(57)【要約】【課題】装置の大型化を抑制してより容易に測定が実施できるようにする。【解決手段】各々異なる波長のレーザ光を出射する複数のレーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎと、これらレーザを駆動するレーザ駆動部１０２と、レーザ駆動部１０２から出力された駆動信号を切り替えていずれかのレーザに出力する信号切り替え部１２１とを備える。【選択図】  図１
2017150869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長における水の吸収係数をα1、第２の波長における水の吸収係数をα2、第１の波長における対象物質の吸収係数をαs1、第２の波長における対象物質の吸収係数をαs2とし、対象物質の濃度変化係数Ｑsとし、Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）の式により、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、前記対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長からなる少なくともＭ個（Ｍは２以上の整数）の組の光を選択する波長選択ステップと、
（Ｍ−１）個の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・と温度ＴとからなるＭ個の未知パラメータを有する被測定物に対して、選択されたいずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射して周波数シフト（ＦＳ）法により測定結果を得る第１の測定ステップと、
選択されたＭ個の組の各々の波長の２つの光を照射して光パワーバランスシフト（ＯＰＢＳ）法により測定結果を得る第２の測定ステップと、
前記第１の測定ステップの測定結果と前記第２の測定ステップの測定結果とから前記被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する濃度導出ステップとを備え、
前記濃度導出ステップは、
前記第１の測定ステップの測定結果をＦＳ（λ１）、前記第２の測定ステップの測定結果をＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）としたとき（λ１，λ２，λ３，λ４，・・・，λｎ−１，λｎは、選択されたＭ個の組の各々の光の波長）、
前記第１の測定ステップの測定結果を表現する式
ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴと、
前記第２の測定ステップの測定結果を表現する式
ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ、
ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ、
ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ、
・・・ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴ
とからなる連立方程式（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔ，Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は所定の係数）を解くことにより、前記被測定物中の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・を決定する成分濃度測定方法を実施するための成分濃度測定装置であって、
各々異なる波長のレーザ光を出射する複数のレーザと、
前記レーザを駆動するレーザ駆動部と、
前記レーザ駆動部から出力された駆動信号を切替えていずれかの前記レーザに出力する信号切り替え手段と、
前記レーザから放射されたレーザ光を導く光ファイバと、
レーザから放射されたレーザ光を合波する光カプラと、
前記光カプラによって合波されたレーザ光を導く中継光ファイバと、
前記被測定物を収容する光音響セルと、
中継光ファイバより出射したレーザ光を光音響セル内に導入するための光学窓と、
前記光音響セルに収容された被測定物から光音響効果によって発生する光音響信号を検出して音圧に比例した電気信号に変換する光音響信号検出手段と、
光音響信号検出手段から出力された電気信号を増幅する増幅器と、
参照信号を発生する関数発生器と、
増幅器の出力信号と関数発生器から出力された参照信号とを入力として、増幅器の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプと、
ロックインアンプが検出した測定信号を処理して前記成分濃度測定方法により前記被測定物中の測定対象の前記成分の濃度を決定する情報処理部と
を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の成分濃度測定装置において、
前記成分濃度測定方法の前記第１の測定ステップは、
前記被測定物に対して光を照射する第１の光照射ステップと、
前記第１の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第１の光音響信号検出ステップと、
前記第１の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち振幅が最大となる基準周波数の信号を測定信号として、この測定信号の位相を測定する第１の位相測定ステップと、
任意の時間経過後に前記被測定物に対して光を照射する第２の光照射ステップと、
前記第２の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第２の光音響信号検出ステップと、
前記第２の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち前記基準周波数の信号を測定信号として、前記測定信号の位相を測定する第２の位相測定ステップと、
前記第２の位相測定ステップで測定する位相が前記第１の位相測定ステップで測定した位相と等しくなる測定信号の周波数を探索する周波数探索ステップと、
前記周波数探索ステップで探索した周波数と前記基準周波数との変化量を、前記第１の測定ステップの測定結果として求める周波数変化導出ステップとを含む
ことを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の成分濃度測定装置において、
前記成分濃度測定方法の前記第２の測定ステップは、
前記被測定物に対して強度変調光を照射する第３の光照射ステップと、
この第３の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第３の光音響信号検出ステップと、
この第３の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の振幅が最大となる変調周波数を第１の周波数として測定する第１の周波数測定ステップと、
前記振幅が最大のときの電気信号の位相を参照位相として測定する第３の位相測定ステップと、
互いに異なる波長の２波の光を前記第１の周波数で且つ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して前記被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第４の光照射ステップと、
この第４の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第４の光音響信号検出ステップと、
この第４の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第１の変曲点を探索する第４の位相測定ステップと、
前記第１の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第１の光パワー測定ステップと、
任意の時間経過後に前記被測定物に対して強度変調光を照射する第５の光照射ステップと、
この第５の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第５の光音響信号検出ステップと、
この第５の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が前記参照位相となる変調周波数を第２の周波数として探索する第２の周波数測定ステップと、
互いに異なる波長の２波の光を前記第２の周波数で且つ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して前記被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第６の光照射ステップと、
この第６の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第６の光音響信号検出ステップと、
この第６の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第２の変曲点を探索する第５の位相測定ステップと、
前記第２の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第２の光パワー測定ステップと、
この第２の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差と前記第１の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差との変化量を、前記第２の測定ステップの測定結果として求める光パワー変化導出ステップとを含み、
選択された組毎に、前記第３の光照射ステップと前記第３の光音響信号検出ステップと前記第１の周波数測定ステップと前記第３の位相測定ステップと前記第４の光照射ステップと前記第４の光音響信号検出ステップと前記第４の位相測定ステップと前記第１の光パワー測定ステップと前記第５の光照射ステップと前記第５の光音響信号検出ステップと前記第２の周波数測定ステップと前記第６の光照射ステップと前記第６の光音響信号検出ステップと前記第５の位相測定ステップと前記第２の光パワー測定ステップと前記光パワー変化導出ステップとを実施し、前記２つの光照射手段の組み合わせ毎に前記第２の測定ステップの測定結果を得ることを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の成分濃度測定装置において、
複数の前記レーザより放射された一部のレーザ光を分岐して導く分岐光ファイバと、
前記分岐光ファイバより出射したレーザ光を光電変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段の出力信号と関数発生器から出力された参照信号とを入力として、前記光電変換手段の出力信号から所望の周波数のフィードバック信号を検出するフィードバック用ロックインアンプと、
前記フィードバック用ロックインアンプが検出したフィードバック信号を処理して複数の前記レーザの出力を補償する補償手段と
を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液中に存在するグルコース，アルブミンなどの成分濃度を光音響法により測定する成分濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
糖尿病患者には、インスリンの投与が必須となる。このインスリンの投与量は、糖尿病患者における血液中グルコース濃度により決定される。このため、インスリンの投与においては、糖尿病患者の指や腕から採取した血液を分析している。しかしながら、血液の採取においては、注射針などを刺すことになり患者への負担が大きいという問題がある。また、糖尿病予防の観点より、食事や運動の前後などで大きく変化する血液中のグルコース濃度を、高い頻度または連続的に、かつ正確に測定して監視することが重要となる。
【０００３】
この測定の方法として、光音響法がある。光音響法による測定によれば、連続的な血液中のグルコース濃度の監視が可能となる。また、光音響法の測定は、糖尿病患者にとって無痛であり、血液サンプルを必要とせず、糖尿病患者に不快感を与えることがない。また、光音響法の測定では、他の光学的な測定方法に比較し、散乱メディアによる効率の悪化がなく、光学と音響学の結合により高感度の特性を得ることができる。
【０００４】
光音響法には、パルス（pulse）法と連続波（continuous-wave、以下ＣＷとする）法の２つの方式がある。これらの光音響法では、音響波の振幅が成分濃度と比例することを利用して、成分濃度を定量している。しかしながら、まず、パルス法には、高感度を得るために高い光パワーを使わなければいけないという欠点がある。これに対し、ＣＷ法は、高い光パワーを必要としないが、反射表面のところの特性が変わると信号強度も変わる、すなわち再現性がないという欠点があった。しかし、高い光パワーは人体にとって安全性の面で問題になる可能性があるので、ＣＷ法を採用することが好ましい（特許文献１参照、特許文献２参照、特許文献３参照）。
【０００５】
ところで、ＣＷ法により血液中のグルコース濃度を測定する技術として、発明者らにより、周波数シフト（frequency shift、以下ＦＳとする）法、および光パワーバランスシフト（Optical power balance shift、以下ＯＰＢＳとする）法の２つが開発され、さらに、いくつかの光波長を用いてＯＰＢＳ法による測定を行い、ＦＳ法に組み合わせる方法を提案している。
【０００６】
まず、ＦＳ法について説明する。血液中のグルコースなどの特定成分の濃度変化に応じ、ＣＷ法の測定により得られる測定信号の位相情報は、濃度変化に応じて周波数軸に沿ってシフトする。時間の経過と共に血液中のグルコース濃度が減少した場合には、位相情報は低周波側へとシフトし、グルコース濃度が増加した場合には、位相情報は高周波側へとシフトする。この、位相情報は周波数シフトだけを受ける。ＦＳ法では、上述した位相情報に基づいて測定信号の周波数の変化量を求め、この周波数の変化量から血液中の特定成分の濃度の正確な測定を行う（特許文献４参照）。
【０００７】
また、ＯＰＢＳ法では、光波長が異なり位相差がπの２つの光ビームのパワーを増減させながら、光音響信号の振幅が極小な箇所の位相の変曲点を探し、この結果から血液中に溶解している分子濃度を求める。２つの光ビームのうち一方の光ビームのパワーを変えながら、光音響信号強度が最低となる光パワーを探すことで、光パワーの変化量より血液中のグルコース濃度などの成分濃度を正確に測定する（特許文献５参照）。
【０００８】
この方法では、図７に示す成分濃度測定装置が用いられている。この成分濃度測定装置は、まず、レーザ光を放射するレーザ（レーザダイオード）７０１−１と、レーザ光を放射する第２の光照射手段となるレーザ７０１−２と、レーザ７０１−１，７０１−２を駆動するレーザ駆動部７０２と、レーザ７０１−１，７０１−２から放射されたレーザ光を導く光ファイバ７０３−１，７０３−２と、レーザ７０１−１，７０１−２から放射されたレーザ光を合波する光カプラ７０４と、光カプラ７０４によって合波されたレーザ光を導く光ファイバ７０５とを備える。
【０００９】
また、被測定物７１３を収容するケースである光音響セル７０６と、レーザ光を透過させるガラス製の光学窓７０７と、光音響効果によって被測定物７１３から発生する光音響信号を検出し、音圧に比例した電気信号に変換する光音響信号検出手段となる音響センサ７０８と、音響センサ７０８から出力された電気信号を増幅する増幅器７０９と、参照信号を発生する関数発生器７０１０と、増幅器７０９の出力信号と関数発生器７１０から出力された参照信号とを入力として、増幅器７０９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ７０１１と、関数発生器７１０およびロックインアンプ７０１１を制御すると共に、ロックインアンプ７０１１が検出した測定信号を処理して血液グルコース濃度を導出するコンピュータからなる情報処理装置７１２とを備える。
【００１０】
ここで、このような光を用いた測定では、光源の出力が安定していることが重要となる。このためには、光源から出射する一部の光（数％から数十％）の強度を、フォトダイオードなどで測定し、測定される光強度の変動をフィードバックすることで、光源の出力を安定させ、測定精度を維持することが重要となる（特許文献１参照、特許文献２参照、特許文献３参照）。
【００１１】
ところで、上述したＦＳ法は高感度であるが、まず、周波数シフトのレスポンスは波長や音響モードにかかわらず一定となっている。このため、温度やアルブミン濃度などの他成分の全てのパラメータが、測定の間は一定レベルが維持されていないと、ＦＳ法では、正しいグルコース濃度を測定することができない。しかしながら、上述した他成分のパラメータは、連続したグルコース濃度測定においては短時間の間に変化する。また、ＦＳ法は、グルコース選択性が低い。このように、ＦＳ法では、温度やアルブミンなどのグルコース以外の成分の状態が変化する環境では、グルコース濃度を正確に測定できないという問題がある。
【００１２】
これに対し、発明者らは、ＦＳ法に、混合している他成分に特異な応答が得られるＯＰＢＳ法を組み合わせることを検討した。ただし、光吸収測定を基にしたＯＰＢＳ法の応答は、使用される２つの光ビームの光波長に依存する。このため、発明者らは、鋭意検討の結果、いくつかの光波長を用いてＯＰＢＳ法による測定を行い、ＦＳ法に組み合わせる方法を提案した（特許文献６参照）。
【００１３】
この組み合わせの測定方法では、例えば、目的とするグルコース濃度を知るために、温度およびアルブミンなど他の成分濃度の影響を除去し、グルコースに対する応答のみを効率良く測定するために、測定に用いる複数の波長の組み合わせが重要となる。
【００１４】
ここで、シミュレーション結果では、選択的かつ高精度に測定可能な選択する２つの光ビーム信号の波長の組み合わせは、例えば、光波長が１３８２ｎｍから１８７８ｎｍの５００ｎｍ範囲に７組存在する。この中から２つの光ビーム信号を選択して測定するために、上述したような７組の波長を得るためには、２つの波長可変光源を用いることが考えられる。しかしながら、波長可変光源は高価でかつ数十ｎｍと波長範囲が狭く、さらに出力パワーが小さいという欠点がある。
【００１５】
これに対し、必要とする波長毎にレーザダイオードを用いることが考えられる。単一波長のレーザダイオードは、波長可変光源に比較して出力パワーが大きく、また、より広い範囲で波長を選択することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１２５５４２号公報
【特許文献２】特開２００８−１２５５４３号公報
【特許文献３】特開２００８−１４５２６２号公報
【特許文献４】特開２０１２−０２６８５２号公報
【特許文献５】特許第５４１１１８０号公報
【特許文献６】特開２０１３−１０６８７４号公報
【特許文献７】特開２０１４−０５０５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、必要とする波長数に合わせて複数のレーザダイオードを備える構成では、例えば、レーザダイオード毎に駆動部を用意するために装置が大型化してしまうという問題があった。また、波長を変更するたびに配線を繋ぎ変える必要があるため、測定時間が長くなるという問題があった。測定時間の増大は、測定環境の変化を招き、測定結果がばらついて精度が低下することに繋がる。このように、従来では、装置が大型化して測定が容易に実施できないという問題があった。
【００１８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、装置の大型化を抑制してより容易に測定が実施できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る成分濃度測定装置は、第１の波長における水の吸収係数をα1、第２の波長における水の吸収係数をα2、第１の波長における対象物質の吸収係数をαs1、第２の波長における対象物質の吸収係数をαs2とし、対象物質の濃度変化係数Ｑsとし、Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）の式により、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長からなる少なくともＭ個（Ｍは２以上の整数）の組の光を選択する波長選択ステップと、（Ｍ−１）個の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・と温度ＴとからなるＭ個の未知パラメータを有する被測定物に対して、選択されたいずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射して周波数シフト（ＦＳ）法により測定結果を得る第１の測定ステップと、選択されたＭ個の組の各々の波長の２つの光を照射して光パワーバランスシフト（ＯＰＢＳ）法により測定結果を得る第２の測定ステップと、第１の測定ステップの測定結果と第２の測定ステップの測定結果とから被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する濃度導出ステップとを備え、濃度導出ステップは、第１の測定ステップの測定結果をＦＳ（λ１）、第２の測定ステップの測定結果をＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）としたとき（λ１，λ２，λ３，λ４，・・・，λｎ−１，λｎは、選択されたＭ個の組の各々の光の波長）、第１の測定ステップの測定結果を表現する式ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴと、第２の測定ステップの測定結果を表現する式ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ、ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ、ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ・・・ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴとからなる連立方程式（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔ，Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は所定の係数）を解くことにより、被測定物中の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・を決定する成分濃度測定方法を実施するための成分濃度測定装置であり、各々異なる波長のレーザ光を出射する複数のレーザと、レーザを駆動するレーザ駆動部と、レーザ駆動部から出力された駆動信号を切り替えていずれかのレーザに出力する信号切り替え手段と、レーザから放射されたレーザ光を導く光ファイバと、レーザから放射されたレーザ光を合波する光カプラと、光カプラによって合波されたレーザ光を導く中継光ファイバと、被測定物を収容する光音響セルと、中継光ファイバより出射したレーザ光を光音響セル内に導入するための光学窓と、光音響セルに収容された被測定物から光音響効果によって発生する光音響信号を検出して音圧に比例した電気信号に変換する光音響信号検出手段と、光音響信号検出手段から出力された電気信号を増幅する増幅器と、参照信号を発生する関数発生器と、増幅器の出力信号と関数発生器から出力された参照信号とを入力として、増幅器の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプと、ロックインアンプが検出した測定信号を処理して成分濃度測定方法により被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する情報処理部とを備える。
【００２０】
上記成分濃度測定装置において、成分濃度測定方法の第１の測定ステップは、被測定物に対して光を照射する第１の光照射ステップと、第１の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第１の光音響信号検出ステップと、第１の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち振幅が最大となる基準周波数の信号を測定信号として、この測定信号の位相を測定する第１の位相測定ステップと、任意の時間経過後に被測定物に対して光を照射する第２の光照射ステップと、第２の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第２の光音響信号検出ステップと、第２の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち基準周波数の信号を測定信号として、測定信号の位相を測定する第２の位相測定ステップと、第２の位相測定ステップで測定する位相が第１の位相測定ステップで測定した位相と等しくなる測定信号の周波数を探索する周波数探索ステップと、周波数探索ステップで探索した周波数と基準周波数との変化量を、第１の測定ステップの測定結果として求める周波数変化導出ステップとを含む。
【００２１】
上記成分濃度測定装置において、成分濃度測定方法の第２の測定ステップは、被測定物に対して強度変調光を照射する第３の光照射ステップと、この第３の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第３の光音響信号検出ステップと、この第３の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の振幅が最大となる変調周波数を第１の周波数として測定する第１の周波数測定ステップと、振幅が最大のときの電気信号の位相を参照位相として測定する第３の位相測定ステップと、互いに異なる波長の２波の光を第１の周波数でかつ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第４の光照射ステップと、この第４の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第４の光音響信号検出ステップと、この第４の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第１の変曲点を探索する第４の位相測定ステップと、第１の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第１の光パワー測定ステップと、任意の時間経過後に被測定物に対して強度変調光を照射する第５の光照射ステップと、この第５の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第５の光音響信号検出ステップと、この第５の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が参照位相となる変調周波数を第２の周波数として探索する第２の周波数測定ステップと、互いに異なる波長の２波の光を第２の周波数でかつ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第６の光照射ステップと、この第６の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第６の光音響信号検出ステップと、この第６の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第２の変曲点を探索する第５の位相測定ステップと、第２の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第２の光パワー測定ステップと、この第２の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差と第１の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差との変化量を、第２の測定ステップの測定結果として求める光パワー変化導出ステップとを含み、選択された組毎に、第３の光照射ステップと第３の光音響信号検出ステップと第１の周波数測定ステップと第３の位相測定ステップと第４の光照射ステップと第４の光音響信号検出ステップと第４の位相測定ステップと第１の光パワー測定ステップと第５の光照射ステップと第５の光音響信号検出ステップと第２の周波数測定ステップと第６の光照射ステップと第６の光音響信号検出ステップと第５の位相測定ステップと第２の光パワー測定ステップと光パワー変化導出ステップとを実施し、２つの光照射手段の組み合わせ毎に第２の測定ステップの測定結果を得る。
【００２２】
上記成分濃度測定装置において、複数のレーザより放射された一部のレーザ光を分岐して導く分岐光ファイバと、分岐光ファイバより出射したレーザ光を光電変換する光電変換手段と、光電変換手段の出力信号と関数発生器から出力された参照信号とを入力として、光電変換手段の出力信号から所望の周波数のフィードバック信号を検出するフィードバック用ロックインアンプと、フィードバック用ロックインアンプが検出したフィードバック信号を処理して複数のレーザの出力を補償する補償手段とを備える。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したことにより、本発明によれば、装置の大型化を抑制してより容易に測定が実施できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、情報処理装置１１２の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、ある光の波長での光音響セルの周波数特性における特定の周波数で出現する３つの共鳴ピークの状態を示す特性図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。
【図７】図７は、成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２６】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。この成分濃度測定装置は、まず、各々異なる波長のレーザ光を出射する複数のレーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎと、これらレーザを駆動するレーザ駆動部１０２と、レーザ駆動部１０２から出力された駆動信号を切り替えていずれかのレーザに出力する信号切り替え部１２１とを備える。信号切り替え部１２１は、たとえは、ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）コントローラ付き入力ポートと出力ポートのＢＮＣスイッチである。
【００２７】
また、レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎから放射されたレーザ光を導く光ファイバ１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４，・・・、１０３−ｎと、レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・、１０１−ｎから放射されたレーザ光を合波する光カプラ１０４と、光カプラ１０４によって合波されたレーザ光を導く中継光ファイバ１０５とを備える。各レーザは、例えば、分布帰還型（Distributed Feedback；ＤＦＢ）のレーザダイオードである。また、光カプラ１０４は、例えば、特定波長を反射し残りを透過するダイクロイックミラーなどから構成されている。
【００２８】
また、被測定物１１３を収容する光音響セル１０６と、中継光ファイバ１０５より出射したレーザ光を光音響セル１０６内に導入するための光学窓１０７と、光音響セル１０６に収容された被測定物１１３から光音響効果によって発生する光音響信号を検出して音圧に比例した電気信号に変換する音響センサ（光音響信号検出手段）１０８とを備える。光音響セル１０６，光学窓１０７，音響センサ１０８により測定部が構成される。
【００２９】
また、この成分濃度測定装置は、音響センサ１０８から出力された電気信号を増幅する増幅器１０９と、参照信号を発生する関数発生器１１０と、増幅器１０９の出力信号と関数発生器１１０から出力された参照信号とを入力として、増幅器１０９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ１１１と、ロックインアンプ１１１が検出した測定信号を処理して成分濃度測定方法により被測定物１１３中の測定対象の成分の濃度を決定する情報処理装置１１２とを備える。
【００３０】
ここで、この成分濃度測定装置は、以下に示す成分濃度測定方法を実施するための装置である。
【００３１】
上記成分濃度測定方法は、第１の波長における水の吸収係数をα1、第２の波長における水の吸収係数をα2、第１の波長における対象物質の吸収係数をαs1、第２の波長における対象物質の吸収係数をαs2とし、対象物質の濃度変化係数Ｑsとし、Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）の式により、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長からなる少なくともＭ個（Ｍは２以上の整数）の組の光を選択する波長選択ステップと、（Ｍ−１）個の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・と温度ＴとからなるＭ個の未知パラメータを有する被測定物に対して、選択されたいずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射して周波数シフト（ＦＳ）法により測定結果を得る第１の測定ステップと、選択されたＭ個の組の各々の波長の２つの光を照射して光パワーバランスシフト（ＯＰＢＳ）法により測定結果を得る第２の測定ステップと、第１の測定ステップの測定結果と第２の測定ステップの測定結果とから被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する濃度導出ステップとを備える。
【００３２】
濃度導出ステップは、第１の測定ステップの測定結果をＦＳ（λ１）、第２の測定ステップの測定結果をＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）としたとき（λ１，λ２，λ３，λ４，・・・，λｎ−１，λｎは、選択されたＭ個の組の各々の光の波長）、第１の測定ステップの測定結果を表現する式「ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴ」と、第２の測定ステップの測定結果を表現する式「ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ」、「ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ」、「ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ、・・・ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴ」とからなる連立方程式（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔ，Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は所定の係数）を解くことにより、被測定物中の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・を決定する。
【００３３】
上述した方法の各ステップにおける処理は、情報処理装置１１２で行う。情報処理装置１１２は、図２に示すように、関数発生器制御部２０１、振幅測定部２０２、位相測定部２０３と、位相オフセット調整部２０４、情報記録部２０５、周波数シフト校正部２０６、周波数変化率導出部２０７、周波数測定部２０８、光パワー制御部２０９、光パワー測定部２１０、光パワー変化量導出部２１１と、濃度導出部２１２と、記憶部２１３とを有する。
【００３４】
関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０を制御する関数発生器制御部２０１は、周波数探索手段を構成している。振幅測定部２０２は、測定信号の振幅を測定する。位相測定部２０３は、測定信号の位相を測定する。位相オフセット調整部２０４は、位相のオフセットを調整する。情報記録部２０５は、測定信号の振幅と位相と周波数の情報または測定信号の周波数と位相の情報を記録する。周波数シフト校正部２０６は、測定信号の周波数シフトを校正する。
【００３５】
周波数変化率導出部２０７は、測定信号の周波数の変化率を導出する。周波数測定部２０８は、測定信号の周波数を測定する。光パワー制御部２０９は、光パワーを制御する。光パワー測定部２１０は、２つの強度変調光の光パワーの差を測定する。光パワー変化量導出部２１１は、光パワーの変化量を導出する。濃度導出部２１２は、ＦＳ法による測定結果とＯＰＢＳ法による測定結果とから測定対象の成分濃度を決定する。記憶部２１３は、各情報を記憶する。
【００３６】
以下、成分濃度測定装置の動作について説明する。成分濃度測定装置は、最初にＦＳ法による測定を行い、続いてＯＰＢＳ法による測定を行い、ＦＳ法による測定結果とＯＰＢＳ法による測定結果とから測定対象の成分濃度を決定する。ＦＳ法では１波長で測定を行うので、レーザを１個だけ用いる。ここでは、レーザ１０１−１を用いるものとする。
【００３７】
被測定物１１３は、光音響セル１０６内に導入される。レーザ駆動部１０２から供給された駆動信号が、信号切り替え部１２１により選択されたレーザ１０１−１に供給されると、レーザ１０１−１はレーザ光を放射する。従来のＣＷ法と同様に、レーザ１０１−１から放射されるレーザ光は連続波である。このレーザ光は、光ファイバ１０３−１によって導かれ光カプラ１０４を通過し、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ１０１）。
【００３８】
音響センサ１０８は、被測定物１１３から発生する光音響信号を検出し、増幅器１０９は、音響センサ１０８から出力された電気信号を増幅する。ロックインアンプ１１１は、増幅器１０９の出力に含まれる信号のうち、関数発生器１１０から出力される参照信号によって決まる周波数の測定信号を検出する。
【００３９】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を漸次変化させる周波数掃引を行う（ステップＳ１０２）。こうして、測定信号の共鳴ピークを探索する。
【００４０】
次に、情報処理装置１１２の位相オフセット調整部２０４は、ロックインアンプ１１１を通じてレーザ駆動部１０２を制御し、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の位相を変化させ、被測定物１１３に照射するレーザ光の位相を変化させることにより、測定信号の位相Ｐ0を０に設定する（ステップＳ１０３）。
【００４１】
次に、測定信号の振幅のピークを見つけたときに、情報処理装置１１２の振幅測定部２０２は、このピークの周波数（基準周波数ｆ0）における測定信号の振幅Ａ0を測定し（ステップＳ１０４）、位相測定部２０３は、基準周波数ｆ0における測定信号の位相Ｐ0を測定する（ステップＳ１０５）。
【００４２】
情報記録部２０５は、振幅測定部２０２が測定した振幅Ａ0と、位相測定部２０３が測定した位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と、ピークの周波数（基準周波数ｆ0）とを記憶部２１３に記憶させる（ステップＳ１０６）。
【００４３】
次に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の最初の測定から任意の時間経過後の時刻ｔにおける測定について説明する。最初の測定の場合と同様に、被測定物１１３にレーザ光を照射する（ステップＳ１０７）。ここでは、レーザ駆動部１０２から出力されて信号切り替え部１２１で選択されたレーザ１０１−１に供給される駆動電流の位相をステップＳ１０３の場合と同じにすることにより、被測定物１１３に照射されるレーザ光の位相をステップＳ１０３の場合と同じにしている。
【００４４】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、ロックインアンプ１１１に基準周波数ｆ0の測定信号を検出させる。情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、基準周波数ｆ0における測定信号の位相Ｐ1を測定する（ステップＳ１０８）。測定信号の位相Ｐ1が位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と等しい場合、時刻ｔにおける血液グルコース濃度は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の最初の測定のときの血液グルコース濃度と同じとなる。
【００４５】
一方、測定信号の位相Ｐ1が位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と異なる場合、情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、測定信号の位相Ｐ1がＰ0と等しくなる（ここでは、位相Ｐ1が０になる）測定信号の周波数を探す（ステップＳ１０９）。位相Ｐ1がＰ0と等しくなる周波数をｆ1とする。
【００４６】
周波数ｆ1を見つけたときに、情報処理装置１１２の振幅測定部２０２は、周波数ｆ1における測定信号の振幅Ａ1を測定する（ステップＳ１１０）。次いで、情報記録部２０５は、振幅測定部２０２が測定した振幅Ａ1と、測定信号の位相Ｐ1（Ｐ1＝Ｐ0＝０）と、周波数ｆ1とを記憶部２１３に記憶させる（ステップＳ１１１）。
【００４７】
情報処理装置１１２の周波数変化率導出部２０７は、測定信号の周波数変化率（ｆ1−ｆ0）／ｆ0×１００を算出する（ステップＳ１１２）。レーザ１０１−１から放射される光の波長をλ１とし、測定結果である信号レスポンス（周波数変化率導出部２０７が算出した周波数変化率）をＦＳ（λ１）と表現する。以上で、成分濃度測定装置のＦＳ法による測定時の動作が終了する。
【００４８】
ＦＳ法による測定では、測定信号の振幅を測定しなくてもよい。ただし、血液グルコース濃度に変化が生じていない場合について、振幅Ａ0と振幅Ａ1とを使うことにより、グルコース濃度変化以外の他の影響によって生じる測定信号の周波数シフトを校正することができる。以下、この周波数シフトの校正について説明する。
【００４９】
グルコース濃度変化以外の他の成分が混合している場合において、グルコース濃度変化による測定信号の位相変化を打ち消され、ステップＳ１０８において測定信号の位相Ｐ1を測定したときに位相Ｐ1が位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と等しい場合が生じる。この場合は、情報処理装置１１２の振幅測定部２０２は、基準周波数ｆ0における測定信号の振幅Ａ1を測定する。測定信号の振幅Ａ1が振幅Ａ0と異なる場合、測定信号の振幅Ａ1からグルコース以外の他の成分、例えば、アルブミンなどの成分を推定することができる。
【００５０】
グルコース濃度変化以外の他の成分が混合している場合において、測定信号の位相Ｐ1と位相Ｐ0（Ｐ0＝０）とが異なる場合は、情報処理装置１１２の周波数シフト校正部２０６は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を漸次変化させる周波数掃引を行い、基準周波数ｆ0に最も近いピークを探索する。
【００５１】
周波数シフト校正部２０６は、測定信号の振幅のピークを見つけたときに、このピークの周波数を新たな基準周波数ｆ0とする。こうして、基準周波数ｆ0を更新することができ、グルコース濃度変化以外の他の影響によって生じる測定信号の周波数シフトを校正することができる。
【００５２】
血液グルコース濃度が変化してしまうと校正ができなくなるので、定期的（例えば数時間毎）にステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理を実施して、振幅Ａ0と位相Ｐ0と基準周波数ｆ0とを適宜更新すればよい。
【００５３】
ＯＰＢＳ法では、光音響信号の位相が０の点を探すために、光パワーを変化させる。より具体的には、光パワーを変化させるために、レーザ１０１−１，１０１−２の駆動電圧を変化させる。血液グルコース濃度Ｃgは、グルコースに特有な新しい光パワーバランスのシフト値δＰ1と相対的な光吸収係数δα1とδα2から求めることができる（特許文献７参照）。測定したい成分濃度がアルブミン濃度の場合も同様にして求めることができる。なお、光吸収係数α1，α2と光吸収係数変化量δα1，δα2とは、光吸収スペクトル測定から求めることができる。
【００５４】
ＯＰＢＳ法は、非侵襲的に光音響測定に基づく溶液の成分を測るために、効率的な方法である。この測定方法は、２つの光学波長を選ぶことによって１つの特定の合成物に非常に選択的なアプローチを最適化することができる。利用できる多様な光学波長を考慮すれば、異なる溶媒において多くの溶質を検出できることは明らかである。また、対応する光学パワーを調節しパワーバランスを求める方法により、どのような吸収係数（濃度）の違いに対しても測定可能である。
【００５５】
光学波長の選択は吸収係数によって制限されない。さらにまた、位相０の変曲点に基づく測定方法は、速く収束して非常に正確な測定を提供する。光音響信号の位相を測定するため、数ポイントの測定点を記憶しておく必要がある。ノイズを完全に無視するならば、パラボラ（２次多項式）が３ポイントの測定データを必要とするのに対し、２ポイントの測定データから線形斜面を決定することは可能である。この観点から、光音響信号の直線的な特性の方が、位相が０の変曲点を早く求めることができる。
【００５６】
しかしながら、ノイズと必要な測定精度の依存関係に基づき、測定ポイントの数は抜本的に増加させられるべきである。光音響信号の変化が線形的な挙動であれば、２ポイントの測定データから位相０の位置を非常に正確な精度で得ることができ、小さい範囲の中で位置を検索することができる。一方、光音響信号の変化が放物線状の場合には、二分検索アルゴリズム（二分探索）は最高の方法である。ただし、位相が０の位置を求めるのに要する時間は非常に長くなる。実験的な見解からセンサの反応時間に関連して、測定時間の量的増加を推定することは困難である。しかしながら、光音響信号の位相の線形的な挙動を利用すれば、より早く測定することができ、正確な成分濃度値を提供することができる。
【００５７】
次に、ＯＰＢＳ法による測定についてさらに詳細に説明する。初めに時刻ｔ０の初期状態において参照レベルの決定を行うために、レーザ１０１−１のみを動作させる。被測定物１１３は、光音響セル１０６内に導入される。レーザ駆動部１０２から駆動電流が信号切り替え部１２１により選択されたレーザ１０１−１に供給されると、レーザ１０１−１はレーザ光を放射する。このとき、レーザ駆動部１０２から矩形波の駆動電流が供給されることにより、レーザ１０１−１は強度変調光を放射する。光の波長は例えば１３８４ｎｍである。この強度変調光は、光ファイバ１０３−１によって導かれ光カプラ１０４を通過して、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ２０１）。
【００５８】
音響センサ１０８は、被測定物１１３から発生する光音響信号を検出し、増幅器１０９は、音響センサ１０８から出力された電気信号を増幅する。ロックインアンプ１１１は、増幅器１０９の出力に含まれる信号のうち、関数発生器１１０から出力される参照信号によって決まる周波数の測定信号を検出する。
【００５９】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２から信号切り替え部１２１により選択されたレーザ１０１−１に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を漸次変化させると共に、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数（光変調周波数と同一の周波数）を漸次変化させる光変調周波数掃引を行う（ステップＳ２０２）。こうして、音響共振ピークを探索する。
【００６０】
次に、測定信号の最大振幅を見つけたときに、情報処理装置１１２の周波数測定部２０８は、この最大振幅時の測定信号の周波数（参照周波数Ｆ０）を測定し、位相測定部２０３は、最大振幅時の測定信号の位相（参照位相Ｐ０）を測定する（ステップＳ２０３）。情報処理装置１１２の情報記録部２０５は、周波数測定部２０８が測定した参照周波数Ｆ０と位相測定部２０３が測定した参照位相Ｐ０とを記憶部２１３に記憶させる（ステップＳ２０４）。
【００６１】
次に、レーザ駆動部１０２から出力される駆動信号の供給先を、信号切り替え部１２１により２つのレーザ１０１−１，１０１−２としてこれらを動作させて、２つの光を合波して測定を行う。レーザ駆動部１０２から駆動電流が信号切り替え部１２１により選択されたレーザ１０１−１，１０１−２に供給されると、レーザ１０１−１，１０１−２はレーザ光を放射する。このとき、レーザ駆動部１０２は、同一周波数で逆位相の矩形波の駆動電流をレーザ１０１−１，１０１−２に供給することにより、レーザ１０１−１，１０１−２から放射される光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ強度変調する。
【００６２】
各レーザから放射される光の波長は、選択されたいずれかの組の第１の波長および第２の波長である。また、２つの光のパワーは同一である。レーザ１０１−１，１０１−２から放射された強度変調光は、それぞれ光ファイバ１０３−１，１０３−２によって導かれ、光カプラ１０４によって合波され、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ２０５）。
【００６３】
続いて、情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２から信号切り替え部１２１を経由してレーザ１０１−１，１０１−２に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を参照周波数Ｆ０に設定すると共に、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を参照周波数Ｆ０に設定する。情報処理装置１１２の光パワー制御部２０９は、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の大きさを変化させることにより、レーザ１０１−１から放射される光のパワーを漸次変化させる光パワー掃引を行う（ステップＳ２０６）。
【００６４】
情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、測定信号の位相の変曲点、すなわち位相が０になる点を探索する（ステップＳ２０７）。位相の変曲点が見つかったときに、情報処理装置１１２の光パワー測定部２１０は、変曲点における２つの光の光パワーの差を測定する（ステップＳ２０８）。光パワー測定部２１０は、レーザ１０１−１に供給される駆動電圧とレーザ１０１−２に供給される駆動電圧との差である参照駆動電圧差ＶOPBS0を光パワーの差として測定する。
【００６５】
なお、ステップＳ２０４の時点における２つの光パワーは同一なので、２つの光のうち一方の光のパワーのみを変化させる場合には、この一方の光についてステップＳ２０４時点の初期の光パワーと変曲点における光パワーとの差（駆動電圧差）を求めるようにしてもよい。また、ステップＳ２０５における光パワー掃引において、２つのレーザ１０１−１，１０１−２から放射される光のパワーを変化させるようにしてもよい。
【００６６】
次に、時刻ｔ０から任意の時間経過後の時刻ｔにおける測定について説明する。初めに、一方のレーザ１０１−１のみを動作させて、１つの光のみによる測定を行う。レーザ１０１−１から放射された強度変調光は、光ファイバ１０３−１によって導かれ光カプラ１０４を通過して、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ２０９）。
【００６７】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を参照周波数Ｆ０に設定する。さらに、関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、光変調周波数を参照周波数Ｆ０から変化させる。
【００６８】
情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、測定信号の位相が参照位相Ｐ０となる点を探索し、情報処理装置１１２の周波数測定部２０８は、この点における周波数Ｆ１を測定する。こうして、参照位相Ｐ０に対応する周波数Ｆ１を探索する（ステップＳ２１０）。なお、周波数Ｆ１は参照周波数Ｆ０の近傍に位置する。
【００６９】
次に、２つのレーザ１０１−１，１０１−２を動作させて、２つの光を合波して測定を行う。レーザ駆動部１０２は、同一周波数で逆位相の矩形波の駆動電流を信号切り替え部１２１を経由してレーザ１０１−１，１０１−２に供給することにより、レーザ１０１−１，１０１−２から放射される光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ強度変調する。上記と同様に、レーザ１０１−１から放射される光の波長は例えば１３８４ｎｍ、レーザ１０１−２から放射される光の波長は例えば１６１０ｎｍである。また、２つの光のパワーは同一である。レーザ１０１−１，１０１−２から放射された強度変調光は、それぞれ光ファイバ１０３−１，１０３−２によって導かれ、光カプラ１０４によって合波され、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って被測定物１１３に照射される（ステップＳ２１１）。
【００７０】
続いて、情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１，１０１−２に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を周波数Ｆ１に設定すると共に、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を周波数Ｆ１に設定する。情報処理装置１１２の光パワー制御部２０９は、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の大きさを変化させることにより、レーザ１０１−１から放射される光のパワーを漸次変化させる光パワー掃引を行う（ステップＳ２１２）。
【００７１】
情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、測定信号の位相の変曲点、すなわち位相が０になる点を探索する（ステップＳ２１３）。位相の変曲点が見つかったときに、情報処理装置１１２の光パワー測定部２１０は、変曲点における２つの光の光パワーの差を測定する（ステップＳ２１４）。光パワー測定部２１０は、レーザ１０１−１に供給される駆動電圧とレーザ１０１−２に供給される駆動電圧との差である駆動電圧差ＶOPBS1を光パワーの差として測定する。
【００７２】
なお、ステップＳ２１１の時点における２つの光パワーは同一なので、２つの光のうち一方の光のパワーのみを変化させる場合には、この一方の光についてステップＳ２１１時点の初期の光パワーと変曲点における光パワーとの差（駆動電圧差）を求めるようにしてもよい。また、ステップＳ２１２における光パワー掃引において、２つのレーザ１０１−１，１０１−２から放射される光のパワーを変化させるようにしてもよい。
【００７３】
情報処理装置１１２の記憶部２１３には、駆動電圧差ＶOPBS1と参照駆動電圧差ＶOPBS0との差（ＶOPBS1―ＶOPBS0）と、光パワー変化量δＰとの関係を示すキャリブレーションデータが予め記憶されている。このようなキャリブレーションデータは、予め実測することにより求めることができる。情報処理装置１１２の光パワー変化量導出部２１１は、記憶部２１３を参照して駆動電圧差（ＶOPBS1―ＶOPBS0）に対応する光パワー変化量δＰを取得する（ステップＳ２１５）。レーザ１０１−１から放射される光の波長をλ１、レーザ１０１−２から放射される光の波長をλ２とし、測定結果である信号レスポンス（光パワー変化量導出部２１１が求めた光パワー変化量）をＯＰＢＳ（λ１，λ２）と表現する。以上で、レーザ１０１−１，１０１−２を用いた測定が終了する。
【００７４】
次に、ステップＳ２０１に戻り、信号切り替え部１２１により、レーザ駆動部１０２から出力される駆動信号の供給先を、レーザ１０１−１，１０１−２の組から、レーザ１０１−１，１０１−３の組に切り替え、を用いてステップＳ２０１〜Ｓ２１５の測定を行う。このように、信号切り替え部１２１により、レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎの中から２つを選択し、選択された組の第１波長および第２波長に対応する２つのレーザの全ての組み合わせについてステップＳ２０１〜Ｓ２１４の測定を実施する。
【００７５】
１回の測定が終了した後に、次の波長の組み合わせになるように、信号切り替え部１２１を切り替えて逐次的に測定を実施すればよい。このようにすることで、光源となるレーザを駆動するレーザ駆動部や、ロックインアンプの数を、光源毎に用意することなく測定が可能となり、装置の大型化が抑制でき、より容易に測定が実施できるようになる。
【００７６】
例えば、レーザ１０１−３から放射される光の波長をλ３、レーザ１０１−４から放射される光の波長をλ４とすれば、レーザ１０１−１，１０１−３の組み合わせを用いたときの測定結果である信号レスポンス（光パワー変化量導出部２１１が求めた光パワー変化量）はＯＰＢＳ（λ１，λ３）と表現され、レーザ１０１−１，１０１−４の組み合わせを用いたときの測定結果である信号レスポンスはＯＰＢＳ（λ１，λ４）と表現される。
【００７７】
選択し得る２つのレーザダイオードの全ての組み合わせについてステップＳ２０１〜Ｓ２１４の測定が終了した時点で（ステップＳ２１６においてＹＥＳ）、成分濃度測定装置のＯＰＢＳ法による測定時の動作が終了する。
【００７８】
なお、ＯＰＢＳ法では、２つの光を同一周波数でかつ逆位相の信号により強度変調しているが、位相差が１８０°以外の信号で光を強度変調してもよい。
【００７９】
次に、情報処理装置１１２の濃度導出部２１２は、ＦＳ法による測定結果とＯＰＢＳ法による測定結果とから測定対象の成分濃度を決定する。
【００８０】
人体組織には多種類の分子がある濃度レベルで存在し、かつ、時間とともに変容している。１つの組成物（ここでは、グルコース）を正確にモニタするには、それゆえ、いくつかの偏在的偏り（それらの変化がグルコース濃度測定に影響を与える組成物やパラメータ）を取り除く必要がある。さらには、ノイズや測定の不確定性などのため、その結果の一貫性や精度を見積もるためには、測定値を得るために必要な測定よりも多くの測定が必要である。
【００８１】
ところで、各成分について各成分自身の依存性がない（依存性がゼロ）の２波長によるＯＰＢＳ法をｎ波長によるＯＰＢＳ法に拡張すると、ｎ（ｎ−１）／２の組み合わせを取り得る。ただし、ｎは、前述した選択された波長の数となる。例えば、３組の第１の波長および第２の波長が選択された場合、単純にはｎは６となる。また、ＯＰＢＳ法による測定を実施する前に、周波数シフトは評価され、補正されなければならない。しかし、この周波数シフトはＦＳ測定を導くことにもなる。この方法は、光波長に依存しないので、どの光波長でも実施可能であり、かつ、一度の実施でよい。ＦＳ法は高感度であるが、グルコース選択性が低い。さらに、周波数シフトのレスポンスは波長や音響モードにかかわらず一定となっている。
【００８２】
結果として、ｎ個の光波長から、（ｎ（ｎ−１）／２＋１）の方程式を得ることができる。ここで、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の未知パラメータ、例えばＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを有するシステムを考える。Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・は被測定物中のある成分の濃度であり、Ｔは被測定物の温度である。濃度Ｃａの例としては、血液中のグルコース濃度がある。濃度Ｃｂの例としてはアルブミン濃度がある。Ｍ個の未知パラメータの中の１つのパラメータに注目したとしても、少なくともＭ個の方程式を得るためにシステム全体を解析しなければならない。しかしながら、ｎ個のレーザダイオードから（ｎ（ｎ−１）／２＋１）の方程式を得ることができるので、ｎは（ｎ（ｎ−１）／２＋１）＞＝Ｍを満たす整数である必要がある。
【００８３】
一度ｎを決定すれば、それぞれの波長の組に対して下記のような方程式を得ることができる。
【００８４】
ＦＳ法による測定結果である信号レスポンスＦＳ（λ１）は、次式のように表現できる。
【００８５】
ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴ    ・・・（２）
ここで、Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔは比例係数である。
【００８６】
ＯＰＢＳ法による測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）は、次式のように表現できる。ｎ個のレーザダイオードの中から選択し得る２つのレーザダイオードの全ての組み合わせはｎ（ｎ−１）／２通りであるから、ＯＰＢＳ法により得られる信号レスポンスもｎ（ｎ−１）／２個となる。
【００８７】
ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ
ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ
ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ
・・・
ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴ           ・・・（３）
【００８８】
ここで、Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は比例係数である。式（２）、式（３）を行列で記述すると、以下のようになる。
【００８９】
【数１】
2017150869.tif 000003
【００９０】
式（４）における中央の行列式（係数行列）には、係数Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔと、Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λjとが含まれている。この係数Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，ＫｔとＱａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λjの値は、想定されるそれぞれの組成物（グルコースやアルブミン、その他の血液成分等）を１つ１つ評価したキャリブレーション測定で予め実験的に得ることができる。従って、式（２）、式（３）の連立方程式を解くことにより、Ｍ個の未知パラメータＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを決定することができる。
【００９１】
係数行列が正方行列であれば、未知パラメータＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔについて１つの解が存在する。係数行列の行が列より多ければ、複数の解が存在するので、最も確からしいＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを決定するには、いくつかの計算（数学的なプロセス）が必要になる。解は一義的には決定できないが、複数の解の中でどれが最適解かはチェックすることができる。不安定性と雑音を考慮すると、（ｎ（ｎ−１）／２＋１）＝Ｍである１つめのアプローチより、（ｎ（ｎ−１）／２＋１）＞Ｍである２つめのアプローチが、より安定であることは疑いようがない。
【００９２】
このようにして得られた波長の組み合わせを用い、まず、いずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射してＦＳ法により測定し、次に、得られた組の各々の波長の２つの光を照射してＯＰＢＳ法により測定し、ＦＳ法の測定結果とＯＰＢＳ法の測定結果とから被測定物中の測定対象の成分であるグルコース濃度を決定すればよい。
【００９３】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。この成分濃度測定装置は、まず、各々異なる波長のレーザ光を出射するｎ個のレーザ３０１−１，・・・，３０１−ｉ，・・・（ｎは整数）と、これらレーザを駆動するレーザ駆動部３０２と、レーザ駆動部３０２から出力された駆動信号を切り替えていずれかのレーザに出力する信号切り替え部３２１とを備える。
【００９４】
また、レーザ３０１−１，・・・，３０１−ｉ，・・・から放射されたレーザ光を導くｎ本の光ファイバ３０３−１ａ，・・・，３０３−ｉａ，・・・と、レーザ３０１−１，・・・，３０１−ｉ，・・・から放射されたレーザ光を合波する光カプラ３０４と、光カプラ３０４によって合波されたレーザ光を導く中継光ファイバ３０５とを備える。各レーザは、例えば、分布帰還型のレーザダイオードである。また、光カプラ３０４は、例えば、特定波長を反射し残りを透過するダイクロイックミラーなどから構成されている。
【００９５】
また、被測定物３１３を収容する光音響セル３０６と、中継光ファイバ３０５より出射したレーザ光を光音響セル３０６内に導入するための光学窓３０７と、光音響セル３０６に収容された被測定物３１３から光音響効果によって発生する光音響信号を検出して音圧に比例した電気信号に変換する音響センサ３０８とを備える。光音響セル３０６，光学窓３０７，音響センサ３０８により測定部が構成される。
【００９６】
また、この成分濃度測定装置は、音響センサ３０８から出力された電気信号を増幅する増幅器３０９と、参照信号を発生する関数発生器３１０と、増幅器３０９の出力信号と関数発生器３１０から出力された参照信号とを入力として、増幅器３０９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ３１１ａと、ロックインアンプ３１１ａが検出した測定信号を処理して成分濃度測定方法により被測定物３１３中の測定対象の成分の濃度を決定する情報処理装置３１２とを備える。
【００９７】
上述した構成は、前述した実施の形態１と同様であり、実施の形態２では、レーザ３０１−１，・・・，３０１−ｉ，・・・より出力されるレーザ光の一部が分岐されて分岐光ファイバ３０３−１ｂ，・・・，３０３−ｉｂ，・・・に導かれるようにしている。例えば、図示しないスプリッタなどの分岐手段を用い、レーザ３０１−１，・・・，３０１−ｉ，・・・より出力されるレーザ光の、出力強度５％程度を、分岐光ファイバ３０３−１ｂ，・・・，３０３−ｉｂ，・・・に分岐する。
【００９８】
各分岐光ファイバ３０３−１ｂ，・・・，３０３−ｉｂ，・・・に分岐されたレーザ光は、光電変換手段としてのフォトダイオード３２２−１ｂ，・・・，３２２−ｉｂ，・・・で光電変換される。このようにして光電変換された信号は、信号切り替え部３２１を経由し、ロックインアンプ３１１ｂに入力される。ロックインアンプ３１１ｂでは、光電変換された信号から、所望の周波数のフィードバック信号を検出する。信号切り替え部３２１では、レーザ駆動部３０２より出力される駆動信号の出力先のレーザに対応する分岐光ファイバに接続するフォトダイオードより出力された信号が選択され、ロックインアンプ３１１ｂに出力される。
【００９９】
実施の形態２では、情報処理装置３１２において、分岐光ファイバ３０３−１ｂ，・・・，３０３−ｉｂ，・・・で分岐された光より得られるフィードバック信号によりレーザ３０１−１，・・・，３０１−ｉ，・・・の出力を参照し、レーザ３０１−１，・・・，３０１−ｉ，・・・の出力を補償する。実施の形態２では、情報処理装置３１２が、上述した補償の処理を実施する補償手段を含んでいる。このように、実施の形態２によれば、光源となるレーザの出力を補償した状態で測定が実施できる。
【０１００】
［実施の形態３］
上述では、シーケンシャルに測定を実施する場合について説明したが。ｎ個の組み合わせで測定を行う場合、測定時間はｎ×（ＯＰＢＳの測定時間）になる。ところで、例えばグルコースの連続モニタリングを想定した場合、５分内に繰り返し測定をしなければならない。ＯＰＢＳの測定時間は数分であるので、繰り返しの測定ができないことになる。
【０１０１】
これに対し、シーケンシャルな測定ではなく、多波長の測定を同時に実施することで、短時間内に複数の組み合わせの測定が実施できる。ロックインアンプを用いて位相同期ループ（Phase-Locked-Loop；ＰＬＬ）で測定すると、周波数を決定後、他の周波数の雑音が混入しても影響がない。フィルター機能により特定の周波数特性を検出することにより、各光波長の組み合わせの測定に関し、異なる駆動周波数で同時に行うことが可能になる。
【０１０２】
例えば、図４に示すように、ある光の波長での光音響セルの周波数特性を見ると、特定の周波数で３つの共鳴ピークが出ていることがわかる。これをｆ０、ｆ１、ｆ２とする。前述したの形態１，２では、１つの周波数を選んでから、ＯＰＢＳ（λ１、λ２）の測定を実施し、次にＯＰＢＳ(λ３、λ４)の測定を実施するといった逐次的な測定をしていた。これに対し、３つのレーザ駆動部を用いて３つの駆動周波数で同時に測定することで、より短時間で測定が実施できるようになる。
【０１０３】
以下、本発明の実施の形態３について図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態３における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。
【０１０４】
この成分濃度測定装置は、まず、各々異なる波長のレーザ光を出射する複数のレーザ５０１−１，５０１−２，５０１−３，５０１−４，・・・，５０１−７と、これらレーザを駆動する３つのレーザ駆動部５０２−１，５０２−２，５０２−３と、レーザ駆動部５０２−１，５０２−２，５０２−３から出力された駆動信号を切り替えていずれかのレーザに出力する信号切り替え部５２１とを備える。実施の形態３では、７つのレーザを備え、３つの周波数ｆ０、周波数ｆ１、周波数ｆ２を用いる場合を例にする。レーザ駆動部５０２−１は、周波数ｆ０の駆動信号を出力し、レーザ駆動部５０２−２は、周波数ｆ１の駆動信号を出力し、レーザ駆動部５０２−３は、周波数ｆ２の駆動信号を出力する。
【０１０５】
また、レーザ５０１−１，５０１−２，５０１−３，５０１−４，・・・，５０１−７から放射されたレーザ光を導く光ファイバ５０３−１，５０３−２，５０３−３，５０３−４，・・・、５０３−７と、レーザ５０１−１，５０１−２，５０１−３，５０１−４，・・・、５０１−７から放射されたレーザ光を合波する光カプラ５０４と、光カプラ５０４によって合波されたレーザ光を導く中継光ファイバ５０５とを備える。
【０１０６】
また、測定部５０６を備える。測定部５０６は、被測定物を収容する光音響セル、中継光ファイバ５０５より出射したレーザ光を光音響セル内に導入するための光学窓、光音響セルに収容された被測定物から光音響効果によって発生する光音響信号を検出して音圧に比例した電気信号に変換する音響センサなどを備える。
【０１０７】
また、この成分濃度測定装置は、測定部５０６から出力された電気信号を増幅する増幅器５０９と、参照信号を発生するｆ０関数発生器５１０−１，ｆ１関数発生器５１０−２，ｆ２関数発生器５１０−３とを備える。また、増幅器５０９の出力信号と、ｆ０関数発生器５１０−１，ｆ１関数発生器５１０−２，ｆ２関数発生器５１０−３のいずれかから出力された参照信号とを入力として、増幅器５０９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ５１１−１，５１１−２，５１１−３を備える。また、ロックインアンプ５１１−１，５１１−２，５１１−３が検出した測定信号を処理して成分濃度測定方法により被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する情報処理装置５１２を備える。
【０１０８】
実施の形態３における成分濃度測定装置では、周波数ｆ０、周波数ｆ１、周波数ｆ２の各々について、信号切り替え部５２１で切り替えて異なる波長の組み合わせで測定を実施する。この結果、実施の形態３によれば、３つの測定を同時にできるため全測定時間を大幅に短縮することが可能となる。
【０１０９】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態４における成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。この成分濃度測定装置は、まず、各々異なる波長のレーザ光を出射する７個のレーザ６０１−１，６０１−２，６０１−３，・・・，６０１−７と、これらレーザを駆動するレーザ駆動部６０２−１，６０２−２，６０２−３と、レーザ駆動部６０２−１，６０２−２，６０２−３から出力された駆動信号を切り替えていずれかのレーザに出力する信号切り替え部６２１とを備える。
【０１１０】
実施の形態４では、７つのレーザを備え、３つの周波数ｆ０、周波数ｆ１、周波数ｆ２を用いる場合を例にする。レーザ駆動部６０２−１は、周波数ｆ０の駆動信号を出力し、レーザ駆動部６０２−２は、周波数ｆ１の駆動信号を出力し、レーザ駆動部６０２−３は、周波数ｆ２の駆動信号を出力する。
【０１１１】
また、レーザ６０１−１，・・・，６０１−７から放射されたレーザ光を導く７本の光ファイバと、レーザ６０１−１，・・・，６０１−７から放射されたレーザ光を合波する光カプラ６０４とを素なる。図６において、レーザ６０１−１，・・・，６０１−７と光カプラ６０４との間を接続する実線が、上記光ファイバである。また、光カプラ６０４によって合波されたレーザ光を導く中継光ファイバ６０５を備える。各レーザは、例えば、分布帰還型のレーザダイオードである。また、光カプラ６０４は、例えば、特定波長を反射し残りを透過するダイクロイックミラーなどから構成されている。
【０１１２】
また、測定部６０６を備える。測定部６０６は、被測定物を収容する光音響セル、中継光ファイバ６０５より出射したレーザ光を光音響セル内に導入するための光学窓、光音響セルに収容された被測定物から光音響効果によって発生する光音響信号を検出して音圧に比例した電気信号に変換する音響センサなどを備える。
【０１１３】
また、この成分濃度測定装置は、測定部６０６から出力された電気信号を増幅する増幅器６０９と、参照信号を発生するｆ０関数発生器６１０−１，ｆ１関数発生器６１０−２，ｆ２関数発生器６１０−３とを備える。また、増幅器６０９の出力信号と、ｆ０関数発生器６１０−１，ｆ１関数発生器６１０−２，ｆ２関数発生器６１０−３のいずれかから出力された参照信号とを入力として、増幅器６０９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ６１１−１，６１１−２，６１１−３を備える。また、ロックインアンプ６１１−１，６１１−２，６１１−３が検出した測定信号を処理して成分濃度測定方法により被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する情報処理装置６１２を備える。
【０１１４】
上述した構成は、前述した実施の形態３と同様であり、実施の形態４では、レーザ６０１−１，６０１−２，６０１−３，・・・，６０１−７より出力されるレーザ光の一部が分岐されて分岐光ファイバに導かれるようにしている。例えば、図示しないスプリッタなどの分岐手段を用い、レーザ６０１−１，・・・，６０１−７より出力されるレーザ光の、出力強度５％程度を、分岐光ファイバ各分岐光ファイバに分岐されたレーザ光は、光電変換手段としてのフォトダイオード６２２−１ｂ，・・・，６２２−７ｂで光電変換される。図６において、レーザ６０１−１，・・・，６０１−７より分岐されてフォトダイオード６２２−１ｂ，・・・，６２２−７ｂに接続する点線が、上記分岐光ファイバである。
【０１１５】
上述したように、フォトダイオード６２２−１ｂ，・・・，６２２−７ｂで光電変換された信号は、信号切り替え部６２１を経由し、ロックインアンプ６１１−４，６１１−５，６１１−６に入力される。ロックインアンプ６１１−４，６１１−５，６１１−６では、光電変換された信号から、所望の周波数のフィードバック信号を検出する。信号切り替え部６２１では、レーザ駆動部６０２−１，６０２−２，６０２−３より出力される駆動信号の出力先のレーザに対応する分岐光ファイバに接続するフォトダイオードより出力された信号が選択され、ロックインアンプ６１１−４，６１１−５，６１１−６に出力される。
【０１１６】
実施の形態４では、情報処理装置６１２において、分岐光ファイバで分岐された光により得られるフィードバック信号によりレーザ６０１−１，・・・，６０１−７の出力を参照し、レーザ６０１−１，・・・，６０１−７の出力を補償する。このように、実施の形態４によれば、光源となるレーザの出力を補償した状態で測定が実施できる。実施の形態４では、情報処理装置６１２が、上述した補償の処理を実施する補償手段を含んでいる。
【０１１７】
以上に説明したように、本発明によれば、切り替え手段により、レーザ駆動部から出力された駆動信号を切り替えていずれかのレーザに出力するようにしたので、装置の大型化を抑制してより容易に測定が実施できるようになる。
【０１１８】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、実施例ではグルコースの濃度測定を例に説明したが、これに限るものではなく、例えば、血液中に存在する他の成分の濃度測定など液体中の成分濃度の測定に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎ…レーザ、１０２…レーザ駆動部、１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４，・・・，１０３−ｎ，１０４…光カプラ、１０５…光ファイバ、１０６…光音響セル、１０７…光学窓、１０８…音響センサ、１０９…増幅器、１１０…関数発生器、１１１…ロックインアンプ、１１２…情報処理装置、１１３…被測定物、１２１…信号切り替え部、２０１…関数発生器制御部、２０２…振幅測定部、２０３…位相測定部、２０４…位相オフセット調整部、２０５…情報記録部、２０６…周波数シフト校正部、２０７…周波数変化率導出部、２０８…周波数測定部、２０９…光パワー制御部、２１０…光パワー測定部、２１１…光パワー変化量導出部、２１２…濃度導出部、２１３…記憶部。
【図１】
2017150869.tif 000004
【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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