(57)【要約】【課題】光学測定ユニットを小型化させ非侵襲とさせて容易な測定を可能とさせる。また、測定精度を向上させる。【解決手段】透過光２２を使用して、血糖値を測定する場合に、グルコースによる吸収率の高い近赤外レーザ光と、グルコースによる吸収がない可視光とを被測定部位２５に透過させる。反射手段４０により被測定部位２５を複数回透過させたのちに、透過光量を検知する。透過光２２の光路長が稼げるので被測定部位２５の厚みが薄くても測定精度が向上する。また可視光の透過量を基準とすることにより、被測定部位２５の皮膚組織の状態による変化が補正できる。また、測定時に光路長も算出することにより、被測定部位２５にばらつきによる光路長変化に伴う透過量の変化を補正でき、高精度な測定、小型化が可能とされ、非侵襲の光学測定ユニットを提供できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外レーザ光を被測定部位に透過させることにより該被測定部位の内部における糖分を測定する光学測定ユニットであって、
第１挟持片と第２挟持片とにより前記被測定部位を挟持する測定部と、
前記糖分による吸収率が高い前記近赤外レーザ光を出射光として前記第１挟持片から前記被測定部位に出射する発光部と、
反射により前記出射光の一部を前記被測定部位内に複数回透過させる反射手段と、
前記被測定部位を透過した前記出射光の一部を受光する受光部と、
前記受光部の受光結果に基づき前記出射光の前記被測定部位における透過量を算出し、前記糖分に換算する制御部と、
を具備することを特徴とする光学測定ユニット。
【請求項２】
近赤外レーザ光を被測定部位に透過させることにより該被測定部位の内部における糖分を測定する光学測定ユニットであって、
第１挟持片と第２挟持片とにより前記被測定部位を挟持する測定部と、
前記糖分による吸収率が高い前記近赤外レーザ光を出射光として導波路となる前記第１挟持片から前記被測定部位に出射する発光部と、
前記被測定部位を透過した前記出射光の一部を反射して前記被測定部位に入射させる反射手段と、
前記被測定部位内を複数回透過した光を透過光として受光する受光部と、
前記透過光に基づき前記出射光の前記被測定部位における透過量を算出し、前記糖分に換算する制御部と、
を具備することを特徴とする光学測定ユニット。
【請求項３】
前記測定部に、前記反射手段を複数設けることを特徴とする請求項２に記載の光学測定ユニット。
【請求項４】
前記発光部から前記受光部に至る光路中に光分配素子を配置し、該光分配素子により前記出射光と前記透過光とを分離することを特徴とする請求項２に記載の光学測定ユニット。
【請求項５】
前記光分配素子は偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項４に記載の光学測定ユニット。
【請求項６】
前記発光部から前記受光部に至る光路中に、偏光状態変更手段を設け、前記透過光を前記出射光と異なる偏光状態にすることを特徴とする請求項４に記載の光学測定ユニット。
【請求項７】
前記偏光状態変更手段は４分の１波長板であることを特徴とする請求項６に記載の光学測定ユニット。
【請求項８】
前記発光部は、前記出射光の一部として前記近赤外レーザ光に対する基準となる光を出射し、前記受光部は、前記透過光に含まれる前記基準となる光の基準透過光を検出し、前記制御部は、前記透過光および前記基準透過光に基づいて前記糖分を算出することを特徴とする請求項２に記載の光学測定ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定ユニットに係り、特に非侵襲、小型化で測定精度が高い光学測定ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定部位の内部の特定成分（例えば糖分）を検出する方法として、侵襲法と非侵襲法がある。非侵襲で測定する方法の一例として、近赤外光を用いる等して光学的に測定する方法が知られている。
【０００３】
以下特定成分の光学的な測定方法の一例として、血中のグルコース濃度（血糖値）の測定方法を例に説明する。
【０００４】
血中のグルコース濃度（血糖値）を測定するには、近赤外光のグルコースによる吸収量の差異を検出する方法がある。具体的には、近赤外光をある部位において透過させ、その透過光量から血糖値の測定とする方法である。その方法として、最も有用な部位として、指先などが考えられている（例えば特許文献１、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第３０９３８７１号公報（第２，３頁、第１図）
【特許文献２】特許第３６９２７５１号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学的に血糖値の測定を行う場合には、上記の如く被測定部位に対して透過光を使用する方法や、反射光を利用する方法があり、いずれもグルコースによる光の吸収量を測定し、血糖値を算出している。しかし、グルコースの光の吸収量は非常に小さいため、特に自身の光量が小さい反射光（拡散反射光）による方法では、非常に高感度な測定が要求される。
【０００６】
それに対して透過光を使用する方法では、透過される光を直接扱うことができるため、光の使用効率が高く、比較的容易に血糖値を検出することが可能である。しかし、光を透過させるため、被測定部位がどこであっても同様な測定ができるというわけではない。例えば、ある程度の測定感度（測定精度）を得るためには、被測定部位としてある程度の厚みがある部位にて測定する必要がある。
【０００７】
しかし、ある程度の厚さがある部位では、その中には、骨などの光を透過しにくい組織や、太い血管が存在する可能性がある。透過光はグルコース以外の血中成分（具体的にはヘモグロビン）の影響を強く受けるため、太い血管が存在する部位での測定は好ましくない。そのため、測定精度及び再現性が確保できない可能性がある。
【０００８】
また従来では、指先などを被測定部位として利用していたが、指先であっても、骨や太い血管が内在する可能性があり、また、指先では表面の曲率が高く、測定位置が安定しないために、再現性が低下する問題があった。
【０００９】
すなわち、測定精度を確保するためには、毛細血管での測定が可能な部位であり、骨などが内在しない部位である必要がある。しかし、このような被測定部位の場合、光が透過する組織の厚さは薄いものとなる。従って、その薄い組織に測定するための光を照射した場合、その光がグルコースによって吸収される確率が低くなる可能性があり、測定感度の低下を招く問題があった。
【００１０】
本発明は、上記した問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、第１に、近赤外レーザ光を被測定部位に透過させることにより該被測定部位の内部における糖分を測定する光学測定ユニットであって、第１挟持片と第２挟持片とにより前記被測定部位を挟持する測定部と、前記糖分による吸収率が高い前記近赤外レーザ光を出射光として前記第１挟持片から前記被測定部位に出射する発光部と、反射により前記出射光の一部を前記被測定部位内に複数回透過させる反射手段と、前記被測定部位を透過した前記出射光の一部を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づき前記出射光の前記被測定部位における透過量を算出し、前記糖分に換算する制御部と、を具備することにより解決するものである。
【００１２】
第２に、近赤外レーザ光を被測定部位に透過させることにより該被測定部位の内部における糖分を測定する光学測定ユニットであって、第１挟持片と第２挟持片とにより前記被測定部位を挟持する測定部と、前記糖分による吸収率が高い前記近赤外レーザ光を出射光として導波路となる前記第１挟持片から前記被測定部位に出射する発光部と、前記被測定部位を透過した前記出射光の一部を反射して前記被測定部位に入射させる反射手段と、前記被測定部位内を複数回透過した光を透過光として受光する受光部と、前記透過光に基づき前記出射光の前記被測定部位における透過量を算出し、前記糖分に換算する制御部と、を具備することにより解決するものである。
【００１３】
また、前記測定部に、前記反射手段を複数設けることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記発光部から前記受光部に至る光路中に光分配素子を配置し、該光分配素子により前記出射光と前記透過光とを分離することを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記光分配素子は偏光ビームスプリッタであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記発光部から前記受光部に至る光路中に、偏光状態変更手段を設け、前記透過光を前記出射光と異なる偏光状態にすることを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記偏光状態変更手段は４分の１波長板であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記発光部は、前記出射光の一部として前記近赤外レーザ光に対する基準となる光を出射し、前記受光部は、前記透過光に含まれる前記基準となる光の基準透過光を検出し、前記制御部は、前記透過光および前記基準透過光に基づいて前記糖分を算出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型化が可能とされ、非侵襲であり測定精度の高い光学測定ユニットを提供できる。
【００２０】
第１に、被測定部位に近赤外レーザ光を出射および透過させてこの透過量に基づき被測定部位のグルコース濃度を測定するので、測定装置の小型化が実現し、非侵襲で容易な測定が可能である。また、骨などの光を透過しにくい組織や太い血管が内在しない部位での測定が可能となる。被測定部位としては例えば、耳たぶや手のひらの指の間など、組織の薄いひだ状部位であるが、透過光をミラーにより反射させ、被測定部位内を往復させることにより、測定に使用する光（透過光）の光路長を稼ぐことができる。従って、透過光がグルコースによって吸収される確率が高くなり、測定精度（測定感度）を向上させることができる。
【００２１】
第２に、透過光を反射させるミラーを複数設けることにより、透過光が被測定部位内を透過する回数を増やすことができる。これにより、例えば、被測定部位は薄いひだ状部でありながら、その組織の厚みの３倍や４倍などの長い光路長を確保することができ、より測定精度を向上させることができる。
【００２２】
第３に、光学測定ユニットの発光部から受光部に至る光路中に光分配素子を配置し、光分配素子により発光部から出射した光（出射光）と、受光部で受光する光（透過光）とを分離する。更に光路中には偏光状態変更手段を設け、透過光を出射光と異なる偏光状態にする。これにより、被測定部位の面積が小さく、出射光と透過光が同一の導波路を伝搬する場合であっても、正確に透過光を受光することができる。
【００２３】
第４に、被測定部位の皮膚組織の状態による変化と、被測定部位の変化（ばらつき）による透過量の変化とを自動的に補正することができるので、これによっても測定精度を向上させることができる。
【００２４】
より具体的には、近赤外レーザ光に加えて、基準となる可視光（可視レーザ光）を被測定部位に出射、透過させて被測定部位における可視光の透過量を測定し、この変化量に基づき近赤外レーザ光の透過量を補正する。これにより、皮膚組織の状態による透過量の変化を測定値に反映させることができ、測定誤差を低減できる。また、被測定部位を透過する光の光路長を検出し、この変化量によっても測定値を補正することで、より測定精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明に係る光学測定ユニットの実施形態の一例を、図１から図６を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
まず、図１から図３を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態における光学測定ユニットを、血糖値測定装置に採用した場合の一例を示す図であり、図１（Ａ）が外観平面図、図１（Ｂ）が図１（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
【００２７】
血糖値測定装置１００の外部筐体８の一主面には、例えば電源スイッチ４、測定開始・停止ボタン５、表示部２等が設けられている。血糖値測定装置１００は、光学測定ユニット１を備える。
【００２８】
光学測定ユニット１は、測定部３と、発光部１１と、受光部１２と、制御部６と、反射手段４０とを有し、近赤外レーザ光を被測定部位に透過させることにより被測定部位の内部における糖分を測定する。
【００２９】
測定部３は、被測定部位との接触部となり、外部筐体８から導出する。また、測定部３は、第１挟持片３１と第２挟持片３２とを有し、これらにより被測定部位を挟持する。ここでは一例として第１挟持片３１および第２挟持片３２は、例えばそれぞれの一端が固定され、他端が開閉可能な構成とされ、他端の開閉により被測定部位を挟んで保持（以下挟持）するクリップ状とする。
【００３０】
測定部３は、第１挟持片３１と第２挟持片３２とが最大に開いた状態でも、生体端部の限られた部位を挟持可能な程度に小さく設定されている。また、測定部３は、被測定部位を常に所定の負荷で挟持できる構成とされている。第１挟持片３１と第２挟持片３２とをクリップ状に構成することにより、測定部３で挟持できる生体の部位を限定でき、被測定部位が測定部３によって挟まれて血糖値が計測されるときの測定安定性が向上する。
【００３１】
第１挟持片３１の一端は、光学測定ユニット１内の発光部１１及び受光部１２と接続され、他端には例えばミラー３１１および集光レンズ３１２、および偏光状態変更手段４１が設けられる。偏光状態変更手段は、ここでは例えば４分の１波長板（以下λ／４板）４１である。発光部１１から出力された光（以下出射光２０）は、図１（Ｂ）の矢印の如く、導波路となる第１挟持片３１内を伝搬してミラー３１１で反射され集光レンズ３１２で集光されて、λ／４板４１を通過して被測定部位に出射される。
【００３２】
第２挟持片３２は、例えば、第１挟持片３１の出射部（集光レンズ３１２およびλ／４板４１）と対向する端部に、反射手段４０が設けられる。第１の実施形態では反射手段を１つ設けた場合を示す。反射手段は、例えば被測定部位側の主面を反射面とした凹面鏡４０であり、被測定部位を透過した出射光２０の一部を反射し、当該反射光２１を被測定部位に再び入射させる。
【００３３】
被測定部位を再び透過した反射光２１の一部は、透過光２２として集光レンズ３１２により集光されミラー３１１で反射され、第１挟持片３１を伝搬して受光部１２で受光される。
【００３４】
導波路となる第１挟持片３１は、出射光２０および受光すべき透過光２２が外部に漏れないような形状（例えば筒状）および材質であり、第１挟持片３１および第２挟持片３２は、発光部１１及び受光部１２と共に光学測定ユニット１の一部を構成する。
【００３５】
発光部１１は、グルコースによる吸収率が高い第１出射光と、基準となる第２出射光と含む出射光２０を出力する。詳細は後述するが、発光部１１は発光素子として、半導体レーザダイオードを備え、第１出射光として単一波長の近赤外レーザ光を出力する。近赤外レーザ光は、透過光においてグルコースによる吸収率が高い例えば１５８０ｎｍの波長を採用する。
【００３６】
また、発光部１１は、他の半導体レーザダイオードまたはＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）を備え、第２出射光として可視光を出力する。本実施形態では可視光として、例えば波長６６０ｎｍのレーザ光（可視レーザ光）を採用する。この波長は、グルコースに対して吸収が無いか又は極めて少ない波長であり、なおかつある程度波長が長く、被測定部位の皮膚組織によってある程度の減衰が認められる波長である。可視光を基準とすることで、近赤外レーザ光の測定部位による「ばらつき」を補正することができる。
【００３７】
受光部１２は、例えば光検知器（Photo  Detector）を備え、第１出射光（近赤外レーザ光）のうち被測定部位を透過し、凹面鏡４０で反射されて再び被測定部位を透過して第１挟持片３１に入射された光を第１透過光（以下レーザ透過光）として受光する。また、第２出射光（可視光）のうち被測定部位を透過して凹面鏡４０で反射され、再び被測定部位を透過して第１挟持片３１に入射された光を第２透過光（以下可視透過光）として受光する。
【００３８】
受光部１２が、可視透過光を検知することにより、被測定部位における可視光の透過量（透過率）を算出できる。従ってこれを基準として近赤外レーザ光の透過量を補正できる。
【００３９】
また、より測定精度を向上させるため、例えば光路長検出部１９等を設け、実際の被測定部位の厚みを測定し、これにより補正を行っても良い。
【００４０】
一例を説明すると、光路長検出部１９は、第１挟持片３１と第２挟持片３２とによって実際の被測定部位の厚み（被測定部位を透過する光の光路長）を検出するものであり、例えば角度検出部である。
【００４１】
角度検出部１９は、第１挟持片３１と第２挟持片３２とでなす角度θを検出する。角度検出部１９は、例えば、エンコーダからのパルスをカウントするデジタルカウンタ、およびスリットが設けられた回転板などにより構成され、第１挟持片３１と第２挟持片３２とが被測定部位を挟持する際の角度θによってこれらの移動量を距離に換算する。
【００４２】
なお、光路長検出部は角度検出部１９に限らず、例えばマイクロメータなどのように第１挟持片３１と第２挟持片３２との移動量を距離に換算するものであってもよい。測定部３がクリップ状ではなく、例えば第１挟持片３１および第２挟持片３２のスライドにより被測定部位を挟持するような構成の場合には、そのスライド量により被測定部位の光路長が検出できる。しかしながら、測定部３をクリップ状にすることにより、被測定部位に対する負荷の安定化が可能である。測定部３をクリップ状とさせて挟持できる被測定部位がある程度限定できる等の利点を考慮し、本実施形態では以下角度検出部１９を採用した場合を例に説明する。
【００４３】
制御部６は、例えばプリント基板上に集積化された半導体集積回路により構成され、演算処理部を有する。演算処理部は、受光部１２が検知したレーザ透過光の光量より、被測定部位における近赤外レーザ光の透過量（または透過率）を算出する。
【００４４】
また、演算処理部は、受光部１２が検知した可視透過光の光量より、被測定部位における可視光の透過量（または透過率）を算出する。
【００４５】
さらに、演算処理部は、角度検知部１９が検出した第１挟持片３１と第２挟持片３２とで成す角度θによって、被測定部位内における近赤外レーザ光の光路長を算出する。
【００４６】
そして、可視光の透過量（以下可視透過量）および光路長により、近赤外レーザ光の透過量（以下レーザ透過量）を補正する。
【００４７】
詳細は後述するが、可視透過量の変化量に基づいて、これと同一の被測定部位を透過したレーザ透過量を補正することで、被測定部位の変化や、被測定部位における皮膚組織の変化の「ばらつき」による測定誤差を低減化させることができる。
【００４８】
また、被測定部位の光路長に基づきレーザ透過量を補正することで、被測定部位の「ばらつき」による測定誤差を低減化させることができる。
【００４９】
さらに演算処理部は、上記の如く、補正したレーザ透過量を血糖値データに換算し、制御部６は、表示ドライバによって血糖値データを表示部２に表示する。
【００５０】
表示部２は、制御部６の一部である表示ドライバに接続される。表示部２は、例えばＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）パネル、有機ＥＬ（Electronic  Luminescent）表示パネル等であり、血糖値やその他測定情報（例えば測定エラーの通知、日時等）が測定者に認識可能に表示されるものであればよい。また、制御部６に接続される電源部（不図示）が設けられる。電源は、ＡＣアダプターによる充電や電池またはこれらの併用等とされている。
【００５１】
なお、第１挟持片３１および第２挟持片３２に、接触検知センサが設けられ、正常な接触が検知されたのちに測定装置を動作させる構成としても良い。
【００５２】
図２を参照して、本実施形態の光学測定ユニット１について説明する。図２（Ａ）は、測定部３により被測定部位２５が挟まれた状態で、出射光２０および透過光２２が被測定部位２５を通る様子を示す概略図であり、図２（Ｂ）は、光学測定ユニット１の主要部分の一例について説明する概要図である。
【００５３】
既述の如く、半導体レーザダイオードＬＤ１から出力された出射光２０は、被測定部位２５を透過し、凹面鏡４０で反射して被測定部位２５に再び入射し、透過光２２として光検知器ＰＤにて受光される。
【００５４】
図２（Ｂ）の如く出射光２０は、コリメータレンズ４３によって平行光となり、光分配素子４２を通過する。光分配素子は例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing  Beam  Splitter）４２である。また、発光部１１（半導体レーザダイオードＬＤ）から受光部１２（光検知器ＰＤ）に至る光路中には、λ／４板４１が設けられる。
【００５５】
第１の実施形態では、出射光２０と、透過光２２が同じ導波路（第１挟持片３１）を伝搬するため、偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳ）４２およびλ／４板４１により、受光すべき透過光２２を分離する。
【００５６】
すなわち、直線偏光状態が例えばＰ偏光の出射光２０が、λ／４板４１を通過すると、円偏光となり、被測定部位２５を透過する。出射光２０の一部は凹面鏡４０によって反射する。本実施形態では反射手段として凹面鏡４０を採用しており、被測定部位２５に再び入射する反射光２１のビームを絞ることができる。反射光２１は再び被測定部位２５を透過し、透過光２２としてλ／４板４１を通過し、出射光２０の直線偏光状態から９０度回転した直線変更状態となる。つまり、λ／４板４１を２回通過することにより、透過光２２の直線偏光状態はＳ偏光となり、ＰＢＳ４２によって出射光２１と分離することができる。分離された透過光２２は、コリメータレンズ４４を介して、光検知器ＰＤで検知される。
【００５７】
反射により被測定部位２５を複数回（ここでは２回）透過した出射光２０の一部は、透過光２２として第１挟持片（導波路）３１を伝搬して光検知器ＰＤで受光される。すなわち、透過光２２の光路長としては、反射光２１の光路長も加算されており、実際の被測定部位２５の厚みのほぼ２倍となる。
【００５８】
血糖値を測定するには、生体内のグルコース濃度を検出するのが効率的である。また、血糖値を非侵襲（無採血）で測定する場合、人体に対して透過性を有する波長帯の光を使用することになるが、グルコースの場合、近赤外帯光のいくつかのスペクトルに対して吸光特性を有することが知られている。そこで、本実施形態では出射光２０として近赤外レーザ光を採用し、これを被測定部位２５に透過させてグルコースによる吸収率を検出し、血糖値を測定する。
【００５９】
このとき、被測定部位２５の厚みが厚い方が透過光２２の光路長が長くなり、グルコースに吸収される確率が高くなる。本実施形態では、凹面鏡４０による反射光２１も被測定部位に透過させることにより、出射光２０の一部を被測定部位２５内で往復させ、光路長を稼いでいる（図２（Ａ））。
【００６０】
尚、図２ではλ／４板４１をＰＢＳ４２と被測定部位２５の間に配置した例を示したが、これに限らない。すなわち透過光２２はＰＢＳ４２に入射する以前に、出射光２０と異なる直線偏光状態になればよいので、例えば被測定部位２５と凹面鏡４０の間にλ／４板４１を配置してもよい。
【００６１】
また、後述するが、出射光２０として近赤外レーザ光の他に可視光（可視レーザ光）も出射される。従って光学測定ユニット１は、それぞれのレーザ光に対して図２の構成を有するが、凹面鏡４０およびλ／４板４１は共通である。
【００６２】
図３は、血糖値の被測定部位２５と血糖値測定装置１００とを示す概要図である。
【００６３】
本実施形態の血糖値測定装置１００により挟まれる被測定部位２５について説明すると、例えば手の指の間（図３（Ａ））や耳たぶ（図３（Ｂ））など、比較的その厚みが薄いひだ状の部分を被測定部位２５とすると好適である。被測定部位を透過する光の光路長が短い方が、測定誤差も少なくできるからである。
【００６４】
グルコースに吸収量される透過光量によって、グルコース濃度を測定する場合、透過光の光路長となる被測定部位がある程度厚い方が、グルコースによって吸収される確率が高くなるので望ましい。
【００６５】
しかし、例えば人体においてそのような被測定部位には、骨など光を透過しにくい組織や、太い血管が存在する場合が多い。特に透過光はグルコース以外の血中成分（具体的にはヘモグロビン）の影響を強く受けるため、太い血管が存在する部位での測定は好ましくなく、測定精度及び再現性が確保できない可能性がある。
【００６６】
そこで、本実施形態では、被測定部位として毛細血管での測定が可能であり、骨などが内在しない部位を採用する。具体的には上記の如く手のひらの指の間や耳たぶなどのひだ状部である。
【００６７】
そして、グルコースに吸収される確率を高めるため、凹面鏡４０により出射光２０を反射させ、被測定部位に再度透過させる。そしてその透過光２２を受光して、グルコースを測定する。つまり、薄い被測定部位でありながら、反射光２１の光路長を加算することにより光路長を稼げるので、グルコースに吸収させる確率を高めることができ、測定精度を向上させることができる（図２参照）。
【００６８】
また、第１挟持片３１および第２挟持片３２は、それぞれの一端が例えば角度検出部１９で固定され、他端が開閉可能なクリップ状の構成であり、これにより被測定部位２５を挟持する。このとき、被測定部位２５に常に所定の負荷がかかるようにすることで、再現性の向上が図られる。
【００６９】
さらに、第１挟持片３１と第２挟持片３２とでなす角度θは、最大角度が、生体端部の限られた部位を挟持可能な程度に小さく設定される。詳しく説明すると、測定部３を最大に開いた状態でも、生体のひだ状部など、薄く限られた部位しか挟めない構成とすることで、被測定部位をある程度限定することが可能となる。例えば、第１挟持片３１と第２挟持片３２との最大開き角度として、第１挟持片３１の先に位置する集光レンズ３１２と、第２挟持片３２の先に位置する集光レンズ３２２との間の距離が、１ｃｍ程度までしか開かないような最大角度とすることで、これらに挟持される被測定部位は、例えば指の間や耳たぶ等の特定部位に限定され、被測定部位により測定値に大きな「ばらつき」が生じることを回避させることができる。
【００７０】
図４は、本実施形態の光学測定ユニット１の概略を示す回路ブロック図の一例である。
【００７１】
発光部１１は、第１発光素子ＬＤ１および第２発光素子ＬＤ２を有する。第１発光素子ＬＤ１は例えば半導体レーザダイオードであり、第２発光素子ＬＤ２は半導体レーザダイオードまたはＬＥＤである。ここでは第２発光素子ＬＤ２として半導体レーザダイオードを採用する場合を例に説明する。
【００７２】
第１発光素子ＬＤ１は、制御部６のレーザドライバ６３ａにより駆動され、出射波長が例えば１５８０ｎｍの第１出射光（近赤外レーザ光）２０１を出力する。第２発光素子ＬＤ２は、制御部６のレーザドライバ６３ｂにより駆動され、出射波長が例えば６６０ｎｍの第２出射光（可視光：レーザ光）２０２を出力する。なお、第２発光素子ＬＤ２の出射波長は、近赤外レーザ光２０１と異なる波長であり、グルコースに対する吸収が無いか又は極めて少なく、皮膚組織によってある程度の減衰が認められる波長であれば、６６０ｎｍに限られないが、６６０ｎｍの出射波長の半導体レーザダイオードであれば一般的であり安価である。
【００７３】
第１発光素子ＬＤ１から出力された近赤外レーザ光２０１の一部は、当該近赤外レーザ光２０１の偏光をそろえるＰＢＳまたは検光子２４を通過し、更にコリメータレンズ４３ａ、ハーフミラー１５ａおよびＦＭＤ（Front  Monitor  Diode）１６ａを介してＡＰＣ（Auto  Power  Control）１３ａに入力される。
【００７４】
第２発光素子ＬＤ２から出力された可視光２０２の一部は、コリメータレンズ４３ｂ、ハーフミラー１５ｂおよびＦＭＤ（Front  Monitor  Diode）１６ｂを介してＡＰＣ（Auto  Power  Control）１３ｂに入力される。
【００７５】
ＡＰＣ１３ａ、１３ｂは、それぞれ近赤外レーザ光２０１、可視光２０２のパワーを一定に維持する等の制御を行う。
【００７６】
コリメータレンズ４３ａおよびＰＢＳ４２ａは、第１発光素子ＬＤ１に対応して設けられ、コリメータレンズ４３ｂおよびＰＢＳ４２ｂは、第２発光素子ＬＤ２に対応して設けられている。近赤外レーザ光２０１は、コリメータレンズ４３ａにより平行光となり、ＰＢＳ４２ａに入射し、可視光２０２もコリメータレンズ４３ｂにより平行光となり、ＰＢＳ４２ｂに入射する（図２参照）。
【００７７】
近赤外レーザ光２０１と可視光２０２とは、それぞれに対応して設けられたＰＢＳ４２ａ、４２ｂを通過したのちに、一方を透過させ、もう一方を反射させるダイクロイックミラー１７によって合成され、λ／４板４１を通過して、第１挟持部３１端部から被測定部位２５に出射される。被測定部位２５中で出射光２０の一部は、グルコースにより吸収され、また、皮膚組織により若干減衰するなどして、被測定部位２５から出射され、第２挟持片３２の端部に設けられた凹面鏡４０にて反射される。当該反射光２１は再び被測定部位２５内を透過し、反射光２１の一部はグルコースにより吸収され、又皮膚組織により若干減衰するなどして、透過光２２として被測定部位２５から出射される。
【００７８】
このように、近赤外レーザ光２０１および可視光２０２を合成した出射光２０を被測定部位２５に照射することにより、出射光２０が被測定部位２５を透過する光路を一つにすることができるので、実際に血糖を測定する部位で、基本的な透過光２２の光量を測定できる。
【００７９】
また、異なる波長の近赤外レーザ光２０１および可視光２０２を利用する測定であっても、測定は一度で済むため、近赤外レーザ光２０１と可視光２０２を逐次切り替えて測定する場合と比較して、測定時間を短くできる。また、近赤外レーザ光２０１は視認できないため、可視光２０２が同時に出射されていることで、測定中であることを認識することができる。
【００８０】
被測定部位２５から出射した透過光２２はλ／４板４１を通過することにより、出射光２０とは異なる直線変更状態となり、その状態でダイクロイックミラー１７に入射する。
【００８１】
透過光２２は、ダイクロイックミラー１７により、第１透過光（レーザ透過光）２２１と、第２透過光（可視透過光）２２２とに分離され、それぞれ受光部１２にて受光される。
【００８２】
受光部１２は、第１受光部ＰＤ１と、第２受光部ＰＤ２とを有する。ダイクロイックミラー１７により、分離されたレーザ透過光２２１は、ＰＢＳ４２ａに再び入射する。レーザ透過光２２１（透過光２２）は、出射光２１（近赤外レーザ光２０１）とは異なる直線偏光状態になっているため、ＰＢＳ４２ａによって分離されレーザ透過光２２１のみが第１受光部ＰＤ１で検知される。検知されたレーザ透過光２２１の受光量（以下レーザ透過量Ｎ）が、実際の測定値である。
【００８３】
同様に、分離された可視透過光２２２は、ＰＢＳ４２ｂに再び入射する。可視透過光２２２（透過光２２）は、出射光２１（可視光２０２）とは異なる直線偏光状態になっているため、ＰＢＳ４２ｂによって分離され可視透過光２２２のみが第２受光部ＰＤ２で検知される。
【００８４】
このように、偏光によって出射光２０と透過光２２を分離することにより、被測定部位の面積が小さく、出射光と透過光が同一の導波路を伝搬する場合であっても、正確に透過光を受光することができる。
【００８５】
第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２のいずれも例えばＩｎＧａＡｓフォトダイオードなどであり、それぞれ受光した透過光２２を電気信号に変換する。電気信号は、受光した光の強度に比例し、増幅器１４ａ、１４ｂにより増幅され、制御部６のＡ／Ｄ変換器６２に出力される。
【００８６】
制御部６は、ＤＳＰ（Digital  signal  processor）６１と、Ａ／Ｄ変換回路６２と、レーザドライバ６３ａ、６３ｂと、演算処理部６５とを有する。また、制御部６は、測定結果等のデータを表示部に出力するための表示ドライバ６４や、他の制御に必要な他の回路（不図示）等も有する。
【００８７】
光学測定ユニット１で増幅された受光量に基づく信号（受信信号）は、Ａ／Ｄ変換回路６２によりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ６１内の演算処理部６５に入力される。
【００８８】
演算処理部６５は、受信信号に基づき、被測定部位のグルコース濃度を算出する。本実施形態では、グルコースによる吸収が大きい波長の近赤外レーザ光２０１を用いて、その吸光率Ｉに基づきグルコース濃度を算出する。吸光率Ｉは、発光部１１から照射された近赤外レーザ光２０１の出射光量（強度）と、被測定部位２５を透過したレーザ透過光２２１の受光量（強度）とで求めることができる。被測定部位２５に出射される波長λの出射光２０の強度をＬ０（λ）とし、受光した波長λの透過光２２の強度をＬ（λ）とすると、被測定部位２５の吸光率Ｉ（λ）は、ｌｎ（Ｌ（λ）／Ｌ０（λ））で求められる（なお、出射光２０が一定の場合には、受光強度そのものが吸光率と等価である。）。
【００８９】
吸光率Ｉは、グルコース濃度と所定の相関関係を有する。従って、制御部６に吸光率Ｉとグルコース濃度の相関関数を保持させることにより、被測定部位２５のグルコース濃度を演算することができる。
【００９０】
さらに制御部６において、被測定部位２５の皮膚組織の状態変化に伴うレーザ透過量Ｎ（測定値）の変化を補正する。さらに、測定精度を向上させるため、被測定部位２５の変化による光路長変化に伴ったレーザ透過量Ｎの変化を補正するとよい。以下これについて説明する。
【００９１】
皮膚組織の状態の変化に伴うレーザ透過量Ｎの変化は、同一の被測定部位２５に出射された可視光２０２の透過量（以下可視透過量Ｖ）によって補正する。
【００９２】
既述の如く、可視光２０２は、グルコースによる吸収がなく、皮膚組織によってある程度の減衰が認められる波長である。従って、可視透過量Ｖの変化量によって基準となる透過状態が測定できる。
【００９３】
詳しく説明すると、予め生体の特定部位の透過量（以下参照透過量）を測定させて制御部６に保持させ、これと可視透過量Ｖとを比較する。これにより、可視透過量Ｖの変化量（可視透過量と参照透過量の差分）は、被測定部位２５そのものの変化（ずれ）や、皮膚組織の状態の変化、又は、皮膚組織の組織変化を示す第１のシフト量として測定できる。
【００９４】
近赤外レーザ光２０１は、可視光２０２と同一の被測定部位２５を透過するため、測定されたレーザ透過量Ｎ（測定値）には、第１の基準シフト量が含まれている。そこで、演算処理部６５によって、第１のシフト量に基づきレーザ透過量Ｎを補正する演算を行う。
【００９５】
また、演算処理部６５は、角度検出部１９が検出した第１挟持片３１と第２挟持片３２とでなす角度θによって、被測定部位２５内における近赤外レーザ光２０１の光路長Ｌを算出する（図３（Ｂ）参照）。被測定部位２５がばらつくと、被測定部位２５を透過するレーザ透過量Ｎも変化し、測定誤差の要因となる。本実施形態では、制御部６にあらかじめ期待値が保持されており、その期待値からの被測定部位２５の光路長Ｌの変化量（第２のシフト量）を算出することにより、多少の被測定部位の「ばらつき」があっても、これを補正することができる。
【００９６】
これにより、被測定部位２５が、例えば指先の爪の部分や、指の間、耳たぶなどと変化した場合であっても、常にその部位に特有の変化量および光路長の変化量で補正したレーザ透過量Ｎを得ることができる。
【００９７】
詳しく説明すると、演算処理部６５は、以下の（１）式により、第１のシフト量および第２のシフト量を算出し、皮膚組織等の状態の変化や光路長の変化によるレーザ透過量Ｎの測定誤差を排除した血糖値データＧを算出する。
【００９８】
Ｇ＝ｆ（Ｎ，Ａ，Ｖ）  …  （１）
ここで、Ｎ：レーザ透過量、Ａ：第１挟持片３１と第２挟持片３２とでなす角度（θ）、Ｖ：可視透過量。
【００９９】
制御部６は、表示ドライバ６４によって血糖値データＧを測定結果として表示部に表示する。さらに、測定部６は、測定開始・停止のボタンの押下や、測定状態の監視等に対応した既知の各種制御を行う。また、測定部３に接触検出センサを設けた場合には、制御部６は、正常な接触を検知したのちに測定処理（レーザ駆動等）を開始する等、接触状態の検出に関する処理を行う。
【０１００】
なお、図は省略するが、光学測定ユニット１に温度検出部（例えば温度センサ）を設けても良い。温度センサは、被測定部位２５の温度（またはそれに加えて外気温）を測定するものである。近赤外レーザ光２０１によるグルコースの吸光特性は温度によって変化する。そこで温度センサによって血糖値の測定前に温度を測定し、その測定結果から近赤外レーザ光２０１の波長を微小な範囲で補正する。尚、可視光については温度の影響は受けず、温度補正は不要である。
【０１０１】
例えば、第１発光素子ＬＤ１から出射される近赤外レーザ光２０１の発振波長は、第１発光素子ＬＤ１に供給される電流または第１発光素子ＬＤ１の温度により変化する特性を有するので、予め測定したグルコースの吸光特性の温度依存性に基づき、近赤外レーザ光２０１を出射する第１発光素子ＬＤ１の温度または駆動電流を制御する。例えば、近赤外レーザ光２０１の駆動電流で制御する場合には、レーザ駆動量を算出して、レーザドライバ６３ａにフィードバックさせる。これにより、近赤外レーザ光２０１は、被測定部位２５の温度に応じてそれぞれ本実施形態の波長の条件を満たす範囲で最も効率の良い波長が選択され、例えば数ｎｍ程度シフトされる。これにより、さらに正確な血糖値が測定可能となる。
【０１０２】
また、上記の例では近赤外レーザ光２０１および可視光２０２をダイクロイックミラー１７にて合成し、出射光２０とした場合を説明したが、これに限らず、近赤外レーザ光２０１および可視光２０２を所定のタイミングで逐次個別に出力してもよい。
【０１０３】
測定部３によって被測定部位２５を挟み込む状態を維持していれば、近赤外レーザ光２０１および可視光２０２が所定の時間差で出射されても良く、可視透過光２２２によって同一の被測定部位２５におけるレーザ透過光２２１の補正が可能である。
【０１０４】
この場合、出射光２０を合成する必要はないので、ダイクロイックミラー１７は不要である。また例えば測定光（受光部１２にて受光する光）として平行光を採用する場合は、半導体レーザダイオードは拡散光であるためコリメータレンズが必要となるが、拡散光をそのまま測定する場合にはレンズは不要である。
【０１０５】
そして、発光を制御するＣＰＵにて作成されたタイミングにより、所定の時間差で第１発光素子ＬＤ１および第２発光素子ＬＤ２からそれぞれ近赤外レーザ光２０１および可視光２０２が出力される。
【０１０６】
また、受光部１２においても、レーザ透過光２２１および可視透過光２２２が個別に受光されるので、ダイクロイックミラー２３は不要である。
【０１０７】
更に、受光部１２の光検知器を、レーザ透過光２２１（１５８０ｎｍ）および可視透過光２２２（６６０ｎｍ）の２つの波長を受光、検知できる１つのフォトダイオードＰＤで構成してもよい。受光部１２にフォトダイオードを採用する場合、一般的にはフォトダイオードは受光感度が狭いので、図４の如く、２つの波長のそれぞれに対応してフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を設ける。しかしながら、１つのフォトダイオードで受光できれば、これらを分離する必要はなく、増幅器も１つでよいので、部品点数の削減や、装置の小型化に寄与できる。
【０１０８】
本実施形態では、例えば、分光分析装置やＦＴＩＲ分析装置などの光学測定ユニット部に要求される長い光路長や、ミラーなどの稼働部が不要であり、小型化を図ることができる。また、単一波長のレーザ光の透過光を受光するので、回折格子などにより分光する必要が無く、受光側のものは、例えば、レンズとPhoto  Detectorとで構成できる。従って、光学測定ユニット１の小型化、軽量化が実現し、例えば血糖値測定装置に採用した場合には携帯性を大幅に向上させることができる。そのサイズは、例えば手のひらに収まり、片手での携帯および操作が十分可能な程度である。
【０１０９】
さらに、本実施形態では、グルコースの吸光スペクトルのみを測定し、不要なスペクトルの測定をしないため、測定時間を短縮することが可能となる。
【実施例２】
【０１１０】
次に図５を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、測定部３に、反射手段４０を複数設けるものである。また第１の実施形態と同一の構成要素についてはその説明を省略する。
【０１１１】
図５は、第２の実施形態における光学測定ユニット１の主要部分の一例について説明する概略図である。
【０１１２】
グルコースに吸収される確率を高め、測定精度を向上させるには、透過光２２（反射光２１）の光路長が長い方が望ましい。そこで、測定部３に２つの凹面鏡４０（第１凹面鏡４０１、第２凹面曲４０２）を設ける。
【０１１３】
第１凹面鏡４０１は、第２挟持片３２に設けられ、第２凹面鏡４０２は、発光素子ＬＤから出力された出射光２０が第１凹面鏡４０１によって反射し、当該反射光２１が更に反射して、被測定部位２５を透過するよう調整される。そして、被測定部位２５を３回透過した透過光２２は、レンズ４４およびミラー３２１を介して第２挟持片３２を導波路として受光部１２にて受光される。つまり、透過光２２の光路長としては被測定部位２５の３倍の光路長を確保できる。
【０１１４】
この場合、出射光２０と透過光２２の導波路が異なるため、偏光によりこれらを分離する必要はなく、具体的にはλ／４板やＰＢＳが不要となる。
【０１１５】
このように、被測定部位２５がある程度広く確保できる場合には、複数の凹面鏡を第１挟持部３１及び第２挟持部３２に繰り返し配置することで、透過光２２の光路長を稼ぐことができる。また被測定部位２５を透過させる回数が奇数回であれば出射光２０と透過光２２は異なる導波路を伝搬するので、偏光による分離は不要である。
【実施例３】
【０１１６】
次に図６を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、測定部３に、３個の反射手段４０を設けるものである。また第１の実施形態と同一の構成要素についてはその説明を省略する。
【０１１７】
図６は、第３の実施形態における光学測定ユニット１の主要部分の一例について説明する概略図である。
【０１１８】
測定部３に３個の凹面鏡４０（４０１、４０２、４０３）を設ける場合は、第１凹面鏡４０１を、第２挟持片３２に設け、第２凹面鏡４０２を第１挟持部３１に設け、更に第３凹面鏡４０３を第２挟持部３２に設ける。第２凹面曲４０２は、発光素子ＬＤから出射した出射光２０が第１凹面鏡４０１により反射し、当該反射光２１を更に反射して、被測定部位２５を透過させ、第３凹面曲４０３に入射するように調整される。第３凹面強４０３は反射光２１を更に反射して被測定部位２５を透過するように調整される。
【０１１９】
そして、被測定部位２５を４回透過した透過光２２は、レンズ４４を介して第１挟持片３１に入射し、ＰＢＳ４２ａ、４２ｂおよびミラー３１１’により出射光２０と分離されて光検知器ＰＤにて受光される。つまり、透過光２２の光路長としては被測定部位２５の４倍の光路長を確保できる。
【０１２０】
この場合は、出射光２０と透過光２２の導波路が同一となるため、第１の実施形態の如く、偏光による分離が必要であり、レーザ透過光２２１および可視透過光２２２のそれぞれを近赤外レーザ光２０１および可視光２０２と分離するため、ＰＢＳ４２ａ、４２ｂを設ける。
【０１２１】
また、λ／４板４１は、例えば第２凹面鏡４０２と被測定部位２５の間に設ける。これにより出射光２０と異なる直線偏光状態の透過光２２を得ることができる。
【０１２２】
更に、第３の実施形態においては、偏光状態変更手段は、２分の１波長板（λ／２）板であってもよい。λ／２板に例えばＰ偏光が通過すると、Ｓ偏光に変わるため、λ／２板は、発光部１１から受光部１２間の光路上で光が一度だけ通過する位置に設ける。例えば第３凹面鏡４０３で反射した反射光２１（透過光２２）が通過する第１挟持部３１の、被測定部位２５とレンズ４４の間である。
【０１２３】
以上、光学測定ユニット１を採用した血糖値測定装置を例に説明したが、これに限らず本実施形態の光学測定ユニット１を、例えば果物の果糖を測定する装置に採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明に係る光学測定ユニットを血糖値測定装置に用いた場合の一実施の形態を示す説明図であり、（Ａ）は外観平面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
【図２】光学測定ユニットの主要構成部分を示す概略図である。
【図３】光学測定ユニットを採用した血糖値測定装置により被測定部位が挟まれた状態を示す説明図であり、（Ａ）は手の指の間が被測定部位とされた概要図、（Ｂ）は耳たぶが被測定部位とされた概要図である。
【図４】本発明に係る光学測定ユニットの第１の実施形態を示す回路ブロック図である。
【図５】本発明に係る光学測定ユニットの第２の実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明に係る光学測定ユニットの第３の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１              光学測定ユニット
２              表示部
３              測定部
４              電源スイッチ
５              測定開始・停止ボタン
６              制御部
８              外部筐体
１１            発光部
１２            受光部
１３ａ、１３ｂ  ＡＰＣ
１４ａ、１４ｂ  増幅器
１５ａ、１５ｂ  ハーフミラー
１６ａ、１６ｂ  ＦＭＤ
１７            ダイクロイックミラー
１９            光路長検出部（角度検出部）
２０            出射光
２０１          近赤外レーザ光（第１出射光）
２０２          可視光（第２出射光）
２１            反射光（出射光）
２２            透過光
２２１          レーザ透過光（第１透過光）
２２２          可視透過光（第２透過光）
２５            被測定部位
３１            第１挟持片
３２            第２挟持片
３１１、３１１’、３２１  ミラー
３１２、３２２  集光レンズ
４０、４０１、４０２、４０３  凹面鏡（反射手段）
４１            λ／４板（偏光状態変更手段）
４２ａ、４２ｂ  ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ  コリメータレンズ
６１            ＤＳＰ
６２            Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換器）
６３ａ、６３ｂ  レーザドライバ
６４            表示ドライバ
６５            演算処理部
１００          血糖値測定装置
ＬＤ            レーザダイオード（発光部）
ＬＤ１          レーザダイオード（第１発光部）
ＬＤ２          レーザダイオード（第２発光部）
ＰＤ            フォトダイオード（受光部）
ＰＤ１          フォトダイオード（第１受光部）
ＰＤ２          フォトダイオード（第２受光部）
【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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