(57)【要約】【課題】生体において変化し易く生体の部位によっては計測が困難な光路長を、より正確に計測する。【解決手段】生体に磁場を印加し、生体自身のファラデー効果により回転した偏光方向の回転角度Θと磁場の強度Ｈと、生体のベルデの定数Ｖより光路長Ｌを算出する。【選択図】図１
2007187583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光した光を生体試料に投射する光源と、
前記生体試料に磁場を印加する磁場印加部と、
前記磁場を制御する磁場制御部と、
前記磁場制御部を制御する磁場制御信号を発生させる磁場制御信号発生部と、
前記生体試料を透過した前記光のうち、特定の偏光方向の成分を透過させる検光子と、
前記検光子を透過した前記成分を検知し、前記検知に応じた信号を出力する光センサと、
前記磁場制御信号及び前記光センサの出力信号に基づいて前記生体試料中を伝搬する前記直線偏光した光の光路長を算出する演算部と、
を備えた光路長計測装置。
【請求項２】
前記磁場制御部は、前記光センサの出力信号が極大値及び極小値を示すまで前記磁場を掃引し、
前記演算部は、前記光センサの出力信号が極大値を示す際の前記磁場制御信号の強度と前記光センサの出力信号が極小値を示す際の前記磁場制御信号の強度との差に基づき光路長を算出する、
請求項１記載の光路長計測装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記磁場制御信号のうちｎ個の離散的な磁場制御信号Ｘｉ（ｉは整数）を選択し、さらに前記磁場制御信号Ｘｉに対応するｎ個の前記光センサの出力信号Ｙｉ（ｉは整数）を選択し、
前記ｎ個のＸｉ及び前記ｎ個のＹｉを、式（１）：
Ｙ＝α＋β×（Ｓｉｎ（（Ｘ／γ）−δ））2       ・・・（１）
（式（１）中、Ｙは前記光センサの出力信号を示す変数、α、β、γ及びδは算出された定数、Ｘは前記磁場制御信号に相当する変数）で示される回帰方程式を用いて最小２乗計法の原理に基づいて回帰処理してα、β、γ及びδを算出し、
前記γより前記生体試料中を伝搬する前記直線偏光した光の光路長を算出する、
請求項１記載の光路長計測装置。
【請求項４】
前記光源から出射される前記光の強度を変調させるための信号を発生させ出力する信号発生器と、
前記光センサの出力信号を前記信号発生器の出力信号を参照信号として位相敏感検波し、前記検波に応じた信号を出力するロックインアンプとをさらに備え、
前記ロックインアンプの出力信号を前記光センサの出力信号とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の光路長計測装置。
【請求項５】
請求項３に記載の光路長計測装置と、
前記α又は前記βに基づいて前記生体試料中の吸光度を算出し、前記吸光度、前記生体試料中に含まれている特定成分の吸光係数、及び前記γより算出された前記生体試料の光路長から、前記生体試料における前記特定成分の濃度を算出する濃度演算部と、
を備えた特定成分計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体試料を伝搬する光の光路長を求めたり、生体試料中の特定成分の濃度を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検試料に光を照射し、透過した特定波長の光の強度を検出することで、被検試料中の特定成分の濃度を計測していた。この場合、下記の式（２）：
Ｉ＝Ｉ0×ｅｘｐ（−Ａ×Ｃ×Ｌ）  ・・・（２）
（式（２）中、Ｉ0：照射する光の強度
Ｉ：透過光の強度
Ｌ：被検試料中を光が伝搬した距離（光路長）
Ｃ：特定成分の濃度
Ａ：特定波長に対する特定成分の吸光係数）
により濃度を算出していた。即ち、Ｉを計測し、Ｉ0、Ｌ及びＡから特定成分の濃度Ｃを算出する。従って、濃度を算出するには、あらかじめ光路長Ｌが判明している必要がある。
【０００３】
ここで、例えば耳たぶ等の生体試料に光を照射し、透過光を測定することにより、人体の外部からグルコース等の濃度を算出する、いわゆる非侵襲測定の可能な定量分析装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ここでは、光路長を確定させるとともに、一定にするために、生体試料を一定厚みでクランプする機械的な部材を用いることが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３５６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被検試料が生体の場合は、一定厚みでクランプすると、その挟み圧力によって生体試料本来の状態を保持できなくなる場合があり、特定成分の濃度を正確に計測することができなくなるおそれがある。より具体的には、挟み圧力によって血流や圧力が変化し、生体組織中の成分濃度が変化するため、当該成分濃度を正確に計測できなくなるおそれがある。例えば、静脈中の血糖値が変化すると、細胞間質液のグルコース濃度もやや遅れて変化するが、この遅れの度合いに影響を及ぼすことも考えられる。
また、長時間クランプすると、被検者が不快感を感じるため、常時連続計測を行うことが困難になることもあった。更に、眼球及びその周辺のように、クランプすることが困難な部位で計測を行いたい場合もあるが、上記特許文献１記載の技術では正確には計測できない。
そこで、生体試料の厚みが一定になるような大きさの挟み圧力を生体試料に印加しないで、生体試料の光路長を測定することが好ましい。
【０００５】
しかし、生体試料の厚みが一定になるような大きさの挟み圧力を印加せずに、ノギス等により生体試料を挟んで光路長を測定する場合、生体試料を挟む圧力により生体試料の厚みが変化するため、光路長を正確に測定することは困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題に鑑み、生体試料の厚みが一定になるような大きさの挟み圧力を生体試料に印加することなく、生体試料の光路長を正確に算出することの可能な光路長計測装置を提供することを目的とする。また、本発明は、求められた生体試料の光路長を用いて、生体試料中の特定成分の濃度を正確に算出することの可能な特定成分計測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】
【０００７】
上記課題を解決すべく、本発明は、直線偏光した光を生体試料に投射する光源と、生体試料に磁場を印加する磁場印加部と、磁場を制御する磁場制御部と、磁場制御部を制御する磁場制御信号を発生させる磁場制御信号発生部と、生体試料を透過した前記光のうち、特定の偏光方向の成分を透過させる検光子と、検光子を透過した上記成分を検知し、上記検知に応じた信号を出力する光センサと、磁場制御信号及び光センサの出力信号に基づいて生体試料中を伝搬する直線偏光した光の光路長を算出する演算部と、を備えた光路長計測装置を提供する。
さらに、本発明は、先に述べた本発明の光路長計測装置を備えた特定成分計測装置も提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光路長計測装置によると、生体試料の厚みが一定になるような大きさの挟み圧力を生体試料に印加することなく、生体試料の光路長を正確に算出することができる。また、本発明の特定成分計測装置によると、求められた生体試料の光路長を用いて、生体試料中の特定成分の濃度を正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の光路長計測装置は、生体試料に光を照射し同時に生体試料に磁場を印加しファラデー効果によって光の偏光方向を所定角度回転させ、印加した磁場強度より光路長を算出する。また、本発明の特定成分計測装置は、求められた生体試料の光路長を用いて、生体試料中の特定成分の濃度を算出する。
即ち、本発明によれば、生体試料に光を照射し同時に生体試料に磁場を印加することで、生体試料をクランプ等で拘束することなく非接触で生体試料の光路長や特定成分の濃度を計測することができる。
【００１０】
本発明において、光を照射する生体の部位としては、例えば腕、指、耳及び目等が挙げられる。
また、生体試料中に含まれる特定成分であって、本発明による計測の対象となる特定成分としては、例えばグルコース、ヘモグロビン及びアルブミン等が挙げられる。
【００１１】
本発明の光路長計測装置は、直線偏光した光を生体試料に投射する光源と、生体試料に磁場を印加する磁場印加部と、磁場を制御する磁場制御部と、磁場制御部を制御する磁場制御信号を発生させる磁場制御信号発生部と、生体試料を透過した光のうち、特定の偏光方向の成分を透過させる検光子と、検光子を透過した上記成分を検知し、上記検知に応じた信号を出力する光センサと、磁場制御信号及び光センサの出力信号に基づいて生体試料中を伝搬する上記直線偏光した光の光路長を算出する演算部と、を有する。
【００１２】
ここで、前記磁場制御部は、光センサの出力信号が極大値及び極小値を示すまで前記磁場を掃引し、前記演算部は、光センサの出力信号が極大値を示す際の磁場制御信号の強度と光センサの出力信号が極小値を示す際の磁場制御信号の強度との差に基づき光路長を算出することが好ましい。
また、前記演算部は、前記磁場制御信号のうちｎ個の離散的な磁場制御信号Ｘｉ（ｉは整数）を選択し、さらに前記磁場制御信号Ｘｉに対応するｎ個の前記光センサの出力信号Ｙｉ（ｉは整数）を選択し、前記ｎ個のＸｉ及び前記ｎ個のＹｉを、式（１）：
Ｙ＝α＋β×（Ｓｉｎ（（Ｘ／γ）−δ））2       ・・・（１）
（式（１）中、Ｙは光センサの出力信号を示す変数、α、β、γ及びδは算出された定数、Ｘは磁場制御信号に相当する変数）で示される回帰方程式を用いて最小２乗計法の原理に基づいて回帰処理してα、β、γ及びδを算出し、前記γより前記生体試料中を伝搬する前記直線偏光した光の光路長を算出するのが好ましい。
また、本発明の光路長計測装置は、光源から出射される光の強度を変調させるための信号を発生させ出力する信号発生器と、光センサの出力信号を信号発生器の出力信号を参照信号として位相敏感検波し、その検波に応じた信号を出力するロックインアンプとをさらに備え、ロックインアンプの出力信号を光センサの出力信号とすることが好ましい。
本発明の特定成分計測装置は、上記の光路長計測装置と、α又はβに基づいて生体試料中の吸光度を算出し、吸光度、生体試料中に含まれている特定成分の吸光係数、及びγより算出された生体試料の光路長から、生体試料における特定成分の濃度を算出する濃度演算部とを備えることが好ましい。
【００１３】
以下に、本発明の光路長計測装置及び特定成分計測装置が利用する原理について説明する。
物質中に光を伝搬させ、その伝搬方向に磁場を印加すると、いわゆる磁気旋光により光の偏光方向が伝搬にしたがって回転する。この現象を光ファラデー効果と呼ぶ。この光ファラデー効果は、次の式（３）：
Θ＝Ｖ×Ｈ×Ｌ      ・・・（３）
（式（３）中、Θ：偏光方向の回転角度［分］、
Ｖ：物質のベルデの定数［分／Ａ］
Ｈ：磁場［Ａ／ｍ］
Ｌ：光路長［ｍ］）
で表される。
この式（３）のＶは、物質、光の波長、温度によって異なる。各種の物質のＶの一例を以下の表１に示す。
【００１４】
【表１】
2007187583.tif 000003
【００１５】
この光ファラデー効果を利用したものに、従来の技術で用いられている光ファラデー変調器がある。これは、棒状のフリントガラスにソレノイドコイルを巻きこれに電流を流すことによって磁場を印加して、磁場方向に伝搬する光の偏光方向を変調するものである。ソレノイドコイルに流す電流を制御することによって、自由に偏光方向を制御することができる。
このように、光ファラデー効果によって、物質に磁場を印加すると、偏光方向を制御することができる。これは、表１からもわかるように、水、クロロホルム、アセトンなどにおいても同じである。また、水を主成分とする生体も同様である。
【００１６】
ここでの、磁場印加部としては、光の伝搬方向に磁場を印加するソレノイドコイル、磁石などがある。この磁場の変調は、ソレノイドコイルに流す電流を変調するか、磁石と被検試料までの距離を変調することで、可能になる。
上記のように、物質に磁場を印加して、この磁場を制御することによって、偏光方向を制御することができることが、例えば特許第３０７２０４０号公報に示されている。
【００１７】
ここで、上記式（３）は次のように式（４）：
Ｌ＝Θ／（Ｖ×Ｈ）      ・・・（４）
に変換することができる。
式（４）から明らかなように、Θを所定角度回転させ、その時のＨと物質のＶよりＬが算出できる。
このように、生体などの被検試料に磁場を印加し、生体自身のファラデー効果により回転した偏光方向の回転角度Θと磁場の強度Ｈと、生体のベルデの定数Ｖより光路長Ｌが算出できる。
【００１８】
以下において、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。より具体的には、まず生体試料の代わりに被検試料として純水を用いて本発明の光路長計測原理を説明し、ついで、生体試料の代わりに被検試料としてグルコース水溶液を用いて本発明の特定成分の濃度計測原理を説明する。
本実施の形態の光路長計測装置及び特定成分計測装置を実施するための構成を図１に示す。図１に示すように、本実施の形態の光路長計測装置及び特定成分計測装置は、特定成分の吸光波長の光を発する光源１から、略平行光２を生体試料（ないしは被検試料）に照射する。
【００１９】
光源１は、例えばランプ等の白色発光デバイス、特定波長の光のみを抽出する回折格子又は光学フィルターなどの分光デバイス、略平行光にするレンズ系、及び光を断続し略平行光を強度変調するチョッパーで構成する。
また、光源１としては、半導体レーザ又はＬＥＤ等の発光デバイス、レンズ及び駆動回路を一体化して含む投射モジュールを用いてもよい。
【００２０】
被検試料を保持するサンプルセル２０は、円筒型部材３、及び二色性を有し直線偏光の光を透過するポーラロイド板４、５で構成されている。被検試料中の略平行光２の光路長はＬである。
ポーラロイド板４は略平行光２が被検試料へ入射する入射面を構成し、また、ポーラロイド板５は略平行光２が被検試料より出射する出射面を構成する。
また、ポーラロイド板４は偏光方向が紙面に平行な光を透過する偏光子として、ポーラロイド板５は偏光方向が紙面に垂直な光を透過する透過する偏光子として機能している。ここでは入射面および出射面が透過させる光の偏光方向の相対角度Ｄはπ／２である。
【００２１】
円筒型部材３を構成する材料は特に制限されず、光透過性を有していても有していなくてもよい。
なお、被検試料中での略平行光２の伝搬距離（光路長）に比べて入射面、出射面での伝搬距離は、十分に小さい。
サンプルセル２０をはさんで、略平行光２の周囲に巻かれたソレノイドコイル６で、サンプルセル中の被検試料に磁場を印加する。この磁場は、略平行光２の伝搬方向に印加され、その強度は被検試料中の略平行光２の光路内において実質的に均一である。さらに、磁場の強度はソレノイドコイル６に流す電流に比例する。
【００２２】
また、本実施の形態の光路長計測装置は、ソレノイドコイル６に電流Ｊを流す駆動器７、出射面を出射した光を検知する光センサ８、光源１を制御し略平行光２を強度変調する変調信号を発生する信号発生器（即ち、光源から出射される光の強度を変調させるための信号を発生させ出力する信号発生器）９、光センサ８の出力信号を信号発生器９の出力信号を参照信号として位相敏感検波するロックインアンプ１０、及び駆動器７に指令信号を発しかつロックインアンプ１０の出力信号を記録解析するコンピュータ（演算部及び制御部を含む）１１を具備する。
ここで、ソレノイドコイル６が本発明の磁場印加部、駆動器７が本発明の磁場制御部、ポーラロイド板５が本発明の検光子、コンピュータ１１が本発明の演算部及び磁場制御信号発生部に相当する。
【００２３】
上記のような構成によれば、被検試料中において略平行光２の偏光方向は、ソレノイドコイルに流された電流Ｊに比例してΘ回転する。その際の光センサ８に到達する略平行光２の強度即ちロックインアンプ１０の出力信号Ｓは式（５）：
Ｓ＝Ｅ＋Ｆ×（Ｓｉｎ（Θ−δ））2
＝Ｅ＋Ｆ×（Ｓｉｎ（（Ｖ×ｋ×Ｊ×Ｌ）−δ））2      ・・・（５）
（式（５）中、Ｅ：Θ＝０（Ｊ＝０）の時のロックインアンプ１０の出力信号
Ｆ：Θ＝π／２の時のロックインアンプ１０の出力信号からＥを引いた値
ｋ：比例定数
δ：被検試料中における磁場によらない偏光方向の回転）
で表される。
【００２４】
なお、Ｅは、ポーラロイド板４、５が理想的で、被検試料中で偏光解消が発生しなかった場合はゼロであり、Ｆは、被検試料の透過率に相当する。
また、本実施の形態では、略平行光２を強度変調しているため、光センサ８に到達する略平行光２の強度はロックインアンプの出力信号で示される。ただし、本発明においては略平行光２を強度変調しなくてもよい。略平行光２を強度変調しない場合、光センサ８に到達する略平行光２の強度を示すものとして光センサ８の出力信号を用いてもよい。
【００２５】
本実施の形態の光路長計測装置及び特定成分計測装置の作用を、被検試料として純水又はグルコース水溶液を用い、光路長Ｌが５ｃｍである場合について説明する。
光源１はグルコース水溶液中のグルコースが吸収する波長の光を発する。コンピュータ１１は駆動器７に指令信号を発し、ソレノイドコイル６に流す電流を−１０Ａ〜＋１０Ａまで掃引する。このときのロックインアンプ１０の出力信号を図２に示す。
図２において、横軸はソレノイドコイル６に流す電流Ｊ（Ａ）を示し、縦軸はロックインアンプ１０の出力信号（任意値）を示している。また、図２には、被検試料である純水について２１個の計測点において計測を行った結果がプロットされている。
【００２６】
ここで、各計測点を計測点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）として割り当てる（この場合、ｉは１〜２１の整数）。Ｘｉは各点の電流Ｊを示し、Ｙｉは各点のロックインアンプの出力信号を示す。そして、これら２１個の計測点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）のＸｉ及びＹｉを、上記式（１）に示す回帰方程式で最小２乗計法の原理に基づいて回帰処理し、α、β、γ及びδを算出する。その結果、以下の値が得られる。
α＝８．９×１０-5
β＝２．２
γ＝５８６／π
δ＝０
これらの数値を上記式（１）に代入して得られる回帰曲線を、Ｘ＝−６００〜６００の範囲で描いた図を図３に示す。
【００２７】
ここで、上記式（１）と上記式（５）とを比較すると、以下の式：
Ｌ＝１／（γ×Ｖ×ｋ）＝（１／γ）×（１／（Ｖ×ｋ））
が得られる。
Ｖは、被検試料に含まれる物質によって決定することができ、ここでは純水を用いているため上記表１に示すようにＶは１．６４５である。ただし、生体試料のＶは、生体試料の主成分が水であるため、１．６４５に近くやや大きな値（概ね１割以内）をとる。
【００２８】
このようなＶ値は、例えば以下の方法によっても決定することができる。
（ａ）動物（眼球等）又は水、タンパク質及び脂肪を用いた擬似生体（ファントム）を作成して、光路長が既知のサンプルセルに入れて計測する方法。
（ｂ）別の方法で光路長を計測し易い部位（腕や指等）で、光路長を確定しておき、Ｖを計測する方法（例えば図１に示す装置において、サンプルセル２０を用いず、指等を配置して計測する方法）。
（ｃ）生体中のグルコース濃度を別途計測（侵襲型で可）しておき、吸光係数及び透過率から上記式（２）を用いて光路長を求めてＶを計測する方法。
【００２９】
また、ｋはソレノイドコイル６の特性に基づいて決定することができる。より具体的には、例えばソレノイドコイル６の巻き数や長さ等を用いて電磁気学的（公知的）に算出したり、磁場計測機を用いて算出したりすることによって決定することができる。
したがって、上記式（１）及び上記式（５）を用いて、光路長Ｌを算出することができる。
【００３０】
また、ある装置を用いて、同じ生体（同じ人）の同じ測定部位（例えば、指）を計測する場合、即ち、同じ組成の生体試料（被検試料）を計測することになるため、Ｖは定数とみなすことができ、さらにＶ×ｋも定数とみなすことができる。そのため、光路長Ｌは１／γに比例するものとみなすことができる。
従って、あらかじめ光路長が既知の生体試料を用いてγを求めておけば、光路長が未知の被検試料で算出されたγとの比より、実際の光路長を算出することができる。
【００３１】
なお、「光路長が既知の生体試料」における光路長は、別の方法で計測することができる。例えば、別の方法で計測する際、同時に本発明に基づく計測を行ってγを求める（ただし、このとき生体試料の光路長は一定とみなす。）。
別の方法としては、例えばノギス等で機械的に計測する方法等が考えられる。
【００３２】
《実施の形態１》
本実施の形態においては、生体試料の代わりに被検試料であるグルコース水溶液（疑似生体試料）を用いて、上述した図１に示す光路長計測装置及び特定成分計測装置を使用した。
【００３３】
１．光路長の計測
光路長Ｌを２．５ｃｍ、１ｃｍ又は０．５ｃｍに設定し、ソレノイドコイル６に流す電流を−１０〜＋１０Ａまで掃引し、２１個の計測点を用いてγを算出した。その結果を図４に示す。図４において、横軸は光路長（ｃｍ）を示し、縦軸は１／γを示す。図４から、光路長Ｌは１／γに比例することが確認できる。
したがって、図４を検量線として用い、γに基づいて光路長を決定することができる。
【００３４】
２．特定成分の計測
次に、光路長Ｌを５ｃｍに設定し、疑似生体試料として、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄｌ、２５０ｍｇ／ｄｌ、及び５００ｍｇ／ｄｌのグルコース水溶液を用いて、上記と同様にソレノイドコイル６に流す電流を−１０〜＋１０Ａまで掃引し、２１個の計測点を得た。そして、それぞれ上記と同様に、計測点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）及び上記式（１）を用いて、回帰曲線式を算出した。
このとき得られたβを純水の際のβ（＝２．２）で規格化し（即ち、β＝２．２のときを図５における縦軸の１（＝１００）になるように規格化し）、図５の縦軸に表示した。図５より、βが濃度に依存することが確認できる。
したがって、図５を検量線として用い、算出されたβに基づいて特定成分（グルコース）濃度を求めることができる。
【００３５】
また、上記式（５）を用いて光路長を算出することができるため、ランベルト−ベアの式を用い、グルコースの吸光係数及びβに基づいて特定成分（グルコース）の濃度を算出してもよい。
この濃度の算出は、以下のようにして行えばよい。この場合は、上記式（２）に示したランベルト−ベアの式において、光路長Ｌ、グルコースの吸光係数Ａが既知である場合に相当する。したがって、あらかじめ、別の方法で疑似生体試料のグルコース濃度（Ｃｙ）を計測すると同時に、上記の本発明の方法でそのときのα及びβ（αｙ，βｙ）を求めておく。
【００３６】
その後、疑似生体試料の濃度Ｃｘを計測する際に、疑似生体試料を上記の本発明の方法で計測し、αｘ及びβｘを求める。これらはそれぞれ、次の式（６）及び式（７）で表される。ただし、Ｑは定数である。
Ｉ0×ｅｘｐ（−Ａ×Ｃｙ×Ｌ）＝Ｑ×（αｙ＋βｙ）  ・・・（６）
Ｉ0×ｅｘｐ（−Ａ×Ｃｘ×Ｌ）＝Ｑ×（αｘ＋βｘ）  ・・・（７）
上記式（７）の両辺を上記式（６）の両辺で割ると、以下の式（８）が得られ、上記式（８）より濃度Ｃｘを算出することができる。
Ｃｘ＝Ｃｙ−（１／（Ａ×Ｌ））×Ｌｎ（（αｘ＋βｘ）／（αｙ＋βｙ））
・・・（８）
【００３７】
なお、ここで、αとβは次の式（９）の関係を満足する。
α＝ｓ×β  ・・・（９）
ここで、ｓは、同じ生体の同一部位であれば濃度Ｃに関わらず定数である。式（９）を（８）へ代入すると次の式（１０）が得られる。
Ｃｘ＝Ｃｙ−(１／(Ａ×Ｌ))×Ｌｎ(((ｓ＋１)×βｘ)／((ｓ＋１)×βｙ))
＝Ｃｙ−(１／(Ａ×Ｌ))×Ｌｎ(βｘ／βｙ)      ・・・（１０）
上記式（１０）で示したように、βのみからでも濃度Ｃｘを算出することができる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によれば、被検試料に印加する磁場を掃引し、磁場強度に相当するソレノイドコイルに流す電流とロックインアンプの出力信号の関係から光路長と特定成分の濃度を計測することができる。
【００３９】
本実施の形態では、ロックインアンプの出力信号が極小値を示す周辺のみで磁場を掃引したが、ロックインアンプの出力信号が極小値から極大値を示す範囲（図３において電流Ｊ＝０Ａ〜２９３Ａの範囲）で磁場を掃引し、それぞれを示す電流値の差から、光路長を算出し、極小値と極大値の差から濃度を算出してもよい。
ただし、本実施の形態では、ロックインアンプの出力信号が極小値を示す周辺のみで磁場を掃引し、回帰処理することにより上記式（１）に基づいて回帰曲線式を算出したため、ソレノイドコイルに流す電流値を小さくでき、特に小型化に有利である。
【００４０】
また、磁場の掃引範囲も特に制限はされず、例えば極値を含まない範囲で掃引しても本発明の光路長計測装置及び特定成分計測装置を用いて測定を行うことは可能である。
ただし、極値を含む範囲で掃引するほうが、本発明の効果をより確実に得るという観点からは好ましい。特に極小値の場合、磁場を掃引したことによる光センサの出力信号の変化（上記式（１）の第２項）に比べて、光センサに出力信号のオフセット（上記式（１）の第１項）が小さいくなるため、ロックインアンプのゲインを大きくすることができ、かつＳ／Ｎを高くすることができ、より正確な計測は可能となり有利である。
【００４１】
《実施の形態２》
本実施の形態においては、生体試料として指を用い、後述する図６に示す光路長計測装置及び特定成分計測装置を使用する。
本実施の形態の光路長計測装置及び特定成分計測装置を実施するための構成を図６に示す。図６において符号１、２及び６〜１１で示される構成要素は、図１において符号１、２及び６〜１１で示される構成要素と同一であり、同様の機能を有している。１２は、生体試料である。
【００４２】
本実施の形態の場合、被検試料が生体試料であるため、二色性を有する。ここで「二色性」とは、同一波長の直線偏光の光でも偏光方向が異なると、吸光度が異なる現象（例えば「生化学辞典  第３版」参照）を意味し、異方性の結晶や高分子を延伸した物質等が示す現象をいう。また、等方性の物質でも圧力が掛かると二色性を示すことがある。
生体の表面にある皮膚は二色性を示し、皮膚の伸縮状態によって二色性の大きさが変化する。生体試料１２の表面、即ち皮膚は図１における符号４及び５で示される部分に相当する。
【００４３】
１．光路長の計測
上記実施の形態１と同様に、光源１はグルコースが吸収する波長の光を発し、コンピュータ１１が駆動器７に指令信号を発し、ソレノイドコイル１３に流す電流を−２０〜２０Ａまで掃引する。
図７は、ロックインアンプ１０の出力信号の電流依存性を示す予測図である。図７において、横軸はソレノイドコイル７に流す電流Ｊ（Ａ）を示し、縦軸はロックインアンプ１０の出力信号（任意値）を示す。また、図７には、４１個の計測点について計測を行った結果がプロットされている。
【００４４】
ここで、各計測点を計測点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）して割り当てる（ｉは１〜４１の整数）。Ｘｉは各点の電流Ｊを示し、Ｙｉは各点のロックインアンプの出力信号を示す。
そして、これら４１個の計測点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）のＸｉ及びＹｉを、上記式（１）に示す回帰方程式で最小２乗計法の原理に基づいて回帰処理し、α、β、γ及びδを算出する。その結果、以下の値が得られる。
α＝０．２
β＝０．８
γ＝３０００／π
δ＝０
【００４５】
図８は、上記のα、β及びγを用いて図７の横軸を拡大して得られる図である。このγから、生体試料１２中での光路長Ｌを実施の形態１と同様にして算出することができる。
また、この光路長Ｌ及びβから、生体試料１２中のグルコース濃度を実施の形態１と同様にして算出することができる。
【００４６】
なお、あらかじめ、生体試料の厚み（＝光路長）Ｌ0を機械的に計測しておきこのときのγをγ0とする。例えば、指等の場合は、ノギス等の機械的方法で光路長Ｌ0を計測すればよい。この方法で計測する際に、同時に本発明で計測することで、γ0を求めておく。
そして、それ以降、グルコース濃度を計測する際には、算出されたγ＝γxとを比較することにより、光路長Ｌxを次の式（１０）で示されるように求めてもよい。
Ｌx＝（γ0／γx）×Ｌ0      ・・・（１０）
これにより、生体試料の用に厚みが変化する場合でも、そのつど機械的に計測する必要が無くなる。
【００４７】
ここで、生体試料の厚み（＝光路長）が異なる部位の厚みを機械的に計測し、それぞれのγを上記と同様に計測し、図４と同様の検量線を作成してもよい。そして、同時に、生体中のグルコース濃度を別途計測（侵襲型で可）し、その際のβを求めておき、さらに、生体中のグルコースが異なる際においても、同様にβを求めることで、図５と同様の検量線を作成してもよい。
また、同様に、生体試料中のグルコース濃度Ｃ0を計測しておき、このときのγをγ0、βを＝β0をとする。そして、それ以降、グルコース濃度を計測する際に、算出されたγx及びβxとγ0及びβ0とを比較し、この結果から、Ｃ0に基づいてグルコース濃度Ｃxを算出してもよい。
【００４８】
ここで、図９に、本発明の実施の形態２の光路長計測装置及び特定成分計測装置の変形例を示す。図９に示すように信号発生器及びロックインアンプは必ずしも用いず、光センサ８の出力信号を、ロックインアンプ１０の出力信号として用い、上記のように光路長計測装置及び特定成分計測装置を動作させて光路長及び特定成分を計測することも可能である。
ただし、より高いＳ／Ｎを確保して、より正確に光路長の計測及び特定成分の計測を行うという観点からは、上記のように信号発生器及びロックインアンプを用いるのが好ましい。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、生体試料に印加する磁場を掃引し、磁場強度に相当するソレノイドコイルに流す電流とロックインアンプの出力信号の関係から光路長と特定成分の濃度を計測することができる。
本実施の形態の場合、生体試料にクランプ等で圧力をかける必要がないため、常時連続計測に有利である。また、光路長の変化にも対応できるため、その実用的効果は極めて大きい。
【００５０】
なお、実施の形態１及び２に場合は、βより濃度を算出する例を示した。実施の形態１及び２のように、βがαよりも大きい場合（ｓ＜１）は、βを用いて濃度を算出する方が高精度化に有利である。
ただし、βがαより小さい場合（ｓ＞１）には、βの代わりにαより、上記と同様に濃度を算出した方が有利である。βがαより小さくなった場合としては、被検試料中での偏光解消が大きい場合や生体試料の二色性が小さい場合等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る光路長計測装置及び特定成分計測装置は、生体試料の光路長を求めたり、生体試料中の特定成分の濃度を計測する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１の光路長計測装置、特定成分計測装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１においてソレノイドコイルに流す電流とロックインアンプの出力信号との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１においてソレノイドコイルに流す電流とロックインアンプの出力信号との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１において、光路長と１／γの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１においてグルコース濃度と出力信号（任意値）の対数との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態２の特定成分計測装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２においてソレノイドコイルに流す電流とロックインアンプの出力信号との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２においてソレノイドコイルに流す電流とロックインアンプの出力信号との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２の特定成分計測装置の変形例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  光源
２  略平行光
３  円筒型部材
４  ポーラロイド板
５  ポーラロイド板
６  ソレノイドコイル
７  駆動器
８  光センサ
９  コンピュータ
【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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