(57)【要約】      （修正有）【課題】施光角測定方式において、安定した測定結果を得る。【解決手段】検体１０５に照射する測定用の光学系（ａ）の他に、参照用の光学系（ｂ）を付加し、参照用の光学系から得られた値を用いて測定結果を補正することにより安定した濃度測定が可能となる。更に、参照用の光線を取り出す際のビームスプリッタ１０４の角度を鋭角に限定する、ビームスプリッタに照射する直線偏光の偏光面をあらかじめ定めておくという手法を用いることにより更に測定結果を安定させることが可能となる。【選択図】      図１
2004279250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を出力する光源と、光線を直線偏光に変換する偏光子と電気光学的な旋光角度変調素子としての液晶素子と、光強度検出手段とを備え、検体中の旋光性物質による旋光角を測定することにより該検体中の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、測定結果を補正するための参照用の光学系を有する濃度測定装置。
【請求項２】
前記直線偏光から前記参照用の光学系に入射させる直線偏光を取り込むビームスプリッタを有し、該ビームスプリッタへの入射光と該ビームスプリッタからの反射光の成す角度が３０°以下となるように該ビームスプリッタを配置することを特徴とする請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記ビームスプリッタに入射させる前記直線偏光の偏光面が前記ビームスプリッタに対してｓ波成分を中心に変動するように、前記偏光子または前記電気光学的な旋光角度変調素子を配置することを特徴とする請求項２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記検体は尿であり、前記検体中の旋光性物質は尿中グルコースまたは尿中アルブミンであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記検体は果物であり、前記検体中の旋光性物質は果糖であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体中に含まれる旋光性物質の濃度、特に、グルコース、果糖などの糖類やアルブミンなどのタンパク類等の濃度を測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
旋光性を持った物質を含む検体における旋光性物質の濃度を測定する手段として、検体に光を照射しその旋光角から濃度を求める方法は有用であるといえる。例えばグルコースの濃度を測定する方法としては、酵素を用いた測定方法などが一般的である。しかし、この様な方法では装置の一部が検体に触れる必要があり、また、測定原理上測定回数に限度があるため一定期間ごとに装置の一部を交換するなどの処置を行う必要が生じる。
【０００３】
その点、光を用いる旋光角測定方式に於いては直接検体に触れることなく測定することが可能であるため、比較的長い期間において特にメンテナンス等を必要とせず装置の使用が可能である。ここで、その期間は光源の寿命に依存するものである。
【０００４】
旋光角測定方式の原理は次式、
θ（λ）＝α（λ）・ｃ・ｌ
で表される。ここで、θ（λ）は光線の波長をλとしたときの旋光角、α（λ）は光線の波長をλとしたときの比旋光度、ｃは旋光性物質の濃度、ｌは光路長である。これより、比旋光度αと光路長ｌは測定前に既知であるため、旋光角θ（λ）を測定することにより、旋光性物質の濃度ｃが求まる。
図３は一般的な旋光角測定装置例の概略図である（たとえば非特許文献１参照）。光源３０１より出射した光線を第一の偏光子３０２に照射する。第一の偏光子３０２によって光線は第一の偏光子３０２の透過軸方向に光軸を持つ直線偏光となり、次に直線偏光を旋光角度変調素子３０３に照射する。旋光角度変調素子３０３を通過する際に直線偏光は旋光するが、仮に旋光角度変調素子３０３が電気光学的なものだとすると直線偏光の旋光角度は外部より印加する電圧に依存する。次に旋光した直線偏光を検体３０４に照射する。ここで、直線偏光は検体３０４を通過する際、検体３０４中に含まれる旋光性物質によってある程度旋光される。次に検体３０４を通過した光線を第二の偏光子３０５に照射することで、第二の偏光子３０５の透過軸方向の光線のみが透過し、光検出器３０６の受光部に到達する。光検出器３０６は受光した光線の強度変化を電圧変化として出力するものである。従って光検出器３０６からの出力電圧の旋光角変調素子３０３に印加する電圧に対する依存性を測定することにより、検体３０４による旋光角θを測定することが出来る。
【０００５】
【非特許文献１】
佐藤勝昭著「光と磁気」朝倉書店、１９８８年４月５日、ｐ．５〜１１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法により原理的には旋光角を求めることは可能だが、実際の測定を行うと、温度等の様々な外乱の影響により安定した測定結果を得ることは難しい。これは例えば温度に関しては温度変化により、レーザの出力強度、旋光角度変調素子の旋光量、旋光性物質の比旋光度等がそれぞれ変化してしまう可能性があるためである。
【０００７】
そこで本発明では上記の課題を解決して、旋光性物質の濃度を測定する方法として旋光角測定方式を用い、かつ、安定した測定結果を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために本発明による濃度測定装置は、下記に記載の手段を採用する。すなわち本発明は、光線を出力する光源と、光線を直線偏光に変換する偏光子と電気光学的な旋光角度変調素子としての液晶素子と、光強度検出手段を備え、検体中の旋光性物質による旋光角を測定することにより検体中の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置において、測定用の光学系に測定結果を補正するための参照用の光学系を付加したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の濃度測定装置は、直線偏光から参照用の光学系に入射させる直線偏光を取り出す際にビームスプリッタを用い、ビームスプリッタへの入射光とビームスプリッタからの反射光の成す角度が３０°以下の鋭角となるようにビームスプリッタを配置することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の濃度測定装置は、ビームスプリッタに入射させる直線偏光の偏光面がビームスプリッタに対してｓ波成分を中心に変動するように、偏光子もしくは電気光学的な旋光角度変調素子を配置することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の濃度測定装置は、検体が尿であり検体中の旋光性物質が尿中グルコースもしくは尿中アルブミンである場合により有用である。
【００１２】
また、本発明の濃度測定装置は、検体が果物であり検体中の旋光性物質が果糖である場合により有用である。
【００１３】
（作用）
検体中の旋光性物質による旋光角を測定することにより検体中の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置において、検体に照射する測定用の光学系の他に、測定結果を補正するための参照用の光学系を付加し、更に参照用の光線を取り出す際のビームスプリッタの角度を鋭角に限定することにより測定外乱の影響を受けにくく安定した測定結果を得ることが可能となる。また、ビームスプリッタに照射する直線偏光の偏光面をあらかじめ定めておくという手法を用いても測定結果を安定させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を利用した濃度測定装置の最適な実施形態を説明する。
【００１５】
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態の例である。図１において光源１０１より出射された光線を第一の偏光子１０２に照射する。ここで、光源１０１はレーザダイオードなど、ある一定の波長の光線を出射するものである。第一の偏光子１０２によって光線は第一の偏光子１０２の透過軸方向に光軸を持つ直線偏光となる。次に直線偏光を電気光学的な旋光角度変調素子である液晶素子１０３に照射する。この際、液晶素子１０３への印加電圧Ｖｌｃｄに応じて液晶素子を通過する光線の偏光面が回転する。次に液晶素子１０３を通過した光線をビームスプリッタ１０４に照射する。この際、ビ−ムスプリッタ１０４への入射光とビームスプリッタ１０４からの反射光の成す角度をθ１とし、ビームスプリッタ１０４の素材としてはガラス等を用いる。ここで、ビームスプリッタ１０４による透過光は測定用の光学系（ａ）に入射し、反射光は測定結果を補正するための参照用の光学系（ｂ）に入射する。
【００１６】
測定用の光学系（ａ）に関しては、透過光は検体１０５に照射する。ここで、検体１０５は未知の濃度の旋光性物質が含まれるものであり、そのため検体１０５を通過した後の光線は通過前と比べて旋光したものとなる。次に検体１０５を透過した光線を第二の偏光子１０６に照射する。光線は第二の偏光子１０６を通過する際、その透過軸方向の光線のみが透過し、第一の光検出器１０７の受光部に到達する。第一の光検出器１０７は受光した光線の強度変化を電圧変化として出力するものである。従って光学系（ａ）の系に於いては、第一の光検出器１０７からの出力電圧Ｖｏｕｔ１が得られる。
【００１７】
次に、測定結果を補正するための参照用の光学系（ｂ）に関しては、ビームスプリッタ１０４からの反射光を第三の偏光子１０８に照射する。光線は第三の偏光子１０８を通過する際、その透過軸方向の光線のみが透過し、第二の光検出器１０９の受光部に到達する。従って光学系（ｂ）の系に於いては、第二の光検出器１０９からの出力電圧Ｖｏｕｔ２が得られる。
【００１８】
本来、外乱因子がなにもなく測定結果にばらつきが見られない場合には、光学系（ａ）からの出力電圧Ｖｏｕｔ１と液晶素子への印加電圧Ｖｌｃｄより旋光角を求めることが可能であるが、実際には温度や光源からの出力の不安定度のなどの外乱により影響を受けてしまい測定結果がばらついてしまうため、補正用として光学系（ｂ）からの出力電圧Ｖｏｕｔ２を用いる。出力電圧Ｖｏｕｔ１は検体を通過した光線の出力であり、出力電圧Ｖｏｕｔ２は検体を通過しない光線の出力であるため、両者の差を測定することにより、検体中の旋光性物質による旋光角を求めることができる。
【００１９】
またこの際、ビ−ムスプリッタ１０４への入射光とビームスプリッタ１０４からの反射光の成す角度θ１に関しては、３０°以下の鋭角とする。これは反射時に光の偏光状態は少なからず変化してしまうが、上記範囲においては透過光の偏光面の変化と反射光の偏光面の変化に、より相関が得られると考えられるためである。
【００２０】
図２はガラスの反射特性におけるｐ波とｓ波の強度反射率の角度依存性を表す。図２に表示される角度はガラスの法線方向と入射光の成す角を表しており、Ｒｓはｓ波の強度反射率、Ｒｐはｐ波の強度反射率である。また、θＢはブリュースター角を表し、ブリュースター角においてＲｐは０となる。ここで、ガラスに直線偏光を入射した場合を仮定する。入射直線偏光の偏光方向が微少に変化したとき、その入射光の偏光方向が変化した角度と反射光の偏光方向が変化した角度には多少なりともずれが生じ、その大きさはＲｓ／Ｒｐに依存して変化すると考えられる。すなわちブリュースター角付近においてはＲｓ／Ｒｐの値が大きいためずれ量が大きくなってしまう。逆に、ガラスの法線方向と入射光の成す角が１５°以下の領域、すなわち入射光と反射光の成す角度が３０°以下の領域においてはＲｓ／Ｒｐの値が１に近い値となるため、入射光と反射光の偏光面の変化量のずれは非常に小さい。よって、上記範囲において反射させた光線を用いた場合に、より参照系として有効となる。
【００２１】
この場合、測定用の光学系からの出力Ｖｏｕｔ１の値が何らかの外乱の影響でばらついた場合においても、上記で得られた参照用の光学系からの出力Ｖｏｕｔ２の値を用いることにより、外乱の影響によるばらつきを補正でき、検体中の旋光性物質の濃度の安定した測定結果が得られる。
【００２２】
実際に、θ１＝３０°、９０°において同濃度のサンプルの測定を数回行ったときのＶｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の差ΔＶｏｕｔを観察するとそのばらつき範囲は、θ１＝３０°の場合に±０．５ｍＶ以下、θ１＝９０°の場合に±２ｍＶ程度という結果が得られており、鋭角に反射させた光線を参照用に用いた場合により安定した測定結果が得られている。ここでθ１を３０°以下とした場合は図２におけるＲｓ／Ｒｐの値はより１に近い値となるため、上記結果と同程度もしくはそれ以上の安定性が得られることは明らかである。
【００２３】
（第二の実施形態）
次に第二の実施形態について説明する。装置の構成は第一の実施形態と同様であり、光源１０１、第一の偏光子１０２、液晶素子１０３、ビームスプリッタ１０４、検体１０５、第二の偏光子１０６、第一の光検出器１０７、第三の偏光子１０８、第二の光検出器１０９を有し、ビームスプリッタ１０４によって測定用の光学系（ａ）と測定結果を補正するための参照用の光学系（ｂ）に分かれる。しかしこの際、ビームスプリッタ１０４の光線に対する角度は特に言及しない。
【００２４】
第一の実施形態と同様に光源１０１から出射した光線は第一の偏光子１０２を通過し、直線偏光となって液晶素子１０３に照射される。液晶素子１０３を通過した光線は旋光された直線偏光となり１０４に到達する。この際、ビームスプリッタ１０４に到達する光線がビームスプリッタ１０４に対してほぼｓ波成分となるようにする。この方法としては第一の偏光子１０２の透過軸を調節する、あるいは液晶素子の配向面方向を調節するなどが挙げられる。ここで、濃度測定を行う際、液晶素子１０３によって旋光させる旋光角の範囲は非常にわずかである。これは精度の良い測定を行うためである。よってビームスプリッタ１０４に対してｓ波が中心となるように旋光させることによって液晶素子１０３を通過した光線はビームスプリッタ１０４に対してほぼｓ波成分のみとなる。この状態の光線がビームスプリッタ１０４に入射した際、その反射光の偏光状態は図２に示すｐ波とｓ波の反射強度率の比に依存しないため、透過光と比較して非常に相関の良い出力が得られ、参照系として有効である。
【００２５】
第二の実施形態に関しても、測定用の光学系からの出力Ｖｏｕｔ１のばらつきは参照用の光学系からの出力Ｖｏｕｔ２によって補正することができるため、安定した測定結果が得られる。
【００２６】
この方式を用いることで、尿中に含まれる旋光性物質であるグルコース、アルブミン濃度や果物中に含まれる果糖などのより安定した測定が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の濃度測定装置においては、下記に記載する効果を有する。
【００２８】
検体中の旋光性物質による旋光角を測定することにより検体中の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置において、検体に照射する測定用の光学系の他に、参照用の光学系を付加し、参照用の光学系から得られた値を用いて測定結果を補正することにより安定した濃度測定が可能となる。
【００２９】
更に参照用の光線を取り出す際のビームスプリッタへの入射光と反射光の成す角度を鋭角に限定することにより透過光と反射光の偏光面のずれを小さくすることができる。これより、測定用の光学系から得られた値と参照用の光学系から得られた値の非常に良い相関が得られ、安定した濃度測定が可能となる。また、ビームスプリッタに照射する直線偏光の偏光面をビームスプリッタに対してほぼｓ波となるようにあらかじめ定めておくという手法を用いても測定結果を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【図２】ガラスの反射特性におけるｐ波とｓ波の強度反射率の角度依存性を表す図である。
【図３】従来例における旋光角度測定装置の概略図である。
【符号の説明】
１０１  光源
１０２  第一の偏光子
１０３  電気光学的な旋光角度変調素子
１０４  ビームスプリッタ
１０５  検体
１０６  第二の偏光子
１０７  第一の光検出器
１０８  第三の偏光子
１０９  第二の光検出器
【図１】
2004279250.tif 000003
【図２】
2004279250.tif 000004
【図３】
2004279250.tif 000005