(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射する赤外光源と、
被測定皮膚に接触した状態で、第１の端面に前記赤外光源から放出された赤外光が入射され、第２の端面および第３の端面で前記入射された赤外光を全反射を繰り返させながら内部を透過させ、第４の端面から前記透過した赤外光を出射するＡＴＲプリズムと、
前記ＡＴＲプリズムから出射された赤外光を検出する赤外光検出器と、
前記ＡＴＲプリズムに装着され、前記ＡＴＲプリズムと前記被測定皮膚との接触面に垂直方向に前記ＡＴＲプリズムを振動させるプリズム振動制御部と、
前記振動に同期して前記赤外光検出器に前記赤外光を検出させる制御部とを備えた、生体物質測定装置。
【請求項２】
前記プリズム振動制御部は、周期的に前記ＡＴＲプリズムを振動させ、
前記制御部は、前記赤外光検出器に、前記ＡＴＲプリズムの振動の１周期の間に２回以上赤外光を検出させる、請求項１に記載の生体物質測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記赤外光検出器に、前記振動の１周期の間で前記ＡＴＲプリズムと前記被測定皮膚との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングで前記赤外光を検出させるとともに、前記振動の１周期の間で前記ＡＴＲプリズムと前記被測定皮膚との接触面に最も強く圧力が作用している強密着状態のタイミングで前記赤外光を検出させる、請求項２記載の生体物質測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記振動の１周期の間の前記弱密着状態のタイミングで検出された前記赤外光の強度値と、前記振動の１周期の間の前記強密着状態のタイミングで検出された前記赤外光の強度値との差分を算出する、請求項３に記載の生体物質測定装置。
【請求項５】
複数の前記周期にわたって、前記差分を複数個算出し、前記算出された複数個の差分の合計または平均を算出する、請求項４記載の生体物質測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記赤外光検出器に、前記ＡＴＲプリズムの振動の１周期の間で３回以上のタイミングで前記赤外光を検出させる、請求項２記載の生体物質測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記赤外光検出器に、前記振動の１周期の間で前記ＡＴＲプリズムと前記被測定皮膚との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングで前記赤外光を検出させ、
前記振動の１周期の間の前記弱密着状態のタイミングで検出された前記赤外光の強度値と、前記弱密着状態以外の各タイミングで検出された前記赤外光の強度値との差分を各タイミングでの差分として算出する、請求項６に記載の生体物質測定装置。
【請求項８】
複数の前記周期にわたって、前記各タイミングでの差分を複数個算出し、前記算出された複数個の各タイミングの差分の合計または平均を算出する、請求項７記載の生体物質測定装置。
【請求項９】
前記ＡＴＲプリズムの振動の１周期の間に、前記ＡＴＲプリズムの前記被測定皮膚に対する前記垂直方向の押込み距離が変化し、
前記制御部は、前記ＡＴＲプリズムの振動の１周期の間の３回以上の前記赤外光の検出タイミングを、前記ＡＴＲプリズムの振動の振幅および周期に基づいて、前記検出タイミングにおける前記押込み距離に変換する、請求項７または８に記載の生体物質測定装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記赤外光検出器に、前記１周期の間で等しい時間間隔で前記赤外光を検出させる、請求項６〜９のいずれか１項に記載の生体物質測定装置。
【請求項１１】
前記赤外光検出器から出力された信号が入力されるロックインアンプを、さらに備えた、請求項１記載の生体物質測定装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記ロックインアンプに入力される参照信号の周波数と同じ周波数で前記ＡＴＲプリズムが振動するように前記プリズム振動制御部を制御する、請求項１１に記載の生体物質測定装置。
【請求項１３】
前記赤外光源と前記ＡＴＲプリズムの間に設けられ、前記ＡＴＲプリズムへの前記赤外光の入射角を調整するための第１の角度調整部と、
前記ＡＴＲプリズムと前記赤外光検出器の間に設けられ、前記ＡＴＲプリズムから出射された前記赤外光の進行方向を調整するための第２の角度調整部とを備えた、請求項１に記載の生体物質測定装置。
【請求項１４】
前記赤外光源と前記ＡＴＲプリズムの間に設けられた角度調整部を備え、
前記角度調整部は、前記振動の１周期の間の前記弱密着状態において、前記ＡＴＲプリズムへの前記赤外光の入射角が最大なり、かつ前記振動の１周期の間の前記強密着状態において、前記ＡＴＲプリズムへの前記赤外光の入射角が最小となるように、前記ＡＴＲプリズムへの前記赤外光の入射角を調整する、請求項３記載の生体物質測定装置。
【請求項１５】
赤外光源と、ＡＴＲプリズムと、赤外光検出器と、前記ＡＴＲプリズムに装着され、前記ＡＴＲプリズムを振動させるプリズム振動制御部と、前記赤外光源および前記赤外光検出器を制御する制御部とを備えた生体物質測定装置における生体物質測定方法であって、
前記制御部が、前記赤外光源に、生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射させるステップと、
前記ＡＴＲプリズムが、皮膚に接触した状態で、前記赤外光源から放出された赤外光を受けて、前記赤外光を前記ＡＴＲプリズムの内部を透過させた後、外部へ出射するステップと、
前記プリズム振動制御部が、前記ＡＴＲプリズムと前記皮膚との接触面に垂直方向に前記ＡＴＲプリズムを振動させるステップと、
前記制御部が、前記赤外光検出器に、前記振動の１周期の間で前記ＡＴＲプリズムと前記皮膚との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングで前記ＡＴＲプリズムから出射された前記赤外光を検出させるステップと、
前記制御部が、前記赤外光検出器に、前記振動の１周期の間で前記ＡＴＲプリズムと前記皮膚との接触面に最も圧力が作用している強密着状態のタイミングで前記ＡＴＲプリズムから出射された前記赤外光を検出させるステップと、
前記制御部が、前記振動の１周期の間の前記弱密着状態のタイミングで検出された前記赤外光の強度値と、前記振動の１周期の間の前記強密着状態のタイミングで検出された前記赤外光の強度値との差分を算出するステップとを備えた、生体物質測定方法。
【請求項１６】
赤外光源と、ＡＴＲプリズムと、赤外光検出器と、前記ＡＴＲプリズムに装着され、前記ＡＴＲプリズムを振動させるプリズム振動制御部と、前記赤外光源および前記赤外光検出器を制御する制御部とを備えた生体物質測定装置における生体物質測定方法であって、
前記制御部が、前記赤外光源に、生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射させるステップと、
前記ＡＴＲプリズムが、皮膚に接触した状態で、前記赤外光源から放出された赤外光を受けて、前記赤外光を前記ＡＴＲプリズムの内部を透過させた後、外部へ出射するステップと、
前記プリズム振動制御部が、前記ＡＴＲプリズムと前記皮膚との接触面に垂直方向に前記ＡＴＲプリズムを振動させるステップと、
前記制御部が、前記赤外光検出器に、前記振動の１周期の間で前記ＡＴＲプリズムと前記皮膚との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングで前記ＡＴＲプリズムから出射された前記赤外光を検出させるステップと、
前記制御部が、前記赤外光検出器に、前記振動の１周期の間で前記弱密着状態以外の２回以上のタイミングで前記ＡＴＲプリズムから出射された前記赤外光を検出させるステップと、
前記制御部が、前記振動の１周期の間の前記弱密着状態のタイミングで検出された前記赤外光の強度値と、前記弱密着状態以外の各タイミングで検出された前記赤外光の強度値との差分を算出するステップとを備えた、生体物質測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体物質測定装置および生体物質測定方法に関し、特に、赤外光を用いて生体内に存在する糖などの生体物質を測定する生体物質測定装置および生体物質測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の侵襲型センサは、針を用いて採血を行い、生体中の物質の成分を解析する。特に、日常的に利用されている血糖値センサについては、穿刺による患者の苦痛緩和のため、非侵襲方式が求められている。非侵襲の血糖値センサとして、糖の指紋スペクトルを直接検出することができる赤外光を利用するものがあるが、赤外光は水の吸収が強いため皮膚表面から深くまで到達することができない。このため、生体中の糖による吸収が小さくても血糖値を安定的にかつ高精度に検出する技術が求められている。【０００３】
このような要求に対して、たとえば、特許文献１に記載の装置では、ＡＴＲ（Attenuated  Total  Reflection）プリズムを用いた測定によりＳＮ比を向上させている。ＡＴＲプリズムを伝搬する赤外光は、被測定皮膚とＡＴＲプリズムの境界面で反射を繰り返す。反射する境界面ではエバネッセント光が発生して被測定皮膚に侵入する。エバネッセント光が水、糖、およびその他生体物質によって吸収および散乱するため、ＡＴＲプリズムを伝搬する赤外光の強度が減衰する。したがって、反射を繰り返す回数が多くなる程、伝搬する赤外光の強度が減衰する。この文献では、赤外光源として半導体の量子カスケードを用いることによって、携帯電話に搭載できる程度の小型化を可能としている。【０００４】
特許文献２には、プリズムとアクチュエータの間に被測定物を配置し、アクチュエータを用いて被測定物にかける圧力を変化させ、赤外吸収スペクトルを測定する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４２９５２号公報
【特許文献２】特開２００３−３５６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
皮膚は、表面付近の表皮と、表皮の下の真皮とによって構成される。表皮は、表面付近から順に角質層、顆粒層、有棘層、および基底層を含む。糖、およびその他生体物質は表皮中の組織間質液中に存在しており、表皮の構造を反映して深さ方向に不均一に分布しているものと考えられている。【０００７】
ＡＴＲプリズムと皮膚表面との接触によって、表皮が応力を受けると、表皮の構造にゆがみが生じる。ＡＴＲプリズムと皮膚表面との接触状態が変わると、皮膚表面がＡＴＲプリズムから受ける接触応力が変わるため、表皮内の組織間質液の分布も変化し、糖およびその他生体物質に吸収される赤外光のエバネッセント光の強度にばらつきが生じてしまう。【０００８】
特許文献２では、被測定材料をプリズムに密着させて被測定材料に圧力を周期的に印加させて圧力変化に応じて変調信号を取り出しているが、生体が被測定物の場合は被測定材料側の圧力を周期的に変化させることは困難である。【０００９】
それゆえに、本発明の目的は、ＡＴＲプリズムと被測定皮膚間の接触状態によって、被測定皮膚内の生体物質の量の測定精度が劣化しないようにすることができる生体物質測定装置および生体物質測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の生体物質測定装置は、被測定皮膚に密着させることが可能なＡＴＲプリズムと、ＡＴＲプリズムへ、生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射する赤外光源と、ＡＴＲプリズムから出射された赤外光を検出する赤外光検出器と、ＡＴＲプリズムに装着され、ＡＴＲプリズムと被測定皮膚との接触面に垂直方向にＡＴＲプリズムを振動させるプリズム振動制御部と、振動に同期して赤外光検出器に赤外光を検出させる制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＡＴＲプリズムと被測定皮膚との接触面に垂直方向にＡＴＲプリズムを振動させ、振動に同期して赤外光を検出することによって、ＡＴＲプリズムと被測定皮膚間の接触状態によって、被測定皮膚内の生体物質の量の測定精度が劣化しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１〜５の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の使用例を表わす図である。
【図２】実施の形態１の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を表わす図である。
【図３】実施の形態１の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を表わす図である。
【図４】糖の指紋スペクトルを示す図である。
【図５】実施の形態１における血糖値センサ８０の動作手順を表わすフローチャートである。
【図６】実施の形態２における携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の動作手順を表わすフローチャートである。
【図７】測定タイミングｋ×Ｔ／８と、ΣｄＳｋの例を表わす図である。
【図８】図７の横軸の測定タイミングをＡＴＲプリズム２０の皮膚表面６０への押込み距離に変えた図である。
【図９】実施の形態３の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を示す図である。
【図１０】ロックインアンプ７０の構成を表わす図である。
【図１１】実施の形態３における血糖値センサ８０の動作手順を表わすフローチャートである。
【図１２】ある屈折率ｎ１とｎ２における赤外光の入射角に対するエバネッセント光の侵入長の例を示す図である。
【図１３】実施の形態４の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を表わす図である。
【図１４】実施の形態５の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
実施の形態１．
以下、測定対象として血糖値を例に挙げて説明するが、本発明の測定装置は血糖値の測定に限定するものではなく、他の生体物質の測定にも適用することができる。
【００１４】
図１は、実施の形態１〜５の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の使用例を表わす図である。
【００１５】
図１に示すように、携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０のヘッドを被験者の角質の薄い唇に接触させて被験者の生体内の血糖値を測定する。被測定部位は角質の薄い唇が望ましいが、これに限定されるものではなく、手のひらのような角質の厚い部位以外であればよい。たとえば、顔の頬、耳たぶ、手の甲でも測定が可能である。
【００１６】
図２および図３は、実施の形態１の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を表わす図である。図２と図３とでは、非侵襲の血糖値センサ８０と被測定皮膚４０との接触状態が異なる。
【００１７】
図２および図３に示すように、非侵襲の血糖値センサ８０は、ＡＴＲプリズム２０と、プリズム振動制御部５２と、赤外光源３２と、赤外光検出器３０と、制御部５０と、ディスプレイ５４とを備える。
【００１８】
赤外光源３２は、生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光をＡＴＲプリズム２０に放射する。
【００１９】
赤外光検出器３０は、ＡＴＲプリズム２０から出射された赤外光を検出する。ここで、検出される値は、ある波長の光の強度（パワー）であってもよく、あるいは光スペクトルであってもよい。以下では、ある波長の強度が検出されるものとして説明する。
【００２０】
制御部５０は、プリズム振動制御部５２、赤外光源３２、および赤外光検出器３０を制御する。制御部５０は、赤外光検出器３０によって検出された赤外光の強度に基づいて、生体中の血糖値の濃度を検出する。
【００２１】
非侵襲の血糖値センサ８０のヘッドには、ＡＴＲプリズム２０が搭載されている。ＡＴプリズム２０は、被測定皮膚４０の皮膚表面６０と接触している。
【００２２】
図４は、糖の指紋スペクトルを示す図である。
ＡＴＲプリズム２０を被験者の皮膚表面６０に接触させて非侵襲の血糖値センサ８０を起動すると、赤外光源３２から糖の指紋スペクトルが含まれる波長範囲８．５μｍ〜１０μｍの全部の波長域、あるいはその一部の波長域の赤外光が放射される。赤外光源３２から出射された入射赤外光１１ａは、ＡＴＲプリズム２０の端面２０ｃで反射し、伝搬赤外光１１ｂとなる。伝搬赤外光１１ｂは、被測定皮膚４０に接触したＡＴＲプリズム２０の内部を、ＡＴＲプリズム２０の端面２０ａおよび２０ｂで反射を繰り返しながら透過する。ＡＴＲプリズム２０内を透過した伝搬赤外光１１ｂは、ＡＴＲプリズム２０の端面２０ｄで反射し、放射赤外光１１ｃとなる。放射赤外光１１ｃの強度が赤外光検出器３０によって検出される。
【００２３】
ＡＴＲプリズム２０と被測定皮膚４０との界面（端面２０ａ）では、エバネッセント光が発生する。このエバネッセント光が被測定皮膚４０内に侵入し、糖に吸収される。
【００２４】
被測定皮膚４０とＡＴＲプリズム２０の屈折率差が小さいとエバネッセント光が大きくなる。また、界面（端面２０ａ）で反射するときＡＴＲプリズム２０から被測定皮膚４０側に染み出したエバネッセント光が被測定皮膚４０内の生体物質により吸収されることによって、端面２０ａで反射した赤外光の強度が減衰する。よって、生体物質が多いとエバネッセント光がより多くの吸収を受けるため、反射した赤外光の強度の減衰も大きくなる。
【００２５】
皮膚は、表面付近の表皮と、表皮の下の真皮とによって構成される。表皮は、表面付近から順に角質層、顆粒層、有棘層、および基底層を含む。それぞれの厚みは、１０μｍ、数μｍ、１００μｍ、数μｍ程度である。基底層において細胞が生成されて、有棘層に細胞が積み上げられる。顆粒層では水分（組織間質液）が届かなくなるため細胞が死に絶える。角質層では、死んだ細胞が硬化した状態になっている。糖およびその他の生体物質は、表皮中の組織間質液中に存在している。組織間質液は、角質層から有棘層にかけて増加する。それゆえ、エバネッセント光の侵入長に応じて、反射した赤外光の強度も変化する。ここで、侵入長は、侵入深さともいう。
【００２６】
エバネッセント光は、界面から被測定皮膚４０の方向に指数関数的に減衰し、その侵入長は波長程度である。よって、ＡＴＲプリズム２０を用いた分光では侵入長までの領域の生体物質の量を測定することができる。例えば、糖の指紋スペクトルは波長が８．５μｍ〜１０μｍなので、ＡＴＲプリズム２０のプリズム面からこの程度の領域の糖の量を検出することができる。
【００２７】
ＡＴＲプリズム２０は、直方体の一部が削られた形状を有する。ＡＴＲプリズムの断面は、長方形の２つの頂角を一定角度で削った形状を有する。頂角が削られた短い方の面が測定面として被測定皮膚４０に接触される。ＡＴＲプリズム２０の端面２０ｃの角度は、ＡＴＲプリズム２０の端面２０ａおよび２０ｂにおいて、ＡＴＲプリズム２０内の伝搬赤外光１１ｂが反射するように設定される。また、ＡＴＲプリズム２０の端面２０ｄの角度は、放射赤外光１１ｃが赤外光検出器３０に向かうように設定される。たとえば、ＡＴＲプリズム２０の端面２０ｄの角度は、放射赤外光１１ｃが赤外光検出器３０に垂直に入射されるように設定される。
【００２８】
赤外光源３２とＡＴＲプリズム２０は、赤外光源３２からＡＴＲプリズム２０に赤外光が入射する入射角が一定に保つように配置されている。赤外光源３２からの入射赤外光１１ａが入射する端面２０ｃおよび赤外光検出器３０へ放射赤外光１１ｃが出射する端面２０ｄは、無反射コーティングが施されている。あるいは、赤外光源３２からの入射赤外光１１ａをｐ偏光にして、入射／出射角がブリュスター角になるように入射面２０ｃおよび出射面２０ｄが削られているものとしてもよい。
【００２９】
ＡＴＲプリズム２０の材料として、中赤外領域で透明であり、かつ屈折率が比較的小さな硫化亜鉛（ＺｎＳ）の単結晶を用いる。なお、ＡＴＲプリズム２０の材料は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）の単結晶に限定されず、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）のような公知の材料であってもよい。ＡＴＲプリズム２０の被測定皮膚４０との接触面２０ａには、人体に害を与えないようにＳｉＯ2やＳｉＮなどの薄膜がコーティングされている。
【００３０】
赤外光源３２として、たとえば広帯域の量子カスケードレーザモジュールを用いる。量子カスケードレーザは、単一光源であり、出力が大きく、ＳＮ比（Signal-to-Noise  ratio)が高いため、高精度な測定が可能となる。量子カスケードレーザモジュールには、ビームをコリメートするためのレンズが搭載される。広帯域の量子カスケードレーザは、糖の指紋スペクトルが存在する波長範囲８．５μｍ〜１０μｍの全ての波長域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射する。
【００３１】
広帯域の量子カスケードレーザ以外に、赤外光源３２としてフィラメントに電流を流して加熱するタイプの熱光源を用いてもよい。この場合、印加する電流の量によって温度が制御可能であるため黒体放射に従った広帯域な赤外線が放射される。あるいは、赤外光源３２として、フィラメントではなく、加熱部に周期パターンを設けたプラズモンまたはメタマテリアル光源を用いてもよい。この場合、放射波長域は、表面構造で規定されるため不要な放射が抑制されるので、赤外光源３２は、高効率な光源となる。
【００３２】
ＡＴＲプリズム２０から放射された放射赤外光１１ｃは、赤外光検出器３０で受光される。赤外光検出器３０は、ＡＴＲプリズム２０から放出された出射光を検出する。ここで検出される値は光スペクトルでも、ある波長のパワーであっても良いものとする。赤外光検出器３０は、それぞれ異なる波長の光を検出する非冷却赤外線センサのアレイを含むものとしてもよい。非冷却赤外線センサは、受光部表面にプラズモン共鳴を利用した波長選択型吸収体を含むものとしてもよい。非冷却赤外線センサ（熱型の赤外線センサ）として、焦電型のもの、あるいは、ボロメータ、サーモパイル、またはＳＯＩ(silicon  on  insulator)型ダイオードを含むものを用いることができる。
【００３３】
ＡＴＲプリズム２０と被検者の皮膚表面６０との接触状態によって、被測定皮膚４０の構造にゆがみが発生、あるいはＡＴＲプリズム２０と皮膚表面６０との間の水、油脂などの厚みが変わり、エバネッセント光が到達する場所が変化する。たとえばＡＴＲプリズム２０を押し当てる力により、角質層の厚みが増減し、エバネッセント光が顆粒層や有棘層へ到達したりしなかったりする。
【００３４】
そこで、本実施の形態では、プリズム振動制御部５２を用いて、ＡＴＲプリズム２０を振動させる。ＡＴＲプリズム２０を振動させながら、赤外光源３２から赤外光を放出し、赤外光検出器３０によって、赤外光を検出する。この時、プリズム振動制御部５２と赤外光検出器３０は、制御部５０によって同期制御される。
【００３５】
プリズム振動制御部５２は、ＡＴＲプリズム２０に装着され、ＡＴＲプリズム２０と被測定皮膚４０との接触面である皮膚表面６０に垂直方向にＡＴＲプリズム２０を振動させる。プリズム振動制御部５２は、たとえば、制御部５０からの信号に従って、変位または伸縮することによって、ＡＴＲプリズム２０を振動させる。プリズム振動制御部５２は、たとえば、圧電アクチュエータなどによって構成されるものとしてもよい。制御部５０は、ＡＴＲプリズム２０の振動に同期して赤外光検出器３０に赤外光を検出させる。
【００３６】
図３では、プリズム振動制御部５２がＡＴＲプリズム２０を振動させることによって、ＡＴＲプリズム２０が皮膚表面６０に押し込まれている様子が示されている。
【００３７】
図２の状態と図３の状態のいずれにおいても、ＡＴＲプリズム２０が皮膚表面６０に接しているが、図２の状態と図３の状態では、皮膚表面６０への押し込みの程度が異なる。
【００３８】
図２に示すように、ＡＴＲプリズム２０の振動の１周期の間、ＡＴＲプリズム２０が皮膚表面６０と接触している。ＡＴＲプリズム２０の振動の１周期の間において、ＡＴＲプリズム２０が被測定皮膚４０の方向へ押し込まれておらず、ＡＴＲプリズム２０と被測定皮膚４０との接触面である皮膚表面６０に最も圧力が作用していない状態を弱密着状態ということにする。
【００３９】
図３に示すように、ＡＴＲプリズム２０の振動の１周期の間で、ＡＴＲプリズム２０が被測定皮膚４０の方向へ最も大きく押し込まれ、ＡＴＲプリズム２０と被測定皮膚４０との接触面である皮膚表面６０に最も強く圧力が作用している状態を強密着状態ということにする。
【００４０】
プリズム振動制御部５２によって、ＡＴＲプリズム２０は、図３の弱密着状態→図４の強密着状態→図３の弱密着状態の状態遷移を１周期とした振動動作を繰り返す。ここで、振動の振幅、すなわち弱密着状態と強密着状態の押込み距離差は、数ｍｍ以下で良い。
【００４１】
赤外光検出器３０は、プリズム振動制御部５２の動作と同期してＡＴＲプリズム２０から放出された放射赤外光１１ｃを検出する。通常、赤外光検出器３０で検出される放射赤外光１１ｃは、スペクトル信号、外部環境および検出器自体の電気雑音信号が混入する。さらに、接触状態のＡＴＲプリズム２０と被験者の皮膚表面６０との間に隙間があると、ノイズの原因となり、測定値の信号雑音比Ｓ/Ｎが劣化してしまうとともに、エバネッセント光の侵入長も短くなってしまう。
【００４２】
そこで、１周期の振動の間に等間隔に複数回、赤外光検出器３０によって放射赤外光１１ｃを検出する。本実施の形態では、赤外光検出器３０は、１周期に等間隔で２回、赤外光検出器３０で放射赤外光１１ｃを検出する。ここで、２回の検出タイミングは、高い検出感度を得るために、図２の弱密着状態となるタイミングと、図３の強密着状態となるタイミングとする。
【００４３】
そして、制御部５０は、図２の弱密着状態のときに赤外光検出器３０で検出された放射赤外光１１ｃの強度をＳ（ａ）とし、図３の強密着状態のときに赤外光検出器３０で検出された放射赤外光１１ｃの強度をＳ（ｂ）とし、差分ｄＳ（＝Ｓ（ａ）−Ｓ（ｂ））を算出する。制御部５０は、複数回の測定によって、複数個のｄＳを求め、その合計ΣｄＳを算出する。
【００４４】
図５は、実施の形態１における血糖値センサ８０の動作手順を表わすフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ１００において、赤外光源３２が赤外光を出力する。
ステップＳ１０１において、ＡＴＲプリズム２０を被験者の皮膚表面６０に接触させる。
【００４６】
ステップＳ１０２において、制御部５０が、取得限度回数Ｎを設定する。
ステップＳ１０３において、制御部５０は、プリズム振動制御部５２の振動を開始させることによって、ＡＴＲプリズム２０の振動を開始させる。
【００４７】
上記のステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理順番が入れ替わっても良い。
ステップＳ１０４およびＳ１０５において、ＡＴＲプリズム２０の振動に同期して、赤外光検出器３０が、Ｓ（ａ）とＳ（ｂ）とを検出する。ステップＳ１０４では、制御部５０は、弱密着状態において、赤外光検出器３０に放射赤外光１１ｃの強度を検出させ、制御部５０へ出力させる。制御部５０は、取得した放射赤外光１１ｃの強度をＳ（ａ）とする。ステップ１０５では、制御部５０は、強密着状態において、赤外光検出器３０に放射赤外光１１ｃの強度を検出させ、制御部５０へ出力させる。制御部５０は、取得した放射赤外光１１の強度をＳ（ｂ）とする。ここで、ステップＳ１０４とステップＳ１０５は順序を入れ替えてもよい。
【００４８】
ステップＳ１０６において、制御部５０は、ｄＳ＝Ｓ（ａ）−Ｓ（ｂ）を算出して、保存する。被測定皮膚４０内の糖の量を算出するために、ＡＴＲプリズム２０を振動させる前に、人手によってＡＴＲプリズム２０と被測定皮膚４０とを接触させて測定の準備がなされる場合、ＡＴＲプリズム２０と被測定皮膚４０との間の隙間の大きさなどを測定の度に一定とすることが困難である。つまり、人手によって、初期状態の弱密着状態を正確に作出することは困難である。したがって、Ｓ（ａ）とＳ（ｂ）は、測定ごとにばらついた値となるが、Ｓ（ａ）とＳ（ｂ）の差分をとることよって、測定ごとのばらつきの影響を受けない値を得ることができる。つまり、ｄＳは、被測定皮膚４０における糖の量を高精度に反映することができる。
【００４９】
ステップＳ１０７において、制御部５０は、ここまでのｄＳの取得回数ｎとステップＳ１０３で設定した取得限度回数Ｎを比較する。取得回数ｎが取得限度回数Ｎよりも小さければ、処理がステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４〜１０７の処理が繰り返される。取得回数ｎが取得限度回数Ｎと等しくなった時に、処理がステップＳ１０８に進む。
【００５０】
ステップＳ１０８において、制御部５０は、保存している全てのｄＳの合計ΣｄＳを算出する。合計ΣｄＳを求めるのは、測定誤差を平滑化するためである。合計ΣｄＳをさらに取得限度回数Ｎで除算することによって、平均値ΣｄＳ／Ｎを求めることとしてもよい。
【００５１】
ステップＳ１０９において、制御部５０は、ディスプレイ５４に算出したΣｄＳの値を表示する。
【００５２】
ここで、ステップ１０３の取得限度回数Ｎは、ユーザもしくは設計者が自由に決定することができ、取得限度回数Ｎを増やすことによって、ステップ１０８で得られるΣｄＳの信号雑音比Ｓ／Ｎが良くなる一方で、測定にかかる時間も増加することになる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態によれば、ＡＴＲプリズム２０の振動に同期して、ＡＴＲプリズム２０から放射された赤外光を検出することができる。ＡＴＲプリズム２０と被測定皮膚４０とが強密着状態における赤外光の強度と弱密着状態における赤外光の強度の差分を求めることによって、被測定皮膚４０内の生体物質の量を精度よく測定することができる。
【００５４】
（付記）
実施の形態１の生体物質測定装置（８０）および生体物質測定方法は、以下の特徴を備える。
【００５５】
（１）  生体物質測定装置（８０）は、被測定皮膚（４０）に密着させることが可能なＡＴＲプリズム（２０）と、ＡＴＲプリズム（２０）へ、生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射する赤外光源（３２）と、ＡＴＲプリズム（２０）から出射された赤外光を検出する赤外光検出器（３０）と、ＡＴＲプリズム（２０）に装着され、ＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に垂直方向にＡＴＲプリズム（２０）を振動させるプリズム振動制御部（５２）と、振動に同期して赤外光検出器（３０）に赤外光を検出させる制御部（５０）とを備える。
【００５６】
これによって、被測定皮膚（４０）内の生体物質の量を精度よく測定することができる。
【００５７】
（２）  プリズム振動制御部（３２）は、周期的にＡＴＲプリズム（２０）を振動させる。制御部（５０）は、赤外光検出器（３０）に、ＡＴＲプリズム（２０）の振動の１周期の間に２回以上赤外光を検出させる。
【００５８】
これによって、高い検出感度を得ることができる。
（３）制御部（５０）は、赤外光検出器（３０に、振動の１周期の間でＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングで赤外光を検出させるとともに、振動の１周期の間でＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に最も強く圧力が作用している強密着状態のタイミングで赤外光を検出させる。
【００５９】
これによって、さらに高い検出感度を得ることができる。
（４）  制御部（５０）は、振動の１周期の間の弱密着状態のタイミングで検出された赤外光の検出値と、振動の１周期の間の強密着状態のタイミングで検出された赤外光の検出値との差分を算出する。
【００６０】
これによって、測定ごとのＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）の密着状態のばらつきの影響を受けずに、生体物質の量を測定できる。
【００６１】
（５）  制御部（５０）は、複数の周期にわたって、差分を複数個算出し、算出された複数個の差分の合計または平均を算出する。
【００６２】
これによって、測定値に含まれるノイズ成分を除去できる。
（６）  生体物質測定方法は、赤外光源（３２）が、生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射するステップと、ＡＴＲプリズム（２０）が、被測定皮膚（４０）に接触した状態で、赤外光源（３２）から放出された赤外光を受けて、赤外光をＡＴＲプリズム（２０）の内部を透過させた後、外部へ出射するステップと、ＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に垂直方向にＡＴＲプリズム（２０）を振動させるステップと、赤外光検出器（３０）が、振動の１周期の間でＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングでＡＴＲプリズム（２０）から出射された赤外光を検出するステップと、赤外光検出器（３０）が、振動の１周期の間でＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に最も圧力が作用している強密着状態のタイミングでＡＴＲプリズム（２０）から出射された赤外光を検出するステップと、振動の１周期の間の弱密着状態のタイミングで検出された赤外光の検出値と、振動の１周期の間の強密着状態のタイミングで検出された赤外光の検出値との差分を算出するステップとを備える。
【００６３】
これによって、被測定皮膚（４０）内の生体物質の量を精度よく測定することができる。
【００６４】
実施の形態２．
実施の形態２の非侵襲の血糖値センサ８０の構成は、実施の形態１の非侵襲の血糖値センサの構成と、制御部５０の機能を除いて同様である。
【００６５】
実施の形態２が実施の形態１と相違する点は、ＡＴＲプリズム２０の１周期の振動の間の赤外光検出器３０における放射赤外光１１ｃの検出回数を２回よりも多くした点である。本実施の形態では、赤外光検出器３０は、たとえば、ＡＴＲプリズム２０の１周期の振動の間に等間隔に８回、放射赤外光１１ｃの強度を検出する。
【００６６】
ＡＴＲプリズム２０の振動の振幅をｄ、振動の周期をＴ、１周期の間のサンプリング回数を８回とする。サンプリング回数はより粗く測定したい場合は８回よりも少なくし、より細かく測定したい場合は８回よりも多くしても良いが、サンプリング間隔は、等間隔とする。
【００６７】
図６は、実施の形態２における携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の動作手順を表わすフローチャートである。
【００６８】
ステップＳ２００〜Ｓ２０３は、実施の形態１のステップＳ１００〜Ｓ１０３と同様であるので、説明を繰り返さない。
【００６９】
ステップＳ２０４およびＳ２０５において、振動に同期して、赤外光検出器３０が、Ｓ０〜Ｓ７を検出する。ステップＳ２０４では、制御部５０は、弱密着状態において、赤外光検出器３０に放射赤外光１１ｃの強度を検出させ、制御部５０へ出力させる。制御部５０は、取得した放射赤外光１１ｃの強度をＳ０とする。なお、測定の開始タイミングは弱密着状態でも強密着状態でも良いが、図６では、弱密着状態を開始タイミングとしている。
【００７０】
ステップＳ２０５において、制御部５０は、ステップＳ２０４からＴ／８周期経過する毎に赤外光検出器３０に放射赤外光１１ｃを検出させ、制御部５０へ出力させる。制御部５０は、順次取得した放射赤外光１１ｃの強度をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７とする。
【００７１】
ステップＳ２０６において、制御部５０は、ステップＳ２０４で取得したＳ０と、ステップＳ２０５で取得したＳ１〜Ｓ７の値との差分ｄＳ１（＝Ｓ０−Ｓ１）、ｄＳ２（＝Ｓ０−Ｓ２）、ｄＳ３（＝Ｓ０−Ｓ３）、ｄＳ４（＝Ｓ０−Ｓ４）、ｄＳ５（＝Ｓ０−Ｓ５）、ｄＳ６（＝Ｓ０−Ｓ６）、ｄＳ７（＝Ｓ０−Ｓ７）を算出して、保存する。このように、ｄＳ１〜ｄＳ７を求めるのは、被測定皮膚４０内の皮膚表面６０からの深さごとの糖の分布を知るためである。たとえば、ｄＳ２とｄＳ１との差は、弱密着状態のタイミングからＴ／８のタイミングでのエパネッセント光の侵入長に対応する皮膚表面６０の深さでの糖の量と、弱密着状態のタイミングから２Ｔ／８のタイミングでのエパネッセント光の侵入長に対応する皮膚表面６０の深さでの糖の量との差を表わす値となる。
【００７２】
ステップＳ２０７において、制御部５０は、ここまでの各ｄＳｉ（ｉ〜７）の取得回数ｎとステップＳ２０３で設定した取得限度回数Ｎを比較する。取得回数ｎが取得限度回数Ｎよりも小さければ、処理がステップＳ２０４に戻り、ステップＳ２０４〜２０７の処理が繰り返される。取得回数ｎが取得限度回数Ｎと等しくなった時に、処理がステップＳ２０８に進む。
【００７３】
ステップＳ２０８において、制御部５０は、保存している全てのｄＳ１、ｄＳ２、ｄＳ３、ｄＳ４、ｄＳ５、ｄＳ６、ｄＳ７の合計ΣｄＳ１、ΣｄＳ２、ΣｄＳ３、ΣｄＳ４、ΣｄＳ５、ΣｄＳ６、ΣｄＳ７を算出する。たとえば、ΣｄＳ１はＮ回の測定におけるｄＳ１の合計となる。合計ΣｄＳを求めるのは、測定誤差を平滑化するためである。合計ΣｄＳ１〜ΣｄＳ７をさらに取得限度回数Ｎで除算することによって、平均値ΣｄＳ１／Ｎ〜ΣｄＳ７／Ｎを求めることとしてもよい。
【００７４】
ステップＳ２０９において、制御部５０は、ディスプレイ５４に算出したΣｄＳ１、ΣｄＳ２、ΣｄＳ３、ΣｄＳ４、ΣｄＳ５、ΣｄＳ６、ΣｄＳ７の値を表示する。
【００７５】
図７は、測定タイミングｋ×Ｔ／８と、ΣｄＳｋの例を表わす図である。
図７において、横軸は測定タイミング、すなわち、ＡＴＲプリズム２０を周期Ｔで振動させたときの赤外光検出器３０による放射赤外光１１ｃの検出タイミングを示す。縦軸は、それぞれのタイミングｋ×Ｔ／８における合計ΣｄＳｋを示す。
【００７６】
予めＡＴＲプリズム２０の振動振幅ｄは判明しているので、制御部５０は、図７の測定タイミングをＡＴＲプリズム２０の被測定皮膚４０に対する垂直方向の押込み距離に変換することができる。被測定皮膚４０の垂直方向の距離に変換する。つまり、測定タイミング０、Ｔ／８、２Ｔ／８、３Ｔ／８、４Ｔ／８、５Ｔ／８、６Ｔ／８、７Ｔ／８が、ＡＴＲプリズム２０の被測定皮膚４０に対する垂直方向の押込み距離０、ｄ／４、ｄ／２、３ｄ／４、ｄ、３ｄ／４、ｄ／２、ｄ／４に変換される。
【００７７】
図８は、図７の横軸の測定タイミングをＡＴＲプリズム２０の被測定皮膚４０に対する垂直方向への押込み距離に変えた図である。
【００７８】
図７、図８に示されるように、ΣｄＳｋの値は、測定タイミングＴ／２、押込み距離ｄにおいて極小値をとり、その後折り返される。
【００７９】
以上のように、実施の形態２では、皮膚表面からの深さごとの糖の分布に関する情報を得ることができる。
【００８０】
（付記）
実施の形態２の生体物質測定装置（８０）および生体物質測定方法は、以下の特徴を備える。
【００８１】
（１）  制御部（５０）は、赤外光検出器（３０）に、ＡＴＲプリズム（２０）の振動の１周期の間で３回以上のタイミングで赤外光を検出させる。
【００８２】
これによって、被測定皮膚（４０）の表面から垂直方向の生体物質の分布を測定することができる。
【００８３】
（２）  制御部（５０）は、赤外光検出器（３０）に、振動の１周期の間でＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングで赤外光を検出させ、振動の１周期の間の弱密着状態のタイミングで検出された赤外光の検出値と、振動の１周期の間の３回以上のタイミングのうち弱密着状態のタイミング以外の各タイミングで検出された赤外光の検出値との差分を各タイミングでの差分として算出する。
【００８４】
これによって、被測定皮膚（４０）の表面から垂直方向の生体物質の分布を細かく測定することができる。
【００８５】
（３）  制御部（５０）は、複数の周期にわたって、各タイミングでの差分を複数個算出し、算出された複数個の各タイミングの差分の合計または平均を算出する。
【００８６】
これによって、測定値に含まれるノイズ成分を除去できる。
（４）  制御部（５０）は、赤外光の検出タイミングをＡＴＲプリズム（２０）の被測定皮膚（４０）に対する垂直方向の押込み距離に変換する。
【００８７】
これによって、被測定皮膚（４０）の表面から垂直方向の複数の距離ごとの生体物質の量を測定することができる。
【００８８】
（５）  制御部（５０）は、赤外光検出器（３０）に、１周期の間で等しい時間間隔で赤外光を検出させる。
【００８９】
これによって、被測定皮膚（４０）の表面から垂直方向に一定の間隔ごとに存在する生体物質の量を測定することができる。
【００９０】
（６）  生体物質測定方法は、赤外光源（３２）が、生体物質の吸収波長の全域、あるいは一部の波長域の赤外光を放射するステップと、ＡＴＲプリズム（２０）が、被測定皮膚（４０）に接触した状態で、赤外光源（３２）から放出された赤外光を受けて、赤外光を反射を繰り返させながらＡＴＲプリズム（２０）の内部を透過させた後、外部へ出射するステップと、ＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に垂直方向にＡＴＲプリズム（２０）を振動させるステップと、赤外光検出器（３０）が、振動の１周期の間でＡＴＲプリズム（２０）と被測定皮膚（４０）との接触面に最も圧力が作用していない弱密着状態のタイミングでＡＴＲプリズム（２０）から出射された赤外光を検出するステップと、赤外光検出器（３０）が、振動の１周期の間で弱密着状態以外の２回以上のタイミングでＡＴＲプリズム（２０）から出射された赤外光を検出するステップと、振動の１周期の間の弱密着状態のタイミングで検出された赤外光の検出値と、弱密着状態以外の２回以上のタイミングのうちの各タイミングで検出された赤外光の検出値との差分を算出するステップとを備える。
【００９１】
これによって、被測定皮膚（４０）の表面から垂直方向の生体物質の分布を測定することができる。
【００９２】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を示す図である。
【００９３】
図９に示すように、血糖値センサ８０は、赤外光源３２と、ＡＴＲプリズム２０と、赤外光検出器３０と、プリズム振動制御部５２と、制御部５０と、ロックインアンプ７０とを備える。
【００９４】
実施の形態３の血糖値センサ８０の構成が、実施の形態１または２の血糖値センサ８０の構成と相違する点は、実施の形態３の血糖値センサ８０がロックインアンプ７０を備える点である。
【００９５】
赤外光検出器３０で検出された放射赤外光１１ｃの強度を表わす測定信号は、ロックインアンプ７０に入力される。この測定信号は、微弱な信号である。微弱な信号を検出する場合に、雑音に大きく影響されるため、雑音を取り除く必要がある。雑音の除去の方法としては、バンドパスフィルタを使うことが挙げられる。バンドパスフィルタに使用している素子が変動すると中心周波数が変動してしまい、信号の振幅に影響を与えてしまうため、バンドパスフィルタは、微弱な信号を検出するには適していない。
【００９６】
本実施の形態では、雑音に埋もれている微小信号である測定信号を検出するために、ロックインアンプ７０による周波数変換技術を利用する。周波数変換技術では、ＰＳＤ（Phase  Sensitive  Detector）を利用し、雑音に埋もれた信号の中から、目的の微弱な信号を取り出す。ロックインアンプ７０の雑音除去により得られる信号は直流であるため、帯域制限のフィルタがローパスフィルタのみですむ。ローパスフィルタは、使用している素子が変動しても、ローパスフィルタの遮断周波数が変動するのみで、直流信号の値には影響を及ぼさない。
【００９７】
図１０は、ロックインアンプ７０の構成を表わす図である。
ロックインアンプ７０は、プリアンプ８１と、波形整形回路８２と、位相回路８３と、ＰＳＤ８４と、ＬＰＦ（Low-Pass  Filter）８５とを備える。
【００９８】
ロックインアンプ７０には、放射赤外光１１ｃの強度を表わす測定信号Ｓ（ｔ）が入力される。ＡＴＲプリズム２０の振動数をｆとしたときに、Ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋ａ）で表される。ただし、ω＝２πｆである。また、ロックインアンプ７０には、参照信号Ｒ（ｔ）が入力される。Ｒ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋ｂ）で表される。
【００９９】
プリアンプ８１は、測定信号Ｓ（ｔ）を所望の電圧に増幅する。
波形整形回路８２は、参照信号Ｒ（ｔ）を矩形波に整形する。位相回路８３は、矩形波の参照信号Ｒ′（ｔ）と測定信号Ｓ（ｔ）との間の位相差を調整する。具体的には、位相回路８３は、参照信号Ｒ′（ｔ）と測定信号Ｓ（ｔ）との間の位相差（ａ−ｂ）を「０」に調整する。
【０１００】
ＰＳＤ８４は、測定信号Ｓ（ｔ）と参照信号Ｒ′（ｔ）の信号波形の乗算（掛け算）を行う。ａ＝ｂに調整することによって、ＰＳＤ８４によって、最大の直流成分Ａ／２×ｃｏｓ（ｂ−ａ）（＝Ａ／２）と、２倍の振動数の交流成分Ａ／２×ｃｏｓ（２ωｔ＋ａ＋ｂ）（＝Ａ／２×ｃｏｓ（２ωｔ＋２ａ））が得られる。
【０１０１】
ＬＰＦ８５は、ＰＳＤ８４の出力信号から交流成分を除去して直流成分を取り出すことによって、測定信号Ｓ（ｔ）の直流成分を出力する。これによって、雑音に埋もれた目的の信号のみを直流分の最大値として取り出すことができる。
【０１０２】
図１１は、実施の形態３における血糖値センサ８０の動作手順を表わすフローチャートである。
【０１０３】
赤外光源から出射された赤外光はＡＴＲプリズム内で反射を繰り返し、赤外光検出器に入射するが、赤外光検出器で検出される信号は微弱信号の場合があるため、高い信号雑音比ＳＮの信号を得る必要がある。
【０１０４】
ステップＳ３００において、赤外光源３２が赤外光を出力する。
ステップＳ３０１において、ＡＴＲプリズム２０を被験者の皮膚表面６０に接触させる。
【０１０５】
ステップＳ３０２において、制御部５０は、ＡＴＲプリズム２０の変位の振動数ｆを設定する。
【０１０６】
ステップＳ３０３において、制御部５０は、プリズム振動制御部５２の振動数ｆでの振動を開始させることによって、ＡＴＲプリズム２０の変位の振動数ｆでの振動を開始させる。
【０１０７】
この時、ＡＴＲプリズム２０の振動は振動の上下動作において、測定対象である被験者の皮膚表面６０から離れない動作幅であれば良く、例えば図２の弱密着状態と図３の強密着状態を行き来するような動作であれば良い。
【０１０８】
ステップＳ３０４において、制御部５０は、赤外光検出器３０に、所定の間隔で放射赤外光１１ｃの強度を検出させて、制御部５０へ出力させる。制御部５０は、取得した放射赤外光１１の強度を表わす測定信号Ｓ（ｔ）を生成する。
【０１０９】
ステップＳ３０５において、制御部５０は、振動数ｆの参照信号Ｒ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋ｂ）をロックインアンプ７０に出力する。
【０１１０】
ステップＳ３０６において、ロックインアンプ７０のプリアンプ８１は、赤外光検出器３０から所定の間隔で出力される放射赤外光１１ｃの強度を表わす測定信号Ｓ（ｔ）を所望の電圧に増幅する。ロックインアンプ７０の波形整形回路８２は、参照信号Ｒ（ｔ）を矩形波に整形する。ロックインアンプ７０の位相回路８３は、矩形波の参照信号Ｒ′（ｔ）と測定信号Ｓ（ｔ）との間の位相差を「０」に調整する。ロックインアンプ７０のＰＳＤ８４は、測定信号Ｓ（ｔ）と参照信号Ｒ′（ｔ）の信号波形の乗算（掛け算）を行う。位相回路８３によって位相差を「０」に調整することによって、ＰＳＤ８４は、最大の直流成分と、２倍の振動数の交流成分を出力する。
【０１１１】
ステップＳ３０７において、ロックインアンプ７０のＬＰＦ８５は、ＰＳＤ８４の出力信号から交流成分を除去して直流成分を取り出すことによって、測定信号Ｓ（ｔ）の直流成分を出力する。測定信号Ｓ（ｔ）がＡｓｉｎ（ωｔ＋ａ）で表される場合には、Ａ／２が出力される。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態によれば、目的の信号の最大の直流値が得られ、測定精度を上げることが可能となる。
【０１１３】
（付記）
実施の形態３の生体物質測定装置（８０）は、以下の特徴を備える。
【０１１４】
（１）  生体物質測定装置（８０）は、赤外光検出器（３０）から出力された信号が入力されるロックインアンプ（７０）をさらに備える。
【０１１５】
これによって、赤外光検出器（３０）から出力された信号が、ノイズに埋もれた微小な大きさであっても、検出することができる。
【０１１６】
（２）  制御部（５０）は、ロックインアンプ（７０）に入力される参照信号の周波数と同じ周波数でＡＴＲプリズム（２０）が振動するようにプリズム振動制御部（５２）を制御する。
【０１１７】
これによって、ロックインアンプ（７０）は、赤外光検出器（３０）から出力された信号の最大の直流値を出力するので、測定精度を上げることができる。
【０１１８】
実施の形態４．
上述の実施形態で説明したように、反射する境界面ではエバネッセント光が発生して被測定皮膚に侵入する。その際、エバネッセント光が水、糖、およびその他生体物質によって吸収および散乱するため、ＡＴＲプリズム２０を伝搬する赤外光の強度が減衰する。このエバネッセント光の侵入長ｄｐは、プリズムの屈折率ｎ１、被測定物の屈折率ｎ２、入射角θ、使用波長λによって、以下の式で表される。
【０１１９】
【数１】
0006739550.tif 000002
【０１２０】
図１２は、ある屈折率ｎ１とｎ２における赤外光の入射角に対するエバネッセント光の侵入長の例を示す図である。
【０１２１】
図１２に示すように、入射角４０°で、エバネッセント光の侵入長が極大値となる。入射角を少し変えるだけで、エバネッセント光の侵入長が大きく変化する。
【０１２２】
図１３は、実施の形態４の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を表わす図である。図１３の血糖値センサ８０が、図２の実施の形態１の血糖値センサ８０と相違する点は、図１３の血糖値センサ８０が、角度調整部９０ａおよび９０ｂを備える点である。
【０１２３】
角度調整部９０ａは、赤外光源３２とＡＴＲプリズム２０の間に設けられる。角度調整部９０ａは、ミラーまたはレンズで構成される。角度調整部９０ａは、ＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射角を調整する。
【０１２４】
角度調整部９０ｂは、ＡＴＲプリズム２０と赤外光検出器３０の間に設けられる。角度調整部９０ｂは、ミラーまたはレンズで構成される。角度調整部９０ｂは、ＡＴＲプリズム２０から出射された赤外光が赤外光検出器３０に向かうように、赤外光の進行方向を調整する。
【０１２５】
エバネッセント光の侵入長が極大値となるＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射角をθ0としたときに、角度調整部９０ａは、侵入長が担保できる範囲内で、入射角をθ0を中心に周期的に変化させる。これによって、ＡＴＲプリズム２０への入射角が一定の幅で振動し、エバネッセント光の侵入長が大→小→大と周期的に変化する。角度調整部９０ｂは、角度調整部９０ａに同期して、ＡＴＲプリズム２０からの出射光の角度を調整する。
【０１２６】
ＡＴＲプリズム２０の端面２０ｄの角度は、角度調整部９０ａが存在しないときに、放射赤外光１１ｃが赤外光検出器３０に垂直に入射されるように設定されている。角度調整部９０ａによる赤外光の入射角の調整によって、ＡＴＲプリズム２０から出射される赤外光の出射角が変化するが、角度調整部９０ｂによって、ＡＴＲプリズム２０から出射された赤外光の進行方向を調整することによって、放射赤外光１１ｃが赤外光検出器３０に垂直に入射されるようにすることができる。角度調整部９０ａによる入射角の調整量に対して、角度調整部９０ｂの角度の調整量をどれだけにすべきかは、予め求めておくことができる。
【０１２７】
図１２の例では、ＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射角が、３８°→４１°→３８°と周期的に変化するように、角度調整部９０ａは、ＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射光の角度を周期的に調整する。ＡＴＲプリズム２０から出射された赤外光が赤外光検出器３０に垂直に入射するように、角度調整部９０ｂが、角度調整部９０ａと同期して、ＡＴＲプリズム２０から出射された赤外光の進行方向を周期的に調整する。
【０１２８】
角度調整部９０ａおよび角度調整部９０ｂの角度の調整周期は、実施の形態１におけるプリズム振動制御部５２の振動周期と一致する。
【０１２９】
実施の形態１によると、プリズム振動制御部５２は、強密着状態と弱密着状態とを繰り返す。本実施の形態では、角度調整部９０ａは、振動の１周期の間の弱密着状態において、ＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射角が最大となり、振動の１周期の間の強密着状態において、ＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射角が最小となるように、ＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射角を調整する。これによって、強密着状態では、エバネッセント光が被測定物により深く侵入し、弱密着状態ではエバネッセント光がより浅く侵入する。
【０１３０】
以上のように、本実施の形態によれば、ＡＴＲプリズム２０への赤外光の入射角を変化させることによって、実施の形態１におけるＡＴＲプリズム２０を振動させる方法と同様に、強密着状態における赤外光の強度と弱密着状態における赤外光の強度を求めることができる。これにより、本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、被測定皮膚４０内の生体物質の量を精度よく測定することができる。
【０１３１】
（付記）
実施の形態４の生体物質測定装置（８０）は、以下の特徴を備える。
【０１３２】
（１）生体物質測定装置（８０）は、赤外光源（３２）とＡＴＲプリズム（２０）の間に設けられ、ＡＴＲプリズム（２０）への赤外光の入射角を調整するための第１の角度調整部（９０ａ）と、ＡＴＲプリズム（２０）と赤外光検出器（３０）の間に設けられ、ＡＴＲプリズム（２０）から出射された赤外光の進行方向を調整するための第２の角度調整部（９０ｂ）とを備える。
【０１３３】
これによって、被測定皮膚（４０）内の生体物質の量を精度よく測定することができる。
【０１３４】
（２）  生体物質測定装置（８０）は、赤外光源（３２）とＡＴＲプリズム（２０）の間に設けられた角度調整部（９０ａ）を備える。角度調整部（９０ａ）は、振動の１周期の間の弱密着状態において、ＡＴＲプリズム（２０）への赤外光の入射角が最大なり、かつ振動の１周期の間の強密着状態において、ＡＴＲプリズム（２０）への赤外光の入射角が最小となるように、ＡＴＲプリズム（２０）への赤外光の入射角を調整する。
【０１３５】
これによって、さらに高い検出感度を得ることができる。
実施の形態５．
図１４は、実施の形態５の携帯型の非侵襲の血糖値センサ８０の構成を表わす図である。図１４の血糖値センサ８０が、図９の実施の形態３の血糖値センサ８０と相違する点は、図１４の血糖値センサ８０が、角度調整部９０ａおよび９０ｂを備える点である。
【０１３６】
角度調整部９０ａおよび角度調整部９０ｂは、実施の形態４で説明したものと同様に配置され、同様に動作する。
【０１３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３８】
１１ａ  入射赤外光、１１ｂ  伝搬赤外光、１１ｃ  放射赤外光、２０  ＡＴＲプリズム、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  ＡＴＲプリズム端面、３０  赤外光検出器、３２  赤外光源、４０  被測定皮膚、５０  制御部、５２  プリズム振動制御部、５４  ディスプレイ、６０  皮膚表面、８０  血糖値センサ、８１  プレアンプ、８２  波形整形回路、８３  位相回路、８４  ＰＳＤ、８５  ＬＰＦ、９０ａ，９０ｂ  角度調整部。
【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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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