(57)【要約】【課題】旋光角を正しく測定するための新しい手法の提案。【解決手段】第１光学測定装置１Ａにおいて、光源１０から出射された光が偏光部２０において直線偏光にされ、被検体Ａに入射される。被検体Ａを透過した透過光は直交分離部３０において直交分離され、直交分離部３０で直交分離された光は、２つの受光部４０（４０Ａ，４０Ｂ）で受光される。そして、透過光の光量が制御部１００によって判定され、受光部４０で受光した受光レベルの差が透過光量判定部で判定された光量を用いて正規化された上で、旋光角が旋光角算出部１５０によって算出される。【選択図】図１
2013156143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光が被検体を透過した透過光を直交分離する直交分離部と、
前記直交分離部で直交分離された光を受光する少なくとも２つの受光部と、
前記透過光の光量或いは当該光量の所定割合の光量を判定する透過光量判定部を有し、前記受光部で受光した受光レベルの差を前記透過光量判定部で判定された光量を用いて正規化した上で旋光角を算出する旋光角算出部と、
を備えた光学測定装置。
【請求項２】
前記旋光角算出部は、前記受光レベルの差を求める差動増幅部を有し、
前記差動増幅部の増幅率を可変に設定する増幅率設定部を更に備えた、
請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記透過光量判定部は、前記受光部で受光した受光レベルの和によって前記光量を判定する、
請求項１又は２に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記透過光を前記所定割合で無偏光分割する無偏光分割部と、
前記無偏光分割された一方の光を受光する第２受光部と、
を更に備え、
前記直交分離部は、前記無偏光分割された他方の光を直交分離し、
前記透過光量判定部は、前記第２受光部の受光レベルに基づいて前記透過光の前記所定割合の光量を判定する、
請求項１又は２に記載の光学測定装置。
【請求項５】
直線偏光が被検体を透過した透過光を直交分離することと、
前記直交分離された光を受光することと、
前記透過光の光量或いは当該光量の所定割合の光量を判定することと、
前記受光された受光レベルの差を前記判定された光量を用いて正規化した上で旋光角を算出することと、
を含む光学測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋光角を測定するための光学測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質を透過した光を測定することで、その物質に直接触れることなく、物質の成分を知ることができる。例えば、旋光角を調べると、物質の濃度が推定できる。旋光とは、例えばグルコースのような光学活性物質を直線偏光が通過するとき、その偏光面が回転する性質のことである。
【０００３】
この旋光性を利用した技術として、例えば特許文献１には、直線偏光が被検体を透過した透過光を直交分離し、その直交分離された偏光成分をそれぞれ２つの受光素子で受光し、その両受光素子の出力レベルの差から旋光角を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９９／３０１３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている旋光角の測定技術では、２つの受光素子の出力レベルの差から旋光角を測定している。しかし、この測定方法には問題がある。被検体に照射する光としては、レーザー光が一般的であるが、レーザー光を出力する半導体レーザー等のレーザー装置では、いわゆる戻り光雑音と呼ばれる出力変動が生ずる場合がある。レーザー装置から出射された光の一部が反射して再びレーザー装置に戻ることにより、レーザーの発振が不安定になる現象である。この場合、被検体を透過する透過光の光量が変動する、いわゆる光量変動が生ずる。
【０００６】
また、吸光度の異なる複数の成分を有する被検体を測定する場合、各成分は被検体内で必ずしも一様に分布しているとは限らない。つまり、測定を行う際の各成分の混合状態や、レーザーが照射される位置、時間経過等に応じて吸光度が異なり得るため、被検体を透過する透過光の光量変動が生じ得る。
【０００７】
このような光量変動が生じた場合、単純に受光素子での受光レベルの差から算出した旋光角を、正しい測定値と保障することができない。なぜなら、光量変動が生ずると、受光素子での受光レベルが総体的に変化し、受光レベルの差に変化が生じてしまうためである。例えば、極端な例であるが、透過光の光量が１／２に低下すると、受光素子での受光レベルが１／２に低下するため、受光レベルの差も１／２に低下する。従って、受光レベルの差から旋光角を算出する従来の方法では、正しい旋光角は得られない。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、旋光角を正しく測定するための新しい手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、直線偏光が被検体を透過した透過光を直交分離する直交分離部と、前記直交分離部で直交分離された光を受光する少なくとも２つの受光部と、前記透過光の光量或いは当該光量の所定割合の光量を判定する透過光量判定部を有し、前記受光部で受光した受光レベルの差を前記透過光量判定部で判定された光量を用いて正規化した上で旋光角を算出する旋光角算出部と、を備えた光学測定装置である。
【００１０】
また、他の形態として、直線偏光が被検体を透過した透過光を直交分離することと、前記直交分離された光を受光することと、前記透過光の光量或いは当該光量の所定割合の光量を判定することと、前記受光された受光レベルの差を前記判定された光量を用いて正規化した上で旋光角を算出することと、を含む光学測定方法を構成することとしてもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、直線偏光が被検体を透過した透過光が直交分離され、当該直交分離された光が受光される。そして、透過光の光量或いは当該光量の所定割合の光量が判定され、受光部で受光された受光レベルの差が、判定された光量を用いて正規化した上で旋光角が算出される。受光レベルの差を正規化することで、透過光の光量変動が生じた場合であっても、旋光角を正しく算出することができる。
【００１２】
また、第２の形態として、第１の形態の光学測定装置において、前記旋光角算出部は、前記受光レベルの差を求める差動増幅部を有し、前記差動増幅部の増幅率を可変に設定する増幅率設定部を更に備えた、光学測定装置を構成することとしてもよい。
【００１３】
この第２の形態によれば、差動増幅部によって受光レベルの差が求められる。この差動増幅部の増幅率は、増幅率設定部によって可変に設定される。例えば、被検体の吸光度や旋光角の大きさに基づいて増幅率を可変に設定することで、旋光角を広いダイナミックレンジで算出することが可能となる。
【００１４】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の光学測定装置において、前記透過光量判定部は、前記受光部で受光した受光レベルの和によって前記光量を判定する、光学測定装置を構成することとしてもよい。
【００１５】
この第３の形態によれば、受光部で受光した受光レベルの和によって、透過光の光量を簡単に判定することができる。
【００１６】
また、第４の形態として、第１又は第２の形態の光学測定装置において、前記透過光を前記所定割合で無偏光分割する無偏光分割部と、前記無偏光分割された一方の光を受光する第２受光部と、を更に備え、前記直交分離部は、前記無偏光分割された他方の光を直交分離し、前記透過光量判定部は、前記第２受光部の受光レベルに基づいて前記透過光の前記所定割合の光量を判定する、光学測定装置を構成することとしてもよい。
【００１７】
この第４の形態によれば、無偏光分割部によって、透過光が所定割合で無偏光分割される。そして、無偏光分割された一方の光が第２受光部で受光される。それに対し、無偏光分割された他方の光は、直交分離部によって直交分離される。そして、第２受光部の受光レベルに基づいて透過光の所定割合の光量が判定される。無偏光分割部によって透過光を無偏光分割し、その一方の光を第２受光部で受光するといった簡易な構成により、透過光の所定割合の光量を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１光学測定装置の構成例を示す図。
【図２】制御用パラメーターデータのデータ構成例を示す図。
【図３】第１旋光角測定処理の流れを示すフローチャート。
【図４】第２光学測定装置の構成例を示す図。
【図５】第２旋光角測定処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。但し、本発明を適用可能な形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
【００２０】
１．第１実施形態
１−１．構成
図１は、第１実施形態における第１光学測定装置１Ａの構成例を示す図である。第１光学測定装置１Ａは、主要な構成として、光源１０と、偏光部２０と、直交分離部３０と、受光部４０と、差動増幅部５０と、制御部１００と、操作部２００と、表示部３００と、音出力部４００と、通信部５００と、記憶部６００とを有して構成される。
【００２１】
偏光部２０と直交分離部３０との間には、被検体Ａが配置される。被検体Ａは、光学活性物質を含有する固体や液体等の任意の試料とすることが可能である。本実施形態では、被検体Ａを、グルコースを主成分とする試薬とし、被検体Ａを透過した透過光を受光して被検体Ａの旋光角を測定することで、被検体Ａの旋光性を評価する。
【００２２】
光源１０は、光を生成して出射するレーザー装置であり、例えば半導体レーザー（レーザーダイオード）を有して構成される。光源１０は、所定波長（例えば６５０ナノメートル［ｎｍ］）の位相の揃った光であるレーザー光を、ハーフミラーである端面から放射する。
【００２３】
偏光部２０は、光源１０からの出射光を直線偏光に変換する偏光素子（偏光子）であり、例えば偏光プリズム等の偏光用光学素子を有して構成される。偏光部２０としては、例えば、グランタイプの偏光子の一種であるグラントムソンプリズムを適用することができる。
【００２４】
直交分離部３０は、直線偏光が被検体Ａを透過した透過光を所定の開き角を成す直交成分、すなわち互いに９０度異なる偏光成分に分離する。直交分離部３０としては、例えば、偏光用光学素子の一種であるウォラストンプリズムを適用することができる。
【００２５】
受光部４０は、直交分離部３０によって直交分離された光を受光する素子であり、フォトダイオード等の光検出器を有して構成される。受光部４０は、少なくとも２つの受光部を有して構成される。例えば、受光部４０は、Ｐ偏光受光部４０Ａ及びＳ偏光受光部４０Ｂを有して構成される。そして、直交分離部３０によって直交分離された互いに直交する偏光成分（Ｐ成分及びＳ成分）を検出し、光電変換を行うことで、光量に応じた電圧を差動増幅部５０に出力する。以下の説明では、Ｐ偏光受光部４０Ａで光電変換された電圧のことを「Ｐ偏光電圧」と称し、Ｓ偏光受光部４０Ｂで光電変換された電圧のことを「Ｓ偏光電圧」と称して説明する。
【００２６】
差動増幅部５０は、受光部４０での受光レベルの差及び和を増幅して検出する演算部であり、加算器５１と、減算器５３と、スイッチ５５と、増幅回路５７とを有して構成される。Ｐ偏光受光部４０Ａ及びＳ偏光受光部４０Ｂの出力は、加算器５１及び減算器５３でそれぞれ加算と減算が行われ、加算結果と減算結果の何れかがスイッチ５５で選択されて、増幅回路５７で増幅されるよう構成されている。スイッチ５５のスイッチ切替及び増幅回路５７の増幅率は、制御部１００からの指示信号で制御される。
【００２７】
制御部１００は、所定周期でスイッチ５５の切り替えを行う。この制御部１００によるスイッチング制御に従って、差動増幅部５０は、受光レベルの差に相当する電圧と、受光レベルの和に相当する電圧とを、時分割方式で演算して出力することになる。以下の説明では、受光レベルの差に相当する電圧を「減算出力電圧」と称し、受光レベルの和に相当する電圧を「加算出力電圧」と称して説明する。
【００２８】
また、制御部１００は、差動増幅部５０（増幅回路５７）の増幅率を可変に設定する。具体的には、スイッチ５５を減算器５３側に切り替えている場合は、増幅率を第１増幅率「Ｇ１」に設定することで、減算出力電圧を第１増幅率「Ｇ１」で増幅させる。それに対し、スイッチ５５を加算器５１側に切り替えている場合は、増幅率を第１増幅率「Ｇ１」よりも低い第２増幅率「Ｇ２」に設定することで、加算出力電圧を第２増幅率「Ｇ２」で増幅させる。
【００２９】
制御部１００は、差動増幅部５０から出力される加算出力電圧（受光レベルの和）から透過光の光量を判定する透過光量判定部１１０と、差動増幅部５０の増幅率を可変に設定する増幅率設定部１２０とを有する。第１光学測定装置１Ａでは、差動増幅部５０と制御部１００とによって、旋光角を算出する旋光角算出部１５０が構成される。
【００３０】
制御部１００は、第１光学測定装置１Ａの各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を有して構成される。
【００３１】
操作部２００は、ボタンスイッチ等を有して構成される入力装置であり、押下されたボタンの信号を制御部１００に出力する。この操作部２００の操作により、旋光角の測定開始指示等の各種指示入力がなされる。
【００３２】
表示部３００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を有して構成され、制御部１００から入力される表示信号に基づく各種表示を行う表示装置である。表示部３００には、測定された旋光角等の情報が表示される。
【００３３】
音出力部４００は、制御部１００から入力される音出力信号に基づく各種音出力を行う音出力装置である。
【００３４】
通信部５００は、制御部１００の制御に従って、装置内部で利用される情報を外部の情報処理装置との間で送受するための通信装置である。通信部５００の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、近距離無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。
【００３５】
記憶部６００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を有して構成される。記憶部６００は、第１光学測定装置１Ａのシステムプログラムや、旋光角測定機能といった各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００３６】
記憶部６００には、制御部１００によって読み出され、第１旋光角測定処理（図３参照）として実行される第１旋光角測定プログラム６１０が記憶されている。第１旋光角測定処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００３７】
また、記憶部６００には、制御用パラメーターデータ６２０と、出力電圧データ６３０と、算出旋光角６４０とが記憶される。
【００３８】
図２は、制御用パラメーターデータ６２０のデータ構成の一例を示す図である。
制御用パラメーターデータ６２０は、制御部１００が差動増幅部５０を制御するために用いるデータであり、減算及び加算のそれぞれについて、スイッチ５５の切替設定と、増幅回路５７の増幅率とが対応付けてテーブル形式で定められている。制御部１００は、この制御用パラメーターデータ６２０に従って差動増幅部５０を制御する。
【００３９】
出力電圧データ６３０は、差動増幅部５０から出力される電圧が記憶されたデータである。具体的には、出力電圧データ６３０には、差動増幅部５０から時分割方式で交互に出力される減算出力電圧及び加算出力電圧が、何れの出力電圧であるかを識別可能に時系列に記憶される。
また、算出旋光角６４０は、制御部１００によって算出された旋光角が記憶されたデータである。
【００４０】
１−２．旋光角の算出方法
第１実施形態における旋光角の算出方法について具体的に説明する。
被検体Ａを透過した透過光の光量を「Ｅａ2」とし、直交分離部３０に対する直線偏光の入射角を「θ0」とし、被検体Ａによる旋光角を「θ」とする。このとき、Ｐ偏光の電界成分及びＳ偏光の電界成分は、それぞれ「Ｅａｃｏｓ（θ＋θ0）」及び「Ｅａｓｉｎ（θ＋θ0）」で表される。従って、Ｐ偏光電圧及びＳ偏光電圧は、それぞれ「Ｅａ2ｃｏｓ2（θ＋θ0）」及び「Ｅａ2ｓｉｎ2（θ＋θ0）」で表される。
【００４１】
このとき、Ｐ偏光電圧からＳ偏光電圧を減算することで、次式（１）のように減算電圧「Ｖｓ」を求めることができる。また、Ｐ偏光電圧とＳ偏光電圧とを加算することで、次式（２）のように加算電圧「Ｖａ」を求めることができる。
【数１】
2013156143.tif 000003
【数２】
2013156143.tif 000004
【００４２】
差動増幅部５０は、式（１）及び（２）で表される減算電圧「Ｖｓ」及び加算電圧「Ｖａ」を演算し、その演算結果を、制御部１００から指示される増幅率で増幅することになる。減算電圧「Ｖｓ」に対する増幅率が「Ｇ１」、加算電圧「Ｖａ」に対する増幅率が「Ｇ２」であるため、差動増幅部５０から出力される減算出力電圧「Ｖ１」及び加算出力電圧「Ｖ２」は、それぞれ次式（３）及び（４）のようになる。
【数３】
2013156143.tif 000005
【数４】
2013156143.tif 000006
【００４３】
式（３）及び（４）から、次式（５）を導出することができる。
【数５】
2013156143.tif 000007
【００４４】
従って、式（５）から、旋光角「θ」を次式（６）のように算出することができる。
【数６】
2013156143.tif 000008
但し、「Ｇ２／Ｇ１＝Ｃ１」と置き換えた。
【００４５】
式（６）によれば、旋光角「θ」を算出するためには、「Ｃ１」と「θ0」の２つのパラメーター値が必要となる。例えば、「Ｃ１」は、制御用パラメーターデータ６２０に定められている第１増幅率「Ｇ１」と第２増幅率「Ｇ２」との比から求めることができ、「θ0」は、機械的に所定の角度に設定しておくなどすることができる。
【００４６】
ごく微小な角度で表される旋光角を測定対象としているため、上記のパラメーター値が旋光角の測定精度に大きく影響する。差動増幅部５０の設計上の増幅率（設計値）には、回路素子の温度特性や設計値の精度等に起因する誤差が含まれ得る。その誤差によって旋光角の測定精度が低下することも考えられる。
【００４７】
そこで、本実施形態では、初期校正を行って、「Ｃ１」と「θ0」を設定することとする。具体的には、旋光角が既知である２種類以上の物質を被検体Ａとして用いて旋光角を導く方程式を立てる。未知数が「Ｃ１」と「θ0」の２つであるため、２以上の方程式が立てられれば、２つの未知数が求まる。方程式の解は、例えば最小二乗法等の公知の数値計算を用いて算出することができる。
【００４８】
１−３．処理の流れ
図３は、制御部１００が、記憶部６００に記憶されている第１旋光角測定プログラム６１０に従って実行する第１旋光角測定処理の流れを示すフローチャートである。
【００４９】
最初に、制御部１００は、第１初期校正処理を行う（ステップＡ０）。具体的には、上記の手法等に基づき、式（６）における「Ｃ１」と「θ0」の２つのパラメーター値を校正する。
【００５０】
次いで、制御部１００は、被検体Ａの配置指示を行う（ステップＡ１）。例えば、メッセージを表示部３００に表示させたり、音出力部４００から音声ガイダンスを音出力させたりする。そして、制御部１００は、光源１０にレーザー光の放射を開始させる（ステップＡ３）。
【００５１】
次いで、制御部１００は、減算用制御を実行する（ステップＡ５）。具体的には、制御用パラメーターデータ６２０を参照し、減算器５３側に切り替えるスイッチ切替信号Ｓ１をスイッチ５５に出力する。また、増幅回路５７の増幅率をＧ１とするための制御信号を増幅回路５７に出力する。そして、制御部１００は、差動増幅部５０からの出力電圧を減算出力電圧として、出力電圧データ６３０に記憶させる（ステップＡ７）。
【００５２】
次いで、制御部１００は、加算用制御を実行する（ステップＡ９）。具体的には、制御用パラメーターデータ６２０を参照し、加算器５１側に切り替えるスイッチ切替信号Ｓ２をスイッチ５５に出力する。また、増幅回路５７の増幅率をＧ２とするための制御信号を増幅回路５７に出力する。そして、制御部１００は、差動増幅部５０からの出力電圧を加算出力電圧として、出力電圧データ６３０に記憶させる（ステップＡ１１）。
【００５３】
以上のステップＡ５〜Ａ１１の処理を、所定時間分の出力電圧のデータが得られるまで実行する（ステップＡ１３）。所定時間分の出力電圧のデータが得られた場合は（ステップＡ１３；Ｙｅｓ）、制御部１００は、光源１０にレーザー光の放射を停止させる（ステップＡ１５）。
【００５４】
その後、制御部１００は、第１初期校正処理で校正したパラメーター値と、出力電圧データ６３０に記憶されている所定時間分の減算出力電圧の平均値及び加算出力電圧の平均値とを用いて、式（６）に従って旋光角を算出し、算出旋光角６４０として記憶部６００に記憶させる（ステップＡ１７）。
【００５５】
なお、減算出力電圧「Ｖ１」及び加算出力電圧「Ｖ２」の瞬時値を用いて旋光角「θ」を算出することとしてもよいが、旋光角「θ」の算出精度を向上させるために、例えば所定時間分の減算出力電圧「Ｖ１」及び加算出力電圧「Ｖ２」の平均値を用いて、式（６）に従って旋光角「θ」を算出するようにすると効果的である。
【００５６】
式（６）からわかるように、本実施形態では、減算出力電圧「Ｖ１」を加算出力電圧「Ｖ２」で除算し、その結果を用いて旋光角「θ」を算出している。加算出力電圧「Ｖ２」は、透過光の光量に相当する電圧である。また、減算出力電圧「Ｖ１」は、受光レベルの差に相当する電圧である。従って、減算出力電圧「Ｖ１」を加算出力電圧「Ｖ２」で除算することは、透過光の光量を用いて受光レベルの差を正規化することを意味し、正規化した受光レベルの差から旋光角「θ」を算出することになる。
【００５７】
図３のフローチャートの説明に戻り、旋光角を算出した後、制御部１００は、旋光角の測定を終了するか否かを判定し（ステップＡ１９）、測定を継続すると判定した場合は（ステップＡ１９；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、測定を終了すると判定した場合は（ステップＡ１９；Ｙｅｓ）、第１旋光角測定処理を終了する。
【００５８】
１−４．作用効果
第１光学測定装置１Ａにおいて、光源１０から出射された光が偏光部２０において直線偏光にされ、被検体Ａに入射される。被検体Ａを透過した透過光は直交分離部３０において直交分離され、直交分離部３０で直交分離された光は、少なくとも２つの受光部４０（４０Ａ，４０Ｂ）で受光される。そして、透過光の光量が制御部１００によって判定され、受光部４０で受光した受光レベルの差が透過光量判定部で判定された光量を用いて正規化された上で、旋光角が旋光角算出部１５０によって算出される。
【００５９】
単純に受光部４０で受光した受光レベルの差を用いて旋光角を算出すると、透過光の光量変動が生じた場合、その光量変動によって正確な旋光角が得られないこととなる。しかし、第１光学測定装置１Ａでは、透過光の光量を判定し、当該光量を用いて受光レベルの差を正規化した上で旋光角を算出するため、透過光の光量が変動したとしても旋光角を正しく算出することができる。
【００６０】
より具体的には、差動増幅部５０において、受光部４０での受光レベルの差及び和が時分割方式で求められる。制御部１００の透過光量判定部は、受光部４０で受光した受光レベルの和によって透過光の光量を判定し、受光レベルの差を、判定した透過光の光量を用いて正規化する。この構成によれば、受光レベルの和を求めるといった簡易な方法によって、透過光の光量を判定することができる。
【００６１】
また、制御部１００は、差動増幅部５０の増幅率を可変に設定する。具体的には、差動増幅部５０が受光レベルの差を算出する場合は、増幅率を第１増幅率に設定し、差動増幅部５０が受光レベルの和を算出する場合は、増幅率を第１増幅率よりも低い第２増幅率に設定する。受光レベルの差は微小な値となるため、受光レベルの和を求める場合と比べて増幅率を高く設定することで分解能を向上させ、受光レベルに応じた高精度な旋光角の算出を可能としている。
【００６２】
２．第２実施形態
２−１．構成
図４は、第２実施形態における第２光学測定装置１Ｂの構成例を示す図である。第２光学測定装置１Ｂは、光源１０と、偏光部２０と、無偏光分割部２５と、直交分離部３０と、受光部４０と、第２差動増幅部７０と、第２受光部８０と、増幅部９０と、制御部１００と、操作部２００と、表示部３００と、音出力部４００と、通信部５００と、記憶部６００とを備えて構成される。なお、第１光学測定装置１Ａと同一の構成要素については同一の符号を付して、再度の説明を省略する。
【００６３】
第２光学測定装置１Ｂでは、被検体Ａと直交分離部３０との間に無偏光分割部２５が設けられている。無偏光分割部２５は、入射光の偏光状態を維持したまま、入射光を所定の光量比率で、透過光と反射光とに分割する偏光素子である。無偏光分割部２５としては、例えば、無偏光ビームスプリッターを適用することができる。
【００６４】
無偏光分割部２５によって分割された一方の光は、直交分離部３０に入射して、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。それに対し、無偏光分割部２５によって分割された他方の光は、第２受光部８０で受光される。第２受光部８０で受光された光は光電変換され、光量に応じた電圧が増幅部９０に出力される。そして、増幅部９０において所定の増幅率で増幅された後、制御部１００に出力される。透過光量判定部１１０は、第２受光部８０の受光レベルに基づいて透過光の光量を判定する。
【００６５】
無偏光分割部２５による入射光の分割光量比率は既知であるため、透過光量判定部１１０は、第２受光部８０の受光レベルを用いて、透過光全体の光量を算出することもできるし、直交分離部３０に入射される光量を算出することも可能である。
【００６６】
一方、受光部４０のＰ偏光受光部４０Ａで光電変換されたＰ偏光電圧と、Ｓ偏光受光部４０Ｂで光電変換されたＳ偏光電圧とは、第２差動増幅部７０に出力される。第２差動増幅部７０では、Ｐ偏光電圧とＳ偏光電圧との差が演算され、所定の増幅率で増幅された後、制御部１００に出力される。従って、第２差動増幅部７０からは、第１実施形態で言うところの減算出力電圧のみが出力される。
【００６７】
また、記憶部６００には、制御部１００によって第２旋光角測定処理（図５参照）として実行される第２旋光角測定プログラム６１２と、出力電圧データ６３０と、算出旋光角６４０とが記憶される。
【００６８】
２−２．旋光角の算出方法
第２実施形態における旋光角の算出方法について具体的に説明する。
被検体Ａを透過した透過光は、無偏光分割部２５によって「Ｔ１：Ｔ２」に無偏光分割される（但し、Ｔ１＋Ｔ２＝１とする。）。具体的には、透過光の光量「Ｅａ2」が「Ｔ１：Ｔ２」に分割され、光量「Ｔ１・Ｅａ2」の光が受光部４０で受光され、光量「Ｔ２・Ｅａ2」の光が第２受光部８０で受光される。
【００６９】
このとき、Ｐ偏光受光部４０Ａ及びＳ偏光受光部４０Ｂで受光されて光電変換されたＰ偏光電圧及びＳ偏光電圧は、それぞれ「Ｔ１・Ｅａ2ｃｏｓ2（θ＋θ0）」及び「Ｔ１・Ｅａ2ｓｉｎ2（θ＋θ0）」で表される。従って、Ｐ偏光電圧からＳ偏光電圧を減算した場合の減算電圧「Ｖｓ」は、次式（７）で表される。
【数７】
2013156143.tif 000009
【００７０】
一方、第２受光部８０で受光されて光電変換された電圧「Ｖ」は、次式（８）で与えられる。
【数８】
2013156143.tif 000010
【００７１】
第２差動増幅部７０は、式（７）で表される減算電圧「Ｖｓ」を増幅率「Ｇ３」で増幅する。その結果、第２差動増幅部７０から出力される減算出力電圧「Ｖ３」は、次式（９）のようになる。
【数９】
2013156143.tif 000011
【００７２】
また、増幅部９０は、式（８）で表される電圧「Ｖ」を増幅率「Ｇ４」で増幅する。その結果、増幅部９０から出力される出力電圧「Ｖ４」は、次式（１０）のようになる。
【数１０】
2013156143.tif 000012
【００７３】
式（９）及び（１０）から、次式（１１）が導出される。
【数１１】
2013156143.tif 000013
【００７４】
従って、式（１１）から、次式（１２）のように旋光角「θ」を算出することができる。
【数１２】
2013156143.tif 000014
但し、「（Ｇ４／Ｇ３）（Ｔ２／Ｔ１）＝Ｃ２」と置き換えた。
【００７５】
この場合も、第１実施形態と同様に、例えば、旋光角が既知である２種類以上の物質を用いた測定を行って、式（１２）における「Ｃ２」と「θ0」の２つのパラメーター値を決定するようにすると効果的である。
【００７６】
２−３．処理の流れ
図５は、制御部１００が、記憶部６００に記憶されている第２旋光角測定プログラム６１２に従って実行する第２旋光角測定処理の流れを示すフローチャートである。なお、第１旋光角測定処理と同一のステップについては同一の符号を付して、再度の説明を省略する。
【００７７】
最初に、制御部１００は、第２初期校正処理を行う（ステップＢ０）。具体的には、上記の手法等に基づき、式（１２）における「Ｃ２」と「θ0」の２つのパラメーター値を校正する。
【００７８】
ステップＡ３においてレーザー光の放射開始制御を行った後、制御部１００は、第２差動増幅部７０から出力される減算出力電圧と、増幅部９０から出力される出力電圧とを、記憶部６００の出力電圧データ６３０に記憶させる（ステップＢ５）。そして、制御部１００は、所定時間分の出力電圧のデータが得られるまで、出力電圧のデータの記憶を継続する（ステップＡ１３；Ｎｏ→ステップＢ５）。
【００７９】
所定時間分の出力電圧のデータが得られたならば（ステップＡ１３；Ｙｅｓ）、制御部１００は、レーザー光の放射停止制御を行う（ステップＡ１５）。そして、制御部１００は、第２初期校正処理で校正したパラメーター値と、出力電圧データ６３０に記憶されている減算出力電圧の平均値及び出力電圧の平均値とを用いて、式（１２）に従って旋光角を算出し、算出旋光角６４０として記憶部６００に記憶させる（ステップＢ１７）。
【００８０】
２−４．作用効果
第２光学測定装置１Ｂでは、光源１０から出射して偏光部２０によって変換された直線偏光が被検体Ａを透過した透過光が、無偏光分割部２５によって所定割合で無偏光分割される。そして、無偏光分割された一方の光が第２受光部８０で受光される。また、無偏光分割された他方の光は直交分離部３０によって直交分離される。そして、制御部１００は、第２受光部８０の受光レベルに基づいて透過光の光量を判定し、受光部４０での受光レベルの差を、判定した光量で正規化した上で、旋光角を算出する。
【００８１】
第２光学測定装置１Ｂでは、受光部４０で受光した受光レベルの和に相当する透過光の光量を用いて受光レベルの差を正規化するのではなく、無偏光分割部２５によって無偏光分割された光量を用いて受光レベルの差を正規化する。無偏光分割部２５によって透過光を無偏光分割し、その一方の光を第２受光部８０で受光するといった簡易な構成により、透過光の光量を判定する。そして、受光部４０での受光レベルの差を、判定した光量を用いて正規化することで、透過光の光量変動が生じた場合であっても、旋光角を正しく算出することが可能となる。
【００８２】
３．変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
【００８３】
３−１．適用例
上記の実施形態で説明した光学測定装置（第１光学測定装置１Ａ，第２光学測定装置１Ｂ）は、例えば、果物の糖分を測定する糖分測定装置や、人間の血糖値を測定する血糖値測定装置といった測定用機器に組み込んで利用することが可能である。
【００８４】
糖分測定装置に適用する場合は、例えば果物の果汁を被検体Ａとして、直線偏光を照射して旋光角を算出する。また、血糖値測定装置に適用する場合は、人間の耳たぶや指先、指の表皮部等の透過性を有する部位を測定用部位とし、当該測定用部位に直線偏光を照射して旋光角を算出する。そして、算出した旋光角に基づいて、果物の糖分や人間の血糖値を求めればよい。
【００８５】
３−２．差動増幅部の増幅率
上記の実施形態では、第１光学測定装置１Ａの差動増幅部５０が受光レベルの差を算出する場合と受光レベルの和を算出する場合とで増幅率を切替設定したが、差動増幅部５０の増幅率を可変に設定する方法はこれに限られない。例えば、差動増幅部５０で演算される受光レベルの差に基づいて、差動増幅部５０の増幅率を可変に設定することとしてもよい。受光レベルの差が小さいほど、増幅率を高く設定するようにすると効果的である。
【００８６】
また、被検体Ａが含有する成分の吸光度を測定することが可能である場合は、その吸光度の大きさに基づいて差動増幅部５０の増幅率を可変に設定することとしてもよい。被検体Ａが含有する成分の吸光度が大きい場合は、透過光の光量が低下する。そのため、差動増幅部５０の増幅率を高く設定し、受光レベルの差を高い増幅率で増幅することで、広いダイナミックレンジで旋光角の測定を行うことが可能となる。
【００８７】
また、旋光角の大きさに基づいて差動増幅部５０の増幅率を可変に設定することとしてもよい。旋光角が小さい場合は、差動増幅部５０の増幅率を高く設定することとし、受光レベルの差を高い増幅率で増幅することで、広いダイナミックレンジで旋光角の測定を行うことが可能となる。
【００８８】
上記の増幅率の設定方法は、第２光学測定装置１Ｂの第２差動増幅部７０に対しても同様に適用可能である。つまり、第２差動増幅部７０で演算される受光レベルの差に基づいて、第２差動増幅部７０の増幅率を可変に設定することとしてもよい。また、被検体Ａが含有する成分の吸光度や旋光角の大きさに基づいて、第２差動増幅部７０の増幅率を可変に設定してもよい。
【００８９】
３−３．旋光角の算出方法
上記の実施形態では、所定時間分の出力電圧の平均値を用いて旋光角を算出したが、旋光角の算出方法はこれに限られない。例えば、出力電圧の瞬時値を用いて旋光角を算出してもよいことは勿論である。また、出力電圧の瞬時値を用いて旋光角を算出するステップを繰り返して所定時間分或いは所定数の旋光角を算出し、これらの旋光角を平均処理して旋光角を算出するなどしてもよい。
【００９０】
３−４．偏光用光学素子
上記の実施形態では、偏光部２０が、例えばグラントムソンプリズムを有して構成されるものとして説明したが、これ以外の偏光用光学素子を有する構成としてもよいことは勿論である。例えば、同じグランタイプの偏光用光学素子であるグランテーラープリズムを有する構成としてもよい。
【００９１】
また、上記の実施形態では、直交分離部３０が、例えばウォラストンプリズムを有して構成されるものとして説明したが、直交分離部３０を構成する偏光用光学素子も適宜変更可能である。例えば、グランレーザープリズムやローションプリズムといった直交分離機能を有する偏光用光学素子を有する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１Ａ  第１光学測定装置、  １Ｂ  第２光学測定装置、  １０  光源、  ２０  偏光部、  ２５  無偏光分割部、  ３０  直交分離部、  ４０  受光部、  ４０Ａ  Ｐ偏光受光部、  ４０Ｂ  Ｓ偏光受光部、  ５０  差動増幅部、  ５１  加算器、  ５３  減算器、  ５５  スイッチ、  ５７  増幅回路、  ７０  第２差動増幅部、  ８０  第２受光部、  ９０  増幅部、  １００  制御部、  １５０  旋光角算出部、  ２００  操作部、  ３００  表示部、  ４００  音出力部、  ５００  通信部、  ６００  記憶部
【図１】
2013156143.tif 000015
【図２】
2013156143.tif 000016
【図３】
2013156143.tif 000017
【図４】
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【図５】
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