JPWO2012128014A1 - 成分測定装置 - Google Patents

Abstract

成分測定装置は、試験紙（７０）に対向して開口する装着部（８７）を有するとともに、装着部（８７）に連通して反射光（Ｌｒ）を受光素子（１０２）に導く反射光用光路（１１０）を有する測光ブロック（７２）と、反射光（Ｌｒ）を受光素子（１０２）に集光する反射光用レンズ（８８ｂ）と、を備える。反射光用レンズ（８８ｂ）は、受光素子（１０２）の配設位置に基づいて少なくとも反射光（Ｌｒ）の球面収差を低減する非球面レンズとして形成されている。

Description

本発明は、例えば体液中の生体成分を光学的に測定する成分測定装置に関する。

血液や尿などの体液中の生体成分を検出して、その成分量や性質等を測定する場合、光学的に測定可能な成分測定装置が用いられている。

例えば、特表２００８−５４４２６５号公報には、透光性合成樹脂からなる透過領域を光学モジュール基体（以下、ブロック体という）に配設した分析システムが開示されている。この分析システムは、光源から測光分析用の光（以下、照射光という）を出射して、前記透過領域を介して試験フィールドに照射し、その反射光を同じ透過領域を介して検出器（以下、受光素子という）に入射することで、生体成分の測定を行う（特表２００８−５４４２６５号公報の図４参照）。この透過領域には、試験フィールドの所定箇所に照射光を集光するレンズ（以下、照射光用レンズという）が設けられている。

また、特表２００８−５４４２６５号公報には記載されていないものの、反射光の光路上（例えば、透過領域）に反射光用レンズが設けられてもよい。この反射光用レンズによって、受光素子に反射光を集光することで、受光素子による反射光の検出精度を向上させることができる。

ところで、成分測定装置において、反射光用レンズをブロック体に備える構造では、該ブロック体における反射光の光路の遮光性と反射光用レンズの装着性を両立させることが難しくなる。例えば、特表２００８−５４４２６５号公報の分析システムでは、ブロック体の反射光入射側の開口をできるだけ狭くする構成とすることで、反射光の光路の遮光性を確保している。しかしながら、この場合は、開口よりも大きな形状からなる透過領域（反射光用レンズに相当するものとする）をブロック体へ装着することが困難となる。すなわち、反射光の光路の遮光性を重視した場合は、ブロック体に対するレンズの装着性が悪くなり、装置の組立工程の作業効率が低下してしまう。

これに対し、反射光用レンズの装着性を重視した場合は、反射光の光路に連通して開口する装着部をブロック体に形成し、この装着部に反射光用レンズを一方向から挿入する構造が好適である。しかしながら、この構造では、反射光の光路の遮光性を確保するために装着部を小さく形成しなければならず、反射光用レンズの形状が制限されることになる。このため、反射光用レンズを反射光の光路に配置しても、該反射光用レンズ透過後の反射光に収差（主に、球面収差）を生じさせてしまい、結果として、反射光を受光する受光素子の検出精度が向上されないという課題が生じる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、反射光用レンズを容易に装着可能な構造とすることで、装置の組立作業の効率化を図り、且つ該反射光用レンズによる反射光の球面収差を大幅に低減することにより、生体成分の測定精度を向上することができる成分測定装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、発光素子から測定対象に測定用の照射光を照射し、該測定対象から反射される反射光を受光素子にて検出し、その検出値に基づき前記測定対象に含浸された体液中の成分を測定する成分測定装置であって、前記測定対象に対向して開口する装着部を有するとともに、前記装着部に連通して前記反射光を前記受光素子に導く反射光用光路を有するブロック体と、前記反射光を受光素子に集光する反射光用レンズとを備え、前記反射光用レンズは、前記受光素子の配設位置に基づいて少なくとも前記反射光の球面収差を低減する非球面レンズとして形成されており、前記開口から前記装着部に挿入されることで前記反射光用光路上に配置されることを特徴とする。

上記によれば、反射光用レンズをブロック体の開口から装着部に挿入する構成としたことで、ブロック体に反射光用レンズを容易に装着することができる。これにより、装置の組立作業の効率化を図ることができる。また、反射光用レンズが非球面レンズに形成されていることで、球面収差が大幅に低減された反射光を受光素子に集光することが可能となる。その結果、成分測定装置は、反射光を精度よく検出することができ、生体成分の測定精度を向上することができる。

また、前記ブロック体は、前記照射光を測定対象に導く照射光用光路を有し、前記照射光用光路には、前記照射光を測定対象に集光する照射光用レンズが配置され、前記反射光用レンズと前記照射光用レンズは、前記装着部に保持される被保持部を共有するように並べられて一体成形されていてもよい。

このように、反射光用レンズと照射光用レンズを１つのレンズとして一体成形しても、該レンズをブロック体に容易に装着することができる。また、反射光用レンズと照射光用レンズを一体成形することで、部品点数が少なくなる。このため、製造コストを低減させることが可能となり、また装置の組立作業も一層効率化することができる。

さらに、前記反射光用レンズは、前記被保持部から前記反射光用光路に向かって所定量突出する突出部と、前記突出部の上部に前記非球面レンズが形成された集光部とを含むことが好ましい。

このように、反射光用レンズは、被保持部から所定量突出する突出部を有することで、反射光用光路内の所定位置に集光部を確実に位置決めすることが可能となる。したがって、成分測定装置に外力等が付与されても、反射光用レンズの位置ずれを回避することができるため、受光素子に反射光を安定的に集光することができる。

この場合、前記照射光用レンズの光軸と前記反射光用レンズの光軸は互いに略平行に形成されており、前記非球面レンズは、前記反射光用レンズの光軸に対して所定の角度で入射された前記反射光の球面収差を低減する形状に形成されていてもよい。

このように、照射光用レンズの光軸と反射光用レンズの光軸を互いに略平行に形成することで、照射光用レンズと反射光用レンズを一体成形する際の加工を容易に行うことができる。

前記装着部は、前記反射光用レンズを内部に挿入した状態において開口端部が内側にかしめられる構成とすることができる。

このように、装着部の開口端部が内側にかしめられることで、反射光用レンズの脱落を防止することができる。

また、成分測定装置は、血液成分のうち主に血糖値を測定する血糖値測定装置として用いると好適である。

本発明によれば、反射光用レンズを容易に装着可能な構造としたことで、装置の組立工程の効率化が図られ、さらに反射光用レンズによる反射光の球面収差を大幅に低減することにより、生体成分の測定精度を向上することができる。

本発明の実施の形態に係る血糖値測定装置の全体構成を示す斜視図である。 図１の血糖値測定装置を示す正面図である。 図１の血糖値測定装置を示す分解斜視図である。 図１の血糖値測定装置のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図１の血糖値測定装置の測定部を示す分解斜視図である。 図４の血糖値測定装置の測定部を拡大して示す側面断面図である。 図１の血糖値測定装置の測定部において血液成分の検出を行う場合を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る血糖値測定装置のレンズの斜視図である。 図９Ａは、図８に示すレンズの側面断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す反射光凸部の一部を拡大して示す側面断面図である。 図９に示す反射光用レンズによる反射光の集光を模式的に示す説明図である。 反射光用レンズの変形例を概略的に示す説明図である。

以下、本発明に係る成分測定装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態の説明では、成分測定装置として、血液成分のうち主に血糖値を測定する血糖値測定装置について詳述する。この血糖値測定装置は、医師や看護師、或いは糖尿病患者等が、血液を採取して血糖値を測定し、その血糖値の測定データを管理する装置である。なお、成分測定装置は、本血糖値測定装置に限定されないことは勿論である。

図１は、本発明の実施の形態に係る血糖値測定装置（成分測定装置）の全体構成を示す斜視図であり、図２は同装置の正面図、図３は同装置の分解斜視図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線の側面断面図である。

図１及び図２に示すように、血糖値測定装置１０は、外観を構成する筐体１２を有する。この筐体１２は、人が片手で持って操作スイッチ１４を容易に押圧操作できるように、少し細長であって手にフィットする立体形状に形成されている。筐体１２は、上ケース１６と、下ケース１８と、先端ケース２０とを含み、上ケース１６と下ケース１８とが上下に重ね合わされるとともに、上ケース１６及び下ケース１８の先端部に先端ケース２０が装着されることで組み立てられる。また、筐体１２には、血糖値の測定に必要な情報の入力事項や確認事項、測定結果等が表示される表示部２２と、２つの操作スイッチ１４からなる操作部２４が配置されている。

図３に示すように、血糖値測定装置１０の表示部２２には、上ケース１６に形成された開口窓２６に液晶カバー２８が嵌め込まれており、この液晶カバー２８の下層に液晶パネル３０が内蔵されている。なお、上ケース１６の上面には、液晶カバー２８及び２つの操作スイッチ１４を覆うため適宜な大きさに形成された正面パネル３２が貼り付けられる。

操作部２４には、２つの操作スイッチ１４が上ケース１６の上面に設けた挿通孔３４にそれぞれ挿入される。操作部２４は、これら操作スイッチ１４を介して血糖値測定装置１０のオン／オフ操作等の各種操作が可能とされている。

表示部２２及び操作部２４が備えられた上ケース１６の裏面側（筐体１２内部）には、表示部２２の液晶パネル３０と、本血糖値測定装置１０を制御するメイン配線基板３６が配置されている。メイン配線基板３６には、プリントによって所定の配線回路が形成されている。このメイン配線基板３６には、所定の処理を実行するためのマイクロコンピュータ、所定のプログラムが記憶されたＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置、及びその他の電子部品（能動素子、受動素子等）が実装される（ともに図示せず）。

また、下ケース１８の上面側（筐体１２内部）には、電池収納部３８が設けられている。電池収納部３８には、携帯用電源としてのボタン型電池４０が収納されている。この電池収納部３８は、下ケース１８に対して着脱可能に構成された電池蓋４２によって開閉可能に覆われている。血糖値測定装置１０は、ボタン型電池４０の電力により、メイン配線基板３６等の制御、或いは表示部２２の表示等が行われるようになっている。なお、血糖値測定装置１０に用いられる電源は、ボタン型電池に限られるものではなく、丸型乾電池、角型乾電池、二次電池又は外部電源に電源コードを介して接続する構成としてもよい。

図１に示すように、上ケース１６及び下ケース１８が重ね合わされた筐体１２は、中間部から先端部にかけて先細となり、且つ全体的に下ケース１８側に湾曲するように形成されている。先端ケース２０は、この先端部に取り付けられ、血液を光学的に検出する測定部５０の筐体として構成されている。

また、上ケース１６上面の先端部寄りには、イジェクト操作子４４の移動を案内する長孔４６が設けられている（図３参照）。この長孔４６は、筐体１２の前後方向へ所定の長さ直線的に延在しており、イジェクト操作子４４の脚部４４ａが摺動可能に挿入される（図４参照）。この脚部４４ａには、筐体１２内部においてイジェクト部材４８がねじ止めされており、イジェクト操作子４４によってイジェクト部材４８の摺動操作が可能とされている。

図３に示すように、先端ケース２０は、上ケース１６及び下ケース１８に取り付けられる角筒部５２と、この角筒部５２の先端側に形成された円筒部５４と、によって構成されている。角筒部５２の内部には、血液を光学的に測定するための種々の部材が取り付けられる。一方、円筒部５４は先端面が開口しており、この開口部５６には測定チップ５８が着脱自在に取り付けられる。

測定チップ５８は、円板状に形成されたベース部６０と、このベース部６０の先端面側に形成されたノズル６２と、ノズル６２の反対面側に形成された係合部６４と、を備える。ベース部６０は、外径が円筒部５４の外径と略一致するように形成されている。このベース部６０の中央にはノズル６２が立設されている。ノズル６２の中心軸上には、先端面から背面に貫通する採取孔６２ａが形成されている（図４参照）。また、ノズル６２の先端面には血液を吸収しやすくするための凹溝６２ｂが形成されている（図２参照）。

測定チップ５８の係合部６４は、円筒状に形成され、円筒部５４の開口部５６に嵌合する外径に形成されている。この係合部６４は、弾性力を有した４つの係止爪（係止部）６６が後方に突出するように形成されている。各係止爪６６は、円筒部５４に挿入される際に、円筒部５４内に形成された突条５４ａに係合する凸部６６ａが外周側に形成されている（図６参照）。測定チップ５８は、この凸部６６ａが突条５４ａを乗り越えて該突条５４ａに係止されることにより、円筒部５４に取り付けられる。

また、係合部６４の内側には、図４に示すように、採取孔６２ａに連通する試験紙収容部６８が設けられている。この試験紙収容部６８には、血液を採取した際に該血液が染み込む試験紙（測定対象）７０が収容されている。血糖値測定装置１０は、この試験紙７０に照射光を照射して、試験紙７０からの反射光を受光することで血液成分の測定を行う。

図５は、図１の血糖値測定装置１０の測定部５０を示す分解斜視図であり、図６は、測定部５０の拡大断面図であり、図７は、測定部５０において血液成分の検出を行う場合を示す説明図である。

血糖値測定装置１０の測定部５０は、測定チップ５８に採取した血液に含まれる成分を光学的に検出する部位である。図５に示すように、測定部５０は、先端ケース２０、測光ブロック（ブロック体）７２、基板７４及びイジェクト部材４８等を含む構成である。先端ケース２０は、既述したように、角筒部５２と円筒部５４からなり、上ケース１６と下ケース１８を重ね合わせた筐体１２の先端部に取り付けられる。この先端ケース２０は、例えば、ＡＳＢ樹脂やポリカーボネート等の合成樹脂によって成形される。

測光ブロック７２は、血液成分の検出を行う基板７４を保持して、先端ケース２０内部に取り付けられる部材である。この測光ブロック７２は、先端ケース２０と同じ材料で成形することができ、平板状の基端部７６と、基端部７６から先端方向に突出する突出部７８とからなる。

図６に示すように、測光ブロック７２の基端部７６は、前面に突出部７８を備え、後面に基板配置部８０を備えている。基板配置部８０は、基板７４が配置可能な平坦状に形成されており、この基板配置部８０の略中央部には、基板７４を位置決めする位置決め突起８０ａが立設されている。この位置決め突起８０ａは、基板７４の係合孔７４ａを貫通し、後述する発光素子１００と受光素子１０２の間に介在して、発光素子１００から受光素子１０２への直接的な光の伝搬を阻止する機能を有している。

また、基板配置部８０には、２つの開口部（照射光基板側開口部１０４、反射光基板側開口部１０６）が形成されている。照射光基板側開口部１０４は照射光用光路１０８に連通し、反射光基板側開口部１０６は反射光用光路１１０に連通する。照射光用光路１０８及び反射光用光路１１０は、測光ブロック７２（基端部７６及び突出部７８）内部をそれぞれ貫通し、位置決め突起８０ａに連なる壁部１０９によって互いが遮光されている。このように、血糖値測定装置１０は、照射光用光路１０８及び反射光用光路１１０を共に測光ブロック７２に形成することで、部品点数を少なくすることができ、製造コストを低減することが可能となる。

なお、基端部７６の後面には、基板配置部８０から後方に突出する隔壁１１２が形成されている。隔壁１１２は、基板配置部８０に基板７４を配設した状態において、測光ブロック７２の後面の全辺を囲い、且つ基板７４よりも後方に突出するように形成されており、基板７４に対して液体の接触や埃等の付着を防ぐ機能を有している。さらに、基端部７６には、取付用ねじ孔８２が二箇所形成されている（図５参照）。測光ブロック７２は、この取付用ねじ孔８２に後方から取付用ねじ８４が挿通されて、先端ケース２０に形成された取付用雌ねじ（図示せず）にねじ止めされることで、先端ケース２０に取り付けられる。

一方、測光ブロック７２の突出部７８は、図５に示すように、両側面が直線状で且つ上下面が円弧状となった略円筒体に形成されている。突出部７８の前面には突出部側開口部８６が形成されており、この突出部側開口部８６は、内面が突出部７８の軸方向に所定の深さ切り欠かれることで装着部８７を有している。装着部８７には照射光用光路１０８及び反射光用光路１１０が連通する。この装着部８７は、前方側から挿入されたレンズ８８を保持する。

測光ブロック７２に保持されるレンズ８８は、上部側に照射光用レンズ８８ａが形成され、下部側に反射光用レンズ８８ｂが形成された一体型となっている。このレンズ８８は、装着時に、Ｏリング９０が側周面に嵌め込まれて装着部８７に装着されることで、照射光用光路１０８及び反射光用光路１１０を密封した状態とする。このレンズ８８の具体的な構造及び作用効果については後述する。

測定部５０の基板７４は、前記基板配置部８０に配置可能な形状に形成されており、基板７４の所定の箇所（二箇所）には基板側ねじ孔９２が穿設されている。基板７４は、基板側ねじ孔９２に後方から基板用ねじ９４が挿通されて、基板配置部８０に形成された基板固定孔９６にねじ止めされることで、測光ブロック７２に配設される。この基板７４の略中央部には、位置決め突起８０ａに係合する係合孔７４ａが形成されている。

図６に示すように、基板７４の基板配置部８０と対向する表面には、照射光を出射する２つの発光素子１００（第１の発光素子１００ａ、第２の発光素子１００ｂ）、反射光を受光する受光素子１０２が実装されている。一方、発光素子１００及び受光素子１０２の実装面と反対側の表面には、受光素子１０２に電気的に接続される増幅器（ＡＭＰ）１０３、及び血液成分の検出に必要なその他の電子部品（図示せず）が実装されている。さらに、本実施形態に係る基板７４は、複数の平板層（第１の平板層７５ａ、第２の平板層７５ｂ）及び遮光層７５ｃによる積層構造に形成されており、照射光用光路１０８及び反射光用光路１１０に外光等が入り込むことを防止する構成となっている。

第１の発光素子１００ａと第２の発光素子１００ｂは、異なる波長の照射光を出射するために設けられる。発光素子１００としては、例えば、所定波長の光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）を適用することができる。また、受光素子１０２としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）を適用することができる。なお、本実施の形態では、砲弾形状の外装（透過体）を有していない発光素子１００及び受光素子１０２を基板７４に実装することで、基板７４の小型化及び血糖値測定装置１０の小型化を実現している。

増幅器１０３は、受光素子１０２が出力する検出信号を増幅する機能を有している。増幅器１０３としては、例えば、オペアンプを適用することができる。

測光ブロック７２の基板配置部８０に基板７４を配設する場合は、発光素子１００及び受光素子１０２を基板配置部８０に向けて配設する。基板配置部８０に基板７４を配設した状態では、発光素子１００は照射光用光路１０８の基端側に、受光素子１０２は反射光用光路１１０の基端側に配置される。図７に示すように、発光素子１００は、測定時に照射光Ｌｉを出射し、照射光用光路１０８及び照射光用レンズ８８ａを介して、該照射光を試験紙７０に照射する。一方、受光素子１０２は、試験紙７０から反射される反射光Ｌｒを、反射光用レンズ８８ｂ及び反射光用光路１１０を介して受光する。

測光ブロック７２を先端ケース２０に取り付けた状態では、先端ケース２０の内周面と測光ブロック７２の突出部７８側面との間にクリアランス１１４が形成される。このクリアランス１１４には、イジェクト部材４８が摺動可能に配置される。

図５に示すように、イジェクト部材４８は、先端側に形成された押出部１１６と、この押出部１１６が固定されるとともに所定距離だけ摺動可能な摺動プレート１１８と、を一体成形した構成である。

イジェクト部材４８の押出部１１６は、円筒形状の下部が所定量切り欠かれた円弧状に形成されている。

摺動プレート１１８は、押出部１１６から後方に延在する平板状に形成されている。この摺動プレート１１８は、中央部が長手方向に切り欠かれており、この切り欠き部１１８ａの後端にバネ用突起１２０が形成されている。また、摺動プレート１１８の後部には、イジェクト用ねじ１２２（図４参照）に螺合され、イジェクト操作子４４の脚部４４ａに固定されるためのイジェクト部材側ねじ孔１２４が穿設されている。

一方、先端ケース２０には、図６に示すように、イジェクト部材４８の先端側を収容するイジェクト部材配置部１２６が形成されている。このイジェクト部材配置部１２６は、角筒部５２内の上側に形成されており、摺動プレート１１８の両側端部を支持する構成となっており、後方に突出するバネ配置突起１３０を有している。

イジェクト部材４８は、図５及び図６に示すように、バネ部材１３２を切り欠き部１１８ａに配して、イジェクト部材配置部１２６に設けられる。この場合、バネ部材１３２の一端にバネ用突起１２０が挿入され、他端にバネ配置突起１３０が挿入される。

測光ブロック７２及びイジェクト部材４８を先端ケース２０に配設した状態では、押出部１１６が測光ブロック７２の突出部７８外周面（上面及び両側面）上に配置される。また、イジェクト部材４８は、筐体１２の長手方向に摺動自在に配置されることになり、このイジェクト部材４８が摺動することで、押出部１１６が突出部７８の外周上（すなわち、クリアランス１１４）を進退移動する。測定チップ５８が先端ケース２０に取り付けられている場合は、イジェクト部材４８の先端方向への移動により、押出部１１６が測定チップ５８の係止爪６６を押し出す。これにより、筐体１２から測定チップ５８を取り外すことができる。

次に、本実施の形態に係るレンズ８８の特徴部分について詳述する。図８は、レンズ８８の構造を概略的に示す斜視図であり、図９Ａは、レンズ８８の側面断面図であり、図９Ｂは、反射光用レンズ８８ｂの一部を拡大して示す側面断面図である。

レンズ８８は、上述したように、照射光を集光する照射光用レンズ８８ａと反射光を集光する反射光用レンズ８８ｂが一体成形されている。このレンズ８８は、ガラス材や樹脂材等を用いて成形することができる。レンズ８８は、測光ブロック７２の装着部８７に装着保持される被保持部１４０と、照射光用レンズ８８ａの機能を有する照射光凸部１４２と、反射光用レンズ８８ｂの機能を有する反射光凸部１４４とを備えている。

図９Ａに示すように、レンズ８８は、被保持部１４０の一方の面に照射光凸部１４２及び反射光凸部１４４が形成され、被保持部１４０の他方の面が平坦状に形成されている。すなわち、照射光用レンズ８８ａと反射光用レンズ８８ｂは被保持部１４０を共有している。この場合、照射光用レンズ８８ａは、照射光凸部１４２と被保持部１４０によって平凸レンズとして機能し、反射光用レンズ８８ｂは、反射光凸部１４４と被保持部１４０によって同じく平凸レンズとして機能する。

図８に示すように、被保持部１４０は、全体的に小判形状に形成されており、側周面の中央部分に溝部１４６が形成されている。この溝部１４６は、側周面の周方向に沿って刻設されており、装着部８７にレンズ８８を挿入する際にＯリング９０が嵌め込まれる。

また、図９Ａに示すように、被保持部１４０の表面には、照射光凸部１４２が球面レンズとして形成されている。この場合、球面レンズは、試験紙７０、レンズ８８及び発光素子１００の間隔に基づいて、球面の曲率半径が調整されている。本実施の形態に係る血糖値測定装置１０では、発光素子１００と試験紙７０間の略中間位置に照射光凸部１４２の球面が配置されるように構成されており（図６参照）、球面レンズの形状を比較的容易に設計することが可能となっている。

一方、反射光凸部１４４は、被保持部１４０の表面から所定量突出する円柱部（突出部）１４８と、円柱部１４８の上部において非球面レンズに形成される集光部１５０とからなる。円柱部１４８は、測光ブロック７２の装着部８７との接続箇所に形成される反射光用光路１１０の連通部１１０ａ（図６参照）に係合する外径に形成されており、レンズ８８の装着によって反射光用光路１１０の連通部１１０ａに嵌合される。これにより、円柱部１４８の上部に備える集光部１５０を、反射光用光路１１０の所定位置に確実に位置決めすることができる。

集光部１５０は、表面が非球面レンズに形成されている。非球面レンズは、球面とならない曲面に形成されたレンズであり、例えば、双曲面や高次多項式曲面が相当する。集光部１５０は、非球面レンズに形成されていることで、試験紙７０から反射された反射光を球面収差がないように受光素子１０２の表面に集光する。

本実施の形態に係る集光部１５０（非球面レンズ）についてより具体的に説明すると、図９Ｂに示すように、非球面レンズの曲面（図９Ｂの実線）は、一般的な球面レンズの曲面（図９Ｂの点線）に対して中央部が同じ位置に形成され、中央部から周縁部に向かって、球面レンズの曲面に比べて最初は傾斜が急で徐々に緩やかな曲面となるように形成される。なお、図９では、反射光用レンズ８８ｂの周縁部が大きく窪んだ状態を図示しているが、実際の非球面レンズの曲面は、球面レンズに対してごく僅かな形状差（例えば、数μｍ）に形成される。この非球面レンズの曲面は、レンズ８８の屈折率や形状（直径、厚さ及び曲率半径）、又は反射光用レンズ８８ｂや受光素子１０２、試験紙７０の配置間隔等に基づいて適宜設計される。

また、レンズ８８は、照射光用レンズ８８ａ（照射光凸部１４２）の光軸Ｌａと反射光用レンズ８８ｂ（反射光凸部１４４）の光軸Ｌｂが互いに略平行に形成されている。これにより、照射光用レンズ８８ａと反射光用レンズ８８ｂを一体成形する際に、例えば照射光用レンズ８８ａと反射光用レンズ８８ｂの光軸Ｌａ、Ｌｂが傾く構成に比べて、レンズ８８の加工を容易に行うことができる。特に、反射光凸部１４４を非球面レンズに形成する場合は、高度な加工技術が要求されるため、互いの光軸Ｌａ、Ｌｂを平行とすることで、加工効率の向上を図ることも可能である。

このレンズ８８を測光ブロック７２に装着する場合は、被保持部１４０の溝部１４６にＯリング９０を装着した後、突出部側開口部８６から装着部８７にレンズ８８を挿入する。測光ブロック７２は、突出部側開口部８６がレンズ８８の平面形状（小判形状）に係合する形状に形成されており、さらに、この平面形状が所定の深さまで切り欠かれることで装着部８７が形成されている。このため、レンズ８８の装着時には、突出部側開口部８６の開口方向からレンズ８８を挿入することで、該レンズ８８を装着部８７に容易に案内することができる。すなわち、この測光ブロック７２によれば、レンズ８８の装着において良好な装着性を発揮することができる。

図６に示すように、レンズ８８が装着部８７に装着保持された状態では、測光ブロック７２内の壁部１０９が被保持部１４０に当接して、照射光凸部１４２が配置される空間（照射光用光路１０８）と反射光凸部１４４が配置される空間（反射光用光路１１０）が隔離される。また、装着部８７の開口端部（突出部側開口部８６の先端）が熱かしめ等によって内側にかしめられる。このように突出部側開口部８６の開口端部がかしめられることにより、レンズ８８の脱落が防止され、装着部８７によるレンズ８８の保持が一層確実となる。

また、レンズ８８が装着部８７に装着保持された状態では、照射光凸部１４２が発光素子１００に対向し、反射光凸部１４４が受光素子１０２に対向する。反射光凸部１４４は、上述したとおり、円柱部１４８が連通部１１０ａに嵌合される。ここで、例えば円柱部１４８を備えない構成では、非球面レンズに形成される集光部が位置ずれを起こす可能性があり、これにより集光部による反射光の集光精度を低下させてしまうことになる。これに対し、本実施の形態に係る反射光凸部１４４では、円柱部１４８が嵌合することで、集光部１５０を確実に位置決めすることができる。したがって、反射光用レンズ８８ｂは、受光素子１０２に反射光を安定的に集光することができる。

また、測光ブロック７２は、基端部７６と突出部７８が周方向に閉じているため、反射光用光路１１０内に反射光以外の光が入り込むことを低減することができる。すなわち、測光ブロック７２は、反射光用光路１１０内の遮光性が充分に確保された形状に形成されている。

本実施の形態に係る血糖値測定装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に血糖値測定装置１０による血液成分の測定について説明する。血液成分の測定では、まず測定チップ５８が装着された血糖値測定装置１０を用いて被測定者の血液を採取する。具体的には、指先を専用の穿刺器具（図示せず）で穿刺し、皮膚上に少量（例えば、０．３〜１．５μＬ程度）の血液を流出させる。そして、指先から流出した血液に、血糖値測定装置１０の先端に装着されている測定チップ５８のノズル６２先端を当接させる。

これにより、血液は、ノズル６２先端の凹溝６２ｂを経て採取孔６２ａ内に入り込み、毛細管現象によって後端に吸引される。そして、試験紙収容部６８内に収容されている試験紙７０に染み込み、試験紙７０の径方向外側へ向かって円形状に広がっていく。この血液の展開と同時に、血液中のブドウ糖と試験紙７０に含まれている発色試薬とが反応を開始し、ブドウ糖の量に応じて試験紙７０が呈色する。

図７に示すように、血糖値測定装置１０により試験紙７０の呈色を光学的に検出する場合は、先ず第１の発光素子１００ａ（又は第２の発光素子１００ｂ）から照射光Ｌｉを出射する。第１の発光素子１００ａ（又は第２の発光素子１００ｂ）から出射された照射光Ｌｉは、照射光用光路１０８を通過し、照射光用レンズ８８ａ（照射光凸部１４２）に入射される。照射光Ｌｉが入射されると、照射光凸部１４２は、その曲面にしたがって光軸Ｌａの方向に照射光Ｌｉの光線を屈折させる。照射光凸部１４２によって屈折された照射光Ｌｉの光線は、そのままレンズ内を通って被保持部１４０から出射され、試験紙７０の焦点位置Ａに集光される。

試験紙７０に照射された照射光Ｌｉは、試験紙７０の焦点位置Ａに照射されると、照射光Ｌｉの入射方向に反射する直接反射光と、その周囲に散乱する散乱光とに分かれる。図６に示すように、反射光用レンズ８８ｂは、この試験紙７０の焦点位置Ａに対して所定角度（例えば、３０°）ずれた位置にあり、散乱光が反射光Ｌｒとして入射される。また、反射光Ｌｒを受光する受光素子１０２は、試験紙７０の焦点位置Ａに対して、反射光凸部１４４の光軸Ｌｂと反射光凸部１４４の頂部が交わる交点Ｂを基点とした対称位置に配置されている。反射光用レンズ８８ｂは、この受光素子１０２の配置位置に集光するように反射光Ｌｒを出射する。

図１０は、反射光用レンズ８８ｂ内における反射光の光線Ｌｒ０〜Ｌｒ２の進行を概略的に示す説明図である。試験紙７０から反射してきた反射光の光線Ｌｒ０〜Ｌｒ２は、反射光用レンズ８８ｂに入射されると、空間（空気）の屈折率とレンズ８８の屈折率の違いによって所定角度屈折する。反射光用レンズ８８ｂの被保持部１４０及び円柱部１４８内では、所定角度で屈折した反射光の光線Ｌｒ０〜Ｌｒ２がそのまま直進して、集光部１５０に導かれる。集光部１５０では、反射光の光線Ｌｒ０〜Ｌｒ２が非球面レンズの曲面に従って屈折される。

ここで、反射光用レンズ８８ｂ内の反射光の光線Ｌｒ０〜Ｌｒ２の進行を具体的に説明すると、図１０に示す反射光凸部１４４の頂部を通る反射光の光線Ｌｒ０は、反射光凸部１４４の光軸Ｌｂに角度θで進入した場合、反射光凸部１４４の頂部から角度−θで出射することになる。そして、反射光用光路１１０内において、反射光の光線Ｌｒ０はそのまま直進し、対向する受光素子１０２の表面（焦点位置Ｃ）に対してφの角度（φ＝９０°−θ）で入光する。

また、図１０に示す反射光凸部１４４の上部を通る反射光の光線Ｌｒ１は、集光部１５０（非球面レンズ）の緩やかな曲面によって、出射角度を僅かに光軸Ｌｂに向かって傾かせる。その結果、反射光の光線Ｌｒ１は、反射光凸部１４４の上部から内側に僅かに屈折されて出射され、受光素子１０２の表面（焦点位置Ｃ）において光線Ｌｒ０に合焦される。

さらに、図１０に示す反射光凸部１４４の下部を通る反射光の光線Ｌｒ２は、集光部１５０（非球面レンズ）の緩やかな曲面に対し光線Ｌｒ１よりも大きな角度で進入し、出射角度を光線Ｌｒ１よりも光軸Ｌｂに向かって傾かせる。その結果、反射光の光線Ｌｒ１は、反射光凸部１４４の下部から内側に屈折されて出射され、受光素子１０２の表面（焦点位置Ｃ）において光線Ｌｒ０に合焦される。

このように、反射光の光線Ｌｒ０〜Ｌｒ２は、反射光用レンズ８８ｂにより受光素子１０２の表面の所定の焦点位置Ｃに集光される。一般的に、集光部１５０が球面レンズの場合は、反射光の光線Ｌｒ０〜Ｌｒ２の焦点位置Ｃが光軸Ｌｂ方向にずれることになる。これに対し、本実施の形態では、集光部１５０が非球面レンズに形成されているため、反射光凸部１４４の周縁部を通った反射光の光線Ｌｒ１及びＬｒ２と、反射光凸部１４４の頂部を通った反射光の光線Ｌｒ０の焦点位置Ｃが一致することになり、球面収差を大幅に低減することができる。

受光素子１０２は、反射光Ｌｒを受光すると、その光量を検出する。血糖値測定装置１０は、この検出値に基づき試験紙７０の呈色の度合いを測定する。

血糖値測定装置１０による血糖値の測定では、第１の発光素子１００ａと第２の発光素子１００ｂの照射光Ｌｉが交互に出射される。そして、第１の発光素子１００ａが照射する照射光Ｌｉによって発色試薬とブドウ糖との反応で生じた色素を検出し、ブドウ糖の量に応じた呈色濃度を測定する。また、第２の発光素子１００ｂが照射する照射光Ｌｉによって赤血球を検出し、赤血球の赤色濃度を測定する。そして、呈色濃度から得られるグルコース値を赤色濃度から得られるヘマトクリット値を用いて補正し、血糖値を求めることができる。

測定終了後、測定チップ５８を筐体１２から取り外す場合は、イジェクト操作子４４を先端側に押圧してイジェクト部材４８を前方（先端側）にスライドさせる。これにより、イジェクト部材４８の押出部１１６が測定チップ５８の係止爪６６を前方に押圧し、測定チップ５８を取り外すことができる。

この場合、ユーザは、片手操作によって測定チップ５８を血糖値測定装置１０から容易に取り外すことができる。しかも、測定チップ５８は下ケース１８側に湾曲した筐体１２の先端に取り付けられているため、イジェクト操作子４４の操作によって、測定チップ５８に手を触れることなく、簡単且つ迅速に該測定チップ５８の廃棄処理を行うことができる。

図１１は、本発明に係るレンズの変形例を概略的に示す説明図である。図１１に示すように、レンズ１６０の反射光用レンズ１６２は、反射光凸部１６４の集光部１６６を球面レンズとして形成し、この球面レンズの表面に樹脂材料によって成形した非球面レンズ１６８を貼り付けるように構成してもよい。この場合、非球面レンズ１６８は、その表面が図９の集光部１５０（非球面レンズ）の曲面と同じ曲面となるように、集光部１６６の形状（直径及び曲率半径）も加味されて成形される。通常、非球面レンズの加工には高度な技術が要求されるため、このようにレンズ１６０の加工とは別に非球面レンズ１６８を成形して、該非球面レンズ１６８を貼り付ける構成とすることで、レンズ８８に非球面レンズを直接加工するよりも安価に製造することができる。

また、反射光用レンズ８８ｂは、反射光Ｌｒが斜めに入射されると、スネルの法則に基づきレンズ内に屈折が起こるため、被保持部１４０の板厚を調整することによって、反射光の光線Ｌｒ０の入射角度θを変更することができる。すなわち、反射光用レンズ８８ｂは、試験紙７０とレンズ８８（反射光用レンズ８８ｂ）と受光素子１０２の配置位置の関係から反射光の光線Ｌｒ０の最適な入射角度θを求め、最適な入射角度θとなるように被保持部１４０の板厚を設定すれば、試験紙７０から反射された反射光Ｌｒを受光素子１０２の所定の焦点位置Ｃに容易に集光させることができる。これにより、集光部１５０を非球面レンズに加工した後は、非球面レンズの形状を変更することなく、被保持部１４０の板厚を調整することで、反射光の焦点位置を補正することが可能となる。

以上のように、血糖値測定装置１０は、測光ブロック７２にレンズ８８の平面形状と一致する装着部８７を設けることにより、レンズ８８の装着性を向上することができ、装置の組立作業の効率化を図ることができる。また、反射光用レンズ８８ｂが非球面レンズに形成されていることで、反射光Ｌｒの球面収差を大幅に低減することが可能となり、生体成分の測定精度を向上することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。例えば、本発明に係る成分測定装置は、尿の成分の測定する装置として適用してもよく、或いは、体液以外に、排水や工業用水等の成分測定を行う装置として適用することもできる。

また、反射光凸部１４４の形状は、球面収差の低減のみを目的として形成されなくてもよい。すなわち、反射光凸部１４４は、収差として知られるコマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、軸上色収差、倍率色収差等を勘案して、最適な曲面に形成されることで、反射光Ｌｒをより精度よく集光することができる。

Claims (6)

1. 発光素子（１００）から測定対象（７０）に測定用の照射光を照射し、該測定対象（７０）から反射される反射光を受光素子（１０２）にて検出し、その検出値に基づき前記測定対象（７０）に含浸された体液中の成分を測定する成分測定装置（１０）であって、
   前記測定対象（７０）に対向して開口する装着部（８７）を有するとともに、前記装着部（８７）に連通して前記反射光を前記受光素子（１０２）に導く反射光用光路（１１０）を有するブロック体（７２）と、
   前記反射光を前記受光素子（１０２）に集光する反射光用レンズ（８８ｂ）とを備え、
   前記反射光用レンズ（８８ｂ）は、前記受光素子（１０２）の配設位置に基づいて少なくとも前記反射光の球面収差を低減する非球面レンズとして形成されており、前記装着部（８７）の開口から前記装着部（８７）に挿入されることで前記反射光用光路（１１０）上に配置されることを特徴とする成分測定装置（１０）。
2. 請求項１記載の成分測定装置（１０）において、
   前記ブロック体（７２）は、前記照射光を前記測定対象（７０）に導く照射光用光路（１０８）を有し、
   前記照射光用光路（１０８）には、前記照射光を前記測定対象（７０）に集光する照射光用レンズ（８８ａ）が配置され、
   前記反射光用レンズ（８８ｂ）と前記照射光用レンズ（８８ａ）は、前記装着部（８７）に保持される被保持部（１４０）を共有するように並べられて一体成形されていることを特徴とする成分測定装置（１０）。
3. 請求項２記載の成分測定装置（１０）において、
   前記反射光用レンズ（８８ｂ）は、前記被保持部（１４０）から前記反射光用光路（１１０）に向かって所定量突出する突出部（１４８）と、
   前記突出部（１４８）の上部に前記非球面レンズが形成された集光部（１５０）とを含むことを特徴とする成分測定装置（１０）。
4. 請求項２記載の成分測定装置（１０）において、
   前記照射光用レンズ（８８ａ）の光軸と前記反射光用レンズ（８８ｂ）の光軸は互いに略平行に形成されており、
   前記非球面レンズは、前記反射光用レンズ（８８ｂ）の光軸に対して所定の角度で入射された前記反射光の球面収差を低減する形状に形成されていることを特徴とする成分測定装置（１０）。
5. 請求項１記載の成分測定装置（１０）において、
   前記装着部（８７）は、前記反射光用レンズ（８８ｂ）を内部に挿入した状態において開口端部が内側にかしめられることを特徴とする成分測定装置（１０）。
6. 請求項１記載の成分測定装置（１０）において、
   前記成分測定装置（１０）は、血液成分のうち主に血糖値を測定する血糖値測定装置であることを特徴とする成分測定装置（１０）。

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