JP2021152490A

JP2021152490A - 尿成分分析装置及び便器装置

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Publication number: JP2021152490A
Application number: JP2020053294A
Authority: JP
Inventors: 裕哉村上; Yuya Murakami
Original assignee: Lixil Corp
Current assignee: Lixil Corp
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP7407042B2

Abstract

【課題】高い感度で尿成分を検出できる尿成分分析装置及び便器装置を提供する。【解決手段】尿成分分析装置は、投入される尿と接触する光学素子２６と、光学素子２６の内部を伝搬する分析光であって、光学素子２６の尿接触面２６ｃで全反射させた分析光を検出する光センサ４０と、検出した分析光に基づいて尿Ｕｒの成分を分析可能なデータ処理装置と、尿接触面２６ｃを覆うように設けられ、投入される尿の勢いを弱める緩衝部材４６と、を含む。便器装置は、便鉢部を有する便器本体と、便鉢部に投入される尿Ｕｒと接触する光学素子２６を有し、光学素子２６の内部を伝搬する分析光であって、光学素子２６の尿接触面２６ｃで全反射させた分析光を検出することで尿Ｕｒの成分を分析可能な尿成分分析装置と、尿接触面２６ｃを覆うように設けられ、便鉢部に投入される尿Ｕｒの勢いを弱める緩衝部材４６と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、尿成分分析装置及び当該分析装置を搭載又は当該分析装置とともに使用される便器装置に関する。

近年、健康意識の高まりにともない、自宅で気軽に健康状態を把握できる手段の開発が進められている。本出願人においても、ハイパースペクトルカメラを利用した尿成分分析技術の研究が進められている（特許文献１）。

特開２０１９−０６０８３９号公報

本発明者は、トイレ利用時に使用者が意識することなく尿成分を分析できる技術について鋭意検討してきた。また特許文献１に記載の尿成分分析装置について、測定精度を向上させるべく、測定方法、被検対象物の採取方法等、鋭意工夫を重ね本開示の技術を発明した。

本開示の目的の１つは、従来よりも尿成分の正確な検出が可能な尿成分分析装置及び当該分析装置を搭載又は当該分析装置とともに使用される便器装置を提供することにある。

本開示に係る尿成分分析装置は、投入される尿と接触する光学素子と、前記光学素子の内部を伝搬する分析光であって、前記光学素子の尿接触面で全反射させた分析光を検出する光センサと、前記検出した分析光に基づいて、前記尿の成分を分析可能なデータ処理装置と、前記尿接触面を覆うように設けられ、前記投入される尿の勢いを弱める緩衝部材と、を備える。

本開示に係る便器装置は、上記尿成分分析装置と、前記尿が投入される便鉢部と、前記尿成分分析装置が組み込まれ、伸縮可能に構成された可動部材と、前記可動部材を収容する機能部と、を備える。

本開示に係る便器装置は、便鉢部を有する便器本体と、前記便鉢部に投入される尿と接触する光学素子を有し、前記光学素子の内部を伝搬する分析光であって、前記光学素子の尿接触面で全反射させた分析光を検出することで前記尿の成分を分析可能な分析装置と、前記尿接触面を覆うように設けられ、前記便鉢部に投入される尿の勢いを弱める緩衝部材と、を備える。

実施形態の便器装置を示す側面図である。実施形態の便器装置の一部の側面断面図である。実施形態の尿成分分析装置の機能を示すブロック図である。実施形態の尿成分分析装置の一部を示す側面断面図である。図５Ａは、可動部材が採尿位置にある状態を示す図である。図５Ｂは、可動部材が待機位置にある状態を示す図である。図６Ａは、緩衝部材のメッシュ構成の例を示す平面図である。図６Ｂは、緩衝部材のメッシュ構成の例を示す平面図である。図６Ｃは、緩衝部材のメッシュ構成の例を示す平面図である。図６Ｄは、緩衝部材のメッシュ構成の例を示す平面図である。図６Ｅは、緩衝部材のメッシュ構成の例を示す平面図である。図７Ａは、図４の矢視Ａからセンサユニットの一部を見た図である。図７Ｂは、センサユニットに付着した尿試料を示す図である。実施形態の制御部及びデータ処理部が行う処理フローの一例を示すフローチャートである。吸収スペクトルのピークの強度と、尿試料中の成分の濃度と、分析光の尿接触面に対する分析光の侵入回数との関係を例示する図である。緩衝部材を有さない便器装置において尿試料が跳ね返る場合を例示する図である。緩衝部材を有さない便器装置において尿試料が光路上に乗らない場合を例示する図である。

以下、実施形態では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略し、構成要素の寸法を適宜拡大、縮小して示す場合がある。

＜実施形態＞図１は、一実施形態における尿成分分析装置２０が取り付けられる便器装置１０を示す外観図である。便器装置１０は、便器本体１２と、便座支持部材１４と、便座１６と、便蓋１８と、尿成分分析装置２０（図２参照）と、を含む。

図２は、本実施形態における尿成分分析装置２０が便器装置１０内に取り付けられた状態を示す概略断面図である。本実施形態に係る便器本体１２は、洋風大便器である。便器本体１２は、尿等の汚物を受ける便鉢部２２を有する。便鉢部２２の底部には封水２４が溜められる。尿成分分析装置２０の詳細は後述するが、カバー部材３６から入れ子式に前進後退又は伸縮可能に構成された可動部材３４の先端に設けられた光学素子２６を備える。光学素子２６およびその周囲がセンサユニット２８として機能する。

図１、２に例示される便座支持部材１４は、便器本体１２の後部の上面部に対して、不図示のねじ等を用いて、着脱可能に取り付けられる。便座支持部材１４は中空構造であり、その内部に局部洗浄装置等の機械装置が収容される。便座１６及び便蓋１８は、便座支持部材１４を介して便器本体１２に開閉可能に取り付けられる。

図３は、本実施形態における尿成分分析装置２０の構成を示すブロック図である。本開示に係る尿成分分析装置２０は、分光法の一つとなる減衰全反射法を利用して、尿成分の濃度等を分析する。この減衰全反射法を用いた分析の概要は次の通りである。減衰全反射法では、ＡＴＲ素子とよばれる光学素子２６を用いる。図４に示すように、光学素子２６は、分析対象となる尿Ｕｒ（以下、尿試料Ｕｒという）と接触させて用いられる。光学素子２６の屈折率が、分析対象となる尿Ｕｒの屈折率よりも大きくなるよう光学素子２６を設計又は選択することにより、光学素子２６に入射した光（分析に供する光であり、以下、分析光と称する）は、尿試料Ｕｒと接触する尿接触面２６ｃで全反射を繰り返しながら、光学素子２６内を前進する。分析光の波長は分析対象に応じて適宜選択することができ、尿を分析対象とする場合は、０．８μｍ〜２０μｍの波長が好ましい。尿接触面２６ｃと尿試料Ｕｒの界面ＢＳより尿試料Ｕｒ寄りの箇所には、分析光の全反射に伴い分析光の一部がエバネッセント波として潜り込む。エバネッセント波は尿試料Ｕｒに固有の波長で吸収されるため、その分析光のスペクトルを取得することにより、尿試料Ｕｒの成分を分析できる。ここでの分析とは、例えば、尿試料Ｕｒの成分に関する定性分析や、その成分の濃度等に関する定量分析である。

本実施形態における尿成分分析装置２０は、センサユニット２８と、制御部３０と、データ処理部３２と、を備える。制御部３０、データ処理部３２は、ハードウェア要素とソフトウェア要素の組み合わせ、又は、ハードウェア要素のみにより実現される。ハードウェア要素としては、プロセッサ、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）が利用される。ソフトウェア要素としては、オペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムが利用される。本開示に係る制御部３０およびデータ処理部３２は、スタンドアローンでその機能を発揮してもよく、ネット接続によりその機能を発揮するものであってもよい。また制御部３０およびデータ処理部３２は、便器装置において電子部品等が収納される機能部（図１における便座支持部材１４内の空間など）に構成されてもよく、便器装置に外付けされてもよく、便器装置とは離れた遠隔位置にネット接続等により構成されてもよい。

本実施形態において制御部３０及びデータ処理部３２を構成するハードウェア要素は、便座支持部材１４とは別体に設けられる。ただし、これらハードウェア要素は、便座支持部材１４と一体に設けられるようにその内部に収容されてもよい。制御部３０は、センサユニット２８の動作を制御する。データ処理部３２は、センサユニット２８の光センサ４０（後述する）から出力される検出信号に基づいて尿試料Ｕｒの成分を分析する。これらが行う処理は後述する。

図２、４に示すように、センサユニット２８は、光学素子２６の他に、可動部材３４と、カバー部材３６と、光源３８と、光センサ４０と、弾性部材４２と、押さえ部材４４と、緩衝部材４６と、を有する。

可動部材３４は、中空の円筒形状をなしている。なお、可動部材３４は、カバー部材３６に対して引き出したり、収納したりできるものであれば、円筒形状に限定されない。可動部材３４には、光学素子２６、光源３８、光センサ４０、弾性部材４２、押さえ部材４４及び緩衝部材４６が組み込まれる。光学素子２６、光源３８、光センサ４０は可動部材３４の内部に収容されたうえで、ネジ止め、接着等により固定されることで可動部材３４に組み込まれる。また、弾性部材４２、押さえ部材４４及び緩衝部材４６は可動部材３４の上面３４ａ側に配置されたうえで、ネジ止め等により固定されることで可動部材３４に組み込まれる。可動部材３４は、これら光学素子２６等を支持する支持部材として機能する。可動部材３４は、上記機能部内に収容可能に構成される。

カバー部材３６は、便座支持部材１４の内部に配置される。カバー部材３６は、筒状の部材であり、可動部材３４を進退可能に内蔵する。内蔵方式は、入れ子式、スライド式、等適宜採用しうる。カバー部材３６は可動部材を進退可能に収容できる形状であればよく、円筒の他、角筒その他の筒状形状も採用できる。カバー部材３６は、不図示のねじ等を用いて、便座支持部材１４に着脱可能に取り付けられる。これにより、センサユニット２８を便器本体１２に直接に取り付けるよりも容易に交換できる。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、可動部材３４は、モータ、動力伝達部品等を組み合わせた駆動機構によって、カバー部材３６に対して進退するように駆動される。可動部材３４は、カバー部材３６に対して直線的に進退することによって、採尿位置Ｌａと待機位置Ｌｂの間を移動可能である。

採尿位置Ｌａは、便鉢部２２内に尿試料Ｕｒを投入したとき、その尿試料Ｕｒを可動部材３４で受けられる位置である。尿試料Ｕｒは、分析対象者の排尿に伴い直接に投入されてもよいし、排尿時に一時的に容器に溜めたうえで容器から投入されてもよい。可動部材３４は、採尿位置Ｌａにあるとき、光学素子２６の尿接触面２６ｃが上向きに配置される。また、可動部材３４は、採尿位置Ｌａにあるとき、便鉢部２２内に溜められる封水２４の水面（封水面）に対して上方に配置される（図２参照）。

待機位置Ｌｂは、便鉢部２２内に尿試料Ｕｒを投入したとき、その尿試料Ｕｒを可動部材３４で受けられない位置である。可動部材３４は、待機位置Ｌｂにあるとき、カバー部材３６に全体又は大部分が収容されることで、尿を受けられない状態となる。

図４に示すように、光学素子２６は、分析光が入射する分析光入射面２６ａと、分析光が出射する分析光出射面２６ｂと、分析光入射面２６ａから入射した分析光を多重全反射させながら分析光出射面２６ｂまで導く互いに向き合う一対の尿接触面２６ｃ及び全反射面２６ｄとを有する。光学素子２６は、分析光に対して透光性を持つ素材を用いて構成される。この素材は、例えば、シリコン単結晶等である。光学素子２６の詳細は後述する。

光源３８は、光学素子２６の分析光入射面２６ａに入射する分析光を発することが可能である。光源３８は、分析光として、赤外線に属する波長域の光を発する。この波長域は、例えば、０．８μｍ〜２０μｍである。

光センサ４０は、光学素子２６の分析光出射面２６ｂから出射した分析光を検出可能である。光センサ４０は、例えば焦電センサである。光センサ４０は、分析光を受光することで分析光に応じた検出信号を生成し、その検出信号をデータ処理部３２に出力する。

本実施形態において、光源３８が発した分析光は、光学素子２６の分析光入射面２６ａに入射する。このとき、光源３８から分析光入射面２６ａに至る光路上にミラー、プリズム等を設置することにより、光源３８からの光を効率的に入射面２６ａに入射させることができる。

また、本実施形態において、光学素子２６の分析光出射面２６ｂから出射した分析光は、光センサ４０に入射する。このとき、分析光出射面２６ｂから光センサ４０に至る光路上にミラー、プリズム等を設置することにより、出射面２６ｂからの光を効率的に光センサ４０に入射させることができる。

弾性部材４２は可動部材３４の上面３４ａ上で可動部材３４と緩衝部材４６との間に配置される。本実施形態における弾性部材はゴム板である。押さえ部材４４は緩衝部材４６上に配置される。弾性部材４２及び押さえ部材４４は、緩衝部材４６を通過しようとする尿との干渉を避けることができる位置に配置される。押さえ部材４４により弾性部材４２及び緩衝部材４６が押さえ込まれた状態でねじ止め（図４中、ねじは不図示）することにより、可動部材３４の上面３４ａ上で弾性部材４２、押さえ部材４４及び緩衝部材４６が固定される。

緩衝部材４６は、複数の細線が縦横に交差してメッシュ状に構成された矩形の複数の微細孔を有する。緩衝部材４６は、複数の微細孔を通じて便鉢部２２に投入される尿試料Ｕｒの勢いを弱めつつこの尿試料Ｕｒを通過可能に構成される。図４に示すように、緩衝部材４６は、光学素子２６の尿接触面２６ｃよりも大きいサイズのシート体である。緩衝部材４６は、光学素子２６の尿接触面２６ｃの全面を覆うように尿接触面２６ｃに対して上方に配置される。緩衝部材４６は、尿接触面２６ｃに対して、尿接触面２６ｃから尿試料Ｕｒへエバネッセント波が潜り込む深さよりも間隔を空けて配置される。一実施形態においてエバネッセント波の尿試料Ｕｒ中への潜り込みの深さは数μｍ程度である。緩衝部材４６は、弾性部材４２及び押さえ部材４４に挟み込まれるように配置される。図４に示すように、本実施形態の緩衝部材４６は、可動部材３４が前方または後方に稼働する方向である可動方向Ｄｘに傾斜する。以下、その傾斜する方向を傾斜方向Ｐｘという。

図６Ａは、本実施形態における緩衝部材４６のメッシュ構成を示す平面図である。本実施形態における緩衝部材４６は、金属線５１を格子状に編んだメッシュである。金属線５１としては、従来公知のものを採用できる。金属線は防食材料により被覆されていてもよい。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、本実施形態における緩衝部材４６は、平面視において傾斜方向Ｐｘを長手方向とする矩形状に構成される。なお、図６Ａ及び図６Ｂでは、緩衝部材４６の微細孔は簡略化して示されている。光学素子２６および緩衝部材４６は、光路の確保と、便器内の設置寸法との関係から、本実施形態のような平面視矩形型が好ましいが、これに限定されない。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、本実施形態における光学素子２６は、平面視において傾斜方向Ｐｘを長手方向とする矩形である。傾斜方向Ｐｘについて、光学素子２６の尿接触面２６ｃ側の面の長さは、図４に示すように、断面視において、全反射面２６ｄ側の面の長さよりも大きい。分析光入射面２６ａおよび分析光出射面２６ｂは、尿接触面２６ｃ側の面から全反射面２６ｄに向かって斜めに構成されている。

図４に示す例では、分析光入射面２６ａおよび分析光出射面２６ｂは、尿接触面２６ｃ側の面を下底（長い底辺）、全反射面２６ｄを上底（短い底辺）とする断面視逆台形状の光学素子２６の側面をそれぞれ構成し、分析光入射面２６ａと分析光出射面２６ｂは、全反射面２６ｄに対して鈍角をなし、かつ、尿接触面２６ｃに対して鋭角をなすように傾斜している。

分析光入射面２６ａは、傾斜方向Ｐｘにおいて、光学素子２６の一端２６ｅを構成し、分析光出射面２６ｂは、傾斜方向Ｐｘにおいて、光学素子２６の他端２６ｆを構成する。分析光入射面２６ａは、光学素子２６内で分析光が進む光路Ｐｏの始点となり、分析光入射面２６ａから入射した光は光学素子２６内で全反射を繰り返しながら進み、分析光出射面２６ｂで光学素子２６から出る。すなわち、分析光出射面２６ｂは、光学素子２６内の光路Ｐｏの終点となる。全反射面２６ｄは、尿接触面２６ｃとは光学素子２６の表裏反対側にて尿接触面２６ｃと平行に設けられる。ここでいう「平行」とは、光学素子２６内で多重全反射が生じる程度に方向が揃っていればよく、厳密な平行でなくともよい。

尿接触面２６ｃは、可動部材３４が採尿位置Ｌａにあるとき、外部空間に露出し、便鉢部２２に投入される尿試料Ｕｒと接触する。光学素子２６は、その尿接触面２６ｃを含む全体に関して、可動部材３４が採尿位置Ｌａにあるとき、便鉢部２２の内壁面から上方に浮いた位置に設けられる。

尿接触面２６ｃは、傾斜方向Ｐｘの勾配に沿って、分析光入射面２６ａ側が分析光出射面２６ｂ側よりも下側になるよう傾斜する傾斜領域２６ｇを有する。本実施形態では、尿接触面２６ｃの全体が傾斜領域２６ｇとなる。以下、尿接触面２６ｃの傾斜方向Ｐｘ及び尿接触面２６ｃの法線方向と直交する方向を幅方向Ｐｙという。

可動部材３４には、外内を貫通する窓部３４ｂが形成される。光学素子２６は、窓部３４ｂを可動部材３４の内側から覆い塞ぐように設けられる。光学素子２６の尿接触面２６ｃは、窓部３４ｂを通して外部空間に露出するように設けられる。窓部３４ｂの内周壁面は、可動部材３４の外側から内側に向かうにつれて径方向内側に延びるように傾斜して形成される。

可動部材３４の上面３４ａは、光学素子２６の尿接触面２６ｃと同様、尿接触面２６ｃの傾斜方向Ｐｘの一方に向かって下り勾配となる傾斜領域３４ｃを有する。可動部材３４の傾斜領域３４ｃは、尿接触面２６ｃの傾斜領域２６ｇよりも上方であって、その傾斜領域３４ｃに付着した尿試料Ｕｒを自重により尿接触面２６ｃまで導ける位置に少なくとも設けられる。これにより、分析対象者は、光学素子２６の尿接触面２６ｃの他に、可動部材３４の傾斜領域３４ｃを狙いとして尿試料Ｕｒを投入すればよくなり、尿成分の分析に伴う分析対象者の作業負担を軽減できる。

図４、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、光源３８は、光学素子２６の一端側に配置され、光源３８から出射した分析光が分析光入射面２６ａに直進して入射する位置に配置される。また、光センサ４０は、光学素子２６の他端側２６ｆに配置され、分析光出射面から出射した分析光が光センサ４０に直進して入射する位置に配置される。光源３８は、尿接触面２６ｃの法線方向（図７の視点）から見て、光学素子２６の一端側２６ｅと重なる位置に配置される。また、光センサ４０は、同様の視点から見て、光学素子２６の他端側２６ｆと重なる位置に配置される。

図４、図７Ａ及び図７Ｂでは、分析光の光路Ｐｏを模式的に示す。分析光の光路Ｐｏは、光学素子２６の尿接触面２６ｃと全反射面２６ｄでの多重反射により、複数回に亘り尿接触面２６ｃの傾斜領域２６ｇや全反射面２６ｄで全反射するように設定される。

また、分析光の光路Ｐｏは、このような傾斜領域２６ｇでの複数回の全反射を伴い傾斜領域２６ｇの傾斜方向Ｐｘに伝搬するように設定される。本実施形態では、傾斜領域２６ｇの法線方向（図７Ａ及び図７Ｂの視点）から見て、傾斜領域２６ｇの傾斜方向Ｐｘに沿って伝搬するように分析光の光路Ｐｏが設定される。

また、分析光の光路Ｐｏは、傾斜領域２６ｇの法線方向（図７Ａ及び図７Ｂの視点）から見て、傾斜領域２６ｇの傾斜方向Ｐｘに沿って延びる帯状をなす。また、分析光の光路Ｐｏの幅方向Ｐｙに沿った幅寸法は、尿接触面２６ｃの幅寸法より小さくなるように設定される。

このように分析光の光路Ｐｏを設定するうえで、分析光の形状、分析光の分析光入射面２６ａへの入射角度、光学素子２６の形状等が設定される。詳しくは、光源３８から光学素子２６の内部を経由して光センサ４０に至るまでの間で、分析光の光路Ｐｏが前述した条件を満たすように、分析光入射面２６ａへの入射角度、光学素子２６の形状等が設定される。特に、このような条件を満たすように、光学素子２６の形状として、光学素子２６の尿接触面２６ｃ、全反射面２６ｄ、分析光入射面２６ａ、分析光出射面２６ｂの形状が設定される。分析光の形状は、前述の分析光の光路Ｐｏの幅寸法に関する条件を満たすように設定される。このような分析光の光路Ｐｏが設定されるようにセンサユニット２８が構成されるとも捉えられる。

図８のフローチャートを用いて、尿成分分析装置２０による分析動作を説明する。制御部３０及びデータ処理部３２は、不図示の操作ユニットに対する操作を通じて分析開始指令を受けたことを契機として、尿成分分析装置２０を用いた分析動作を実行する。この分析動作では、まず、制御部３０は、駆動機構を用いてセンサユニット２８の可動部材３４を待機位置Ｌｂから採尿位置Ｌａに移動させる（Ｓ１０）。

制御部３０は、可動部材３４が採尿位置Ｌａにあるとき、光源３８から発した分析光を光学素子２６の内部を通過させたうえで光センサ４０により検出する分析光検出動作を行う。一実施形態における制御部３０は、第一段階として、バックグラウンドスペクトルを取得するため、光学素子２６の尿接触面２６ｃに尿試料Ｕｒが接触していない状態のもとで分析光検出動作を行う。データ処理部３２は、このような状態のもとで分析光検出動作により光センサ４０により分析光を検出することで、バックグラウンドスペクトルを取得する（Ｓ１２）。なお、本開示に係る測定技術においては必ずしも毎回バックグラウンドスペクトルを取得する必要はない。

次に、本実施形態における制御部３０は、第二段階として、試料スペクトルを取得するため、光学素子２６の尿接触面２６ｃに尿試料Ｕｒが接触している状態のもとで分析光検出動作を行う。この動作を行う前段階として、制御部３０は、スピーカー等の報知部を通じて分析対象者に尿試料Ｕｒの投入を促すための報知をする。分析対象者は、この報知を受けると、可動部材３４に当たるように尿試料Ｕｒを投入する。データ処理部３２は、尿接触面２６ｃに尿試料Ｕｒが接触している状態のもと、前述の分析光検出動作により光センサ４０により分析光を検出することで試料スペクトルを取得する（Ｓ１４）。一実施形態においてバックグラウンドスペクトルや試料スペクトルは、光センサ４０から出力される検出信号を周波数解析することで取得できる。なお、本開示に係る測定技術において、周波数解析をせず、光センサ４０から出力される検出信号の強度のみを取得する場合もある。

本実施形態におけるデータ処理部３２は、バックグラウンドスペクトルと試料スペクトルの比に基づいて、尿試料の吸収スペクトルを算出する（Ｓ１６）。なお、本開示に係る測定技術において、バックグラウンドスペクトルと試料スペクトルの比に限定されず、両者の差に基づいて尿スペクトル分析をしてもよい。

データ処理部３２は、算出した吸収スペクトルに基づいて、尿試料Ｕｒの成分を分析する（Ｓ１８）。まず、尿試料Ｕｒの成分に関する定性分析の場合の分析方法について説明する。データ処理部３２は、吸収スペクトルの特定の周波数成分と特定の尿成分とを対応付けて記憶している。吸収スペクトルのピークの強度幅が閾値を超えた場合、データ処理部３２は、その閾値を超えたピークの強度幅の周波数成分に対応付けられた尿成分を特定する。この場合、データ処理部３２は、特定した尿成分が検出されたと判定する。一方、吸収スペクトルのピークの強度幅が閾値を超えない場合、データ処理部３２は、いずれの尿成分も検出されないと判定する。

次に、尿試料Ｕｒの成分の濃度に関する定量分析について説明する。データ処理部３２は、特定の尿成分の濃度に対する吸収スペクトルのピークの強度幅の検量線を記憶している。データ処理部３２は、検量線を用いて、吸収スペクトルのピークの強度幅に対応する濃度を特定し、その特定した濃度をその成分の濃度として決定する。

上記の成分の分析方法は特に限定されず、例えば、ケモメトリックス法を用いてもよい。以上のＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１８の一連の流れは公知であるため、ここでは説明を簡易にとどめる。データ処理部３２は、尿試料Ｕｒの成分の分析結果をディスプレイ、プリンタ等の出力部に出力してもよい。また分析結果は、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット端末等の携帯電子端末への出力も可能である。さらには、本開示に係る分析装置は、内蔵または外付けの記憶手段に取得データを蓄積することも可能であり、アプリ等のプログラムによって、上記携帯端末へのデータ蓄積も可能である。

制御部３０は、データ処理部３２による尿試料Ｕｒの成分の分析が完了したところで、駆動機構を用いて、可動部材３４を採尿位置Ｌａから待機位置Ｌｂに移動させる（Ｓ２０）。これにより、尿成分分析装置２０を用いた分析動作が完了する。

この一連の流れを経ることで、尿試料Ｕｒの成分や濃度等を分析できる。このように、尿成分分析装置２０は、光学素子２６の尿接触面２６ｃで全反射させた分析光を検出することで尿成分を分析可能である。

ここで、図９を用いて、吸収スペクトルのピークを変化させる要因について説明する。図９には、光学素子２６から出射されたときの分析光８０１の強度と、光センサ４０によって検出された分析光８０２の強度とが示される。

吸収スペクトルのピークの信号強度は、尿試料Ｕｒにおける分析光の吸収量に依存して決まる。この分析光の吸収量は、尿試料Ｕｒ中の成分の濃度と、分析光が尿接触面２６ｃ上で尿試料Ｕｒに侵入する回数（以下、「分析光の侵入回数」という）とに応じて変わる。図９に示すように、尿試料Ｕｒ中の成分の濃度が高い場合や分析光の侵入回数が多い場合には、尿試料Ｕｒにおける分析光の吸収量が多くなるため、吸収スペクトルのピークの強度幅が比較的大きくなる。逆に、尿試料Ｕｒ中の成分の濃度が低い場合や分析光の侵入回数が少ない場合には、尿試料Ｕｒにおける分析光の吸収量が少なくなるため、吸収スペクトルのピークの強度幅が比較的小さくなる。

尿試料Ｕｒの成分の濃度は、設定した光路Ｐｏにおいて想定される尿接触面２６ｃでの分析光の反射回数（以下、想定反射回数）を基準に分析される。そのため、尿接触面２６ｃの光路上の尿試料Ｕｒと接触していない部分で分析光が反射された場合など、分析光の反射箇所で分析光が尿試料Ｕｒに侵入しない場合、実際の分析光の侵入回数が想定反射回数と異なるため、尿試料Ｕｒの成分の濃度の誤検出が生じる。尿試料Ｕｒの成分の濃度を正確に検出するためには、分析光の侵入回数を想定反射回数に近づけることが重要である。

また、尿試料Ｕｒ中の特定成分を検出するためには、その成分を含むかを判別できる程度に吸収スペクトルのピークの強度幅が大きい必要がある。しかし、尿試料Ｕｒ中の微量な成分を検出する場合、分析光が反射箇所で尿試料Ｕｒに侵入せずに十分な侵入回数が確保されないと、その成分を含むかを判別できる程度に吸収スペクトルのピークの強度幅が十分に大きくならず、その成分を検出できない場合がある。そのため、微量な成分の正確な検出のためには、分析光の侵入回数を多くして吸収スペクトルのピークの強度幅を十分に大きくすることが重要である。

このように、尿試料Ｕｒ中の成分及びその濃度の正確な検出のためには、分析光の侵入回数のバラツキを抑えて、所定の侵入回数を確保することが重要である。この観点から、分析光が尿試料Ｕｒに侵入しないことを抑制するために、光学素子２６の尿接触面２６ｃの全域に尿試料Ｕｒを接触させることが求められる。

比較のため、図１０、１１を用いて、緩衝部材４６を有さない便器装置１０について説明する。図１０に示すように、便鉢部２２内に尿試料Ｕｒを投入すると、尿試料Ｕｒが光学素子２６の尿接触面２６ｃと接触して跳ね返ってしまう。この跳ね返りにより、図１１に示すように、尿接触面２６ｃの光路上で尿試料Ｕｒと接触していない部分が生じ易くなり、尿試料Ｕｒと接触していない尿接触面２６ｃで分析光の全反射が生じてしまう。そのため、分析光の侵入回数が減った分だけエバネッセント波が尿試料Ｕｒの成分に固有の波長で吸収されず、適切な吸収スペクトルのピークの強度幅が得られない結果、尿試料Ｕｒの成分や濃度を正確に検出できない場合がある。

本実施形態における便器装置１０では、便鉢部２２に投入された尿試料Ｕｒが緩衝部材４６と接触することにより、落下エネルギーが吸収されてその勢いが弱められる。そのため、緩衝部材４６を通過した尿試料Ｕｒが光学素子２６の尿接触面２６ｃと接触しても、跳ね返りが低減される。これにより、尿接触面２６ｃの光路Ｐｏ上に尿試料Ｕｒが溜まり易くなり、光学素子２６の尿接触面２６ｃの全域に尿試料Ｕｒが接触し易くなり、光路Ｐｏ上で尿試料Ｕｒが乗らない部分が生じにくくなる。そのため、尿試料Ｕｒと接触した尿接触面２６ｃで分析光の全反射が生じ易くなる。その結果、分析光の侵入回数のバラツキを抑えることができるため、従来よりも尿試料Ｕｒの成分を正確に検出できる。

また、尿試料Ｕｒの跳ね返りの低減によって尿接触面２６ｃの光路上に尿試料Ｕｒが溜まり易くなることにより、尿試料Ｕｒを短時間投入しただけで尿接触面２６ｃの全域に尿試料Ｕｒが確保され易くなる。そのため、尿成分の分析に伴う分析対象者の作業負担が軽減される。さらに、便座や太ももへの尿試料Ｕｒの跳ね返りがなくなり、衛生的且つ不快感が抑制された尿成分の分析が可能となる。

本実施形態における緩衝部材４６は、尿接触面２６ｃの全域を覆うように配置される。この構成によると、投入された尿試料Ｕｒが緩衝部材４６を通らずに尿接触面２６ｃに接触することが抑制される。

本実施形態における緩衝部材４６は、尿接触面２６ｃに対して間隔を空けて配置される。この構成によると、尿接触面２６ｃからしみ出したエバネッセント波が緩衝部材４６に接触し、それにより検出結果に悪影響を及ぼすことが抑制される。

本実施形態における分析光の光路Ｐｏは、多重反射により複数回に亘り尿接触面２６ｃで全反射するように設定される。この構成によると、尿試料Ｕｒに対する尿接触面２６ｃでの分析光の反射回数を増やせるようになり、尿試料Ｕｒに含まれる特定成分に対応するスペクトルの尿試料Ｕｒによる吸収量を高められる。その結果、その特定成分に対応する吸収スペクトルのピークの強度幅を大きくすることで、その特定成分を高い感度で検出できる。上述したように、緩衝部材４６によって分析光の侵入回数のバラツキが抑えられるため、これと相まって、この多重反射による効果は顕著に現れる。

本実施形態における緩衝部材４６は、メッシュ状に構成される。この構成によると、緩衝部材４６において、投入した尿試料Ｕｒの勢いの減衰及び細分化が効果的になされる。

＜変形例＞本実施形態における分析光の光路Ｐｏは、複数回に亘り尿接触面２６ｃの傾斜領域２６ｇや全反射面２６ｄで全反射するように設定されたが、これに限定されず、尿接触面２６ｃの傾斜領域２６ｇで一回のみ全反射するように設定されてもよい。

本実施形態における緩衝部材４６は、金属で構成されるが、これに限定されず、布や樹脂部材等で構成されてもよい。

本実施形態における緩衝部材４６は、メッシュ状に構成されるが、これに限定されない。緩衝部材４６は、メッシュ状の構成や縦又は横の一方向に細線を配列した構成などの線配列部材であってもよいし、不織布で構成されてもよい。

本実施形態における緩衝部材４６は、尿接触面２６ｃの全面を覆うように設けられるが、これに限定されず、尿接触面２６ｃの一部分を覆うように設けられてもよい。

本実施形態における緩衝部材の開口部５２は、矩形状に形成されるが、これに限定されない。図６Ｂ〜図６Ｅは、緩衝部材４６の変形例を示す平面図である。本開示に係る緩衝部材４６は、図６Ａに示すような開口部５２が四角形の格子の他、開口部５２の形状が三角形の格子（図６Ｂ）、ひし形の格子（図６Ｃ）、その他多角形の格子（図６Ｄ）であってもよい。また緩衝部材４６は、図６Ｅに示すようなルーバー状に金属またはプラスチックの平板５３を組み合わせたものであってもよい。この場合、尿が光学素子２６の尿接触面２６ｃに到達することを妨げないよう隣あう平板５３どうしの隙間５４を設計する。

便器本体１２は、洋風大便器である例を説明したが、この他にも、和風大便器、小便器等でもよい。

光学素子２６は、多重反射により複数回に亘り分析光が尿接触面２６ｃで全反射する条件を満たせるものであれば、その形状に関して特に限定されない。

便器本体１２に付帯して用いられ、便器本体１２に取り付けられる付帯部材の一例として便座支持部材１４を説明した。この付帯部材は、便座支持部材１４の他に、便座１６、便蓋１８等でもよい。センサユニット２８は、実施形態で説明したように、このような付帯部材に着脱可能に取り付けられていてもよい。

可動部材３４は、直線的に進退することによって、採尿位置Ｌａと待機位置Ｌｂの間を移動可能である例を説明した。可動部材３４は、採尿位置Ｌａと待機位置Ｌｂの間を移動するにあたり、その具体的な移動方向は特に限定されない。例えば、可動部材３４を他部材に対して回動軸周りに回動可能に支持し、その回動動作によって採尿位置Ｌａと待機位置Ｌｂの間を移動可能にしてもよい。

可動部材３４は、人体の局部を洗浄水により洗浄する局部洗浄装置のノズルとは別体に設けられると好ましいが、一体的に設けられてもよい。

１０…便器装置、１２…便器本体、２０…尿成分分析装置、２２…便鉢部、２６…光学素子、２６ａ…分析光入射面、２６ｂ…分析光出射面、２６ｃ…尿接触面、２６ｇ…傾斜領域、３４…可動部材、３８…光源、４０…光センサ、４２…弾性部材、４４…押さえ部材、４６…緩衝部材。

Claims

投入される尿と接触する光学素子と、
前記光学素子の内部を伝搬する分析光であって、前記光学素子の尿接触面で全反射させた分析光を検出する光センサと、
前記検出した分析光に基づいて、前記尿の成分を分析可能なデータ処理装置と、
前記尿接触面を覆うように設けられ、前記投入される尿の勢いを弱める緩衝部材と、
を備える尿成分分析装置。
前記緩衝部材は、前記尿接触面の全域を覆うように配置される請求項１に記載の尿成分分析装置。
前記緩衝部材は、メッシュ状に構成される請求項１又は２に記載の尿成分分析装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の尿成分分析装置と、
前記尿が投入される便鉢部と、
前記尿成分分析装置が組み込まれ、伸縮可能に構成された可動部材と、
前記可動部材を収容する機能部と、
を備える便器装置。
便鉢部を有する便器本体と、
前記便鉢部に投入される尿と接触する光学素子を有し、前記光学素子の内部を伝搬する分析光であって、前記光学素子の尿接触面で全反射させた分析光を検出することで前記尿の成分を分析可能な尿成分分析装置と、
前記尿接触面を覆うように設けられ、前記便鉢部に投入される尿の勢いを弱める緩衝部材と、
を備える便器装置。
前記緩衝部材は、前記尿接触面の全域を覆うように配置される請求項５に記載の便器装置。
前記緩衝部材は、前記尿接触面に対して間隔を空けて配置される請求項５又は６に記載の便器装置。
前記分析光の光路は、多重反射により複数回に亘り前記尿接触面で全反射するように設定される請求項５乃至７のいずれか１項に記載の便器装置。
前記緩衝部材は、メッシュ状に構成される請求項５乃至８のいずれか１項に記載の便器装置。