マルチパス旋光度測定装置ならびにマルチパス対向コリメータ光学系
【課題】 呼気や呼気凝縮液などに含まれる超微量の旋光物質を検出し血中グルコース濃度との関連を明らかにする無侵襲旋光度測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 上記の目的を達成するために本発明に係わるグルコース濃度測定装置は呼気または呼気凝縮液をマルチパス偏光変換対向コリメータセットの空間部に設置しセンシング部の行路長を拡大し測定感度を大幅に改善したものである。
【解決手段】 上記の目的を達成するために本発明に係わるグルコース濃度測定装置は呼気または呼気凝縮液をマルチパス偏光変換対向コリメータセットの空間部に設置しセンシング部の行路長を拡大し測定感度を大幅に改善したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチパス旋光度測定装置ならびにマルチパス対向コリメータ光学系に関し、例えば、糖分を含む水溶液に含まれる旋光物質の濃度を高精度で測定できるマルチパス旋光度測定装置ならびに旋光度測定システムを構成することができるマルチパス対向コリメータ光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の旋光度測定方法は被測定試料（以下、検体という）に直線偏光を入射し、検体を透過した光のパワーを検光子（アナライザ）で測定して旋光角度を測定するものであるが、この方法では光源のパワーの変動の影響によりたとえば健常者の血糖値である１００ｍｇ／ｄＬ（デシリッタ）の検体に対応する旋光角度である０．００５度を数％の精度で測定することはできない。
【０００３】
従来のもう一つの旋光度測定方法は、特許文献１に示されるような空間型リング干渉系の中に検体を置いて、それに左右両周りの直交偏光を伝搬させ、リング光路の外でその位相差を検出する方法である。この方法は光の位相を変調していないので安定に旋光度あるいは複屈折率を測定できない。
【０００４】
従来のもう一つの旋光度測定法は、非特許文献１に記載されている鉛ガラスのベルデ定数を利用し入射偏光状態を変調し検光子を通過する光の変化をロックインアンプで検出するものである。この方法でセル長が１０ｍｍで６．６ｘ１０-4度という微小な旋光角の測定が可能になっている。しかしこの方法では装置が大掛かりであるということと、鉛ガラスの温度特性の影響を受けやすいという課題がある。またこの方法では検体としての呼気凝縮液に含まれる微弱なグルコース濃度の旋光度測定に必要な０．０００１度以下の精度で旋光角度を計測することはできない。
【０００５】
上記以外の従来の旋光度測定法として特許文献２に記載の方法がある。この旋光度測定法はリング干渉計あるいは光ファイバジャイロスコープのセンシングループのなかにファラデー回転素子を用いた１対の非相反光学系を設け、その中に検体を入れて複屈折率を測定するものである。４分の１波長板を追加すると旋光計となることが記載されている。本方式は上に述べた従来の複屈折率測定法と比較すると小型で低価格で構成でき、測定精度が高精度であるという特徴がある。またこの方法では０．０００１度の精度で旋光角度を計測することができる。
【０００６】
非特許文献２に呼気凝縮液に含まれるグルコースの濃度は健常者の血液に含まれる濃度である０．１ｇ／ｄＬのおよそ７％であることが示されている。すなわち、もしオレンジレーザ光を用いた旋光度測定においては検体長が１ｃｍの場合の旋光度はおよそ０．００５度の７％の０．０００３５度である。これを十分な精度で測定するためにはもう１ケタ下の０．００００３５度程度の測定感度が必要である。従って従来最も高感度な測定方法である特許文献２に記載の測定装置を以てしても呼気の凝縮液に含まれるグルコース濃度を十分な精度で測定することはできない。
【０００７】
以上のようにこれまで光方式で呼気凝縮液や呼気自体に含まれる微小な旋光物質の旋光度を測定する旋光度測定装置は存在しなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３１８１６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４３８０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】横田正幸他、「鉛ガラスファイバ偏光変調器を用いた旋光計」 第３３回光波センシング技術研究会、ＬＳＴ３３−１５，ＰＰ．１１１−１１６，２００４年６月
【非特許文献２】Ｂａｋｅｒ ＥＨ他、Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ，２００７ Ｍａｙ；１０２（５），１９６９−７５，Ｅｐｕｂ ２００７ Ｆｅｂ １５
【非特許文献３】梶岡、於保、「光ファイバジャイロの開発」、第３回光波センシング技術研究会、ＬＳＴ３−９，ＰＰ．５５−６２，１９８９年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は従来の旋光度測定装置の測定感度を大幅に改善した高精度な旋光度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
係る課題を解決するためになされた本発明に係る一発明の実施の形態例の旋光度測定装置および旋光度測定システムに使用することができるマルチパス対向コリメータ光学系の特筆すべき特徴は、検体部分を伝搬する円偏光の偏光状態の変動を極めて少なくなるように構成した、低損失のマルチパスを構成したところにある。
【００１２】
さらに具体的に例をあげて述べれば、課題を解決するためになされた本発明の一例としての第１の発明（以下、発明１という）によるマルチパス対向コリメータ光学系は本発明の旋光度測定システムに使用することができるマルチパス対向コリメータ光学系で、具体的には、信号光が伝搬する偏波面保存光ファイバの出射端にレンズ、偏光子、ファラデー回転素子、４分の１波長板を信号光の光路上に配置した偏光変換コリメータを空間部もしくは検体配置部を介して対向させた偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列にかつ光路的に直列に配置したマルチパス対向コリメータ光学系であって、前記マルチパス対向コリメータ光学系は、前記偏光変換対向コリメータセットの相対向する一方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ１という）から他方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ２という）に向けて出射する信号光の固有偏光モードと前記コリメータ２から出射してコリメータ１に入射する信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であるとともに、コリメータ２においても出射信号光と入射信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であり、前記空間部もしくは検体配置部を伝搬する両方のコリメータから出射される偏光はそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向する偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列に配置し、前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットは、当該信号光の光路における両端部に配置された偏光変換対向コリメータセット（以下、最外端コリメータセットという）の当該信号光の光路の両端に位置する偏光変換コリメータ（以下、最外端コリメータという）を除き、各偏光変換対向コリメータセットの各端部は他の偏光変換対向コリメータセットの端部と接続用の偏光面保存光ファイバによって前記接続用の偏光面保存光ファイバに同一の直線偏光がまた前記空間部もしくは検体配置部に直交する円偏光がそれぞれ逆方向に伝搬するように接続され、前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットが縦続接続され、前記縦続接続され並列に配置された複数の偏光変換対向コリメータセットが作る前記空間部もしくは検体配置部に一つの検体を置くことを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系である。
【００１３】
発明１を展開してなされた本発明の他の一例としての第２の発明（以下、発明２という）によるマルチパス対向コリメータ光学系は、発明１に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセット間の前記接続用の偏光面保存光ファイバの接続相手が当該偏光変換対向コリメータセットに隣接していない偏光変換対向コリメータセットである偏光変換対向コリメータセットを少なくとも１つ有することを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系である。
【００１４】
発明１または２を展開してなされた本発明の更に他の一例としての第３の発明（以下、発明３という）によるマルチパス対向コリメータ光学系は、発明１または２に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセットの数が４個であることを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系である。
【００１５】
課題を解決するためになされた本発明の他の一例としての第４の発明（以下、発明４という）による旋光度測定装置はマルチパス対向コリメータ光学系をリング光路に接続して用いた旋光度測定装置に関する発明で、具体的には、光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラ、偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２のカプラにより分岐した信号光を前記発明１〜３のいずれかに記載の空間部または検体配置部に配置された検体を挟んだマルチパス対向コリメータ光学系の両端と接続することによりリング光路を構成し、リング光路の第２のカプラの近傍に光位相変調器を設け、前記リング光路を両方向に伝搬する信号光を前記第２のカプラ、前記偏光子、前記第１のカプラを介して受光器および信号処理回路に導き、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を前記位相変調信号に同期した信号として抽出し検体の旋光度を測定することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置である。
【００１６】
発明４を展開してなされた本発明の更に他の一例としての第５の発明によるアレイ型マルチパス旋光度測定装置は、発明４に記載のアレイ型マルチパス旋光度測定装置において、前記アレイ型マルチパス旋光度測定装置で測定した血液、血漿、呼気、呼気凝縮液、唾液、その他の体液の旋光度と被検者の血液中の糖質成分情報との対応表を用いて健康情報を表示することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の旋光度測定装置は、検体を透過する光のパスをマルチにし検体の長さを長くすることによって感度を数倍から数１０倍に高めることができるので、呼気に含まれる超微量な旋光物質を検出できる。非特許文献２に示されているように人の呼気の中には血糖値に関連した成分が含まれるので、本発明によって採血することなしに血糖値を推定することができ、糖尿病の人にとっては採血という苦難から解放されるという大きな福音となり、糖尿病予防の観点からの血糖値管理が容易になり、健康管理機器として大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る一実施の形態例に用いる偏光変換対向コリメータセットの構成図である。
【図２】図１の偏光変換対向コリメータセットを空間的に並列に光学的に直列に接続したアレイ型旋光度測定用光学系の構成図である
【図３】本発明に係る一実施の形態例としてのアレイ型マルチパス旋光度測定装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００１９】
１：偏光変換対向コリメータセット
２：検体（溶液）
３−１，３−２：偏波面保存光ファイバ
４−１，４−２：光ファイバコリメータ
５−１，５−２：偏光板
６−１，６−２：ファラデー素子
７−１，７−２：４分の1波長板
８−１，８−２：レンズ
９−１，９−２，９−３：スプライス
【００２０】
１０：右円偏光入射光
１１：右円偏光出射光
１２：左円偏光入射光
１３：左円偏光出射光
１５：ＳＬＤ光源
１６−１，１６−２：カプラ
１７：光ファイバ偏光子
１８−１：リングを構成する偏波面保存光ファイバ１
１８−２：リングを構成する偏波面保存光ファイバ２
１９：光位相変調器
２０−１：右回り直線偏光
２０−２：左回り直線偏光
２１：受光器
２２：信号処理回路
２３：変調信号
２４：マルチパス対向コリメータ光学系
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明に係る一実施の形態例について説明する。なお、説明に用いる各図は本実施の形態例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本実施の形態例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。
【００２２】
また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。場合によっては図中において構成部分の一部に斜線をつけたり塗りつぶしをしたりすることもあるが、これは他の構成部品との区別の都合上便宜的につける場合もあり、必ずしも断面図を意味する斜線ではない場合もある。これらは通常は説明の文章から判断可能である。
【００２３】
また、以下の説明では、説明の重複を避けるため、当業者に容易に理解できる程度において、マルチパス対向コリメータ光学系の説明で本実施の形態例の旋光度測定装置の説明や本実施の形態例の旋光度測定方法の説明を兼ねたり、その逆のこともある。
【００２４】
図１〜図３を用いて本発明に係る一実施の形態例を説明する。図１は偏光変換対向コリメータセットの構成図である。偏光変換対向コリメータセット１はその対向するコリメータ間にある空間部あるいは検体配置部（以下、特に必要な場合を除いて代表して空間部で説明する）に検体２を挿入する構造になっている。
【００２５】
以下その構成を詳細に説明する。偏波面保存光ファイバ３−１の固有偏光軸を伝搬する直線偏光の信号光は、フェルール４−１から出射され、偏光板５−１、４５度ファラデー回転素子６−１、４分の１波長板７−１、レンズ８−１を介して検体２が配置される空間部に右（または左）円偏光として出射される。
【００２６】
同様に偏波面保存光ファイバ３−２の固有偏光軸を伝搬する直線偏光の信号光は、フェルール４−２から出射され、偏光板５−２、４５度ファラデー回転素子６−２、４分の１波長板７−２、レンズ８−２を介して検体２が配置される空間部に左（または右）円偏光として出射される。偏波面保存光ファイバ３−１からレンズ８−１までと偏波面保存光ファイバ３−２からレンズ８−２まではそれぞれ偏光変換コリメータを形成し、全体として偏光変換対向コリメータセット１を形成している。
【００２７】
すなわち、前記空間部に配置された検体２を両方向に伝搬する信号光は互いに直交する円偏光である。もし検体２に旋光性があれば直交する円偏光の間に位相差が発生する。
【００２８】
発生する位相差は旋光度の２倍である。発生する位相差は検体の比旋光度、波長、温度、検体長（光路に沿った検体の長さ）に比例する。発生する位相差が小さい場合には検体長を長くすればよいがセンサー部が大きくなってしまうのに加えて対向コリメータの対向距離が長くなると光軸調整も複雑になる。
【００２９】
図２は図１の偏光変換対向コリメータセット４個を空間的には並列に、光学的には直列に接続したアレイ型旋光度測定用光学系の構成図である。偏光変換対向コリメータセットの両端はスプライス９−１，９−２、９−３によって接続されている。図２において符号１０は右円偏光入射光、１１は右円偏光出射光、１２は左円偏光入射光、１３は左円偏光出射光である。
【００３０】
右円偏光入射光１０は４つの偏光変換コリメータセットと３つの接続部により検体２が配置される空間部をすべて右円偏光として伝搬し、右円偏光出射光１１として出射する。同様に左円偏光として逆の端子から入射した左円偏光入射光１２は４つの偏光変換対向コリメータセットと３つの接続部を経て検体２が配置される空間部をすべて左円偏光として伝搬し、左円偏光出射光１３として出射する。
【００３１】
図３は本発明に係る一実施の形態例としてのアレイ型マルチパス旋光度測定装置の全体構成図である。図３において、波長７８０ｎｍを中心波長とするＳＬＤ光源１５から発せられた信号光としてのレーザ光は信号光の光路に配置された第１の光カプラ１６−１、偏光子１７を介して第２の光カプラ１６−２に導かれ、該第２のカプラ１６−２により偏波面保存光ファイバ１８−１，１８−２にそれぞれ伝搬される直線偏光２０−１、２０−２に分岐される。
【００３２】
これらの分岐光はそれぞれ偏波面保存光ファイバ１８−１，１８−２を伝搬し、図２に示したアレイ型旋光度測定用光学系２４の両端に光学的に接続されることによりリング光路を形成する。偏波面保存光ファイバ１８−１を伝搬する信号光は第２のカプラの近傍に置かれた位相変調器１９によって変調される。
【００３３】
検体２を伝搬しリング光路を両方向に伝搬した信号光は該第２のカプラ１６−２、偏光子１７、第１のカプラ１６−１を介して受光器２１で電気信号に変換される。
【００３４】
信号処理回路２２からは位相変調器１９に２０ＫＨｚの変調信号２３が印加されている。リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を該位相変調信号に同期した信号として抽出し検体の旋光度を測定できる。
【００３５】
図３の構成はいわゆる位相変調方式光ファイバジャイロのリング光路の途中に偏光変換対向コリメータセットのアレイが設置されたものである。位相変調方式光ファイバジャイロは慣性空間におけるリング光路の回角速度を高精度に測定できるが偏光角の回転すなわち旋光度は測定できない。
【００３６】
本実施の形態例のリング光路の中にアレイ型旋光度測定用光学系を設けることによって光ファイバジャイロの高感度特性を維持しつつ旋光度を測定できる。
【００３７】
リング干渉計の光路に使用している偏波面保存光ファイバはコアが楕円のファイバを用いたがいわゆるコアに異方性の応力を印加した構造のファイバも使える。
【００３８】
ここで用いた光ファイバ干渉計では非特許文献３に記載されている光ファイバジャイロに用いられているものと同じ方法を用いた。リングのファイバ長は１００ｍ、位相変調器１９はシリンダー型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子で信号処理回路２２からの約２０ｋＨｚの正弦波変調信号２３で位相変調される。非特許文献３に記載の光ファイバジャイロは、変調器を正弦波で変調し、受光部でその基本波、２倍波、４倍波成分を検出し、基本波と２倍波の振幅比の逆正接（ｔａｎ−１）で位相差を、２倍波、４倍波成分の比で変調度を一定に制御する方式である。
【００３９】
試作したセンサ−の電気出力にはＲＳ２３２Ｃを用いたが市販の変換器でＵＳＢでも出力できる。一般に受光感度は変調度にも依存する。変調度はループを伝搬する光の伝搬時間が長いほど、すなわちループ長が長いほど大きくなる。このため本発明の旋光度測定系は特許文献１に示されるような空間型リング干渉系の中に検体を置いてそれに左右両周りの直交偏光を伝搬させリングの外でその位相差を検出する方式に比べて本質的に高感度である。
【００４０】
図３のマルチパス光学系は対向コリメータセットを３個用いた３パスの例が示されているが４パスで実験した例を以下に示す。対向コリメータセットの対向距離は１パス当たり１０ｃｍとした。このような４パス光学系によって呼気凝縮液のグルコース濃度が十分な精度で計測できることを以下に示す。なお試作した偏光変換対向コリメータセットの幅は４ｍｍであり４個並べると１６ｍｍである。セルの深さ（図３で紙面に垂直方向の寸法）は２ｍｍとした。検体は呼気凝縮液でその容積は３ｃｃとした。
【００４１】
非特許文献２によれば健常者の呼気凝縮液に含まれるグルコースの濃度は血液のグルコース濃度（０．１ｇ／ｄＬ）のおよそ７％である。セル長が１０ｍｍの場合、グルコース濃度が０．１ｇ／ｄＬの場合、リング光路を両方向に伝搬する位相差は０．０１度である。
【００４２】
従って呼気凝縮液の場合にはその７％であるので位相差は０．０００７度となる。発明者の実験ではセル総長は４０ｃｍであるのでトータルの位相差は０．０２８度となって現行の光ファイバジャイロを応用した本発明に係る一実施の形態例の旋光度測定装置で十分な精度で測定できる。
【００４３】
本実施の形態例の実験における損失レベルはおおよそ以下の通りであった。
光源出力：〜１ｍＷ
光干渉計損失：〜１０ｄＢ（カップラ６ｄＢ，偏光子３ｄＢ，その外１ｄＢ）
偏光変換対向コリメータセット4個分：１６ｄＢ
全体で２６ｄＢとなり受光レベルは２５μＷであった。
【００４４】
ここで位相変調方式の光ファイバジャイロでθ＝０．０００１度の位相変化を測定するのに必要な受信部のＳ／Ｎを考察する。
変調度が最大に設定された場合、Ｓ／Ｎは非特許文献３に示されるように、近似的に次式で表される。
【００４５】
【数１】
ここにＰｒは受光光パワー、ｅは電子の電荷(１．６ｘ１０−１９)、Bは受信帯域幅（積分時間に逆比例）である。
この式に、θ＝０．０００１ 度, Ｐｒ＝１μＷ, Ｂ＝０．１Ｈｚ（１０秒）を代入するとＳ／Ｎ〜１０が得られる。
【００４６】
上記は位相差 ０．０００１ 度を十分なＳ／Ｎで測定するには受光パワーＰｒがおよそ１ μＷ あればよいことを意味する。実際には２５μＷが受光できており、呼気凝縮液のグルコース濃度から得られる位相差０．０２８度をその１％程度の精度で計測できる。
【００４７】
本実施の形態例の旋光度測定装置および旋光度測定方法は医療やバイオ分野における超微量の旋光度測定装置として用いて大きな効果を発揮することができる。
【００４８】
旋光性を有するが旋光角が小さい検体の旋光度を高い精度で測定するには測定系における検体以外の部分の直交する円偏光の位相差の変動を（損失を）できるだけ小さくすることが好ましい。
【００４９】
図３で用いたアレイ型旋光度測定用光学系２４では、それを構成する信号光の光路上において、偏光変換対向コリメータセット１内の光路は対向するコリメータ間においてはそこに挿入する検体によって信号光の光路が偏光される場合を除いて信号光の光路を変更する手段を設けておらず、したがってその周囲の温度変化による測定精度への影響は最小限に抑えられており、さらに隣り合う偏光変換対向コリメータセット１間の接続は接続用の光ファイバを用いており、コーナーキューブを用いて光路接続を行う場合の反射によって発生する円偏光の偏光状態の変動が低減されて極めて高い精度で検体の旋光角を測定することができる。
【００５０】
図２、図３ではアレイ状に配置した複数個の偏光変換対向コリメータセットの接続用の光ファイバによるを隣り合った偏光変換対向コリメータセット間で行っているが、光ファイバの曲がりの曲率半径を大きくするために、たとえば、１つ間隔を置おいて接続したり、ある１つの偏光変換対向コリメータセットの右側の端部から隣の偏光変換対向コリメータセットの左側の端部に接続したりというように、隣り合った端部間の接続を避けることができる。
【００５１】
また、アレイ状に配置する配置方法を、図２や図３のように平面的に配置せずに、たとえば２×２の立体的に配置し、偏光変換対向コリメータセット間の接続ファイバの曲がりの曲率半径を大きくし、光の漏れを防ぐこともできる。
【００５２】
また、アレイ状に配置した複数個の偏光変換対向コリメータセットのうちの少なくとも２つのコリメータセットの少なくとも一方の光ファイバとの接続部を光コネクタ方式にすることにより、例えば図２に示したアレイ型旋光度測定用光学系や図３に示したアレイ型マルチパス旋光度測定装置の構成自由度を高め、損失が少なく、検出感度が高く、使いやすいものにすることができ、使用目的にあった構成の光学系や測定システムを構築することができる。
【００５３】
さらに、光コネクタを内部に短尺光ファイバを有する構成にし、光学的接続における損失の低減を図ることができる。
【００５４】
少なくとも一部の前記光ファイバの前記光コネクタに接続される部分の端部近傍をコア拡大ファイバにすることにより接続に関する損失を低減することができる。また、前記短尺ファイバは端部をコア拡大ファイバにしたものを用いて損失低減を図ることができ、全体を大口径ファイバにすることによりより一層の損失低減を図ることができる。
【００５５】
前記空間的に並列に配置する偏光変換対向コリメータセットの数は３個以上が好ましく、４個が特に好ましい。
【００５６】
本実施の形態例によれば、このようにして無侵襲で測定した検体としての呼気や呼気凝縮液中のグルコース濃度と人体の血液中のグルコース濃度との関係を予め調べておき、その対応表を作成し、それを信号処理回路２２のメモリーに記憶させておき、呼気や呼気凝縮液中のグルコース濃度と対応させて信号処理回路で被検者の健康状態を表示することができる。これは、健康管理上重要な情報を提供する。
【００５７】
以上、本発明に係る一実施の形態例を図面を用いて説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る一旋光度測定装置は、呼気や呼気凝縮液や超微量な旋光性を有する検体の旋光度を高精度に測定できるので医療分野をはじめ健康管理分野、介護分野、食品分野などにおいて広く利用できるものである。特に、無侵襲で血糖値を測定できれば、第１に、採血の痛みから解放されること、第２に、採血しないので衛生的であることに加えて採血器具等を介する病気の感染が防げること、第３に、酵素を使わないので経済的であること、第４に、注射針や酵素などの廃棄物が出ないこと等の大きなメリットがある。
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチパス旋光度測定装置ならびにマルチパス対向コリメータ光学系に関し、例えば、糖分を含む水溶液に含まれる旋光物質の濃度を高精度で測定できるマルチパス旋光度測定装置ならびに旋光度測定システムを構成することができるマルチパス対向コリメータ光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の旋光度測定方法は被測定試料（以下、検体という）に直線偏光を入射し、検体を透過した光のパワーを検光子（アナライザ）で測定して旋光角度を測定するものであるが、この方法では光源のパワーの変動の影響によりたとえば健常者の血糖値である１００ｍｇ／ｄＬ（デシリッタ）の検体に対応する旋光角度である０．００５度を数％の精度で測定することはできない。
【０００３】
従来のもう一つの旋光度測定方法は、特許文献１に示されるような空間型リング干渉系の中に検体を置いて、それに左右両周りの直交偏光を伝搬させ、リング光路の外でその位相差を検出する方法である。この方法は光の位相を変調していないので安定に旋光度あるいは複屈折率を測定できない。
【０００４】
従来のもう一つの旋光度測定法は、非特許文献１に記載されている鉛ガラスのベルデ定数を利用し入射偏光状態を変調し検光子を通過する光の変化をロックインアンプで検出するものである。この方法でセル長が１０ｍｍで６．６ｘ１０-4度という微小な旋光角の測定が可能になっている。しかしこの方法では装置が大掛かりであるということと、鉛ガラスの温度特性の影響を受けやすいという課題がある。またこの方法では検体としての呼気凝縮液に含まれる微弱なグルコース濃度の旋光度測定に必要な０．０００１度以下の精度で旋光角度を計測することはできない。
【０００５】
上記以外の従来の旋光度測定法として特許文献２に記載の方法がある。この旋光度測定法はリング干渉計あるいは光ファイバジャイロスコープのセンシングループのなかにファラデー回転素子を用いた１対の非相反光学系を設け、その中に検体を入れて複屈折率を測定するものである。４分の１波長板を追加すると旋光計となることが記載されている。本方式は上に述べた従来の複屈折率測定法と比較すると小型で低価格で構成でき、測定精度が高精度であるという特徴がある。またこの方法では０．０００１度の精度で旋光角度を計測することができる。
【０００６】
非特許文献２に呼気凝縮液に含まれるグルコースの濃度は健常者の血液に含まれる濃度である０．１ｇ／ｄＬのおよそ７％であることが示されている。すなわち、もしオレンジレーザ光を用いた旋光度測定においては検体長が１ｃｍの場合の旋光度はおよそ０．００５度の７％の０．０００３５度である。これを十分な精度で測定するためにはもう１ケタ下の０．００００３５度程度の測定感度が必要である。従って従来最も高感度な測定方法である特許文献２に記載の測定装置を以てしても呼気の凝縮液に含まれるグルコース濃度を十分な精度で測定することはできない。
【０００７】
以上のようにこれまで光方式で呼気凝縮液や呼気自体に含まれる微小な旋光物質の旋光度を測定する旋光度測定装置は存在しなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３１８１６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４３８０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】横田正幸他、「鉛ガラスファイバ偏光変調器を用いた旋光計」 第３３回光波センシング技術研究会、ＬＳＴ３３−１５，ＰＰ．１１１−１１６，２００４年６月
【非特許文献２】Ｂａｋｅｒ ＥＨ他、Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ，２００７ Ｍａｙ；１０２（５），１９６９−７５，Ｅｐｕｂ ２００７ Ｆｅｂ １５
【非特許文献３】梶岡、於保、「光ファイバジャイロの開発」、第３回光波センシング技術研究会、ＬＳＴ３−９，ＰＰ．５５−６２，１９８９年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は従来の旋光度測定装置の測定感度を大幅に改善した高精度な旋光度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
係る課題を解決するためになされた本発明に係る一発明の実施の形態例の旋光度測定装置および旋光度測定システムに使用することができるマルチパス対向コリメータ光学系の特筆すべき特徴は、検体部分を伝搬する円偏光の偏光状態の変動を極めて少なくなるように構成した、低損失のマルチパスを構成したところにある。
【００１２】
さらに具体的に例をあげて述べれば、課題を解決するためになされた本発明の一例としての第１の発明（以下、発明１という）によるマルチパス対向コリメータ光学系は本発明の旋光度測定システムに使用することができるマルチパス対向コリメータ光学系で、具体的には、信号光が伝搬する偏波面保存光ファイバの出射端にレンズ、偏光子、ファラデー回転素子、４分の１波長板を信号光の光路上に配置した偏光変換コリメータを空間部もしくは検体配置部を介して対向させた偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列にかつ光路的に直列に配置したマルチパス対向コリメータ光学系であって、前記マルチパス対向コリメータ光学系は、前記偏光変換対向コリメータセットの相対向する一方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ１という）から他方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ２という）に向けて出射する信号光の固有偏光モードと前記コリメータ２から出射してコリメータ１に入射する信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であるとともに、コリメータ２においても出射信号光と入射信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であり、前記空間部もしくは検体配置部を伝搬する両方のコリメータから出射される偏光はそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向する偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列に配置し、前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットは、当該信号光の光路における両端部に配置された偏光変換対向コリメータセット（以下、最外端コリメータセットという）の当該信号光の光路の両端に位置する偏光変換コリメータ（以下、最外端コリメータという）を除き、各偏光変換対向コリメータセットの各端部は他の偏光変換対向コリメータセットの端部と接続用の偏光面保存光ファイバによって前記接続用の偏光面保存光ファイバに同一の直線偏光がまた前記空間部もしくは検体配置部に直交する円偏光がそれぞれ逆方向に伝搬するように接続され、前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットが縦続接続され、前記縦続接続され並列に配置された複数の偏光変換対向コリメータセットが作る前記空間部もしくは検体配置部に一つの検体を置くことを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系である。
【００１３】
発明１を展開してなされた本発明の他の一例としての第２の発明（以下、発明２という）によるマルチパス対向コリメータ光学系は、発明１に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセット間の前記接続用の偏光面保存光ファイバの接続相手が当該偏光変換対向コリメータセットに隣接していない偏光変換対向コリメータセットである偏光変換対向コリメータセットを少なくとも１つ有することを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系である。
【００１４】
発明１または２を展開してなされた本発明の更に他の一例としての第３の発明（以下、発明３という）によるマルチパス対向コリメータ光学系は、発明１または２に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセットの数が４個であることを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系である。
【００１５】
課題を解決するためになされた本発明の他の一例としての第４の発明（以下、発明４という）による旋光度測定装置はマルチパス対向コリメータ光学系をリング光路に接続して用いた旋光度測定装置に関する発明で、具体的には、光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラ、偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２のカプラにより分岐した信号光を前記発明１〜３のいずれかに記載の空間部または検体配置部に配置された検体を挟んだマルチパス対向コリメータ光学系の両端と接続することによりリング光路を構成し、リング光路の第２のカプラの近傍に光位相変調器を設け、前記リング光路を両方向に伝搬する信号光を前記第２のカプラ、前記偏光子、前記第１のカプラを介して受光器および信号処理回路に導き、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を前記位相変調信号に同期した信号として抽出し検体の旋光度を測定することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置である。
【００１６】
発明４を展開してなされた本発明の更に他の一例としての第５の発明によるアレイ型マルチパス旋光度測定装置は、発明４に記載のアレイ型マルチパス旋光度測定装置において、前記アレイ型マルチパス旋光度測定装置で測定した血液、血漿、呼気、呼気凝縮液、唾液、その他の体液の旋光度と被検者の血液中の糖質成分情報との対応表を用いて健康情報を表示することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の旋光度測定装置は、検体を透過する光のパスをマルチにし検体の長さを長くすることによって感度を数倍から数１０倍に高めることができるので、呼気に含まれる超微量な旋光物質を検出できる。非特許文献２に示されているように人の呼気の中には血糖値に関連した成分が含まれるので、本発明によって採血することなしに血糖値を推定することができ、糖尿病の人にとっては採血という苦難から解放されるという大きな福音となり、糖尿病予防の観点からの血糖値管理が容易になり、健康管理機器として大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る一実施の形態例に用いる偏光変換対向コリメータセットの構成図である。
【図２】図１の偏光変換対向コリメータセットを空間的に並列に光学的に直列に接続したアレイ型旋光度測定用光学系の構成図である
【図３】本発明に係る一実施の形態例としてのアレイ型マルチパス旋光度測定装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００１９】
１：偏光変換対向コリメータセット
２：検体（溶液）
３−１，３−２：偏波面保存光ファイバ
４−１，４−２：光ファイバコリメータ
５−１，５−２：偏光板
６−１，６−２：ファラデー素子
７−１，７−２：４分の1波長板
８−１，８−２：レンズ
９−１，９−２，９−３：スプライス
【００２０】
１０：右円偏光入射光
１１：右円偏光出射光
１２：左円偏光入射光
１３：左円偏光出射光
１５：ＳＬＤ光源
１６−１，１６−２：カプラ
１７：光ファイバ偏光子
１８−１：リングを構成する偏波面保存光ファイバ１
１８−２：リングを構成する偏波面保存光ファイバ２
１９：光位相変調器
２０−１：右回り直線偏光
２０−２：左回り直線偏光
２１：受光器
２２：信号処理回路
２３：変調信号
２４：マルチパス対向コリメータ光学系
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明に係る一実施の形態例について説明する。なお、説明に用いる各図は本実施の形態例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本実施の形態例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。
【００２２】
また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。場合によっては図中において構成部分の一部に斜線をつけたり塗りつぶしをしたりすることもあるが、これは他の構成部品との区別の都合上便宜的につける場合もあり、必ずしも断面図を意味する斜線ではない場合もある。これらは通常は説明の文章から判断可能である。
【００２３】
また、以下の説明では、説明の重複を避けるため、当業者に容易に理解できる程度において、マルチパス対向コリメータ光学系の説明で本実施の形態例の旋光度測定装置の説明や本実施の形態例の旋光度測定方法の説明を兼ねたり、その逆のこともある。
【００２４】
図１〜図３を用いて本発明に係る一実施の形態例を説明する。図１は偏光変換対向コリメータセットの構成図である。偏光変換対向コリメータセット１はその対向するコリメータ間にある空間部あるいは検体配置部（以下、特に必要な場合を除いて代表して空間部で説明する）に検体２を挿入する構造になっている。
【００２５】
以下その構成を詳細に説明する。偏波面保存光ファイバ３−１の固有偏光軸を伝搬する直線偏光の信号光は、フェルール４−１から出射され、偏光板５−１、４５度ファラデー回転素子６−１、４分の１波長板７−１、レンズ８−１を介して検体２が配置される空間部に右（または左）円偏光として出射される。
【００２６】
同様に偏波面保存光ファイバ３−２の固有偏光軸を伝搬する直線偏光の信号光は、フェルール４−２から出射され、偏光板５−２、４５度ファラデー回転素子６−２、４分の１波長板７−２、レンズ８−２を介して検体２が配置される空間部に左（または右）円偏光として出射される。偏波面保存光ファイバ３−１からレンズ８−１までと偏波面保存光ファイバ３−２からレンズ８−２まではそれぞれ偏光変換コリメータを形成し、全体として偏光変換対向コリメータセット１を形成している。
【００２７】
すなわち、前記空間部に配置された検体２を両方向に伝搬する信号光は互いに直交する円偏光である。もし検体２に旋光性があれば直交する円偏光の間に位相差が発生する。
【００２８】
発生する位相差は旋光度の２倍である。発生する位相差は検体の比旋光度、波長、温度、検体長（光路に沿った検体の長さ）に比例する。発生する位相差が小さい場合には検体長を長くすればよいがセンサー部が大きくなってしまうのに加えて対向コリメータの対向距離が長くなると光軸調整も複雑になる。
【００２９】
図２は図１の偏光変換対向コリメータセット４個を空間的には並列に、光学的には直列に接続したアレイ型旋光度測定用光学系の構成図である。偏光変換対向コリメータセットの両端はスプライス９−１，９−２、９−３によって接続されている。図２において符号１０は右円偏光入射光、１１は右円偏光出射光、１２は左円偏光入射光、１３は左円偏光出射光である。
【００３０】
右円偏光入射光１０は４つの偏光変換コリメータセットと３つの接続部により検体２が配置される空間部をすべて右円偏光として伝搬し、右円偏光出射光１１として出射する。同様に左円偏光として逆の端子から入射した左円偏光入射光１２は４つの偏光変換対向コリメータセットと３つの接続部を経て検体２が配置される空間部をすべて左円偏光として伝搬し、左円偏光出射光１３として出射する。
【００３１】
図３は本発明に係る一実施の形態例としてのアレイ型マルチパス旋光度測定装置の全体構成図である。図３において、波長７８０ｎｍを中心波長とするＳＬＤ光源１５から発せられた信号光としてのレーザ光は信号光の光路に配置された第１の光カプラ１６−１、偏光子１７を介して第２の光カプラ１６−２に導かれ、該第２のカプラ１６−２により偏波面保存光ファイバ１８−１，１８−２にそれぞれ伝搬される直線偏光２０−１、２０−２に分岐される。
【００３２】
これらの分岐光はそれぞれ偏波面保存光ファイバ１８−１，１８−２を伝搬し、図２に示したアレイ型旋光度測定用光学系２４の両端に光学的に接続されることによりリング光路を形成する。偏波面保存光ファイバ１８−１を伝搬する信号光は第２のカプラの近傍に置かれた位相変調器１９によって変調される。
【００３３】
検体２を伝搬しリング光路を両方向に伝搬した信号光は該第２のカプラ１６−２、偏光子１７、第１のカプラ１６−１を介して受光器２１で電気信号に変換される。
【００３４】
信号処理回路２２からは位相変調器１９に２０ＫＨｚの変調信号２３が印加されている。リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を該位相変調信号に同期した信号として抽出し検体の旋光度を測定できる。
【００３５】
図３の構成はいわゆる位相変調方式光ファイバジャイロのリング光路の途中に偏光変換対向コリメータセットのアレイが設置されたものである。位相変調方式光ファイバジャイロは慣性空間におけるリング光路の回角速度を高精度に測定できるが偏光角の回転すなわち旋光度は測定できない。
【００３６】
本実施の形態例のリング光路の中にアレイ型旋光度測定用光学系を設けることによって光ファイバジャイロの高感度特性を維持しつつ旋光度を測定できる。
【００３７】
リング干渉計の光路に使用している偏波面保存光ファイバはコアが楕円のファイバを用いたがいわゆるコアに異方性の応力を印加した構造のファイバも使える。
【００３８】
ここで用いた光ファイバ干渉計では非特許文献３に記載されている光ファイバジャイロに用いられているものと同じ方法を用いた。リングのファイバ長は１００ｍ、位相変調器１９はシリンダー型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子で信号処理回路２２からの約２０ｋＨｚの正弦波変調信号２３で位相変調される。非特許文献３に記載の光ファイバジャイロは、変調器を正弦波で変調し、受光部でその基本波、２倍波、４倍波成分を検出し、基本波と２倍波の振幅比の逆正接（ｔａｎ−１）で位相差を、２倍波、４倍波成分の比で変調度を一定に制御する方式である。
【００３９】
試作したセンサ−の電気出力にはＲＳ２３２Ｃを用いたが市販の変換器でＵＳＢでも出力できる。一般に受光感度は変調度にも依存する。変調度はループを伝搬する光の伝搬時間が長いほど、すなわちループ長が長いほど大きくなる。このため本発明の旋光度測定系は特許文献１に示されるような空間型リング干渉系の中に検体を置いてそれに左右両周りの直交偏光を伝搬させリングの外でその位相差を検出する方式に比べて本質的に高感度である。
【００４０】
図３のマルチパス光学系は対向コリメータセットを３個用いた３パスの例が示されているが４パスで実験した例を以下に示す。対向コリメータセットの対向距離は１パス当たり１０ｃｍとした。このような４パス光学系によって呼気凝縮液のグルコース濃度が十分な精度で計測できることを以下に示す。なお試作した偏光変換対向コリメータセットの幅は４ｍｍであり４個並べると１６ｍｍである。セルの深さ（図３で紙面に垂直方向の寸法）は２ｍｍとした。検体は呼気凝縮液でその容積は３ｃｃとした。
【００４１】
非特許文献２によれば健常者の呼気凝縮液に含まれるグルコースの濃度は血液のグルコース濃度（０．１ｇ／ｄＬ）のおよそ７％である。セル長が１０ｍｍの場合、グルコース濃度が０．１ｇ／ｄＬの場合、リング光路を両方向に伝搬する位相差は０．０１度である。
【００４２】
従って呼気凝縮液の場合にはその７％であるので位相差は０．０００７度となる。発明者の実験ではセル総長は４０ｃｍであるのでトータルの位相差は０．０２８度となって現行の光ファイバジャイロを応用した本発明に係る一実施の形態例の旋光度測定装置で十分な精度で測定できる。
【００４３】
本実施の形態例の実験における損失レベルはおおよそ以下の通りであった。
光源出力：〜１ｍＷ
光干渉計損失：〜１０ｄＢ（カップラ６ｄＢ，偏光子３ｄＢ，その外１ｄＢ）
偏光変換対向コリメータセット4個分：１６ｄＢ
全体で２６ｄＢとなり受光レベルは２５μＷであった。
【００４４】
ここで位相変調方式の光ファイバジャイロでθ＝０．０００１度の位相変化を測定するのに必要な受信部のＳ／Ｎを考察する。
変調度が最大に設定された場合、Ｓ／Ｎは非特許文献３に示されるように、近似的に次式で表される。
【００４５】
【数１】
ここにＰｒは受光光パワー、ｅは電子の電荷(１．６ｘ１０−１９)、Bは受信帯域幅（積分時間に逆比例）である。
この式に、θ＝０．０００１ 度, Ｐｒ＝１μＷ, Ｂ＝０．１Ｈｚ（１０秒）を代入するとＳ／Ｎ〜１０が得られる。
【００４６】
上記は位相差 ０．０００１ 度を十分なＳ／Ｎで測定するには受光パワーＰｒがおよそ１ μＷ あればよいことを意味する。実際には２５μＷが受光できており、呼気凝縮液のグルコース濃度から得られる位相差０．０２８度をその１％程度の精度で計測できる。
【００４７】
本実施の形態例の旋光度測定装置および旋光度測定方法は医療やバイオ分野における超微量の旋光度測定装置として用いて大きな効果を発揮することができる。
【００４８】
旋光性を有するが旋光角が小さい検体の旋光度を高い精度で測定するには測定系における検体以外の部分の直交する円偏光の位相差の変動を（損失を）できるだけ小さくすることが好ましい。
【００４９】
図３で用いたアレイ型旋光度測定用光学系２４では、それを構成する信号光の光路上において、偏光変換対向コリメータセット１内の光路は対向するコリメータ間においてはそこに挿入する検体によって信号光の光路が偏光される場合を除いて信号光の光路を変更する手段を設けておらず、したがってその周囲の温度変化による測定精度への影響は最小限に抑えられており、さらに隣り合う偏光変換対向コリメータセット１間の接続は接続用の光ファイバを用いており、コーナーキューブを用いて光路接続を行う場合の反射によって発生する円偏光の偏光状態の変動が低減されて極めて高い精度で検体の旋光角を測定することができる。
【００５０】
図２、図３ではアレイ状に配置した複数個の偏光変換対向コリメータセットの接続用の光ファイバによるを隣り合った偏光変換対向コリメータセット間で行っているが、光ファイバの曲がりの曲率半径を大きくするために、たとえば、１つ間隔を置おいて接続したり、ある１つの偏光変換対向コリメータセットの右側の端部から隣の偏光変換対向コリメータセットの左側の端部に接続したりというように、隣り合った端部間の接続を避けることができる。
【００５１】
また、アレイ状に配置する配置方法を、図２や図３のように平面的に配置せずに、たとえば２×２の立体的に配置し、偏光変換対向コリメータセット間の接続ファイバの曲がりの曲率半径を大きくし、光の漏れを防ぐこともできる。
【００５２】
また、アレイ状に配置した複数個の偏光変換対向コリメータセットのうちの少なくとも２つのコリメータセットの少なくとも一方の光ファイバとの接続部を光コネクタ方式にすることにより、例えば図２に示したアレイ型旋光度測定用光学系や図３に示したアレイ型マルチパス旋光度測定装置の構成自由度を高め、損失が少なく、検出感度が高く、使いやすいものにすることができ、使用目的にあった構成の光学系や測定システムを構築することができる。
【００５３】
さらに、光コネクタを内部に短尺光ファイバを有する構成にし、光学的接続における損失の低減を図ることができる。
【００５４】
少なくとも一部の前記光ファイバの前記光コネクタに接続される部分の端部近傍をコア拡大ファイバにすることにより接続に関する損失を低減することができる。また、前記短尺ファイバは端部をコア拡大ファイバにしたものを用いて損失低減を図ることができ、全体を大口径ファイバにすることによりより一層の損失低減を図ることができる。
【００５５】
前記空間的に並列に配置する偏光変換対向コリメータセットの数は３個以上が好ましく、４個が特に好ましい。
【００５６】
本実施の形態例によれば、このようにして無侵襲で測定した検体としての呼気や呼気凝縮液中のグルコース濃度と人体の血液中のグルコース濃度との関係を予め調べておき、その対応表を作成し、それを信号処理回路２２のメモリーに記憶させておき、呼気や呼気凝縮液中のグルコース濃度と対応させて信号処理回路で被検者の健康状態を表示することができる。これは、健康管理上重要な情報を提供する。
【００５７】
以上、本発明に係る一実施の形態例を図面を用いて説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る一旋光度測定装置は、呼気や呼気凝縮液や超微量な旋光性を有する検体の旋光度を高精度に測定できるので医療分野をはじめ健康管理分野、介護分野、食品分野などにおいて広く利用できるものである。特に、無侵襲で血糖値を測定できれば、第１に、採血の痛みから解放されること、第２に、採血しないので衛生的であることに加えて採血器具等を介する病気の感染が防げること、第３に、酵素を使わないので経済的であること、第４に、注射針や酵素などの廃棄物が出ないこと等の大きなメリットがある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光が伝搬する偏波面保存光ファイバの出射端にレンズ、偏光子、ファラデー回転素子、４分の１波長板を信号光の光路上に配置した偏光変換コリメータを空間部もしくは検体配置部を介して対向させた偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列にかつ光路的に直列に配置したマルチパス対向コリメータ光学系であって、
前記マルチパス対向コリメータ光学系は、前記偏光変換対向コリメータセットの相対向する一方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ１という）から他方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ２という）に向けて出射する信号光の固有偏光モードと前記コリメータ２から出射してコリメータ１に入射する信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であるとともに、コリメータ２においても出射信号光と入射信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であり、
前記空間部もしくは検体配置部を伝搬する両方のコリメータから出射される偏光はそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向する偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列に配置し、
前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットは、当該信号光の光路における両端部に配置された偏光変換対向コリメータセット（以下、最外端コリメータセットという）の当該信号光の光路の両端に位置する偏光変換コリメータ（以下、最外端コリメータという）を除き、各偏光変換対向コリメータセットの各端部は他の偏光変換対向コリメータセットの端部と接続用の偏光面保存光ファイバによって前記接続用の偏光面保存光ファイバに同一の直線偏光がまた前記空間部もしくは検体配置部に直交する円偏光がそれぞれ逆方向に伝搬するように接続され、
前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットが縦続接続され、前記縦続接続され並列に配置された複数の偏光変換対向コリメータセットが作る前記空間部もしくは検体配置部に一つの検体を置くことを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、
前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセット間の前記接続用の偏光面保存光ファイバの接続相手が当該偏光変換対向コリメータセットに隣接していない偏光変換対向コリメータセットである偏光変換対向コリメータセットを少なくとも１つ有することを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、
前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセットの数が４個であることを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系。
【請求項４】
光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラ、偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２のカプラにより分岐した信号光を請求項１〜３のいずれか１項に記載の空間部または検体配置部に配置された検体を挟んだマルチパス対向コリメータ光学系の両端と接続することによりリング光路を構成し、
リング光路の第２のカプラの近傍に光位相変調器を設け、前記リング光路を両方向に伝搬する信号光を前記第２のカプラ、前記偏光子、前記第１のカプラを介して受光器および信号処理回路に導き、
リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を前記位相変調信号に同期した信号として抽出し検体の旋光度を測定することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアレイ型マルチパス旋光度測定装置において、
前記アレイ型マルチパス旋光度測定装置で測定した血液、血漿、呼気、呼気凝縮液、唾液、その他の体液の旋光度と被検者の血液中の糖質成分情報との対応表を用いて健康情報を表示することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置。
【請求項１】
信号光が伝搬する偏波面保存光ファイバの出射端にレンズ、偏光子、ファラデー回転素子、４分の１波長板を信号光の光路上に配置した偏光変換コリメータを空間部もしくは検体配置部を介して対向させた偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列にかつ光路的に直列に配置したマルチパス対向コリメータ光学系であって、
前記マルチパス対向コリメータ光学系は、前記偏光変換対向コリメータセットの相対向する一方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ１という）から他方の偏光変換コリメータ（以下、コリメータ２という）に向けて出射する信号光の固有偏光モードと前記コリメータ２から出射してコリメータ１に入射する信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であるとともに、コリメータ２においても出射信号光と入射信号光の固有偏光モードは同一の直線偏光であり、
前記空間部もしくは検体配置部を伝搬する両方のコリメータから出射される偏光はそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向する偏光変換対向コリメータセットを複数個空間的に並列に配置し、
前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットは、当該信号光の光路における両端部に配置された偏光変換対向コリメータセット（以下、最外端コリメータセットという）の当該信号光の光路の両端に位置する偏光変換コリメータ（以下、最外端コリメータという）を除き、各偏光変換対向コリメータセットの各端部は他の偏光変換対向コリメータセットの端部と接続用の偏光面保存光ファイバによって前記接続用の偏光面保存光ファイバに同一の直線偏光がまた前記空間部もしくは検体配置部に直交する円偏光がそれぞれ逆方向に伝搬するように接続され、
前記空間的に並列に配置された複数個の対向する偏光変換対向コリメータセットが縦続接続され、前記縦続接続され並列に配置された複数の偏光変換対向コリメータセットが作る前記空間部もしくは検体配置部に一つの検体を置くことを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、
前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセット間の前記接続用の偏光面保存光ファイバの接続相手が当該偏光変換対向コリメータセットに隣接していない偏光変換対向コリメータセットである偏光変換対向コリメータセットを少なくとも１つ有することを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマルチパス対向コリメータ光学系において、
前記空間的に並列に配置された複数個の偏光変換対向コリメータセットの数が４個であることを特徴とするマルチパス対向コリメータ光学系。
【請求項４】
光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラ、偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２のカプラにより分岐した信号光を請求項１〜３のいずれか１項に記載の空間部または検体配置部に配置された検体を挟んだマルチパス対向コリメータ光学系の両端と接続することによりリング光路を構成し、
リング光路の第２のカプラの近傍に光位相変調器を設け、前記リング光路を両方向に伝搬する信号光を前記第２のカプラ、前記偏光子、前記第１のカプラを介して受光器および信号処理回路に導き、
リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を前記位相変調信号に同期した信号として抽出し検体の旋光度を測定することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアレイ型マルチパス旋光度測定装置において、
前記アレイ型マルチパス旋光度測定装置で測定した血液、血漿、呼気、呼気凝縮液、唾液、その他の体液の旋光度と被検者の血液中の糖質成分情報との対応表を用いて健康情報を表示することを特徴とするアレイ型マルチパス旋光度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１１２９０８（Ｐ２０１２−１１２９０８Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４３５５（Ｐ２０１０−２６４３５５）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（３０３０００７７４）株式会社グローバルファイバオプティックス (8)
【出願人】（０００００１９２６）塩野義製薬株式会社 (229)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（３０３０００７７４）株式会社グローバルファイバオプティックス (8)
【出願人】（０００００１９２６）塩野義製薬株式会社 (229)
【Ｆターム（参考）】
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