(57)【要約】【課題】本発明は、被験者の呼気や体液を採取して被験者の呼気や体液に含まれる旋光物質の濃度を高精度かつ簡易に測定することを目的とする。【解決手段】本発明の旋光度測定用光導波回路は、導波路コアを伝搬する偏波光からのエバネッセント波が導波路コアから漏れるように、導波路コアを光導波回路の表面に露出させ、又は光導波回路の表面近傍に配置し、エバネッセント波が光導波回路の表面に付着した溶液を感知して、その溶液の旋光角を検出できる構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの入出力端を結び、旋光性がなく且つ偏波面が回転可能な導波路コアが表面に配置され、
前記導波路コアの一部が外表面に露出していることを特徴とする旋光度測定用光導波回路。
【請求項２】
前記導波路コアの外径が１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする旋光度測定用光導波回路。
【請求項３】
２つの入出力端を結び、旋光性がなく且つ偏波面が回転可能な導波路コアが表面に配置され、
前記導波路コアの中心から外表面までの距離の２倍が１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする旋光度測定用光導波回路。
【請求項４】
前記導波路コアの配置された面と対向する面にペルチェ素子を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の旋光度測定用光導波回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気や溶液に含まれる旋光物質の濃度を高精度かつ簡易に測定するための旋光測定装置に適用する旋光度測定用光導波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、生体のグルコース濃度を測定するには、生体から血液を採取し、採取した血液中のグルコース濃度を測定している。このため、採取する血液には相当量が必要となり、患者を煩わせることとなっている。
【０００３】
一方、グルコースが濃度に応じた旋光性を示すことを利用して、容器に入れた血液や唾液中を透過したレーザ光の旋光角を検出することによってグルコース濃度を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、呼気を容器に集め、容器に入れた呼気中を透過したレーザ光の旋光角を検出して非侵襲にグルコース濃度を測定する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかし、容器中の血液や呼気の旋光角を検出するには相当量が必要となることには変わりはない。また、糖尿病患者が自宅でグルコース濃度を測定するには煩雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７４３８０
【特許文献２】特開２０１２−１１２９０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、被験者の呼気や体液を採取して被験者の呼気や体液に含まれる旋光物質の濃度を高精度かつ簡易に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、旋光度測定用光導波回路は、導波路コアを伝搬する偏波光からのエバネッセント波が導波路コアから漏れるように、導波路コアを光導波回路の表面に露出させ、又は光導波回路の表面近傍に配置し、エバネッセント波が光導波回路の表面に付着した溶液を感知して、その溶液の旋光角を検出できる構成とする。
【０００８】
具体的には、２つの入出力端を結び、旋光性がなく且つ偏波面が回転可能な導波路コアが表面に配置され、前記導波路コアの一部が外表面に露出していることを特徴とする旋光度測定用光導波回路である。
【０００９】
本発明では、前記導波路コアの外径が１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。
【００１０】
具体的には、２つの入出力端を結び、旋光性がなく且つ偏波面が回転可能な導波路コアが表面に配置され、前記導波路コアの中心から外表面までの距離の２倍が１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする旋光度測定用光導波回路である。
【００１１】
本発明では、前記導波路コアの配置された面と対向する面にペルチェ素子を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の旋光度測定用光導波回路によれば、呼気や体液に含まれる旋光物質の濃度を高精度かつ簡易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】旋光度測定用光導波回路の構造を示す図である。
【図２】旋光度測定用光導波回路のエバネッセント波のパワーの模式図である。
【図３】旋光度測定用光導波回路のエバネッセント波のパワーの割合を説明する図である。
【図４】旋光度測定用光導波回路の構造を示す図である。
【図５】旋光度測定用光導波回路の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態の旋光度測定用光導波回路１の構造を図１に示す。基板１３上にクラッド１２が形成され、クラッド１２の上部に導波路コア１１が形成されている。導波路コア１１は、旋光度測定用光導波回路１の上層部に配置され、２つの入出力端１１ａ、１１ｂを結び、旋光性がなく且つ偏波面が回転可能である。
【００１６】
図１の旋光度測定用光導波回路１は、断面が円形の光ファイバをクラッド１２に埋め込んで導波路コア１１としたものである。埋め込む光ファイバは光ファイバクラッド部がなくてもよい。光ファイバクラッド部がある場合はできるだけ、薄いことが好ましい。図１（ｂ）のように、導波路コア１１が光導波路回路１の外表面から露出していてもよい。図１（ｃ）のように、光導波路回路１の外表面で導波路コア１１の上部が平面となって露出していてもよい。図１（ｄ）のように、導波路コア１１が光導波路回路１の外表面と接していてもよい。図１（ｅ）のように、導波路コア１１が光導波路回路１の外表面に近接して配置されてもよい。
【００１７】
被験者が旋光度測定用光導波回路１の外表面に呼気を吹き付けると、外表面に呼気が溶液となって付着する。リング干渉計からの直線偏波光をλ／４板に通して円偏波光にし、入出力端１１ａあるいは１１ｂから入射する。旋光度測定用光導波回路１の外表面に溶液が付着すると、導波路コア１１から偏波光のエバネッセント波が漏れやすくなり、外表面に付着した溶液に含まれるグルコースがエバネッセント波を感知する。導波路コア１１は、旋光性がなく且つ偏波面が回転可能なため、円偏波光は溶液中のグルコースの濃度に応じた旋光性によって右周りと左周りの円偏波光の速度が異なる。光出力端１１ｂあるいは１１ａから旋光した光がリング干渉計に戻り旋光度が測定される。
【００１８】
導波路コア１１を伝搬する偏波光のパワー分布を図２に示す。導波路コア１１の上部に被験者の呼気が溶液１５となって付着している。溶液１５の屈折率は一般的にクラッド１２よりも小さいため、偏波光のパワー分布は溶液１５側に偏ってエバネッセント波となっている。
【００１９】
エバネッセント波となって漏れる割合を説明する。溶液１５による旋光度は次式で表される。
Δφ＝Ｌ×ｃ0×α０／１００                        （１）
Ｌは試料の長さ、α０は比旋光度、ｃ0は溶液中の溶質の質量を示している。（１）式において、旋光度は、溶液の付着した導波路コア１１の長さ及び溶液の濃度に依存することが分かる。従って、導波路コア１１は長いほど、また、濃度が高いほど旋光度が増加する。
【００２０】
導波路コ１１アに対する規格化周波数Ｖは次式で表すことができる。
Ｖ＝（２π／λ）×ａ×ｎコア×（２Δ）１／２                  （２）
ここでλは伝搬する偏波光の波長、ａは導波路コア１１の半径、ｎコアは導波路コア１１の屈折率、Δは導波路コア１１と溶液の屈折率の違いから求めた比屈折率差を示す。比屈折率差Δは次式で求まる。
Δ＝（ｎコア−ｎ呼気）／ｎコア                          （３）
偏波光の波長λを１．５５μｍ、導波路コア１１の屈折率ｎコアを１．４４６（石英ガラス）、呼気の屈折率ｎ呼気を１．３３とすると、規格化周波数Ｖは導波路コア１１の半径によって変化し、規格化周波数Ｖによって導波路コア１１中の光パワーの閉じ込め係数が決まる。
【００２１】
導波路コア１１から漏れる割合を伝搬中の偏波光の全パワーに対する漏れパワーの比率としたとき、導波路コア１１の直径に対する導波路コア１１から漏れる割合を図３に示す。波長１．５５μｍにおいて、導波路コア１１の屈折率が１．４４６、溶液の屈折率が水に等しい１．３３とすると、導波路コア１１の直径が５μｍ以下であれば、エバネッセント波が見られ、１μｍ程度で、エバネッセント波として漏れる割合は１１％を超える。導波路コア１１の直径を１μｍ以下とすると、閉じ込め効果が小さくなって、伝搬損失が大きくなるため実用的ではなくなる。
【００２２】
導波路コア１１が光導波路回路１の外表面に近接して配置されている場合は、導波路コア１１の中心から外表面までの２倍の距離が１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。この場合も、導波路コア１１の中心から外表面までの距離が５μｍ以下であれば、エバネッセント波が見られ、導波路コア１１の中心から外表面までの２倍の距離が１μｍ程度で、エバネッセント波として漏れる割合は１１％を超える。導波路コア１１の直径を１μｍ以下とすると、閉じ込め効果が小さくなり過ぎて伝搬損失が増加するため、実用的ではなくなる。
【００２３】
旋光度の測定は特許文献１や２に示されているため、詳細な説明は省略する。導波路コア１１に旋光性がなく且つ偏波面が回転可能であれば、溶液１５がない場合、円偏波は右回転円偏波と左回転円偏波の伝搬速度が同じとなる。溶液１５が付着している場合、右回転円偏波と左回転円偏波の間に位相差が発生する。この位相差は入出力端１１ａ、１１ｂに接続されているリング干渉計で旋光度を公知の方法で測定できる。従って、溶液の旋光度を高精度かつ簡易に測定できることになる。
【００２４】
なお、旋光度を正確に測定するために、校正用に水を用いて基準となる旋光度の値を把握したのち、溶液の旋光度を測定することが望ましい。また、呼気を溶液として付着させる代わりに、血液等の体液を光導波路回路１の外表面に付着させても、グルコースの濃度を高精度かつ簡易に測定できる。また、
【００２５】
（実施形態２）
本実施形態の旋光度測定用光導波回路２の構造を図４に示す。基板２３にクラッド２２が形成され、クラッド２２の上部に角型の導波路コア２１が形成されている。導波路コア２１は、旋光度測定用光導波回路２の表面に配置され、２つの入出力端２１ａ、２１ｂを結び、旋光性がなく且つ偏波面が回転可能である。
【００２６】
図４の旋光度測定用光導波回路２は、クラッド２２の内部に導波路コア２１を形成したものである。図４（ｂ）のように、導波路コア２１が光導波路回路２の外表面から露出していてもよい。図４（ｃ）のように、導波路コア２１の上部が光導波路回路１の外表面で面一となって露出していてもよい。図４（ｄ）のように、導波路コア２１が光導波路回路２の外表面と接していてもよい。図４（ｅ）のように、導波路コア２１が光導波路回路２の外表面に近接して配置されてもよい。
【００２７】
図４において、導波路コア２１の中心から外表面までの距離の２倍を外径として扱っている。導波路コア２１の中心から外表面までの距離の２倍が１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。導波路コア２１の中心から外表面までの距離の２倍が５μｍ以下であれば、エバネッセント波が見られ、導波路コア２１の中心から外表面までの距離の２倍が１μｍ程度で、エバネッセント波として漏れる割合は１１％を超える。導波路コア２１の厚さを１μｍ以下とすると、閉じ込め効果が小さくなり過ぎて伝搬損失が増加するため、実用的ではなくなる。
【００２８】
旋光度の測定は特許文献１や２に示されているため、詳細な説明は省略する。導波路コア１１に旋光性がなく且つ偏波面が回転可能であれば、溶液１５がない場合、円偏波は右回転円偏波と左回転円偏波の伝搬速度が同じとなる。溶液１５が付着している場合、右回転円偏波と左回転円偏波の間に位相差が発生する。この位相差は入出力端２１ａ、２１ｂに接続されているリング干渉計で旋光度を公知の方法で測定できる。従って、溶液の旋光度を高精度かつ簡易に測定できることになる。
【００２９】
（実施形態３）
本実施形態の旋光度測定用光導波回路３の構造を図５に示す。実施形態１の光導波路回路１の外裏面にペルチェ素子１４を備える。ペルチェ素子１４は導波路コア１１の配置された面と対向する面に備えられることになる。
【００３０】
ペルチェ素子１４によって、旋光度測定用光導波回路３を冷却しておくと、被験者が呼気を排出した際に、旋光度測定用光導波回路３の外表面にふれた呼気が溶液となって付着しやすくなる。例えば、旋光度測定用光導波回路３を摂氏０〜５度に冷却すると、呼気が溶液となって簡単に付着する。
【００３１】
また、冷却前に、ペルチェ素子１４に冷却とは逆の電流を流して加熱しておくと、旋光度測定用光導波回路３の外表面から水分が蒸発して、測定精度が向上する。例えば、冷却前に旋光度測定用光導波回路３を摂氏１５〜２５度に加熱すると旋光度測定用光導波回路３の外表面から水分が蒸発しやすくなる。旋光度測定用光導波回路３はペルチェ素子を備えることによって、溶液の旋光度をより高精度かつより簡易に測定できることになる。
【００３２】
上記では、実施形態１の旋光度測定用光導波回路１にペルチェ素子を備えたが、実施形態１の旋光度測定用光導波回路１に限らず、例えば、実施形態２の旋光度測定用光導波回路２にペルチェ素子を備えてもよい。
【００３３】
以上の説明では、シリカガラスを光導波回路の材料とすることを前提として説明しているが、ポリイミドあるいはポリシラン等の有機材料を光導波回路の材料としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は医療機器の産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１、２、４：旋光度測定用光導波回路
１１、２１：導波路コア
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ：入出力端
１２、２２：クラッド
１３、２３：基板
１４：ペルチェ素子
【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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