液滴検出装置
【課題】 外乱光等に影響されずに正確な液滴数をカウントすることができる液滴検出装置等を提供する。
【解決手段】 液滴を検出する液滴検出装置１であって、液滴が通過する経路に交叉する光を照射する発光部１０と、前記発光部１０から照射された光を入力光とし、前記入力光の変化に応じた第１の信号２１０を出力する受光部２０と、前記発光部１０と前記受光部２０との間を通過する液滴を検出する液滴検出部３０と、前記液滴検出部３０は、前記第１の信号の２つの極値を検出した場合に、１滴の液滴が通過したと判断する。
【解決手段】 液滴を検出する液滴検出装置１であって、液滴が通過する経路に交叉する光を照射する発光部１０と、前記発光部１０から照射された光を入力光とし、前記入力光の変化に応じた第１の信号２１０を出力する受光部２０と、前記発光部１０と前記受光部２０との間を通過する液滴を検出する液滴検出部３０と、前記液滴検出部３０は、前記第１の信号の２つの極値を検出した場合に、１滴の液滴が通過したと判断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴検出装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を検出する液滴検出装置は、例えば点滴装置の一部として使用される。液滴検出装置は、例えば光源と、光源からの光を受け取る受光センサーとを備える。このような液滴検出装置では、光源と受光センサーとの間を通過する液滴によって受光センサーに到達する光が変化することを検出して液滴をカウントすることができる。特許文献１は、液滴によって受光センサーに到達する光が変化し、その結果として受光センサーからの出力信号（例えば図４のＶ２）が変化する様子を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、特許文献１の点滴装置で液滴数だけを求める場合には、受光センサーからの出力信号に基づく信号（例えば図４のＶ４）の極小値をカウントすることで、落下する液滴の数（液下数）を把握することができる。ここで、例えば極小値は落下する液滴の中心が、光源から受光センサーへの光束の中心部を通るときに対応する。
【０００５】
ここで、医療に使用される点滴装置では、１分間の滴下数を厳密に管理する必要がある。しかし、特許文献１の点滴装置では、例えば外乱光の影響により液滴数を誤ってカウントする可能性がある。また、有色透明の液体であるか無色透明の液体であるかによって極小値の大きさに変化が生じる可能性があるが、液体の性質に影響されることなく正確な液滴数をカウントすることが好ましい。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、外乱光等に影響されずに正確な液滴数をカウントすることができる液滴検出装置等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、液滴を検出する液滴検出装置であって、液滴が通過する経路に交叉する光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光を入力光とし、前記入力光の変化に応じた第１の信号を出力する受光部と、前記発光部と前記受光部との間を通過する液滴を検出する液滴検出部と、前記液滴検出部は、前記第１の信号の２つの極値を検出した場合に、１滴の液滴が通過したと判断する。
【０００８】
（２）この液滴検出装置において、前記液滴検出部は、前記発光部と前記受光部との間を液滴が通過する場合に、前記受光部への入力光の光量が低下することで生じる前記第１の信号の変化を、前記２つの極値として検出してもよい。
【０００９】
これらの発明によれば、受光部は入力光の変化に対応して変化する第１の信号を出力する。そして、液滴検出部は、１滴の液滴が発光部と受光部との間を通過する過程で生じる２回の入力光の変化を第１の信号の２つの極値として把握できる。そして、液滴検出部はこの２つの極値を検出して初めて１滴の液滴が通過したと判断するので、１つの極値を検出して１滴をカウントする場合と比べて、外乱光等に影響されずに通過した液滴数（以下、単に液滴数又は滴下数ともいう）を正確にカウントすることができる。なお、極値とは極大値、または極小値である。また、「第１の信号の２つの極値を検出」とは、直接的な検出だけでなく間接的な検出を含む。そのため、第１の信号に基づく信号から２つの極値を検出してもよい。ここで、１滴の液滴が発光部と受光部との間を通過するのは、例えば液滴が発光部と受光部との間を落下する場合が考えられるが、これに限るものではない。
【００１０】
ここで、１滴の液滴が通過する過程で生じる２回の入力光の変化とは、受光部への入力光の光量が低下することで生じる変化であってもよい。液滴は通過の過程で、まずその下端部が受光部への入力光の一部を散乱させて、その後、その上端部が受光部への入力光の一部を散乱させる。そのため、１滴の液滴が通過する過程で必ず入力光の変化が２回生じることになる。また、光の光量が低下することで生じる変化を把握するので、明るい光が外乱として入射された場合にも、正確な液滴数をカウントすることができる。そして、有色透明の液体であるか無色透明の液体であるかによっても影響されない。
【００１１】
なお、液滴が通過する経路に交叉する受光部への入力光は、発光部から照射される。発光部は後述する実施例のように連続光を照射してもよいし、間欠的に光を照射してもよい。入力光は液滴が通過する経路に垂直に交差することが好ましいが、これに限るものではない。
【００１２】
（３）この液滴検出装置において、前記第１の信号に基づく信号である第２の信号の出力レベルを調整する調整部を含み、前記調整部は、前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在して、当該液滴の中心が前記入力光で作る光束の中心部を通る場合の前記第２の信号の出力レベルと、前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在していない場合の前記第２の信号の出力レベルとが同じになるように調整してもよい。
【００１３】
（４）この液滴検出装置において、前記受光部は、フォトダイオードであって、前記第１の信号として光電流を出力し、前記液滴検出部は、オペアンプと帰還抵抗とを備える電流電圧変換回路を含み、前記調整部は、前記オペアンプの基準電圧および前記帰還抵抗の抵抗値の少なくとも一方を変化させて、前記第２の信号の出力レベルを調整してもよい。
【００１４】
これらの発明によれば、第２の信号の出力レベルを調整することで、より外乱光等に影響されずに正確な液滴数をカウントすることができる液滴検出装置を実現する。ここで、調整部は、液滴の中心が入力光で作る光束の中心部を通る場合の第２の信号の出力レベルと、発光部と受光部との間に液滴が存在していない場合の第２の信号の出力レベルとが同じになるように調整してもよい。このとき、液滴の下端部および上端部が受光部への入力光の一部を散乱させるときの変化に対応して、第２の信号が大きく変化する。そのため、第１の信号の極値を容易に検出でき、正確な液滴数をカウントすることができる。
【００１５】
ここで、液滴検出部は、フォトダイオードからの光電流を受け取る電流電圧変換回路を含んでいてもよい。調整部は、オペアンプと帰還抵抗とを備える電流電圧変換回路について、帰還抵抗の抵抗値を調整することで容易に第２の信号の出力レベルを調整できる。また、調整部は、オペアンプの基準電圧を調整することでも第２の信号の出力レベルを調整できる。
【００１６】
（５）この液滴検出装置において、前記液滴検出部は、前記第２の信号と、所定の閾値とを比較するコンパレーターを含み、前記コンパレーターの出力に基づいて、前記２つの極値を検出してもよい。
【００１７】
本発明によれば、コンパレーターを使用してデジタル信号を生成し、その変化から極値を検出する。そのため、極値の検出が容易にできる。
【００１８】
（６）この液滴検出装置において、前記液滴検出部は、所定の時間の経過を計るタイマーを含み、前記２つの極値のうち１つ目の極値を検出してから、前記タイマーが計る所定の時間内に２つ目の極値を検出しない場合には、警告信号を出力してもよい。
【００１９】
本発明によれば、１滴の液滴が通過する過程で必ず生じる２回の入力光の変化に対応する２つの極値を検出するが、１つ目が検出されてから一定時間経過後も２つ目の極値が検出されない場合には警告を発する。そのため、液滴検出装置の使用者はエラーの発生を把握することができる。
【００２０】
なお、所定の時間とは、例えば液滴の下端部が受光部への入力光に達してから、上端部が入力光から出るまでの、数〜数十ｕｓで設定してもよい。この数値は、液滴の大きさや受光部への入力光が作る光束の幅で決定されてもよい。
【００２１】
（７）この液滴検出装置は、点滴装置の一部であってもよい。
【００２２】
本発明によれば、正確な液滴数をカウントすることができる点滴装置を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の液滴検出装置のブロック図。
【図２】第１実施形態の液滴検出装置を含む点滴装置の図。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は受光部への入力光が変化する様子を表す図。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は第１実施形態の液滴検出部の信号を表す図。
【図５】第１変形例の液滴検出装置のブロック図。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｂ）は第１変形例の液滴検出部の信号を表す図。
【図７】第２変形例の液滴検出装置のブロック図。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｂ）は第２変形例の液滴検出部の信号を表す図。
【図９】第３変形例の液滴検出装置のブロック図。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）は第３変形例の液滴検出部の信号を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
１．第１実施形態
第１実施形態の液滴検出装置について図１〜図４（Ｃ）を参照して説明する。ここで、液滴検出装置とは特定の装置に限るものではないが、光を横切って通過する液滴を検出する装置であって、少なくとも液滴数をカウントする機能を有するものとする。
【００２５】
１．１．液滴検出装置の構成
図１は本実施形態の液滴検出装置１の構成を示す図である。液滴検出装置１は、発光部１０、受光部２０、液滴検出部３０、調整部６０を含む。発光部１０は、液滴が通過する経路に交叉する光を照射する。以下の例では、液滴は落下し、その落下の経路と交叉する光が照射されるとして説明する。本実施形態の発光部１０は、連続光を照射する発光ダイオード１２を含む。発光ダイオード１２は、本実施形態のように赤外発光ダイオードでもよいし、白色発光ダイオードなど他の種類であってもよい。発光部１０は、抵抗値Ｒである抵抗１５を含む回路で構成されている。抵抗値Ｒは、例えば発光ダイオード１２の定格電流に基づく適切な電流が回路に流れるように定めてもよい。
【００２６】
受光部２０は、発光部１０から照射された光を入力光とし、例えば液滴が光を散乱させたり収束させたりすることで生じる入力光の変化に応じた第１の信号２１０を出力する。発光部１０から照射された光は、光の経路（光路１１０）を通って受光部２０の入力光となる。本実施形態の受光部２０は、受光素子としてフォトダイオード２２を含む。そして、第１の信号２１０は、具体的には光電流Ｉｐｄである。
【００２７】
液滴検出部３０は、オペアンプ７２と帰還抵抗７４とを備える電流電圧変換回路と、判定回路７６を含む。オペアンプ７２の入力端子は、固定の電位Ｖｄｄを供給する電源、およびフォトダイオード２２に接続されている。帰還抵抗７４の抵抗値はＲ０である。本実施形態の液滴検出部は、光電流Ｉｐｄを電圧に変換して第２の信号３１０を生成する。
【００２８】
つまり、液滴検出部３０は、液滴の落下に対応して変化する第２の信号３１０を出力する。第２の信号３１０は、例えば、後述するように１滴の液滴の落下に対応して２つのピーク（極値）を有する信号であってもよい（図４（Ｃ）参照）。判定回路７６は、例えば第２の信号３１０の２つの極値を検出して、１滴の滴下があったと判定し、出力信号３２０を生成してもよい。判定回路７６は、例えば第２の信号３１０をサンプリングして、微分処理を行い、極値を検出してカウントする回路であってもよい。そして、カウント値の半分の値を出力信号３２０（すなわち、滴下数）としてもよい。
【００２９】
調整部６０は、制御信号３３０によって帰還抵抗７４の抵抗値Ｒ０を調整する。調整部６０は例えば第２の信号３１０を受け取り（図外）、液滴の中心が受光部２０への入力光で作る光束の中心部を通る場合の第２の信号３１０の出力レベルと、発光部と受光部との間を液滴が落下していない場合の第２の信号３１０の出力レベルとが同じになるように抵抗値Ｒ０を調整してもよい。なお、調整部６０は、制御信号３３０によってオペアンプの基準電圧（図１の例ではＶｄｄ）を調整してもよい。
【００３０】
なお、図１では発光部１０、受光部２０、液滴検出部３０が共に電位Ｖｄｄを供給する電源に接続されているように図示されているが、異なった電位を用いてもよい。発光部１０の電源電位は、発光ダイオード１２の種類によって定められることが多い。例えば、白色発光ダイオードならば３Ｖ程度であり、赤色発光ダイオードならば１．６Ｖ程度の場合もある。受光部２０は、フォトダイオード２２に逆方向のバイアス電圧をかけて使用し、その容量を小さくすることで高速に動作させる。このバイアス電圧を、例えば発光部１０と関係なく設定してもよい。
【００３１】
図２は本実施形態の液滴検出装置１を、点滴装置１０００の一部として用いた場合の構成図である。なお、図１と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。点滴装置１０００では、点滴用バッグ４０からの液滴４４が、落下経路４６に沿って点滴筒４２を落下する。ここで、液滴４４は、輸液チューブ４８を通って患者の体内に投与される薬である。液滴４４は無色透明の場合もあるし、有色透明の場合もある。
【００３２】
点滴装置１０００において、点滴用バッグ４０からの液滴４４の一滴の量は規格により決まっている。そのため、液滴検出装置１は、１滴の量を計算する必要はないが滴下数を正確に数える必要がある。図２のように、液滴検出装置１は、点滴筒４２を挟んで発光ダイオード１２とフォトダイオード２２とが向かい合うように設置される。光路１１０は、この例では液滴の落下経路４６と垂直に交叉しているものとする。なお、フォトダイオード２２の受光部の前にスリット（図外）を設けてもよい。スリットによって光路１１０の幅（ここでは、鉛直方向の長さ）を制限することにより、容易に液滴端を検出できるようにするためである。このとき、発光ダイオード１２側にスリットを設けてもよい。
【００３３】
１．２．第２の信号の変化
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、液滴４４が光束１１２を通過して、受光部への入力光が変化する様子を表す。なお、図１〜図２と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。
【００３４】
図３（Ａ）は、液滴４４が落下しているが、まだ光束１１２に達していない様子を示す。このとき、フォトダイオード２２は、液滴４４が無い場合と同じ光量を受け取り、受光部への入力光に変化はない。
【００３５】
なお、光束１１２とは、光路１１０（図２参照）を通る光のうちフォトダイオード２２への入力光が作る光の束である。そして、図２には、光束１１２の中心を示す点線（中心部１１３）と液滴４４の中心４５が示されている。以下では、光束１１２の中心部１１３と液滴４４の中心４５との関係に基づいて説明をする。
【００３６】
図３（Ｂ）は、液滴４４の下端が光束１１２にかかっているが、まだ中心４５は中心部１１３に達していない状態を示す。このとき、液滴４４はレンズのように作用し、入力光の一部を矢印１１４の方向に屈折させてしまう。そのため、フォトダイオード２２が受け取る光量が減少し、図３（Ａ）に比べて暗い状態になる。
【００３７】
図３（Ｃ）は、液滴４４の中心４５が光束１１２の中心部１１３に達した状態を示す。液滴４４はレンズのように作用し、多くの光を矢印１１４の方向に屈折させて集める。そのため、フォトダイオード２２が受け取る光量が多くなり、図３（Ａ）に比べて明るい状態になる。
【００３８】
図３（Ｄ）は、まだ液滴４４の上端が光束１１２にかかっているが、液滴４４は光束１１２を通過しようとしている状態を示している。このとき、図３（Ｂ）の場合と同じく、液滴４４はレンズのように作用し、入力光の一部を矢印１１４の方向に屈折させてしまう。そのため、フォトダイオード２２が受け取る光量が減少し、図３（Ａ）に比べて暗い状態になる。
【００３９】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）のように液滴４４が光束１１２を通過するときの第２の信号３１０（図１参照）の変化の様子を示す図である。なお、図１〜図３（Ｄ）と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。
【００４０】
図４（Ａ）は、第２の信号３１０の変化を表しており、暗い場合には高電位側へと変化し、明るい場合には低電位側へと変化する。図４（Ａ）の最初の状態、すなわち電位Ｖｍであるときは、図３（Ａ）の液滴通過前に対応する。そして、電位Ｖｄｄへの変化（図４（Ａ）の（ａ１））は、図３（Ｂ）の液滴通過開始時に対応する。その後の電位が０となる変化（図４（Ａ）の（ｂ））は、図３（Ｃ）の液滴通過中に対応する。そして、再びの電位Ｖｄｄへの変化（図４（Ａ）の（ａ２））は、図３（Ｄ）の液滴通過完了直前に対応する。なお、第２の信号３１０は、第１の信号２１０（光電流Ｉｐｄ）を変換して得られるものであり、第２の信号３１０における極値は第１の信号２１０における極値に対応する。また、電位Ｖｍは例えばＶｄｄ／２である。
【００４１】
ここで、従来の手法では、第２の信号３１０が得られた場合には、明るくなったときの極値（図４（Ａ）の（ｂ）が対応）を検出して、その数をカウントするのが一般的であった。この手法では、極値のカウント値がそのまま液滴の数に対応するという利点がある。
【００４２】
しかし、明るくなった場合の極値を検出する場合には、外乱光によって一時的に明るくなった場合にも誤検出しやすいという問題が生じる。例えば、蛍光灯の光が外乱光である場合には周期的（例えば５０Ｈｚ）に誤検出をしてしまい、カウントした滴下数が実際と大きく乖離する問題が生じ得る。
【００４３】
また、別の問題として図４（Ｂ）のような場合があり得る。図４（Ｂ）は、有色透明の液体を検出する場合であって、明るくなったときの極値が、無色透明の液体を検出する場合（例えば図４（Ａ）が対応）に比べて著しく小さい。このとき、図４（Ｂ）の（ｂ）で示す極値は、液滴通過前の電位Ｖｍとほぼ同じであるため、極値を見逃してしまう可能性がある。
【００４４】
そこで、液滴の下端部、上端部が受光部への入力光の一部を散乱させて、暗くなった場合の極値である（ａ１）、（ａ２）に注目すると、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）のように、液体が無色透明であっても有色透明であっても液滴通過前の電位Ｖｍに比べて大きく変化することがわかる。また、この２つの変化は、液滴の大きさや落下速度で決まる所定時間内に連続して生じる。よって、所定時間内に２つの変化があることを検出することで、容易に外乱（例えばノイズ）による変化と区別することができる。
【００４５】
以上のように、暗くなった場合の２つの極値である（ａ１）、（ａ２）を検出することで外乱光や液体の性質に影響されることなく正確な液滴数をカウントできる。液滴検出装置は、暗くなった場合の２つの極値である（ａ１）、（ａ２）を所定時間内に検出した場合に、１滴の液滴があったとして例えばカウンターをインクリメントすればよい。
【００４６】
ここで、発生原理から２つの極値である（ａ１）、（ａ２）は必ず連続して起こるので、例えば最初の極値である（ａ１）を検出してから、所定時間内に（ａ２）が検出されない場合に、液滴検出装置は異常があったと判断することができる。このとき、例えば使用者に対して警告を発して、故障等の有無の確認を促してもよい。このような機能を備えることで、例えば点滴装置として使用される場合に、信頼性の向上を図ることができる。
【００４７】
図４（Ａ）〜図４（Ｂ）の波形であっても正確な滴下数をカウントすることは可能である。しかし、図４（Ｃ）のように２つの極値である（ａ１）、（ａ２）だけを表す波形が得られれば後段の処理にとっても好ましい。以下に、図４（Ｃ）のような波形を得るための調整方法について図１を再び参照して説明する。
【００４８】
第２の信号３１０をＶｏとすると、Ｖｏは電位Ｖｄｄ、抵抗値Ｒ０、光電流Ｉｐｄを用いてＶｏ＝Ｖｄｄ−Ｒ０×Ｉｐｄで表される。すると、液滴通過前の光電流をＩｐｄ０とした場合に、０＝Ｖｄｄ−Ｒ０×Ｉｐｄ０を満たすように抵抗値Ｒ０を選択すれば図４（Ｃ）のような波形が得られる。すなわち、Ｒ０＝Ｖｄｄ／Ｉｐｄ０とすればよい。
【００４９】
調整部６０は、例えば前記の式に基づく計算で抵抗値Ｒ０を調整してもよい。また、例えば第２の信号３１０を受け取りながら抵抗値Ｒ０を調整してもよい。このとき、図４（Ｃ）のように、液滴の中心が入力光で作る光束の中心部を通る場合の第２の信号３１０の出力レベルと、発光部と受光部との間を液滴が落下していない場合の第２の信号３１０の出力レベルとを同じにするように調整を行う。なお、調整部６０は、オペアンプの基準電圧を調整してもよい。
【００５０】
このとき、抵抗値Ｒ０やオペアンプの基準電圧の調整といった簡単な手法で、図４（Ｃ）のような第２の信号３１０を生成できる。そして、このように検出感度を高めた信号から、判定回路は２つの極値を容易に把握でき、さらに正確に滴下数をカウントすることが可能になる。
【００５１】
２．変形例
２．１．第１変形例
本実施形態の第１変形例について図５〜図６（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１〜図４（Ｃ）と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。第１変形例では、第１実施形態の場合と異なり、受光部２０Ａのフォトダイオード２２Ａのアノード側を接地し、液滴検出部３０Ａのオペアンプ７２Ａの入力端子の一方を接地している。この場合でも、第１実施形態の場合と同じように、２つの極値を検出して正確な液滴数をカウントできる。
【００５２】
図５は第１変形例の液滴検出装置１Ａのブロック図である。前記のようにフォトダイオード２２Ａのアノード側、オペアンプ７２Ａの入力端子の一方が接地されている以外は、第１実施形態の構成と同じである。
【００５３】
ここで、第２の信号３１０ＡをＶｏとすると、Ｖｏは抵抗値Ｒ０、光電流Ｉｐｄを用いてＶｏ＝Ｒ０×Ｉｐｄで表される。つまり、第１実施形態とは反対に、明るくなった場合にはＶｏが大きくなり、暗くなるとゼロに近づく。
【００５４】
図６（Ａ）〜図６（Ｂ）は、第２の信号３１０Ａの変化を表す。図６（Ａ）は、第１実施形態の図４（Ａ）に対応する。極性は逆になっているが、フォトダイオード２２Ａへの入力光の一部が、液滴の下端部、上端部で散乱されることで生じる２つの極値が明確に現れている。
【００５５】
そして、図６（Ｂ）のように、調整部が例えば抵抗値Ｒ０を適宜調整することで、第１実施形態の図４（Ｃ）に対応する２つの極値である（ａ１）、（ａ２）のみが表れる波形を得ることができる。なお、その他の構成や処理については第１実施形態と同じであり、説明を省略する。
【００５６】
２．２．第２変形例
本実施形態の第２変形例について図７〜図８（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１〜図６（Ｂ）と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。第２変形例では、液滴検出部３０Ｂは第２の信号３１０と閾値Ｖｔｈとを比較するコンパレーター８０を含み、その比較結果を表すデジタル信号３１２が判定回路７６に入力される。
【００５７】
このとき、判定回路７６は例えばＭＣＵであって、プログラムによって２つの極値を把握して１滴の液滴があったと判断してもよい。
【００５８】
図７は第２変形例の液滴検出装置１Ｂのブロック図である。前記のように液滴検出部３０Ｂはコンパレーター８０を含み、デジタル信号３１２が判定回路７６に入力されるが、それ以外は第１実施形態の構成と同じである。
【００５９】
図８（Ａ）〜図８（Ｂ）は、第２変形例の液滴検出部の信号を表す図である。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【００６０】
コンパレーター８０の閾値Ｖｔｈは、液滴通過前に対応する電位Ｖｍと、図８（Ａ）の（ａ１）および（ａ２）における極大値（ここではＶｄｄ）との間のある電位であってもよい。このとき、図８（Ｂ）のようにデジタル信号３１２を得ることができる。
【００６１】
判定回路７６は、図８（Ａ）の（ａ１）および（ａ２）に対応して値がローレベル（“０”）からハイレベル（“１”）へと変化するデジタル信号３１２を取得する。そのため、判定回路７６を例えばロジック回路で構成することもできるし、ＭＣＵでプログラマブルに構成することもできる。そのため、柔軟な回路設計が可能になる。
【００６２】
２．３．第３変形例
本実施形態の第３変形例について図９〜図１０（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１〜図８（Ｂ）と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。第３変形例では、液滴検出部３０ＣはＡＤコンバーター８２を含み、ＡＤコンバーター８２で例えば１０ビットのデジタル信号３１４に変換された第２の信号３１０が判定回路７６に入力される。
【００６３】
このとき、判定回路７６は例えばＭＣＵであって、プログラムによって２つの極値を把握して１滴の液滴があったと判断してもよい。
【００６４】
図９は第３変形例の液滴検出装置１Ｃのブロック図である。前記のように液滴検出部３０ＣはＡＤコンバーター８２を含み、デジタル信号３１４が判定回路７６に入力されるが、それ以外は第１実施形態の構成と同じである。
【００６５】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）は、第３変形例の液滴検出部の信号を表す図である。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【００６６】
ＡＤコンバーター８２は、第２の信号３１０をＤｍｉｎ〜Ｄｍａｘのデジタル信号３１４へと変換する。図１０（Ａ）は、図４（Ａ）と同じであり、第２の信号３１０の変化の例を表す。そして、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に対応するデジタル信号３１４である。
【００６７】
判定回路７６は、例えば得られたデジタル信号３１４について、微分処理をして極値である（ａ１）、（ａ２）を求めてもよい。微分処理とは、例えばデジタル信号３１４の連続する値の差分を求め、差分値の符号の変化を見て極値であると判定する処理であってもよい。また、調整部６０は、制御信号３３０によってＡＤコンバーター８２のリファレンス電圧を調整し、図１０（Ｂ）のように（ａ１）、（ａ２）においてＤｍａｘとなるようにしてもよい。このとき、判定回路７６は、デジタル信号３１４がＤｍａｘであるか否かを検出するだけで、２つの極値を把握することができる。
【００６８】
３．その他
これらの例示に限らず、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。
【００６９】
なお、前記の実施の形態では、２つの極値を検出して１つの液滴の落下とすることで正確な滴下数をカウントする。しかし、例えばタイマーを有する場合には、そのうちの一方だけを検出して、所定時間内に検出される他方については検出を省略（マスク）してもよい。このとき、極値の検出数をそのまま滴下数とすることが可能になる。
【００７０】
また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…液滴検出装置、１０…発光部、１２…発光ダイオード、１５…抵抗、２０，２０Ａ…受光部、２２，２２Ａ…フォトダイオード、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…液滴検出部、４０…点滴用バッグ、４２…点滴筒、４４…液滴、４５…中心、４６…落下経路、４８…輸液チューブ、６０…調整部、７２，７２Ａ…オペアンプ、７４…帰還抵抗、７６…判定回路、８０…コンパレーター、８２…ＡＤコンバーター、１１０…光路、１１２…光束、１１３…中心部、１１４…矢印、２１０…第１の信号、３１０，３１０Ａ…第２の信号、３１２…デジタル信号、３１４…デジタル信号、３２０…出力信号、３３０…制御信号、１０００…点滴装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴検出装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を検出する液滴検出装置は、例えば点滴装置の一部として使用される。液滴検出装置は、例えば光源と、光源からの光を受け取る受光センサーとを備える。このような液滴検出装置では、光源と受光センサーとの間を通過する液滴によって受光センサーに到達する光が変化することを検出して液滴をカウントすることができる。特許文献１は、液滴によって受光センサーに到達する光が変化し、その結果として受光センサーからの出力信号（例えば図４のＶ２）が変化する様子を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、特許文献１の点滴装置で液滴数だけを求める場合には、受光センサーからの出力信号に基づく信号（例えば図４のＶ４）の極小値をカウントすることで、落下する液滴の数（液下数）を把握することができる。ここで、例えば極小値は落下する液滴の中心が、光源から受光センサーへの光束の中心部を通るときに対応する。
【０００５】
ここで、医療に使用される点滴装置では、１分間の滴下数を厳密に管理する必要がある。しかし、特許文献１の点滴装置では、例えば外乱光の影響により液滴数を誤ってカウントする可能性がある。また、有色透明の液体であるか無色透明の液体であるかによって極小値の大きさに変化が生じる可能性があるが、液体の性質に影響されることなく正確な液滴数をカウントすることが好ましい。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、外乱光等に影響されずに正確な液滴数をカウントすることができる液滴検出装置等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、液滴を検出する液滴検出装置であって、液滴が通過する経路に交叉する光を照射する発光部と、前記発光部から照射された光を入力光とし、前記入力光の変化に応じた第１の信号を出力する受光部と、前記発光部と前記受光部との間を通過する液滴を検出する液滴検出部と、前記液滴検出部は、前記第１の信号の２つの極値を検出した場合に、１滴の液滴が通過したと判断する。
【０００８】
（２）この液滴検出装置において、前記液滴検出部は、前記発光部と前記受光部との間を液滴が通過する場合に、前記受光部への入力光の光量が低下することで生じる前記第１の信号の変化を、前記２つの極値として検出してもよい。
【０００９】
これらの発明によれば、受光部は入力光の変化に対応して変化する第１の信号を出力する。そして、液滴検出部は、１滴の液滴が発光部と受光部との間を通過する過程で生じる２回の入力光の変化を第１の信号の２つの極値として把握できる。そして、液滴検出部はこの２つの極値を検出して初めて１滴の液滴が通過したと判断するので、１つの極値を検出して１滴をカウントする場合と比べて、外乱光等に影響されずに通過した液滴数（以下、単に液滴数又は滴下数ともいう）を正確にカウントすることができる。なお、極値とは極大値、または極小値である。また、「第１の信号の２つの極値を検出」とは、直接的な検出だけでなく間接的な検出を含む。そのため、第１の信号に基づく信号から２つの極値を検出してもよい。ここで、１滴の液滴が発光部と受光部との間を通過するのは、例えば液滴が発光部と受光部との間を落下する場合が考えられるが、これに限るものではない。
【００１０】
ここで、１滴の液滴が通過する過程で生じる２回の入力光の変化とは、受光部への入力光の光量が低下することで生じる変化であってもよい。液滴は通過の過程で、まずその下端部が受光部への入力光の一部を散乱させて、その後、その上端部が受光部への入力光の一部を散乱させる。そのため、１滴の液滴が通過する過程で必ず入力光の変化が２回生じることになる。また、光の光量が低下することで生じる変化を把握するので、明るい光が外乱として入射された場合にも、正確な液滴数をカウントすることができる。そして、有色透明の液体であるか無色透明の液体であるかによっても影響されない。
【００１１】
なお、液滴が通過する経路に交叉する受光部への入力光は、発光部から照射される。発光部は後述する実施例のように連続光を照射してもよいし、間欠的に光を照射してもよい。入力光は液滴が通過する経路に垂直に交差することが好ましいが、これに限るものではない。
【００１２】
（３）この液滴検出装置において、前記第１の信号に基づく信号である第２の信号の出力レベルを調整する調整部を含み、前記調整部は、前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在して、当該液滴の中心が前記入力光で作る光束の中心部を通る場合の前記第２の信号の出力レベルと、前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在していない場合の前記第２の信号の出力レベルとが同じになるように調整してもよい。
【００１３】
（４）この液滴検出装置において、前記受光部は、フォトダイオードであって、前記第１の信号として光電流を出力し、前記液滴検出部は、オペアンプと帰還抵抗とを備える電流電圧変換回路を含み、前記調整部は、前記オペアンプの基準電圧および前記帰還抵抗の抵抗値の少なくとも一方を変化させて、前記第２の信号の出力レベルを調整してもよい。
【００１４】
これらの発明によれば、第２の信号の出力レベルを調整することで、より外乱光等に影響されずに正確な液滴数をカウントすることができる液滴検出装置を実現する。ここで、調整部は、液滴の中心が入力光で作る光束の中心部を通る場合の第２の信号の出力レベルと、発光部と受光部との間に液滴が存在していない場合の第２の信号の出力レベルとが同じになるように調整してもよい。このとき、液滴の下端部および上端部が受光部への入力光の一部を散乱させるときの変化に対応して、第２の信号が大きく変化する。そのため、第１の信号の極値を容易に検出でき、正確な液滴数をカウントすることができる。
【００１５】
ここで、液滴検出部は、フォトダイオードからの光電流を受け取る電流電圧変換回路を含んでいてもよい。調整部は、オペアンプと帰還抵抗とを備える電流電圧変換回路について、帰還抵抗の抵抗値を調整することで容易に第２の信号の出力レベルを調整できる。また、調整部は、オペアンプの基準電圧を調整することでも第２の信号の出力レベルを調整できる。
【００１６】
（５）この液滴検出装置において、前記液滴検出部は、前記第２の信号と、所定の閾値とを比較するコンパレーターを含み、前記コンパレーターの出力に基づいて、前記２つの極値を検出してもよい。
【００１７】
本発明によれば、コンパレーターを使用してデジタル信号を生成し、その変化から極値を検出する。そのため、極値の検出が容易にできる。
【００１８】
（６）この液滴検出装置において、前記液滴検出部は、所定の時間の経過を計るタイマーを含み、前記２つの極値のうち１つ目の極値を検出してから、前記タイマーが計る所定の時間内に２つ目の極値を検出しない場合には、警告信号を出力してもよい。
【００１９】
本発明によれば、１滴の液滴が通過する過程で必ず生じる２回の入力光の変化に対応する２つの極値を検出するが、１つ目が検出されてから一定時間経過後も２つ目の極値が検出されない場合には警告を発する。そのため、液滴検出装置の使用者はエラーの発生を把握することができる。
【００２０】
なお、所定の時間とは、例えば液滴の下端部が受光部への入力光に達してから、上端部が入力光から出るまでの、数〜数十ｕｓで設定してもよい。この数値は、液滴の大きさや受光部への入力光が作る光束の幅で決定されてもよい。
【００２１】
（７）この液滴検出装置は、点滴装置の一部であってもよい。
【００２２】
本発明によれば、正確な液滴数をカウントすることができる点滴装置を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の液滴検出装置のブロック図。
【図２】第１実施形態の液滴検出装置を含む点滴装置の図。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は受光部への入力光が変化する様子を表す図。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は第１実施形態の液滴検出部の信号を表す図。
【図５】第１変形例の液滴検出装置のブロック図。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｂ）は第１変形例の液滴検出部の信号を表す図。
【図７】第２変形例の液滴検出装置のブロック図。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｂ）は第２変形例の液滴検出部の信号を表す図。
【図９】第３変形例の液滴検出装置のブロック図。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）は第３変形例の液滴検出部の信号を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
１．第１実施形態
第１実施形態の液滴検出装置について図１〜図４（Ｃ）を参照して説明する。ここで、液滴検出装置とは特定の装置に限るものではないが、光を横切って通過する液滴を検出する装置であって、少なくとも液滴数をカウントする機能を有するものとする。
【００２５】
１．１．液滴検出装置の構成
図１は本実施形態の液滴検出装置１の構成を示す図である。液滴検出装置１は、発光部１０、受光部２０、液滴検出部３０、調整部６０を含む。発光部１０は、液滴が通過する経路に交叉する光を照射する。以下の例では、液滴は落下し、その落下の経路と交叉する光が照射されるとして説明する。本実施形態の発光部１０は、連続光を照射する発光ダイオード１２を含む。発光ダイオード１２は、本実施形態のように赤外発光ダイオードでもよいし、白色発光ダイオードなど他の種類であってもよい。発光部１０は、抵抗値Ｒである抵抗１５を含む回路で構成されている。抵抗値Ｒは、例えば発光ダイオード１２の定格電流に基づく適切な電流が回路に流れるように定めてもよい。
【００２６】
受光部２０は、発光部１０から照射された光を入力光とし、例えば液滴が光を散乱させたり収束させたりすることで生じる入力光の変化に応じた第１の信号２１０を出力する。発光部１０から照射された光は、光の経路（光路１１０）を通って受光部２０の入力光となる。本実施形態の受光部２０は、受光素子としてフォトダイオード２２を含む。そして、第１の信号２１０は、具体的には光電流Ｉｐｄである。
【００２７】
液滴検出部３０は、オペアンプ７２と帰還抵抗７４とを備える電流電圧変換回路と、判定回路７６を含む。オペアンプ７２の入力端子は、固定の電位Ｖｄｄを供給する電源、およびフォトダイオード２２に接続されている。帰還抵抗７４の抵抗値はＲ０である。本実施形態の液滴検出部は、光電流Ｉｐｄを電圧に変換して第２の信号３１０を生成する。
【００２８】
つまり、液滴検出部３０は、液滴の落下に対応して変化する第２の信号３１０を出力する。第２の信号３１０は、例えば、後述するように１滴の液滴の落下に対応して２つのピーク（極値）を有する信号であってもよい（図４（Ｃ）参照）。判定回路７６は、例えば第２の信号３１０の２つの極値を検出して、１滴の滴下があったと判定し、出力信号３２０を生成してもよい。判定回路７６は、例えば第２の信号３１０をサンプリングして、微分処理を行い、極値を検出してカウントする回路であってもよい。そして、カウント値の半分の値を出力信号３２０（すなわち、滴下数）としてもよい。
【００２９】
調整部６０は、制御信号３３０によって帰還抵抗７４の抵抗値Ｒ０を調整する。調整部６０は例えば第２の信号３１０を受け取り（図外）、液滴の中心が受光部２０への入力光で作る光束の中心部を通る場合の第２の信号３１０の出力レベルと、発光部と受光部との間を液滴が落下していない場合の第２の信号３１０の出力レベルとが同じになるように抵抗値Ｒ０を調整してもよい。なお、調整部６０は、制御信号３３０によってオペアンプの基準電圧（図１の例ではＶｄｄ）を調整してもよい。
【００３０】
なお、図１では発光部１０、受光部２０、液滴検出部３０が共に電位Ｖｄｄを供給する電源に接続されているように図示されているが、異なった電位を用いてもよい。発光部１０の電源電位は、発光ダイオード１２の種類によって定められることが多い。例えば、白色発光ダイオードならば３Ｖ程度であり、赤色発光ダイオードならば１．６Ｖ程度の場合もある。受光部２０は、フォトダイオード２２に逆方向のバイアス電圧をかけて使用し、その容量を小さくすることで高速に動作させる。このバイアス電圧を、例えば発光部１０と関係なく設定してもよい。
【００３１】
図２は本実施形態の液滴検出装置１を、点滴装置１０００の一部として用いた場合の構成図である。なお、図１と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。点滴装置１０００では、点滴用バッグ４０からの液滴４４が、落下経路４６に沿って点滴筒４２を落下する。ここで、液滴４４は、輸液チューブ４８を通って患者の体内に投与される薬である。液滴４４は無色透明の場合もあるし、有色透明の場合もある。
【００３２】
点滴装置１０００において、点滴用バッグ４０からの液滴４４の一滴の量は規格により決まっている。そのため、液滴検出装置１は、１滴の量を計算する必要はないが滴下数を正確に数える必要がある。図２のように、液滴検出装置１は、点滴筒４２を挟んで発光ダイオード１２とフォトダイオード２２とが向かい合うように設置される。光路１１０は、この例では液滴の落下経路４６と垂直に交叉しているものとする。なお、フォトダイオード２２の受光部の前にスリット（図外）を設けてもよい。スリットによって光路１１０の幅（ここでは、鉛直方向の長さ）を制限することにより、容易に液滴端を検出できるようにするためである。このとき、発光ダイオード１２側にスリットを設けてもよい。
【００３３】
１．２．第２の信号の変化
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、液滴４４が光束１１２を通過して、受光部への入力光が変化する様子を表す。なお、図１〜図２と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。
【００３４】
図３（Ａ）は、液滴４４が落下しているが、まだ光束１１２に達していない様子を示す。このとき、フォトダイオード２２は、液滴４４が無い場合と同じ光量を受け取り、受光部への入力光に変化はない。
【００３５】
なお、光束１１２とは、光路１１０（図２参照）を通る光のうちフォトダイオード２２への入力光が作る光の束である。そして、図２には、光束１１２の中心を示す点線（中心部１１３）と液滴４４の中心４５が示されている。以下では、光束１１２の中心部１１３と液滴４４の中心４５との関係に基づいて説明をする。
【００３６】
図３（Ｂ）は、液滴４４の下端が光束１１２にかかっているが、まだ中心４５は中心部１１３に達していない状態を示す。このとき、液滴４４はレンズのように作用し、入力光の一部を矢印１１４の方向に屈折させてしまう。そのため、フォトダイオード２２が受け取る光量が減少し、図３（Ａ）に比べて暗い状態になる。
【００３７】
図３（Ｃ）は、液滴４４の中心４５が光束１１２の中心部１１３に達した状態を示す。液滴４４はレンズのように作用し、多くの光を矢印１１４の方向に屈折させて集める。そのため、フォトダイオード２２が受け取る光量が多くなり、図３（Ａ）に比べて明るい状態になる。
【００３８】
図３（Ｄ）は、まだ液滴４４の上端が光束１１２にかかっているが、液滴４４は光束１１２を通過しようとしている状態を示している。このとき、図３（Ｂ）の場合と同じく、液滴４４はレンズのように作用し、入力光の一部を矢印１１４の方向に屈折させてしまう。そのため、フォトダイオード２２が受け取る光量が減少し、図３（Ａ）に比べて暗い状態になる。
【００３９】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）のように液滴４４が光束１１２を通過するときの第２の信号３１０（図１参照）の変化の様子を示す図である。なお、図１〜図３（Ｄ）と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。
【００４０】
図４（Ａ）は、第２の信号３１０の変化を表しており、暗い場合には高電位側へと変化し、明るい場合には低電位側へと変化する。図４（Ａ）の最初の状態、すなわち電位Ｖｍであるときは、図３（Ａ）の液滴通過前に対応する。そして、電位Ｖｄｄへの変化（図４（Ａ）の（ａ１））は、図３（Ｂ）の液滴通過開始時に対応する。その後の電位が０となる変化（図４（Ａ）の（ｂ））は、図３（Ｃ）の液滴通過中に対応する。そして、再びの電位Ｖｄｄへの変化（図４（Ａ）の（ａ２））は、図３（Ｄ）の液滴通過完了直前に対応する。なお、第２の信号３１０は、第１の信号２１０（光電流Ｉｐｄ）を変換して得られるものであり、第２の信号３１０における極値は第１の信号２１０における極値に対応する。また、電位Ｖｍは例えばＶｄｄ／２である。
【００４１】
ここで、従来の手法では、第２の信号３１０が得られた場合には、明るくなったときの極値（図４（Ａ）の（ｂ）が対応）を検出して、その数をカウントするのが一般的であった。この手法では、極値のカウント値がそのまま液滴の数に対応するという利点がある。
【００４２】
しかし、明るくなった場合の極値を検出する場合には、外乱光によって一時的に明るくなった場合にも誤検出しやすいという問題が生じる。例えば、蛍光灯の光が外乱光である場合には周期的（例えば５０Ｈｚ）に誤検出をしてしまい、カウントした滴下数が実際と大きく乖離する問題が生じ得る。
【００４３】
また、別の問題として図４（Ｂ）のような場合があり得る。図４（Ｂ）は、有色透明の液体を検出する場合であって、明るくなったときの極値が、無色透明の液体を検出する場合（例えば図４（Ａ）が対応）に比べて著しく小さい。このとき、図４（Ｂ）の（ｂ）で示す極値は、液滴通過前の電位Ｖｍとほぼ同じであるため、極値を見逃してしまう可能性がある。
【００４４】
そこで、液滴の下端部、上端部が受光部への入力光の一部を散乱させて、暗くなった場合の極値である（ａ１）、（ａ２）に注目すると、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）のように、液体が無色透明であっても有色透明であっても液滴通過前の電位Ｖｍに比べて大きく変化することがわかる。また、この２つの変化は、液滴の大きさや落下速度で決まる所定時間内に連続して生じる。よって、所定時間内に２つの変化があることを検出することで、容易に外乱（例えばノイズ）による変化と区別することができる。
【００４５】
以上のように、暗くなった場合の２つの極値である（ａ１）、（ａ２）を検出することで外乱光や液体の性質に影響されることなく正確な液滴数をカウントできる。液滴検出装置は、暗くなった場合の２つの極値である（ａ１）、（ａ２）を所定時間内に検出した場合に、１滴の液滴があったとして例えばカウンターをインクリメントすればよい。
【００４６】
ここで、発生原理から２つの極値である（ａ１）、（ａ２）は必ず連続して起こるので、例えば最初の極値である（ａ１）を検出してから、所定時間内に（ａ２）が検出されない場合に、液滴検出装置は異常があったと判断することができる。このとき、例えば使用者に対して警告を発して、故障等の有無の確認を促してもよい。このような機能を備えることで、例えば点滴装置として使用される場合に、信頼性の向上を図ることができる。
【００４７】
図４（Ａ）〜図４（Ｂ）の波形であっても正確な滴下数をカウントすることは可能である。しかし、図４（Ｃ）のように２つの極値である（ａ１）、（ａ２）だけを表す波形が得られれば後段の処理にとっても好ましい。以下に、図４（Ｃ）のような波形を得るための調整方法について図１を再び参照して説明する。
【００４８】
第２の信号３１０をＶｏとすると、Ｖｏは電位Ｖｄｄ、抵抗値Ｒ０、光電流Ｉｐｄを用いてＶｏ＝Ｖｄｄ−Ｒ０×Ｉｐｄで表される。すると、液滴通過前の光電流をＩｐｄ０とした場合に、０＝Ｖｄｄ−Ｒ０×Ｉｐｄ０を満たすように抵抗値Ｒ０を選択すれば図４（Ｃ）のような波形が得られる。すなわち、Ｒ０＝Ｖｄｄ／Ｉｐｄ０とすればよい。
【００４９】
調整部６０は、例えば前記の式に基づく計算で抵抗値Ｒ０を調整してもよい。また、例えば第２の信号３１０を受け取りながら抵抗値Ｒ０を調整してもよい。このとき、図４（Ｃ）のように、液滴の中心が入力光で作る光束の中心部を通る場合の第２の信号３１０の出力レベルと、発光部と受光部との間を液滴が落下していない場合の第２の信号３１０の出力レベルとを同じにするように調整を行う。なお、調整部６０は、オペアンプの基準電圧を調整してもよい。
【００５０】
このとき、抵抗値Ｒ０やオペアンプの基準電圧の調整といった簡単な手法で、図４（Ｃ）のような第２の信号３１０を生成できる。そして、このように検出感度を高めた信号から、判定回路は２つの極値を容易に把握でき、さらに正確に滴下数をカウントすることが可能になる。
【００５１】
２．変形例
２．１．第１変形例
本実施形態の第１変形例について図５〜図６（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１〜図４（Ｃ）と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。第１変形例では、第１実施形態の場合と異なり、受光部２０Ａのフォトダイオード２２Ａのアノード側を接地し、液滴検出部３０Ａのオペアンプ７２Ａの入力端子の一方を接地している。この場合でも、第１実施形態の場合と同じように、２つの極値を検出して正確な液滴数をカウントできる。
【００５２】
図５は第１変形例の液滴検出装置１Ａのブロック図である。前記のようにフォトダイオード２２Ａのアノード側、オペアンプ７２Ａの入力端子の一方が接地されている以外は、第１実施形態の構成と同じである。
【００５３】
ここで、第２の信号３１０ＡをＶｏとすると、Ｖｏは抵抗値Ｒ０、光電流Ｉｐｄを用いてＶｏ＝Ｒ０×Ｉｐｄで表される。つまり、第１実施形態とは反対に、明るくなった場合にはＶｏが大きくなり、暗くなるとゼロに近づく。
【００５４】
図６（Ａ）〜図６（Ｂ）は、第２の信号３１０Ａの変化を表す。図６（Ａ）は、第１実施形態の図４（Ａ）に対応する。極性は逆になっているが、フォトダイオード２２Ａへの入力光の一部が、液滴の下端部、上端部で散乱されることで生じる２つの極値が明確に現れている。
【００５５】
そして、図６（Ｂ）のように、調整部が例えば抵抗値Ｒ０を適宜調整することで、第１実施形態の図４（Ｃ）に対応する２つの極値である（ａ１）、（ａ２）のみが表れる波形を得ることができる。なお、その他の構成や処理については第１実施形態と同じであり、説明を省略する。
【００５６】
２．２．第２変形例
本実施形態の第２変形例について図７〜図８（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１〜図６（Ｂ）と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。第２変形例では、液滴検出部３０Ｂは第２の信号３１０と閾値Ｖｔｈとを比較するコンパレーター８０を含み、その比較結果を表すデジタル信号３１２が判定回路７６に入力される。
【００５７】
このとき、判定回路７６は例えばＭＣＵであって、プログラムによって２つの極値を把握して１滴の液滴があったと判断してもよい。
【００５８】
図７は第２変形例の液滴検出装置１Ｂのブロック図である。前記のように液滴検出部３０Ｂはコンパレーター８０を含み、デジタル信号３１２が判定回路７６に入力されるが、それ以外は第１実施形態の構成と同じである。
【００５９】
図８（Ａ）〜図８（Ｂ）は、第２変形例の液滴検出部の信号を表す図である。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【００６０】
コンパレーター８０の閾値Ｖｔｈは、液滴通過前に対応する電位Ｖｍと、図８（Ａ）の（ａ１）および（ａ２）における極大値（ここではＶｄｄ）との間のある電位であってもよい。このとき、図８（Ｂ）のようにデジタル信号３１２を得ることができる。
【００６１】
判定回路７６は、図８（Ａ）の（ａ１）および（ａ２）に対応して値がローレベル（“０”）からハイレベル（“１”）へと変化するデジタル信号３１２を取得する。そのため、判定回路７６を例えばロジック回路で構成することもできるし、ＭＣＵでプログラマブルに構成することもできる。そのため、柔軟な回路設計が可能になる。
【００６２】
２．３．第３変形例
本実施形態の第３変形例について図９〜図１０（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１〜図８（Ｂ）と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。第３変形例では、液滴検出部３０ＣはＡＤコンバーター８２を含み、ＡＤコンバーター８２で例えば１０ビットのデジタル信号３１４に変換された第２の信号３１０が判定回路７６に入力される。
【００６３】
このとき、判定回路７６は例えばＭＣＵであって、プログラムによって２つの極値を把握して１滴の液滴があったと判断してもよい。
【００６４】
図９は第３変形例の液滴検出装置１Ｃのブロック図である。前記のように液滴検出部３０ＣはＡＤコンバーター８２を含み、デジタル信号３１４が判定回路７６に入力されるが、それ以外は第１実施形態の構成と同じである。
【００６５】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）は、第３変形例の液滴検出部の信号を表す図である。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【００６６】
ＡＤコンバーター８２は、第２の信号３１０をＤｍｉｎ〜Ｄｍａｘのデジタル信号３１４へと変換する。図１０（Ａ）は、図４（Ａ）と同じであり、第２の信号３１０の変化の例を表す。そして、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に対応するデジタル信号３１４である。
【００６７】
判定回路７６は、例えば得られたデジタル信号３１４について、微分処理をして極値である（ａ１）、（ａ２）を求めてもよい。微分処理とは、例えばデジタル信号３１４の連続する値の差分を求め、差分値の符号の変化を見て極値であると判定する処理であってもよい。また、調整部６０は、制御信号３３０によってＡＤコンバーター８２のリファレンス電圧を調整し、図１０（Ｂ）のように（ａ１）、（ａ２）においてＤｍａｘとなるようにしてもよい。このとき、判定回路７６は、デジタル信号３１４がＤｍａｘであるか否かを検出するだけで、２つの極値を把握することができる。
【００６８】
３．その他
これらの例示に限らず、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。
【００６９】
なお、前記の実施の形態では、２つの極値を検出して１つの液滴の落下とすることで正確な滴下数をカウントする。しかし、例えばタイマーを有する場合には、そのうちの一方だけを検出して、所定時間内に検出される他方については検出を省略（マスク）してもよい。このとき、極値の検出数をそのまま滴下数とすることが可能になる。
【００７０】
また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…液滴検出装置、１０…発光部、１２…発光ダイオード、１５…抵抗、２０，２０Ａ…受光部、２２，２２Ａ…フォトダイオード、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…液滴検出部、４０…点滴用バッグ、４２…点滴筒、４４…液滴、４５…中心、４６…落下経路、４８…輸液チューブ、６０…調整部、７２，７２Ａ…オペアンプ、７４…帰還抵抗、７６…判定回路、８０…コンパレーター、８２…ＡＤコンバーター、１１０…光路、１１２…光束、１１３…中心部、１１４…矢印、２１０…第１の信号、３１０，３１０Ａ…第２の信号、３１２…デジタル信号、３１４…デジタル信号、３２０…出力信号、３３０…制御信号、１０００…点滴装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を検出する液滴検出装置であって、
液滴が通過する経路に交叉する光を照射する発光部と、
前記発光部から照射された光を入力光とし、前記入力光の変化に応じた第１の信号を出力する受光部と、
前記発光部と前記受光部との間を通過する液滴を検出する液滴検出部と、
前記液滴検出部は、
前記第１の信号の２つの極値を検出した場合に、１滴の液滴が通過したと判断する液滴検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴検出装置において、
前記液滴検出部は、
前記発光部と前記受光部との間を液滴が通過する場合に、前記受光部への入力光の光量が低下することで生じる前記第１の信号の変化を、前記２つの極値として検出する液滴検出装置。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれか１項に記載の液滴検出装置において、
前記第１の信号に基づく信号である第２の信号の出力レベルを調整する調整部を含み、
前記調整部は、
前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在して、当該液滴の中心が前記入力光で作る光束の中心部を通る場合の前記第２の信号の出力レベルと、
前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在していない場合の前記第２の信号の出力レベルとが同じになるように調整する液滴検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴検出装置において、
前記受光部は、
フォトダイオードであって、
前記第１の信号として光電流を出力し、
前記液滴検出部は、
オペアンプと帰還抵抗とを備える電流電圧変換回路を含み、
前記調整部は、
前記オペアンプの基準電圧および前記帰還抵抗の抵抗値の少なくとも一方を変化させて、前記第２の信号の出力レベルを調整する液滴検出装置。
【請求項５】
請求項３乃至４のいずれか１項に記載の液滴検出装置において、
前記液滴検出部は、
前記第２の信号と、所定の閾値とを比較するコンパレーターを含み、
前記コンパレーターの出力に基づいて、前記２つの極値を検出する液滴検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液滴検出装置において、
前記液滴検出部は、
所定の時間の経過を計るタイマーを含み、
前記２つの極値のうち１つ目の極値を検出してから、前記タイマーが計る所定の時間内に２つ目の極値を検出しない場合には、警告信号を出力する液滴検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液滴検出装置は、点滴装置の一部である液滴検出装置。
【請求項１】
液滴を検出する液滴検出装置であって、
液滴が通過する経路に交叉する光を照射する発光部と、
前記発光部から照射された光を入力光とし、前記入力光の変化に応じた第１の信号を出力する受光部と、
前記発光部と前記受光部との間を通過する液滴を検出する液滴検出部と、
前記液滴検出部は、
前記第１の信号の２つの極値を検出した場合に、１滴の液滴が通過したと判断する液滴検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴検出装置において、
前記液滴検出部は、
前記発光部と前記受光部との間を液滴が通過する場合に、前記受光部への入力光の光量が低下することで生じる前記第１の信号の変化を、前記２つの極値として検出する液滴検出装置。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれか１項に記載の液滴検出装置において、
前記第１の信号に基づく信号である第２の信号の出力レベルを調整する調整部を含み、
前記調整部は、
前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在して、当該液滴の中心が前記入力光で作る光束の中心部を通る場合の前記第２の信号の出力レベルと、
前記発光部と前記受光部との間に液滴が存在していない場合の前記第２の信号の出力レベルとが同じになるように調整する液滴検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴検出装置において、
前記受光部は、
フォトダイオードであって、
前記第１の信号として光電流を出力し、
前記液滴検出部は、
オペアンプと帰還抵抗とを備える電流電圧変換回路を含み、
前記調整部は、
前記オペアンプの基準電圧および前記帰還抵抗の抵抗値の少なくとも一方を変化させて、前記第２の信号の出力レベルを調整する液滴検出装置。
【請求項５】
請求項３乃至４のいずれか１項に記載の液滴検出装置において、
前記液滴検出部は、
前記第２の信号と、所定の閾値とを比較するコンパレーターを含み、
前記コンパレーターの出力に基づいて、前記２つの極値を検出する液滴検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液滴検出装置において、
前記液滴検出部は、
所定の時間の経過を計るタイマーを含み、
前記２つの極値のうち１つ目の極値を検出してから、前記タイマーが計る所定の時間内に２つ目の極値を検出しない場合には、警告信号を出力する液滴検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液滴検出装置は、点滴装置の一部である液滴検出装置。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９４６１１（Ｐ２０１３−９４６１１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３１３３（Ｐ２０１１−２４３１３３）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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