JP2002221489A

JP2002221489A - 分光分析装置

Info

Publication number: JP2002221489A
Application number: JP2001019161A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Maruo; 勝彦丸尾; Jiyakusei Chin; 若正陳; Norihide Takeyama; 芸英武山
Original assignee: JENESHIA KK; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: JENESHIA KK; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで高Ｓ／Ｎの分光分析を行う。【解決手段】被測定物からの信号光Ｓと、信号光Ｓに
対応する参照光Ｒとを個別に入光して一つの受光手段１
６に結像させる分光分析装置である。各入光部から入っ
た光をコリメート手段１１で平行光とし、コリメート手
段１１から出力される平行光をプリズム分光手段１２で
分光し、分光光を集光手段１３で集光して、受光手段１
６で受光する。受光手段１６で得られた信号を信号処理
手段で処理する。近赤外領域の波長を用いることがプリ
ズム分光で問題となる波長リニアリティの確保の点で好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近赤外領域におけ
る光の吸収を利用した分光分析装置に関するものであ
り、特に、生体組織中あるいは体液中の化学成分の分光
分析、たとえば皮膚組織中のグルコース濃度の定量分析
に好適に用いることができる分光分析装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】血糖値の測定に用いることができる分光
分析装置、つまりは生体組織中のグルコース濃度の定量
分析を行うための分光分析装置として、本出願人は回折
格子を用いたものを特願平１０−３０８８１７号におい
て出願している。これは図９に示すように、ハロゲンラ
ンプからなる光源１と、光源１からの光を集光する集光
レンズ２と、集光レンズ２を通過した光を被測定物に照
射するとともに被測定物を透過あるいは拡散反射した光
を受光するための光ファイバーバンドル３と、受光後の
光を分光する回折格子を収めた回折格子ユニット４と、
この回折格子ユニット４で分光された光を検出するため
のＩｎＧａＡｓアレイ型の受光素子ユニット５、そして
受光素子ユニット５で得られた信号をもとにグルコース
濃度を演算する演算ユニット６とから構成したもので、
グルコース濃度の定量分析のためのスペクトル測定は次
のようにして行う。

【０００３】すなわち、まず光源１からの光を光ファイ
バーバンドル３経由でセラミック板などの標準板に照射
するとともに標準板で反射した光（参照信号）を受光素
子ユニット５で受光する。続いて、光ファイバーバンド
ル３の皮膚組織との接触位置を一定化するための位置決
め治具を用いて、光ファイバーバンドル３の測定端部と
皮膚表面との接触圧力を１０ｋＰａ〜５０００ｋＰａに
設定して当接させ、この状態で光源１からの光ファイバ
ーバンドル３を通じて皮膚組織に照射するとともに、皮
膚組織内を透過あるいは拡散反射した光（生体信号）を
受光素子ユニット５で受光する。

【０００４】そして得られた参照信号と生体信号をもと
に演算ユニット６で予め作成した検量式を適用すること
でグルコース濃度を演算する。上記検量式は、通常、多
変量解析によるスペクトル解析が用いられて作成される
ものであり、標準手段で定量されたグルコース濃度を目
的変量に、上記分光分析装置による測定で得た生体組織
スペクトルを説明変数として多変量解析を行う。多変量
解析手段としては、重回帰分析、ＰＬＳ回帰分析、ニュ
ーラルネットワーク等の解析手段が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の分光分析装置で
は、前述のように分光手段として回折格子を用いてい
る。回折格子は連続的に高分解能の近赤外スペクトルが
得られ、かつ単位スペクトル長あたりの波長幅が一様で
光学設計がし易いという利点を有するもので、実際、多
くの分光分析装置に用いられている。

【０００６】しかしながら、回折格子にはエネルギーが
複数の回折次数に分離して配分されるという短所があ
る。回折次数に分離されることにより、複数の回折次数
が同一位置に重なりあってノイズの原因となることに加
え、着目している回折次数における光エネルギーが減少
するという望まぬ影響が生じる。前者の回折次数の重な
りは適切なオーダーカットフィルタを用いることで回避
できるが、後者は回折効率が低いという結果をもたらす
とともに、原理的に回避のしようがなく、このために高
いＳ／Ｎを求める場合には不利な要素となる。

【０００７】一方、プリズムによる分光は回折格子と比
較して効率の良い分光が可能であるが、分光後の結像部
分での波長分布が非線形的に分布し、スペクトルの波長
リニアリティがないという欠点を有する。波長リニアリ
ティは、単位スペクトル長あたりの波長幅の一様性とい
いかえることもでき、プリズム分光器では、単位スペク
トル長（たとえばＣＣＤの１ピクセル）あたりの波長幅
が、短波長帯においては広くなり、長波長帯では狭くな
るという現象が生じる。

【０００８】また、光を効率的に利用できる優れた手法
としてＦＴ−ＩＲによる分光分析装置がある。たとえ
ば、マイケルソン型のＦＴ−ＩＲにおいては、ビームス
プリッター及び移動鏡等を利用して得たインターフェロ
グラム（波長信号）を逆フーリエ変換してスペクトルを
算出する。このものは装置が大型で複雑である上に複雑
な演算を行うための高性能の演算手段が必要なことか
ら、高コストとなってしまうという欠点を有する。

【０００９】さらに、被測定物からの信号を測定するた
めの光学系と参照信号を測定するための光学系を同一と
する分光分析装置では、スペクトル測定に際して被測定
物からの生体信号を測定する作業と参照信号を測定する
作業が別々に必要となる。

【００１０】そして、装置のドリフト等の影響を排除す
るには、スペクトルの測定毎に参照信号を測定する作業
を繰り返すことが必要となる上に、参照信号を得るため
の空のカラムや反射光を得るための標準板との厳密な位
置再現性が得られないかぎり、基準光となるべき参照信
号を安定に測定することが困難であることは容易に想像
できる。

【００１１】また、参照光の測定回数を少なくした場
合、スペクトルに含まれる分光分析装置のドリフトの影
響を排除できず、分析性能に悪影響をもたらすことは明
らかである。とりわけ、生体組織や体液中のグルコース
濃度のような低濃度の物質の定量には参照光の微小な変
動や信号のドリフトが定量精度に直接的に影響するた
め、高精度の定量分析を行うことは非常に困難である。

【００１２】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは低コストで高Ｓ／Ｎ
の分光分析を行うことができる分光分析装置を提供する
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、被測
定物からの信号光と、信号光に対応する参照光とを個別
に入光して一つの受光手段に結像させる分光分析装置で
あり、各入光部から入った光を平行光とするコリメート
手段と、コリメート手段から出力される平行光を分光す
るプリズム分光手段と、プリズム分光手段の後段にあっ
て分光光を集光する集光手段と、前記集光手段により集
光された光を受光する受光手段と、受光手段で得られた
信号を処理する信号処理手段とからなることに特徴を有
している。

【００１４】分光光を集光する第１の集光手段の後段
に、第１の集光手段で集光された光の焦点位置にあって
信号光と参照光の切り替えを行う光路切り替え手段を設
けるとともに、光切り替え手段の後段に該光路切り替え
手段で切り替えられた光を集光して受光手段で受光させ
る第２の集光手段を設けたものであってもよい。

【００１５】プリズム分光手段には直視プリズムを好適
に用いることができる。

【００１６】また、分光分析を行う波長範囲が１０００
ｎｍから２５００ｎｍの近赤外領域であることが望まし
い。

【００１７】上記の光路切り替え手段にはスリットを備
えた回転板や、スリットを備えた平行移動板を用いると
よい。

【００１８】また、プリズム分光手段で空間的に分光し
た光を部分的に遮蔽し且つ所定の波長のみを受光素子に
集光させる波長選択手段を有したものとし、受光手段を
単素子で構成される受光素子とするのも好ましい。

【００１９】ここにおける波長選択手段には、被測定物
からの光と参照光の光路を交互に切り替える光路切り替
え手段を兼ねているものが好適である。

【００２０】受光手段が複数素子で構成される受光素子
である場合は、プリズム分光手段で空間的に分光した波
長光を特定の受光素子に受光させるとよい。この時の受
光手段には、一次元的に配列させた受光素子ユニットや
二次元的に配列させた受光素子ユニットを好適に用いる
ことができる。

【００２１】被測定物からの光を入光部に導く受光用光
ファイバーを備えているとともに被測定物に対向する上
記受光用光ファイバーの一端と、光源からの光を被測定
物に照射する投光用光ファイバーの光出射端とが中心間
隔２ｍｍ以下で配設されたものとすると、生体組織中の
成分、殊にグルコースの定量分析などのためのものとし
て、好適に使用することができる。

【００２２】特に投光用光ファイバーと受光用光ファイ
バーの各一端を被測定物に接触させてスペクトル測定を
行うものが好ましい。被測定物が生体組織であるほか、
被測定物が生体の体液であってもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図１は透過セルを用いての透過ス
ペクトル測定や、反射法による反射スペクトル測定を行
うことができる汎用の近赤外分光分析装置の基本的形態
の一例を示している。なお、スペクトル測定に際しては
公知の液体あるいは粉体用セル、フローセル、光ファイ
バーバンドルを接続して利用することができる。

【００２４】被測定物を測定した信号光Ｓと、基準物質
あるいは基準板を透過あるいは反射させた参照光Ｒとを
個々に容易にしたコリメータレンズ１１，１１によって
平行光束に変換し、さらに信号光と参照光とを個々の直
視プリズム１２，１２で夫々角分散させた後、結像レン
ズ１３，１３を通過させることによって、スリット円板
１４上にｙ軸成分と波長情報とをカップルさせた線スペ
クトルＳＳ，ＲＳを生成する。コリメータレンズ１１，
１１への信号光Ｓ及び参照光Ｒの導入は、光ファイバー
を好適に用いることができる。

【００２５】上記スリット円板１４は、直径方向のスリ
ット１４０を刻んだものでその軸回りに回転駆動される
ものであり、回転によってスリット１４０を通過した光
線Ｓ，Ｒは、信号光と参照光とで共通の瞳生成レンズ１
５を経て瞳生成レンズ１５の射出瞳上に配した受光セン
サ１６に至る。

【００２６】ここにおいて、スリット円板１４が回転す
ることでスリット円板１４に設けたスリット１４０を通
過することから、時間的なある一瞬において、信号光Ｓ
または参照光Ｒに対応する線スペクトルＳＳ，ＲＳの一
方のうち、特定の波長成分だけを後置光学系に導いてい
ることとなるために、波長スキャニングと光路選択とを
同時に実現していることになる。

【００２７】また、スリット１４０を通過した上記両者
は同じ瞳生成レンズ１５を通過するために、線スペクト
ルＳＳ，ＲＳは共通の射出瞳を形成しており、この射出
瞳上に置かれて受光した光信号を電気信号に変換する受
光センサ１６は、単素子の受光素子を用いたものであっ
てもスリットの空間的な位置と受光波長を較正すること
で連続スペクトルの測定が可能となっている。

【００２８】測定したスペクトル或いはある波長に対応
した吸収信号は、公知の手法を用いることで被測定物の
定性あるいは定量分析する。

【００２９】分光手段にプリズム１２を用いていること
から、光の効率のよい明るい分光分析をコンパクトで簡
易な構成で可能である。また、信号光Ｓに対する参照光
Ｒを常に測定できるために、装置のドリフトや環境影響
の影響を受けにくいロバストな性能を実現することがで
きる。また、構造を簡単にできるので、従来の分光分析
装置より低コスト化が可能である。さらに、信号光Ｓ及
び参照光Ｒの配置面と分散方向とを直交させる光学配置
は、瞳生成レンズ１５に入射する光線の光軸からの高さ
を低くする効果を有していることから、光学系の性能向
上にも有効である。

【００３０】なお、スリット円板１４上のスリット１４
０は直線に限定されるものではなく曲線であってもよ
い。またスリット１４０の幅も一様である必要はなく、
スリット１４０の位置と線スペクトルＳＳ，ＲＳの交点
によって定まるスペクトル波長の関数としてスリット１
４０の幅を定めても良いのはもちろんである。

【００３１】図２に他例を示す。図１に示したものとの
相違点のみを説明すると、ここでは、光の分散方向をｘ
軸と平行に取っている。すなわち、ｙ軸と平行なスリッ
ト１４０を有するスリット板１７をｘ軸に沿って往復直
線運動をさせることで波長スキャニングを行うととも
に、信号光Ｓ及び参照光Ｒの選択を行っている。スリッ
ト板１７の往復運動は公知のリニア駆動モーター等で行
うことができる。

【００３２】この場合においても、スリットの空間的な
位置と受光波長を較正することで単素子の受光センサ１
６で連続スペクトルの測定が可能である。そして、信号
光Ｓ及び参照光Ｒの配置面と分散方向を平行としている
本例では、スリット板１７を小型化できるために装置の
小型化に有効である。

【００３３】図３に示す構成は、図２に示したものにお
けるスリット板１７の位置にスリット板１７に代えて一
次元的に配列させた受光素子ユニットであるリニア型の
受光センサ１８，１８を配置して、線スペクトルＳＳ，
ＲＳを直接受光して電気信号に変換している。この場
合、波長スキャニング及び信号光Ｓと参照光Ｒとの選択
を機械的に行うのではなく、リニア型の受光センサ１
８，１８の素子を順次電気的にスキャンすることによっ
て行う。瞳生成レンズ１５を使用しないことから、装置
の小型の点で有効である。

【００３４】図４に別の例を示す。ここでは個別のコリ
メータレンズ１１，１１によって平行光束とした信号光
Ｓと参照光Ｒを単一の共軸再結像レンズ１９によって同
一点に集光し、これを単一の第２コリメータレンズ２０
で平行束に変換した後、単一の直視プリズム１２で分散
を与えて後置光学系である結像レンズ１３に導くことに
より線スペクトルＳＳ，ＲＳを得てリニア型の受光セン
サ１８で受光しているいる。信号光Ｓと参照光Ｒの受光
信号の切り替えは、これらをコリメータレンズ１１に導
く光導入手段に設置した光路遮断手段によって行うもの
とし、信号光Ｓの測定時は信号光Ｓの光路遮断手段を開
き、参照光Ｒの光路遮断手段を閉じる。逆に、参照光Ｒ
の測定時は信号光Ｓの光路遮断手段を閉じ、参照光Ｒの
光路遮断手段を開く。プリズム１２が１つで良いため
に、コンパクトで簡易な構成とすることができるととも
に低コスト化に有利である。なお、リニア型の受光セン
サ１８のかわりにスリット円板１４もしくはスリット板
１７と瞳生成レンズ１５を併用して単素子型の受光セン
サ１６で受光するものであってもよい。

【００３５】図５にさらに別の例を示す。ｘ軸上に並置
し信号光Ｓ及び参照光Ｒを共通のコリメータレンズ１１
に入射させて夫々平行束に変換させるとともに直視プリ
ズム１２によって分散させ、さらに共通の再結像レンズ
１３によって独立な線スペクトルＳＳ，ＲＳを生成して
いる。線スペクトルＳＳ，ＲＳはｙｘ面上と平行な面上
に生成されるが、直視プリズム１２の分散方向Ｄをｘ軸
平行に選んでいることから、線スペクトルＳＳ，ＲＳも
ｘ軸と平行な直線上に並ぶものであり、両線スペクトル
ＳＳ，ＲＳをリニア型の受光センサ１８によって一括し
て受光することができる。

【００３６】なお、直視プリズム１２の分散方向Ｄをｙ
軸平行に選んでｙ軸と平行な線スペクトルＳＳ，ＲＳを
複数得ることも可能であるが、この場合には二次元的に
配列させた受光素子ユニットであるエリア型の受光セン
サ１８を用いる。

【００３７】いずれの配置であっても、信号光Ｓ及び参
照光Ｒは物点としてだけでなく直線状の物体として与え
ることが可能であり、空間情報と波長情報を同時に得る
ことができる。

【００３８】なお、本構成において信号光Ｓと参照光Ｒ
が夫々１つである場合を示したが、実際には１つに限定
されるものではなく、複数であってもよい。このことは
本例に限るものであるのではなく、前述の他の例におい
ても同様である。

【００３９】ところで、プリズムによる分光を可視波長
域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）と近赤外域（１０００ｎ
ｍ〜２５００ｎｍ）とで比較して考えると、可視波長域
で透明な（プリズム用）光学材料のうちの多くは近赤外
域でも透明であり、そのためいずれの帯域も同じ種類の
光学材料が適用可能である。次に屈折率分散（屈折率の
波長依存性）については、その程度は大きく異なり。４
００ｎｍ〜７００ｎｍ帯における屈折率分散を基準とし
て１３００ｎｍ〜１９００ｎｍ帯では１／４以下にな
る。このことは単位波長あたりのスペクトル長が１／４
以下になることを意味しており、分光器として波長を分
解する能力が低下したことを意味する。

【００４０】しかし、屈折率の２次分散（上記屈折率分
散の波長依存性、あるいは屈折率分散の変化率）は上記
可視領域と近赤外領域との間で３５倍のひらきがあり。
したがって、近赤外領域でのスペクトルの波長リニアリ
ティは可視領域でのそれと比較して３５倍良いというこ
とがいえる。これは前述のスペクトルの波長リニアリテ
ィがないというプリズム分光が有する欠点を使用波長を
近赤外域に限って使用すれば克服できることを意味す
る。

【００４１】また、回折格子による分光効率は数十％程
度（通常は２〜３０％程度）にとどまるに対して、プリ
ズム分光は、１００％近い光を利用できることから、同
一光源を使用した場合、強い光量の分光分析を行うこと
ができることになる。分光分析において強い光を利用す
ることで測定精度を向上させることは常識的な事項であ
り、たとえば、暗電流の低減、測定時間の短縮化、光源
の安定化等、測定精度向上に対する有利な点は多い。す
なわち、１０００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外域とりわ
け１３００ｎｍ〜１９００ｎｍにおける観察に限れば、
光を効率的に利用し、かつスペクトルの波長リニアリテ
イがあるプリズム分光が有利であり、プリズムを用いて
測定信号と参照信号の２つの信号を同時あるいは非常に
短い時間内に安定的に測定できるようにすることで、高
精度の分光分析を可能とすることができる。

【００４２】すなわち、分光波長範囲を１０００ｎｍ〜
２５００ｎｍの近赤外域に設定したプリズム分光を利用
し、信号光Ｓと参照光Ｒの２つの光を同時あるいは非常
に短い時間内で測定することにより、分光後の波長リニ
アリティを確保することができて、単素子あるいは複数
素子の受光センサを利用した構成が容易となり、かつ、
受光センサからの信号の波長特定が容易となるものであ
り、またプリズムで分光することによってほぼ１００％
近い光を利用することが可能であるために、同一光源を
用いても受光時の光強度を強くすることが可能となり、
装置のＳ／Ｎを向上させることができる。しかも、信号
光Ｓと参照光Ｒの２つの光を安定的に測定することによ
り、光源や受光素子の劣化あるいは環境温度等の影響に
よるドリフトを除去することが可能となり、再現よく高
精度の分光分析が可能となったものである。

【００４３】そして、このような近赤外領域での高Ｓ／
Ｎのスペクトル測定は、非侵襲的な生体組織のスペクト
ル測定、特に皮膚組織中のグルコース濃度を測定して血
液中のグルコース濃度を推定する非侵襲血糖計にきわめ
て好適に用いることができる。

【００４４】次に本発明にかかる分光分析装置を非侵襲
的な生体組織のスペクトル測定、特に非侵襲血糖計に応
用する場合の具体例を示す。図６中の９ａはファイバー
バンドルで構成した信号光測定プローブ、９ｂは同じく
ファイバーバンドルで構成した参照光測定プローブであ
り、これらプローブ９ａ，９ｂの各一端のセンシング部
９１，９２は図７に示すように皮膚組織に光を照射する
ための投光用光ファイバー３１と被検体内を透過あるい
は拡散反射した光を受光するための受光用光ファイバー
３２とを束ねたものとなっており、また信号光測定プロ
ーブ９ａにおける投光用光ファイバー３１の他端と参照
光測定プローブ９ｂにおける投光用光ファイバー３１の
他端とが束ねられて光源１に対向している。なお、光源
１と投光用光ファイバーとの間には、均一な光を入光さ
せるための拡散板７と、拡散板７を透過した光を点光源
にするためのピンホール２６と、ピンホール２６を通過
した光をコリメートするためのレンズ８ａと、レンズ８
ａを通過した光を集束するためのレンズ８ｂとを配置し
ている。

【００４５】さらに上記信号光測定プローブ９ａにおけ
る受光用光ファイバー３２の他端の出射部９３と参照光
測定プローブ９ｂにおける受光用光ファイバー３２他端
の出射部９４とは図１に示した形態の分光分析装置にお
ける各コリメータレンズ１１，１１に光路遮断手段２
４，２４を介して夫々相対させている。

【００４６】信号光測定プローブ９ａにおけるセンシン
グ部９１は、ここではクラッド径が２００μｍ、コア径
が１８０μｍから成る複数本の投光用光ファイバー３１
と１本の受光用光ファイバー３２とで構成され、出射端
となる投光用光ファイバー３１の端部を入射端となる受
光用光ファイバー３２を中心とした円周上に配したもの
となっており、投光用光ファイバー３１と受光用光ファ
イバー３２との中心間隔Ｌは６５０μｍとしてある。た
だし、この中心間隔Ｌは０．１〜２ｍｍ以下の範囲内に
おいて設定されていればよい。本例では参照光測定プロ
ーブ９ｂも信号光測定プローブ９ａと同じ構成としてい
るが、信号光の信号が取れれば良いので必ずしも信号光
測定プローブ９ａと同じ構成にする必要はない。

【００４７】そして、信号光測定プローブ９ａのセンシ
ング部９１は皮膚組織２５に接触させ、参照光測定プロ
ーブ９ｂのセンシング部９２は標準反射板１０に対向さ
せて、ハロゲンランプである光源１の光をプローブ９
ａ，９ｂにおける投光用光ファイバー３１に導いて、皮
膚組織２５及び標準反射板１０を照射し、皮膚組織２５
を透過あるいは拡散反射した光（信号光Ｓ）を信号光測
定プローブ９ａの受光用光ファイバー３２を通じて出射
部９３から分光分析装置に導き、同時に標準反射板１０
で反射した光（参照光Ｒ）を分光分析装置に導く。

【００４８】測定動作について説明すると、皮膚スペク
トルの測定には前腕内側部分を用い、測定に際しては接
触位置を一定化するための位置決め治具を使用し、信号
光測定プローブ９ａのセンシング部９１と皮膚表面との
接触圧力を１０ｋＰａ〜５０００ｋＰａに設定して当接
させる。信号光測定プローブ９ａ内の投光用光ファイバ
ー３１を通り出射端から出射した光は皮膚組織を伝搬す
る。この時、皮膚組織から出射された一部の散乱光を信
号光測定プローブ９ａの受光用光ファイバー３２の入射
端によって受光する。同様に標準反射板１０で反射した
光を参照光測定プローブ９ｂの受光用光ファイバー３２
の入射端によって受光し、信号光Ｓと参照光Ｒとを分光
分析装置に導く。

【００４９】分光分析装置の受光センサ１６で受光され
た光は受光信号として検出され、この受光信号は信号処
理回路２２による増幅及びＡＤ変換の後、マイクロコン
ピュータからなる演算ユニット２３に送られ、演算ユニ
ット２３では重回帰分析あるいは主成分回帰分析によっ
て得られる検量式によりグルコース濃度を算出する。

【００５０】本例の場合、信号光Ｓに基づく生体信号の
測定とは別に参照光Ｒに基づく安定なリファレンス信号
の測定が行えるとともに、スリット円板１４を回転させ
ることで単素子型の受光センサ１６を用いての連続スペ
クトル測定が可能となっており、また、生体信号の測定
直後にリファレンス信号を測定することができるため
に、安定なスペクトル測定が得られる。その結果、精度
の良いグルコース濃度の定量分析ができる。なお、参照
光Ｒを得るために標準反射板１０を用いたが、標準反射
板１０を必ずしも必要とするものでは無い。

【００５１】図８に示す非侵襲的な生体組織のスペクト
ル測定装置（非侵襲血糖計）は、上記の信号光測定プロ
ーブ９ａと参照光測定プローブ９ｂの各出射部９３，９
４を図４に示した分光分析装置における各コリメータレ
ンズ１１，１１に対向させたものである。このほか、図
２や図３、あるいは図５などに示した分光分析装置と組
み合わせてもよいのはもちろんである。

【００５２】生体組織のスペクトルを測定するのではな
く、血液のスペクトルを測定する場合は、信号光測定プ
ローブ９ｂのセンシング部９１の端面を血液に接触させ
て行う。センシング部９１の投光用光ファイバー３１の
出射端と受光用光ファイバー３２の入射端を適切に構成
すれば、血液との接触部分のサイズを直径４ｍ以下に設
定することができるために、１０μｌ以下のサンプル血
液量でスペクトル測定が可能である。

【００５３】また、センシング部９１を上方に向けた状
態でその端面に血液滴を滴下することも可能であるし、
血液をためた容器にプローブを浸すようにしてもよい。

【００５４】なお、測定する血液成分はグルコースに限
らず、ＨＤＬコレステロール、ＬＤＬコレステロール、
総コレステロール、中性脂肪等の脂質、アルブミン、グ
ロブリン等の蛋白質、尿酸、ヘマトクリット値、水分濃
度、フルクトサミン、ＨｂＡｌｃ、グリコアルブミン等
の血液検査指標を定量することが可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明においては、被測定
物からの信号光と、信号光に対応する参照光とを個別に
入光して一つの受光手段に結像させる分光分析装置であ
り、各入光部から入った光を平行光とするコリメート手
段と、コリメート手段から出力される平行光を分光する
プリズム分光手段と、プリズム分光手段の後段にあって
分光光を集光する集光手段と、前記集光手段により集光
された光を受光する受光手段と、受光手段で得られた信
号を処理する信号処理手段とからなるために、受光手段
での光強度を強くすることができて高Ｓ／Ｎの分析を行
うことができる。

【００５６】そして、分光光を集光する第１の集光手段
の後段に、第１の集光手段で集光された光の焦点位置に
あって信号光と参照光の切り替えを行う光路切り替え手
段を設けるとともに、光切り替え手段の後段に該光路切
り替え手段で切り替えられた光を集光して受光手段で受
光させる第２の集光手段を設けたものとすることで、信
号光と参照光とを短時間で切り替えることができ、ドリ
フトの影響を除去することができる。

【００５７】プリズム分光手段には直視プリズムを用い
ることで小型化が可能である。

【００５８】また、分光分析を行う波長範囲が１０００
ｎｍから２５００ｎｍの近赤外領域であることが波長リ
ニアリティの確保の点で望ましい。

【００５９】上記の光路切り替え手段にはスリットを備
えた回転板や、スリットを備えた平行移動板が装置の小
型化や簡便性の点で好ましい。

【００６０】また、プリズム分光手段で空間的に分光し
た光を部分的に遮蔽し且つ所定の波長のみを受光素子に
集光させる波長選択手段を有したものとし、受光手段を
単素子で構成される受光素子とすると、さらに小型化の
点やコストの点で有利となる。特に波長選択手段が、被
測定物からの光と参照光の光路を交互に切り替える光路
切り替え手段を兼ねているものが装置の小型化や簡便性
の点で好適である。

【００６１】受光手段が複数素子で構成される受光素子
である場合は、プリズム分光手段で空間的に分光した波
長光を特定の受光素子に受光させるとよく、この時の受
光手段には、一次元的に配列させた受光素子ユニットや
二次元的に配列させた受光素子ユニットを好適に用いる
ことで、適切な分光分析を行うことができる。

【００６２】被測定物からの光を入光部に導く受光用光
ファイバーを備えているとともに被測定物に対向する上
記受光用光ファイバーの一端と、光源からの光を被測定
物に照射する投光用光ファイバーの光出射端とが中心間
隔２ｍｍ以下で配設されたものとすると、生体組織中の
成分、殊にグルコースの定量分析に好適に使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)
は概略側面図、(b)は概略平面図、(c)はＡ矢視図であ
る。

【図２】同上の他例を示すもので、(a)は概略側面図、
(b)はＢ矢視図である。

【図３】同上の更に他例の概略側面図である。

【図４】同上の別の例の概略側面図である。

【図５】同上の更に別の例の概略斜視図である。

【図６】生体組織の成分のスペクトル測定用のものとし
た場合の概略側面図である。

【図７】(a)は同上のプローブのセンシング部の端面
図、(b)は同上のプローブの出射部の端面図である。

【図８】生体組織の成分のスペクトル測定用の他例の概
略側面図である。

【図９】従来例の概略図である。

【符号の説明】

１…光源１１…コリメータレンズ１２…直視プリズム１３…結像レンズ１４…スリット円板１５…瞳生成レンズ１６…受光センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者陳若正大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者武山芸英東京都三鷹市下連雀４丁目12番１号株式会社ジェネシア内Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB12 BB13 CC16 EE01 EE12 HH01 JJ06 JJ17 KK04 LL02 NN06 4C038 KK10 KL05 KL07 KM00 KM01 KY03 KY04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物からの信号光と、信号光に対応
する参照光とを個別に入光して一つの受光手段に結像さ
せる分光分析装置であり、各入光部から入った光を平行
光とするコリメート手段と、コリメート手段から出力さ
れる平行光を分光するプリズム分光手段と、プリズム分
光手段の後段にあって分光光を集光する集光手段と、前
記集光手段により集光された光を受光する受光手段と、
受光手段で得られた信号を処理する信号処理手段とから
なることを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】分光光を集光する第１の集光手段の後段
に、第１の集光手段で集光された光の焦点位置にあって
信号光と参照光の切り替えを行う光路切り替え手段を設
けるとともに、光切り替え手段の後段に該光路切り替え
手段で切り替えられた光を集光して受光手段で受光させ
る第２の集光手段を設けていることを特徴とする請求項
１記載の分光分析装置。
【請求項３】プリズム分光手段が直視プリズムである
ことを特徴とする請求項１または２記載の分光分析装
置。
【請求項４】分光分析を行う波長範囲が１０００ｎｍ
から２５００ｎｍの近赤外領域であることを特徴とする
請求項１〜３のいずれかの項に記載の分光分析装置。
【請求項５】光路切り替え手段がスリットを備えた回
転板であることを特徴とする請求項２記載の分光分析装
置。
【請求項６】光路切り替え手段がスリットを備えた平
行移動板であることを特徴とする請求項２記載の分光分
析装置。
【請求項７】プリズム分光手段で空間的に分光した光
を部分的に遮蔽し且つ所定の波長のみを受光素子に集光
させる波長選択手段を有しているとともに、受光手段が
単素子で構成される受光素子であることを特徴とする請
求項１〜６のいずれかの項に記載の分光分析装置。
【請求項８】波長選択手段が被測定物からの信号光と
参照光を交互に切り替える光路切り替え手段を兼ねてい
ることを特徴とする請求項７記載の分光分析装置。
【請求項９】受光手段が複数素子で構成される受光素
子であり、プリズム分光手段で空間的に分光した波長光
を特定の受光素子に受光させていることを特徴とする請
求項１〜６のいずれかの項に記載の分光分析装置。
【請求項１０】受光手段が一次元的に配列させた受光
素子ユニットであることを特徴とする請求項９記載の分
光分析装置。
【請求項１１】受光手段が二次元的に配列させた受光
素子ユニットであることを特徴とする請求項９記載の分
光分析装置。
【請求項１２】被測定物からの光を入光部に導く受光
用光ファイバーを備えているとともに被測定物に対向す
る上記受光用光ファイバーの一端と、光源からの光を被
測定物に照射する投光用光ファイバーの光出射端とが中
心間隔２ｍｍ以下で配設されていることを特徴とする請
求項１〜１１のいずれかの項に記載の分光分析装置。
【請求項１３】投光用光ファイバーと受光用光ファイ
バーの各一端を被測定物に接触させてスペクトル測定を
行うものであることを特徴とする請求項１〜１２のいず
れかの項に記載の分光分析装置。
【請求項１４】被測定物が生体組織であることを特徴
とする請求項１〜１３のいずれかの項に記載の分光分析
装置。
【請求項１５】被測定物が生体の体液であることを特
徴とする請求項１〜１３のいずれかの項に記載の分光分
析装置。
【請求項１６】被測定物中の成分の定量分析用である
とともに、定量成分がグルコースであることを特徴とす
る請求項１〜１５のいずれかの項に記載の分光分析装
置。