(57)【要約】【課題】分析対象の成分に係る分析精度の低下を抑制することができる光プローブ及びこの光プローブを用いた光学測定方法を提供する。【解決手段】本実施形態に係る光プローブ２０及び当該光プローブを用いた光学測定方法によれば、測定対象物Ｏに係る測定を行う際に、開閉機構２２により測定部２５を外部から区画することができる。したがって、測定対象物Ｏが測定部２５の内外を移動することを防ぐことができるため、測定対象物Ｏに含まれる対象成分以外の成分（散乱物質Ａ１，Ａ２等）の影響によって、対象成分に係る分析精度の低下を抑制することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分が液体である測定対象物に対して浸漬され、前記測定対象物が出入り可能な測定部と、
前記測定部中の前記測定対象物に対して、光源からの光を導波して出射する照射部と、
前記照射部からの前記光の出射によって前記測定対象物から出射される透過光を入射して分析器へ向けて導波する受光部と、
前記測定対象物に係る測定を行う際に前記測定部を外部から区画可能な開閉機構と、
を備える光プローブ。
【請求項２】
前記測定部は、前記光プローブにおいて前記照射部及び前記受光部を収容する本体部の外周面に形成された開口を有し、
前記開閉機構は、前記本体部の形状に対応した筒状部と前記筒状部の一方の端部に形成される底面部とを有し、
前記底面部は、前記開口を塞ぐための領域と、前記筒状部の内外を連通する流通部とを有する請求項１に記載の光プローブ。
【請求項３】
前記照射部と前記受光部とを結ぶ直線は前記測定部の深さ方向と略直交しており、前記測定対象物に対して照射する前記光の前記測定部におけるビーム径は、前記測定部の深さに対して６０％以下である請求項１又は２に記載の光プローブ。
【請求項４】
前記測定対象物の液面に対して離間する方向に前記測定部が開口するように、前記測定対象物に対して浸漬される請求項１〜３のいずれか一項に記載の光プローブ。
【請求項５】
主成分が液体であり分析対象の成分を含む測定対象物が出入り可能な測定部と、前記測定部を外部から区画可能な開閉機構とを含み、前記測定対象物に対して浸漬されて用いられる光プローブによる光学測定方法であって、
前記測定対象物に浸漬された前記光プローブの前記測定部を、前記開閉機構によって外部から区画し、
前記測定部中の前記測定対象物に対して測定光を出射すると共に、前記測定光の出射によって前記測定対象物から出射される透過光を分析器へ向けて導波し、前記分析対象の成分に係る測定を実施する光学測定方法。
【請求項６】
前記開閉機構は、前記測定対象物に浸漬された状態における下方側に、前記測定部の区画に用いられる領域と開口とを有する請求項５に記載の光学測定方法。
【請求項７】
前記開閉機構によって前記測定部を外部から区画した後に、所定時間待機してから、前記分析対象の成分に係る測定を実施する請求項５又は６に記載の光学測定方法。
【請求項８】
前記所定時間待機している間、前記測定対象物から出射される透過光をモニタする請求項７に記載の光学測定方法。
【請求項９】
前記透過光のモニタに用いる光の波長は、前記分析対象の成分において特徴的な波長とは異なる波長である請求項８に記載の光学測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光プローブ及び光プローブを用いた光学測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体試料中に対して光源からの光を照射し、液体試料における光の透過率を測定するプローブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１１６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、液体試料中に分析の対象となる成分とは異なる成分が混在している場合、対象成分とは異なる成分が凝集等により光を散乱させる散乱体を形成する場合がある。このような場合、対象成分に係る分析精度が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、分析対象の成分に係る分析精度の低下を抑制することができる光プローブ及びこの光プローブを用いた光学測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、
（１）主成分が液体である測定対象物に対して浸漬され、前記測定対象物が出入り可能な測定部と、
前記測定部中の前記測定対象物に対して、光源からの光を導波して出射する照射部と、
前記照射部からの前記光の出射によって前記測定対象物から出射される透過光を入射して分析器へ向けて導波する受光部と、
前記測定対象物に係る測定を行う際に前記測定部を外部から区画可能な開閉機構と、
を備える光プローブ、
（２）主成分が液体であり分析対象の成分を含む測定対象物が出入り可能な測定部と、前記測定部を外部から区画可能な開閉機構とを含み、前記測定対象物に対して浸漬されて用いられる光プローブによる光学測定方法であって、
前記測定対象物に浸漬された前記光プローブの前記測定部を、前記開閉機構によって外部から区画し、
前記測定部中の前記測定対象物に対して測定光を出射すると共に、前記測定光の出射によって前記測定対象物から出射される透過光を分析器へ向けて導波し、前記分析対象の成分に係る測定を実施する光学測定方法、
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、分析対象の成分に係る分析精度の低下を抑制することができる光プローブ及びこの光プローブを用いた光学測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る光学測定装置の概要を説明する図である。
【図２】光学測定装置の本体部の概要を説明する図である。
【図３】光学測定装置の開閉機構の概要を説明する図である。
【図４】光学測定装置の動作について概要を説明する図である。
【図５】光学測定装置による光学測定方法を示すフロー図である。
【図６】光学測定装置における比重に応じた測定対象物の移動について説明する図である。
【図７】純水中にポリスチレン製の樹脂球を浮遊させ、当該樹脂球の濃度を変化させた場合の測定結果を示している。
【図８】波長１２００ｎｍにおける培養液の吸光度を測定した結果から純水の吸光度を差し引いた水差分吸光度変化と細胞数の関係を示している。
【図９】波長１２００ｎｍにおける培養液の吸光度を測定した結果について、測定回数を横軸として、測定された光学強度を縦軸として示している。
【図１０】変形例に係る光学測定装置の概要を説明する図である。
【図１１】変形例に係る光学プローブの概略構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
【００１０】
本願の光プローブは、（１）主成分が液体である測定対象物に対して浸漬され、前記測定対象物が出入り可能な測定部と、前記測定部中の前記測定対象物に対して、光源からの光を導波して出射する照射部と、前記照射部からの前記光の出射によって前記測定対象物から出射される透過光を入射して分析器へ向けて導波する受光部と、前記測定対象物に係る測定を行う際に前記測定部を外部から区画可能な開閉機構と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記の光プローブによれば、測定対象物に係る測定を行う際に、開閉機構により測定部を外部から区画することができる。したがって、測定対象物が測定部内外を移動することを防ぐことができるため、測定対象物に含まれる対象成分以外の成分の影響によって、対象成分に係る分析精度の低下を抑制することができる。
【００１２】
（２）また、上述の（１）に記載の光プローブにおいて、前記測定部は、前記光プローブにおいて前記照射部及び前記受光部を収容する本体部の外周面に形成された開口を有し、前記開閉機構は、前記本体部の形状に対応した筒状部と前記筒状部の一方の端部に形成される底面部とを有し、前記底面部は、前記開口を塞ぐための領域と、前記筒状部の内外を連通する流通部とを有する態様とすることができる。
【００１３】
上記のように、開閉機構が筒状部と底面部とを有している場合に、底面部が開口を塞ぐための領域と、筒状部の内外を連通する流通部とを有することで、開閉機構上、特に底面部上に測定対象物に含まれる特定の成分が滞留することを防ぐことができる。
【００１４】
（３）また、上述の（１）又は（２）に記載の光プローブにおいて、前記照射部と前記受光部とを結ぶ直線は前記測定部の深さ方向と略直交しており、前記測定対象物に対して照射する前記光の前記測定部におけるビーム径は、前記測定部の深さに対して６０％以下である態様とすることができる。
【００１５】
上記のように、測定対象物に対して照射する光の測定部におけるビーム径を測定部の深さに対して６０％以下とすることで、測定対象物に含まれ分析対象の成分とは比重が異なる分析対象の成分以外の成分に対して光が照射されることを防ぐことができる。
【００１６】
（４）また、上述の（１）〜（３）に記載の光プローブにおいて、前記測定対象物の液面に対して離間する方向に前記測定部が開口するように、前記測定対象物に対して浸漬される態様とすることができる。
【００１７】
上記のように、測定対象物の液面に対して離間する方向に測定部が開口する構成とすることで、測定対象物における特定の成分が測定部内に滞留することを防ぐことができる。
【００１８】
本願の光学測定方法は、（５）主成分が液体であり分析対象の成分を含む測定対象物が出入り可能な測定部と、前記測定部を外部から区画可能な開閉機構とを含み、前記測定対象物に対して浸漬されて用いられる光プローブによる光学測定方法であって、前記測定対象物に浸漬された前記光プローブの前記測定部を、前記開閉機構によって外部から区画し、前記測定部中の前記測定対象物に対して測定光を出射すると共に、前記測定光の出射によって前記測定対象物から出射される透過光を分析器へ向けて導波し、前記分析対象の成分に係る測定を実施することを特徴とする。
【００１９】
上記の光学測定方法によれば、測定対象物に係る測定を行う際に、開閉機構により測定部を外部から区画することができる。したがって、測定対象物が測定部内外を移動することを防ぐことができるため、測定対象物に含まれる対象成分以外の成分の影響によって、対象成分に係る分析精度の低下を抑制することができる。
【００２０】
（６）また、前記開閉機構は、前記測定対象物に浸漬された状態における下方側に、前記測定部の区画に用いられる領域と開口とを有する態様とすることができる。
【００２１】
上記の光学測定方法によれば、下方側に測定部の区画に用いられる領域と開口とを有することで、開閉機構上に測定対象物に含まれる特定の成分が滞留することを防ぐことができる。
【００２２】
（７）また、上述の（５）又は（６）に記載の光学測定方法において、前記開閉機構によって前記測定部を外部から区画した後に、所定時間待機してから、前記分析対象の成分に係る測定を実施する態様とすることができる。
【００２３】
上記のように、開閉機構によって測定部を外部から区画した後に、所定時間待機してから、測定対象物に含まれる分析対象の成分に係る測定を実施する構成とすることで、分析対象の成分とそれ以外の成分とに比重差がある場合に比重に応じて成分が分離した後に測定を行うことができるため、対象成分に係る分析精度の低下をさらに抑制することができる。
【００２４】
（８）また、上述の（７）に記載の光学測定方法において、前記所定時間待機している間、前記測定対象物から出射される透過光をモニタする態様とすることができる。
【００２５】
上記のように、所定時間待機している間、照射部からの光の出射によって測定対象物から出射される透過光をモニタすることで、分析対象の成分とそれ以外の成分との分離を確認してからの測定が可能となるため、対象成分に係る分析精度の低下をさらに抑制することができる。
【００２６】
（９）また、上述の（８）に記載の光学測定方法において、前記透過光のモニタに用いる光の波長は、前記分析対象の成分において特徴的な波長とは異なる波長である態様とすることができる。
【００２７】
上記のように、分析対象の成分において特徴的な波長とは異なる波長の光をモニタに用いることで、分析対象の成分の量に影響を受けないモニタを実施することができる。
【００２８】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明に係る光プローブの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置の概略構成と主な使用方法を説明する図である。図１に示すように、光学測定装置１は、光源１０と、光プローブ２０と、分析器５０と、を含んで構成される。光源１０と光プローブ２０との間及び光プローブ２０と分析器５０との間は、それぞれ光伝送体１２，１３により光学的に接続される。
【００３０】
光学測定装置１による測定対象物Ｏは主成分が液体であり、特に凝集物等の光を散乱しやすい散乱物質が含まれる可能性のある試料溶液に用いることができる。主成分が液体である測定対象物Ｏとは、測定対象物Ｏに含まれる液体部分の割合が７０％以上であり、流動性を有している物質を指す。このような試料溶液としては、例えば、細胞の培養液等が挙げられる。光学測定装置１は、上記のような試料溶液において、上記の散乱物質とは異なる特定の成分の分析を目的として用いられる。
【００３１】
光源１０は、液体の測定対象物に対して照射する近赤外光を出射する。本実施形態に係る光学測定装置１で用いられる近赤外光とは、９００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長帯域の光を指す。光源１０は近赤外光を出射可能であれば特に限定されず、例えば、ハロゲンランプ等を用いることができる。また、光源１０は、パルス光を出射するような構成であってもよい。さらに、光源１０としてスーパーコンティニューム（Supercontinuum）光源を用いることもできる。この場合、広帯域の近赤外光を効率よくプローブに結合できるため、エネルギーのロスは小さくなる。その他、ＬＥＤ光源やＳＬＤ光源を用いることも可能である。
【００３２】
光プローブ２０は、光伝送体１２等を介して光源１０に対して接続され、光伝送体１２を経た光源１０からの近赤外光を導波して測定対象物の液体に対して近赤外光を出射する。また、光プローブ２０は、近赤外光を照射した測定対象物からの透過光を入射し、光伝送体１３を経て分析器５０に向けて導波する機能を有する。図１に示すように、測定対象物Ｏ内に光プローブ２０の先端を導入することで、測定が行われる。光プローブ２０内では、光伝送体によって光が導波される。また、光プローブ２０は、本体部２１と、本体部２１に含まれる駆動部によって駆動し、本体部２１に設けられた測定部の開閉を行う開閉機構２２と、を備える。その具体的な構成については後述する。
【００３３】
分析器５０は、光伝送体１３等を介して光プローブ２０からの光を受光して測定を行う機能を有する。分析器５０は、光プローブ２０内の伝送体を導波した透過光を波長に応じて分光する分光部と、２次元配列された複数の受光センサから構成され、分光部により分光された光を受光するセンサ部と、を含んで構成される。センサ部は、ＭＣＴ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂの量子井戸型センサ等を用いることが出来る。上記のように、２次元センサと分光部からなる構成を採用することにより、従来のポイントセンサを用いる場合に比べて、短時間での測定が可能となる。また、センサにＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂの量子井戸タイプを用いることにより、比較的安価で高精度の計測性能を実現することが出来る。なお、分析器５０の構成は上記に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００３４】
光伝送体１２，１３は、それぞれ光ファイバ又はガラスロッド等を用いることができる。光ファイバを光伝送体１２，１３として用いる場合、石英ガラスファイバが好適に用いられる。この場合は、近赤外光のうち長波長側である２５００ｎｍまでを低損失で伝送することが可能となる。また、ＯＨフリーファイバや低ＯＨファイバであればさらに好ましい。これらの光ファイバは、波長１４００ｎｍ帯及び波長１９００ｎｍ帯にあるＯＨ由来の大きな吸収帯域を回避できる。したがって、分析器５０におけるスペクトル解析において近赤外の波長帯を広く有効に活用できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、光プローブ２０と光伝送体１２，１３とは一体化されている場合について説明するが、光プローブ２０に対して光伝送体１２，１３が取り付けられたものを光プローブとして取り扱ってもよい。この場合には、光源１０及び分析器５０に対して光プローブの光伝送体がコネクタ等によって取り付けられる。
【００３６】
次に、光学測定装置１のうち、特に光プローブ２０について、図１〜図３を参照しながら説明する。図２は、光プローブ２０の本体部２１の先端部の構成を示す概略構成図である。また、図３は、光プローブ２０の開閉機構の構成を説明する図であり、図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は平面図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）のIIIＣ−IIIＣ矢視図である。
【００３７】
図１に示すように、光プローブ２０は、略円柱状の本体部２１と、本体部２１の先端に取り付けられる開閉機構２２とを備える。本体部２１は、図２に示すように内部に光源１０側の光伝送体１２に対してその一方の端部が接続する第１光ファイバ２３（照射部）と、分析器５０側の光伝送体１３に対してその一方の端部が接続する第２光ファイバ２４（受光部）と、を備える。本体部２１は、２つの光ファイバの光軸方向に沿って延びる略円筒形状をなしている。そして、測定対象物Ｏが収容された溶液に対して上下方向に延びるように挿入される。本体部２１は、例えば、透明樹脂等の光透過性を有する樹脂により形成される。
【００３８】
第１光ファイバ２３及び第２光ファイバ２４としては、光伝送体１２，１３と同様に、石英ガラスファイバが好適に用いられる。この場合は、近赤外光のうち長波長側である２５００ｎｍまでを低損失で伝送することが可能となる。また、ＯＨフリーファイバや低ＯＨファイバであればさらに好ましい。これらの光ファイバは、波長１４００ｎｍ帯及び波長１９００ｎｍ帯にあるＯＨ由来の大きな吸収帯域を回避できる。したがって、分析器５０におけるスペクトル解析において近赤外の波長帯を広く有効に活用できる。
【００３９】
本体部２１の下側底面には、所定の幅を有する直線状の切込み（スリット）状に形成された、一の方向に開口を有する測定部２５が設けられる。測定部２５は、下方（液面から離間する方向）に向けて開口していて、対向する２つの側壁２５ａ，２５ｂ及び底面２５ｃを有する。底面２５ｃは、実質的には測定部２５の天面を形成する。測定部２５を形成する側壁２５ａ，２５ｂ及び底面２５ｃは、カバーガラス（図示省略）で覆う構成とすることができる。測定部２５は、後述の開閉機構２２によって開口部分が覆われていない場合には、外部の測定対象物Ｏが自由に移動することができる。本体部２１の下側底面に測定部２５が形成されることで、本体部２１の下端は２つの脚部２１ａ，２１ｂを有する形状となる。脚部２１ａの側面の一部が測定部２５の側壁２５ａを形成し、脚部２１ｂの側面の一部が測定部２５の側壁２５ｂを形成する。
【００４０】
第１光ファイバ２３の下側端部２３ａと測定部２５の側壁２５ａとの間には、集光レンズ２７及び反射ミラー２８が配置される。これらは、本体部２１の一方の脚部２１ａ側に配置される。また、第２光ファイバ２４の下側端部２４ａと測定部２５の側壁２５ｂとの間には、集光レンズ２９及び反射ミラー３０が配置される。これらは、本体部２１の他方の脚部２１ｂ側に配置される。
【００４１】
反射ミラー２８，３０は、第１光ファイバ２３の下側端部２３ａから出射した光Ｌ１が、反射ミラー２８を経て測定部２５の側壁２５ａから測定部２５内に出射た後、側壁２５ｂから反射ミラー３０を経て第２光ファイバ２４の下側端部２４ａから第２光ファイバ２４内に入射するように配置される。また、集光レンズ２７，２９は、測定部２５を通過する光Ｌ１のビーム径が適切となるように、且つ、測定部２５を通過した光Ｌ１が第２光ファイバ２４に適切に入射するように配置される。このように配置することで、測定対象物Ｏを入れた容器に光プローブ２０を挿入して測定を行う際には、測定部２５の側壁２５ａから出射した光のうち、測定部２５内の測定対象物Ｏを透過した光のみが測定部２５の側壁２５ｂに入射し、反射ミラー３０及び集光レンズ２９を経て第２光ファイバ２４へ入射することとなる。なお、反射ミラー２８，３０及び集光レンズ２７，２９の大きさや配置等は、第１光ファイバ２３及び第２光ファイバ２４の外径等も考慮して適宜変更することができる。
【００４２】
開閉機構２２は、本体部２１の先端部、特にスリット状の切込みとして形成された測定部２５を覆う機能を有する。本実施形態に係る開閉機構２２は、図３に示すように、中空の略円筒状をなす筒状部４１と、筒状部４１の一方側の端部である底面部に設けられ、対向する筒状部４１の内壁同士を接続する架橋部４２と、を有する。架橋部４２は、光プローブ２０を測定対象物Ｏの試料溶液に浸漬した際に下方側となる端部に設けられる。
【００４３】
開閉機構２２の筒状部４１の内壁の形状は、本体部２１の外周形状に対応している。また、筒状部４１の高さ（長さ）は、本体部２１における測定部２５の長さ（深さ）よりも大きい。また、平面視における架橋部４２の形状は、平面視における測定部２５の開口形状（測定対象物Ｏを入れた容器に光プローブ２０を挿入した際の下側端部の形状）に対応している。換言すると、平面視において筒状部４１と架橋部４２との間に形成される開口４３ａ，４３ｂは、それぞれ本体部２１における脚部２１ａ，２１ｂの形状に対応している。架橋部４２の幅は、測定部２５の開口の幅（側壁２５ａ，２５ｂ間の距離）よりも大きくされている。架橋部４２は、後述のように開閉機構２２において測定部２５の開口を塞ぐための領域として機能する。また、開口４３ａ，４３ｂは、筒状部４１の内外を連通する流通部として機能する。
【００４４】
なお、開閉機構２２は、図１に示すように、支持部材４４等によって本体部２１に対して移動可能に取り付けられている。開閉機構２２の本体部２１に対する取付方法は適宜変更できる。また、開閉機構２２の移動は、手動であっても自動であってもよい。開閉機構２２の移動を自動で行うために、例えば、本体部２１にモータ等を取り付け、モータの駆動によって開閉機構２２が移動する構成とすることもできる。
【００４５】
上記の光プローブ２０において開閉機構２２は図４に示すように上下に移動して本体部２１の先端部を覆う。具体的には、開閉機構２２が上方へ移動して本体部２１の先端を覆う場合には、開閉機構２２の筒状部４１内に本体部２１が挿入され、本体部２１の外壁と筒状部４１の内壁とが接する。また、筒状部４１と架橋部４２との間に形成される２つの開口４３ａ，４３ｂに、本体部２１における脚部２１ａ，２１ｂがそれぞれ接する。このとき、架橋部４２は、本体部２１の測定部２５の下側の開口部分に接して測定部２５内を塞ぐ。また、所定の幅を有する直線状のスリット形状に形成された測定部２５の平面視における長手方向端部（測定部２５の側面のうち、側壁２５ａ，２５ｂを有している側とは異なる面）は、筒状部４１の内壁で塞がれている。したがって、測定部２５内は開閉機構２２により外部から区画され、測定部２５内の測定対象物Ｏは外部との間の移動ができなくなる。
【００４６】
本実施形態に係る光プローブ２０では、測定中に外部との間の測定対象物Ｏの移動を開閉機構２２により規制すると共に、測定対象物Ｏに含まれる散乱物質が測定を阻害することを防止する。また、測定が終了すると、開閉機構２２を下方へ移動させて本体部２１から離間した状態とすることで、測定部２５と外部とが空間的に接続するような状態とする。これにより、測定部２５内に滞留していた測定対象物Ｏが外部へと移動可能となる。また、開閉機構２２の下方であって、測定部の区画に用いられる領域（架橋部４２）とは異なる領域には流通部としての開口４３ａ，４３ｂが設けられている。したがって、開口４３ａ，４３ｂを介した測定対象物Ｏの移動も可能となる。これにより、開閉機構２２内（特に、底部）に測定対象物Ｏが滞留することも防ぐことができる。
【００４７】
なお、本実施形態に係る光プローブ２０では、筒状部４１の端部に対して架橋部４２が突出している形状であるため、開閉機構２２の架橋部４２は、本体部２１の測定部２５の下側の開口部分に接して測定部２５を塞いでいる際には、筒状部４１は、本体部２１の外周部分に位置している。しかしながら、この形状は適宜変更することができる。例えば、開閉機構２２の架橋部４２及び筒状部４１の内壁が測定部２５を外部から区画している場合に、筒状部４１の内壁と本体部２１の外周との隙間を測定対象物Ｏが移動可能となっていると、区画しているはずの測定部２５内の液体が外部と移動可能成ってしまう可能性がある。そこで、筒状部４１の内壁と本体部２１の外周との隙間に対して測定対象物Ｏが流入することを防ぐために、図４の破線で示すように、筒状部４１から架橋部４２側へ突出する環状のフランジ部４１ａを設けることもできる。開閉機構２２の架橋部４２が測定部２５を塞ぐと同時に、フランジ部４１ａが本体部２１の底面と接するようにフランジ部４１ａを配置することで、筒状部４１の内周と本体部２１の外周との隙間を伝う測定対象物Ｏの移動をより厳しく規制することができる。
【００４８】
このように、筒状部４１の内壁と本体部２１の外周との隙間に測定対象物Ｏが移動可能な状態であると、開閉機構２２によって測定部２５を外部から区画したとしても、上記の隙間を伝って測定対象物Ｏが移動可能となり得ることが考えられる。したがって、筒状部４１の内壁と本体部２１の外周との隙間はできるだけ小さくすることが好ましく、また、筒状部４１の内壁と本体部２１の外周との隙間に測定対象物Ｏが流入することを規制するためのフランジ部４１ａのような構成を備えることが好ましい。このように、開閉機構２２の形状は本体部２１の形状等に応じても適宜変更することができる。
【００４９】
上記の光プローブ２０を含む光学測定装置１による光学測定方法について、図５を参照しながら説明する。前提として、光プローブ２０は、測定対象物Ｏに対して常時浸漬した状態で使用されるものとする。測定対象物Ｏの測定を行わない場合には、開閉機構２２は、「開いた」状態、すなわち、本体部２１に対して離間していて、光プローブ２０の測定部２５内へ測定対象物Ｏが自由に動くことができる状態とする。このとき、測定対象物Ｏに含まれる散乱物質も同様に自由に移動できる状態となる。
【００５０】
測定の際には、まず、開閉機構２２を閉状態とする（Ｓ０１）。このとき、測定部２５内の測定対象物Ｏの流動は止まった状態となり、測定部２５外の照射対象物の動きとは異なる状態となる（Ｓ０２）。この状態で所定時間（例えば、数分〜数十分、培養液中に動物細胞が浮遊している場合であれば１０分〜１時間）待機する（Ｓ０３）。
【００５１】
測定部２５内の測定対象物Ｏには、散乱物質も含まれる。測定対象物Ｏの種類にもよるが、散乱物質には、その比重が分析対象となる成分の比重に対して大きい散乱物質Ａ１及び小さい散乱物質Ａ２が含まれることが考えられる。これらの散乱物質は、図６（Ａ）に示すように、測定部２５内の測定対象物Ｏ内で分散している。これらは、測定部２５を外部から区画した状態で待機することで成分に応じて分離する（Ｓ０４）。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、分析対象の成分よりも比重が大きい散乱物質Ａ１（例えば、分析対象が培養液自体である場合には、動物細胞等）は閉じ込められた測定部２５内で沈殿する。一方、分析対象の成分よりも比重が小さい散乱物質Ａ２（例えば、分析対象が培養液自体である場合には、空気、酸素、二酸化炭素など）は測定部２５内の上部に浮遊する状態となる。この結果、反射ミラー２８，３０によって調整される測定用の光の光路とは異なる高さ位置に散乱物質が移動するため、散乱物質による測定用の光の散乱を抑制することができる。
【００５２】
測定部２５において、測定用の光をどの高さ位置とするかについては、測定対象物Ｏにおける分析対象の成分の比重と、散乱物質の比重との大小関係に基づいて調整することができる。代表的には測定部２５の中央部付近に配置されることが好ましい。散乱物質の比重によって、測定部２５における入力光の高さ位置を中央部から移動させることが好適である。具体的には、比重の小さい散乱物質Ａ２の混在が多い場合は、反射ミラー２８，３０の高さ位置を測定部２５の中心位置よりも低くし、比重の大きい散乱物質Ａ１の混在が多い場合は反射ミラー２８，３０の高さ位置を測定部２５の中心位置よりも高くすることが好ましい。
【００５３】
また、照射部と受光部とを結ぶ直線は測定部２５の深さ方向と略直交していて、測定部２５を通過する光Ｌ１（図２参照）の測定部２５におけるビーム径は、測定部２５の深さ（上下方向の長さ）に対して６０％以下であることが好ましい。ビーム径を測定部２５の深さに対して６０％以下とすることで、上方又は下方へ移動した散乱物質Ａ１，Ａ２を照射することを防ぐことができる。上方又は下方へ移動した散乱物質Ａ１，Ａ２を光Ｌ１によって照射した場合、散乱物質Ａ１，Ａ２による散乱が生じるため、測定精度に影響を与える可能性がある。ビーム径は、第１光ファイバ２３のファイバ径や集光レンズ２７の配置を変更することによって調節することができる。
【００５４】
このように比重に応じて散乱物質が移動するのを待機した後に（Ｓ０５）、測定を開始する（Ｓ０６）。なお、測定を開始する前から、光源１０からの光を測定部２５内に出射して、測定部２５内の散乱物質の移動をモニタ（Ｓ０５）する方法を用いることもできる。
【００５５】
この場合、分析対象の成分に係る情報を十分取得することが可能な状態となるまで、散乱物質Ａ１が沈殿し、散乱物質Ａ２が浮遊したことを確認するために、分析対象の成分において特徴的な波長とは異なる波長の光をモニタに利用することができる。これにより、分析対象の成分の量に影響を受けないモニタを実施することができる。分析対象の成分において特徴的な波長とは異なる波長であってモニタに用いることが好適な波長としては、散乱物質が持つ散乱波長又は吸収波長に対応した光、又は、特定の成分に対して特徴的なピークを有する波長とは異なる波長の光が挙げられる。これらのモニタ用の光を光源１０（又は光源１０とは別に接続されたモニタ用の光源）から出射し、分析器５０においてその強度をモニタし、当該強度が一定の値よりも小さくになったことを確認した上で、分析対象の成分の測定に対応した波長の光を出射して測定を行う構成としてもよい。このように、分析対象の成分の測定の前にモニタを行うことで、比重に応じて散乱物質が移動したことを確認してから測定を行うことができる。
【００５６】
測定が終了すると、開閉機構２２を開状態とし（Ｓ０７）、測定部２５内外を測定対象物Ｏが移動可能な状態に戻す。これにより、測定部２５内で比重に応じて偏った分散となっていた分析対象の成分及び散乱物質等は、再度混在した状態となる。これにより、次の測定期間まで測定部２５内外の測定対象物Ｏの状態が平衡となる。測定部２５が下方に開口していることで、一か所に滞留しがちな比重の大きい散乱物質Ａ１がその場に滞留することを防ぎやすくなる。なお、比重の小さい散乱物質Ａ２は、測定部２５内外が通じることにより測定対象物Ｏに流動性が生じることで、測定部２５外への移動が促進される。上記の一連の測定を繰り返すことで、容器内の測定対象物Ｏにおける分析対象の成分の変化を、定期的にモニタすることが可能となる。
【００５７】
上記の光学測定装置１を用いた分析を用いた測定の例を示す。図７は、純水中にポリスチレン製の樹脂球を浮遊させ、当該樹脂球の濃度を変化させた場合の測定結果を示している。具体的には、第１光ファイバ２３から波長１０００ｎｍ〜２２００ｎｍの近赤外光を出射した場合に第２光ファイバ２４内に入射して分析器５０で検出される光の強度をスペクトルとして示したものである。樹脂球の大きさは、測定対象物Ｏがある種の細胞の培養液である場合に、散乱物質となり得る細胞の大きさに対応している。また、測定対象物Ｏ中の樹脂球の濃度は、０個／ｍＬ、１．３６×１０７個／ｍＬ、１．２５×１０６個／ｍＬ、２．７×１０５個／ｍＬの４条件とした。図７に示すように、分析器５０で検出される光の強度は、濃度が０個／ｍＬの場合には水の吸収に対応したものであるが、樹脂球の濃度が高いほど弱くなり、分析器５０の測定下限値（Ｄａｒｋ値）に近くなる。一方、樹脂球の濃度が低いと、光の強度が強くなることを示している。このように、散乱物質の存在は分析器５０において検出される光の強度に影響を与えることが確認できた。
【００５８】
次に、図８及び図９は、培養液中に浮遊するＣＨＯ（Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｈａｍｓｔｅｒ  Ｏｖａｒｙ）細胞について、開閉機構２２を利用して測定部２５内に閉じ込めた状態で、時間経過と共にＣＨＯ細胞が沈殿していく過程を一定時間間隔で取得したデータである。図８では、波長１２００ｎｍにおける培養液の吸光度を測定した結果から純水の吸光度を差し引いた水差分吸光度変化と細胞数の関係を示しており、水差分吸光度が高いほど、細胞数が多い傾向を示している。また、図９では、測定回数を横軸として、測定された光学強度を縦軸として示している。図９によれば、時間経過によって、光学強度が上昇していることから、ＣＨＯ細胞が沈殿したと推測される。光量Ｍｉｎとは、測定下限値（Ｄａｒｋ値）に対応したものである。図８及び図９から水中にＣＨＯ細胞が多く含まれている場合、水差分吸光度が大きくなり、分析器５０において検出される光の強度に影響するが、一定時間放置することでＣＨＯ細胞が沈殿するため、分析器５０で検出することができる光の強度が上昇するため、測定対象物Ｏに含まれる特定の成分の分析を行う場合でも検出精度が向上することが確認された。
【００５９】
なお、これまで説明した光学測定装置１では、光プローブ２０は測定対象物Ｏの液面に対して垂直に挿入される状態を示したが、光プローブ２０は垂直に挿入されない構成とすることもできる。図１０において、変形例に係る光プローブ６０を含む光学測定装置２を示す。図１０に示す光プローブ６０は、本体部６１が測定対象物Ｏの液面に対して、水平に挿入されている。測定部６５は、筒状の本体部６１の外周面に設けられ、測定部６５の開口が下方となるように取り付けられる。内部の光学系についても、光プローブ側面に配置される測定部６５に応じて変更することが好ましい。
【００６０】
また、開閉機構６２は、本体部６１の先端に取り付けられ、支持部６４等に支持されながら、本体部６１の先端から離間する方向へ移動する構成は、光プローブ２０と同じである。ただし、測定部６５を区画することができるように、且つ、下方に開口を有するように、開閉機構６２の形状等は適宜変更される。具体的には、開閉機構６２は、筒状の部材から構成されていて、端部を塞ぐ構成とはなっていない。また、筒状の部材の内周が測定部６５を外部から区画するための領域として機能する。
【００６１】
図１０と同様に測定対象物Ｏの液面に対して水平に挿入される光プローブの変形例について図１１（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。図１１（Ａ），（Ｂ）に示す光プローブ７０の本体部７１は、図１０に示す光プローブ６０と同様に、本体部７１が測定対象物Ｏの液面に対して、水平に挿入されている。測定部７５は、筒状の本体部７１の外周面に設けられ、測定部７５の開口が下方となるように取り付けられる。
【００６２】
光プローブ７０の開閉機構７２は、筒状ではなく、本体部７１の一部の外周のみを覆う形状とされている。すなわち、変形例に係る光プローブ７０は、測定部７５の開口の形状に応じて開閉機構７２の形状をできるだけ小さくした態様を示している。図１１（Ａ），（Ｂ）に示す開閉機構７２は、本体部７１の一部の外周のみを覆う湾曲した板状をなしている。
【００６３】
開閉機構７２が測定部７５の開口の形状に応じた板状の部材である場合、すなわち、図１１（Ａ），（Ｂ）に示す形状となっている場合、開閉機構７２の開閉の方法も柔軟に変更することができる。例えば、図１１（Ａ）では、開閉機構７２が本体部７１の外周に沿ってスライドする構成を示している。開閉機構７２が本体部７１の外周に沿って移動する構成は、光プローブ６０の開閉機構６２等と同様である。これに対して、図１１（Ｂ）のように、本体部７１の外周部に開閉機構７２を回動させるための軸となる回動部材７６（例えば蝶番等）を設けて、回動部材７６を軸に開閉機構７２を回動させることによって測定部７５に対する開閉機構７２の開閉を制御する構成としてもよい。このように、開閉機構７２の形状に応じて、その取付け位置や移動の方向等は適宜変更することができる。
【００６４】
このように、光プローブの形状は適宜変更することができるが、測定時には測定部を外部から区画すると共に測定時以外の通常時は測定部の内外を通じるような構成を備える。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る光プローブ２０（６０）及び当該光プローブを用いた光学測定方法によれば、測定対象物Ｏに係る測定を行う際に、開閉機構２２により測定部２５を外部から区画することができる。したがって、測定対象物Ｏが測定部２５の内外を移動することを防ぐことができるため、測定対象物Ｏに含まれる対象成分以外の成分（散乱物質Ａ１，Ａ２等）の影響によって、対象成分に係る分析精度の低下を抑制することができる。
【００６６】
また、開閉機構２２のように、測定部の区画に用いられる領域とは異なる領域に開口４３ａ，４３ｂを有することで、開閉機構２２上に測定対象物に含まれる特定の成分（特に散乱物質Ａ１のように、比重が大きな成分）が滞留することを防ぐことができる。
【００６７】
また、測定部２５内の測定対象物Ｏに対して照射する光Ｌ１の測定部２５におけるビーム径を測定部２５の深さに対して６０％以下とすることで、測定対象物Ｏに含まれ分析対象の成分とは比重が異なる分析対象の成分以外の成分に対して光が照射されることを防ぐことができる。
【００６８】
また、測定対象物Ｏの液面に対して離間する方向、すなわち、下方に測定部２５が開口する構成とすることで、測定対象物Ｏに含まれる特定の成分（特に散乱物質Ａ１のように、比重が大きな成分）が測定部２５内に滞留することを防ぐことができる。
【００６９】
また、上記の光学測定方法のように、開閉機構２２によって測定部２５を外部から区画した後に、所定時間待機してから、測定対象物に含まれる分析対象の成分に係る測定を実施する構成とすることで、分析対象の成分とそれ以外の成分とに比重差がある場合に比重に応じて成分が分離した後に測定を行うことができるため、対象成分に係る分析精度の低下をさらに抑制することができる。
【００７０】
特に、開閉機構２２によって測定部２５を外部から区画した後に、光源１０からの光を用いた測定を実施するまで、照射部からの光の出射によって測定対象物から出射される透過光をモニタすることで、分析対象の成分とそれ以外の成分との分離を確認してからの測定が可能となるため、対象成分に係る分析精度の低下をさらに抑制することができる。
【００７１】
特に、分析対象の成分において特徴的な波長とは異なる波長の光をモニタに用いることで、分析対象の成分の量に影響を受けないモニタを実施することができる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態に係る光プローブ及び光学測定装置について説明したが、本発明に係る光プローブ及び測定装置は上記実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。
【００７３】
例えば、上記実施形態では、光プローブを含む光学測定装置１では、測定に近赤外光を用いることを前提としていたが、測定に用いる光の波長（波長帯域）は特に限定されない。また、測定に用いる光の波長は単一波長でも複数波長でもよい。
【００７４】
また、本発明は、測定部２５が測定時には開閉機構２２によって外部から区画され、通常時は、開放状態であることを特徴とする。したがって、このような構成を有しているのであれば、本体部、測定部、開閉機構等の形状は適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、光プローブの本体部の形状が略円柱状である場合について説明したが、本体部の形状は適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１，２…光学測定装置、１０…光源、２０，６０…光プローブ、２１…本体部、２２…開閉機構、２３…第１光ファイバ、２４…第２光ファイバ、２５…測定部、５０…分析器。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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