(57)【要約】【課題】従来は、尿成分の測定において、試薬や標準液や緩衝液等の消耗品があり、メンテナンスが煩わしく、ランニングコストが高いという問題がある。また、メンテナンスフリーの光学測定方式を用いた場合、試料である尿を溜めるサンプルセルへ要求される仕様が厳しく、製作が難しいと言う課題がある。【解決手段】発光素子を備えた第１の光学ユニットと、受光素子を備えた第２の光学ユニットからなり、前記第１の光学ユニット及び第２の光学ユニットには光線を透過させる窓材が設けられており、任意の形状の尿溜まりを挟み、前記２つの光学ユニットの光軸を合わせて保持することを特徴とする尿成分測定装置付き便器、及び便座である。【選択図】        図１  
2005083947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を備える第１の光学ユニットと、受光素子を備える第２の光学ユニットとを有し、前記第１の光学ユニット、および前記第２の光学ユニットには光線を透過させる窓材が設けられており、任意の形状の尿溜まりを挟み、前記第１の光学ユニット、および前記第２の光学ユニットの光軸を合わせて保持する尿成分測定装置付き便座。
【請求項２】
前記尿溜りに溜めるための尿を採取する採尿部を有することを特徴とする請求項１に記載の尿成分測定装置付き便座。
【請求項３】
前記採尿部に前記尿溜まりを備えたことを特徴とする尿成分測定装置付き便座。
【請求項４】
前記第１の光学ユニットが、光源および旋光度変調素子とを有し、前記第２の光学ユニットが、偏光子および受光素子とを有す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尿成分測定装置付き便座。
【請求項５】
前記旋光度変調素子が、液晶素子からなることを特徴とする請求項４に記載の尿成分測定装置付き便座。
【請求項６】
発光素子を備える第１の光学ユニットと、受光素子を備える第２の光学ユニットとを有し、前記第１の光学ユニット、および前記第２の光学ユニットには光線を透過させる窓材が設けられており、任意の形状の尿溜まりを挟み、前記第１の光学ユニット、および前記第２の光学ユニットの光軸を合わせて保持する尿成分測定装置付き便器。
【請求項７】
前記第１の光学ユニットが、光源および旋光度変調素子とを有し、前記第２の光学ユニットが、偏光子および受光素子とを有することを特徴とする請求項６に記載の尿成分測定装置付き便器。
【請求項８】
前記旋光度変調素子が、液晶素子からなることを特徴とする請求項７に記載の尿成分測定装置付き便器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿成分測定装置付き便座および尿成分測定装置付き便器に関し、とくに便座、及び便器に取り付け、尿中の旋光性物質、例えば糖類、アミノ酸、蛋白質、ビタミン等の濃度を非接触で簡便に測定する尿成分測定装置に関するものである。特に尿糖を測定対象とし、糖尿病予備軍の健康管理に役立たせる尿成分測定装置付き便器、及び便座に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、尿成分の検査方法として、試験紙を用いる方法が一般的に行われている。これは、検査項目に応じた試薬を塗布された試験紙を用い、紙コップ等に尿を採り、これに試験紙を浸し、化学反応による試薬の色の変化から、尿成分の分析を行うものである。色の変化の検出としては、目視によるものと、光センサーによる検出方法がある。
【０００３】
また、尿糖の測定には、酵素電極法が用いられ、グルコースオキシターゼ（GOD）により、尿中のグルコースが化学反応を起こし、その際に発生する電流を測定し、尿糖値を定量するものであり、この方式を用いた尿糖測定装置が販売されている。
【０００４】
さらに、光学的な測定方法を用いて、消耗品が無く、尿成分を測定する方法も提案されている。例えば、尿に光を照射し、その旋光性を測定したり、分光吸光度を測定することにより、尿成分の検出を行うことが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。  また、光学的測定法を用いた便座が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４５６０５号公報  （図６）
【特許文献２】特開２０００−２５８４１１号公報  （図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
試験紙法や酵素電極法のように化学反応による尿成分の検出を行う場合、試薬や標準液や緩衝液等の消耗品があり、メンテナンスが煩わしく、ランニングコストが高いという問題がある。
【０００７】
また、メンテナンスフリーの光学測定方式を用いた場合、試料である尿を溜めるサンプルセルへ要求される仕様が厳しく、製作が難しいという課題がある。例えば、旋光性を用いて尿成分の検出を行う方式の場合、サンプルセルの光透過部に関して、透過率、面精度がそれぞれ高く、旋光性が無いことが要求される。また、窓材への尿垢の付着等による精度の低下が問題となり、汚れの付着の防止や、洗浄が容易であること等が要求される。これは、窓部の反射防止膜形成や撥水処理が必要であったり、光学研磨が必要であることを意味する。また、受発光部、回路部の防水も要求され、一体化したセンサー部を製造するのに困難が生じている。
【０００８】
また、旋光度は試料の成分濃度と試料内の光路長に比例するため、測定精度を向上させるためには、試料を透過する光線の光路長を長くする必要があり、センサーの小型化と測定精度の向上はトレードオフの関係にある。従って、便座にセンサーを組み込むためにセンサーを小型化すると、精度を犠牲にしなければならないという問題が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決するために、本発明の尿成分測定装置付き便座は、発光素子を備える第１の光学ユニットと、受光素子を備える第２の光学ユニットを有し、第１の光学ユニット、及び第２の光学ユニットには光線を透過させる窓材が設けられており、任意の形状の尿溜まりを挟み、第１の光学ユニット、及び第２の光学ユニットの光軸を合わせて保持する。
【００１０】
また、本発明の尿成分測定装置付き便座は、尿溜りに溜めるための尿を採取する採尿部を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の尿成分測定装置付き便座は、採尿部に尿溜まりを備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の尿成分測定装置付き便座は、第１の光学ユニットが、光源及び旋光度変調素子を有し、第２の光学ユニットが、偏光子と受光素子を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の尿成分測定装置付き便座は、旋光度変調素子が、液晶素子からなることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の尿成分測定装置付き便器は、発光素子を備えた第１の光学ユニットと、受光素子を備えた第２の光学ユニットを有し、第１の光学ユニット、及び第２の光学ユニットには光線を透過させる窓材が設けられており、任意の形状の尿溜まりを挟み、第１の光学ユニット、及び第２の光学ユニットの光軸を合わせて保持する。
【００１５】
また、本発明の尿成分測定装置付き便器は、第１の光学ユニットが、光源及び旋光度変調素子を有し、第２の光学ユニットが、偏光子と受光素子を有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の尿成分測定装置付き便器は、旋光度変調素子が、液晶素子からなることが好ましい。
ここでいう便器とは、主に陶器で作製された大小便を受ける桶のことで、便座は、利用者が座る部位を指している。温調機能、温水洗浄機能、脱臭機能等の付加的な機能が付いた便座が販売されており、便座のみの交換が可能となっており、便座の買換え需要が存在する。
【００１７】
（作用）
光学的に尿成分の検出を行う原理、ここでは、旋光性を持った尿成分（グルコース、ビタミン、蛋白質等）の検出を行う原理について概要を述べる。偏光面の回転角度、すなわち旋光角は、試料の濃度と光路長に比例するため、光路長が既知の場合、旋光角を測定することにより旋光性物質の成分濃度が分かる。直線偏光を試料に入射させ、試料を透過した光束を検光子へ入射させ、フォトダイオードにより光電変換し、検光子を回転したときに得られる信号強度から旋光角を求めることができる。
【００１８】
偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の傾きをθとし、試料による旋光角をαとすると、フォトダイオードで受光する光強度Iは、I=T×I0cos2(θ-α)（式１）となる。ここで、Tは試料、偏光子及び検光子の反射や吸収による減衰全てを考慮した透過率、I0は入射光の強度を表す。式１より分かる様に、検光子の回転に伴い、回転角度π(rad)毎に極小点が得られる。この極小点における検光子の角度より旋光角を求める事ができる。高精度・高感度化のために、偏光面振動方式が一般的に用いられており、以下、図６を用いて説明する。光源１２１から出射した単色光は、偏光子駆動回路１２９により周波数ｆ、角振幅θで振動している偏光子１２２に入射し、偏光面が回転振動する直線偏光になる。こ
の光束を試料１２５に入射させ、検光子１２３を透過させると周波数ｆの信号がフォトダイオード１２４より得られる。このとき試料１２５の旋光度により、偏光面がαだけ回転しているとすると、偏光子１２２と検光子１２３を直交配置しておけば、試料１２５が右旋光か左旋光かにより位相の反転した信号が得られる。フォトダイオード１２４より得られる信号を増幅回路１２６で増幅し、整流/濾波回路１２７で同期・整流し、位相を求め、その位相に応じて、検光子駆動回路１２８を介して検光子１２３を正逆いずれかに回転させ、透過光量が最小となるように光学的零位法により検光子角度を決定する。平衡点における検光子角度が試料の旋光角に対応する。
【００１９】
偏光面を振動・回転させる方法として、機械的に偏光子を回転させる方法の他、ファラデー効果を利用するファラデーローテータや、液晶素子を用いる方法がある。
【００２０】
このような測定方法を用いる場合、測定光学系は、大きく発光部、変調部、受光部に機能的に分けられ、試料部を挟んで、発光部と受光部を対向する位置に置き、変調部を発光側か受光側のどちらかに設けることにより、全体の光学系を構成することができる。すなわち、尿糖測定光学系を発光／変調ユニットと受光ユニットの２つに分割、もしくは、発光ユニット、変調／受光ユニットに分割し、試料を挟むように２つの光学ユニットを配置することができる。基本的には、尿溜りの左右に各光学ユニットを差し込めるような開口を設け、光軸が一致するようにガイドを形成し、パッキンにより防水した構成が考えられる。
【００２１】
これにより、尿溜りの形状、材質の自由度が向上し、作製が容易となる。配管等を尿溜りとしたり、採尿器に尿溜りと光学系を組み込む等、測定光学ユニットの配置の自由度が高くなる。
【００２２】
このようなユニット構成とした場合、光学系、電気系の防水が容易、不具合が発生した場合の洗浄、メンテナンス、交換が容易といった利点も考えられる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、測定光学系が、２つの光学ユニットからなり、それぞれ一面に透明な窓を持っており、測定光線を透過できるようになっているため、尿溜まりには、窓材を配置する必要が無く、尿溜まりの形状、材質の自由度が向上し、作製が容易となる。これにより、採尿器に尿溜まりを設けて測定したり、採尿器よりポンプで尿を導き、導尿路のような配管形状の尿溜まりを挟む形で２つの光学ユニットを配置するなど、尿溜まりの形状、光学ユニットの配置に自由度が大きくなり、便器、便座のスペースを有効に使った設計が可能となる。
【００２４】
また、尿溜りは、透明である必要が無いため、材質として、金属、プラスチック等、加工が容易で、安価な材質を利用でき、さらに設計の自由度が向上する。
【００２５】
また、尿溜りにガイドが設けてあるため、光学ユニットの取り外し、再セットが自由であり、不具合が発生した場合のメンテナンス、交換も容易となる。また、測定精度に最も大きな影響を与える窓部の洗浄を簡単に行うことができる。
【００２６】
実施形態１，２に記載した例では、測定光学系に直接尿がかかることが無く、測定光学系を採尿部等の可動部ではなく、便器及び便座の固定位置に配置しており、温度変化、振動等の外界の影響を受けにくく、安定した測定ができる。
【００２７】
また、実施形態３に記載した例では、採尿部と測定部が一体化しているため、尿を導くためのポンプ、尿導部が不要で、構造が簡単になるとともに、洗浄の問題が低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に関して、好適な実施形態を挙げ、図を用いて説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１、図２を用いて説明する。図１は、第１の実施形態を示す便器を側方から見た場合の断面図を示しており、図２は、正面から見た図である。図２に示すように、第１の光学ユニット１１、及び第２の光学ユニット１２は、尿溜まり１３を挟んで左右に配置しており、光軸が一致するように、尿溜まり１３によりガイドされ、ゴムパッキンで防水固定されている。図では、円筒形の尿溜まりとし、左右に光学ユニットを配置したが、尿溜まりの形状は任意で構わず、光学ユニットの配置もアライメントされ対向していれば、自由に配置できる。
【００３０】
第１の光学ユニット１１から出射した直線偏光は、尿溜まり１３を透過し、試料中の旋光物質により旋光作用を受ける。試料を出射した光線は、第２の光学ユニット１２に入射し、偏光子を透過することにより、試料の旋光度に応じた光強度となり、フォトダイオードで電気信号に変換され、試料の成分濃度を算出することができる。ここでは、詳細な説明を省略するが、第１の光学ユニット内に旋光変調素子を配置し、上述の作用に記載したような旋光変調を行い、信号処理を行うことにより、より高精度の測定を行うことができる。
【００３１】
次に、測定の手順に沿って動作を説明する。始めに、測定開始のスイッチを押すことにより、電磁弁１４Aが開放され、採尿を開始する。図１に示したように、便器には尿を効率良く採取できるように凹部が設けられおり、電磁弁１４Aが開放されることにより、自然に尿溜りに尿が導かれる。スイッチを押す代わりに、センサーを設けておき、尿がかかったことを検知し、電磁弁１４Aを開放することもできる。尿溜まり１３上部に配置したセンサー１５により尿溜まり１３に必要な量が溜まったことを検知し、旋光度の測定を開始する。測定終了後、測定値を、便座１７の見やすい位置に表示するとともに、電磁弁１４Bを開放し、尿溜まりの尿を排出する。その後、通常の便器の洗浄操作により、タンク１６からの洗浄水を、リム１９を通して尿溜まり１３に導き、尿溜まり及び尿導路の洗浄を同時に行う。ここでは、一般的な便器のようにリム１９を通して洗浄水を便器の凹部に導き、電磁弁１４A、１４Bを開放することにより、尿溜り及び尿導路の洗浄を行っているが、尿溜り及び尿導路専用の洗浄水水路を設け、洗浄を行うことにより、より有効な洗浄が可能となる。
【００３２】
このように便器に測定系を組み込んだ場合、測定光学系を固定でき、温度変化、振動の影響を低減でき、安定した測定が可能となり、測定精度の向上が得られるという利点がある。また、カバー１８を開閉できるようにしておけば、光学ユニットを容易に取り外すことができ、光学ユニットの交換やメンテナンスが容易となる。
【００３３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図３、図４を用いて説明する。図３は、第２の実施形態を示す便座を上から見た図を示しており、図４は、横から見た図である。図３に示すように第２の実施形態は、可動式の採尿器３１が便座に取り付けられている。
【００３４】
測定開始のスイッチを押すことにより、採尿器が便座の下から出てきて、採尿可能となる。このとき、測定開始スイッチを男女別に２つ用意しておくことにより、採尿器を男女別に最適な位置へ細かく設定することもできる。尿は採尿器３１より、ポンプ３２により、吸引され、尿溜まり１３に導かれる。尿溜まり１３の尿量を、実施形態１と同様にセンサーで検出することにより、測定を開始する。第１の光学ユニット１１、及び第２の光学
ユニット１２は、尿溜まり１３に設けたガイドにより、光軸が一致するように保持され、ゴムパッキンで防水固定されている。第１の光学ユニット１１から出射した直線偏光は、尿溜まり１３を透過し、試料中の旋光物質により旋光作用を受ける。試料を出射した光線は、第２の光学ユニット１２に入射し、偏光子を透過することにより、試料の旋光度に応じた光強度となり、フォトダイオードで電気信号に変換され、試料の成分濃度を算出することができる。
【００３５】
測定が終了すると、ポンプ３３により、尿を排出するとともに、測定結果を便座の見やすい位置に表示する。その後、通常の便器の洗浄操作により、タンク１６からの洗浄水を採尿器３１に導き、ポンプ３２、３３で洗浄水を吸引、排出し、尿溜まり１３、及び尿導路の洗浄を行う。導水路、及びポンプを別に用意しておき、任意のタイミングで洗浄できるようにすれば、さらに良好な洗浄結果が得られる。
【００３６】
（第3の実施形態）
第３の実施形態は、上述した第２の実施形態において、採尿器に光学ユニットを組み込んだ構成となっている。第２の実施形態においては、採尿器３１で採取した尿は、ポンプ３２により尿溜り１３に導かれ、そこで、尿成分の測定が行われているのに対し、第３の実施形態においては、採尿器に測定系を組み込み、一体化した点に特徴がある。以下に、採尿器の構成について、図５を用いて説明する。
【００３７】
図５は、採尿器の上面図と側面図であり、採尿器と一体化した尿溜り１３を挟み、２つの光学ユニット１１，１２を配置している構成を示している。光学ユニット１１，１２には、対向する面にそれぞれ窓部５１が配置されており、ここを光線が透過し、測定を行う。尿溜り１３の上面は、開放されており、尿はこの面より採取する。また、左右の側面には、光学ユニットをガイドする穴が開いており、防水パッキンを介して、光学ユニット１１，１２を配置する。
【００３８】
実施形態３においても、採尿器は、普段、便座の陰となる所定の位置に隠れており、測定時のみ採尿が可能な位置に出てくるようにしてある。また、測定終了とともに、所定の収納位置に戻り、便器の洗浄操作により、採尿器にも洗浄水が導かれ、洗浄が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する尿成分測定装置付き便器、及び便座の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する尿成分測定装置付き便器、及び便座の正面から見た図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する尿成分測定装置付き便器、及び便座を上から見た図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明する尿成分測定装置付き便器、及び便座を側面から見た図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明する、採尿・測定部を示す図である。
【図６】旋光度を用いて尿成分を定量化する方法を説明する構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１  第１の光学ユニット
１２  第２の光学ユニット
１３  尿溜り
【図１】
2005083947.tif 000003
【図２】
2005083947.tif 000004
【図３】
2005083947.tif 000005
【図４】
2005083947.tif 000006
【図５】
2005083947.tif 000007
【図６】
2005083947.tif 000008