(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体に含まれる目的成分の濃度を測定する成分濃度計であって、 
電磁波を前記検体に向けて出力する出力部と、
前記検体の温度が異なる第１及び第２の条件下それぞれにおいて、前記検体を透過した電磁波の特性を検出する検出部と、
前記検出部で検出された第１及び第２の条件下における電磁波の特性の差である特性差と、第１及び第２の条件下における前記検体の温度差とに基づいて、前記検体に含まれる前記目的成分の濃度を特定する濃度特定部とを備え、
前記検出部は、前記出力部から第１の電磁波パルスが出力されている第１の条件下と、前記出力部から第１の電磁波パルスとパルスエネルギーの異なる第２の電磁波パルスが出力されている第２の条件下とにおいて、前記検体を透過した電磁波の特性を検出する
成分濃度計。
【請求項２】
前記出力部は、第１及び第２の電磁波パルスのピークパワーを異ならせることによって、互いにパルスエネルギーの異なる第１及び第２の電磁波パルスを出力する
請求項１に記載の成分濃度計。
【請求項３】
前記出力部は、第１及び第２の電磁波パルスの照射時間を異ならせることによって、互いにパルスエネルギーの異なる第１及び第２の電磁波パルスを出力する
請求項１に記載の成分濃度計。
【請求項４】
前記出力部は、前記検体を透過して前記検出部で検出される第１の波長の検出用電磁波と、前記検体に吸収されて前記検体の温度を上昇させる第２の波長の加熱用電磁波とを出力し、
検出用電磁波は、前記検体の温度変化に伴う特性変化が加熱用電磁波よりも大きく、
加熱用電磁波は、前記検体による吸収率が検出用電磁波よりも大きい
請求項１〜３のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項５】
前記目的成分は、グルコースであり、
前記出力部は、波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下、波長９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下、または、波長１２００ｎｍ以上１２７０ｎｍ以下の範囲から選択された第１の波長の検出用電磁波を出力する
請求項４に記載の成分濃度計。
【請求項６】
前記検体は、水分を含み、
前記出力部は、波長１１００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下、または、波長９００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の範囲から選択された第１の波長の検出用電磁波を出力する
請求項４に記載の成分濃度計。
【請求項７】
前記検体は、生体細胞を含み、
前記出力部は、パルス幅が１０ｎｓ以上１μｓ以下の加熱用電磁波を出力する
請求項４〜６のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項８】
前記検体は、前眼房水であり、
該成分濃度計は、さらに、底面に開口部を有し、前眼房水より屈折率の高い保護液を内部に保持する有底筒体を備え、
前記出力部は、前記有底筒体の側面に、保護液を通過して開口部に向けて電磁波を出力するように設置され、
前記検出部は、前記有底筒体の側面に、保護液を通過して開口部から入射する電磁波の特性を検出するように設置される
請求項１〜７のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項９】
前記有底筒体の表面は、遮光されている
請求項８に記載の成分濃度計。
【請求項１０】
該成分濃度計は、さらに、前記出力部と前記検体との間の電磁波伝播路に設置され、前記出力部から出力される電磁波を収束させる電磁波収束部を備える
請求項１〜９のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項１１】
該成分濃度計は、さらに、特性差と、温度差と、前記目的成分の濃度とを対応付けて保持するテーブルを記憶する記憶部を備え、
前記濃度特定部は、前記検出部で検出された特性差と温度差とに対応する濃度を、前記記憶部に記憶されているテーブルから取得することで、前記目的成分の濃度を特定する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項１２】
該成分濃度計は、さらに、前記出力部から前記検出部に至る伝播路上の電磁波強度の分布を均一にするために、前記検体の凹凸を埋める補正材を備える
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項１３】
該成分濃度計は、前記検体を透過した電磁波に含まれる所定の偏波成分を抽出する偏波分離部を備え、
前記検出部は、第１及び第２の条件下において、前記偏波分離部で抽出された偏波成分の旋光度を検出し、
前記濃度特定部は、温度差と旋光度差とに基づいて、前記検体に含まれる前記目的成分の濃度を特定する
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項１４】
前記出力部は、第１及び第２の波長の電磁波をそれぞれ出力し、
該成分濃度計は、さらに、
第１及び第２の波長の電磁波を合成して、前記検体に向けて出力する合成部と、
前記検体を透過した電磁波を第１及び第２の波長の電磁波に分離する分離部とを備える
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項１５】
前記出力部は、
第１の波長の電磁波を発振する発振部と、
前記発振部で発振された電磁波の一部を、第１の波長と異なる第２の波長に変換する波長変換部とを備える
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の成分濃度計。
【請求項１６】
検体に含まれる目的成分の濃度を測定する成分濃度測定方法であって、 
電磁波を前記検体に向けて出力する出力ステップと、
前記検体の温度が異なる第１及び第２の条件下それぞれにおいて、前記検体を透過した電磁波の特性を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出された第１及び第２の条件下における電磁波の特性の差である特性差と、第１及び第２の条件下における前記検体の温度差とに基づいて、前記検体に含まれる前記目的成分の濃度を特定する濃度特定ステップとを含み、
前記検出ステップでは、前記出力ステップにおいて第１の電磁波パルスが出力されている第１の条件下と、前記出力ステップにおいて第１の電磁波パルスとパルスエネルギーの異なる第２の電磁波パルスが出力されている第２の条件下とにおいて、前記検体を透過した電磁波の特性を検出する
成分濃度測定方法。
【請求項１７】
出荷検査システムであって、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の成分濃度計と、
複数の前記検体を、前記成分濃度計の計測位置に順番に搬送する搬送部とを備える
出荷検査システム。
【請求項１８】
健康管理システムであって、
前記検体は、複数の成分を含む食品であり、
前記検体に含まれる複数の成分それぞれの濃度を算出する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の成分濃度計と、
前記成分濃度計で算出された複数の成分それぞれの濃度に基づいて、前記検体のカロリーを算出するカロリー算出部とを備える
健康管理システム。
【請求項１９】
健康管理システムであって、
前記検体は、複数種類の糖類を含む食品であり、
前記検体に含まれる複数種類の糖類それぞれの濃度を算出する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の成分濃度計と、
前記成分濃度計で算出された複数種類の糖類それぞれの濃度に基づいて、前記検体の甘さを算出する甘さ算出部とを備える
健康管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体、液体、気体などの検体に含まれる目的成分の濃度を非侵襲的に測定する成分濃度計及び成分濃度測定方法と、それを応用した出荷検査システム、及び健康管理システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
糖尿病は、インスリン作用の低下により血中グルコース濃度（血糖値）が極端に上昇する成人病であり、心疾患、脳梗塞、足の壊疽または網膜剥離による失明などの合併症が頻繁に併発する疾病である。厚生労働省の２００２年の糖尿病実態調査によると、糖尿病が「強く疑われる人」は日本全国で約７４０万人、予備軍に当たる「可能性が否定できない人」を含めると、成人の６．３人に１人に当たる約１６２０万人にのぼると発表された。糖尿病患者数は、今後、日本のみならず世界的にも更に増大することが予想される。また糖尿病は、一般に、極度のグルコース濃度の上昇または深刻な合併症を発症するまで自覚されにくい疾病であるので、血液検査を含む早期診断を定期的に行うことが糖尿病の未然防止において特に重要である。
【０００３】
通常、血液中の血糖値をリアルタイムでモニターするためには血液検査が行われるが、そのために被験者の皮膚を穿刺針で突き刺して、血液を採取しなければならない。しかし、こうした血液採取は、被験者に多大な苦痛を与え、穿刺針を安全に処理しなければ、さまざまな伝染病が感染する危険性をもたらす。
【０００４】
そこで、従来から血液を採取することなく、血中グルコース濃度を正確に測定する非侵襲性の測定手法を確立することが強く望まれていた。
【０００５】
こうした非侵襲性の血糖値測定方法は、これまでにもいくつか提案されている。例えば、近赤外分光分析を用いて対象中のグルコース濃度を求める方法が提案されている（特許文献１）。この方法においては、近赤外放射が被験者の皮膚に投射され、皮膚からの放射光が光ファイバーバンドルによって受光される。
【０００６】
受光した放射光のスペクトル分析を実施して、グルコース分子に由来するＯＨ基の吸収ピークを有する第１波長域（例えば、１５５０〜１６５０ｎｍ）、ＮＨ基の吸収ピークを有する第２波長域（例えば、１４８０〜１５５０ｎｍ）、ＣＨ基の吸収ピークを有する第３波長域（例えば、１６５０〜１８８０ｎｍ）から吸収信号を検出する。グルコース濃度は、これらの吸収信号をもとにとした多変量解析により決定される。
【０００７】
また、確率統計的シミュレーションに基づいて媒体内の対象成分の濃度を求める方法が提案されている（特許文献２）。この方法においては、モンテカルロ法のような確率統計的シミュレーションによって媒体内における光路群が解析される。また、媒体の光学特性である吸収係数と等価散乱係数を所定範囲内において変化させる場合の拡散反射率の変化とを示すデータテーブルが作成される。次いで、回帰分析の手法により拡散反射率の平滑化処理を実施して補正データテーブルが作成される。次に、１０００〜２５００ｎｍの波長域にある近赤外光を媒体に照射し、そこからの放射光を検出することにより得られる実測スペクトルを、補正データテーブルから提供される基準スペクトルと比較することで媒体内の対象成分の濃度を求めている。また、媒体中の対象成分以外の成分の濃度変化によって生じるスペクトル変化を補正データテーブルから演算すれば、主成分回帰分析（ＰＣＲ）や重回帰分析(ＭＬＲ)のような多変量解析により実測スペクトルから対象成分の濃度を求めることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３２５７９４号公報
【特許文献２】特開２００３−５０２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、２に示すような従来の血糖値測定装置によれば、グルコースのような目的成分の吸収信号が、水、脂質およびタンパク質のような他の成分濃度に対して敏感となる。このため、吸収信号のピーク位置やピーク高さを使用して目的成分を正確に分析することが困難であった。
【００１０】
そこで本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、検体中に含まれる目的成分の濃度を精緻に測定する非侵襲（非破壊）性の成分濃度計測計及び成分濃度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一形態に係る成分濃度計は、検体に含まれる目的成分の濃度を測定する。具体的には、電磁波を前記検体に向けて出力する出力部と、前記検体の温度が異なる第１及び第２の条件下それぞれにおいて、前記検体を透過した電磁波の特性を検出する検出部と、前記検出部で検出された第１及び第２の条件下における電磁波の特性の差である特性差と、第１及び第２の条件下における前記検体の温度差とに基づいて、前記検体に含まれる前記目的成分の濃度を特定する濃度特定部とを備える。
【００１２】
上記構成のように、検体の温度差と、検体を透過した電磁波の特性差とを用いて濃度を測定することにより、検体に含まれる目的成分以外の成分の影響を排除することができる。その結果、計測精度が向上する。また、検体に電磁波を照射するだけなので、非侵襲な測定を実現できる。
【００１３】
また、前記検出部は、前記出力部から第１の電磁波パルスが出力されている第１の条件下と、前記出力部から第１の電磁波パルスとパルスエネルギーの異なる第２の電磁波パルスが出力されている第２の条件下とにおいて、前記検体を透過した電磁波の特性を検出してもよい。
【００１４】
一例として、前記出力部は、第１及び第２の電磁波パルスのピークパワーを異ならせることによって、互いにパルスエネルギーの異なる第１及び第２の電磁波パルスを出力してもよい。
【００１５】
他の例として、前記出力部は、第１及び第２の電磁波パルスの照射時間を異ならせることによって、互いにパルスエネルギーの異なる第１及び第２の電磁波パルスを出力してもよい。
【００１６】
パルスエネルギーの大きな電磁波パルスを照射すれば、検体の温度は急激に上昇する。一方、パルスエネルギーの小さな電磁波パルスを照射すれば、検体の温度は緩やかに上昇する。このように、パルスエネルギーの異なる電磁波パルスを照射することにより、温度の異なる第１及び第２の条件を容易に作り出すことができる。
【００１７】
また、前記出力部は、前記検体を透過して前記検出部で検出される第１の波長の検出用電磁波と、前記検体に吸収されて前記検体の温度を上昇させる第２の波長の加熱用電磁波とを出力してもよい。検出用電磁波は、前記検体の温度変化に伴う特性変化が加熱用電磁波よりも大きいのが望ましい。加熱用電磁波は、前記検体による吸収率が検出用電磁波よりも大きいのが望ましい。
【００１８】
これにより、目的成分に応じて、検出に適した波長（第１の波長）と、加熱に適した波長（第２の波長）とを適切に選択することができる。その結果、さらに測定精度が向上する。
【００１９】
一例として、前記目的成分がグルコースである場合、前記出力部は、波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下、波長９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下、または、波長１２００ｎｍ以上１２７０ｎｍ以下の範囲から選択された第１の波長の検出用電磁波を出力するのが望ましい。
【００２０】
他の例として、前記検体が水分を含む場合、前記出力部は、波長１１００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下、または、波長９００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の範囲から選択された第１の波長の検出用電磁波を出力するのが望ましい。
【００２１】
さらに他の例として、前記検体が生体細胞を含む場合、前記出力部は、パルス幅が１０ｎｓ以上１μｓ以下の加熱用電磁波を出力するのが望ましい。
【００２２】
前記検体が前眼房水である場合、該成分濃度計は、さらに、底面に開口部を有し、前眼房水より屈折率の高い保護液を内部に保持する有底筒体を備えてもよい。前記出力部は、前記有底筒体の側面に、保護液を通過して開口部に向けて電磁波を出力するように設置されてもよい。前記検出部は、前記有底筒体の側面に、保護液を通過して開口部から入射する電磁波の特性を検出するように設置されてもよい。
【００２３】
上記構成によれば、有底筒体の開口部を眼に当てて測定を行うことにより、眼に照射される電磁波の入射角を大きくすることができる。その結果、電磁波の反射率が向上するので、大きな出力の電磁波を検出部で検出することが可能となる。
【００２４】
また、前記有底筒体の表面は、遮光されていてもよい。これにより、測定中に瞳孔が開くので、さらに測定が容易になる。
【００２５】
さらに、該成分濃度計は、前記出力部と前記検体との間の電磁波伝播路に設置され、前記出力部から出力される電磁波を収束させる電磁波収束部を備えてもよい。これにより、検体を局所的に加熱することができるので、少ない出力で効率よく検体の温度を上昇させることができる。
【００２６】
さらに、該成分濃度計は、特性差と、温度差と、前記目的成分の濃度とを対応付けて保持するテーブルを記憶する記憶部を備えてもよい。そして、前記濃度特定部は、前記検出部で検出された特性差と温度差とに対応する濃度を、前記記憶部に記憶されているテーブルから取得することで、前記目的成分の濃度を特定してもよい。または、特性差と、温度差と、目的成分の濃度とをパラメータとする数式を記憶しておいてもよい。
【００２７】
さらに、該成分濃度計は、前記出力部から前記検出部に至る伝播路上の電磁波強度の分布分を均一にするために、前記検体の凹凸を埋める補正材を備えてもよい。これにより、検体の凹凸によって電磁波強度の分布が変化するのを抑制することができる。その結果、さらに測定精度が向上する。
【００２８】
また、該成分濃度計は、前記検体を透過した電磁波に含まれる所定の偏波成分を抽出する偏波分離部を備えてもよい。前記検出部は、第１及び第２の条件下において、前記偏波分離部で抽出された偏波成分の旋光度を検出してもよい。そして、前記濃度特定部は、温度差と旋光度差とに基づいて、前記検体に含まれる前記目的成分の濃度を特定してもよい。ここでの「旋光度」とは、電磁波の特性の一例である。この他に、電磁波の透過率、円二色性等の特性を用いてもよい。
【００２９】
また、前記出力部は、第１及び第２の波長の電磁波をそれぞれ出力してもよい。そして、該成分濃度計は、さらに、第１及び第２の波長の電磁波を合成して、前記検体に向けて出力する合成部と、前記検体を透過した電磁波を第１及び第２の波長の電磁波に分離する分離部とを備えてもよい。
【００３０】
また、前記出力部は、第１の波長の電磁波を発振する発振部と、前記発振部で発振された電磁波の一部を、第１の波長と異なる第２の波長に変換する波長変換部とを備えてもよい。
【００３１】
上記の各構成によれば、第１の波長の電磁波と第２の波長の電磁波とを、同一の伝播路上に重ね合わせることが容易になる。なお、第１の及び第２の波長の電磁波は、一方を検出用電磁波とし、他方を加熱用電磁波としてもよい。又は、円二色性を検出する場合等には、両方を検出用電磁波としてもよい。
【００３２】
本発明の一形態に係る成分濃度測定方法は、検体に含まれる目的成分の濃度を測定する方法である。具体的には、電磁波を前記検体に向けて出力する出力ステップと、前記検体の温度が異なる第１及び第２の条件下それぞれにおいて、前記検体を透過した電磁波の特性を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出された第１及び第２の条件下における電磁波の特性の差である特性差と、第１及び第２の条件下における前記検体の温度差とに基づいて、前記検体に含まれる前記目的成分の濃度を特定する濃度特定ステップとを含む。
【００３３】
本発明の一形態に係る出荷検査システムは、上記記載の成分濃度計と、複数の前記検体を、前記成分濃度計の計測位置に順番に搬送する搬送部とを備える。
【００３４】
本発明の一形態に係る健康管理システムは、前記検体に含まれる複数の成分それぞれの濃度を算出する上記記載の成分濃度計と、前記成分濃度計で算出された複数の成分それぞれの濃度に基づいて、前記検体のカロリーを算出するカロリー算出部とを備える。このとき、前記検体は、複数の成分を含む食品である。
【００３５】
本発明の他の形態に係る健康管理システムは、前記検体に含まれる複数種類の糖類それぞれの濃度を算出する上記記載の成分濃度計と、前記成分濃度計で算出された複数種類の糖類それぞれの濃度に基づいて、前記検体の甘さを算出する甘さ算出部とを備える。このとき、前記検体は、複数種類の糖類を含む食品である。
【００３６】
なお、本発明は、成分濃度計及び成分濃度測定方法として実現できるだけでなく、成分濃度測定方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできるし、成分濃度計の機能の一部を実現する半導体集積回路（ＬＳＩ）として実現できる。そして、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体、及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の成分濃度計によれば、非侵襲（非破壊）で、より高精度に、検体に含まれる目的成分の濃度を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の一形態に係る成分濃度計の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一形態に係る成分濃度測定方法を示すフロー図である。
【図３】図３は、成分濃度測定方法に用いられるテーブルの一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図５】図５は、（ａ）検体に入力される電磁波の波形の例を示す図、（ｂ）検体の温度変化の例を示す図、（ｃ）検体から出力される電磁波の波形の例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１における成分濃度計測の手順を示すフロー図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１の変形例に係る成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２における成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図９】図９は、（ａ）検体に入力されるポンプ電磁波の波形の例を示す図、（ｂ）検体の温度変化の例を示す図、（ｃ）検体に入力されるプローブ電磁波の波形の例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３における成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態４における成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態５における成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図１３】図１３は、電磁波照射用カップの概略構成を示す図である。
【図１４】図１４は、電磁波照射用カップの使用例を示す図である。
【図１５】図１５は、（ａ）検体に入力される電磁波の波形の例を示す図、（ｂ）検体の温度変化の例を示す図、（ｃ）検体から出力される電磁波の波形の例を示す図である。
【図１６】図１６は、（ａ）検体に入力される電磁波の波形の例を示す図、（ｂ）検体の温度変化の例を示す図、（ｃ）検体から出力される電磁波の波形の例を示す図である。
【図１７】図１７は、（ａ）検体に入力される電磁波の波形の例を示す図、（ｂ）検体の温度変化の例を示す図、（ｃ）検体から出力される電磁波の波形の例を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態６における成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態７における出荷検査システムの概略構成を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態８における成分濃度計の概略構成を示す図である。
【図２１】図２１は、波長１６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光のグルコースの温度と透過率との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、波長９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の近赤外光のグルコースの温度と透過率との関係を示す図である。
【図２３】図２３は、波長９００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下の近赤外光の水の温度と透過率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
我々は、上記課題の解決に向けた独自実験の結果、いくつかの波長の電磁波について、グルコースの吸収率（透過率）が温度によって変化することを発見した。分光光度計を用いて、温度を変えたグルコース（結晶長１ｃｍ）の透過率を計測した結果を以下に示す。
【００４０】
まず、グルコースに波長１６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光を入射させ、透過率と温度との関係を表すグラフを図２１に示す。図２１を参照すれば、波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下の波長域の近赤外光については、温度が高いほど透過率が高いことが分かる。
【００４１】
また、グルコースに波長９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域の近赤外光を入射させ、透過率と温度との関係表すグラフを図２２に示す。図２２を参照すれば、波長９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下と波長１２００ｎｍ以上１２７０ｎｍ以下との波長域の近赤外光については、温度が高いほど透過率が低いことが分かる。
【００４２】
同様に、グルコースを含む混合物においても、透過率が温度に依存することが分かった。また、それらの混合物の温度を変えたとき、透過率の変化量は、グルコースの濃度に比例することも分かった。
【００４３】
また、グルコース以外の物質についても同様に、透過率と温度との関係について調査した。波長９００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下の波長域の近赤外光を蒸留水（セル長１ｃｍ）に入射させ、透過率と温度との関係を求めた結果を図２３に示す。図２３を参照すれば、水の場合、波長１１００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下と波長９００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下との波長域の近赤外光については、温度が高いほど透過率が低下することが分かる。
【００４４】
本発明の一形態に係る成分濃度計では、目的成分に温度変化などの環境変化（温度変化、圧力変化、光強度変化、電磁界変化など）を与えて、それに伴う光学特性（透過率、旋光性など）の変化量から目的成分の濃度を求める。これにより、従来よりも高精度に目的成分の濃度を計測することが可能となる。
【００４５】
以下、本発明の一形態に係る成分濃度計について、図面を参照しながら説明する。
【００４６】
なお、本明細書では波長数百ｎｍ以下の可視光や紫外光から波長数十ｍｍ以上（周波数が数ＧＨｚ以下）のマイクロ波までを総称して、「電磁波」と記して説明する。また、光の場合の偏光と電磁波の場合の偏波とをまとめて、「偏波」と記して説明する。また、光の場合の光源と電磁波の場合の発振部とをまとめて、「発振部」と記して説明する。また、光の場合の光路と電磁波の場合の伝搬路とをまとめて、「伝搬路」と記して説明する。
【００４７】
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一形態に係る成分濃度計１０及び成分濃度測定方法を説明する。図１は、成分濃度計１０の概略構成を示すブロック図である。図２は、成分濃度測定方法のフロー図である。図３は、成分濃度測定方法において使用されるテーブルである。
【００４８】
成分濃度計１０は、図１に示されるように、出力部２０と、検出部３０と、濃度特定部４０とを備え、検体５０に含まれる目的成分の濃度を測定する装置である。
【００４９】
出力部２０は、検体５０に向けて電磁波を出力する。なお、出力部２０から出力される電磁波の波長は、検体５０に含まれる目的成分に応じて選択される。
【００５０】
検出部３０は、出力部２０から出力され、検体５０を透過した電磁波の特性を検出する。より具体的には、検出部３０は、第１の条件下における電磁波の特性と、第２の条件下における電磁波の特性とをそれぞれ検出する。ここで、第１及び第２の条件とは、少なくとも検体５０の温度が異なる条件である。また、電磁波の特性の例としては、例えば、透過率、旋光度、又は円二色性等が挙げられる。
【００５１】
濃度特定部４０は、検出部３０で検出された第１及び第２の条件下における電磁波の特性の差である特性差と、第１及び第２の条件下における検体５０の温度差とに基づいて、検体５０に含まれる目的成分の濃度を特定する。
【００５２】
上記構成の成分濃度計１０は、例えば、図２に示されるような手順で、検体５０に含まれる目的成分の濃度を測定する。まず、出力部２０は、検体５０に向けて電磁波を出力する（Ｓ１１）。
【００５３】
次に、検出部３０は、検体５０を透過した電磁波の特性を複数回（典型的には、２回）検出する（Ｓ１２）。なお、検体５０の温度は電磁波の照射中に徐々に上昇するので、検出部３０は、例えば、時間をずらして電磁波の特性を２回検出することにより、異なる条件下における電磁波の特性を検出することができる。
【００５４】
次に、濃度特定部４０は、検出部３０で検出された２つの特性の差（特性差）と、検出時における検体５０の温度の差（温度差）とを算出する。そして、濃度特定部４０は、算出した特性差と温度差とに対応する目的成分の濃度を、図３に示されるテーブルを用いて特定する（Ｓ１３）。
【００５５】
なお、図３に示されるテーブルは、特性差（図３の例では、透過率の差）と、温度差と、目的成分の濃度とを対応付けて保持している。このテーブルは、例えば、成分濃度計１０の記憶部（図示省略）に記憶されている。また、このテーブルに保持されている特性差と温度差と濃度との関係は、実験などによって予め算出されているものとする。
【００５６】
また、図３の例は、グルコースを含む検体（検体内の光路長１ｃｍとする）に、１６７０ｎｍの波長の光を入射させて、検体の温度を変化させながら透過率を測定したときの結果である。ここで、検体内のグルコース以外の成分は、温度を変化させても１６７０ｎｍの波長の光の吸収率が変わらないとすると、図３に示されるように、グルコース濃度（グルコースの質量パーセント濃度）と検体の温度変化量との間には、正の相関関係が認められる。
【００５７】
なお、図３に示されるテーブルに代えて、特性差と、温度差と、濃度とをパラメータとする数式によって、対応関係を保持してもよい。すなわち、特性差、温度差、及び濃度のうちの２つを代入すれば、残りの１つが特定されるような数式を、予め用意しておいてもよい。また、濃度に代えて、特性差と、温度差と、成分量（質量）との対応関係を保持しておいてもよい。
【００５８】
上記の方法によれば、検体５０に含まれる目的成分の濃度を高精度、且つ非侵襲で測定することが可能となる。以下、実施の形態１〜８を参照して、本発明の一形態に係る成分濃度計を詳細に説明する。
【００５９】
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１における成分濃度計１００の概略構成を示す図である。
【００６０】
本実施の形態では、検体１０２の一例である指の血管に含まれるグルコースの濃度を計測する成分濃度計１００について説明する。
【００６１】
図４に示すように、本実施の形態における成分濃度計１００は、電磁波１０１を検体１０２に向けて発振する発振部１０３と、検体１０２を透過した電磁波１０１を検出する検出部１０４と、検出部１０４での検出結果に基づいて、検体１０２に含まれる目的成分（この例では、グルコース）の濃度を算出する演算処理部１０５と、フィルタ１０６と、凹凸補正材１０７と、集束レンズ１０８とを備える。なお、発振部１０３は図１の出力部２０に、検出部１０４は図１の検出部３０に、演算処理部１０５は図１の濃度特定部４０に、それぞれ対応する。
【００６２】
ここで、電磁波１０１は、少なくとも検体１０２に吸収される波長を含んでいることが必要となる。本実施の形態では、電磁波１０１は、波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下の波長域の近赤外光を含む。発振部１０３としては、例えば、ハロゲン光源、赤外ＬＥＤ、スーパールミネッセントダイオードなどの他に、半導体レーザや、モード同期半導体レーザを励起光源としたスーパーコンティニューム光源などのレーザ光源を用いてもよい。レーザ光源は、小型で高い光強度の光を発生させることが可能であり、装置の小型化、計測の高精度化が可能となる。
【００６３】
また、検出部１０４としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ系やＨｇＣｄＴｅ系材料を用いる。また、量子井戸構造を設けた受光素子を用いることで、１０００ｎｍから２５００ｎｍの近赤外光の波長領域で高感度の測定が可能となる。これらの波長域の電磁波を検出に用いることにより、より高精度な計測が可能となる。
【００６４】
また、本実施の形態では発振部１０３を変調駆動させて、検体１０２に入力される電磁波（図中「電磁波入力」と表記する。以下同じ。）を図５（ａ）に示すようにＯＮ又はＯＦＦさせる。これにより、図５（ｂ）に示すように、電磁波照射中は、その一部を吸収することで検体１０２の温度が経時的に上昇する。一方、電磁波が照射されていない間は、検体１０２の温度は経時的に低下する。ここで、電磁波照射中の電磁波のパワーは一定とする。
【００６５】
このように、検体１０２の温度が変化することで、グルコースによる近赤外光（波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下）の吸収率が変化する。このため、検体１０２から出力される電磁波（図中「電磁波出力」と表記する。以下同じ。）、すなわち、検出部１０４で検出される電磁波は、図５（ｃ）に示すように、時間と共に変化する。
【００６６】
この状態で、演算処理部１０５を用いて図５（ｃ）におけるＡ点（計測時刻Ａ：電磁波照射開始直後）、Ｂ点（計測時刻Ｂ：電磁波照射停止直前）おける透過率（検出部１０４で検出された電磁波／発振部１０３で発振された電磁波）をそれぞれ計測し、その差（変化量）を求める。透過率の変化量は、電磁波伝播路中のグルコース量と検体１０２の温度変化量とに依存するため、Ａ点とＢ点との間の温度変化量を求めることでグルコース量を求めることが可能となる。
【００６７】
グルコース濃度を算出するために必要なグルコース以外の成分の量については、従来と同様に、複数の波長の電磁波を検体１０２に照射し、それぞれの波長の透過率から多変量解析によって求めることができる。
【００６８】
また、グルコースと同様に、グルコース以外の成分についても、温度変化によって吸収率が変化する特有の波長の電磁波の透過率変化量から求めることがより望ましい。これによって、グルコース以外の成分量がより高精度に計測されるため、グルコースの濃度をより高精度に計算することが可能となる。
【００６９】
以上で示した本実施の形態の成分濃度計１００による成分濃度の計測方法について、図６を参照しながら説明する。
【００７０】
図６に示すように、本実施の形態に係る成分濃度計１００は、電磁波照射中の第１の条件下（例えば、図５（ｃ）のＡ点）における検体１０２の電磁波透過率（Ａ）と、検体１０２の温度（Ａ）とを計測する（Ｓ２１、Ｓ２２）。次に、成分濃度計１００は、検体１０２に継続して電磁波を照射することによって検体１０２を加熱、又は電磁波の照射を中止することによって検体１０２を冷却する（Ｓ２３）。次に、成分濃度計１００は、電磁波照射中の第２の条件下（例えば、図５（ｃ）のＢ点）における検体１０２の電磁波透過率（Ｂ）と、検体１０２の温度（Ｂ）とを計測する（Ｓ２４、Ｓ２５）。このように、成分濃度計１００は、検体１０２の加熱（冷却）の前後で検体１０２の電磁波透過率と温度とを計測する。
【００７１】
次に、成分濃度計１００は、計測した電磁波透過率（Ａ）及び電磁波透過率（Ｂ）の一方から他方を減算して、検体１０２の透過率の変化量を計算する（Ｓ２６）。同様に、成分濃度計１００は、温度（Ａ）及び温度（Ｂ）の一方から他方を減算して、検体１０２の温度の変化量を計算する（Ｓ２７）。ここで、変化量の算出方法は上記に限定されず、例えば、２つの測定値の比を用いる等してもよい。
【００７２】
次に、成分濃度計１００は、電磁波透過率の変化量と温度の変化量との関係から目的成分量を求める（Ｓ２８）。なお、成分濃度計１００は、透過率差と、温度差と、目的成分の成分量（質量）との関係を予め保持しているものとする。
【００７３】
次に、成分濃度計１００は、目的成分以外で検体１０２に含まれる成分量を計測する（Ｓ２９）。計測方法は特に限定されず、従来の方法を用いてもよいし、目的成分の成分量を計測した方法（Ｓ２１〜Ｓ２８）を用いてもよい。そして、成分濃度計１００は、目的成分量を全成分量（目的成分量＋目的成分以外の成分量）で除することにより、検体１０２に含まれる目的成分の濃度を計算する（Ｓ３０）。
【００７４】
本実施形態の成分濃度計１００では、検体１０２に温度変化を与えて、それに伴う光吸収率の変化量から目的成分の濃度を計算している。これにより、従来よりも高精度に目的成分の濃度を計測することが可能となる。また、分光手段を備えない構成も可能となるため、より小型で安価な成分濃度計が可能となる。
【００７５】
更に、異なる波長の電磁波では散乱の度合いも異なるなど計測誤差要因が多いが、同一波長で同一光路の電磁波の透過率を複数回計測するというシンプルな構成によって、計測誤差を軽減することが可能となる。
【００７６】
また、実施の形態１は、実施の形態２にて示すポンププローブ法などを用いた成分濃度計３００と異なる。実施の形態１では複数の電磁波伝搬路を検体内で重ね合わせる必要が無く、よりシンプルな光学系となる。これにより、より安価な成分濃度計が可能となる。
【００７７】
また、図４に示すように、検体１０２と検出部１０４との間の電磁波伝搬路に、検体１０２の温度変化によって目的成分の吸収率が変化する波長のみを透過するフィルタ１０６を備えることがより望ましい。これにより、更に高精度にグルコース量を計測することが可能となる。
【００７８】
また、本実施の形態では、波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下の近赤外光を用いた例について示したが、本発明はこの波長域の近赤外光を用いた構成に限定されるものではない。例えば、波長９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下、または、波長１２００ｎｍ以上１２７０ｎｍ以下の範囲内の波長域の近赤外光のいずれかを用いても、グルコース濃度計測に対して同様の効果が得られる。また、フィルタ１０６を用いて、これらの波長域の近赤外光のみを取り出して検出することがより望ましい。これにより、更に高精度にグルコース量を計測することが可能となる。
【００７９】
また、人体（指）のように凹凸のある検体１０２の場合は、図４に示すように、検体１０２と屈折率が同程度で、且つ検体１０２の凹凸を埋める凹凸補正材１０７を用いることで、発振部１０３から検出部１０４までの電磁波強度の分布が検体１０２の凹凸によって変化することを抑制することが可能となる。これによって、より小型の検出部１０４を用いることが可能となる。
【００８０】
凹凸補正材１０７としては、例えば、水や食塩水などを用いることで上記効果を発揮する。つまり、水を入れた水槽内に指を入れた状態で、水槽内の指に向けて電磁波を照射することで、より高精度の計測が可能となる。
【００８１】
近赤外域、可視域、紫外域の電磁波を検出する場合、検出部１０４にフォトダイオードを用いることが可能となる。フォトダイオードは安価な検出部であり、検出面が小さいほど時間分解性能が高まるため、上述の凹凸補正材１０７を用いて電磁波の広がりを抑えることが、計測精度の向上につながることになる。
【００８２】
また、検出部１０４としては、フォトダイオードのほかにも時間分解性能が高い光電子倍増管などを用いることが望ましい。これにより、正確に透過率の変化量を計測することが可能となり、更に高精度にグルコース量を求めることが可能となる。
【００８３】
また、図４に示すように、発振部１０３と検体１０２との間の電磁波伝播路に、発振部１０３から発振される電磁波１０１を収束させる収束レンズ（電磁波収束部）１０８を設けるのが望ましい。これにより、伝搬方向の電磁波強度の均一性を高めることができる。
【００８４】
さらに、図４の変形例として、図７に示す成分濃度計２００のように、発振部１０３から出射された電磁波１０１の一部を分離ミラー７０１にて反射させて、検出部７０２にてその出力を検出する構成とすることがより望ましい。発振部の出力を検出部７０２にてモニターし、検出部１０４で検出される出力値と比較することで、より正確に検体１０２での透過率の変化を計測することが可能となる。これにより、成分濃度計測の精度も更に向上する。
【００８５】
また、本実施の形態では、発振部１０３のパルス駆動波形を矩形としたが、発振部１０３の駆動波形は必ずしも矩形パルスである必要はない。少なくとも、検体１０２に入力される電磁波によって、検体１０２の温度が変化すれば、透過率変化と温度変化とからグルコース量を求めることが可能となる。
【００８６】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における成分濃度計３００の概略構成を示す図である。
【００８７】
ここでは、実施の形態１と同様に、検体１０２の一例である指の血管に含まれるグルコースの濃度を計測する成分濃度計３００について説明する。なお、実施の形態１との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、実施の形態１との共通の構成要素には同一の参照番号を付している。
【００８８】
図８に示すように、本実施の形態に係る成分濃度計３００は、発振部３０２、３０４と、検出部１０４と、演算処理部１０５とを備える。また、図示は省略するが、さらにフィルタ１０６、集束レンズ１０８等を備えてもよい。
【００８９】
発振部３０２は、検体１０２を加熱する加熱用電磁波３０１を発振する。一方、発振部３０４は、検体１０２を透過し、検出部１０４で検出される検出用電磁波３０３を発振する。そして、発振部３０２、３０４は、加熱用電磁波３０１と検出用電磁波３０３との伝搬路が、検体１０２内で重ねあわされるように、配置されている。
【００９０】
この場合、検出用電磁波３０３は、検体１０２の温度変化に伴う特性変化が加熱用電磁波３０１よりも大きいのが望ましい。一方、加熱用電磁波３０１は、検体１０２による吸収率が検出用電磁波３０３よりも大きいのが望ましい。
【００９１】
具体的には、本実施の形態２では、例えば、検出用電磁波３０３として、波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下の波長（第１の波長）の近赤外光を用いることが可能となる。また、加熱用電磁波３０１としては、例えば、波長２μｍ以上の波長（第２の波長）中赤外光を用いる。グルコースによる吸収率が高い中赤外域の電磁波を用いることで、より大幅な温度上昇が可能となり、高精度な成分濃度計測が可能となる。
【００９２】
また、加熱用電磁波、及び検出用電磁波が共に図５（ａ）に示すような波形となるように発振部３０２、３０４を駆動させ、図６に示すフロー図に従って成分濃度計測を行うことで、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００９３】
実施の形態１は、検体１０２を加熱する電磁波と、検出部１０４にて検出される電磁波とが、同一の発振部１０３にて発振されることで、光学系が簡略化される。このため、より安価な成分濃度計１００が可能となる。しかし、本発明においては、必ずしも同一の発振部１０３にて発振される必要はない。
【００９４】
加熱用電磁波３０１は、濃度を計測したい目的成分による吸収率が高く、検体１０２に含まれる目的成分以外の成分による吸収率が低いことが望ましい。また、既に製品化されている安価で大出力の発振部３０２で発振可能な波長であることが望ましい。
【００９５】
これに対して検出用電磁波３０３は、目的成分の温度変化による吸収率の変化が大きいことが求められる。それぞれ求められることが異なるため、場合によってはそれぞれに最適な電磁波の波長が異なり、独立に選択することがより計測精度が向上する。
【００９６】
また、本実施の形態では、ポンププローブ法を用いて複数回計測した透過率の差からグルコース量を求めても良い。本実施の形態にポンププローブ法を応用した場合について下記に示す。
【００９７】
まず、図９（ａ）に示すように、ポンプ電磁波（加熱用電磁波）をパルス照射することで、検体１０２の温度は図９（ｂ）に示すように、ポンプ電磁波照射中に徐々に上昇し、ポンプ電磁波の照射が終わると徐々に低下する。
【００９８】
また、プローブ電磁波（検出用電磁波）を、ポンプ電磁波のパルスとの時間差を図９（ｃ）に示すように制御して、検体１０２にパルス照射する。計測時刻Ａ、計測時刻Ｂに検出部１０４で透過率の検出を行うとして、プローブ電磁波パルスとポンプ電磁波パルスとの出力間隔ＴＡ、ＴＢを異なる値にする。
【００９９】
より具体的には、計測時刻Ａを含む時間帯には、ポンプ電磁波をパルス照射してからＴＡ秒後にプローブ電磁波をパルス照射する。一方、計測時刻Ｂを含む時間帯には、ポンプ電磁波をパルス照射してからＴＢ（＜ＴＡ）秒後にプローブ電磁波をパルス照射する。これにより、計測時刻Ａと計測時刻Ｂとで検体１０２の温度が異なるため、検出部１０４で検出される透過率が異なる。よって、２回の計測時刻Ａ、Ｂにおける透過率差と温度差とからグルコース量を求めることが可能となる。
【０１００】
本実施の形態にポンププローブ法を用いることで、高速な透過率の変化を捉えることが可能となり、計測精度が向上する。
【０１０１】
また、上述のようなポンププローブ法を用いる場合、高速な透過率の変化を計測することが可能となる。これにより、より多くの現象による透過率変化を計測することが可能となる。
【０１０２】
例えば、ポンプ電磁波によって吸収飽和を引き起こし、プローブ電磁波で透過率を計測することができる。各計測時間帯において、ポンプ電磁波とプローブ電磁波との照射タイミングを変えてプローブ電磁波の透過率を計測することで、透過率差から吸収率の回復速度が分かる。すなわち、物質は吸収飽和させると一時的に吸収率が低下するが、その後、吸収率が回復する。ただし、吸収飽和後に吸収率が回復する速度は物質ごとに異なる。このため、回復時間ごとに物質を切り分けて、その回復量から物質の量を求めることが可能となる。そこで、本実施の形態についても、複数の波長の電磁波を検体に照射し、それぞれの波長の透過率から、多変量解析によって検体に含まれる目的成分以外の成分の量を求めてもよい。
【０１０３】
しかし、グルコースと同様に、検体に含まれるグルコース以外の成分の成分量についても、吸収飽和後の吸収率の回復速度の差や、温度変化によって吸収率が変化する特有の波長の透過率変化量から求めることがより望ましい。これによって、グルコース以外の成分の成分量がより高精度に計測されるため、グルコースの濃度をより高精度に計算することが可能となる。
【０１０４】
このように、吸収飽和からの回復時間を基に目的成分の濃度を計測する方法を用いることにより、温度によって電磁波透過率が変化する特有の波長がない成分についても濃度計測の精度を高めることが可能となる。
【０１０５】
一方、温度変化による電磁波の透過率変化を基に目的成分の濃度を計測する方法では、吸収飽和を引き起こすほどの高ピークパワーの電磁波発振部が不要であり、安価で高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１０６】
また、温度変化による電磁波の透過率変化と吸収飽和からの回復時間との両方の物質特有の特性を利用した成分濃度計測は更に望ましい。これにより、一方の性質だけを用いた成分濃度計測に比べて、より多くの物質において、より高精度な成分濃度計が可能となる。
【０１０７】
また、ポンププローブ法については、一つの発振部で生成した電磁波を一度分岐させて、検体内で再度重なるように電磁波伝搬路を調節する方法を用いてもよい。この場合は、分岐後の２つの伝搬路の光学距離を調節する機構を備えることで、ポンプ電磁波とプローブ電磁波との時間差を調節することが可能となる。この方法では、２つの光源の同期を取らずとも、高精度にポンプ電磁波とプローブ電磁波との時間差を調節することが可能となる。これにより、安価な構成で計測精度の向上が可能となる。
【０１０８】
また、一つの発振部にて発生させた電磁波を一度分岐させて、検体内で再度重ねる場合は、分岐してから検体に入射するまでの間に、どちらか一方の電磁波を波長変換してもよい。これによって、より多くの物質に対して、高精度な成分濃度計測が可能となる。波長変換には、非線形光学結晶を用いることが望ましく、周期的分極反転構造を形成した非線形光学結晶を用いてもよい。これによって、高効率な波長変換が可能となり、発振部の低消費電力化が可能となる。また、装置の小型化も可能となる。
【０１０９】
また、一つの発振部にて発生させた電磁波を非線形光学結晶などの波長変換手段に通し、その一部を波長変換した後、波長変換されて発生した電磁波と波長変換されずに波長変換手段を透過した元の波長の電磁波との二つに分離することがより望ましい。これによって、更に、発振部の低消費電力化が可能となり、装置の小型化も可能となる。
【０１１０】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における成分濃度計４００の概略構成を示す図である。本実施の形態では、検体の一例である前眼房水１３０２に含まれるグルコース濃度を計測する成分濃度計４００について説明する。なお、実施の形態１、２との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、実施の形態１、２との共通の構成要素には同一の参照番号を付している。
【０１１１】
図１０に示すように、本実施の形態における成分濃度計４００は、発振部１３０３、１３０６と、検出部１３０４と、回転偏波分離器（回転偏波分離部）１３０８と、演算処理部１０５とを備える。なお、発振部１３０６は後述するように省略することもできる。
【０１１２】
この成分濃度計４００は、発振部１３０３にて発振させた電磁波１３０１を眼球前部に向けて照射する。水晶体１３０５と前眼房水１３０２とでは組織の屈折率が異なるため、その境界で反射が生じる。反射した電磁波１３０１は、検出部１３０４に導かれる。なお、本実施の形態においても、例えば、電磁波１３０１として、実施の形態１、２と同様に、波長１６００ｎｍ以上１９００ｎｍ以下の波長域の近赤外光を用いることが可能である。
【０１１３】
本実施の形態では、実施の形態１、２と検体は異なるが、同様の方法で同様の効果が得られる。例えば、図５（ａ）に示すような波形となるように発振部１３０３を駆動させ、図６に示すフロー図に従って、成分濃度計測を行うことで、実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、ここでは電磁波１３０１を実施の形態１と同様に加熱用電磁波、兼、検出用電磁波として用いるので、発振部１３０６を省略することができる。
【０１１４】
また、実施の形態２と同様に、発振部１３０３から発振される電磁波１３０１を検出用電磁波とし、発振部１３０６から発振される電磁波１３０７を加熱用電磁波とし、前眼房水１３０２内で２つの電磁波を重ねることも可能である。この構成で、加熱用電磁波と検出用電磁波とが共に図５（ａ）に示すような波形となるように発振部１３０３、１３０６を駆動させて、図６に示すフロー図に従って成分濃度計測を行うことで、実施の形態２と同様の効果が得られる。
【０１１５】
また、本実施の形態についても実施の形態２と同様に、ポンププローブ法を用いて複数回計測した透過率差と温度差とからグルコース量を求めることが可能となる。更に、温度変化による電磁波の透過率変化と、吸収飽和からの回復時間との両方を利用した成分濃度計測が望ましく、より高精度な成分濃度計が可能となる。
【０１１６】
また、前眼房水１３０２には血中濃度の約６１％の糖が含まれており、血中濃度に対して、追従性が比較的良いことから、本実施形態に示す成分濃度計４００を用いて、血液中のグルコース濃度を予想することが可能となる。
【０１１７】
また、前眼房水１３０２には糖濃度測定の妨げとなる（電磁波の散乱などを引き起こす）物質が少ないことから、本実施の形態の構成を用いることが望ましい。これによって更に高精度の濃度計測が可能となる。例えば、波長９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の波長域の近赤外光の透過率変化を計測する場合、血液中のヘモグロビンやメラニンの吸収によって測定精度が低下することを抑制することが可能となる。
【０１１８】
また、検体に前眼房水１３０２を用いることで、可視光領域、紫外光領域の電磁波を用いた成分濃度計測が可能となり、より小型の成分濃度計４００が可能となる。
【０１１９】
また、グルコースは光学活性であり、それにより旋光性を有する。旋光性とは、グルコースなどの光学活性物質中を左円偏波及び右円偏波が伝搬したとき、左円偏波と右円偏波とで屈折率が違うために、出射時の偏波状態が入射時の偏波状態と異なる現象を言う。これにより、左円偏波及び右円偏波の和である直線偏波の偏波面は、物質の旋光性及び濃度に応じて回転する。よって、この偏波面の回転量を測定すれば、物質の旋光性が既知の場合、濃度を特定することができる。
【０１２０】
ただし、光学活性を有する物質であっても、同一伝搬路を電磁波が往復する場合（反射の前後で検体内を伝搬する距離が等しい場合）は、旋光による偏波面の回転が解消される。そこで、本実施の形態の場合、図１０に示すように、水晶体１３０５の前面に対して斜めに電磁波を入射させて反射させることが望ましい。すなわち、反射の前後で検体内を伝搬する距離が異なるように光路を設定することがより望ましい。これにより、旋光による偏波面の回転が解消されず、高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１２１】
また、本実施の形態において、電磁波１３０１を直線偏波とし、前眼房水１３０２と検出部１３０４との間に回転偏波分離器１３０８を備えることが望ましい。これにより、温度変化に伴う透過率の変化量と旋光性の変化量との２つのパラメータを用いた成分濃度計測が可能となる。その結果、より高精度で、より多成分の成分濃度計側が可能となる。また、温度変化に伴う偏波方向の回転角の変化量を計測し、これらから旋光性を計算して、目的成分の濃度を求めるために用いることが更に望ましい。これによって、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１２２】
ここで、回転偏波分離器１３０８としては、例えば、ブラチライン型偏波分離器を用いることができる。電磁波が近赤外から紫外光の波長帯の場合は、グランテーラー偏光子やグラントムソン偏光子を用いることができる。
【０１２３】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４における成分濃度計５００の概略構成を示す図である。本実施の形態では、検体の一例である前眼房水１３０２に含まれるグルコース濃度を計測する成分濃度計５００について説明する。なお、実施の形態１〜３との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、実施の形態１〜３との共通の構成要素には同一の参照番号を付している。
【０１２４】
図１１に示すように、本実施の形態の成分濃度計５００は、発振部１４０２、１４０４と、検出部１４０６、１４０７と、ダイクロイックミラー１４０１、１４１０と、回転偏波分離器１４０９、１４１１と、演算処理部１０５とを備える。そして、この成分濃度計５００は、発振部１４０２、１４０２で発振される電磁波１４０３、１４０５を、前眼房水１３０２内にて重ね合わせる。
【０１２５】
また、電磁波１４０３、１４０５は、直線偏波であり、波長が互いに異なる。また、前眼房水１３０２内部における電磁波１４０３、１４０５の伝搬路が一致するように、電磁波１４０５を反射し、電磁波１４０３を透過するダイクロイックミラー１４０１を、発振部１４０４、１４０２と前眼房水１３０２との間に配置する。すなわち、ダイクロイックミラー１４０１は、波長の異なる電磁波１４０３、１４０５を合成して、前眼房水１３０２検体に向けて出力する合成部として機能する。
【０１２６】
更に、水晶体１３０５にて反射し、前眼房水１３０２から出射した電磁波１４０３、１４０５をダイクロイックミラー１４１０（電磁波１４０３を透過、電磁波１４０５を反射）で分離する。すなわち、ダイクロイックミラー１４１０は、前眼房水１３０２を透過した電磁波を波長の異なる電磁波１４０３、１４０５に分離する分離部として機能する。
【０１２７】
そして、分離された電磁波１４０３、１４０５をそれぞれ回転偏波分離器１４０９、１４１１に入射させ、検出部１４０７、１４０６にて回転偏波分離器１４０９、１４１１を透過した偏波成分のパワーをそれぞれ取得する。
【０１２８】
ここで示すように、直線偏波で波長が異なる複数の電磁波を検体に入射させ、検体内での偏波方向の変化と楕円度の変化との両方を求めることにより、旋光性、円二色性の性質の違いによる成分濃度計測の精度を向上させることが可能となる。
【０１２９】
ここで円二色性とは、物質内での右円偏波と左円偏波との吸収係数に差がある現象であり、この現象のめに、入射した直線偏波は楕円偏波に変化する。また、円二色性は物質ごとに特有の波長の電磁波でのみ発生し、楕円度の変化は物質の濃度に依存する。このため、上記のように成分濃度計測に応用することが可能となる。
【０１３０】
ただし、旋光性と円二色性との両特性を有する物質の場合、旋光性と円二色性との切り分けが難しい。このため、複数波長の電磁波を同一伝搬路で検体に入射させ、それぞれの波長ごとに偏波方向の回転角と楕円度とを求めることが望ましい。
【０１３１】
つまり、複数波長の電磁波（図１１の例では電磁波１４０３、１４０５）の検体（前眼房水１３０２）内部での伝搬路を一致させる手段（ダイクロイックミラー１４０１）を用いることにより、波長が異なる複数の電磁波の検体内での伝搬路を一致させることが望ましい。これにより、旋光性と円二色性との切り分けが可能となり、成分濃度計測の精度も高められる。
【０１３２】
また、本発明では検体内の散乱による偏波方向の変化と、旋光性及び円二色性による偏波方向と、楕円度の変化とを切り分けることも可能となる。このため、実施の形態１、２にて例に示した検体の例である指や、耳たぶ、腕などの散乱体を多く含んだ検体を用いた場合においても、旋光性、円二色性の特性差による成分濃度計測についても大幅に高精度化が可能となる。
【０１３３】
すなわち、散乱体を含む検体に対して、旋光性及び円二色性の特性差によるグルコース濃度計測は、実施の形態１、２に比べて高精度であり、実施の形態３に比べて時間遅れの少ないグルコース濃度計測が可能となる。また同様にして、散乱体を含んだ検体を用いて検体内での偏波方向の変化から目的成分の濃度を推定する全ての成分濃度計に対して、計測精度の向上が可能となる。
【０１３４】
また、複数波長の電磁波のうちの少なくとも１つの電磁波は、目的成分による円二色性の影響が実質的にない（極めて少ない）波長域であって、目的成分の旋光性を求めるためだけに用いることが望ましい。旋光性による偏波方向の回転量は電磁波の波長に反比例するため、任意の波長の電磁波における旋光による偏波方向の変化が求められる。これによって、旋光性と円二色性との２つの現象の切り分け精度を高められる。つまり、成分濃度計測の精度の向上が可能となる。
【０１３５】
また、実施の形態１と同様に、検体に入力される電磁波が図５（ａ）に示すような波形となるように発振部を駆動させ、図６に示すフロー図に従って成分濃度計測を行うことで、温度変化による旋光性、円二色性の特性変化から成分濃度計測を行うことが可能となり、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１３６】
さらに、発振部１４０４から発振される電磁波１４０５を検出用電磁波とし、発振部１４０２から発振される電磁波１４０３を加熱用電磁波としてもよい。この場合、回転偏波分離器１４０９及び検出部１４０７は省略することができる。電磁波１４０５を加熱用電磁波とし、電磁波１４０３を検出用電磁波としてもよいことは言うまでもない。
【０１３７】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５における成分濃度計６００の概略構成を示す図である。本実施の形態では、検体の一例である前眼房水１３０２に含まれるグルコース濃度を計測する成分濃度計６００について説明する。なお、実施の形態１〜４との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、実施の形態１〜４との共通の構成要素には同一の参照番号を付している。
【０１３８】
図１２に示すように、本実施の形態の成分濃度計６００は、第１の電磁波１５０２を生成する発振部１５０１と、第１の電磁波１５０２の一部を波長の異なる第２の電磁波１５０４に変換する波長変換部１５０３と、回転偏波分離器１４０９、１４１１と、検出部１４０６、１４０７と、演算処理部１０５とを備える。
【０１３９】
第２の電磁波１５０４と、第２の電磁波１５０４に変換されずに波長変換部１５０３を通過した第１の電磁波１５０２とは、共に検体となる前眼房水１３０２に入射し、水晶体１３０５にて反射し、前眼房水１３０２から出射してダイクロイックミラー１５０５（電磁波１５０２を透過、電磁波１５０４を反射）で分離される。
【０１４０】
その後、第１の電磁波１５０２は、回転偏波分離器１４０９に入射し、検出部１４０７にて回転偏波分離器１４０９を透過した偏波成分のパワーが検出される。同様に、第２の電磁波１５０４は、回転偏波分離器１４１１に入射し、検出部１４０６にて回転偏波分離器１４１１を透過した偏波成分のパワーが検出される。
【０１４１】
本実施の形態では、実施の形態４と同様に、直線偏波で波長が異なる複数の電磁波を検体に入射させ、検体内での偏波方向の変化と楕円度の変化との両方を求めることにより、旋光性と円二色性との性質の違いによる成分濃度計測の精度を向上させることが可能となる。
【０１４２】
また、本実施の形態では、上記直線偏波で波長が異なる複数の電磁波を、波長変換部１５０３を用いて生成することにより、各電磁波（図１２の例では電磁波１５０２と電磁波１５０４）の位相差を一定とすることができ、伝搬路を完全に一致させることが可能となる。これにより、旋光性及び円二色性による偏波方向の回転と散乱による偏波方向の変化とを、実施の形態４よりも高精度に切り分けることが可能となり、計測精度も向上する。
【０１４３】
また、複数の電磁波の伝搬路を一致させるための手段が不要となり、光学系がシンプルで調整工数の低減も可能となるため、低コスト化、装置の小型化が可能となる。
【０１４４】
また、波長変換部１５０３では、電磁波１５０２の高調波（周波数が整数倍）となる電磁波に変換することが望ましい。上記複数の電磁波の位相差は固定されており、波長が整数倍となることで、合成した電磁波の電界振幅のピーク値を安定させることが可能となる。これによって、検体内において複数の電磁波の合成波が２光子吸収などの非線形吸収が計測誤差となることを抑制し、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１４５】
この効果は、旋光性及び円二色性の特性差を基にした成分濃度計だけでなく、光吸収率の差を基にした成分濃度計においても同様の効果を発揮するため望ましく、実施の形態２〜４の構成においても、検体に入射する電磁波の内、少なくとも一つは、少なくとも別の一つから波長変換技術によって生成された電磁波であることが望ましい。
【０１４６】
また、実施の形態１と同様に、電磁波入力が図５（ａ）に示すような波形となるように発振部を駆動させ、図６に示すフロー図に従って成分濃度計測を行うことが望ましい。これにより、温度変化による旋光性及び円二色性の特性変化から成分濃度計測を行うことが可能となり、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１４７】
また、本実施の形態についても、実施の形態３と同様に、加熱用電磁波を発振する発振部を備え、検体内の電磁波１５０２、１５０４の伝搬路を加熱することが望ましい。これにより、ポンププローブ法を用いて複数回計測した透過率の差からグルコース量を求めることが可能となる。つまり、温度変化による電磁波の透過率変化と、吸収飽和からの回復時間との両方を応用した成分濃度計測が可能となり、より高精度な成分濃度計が可能となる。
【０１４８】
さらに、第１の電磁波１５０２を検出用電磁波とし、第２の電磁波１５０４を加熱用電磁波としてもよい。この場合、回転偏波分離器１４１１及び検出部１４０６は省略することができる。第１の電磁波１５０２を加熱用電磁波とし、第２の電磁波１５０４を検出用電磁波としてもよいことは言うまでもない。
【０１４９】
また、実施の形態３〜５のように眼球に電磁波を照射する場合は、図１３に示すような電磁波照射用カップ１８０１を備える成分濃度計７００を用いることが望ましい。
【０１５０】
以下では、実施の形態３〜５に、電磁波照射用カップ１８０１を備える成分濃度計７００を用いる場合について、まとめて説明する。また、実施の形態３〜５における電磁波１３０１、１３０７、１４０３、１４０５、１５０２、１５０４をまとめて、電磁波１９０１として説明する。
【０１５１】
電磁波照射用カップ１８０１は、底面に開口部を有する有底筒体の部材である。この電磁波照射用カップ１８０１の側壁（側面）には、電磁波照射部１８０６と、電磁波検出部１８０７とが設置されている。電磁波照射部１８０６は、発振部１８０３に接続され、電磁波照射用カップ１８０１の開口部に向けて電磁波１９０１を照射する。電磁波検出部１８０７は、検出部１８０４に接続され、電磁波照射用カップ１８０１の開口部から入射する電磁波を検出して、検出部１８０４に伝達する。
【０１５２】
また、電磁波照射用カップ１８０１の内部には保護液１８０５が充填される。つまり、電磁波照射部１８０６から照射される電磁波は、保護液１８０５を通って開口部に到達する。同様に、検体を透過した電磁波は、開口部から保護液１８０５を通って電磁波検出部１８０７に到達する。
【０１５３】
すなわち、電磁波照射用カップ１８０１の内側の目盛線１８０２まで保護液１８０５を入れた状態で、目にぴったりと押し当てて、そのまま、保護液１８０５がこぼれないように上を向いた状態（図１４に示すような状態）で、目的成分の濃度を計測する。ここで、保護液１８０５としては、蒸留水や食塩水などを用いることができる。
【０１５４】
図１４に示すように、発振部１８０３にて生成された電磁波１９０１は、電磁波照射部１８０６を通して、電磁波照射用カップ１８０１内に入射する。電磁波照射用カップ１８０１に入射した電磁波１９０１は、電磁波照射用カップ１８０１内に満たされた保護液１８０５内を通って、角膜１９０２に到達し、前眼房水１３０２と水晶体１３０５との境界で反射した後、再び、前眼房水１３０２、角膜１９０２、保護液１８０５を通って電磁波検出部１８０７に到達する。電磁波検出部１８０７にて取り込まれた電磁波１９０１は、検出部１８０４にてモニターされる構成となる。
【０１５５】
水晶体（屈折率１．４３）と前眼房水（屈折率１．３３）との境界や、前眼房水と角膜（屈折率１．３７）との境界など、屈折率差が小さい境界部で電磁波を反射させる構成の成分濃度計では、反射率が小さく、検出部１８０４に到達する電磁波１９０１の出力は非常に小さくなる。そのため、反射面への入射角を大きくすることで、反射率を高めることで、より大きな出力の電磁波１９０１を検出部１８０４に入射させることが可能となり、成分濃度計７００としてより高精度な構成となる。
【０１５６】
しかし、電磁波１９０１が、空気中（屈折率１）から角膜１９０２に入射する構成では、角膜１９０２と前眼房水１３０２との境界や前眼房水１３０２と水晶体１３０５との境界への入射角は約４６°以下に制限されてしまう。
【０１５７】
このため、電磁波照射用カップ１８０１を用いて、保護液１８０５から角膜１９０２に電磁波１９０１が入射する構成とすることが望ましい。これによって、より大きな出力の電磁波１９０１が検出部１８０４に到達し、成分濃度計７００としての計測精度が向上する。
【０１５８】
また、屈折率１．３３以上（前眼房水より高屈折率）の保護液１８０５を用いることがより望ましい。これにより、任意の入射角で前眼房水１３０２と水晶体１３０５との境界部に電磁波１９０１を入射させることが可能となり、この境界部で電磁波１９０１を反射させる構成の成分濃度計７００の場合、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１５９】
また、屈折率１．３７以上（角膜より高屈折率）の保護液１８０５を用いることが更に望ましい。これにより、任意の入射角で前眼房水１３０２と角膜１９０２との境界部に電磁波１９０１を入射させることが可能となる。これにより、この境界部で電磁波１９０１を反射させる構成の成分濃度計７００の場合、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１６０】
また、電磁波照射用カップ１８０１は、電磁波照射部１８０６と電磁波検出部１８０７とを除いて、遮光性の高い材質で構成されていることが望ましい。若しくは、電磁波照射用カップ１８０１の遮光性の高い皮膜が塗膜されていてもよい。これにより、より瞳孔（水晶体と前眼房水の境界が露出している部分）が開くため、水晶体１３０５と前眼房水１３０２との境界で電磁波１９０１を反射させる構成や、眼底の血管に電磁波１９０１を照射する構成の場合に、よりアライメントが取り易い。その結果、電磁波１９０１の眼球への入射位置を調節する機構を簡略化したり、省略したりすることが可能となるため、より安価で小型な成分濃度計とすることが可能となる。
【０１６１】
また、旋光性や円二色性などの現象を利用し、電磁波１９０１の偏波面の回転角を基に成分濃度計測を行う場合は、水晶体１３０５と前眼房水１３０２との境界にて反射する前に前眼房水１３０２を伝搬する距離と、反射した後に前眼房水１３０２を伝搬する距離との差が大きいほど成分濃度計測の精度が向上する。
【０１６２】
このため、より瞳孔が開いた状態で、水晶体１３０５と前眼房水１３０２との境界面内で、且つより虹彩１９０３に近い位置で電磁波１９０１を反射させることによって、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１６３】
また、言うまでも無く保護液１８０５の電磁波１９０１に対する吸光度は、温度によって変化しないことが望ましい。更に、電磁波１９０１に対する吸光度が小さいことが望ましい。また、電磁波１９０１に対して旋光性や円二色性を示さないことが望ましい。これにより、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１６４】
また、電磁波１９０１が近赤外光、可視光、紫外光の場合、発振部１８０３と電磁波照射部１８０６との間の電磁波伝搬路と、電磁波検出部１８０７と検出部１８０４との間の電磁波伝搬路として、光ファイバを用いてもよい。
【０１６５】
また、電磁波照射部１８０６を省略し、発振部１８０３を電磁波照射用カップ１８０１の側壁に直接取り付ける構成としてもよい。これにより、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１６６】
同様に、電磁波検出部１８０７を省略し、検出部１８０４を電磁波照射用カップ１８０１の側壁に直接取り付ける構成としてもよい。これにより、より小型の成分濃度計が可能となり、低コスト化も可能となる。
【０１６７】
また、検体が眼球の場合以外であっても、図４に示す凹凸補正材１０７の代わりに、電磁波照射用カップ１８０１と保護液１８０５とを用いた図１４の構成で成分濃度計測を行ってもよい。これにより、より様々な形状の検体に対して、高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１６８】
また、検出用電磁波及び加熱用電磁波として、波長３０μｍから３０００μｍのテラヘルツ波を用いてもよい。テラヘルツ波は、高分子材料の骨格振動や分子構造における格子振動、局所振動の結合エネルギーによる吸収特性などを有する。このように、物質を区別する情報が多く、温度変化による吸収特性の変化が大きい波長域でもあるので、テラヘルツ波を検出用電磁波として用いることで、特に高分子材料の成分濃度計測用として、より高精度な濃度計側が可能となる。
【０１６９】
また、テラヘルツ波を用いる場合、発振部としては次のような構成が考えられる。例えば、ＹＡＧレーザ励起光をクロムフォルステライト結晶に照射し、発生した２波をＧａＰ結晶に当てて、差周波としてテラヘルツ波を発生させられる。また、ガスレーザや自由電子レーザなどを用いても良い。
【０１７０】
また、加熱用電磁波及び検出用電磁波を、共に図５（ａ）に示すような波形となるように発振部を駆動させた場合、計測時刻Ａ、計測時刻Ｂに加えて、計測時刻Ａ、計測時刻Ｂと同条件の計測を繰り返す（計測時刻Ａ´、計測時刻Ｂ´で計測する）方法や、計測時刻Ａと計測時刻Ｂとの間の温度となる時刻（計測時刻Ｃ）で計測を実施し、グルコース量の算出に用いることがより望ましい。測定回数を増やすことにより、更に高精度な成分濃度計となる。
【０１７１】
以上、実施の形態１〜５において、それぞれ検体として指の血管、前眼房水を用いたグルコース濃度を計測する本発明の成分濃度計について示したが、本明細書にて、実施の形態に示した構成は一例であって、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることは言うまでもない。また、実施の形態１〜５に共通して以下のことが言える。
【０１７２】
まず、前述の５つの実施の形態にて示した例と同様に、血液中のグルコース濃度計測を目的とする場合、耳の血管を検体として用いても良い。耳のように、より薄い検体を用いることで、検出部の必要感度が低下し、より安価な成分濃度計が可能となる。
【０１７３】
また、より安価な血糖計測が求められる場合は、鼓膜を検体に用いることが望ましい。鼓膜は構造が平面で、且つ、一様であるため、温度上昇量を計算する精度が向上し、高精度なグルコース濃度計測が可能となる。
【０１７４】
また、より高精度なグルコース濃度計測が求められる場合は、測定位置が毎回ずれないように、静脈認証装置を備えた構成とすることが望ましい。更に、計測精度を向上させることが可能となる。
【０１７５】
また、呼気を冷やした呼気凝縮液を検体としてもよく、前眼房水と同様に、散乱などによる計測誤差の発生が少なく、より高精度にグルコース濃度計測が可能となる。このため、呼気凝縮液を検体とすることで、より安価な成分濃度計が可能となる。
【０１７６】
また、眼底の血管に電磁波を照射し、反射させたのち検出部に導く方法を用いてもよい。眼底の血管を検体として用いることで、皮膚などによる電磁波の散乱が少なくなるため、検体である血液中での光強度を高精度に調節することが可能となる。これにより、グルコース濃度計測の精度の向上が可能となる。このため、最も高精度な非侵襲性のグルコース濃度計測が可能となるため、眼底の血管を検体とすることが望ましい。
【０１７７】
また、耳たぶや皮膚、前眼房水などを検体としてグルコース濃度を計測する場合、検体内の検出用電磁波の伝播路は１ｍｍ以上となる。特に、皮膚を検体とする場合は、検出用電磁波、加熱用電磁波が共に皮膚表面から２〜３ｍｍ奥にある真皮まで到達することが望ましく、これによって、より正確な血糖値計測が可能となる。
【０１７８】
また、２ｍｍ以上の伝搬路中をより均一に加熱するために、加熱用電磁波は波長１４５０ｎｍ〜１８５０ｎｍが望ましい。これによって、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１７９】
しかも、温度変化によって検体の加熱用電磁波の吸光度が変化しないことがより望ましい。検出用電磁波と加熱用電磁波との波長が異なる場合は、加熱用電磁波の波長を１４５０ｎｍ〜１６００ｎｍとすることが最も望ましい。これによって、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１８０】
また、検出用電磁波を直線偏波とし、発振部と検体との間に電磁波の偏波方向を回転させる手段を備えていることが望ましい。これにより、温度変化に伴う検体の透過率の変化量に加えて、その偏波依存性についても目的成分の濃度を求めるためのパラメータとすることが可能となり、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。また、検出用電磁波を円偏波やランダム偏波として、検体と検出部との間に回転偏波分離器を備えるなどの方法を用いても同様の効果を発揮することが可能となる。
【０１８１】
また、検出用電磁波を直線偏波とし、検体から出射した後の電磁波の偏波成分を求める構成で、且つ、電磁波伝搬路において電磁波伝搬方向と平行方向に磁界を印加する磁界発生手段を備えていることが望ましい。これにより、磁気二色性を成分濃度計測に用いることも可能となり、磁気二色性を有する成分の高精度濃度計測が可能となる。
【０１８２】
また、図示していないが、加熱用電磁波が近赤外領域、または、可視領域、紫外領域の場合は、発振部と検体との間の電磁波伝搬路にロッドインテグレータやフライアイレンズなどを設置し、検体内における電磁波強度ムラを軽減することが望ましい。検体内部において、加熱用電磁波の電磁波強度ムラが少ないほど、検体内の場所によって、検体の温度上昇量のバラツキが抑制され、更に計測精度を高めることが可能となる。
【０１８３】
また、加熱用電磁波は検体に吸収されるため、検体内を伝搬するにつれて距離と共に減衰する。このため、伝搬方向の電磁波強度の均一性を高めるため、電磁波を集束させる集束レンズ１０８（図４参照）を備えることが望ましい。また、電磁波の集束位置は、検体より後方であることが望ましい。これによって、伝搬方向の電磁波強度バラツキも減り、更に、計測精度が高い成分濃度計となる。
【０１８４】
また、本発明の実施の形態として、発振部を図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、２周期パルス駆動させることも本発明に必須の条件ではなく、少なくとも１回の出力変動があればよい。
【０１８５】
また、発振部（加熱用電磁波と検出用電磁波とを別の発振部で発振する場合は少なくとも加熱用の発振部）を、パルスエネルギーを変えてパルス駆動させるのが望ましい。ここで、パルスエネルギーとは、電磁波パルスの振幅と照射時間との積で表される値である。
【０１８６】
例えば、発振部は、図１５（ａ）に示すように、高出力パルスと低出力パルスとを検体に照射してもよい。すなわち、発振部は、電磁波パルスのピークパワーを異ならせることによって、パルスエネルギーの異なる２つの電磁波パルスを検体に照射してもよい。
【０１８７】
この場合、図１５（ｂ）に示すように、高出力パルスの照射時に比べて、低出力パルスの照射時の検体の温度上昇は小さい。このため、図１５（ｃ）に示すように、高出力パルスの照射時間帯全体を計測時間帯Ａ、低出力パルスの照射時間帯全体を計測時間帯Ｂとして、２つの計測時間帯における透過率の平均値（平均透過率）を比較することで、グルコース量を求めることが可能となる。この方法を用いることにより、時間分解性能が低い（応答速度μｓ以上の）検出部を用いた場合であっても、高精度な成分濃度計測が可能であり、望ましい。これによって、より安価な検出部を選択することが可能となる。
【０１８８】
また、発振部（加熱用と検出用の両方）を、パルス幅を変えてパルス駆動させてもよい。例えば、発振部は、図１６（ａ）に示すように、長パルスと短パルスとを検体に照射してもよい。すなわち、発振部は、電磁波パルスの照射時間を異ならせることによって、パルスエネルギーの異なる２つの電磁波パルスを検体に照射してもよい。
【０１８９】
この場合、図１６（ｂ）に示すように、長パルスの照射時に比べて、短パルスの照射時の検体の温度上昇は小さい。このため、図１６（ｃ）に示すように、長パルスの照射時間帯全体を計測時間帯Ａ、短パルスの照射時間帯全体を計測時間帯Ｂとして、２つの計測時間帯における平均透過率を比較することで、グルコース量を求めることが可能となる。この方法を用いることにより、時間分解性能が低い（応答速度μ秒オーダー以上の）サーマルセンサーなどの検出部を用いた場合であっても、高精度な成分濃度計測が可能となる。これによって、より安価な検出部を選択することが可能となる場合がある。また、サーマルセンサーを用いることにより、高精度な計測が可能となる。
【０１９０】
更に、この方法では、長パルスと短パルスとのピーク出力が同じであることから、２光子吸収などの非線形吸収特性をもつ検体を検出する場合にも、その影響により計測精度が低下することを抑制することが可能となる。
【０１９１】
また、発振部（加熱用と検出用の両方）を、パルス幅を変えてパルス駆動させ、図１７（ａ）に示すように、長パルスと連続する複数の短パルスとを検体に入射させてもよい。この場合、図１７（ｂ）に示すように、長パルスの照射時に比べて、連続する複数の短パルスの照射時の検体の温度上昇は小さい。このため、図１７（ｃ）に示すように、長パルスの照射時間帯全体を計測時間帯Ａ、連続する複数の短パルスの照射時間帯全体を計測時間帯Ｂとして、２つの計測時間帯における平均透過率を比較することで、グルコース量を求めることが可能となる。本方式では、応答速度が秒オーダーで、感度が低いサーマルセンサーなどの検出部を用いる場合に特に望ましい。すなわち、単一長パルスと単一短パルスとの透過率を比較する場合に比べて、上記のサーマルセンサーを用いたとしても、更に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０１９２】
また、本発明を血糖濃度計測に用いる場合は、瞬間的に血液を数度以上上昇させることが望ましく、そのためには、２ｍＪ以上８ｍＪ以下の電磁波パルスを照射することが望ましい。これによって、より大きな透過率の変化を引き起こすことが可能となり、成分濃度計測の精度を向上させることが可能となる。
【０１９３】
また、加熱した血液が測定可能位置範囲の外に移動し、加熱に要したエネルギーが無駄になることを防ぐことが可能となるため、電磁波のパルス幅は数ｍ秒以下であることが望ましい。これにより、より低消費電力な成分濃度計、ひいては小型の成分濃度計を実現することが可能となる。
【０１９４】
また、本発明の成分濃度計については、検体の温度を計測する手段を備えることが望ましい。これにより、温度変化量をより正確に計測することが可能となる。このため、グルコース量の高精度な計測が可能となる。
【０１９５】
また、検体の温度を計測する手段は、光音響効果を用いた手段や電磁波を用いた手段でもよい。これにより、より小型の成分濃度計とすることが可能となる。
【０１９６】
また、検体の熱伝導率、熱容量を計測する手段を備えることで、検体の温度を予測してもよい。この場合は、ビーム径、パルス波形、波長などの異なる電磁波を検体に入射させて、その透過率の変化から熱伝導率、熱容量を求める方法がより望ましい。これによって、より高速な成分濃度計測が可能となる。
【０１９７】
また、検体の電磁波吸収率（電磁波による発熱量）と検体の熱容量、熱伝導率等とから、熱解析的に温度上昇量を計算する方法を用いても良い。電磁波吸収率については、電磁波透過率から求めることが可能となる。この方式では、温度を計測するデバイスを備えることなく温度を求めることが可能であり、成分濃度計の低コスト化が可能となる。
【０１９８】
また、検体内に含まれる物質のうち、既に濃度が分かっている物質があれば、その物質が温度変化によって吸収率が変化する波長を用いて、検体の温度変化量を求めることが可能となる。つまり、検体内で濃度が分かっている物質をＸとし、その濃度をＣｘとする。また、温度変化によってＸの吸収率が変化する波長での、温度変化による透過率の差をΔＴｘとする。
【０１９９】
ここで、ΔＴｘは、Ｃｘと温度変化量との積に比例する。そのため、予めその比例係数を求めておくことで、ΔＴｘから温度変化量が求まる。同様に、目的成分をＹとし、その濃度をＣｙとし、温度変化によってＹの吸収率が変化する波長での、温度変化による透過率の差をΔＴｙとする。また、ΔＴｙもＣｙと温度変化量との積に比例する。そのため、予めその比例係数を求めておくことで、ΔＴｙと先ほど求めた温度変化量との二つからＣｙが求められる。
【０２００】
以上により、検体内に含まれる目的成分以外の成分で、検体内に含まれる濃度が分かっているＸに相当する物質が無い場合は、Ｘの代わりとして温度変化によって吸収率が変化する物質（Ｚとする）を混入させることが望ましい。これによって、検体内に含まれる濃度が分かっているＸが無い場合であっても高精度な濃度計測が可能となる。
【０２０１】
また、検体の質量とＺの質量とを予め計測しておくことが望ましい。これによって、検体に含まれるＺの成分濃度がより高精度に求められるため、温度変化量、さらには、目的成分の濃度もより高精度に求められる。
【０２０２】
また、血液中、前眼房水中のグルコースの濃度を求める成分濃度計の場合、水をＸとして、用いることが望ましい。含まれる成分濃度が予め分かっており、グルコースと同様に、血液中で水以外の物質の吸収率が低い波長の電磁波を用いて、温度変化量を求めることが可能となるため、温度変化量、さらには、グルコースの濃度をより高精度に求めることが可能となる。
【０２０３】
また、本発明の成分濃度計を血糖濃度計として用いる場合、温度変化（上昇）量は電磁波強度とグルコース濃度との積に比例するが、その比例係数に個人差がある。このため、予めグルコース濃度が分かっている状態（血液採取などの別の方法でグルコース濃度を計測した状態）で、計測時刻Ａと計測時刻Ｂとの透過率の差と、グルコース濃度との関係をテーブルにしておくことが望ましい。これにより、このテーブルに基づいて、透過率の差からグルコース量を逆算することが可能となる。テーブルを作っておくことで、更に高精度に目的成分の濃度を計測することが可能となる。
【０２０４】
また、実施の形態１〜５では、検体を加熱する手段として電磁波を用いたが、ヒーターやペルチェ素子など、その他の手段を用いて検体を加熱、または冷却してもよい。ただし、加熱手段及び冷却手段を電磁波とすることで、検出用電磁波の伝搬路で検体を局所的に加熱することが可能となり、より高速に温度を上昇させることが可能となる。このため、計測時間を短縮することが可能となる。また、加熱と計測との時間を短縮することで、生体細胞の変性を起こさずに、より大きな温度変化を実現することが可能となり、成分濃度計測の精度も向上する。
【０２０５】
また、加熱用電磁波は、グルコースによる吸収率が高い程望ましく、且つグルコース以外で検体に含まれる他の成分による吸収率が低いほど望ましい。これにより、検体の温度上昇量がグルコースの濃度に依存するため、グルコース濃度の差がより大きく透過率の変化に影響する。その結果、更に高精度にグルコースの濃度を計測することが可能となる。
【０２０６】
また、実施の形態１〜５では、検体を予め冷却しておいて透過率や旋光性、円二色性などを評価し、加熱した後再び透過率や旋光性、円二色性などを評価して比較することで成分濃度計測を行うことが望ましい。検体が動植物の場合など、高温にすることで物質が変質する様な検体であっても、変質による誤測定を防ぐことが可能となる。また、変化させられる温度の幅が広がることで、計測精度も向上する。
【０２０７】
また、複数温度での成分ごとの光吸収率や円二色性の波長依存性のテーブルを用意しておいて、検出用電磁波を波長の異なる複数の電磁波として、複数の温度で透過スペクトルや円二色性の波長依存性を測定し、多変量解析を行う方法で成分濃度計測を行うことがより望ましい。これにより、複数の成分の濃度分析を同時に高精度に求めることが可能となる。
【０２０８】
また、以上グルコース濃度を計測する成分濃度計について示したが、本発明の成分濃度計測方法は、上記以外の検体に含まれる目的成分濃度計測にも応用することが可能であり、実施の形態１〜５に示す構成と同様の構成により、同様の効果が得られる。
【０２０９】
例えば、本発明の成分濃度計を、水分を含む検体の水分濃度計測に応用する場合は、波長１１００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下、または、波長９００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の近赤外光を検出用電磁波として用いることで、温度変化による電磁波透過率の変化を基にした本発明の成分濃度計測が可能となる。
【０２１０】
また、タンパク質の濃度計測に応用する場合は、波長５６０ｎｍ以上７７０以下の可視光、または、波長２６０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の紫外光を用いることで同様に、温度変化による電磁波透過率の変化を基にした本発明の成分濃度計測が可能となる。
【０２１１】
以下では、血液中の目的成分の濃度を計測する目的以外の、本発明の成分濃度計の実施形態について示す。
【０２１２】
（実施の形態６）
図１８は、本発明の実施の形態６における成分濃度計８００の概略構成を示す図である。実施の形態６では、検体となる冷凍すり身（魚肉）に含まれるタンパク質濃度を計測する成分濃度計８００について説明する。なお、実施の形態１〜５との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、実施の形態１〜５との共通の構成要素には同一の参照番号を付している。
【０２１３】
図１８に示すように、本実施の形態における成分濃度計８００は、発振部１６０３、１６０６と、光ファイバ１６０５、１６０７と、検出部１６０４と、演算処理部１０５とを備える。この成分濃度計８００は、発振部１６０３にて発振させた電磁波１６０１を冷凍すり身１６０２に導く。ここで、電磁波１６０１は、近赤外光から紫外光の波長域とし、光ファイバ１６０５を用いて、冷凍すり身１６０２へ導く構成とする。
【０２１４】
また、冷凍すり身１６０２の表面の光ファイバ１６０５設置箇所の付近に、別の光ファイバ１６０７を接触させることで、冷凍すり身１６０２内において、散乱した電磁波１６０１の一部が光ファイバ１６０７に入射し、検出部１６０４に導かれる。
【０２１５】
本実施の形態では、例えば、電磁波１６０１として、波長５６０ｎｍ以上７７０以下の可視光、または、波長２６０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の紫外光を用いてもよい。これらの波長の光は特に、タンパク質の温度変化によって吸光度が大きく変化するため、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０２１６】
本実施の形態では、実施の形態１〜５と検体や目的成分は異なるが、同様の方法で同様の効果が得られる。例えば、図５（ａ）に示すような波形となるように発振部１６０３を駆動させ、図６に示すフロー図に従って成分濃度計測を行うことで、実施の形態１と同様の効果が得られる（ここでは電磁波１６０１を実施の形態１と同様に加熱用電磁波、兼、検出用電磁波として用いる。）。
【０２１７】
また、実施の形態２と同様に、成分濃度計８００は、加熱用の電磁波１６０８を発振する発振部１６０６をさらに備えてもよい。そして、電磁波１６０１を検出用電磁波として、冷凍すり身１６０２内で２つの電磁波１６０１、１６０８を重ねるよう配置してもよい。この構成で、加熱用電磁波、検出用電磁波が共に図５（ａ）に示すような波形となるように発振部１６０３、１６０６を駆動させて、図６に示すフロー図に従って成分濃度計測を行うことで、実施の形態２と同様の効果が得られる。
【０２１８】
また、本実施の形態についても実施の形態２と同様に、ポンププローブ法を用いて複数回計測した透過率の差からタンパク質量を求めることが可能となる。更に、温度変化による電磁波の透過率変化と、吸収飽和からの回復時間との両方を利用した成分濃度計測が望ましく、より高精度な成分濃度計が可能となる。
【０２１９】
また、光ファイバ１６０５と光ファイバ１６０７とをまとめて、一つのバンドルファイバとすることがより望ましい。これにより、光ファイバ１６０５が冷凍すり身１６０２に接する位置と光ファイバ１６０７が冷凍すり身１６０２に接する位置との間の間隔が一定となり、冷凍すり身１６０２内における電磁波１６０１の伝搬距離が一定となる。このため、より正確な成分濃度計測が可能となる。
【０２２０】
また、本実施の形態と同様の構成で、検体を人体の皮膚とし、血液中のグルコース濃度を計測する場合には、光ファイバ１６０５と皮膚が接する位置と、光ファイバ１６０７と皮膚が接する位置とが０．５ｍｍ以上離れていることがより望ましい。これにより、光ファイバ１６０５から出射した後、真皮を通った電磁波１６０１が光ファイバ１６０７に取り込まれる。このため、より計測精度が高い成分濃度計となる。
【０２２１】
また、冷凍すり身１６０２内にて散乱した電磁波１６０１を取り込んで検出部１６０４へ導く光ファイバを複数本設けることがより望ましい。これによって、より多くの電磁波１６０１を検出部１６０４に導くことが可能となり、更に、高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０２２２】
また、本実施の形態において、加熱用電磁波、検出用電磁波を検体に照射する構成は、必ずしも図１８に示すような光ファイバを用いた構成である必要は無い。散乱が多い検体の場合は図１８に示すような構成によって高精度化が可能となるが、検体に応じて実施の形態１〜５に示した成分濃度計の光学構成をとってもよい。同様の構成で同様の効果が得られる。
【０２２３】
また、実施の形態１〜４に示した成分濃度計の光学構成のほうがより望ましい場合もある。例えば、集光光学系を用いて、数百μｍ以下に集光して加熱用電磁波を冷凍すり身に照射することで、限られた部位のみを加熱することが可能となる。このため、マイクロ波などの数百μｍ以下に集光できない電磁波やヒーターなどを用いて加熱する場合と異なり、冷凍すり身１６０２を解凍することなくタンパク質濃度を計測することが可能となる。この場合、波長数μｍ以下の短パルス光を加熱用電磁波として用いることが望ましい。これによって、集光光学系を小型化することが可能となる。
【０２２４】
また、冷凍すり身に限らず、冷凍食品を検体とし、その内部の目的成分の濃度を計測する全ての場合において、同様の理由により、短パルス光を数百μｍ以下に集光して検体を加熱することが望ましい。
【０２２５】
また、冷凍食品以外で検体を加熱することが望ましくないすべての成分濃度計において、短パルス光を数百μｍ以下に集光して加熱することが同様の理由により望ましい。
【０２２６】
特に、食品を検体とする場合や、実施の形態１〜５に示したような人体などの生体を検体とする場合は、１μｓ以下のパルス幅とすることが望ましく、これによって、生体細胞への熱作用を大きく軽減することが可能となる。
【０２２７】
また、食品や生体を検体とする場合、照射する電磁波のパルス幅は１０ｎｓ以上が望ましい。これによって、光アブレーションの発生を防止し、検体のパルス加熱が可能となる。
【０２２８】
また、これらの場合、検出用電磁波も同様に加熱用電磁波の照射領域内に収まるように数百μｍ以下に集光して検体に照射することが望ましい。これによって、検出用電磁波の透過部分全域における温度の差を抑制することが可能となり、計測精度が向上する。
【０２２９】
（実施の形態７）
図１９は、本発明の実施の形態７における出荷検査システム２０００の概略構成を示す図である。なお、実施の形態１〜６との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、実施の形態１〜６との共通の構成要素には同一の参照番号を付している。
【０２３０】
図１９に示すように、本実施の形態の出荷検査システム２０００は、冷凍すり身（魚肉）に含まれるタンパク質濃度を計測する成分濃度計２００１と、ベルトコンベア（搬送部）２００２とから構成される。なお、成分濃度計２００１は、実施の形態６に係る成分濃度計８００と同一構成であってもよい。
【０２３１】
冷凍すり身１６０２は、ベルトコンベア２００２によって運ばれ、各冷凍すり身１６０２が発振部１６０３、１６０６から出射した電磁波１６０１、１６０８が照射される位置（計測位置）を通過する瞬間に、冷凍すり身１６０２に含まれるタンパク質の濃度が計測される構成となっている。
【０２３２】
ここでは、実施の形態６に示した成分濃度計８００を用いたが、他の実施の形態に示した成分濃度計の構成など、本発明の成分濃度計を用いることで、より高精度な出荷検査システムが可能となる。
【０２３３】
また、ここでは、冷凍すり身に含まれるタンパク質濃度を計測する出荷検査システムの例について示したが、同様の構成で、様々な食品や薬品などを検査するシステムが可能となる。
【０２３４】
例えば、同様の構成の成分濃度計により、食品に混入するマラカイトグリーンなどの残留農薬、砒素などの毒物の濃度を計測する成分濃度計測の高精度化も可能となる。これらの用途においても、短パルス電磁波を用いて検体を加熱することで、検体が冷凍食品の場合であっても、解凍することなく目的成分の濃度を計測することが可能となる。
【０２３５】
また、マラカイトグリーンを目的成分とする場合は、検出用電磁波や加熱用電磁波として波長５２０ｎｍ〜７２０ｎｍの可視光を用いることが望ましい。これにより、構成にマラカイトグリーン濃度を計測することが可能となる。
【０２３６】
上記のように、本発明の成分濃度計を出荷検査システムに用いることが望ましい。高速に、しかも、冷凍食品の場合であっても解凍することなく高精度な成分濃度計測が可能であるため、食品加工工場においてインラインの全数検査が可能となる。
【０２３７】
また、本発明の成分濃度計を健康管理システムの一例であるカロリーメーターとして応用し、食品に含まれる糖分、脂質、タンパク質などの複数の成分濃度を計測し、その食品に含まれるカロリーを算出することも可能である。個々の食品のカロリーを計測することで、より正確に食品のカロリーを表示することが可能となる。また、上記カロリーメーターは出荷検査以外の用途も考えられる。例えば、病院、介護施設、家庭において、カロリー摂取量の調整が可能となる。
【０２３８】
このような健康管理システムは、例えば、検体としての食品に含まれる複数の成分それぞれの濃度を算出する実施の形態１〜５のいずれかの成分濃度計と、成分濃度計で算出された複数の成分それぞれの濃度に基づいて、検体のカロリーを算出するカロリー算出部とを備える。
【０２３９】
また、グルコース、フラクトース、トレハロース、マルトースなど、糖類をより詳細に成分分類し、各成分の濃度を計測することで、『甘さ』を算出する健康管理システムの一例である甘さ計測システムとして応用することも可能となる。既に、桃などの果物出荷検査として、糖度の計測が行われているが、本発明の成分濃度計を応用し、更に、『甘さ』の指標を算出することによって、より商品価値を正確に測ることが可能となる。
【０２４０】
このような健康管理システムは、例えば、検体としての食品に含まれる複数種類の糖類それぞれの濃度を算出する実施の形態１〜５のいずれかの成分濃度計と、成分濃度計で算出された複数種類の糖類それぞれの濃度に基づいて、検体の甘さを算出する甘さ算出部とを備える。
【０２４１】
また、トレハロースやマルトースなどは他のでんぷん糖に比べて消化が早く、肥満の原因に成り易いとされる。そこで、それぞれの成分ごとに太りやすさ係数を決めて、各成分の太りやすさ係数と濃度とをかけて、食品ごとの『太りやすさ』に関する指数を算出する健康管理システムとしてもよい。これにより、肥満による生活習慣病の予防手段とすることが可能となる。
【０２４２】
また、上記健康管理システムには、併せて摂取することが望ましい食材や、その食材を用いた料理を提案する機能をつけてもよい。また、食品に含まれる個々の成分の消化速度を元に、次の食事を取る時間を提案する機能をつけてもよい。これらの機能により、更に、健康的な食生活を送る的確な手助けとなる。
【０２４３】
同様に、製薬工場や調剤薬局では、試薬調合後の確認試験又は純度試験として、本発明の成分濃度計を応用した出荷検査システムを用いることが望ましい。本発明の出荷検査システムにより、試薬に含まれる各成分の混合割合を測ることで、薬の調合ミスや異物の混入を防止することが可能となる。また、非接触な出荷検査システムにより、高速で、且つ、全数検査が可能となる。
【０２４４】
（実施の形態８）
図２０は、本発明の実施の形態８における成分濃度計９００の概略構成を示す図である。実施の形態８では、水溶液を検体とし、検体内に含まれる目的成分であるアンモニウムイオン濃度を計測する成分濃度計９００について説明する。なお、実施の形態１〜７との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、実施の形態１〜７との共通の構成要素には同一の参照番号を付している。
【０２４５】
図２０に示すように、本実施の形態の成分濃度計９００は、発振部１７０３、１７０５と、波長分離ミラー１７０６、１７０９と、検出部１７０４と、演算処理部１０５とを備える。この成分濃度計９００は、発振部１７０３にて発振した検出用電磁波１７０１と、発振部１７０５にて発振した加熱用電磁波１７０２とを、石英セル１７０７内のアンモニウムイオンを含む水溶液１７０８に入射させる。加熱用電磁波１７０２を反射し、検出用電磁波１７０１を透過する波長分離ミラー１７０６を用いることで、水溶液１７０８内において加熱用電磁波１７０２と検出用電磁波１７０１との伝搬路が重なる。
【０２４６】
水溶液１７０８を透過した加熱用電磁波１７０２と検出用電磁波１７０１とは、同様に加熱用電磁波１７０２を反射し、検出用電磁波１７０１を透過する波長分離ミラー１７０９にて分離され、検出用電磁波１７０１のみが検出部１７０４に入射し、検出部１７０４に入射した検出用電磁波１７０１がモニターされる。
【０２４７】
ここで、加熱用電磁波１７０２を波長が約１９０ｎｍの紫外光とし、検出用電磁波１７０１を波長が１１００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下、または、波長９００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の近赤外光とする。
【０２４８】
アンモニウムイオンを含む水溶液における波長１９０ｎｍの紫外光の吸光度は、アンモニウムイオン濃度に比例する。このため、加熱用電磁波１７０２の伝搬路は、アンモニウムイオン濃度が高いほど、大きく温度上昇する。また、波長１１００ｎｍ以上１１８０ｎｍ以下、または、波長９００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の近赤外光は、温度変化に比例して水の吸光度が変化する。このため、検出用電磁波１７０１の透過率から加熱用電磁波１７０２の伝搬路の温度上昇量を求めることが可能となる。
【０２４９】
以上により、図２０に示す本実施の形態の成分濃度計により、水溶液１７０８に含まれるアンモニウムイオン濃度を求めることが可能となる。
【０２５０】
ここで、本実施の形態では、検体の温度変化によって目的成分以外の成分の吸光度が変化する波長の電磁波を検出用電磁波としたが、実施の形態１〜６と同様に、目的成分の吸光度が温度によって変化しない波長の電磁波を検出用電磁波としても実施の形態１〜６と同様に高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０２５１】
しかし、前述のように、目的成分以外の成分の吸光度が温度によって変化する波長の電磁波を検出用電磁波とすることによって、目的成分自体が温度変化によって吸光度が変わるような波長の電磁波が存在しない場合、またそのような波長の電磁波を発生させる発振部が非常に高価な場合などに、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０２５２】
また、同様の構成によって、様々な検体内における様々な目的成分の成分濃度を計測する上で高精度化が可能となる。例えば波長２２５７ｎｍ付近の近赤外光の吸光度は、塩化物イオン濃度に比例する。このため、波長２２５７ｎｍ付近の近赤外光を加熱用電磁波として用いることで、より高精度に塩化物イオン濃度を計測することが可能となる。また、これによって、塩害の原因となるコンクリートなどに含まれる塩化ナトリウムの濃度を計測することも可能となる。
【０２５３】
また、波長１４２０ｎｍ付近の近赤外光の吸光度は、水酸化カルシウムの濃度に比例するため、加熱用電磁波として波長１４２０ｎｍの近赤外光を用いることで、より高精度に水酸化カルシウムの濃度計測が可能となる。
【０２５４】
また、本実施の形態では、石英セル内の水溶液に含まれる目的成分の濃度を計測する構成について示したが、本発明の成分濃度計を浄水場などにおいて、水質管理システムとして用いてもよい。
【０２５５】
また、同様の構成で、血清中の総コレステロール濃度を求めることも可能となる。以下で、酸素法に基づく、総コレステロール濃度測定法について説明する。
【０２５６】
まず、血清に含まれるエステル型コレステロールを、コレステロールエステラーゼを用いて遊離型コレステロールと脂肪酸に加水分解する。次に、遊離型コレステロールをコレステロールオキシダーゼに作用させて、過酸化水素とΔ４−コレステノンとを生成する。生成された過酸化水素をペルオキシダーゼの存在下で、４−アミノアンチピリンとフェノールとで酸化的に縮合させ、赤色キノン色素を生成させる。これを、検体として図２０に示す石英セル１７０７に入れる。
【０２５７】
この場合は、加熱用電磁波として波長４５０〜６７０ｎｍの可視光を用いることが望ましく、高精度に総コレステロール濃度を求めることが可能となる。
【０２５８】
また、同様に、善玉コレステロール（ＨＤＬ）や中性脂肪値を測定し、下記の何れかの式によって悪玉コレステロール（ＬＤＬ）濃度を算出することが望ましい。
【０２５９】
（１）中性脂肪値が４００ｍｇ／ｄｌ以下の場合
ＬＤＬ＝総コレステロール−（ＨＤＬ＋中性脂肪×０．２）
（２）中性脂肪値が４００ｍｇ／ｄｌ以上の場合
ＬＤＬ＝総コレステロール−（ＨＤＬ＋中性脂肪×０．１６）
【０２６０】
ＬＤＬを算出することにより、より動脈硬化の危険性を正確に測ることが可能となる。
【０２６１】
また、動脈硬化指数を下記の式を用いて算出することにより、更に動脈硬化の危険性を正確にはかることが可能となる。
【０２６２】
動脈硬化指数＝ＬＤＬ÷ＨＤＬ
【０２６３】
更に、上記コレステロール濃度計測手段、血糖値計測手段、及び血圧計測手段を組み合わせることにより、メタボリックシンドロームの判定が可能な診断装置となる。診断基準としては、（１）血清脂質異常（血清中の中性脂肪（トリグリセリド）１５０ｍｇ／ｄｌ以上、またはＨＤＬコレステロール値４０ｍｇ／ｄｌ）、（２）血圧高値（最高血圧１３０ｍｍＨｇ以上、または最低血圧８５ｍｍＨｇ以上）、（３）高血糖（空腹時血糖値１１０ｍｇ／ｄｌ）の３項目のうち２つ以上を有する場合をメタボリックシンドロームと診断する。
【０２６４】
また、動脈硬化指数を算出する例やメタボリックシンドローム診断をする例に限らず、本発明の成分濃度計を用いて体内の複数の成分濃度を計測し、それらの値から体の健康状態を測る健康管理システムによって、より簡易（安価）に、より正確に健康状態を測ることが可能となる。
【０２６５】
また、本実施形態の成分濃度計では、実施の形態１〜７と同様に、加熱用電磁波の出力を代えて、検出用電磁波の透過率を複数回計測し、それぞれの場合の透過率を比較することがより望ましい。これによって、散乱や反射、または、目的成分以外の検体内の成分による吸収によって検出用電磁波の透過率が低下し、計測誤差要因となることを防止する。これにより、より高精度な成分濃度計測が可能となる。
【０２６６】
また、言うまでも無く、実施の形態３〜５と同様に、温度変化による旋光性や円二色性などが変化する特性を利用した成分濃度計測を用いてもよい。
【０２６７】
また、本実施の形態についても実施の形態２と同様に、ポンププローブ法を用いて複数回計測した検出用電磁波の透過率を基に目的成分の濃度を求めてもよい、ポンププローブ法を用いることで、より高速な光学特性変化である過飽和吸収状態からの吸光度の回復速度の違いなどを基にした成分濃度計測が可能となる。
【０２６８】
更に、温度変化による電磁波の透過率変化と、過飽和吸収状態からの吸光度の回復時間との両方を応用した成分濃度計測が望ましく、より高精度な成分濃度計が可能となる。
【０２６９】
また、以上、本発明の成分濃度計と、成分濃度計を応用した出荷検査システム、健康管理システムについて示したが、本明細書にて示した構成は一例であって、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることは言うまでもない。
【０２７０】
以上、本発明の実施の形態に係る成分濃度計について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０２７１】
また、上記実施の形態に係る成分濃度計に含まれる複数の処理部のうち少なくとも一部は集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【０２７２】
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【０２７３】
また、本発明の実施の形態に係る成分濃度計の機能の一部を、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。さらに、本発明は上記プログラムであってもよいし、上記プログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【０２７４】
また、上記実施の形態に係る成分濃度計、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
【０２７５】
更に、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２７６】
本発明にかかる成分濃度計は、電磁波を用いて検体に含まれる目的成分を高精度に計測することが可能で有り、採血を行うことなく、グルコース、タンパク質、脂質、水分、尿素などの生体内成分を非侵襲的に分析する用途に応用できる。また、出荷前の青果物（特に果物）の甘さ糖度や試薬に含まれる成分濃度、水溶液サンプルの含有物濃度など、非接触式に特定することができる検査システムを提供することができる。
【符号の説明】
【０２７７】
１０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，２００１  成分濃度計
２０  出力部
３０，１０４，７０２，１３０４，１３０７，１４０６，１４０７，１６０４，１７０４，１８０４  検出部
４０  濃度特定部
５０，１０２  検体
１０１，１３０１，１３０７，１４０３，１４０５，１５０２，１５０４，１６０１，１６０８，１９０１  電磁波
１０３，３０２，３０４，１３０３，１３０６，１４０２，１４０４，１５０１，１６０３，１６０６，１７０３，１７０５，１８０３  発振部
１０５  演算処理部
１０６  フィルタ
１０７  凹凸補正材
１０８  集束レンズ
３０１，１７０２  加熱用電磁波
３０３，１７０１  検出用電磁波
７０１  分離ミラー
１３０２  前眼房水
１３０５  水晶体
１３０８，１４０９，１４１１  回転偏波分離器
１４０１，１４１０，１５０５  ダイクロイックミラー
１５０３  波長変換部
１６０２  冷凍すり身
１６０５，１６０７  光ファイバ
１７０６，１７０９  波長分離ミラー
１７０７  石英セル
１７０８  水溶液（アンモニウムイオンを含む）
１８０１  電磁波照射用カップ
１８０２  目盛線
１８０５  保護液
１８０６  電磁波照射部
１８０７  電磁波検出部
１９０２  角膜
１９０３  虹彩
２０００  出荷検査システム
２００２  ベルトコンベア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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