特許 6230017 発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6230017

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/359 20140101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/359

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-123267(P2013-123267)

(22)【出願日】2013年6月12日

(65)【公開番号】特開2014-240786(P2014-240786A)

(43)【公開日】2014年12月25日

【審査請求日】2016年6月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】516175423

【氏名又は名称】株式会社神成事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100098545

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 伸一

(74)【代理人】

【識別番号】100087745

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 善廣

(74)【代理人】

【識別番号】100106611

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 幸史

(74)【代理人】

【識別番号】100189717

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 貴章

(72)【発明者】

【氏名】神成 淳司

(72)【発明者】

【氏名】小川 貴代

【審査官】 佐々木 龍

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２７１５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１９３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２８７４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４９９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１７３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０４８１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１６１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２５２８７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長の異なる複数の発光ダイオードと、
複数の前記発光ダイオードを順に発光させる光源制御部と、
入射部及び受光部を測定対象物の表面に密着させるプローブと、
前記発光ダイオードからの入射光を前記入射部に導く入射光路と、
前記受光部で受光した散乱光を検出部に導く検出光路と、
前記発光ダイオードの使用温度を測定するＬＥＤ温度検出部と
を備え、
前記受光部として、前記入射部からの距離を異ならせた第１の前記受光部及び第２の前記受光部を有し、
前記検出光路として、第１の前記受光部で受光した第１の前記散乱光を第１の前記検出部に導く第１の前記検出光路、及び第２の前記受光部で受光した第２の前記散乱光を第２の前記検出部に導く第２の前記検出光路を有する
発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置であって、
測定器と分析器とからなり、
前記測定器には、前記発光ダイオード、前記光源制御部、前記プローブ、前記入射光路、前記検出光路、前記ＬＥＤ温度検出部、記憶部、及び送信部を備え、
前記記憶部では、複数の前記発光ダイオードの発光ごとに測定した、第１の前記検出部で検知した第１の前記散乱光の強度、第２の前記検出部で検知した第２の前記散乱光の強度、及び前記ＬＥＤ温度検出部で検出された前記発光ダイオードの前記使用温度を記憶し、
前記送信部では、前記記憶部に記憶された、第１の前記散乱光の前記強度、第２の前記散乱光の前記強度、及び前記使用温度を、前記測定器を識別する識別データとともに送信し、
前記分析器には、
前記送信部から送信されるデータを受信する受信部と、
前記受信部で受信される前記データを記憶する受信データ記憶部と、
前記測定器の製作時に計測される、前記発光ダイオードの個体毎のそれぞれのピーク波長データを記憶するＬＥＤピーク波長記憶部と、
前記受信データ記憶部に記憶された、前記測定器を識別する前記識別データを基に、前記測定器に組み込まれたそれぞれの前記発光ダイオードについての前記ピーク波長データを、前記ＬＥＤピーク波長記憶部から読み出すＬＥＤピーク波長読出部と、
前記使用温度とピーク波長との関係データが記憶された使用温度補正データ記憶部と、
前記ＬＥＤ温度検出部で検出された前記発光ダイオードの前記使用温度を前記受信データ記憶部から読み出す使用温度読出部と、
前記ＬＥＤピーク波長読出部で読み出した前記発光ダイオードについての前記ピーク波長データと、前記使用温度読出部で読み出した使用温度データと、前記使用温度補正データ記憶部に記憶された前記関係データとから、前記ピーク波長データを補正するＬＥＤピーク波長補正部と、
前記測定対象物における測定対象成分について、波長の組み合わせに応じて決定された吸収係数データが記憶されている吸収係数記憶部と、
前記ＬＥＤピーク波長補正部で補正された前記ピーク波長データを基にした前記吸収係数データを前記吸収係数記憶部から読み出す吸収係数読出部と、
第１の前記散乱光の前記強度、及び第２の前記散乱光の前記強度を前記受信データ記憶部から読み出す散乱光強度読出部と、
前記散乱光強度読出部で読み出した第１の前記散乱光の前記強度と第２の前記散乱光の前記強度とから相対反射率を求め、前記相対反射率と前記吸収係数読出部で読み出した前記吸収係数データとから成分濃度を演算する成分濃度演算部と
を有することを特徴とする発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置。

【請求項2】

前記測定対象物の表面温度を測定する対象物温度検出部を備え、
前記記憶部では、前記対象物温度検出部で検出された前記表面温度を記憶し、
前記表面温度によって、前記成分濃度演算部で演算された前記成分濃度の温度補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置。

【請求項3】

前記測定対象物の変更に伴い前記発光ダイオードの発光時間を変更する発光時間変更部を有し、前記光源制御部では、前記発光時間変更部で変更された前記発光時間で前記発光ダイオードを発光させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置。

【請求項4】

前記測定対象成分に応じて、前記成分濃度演算部で演算対象とする前記発光ダイオードの組み合わせを変更することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば果実の糖度や酸度の濃度を分析できる発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

果実を対象とした成分濃度分析装置としては、例えば特許文献１から特許文献４に示す装置が提案されている。
特許文献１は、透過力の比較的強い短波長領域の分光された近赤外線を果実に照射し、透過光量から吸光度を得て、その吸光度に対して果実の大きさによる補正を行った値から甘味に関連した指標を求める果実成分非破壊測定器を提案している（例えば段落番号（００１５））。
特許文献１では、レーザダイオード（ＬＤ）は、使用環境の温度の変化により、ある電圧に対して流れる電流、又は、ある一定の出力に対して流れる電流が変化することがある、ということを問題提起し、動作電流が過剰に流れ込むとＬＤの素子が破壊されるおそれがあるので、異常な温度下では、ＬＤを発振させないようにすることを提案している。また、被測定果実の測定部の温度の違いによって、誤差が生じるので、ＬＤの周囲温度を検出することで、検量線の精度を高めることができるとしている（段落番号（００４０））。

【0003】

特許文献２は、近赤外領域の波長の光を用いた青果物の糖度測定方法・装置において、桃、リンゴなど皮の薄い青果物のみならず皮の厚いみかん、メロン等の青果物の糖濃度が非破壊で測定でき、しかも従来の糖度測定装置のように回折格子等から構成される複雑な分光器を必要としない青果物非破壊の糖度測定方法及び装置を提案している（段落番号（００１７））。
特許文献２では、異なった波長の２つの単色光を青果物に照射して各単色光の光透過率Ｔａ，Ｔｂを計測できる計測装置を備え、複数の実測例の光透過率Ｔａ，Ｔｂの値とその例の実測の糖度Ｃの値とから係数ｋ０，ｋ１を決定する数式を提案し、決定された係数ｋ０，ｋ１と計測される２つの単色光の光透過率Ｔａ，Ｔｂのデータを用いて糖度を求めている。

【0004】

特許文献３は、青果物の測定部位に複数の異なる波長からなる光を照射する照射手段を設け、この照射手段の光が青果物の測定部位を透過した透過光を異なる距離をおいた２箇所で受光してその透過光量を検出する透過光量検出手段を設け、透過光量検出手段で検出した２箇所での波長の透過光量の比である相対透過度を各波長毎に算出し、各波長の相対透過度を用いて青果物の糖度を算定する演算手段を設けた青果物の非破壊糖度測定装置を提案している（段落番号（００２６））。
特許文献３では、照射手段で異なる複数の単色光を青果物に照射し、青果物内部で散乱・吸収を受けて果外に放射される透過光を単色光の照射位置から異なる距離をおいた２箇所で検出している。そして検出した２つの透過光からその比である相対透過度を計算し、この相対透過度を用いて青果物の糖度を算出する。検出された透過光には青果物内部の実の糖度情報が含まれており、ミカンやメロンのように皮の厚い青果物の糖度測定が可能となるとしている（段落番号（００２７））。

【0005】

特許文献４は、散乱係数の分布が空間的に不均一な光散乱体を被検体としても、良好な測定精度を得ることができる光散乱体の非破壊測定装置を提案している（段落番号（０００４））。
特許文献４では、光照射部から、被検体の１箇所の照射領域に照射された光の透過光を、少なくとも２つの受光部で受光して、透過光検出部で各受光部の光強度を検出する。そして、各受光部の光強度から、同心円径の異なる２つの受光部の光強度の比である相対透過率を波長ごとに算出して、それらに基づいて被検体内部の性状特性値を算定している（段落番号（０００５））。

【0006】

果実以外を対象とした成分濃度分析装置としては、例えば特許文献５から特許文献８に示す装置が提案されている。
特許文献５は、人体の血糖値を非侵襲的に誤差なく測定できる小型で携帯容易な血糖値の非侵襲測定装置を提案している（段落番号（００１１））。
特許文献５では、光源から波長の異なる複数の単色光を発生し、照射手段により人体の測定部位（例えば指等）にその単色光を照射する。照射された単色光は人体内部で散乱して吸収し、人体外に放射されて透過光となる。この透過光を透過光量検出手段で単色光の照射位置からそれぞれ異なる一定の直線距離で検出する。検出した２つの透過光からその比である相対透過度を波長毎に算出し、同相対透過度から人体の血糖値を算定する。検出された透過光には人体内部の血糖値情報が含まれており、非侵襲による人体の血糖値測定が可能となる（段落番号（００１３））。

【0007】

特許文献６は、測定部材の水分率を高精度で簡単に測定することができる小型の測定装置を提案している（段落番号（０００５））。
特許文献６では、波長が異なる２種の単色光を測定部材の表面に照射し、この測定部材表面からの反射光を光量測定部に導いて反射光量を測定し、各波長における反射吸光度（Ａλ）を求め、ある波長の反射吸光度と波長１３５０ｎｍ以下の反射吸光度との２波長間の反射吸光度差（ΔＡλ）あるいは２波長間の反射吸光度比（Ａλ’）を演算し、更に、予め記憶しておいた反射吸光度差あるいは反射吸光度比と水分率との関係から、測定部材の水分率を算出する（段落番号（０００９））。

【0008】

特許文献７は、生体の測定部位の相違や測定条件の相違にかかわらず、物質の内部情報を良好に再現できる、光散乱を用いた物質の内部情報測定装置を提案している（発明が解決しようとする課題の欄）。
特許文献７では、物質の表面の受光点から見てほぼ同方向に配置され、受光点からの実質的な光拡散光路長が相違する複数の照射点において光を順次照射し、受光点において角照射光を受光し、角照射に対応した受光データの相違に基づいて所定の演算を行い、物質の内部情報を測定する（課題を解決するための手段の欄）。

【0009】

特許文献８は、光散乱体である生体を被検体とし、その性状測定値から被検体の組成を測定する生体組成の非侵襲測定装置として好適となる光散乱体の非破壊測定装置を提案している（段落番号（０００１））。
特許文献８では、光照射部から、被検体の１箇所の照射領域に照射された光の、透過光を少なくとも２つの受光部で受光して、光検出部で各受光部の光強度を検出し、演算処理部により、各受光部の光強度から、同心円径の異なる２つの受光部の光強度の比である相対反射率を波長ごとに算出して、それらに基づいて被検体内部の性状特性値を算定する（段落番号（０００６））。

【0010】

一方、発光ダイオード（ＬＥＤ）では、製造工程の不均一性によって波長のばらつきがあることやＬＥＤモジュールの温度変化によって波長が変化することが知られている。
特許文献９は、ＬＥＤの所望のピーク波長を精密に作成し、保持することができるＬＥＤを用いた光発生装置を提案している（段落番号（０００９））。
また、特許文献９は、ＬＥＤモジュールの温度変化に応じて、ＬＥＤ波長が変化する場合、これを補正して、一定の波長を保持する光発生装置を提案している（段落番号（００１０））。
特許文献９では、演算処理部が、温度感知部によって検知した温度を参照して、現在、発光中のＬＥＤの補正電流値を算出し、この補正電流値を現在の発光中のＬＥＤの駆動電流値と合算して、補正駆動電流値を決定する。この補正電流値は、検出された温度とメモリに入力されたＬＥＤの駆動電流値を用いて、実験値又は計算式によって計算される（段落番号（００３７））。

【0011】

特許文献１０は、同じ仕様のＬＥＤであっても個体間の温度特性の差が存在するため、同じ温度特性を示すとは限らないことを課題とし、検体から発せられる蛍光強度の測定値を光源の発光強度の温度特性による影響を除去したものに補正できる装置を提案している（段落番号（０００７）（０００８））。
特許文献１０では、温度変化による光源の発光強度の変化を調べるために、測定用の励起光を発する測定光源とは別に参照用の励起光を発する参照光源を使用し、これらの光源からの励起光を照射したときの蛍光の強度を測定するために基準物質を使用する（段落番号（０００９））。

【0012】

特許文献１１は、ＬＥＤ素子の周囲温度による影響を考慮して、ＬＥＤ素子の光量の経年変化による影響を補正する係数を取得する光量制御装置を提案している（段落番号（００１０））。
特許文献１１では、ＬＥＤ素子に電流を与える通電手段と、ＬＥＤ素子の光量を検出する光量検出手段と、ＬＥＤ素子の周囲温度を検出する温度検出手段と、ＬＥＤ素子の光量が目標光量値となるように予め設定された第１の電流量と、第１の電流量が設定された際の当該ＬＥＤ素子の周囲温度とは異なる温度において当該ＬＥＤ素子の光量が目標光量値となるように第１の電流量を補正する温度補正係数とが記憶された記憶手段とを備え、光量検出手段により検出されたＬＥＤ素子の光量が目標光量値となった場合に、通電手段によりＬＥＤ素子に与えられていた第２の電流量と、当該第２の電流量がＬＥＤ素子に与えられていた際の当該ＬＥＤ素子の周囲温度における温度補正係数とから、第１の電流量が設定された際のＬＥＤ素子の周囲温度における、ＬＥＤ素子についての経年変化による光量への影響を補正するための経年補正係数を算出する（段落番号（００１１））。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００２−１１６１４１号公報

【特許文献2】特開２００３−１１４１９１号公報

【特許文献3】特開２００４−３１７３８１号公報

【特許文献4】特開２００７−２７１５７５号公報

【特許文献5】特開２００４−３１３５５４号公報

【特許文献6】特開２０００−１４６８３４号公報

【特許文献7】特開平０２−１６３６３４号公報

【特許文献8】特開２００９−０８５７１２号公報

【特許文献9】特開２０１２−０５９７０６号公報

【特許文献10】特開２０１２−０１３４５０号公報

【特許文献11】特開２０１２−２３８７２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

成分濃度分析装置として、複数の波長を用いることは、特許文献１から特許文献８にも開示されているように従来から知られており、更には、光源としてＬＥＤを用いることについても、特許文献１に開示されている。
しかし、特許文献９から特許文献１１でも開示されている通り、光源としてＬＥＤを用いる場合には、ＬＥＤの使用温度によって、発光強度及びピーク波長が変化する。また、特許文献１０でも開示されている通り、同じ仕様のＬＥＤであっても個体間の温度特性の差が存在する。
従って、ＬＥＤを用いて、果実を対象とした成分濃度や人体の血糖値など物質成分の分析を行うには、発光強度及びピーク波長の変化を考慮することが重要である。
また、ＬＥＤの個体間の温度特性の差を考慮する必要もある。
しかし、特許文献１から特許文献８では、光源としてＬＥＤを用いる場合の課題に対して十分な解決手段を開示していない。
ところで、特許文献９で提案する電流値を補正する方法は、連続的に発光させるＬＥＤには有効でも、極めて短い時間の照射によって散乱光を得る成分濃度分析装置では適用することができない。
また、特許文献１０で提案する、測定光源とは別に参照用の励起光を発する参照光源を使用し、これらの光源からの励起光を照射したときの蛍光の強度を測定するために基準物質を使用する方法、についても、極めて短い時間の照射によって散乱光を得る成分濃度分析装置では適用が難しく、また装置が複雑化する。
また、特許文献１１で提案する方法も、極めて短い時間の照射によって散乱光を得る成分濃度分析装置では適用することができない。

【0015】

そこで本発明は、発光強度及びピーク波長の変化を受けずに、正確な分析データを得ることができる発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

請求項１記載の本発明の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置は、波長の異なる複数の発光ダイオードと、複数の前記発光ダイオードを順に発光させる光源制御部と、入射部及び受光部を測定対象物の表面に密着させるプローブと、前記発光ダイオードからの入射光を前記入射部に導く入射光路と、前記受光部で受光した散乱光を検出部に導く検出光路と、前記発光ダイオードの使用温度を測定するＬＥＤ温度検出部とを備え、前記受光部として、前記入射部からの距離を異ならせた第１の前記受光部及び第２の前記受光部を有し、前記検出光路として、第１の前記受光部で受光した第１の前記散乱光を第１の前記検出部に導く第１の前記検出光路、及び第２の前記受光部で受光した第２の前記散乱光を第２の前記検出部に導く第２の前記検出光路を有する発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置であって、測定器と分析器とからなり、前記測定器には、前記発光ダイオード、前記光源制御部、前記プローブ、前記入射光路、前記検出光路、前記ＬＥＤ温度検出部、記憶部、及び送信部を備え、前記記憶部では、複数の前記発光ダイオードの発光ごとに測定した、第１の前記検出部で検知した第１の前記散乱光の強度、第２の前記検出部で検知した第２の前記散乱光の強度、及び前記ＬＥＤ温度検出部で検出された前記発光ダイオードの前記使用温度を記憶し、前記送信部では、前記記憶部に記憶された、第１の前記散乱光の前記強度、第２の前記散乱光の前記強度、及び前記使用温度を、前記測定器を識別する識別データとともに送信し、前記分析器には、前記送信部から送信されるデータを受信する受信部と、前記受信部で受信される前記データを記憶する受信データ記憶部と、前記測定器の製作時に計測される、前記発光ダイオードの個体毎のそれぞれのピーク波長データを記憶するＬＥＤピーク波長記憶部と、前記受信データ記憶部に記憶された、前記測定器を識別する前記識別データを基に、前記測定器に組み込まれたそれぞれの前記発光ダイオードについての前記ピーク波長データを、前記ＬＥＤピーク波長記憶部から読み出すＬＥＤピーク波長読出部と、前記使用温度とピーク波長との関係データが記憶された使用温度補正データ記憶部と、前記ＬＥＤ温度検出部で検出された前記発光ダイオードの前記使用温度を前記受信データ記憶部から読み出す使用温度読出部と、前記ＬＥＤピーク波長読出部で読み出した前記発光ダイオードについての前記ピーク波長データと、前記使用温度読出部で読み出した使用温度データと、前記使用温度補正データ記憶部に記憶された前記関係データとから、前記ピーク波長データを補正するＬＥＤピーク波長補正部と、前記測定対象物における測定対象成分について、波長の組み合わせに応じて決定された吸収係数データが記憶されている吸収係数記憶部と、前記ＬＥＤピーク波長補正部で補正された前記ピーク波長データを基にした前記吸収係数データを前記吸収係数記憶部から読み出す吸収係数読出部と、第１の前記散乱光の前記強度、及び第２の前記散乱光の前記強度を前記受信データ記憶部から読み出す散乱光強度読出部と、前記散乱光強度読出部で読み出した第１の前記散乱光の前記強度と第２の前記散乱光の前記強度とから相対反射率を求め、前記相対反射率と前記吸収係数読出部で読み出した前記吸収係数データとから成分濃度演算部とを有することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置において、前記測定対象物の表面温度を測定する対象物温度検出部を備え、前記記憶部では、前記対象物温度検出部で検出された前記表面温度を記憶し、前記表面温度によって、前記成分濃度演算部で演算された前記成分濃度の温度補正を行うことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置において、前記測定対象物の変更に伴い前記発光ダイオードの発光時間を変更する発光時間変更部を有し、前記光源制御部では、前記発光時間変更部で変更された前記発光時間で前記発光ダイオードを発光させることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置において、前記測定対象成分に応じて、前記成分濃度演算部で演算対象とする前記発光ダイオードの組み合わせを変更することを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置によれば、相対反射率を用いることで、発光ダイオードの使用温度や経年変化による発光強度の変化の影響をなくし、補正吸収係数を用いることで使用温度によるピーク波長の変化の影響をなくし、更には温度補正により測定対象物の温度による影響をなくすことができるので、発光ダイオードを用いて正確な成分濃度を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施例による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置の構成図

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の第１の実施の形態による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置は、測定器と分析器とからなり、測定器には、発光ダイオード、光源制御部、プローブ、入射光路、検出光路、ＬＥＤ温度検出部、記憶部、及び送信部を備え、記憶部では、複数の発光ダイオードの発光ごとに測定した、第１の検出部で検知した第１の散乱光の強度、第２の検出部で検知した第２の散乱光の強度、及びＬＥＤ温度検出部で検出された発光ダイオードの使用温度を記憶し、送信部では、記憶部に記憶された、第１の散乱光の強度、第２の散乱光の強度、及び使用温度を、測定器を識別する識別データとともに送信し、分析器には、送信部から送信されるデータを受信する受信部と、受信部で受信されるデータを記憶する受信データ記憶部と、測定器の製作時に計測される、発光ダイオードの個体毎のそれぞれのピーク波長データを記憶するＬＥＤピーク波長記憶部と、受信データ記憶部に記憶された、測定器を識別する識別データを基に、測定器に組み込まれたそれぞれの発光ダイオードについてのピーク波長データを、ＬＥＤピーク波長記憶部から読み出すＬＥＤピーク波長読出部と、使用温度とピーク波長との関係データが記憶された使用温度補正データ記憶部と、ＬＥＤ温度検出部で検出された発光ダイオードの使用温度を受信データ記憶部から読み出す使用温度読出部と、ＬＥＤピーク波長読出部で読み出した発光ダイオードについてのピーク波長データと、使用温度読出部で読み出した使用温度データと、使用温度補正データ記憶部に記憶された関係データとから、ピーク波長データを補正するＬＥＤピーク波長補正部と、測定対象物における測定対象成分について、波長の組み合わせに応じて決定された吸収係数データが記憶されている吸収係数記憶部と、ＬＥＤピーク波長補正部で補正されたピーク波長データを基にした吸収係数データを吸収係数記憶部から読み出す吸収係数読出部と、第１の散乱光の強度、及び第２の散乱光の強度を受信データ記憶部から読み出す散乱光強度読出部と、散乱光強度読出部で読み出した第１の散乱光の強度と第２の散乱光の強度とから相対反射率を求め、相対反射率と吸収係数読出部で読み出した吸収係数データとから成分濃度演算部とを有するものである。本実施の形態によれば、相対反射率を用いることで、発光ダイオードの使用温度や経年変化による発光強度の変化の影響をなくし、補正吸収係数を用いることで使用温度によるピーク波長の変化の影響をなくすことができる。また、測定器を例えば圃場に常設して用いることができ、また分析器では、測定器から送信されてくるデータを用いて、機器の異常や設置状態の維持状態などについても分析することができる。

【0020】

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置において、測定対象物の表面温度を測定する対象物温度検出部を備え、記憶部では、対象物温度検出部で検出された表面温度を記憶し、表面温度によって、成分濃度演算部で演算された成分濃度の温度補正を行うものである。本実施の形態によれば、温度補正により測定対象物の温度による影響をなくすことができるので、発光ダイオードを用いて正確な成分濃度を測定できる。

【0021】

本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置において、測定対象物の変更に伴い発光ダイオードの発光時間を変更する発光時間変更部を有し、光源制御部では、発光時間変更部で変更された発光時間で発光ダイオードを発光させるものである。本実施の形態によれば、測定対象物に適した入射光の強度とすることができ、正確な成分濃度を測定できる。

【0022】

本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置において、測定対象成分に応じて、成分濃度演算部で演算対象とする発光ダイオードの組み合わせを変更するものである。本実施の形態によれば、測定対象とする測定対象成分に応じて最適な波長の組み合わせを用いるこ

【実施例】

【0023】

以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置の構成図である。
本実施例による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置は、測定器１０と分析器３０とからなる。
測定器１０は、波長の異なる複数の発光ダイオード１１と、複数の発光ダイオード１１を順に発光させる光源制御部１２と、入射部２１及び受光部２２、２３を測定対象物の表面に密着させるプローブ２０と、測定対象物の表面温度を測定する対象物温度検出部２４と、発光ダイオード１１の使用温度を測定するＬＥＤ温度検出部１３と、時刻を計測するためのクロック部１４と、発光ダイオード１１の発光時間を変更する発光時間変更部１５とを備えている。発光時間変更部１５は、例えば、測定対象物を変更する時に発光時間を変更し、測定対象物に適した入射光の強度とする。測定対象物が果実の場合には、表皮の厚い果実にあっては、表皮の薄い果実、例えばトマトよりも発光時間を長くする。

【0024】

複数の発光ダイオード１１は、例えばトマトの糖度を計測する場合には、８６０ｎｍ、９００ｎｍ、９３５ｎｍ、９５０ｎｍ、及び１０１５ｎｍの５波長を用いることが好ましい。
複数の発光ダイオード１１からの発光（入射光）は、集光部２５ａを経由し、入射光路２５によって入射部２１に導かれる。複数の発光ダイオード１１は、常に同じ発光順とし、５つの発光ダイオード１１を用いる場合には、全５波長の発光を１波長ずつ、等間隔で発光させて測定対象物に入射する。
第１の受光部２２と第２の受光部２３とは、入射部２１からの距離を異ならせている。第１の受光部２２と第２の受光部２３とは、入射部２１からの方向は同一であることが好ましい。
受光部２２、２３で受光した散乱光は検出光路２６、２７によって検出部１６に導かれる。第１の検出光路２６は、第１の受光部２２で受光した第１の散乱光を第１の検出部１６ａに導く。第２の検出光路２７は、第２の受光部２３で受光した第２の散乱光を第２の検出部１６ｂに導く。第１の検出光路２６には第１のフィルタ２６ａが、第２の検出光路２７には第２のフィルタ２７ａが設けられている。

【0025】

記憶部１７には、複数の発光ダイオード１１の発光による測定ごとに、第１の検出部１６ａで検知した第１の散乱光の強度、第２の検出部１６ｂで検知した第２の散乱光の強度、対象物温度検出部２４で検出された表面温度、ＬＥＤ温度検出部１３で検出された発光ダイオード１１の使用温度に関するデータが記憶される。
また、記憶部１７には、クロック部１４によって発光ダイオード１１の測定時刻データが記憶され、発光時間変更部１５によって発光ダイオード１１の発光時間のデータが記憶される。
複数の発光ダイオード１１の発光ごとに測定して記憶部１７に記憶された、第１の検出部１６ａで検知した第１の散乱光の強度、第２の検出部１６ｂで検知した第２の散乱光の強度、対象物温度検出部２４で検出された表面温度、ＬＥＤ温度検出部１３で検出された発光ダイオード１１の使用温度、クロック部１４からの測定時刻、及び発光時間変更部１５からの発光時間のデータは、測定器１０を識別する識別データとともに送信部１８から送信される。
なお、測定器１０は、装置内に電源部１９を備えていることが好ましい。光源制御部１２、クロック部１４、及び送信部１８には電源部１９から電力が供給される。

【0026】

送信部１８から送信されるデータは、分析器３０の受信部３１で受信される。
分析器３０には、ＬＥＤピーク波長記憶部５１、吸収係数記憶部５２、使用温度補正データ記憶部５３、及び表面温度補正データ記憶部５４を有している。
ＬＥＤピーク波長記憶部５１には、ＬＥＤピーク波長計測手段５５で計測された発光ダイオード１１の個体毎のピーク波長データが記憶されている。測定器１０に組み込まれる発光ダイオード１１は、ＬＥＤピーク波長計測手段５５によって、測定器１０の製作時に、発光ダイオード１１の個体毎にそれぞれのピーク波長が計測される。ＬＥＤピーク波長計測手段５５は、ピーク波長自体を計測する場合の他、基準となるピーク波長からの偏差量であってもよい。
吸収係数記憶部５２には、測定対象物における測定対象成分について、波長の組み合わせに応じて決定された吸収係数データが記憶されている。測定対象物における測定対象成分については、あらかじめ波長の違いによる吸光度特性を計測し、演算に用いる波長の組み合わせに応じた吸収係数が吸収係数決定手段５６によって決定される。
使用温度補正データ記憶部５３には、使用温度とピーク波長との関係データが記憶されている。使用温度が高くなるとピーク波長は長くなる方向にシフトする。
表面温度補正データ記憶部５４には、表面温度と成分濃度との関係データが記憶されている。糖度の場合には、表面温度が高くなると成分濃度は高くなる方向にシフトする。

【0027】

受信部３１で受信されるデータは、受信データ記憶部３２に記憶される。
ＬＥＤピーク波長読出部４１では、受信データ記憶部３２に記憶された、測定器１０を識別する識別データを基に、この測定器１０に組み込まれたそれぞれの発光ダイオード１１についてのピーク波長を、ＬＥＤピーク波長記憶部５１から読み出す。
使用温度読出部４２では、ＬＥＤ温度検出部１３で検出された発光ダイオード１１の使用温度データを受信データ記憶部３２から読み出す。
ＬＥＤピーク波長補正部３３では、ＬＥＤピーク波長読出部４１で読み出した発光ダイオード１１についてのピーク波長と、使用温度読出部４２で読み出した発光ダイオード１１の使用温度データと、使用温度補正データ記憶部５３に記憶された使用温度とピーク波長との関係データとから、ＬＥＤピーク波長を補正する。

【0028】

演算対象成分決定部３４では、演算対象とする成分が決定される。例えば、果実における演算対象成分を糖度とするか、酸度とするかが決定される。
演算対象成分決定部３４で演算対象とする成分が決定されると、ＬＥＤ選択部３５では、演算に用いる発光ダイオード１１が選択される。
ＬＥＤ選択部３５では、例えば、果実における演算対象を糖度とした場合には、第１の発光ダイオード１１ａ、第２の発光ダイオード１１ｂ、及び第３の発光ダイオード１１ｃを選択し、果実における演算対象を酸度とした場合には、第１の発光ダイオード１１ａ、第４の発光ダイオード１１ｄ、及び第５の発光ダイオード１１ｅを選択する。
ＬＥＤ選択部３５において、演算に用いる発光ダイオード１１が選択される場合には、ＬＥＤピーク波長補正部３３では、選択された発光ダイオード１１についてピーク波長を補正すればよい。

【0029】

吸収係数読出部４３では、ＬＥＤピーク波長補正部３３で補正されたピーク波長を基にした吸収係数を吸収係数記憶部５２から読み出す。
散乱光強度読出部４４では、第１の検出部１６ａで検知した第１の散乱光の強度、及び第２の検出部１６ｂで検知した第２の散乱光の強度を受信データ記憶部３２から読み出す。
成分濃度演算部３６では、散乱光強度読出部４４で読み出した第１の散乱光の強度と第２の散乱光の強度とから相対反射率を求め、この相対反射率と吸収係数読出部４３で読み出した吸収係数データとから成分濃度を演算する。

【0030】

成分濃度演算部３６では、例えば３つの波長を用いた場合には以下の演算が行われる。
第１の発光ダイオード１１ａによる、第１の散乱光の強度をＩ_１．λ１、第２の散乱光の強度をＩ_２．λ１とし、第２の発光ダイオード１１ｂによる、第１の散乱光の強度をＩ_１．λ２、第２の散乱光の強度をＩ_２．λ２とし、第３の発光ダイオード１１ｃによる、第１の散乱光の強度をＩ_１．λ３、第２の散乱光の強度をＩ_２．λ３とする。
３つの波長の相対反射率を、Ｒ_λ１、Ｒ_λ２、Ｒ_λ３、とすると、
Ｒ_λ１＝Ｉ_２．λ１／Ｉ_１．λ１、Ｒ_λ２＝Ｉ_２．λ２／Ｉ_１．λ２、Ｒ_λ３＝Ｉ_２．λ３／Ｉ_１．λ３となる。
濃度をＣ、吸収係数をｋ_０、ｋ_１とすると、濃度Ｃは次式で演算される。
Ｃ＝ｋ_０＋ｋ_１＊Ｉｎ（Ｒ_λ１／Ｒ_λ３）／（Ｒ_λ２／Ｒ_λ３）

【0031】

表面温度読出部４５では、対象物温度検出部２４で検出された表面温度を受信データ記憶部３２から読み出す。
温度補正演算部３７では、成分濃度演算部３６で演算された成分濃度を基に、表面温度読出部４５で読み出した表面温度と、表面温度補正データ記憶部５４に記憶された表面温度と成分濃度との関係データから、温度補正がされた成分濃度が演算される。
温度補正演算部３７で演算された成分濃度は、受信データ記憶部３２に記憶された、第１の散乱光の強度、第２の散乱光の強度、表面温度、使用温度、測定時刻、及び発光時間、及び識別データとともにデータ蓄積部３８に記憶される。
なお、データ蓄積部３８には、識別データ、測定時刻、及び成分濃度が記憶されていればよいが、その他のデータが記憶されることで、機器の異常や設置状態の維持状態などについても分析することができる。

【0032】

データ蓄積部３８に記憶されたこれらのデータは、送信部３９から送信することで、携帯端末６０にて、状況把握を行うことができる。
送信部３９から送信されるデータは、携帯端末６０の受信部６１で受信し、受信したデータは記憶部６２に記憶するとともに表示部６３にて表示することができる。

【0033】

なお、本実施例による発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置は、測定器１０、分析器３０、及び携帯端末６０で構成した場合を示したが、測定器１０と分析器３０と携帯端末６０とが一体で構成され、又は分析器３０と携帯端末６０とが一体で構成されていてもよい。また、測定器１０に表示機能を持たせることが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0034】

本発明の発光ダイオードを用いた成分濃度分析装置は、果実の糖度や酸度の分析や、人体の血糖値の分析などに用いることができる。

【符号の説明】

【0035】

１０ 測定器
１１ 発光ダイオード
１２ 光源制御部
１３ ＬＥＤ温度検出部
１４ クロック部
１５ 発光時間変更部
１６ 検出部
１７ 記憶部
１８ 送信部
２０ プローブ
２１ 入射部
２２ 第１の受光部
２３ 第２の受光部
２４ 対象物温度検出部
２５ 入射光路
２６ 第１の検出光路
２７ 第２の検出光路
３０ 分析器
６０ 携帯端末

【図1】