センサ悪環境で凹凸と色を計測する4色LED統合フォトニックファイバセンサ

• Project/Area Number: 11750374
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 山本 裕紹 徳島大学, 工学部, 助手 (00284315)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2000: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1999: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 光ファイバセンサ / 発光ダイオード / 発光ダイオード応用 / 色センサ / 近赤外分光法 / 生体計測 / 酸素動態 / プラスチック光ファイバ / 青色発光ダイオード / 窒化ガリウム / 非接触センサ / 結合効率

Research Abstract

青・緑・赤・赤外の発光ダイオードを統合して非接触で物体表面の凹凸と色とを同時に計測できるフォトニックファイバセンサの構成により,センサ悪環境において凹凸と色を計測するセンサを実現することが本研究の目的である.センシング困難な環境での計測,例えば運動中の人体を対象にした生体計測への応用可能性を示すために,平成12年度には,色の計測と生体計測への応用に関する実験を行った.
色の測定性能を明らかにするために,中心波長465nm(青)・520nm(緑)・650nm(赤)の発光ダイオードをそれぞれ光ファイバに結合し,受光器に結合した光ファイバのまわりに配置してフォトニックファイバセンサにおいて,色見本を対象にして色検出の性能を評価した.その結果,光沢表面をもつサンプルにおいては,散乱表面のサンプルの測定結果に比べて,各色のバイアス成分が増加するが,光沢表面・散乱表面ともに,最大値変換受光量(白レベル)と最小値変換受光量(黒レベル)を設定して受光量を変換することで,色の分離を行えることがわかった.さらに,バイナリーツリー法を用いることで色の分類が可能となることをがわかった.
センシング困難な環境として,運動中の人体を対象にした生体計測を試みた.血液中のヘモグロビンの吸収スペクトルが酸素化/脱酸素化の状態によって異なることを利用した生体中の酸素の供給と消費量の変化(酸素動態)の検出法(近赤外分光法)に本センサを応用した.可視と近赤外の発光ダイオード光源を中央に設置し,光源から30mmの位置に受光器を配置した4チャンネルのセンサパッドを開発した.開発したセンサを用いて阻血状態の検出実験,把握運動とつま先立ち運動による酸素動態検出実験を行い,運動により生じる酸素化・脱酸素化ヘモグロビン濃度の変化の検出に成功した.