(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に被検体から採取した被測定物に出射すると共に、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順を有し、
前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが略０となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射する
ことを特徴とする成分濃度測定方法。
【請求項２】
前記被測定物の温度を一定温度に保持する温度保持手段が、前記被測定物の温度を前記所定の温度に保持し、前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記所定の１波長の光を前記被測定物に出射し、前記音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する所定温度音波強度測定手順を前記単一音波強度測定手順の前にさらに有することを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定方法。
【請求項３】
音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさのうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが略０となったときに相当する音波の大きさ及び前記所定温度音波強度測定手順において測定される音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手順をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の成分濃度測定方法。
【請求項４】
音波の大きさの推移から前記被測定物の温度を測定する音波推移温度測定手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさの推移から温度を測定する音波推移温度測定手順をさらに有す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方法。
【請求項５】
温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段が、前記音波推移温度測定手順において測定される温度のうち前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが略０となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手順をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の成分濃度測定方法。
【請求項６】
前記単一音波強度測定手順の前に、前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段が、前記混合光単一光出射手段に前記異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させて前記所定の温度の水に出射させ、前記音波強度測定手段の測定する前記水から発生する音波の大きさが零になるように前記混合光単一光出射手段の前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手順をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成分濃度測定方法。
【請求項７】
前記所定温度音波強度測定手順において、前記混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光のうち前記所定の１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が音波の大きさを測定することを特徴とする請求項１から６に記載のいずれかの成分濃度測定方法。
【請求項８】
所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に被検体に出射すると共に、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が前記被検体から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順を有し、
前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが略０となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射する
ことを特徴とする成分濃度測定装置制御方法。
【請求項９】
前記被検体の温度を一定温度に保持する温度保持手段が、前記被検体の温度を前記所定の温度に保持し、前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記所定の１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が前記被検体から発生する音波の大きさを測定する所定温度音波強度測定手順を前記単一音波強度測定手順の前にさらに有することを特徴とする請求項８に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１０】
音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさのうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが略０となったときに相当する音波の大きさ及び前記所定温度音波強度測定手順において測定される音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手順をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１１】
音波の大きさの推移から前記被検体の温度を測定する音波推移温度測定手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさの推移から温度を測定する音波推移温度測定手順をさらに有することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１２】
温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段が、前記音波推移温度測定手順において測定する温度のうち前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが略０となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手順をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１３】
前記単一音波強度測定手順の前に、前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段が、前記混合光単一光出射手段に前記異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させて前記所定の温度の水に出射させ、前記音波強度測定手段の測定する前記水から発生する音波の大きさが零になるように前記混合光単一光出射手段の前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手順をさらに有することを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１４】
前記所定温度音波強度測定手順において、前記混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光のうち前記所定の１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が音波の大きさを測定することを特徴とする請求項８から１３に記載のいずれかの成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１５】
所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して被検体から採取した被測定物に出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して前記被測定物に出射する混合光単一光出射手段と、
前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備え、
前記混合光単一光出射手段は、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に出射し、かつ、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが略０となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射する
ことを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項１６】
前記被測定物の温度を前記所定の温度に保持する温度保持手段と、
前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して前記被測定物に出射する単一光出射手段と、をさらに備え、
前記単一光出射手段は、前記温度保持手段により保持される前記所定の温度における前記被測定物に前記所定の１波長の光を出射することを特徴とする請求項１５に記載の成分濃度測定装置。
【請求項１７】
前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波のうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが略０となったときに相当する音波の大きさ及び前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の成分濃度測定装置。
【請求項１８】
前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさの推移から前記被測定物の温度を測定する音波推移温度測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項１９】
前記音波推移温度測定手段の測定する温度のうち前記混合光単一光出射手段から出射される光により前記被測定物から発生する音波の大きさが略０となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２０】
所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して被検体に出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して前記被検体に出射する混合光単一光出射手段と、
前記被検体から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備え、
前記混合光単一光出射手段は、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に出射し、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが略０となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射する
ことを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項２１】
前記被検体の温度を前記所定の温度に保持する温度保持手段と、
前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して前記被検体に出射する単一光出射手段と、をさらに備え、
前記単一光出射手段は、前記温度保持手段により保持される前記所定の温度における前記被検体に前記所定の１波長の光を出射することを特徴とする請求項２０に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２２】
前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波のうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが略０となったときに相当する音波の大きさ及び前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２３】
前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさの推移から前記被検体の温度を測定する音波推移温度測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項２０から２２のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項２４】
前記音波推移温度測定手段の測定する温度のうち前記混合光単一光出射手段から出射される光により前記被検体から発生する音波の大きさが略０となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２５】
前記混合光単一光出射手段に異なる２波長の光を、同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して水に出射させ、前記音波強度測定手段に前記水から発生する音波の大きさを測定させ、測定した音波の大きさが零になるように前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１５から２４のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項２６】
前記単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段の前記異なる２波長の光のうち前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射することを特徴とする請求項１５から２５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、人間又は動物の被検体の非侵襲な成分濃度測定方法、成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法、或いは人間又は動物から採取した被測定物の成分濃度測定方法、成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法に関する。
【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波を観測する、光音響法が注目されている。
【０００３】
しかし、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７および図８は、従来例として、光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。図７は光パルスを電磁波として用いた第１の従来例である（例えば、非特許文献１参照。）。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７において、駆動回路６０４はパルス状の励起電流をパルス光源６１６に供給し、パルス光源６１６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検体６１０に照射される。光パルスは被検体６１０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、発生した音波は超音波検出器６１３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６２０により観測される。この波形観測器６２０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６２０の管面上の一定位置に表示され、変換された電気信号は積算・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、被検体６１０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７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が十分な精度が得られていない。
【０００６】
そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第２の従来例が開示されている。図８に第２の従来例の装置の構成を示す（例えば、特許文献１参照。）。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。説明の煩雑さを避けるために、図８により光源の数が２の場合の動作を説明する。図８において、異なる波長の光源、即ち、第１の光源６０１及び第２の光源６０５は、それぞれ駆動回路６０４及び駆動回路６０８により駆動され、連続光を出力する。
【０００７】
第１の光源６０１及び第２の光源６０５が出力する光は、モータ６１８により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板６１７により断続される。ここでチョッパ板６１７は不透明な材質により形成され、モータ６１８の軸を中心とする第１の光源６０１及び第２の光源６０５の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。
【０００８】
上記の構成により、第１の光源６０１及び第２の光源６０５の各々が出力する光は互いに素な変調周波数ｆ１及び変調周波数ｆ２で強度変調された後、合波部６０９により合波され、１の光束として被検体６１０に照射される。
【０００９】
被検体６１０の内部には第１の光源６０１の光により周波数ｆ１の光音響信号が発生し、第２の光源６０５の光により周波数ｆ２の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ６１９により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器６２１により観測される。本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。
【００１０】
ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。
【特許文献１】特開平１０−１８９号公報
【非特許文献１】オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｓ  ａｎｄ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｕｍａｎ  ｂｌｏｏｄ  ａｎｄ  ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ  ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来例においては以下のような課題がある。人間や動物などの被検体の温度は個体差、あるいは外気の温度や湿度により変化する。また、人間や動物などから採取した被測定物の温度は測定環境により変化する。このような温度変化により被検体又は被測定物の熱膨張率、被検体又は被測定物内の音速、被検体又は被測定物の測定対象の成分の吸光度特性が変化するため、光音響信号は温度に依存して下記のように変化する。
【００１２】
光照射により被検体又は被測定物から発生する音波の音圧ｓは以下の数式１のように表される。
【００１３】
【数１】
0004441479.tif 000002
【００１４】
ここで、Ｉは照射光強度、βは被検体又は被測定物の熱膨張係数、ｃは被検体又は被測定物内の音速、Ｃｐは被検体又は被測定物の比熱である。上記のパラメータの中で、β、ｃは温度により変化するため、温度変化により、熱膨張係数がΔβ変化し、音速がΔｃ変化した場合の音圧の変化Δｓは数式（２）のように表される。
【００１５】
【数２】
0004441479.tif 000003
【００１６】
ここで、熱膨張係数βは温度変化１°Ｃ当たり３％変化する。数式（２）により、例えば温度が０．１°Ｃ変化した場合、光音響信号は約０．３％変化することがわかる。この０．１°Ｃの温度変化による光音響信号の変化の割合０．３％は、グルコースの濃度が５ｍｇ／ｄＬ変化した場合の光音響信号の変化の割合、０．０１７％の約２０倍であり、温度の変化はグルコースの濃度測定に大きな影響を与える。
【００１７】
このように、従来の被検体又は被測定物の成分濃度の測定方法においては測定時の被検体又は被測定物の温度変化により、測定誤差が非常に大きくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明は、所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から設定した異なる２波長の光、及び異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を交互に複数回出射し、被検体又は被測定物から発生する音波の大きさを測定することにより、被検体又は被測定物の温度変化を間接的に測定して、被検体又は被測定物の温度変化による誤差を小さくして、成分濃度を正確に測定する成分濃度測定方法、成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法である。ここで、被検体とは測定対象の人間や動物であり、被測定物とは測定対象の人間や動物から採取した測定対象物であり、以下の説明においても同様である。
【００１９】
初めに、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法の基本原理を、一例として、被検体の成分濃度を測定する場合について説明する。
【００２０】
本発明では、異なる２波長の光の中の、第１の光の波長を、例えば被検体の測定対象の成分による吸光度が被検体の大部分を占める水による吸光度と顕著に異なる波長に設定し、第２の光の波長を水が第１の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長に設定する。上記の波長の設定方法を、血液中のグルコースの濃度を測定する場合を例として図１により説明する。
【００２１】
図１は常温における水とグルコース水溶液の吸光度特性を示す。図１において、縦軸は吸光度を示し、横軸は光の波長を示している。また、図１において、実線は水の吸光度特性を示し、破線はグルコース水溶液の吸光度特性を示している。図１に示す波長λ１はグルコースによる吸光度が水による吸光度と顕著に異なる波長であり、波長λ２は、水がλ１における吸光度と合い等しい吸光度を示す波長である。従って、例えば、第１の光の波長をλ１と設定し、第２の光の波長をλ２と設定することができる。
【００２２】
以下の説明においては、第１の光の波長を測定対象の成分による吸光度が水による吸光度と顕著に異なる波長λ１に設定し、第２の光の波長を水が第１の光の波長λ１におけるのと合い等しい吸光度を示す波長λ２に設定することを前提にして説明する。
【００２３】
上記のように設定した異なる２波長の光の各々を、同一周波数で逆位相の信号により強度変調してパルス状の光として出射し、出射された異なる２波長の光が被検体の成分に吸収されて発生する音波の大きさを測定して、被検体の測定対象の成分の濃度を測定する。上記のように強度変調された異なる２波長の光を出射した場合、第１の光を測定対象の成分と水の両方が吸収して被検体から発生する第１の音波と、第２の光を被検体の大部分を占める水が吸収して被検体から発生する第２の音波とは、周波数が等しくかつ逆位相である。従って、第１の音波と第２の音波は被検体内で重畳し、音波の差として、第１の音波の中の測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波の大きさのみが残留する。そこで、残留した音波により、第１の光が測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波のみを測定することができる。上記の測定においては、測定対象の成分と水の両方が吸収して発生する音波と水が吸収して発生する音波を個別に測定して差を演算するよりも、測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波を正確に測定することができる。
【００２４】
さらに、被検体と音波検出素子との接触状態などの音波測定系の誤差の要因を除いて、高精度に測定する方法を以下に説明する。波長λ１の光及び波長λ２の光の各々に対する、被検体の大部分を占める水の吸収係数をα１（ｗ）及びα２（ｗ）として、被検体の測定対象の成分のモル吸収係数をα１（ｇ）及びα２（ｇ）とすれば、波長λ１の光及び波長λ２の光の各々により被検体から発生する音波の大きさｓ１及びｓ２を含む連立方程式は数式（３）で表される。
【００２５】
【数３】
0004441479.tif 000004
【００２６】
上記の、数式（３）を解いて、被検体の測定対象の成分濃度Ｍを求めることができる。ここで、Ｃは制御あるいは予想困難な係数、すなわち、被検体と音波検出素子の結合状態、音波検出素子の感度、被検体において光により音波が発生される位置と音波検出素子との間の距離、被検体の比熱及び熱膨張係数、被検体の内部の音波の速度、波長λ１の光及び波長λ２の光の変調周波数、水の吸収係数及び被検体の成分のモル吸収係数、などに依存する未知定数である。さらに数式（３）でＣを消去すると次の数式（４）が得られる。
【００２７】
【数４】
0004441479.tif 000005
【００２８】
ここで、波長λ１の光及び波長λ２の光の各々に対する、被検体の大部分を占める水の吸収係数α１（ｗ）及びα２（ｗ）が等しくなるように選択されているので、α１（ｗ）＝α２（ｗ）が成立し、さらに、ｓ１≒ｓ２であることを用いれば、成分濃度Ｍは数式（５）で表される。
【００２９】
【数５】
0004441479.tif 000006
【００３０】
上記の数式（５）に、既知の係数として、α１（ｗ）、α１（ｇ）及びα２（ｇ）を代入し、さらに、波長λ１の光及び波長λ２の光の各々により被検体から発生する音波の大きさｓ１及びｓ２を測定して代入することにより、被検体の成分濃度Ｍを算出することができる。上記の数式（５）においては、２つの音波の大きさｓ１及びｓ２を個別に測定するよりも、それらの差ｓ１−ｓ２を測定して、別に測定した音波の大きさｓ２で除する方が、被検体の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００３１】
そこで、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法においては、まず、波長λ１の光及び波長λ２の光を、互いに逆位相の変調信号により強度変調して、１の光束に合波して出射することにより、被検体から発生する音波の大きさｓ１及び音波の大きさｓ２が相互に重畳して生じる音波の差（ｓ１−ｓ２）を測定する。次に、波長λ２の光を出射して、被検体から発生する音波の大きさｓ２を測定する。上記のように測定した（ｓ１−ｓ２）とｓ２とから、数式（５）により（ｓ１−ｓ２）÷ｓ２を演算して被検体の測定対象の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００３２】
本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法における被検体の温度の変化による影響は以下の通りである。
【００３３】
図２に、水に照射する光の波長に対する水の吸光度特性の変化のグラフの図を示す。図２において、吸光度特性は、水の温度を２５℃から５５℃まで５℃刻みで変化させたときのものを示している。また、図３に、水の温度変化に対する水の吸光度特性の変化のグラフの図を示す。
【００３４】
図２に示すように、水の吸光特性は、波長１３００ｎｍ〜１４５０ｎｍでは、温度の上昇と共に増加し、波長１４５０ｎｍ〜１６００ｎｍでは、温度の上昇と共に減少する。つまり、水の吸光特性は、温度の上昇と共に波長が減少する方向にスライドする傾向がある。本発明では、数式（５）により成分濃度を測定するので、数式（２）で説明した温度変化による音波の大きさの変動の影響は受けないが、温度変化により水の吸光度特性が変化した場合、数式（５）における音波の大きさｓ２、ｓ１−ｓ２が、温度により変化するので、成分濃度Ｍに対する誤差の要因となる。
【００３５】
ここで、図３によると、温度変化に対する水の吸光特性は、照射する光の各波長について線形に変化する。そのため、波長λ１及びλ２に対する水の吸光特性は、次の数式（６）として記述できる。ここで、波長λ１に対する吸光特性のグラフの傾きをχ１、波長λ２に対する吸光特性のグラフの傾きをχ２とし、所定の温度Ｔ０における水の吸光度をα０（ｗ）とする。また、所定の温度Ｔ０とは、図３の吸光特性のグラフの交点の温度である。
【００３６】
【数６】
0004441479.tif 000007
【００３７】
ここで、被測定物の成分のうち水の吸光度は、図３で説明したように被測定物の温度に依存する。また、数式（３）より音波の大きさｓ１及びｓ２は、それぞれ成分濃度Ｍに依存する。そのため、成分濃度Ｍに依存したある温度Ｔｅとすると音波の大きさをｓ１＝ｓ２とすることができる。そのため、数式（６）と数式（４）から、Ｔ＝Ｔｅのときｓ１−ｓ２＝０の条件で、α１（ｇ）と比較してα２（ｇ）が無視できるほどに小さい場合には、α２（ｇ）＝０とでき、数式（７）を導出できる。なお、数式（７）を導出する際には、数式（５）の導出と同様に、ｓ１≒ｓ２であることを用いている。
【００３８】
【数７】
0004441479.tif 000008
【００３９】
さらに、数式（７）と数式（３）の第２式を用いて、数式（８）を導出できる。
【００４０】
【数８】
0004441479.tif 000009
【００４１】
従って、被検体の温度Ｔ０、Ｔｅの値及び／又はそのときの音波の大きさｓ２を数式（７）又は数式（８）に代入することにより成分濃度Ｍを算出できる。
【００４２】
本発明においては、第１の光の波長を、所定の温度における被検体の測定対象の成分の吸光度が被検体の大部分を占める水の吸光度と顕著に異なる波長λ１に設定し、第２の光の波長を、所定の温度における水が第１の光の波長λ１におけるのと合い等しい吸光度を示す波長λ２に設定する。また、被検体の温度変化に対して音波の大きさが線形に変化することから、異なる２波長の光のうち所定の１波長の光の照射により発生する音波の大きさの推移から被検体の温度変化量の空間的分布を間接的に測定することとした。上記の方法により、本発明は被検体の温度の変化による誤差の発生を防止している。
【００４３】
以上が本発明の成分濃度測定方法、成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法の基本原理である。
【００４４】
次に本発明による課題を解決するための具体的手段について説明する。本発明に係る成分濃度測定方法は、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に被測定物に出射すると共に、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順を有する。
【００４５】
本発明では、混合光単一光出射手段は、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長を前述の測定原理に従って被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１に設定し、及び第２の光の波長を前述の測定原理に従って被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ２に設定する。そして、単一音波強度測定手順において、混合光単一光出射手段は、第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被測定物に出射する。このように出射した第１の光及び第２の光、又は第２の光が被測定物に照射されると被測定物から音波が発生し、音波強度測定手段は、被測定物から発生する音波を測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波のうち前述の第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波は、第１の音波により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波の差の音波である。
【００４６】
第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被測定物に出射すると、被測定物における光の被照射部の温度が上昇する。ここで、図３で説明したように被測定物の温度と被測定物の成分のうち水の吸光度との関係が線形であるため、複数回出射する光のうち所定の１波長の光である第２の光により被測定物から発生する音波の大きさをモニタすることによって、間接的に被測定物の温度変化量の空間的分布を測定することができる。ここで、「被測定物の温度変化量の空間的分布」とは、第１の光及び第２の光、又は第２の光により被測定物の温度変化に影響を与える領域内の分布を意味する。
【００４７】
このように、本発明に係る成分濃度測定方法は、被測定物の温度変化量の空間的分布を正確に測定できるため、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。また、間接的に被測定物の温度を測定し、かつ空間的分布を計測する他の手段と比較して、別途特殊な温度測定器や煩雑な手順が不要であるため、低コストを実現することができる。
【００４８】
本発明の成分濃度測定方法の前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射することが望ましい。
【００４９】
被測定物の成分のうち水の吸光度は、図３で説明したように被測定物の温度に依存する。そのため、互いに異なる２つの波長を選択して第１の光及び第２の光の波長を設定すると、第１の光及び第２の光の混合光により被測定物から発生する音波の大きさは、被測定物の所定の温度（例えば、波長１３８２ｎｍの光、波長１６０８ｎｍの光に設定した場合の温度Ｔ０−２）からの上昇に比例して下降する。そして、成分濃度Ｍに依存したある温度Ｔｅとなると音波の大きさは、所定の値以下に至り、やがて上昇に転じる。
【００５０】
従って、本発明に係る成分濃度測定方法は、単一音波強度測定手順において音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、交互に光を出射することにより、被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまでの被測定物の温度の空間的分布を間接的に測定することができる。
【００５１】
本発明の成分濃度測定方法において、前記被測定物の温度を一定温度に保持する温度保持手段が、前記被測定物の温度を前記所定の温度に保持し、前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記所定の１波長の光を前記被測定物に出射し、前記音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する所定温度音波強度測定手順を前記単一音波強度測定手順の前にさらに有することが望ましい。
【００５２】
本発明に係る成分濃度測定方法は、所定温度音波強度測定手順において被測定物の温度を強制的に所定の温度にして、所定の温度における被測定物から発生する音波を測定することができる。
【００５３】
本発明の成分濃度測定方法において、音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさのうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び前記所定温度音波強度測定手順において測定される音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手順をさらに有することが望ましい。
【００５４】
本発明では、単一音波強度測定手順において第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第１成分濃度算出手順において第１成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び単一光により発生する音波の大きさから、数式（８）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定方法は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【００５５】
本発明の成分濃度測定方法において、音波の大きさの推移から前記被測定物の温度を測定する音波推移温度測定手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさの推移から温度を測定する音波推移温度測定手順をさらに有することが望ましい。
【００５６】
本発明では、第２の光により発生する音波の大きさの推移から被測定物の温度を推定する。ここで、音波の大きさの推移は、被測定物の温度に対して線形に変化することから、音波推移温度測定手順において音波推移温度測定手段は、複数回の第２の光の被測定物への出射により被測定物の温度変化と共に変化する音波の大きさに基づいて所定の近似計算から第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさを推定することができる。これにより、本発明に係る成分濃度測定方法は、１波長の光により発生する音波の大きさの推移から被測定物の温度の空間的分布を間接的に得ることができる。
【００５７】
本発明の成分濃度測定方法において、温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段が、前記音波推移温度測定手順において測定される温度のうち前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手順をさらに有することが望ましい。
【００５８】
本発明では、単一音波強度測定手順において第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第２成分濃度算出手順において第２成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から、数式（７）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定方法は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【００５９】
本発明の成分濃度測定方法において、前記単一音波強度測定手順の前に、前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段が、前記混合光単一光出射手段に前記異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させて前記所定の温度の水に出射させ、前記音波強度測定手段の測定する前記水から発生する音波の大きさが零になるように前記混合光単一光出射手段の前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手順をさらに有することが望ましい。
【００６０】
本発明では、成分濃度測定装置の波長調整手段は、混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。さらに、波長調整手段は、混合光単一光出射手段に第１の光及び第２の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させ、所定の温度に保持された水により作製した校正用検体に出射させ、校正用検体から発生する音波の大きさを音波強度測定手段に測定させる。音波強度測定手段の測定する音波の大きさが零になるように、波長調整手段は混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整する。校正用検体から発生する音波の大きさが零になる状態は、第１の光により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波は、互いに逆位相で、かつ大きさが等しく、校正用検体の中で重畳して打ち消しあっている状態である。従って、上記のように調整された第１の光の波長及び第２の光の波長の各々は、水が同じ吸光度を示す波長であり、各々波長λ１及び波長λ２に一致する。なお、単一光出射手段は、混合光単一光出射手段の出射する第１の光、第２の光のうちいずれか一方を出射することとなる。
【００６１】
波長調整手段により混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整することにより、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に正確に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定方法は、被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【００６２】
本発明の成分濃度測定方法の前記所定温度音波強度測定手順において、前記混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光のうち前記所定の１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が音波の大きさを測定することが望ましい。
【００６３】
本発明に係る成分濃度測定方法では、混合光単一光出射手段が、単一光出射手段を兼ねることにより、簡易な構成で１波の光を被測定物に出射することができる。
【００６４】
本発明に係る成分濃度測定装置制御方法は、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に出射すると共に、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が被検体から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順を有する。
【００６５】
本発明では、混合光単一光出射手段は、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。そして、単一音波強度測定手順において、混合光単一光出射手段は、第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被検体に出射する。このように出射した第１の光及び第２の光、又は第２の光が被検体に照射されると被検体から音波が発生し、音波強度測定手段は、被検体から発生する音波の大きさを測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波のうち前述の第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波は、第１の音波により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波の差の音波である。
【００６６】
第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被検体に出射すると、被検体における光の被照射部の温度が上昇する。ここで、図３で説明したように被検体の温度と被検体の成分のうち水の吸光度との関係が線形であるため、複数回出射する光のうち所定の１波長の光である第２の光により被検体から発生する音波の大きさをモニタすることによって、間接的に被検体の温度変化量の空間的分布を測定することができる。ここで、「被検体の温度変化量の空間的分布」とは、第１の光及び第２の光、又は第２の光により被検体の温度変化に影響を与える領域内の分布を意味する。
【００６７】
このように、本発明に係る成分濃度測定方法は、被検体の温度変化量の空間的分布を正確に測定できるため、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。また、間接的に被検体の温度を測定し、かつ空間的分布を計測する他の手段と比較して、別途特殊な温度測定器や煩雑な手順が不要であるため、低コストを実現することができる。
【００６８】
本発明の成分濃度測定装置制御方法の前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射することが望ましい。
【００６９】
被検体の成分のうち水の吸光度は、図３で説明したように被検体の温度に依存する。そのため、互いに異なる２つの波長を選択して第１の光及び第２の光の波長を設定すると、第１の光及び第２の光の混合光により被検体から発生する音波の大きさは、被検体の所定の温度（例えば、波長１３８２ｎｍの光、波長１６０８ｎｍの光に設定した場合の温度Ｔ０−２）からの上昇に比例して下降する。そして、成分濃度Ｍに依存したある温度Ｔｅとなると音波の大きさは、所定の値以下に至り、やがて上昇に転じる。
【００７０】
従って、本発明に係る成分濃度測定装置制御方法は、単一音波強度測定手順において音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、交互に光を出射することにより、被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまでの被検体の温度の空間的分布を間接的に測定することができる。
【００７１】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記被検体の温度を一定温度に保持する温度保持手段が、前記被検体の温度を前記所定の温度に保持し、前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記所定の１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が前記被検体から発生する音波の大きさを測定する所定温度音波強度測定手順を前記単一音波強度測定手順の前にさらに有することが望ましい。
【００７２】
本発明に係る成分濃度測定装置制御方法は、所定温度音波強度測定手順において被検体の温度を強制的に所定の温度にして、所定の温度における被検体から発生する音波を測定することができる。
【００７３】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさのうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び前記所定温度音波強度測定手順において測定される音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手順をさらに有することが望ましい。
【００７４】
本発明では、単一音波強度測定手順において第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第１成分濃度算出手順において第１成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び単一光により発生する音波の大きさから、数式（８）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定装置制御方法は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【００７５】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、音波の大きさの推移から前記被検体の温度を測定する音波推移温度測定手段が、前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさの推移から温度を測定する音波推移温度測定手順をさらに有することが望ましい。
【００７６】
本発明では、第２の光により発生する音波の大きさの推移から被検体の温度を推定する。ここで、音波の大きさの推移は、被検体の温度に対して線形に変化することから、音波推移温度測定手順において音波推移温度測定手段は、複数回の第２の光の被検体への出射により被検体の温度変化と共に変化する音波の大きさに基づいて所定の近似計算から第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさを推定することができる。これにより、本発明に係る成分濃度測定装置制御方法は、１波長の光により発生する音波の大きさの推移から被検体の温度の空間的分布を間接的に得ることができる。
【００７７】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段が、前記音波推移温度測定手順において測定する温度のうち前記単一音波強度測定手順において前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手順をさらに有することが望ましい。
【００７８】
本発明では、単一音波強度測定手順において第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第２成分濃度算出手順において第２成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から、数式（７）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定装置制御方法は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【００７９】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記単一音波強度測定手順の前に、前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段が、前記混合光単一光出射手段に前記異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させて前記所定の温度の水に出射させ、前記音波強度測定手段の測定する前記水から発生する音波の大きさが零になるように前記混合光単一光出射手段の前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手順をさらに有することが望ましい。
【００８０】
本発明では、成分濃度測定装置の波長調整手段は、混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。さらに、波長調整手段は、混合光単一光出射手段に第１の光及び第２の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させ、所定の温度に保持された水により作製した校正用検体に出射させ、校正用検体から発生する音波の大きさを音波強度測定手段に測定させる。音波強度測定手段の測定する音波の大きさが零になるように、波長調整手段は混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整する。校正用検体から発生する音波の大きさが零になる状態は、第１の光により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波は、互いに逆位相で、かつ大きさが等しく、校正用検体の中で重畳して打ち消しあっている状態である。従って、上記のように調整された第１の光の波長及び第２の光の波長の各々は、水が同じ吸光度を示す波長であり、各々波長λ１及び波長λ２に一致する。なお、単一光出射手段は、混合光単一光出射手段の出射する第１の光、第２の光のうちいずれか一方を出射することとなる。
【００８１】
波長調整手段により混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整することにより、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に正確に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被検体の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【００８２】
本発明の成分濃度測定装置制御方法の前記所定温度音波強度測定手順において、前記混合光単一光出射手段が前記異なる２波長の光のうち前記所定の１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が音波の大きさを測定することが望ましい。
【００８３】
本発明に係る成分濃度測定装置制御方法では、混合光単一光出射手段が、単一光出射手段を兼ねることにより、簡易な構成で１波の光を被検体に出射することができる。
【００８４】
本発明に係る成分濃度測定装置は、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して被測定物に出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して前記被測定物に出射する混合光単一光出射手段と、前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備え、前記混合光単一光出射手段は、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に出射することを特徴とする。
【００８５】
本発明では、混合光単一光出射手段は、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。そして、混合光単一光出射手段は、第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被測定物に出射する。このように出射した第１の光及び第２の光、又は第２の光が被測定物に照射されると被測定物から音波が発生し、音波強度測定手段は、被測定物から発生する音波の大きさを測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波のうち前述の第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波は、第１の音波により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波の差の音波である。
【００８６】
第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被測定物に出射すると、被測定物における光の被照射部の温度が上昇する。ここで、図３で説明したように被測定物の温度と被測定物の成分のうち水の吸光度との関係が線形であるため、複数回出射する光のうち所定の１波長の光である第２の光により被測定物から発生する音波の大きさをモニタすることによって、間接的に被測定物の温度変化量の空間的分布を測定することができる。
【００８７】
このように、本発明に係る成分濃度測定装置は、被測定物の温度変化量の空間的分布を正確に測定できるため、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。また、間接的に被測定物の温度を測定し、かつ空間的分布を計測する他の手段と比較して、別途特殊な温度測定器や煩雑な方法が不要であるため、低コストを実現することができる。
【００８８】
本発明の成分濃度測定装置において、前記混合光単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射することが望ましい。
【００８９】
被測定物の成分のうち水の吸光度は、図３で説明したように被測定物の温度に依存する。そのため、互いに異なる２つの波長を選択して第１の光及び第２の光の波長を設定すると、第１の光及び第２の光の混合光により被測定物から発生する音波の大きさは、被測定物の所定の温度（例えば、波長１３８２ｎｍの光、波長１６０８ｎｍの光に設定した場合の温度Ｔ０−２）からの上昇に比例して下降する。そして、成分濃度Ｍに依存したある温度Ｔｅとなると音波の大きさは、所定の値以下に至り、やがて上昇に転じる。
【００９０】
従って、本発明に係る成分濃度測定装置は、混合光単一光出射手段が第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、交互に光を出射することにより、被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまでの被測定物の温度の空間的分布を間接的に測定することができる。
【００９１】
本発明の成分濃度測定装置において、前記被測定物の温度を前記所定の温度に保持する温度保持手段と、前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して前記被測定物に出射する単一光出射手段と、をさらに備え、前記単一光出射手段は、前記温度保持手段により保持される前記所定の温度における前記被測定物に前記所定の１波長の光を出射することが望ましい。
【００９２】
本発明に係る成分濃度測定装置は、温度保持手段が被測定物の温度を強制的に所定の温度にして、所定の温度における被測定物から発生する音波を測定することができる。
【００９３】
本発明の成分濃度測定装置において、前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波のうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段をさらに備えることが望ましい。
【００９４】
本発明では、音波強度測定手段が混合光単一光出射手段の出射する第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第１成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び単一光により発生する音波の大きさから、数式（８）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定装置は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【００９５】
本発明の成分濃度測定装置において、前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさの推移から前記被測定物の温度を測定する音波推移温度測定手段をさらに備えることが望ましい。
【００９６】
本発明では、第２の光により発生する音波の大きさの推移から被測定物の温度を推定する。ここで、音波の大きさの推移は、被測定物の温度に対して線形に変化することから、音波推移温度測定手段は、複数回の第２の光の被測定物への出射により被測定物の温度変化と共に変化する音波の大きさに基づいて所定の近似計算から第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさを推定することができる。これにより、本発明に係る成分濃度測定装置は、１波長の光により発生する音波の大きさの推移から被測定物の温度の空間的分布を間接的に得ることができる。
【００９７】
本発明の成分濃度測定装置において、前記音波推移温度測定手段の測定する温度のうち前記混合光単一光出射手段から出射される光により前記被測定物から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段をさらに備えることが望ましい。
【００９８】
本発明では、音波強度測定手段が混合光単一光出射手段の出射する第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第２成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から、数式（７）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定装置は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【００９９】
本発明に係る成分濃度測定装置は、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し且つ前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する混合光単一光出射手段と、前記被検体から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備え、前記混合光単一光出射手段は、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を複数回交互に出射することを特徴とする。
【０１００】
本発明では、混合光単一光出射手段は、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。そして、混合光単一光出射手段は、第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被検体に出射する。このように出射した第１の光及び第２の光、又は第２の光が被検体に照射されると被検体から音波が発生し、音波強度測定手段は、被検体から発生する音波の大きさを測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波のうち前述の第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波は、第１の音波により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波の差の音波である。
【０１０１】
第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被検体に出射すると、被検体における光の被照射部の温度が上昇する。ここで、図３で説明したように被検体の温度と被検体の成分のうち水の吸光度との関係が線形であるため、複数回出射する光のうち所定の１波長の光である第２の光により被検体から発生する音波の大きさをモニタすることによって、間接的に被検体の温度変化量の空間的分布を測定することができる。
【０１０２】
このように、本発明に係る成分濃度測定装置は、被検体の温度変化量の空間的分布を正確に測定できるため、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。また、間接的に被検体の温度を測定し、かつ空間的分布を計測する他の手段と比較して、別途特殊な温度測定器や煩雑な方法が不要であるため、低コストを実現することができる。
【０１０３】
本発明の成分濃度測定装置において、前記混合光単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、前記異なる２波長の光及び前記所定の１波長の光を交互に出射することが望ましい。
【０１０４】
被検体の成分のうち水の吸光度は、図３で説明したように被検体の温度に依存する。そのため、互いに異なる２つの波長を選択して第１の光及び第２の光の波長を設定すると、第１の光及び第２の光の混合光により被検体から発生する音波の大きさは、被検体の所定の温度（例えば、波長１３８２ｎｍの光、波長１６０８ｎｍの光に設定した場合の温度Ｔ０−２）からの上昇に比例して下降する。そして、成分濃度Ｍに依存したある温度Ｔｅとなると音波の大きさは、所定の値以下に至り、やがて上昇に転じる。
【０１０５】
従って、本発明に係る成分濃度測定装置は、混合光単一光出射手段が第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまで、交互に光を出射することにより、被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となるまでの被検体の温度の空間的分布を間接的に測定することができる。
【０１０６】
本発明の成分濃度測定装置において、前記被検体の温度を前記所定の温度に保持する温度保持手段と、前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して前記被検体に出射する単一光出射手段と、をさらに備え、前記単一光出射手段は、前記温度保持手段により保持される前記所定の温度における前記被検体に前記所定の１波長の光を出射することが望ましい。
【０１０７】
本発明に係る成分濃度測定装置は、温度保持手段が被検体の温度を強制的に所定の温度にして、所定の温度における被検体から発生する音波を測定することができる。
【０１０８】
本発明の成分濃度測定装置において、前記混合光単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波のうち前記混合光単一光出射手段からの異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手段をさらに備えることが望ましい。
【０１０９】
本発明では、音波強度測定手段が混合光単一光出射手段の出射する第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第１成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさ及び単一光により発生する音波の大きさから、数式（８）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定装置は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【０１１０】
本発明の成分濃度測定装置において、前記単一光出射手段からの所定の１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさの推移から前記被検体の温度を測定する音波推移温度測定手段をさらに備えることが望ましい。
【０１１１】
本発明では、第２の光により発生する音波の大きさの推移から被検体の温度を推定する。ここで、音波の大きさの推移は、被検体の温度に対して線形に変化することから、音波推移温度測定手段は、複数回の第２の光の被検体への出射により被検体の温度変化と共に変化する音波の大きさに基づいて所定の近似計算から第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさを推定することができる。これにより、本発明に係る成分濃度測定装置は、１波長の光により発生する音波の大きさの推移から被検体の温度の空間的分布を間接的に得ることができる。
【０１１２】
本発明の成分濃度測定装置において、前記音波推移温度測定手段の測定する温度のうち前記混合光単一光出射手段から出射される光により前記被検体から発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度及び前記所定の温度から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手段をさらに備えることが望ましい。
【０１１３】
本発明では、音波強度測定手段が混合光単一光出射手段の出射する第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさを測定する。ここで、混合光により発生する音波の大きさが所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第２成分濃度算出手段は、混合光より発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から、数式（７）により成分濃度を算出できる。従って、本発明に係る成分濃度測定装置は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【０１１４】
本発明の成分濃度測定装置において、前記混合光単一光出射手段に異なる２波長の光を、同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して水に出射させ、前記音波強度測定手段に前記水から発生する音波の大きさを測定させ、測定した音波の大きさが零になるように前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段をさらに備えることが望ましい。
【０１１５】
本発明では、成分濃度測定装置の波長調整手段は、混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体又は被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。さらに、波長調整手段は、混合光単一光出射手段に第１の光及び第２の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させ、所定の温度に保持された水により作製した校正用検体に出射させ、校正用検体から発生する音波の大きさを音波強度測定手段に測定させる。音波強度測定手段の測定する音波の大きさが零になるように、波長調整手段は混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整する。校正用検体から発生する音波の大きさが零になる状態は、第１の光により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波は、互いに逆位相で、かつ大きさが等しく、校正用検体の中で重畳して打ち消しあっている状態である。従って、上記のように調整された第１の光の波長及び第２の光の波長の各々は、水が同じ吸光度を示す波長であり、各々波長λ１及び波長λ２に一致する。なお、単一光出射手段は、混合光単一光出射手段の出射する第１の光、第２の光のうちいずれか一方を出射することとなる。
【０１１６】
波長調整手段により混合光単一光出射手段の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整することにより、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に正確に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１１７】
本発明の成分濃度測定装置において、前記単一光出射手段は、前記混合光単一光出射手段の前記異なる２波長の光のうち前記所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射することが望ましい。
【０１１８】
本発明に係る成分濃度測定装置は、混合光単一光出射手段が単一光出射手段を兼ねることにより、簡易な構成で１波の光を被検体又は被測定物に出射することができる。
【発明の効果】
【０１１９】
本発明の成分濃度測定方法、成分濃度測定装置及び成分濃度装置制御方法は、被検体又は被測定物で発生する音波への被検体又は被測定物の温度変化の影響を少なくすることが可能で成分濃度の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２０】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０１２１】
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、以下においては、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法について、被検体の成分濃度を測定する場合の実施の形態を説明するが、被検体を被測定物に置き換えれば被測定物の成分濃度を測定する場合の実施の形態に相当する。
【０１２２】
図４に本実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示す。図４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。
【０１２３】
図４において、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、混合光単一光出射手段の一部としての第１の光源１１及び第２の光源１２、変調信号発生部２１、１８０°移相回路２２、合波部３１、波長制御部４１、温度保持手段の一部としての温度検出部６１、加熱部６２、冷却部６３、温度制御部６５、導熱材９３、音波強度測定手段の一部としての音波検出部７１、粘着性ゴム７３、第１成分濃度算出手段又は第２成分濃度算出手段としての成分濃度算出部８１により構成される。ここで、本実施形態において第２の光源１２は、単一光出射手段を兼ねている。また、合波部３１は、前記混合光単一光出射手段及び前記単一光出射手段に含まれる。ここで、導熱材９３は、被検体１を安定に保持する前記保持体である。
【０１２４】
変調信号発生部２１は、第１の光源１１及び第２の光源１２から出力される２波長の光を強度変調するための変調信号を出力する。１８０°移相回路２２は、変調信号発生部２１からの変調信号のうち一方を反転して出力する。
【０１２５】
第１の光源１１は、変調信号発生部２１からの変調信号を基に駆動し異なる２波長の光のうち一方を強度変調して出射する。また、第２の光源１２は、１８０°移相回路２２で反転された変調信号を基に駆動し異なる２波長の光のうち他方を強度変調して出射する。これにより、第１の光源１１及び第２の光源１２は、異なる２波長の光のそれぞれを同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出力することができる。また、第１の光源１１又は第２の光源１２のいずれか一方の光の出射を停止させれば、第１の光源１１又は第２の光源１２は、異なる２波長の光のうち所定の１波長の光のみを出射することができる。このように、混合光単一光出射手段としての第１の光源１１及び第２の光源１２が単一光出射手段としての第２の光源１２を兼ねることにより、簡易な構成で１波の光を被検体１に出射することができる。
【０１２６】
ここで、第１の光源１１及び第２の光源１２は、例えば半導体レーザを適用することができ、各々の波長は、一方の光の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の光の波長を水が一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長に設定する。ここで、図１で説明したように測定対象とする成分をグルコース又はコレステロールとした場合には、グルコース又はコレステロールの特徴的な吸収を示す波長を照射することによって、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。第１の光源１１及び第２の光源１２としての半導体レーザは、ヒーター又はペルチェ素子により加熱又は冷却することにより発生する光の波長を変化させることができる。
【０１２７】
合波部３１は、第１の光源１１からの光と第２の光源１２からの光とを例えばハーフミラーにより合波して変調光３２として被検体１に向けて出射する。
【０１２８】
音波検出部７１は、第１の光源１１又は／及び第２の光源１２から合波部３１を介して出射された光により被検体１で発生する音波を検出し、音波の振幅に比例した電気信号を出力する。
【０１２９】
温度検出部６１は、例えばサーミスタを適用して、被検体１の変調光３２により音波が発生する位置の近傍の温度を検出する。また、温度制御部６５は、温度検出部６１の検出する温度を所定の温度に近づけるように加熱部６２及び冷却部６３の温度を制御して被検体１の温度を所定の温度に保持する。加熱部６２は、例えば電熱線等のヒーターを適用して温度制御部６５からの加熱電力に応じて被検体１において変調光３２により音波が発生する部位を加熱する。一方、冷却部６３は、例えばペルチェ素子ファンを適用して温度制御部６５からの冷却電力に応じて被検体１において変調光３２により音波が発生する部位を冷却する。そのため、温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３は、被検体１において変調光３２により音波が発生する部位の近傍に、後述する実装例のように導熱材９３を介して被検体１に接して設ける。なお、図４においては、導熱材９３は、図面の煩雑さを避けるために概念的な形状で示している。
【０１３０】
また、導熱材９３は、被検体１に柔軟に接触して安定に保持し、かつ温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３と被検体１の間で熱を伝導させる機能を有する。導熱材９３は、例えば柔軟で熱伝導度の高いゴムなどで作製することにより、被検体１に適切に接触して保持し、かつ導熱材９３の温度は被検体１の温度と一致させることができる。粘着性ゴム７３は被検体１に接触して、被検体１から発生する音波を音波検出部７１へ伝達する機能を有する。粘着性ゴム７３は、例えば音波の伝達しやすい柔軟なゴムで作製されている。
【０１３１】
成分濃度算出部８１は、異なる２波長の光及び１波長の光による音波の大きさをそれぞれ記憶しておき、成分濃度を算出する。このように、成分濃度算出部８１を有することにより、測定対象の成分濃度を算出することができる。成分濃度算出部８１における具体的な算出機能については後述する。
【０１３２】
波長制御部４１は、第１の光源１１の出射する光の波長及び第２の光源１２の出射する光の波長を調整する。本実形態では、被検体１に代えて所定の温度Ｔ０に保持された水により作製した校正用検体５を配置する。そして、波長制御部４１は、第１の光源１１及び第２の光源１２の出射する第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度Ｔ０における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。さらに、波長制御部４１は、第１の光源１１及び第２の光源１２に第１の光及び第２の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させて校正用検体５に出射させる。また、校正用検体５から発生する音波の大きさを音波検出部７１に検出させる。波長制御部４１は、音波検出部７１の検出する音波の大きさが零になるように、第１の光源１１及び第２の光源１２の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整する。校正用検体５から発生する音波の大きさが零になる状態は、第１の光により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波は、互いに逆位相で、かつ大きさが等しく、校正用検体５の中で重畳して打ち消しあっている状態である。従って、上記のように調整された第１の光の波長及び第２の光の波長の各々は、水が同じ吸光度を示す波長であり、各々波長λ１及び波長λ２に一致する。
【０１３３】
波長制御部４１により第１の光源１１及び第２の光源１２の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整することにより、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度Ｔ０における測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に正確に一致させることができる。従って、本実施形態の成分濃度測定装置１０は、被検体１の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１３４】
ここで、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の実装例を説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に本実施の形態の成分濃度測定装置１０の実装例を示す。図５（Ａ）は本実施の形態の成分濃度測定装置１０により、被検体１としての左手の人差し指の成分濃度を測定している状態を、指先方向から見た図であり、図５（Ｂ）に示す破線Ｙにおける断面の概念図である。但し、図の理解を容易にするために、被検体１は、断面ではなく、外形を示している。一方、図５（Ｂ）は成分濃度測定装置１０を図５（Ａ）に示す破線Ｘにおける断面を図５（Ａ）の左方向から見た概念図である。但し、図の理解を容易にするために、被検体１は、断面ではなく、外形を示している。
【０１３５】
図５（Ａ）において、音波検出部筐体９１に設けられた音波検出部７１は粘着性ゴム７３を介して被検体１に接している。一方、半円筒状の保護筐体９２の内部には温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３が設けられ、温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３は、半円筒状で柔軟な材料で作製された導熱材９３を介して被検体１に接している。さらに、導熱材９３と被検体１の間に緩衝材が設けられてもよい。また、第１の光源１１、第２の光源１２、変調信号発生部２１、１８０°移相回路２２及び合波部３１よりなる光出射部５１は保護筐体９２の頂上部分の中に貫通して設けられ、変調光３２は導熱材９３の導熱材空孔９４を通じて出射される。
【０１３６】
ここで、本実施形態の成分濃度測定装置１０の動作による各部の具体的な機能について説明する。
【０１３７】
図６は、第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光の出射タイミング、そのときの被検体の温度及び被検体で発生する音波の大きさを示した概略図である。図６において、横軸は時間を、左側の縦軸は音波の大きさを、右側の縦軸は温度を示している。各軸は、任意の値を示している。
【０１３８】
本実施形態では、図４の混合光単一光出射手段としての第１の光源１１及び第２の光源１２は、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長を前述の測定原理に従って被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１に設定し、及び第２の光の波長を前述の測定原理に従って被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ２に設定する。そして、第１の光源１１及び第２の光源１２は、第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被検体１に向けて出射する。つまり、第１の光源１１及び第２の光源１２は、図６で示される混合光（白丸）と単一光（黒丸）とを交互に出射する。ここで、第１の光および第２の光の波長は、所定の温度Ｔ０における水が同じ吸光度を示す異なる２波長に設定する。この場合、所定の温度を先に決定し、決定した温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長に第１の光および第２の光の波長を設定することとしてもよいし、第１の光および第２の光の波長を先に設定し、決定した波長の温度−吸光度特性のグラフ（図３）から両グラフの交点の位置の温度を所定の温度Ｔ０とすることとしてもよい。
【０１３９】
このように出射した第１の光及び第２の光、又は第２の光が被検体１に照射されると被検体１から音波が発生し、音波検出部７１は、被検体１から発生する音波を検出する。ここで、音波検出部７１により検出される音波のうち前述の第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波は、第１の音波により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波の差の音波である。
【０１４０】
第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光を交互に複数回、被検体１に向けて出射すると、被検体１における光の被照射部位の温度は、図６の温度曲線１０５に示すように光の出射開始時点０ｓｅｃから上昇する。ここで、図３で説明したように、被検体１の温度と被検体１の成分のうち水の吸光度との関係が線形であるため、複数回出射する光のうち所定の１波長の光である第２の光により被検体１から発生する音波の大きさ（図６）をモニタすることによって、間接的に被検体１の温度変化量の空間的分布を測定することができる。
【０１４１】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、被検体１の温度変化量の空間的分布を正確に測定できるため、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。また、間接的に被検体１の温度を測定し、かつ空間的分布を計測する他の手段と比較して、別途特殊な温度測定器や煩雑な手順が不要であるため、低コストを実現することができる。
【０１４２】
また、第１の光源１１及び第２の光源１２は、第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する図６の音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となるまで、混合光と単一光とを交互に出射することが望ましい。ここで、所定の大きさｓｆは、例えば、雑音信号のＲＭＳ値とすることができる。また、混合光と単一光と交互に出射すると各光の出射タイミングは非連続となる。この場合、音波の検出時間が長ければ、相対的に連続に近づくため、成分濃度測定装置１０は、検出時間と各光の出射タイミングとを調整することにより、所定の大きさｓｆを略０とすることもできる。
【０１４３】
被検体１の成分のうち水の吸光度は、図３で説明したように被検体１の温度に依存する。そのため、互いに異なる２つの波長を選択して第１の光及び第２の光の波長を設定すると、第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する図６の音波の大きさ１０２は、被検体１の所定の温度（例えば、波長１３８２ｎｍの光、波長１６０８ｎｍの光に設定した場合の温度Ｔ０−２）からの上昇に比例して下降する。そして、被検体１の温度が成分濃度Ｍに依存したある温度Ｔｅとなると音波の大きさ１０２は、所定の値ｓｆ以下に至り、やがて上昇に転じる。図６では、出射開始時点０ｓｅｃから約７秒後に音波の大きさ１０２が略０となっていることを示している。図４の被検体１の温度は、図６の温度曲線１０５のように、光の出射終了時点１５ｓｅｃまで上昇し、出射終了時点１５ｓｅｃ以降次の出射開始時点３０ｓｅｃから出射終了時点４５ｓｅｃまで再度上昇する。ここで、温度曲線１０５は、出射開始時点０ｓｅｃの直後に急勾配で上昇した後に、勾配を緩め、環境温度と平衡する或る飽和温度に漸近する。成分濃度測定には、この漸近しつつある、勾配の小さい温度領域を用いることが望ましい。
【０１４４】
従って、本実施形態の成分濃度測定装置１０は、第１の光源１１及び第２の光源１２が、図６の第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となるまで、交互に光を出射することにより、図４の被検体１から発生する混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となるまでの被検体１の温度の空間的分布を間接的に測定することができる。
【０１４５】
温度保持手段としての温度制御部６５は、被検体１の温度に応じて加熱部６２又は冷却部６３を制御して被検体１の温度を図６の所定の温度Ｔ０に保持し、第２の光源１２は、所定の温度における被検体１に所定の１波長の光である第２の光を出射する。
【０１４６】
被検体１の温度が、例えば、図６に示すＴｓと所定の温度Ｔ０より高い場合、所定の温度Ｔ０に保持するため、成分濃度測定装置１０は、温度制御部６５により冷却部６３を駆動させて被検体１を冷却する。一方、被検体１の温度が、所定の温度Ｔ０より低い場合、所定の温度Ｔ０に保持するため、成分濃度測定装置１０は、温度制御部６５により加熱部６２を駆動させて被検体１を加熱する。これにより、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、温度制御部６５が被検体１の温度を強制的に所定の温度Ｔ０にして、音波検出部７１により所定の温度Ｔ０における被検体１から発生する音波を測定することができる。
【０１４７】
第１成分濃度算出手段としての成分濃度算出部８１は、第２の光源１２からの所定の１波長の光である第２の光の単一光により被検体１から発生する音波のうち第１の光源１１及び第２の光源１２からの異なる２波長の光である第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する図６の音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときに相当する音波の大きさｓ２（Ｔｅ）及び第２の光源１２からの所定の１波長の光である第２の光の単一光により被検体１から発生する音波の大きさｓ２（Ｔ０）から成分濃度を算出することが望ましい。
【０１４８】
本実施形態の成分濃度測定装置１０は、音波検出部７１が、第１の光源１１及び第２の光源１２の出射する第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の値以下となるまで第２の光源１２からの第２の光の単一光により発生する音波の大きさ１０１を検出する。ここで、図６の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、成分濃度算出部８１は、混合光より発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさｓ２（Ｔｅ）及び単一光により発生する音波の大きさｓ２（Ｔ０）から、数式（８）により成分濃度を算出できる。
【０１４９】
ここで、単一光により発生する音波の大きさ１０１は、図６の黒丸に示すように直線で変化する。そのため、音波の大きさ１０１が連続であれば、混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときの単一光により発生する音波の大きさ１０１の実測値を用いることができる。一方、単一光により発生する音波の大きさ１０１が不連続である場合や音波の大きさ１０１の測定精度を向上させるために、単一光により発生する音波の大きさ１０１を最小２乗近似により近似して単一光により発生する音波の大きさ１０１を算出して用いることとしてもよい。
【０１５０】
このように測定した音波の大きさ１０１から成分濃度を算出することによって、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【０１５１】
また、成分濃度算出部８１は、第２の光源１２からの所定の１波長の光である第２の光の単一光により被検体１から発生する音波の大きさ１０１の推移から被検体１の温度を測定する音波推移温度測定手段としての機能を有することが望ましい。
【０１５２】
本実施形態の成分濃度測定装置１０は、図６の第２の光により発生する音波の大きさ１０１の推移から被検体１の温度を推定する。ここで、音波の大きさ１０１の推移は、被検体１の温度に対して線形に変化することから、成分濃度算出部８１は、複数回の第２の光の被検体１への出射により被検体１の温度の変化と共に変化する音波の大きさ１０１に基づいて所定の近似計算から第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさｓ２（Ｔｅ）を推定することができる。ここで、上記の近似計算は、例えば、図６の黒丸の載る直線を最小２乗法により近似する近時計算を適用できる。そして、成分濃度算出部８１は、図３で説明した温度−吸光度特性のグラフの傾きから図６の温度曲線１０５を得ることができる。なお、被検体１の温度を推定するに際して、被検体１の初期の温度Ｔ０を検出する必要があるが、成分濃度算出部８１は、温度検出部６１により温度制御部６５を介して温度Ｔ０を検出することとする。このようにして、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、１波長の光である第２の光の単一光により発生する音波の大きさ１０１の推移から被検体１の温度の空間的分布を間接的に得ることができる。
【０１５３】
また、第２成分濃度算出部としての成分濃度算出部８１は、図６の第２の光により発生する音波の大きさ１０１の推移から測定する温度のうち第１の光源１１及び第２の光源１２から出射される第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から成分濃度を算出することが望ましい。
【０１５４】
本実施形態の成分濃度測定装置１０は、音波検出部７１により第１の光源１１及び第２の光源１２の出射する第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の値以下となるまで第２の光の単一光により発生する音波の大きさ１０１を測定する。ここで、図６の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の値ｓｆ以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、成分濃度算出部８１は、混合光より発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から、数式（７）により成分濃度を算出できる。従って、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。なお、本実施形態では、音波の大きさｓ２の推移から温度Ｔｅを推定することとしているが、非接触かつ特定位置の体表温度を計測するサーモグラフのような装置を用いれば、第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさが所定の大きさ以下となったときの温度Ｔｅを直接測定して、式（７）から成分濃度Ｍを算出することもできる。
【０１５５】
次に、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法について図３、図４、図６を参照して説明する。
【０１５６】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、成分濃度測定装置１０の第１の光源１１及び第２の光源１２が、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。そして、成分濃度測定装置１０は、単一音波強度測定手順として次の動作を行う。第１の光源１１及び第２の光源１２は、第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光とを複数回交互に出射すると共に、音波検出部７１は、被検体１から発生する音波の大きさ１０１、１０２を測定する。
【０１５７】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、単一音波強度測定手順において混合光及び単一光を複数回交互に出射することにより、図６の第２の光の単一光により発生する音波の大きさ１０１の推移から、被検体１の温度変化量の空間的分布を正確に測定できるため、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。また、間接的に被検体１の温度を測定し、かつ空間的分布を計測する他の手段と比較して、別途特殊な温度測定器や煩雑な手順が不要であるため、低コストを実現することができる。
【０１５８】
また、単一音波強度測定手順において図４の第１の光源１１及び第２の光源１２は、異なる２波長の光である第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する図６の音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となるまで、混合光及び単一光を交互に出射することが望ましい。
【０１５９】
第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する音波の大きさ１０２は、被検体１の所定の温度からの上昇と共に下降する。そして、音波の大きさ１０２は、所定の値以下に至り、やがて上昇に転じる。そのため、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法は、単一音波強度測定手順において図６の音波の大きさ１０２が所定の大きさ以下となるまで、混合光及び単一光を交互に光を出射することにより、被検体１から発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となるまでの被検体１の温度の空間的分布を間接的に測定することができる。
【０１６０】
また、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、温度制御部６５が被検体１の温度を図６の所定の温度Ｔ０に保持し、第２の光源１２が所定の１波長の光である第２の光の単一光を出射し、音波検出部７１が被検体１から発生する音波の大きさを測定する所定温度音波強度測定手順を単一音波強度測定手順の前にさらに有することが望ましい。
【０１６１】
本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、所定温度音波強度測定手順において被検体１の温度を強制的に図６の所定の温度Ｔ０にして、所定の温度Ｔ０における被検体１から発生する音波を測定することができる。
【０１６２】
また、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、成分濃度算出部８１が、単一音波強度測定手順において第２の光源１２からの所定の１波長の光である第２の光の単一光により被検体１から発生する音波の大きさのうち第１の光源１１及び第２の光源１２からの異なる２波長の光である第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する図６の音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときに相当する音波の大きさｓ２（Ｔｅ）及び所定温度音波強度測定手順において測定される音波の大きさから成分濃度を算出する第１成分濃度算出手順をさらに有することが望ましい。
【０１６３】
図６の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の値以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第１成分濃度算出手順において成分濃度算出部８１は、図６の混合光より発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときに相当する音波の大きさｓ２（Ｔｅ）及び単一光により発生する音波の大きさｓ２（Ｔ０）から、数式（８）により成分濃度を算出できる。従って、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【０１６４】
また、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、音波推移温度測定手段としての成分濃度算出部８１が、単一音波強度測定手順において第１の第２の光源１２からの所定の１波長の光である第２の光の単一光により被検体１から発生する図６の音波の大きさ１０１の推移から温度を測定する音波推移温度測定手順をさらに有することが望ましい。
【０１６５】
音波の大きさ１０１の推移は、被検体１の温度に対して線形に変化することから、音波推移温度測定手順において成分濃度算出部８１は、複数回の第２の光の被検体１への出射により被検体１の温度変化と共に変化する音波の大きさ１０１に基づいて所定の近似計算から第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさ以下となったときに相当する音波の大きさｓ２（Ｔｅ）を推定することができる。なお、上記の所定の近似計算は、前述の通りである。これにより、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、単一光の光により発生する音波の大きさ１０１の推移から被検体１の温度の空間的分布を間接的に得ることができる。
【０１６６】
また、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、成分濃度算出部８１が音波推移温度測定手順において測定する温度のうち単一音波強度測定手順において第１の光源１１及び第２の光源１２からの異なる２波長の光である第１の光及び第２の光の混合光により被検体１から発生する図６の音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から成分濃度を算出する第２成分濃度算出手順をさらに有することが望ましい。
【０１６７】
図６の混合光により発生する音波の大きさ１０２が所定の値ｓｆ以下のとき、ｓ１−ｓ２は略０とみなすことができる。そのため、第２成分濃度算出手順において成分濃度算出部８１は、混合光より発生する音波の大きさ１０２が所定の大きさｓｆ以下となったときの温度Ｔｅ及び所定の温度Ｔ０から、数式（７）により成分濃度を算出できる。従って、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、温度変化量による音波強度の変化の影響を少なくして成分濃度を正確に算出することができる。
【０１６８】
また、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、単一音波強度測定手順の前に、波長制御部４１が、第１の光源１１及び第２の光源１２に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調させて図６の所定の温度Ｔ０の水に出射させ、音波強度測定手段の測定する水から発生する音波の大きさが零になるように第１の光源１１及び第２の光源１２の異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手順をさらに有することが望ましい。
【０１６９】
波長制御部４１により第１の光源１１及び第２の光源１２の出射する第１の光の波長と第２の光の波長いずれか、又は両方を調整することにより、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に正確に一致させることができる。従って、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、被検体１の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１７０】
また、本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、所定温度音波強度測定手順において、第２の光源１２が異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を出射し、音波検出部７１が音波の大きさを測定することが望ましい。
【０１７１】
本実施形態の成分濃度測定装置１０の制御方法では、混合光単一光出射手段としての第１の光源１１及び第２の光源１２の一方である第２の光源１２が単一光出射手段を兼ねることにより、簡易な構成で１波の光を被検体１に出射することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
本発明の成分濃度測定方法、成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法は、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、人間の生体ばかりでなく、動物の生体についても健康管理に利用することができる。さらに、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】
【０１７３】
【図１】常温における水とグルコース水溶液の吸光度特性を示した図である。
【図２】水に照射する光の波長に対する水の吸光度特性の変化のグラフを示した図である。
【図３】水の温度変化に対する水の吸光度特性の変化のグラフを示した図である。
【図４】１実施形態に係る成分濃度測定装置の構成を示した図である。
【図５】成分濃度測定装置の実装の１例を示した図である。
【図６】第１の光及び第２の光の混合光と第２の光の単一光の出射タイミング、そのときの被検体の温度及び被検体で発生する音波の大きさを示した概略図である。
【図７】従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図８】従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１７４】
１：被検体
５：校正用検体
１０：成分濃度測定装置
１１：第１の光源
１２：第２の光源
２１：変調信号発生部
２２：１８０°移相回路
３１：合波部
３２：変調光
４１：波長制御部
５１：光出射部
６１：温度検出部
６２：加熱部
６３：冷却部
６５：温度制御部
７１：音波検出部
７３：粘着性ゴム
８１：成分濃度算出部
９１：音波検出部筐体
９２：保護筺体
９３：導熱材
９４：導熱材空孔
１０１：音波の大きさ
１０２：音波の大きさ
１０３：音波の大きさ
１０４：音波の大きさ
１０５：温度曲線
６０１：第１の光源
６０４：駆動回路
６０５：第２の光源
６０８：駆動回路
６０９：合波部
６１０：被検体
６１３：超音波検出器
６１６：パルス光源
６１７：チョッパ板
６１８：モータ
６１９：音響センサ
６２０：波形観測器
６２１：周波数解析器
【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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