JP2015031670A - 成分濃度分析装置及び成分濃度分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象成分の成分濃度の測定精度を改善すること。【解決手段】第２の光源１０６からの光の波長λ２を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号Ｓｒの変化を求め、その波長範囲での吸光度変化に対する規格化用光音響信号Ｓｒの変化の比を比例係数Ｃ’として算出し、合波された光を照射した際に検出される差分光音響信号Ｓｄを当該比例係数Ｃ’で除算することにより被測定物内のグルコース等による吸光度α（ｇ）を求めてその成分濃度を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、人間又は動物の成分濃度を非侵襲に測定する技術に関する。

血液を採取することなく血糖値等の成分濃度を測定する成分濃度分析装置がある（特許文献１）。皮膚内に電磁波を照射して血液成分に吸収させ、血液成分からの熱放射によって局所的に熱膨張を起こし、その熱膨張によって生体内から発生する音波を観測する光音響法が用いられる。

具体的には、互いに逆相な波長λ_１と波長λ_２の２つの強度変調光を合波して被測定物に出射する。そして、その被測定物の成分に吸収されて発生する音波を検出し、その音波の大きさから被測定物内の測定対象成分の濃度を測定する。

ここで、例えば、波長λ_１と波長λ_２は、被測定物内の背景成分である水による吸収度が互いに等しくなるように設定されている。また、波長λ_１は、被測定物内の測定対象成分であるグルコースによる吸収度が極大になるように設定されている。

このような異なる２つの波長の光を出射した場合、波長λ_１の光をグルコースと水の両方が吸収して被測定物から発生する音波と、波長λ_２の光を水が吸収して被測定物から発生する音波とは、周波数が等しくかつ逆位相であることから、被測定物の内部で重畳し、音波の差として、グルコースが吸収して被測定物から発生する音波の大きさのみが残留する。

すなわち、検出された音波の大きさＡ_ｄは、波長λ_１の光のみを用いて計測した音波の大きさＡ_１と波長λ_２の光のみを用いて計測した音波の大きさＡ_２との差分に相当し、グルコースの吸収のみに基づく大きさとなる。

また、Ａ_ｄは、被測定物に照射する光の大きさＩと被測定物の吸光度αとの積に比例するため、式（１）が成立する。Ｃは、音波測定系の誤差の要因を含んだ比例係数である。

Ａ_ｄ＝Ｃ×（α×Ｉ） ・・・（１）
さらに、被測定物の吸光度αは、水による光の吸光度α^（ｗ）が差分検出により相殺するため、式（２）に示すように、グルコースによる光の吸光度α^（ｇ）に等しい値と考えることができる。

α＝α^（ｇ）＋α^（ｗ）＝α^（ｇ） ・・・（２）
そして、式（２）を式（１）に代入して変形し、変形後の式（３）にＡ_ｄとＣ’の夫々の値を代入してα^（ｇ）の値を求め、求めたα^（ｇ）からグルコースの成分濃度を算出する。

α^（ｇ）＝Ａ_ｄ÷（Ｃ×Ｉ）＝Ａ_ｄ÷Ｃ’ ・・・（３）
このとき、Ｉを含むＣ’は、制御又は予想が困難な係数である。例えば、音響結合、音波検出器の感度、光出射端部と被測定物との間の距離、被測定物の比熱、被測定物の熱膨張係数、被測定物での音速、発振器の発振周波数、被測定物の吸光度にも依存する未知数である。

そこで、従来では、２つの光のうち一方の光を用いて検出した規格化用音波の大きさＡ’で比例係数Ｃ’を規格化していた。つまり、規格化用音波の大きさＡ’を比例係数Ｃ’とし、Ａ_ｄをＡ’で除算することによりα^（ｇ）を求めていた。

参考までに、従来の成分濃度分析方法の処理フローを図９に示す。

特開２００７−８９６６２号公報

しかしながら、吸光度αに依存しないことを前提に比例係数Ｃ’を規格化しているため、音波測定系を備えるキャビティ内や被測定物内での共振モードの発生によって比例係数Ｃ’が吸光度αに強く依存する場合、比例係数Ｃ’を規格化できず定量誤差が生ずるという課題があった。

つまり、検出された音波の振幅及び位相は、被測定物内での音響共振により、キャビティのサイズや被測定物の内部構造に依存している。そのため、それらの変動により検出音波の振幅及び位相が変化し、定量誤差が生じてしまう。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、測定対象成分の成分濃度の測定精度を改善することを目的とする。

請求項１に記載の成分濃度分析装置は、同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる２つの波長の光をそれぞれ出力する光出力手段と、前記２つの光を合波する光合波手段と、前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射手段と、前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出手段と、前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出手段と、を有し、前記成分濃度算出手段は、前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出し、前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求め、当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。

請求項２に記載の成分濃度分析装置は、請求項１に記載の成分濃度分析装置において、前記成分濃度算出手段は、温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。

請求項３に記載の成分濃度分析装置は、請求項１又は２に記載の成分濃度分析装置において、前記成分濃度算出手段は、前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。

請求項４に記載の成分濃度分析装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の成分濃度分析装置において、前記成分濃度算出手段は、前記測定対象成分の吸光度変化よりも被測定物内の被測定対象成分の吸光度変化が大きい波長範囲で掃引することを要旨とする。

請求項５に記載の成分濃度分析装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の成分濃度分析装置において、前記２つの波長は、被測定物内の被測定対象成分の呈する吸収が互いに等しくなるように設定され、前記２つの波長のうち一方の波長は、前記測定対象成分の呈する吸収が極大となるように設定されていることを要旨とする。

請求項６に記載の成分濃度分析方法は、同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる２つの波長の光をそれぞれ出力する光出力ステップと、前記２つの光を合波する光合波ステップと、前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射ステップと、前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出ステップと、前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出ステップと、を有し、前記成分濃度算出ステップは、前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出するステップと、前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求めるステップと、当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出するステップと、を有することを要旨とする。

請求項７に記載の成分濃度分析方法は、請求項６に記載の成分濃度分析方法において、前記成分濃度算出ステップは、温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。

請求項８に記載の成分濃度分析方法は、請求項６又は７に記載の成分濃度分析方法において、前記成分濃度算出ステップは、前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。

以上より、本発明によれば、一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、その波長範囲での吸光度変化に対する規格化用光音響信号の変化の比を算出し、合波された光を照射した際に検出される光音響信号を当該比で除算することにより被測定物内の測定対象成分の吸光度を求めるため、測定対象成分の成分濃度の測定精度を向上することができる。

本発明によれば、測定対象成分の成分濃度の測定精度を向上できる。

第１の実施の形態に係る成分濃度分析装置の基本構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る成分濃度分析方法の処理フローを示す図である。 水とグルコース水溶液の吸光度スペクトル特性を示す図である。 第１の実施の形態に係る吸光度と規格化用光音響信号の振幅との関係を示す図である。 グルコース水溶液の吸光度温度依存特性を示す図である。 第２の実施の形態に係る成分濃度分析装置の基本構成を示す図である。 第２の実施の形態に係る成分濃度分析方法の処理フローを示す図である。 第２の実施の形態に係る吸光度と規格化用光音響信号の振幅との関係を示す図である。 従来の成分濃度分析方法の処理フローを示す図である。

本発明は、被測定物の吸光度変化による音源分布の変化に対する光音響信号の比例係数を校正することにより、測定対象成分の成分濃度の測定精度を向上するようにしている。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る成分濃度分析装置１の基本構成を示す図である。この成分濃度分析装置１は、発振器１０１と、第１の駆動回路１０２と、第１の光源１０３と、１８０°移相器１０４と、第２の駆動回路１０５と、第２の光源１０６と、光合波器１０７と、音波検出器１０９と、増幅器１１０と、波形観測器１１１と、記録・演算装置１１２とを備えて構成される。以下、説明する。

発振器１０１は、第１の光源１０３と第２の光源１０６から出力される夫々の光を強度変調するための変調信号を出力する。１８０°移相器１０４は、発振器１０１からの変調信号のうち一方を反転して出力する。

第１の駆動回路１０２は、発振器１０１からの変調信号を基に第１の光源１０３を駆動させる。また、第２の駆動回路１０５は、１８０°移相器１０４で反転された変調信号を基に第２の光源１０６を駆動させる。

第１の光源１０３は、第１の駆動回路１０２からの信号により波長λ_１の光を強度変調して出力する。また、第２の光源１０６は、第２の駆動回路１０５からの信号により波長λ_２の光を強度変調して出力する。これにより、異なる２つの波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出力することができる。なお、波長λ_２は可変可能である。

ここで、波長λ_１と波長λ_２は、被測定物３を構成している背景成分（被測定対象成分）の呈する吸収が互いに等しくなるように設定されている。例えば、被測定物３が生体であり、測定対象成分がグルコースやコレステロールの場合、被測定物３の大部分を示す水による吸収度が互いに等しい波長である。

また、波長λ_１は、測定対象成分の呈する吸収が極大となるように設定されている。例えば、グルコースやコレステロールによって最も良く吸収される波長である。１６００ｎｍ又は２１００ｎｍであることが好ましい。このとき、第１の光源１０３から出力される連続光が測定光となり、第２の光源１０６から出力される連続光が参照光となる。

このような第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、波長を可変可能であり、連続的に強度変調した光を出力可能な光源であればよい。例えば、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）半導体レーザを用いることができる。また、波長可変レーザを用いる場合、温度調整により発振周波数を変化させる方法や外部共振器を用いる方法等がある。その他、固体レーザも用いることも可能であり、プリズムや回折格子等の分散素子を利用して所定の波長を取り出すようにしてもよい。

光合波器１０７は、第１の光源１０３からの測定光と第２の光源１０６からの参照光とを合波し、合波された光又は合波されていない一方の光（測定光又は参照光）のみを光ファイバ１０８により先端の光出射端部まで導いて被測定物３に照射する。被測定物３の表面形状に合わせて、光出射端部に直角プリズム、光ファイバコリメータ、フィルール等を接着してもよい。

音波検出器１０９は、光合波器１０７の光出射端部から一定距離の位置に配置され、光合波器１０７から出射された光により被測定物３の内部で発生する音波を検出し、その音波の大きさ（振幅）に比例した電気信号に変換して光音響信号として出力する。例えば、マイクロフォンや圧電素子を用いることができる。

具体的には、低電圧電源（不図示）から第１の駆動回路１０２及び第２の駆動回路１０５に電圧が供給された場合には、合成光を用いて音波を検出し、測定光と参照光との差分を大きさＡ_ｄとする差分光音響信号Ｓ_ｄを出力する。また、低電圧電源から第２の駆動回路１０５にのみ電圧が供給された場合には、参照光のみを用いて音波を検出し、規格化用光音響信号Ｓ_ｒを出力する。

増幅器１１０は、音波検出器１０９から出力された光音響信号を増幅する。波形観測器１１１は、増幅後の光音響信号の振幅及び位相を測定する。波形観測器１１１に加え、位相検波増幅器により検波増幅して光音響信号の振幅及び位相を測定してもよい。

記録・演算装置１１２は、被測定物３を構成している背景成分（被測定対象成分）と測定対象成分の夫々の吸収度スペクトルを記憶しておくデータベースを備え、測定された差分光音響信号Ｓ_ｄと規格化用光音響信号Ｓ_ｒとの振幅及び位相から測定対象成分の濃度を算出する。例えば、メモリやＣＰＵを備えたコンピュータ等を用いることができる。

次に、成分濃度分析装置１で行う成分濃度分析方法について説明する。図２は、成分濃度測定方法の処理フローを示す図である。

まず、波長可変光源である第２の光源１０６のみを動作させ、波長λ_２を所定の波長範囲で掃引し、その掃引の際に検出された光音響信号を規格化用光音響信号Ｓ_ｒとしてその変化を波形観測器１１１や記録・演算装置１１２で計測する（ステップＳ１０１）。

ここで、常温における水とグルコース水溶液の吸光度スペクトル特性を図３に示す。縦軸は吸光度αを示し、横軸は光の波長λを示している。また、実線は水の吸光度特性を示し、破線はグルコース水溶液の吸光度特性を示している。

本実施の形態では、水の吸光度の変化が大きい１．３μ帯における波長λ_２０から波長λ_２１の間を波長範囲とする。波長範囲は、分析する成分濃度に対する吸光度変化よりも水の吸光度変化の十分大きくなる範囲であればよく、例えば、数ナノ〜数十ナノメートルの範囲とする。特に１．３μ帯においては、例えば、生理血糖値の十倍に相当する吸光度の変化が生じる数ナノメートルの範囲としてもよい。

また、波長範囲は、短波長帯側である１．３μ帯、長波長帯側である１．５μ帯のいずれを用いてもよい。すなわち、図３より、１．５μ帯における波長λ_２０’から波長λ_２１’の間を波長範囲としてもよいし、更には、第１の光源１０３を波長可変光源としてもよい。

ここで、波長λ_２０から波長λ_２１の間を波長範囲とした場合における、吸光度αと規格化用光音響信号Ｓ_ｒの大きさＡ_ｒとの関係を図４に示す。縦軸は規格化用光音響信号Ｓ_ｒの大きさＡ_ｒを示し、横軸は吸光度αを示している。なお、吸光度は、分光器等により予め計測した既知の吸光度スペクトルの値を用いている。

図４から分かるように、被測定物３の吸光度αと規格化用光音響信号Ｓ_ｒの大きさＡ_ｒとは比例関係にある。すなわち、前述の式（１）に示したように、Ａ_ｒ＝Ｃ×（α×Ｉ）＝Ｃ’×αが成立している。

そこで、次に、記録・演算装置１１２において、ステップＳ１０１の測定結果を用いて、最小自乗法等により吸光度αの変化に対する規格化用光音響信号Ｓ_ｒの変化の比を直接的に求めることにより、前述の比例係数Ｃ’を算出し、記録する（ステップＳ１０２）。

つまり、従来は規格化用音波の大きさＡ’で比例係数Ｃ’を規格化していたが、本実施の形態では、吸光度αの変化に対する規格化用光音響信号Ｓ_ｒの変化の比を比例係数Ｃ’とする。

なお、被測定物３に照射する光の大きさＩは、フォトディテクターにより検出して記録し後に校正してもよいし、フォトディテクターの出力電圧をモニタして第２の光源１０６からの出力が一定となるように制御してもよい。

次に、第１の光源１０３及び第２の光源１０６を共に動作させ、波長λ_１の測定光と波長λ_２の参照光とを合波した光を光合波器１０７から出射し、合波光により被測定物３の内部で発生する音波を音波検出器１０９で検出して、その音波に基づく差分光音響信号Ｓ_ｄの大きさＡ_ｄを波形観測器１１１で計測し記録・演算装置１１２で記録する（ステップＳ１０３）。

ここで、本実施の形態では、波長λ_１と波長λ_２が、被測定物３の大部分を占める水による吸収度が互いに等しくなるように設定されている。また、波長λ_１は、グルコースによる吸収度が極大になるように設定されている。このような異なる２つの波長の光を出射すると、グルコースが吸収して被測定物から発生する音波の大きさのみが検出されるため、測定光と参照光との差分に基づく差分光音響信号Ｓ_ｄの大きさＡ_ｄが計測される。

次に、記録・演算装置１１２において、ステップＳ１０３で計測された差分光音響信号Ｓ_ｄの大きさＡ_ｄと、ステップＳ１０２で算出された比例係数Ｃ’を前述の式（３）に代入して計算することにより、グルコースによる光の吸光度α^（ｇ）（＝Ａ_ｄ÷Ｃ’）を計算し（ステップＳ１０４）、被測定物３のモル濃度Ｍを式（４）から算出する（ステップＳ１０５）。α_０ ^（ｇ）は、分光器等により予め求めた既知の値である。

Ｍ＝α^（ｇ）÷α_０ ^（ｇ） ・・・（４）
なお、新たな測定の都度、式（４）に従いモル濃度Ｍを求めてもよいが、さらに連続的に測定する場合には、差分光音響信号Ｓ_ｄの大きさＡ_ｄの変化から吸光度変化Δα^（ｇ）を式（５）から算出してもよい。

Δα^（ｇ）＝ΔＡ_ｄ÷Ｃ’ ・・・（５）
Δα^（ｇ）は式（６）に示すように被測定物３のモル濃度変化ΔＭとモル吸光度α_０ ^（ｇ）の積に対応するため、記録・演算装置１１２において、それを変形した式（７）に式（５）の計算結果を代入してグルコースのモル濃度変化ΔＭを算出する。

Δα^（ｇ）＝ΔＭ×α_０ ^（ｇ） ・・・（６）
ΔＭ＝Δα^（ｇ）÷α_０ ^（ｇ） ・・・（７）
以上、成分濃度分析方法について説明した。なお、比例係数Ｃ’は、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の実行前に求めてもよいし、Ｓ１０３以降での測定毎に求めてもよい。

また、式（４）によらず、実際の採血測定により、モル濃度Ｍの初期値を求めた後に、差分光音響信号Ｓ_ｄの大きさの変化ΔＡ_ｄを測定して、被測定物３のモル濃度変化ΔＭを求めてもよい。

ここで、背景成分や測定対象成分の吸収度スペクトルは、波長λの値により温度に依存して変化する。グルコース水溶液の吸光度温度依存特性を図５に示す。縦軸は吸光度αを示し、横軸は温度ｔｅｍｐを示している。

温度変化により吸光度が大きく変化する場合、例えば、温度変化によるグルコースの吸光度変化Δα_ｔｅｍｐ ^（ｇ）を直接計測して既知の吸光度スペクトルから求めるか、若しくは、光の吸収量から温度変化ΔＴを推定計算して既知の吸光度スペクトルから求めるようにする。

この場合、式（６）をΔα^（ｇ）＝ΔＭ×α_０ ^（ｇ）＋Δα_ｔｅｍｐ ^（ｇ）と記述できるため、それを変形した式（８）を用いてグルコースのモル濃度変化ΔＭを算出する。

ΔＭ＝（Δα^（ｇ）−Δα_ｔｅｍｐ ^（ｇ））÷α_０ ^（ｇ） ・・・（８）
以上より、本実施の形態によれば、第２の光源１０６からの光の波長λ_２を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号Ｓ_ｒの変化を求め、その波長範囲での吸光度変化に対する規格化用光音響信号Ｓ_ｒの変化の比を比例係数Ｃ’として算出し、合波された光を照射した際に検出される差分光音響信号Ｓ_ｄを当該比例係数Ｃ’で除算することにより被測定物内のグルコース等による光の吸光度α^（ｇ）を求めるので、被測定物３の吸光度変化による音源分布の変化に対する光音響信号の比例係数Ｃ’が校正されていることから、測定の定量誤差が低減され、人間又は動物に含まれる測定対象の成分濃度の測定精度を向上できる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る成分濃度分析装置１の基本構成を示す図である。この成分濃度分析装置１は、発振器１０１の周波数が可変であり、それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。

被測定物３の内部では複数の共振モードが形成される可能性がある。また、夫々の共振モードにおいて規格化用光音響信号Ｓ_ｒの大きさＡ_ｒと比例係数Ｃ’は異なっている。そこで、本実施の形態では、変調周波数ｆを変化させ、規格化用光音響信号Ｓ_ｒの大きさＡ_ｒが所定の信号雑音比（ＳＮ比）を満たしつつも、共振モード間で最も比例係数Ｃ’が大きい、すなわち、最も感度が高いモードを選択することにより最適化を行うようにする。

具体的には、まず、背景成分の吸光度と被測定物３の吸光度の比からＳＮ比を決定する。例えば、水と生理グルコース濃度の吸光度比からおよそ１０００以上と決定する。

そして、発振器１０１の周波数ｆを掃引しつつ、決定したＳＮ比の範囲内において図４に示したような吸光度αと規格化用光音響信号Ｓ_ｒの大きさＡ_ｒの関係を計測し、先のＳＮ比を満たしつつ比例係数Ｃ’が最大となる周波数ｆ_ｍａｘを求める。そして、その周波数ｆ_ｍａｘを測定用周波数として発振器１０１に設定し、図２に示したステップＳ１０３〜ステップＳ１０５を実行する。

以下、図７を参照しながら、本実施の形態に係る成分濃度分析方法について説明する。

まず、発振器１０１の周波数ｆをｆ_１に変更する（ステップＳ２０１）。次に、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０２と同様の処理を実行（ステップＳ２０２〜ステップＳ２０３）し、周波数ｆの変更回数の上限に到達するまでステップＳ２０１〜ステップＳ２０３を繰り返し実行する（ステップＳ２０４）。

このときに計測される吸光度αと規格化用光音響信号Ｓ_ｒの大きさＡ_ｒとの関係を図８に示す。例えば、発振器１０１の周波数ｆをｆ_１〜ｆ_３に変更して夫々について測定した場合、各周波数に対応する規格化用光音響信号Ｓ_ｒが夫々測定される。

そこで、次に、記録・演算装置１１２において、測定された複数の規格化用光音響信号Ｓ_ｒに対応する各比例係数Ｃ_１’〜Ｃ_３’を求め、それら複数の比例係数Ｃ_１’〜Ｃ_３’のうち値が最大となる比例係数Ｃ’に対応する規格化用光音響信号Ｓ_ｒの周波数ｆ_ｍａｘを特定し、測定用周波数として発振器１０１に設定する（ステップＳ２０５）。以降、ステップ１０３〜ステップＳ１０５と同様の処理を実行する（ステップＳ２０６〜ステップＳ２０８）。

以上より、本実施の形態によれば、周波数ｆを可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号Ｓ_ｒから比例係数Ｃ’の最も大きい規格化用光音響信号Ｓ_ｒの周波数ｆ_ｍａｘを特定し、その周波数ｆ_ｍａｘを用いてグルコース等による光の吸光度α^（ｇ）を求めるので、小さい吸光度変化に対しても大きい振幅変化が得られることから感度が向上し定量限界を下げることができ、測定対象の成分濃度の測定精度を更に向上できる。

１…成分濃度分析装置
１０１…発振器
１０２…第１の駆動回路
１０３…第１の光源（光出力手段）
１０４…１８０°移相器
１０５…第２の駆動回路
１０６…第２の光源（光出力手段）
１０７…光合波器（光合波手段、光照射手段）
１０８…光ファイバ（光照射手段）
１０９…音波検出器（音波検出手段）
１１０…増幅器
１１１…波形観測器
１１２…記録・演算装置（成分濃度算出手段）
３…被測定物
Ｓ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ２０１〜Ｓ２０８…ステップ

Claims (8)

1. 同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる２つの波長の光をそれぞれ出力する光出力手段と、
   前記２つの光を合波する光合波手段と、
   前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射手段と、
   前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出手段と、
   前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出手段と、を有し、
   前記成分濃度算出手段は、
   前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出し、前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求め、当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする成分濃度分析装置。
2. 前記成分濃度算出手段は、
   温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載の成分濃度分析装置。
3. 前記成分濃度算出手段は、
   前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の成分濃度分析装置。
4. 前記成分濃度算出手段は、
   前記測定対象成分の吸光度変化よりも被測定物内の被測定対象成分の吸光度変化が大きい波長範囲で掃引することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成分濃度分析装置。
5. 前記２つの波長は、被測定物内の被測定対象成分の呈する吸収が互いに等しくなるように設定され、前記２つの波長のうち一方の波長は、前記測定対象成分の呈する吸収が極大となるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成分濃度分析装置。
6. 同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる２つの波長の光をそれぞれ出力する光出力ステップと、
   前記２つの光を合波する光合波ステップと、
   前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射ステップと、
   前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出ステップと、
   前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出ステップと、を有し、
   前記成分濃度算出ステップは、
   前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出するステップと、
   前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求めるステップと、
   当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出するステップと、を有することを特徴とする成分濃度分析方法。
7. 前記成分濃度算出ステップは、
   温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項６に記載の成分濃度分析方法。
8. 前記成分濃度算出ステップは、
   前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の成分濃度分析方法。

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