(57)【要約】【課題】本発明は、偏波依存性による測定誤差を抑制し、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る成分濃度測定装置１００は、光変調手段で変調された２波の光の偏波状態を保持しつつ光変調手段１１０で変調された２波の光を合波する偏波保持光合波手段１２０と、光変調手段１１０と偏波保持光合波手段１２０とを接続し、２波の光の偏波状態を保持しつつ２波の光のそれぞれを伝搬する偏波保持光伝搬手段１３０と、偏波保持光合波手段１２０で合波された光の偏波状態を保持しつつ偏波保持光合波手段１２０で合波された光を被測定物１９９に出射する偏波保持光出射手段１４０と、を備える。【選択図】図１
2008125543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された前記２波の光の偏波状態を保持しつつ前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波する偏波保持光合波手段と、
前記光変調手段と前記偏波保持光合波手段とを接続し、前記２波の光の偏波状態を保持しつつ前記２波の光のそれぞれを伝搬する偏波保持光伝搬手段と、
前記偏波保持光合波手段で合波された光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光合波手段で合波された光を被測定物に出射する偏波保持光出射手段と、
前記偏波保持光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出する音波検出手段と、を備える成分濃度測定装置。
【請求項２】
前記偏波保持光出射手段の光路に偏波保持光切替手段がさらに挿入され、前記偏波保持光切替手段に偏波保持光分岐路がさらに接続され、
前記偏波保持光切替手段は、前記偏波保持光出射手段を伝搬する光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光出射手段を伝搬する光を前記偏波保持光出射手段又は前記偏波保持光分岐路のいずれか一方に分岐させ、
前記偏波保持光分岐路は、前記偏波保持光切替手段で分岐された光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光切替手段で分岐された光を標準試料に出射し、
前記音波検出手段は、前記偏波保持光分岐路からの光によって前記標準試料から発生する光音響信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定装置。
【請求項３】
前記偏波保持光出射手段の光路に偏波保持光分割手段がさらに挿入され、前記偏波保持光分割手段に偏波保持光分岐路がさらに接続され、
前記偏波保持光分割手段は、前記偏波保持光出射手段を伝搬する光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光出射手段を伝搬する光を前記偏波保持光出射手段及び前記偏波保持光分岐路のそれぞれに分割し、
前記偏波保持光分岐路は、前記偏波保持光分割手段で分割された光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光分割手段で分割された光を標準試料に出射し、
前記音波検出手段は、前記偏波保持光分岐路からの光によって前記標準試料から発生する光音響信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定装置。
【請求項４】
前記偏波保持光分岐路は、偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項２又は３に記載の成分濃度測定装置。
【請求項５】
前記偏波保持光伝搬手段は、偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項６】
前記偏波保持光出射手段は、偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間、動物又は果実等の被測定物の非侵襲な成分濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化が進み、成人病に対する対応が大きな課題になりつつある。血糖値などの検査においては血液の採取が必要なために患者にとって大きな負担となるので、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定装置が注目されている。現在までに開発された非侵襲な成分濃度測定装置としては、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子に吸収され、局所的に加熱して熱膨張を起こして生体内から発生する音波を観測する、光音響法が注目されている。
【０００３】
しかし、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射し得る電磁波の強度には制限があり、生体の血糖値測定においては、十分な効果をあげるに至っていない。
【０００４】
図４および図５は、従来例として、光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。図４は光パルスを電磁波として用いた第１の従来例である（例えば、非特許文献１参照。）。本例では血液成分として血糖、すなわちグルコースを測定対象としている。図４において、駆動回路６０４はパルス状の励起電流をパルス光源６１６に供給し、パルス光源６１６はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生し、発生した光パルスは被測定物６１０に照射される。光パルスは被測定物６１０の内部にパルス状の光音響信号と呼ばれる音波を発生させ、発生した音波は超音波検出器６１３により検出され、さらに音圧に比例した電気信号に変換される。
【０００５】
変換された電気信号の波形は波形観測器６２０により観測される。この波形観測器６２０は上記励起電流に同期した信号によりトリガされ、変換された電気信号は波形観測器６２０の管面上の一定位置に表示され、変換された電気信号は積算及び平均して測定することができる。このようにして得られた電気信号の振幅を解析して、被測定物６１０の内部の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図４に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の光パルスを最大１ｋＨｚの繰り返しで発生し、１０２４個の光パルスを平均して、前記電気信号を測定しているが十分な精度が得られていない。
【０００６】
そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第２の従来例が開示されている。図５に第２の従来例の装置の構成を示す（例えば、特許文献１参照。）。本例も血糖を主な測定対象として、異なる波長の複数の光源を用いて、高精度化を試みている。説明の煩雑さを避けるために、図５により光源の数が２の場合の動作を説明する。図５において、異なる波長の光源、即ち、第１の光源６０１及び第２の光源６０５は、それぞれ駆動回路６０４及び駆動回路６０８により駆動され、連続光を出力する。
【０００７】
第１の光源６０１及び第２の光源６０５が出力する光は、モータ６１８により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板６１７により断続される。ここでチョッパ板６１７は不透明な材質により形成され、モータ６１８の軸を中心とする第１の光源６０１及び第２の光源６０５の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。
【０００８】
上記の構成により、第１の光源６０１及び第２の光源６０５の各々が出力する光は互いに素な変調周波数ｆ１及び変調周波数ｆ２で強度変調された後、合波部６０９により合波され、１の光束として被測定物６１０に照射される。
【０００９】
被測定物６１０の内部には第１の光源６０１の光により周波数ｆ１の光音響信号が発生し、第２の光源６０５の光により周波数ｆ２の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ６１９により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器６２１により観測される。本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。
【００１０】
ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。
【特許文献１】特開平１０−１８９号公報
【非特許文献１】オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅｄ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｕｍａｎ  ｂｌｏｏｄ  ａｎｄ  ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ  ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来例においては以下のような課題がある。光音響法による２波長の差分検出方式では、２波長間での光音響信号の強度差が被測定物の成分濃度の測定と係わる。光伝搬経路における偏波回転や光学部品の偏波依存性のために、２波の光の強度が別々に変動してしまい、成分濃度測定装置の測定精度が低下する問題がある。
【００１２】
本発明は、偏波依存性による測定誤差を減少させ、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置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】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明に係る成分濃度測定装置は、光の偏波状態を保持したまま被測定物に出射することを特徴とする成分濃度測定装置である。
【００１４】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置は、互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段と、前記光変調手段で変調された前記２波の光の偏波状態を保持しつつ前記光変調手段で変調された前記２波の光を合波する偏波保持光合波手段と、前記光変調手段と前記偏波保持光合波手段とを接続し、前記２波の光の偏波状態を保持しつつ前記２波の光のそれぞれを伝搬する偏波保持光伝搬手段と、前記偏波保持光合波手段で合波された光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光合波手段で合波された光を被測定物に出射する偏波保持光出射手段と、前記偏波保持光出射手段からの光によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出する音波検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記の成分濃度測定装置は、偏波に依存する光の強度の変動を抑制することで、偏波依存性による前記被測定物の成分濃度の測定誤差を減少させ、前記光音響信号を高精度で検出することができる。
【００１６】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記偏波保持光出射手段の光路に偏波保持光切替手段がさらに挿入され、前記偏波保持光切替手段に偏波保持光分岐路がさらに接続され、前記偏波保持光切替手段は、前記偏波保持光出射手段を伝搬する光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光出射手段を伝搬する光を前記偏波保持光出射手段又は前記偏波保持光分岐路のいずれか一方に分岐させ、前記偏波保持光分岐路は、前記偏波保持光切替手段で分岐された光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光切替手段で分岐された光を標準試料に出射し、前記音波検出手段は、前記偏波保持光分岐路からの光によって前記標準試料から発生する光音響信号を検出することが好ましい。
【００１７】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物と前記標準試料を手で置き換えることによって生じる前記被測定物の成分濃度の測定誤差を減少させ、及び、前記標準試料を用いた校正精度を向上させることができる。さらに、上記の成分濃度測定装置は、校正時間を短縮し、校正精度を向上させることができる。
【００１８】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記偏波保持光出射手段の光路に偏波保持光分割手段がさらに挿入され、前記偏波保持光分割手段に偏波保持光分岐路がさらに接続され、前記偏波保持光分割手段は、前記偏波保持光出射手段を伝搬する光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光出射手段を伝搬する光を前記偏波保持光出射手段及び前記偏波保持光分岐路のそれぞれに分割し、前記偏波保持光分岐路は、前記偏波保持光分割手段で分割された光の偏波状態を保持しつつ前記偏波保持光分割手段で分割された光を標準試料に出射し、前記音波検出手段は、前記偏波保持光分岐路からの光によって前記標準試料から発生する光音響信号を検出することが好ましい。
【００１９】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物と前記標準試料を手で置き換えることによって生じる前記被測定物の成分濃度の測定誤差を減少させ、及び、前記標準試料を用いた校正精度を向上させることができる。さらに、上記の成分濃度測定装置は、校正時間を短縮し、校正精度を向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記偏波保持光分岐路は、偏波保持光ファイバであることが好ましい。
【００２１】
上記の成分濃度測定装置は、外部の温度の変化や外部からの圧力によっても前記偏波保持光分岐路を伝搬する光の偏波が回転せず、かつ、偏波に依存する光の強度の変動を抑制できるので、前記光音響信号をより高精度で検出することができる。さらに、上記の成分濃度測定装置は、省スペース化を図ることができる。
【００２２】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記偏波保持光伝搬手段は、偏波保持光ファイバであることが好ましい。
【００２３】
上記の成分濃度測定装置は、外部の温度の変化や外部からの圧力によっても前記偏波保持光伝搬手段を伝搬する光の偏波が回転せず、かつ、偏波に依存する光の強度の変動を抑制できるので、前記光音響信号をより高精度で検出することができる。さらに、上記の成分濃度測定装置は、省スペース化を図ることができる。
【００２４】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記偏波保持光出射手段は、偏波保持光ファイバであることが好ましい。
【００２５】
上記の成分濃度測定装置は、外部の温度の変化や外部からの圧力によっても前記偏波保持光出射手段を伝搬する光の偏波が回転せず、かつ、偏波に依存する前記光の強度の変動を抑制できるので、前記光音響信号をより高精度で検出することができる。さらに、上記の成分濃度測定装置は、省スペース化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、偏波依存性による測定誤差を減少させ、被測定物の成分濃度を高精度に測定可能な成分濃度測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、各実施形態に係る成分濃度測定装置において、電源、あるいは全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示せず、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。
【００２８】
初めに、本発明の成分濃度測定装置の基本原理を説明する。被測定物の成分濃度の算定式を数１に示す。ここで、α１（Ｗ），α２（Ｗ）は、波長λ１の光及び波長λ２の光に対する背景（主に水）の吸収係数であり、α１（ｇ），α２（ｇ）は、波長λ１の光及び波長λ２の光に対する測定対象となる成分（例えば、血液）のモル吸収係数である。
【００２９】
【数１】
2008125543.tif 000003
【００３０】
上記の数１を解いて、被測定物の測定対象の成分濃度Ｍを求めることができる。ここで、Ｃは制御あるいは予想困難な係数、すなわち、被測定物と音波検出器の結合状態、音波検出器の感度、被測定物において光により音波が発生される位置と音波検出器との間の距離、被測定物の比熱及び熱膨張係数、被測定物の内部の音波の速度、波長λ１の光及び波長λ２の光の変調周波数、背景の吸収係数及び測定対象となる成分のモル吸収係数、などに依存する未知定数である。さらに、数１においてＣを消去すると数２が得られる。ここで、ｓ１及びｓ２は、波長λ１の光及び波長λ２の光によって被測定物が発生する光音響信号の大きさである。
【００３１】
【数２】
2008125543.tif 000004
【００３２】
ここで、吸収係数α１（Ｗ）及びα２（Ｗ）が等しくなるよう２波の光を選択し、ｓ１≒ｓ２であることを用いれば、成分濃度Ｍは、数３で表される。
【００３３】
【数３】
2008125543.tif 000005
【００３４】
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図を示す。第１実施形態に係る成分濃度測定装置１００は、互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調する光変調手段１１０と、光変調手段で変調された２波の光の偏波状態を保持しつつ光変調手段１１０で変調された２波の光を合波する偏波保持光合波手段１２０と、光変調手段１１０と偏波保持光合波手段１２０とを接続し、２波の光の偏波状態を保持しつつ２波の光のそれぞれを伝搬する偏波保持光伝搬手段１３０と、偏波保持光合波手段１２０で合波された光の偏波状態を保持しつつ偏波保持光合波手段１２０で合波された光を被測定物１９９に出射する偏波保持光出射手段１４０と、偏波保持光出射手段１４０からの光によって被測定物１９９から発生する光音響信号を検出する音波検出手段１５０と、を備える。さらに、図１の光変調手段１１０は、２個の駆動回路１１１ａ，１１１ｂ、２個の光源１１２ａ，１１２ｂ、遅延調整器１１３及び発信器１１４を有する。図１の音波検出手段１５０は、音波検出器１５１、前置増幅器１５２、位相検波増幅器１５３、光音響信号出力端子１５４及び成分濃度算出部１５５を有する。
【００３５】
光源１１２としては、例えば、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）がある。ここでは、光源１１２ａ，１１２ｂは、互いに波長が異なり、かつ、被測定物１９９の吸収波長となる光を出力することが好ましい。図１の成分濃度測定装置１００では、光源１１２ａの発振波長が１．３８μｍであり、光源１１２ｂの発振波長が１．６１μｍである。また、光源１１２は、ヒーター又はペルチェ素子で加熱又は冷却することにより出力する光の波長を変化できることが好ましい。光源１１２は、例えば、波長安定度が０．１ｎｍであり、０．１℃単位で光源１１２の温度を安定化できる。
【００３６】
例えば、光源１１２ａに電力を供給する駆動回路１１１ａが光源１１２ａに接続され、光源１１２ｂに電力を供給する駆動回路１１１ｂが光源１１２ｂに接続される。駆動回路１１１は、例えば、５００ｋＨｚの周波数で光源１１２が出力する光を直接変調する。また、発信器１１４は、任意の周波数、例えば、周波数が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚのパルス列を発生させ、これを駆動回路１１１ａ，１１１ｂに出力する。遅延調整器１１３は、例えば、０．１ｎ秒単位の精度で遅延を付与でき、光源１１２ａ，１１２ｂを逆位相で駆動するために、発信器１１４が発生させたパルス列に周期の半分の遅延を付与するように調整する。
【００３７】
偏波保持光伝搬手段１３０ａは、例えば、光源１１２ａと偏波保持光合波手段１２０の光入力端子（不図示）との間を接続する。また、偏波保持光伝搬手段１３０ｂは、例えば、光源１１２ｂと偏波保持光合波手段１２０の光入力端子との間を接続する。偏波保持光合波手段１２０としては、例えば、光ファイバ結合型光カプラ又は空間型光フィルタがある。
【００３８】
第１実施形態に係る成分濃度測定装置では、偏波保持光伝搬手段１３０は、偏波保持光ファイバであることが好ましい。成分濃度測定装置１００は、外部の温度の変化や外部からの圧力によっても偏波保持光伝搬手段１３０を伝搬する光の偏波が回転せず、かつ、偏波に依存する光の強度の変動を抑制できるので、光音響信号をより高精度で検出することができる。さらに、成分濃度測定装置１００は、偏波保持光ファイバを用いることで偏波保持光伝搬手段１３０の取り回しの自由度が高くなり、省スペース化を図ることができる。
【００３９】
偏波保持光出射手段１４０は、例えば、偏波保持光合波手段１２０の光出力端子（不図示）に接続される。第１実施形態に係る成分濃度測定装置では、偏波保持光出射手段１４０は、偏波保持光ファイバであることが好ましい。成分濃度測定装置１００は、外部の温度の変化や外部からの圧力によっても偏波保持光出射手段１４０を伝搬する光の偏波が回転せず、かつ、偏波に依存する前記光の強度の変動を抑制できるので、光音響信号をより高精度で検出することができる。さらに、成分濃度測定装置１００は、偏波保持光ファイバを用いることで偏波保持光出射手段１４０の取り回しの自由度が高くなり、省スペース化を図ることができる。
【００４０】
偏波保持光出射手段１４０から光を受けた被測定物１９９は、光音響効果によって光音響信号を発生する。音波検出器１５１は、例えば、被測定物１９９が発生する光音響信号を検出して電気信号に変換する。ここで、音波検出器１５１は、検出感度が最高となる共振周波数を、光変調手段１１０の変調周波数に合せた周波数、例えば、５００ｋＨｚに合せることが好ましい。音波検出器１５１としては、例えば、超音波センサがある。前置増幅器１５２は、例えば、音波検出器１５１からの電気信号を増幅して出力する。位相検波増幅器１５３は、例えば、光変調手段１１０の変調周波数と同一周波数成分となる電気信号を抽出し、光音響信号出力端子１５４に出力する。光音響信号出力端子１５４には、例えば、成分濃度算出部１５５が接続される。成分濃度算出部１５５は、例えば、上記の基本原理を用いて、光音響信号出力端子１５４が出力する電気信号に基づいて被測定物１９９の成分濃度を算出する。
【００４１】
被測定物１９９としては、人体又は人体の一部、例えば、指がある。被測定物１９９が指であれば、成分濃度測定装置１００は、血液中のグルコースの濃度を測定できる。また、被測定物１９９としては、例えば、実験用ラット、みかん等の果実、或いは、人体又は実験用ラットから採取した採取物もある。被測定物１９９が果実であれば、成分濃度測定装置１００は、果実の糖度、すなわち、果実の甘さを測定できる。
【００４２】
成分濃度測定装置１００は、光変調手段１１０で出力された光が被測定物１９９に出射されるまで、偏波保持光合波手段１２０、偏波保持光伝搬手段１３０及び偏波保持光出射手段１４０によって光の偏波状態を保持できるので、偏波依存性による被測定物１９９の成分濃度の測定誤差が減少する。これによって、成分濃度測定装置１００は、光音響信号を高精度で検出することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る成分濃度測定装置について、第１実施形態に係る成分濃度測定装置と異なる点を中心に説明する。図２に、第２実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図を示す。第２実施形態に係る成分濃度測定装置１０１では、偏波保持光出射手段１４０の光路に偏波保持光切替手段１６０がさらに挿入され、偏波保持光切替手段１６０に偏波保持光分岐路１７０がさらに接続され、偏波保持光切替手段１６０は、偏波保持光出射手段１４０を伝搬する光の偏波状態を保持しつつ偏波保持光出射手段１４０を伝搬する光を偏波保持光出射手段１４０又は偏波保持光分岐路１７０のいずれか一方に分岐させ、偏波保持光分岐路１７０は、偏波保持光切替手段１６０で分岐された光の偏波状態を保持しつつ偏波保持光切替手段１６０で分岐された光を標準試料１９８に出射し、音波検出手段１５０は、偏波保持光分岐路１７０からの光によって標準試料１９８から発生する光音響信号を検出することが好ましい。図２の音波検出手段１５０は、２個の音波検出器１５１ａ，１５１ｂ、２個の前置増幅器１５２ａ，１５２ｂ、位相検波増幅器１５３及び光音響信号出力端子１５４、成分濃度算出部１５５及び電気スイッチ１５６を有する。
【００４４】
偏波保持光切替手段１６０は、例えば、偏波保持光出射手段１４０の中間に挿入される。偏波保持光切替手段１６０としては、例えば、光ファイバ切替型スイッチ又はミラー反射型スイッチがある。偏波保持光切替手段１６０は、分岐した光の出力が低下しにくい利点がある。
【００４５】
偏波保持光切替手段１６０は、１本の偏波保持光分岐路１７０が接続される。第２実施形態に係る成分濃度測定装置では、偏波保持光分岐路１７０は、偏波保持光ファイバであることが好ましい。成分濃度測定装置１０１は、外部の温度の変化や外部からの圧力によっても偏波保持光分岐路１７０を伝搬する光の偏波が回転せず、かつ、偏波に依存する光の強度の変動を抑制できるので、光音響信号をより高精度で検出することができる。さらに、成分濃度測定装置１０１は、偏波保持光ファイバを用いることで偏波保持光分岐路１７０の取り回しの自由度が高くなり、省スペース化を図ることができる。
【００４６】
例えば、偏波保持光出射手段１４０の先端には出射口１４１が装着され、偏波保持光分岐路１７０の先端には出射口１７１が装着される。出射口１４１及び出射口１７１としては、例えば、光のビーム径が２ｍｍとなる光ファイバコリメータ、材料がＢＫ７（登録商標）、ＳＦＬ−１１（登録商標）、石英又はサファイアの全反射プリズム、或いは、フェルールがある。
【００４７】
偏波保持光合波手段１２０で合波された光は、偏波保持光出射手段１４０の中間で偏波保持光切替手段１６０によって偏波保持光出射手段１４０の出射口１４１の側又は偏波保持光分岐路１７０の出射口１７１の側に分岐され、被測定物１９９及び標準試料１９８のいずれか一方に出射される。
【００４８】
音波検出器１５１ａは、例えば、被測定物１９９が発生する光音響信号を検出して電気信号に変換する。前置増幅器１５２ａは、例えば、音波検出器１５１ａからの電気信号を増幅して出力する。また、電気スイッチ１５６は、例えば、前置増幅器１５２ａからの電気信号と前置増幅器１５２ｂからの電気信号とを切り替え、光音響信号出力端子１５４に出力する。被測定物１９９の成分濃度を測定する際は、偏波保持光切替手段１６０及び電気スイッチ１５６を被測定物１９９に光が出射されるように切り替える。これによって、第１実施形態に係る成分濃度測定装置と同様に、成分濃度測定装置１０１は、被測定物１９９の成分濃度を測定できる。
【００４９】
一方、音波検出器１５１ｂは、例えば、標準試料１９８が発生する光音響信号を検出して電気信号に変換する。前置増幅器１５２ｂは、例えば、音波検出器１５１ｂからの電気信号を増幅して出力する。標準試料１９８を用いて校正する際は、偏波保持光切替手段１６０及び電気スイッチ１５６を標準試料１９８に光が出射されるように切り替える。そして、数３における光音響信号の強度の差分（ｓ１‐ｓ２）がゼロ又は雑音の強度と略等しくなるように、発信器１１４及び駆動回路１１１の変調振幅、並びに、遅延調整器１１３の遅延を調整する。
【００５０】
標準試料１９８としては、例えば、被測定物１９９と等価な吸光度、電熱特性及び音響特性を示すように調合した生体等価物質を封入したものがある。測定対象の成分が血液中のグルコースであれば、標準試料１９８としては、例えば、水溶液又は水分を含んだ軟化ゲル状の試料を封入したガラスセル、或いは、血液成分量を検査済みの血液又は血清を封入したガラスセルがある。成分濃度測定装置１００では、被検体１９９の測定対象とする成分に応じた標準試料１９８とすることにより、成分濃度測定値１００の校正を行うことができる。
【００５１】
光変調手段１１０で出力された光が標準試料１９８に出射されるまで、偏波保持光合波手段１２０、偏波保持光伝搬手段１３０、偏波保持光出射手段１４０、偏波保持光切替手段１６０及び偏波保持光分岐路１７０によって光の偏波状態を保持できるので、成分濃度測定装置１０１は、偏波依存性による標準試料１９８の成分濃度の測定誤差が減少する
。
【００５２】
成分濃度測定装置１０１は、偏波保持光切替手段１６０及び偏波保持光分岐路１７０を備えるので、被測定物１９９と標準試料１９８を手で置き換える必要がなく、手の温度によって標準試料１９８及び被測定物１９９の温度は変動しない。これによって、成分濃度測定装置１０１は、被測定物１９９の成分濃度の測定誤差が減少させ、標準試料１９８を用いた校正精度を向上させることができる。また、手の温度の影響がないので、標準試料１９８の温度が規定値になるまでの時間を待つことなく校正を開始でき、成分濃度測定装置１０１は、校正時間を短縮することができる。
【００５３】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る成分濃度測定装置について、第２実施形態に係る成分濃度測定装置と異なる点を中心に説明する。図３に、第３実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図を示す。第３実施形態に係る成分濃度測定装置１０２では、偏波保持光出射手段１４０の光路に偏波保持光分割手段１８０がさらに挿入され、偏波保持光分割手段１８０に偏波保持光分岐路１７０がさらに接続され、偏波保持光分割手段１８０は、偏波保持光出射手段１４０を伝搬する光の偏波状態を保持しつつ偏波保持光出射手段１４０を伝搬する光を偏波保持光出射手段１４０及び偏波保持光分岐路１７０のそれぞれに分割し、偏波保持光分岐路１７０は、偏波保持光分割手段１８０で分割された光の偏波状態を保持しつつ偏波保持光分割手段１８０で分割された光を標準試料１９８に出射し、音波検出手段１５０は、偏波保持光分岐路１７０からの光によって標準試料１９８から発生する光音響信号を検出することが好ましい。
【００５４】
偏波保持光分割手段１８０は、例えば、偏波保持光出射手段１４０の光路の中間に挿入される。偏波保持光分割手段１８０としては、例えば、光ファイバ結合型スプリッタ、又は、ビームスプリッタを用いた空間フィルタ型スプリッタがある。偏波保持光分割手段１８０は、分割した光が、繰り返し再現性に優れ、測定誤差が発生しにくい利点がある。
【００５５】
偏波保持光合波手段１２０で合波された光は、偏波保持光出射手段１４０の中間で偏波保持光分割手段１８０によって偏波保持光出射手段１４０の出射口１４１の側及び偏波保持光分岐路１７０の出射口１７１の側に分割され、被測定物１９９及び標準試料１９８の両方に出射される。
【００５６】
光変調手段１１０で出力された光が標準試料１９８に出射されるまで、偏波保持光合波手段１２０、偏波保持光伝搬手段１３０、偏波保持光出射手段１４０、偏波保持光分岐路１７０及び偏波保持光分割手段１８０によって光の偏波状態が保持されるので、成分濃度測定装置１０２は、被測定物１９９の成分濃度の測定誤差が減少させ、標準試料１９８を用いた校正精度を向上させることができる。さらに、成分濃度測定装置１０２は、第２実施形態に係る成分濃度測定装置と同様に、校正時間を短縮し、校正精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る成分濃度測定装置は、日常の健康管理や美容上のチェックに利用することができる。また、人間ばかりでなく、動物についても健康管理に利用することができる。また、本発明に係る成分濃度測定装置は、人間や動物だけではなく、液体中の成分濃度を測定する分野、例えば果実の糖度測定にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図である。
【図２】第２実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図である。
【図３】第３実施形態に係る成分濃度測定装置の概略図である。
【図４】従来の光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図５】従来の光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００，１０１，１０２：成分濃度測定装置
１１０：光変調手段
１１１，１１１ａ，１１１ｂ：駆動回路
１１２，１１２ａ，１１２ｂ：光源
１１３：遅延調整器
１１４：発振器
１２０：偏波保持光合波手段
１３０，１３０ａ，１３０ｂ：偏波保持光伝搬手段
１４０：偏波保持光出射手段
１４１，１７１：出射口
１５０：音波検出手段
１５１：音波検出器
１５２：前置増幅器
１５３：位相検波増幅器
１５４：光音響信号出力端子
１５５：成分濃度算出部
１５６：電気スイッチ
１６０：偏波保持光切替手段
１７０：偏波保持光分岐路
１８０：偏波保持光分割手段
１９８：標準試料
１９９：被測定物
６０１：第１の光源
６０４：駆動回路
６０５：第２の光源
６０８：駆動回路
６０９：合波部
６１０：被測定物
６１３：超音波検出器
６１６：パルス光源
６１７：チョッパ板
６１８：モータ
６１９：音響センサ
６２０：波形観測器
６２１：周波数解析器
【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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