(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照射する光が出射する光出射面を有する光照射プリズムと、
前記試料から帰還した光が受光される光受光面を有する受光プリズムと、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた減光部とを具備し、
前記減光部は、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた遮光部であり、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとが組み合わされて、前記試料が接触する凹部が形成されており、前記光出射面から出射した光が、前記凹部に接触している前記試料中を直進して前記光受光面に入射する光学素子。
【請求項２】
さらに、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた間隙部を具備する請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
さらに前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられたスペーサーを具備する請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
前記光照射プリズムの前記光出射面は、前記試料が接触する平面状の第１の傾斜部であり、
前記受光プリズムの前記光受光面は、前記試料が接触する平面状の第２の傾斜部であり、
前記第１の傾斜部と前記第２の傾斜部とが対向して前記凹部が形成されており、かつ前記凹部の前記第１の傾斜部および前記第２の傾斜部と垂直な方向の断面が略Ｖ字状である請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
前記凹部の一部を覆い、前記光照射プリズムおよび前記受光プリズムとともに組み合わされることによって試料保持部を形成するカバーを具備する請求項１記載の光学素子。
【請求項６】
さらに、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間の距離を調整する調整手段を具備する請求項１記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１記載の光学素子と、
前記光照射プリズムから前記試料に光を照射させるために前記光照射プリズムに対して光を出射する光源と、
前記試料から前記受光プリズムに帰還した光を検出する光検出器とを具備する光学測定装置。
【請求項８】
前記受光プリズムと前記光検出器との間に配置された分光素子を具備する請求項７記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織または溶液などの試料を光学的に測定することによって、試料中のグルコース、コレステロール、尿素またはトリグリセリドなどの濃度を測定するために使用する光学素子およびそれを用いた光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、生体組織または溶液中の特定成分を測定する際に用いられる種々の光学素子および光学測定装置が提案されている。例えば、国際公開第01/58355A1号パンフレットでは、溝部を有する光学素子に生体組織を接触させて、溝部と生体組織との屈折率の差を利用して生体内部の情報を得る方法が提案されている。
【０００３】
ここで、図８は、国際公開第01/58355A1号パンフレットにおいて提案されている溝部を有する従来の光学素子の構成図である。図８中の矢印は、光源４４から出射された光の経路を示す。光学素子４１における溝部４２の側面部４２ａに入射した光（図８における矢印Ｘ）は、生体組織４８を通過した後、側面部４２ｂから出射する。この出射光を検出器などにより検出することにより、生体組織の情報を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の光学素子の溝部４２は、主に、平面研削もしくは超音波加工などの機械加工、またはエッチングなどにより、光学素子用材料の平面に直接形成されているが、これらの方法では、得られた溝部４２に傷が付き易く、平滑な加工面を得ることが困難であるとともに、所定形状に加工し難いという問題がある。
例えば、図８に示す溝部４２は、加工面がＶ形状である砥石を回転させて、それを光学素子用材料の平面に押し当てることにより、Ｖ字状に加工されている。この方法では、砥石形状の精度がそのまま加工精度および表面粗さに反映されてしまい、砥石が消耗すると溝部４２の深さおよび形状が変化したり、表面の粗さが増大したりしてしまい、溝部４２を所定形状に精度よく加工するのが困難である。そして、溝部３２の深さおよび形状が変化したり、加工した表面の粗さが増大したりすると、実際の光の経路が設計した経路とは異なってしまったり、溝部４２の表面で光が散乱したりして、測定精度が低下してしまう。
【０００５】
さらに、光源４４から照射される光は一般には平行光であるが、完全な平行光ではない。そのため、溝部４２の底４２ｃで反射した光（図８における矢印Ｙ）、溝部４２以外の面で反射した光（図８における矢印Ｚ）、ならびに、生体組織４８に入射されることなく入射面４２ａおよび光学素子４２の内部で反射して出射する光（図示せず）などの不要光も、上記光Ｘとともに検出されてしまい、測定精度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような従来の問題点に鑑み、容易に形成することができるとともに測定精度に優れた光学素子、ならびに当該光学素子を用いた信頼性の高い光学測定装置を容易かつ簡便な方法で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】
本発明の光学素子は、
試料に照射する光が出射する光出射面を有する光照射プリズムと、
前記試料から帰還した光が受光される光受光面を有する受光プリズムと、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた減光部とを具備し、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとが組み合わされて、前記試料が接触する凹部が形成されており、前記光出射面から出射した光が、前記凹部に接触している前記試料中を直進して前記光受光面に入射することを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明における「減光部」とは、通過する光の量を減らす機能を有する部材ないしは部分のことをいう。そして、本発明における「減光」とは、光が２以上の媒体間を移動する際に、入射した光の量に対して出射する光の量を減らすこと、すなわち通過する光の量を減らすことを意味し、例えば（ｉ）通過する光の量を、媒体間の屈折率（反射率）を変更することにより減らすこと、ならびに（ii）通過する光の量を、光を遮断（例えば反射や吸収など）することにより減らすこと、を含む。
【０００９】
また、本発明の光学測定装置は、上記の本発明の光学素子と、
前記光照射プリズムから前記試料に光を照射させるために前記光照射プリズムに対して光を出射する光源と、
前記試料から前記受光プリズムに帰還した光を検出する光検出器とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、凹部を有する光学素子を容易に形成することができ、光学素子内部における反射光などの不要光に起因する測定精度の低下が抑制された光学素子を得ることができる。また、本発明の光学素子を用いれば、信頼性の高い光学測定装置を容易かつ簡便に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の光学素子は、試料に照射する光が出射する光出射面を有する光照射プリズムと、前記試料から帰還した光が受光される光受光面を有する受光プリズムと、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた減光部とを具備し、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとが組み合わされて、前記試料が接触する凹部が形成されており、前記光出射面から出射した光が、前記凹部に接触している前記試料中を直進して前記光受光面に入射することを特徴とする。
このような構成によれば、光照射プリズムを通過して試料を通過しない光のうち、受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。すなわち、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
【００１２】
また、光照射プリズムおよび受光プリズムの凹部を構成する面をそれぞれ加工した後、光照射素子と受光プリズムとを組み合わせることにより凹部が形成されるため、凹部を形成した後で凹部の表面を平滑に加工する必要がない。そのため、表面が平滑な凹部を容易に形成することができ、凹部における光の散乱によって光学的測定精度を低下させることのない光学素子を得ることができる。
【００１３】
上記凹部は、例えば、平面形状の加工面を組み合わせて容易に構成することができる。それ以外にも、公知技術を用いて階段形状などの複数の平面で構成された複合平面で上記凹部を形成してもよい。また、曲面を組み合わせて上記凹部を形成することも可能である。
また、上記凹部は、光照射プリズムおよび受光プリズムを所定形状に加工した後、それらを組み合わせることにより形成されるため、特に凹部の底部を精度よく加工しやすい。
【００１４】
前記減光部は、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた間隙部であってもよい。
このような構成によれば、光照射プリズムおよび受光プリズムの屈折率と、間隙部の屈折率との違いにより、それぞれの界面において反射光が発生するため、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
【００１５】
また、前記減光部は、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた遮光部であってもよい。
このような構成によれば、光照射プリズムと受光プリズムとの間に設けられた遮光部により、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光を遮断することができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
【００１６】
さらに本発明の光学素子は、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられたスペーサーを具備するのが好ましい。
このような構成によれば、スペーサーの厚みを変えて光照射プリズムと受光プリズムとの距離を変えることで、試料における深さ方向の測定位置を容易に調整することができる。光照射素子と受光素子との距離を広くすれば、試料が接触している凹部により深く入り込み、結果として、試料の深部を測定することができる。逆に光照射プリズムと受光プリズムとの距離を狭くした場合は、試料が凹部に入り込みにくくなり、結果として、試料の表層部を測定することができる。
【００１７】
また、スペーサーは、上記減光部と同じ材料で構成することも可能である。例えば、スペーサーを、光照射プリズムおよび受光プリズムよりも低い屈折率を有する材料で形成すると、当該スペーサーには上記減光部と同様の役割を持たせることができる。
【００１８】
前記光照射プリズムの前記光出射面は、前記試料が接触する平面状の第１の傾斜部であり、前記受光プリズムの前記光受光面は、前記試料が接触する平面状の第２の傾斜部であり、前記第１の傾斜部と前記第２の傾斜部とが対向して前記凹部が形成されており、かつ前記凹部の前記第１の傾斜部および前記第２の傾斜部と垂直な方向の断面が略Ｖ字状であるのが好ましい。
このような構成によれば、第１の傾斜部と第２の傾斜部とをそれぞれ光学研磨した後に、第１の傾斜部と第２の傾斜部とを対向させて試料が接触するＶ字状の凹部が形成されるため、容易に平滑な平面を有する光学的精度の高い凹部が得られる。また、凹部の形状がＶ字状の場合、試料が固定され易く、光路長を安定させることができる。
【００１９】
さらに、本発明の光学素子は、前記凹部の一部を覆い、前記光照射プリズムおよび前記受光プリズムとともに組み合わされることによって試料保持部を形成するカバーを具備するのが好ましい。このようなカバーは、例えば前記光照射プリズムの側面、前記光出射プリズムの側面を覆い、かつ前記凹部の上面を開放するように配置された第１のカバーおよび第２のカバーで構成することができる。
このような構成によれば、試料が液状であっても、凹部の側面が、光照射プリズム、受光プリズムおよびカバーで囲まれるため、試料保持部として機能する凹部内にこぼれないように試料を保持することができる。
【００２０】
さらに、本発明の光学素子は、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間の距離を調整する調整手段を具備するのが好ましい。
このような構成によれば、光照射プリズムと受光プリズムとの距離をより容易かつ簡便に変えることができ、試料における深さ方向の測定位置をより容易かつ簡便に調整することができる。光照射プリズムと受光プリズムとの距離を広くすれば、試料が接触している凹部により深く入り込み、結果として、試料の深部を測定することができる。逆に光照射プリズムと受光プリズムとの距離を狭くした場合は、試料が凹部に入り込みにくくなり、結果として、試料の表層部を測定することができる。
【００２１】
本発明の光学測定装置は、上記の本発明の光学素子と、前記光照射プリズムから前記試料に光を照射させるために前記光照射プリズムに対して光を出射する光源と、前記試料から前記受光プリズムに帰還した光を検出する光検出器とを具備することを特徴とする。
このような構成によれば、上記の本発明の光学素子を用いることから、信頼性の高い光学測定装置を容易かつ簡便な方法で提供することができる。
【００２２】
本発明の光学測定装置は、前記受光プリズムと前記光検出器との間に配置された分光素子を具備するのが好ましい。
このような構成によれば、測定に必要な光のみをより確実に光検出器に送ることができ、測定精度の向上を実現することができる。
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の代表的な実施の形態について詳細に説明する。ただし、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。
なお、以下に説明する実施の形態は本発明の一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本発明の光学素子（測定素子）を用いた本発明の実施の形態１に係る光学測定装置（成分濃度測定装置）の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。
図１に示すように、光学素子１２は、光を試料に照射する光照射プリズム１３と、試料から帰還した光を受ける受光プリズム１４と、を組み合わせて一体化することによって構成され、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間には、試料を接触させるための凹部１５が形成される。そして、本実施の形態においては、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間に、減光部１９として、両者の間において光を遮断するための遮光部が形成されている。
【００２５】
凹部１５は、光照射プリズム１３において試料が接触する第１の傾斜部１３ａおよび受光素子１４において試料が接触する第２の傾斜部１４ａをそれぞれ研磨して平滑な面とした後、第１の傾斜部１３ａと第２の傾斜部１４ａとが互いに向かい合うように、光照射プリズム１３と受光プリズム１４とを接合することにより、Ｖ字状に形成されている。
光照射プリズム１３と受光プリズム１４とを接合する前に、平面状の第１の傾斜部１３ａおよび第２の傾斜部１４ａをそれぞれ光学研磨するため、第１の傾斜部１３ａおよび第２の傾斜部１４ａを容易に平滑化することができる。これらのことから、光学的精度の高い面を有する凹部１５が容易に得られる。
また、本実施の形態の光学素子１２は、光照射プリズム１３および受光プリズム１４に分解できるため、分解することができない従来の光学素子（図８参照）と比べて、凹部を掃除し易い。
【００２６】
光照射プリズム１３および受光プリズム１４を構成する材料としては、当該分野で公知のものを用いることができる。
中赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、シリコン、ゲルマニウム、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＺｎＳｅ、ＺｎＳまたはＫｒＳなどを用いることができる。
波数１０３３ｃｍ-1および１０８０ｃｍ-1に吸収ピークを有するグルコースのように、中赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、約９〜１０ミクロンの赤外波長で透過率が高く、加工性や機械的強度も高いという観点から、シリコンまたはゲルマニウムを用いるのが好ましい。
また、近赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、溶融石英、単結晶シリコン、光学ガラス、または透明な樹脂などを用いることができる。
【００２７】
本実施の形態における減光部１９は、例えば膜状、シート状、板状または棒状の遮光部であり、光照射プリズムを通過した光のうち、凹部に到達しない光、すなわち試料を透過しない光が受光プリズムに入射するのを防ぐ機能を有する。
遮光部には、Ａｌ、ＣｕもしくはＡｇなどの金属の反射膜や、Ｃｒもしくは黒墨などの吸収膜、または誘電体多層膜を用いるのが好ましい。金属層と誘電体層とで形成された多層膜を用いても構わない。この場合の遮光部の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタ法またはＣＶＤ法などの公知の方法を用いればよい。また、光照射プリズム１３または受光プリズム１４の表面に直接膜を形成してもよく、両方のプリズムにそれぞれ膜を形成した後、膜同士を接合してもよい。
【００２８】
また、上記遮光部としては、上記膜の材料で構成されたシートの他、例えばアルミニウム箔またはＣｕの金属シートなどを用いることができる。光照射プリズム１３または受光プリズム１４に直接金属シートを貼り付けてもよく、両方のプリズムにそれぞれ金属シートを貼り付けた後、両者を貼り合わせてもよい。
さらに上記遮光部としては、上記膜または上記シートの材料で構成された板を用いることもできる。
【００２９】
以上のような構成を有する本実施の形態の光学素子１２を用いて、本実施の形態の光学測定装置を得ることができる。本実施の形態の光学測定装置は、光学素子１２、光を出射する光源１１、受光プリズム１４を介して試料から帰還した光を分光する分光素子１６、および分光素子１６を通過した光を検出する光検出器１７を備えている。上記の光学的精度の高い光学素子１２を用いることにより、測定精度が向上し、高い信頼性が得られる。
また、減光部１９が、上記のように試料を透過しない光が受光プリズムに入射するのを防ぐため、光検出器１７には、試料を透過しない、凹部を形成する面から反射した光および光源からの不要な光が到達しない。このため、光学測定装置のＳ／Ｎ比が向上する。
【００３０】
ここで、光源１１としては、測定対象である測定成分の吸収波長の光を含むものであれば、特に制限なく用いることができる。
例えば、中赤外領域の光であれば、例えばＳｉＣを棒状に焼結したグローバ光源、ＣＯ2レーザー、タングステン灯、赤外パルス光源またはＱＣＬ光源などを用いることができる。
グルコースのように中赤外領域に強い吸収ピークがある物質を測定する場合には、例えばグローバ光源、赤外パルス光源またはＱＣＬ光源が好ましい。
また、近赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、例えばハロゲン光源、半導体レーザーまたはＬＥＤなどを用いることができる。グルコースは、中赤外領域だけでなく、近赤外領域にも吸収ピークがあることが知られており、例えばＬＥＤ光通信用のＤＦＢレーザーまたはＤＢＲレーザーを用いることが好ましい。
【００３１】
分光素子１６には、例えばグレーティング素子または光学フィルタ素子などを用いることができる。また、ＦＴ−ＩＲやレーザー分光等を用いても構わない。なお、分光素子の位置は特に限定されない。
また、光検出器１７には、当該分野で公知のものを用いることができる。例えば、中赤外領域では、焦電センサやサーモパイル、サーミスタ、ＭＣＴ検出器（量子型検出器の一種であるＨｇＣｄＴｅ検出器）が用いられる。近赤外領域では、例えばＩｎＧａＡｓ検出器、フォトダイオード、ＰｂＳ検出器、ＩｎＳｂ検出器、ＩｎＡｓ検出器、またはこれら検出器のアレイセンサなどが用いられる。
【００３２】
次に、上記の本発明に係る光学測定装置を用いた成分濃度の測定方法を説明する。ここでは、指の生体組織を測定した場合について説明する。
まず、指１８を光学素子１２の凹部１５に押し付けて当接する。このとき、軽く押し付けるだけで、図１に示すように、指１８は凹部１５にめり込む。次に、指１８のめり込んだ部分に光を照射すると、光源１１から出射された光は、光学素子１２の光照射プリズム１３に到達し、光照射プリズム１３に到達した光は、光学素子１２に設けられた凹部１５または遮光部１９に到達する。
【００３３】
そして、減光部１９に到達した光は、受光プリズム１４に入射しないように、吸収または反射される。凹部１５に到達した光は、凹部１５より出射する際に、光照射プリズム１３と指１８の屈折率の差により屈折し、指１８中を透過する。
一方、指１８を透過した光は、受光プリズム１４に入射する。光が上記のような経路で進むため、受光プリズム１４は指１８中を直進する多くの光を容易に受光することができ、受光プリズム１４を通過した光は、分光素子１６を介して光検出器１７に到達する。光検出器１７で検出した光に基づいて、例えば、グルコース濃度などの生体組織のパラメータを算出することができる。
【００３４】
指１８中において光が通過する距離は、特に制限されないが、例えば１〜２ｍｍ程度に設定すればよい。また、凹部１５において第１の傾斜部と第２の傾斜部とで形成される角度は、特に制限されず、例えば９０度に設定すればよい。
ここで、試料である指１８に対する光の入射角度は、凹部１５の形状や光照射プリズム１３および受光プリズム１４の屈折率などで決まる。光照射プリズム１３および受光プリズム１４の屈折率は、試料の屈折率より大きいことが好ましい。測定する際には、試料を透過した光をできるだけ光検出器１７に到達させることが好ましいため、光学素子１２の屈折率だけでなく、試料の屈折率に応じて凹部１５の形状や指１８に対する光の入射角度を設定するのが好ましい。
【００３５】
また、分光素子１６は、例えば、成分濃度を検出するのに必要な光のみを透過させることができる。成分濃度は光検出器１７で検出された光に基づいて算出される。すなわち、成分に応じて特定波長の光が吸収され減光し、その減光量が成分濃度に依存するため、減光量より成分濃度が算出される。
【００３６】
次に、上記の本発明の光学測定装置を用いて指１８の生体組織を測定した結果の一例を図２に示す。横軸は波長を示し、縦軸は検出光量の任意値を示す。また、Ａは凹部に指１８を押し当てる前の測定結果を示し、Ｂは凹部に指１８を押し当てた時の測定結果を示す。
これらの結果より、指１８を押し当てる前のスペクトルに対して、指１８を押し当てた時にスペクトルが大きく変化していることがわかる。これは、指１８の中の、水、グルコース、中性脂肪およびコレステロールなどの血液成分や指１８を構成する各種成分により光源１１からの光が大きく吸収されて、減光したためである。例えば１．４ミクロンで大きく減光しているが、これは水の吸収スペクトルに相当するもので、生体内の水の存在を示すものである。
【００３７】
また、図３は、本実施の形態の光学測定装置の変形態様の構成を示す図である。この変形態様は、溶液または液体などの試料液の成分濃度を測定するためのものであり、図１と同様の、光源１１、光学素子１２、光照射プリズム１３、受光プリズム１４、凹部１５、分光素子１６、および光検出器１７に加え、光学素子１２がさらに第１の測定カバー２０ａおよび第２の測定カバー２０ｂを有する。
第１の測定カバー２０ａおよび第２の測定カバー２０ｂは、凹部１５の上部を開放しつつ、光照射プリズム１３および受光プリズム１４の側面を覆っている。
【００３８】
すなわち、凹部１５が、第１の傾斜部１３ａ、第２の傾斜部１４ａ、第１の測定カバー２０ａおよび第２の測定カバー２０ｂで囲まれ、試料液２１を保持するための試料保持部として機能する。このため、試料液２１がこぼれることなく凹部１５内に保持される。
このような構成により、本変形態様では、このように図１の構成に測定カバーを追加するだけで、試料液の成分を容易に測定することができる。
【００３９】
［実施の形態２］
図４は、本発明の光学素子（測定素子）を用いた本発明の実施の形態２に係る光学測定装置（成分濃度測定装置）の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。
図４に示すように、光学素子１２は、試料に光を照射する光照射プリズム１３、および試料から帰還した光を受ける受光プリズム１４を組み合わせて一体化することにより構成され、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間には、試料が接触する略Ｖ字状の凹部１５が形成される。そして、本実施の形態では、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間に、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離を規定しつつ、光照射プリズム１３を通過して試料を通過しない光のうち、受光プリズム１４に入射する光の量を減らす減光部１９が設けられている。
【００４０】
この減光部１９は、例えば光照射プリズム１３と受光プリズム１４の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料（例えばガラスまたはプラスチックなど）で構成されており、屈折率（すなわち反射率）の変化により、光照射プリズム１３を通過して試料を通過しない光のうち、受光プリズム１４に入射する光の量を減らす機能を有している。
減光部１９の厚さ（幅）、すなわち光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離は、特に限定されないが、例えば生体組織を測る場合は、光路長が長すぎると水の吸収が大きくなりすぎるので、３ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００４１】
本実施の形態において、減光部１９は直方体形状を有し、凹部１５は、光照射プリズム１３と、受光プリズム１４と、減光部１９との組み合わせにより略Ｖ字状に形成されている。また、光照射プリズム１３において試料が接触する平面状の第１の傾斜部１３ａおよび受光プリズム１４における試料が接触する平面状の第２の傾斜部１４ａは、互いに向かい合うように配置され、それぞれ凹部１５の側面部を構成し、減光部１９の上面は、第１の傾斜部１３ａの下端と第２の傾斜部１４ａの下端との間に位置し、凹部１５の底面部を構成する。
【００４２】
したがって、減光部１９の厚さ（幅）を変えることにより、凹部１５を通過する光の光路を容易に変化させることができる。すなわち、減光部１９を厚くすれば、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離が大きくなり、凹部１５に生体組織が深く入りこみ、より深い部位の生体組織を測定することができる。また、減光部１９を薄くすれば、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離が小さくなり、より表層の生体組織を測定することができる。このように減光部１９にスペーサーとしての役割も持たせ、当該減光部１９の厚さを適宜設定することで、生体組織を測定したい深さで測定することができる。
【００４３】
ここで、指１８の組織は、最表面の表皮１８ａと、その下部の真皮１８ｂおよび皮下脂肪１８ｃとを含む。例えばグルコースの濃度を測定する場合は、表皮１８ａと皮下脂肪１８ｃとの間の真皮１８ｂを測定することが好ましく、その部分に多くの光を通過させるのが好ましい。
指１８中において光が通過する距離は、例えば波長１６００ｎｍのグルコースの吸収波長を用いる場合は、１〜２ｍｍ程度に設定すればよい。３ｍｍを超えると水の吸収量が大きくなる。また、凹部１５で形成される略Ｖ字の角度（第１の傾斜部と第２の傾斜部とで形成される角度）は、９０度〜１２０度に設定すればよい。
【００４４】
本実施の形態の光学測定装置では、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、指１８の真皮１８ｂを通過した多くの光を光検出器１７で検出することができる。また、光学素子１２において、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間にスペーサーとしての機能も有する減光部１９を配して、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離を変えて測定する深さを個人に最適化することにより、指１８中の特定部分を通過する光の量を増大させ、光検出器１７においてその光に基づく信号強度を増大させることができる。したがって、本実施の形態の光学測定装置では、検出される光のＳ／Ｎ比が増大し、高精度な成分濃度の測定を実現することができる。
【００４５】
［実施の形態３］
図５は、本発明の光学素子（測定素子）を用いた本発明の実施の形態３に係る光学測定装置（成分濃度測定装置）の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態３の光学測定装置において実施の形態２と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態における減光部２９も、スペーサーとしての機能を有する。光照射プリズム２３および受光プリズム２４における凹部２５よりも下方の後述する減光部２９と対向する部分は、下方にいくにしたがい光照射プリズム２３と受光プリズム２４との間の距離が大きくなるような平面状の傾斜部２３ｂおよび２４ｂで構成されている。傾斜部２３ｂおよび２４ｂと垂直な方向の断面が台形状である減光部２９が、傾斜部２３ｂおよび２４ｂと接する状態で光照射プリズム２３と受光プリズム２４の間に配されている。
【００４６】
光照射プリズム２３および受光プリズム２４の側面および底面には、光照射プリズム２３と受光プリズム２４との間の距離を調整する調整手段が設けられている。
当該調整手段は、減光部２９を上下方向に移動させる移動素子としてのねじ２１、ねじ２１を保持する保持部２６、ならびに保持部２６と光照射プリズム２３および受光プリズム２４との隙間に設けられた変形可能な変形素子２７および２８で構成されている。
【００４７】
ねじ２１は減光部２９の下方に配され、ねじ２１で減光部２９を下から押すことにより減光部２９が上方に押し込まれる。このとき、押し込み量を小さくすると、光照射プリズム２３と受光プリズム２４との間の距離を小さく設定することができ、押し込み量を大きくすると、光照射プリズム２３と受光プリズム２４の間の距離を大きく設定することができる。変形素子２７および２８は、光照射プリズム２３および受光プリズム２４の移動にともなう変位量を弾性的に吸収する。
【００４８】
移動後、光照射プリズム２３および受光プリズム２４が再び移動しないように、図示しないが、光照射プリズム２３および受光プリズム２４を側面部からネジで締め付けて固定化するのが好ましい。また、接着剤を用いて固定化しても構わない。
なお、本実施の形態では、移動素子にねじ２１を用いたが、移動素子はこれに限定されない。
【００４９】
変形素子２７および２８としては、例えば弾性を有する材料やバネ材を用いることができる。弾性を有する材料には、特に限定されないが、例えばアクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、二トリルゴム、クロロプレンゴムまたはブチルゴムなどを用いることができる。
保持部２６を構成する材料としては、特に限定はしないが、プラスチックまたは金属などが好ましい。金属としては、例えばアルミニウムまたはステンレスなどが好ましい。
【００５０】
［実施の形態４］
図６は、本発明の光学素子（測定素子）を用いた本発明の実施の形態４に係る光学測定装置（成分濃度測定装置）の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態４の光学測定装置において実施の形態１と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態の光学測定装置は、光照射プリズム１３と受光プリズム１４とがスペーサ３９を介して組み合わされており、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間に間隙部からなる減光部１９を有する以外は、実施の形態１と同様である。
本実施の形態においてが、間隙部における光の屈折率が、光照射プリズム１３および受光プリズム１４の屈折率よりも小さいため、光照射プリズム１３を通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズム１４に入射する光の量を減らすことができる。そして、検出に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
【００５１】
［実施の形態５］
図７は、本発明の光学素子（測定素子）を用いた本発明の実施の形態５に係る光学測定装置（成分濃度測定装置）の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態５の光学測定装置において実施の形態２と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態の光学測定装置は、光照射プリズム１３と受光プリズム１４とがスペーサー３９を介して組み合わされており、スペーサー３９と光照射プリズム１３との間、およびスペーサー３９と受光プリズム１４との間に、膜状の遮光部で構成された減光部１９が設けられている。
【００５２】
スペーサー３９は直方体形状を有し、凹部１５は、光照射プリズム１３と、受光プリズム１４と、スペーサー３９、および減光部１９の組み合わせにより略Ｖ字状に形成されている。また、光照射プリズム１３において試料が接触する平面状の第１の傾斜部１３ａおよび受光プリズム１４における試料が接触する平面状の第２の傾斜部１４ａは、互いに向かい合うように配置され、それぞれ凹部１５の側面部を構成し、スペーサー１９の上面は、第１の傾斜部１３ａの下端と第２の傾斜部１４ａの下端との間に位置し、凹部１５の底面部を構成する。
【００５３】
したがって、スペーサー３９の厚さ（幅）を変えることにより、凹部１５を通過する光の光路を容易に変化させることができる。すなわち、スペーサー３９を厚くすれば、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離が大きくなり、凹部１５に生体組織が深く入りこみ、より深い部位の生体組織を測定することができる。また、スペーサー１９を薄くすれば、光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離が小さくなり、より表層の生体組織を測定することができる。このようにスペーサー３９の厚さを適宜設定することで、生体組織を測定したい深さで測定することができる。
【００５４】
光が通過する凹部１５の側面部は、第１の傾斜部１３ａおよび第２の傾斜部１４ａをそれぞれ光学研磨して平滑な面とした後、第１の傾斜部１３ａと第２の傾斜部１４ａとが互いに向かい合うように光照射プリズム１３と受光プリズム１４とをスペーサー３９を挟んで接合することにより容易に形成される。また、光照射プリズム１３と受光プリズム１４とを接合する前に、平面形状の第１の傾斜部１３ａおよび第２の傾斜部１４ａをそれぞれ光学研磨するため、第１の傾斜部１３ａおよび第２の傾斜部１４ａを容易に平滑化することができる。これらのことから、光学的精度の高い面を有する凹部１５が容易に得られる。
【００５５】
スペーサー３９の材料は特に限定されないが、機械的強度が高く、測定に用いられる光を吸収・透過しやすく、かつ反射しにくい材質が好ましい。例えば、ガラスやプラスチックが好ましく、光照射プリズム１３と受光プリズム１４の屈折率よりも小さい材質を用いれば、上述のようにスペーサー３９に減光部としての機能を持たせることもできる。
スペーサー３９の厚さ（幅）、すなわち光照射プリズム１３と受光プリズム１４との間の距離は、特に限定されないが、例えば生体組織を測る場合は、光路長が長すぎると水の吸収が大きくなりすぎるので、３ｍｍ以下であるのが好ましい。
なお、減光部１９としては、上記実施の形態におけるものを採用することができる。
【００５６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、種々の構成要素の組合せによる設計変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、凹部１５、２５は略Ｖ字状であったが、第１の傾斜部および第２の傾斜部を曲面にして略Ｕ字状の凹部を形成してもよく、第１の傾斜部および第２の傾斜部を階段状にして、階段状の凹部を形成してもよい。
【００５７】
上記実施の形態では、試料が指の場合について説明したが、試料は特にこれに限定されない。指の他、例えば、口唇、前腕および耳などの生体組織を測定することもできる。
また、実施の形態１の変形態様においては、静止中の試料液を測定する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、流体でも測定することが可能である。例えば、第１の測定カバー２０ａの凹部１５に対応する側面に試料液が流入する流路を接続し、第２の測定カバー２０ｂの凹部１５に対応する側面に試料液が流出する流路を接続し、凹部１５を、試料液を流す通路とすることで、流体中の成分も容易に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の光学素子および光学測定装置は、例えば液体、溶液、流体および生体組織などの成分濃度を測定する装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１における光学測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１の光学測定装置を用いて指の透過検出光量を測定した場合の透過検出光量の波長特性を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態１における光学測定装置の変形態様の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における光学測定装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３における光学測定装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４における光学測定装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態５における光学測定装置の構成を示す図である。
【図８】従来の試料と接触する溝部を有する光学素子の構成図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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