JPWO2010100766A1 - 旋光測定装置および旋光測定方法 - Google Patents
旋光測定装置および旋光測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2010100766A1 JPWO2010100766A1 JP2011502565A JP2011502565A JPWO2010100766A1 JP WO2010100766 A1 JPWO2010100766 A1 JP WO2010100766A1 JP 2011502565 A JP2011502565 A JP 2011502565A JP 2011502565 A JP2011502565 A JP 2011502565A JP WO2010100766 A1 JPWO2010100766 A1 JP WO2010100766A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- optical rotation
- light
- specimen
- ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
- A61B5/14557—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases specially adapted to extracorporeal circuits
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14558—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters by polarisation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6814—Head
- A61B5/6815—Ear
- A61B5/6816—Ear lobe
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6825—Hand
- A61B5/6826—Finger
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6838—Clamps or clips
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
Abstract
Description
第2の方式は、非特許文献1および特許文献2などに記載されているように、グルコースに直交する偏光成分を伝搬させてその複屈折率をオープンループで計測するものである。しかしこの方法では健常者の血糖値レベルである0.1g/dLを長さが10mm程度の検体(グルコース)で測定すると誤差が大きい。すなわちこの方法では例えば全血のグルコース濃度の検査で十分な透過光が得られる検体の長さが1mm以下の低侵襲の測定や無侵襲での測定は精度が大幅に不足する。
第3の方法は特許文献3に示す複屈折率測定装置で測定する方法である。この方法は本発明とおなじく干渉計のリングに非相反光学系を設け、被検体をその内部において検体の旋光度を計測するもので、その実施例に波長800nm帯の光源が使用されている。この方法では厚さ10mm程度の検体で健常者の血糖値レベルである0.1g/dLを十分な精度で測定できるが、検体の厚さが1mm以下の微量な血液や太さ0.1mmの血管などの生体の無侵襲計測では十分な測定精度が得られなかった。また、光源と受光器を分離・結合する光方向性結合器で6dBの挿入損失が発生していたので干渉計の光出力レベルが低いという問題があった。
さらに具体的に例をあげて述べれば、課題を解決するためになされた本発明の例としての第1の発明(以下、発明1という)による旋光測定装置は、リング干渉計のリング内に配置した左右両回り光が互いに直交する偏波状態で伝搬する非相反光学系と、前記非相反光学系の内部に配置した複屈折や旋光性を有する全血、遠心分離した血液、分子、唾液、毛髪など生体組織、細胞などの検体を置く検体載置部と、前記リングの左右両伝搬光の位相差を測定する測定部とを有し、前記光の光源の波長が1,300nm以上でありかつ1700nm以下であることを特徴とする旋光測定装置である。
発明1を展開してなされた本発明の例としての第2の発明(以下、発明2という)による旋光測定装置は、発明1に記載の旋光測定装置において、前記リング干渉計が全偏波面保存光ファイバおよび関連部品からなる位相変調方式の干渉計であり、前記非相反光学系以外はリングを構成する偏波面保存光ファイバの同一の固有偏光モードで左右両回り光を伝播させることを特徴とする旋光測定装置である。
発明1と2を展開してなされた本発明の例としての第3の発明(以下、発明3という)による旋光測定装置は、発明1または2に記載の旋光測定装置において、前記リング干渉計のカプラに光サーキュレータを用いたことを特徴とする旋光測定装置である。
発明1〜3を展開してなされた本発明の例としての第4の発明(以下、発明4という)による旋光測定装置は、発明1〜3のいずれか1項に記載の旋光測定装置において、前記非相反光学系の対向結合損失が生体の吸収および散乱損失を含めおよそ40dB以下となるようにコリメートされた空間伝搬光のビームを最適化したことを特徴とする旋光測定装置である。
発明1〜4を展開してなされた本発明の例としての第5の発明(以下、発明5という)による旋光測定装置は、発明1〜4のいずれかに記載の旋光測定装置において、前記検体としての生体の一部を挟む前記非相反光学系の対向コリメータの検体を挟む空間伝搬部分の距離が可変であることを特徴とする旋光測定装置である。
発明1〜5を展開してなされた本発明の例としての第6の発明(以下、発明6という)による旋光測定装置は、発明1〜5のいずれかに記載の旋光測定装置において、前記リング干渉計に入力する光の波長が可変であり、測定される位相の波長特性を測定しそれを数値解析することで前記検体の存在やその含有量を定性的および/または定量的に推定することができる解析部を有することを特徴とする旋光測定装置である。
発明1〜6を展開してなされた本発明の例としての第7の発明(以下、発明7という)による旋光測定装置は、発明1〜6のいずれかに記載の旋光測定装置において、前記対向コリメータ内に生体の被測定部を押圧して挟む生体固定部を設けたことを特徴とする旋光測定装置である。
課題を解決するためになされた本発明の例としての第8の発明(以下、発明8という)による旋光測定方法は、リング干渉計のリング内に配置した左右両回り光が互いに直交する偏波状態で伝搬する非相反光学系と、前記非相反光学系の内部に配置した複屈折や旋光性を有する全血、遠心分離した血液、分子、唾液、毛髪など生体組織、細胞などの検体を置く検体載置部と、前記リングの左右両伝搬光の位相差を測定する測定部とを用い、前記光の光源の波長として1,300nm以上でありかつ1700nm以下である光を用い、前記測定部の測定結果から前記検体の存在やその含有量を検出することを特徴とする旋光測定方法である。
発明8を展開してなされた本発明の例としての第9の発明(以下、発明9という)による旋光測定装置は、発明8に記載の旋光測定方法において、前記リング干渉計が全偏波面保存光ファイバおよび関連部品からなる位相変調方式の干渉計であり、前記非相反光学系以外はリングを構成する偏波面保存光ファイバの同一の固有偏光モードで左右両回り光を伝播させることを特徴とする旋光測定方法である。
発明8と9を展開してなされた本発明の例としての第10の発明(以下、発明10という)による旋光測定装置は、発明8または9に記載の旋光測定方法において、前記リング干渉計のカプラに光サーキュレータを用いたことを特徴とする旋光測定方法である。
発明8〜10を展開してなされた本発明の例としての第11の発明(以下、発明11という)による旋光測定装置は、発明8〜10のいずれかに記載の旋光測定方法において、前記非相反光学系の対向結合損失が生体の吸収および散乱損失を含めおよそ40dB以下となるようにコリメートされた空間伝搬光のビームを最適化したことを特徴とする旋光測定方法である。
発明8〜11を展開してなされた本発明の例としての第12の発明(以下、発明12という)による旋光測定装置は、発明8〜11のいずれかに記載の旋光測定方法において、前記検体としての生体の一部を挟む前記非相反光学系の対向コリメータの検体を挟む空間伝搬部分の距離が可変であることを特徴とする旋光測定方法である。
発明8〜12を展開してなされた本発明の例としての第13の発明(以下、発明13という)による旋光測定装置は、発明8〜12のいずれかに記載の旋光測定方法において、前記リング干渉計に入力する光の波長が可変であり、測定される位相の波長特性を測定しそれを数値解析することで前記検体の存在やその含有量を定性的および/または定量的に推定することを特徴とする旋光測定方法である。
発明8〜13を展開してなされた本発明の例としての第14の発明(発明14という)による旋光測定装置は、発明8〜13のいずれか1項に記載の旋光測定方法において、前記対向コリメータ内に生体の被測定部を押圧して挟む生体固定部を設けたことを特徴とする旋光測定方法である。
図2は本発明の実施の形態例の旋光測定装置の詳細構成図である。
図3は本発明の実施の形態例の旋光測定装置の非相反光学系の構成図である。
図4は本発明の実施の形態例における生体の旋光角測定の実験例を示す構成図である。
2:光干渉計部
3,11−1,11−2:非相反光学系部
4:光ファイバジャイロ位相検出部
5:光サーキュレータ
6,13−1,13−2:偏光子
7:光カプラー
8:偏波面保存光ファイバ
8−1:偏波面保存ダミー光ファイバ
9:位相変調器
10−1,10−2:レンズ
12:被測定試料
13:変調信号
14−1,14−2:45度ファラデー回転子
15−1,15−2:4分の1波長板
16:受光器
時計回りに分岐された光は偏光面保存ファイバ8のループを伝播しレンズ10−1、非相反光学系11−1、被測定試料としての検体12を通過し再び非相反光学系11−2、レンズ10−2を経由し干渉計2の位相変調器9を通過してカップラ7に戻ってくる。一方反時計回りの光ははじめに位相変調器7を通過し、上記の光路を逆向きに伝搬しカップラ7に戻る。これら左右両回り光はカップラ7で干渉し、干渉強度は偏光子6、光サーキュレータ5を介して受光器16で電気信号に変換され光ファイバジャイロの信号検出部4によって左右両回り光の位相差を電圧として出力する。ここで用いた光ファイバジャイロは非特許文献2に記載されている干渉法に基づくものである。ループ長は1000m、位相変調器9はPZTで信号検出部4から共振周波数は20KHzの正弦波変調信号13で変調される。非特許文献2に記載の光ファイバジャイロは、変調器を正弦波で変調し、受光部でその基本波、2倍波、4倍波成分を検出し、基本波と2倍波の振幅比の逆正接(tan−1)で位相差を、2倍波、4倍波成分の比で変調度を一定に制御する方式である。試作したセンサ−の電気出力にはRS232Cを用いたが市販の変換器でUSBでも出力できる。一般に受光感度は変調度にも依存する。変調度はループを伝搬する光の伝搬時間が長いほど、すなわちループ長が長いほど大きくなる。この点においても伝搬する光の波長を1550nmに代表されるCバンド帯にするメリットがある。
図3は図1の非相反光学部3の詳細構成図である。この非相反光学系は対向レンズ10−1と10−2、偏光子13−1と13−2、45度ファラデー回転素子14−1と14−2、4分の1波長板15−1と15−2から構成される。ファラデー回転素子は鉄系のガーネットで周囲に磁石が装着されている。45度ファラデー回転素子14−1と4分の1波長板15−1および45度ファラデー回転素子14−2と4分の1波長板15−2の相対角度は検体12を通過する左右両回り光が直交する右回り円偏光と左回り円偏光で伝搬するように調整される。このように調整すると、検体である角度の旋光度が発生すると近似的にその2倍の位相差が発生し光ファイバジャイロの位相差検出系で測定できる。
実験では図2の検体としてセルに注入されたグルコース溶液を用いた。この場合、セルを載せるステージに10mm×10mmや3mm×3mmや1mm×1mmなどのサイズのセルをはめ込む専用のジグを設けた。セルをマニュアルで単に置いただけでは測定値の再現性が得られなかった。セル固定用のジグを使うことでセルを着脱しても測定値の再現性が得られた。
ここでグルコースの旋光度とそれに必要な受光パワーの関係について考察する。健常者の血液の血糖値レベルはおよそ0.1g/100ccで、旋光角度は試料長L=10mmで約0.005度である。このことより人体内部の太さ0.1mm程度の血管に含まれるグルコースを測定するにはその100分の1、すなわち0.00005度の超微小の偏光角度の変化を測定する必要がある。前述したようにこれはリング干渉計では0.0001度の位相変化に相当する。
ここで位相変調方式の光ファイバジャイロでθ=0.0001度の位相変化を測定するのに必要な受信部のS/Nを考察する。
変調度が最大に設定された場合、S/Nは非特許文献2に示されるように、近似的に次式で表される。
S/N=Sin(θ) *√(Pr*η)/√(2*e*B) ・・・・・(1)
ここにPrは受光光パワー、eは電子の電荷(1.6x10−19)、Bは受信帯域幅(積分時間に逆比例)である。
この式に、θ=0.0001度,Pr=1μW,B=0.1Hz(10秒)を代入するとS/N〜10が得られる。
すなわち、これは位相差0.0001度を十分なS/Nで測定するには受光パワーPrがおよそ1μWあればよいことを意味する。
図4は本発明の旋光測定装置の生体検査への一適用例を示す。この場合の被測定対象は人差し指や親指と人差し指の間の皮膚の襞(ひだ)部12−1である。実験はひだ部で行った。襞部は人によってその厚さはまちまちであるが約3mmである。この襞部に波長800nm帯と1550nm帯のコリメート光を通過させたところ大よそ10dBの損失があった。これは皮膚の吸収損失と散乱損失の総和と考えられる。800nm帯では皮膚の散乱源による散乱損失が、1550nm帯では散乱損失は低いが皮膚に含まれる水分の吸収損失が主要因である。
この実験で分かったもう一つの重要な事実は、3mm程度の薄い皮膚でも通過したコリメート光はかなり散乱し明確なコリメート光が得られないということである。したがって本発明のように非相反光学系がコア径が小さいシングルモードファイバの一種である偏波面保存光ファイバの対向系で構成される場合には結合損失が非常に大きくなる。図4の測定系では、波長板15−1,15−2に透明のガラス板を張り付け、ひだ部を通過する光路が屈折しないように工夫した。手のひだ部に屈折率整合剤を塗布することも結合損失の低減に有効であった。結合は予め別のアライメント装置で対向コリメータ同士の結合をとった後にひだ部12−1を波長板15−1と15−2の間に挿入した。
実際の医療現場で血糖値を無侵襲で測定する場合には、指やひだなどの人体の一部を、図3の非相反光学系部3の入出力ファイバ間の結合が保たれたまま、レンズ10−1と非相反光学系部11−1およびレンズ10−2と非相反光学系部11−2とがそれぞれ一体となってスプリングによる押圧などで検体12を挟み込む機能を有するハンディーなツールを用いて本発明の効果を一層高めることができる。このような例として、請求項5に記載の光路長可変の対向コリメータデバイスを光軸調整技術を用いてつくることができる。
特許文献3に記載の従来の波長が800nm帯の旋光測定装置の損失レベルはおおよそ以下の通りであった。
光源出力:〜2mW
光干渉計損失:〜10dB(カップラ6dB,偏光子3dB,その外1dB)
非相反光学系損失:13dB(2個のファラデー回転素子の損失10dBが主)
従ってこれに皮膚挿入損失10dBを加えると全体で33dBとなりこれに非相反光学系のコリメータ対向結合損失(>30dB)をあわせると全体で63dBとなってしまい1nW程度の受光となり太さが0.1mmの血管の測定に必要な1μWには程遠い。
これに対し本発明で実施した光源の波長を光通信で使用されている1550nm帯に代表されるCバンド帯としそれに対応した光干渉系で構成する旋光測定装置の損失レベルはおおよそ以下の通りである。
光源出力:〜100mW(ASE)
光干渉計損失:〜5dB(光サーキュレータ1dB,偏光子3dB,その外1dB)
非相反光学系損失:2dB(2個のファラデー回転素子の損失が無視できるほど小さい)
従ってこれに皮膚挿入損失10dBを加えると全体で17dBとなる。これに非相反光学系のコリメータ対向結合損失(>30dB)をあわせても全体で47dBとなり、2μW程度の受光となり、厚さが0.1mmの血管の旋光度の測定に必要な受光レベルが得られる。
以上より光干渉計の波長を800nm帯から光通信波長帯に変えることで受光パワーが実におよそ1,000倍に改善された。実際に図4の実験系で親指と人差し指の間の手のひだ部を通した場合と通さない場合とで、信号検出部4としての位相検出部4で検出される位相差に有為な変化が得られた。測定部位を変化させると位相差も変化した。これは光が通過する部位の旋光性の物質の量に依存するためと思われる。本発明者等の詳細な検討の結果、同一の被検者の場合について、位相差が最も大きくなる部位を測定し、従来の採血方式による血糖値測定の比較の検量モデルを作成すれば本発明の旋光解析方式で無侵襲で血糖値が推定できる可能性があることがわかった。
本発明の旋光測定装置を使用する光の波長を1550nm帯にして構成することで、使用する光の波長が800nm帯の旋光測定装置に比べて受信感度をおよそ1,000倍改善することができることより、In Vitoro(採血)方式の測定において被検体の量を多く必要としないので非常に低侵襲にできることになる。本発明の旋光測定装置でグルコース溶液や血液、血漿、唾液や、毛髪などの旋光度を計測できる。また本発明の旋光測定装置は受光パワーが非常に大きいので受信S/Nが改良され、計測時間を短縮できるので、測定部位を変化させながら位相差を検出しやすくなるというメリットが得られる。
ここで本発明の旋光測定装置のその他の実施の形態例として、非相反光学系の両端の光ファイバをフォトニック結晶型の偏波面保存ファイバで構成する方法がある。フォトニック結晶型ファイバでは、その原理より、コア直径を従来の10μmから15μmに拡大することが可能であり、対向コリメータの結合損失を約3dB改善できる。
なお本発明の旋光測定装置の実施の形態例では非相反光学系のビーム径として通常の300μmと本発明用に試作した1mmのものの二つを検討した。ビーム径が大きいと対抗コリメータの相対角度精度が厳しくなるが正しく軸調整を行えば1mm径と大きい方が結合損失が小さくできることが分かった。
本発明の旋光測定装置の波長を長波長帯にシフトすることによって受信感度が大幅に改善されたがその要因を以下に要約する。第1に鉄系ガーネットの挿入損失は物性的に1300nm以上では非常に小さくなる。このガーネットは一般に光通信の光アイソレータや光サーキュレータに使用されている。本発明の実施の形態例では光部品が広く普及し、コスト的にも有利な1550nm帯を利用した。この結果、ガーネットを対向で2つ使っている非相反光学系の挿入損失が下がり、また、光ファイバジャイロの第1カプラをガーネットを使っている低損失の光サーキュレータに置き換えることができた。第2に高出力のASE光源がつかえること、第3に1550nm用の偏波面保存ファイバのコアが800nm帯用の偏波面保存ファイバのコアに比べて大きいため、非相反光学系の対向コリメータの結合損失が小さいこと、第4に変調度を大きくするためのループの光ファイバの長さを長くしても損失を低く抑えられることなどがあげられる。
本発明の旋光測定装置では太さ0.1mmの血管の偏光回転に相当する0.0001度の非常に微小な位相差を測定するために位相変調方式の光ファイバジャイロの位相検出原理を応用した。光ファイバジャイロに代表されるリング干渉計でこのような微小な位相差が測定できる理由は非相反光学系以外では双方向に伝搬する光に相反性があるということにある。すなわち温度変動や振動などのノイズの影響がキャンセルされるわけである。ファイバコイル長が1,000m、半径を3cmの波長1550nmでの光ファイバジャイロは通常0.1度/秒の角速度を十分な精度で測定できることは良く知られている。この場合のスケールファクタ(角速度に掛けあわせると位相差になる係数)はおよそ1秒となる。これは位相差に換算すると2.7x10(−5)に相当する。従って本発明で目標とする0.0001度の位相差は十分測定できることが分かる。
本発明の旋光測定装置では複数の旋光性のある物質の分離ができない。しかし、特定波長で吸収損失がある物質が検体に含まれる場合には、光源の波長を可変しその吸収域を含んでスキャンすることで特定波長域で損失が大きな物質の影響を分離できる。波長可変光源の代わりに広帯域な光源と波長可変フィルタを用いても同等の効果が得られる。たとえば、グルコースは波長1,600nm帯に吸収ピークがあることが知られている。請求項6に記載の実施の形態例として波長1,600nmを含んで波長をスキャンすれば本発明の旋光測定装置によって測定される位相差の波長特性を測定し数値計算を行うことでグルコースの寄与率がわかる。
本発明の旋光測定装置および旋光測定方法は、その使用する光の波長帯域を1300nm〜1700nmにすることによって、測定感度の大幅な向上をもたらすことができるものであるが、さらに、本発明の旋光測定装置に使用するファラデー回転素子や偏波面保存ファイバならびに関連部品は光通信用で多用されているのでコスト的なメリットも享受できる。
本発明の旋光測定装置および旋光測定方法は医療現場などで生体旋光測定装置および生体旋光測定方法として用いて特に大きな効果を発揮することができる。
以上、本発明の実施の形態例を図面を用いて説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。
特に、無侵襲で血糖値を測定できれば、第1に、採血の痛みから解放されること、第2に、採血しないので衛生的であることに加えて採血器具等を介する病気の感染が防げること、第3に、酵素を使わないので経済的であること、第4に、注射針や酵素などの廃棄物がでないこと等のメリットがある。
なお、第3のメリットは本発明の旋光測定装置および旋光測定方法の侵襲測定においてももたらされるものである。
図2は本発明の実施の形態例の旋光測定装置の詳細構成図である。
図3は本発明の実施の形態例の旋光測定装置の非相反光学系の構成図である。
図4は本発明の実施の形態例における生体の旋光角測定の実験例を示す構成図である。
2:光干渉計部
3,11−1,11−2:非相反光学系部
4:光ファイバジャイロ位相検出部
5:光サーキュレータ
6,13−1,13−2:偏光子
7:光カプラー
8:偏波面保存光ファイバ
8−1:偏波面保存ダミー光ファイバ
9:位相変調器
10−1,10−2:レンズ
12:被測定試料
13:変調信号
14−1,14−2:45度ファラデー回転子
15−1,15−2:4分の1波長板
16:受光器
ここにPrは受光光パワー、eは電子の電荷(1.6x10−19)、Bは受信帯域幅(積分時間に逆比例)である。
すなわち、これは位相差 0.0001 度を十分なS/Nで測定するには受光パワーPrがおよそ1 μW あればよいことを意味する。
光源出力:〜2mW
光干渉計損失:〜10dB(カップラ6dB,偏光子3dB,その外1dB)
非相反光学系損失:13dB(2個のファラデー回転素子の損失10dBが主)
光源出力:〜100mW(ASE)
光干渉計損失:〜5dB(光サーキュレータ1dB,偏光子3dB,その外1dB)
非相反光学系損失:2dB(2個のファラデー回転素子の損失が無視できるほど小さい)
以上、本発明の実施の形態例を図面を用いて説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。
なお、第3のメリットは本発明の旋光測定装置および旋光測定方法の侵襲測定においてももたらされるものである。
Claims (14)
- リング干渉計のリング内に配置した左右両回り光が互いに直交する偏波状態で伝搬する非相反光学系と、前記非相反光学系の内部に配置した複屈折や旋光性を有する全血、遠心分離した血液、分子、唾液、毛髪など生体組織、細胞などの検体を置く検体載置部と、前記リングの左右両伝搬光の位相差を測定する測定部とを有し、前記光の光源の波長が1,300nm以上でありかつ1700nm以下であることを特徴とする旋光測定装置。
- 請求項1に記載の旋光測定装置において、前記リング干渉計が全偏波面保存光ファイバおよび関連部品からなる位相変調方式の干渉計であり、前記非相反光学系以外はリングを構成する偏波面保存光ファイバの同一の固有偏光モードで左右両回り光を伝播させることを特徴とする旋光測定装置。
- 請求項1または2に記載の旋光測定装置において、前記リング干渉計のカプラに光サーキュレータを用いたことを特徴とする旋光測定装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の旋光測定装置において、前記非相反光学系の対向結合損失が生体の吸収および散乱損失を含めおよそ40dB以下となるようにコリメートされた空間伝搬光のビームを最適化したことを特徴とする旋光測定装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の旋光測定装置において、前記検体としての生体の一部を挟む前記非相反光学系の対向コリメータの検体を挟む空間伝搬部分の距離が可変であることを特徴とする旋光測定装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の旋光測定装置において、前記リング干渉計に入力する光の波長が可変であり、測定される位相の波長特性を測定しそれを数値解析することで前記検体の存在やその含有量を定性的および/または定量的に推定することができる解析部を有することを特徴とする旋光測定装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の旋光測定装置において、前記対向コリメータ内に生体の被測定部を押圧して挟む生体固定部を設けたことを特徴とする旋光測定装置。
- リング干渉計のリング内に配置した左右両回り光が互いに直交する偏波状態で伝搬する非相反光学系と、前記非相反光学系の内部に配置した複屈折や旋光性を有する全血、遠心分離した血液、分子、唾液、毛髪など生体組織、細胞などの検体を置く検体載置部と、前記リングの左右両伝搬光の位相差を測定する測定部とを用い、前記光の光源の波長として1,300nm以上でありかつ1700nm以下である光を用い、前記測定部の測定結果から前記検体の存在やその含有量を検出することを特徴とする旋光測定方法。
- 請求項8に記載の旋光測定方法において、前記リング干渉計が全偏波面保存光ファイバおよび関連部品からなる位相変調方式の干渉計であり、前記非相反光学系以外はリングを構成する偏波面保存光ファイバの同一の固有偏光モードで左右両回り光を伝播させることを特徴とする旋光測定方法。
- 請求項8または9に記載の旋光測定方法において、前記リング干渉計のカプラに光サーキュレータを用いたことを特徴とする旋光測定方法。
- 請求項8〜10のいずれか1項に記載の旋光測定方法において、前記非相反光学系の対向結合損失が生体の吸収および散乱損失を含めおよそ40dB以下となるようにコリメートされた空間伝搬光のビームを最適化したことを特徴とする旋光測定方法。
- 請求項8〜11のいずれか1項に記載の旋光測定方法において、前記検体としての生体の一部を挟む前記非相反光学系の対向コリメータの検体を挟む空間伝搬部分の距離が可変であることを特徴とする旋光測定方法。
- 請求項8〜12のいずれか1項に記載の旋光測定方法において、前記リング干渉計に入力する光の波長が可変であり、測定される位相の波長特性を測定しそれを数値解析することで前記検体の存在やその含有量を定性的および/または定量的に推定することを特徴とする旋光測定方法。
- 請求項8〜13のいずれか1項に記載の旋光測定方法において、前記対向コリメータ内に生体の被測定部を押圧して挟む生体固定部を設けたことを特徴とする旋光測定方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2009/054592 WO2010100766A1 (ja) | 2009-03-04 | 2009-03-04 | 旋光測定装置および旋光測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2010100766A1 true JPWO2010100766A1 (ja) | 2012-09-06 |
Family
ID=42709344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011502565A Pending JPWO2010100766A1 (ja) | 2009-03-04 | 2009-03-04 | 旋光測定装置および旋光測定方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120071738A1 (ja) |
EP (1) | EP2405253A4 (ja) |
JP (1) | JPWO2010100766A1 (ja) |
KR (1) | KR20120006989A (ja) |
CN (1) | CN102483376A (ja) |
WO (1) | WO2010100766A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012112907A (ja) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Global Fiber Optics Co Ltd | 旋光成分分析装置および旋光成分分析方法ならびに旋光度の温度特性または波長特性測定装置 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012070465A1 (ja) * | 2010-11-26 | 2012-05-31 | 株式会社グローバルファイバオプティックス | 旋光度測定装置および旋光度測定に用いることができる偏光変換光学系ならびにその偏光変換光学系を用いた旋光度測定システムにおける旋光度測定方法 |
WO2012070646A1 (ja) * | 2010-11-26 | 2012-05-31 | 株式会社グローバルファイバオプティックス | 旋光度測定装置、旋光度測定システムに用い得る旋光度測定方法、旋光度測定光学系、旋光度測定用の検体セル |
WO2013179140A2 (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | Global Fiberoptics, Ltd. | Optical rotation measuring device, optically rotational ingredient analyzing device, and optically rotational ingredient analyzing method |
WO2014201179A1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-18 | Xiaotian Steve Yao | Energy-efficient optic gyroscope devices |
CN106137218B (zh) * | 2016-07-30 | 2019-03-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种非侵入红外复合吸收精测血糖变化的方法 |
CN108680511B (zh) * | 2018-05-18 | 2023-08-25 | 南京信息工程大学 | 一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪 |
CN109520935A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-26 | 龙岩学院 | 基于会聚偏光干涉实现的旋光度测量方法 |
CN115060659B (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-25 | 天津大学 | 基于比例法和快速数字锁相解调算法的旋光角测量方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0438445A (ja) * | 1990-06-04 | 1992-02-07 | Orc Mfg Co Ltd | 高感度自動複屈折測定装置 |
JP2004077466A (ja) * | 2002-06-17 | 2004-03-11 | Citizen Watch Co Ltd | 濃度測定装置および濃度測定方法 |
JP2004113434A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Masato Nakamura | 血糖測定装置 |
JP2005274380A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Optoquest Co Ltd | 複屈折率測定装置 |
JP2007523356A (ja) * | 2004-02-24 | 2007-08-16 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 光ファイバジャイロスコープ色雑音を減らすシステムおよび方法 |
JP2007286062A (ja) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Honeywell Internatl Inc | 外部共振器ビーム発生器を備える光共振器ジャイロ |
JP2008113891A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 光学測定ユニット |
JP2008232969A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 浮遊粒子状物質測定装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3567319B2 (ja) * | 1997-12-26 | 2004-09-22 | 日本光電工業株式会社 | パルスオキシメータ用プローブ |
JP3763687B2 (ja) * | 1998-12-25 | 2006-04-05 | 三井金属鉱業株式会社 | 血糖値測定装置 |
US7286241B2 (en) * | 1999-06-24 | 2007-10-23 | Lockheed Martin Corporation | System and method for high-speed laser detection of ultrasound |
JP4052461B2 (ja) | 2003-04-17 | 2008-02-27 | 長崎県 | 血糖値の非侵襲測定装置 |
US7184148B2 (en) * | 2004-05-14 | 2007-02-27 | Medeikon Corporation | Low coherence interferometry utilizing phase |
US7474408B2 (en) * | 2004-05-14 | 2009-01-06 | Medeikon Corporation | Low coherence interferometry utilizing phase |
JP4480653B2 (ja) | 2005-09-27 | 2010-06-16 | 株式会社アタゴ | 偏光状態測定装置、円二色性測定装置及びその方法 |
-
2009
- 2009-03-04 US US13/254,839 patent/US20120071738A1/en not_active Abandoned
- 2009-03-04 EP EP09841128.3A patent/EP2405253A4/en not_active Withdrawn
- 2009-03-04 JP JP2011502565A patent/JPWO2010100766A1/ja active Pending
- 2009-03-04 KR KR1020117023052A patent/KR20120006989A/ko not_active Application Discontinuation
- 2009-03-04 CN CN2009801587941A patent/CN102483376A/zh active Pending
- 2009-03-04 WO PCT/JP2009/054592 patent/WO2010100766A1/ja active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0438445A (ja) * | 1990-06-04 | 1992-02-07 | Orc Mfg Co Ltd | 高感度自動複屈折測定装置 |
JP2004077466A (ja) * | 2002-06-17 | 2004-03-11 | Citizen Watch Co Ltd | 濃度測定装置および濃度測定方法 |
JP2004113434A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Masato Nakamura | 血糖測定装置 |
JP2007523356A (ja) * | 2004-02-24 | 2007-08-16 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 光ファイバジャイロスコープ色雑音を減らすシステムおよび方法 |
JP2005274380A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Optoquest Co Ltd | 複屈折率測定装置 |
JP2007286062A (ja) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Honeywell Internatl Inc | 外部共振器ビーム発生器を備える光共振器ジャイロ |
JP2008113891A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 光学測定ユニット |
JP2008232969A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 浮遊粒子状物質測定装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012112907A (ja) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Global Fiber Optics Co Ltd | 旋光成分分析装置および旋光成分分析方法ならびに旋光度の温度特性または波長特性測定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2405253A4 (en) | 2013-09-25 |
EP2405253A1 (en) | 2012-01-11 |
US20120071738A1 (en) | 2012-03-22 |
WO2010100766A1 (ja) | 2010-09-10 |
CN102483376A (zh) | 2012-05-30 |
KR20120006989A (ko) | 2012-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010100766A1 (ja) | 旋光測定装置および旋光測定方法 | |
JP4556463B2 (ja) | 複屈折率測定装置 | |
US5671301A (en) | Optical phase modulator for high resolution phase measurements | |
US7184148B2 (en) | Low coherence interferometry utilizing phase | |
WO1994013199A1 (en) | Non-invasive blood glucose measurement | |
US20130107274A1 (en) | Optical imaging and mapping using propagation modes of light | |
US20120268578A1 (en) | Optical tissue imaging based on optical frequency domain imaging | |
WO2008051587A2 (en) | Low coherence interferometry utilizing phase | |
US8718734B2 (en) | Non-invasive polarimetric apparatus and method for analyte sensing in birefringent media | |
JP2008500536A (ja) | 寄生反射を低減する光呼掛け装置および寄生反射を除去する方法 | |
US8922760B2 (en) | Defocused optical rotation measurement apparatus, optical rotation measurement method and defocused optical fiber system | |
US20200196874A1 (en) | Ultrasound Detection by Optical Passive-Demodulation Interferometry using Photonic Integrated Circuits (PIC) | |
JP2012112907A (ja) | 旋光成分分析装置および旋光成分分析方法ならびに旋光度の温度特性または波長特性測定装置 | |
US8730481B2 (en) | Sagnac optical ingredient-measuring apparatus with circular polarizers in parallel | |
JP2012112909A (ja) | 旋光測定装置および旋光度測定方法ならびにマルチパス対向偏光変換光学系 | |
US9211088B2 (en) | Non-invasive optical detection of target tissues and biological properties including glucose based on phase masks | |
WO2012070646A1 (ja) | 旋光度測定装置、旋光度測定システムに用い得る旋光度測定方法、旋光度測定光学系、旋光度測定用の検体セル | |
JP5374762B2 (ja) | 反射型複屈折率測定装置 | |
JP2015225021A (ja) | 微量検体用旋光特性測定装置 | |
JP2012112906A (ja) | Spr方式旋光測定装置および光ファイバ共鳴光学系ならびにそれを用いた旋光測定方法 | |
JP2013253945A (ja) | 光干渉計方式屈折率計および屈折率測定方法ならびにそれに用い得るセル | |
WO2013179140A2 (en) | Optical rotation measuring device, optically rotational ingredient analyzing device, and optically rotational ingredient analyzing method | |
US10702197B2 (en) | Dual amplitude modulation and polarization frequency modulation as well as compensation for noninvasive glucose monitoring | |
JP2012112908A (ja) | マルチパス旋光度測定装置ならびにマルチパス対向コリメータ光学系 | |
WO2012070465A1 (ja) | 旋光度測定装置および旋光度測定に用いることができる偏光変換光学系ならびにその偏光変換光学系を用いた旋光度測定システムにおける旋光度測定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130514 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130716 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140318 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140513 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140819 |