(57)【要約】【課題】  本発明が解決しようとする課題は従来実用化されていなかった生体の無侵襲グルコース測定装置を提供することにある。  【解決手段】  光ファイバリング干渉計の中に生体のごとき検体（試料）を配置し、試料を透過する左右円偏光の位相差をリング干渉計で測定するシステムにおいて、リング光路に偏光制御装置を使用し、試料に両側から入射される信号光の偏光状態を一定周期で少なくとも１対の直交する偏光に切り替え、かつ、試料に両側から入射される偏光が常に互いに直交するように偏光状態を制御する方法を採用し、試料を挟む対向光学系に用いる偏波面保存光ファイバとビーム径を制御するレンズの位置関係を最適化し試料内のビームウエストを３０μｍと５０μｍの間となるようにすることで課題を解決した。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波面保存光ファイバ（以下、ＰＭＦという）を用いた光ファイバリング干渉計のリング光路の中に旋光特性を測定したい生体（以下、試料という）を配置し、光源から発せられた光をリング光路に導き，試料を挟んで対向する前記ＰＭＦの端面から前記試料に向けて出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムを用い、前記試料の両方向から少なくとも１組の互いに直交する偏光を試料に入射させ、リング光路を伝搬する両回り信号光の複数の位相差を測定して前記試料の旋光特性を測定することを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の旋光特性測定装置において、前記ＰＭＦからの出射光をレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、前記ＰＭＦの端面をレンズの焦点位置から離す方向に設定し、レンズ間距離を前記試料を把持するツールが挿入できる距離とし、前記試料を伝搬する信号光のビームウエスト（直径、以下、ＢＷという）が３０μｍと５０μｍの間になるように設計したことを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の旋光特性測定装置において、前記ＰＭＦの端部がコア拡大（以下、ＴＥＣという）加工されており、前記ＴＥＣ加工した端部が前記ＰＭＦの光路形成部分の主要部分と同一仕様のＰＭＦをＴＥＣ加工したものから成ることを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項４】
偏波面保存光ファイバ（以下、ＰＭＦという）を用いたリング光路の中に旋光特性を測定したい生体（以下、試料という）を配置し、光源から発せられた光をリング光路に導き，前記試料の両方向から前記試料に向けて前記ＰＭＦから出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムを用いて、前記試料の両方向から入射する光を前記試料の両側に配置した偏光をコントロールする装置または光デバイス（以下、偏光制御装置と総称する）を制御して所定の周期で少なくとも１組の互いに直交する偏光となるようにして前記リング光路を両方向に伝搬する信号光の位相差を測定することを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の旋光特性測定装置において、前記試料の両方向から前記試料に光を入射させる前記ＰＭＦの先端部がコア拡大（以下、ＴＥＣという）加工された端面から成ることを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の旋光特性測定装置において、前記ＰＭＦのＴＥＣ加工した端面近傍が前記ＰＭＦの主要光路形成部分と同一仕様のＰＭＦをＴＥＣ加工したものから成ることを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の偏光制御装置を含む旋光特性測定装置において、前記旋光特性測定装置の主要部分は、前記試料と前記試料を挟んで対向する偏光制御装置を含む光学系とでリング光干渉系のリング光路の一部を構成しており、前記リング光路を両方向に伝搬する信号光の位相差を測定することによって前記試料の旋光特性を測定することができることを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の旋光特性測定装置において、リング光干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての直線偏光と左回り信号光としての直線偏光が同一の固有偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬し、前記試料部分には右回り信号光と左回り信号光を互いに直交する偏光状態で入射させそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させるように前記試料の両側にファラデー回転素子を含む非相反偏光変換光学系を有していることを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記偏光制御装置が液晶に電圧を印加して偏光を制御する光デバイスであることを特徴とする偏光制御装置を含むことを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記偏光制御装置が試料の両側に配置された偏光子と回転または着脱機能を有する２分の１波長板からなる偏光制御装置を含むことを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記旋光特性測定装置は、光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラまたは光サーキュレータと偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２の光カプラにより、主としてＰＭＦから成るリング光路の途中に前記偏光制御装置を含む対向光学系を接続して構成した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の光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信号光を前記第２の光カプラ、前記偏光子、前記第１の光カプラまたは光サーキュレータを介して受光器および／または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、信号光を前記偏光制御装置を介して前記試料の両側から入射する少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を測定し、前記試料がない場合の少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を基準として前記試料の糖濃度を推定することを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の旋光特性測定装置において、前記試料が生体の一部であり、血糖値が既知の場合に前記試料に両側から複数組の直交する偏光を入射したときの光干渉計の位相差を予め測定しておき、その位相差を基準として光干渉計の測定位相差から前記試料の旋光度の変化を推定することを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項１３】
請求項４〜１２のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記対向する各ＰＭＦからの出射光をそれぞれ１枚目のレンズで拡大コリメートし２枚目のレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、２枚目のレンズ間距離を前記試料を把持する鉗子状のツールが挿入され得る距離とし、前記試料を伝搬する信号光のビームウエスト（直径、以下ＢＷという）が３０μｍと５０μｍの間になるように設計したことを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項１４】
請求項４〜１３のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記試料が生体の一部である場合に、生体を誘電体の平板でビームの伝搬方向に対して直角方向から把持することを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の旋光特性測定装置において、前記平板による試料把持部と前記対向するＰＭＦからの出射光学系が機械的に分離されていることを特徴とする旋光特性測定装置。
【請求項１６】
偏波面保存光ファイバ（以下、ＰＭＦという）からなる光ファイバリング干渉計のリング光路の中に旋光特性を測定したい生体や血液や糖質溶液などの検体（以下、試料という）を配置し、試料の旋光特性を測定する方法において、前記旋光特性測定方法は、試料を挟んで対向するＰＭＦの端面から前記試料に向けて出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させ、前記試料の両方向から少なくとも１組の互いに直交する偏光を試料に入射させ、リング光路を伝搬する両回り信号光の複数の位相差を測定して前記試料の旋光特性を測定する工程を有していることを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の旋光特性測定方法において、前記ＰＭＦからの出射光をレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、前記ＰＭＦの端面をレンズの焦点位置から離す方向に設定し、レンズ間距離を前記試料を把持するツールが挿入できる距離とし、前記試料を伝搬する信号光のビームウエスト（直径、以下ＢＷという）が３０μｍと５０μｍの間になるようにする工程を有していることを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項１８】
偏波面保存光ファイバ（以下、ＰＭＦという）を用いたリング光路の中に旋光特性を測定したい生体や血液や糖質溶液などの検体（以下、試料という）を配置し、光源から発せられた光をリング光路に導き，前記試料の両方向から前記試料に向けて前記ＰＭＦから出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる旋光特性測定方法において、前記光の光路上で、前記試料の両方向から入射する光を前記試料の両側に配置した偏光をコントロールする装置または光デバイス（以下、偏光制御装置と総称する）を制御して、前記偏光を所定の周期で少なくとも１組の互いに直交する偏光となるようにして、前記リング光路を両方向に伝搬する信号光の位相差を測定することを特徴とする偏光制御装置を含む工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の旋光特性測定方法において、前記ＰＭＦからの出射光をレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、前記ＰＭＦの端面をレンズの焦点位置から離す方向に設定し、レンズ間距離を前記試料を把持するツールが挿入できる距離とし、前記試料を伝搬する信号光のビームウエスト（直径、以下ＢＷという）が３０μｍと５０μｍの間になるようにする工程を有していることを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項２０】
請求項１８または１９に記載の旋光特性測定方法において、前記ＰＭＦの端部がコア拡大（以下、ＴＥＣという）加工された光ファイバを用いる工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、リング光干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての直線偏光と左回り信号光としての直線偏光が同一の固有偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬し、前記試料部分には互いに直交する偏光状態で入射させそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させるように前記試料の両側にファラデー回転素子を含む非相反偏光変換光学系を用いる工程を有していることを特徴とする偏光制御装置を含む旋光特性測定方法。
【請求項２２】
請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、液晶に電圧を印加して偏光を制御する光デバイスを含む偏光制御装置を用いる工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の旋光特性測定方法において、試料の両側に配置された偏光子と回転または着脱機能を有する２分の１波長板からなる偏光制御装置を用いる工程を有することを特徴とする旋光度測定方法。
【請求項２４】
請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、前記旋光特性測定方法は、光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラまたは光サーキュレータと偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２の光カプラにより、主としてＰＭＦから成るリング光路の途中に前記偏光制御装置を含む対向光学系を接続して構成した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の光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光のカプラ、前記偏光子、前記第１の光カプラまたは光サーキュレータを介して受光器および／または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、信号光を前記偏光制御装置を介して前記試料の両側から入射する少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を測定し、前記試料がない場合の少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を基準として前記試料の糖濃度を推定する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の旋光特性測定方法において、前記試料が生体の一部であり、血糖値が既知の場合に前記試料に両側から複数組の直交する偏光を入射したときの光干渉計の位相差を予め測定しておき、その位相差を基準として光干渉計の測定位相差から前記試料の旋光度の変化を推定する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項２６】
請求項１８〜２５のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、前記対向する各ＰＭＦからの出射光をそれぞれ１枚目のレンズで拡大コリメートし２枚目のレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、２枚目のレンズ間距離を前記試料を把持する鉗子状のツールが挿入され得る距離とし、前記試料を伝搬する信号光のビームウエスト（直径、以下ＢＷという）が３０μｍと５０μｍの間になるように設計する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法。
【請求項２７】
請求項１８〜２６のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、前記試料が生体の一部である場合に、生体を誘電体の平板でビームの伝搬方向に対して直角方向から把持する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体の旋光特性測定装置及び生体の旋光特性測定方法に関し、より具体的には、生体の糖質の濃度を測定することができ、生体の指や耳や皮膚にレーザ光を照射し、その透過光及び／又は反射光を測定して、生体から採血することなしに、検体のグルコース濃度を高い測定精度で測定できる低価格の生体の旋光特性測定装置及び生体の旋光特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液中のグルコース濃度の測定方法として知られている第１の方法は、特許文献１に記載があるような、指などの生体の一部に赤外レーザ光を照射し、血管からの散乱光を分光し、血液に含まれるグルコースを測定するものである。これはグルコース濃度に比例して散乱光が低減することを利用している。しかし、この方法は散乱光の光強度が温度や皮膚の水分や油成分などに依存するという問題があり、広く普及していないのが実情である。第２の方法は、非特許文献１および特許文献２などに記載されているように、グルコースに直交する偏光成分を伝搬させてその複屈折率をオープンループで計測するものである。しかし、この方法では健常者の血糖値レベルである０．１ｇ／ｄＬ程度の血糖値レベルの検体を、長さが１０ｍｍ程度の検体（グルコース）で測定すると誤差が大きい。まして、厚さが１ｍｍ程度の生体の旋光度を測定することは到底できない。特に光の散乱損失が非常に大きな生体ではグルコースの濃度を測定できない。第３の方法は、特許文献３に記載されている複屈折率測定装置で測定する方法である。この方法は干渉計のリング光路に非相反光学系を設け、検体をその内部において検体の旋光特性を計測するものである。この方法ではセル長１ｍｍ程度のグルコースで健常者の血糖値レベルである０．１ｇ／ｄＬの血糖値レベルを十分な精度で測定できるが、生体を両方向に伝搬するビームの光路差が発生するので、リング干渉計の出力に一定のバイアスが発生するため、測定したい生体の旋光度が正しく測定できなかった。
【０００３】
すなわち、現在までに生体から採血をしないで生体のグルコース濃度を測定するいわゆる無侵襲の測定装置は実用化されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１３５５４号公報
【特許文献２】特開２００７−０９３２８９号公報
【特許文献３】特開２００５−２７４３８０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【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グルコースセンサー」、第３１回光波センシング技術研究会ＬＳＴ３１−８，ＰＰ．５１−５６，２００３年８月
【非特許文献２】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】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、従来実用化されていなかった、生体のグルコース濃度を無侵襲で高い測定精度で測定できる生体の旋光特性測定装置及び生体の旋光特性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
課題を解決するためになされた本発明に係わる生体の旋光特性測定方法および生体の旋光特性測定装置の特徴は、光ファイバリング干渉計の中に生体のごとき検体（以下、試料という）を配置し、試料を透過する左右円偏光の位相差をリング干渉計で測定するシステムにおいて、リング光路の一部に偏光制御装置を使用し、試料に両側から入射される信号光の偏光状態を一定周期で少なくとも１組の互いに直交する偏光になるように偏光状態を制御する方法を採用し、試料を挟む対向光学系に用いる偏波面保存光ファイバ（以下、ＰＭＦという）とビーム径を制御するレンズの位置関係を最適化し、試料内のビームウエストを３０μｍと５０μｍの間になるようにすることなどで課題を解決した。
以下、本発明の形態例及び発明例を具体的に説明する。
【０００８】
課題を解決するためになされた本発明の実施の形態例としての第１の発明（以下、発明１という）は、ＰＭＦを用いた光ファイバリング干渉計のリング光路の中に旋光特性を測定したい生体や血液や糖質溶液などの検体（以下、試料という）を配置し、光源から発せられた光をリング光路に導き，試料を挟んで対向する前記ＰＭＦの端面から前記試料に向けて出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムを用い、前記試料の両方向から少なくとも１組の互いに直交する偏光を試料に入射させ、リング光路を伝搬する両回り光の複数の位相差を測定して前記試料の旋光特性を測定することを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【０００９】
発明１を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２の発明（以下、発明２という）は、発明１に記載の旋光特性測定装置において、前記ＰＭＦからの出射光をレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、前記ＰＭＦの端面をレンズの焦点位置から離す方向に設定し、レンズ間距離を前記試料を把持するツールが挿入できる距離とし、前記試料を伝搬する信号光のビームウエスト直径（以下、ＢＷともいう）が３０μｍと５０μｍの間になるように設計したことを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１０】
発明１または２を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第３の発明（以下、発明３という）は、発明１または２に記載の旋光特性測定装置において、前記ＰＭＦの端部がコア拡大（以下、ＴＥＣともいう）加工されており、前記ＴＥＣ加工した端部が前記ＰＭＦの光路形成部分の主要部分と同一仕様のＰＭＦをＴＥＣ加工したものから成ることを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１１】
課題を解決するためになされた本発明の実施の形態例としての第４の発明（以下、発明４という）は、ＰＭＦを用いたリング光路の中に試料を配置し、光源から発せられた光をリング光路に導き，前記試料の両方向から前記試料に向けて前記ＰＭＦから出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムを用いて、前記試料の両方向から入射する光を前記試料の両側に配置した偏光をコントロールする装置または光デバイス（以下、偏光制御装置と総称する）を制御して所定の周期で少なくとも１組の互いに直交する偏光となるようにして前記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を特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１２】
発明４を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第５の発明（以下、発明５という）は、発明４に記載の旋光特性測定装置において、前記試料の両方向から前記試料に光を入射させる前記ＰＭＦの先端部がＴＥＣ加工された端面から成ることを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１３】
発明５を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第６の発明（以下、発明６という）は、発明５に記載の旋光特性測定装置において、前記ＰＭＦのＴＥＣ加工した端面近傍が前記ＰＭＦの主要光路形成部分と同一仕様のＰＭＦをＴＥＣ加工したものから成ることを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１４】
発明４〜６を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第７の発明（以下、発明７という）は、発明４〜６のいずれか１項に記載の偏光制御装置を含む旋光特性測定装置において、前記旋光特性測定装置の主要部分は、前記試料と前記試料を挟んで対向する偏光制御装置を含む光学系とでリング光干渉系のリング光路の一部を構成しており、前記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試料の旋光特性を測定することができることを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１５】
発明７を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第８の発明（以下、発明８という）は、発明７に記載の旋光特性測定装置において、リング光干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての直線偏光と左回り信号光としての直線偏光が同一の固有偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬し、前記試料部分には右回り信号光と左回り信号光を互いに直交する偏光状態で入射させそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させるように前記試料の両側にファラデー回転素子を含む非相反偏光変換光学系を有していることを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１６】
発明４〜８を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第９の発明（以下、発明９という）は、発明４〜８のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記偏光制御装置が液晶に電圧を印加して偏光を制御する光デバイスであることを特徴とする偏光制御装置を含むことを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１７】
発明４〜９を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１０の発明（以下、発明１０という）は、発明４〜９のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記偏光制御装置が試料の両側に配置された偏光子と回転または着脱機能を有する２分の１波長板からなる偏光制御装置を含むことを特徴とする旋光度測定装置の発明である。
【００１８】
発明４〜１０を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１１の発明（以下、発明１１という）は、発明４〜１０のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記旋光特性測定装置は、光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラまたは光サーキュレータと偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２の光カプラにより、主としてＰＭＦから成るリング光路の途中に前記偏光制御装置を含む対向光学系を接続して構成した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の光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信号光を前記第２の光カプラ、前記偏光子、前記第１の光カプラまたは光サーキュレータを介して受光器および／または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、信号光を前記偏光制御装置を介して前記試料の両側から入射する少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を測定し、前記試料がない場合の少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を基準として前記試料の糖濃度を推定することを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００１９】
発明１１を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１２の発明（以下、発明１２という）は、発明１１に記載の旋光特性測定装置において、前記試料が生体の一部であり、血糖値が既知の場合に前記試料に両側から複数組の直交する偏光を入射したときの光干渉計の位相差を予め測定しておき、その位相差を基準として光干渉計の測定位相差から前記試料の旋光度の変化を推定することを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００２０】
発明４〜１２を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１３の発明（以下、発明１３という）は、発明４〜１２のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記対向する各ＰＭＦからの出射光をそれぞれ１枚目のレンズで拡大コリメートし２枚目のレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、２枚目のレンズ間距離を前記試料を把持する鉗子状のツールが挿入され得る距離とし、前記試料を伝搬する信号光のＢＷが３０μｍと５０μｍの間になるように設計したことを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００２１】
発明４〜１３を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１４の発明（以下、発明１４という）は、発明４〜１３のいずれか１項に記載の旋光特性測定装置において、前記試料が生体の一部である場合に、生体を誘電体の平板でビームの伝搬方向に対して直角方向から把持することを特徴とする旋光特性測定装置の発明である。
【００２２】
発明１４を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１５の発明（以下、発明１５という）は、発明１４に記載の旋光特性測定装置において、前記平板による試料把持部と前記対向するＰＭＦからの出射光学系が機械的に分離されていることを特徴とする旋光特性測定装置である。
【００２３】
課題を解決するためになされた本発明の実施の形態例としての第１６の発明（以下、発明１６という）は、ＰＭＦからなる光ファイバリング干渉計のリング光路の中に試料を配置し、試料の旋光特性を測定する方法において、前記旋光特性測定方法は、試料を挟んで対向するＰＭＦの端面から前記試料に向けて出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させ、前記試料の両方向から少なくとも１組の互いに直交する偏光を試料に入射させ、リング光路を伝搬する両回り光の複数の位相差を測定して前記試料の旋光特性を測定する工程を有していることを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００２４】
発明１６を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１７の発明（以下、発明１７という）は、発明１６に記載の旋光特性測定方法において、前記ＰＭＦからの出射光をレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、前記ＰＭＦの端面をレンズの焦点位置から離す方向に設定し、レンズ間距離を前記試料を把持するツールが挿入できる距離とし、前記試料を伝搬する信号光のＢＷが３０μｍと５０μｍの間になるようにする工程を有していることを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００２５】
課題を解決するためになされた本発明の実施の形態例としての第１８の発明（以下、発明１８という）は、ＰＭＦを用いたリング光路の中に試料を配置し、光源から発せられた光をリング光路に導き，前記試料の両方向から前記試料に向けて前記ＰＭＦから出射する光を直接またはレンズでコリメート光または集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる旋光特性測定方法において、前記光の光路上で、前記試料の両方向から入射する光を前記試料の両側に配置した偏光制御装置を制御して、前記偏光を所定の周期で少なくとも１組の互いに直交する偏光となるようにして、前記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を特徴とする偏光制御装置を含む工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００２６】
発明１８を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第１９の発明（以下、発明１９という）は、発明１８に記載の旋光特性測定方法において、前記ＰＭＦからの出射光をレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、前記ＰＭＦの端面をレンズの焦点位置から離す方向に設定し、レンズ間距離を前記試料を把持するツールが挿入できる距離とし、前記試料を伝搬する信号光のＢＷが３０μｍと５０μｍの間になるようにする工程を有していることを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００２７】
発明１８または１９を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２０の発明（以下、発明２０という）は、発明１８または１９に記載の旋光特性測定方法において、前記ＰＭＦの端部がＴＥＣ加工された光ファイバを用いる工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００２８】
発明１８〜２０を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２１の発明（以下、発明２１という）は、発明１８〜２０のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、リング光干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての直線偏光と左回り信号光としての直線偏光が同一の固有偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬し、前記試料部分には互いに直交する偏光状態で入射させそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させるように前記試料の両側にファラデー回転素子を含む非相反偏光変換光学系を用いる工程を有していることを特徴とする偏光制御装置を含む旋光特性測定方法の発明である。
【００２９】
発明１８〜２１を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２２の発明（以下、発明２２という）は、発明１８〜２１のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、液晶に電圧を印加して偏光を制御する光デバイスを含む偏光制御装置を用いる工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００３０】
発明２２を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２３の発明（以下、発明２３という）は、発明２２に記載の旋光特性測定方法において、試料の両側に配置された偏光子と回転または着脱機能を有する２分の１波長板からなる偏光制御装置を用いる工程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。
【００３１】
発明１８〜２３を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２４の発明（以下、発明２４という）は、発明１８〜２３のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、前記旋光特性測定方法は、光源から発せられた信号光としてのレーザ光を第１の光カプラまたは光サーキュレータと偏光子を介して第２の光カプラに導き、前記第２の光カプラにより、主としてＰＭＦから成るリング光路の途中に前記偏光制御装置を含む対向光学系を接続して構成した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の光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光のカプラ、前記偏光子、前記第１の光カプラまたは光サーキュレータを介して受光器および／または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、信号光を前記偏光制御装置を介して前記試料の両側から入射する少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を測定し、前記試料がない場合の少なくとも１組の直交する偏光に切り替えた場合の位相差を基準として前記試料の糖濃度を推定する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００３２】
発明２４を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２５の発明（以下、発明２５という）は、発明２４に記載の旋光特性測定方法において、前記試料が生体の一部であり、血糖値が既知の場合に前記試料に両側から複数組の直交する偏光を入射したときの光干渉計の位相差を予め測定しておき、その位相差を基準として光干渉計の測定位相差から前記試料の旋光度の変化を推定する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００３３】
発明１８〜２５を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２６の発明（以下、発明２６という）は、発明１８〜２５のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、前記対向する各ＰＭＦからの出射光をそれぞれ１枚目のレンズで拡大コリメートし２枚目のレンズで集光光に変換して前記試料に垂直または角度を付けて入射させる光学システムにおいて、２枚目のレンズ間距離を前記試料を把持する鉗子状のツールが挿入され得る距離とし、前記試料を伝搬する信号光のＢＷが３０μｍと５０μｍの間になるように設計する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【００３４】
発明１８〜２６を展開してなされた本発明の実施の形態例としての第２７の発明（発明２７という）は、発明１８〜２６のいずれか１項に記載の旋光特性測定方法において、前記試料が生体の一部である場合に、生体を誘電体の平板でビームの伝搬方向に対して直角方向から把持する工程を有することを特徴とする旋光特性測定方法の発明である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の生体の旋光特性測定方法及び生体の旋光特性測定装置は、採血しないで血糖値に関係した生体のグルコース濃度を測定できるので、第１に、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、採血の時に使用していたグルコースと反応する試薬が不要なので、年間１０万円以上のランニングコストが不要になり、経済的であること、第４に、簡単に測定でき，かつ、血糖値モニターが１日何回でも可能で、糖尿病患者、その予備軍、健常者の健康管理などに使えるなど、大きな効果を発揮するものである。そして、本発明の生体の旋光特性測定装置及び生体の旋光特性測定方法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を減らすことができ、その治療に必要な費用を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態例としての生体の旋光特性測定装置の基本構成図である。
【図２】本発明の実施例としての非相反偏光変換光学系の詳細構成図である。
【図３】本発明の実施例としての非相反偏光変換光学系の他の詳細構成図である。
【図４】生体の偏光伝搬状況の概念図である。
【図５】偏光制御装置と空間光学系を用いた生体の旋光特性測定装置の基本構成図である。
【図６】光ファイバ型偏光制御装置を用いた生体の旋光特性測定装置の基本構成図である。
【図７】光ファイバ型旋光特性測定装置を用いた生体の反射型旋光特性測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本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実施の形態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。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の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、本発明の説明では、旋光物質の旋光特性測定装置の説明で旋光特性測定方法の説明を兼ねる場合があり、その逆のこともある。
【００３８】
図１は本発明の実施の形態例としての生体等の旋光特性測定装置の基本構成図である。ＳＬＤなどのブロードバンド光源１から出射されたレーザ光は、第１の光ファイバ方向性結合器、すなわち２ｘ２光カプラ２−１を介し、光ファイバ型偏光子３を伝搬し、第２の２ｘ２光カプラ２−２によってリング光路を光ファイバ４−１の方向から光ファイバ４−２の方向への時計方向に伝搬する光（右回り光ともいう）と光ファイバ４−２の方向から光ファイバ４−１の方向への反時計方向に伝搬する光（左回り光ともいう）に分岐される。ここで、光源の波長は１３００ｎｍ帯である。光ファイバは１３００ｎｍ帯用ＰＭＦで、光カプラは全て１３００ｎｍ帯用ＰＭＦから構成される。なお第１の方向性結合器２−１は光サーキュレータに置き換えてもよい。ただし、光サーキュレータを用いる場合、アイソレーションの優れた２ステージ型を用いることが好ましい。
【００３９】
前記時計方向に伝搬する光は、長さ４００ｍのＰＭＦ４−１を伝搬しレンズ光学系７−１、偏光子６−１、偏光変換光学系８−１、サファイヤの円板からなる押さえ板９−１を介して、試料１０に入射される。同様に、前記反時計方向に伝搬する光は、ＰＭＦ４−２の光カプラ近傍に置かれた光位相変調器１１の変調を受け、ＰＭＦ４−２、レンズ光学系７−２、偏光子６−２、偏光変換光学系８−２、試料を押さえるサファイヤの円板からなる押さえ板９−２を介し、試料１０に入射される。ここで試料抑え板９−１，９−２は表面がＡＲコートされている厚さ０．２〜０．３ｍｍのサファイヤ板あるいはサファイヤの代わりのガラス板から構成されている。
【００４０】
偏光変換光学系８−１，８−２は直線偏光からそれぞれ左右円偏光を生成する光学系で、それぞれ図２、図３にその構成が示される。すなわち、偏光変換光学系８−１，８−２は、４５度ファラデー回転素子１７−１，１７−２と４分の１波長板１８−１，１８−２から構成され、直線偏光が入射された場合に、左右の円偏光を生成する機能を有する。図中、符号１６−１，１６−２は信号光としての伝搬光を示す。
【００４１】
このようにリング光路を前記時計方向と反時計方向の両方向に伝搬した信号光は、両方向に伝搬した後、第２の光カプラ２−２、偏光子３、第１の光カプラ２−１を伝搬して、第１の光カプラ２−１から受光器１２へ伝搬し、受光器１２によって電気信号に変換され、信号処理回路１３に入力される。位相変調器１１には２０ＫＨｚの位相変調信号として正弦波信号１４が信号処理回路１３から送られている。信号処理回路１３では、リング光路を左右両方向に伝搬する光の位相差をθとすると、２０ＫＨｚ成分がｓｉｎθに、４０ＫＨｚ成分がｃｏｓθに比例した成分として検出される。これらの比をとってアークｔａｎθを信号処理装置１３に含まれるマイクロコンピュータで演算して求める。詳細は非特許文献２に記載されている。
【００４２】
ここでは実施の形態例として実際に実施した図1の構成で試料の旋光特性を測定する原理および実験結果を説明する。実験に使用した生体の部位は親指と人指し指の付け根であり生体厚さはおよそ１．０ｍｍである。
【００４３】
上記の実験で、生体が指の付け根で生体厚が１ｍｍの場合に受光器１２に戻ってくる光パワーを求めたところー２７ｄＢｍ（２μＷ）であった。ＳＬＤ１の出力は＋１３ｄＢｍで、リング干渉計の損失が５ｄＢ、生体の光透過損失が３５ｄＢであるので、これは妥当な値である。
【００４４】
次に、使用している１３００ｎｍ帯のリング光干渉計の位相測定感度が０．０００１度以下であることを確認した。これは、リングに使用しているファイバコイルを裏表に反転させ地球の自転角速度の２倍を計測することで確認した。
【００４５】
図１ではレンズ系のワーキング距離を２０ｍｍとした。生体の厚さはマイクロメータ付きの押さえ板で測定した。このような状態でリング干渉計の出力をモニターしつつグルコースを摂取するいわゆるグルコース負荷試験を行った。グルコース５０ｇを純水１００ｇに溶かした糖液を摂取し従来の血糖値計で測定した血糖値が４０分後に１００ｍｇ／ｄｌ増加した。発明者は４０分間旋光計の出力をモニターした。
【００４６】
本来ならおよそ０．０００２度の位相変化があるはずであるが、実際の測定値は０．００１度以上の変動があり正しく測定できなかった。通常は濃度が１００ｍｇ／ｄＬのグルコースでセル長が１ｍｍの場合の位相変化は０．０００５度である。ここでは偏光保存距離を０．４ｍｍと仮定すると位相変化は０．０００２度となると考えた。
【００４７】
なお、一般に、旋光物質に直線偏光を入射するときに偏光面の単位長あたりの旋光角がΦである場合、その試料に左右の円偏光を入射した場合の伝搬光の左右円偏光の位相差が２Φとなることは偏光光学で公知である。しかし、リング干渉計のループの中に試料を置いて両方向に左右円偏光を伝搬させると、リング干渉計で測定される位相差は２ΦではなくΦとなることが簡単な計算で導かれる。ここでは生体の厚さ（試料長）が１ｍｍの場合に、グルコースの比旋光度として＋５２度を適用すると、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄｌ変化すると対応する旋光角の変化は約０．０００５度となる。
【００４８】
このように図１の測定系では原理的には生体の相対的な旋光度を測定できるが実際は本来得られるべき位相差を大幅に超える位相の変動が測定された。発明者はこの原因を以下のように考察した。第1の原因は生体を押さえ板で把持する場合、長時間の測定の間に把持状態が変化し左右両回り光に微妙な位相差が発生することである。第２に長時間の測定の間に生体を含むリング干渉計固有の位相バイアスが発生することである。
【００４９】
本発明の目的は生体を両方向に伝搬するレーザ光の位相差を測定して生体に含まれる糖成分による旋光度を定量的に測定することである。しかし生体を両方向に伝搬するレーザ光の位相差は生体試料内の両方向に伝搬する偏光状態の他にも押さえ板で生体を把持する状態によっても影響を受ける。ここで本発明旋光測定装置で発生する位相差を定量的に考察する。図４に生体の偏光伝搬状況の概念図を示す。試料が生体の一部である場合には、生体を構成する細胞や組織によって入射光は散乱を受け、多重反射によって偏光成分が生体を伝搬しながらデポラライズする。すなわち、入射円偏光は一定の距離を伝搬後に一部が無偏光に変換される。図中、符号１６−３，１６−４は伝搬光を示す。
【００５０】
ここで距離ＬR, ＬL, ＬL’, ＬR’を以下のように定義する。
ＬR：試料の左方向から右円偏光が入射する場合偏光が保存される距離（符号２４−１）
ＬL：試料の右方向から左円偏光が入射する場合偏光が保存される距離（符号２４−２）
ＬL’：試料の左方向から左円偏光が入射する場合偏光が保存される距離（符号２４−１）
ＬR’：試料の右方向から右円偏光が入射する場合偏光が保存される距離（符号２４−２）
ここで符号２３−１，２３−２は光がランダム偏光で伝搬する距離を表す。
【００５１】
次に試料の左右円偏光に対する等価屈折率をそれぞれＮＬ、ＮＲとする。また試料のランダム偏光に対する等価屈折率をＮ０とする。
このように定義すると、試料の左から右円偏光が、右から左円偏光が入射した場合の試料を右方向と左方向に伝搬する光の位相差θ１は（１）式のようになる。
【数１】
2015225030.tif 000003
但し試料の長さをＬとする。またここでは、ある距離ＬR，ＬLを偏光度が１で伝搬し、その後は偏光度がゼロで伝搬するステップ状の円偏光度モデルを仮定する。
αは試料の固定方法によって生じる位相差で試料内の両方向伝搬光の光路差によって発生する位相差である。
【００５２】
同様に、試料の左から左円偏光が、右から右円偏光が入射した場合の試料を右方向と左方向に伝搬する光の位相差θ２は（２）式のようになる。
【数２】
2015225030.tif 000004
【００５３】
従ってθ１−θ２は（３）式のΘとして表される。
【数３】
2015225030.tif 000005
【００５４】
ここで、簡単のため試料の左端の左右円偏光に対する偏光保存距離であるＬRとＬL’が等しく、また試料の右端の左右円偏光に対する偏光保存距離であるＬLとＬR’が計測する時間内で等しいと仮定すると（３）式は（４）式となる。
【数４】
2015225030.tif 000006
（４）式は試料の旋光性に基づく試料を両方向に伝搬する光の位相差である。
【００５５】
ここでリング干渉計のループ全体を両方向に伝搬する光の位相差であるΘTを考えると（５）式となる。
【数５】
2015225030.tif 000007
（５）式の第１項は生体の旋光度による位相差である。ＬRとＬLはほぼ等しいと考えられるので生体に入射する偏光を切り替えないときの大凡２倍である。またβは試料の両端部にある非相反光学系（ファラデー回転素子および４分の１波長板）を左から右円偏光、右から左円偏光が伝搬するときのリング干渉計の位相差と左から左円偏光、右から右円偏光が伝搬するときのリング干渉計の位相差を差し引いた場合の位相差である。すなわちβはリング干渉計に生体などの試料がない場合の両方向に直交する円偏光を伝搬させた場合の非相反光学系の位相差である。したがって試料を挟む前にβを求めておき、試料を挿入したときの（５）式からβを差し引くことで生体の旋光度を求めることができる。
【００５６】
実際の測定では試料に入射する偏光状態を周期ｔで変化させた場合リング干渉計の出力も周期ｔで変化する。その変化の振幅が（５）式である。
【００５７】
上記の測定においてαは測定中は試料に入射する偏光を切り替えても変化しないと考えられる。
【００５８】
上記のように試料の固定方法によって生じる試料内の両方向伝搬光の光路差によって発生する位相差αをキャンセルする具体的な方法を図５に示す。
図５は偏光制御装置と空間光学系を用いた生体の旋光特性測定装置の基本構成図である。
図５の特徴はセンサー光学部５と光干渉計コア部２５の間に偏光子６−５と２分の１波長板２０から構成されるバルク型偏光制御部２６を設けた点にある。バルク型偏光制御部２６とセンサー光学部５は全反射ミラー１９−１，１９−２によって空間光学系で結合されている。
【００５９】
次に図５の機能を説明する。干渉計コア部２５のＰＭＦの出射偏光方位と偏光板６−３の方位を一致させ、２分の１波長板２０を回転させ伝搬光１６−５，１６−６の偏光状態を複数種類変化させる。ここで非相反偏光変換光学系８−１，８−２のファラデー素子は両方向から伝搬する光に（１６−５は時計方向に、１６−６は反時計方向に）４５度回転させるように磁界を設定しているので、試料１０に両側から入射する偏光は常に直交する。
【００６０】
ここで２分の1波長板２０の方位を２分の１波長板制御信号２１によって０（偏光を回転させない）度と４５度方位の２種類に変化させる場合を考える。２分の1波長板２０の方位が０度の場合に試料１０に入射される伝搬光１６−５，１６−６がそれぞれ右円偏光、左円偏光とすると、２分の1波長板２０の方位が４５度の場合には１６−５，１６−６がそれぞれ左円偏光、右円偏光に切り替えられる。
【００６１】
このように２分の1波長板２０の方位を２段階に切り替えることによって試料に入射させる偏光状態を左右円偏光に切り替えることが出来る。それぞれの場合のリング干渉計の出力の差分をとると上記の（５）式に対応する出力が測定できる。
【００６２】
試料がない場合に予め同様の偏光状態を２段階に切り替えてリング干渉計の出力の変化（（５）式のβ）を求めておくことによって試料のみの旋光度が測定できる。
【００６３】
ここで重要なことは、第１に、２つの偏光状態を切り替える時間は短いので、光干渉計固有の位相バイアスの時間特性は無視できることである。第２に、把持状態による位相バイアスの影響（（２）式のα）もキャンセルできることである。第３に、試料の正の旋光度と負の旋光度の差分を測定できるので、測定感度が２倍になることである。
【００６４】
一般に、オールファイバの光リング干渉計では両回り光が光ファイバ内に閉じ込められているので、同一のパスを伝搬するため、左右両回り光には位相差は発生しない。しかし、図５の系ではリング光路のループの中に試料を含む空間光学系が存在する。試料の把持状態によって左右両回り光に行路差が発生し０．００１度以上の位相差が発生する恐れがある。しかし上記のように試料に入射する偏光を２種類変化させ、測定される位相差の差分を取ることによってこのような試料の把持状態の変化に基づく位相誤差をキャンセルすることができる。実際の測定において試料に両方向から入射する偏光を左右円偏光に切り替えた時の実質的な位相変化は約０．０００２度であった。このことより偏光保存距離はおよそ０．２ｍｍ程度であることがわかった。
【００６５】
この測定をグルコース負荷試験で行って、予め従来の採血方式血糖計の値と（４）式として測定される値の関係の参照テーブルを作成することによって、図５の測定系で試料に入射する左右円偏光を切り替えてリング干渉計の出力位相情報から血糖値を推定することができる。
【００６６】
図６は光ファイバ型偏光制御装置を用いた生体の旋光特性測定装置の基本構成図である。図５と異なる点は２分の１波長板２０の代わりに光ファイバ型偏光制御器２７−１，２７−２を用いている点である。また偏光板６−３の代わりに光ファイバ型偏光子６−４ａ，６−４ｂを用いている。このようにするとセンサー光学部５以外の光学系はオールファイバ型となる。光ファイバ型偏光制御器２７−１，２７−２はたとえば英国のＰｈｏｅｎｉｘ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社が販売しているＡｌｌ−Ｆｉｂｅｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｗｉｃｈが使える。本デバイスは対向ＰＭＦの間に電圧で入射偏光を直交偏光に切り替える液晶からなる。なお、符号４−３と４−４はそれぞれの光路を形成するＰＭＦを示す。また、符号２２，２２−１，２２−２は光ファイバ型偏光制御器の制御信号を示す。
【００６７】
図７は光ファイバ型偏光制御装置を用いた生体の反射型旋光特性測定装置の構成図である。図７では、図１で用いた押さえ板９−１，９−２を用いていない。図７において、リング光路のＰＭＦ４−１を時計回りに伝搬した信号光は、プリズム１５によって試料１０に向けて屈折し、試料押さえ板９−３を介して試料１０に所定の角度で斜めに入射される。一方、リング光路のＰＭＦ４−２を反時計回りに伝搬した信号光は、プリズム１５によって試料１０に向けて屈折し、試料押さえ板９−３を介して試料１０に所定の角度で斜めに入射される。これらの２つの光は生体の表皮部分で反射され、時計周りに伝搬した信号光はＰＭＦ４−２に、反時計周りに伝搬した信号光はＰＭＦ４−１に結合される。
【００６８】
図７のプリズム１５は上下又は左右にスライド可能で、プリズム１５がない場合に光線１６−７、１６−８が直接結合できるように調整してある。なお、符号７−３，７−４はレンズ光学系、８−３，８−４は非相反偏光変換光学系である。
【００６９】
この方式のメリットは２つある。第１のメリットは装置の試料配置部分が試料を挟む構造ではなく試料を載せる構造なため、センサー光学系が簡単になることである。第２のメリットは、信号光ビームが生体を伝搬する距離を設定できることである。
【００７０】
上記の実施の形態例では偏光状態を２種類変えて生体の旋光による位相差をもとめたが、実施の形態例の変形例として、生体をミューラー行列式で表現し、生体の旋光度を求める方法も可能性としては有望である。この場合には図５の２分の１波長板２０の方位をたとえば２２．５度ステップで変化させ、ビーム１６−５、１６−６の偏光状態を３段階以上に切り替え試料に多種の偏光状態を入射させる。
【００７１】
このように、生体の両側から互いに直交する様々な偏光を入射させ、その場合の光干渉計の出力の位相差を測定することによってミューラー行列の１６個の要素を決定することができる。
【００７２】
図５、図６の測定系で生体の旋光度を測定するためには以下の条件が必要である。第１は生体の光透過損失の低減である。第２はセンサー光学部５のレンズ間に試料が把持できる十分な間隔が必要であることである。これらを同時に実現する方法として、レンズのワーキング距離をある程度長くし、ビームウエストが試料の中間にくるようにし、そのビームウエスト（ＢＷ）を最適化した。
【００７３】
ＢＷを１０，２０，３３μｍと変えて実験を繰り返した結果、ＢＷが１０μｍと２０μｍでは対向するＰＭＦの結合をとるのが極めて微妙で不安定であった。３０μｍでは安定に生体厚が１ｍｍで３０〜３５ｄＢを達成できた。さらにＢＷを５０μｍ、１００μｍと変えて実験を繰り返した結果、５０μｍを超えると生体透過損失が増加する結果となった。ＢＷが大きすぎると生体の散乱の影響を受けることが実験的に明らかになった。
【００７４】
以上の実験結果より、生体の旋光度測定におけるセンサー光学部のビームのＢＷは３０μｍと５０μｍの間が好ましい。
【００７５】
本発明者は生体のような光散乱媒質に効率よく、すなわち低損失で光を伝搬させる実験を繰り返した結果、試料を挟んで対向するＰＭＦの先端部分のコアを拡大させるいわゆるＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  Ｅｘｐａｎｄｅｄ  Ｃｏｒｅ）加工が有力であることを実験的に把握した。しかしこの方法ではワーキング距離とＢＷを最適化できない。ＴＥＣ方式を採用する場合には２枚レンズ系にして２枚目のレンズでワーキング距離を大きくしＢＷを最適化できることを見出した。
【００７６】
上に述べた旋光測定装置によって間質液の旋光度をリング干渉計によって測定することができた。
【００７７】
以上、いくつかの例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、本発明の前記の如き技術思想に則っ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】
【００７８】
以上説明したように、本発明によって、これまで実現されていなかった非侵襲の血糖値の測定が可能になる。その結果、糖尿病患者は１日に数回の採血の苦痛と煩わしさから解放される。また、本発明から導かれる血糖値測定器を予防保全的に活用することにより現在世界的に増加している糖尿病患者数を減らすことができ、その治療に必要な費用を大幅に低減することができる。
【００７９】
本発明により非侵襲の血糖値測定装置を提供でき、医療機器や健康機器などとして広く用いることができ、本発明は介護を含め健康機器分野、医療機器分野などの発展に大きく寄与することができるものである。
【符号の説明】
【００８０】
１：光源（ＳＬＤ，ＡＳＥ）
２−１、２−２：２×２方向性結合器またはサーキュレータ
３：ファイバ型偏光子
４−１、４−２：ＰＭＦ
５：センサー光学部
６−１、６−２，６−３，６−４a，６−４b,６−５a，６−５b：偏光板
７−１，７−２，７−３，７−４：レンズ光学系
８−１、８−２，８−３，８−４：非相反偏光変換光学系
９−１，９−２，９−３：試料押さえ板
１０：試料
１１：光位相変調器
１２：受光素子
１３：信号処理回路
１４：位相変調信号
１５：プリズム
１６−１，１６−２，１６−３，１６−４、１６−５、１６−６、１６−７，１６−８：光  １７−１，１７−２，１７−３，１７−４：ファラデー素子
１８−１，１８−２：４分の1波長板
１９−１，１９−２：全反射ミラー
２０：2分の1波長板
２１：２分の１波長板の回転または着脱制御信号
２２、２２−１，２２−２，２２−３，２２−４：光ファイバ型偏光スイッチ制御信号
２３−１，２３−２：ランダム偏光で伝搬する距離
２４−１，２４−２：偏光が保存される距離
２５：光干渉計コア部
２６：バルク型偏光制御光学系
２７−１，２７−２，２６−３，２６−４：光ファイバ型偏光制御器
【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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