(57)【要約】【課題】従来実用化されていなかった高精度の屈折率計を提供する。【解決手段】光ファイバリング干渉計すなわち光ファイバジャイロのリングファイバの途中に対向コリメータを配置し、前記対向コリメータの間の空間に被測定検体液を収納する検体液セルを配置し、前記検体液セルと基準液セルのいずれかの端部に基準となる基準液セルまたは検体液セルを配置し、前記基準液と被測定検体液における屈折により光ファイバジャイロのリング光路を左右両回りに伝搬する光パスの差を発生させ、それによって発生する左右両回り光の位相差を光ファイバジャイロで測定することによって被測定検体液と基準液との屈折率差を測定する方法を用いて課題を解決した。【選択図】図１
2013253945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバジャイロのリング光路としてのリングファイバの途中に対向コリメータを配置し、前記対向コリメータの間の空間の信号光の光路に被測定検体液を収納するセル（以下、検体液セルという）と屈折率の基準となる液体を収納するセル（以下、基準液セルという）を配置し、前記検体液セルと前記基準液セルは、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも１方のセルの端部に前記基準液セルまたは前記検体液セルが配置されており、前記リング光路に信号光としての左右両回り光を伝搬させたときに、前記検体液と前記基準液における屈折により生じる左右両回り光の光路長の差を前記光ファイバジャイロの出力としての位相差として測定することによって前記被測定検体液の基準液との屈折率差を測定することを特徴とする屈折率計。
【請求項２】
請求項１に記載の屈折率計において、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方のセルにおける信号光の入射壁と出射壁が平行でなく、左右両回り光の前記光路長の差が前記検体液と前記基準液の境界部における屈折により生じることを特徴とする屈折率計。
【請求項３】
請求項１または２に記載の屈折率計において、前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率計。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の屈折率計において、被測定検体液として屈折率が既知の基準液を測定し、前記基準液の屈折率と光ファイバジャイロの出力の位相差の関係を予め測定し、それをテーブル化し、未知の屈折率の被検体液の位相差を測定することによって前記被測定検体液の屈折率をテーブルから参照できるように前記屈折率計が構成されていることを特徴とする屈折率計。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の屈折率計において、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方の当該液収納部が鋭角部がないように形成されていることを特徴とする屈折率計。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の屈折率計において、前記基準液が純水であることを特徴とする屈折率計。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の屈折率計において、前記被検体液が呼気凝縮液であることを特徴とする屈折率計。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の屈折率計において、前記光ファイバジャイロの光部品及びループファイバが全て偏波面保存光ファイバから構成されるいわゆる位相変調方式であることを特徴とする屈折率計。
【請求項９】
光源を含む光ファイバジャイロを用意する工程と、光ファイバジャイロのリング光路としてのリングファイバの途中に対向コリメータを配置する工程と、前記対向コリメータの間の空間の信号光の光路に被測定検体液を収納するセル（以下、検体液セルという）と屈折率の基準となる液体を収納するセル（以下、基準液セルという）を配置する工程と、前記リング光路に信号光としての左右両回り光を伝搬させたときに、前記検体液と前記基準液における屈折により生じる左右両回り光の光路長の差を前記光ファイバジャイロの出力としての位相差として測定することによって前記被測定検体液の基準液との屈折率差を測定する工程を有しており、前記検体液セルと前記基準液セルは、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも１方のセルの端部に前記基準液セルまたは前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の屈折率の測定方法において、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方のセルにおける信号光の入射壁と出射壁が平行でないセルを用い、、左右両回り光の光路長の差が前記検体液と前記基準液の境界部における屈折により生じることを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の屈折率の測定方法において、前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、被測定検体液として屈折率が既知の基準液を測定し、前記基準液の屈折率と光ファイバジャイロの出力の位相差の関係を予め測定し、それをテーブル化したデータを用意する工程を有しており、さらに、未知の屈折率の被検体液の位相差を測定することによって前記被測定検体液の屈折率をテーブルから参照する工程を有していることを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記検体液セルと前記基準液の少なくとも一方の当該液収納部が鋭角部がないように形成されているセルを用意する工程を有することを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記基準液が純水であることを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記被検体液が呼気凝縮液であることを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記光ファイバジャイロの光部品及びループファイバが全て偏波面保存光ファイバから構成されるいわゆる位相変調方式であることを特徴とする屈折率の測定方法。
【請求項１７】
光ファイバジャイロのリング光路としてのリングファイバの途中に対向コリメータを配置し、前記対向コリメータの間の空間の信号光の光路に配置する被測定検体液を収納するセル（以下、検体液セルという）と屈折率の基準となる液体を収納するセル（以下、基準液セルという）であって、前記検体液セルと前記基準液セルは、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記基準液セルまたは前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率測定用のセル。
【請求項１８】
請求項１９に記載の屈折率測定用のセルにおいて、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方のセルにおける信号光の入射壁と出射壁が平行でなく、左右両回り光の光路長の差が前記検体液と前記基準液の境界部における屈折により生じることを特徴とする屈折率測定用のセル。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の屈折率測定用のセルにおいて、前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率測定用のセル。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれかに記載の屈折率測定用のセルにおいて、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方の当該液収納部が鋭角部がないように形成されていることを特徴とする屈折率測定用のセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は光ファイバジャイロを応用した屈折率計に関し、具体的には、純水などの基準液との屈折率差が１０−６以下の測定精度を有し、呼気凝縮液の屈折率をも定できる高精度屈折率計に関する。
【背景技術】
【０００２】  汎用的な屈折計として「アッベ屈折計」が広く知られている。「アッベ屈折計」は、臨界角の位置をとらえて屈折率を求める方式である。一般に、屈折率計の用途は、液体物質の同定のためと液体の濃度・混合比の測定に大別される。【０００３】  例をあげれば、溶液の屈折率を測定する用途として果汁、シロップ、ジャムなどの糖度の測定のほか石油性状の検出・制御システムがある。すなわち、石油精製ではさまざまな性状の原油から規格に定められた各種製品油を効率よく製造しなければならない。そのためには原油の性状把握はもとより、蒸留、脱硫、改質などの各プロセスにおいても処理途上の油の性質を高精度で、タイムラグを出さずに測定あるいは推定することが求められている。【０００４】  ０．１％のグルコース濃度の純水との屈折率差はおよそ０．０００１である。このように、屈折率を測定することによって特定物質の濃度を測定できる。現在、最も高精度の屈折率計の測定精度は２×１０−５であるので、グルコースの場合、０．０１％オーダーの濃度まで測定できる。発明者は呼気凝縮液の中に血糖値と相関のあるタンパク質が含まれている場合を想定した。その濃度は０．０１％以下と想定されるので、屈折率を少なくとも１０−６以下の精度で測定する必要がある。しかし、この濃度は従来の屈折率計では測定精度の点で実現できない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】  梶岡、於俣、「光ファイバジャイロの開発」、第３回光波センシング技術研究会、ＬＳＴ３−９，ＰＰ．５５−６２，１９８９年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明が解決しようとする課題は、従来とは原理が異なる新規な方式の屈折率測定方法を提供し、呼気凝縮液の中に含まれる血糖値と相関のあるタンパク質の測定や高純度の石油精製の制御システムに適用できるほど高い測定精度を有する屈折率計を安価に提供することである。【０００７】  さらに、被測定検体液の量が少なくて済む屈折率計を安価に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  課題を解決するためになされた本発明に係る第１の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１という）は、光ファイバジャイロのリング光路としてのリングファイバの途中に対向コリメータを配置し、前記対向コリメータの間の空間の信号光の光路に被測定検体液を収納するセル（以下、検体液セルという）と屈折率の基準となる液体を収納するセル（以下、基準液セルともいう）を配置し、前記検体液セルと前記基準液セルは、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも１方のセルの端部に前記基準液セルまたは前記検体液セルが配置されており、前記リング光路に信号光としての左右両回り光を伝搬させたときに、前記検体液と前記基準液における屈折により生じる左右両回り光の光路長の差を前記光ファイバジャイロの出力としての位相差として測定することによって前記被測定検体液の基準液との屈折率差を測定することを特徴とする屈折率計である。【０００９】  形態例及び発明１を展開してなされた本発明に係る第２の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明２という）は、形態例及び発明１に記載の屈折率計において、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方のセルにおける信号光の入射壁と出射壁が平行でなく、左右両回り光の前記光路長の差が前記検体液と前記基準液の境界部における屈折により生じることを特徴とする屈折率計である。【００１０】  形態例及び発明１または２を展開してなされた本発明に係る第３の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明３という）は、形態例及び発明１または２に記載の屈折率計において、前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率計である。【００１１】  形態例及び発明１〜３を展開してなされた本発明に係る第４の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明４という）は、形態例及び発明１〜３のいずれかに記載の屈折率計において、被測定検体液として屈折率が既知の基準液を測定し、前記基準液の屈折率と光ファイバジャイロの出力の位相差の関係を予め測定し、それをテーブル化し、未知の屈折率の被検体液の位相差を測定することによって前記被測定検体液の屈折率をテーブルから参照できるように前記屈折率計が構成されていることを特徴とする屈折率計である。【００１２】  形態例及び発明１〜４を展開してなされた本発明に係る第５の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明５という）は、形態例及び発明１〜４のいずれかに記載の屈折率計において、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方の当該液収納部が鋭角部がないように形成されていることを特徴とする屈折率計である。【００１３】  形態例及び発明１〜５を展開してなされた本発明に係る第６の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明６という）は、形態例及び発明１〜６のいずれかに記載の屈折率計において、前記基準液が純水であることを特徴とする屈折率計である。【００１４】  形態例及び発明１〜６を展開してなされた本発明に係る第７の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明７という）は、形態例及び発明１〜６のいずれかに記載の屈折率計において、前記被検体液が呼気凝縮液であることを特徴とする屈折率計である。【０���１５】  形態例及び発明１〜７を展開してなされた本発明に係る第８の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明８という）は、形態例及び発明１〜７のいずれかに記載の屈折率計において、前記光ファイバジャイロの光部品及びループファイバが全て偏波面保存光ファイバから構成されるいわゆる位相変調方式であることを特徴とする屈折率計である。【００１６】  課題を解決するためになされた本発明に係る第９の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明９という）は、光源を含む光ファイバジャイロを用意する工程と、光ファイバジャイロのリング光路としてのリングファイバの途中に対向コリメータを配置する工程と、前記対向コリメータの間の空間の信号光の光路に被測定検体液を収納する検体液セルと屈折率の基準となる液体を収納する基準液セルを配置する工程と、前記リング光路に信号光としての左右両回り光を伝搬させたときに、前記検体液と前記基準液における屈折により生じる左右両回り光の光路長の差を前記光ファイバジャイロの出力としての位相差として測定することによって前記被測定検体液の基準液との屈折率差を測定する工程を有しており、前記検体液セルと前記基準液セルは、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも１方のセルの端部に前記基準液セルまたは前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率の測定方法である。【００１７】  形態例及び発明９を展開してなされた本発明に係る第１０の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１０という）は、形態例及び発明９に記載の屈折率の測定方法において、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方のセルにおける信号光の入射壁と出射壁が平行でないセルを用い、左右両回り光の光路長の差が前記検体液と前記基準液の境界部における屈折により生じることを特徴とする屈折率の測定方法である。【００１８】  形態例及び発明９または１０を展開してなされた本発明に係る第１１の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１１という）は、形態例及び発明１０または１１に記載の屈折率の測定方法において、前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率の測定方法である。【００１９】  形態例及び発明９〜１１を展開してなされた本発明に係る第１２の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１２という）は、形態例及び発明９〜１１のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、被測定検体液として屈折率が既知の基準液を測定し、前記基準液の屈折率と光ファイバジャイロの出力の位相差の関係を予め測定し、それをテーブル化したデータを用意する工程を有しており、さらに、未知の屈折率の被検体液の位相差を測定することによって前記被測定検体液の屈折率をテーブルから参照する工程を有していることを特徴とする屈折率の測定方法である。【００２０】  形態例及び発明９〜１２を展開してなされた本発明に係る第１３の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１３という）は、形態例及び発明９〜１２のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方の当該液収納部が鋭角部がないように形成されているセルを用意する工程を有することを特���とする屈折率の測定方法である。【００２１】  形態例及び発明９〜１３を展開してなされた本発明に係る第１４の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１４という）は、形態例及び発明９〜１３のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記基準液が純水であることを特徴とする屈折率の測定方法である。【００２２】  形態例及び発明９〜１４を展開してなされた本発明に係る第１５の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１５という）は、形態例及び発明９〜１４のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記被検体液が呼気凝縮液であることを特徴とする屈折率の測定方法である。【００２３】  形態例及び発明９〜１５を展開してなされた本発明に係る第１６の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１６という）は、形態例及び発明９〜１５のいずれかに記載の屈折率の測定方法において、前記光ファイバジャイロの光部品及びループファイバが全て偏波面保存光ファイバから構成されるいわゆる位相変調方式であることを特徴とする屈折率の測定方法である。【００２４】  課題を解決するためになされた本発明に係る第１７の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１７という）は、光ファイバジャイロのリング光路としてのリングファイバの途中に対向コリメータを配置し、前記対向コリメータの間の空間の信号光の光路に配置する被測定検体液を収納するセル（以下、検体液セルともいう）と屈折率の基準となる液体を収納するセル（以下、基準液セルともいう）であって、前記検体液セルと前記基準液セルは、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記基準液セルまたは前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率測定用のセルである。【００２５】  形態例及び発明１７を展開してなされた本発明に係る第１８の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１８という）は、形態例及び発明１７に記載の屈折率測定用のセルにおいて、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方のセルにおける信号光の入射壁と出射壁が平行でなく、左右両回り光の光路長の差が前記検体液と前記基準液の境界部における屈折により生じることを特徴とする屈折率測定用のセルである。【００２６】  形態例及び発明１７または１８を展開してなされた本発明に係る第１９の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明１９という）は、形態例及び発明１７または１８に記載の屈折率測定用のセルにおいて、前記基準液セルの少なくとも一方の端部に前記検体液セルが配置されていることを特徴とする屈折率測定用のセルである。【００２７】  形態例及び発明１７〜１９を展開してなされた本発明に係る第２０の実施の形態例及び発明（以下、形態例及び発明２０という）は、形態例及び発明１７〜１９のいずれかに記載の屈折率測定用のセルにおいて、前記検体液セルと前記基準液セルの少なくとも一方の当該液収納部が鋭角部がないように形成されていることを特徴とする屈折率測定用のセルである。
【発明の効果】
【００２８】  本発明は、現存する光センサーのうち最も高感度は光干渉計に基づくものである。本発明によりリング光干渉計方式の新規な原理に基づく屈折率計を提供することにより基準液との屈折率差が１０−６オーダ（１０の−６乗オーダー）の屈折率測定が可能になった。その結果、果汁、シロップ、ジャムなどの糖度の測定はもちろん石油や呼気凝縮液の屈折率が測定できる。血液に含まれるタンパク質の一部は呼気凝縮液に含まれ、その濃度は０．０１％以下と見積もられる。呼気凝縮液の純水との屈折率差は０．００００１以下と見積もられる。このような呼気凝縮液の屈折率が測定できる高精度の屈折率計はまだ出来ていないが、本発明によれば、その測定が可能になる。【００２９】  本発明による屈折率測定方法は送受光部から検体まで光ファイバで光を導くことができるので、遠隔測定ができる。また防爆が要求される場所で使うことができる。また光ファイバジャイロは小型で量産できるので安価で小型の屈折率測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の屈折率計の全体構成を説明するための図である。
【図２】本発明の屈折率計の検体液セルの構成を説明する図である。
【図３】本発明の屈折率計の原理を示す左右両回り光の屈折の説明図である。
【図４】本発明の屈折率計による呼気凝縮液の位相差の測定結果である。
【図５】本発明の屈折率計の検体液セルの他の例の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】１：ＳＬＤ光源
２−１，２−２：２×２方向性結合器
３：光ファイバ偏光子
４−１，４−２：分岐されたＰＭＦ
５−１，５−２：分岐されたＰＭＦ内の直線偏光モード
６−１，６−２：レンズ
７−１，７−２：偏光板
８：検体液セル
９：基準液セル
１０：基準液
１１：被測定検体液
１２：受光器
１３：信号処理装置
１４：位相変調器
１５：位相変調信号
１６−１，１６−２：左右両回り光
１７：ビームオフセット
１８：テーパー部
【発明を実施するための形態】
【００３２】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明の例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各実施の形態例において、説明で引用する図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。また、本発明の説明では、本発明の光干渉計方式屈折率計および旋光度測定システムに使用することができる屈折率測定方法ならびにそれに用い得るセルのそれぞれの説明では重複する部分が多い。したがって、説明の重複を避けるため、誤解を生じないようにしつつ、特に言及せずに、光干渉計方式屈折率計光学系の説明で旋光度測定システムに使用することができる屈折率測定方法やそれに用いることができるセルの部分的説明を兼ねたり、その逆のこともある。
【００３３】  前記のように、呼気に含まれる旋光物質を測定する装置は現在存在せず、開発しようとする発想すらなされていなかった。しかし、本発明者は、呼気に含まれる旋光物質を高い精度で測定することができれば、ヒトの血糖値の無侵襲での推定を可能にすることができるはずであるという期待から、呼気に含まれる旋光物質の測定精度の改善に関する詳細な検討を行った。その結果、本発明をなすに至った。以下、実施の形態例を参照しながらその詳細を説明する。
【００３４】  図１は本発明の屈折率計の全体構成図である。図１で本発明の実施例を説明する。光源１は７８０ｎｍのＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）であり、その出力は第１の方向性結合器２−１，光ファイバ型偏光子３，第２の方向性結合器２−２に導かれ、リング光路を構成する偏波面保存光ファイバ（以下、ＰＭＦという）４−１，４−２に分岐され、左右両回り光が生成される。符号５−１，５−２は前記リング光路をそれぞれ時計回り、反時計回りに伝搬する直線偏光である。左右両回り直線偏光は、それぞれ図示のレンズ６−１，６−２と偏光板７−１，７−２を介して検体液セル８の被測定検体液１１を両方向に伝搬する。検体液セル８の右側には、基準液１０を含む基準液セル９が配置されている。符号１４はシリンダ型ＰＺＴに約１ｍ長のＰＭＦを巻きつけた光位相変調器である。リング光路を周回した左右両回り光は、再び第２，第１の方向性結合器を経て受光器１２で電気信号に変換され、信号処理部１３によってセル内の被測定検体液を両方向に伝搬する光の位相差を演算で求める。符号１５は２０ＫＨｚの位相変調信号である。
【００３５】  図１の信号処理は非特許文献１に記載の位相変調方式光ファイバジャイロで用いた方法を採用した。位相変調を２０ＫＨｚで変調すると、リング干渉系から２０ＫＨｚの基本波の他に２倍波である４０ＫＨｚ成分及び４倍波である８０ＫＨｚ成分が出力される。基本波と２倍波の強度の比よりリング光路を伝搬する左右両回り光の位相差を求める。２倍波と４倍波の強度の比は位相変調度に比例するので、一定になるように制御される。
【００３６】  また、純水の屈折率の温度特性は０．０００１／度Ｃほどあるので、セル部の温度制御を行った。ＥＢＣの実験では、検体部全体を恒温槽に収納し、０．１度Ｃの精度で温度安定化を行った。屈折率を１０−６まで測定するには０．０１度Ｃの温度安定化が必要である。
【００３７】  本発明の屈折率計の大まかな光レベルは以下のようであった。
７８０ｎｍＳＬＤ出力：１ｍＷ（光ファイバ入力）
光干渉計損失：１０ｄＢ
セル部の損失：３ｄＢ
受光レベル：５０μＷ
なお、ＰＭＦのループ長は４００ｍ、光ファイバジャイロのスケールファクタは０．５に設定した。この屈折率計で、セルを外してレンズ４−１と４−２を直結して通常の光ファイバジャイロとして、地球自転角速度を測定して確認したところ、位相差として０．００００３度の分解能があった。
また、本実施例では波長が７８０ｎｍの光源を用いたが、波長帯を１０６０ｎｍにすることも考えられる。この場合には、第１の方向性結合器２−１を光サーキュレータに変更すれば３ｄＢ程損失を低減することができる。
【００３８】  図２は本発明の屈折率計のセルの構成図である。符号１６−１，１６−２はそれぞれリング光路を時計回り、反時計回りに伝搬する光である。ＰＭＦ４−１から出射した直線偏光は、レンズ６−１と偏光板７−１を通過し、検体液セル８の被測定検体液１１を通過し、基準液１０を伝搬し、図示のように基準液セル９を挟んでレンズ６−１と偏光板７−１に対向配置されている偏光板７−２，レンズ６−２を介してＰＭＦ４−１に対向配置されているＰＭＦ４−２に結合される。一方、ＰＭＦ４−２から出射した直線偏光は、レンズ６−２と偏光板７−２を通過し、基準液（純水）１０を伝搬した後に検体液セル８の被測定検体液１１を通過し、図示のように検体液セル８を挟んでレンズ６−２と偏光板７−２に対向配置されている偏光板７−１，レンズ６−１を介して対向配置されているＰＭＦ４−１に結合される。
ここで重要なことは、時計回りの信号光ビーム１６−２は基準液１０と被測定検体液１１の屈折率の差によって屈折した後に基準液１０を伝搬するので、伝搬距離が信号光ビーム１６−１より長くなるということである。
【００３９】  図３は本発明の屈折率計の原理を示す左右両回り光の屈折の説明図である。いま、計算例として、濃度が０．１％のグルコースを考える。純水との屈折率の差は約０．０００１である。この場合、屈折角は０．００４３度である。基準液セル９の光路長を１００ｍｍとすると、図３でセルの右端部のオフセット量１７は約７．５μｍとなり、レンズ６−２でＰＭＦ４−２に１００％結合できる。基準液セル９内を伝搬する信号光ビーム１６−１と１６−２の光路長の差は０．０００３μｍとなり、これは波長７８０ｎｍでは位相差０．１４度に相当する。
実施例に使用した光ファイバジャイロは０．０００１度の位相差まで測定できるので、計算上は１０−７オーダーの屈折率が測定できることになる。
【００４０】  図４は、被測定検体液が呼気凝縮液（ＥＢＣ：Ｅｘｈａｌｄ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）の場合の位相差の実測データである。ＥＢＣ１００，ＥＢＣ３２６はＥＢＣを採取した時の血糖値がそれぞれ１００ｍｇ／ｄｌ，３２６ｍｇ／ｄｌの時のＥＢＣを示す。この結果、呼気凝縮液の屈折率は血糖値と強い相関があることが明らかになった。血糖値と良い相関はあるが、物質の特定はできていないが血清タンパク質ではないかと推定できる。
【００４１】  純水の屈折率の温度特性は０．０００１／度Ｃほどあるので、セル部の温度制御を行った。ＥＢＣの実験では、検体部全体を恒温槽に収納し、０．１度Ｃの精度で温度安定化を行った。屈折率を１０−６まで測定するには０．０１度Ｃの温度安定化が必要である。
【００４２】  また、被測定検体を入れ替える場合には、セル両端部の液残り部を乾燥気体で吹き飛ばした。
【００４３】  図５は本発明の屈折率計に用いる検体液セルの他の例の構成を説明する図である。符号１８は検体液セルのコーナー部に設けた、例えば、斜面、球あるいは円筒や楕円筒などの一部のように曲率半径が緩やかに変化しているテーパー部である。被測定検体液の表面張力など物理的性質によっては、被測定検体液の屈折率を測定の後、基準液１０を除去するときに、セルのコーナー部に基準液１０が残ってしまい、正確な測定ができないことがある。このような場合、液の残りやすい部分の構造を曲率半径が緩やかに変化しているコーナー部にすることによって、屈折率を測定後に、例えば圧縮気体などによって、基準液１０を容易に除去することができ、屈折率測定のスピードを大幅に高めることができる。
【００４４】  図５のコーナー部１８は１箇所きり図示していないが、セル内の壁が鋭角に変化するところ全てに設けることが好ましい。この形状は、基準液セルの場合にも同様である。しかし、基準液を交換する必要がないものについてはこの限りではない。
【００４５】  また、図５のコーナー部１８の構造を、前記球あるいは円筒や楕円筒などの一部のように曲率半径が緩やかに変化している部分にするのに変えて、セルの隣り合った内壁の交わる角度を鋭角ではなく鈍角に構成して液残りを防ぐことも効果的である。
【００４６】  血液に含まれるタンパク質の一部は呼気凝縮液に含まれる。その濃度は０．０１％以下と見積もられ、純水との屈折率差は０．００００１以下と見積もられる。このような高精度の屈折率計はまだ出来ていないので、呼気凝縮液の屈折率を測定できていない。しかし、本発明のようにリング光干渉計を応用することによって、０．０００００１オーダーの屈折率が測定できるようになる。
【００４７】  そして、本発明が血糖値を推定する測定装置として使われた場合、本発明の高精度屈折率計は、採血しないで血糖値に関係した血液に含まれる物質の屈折率を測定できるので、第１に、針による採血に伴う煩わしさや苦痛がないこと、第２に、採血針の廃棄処理が不要で衛生的であること、第３に、採血法で使用していたグルコースと反応する試薬が不要なので年間１０万円以上のランニングコストが不要になり経済的であること、第４に、簡単に測定できるので血糖値モニターが１日何回でも出来るので、糖尿病患者、その予備軍、健常者の健康管理などに使えるなど、大きな効果を発揮するものである。そして、本発明の高精度屈折率計が一般家庭で使用されれば、現在世界的に増加している糖尿病患者数を減らすことができ、その治療に必要な費用を大幅に低減できる。
【００４８】  以上、本発明の実施の形態例を図を用いて説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、たとえば、偏光板７−１，７−２を省略することができるなど、多くのバリエーションを可能とするものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】  以上説明したように、本発明によってこれまで実現されていなかった高い測定精度の屈折率系を実現できる。また、検体液をＥＢＣにした場合には、無侵襲で血糖値測定が可能になる。その結果、糖尿病患者にとっては１日に数回の採血の煩わしさから開放され、また、本発明からなる血糖値測定装置を予防保全的に活用することにより、現在世界的に増加している糖尿病患者の数を減らすことができ、その治療に必要な費用を大幅に低減できる。
【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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