JP2017083175A - Breath diagnosis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、呼気診断装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a breath diagnosis apparatus.
呼気診断装置においては、呼気のガスを測定する。この測定結果より、病気の予防や早期発見が容易になる。呼気診断装置において、高精度の測定結果を得ることが望まれる。 In the expiration diagnosis apparatus, the expiration gas is measured. From this measurement result, disease prevention and early detection become easier. In the breath diagnosis apparatus, it is desired to obtain a highly accurate measurement result.
本発明の実施形態は、高精度の呼気診断装置を提供する。 Embodiments of the present invention provide a highly accurate breath diagnosis apparatus.
本発明の実施形態によれば、セル部と、光源部と、検出部と、制御部と、を含む呼気診断装置が提供される。前記セル部は、空間を含む。前記空間には、第1物質と、前記第1物質とは異なる第2物質と、を含む呼気を含む試料気体が導入される。前記光源部は、前記第1物質の光吸収の複数のピークの間の第1波長の第1光と、前記第1波長とは異なる第2波長の第2光と、を前記空間に入射させる。前記検出部は、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第1光の強度と、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第2光の強度と、を検出する。前記制御部は、前記第1光の前記強度と、前記第2光の強度と、に基づいて、前記試料気体中の前記第2物質の濃度を算出する。 According to the embodiment of the present invention, there is provided a breath diagnosis apparatus including a cell unit, a light source unit, a detection unit, and a control unit. The cell part includes a space. A sample gas containing exhaled air containing a first substance and a second substance different from the first substance is introduced into the space. The light source unit causes first light having a first wavelength between a plurality of peaks of light absorption of the first substance and second light having a second wavelength different from the first wavelength to be incident on the space. . The detection unit detects the intensity of the first light passing through the space where the sample gas is introduced and the intensity of the second light passing through the space where the sample gas is introduced. . The control unit calculates the concentration of the second substance in the sample gas based on the intensity of the first light and the intensity of the second light.
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。
図1に表したように、本実施形態に係る呼気診断装置110は、セル部20と、光源部30と、検出部40と、制御部45と、を含む。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view illustrating the breath diagnosis apparatus according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the
セル部20には、呼気50aを含む試料気体50が導入される。例えば、セル部20は、空間23sを含む。空間23sに、呼気50aを含む試料気体50が導入される。
A
呼気50aは、例えば、ヒトを含む動物の呼気である。呼気50aには、第1物質51と、第2物質52と、が含まれる。第1物質51は、例えば、水である。第2物質52は、例えば、アセトンである。第2物質52は、呼気診断装置110において、診断の目的に関係する物質である。例えば、糖尿病に罹患すると、呼気50a中のアセトンの濃度が健康時に比べて上昇する。呼気診断装置110においては、物質(例えばアセトンなど)の濃度を測定することで、健康状態が診断される。第2物質52の例については、後述する。第1物質51は、呼気50aに含まれる第2物質52とは異なる物質である。
The
光源部30は、第1波長の第1光L1と、第2波長の第2光L2と、を上記の空間23sに入射させる。第2波長は、第1波長とは異なる。これらの光は、測定光30Lに対応する。
The
後述するように、第1波長は、第1物質51(例えば水)の光吸収の複数のピークの間の波長である。第1物質51は複数の波長において、光吸収が高い。すなわち、光吸収のピーク(極大値)に対応する複数の波長(ピーク波長)が存在する。第1波長は、ピーク波長ではなく、複数のピーク波長の間の波長である。第1波長は、例えば、吸収のボトムに対応する波長でも良い。
As will be described later, the first wavelength is a wavelength between a plurality of peaks of light absorption of the first substance 51 (for example, water). The
この例では、光源部30は、発光部30aと、駆動部30bと、を含む。駆動部30bは、発光部30aに電気的に接続される。駆動部30bは、発光部30aに、発光のための電力を供給する。後述するように、発光部30aとして、例えば、外部共振器(EC)型量子カスケードレーザ(QCL)が用いられる。発光部30aの例については、後述する。
In this example, the
検出部40は、試料気体50が導入されている空間23sを通過した第1光L1の強度(第1強度)を検出する。検出部40は、試料気体50が導入されている空間23sを通過した第2光L2の強度(第2強度)を検出する。
The
制御部45は、検出部40で検出された第1強度(第1光L1の強度)と第2強度(第2光L2の強度)とに基づいて、試料気体50中の第2物質52の濃度を算出する。制御部45の動作の例については、後述する。
Based on the first intensity (the intensity of the first light L1) and the second intensity (the intensity of the second light L2) detected by the
図1に表したように、呼気診断装置110において、供給部10iと、排出部10oと、がさらに設けられている。
As shown in FIG. 1, the
供給部10iには、試料気体50が供給される。供給部10iから導入された試料気体50は、第1配管15aを通じてセル部20に導入される。第1配管15aは、供給部10iとセル部20との間に設けられる。一方、セル部20に導入された試料気体50は、第2配管15bを通じて、排出部10oに到達する。試料気体50は、排出部10oを通じて外部に排出される。排出部10oには、例えば、ファンが設けられても良い。排気の効率が向上する。
The
この例では、セル部20は、第1反射部21と、第2反射部22と、を含む。第1反射部21及び第2反射部22は、測定光30Lに対して反射性である。
In this example, the
供給部10iから導入された試料気体50は、第1反射部21と第2反射部22との間の空間23sに導入される。
The
例えば、セル部20は、例えば、セル23をさらに含む。例えば、セル23により、空間23sが形成される。第1反射部21と第2反射部22との間に空間23sの少なくとも一部が配置される。
For example, the
測定光30L(第1光L1及び第2光L2)は、第1反射部21と第2反射部22とで反射して、第1反射部21と第2反射部22との間(空間23s)を複数回往復する。測定光30Lの一部が、試料気体50に含まれる物質(第1物質51及び第2物質52)により吸収される。測定光30Lのうちの、物質に特有の波長の成分が吸収される。吸収の程度は、物質の濃度に依存する。
The
検出部40は、例えば、空間23sに試料気体50が導入された状態において空間23sを通過した測定光30Lを検出する。
For example, the
検出部40には、赤外領域に感度を有する素子が用いられる。検出部40には、例えばサーモパイルまたは半導体素子(例えばMCT(HgCdTe))などが用いられる。実施形態において、検出部40は任意である。
For the
この例では、筐体10wがさらに設けられている。筐体10w中に、例えば、セル部20、光源部30、検出部40、第1配管15a及び第2配管15b、が格納される。
In this example, a
この例では、測定光30Lの光路上において、光源部30とセル部20との間に、第1光学部品36aが設けられている。光路上において、セル部20と検出部40との間に、第2光学部品36bが設けられている。これらの光学部品は、例えば、集光光学素子を含む。これらの光学部品に、フィルタを用いても良い。これらの光学部品に、光スイッチを用いても良い。光学部品は必要に応じて設けられ、省略しても良い。
In this example, the first
このように、呼気診断装置110には、試料気体50が導入される空間23sを含むセル部20と、測定光30Lを出射する光源部30と、が設けられている。検出部40は、試料気体50が導入された空間23sを通過した測定光30Lを検出して、光の強度(第1強度及び第2強度)を検出する。呼気50aに含まれている物質(第1物質51及び第2物質52)による測定光30Lの吸収が測定される。これにより、呼気50aに含まれる物質の濃度が測定される。
Thus, the
図2は、試料気体に含まれる物質の特性を例示するグラフ図である。
図2は、水の吸収スペクトル(第1吸収スペクトル51s)と、アセトンの吸収スペクトル(第2吸収スペクトル52s)と、を例示している。水は、第1物質51の例である。アセトンは、第2物質52の例である。横軸は、波長λ(μm:マイクロメートル)である。縦軸は、吸収率Abである。
FIG. 2 is a graph illustrating characteristics of a substance contained in the sample gas.
FIG. 2 illustrates an absorption spectrum of water (
図2に表したように、アセトンの第2吸収スペクトル52sにおいて、波長λが約7.6μm以上8.06μm未満の領域において、吸収率Abは、実質的に0%である。第2吸収スペクトル52sにおいて、波長λが約7.15μm以上約7.5μm以下の領域、及び、波長λが8.06μm以上8.45μm以下の領域において、吸収率Abは、1%以上である。
As shown in FIG. 2, in the
例えば、約7.6μm以上8.06μm未満の範囲の波長の光を用いると、アセトンの濃度を検出することは困難である。例えば、8.06μm以上8.45μm以下の波長の光を用いると、アセトンの濃度に応じて、吸収率Abが変化する。8.06μm以上8.45μm以下の波長の光の強度を検出することで、試料気体50中のアセトンの濃度に関係した量が得られる。8.06μm以上8.45μm以下の波長が、第2波長λ2の候補となる。
For example, when light having a wavelength in the range of about 7.6 μm or more and less than 8.06 μm is used, it is difficult to detect the concentration of acetone. For example, when light having a wavelength of 8.06 μm or more and 8.45 μm or less is used, the absorptance Ab changes according to the concentration of acetone. By detecting the intensity of light having a wavelength of 8.06 μm or more and 8.45 μm or less, an amount related to the concentration of acetone in the
一方、波長λが約7.15μm以上約7.5μmの範囲においては、第2吸収スペクトル52sは比較的高いものの、第1吸収スペクトル51sが非常に高い。このため、もし、約7.15μm以上約7.5μm以下の波長の光を用いた場合は、第1吸収スペクトル51sと第2吸収スペクトル52sとの分離が困難になる。このため、水とアセトンとの組み合わせの場合には、8.06μm以上8.45μm以下の波長範囲のいずれかの波長の光を、アセトンの検出に用いることが好ましい。
On the other hand, in the range where the wavelength λ is about 7.15 μm or more and about 7.5 μm, the
実施形態においては、8.06μm以上8.45μm以下の波長範囲において、水の第1吸収スペクトル51sの吸収率Abが低い波長を用いる。これにより、水の影響が抑制できる。このため、第2波長λ2として、8.06μm以上8.45μm以下の波長範囲において、水の吸収率Abが低い波長を、第2波長λ2として用いる。
In the embodiment, in the wavelength range of 8.06 μm or more and 8.45 μm or less, a wavelength having a low absorption rate Ab of the
第2物質52がアセトンである場合、第2波長λ2として、例えば、8.12μm、及び、8.32μmの少なくともいずれかを用いることができる。図2では、8.32μmの光を用いる場合として、第2波長λ2が表示されている。
When the
第2波長λ2を用いて、アセトンと水とを含む試料気体50(呼気50a)における光吸収を検出すると、アセトンの吸収の他に水の吸収も含まれた結果になる。このため、水の影響を考慮して、補正を行う。
When the light absorption in the sample gas 50 (
すなわち、試料気体50中の水(第1物質51)の濃度を検出する。水(第1物質51)の検出においては、アセトン(第2物質52)の影響が実質的に生じない波長を用いる。
That is, the concentration of water (first substance 51) in the
例えば、約7.6μm以上8.06μm未満の波長においてアセトンの吸収率Abは、実質的に0%であるため、この範囲の波長の光が、水の濃度を測定する時の波長(第1波長λ1)の候補となる。 For example, since the absorbance Ab of acetone is substantially 0% at a wavelength of about 7.6 μm or more and less than 8.06 μm, the light in this range has a wavelength when measuring the concentration of water (first Candidate for wavelength λ1).
図2に例示したように、第1吸収スペクトル51sは、複数のピーク51pを有する。複数のピーク51pどうしの間に、ピーク間領域51bがある。実施形態においては、ピーク間領域51bの波長が、第1波長λ1として採用される。
As illustrated in FIG. 2, the
例えば、第1物質51が水である場合、第1波長λ1として、例えば、7.63μm、7.8μm、7.83μm、及び、7.92μmの少なくともいずれかを用いることができる。
For example, when the
第1波長λ1を含む波長領域において、第1物質51の波長の変化に対する光吸収の変化率は、ピーク波長を含む波長領域における波長の変化に対する変化率よりも低い。第1波長λ1において、第1物質51の波長変動に対する光吸収の変化の程度は、比較的小さい。第1波長λ1としては、例えば、吸収スペクトルの安定的な極小点の波長を用いることができる。
In the wavelength region including the first wavelength λ1, the light absorption change rate with respect to the change in the wavelength of the
このように、実施形態においては、第1波長λ1として、ピーク51pに対応した波長ではなく、複数のピーク51pの間の波長を用いる。これにより、第1波長λ1が変動した場合においても、安定して光吸収の値が得られる。
Thus, in the embodiment, the first wavelength λ1 is not a wavelength corresponding to the
もし、第1物質51の光吸収のピーク51pに対応した波長を用いて検出を行うと、波長の変動がある場合に、光吸収の値が変化してしまう。これに対して、実施形態においては、第1波長λ1として、波長の変動に対する光吸収の変動が小さい波長を用いる。この波長の第1光L1を用いて第1物質51の濃度を求める。その値に基づいて、第2波長λ2の第2光L2の検出結果を補正して、第2物質52(例えばアセトン)の濃度を求める。これにより求められた値は、精度が高い。実施形態によれば、高精度の呼気診断装置が提供できる。
If detection is performed using a wavelength corresponding to the
複数の波長の光を測定光30Lとして用いる時に、複数のレーザを用いる参考例が考えられる。例えば、それぞれが単一波長の光を出射する複数のレーザを用いる。このときの光の波長は、実質的に一定であり、波長の変動は小さい。しかしながら、複数のレーザを用いる構成においては、装置が大型になり使い難い。呼気診断装置の応用に制限が生じる。例えば、広い範囲の波長の光を放出する光源と、波長フィルタと、を用いる方法においても、同様の問題が生じる。
When using light of a plurality of wavelengths as the
これに対して、複数の波長の光を出射することが可能な光源を用いることで、装置が小型にでき、応用範囲が拡大する。例えば、波長が可変のレーザシステムを用いることで複数の波長の光が得られる。例えば、実施形態においては、後述する外部共振器(EC)型量子カスケードレーザ(QCL)を用いることで、複数の波長の光を得る。EC−QCLにおいては、比較的狭いスペクトル幅の光が得られる。そして、波長の変更範囲が広い。例えば、変更可能な波長範囲の幅は、約1μm程度である。 On the other hand, by using a light source capable of emitting light of a plurality of wavelengths, the apparatus can be reduced in size and the application range is expanded. For example, light having a plurality of wavelengths can be obtained by using a laser system having a variable wavelength. For example, in the embodiment, light having a plurality of wavelengths is obtained by using an external resonator (EC) type quantum cascade laser (QCL) described later. In EC-QCL, light having a relatively narrow spectral width can be obtained. And the change range of a wavelength is wide. For example, the width of the changeable wavelength range is about 1 μm.
このとき、EC−QCLにおいては、出射する光(例えば第1光L1及び第2光L2など)の波長が変動する場合がある。 At this time, in EC-QCL, the wavelength of emitted light (for example, the first light L1 and the second light L2) may fluctuate.
このとき、上記のような波長(複数のピーク51pの間の波長)を第1波長λ1として用いることで、波長が変動した場合においても、得られる光吸収の変動が抑制できる。その結果、第1物質51(例えば、水)の濃度の検出結果の変動が抑制できる。変動が抑制された第1物質51の濃度を用いて補正することで、第2物質52(例えばアセトン)の濃度を高い精度で求めることができる。
At this time, by using the above-described wavelength (the wavelength between the plurality of
第1波長λ1における第1物質51(例えば水)の吸収率Abが過度に低いと、第1物質51の検出が困難である。このため、第1物質51の吸収率Abが一定以上になるように、第1波長λ1が定められる。例えば、第1波長λ1における第1物質(例えば水)の吸収率Abは、第2波長λ2における第2物質52(例えばアセトン)の吸収率Abよりも高い。。例えば、第1波長λ1における第1物質の吸収率Abは、第2波長λ2における第2物質52の吸収率Abの5倍以上であることが好ましい。10倍以上であることが、さらに好ましい。
If the absorption rate Ab of the first substance 51 (for example, water) at the first wavelength λ1 is excessively low, the detection of the
ただし、第1波長λ1において吸収率Abが過度に高い場合は、波長の変動に対する光吸収の変化率が高くなるため、検出結果の変動が大きくなる。このため、吸収率Abが過度に高くならないように、第1波長λ1が設定される。 However, when the absorption rate Ab is excessively high at the first wavelength λ1, the change rate of the light absorption with respect to the change in the wavelength becomes high, and thus the detection result varies greatly. For this reason, the first wavelength λ1 is set so that the absorption rate Ab does not become excessively high.
実施形態において、第1波長λ1における光の吸収率は、例えば、波長λが7.5μm以上7.95μm以下の範囲における第1物質51の光の吸収率の複数のピーク51pの最大値の20%以下である。図2に示した例においては、波長λが7.5μm以上7.95μm以下の範囲における第1物質51(水)の吸収率Abのピークは、98%である。例えば、波長λが7.63μm、7.8μm、7.83μm及び7.92μmのそれぞれのときにおいて、吸収率Abは、約3%以上約6%である。このように、第1波長λ1は、7.6μm以上7.95μm以下である。このように、ピーク51pに比べて低い吸収率Abが得られる波長を用いることで、吸収率Abの波長依存性が小さくでき、安定して検出結果が得やすくなる。
In the embodiment, the light absorptance at the first wavelength λ1 is, for example, 20 of the maximum value of the plurality of
このように、第1波長λ1における光吸収を低くすることで、光吸収の波長依存性が小さくなる。このため、検出結果の変動が抑制でき、高精度の結果が得られる。 Thus, by reducing the light absorption at the first wavelength λ1, the wavelength dependence of the light absorption is reduced. For this reason, the fluctuation | variation of a detection result can be suppressed and a highly accurate result is obtained.
吸収係数に基づいて、第1波長λ1を定めても良い。 The first wavelength λ1 may be determined based on the absorption coefficient.
図3(a)及び図3(b)は、試料気体に含まれる物質の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、水(第1物質51)の吸収スペクトル(第1吸収スペクトル51s)を例示している。これらの図の横軸は、波長λである。図3(a)の縦軸は、吸収係数Ac(cm−1)である。図3(b)の縦軸は、吸収係数Acを対数表示している。
FIG. 3A and FIG. 3B are graphs illustrating characteristics of substances contained in the sample gas.
These figures illustrate the absorption spectrum (
図3(a)及び図3(b)に表したように、吸収係数Acの特性においても、複数のピーク51pが得られる。そして、複数のピーク51pの間に、ピーク間領域51bがある。ピーク間領域51bの波長が、第1波長λ1として用いられる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a plurality of
例えば、呼気診断において、7.0μm以上7.95μm以下の光を用いることが実用的である。このため、例えば、波長が7.0μm以上7.95μm以下の範囲において得られる第1物質51の光の吸収係数Acの最高値の0.1%以下の光の吸収係数Acが得られる波長を第1波長λ1として用いることが好ましい。
For example, in breath diagnosis, it is practical to use light of 7.0 μm or more and 7.95 μm or less. For this reason, for example, the wavelength at which the light absorption coefficient Ac of 0.1% or less of the maximum value of the light absorption coefficient Ac of the
図3(a)及び図3(b)に示した例では、波長λが約7.04μmのときに、吸収係数Acは最高となる。その最高の値は、約2cm−1である。この値の0.1%は、約0.002cm−1である。この値以下の吸収係数Acが得られる波長が、第1波長λ1として用いられる。このような条件を満たす波長は、以下のように、いくつか存在する。 In the example shown in FIGS. 3A and 3B, the absorption coefficient Ac is the highest when the wavelength λ is about 7.04 μm. Its highest value is about 2 cm −1 . 0.1% of this value is about 0.002 cm −1 . The wavelength at which the absorption coefficient Ac below this value is obtained is used as the first wavelength λ1. There are several wavelengths that satisfy such conditions as follows.
例えば、第1物質51が水であり、第2物質52がアセトンである場合は、第1波長λ1は、7.6μm以上7.95μm以下であり、第2波長λ2は8.1μm以上8.4μm以下である。第1波長λ1の中心波長は、例えば、7.63μm、7.8μm、7.83μm及び7.92μmの少なくともいずれかである。例えば、第2物質52がエタノールである場合、第2波長λ2の中心波長は、例えば、8.0μm及び8.12μmの少なくともいずれかである。
For example, when the
例えば、第1物質51が水であり、第2物質52がエタノールである場合は、第1波長λ1は、7.6μm以上7.95μm以下であり、第2波長λ2は、7.98μm以上8.2μm以下である。第1波長λ1の中心波長は、例えば、7.63μm、7.8μm、7.83μm及び7.92μmの少なくともいずれかである。例えば、第2物質52がエタノールである場合、第2波長λ2の中心波長は、例えば、8.0μm及び8.12μmの少なくともいずれかである。
For example, when the
例えば、実施形態において、初期状態において、セル23の空間23sは、実質的に空気で満たされている。その状態において、第2光L2を用いた検出(初期第2光検出)を行う。このときに得られる結果は、空気における第2光L2の光吸収である。
For example, in the embodiment, in the initial state, the
第1の時刻において、呼気50aが供給部10iに吹き込まれる。呼気50a(試料気体50)が、セル23の空間23sに導入される。この状態において、第2光L2を用いた検出(試料気体第2光検出)を行う。このときに得られる結果は、第1物質51と第2物質52との合計の光吸収の結果である。
At the first time, exhaled
試料気体第2光検出の結果の、初期第2光検出の結果に対する比を求めることで、第1物質51と第2物質52との合計に対応した濃度が得られる。この値を第2光検出結果とする。
A concentration corresponding to the sum of the
第1の時刻の後の第2の時刻において、空間23sに試料気体50が導入されている状態が、維持されている。この第2の時刻において、第1光L1を用いた検出(試料気体第1光検出)を行う。第1光L1の第1波長λ1において、第2物質52は吸収が生じないため、試料気体第1光検出の結果は、実質的に、第1物質51(水)の濃度に応じた光吸収の値となる。
At a second time after the first time, the state where the
第2の時刻の後に、空間23s内の試料気体50を排気する。例えば、排出部10oを介して試料気体50が外部に排気される。ファンを用いても良い。供給部10iから、空気が導入される。空間23sは、空気で満たされる。この状態において、第1光L1を用いた検出(初期第1光検出)を行う。このときに得られる結果は、空気における第1光L1の光吸収である。
After the second time, the
試料気体第1光検出の結果の、初期第1光検出の結果に対する比を求めることで、第1物質51の濃度が得られる。この値を第1光検出結果とする。
The concentration of the
上記の第2光検出結果を上記の第1光検出結果を用いて補正する。第1物質51の影響が実質的に除去される。これにより、第2物質52の濃度が求められる。求められた値は、正確である。
The second light detection result is corrected using the first light detection result. The influence of the
このように、実施形態においては、例えば、第2光L2を用いた検出の後に、第1光L1を用いた検出が行われる。 Thus, in the embodiment, for example, the detection using the first light L1 is performed after the detection using the second light L2.
図2に例示したように、第1物質51(例えば水)の光吸収に比べて、第2物質52(例えばアセトン)の光吸収の程度は低い。すなわち、第2光L2を用いた第2物質52の検出のSN比は、低い。
As illustrated in FIG. 2, the light absorption of the second substance 52 (for example, acetone) is lower than the light absorption of the first substance 51 (for example, water). That is, the SN ratio of detection of the
一方、呼気50aが吹き込まれた後で、空間23s内の試料気体50の状態が変化する場合がある。例えば、時間の経過と共に、空間23s内の呼気50aの濃度が低下する場合がある。
On the other hand, the state of the
実施形態においては、第2物質52を検出する第2光L2を用いた検出を、呼気50aの吹き込みの開始(第1の時刻)から比較的近い時刻で実施する。これにより、空間23s内の状態が変化する前に、第2光L2を用いた検出が実施できる。これにより、光吸収の程度が低い第2物質52の光吸収を高精度に検出できる。
In the embodiment, the detection using the second light L2 for detecting the
一方、第1物質51(例えば水)の光吸収の程度は高い。このため、第1物質51の第1光L1の検出においては、SN比が高い。このため、呼気50aを吹き込んだ後の経過時間が検出結果に与える影響が比較的小さい。
On the other hand, the light absorption of the first substance 51 (for example, water) is high. For this reason, in the detection of the first light L1 of the
例えば、制御部45により、動作を制御しても良い。制御部45は、第1動作と、第2動作と、を実施する。第2動作は、第1動作の後に実施される。第1動作においては、制御部45は、光源部30に第2光L2を出射させて検出部40に第2光L2の強度を検出させる。第2動作においては、制御部45は、光源部30に第1光L1を出射させて検出部40に第1光L1の強度を検出させる。すなわち、第2光L2を用いた検出の後に、第1光L1を用いた検出を行う。より高い精度の検出が可能になる。
For example, the operation may be controlled by the
図4は、第1の実施形態に係る別の呼気診断装置を例示する模式図である。
図4に表したように、本実施形態に係る別の呼気診断装置111においては、第1物質センサ61がさらに設けられている。第1物質センサ61は、例えば、筐体10w内に配置される。第1物質センサ61は、例えば、セル部20の外の外空間中の第1物質51の濃度を検出する。
FIG. 4 is a schematic view illustrating another breath diagnosis apparatus according to the first embodiment.
As shown in FIG. 4, in another
第1物質センサ61として、例えば、電気式湿度計などが用いられる。
For example, an electric hygrometer is used as the
制御部45は、第1物質センサ61が検出した第1物質51の濃度にさらに基づいて、試料気体50中の第2物質52の前記濃度を算出する。すなわち、制御部45は、第1光の強度と、第2光の強度と、第1物質センサ61が検出した第1物質51の濃度と、に基づいて、試料気体50の中の第2物質52の濃度を算出する。第2物質52の濃度をさらに高精度で得ることができる。
The
以下、光源部30の発光部30aの例について説明する。
図5は、第1の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
図5に表したように、光源部30(発光部30a)は、半導体発光素子30aLと、波長制御部30aCと、を有する。後述するように、半導体発光素子30aLは、例えば、複数の量子井戸のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により発光光を放射する。波長制御部30aCは、例えば、発光光の波長を調整して第1光L1と、第2光L2と、を生成する。
Hereinafter, an example of the
FIG. 5 is a schematic view illustrating a part of the breath diagnosis apparatus according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 5, the light source unit 30 (the
例えば、波長制御部30aCは、第1調整機構を含む。第1調整機構は、半導体発光素子30aLから出射する赤外線レーザ光の波長を、呼気50aに含まれる複数のガスのうちの一種類のガスの吸収スペクトル内にシフトする。波長制御部30aCは、第2調整機構をさらに含んでも良い。第2調整機構は、例えば、一種類のガスの吸収スペクトル内において波長をシフトさせて波長を調整する。
For example, the wavelength control unit 30aC includes a first adjustment mechanism. The first adjustment mechanism shifts the wavelength of the infrared laser light emitted from the semiconductor light emitting element 30aL into the absorption spectrum of one kind of gas among the plurality of gases included in the exhaled
例えば、第1調整機構は、回折格子71を含む。回折格子71は、半導体発光素子30aLの光軸31Lxと交差するように設けられる。回折格子71は、外部共振器を形成する。試料気体50に含まれる複数の物質のそれぞれの吸収スペクトルに応じて、赤外線レーザ光の回折格子71への入射角を変化させる。入射角は、例えば、角度β1〜β4などに変更される。これにより、赤外線レーザ光の波長を変化させる。
For example, the first adjustment mechanism includes a
例えば、ステッピングモータ99と、駆動制御部98と、が設けられる。駆動制御部98は、ステッピングモータ99を制御(駆動)する。ステッピングモータ99及び駆動制御部98により、回折格子71は、光軸31Lxと交差する軸を中心に回転制御される。
For example, a stepping
半導体発光素子30aLの回折格子71の側の端面には、反射防止コート膜ARを設けることが好ましい。部分反射コート膜PR(Pertial Reflection)を設けても良い。部分反射コート膜PRと反射防止コート膜ARとの間に半導体発光素子30aLが配置される。部分反射コート膜PRと回折格子71との間において、外部共振器が形成される。
It is preferable to provide an antireflection coating film AR on the end face of the semiconductor light emitting element 30aL on the
実施形態において、第2調整機構によってさらに波長を精度良く調整してもよい。例えば、第2調整機構として、駆動部30b(図1参照)を用いることができる。駆動部30bは、半導体発光素子30aLの動作電流値及びデューティの少なくともいずれかを変更する。第2調整機構として、温度制御部90を用いても良い。温度制御部90は、半導体発光素子30aLの温度を変更する。温度制御部90として、例えば、ペルチェ素子などが用いられる。第2調整機構として、例えば、応力生成素子などを用いても良い。応力生成素子は、外部共振器長を変化させる。応力生成素子として、例えば、ピエゾ素子などを用いることができる。
In the embodiment, the wavelength may be further accurately adjusted by the second adjustment mechanism. For example, the
図6は、第1の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
図6は、発光部30aの別の例を示している。
この例においては、第1調整機構として、回折格子71aが用いられる。回折格子71aは、半導体発光素子30aLの光軸31Lxに対して所定の入射角γで交差するXY面内で移動する。回折格子71aは、例えば、ステッピングモータ99及び駆動制御部98により、移動する。回折格子71aと、半導体発光素子30aLの部分反射コート膜PRと、により、外部共振器(EC)が形成される。部分反射コート膜PRから放出された測定光30Lは、セル部20に入射する。
FIG. 6 is a schematic view illustrating a part of the breath diagnosis apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 shows another example of the
In this example, a
図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
これらの図は、回折格子71aの例を示す模式的平面図である。
図7(a)及び図7(b)に例示したように、回折格子71は、複数の領域を有する。複数の領域において、格子のピッチが異なる。
FIG. 7A and FIG. 7B are schematic views illustrating a part of the breath diagnosis apparatus according to the first embodiment.
These drawings are schematic plan views showing examples of the
As illustrated in FIGS. 7A and 7B, the
図7(a)に示した例においては、格子のピッチが、X方向に沿って異なる。異なるピッチを有する複数の領域が設けられる。共振波長は、領域rg2>領域rg1>領域rg3である。例えば、X方向に移動することにより、波長を調整できる。 In the example shown in FIG. 7A, the pitch of the grating differs along the X direction. A plurality of regions having different pitches are provided. The resonance wavelength is region rg2> region rg1> region rg3. For example, the wavelength can be adjusted by moving in the X direction.
図7(b)に示した例において、共振波長は、領域rg5>領域rg6>領域rg7>領域rg4である。例えば、図7(b)に例示された矢印方向SDに沿って回折格子71aを移動させる。これにより、波長を調整できる。回折格子71aの断面形状は、非対称でもよい。
In the example shown in FIG. 7B, the resonance wavelength is region rg5> region rg6> region rg7> region rg4. For example, the
図8(a)〜図8(c)は、実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
図8(a)は、模式的斜視図である。図8(b)は、図8(a)のA1−A2線断面図である。図8(c)は、光源部30の動作を例示する模式図である。
この例では、光源部30として、半導体発光素子30aLが用いられる。半導体発光素子30aLとして、レーザが用いられる。この例では、量子カスケードレーザが用いられる。
FIG. 8A to FIG. 8C are schematic views illustrating a part of the breath diagnosis apparatus according to the embodiment.
FIG. 8A is a schematic perspective view. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. FIG. 8C is a schematic view illustrating the operation of the
In this example, a semiconductor
図8(a)に表したように、半導体発光素子30aLは、基板35と、積層体31と、第1電極34aと、第2電極34bと、誘電体層32(第1誘電体層)と、絶縁層33(第2誘電体層)と、を含む。
As shown in FIG. 8A, the semiconductor light emitting element 30aL includes the
第1電極34aと、第2電極34bと、の間に基板35が設けられる。基板35は、第1部分35aと、第2部分35bと、第3部分35cと、を含む。これらの部分は、1つの面内に配置される。この面は、第1電極34aから第2電極34bに向かう方向に対して交差する(例えば平行)である。第1部分35aと第2部分35bとの間に、第3部分35cが配置される。
A
第3部分35cと第1電極34aとの間に積層体31が設けられる。第1部分35aと第1電極34aとの間、及び、第2部分35bと第1電極34aとの間に、誘電体層32が設けられる。誘電体層32と第1電極34aとの間に絶縁層33が設けられる。
The
積層体31は、ストライプの形状を有している。積層体31は、リッジ導波路RGとして機能する。リッジ導波路RGの2つの端面がミラー面となる。積層体31において放出された光31Lは、端面(光出射面)から出射する。光31Lは、赤外線レーザ光である。光31Lの光軸31Lxは、リッジ導波路RGの延在方向に沿う。
The
図8(b)に表したように、積層体31は、例えば、第1クラッド層31aと、第1ガイド層31bと、活性層31cと、第2ガイド層31dと、第2クラッド層31eと、を含む。これらの層は、基板35から第1電極34aに向かう方向に沿って、この順で並ぶ。第1クラッド層31aの屈折率及び第2クラッド層31eの屈折率のそれぞれは、第1ガイド層31bの屈折率、活性層31cの屈折率、及び、第2ガイド層31dの屈折率のそれぞれよりも低い。活性層31cで生じた光31Lは、積層体31内に閉じ込められる。第1ガイド層31bと第1クラッド層31aとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。第2ガイド層31dと第2クラッド層31eとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。
As shown in FIG. 8B, the
積層体31は、光軸31Lxに対して垂直な第1側面31sa及び第2側面31sbを有する。第1側面31saと第2側面31sbとの間の距離31w(幅)は、例えば5μm以上20μm以下である。これにより、例えば、水平横方向モードの制御が容易となり、出力の向上が容易になる。距離31wが過度に長いと、水平横方向モードにおいて高次モードを生じ易くなり、出力を高めにくい。
The
誘電体層32の屈折率は、活性層31cの屈折率よりも低い。これにより、誘電体層32により、光軸31Lxに沿ってリッジ導波路RGが形成される。
The refractive index of the
図8(c)に表したように、活性層31cは、例えば、カスケード構造を有する、カスケード構造においては、例えば、第1領域r1と、第2領域r2と、が交互に積層される。単位構造r3は、第1領域r1及び第2領域r2を含む。複数の単位構造r3が設けられる。
As shown in FIG. 8C, the
例えば、第1領域r1には、第1障壁層BL1と、第1量子井戸層WL1と、が設けられる。第2領域r2には、第2障壁層BL2が設けられる。例えば、別の第1領域r1aには、第3障壁層BL3と、第2量子井戸層WL2と、が設けられる。別の第2領域r2aに、第4障壁層BL4が設けられる。 For example, a first barrier layer BL1 and a first quantum well layer WL1 are provided in the first region r1. A second barrier layer BL2 is provided in the second region r2. For example, the third barrier layer BL3 and the second quantum well layer WL2 are provided in another first region r1a. The fourth barrier layer BL4 is provided in another second region r2a.
第1領域r1においては、第1量子井戸層WL1のサブバンド間光学遷移が生じる。これにより、例えば、3μm以上18μm以下の波長の光31Laが放出される。 In the first region r1, an intersubband optical transition of the first quantum well layer WL1 occurs. Thereby, for example, light 31La having a wavelength of 3 μm or more and 18 μm or less is emitted.
第2領域r2においては、第1領域r1から注入されたキャリアc1(例えば電子)のエネルギーは、緩和可能である。 In the second region r2, the energy of carriers c1 (for example, electrons) injected from the first region r1 can be relaxed.
量子井戸層(例えば第1量子井戸層WL1)において、井戸幅WLtは、例えば、5nm以下である。井戸幅WLtがこのように狭いとき、エネルギー準位が離散して、例えば、第1サブバンドWLa(高準位Lu)及び第2サブバンドWLb(低準位Ll)などを生じる。第1障壁層BL1から注入されたキャリアc1は、第1量子井戸層WL1に効果的に閉じ込められる。 In the quantum well layer (for example, the first quantum well layer WL1), the well width WLt is, for example, 5 nm or less. When the well width WLt is so narrow, the energy levels are discrete, and for example, the first subband WLa (high level Lu) and the second subband WLb (low level Ll) are generated. Carriers c1 injected from the first barrier layer BL1 are effectively confined in the first quantum well layer WL1.
高準位Luから低準位Llへキャリアc1が遷移するときに、エネルギー差(高準位Luと低準位Llとの差)に対応する光31Laが放出される。すなわち、光学遷移が生じる。 When the carrier c1 transitions from the high level Lu to the low level Ll, light 31La corresponding to the energy difference (difference between the high level Lu and the low level Ll) is emitted. That is, an optical transition occurs.
同様に、別の第1領域r1aの第2量子井戸層WL2において、光31Lbが放出される。 Similarly, light 31Lb is emitted from the second quantum well layer WL2 in another first region r1a.
実施形態において量子井戸層は、波動関数が重なり合う複数の井戸を含んでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの高準位Luが、互いに同じでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの低準位Llが、互いに同じでも良い。 In the embodiment, the quantum well layer may include a plurality of wells with overlapping wave functions. The high levels Lu of the plurality of quantum well layers may be the same. The low levels Ll of the plurality of quantum well layers may be the same as each other.
例えば、サブバンド間光学遷移は、伝導帯及び価電子帯のいずれかにおいて生じる。例えば、pn接合によるホールと電子との再結合は必要ではない。例えば、ホール及び電子のいずれかのキャリアc1により光学遷移が生じて、光が放出される。 For example, the intersubband optical transition occurs in either the conduction band or the valence band. For example, recombination of holes and electrons by a pn junction is not necessary. For example, an optical transition is caused by either the hole or electron carrier c1, and light is emitted.
活性層31cにおいて、例えば、第1電極34aと、第2電極34bと、の間に印加される電圧により、障壁層(例えば第1障壁層BL1)を介して、キャリアc1(例えば電子)が量子井戸層(例えば第1量子井戸層WL1)へ注入される。これにより、サブバンド間光学遷移を生じる。
In the
第2領域r2は、例えば、複数のサブバンドを有する。サブバンドは、例えば、ミニバンドである。サブバンドにおけるエネルギー差は、小さい。サブバンドにおいて、連続エネルギーバンドに近いことが好ましい。この結果、キャリアc1(電子)のエネルギーが緩和される。 The second region r2 has, for example, a plurality of subbands. The subband is, for example, a miniband. The energy difference in the subband is small. The subband is preferably close to a continuous energy band. As a result, the energy of the carrier c1 (electrons) is relaxed.
第2領域r2では、例えば、光(例えば3μm以上18μm以下の波長の赤外線)は、実質的に放出されない。第1領域r1の低準位Llのキャリアc1(電子)は、第2障壁層BL2を通過して、第2領域r2へ注入され、緩和される。キャリアc1は、カスケード接続された別の第1領域r1aへ注入される。この第1領域r1aにおいて、光学遷移が生じる。 In the second region r2, for example, light (for example, infrared rays having a wavelength of 3 μm to 18 μm) is not substantially emitted. The carriers c1 (electrons) of the low level L1 in the first region r1 pass through the second barrier layer BL2 and are injected into the second region r2 and relaxed. The carrier c1 is injected into another first region r1a that is cascade-connected. An optical transition occurs in this first region r1a.
カスケード構造では、複数の単位構造r3のそれぞれにおいて光学遷移が生じる。これにより、活性層31cの全体において、高い光出力を得ることが容易になる。
In the cascade structure, an optical transition occurs in each of the plurality of unit structures r3. This makes it easy to obtain a high light output in the entire
このように、光源部30は、半導体発光素子30aLを含む。半導体発光素子30aLは、複数の量子井戸(例えば、第1量子井戸層WL1及び第2量子井戸層WL2など)のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により、測定光30Lを放射する。
As described above, the
量子井戸層(例えば第1量子井戸層WL1及び第2量子井戸層WL2など)には、例えば、GaAsが用いられる。例えば、障壁層(例えば、第1〜第4障壁層BL1〜BL4など)には、例えば、AlxGa1−xAs(0<x<1)が用いられる。このとき、例えば、基板35としてGaAsを用いると、量子井戸層及び障壁層において、良好な格子整合が得られる。
For example, GaAs is used for the quantum well layers (for example, the first quantum well layer WL1 and the second quantum well layer WL2). For example, Al x Ga 1-x As (0 <x <1) is used for the barrier layer (for example, the first to fourth barrier layers BL1 to BL4, etc.), for example. At this time, for example, when GaAs is used as the
第1クラッド層31a及び第2クラッド層31eは、例えば、n形不純物として、Siを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば、1×1018cm−3以上1×1020cm−3以下(例えば、約6×1018cm−3)である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば、0.5μm以上2μm以下(例えば約1μm)である。
The
第1ガイド層31b及び第2ガイド層31dは、例えば、n形不純物として、Siを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば1×1016cm−3以上1×1017cm−3以下(例えば、約4×1016cm−3)である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば2μm以上5μm以下(例えば、3.5μm)である。
The
距離31w(積層体31の幅、すなわち、活性層31cの幅)は、例えば、5μm以上20μm以下(例えば、約14μm)である。
The
リッジ導波路RGの長さは、例えば、1mm以上5mm以下(例えば約3mm)である。半導体発光素子30aLは、例えば、10V以下の動作電圧で動作する。消費電流は、炭酸ガスレーザ装置などに比べて低い。これにより、低消費電力の動作が可能である。 The length of the ridge waveguide RG is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less (for example, about 3 mm). The semiconductor light emitting element 30aL operates at an operating voltage of 10 V or less, for example. The current consumption is lower than that of a carbon dioxide laser device or the like. Thereby, operation with low power consumption is possible.
(第2の実施形態)
図9は、第2の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。
図9に表したように、本実施形態に係る呼気診断装置120においては、第1検出器65が設けられる。これ以外は、呼気診断装置110と同様なので説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a schematic view illustrating the breath diagnosis apparatus according to the second embodiment.
As shown in FIG. 9, in the
第1検出器65は、試料気体50中の第1物質51を検出する。第1検出器65として、半導体型センサが用いられる。この例では、第1検出器65は、セル23の内壁に取り付けられている。
The
第1検出器65により、空間23sの中の試料気体50中の第1物質51(水)の量(濃度)が測定される。制御部45は、第1検出器65に得られた第1物質51の濃度と、第2光L2の強度と、に基づいて、試料気体50の中の第2物質52の濃度を算出する。
The amount (concentration) of the first substance 51 (water) in the
呼気診断装置120においても、第1物質51(例えば水)の影響が実質的に除去できる。高精度の呼気診断装置が提供できる。
Also in the
図10は、第2の実施形態に係る別の呼気診断装置を例示する模式図である。
図10に表したように、本実施形態に係る呼気診断装置121においては、第1検出器65として、光出射部66aと、光検出部66bと、が用いられる。これ以外は、呼気診断装置120と同様なので説明を省略する。
FIG. 10 is a schematic view illustrating another breath diagnosis apparatus according to the second embodiment.
As shown in FIG. 10, in the
光出射部66aは、試料気体50が導入された空間23sに近赤外光66cを入射させる。光検出部66bは、試料気体50が導入された空間23sを通過した近赤外光66cの強度を検出する。
The
例えば、光検出部66bとして、レーザダイオードが用いられる。光検出部66bとして、フォトダイオードが用いられる。
For example, a laser diode is used as the
例えば、空間23sを通過する際に、近赤外光66cは、第1物質51により吸収される。光検出部66bの検出結果から、空間23s内の第1物質51の濃度に応じた信号が得られる。
For example, the near-
制御部45は、第1検出器65により検出された第1物質51の濃度と、第2光L2の強度と、に基づいて、試料気体50の中の第2物質52の濃度を算出する。これにより、第2物質52の濃度が正確に得られる。
The
実施形態によれば、高精度の呼気診断装置が提供できる。 According to the embodiment, a highly accurate breath diagnosis apparatus can be provided.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、呼気診断装置に含まれる供給部、セル部、反射部、光源部、検出部及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, a specific configuration of each element such as a supply unit, a cell unit, a reflection unit, a light source unit, a detection unit, and a control unit included in the breath diagnosis apparatus can be appropriately selected from a known range by those skilled in the art. The present invention is included in the scope of the present invention as long as the invention can be carried out in the same manner and the same effect can be obtained.
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した呼気診断装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての呼気診断装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, based on the breath diagnostic apparatus described above as an embodiment of the present invention, all breath diagnostic apparatuses that can be implemented by a person skilled in the art with appropriate design changes also include the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention. Belonging to.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10i…供給部、 10o…排出部、 10w…筐体、 15a…第1配管、 15b…第2配管、 20…セル部、 21、22…第1、第2反射部、 23…セル、 23s…空間、 30…光源部、 30L…測定光、 30a…発光部、 30aC…波長制御部、 30aL…半導体発光素子、 30b…駆動部、 31…積層体、 31L、31La、31Lb…光、 31Lx…光軸、 31a…第1クラッド層、 31b…第1ガイド層、 31c…活性層、 31d…第2ガイド層、 31e…第2クラッド層、 31sa…第1側面、 31sb…第2側面、 31w…距離、 32…誘電体層、 33…絶縁層、 34a…第1電極、 34b…第2電極、 35…基板、 35a〜35c…第1〜第3部分、 36a、36b…第1、第2光学部品、 40…検出部、 45…制御部、 50…試料気体、 50a…呼気、 51…第1物質、 51b…ピーク間領域、 51p…ピーク、 51s…第1吸収スペクトル、 52…第2物質、 52s…第1吸収スペクトル、 61…第1物質センサ、 65…第1検出器、 66a…光出射部、 66b…光検出部、 66c…近赤外光、 71、71a…回折格子、 90…温度制御部、 98…駆動制御部、 99…ステッピングモータ、 β1〜β4…角度、 γ…入射角、 λ…波長、 λ1、λ2…第1、第2波長、 110、111、120、121…呼気診断装置、 AR…反射防止コート膜、 Ab…吸収率、 BL1〜BL4…第1〜第4障壁層、 L1、L2…第1、第2光、 Ll…低準位、 Lu…高準位、 PR…部分反射コート膜、 RG…リッジ導波路、 SD…矢印方向、 WL1、WL2…第1、第2量子井戸層、 WLa…第1サブバンド、 WLb…第2サブバンド、 WLt…井戸幅、 c1…キャリア、 r1、r1a…第1領域、 r2、r2a…第2領域、 r3…単位構造、 rg1〜rg7…領域
10i ... Supply unit, 10o ... Discharge unit, 10w ... Case, 15a ... First piping, 15b ... Second piping, 20 ... Cell unit, 21, 22 ... First, second reflection unit, 23 ... Cell, 23s ... 30, light source unit, 30L, measuring light, 30a, light emitting unit, 30aC, wavelength control unit, 30aL, semiconductor light emitting element, 30b, drive unit, 31 ... laminate, 31L, 31La, 31Lb, light, 31Lx, light Axis, 31a ... first cladding layer, 31b ... first guide layer, 31c ... active layer, 31d ... second guide layer, 31e ... second cladding layer, 31sa ... first side surface, 31sb ... second side surface, 31w ... distance 32 ... Dielectric layer, 33 ... Insulating layer, 34a ... First electrode, 34b ... Second electrode, 35 ... Substrate, 35a-35c ... First to third parts, 36a, 36b ... First, second light
Claims (12)
前記第1物質の光吸収の複数のピークの間の第1波長の第1光と、前記第1波長とは異なる第2波長の第2光と、を前記空間に入射させる光源部と、
前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第1光の強度と、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記第2光の強度と、を検出する検出部と、
前記第1光の前記強度と、前記第2光の強度と、に基づいて、前記試料気体中の前記第2物質の濃度を算出する制御部と、
を備えた呼気診断装置。 A cell part including a space into which a sample gas containing exhaled gas including a first substance and a second substance different from the first substance is introduced;
A light source unit that makes the first light of the first wavelength between the plurality of peaks of light absorption of the first substance and the second light of the second wavelength different from the first wavelength enter the space;
A detector that detects the intensity of the first light that has passed through the space into which the sample gas has been introduced and the intensity of the second light that has passed through the space into which the sample gas has been introduced;
A control unit that calculates the concentration of the second substance in the sample gas based on the intensity of the first light and the intensity of the second light;
A breath diagnosis apparatus comprising:
複数の量子井戸のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により発光光を放射する半導体発光素子と、
前記発光光の波長を調整して前記第1光及び前記第2光を生成する波長制御部と、
を含む請求項1記載の呼気診断装置。 The light source unit is
A semiconductor light emitting device that emits emitted light by energy relaxation of electrons in subbands of a plurality of quantum wells;
A wavelength controller that adjusts the wavelength of the emitted light to generate the first light and the second light;
The breath diagnosis apparatus according to claim 1, comprising:
前記第2波長は、8.1マイクロメートル以上8.4マイクロメートル以下である請求項1または2に記載の呼気診断装置。 The first wavelength is not less than 7.6 micrometers and not more than 7.95 micrometers,
The breath diagnosis apparatus according to claim 1 or 2, wherein the second wavelength is not less than 8.1 micrometers and not more than 8.4 micrometers.
前記第2物質は、アセトンを含む請求項3記載の呼気診断装置。 The first substance includes water;
The breath diagnosis apparatus according to claim 3, wherein the second substance includes acetone.
前記第2波長は、7.98マイクロメートル以上8.2マイクロメートル以下である請求項1または2に記載の呼気診断装置。 The first wavelength is not less than 7.6 micrometers and not more than 7.95 micrometers,
The breath diagnosis apparatus according to claim 1 or 2, wherein the second wavelength is 7.98 micrometers or more and 8.2 micrometers or less.
前記第2物質は、エタノールを含む請求項5記載の呼気診断装置。 The first substance includes water;
The breath diagnosis apparatus according to claim 5, wherein the second substance includes ethanol.
前記第1動作は、前記光源部に前記第2光を出射させて前記検出部に前記第2光の前記強度を検出させることを含み、
前記第2動作は、前記光源部に前記第1光を出射させて前記検出部に前記第1光の前記強度を検出させることを含む請求項1〜6のいずれか1つに記載の呼気診断装置。 The control unit performs a first operation and a second operation performed after the first operation,
The first operation includes causing the light source unit to emit the second light and causing the detection unit to detect the intensity of the second light,
The breath diagnosis according to any one of claims 1 to 6, wherein the second operation includes causing the light source unit to emit the first light and causing the detection unit to detect the intensity of the first light. apparatus.
前記制御部は、前記第1物質センサが検出した前記第1物質の前記濃度にさらに基づいて、前記試料気体中の前記第2物質の前記濃度を算出する請求項1〜7のいずれか1つに記載の呼気診断装置。 A first substance sensor for detecting a concentration of the first substance in an outer space outside the cell unit;
The control unit calculates the concentration of the second substance in the sample gas based on the concentration of the first substance detected by the first substance sensor. The breath diagnosis apparatus according to claim 1.
前記試料気体が導入された前記空間に近赤外光を入射させる光出射部と、
前記試料気体が導入された前記空間を通過した前記近赤外光の強度を検出する光検出部と、
を含む請求項9記載の呼気診断装置。 The first detector is
A light emitting part for allowing near infrared light to enter the space into which the sample gas is introduced;
A light detection unit that detects the intensity of the near-infrared light that has passed through the space into which the sample gas has been introduced;
The breath diagnosis apparatus according to claim 9.
前記測定光に対して反射性の第1反射部と、
前記測定光に対して反射性の第2反射部と、
を含み、
前記第1反射部と前記第2反射部との間に前記空間が配置され、
前記測定光は、前記第1反射部と前記第2反射部とを反射して前記空間を通過する請求項1〜11のいずれか1つに記載の呼気診断装置。 The cell part is
A first reflecting portion that is reflective to the measurement light;
A second reflecting portion that is reflective to the measurement light;
Including
The space is disposed between the first reflecting portion and the second reflecting portion,
The breath diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the measurement light is reflected by the first reflection unit and the second reflection unit and passes through the space.
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