(57)【要約】【課題】本発明は、音波検出手段と標準試料との位置関係及び音波検出手段と標準試料との接触状態等の測定環境が変化による校正精度の低下を防止できる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】成分濃度測定装置１００は、校正に用いる標準試料９８と、レーザ光を一定周波数の変調信号により電気的に強度変調した変調レーザ光を被測定物９９又は標準試料９８のいずれかに照射する光照射手段と、照射された変調レーザ光により発生する被測定物９９又は標準試料９８からの超音波を検出して電気信号として出力する２個の音波検出手段１０４，１０５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
校正に用いる標準試料と、
レーザ光を一定周波数の変調信号により電気的に強度変調した変調レーザ光を被測定物又は前記標準試料のいずれかに照射する光照射手段と、
照射された前記変調レーザ光により発生する前記被測定物又は前記標準試料からの超音波を検出して電気信号として出力する複数の音波検出手段と、
を備える成分濃度測定装置。
【請求項２】
前記光照射手段は、前記被測定物及び前記標準試料に照射される前記変調レーザ光が伝搬する光ファイバをさらに備え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】
外部からの熱、音波及び電磁波を遮断する筺体が前記音波検出手段及び前記標準試料を収容していることを特徴とする請求項１又は２に記載の成分濃度測定装置。
【請求項４】
前記光照射手段は、前記変調レーザ光を照射する方向を制御する照射方向制御部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成分濃度測定装置。
【請求項５】
前記音波検出手段が出力する前記電気信号から、前記被測定物又は前記標準試料からの前記超音波に対応する前記電気信号を選択して出力する信号選択手段をさらに備え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】
前記変調レーザ光が照射される前記被測定物又は前記標準試料と前記信号選択手段が出力する前記電気信号に対応する前記被測定物又は前記標準試料とが一致するように、前記照射方向制御部及び前記信号選択手段を同期させる同期手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の成分濃度測定装置。
【請求項７】
前記音波検出手段は、前記標準試料が固定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項８】
前記音波検出手段は、前記標準試料が、前記音波検出手段の受音面と前記標準試料との間の音響インピーダンスを有する接着剤を用いて固定されていることを特徴とする請求項７に記載の成分濃度測定装置。
【請求項９】
前記音波検出手段は、全部が略等しい測定感度及び周波数特性を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項１０】
複数の前記音波検出手段のうち、前記被測定物からの超音波を検出する１個の前記音波検出手段と前記標準試料からの超音波を検出する１個の前記音波検出手段とが、前記受音面に対する背面を対向させるように配置されていることを特徴とする請求項１から９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響波を観測する、光音響法が注目されている。
【０００３】
しかし、光音響法による成分濃度測定装置は、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９は、第１の従来例の成分濃度測定装置の構成例を示す図である（例えば、非特許文献１を参照。）。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９において、筐体８５は、駆動回路８１、音響波検出器８２、パルス光源８３及び波形観測器８４を収容する。開口部８６は、筐体８５に形成され、被測定物９９が挿入される。駆動回路８１は、パルス状の励起電流をパルス光源８３に供給し、パルス光源８３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９９に照射される。光パルスは、被測定物９９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、音響波検出器８２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８４により観測される。この波形観測器８４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８４の管理画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９９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９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。
【０００６】
図１０は、第２の従来例の成分濃度測定装置の構成例を示す図である（例えば、特許文献１を参照。）。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。図１０において、励起光源９２ａは、駆動回路９１ａにより、発振器９５に同期して強度変調されている。また、励起光源９２ｂは、駆動回路９１ｂにより、発振器９５に同期して強度変調されている。ここで、駆動回路９１ｂには、発振器９５の出力が１８０°位相器９４を経て、給電され、その結果、励起光源９２ｂは、励起光源９２ａに対して逆相に変調されるように構成されている。２つの励起光源９２ａ，９２ｂの出力光は、合波器９６により合波され、１の光束として被測定物９９に照射される。
【０００７】
被測定物９９で発生した光音響信号は、超音波検出器９３により検出され、音圧に比例した電気信号に変換される。電気信号の振幅が、発振器９５に同期した位相検波増幅器９７によって計測され、光音響信号出力として得られる。本例においては、励起光源９２ａ，９２ｂの出力光の波長は、水の吸収波長とグルコースの吸収波長であり、かつ、水の吸収係数が等しい。２つの光音響信号の差分からグルコースの量を推定することで、被測定物９９内での背景雑音となる水から生じる光音響信号を除去している。
【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）
【特許文献１】ＷＯ／２００５／１０７５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
測定装置は、温度、電磁ノイズ、その他の機器部品の不安定要因により測定値の信頼性が変化する可能性を持っている。このため、一般的な測定装置は装置自身の信頼性を確保するため、測定値の信頼性が変化しない何らかの指標を持っている。成分濃度測定装置では、連続測定、かつ、絶対値の測定を想定している。連続測定を行う上では、測定値の相対値の測定は可能である。また、絶対値の測定を行うためには、測定値が変化しないゼロ点を示す指標が必要であり、この指標により測定値の校正を行う必要がある。
【０００９】
第２の従来例の成分濃度測定装置では、水を封入したガラス容器或いは被測定物内における散乱を模擬するラテックス粒子等の散乱体を分散させた水を封入したガラス容器を標準試料として用いている。測定を行う前に超音波検出器に標準試料を接触させ、そのときの測定値を標準値、例えば、グルコース濃度なら０ｍｇ／ｄｌに対応させることで成分濃度測定装置の校正を行っている。
【００１０】
成分濃度測定装置の校正のため、標準試料の光音響信号を測定する場合を考える。ここで、校正のたびに、超音波検出器に標準試料を接触させなければならない。また、光音響信号は、測定環境の影響を受けやすい。例えば、超音波検出器と標準試料との位置関係が変化すると、光音響信号の伝達パスの変化が生じる。この変化により、標準試料の内壁での反射及び散乱が変化し、共振周波数が変化してしまう。ある特定の周波数で測定を行う成分濃度測定装置では、共振周波数の変化は、電気信号量の大きな変化を引き起こす。
【００１１】
また、超音波検出器と標準試料との接触状態の変化は、超音波検出器と標準試料との密着性を変化させ、境界面の音響インピーダンスを変化させる。この変化は、音響波の伝搬のしやすさを変化させるため、結果的に電気信号量が変化してしまう。
【００１２】
図１１に、超音波検出器から標準試料を３回脱着し、各回の音響周波数特性の再現性について測定した結果である。図１１から、各回の信号強度が大幅に変化していることがわかる。また、共振周波数も変化していることがわかる。従来例では、位相検波を用いて単一周波数で測定を行うため、この程度の共振周波数の変化でも校正に対しての影響が大きくなってしまう。
【００１３】
このように、超音波検出器と標準試料との位置関係及び超音波検出器と標準試料との接触状態等の測定環境が変化するため、校正のための測定が不安定であるという問題があった。しかし、従来の成分濃度測定装置では、標準試料の接触による電気信号量の不安定性に対する施策は行われていない。
【００１４】
本発明は、音波検出手段と標準試料との位置関係及び音波検出手段と標準試料との接触状態等の測定環境が変化による校正精度の低下を防止できる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】
【００１５】
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、標準試料を備えることを特徴とする。
【００１６】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置は、校正に用いる標準試料と、レーザ光を一定周波数の変調信号により電気的に強度変調した変調レーザ光を被測定物又は前記標準試料のいずれかに照射する光照射手段と、照射された前記変調レーザ光により発生する前記被測定物又は前記標準試料からの超音波を検出して電気信号として出力する複数の音波検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
上記の成分濃度測定装置は、前記電気信号量の変化及び共振周波数の変化を抑制でき、音波検出手段と標準試料との位置関係及び音波検出手段と標準試料との接触状態等の測定環境の変化による校正精度の低下を防止できる。また、音響特性及び共振周波数が変化しないため、標準試料の共振周波数を求める必要がなくなり、校正手順を短縮することができる。
【００１８】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記光照射手段は、前記被測定物及び前記標準試料に照射される前記変調レーザ光が伝搬する光ファイバをさらに備えることが好ましい。
【００１９】
上記の成分濃度測定装置は、前記光ファイバを前記標準試料の外壁に密着させることにより、前記標準試料の光被照射位置が外部に露出することが無くなり、前記標準試料の汚染を低減することができる。
【００２０】
本発明に係る成分濃度測定装置では、外部からの熱、音波及び電磁波を遮断する筺体が前記音波検出手段及び前記標準試料を収容していることが好ましい。
【００２１】
上記の成分濃度測定装置は、前記音波検出手段に影響を与えやすい熱、音波及び電磁波を遮断でき、信頼性の高い校正が可能となる。
【００２２】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記光照射手段は、前記変調レーザ光を照射する方向を制御する照射方向制御部を備えることが好ましい。
【００２３】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物又は前記標準試料を移動させることなく、前記被測定物又は前記標準試料のいずれかに前記変調レーザ光を照射することができる。これによって、上記の成分濃度測定装置は、測定環境の変化による校正精度をより低下しにくくできる。
【００２４】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音波検出手段が出力する前記電気信号から、前記被測定物又は前記標準試料からの前記超音波に対応する前記電気信号を選択して出力する信号選択手段をさらに備えることが好ましい。
【００２５】
上記の成分濃度測定装置は、前記被測定物及び前記標準試料を移動させることなく、前記被測定物又は前記標準試料に対応する前記電気信号を選択して測定することが可能となる。
【００２６】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記変調レーザ光が照射される前記被測定物又は前記標準試料と前記信号選択手段が出力する前記電気信号に対応する前記被測定物又は前記標準試料とが一致するように、前記照射方向制御部及び前記信号選択手段を同期させる同期手段をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
上記の成分濃度測定装置は、前記照射方向制御部及び前記信号選択手段を同期させることができるため、校正及び測定の迅速化が可能となる。
【００２８】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音波検出手段は、前記標準試料が固定されていることが好ましい。
【００２９】
上記の成分濃度測定装置は、前記音波検出手段と前記標準試料との位置関係及び前記音波検出手段と前記標準試料との接触状態等の測定環境の変化による校正精度がより低下しにくくなる。
【００３０】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音波検出手段は、前記標準試料が、前記音波検出手段の受音面と前記標準試料との間の音響インピーダンスを有する接着剤を用いて固定されていることが好ましい。
【００３１】
上記の成分濃度測定装置は、前記標準試料と前記音波検出手段の音響インピーダンスが整合し、校正精度がより低下しにくくなる。
【００３２】
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音波検出手段は、全部が略等しい測定感度及び周波数特性を有することが好ましい。
【００３３】
上記の成分濃度測定装置は、前記音波検出手段同士の測定感度及び周波数特性の差がなくなり、信頼性の高い校正が可能となる。
【００３４】
本発明に係る成分濃度測定装置では、複数の前記音波検出手段のうち、前記被測定物からの超音波を検出する１個の前記音波検出手段と前記標準試料からの超音波を検出する１個の前記音波検出手段とが、前記受音面に対する背面を対向させるように配置されていることが好ましい。
【００３５】
上記の成分濃度測定装置は、コンパクトな構造とし、小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、音波検出手段と標準試料との位置関係及び音波検出手段と標準試料との接触状態等の測定環境が変化による校正精度の低下を防止できる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】
【００３７】
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の構成を示す図において、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していない。
【００３８】
図１に、本実施形態に係る成分濃度測定装置の第１形態の概略図を示した。成分濃度測定装置１００は、校正に用いる標準試料９８と、レーザ光を一定周波数の変調信号により電気的に強度変調した変調レーザ光を被測定物９９又は標準試料９８のいずれかに照射する光照射手段と、照射された変調レーザ光により発生する被測定物９９又は標準試料９８からの超音波を検出して電気信号として出力する２個の音波検出手段１０４，１０５と、を備える。さらに、図１には、光照射手段として、駆動回路１０１、励起光源１０２及び照射方向制御部
１０３を示した。さらに、図１には、信号選択手段１０６を示した。
【００３９】
励起光源１０２としては、例えば、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）等の半導体レーザがある。また、励起光源１０２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。
【００４０】
駆動回路１０１は、例えば、励起光源１０２に接続され、励起光源１０２に電力を供給する。また、駆動回路１０１は、一定周波数、例えば、５００ｋＨｚの周波数で励起光源１０２が出力するレーザ光を変調する。駆動回路１０１で変調された変調レーザ光は、被測定物９９又は標準試料９８に照射される。
【００４１】
本実施形態に係る成分濃度測定装置では、光照射手段は、変調レーザ光を照射する方向を制御する照射方向制御部１０３を備えることが好ましい。照射方向制御部１０３は、被測定物９９又は標準試料９８に変調レーザ光を切り替える。照射方向制御部１０３としては、例えば、光スイッチがある。成分濃度測定装置１００は、被測定物９９又は標準試料９８を移動させることなく、被測定物９９又は標準試料９８のいずれかに変調レーザ光を照射することができる。
【００４２】
被測定物９９は、照射された変調レーザ光により変調周波数に応じた光音響信号が発生する。音波検出手段１０４は、被測定物９９で発生する光音響信号を検出する。また、標準試料９８は、照射された変調レーザ光により変調周波数に応じた光音響信号が発生する。音波検出手段１０５は、標準試料９８で発生する光音響信号を検出する。音波検出手段１０４，１０５としては、例えば、音響センサがある。ここで、本実施形態に係る成分濃度測定装置では、音波検出手段１０４，１０５は、略等しい測定感度及び周波数特性を有することが好ましい。成分濃度測定装置１００は、音波検出手段１０４，１０５同士の測定感度及び周波数特性の差がなくなり、信頼性の高い校正が可能となる。
【００４３】
本実施形態に係る成分濃度測定装置では、音波検出手段１０４，１０５が出力する電気信号から、被測定物９９又は標準試料９８からの超音波に対応する電気信号を選択して出力する信号選択手段１０６をさらに備えることが好ましい。成分濃度測定装置１００は、被測定物９９及び標準試料９８を移動させることなく、被測定物９９又は標準試料９８に対応する電気信号を選択して測定することが可能となる。
【００４４】
さらに、本実施形態に係る成分濃度測定装置では、変調レーザ光が照射される被測定物９９又は標準試料９８と信号選択手段１０６が出力する電気信号に対応する被測定物９９又は標準試料９８とが一致するように、照射方向制御部１０３及び信号選択手段１０６を同期させる同期手段（不図示）をさらに備えることが好ましい。成分濃度測定装置１００は、照射方向制御部１０３及び信号選択手段１０６を同期させることができるため、校正及び測定の迅速化が可能となる。
【００４５】
ここで、測定対象の成分が、例えば、グルコース又はコレステロールの場合、光照射手段は、グルコース又はコレステロールの吸収波長となる変調レーザ光を照射することが好ましい。成分濃度測定装置１００は、測定対象の成分、ここでは、グルコース又はコレステロールの濃度を精度よく測定することができる。
【００４６】
被測定物９９としては、人体又は人体の一部、例えば、指がある。被測定物９９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９９としては、例えば、実験用ラット、みかん等の果実、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９９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。
【００４７】
標準試料９８としては、例えば、被測定物と等価な吸光度、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９８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、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。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、被測定物の測定対象とする成分に応じた標準試料とすることにより、本実施形態に係る成分濃度測定値の校正を行うことができる。
【００４８】
信号選択手段１０６が選択した電気信号は、例えば、前置増幅器（不図示）に出力され、駆動回路１０２の変調周波数に応じて位相検波がされ、電気信号の強度に基づいて測定対象の成分濃度が得られる。成分濃度の情報は、例えば、ディスプレイ、プリンタ等の出力手段に出力される。以上のように、成分濃度測定装置１００は、電気信号量の変化及び共振周波数の変化を抑制でき、音波検出手段１０５と標準試料９８との位置関係及び音波検出手段１０５と標準試料９８との接触状態等の測定環境の変化による校正精度の低下を防止できる。また、音響特性及び共振周波数が変化しないため、標準試料９８の共振周波数を求める必要がなくなり、校正手順を短縮することができる。
【００４９】
図２に、本実施形態に係る成分濃度測定装置の第２形態の概略図を示した。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、光照射手段は、被測定物９９及び標準試料９８に照射される変調レーザ光が伝搬する光ファイバ１０７をさらに備えることが好ましい。成分濃度測定装置１００は、光ファイバ１０７を標準試料９８の外壁に密着させることにより、標準試料９８の光被照射位置が外部に露出することが無くなり、標準試料９８の汚染を低減することができる。このため、従来必要とされていた、標準試料９８のクリーニングが不要になり、校正の迅速化が可能となる。
【００５０】
図３に、本実施形態に係る成分濃度測定装置の具体例を示した。筺体１１１の材料としては、例えば、ウレタン、エポキシ等の高分子材料、アルミ、銅、鉄等の金属材料がある。筺体１１１は、例えば、被測定物９９を変調レーザ光の光軸に配置するため、開口部１１１ａが形成される。また、筺体１１１は、例えば、側面に箱部１１１ｂが形成される。なお、図３において、照射方向制御部（不図示）の接続を実線及び信号選択手段（不図示）の接続で示し、以後においても同様である。
【００５１】
図４に、図３の縦断面概略図を示した。なお、図４において、音波検出手段１０５が標準試料ユニット１１０に内蔵されているため、音波検出手段１０５を一点鎖線で示した。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、外部からの熱、音波及び電磁波を遮断する筺体１１１が音波検出手段１０４及び標準試料を収容していることが好ましい。標準試料ユニット１１０は、例えば、標準試料（不図示）、コリメータ（不図示）及び標準試料で発生する光音響信号を検出する音波検出手段１０５を内蔵する。なお、標準試料ユニット１１０の詳細については、後述する。成分濃度測定装置１００は、筺体１１１が標準試料ユニット１１０を収容しており、筺体１１１が標準試料を収容しているのと同じこととなる。成分濃度測定装置１００は、音波検出手段１０４，１０５に影響を与えやすい熱、音波及び電磁波を遮断することで、信頼性の高い校正が可能となる。
【００５２】
音波検出手段１０４、コリメータ１１２ａ及び標準試料ユニット１１０が、変調レーザ光の光軸上に位置するように配置されている。箱部１１１ｂには、例えば、照射方向制御部１０３及び信号選択手段１０６が収容される。照射方向制御部１０３は、例えば、コリメータ１１２ａ及び標準試料ユニット１１０が内蔵するコリメータに接続され、光照射手段（不図示）が出力する変調レーザ光をコリメータ１１２ａ又は標準試料ユニット１１０が内蔵するコリメータいずれかの側に切り替える。また、信号選択手段１０６は、例えば、音波検出手段１０４及び標準試料ユニット１１０が内蔵する音波検出手段１０５に接続され、被測定物９９又は標準試料ユニット１１０が内蔵する標準試料で発生する電気信号を選択する。
【００５３】
本発明に係る成分濃度測定装置では、２個の音波検出手段１０４，１０５のうち、被測定物からの超音波を検出する１個の音波検出手段１０４と標準試料からの超音波を検出する１個の音波検出手段１０５とが、受音面に対する背面１０４ａ、１０５ａを対向させるように配置されていることが好ましい。さらに、照射方向制御部１０３を音波検出手段１０４の近傍に配置して、変調レーザ光を上下方向からコリメータ１１２ａ及び標準試料ユニット１１０が内蔵するコリメータに導くようにしている。このように光端子と電気端子をまとめることで、成分濃度測定装置１００は、コンパクトな構造とすることができる。
【００５４】
成分濃度測定装置１００の動作について説明する。まず、被測定物９９を測定するにあたり、成分濃度測定装置１００の校正を行うために、照射方向制御部１０３を標準試料の経路に、信号選択手段１０６を音波検出手段１０５の経路に設定する。光出射手段からの変調レーザ光は、照射方向制御部１０３を経て、標準試料に照射される。変調レーザ光により標準試料で光音響信号が発生する。この光音響信号は、音波検出手段１０５で検出され電気信号として出力され、信号選択手段１０６を経て出力される。この電気信号を元に成分濃度測定装置１００の校正が行われる。次に、被測定物９９の測定を行うため、照射方向制御部１０３を被測定物９９の経路に、信号選択手段１０６を音波検出器１０４の経路に設定する。光出射手段からの変調レーザ光は、照射方向制御部１０３を経て、被測定物９９に照射される。変調レーザ光により被測定物９９で光音響信号が発生する。この光音響信号は、音波検出器１０４で検出され電気信号として出力され、信号選択手段１０６経て出力される。この電気信号を元に被測定物９９の測定対象とする成分濃度を求めることができる。
【００５５】
図５に、本実施形態における標準試料ユニットの第１形態の外観図を示した。ケース１１３は、例えば、ふた部（不図示）、第１の胴体部１１３ｂ及び第２の胴体部１１３ｃの３部品から構成される。また、コリメータ１１２ｂが第２の胴体部１１３ｃの底面に装着される。ケース１１３としては、例えば、ウレタン又はエポキシ等の高分子材料、アルミ、銅、鉄等の金属材料がある。ケース１１３にこれらの材料を用いることで、筐体（不図示）とあわせて、熱、音波及び電磁波を２重で遮断でき、校正の信頼性がより高くなる。
【００５６】
図６に、図５の縦断面概略図を示した。標準試料９８、音波検出手段１０５及びコリメータ１１２ｂが変調レーザ光の光軸上に位置するように配置されている。ふた部１１３ａの外壁面、及び、ふた部１１３ａの外壁面に接する第１の胴体部１１３ｂの内壁面は、例えば、互いに合致するネジ山構造となっており、ふた部１１３ａを回転させることでふた部１１３ａをケース１１３から取り外すことができる。本実施形態に係る成分濃度測定装置では、標準試料ユニット１１０が組み込まれた状態で連続して用いられるが、測定対象の成分の変更に伴って標準試料ユニット１１０を交換することができる。或いは、標準試料ユニット１１０から標準試料９８を取り外して交換することもできる。
【００５７】
図７は、本実施形態における標準試料ユニットの第２形態であり、（ａ）が外観図であり、（ｂ）が概略図である。本発明に係る成分濃度測定装置では、音波検出手段１０５は、標準試料９８が固定されていることが好ましい。本実施形態に係る成分濃度測定装置は、音波検出手段１０５と標準試料９８との位置関係及び音波検出手段１０５と標準試料９８との接触状態等の測定環境の変化による校正精度がより低下しにくくなる。
【００５８】
ケース１１３は、例えば、上面に光学窓１１４が装着される。光学窓１１４は、変調レーザ光を透過できれば良く、例えば、石英ガラス、サファイア等を素材とする円盤状の窓がある。
【００５９】
さらに、本発明に係る成分濃度測定装置では、音波検出手段１０５は、標準試料９８が、音波検出手段１０５の受音面１０５ｂと標準試料９８との間の音響インピーダンスを有する接着剤を用いて固定されていることが好ましい。本実施形態に係る成分濃度測定装置は、標準試料９８と音波検出手段１０５の音響インピーダンスが整合し、校正精度がより低下しにくくなる。
【００６０】
上記の接着剤は、例えば、高分子母材を含むものである。高分子母材としては、例えば、ゴム、天然高分子化合物、合成高分子化合物がある。ここで、高分子とは、分子量が非常に大きい分子である。ゴムとしては、例えば、天然ゴム、合成ゴム等の弾性を有するゴムがある。天然高分子化合物としては、例えば、ゼラチン、ケラチン等のタンパク質、セルロース、デンプン等の多糖物質がある。また、合成高分子化合物としては、例えば、可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の合成繊維、合成ゴムがある。ここで、可塑性樹脂は、ガラス転移温度又は融点まで加熱することによって軟化し、目的の形状に成形できることが好ましい。ここで、軟化とは、無定形物質が柔らかくなるものであり、例えば、加熱により粘性度が１〜１０Ｎｓ／ｍになるものである。また、高分子母材は、加熱により融解することが好ましい。このような高分子母材としては、例えば、付加重合による鎖式構造のものを用いることができる。
【００６１】
上記の可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、テフロン（登録商標）Ｒ−ポリテトラフルオロエチレン（ＰＥＦＥ）、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等の汎用プラスチックがある。また、上記の可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ，変性ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）等の汎用エンプラがある。さらに、上記の可塑性樹脂としては、例えば、スーパーエンプラ、ポリエチレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）等の汎用エンプラもある。
【００６２】
上記の熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂（ポリウレタン）、ケイ素樹脂（シリコーン）、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、尿素樹脂（ユリア樹脂）、メラミン樹脂、イオノマーがある。
【００６３】
上記の光硬化性樹脂としては、例えば、光カチオン重合性化合物及び光カチオン重合開始剤を含有するものがある。光カチオン重合性化合物としては、例えば、分子内に少なくとも１個のエポキシ基、オキセタニル基、水酸基、ビニルエーテル基、エピスルフィド基、エチレンイミン基等の光カチオン重合性官能基を有する化合物がある。また、光カチオン重合度が高く、少ない光量で効率的に光硬化が進行することから、光硬化性樹脂として、分子内に少なくとも１個のエポキシ基を有する化合物を用いることが好ましい。これらの光カチオン重合性化合物の性状（分子量）は、特に制限されず、モノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれであっても良い。また、これらの光カチオン重合性化合物は、単独で用いても良く、２種類以上を併用しても良い。さらに、高分子母材として、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、タンパク質、ゴム又はこれらの複合材を用いても良い。
【００６４】
図８は、本実施形態における標準試料ユニットの第３形態であり、（ａ）が外観図であり、（ｂ）が透視図である。図８では、音波検出手段１０５と標準試料９８とを一体化することによって、音波検出手段１０５は、標準試料９８が固定されている。ケース１１３の底面自体が音波検出手段１０５の受音面となっており、境界面をより少なくすることが可能となり、光音響信号が境界面で反射されずに効率よく音波検出手段１０５まで伝搬し、校正精度がより低下しにくくなる。ここで、図８の標準試料ユニット１１０では、生体等価物質（不図示）をケース１１３に充填しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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】
【００６６】
【図１】本実施形態に係る成分濃度測定装置の第１形態の概略図である。
【図２】本実施形態に係る成分濃度測定装置の第２形態の概略図である。
【図３】本実施形態に係る成分濃度測定装置の具体例を示す図である。
【図４】図３の縦断面概略図である。
【図５】本実施形態における標準試料ユニットの第１形態の外観図を示した。
【図６】図５の縦断面概略図である。
【図７】本実施形態における標準試料ユニットの第２形態であり、（ａ）が外観図であり、（ｂ）が概略図である。
【図８】本実施形態における標準試料ユニットの第３形態であり、（ａ）が外観図であり、（ｂ）が透視図である。
【図９】第１の従来例の成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図１０】第２の従来例の成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図１１】超音波検出器から標準試料を３回脱着し、各回の音響周波数特性の再現性について測定したグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
８０  成分濃度測定装置
８１  駆動回路
８２  音響波検出器
８３  パルス光源
８４  波形観測器
８５  筐体
８６  開口部
９０  成分濃度測定装置
９１ａ，９１ｂ  駆動回路
９２ａ，９２ｂ  励起光源
９３  超音波検出器
９４  １８０°位相器
９５  発振器
９６  合波器
９７  位相検波増幅器
９８  標準試料
９９  被測定物
１００  成分濃度測定装置
１０１  駆動回路
１０２  励起光源
１０３  照射方向制御部
１０４，１０５  音波検出手段
１０４ａ，１０５ａ  受音面に対する背面
１０５ｂ  受音面
１０６  信号選択手段
１０７  光ファイバ
１１０  標準試料ユニット
１１１  筐体
１１１ａ  開口部
１１１ｂ  箱部
１１２，１１２ａ，１１２ｂ  コリメータ
１１３  ケース
１１３ａ  ふた部
１１３ｂ  第１の胴体部
１１３ｃ  第２の胴体部
１１４  光学窓
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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