JPH05500112A - シャッタレス式光学的安定化カプノグラフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

シャッタレス式光学的安定化カブノグラフに　る参 本願は１９８９年９月１日に特許出願した本願発明者による米国特許出願シリア ルナンバー第０７７４０１．９５２号で、現在も係属中のものの一部継続出願で ある。 ｌ団Ω１１ 免豆立１ 本発明は患者の呼吸ガスの構成成分の濃度を連続的に決定する方法と装置に関す る。本発明の装置は、最も好適には、患者の末端の周期的なＣ０２およびＮ２０ の濃度をモニタするために使用される。

【ｉ改歪二盈」 麻酔を施した患者からの呼吸ガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度をモニタする ことは非常に重要になることが多い。これは、吐き出されたＣ０２濃度は動脈血 中の二酸化炭素濃度の確実な指標になることによる。診断、治療時における吐出 Ｃ０２の監視により麻酔時の再呼吸装置の故障が検出されなかったり、患者に対 して過剰なＣ０２を与えるなどの問題が防止される。麻酔時のガスの再呼吸は非 常に費用効果的であり、環境的に望ましいことであるが、濃度モニタなしに正確 なＣＯ２濃度を患者回路内で維持することは困難である。 ガス混合物のサンプルに赤外線をあて、検出装置に入射した赤外線を測定するこ とによりガスの赤外吸収の測度を得ることができる。このようにして検出装置に より発生された電気信号はガスの赤外線吸収量を示すことになり、さらにこれら の電気信号を処理して被分析ガスの１種以上の構成成分の濃度を示す出力を形成 することができる。この種のガス分析器は、種々のガスが赤外スペクトルの特定 波長で吸収特性のかなりの増加を示し、さらにガス濃度が高くなると、これに比 例して赤外線吸収量が増加するという原理にしたがって動作するものである。 レーマー（Ｒａｅｍｅｒ）に対する米国特許第４．６４８．３９６号に示された 種類の従来の赤外ガス分析器では熱電対列（サーモバイル）検出器を用いてガス 濃度を分析している。熱電対列検出器は一連の熱電対で構成されている。熱電対 列のような熱検出器は、主として赤外線検出のために用いられ、またこれらの検 出器を照明する全入射エネルギーに応答するものである。熱電対の個数は適切な Ｓ／Ｎ比を与えるのに十分な電圧を発生できるものでなければならない。熱電対 列により発生された電圧を熱電対列の「ホット」および「コールド」接合部の間 の温度差に関係づけるゼーベック係数の計算にサーミスタが用いられる。この係 数を用いて絶対ガス濃度値を示す検出器の出力信号のスケーリングがなされる。 同様に、アルドリッジ（Ａｌｄｒｉｄｇｅ）に対する米国特許第４．７７２．７ ９０号には、光検出器として熱電対列を用いる非分散性光ガス分析器が示しであ る。熱電対列（サーモバイル）は熱伝導性基体上に配置されて複数の熱電対（サ ーモカップル）を形成する異なる金属の相互に結合された薄膜のアレイで形成さ れる。このアレイは、一連の熱電対を用いて周囲温度の変化に対して各々の熱電 対出力を補償するように配置される。ビルド−（Ｂｉｌｌｅｔｄｅａｕｘ）らの 米国特許第３．５３９．８０４号もまた赤外線吸収装置に関係するが、アルドリ ッジとは異なってビルド−らの特許ではＣＯ２検出器のアセンブリバランス化の ゼロ化機構として回転自在中性減衰器を使用している。 ある種の熱電対列（サーモバイル）は熱ドリフトを受けることが知られている。 この熱ドリフトは検出器の直流電圧出力のゆっくりした変動をもたらし、さらに 測定を不正確にする。レーマーは熱電対列間のＡＣ結合によりこの問題を解決し ている。しかしながら、この熱ドリフト問題に対する解消方法は得られた分析器 による定常状態の絶対ガス濃度の測定を不可能にするものである。これのような 装置は単に被測定ガス濃度の変化に感応することができるだけである。 絶対ガス濃度を得る１つの方法として入射エネルギービームを変調または「チョ ップ（ｃｈｏｐｐｉｎｇ）　Ｊするものが知られている。この方法はバサロ（Ｐ ａｓａｒｏ）に対する米国特許第４．４２３，７３９号に開示されている。要求 された変調を実現するためチョッパなどの機械的手段がよく用いられる。しかし 、分析器は大型化し、そのためビーム変調装置の可動部分摩耗による故障を起こ しやすい。このような故障は致命的な結果をもたらし、分析器を動作不能にする 。 エネルギービームを変調する他の方法として変調源（＠ｏｄｕｌａｔｅｄｓｅｕ ｒｃｅ）を構成するものが知られている。この種の装置は、例えば、リストン（ Ｌｉ５ｔｏｎ）に対する米国特許第３．７４５．３４９号に開示されている。 しかしながら、変調源を用いる分析器は、励起パワーを除いた後赤外放射が減衰 するのに比較的長い期間が必要なため応答時間が遅（なるという問題点を有して いる。さらにこのような変調源には、当業者にはよく知られているようにエネル ギー出力が比較的不安定という問題点がある。 骨間の不均衡をその検出機構に利用している。これらの装置では２つの検出器を 配置し、これらの検出器が同等に励起されたときゼロ信号が生じるようにそれら の信号が組み合わされる。一方の検出器の出力信号を他方の検出器のものと異な った量だけ変化させる周囲環境変化があるとゼロでない差分信号をもたらす。し たがって、２つの同等の検出器からの２つの出力信号を減算することによりこれ らの検出器の入力励起の不均衡を測定することができる。熱ドリフトを安定化す る試みにおいて２つの検出器の出力信号を減算する方法の応用として熱電対列検 出器の一方を金属箔で全体的にブロックするものがある。しかしながら、この方 法は、基体の不均一加熱をもたらし、したがって出力にエラー信号の導入がもた らされることから望ましくない。 以上示したように、これまで得られる装置は絶対濃度の測定は可能であるが、代 りに機械的にシャッタ化された装置の場合は信頼性が低く、あるいは変調源装置 の場合は応答時間が遅いという問題点があった。従来の熱電対列検出器を用いた 場合、上記問題点のいずれかを排除すると、装置は、熱ドリフトに起因する不正 確さを受けやすくなり、あるいはＡＣ手法により熱ドリフトを安定化したとして も絶対濃度を決定できないという問題点が生じる。 したがって、熱ドリフトがな（、さらに絶対ガス濃度を与えることができる熱電 対列を用いた確実なガス分析器が非常に望まれているのが現状である。 本発明の目的は、熱電対列検出器を用いてガス流の構成成分の絶対濃度を検出す る方法と装置を提供することにある。本発明の他の目的は、絶対ガス濃度などを 測定する機能を維持しながら、熱電対列検出器が受けることが知られている熱ド リフトを排除することにある。 本発明のさらに他の目的は、入射エネルギービームを変調または「チョップ」す ることなしに上記の目的を実現することにある。 したがって、本発明はシャッタレス　カブノブラフを提供し、このカブノブラフ は、可動部分を含まず、赤外線の変調源を必要とせず、さらに熱ドリフトを受け ない装置からなり、これにより従来技術の問題点を解消した装置を提供するもの である。本発明により与えられる改良は熱電対列検出器に適用された新規な光学 的安定化手法を通して達成される。 本発明の好適な実施例では十分に正確で、安定、確実、軽量、経済的な赤外カブ ノブラフが与えられ、この赤外カブノブラフは、患者の吐出空気流中の二酸化炭 素や亜酸化窒素、またはその他のガスの絶対濃度の臨床的、診断的モニタの増加 を許容するものである。 本発明は、実質的にガス状流をなすガス流の少なくとも１種のガス成分の濃度を 検出するシャッタレス赤外線ガス分析器の１つ以上のチャネルからなる装置を提 供する。この装置は、光エネルギーにより照明されると電気信号を発生する少な くとも２つの赤外線検出器とこれらの検出器を赤外放射により照明する手段とを 備えている。被分析ガスの少なくとも一部を上記検出器と赤外線源の間に流す手 段がさらに設けられ、これと共に上記検出器の少なくとも１つを照明する赤外線 エネルギーを減衰させる手段と上記検出器により発生された信号を結合して光学 的に安定な信号を発生する回路が設けられる。さらに、この装置は、必要に応じ て、多重チャネル装置の個別チャネルを構成するのに十分な付加的な検出器、　 減衰器、および回路を備えてもよい。この装置は、また、測定された情報を記憶 し、処理し、表示するホストプロセッサと共に作用する。 本発明によれば、熱電対列検出器に適用された新規な光学的安定化手法を取り入 れた赤外線エネルギー検出器が設けられる。この検出器は赤外線エネルギー源か ら受光した赤外線エネルギーの強度を測定するものである。検出されたエネルギ ーレベルから呼吸気流成分濃度や体温などの情報が決定される。好適な実施例に おいては、エネルギー検出器は、赤外線エネルギー源から赤外線エネルギーを受 けると共に対応する電気信号を発生するように配置された第１および第２赤外線 検出器を備えている。エネルギー測定に含まれる望ましくない熱作用から所望の 赤外線エネルギー信号を識別する手段を設けることにより改良された性能が実現 される。 上記のように、通常熱電対列検出器に係るドリフトは基準接合部温度の変動によ り発生される。通常の構成においては、熱電対列検出器は一連の熱電対接合対か らなる。各々の接合対の一方の要素は基体（通常はセラミック）に接着され、基 準接合部と呼ばれ、一方他方の要素は接着されず、開口の上につるされ、検出要 素と呼ばれる。入射した赤外線は吊るされた検出要素を照明し、その温度を上昇 させる。吊るされた要素と接着された要素との間の温度差に対応する電圧が発生 する。しかし、入射赤外線と室温の変動により基準接合部の温度が変化するので ドリフトが発生する。検出（ホット）接合部と基準（コールド）接合部との温度 差はしたがって変化され、このため出力電圧の変化またはドリフトがもたらされ る。 本発明の好適な実施例では、同じセラミック基体上に接着され、直列に対置して 接続されたほぼ同等対の熱電対検出器を用いている。この構成によれば、上記接 合対を照明する平衡がとれた等しい入射赤外線は信号を発生することはない。両 検出器の基準接合部は同一セラミック基体上にあり、はぼ同じ温度にあるので、 基体温度にドリフトがあっても出力信号には区別できる変化は発生せず、したが って上記の問題点が解消されることになる。このシステムが入射赤外線に応答す るようにするために、透過係数が約０．５０（すなわち透過率５０％）の光学フ ィルタまたは減衰器が接合対の熱電対要素の一方にわたって配置される。このフ ィルタを用いることにより、システムは入射赤外線に応答するが、他の熱的変化 には殆んど応答することはない。さらに、本発明においては２つの熱電対列検出 器の出力信号は減算される。これは、検出器を励起する信号の不均衡を測定する ことを目的とするためではなく、むしろ背景信号の変動の効果を排除することに ある。例えば、熱的ドリフトに起因する変動は、これらが両検出器に共通である ことから相殺される。 検出器の一方をブロックする方法に関連して上に示した不均一加熱の問題は、本 発明においては、基体の不均一加熱をもたらさない減衰フィルタを利用すること により排除される。これらのフィルタは既知の、異なる透過係数を有しており、 以下に詳細に示すように入射励起信号が差信号から正確に決定できる。 特定ガスの分析を許容するために、特定帯域幅内の波長の透過を許容する（すな わち、問題のガスにより吸収されるもの）光学的帯域フィルタが検出器とガスを 流す手段の間に配置され、これによりその検出器の入射前に赤外線が濾波される 。光フィルタの中心波長と帯域幅は温度と共に変化するので、光学的帯域フィル タを設計するとき熱ドリフトが考慮されるべきである。帯域フィルタを選択する 好適な方法をここで説明する。 検出器により発生された信号を処理する回路がこれらの信号を、被測定ガス成分 に関係する比に変換する。この結果、本発明のカブノブラフは、これが中性濃度 フィルタの作用を通して動作する環境の周囲温度の変化により実質的に影響され なくなる。検出器信号を結合させ処理する上記の手法をここでは「光学的安定化 」と呼ぶ。 本発明により形成されたカブノブラフはさらに、１種以上のガス成分の濃度を決 定する多重チャネル装置を形成するように付加的な対をなす熱電対列検出器、減 衰器、および光学的帯域フィルタ、およびこのような付加的な回路手段により構 成される。このような多重チャネル実施例においては、上記チャネルの各々はモ ニタされるガス成分の吸収帯域幅内で赤外線の透過を許容する光学フィルタを有 する。 本発明により形成されたカブノブラフシステムはまた検出器により収集されたデ ータを補正処理するホストシステムを有してもよい。このようなカブノブラフシ ステムはまた、モニタされる構成成分または複数の構成成分の絶対濃度を表示す る装置を有してもよく、したがって有用な形態で必要な濃度情報を与える。 本発明により形成されたカブノブラフで使用する好適な赤外線エネルギー検出器 も開示される。その検出器は分析用または基準用帯域フィルタが先行する対をな す熱電対列を使用し、また対をなす一方の検出器の光路内に配置された中性濃度 フィルタを有する。このようにして、一方が分析用で他方が基準用の２チヤネル が好適には提供され、これによりバックグラウンドの影響をキャンセルしながら 測定がなされつる。 本発明により形成されるカブノブラフは患者の吸入、吐出空気流中の二酸化炭素 および／または一酸化二窒素の絶対濃度を決定するために用いられると最も好適 である。しかしながら、開示した光学的に安定化された検出器は上記のように制 限される必要はなく、さらに、以下に示す説明から当業者には明らかなように、 一連の構成成分のいずれかの濃度を決定するために利用されてもよい。 １ｉ立１工皇盈ｊ 図１は本発明の熱電対列検出アセンブリの短縮等角面である。 図２は本発明により構成されたガス分析器および関連する回路の部分概略平面図 である。 図３はホストコンピュータに関連して本発明の使用方法を説明する他の回路の概 略図である。 図４は本発明の原理にしたがって構成された検出器とその光路の概略図である。 図５は図４の装置より検出された信号に対して行われる処理の概略図である。 図６は図４の概略図により構成された検出器の斜視図である。 図７は図６の検出器の展開図である。 図８は本発明の検出器の他の実施例の概略図である。 の−− Ａ、光学的に安定化された熱電対検出器図１は通常の熱電対列検出器の構成を示 したものである。図示のように、熱電対列検出器は直列に接続された熱電対のグ ループにより構成される。本発明は第１熱電対列１２を含む第１組の熱電対と第 ２熱電対列１４を含む第２組の熱電対を利用し１両熱電対列は好適には共通のセ ラミック基体１０に接着される。熱電対のホット、即ちセンサ接合部は通常はＨ であり、一方コールド、即ち基準接合部はＣで示されている。熱電対１２．１４ はマイラーなどのポリエステルフィルムまたはその他の適切な基体上にデポジッ トされた金属回路で構成された種類のものであると最も好適である。好適な実施 例においてはｌミル（ａｉｌ）の基体厚の熱電対が用いられる。 また図１には各々が異なる透過係数の中性濃度（減衰）フィルタ１６゜１８が配 置される０通常は、フィルタ１６は１００の透過係数を有し。 フィルタ１８は０５０の透過係数を有する。 好適な実施例においては、検出器１２は直列に対置された検出器１４に電気的に 接続される。得られた信号は入射放射のみを示す、基体の温度変化によりもたら される信号は、温度が基体にわたって一様なときは相殺し合う。このことは後に 与えられる数学的関係によりさらに詳細に説明される。 このようにして、好適な実施例においては、熱電対列検出器１２．１４は「光学 的に安定化」されることになる。この設計により、上記ソース変調に対する要件 は検出器を熱ドリフトに対してほぼ不感応にすることにより克服される。熱電対 列検出器１２’、１４の各々は同じ入射エネルギービームに露光されるがこのエ ネルギーに対して直線的に配列された異なる減衰フィルタ１６．１８を有するの で、２つの検出器からの差信号は単に入射エネルギーおよび中性濃度減衰フィル タの透過係数のみに関係する。本発明により開示された安定化手法は多くの検出 器、例えばＤｅｘｔｅｒ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｉｎｃ、、Ａｎｎ　Ａｒｂｏｒ、 　Ｍｉｃｈｉｇａｎにより製造されたＭｏｄｅｌＤＲ３４などに有用である。さ らに１本発明の光学的に安定化された検出器は広範囲の波長に対して感度があり 、さらに比較的安価で頑丈なので、これらの検出器は呼吸ガスに対するシャッタ レス赤外カブノブラフで都合よ（用いられる。 次に、図４は本発明の原理にしたがって構成された検出器２００の実施例の光路 が示しである。ＩＲ源３００から赤外エネルギーが放射され、これはこの例では ＣＯ２である被分析ガスを通過する。赤外エネルギーのあるものはＩＲ源３００ の前でガスにより吸収され、赤外エネルギーの残りは、中性濃度フィルタ２１０ 、分析ＣＯ２フィルタ２１２、および基準フィルタ２１４を含む１群のフィルタ に入射する。中性濃度フィルタ２１０はこのフィルタに入射するエネルギーの全 ての波長を一様に減衰させるように作用する。分析ＣＯ２フィルタ２１２はＣ０ ２により吸収される波長を含む狭い帯域のエネルギーを通過させる帯域フィルタ である。 さらに基準フィルタ２１４はＣ０２により吸収される波長を除くある帯域のエネ ルギーを通過させる帯域フィルタである。 図に示したように、中性濃度フィルタ２１０は引き続く分析および基準フィルタ ２１２．２１４、ならびに熱電対列検出器２１６．２１８の２つ、Ｃ０２検出器 Ｂ２２０、および基準検出器Ｂ２２２にオーバーラツプする、即ちそれらを陰で おおう。このようにして、各々の検出器Ａ２１６．２１８は、中性濃度フィルタ ２］０を除くそのそれぞれの分析フィルタ２１２または基準フィルタ２１４によ り透過されたエネルギーを受光する。一方、各々の検出器Ｂ２２０．２２２はそ のそれぞれの分析フィルタ２１２または基準フィルタ２１４、ならびに中性濃度 フィルタ２１０により透過されたエネルギーを受光する。これらのフィルタの次 には、検出器が形成される基体の検出器領域のみにエネルギーを透過する開口ま たは窓２３０が設けられる。それぞれの検出器の出力はプロセッサ２４０に送出 され、被分析ガス中の００２の濃度を表わす出力信号２４２が発生される。 中性濃度フィルタ２１０の主要な目的は、背景（局部熱３作用などの信号妨害か ら所望の信号が識別されることを許容する信号を与えることにある。従来、これ らの作用を処理する多くの研究がなされている。例えば、アルドリッジに対する 米国特許第４．７７２．７９０号では、各々の検出器チャネルに対して１０個の 熱電対列を用い、これらの熱電対列の中央部分のみを使用可能信号を与えるため に用いることにより上記作用を分離することを試みている。さらに、ビルド−ら に対する米国特許第３．５３９゜８０４号では、検出器を加熱しシールドするこ とにより問題を処理することを試みており、さらにこの特許にはＣ０２検出器の アセンブリ平衡化におけるゼロ化機構として回転自在中性減衰器を備えている。 一方、本発明の実施例においては、信号が組み合わされるとき信号の相殺をもた らすこれらの信号を与えることにより局部熱効果が排除される。 例えば、ＣＯ，チャネルの試験により、Ｃ０２検出５Ａ２＋５およびＢ２２０は 互いに近接配置され、したがって背景およびその他の局部放射源から類似の作用 を受けることがわかる。各々の検出器は成分Ｉ、所望の入射赤外信号、および背 景信号に起因する成分Ｂを含む出力信号を発生する。 中性濃度フィルタ２１０がないと、Ｃ０２検出器２１６．２２０は、Ｄ　ｅｔ、 Ａ　＝　Ｒ（Ｉ　ａ　＋　ｂ　）　およびｎｅｔ、Ｂ＝Ｒ（ｒｂ　＋ｂ） の形態の信号を発生する。ただし、Ｒは検出器の応答を示す。 所望の信号成分■を最大にすることが望まれ、これはＣＯ２に対する吸収波長で 約１００％の透過率を示す中性濃度フィルタ２１０を選択することにより実現さ れる。この場合はＡはＢに等しい。信号成分Ｉは最大になされるが、２つの検出 器の出力信号はゼロを与える。これに対応して、中性濃度フィルタが吸収波長で １００％ブロッキングフィルタ（すなわち、０％透過率であり、Ｉｂ＝Ｏである ）であるように選択されると、それらの差はＡ−Ｂ＝Ｒ１，になる。これは、Ｉ Ｒ源３００からの全ての放射から検出器Ｂ２２０を陰でおおい、これにより入射 エネルギーの受光から検出器Ｂ２２０をブロックする望ましくない結果を有し、 さらに２つの検出器の間の望ましくない熱的な差をもたらす。さらに、これらの ２つの選択のいずれも背景効果を識別し排除する機能を与えることはない。 しかしながら、例えば中性濃度フィルタ２３０が約５０％の透過率を有するよう に選択されると、所望の入射エネルギー成分Ｉは識別され。 背景効果はほぼ相殺するようになる。この特性の中性濃度フィルタは、Ｄｅｔ、 Ａ＝Ｒ（１＋ｂ）　および ｎｅｔ、Ｂ＝Ｒ（０，５Ｉ　＋ｂ） の形の信号を発生する。 このようにして、ＡマイナスＢの差が取られたときは、結果は０５■Ｒであり、 背景効果すは相殺される。その他の透過率特性が入射エネルギーレベルおよび中 性濃度フィルタ２１０によるおおい動作の熱作用を考慮して選択される。例えば 、０％の透過率フィルタを使用してもよい。 図４のプロセッサ２４０の詳細は図５で示される。すぐ上で説明したように、Ｃ Ｏ２および基準チャネル２１８，２２２に対するＡおよびＢ検出器２１６．２２ ０の出力信号はそれぞれ減算器２４２で減算され、背景放射および基体温度作用 を排除する。本発明の好適な実施例においては、この減算ステップ２４２は、熱 電対列検出器の出力の減算が図２に示したようにそれらの接続に固有であるよう に熱電対列検出器を接続することにより実現される０次に、熱作用の上記相殺の 後入射信号の比２４４がとられる。分析および基準信号の比２４４は検出器の構 成要素に対する望ましくない粒状物の蓄積から生じるものなどのみせかけの吸収 の比例した作用を排除する。例えば、０．８ＣＯ２の規格化された値を有する入 射放射信号および被測定放射のあるものを吸収する物質に汚染されたフィルタに 対しては、光路の透過率は全透過率の０．９に低減される。 このようにして出力信号はこれらの損失の積、すなわち０．７２ＣＯ２になる。 基準チャネルが、検出器およびフィルタに近接することによりほぼ実現される同 じ汚染を受けたときは、基準チャネルの信号には０．９の同じ因子が存在するこ とになる。　したがって、Ｃ０２と基準信号の比は分子および分母の両者に０． ９の因子を含み、比は１となり汚染作用を排除することになる。 計算された比に対して計算が行われ、ＣＯ２の測定がさらに改良される・検出器 のサーミスタ２４６により与えられる絶対基体温度の測定および適切なゼーベッ ク係数２４８は上記計算で考慮される因子である。温度測定が５図２の機能ブロ ック図で示されるように本発明にとり込まれる。 当業者には理解されるように、Ｃ０２の測定はよく知られたＢｉｅｒの法則式を 解くことにより得られる。このＢｉｅｒの法則式はＩ＝ｒｏｅ　で与えられ、Ｉ ｏは一定係数、Ｘは光路長、αはＣ０２に対する吸収係数。 Ｃは濃度である。基準チャネルにおけるＣＯ２の吸収係数および濃度は基準フィ ルタの透過帯域から００２波長がはずれることによりゼロになるので、基準チャ ネルは値工を与える。検出器の出力信号は■に対する値を供給し、さらに上記方 式式はＣに対して解かれ、ガス中のＣＯ２の濃度が測定される。上記計算は図３ に対して以下に説明されるようなタイプのホスト処理システムにより好適に行わ れる。 好適な実施例においては、Ｎ２０に対して第２分析チャネルが用いられる。この チャネルは、分析フィルタ２１２がＣＯ□の代りにＮ２０による赤外エネルギー の吸収を表わす波長を通過させるように選択されることを除くと、図２のＣＯ２ チャネルと同等である。Ｎ２０チヤネルに対するＡおよびＢ検出器の出力は、す ぐ上に示したＣＯ２の計算の場合と同様に、背景および基体の熱効果を排除する ように結合され、基準チャネル出力はＮ２０濃度の測定を与えるように結合され る。さらに、このようなＮ２０濃度は、Ｓｅｖｅｒｉｎｇｈａｕｓ、　＠、　Ｄ 、、　Ｌａｒｓｏｎ、　Ｍ、　Ｄ、、　Ｅｇｅｒ、　Ｌ　Ｄ、による’Ｃｏｒｒ ｅｃｔｉｏｎ　Ｆａｃｔｏｒｓ　ｆｏｒ　Ｉｎｆｒａｒｃｄ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｄ ｉｏｘｉｄｅ　ＰｒｅｓｓｎｒｅＢｒｏａｄｅｎｉｎｇ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅ ｎ、　Ｎ１ｔｒｏｕｓ　０ｘｉｄｅ　ａｎｄ　Ｃｙｃｌｏｐｒｏｐａｎｅ”　１ ｎＡｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏ　、　Ｍａｙ−Ｊｕｎｅ、１９６１、ｐｐ、４２９ −４３２と題する文献で教示された方法にしたがって用いられて一酸化二窒素に よるＣＤ、ガス濃度計算で誘起された衝突拡大誤差を補正する。 図６および図７はそれぞれ本発明にしたがって構成された検出器の斜視図および 展開図である。検出器２００は図４に示したものと同様の原理および光路を用い る。図７に示した組立て検出１ｉ２００の斜視図に示されたように、中性濃度フ ィルタ２１０が基準フィルタ２１４および分析フィルタ２１２．２１３の上に配 置される。本発明の実施例においては、Ｃ０２およびＮ２０を分析するように選 択された分析フィルタ２１２゜２１３ならびに基準フィルタ２１４が設けられる 。これらの３種のフィルタの各１２は図４を参照して上記された中性濃度フィル タ２１０により「陰でおおわれる」またはブロックされる。 検出器の構成の他の詳細は図７の赤外検出器２００の展開図に示しである。フィ ルタ２１０．２１２．２１３．２１４の下方にはフィルタ開口２３０が設けられ る。薄膜熱電対検出器２１６．２１８．２２０．２２２は２つのセラミックスペ ーサ２１５．２２５の間に挟持される。 図７においては、Ｎ２０検出器２２４．２２６は見えない。セラミックスペーサ ／熱電対何サンドウィッチの下方にはフォイル背景２４５が設けられて入射放射 の他の透過路をブロックするか、このフォイル背景２４５は当該装置を通して熱 が伝達されることを許容する。最後に、フォイル背景２４５の下方には、上記の ように絶対温度表示を与えてサーミスタ２４６か配置される。図示のように、上 記成分はＴｏ−８１２ビンへラダ１５０に装着される。 本実施例は熱電対列検出器を用いるように示されたが、本発明の原理はまた、例 えばサーミスタや熱電対、無電検出器、ゴーレイセル、およびＰｂ５ｅ光検出器 などの他の赤外検出装置を用いた場合も適用される。 ただし、上記のものは、その製造が容易であり、サイズが小さく、軽量であると いう利点を有している。 Ｂ、数学的導出 熱電対列検出器の信号または電圧出力Ｓは。 Ｓ＝　（ＴｘＩｘＲ）＋Ｅ として表わすことができる。ただし、Ｔは、フィルタが検出器とエネルギー源の 間に配置されるとして、フィルタ透過係数を示し、■は放射源の入射エネルギー を表わし、Ｒは検出器の応答度を表わし、さらにＢは室温変動および検出器パッ ケージの温度変動を含む背景「ノイズ」に帰属される信号成分を表わす。本発明 の好適な実施例においては、２つの検出器１２、】４は図２に示したように共通 基体１０上に装着され、各々の検出器に対するＢの値が等しくなる状態を生成す る。これらの検出器１２．１４は入射エネルギービームを同時にモニタするため に用いられる。各々の検出器１２．１４と入射エネルギー源の間には既知である が異なる透過係数を有するフィルタ１６．１８が配置される。 ２つの検出器１２．１４の出力Ｓ１およびＳ２を記述する２つの方程式が組み合 わされて工に対して解かれ、Ｂの値によらない次の方程式を最も好適な実施例に おいては、差信号を表わす上記方程式の分子Ｓ。 −３２が直列に対向する検出器１２．１４を接続することにより計算される。た だし、上記差信号はディジタルコンピュータまたはその他の電子回路を用いて計 算できることは当業者には明らかである。上記方程式は５本発明の安定化手法が 回路の最終出力から背景作用項Ｂを排除し、これにより装置を室温効果に対して ほぼ無感度にすることを示している。 Ｃ，ソースドリフト 当業者には明らかなように、赤外放射源の変動またはドリフトはさらに図２に示 した熱電対列検出器１２．１４．２２．２４．３２、および３４の出力信号にド リフトをもたらす。このドリフトは、被分析ガスの吸収波長に透過率を有する第 １フイルタとその他の吸収されない波長を透過するように設計された第２フイル タの２つの分析フィルタを用いることにより排除される。吸収されない帯域のエ ネルギーは基準として用いられる。この方法はよく知られたものであり、例えば 、　Ｍｕｌｌａｒｄ＋、１ｇ１ｔｅｄ、　Ａ　１ｉｃａｔ’ｏｎｓ　ｏｆ　Ｉｎ ｆｒａｒｅｄ　％ｙｃｊｏｒ亀、　ｒ　Ｓ　Ｂ　Ｎ　１９０１２３２２２　Ｘ、 Ｃｈａｐｔｅｒ　１０に示してあり、その重要な部分はここに引用により取り込 まれる。 Ｄ、光学的に安定化されたガス分析器 本発明の好適な実施例の典型的な構成を図２に示す０本発明を構成する回路およ びその他の要素は一般にハウジング５０に組み込まれ、このハウジング５０は各 種要素が以下に示すように機能することを可能にするように構成されると適切で ある。ここで、当業者は本発明により作製された装置のパッケージに関係する設 計パラメータを承知していることだろう、ハウジング５０の設計に関する検討事 項のい（つかは、外部インタフェースの設計、冷却要件、遮蔽と絶縁特性、大き さと重量、呼吸チューブとの一体化、サンプルセルまたは患者の吐出空気のサン プルを配送する他の手段、および美的問題を効用の問題などである。 ホストプロセッサまたはその他のソースからの入力信号８０はアナログハイブリ ッド４２を通して送られ、このハイブリッドからの信号は赤外放射源４０を励起 する。入射赤外放射ビームを有効に方向づける反射器５２が設けられる。この入 射放射は光学窓５４を通り、被分析ガス流の領域に導びかれる。ガス流自体は図 示しない透明チューブまたはチューブ状構造などの装置に収容され、これにより ガス流の１部は測定領域５８を通して流される。入射赤外放射がガス流を通過し た後は、他の光学窓５６、帯域フィルタ６０．６１．６２、中性濃度減衰フィル タ１６．１８．２６．２８．３６．３８を通り、最後に熱電対列検出器１２．１ ４゜２２．２４．３２．３４に到達する。 図２に示した実施例は２種類のガスの濃度を溜定するように設計され。 ３チヤネル検出器と呼ばれ、１チヤネルは基準チャネルとして用いられる。当業 者には明らかなように５　これらの検出器は検出、分析されるガス成分の数に依 存して１チヤネルから多チャネルを持つように構成される。したがって、例えば 図２においては、検出器１２．１４の他に３チヤネルを形成するために第２およ び第３検出器アセンブリ２２．２４．３２．３４が用いられる。各々の検出器ア センブリの上には帯域フィルタ６０．６１．６２が設けられ、各々のチャネルに は異なる帯域フィルタが用いれらる。したがって、第１チヤネルは検出器１２． １４、減衰フィルタ１６．１８．および帯域フィルタ６０で構成されることにな る。 同様に、第２チヤネルは検出器２２．２４、減衰フィルタ２６．２８、および帯 域フィルタ６１で構成され、以下のチャネルも同様に構成される。 各々のチャネルの出力信号、すなわち上記の差信号はそのそれぞれの増幅器２０ を通ってマルチプレクサ４４に送られ、このマルチプレクサ４４はさらに温度セ ンサ４Ｉからの信号を入力される。次に、マルチプレクサ４４は検出器信号４５ を出力し、これはさらに電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ （ＥＥＰＲＯＭ）装置４６からの信号と結合されて出力信号９０を形成する。上 記のゼーベック係数はＥＥＦＲＯＭ４６に格納され、検出器信号４５のスケール 付けに用いられ、総対ガス濃度値を表示する。 減衰フィルタ１６．１８．２６．２８．３６．３８はセラミック基体上に直接装 着される。したがって、温度センサ４】の出力は減衰フィルタの温度ならびに熱 検出器の基準接合部温度を反映することになる。さらに、必要に応じて装置の温 度を調整するヒータ３０が用いられる。 Ｅ、帯域フィルタ 帯域フィルタ６０．６１．６２が関係する検出器の前面で等距離をなして配置さ れ、すなわちこれらのフィルタは、３つの熱電対列検出器の全てが同じ視野をも つように共通面内に配置される。各々のフィルタはその中心波長とハーフパワー 帯域幅により特徴づけられる。帯域フィルタを規定する従来の方法はそれらの中 心波長を問題の吸収帯域にくるようにし、さらに吸収帯域と同じ広さの帯域幅を 形成するようにしている。 本発明では、しかしながら、従来とは異なる方法をとるもので、吸収帯域の中心 からシフトされた中心波長をもち、吸収帯域より広い帯域幅をもつ帯域フィルタ を利用している。本発明にしたがって帯域フィルタを規定する方法は以下のセク ションでさらに詳細に説明する。帯域フィルタのシフトと拡大はチャネル間のク ロストークを最小にし、温度変動の効果およびフィルタに対する製造交差を最小 にする。 例えば１本発明の好適な実施例においてはＣＯ２の検出に１チヤネルが用いられ 、Ｎ２０の検出器に他のチャネル、さらに基準チャネルとして第３チヤネルが用 いられる。ＣＯ７の吸収帯域は４．２５６ミクロンに中心があり、ハーフパワー 波長は０．１８０ミクロンである。本発明の好適な実施例では、しかしながら、 Ｃ０２チヤネルに対して用いられる帯域フィルタは４．２６−２４ミクロンに中 心があり、ハーフパワー帯域幅は０５２０８８ミクロンである。ハーフパワー波 長は、製造交差に起因して、短波長エツジでプラスまたはマイナス００３ミクロ ンだけ変化し、長波長端ではプラス０．０３ミクロンからマイナス０．０５ミク ロンだけ変化する。 Ｎ２０に対する吸収帯域は４．５４００ミクロンに中心があり、帯域幅は０．３ ミクロンである。以上に示した理由から、好適な実施例においてはＮ２０チヤネ ルに対する帯域フィルタは中心波長が４．５３９７ミクロンで帯域幅が０．３１ ．９０ミクロンに設定しである。短波長ハーフパワ一点はプラス０．０１ミクロ ンからマイナス００３ミクロンだけ変動してもよい。また長波長ハーフパワ一点 はプラスまたはマイナス０．０３ミクロン変動する。 基準フィルタは中心波長が４．８２６５ミクロン、ハーフパワー帯域幅が０．２ ０８８ミクロンである。短５　長帯域幅端はプラスまたはマイナス０．０３ミク ロンだけ変動してもよい。この帯域幅はＣＯ２フィルタの帯域幅にできるだけ近 づくように設計される。これにより、このフィルタを通過する全エネルギーはＣ ０２フイルタにより透過された全エネルギーに近くなることから基体に沿っての 熱勾配は最小になる。また、中心波長はＣＯ２およびＮ２０帯の中心にできるだ け近づくように選択され、同時に基準チャネルとその他のチャネルの間での分離 を維持するように構成される。このようにして、帯域フィルタ６０．６１．６２ の設計においてクロス！・−りや熱シフトの作用、　および製造交差を最小にす る上記の帯域シフトと拡がりを利用する新規な方法は好適な実施例の実施に不可 欠なものである。 １、分析帯域フィルタの仕様 ここでは本発明による光学的安定化されたカブノブラフの好適な実施例に用いる 帯域フィルタの規定方法について説明する。以下の例では、３チヤネル分析器の Ｃｏ２．８２０　、および基準チャネルにより用いられる帯域フィルタの仕様が 説明れる。この方法ではフィルタの構成を扱うのでなく、赤外ガス分析器または カブノブラフに用いる帯域フィルタを規定する新規な方法で与えられる。 ａ、従来の方法 従来の技術から赤外帯域フィルタを規定する方法を要約することができる。ガイ ドラインあるいはステップは次に示す通りである。 １）　分析を行なおうとするガスの中心波長に一致する中心波長を有するフィル タを規定する。これは、最大の特定性と最小のクロストークを与えるためになさ れる。 ２）　間層のガスにより吸収される波長の全てを含むのに十分な広さのハーフパ ワー帯域幅を規定する。これは、ガスにより吸収され、フィルタにより透過され た変調またはエネルギー量を最適にする。 実際には、フィルタの中心波長は温度と共に変化する。これは０ＣＬＩＩｎｆｒ ａｒｅｄ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　（１９７０）　０ｐｔｉｃａｌ　Ｃｏａｔｉｎｇ 　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｉｎｃ、の４１ページに示しである。 フィルタ設計を取り込んだガス分析器の構成において、エンジニアは温度制御環 境でフィルタを動作させることによりフィルタシフトを克服することが多い、こ のような設計はバサロに対する米国特許第４．４２３．７３９号に示しである。 また、赤外帯域フィルタに関する製造公差は単一の生産工程からある範囲の中心 波長をもたらすことができる。これは、中心波長に対して通常は１７２％から１ ％の＋／−交差として表わされる。 この変動の調節は各々の分析器を個別に校正することにより実現されることが多 い。これの実施も高価である。 本発明にしたがって００２およびＮ２０フイルタを規定する場合、初めの２ステ ツプは従来の方法のステップ１および２から構成され、すなわち従来のフィルタ が規定される。現在の例では５ＡＤＴＬＥＲＩＮＤＥＸからのガススペクトルを 用いた。 得られた従来のフィルタはＶＥＲｌ、２と題する次に示すフィルタ仕様により特 徴づけられる。これらは文書および約０，７％である＋〇、　０３　ｕだシブシ フトされ、規定されたフィルタを示すグラフの形で与えられる。 これは約５０℃の温度上昇により発生されるシフトに対応する。さらにこれは規 定された製造交差に対応する。参考のため、Ｃ０２およびＮ２０のスペクトルも グラフに含まれている。 ｂ３分析およびコンピュータ性能をシミュレーシゴンＶＥＲ１，２仕様のドラフ トに続いて設計の有効性をテストするコンピュータシミュレーション法が開発さ れた。Ｐｅｒｋ工ｎ　ＥＩＩｌｅｒｌ　６４０ＦＴＩＲ分光光度計（ＰＥ１６４ ０）を用いて問題のガスＣ０２とＮ２０の吸収スペクトルを測定した。これらの ガスは大気圧下０．５インチ光路長セル内に収容した。５．０％Ｃ０２と５０％ Ｎ２０バランス０２が用いられた。スペクトルデータはパーソナルコンピュータ に転送され、データは０１１１毎に報告された。これらのスペクトルはフィルタ の数学的モデルをもつスプレッドシートプログラムで結合された。ガススペクト ルをフィルタモデルで乗算し、結果をスペクトルと１００％透過モデルの積で除 すことにより変調パーセンテージが計算された。変調、クロストーク、およびフ ィルタシフトの効果が検討された。 この分析の結果が以下の性能比較のセクションで説明される０分析結果によると 、プロジェクトの設計ゴールを満たすためにはフィルタの個別の較正または温度 制御、あるいはその両者が規定されなければならない。これらの問題を回避する ためにフィルタ仕様を最適にすることが判定された。 Ｃ１最適フィルタ仕様 次に、従来のフィルタが次の３つのステップにより最適化された。 ３）　フィルタが０．３ｕにわたってシフトするとき変調変化を最小にするよう にフィルタの中心波長が変化された。 ４）　クロストークを最小にするようにフィルタの中心波長と帯域幅が変化され た。 ５）　フィルタの０．３ｕシフトに起因して生じるクロストークの変化を最小に するようにフィルタの中心波長と帯域幅が変化された。 シミュレートされた帯域フィルタに対して実際的な形状を与えるために、ＰＥ１ ６４０を用いて実際の赤外帯域フィルタの透過率が測定された。実際のフィルタ のカットオンおよびカットオフ端はそのままであるが中央部分を８０％の平坦な 透過率で置き換えたデータファイルが生成された。平坦な頂部の幅を変えて各種 フィルタ帯域幅の試験を許容することによりシミュレートされたフィルタの幅が プログラムにより変更された。シミュレートされたフィルタは、得られた最適化 フィルタが製造可能であるように０，１ｕより大きなハーフパワー帯域幅に制限 された。 メモリに格納したガススペクトルを用い、また調節の可能な理想的フィルタファ イルを用意して、パーソナルコンピュータをプログラムし１Ｃ０２およびＮ２０ フイルタに対する全ての可能なフィルタの組合わせを通して掃引し、次に示すよ うな最良な組合わせを選択した。 １）　最大変調 ２）　０．３ｕフイルタシフトにわたる最小変調変化。 ３）　Ｃ０２（約１　ｍｍＨｇ）に対して０．　７％以下のクロストーク変ｌ１ ０４）　Ｎ２０（約１０ｍｎ＋Ｈｇ）に対して１．０％以下のクロストーク変調 。 ｄ、ＶＥＲｌ、２およびＶＥＲ２，１フイルタの性能と比較。 （ｉ）　変調 最適化フィルタＶＥＲ２，１は従来のものよりわずかに少ない変調を有している 。 ＶＥＲｌ、２　ＶＥＲ２，１ ５％ＣＯ２ｃｏ２チャネル　Ｃｏ２チャネル４０．３％　３６．０％変調 ５０％Ｎ２０　Ｎ２０チヤネル　Ｎ２０チヤネル６５．４％　５８．９％変調 これは、ＶＥＲ２，１Ｃｏ２およびＮ２０フイルタが、それぞれ、従来のＶＥＲ ｌ、２フイルタよりわずかに狭い幅をもち、Ｃ０２およびＮ２０に対する吸収の 中心に中心をもたないという事実に起因するものである。この減少は分析器の全 体にわたる設計においては殆んどまたは全く重要性をもたない。 （１１）　フィルタシフトエラー 上記の変調の犠牲は、フィルタがシフトしたときのエラーに関する性能の大きな 改良により補われた。 ＶＥＲｌ、２ 標準　シフト後　変動　変動 ％ＭＯＤ　％ＭＯＤ　％Ｍ　ＯＤ　ｓｍ［１ｇＣ０２チヤンネル ５％　ＧＯ２４０，３４１，５１，２１，７５０％　Ｎ２０　０．２　０．３　 ０．１　０．ｌＮ２Ｏチャンネル ５％ＣＤ２　０．８　０．７　−０．１　−１．０５０％　Ｎ２０　６５．４　 ５４．２　−１　１．２　−１　１．２．０ＶＥＲ２，１ 標準　シフト後　変動　変動 ％ＭＯＤ　％ＭＯＤ　％Ｍ　ＯＤ　＋＋ｌｌＨｇＣＯ２チャネル ５％ＣＯ２３６，０３６，３０，３０，４５０％Ｎ２０　０．４　０．５　０． １　０．１Ｎ２０チヤネル ５％Ｃｏ２　１．０　０．８　−０．２　−２．０５０％Ｎ２０　５８．９　５ ６．３　−２．６　−２６．０最適化フイルタの仕様は１．　、　７　ｍｒｓＨ ｇから０．　４に低減された０、３ｕのシフトに起因してＣＯ２エラーを低減さ せ、こらにＮ２０エラーは１１２から２６ｍｍ日ｇになった。 （ｉｉｉ）　クロストーク クロストークはＶＥＲｌ、２からＶＥＲ２，１でわずかに増加した。 クロストークエラー Ｖ　Ｅ　Ｒ１，２Ｖ　Ｅ　Ｒ２，１ ％Ｍ　ＯＤ　ｍｍＨｇ　％Ｍ　ＯＤ　ｌｌ１ｍ１１ｇＣｏ２チャネル ５０％Ｎ２０　０．２　０．３　０．４　０．６Ｎ２０チヤネル ５％ｃ０２ｏ、ａ　ｓ、ｏ　１．０　１０．Ｏｅ、要約 上記の方法は、従来の方法により選択されたものとはわずかに異なり、さらに上 記シミュレーションにしたがって個別の調節が殆んどまたは全く必要なし製造自 在なガス分析器を与えるのにより適したフィルタセントを与えた。好適なフィル タ仕様を以下のテーブルＩに示す。 テーブルエ 赤外フィルタ仕様 全てのフィルタ： 寸法７　０．１８７”　Ｘｏ、１５６″、＋１−．０．０３−０．０２０−１＋ １〜．００１＋厚 工ツジ不規則性＋　＜０．００５″ 温度シフト：　１度Ｃあたり０．０１％角度シフト：　１度あたり０．００１％ 中心における透過率二　８０％ カットオン−カットオフスロープ＝　３％ＭＩ　Ｌ−Ｃ−６７５Ａによる耐湿性 ＭＩ　Ｌ−Ｃ−６７５Ａによる耐摩耗性ＭＩＬ−Ｍ−１３５０８Ｂによるコーテ ィング密接性。 以下のスペクトル特性は０度入射および３０度Ｃで適用される。 スコＪＬ、夕」２：　中心波長　４．２５５５５ミフロン＋／−０，０クロンハ ーフパワー帯域幅　０．１８０８０ミフロン＋／−ＺコＪＬ＝久３−：　中心波 長　４５４０４０ミフロン＋／−０，０クロンハーフパワー帯域幅　０３０００ ０ミフロン＋／−λ血必叉ｌ；　中心波長　３．６００００ミフロン＋／−０， ０クロンハーフパワー帯域幅　０．１８０８０ミフロン＋／−Ｆ、ホストプロセ ッサと共に用いられる光学的に安定化されたガス分析器 図３には、ホストシステムと共に本発明を実行するために用いられるある信号処 理回路１００の好適な実施例が示しである。検出器Ｍ８０゜９０に対する入力お よび出力信号は分離・濾波サブシステム１４０を通されて患者の安全性を保証す る。検出器の出力信号９ｏは分離サブシステム１４０を通してＡＤ変換検出器１ ３０に送られ、そこでマイクロプロセッサ１２０に入力される前にディジタル化 される。Ｉ！！後に２　マイクロプロセッサ１２０は処理された検出器出力をそ れぞれの成分ガスの濃度値としてホストシステムインタフェース１１０に、さら に図示しないホストシステムに送出する。最終出力信号はモニタされ、記録され 、格納され、さらに処理される。あるいは、ホストシステムから図２に示した検 出装置に送られた信号はホストシステムインタフェース１１０に転送され、次に 分離・濾波サブシステム１４０を通してマイクロプロセッサ１２０に送られ、最 後に検出装置の入力８０に送出される。ホストシステムからの信号は検出装置に 入力される前はディジタルからアナログ量には変換されない。 ここに本発明のある好適な実施例が示されたが、本発明はそれに限定されるもの ではない６例えば、図８は本発明による検出器の他の要部の概略図である。図４ により説明したように、赤外放射源３００からの赤外線は検出器２０２に入射す る。しかし、図８の実施例においては上記の中性濃度および分析フィルタの機能 は同一要素に組み込まれる。特に、透過率１００％の第１フイルタ２６０および 透過率５０％の第２フイルタ２６２が設けられる。検出器２０２のそれ以外の部 分は図４により上記したものと同じである。すなわち、開口または窓２３０、検 出器２１６．２２０、およびプロセッサ２４０が再び設けられる。回路の基準部 分は図４に示したように構成されるか、または図８に示した一対の５０％／１０ ０％フィルタを用いて構成されてもよい。このようにして、分析フィルタは１つ のフィルタ要素として中性濃度フィルタと機能的に組み合わされる。 以上においては本発明のある好適な実施例について説明がなされたが、本発明は それらの実施例に限定されるものではない。したがって、上記特定の実施例の多 くの変形例が添付した請求の範囲により規定される本発明の範囲で可能である。 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ほぼガス状の流れのガス成分の濃度を検出する装置であって、（ａ）赤外線 源と、 （ｂ）この赤外線源からの入射放射を受けると共にこの受光された入射放射を示 す電気信号を発生するように配置された一対の赤外線検出器と、（ｃ）これらの 検出器と前記赤外線源の間で前記ほぼガス状の流れの少なくとも一部を流す手段 と、 （ｄ）前記検出器の１つと前記流れを流す手段の間に配置された前記一つの検出 器に入射する入射放射を減衰させる減衰手段と、さらに（ｅ）当該装置が動作す る環境の周囲温度の変化による影響を実質的に受けない光学的に安定化された信 号を発生するように受光入射放射を示す前記電気信号を処理する手段とを備える 装置。 ２．前記ほぼガス状の流れを通過した前記赤外線源からの入射放射を受けると共 に受光した入射放射を表わす電気信号を発生するように配置された一対の基準赤 外線検出器をさらに備え、これにより前記減衰手段はこれらの基準検出器の１つ と前記ガス流を流す手段の間に配置されて前記１つの基準検出器に入射する入射 放射を減衰させる請求項１記載の装置。 ３．前記一対の赤外線検出器と前記ガス流を流す手段の間に配置された第１光学 フィルタと、前記一対の基準赤外線検出器と前記ガス流を流す手段の間に配置さ れた第２光学フィルタとをさらに備え、前記第１光学フィルタは前記ほぼガス状 の流れの前記ガス成分によりたやすく吸収される波長近傍の狭い帯域のエネルギ ーを通過させ、前記第１光学フィルタは前記ほぼガス状のガス流の前記ガス成分 によりたやすく吸収される前記波長を除くエネルギー帯を通過させる請求項２記 載の装置。 ４．前記処理手段は、前記一対の赤外線検出器により発生された電気信号の間の 差を決定すると共に前記一対の基準赤外線検出器により発生された電気信号の間 の差を決定する手段と、これらの差の間の比を決定する手段と、この比から前記 ほぼガス状の流れの前記ガス状成分の濃度を計算する手段とを備える請求項３記 載の装置。 ５．前記ガス状成分は二酸化炭素である請求項１記載の装置。 ６．前記ガス状成分は一酸化二窒素である請求項１記載の装置。 ７．第１および第２光学窓を有するハウジングをさらに備え、このハウジングは 前記一対の赤外線検出器に入射する前に、前記第１光学窓を通して、前記流す手 段を通して、前記第２光学窓を通して、その後前記減衰手段を通して前記光源か らの赤外線のそれぞれの透過を許容するように構成される請求項１記載の装置。 ８．前記光源を動作させるように外部処理システムから前記光源への入力をイン タフェースし、さらに前記処理手段の前記外部処理システムへの出力をインタフ ェースして他の処理に供するインタフェースをさらに備える請求項１記載の装置 。 ９．前記インタフェースは、当該装置から前記外部処理システムを分離するフィ ルタと、前記外部処理システムからのアナログ入力をディジタル化するＡ／Ｄ変 換器と、前証光学的に安定化された信号から前記ガス状成分に対する濃度値を決 定するマイクロプロセッサとを備える請求項８記載の装置。 １０．前記減衰手段は透過係数が約０．５０の光学フィルタを備える請求項１記 載の装置。 １１．前記一対の赤外線検出器は互いに対向関係にある一対の熱電対列を備える 請求項１記載の装置。 １２．患者の呼吸空気流の諸成分の濃度を検出する装置であって、（ａ）赤外放 射源と、 （ｂ）この赤外放射源からの入射放射を受けると共に受光した入射放射を表わす 電気信号を発生するように配置された一対の赤外線検出器と、（ｃ）前記検出器 と前記赤外放射源の間に前記患者の前記呼吸空気流の少なくとも１部を流す手段 と、 （ｄ）前記検出器の一方と前記流す手段の間に配置されて前記一方の検出器に入 射する入射放射を減衰させる減衰手段と、（ｅ）当該装置が動作する環境の周囲 温度の変化により実質的に影響されない光学的に安定化された信号を発生するよ うに前記受光した入射放射を示す電気信号を処理する手段とを備えた装置。 １３．前記呼吸空気流を通過した前記赤外放射源からの入射放射を受光してこの 受光した入射放射を表わす電気信号を発生するように配置された一対の基準赤外 線検出器をさらに備え、これにより前記減衰手段は前記基準検出器の１つの前記 流す手段の間に配置されて前記一方の基準検出器に入射する入射放射を減衰させ る請求項１２記載の装置。 １４．前記一対の赤外線検出器と前記流す手段の間に配置された第１光学フィル タと前記一対の基準赤外線検出器と前記流す手段の間に配置された第２光学フィ ルタとをさらに備え、前記第１光学フィルタは濃度が決定されるべきである呼吸 空気流の成分によりたやすく吸収される波長の近傍の狭い帯域のエネルギーを通 過させ、前記第２光学フィルタは濃度が決定されるべきである呼吸空気流の成分 によりたやすく吸収される前記波長を除くある帯域のエネルギーを通過させる請 求項１３記載の装置。 １５．前記処理手段は、前記一対の赤外線検出器により発生された電気信号の間 の差と前記一対の基準赤外線検出器により発生された電気信号の間の差を決定す る手段と、これらの差の間の比を決定する手段と、濃度が決定されるべきである 呼吸空気流の成分の濃度を前記比から計算する手段とを備える請求項１４記載の 装置。 １６．前記１つの成分と二酸化炭素である請求項１２記載の装置。 １７．前記１つの成分は一酸化二窒素である請求項１２記載の装置。 １８．第１および第２光学窓を有するハウジングをさらに備え、このハウジング は、前記一対の赤外線検出器に入射する前に前記第１光学窓を通して、前記流す 手段を通して、前記第２光学窓を通して、その後前記減衰手段を通して前記赤外 放射源からの赤外放射のそれぞれの透過を許容するように構成される請求項１２ 記載の装置。 １９．前記赤外放射源を動作させるように外部処理システムから前記赤外放射源 への入力をインタフェースすると共に前記処理手段の前記外部処理システムへの 出力をインタフェースして他の処理に供するインタフェースをさらに備える請求 項１２記載の装置。 ２０．前記インタフェースは、前記患者から前記外部処理システムを分離するフ ィルタと、前記外部処理システムからのアナログ入力をディジタル化するＡ／Ｄ 変換器と、前記光学的に安定化された信号から前記少なくとも１つの成分に対す る濃度値を決定するマイクロプロセッサとを備える請求項１９記載の装置。 ２１．前記減衰手段は透過係数が約０．５０の光学フィルタを備える請求項１２ 記載の装置。 ２２．前記一対の赤外線検出器は互いに対向関係をなす一対の熱電対列を備える 請求項１２記載の装置。 ２３．患者の呼吸空気流の成分の濃度を検出する装置であって、（ａ）赤外放射 源と、 （ｂ）前記赤外放射源からの入射放射を受けて、この受光された入射放射を表わ す電気信号を発生するように配置された濃度が決定されるべき成分のそれぞれに 対する一対の赤外線検出器と、（ｃ）前記検出器と前記赤外放射源の間に前記患 者の前記呼吸空気流の少なくとも１部を流す手段と、 （ｄ）各々の対をなす前記検出器の一方と前記流す手段の間に配置されて各々の 対の前記一方の検出器に入射する入射放射を減衰させる減衰手段と、 （ｅ）当該装置が動作する環境の周囲温度の変化により実質的に影響されない光 学的に安定化された信号を発生するように前記検出器の各々の対で受光された入 射放射を表わす前記電気信号を処理する手段とを備える装置。 ２４．前記呼吸空気流を通過した前記赤外放射源からの入射放射を受けてこの受 光した入射放射を表わす電気信号を発生するように配置された一対の基準赤外線 検出器をさらに備え、これにより前記減衰手段は前記基準検出器の一方と前記流 す手段の間に範囲されて前記一方の基準検出器に入射する入射放射を減衰させる 請求項２３記載の装置。 ２５．各々の前記赤外線検出器の対と前記流す手段の間に配置された光学フィル タと、前記基準赤外線検出器の対と前記流す手段の間に配置された光学フィルタ とをさらに備え、前者の光学フィルタは対応する対の検出器により濃度が決定さ れるずきである呼吸空気流の成分によりたやすく呼吸される波長近傍の狭帯域の エネルギーを通過させ、後者の光学フィルタは濃度が決定されるべきである呼吸 空気流の前記成分によりたやすく吸収される前記波長を除くある帯域のエネルギ ーを通過させる請求項２４記載の装置。 ２６．前記処理手段は、それぞれの対の赤外線検出器により発生された電気信号 の間の第１の差と前記基準赤外線検出器の対により発生された電気信号の間の第 ２の差を決定する手段と、これらの第１の差と第２の差の間のそれぞれの比を決 定する手段と、濃度が決定されるべきである呼吸空気流の成分の濃度を前記比か ら計算する手段とを備える請求項２５記載の装置。 ２７．前記成分は二酸化炭素および一酸化二窒素である請求項２３記載の装置。 ２８．第１および第２窓を有するハウジングを更に備え、このハウジングは、赤 外線検出器の前記対の各々に入射する前に前記第１光学窓を通して、前記流す手 段を通して、前記第２光学窓を通して、その後前記減衰手段を通して前記赤外放 射源からの赤外放射のそれぞれの透過を許容するように構成される請求項２３記 載の装置。 ２９．前記赤外放射源を動作させるように外部処理システムから前記赤外放射源 への入力をインタフェースすると共に前記外部処理システムヘの前記処理手段の 出力をインタフェースして他の処理に供するインタフェースをさらに備える請求 項２３記載の装置。 ３０．前記したインタフェースは、前記患者から前記外部処理システムを分離す るフィルタと、前記外部処理システム殻のアナログ入力をディジタル化するＡ／ Ｄ変換器と、前記光学的に安定化された信号から前記成分に対する濃度値を決定 するマイクロプロセッサとを備える請求項２９記載の装置。 ３１．前記減衰手段は透過係数が約０．５０の光学フィルタを備える請求項２３ 記載の装置。 ３２．前記赤外線検出器の対は互いに対向配置された一対の熱電対列を備える請 求項２３記載の装置。 ３３．患者の呼吸空気流の成分の濃度を検出するシャッタレス式赤外線カブノグ ラフであって、 （ａ）赤外放射源と、 （ｂ）前記呼吸空気流を通過した前記赤外放射源からの入射放射を受光してこの 受光した入射放射を表わす電気信号を発生するように配置された一対の赤外線検 出器と、 （ｃ）前記呼吸空気流を通過した前記赤外放射源からの入射放射を受光してこの 受光した入射放射を表わす電気信号を発生するように配置された一対の基準赤外 線検出器と、 （ｄ）前記検出器と前記赤外放射源の間に前記患者の前記呼吸空気流の少なくと も１部を流す手段と、 （ｅ）前記検出器の１つと前記流す手段の間および前記基準検出器の１つと前記 流す手段の間に配置されて前記一方の検出器と前記一方の基準検出器に入射する 入射放射を減衰させる減衰手段と、（ｆ）前記一対の赤外線検出器と前記流す手 段の間に配置されて、濃度が決定されるべきである呼吸空気流の成分によりたや すく呼吸される波長の近傍の狭い帯域のエネルギーを通過させる第１光学フィル タと、（ｇ）前記した一対の基準赤外検出器と前記流す手段の間に配置されて、 濃度が決定されるべきである呼吸空気流の成分によりたやすく呼吸される前記波 長を除くある帯域のエネルギーを通過させる第２光学フィルタと、 （ｈ）当該装置が動作する環境の周囲温度の変化により実質的に影響されない光 学的に安定化された信号を発生するように受光した入射放射を表わす前記電気信 号を処理する手段であって、前記一対の赤外線検出器により発生された空気信号 の間の差と前記一対の基準赤外検出器により発生された電気信号の間の差を決定 する手段と、これらの差の間の比を決定する手段と、この比から、濃度が決定さ れるべきである呼吸空気流の成分の濃度を計算する手段とを備える処理手段とを 備えるシャッタレス式赤外線カブノグラフ。 ３４．前記１つの成分は二酸化炭素である請求項３３記載の装置。 ３５．前記１つの成分は一酸化二窒素である請求項３３記載の装置。 ３５．ほぼガス状の流れのガス成分の濃度を検出する方法であって、前記ほぼガ ス状の流れを通して赤外放射のビームを透過されるステップと、 前記ほぼガス状の流れを通過した前記赤外放射の一部を減衰させるステップと、 第１検出器を用いて前記赤外放射の強度を検出し、第１信号を発生するステップ と、 第２検出器を用いて前記赤外放射の前記減衰された部分の強度を検出し、第２信 号を発生するステップと、 前記第１信号と前記第２信号の間の差を計算して差信号を発生するステップと、 この差信号を処理して環境の周囲温度の変化により実質的に影響されない光学的 に安定化された信号を発生するステップとで構成される方法。 ３７．前記ほぼガス状の流れのガス状成分によりたやすく吸収される波長近傍の 狭帯域のエネルギーを通過させる光学フィルタを通して前記赤外放射をその減衰 された部分とを濾波するさらなるステップを備える請求項３６記載の方法。 ３８．前記ほぼガス状の流れの前記ガス状成分によりたやすくに吸収される前記 波長を除くある帯域のエネルギーを通過させるブロッキング光学フィルタを通し て前記赤外放射とこの赤外放射の前記減衰された部分を濾波するステップと、 第３検出器を用いて前記ブロッキング光学フィルタにより濾波された赤外放射の 強度を検出し、第３信号を発生するステップと、第４検出器を用いて前記ブロッ キング光学フィルタにより濾波された赤外放射の減衰された部分の強度を検出し 、第４信号を発生するステップと、 前記第３信号と前記第４信号の間の差を計算し、他の差信号を発生するステップ と、 前記差信号を前記他の差信号と共に処理して前記ほぼガス状の流れの前記ガス状 成分の前記濃度を決定するステップとをさらに備える請求項３７記載の方法。 ３９．前記差信号を処理するステップは前記差信号と前記他の差信号との比を決 定するステップを含む請求項３８記載の方法。 ４０．患者の呼吸空気流の成分の濃度を決定する方法であって、前記呼吸空気流 を通して赤外放射のビームを透過させるステップと、前記呼吸空気流を通過した 前記赤外放射の一部を減衰させるステップと、 前記呼吸空気流の前記成分によりたやすく呼吸される波長近傍の狭い帯域のエネ ルギーを通過させる光学フィルタを通して前記赤外放射と前記減衰された赤外放 射を濾波するステップと、第１検出器を用いて前記濾波された赤外放射の強度を 検出し、第１信号を発生するステップと、 第２検出器を用いて前記濾波され減衰された赤外放射の強度を検出し、第２信号 を発生するステップと、 前記第１信号と前記第２信号との差を計算し、差信号を発生するステップと、 この差信号を処理して前記患者の前記呼吸空気流の前記成分の前記濃度を決定す るステップとを備える方法。 ４１．前記呼吸空気流の前記成分によりたやすく吸収される前記波長を除くある 帯域のエネルギーを通過させるブロッキング光学フィルタを通して前記赤外放射 と前記減衰された赤外放射を濾波するステップと、第３検出器を用いた前記ブロ ッキング光学フィルタにより濾波された赤外放射の強度を検出し、第３信号を発 生するステップと、第４検出器を用いて前記ブロッキング光学フィルタにより濾 波された減衰赤外放射の強度を検出し、第４信号を発生するステップと、前記第 ３信号と前記第４信号との差を計算し、他の差信号を発生するステップと、 前記差信号を前記他の差信号と共に処理して前記患者の前記呼吸空気流の前記成 分の前記濃度を決定するステップとをさらに備える請求項４０記載の方法。 ４２．前記差信号を処理するステップは前記差信号と前記他の差信号との比を決 定するステップを備える請求項４１記載の方法。 ４３．患者の呼吸状態をモニタする方法であって、前記患者の呼吸空気流を通し て赤外放射ビームを透過させるステップと、 前記呼吸空気流を通過した前記赤外放射の一部を減衰させるステップと、 前記患者の呼吸状態を示す前記呼吸空気流の成分によりたやすく吸収される波長 近傍の狭い帯域のエネルギーを通過させる光学フィルタを通して前記赤外放射と 前記減衰された赤外放射を濾波するステップと、第１検出器を用いて前記濾波さ れた赤外放射の強度を検出し、第１信号を発生するステップと、 第２検出器を用いて前記濾波され減衰された赤外放射の強度を検出し、第２信号 を発生するステップと、 前記第１信号と前記第２信号との差を計算して差信号を発生するステップと、 この差信号を処理して患者の前記呼吸空気流の前記成分の濃度を決定するステッ プとを備える方法。 ４４．所定の呼吸ガス成分の濃度を測定する呼吸ガス分析器に使用する光学フィ ルタを選択する方法であって、 前記成分によりたやすく吸収される中心波長と一致する前記光学フィルタに対す る公称中心波長を先覚するステップと、前記成分により吸収される波長の全てを ほぼ通過させるのに十分な広さのハーフパワー帯域値を選択するステップと、前 記光学フィルタか所定範囲の波長にわたってシフトされたとき変調変化を最小に するように前記公称フィルタの中心波長を変化させるステップと、 前記成分とその他の成分の間のクロストークを最小にするように前記公称フィル タの中心波長とその帯域幅を変化させるステップと、前記光学フィルタが前記所 定範囲の波長にわたってシフトされるときクロストークの変化を最小にするよう に前記公称フィルタの中心波長とその帯域幅を変化せせるステップとを備える方 法。 ４５．赤外エネルギー源からの入射放射の量を測定する赤外エネルギー検出器で あって、 前記赤外エネルギー源からの入射赤外エネルギーを受けるように配置されて前記 入射赤外エネルギーの強度を表わす出力電気信号を発生する第１および第２熱電 対列と、 望ましくない熱作用から前記入射放射エネルギーの所望の赤外エネルギー信号成 分を識別する手段であって、前記赤外エネルギー源と前記第１熱電対列の間に配 置され、所望の赤外エネルギー信号成分の赤外波長を選択的に通過させるように 選択された分析フィルタを有する第１光路と、 前記赤外エネルギー源と前記第２熱電対列の間に配置され、所望の赤外エネルギ ー信号成分の赤外波長を選択的に通過させるように選択された前記分析フィルタ を有する第２光路と、前記第１および第２光路の一方に配置された減衰用中性濃 度フィルタとを有する前記識別手段とを備える赤外エネルギー検出器。 ４６．前記第１および第２熱電対列により発生されて出力信号から差信号を決定 する手段をさらに備える請求項４５記載の赤外エネルギー検出器。 ４７．前記赤外エネルギー源からの入射赤外エネルギーを受けるように配置され て、前記入射赤外エネルギーの強度を表わす出力電気信号を発生する第３および 第４熱電対列をさらに備え、ここに前記望ましくない熱作用から前記入射赤外エ ネルギーの望ましい赤外エネルギー信号成分を識別する手段はさらに、 前記赤外エネルギー源と前記第３熱電対列の間に配置され、所望の赤外エネルギ ー信号成分の赤外波長を選択的にブロックするように選択された分析フィルタを 有する第３光路と、前記赤外エネルギー源と前記第４熱電対列の間に配置され、 所望の赤外エネルギー信号成分の赤外波長を選択的にブロックするように選択さ れた前記分析フィルタをさらに有する第４光路とを有し、前記減衰用中性濃度フ ィルタはさらに前記第３および第４光路の一方に配置される請求項４５記載の赤 外エネルギー検出器。 ４８．前記第１および第２熱電対列により発生された出力信号から第１差信号を 決定すると共に前記第３および第４熱電対列により発生された出力信号から第２ 差信号を決定する手段をさらに備える請求項４７記載の赤外エネルギー検出器。 ４９．前記第１および第２差信号の比を形成する手段をさらに備える請求項４８ 記載の赤外エネルギー検出器。 ５０．前記所望の赤外エネルギー信号成分の赤外波長を選択的に通過させるよう に選択された分析フィルタと前記減衰用中性濃度フィルタは結合されて単一のフ ィルタ要素になされる請求項４５記載の赤外エネルギー検出器。 ５１．前記減衰用中性濃度フィルタは約０．５０の透過係数を有する請求項４５ 記載の赤外エネルギー検出器。 ５２．前記減衰用中性濃度フィルタは約０の透過係数を有する請求項４５記載の 赤外エネルギー検出器。 ５３．前記第１および第２熱電対列は互いに対向関係に接続される請求項４５記 載の赤外エネルギー検出器。