WO2012043023A1 - 成分測定装置 - Google Patents

Abstract

　成分測定装置である血糖値測定装置（１０）は、測定用の照射光（Ｌｉ）を照射光用レンズ（８８ａ）を介して試験紙（７０）に集光照射して該試験紙（７０）からの反射光（Ｌｒ）を受光する測定部（５０）を有し、反射光（Ｌｒ）の検出結果に基づいて血液の成分を測定する。照射光用レンズ（８８ａ）は、照射光（Ｌｉ）の焦点位置（Ｐ）が試験紙（７０）の配置位置よりも遠方に位置するように測定部（５０）に備えられる。

Description

成分測定装置

　本発明は、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。

　従来、血液や尿などの体液中の生体成分を検出し、その成分量や性質等を光学的に測定する際には成分測定装置が用いられている。例えば、特開平０９－１４５６１４号公報に開示されている拡散光反射読取パッドは、血液中のグルコースを検出する装置であり、血液によって呈色した試薬試験パッドに照射手段から光（照射光）を照射して、この試薬試験パッドが反射した光を光センサに入射して、血液中のグルコースを検出している。

　さて、上記の光学系を利用した成分測定装置では、通常、照射光の照射面積や光量を調整するためにアパーチャ（開口部）が設けられている。例えば特開平０９－１４５６１４号公報の拡散光反射読取ヘッドには、ＬＥＤの光を通過させる照射口が設けられている。この照射口は、光を適切な大きさ（面積）や強さ（光量）のスポットにするアパーチャとして機能する。

　また、特開平０９－１４５６１４号公報には開示されていないものの、成分測定装置には、測定対象に照射光を集光照射させるレンズが配設される装置もある。この場合にも、照射光のスポット形状の調整や迷光の低減のためにアパーチャの設置が必要とされている。すなわち、成分測定装置は、照射光の光路上に設けられたアパーチャによって照射光の絞り（面積や光量）が調整され、これにより照射光の焦点位置が測定対象の手前に合わせられ、集光される。

　しかしながら、このようなアパーチャを成分測定装置に設けることで、部品点数が増加する、或いは部品の形状が複雑になる等の不都合が生じる。その結果、部品の製造工数が増加するとともに、装置の組立作業も煩雑になり、装置全体の製造コストを増加させる等の課題が露呈する。また、アパーチャによって光量が低減されるので、測定感度が低下するという課題も生じる。

　さらに、照射光がレンズによって集光される構成では、特に焦点位置が測定対象の手前にある場合、レンズと測定対象の間隔や角度が、例えば、装置のがたつきや測定対象の配置誤差等によって変動すると、これにともなって測定対象に照射される照射光の光量が変動することになり、成分測定の精度にばらつきを生じさせる原因となる。

　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成によって、測定対象の所定範囲内に所望の光量からなる照射光を照射させることができ、成分測定の精度を向上させ、しかも部品点数を削減して装置の製造コストを低減させることが可能な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、測定用の照射光を照射光用レンズを介して測定対象に集光照射して該測定対象からの反射光を受光する測定部を有し、前記反射光の検出結果に基づいて前記測定対象に吸収された液体の成分を測定する成分測定装置であって、前記照射光用レンズは、前記照射光の焦点位置が前記測定対象の配置位置よりも遠方に位置するように前記測定部に備えられることを特徴とする。

　上記によれば、照射光の焦点位置が測定対象よりも遠方に位置する構成としていることで、例えば、装置のがたつきや測定対象の配置誤差等によって照射光用レンズと測定対象の間隔や角度が変動した時に、照射光用レンズの焦点位置を測定対象より近位に合わせた場合と比較して、照射光の光量の変化が緩やかになる。このため、測定対象の所定範囲内に安定した光量の照射光が照射されることになり、測定精度を安定化させることができる。

　成分測定装置の具体的な構成として、前記測定部は、前記照射光を出射する発光素子と、前記発光素子を前記照射光用レンズに対向配置させるとともに前記発光素子の配置位置から前記照射光用レンズの配置位置まで貫通する照射光用光路を有する測光ブロックと、を備えることができる。

　このように、発光素子とレンズを対向配置させることで、発光素子から出射した照射光を、照射光用光路を介してレンズに導くことができる。

　また、前記発光素子から前記照射光用レンズまでの間隔は、前記照射光用レンズから前記測定対象までの間隔と等しくなるように設定してもよい。発光素子からレンズまでの間隔と、レンズから測定対象までの間隔とを等しくすれば、作業員が各部材の形状誤差や組立状態を容易に把握して、前記二つの間隔を適宜調整することができ、装置毎の組立ばらつきを低減することができる。また、前記発光素子、前記照射光用レンズ及び前記測定対象をほぼ等間隔に並べることで、各部材の形状誤差や組立誤差の影響を最小にできる。すなわち、前記照射光用レンズを前記発光素子或いは前記測定対象の方に偏在させると、配置の誤差が生じた場合、測定への影響が強く出てしまうことになるが、上記構成要素を等間隔に並べることで測定への影響を小さくすることができる。

　ここで、前記測光ブロックの前記照射光用光路には、前記照射光用光路の内周面で反射した迷光を、前記照射光用レンズを介して前記測定対象の測定範囲外に導く迷光誘導手段が設けられていてもよい。

　このように、迷光誘導手段が設けられていることで、照射光用光路の内周面が反射した迷光を、測定対象の測定範囲外に導くことができ、測定部が受光する反射光の中に含まれる迷光を低減することが可能となる。これにより、測定部は、迷光を含まない安定した光量からなる反射光を受光して、測定対象の成分測定を精度よく行うことができる。

　また、前記照射光用光路の内周面は円筒形状に形成され、前記迷光誘導手段は雌ねじ形状に形成されていてもよい。照射光用光路の内周面を雌ねじ形状とすることで、測光ブロックの成形時に成形用の雄ねじを用いて照射光用光路を成形することが可能となる。よって、測光ブロックの成形型を複雑に形成する等の手間が軽減され、測光ブロックを容易に成形することができる。

　さらに、前記照射光用光路の内周面は、前記照射光用レンズに向かって縮径するテーパ形状に形成されていてもよい。このように、照射光用光路の内周面がテーパ形状に形成されていることで、測光ブロックの照射光用光路を雌ねじ形状に成形した時に、成形用の雄ねじを回すことで容易に取り外すことができる。その結果、測光ブロックの成形作業をより効率化することができる。

　この場合、前記迷光誘導手段は、前記照射光用光路の内周面に凹凸部を連続的に形成したものであり、前記凹凸部のうち凸部の発光素子側の面の角度が、前記迷光を前記照射光用レンズに入射させないように設定されていることが好ましい。このように、凸部の発光素子側の面の角度が、迷光を照射光用レンズに入射させないように設定されていることで、照射光用光路が反射した迷光は照射光用レンズによって集光されることがなくなる。このため、測定部が受光する反射光の中に迷光が含まれることを一層確実に防ぐことができる。

　また、前記測定部には、１つの前記照射光用レンズに対して複数の前記発光素子が対向配置されていてもよい。このように、複数の発光素子に対して照射光用レンズを１つ配設することで、個々の発光素子に対応して複数配設するよりも、平面面積が大きい照射光用レンズを測定部に設けることができる。この照射光用レンズによれば、照射光の光量を多く取り込んで測定対象に集光照射することができ、成分測定の精度をより向上させることができる。

　さらに、前記測定部は、前記反射光を受光する受光素子を有するとともに、前記照射光用レンズには、前記反射光を前記受光素子に集光する反射光用レンズが一体形成されていてもよい。照射光用レンズと反射光用レンズを一体形成することで、組立時の位置合わせなどの手間が省略でき、さらに部品点数を少なくすることで、装置の製造コストを低減することができる。

　またさらに、前記測光ブロックは、前記反射光用レンズの配置位置から前記受光素子の配置位置まで貫通する反射光用光路を有することが好ましい。これにより、別途反射光用光路を設ける必要がなくなるため、製造コストを低減することができる。

　本発明によれば、簡単な構成によって、測定対象の所定範囲内に所望の光量からなる照射光を照射させることができ、成分測定の精度を向上させ、しかも部品点数を削減して装置の製造コストを大幅に低減させることができる。

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に示す血糖値測定装置の側面図である。 図１に示す血糖値測定装置の正面図である。 図１に示す血糖値測定装置の分解斜視図である。 図１に示す血糖値測定装置のＶ－Ｖ線断面図である。 本発明の実施の形態に係る血糖値測定装置の測定部を示す分解斜視図である。 図５に示す血糖値測定装置の測定部の背面図である。 図５に示す血糖値測定装置の測定部の側面断面図である。 図５に示す血糖値測定装置の測定部の平面断面図である。 本実施の形態に係る血糖値測定装置によって実際に血液成分の検出を行う状態を示す説明図である。 測定部の照射光の照射状態を模式的に示す説明図であり、図１１Ａは本実施の形態に係る測定部の照射状態を示し、図１１Ｂはアパーチャが設けられた従来の測定部の照射状態を示している。 図１２Ａは図１１Ａの照射光の照射状態を示す説明図であり、図１２Ｂは図１１Ｂの照射光の照射状態を示す説明図であり、図１２Ｃは、図１１Ａの照射光の照射範囲と光量の関係を示すグラフであり、図１２Ｄは、図１１Ｂの照射光の照射範囲と光量の関係を示すグラフである。 本実施の形態に係る照射光用光路を模式的に示す拡大断面図である。 図１３の照射光用光路において照射される照射光の照射範囲と光量の関係を示すグラフである。

　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は同装置の側面図、図３は同装置の正面図、図４は同装置の分解斜視図、図５は図１のＶ－Ｖ線の側面断面図である。

　図１～図３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を有し、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。この筐体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とが配置されている。

　図４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て、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、所定形状に形成された電気回路が印刷配線等によって設けられている。そしてメイン配線基板３６には、予め設定された所定の処理を実行するためのマイクロコンピュータ、予め所定のプログラムが記憶されたＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置、コンデンサや抵抗その他の電子部品等が実装されている（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。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、丸型乾電池や角型乾電池、又は二次電池や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及び図２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４参照）。この長孔４６は、筐体１２の前後方向へ所定の長さだけ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５参照）。この脚部４４ａには、筐体１２内部においてイジェクト部材４８がねじ止めされる。すなわち、イジェクト操作子４４は、イジェクト部材４８の摺動を操作することができる。

　図４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、を有する。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は、先端面から背面に貫通する採取孔６２ａが中心軸上に形成されている（図５参照）。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が設けられている（図３参照）。

　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に挿入された時に円筒部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おり、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、測定チップ５８を円筒部５４に取り付けることができる（図８参照）。

　また、係合部６４の内側には、図５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６は、本発明の実施の形態に係る血糖値測定装置１０の測定部５０を示す分解斜視図であり、図７は、測定部５０の背面図、図８は測定部５０の側面断面図、図９は測定部５０の平面断面図である。

　血糖値測定装置１０の測定部５０は、測定チップ５８に採取した血液成分を光学的に測定する部位である。図６に示すように、測定部５０は、先端ケース２０、測光ブロック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８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が形成され、後面に基板配置部８０が備えられている。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には、基板７４を位置決めする位置決め突起８０ａが略中央部に立設されている。位置決め突起８０ａは基板７４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している。

　また基端部７６には、取付用ねじ孔８２が二箇所形成されている（図７参照）。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、図６に示すように、測光ブロック７２の突出部７８は、両側面が直線状で且つ上下面が円弧状となった偏円筒体に形成されている。この突出部７８の前面は、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にはレンズ８８が装着される。測光ブロック７２に取り付けられるレンズ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。また、レンズ８８は側周面にＯリング９０を嵌め込んで突出部側開口部８６に装着されることで、突出部側開口部８６がレンズ８８によって密封状態となる。

　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、この基板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、この基板側ねじ孔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（図７参照）。

　基板７４は、基板配置部８０と対向する面に、照射光を照射する二つの発光素子１００（第１の発光素子１００ａ、第２の発光素子１００ｂ：図９参照）、反射光を受光する受光素子１０２、及び血液成分の検出に必要な各種電子部品が実装されている。照射光を照射する発光素子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、受光素子としては、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。

　図８に示すように、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。ここで、測光ブロック７２の基板配置部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。基板配置部８０に基板７４を配設した状態では、発光素子１００が照射光基板側開口部１０４に入り込み、受光素子１０２が反射光基板側開口部１０６に入り込む構成となっている。

　また、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に連通している。照射光用光路１０８及び反射光用光路１１０は、基端部７６及び突出部７８の内部をそれぞれ貫通して、先端側では共に突出部側開口部８６に連通している。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。

　したがって、基板配置部８０に基板７４を配設した状態では、発光素子１００が照射光用光路１０８の基端側にあり、発光素子１００が出射する照射光を、照射光用光路１０８からレンズ８８に導き、さらにレンズ８８を介して試験紙７０に照射すること可能となる。一方、受光素子１０２は、反射光用光路１１０の基端側にあり、試験紙７０から反射される反射光を、レンズ８８及び反射光用光路１１０を介して受光する。

　さらに、本実施の形態に係る測光ブロック７２の基端部７６には、基板配置部８０から後方に突出する隔壁１１２が後面に形成されている。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。

　また、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６に示すように、測定部５０のイジェクト部材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、を含む構成である。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成形されている。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によってイジェクト操作子４４の脚部４４ａに螺合されるイジェクト部材側ねじ孔１２４が穿設されている（図５参照）。

　一方、先端ケース２０には、図７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支持片１２８と、上部中央部において後方側に突出するバネ配置突起１３０（図８参照）と、によって構成される。

　イジェクト部材４８は、図６及び図８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に配置される。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に配置した状態では、押出部１１６が測光ブロック７２の突出部７８の外周面（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の先端及び後端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、この押出部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。これによって、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が装着された筐体１２を用いてユーザの血液を採取する。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１０は、本実施の形態に係る血糖値測定装置１０によって実際に血液成分の検出を行う状態を示す説明図である。すなわち、血糖値測定装置１０は、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に入射される。そして、照射光用レンズ８８ａに入射された照射光Ｌｉは、この照射光用レンズ８８ａによって集光されて試験紙７０に照射される。

　試験紙７０に照射された照射光Ｌｉは、試験紙７０によって反射され、反射光Ｌｒとして反射光用レンズ８８ｂに入射される。そして、反射光用レンズ８８ｂに入射された反射光Ｌｒは、この反射光用レンズ８８ｂによって集光された後、反射光用光路１１０を通過し、受光素子１０２で受光されて、その光量が測定される。これにより、血糖値測定装置１０は、試験紙７０の呈色の度合いを測定することができる。

　血糖値測定装置１０による血糖値の測定には、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つつグルコース濃度を定量化して、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。また、改めて血液成分の測定を行う場合は、新しい測定チップ５８を先端ケース２０に取り付ける。このように、測定チップ５８を簡単に交換することができるため、血液成分の測定を効率的に行うことが可能となる。

　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。

　次に、本実施の形態に係る測定部５０の特徴部分について、従来の測定部５０’と対比しながら詳述する。図１１は、測定部５０の照射光Ｌｉの照射状態を模式的に示す説明図であり、図１１Ａは本実施の形態に係る測定部５０の照射状態を示し、図１１Ｂはアパーチャ１５０が設けられた従来の測定部５０’の照射状態を示している。また、図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ図１１Ａ及び図１１Ｂの照射光Ｌｉ、Ｌｉ’の照射状態を示す説明図であり、図１２Ｃ及び図１２Ｄは、同じく照射光Ｌｉ、Ｌｉ’の照射範囲と光量の関係を示すグラフである。

　図１１Ｂに示すように、アパーチャ１５０が測定部５０’に設けられている従来の装置では、照射光用レンズ８８ａ’による照射光Ｌｉ’の焦点位置Ｐ’が試験紙７０’の配置位置より照射光用レンズ８８ａ’側に設定されている。この場合、発光素子１００’から出射した照射光Ｌｉ’は、最初にアパーチャ１５０を通過することによって平行光線の面積及び形状が変えられ、次に照射光用レンズ８８ａ’により収束されて試験紙７０’の表面に照射される。

　このため、照射光用レンズ８８ａ’の焦点位置Ｐ’が試験紙７０’の配置位置より手前にある場合、図１２Ｂ及び図１２Ｄに示すように、試験紙７０’に照射される照射光Ｌｉ’は、その照射範囲２００’の中でも中心部２０２’に光量が集まる。すなわち、中心部２０２’の光量が大きく、外縁部２０４’に向うに従って徐々に光量が小さくなる山形の光量分布を見せ、照射範囲２００’の外縁部２０４’付近では、その少ない光量によって境界部分がぼけることになる。よって、測定部５０’は、主に照射範囲２００’の中心部２０２’付近の反射光Ｌｒ’を検出して血糖値を測定している。

　一方、図１１Ａに示すように、本実施の形態では、照射光用レンズ８８ａによる照射光Ｌｉの焦点位置Ｐが、試験紙７０の配置位置よりも遠方に位置するように設定されている。すなわち、測定部５０には、照射光用レンズ８８ａから試験紙７０までの間隔ｂよりも充分に長い焦点距離（ｂ＋ｃ）を有する照射光用レンズ８８ａが配設される。この場合、照射光用レンズ８８ａから照射される照射光Ｌｉは、焦点に集光される前の分散された状態で試験紙７０表面に照射される。

　このため、図１２Ａ及び図１２Ｃに示すように、試験紙７０に照射される照射光Ｌｉは、照射範囲２００内において比較的均一な光量分布、或いは、中心部２０２よりも外縁部２０４の光量のほうが大きい光量分布となる。したがって、照射光Ｌｉが照射される照射範囲２００と、照射光Ｌｉが照射されない他の範囲と、を明確に区別することが可能となる。よって、試験紙７０の呈色部分に対して、照準を合わせやすくなり、また一定の光量を照射することが可能となる。

　また、本実施の形態に係る照射光用レンズ８８ａは、照射光Ｌｉの焦点位置Ｐを試験紙７０よりも遠方に位置する構成としているため、曲率半径が大きい（すなわち、曲率が小さい）レンズ、又は薄肉のレンズを用いることができる。このように、照射光用レンズ８８ａを薄くすることで、測定部５０をより小型化することが可能となる。なお、図１１Ａに示すように、本実施の形態では照射光用レンズ８８ａとして平凸レンズを適用しているが、これに限定されるものではなく、両凸レンズや凸メニスカスレンズ等を適用してよいことは勿論である。

　一方、発光素子１００は、測定波長の照射光Ｌｉを出射する一般的なＬＥＤを用いることができるが、この場合、発光素子１００は、半導体の製造過程から矩形状（短冊状）に形成されている。したがって、この発光素子１００から出射される照射光Ｌｉも略矩形状となる。しかしながら、照射光用光路１０８の内周面は円筒形状に形成されているので、試験紙７０に照射される照射光Ｌｉを円形とすることができる（図１２Ａ参照）。

　ここで、試験紙７０に血液を染み込ませた場合、血液は試験紙７０に染み込んだ位置から放射状に広がっていくため、通常、試験紙７０には円形の染み込み部分が形成される。したがって、試験紙７０に対して円形の照射光Ｌｉを照射することで、照射光Ｌｉを染み込み部分内に簡単に合わせることができ、試験紙７０の所定範囲の中で容易に測定することが可能となる。

　また、図９に示すように、本実施の形態に係る測定部５０には、１つの照射光用レンズ８８ａに対して、波長の異なる照射光Ｌｉ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）が横方向に並べて配置されている。したがって、試験紙７０に対して第１及び第２の発光素子１００ａ、１００ｂの照射箇所が横方向にわずかにずれている。しかしながら、測定部５０は、照射光Ｌｉの焦点位置Ｐが試験紙７０の配置位置よりも遠方に位置することで、試験紙７０の光軸方向のずれに対する照射径の変動を、焦点位置Ｐが試験紙７０の手前にある場合よりも、小さくできる。

　このように、第１及び第２の発光素子１００ａ、１００ｂに対して照射光用レンズ８８ａを１つだけ配設する構成であるため、平面面積が大きい照射光用レンズ８８ａを測定部５０に配設することができる。この照射光用レンズ８８ａによれば、第１及び第２の発光素子１００ａ、１００ｂがそれぞれ出射する照射光Ｌｉの光量を多く取り込んで試験紙７０に集光照射することが可能となり、成分測定の精度をより向上させることができる。

　また、レンズ８８には、図８に示すように、照射光用レンズ８８ａとともに、試験紙７０が反射した反射光Ｌｒを受光素子１０２に集光する反射光用レンズ８８ｂが一体形成されている。このように、照射光用レンズ８８ａと反射光用レンズ８８ｂを一体形成することで、組立時の位置合わせなどの手間が省略でき、さらに部品点数を少なくすることで、装置の製造コストを低減することができる。

　図１１に戻り、本実施の形態に係る測定部５０は、発光素子１００から照射光用レンズ８８ａまでの間隔ａと、照射光用レンズ８８ａから試験紙７０までの間隔ｂとが等しくなるように構成されている。これにより、血糖値測定装置１０を組み立てる場合に、作業員が各部材（例えば、先端ケース２０や測光ブロック７２等）の形状誤差や組立状態を容易に把握して二つの間隔ａ、ｂを適宜調整することができ、装置毎の組立ばらつきを低減することができる。また、形状誤差や組立誤差が生じても、発光素子１００、照射光用レンズ８８ａ及び試験紙７０をほぼ等間隔に並べることで、それぞれの形状や配置のばらつきに起因する照射光Ｌｉへの影響を最小にできる。

　また、本実施の形態では、照射光用レンズ８８ａの焦点距離（ｂ＋ｃ）を、照射光用レンズ８８ａから試験紙７０までの間隔ｂと比較して充分に長くなるように設定している。したがって、試験紙７０に照射される照射光Ｌｉの外縁部２０４の角度θが９０度に近くなる（図１１Ａ、図１２Ａ参照）。ここで、測定部５０の試験紙７０が反射した反射光Ｌｒは、血液成分の情報をほとんど含まない正反射光（表面反射光）と、血液成分の情報を含む散乱光とに分けられる。このため、血糖値測定装置１０は、反射光Ｌｒのうち血液成分の情報を含む散乱光を受光して成分測定を行う。

　照射光Ｌｉの角度θが９０度に近くなることで、反射光Ｌｒのうち正反射光が９０度の方向（すなわち、照射光用レンズ８８ａの方向）に反射されることになる。よって、反射光用レンズ８８ｂには散乱光のみが反射され易くなり、測定部５０は散乱光のみを受光することができ、成分測定の精度をより向上させることができる。

　さらに、照射光Ｌｉの焦点位置Ｐを試験紙７０の配置位置よりも遠方に位置する構成としていることで、例えば、装置のがたつきや試験紙７０の配置誤差等によって照射光用レンズ８８ａから試験紙７０までの間隔ｂが変動した時に、照射光Ｌｉの光量の変化が緩やかになる。すなわち、測定部５０は、間隔ｂの変動にともなう照射光Ｌｉの光量変化が照射範囲２００の面積変化率に比例する。

　図１１Ｂに示すように、照射光用レンズ８８ａ’の焦点位置Ｐ’が試験紙７０’の配置位置より手前にある場合は、間隔ｂ’の変動にともなう照射範囲２００’の面積変化率が大きいため、光量の変化も大きくなる。これに対し、図１１Ａに示すように、照射光Ｌｉの焦点位置Ｐが試験紙７０の配置位置よりも遠方に位置している場合は、間隔ｂの変動にともなう照射範囲２００の面積変化率が小さいため、光量の変化も小さくなる。その結果、間隔ｂが変動した場合でも、試験紙７０の測定範囲内に安定した光量の照射光Ｌｉが照射されることになり、成分測定の精度をより一層向上させることができる。

　図１３は、本実施の形態に係る照射光用光路１０８を模式的に示す拡大断面図であり、図１４は、図１３の照射光用光路１０８において照射される照射光Ｌｉの照射範囲と光量の関係を示すグラフである。図１３に示すように、本実施の形態に係る測定部５０には、迷光ＳＬ（Ｓｔｒａｙ　Ｌｉｇｈｔ）を、試験紙７０の測定範囲外に導く凸部１０９ａ、凹部１０９ｂを有する迷光誘導手段１０９が設けられている。

　なお、本説明における迷光ＳＬとは、発光素子１００から出射された照射光Ｌｉが照射光用光路１０８の内周面に１度でも当たって反射された光を指すものである。この迷光ＳＬは、発光素子１００が出射する照射光Ｌｉと比較して光量が減少し、また照射光Ｌｉの測定波長と波長がずれる場合もあるが、迷光ＳＬが照射光Ｌｉとともに試験紙７０に照射されて該試験紙７０が反射する反射光Ｌｒに含まれると、測定部５０はフレアやゴースト等のノイズを検出することになる（図１４中の囲み部分を参照）。この迷光ＳＬは、照射光Ｌｉの光路上にアパーチャ１５０が介在せず光線が放射状に広がる場合に発生しやすくなる。すなわち、本実施の形態のように、照射光用光路１０８が発光素子１００の配置位置から照射光用レンズ８８ａの配置位置まで貫通する構成では、迷光ＳＬの影響を防ぐことが求められる。迷光誘導手段１０９は、この迷光ＳＬの反射を防止する機能を有している。

　図１３に示すように、本実施の形態に係る迷光誘導手段１０９は、照射光用光路１０８の内周面に凸部１０９ａ及び凹部１０９ｂを交互に連続形成した雌ねじ形状としている。このように、照射光用光路１０８の内周面を雌ねじ形状とすることで、測光ブロック７２の成形時に成形用の雄ねじ（図示せず）を用いて照射光用光路１０８を成形することが可能となる。よって、測光ブロック７２の成形型を複雑に形成する等の手間が軽減され、測光ブロック７２を容易に成形することができる。

　また、照射光用光路１０８の内周面は、照射光用レンズ８８ａに向かって縮径するテーパ形状に形成されている。このため、照射光用光路１０８を雌ねじ形状に成形した時に、成形用の雄ねじを回すことで容易に取り外すことができる。その結果、測光ブロック７２の成形作業をより効率化することができる。なお、迷光誘導手段１０９は、雌ねじ形状やテーパ形状に限定されるものではなく、例えば、複数の段差からなる階段、又は複数のリング状の突起や溝等が照射光用光路１０８の内周面に形成されてもよく、或いは光を吸収する材質で照射光用光路１０８の内周面をコーティングしてもよい。

　また、凹凸部（迷光誘導手段）１０９を設計する場合は、例えば、照射光用光路１０８の内周面に対する凸部１０９ａの発光素子１００側の面の角度αが、迷光ＳＬを照射光用レンズ８８ａに入射させない角度（傾き）となるように形成することが好ましい。具体的には、以下のステップによって凹凸部１０９を設計することができる。

　先ず、発光素子１００から凹凸部１０９のうち最も照射光用レンズ８８ａに近い凸部１０９ａの先端に入射する照射光Ｌｉを示す直線Ｌ１を引く（第１のステップ）。そして、直線Ｌ１と凸部１０９ａの交点Ｐｉ（凸部１０９ａの先端）から、照射光用レンズ８８ａの表面（曲面）に対して接線Ｌ２を引く（第２のステップ）。さらに、直線Ｌ１と接線Ｌ２によって形成される角度を２等分する中心線Ｌｏを引く（第３のステップ）。最後に、交点Ｐｉにおいて中心線Ｌｏと垂直に交差する基準線Ｌｂを引く（第４のステップ）。

　凹凸部１０９を設計する場合は、上記の各ステップにより求めた基準線Ｌｂと照射光用光路１０８の内周面との角度βに対して、角度αを大きくする。これにより、発光素子１００から出射して凹凸部１０９に当たった照射光Ｌｉが照射光用レンズ８８ａに入射しない方向に反射される。したがって、迷光ＳＬが照射光用レンズ８８ａに入射することが大幅に低減されることになり、測定部５０が受光する反射光Ｌｒの中に迷光ＳＬが含まれないようにすることができる。

　図１４に示すように、迷光誘導手段１０９を設けておらず反射光Ｌｒに迷光ＳＬが含まれる場合（図１４中の点線部分）は、照射光Ｌｉの所定の照射範囲よりも外側に少量の光量からなるノイズ（迷光部分）が現れる。これに対し、迷光誘導手段１０９が設けられ反射光Ｌｒに迷光ＳＬが含まれない場合（図１４中の実線部分）は、所定の照射範囲よりも外側の光量がほとんどゼロとなり、ノイズを防ぐことができる。このように、迷光誘導手段１０９によって、測定部５０が受光する反射光Ｌｒの中に迷光ＳＬが含まれることを防ぐことができ、測定部５０は、安定した光量からなる反射光Ｌｒを受光して、試験紙７０の成分測定を精度よく行うことができる。

　以上のように、血糖値測定装置１０は、照射光Ｌｉの焦点位置Ｐが試験紙７０の配置位置よりも遠方に位置することで、試験紙７０の所定範囲内に安定的な光量からなる照射光Ｌｉを照射することができ、成分測定の精度を向上させることができる。しかも、アパーチャ１５０を設ける必要がないため、測定部５０及び装置全体を小型化するとともに、部品点数を削減して装置の製造コストを低減させることができる。

　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、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。

Claims (10)

1. 　測定用の照射光を照射光用レンズ（８８ａ）を介して測定対象（７０）に集光照射して該測定対象（７０）からの反射光を受光する測定部（５０）を有し、前記反射光の検出結果に基づいて前記測定対象（７０）に吸収された液体の成分を測定する成分測定装置（１０）であって、
   　前記照射光用レンズ（８８ａ）は、前記照射光の焦点位置が前記測定対象（７０）の配置位置よりも遠方に位置するように前記測定部（５０）に備えら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、
   　前記測定部（５０）は、前記照射光を出射する発光素子（１００）と、前記発光素子（１００）を前記照射光用レンズ（８８ａ）に対向配置させるとともに前記発光素子（１００）の配置位置から前記照射光用レンズ（８８ａ）の配置位置まで貫通する照射光用光路（１０８）を有する測光ブロック（７２）と、を備え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、
   　前記発光素子（１００）から前記照射光用レンズ（８８ａ）までの間隔は、前記照射光用レンズ（８８ａ）から前記測定対象（７０）までの間隔と略等しい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、
   　前記測光ブロック（７２）の前記照射光用光路（１０８）には、前記照射光用光路（１０８）の内周面で反射した迷光を、前記照射光用レンズ（８８ａ）を介して前記測定対象（７０）の測定範囲外に導く迷光誘導手段（１０９）が設けられていることを特徴とする成分測定装置（１０）。
5. 　請求項４記載の成分測定装置（１０）において、
   　前記照射光用光路（１０８）の内周面は円筒形状に形成され、前記迷光誘導手段（１０９）は雌ねじ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）。
6. 　請求項５記載の成分測定装置（１０）において、
   　前記照射光用光路（１０８）の内周面は、前記照射光用レンズ（８８ａ）に向かって縮径するテーパ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）。
7. 　請求項４記載の成分測定装置（１０）において、
   　前記迷光誘導手段（１０９）は、前記照射光用光路（１０８）の内周面に凹凸部を連続的に形成したものであり、前記凹凸部のうち凸部（１０９ａ）の発光素子（１００）側の面の角度が、前記迷光を前記照射光用レンズ（８８ａ）に入射させないように設定されていることを特徴とする成分測定装置（１０）。
8. 　請求項２記載の成分測定装置（１０）において、
   　前記測定部（５０）には、１つの前記照射光用レンズ（８８ａ）に対して複数の前記発光素子（１００）が対向配置されていることを特徴とする成分測定装置（１０）。
9. 　請求項２記載の成分測定装置（１０）において、
   　前記測定部（５０）は、前記反射光を受光する受光素子（１０２）を有するとともに、
   　前記照射光用レンズ（８８ａ）には、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）が一体形成されていることを特徴とする成分測定装置（１０）。
10. 　請求項９記載の成分測定装置（１０）において、
    　前記測光ブロック（７２）は、前記反射光用レンズ（８８ｂ）の配置位置から前記受光素子（１０２）の配置位置まで貫通する反射光用光路（１１０）を有することを特徴とする成分測定装置（１０）。

Images