(57)【要約】 【課題】  非侵襲的なグルコース濃度測定において、光源の発熱による特性変動の問題を解消しつつ光量を増大させ、Ｓ／Ｎ比を改善して測定精度を向上する。【解決手段】  光源と、該光源から発せられた光を分光する分光器と、該分光器において分光されて生体内に入射された後に、生体内において拡散または透過した光を検出する検出器とを備え、各波長における吸光度に基づいて生体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置であって、光源に、該光源の温度を所定温度に調節する光源温度制御手段を備えるグルコース濃度測定装置１を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源から発せられた光を分光する分光器と、該分光器において分光されて生体内に入射された後に、生体内において拡散または透過した光を検出する検出器とを備え、各波長における吸光度に基づいて生体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置であって、
前記光源に、該光源の温度を所定温度に調節する光源温度制御手段を備えるグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
前記分光器および検出器を含む光学部に、該光学部の温度を所定温度に調節する光学部温度制御手段を備える請求項１に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
前記光学部温度制御手段が、前記分光器および検出器を冷却するペルチェ素子を備える請求項２に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項４】
前記光学部温度制御手段が、冷却水を流通させた熱交換プレートを備え、前記分光器および検出器を冷却するペルチェ素子、およびその他の光学部を構成する部材が前記熱交換プレート上に搭載されている請求項３に記載のグルコース濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、グルコース濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、糖尿病の判断のために血中グルコース濃度測定が行われており、特に、糖尿病患者のインシュリン投与量を決定する血糖値を検査するために、グルコース濃度の測定が行われている。グルコース濃度の測定は、一般に、指や腕から採取した血液を直接分析することにより行われている。患者の体内における血液中のグルコース濃度は、食事の前後や運動後などの測定条件によって変化するため、正確な血糖値を得るためには、頻繁なグルコース濃度測定が必要である。
しかしながら、採血した血液を直接分析する上記方法は、グルコース濃度の測定の度に注射針等を刺して採血しなければならず、患者にかかる負担が大きいという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、指、腕、耳朶などの生体組織に対し、外部から近赤外光を照射して生体内で拡散させ、生体外に出射された光を検出する非侵襲的なグルコース濃度測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の方法は、複数本の発光ファイバと複数本の受光ファイバとを束ねて構成した光ファイババンドルを用意し、該光ファイババンドルを構成する各光ファイバの先端面を生体表面に接触状態に配置する。そして、ハロゲンランプから複数の発光ファイバに集光した近赤外光をそれら発光ファイバの先端面から照射することにより、生体内に入射させ、生体内において拡散されて生体表面から生体外に戻る光を複数の受光ファイバにおいて受光するとともに、受光された光のスペクトルを分析することによりグルコースの濃度を算出するものである。
【特許文献１】特開２０００−１３１３２２号公報（図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される方法のように、光によって非侵襲的にグルコース濃度を測定する方法の場合には、生体内から得られる光信号がごく微量であるため、如何にして測定精度を向上するかが課題である。
この課題を解決するためには、ランプの発光量を増大させる必要があるが、この場合には、装置が大型化したり発熱量が増大したりする問題が考えられる。出力を一定にするように光源を制御する場合に、発熱により光源温度が上昇すると、全体的な出力自体は一定に保たれるものの、波長帯域ごとの出力値のバランスが変動する可能性があり、測定精度の低下を来す不都合が考えられる。
【０００５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光源の発熱による特性変動の問題を解消しつつ光量を増大させ、Ｓ／Ｎ比を改善して測定精度を向上し得るグルコース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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、光源と、該光源から発せられた光を分光する分光器と、該分光器において分光されて生体内に入射された後に、生体内において拡散または透過した光を検出する検出器とを備え、各波長における吸光度に基づいて生体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置であって、前記光源に、該光源の温度を所定温度に調節する光源温度制御手段を備えるグルコース濃度測定装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、光源から発せられた光が分光器に入射される。分光器において分光された光は、生体に入射された後、生体内において拡散または透過させられて生体外に放出され、検出器において検出される。生体内において拡散または通過させられた光は、生体内におけるグルコース濃度によって特定の波長の光を吸収されており、検出器において検出された光を分析し、その吸光度を求めることにより生体内のグルコース濃度が測定されることになる。
【０００８】
この場合において、本発明によれば、光源温度制御手段の作動により、光源温度が所定温度に調節されるので、光源の過大な温度上昇を回避することができる。その結果、光源自体の波長特性の変動を防止して、光源から出射される光の中の波長帯域ごとの出力値のバランスを一定に保つことができる。したがって、測定時間の経過にかかわらず、各波長において一定の光強度を有する光を生体に向けて出射でき、検出信号の変動を防止して測定精度を向上することができる。
【０００９】
上記発明において、前記分光器および検出器を含む光学部に、該光学部の温度を所定温度に調節する光学部温度制御手段を備えることが好ましい。
光学部温度制御手段の作動により、分光器及び検出器を含む光学部の温度が所定温度に調節されるので、温度変動による各装置の特性変動を防止して、測定精度をさらに向上することが可能となる。
【００１０】
また、上記発明においては、前記光学部温度制御手段が、前記分光器および検出器を冷却するペルチェ素子を備えることが好ましい。
ペルチェ素子の作動により、特に温度管理が必要とされる分光器および検出器の温度をより精密に調節することが可能となる。
【００１１】
さらに、上記発明においては、前記光学部温度制御手段が、冷却水を流通させた熱交換プレートを備え、前記分光器および検出器を冷却するペルチェ素子、およびその他の光学部を構成する部材が前記熱交換プレート上に搭載されていることが好ましい。
この発明によれば、熱交換プレート内に冷却水を流通させることによって、より安定的に温度制御することが可能となる。熱交換プレート上にはペルチェ素子、その他の光学部を構成する部材が搭載されているので、これらの部材がより安定的に温度制御され、急激な温度変動を抑制して測定精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源が温度制御されることにより、全体的な出力値を一定に保ちながら、波長帯域ごとの出力値のバランスも変動させないようにしてグルコース濃度の測定を継続することができる。その結果、光源の温度変化による波長特性の変動を未然に防止して、測定精度を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係るグルコース濃度測定装置について図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１は、図１に示されるように、生体Ａに照射する光を発生するアークランプからなる光源２と、該光源２から出射された光を分光する分光器３と、該分光器３から出射された光を検出する参照光検出器４と、前記分光器３から出射された光を生体Ａに向けて照射するとともに、生体Ａ内で拡散あるいは透過した光を生体Ａ外部において受光する測定プローブ５と、該測定プローブ５により受光された光を検出する信号光検出器６と、該信号光検出器６により検出された光のスペクトルに基づいて生体Ａ内のグルコース濃度を算出する演算部７とを備えている。これら光源２、分光器３、参照光検出器４、信号光検出器６および演算部７は、本体ケーシング８内に収容されている。
【００１４】
本体ケーシング８内には、光源２を含む光源部９と、分光器３、参照光検出器４、信号光検出器６および演算部７を含む光学部１０とを密封状態に区画する隔壁１１が設けられている。隔壁１１の一部には貫通穴１２が設けられている。該貫通穴１２には、該貫通穴１２を密封状態に閉塞する光学的に透明な材質、例えば、ガラス板材からなる窓部材１３が配置されている。
【００１５】
窓部材１３は、貫通穴１２の開口面積より大きな面積を有し、貫通穴１２を閉塞するように配置されるとともに、貫通穴１２の全周にわたって塗布されたシリコーンゴム１４によって隔壁１１に固定されることにより、貫通穴１２を密封して、光源部９と光学部１０との間で空気が流通しないように遮断している。
【００１６】
前記光源部９には、所定の温度、例えば、室温（２０〜２８℃）に調節された空気を光源２の周囲に流通させるよう供給する空冷装置（光源温度制御装置）１５が配置されている。光源２であるアークランプは、大光量を照射できるが、その分、発熱量も多いため、温度変化によって波長特性が変化することがある。このため、空冷装置１５によって冷却することにより、光源２の温度を一定に保持して、光源２自体の波長特性の変動を防止することができるようになっている。空冷装置１５は、光源２に対して空気を供給するファン１５ａと、ファン１５ａの出口に配置され、供給空気の温度を測定するセンサ１５ｂと、該センサ１５ｂの検出信号に基づいてファン１５ａにより供給する空気を温度調節する温度調節手段１５ｃとを備えている。
【００１７】
前記光源部９内の光源２と、前記光学部１０内の分光器３とは、前記窓部材１３を挟んで対向配置されている。光源２から発せられた光は、窓部材１３を通過して光学部１０内の分光器３に入射され、そこで、分光されることにより、所定の波長の光として、測定プローブ５に向けて出射されるようになっている。
【００１８】
前記分光器３は、入力された高周波信号の周波数に応じて、入射された光の内の特定の波長の光のみをさらに偏光して出射する音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ：Acoust-Optic
Tunable Filter、以下、ＡＯＴＦという。）１６と、該ＡＯＴＦ１６に高周波信号を供給して制御するフィルタ制御部１７とを備えている。
前記フィルタ制御部１７は、ＡＯＴＦ１６に対して特定の周波数の高周波信号を供給する。フィルタ制御部１７からＡＯＴＦ１６に供給される高周波信号の周波数は、所定の速度で順次変更されるようになっている。
【００１９】
また、フィルタ制御部１７は、ＡＯＴＦ１６に対して高周波信号を供給するのと同期して、該高周波信号を後述する演算部７に供給するようになっている。図中、符号１８は、高周波信号の基本周波数を発生する発振器、符号１９は加算器を示している。これにより、ＡＯＴＦ１６および演算部７には、発振器１８から供給される基本周波数とフィルタ制御部１７から供給される周波数とが加算された周波数の高周波信号がそれぞれ入力されるようになっている。
【００２０】
ＡＯＴＦ１６から出力された偏光された光は、光ファイバ２０，２１によって本体ケーシング８の出口まで導かれるようになっている。このＡＯＴＦ１６の出口に配置された光ファイバ２０は、特に制限されるものではないが、光源からの光をより多く取り込むために、比較的コア径の大きなマルチモードファイバが採用されることが好ましい。
【００２１】
また、この光ファイバ２０，２１の間には、ＡＯＴＦ１６から入射されてきた光を２方向に分岐させる光分岐部２２が設けられている。この光分岐部２２は、例えば、図２に示されるように、光ファイバ２０の端面に対向して配置されたコリメートレンズ２３と、該コリメートレンズ２３によりコリメートされた光を２方向に分岐させるビームスプリッタ２４と、分岐されたコリメート光を２本の光ファイバ２１，２５に集光させる２つの集光レンズ２６，２７とを備えている。
【００２２】
分岐後の一方の光ファイバ２１は、前記本体ケーシング８の出口に接続され、もう一方の光ファイバ２５は、分岐された光を参照光検出器４に導くように構成されている。光分岐部２２におけるビームスプリッタ２４の分岐比率は、例えば、本体ケーシング８の出口側に向かう測定光が９５％、参照光検出器４に向かう参照光が５％程度となるように設定されている。
【００２３】
本体ケーシング８の出口にはコネクタ２８が設けられており、前記光分岐部２２において分岐された一方の光ファイバ２１が接続されている。また、本体ケーシング８の外側には、生体Ａ組織表面に接触させられる測定プローブ５が設けられ、該測定プローブ５と前記コネクタ２８とが照射用光ファイバ２９によって接続されている。コネクタ２８における光ファイバ２１，２９の接続は、同径のコアを有する光ファイバ２１，２９の端面どうしを突き当てるように配置することにより行われている。光ファイバ２１，２９の端面は、例えば、ＰＣ研磨されており、一方の光ファイバ２１の端面から発せられた測定光を効率よく他方の光ファイバ２９内に引き渡すことができるようになっている。
【００２４】
前記測定プローブ５には、その先端面５ａに、図３に示されるように、中心に１本の照射用光ファイバ２９が配置され、その周囲に間隔をあけて複数本の受光用光ファイバ３０が配置されている。すなわち、測定プローブ５の先端面５ａを生体Ａ組織表面に密着させた状態で装置を作動させることにより、測定プローブ５の中心から出射された測定光は、生体Ａ内に入射され、拡散あるいは透過させられた後に、生体Ａ表面に戻り、照射用光ファイバ２９の周囲に配置されている受光用光ファイバ３０によって信号光として受光されるようになっている。
【００２５】
各受光用光ファイバ３０と照射用光ファイバ２９との間の距離は、照射用光ファイバ２９から出射された測定光が、所定の光路長を経て受光用光ファイバ３０に受光されるような距離に設定されている。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１の場合には、グルコースを多く含む真皮領域にまで測定光が進達するように、約０．４〜０．８ｍｍの距離をあけて配置されている。これにより、受光用光ファイバ３０により受光される信号光は、生体Ａ組織内を真皮の深さまで進達した光を多く含んでいるようになる。受光用光ファイバ３０は、束ねられることによりファイババンドルを形成し、他のコネクタ３１により本体ケーシング８に接続されている。
【００２６】
参照光検出器４および信号光検出器６は、例えば、ＰｂＳセンサ、あるいは、ＩｎＧａＡｓセンサである。参照光検出器４は、上述したように、光分岐部２２において分岐された一方の光ファイバ２５の端面にレンズ４０を介して対向配置されており、該光ファイバ２５から出射されてきた参照光を検出して検出信号を出力するようになっている。また、信号光検出器６は、前記ファイババンドルを構成している受光用光ファイバ３０の端面にレンズ４０を介して対向配置されており、これら受光用光ファイバ３０により受光され伝播されてきた信号光を検出して検出信号を出力するようになっている。
【００２７】
前記演算部７は、前記信号光検出器６の検出信号および前記参照光検出器４の検出信号をそれぞれ増幅するアンプ３２と、該アンプ３２から出力された電気信号から特定の周波数の信号のみを抽出するロックイン検波器３３と、該ロックイン検波器３３から出力された電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３４と、該Ａ／Ｄ変換器３４から出力されたディジタル信号に基づいてグルコース濃度を算出するコンピュータ３５とを備えている。
【００２８】
前記ロックイン検波器３３は、前記フィルタ制御部１７から供給された高周波信号を受信して、アンプ３２からの電気信号から、高周波信号の周波数に一致する周波数成分の電気信号のみを抽出するようになっている。
また、コンピュータ３５は、ロックイン検波器３３により抽出された電気信号をＡ／Ｄ変換した出力信号と、前記フィルタ制御部１７から供給された高周波信号の周波数に対応してＡＯＴＦ１６から発せられる光の波長信号とを入力されるようになっている。
【００２９】
これにより、コンピュータ３５においては、Ａ／Ｄ変換器３４から得られた複数の出力信号と、フィルタ制御部１７から得られた各出力信号に対応する波長信号とから得られる出力信号のスペクトル分布に基づいて、特定の波長領域、例えば、波長１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値からグルコース濃度が演算されるようになっている。
なお、コンピュータ３５には、ディスプレイ（図示略）が備えられており、コンピュータ３５において演算されたグルコース濃度値が表示されるようになっている。
【００３０】
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置は、図１に示されるように、前記ＡＯＴＦ１６，光分岐部２２および光検出器４，６を搭載する熱交換プレート３６を備えている。熱交換プレート３６は、例えば、銅または銅合金のような熱伝導率の高い金属材料からなるプレートであって、内部に、冷却媒体を流通させる冷却媒体パイプ３７を備えている（図４参照）。
【００３１】
さらに具体的には、図４に示されるように、ＡＯＴＦ１６および光検出器４，６は、それぞれペルチェ素子３８，３９に搭載されて、ＡＯＴＦ１６は、略室温（２０℃〜２８℃）、光検出器４，６は、ー２０℃〜ー３０℃の範囲において、±０．１℃の精度で温度調整されるようになっている。そして、ＡＯＴＦ１６および光検出器４，６をそれぞれ冷却しているペルチェ素子３８，３９は、前記熱交換プレート３６に接触するように搭載されており、ＡＯＴＦ１６や光検出器４，６を冷却するために発生する熱を熱交換プレート３６によって冷却するようになっている。また、光分岐部２２は、直接熱交換プレート３６に接触状態に搭載され、熱交換プレート３６によって冷却されるように構成されている。
【００３２】
前記熱交換プレート３６内を流通させられる冷却媒体は、例えば、水であって、１０℃〜１５℃一定となるように制御されている。冷却媒体パイプ３７は、温度管理を最も必要とされる光検出器４，６の近傍から熱交換プレート３６内に入るように構成されている。
冷却媒体は、水に限られないが、温度安定のためには、熱容量の高い流体が好ましい。
【００３３】
なお、図４中において、符号４１は本体ケーシング８を支持するゴムダンパ等の振動吸収部材である。ゴムダンパ４１により、本体ケーシング８全体の振動が吸収され、内部の光学系を安定した状態に保持して、測定精度の変動を防止することができる。なお、ゴムダンパ４１は、図４に示されるように本体ケーシング８を支持するように設ける場合の他、本体ケーシング８と熱交換プレート３６との間および本体ケーシング８と光源２との間に設けてもよい。また、光源部９と光学部１０とが別体とされる場合には、図５に示されるように、剛性の高い固定用のプレート４４等によってそれらをリジッドに固定することとしてもよい。この場合、光源部９と光学部１０との接続を大口径のパイプ４５とリングネジ４６との締結によって行い、口径の大きな光を通過可能としつつ、両者の距離を調整可能としてもよい。
【００３４】
このように構成された本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１を用いて生体Ａ内の体液のグルコース濃度を測定するには、測定プローブ５の先端面５ａを生体Ａ、例えば、指先の表面に密着させる。なお、測定部位は、指先の他、掌、前腕等でもよい。
【００３５】
この状態で、光源２を作動させる。光源２としてアークランプを用いているので、光源２からは大光量の光が出射される。また、光源２を作動させると、光源２が発熱することになる。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、光源部９に設けられた空冷装置１５が作動させられることにより光源２が一定温度に温度調節される。したがって、光源２自体の温度変化による波長特性の変動を抑えながら、大光量の光を出射することが可能となる。
【００３６】
この場合において、光源部９内には、空冷装置１５の作動により、光源２の周囲に冷却空気流が発生させられる。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、光源２を含む光源部９と、その他の光学素子を含む光学部１０とが隔壁１１によって区画されているので、光源部９内を流通する空気流や光源部９内の熱が隔壁１１によって遮断され、光学部１０に漏れないように保持される。すなわち、光源２により加熱された空気が、光学部内のＡＯＴＦ１６、参照光検出器４、信号光検出器６等の周囲に流通されないので、ＡＯＴＦ１６等が周囲からの熱影響を受けることがなく、温度ドリフトや特性変動による測定精度の低下を防止することができる。
【００３７】
一方、光源２から発せられた光は、隔壁１１に設けられた窓部材１３を通過させられてＡＯＴＦ１６に入射させられる。窓部材１３は、光源２に対向して配置されているので、光源２からの輻射熱により加熱され、熱変形させられる。本実施形態によれば、窓部材１３は隔壁１１にリジッドに固定されているのではなく、隔壁１１に設けられた貫通穴１２の全周にわたって塗布されたシリコーンゴム１４によって貫通穴１２を密封するように隔壁１１に取り付けられているので、窓部材１３が熱変形しても、シリコーンゴム１４が変形して窓部材１３の変形を吸収し、窓部材１３に過大な応力が発生することがない。また、シリコーンゴム１４によって窓部材１３と貫通穴１２とが密閉状態に接着されているので、光源部９から光学部１０への空気の流入が遮断されることになる。
【００３８】
ＡＯＴＦ１６を作動させるには、ＡＯＴＦ１６により分光する測定光の波長に対応する周波数の高周波信号をフィルタ制御部１７からＡＯＴＦ１６に供給する。これにより、入射された光から所定波長の測定光が分光されて出射されることになる。
【００３９】
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、ＡＯＴＦ１６の出射部にマルチモードファイバ２０が接続されているので、分光時に測定光の出射角度が変動しても、あるいは、光学系の機械的なズレや変形が生じても、ＡＯＴＦ１６から出射された測定光はコア径の大きなマルチモードファイバ２０に漏れなく入射されることになる。その結果、光源２から発せられた光が無駄なく測定プローブ５に送られるので、生体Ａから得られる信号光の光量を最大限に確保することができる。そして、受光量を大きく確保することでＳ／Ｎ比を改善し、測定精度を向上することができるという効果がある。
【００４０】
ＡＯＴＦ１６から出射された測定光は、光ファイバ２０を介して光分岐部２２に送られ、光分岐部２２においてその一部を参照光として分岐される。分岐された参照光は、参照用光ファイバ２５の端面に対向配置されている参照光検出器４によりそのまま検出されることになる。
【００４１】
参照光を分離された残りの測定光は、集光レンズ２６によって、光ファイバ２１内に入射されて、コネクタ２８により接続されている測定プローブ５の照射用光ファイバ２９に入射させられる。コネクタ２８においては、同径のコアを有する光ファイバ２１，２９どうしの端面が突き当てられた状態に接続されているので、伝達されてきた測定光が外部に漏れることなく測定プローブ５の先端面５ａから出射されることになる。
【００４２】
生体Ａ内に入射された測定光は、生体Ａ内を進行する間に、生体Ａ組織に衝突して拡散される。測定光は、通過する生体Ａ組織や体液の成分に応じて、特定の波長領域の光を吸収される。したがって、生体Ａ内で拡散されることにより生体Ａの表面に戻って生体Ａ外に出射された信号光は、通過した生体Ａ組織や体液に応じた特定の波長領域の光量が低下していることになる。
【００４３】
受光用光ファイバ３０は、上述したように照射用光ファイバ２９との間の距離を一定に固定されているので、その距離に応じた深さまで進達した光を多く含む信号光を受光する。本実施形態の場合には、測定光は真皮領域まで進達した後に、信号光として受光用光ファイバ３０に受光されるので、受光される信号光はグルコースの情報を多く含んでいることになる。
受光された信号光は、受光用光ファイバ３０を介して本体ケーシング８内に戻され、受光用光ファイバ３０の端面に対向配置されている信号光検出器６により検出される。
【００４４】
信号光検出器６および参照光検出器４からの出力信号は、演算部７に入力されると、アンプ３２によってそれぞれ増幅される。信号光検出器６により検出される信号光の大きさは、生体Ａに入射される光、すなわち、ＡＯＴＦ１６から発せられた測定光の強度の変動とともに変動する。したがって、生体Ａへの入射前の測定光の一部を参照光として参照光検出器４により検出しておき、後述するコンピュータ３５において受光された信号光から差し引くことにより、ＡＯＴＦ１６から発せられる測定光の強度変動による信号光強度の変動を除去することが可能となる。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、光分岐部２２における分岐比率が、測定光９５％、参照光５％程度に設定されているので、測定光が生体Ａ内で減衰されて得られる信号光と参照光とのレベル差を減少させて測定光の強度変動による信号光強度の変動を効果的に除去することができる。この場合に、コンピュータ３５においては、参照光検出器４からの出力信号に所定の係数をかけることにより、信号レベルを調整してもよい。
【００４５】
アンプ３２において増幅された各光検出器４，６からの出力信号は、それぞれロックイン検波器３３を通過させられる。これにより、フィルタ制御部１７からＡＯＴＦ１６に入力された高周波信号に対応する波長の光に関する出力信号のみが抽出される。したがって、抽出された出力信号には、生体Ａに入射された測定光と波長を同じくする生体Ａからの散乱光の情報のみが含まれ、他の波長の光、例えば、外来光に関する情報は除かれている。その結果、外来光等によるノイズの発生を抑制することができる。
【００４６】
そして、ロックイン検波器３３において抽出された出力信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器３４によってディジタル信号に変換させられてコンピュータ３５に入力される。フィルタ制御部１７からＡＯＴＦ１６に入力される高周波信号の周波数が順次変更されており、コンピュータ３５には、生体Ａに入射させた測定光の波長情報が、フィルタ制御部１７から順次供給される。したがって、コンピュータ３５においては、出力信号と波長情報との関係を示す波長特性が求められていくことになる。また、コンピュータ３５は、求めた波長特性の内、所定の波長領域、例えば、波長１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値を求めることにより、生体Ａ内部のグルコース濃度を演算する。そして、演算されたグルコース濃度値は、ディスプレイに表示されることになる。
【００４７】
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、光学部１０内の光の通過する部品、すなわち、ＡＯＴＦ１６，光分岐器２２および光検出器４，６が、全て、熱交換プレート３６上に搭載されて、熱交換プレート３６内を流れる冷却水によって所定の温度に温度調節されているので、これらの部品４，６，１６，２２の温度変動による特性変動を防止することができる。また、環境温度が変化する場合においても、これらの部品４，６，１６，２２の温度変動を防止することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、光源２としてアークランプを採用したので、大光量の光を生体Ａ内に照射することができる。生体Ａに向けて照射する光量が多ければ、生体Ａ内において拡散または透過して生体Ａ外に戻る光量を増大させることができるので、情報量を増大させて、測定精度を高めることができる。
【００４９】
また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、光源２として大光量のアークランプを採用したことによって発熱量が増大しても、空冷装置１５の作動により光源２の温度が過大に上昇しないように構成されているので、光源２の波長特性の変動を抑制することができる。これにより、光源２自体の波長特性の変動による測定精度の低下を防止することができる。
【００５０】
また、空冷装置１５による気流や、光源２の温度上昇による空気の流れが発生しても、その気流が光検出器４，６やＡＯＴＦ１６の周囲に流通しないように、光学部９が、隔壁１１によって光源部１０から隔離されているので、光源２の温度上昇による光学部１０内の部品の特性変動を防止することができる。
【００５１】
また、光学部１０内の光の通過する部品４，６，１６，２２を全て熱交換プレート３６上に搭載して、温度管理することにしたので、光学部１０内の部品４，６，１６，２２を作動させることに伴う発熱や、周囲環境の温度変化に伴うこれらの部品４，６，１６，２２の温度変動による特性変動を、より確実に防止することができるという効果がある。そして、これらの部品４，６，１６，２２の特性変動を防止することにより、測定精度を向上することができるという効果がある。
【００５２】
さらに、光源２から発せられた光を光ファイバによってＡＯＴＦ１６に導くのではなく、窓部材１３を通過させて、空中光路によりＡＯＴＦ１６に入射させるので、従来のハロゲンランプのような光源からの光をファイババンドルの端面に入射させる場合と比較すると、受光面積の制限を受けることがなく、光量の損失を低減することができる。
【００５３】
さらに、光源２に対向して配置されている窓部材１３に、光源２からの輻射熱により熱変形が生じても、窓部材１３が弾性のあるシリコーンゴム１４により隔壁１１に取り付けられているので、窓部材１３に作用する熱応力が抑制され、亀裂等の損傷の発生を未然に防止することができる。したがって、大光量のアークランプによっても、健全な状態を維持して、耐久的に、高い測定精度でグルコース濃度を測定することができる。
【００５４】
また、光分岐部２２により、測定光の一部を参照光として分離して検出し、検出された信号光との差分をとることで測定光の強度レベルの変動による信号光強度の変動による測定精度の低下を抑制することができる。また、ＡＯＴＦ１６の出口にマルチモードファイバ２０を接続したので、ＡＯＴＦ１６から出射される光をより多く回収して測定プローブ５に送ることができる。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
第１に、光源２として大光量のアークランプを採用したが、これに代えて、他のランプを採用してもよい。発熱量が大きく空冷装置１５が必要となるような光源２を採用する場合に、本発明は、特に有効である。
【００５６】
また、図６に示されるように、光源２として、数１０〜数１００ｎｍ程度の帯域を有し、数１０μｍ程度の空間的に比較的小さな径を有し、高輝度の光を発生する広帯域光源、例えば、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous
Emission）光源や、ＳＬＤ（Super Luminescence Diode）光源等を複数使用し、これらの広帯域光源２から出力される光をマルチプレクサ４１により合波して、ＡＯＴＦ１６に向けて出力することにしてもよい。この場合、図６に示されるように、広帯域光源２およびマルチプレクサ４１も熱交換プレート３６上に搭載して温度管理することが好ましい。図中、符号４２は光ファイバである。なお、熱交換プレート３６は単一であっても複数であっても構わない。
【００５７】
第２に、分光器３として、ＡＯＴＦ１６を備える構造のものを採用したが、これに代えて、グレーティングとスキャンミラーとを組み合わせたもの等を採用してもよい。
第３に、光分岐部２２として、コリメートレンズ２３、集光レンズ２６，２７およびビームスプリッタ２４を組み合わせたものを例示して説明したが、これに代えて、図７に示されるように、ファイバカプラ３６により分岐する構造のものにしてもよい。
【００５８】
第４に、単一のガラス板材からなる窓部材１３を採用したが、これに代えて、図８に示されるように、中央において分割された２枚の窓部材片１３ａ，１３ｂからなる窓部材１３を採用してもよい。この場合、窓部材片１３ａ，１３ｂどうしの端面を密着状態に突き当てることにより、端面間を通過する気流を遮断すればよい。
【００５９】
このように構成することで、光源２に最も近接する窓部材１３の中央部において発生する局所的な熱変形を予め形成された分割線１３ｃによって逃がし、窓部材１３に過大な応力が発生して破損することを未然に防止することができる。
また、図９に示されるように、相互に突き当てる窓部材片１３ａ，１３ｂの端面１３ｄを、窓部材片１３ａ，１３ｂの厚さ方向に傾斜させておくことも効果的である。このように構成することで、窓部材１３を通過する気流をより確実に遮断することができるとともに、取付状態あるいは熱変形等により窓部材片１３ａ，１３ｂどうしが相互にずれた場合においても、厚さ方向にまっすぐに貫通する隙間が形成されないようにすることができる。
【００６０】
第５に、光学的に透明なガラス板材からなる窓部材１３を採用したが、これに代えて、さらに、特定の波長領域の光のみを通過させる波長特性を有するガラス板材を採用することにしてもよい。例えば、１２００ｎｍ未満の波長を有する光の通過を禁止し、１２００ｎｍ以上の波長を有する光のみを通過させるフィルタとして機能させることにより、光源部９から光学部１０への光の通過に伴う熱の伝播を抑制することができる。また、上記波長領域以外にも、グルコース濃度の測定に不必要な、あるいは有害な波長帯域の光の通過を窓部材１３によって禁止すれば、光検出器４，６によって検出される光から不要な成分を除去して、測定精度をさらに向上することが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、信号光検出器６および参照光検出器４からの出力信号をそれぞれ別個のアンプ３２で増幅し、別個のロックイン検波器３３およびＡ／Ｄ変換器３４を介してコンピュータ３５に入力し、該コンピュータ３５において差分処理を行うこととしたが、これに代えて、図１０に示されるように、差動アンプ３２′に入力することにより、得られた差分信号を単一のロックイン検波器３３およびＡ／Ｄ変換器３４を介してコンピュータ３５に入力することにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係るグルコース濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のグルコース濃度測定装置の光分岐部を説明する概略図である。
【図３】図１のグルコース濃度測定装置の測定プローブ先端面を示す図である。
【図４】図１のグルコース濃度測定装置を示す側面図である。
【図５】図４の変形例を示す側面図である。
【図６】図１のグルコース濃度測定装置の変形例を示す概略図である。
【図７】図２の光分岐部の変形例を示す概略図である。
【図８】図１のグルコース濃度測定装置の隔壁に設けた窓部材の変形例を示す正面図である。
【図９】図１のグルコース濃度測定装置の隔壁に設けた窓部材の他の変形例を示す縦断面図である。
【図１０】図１のグルコース濃度測定装置の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ  生体
１  グルコース濃度測定装置
２  光源
３  分光器
４，６  光検出器（検出器）
９  光源部
１０  光学部
１５  空冷装置（光源温度制御手段）
３６  熱交換プレート（光学部温度制御手段）
３７  冷却媒体パイプ（光学部温度制御手段）
３８，３９  ペルチェ素子
【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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