JP2005265592A - グルコース濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生体から検出されるグルコース濃度の情報量を増大させるとともに、光源において発生するゆらぎノイズを低減して測定精度を向上する。
【解決手段】 分光器７において分光された光を無偏光化して生体Ａに入射させる光学手段を備え、光学手段が、分光器７の入口側に配置され、光源２から発せられた光Ｌ_１を別々の偏光方向を有する２つの偏光光Ｌ_２，Ｌ_３に分離する第１の偏光素子１１、および、第１の偏光素子１１において分離された偏光光Ｌ_２，Ｌ_３の一方Ｌ_２を入射させ、他方の偏光光Ｌ_３に偏光方向を一致させる第１の旋光子１２と、分光器７の出口側に配置され、分光器７から出射される２つの偏光光Ｌ_５，Ｌ_７の一方Ｌ_５を入射させ、他方の偏光光Ｌ_７と偏光方向を異ならせる第２の旋光子１３、および、異なる偏光方向を有する２つの偏光光Ｌ_６，Ｌ_７を合波して無偏光化する第２の偏光素子１４とを備えるグルコース濃度測定装置１を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、グルコース濃度測定装置に関するものである。

従来、糖尿病の判断のために血中グルコース濃度測定が行われており、特に、糖尿病患者のインシュリン投与量を決定する血糖値を検査するために、グルコース濃度の測定が行われている。グルコース濃度の測定は、一般に、指や腕から採取した血液を直接分析することにより行われている。患者の体内における血液中のグルコース濃度は、食事の前後や運動後などの測定条件によって変化するため、正確な血糖値を得るためには、頻繁なグルコース濃度測定が必要である。
しかしながら、採血した血液を直接分析する上記方法は、グルコース濃度の測定の度に注射針等を刺して採血しなければならず、患者にかかる負担が大きいという問題がある。

この問題を解決するために、指、腕、耳朶などの生体組織に対し、外部から近赤外光を照射して生体内で拡散させ、生体外に出射された光を検出する非侵襲的なグルコース濃度測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の方法は、複数本の発光ファイバと複数本の受光ファイバとを束ねて構成した光ファイババンドルを用意し、該光ファイババンドルを構成する各光ファイバの先端面を生体表面に接触状態に配置する。そして、ハロゲンランプから複数の発光ファイバに集光した近赤外光をそれら発光ファイバの先端面から照射することにより、生体内に入射させ、生体内において拡散されて生体表面から生体外に戻る光を複数の受光ファイバにおいて受光するとともに、受光された光のスペクトルを分析することによりグルコースの濃度を算出するものである。
特開２０００−１３１３２２号公報（図３等）

特許文献１に示される方法は、多数の発光ファイバおよび受光ファイバを使用して、照射光量および検出光量を増加させることで、検出されるグルコース濃度の情報量を増加させている。
しかしながら、生体内において拡散あるいは透過されて、生体外に放出される光はごく微量であり、発光ファイバから受光ファイバまでの２つのファイバ間を光が伝播する間に、種々の生体組織によって散乱、吸収されるため、光量が大幅に減衰し、検出される光のＳ／Ｎ比が極めて低いという問題がある。したがって、照射光に含まれる僅かなノイズによっても測定精度が低下してしまうため、光源の特性により光量が微妙に変動するゆらぎノイズのような微細なノイズも除去しておくことが必要となる。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体から検出されるグルコース濃度の情報量を増大させるとともに、光源において発生するゆらぎノイズを低減して測定精度を向上し得るグルコース濃度測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、該光源から発せられた光を分光する分光器と、該分光器において分光された後、生体内において拡散または透過した光を検出する光検出器とを備え、各波長における吸光度に基づいて生体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置であって、前記分光器において分光された光を無偏光化して生体に入射させる光学手段を備え、該光学手段が、前記分光器の入口側に配置され、光源から発せられた光を別々の偏光方向を有する２つの偏光光に分離する第１の偏光素子、および、該偏光素子において分離された偏光光の一方を入射させ、他方の偏光光に偏光方向を一致させる第１の旋光子と、前記分光器の出口側に配置され、該分光器から出射される２つの偏光光の一方を入射させ、他方の偏光光と偏光方向を異ならせる第２の旋光子、および、異なる偏光方向を有する２つの偏光光を合波して無偏光化する第２の偏光素子とを備えるグルコース濃度測定装置を提供する。

出願人は、光源の特性により発生するゆらぎが、光検出器により検出された検出信号内にノイズとして含まれてしまう、いわゆるゆらぎノイズのノイズ量について検討した結果、音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ：Acoust-Optic
Tunable Filter、以下、ＡＯＴＦという。）を用いた分光器により偏光された片方の回折光のみを用いて検出を行った場合と比較すると、＋１次光と−１次光を合波した無偏光光を用いて検出を行う場合の方が少なくなるという知見を得た。

この発明によれば、光源から発せられた光が第１の偏光素子を通過させられることにより、偏光方向の異なる２つの偏光光に分離され、その一方が第１の旋光子に入射される。第１の旋光子に入射された偏光光は、偏光方向を９０°回転させられることにより、他方の偏光光とその偏光方向を揃えられた状態で別々に分光器に入射させられる。分光器に入射される２つの偏光光がその偏光方向を揃えられているので、分光器から出力される分光された所定の波長の偏光光も、同一の偏光方向を有する偏光光としてそれぞれ出力される。したがって、その一方を第２の旋光子に入射させて偏光方向を９０°回転させた後に、第２の偏光素子に入射させて合波することにより、異なる直線偏光光を含む無偏光の光として生体に入射させることができる。
これにより、いずれか一方を用いる場合と比較して、光量を増大させてグルコース濃度の情報量を増やすことができるとともに、光源の特性に起因するゆらぎノイズを低減して測定精度を向上するとが可能となる。

また、本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、該光源から発せられた光を回折手段を用いて分光する分光器と、該分光器において分光された後、生体内において拡散または透過した光を検出する光検出器とを備え、各波長における吸光度に基づいて生体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置であって、前記光源が無偏光光源からなり、前記分光器において分光された＋１次光と−１次光とを合波して生体に入射させる光学手段を備えるグルコース濃度測定装置を提供する。

無偏光光源、例えば、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous
Emission）光源から発せられた光には、偏光方向が９０°異なる２種類の直線偏光光が含まれている。このような無偏光光を、ＡＯＴＦを用いた分光器を通過させると、この無偏光光に含まれている２種類の直線偏光光が、それぞれ、さらに９０°偏光された状態で別々の方向に＋１次光および−１次光として出射される。
本発明によれば、光学手段の作動によりこれらの＋１次光と−１次光とが合波されて生体に入射させられるので、光源の特性により発生するゆらぎノイズが低減され、測定精度を向上させることができる。

上記発明においては、前記光学手段が、前記分光器の出口側に配置され、＋１次光と−１次光とを入射させて集光させる集光レンズと、該集光レンズと分光器との間に配置され、分光器から発せられた０次光を遮断する遮光手段とを備えることが好ましい。
本発明によれば、光源からの無偏光光が分光器に入射されると、分光器から０次光と＋１次光と−１次光とが出射される。分光器から出射された０次光は遮光手段の作動により遮断されるので、＋１次光と−１次光とが集光レンズにより集光されて合波されることになる。その結果、光量を増大させてグルコース濃度の情報量を増やすことができるとともに、光源の特性に起因するゆらぎノイズを低減して測定精度を向上するとが可能となる。

また、上記発明においては、前記光学手段が、前記分光器の出口側に配置され、＋１次光と−１次光とを入射させて、一方を透過させ、他方を反射させることで合波する偏光ビームスプリッタを備えることとしてもよい。
この発明によれば、分光器において分光されることにより異なる方向に出射された＋１次光と−１次光とが、偏光ビームスプリッタに入射される。＋１次光と−１次光とは、異なる偏光方向を有しているので、偏光ビームスプリッタにおいては、一方を透過させ、一方を反射させることが可能となる。そして、透過方向と反射方向とが一致させられることにより、２つの光が効率よく合波され、グルコース濃度の測定に最大限に利用されることになる。その結果、さらに情報量を増大させ、かつ、ゆらぎノイズを低減して、測定精度を向上することができる。

また、上記発明においては、前記分光器と前記偏光ビームスプリッタとの間に配置され、＋１次光と−１次光とを別々に伝送する偏波面保存ファイバを備えることとしてもよい。
このようにすることで、分光器から発せられた偏光方向の異なる２つの偏光光が、偏波面保存ファイバによって、偏光方向を維持したまま偏光ビームスプリッタまで導かれる。その結果、偏光ビームスプリッタにおいて効率よく合波することが可能となる。

本発明によれば、分光器を通過させることにより偏光される光を無偏光化させた状態で生体に入射させて検出することによってグルコース濃度の測定を行うので、生体に照射する光量を増大させて、生体から得られる情報量を増加させることができるとともに、光源の特性に起因するゆらぎノイズを低減して、測定精度を向上することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係るグルコース濃度測定装置１について図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１は、図１に示されるように、生体Ａに照射する光を発生するＡＳＥ光源（無偏光光源）２と、該ＡＳＥ光源２から発せられた光を分光する分光器３と、前記分光器３から出射された測定光を生体Ａに向けて照射するとともに、生体Ａ内で拡散あるいは透過した信号光を生体Ａ外部において受光する測定プローブ４と、該測定プローブ４により受光された信号光を検出する信号光検出器５と、該信号光検出器５により検出された信号光のスペクトルに基づいて生体Ａ内のグルコース濃度を算出する演算部６とを備えている。

前記ＡＳＥ光源２は所定の波長帯域の縦偏光光と横偏光光とを含む無偏光の励起光Ｌ_１を出射する光源である。
前記分光器３は、入力された高周波信号の周波数に応じて、入射された光の内の特定の波長の光のみをさらに偏光して出射するＡＯＴＦ７と、該ＡＯＴＦ７に高周波信号を供給して制御するフィルタ制御部８とを備えている。
前記フィルタ制御部８は、ＡＯＴＦ７に対して特定の周波数の高周波信号を供給する。フィルタ制御部８からＡＯＴＦ７に供給される高周波信号の周波数は、順次変更されるようになっている。

また、フィルタ制御部８は、ＡＯＴＦ７に対して高周波信号を供給するのと同期して、該高周波信号を後述する演算部６に供給するようになっている。図中、符号９は、高周波信号の基本周波数を発生する発振器、符号１０は加算器を示している。これにより、ＡＯＴＦ７および演算部６には、発振器９から供給される基本周波数とフィルタ制御部８から供給される周波数とが加算された周波数の高周波信号がそれぞれ入力されるようになっている。

ＡＯＴＦ７は、入射された光を分光して出力するが、その際に、光の偏光方向を９０°回転させて出力する。すなわち、ＡＯＴＦ７に入射された縦偏光光は、横偏光光として出射され、横偏光光は縦偏光光として出射されるようになっている。

本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１は、ＡＳＥ光源２とＡＯＴＦ７との間に、第１の偏光素子１１と第１の旋光子１２、ＡＯＴＦ７と測定プローブ４との間に第２の旋光子１３と第２の偏光素子１４とを備えている。図中符号１５は、装置本体１６にコネクタ１７により接続され、光を測定プローブ４まで導く光ファイバ、符号１８は、光ファイバ１５に光を集光して入射させるためのレンズを示している。

前記第１の偏光素子１１は、ＡＳＥ光源２から発せられた無偏光光Ｌ_１を入射させて、偏光方向の異なる２つの偏光光Ｌ_２，Ｌ_３、例えば、縦偏光光Ｌ_２と横偏光光Ｌ_３とを分離して出射するように構成されている。また、第１の旋光子１２は、第１の偏光素子１１において分離された２つの偏光光Ｌ_２，Ｌ_３の内、一方の偏光光、例えば、縦偏光光Ｌ_２を入射させて、その偏光方向を９０°回転させることによって横偏光光Ｌ_４として出射させるように構成されている。これにより、第１の偏光素子１１によって分離された２つの偏光光Ｌ_２，Ｌ_３は、偏光方向を相互に一致させた状態、この例の場合は横偏光方向に一致させた状態でＡＯＴＦ７に別々に入射されるようになっている。

前記第２の旋光子１３は、第１の偏光素子１１によって分離され、第１の旋光子１２を通過させられることなくＡＯＴＦ７に入射させられ、ＡＯＴＦ７において９０°回転させられて出射された偏光光Ｌ_５、この例では縦偏光光Ｌ_５を入射させて、さらにその偏光方向を９０°回転させ、横偏光光Ｌ_６として出射するようになっている。
また、第２の偏光素子１４は、第２の旋光子１３から出射された横偏光光Ｌ_６と、ＡＯＴＦ７から出射された縦偏光光Ｌ_７とを入射させて、第１の偏光素子１１とは逆に、これら２つの偏光光Ｌ_６，Ｌ_７を合波し、無偏光光Ｌ_８として出射するように構成されている。

第２の偏光素子１４により合波された光は、レンズ１８によって光ファイバ１５の端面に集光され、コネクタ１７を介して装置本体１６外部の測定プローブ４に供給される。
測定プローブ４には、その先端面４ａに、例えば、図２に示されるように、中心に１本の照射用光ファイバ１５が配置され、その周囲に間隔をあけて複数本の受光用光ファイバ１９が配置されている。すなわち、測定プローブ４の先端面４ａを生体Ａの表面に密着させた状態でグルコース濃度測定装置１を作動させることにより、測定プローブ４の中心から出射された測定光は、生体Ａ内に入射され、拡散あるいは透過させられた後に、生体Ａ表面に戻り、照射用光ファイバ１５の周囲に配置されている受光用光ファイバ１９によって信号光として受光されるようになっている。

各受光用光ファイバ１９と照射用光ファイバ１５との間の距離は、照射用光ファイバ１５から出射された測定光が、所定の光路長を経て受光用光ファイバ１９に受光されるような距離に設定されている。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１の場合には、グルコースを多く含む真皮領域にまで測定光が進達するように、約０．４〜０．８ｍｍの距離をあけて配置されている。これにより、受光用光ファイバ１９により受光される信号光は、生体Ａ組織内を真皮の深さまで進達した光を多く含んでいるようになる。受光用光ファイバ１９は、束ねられることによりファイババンドルを形成し、他のコネクタ２０により装置本体１６に接続されている。

信号光検出器５は、例えば、ＰｂＳセンサ、あるいは、ＩｎＧａＡｓセンサである。信号光検出器５は、装置本体１６に接続された受光用光ファイバ１９の端面にレンズ２１を介して対向して配置されており、これら受光用光ファイバ１９により受光され伝播されてきた信号光を検出して検出信号を出力するようになっている。

前記演算部６は、信号光検出器５の検出信号を増幅するアンプ２２と、該アンプ２２から出力された電気信号を入力するロックイン検波器２３と、該ロックイン検波器２３の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２４と、該Ａ／Ｄ変換器２４から出力されたディジタル信号に基づいてグルコース濃度を算出するコンピュータ２５とを備えている。
コンピュータ２５においては、Ａ／Ｄ変換器２４から得られた複数の出力信号と、フィルタ制御部８から得られた各出力信号に対応する波長信号とから得られる出力信号のスペクトル分布に基づいて、特定の波長領域、例えば、波長１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値からグルコース濃度が演算されるようになっている。
なお、コンピュータ２５には、図示しない表示部が接続されており、コンピュータ２５において演算されたグルコース濃度値が表示されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１を用いて生体Ａ内の体液のグルコース濃度を測定するには、測定プローブ４の先端面４ａを生体Ａ、例えば、指先の表面に密着させる。なお、測定部位は、指先の他、掌、前腕等でもよい。

この状態で、ＡＳＥ光源２から励起光Ｌ_１を照射する。
ＡＳＥ光源２から発せられた無偏光の励起光Ｌ_１は、第１の偏光素子１１を通過させられることにより、縦偏光光Ｌ_２と横偏光光Ｌ_３とに分離され、別々の方向に出射させられる。一方の横偏光光Ｌ_３はそのままＡＯＴＦ７に入射され、他方の縦偏光光Ｌ_２は第１の旋光子１２を通過させられることによって横偏光光Ｌ_４に変換されてＡＯＴＦ７に入射される。

ＡＯＴＦ７は、該ＡＯＴＦ７により分光する光の波長に対応する周波数の高周波信号をフィルタ制御部８から供給されることにより、入射された光から所定波長の光を分光して出射する。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、ＡＯＴＦ７に別々に入射された２つの横偏光光Ｌ_３，Ｌ_４は、同一の波長の縦偏光光Ｌ_５，Ｌ_７としてＡＯＴＦ７から別々に出射される。そして、一方の縦偏光光Ｌ_５は第２の旋光子１３を通過させられることにより横偏光光Ｌ_６に変換され、他方の縦偏光光Ｌ_７とともに第２の偏光素子１４に入射される。第２の偏光素子１４においては、これら縦偏光光Ｌ_７と横偏光光Ｌ_６とが合波されて、所定の波長を有する無偏光の測定光Ｌ_８としてレンズ１８によって光ファイバ１５端面に入射させられることになる。

光ファイバ１５内に入射された測定光は、測定プローブ４まで光ファイバ１５内を伝達され、その先端面４ａから出射され、生体Ａ内に入射される。
生体Ａ内に入射された測定光は、生体Ａ内を進行する間に、生体Ａ組織に衝突して拡散される。測定光は、通過する生体Ａ組織や体液の成分に応じて、特定の波長領域の光を吸収される。したがって、生体Ａ内で拡散されることにより生体Ａの表面に戻って生体Ａ外に出射された信号光は、通過した生体A組織や体液に応じた特定の波長領域の光量が低下していることになる。

受光用光ファイバ１９は、上述したように照射用光ファイバ１５との間の距離を一定に固定されているので、その距離に応じた深さまで進達した光を多く含む信号光を受光する。本実施形態の場合には、測定光は真皮領域まで進達した後に、受光用光ファイバ１９に受光されるので、受光される光はグルコースの情報を多く含んでいることになる。
受光された光は、受光用光ファイバ１９を介して装置本体１６内に戻され、受光用光ファイバ１９の端面に対向配置されている信号光検出器５により検出される。

信号光検出器５からの出力信号は、演算部６に入力されると、アンプ２２によって増幅される。アンプ２２において増幅された信号光検出器５からの出力信号は、ロックイン検波器２３を通過させられる。これにより、フィルタ制御部８からＡＯＴＦ７に入力された高周波信号に対応する波長の光に関する出力信号のみが抽出される。したがって、抽出された出力信号には、生体Ａに入射された測定光と波長を同じくする生体Ａからの散乱光の情報のみが含まれ、他の波長の光、例えば、外来光に関する情報は除かれている。その結果、外来光等によるノイズの発生を抑制することができる。

そして、ロックイン検波器２３において抽出された出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２４によってディジタル信号に変換させられてコンピュータ２５に入力される。フィルタ制御部８からＡＯＴＦ７に入力される高周波信号の周波数が順次変更されており、コンピュータ２５には、生体Ａに入射させた測定光の波長情報が、フィルタ制御部８から順次供給される。したがって、コンピュータ２５においては、出力信号と波長情報との関係を示す波長特性が求められていくことになる。また、コンピュータ２５は、求めた波長特性の内、所定の波長領域、例えば、波長１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値を求めることにより、生体Ａ内部のグルコース濃度を演算する。そして、演算されたグルコース濃度値は、ディスプレイに表示されることになる。

この場合に、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、ＡＯＴＦ７を通過させられることにより偏光された偏光光Ｌ_５，Ｌ_７を、生体Ａへの入射前に無偏光化するので、ＡＳＥ光源２の特性により生ずるゆらぎノイズを低減することができる。したがって、検出される検出信号に含まれるノイズ量を低減することができ、グルコース濃度の測定精度を向上することができる。

なお、上記実施形態においては、第１の偏光素子１１により分離された縦偏光光Ｌ_２を第１の旋光子１２に入射させることとしたが、横偏光光Ｌ_３を第１の旋光子１２に入射させることにしてもよい。また、ＡＯＴＦ７から出射された２つの偏光光Ｌ_５，Ｌ_７の内、どちらを第２の旋光子１３に入射させることにしてもよい。また、ＡＯＴＦを通過する２つの光路の特性をできるだけ一致させるという観点からは、縦偏光光Ｌ_２，Ｌ_５または横偏光光Ｌ_３，Ｌ_７という位置の組み合わせのどちらかに旋光子を配置することが望ましい。

また、信号光検出器５により検出される信号光の大きさは、生体Ａに入射される光、すなわち、ＡＯＴＦ７から発せられた光の強度の変動とともに変動する。したがって、図３に示されるように、第２の偏光素子１４の後段に、光分岐部２６を設けて参照光を分岐して参照光検出器２７によって検出しておき、コンピュータ２５において、受光された信号光から差し引くことにより、ＡＯＴＦ７から発せられる光の強度変動による信号光強度の変動を除去することが可能となる。光分岐部２６における分岐比率は、測定光に９５％、参照光に５％程度となるように設定されているので、測定光が生体Ａ内で大きく減衰されて得られる信号光と参照光とのレベル差を減少させて強度変動による信号光強度の変動を効果的に除去することができる。この場合に、コンピュータ２５においては、参照光検出器２７からの出力信号に所定の係数をかけることにより、信号レベルを調整してもよい。

光分岐部２６としては、例えば、ビームスプリッタや、光カプラによる方法のものが考えられる。ビームスプリッタの場合に、測定光はビームスプリッタを透過させられ、参照光はビームスプリッタの表面において反射させられる。したがって、測定光は、参照光よりもビームスプリッタを透過した分だけ光が吸収されてしまうことになるので、図４に示されるように、ビームスプリッタ２６による分岐後の参照光側の光路に、ビームスプリッタ２６と同じ吸収特性を有する補正用光学素子２８を挿入することにしてもよい。

また、光源としてＡＳＥ光源を用いた場合について説明したが、これに代えて、ハロゲンランプ、タングステンハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ＳＬＤ、ＬＥＤなどを用いることとしてもよい。
また、光源として無偏光光を発生するＡＳＥ光源を用いたが、例えば直線偏光出力のＡＳＥ光源を用いてもよい。この場合、縦偏光と横偏光の中間の４５°の偏光面を有する光を検出器に入射させることとなり、これによっても光学系の偏光特性の影響を低減することができる。

また、分光器としてＡＯＴＦを用いたが、これに代えて、分散型の分光器、特に回折格子を用いてもよい。回折格子によれば、＋１次光と−１次光がそれぞれ完全な直線偏光とはならず直線偏光と無偏光との間の中間状態になるが、これらを合波することにより光学系の偏光特性の影響を低減することができる。しかしながら、回折格子の場合、特定の次数の回折効率が高くなるように回折格子の断面形状が最適化されているのが一般的であり、他方の回折効率が低くなっているので、２つの回折次数光を合波しても改善効果はＡＯＴＦの場合より低い。したがって、本発明はＡＯＴＦを用いた場合に、より効果的である。

次に、本発明の第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置３０について、図５を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明においては、図１に示される第１の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態に係るグルコース濃度測定装置３０は、図５に示されるように、ＡＳＥ光源２から発せられる無偏光の励起光Ｌ_１を直接ＡＯＴＦ７に入射させる点、ＡＯＴＦ７の後段に、ＡＯＴＦ７から出射された光Ｌ_９，Ｌ_１０を入射させて光ファイバ１５の端面に集光する集光レンズ３１を備えている点、および、ＡＯＴＦ７の後段の集光レンズ３１の中心位置近傍に０次光Ｌ_１１を遮断する遮光部材３２が配置されている点において、図１に示される第１の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１と相違している。

本実施形態に係るグルコース濃度測定装置３０によれば、ＡＳＥ光源２から発せられた無偏光光Ｌ_１が直接ＡＯＴＦ７に入射させられるので、ＡＯＴＦ７からは、例えば、入射された横偏光光を分光した結果得られる縦偏光光である＋１次光Ｌ_９と、入射された縦偏光光を分光した結果得られる横偏光光である−１次光Ｌ_１０とが、中央から出射される０次光Ｌ_１１を中心として別々の方向に出射される。
本実施形態においては、遮光部材３２の作動により０次光Ｌ_１１が集光レンズ３１に入射されるのが防止され、その周囲に出射されている＋１次光Ｌ_９と−１次光Ｌ_１０とが集光レンズ３１によって光ファイバ１５の端面に集光される。その結果、光ファイバ１５内には、縦偏光光Ｌ_９と横偏光光Ｌ_１０とが合波された状態の無偏光光が入射されるので、生体Ａへの照射および信号光検出器５による検出を無偏光光によって行うことができる。

すなわち、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置３０によっても、第１実施形態に係るグルコース濃度測定装置１と同様に、検出信号に含まれるゆらぎノイズ量を低減することができ、グルコース濃度を精度よく測定することができる。また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置３０によれば、構造が簡単で低コストに製造することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るグルコース濃度測定装置４０について、図６を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においても同様に、第１、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１，３０と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態に係るグルコース濃度測定装置４０は、図６に示されるように、ＡＳＥ光源から発せられる無偏光光Ｌ_１を直接ＡＯＴＦ７に入射させる点において、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置３０と同様である。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置４０は、ＡＯＴＦ７の後段に、ＡＯＴＦ７から出射された＋１次光Ｌ_９と−１次光Ｌ_１０とをそれぞれ集光させる集光レンズ４１，４２と、該集光レンズ４１，４２により集光された偏光光Ｌ_９，Ｌ_１０をそれぞれ入射させる端面を有する偏波面保存（ＰＡＮＤＡ：Polarization
maintaining AND Absorption reducing）ファイバ４３，４４と、該偏波面保存ファイバ４３，４４から出射された偏光光Ｌ_９，Ｌ_１０を平行光にするコリメートレンズ４５．４６と、平行光にされた２つの偏光光Ｌ_９，Ｌ_１０を合波する偏光ビームスプリッタ４７とを備えている。

本実施形態に係るグルコース濃度測定装置４０によれば、ＡＳＥ光源２から発せられた無偏光光Ｌ_１が直接ＡＯＴＦ７に入射され、ＡＯＴＦ７からは、例えば、入射された横偏光光を分光した結果得られる縦偏光光である＋１次光Ｌ_９と、入射された縦偏光光を分光した結果得られる横偏光光である−１次光Ｌ_１０とが、中央から出射される０次光を中心として別々の方向に出射される。ＡＯＴＦ７から出射された＋１次光Ｌ_９および−１次光Ｌ_１０は、それぞれ偏波面保存ファイバ４３，４４によって導かれるので、偏光方向を保持したまま偏光ビームスプリッタ４７に入射される。

偏光ビームスプリッタ４７には、例えば、一方の偏波面保存ファイバ４３によって導かれてきた縦偏光光である＋１次光Ｌ_９を透過させ、他方の偏波面保存ファイバ４４によって導かれてきた横偏光光である−１次光Ｌ_１０を反射して９０°偏向させる。これによって、＋１次光Ｌ_９と−１次光Ｌ_１０の偏光ビームスプリッタ４７からの出射方向が一致させられるので、＋１次光Ｌ_９−１次光Ｌ_１０とが合波され、無偏光光Ｌ_１１としてレンズ１８によって光ファイバ１５の端面に集光されることになる。

この場合において、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置４０によれば、偏波面保存ファイバ４３，４４を通して偏光ビームスプリッタ４７まで伝送しているので、偏光方向が保持されたまま偏光ビームスプリッタ４７に入射される。これにより、入射された２つの偏光光Ｌ_９，ｌ_１０は偏光ビームスプリッタ４７において無駄なく透過または反射させられ、効率よく合波されることになる。その結果、光源２から発せられた光を無駄なく利用して光量を増大させ、生体Ａから得られる情報量を増大させてＳ／Ｎ比を向上することができるとともに、縦偏光光と横偏光光とが合波された状態の無偏光光Ｌ_１１によって、生体Ａへの照射および信号光検出器５による検出が行われるので、ゆらぎノイズを低減して、測定精度を向上することができる。

なお、図３においては、信号光検出器５および参照光検出器２７からの出力信号をそれぞれ別個のアンプ２２で増幅し、別個のロックイン検波器２３およびＡ／Ｄ変換器２４を介してコンピュータ２５に入力し、該コンピュータ２５において差分処理を行うこととしたが、これに代えて、信号光検出器５および参照光検出器２７からの出力信号を差動アンプに入力することにより、得られた差分信号を単一のロックイン検波器およびＡ／Ｄ変換器を介してコンピュータ２５に入力することにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るグルコース濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。 図１のグルコース濃度測定装置の測定プローブ先端面を示す図である。 図１のグルコース濃度測定装置において、参照光を検出する場合の変形例を示す図である。 図３の光分岐部としてビームスプリッタを用いる場合の補正用光学素子を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態に係るグルコース濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。

符号の説明

Ａ 生体
１，３０，４０ グルコース濃度測定装置
２ ＡＳＥ光源（無偏光光源、光源）
５ 信号光検出器（光検出器）
７ ＡＯＴＦ（分光器）
８ フィルタ制御手段（分光器）
１１ 第１の偏光素子（光学手段）
１２ 第１の旋光子（光学手段）
１３ 第２の旋光子（光学手段）
１４ 第２の偏光素子（光学手段）
３１ 集光レンズ（光学手段）
３２ 遮光手段
４３，４４ 偏波面保存ファイバ
４７ 偏光ビームスプリッタ

Claims (5)

1. 生体に照射する光を発生する光源と、該光源から発せられた光を分光する分光器と、該分光器において分光された後、生体内において拡散または透過した光を検出する光検出器とを備え、各波長における吸光度に基づいて生体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置であって、
   前記分光器において分光された光を無偏光化して生体に入射させる光学手段を備え、
   該光学手段が、前記分光器の入口側に配置され、光源から発せられた光を別々の偏光方向を有する２つの偏光光に分離する第１の偏光素子、および、該第１の偏光素子において分離された偏光光の一方を入射させ、他方の偏光光に偏光方向を一致させる第１の旋光子と、前記分光器の出口側に配置され、該分光器から出射される２つの偏光光の一方を入射させ、他方の偏光光と偏光方向を異ならせる第２の旋光子、および、異なる偏光方向を有する２つの偏光光を合波して無偏光化する第２の偏光素子とを備えるグルコース濃度測定装置。
2. 生体に照射する光を発生する光源と、該光源から発せられた光を回折手段を用いて分光する分光器と、該分光器において分光された後、生体内において拡散または透過した光を検出する光検出器とを備え、各波長における吸光度に基づいて生体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置であって、
   前記分光器において分光された＋１次光と−１次光とを合波して生体に入射させる光学手段を備えるグルコース濃度測定装置。
3. 前記光学手段が、前記分光器の出口側に配置され、＋１次光と−１次光とを入射させて集光させる集光レンズと、該集光レンズと分光器との間に配置され、分光器から発せられた０次光を遮断する遮光手段とを備える請求項２に記載のグルコース濃度測定装置。
4. 前記光学手段が、前記分光器の出口側に配置され、＋１次光と−１次光とを入射させて、一方を透過させ、他方を反射させることで合波する偏光ビームスプリッタを備える請求項３に記載のグルコース濃度測定装置。
5. 前記分光器と前記偏光ビームスプリッタとの間に配置され、＋１次光と−１次光とを別々に伝送する偏波面保存ファイバを備える請求項４に記載のグルコース濃度測定装置。

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