JP4412666B2 - 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、人間又は動物の被検体の非侵襲な成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法、あるいは人間又は動物から採取した被測定物の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法に関する。

高齢化が進み、成人病に対する対応が大きな課題になりつつある。血糖値などの検査においては血液の採取が必要なために患者にとって大きな負担となるので、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定装置が注目されている。現在までに開発された非侵襲な成分濃度測定装置としては、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子に吸収され、局所的に加熱して熱膨張を起こして生体内から発生する音波を観測する、光音響法が注目されている。

しかし、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射し得る電磁波の強度には制限があり、生体の血糖値測定においては、十分な効果をあげるに至っていない。

図９および図１０は、従来例として、光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。図９は光パルスを電磁波として用いた第一の従来例である（例えば、非特許文献１参照。）。本例では血液成分として血糖、すなわちグルコースを測定対象としている。図９において、駆動電源１０２はパルス状の励起電流をパルス光源１０３に供給し、パルス光源１０３はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生し、発生した光パルスは被検体１０１に照射される。光パルスは被検体１０１の内部にパルス状の光音響信号と呼ばれる音波を発生させ、発生した音波は超音波検出器１０４により検出され、さらに音圧に比例した電気信号に変換される。

変換された電気信号の波形は波形観測器１０５により観測される。この波形観測器１０５は上記励起電流に同期した信号によりトリガされ、変換された電気信号は波形観測器１０５の管面上の一定位置に表示され、変換された電気信号は積算・平均して測定することができる。このようにして得られた電気信号の振幅を解析して、被検体１０１の内部の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図９に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の光パルスを最大１ｋＨｚの繰り返しで発生し、１０２４個の光パルスを平均して、前記電気信号を測定しているが十分な精度が得られていない。

そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第二の従来例が開示されている。図１０に第二の従来例の装置の構成を示す（例えば、特許文献１参照。）。本例も血糖を主な測定対象として、異なる波長の複数の光源を用いて、高精度化を試みている。説明の煩雑さを避けるために、図１０により光源の数が２の場合の動作を説明する。図１０において、異なる波長の光源、即ち、第一の光源２０１及び第二の光源２０２は、それぞれ駆動電源２０３及び駆動電源２０４により駆動され、連続光を出力する。

第一の光源２０１及び第二の光源２０２が出力する光は、モータ２１４により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板２１３により断続される。ここでチョッパ板２１３は不透明な材質により形成され、モータ２１４の軸を中心とする第一の光源２０１及び第二の光源２０２の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。

上記の構成により、第一の光源２０１及び第二の光源２０２の各々が出力する光は互いに素な変調周波数ｆ_１、及び変調周波数ｆ_２で強度変調された後、合波器２１１により合波され、１の光束として被検体１０１に照射される。

被検体１０１の内部には第一の光源２０１の光により周波数ｆ_１の光音響信号が発生し、第二の光源２０２の光により周波数ｆ_２の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ２１２により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器２１５により観測される。本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。

ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。
特開平１０−１８９号公報 オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｅｃｈｎｉｑｕｓ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｂｌｏｏｄ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）

上述の従来例においては以下のような課題がある。人間や動物などの被検体の温度は個体差、あるいは外気の温度や湿度により変化する。また、人間や動物などから採取した被測定物の温度は測定環境により変化する。このような温度変化により被検体又は被測定物の熱膨張率、被検体又は被測定物内の音速、被検体又は被測定物の測定対象の成分の吸光度特性が変化するため、光音響信号は温度に依存して下記のように変化する。

光照射により被検体又は被測定物から発生する音波の音圧ｓは以下の数式１のように表される。

ここで、Ｉは照射光強度、βは被検体又は被測定物の熱膨張係数、ｃは被検体又は被測定物内の音速、Ｃ_ｐは被検体又は被測定物の比熱である。上記のパラメータの中で、β、ｃは温度により変化するため、温度変化により、熱膨張係数がΔβ変化し、音速がΔｃ変化した場合の音圧の変化Δｓは数式（２）のように表される。

ここで、熱膨張係数βは温度変化１°Ｃ当たり３％変化する。数式（２）により、例えば温度が０．１°Ｃ変化した場合、光音響信号は約０．３％変化することがわかる。この０．１°Ｃの温度変化による光音響信号の変化の割合０．３％は、グルコースの濃度が５ｍｇ／ｄＬ変化した場合の光音響信号の変化の割合、０．０１７％の約２０倍であり、温度の変化はグルコースの濃度測定に大きな影響を与える。

このように、従来の被検体又は被測定物の成分濃度の測定方法においては測定時の被検体又は被測定物の温度変化により、測定誤差が非常に大きくなるという課題があった。

上記の課題を解決するために、本発明は、所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から設定した異なる２波長の光を出射し、被検体又は被測定物の温度を所定の温度に合わせて、被検体又は被測定物から発生する音波を検出することにより、被検体又は被測定物の温度変化による誤差を除いて、成分濃度を正確に測定する成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法である。ここで、被検体とは測定対象の人間や動物であり、被測定物とは測定対象の人間や動物から採取した測定対象物であり、以下の説明においても同様である。

初めに、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法の基本原理を、一例として、被検体の成分濃度を測定する場合について説明する。

本発明では、異なる２波長の光の中の、第一の光の波長を、例えば被検体の測定対象の成分による吸光度が被検体の大部分を占める水による吸光度と顕著に異なる波長に設定し、第二の光の波長を水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長に設定する。上記の波長の設定方法を、血液中のグルコースの濃度を測定する場合を例として図１により説明する。

図１は常温における水とグルコース水溶液の吸光度特性を示す。図１において、縦軸は吸光度を示し、横軸は光の波長を示している。また、図１において、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。図１に示す波長λ_１はグルコースによる吸光度が水による吸光度と顕著に異なる波長であり、波長λ_２は、水がλ_１における吸光度と合い等しい吸光度を示す波長である。従って、例えば、第一の光の波長をλ_１と設定し、第二の光の波長をλ_２と設定することができる。

以下の説明においては、一例として、第一の光の波長を測定対象の成分による吸光度が水による吸光度と顕著に異なる波長λ_１に設定し、第二の光の波長を水が第一の光の波長λ_１におけるのと合い等しい吸光度を示す波長λ_２に設定した場合を説明する。

上記のように設定した異なる２波長の光の各々を、同一周波数で逆位相の信号により強度変調してパルス状の光として出射し、出射された異なる２波長の光が被検体の成分に吸収されて発生する音波を検出して、検出した音波の大きさから、被検体の測定対象の成分の濃度を測定する。上記のように強度変調された異なる２波長の光を出射した場合、第一の光を測定対象の成分と水の両方が吸収して被検体から発生する第一の音波と、第二の光を被検体の大部分を占める水が吸収して被検体から発生する第二の音波とは、周波数が等しくかつ逆位相である。従って、第一の音波と第二の音波は被検体内で重畳し、音波の差として、第一の音波の中の測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波の大きさのみが残留する。そこで、残留した音波により、第一の光が測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波のみを測定することができる。上記の測定においては、測定対象の成分と水の両方が吸収して発生する音波と水が吸収して発生する音波を個別に測定して差を演算するよりも、測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波を正確に測定することができる。

さらに、被検体と音波検出素子との接触状態などの音波測定系の誤差の要因を除いて、高精度に測定する方法を以下に説明する。波長λ_１の光及び波長λ_２の光の各々に対する、被検体の大部分を占める水の吸収係数をα_１ ^（ｗ）及びα_２ ^（ｗ）として、被検体の測定対象の成分のモル吸収係数をα_１ ^（ｇ）及びα_２ ^（ｇ）とすれば、波長λ_１の光及び波長λ_２の光の各々により被検体から発生する音波の大きさｓ_１及びｓ_２を含む連立方程式は数式（３）で表される。

上記の、数式（３）を解いて、被検体の測定対象の成分濃度Ｍを求めることができる。ここで、Ｃは制御あるいは予想困難な係数、すなわち、被検体と音波検出素子の結合状態、音波検出素子の感度、被検体において光により音波が発生される位置と音波検出素子との間の距離、被検体の比熱及び熱膨張係数、被検体の内部の音波の速度、波長λ_１の光及び波長λ_２の光の変調周波数、水の吸収係数及び被検体の成分のモル吸収係数、などに依存する未知定数である。さらに数式（３）でＣを消去すると次の数式（４）が得られる。

ここで、波長λ_１の光及び波長λ_２の光の各々に対する、被検体の大部分を占める水の吸収係数α_１ ^（ｗ）及びα_２ ^（ｗ）が等しくなるように選択されているので、α_１ ^（ｗ）＝α_２ ^（ｗ）が成立し、さらに、ｓ_１≒ｓ_２であることを用いれば、成分濃度Ｍは数式（５）で表される。

上記の数式（５）に、既知の係数として、α_１ ^（ｗ）、α_１ ^（ｇ）及びα_２ ^（ｇ）を代入し、さらに、波長λ_１の光及び波長λ_２の光の各々により被検体から発生する音波の大きさｓ_１及びｓ_２を測定して代入することにより、被検体の成分濃度Ｍを算出することができる。上記の数式（５）においては、２つの音波の大きさｓ_１及びｓ_２を個別に測定するよりも、それらの差ｓ_１−ｓ_２を測定して、別に測定した音波の大きさｓ_２で除する方が、被検体の成分濃度を高精度に測定することができる。

そこで、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法においては、まず、波長λ_１の光及び波長λ_２の光を、互いに逆位相の変調信号により強度変調して、１の光束に合波して出射することにより、被検体から発生する音波の大きさｓ_１及び音波の大きさｓ_２が相互に重畳して生じる音波の差（ｓ_１−ｓ_２）を測定する。次に、波長λ_２の光を出射して、被検体から発生する音波の大きさｓ_２を測定する。上記のように測定した（ｓ_１−ｓ_２）とｓ_２とから、数式（５）により（ｓ_１−ｓ_２）÷ｓ_２を演算して被検体の測定対象の成分濃度を高精度に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法における被検体の温度の変化による影響は以下の通りである。

本発明では数式（５）により成分濃度を測定するので、数式（２）で示した温度変化による音波の大きさの変動の影響は受けないが、温度変化により吸光度特性が変化した場合、以下の影響を受ける。

被検体の温度変化により、測定対象の成分の吸光度特性が変化した場合、水の吸収係数α_１ ^（ｗ）とα_２ ^（ｗ）の差が大きくなり、数式（５）の近似精度が悪化し、誤差の要因となる可能性がある。すなわち、水の吸収係数の変化をα_２ ^（ｗ）＝α_１ ^（ｗ）と＋Δα^（ｗ）とすれば、数式（４）は次のようになる。

ここで、数式（６）の第２項が温度により変化するので、誤差の要因となる。上記の測定原理により、被検体の成分濃度を測定する場合、図１に示す水とグルコース水溶液の吸光度特性は温度により変化し、例えば温度が上昇すると、吸光度特性は波長の短い方向へシフトした特性となり、上記のように測定値が変化する。従って、被検体の成分濃度の測定においては、被検体の温度に応じて前述の条件に合う第一の光の波長及び第二の光の波長を適切に選択して設定する必要がある。あるいは、所定の温度で第一の光の波長及び第二の光の波長を選択して設定した場合、被検体の温度を所定の温度に一致させる必要がある。

本発明においては、第一の光の波長を、所定の温度における被検体の測定対象の成分の吸光度が被検体の大部分を占める水の吸光度と顕著に異なる波長λ_１に設定し、第二の光の波長を、所定の温度における水が第一の光の波長λ_１におけるのと合い等しい吸光度を示す波長λ_２に設定する。さらに被検体の温度を所定の温度と一致させることにより、被検体の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を第一の光の波長に一致させ、被検体の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を第二の光の波長に一致させる。上記の方法により、本発明は被検体の温度の変化による誤差の発生を防止している。

以上が本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法の基本原理である。

次に本発明による課題を解決するための具体的手段について説明する。本発明は、異なる２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、被測定物に出射する混合光出射手段と、前記被測定物の温度を変化させる温度制御手段と、前記２波長のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被測定物に出射する単一光出射手段と、前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備える成分濃度測定装置である。

本発明では、混合光出射手段は異なる２波長の光、すなわち、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。さらに、混合光出射手段は第一の光及び第二の光の各々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合波して、被測定物に出射する。上記のように第一の光及び第二の光を被測定物に出射して、被測定物から発生する音波を音波強度測定手段が測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波は前述の第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波の差の音波である。

音波強度測定手段は被測定物から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被測定物の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。音波最小温度を検知した場合、温度制御手段は、被測定物の温度を変化させる動作を停止し、被測定物の温度を一定に保ち、音波強度測定手段の測定する音波の最小値としての最小音波強度を、前述の測定原理で説明した（ｓ_１−ｓ_２）として測定する。ここで、音波最小温度においては、被測定物の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長は第一の光の波長に一致し、被測定物の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長は第二の光の波長に一致する。

さらに、温度制御手段が音波最小温度に保った被測定物に、単一光出射手段は第二の光と同様の波長の光を、第二の光と同様に強度変調して、第二の光と同様の強度で出射し、被測定物から発生する音波を音波強度測定手段が前述の測定原理で説明したｓ_２として測定する。さらに、測定した（ｓ_１−ｓ_２）及びｓ_２により、前述の原理に従って測定対象の成分濃度を算出する。

被測定物の温度を音波最小温度、すなわち所定の温度に一致させることにより、被測定物の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を第一の光の波長に一致させ、被測定物の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を第二の光の波長に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置において、前記温度制御手段は、前記被測定物の温度を変化させ前記混合光出射手段から出射する前記異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが最小になる音波最小温度に保持し、前記単一光出射手段は、強度変調した光を音波最小温度における前記被測定物に出射してもよい。

本発明では、混合光出射手段は異なる２波長の光、すなわち、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。さらに、混合光出射手段は第一の光及び第二の光の各々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合波して、被測定物に出射する。上記のように第一の光及び第二の光を被測定物に出射して、被測定物から発生する音波を音波強度測定手段が測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波は前述の第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波の差の音波である。

上記のように音波強度測定手段は被測定物から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被測定物の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。音波最小温度を検知した場合、温度制御手段は、被測定物の温度を変化させる動作を停止し、被測定物の温度を一定に保ち、音波強度測定手段の測定する音波の最小値としての最小音波強度を、前述の測定原理で説明した（ｓ_１−ｓ_２）として測定する。ここで、音波最小温度においては、被測定物の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長は第一の光の波長に一致し、被測定物の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長は第二の光の波長に一致する。

さらに、温度制御手段が音波最小温度に保った被測定物に、単一光出射手段は第二の光と同様の波長の光を、第二の光と同様に強度変調して、第二の光と同様の強度で出射し、被測定物から発生する音波を音波強度測定手段が前述の測定原理で説明したｓ_２として測定する。測定した（ｓ_１−ｓ_２）及びｓ_２により、前述の原理に従って測定対象の成分濃度を算出することができる。

温度制御手段により被測定物の温度を音波最小温度、すなわち所定の温度に一致させることにより、被測定物の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を第一の光の波長に一致させ、被測定物の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を第二の光の波長に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置は、前記混合光出射手段が出射した前記異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさと前記単一光出射手段が出射した前記２波長のうち１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさとから前記被測定物の成分濃度を算出する成分濃度算出手段をさらに備えてもよい。

本発明では、成分濃度測定装置が成分濃度算出手段をさらに有することにより、混合光出射手段が出射した光により被測定物から発生する音波の大きさ（ｓ_１−ｓ_２）及び単一光出射手段が出射した光により被測定物から発生する音波の大きさｓ_２を、音波強度測定手段により測定した結果から、前述の測定原理に従って（ｓ_１−ｓ_２）÷ｓ_２の演算を実行して、測定対象の成分濃度を算出することができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置において、前記単一光出射手段は、前記混合光出射手段の異なる２波長の光のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被測定物に出射してもよい。

本発明では、成分濃度測定装置において、混合光出射手段の異なる２波長の光のうち所定の１波長の光、すなわち前述の第二の光を電気的に強度変調して被測定物に出射する部分を、単一光出射手段とすることにより、簡易な構成で１波の光を被測定物に出射することができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被測定物の測定対象の成分濃度を、簡易な構成で正確に測定することができる。

本発明は、異なる２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、被検体に出射する混合光出射手段と、前記被検体の温度を変化させる温度制御手段と、前記２波長のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被検体に出射する単一光出射手段と、前記被検体から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備える成分濃度測定装置である。

本発明では、混合光出射手段は異なる２波長の光、すなわち、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。さらに、混合光出射手段は第一の光及び第二の光の各々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合波して、被検体に出射する。上記のように第一の光及び第二の光を被検体に出射して、被検体から発生する音波を音波強度測定手段により測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波は前述の第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波の差の音波である。

上記のように音波強度測定手段は被検体から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被検体の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。音波最小温度を検知した場合、温度制御手段は、被検体の温度を変化させる動作を停止し、被検体の温度を一定に保ち、音波強度測定手段の測定する音波の最小値としての最小音波強度を、前述の測定原理で説明した（ｓ_１−ｓ_２）として測定する。ここで、音波最小温度においては、被検体の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長は第一の光の波長に一致し、被検体の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長は第二の光の波長に一致する。

さらに、温度制御手段が音波最小温度に保った被検体に、単一光出射手段は第二の光と同様の波長の光を、第二の光と同様に強度変調して、第二の光と同様の強度で出射し、被検体から発生する音波を音波強度測定手段が前述の測定原理で説明したｓ_２として測定する。さらに、測定した（ｓ_１−ｓ_２）及びｓ_２により、前述の原理に従って測定対象の成分濃度を算出する。

被検体の温度を音波最小温度、すなわち所定の温度に一致させることにより、被検体の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を第一の光の波長に一致させ、被検体の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を第二の光の波長に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被測定物の被検体の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置において、前記温度制御手段は、前記被検体の温度を変化させ前記混合光出射手段から出射する前記異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが最小になる音波最小温度に保持し、前記単一光出射手段は、強度変調した光を音波最小温度における前記被検体に出射してもよい。

本発明では、混合光出射手段は異なる２波長の光、すなわち、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。さらに、混合光出射手段は第一の光及び第二の光の各々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合波して、被検体に出射する。上記のように第一の光及び第二の光を被検体に出射して、被検体から発生する音波を音波強度測定手段が測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波は前述の第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波の差の音波である。

上記のように音波強度測定手段は被検体から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被検体の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。音波最小温度を検知した場合、温度制御手段は被検体の温度を変化させる動作を停止し、被検体の温度を一定に保ち、音波強度測定手段の測定する音波の最小値としての最小音波強度を、前述の測定原理で説明した（ｓ_１−ｓ_２）として測定する。ここで、音波最小温度においては、被検体の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長は第一の光の波長に一致し、被検体の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長は第二の光の波長に一致する。

さらに、温度制御手段が音波最小温度に保った被検体に、単一光出射手段は第二の光と同様の波長の光を、第二の光と同様に強度変調して、第二の光と同様の強度で出射し、被検体から発生する音波を音波強度測定手段が前述の測定原理で説明したｓ_２として測定する。さらに、測定した（ｓ_１−ｓ_２）及びｓ_２により、前述の原理に従って測定対象の成分濃度を算出することができる。

温度制御手段により被検体の温度を音波最小温度、すなわち所定の温度に一致させることにより、被検体の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を第一の光の波長に一致させ、被検体の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を第二の光の波長に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置は、前記混合光出射手段が出射した前記異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさと前記単一光出射手段が出射した前記２波長のうち１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさとから前記被検体の成分濃度を算出する成分濃度算出手段をさらに備えてもよい。

本発明では、成分濃度測定装置が成分濃度算出手段をさらに有することにより、混合光出射手段が出射した光により被検体から発生する音波の大きさ（ｓ_１−ｓ_２）及び単一光出射手段が出射した光により被検体から発生する音波の大きさｓ_２を、音波強度測定手段により測定した結果から、前述の測定原理に従って（ｓ_１−ｓ_２）÷ｓ_２の演算を実行して、測定対象の成分濃度を算出することができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の測定対象の成分濃度を、簡易な構成で正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置において、前記単一光出射手段は、前記混合光出射手段の異なる２波長の光のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被検体に出射してもよい。

本発明では、成分濃度測定装置において、混合光出射手段の異なる２波長の光のうち所定の１波長の光、すなわち前述の第二の光を電気的に強度変調して被検体に出射する部分を、単一光出射手段とすることにより、簡易な構成で１波の光を被検体に出射することができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置は、前記混合光出射手段に異なる２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水に出射させ、前記音波強度測定手段に前記水から発生する音波の大きさを測定させ、測定した音波の大きさが零になるように前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段をさらに備えてもよい。

本発明では、成分濃度測定装置の波長調整手段は混合光出射手段に、混合光出射手段が出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体又は被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定させる。さらに、波長調整手段は、混合光出射手段に第一の光及び第二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させ、所定の温度に保持された水により作製した校正用検体に出射させ、校正用検体から発生する音波の大きさを音波強度測定手段に測定させる。測定した校正用検体から発生する音波の大きさが零になるように、波長調整手段は混合光出射手段が発生する第一の光の波長と第二の光の波長いずれか、又は両方を調整する。校正用検体から発生する音波の大きさが零になる状態は、第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波は、互いに逆位相で、かつ大きさが等しく、校正用検体の中で重畳して打ち消しあっている状態である。従って、上記のように調整された第一の光の波長及び第二の光の波長の各々は、水が同じ吸光度を示す波長であり、各々波長λ_１及び波長λ_２に一致している。

波長調整手段により混合光出射手段の出射する第一の光の波長と第二の光の波長いずれか、又は両方を調整することにより、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に正確に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置は、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明は、異なる２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射する混合光出射手段が、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長に設定して被測定物に出射する混合光出射手順と、温度を変化させる温度制御手段が前記被測定物の温度を変化させ、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさが最小となる最小音波強度を測定し、前記温度制御手段が前記最小音波強度となる前記被測定物の音波最小温度を保持する最小音波強度測定手順と、１波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記異なる２波長のうち１波長の光を被測定物に出射し、前記音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順と、を順に有することを特徴とする成分濃度測定装置制御方法である。

本発明では、混合光出射手順として、混合光出射手段は異なる２波長の光、すなわち、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。さらに、混合光出射手段は第一の光及び第二の光の各々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合波して、被測定物に出射する。上記のように第一の光及び第二の光を被測定物に出射して、被測定物から発生する音波を音波強度測定手段が測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波は前述の第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波の差の音波である。

その後、最小音波強度測定手順として、上記のように音波強度測定手段は被測定物から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被測定物の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。音波最小温度を検知した場合、温度制御手段は、被測定物の温度を変化させる動作を停止し、被測定物の温度を一定に保ち、音波強度測定手段の測定する音波の最小値としての最小音波強度を、前述の測定原理で説明した（ｓ_１−ｓ_２）として測定する。ここで、音波最小温度においては、被測定物の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長は第一の光の波長に一致し、被測定物の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長は第二の光の波長に一致する。

さらにその後、単一音波強度測定手順として、温度制御手段が音波最小温度に保った被測定物に、単一光出射手段は第二の光と同様の波長の光を、第二の光と同様に強度変調して、第二の光と同様の強度で出射し、被測定物から発生する音波を音波強度測定手段が前述の測定原理で説明したｓ_２として測定する。さらに、上記のように測定した（ｓ_１−ｓ_２）及びｓ_２により、前述の原理に従って測定対象の成分濃度を算出する。

上記のように、温度制御手段により被測定物の温度を音波最小温度、すなわち所定の温度に一致させることにより、被測定物の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を第一の光の波長に一致させ、被測定物の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を第二の光の波長に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明は、異なる２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射する混合光出射手段が、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長に設定して出射する混合光出射手順と、温度を変化させる温度制御手段が温度を変化させ、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が被検体から発生する音波の大きさが最小となる最小音波強度を測定し、前記温度制御手段が前記最小音波強度となる音波最小温度を保持する最小音波強度測定手順と、１波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記異なる２波長のうち１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が前記被検体から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順と、を順に有することを特徴とする成分濃度測定装置制御方法である。

本発明では、混合光出射手順として、混合光出射手段は異なる２波長の光、すなわち、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。さらに、混合光出射手段は第一の光及び第二の光の各々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、合波して出射する。上記のように第一の光及び第二の光を出射して、被検体から発生する音波を音波強度測定手段が測定する。ここで、音波強度測定手段により測定される音波は前述の第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波の差の音波である。

その後、最小音波強度測定手順として、上記のように音波強度測定手段は被検体から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被検体を保持する保持体の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。音波最小温度を検知した場合、温度制御手段は保持体の温度を変化させる動作を停止し、保持体の温度を一定に保ち、音波強度測定手段の測定する音波の最小値としての最小音波強度を、前述の測定原理で説明した（ｓ_１−ｓ_２）として測定する。ここで、音波最小温度においては、被検体の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長は第一の光の波長に一致し、被検体の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長は第二の光の波長に一致する。

さらにその後、単一音波強度測定手順として、温度制御手段が保持体の温度を音波最小温度に保ち、単一光出射手段は第二の光と同様の波長の光を、第二の光と同様に強度変調して、第二の光と同様の強度で出射し、被検体から発生する音波を音波強度測定手段が前述の測定原理で説明したｓ_２として測定する。さらに、上記のように測定した（ｓ_１−ｓ_２）及びｓ_２により、前述の原理に従って測定対象の成分濃度を算出する。

上記のように、温度制御手段により保持体の温度を音波最小温度、すなわち所定の温度に一致させることにより、被検体の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を第一の光の波長に一致させ、被検体の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を第二の光の波長に一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被検体の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置制御方法は、前記単一音波強度測定手順のあとに、音波の大きさから成分濃度を算出する成分濃度算出手段が前記最小音波強度測定手順で測定した音波の大きさと前記単一音波強度測定手順で測定した音波の大きさから前記成分濃度を算出する成分濃度算出手順をさらに有してもよい。

本発明では、成分濃度測定装置制御方法として、単一音波強度測定手順のあとに成分濃度算出手順を有することにより、最小音波測定手順で測定する最小音波強度（ｓ_１−ｓ_２）及び単一音波強度測定手順で測定する音波の大きさｓ_２により、前述の測定原理に従って（ｓ_１−ｓ_２）÷ｓ_２の演算を実行して、被測定物又は被検体の測定対象の成分濃度を算出することができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被測定物又は被検体の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記単一音波強度測定手順は、前記混合光出射手段が異なる２波長の光のうち１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が音波の大きさを測定してもよい。

本発明では、成分濃度測定装置制御方法の単一音波強度測定手順として、混合光出射手段の異なる２波長の光のうち所定の１波長の光、すなわち前述の第二の光を電気的に強度変調して出射する部分を、単一光出射手段とすることにより、簡易に１波の光を出射することができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被測定物又は被検体の測定対象の成分濃度を、簡易に正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置制御方法は、前記混合光出射手段の２波長の光の波長を調整する波長調整手段が、前記混合光出射手段に異なる２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させ、前記所定の温度の水に出射させ、前記音波強度測定手段の測定する前記水から発生する音波の大きさが零になるように前記混合光出射手段の異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手順を、前記混合光出射手順の前に有してもよい。

本発明では、成分濃度測定装置制御方法の混合光出射手順の前に、波長調整手順として、波長調整手段は混合光出射手段に、混合光出射手段の出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体又は被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定させる。さらに、波長調整手段は、混合光出射手段に第一の光及び第二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させ、所定の温度に保持された水により作製された校正用検体に出射させ、校正用検体から発生する音波の大きさを音波強度測定手段に測定させる。測定した校正用検体から発生する音波の大きさが零になるように、波長調整手段は混合光出射手段が発生する第一の光の波長と第二の光の波長いずれか、又は両方を調整する。校正用検体から発生する音波の大きさが零になる状態は、第一の光により発生する第一の音波と第二の光により発生する第二の音波は、互いに逆位相で、かつ大きさが等しく、校正用検体の中で重畳して打ち消しあっている状態である。従って、上記のように調整された第一の光の波長及び第二の光の波長の各々は、水が同じ吸光度を示す波長であり、各々波長λ_１及び波長λ_２に一致している。ここで、波長調整手順において、混合光出射手段の出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を設定し調整するので、混合光出射手順においては、混合光出射手段が出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を、波長調整手順において調整した波長に設定する。

上記のように、波長調整手順において、波長調整手段が混合光出射手段の出射する第一の光の波長と第二の光の波長いずれか、又は両方を調整することにより、第一の光の波長及び第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ_１及び波長λ_２と一致させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置制御方法は、温度を測定する温度測定手段が前記被測定物の温度を測定する温度測定手順を、前記混合光出射手順の前に有し、前記混合光出射手順における前記所定の温度は、前記被測定物の温度以上であってもよい。

本発明では、成分濃度測定装置制御方法の混合光出射手順の前に、温度測定手順として、温度測定手段が被測定物の温度を測定する。その後、混合光出射手順において、混合光出射手段は出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を、温度測定手順で温度測定手段が測定した被測定物の温度よりも高い所定の温度における被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。上記のように波長を設定した第一の光及び第二の光を、混合光出射手段は被測定物に出射して、音波強度測定手段は被測定物から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被測定物の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。このように、温度制御手段は音波最小温度を探索する動作において、加熱のみにより被測定物の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被測定物の測定対象の成分濃度を、簡易な構成で正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置制御方法は、温度を測定する温度測定手段が前記被測定物の温度を測定する温度測定手順を、前記波長調整手順の前に有し、前記波長調整手順における前記所定の温度は、前記被測定物の温度以上であってもよい。

本発明では、成分濃度測定装置制御方法の波長調整手順の前に、温度測定手順として、温度測定手段が被測定物の温度を測定する。その後、波長調整手順において、波長調整手段は混合光出射手段に、混合光出射手段が出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を、温度測定手順で温度測定手段が測定した被測定物の温度よりも高い所定の温度における被測定物の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定させ調整する。その後、混合光出射手順において、混合光出射手段は出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を波長調整手段で設定され調整された波長に設定する。上記のように波長を設定した第一の光及び第二の光を、混合光出射手段は被測定物に出射して、音波強度測定手段は被測定物から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は被測定物の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。このように、温度制御手段は音波最小温度を探索する動作において、加熱のみにより被測定物の温度を所定の温度を含む範囲で変化させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被測定物の測定対象の成分濃度を、簡易な構成で正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置制御方法は、温度を測定する温度測定手段が前記被検体の温度を測定する温度測定手順を、前記混合光出射手順の前に有し、前記混合光出射手順における前記所定の温度は、前記被検体の温度以上であってもよい。

本発明では、成分濃度測定装置制御方法の混合光出射手順の前に、温度測定手順として、温度測定手段が被検体の温度を測定する。その後、混合光出射手順において、混合光出射手段は出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を、温度測定手順で温度測定手段が測定した被検体の温度よりも高い所定の温度における被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定する。上記のように波長を設定した第一の光及び第二の光を、混合光出射手段は出射して、音波強度測定手段は被検体から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は保持体の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。このように、温度制御手段が音波最小温度を探索する動作において、加熱のみにより保持体の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被測定物の測定対象の成分濃度を、簡易に正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置制御方法は、温度を測定する温度測定手段が前記被検体の温度を測定する温度測定手順を、前記波長調整手順の前に有し、前記波長調整手順における前記所定の温度は、前記被検体の温度以上であってもよい。

本発明では、成分濃度測定装置制御方法の波長調整手順の前に、温度測定手順として、温度測定手段が被検体の温度を測定する。その後、波長調整手順において、波長調整手段は混合光出射手段に、混合光出射手段が出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を、温度測定手順で温度測定手段が測定した被検体の温度よりも高い所定の温度における被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された波長λ_１及び波長λ_２に設定させ調整する。その後、混合光出射手順において、混合光出射手段は、出射する第一の光の波長及び第二の光の波長を波長調整手段で設定され調整された波長に設定する。上記のように波長を設定した第一の光及び第二の光を、混合光出射手段は出射して、音波強度測定手段は被検体から発生する音波の大きさを測定しつつ、温度制御手段は保持体の温度を所定の温度を含む所定の範囲で変化させる。そして、温度制御手段は音波強度測定手段の測定する音波が最小になる音波最小温度を探索する。このように、温度制御手段は音波最小温度を探索する動作において、加熱のみにより保持体の温度を所定の温度を含む範囲で変化させることができる。従って、本発明の成分濃度測定装置制御方法は、被検体の測定対象の成分濃度を、簡易に正確に測定することができる。

本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度装置制御方法は、所定の温度における測定対象の成分による吸光度特性から選定した波長に設定した異なる２波長の光を出射し、前記所定の温度に保たれた被測定物又は被検体から発生する音波を測定することにより、温度変化による誤差を除いて成分濃度を正確に測定することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は以下の実施の形態に制限されるものではない。また、以下においては、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法について、被検体の成分濃度を測定する場合の実施の形態を説明するが、被検体を被測定物に置き換えれば被測定物の成分濃度を測定する場合の実施の形態に相当する。

（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置について説明する。本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置は、異なる２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、被測定物に出射する混合光出射手段と、前記被測定物の温度を変化させる温度制御手段と、前記２波長のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被測定物に出射する単一光出射手段と、前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備える成分濃度測定装置である。さらに、本実施の形態の成分濃度測定装置は被検体の成分濃度算出手段を備えることが好ましい。

図２に本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を示す。図２において、電源、あるいは全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示していない。

図２において、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、混合光出射手段の一部としての第一の光源１１、第二の光源１２、変調信号発生部２１、１８０°移相部２２、合波部３１、波長制御部４１、単一光出射手段の一部としての第三の光源１３、合波部３１、温度制御手段の一部としての温度検出部６１、加熱部６２、冷却部６３、温度制御部６５、導熱材９３、音波強度測定手段の一部としての音波検出部７１、音波強度表示部７２、粘着性ゴム７３、成分濃度算出手段としての成分濃度算出部８１により構成される。合波部３１は前記混合光出射手段及び前記単一光出射手段に含まれる。ここで、導熱材９３は被検体１を安定に保持する前記保持体である。

変調信号発生部２１の出力端子は信号伝達手段により、第一の光源１１の変調信号入力端子及び１８０°移相部２２の入力端子に接続されている。

１８０°移相部２２の出力端子は信号伝達手段により第二の光源１２の変調信号入力端子及び第三の光源１３の変調信号入力端子に接続されている。

第一の光源１１の出力端子は光伝達手段により合波部３１の第一の光入力端子に接続されている。第二の光源１２の出力端子は光伝達手段により合波部３１の第二の光入力端子に接続されている。第三の光源１３の出力端子は光伝達手段により合波部３１の第三の光入力端子に接続されている。

波長制御部４１の第一の出力端子は信号伝達手段により第一の光源１１の波長制御信号入力端子に接続されている。波長制御部４１の第二の出力端子は信号伝達手段により第二の光源１２の波長制御信号入力端子に接続されている。波長制御部４１の第三の出力端子は信号伝達手段により第三の光源１３の波長制御信号入力端子に接続されている。合波部３１の光出力端子から出射される出射光３２が被検体１で吸収される。

温度検出部６１の出力端子は信号伝達手段により温度制御部６５の温度信号入力端子に接続されている。加熱部６２の入力端子は信号伝達手段により温度制御部６５の加熱電力出力端子に接続されている。冷却部６３の入力端子は信号伝達手段により温度制御部６５の冷却電力出力端子に接続されている。

温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３は、被検体１において出射光３２により音波が発生する位置の近傍に、後述する実装例のように導熱材９３を介して被検体１に接して設けられているが、図２においては、導熱材９３な図面の煩雑さを避けるために概念的な形状で示している。

音波検出部７１の出力端子は信号伝達手段により成分濃度算出部８１の入力端子及び音波強度表示部７２の入力端子に接続されている。音波検出部７１は、被検体１において出射光３２により音波が発生する位置の近傍に、粘着性ゴム７３を介して被検体１に接して設けられている。

ここで、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の実装例を説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に本実施の形態の成分濃度測定装置１０の実装例を示す。図３（Ａ）は本実施の形態の成分濃度測定装置１０により、被検体１としての左手の人差し指の成分濃度を測定している状態を、指先方向から見た図であり、図３（Ｂ）に示す破線Ｙにおける断面の概念図である。但し、図の理解を容易にするために、被検体１は外部の面で示している。一方、図３（Ｂ）は成分濃度測定装置１０を図３（Ａ）に示す破線Ｘにおける断面を図３（Ａ）の左方向から見た概念図である。但し、図の理解を容易にするために、被検体１は外部の面で示している。

図３（Ａ）において、音波検出部筐体９１に設けられた音波検出部７１は粘着性ゴム７３を介して被検体１に接している。一方、半円筒状の保護筐体９２の内部には温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３が設けられ、温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３は、半円筒状で柔軟な材料で作製された導熱材９３を介して被検体１に接している。さらに、導熱材９３と被検体１の間に緩衝材が設けられてもよい。また、第一の光源１１、第二の光源１２、第三の光源１３、変調信号発生部２１、１８０°移相部２２及び合波部３１よりなる光出射部５１は保護筐体９２の頂上部分の中に貫通して設けられ、出射光３２は導熱材９３の導熱材空孔９４を通じて出射される。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０を構成する各部の機能を図２を参照して説明する。以下においては、一例として、第一の光源１１が発生する第一の光及び第二の光源１２が発生する第二の光の波長を、前述の測定原理において説明した波長λ_１及び波長λ_２とした場合として説明する。

変調信号発生部２１は所定の周波数の変調信号を発生して第一の光源１１及び１８０°移相部２２に送信する機能を有する。

１８０°移相部２２は変調信号発生部２１から受信する前記変調信号の位相を１８０°移相して第二の光源１２及び第三の光源１３に送信する機能を有する。

第一の光源１１は変調信号発生部２１から送信される前記変調信号により強度変調された前記第一の光を発生し、合波部３１の第一の光入力端子へ送信する機能を有する。さらに、第一の光源１１は波長制御部４１から送信される制御信号により波長を設定し、さらに調整する機能を有する。ここで、第一の光源１１は、例えば半導体レーザと駆動回路により構成することができる。半導体レーザはヒーター又はペルチェ素子により加熱又は冷却することにより発生する光の波長を変化させることができる。

第二の光源１２は変調信号発生部２１が発生し１８０°移相部２２が１８０°移相した前記変調信号により強度変調された前記第二の光を発生し、合波部３１の第二の光入力端子へ送信する機能を有する。さらに、第二の光源１２は波長制御部４１から送信される制御信号により波長を設定し、さらに調整する機能を有する。ここで、第二の光源１２は例えば半導体レーザと駆動回路により構成することができる。

上記の前記第一の光及び前記第二の光は、各々波長λ_１の光及び波長λ_２の光が、同一周波数で相互に逆位相の信号で変調された光である。

第三の光源１３は変調信号発生部２１が発生し１８０°移相部２２が１８０°移相した前記変調信号により強度変調された第三の光を発生し、合波部３１の第三の光入力端子へ送信する機能を有する。さらに、第三の光源１３は波長制御部４１から送信される制御信号により波長を設定し、さらに調整する機能を有する。ここで、第三の光源１３は例えば半導体レーザと駆動回路により構成することができる。

波長制御部４１は第一の出力端子、第二の出力端子及び第三の出力端子から、それぞれ第一の光源１１、第二の光源１２及び第三の光源１３へ前記制御信号を送信し、第一の光源１１、第二の光源１２及び第三の光源１３の各々の発生する光の波長を設定し、さらに調整する機能を有する。

合波部３１は第一の光源１１が発生する前記第一の光及び第二の光源１２が発生する前記第二の光を合波して、出射光３２として、出射する機能を有する。さらに、第三の光源１３が発生する前記第三の光を出射光３２として出射する機能を有する。合波部３１は例えば光結合器により実現できる。

温度検出部６１は被検体１において出射光３２により音波が発生する位置の近傍の導熱材９３の温度を検出し、検出した温度を示す信号を温度制御部６５へ送信する機能を有する。ここで、導熱材９３は熱伝導度の高い材料で作製することにより、導熱材９３の温度は被検体１の温度と一致させることができる。温度検出部６１は、例えばサーミスタにより実現できる。

加熱部６２は温度制御部６５により供給される加熱電力により導熱材９３を加熱する機能を有する。加熱部６２は例えばヒーターにより実現できる。

冷却部６３は温度制御部６５から供給される冷却電力により導熱材９３を冷却する機能を有する。冷却部６３は例えばペルチェ素子により実現できる。

温度制御部６５は温度検出部６１により導熱材９３の温度を監視して、加熱部６２へ加熱電力を供給し導熱材９３を加熱し、又は冷却部６３へ冷却電力を供給し導熱材９３を冷却することにより導熱材９３の温度を所定の範囲で変化させ、又は所定の一定温度に保持する機能を有する。

導熱材９３は、被検体１に柔軟に接触して安定に保持し、かつ温度検出部６１、加熱部６２及び冷却部６３と被検体１の間で熱を伝導させる機能を有する。導熱材９３は、例えば柔軟で熱伝導度の高いゴムなどで作製することにより、被検体１に適切に接触して保持し、かつ導熱材９３の温度は被検体１の温度と一致させることができる。

音波検出部７１は、出射光３２により被検体１から発生する音波を粘着性ゴム７３を介して検出し、検出した前記音波の大きさを示す信号を成分濃度算出部８１及び音波強度表示部７２へ送信する機能を有する。

音波強度表示部７２は、音波検出部７１から送信される音波検出部７１が検出する被検体１から発生する前記音波の大きさを示す信号を受信して、音波検出部７１が検出する被検体１から発生する前記音波の大きさを表示する機能を有する。

粘着性ゴム７３は被検体１に接触して、被検体１から発生する音波を音波検出部７１へ伝達する機能を有する。粘着性ゴム７３は、例えば音波の伝達しやすい柔軟なゴムで作製されている。

成分濃度算出部８１は音波検出部７１から受信する被検体１から発生した前記音波の大きさを示す信号から被検体１に含まれる測定対象の成分の濃度を算出し表示する機能を有する。ここで、成分濃度算出部８１が測定対象の成分の濃度を算出する方法は前述の測定原理により説明した方法と同様である。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の成分濃度測定の動作を図２を参照して説明する。成分濃度測定装置１０は、混合光出射手順として、以下の動作を行なう。波長制御部４１は第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された前記波長λ_１及び前記波長λ_２に設定する。ここで、前記所定の温度は、例えば被検体１の通常の温度の近傍で、測定対象の成分の吸光度特性が詳細に取得されている温度としてもよい。

第一の光源１１は変調信号発生部２１が発生する前記変調信号により強度変調された第一の光を発生する。また、第二の光源１２は変調信号発生部２１が発生し１８０°移相部２２により１８０°移相された前記変調信号により強度変調された第二の光を発生する。従って、前記第一の光と前記第二の光は同一周波数で、互いに逆位相の信号で強度変調された２波の光である。

第一の光源１１及び第二の光源１２の各々は、発生した前記第一の光及び前記第二の光の各々を合波部３１へ送信する。

合波部３１は第一の光源１１から受信する前記第一の光及び第二の光源１２から受信する前記第二の光を合波して、出射光３２として出射する。

次に、成分濃度測定装置１０は、最小音波強度測定手順としての以下の動作を行なう。

合波部３１から出射された前記第一の光により被検体１から前記第一の音波が発生し、前記第二の光により被検体１から前記第二の音波が発生し重畳して、前記第一の音波と前記第二の音波の差の音波として、前記（ｓ_１−ｓ_２）を音波検出部７１が検出し、検出した音波の大きさが音波強度表示部７２に表示される。

上記のように成分濃度測定装置１０は、音波強度表示部７２に表示される前記第一の音波と前記第二の音波の差の音波の大きさを監視しつつ、温度制御部６５を制御して、導熱材９３の温度を前記所定の温度を含む所定の範囲で変化させ、音波検出部７１が検出する音波が最小になる前記音波最小温度を探索する。成分濃度測定装置１０は、前記音波最小温度を検知した場合、温度制御部６５を制御して、前記音波最小温度において導熱材９３の温度を変化させる動作を停止させ、導熱材９３の温度を一定に保たせる。さらに、成分濃度測定装置１０は、成分濃度算出部８１に音波検出部７１から送信される前記音波を示す信号から、音波検出部７１が前記音波最小温度において検出する音波、すなわち最小音波強度を示す信号を取得させる。ここで、前記音波最小温度において、被検体１の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長は前記第一の光の波長に一致し、被検体１の水が前記第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長は前記第二の光の波長に一致している。従って、前記音波最小温度において測定される前記最小音波強度は、前記第一の音波と前記第二の音波の差、すなわち前述の測定原理で説明した前記（ｓ_１−ｓ_２）に相当する。

次に、成分濃度測定装置１０は、単一音波強度測定手順として、以下の動作を行なう。温度制御部６５は導熱材９３の温度を前記音波最小温度に保つ動作を継続する。第一の光源１１及び第二の光源１２は、前記第一の光及び前記第二の光の発生を停止し、第三の光源１３が前記第三の光を発生し、合波部３１から出射光３２として出射される。ここで、第三の光源１３が発生する前記第三の光の波長は波長制御部４１により、第二の光源１２が発生する前記第二の光と同様の前記波長λ_２に設定されており、さらに、前記第三の光は前記第二の光と同様に１８０°移相部２２から送信される前記変調信号により強度変調されている。さらに、第三の光源１３が発生し出射する前記第三の光の強度は、第二の光源１２が発生し出射する前記第二の光の強度と等しくなるように調整されている。

音波検出部７１は被検体１から発生する音波、すなわち単一音波強度を検出し、検出した前記単一音波強度を示す信号を成分濃度算出部８１へ送信する。上記のように検出された前記単一音波強度は、前述の測定原理で説明した前記ｓ_２に相当する。

次に、成分濃度測定装置１０は、成分濃度算出手順として、以下の動作をおこなう。成分濃度算出部８１は音波検出部７１から受信する前記（ｓ_１−ｓ_２）及び前記ｓ_２から、前述の測定原理に従って成分濃度を算出して表示する。

上記のように、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、導熱材９３の温度を、前記所定の温度に一致させることにより、被検体１の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を前記第一の光の波長に一致させ、被検体１の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を前記第二の光の波長に一致させて、被検体１の成分濃度を正確に測定することができる。

以上説明したように、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の成分濃度を正確に測定できる成分濃度測定装置を提供できる。

（第二の実施の形態）
本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置について説明する。本実施の形態の成分濃度測定装置は、本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置において、前記単一光出射手段が、前記混合光出射手段の異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して、前記被検体に出射する部分により構成される場合である。

図４に本実施の形態の成分濃度測定装置の構成を示す。図４において、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、図２により説明した本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置１０において、第三の光源１３を取り除いて、前記単一光出射手段を前記混合光出射手段の異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する部分、すなわち第二の光源１２及び合波部３１とした場合である。本実施の形態の成分濃度測定装置１０の上記以外の部分は、本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置１０と同様であるので、ここでは本実施の形態の成分濃度測定装置１０について、本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置１０と異なる部分について説明する。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０の構成は、本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置１０の第三の光源１３を取り除いた構成であり、前記単一光出射手段は第二の光源１２及び合波部３１により構成される。従って、本実施の形態の成分濃度測定装置１０において、合波部３１は本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置１０において説明した第三の光源１３の発生する前記第三の光を出射光３２として出射する機能は有していない。

波長制御部４１は前記第一の出力端子及び前記第二の出力端子から、それぞれ第一の光源１１及び第二の光源１２へ制御信号を送信し、第一の光源１１及び第二の光源１２の各々の発生する光の波長を設定し、さらに調整する機能を有する。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作について、本発明の第一の実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作と異なる部分を説明する。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０の単一光出射手段としての動作において、第一の光源１１は前記第一の光の発生を停止し、第二の光源１２は前記第二の光を発生し、前記第二の光は合波部３１から出射される。ここで、第二の光源１２が発生し出射する前記第二の光の強度は、混合光出射手順において前記最小音波強度を測定した状態と等しくなるように調整されている。

音波検出部７１は、温度制御部６５により前記音波最小温度に保持された被検体１から発生する音波、すなわち前記単一音波強度を検出し、検出した前記単一音波強度を示す信号を成分濃度算出部８１へ送信する。上記のように検出された前記単一音波強度は前記ｓ_２に相当する。

成分濃度算出部８１は音波検出部７１から受信する前記ｓ_２により、第一の実施の形態の成分濃度測定装置１０と同様に成分濃度を算出して表示する。

上記のように本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、前記単一光出射手段を、前記混合光出射手段の異なる２波長の光のうち１波長の光を電気的に強度変調して出射する部分により構成することにより、簡易な構成で、被検体１の成分濃度を正確に測定することができる。

以上説明したように、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の成分濃度を正確に測定できる成分濃度測定装置を提供できる。

（第三の実施の形態）
本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置について説明する。本実施の形態の成分濃度測定装置は、本発明の第一及び第二の実施の形態の成分濃度測定装置において、前記温度制御部が前記音波最小温度を探索する機能を有する場合である。以下においては、本実施の形態の成分濃度測定装置の一例として、本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置の温度制御部がさらに前記音波最小温度を探索する機能を有する場合について、本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置と異なる部分を説明する。

図５に本実施の形態の成分濃度測定装置の構成を示す。図５に示す本実施の形態の成分濃度測定装置１０の構成について、本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置の構成と異なる部分を説明する。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置１０の音波強度表示部７２を取り除き、音波検出部７１の前記出力端子を温度制御部６５の音波強度入力端子に接続した構成である。さらに、温度制御部６５の制御信号出力端子は成分濃度算出部８１の制御信号入力端子に接続されている。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０を構成する各部の機能について、本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置１０を構成する各部の機能と異なる部分を説明する。

音波検出部７１は被検体１から発生する音波を検出し、検出した前記音波の大きさを示す信号を温度制御部６５へ送信する機能を、さらに有する。

温度制御部６５は、音波検出部７１が検出する前記音波の大きさを示す信号を受信して、音波検出部７１が検出する前記音波の大きさを監視しつつ、導熱材９３の温度を前記所定の温度を含む所定の範囲で変化させ、音波検出部７１が検出する前記音波の大きさが最小になる前記音波最小温度を探索する機能を、さらに有する。さらに、温度制御部６５は前記音波最小温度を検出した場合、導熱材９３の温度を前記音波最小温度に保ち、また導熱材９３が前記音波最小温度に保たれていることを示す信号を成分濃度算出部８１へ送信する機能も有する。

成分濃度算出部８１は、温度制御部６５から導熱材９３が前記音波最小温度に保たれていることを示す信号を受信して、音波検出部７１から受信する信号から、前記最小音波強度を取得する機能を、さらに有する。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作について、本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置の動作と異なる部分を説明する。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、最小音波強度測定手順において、前記混合光出射手段が出射した出射光３２により被検体１から発生した前記第一の音波と前記第二の音波の差の音波を音波検出部７１が検出し、検出した前記音波の大きさを示す信号を温度制御部６５へ送信する。温度制御部６５は音波検出部７１が検出した前記音波の大きさを示す信号を受信し、音波検出部７１が検出した音波の大きさを監視しつつ、加熱部６２又は冷却部６３へ、加熱電力又は冷却電力を供給して、導熱材９３の温度を前記所定の温度を含む所定の範囲で変化させ、音波検出部７１が検出した前記音波が最小になる前記音波最小温度を探索する。温度制御部６５は前記音波最小温度を検知した場合、前記音波最小温度において導熱材９３の温度を変化させる動作を停止し、導熱材９３の温度を一定に保ち、導熱材９３が前記音波最小温度に保たれていることを示す信号を成分濃度算出部８１へ送信する。成分濃度算出部８１は温度制御部６５から導熱材９３が前記音波最小温度に保たれていることを示す前記信号を受信して、音波検出部７１から受信する信号の中から、前記最小音波強度を取得する。上記以外の動作は本発明の第二の実施の形態の成分濃度測定装置の動作と同様である。

上記のように、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、温度制御部６５により導熱材９３の温度を、前記所定の温度に一致させることにより、被検体１の測定対象の成分の吸光度が水の吸光度と顕著に異なる波長を前記第一の光の波長に一致させ、被検体１の水が第一の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長を前記第二の光の波長に一致させて、被検体１の成分濃度を正確に測定することができる。

以上説明したように、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の成分濃度を正確に測定できる成分濃度測定装置を提供できる。

（第四の実施の形態）
本発明の第四の実施の形態の成分濃度測定装置について説明する。本実施の形態の成分濃度測定装置は、本発明の第一から第三の実施の形態の成分濃度測定装置において、前記混合光出射手段に異なる２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水に出射させ、前記音波強度測定手段に前記水から発生する音波の大きさを測定させ、測定した音波の大きさが零になるように前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段をさらに備える場合である。また、本実施の形態は前記波長調整手段が前記混合光出射手段や前記音波強度測定手段の機能を利用する例である。

以下においては、本実施の形態の成分濃度測定装置の一例として、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置がさらに前記波長調整手段を備える場合について、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置と異なる部分を説明する。

図６に第四の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を示す。図６に示す本実施の形態の成分濃度測定装置の構成について、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置の構成と異なる部分を説明する。

図６に示す本実施の形態の成分濃度測定装置１０において、音波検出部７１の出力端子は信号伝達手段により波長制御部４１の音波信号入力端子に、さらに接続されている。さらに、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、波長調整手段の一部としての校正用検体５を備えている。ここで、前記波長調整手段は波長制御部４１及び校正用検体５により構成される。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０を構成する各部の機能について、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置を構成する各部の機能と異なる部分を説明する。

波長制御部４１は、第一の光源１１及び第二の光源１２が発生する前記第一の光の波長及び前記第二の光の波長を以下のように調整する機能を、さらに有する。すなわち、第一の光源１１及び第二の光源１２が前記第一の光及び前記第二の光を合波部３１を介して出射光３２として校正用検体５に出射し、校正用検体５から発生する音波を音波検出部７１が検出し、検出する前記音波の大きさを示す信号を波長制御部４１に送信する。波長制御部４１は音波検出部７１が検出する前記音波の大きさを示す信号を受信し、音波検出部７１が検出する前記音波の大きさが零になるように前記第一の光の波長と前記第二の光の波長を調整する。

校正用検体５は、例えば人体の指の断面を模擬した楕円筒状のガラス容器に水が密閉された構成で、図６に示す成分濃度測定装置１０の被検体１の代わりに設置して、第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する波長の調整に使用される。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作について、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作と異なる部分を説明する。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０は前記混合光出射手順の前に、前記波長調整手順として、以下の動作を行なう。

校正用検体５は図６に示すように、図５において被検体１が設置されている位置、すなわち、導熱材９３と粘着性ゴム７３に接する位置に設置される。

温度制御部６５は校正用検体５の温度を前記所定の温度に保つ。

波長制御部４１は第一の光源１１及び第二の光源１２が発生する、前記第一の光の波長及び前記第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された前記波長λ_１及び前記波長λ_２に設定する。

第一の光源１１は変調信号発生部２１が発生する前記変調信号により強度変調された前記第一の光を発生する。また、第二の光源１２は変調信号発生部２１が発生し１８０°移相部２２により１８０°移相された前記変調信号により強度変調された前記第二の光を発生する。

第一の光源１１及び第二の光源１２の各々は、発生した前記第一の光及び前記第二の光の各々を合波部３１へ送信する。

合波部３１は第一の光源１１から受信する前記第一の光及び第二の光源１２から受信する前記第二の光を合波して、出射光３２として温度制御部６５により前記所定の温度に保持されている校正用検体５の所定の位置の方向へ出射する。

校正用検体５には、合波部３１から出射光３２として出射された前記第一の光による前記第一の音波及び前記第二の光による前記第二の音波が発生する。前記第一の音波及び前記第二の音波は互いに逆位相であるので、音波検出部７１は前記第一の音波と前記第二の音波が重畳した結果の差の音波を検出し、検出した前記音波の大きさを示す信号を波長制御部４１に送信する。

波長制御部４１は音波検出部７１から受信する信号により、前記第一の音波と前記第二の音波の差の音波の大きさを監視しつつ、前記第一の音波と前記第二の音波の差の音波の大きさが零になるように、第一の光源１１と第二の光源１２へ制御信号を送信し、前記第一の光の波長及び前記第二の光の波長、又は前記第一の光の波長又は前記第二の光の波長、を調整する。校正用検体５から発生する前記音波の大きさが零になる状態は、前記第一の音波と前記第二の音波が、互いに逆位相で、かつ大きさが等しく、打ち消しあっている状態であり、前記第一の光の波長及び前記第二の光の波長の各々は、水が同じ吸光度を示す波長、すなわち、前記波長λ_１及び前記波長λ_２に一致している。上記のように調整することにより、前記第一の光の波長及び前記第二の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された前記波長λ_１及び前記波長λ_２に一致させることができる。

上記の動作の後に、校正用検体５は取り除かれ、被検体１が設置される。

次の、混合光出射手順において、波長制御部４１は第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する光の波長を、前記波長調整手順において調整した波長に設定する。

上記のように本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、異なる２波の光の波長を、前述の測定原理に従って所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長に設定し、前記所定の温度に保持した水で作製された校正用検体５に出射し、発生する音波が零になるように前記異なる２波長の光の波長を調整することにより、波長の設定誤差を修正し、被検体１の成分濃度を正確に測定することができる。

以上説明したように、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の成分濃度を正確に測定できる成分濃度測定装置を提供できる。

（第五の実施の形態）
本発明の第五の実施の形態の成分濃度測定装置について説明する。本実施の形態の成分濃度測定装置は、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置において、さらに温度測定手段を備える場合である。ここでは、本実施の形態の成分濃度測定装置について、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置と異なる部分について説明する。

図７に本実施の形態の成分濃度測定装置の構成を示す。図７において、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、図５により説明した本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置１０に、温度測定手段の一部としての温度測定部４２及び導熱材４３を、さらに備えた構成である。

温度測定部４２は被検体１において、出射光３２により音波が発生する位置の近傍に、導熱材４３を介して被検体１に接して設置されている。ここで、導熱材４３は、例えば柔軟で熱伝導度の高いゴムなどで作製することにより、被検体１に適切に接触し、かつ導熱材４３の温度は被検体１の温度と一致させることができる。温度測定部４２は、例えばサーミスタにより実現できる。

温度測定部４２の出力端子は信号伝達手段により波長制御部４１の温度信号入力端子に接続されている。

波長制御部４１の温度制御信号出力端子は信号伝達手段により温度制御部６５の波長設定信号入力端子に接続されている。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０を構成する各部の機能について、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置と異なる部分について説明する。

温度測定部４２は導熱材４３の温度を測定し、測定した温度を示す信号を波長制御部４１へ送信する機能を有する。

波長制御部４１は温度測定部４２から導熱材４３の温度を示す信号を受信し、導熱材４３の温度よりも高い所定の温度において、第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する光の波長を設定し、さらに前記所定の温度を示す信号を温度制御部６５へ送信する機能を有する。ここで、波長制御部４１は、予め被検体１の通常の温度の近傍における波長設定のための複数の所定の温度と、各々の前記所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された前記波長λ_１及び前記波長λ_２を記憶している。

温度制御部６５は波長制御部４１から前記所定の温度を示す信号を受信し、前記所定の温度を含む所定の範囲において、導熱材９３の温度を変化させる機能を、さらに有する。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作について、本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作と異なる部分を説明する。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０は前記混合光出射手順の前に、温度測定手順として、温度測定部４２は導熱材４３の温度を測定して、測定した温度を示す信号を波長制御部４１へ送信する。

その後、前記混合光出射手順において、波長制御部４１は温度測定部４２から導熱材４３の温度を示す信号を受信し、第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する光の波長を、導熱材４３の温度よりも高い所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された前記波長λ_１及び前記波長λ_２に設定する。さらに、波長制御部４１は前記所定の温度を示す信号を温度制御部６５へ送信する。

温度制御部６５は波長制御部４１から導熱材４３の温度よりも高い前記所定の温度を示す信号を受信し、導熱材４３の温度よりも高い前記所定の温度を含む前記所定の範囲で、導熱材９３の温度を変化させ、前記音波最小温度を探索する。上記以外の動作は本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置１０と同様である。

上記のように本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、前記第一の光の波長及び前記第二の光の波長を、被検体１の温度よりも高い前記所定の温度において前述の測定原理に従って選定された波長に設定するので、温度制御手段は加熱のみにより、導熱材９３の温度を前記所定の温度を含む前記所定の範囲で変化させ前記音波最小温度を探索することができ、簡易な装置構成とすることができる。

また、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、上記の温度測定部４２の機能を温度検出部６１に持たせる構成とすることも可能である。すなわち、温度測定部４２及び導熱材４３を取り除き、温度検出部６１が検出する導熱材９３の温度を示す信号を温度制御部６５が波長制御部４１へ送信することにより、波長制御部４１は上記と同様の動作を行なうことが可能である。

以上説明したように、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の成分濃度を、簡易な構成で、正確に測定できる成分濃度測定装置を提供できる。

（第六の実施の形態）
本発明の第六の実施の形態の成分濃度測定装置について説明する。本実施の形態の成分濃度測定装置は、本発明の第四の実施の形態の成分濃度測定装置において、さらに温度測定手段を備える場合である。ここでは、本実施の形態の成分濃度測定装置について、本発明の第四の実施の形態の成分濃度測定装置と異なる部分について説明する。

図８に本実施の形態の成分濃度測定装置の構成を示す。図８において、本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、図６により説明した本発明の第四の実施の形態の成分濃度測定装置１０に、温度測定手段の一部としての温度測定部４２及び導熱材４３を、さらに備えた構成である。図８においては、図６における被検体１の位置に、校正用検体５が粘着性ゴム７３及び導熱材９３に接して設置されている場合を示している。

温度測定部４２は被検体１において、出射光３２により音波が発生する位置の近傍に、導熱材４３を介して被検体１に接して設置されている。ここで、導熱材４３は、例えば柔軟で熱伝導度の高いゴムなどで作製することにより、被検体１に適切に接触し、かつ導熱材４３の温度は被検体１の温度と一致させることができる。温度測定部４２は、例えばサーミスタにより実現できる。

温度測定部４２の出力端子は信号伝達手段により波長制御部４１の温度信号入力端子に接続されている。

波長制御部４１の温度制御信号出力端子は信号伝達手段により温度制御部６５の波長設定信号入力端子に接続されている。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０を構成する各部の機能について、本発明の第四の実施の形態の成分濃度測定装置と異なる部分について説明する。

温度測定部４２は導熱材４３の温度を測定し、測定した前記温度を示す信号を波長制御部４１へ送信する機能を有する。

波長制御部４１は温度測定部４２から導熱材４３の前記温度を示す信号を受信し、導熱材４３の温度よりも高い所定の温度において、第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する光の波長を設定し、さらに前記所定の温度を示す信号を温度制御部６５へ送信する機能を有する。ここで、波長制御部４１は、予め被検体１の通常の温度の近傍における波長設定のための複数の所定の温度と、各々の所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された前記波長λ_１及び前記波長λ_２を記憶している。

温度制御部６５は波長制御部４１から前記所定の温度を示す信号を受信し、前記所定の温度を含む所定の範囲において、導熱材９３の温度を変化させる機能を、さらに有する。

次に、本実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作について、第四の実施の形態の成分濃度測定装置１０の動作と異なる部分を説明する。

本実施の形態の成分濃度測定装置１０は前記波長調整手順の前に、温度測定手順として、温度測定部４２は導熱材４３の温度を測定して、測定した前記温度を示す信号を波長制御部４１へ送信する。

その後、前記波長調整手順において、波長制御部４１は温度測定部４２から導熱材４３の前記温度を示す信号を受信し、第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する光の波長を、導熱材４３の温度よりも高い所定の温度における被検体１の測定対象の成分及び水の吸光度特性から前述の測定原理に従って選定された前記波長λ_１及び前記波長λ_２に設定する。さらに、波長制御部４１は前記所定の温度を示す信号を温度制御部６５へ送信する。上記以外の前記波長調整手順の動作は、本発明の第四の実施の形態の成分濃度測定装置と同様である。

その後、前記混合光出射手順において、波長制御部４１は第一の光源１１及び第二の光源１２の発生する光の波長を、前記波長調整手順において設定した波長に設定する。また、温度制御部６５は波長制御部４１から受信する導熱材４３の温度よりも高い前記所定の温度を示す信号を受信し、導熱材４３の温度よりも高い前記所定の温度を含む前記所定の範囲で、導熱材９３の温度を変化させ、前記音波最小温度を探索する。上記以外の動作は本発明の第三の実施の形態の成分濃度測定装置１０と同様である。

上記のように本実施の形態の成分濃度測定装置１０は、前記第一の光の波長及び前記第二の光の波長を、被検体１の温度よりも高い前記所定の温度において前述の測定原理に従って選定された波長に設定するので、温度制御手段は加熱のみにより、導熱材９３の温度を前記所定の温度を含む前記所定の範囲で変化させることができ、簡易な装置構成とすることができる。

また、上記の温度測定部４２の機能を温度検出部６１に持たせる構成として、温度測定部４２を取り除き、温度検出部６１が検出する導熱材４３の温度を示す信号を温度制御部６５が波長制御部４１へ送信する構成としてもよい。

以上説明したように、本発明の成分濃度測定装置は、被検体の成分濃度を、簡易な構成で、正確に測定できる成分濃度測定装置を提供できる。

本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度装置制御方法は、液体中の成分濃度を測定する分野、例えば果実の糖度測定に適用することができる。

本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度装置制御方法は、日常の健康管理や美容上のチェックに利用することができる。また、人間ばかりでなく、動物についても健康管理に利用することができる。

本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法の波長の設定方法を説明する図である。 第一の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を説明する図である。 第一の実施の形態の成分濃度測定装置の実装例を説明する図である。 第二の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を説明する図である。 第三の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を説明する図である。 第四の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を説明する図である。 第五の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を説明する図である。 第六の実施の形態の成分濃度測定装置の構成を説明する図である。 従来の血液成分濃度測定装置の構成を説明する図である。 従来の血液成分濃度測定装置の構成を説明する図である。

符号の説明

１ 被検体
５ 校正用検体
１０ 成分濃度測定装置
１１ 第一の光源
１２ 第二の光源
１３ 第三の光源
２１ 変調信号発生部
２２ １８０°移相部
３１ 合波部
３２ 出射光
４１ 波長制御部
４２ 温度測定部
４３ 導熱材
５１ 光出射部
６１ 温度検出部
６２ 加熱部
６３ 冷却部
６５ 温度制御部
７１ 音波検出部
７２ 音波強度表示部
７３ 粘着性ゴム
８１ 成分濃度算出部
９１ 音波検出部筐体
９２ 保護筐体
９３ 導熱材
９４ 導熱材空孔
１０１ 被検体
１０２ 駆動電源
１０３ パルス光源
１０４ 超音波検出器
１０５ 波形観測器
２０１ 第一の光源
２０２ 第二の光源
２０３ 駆動電源
２０４ 駆動電源
２１１ 合波器
２１２ 音響センサ
２１３ チョッパ板
２１４ モータ
２１５ 周波数解析器

Claims (18)

1. 異なる２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、被測定物に出射する混合光出射手段と、
   前記被測定物の温度を変化させる温度制御手段と、
   前記２波長のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被測定物に出射する単一光出射手段と、
   前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備える成分濃度測定装置。
2. 前記温度制御手段は、前記被測定物の温度を変化させ前記混合光出射手段から出射する前記異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさが最小になる音波最小温度に保持し、
   前記単一光出射手段は、強度変調した光を音波最小温度における前記被測定物に出射することを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定装置。
3. 前記混合光出射手段が出射した前記異なる２波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさと前記単一光出射手段が出射した前記２波長のうち１波長の光により前記被測定物から発生する音波の大きさとから前記被測定物の成分濃度を算出する成分濃度算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の成分濃度測定装置。
4. 前記単一光出射手段は、前記混合光出射手段の異なる２波長の光のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被測定物に出射することを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの成分濃度測定装置。
5. 異なる２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、被検体に出射する混合光出射手段と、
   前記被検体の温度を変化させる温度制御手段と、
   前記２波長のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被検体に出射する単一光出射手段と、
   前記被検体から発生する音波の大きさを測定する音波強度測定手段と、を備える成分濃度測定装置。
6. 前記温度制御手段は、前記被検体の温度を変化させ前記混合光出射手段から出射する前記異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさが最小になる音波最小温度に保持し、
   前記単一光出射手段は、強度変調した光を音波最小温度における前記被検体に出射することを特徴とする請求項５に記載の成分濃度測定装置。
7. 前記混合光出射手段が出射した前記異なる２波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさと前記単一光出射手段が出射した前記２波長のうち１波長の光により前記被検体から発生する音波の大きさとから前記被検体の成分濃度を算出する成分濃度算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の成分濃度測定装置。
8. 前記単一光出射手段は、前記混合光出射手段の異なる２波長の光のうち１波長の光を電気的に強度変調して、前記被検体に出射することを特徴とする請求項５から７に記載のいずれかの成分濃度測定装置。
9. 前記混合光出射手段に異なる２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水に出射させ、前記音波強度測定手段に前記水から発生する音波の大きさを測定させ、測定した音波の大きさが零になるように前記異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から８に記載のいずれかの成分濃度測定装置。
10. 異なる２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射する混合光出射手段が、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長に設定して被測定物に出射する混合光出射手順と、
    温度を変化させる温度制御手段が前記被測定物の温度を変化させ、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさが最小となる最小音波強度を測定し、前記温度制御手段が前記最小音波強度となる前記被測定物の音波最小温度を保持する最小音波強度測定手順と、
    １波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記異なる２波長のうち１波長の光を被測定物に出射し、前記音波強度測定手段が前記被測定物から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順と、を順に有することを特徴とする成分濃度測定装置制御方法。
11. 異なる２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射する混合光出射手段が、所定の温度における水が同じ吸光度を示す異なる２波長に設定して出射する混合光出射手順と、
    温度を変化させる温度制御手段が温度を変化させ、音波の大きさを測定する音波強度測定手段が被検体から発生する音波の大きさが最小となる最小音波強度を測定し、前記温度制御手段が前記最小音波強度となる音波最小温度を保持する最小音波強度測定手順と、
    １波長の光を電気的に強度変調して出射する単一光出射手段が前記異なる２波長のうち１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が前記被検体から発生する音波の大きさを測定する単一音波強度測定手順と、を順に有することを特徴とする成分濃度測定装置制御方法。
12. 前記単一音波強度測定手順のあとに、音波の大きさから成分濃度を算出する成分濃度算出手段が前記最小音波強度測定手順で測定した音波の大きさと前記単一音波強度測定手順で測定した音波の大きさから前記成分濃度を算出する成分濃度算出手順をさらに有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の成分濃度測定装置制御方法。
13. 前記単一音波強度測定手順は、前記混合光出射手段が異なる２波長の光のうち１波長の光を出射し、前記音波強度測定手段が音波の大きさを測定することを特徴とする請求項１０から１２に記載のいずれかの成分濃度測定装置制御方法。
14. 前記混合光出射手段の２波長の光の波長を調整する波長調整手段が、前記混合光出射手段に異なる２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させ、前記所定の温度の水に出射させ、前記音波強度測定手段の測定する前記水から発生する音波の大きさが零になるように前記混合光出射手段の異なる２波長の光の波長を調整する波長調整手順を、前記混合光出射手順の前に有することを特徴とする請求項１０から１３に記載のいずれかの成分濃度測定装置制御方法。
15. 温度を測定する温度測定手段が前記被測定物の温度を測定する温度測定手順を、前記混合光出射手順の前に有し、前記混合光出射手順における前記所定の温度は、前記被測定物の温度以上であることを特徴とする請求項１０、１２又は１３に記載のいずれかの成分濃度測定装置制御方法。
16. 温度を測定する温度測定手段が前記被測定物の温度を測定する温度測定手順を、前記波長調整手順の前に有し、前記波長調整手順における前記所定の温度は、前記被測定物の温度以上であることを特徴とする請求項１４に記載の成分濃度測定装置制御方法。
17. 温度を測定する温度測定手段が前記被検体の温度を測定する温度測定手順を、前記混合光出射手順の前に有し、前記混合光出射手順における前記所定の温度は、前記被検体の温度以上であることを特徴とする請求項１１から１３に記載のいずれかの成分濃度測定装置制御方法。
18. 温度を測定する温度測定手段が前記被検体の温度を測定する温度測定手順を、前記波長調整手順の前に有し、前記波長調整手順における前記所定の温度は、前記被検体の温度以上であることを特徴とする請求項１４に記載の成分濃度測定装置制御方法。
    

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