(57)【要約】【課題】  糖尿病の治療、あるいは予防のためには、従来採血して血糖値を測定しなければならなかったヒトの血糖値を、簡単な方法で、無侵襲で高精度に推定できる新規な旋光度測定装置及び測定方法を提供すること。【解決手段】  ＥＢＣ生成機構とＥＢＣ収集機構と検体の旋光性に基づき直交円偏光に発生する位相差を高精度に測定することによって検体の血糖値を高精度に推定する光学系部分をハイブリッド化する方法を採用することにより、被検者の負担を少なくして、無侵襲で、簡単にヒトの血糖値を高い精度で推定できる測定装置、測定方法を開発して課題を解決した。【選択図】図１
2012070646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋光度測定光学系を有し、それを用いて検体の旋光度を測定することができる旋光度測定装置であって、前記旋光度測定装置は、呼気から呼気凝縮液（以下、ＥＢＣという）を生成するＥＢＣ生成部と前記ＥＢＣ生成部で生成したＥＢＣを収集するＥＢＣ収集部とＥＢＣ収集部から検体部へのＥＢＣ液送系と前記旋光度測定光学系および信号処理系を有しており、前記旋光度測定光学系はリング光路の一部にリング光路の一部を構成するように挿入した検体配置部を有する光リング干渉系を有しており、前記光リング干渉系は前記リン光路に挿入され前記検体配置部を挟んで対向配置された対向偏光変換光学系を有しており、前記リング光路は、前記ＥＢＣ収集部で収集したＥＢＣを前記検体配置部に配置した検体セルに収納して検体として配置した時に、前記検体配置部に配置した前記検体に、互いに異なる方向に進行し、かつ、互いに直交する円偏光を前記検体の前記互いに異なる二つの方向から入射させることができるとともに、前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されており、前記光リング干渉系は前記検体に起因して生じる前記互いに直交する円偏光の位相差を測定することによって前記検体に含まれるグルコースに関する情報を測定することができる光学計測部を有していることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２】
請求項1に記載の旋光度測定装置において、前記検体がリング干渉系のリング光路の途中に挿入された対向偏光変換光学系の対向レンズ間に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の旋光度測定装置において、前記対向偏光変換光学系は、光ファイバの端面の近傍の光路上で光ファイバ端面と前記検体の間に少なくともレンズと偏光子と、一方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって時計回りまたは反時計回りに所定角度だけ回転させ、当該偏光面回転素子の他方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって前記一方の側から入射させた場合とは逆方向に所定角度だけ回転させるように作用する非相反素子である偏光面回転素子と、４分の１波長板が配置されている光ファイバ光学系が光路上で前記検体配置部を挟んで対向している対向光ファイバ光学系であることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の旋光度測定装置において、前記リング干渉計のリング光路すなわちループ光路上において、前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループを構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光面回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復しダブルパスを形成していることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の旋光度測定装置において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項６】
請求項３に記載の旋光度測定装置において、前記リング光路すなわちループ光路を構成する光ファイバが偏波面保存光ファイバで、前記対向偏光変換光学系は、前記検体配置部に配置した前記検体に、互いに異なる方向に進行し、かつ、互いに直交する円偏光を前記検体の前記互いに異なる二つの方向から入射させることができ、前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されているとともに、前記対向配置された双方の偏光変換光学系の間に光路上において前記検体配置部を挟んで互いに対向するように配置され信号光が前記検体配置部の検体に信号光を複数回入出射させるマルチパス対向コリメータ光学系を有しており、前記マルチパス対向コリメータ光学系は、対向する偏波面保存光ファイバの各先端部にレンズ、偏光子、非相反偏光面回転素子、偏光変換素子を含む構成のコリメータの対の間に、光路変更手段を有する光学部を設けてマルチパスを形成していることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の旋光度測定装置において、前記光路変更手段を有する光学部が対向して配置された多重反射光学部を有していることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の旋光度測定装置において、前記多重反射光学部が偏光条件保存手段を有している多層膜ミラーであることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置がＥＢＣを含む前記検体を前記検体配置部に配置した場合と前記検体の代わりに純水または濃度が既知のグルコース溶液を前記検体配置部に配置した場合との前記互いに直交する円偏光の位相差の変化を測定することによって前記ＥＢＣに含まれるグルコースに関する情報を得ることができることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１０】
請求項1〜９のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は前記位相差と血糖値濃度もしくはグルコース濃度とを対応させることができる対応データテーブルを有していることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の旋光度測定装置において、前記対応データテーブルが装置の入力部からおよび／あるいは装置の外部からおよび／あるいはプログラムによって変更することができることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１２】
請求項３〜１１のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記偏光面回転素子がファラデー回転素子であることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記対向偏光変換光学系が対向偏光変換コリメータ光学系であることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の旋光度測定装置において、前記対向偏光変換コリメータは、偏波面保存光ファイバの出射端にレンズと偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板を配置した偏光変換コリメータを検体部を挟んで信号光の光路において対向させて配置した光学系（以下、対向偏光変換コリメータセットという）を１つ以上用いており、前記対向偏光変換コリメータセットでは両端の前記偏波面保存光ファイバから出射される信号光が同一の固有直線偏光モードであり、前記検体部を伝搬するように両方のコリメータから出射される偏光がそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向偏光変換コリメータであることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は、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、主として偏波面保存光ファイバから成るリング光路の途中に前記対向偏光変換コリメータ光学系を接続して構成したリング光路に当該リング光路を両方向に伝搬する信号光として分岐し、前記リング光路の第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前記信号光を前記第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、前記リング光路を両方向に伝搬する信号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して検体の糖濃度を推定することを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記第１のカプラが光サーキュレータであることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置が前記検体部の伝搬信号光に対する角度を微調整する機構部を有していることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記検体配置部の信号光が透過する検体部分の体積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記検体セルが、両端のガラス板がオプティカルコンタクトで検体セルに接着され、ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有するガラスのセルであり、前記ＥＢＣ注入口は当該検体セルにＥＢＣを供給するパイプの最端部に、前記ＥＢＣ排出口は当該検体セルからＥＢＣを排出するパイプの最端部にそれぞれ信号光の光路に垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記検体セルが、両端のガラス板が接着剤で固定されたＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有したプラスチックのセルであり、前記ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口が前記パイプの最端部にかつ信号光の光路に対してほぼ垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記検体セルのＥＢＣ注入口は前記ＥＢＣ排出口よりセルの壁面の中央部に近い位置に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記検体セルのＥＢＣ排出口の圧力をＥＢＣ注入口に対して減圧状態にする手段を有することを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記検体セルのＥＢＣを収納する容積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記ＥＢＣ生成部は呼気を通過させるパイプと前記パイプ内の呼気を０度Ｃから５度Ｃの温度範囲で冷却する冷却手段を有しておりＥＢＣ収集部までＥＢＣが流動するプラスチックパイプを配置していることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は、前記ＥＢＣ収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間がプラスティックパイプで結ばれており、前記収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間の容積が予め一定量に設定され前記容積を考慮してＥＢＣ収集部のＥＢＣを前記検体を収納するガラスパイプまで液送するように構成されていることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２６】
左右両回り光の位相差を測定する光ファイバリング干渉計を用いて検体の旋光を測定することができる旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は、その構成要素として、少なくとも、光源からの光をリング光路に分岐する光カプラと、前記リング光路すなわちループ光路を構成する偏波面保存光ファイバと、位相変調手段と、前記リング干渉計のループ光路の途中に配置された検体を配置する検体配置部を有しており、前記リング干渉計のループ光路上において前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループを構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に互いに直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、前記全反射ミラーで反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復してダブルパスを形成し、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を測定することによって前記検体の旋光度を測定することを特徴とするダブルパス旋光度測定装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の旋光度測定装置において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項２８】
呼気から呼気凝縮液（以下、ＥＢＣという）を生成するＥＢＣ生成部と前記ＥＢＣ生成部で生成したＥＢＣを収集するＥＢＣ収集部とＥＢＣ収集部から検体部への液送系および旋光度測定光学系および信号処理系を有する旋光度測定システムを用いて検体の旋光度を測定することができる旋光度測定方法であって、前記旋光度測定方法は前記ＥＢＣ生成部とＥＢＣ収集部を用いてＥＢＣを収集する工程と、前記液送系を介して検体配置部に検体としてのＥＢＣを供給する工程と前記旋光度測定光学系を用いて検体の旋光度を測定する工程を有しており、前記旋光度測定光学系はリング光路の一部にリング光路の一部を構成するように挿入した検体配置部を有する光リング干渉系を有しており、前記旋光度測定光学系の前記リング光路は、前記ＥＢＣ収集部で収集したＥＢＣを前記検体配置部に配置した検体セルに収納して検体として配置した時に、前記検体配置部に配置した当該検体に互いに異なる方向に進行し、かつ、互いに直交する円偏光を前記検体の互いに異なる二つの方向から入射させることができるとともに前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されており、前記光リング干渉系は前記検体に起因して生じる前記互いに直交する円偏光の位相差を測定することによって前記検体に含まれるグルコースに関する情報を測定することができる光学計測部を有していることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の旋光度測定方法において、前記旋光度測定光学系がＥＢＣを含む前記検体を前記検体配置部に配置した場合と前記検体の代わりに純水または濃度が既知のグルコース溶液を前記検体配置部に配置した場合との前記互いに直交する円偏光の位相差の変化を測定することによって前記ＥＢＣに含まれるグルコースに関する情報を得ることができる光学系であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３０】
請求項２８または２９に記載の旋光度測定方法において、旋光度測定方法が前記位相差と血糖値濃度もしくはグルコース濃度とを対応させることができる対応データテーブルを用いる工程を有していることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の旋光度測定方法において、前記対応データテーブルを変更することができる変更手段を用いることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３２】
請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記光学系は前記検体がリング干渉系のリング光路の途中に挿入された対向偏光変換光学系の対向レンズ間に配置されている光学系であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３３】
請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換光学系は、光ファイバの端面の近傍の光路上で光ファイバ端面と前記検体の間に少なくともレンズと偏光子と、一方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって時計回りまたは反時計回りに所定角度だけ回転させ、当該偏光面回転素子の他方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって前記一方の側から入射させた場合とは逆方向に所定角度だけ回転させるように作用する非相反素子である偏光面回転素子と、４分の１波長版が配置されている光ファイバ光学系が光路上で前記検体配置部を挟んで対向している対向光ファイバ光学系であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の旋光度測定方法において、前記偏光面回転素子がファラデー回転素子であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３５】
請求項２８〜３４のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換光学系が対向偏光変換コリメータ光学系であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換コリメータは、偏波面保存光ファイバの出射端にレンズと偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板を配置した偏光変換コリメータを検体部を挟んで信号光の光路において対向させて配置した光学系（以下、対向偏光変換コリメータセットという）を１つ以上用いており、前記対向偏光変換コリメータセットでは両端の前記偏波面保存光ファイバから出射される信号光が同一の固有直線偏光モードであり、前記検体部を伝搬するように両方のコリメータから出射される偏光がそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向偏光変換コリメータであることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３７】
請求項２８〜３６のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記旋光度測定光学系は、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、主として偏波面保存光ファイバから成るリング光路の途中に前記対向偏光変換コリメータ光学系を接続して構成したリング光路に当該リング光路を両方向に伝搬する信号光として分岐し、前記リング光路の第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前記信号光を前記第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、前記リング光路を両方向に伝搬する信号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して検体の糖濃度を推定するができる光学系であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３８】
請求項２８〜３７のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記第１のカプラが光サーキュレータであることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項３９】
請求項２８〜３８のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、旋光度測定光学系が前記検体部の伝搬信号光に対する角度を微調整する機構部を有していることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４０】
請求項２８〜３９のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、旋光度測定光学系は、前記検体配置部の信号光が透過する検体部分の体積が０．１ｃｃ以下である光学系であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４１】
請求項２８〜４０のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記検体セルが、両端のガラス板がオプティカルコンタクトで検体セルに接着され、ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有するガラスのセルであり、前記ＥＢＣ注入口は当該検体セルにＥＢＣを供給するパイプの最端部に、前記ＥＢＣ排出口は当該検体セルからＥＢＣを排出するパイプの最端部にそれぞれ信号光の光路に垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４２】
請求項２８〜４１のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記検体セルが、両端のガラス板が接着剤で固定されたＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有したプラスチックのセルであり、前記ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口が前記パイプの最端部にかつ信号光の光路に対してほぼ垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４３】
請求項２８〜４２のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記検体セルのＥＢＣ注入口は前記ＥＢＣ排出口よりセルの壁面の中央部に近い位置に配置されていることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４４】
請求項２８〜４３のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記検体セルのＥＢＣ排出口の圧力をＥＢＣ注入口に対して減圧状態にする手段を有することを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４５】
請求項２８〜４４のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記検体セルのＥＢＣを収納する容積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４６】
請求項２８〜４５のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記ＥＢＣ生成部は呼気を通過させるパイプと前記パイプ内の呼気を０度Ｃから５度Ｃの温度範囲で冷却する冷却手段を有しておりＥＢＣ収集部までＥＢＣが流動するプラスチックパイプを配置していることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４７】
請求項２８〜４６のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記旋光度測定システムが、前記ＥＢＣ収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間がプラスティックパイプで結ばれており、前記収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間の容積が予め一定量に設定され前記容積を考慮してＥＢＣ収集部のＥＢＣを前記検体を収納するガラスパイプまで液送するように構成されていることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４８】
請求項２８〜４７のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換光学系は、前記検体配置部に配置した前記検体に、互いに異なる方向に進行し、かつ、互いに直交する円偏光を前記検体の前記互いに異なる二つの方向から入射させることができ、前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されているとともに、前記対向配置された双方の偏光変換光学系の間に光路上において前記検体配置部を挟んで互いに対向するように配置され信号光が前記検体配置部の検体に信号光を複数回入出射させるマルチパス対向コリメータ光学系を有しており、前記マルチパス対向コリメータ光学系は、対向する偏波面保存光ファイバの各先端部にレンズ、偏光子、非相反偏光面回転素子、偏光変換素子を含む構成のコリメータの対の間に、光路変更手段を有する光学部を設けてマルチパスを形成していることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項４９】
請求項４８に記載の旋光度測定方法において、前記光路変更手段を有する光学部が対向して配置された多重反射光学部を有していることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項５０】
請求項４９に記載の旋光度測定方法において、前記多重反射光学部が偏光条件保存手段を有している多層膜ミラーであることを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項５１】
請求項２８〜４７のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記リング干渉計のループ光路上において、前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループを構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光面回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復しダブルパスを形成していることを特徴ととする旋光度測定方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の旋光度測定方法において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項５３】
呼気から呼気凝縮液（以下、ＥＢＣという）を生成するＥＢＣ生成部と前記ＥＢＣ生成部で生成したＥＢＣを収集するＥＢＣ収集部とＥＢＣ収集部から検体部への液送系および旋光度測定光学系および信号処理系を有する旋光度測定システムを用いて検体の旋光度を測定することができる旋光度測定方法であって、前記旋光度測定方法は前記ＥＢＣ生成部とＥＢＣ収集部を用いてＥＢＣを収集する工程と、前記液送系を介して検体配置部に検体としてのＥＢＣを供給する工程と前記旋光度測定光学系を用いて検体の旋光度を測定する工程を有しており、前記旋光度測定システムは、その構成要素として、少なくとも、光源からの光をリング光路に分岐する光カプラと、前記リング光路すなわちループ光路を構成する偏波面保存光ファイバと、位相変調手段と、前記リング干渉計のループ光路の途中に配置された検体を配置する検体配置部を有しており、前記リング干渉計のループ光路上において前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループを構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に互いに直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、前記全反射ミラーで反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復してダブルパスを形成し、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を測定することによって前記検体の旋光度を測定することを特徴とするダブルパス旋光度測定方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の旋光度測定方法において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項５５】
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の旋光度測定光学系の特徴を有する旋光度測定光学系。
【請求項５６】
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の旋光度測定装置に用いることができる検体セルにおいて、前記検体セルのＥＢＣ注入口は前記ＥＢＣ排出口よりセルの壁面の中央部に近い位置に配置されていることを特徴とする旋光度測定用の検体セル。
【請求項５７】
請求項５６に記載の旋光度測定用の検体セルにおいて、前記検体セルのＥＢＣ排出口の圧力をＥＢＣ注入口に対して減圧状態にする手段を有することを特徴とする旋光度測定用の検体セル。
【請求項５８】
請求項５６または５７に記載の旋光度測定用の検体セルにおいて、前記検体セルのＥＢＣを収納する容積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定用の検体セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気や呼気を含む溶液（以下、呼気を含む溶液を呼気凝縮液またはＥＢＣ（Ｅｘｈａｌｄ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅの略称）ともいう）に含まれる旋光物質のように微量の旋光物質を含有する液体物質の濃度を高精度に測定できる旋光度測定装置および旋光度測定システムに用い得る旋光度測定方法、旋光度測定光学系、旋光度測定用の検体セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、糖尿病患者あるいは糖尿病予備群といわれる人々の増加傾向が社会的に大きな問題になっている。これらの人々の多くは、血糖値の管理をし、治療や予防措置を行っている。血糖値の測定は、現在、病院において必要に応じて採血し、試薬を用いた化学的方法により血糖値を測定している。【０００３】
血糖値がある程度以上の患者の場合、１日に複数回の採血、測定が必要になる。血糖値測定のための採血は、被測定者にとって多大な苦痛である上に、経済的負担が大きいなど多くの課題を有している。そのため、無侵襲での血糖値測定の実現に向けて、その測定装置の開発に多くの試みがなされてきた。その代表的といえる方法が光学的旋光度測定方法を用いるものである。【０００４】
従来の光学的旋光度測定方法は、被測定試料に直線偏光を入射させ、試料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）に対応する旋光角度である０．００５度を精度よく測定することができない。【０００５】
従来の他の光学的旋光度測定方法は、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試料を置いて、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式である。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することはできない。【０００６】
従来のさらに別の旋光度測定方法は、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。この方法でセル長を１０ｍｍにすると０．０００６６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になること、鉛ガラスの温度特性の影響を受けやすいことなどの課題がある。また、この方法では本発明者が実現を目指す呼気凝縮液に含まれる微小なグルコース濃度の測定に必要な０．０００１度以下の精度で旋光角度を測定することができない。【０００７】
上記以外の従来の旋光度測定方法として、本発明者が提案した特許文献２に記載の方法がある。この方法は、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、その中に被測定試料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。この方式は、上に述べた従来の旋光度測定方法と比較すると小型で、低価格で構成でき、高精度で測定できるという特徴がある。この方法によれば、検体の長さが１０ｍｍで０．０００１度の精度で旋光角度を計測することができる。しかし、特許文献２にはＥＢＣを測定するという発想が無く、検体の光学系における配置方法などを含めた具体的な測定方法に関する何らの記載もない。【０００８】
一方、非特許文献２には呼気凝縮液に含まれるグルコース濃度は、健常者で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、オレンジレーザ光を用いた旋光度測定においては、検体の長さが１０ｃｍの場合には旋光度が０．００３５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０．０００３５度オーダの測定感度が必要である。従って、従来の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もっ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かった。【０００９】
採血することなく血糖値を推定するもう一つの試みとしての光学的な方法として、生体に光を照射しその散乱光の強度のスペクトルを測定する方法が提案されているが、この方法では皮膚表面の状態に測定結果が依存し、安定して測定することができない。また、体温の０．１度Ｃ程度の変化で０．１ｇ／ｄＬの変動が発生する。このため、この方法は現在まで実用化されていない。【００１０】
以上の如く、これまで光学方式で呼気凝縮液に含まれる微少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いのみならず、開発しようとの発想すらされていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【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】
【００１２】
【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】
【００１３】
前記事情に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、糖尿病の治療、あるいは予防のために、従来は採血して血糖値を測定しなければならなかったヒトの血糖値を、簡単な方法で、無侵襲で高精度に推定できる新規な旋光度測定装置、旋光度測定システムに用い得る旋光度測定方法、旋光度測定光学系、旋光度測定用の検体セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、ヒトの血糖値を無侵襲で高精度に推定することができる旋光度測定装置、旋光度測定方法、旋光度測定光学系の実現を図るため、詳細な検討を行った結果、従来は到底不可能と考えられていたヒトの呼気中のグルコース濃度を高精度に測定することの可能性を見出し、ＥＢＣ生成機構とＥＢＣ収集機構と検体の旋光性に基づき互いに異なる方向に進行する直交円偏光に発生する位相差を高精度に測定することによって検体の血糖値を高精度に推定することができる光学系部分とをハイブリッド化する方法を採用することにより、被検者の負担を少なくして、簡単にヒトの血糖値を高い精度で推定できる測定装置、測定方法を開発して課題を解決した。以下、本発明の課題を解決するための手段を詳細に説明する。【００１５】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第１の発明（以下、発明１という）は、旋光度測定光学系を有し、それを用いて検体の旋光度を測定することができる旋光度測定装置及び／又は旋光度測定システム（以下、旋光度測定装置として説明する）の発明で、前記旋光度測定装置は、呼気から呼気凝縮液（以下、ＥＢＣという）を生成するＥＢＣ生成部と前記ＥＢＣ生成部で生成したＥＢＣを収集するＥＢＣ収集部とＥＢＣ収集部から検体部へのＥＢＣ液送系と前記旋光度測定光学系および信号処理系を有しており、前記旋光度測定光学系はリング光路の一部にリング光路の一部を構成するように挿入した検体配置部を有する光リング干渉系を有しており、前記リング光路は、前記ＥＢＣ収集部で収集したＥＢＣを前記検体配置部に配置した検体セルに収納して検体として配置した時に、前記検体配置部に配置した前記検体に、互いに異なる方向に進行しかつ互いに直交する円偏光を前記検体の前記互いに異なる二つの方向から入射させることができるとともに、前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されており、前記光リング干渉系は前記検体に起因して生じる前記互いに直交する円偏光の位相差を測定することによって前記検体に含まれるグルコースに関する情報を測定することができる光学計測部を有していることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。なお、本発明でいう旋光度測定システムは、旋光度測定装置の説明に含まれるその実質的な構成要素を組み合わせて旋光度測定装置と同様の機能を有する測定系を構築したものを意味する。【００１６】
発明１を展開してなされた本発明の例としての第２の発明（以下、発明２という）は、発明１に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置がＥＢＣを含む前記検体を前記検体配置部に配置した場合と前記検体の代わりに純水または濃度が既知のグルコース溶液を前記検体配置部に配置した場合との前記互いに直交する円偏光の位相差の変化を測定することによって前記ＥＢＣに含まれるグルコースに関する情報を得ることができることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００１７】
発明１または２を展開してなされた本発明の例としての第３の発明（以下、発明３という）は、発明1または２に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は前記位相差と血糖値濃度もしくはグルコース濃度とを対応させることができる対応データテーブルを記憶部あるいは装置が参照できるところに有していることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００１８】
発明３を展開してなされた本発明の例としての第４の発明（以下、発明４という）は、発明３に記載の旋光度測定装置において、前記対応データテーブルが装置の入力部からおよび／あるいは装置の外部からおよび／あるいはプログラムによって変更することができるように構成および／あるいは配置されていることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００１９】
発明１〜４を展開してなされた本発明の例としての第５の発明（以下、発明５という）は、発明1〜４のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記検体がリング干渉系のリング光路の途中に挿入された対向偏光変換光学系の対向レンズ間に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２０】
発明１〜５を展開してなされた本発明の例としての第６の発明（以下、発明６という）は、発明１〜５のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記対向偏光変換光学系は、光ファイバの端面の近傍の光路上で光ファイバ端面と前記検体の間に少なくともレンズと偏光子と、一方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって時計回りまたは反時計回りに所定角度だけ回転させ、当該偏光面回転素子の他方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって前記一方の側から入射させた場合とは逆方向に所定角度だけ回転させるように作用する非相反素子である偏光面回転素子と、４分の１波長板が配置されている光ファイバ光学系が光路上で前記検体配置部を挟んで対向している対向光ファイバ光学系であることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２１】
発明６を展開してなされた本発明の例としての第７の発明（以下、発明７という）は、発明６に記載の旋光度測定装置において、前記偏光面回転素子がファラデー回転素子であることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２２】
発明１〜７を展開してなされた本発明の例としての第８の発明（以下、発明８という）は、発明１〜７のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記対向偏光変換光学系が対向偏光変換コリメータ光学系であることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２３】
発明８を展開してなされた本発明の例としての第９の発明（以下、発明９という）は、発明８に記載の旋光度測定装置において、前記対向偏光変換コリメータは、偏波面保存光ファイバの出射端にレンズと偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板を配置した偏光変換コリメータを検体部を挟んで信号光の光路において対向させて配置した光学系（以下、対向偏光変換コリメータセットという）を１つ以上用いており、前記対向偏光変換コリメータセットでは両端の前記偏波面保存光ファイバから出射される信号光が同一の固有直線偏光モードであり、前記検体部を伝搬するように両方のコリメータから出射される偏光がそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向偏光変換コリメータであることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２４】
発明１〜９を展開してなされた本発明の例としての第１０の発明（以下、発明１０という）は、発明１〜９のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は、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、主として偏波面保存光ファイバから成るリング光路の途中に前記対向偏光変換コリメータ光学系を接続して構成したリング光路に当該リング光路を両方向に伝搬する信号光として分岐し、前記リング光路の第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前記信号光を前記第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、前記リング光路を両方向に伝搬する信号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して検体の糖濃度を推定することを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２５】
発明１〜１０を展開してなされた本発明の例としての第１１の発明（以下、発明１１という）は、発明１〜１０のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記第１のカプラが光サーキュレータであることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２６】
発明１〜１１を展開してなされた本発明の例としての第１２の発明（以下、発明１２という）は、発明１〜１１のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置が前記検体部の伝搬信号光に対する角度を微調整する機構部を有していることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２７】
発明１〜１２を展開してなされた本発明の例としての第１３の発明（以下、発明１３という）は、発明１〜１２のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記検体配置部の信号光が透過する検体部分の体積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２８】
発明１〜１３を展開してなされた本発明の例としての第１４の発明（以下、発明１４という）は、発明１〜１３のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記検体セルが、両端のガラス板がオプティカルコンタクトで検体セルに接着され、ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有するガラスのセルであり、前記ＥＢＣ注入口は当該検体セルにＥＢＣを供給するパイプの最端部に、前記ＥＢＣ排出口は当該検体セルからＥＢＣを排出するパイプの最端部にそれぞれ信号光の光路に垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００２９】
発明１〜１３を展開してなされた本発明の例としての第１５の発明（以下、発明１５という）は、発明１〜１３のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記検体セルが、両端のガラス板が接着剤で固定されたＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有したプラスチックのセルであり、前記ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口が前記パイプの最端部にかつ信号光の光路に対してほぼ垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３０】
発明１〜１５を展開してなされた本発明の例としての第１６の発明（以下、発明１６という）は、発明１〜１５のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記検体セルのＥＢＣ注入口は前記ＥＢＣ排出口よりセルの壁面の中央部に近い位置に配置されていることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３１】
発明１〜１６を展開してなされた本発明の例としての第１７の発明（以下、発明１７という）は、発明１〜１６のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記検体セルのＥＢＣ排出口の圧力をＥＢＣ注入口に対して減圧状態にする手段を有することを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３２】
発明１〜１７を展開してなされた本発明の例としての第１８の発明（以下、発明１８という）は、発明１〜１７のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、前記検体セルのＥＢＣを収納する容積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３３】
発明１〜１８を展開してなされた本発明の例としての第１９の発明（以下、発明１９という）は、発明１〜１８のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記ＥＢＣ生成部は呼気を通過させるパイプと前記パイプ内の呼気を０度Ｃから５度Ｃの温度範囲で冷却する冷却手段を有しておりＥＢＣ収集部までＥＢＣが流動するプラスチックパイプを配置していることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３４】
発明１９を展開してなされた本発明の例としての第２０の発明（以下、発明２０という）は、発明１９に記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は、前記ＥＢＣ収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間がプラスティックパイプで結ばれており、前記収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間の容積が予め一定量に設定され前記容積を考慮してＥＢＣ収集部のＥＢＣを前記検体を収納するガラスパイプまで液送するように構成されていることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３５】
発明１〜２０を展開してなされた本発明の例としての第２１の発明（以下、発明２１という）は、発明１〜２０のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記対向偏光変換光学系は、前記検体配置部に配置した前記検体に、互いに異なる方向に進行し、かつ、互いに直交する円偏光を前記検体の前記互いに異なる二つの方向から入射させることができ、前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されているとともに、前記対向配置された双方の偏光変換光学系の間に光路上において前記検体配置部を挟んで互いに対向するように配置され信号光が前記検体配置部の検体に信号光を複数回入出射させるマルチパス対向コリメータ光学系を有しており、前記マルチパス対向コリメータ光学系は、対向する偏波面保存光ファイバの各先端部にレンズ、偏光子、非相反偏光面回転素子、偏光変換素子を含む構成のコリメータの対の間に、光路変更手段を有する光学部を設けてマルチパスを形成していることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３６】
発明２１を展開してなされた本発明の例としての第２２の発明（以下、発明２２という）は、発明２１に記載の旋光度測定装置において、前記光路変更手段を有する光学部が対向して配置された多重反射光学部を有していることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３７】
発明２２を展開してなされた本発明の例としての第２３の発明（以下、発明２３という）は、発明１９に記載の旋光度測定装置において、前記多重反射光学部が偏光条件保存手段を有している多層膜ミラーであることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３８】
発明１〜２０を展開してなされた本発明の例としての第２４の発明（以下、発明２４という）は、発明１〜２０のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記リング干渉計のループ光路上において、前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループ光路を構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光面回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復しダブルパスを形成していることを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００３９】
発明２４を展開してなされた本発明の例としての第２５の発明（以下、発明２５という）は、発明２４に記載の旋光度測定装置において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００４０】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第２６の発明（以下、発明２６という）は、左右両回り光の位相差を測定する光ファイバリング干渉計を用いて検体の旋光を測定することができる旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は、その構成要素として、少なくとも、光源からの光をリング光路に分岐する光カプラと、前記リング光路すなわちループ光路を構成する偏波面保存光ファイバと、位相変調手段と、前記リング干渉計のループ光路の途中に配置された検体を配置する検体配置部を有しており、前記リング干渉計のループ光路上において前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループを構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に互いに直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、前記全反射ミラーで反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復してダブルパスを形成し、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を測定することによって前記検体の旋光度を測定することを特徴とするダブルパス旋光度測定装置の発明である。
【００４１】
発明２６を展開してなされた本発明の例としての第２７の発明（以下、発明２７という）は、発明２６に記載の旋光度測定装置において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定装置の発明である。【００４２】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第２８の発明（以下、発明２８という）は、呼気からＥＢＣを生成するＥＢＣ生成部と前記ＥＢＣ生成部で生成したＥＢＣを収集するＥＢＣ収集部とＥＢＣ収集部から検体部への液送系および旋光度測定光学系および信号処理系を有する旋光度測定システムを用いて検体の旋光度を測定することができる旋光度測定方法の発明で、前記旋光度測定方法は前記ＥＢＣ生成部とＥＢＣ収集部を用いてＥＢＣを収集する工程と、前記液送系を介して検体配置部に検体としてのＥＢＣを供給する工程と前記旋光度測定光学系を用いて検体の旋光度を測定する工程を有しており、前記旋光度測定光学系はリング光路の一部にリング光路の一部を構成するように挿入した検体配置部を有する光リング干渉系を有しており、前記旋光度測定光学系の前記リング光路は、前記ＥＢＣ収集部で収集したＥＢＣを前記検体配置部に配置した検体セルに収納して検体として配置した時に、前記検体配置部に配置した当該検体に互いに異なる方向に進行し、かつ、互いに直交する円偏光を前記検体の互いに異なる二つの方向から入射させることができるとともに前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されており、前記光リング干渉系は前記検体に起因して生じる前記互いに直交する円偏光の位相差を測定することによって前記検体に含まれるグルコースに関する情報を測定することができる光学計測部を有していることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００４３】
発明２８を展開してなされた本発明の例としての第２９の発明（以下、発明２９という）は、発明２８に記載の旋光度測定方法において、前記旋光度測定光学系がＥＢＣを含む前記検体を前記検体配置部に配置した場合と前記検体の代わりに純水または濃度が既知のグルコース溶液を前記検体配置部に配置した場合との前記互いに直交する円偏光の位相差の変化を測定することによって前記ＥＢＣに含まれるグルコースに関する情報を得ることができる光学系であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００４４】
発明２８または２９を展開してなされた本発明の例としての第３０の発明（以下、発明３０という）は、発明２８または２９に記載の旋光度測定方法において、旋光度測定方法が前記位相差と血糖値濃度もしくはグルコース濃度とを対応させることができる対応データテーブルを用いる工程を有していることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００４５】
発明３０を展開してなされた本発明の例としての第３１の発明（以下、発明３１という）は、発明３０に記載の旋光度測定方法において、前記対応データテーブルを変更することができる変更手段を用いることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００４６】
発明２８〜３１を展開してなされた本発明の例としての第３２の発明（以下、発明３２という）は、発明２８〜３１のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記光学系は前記検体がリング干渉系のリング光路の途中に挿入された対向偏光変換光学系の対向レンズ間に配置されている光学系であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００４７】
発明２８〜３２を展開してなされた本発明の例としての第３３の発明（以下、発明３３という）は、発明２８〜３２のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換光学系は、光ファイバの端面の近傍の光路上で光ファイバ端面と前記検体の間に少なくともレンズと偏光子と、一方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって時計回りまたは反時計回りに所定角度だけ回転させ、当該偏光面回転素子の他方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって前記一方の側から入射させた場合とは逆方向に所定角度だけ回転させるように作用する非相反素子である偏光面回転素子と、４分の１波長版が配置されている光ファイバ光学系が光路上で前記検体配置部を挟んで対向している対向光ファイバ光学系であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００４８】
発明３３を展開してなされた本発明の例としての第３４の発明（以下、発明３４という）は、発明３３に記載の旋光度測定方法において、前記偏光面回転素子がファラデー回転素子であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００４９】
発明２８〜３４を展開してなされた本発明の例としての第３５の発明（以下、発明３５という）は、発明２８〜３４のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換光学系が対向偏光変換コリメータ光学系であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５０】
発明３５を展開してなされた本発明の例としての第３６の発明（以下、発明３６という）は、発明３５に記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換コリメータは、偏波面保存光ファイバの出射端にレンズと偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板を配置した偏光変換コリメータを検体部を挟んで信号光の光路において対向させて配置した光学系（以下、対向偏光変換コリメータセットという）を１つ以上用いており、前記対向偏光変換コリメータセットでは両端の前記偏波面保存光ファイバから出射される信号光が同一の固有直線偏光モードであり、前記検体部を伝搬するように両方のコリメータから出射される偏光がそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向偏光変換コリメータであることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５１】
発明２８〜３６を展開してなされた本発明の例としての第３７の発明（以下、発明３７という）は、発明２８〜３６のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記旋光度測定光学系は、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、主として偏波面保存光ファイバから成るリング光路の途中に前記対向偏光変換コリメータ光学系を接続して構成したリング光路に当該リング光路を両方向に伝搬する信号光として分岐し、前記リング光路の第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前記信号光を前記第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、前記リング光路を両方向に伝搬する信号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して検体の糖濃度を推定するができる光学系であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５２】
発明２８〜３７を展開してなされた本発明の例としての第３８の発明（以下、発明３８という）は、発明２８〜３７のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記第１のカプラが光サーキュレータであることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５３】
発明２８〜３８を展開してなされた本発明の例としての第３９の発明（以下、発明３９という）は、発明２８〜３８のいずれかに記載の旋光度測定方法において、旋光度測定光学系が前記検体部の伝搬信号光に対する角度を微調整する機構部を有していることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５４】
発明２８〜３９を展開してなされた本発明の例としての第４０の発明（以下、発明４０という）は、発明２８〜３９のいずれかに記載の旋光度測定方法において、旋光度測定光学系は、前記検体配置部の信号光が透過する検体部分の体積が０．１ｃｃ以下である光学系であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５５】
発明２８〜４０を展開してなされた本発明の例としての第４１の発明（以下、発明４１という）は、発明２８〜４０のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記検体セルが、両端のガラス板がオプティカルコンタクトで検体セルに接着され、ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有するガラスのセルであり、前記ＥＢＣ注入口は当該検体セルにＥＢＣを供給するパイプの最端部に、前記ＥＢＣ排出口は当該検体セルからＥＢＣを排出するパイプの最端部にそれぞれ信号光の光路に垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５６】
発明２８〜４１を展開してなされた本発明の例としての第４２の発明（以下、発明４２という）は、発明２８〜４１のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記検体セルが、両端のガラス板が接着剤で固定されたＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口を有したプラスチックのセルであり、前記ＥＢＣ注入口とＥＢＣ排出口が前記パイプの最端部にかつ信号光の光路に対してほぼ垂直に配置されていることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５７】
発明２８〜４２を展開してなされた本発明の例としての第４３の発明（以下、発明４３という）は、発明２８〜４３のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記検体セルのＥＢＣ注入口は前記ＥＢＣ排出口よりセルの壁面の中央部に近い位置に配置されていることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５８】
発明２８〜４３を展開してなされた本発明の例としての第４４の発明（以下、発明４４という）は、発明２８〜４３のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記検体セルのＥＢＣ排出口の圧力をＥＢＣ注入口に対して減圧状態にする手段を有することを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００５９】
発明２８〜４４を展開してなされた本発明の例としての第４５の発明（以下、発明４５という）は、発明２８〜４４のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記検体セルのＥＢＣを収納する容積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６０】
発明２８〜４５を展開してなされた本発明の例としての第４６の発明（以下、発明４６という）は、発明２８〜４５のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記ＥＢＣ生成部は呼気を通過させるパイプと前記パイプ内の呼気を０度Ｃから５度Ｃの温度範囲で冷却する冷却手段を有しておりＥＢＣ収集部までＥＢＣが流動するプラスチックパイプを配置していることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６１】
発明２８〜４６を展開してなされた本発明の例としての第４７の発明（以下、発明４７という）は、発明２８〜４６のいずれか１項に記載の旋光度測定方法において、前記旋光度測定システムが、前記ＥＢＣ収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間がプラスティックパイプで結ばれており、前記収集部から前記検体を収納するガラスパイプまでの間の容積が予め一定量に設定され前記容積を考慮してＥＢＣ収集部のＥＢＣを前記検体を収納するガラスパイプまで液送するように構成されていることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６２】
発明２８〜４７を展開してなされた本発明の例としての第４８の発明（以下、発明４８という）は、発明２８〜４７のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記対向偏光変換光学系は、前記検体配置部に配置した前記検体に、互いに異なる方向に進行し、かつ、互いに直交する円偏光を前記検体の前記互いに異なる二つの方向から入射させることができ、前記検体を通った前記互いに異なる方向に進行し互いに直交する円偏光を前記リング光路を構成する光ファイバに光結合させて前記リング光路を伝搬させることができるように構成されているとともに、前記対向配置された双方の偏光変換光学系の間に光路上において前記検体配置部を挟んで互いに対向するように配置され信号光が前記検体配置部の検体に信号光を複数回入出射させるマルチパス対向コリメータ光学系を有しており、前記マルチパス対向コリメータ光学系は、対向する偏波面保存光ファイバの各先端部にレンズ、偏光子、非相反偏光面回転素子、偏光変換素子を含む構成のコリメータの対の間に、光路変更手段を有する光学部を設けてマルチパスを形成していることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６３】
発明４８を展開してなされた本発明の例としての第４９の発明（以下、発明４９という）は、発明４８に記載の旋光度測定方法において、前記光路変更手段を有する光学部が対向して配置された多重反射光学部を有していることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６４】
発明４９を展開してなされた本発明の例としての第５０の発明（以下、発明５０という）は、発明４９に記載の旋光度測定方法において、前記多重反射光学部が偏光条件保存手段を有している多層膜ミラーであることを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６５】
発明２８〜４７を展開してなされた本発明の例としての第５１の発明（以下、発明５１という）は、発明２８〜４７のいずれかに記載の旋光度測定方法において、前記リング干渉計のループ光路上において、前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループを構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光面回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復しダブルパスを形成していることを特徴ととする旋光度測定方法の発明である。【００６６】
発明５１を展開してなされた本発明の例としての第５２の発明（以下、発明５２という）は、発明５１に記載の旋光度測定方法において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６７】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第５３の発明（以下、発明５３という）は、呼気からＥＢＣを生成するＥＢＣ生成部と前記ＥＢＣ生成部で生成したＥＢＣを収集するＥＢＣ収集部とＥＢＣ収集部から検体部への液送系および旋光度測定光学系および信号処理系を有する旋光度測定システムを用いて検体の旋光度を測定することができる旋光度測定方法であって、前記旋光度測定方法は前記ＥＢＣ生成部とＥＢＣ収集部を用いてＥＢＣを収集する工程と、前記液送系を介して検体配置部に検体としてのＥＢＣを供給する工程と前記旋光度測定光学系を用いて検体の旋光度を測定する工程を有しており、前記旋光度測定システムは、その構成要素として、少なくとも、光源からの光をリング光路に分岐する光カプラと、前記リング光路すなわちループ光路を構成する偏波面保存光ファイバと、位相変調手段と、前記リング干渉計のループ光路の途中に配置された検体を配置する検体配置部を有しており、前記リング干渉計のループ光路上において前記ループ光路の途中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を設け、前記ＰＢＳを介して前記ループを構成する偏波面保存光ファイバの両端から前記ＰＢＳにそれぞれ直交する直線偏光を入射させ、４５度偏光回転素子、４分の１波長板を含む偏光変換光学系を介して前記検体に互いに直交する円偏光を導き、前記検体の後段に４分の１波長板および反射ミラーを配置し、前記全反射ミラーで反射された前記直交円偏光が再び前記検体、前記偏光変換光学系、前記ＰＢＳを介して前記偏波面保存光ファイバの両端に結合し、前記検体に信号光が往復してダブルパスを形成し、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を測定することによって前記検体の旋光度を測定することを特徴とするダブルパス旋光度測定方法の発明である。【００６８】
発明５３を展開してなされた本発明の例としての第５４の発明（以下、発明５４という）は、発明５３に記載の旋光度測定方法において、前記反射ミラーのかわりに前記検体の後段に配置された４分の１波長板で直線偏光化された光をレンズで短尺の編波面保存光ファイバの固有偏光軸に結合しその出射端面に全反射ミラーを設けたことを特徴とする旋光度測定方法の発明である。【００６９】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第５５の発明（発明５５という）は、発明１〜２７のいずれか１項に記載の旋光度測定光学系の特徴を有する旋光度測定光学系の発明である。【００７０】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第５６の発明（発明５６という）は、発明１〜２８のいずれかに記載の旋光度測定装置に用いることができる検体セルの発明で、前記検体セルのＥＢＣ注入口は前記ＥＢＣ排出口よりセルの壁面の中央部に近い位置に配置されていることを特徴とする旋光度測定用の検体セルの発明である。【００７１】
発明５６を展開してなされた本発明の例としての第５７の発明（以下、発明５７という）は、発明１〜１６のいずれかに記載の旋光度測定用の検体セルにおいて、前記検体セルのＥＢＣ排出口の圧力をＥＢＣ注入口に対して減圧状態にする手段を有することを特徴とする旋光度測定用の検体セルの発明である。【００７２】
発明５６，５７を展開してなされた本発明の例としての第５８の発明（発明５８という）は、発明５６，５７に記載の旋光度測定用の検体セルにおいて、前記検体セルのＥＢＣを収納する容積が０．１ｃｃ以下であることを特徴とする旋光度測定用の検体セルの発明である。【００７３】
さらに、本発明は発明１〜５８を展開して、多くの発明を提供することができる。偏光条件保存手段を備えた光路変更手段を前記検体セルの外壁に設けることができ、あるいは前記検体セルの内側に設けることができる。これらも本発明に含まれるもので、たとえば図１０，図１１を用いて後述するマルチパス対向コリメータ光学系に適用して装置の小型化、測定精度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００７４】
本発明は、呼気を凝集する部分と検体の旋光度を計測する光学系部分をハイブリッド化する方法を採用することにより、呼気凝縮液のグルコース濃度を高精度に測定し血糖値を非侵襲で高精度に推定できる新規な旋光度測定装置を提供するもので、生体から採血することなしにその生体の血糖値を高精度に推定できるという極めて大きな効果を奏するものである。さらに具体的には、本発明は、第１に、被験者の針による採血に伴う煩わしさや苦痛がないこと、第２に、採血針の廃棄処理が不要で衛生的であること、第３に簡単に血糖値を測定でき、血糖値モニターが１日何回でもできるので糖尿病患者や健常者の健康管理などに使えることなど、従来では全く期待できなかった極めて大きな効果を奏するものである。そして、本発明の旋光度測定装置が一般家庭で使用されれば、現在世界的に増加している糖尿病患者数や糖尿病予備軍といわれる人々の数を大幅に減らすことができ、医療費を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る一発明の実施の形態例におけるＥＢＣ生成部、ＥＢＣ収集部、液送部および検体配置部の構成図である。
【図２】本実施の形態例としての旋光度測定装置におけるＥＢＣの旋光度測定光学系の全体構成図である。
【図３】本実施の形態例としての旋光度測定システムに用いる対向偏光変換コリメータ光学系の構成図である。
【図４】本実施の形態例としての旋光度測定システムの全体構成図である。
【図５】本実施の形態例としての旋光度測定システムに用いるガラスパイプセル、および対向偏光変換コリメータの一部の構成を示す図である。
【図６】本実施の形態例における純水の旋光度測定結果の一例を示すグラフである。
【図７】本実施の形態例としてのグルコース溶液の旋光度測定結果の一例を示すグラフである。
【図８】（Ａ）ば本実施の形態例としてのＥＢＣと純水の旋光度測定結果の一例を示すグラフ図、（Ｂ）は本実施の形態例としてのＥＢＣと純水の旋光度測定結果のもう一つの例を示すグラフ図である。
【図９】本実施の形態例としてのＥＢＣの旋光度測定結果のもう一つの例を示すグラフ図である。
【図１０】本実施の形態例としての旋光度測定装置に用いるマルチパス対向コリメータ光学系における偏光変換を説明するための概念図である。
【図１１】本発明に係るマルチパス対向コリメータ光学系の第２の実施の形態例としての旋光度測定装置を説明する図である。
【図１２】第２の実施の形態例としてのダブルパス対向コリメータ光学系を説明する図である。
【図１３】本発明に係るダブルパス対向コリメータ光学系の第３の実施の形態例としての旋光度測定装置を説明する図である。
【図１４】ビームウエストがΦ０．２ｍｍのガウシアンビームのビーム径の距離依存性を示す計算結果のグラフ図である。
【図１５】本発明に係る他の実施の形態例における検体セルの特に好ましい例を説明する図である。
【図１６】本発明に係る他の実施の形態例としてのダブルパス対向コリメータ光学系を説明する図である。
【図１７】本発明に係る更に他の実施の形態例としてのダブルパス対向コリメータ光学系を説明する図である。
【図１８】本発明に係る更に他の実施の形態例としてのダブルパス対向コリメータ光学系を説明する図である。
【符号の説明】
【００７６】
１：冷却装置
２：ＥＢＣ収集装置
３：冷却温度制御装置
４：検体（ＥＢＣ，呼気凝縮液）
５−１，５−２，５−３，５−４，５−５、５−６：プラスティックパイプ
６：自動バルブ
７：フローシステムの制御部
８：ポンプ
９：純水タンクおよび純水
１０：吸気口
１１：ガラスパイプセル
１２−１，４４：ＥＢＣ注入口
１２−２：ＥＢＣ排出口
１３−１，１３−２：ガラス板（オプティカルコンタクトによる接着）
１４−１，１４−２：信号光
１５：ドレイン
１６：光源（ＳＬＤ）
１７−１，１７−２：第1および第2カプラ
１８：光ファイバ偏光子
１９−１，１９−２，１９−３：偏波面保存光ファイバ 
２０：光位相変調器
２１−１，２１−２：時計方向および反時計方向伝搬直線偏光
２２−１，２２−２：対向偏光変換コリメータ光学系
２３：受光器
２４：信号処理回路
２５：位相変調信号
２６−１，２６−２：ファイバフェルール
２７−１，２７−２：偏光板
２８−１，２８−２，２８−３：ファラデー回転素子
２９−１，２９−２、２９−３，２９−４：４分の１波長板
３０−１，３０−２，３０−３，３０−４，３０−５：レンズ
３１：ベース
３２：Ｖ溝ホルダ
３３−１，３３−２：光コネクタ
３４：光干渉系の一部分（リング以外の構成部品を含む）
３５：パソコン
３６：ＲＳ２３２Ｃケーブル
３７−１、３８−１：多重反射光学系への入射直線偏光
３７−２，３８−２：多重反射光学系からの出射直線偏光
３９−１，３９−２：偏光保存反射ミラー
４０：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
４１，４５：全反射ミラー
４２−１，４２−２：右円偏光
４３−１，４３−２：左円偏光
４６：偏光プリズム
４７：２芯コリメータ
【発明を実施するための形態】
【００７７】
以下、図面を参照して本発明に係る一発明の実施の形態の例について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明の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。また、各実施の形態例において、説明で引用する図において、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。また、以下の本発明に係る実施の形態例の説明では、本実施の形態例の旋光度測定装置、旋光度測定システムに使用することができる旋光度測定方法、光学系に関しては説明の重複部分が多い。したがって、説明の重複を避けるため、誤解を生じないようにしつつ、特に言及せずに、光学系の説明で旋光度測定装置や旋光度測定方法の部分的説明を兼ねたり、その逆のこともある。
【００７８】
前記のように、呼気に含まれる旋光物質を測定する装置は現在存在せず、開発しようとする発想すらされていなかった。しかし、本発明者は、呼気に含まれる旋光物質を高い精度で測定することができれば、ヒトの血糖値の無侵襲での推定を可能にすることができるはずであるという期待から、呼気に含まれる旋光物質の測定精度の改善に関する詳細な検討を行った。その結果、ヒトの血糖値を無侵襲で推定できる可能性を見出し、本発明をなすに至った。以下、実施の形態例を参照しながらその詳細を説明する。
【００７９】
以下に図１〜図３を用いて本発明に係る一発明の実施の形態例を説明する。図１は本発明に係る一発明の実施の形態例におけるＥＢＣ生成部、ＥＢＣ収集部、ＥＢＣ液送部および検体配置部の構成図である。図１で被検者は呼気注入パイプ５−１に息を吹き込む。呼気注入パイプ５−１に吹き込まれた呼気はパイプ５−１を通って、冷却装置１で冷却され、結露したＥＢＣ（呼気凝縮液）がＥＢＣ収集部２に貯められる。図中の符号３は冷却温度制御部である。一定量のＥＢＣ４が収集部２に貯まると、自動バルブ６の電磁弁を切り替えフローシステムの制御部７によって検体セルを充填するのに十分な量のＥＢＣをパイプ５−３によって収集部２から吸い上げ、パイプ５−５、セル注入部１２−１を介してガラスパイプセル１１を充填する。図１で符号１４は検体４を両方向に伝搬する信号光である。
【００８０】
バッファ液９は純水を用い、検体セル１１を洗浄する場合にはパイプ５−４、電磁弁６、パイプ５−５を介して検体セルに導かれる。純水を両方向に伝搬する光の位相差を測定し、その値を基準値としてＥＢＣに切り替え、両方向に伝搬する信号光の位相差との差分を求め、ＥＢＣの旋光度を求める。
【００８１】
図２は本実施の形態例としての旋光度測定装置におけるＥＢＣの旋光度測定光学系の全体構成図である。図２において、前記検体セル１１が光ファイバリング干渉系のリング光路の中央部に配置されている。光源１６は波長７８０ｎｍを中心波長とするＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｒｄ）である。光源１６から発せられた信号光は第１の光カプラ１７−１、偏光子１８を経て第２の光カプラ１７−２に導かれ、第２のカプラ１７−２により偏波面保存光ファイバ１９−１と１９−２にそれぞれ直線偏光２１−１、２２−２に分岐される。分岐光である直線偏光２１−１は第２のカプラの近傍に置かれた光位相変調器２０により変調を受け、偏波面保存光ファイバ１９−１から対向偏光変換コリメータ光学系２２−１に、分岐光である直線偏光２１−２は偏波面保存光ファイバ１９−２から対向偏光変換コリメータ光学系２２−１にそれぞれ導かれ、対向偏光変換コリメータ光学系２２−１，２２−２から出射され、それぞれ検体セル１１の両端のガラス板１３−１，１３−２から検体４を通り、前記対向偏光変換コリメータ光学系の対向側のコリメータに入射してリング光路を伝搬する。ここでガラス板１３−１，１３−２はオプティカルコンタクトによって検体用のガラスパイプセル１１に接着した。図２の旋光度測定光学系は偏波面保存光ファイバ１９−１、対向偏光変換コリメータ光学系２２−１，検体４，対向偏光変換コリメータ光学系２２−２，偏波面保存光ファイバ１９−２でリング光路を構成する。
【００８２】
検体セル１１内のＥＢＣ４を伝搬しリング光路を両方向に伝搬した信号光は、第２のカプラ１７−２、偏光子１８、第１のカプラ１７−１を介して受光器２３で電気信号に変換される。信号処理回路２４からは光位相変調器２０に２０ＫＨｚの変調信号２５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前記位相変調信号に同期した信号として抽出し、検体４の旋光度を測定できる。ここで用いた光ファイバ干渉系は、検体を検体配置部に配置した対向偏光変換コリメータ光学系をリング光路に挿入したことを除いて、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ている。
【００８３】
リング光路の光ファイバ長は１００ｍ、光位相変調器２０では信号処理回路２１から約２０ＫＨｚの正弦波変調信号２５が印可されるシリンダー型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子を用いて光ファイバ１９−１を伝搬する信号光を位相変調している。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。
【００８４】
図３は本実施の形態例としての旋光度測定システムに用いる対向偏光変換コリメータ光学系２２−１，２２−２の構成図で、偏波面保存光ファイバ１９−１，１９−２の先端部はそれぞれフェルール２６−１，２６−２で保持され、先端が８度の斜め研磨されている。偏波面保存ファイバ１９−１の出射光は偏光板２７−１、４５度回転ファラデー素子２８−１および４分の１波長板２９−１を通りレンズ３０−１でコリメートされて図で左側から信号光１４−１として検体４を透過して偏波面保存光ファイバ１９−２に光結合し、偏波面保存ファイバ１９−２の出射光は偏光板２７−２、４５度回転ファラデー素子２８−２および４分の１波長板２９−２を通りレンズ３０−２でコリメートされて図で右側から信号光１４−２として検体４を透過して偏波面保存光ファイバ１９−１に光結合する。なお、図では説明の都合上信号光１４−１と信号光１４−２を離して図示しているが、両者は同じ位置を互いに反対の方向に進行するビームである。
【００８５】
偏波面保存光ファイバ１９−１の固有偏光軸と偏波面保存光ファイバ１９−２の固有偏光軸が互いに直交するようにし、４５度回転ファラデー素子２８−１と２８−２に同一規格のものを用いる。このようにファラデー素子および４分の１波長板を使うことによって検体４の中に互いに直交する円偏光を左右両方向に伝搬させることができる。さらに、本発明では偏光板と４５度回転ファラデー素子と波長板と偏波面保存光ファイバの相対固有偏光軸を調整して前記リング光路を構成する偏波面保存光ファイバの中を左右両方向に伝搬する信号光が同一の固有偏光モードが伝搬するようにして前記偏波面保存光ファイバの部分では両方向に伝搬する信号光の位相差が発生せずに検体を左右両方向に伝搬する信号光の位相差のみを検出できるようにした。
【００８６】
図４は本実施の形態例としての旋光度測定システムの全体構成図である。検体セル１１はステンレス製のＶ溝３２の上に固定される。対向偏光変換コリメー２２−１，２２−２、セル１１、Ｖ溝３２はベース３１上に配置され、調芯固定され、対向偏光変換コリメー２２−１と２２−２はセル１１を介して調芯、結合されている。
【００８７】
符号３４はリング干渉系のリング光路以外の部品で、すなわち図２の光源１６、第1カプラ１７−１、第２カプラ１７−２、偏光子１８、受光器２３、信号処理回路２４を含んでおり、パソコン３５とＲＳ２３２Ｃケーブル３６で結ばれている。
【００８８】
図２では、偏光面回転素子として、検体４に一方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって時計回りまたは反時計回りに４５度だけ回転させ、当該偏光面回転素子の他方の側から信号光として偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって前記一方の側から入射させた場合とは逆方向にすなわち反時計回りまたは時計回りに４５度だけ回転させるように作用する非相反光学素子である偏光面回転素子を用いた。このように作用する非相反光学素子である偏光面回転素子としての４５度回転ファラデー素子を有する光ファイバ光学系としての偏光変換光学系を２つ用いて検体４を挟んで対向させた対向偏光変換コリメータ光学系の間に前記のように作成した検体４を配置し、以下に詳細に説明する本発明によって、従来は測定器の開発など発想すらされなかった呼気中のグルコースに関する情報を得ることができる旋光度測定装置の実現が可能になった。
【００８９】
図２の構成の測定回路はいわゆる位相変調方式光ファイバジャイロを基本としているが、本実施の形態例では位相変調方式光ファイバジャイロのリング光路の中央部近傍に対向偏光変換コリメータ光学系を設置したものである。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転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原理的に測定できない。本実施の形態例の旋光度測定装置ではリング干渉計のリング光路の中に非相反光学系２２−１と２２−２のセットを設けることによって光ファイバジャイロの高感度位相計測特性を維持しつつ旋光度を測定できるようにした。なお図２においてはリング光路の偏波面保存光ファイバの半分の長さをそれぞれ逆方向に巻いて回転角速度を検出しないように工夫した。本実施の形態例の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にはコアが楕円の光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光ファイバも使用することができる。
【００９０】
もし検体セル１１内の検体４に旋光性があれば、検体を伝搬する互いに直交する左右円偏光の間に位相差が発生する。公知のように、前記のように発生する位相差は直線偏光が検体４を通過するときに受ける旋光角度の２倍である。発生する位相差は検体４の比旋光度、波長、温度、検体長などに依存する。発生する位相差が小さい場合には検体長を長くする必要がある。実験では検体セル１１の長さを１０ｃｍとした。
【００９１】
図５は本実施の形態例としての旋光度測定システムに用いるガラスパイプセル、および対向偏光変換コリメータの一部の構成を写真として示した図である。
【００９２】
図６は本実施の形態例としての純水の旋光度測定結果の一例を示すグラフ図で、縦軸Ｙはグルコース濃度（単位：ｇ／ｄＬ）、横軸Ｔは時間である。横軸のフルスケールは１分である。すなわち図６は純水の場合のグルコース濃度の時間特性を示しており、グラフは測定記録時間中全体にわたって縦軸の値が０の位置になっており、純水中のグルコース濃度が測定記録時間中において０ｇ／ｄＬであることを示している。図２の測定系において、検体セル１１の入出力部に信号光ビーム１４−１，１４−２と直角方向に信号光ビームの入出射角度と位置を微調整する機構を付加した。この機能によって純水の場合のグルコース濃度をパソコンの出力画面を見ながらマニュアル式に０に調整できる。これを検体４の測定におけるグルコース濃度の基準に用いることができる
【００９３】
図７は本実施の形態例としての旋光度測定装置を用いて測定した０．１ｇ／ｄＬのグルコース溶液と純水の旋光度測定結果を示すグラフの一例で、縦軸Δθは位相差（単位：度）、横軸は図６の場合と同様で、フルスケールは１分である。図７の例では、グラフの時間軸である横軸の中央付近で検体をグルコース溶液から純水に切り替えている。
【００９４】
その結果、検体４が０．１ｇ／ｄＬのグルコースの場合、位相差が０．１度として測定されることがわかった。
波長７８０ｎｍにおけるセル長＝１０ｃｍの場合のグルコース濃度が０．１ｇ／ｄＬの場合の旋光度の理論値はおよそ０．０５度であり、左右円偏光の位相差はその２倍の０．１度である。すなわち、実験はこれにほとんど一致していることを示した。
このようにセル長が１００ｍｍの場合には旋光による左右両回り光の位相差とグルコース濃度は値が一致する。従って、以下の測定データでは旋光物質の純水との位相差（度）と濃度（ｍｇ／ｄＬ）は区別しない。
【００９５】
図８の（Ａ）に示すのは本実施の形態例としてのＥＢＣの旋光度測定結果の一例を示すグラフで、縦軸Ｙはグルコース濃度（単位：ｇ／ｄＬ）、横軸Ｔは時間である。ＥＢＣ１００は従来の採血方式の血糖値計で測定した血糖値が１００ｍｇ／ｄＬである被検者のＥＢＣの位相差を意味する。純水とＥＢＣ１００の濃度差は０．０１ｇ／ｄＬであった。なお図８の（Ａ）と図８の（Ｂ）と図９ではＥＢＣ１００のレベルを基準として測定している。
【００９６】
図８の（Ｂ）に示すのは本実施の形態例としてのＥＢＣの旋光度測定結果のもうひとつの測定例を示すグラフで、縦軸と横軸は図８（Ａ）の場合と同じである。純水と血糖値の高い被検者のＥＢＣ３２６の濃度差は０．０３４５ｇ／ｄＬであった。
【００９７】
図９は図８（Ａ）、（Ｂ）で用いたＥＢＣ１００、ＥＢＣ３２６と純水と濃度差を示す結果である。この結果、ＥＢＣの旋光度すなわち濃度は従来の血糖値計で測定された値のおよそ１０分の1であることが実験的に明らかになった。
【００９８】
表１は本実施の形態例によるＥＢＣの旋光度測定結果と従来の採血方式による血糖値測定結果の比較実験結果である。実験は、同一被験者について食前、食後３０分、食後６０分に採取したＥＢＣを用いて、本発明の旋光度測定装置（干渉計方式）を用いて測定した位相差とそれぞれの時間に従来の採血方式で測定した血糖値の関係を比較した。測定結果は、従来の採血方式で測定した場合には、それぞれ、食前の値が２５４ｍｇ／ｄＬ、食後３０分の値が３２３ｍｇ／ｄＬ、食後６０分の値が３９５ｍｇ／ｄＬ、本発明の旋光度測定装置を用いてＥＢＣを測定した場合には、それぞれ、食前の値が０．０２６度、食後３０分の値が０．０３３度、食後６０分の値が０．０３８度であった。その結果、本実験においてもＥＢＣには血液のおよそ１０分の１の旋光物質が含まれているという結果が得られた。表１の実験と同様にして、血糖値が１００ｍｇ／ｄＬと正常範囲の被検者に対しても測定を行ったが、この場合にもＥＢＣには血液のおよそ１０分の１のグルコースが含まれていることが判った。
【表１】
2012070646.tif 000003
【００９９】
本発明者は多くの被検者に関して、本発明の旋光度測定装置を用いて測定したＥＢＣに起因する前記位相差と従来の採血方式で測定した血糖値の測定結果を対応させることができるデータテーブルを各被検者毎と健常者と病状の程度毎とに関して作成し、対応データテーブルとして前記リング干渉計の信号処理回路のメモリーに収納し、本実施の形態例の旋光度測定装置を用いて測定したＥＢＣに起因する前記位相差から被検者の血糖値の推定をできる旋光度測定装置を作成した。さらに、本実施の形態例としての旋光度測定装置では、前記対応データテーブルを被験者自身が測定して作成し、あるいは専門家などに測定してもらって作成し、旋光度測定装置の適切な部分のメモリーや各自のＵＳＢなどの記憶手段の如き外部記憶デバイスに入力し、使用できるようにした。これらの本発明の旋光度測定装置は、糖尿病患者や糖尿病予備軍と呼ばれる人々の健康管理に極めて顕著な効果を発揮することができるとともに、使い易い健康管理機器として広く使うことができるものである。
【０１００】
なお非特許文献２にはＥＢＣに含まれるグルコース濃度が健常者の血液に含まれる濃度である０．１ｇ／ｄＬのおよそ７％であることが化学的に示されている。本発明者の実験ではこの文献の結果とやや異なる結果ではあるが血糖値の正常、異常は極めて高い精度で推定できることがわかった。
【０１０１】
本実験における７８０ｎｍのＳＬＤ光源出力と損失レベルはおおよそ以下の通りであった。
光源出力：〜１ｍＷ
光干渉系損失：〜１０ｄＢ（カップラ６ｄＢ，偏光子３ｄＢ，その他１ｄＢ）
対向偏光変換コリメータセットの損失：７ｄＢ
全体で損失は１７ｄＢとなり受光レベルは２０μＷであった。
【０１０２】
前記実験におけるＥＢＣの収集レートは通常１分間で０．３ｃｃであった。ＥＢＣの収集はできるだけ短時間で行うことが被検者の負担軽減になる。実験では検体セル１１には内径が１ｍｍのパイプを用いた。このようにすれば正味で０．０７５ｃｃあれば計測できることになる。すなわち正味のＥＢＣは１５秒程度で採取できる。ＥＢＣ収集のために、呼気収集用のパイプなどに断続的に約１分間息を吹き込んでＥＢＣを生成することはそれほど難しくない被験者は多いが、それができにくい患者も多い。従って、ＥＢＣを生成するために呼気収集用のパイプなどに息を吹き込む時間は３０秒以下にすることが好ましく、２０秒以下にすることがより好ましい。このように検体セルの内径は小さいほどＥＢＣの採取が短時間で済む。このような観点から検体セルの容積は０．１ｃｃ以下が望ましい。
【０１０３】
実験で検体部に泡が混入すると対向偏光変換コリメータ光学系２２−１と２２−２の結合がとれないことがわかった。この対処法としては本発明ＥＢＣ注入口１２−１とＥＢＣ排出口１２−２が前記パイプの最端部にほぼ垂直に配置することが有効であった。
【０１０４】
また、本実施の形態例において、前記対向偏光変換コリメータを、偏波面保存光ファイバの出射端にレンズと偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板を配置した偏光変換コリメータを検体部を挟んで信号光の光路において対向させて配置した光学系（以下、対向偏光変換コリメータセットという）を１つ以上用いており、前記対向偏光変換コリメータセットでは両端の前記偏波面保存光ファイバから出射される信号光が同一の固有直線偏光モードであり、前記検体部を伝搬するように両方のコリメータから出射される偏光がそれぞれ互いに直交する円偏光であるような対向偏光変換コリメータにすることができる。このようにすることにより温度変化により位相差が発生することを防ぐことができ、一層正確に血糖値を推定できる旋光度測定装置を実現することができる。
【０１０５】
図１０は本実施の形態例としての旋光度測定装置に用いるマルチパス対向コリメータ光学系における偏光変換を説明するための図である。図１０で、入射直線偏光３７−１は偏光変換光学系２２−１で検体４に入射する右円偏光４２−１となり、対向コリメータ光学系２２−１と２２−２の間を伝搬して検体４に入射して検体４を透過することを繰り返し、検体４からの出射右円偏光４２−２として偏光変換光学系２２−２で直線偏光化され、出射直線偏光３７−２となる。同様に、入射直線偏光３８−１は偏光変換光学系２２−２で左円偏光４３−１となり、対向コリメータ光学系を伝搬して左円偏光４３−２として検体４から出射し、偏光変換光学系２２−１で直線偏光化され、出射直線偏光３８−２となる。そして、図１０のマルチパス対向コリメータ光学系を図１１のリング光路に挿入したとき、直線偏光３７−１と直線偏光３８−２は同一固有偏光モードで光ファイバ１９−２をそれぞれ左回り信号光と右回り信号光として伝搬するようにし、直線偏光３７−２と直線偏光３８−１は同一固有偏光モードで光ファイバ１９−１をそれぞれ左回り信号光と右回り信号光として伝搬するようにして、本発明の旋光度測定装置の一部を構成することができる。
【０１０６】
本発明の実施の形態例としての旋光度測定装置における検体は種々の形態をとり得る。検体は、気体たとえば空間に吐き出された呼気の場合もあり、容器の中に注入された呼気の場合もあり、容器に収納された気体を溶け込ませた水溶液の場合もあり、糖質のように旋光物質を生成する薬品を含む水溶液の場合もある。容器を透明容器にすることにより容器の外側に前記４分の１波長板を表面に設けたミラーのような光路変更手段を配置し、容易に装置を作成することができる。また、光路変更手段を容器の内側に形成することができ、小型化を図ることができる。図１０で符号３９−１と３９−２は光路変更手段としての偏光保存ミラーで、反射による偏光状態の変化を防いでいる。
【０１０７】
図１１は本発明に係る第２の実施の形態例としての旋光度測定装置を説明する図で、光ファイバリング干渉系のリング光路の光路中に前記マルチパス対向コリメータ光学系を設けた例である。図１１に示す第２の実施の形態例の旋光度測定装置は、いわゆる光ファイバリング干渉系、すなわち光ファイバジャイロのループに前記のマルチパス対向コリメータ光学系を挿入して、検体４の内部を両方向に伝搬する左右円偏光の位相差を位相変調方式の光ファイバリング干渉系で計測するものである。このようにマルチパス光学系を有する旋光度測定装置は検体量が豊富に収集でき、装置の小型化と高感度化が必要な場合に有効である。
【０１０８】
図１２は本発明に係る第２の実施の形態例旋光度測定装置に用いるダブルパスコリメータ光学系における偏光変換を説明するための図である。すなわちリングを構成する偏波面保存光ファイバ１９−１，１９−２からレンズ３０−３，３０−４を介してコリメート光を作りそれぞれ直交する直線偏光（ＬＰ）を偏光ビームスプリッタ４０に導く。すなわち偏波面保存光ファイバ１９−１から出射したＬＰは偏光ビームスプリッタ４０を透過し、偏波面保存光ファイバ１９−２から出射したＬＰは偏光ビームスプリッタ４０で反射する。これらの直交するＬＰは４５度偏光面回転素子としてのファラデー回転素子２８−３、４分の1波長板２９−３を介してガラスセル１１に収納されている検体４を伝搬し、進相軸が偏光面回転素子２８−３と９０度異なる４分の1波長板２９−４、レンズ３０−５を介して偏波面保存光ファイバ１９−３の固有偏光軸に結合され前記偏波面保存光ファイバ１９−３の終端部に設けた全反射ミラー４１で反射される。
【０１０９】
全反射ミラー４１で反射された光は図１２で左方向にレンズ３０−５、波長板２９−４、ガラスセル１１に収納されている検体４、４分の1波長板２９−３、４５度偏光回転素子２８−３を介して偏波面保存光ファイバ１９−２から入射した光は偏波面保存光ファイバ１９−１に、偏波面保存光ファイバ１９−１から入射した光は偏波面保存光ファイバ１９−２にそれぞれ入射し、入出射偏光を同一の直偏偏光モードとして偏波面保存光ファイバ１９−１，１９−２を伝搬していくことになる。ここで、偏波面保存光ファイバ１９−１から出た光は前記検体を右（左）円偏光で往復し、偏波面保存光ファイバ１９−２から出た光は前記検体を左（右）円偏光で往復するので、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を測定することによって前記検体の旋光度を測定できることになる。
【０１１０】
図１３は本発明に係るダブルパスコリメータ光学系の第３の実施の形態例としての旋光度測定装置を説明する図である。３パス以上のマルチパスの場合にはビームが拡がるため検体量の容積が増えるという難点があるが、ダブルパスの場合には同一の検体を信号光が往復するので検体量が少なくて済む。さらに図１２、図１３の場合、検体を透過した信号光は一旦レンズで光ファイバに入射され、再び同じファイバの入射端から出射されるため、往復してもビームは広がらないというメリットがあり、さらに検体量が少なくて済むことになり、ＥＢＣの採取時間の短縮が可能となる。
【０１１１】
また図１３の測定装置では反射ミラー４１は必要とするがファラデー素子は一つで済むというメリットがある。
【０１１２】
試算例として以下の条件にて検討を行った。
セル口径：Φ０．５ｍｍ
セル長：２５〜１００ｍｍ
媒質屈折率；１．３３
入射側ビームウエスト半径：2.5μｍ（ＮＡ＝０．１）
設計波長：７８０ｎｍ
上記条件でファイバ出射光をガウシアンビームと近似して計算を行った。
ケラレが生じないビーム径はガウシアンビーム径（強度がeの２乗分の１に落ちる径）を１．３倍した範囲であり、光エネルギーの９９％が含まれる。余裕を見て１．５倍とするとケラレの生じない最大ビーム半径は以下のようになる。
０．５÷１．５÷２＝１６７μｍ
ビーム半径を０．１ｍｍから０．０１ｍｍステップで変化させたときの計算結果を図１４に示す。この計算結果よりビームウエスト半径は１００ｍｍ程度の場合が妥当で、セル出射端でのビーム半径は１３７μｍであり上記の最大ビーム半径より小さいためケラレずに光を透過させることができる。
【０１１３】
ダブルパス光学系でセル長を５０ｍｍ、セル内径をΦ０．５ｍｍとすれば、検体セルの内容積は約０．０１ｃｃとなり、数秒間のＥＢＣ採取でセルをＥＢＣで充填できることになり、検者の負担が軽減されるとともに短時間でのＥＢＣの旋光度の計測が可能になる。
【０１１４】
図１５は本発明に係る他の実施の形態例における検体セルの特に好ましい例を説明する図で、検体セルの中央部近傍にＥＢＣ注入口４４を設け、ＥＢＣ注入口４４にＥＢＣを垂らし、毛細管現象でセルをＥＢＣで充填する方法および／または図の両端部に設けた排出口１２−２から吸気しながらセルをＥＢＣで充填する方法を用いることにより、被検者の負担軽減と測定時間の短縮を図ることができる。この実験では予め採取したＥＢＣをＥＢＣ注入口４４から注いだ。なお、ＥＢＣ注入口をセル両端部としＥＢＣ注入口の反対の端部から吸気することもできる。
【０１１５】
例えば、図１５の検体セルのセル長を５０ｍｍ、セル内径をΦ０．５ｍｍとすれば、検体セルの内容積は０．０１ｃｃとなり、検体セルを満たすのに必要なＥＢＣの採取時間は数秒間で済む。この検体セルを本発明の前記ダブルパス光学系に用いて呼気の旋光度を測定すれば、被検者の負担を軽くして、短時間で正確なＥＢＣの旋光度測定を行うことができる。
【０１１６】
前記の実験や考察で健常者のＥＢＣの位相差はおおよそ０．０１度、旋光物質の濃度は０．０１ｇ／ｄＬに対応する。従って測定系の精度はその１０〜３０分の１以下とする必要がある。従って必要な位相差の測定精度は０．００１〜０．０００３度となる。当初セル形状を矩形にして実験を行ったが、セル上部の温度を手を近づける程度変化させただけで対向光学系の結合損失が２０ｄＢ以上も変化した。これはセルの上部と下部の温度差ができ、セル上部の検体液の屈折率が変化し、ビームが屈折したものと考えた。この経験から、セルをパイプ状にしてＶ溝におくことによってセル周囲の温度変化があっても検体液の屈折率の部分的変化を防ぐことができた。すなわち、セルの形状はパイプが最適である。
【０１１７】
図１６は本発明に係る他の実施の形態例としてのダブルパス偏光変換光学系を説明する図で、前記発明２６を例示した例である。
図１６は、図１２で説明したダブルパスコリメータ光学系のレンズ３０−５と偏波面保存光ファイバ１９−３およびその終端部に設けた全反射ミラー４１の代わりに全反射ミラー４５を配置したもので、前記直交するＬＰは４５度偏光面回転素子としてのファラデー回転素子２８−３、４分の1波長板２９−３を介してガラスセル１１に収納されている検体４を伝搬し、４分の1波長板２９−４を通り、全反射ミラー４５で反射される。全反射ミラー４５で反射された光は、図で左方向に波長板２９−４、ガラスセル１１に収納されている検体４、４分の1波長板２９−３、４５度偏光回転素子２８−３を介して偏波面保存光ファイバ１９−２から入射した光は偏波面保存光ファイバ１９−１に、偏波面保存光ファイバ１９−１から入射した光は偏波面保存光ファイバ１９−２にそれぞれ入射し、入出射偏光を同一の直偏偏光モードとして偏波面保存光ファイバ１９−１，１９−２を伝搬していくことになる。ここで、偏波面保存光ファイバ１９−１から出た光は前記検体を右（左）円偏光で往復し、偏波面保存光ファイバ１９−２から出た光は前記検体を左（右）円偏光で往復するので、リング光路を両方向に伝搬する光の位相差を測定することによって前記検体の旋光度を測定できることになる。
【０１１８】
図１７、図１８は本発明に係る更に他の実施の形態例としてのダブルパスコリメータ光学系を説明する図である。
【０１１９】
図１７は本発明に係るさらに他の実施の形態例のダブルパス偏光変換光学系の変形例で、検体４を図で左方向へ通過した信号光の空間光を一度レンズで集光し、４分の１波長板を経て、集光点に全反射ミラーを配置して信号光を折り返すいわゆるキャッツアイタイプにしたものである。４分の１波長板はキャッツアイの入射側に配置してもよい。本例では、入射側のコリメータに最大結合するようにミラーの位置を調整した。
【０１２０】
図１８はダブルパス偏光変換光学系の更に他の実施の形態例であるもう１つの変形例で、２芯コリメータと偏光プリズムを用いる方法である。この場合にも、リング光路を伝搬する右回り光と左回り光は、それぞれ検体を右（左）円偏光と左（右）円偏光で往復する。
【０１２１】
以上のように各発明の実施の形態例のＥＢＣの旋光度測定装置および旋光度測定システムに用いることができる旋光度測定装置は、無侵襲で血糖値を推定することができることが実験的に証明された。またＥＢＣ以外にも医療やバイオ分野における超微量の旋光成分を含有する検体用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ものである。
【０１２２】
以上、各発明の実施の形態例本発明のＥＢＣ発生装置、同収集装置、同液送装置、旋光度測定装置、対向偏光変換コリメータ光学系、旋光度測定方法を図を参照しながら説明したが、本発明の実施の形態例の前記各構成は、それぞれ単独で用いても本発明の効果を発揮することができ、種々組み合わせても本発明の効果を発揮することができるものである。
なお、本発明は以上の各実施の形態例及び図面などに狭く限定されるものでなく、本発明の技術思想に基づいて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】
【０１２３】
本発明の旋光度測定装置はＥＢＣ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、健康機器分野、農業分野、食品分野などにおいて広く利用できるものである。特に、医療分野、健康機器分野などにおいては、無侵襲で血糖値を推定できるので、第１に、被験者が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、注射針や酵素などの廃棄物がでないこと、第４に、消耗品のコスト（医療費）が不要であること等の多大な効果を奏するものである。
【図１】
2012070646.tif 000004
【図２】
2012070646.tif 000005
【図３】
2012070646.tif 000006
【図４】
2012070646.tif 000007
【図５】
2012070646.tif 000008
【図６】
2012070646.tif 000009
【図７】
2012070646.tif 000010
【図８】
2012070646.tif 000011
【図９】
2012070646.tif 000012
【図１０】
2012070646.tif 000013
【図１１】
2012070646.tif 000014
【図１２】
2012070646.tif 000015
【図１３】
2012070646.tif 000016
【図１４】
2012070646.tif 000017
【図１５】
2012070646.tif 000018
【図１６】
2012070646.tif 000019
【図１７】
2012070646.tif 000020
【図１８】
2012070646.tif 000021
【国際調査報告】
2012070646.tif 000022
2012070646.tif 000023
2012070646.tif 000024
2012070646.tif 000025