(57)【要約】【課題】各種光学部品の組立調整作業時の自由度が高く、小型化が容易な成分測定装置を実現すること。【解決手段】共焦点光学系を介してレーザー光を測定対象の内部組織に照射し、前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する受光素子から出力されるデータに基づき前記測定対象の成分の測定を行うように構成された成分測定装置において、前記装置の光路の少なくとも一部が光ファイバで構成されたことを特徴とするもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点光学系を介してレーザー光を測定対象の内部組織に照射し、前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する受光素子から出力されるデータに基づき前記測定対象の成分の測定を行うデータ解析部を有する成分測定装置において、
前記装置の光路の少なくとも一部が光ファイバで構成されたことを特徴とする成分測定装置。
【請求項２】
前記レーザーは、波長可変光源であることを特徴とする請求項１記載の成分測定装置。
【請求項３】
前記光ファイバの少なくとも一端には屈折率分布型レンズが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成分測定装置。
【請求項４】
前記レーザーの出力光を測定対象表面に照射する光ファイバと、
この光ファイバの照射に基づく測定対象の表面における反射光を検出する第２の受光素子と、
この第２の受光素子の検出信号に基づき前記レーザーの出力光強度を所定の値に維持するように駆動するレーザー駆動回路、
を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の成分測定装置。
【請求項５】
前記データ解析部は、前記第２の受光素子の検出信号で前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算して規格化したデータに基づいて前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする請求項４記載の成分測定装置。
【請求項６】
前記レーザーとしてその出力光をモニタする第３の受光素子が内蔵されたものを用い、
前記レーザー駆動回路は、前記第２の受光素子および第３の受光素子の検出信号の少なくともいずれかに基づき、前記レーザーの出力光強度を所定の値に維持するように駆動することを特徴とする請求項４記載の成分測定装置。
【請求項７】
前記レーザーとしてその出力光をモニタする第３の受光素子が内蔵されたものを用い、
前記データ解析部は、前記第２の受光素子および第３の受光素子の検出信号の少なくともいずれかで前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算して規格化したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする請求項４に記載の成分測定装置。
【請求項８】
前記レーザーとしてその出力光をモニタする第３の受光素子が内蔵されたものを用い、
前記データ解析部は、
前記第２の受光素子の検出信号で前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算した第１の規格化信号と、前記第３の受光素子の検出信号で前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算した第２の規格化信号を線形結合したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする請求項４に記載の成分測定装置。
【請求項９】
前記レーザー光の光路に設けられたハーフミラーで反射された反射光を検出する第４の受光素子を設け、
前記レーザー駆動回路は、前記第２の受光素子と第３の受光素子および第４の受光素子の検出信号の少なくともいずれかに基づき、前記レーザーの出力光強度を所定の値に維持するように駆動することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の成分測定装置。
【請求項１０】
前記データ解析部は、
前記第２の受光素子と第３の受光素子および第４の受光素子の検出信号の少なくともいずれかで前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算して規格化したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする請求項９に記載の成分測定装置。
【請求項１１】
前記データ解析部は、
前記第２の受光素子と第３の受光素子および第４の受光素子の検出信号のそれぞれで前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算した規格化信号を線形結合したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする請求項１０に記載の成分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成分測定装置に関し、詳しくは、レーザー光で成分の濃度などを測定する成分測定装置の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、たとえば血液中の血糖値などの成分の濃度などを測定する場合には、注射器で人体から血液を採取したり、指先や耳たぶを穿刺したりして、血液を実際に採取して血液中のグルコース濃度をすることが多い。
【０００３】
一般に、血糖値は、食事の前後や運動後などの測定条件によって大きく変化することから、正確な血糖値データを得るためには頻繁に測定しなければならないが、その都度採血して直接分析する従来の方法は、被験者に与える苦痛も大きいという問題がある。
【０００４】
そこで、出願人は、このように生体を侵襲して血液を採取せずに、生体にレーザー光を照射してその生体からの反射光を検出し、レーザー光が生体により吸収された度合（吸光度）に基づいて目的の成分（たとえば血液中のグルコース）の濃度などを測定する共焦点光学系を用いた生体成分測定装置を出願している（特許文献１参照）。
【０００５】
図６は、特許文献１に記載されている生体成分測定装置の構成図である。
図６において、レーザーダイオード１から出力されるレーザー光は、コリメートレンズ２で平行光に整形され、コリメートレンズ２の光軸に対してほぼ４５°の傾斜を有する状態で配置されたハーフミラー３に入射される。なお、レーザーダイオード１としては、たとえばグルコースの吸収が比較的大きい１６００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域のレーザー光を出力できる可変波長レーザーを用いる。
【０００６】
ハーフミラー３を透過した平行光は、対物レンズ４により集光されて生体ＬＢの内部組織に照射される。生体ＬＢの内部組織で反射されたレーザー光は、再び対物レンズ４に入射されて平行光に整形され、ハーフミラー３に入射されてほぼ９０°の方向に反射するように光路変換される。
【０００７】
ハーフミラー３で光路変換されて反射されたレーザー光は、レンズ５により集光されてピンホール６に入射される。ピンホール６を通過したレーザー光は、受光素子７に入射されて電気信号に変換される。ここで、レーザーダイオード１と対物レンズ４とピンホール６と受光素子７は、共焦点光学系を構成している。
【０００８】
受光素子７は、受光したレーザー光の光量に応じて強さや大きさが増減する電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器８に入力する。Ａ／Ｄ変換器８は、受光素子７から入力される電気信号をデジタルデータに変換し、データ解析部９に入力する。
【０００９】
データ解析部９は、波長の異なる２波長以上の各レーザー光が生体ＬＢに照射されたときに受光素子７から変換出力される複数の電気信号に基づいて生体ＬＢの成分の定量解析を行う。
【００１０】
具体的には、血糖値すなわち血液内のグルコース濃度の定量を行う場合、データ解析部９にはあらかじめ測定された血液内のグルコース濃度とレーザー光の吸光度との検量線が記憶されていて、データ解析部９は、この検量線に基づいて生体ＬＢの血液内のグルコース濃度の定量を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−３０１９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、このような従来の生体成分測定装置は、装置の照射系および受光系を構成する各種光学部品を取り付けるのにあたり、最適の光学条件になるようにあらかじめ設計された所定の空間光路を形成する位置関係で配置しなければならず、組立調整作業時の自由度が制限されることから作業効率が低下するとともに、小型化が図りにくいという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような問題点を解決するものであり、その目的は、各種光学部品の組立調整作業時の自由度が高く、小型化が容易な成分測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
共焦点光学系を介してレーザー光を測定対象の内部組織に照射し、前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する受光素子から出力されるデータに基づき前記測定対象の成分の測定を行うデータ解析部を有する成分測定装置において、
前記装置の光路の少なくとも一部が光ファイバで構成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２は、請求項１記載の成分測定装置において、
前記レーザーは、波長可変光源であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３は、請求項１または請求項２記載の成分測定装置において、
前記光ファイバの少なくとも一端には屈折率分布型レンズが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の成分測定装置において、
前記レーザーの出力光を測定対象表面に照射する光ファイバと、
この光ファイバの照射に基づく測定対象の表面における反射光を検出する第２の受光素子と、
この第２の受光素子の検出信号に基づき前記レーザーの出力光強度を所定の値に維持するように駆動するレーザー駆動回路、
を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５は、請求項４記載の成分測定装置において、
前記データ解析部は、前記第２の受光素子の検出信号で前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算して規格化したデータに基づいて前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項６は、請求項４に記載の成分測定装置において、
前記レーザーとしてその出力光をモニタする第３の受光素子が内蔵されたものを用い、
前記レーザー駆動回路は、前記第２の受光素子および第３の受光素子の検出信号の少なくともいずれかに基づき、前記レーザーの出力光強度を所定の値に維持するように駆動することを特徴とする。
【００２０】
請求項７は、請求項４に記載の成分測定装置において、
前記レーザーとしてその出力光をモニタする第３の受光素子が内蔵されたものを用い、
前記データ解析部は、前記第２の受光素子および第３の受光素子の検出信号の少なくともいずれかで前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算して規格化したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項８は、請求項４記載の成分測定装置において、
前記レーザーとしてその出力光をモニタする第３の受光素子が内蔵されたものを用い、
前記データ解析部は、
前記第２の受光素子の検出信号で前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算した第１の規格化信号と、前記第３の受光素子の検出信号で前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算した第２の規格化信号を線形結合したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項９は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の成分測定装置において、
前記レーザー光の光路に設けられたハーフミラーで反射された反射光を検出する第４の受光素子を設け、
前記レーザー駆動回路は、前記第２の受光素子と第３の受光素子および第４の受光素子の検出信号の少なくともいずれかに基づき、前記レーザーの出力光強度を所定の値に維持するように駆動することを特徴とする。
【００２３】
請求項１０は、請求項９に記載の成分測定装置において、
前記データ解析部は、前記第２の受光素子と第３の受光素子および第４の受光素子の検出信号の少なくともいずれかで前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算して規格化したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項１１は、請求項９に記載の成分測定装置において、
前記データ解析部は、前記第２の受光素子と第３の受光素子および第４の受光素子の検出信号のそれぞれで前記測定対象の内部組織により反射された反射光を前記共焦点光学系を介して検出する前記受光素子の検出信号を除算した規格化信号を線形結合したデータに基づき、前記測定対象の成分の測定を行うことを特徴とする。
【００２５】
このように構成することにより、各光学部品の取付位置を比較的自由に変更することができ、成分測定装置全体の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図６】従来の生体成分測定装置の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。図１の装置と図６の装置の相違点は、図１の装置ではハーフミラー３周辺以外の空間光路を光ファイバに置き換えていることにある。
【００２８】
図１において、レーザーダイオード１から出射されるレーザー光は屈折率分布型レンズ１０に入射され、屈折率分布型レンズ１０を介して光ファイバ１１の一端に結合入射される。
【００２９】
光ファイバ１１で伝送された平行光はファイバ１１の他端に接続された屈折率分布型レンズ１２に入射され、一旦集光光に変換された後再び平行光に整形されてハーフミラー３に入射される。
【００３０】
ハーフミラー３を通過した平行光は屈折率分布型レンズ１３に入射され、一旦集光光に変換された後再び平行光に整形されて光ファイバ１４の一端に入射される。
【００３１】
光ファイバ１４で伝送された平行光はファイバ１４の他端に接続された屈折率分布型レンズ１５に入射され、一旦集光光に変換された後再び平行光に整形されて対物レンズ４に入射される。
【００３２】
対物レンズ４は平行光を集光して生体ＬＢの内部組織に照射する。生体ＬＢの内部組織で反射された平行光は、再び対物レンズ４に入射されて平行光に整形され、屈折率分布型レンズ１５→光ファイバ１４→屈折率分布型レンズ１３の光経路を経て再びハーフミラー３に入射され、ほぼ９０°の方向に反射するように光路変換される。
【００３３】
ハーフミラー３で光路変換されて反射された平行光は屈折率分布型レンズ１６に入射されて集光され、ピンホール６に入射される。ピンホール６を通過した集光光は、光ファイバ１７の一端に入射される。
【００３４】
光ファイバ１７で伝送された平行光はファイバ１７の他端に接続された屈折率分布型レンズ１８に入射され、一旦平行光に変換された後再び集光光に整形されて受光素子７に入射され、電気信号に変換される。
【００３５】
受光素子７は、受光したレーザー集光光の光量に応じて強さや大きさが増減する電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器８に入力する。Ａ／Ｄ変換器８は、受光素子７から入力される電気信号をデジタルデータに変換し、データ解析部９に入力する。ここで、レーザーダイオード１と対物レンズ４とピンホール６と受光素子７は、共焦点光学系を構成している。
【００３６】
データ解析部９は、従来と同様に、波長の異なる２波長以上の各レーザー光が生体ＬＢに照射されたときに受光素子７から変換出力される複数の電気信号に基づいて生体ＬＢの成分の定量解析を行う。
【００３７】
このような構成において、装置の光路に着目すると、ハーフミラー３の周辺部分のみが空間光路で構成されて他の大部分は光ファイバで構成されるので、装置を構成するレーザーダイオード１、対物レンズ４、受光素子７などの各光学部品のハーフミラー３に対する取付位置を比較的自由に変更することができ、構造的な位置の設計自由度が保たれる。
【００３８】
これにより、各種光学部品の組立調整作業時の自由度が高くなり、装置の筐体内におけるハーフミラー３に対するレーザーダイオード１、対物レンズ４、受光素子７などの各光学部品の取付位置を適切に選定することにより装置構成部品の実装密度を高めることができ、成分測定装置全体の小型化が図れる。
【００３９】
上記実施例において、レーザーダイオード１から測定対象に照射される光強度を所定の値に維持するようにレーザーダイオード１を自動出力制御ループで駆動することにより、安定した測定が行える。
【００４０】
図１０は、このような構成を前述図１の実施例に適用した例を示す構成図である。図２の実施例では、レーザーダイオード１の出力光の一部を光ファイバ１９を介して測定対象である生体ＬＢの表面に照射させてその反射光を第２の受光素子２０で検出し、この第２の受光素子２０の出力信号をレーザーダイオード駆動回路２１に与えてレーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。
【００４１】
これにより、レーザーダイオード１の温度変化および空間強度変動に起因する出力光強度変化を抑制でき、安定した成分測定結果が得られる。
【００４２】
また、第２の受光素子２０の出力信号をＡ／Ｄ変換器２２を介してデータ解析部９に加え、第１の受光素子７の出力信号を第２の受光素子２０の出力信号で除算して規格化することにより、レーザーダイオード１の出力変動分や測定対象ＬＢの表面反射による変動分を補償できる。
【００４３】
図３は、図２のレーザーダイオード１として、その出力光をモニタする図示しない第３の受光素子が内蔵されたものを用いた実施例を示す構成図である。第３の受光素子の出力信号もレーザーダイオード駆動回路２１に入力され、レーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。
【００４４】
また、第３の受光素子の出力信号もＡ／Ｄ変換器２３を介してデータ解析部９に入力され、第１の受光素子７の出力信号を第３の受光素子の出力信号で除算して規格化する。これにより、データ解析部９は、２つの規格化信号を線形結合して多変量解析により結合係数を求め、これらの値に基づきレーザーダイオード１の出力変動分や測定対象ＬＢの表面反射による変動分を高精度に補償する。
【００４５】
図４は、図３の実施例の屈折率分布型レンズ１５と対物レンズ４との間の光路に光軸に対してほぼ４５°の傾斜を有する状態で配置されたハーフミラー２３と、その反射光を検出する第４の受光素子２４と、この第４の受光素子２４の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２５を追加したものである。
【００４６】
このように構成することにより、第４の受光素子２４は、ハーフミラー２３までの光路におけるレーザーダイオード１の出力光の空間変動分を検出する。第４の受光素子２４の出力信号もレーザーダイオード駆動回路２１に入力され、レーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。
【００４７】
また、第４の受光素子２４の出力信号もＡ／Ｄ変換器２５を介してデータ解析部９に入力され、第１の受光素子７の出力信号を第４の受光素子２４の出力信号で除算して規格化する。これにより、データ解析部９は、３つの規格化信号を線形結合して多変量解析により結合係数を求め、これらの値に基づきレーザーダイオード１の出力変動分と空間変動分および測定対象ＬＢの表面反射による変動分をさらに精度よく補償する。
【００４８】
図５は図４の実施例から、光ファイバ１９と第２の受光素子２０およびＡ／Ｄ変換器２２からなる信号系統を省いたものである。図５の構成によれば、レーザーダイオード駆動回路２１は、第３の受光素子と第４の受光素子２４の出力信号に基づいてレーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。そしてデータ解析部９は、第１の受光素子７の出力信号を第３の受光素子の出力信号で除算した規格化信号と第１の受光素子７の出力信号を第４の受光素子２４の出力信号で除算した規格化信号に基づき、レーザーダイオード１の出力変動分および空間変動分を精度よく補償する。
【００４９】
なお、上記実施例では、レーザーダイオード１と対物レンズ４と受光素子７のそれぞれの光路を光ファイバで構成する例を説明したが、これらの光路のうち小型化に大きく寄与する部分や空間光路では構造的に不安定な一部の光路部分だけを選択的に光ファイバで構成するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施例では、光源として可変波長レーザーを用いる例を説明したが、測定成分が特定されている場合には、単波長レーザーであってもよい。
【００５１】
また、上記実施例では、人体の血液中の血糖値を測定する例について説明したが、血糖値以外の血液成分や組織液成分の定量測定にも有効である。
【００５２】
また、測定対象は人体に限るものではなく、動物や植物などの内部物質の定量測定にも有効である。
【００５３】
また、測定対象は生体に限るものではなく、農産物、水産物、食品、有機材料などの構造、組成の非破壊検査、化学物質の定量測定にも有効である。
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、各種光学部品の組立調整作業時の自由度が高く、小型化が容易な成分測定装置を実現することができ、人体の血液中の血糖値をはじめとする各種の成分測定に好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１  レーザーダイオード
３、２３  ハーフミラー
４  対物レンズ
６  ピンホール
７、２０、２４  受光素子
８、２２、２３、２５  Ａ／Ｄ変換器
９  データ解析部
１０、１２、１３、１５、１６、１８  屈折率分布型レンズ
１１、１４、１７、１９  光ファイバ
【図１】
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【図２】
2010230664.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010230664.tif 000008