JP2016171908A - 成分濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を簡略化し、光損失を低減する装置を提供する。
【解決手段】レーザダイオード１−１〜１−４のうちの２つは、異なる波長の２波の光を同一周波数で且つ異なる位相の信号により強度変調して照射する。光ファイバ２０−１〜２０−４は、レーザダイオード１−１〜１−４からの光を独立に被測定物１３に導く。光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端は互いに近接して配置されている。音響センサ８は、光音響効果によって被測定物１３から発生する光音響信号を検出し、音圧に比例した電気信号に変換する。情報処理装置１２は、光のパワーを変化させて、ロックインアンプ１１から出力される電気信号の強度が最低となったときの光のパワーの測定結果に基づいて、被測定物１３に含まれる測定対象の成分の濃度を導出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、血液中に存在するグルコース、アルブミンなどの成分の濃度を非侵襲で測定する技術に係り、特に、被測定物に照射した光により発生する音響波を検出して濃度を測定する成分濃度測定装置に関するものである。

糖尿病患者の血糖値を連続モニターするための方法として光音響法があり、簡単にまとめると、以下のような特徴がある。
（ａ）光音響法は、連続的な血液グルコースモニタリングを提供する。
（ｂ）糖尿病患者にとって無痛で、血液サンプルを必要とせず、糖尿病患者に不快感を与えることがない。
（ｃ）他の光学的な技術と比べて、光散乱による測定精度劣化の影響が小さい。
（ｄ）光学と音響学の結合により高感度の特性を得ることができる。

光音響法には、パルス（pulse）法と連続波（continuous-wave、以下ＣＷとする）法の二つの方式がある。しかし、従来のパルス法やＣＷ法では、数回にわたる血漿中のグルコース濃度測定中に、グルコース濃度以外の他の血漿中パラメータ（例えば体温や、他の成分の濃度等）も変わる可能性が高いので、グルコース選択性が悪く、正確なグルコース濃度を得ることが難しいという問題点があった。

そこで、互いにπ（１８０°）だけ位相を異にした２つの波長の連続した矩形波により成分濃度を測定する技術として、発明者らにより光パワーバランスシフト（Optical power balance shift：ＯＰＢＳ）法が開発されている（特許文献１−３参照）。

特許文献１−３に開示されたＯＰＢＳ法では、光波長が異なり、互いに位相差がπの２つの矩形連続波形の光ビームを被測定物に対して、同一光出力口から照射する。このとき、２つの光ビームのパワーを増減させながら、光音響信号の振幅が最小な箇所の位相の変曲点を探し、この探索結果から血液中に溶解している分子濃度を求める。２つの光ビームのうち一方の光ビームのパワーＰ₁を一定にし、もう一方の光ビームのパワーＰ₂を変えながら、光音響信号強度が最低となる光パワーを探す。光音響信号強度が最低となる光パワーＰ₂の変化量より被測定物内の特定成分（例えばグルコース）の濃度の正確な測定を行う。

特開２０１４−５０５６３号公報 特開２０１３−１０６８７４号公報 特開２０１２−１７９２１２号公報

従来のＯＰＢＳ法では、被測定物が多くの成分により構成されている場合、目的とする成分の濃度（例えばグルコース濃度）を選択的かつ高精度に測定するために、２つ以上のいくつかの波長の光を組み合わせて測定を行う必要があり、同一光出力口から照射するためには波長が増えた分だけ測定装置が複雑になるという問題があった。

複数波長の光を同一の光出力口から被測定物の同一領域に照射する場合、光を合波するために光カプラを用いるが、その際原理的に光カプラ１つにつき３ｄＢの光損失が生じる。光の波長の数に応じて必要な光カプラが増加し、光の損失が大きくなり無視できないものとなる。また、光カプラのコストが大きくなる。例えば、４波長の光を用いてＯＰＢＳ法を行う場合の濃度測定装置の構成を図１８に示す。

図１８の成分濃度測定装置は、レーザ光を放射するレーザダイオード１−１〜１−４と、レーザダイオード１−１〜１−４を駆動するレーザドライバ２と、レーザダイオード１−１〜１−４から放射されたレーザ光を導く光ファイバ３−１〜３−４と、レーザダイオード１−１，１−２から放射されたレーザ光を合波する光カプラ４−１と、レーザダイオード１−３，１−４から放射されたレーザ光を合波する光カプラ４−２と、光カプラ４−１によって合波されたレーザ光を導く光ファイバ５−１と、光カプラ４−２によって合波されたレーザ光を導く光ファイバ５−２と、光ファイバ５−１，５−２からのレーザ光を合波する光カプラ６と、光カプラ６によって合波されたレーザ光を導く光ファイバ７と、光音響効果によって被測定物１３から発生する光音響信号を検出し、音圧に比例した電気信号に変換する音響センサ８と、音響センサ８から出力された電気信号を増幅する増幅器９と、参照信号を発生するファンクションジェネレータ１０と、増幅器９の出力信号とファンクションジェネレータ１０から出力された参照信号とを入力として、増幅器９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ１１と、ファンクションジェネレータ１０およびロックインアンプ１１を制御すると共に、ロックインアンプ１１が検出した測定信号を処理して特定の成分濃度を導出するコンピュータからなる情報処理装置１２とから構成される。

複数の波長の光を合波する上記以外の装置構成としては、図１９に示すようにアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：arrayed-waveguide grating）１４と、ＡＷＧ１４によって合波されたレーザ光を導く光ファイバ１５とを用いる構成や、図２０に示すように偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）１６−１〜１６−４を用いる構成や、図２１に示すように回折格子１７を用いる構成がある。しかしながら、図１９〜図２１に示した構成では、実効的な光の損失が避けられず、装置構成も複雑になってしまうことが問題である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、装置構成を簡略化し、また光損失を低減することができる成分濃度測定装置を提供することを目的とする。

本発明の成分濃度測定装置は、互いに波長が異なるｎ波（ｎは３以上の整数）の光のうち２波の光を同一の周波数で且つ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して放射する光源と、この光源からの２波の光をそれぞれ独立に被測定物に導く光導波手段と、前記２波の光のうち少なくとも一方の光のパワーを変化させる光パワー制御手段と、光照射によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する光音響信号検出手段と、前記２波の光のうち少なくとも一方の光のパワーを測定する光強度測定手段と、前記電気信号の強度を測定する信号強度測定手段と、光のパワーを変化させて前記電気信号の強度が最低となったときの前記光強度測定手段の測定結果に基づいて、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出する濃度導出手段とを備え、前記光導波手段は、前記光源からのｎ波の光を前記被測定物に独立に照射するためのｎ個の出射端が互いに近接して配置されたものであり、前記濃度導出手段は、前記ｎ波の光の中から選択し得る２波の組み合わせのうち少なくとも一部の組み合わせの各々について求めた前記光強度測定手段の測定結果に基づいて、前記測定対象の成分の濃度を導出することを特徴とするものである。

また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例において、前記光導波手段のｎ個の出射端の間隔は、前記被測定物に照射される２波の光が互いに重なる領域の体積が所定値以上となるように設定されることを特徴とするものである。
また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例において、前記光導波手段のｎ個の出射端と前記被測定物との間隔は、前記被測定物に照射される２波の光が互いに重なる領域の体積が所定値以上となるように設定されることを特徴とするものである。
また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例は、さらに、前記光導波手段のｎ個の出射端と前記被測定物との間に前記ｎ個の出射端を固定するように設けられた、光を透過する材料からなるスペーサを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例において、前記光導波手段は、少なくとも前記被測定物に近い部分がファイバアレイで構成され、このファイバアレイのｎ本のファイバの出射端が前記被測定物と対向するように配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例において、前記光導波手段は、少なくとも前記被測定物に近い部分がマルチコアファイバで構成され、このマルチコアファイバのｎ個のコアの出射端が前記被測定物と対向するように配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例は、さらに、前記光導波手段のｎ個の出射端と前記被測定物との間に、前記光導波手段からの光を前記被測定物に集光するための光学系を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例において、前記光学系は、前記光導波手段からの光を平行に出射するものである。

本発明によれば、光源からの光をそれぞれ独立に被測定物に導く光導波手段を設け、光源からのｎ波の光を被測定物に独立に照射するための光導波手段のｎ個の出射端を互いに近接して配置することにより、光カプラなどの合波器を必要とせず、成分濃度測定装置の光学系の構成を簡略化することができ、光損失を低減することができる。また、本発明では、光の損失を低減することで光源に要求される出力強度を緩和することができる。また、本発明では、測定に用いる光の波長数（光源数）が増えても、光導波手段の変更のみで装置構成の大きな変更を伴わずに、波長数の変更に対応することができる。

また、本発明では、光導波手段のｎ個の出射端の間隔を、被測定物に照射される２波の光が互いに重なる領域の体積が所定値以上となるように設定することにより、ＯＰＢＳ法の実施可能な条件を満たすことができる。

また、本発明では、光導波手段のｎ個の出射端と被測定物との間隔を、被測定物に照射される２波の光が互いに重なる領域の体積が所定値以上となるように設定することにより、ＯＰＢＳ法の実施可能な条件を満たすことができる。

また、本発明では、光導波手段のｎ個の出射端と被測定物との間に、光を透過する材料からなるスペーサを設けることにより、光導波手段のｎ個の出射端と被測定物との間隔を一定に維持することができる。

また、本発明では、光導波手段の少なくとも被測定物に近い部分をファイバアレイで構成することにより、光導波手段のｎ個の出射端の間隔を一定に維持することができる。

また、本発明では、光導波手段の少なくとも被測定物に近い部分をマルチコアファイバで構成することにより、光導波手段のｎ個の出射端の間隔を一定に維持することができる。

また、本発明では、光導波手段のｎ個の出射端と被測定物との間に、光導波手段からの光を被測定物に集光するための光学系を設けることにより、光導波手段からの光をより近接させて被測定物に照射することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る成分濃度測定装置の情報処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る成分濃度測定装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における光ファイバの出射端の配置例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における光ファイバの出射端の別の配置例を示す図である。 ２本のシングルモードファイバから光を出射させたときの光が重なる領域を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る成分濃度測定装置の別の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第８の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第８の実施の形態に係る成分濃度測定装置の光学系の構成例を示す図である。 本発明の第８の実施の形態に係る成分濃度測定装置の光学系の別の構成例を示す図である。 本発明の第９の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 従来の成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 従来の成分濃度測定装置の別の構成を示すブロック図である。 従来の成分濃度測定装置の別の構成を示すブロック図である。 従来の成分濃度測定装置の別の構成を示すブロック図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１８〜図２１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザ光を放射する光源となるレーザダイオード１−１〜１−４と、レーザダイオード１−１〜１−４を駆動するレーザドライバ２と、光音響効果によって被測定物１３から発生する光音響信号を検出し、音圧に比例した電気信号に変換する光音響信号検出手段となる音響センサ８と、音響センサ８から出力された電気信号を増幅する増幅器９と、参照信号を発生するファンクションジェネレータ１０と、増幅器９の出力信号とファンクションジェネレータ１０から出力された参照信号とを入力として、増幅器９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ１１と、ファンクションジェネレータ１０およびロックインアンプ１１を制御すると共に、ロックインアンプ１１が検出した測定信号を処理して特定の成分濃度を導出するコンピュータからなる情報処理装置１２と、レーザダイオード１−１〜１−４から放射されたレーザ光をそれぞれ独立に被測定物１３に導く光導波手段となる光ファイバ２０−１〜２０−４とから構成される。

情報処理装置１２とファンクションジェネレータ１０とは、光パワー制御手段を構成している。レーザダイオード１−１〜１−４の例としては、例えば分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）等がある。音響センサ８の例としては、マイクロホンがある。

図２は情報処理装置１２の構成を示すブロック図である。情報処理装置１２は、ファンクションジェネレータ１０を介して光のパワーを制御する光パワー制御部１２０と、レーザダイオード１−１〜１−４から放射された光のパワーを測定する光強度測定手段となる光パワー測定部１２１と、ロックインアンプ１１から出力される測定信号の強度を測定する信号強度測定部１２２と、光パワー測定部１２１と信号強度測定部１２２の測定結果に基づいて、被測定物１３内の特定成分（例えばグルコース）の濃度を導出する濃度導出部１２３と、情報記憶のための記憶部１２４とを有する。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。レーザドライバ２から駆動電流が供給されると、レーザダイオード１−１〜１−４はレーザ光を放射する。本実施の形態では、４つのレーザダイオード１−１〜１−４のうちいずれか２つからレーザ光を放射させる。このとき、ファンクションジェネレータ１０は、一方のレーザダイオードを駆動するための参照信号と、他方のレーザダイオードを駆動するための参照信号とを出力する。

レーザドライバ２は、ファンクションジェネレータ１０から出力される２つの参照信号に応じて、同一周波数で逆位相の矩形波の駆動電流を２つのレーザダイオードに供給することにより、２つのレーザダイオードから放射される光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ強度変調する。

４つのレーザダイオード１−１〜１−４から放射される光の波長は互いに異なる。本実施の形態では、特許文献１で挙げている４波長を使うものとして、レーザダイオード１−１から放射される光の波長λ₁を２１２０ｎｍ、レーザダイオード１−２から放射される光の波長λ₂を１８７０ｎｍ、レーザダイオード１−３から放射される光の波長λ₃を１６１０ｎｍ、レーザダイオード１−４から放射される光の波長λ₄を１３８０ｎｍとする。ファンクションジェネレータ１０から出力される２つの参照信号の周波数は同一であり、位相がπ（１８０°）だけ異なっている。したがって、本実施の形態のように、４つのレーザダイオード１−１〜１−４のうちいずれか２つからレーザ光を放射させると、互いに異なる波長の２波のレーザ光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ強度変調して２つの強度変調光を生成することになる。

まず、２つのレーザダイオード１−１，１−２（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₂＝１８７０ｎｍ）を動作させる。情報処理装置１２の光パワー制御部１２０は、ファンクションジェネレータ１０を制御して、レーザダイオード１−１を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₁、レーザダイオード１−２を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₂をそれぞれ初期値に設定することにより、レーザダイオード１−１から放射される光のパワーＰ₁、レーザダイオード１−２から放射される光のパワーＰ₂を初期値に設定する（図３ステップＳ１）。

レーザダイオード１−１，１−２から放射された強度変調光は、それぞれ光ファイバ２０−１，２０−２によって導かれ、被測定物１３に照射される（図３ステップＳ２）。ここで、本実施の形態では、全ての光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端が近接して配置されている。この近接配置については後でより詳細に説明する。

情報処理装置１２の光パワー測定部１２１は、レーザダイオード１−２から放射された光のパワーＰ₂を測定する（図３ステップＳ３）。光パワー測定部１２１は、ファンクションジェネレータ１０から出力されている、レーザダイオード１−２の駆動用の参照信号の電圧Ｖ₂を取得する。情報処理装置１２の記憶部１２４には、参照信号の電圧Ｖ₂とレーザダイオード１−２から放射される光のパワーＰ₂との関係を示すキャリブレーションデータが予め記憶されている。キャリブレーションデータは、電圧Ｖ₂とパワーＰ₂の実測により予め求めておくことができる。光パワー測定部１２１は、このようなキャリブレーションデータを参照し、取得した参照信号の電圧Ｖ₂を、レーザダイオード１−２から放射された光のパワーＰ₂に換算する。このパワーＰ₂の値は記憶部１２４に格納される。

音響センサ８は、被測定物１３から発生する光音響信号を検出し、増幅器９は、音響センサ８から出力された電気信号を増幅する。ロックインアンプ１１は、増幅器９の出力に含まれる信号のうち、ファンクションジェネレータ１０から出力される参照信号によって決まる周波数の測定信号を検出する。

情報処理装置１２の信号強度測定部１２２は、ロックインアンプ１１から出力される測定信号の強度Ｓ（信号振幅）を測定する（図３ステップＳ４）。この強度Ｓの値は記憶部１２４に格納される。

予め定められた所定のパワーＰ₂の範囲について測定を終えていない場合（図３ステップＳ５においてＮＯ）、情報処理装置１２の光パワー制御部１２０は、ファンクションジェネレータ１０を制御して、レーザダイオード１−２を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₂を変化させることにより、レーザドライバ２からレーザダイオード１−２に供給される駆動電流の大きさを変化させ、レーザダイオード１−２から放射される光のパワーＰ₂を変化させる（図３ステップＳ６）。このとき、レーザダイオード１−１を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₁は一定、すなわちレーザダイオード１−１から放射される光のパワーＰ₁は初期値のまま一定である。こうして、予め定められた所定のパワーＰ₂の範囲について測定を終えるまで（ステップＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ３〜Ｓ６の処理が繰り返し実行される。

予め定められたレーザの組み合わせについて測定を終えていない場合（図３ステップＳ７においてＮＯ）、次のレーザの組み合わせ、具体的にはレーザダイオード１−１，１−３（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₃＝１６１０ｎｍ）を動作させる。光パワー制御部１２０は、ファンクションジェネレータ１０を制御して、レーザダイオード１−１を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₁、レーザダイオード１−３を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₃をそれぞれ初期値に設定することにより、レーザダイオード１−１から放射される光のパワーＰ₁、レーザダイオード１−３から放射される光のパワーＰ₃を初期値に設定する（ステップＳ１）。

レーザダイオード１−１，１−３から放射された強度変調光は、それぞれ光ファイバ２０−１，２０−３によって導かれ、被測定物１３に照射される（ステップＳ２）。光パワー測定部１２１は、レーザダイオード１−３から放射された光のパワーＰ₃を測定する（ステップＳ３）。光パワー測定部１２１は、参照信号の電圧Ｖ₃とレーザダイオード１−３から放射される光のパワーＰ₃との関係を示すキャリブレーションデータを用いて、参照信号の電圧Ｖ₃を、光のパワーＰ₃に換算する。このパワーＰ₃の値は記憶部１２４に格納される。

ステップＳ４の処理は上記のとおりである。予め定められた所定のパワーＰ₃の範囲について測定を終えていない場合（ステップＳ５においてＮＯ）、光パワー制御部１２０は、ファンクションジェネレータ１０を制御して、参照信号の電圧Ｖ₃を変化させることにより、レーザダイオード１−３から放射される光のパワーＰ₃を変化させる（ステップＳ６）。このとき、レーザダイオード１−１から放射される光のパワーＰ₁は初期値のまま一定である。こうして、予め定められた所定のパワーＰ₃の範囲について測定を終えるまで（ステップＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ３〜Ｓ６の処理が繰り返し実行される。

次に、別のレーザの組み合わせ、具体的にはレーザダイオード１−１，１−４（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）を動作させる。光パワー制御部１２０は、ファンクションジェネレータ１０を制御して、レーザダイオード１−１を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₁、レーザダイオード１−４を駆動するための参照信号の電圧Ｖ₄をそれぞれ初期値に設定することにより、レーザダイオード１−１から放射される光のパワーＰ₁、レーザダイオード１−４から放射される光のパワーＰ₄を初期値に設定する（ステップＳ１）。

レーザダイオード１−１，１−４から放射された強度変調光は、それぞれ光ファイバ２０−１，２０−４によって導かれ、被測定物１３に照射される（ステップＳ２）。光パワー測定部１２１は、レーザダイオード１−４から放射された光のパワーＰ₄を測定する（ステップＳ３）。光パワー測定部１２１は、参照信号の電圧Ｖ₄とレーザダイオード１−４から放射される光のパワーＰ₄との関係を示すキャリブレーションデータを用いて、参照信号の電圧Ｖ₄を、光のパワーＰ₄に換算する。このパワーＰ₄の値は記憶部１２４に格納される。

ステップＳ４の処理は上記のとおりである。予め定められた所定のパワーＰ₄の範囲について測定を終えていない場合（ステップＳ５においてＮＯ）、光パワー制御部１２０は、ファンクションジェネレータ１０を制御して、参照信号の電圧Ｖ₄を変化させることにより、レーザダイオード１−４から放射される光のパワーＰ₄を変化させる（ステップＳ６）。このとき、レーザダイオード１−１から放射される光のパワーＰ₁は初期値のまま一定である。こうして、予め定められた所定のパワーＰ₄の範囲について測定を終えるまで（ステップＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ３〜Ｓ６の処理が繰り返し実行される。

次に、レーザダイオード１−２，１−３（λ₂＝１８７０ｎｍ、λ₃＝１６１０ｎｍ）を動作させる。このときの動作は、上記のレーザダイオード１−１，１−３（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₃＝１６１０ｎｍ）の組み合わせにおいて、レーザダイオード１−１の代わりにレーザダイオード１−２を用いたものに相当するので、説明は省略する。

次に、レーザダイオード１−２，１−４（λ₂＝１８７０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）を動作させる。このときの動作は、上記のレーザダイオード１−１，１−４（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）の組み合わせにおいて、レーザダイオード１−１の代わりにレーザダイオード１−２を用いたものに相当するので、説明は省略する。

最後に、レーザダイオード１−３，１−４（λ₃＝１６１０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）を動作させる。このときの動作は、上記のレーザダイオード１−１，１−４（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）の組み合わせにおいて、レーザダイオード１−１の代わりにレーザダイオード１−３を用いたものに相当するので、説明は省略する。
こうして、選択し得る２つのレーザダイオードの全ての組み合わせについて測定を終えるまで（ステップＳ７においてＹＥＳ）、ステップＳ１〜Ｓ６の処理を繰り返す。

次に、測定開始時から任意の時間ｔ経過後に再び測定を行う。図３のステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の処理は、それぞれＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７の処理と同じなので、説明は省略する。

測定開始時点と任意の時間ｔ経過後の時点の２回測定を行った後に（図３ステップＳ１４においてＹＥＳ）、情報処理装置１２の濃度導出部１２３は、被測定物１３内の特定成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・、および被測定物１３の温度Ｔを導出する（図３ステップＳ１５）。

２波長によるＯＰＢＳ法をｎ波長（ｎは３以上の整数で、本実施の形態ではｎ＝４）によるＯＰＢＳ法に拡張すると、（ｎ（ｎ−１）／２）の組み合わせを取り得る。結果として、ｎ個の光波長から、（ｎ（ｎ−１）／２）の方程式を得ることができる。ここで、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の未知パラメータ、例えばＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを有する被測定物１３を考える。上記のとおり、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・は被測定物１３中の特定成分の濃度であり、Ｔは被測定物の温度である。濃度Ｃａの例としては、血液グルコースの濃度がある。濃度Ｃｂの例としてはアルブミンの濃度がある。（ｎ（ｎ−１）／２）の方程式を解くためには、上記の波長の数ｎは（ｎ（ｎ−１）／２）＞＝Ｍを満たす整数である必要がある。

レーザダイオード１−１，１−２（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₂＝１８７０ｎｍ）の組み合わせを用いたときに、測定開始時点のステップＳ３〜Ｓ６の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₂をＰ₂（ｔ＝０）、任意の時間ｔ経過後のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₂をＰ₂（ｔ）とすると、測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ₁，λ₂）は以下のようになる。

レーザダイオード１−１，１−３（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₃＝１６１０ｎｍ）の組み合わせを用いたときに、測定開始時点のステップＳ３〜Ｓ６の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₃をＰ₃（ｔ＝０）、任意の時間ｔ経過後のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₃をＰ₃（ｔ）とすると、測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ₁，λ₃）は以下のようになる。

レーザダイオード１−１，１−４（λ₁＝２１２０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）の組み合わせを用いたときに、測定開始時点のステップＳ３〜Ｓ６の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₄をＰ₄（ｔ＝０）、任意の時間ｔ経過後のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₄をＰ₄（ｔ）とすると、測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ₁，λ₄）は以下のようになる。

レーザダイオード１−２，１−３（λ₂＝１８７０ｎｍ、λ₃＝１６１０ｎｍ）の組み合わせを用いたときに、測定開始時点のステップＳ３〜Ｓ６の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₃をＰ₃（ｔ＝０）、任意の時間ｔ経過後のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₃をＰ₃（ｔ）とすると、測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ₂，λ₃）は以下のようになる。

レーザダイオード１−２，１−４（λ₂＝１８７０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）の組み合わせを用いたときに、測定開始時点のステップＳ３〜Ｓ６の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₄をＰ₄（ｔ＝０）、任意の時間ｔ経過後のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₄をＰ₄（ｔ）とすると、測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ₂，λ₄）は以下のようになる。

レーザダイオード１−３，１−４（λ₃＝１６１０ｎｍ、λ₄＝１３８０ｎｍ）の組み合わせを用いたときに、測定開始時点のステップＳ３〜Ｓ６の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₄をＰ₄（ｔ＝０）、任意の時間ｔ経過後のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理において測定信号の強度Ｓが最低となったときの光のパワーＰ₄をＰ₄（ｔ）とすると、測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ₃，λ₄）は以下のようになる。

ＯＰＢＳ法による測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ₁，λ₂），ＯＰＢＳ（λ₁，λ₃），ＯＰＢＳ（λ₁，λ₄），・・・，ＯＰＢＳ（λ_n-1，λ_n）は、次式のように表現できる。ｎ個（本実施の形態ではｎ＝４）のレーザダイオードの中から選択し得る２つのレーザダイオードの全ての組み合わせはｎ（ｎ−１）／２とおりであるから、ＯＰＢＳ法により得られる信号レスポンスもｎ（ｎ−１）／２個となる。
ＯＰＢＳ（λ₁，λ₂）＝Ｑａ_λ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂ_λ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃ_λ1,λ2Ｃｃ
＋・・・＋Ｑｔ_λ1,λ2Ｔ
ＯＰＢＳ（λ₁，λ₃）＝Ｑａ_λ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂ_λ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃ_λ1,λ3Ｃｃ
＋・・・＋Ｑｔ_λ1,λ3Ｔ
ＯＰＢＳ（λ₁，λ₄）＝Ｑａ_λ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂ_λ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃ_λ1,λ4Ｃｃ
＋・・・＋Ｑｔ_λ1,λ4Ｔ
・・・
ＯＰＢＳ（λ_n-1，λ_n）＝Ｑａ_λn-1,λnＣａ＋Ｑｂ_λn-1,λnＣｂ＋Ｑｃ_λn-1,λnＣｃ
＋・・・＋Ｑｔ_λn-1,λnＴ ・・・（７）

ここで、Ｑａ_λi,λj，Ｑｂ_λi,λj，Ｑｃ_λi,λj，・・・，Ｑｔ_λi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は比例係数である。この係数Ｑａ_λi,λj，Ｑｂ_λi,λj，Ｑｃ_λi,λj，・・・，Ｑｔ_λi,λjの値は、想定されるそれぞれの組成物（グルコースやアルブミン、その他の血液成分等）を一つ一つ評価したキャリブレーション測定で予め実験的に得られている。こうして、濃度導出部１２３は、式（７）の連立方程式を解くことにより、Ｍ個の未知パラメータＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを決定することができる。

なお、光の波長は本実施の形態の例に限るものではなく、また波長の組み合わせの順番も本実施の形態の順番どおりにしなくても構わない。光の波長は、目的とする成分の濃度を高精度に測定できるように適宜選択すればよい。また、ｎ波の光の中から選択し得る２波の組み合わせの全てを使用しなくてもよく、選択し得る２波の組み合わせのうち一部を用いて測定を行ってもよい。

また、本実施の形態では、図４に示すように光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端を１次元的に配置しているが、図５に示すように光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端を２次元的に配置してもよい。

本実施の形態では、隣接する光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端の間隔（図４、図５のＤ）と、光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端と被測定物１３との間隔（図４、図５のＬ）を調節することで、光が照射される被測定物１３上の領域を適切に設定することができる。

隣接する光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端の間隔と、光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端と被測定物１３との間隔の目安について説明する。波長λの光がコア径ｄの光ファイバから照射された場合、光が距離ｚ進んだときの光ビームの半径ｒは、光の回折から下記のように記述できる。
ｒ＝１．２２（ｄ／λ）ｚ ・・・（８）

例えば１３８２ｎｍと１６１０ｎｍの波長の光を用いて、この２つの波長の光を出射する２本のシングルモードファイバ（ビーム径１０μｍ）の出射端を１００μｍの間隔で近接させたときに、それぞれのシングルモードファイバから出射する光ビームの重なり方は図６に示すようになっている。

図６の横軸は出射端からの距離、縦軸は２本のシングルモードファイバの出射端が並ぶ方向（例えば図４の上下方向）の距離である。ここでは、波長１３８２ｎｍの光を出射するシングルモードファイバの出射端を縦軸上の距離０ｍｍの位置に配置し、波長１６１０ｎｍの光を出射するシングルモードファイバの出射端を１００μｍずらしていることになる。

２本の直線６０，６１は波長１３８２ｎｍの光ビームの外縁を表しており、この直線６０，６１で囲まれる領域が波長１３８２ｎｍの光ビームが照射される領域である。同様に、２本の直線６２，６３は波長１６１０ｎｍの光ビームの外縁を表しており、この直線６２，６３で囲まれる領域が波長１６１０ｎｍの光ビームが照射される領域である。光ビームが重なる領域のズレが２００μｍ程度以下に収まることが望ましいため、図６の例の場合、シングルモードファイバの出射端と被測定物１３との間隔を２ｍｍ以上として測定を行うことが望ましいことが分かる。

ＯＰＢＳ法が実施可能な条件として、２つの波長の光のうち１つの波長の光が照射される領域の体積を１００％としたとき、照射される２つの波長の光が互いに重なる領域の体積が８０％以上になることが望ましい。他の波長の組み合わせの場合も本条件を満たすように光を照射することが望ましい。また、この条件を満たすように光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端を配置することが必要である。光ファイバの出射端と被測定物１３との間隔ｘは、１つの波長の光が照射される領域の体積Ｖ_λ1と、２つの波長の光が互いに重なる領域の体積Ｖ_λ1∩λ2の条件を満たす関数として下記のように書くことができる。

測定に際し、ＯＰＢＳ信号を観察し、光音響効果により発生する測定信号の強度Ｓの最小値を見ることで、光が照射される被測定物１３上の領域の調節が適切かどうかを確認することができる。

具体的には、従来のように測定に利用する２波長の光を光カプラで合波して被測定物１３に照射したときに光音響効果により発生する測定信号の強度Ｓの最小値と、本実施の形態の構成で２波長の光を被測定物１３に照射したときに光音響効果により発生する測定信号の強度Ｓの最小値とを比較することで、本実施の形態の構成で被測定物１３に光が適切に照射されているかどうかを確認することができる。

光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端と被測定物１３との間隔の維持が不完全であると、測定精度が劣化するため、図７に示すように間隔を調節するために光の吸収の少ない光透過材料からなるスペーサ２１を光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端と被測定物１３との間に設けることが望ましい。このようなスペーサ２１に光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端を固定すればよい。スペーサ２１の材料としては、例えば、石英、サファイアグラスが利用できる。スペーサ２１には、反射防止膜が設けられていることが望ましい。

同様に、光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端には、反射防止膜が設けられていることが望ましい。反射防止膜を設けることで、光が照射される領域が多重反射によって不安定になることを防止することができる。

以上のように、本実施の形態では、光カプラなどの合波器を必要とせず、成分濃度測定装置の光学系の構成を簡略化することができ、光損失を低減することができる。４波長の光を用いる場合で考えると、図１８に示した従来の成分濃度測定装置の構成と比較して光カプラ３つを省略することができるので、光損失については６ｄＢ分低減することができる。

特許文献１によれば、血液中グルコースの濃度測定に利用する光として、２１２０ｎｍ、１８７０ｎｍ、１６１０ｎｍ、１３８０ｎｍの４波長を提案している。この場合、測定の組み合わせとして６セットの測定を行う必要があるが、本実施の形態のように、光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端を十分に近接させておけば、光カプラを用いることなく、光のオン／オフだけで測定を行うことができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は本発明の第２の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザダイオード１−１〜１−４と、レーザドライバ２と、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２０−１〜２０−４と、光ファイバ２０−１〜２０−４と共に光導波手段を構成するファイバアレイ２２とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、光ファイバ２０−１〜２０−４の先端にファイバアレイ２２を接続し、このファイバアレイ２２から被測定物１３に光を照射するようにしたものである。第１の実施の形態の例では、４本の光ファイバ２０−１〜２０−４を用いているので、ファイバアレイ２２としては、４本の光ファイバ２０−１〜２０−４からの光を被測定物１３に独立に導く光ファイバ芯線が最低４芯あるものを用いればよい。

ファイバアレイ２２中の各ファイバの出射端の間隔と、ファイバアレイ２２中の各ファイバの出射端と被測定物１３との間隔は、第１の実施の形態の式（９）で説明した条件を満たすように設定すればよい。被測定物１３内の特定成分の濃度の測定方法は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザダイオード１−１〜１−４と、レーザドライバ２と、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２０−１〜２０−４と、光ファイバ２０−１〜２０−４と共に光導波手段を構成する平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）２３とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、光ファイバ２０−１〜２０−４の先端にＰＬＣ２３を接続し、このＰＬＣ２３から被測定物１３に光を照射するようにしたものである。第１の実施の形態の例では、４本の光ファイバ２０−１〜２０−４を用いているので、ＰＬＣ２３としては、４本の光ファイバ２０−１〜２０−４からの光を被測定物１３に独立に導く光導波路が最低４つあるものを用いればよい。

ＰＬＣ２３中の各光導波路の出射端の間隔と、ＰＬＣ２３中の各光導波路の出射端と被測定物１３との間隔は、第１の実施の形態の式（９）で説明した条件を満たすように設定すればよい。被測定物１３内の特定成分の濃度の測定方法は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザダイオード１−１〜１−４と、レーザドライバ２と、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２０−１〜２０−４と、光ファイバ２０−１〜２０−４と共に光導波手段を構成するマルチコアファイバ２４とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、光ファイバ２０−１〜２０−４の先端にマルチコアファイバ２４を接続し、このマルチコアファイバ２４から被測定物１３に光を照射するようにしたものである。第２の実施の形態で説明したファイバアレイ２２が複数の光ファイバ芯線を束ねたものであるのに対して、マルチコアファイバ２４は、クラッド内に複数のコアを設けたものである。第１の実施の形態の例では、４本の光ファイバ２０−１〜２０−４を用いているので、マルチコアファイバ２４としては、４本の光ファイバ２０−１〜２０−４からの光を被測定物１３に独立に導くコアが最低４つあるものを用いればよい。

マルチコアファイバ２４中の各コアの出射端の間隔と、マルチコアファイバ２４中の各コアの出射端と被測定物１３との間隔は、第１の実施の形態の式（９）で説明した条件を満たすように設定すればよい。被測定物１３内の特定成分の濃度の測定方法は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１１は本発明の第５の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザダイオード１−１〜１−４と、レーザドライバ２と、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２０−１〜２０−４とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、光ファイバのような光導波手段を用いるのではなく、光源となるレーザダイオード１−１〜１−４を被測定物１３に近接配置して、レーザダイオード１−１〜１−４から被測定物１３に光を直接照射するようにしたものである。

各レーザダイオード１−１〜１−４の出射端の間隔と、各レーザダイオード１−１〜１−４の出射端と被測定物１３との間隔は、第１の実施の形態の式（９）で説明した条件を満たすように設定すればよい。被測定物１３内の特定成分の濃度の測定方法は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、光ファイバのような光導波手段を省くことができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１２は本発明の第６の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザドライバ２ａと、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２０−１〜２０−４と、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）２５−１〜２５−４とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、レーザダイオード１−１〜１−４の代わりに、光源としてＶＣＳＥＬ２５−１〜２５−４を用いたものである。レーザドライバ２ａは、ＶＣＳＥＬ２５−１〜２５−４を駆動する。４つのＶＣＳＥＬ２５−１〜２５−４から放射される光の波長は互いに異なる。光ファイバ２０−１〜２０−４は、ＶＣＳＥＬ２５−１〜２５−４から放射されたレーザ光を被測定物１３に導く。

その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施の形態のＶＣＳＥＬ２５−１〜２５−４を第２〜第５の実施の形態に適用してもよいことは言うまでもない。

［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１３は本発明の第７の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、ドライバ２ｂと、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２０−１〜２０−４と、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）２６−１〜２６−４とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、レーザダイオード１−１〜１−４の代わりに、光源としてＬＥＤ２６−１〜２６−４を用いたものである。ドライバ２ｂは、ＬＥＤ２６−１〜２６−４を駆動する。４つのＬＥＤ２６−１〜２６−４から放射される光の波長は互いに異なる。光ファイバ２０−１〜２０−４は、ＬＥＤ２６−１〜２６−４から放射されたレーザ光を被測定物１３に導く。

その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施の形態のＬＥＤ２６−１〜２６−４を第２〜第５の実施の形態に適用してもよいことは言うまでもない。

［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１４は本発明の第８の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザダイオード１−１〜１−４と、レーザドライバ２と、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２０−１〜２０−４と、光ファイバ２０−１〜２０−４から照射された光を被測定物１３に集光するための光学系２７とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、光ファイバ２０−１〜２０−４の出射端と被測定物１３との間に光学系２７を設けたものである。光学系２７としては、１枚乃至は複数枚のレンズがある。被測定物１３内の特定成分の濃度の測定方法は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、光学系２７としてレンズを用いることで、各光ファイバ２０−１〜２０−４からの光をより近接させて被測定物１３に照射することができる。

光学系２７の具体的な構成としては、図１５（Ａ）に示すように、２枚のレンズ１００，１０１または２枚以上のレンズを用いて光ファイバ２０−１〜２０−４からの平行な光をビーム幅を狭めて平行に出射するガリレー型の構成や、図１５（Ｂ）に示すように、２枚のレンズ１０２，１０３または２枚以上のレンズを用いて光ファイバ２０−１〜２０−４からの平行な光をビーム幅を狭めて平行に出射するケプラー型の構成がある。

あるいは、光学系２７として、図１６に示すように、適当な角度を持って配置された光ファイバ２０−１〜２０−４から照射される光に対して平行なビームを出射するプリズム１０４を用いてもよい。

［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。図１７は本発明の第９の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図であり、図１、図１８と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の成分濃度測定装置は、レーザダイオード１−１〜１−４と、レーザドライバ２と、光ファイバ３−１〜３−４と、光カプラ４−１，４−２と、音響センサ８と、増幅器９と、ファンクションジェネレータ１０と、ロックインアンプ１１と、情報処理装置１２と、光ファイバ２８−１，２８−２とから構成される。

本実施の形態は、図１８に示した従来の構成において、光カプラ６を省いたものである。光ファイバ２８−１，２８−２は、それぞれ光カプラ４−１，４−２からの光を被測定物１３に導く。被測定物１３内の特定成分の濃度の測定方法は第１の実施の形態で説明したとおりである。

本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して光カプラ４−１，４−２の分だけ光損失が増大するが、図１８に示した従来の構成と比較して光カプラ１つを省略することができ、光損失については３ｄＢ分低減することができる。

第１〜第９の実施の形態の情報処理装置１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第９の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、血液グルコース、アルブミン等の成分の濃度をモニターする技術に適用することができる。

１−１〜１−４…レーザダイオード、２，２ａ…レーザドライバ、２ｂ…ドライバ、３−１〜３−４，２０−１〜２０−４，２８−１，２８−２…光ファイバ、４−１，４−２…光カプラ、８…音響センサ、９…増幅器、１０…ファンクションジェネレータ、１１…ロックインアンプ、１２…情報処理装置、２１…スペーサ、２２…ファイバアレイ、２３…平面光波回路、２４…マルチコアファイバ、２５−１〜２５−４…垂直共振器型面発光レーザ、２６−１〜２６−４…発光ダイオード、２７…光学系、１００〜１０３…レンズ、１０４…プリズム、１２０…光パワー制御部、１２１…光パワー測定部、１２２…信号強度測定部、１２３…濃度導出部、１２４…記憶部。

Claims (8)

1. 互いに波長が異なるｎ波（ｎは３以上の整数）の光のうち２波の光を同一の周波数で且つ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して放射する光源と、
   この光源からの２波の光をそれぞれ独立に被測定物に導く光導波手段と、
   前記２波の光のうち少なくとも一方の光のパワーを変化させる光パワー制御手段と、
   光照射によって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する光音響信号検出手段と、
   前記２波の光のうち少なくとも一方の光のパワーを測定する光強度測定手段と、
   前記電気信号の強度を測定する信号強度測定手段と、
   光のパワーを変化させて前記電気信号の強度が最低となったときの前記光強度測定手段の測定結果に基づいて、前記被測定物に含まれる測定対象の成分の濃度を導出する濃度導出手段とを備え、
   前記光導波手段は、前記光源からのｎ波の光を前記被測定物に独立に照射するためのｎ個の出射端が互いに近接して配置されたものであり、
   前記濃度導出手段は、前記ｎ波の光の中から選択し得る２波の組み合わせのうち少なくとも一部の組み合わせの各々について求めた前記光強度測定手段の測定結果に基づいて、前記測定対象の成分の濃度を導出することを特徴とする成分濃度測定装置。
2. 請求項１記載の成分濃度測定装置において、
   前記光導波手段のｎ個の出射端の間隔は、前記被測定物に照射される２波の光が互いに重なる領域の体積が所定値以上となるように設定されることを特徴とする成分濃度測定装置。
3. 請求項１または２記載の成分濃度測定装置において、
   前記光導波手段のｎ個の出射端と前記被測定物との間隔は、前記被測定物に照射される２波の光が互いに重なる領域の体積が所定値以上となるように設定されることを特徴とする成分濃度測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成分濃度測定装置において、
   さらに、前記光導波手段のｎ個の出射端と前記被測定物との間に前記ｎ個の出射端を固定するように設けられた、光を透過する材料からなるスペーサを備えることを特徴とする成分濃度測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成分濃度測定装置において、
   前記光導波手段は、少なくとも前記被測定物に近い部分がファイバアレイで構成され、このファイバアレイのｎ本のファイバの出射端が前記被測定物と対向するように配置されることを特徴とする成分濃度測定装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成分濃度測定装置において、
   前記光導波手段は、少なくとも前記被測定物に近い部分がマルチコアファイバで構成され、このマルチコアファイバのｎ個のコアの出射端が前記被測定物と対向するように配置されることを特徴とする成分濃度測定装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成分濃度測定装置において、
   さらに、前記光導波手段のｎ個の出射端と前記被測定物との間に、前記光導波手段からの光を前記被測定物に集光するための光学系を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。
8. 請求項７記載の成分濃度測定装置において、
   前記光学系は、前記光導波手段からの光を平行に出射するものであることを特徴とする成分濃度測定装置。

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