(57)【要約】【課題】計測光の入射方向と同一の方向に反射光が反射することで旋光が相殺される事態を抑制すること。また、精度良く旋光を計測すること。【解決手段】  被検体に対して非直角の入射方向で所定偏光の計測光を入射することと、前記被検体の前記入射方向とは異なる方向からの反射光のうちの前記所定偏光の旋光反映成分を判別することと、前記判別の結果に基づいて旋光を計測することと、を含む旋光計測方法を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して非直角の入射方向で所定偏光の計測光を入射することと、
前記被検体の前記入射方向とは異なる方向からの反射光のうちの前記所定偏光の旋光反映成分を判別することと、
前記判別の結果に基づいて旋光を計測することと、
を含む旋光計測方法。
【請求項２】
直線偏光から前記計測光と参照光とを得ることと、
前記反射光に前記参照光を合成して干渉させることと、
を更に含み、
前記判別は、前記干渉の結果を用いて前記判別を行うことを含む、
請求項１に記載の旋光計測方法。
【請求項３】
前記参照光を前記反射光に合成させるまでの前記参照光の光路長を変化させること、
を更に含む請求項２に記載の旋光計測方法。
【請求項４】
前記計測することは、前記光路長を用いて前記旋光を計測することを含む、
請求項３に記載の旋光計測方法。
【請求項５】
被検体に対して非直角の入射方向で所定偏光の計測光を入射させる計測光照射部と、
前記被検体の前記入射方向とは異なる方向からの反射光のうちの前記所定偏光の旋光反映成分を判別するための判別部と、
前記判別の結果に基づいて旋光を計測する計測部と、
を備える旋光計測装置。
【請求項６】
直線偏光を前記計測光と参照光とに分割する分割部と、
前記反射光に前記参照光を干渉させるために合成させる合成部と、
を更に備え、
前記判別部は、前記干渉の結果を用いて前記旋光反映成分を判別する、
請求項５に記載の旋光計測装置。
【請求項７】
前記参照光を前記反射光に合成させるまでの前記参照光の光路長を変化させる光路長変更機構、
を更に備えた請求項６に記載の旋光計測装置。
【請求項８】
前記計測部は、前記光路長を用いて前記旋光を計測する、
請求項７に記載の旋光計測装置。
【請求項９】
前記分割部と前記合成部とは、一のビームスプリッターを共用して構成される、
請求項６〜８の何れか一項に記載の旋光計測装置。
【請求項１０】
前記計測光照射部は、前記被検体への入出射光が通過する光フロントエンド部となるレンズ部を有し、当該レンズ部を通過する前記計測光の光軸を前記レンズ部の主点からずらすことで、非直角の入射方向で前記計測光を前記被検体に入射させ、
前記反射光が、前記レンズ部の主点を挟んで前記計測光の光軸と対称の位置を通過するように構成された、
請求項５〜９の何れか一項に記載の旋光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋光を計測するための旋光計測方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質による光の吸収や散乱、旋光等の性質を利用することで、その物質に直接触れることなく、物質の成分を知ることができる。例えば、旋光を計測すると、物質の濃度が推定（算出）できる。旋光とは、例えばグルコースのような光学活性物質を直線偏光が通過するとき、その偏光面が回転する性質のことである。その他にも、例えば、近赤外光を生体に照射し、受光した反射光から散乱光や透過光の分光特性を取得して生体成分を計測する技術が知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０９７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、反射型の光計測は、特許文献１の技術のように被検体の表面に対して計測光を垂直に入射させ、反射光を受光することによって行う。しかしながら、このような入射方向と同一の方向に反射された反射光を計測する構成で旋光を計測するのは困難と考えられる。入射方向に光が伝搬する過程で起こった旋光が、入射方向を逆向きに伝搬する過程で相殺されてしまうからである。
【０００５】
本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、計測光の入射方向と同一の方向に反射光が反射することで旋光が相殺される事態を抑制しつつ、精度良く旋光を計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するための第１の発明は、被検体に対して非直角の入射方向で所定偏光の計測光を入射することと、前記被検体の前記入射方向とは異なる方向からの反射光のうちの前記所定偏光の旋光反映成分を判別することと、前記判別の結果に基づいて旋光を計測することと、を含む旋光計測方法である。
【０００７】
また、第５の発明は、被検体に対して非直角の入射方向で所定偏光の計測光を入射させる計測光照射部と、前記被検体の前記入射方向とは異なる方向からの反射光のうちの前記所定偏光の旋光反映成分を判別するための判別部と、前記判別の結果に基づいて旋光を計測する計測部と、を備える旋光計測装置である。
【０００８】
第１の発明及び第５の発明によれば、被検体に対して非直角の入射方向で所定偏光の計測光を入射し、計測光の入射方向とは異なる方向からの反射光のうちの当該所定偏光の旋光反映成分を判別して旋光を計測することができる。したがって、計測光の入射方向と同一の方向に反射光が反射することで旋光が相殺される事態を抑制しつつ、精度良く旋光を計測することができる。
【０００９】
第２の発明は、直線偏光から前記計測光と参照光とを得ることと、前記反射光に前記参照光を合成して干渉させることとを更に含み、前記判別は、前記干渉の結果を用いて前記判別を行うことを含む、第１の発明の旋光計測方法である。
【００１０】
また、第６の発明は、直線偏光を前記計測光と参照光とに分割する分割部と、前記反射光に前記参照光を干渉させるために合成させる合成部とを更に備え、前記判別部は、前記干渉の結果を用いて前記旋光反映成分を判別する、第５の発明の旋光計測装置である。
【００１１】
第２の発明及び第６の発明によれば、反射光のうちの計測光の偏光成分を参照光と干渉させることができる。したがって、反射光のうちの旋光反映成分を簡単に判別可能となり、旋光を容易に計測することができるようになる。
【００１２】
第３の発明は、前記参照光を前記反射光に合成させるまでの前記参照光の光路長を変化させること、を更に含む第２の発明の旋光計測方法である。
【００１３】
また、第７の発明は、前記参照光を前記反射光に合成させるまでの前記参照光の光路長を変化させる光路長変更機構、を更に備えた第６の発明の旋光計測装置である。
【００１４】
第３の発明及び第７の発明によれば、参照光を反射光に合成させるまでの参照光の光路長を変化させることができる。
【００１５】
第４の発明は、前記計測することは、前記光路長を用いて前記旋光を計測することを含む、第３の発明の旋光計測方法である。
【００１６】
また、第８の発明は、前記計測部は、前記光路長を用いて前記旋光を計測する、第７の発明の旋光計測装置である。
【００１７】
第４の発明及び第８の発明によれば、参照光を反射光に合成させるまでの参照光の光路長を用いて旋光を計測することができる。
【００１８】
第９の発明は、前記分割部と前記合成部とは、一のビームスプリッターを共用して構成される、第６〜第８の何れかの発明の旋光計測装置である。
【００１９】
第９の発明によれば、分割部と合成部とを一のビームスプリッターを共用して構成することができる。
【００２０】
第１０の発明は、前記計測光照射部は、前記被検体への入出射光が通過する光フロントエンド部となるレンズ部を有し、当該レンズ部を通過する前記計測光の光軸を前記レンズ部の主点からずらすことで、非直角の入射方向で前記計測光を前記被検体に入射させ、前記反射光が、前記レンズ部の主点を挟んで前記計測光の光軸と対称の位置を通過するように構成された、第５〜第９の何れかの発明の旋光計測装置である。
【００２１】
第１０の発明によれば、レンズ部によって非直角の入射方向で計測光を被検体に入射させるとともに、入射方向とは異なる方向からの反射光を集光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、血糖値計測装置の全体構成例を示すブロック図。
【図２】図２は、被検体の内部に進入した光の伝搬経路を説明する図。
【図３】図３は、従来の反射型の光計測における問題点を説明する図。
【図４】図４は、血糖値計測処理の処理手順を示すフローチャート。
【図５】図５は、変形例における光学装置の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の旋光計測方法及び旋光計測装置を実施するための一形態について説明する。本実施形態は、グルコース等の光学活性物質の旋光を計測するものであり、例えば、人間の血糖値を計測する機器（血糖値計測装置）に組み込まれて利用される。本実施形態では、旋光計測装置を適用した血糖値計測装置を例示する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明が適用可能な形態は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。
【００２４】
［全体構成］
図１は、本実施形態における血糖値計測装置１の全体構成例を示すブロック図である。この血糖値計測装置１は、被検者の耳たぶや指先、指の表皮部等の生体を被検体７としてグルコースの旋光を計測する。そして、旋光の計測結果に基づいて血糖値を算出する。
【００２５】
図１に示すように、血糖値計測装置１は、主な構成として、光学装置１００と、制御部２００と、操作部３００と、表示部４００と、通信部５００と、記憶部６００とを備える。
【００２６】
光学装置１００は、光源１０と、直線偏光子２０と、ビームスプリッター４０と、集光レンズ５０と、参照ミラー６０と、直交分離部７０と、受光部８０と、増幅部９０とを備える。直線偏光子２０から受光部８０までの各部を構成する光学素子は、光源１０から出射された照射光Ｂ１の図１中に一点鎖線で示す光路に沿って適所に配置される。また、光学装置１００は、ビームスプリッター４０の前段においてその近傍に配置されたシャッター３０を備える。
【００２７】
この光学装置１００において、光源１０、直線偏光子２０、ビームスプリッター４０、及び集光レンズ５０は計測光照射部として機能する。また、ビームスプリッター４０は、分割部及び合成部として機能する。また、集光レンズ５０はレンズ部に、参照ミラー駆動部６５は光路長変更機構にそれぞれ対応する。ここで、光源１０からの照射光Ｂ１の出射方向をＺ方向とし、Ｚ軸方向と垂直な平面（被検体７である生体の皮膚面とほぼ平行な面であり、Ｚ軸方向に対する直交面）をＸＹ平面として定義する。
【００２８】
光源１０は、低コヒーレンス光源を実現する所定波長の照射光Ｂ１を出射する。ここで、生体を被検体とする場合、その中心波長λが９００［ｎｍ］〜１３００［ｎｍ］の光が計測に適している。これは、生体が散乱体であり、λが９００［ｎｍ］未満の波長域では散乱により光が生体内部に進入せず、λが１３００［ｎｍ］を超えると生体の約６０％を占める水により光が吸収されてしまうからである。
【００２９】
また、本実施形態では、光の干渉現象を利用して反射光Ｂ１５のうちの旋光を反映した成分（以下「旋光反映成分」という）を判別するために、後述する計測光Ｂ１１の生体内部への進入距離（計測光Ｂ１１の反射位置の深さｌ；図２を参照）を可変に制御するが、そのために干渉させる計測光Ｂ１１の光路長と参照光Ｂ１３の光路長との差である干渉距離Δｌが深さ方向の分解能に等しい。したがって、計測を高精度に行うためには、一般的なＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）システムで用いられる光源のように、干渉距離Δｌが１００［μｍ］以下と短い光源を用いるのがよい。
【００３０】
具体的には、ＳＬＥＤ（Super Luminescent Diode）を用いることができる。例えば、中心波長λが１０５０［ｎｍ］であり、帯域幅Δλが６０［ｎｍ］である市販のＳＬＥＤを用いる場合、次式（１）で求まる干渉距離Δｌは８．１［μｍ］であり、計測に適している。なお、ＳＬＥＤに限らず、波長９００［ｎｍ］〜１３００［ｎｍ］において干渉距離が１００［μｍ］以下である光源であれば、同様に使用することができる。
【数１】
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【００３１】
直線偏光子２０は、光源１０からの照射光Ｂ１を直線偏光に変換する。これにより、後の計測光Ｂ１１および参照光Ｂ１３は、ともに直線偏光（所定偏光）となる。この直線偏光子２０は、例えばグランタイプの偏光子の一種であるグラントムソンプリズム等で構成される。
【００３２】
シャッター３０は、遮光材で形成され、ビームスプリッター４０の図１に向かって右側半分を遮光することによって、直線偏光子２０を経た照射光Ｂ１をビームスプリッター４０の図１に向かって左側に入射させる。ここで、ビームスプリッター４０と、後段の集光レンズ５０とは、各々その中心を計測光Ｂ１１（照射光Ｂ１）の光軸に対して右側にずらして配置されており、ビームスプリッター４０の左側を透過した計測光Ｂ１１は、図２に示す集光レンズ５０の主点Ｐ１から左側にずれた計測光入射位置Ｐ１１に入射する。
【００３３】
ビームスプリッター４０は、直線偏光子２０を経て上方から左側に入射する照射光（直線偏光）Ｂ１の光路を分岐させ、透過光と反射光とに分割する（分割部としての機能）。そのうちの透過光は、計測光Ｂ１１として集光レンズ５０に導かれ、反射光は、参照光Ｂ１３として参照ミラー６０に導かれる。また、ビームスプリッター４０は、後述するように参照ミラー６０によって反射される参照光Ｂ１３を、被検体７の内部で反射され、集光レンズ５０を介して下方から右側に入射する反射光Ｂ１５と合成させて干渉させ、直交分離部７０に入射させる（合成部としての機能）。詳細は後述するが、この反射光Ｂ１５に参照光Ｂ１３を干渉させることで、元の直線偏光の旋光を反映した旋光反映成分を増大させて、旋光反映成分を判別する。
【００３４】
集光レンズ５０は、計測光入射位置Ｐ１１に入射する計測光Ｂ１１を屈折させて、被検体７の表面（皮膚面）に対して非直角（斜め）に入射させる。また、集光レンズ５０は、図２に示すように、計測光入射位置Ｐ１１とは主点Ｐ１を挟んで反対側（右側）の反射光入射位置Ｐ１３において被検体７からの反射光Ｂ１５を集光し、照射光Ｂ１の入射が遮光されているビームスプリッター４０の右側に入射させる。計測光入射位置Ｐ１１と反射光入射位置Ｐ１３とは、主点Ｐ１を挟んで対称な位置とされる。このように、集光レンズ５０は、光フロントエンド部として被検体７への入出射光を通過させる。
【００３５】
参照ミラー６０は、ビームスプリッター４０からの参照光Ｂ１３を反射させて再びビームスプリッター４０に入射させるものである。この参照ミラー６０は、モータ等の参照ミラー駆動部６５によって参照光Ｂ１３の光軸方向（Ｘ軸方向）に沿う所定の可動範囲内で移動自在に構成されている。ここで、本実施形態では、ビームスプリッター４０の上方左側から照射光Ｂ１を入射させ、ビームスプリッター４０の下方右側から反射光Ｂ１５を入射させており、双方の入射方向が同軸上にない。そのため、参照ミラー６０は、プリズムミラーやコーナーキューブプリズム等によって参照光Ｂ１３の光軸を平行にずらして反射させる構成が好ましい。これにより、ビームスプリッター４０において反射光Ｂ１５と参照光Ｂ１３とを確実に合成させ、干渉させることができる。
【００３６】
直交分離部７０は、参照光Ｂ１３による干渉後のビームスプリッター４０からの反射光Ｂ１５を互いに９０度異なるＰ成分及びＳ成分の各偏光成分に分離する。この直交分離部７０は、例えばウォラストンプリズムや偏光ビームスプリッター等で構成される。
【００３７】
受光部８０は、直交分離部７０によって分離されたＰ成分及びＳ成分を受光するためのものであり、Ｐ成分を受光するＰ偏光受光部８１と、Ｓ成分を受光するＳ偏光受光部８３とを備える。Ｐ偏光受光部８１は、受光したＰ成分を光電変換し、受光光量に応じた電圧値を増幅部９０に出力する。Ｓ偏光受光部８３は、受光したＳ成分を光電変換し、受光光量に応じた電圧値を増幅部９０に出力する。これらＰ偏光受光部８１及びＳ偏光受光部８３は、フォトダイオード等の光検出器で構成される。
【００３８】
増幅部９０は、受光部８０によって受光されたＰ成分とＳ成分との受光レベルの差及び和を増幅する演算部であり、加算器９１と、減算器９３と、加算用増幅器９５と、減算用増幅器９７とを備える。Ｐ偏光受光部８１及びＳ偏光受光部８３からの出力は、加算器９１で加算されるとともに減算器９３で減算され、加算用増幅器９５及び減算用増幅器９７でそれぞれ増幅される。加算用増幅器９５は、受光レベルの和に相当する電圧値（加算出力電圧）を制御部２００に出力し、減算用増幅器９７は、受光レベルの差に相当する電圧値（減算出力電圧）を制御部２００に出力する。
【００３９】
以上のように構成された光学装置１００において、光源１０から出射された照射光Ｂ１は、直線偏光子２０を経てビームスプリッター４０の左側に入射する。このビームスプリッター４０を透過した計測光Ｂ１１は、集光レンズ５０を介して被検体７である生体の皮膚面に入射し、被検体７の内部（生体内）に進入する。そして、所定の深さ位置（血管位置）で反射光Ｂ１５として反射され、集光レンズ５０を介して再びビームスプリッター４０に入射する。一方、ビームスプリッター４０を反射した参照光Ｂ１３は、参照ミラー６０によって反射され、再びビームスプリッター４０に入射する。このとき、参照光Ｂ１３は、反射光Ｂ１５の入射位置に入射する。これによって参照光Ｂ１３が反射光Ｂ１５と合成される。その後、反射光Ｂ１５は、直交分離部７０を経て受光部８０で受光され、増幅部９０で増幅される。
【００４０】
制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサー、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の制御装置及び演算装置によって実現されるものであり、血糖値計測装置１の各部を統括的に制御する。この制御部２００は、計測部としての旋光計測部２０１と、参照光光路長変更制御部２０３と、血糖値算出部２０５とを備える。また、旋光計測部２０１は、反射光Ｂ１５のうちの直線偏光（所定偏光）の旋光反映成分を判別する判別部２０２を有する。なお、制御部２００を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。
【００４１】
参照光光路長変更制御部２０３は、参照ミラー駆動部６５を制御し、参照ミラー６０をＸ軸方向に沿って移動させることで参照光の光路長を変更する。旋光計測部２０１は、加算用増幅器９５から入力される加算出力電圧及び減算用増幅器９７から入力される減算出力電圧に基づいて、旋光角を算出する。この際、判別部２０２は、参照光光路長変更制御部２０３によって変更される各光路長に対して反射光Ｂ１５の強度変化を解析して、反射光Ｂ１５のうちの直線偏光の偏光反映成分を判別する。すなわち、進入距離ｌを特定して旋光反映成分の存在を示す光路長Ｌを算出する。この光路長Ｌを用いて旋光計測部２０１が旋光角を算出する。血糖値算出部２０５は、旋光計測部２０１によって算出された旋光角および光路長Ｌに基づいてグルコースの濃度を算出する。
【００４２】
操作部３００は、ボタンスイッチやダイヤルスイッチ等の各種スイッチ、タッチパネル等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作入力信号を制御部２００に出力する。
【００４３】
表示部４００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬディスプレイ（Electroluminescence display）等の表示装置によって実現されるものであり、制御部２００から入力される表示信号に基づいて各種画面を表示する。
【００４４】
通信部５００は、制御部２００の制御のもと、装置内部で利用される情報を外部の情報処理装置との間で送受するための通信装置である。通信部５００の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレードルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。
【００４５】
記憶部６００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーやハードディスク等の記憶媒体により実現されるものである。記憶部６００には、血糖値計測装置１を動作させ、この血糖値計測装置１が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。
【００４６】
この記憶部６００には、制御部２００を旋光計測部２０１、参照光光路長変更制御部２０３、及び血糖値算出部２０５として機能させ、血糖値計測処理（図４を参照）を行うための血糖値計測プログラム６０１が記憶される。その他、記憶部６００には、血糖値計測処理の過程で増幅部９０から入力された加算出力電圧及び減算出力電圧の各値や、旋光計測部２０１によって算出された旋光角、血糖値算出部２０５によって算出された血糖値等のデータが適宜記憶される。
【００４７】
［原理］
図２は、被検体７の内部に進入した光の伝搬経路を説明する図である。上記したように、ビームスプリッター４０を透過した計測光Ｂ１１は集光レンズ５０の計測光入射位置Ｐ１１に入射し、集光レンズ５０によって屈折されて被検体７の表面に対して非直角に入射する。このようにして被検体７に非直角に入射した計測光Ｂ１１は、被検体７の内部に進入し、進入距離ｌの深さ位置で反射光Ｂ１５として反射される。
【００４８】
ここで、図３を参照し、従来の反射型の光計測における問題点を説明する。図３（１）は、計測光（直線偏光）を被検体７に垂直に入射させた場合の直線偏光の伝搬経路Ｒ２１，Ｒ２３を示している。理解を容易にするために、説明の便宜上、伝搬経路Ｒ２１と伝搬経路Ｒ２３とを離して図示しているが、垂直に入射するため、実際は伝搬方向が反対である同一の経路である。また、図３（２）は、被検体７の内部を直線偏光がその入射方向に伝搬する過程で起こる旋光（偏光面の回転）を示し、図３（３）は、反射方向に伝搬する過程での旋光を示している。
【００４９】
図３（１）に示すように、計測光を被検体７に垂直に入射させる場合、被検体７の内部に進入した直線偏光は例えば血管や皮下脂肪など生体構造において反射され、入射方向を逆向きに伝搬する。そのため、直線偏光が被検体７の内部を入射方向に伝搬する過程で光学活性物質中を通過し、図３（２）中に矢印Ａ２１で示すように回転した偏光面は、入射方向を逆向きに伝搬する過程で再度光学活性物質中を通過することで、図３（３）中に矢印Ａ２３で示すように入射時と反対の向きに回転する。このように、計測光を被検体７に垂直に入射させるのでは、旋光が相殺されてしまい、結果旋光角（偏光面の回転角度）の算出は困難になるという問題があった。
【００５０】
これに対し、図２に示すように、計測光を被検体７に非直角に入射させれば、反射光Ｂ１５は、入射光の入射方向とは異なる方向に反射される。すなわち、被検体７内を伝搬する光は同一の経路を往復しないため、偏光面の回転が相殺される事態を抑制でき、旋光角を算出できる。
【００５１】
具体的には、計測光Ｂ１１を被検体７に非直角に入射させ、被検体７の内部で入射方向とは異なる方向に反射させていることから、反射光Ｂ１５のうちのＺ軸方向の伝搬成分は旋光が相殺されているものの、Ｚ軸方向と直交する直交方向の伝搬成分（直交成分）は、被検体７の内部（生体内）のグルコースを通過したことによる旋光を反映（保存）している。したがって、この直交成分に着目することで、旋光角を算出することができる。
【００５２】
旋光角φは、次式（２）に示すように、被検体７の内部を伝搬した光の光路長Ｌと、その際に通過したグルコースの濃度Ｃとに比例する。αは所定の定数である。直交成分に着目する場合、図２中に示す直交方向の伝搬距離Ｌ１が光路長Ｌに相当し、被検体７に対する計測光Ｂ１１の入射角度をθとすると、２×進入距離ｌ×ｔａｎθで表される。なお、入射角度θは適宜設定してよいが、θが大きいほど光路長Ｌを長くすることができ、旋光を精度よく計測できる。
φ＝Ｌ×Ｃ×α    ・・・（２）
【００５３】
以上のように直交成分として旋光反映成分を含む反射光Ｂ１５は、ビームスプリッター４０において参照光Ｂ１３と合成される。ところで、被検体７である生体は散乱体であることから、反射光Ｂ１５は、被検体７の内部を伝搬したことによって大きく散乱された状態となっている。そのため、上記した相殺の問題とは別に、散乱光成分がノイズとなって旋光の計測精度を低下させる問題がある。
【００５４】
ここで、参照光Ｂ１３は直線偏光である。一方、計測したいのは、反射光Ｂ１５に含まれる旋光反映成分であり、この旋光反映成分は偏光面を維持している。したがって、反射光Ｂ１５に参照光Ｂ１３を合成させると、参照光Ｂ１３は、散乱光成分とは干渉せずに旋光反映成分とのみ干渉する。より詳細には、計測光Ｂ１１の光路長（計測光Ｂ１１としてビームスプリッター４０を透過してから再度ビームスプリッター４０に入射するまでの光路長）と、参照光Ｂ１３の光路長（参照光Ｂ１３としてビームスプリッター４０で反射されてから再度ビームスプリッター４０に入射するまでの光路長）との差が光源１０の干渉距離Δｌ以下である場合に干渉縞の振幅が最大となる。
【００５５】
したがって、参照光Ｂ１３の光路長を変化させながら計測を行うと、反射光Ｂ１５の強度は、参照光Ｂ１３の光路長と参照光Ｂ１３の光路長との差が光源１０の干渉距離Δｌよりも大きい間はほとんど変動せず、その変化は平坦となるのに対し、参照光Ｂ１３の光路長と参照光Ｂ１３の光路長との差が干渉距離Δｌ以下まで短くなると大きく変動し、大きく波打つ波形が得られる。すなわち、旋光反映成分を判別可能に増大させることができる。強度変化が平坦となっているときの反射光Ｂ１５の強度が散乱光成分に相当する。したがって、例えば、波形が大きく波打つ時の反射光Ｂ１５の強度から散乱光成分に相当する反射光Ｂ１５の強度をオフセット分として除外することで散乱光成分を除外でき、旋光反映成分の強度を簡単に分離・判別することができる。また、波形が大きく波打つときの参照光Ｂ１３の光路長から計測光Ｂ１１の光路長を取得することで、図２に示す進入距離ｌを特定することができる。例えば、干渉距離Δｌは１００［μｍ］以下と短いことから、大きく波打つ波形の中心となる参照光Ｂ１３の光路長を計測光Ｂ１１の光路長とみなして進入距離ｌを特定する。
【００５６】
したがって、得られた旋光反映成分の強度に基づいて旋光角を算出し、この旋光角と、特定した進入距離ｌから求まる旋光反映成分の光路長Ｌ（直交方向の伝搬距離Ｌ１）とから血糖値を算出することができる。ここで、旋光角φは、次式（３）を用いて算出することができる。Ｖ１＋Ｖ２は加算出力電圧であり、Ｖ１−Ｖ２は減算出力電圧であり、ＧＲは増幅部９０の利得比である。
【数２】
2015143650.tif 000004
【００５７】
［処理の流れ］
図４は、血糖値計測処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、制御部２００が記憶部６００から血糖値計測プログラム６０１を読み出して実行することで実現できる。血糖値計測装置１は、図４の処理手順に従って処理を行うことで旋光計測方法を実施する。
【００５８】
図４に示すように、血糖値計測処理では、制御部２００は先ず、光学装置１００の動作を制御し、参照光Ｂ１３の光路長を変化させながら反射光Ｂ１５の強度を取得する（ステップＳ１）。具体的には、制御部２００は、光源１０から照射光Ｂ１を出射させるための制御を行う。そして、制御部２００において参照光光路長変更制御部２０３が、参照ミラー駆動部６５を制御し、参照光Ｂ１３の光路長が最短となる参照ミラー６０の可動範囲の一端側から最長となる参照ミラー６０の可動範囲の他端側へと移動させる。そして、制御部２００は、このようにして参照光Ｂ１３の光路長が除々に長くなるように変更させながら、参照ミラー６０の各位置での（すなわち該当する参照光Ｂ１３の光路長での）加算出力電圧及び減算出力電圧を取得する。
【００５９】
続いて、旋光計測部２０１が、ステップＳ１で得られた参照光Ｂ１３の光路長変化に対する反射光Ｂ１５の強度変化を解析し、反射光Ｂ１５の強度から直線偏光の旋光反映成分を分離・判別する（ステップＳ３）。そして、進入距離ｌを特定して旋光反映成分の光路長Ｌ（直交方向の伝搬距離Ｌ１）を算出する（ステップＳ５）。
【００６０】
そして、旋光計測部２０１は、ステップＳ３で判別した旋光反映成分の強度に基づいて、上記式（３）に従って旋光角φを算出する（ステップＳ７）。その後、血糖値算出部２０５が、ステップＳ５で算出した旋光反映成分の光路長ＬとステップＳ７で算出した旋光角φとを上記式（１）に代入し、グルコースの濃度Ｃを算出することで血糖値を得る（ステップＳ９）。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、計測光Ｂ１１を被検体７に対して非直角の入射方向で入射させ、計測光Ｂ１１の入射方向とは異なる方向に反射させることができる。また、参照光Ｂ１３の光路長を変更しながら参照光Ｂ１３を反射光Ｂ１５に合成させて干渉させることによって、反射光Ｂ１５から直線偏光の旋光反映成分の光の強度を分離・判別することができる。加えて、旋光反映成分の光路長Ｌを算出することができる。したがって、計測光の入射方向と同一の方向に反射光が反射することで旋光が相殺される事態を抑制しつつ、精度良く旋光を計測することができる。結果、血糖値を精度よく算出することができる。
【００６２】
なお、光学装置の構成は、図１に示した構成に限定されるものではない。図５は、光学装置１００ａの他の構成例を示す図である。なお、図５において、上記した実施形態と同様の構成には同一の符号を付している。
【００６３】
図５に示すように、本変形例における血糖値計測装置１ａの光学装置１００ａは、光源１０と、直線偏光子２０と、ビームスプリッター４０１ａ，４０３ａと、参照ミラー６０と、偏光ビームスプリッター６１ａと、１／４位相差板６３ａと、直交分離部７０と、受光部８０と、増幅部９０とを備える。直線偏光子２０から受光部８０までの各部を構成する光学素子は、光源１０から出射された照射光Ｂ１の図５中に一点鎖線で示す光路に沿って適所に配置される。
【００６４】
この光学装置１００ａにおいて、光源１０、直線偏光子２０、及びビームスプリッター４０１ａは計測光照射部として機能し、ビームスプリッター４０１ａは分割部として機能し、ビームスプリッター４０３ａは合成部として機能する。
【００６５】
本変形例では、ビームスプリッター４０１ａを透過した透過光を計測光Ｂ１１として被検体７に入射させる一方、被検体７からの反射光Ｂ１５を、その反射方向に配置した別のビームスプリッター４０３ａに入射させる。また、ビームスプリッター４０１ａを反射した反射光を参照光Ｂ１３とし、偏光ビームスプリッター６１ａ及び１／４位相差板６３ａを介して参照ミラー６０に入射させる。そして、参照ミラー６０によって参照光Ｂ１３の光軸を平行にずらして反射させ、偏光ビームスプリッター６１ａ及び１／４位相差板６３ａを介してビームスプリッター４０１ａに入射させることで反射光Ｂ１５に参照光Ｂ１３に合成・干渉させる。
【００６６】
本変形例の光学装置１００ａでは、別個のビームスプリッター４０１ａ，４０３ａによって被検体７に対して直接角度をもって計測光Ｂ１１を入射させ、被検体７からの反射光Ｂ１５を入射させている。本変形例では、上記した実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、上記した実施形態の光学装置１００ａと比べて被検体７に対する計測光Ｂ１１の入射角度θを大きく取り易く、旋光の計測精度の向上が図れる。
【００６７】
また、本発明は、光学活性物質の旋光角を計測する場合に広く適用が可能である。例えば、上記した実施形態のように生体を被検体とする場合に限らず、被検者から採取した血液等を被検体とする場合にも同様に適用できる。また、上記した実施形態のように人間の血糖値を測定する場合に限らず、果物の糖分を計測する糖分計測装置等にも同様に適用できる。糖分測定装置に適用する場合は、例えば、果物の果汁を被検体として、上記の実施形態で説明した手順で果物の糖分を測定すればよい。
【００６８】
また、図１に示した血糖値計測装置１や図５に示した血糖値計測装置１ａは、人間の身体に取り付けられて使用されるウェアラブル機器として構成することができる。あるいは、血糖値計測装置１や血糖値計測装置１ａの一部、例えば光学装置１００や光学装置１００ａを身体に装着可能なウェアラブル機器として構成してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，ａ  血糖値計測装置、１００，１００ａ  光学装置、１０  光源、２０  直線偏光子、３０  シャッター、４０，４０１ａ，４０３ａ  ビームスプリッター、５０  集光レンズ、６０  参照ミラー、６１ａ  偏光ビームスプリッター、６３ａ  １／４位相差板、６５  参照ミラー駆動部、７０  直交分離部、８０  受光部、８１  Ｐ偏光受光部、８３  Ｓ偏光受光部、９０  増幅部、９１  加算器、９３  減算器、９５  加算用増幅器、９７  減算用増幅器、２００  制御部、２０１  旋光計測部、２０３  参照光光路長変更制御部、２０５  血糖値算出部、３００  操作部、４００  表示部、５００  通信部、６００  記憶部、６０１  旋光計測プログラム、Ｂ１  照射光、Ｂ１１  計測光、Ｂ１３  参照光、Ｂ１５  計測光、７  被検体
【図１】
2015143650.tif 000005
【図２】
2015143650.tif 000006
【図３】
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【図４】
2015143650.tif 000008
【図５】
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