成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置の制御方法
【課題】本発明は、温度依存性による測定精度の低下を防止し、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る成分濃度測定装置１００は、異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段１１０と、光変調手段１１０で変調された２波の光を合波する光合波手段１２０と、光合波手段で合波された光を被測定物１９９に出射する光出射手段１４０と、被測定物１９９の温度を測定する温度測定手段２００と、光出射手段１４０からの光によって被測定物１９９から発生する光音響信号を検出し、温度測定手段２００が測定する被測定物１９９の温度から被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段１５０と、を備える。
【解決手段】本発明に係る成分濃度測定装置１００は、異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段１１０と、光変調手段１１０で変調された２波の光を合波する光合波手段１２０と、光合波手段で合波された光を被測定物１９９に出射する光出射手段１４０と、被測定物１９９の温度を測定する温度測定手段２００と、光出射手段１４０からの光によって被測定物１９９から発生する光音響信号を検出し、温度測定手段２００が測定する被測定物１９９の温度から被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段１５０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間、動物又は果実等の被測定物の非侵襲な成分濃度測定装置及びその成分濃度測定装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化が進み、成人病に対する対応が大きな課題になりつつある。血糖値などの検査においては血液の採取が必要なために患者にとって大きな負担となるので、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定装置が注目されている。現在までに開発された非侵襲な成分濃度測定装置としては、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子に吸収され、局所的に加熱して熱膨張を起こして生体内から発生する音波を観測する、光音響法が注目されている。
【０００３】
しかし、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射し得る電磁波の強度には制限があり、生体の血糖値測定においては、十分な効果をあげるに至っていない。
【０００４】
図７および図８は、従来例として、光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。図７は光パルスを電磁波として用いた第１の従来例である（例えば、非特許文献１参照。）。本例では血液成分として血糖、すなわちグルコースを測定対象としている。図７において、駆動回路６０４はパルス状の励起電流をパルス光源６１６に供給し、パルス光源６１６はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生し、発生した光パルスは被測定物６１０に照射される。光パルスは被測定物６１０の内部にパルス状の光音響信号と呼ばれる音波を発生させ、発生した音波は超音波検出器６１３により検出され、さらに音圧に比例した電気信号に変換される。
【０００５】
変換された電気信号の波形は波形観測器６２０により観測される。この波形観測器６２０は上記励起電流に同期した信号によりトリガされ、変換された電気信号は波形観測器６２０の管面上の一定位置に表示され、変換された電気信号は積算及び平均して測定することができる。このようにして得られた電気信号の振幅を解析して、被測定物６１０の内部の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図７に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の光パルスを最大１ｋＨｚの繰り返しで発生し、１０２４個の光パルスを平均して、前記電気信号を測定しているが十分な精度が得られていない。
【０００６】
そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第２の従来例が開示されている。図８に第２の従来例の装置の構成を示す（例えば、特許文献１参照。）。本例も血糖を主な測定対象として、異なる波長の複数の光源を用いて、高精度化を試みている。説明の煩雑さを避けるために、図８により光源の数が２の場合の動作を説明する。図８において、異なる波長の光源、即ち、第１の光源６０１及び第２の光源６０５は、それぞれ駆動回路６０４及び駆動回路６０８により駆動され、連続光を出力する。
【０００７】
第１の光源６０１及び第２の光源６０５が出力する光は、モータ６１８により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板６１７により断続される。ここでチョッパ板６１７は不透明な材質により形成され、モータ６１８の軸を中心とする第１の光源６０１及び第２の光源６０５の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。
【０００８】
上記の構成により、第１の光源６０１及び第２の光源６０５の各々が出力する光は互いに素な変調周波数ｆ１及び変調周波数ｆ２で強度変調された後、合波部６０９により合波され、１の光束として被測定物６１０に照射される。
【０００９】
被測定物６１０の内部には第１の光源６０１の光により周波数ｆ１の光音響信号が発生し、第２の光源６０５の光により周波数ｆ２の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ６１９により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器６２１により観測される。本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。
【００１０】
ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。
【特許文献１】特開平１０−１８９号公報
【非特許文献１】オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅｄ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｂｌｏｏｄ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来例においては以下のような課題がある。光音響法による成分濃度の測定では、断続的な光の出射によって被測定物の被出射部位に局所的な温度変化が生じる。被測定物に含まれる測定対象となる成分には温度依存性があるため、被測定物が発生する光音響信号にも温度依存性が生じる。光音響信号の温度依存性によって成分濃度測定装置の測定精度が著しく低下する問題がある。
【００１２】
本発明は、温度依存性による測定精度の低下を防止し、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置及びその成分濃度測定装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明に係る成分濃度測定装置は、被測定物の温度変化を求め、その温度変化に基づいて補正を行うことを特徴とする。
【００１４】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置は、互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段と、前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波する光合波手段と、前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射する光出射手段と、前記被測定物の温度を測定する温度測定手段と、前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段が測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物の局所的な前記温度変化を求め、前記温度変化に基づいて算術的な補正を行うことで、温度依存性による測定精度の低下を防止し、前記被測定物の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００１６】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記温度測定手段は、前記光出射手段からの光を透過させる窓、前記被測定物の温度を測定する温度測定器、及び、前記窓を保持し、前記温度測定器を搭載する窓枠を有し、前記窓枠が内部に固定され、前記窓及び前記温度測定器を収容する筐体をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
上記の成分濃度測定装置は、前記窓が前記被測定物への光の出射を妨げることなく、前記窓を前記被測定物に接触させることが可能となり、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００１８】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓及び前記窓枠は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることが好ましい。
【００１９】
上記の成分濃度測定装置は、前記窓及び前記窓枠が前記被測定物の熱を伝えやすく、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２０】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を反射する光反射膜が、前記光出射手段からの光の光路に交わらないように形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物で反射又は散乱された光が前記窓を透過して前記窓枠に吸収されて発熱する事態を低減でき、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２２】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓は、前記光出射手段からの光を透過する直線偏光板又は光アイソレータが、前記光出射手段からの光の光路に交わるように装着されていることが好ましい。
【００２３】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物で反射又は散乱された光が前記窓を透過して前記窓枠に吸収されて発熱する事態を低減でき、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２４】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓枠は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を吸収する吸光体が装着されていることが好ましい。
【００２５】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物で反射又は散乱された光が前記窓枠に吸収されて発熱する事態を低減でき、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２６】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記光出射手段からの光の光路に交わらないように前記窓の表面を覆い及び／又は前記窓枠の表面を覆う断熱材を備えることが好ましい。
【００２７】
上記の成分濃度測定装置は、前記断熱材が前記窓及び／又は前記窓枠を伝わる熱の影響を低下させ、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る成分濃度測定装置の制御方法は、被測定物の温度変化を求め、その温度変化に基づいて補正を行うことを特徴とする。
【００２９】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置の制御方法は、光変調手段が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調し、光合波手段が前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波し、光出射手段が前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射し、温度測定手段が前記被測定物の温度を測定し、音波検出手段が、前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段で測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行うことを特徴とする。
【００３０】
上記の成分濃度測定装置の制御方法は、前記被測定物の局所的な前記温度変化を求め、前記温度変化に基づいて算術的な補正を行うことで、温度依存性による測定精度の低下を防止し、前記被測定物の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００３１】
本発明に係る成分濃度測定装置の制御方法では、前記温度測定手段が前記被測定物の温度を測定している間、前記温度測定手段を前記被測定物に接触させていることが好ましい。
【００３２】
上記の成分濃度測定装置は、前記温度測定手段を前記被測定物に接触させることで、前記被測定物の温度が前記温度測定手段に伝わりやすくなり、前記温度測定手段が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、温度依存性による測定精度の低下を防止し、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置及びその成分濃度測定装置の制御方法を提供することができる。
【００３４】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、各実施形態に係る成分濃度測定装置において、電源、あるいは全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示せず、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。
【００３５】
図１に、本実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図を示す。本実施形態に係る成分濃度測定装置１００は、互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段１１０と、光変調手段１１０で変調された２波の光を合波する光合波手段１２０と、光合波手段１２０で合波された光を被測定物１９９に出射する光出射手段１４０と、被測定物１９９の温度を測定する温度測定手段２００と、光出射手段１４０からの光によって被測定物１９９から発生する光音響信号を検出し、温度測定手段２００が測定する被測定物１９９の温度から被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段１５０と、を備えることを特徴とする。さらに、図１の光変調手段１１０は、２個の駆動回路１１１ａ，１１１ｂ、２個の光源１１２ａ，１１２ｂ、遅延調整器１１３及び発信器１１４を有する。図１の音波検出手段１５０は、音波検出器１５１、前置増幅器１５２、位相検波増幅器１５３、光音響信号出力端子１５４及び成分濃度算出部１５５を有する。図１の温度測定手段２００は、窓２１０、温度測定器２２０及び温度信号出力端子２３０を有する。
【００３６】
光源１１２としては、例えば、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）がある。ここでは、光源１１２ａ，１１２ｂは、互いに波長が異なり、かつ、被測定物１９９の吸収波長となる光を出力することが好ましい。図１の成分濃度測定装置１００では、光源１１２ａの発振波長が１．３８μｍであり、光源１１２ｂの発振波長が１．６１μｍである。また、光源１１２は、ヒーター又はペルチェ素子で加熱又は冷却することにより出力する光の波長を変化できることが好ましい。光源１１２は、例えば、波長安定度が０．１ｎｍであり、０．１℃単位で光源１１２の温度を安定化できる。
【００３７】
例えば、光源１１２ａに電力を供給する駆動回路１１１ａが光源１１２ａに接続され、光源１１２ｂに電力を供給する駆動回路１１１ｂが光源１１２ｂに接続される。駆動回路１１１は、例えば、５００ｋＨｚの周波数で光源１１２が出力する光を直接変調する。また、発信器１１４は、任意の周波数、例えば、周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚのパルス列を発生させ、これを駆動回路１１１ａ，１１１ｂに出力する。遅延調整器１１３は、例えば、０．１ｎ秒単位の精度で遅延を付与でき、光源１１２ａ，１１２ｂを逆位相で駆動するために、発信器１１４が発生させたパルス列に周期の半分の遅延を付与するように調整する。
【００３８】
光伝搬手段１３０ａは、例えば、光源１１２ａと光合波手段１２０の光入力端子（不図示）との間を接続する。また、光伝搬手段１３０ｂは、例えば、光源１１２ｂと光合波手段１２０の光入力端子との間を接続する。光合波手段１２０としては、例えば、光カプラがある。また、光伝搬手段１３０としては、例えば、光ファイバ又は光導波路がある。
【００３９】
光出射手段１４０は、例えば、光合波手段１２０の光出力端子（不図示）に接続される。ここで、光出射手段１４０は、先端に出射口１４１が装着されることが好ましい。出射口１４１としては、例えば、光ファイバコリメータ、材料がＢＫ７（登録商標）、ＳＦＬ−１１（登録商標）、石英又はサファイアの全反射プリズム、或いは、フェルールがある。
【００４０】
被測定物１９９は、光出射手段１４０から光が光熱変換され、熱が発生する。被測定物１９９としては、人体又は人体の一部、例えば、指がある。被測定物１９９が指であれば、成分濃度測定装置１００は、血液中のグルコースの濃度を測定できる。また、被測定物１９９としては、例えば、実験用ラット、みかん等の果実、或いは、人体又は実験用ラットから採取した採取物もある。被測定物１９９が果実であれば、成分濃度測定装置１００は、果実の糖度、すなわち、果実の甘さを測定できる。
【００４１】
被測定物１９９で発生する熱は、例えば、窓２１０を通じて温度測定器２２０で測定される。温度測定器２２０は、例えば、測定した被測定物１９９の温度を温度信号出力端子２３０に出力する。また、温度信号出力端子２３０には、例えば、成分濃度算出部１５５が接続される。成分濃度算出部１５５は、例えば、温度信号出力端子２３０が出力する温度信号に基づいて被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う。この補正値Ｓ’は、数１で示される。
【００４２】
【数１】
ここで、ｓは光音響信号の強度、χは２波長の光の吸光度差温度係数、及び、ΔＴは被測定物１９９の温度変化である。
【００４３】
光出射手段１４０から光を出射された被測定物１９９は、光音響効果によって光音響信号を発生する。音波検出器１５１は、例えば、被測定物１９９が発生する光音響信号を検出して電気信号に変換する。ここで、音波検出器１５１は、検出感度が最高となる共振周波数を、光変調手段１１０の変調周波数に合せた周波数、例えば、５００ｋＨｚに合せることが好ましい。音波検出器１５１としては、例えば、超音波センサがある。前置増幅器１５２は、例えば、音波検出器１５１からの電気信号を増幅して出力する。位相検波増幅器１５３は、例えば、光変調手段１１０の変調周波数と同一周波数成分となる電気信号を抽出し、光音響信号出力端子１５４に出力する。光音響信号出力端子１５４には、例えば、成分濃度算出部１５５が接続される。成分濃度算出部１５５は、例えば、光音響信号出力端子１５４が出力する電気信号に基づいて被測定物１９９の成分濃度を算出する。被測定物１９９の成分濃度Ｍは、数２で示される。
【００４４】
【数２】
ここで、α（Ｗ）は背景（主に水）の吸光度、α（ｇ）は測定対象となる成分（例えば、血液）の吸光度、ｓ１は１波長の光音響信号の強度、及び、ｓ’は数１の補正値である。
【００４５】
成分濃度測定装置１００は、以下のように制御することができる。本実施形態に係る成分濃度測定装置の制御方法は、光変調手段１１０が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調し、光合波手段１２０が光変調手段１１０で変調された２波の光を合波し、光出射手段１４０が光合波手段１２０で合波された光を被測定物１９９に出射し、温度測定手段２００が被測定物１９９の温度を測定し、音波検出手段１５０が、光出射手段１４０からの光によって被測定物１９９から発生する光音響信号を検出し、温度測定手段２００で測定する被測定物１９９の温度から被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う。以上のように、本実施形態に係る成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置の制御方法は、被測定物１９９の局所的な温度変化を求め、温度変化に基づいて算術的な補正を行うことで、温度依存性による測定精度の低下を防止し、被測定物１９９の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００４６】
ここで、本実施形態に係る成分濃度測定装置の制御方法では、温度測定手段２００が被測定物１９９の温度を測定している間、温度測定手段２００を被測定物１９９に接触させていることが好ましい。図１では、温度測定手段２００の窓２１０を被測定物１９９に接触させている。成分濃度測定装置１００は、温度測定手段２００を被測定物１９９に接触させることで、被測定物１９９の温度が温度測定手段２００に伝わりやすくなり、温度測定手段２００が被測定物１９９の温度をより正確に測定できる。
【００４７】
以下、本実施形態に係る成分濃度測定装置をより詳細に説明する。図２に、筐体を備える形態の成分濃度測定装置の縦断面図を示した。図２に示すように、本実施形態に係る成分濃度測定装置では、温度測定手段は、光出射手段１４０からの光を透過させる窓２１０、被測定物（不図示）の温度を測定する温度測定器２２０、及び、窓２１０を保持し、温度測定器２２０を搭載する窓枠２４０を有し、窓枠２４０が内部に固定され、窓２１０及び温度測定器２２０を収容する筐体３００をさらに備えることが好ましい。筐体３００は、例えば、ネジ３１０及びバネ３２０を有する挟み込み機構３００ｃ及び筐体本体３００ａ，３００ｂからなるプラスチック製のクリップ型筐体である。筐体３００は、例えば、筐体本体３００ａの側に音波検出器１５１を収容し、筐体本体３００ｂの側に光出射手段１４０、窓２１０及び温度測定器２２０を収容する。ネジ３１０を締めることで、筐体本体３００ａ，３００ｂで被測定物を挟み込むことができる。
【００４８】
温度測定器２２０は、窓２１０及び被測定物の近くに配置することが好ましい。温度測定器２２０としては、例えば、白金抵抗体、サーミスタ等の温度センサがある。また、コード２２０ａは、例えば、温度測定器２２０に接続され、温度測定器２２０が測定する温度信号を伝える。光出射手段１４０は、例えば、先端に、出射口１４１としての直角プリズムが装着される。また、コード１５１ａは、例えば、音波検出器１５１に接続され、音波検出器１５１が検出する光音響信号を伝える。
【００４９】
成分濃度測定装置１００は、窓２１０が被測定物への光の出射を妨げることなく、窓２１０を被測定物に接触させることが可能となり、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。このとき、筐体３００から温度測定器２２０をわずかに隆起させることが好ましい。被測定物からの熱伝導を良くでき、被測定物を挟み込みやすく、被測定物を窓２１０により強く押し当てることができる。
【００５０】
本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓２１０及び窓枠２４０は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることが好ましい。このような窓２１０の材料としては、例えば、サファイアがある。また、窓枠２４０の材料としては、アルミ、銅、金又は銀がある。窓２１０及び窓枠２４０として用いる材料の中で熱伝導率が最も高いのは銀であり、銀の熱伝導率は４２０Ｗ／ｍ・Ｋである。また、被測定物が接触してから窓２１０の温度が一定になるまでの時間を短縮するため、窓枠２４０は、体積を小さく、例えば、３ｃｍ３以下にすることが好ましい。成分濃度測定装置１００は、窓２１０及び窓枠２４０が被測定物の熱を伝えやすく、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００５１】
被測定物で反射又は散乱された光が窓２１０を透過すると、窓枠２４０に吸収されて発熱することがある。この熱によって、温度測定器２２０が被測定物の温度を正確に測定できなくなる場合がある。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓２１０は、光出射手段１４０からの光を透過する直線偏光板２５０が、光出射手段１４０からの光の光路に交わるように装着されていることが好ましい。図２では、出射口１４１と窓２１０との間に位置するように直線偏光板２５０を装着している。また、直線偏光板２５０の代わりに光アイソレータ（不図示）を装着しても良く、消光比が最も優れるファラデー回転子を用いた光アイソレータを装着することが好ましい。直線偏光板２５０が被測定物で反射又は散乱された光を透過せず、成分濃度測定装置１００は、被測定物で反射又は散乱された光が窓２１０を透過して窓枠２４０に吸収されて発熱する事態を低減でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００５２】
本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓枠２４０の表面を覆う断熱材２７０を備えることが好ましい。断熱材２７０としては、例えば、筐体３００及び外気からの熱を断熱する特性を有するゴム、繊維又は発泡スチロールがある。成分濃度測定装置１００は、断熱材２７０が窓枠２４０を伝わる熱の影響を低下、例えば、外気或いは被測定物で反射又は散乱された光が窓枠２４０に吸収されて発生した熱を断熱でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。図２は、窓枠２４０の表面を断熱材で覆った場合であるが、光出射手段１４０からの光の光路に交わらないように窓２１０の表面を断熱材２７０で覆っても良い。また、窓枠２４０の表面を断熱材２７０で覆い、かつ、光出射手段１４０からの光の光路に交わらないように窓２１０の表面を断熱材２７０で覆っても良い（不図示）。
【００５３】
図３に、窓枠の縦断面図を示した。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓２１０は、表面に、被測定物で反射又は散乱された光を反射する光反射膜２８０が、光出射手段１４０からの光の光路に交わらないように形成されていることが好ましい。図３では、窓２１０の下面に光反射膜２８０が形成されているが、窓２１０の上面に光反射膜２８０を形成しても良い。光反射膜２８０は、例えば、アルミ、銅、銀又は金等の金属を蒸着して形成できる。光反射膜２８０が被測定物で反射又は散乱された光をさらに反射するので、成分濃度測定装置１００は、被測定物で反射又は散乱された光が窓２１０を透過して窓枠２４０に吸収されて発熱する事態を低減でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００５４】
図４に、窓枠の上面図を示した。例えば、溝２４１を窓枠２４０に設け、温度測定器２２０は、熱伝導性の高い接着剤で溝２４１に接着される。図４では窓２１０の形状が円盤状であるが、特に限定されない。
【００５５】
図５に、吸光体を装着した形態の窓枠の縦断面図を示した。また、図６に、吸光体を装着した形態の窓枠の上面図を示した。本実施形態に係る成分濃度測定装置１００では、窓枠２４０は、表面に、被測定物で反射又は散乱された光を吸収する吸光体２９０が装着されていることが好ましい。吸光体２９０は、例えば、光出射部１４１の下部に位置するように、窓枠２４０の表面に装着される。吸光体２９０としては、例えば、黒色ゴム又は黒色繊維がある。また、吸光体２９０が黒色ゴムの場合は、吸光による熱を窓枠２４０に伝えにくくするため、低熱伝導率を有する発泡ゴムを用いることが好ましい。さらに、窓枠２４０の表面と吸光体２９０との間に断熱材を挟んでも良い（不図示）。吸光体２９０が被測定物で反射又は散乱された光を吸収するので、成分濃度測定装置１００は、被測定物で反射又は散乱された光が窓枠２４０に吸収されて発熱する事態を低減でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る成分濃度測定装置は、日常の健康管理や美容上のチェックに利用することができる。また、人間ばかりでなく、動物についても健康管理に利用することができる。また、本発明に係る成分濃度測定装置は、人間や動物だけではなく、液体中の成分濃度を測定する分野、例えば果実の糖度測定にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】成分濃度測定装置の概略図である。
【図２】筐体を備える形態の成分濃度測定装置の縦断面図である。
【図３】窓枠の縦断面図である。
【図４】窓枠の上面図である。
【図５】吸光体を装着した形態の窓枠の縦断面図である。
【図６】吸光体を装着した形態の窓枠の上面図である。
【図７】従来の光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図８】従来の光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００：成分濃度測定装置
１１０：光変調手段
１１１，１１１ａ，１１１ｂ：駆動回路
１１２，１１２ａ，１１２ｂ：光源
１１３：遅延調整器
１１４：発振器
１２０：光合波手段
１３０，１３０ａ，１３０ｂ：光伝搬手段
１４０：光出射手段
１４１：出射口
１５０：音波検出手段
１５１：音波検出器
１５１ａ、２２０ａ：コード
１５２：前置増幅器
１５３：位相検波増幅器
１５４：光音響信号出力端子
１５５：成分濃度算出部
１９９：被測定物
２００：温度測定手段
２１０：窓
２２０：温度測定器
２３０：温度信号出力端子
２４０：窓枠
２４１：溝
２５０：直線偏光板
２７０：断熱材
２８０：光反射膜
２９０：吸光体
３００：筐体
３００ａ、３００ｂ：筐体本体
３００ｃ：挟み込み機構
３１０：ネジ
３２０：バネ
６０１：第１の光源
６０４：駆動回路
６０５：第２の光源
６０８：駆動回路
６０９：合波部
６１０：被測定物
６１３：超音波検出器
６１６：パルス光源
６１７：チョッパ板
６１８：モータ
６１９：音響センサ
６２０：波形観測器
６２１：周波数解析器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間、動物又は果実等の被測定物の非侵襲な成分濃度測定装置及びその成分濃度測定装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化が進み、成人病に対する対応が大きな課題になりつつある。血糖値などの検査においては血液の採取が必要なために患者にとって大きな負担となるので、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定装置が注目されている。現在までに開発された非侵襲な成分濃度測定装置としては、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子に吸収され、局所的に加熱して熱膨張を起こして生体内から発生する音波を観測する、光音響法が注目されている。
【０００３】
しかし、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射し得る電磁波の強度には制限があり、生体の血糖値測定においては、十分な効果をあげるに至っていない。
【０００４】
図７および図８は、従来例として、光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。図７は光パルスを電磁波として用いた第１の従来例である（例えば、非特許文献１参照。）。本例では血液成分として血糖、すなわちグルコースを測定対象としている。図７において、駆動回路６０４はパルス状の励起電流をパルス光源６１６に供給し、パルス光源６１６はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生し、発生した光パルスは被測定物６１０に照射される。光パルスは被測定物６１０の内部にパルス状の光音響信号と呼ばれる音波を発生させ、発生した音波は超音波検出器６１３により検出され、さらに音圧に比例した電気信号に変換される。
【０００５】
変換された電気信号の波形は波形観測器６２０により観測される。この波形観測器６２０は上記励起電流に同期した信号によりトリガされ、変換された電気信号は波形観測器６２０の管面上の一定位置に表示され、変換された電気信号は積算及び平均して測定することができる。このようにして得られた電気信号の振幅を解析して、被測定物６１０の内部の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図７に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の光パルスを最大１ｋＨｚの繰り返しで発生し、１０２４個の光パルスを平均して、前記電気信号を測定しているが十分な精度が得られていない。
【０００６】
そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第２の従来例が開示されている。図８に第２の従来例の装置の構成を示す（例えば、特許文献１参照。）。本例も血糖を主な測定対象として、異なる波長の複数の光源を用いて、高精度化を試みている。説明の煩雑さを避けるために、図８により光源の数が２の場合の動作を説明する。図８において、異なる波長の光源、即ち、第１の光源６０１及び第２の光源６０５は、それぞれ駆動回路６０４及び駆動回路６０８により駆動され、連続光を出力する。
【０００７】
第１の光源６０１及び第２の光源６０５が出力する光は、モータ６１８により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板６１７により断続される。ここでチョッパ板６１７は不透明な材質により形成され、モータ６１８の軸を中心とする第１の光源６０１及び第２の光源６０５の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。
【０００８】
上記の構成により、第１の光源６０１及び第２の光源６０５の各々が出力する光は互いに素な変調周波数ｆ１及び変調周波数ｆ２で強度変調された後、合波部６０９により合波され、１の光束として被測定物６１０に照射される。
【０００９】
被測定物６１０の内部には第１の光源６０１の光により周波数ｆ１の光音響信号が発生し、第２の光源６０５の光により周波数ｆ２の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ６１９により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器６２１により観測される。本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。
【００１０】
ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。
【特許文献１】特開平１０−１８９号公報
【非特許文献１】オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅｄ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｂｌｏｏｄ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来例においては以下のような課題がある。光音響法による成分濃度の測定では、断続的な光の出射によって被測定物の被出射部位に局所的な温度変化が生じる。被測定物に含まれる測定対象となる成分には温度依存性があるため、被測定物が発生する光音響信号にも温度依存性が生じる。光音響信号の温度依存性によって成分濃度測定装置の測定精度が著しく低下する問題がある。
【００１２】
本発明は、温度依存性による測定精度の低下を防止し、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置及びその成分濃度測定装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明に係る成分濃度測定装置は、被測定物の温度変化を求め、その温度変化に基づいて補正を行うことを特徴とする。
【００１４】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置は、互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段と、前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波する光合波手段と、前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射する光出射手段と、前記被測定物の温度を測定する温度測定手段と、前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段が測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物の局所的な前記温度変化を求め、前記温度変化に基づいて算術的な補正を行うことで、温度依存性による測定精度の低下を防止し、前記被測定物の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００１６】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記温度測定手段は、前記光出射手段からの光を透過させる窓、前記被測定物の温度を測定する温度測定器、及び、前記窓を保持し、前記温度測定器を搭載する窓枠を有し、前記窓枠が内部に固定され、前記窓及び前記温度測定器を収容する筐体をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
上記の成分濃度測定装置は、前記窓が前記被測定物への光の出射を妨げることなく、前記窓を前記被測定物に接触させることが可能となり、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００１８】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓及び前記窓枠は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることが好ましい。
【００１９】
上記の成分濃度測定装置は、前記窓及び前記窓枠が前記被測定物の熱を伝えやすく、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２０】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を反射する光反射膜が、前記光出射手段からの光の光路に交わらないように形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物で反射又は散乱された光が前記窓を透過して前記窓枠に吸収されて発熱する事態を低減でき、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２２】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓は、前記光出射手段からの光を透過する直線偏光板又は光アイソレータが、前記光出射手段からの光の光路に交わるように装着されていることが好ましい。
【００２３】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物で反射又は散乱された光が前記窓を透過して前記窓枠に吸収されて発熱する事態を低減でき、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２４】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記窓枠は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を吸収する吸光体が装着されていることが好ましい。
【００２５】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物で反射又は散乱された光が前記窓枠に吸収されて発熱する事態を低減でき、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２６】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記光出射手段からの光の光路に交わらないように前記窓の表面を覆い及び／又は前記窓枠の表面を覆う断熱材を備えることが好ましい。
【００２７】
上記の成分濃度測定装置は、前記断熱材が前記窓及び／又は前記窓枠を伝わる熱の影響を低下させ、前記温度測定器が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００２８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る成分濃度測定装置の制御方法は、被測定物の温度変化を求め、その温度変化に基づいて補正を行うことを特徴とする。
【００２９】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置の制御方法は、光変調手段が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調し、光合波手段が前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波し、光出射手段が前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射し、温度測定手段が前記被測定物の温度を測定し、音波検出手段が、前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段で測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行うことを特徴とする。
【００３０】
上記の成分濃度測定装置の制御方法は、前記被測定物の局所的な前記温度変化を求め、前記温度変化に基づいて算術的な補正を行うことで、温度依存性による測定精度の低下を防止し、前記被測定物の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００３１】
本発明に係る成分濃度測定装置の制御方法では、前記温度測定手段が前記被測定物の温度を測定している間、前記温度測定手段を前記被測定物に接触させていることが好ましい。
【００３２】
上記の成分濃度測定装置は、前記温度測定手段を前記被測定物に接触させることで、前記被測定物の温度が前記温度測定手段に伝わりやすくなり、前記温度測定手段が前記被測定物の温度をより正確に測定できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、温度依存性による測定精度の低下を防止し、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置及びその成分濃度測定装置の制御方法を提供することができる。
【００３４】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、各実施形態に係る成分濃度測定装置において、電源、あるいは全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示せず、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。
【００３５】
図１に、本実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図を示す。本実施形態に係る成分濃度測定装置１００は、互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段１１０と、光変調手段１１０で変調された２波の光を合波する光合波手段１２０と、光合波手段１２０で合波された光を被測定物１９９に出射する光出射手段１４０と、被測定物１９９の温度を測定する温度測定手段２００と、光出射手段１４０からの光によって被測定物１９９から発生する光音響信号を検出し、温度測定手段２００が測定する被測定物１９９の温度から被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段１５０と、を備えることを特徴とする。さらに、図１の光変調手段１１０は、２個の駆動回路１１１ａ，１１１ｂ、２個の光源１１２ａ，１１２ｂ、遅延調整器１１３及び発信器１１４を有する。図１の音波検出手段１５０は、音波検出器１５１、前置増幅器１５２、位相検波増幅器１５３、光音響信号出力端子１５４及び成分濃度算出部１５５を有する。図１の温度測定手段２００は、窓２１０、温度測定器２２０及び温度信号出力端子２３０を有する。
【００３６】
光源１１２としては、例えば、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）がある。ここでは、光源１１２ａ，１１２ｂは、互いに波長が異なり、かつ、被測定物１９９の吸収波長となる光を出力することが好ましい。図１の成分濃度測定装置１００では、光源１１２ａの発振波長が１．３８μｍであり、光源１１２ｂの発振波長が１．６１μｍである。また、光源１１２は、ヒーター又はペルチェ素子で加熱又は冷却することにより出力する光の波長を変化できることが好ましい。光源１１２は、例えば、波長安定度が０．１ｎｍであり、０．１℃単位で光源１１２の温度を安定化できる。
【００３７】
例えば、光源１１２ａに電力を供給する駆動回路１１１ａが光源１１２ａに接続され、光源１１２ｂに電力を供給する駆動回路１１１ｂが光源１１２ｂに接続される。駆動回路１１１は、例えば、５００ｋＨｚの周波数で光源１１２が出力する光を直接変調する。また、発信器１１４は、任意の周波数、例えば、周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚのパルス列を発生させ、これを駆動回路１１１ａ，１１１ｂに出力する。遅延調整器１１３は、例えば、０．１ｎ秒単位の精度で遅延を付与でき、光源１１２ａ，１１２ｂを逆位相で駆動するために、発信器１１４が発生させたパルス列に周期の半分の遅延を付与するように調整する。
【００３８】
光伝搬手段１３０ａは、例えば、光源１１２ａと光合波手段１２０の光入力端子（不図示）との間を接続する。また、光伝搬手段１３０ｂは、例えば、光源１１２ｂと光合波手段１２０の光入力端子との間を接続する。光合波手段１２０としては、例えば、光カプラがある。また、光伝搬手段１３０としては、例えば、光ファイバ又は光導波路がある。
【００３９】
光出射手段１４０は、例えば、光合波手段１２０の光出力端子（不図示）に接続される。ここで、光出射手段１４０は、先端に出射口１４１が装着されることが好ましい。出射口１４１としては、例えば、光ファイバコリメータ、材料がＢＫ７（登録商標）、ＳＦＬ−１１（登録商標）、石英又はサファイアの全反射プリズム、或いは、フェルールがある。
【００４０】
被測定物１９９は、光出射手段１４０から光が光熱変換され、熱が発生する。被測定物１９９としては、人体又は人体の一部、例えば、指がある。被測定物１９９が指であれば、成分濃度測定装置１００は、血液中のグルコースの濃度を測定できる。また、被測定物１９９としては、例えば、実験用ラット、みかん等の果実、或いは、人体又は実験用ラットから採取した採取物もある。被測定物１９９が果実であれば、成分濃度測定装置１００は、果実の糖度、すなわち、果実の甘さを測定できる。
【００４１】
被測定物１９９で発生する熱は、例えば、窓２１０を通じて温度測定器２２０で測定される。温度測定器２２０は、例えば、測定した被測定物１９９の温度を温度信号出力端子２３０に出力する。また、温度信号出力端子２３０には、例えば、成分濃度算出部１５５が接続される。成分濃度算出部１５５は、例えば、温度信号出力端子２３０が出力する温度信号に基づいて被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う。この補正値Ｓ’は、数１で示される。
【００４２】
【数１】
ここで、ｓは光音響信号の強度、χは２波長の光の吸光度差温度係数、及び、ΔＴは被測定物１９９の温度変化である。
【００４３】
光出射手段１４０から光を出射された被測定物１９９は、光音響効果によって光音響信号を発生する。音波検出器１５１は、例えば、被測定物１９９が発生する光音響信号を検出して電気信号に変換する。ここで、音波検出器１５１は、検出感度が最高となる共振周波数を、光変調手段１１０の変調周波数に合せた周波数、例えば、５００ｋＨｚに合せることが好ましい。音波検出器１５１としては、例えば、超音波センサがある。前置増幅器１５２は、例えば、音波検出器１５１からの電気信号を増幅して出力する。位相検波増幅器１５３は、例えば、光変調手段１１０の変調周波数と同一周波数成分となる電気信号を抽出し、光音響信号出力端子１５４に出力する。光音響信号出力端子１５４には、例えば、成分濃度算出部１５５が接続される。成分濃度算出部１５５は、例えば、光音響信号出力端子１５４が出力する電気信号に基づいて被測定物１９９の成分濃度を算出する。被測定物１９９の成分濃度Ｍは、数２で示される。
【００４４】
【数２】
ここで、α（Ｗ）は背景（主に水）の吸光度、α（ｇ）は測定対象となる成分（例えば、血液）の吸光度、ｓ１は１波長の光音響信号の強度、及び、ｓ’は数１の補正値である。
【００４５】
成分濃度測定装置１００は、以下のように制御することができる。本実施形態に係る成分濃度測定装置の制御方法は、光変調手段１１０が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調し、光合波手段１２０が光変調手段１１０で変調された２波の光を合波し、光出射手段１４０が光合波手段１２０で合波された光を被測定物１９９に出射し、温度測定手段２００が被測定物１９９の温度を測定し、音波検出手段１５０が、光出射手段１４０からの光によって被測定物１９９から発生する光音響信号を検出し、温度測定手段２００で測定する被測定物１９９の温度から被測定物１９９の温度変化を求め、温度変化に基づいて補正を行う。以上のように、本実施形態に係る成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置の制御方法は、被測定物１９９の局所的な温度変化を求め、温度変化に基づいて算術的な補正を行うことで、温度依存性による測定精度の低下を防止し、被測定物１９９の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００４６】
ここで、本実施形態に係る成分濃度測定装置の制御方法では、温度測定手段２００が被測定物１９９の温度を測定している間、温度測定手段２００を被測定物１９９に接触させていることが好ましい。図１では、温度測定手段２００の窓２１０を被測定物１９９に接触させている。成分濃度測定装置１００は、温度測定手段２００を被測定物１９９に接触させることで、被測定物１９９の温度が温度測定手段２００に伝わりやすくなり、温度測定手段２００が被測定物１９９の温度をより正確に測定できる。
【００４７】
以下、本実施形態に係る成分濃度測定装置をより詳細に説明する。図２に、筐体を備える形態の成分濃度測定装置の縦断面図を示した。図２に示すように、本実施形態に係る成分濃度測定装置では、温度測定手段は、光出射手段１４０からの光を透過させる窓２１０、被測定物（不図示）の温度を測定する温度測定器２２０、及び、窓２１０を保持し、温度測定器２２０を搭載する窓枠２４０を有し、窓枠２４０が内部に固定され、窓２１０及び温度測定器２２０を収容する筐体３００をさらに備えることが好ましい。筐体３００は、例えば、ネジ３１０及びバネ３２０を有する挟み込み機構３００ｃ及び筐体本体３００ａ，３００ｂからなるプラスチック製のクリップ型筐体である。筐体３００は、例えば、筐体本体３００ａの側に音波検出器１５１を収容し、筐体本体３００ｂの側に光出射手段１４０、窓２１０及び温度測定器２２０を収容する。ネジ３１０を締めることで、筐体本体３００ａ，３００ｂで被測定物を挟み込むことができる。
【００４８】
温度測定器２２０は、窓２１０及び被測定物の近くに配置することが好ましい。温度測定器２２０としては、例えば、白金抵抗体、サーミスタ等の温度センサがある。また、コード２２０ａは、例えば、温度測定器２２０に接続され、温度測定器２２０が測定する温度信号を伝える。光出射手段１４０は、例えば、先端に、出射口１４１としての直角プリズムが装着される。また、コード１５１ａは、例えば、音波検出器１５１に接続され、音波検出器１５１が検出する光音響信号を伝える。
【００４９】
成分濃度測定装置１００は、窓２１０が被測定物への光の出射を妨げることなく、窓２１０を被測定物に接触させることが可能となり、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。このとき、筐体３００から温度測定器２２０をわずかに隆起させることが好ましい。被測定物からの熱伝導を良くでき、被測定物を挟み込みやすく、被測定物を窓２１０により強く押し当てることができる。
【００５０】
本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓２１０及び窓枠２４０は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることが好ましい。このような窓２１０の材料としては、例えば、サファイアがある。また、窓枠２４０の材料としては、アルミ、銅、金又は銀がある。窓２１０及び窓枠２４０として用いる材料の中で熱伝導率が最も高いのは銀であり、銀の熱伝導率は４２０Ｗ／ｍ・Ｋである。また、被測定物が接触してから窓２１０の温度が一定になるまでの時間を短縮するため、窓枠２４０は、体積を小さく、例えば、３ｃｍ３以下にすることが好ましい。成分濃度測定装置１００は、窓２１０及び窓枠２４０が被測定物の熱を伝えやすく、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００５１】
被測定物で反射又は散乱された光が窓２１０を透過すると、窓枠２４０に吸収されて発熱することがある。この熱によって、温度測定器２２０が被測定物の温度を正確に測定できなくなる場合がある。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓２１０は、光出射手段１４０からの光を透過する直線偏光板２５０が、光出射手段１４０からの光の光路に交わるように装着されていることが好ましい。図２では、出射口１４１と窓２１０との間に位置するように直線偏光板２５０を装着している。また、直線偏光板２５０の代わりに光アイソレータ（不図示）を装着しても良く、消光比が最も優れるファラデー回転子を用いた光アイソレータを装着することが好ましい。直線偏光板２５０が被測定物で反射又は散乱された光を透過せず、成分濃度測定装置１００は、被測定物で反射又は散乱された光が窓２１０を透過して窓枠２４０に吸収されて発熱する事態を低減でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００５２】
本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓枠２４０の表面を覆う断熱材２７０を備えることが好ましい。断熱材２７０としては、例えば、筐体３００及び外気からの熱を断熱する特性を有するゴム、繊維又は発泡スチロールがある。成分濃度測定装置１００は、断熱材２７０が窓枠２４０を伝わる熱の影響を低下、例えば、外気或いは被測定物で反射又は散乱された光が窓枠２４０に吸収されて発生した熱を断熱でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。図２は、窓枠２４０の表面を断熱材で覆った場合であるが、光出射手段１４０からの光の光路に交わらないように窓２１０の表面を断熱材２７０で覆っても良い。また、窓枠２４０の表面を断熱材２７０で覆い、かつ、光出射手段１４０からの光の光路に交わらないように窓２１０の表面を断熱材２７０で覆っても良い（不図示）。
【００５３】
図３に、窓枠の縦断面図を示した。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、窓２１０は、表面に、被測定物で反射又は散乱された光を反射する光反射膜２８０が、光出射手段１４０からの光の光路に交わらないように形成されていることが好ましい。図３では、窓２１０の下面に光反射膜２８０が形成されているが、窓２１０の上面に光反射膜２８０を形成しても良い。光反射膜２８０は、例えば、アルミ、銅、銀又は金等の金属を蒸着して形成できる。光反射膜２８０が被測定物で反射又は散乱された光をさらに反射するので、成分濃度測定装置１００は、被測定物で反射又は散乱された光が窓２１０を透過して窓枠２４０に吸収されて発熱する事態を低減でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【００５４】
図４に、窓枠の上面図を示した。例えば、溝２４１を窓枠２４０に設け、温度測定器２２０は、熱伝導性の高い接着剤で溝２４１に接着される。図４では窓２１０の形状が円盤状であるが、特に限定されない。
【００５５】
図５に、吸光体を装着した形態の窓枠の縦断面図を示した。また、図６に、吸光体を装着した形態の窓枠の上面図を示した。本実施形態に係る成分濃度測定装置１００では、窓枠２４０は、表面に、被測定物で反射又は散乱された光を吸収する吸光体２９０が装着されていることが好ましい。吸光体２９０は、例えば、光出射部１４１の下部に位置するように、窓枠２４０の表面に装着される。吸光体２９０としては、例えば、黒色ゴム又は黒色繊維がある。また、吸光体２９０が黒色ゴムの場合は、吸光による熱を窓枠２４０に伝えにくくするため、低熱伝導率を有する発泡ゴムを用いることが好ましい。さらに、窓枠２４０の表面と吸光体２９０との間に断熱材を挟んでも良い（不図示）。吸光体２９０が被測定物で反射又は散乱された光を吸収するので、成分濃度測定装置１００は、被測定物で反射又は散乱された光が窓枠２４０に吸収されて発熱する事態を低減でき、温度測定器２２０が被測定物の温度をより正確に測定できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る成分濃度測定装置は、日常の健康管理や美容上のチェックに利用することができる。また、人間ばかりでなく、動物についても健康管理に利用することができる。また、本発明に係る成分濃度測定装置は、人間や動物だけではなく、液体中の成分濃度を測定する分野、例えば果実の糖度測定にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】成分濃度測定装置の概略図である。
【図２】筐体を備える形態の成分濃度測定装置の縦断面図である。
【図３】窓枠の縦断面図である。
【図４】窓枠の上面図である。
【図５】吸光体を装着した形態の窓枠の縦断面図である。
【図６】吸光体を装着した形態の窓枠の上面図である。
【図７】従来の光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図８】従来の光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００：成分濃度測定装置
１１０：光変調手段
１１１，１１１ａ，１１１ｂ：駆動回路
１１２，１１２ａ，１１２ｂ：光源
１１３：遅延調整器
１１４：発振器
１２０：光合波手段
１３０，１３０ａ，１３０ｂ：光伝搬手段
１４０：光出射手段
１４１：出射口
１５０：音波検出手段
１５１：音波検出器
１５１ａ、２２０ａ：コード
１５２：前置増幅器
１５３：位相検波増幅器
１５４：光音響信号出力端子
１５５：成分濃度算出部
１９９：被測定物
２００：温度測定手段
２１０：窓
２２０：温度測定器
２３０：温度信号出力端子
２４０：窓枠
２４１：溝
２５０：直線偏光板
２７０：断熱材
２８０：光反射膜
２９０：吸光体
３００：筐体
３００ａ、３００ｂ：筐体本体
３００ｃ：挟み込み機構
３１０：ネジ
３２０：バネ
６０１：第１の光源
６０４：駆動回路
６０５：第２の光源
６０８：駆動回路
６０９：合波部
６１０：被測定物
６１３：超音波検出器
６１６：パルス光源
６１７：チョッパ板
６１８：モータ
６１９：音響センサ
６２０：波形観測器
６２１：周波数解析器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波する光合波手段と、
前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射する光出射手段と、
前記被測定物の温度を測定する温度測定手段と、
前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段が測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段と、を備える成分濃度測定装置。
【請求項２】
前記温度測定手段は、前記光出射手段からの光を透過させる窓、前記被測定物の温度を測定する温度測定器、及び、前記窓を保持し、前記温度測定器を搭載する窓枠を有し、
前記窓枠が内部に固定され、前記窓及び前記温度測定器を収容する筐体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定装置。
【請求項３】
前記窓及び前記窓枠は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の成分濃度測定装置。
【請求項４】
前記窓は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を反射する光反射膜が、前記光出射手段からの光の光路に交わらないように形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の成分濃度測定装置。
【請求項５】
前記窓は、前記光出射手段からの光を透過する直線偏光板又は光アイソレータが、前記光出射手段からの光の光路に交わるように装着されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項６】
前記窓枠は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を吸収する吸光体が装着されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項７】
前記光出射手段からの光の光路に交わらないように前記窓の表面を覆い及び／又は前記窓枠の表面を覆う断熱材を備えることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項８】
光変調手段が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調し、
光合波手段が前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波し、
光出射手段が前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射し、
温度測定手段が前記被測定物の温度を測定し、
音波検出手段が、前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段で測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行う成分濃度測定装置の制御方法。
【請求項９】
前記温度測定手段が前記被測定物の温度を測定している間、前記温度測定手段を前記被測定物に接触させていることを特徴とする請求項８に記載の成分濃度測定装置の制御方法。
【請求項１】
互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波する光合波手段と、
前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射する光出射手段と、
前記被測定物の温度を測定する温度測定手段と、
前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段が測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行う音波検出手段と、を備える成分濃度測定装置。
【請求項２】
前記温度測定手段は、前記光出射手段からの光を透過させる窓、前記被測定物の温度を測定する温度測定器、及び、前記窓を保持し、前記温度測定器を搭載する窓枠を有し、
前記窓枠が内部に固定され、前記窓及び前記温度測定器を収容する筐体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定装置。
【請求項３】
前記窓及び前記窓枠は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の成分濃度測定装置。
【請求項４】
前記窓は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を反射する光反射膜が、前記光出射手段からの光の光路に交わらないように形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の成分濃度測定装置。
【請求項５】
前記窓は、前記光出射手段からの光を透過する直線偏光板又は光アイソレータが、前記光出射手段からの光の光路に交わるように装着されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項６】
前記窓枠は、表面に、前記被測定物で反射又は散乱された光を吸収する吸光体が装着されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項７】
前記光出射手段からの光の光路に交わらないように前記窓の表面を覆い及び／又は前記窓枠の表面を覆う断熱材を備えることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項８】
光変調手段が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調し、
光合波手段が前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波し、
光出射手段が前記光合波手段で合波された光を被測定物に出射し、
温度測定手段が前記被測定物の温度を測定し、
音波検出手段が、前記光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出し、前記温度測定手段で測定する前記被測定物の温度から前記被測定物の温度変化を求め、前記温度変化に基づいて補正を行う成分濃度測定装置の制御方法。
【請求項９】
前記温度測定手段が前記被測定物の温度を測定している間、前記温度測定手段を前記被測定物に接触させていることを特徴とする請求項８に記載の成分濃度測定装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１２５５４２（Ｐ２００８−１２５５４２Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１０２４２（Ｐ２００６−３１０２４２）
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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