JP2016107115A - 計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
但し、A:測定された尿の旋光角[deg]
Ah:妨害旋光性物質によって発現する旋光角の最大値[deg]
Al:妨害旋光性物質によって発現する旋光角の最小値[deg]
α:旋光性物質の比旋光度[deg/cm・dl/kg]
L:測定光路長[cm]
の範囲であると判定する尿検査方法が記載されている。
請求項2に記載の発明は、前記瞼を開かせるように前記開瞼手段を駆動する駆動源を有することを特徴とする請求項1に記載の計測装置である。
請求項3に記載の発明は、前記開瞼手段は、被計測者の上眼瞼を抑える上眼瞼抑え部と、被計測者の下眼瞼を抑える下眼瞼抑え部と、に分離されていることを特徴とする請求項1または2に記載の計測装置である。
請求項4に記載の発明は、前記出射手段および前記受光手段は、前記上眼瞼抑え部と前記下眼瞼抑え部との間において、一方が目頭側に配置され、他方が目尻側に配置されることを特徴とする請求項3に記載の計測装置である。
請求項2の発明によれば、駆動源を備えない場合に比べ、瞼を閉じた状態で計測装置を適用することが可能となり、被計測者の心理的な不安が低減される。
請求項3の発明によれば、上眼瞼抑え部および下眼瞼抑え部を備えない場合に比べ、光路の確保が容易になる。
請求項4の発明によれば、他の配置と比べ、前眼房での光路を長く確保できる。
(光計測装置1)
図1は、本実施の形態が適用される光計測装置1の構成の一例を示す図である。光計測装置1は、被計測者が自らの手で光計測装置1を手で保持して、自ら眼球に装着(適用)することで計測を行える形状をしている。なお、図1に示す眼球10は左目である。
この光計測装置(計測装置)1は、被計測者の眼球10の前眼房13(後述)における眼房水の特性の計測に用いる光学系20、光学系20を制御する制御部40、光学系20および制御部40を保持する保持部50、光学系20を用いて計測されたデータに基づいて眼房水の特性を算出する算出部60、被計測者の瞼に接触し瞼を抑える瞼抑え部70を備えている。
また、本実施の形態が適用される光計測装置1が測定する眼房水の特性とは、眼房水に含まれる光学活性物質による直線偏光の偏光面の回転角(旋光度αM)、円偏光に対する吸色度(円二色性)などをいう。なお、直線偏光の偏光面とは、直線偏光において電界が振動する面をいう。
発光部25は、発光ダイオード(LED)やランプのような波長幅が広い光源であってもよく、レーザのような波長幅が狭い光源であってもよい。なお、波長幅が狭い方が好ましい。また、少なくとも2以上の波長の光を出射するものであってもよい。
偏光子27は、例えば、ニコルプリズムなどであって、入射した光から、予め定められた偏光面の直線偏光を通過させる。
ミラー29は、光路28を折り曲げるものであって、反射の前後において直線偏光をそのまま維持するものが好ましい。偏光面を回転させたり、直線偏光を楕円偏光にしたりするなど、偏光の状態を乱すものは好ましくない。なお、光路28を折り曲げる必要がない場合は、ミラー29を備えなくともよい。
補償子31は、例えばガーネット等を用いたファラデー素子などの磁気光学素子であって、磁場によって直線偏光の偏光面を回転させる。
検光子33は、偏光子27と同様の部材であって、予め定められた偏光面の直線偏光を通過させる。
受光部35は、シリコンダイオードなどの受光素子であって、光の強度に対応した出力信号を出力する。
保持手段の一例である保持部50は、光学系20及び制御部40を保持する略円筒状の筺体であり、被計測者が保持部50を自分の手で保持して、自分の眼球に装着(適用)できる形状をしている。なお、図1に示す保持部50は、円筒を軸方向と平行な面で切断した形状として示しているが、これは、光学系20を見やすくするためである。また、保持部50の形状は、他の形状であってもよく、例えば、断面が四辺形や楕円の筒状であってもよい。また、筒状の筐体において、装着する側と反対側の底面は開放されていてもよいし、他の部材でふさがれていてもよい。
算出部60は、制御部40から計測データを受信し、眼房水の特性を算出する。
図2は、眼球10と光学系20の光路28との関係を説明する図である。なお、図2においては、人(被計測者)を頭側(上側)から見た状態を示している。また、図2では光学系20の一部が、顔内部に埋め込まれているように見えるが、これは顔表面の凹凸形状の関係でそのように見えているだけであり、実際は顔表面上に配置されている。
ここでは、まず眼球10の構造について説明をし、次にこの眼球10と光学系20の光路28との関係について詳細に説明する。
図2に示すように、眼球10は、外形がほぼ球形であって、中央にガラス体11がある。そして、レンズの役割をする水晶体12が、ガラス体11の一部に埋め込まれている。水晶体12の前側に、前眼房13があり、その前側に角膜14がある。水晶体12の周辺部は虹彩に囲まれ、その中心が瞳孔15である。水晶体12に接する部分を除いて、ガラス体11は、網膜16で覆われている。
図2に示すように、光学系20においては、眼房水の特性の計測に用いる光は、発光部25から出射され、光路28に沿って進み、受光部35へと入射する。すなわち、発光部25から出射された光は、偏光子27を通過後、ミラー29により前眼房13を横切る方向(目に平行な方向)に折り曲げられる。そして、前眼房13を横切る方向(内外方向)に通過する。さらに、前眼房13を通過した光は、補償子31、検光子33を介して、受光部35に入射する。
すなわち、発光系21が前眼房13に向けて出射する光が、前後方向における前側に向けて斜めに進むように、発光系21(ミラー29)は配置されている。さらに言い替えると、ミラー29は、眼球10の露出部(前眼房13)の前側頂部よりも、後側(奥側)に配置されている。
また、前眼房13から前後方向における後側に向けて斜めに進む光を受けるように、受光系23(補償子31)は配置されている。さらに言い替えると、補償子31は、眼球10の露出部(前眼房13)の前側頂部よりも、後側に配置されている。
また、光が前眼房13における眼房水を通過する長さである光路長の影響を受ける。このことから、光路長がばらつかないように、上述のように光路28が設定されるとよい。なお、図示の光計測装置1においては、前眼房13を横切るように光路28を設定するので、光路長を長く設定することができる。
そこで、図示の光計測装置1においては、眼球10に対して平行に近い角度で光を入射させ、前眼房13を横切るように光路28を設定するため、図1に示すように、ミラー29を設け、鼻側の光路28を折り曲げることで、スペースを有効に利用しようとしている。なお、光学系20が小型であれば、光路28を折り曲げることは必要でない。
次に、光計測装置1を用いて、前眼房13における眼房水を計測し、眼房水のグルコース濃度の算出する例を説明する。
糖尿病患者は、血液内のグルコース濃度により、投与するインスリンの量が制御される。よって、糖尿病患者には、血液内のグルコース濃度を常に把握することが求められる。そして、血液中のグルコース濃度の計測としては、指先などを注射針で穿刺し、微量な血液を採取する方法がある。しかし、この方法においては、微量の血液であっても採血時には痛みを感じ、精神的な負担を伴う。そこで、穿刺などの侵襲式検査法に代わる、非侵襲式検査法の要求が高まっている。
そこで、本実施の形態が適用される光計測装置1においては、この眼房水を利用しながら、旋光性を備えるグルコースなどの濃度を光学的に計測する。
さて、眼房水に含まれるグルコースなどの光学活性物質の濃度などを光学的に計測する手法において、設定することのできる光路は以下の2つがある。
1つは、図2に示す構成とは異なり、眼球10に対して垂直に近い角度、すなわち前後方向に沿って光を入射させ、角膜14と眼房水との界面又は眼房水と水晶体12との界面で光を反射させ、反射した光を受光(検出)する光路である。もう1つは、図2に示す構成のように、前後方向と交差する角度、具体的には眼球10に対して平行に近い角度で光を入射させ、前眼房13における眼房水を通過した光を受光(検出)する光路である。
図3は、光計測装置1によって、前眼房13における眼房水に含まれる光学活性物質による偏光面の回転角(旋光度)を計測する方法を説明する図である。ここでは、説明を容易にするため、光路28を折り曲げていない(直線である)構成として、ミラー29の記載を省略している。
また、図3に示す発光部25、偏光子27、前眼房13、補償子31、検光子33、および受光部35のそれぞれの間において、光の進行方向から見た偏光の様子を円内の矢印で示している。
偏光子27を通過した直線偏光は、前眼房13における眼房水に含まれる光学活性物質により、偏光面が回転する。図3では、偏光面は角度αM(旋光度αM)回転する。
そして、検光子33を通過した直線偏光を受光部35により受光し、光の強度に対応した出力信号に変換する。
まず、発光部25を出射した光が前眼房13を通過させない状態において、発光部25、偏光子27、補償子31、検光子33、および受光部35を含む光学系20を用いながら、受光部35による出力信号が最小になるよう、補償子31及び検光子33を設定する。図3に示す例において、光が前眼房13を通過させない状態では、偏光子27を通過した直線偏光の偏光面が、検光子33を通過する偏光面と直交している。
この補償子31によって回転させた偏光面の角度が、眼房水に含まれる光学活性物質によって発生した旋光度αMに対応する。ここで、補償子31に印加した磁場の大きさと回転した偏光面の角度との関係は、事前に知られている。したがって、補償子31に印加した磁場の大きさから、旋光度αMが分かる。
なお、算出部60により算出された光学活性物質の濃度は、光計測装置1が備える表示手段(不図示)に表示してもよいし、光計測装置1が備える出力手段(不図示)を介してPC(Personal Computer)などの他の端末装置(不図示)に出力してもよい。
図4は、瞼抑え部70の構成を説明する図である。さらに説明をすると、図4(a)は光計測装置1を後側からみた斜視図であり、図4(b)は瞼抑え部70と瞼との関係を説明する図であり、図4(c)は上眼瞼抑え部71の構成図である。なお、図4(c−1)は上眼瞼抑え部71の上面図、図4(c−2)は上眼瞼抑え部71の正面図、図4(c−3)は上眼瞼抑え部71の側面図、図4(c−4)は図4(c−2)の線IVc−IVcにおける断面図である。
まず、光計測装置1によって眼房水を通過した光を検出して、グルコースなどの濃度を測定する際には、光路の障害となりえる瞼やまつ毛等の影響を抑制するために被計測者の眼(瞼)を開いた状態に維持することが好ましい。
そこで、図4(a)に示すように本実施の形態における光計測装置1は、被計測者の瞼を抑える瞼抑え部70を備える。この瞼抑え部70は、保持部50の後側の端部に設けられる。図示の例においては、瞼抑え部70は、上眼瞼抑え部71と、下眼瞼抑え部72とを備える。また、光計測装置1において、最も後側に突出する部分が、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72である。
なお、図示の例における上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72は、保持部50によって支持される。具体的には、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72は、円筒状の本体50Aの後側の端部に固定して設けられ、かつ光路28に沿って延びる上側支持部50Bおよび下側支持部50Cによってそれぞれ支持される。
付言すると、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72と、発光系21および受光系23とを別体として、鼻やまつ毛などが存在する眼球10周辺の限られた空間にそれぞれ個別に配置しようとすると互いの部材間での干渉が発生しやすくなるところ、保持部50によって一体として支持されることにより、限られた空間における各部材の配置が容易となる。
図4(c)に示すように、上眼瞼抑え部71は断面が円形(図4(c−4)参照)の棒状部材(略円柱状の部材)である。また、上眼瞼抑え部71の瞼に接触する外周面は滑らかに連続した曲面により形成されており、上眼瞼抑え部71の瞼に接触する外周面には角部が形成されていない。
図5(a)乃至(c)は、瞼抑え部70の作用を説明する図である。なお、図5においては、眼球10周辺を内側(鼻側)から外側(耳側)へ向かう向きに見た状態を示している。
次に、図5を参照しながら、瞼抑え部70の作用について説明をする。
上述のように構成された瞼抑え部70(上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72)を被計測者の瞼(上眼瞼18および下眼瞼19)に押し当てることにより、上眼瞼18および下眼瞼19との間に間隙が形成される状態、すなわち瞼が開いた状態が維持される。そして、このことにより、前眼房13の眼房水を通過する光路28(図4参照)が確保される。
まず、図5(a)は、光計測装置1(図1参照)が被計測者に装着(適用)される前、すなわち、瞼抑え部70(上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72)が押しあてられる前の瞼(上眼瞼18および下眼瞼19)の状態を示す。この状態においては、上眼瞼18および下眼瞼19は自由に移動(開閉)できる。
すると、図5(c)に示すように、上眼瞼18および下眼瞼19が眼球10に沿って移動(矢印A2,A3参照)し、瞼が開いた状態となる。より具体的には、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72が、発光系21および受光系23の位置決めに伴う押し付けによって、眼球10の奥側方向の上方および下方に向けて移動することで、上眼瞼18および下眼瞼19が眼球10の奥側方向に向けて押し込められ、これによって瞼が開く。
また、図示の例とは異なり、図5(a)に示す状態よりも大きく瞼(上眼瞼18および下眼瞼19)を開いた状態、言い替えると、目が開かれた通常の状態で、光計測装置1(図1参照)が被計測者に装着される場合がある。この場合であっても、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72がそれぞれ上眼瞼18および下眼瞼19と接触し、上眼瞼18および下眼瞼19の移動を制限した状態となるため、瞼が開いた状態が維持される。なお、図5における上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72の位置や瞼の形状は、実施例の特徴を分かり易く説明するためのものであり、必ずしも実際の部材の位置や瞼の状態を示しているものではない。
また、本実施形態では、後述する実施形態のように、モータM1などの駆動手段によって、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72を、眼球10の奥側方向の上方および下方に向けて移動することで、上眼瞼18および下眼瞼19を眼球10の奥側方向に向けて押し込むように構成してもよい。
図6は、他の実施形態1における光計測装置101の構成を説明する図である。さらに説明をすると、図6(a)は光計測装置101を後側からみた斜視図であり、図6(b)は図6(a)の矢印VIbにおける断面図である。
上述の図1などに示す光計測装置1においては、瞼抑え部70の位置が固定されている構成を説明したが、これに限定されない。例えば、図6(a)に示す光計測装置101のように、瞼抑え部700(上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720)が、移動可能に設けられてもよい。
また、図6(b)に示すように、連結部材713,723は、それぞれ、前側の一端にギア731およびギア733、後側の他端に上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720が接続される。
まず、被計測者の瞼に光計測装置101が装着され、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720が上眼瞼18および下眼瞼19(図4(b)参照)に接触する。
この状態において、例えば被計測者が操作ボタン740を操作することにより、モータM1が駆動する。このモータM1の駆動に伴い、ギア731,733および連結部材713,723を介して、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720が互いに離間する向きに移動する(矢印B1,B2参照)。このことにより、上眼瞼18および下眼瞼19が開かれる。このようにして、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720が開いた状態で、光計測装置101が眼球10に対して位置決めされた状態となる。
なお、例えば、保持部500の一部分が被計測者の眼球10周辺の部位(額や頬など)に当接して光計測装置101の前後方向の位置決めがされ、その状態において、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720が上眼瞼18および下眼瞼19に接触した状態となるように構成してもよい。
言い換えれば、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720は、眼球10に対する発光系21および受光系23の位置決め動作によって眼球10の周辺の皮膚に接触する位置であって、発光系21および受光系23が眼球10に対して位置決めされた状態で上眼瞼18および下眼瞼19を開閉可能とする位置に設けられている。
そして、発光系21、受光系23、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720がこのような位置関係で保持部500に保持されていれば、発光系21および受光系23の眼球10への位置決めと、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720の上眼瞼18および下眼瞼19への位置決めとが同時に行われる。
さらに、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720の当接によって発光系21と受光系23の前後方向の位置決めがされるわけではなく、保持部500の当接部が被計測者の眼球10周辺の部位に当接して位置決めがされるため、位置決めされた状態であっても上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720の開閉動作が容易となる。
なお、図6(a)の保持部500における当接部の一例としては、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720の両側に位置する保持部500の領域が相当するが、これに限らず、必要に応じて、筒型の形状の保持部500から突出するように当接部材を設けてもよい。また、当接する位置は眼球10周辺に限定されず、被計測者の顔面の任意の位置でよい。
付言すると、例えば被計測者が瞼を閉じた状態で光計測装置101を装着した場合であっても、装着後に光計測装置101によって瞼が開かれる。このことにより、被計測者が光計測装置101を装着する際に生じ得る、心理的な不安が低減される。
なお、本実施形態の変形例として、保持部500における当接部と上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720との位置関係を利用し、上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720の接触によって上眼瞼18および下眼瞼19の動きを制限するとともに、上眼瞼18および下眼瞼19を開いた状態に維持し、その状態で計測を行ってもよい。すなわち、駆動源などを有さず、駆動しない上眼瞼抑え部710および下眼瞼抑え部720によって、上眼瞼18および下眼瞼19を開いた状態に維持してもよい。
図7は、他の実施形態2における光計測装置201の構成を説明する図である。さらに説明をすると、図7(a)は光計測装置201を後側からみた斜視図であり、図7(b)は上眼瞼抑え部810および連結部材813の上面図であり、図7(c)は図7(b)の矢印VIIcにおける断面図であり、図7(d)は瞼抑え部800の動作を説明する図である。
上述の図6に示す光計測装置101においては、連結部材713,723のように保持部500の内側から瞼抑え部700を支持する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、図7(a)に示す光計測装置101のように、内外方向の一方側(外側)から瞼抑え部800(上眼瞼抑え部810および下眼瞼抑え部820)が支持される構成であってもよい。
なお、詳細な説明は省略するが、連結部材823は、連結部材813と同様に、湾曲部823Aおよび直線部823Bを備える構成である。
まず、被計測者の瞼に光計測装置201が装着され、上眼瞼抑え部810および下眼瞼抑え部820が上眼瞼18および下眼瞼19(図4(b)参照)に接触する。
この状態により、例えば被計測者が操作ボタン840を操作することにより、モータM2が駆動する。このモータM2の駆動に伴い、ギア831,833を介して、連結部材813,823が回転する。このことにともない、上眼瞼抑え部810および下眼瞼抑え部820が互いに離間するとともに上眼瞼18および下眼瞼19を眼球10に沿って奥側方向に押し込む向きに移動する(矢印C1,C2参照)。このことにより、上眼瞼18および下眼瞼19が開かれる。
このように、内外方向の一方側から上眼瞼抑え部810および下眼瞼抑え部820を支持する構成により、光計測装置201の保持部505内の空間を確保することが可能となる。
図8は、他の実施形態3における光計測装置301の構成を説明する図である。さらに説明をすると、図8(a)は光計測装置301を後側からみた斜視図であり、図8(b)は図8(a)の矢印VIIIbにおける断面図である。
上述の図6および図7においては、駆動源からの駆動力を受け瞼抑え部700,800が移動する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、図8(a)に示す光計測装置301のように、瞼抑え部900(上眼瞼抑え部910および下眼瞼抑え部920)が、光計測装置301を被計測者に対して押しつける力により移動する構成であってもよい。
まず、被計測者の瞼に光計測装置301が装着され、上眼瞼抑え部910および下眼瞼抑え部920が上眼瞼18および下眼瞼19(図4(b)参照)に接触する。
そして、例えば被計測者が、上眼瞼18および下眼瞼19に対して光計測装置301をさらに押しつける力を加えることにより、スプリング930,940による付勢力に対向しながら、連結部材913,923の被案内部911,921が、案内溝510B内を移動する。このことにより、連結部材913,923に接続された上眼瞼抑え部910および下眼瞼抑え部920が、互いに離間する向きに移動する(矢印D1,D2参照)。その結果、上眼瞼18および下眼瞼19が開かれる。
このように、光計測装置301においては、駆動源からの駆動力を受けずに、被計測者が光計測装置301を上眼瞼18および下眼瞼19に押しつける力を利用して、確実に瞼を開かせ得る。
図9は、変形例における光計測装置401の構成を説明する図である。
さて、上記の説明においては、受光系23は内外方向に沿って配置される構成として説明をしたがこれに限定されるものではない。
例えば、図9に示す光計測装置401のように、受光系230を前後方向に沿って設ける構成としてもよい。この受光系230は、例えば受光系230における後側の端部に設けられ、前眼房13(図2参照)を通過した光を受け前後方向の前側に向けて反射させるミラー290を備える。
光計測装置401のように、受光系230を前後方向に沿って設けることにより、内外方向の寸法を抑制することができる。また、例えば光計測装置401が、左右いずれの眼球10(図2参照)でも使用可能となり得る。
また、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72のいずれか一方を、図6乃至図8で説明したような移動可能な構成にし、他方を図1などで説明した固定とする構成であってもよい。例えば、上眼瞼抑え部71を可動とし、下眼瞼抑え部72を固定とする構成であってもよい。さらに、上眼瞼抑え部71および下眼瞼抑え部72のいずれか一方のみを有する構成であってもよい。
なお、被計測者の眼球10周辺とは、瞼抑え部70が接触することにより、上眼瞼18および下眼瞼19の少なくともいずれか一方の移動(開閉)が多少でも制限される範囲の領域をいう。また、被計測者の眼球10周辺であって、瞼以外の部分としては、例えば被計測者の眉26(図4(b)参照)やこめかみ、頬などがある。
また、上記の説明における「瞼の移動を制限」および「瞼を開いた状態に維持」とは、瞼等の眼球周辺の部位に何も接触していない状態と比較して、多少でも瞼の閉じる方向への動きが制限される状態を言い、完全に制限される状態や完全に維持される状態を意味するものではない。なお、被計測者の瞬きの動作によって光路28が遮られない応力で制限や維持をする構成であれば、瞬きの動作の影響を受けずに計測ができる。
また、眼房水に関する特性のみならず、光路28に存在する角膜等に関する特性を求めるために本実施の形態で説明した構成を応用してもよい。すなわち、眼球10の外部から光を入射させ、角膜14及び前眼房13内の眼房水に光を通過させることで、眼球10に関する特性を求めるものであれば、本実施の形態で説明した構成が適用できる。
また、本実施の説明では、左目の眼球10で説明したが、光計測装置1を右目の眼球(不図示)に適用してももちろんよい。
また、上記の説明においては、発光系21、受光系23、瞼抑え部70が保持部50によって一体となった構成で説明したが、必ずしも一体で構成されていなくてもよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。
Claims (4)
- 被計測者の眼球の前眼房を横切るように光を出射する出射手段と、
前眼房を横切った前記光を受光する受光手段と、
眼球周辺の皮膚に当接して、眼球に対する前記出射手段および前記受光手段の位置決めをする当接部と、
前記位置決めに伴い眼球の瞼に接触し、前記出射手段および前記受光手段が位置決めされた状態で当該瞼を開かせる開瞼手段と
を備える計測装置。 - 前記瞼を開かせるように前記開瞼手段を駆動する駆動源を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 - 前記開瞼手段は、
被計測者の上眼瞼を抑える上眼瞼抑え部と、
被計測者の下眼瞼を抑える下眼瞼抑え部と、
に分離されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の計測装置。 - 前記出射手段および前記受光手段は、前記上眼瞼抑え部と前記下眼瞼抑え部との間において、一方が目頭側に配置され、他方が目尻側に配置される
ことを特徴とする請求項3に記載の計測装置。
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