JP6966028B1 - 成分測定装置および成分測定方法 - Google Patents
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Abstract
成分測定装置は、サンプルに含まれる対象成分を測定する。当成分測定装置は、サンプルが静置される光学媒質部と、光学媒質部に励起光を出射する励起光源と、光学媒質部にプローブ光を出射するプローブ光源と、サンプルの角質層に関する角質層情報に基づいて、励起光源が出射する励起光に強度変調を施して強度変調励起光を生成し、生成した強度変調励起光を光学媒質部に出射する強度変調部と、励起光が出射された第１状態の光学媒質部から出射されるプローブ光と強度変調励起光が出射された第２状態の光学媒質部から出射されるプローブ光との相違に基づき対象成分を測定する測定部とを備える。
Description
本発明は、成分測定装置および成分測定方法に関し、具体的には、生体中の成分を測定する成分測定装置および成分測定方法に関する。
多様な分野、特に化学、生物学、及び医学への応用において、サンプル中に含まれている成分の測定を行う成分測定装置が知られている。例えば、生体中に含まれる成分を測定する成分測定装置が知られている。成分測定装置の多くは、化学分析による侵襲方式を採用している。侵襲方式の成分測定装置においては、測定に際し、物質の部分分離または化学反応による変化を伴う。例えば、生体中の血糖値を測定する場合は、針を用いて採血を行い、試薬と血液とを反応させる侵襲方式のセンサが広く用いられている。
侵襲方式の成分測定装置は、例えば血糖値測定の際、穿刺による患者の苦痛が伴う。そのため、特に医療、ヘルスケアの分野においては、非侵襲方式の成分測定装置を求める声があった。
非侵襲方式の成分測定装置では、光熱分光方式を用い、血液から生体成分が伝搬されることになる間質液に基づく測定を行う態様が知られている。例えば特許文献１の非侵襲方式の成分測定装置では、生体測定において血糖値、脂質、等の成分を測定する場合、血液から生体成分が伝搬されることになる間質液に基づく測定を行うように構成されている。間質液は、細胞に含まれる液体であって血管よりも皮膚表面近くにある領域にまで存在するため、生体外部からの測定にも好ましい。
しかしながら、皮膚の最表面の角質層は死んだ細胞の層である。間質液は、死んだ細胞の層である皮膚の最表面の角質層には含まれておらず、角質層以下の顆粒層以深に存在する。また角質層の厚さは、概ね生体の部位によって決定され、腕や手首、額、腹部などの部位、指や手の平、足の平といった外部の物質と多く接触する部位などで異なり得る。そのため、間質液からの測定を用いるように構成された上述のような非侵襲方式の成分測定装置の場合、間質液の含まれていない部分からの情報を元に測定を行う虞がある。したがって、上述したような非侵襲方式の成分測定装置においては、成分測定精度の向上が求められる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、成分測定精度の向上した非侵襲方式の成分測定装置および成分測定方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る成分測定装置は、サンプルに含まれる対象成分を測定する成分測定装置であって、サンプルが静置される光学媒質部と、光学媒質部に励起光を出射する励起光源と、光学媒質部にプローブ光を出射するプローブ光源と、サンプルの角質層に関する角質層情報に基づいて、励起光源が出射する励起光に強度変調を施して強度変調励起光を生成し、生成した強度変調励起光を光学媒質部に出射する強度変調部と、励起光が出射された第１状態の光学媒質部から出射されるプローブ光と強度変調励起光が出射された第２状態の光学媒質部から出射されるプローブ光との相違に基づき対象成分を測定する測定部とを備える。
本発明の一側面に係る成分測定方法は、サンプルに含まれる対象成分を測定する成分測定方法であって、サンプルを光学媒質部に静置する静置ステップと、光学媒質部に励起光を励起光源から出射する励起光出射ステップと、光学媒質部にプローブ光をプローブ光源から出射するプローブ光出射ステップと、サンプルの角質層に関する角質層情報を取得する角質層情報取得ステップと、角質層情報取得ステップで取得した角質層情報に基づいて励起光源が出射する励起光に強度変調を施して強度変調励起光を生成し、生成した強度変調励起光を光学媒質部に出射する強度変調ステップと、励起光が出射された第１状態の光学媒質部から出射されるプローブ光と強度変調励起光が出射された第２状態の光学媒質部から出射されるプローブ光との相違に基づき対象成分を測定する測定ステップとを備える。
本発明の一側面においては、成分測定精度の向上した非侵襲方式の成分測定装置および成分測定方法を提供することが可能となる。
以下、図面を参照し、サンプル中に含まれる成分として、生体中の血糖値を測定する成分測定装置の一例について説明する。しかしながら、言うまでもなく、本発明の成分測定装置は、血糖値以外の成分の測定に適用することも可能である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の成分測定装置１００の構成を表す図である。実施の形態１に係る成分測定装置１００は、励起光源１、プローブ光源２、光学媒質部３、光位置検出器４、光学チョッパー９、ロックインアンプ１０、角質層情報取得部１１、および演算部２０を備える。
図１は、実施の形態１の成分測定装置１００の構成を表す図である。実施の形態１に係る成分測定装置１００は、励起光源１、プローブ光源２、光学媒質部３、光位置検出器４、光学チョッパー９、ロックインアンプ１０、角質層情報取得部１１、および演算部２０を備える。
励起光源１は、少なくとも１つ以上の赤外光源を備える。励起光源１は、今回の測定対象となる血糖値の糖を特定することができる指紋スペクトルの波長を含んだ波長範囲８μｍ〜１０μｍ全ての波長域、あるいは一部の波長域の赤外光を励起光６として放出する構成要素であり、広帯域の量子カスケードレーザを含む。励起光源１は、測定に使用する波長として例えば、人体中の糖により吸収される波長λ１およびλ２と、人体中の糖によっては吸収されずに参照波長として使用される波長λ３とを含むように構成される。励起光源１は、測定に使用する波長が４波長以上となるように構成してもよい。
プローブ光源２は、後述する光学媒質部３を透過する波長領域の光をプローブ光７として出力するレーザである。プローブ光源２は、可視光〜近赤外の波長領域の波長の光を出力するレーザとして構成することが好ましい。なぜなら、可視光〜近赤外の波長領域の波長の光は、出力される光の発生および検出が容易であり、成分測定装置１００の組み立て負荷低減を実現し得るからである。
光学媒質部３は、測定対象である血糖値の糖を含んだサンプル５を静置するサンプル台である。本発明の一例に係る実施の形態１の成分測定装置１００においては、サンプル台である光学媒質部３の上にサンプル５として指が静置される。光学媒質部３は、光学媒質として、赤外光の波長領域において透過性が高い硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）またはカルコゲナイドガラスなどの物質を用い、所定の屈折率勾配８を有するように構成されている。屈折率勾配８は、励起光源１が放出した励起光６によって変化を生じる。
光位置検出器４は、光学媒質部３から出射されるプローブ光源２からの光を検出する光検出センサである。光位置検出器４は、当検出によって、プローブ光源２から出射された光の光学媒質部３内を通った経路を検出する。光位置検出器４は、後述する出射プローブ光７ａおよび出射プローブ屈折光７ｂを検出可能に構成してある。光位置検出器４は、光位置検出器４に入射する光の位置を検出する。光位置検出器４は、例えば、４分割フォトダイオードを用いて構成してある。
光学チョッパー９は、通過する光を特定の周波数成分で強度変調する構成要素である。光学チョッパー９は、励起光源１と光学媒質部３との間に配置してあり、励起光源１から放出された励起光６に強度変調を行い、強度変調された励起光６’を光学媒質部３へ送るように構成してある。光学チョッパー９は、回転ブレードを備えており、回転ブレードの回転によって連続光の励起光６を周期的に遮断することで、励起光６に強度変調を施す。
強度変調されていない励起光６が照射された場合の光学媒質部３の屈折率勾配８は、強度変調された励起光６’が照射された場合の光学媒質部３の屈折率勾配８とは異なる。光位置検出器４は、強度変調されていない励起光６が照射された場合の出射プローブ光７ａの経路と強度変調された励起光６’が照射された場合の出射プローブ屈折光７ｂの経路との相違を検出する。
ロックインアンプ１０は、光位置検出器４と光学チョッパー９とに接続してある。ロックインアンプ１０は、光位置検出器４で測定される信号のうち、励起光６の変調周波数成分と同期した信号を読み取る。そのため成分測定装置１００は、精度の高い測定が可能となる。
測定信号には様々な周波数成分を含むノイズが含まれ、周波数が低いほどノイズ量が多くなる。光学チョッパーを用いて励起光を周波数ｆとなるように変調した場合、所望の測定信号は変調された励起光と周波数と位相とが同じで振幅が異なる変調信号となる。このとき、励起光と測定信号とを乗算した場合、各周波数成分ｆに加算（２ｆ）と減算（０＝直流成分）とを行った周波数成分をもつ信号となる。さらに測定信号に多量の異なる周波数成分を含むノイズが含まれる場合には、励起光の変調周波数とノイズの周波数とに対応した測定信号が追加される。しかしながら、必要な成分は直流成分にのみ含まれる。そのため、ローパスフィルターを用いて直流成分のみを計測することによって、微小な信号においてもノイズ成分を除去して高精度な計測が可能となる。
角質層情報取得部１１は、光学媒質部３に静置されるサンプル５の角質層に関する角質層情報を取得する構成要素である。例えば角質層情報取得部１１は、成分測定装置１００のユーザが入力する角質層情報を取得する入力デバイスである。
角質層の厚さは、測定方法の違いまたは個人差などによって正確には異なり得るが、概ね生体の部位によって決定され得る。腕、手首、額、腹部などの部位では２０μｍ程度であるのに対し、指、手の平、および足の平等、外部の物質と多く接触する部位では１００〜３００μｍと厚く形成されていることが知られている。そのため、実施の形態１に係る角質層情報取得部１１は、テンキーなどの数値入力デバイスであり、角質層情報として、２０μｍ等の厚さ値をユーザから取得する。
上述した本発明の一例に係る角質層情報取得部１１では、数値入力デバイスとしての態様について例示した。しかしながら本発明は、当一例に限定されない。腕、手首、額、腹部、指、手の平、足の平などの部位からサンプル５に対応する対象部位を選択できる入力デバイスであってもよい。腕、手首、額、腹部、指、手の平、足の平などの各部位に対応する角質層の厚さ値を記憶部に記憶させておき、角質層情報取得部１１を用いて選択された一部位に対応する厚さ値を取得できるように構成してもよい。当構成を用いることにより、成分測定装置１００の設計柔軟性を高めることが可能となる。
演算部２０は、サンプル５中に含まれる糖を測定するため、血糖値を算出する構成要素である。演算部２０は、ロックインアンプ１０に接続してある。演算部２０は、ロックインアンプ１０が取得した信号に基づいて血糖値の算出を行う。
演算部２０は、更に、サンプル５の角質層に対する調整を行うための構成要素でもある。演算部２０は、ロックインアンプ１０に加え、角質層情報取得部１１にも接続してある。演算部２０は、角質層情報取得部１１が取得した角質層情報に基づいて、励起光源１から放出された励起光６に対する強度変調を行う。具体的には、演算部２０は、光学チョッパー９の回転数を制御し、後述する変調周波数の設定を行う。ここで変調周波数とは、励起光の強度変調における周波数を意味する。
成分測定装置１００は、図１に示してあるように、プローブ光源２からのプローブ光７が入射プローブ光として光学媒質部３に入射し、出射プローブ光７aとして光位置検出器４へ出射するように配置してある。励起光源１が光学媒質部３に向けて励起光６を照射してサンプル５内で吸収熱が発生した場合、発生した吸収熱が光学媒質部３に伝搬して光学媒質部３内で温度勾配が形成され、光学媒質部３の屈折率勾配８が変化する。屈折率勾配８が変化した光学媒質部３内をプローブ光７が通過した場合、変化した屈折率勾配８によって光学媒質部３の屈折率も変化しているため、出射プローブ光７aとは異なる光路をたどる出射プローブ屈折光７ｂとしてプローブ光７が光位置検出器４へ出射される。成分測定装置１００は、出射プローブ光７aと出射プローブ屈折光７ｂとのずれを光位置検出器４で検出し、検出結果に対しロックインアンプ１０を介して演算部２０で演算を行うことで成分測定を行うように構成してある。上述した光位置検出器４、ロックインアンプ１０、演算部２０、およびそれらの組み合わせは、励起光６が出射された光学媒質部３から出射される出射プローブ光７ａと強度変調を施された励起光６’が出射された光学媒質部３から出射される出射プローブ屈折光７ｂとの相違に基づき対象成分を測定する測定部の一例に関する。
光学チョッパー９は、励起光源１から放出された励起光６が角質層情報取得部１１で取得した角質層情報に対応する変調周波数となるように、演算部２０が設定した変調周波数に基づき強度変調を行う。具体的には、演算部２０が設定した変調周波数に対応する回転速度で回転ブレードを回転させることによって、励起光６に強度変調を施す。つまり光学チョッパー９は、本発明に係る強度変調部の一例に対応する。光学チョッパー９を通過して強度変調された励起光６’は、光学媒質部３を透過し、サンプル５に入射する。血糖値測定の場合、サンプル５は、被験者の指、手首、腕、耳たぶなどの部位が該当する。演算部２０は、皮膚からプローブ光７が入射したサンプル５の間質液に含まれる糖成分の吸収を演算する。
図２は、実施の形態１に係る成分測定装置１００の光学媒質部３部分の上面図である。励起光源１およびプローブ光源２は、プローブ光７の光路が図２の平面視上で励起光源１からの励起光６と励起光照射部位で交差するように構成してある。光学媒質部３内部に発生する屈折率勾配発生領域αの範囲を考慮した場合、励起光源１が出射する励起光６のビーム幅は、プローブ光源２が出射するプローブ光７のビーム幅と同程度以上であることが好ましい。励起光のビーム幅が小さい場合、屈折率勾配発生領域αがプローブ光７のビーム幅に対して小さくなる虞がある。屈折率勾配発生領域αがプローブ光７のビーム幅に対して小さくなった場合、プローブ光の一部にしか影響が与えられず、プローブ光７の光路の変化を計測することが困難になる。一方、励起光のビーム幅が大き過ぎる場合、励起光の密度が低くなる虞、または屈折率勾配発生領域αが広がる虞がある。励起光の密度が必要以上に低くなった場合、または屈折率勾配発生領域αが必要以上に広がった場合、屈折率勾配自体が小さくなり得る。屈折率勾配自体が小さくなった場合には、プローブ光７の光路を変化させる効果がなくなってしまう虞もある。そのため、具体的には、励起光のビーム幅を５０μｍ、プローブ光のビーム幅を３０μｍとして構成する態様が好ましい。
成分測定装置１００における血糖値測定の動作について説明する。励起光源１の光出力がゼロの時を基準状態とする一例について説明する。基準状態では、光学媒質部３の内部の状態は一様と考えられる。そのため、プローブ光源２から出力したプローブ光７は、光学媒質部３への入射時と出射時とでのみ屈折する。ここで、基準状態において、出射プローブ光７ａが光位置検出器４に入射する位置を基準位置とする。実施の形態１に係る一例においては、図１に示すように、プローブ光７が励起光照射部位においてサンプル５との接触面で１度全反射するように構成してある。後述する光学媒質中に発生する屈折率勾配８は光学媒質部３の表面近傍で発生し、特に熱が発生する領域に接する表面に近い程勾配が大きくなる。上で述べたようにプローブ光源を配置することによって、プローブ光７の入射角度を浅くすることが可能となり、光学媒質の表面近傍をプローブ光７が通過する経路となる。そのため、効率よく光路を変化させることができる。プローブ光７は、屈折率勾配８を通過することで屈折し、光路が変化することになる。そのため、例えば、光学媒質部３内を２回以上全反射する経路となるようで構成されていてもよく、サンプル５との接触面付近を接触面と平行に通過する経路で構成されていてもよい。
プローブ光源２がプローブ光７を出射した後、励起光源１は、糖の指紋スペクトル波長の赤外光を励起光６として出力する。光学チョッパー９は、励起光源１が出力した励起光６に強度変調を施す。光学チョッパー９によって強度変調を施された励起光６は、光学媒質部３を透過して、サンプル５に入射する。サンプル５に入射した赤外光である励起光６は、サンプル５の表面付近に存在する間質液に含まれる糖によって吸収される。糖によって励起光６が吸収された場合、吸収熱がサンプル５の内部に発生する。発生した吸収熱は、サンプル５から光学媒質部３に伝搬する。吸収熱が光学媒質部３に伝搬した場合、光学媒質部３中に温度勾配が生じる。光学媒質部３の屈折率は、一般的に温度依存性を有している。そのため、光学媒質部３中に温度勾配が生じた場合、屈折率に勾配が生じた屈折率勾配８が形成される。屈折率勾配８が形成された状態を状態Ａとして、以下の説明を行う。
サンプル５に照射された励起光６がサンプル５内部の５０〜１００μｍ程度まで浸透して吸収熱を発生させる場合、発生した熱が拡散する長さである熱拡散長Ｌは、励起光６の変調周波数に対応した吸収熱の発生する周波数ｆとサンプル５の熱拡散係数αとを用い、以下の式（１）で表される。サンプル５が被験者の指、手首、腕、耳たぶなどの部位である場合、当部位の皮膚の熱拡散係数は、０．１３〜０．１７ｍｍ２／ｓ程度である。
・・・式（１）
図３は、測定に用いる変調周波数と皮膚内部で発生する熱の拡散長との関係を表す図である。図３は、熱拡散係数を０．１５ｍｍ２／ｓとした場合の、変調周波数に対する皮膚内部での熱拡散長を示している。具体的には、変調周波数が１００Ｈｚにおいて約２０μｍ、３０Ｈｚにおいて約４０μｍ、５Ｈｚにおいて約１００μｍとなる。間質液に含まれる成分を測定するためには、熱拡散長が角質層の厚さよりも大きくなるようにすることが必要である。そのため、変調周波数ｆをｆ＜α／（ｄ２・π）と設定する。より好ましくは、熱拡散長が角質層の厚さの１〜３倍の範囲であることが好ましく、α／｛（３ｄ）２・π｝＜ｆ＜α／（ｄ２・π）と設定する。熱拡散長を大きくするためには変調周波数を低くする必要があるが、測定時に発生するノイズは、通常低周波領域ほど大きくなる。そのため、その変調周波数が低い場合は、ロックインアンプを用いても信号のＳ／Ｎ比が低下する可能性がある。したがって、用いる周波数は、間質液を測定可能である範囲内において可能な限り高いことが好ましい。具体的には、角質層が厚く１００μｍ以上となる指または手の平を測定する場合、演算部２０は、ロックインアンプ１０を介して励起光６の変調周波数が０．５〜５Ｈｚとなるように光学チョッパー９の回転数を設定する。また同様に、角質層が２０μｍ程度である腕、手首、または額などの部位を測定する場合は、演算部２０は、ロックインアンプ１０を介して励起光６の変調周波数が１５〜１００Ｈｚとなるように設定する。上述した構成を用いることにより、角質層が比較的薄い場合、より高い変調周波数を使用して測定することが可能となる。
基準状態において、屈折率の勾配が生じていない屈折率勾配８の中をプローブ光７が透過した場合、プローブ光７は、光学媒質部３の中の透過する位置における屈折率に従って屈折する。屈折したプローブ光７は、出射プローブ光７ａとして光学媒質部３から放射され、光位置検出器４に入射する。基準状態において、光位置検出器は、出射プローブ光７ａが光位置検出器４に入射する位置を基準位置として検出する。
状態Ａにおいて、屈折率の勾配が生じた屈折率勾配８の中をプローブ光７が透過した場合、プローブ光７は、光学媒質部３の中の透過する位置における屈折率勾配８内の屈折率に従って屈折する。屈折した入射プローブ光７は、出射プローブ屈折光７ｂとして光学媒質部３から放射され、光位置検出器４に入射する。状態Ａにおいて、光位置検出器は、出射プローブ屈折光７ｂが光位置検出器４に入射する位置を変位位置として検出する。
ロックインアンプ１０は、光位置検出器４が検出した基準位置と変位位置との差に基づく信号の値を読み取る。演算部２０は、ロックインアンプ１０が読み取った差に関する信号を取得し、成分としての血糖値を演算する。
上述したように、実施の形態１に係る成分測定装置１００は、角質層情報取得部１１が取得した角質層情報に基づいて光学チョッパー９を駆動させることにより、角質層より深い層に含まれる間質液中の対象成分で発生した吸収熱を効率よく測定することが可能になる。具体的には、測定における生体内部で発生した熱の拡散長が角質層の厚さの１〜３倍程度となり、角質層より深い層に含まれる間質液中の糖成分で発生した吸収熱を効率よく測定することが可能となる。言い換えると、間質液の含まれていない部分からの情報を元に測定を行う虞を抑制し、成分測定精度が向上した非侵襲方式の成分測定装置を提供することが可能となる。
サンプル５に含まれる対象成分である血糖値を測定する成分測定方法について、実施の形態１に係る成分測定装置１００を用いて説明する。当成分測定方法においては、まず、サンプル５を光学媒質部３に静置する静置ステップを実行する。静置ステップを行った後、当成分測定方法においては、光学媒質部３に励起光６を励起光源１から出射する励起光出射ステップを実行する。静置ステップを行った後、当成分測定方法においてはまた、光学媒質部３にプローブ光７をプローブ光源２から出射するプローブ光出射ステップを実行する。当成分測定方法においてはまた、サンプル５の角質層に関する角質層情報を取得する角質層情報取得ステップを実行する。
上述した当成分測定方法においては、角質層情報取得ステップで角質層情報を取得した後、取得した角質層情報に基づいて、励起光源１が出射する励起光６に強度変調を施して強度変調励起光を生成し、生成した強度変調励起光を光学媒質部３に出射する強度変調ステップを実行する。当成分測定方法においては、強度変調ステップを実行した後、励起光６が出射された光学媒質部３から出射される出射プローブ光７ａと強度変調励起光が出射された光学媒質部３から出射される出射プローブ屈折光７ｂとの相違に基づき対象成分である血糖値を測定する測定ステップを実行する。
上述したように、実施の形態１に係る成分測定方法は、角質層情報取得部１１が取得した角質層情報に基づいて光学チョッパー９を駆動させて強度変調ステップを実行することによって、角質層より深い層に含まれる間質液中の対象成分で発生した吸収熱を効率よく測定することが可能になる。具体的には、測定における生体内部で発生した熱の拡散長が角質層の厚さの１〜３倍程度となり、角質層より深い層に含まれる間質液中の糖成分で発生した吸収熱を効率よく測定することが可能となる。言い換えると、間質液の含まれていない部分からの情報を元に測定を行う虞を抑制し、成分測定精度が向上した非侵襲方式の成分測定方法を提供することが可能となる。
上述した実施の形態１では、血糖値を演算する成分測定装置１００の一例を説明した。しかしながら本発明は、上記の一例に限定されるものではない。例えば、生体の間質液に含まれるタンパク質・アミノ酸・糖類・脂肪酸・ホルモン・神経伝達物質などを測定対象として演算する成分測定装置であってもよい。そのため、本発明に係る成分測定装置は、各種の生体情報の測定に応用することができる。
実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る成分測定装置１０１の構成を表す図である。実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、実施の形態１に係る成分測定装置１００と比較し、光学チョッパー９を備えていない。光学チョッパー９の代わりに、実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、励起光源１の電源に変調を行う変調器２２を備える。変調器２２が励起光源１へ周期的に変調された信号を給電することによって、実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、励起光６の強度変調を実行する。つまり変調器２２は、本発明に係る強度変調部の一例に対応する。
図４は、実施の形態２に係る成分測定装置１０１の構成を表す図である。実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、実施の形態１に係る成分測定装置１００と比較し、光学チョッパー９を備えていない。光学チョッパー９の代わりに、実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、励起光源１の電源に変調を行う変調器２２を備える。変調器２２が励起光源１へ周期的に変調された信号を給電することによって、実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、励起光６の強度変調を実行する。つまり変調器２２は、本発明に係る強度変調部の一例に対応する。
変調器２２は、例えば、設定した周波数に応じて強度変調されたパルス信号を出力するシグナルジェネレータなどを用いて構成される。しかしながら、本発明は当一例に限定されない。電気信号を変調できるデバイス、機器であってもよい。変調信号は、正弦波、方形波、または鋸波などの周期関数を用いて実行され得る。また、励起光源１の電源は、変調器２２の信号に応じて変調された電流出力、もしくは電圧出力によって励起光源１に給電を行う。しかしながら、本発明は当一例に限定されない。変調機能を備えた電源を変調器２２に統合する構成を採用してもよい。
実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、ロックインアンプ１０が変調器２２と接続してある。変調器２２は、ロックインアンプの動作周波数を決定し、励起光源１の変調周波数とロックインアンプの動作周波数とを同期させる。その他の構成については実施の形態１に係る成分測定装置１００と同様である。
実施の形態２に係る成分測定装置１０１は、実施の形態１に係る成分測定装置１００と比較し、光学チョッパー９を備えていない。そのため、外部でレーザの強度変調を行う物理駆動機構を用いずに変調周波数測定を実施することが可能となる。したがって、間質液の含まれていない部分からの情報を元に測定を行う虞を抑制しつつ成分測定精度を向上させるだけでなく、省スペース化によって小型化可能な非侵襲方式の成分測定装置を提供することが可能となる。
１ 励起光源、２ プローブ光源、３ 光学媒質部、４ 光位置検出器、５ サンプル、６ 励起光、７ プローブ光、７ａ 出射プローブ光、７ｂ 出射プローブ屈折光、８ 屈折率勾配、９ 光学チョッパー、１０ ロックインアンプ、１１ 角質層情報取得部、２０ 演算部、２２ 変調器、１００，１０１ 成分測定装置。
Claims (7)
- サンプルに含まれる対象成分を測定する成分測定装置において、
前記サンプルが静置される光学媒質部と、
前記光学媒質部に励起光を出射する励起光源と、
前記光学媒質部にプローブ光を出射するプローブ光源と、
前記サンプルの角質層に関する角質層情報に基づいて、前記励起光源が出射する前記励起光に強度変調を施して強度変調励起光を生成し、生成した前記強度変調励起光を前記光学媒質部に出射する強度変調部と、
前記励起光が出射された第１状態の前記光学媒質部から出射される前記プローブ光と前記強度変調励起光が出射された第２状態の前記光学媒質部から出射される前記プローブ光との相違に基づき前記対象成分を測定する測定部と
を備えることを特徴とする成分測定装置。 - 前記サンプルの角質層に関する角質層情報を取得する角質層情報取得部を更に備え、
前記強度変調部は、前記角質層情報取得部が取得した前記角質層情報に基づいて前記強度変調を施す要構成してある
ことを特徴とする請求項１に記載の成分測定装置。 - 前記強度変調励起光の変調周波数をｆ、前記角質層情報取得部が取得した前記角質層情報が示す前記角質層の厚さをｄ、前記サンプルの熱拡散係数をαとした場合、前記強度変調部は、ｆ＜α／（ｄ２ π）を満たすよう前記強度変調を施す
ことを特徴とする請求項２に記載の成分測定装置。 - 前記強度変調部は更に、α／｛（３ｄ）２ π｝＜ｆを満たすよう前記強度変調を施す
ことを特徴とする請求項３に記載の成分測定装置。 - 前記強度変調部は、所定の回転速度で回転する回転ブレードを備え、
前記強度変調部は、前記励起光源と前記光学媒質部との間に配置してあり、
前記励起光源は、前記回転ブレードを介して前記光学媒質部へ前記励起光を出射するよう構成してあり、
前記強度変調部は、前記角質層情報取得部が取得した前記角質層情報に基づいて、前記回転ブレードの前記回転速度を変化させる
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の成分測定装置。 - 前記強度変調部は、前記励起光源の電源に変調を行う変調器を備え、
前記強度変調部は、前記角質層情報取得部が取得した前記角質層情報に基づいて、前記変調器による前記変調を変化させる
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の成分測定装置。 - サンプルに含まれる対象成分を測定する成分測定方法において、
前記サンプルを光学媒質部に静置する静置ステップと、
前記光学媒質部に励起光を励起光源から出射する励起光出射ステップと、
前記光学媒質部にプローブ光をプローブ光源から出射するプローブ光出射ステップと、
前記サンプルの角質層に関する角質層情報を取得する角質層情報取得ステップと、
前記角質層情報取得ステップで取得した前記角質層情報に基づいて前記励起光源が出射する前記励起光に強度変調を施して強度変調励起光を生成し、生成した前記強度変調励起光を前記光学媒質部に出射する強度変調ステップと、
前記励起光が出射された第１状態の前記光学媒質部から出射される前記プローブ光と前記強度変調励起光が出射された第２状態の前記光学媒質部から出射される前記プローブ光との相違に基づき前記対象成分を測定する測定ステップと
を備えることを特徴とする成分測定方法。
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