工程と、
所定期間内の前記ビート信号に基づいて、前記被測定対象の移動に関する情報の誤差が所定誤差を超えた状態を検出する検出工程と
をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。An irradiation step of irradiating a measurement target with laser light;
A light receiving step for receiving the laser light scattered by the measurement object;
An output step of outputting information relating to the movement of the measurement target based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the laser light included in the output signal obtained in the light receiving step;
A computer program causing a computer to execute a detection step of detecting a state in which an error in information relating to movement of the measurement target exceeds a predetermined error based on the beat signal within a predetermined period.
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