特許 6985561 生体成分測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6985561

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】生体成分測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/41 20060101AFI20211213BHJP

   A61B 5/1459 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/41 Z

   A61B5/1459

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2021-500479(P2021-500479)

(86)(22)【出願日】2020年7月27日

(86)【国際出願番号】JP2020028648

(87)【国際公開番号】WO2021131126

(87)【国際公開日】20210701

【審査請求日】2021年1月7日

(31)【優先権主張番号】特願2019-231088(P2019-231088)

(32)【優先日】2019年12月23日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 周作

(72)【発明者】

【氏名】秋山 浩一

(72)【発明者】

【氏名】津田 祐樹

【審査官】 伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１９−５０７３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５１９２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０３０６７２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００２４６３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１８−１９４４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３４２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０１１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１９／１５０５４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１８／１２３１６９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００ − Ｇ０１Ｎ ２１／８３

Ｇ０１Ｎ ３３／４８ − Ｇ０１Ｎ ３３／９８

Ａ６１Ｂ ５／１４５− Ａ６１Ｂ ５／２２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光を吸収した生体サンプルの発熱を用いて成分を測定する生体成分測定装置において、
前記生体サンプルを載置する生体サンプル載置面を含み、前記励起光に対して透明であり、硫化亜鉛の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有するカルコゲナイドガラスで形成され、前記励起光を吸収した前記生体サンプルの前記発熱によって屈折率が変化する光学媒質と、
前記生体サンプル載置面に向けて前記光学媒質中を進む前記励起光を放射する励起光源と、
前記光学媒質中を進むプローブ光を放射するプローブ光源と、
前記光学媒質から出射される前記プローブ光の位置を検出する光位置検出器と、
前記光学媒質の温度を測定する温度センサとを備え、
前記光学媒質は、前記プローブ光に対しても透明であり、
前記光位置検出器は、前記励起光源が前記励起光を放射していない場合に前記光学媒質から出射される前記プローブ光の第１位置と、前記励起光源が前記励起光を放射している場合に前記励起光による前記発熱によって屈折率勾配領域が生じた前記光学媒質から出射される前記プローブ光の第２位置とを検出し、
前記第１位置および前記第２位置に基づいて前記成分を測定し、
前記温度センサは、前記生体サンプル載置面のうち、前記生体サンプルと前記励起光と前記プローブ光とから離れた部分上に取り付けられている、生体成分測定装置。

【請求項2】

前記プローブ光の波長は、１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下である、請求項１に記載の生体成分測定装置。

【請求項3】

前記励起光の光路中に配置される光チョッパーと、
前記光チョッパーと前記光位置検出器とに接続されているロックインアンプとをさらに備える、請求項１または請求項２に記載の生体成分測定装置。

【請求項4】

前記光学媒質の前記温度を調整する温度調節器と、
前記温度センサから出力される前記光学媒質の前記温度に関する第１信号に基づいて前記温度調節器を制御する温度コントローラとをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体成分測定装置。

【請求項5】

前記生体サンプルを前記生体サンプル載置面に向けて押圧する押圧部と、
前記押圧部が前記生体サンプルを押圧する圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサから出力される前記圧力に関する第２信号に基づいて前記押圧部を制御する圧力コントローラとをさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体成分測定装置。

【請求項6】

前記プローブ光の進行方向における前記生体サンプルの位置を規定する位置決め部材をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体成分測定装置。

【請求項7】

前記プローブ光は前記生体サンプル載置面で内部全反射される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の生体成分測定装置。

【請求項8】

前記プローブ光は、前記生体サンプル載置面で内部全反射されることなく、前記生体サンプル載置面に沿って進む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の生体成分測定装置。

【請求項9】

前記光位置検出器に接続されている生体成分取得部をさらに備え、
前記光位置検出器は、前記第１位置と前記第２位置とを前記生体成分取得部に出力し、
前記生体成分取得部は、前記第１位置と前記第２位置との間の距離である前記プローブ光の変位量を算出し、前記変位量から前記生体サンプル中のまたは前記生体サンプルの表面上の前記成分の量または濃度を得る、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の生体成分測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、生体成分測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特表２０１７−５１９２１４号公報（特許文献１）は、光学媒質と、赤外光源と、プローブ光源と、フォトダイオードとを備える非侵襲分析システムを開示している。具体的には、光学媒質の表面に生体サンプルが配置される。赤外光源は、赤外光を放射する。赤外光は、光学媒質を通って、生体サンプルに照射される。赤外光は生体サンプルに吸収されて、生体サンプルが発熱する。生体サンプルの吸収熱の程度は、サンプル中のまたはサンプルの表面上の生体成分の量または濃度に依存する。

【0003】

プローブ光源は、可視光であるプローブ光を光学媒質に向けて放射する。プローブ光は、光学媒質と生体サンプルとの間の界面で内部全反射されて、光学媒質から出射する。生体サンプルの吸収熱は、光学媒質に伝わって、光学媒質の屈折率を変化させる。光学媒質の屈折率の変化は、光学媒質と生体サンプルとの間の界面におけるプローブ光の内部全反射に影響を与え、光学媒質から出射されるプローブ光の進行方向を変化させる。フォトダイオードは、プローブ光の進行方向の変化を検出する。フォトダイオードで検出されたプローブ光の進行方向の変化から、生体成分の量または濃度を測定する。例えば、サンプルが患者の皮膚である場合、生体成分として患者の血糖値が測定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１７−５１９２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に開示された非侵襲分析システムでは、光学媒質は硫化亜鉛（ＺｎＳ）で形成されている。硫化亜鉛（ＺｎＳ）は、２７．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い熱伝導率を有している。生体サンプルの吸収熱は、光学媒質に伝わって、光学媒質中を急速に拡がる。そのため、プローブ光の光路上にある光学媒質の部分の屈折率の変化が小さくなる。生体成分を高い精度で測定することができない。本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、向上された精度で生体成分を測定することができる生体成分測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第一局面の生体成分測定装置は、光学媒質と、励起光源と、プローブ光源と、光位置検出器とを備える。光学媒質は、サンプル載置面を含む。励起光源は、サンプル載置面上に載置されるサンプルに向けて光学媒質中を進む励起光を放射する。プローブ光源は、光学媒質中を進むプローブ光を放射する。光位置検出器は、光学媒質から出射されるプローブ光の位置を検出する。サンプル載置面の平面視において、光学媒質中におけるプローブ光の光路は、サンプル載置面のうち励起光によって照射される部分と重なっている。光学媒質は、カルコゲナイドガラスで形成されている。

【0007】

本開示の第二局面の生体成分測定装置は、光学媒質と、励起光源と、プローブ光源と、光位置検出器とを備える。光学媒質は、サンプル載置面を含む。励起光源は、サンプル載置面上に載置されるサンプルに向けて光学媒質中を進む励起光を放射する。プローブ光源は、光学媒質中を進むプローブ光を放射する。光位置検出器は、光学媒質から出射されるプローブ光の位置を検出する。サンプル載置面の平面視において、光学媒質中におけるプローブ光の光路は、サンプル載置面のうち励起光によって照射される部分と重なっている。光学媒質は、１５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有する材料で形成されている。

【発明の効果】

【0008】

本開示の第一局面の生体成分測定装置では、光学媒質は、カルコゲナイドガラスで形成されている。本開示の第二局面の生体成分測定装置では、光学媒質は、１５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有する材料で形成されている。本開示の第一局面及び第二局面の生体成分測定装置では、光学媒質を形成する材料の熱伝導率は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）の熱伝導率（２７．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい。そのため、サンプルの吸収熱が伝導して光学媒質中に形成される屈折率勾配領域における屈折率の変化が大きくなる。本開示の第一局面及び第二局面の生体成分測定装置は、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１の生体成分測定装置の概略図である。

【図2】実施の形態１の生体成分測定方法のフローチャートを示す図である。

【図3】実施の形態１の変形例の生体成分測定装置の概略図である。

【図4】実施の形態２の生体成分測定装置の概略図である。

【図5】実施の形態３の生体成分測定装置の概略図である。

【図6】実施の形態４の生体成分測定装置の概略図である。

【図7】実施の形態５の生体成分測定装置の概略図である。

【図8】実施の形態５の生体成分測定装置の押圧部の制御ブロック図である。

【図9】実施の形態６の生体成分測定装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

【0011】

実施の形態１．
図１を参照して、実施の形態１の生体成分測定装置１を説明する。生体成分測定装置１は、光学媒質１０と、励起光源１６と、プローブ光源２０と、光位置検出器２５と、生体成分取得部２７とを主に備える。

【0012】

光学媒質１０は、第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２と、第１面１１と第２面１２とを接続する第３面１３と、第１面１１と第２面１２とを接続しかつ第３面１３とは反対側の第４面１４とを含む。光学媒質１０の第１面１１は、励起光源１６から放射される励起光１７の入射面である。第２面１２は、サンプル載置面である。サンプル５は、第２面１２上に載置され、第２面１２と接触している。サンプル５は、例えば、患者の皮膚または体液などである。被測定物質が液体である場合、サンプル５は、透明なサンプルホルダに収容されている液体である。第３面１３は、プローブ光源２０から放射されるプローブ光２１の入射面である。第３面１３の法線方向は、プローブ光２１の入射方向に対して傾いている。第４面１４は、プローブ光２１の出射面である。第４面１４は、プローブ光２１の出射方向に対して傾いている。光学媒質１０は、例えば、内部全反射プリズム（ＴＩＲプリズム）であってもよい。

【0013】

光学媒質１０は、励起光１７に対して透明である。本明細書において、光学媒質１０が励起光１７に対して透明であることは、励起光１７に対する光学媒質１０の光透過率が２５％以上であることを意味する。励起光１７に対する光学媒質１０の光透過率は、５０％以上であってもよく、７５％以上であってもよく、９０％以上であってもよい。光学媒質１０は、プローブ光２１に対して透明である。本明細書において、光学媒質１０がプローブ光２１に対して透明であることは、プローブ光２１に対する光学媒質１０の光透過率が２５％以上であることを意味する。プローブ光２１に対する光学媒質１０の光透過率は、５０％以上であってもよく、７５％以上であってもよく、９０％以上であってもよい。

【0014】

光学媒質１０は、１５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有する材料で形成されている。光学媒質１０を形成する材料の熱伝導率は、１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよく、５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよく、３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよく、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよく、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよい。光学媒質１０の材料の熱伝導率は、サンプル５の熱伝導率の０．５倍以上である。光学媒質１０の材料の熱伝導率は、サンプル５の熱伝導率の０．７５倍以上であってもよく、サンプル５の熱伝導率以上であってもよく、サンプル５の熱伝導率の１．５倍以上であってもよく、サンプル５の熱伝導率の２．０倍以上であってもよい。

【0015】

光学媒質１０は、カルコゲナイドガラスで形成されている。カルコゲナイドガラスは、例えば、２モル％以上２２モル％以下のゲルマニウム（Ｇｅ）と、６モル％以上３４モル％以下のアンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素と、１モル％以上２０モル％以下のスズ（Ｓｎ）と、５８モル％以上７０モル％以下の硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素とを含有する。このカルコゲナイドガラスの熱伝導率は、０．３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

【0016】

励起光源１６は、サンプル載置面（第２面１２）上に載置されるサンプル５に向けて励起光１７を放射する。励起光１７は、励起光源１６から放射されて、第１面１１から光学媒質１０に入射する。励起光１７は、光学媒質１０中を進む。励起光１７は、第２面１２からサンプル５に入射する。励起光１７は、サンプル５中のまたはサンプル５の表面６上の生体成分に吸収される。例えば、生体成分測定装置１を用いて患者の血糖値を得る場合、生体成分は、表皮中の組織間質液中に存在している糖である。生体成分による励起光１７の吸収によって、サンプル５で吸収熱が発生する。サンプル５の吸収熱は、光学媒質１０に伝導する。光学媒質１０の内部に温度勾配領域が生じて、光学媒質１０内部に屈折率勾配領域１８が生じる。

【0017】

励起光１７の波長は、サンプル５中のまたはサンプル５の表面６上の生体成分の吸収波長に応じて定められる。励起光１７の波長は、プローブ光２１の波長よりも長くてもよい。励起光１７の波長は、例えば、６．０μｍ以上である。励起光１７の波長は、８．０μｍ以上であってもよい。励起光１７の波長は、例えば、１３．０μｍ以下である。励起光１７の波長は、１１．０μｍ以下であってもよい。励起光１７は、複数の波長を有する光であってもよい。例えば、生体成分測定装置１を用いて患者の血糖値を測定する場合、励起光１７の波長範囲は、糖の指紋スペクトルの波長を含む波長範囲（例えば、８．５μｍ以上１０μｍ以下の波長範囲）である。励起光源１６は、例えば、広帯域の赤外光を放射し得る量子カスケードレーザである。サンプル５中のまたはサンプル５の表面６上の生体成分に吸収されない参照光が、励起光１７とともにサンプル５に照射されてもよい。

【0018】

プローブ光源２０は、プローブ光２１を放射する。プローブ光２１は、光学媒質１０の第３面１３から光学媒質１０に入射する。プローブ光２１は、第３面１３で屈折されて、光学媒質１０（第２面１２）とサンプル５との間の界面に向けて、光学媒質１０中を進む。サンプル載置面（第２面１２）の平面視において、光学媒質１０中におけるプローブ光２１の光路は、サンプル載置面（第２面１２）のうち励起光１７によって照射される部分と重なっている。プローブ光２１は、光学媒質１０（第２面１２）とサンプル５との間の界面で内部全反射される。プローブ光２１が光学媒質１０中を進む間、プローブ光２１は、サンプル５の吸収熱により光学媒質１０内に生じた屈折率勾配領域１８中を進む。プローブ光２１は、屈折率勾配領域１８で屈折されて、プローブ光２１の進行方向が変わる。プローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ、第２出射プローブ光２１ｂ）は、光学媒質１０の第４面１４から出射される。

【0019】

プローブ光２１の波長は、例えば、１１００ｎｍ以上である。プローブ光２１の波長は、１３００ｎｍ以上であってもよい。プローブ光２１の波長は、例えば、１７００ｎｍ以下である。そのため、プローブ光２１の光源として、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザまたはＩｎＧａＮＡｓ系半導体レーザのような安価な光通信用半導体レーザを用いることができる。さらに、プローブ光２１は可視光ではないため、プローブ光２１が人の眼に損傷を与えるリスクが低減され得る。プローブ光２１の出力は、例えば、５ｍＷ以下である。そのため、プローブ光２１が人の眼に損傷を与えるリスクが低減され得る。

【0020】

光位置検出器２５は、光学媒質１０から出射されるプローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ、第２出射プローブ光２１ｂ）の位置を検出する。光位置検出器２５は、励起光１７がサンプル５に照射されていない時におけるプローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の第１位置２２ａを検出する。プローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の第１位置２２ａは、励起光１７をサンプル５に照射していない時に光位置検出器２５で検出されるプローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の位置である。光位置検出器２５は、励起光１７がサンプル５に照射されている時におけるプローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の第２位置２２ｂを検出する。プローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の第２位置２２ｂは、励起光１７をサンプル５に照射している時に、光位置検出器２５で検出されるプローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の位置である。励起光１７をサンプル５に照射することによって、光位置検出器２５で検出されるプローブ光２１の位置は、第１位置２２ａから第２位置２２ｂに変位する。

【0021】

光位置検出器２５は、プローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の第１位置２２ａとプローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の第２位置２２ｂとを、生体成分取得部２７に出力する。光位置検出器２５は、例えば、フォトダイオードまたは半導体位置検出素子である。

【0022】

生体成分取得部２７は、光位置検出器２５に接続されている。生体成分取得部２７は、第１位置２２ａと第２位置２２ｂとの間の距離であるプローブ光２１の変位量δを算出し、プローブ光２１の変位量δから、サンプル５中のまたはサンプル５の表面６上の生体成分の量または濃度を得る。生体成分取得部２７は、例えば、演算処理装置で実行される機能の一つである。

【0023】

図２を参照して、生体成分測定装置１を用いた本実施の形態の生体成分測定方法を説明する。

【0024】

本実施の形態の生体成分測定方法は、励起光１７をサンプル５に照射しないで、光位置検出器２５を用いて、プローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の第１位置２２ａを検出することを備える（Ｓ１）。励起光１７がサンプル５に照射されていないため、サンプル５で吸収熱は発生しない。光学媒質１０の内部に温度勾配領域が生じず、光学媒質１０の内部に屈折率勾配領域１８も生じない。励起光１７をサンプル５に照射していない時、プローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）が光学媒質１０から出射する。プローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の第１位置２２ａは、光位置検出器２５で検出されるプローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の位置である。

【0025】

本実施の形態の生体成分測定方法は、励起光１７をサンプル５に照射しながら、光位置検出器２５を用いて、プローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の第２位置２２ｂを検出することを備える（Ｓ２）。励起光１７がサンプル５に照射されているため、励起光１７は、サンプル５中のまたはサンプル５の表面６上の生体成分に吸収される。生体成分による励起光１７の吸収によって、サンプル５で吸収熱が発生する。サンプル５の吸収熱は、光学媒質１０に伝導する。光学媒質１０の内部に温度勾配領域が生じて、光学媒質１０の内部に屈折率勾配領域１８が生じる。プローブ光２１は、屈折率勾配領域１８で屈折されて、プローブ光２１の進行方向が変わる。励起光１７をサンプル５に照射している時、プローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）が光学媒質１０から出射する。プローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の第２位置２２ｂは、光位置検出器２５で検出されるプローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の位置である。励起光１７をサンプル５に照射することによって、光位置検出器２５で検出されるプローブ光２１の位置は、第１位置２２ａから第２位置２２ｂに変位する。

【0026】

本実施の形態の生体成分測定方法は、プローブ光２１の変位量δを算出することを備える（Ｓ３）。具体的には、生体成分取得部２７は、第１位置２２ａと第２位置２２ｂとの間の距離を算出して、プローブ光２１の変位量δを得る。

【0027】

本実施の形態の生体成分測定方法は、プローブ光２１の変位量δから、サンプル５中のまたはサンプル５の表面６上の生体成分の量または濃度を得ることを備える（Ｓ４）。例えば、生体成分取得部２７は、メモリ（図示せず）に接続されている。メモリは、生体成分の種類と、プローブ光２１の変位量δと、生体成分の量または濃度とが対応づけられているデータテーブルを格納している。生体成分取得部２７は、データテーブルを参照して、生体成分の種類とプローブ光２１の変位量δとに対応する生体成分の量または濃度を得る。

【0028】

図３を参照して、本実施の形態の第１変形例の生体成分測定装置１ａを説明する。本実施の形態の第１変形例では、光学媒質１０の第３面１３の法線方向は、プローブ光２１の入射方向に平行である。第４面１４は、第３面１３に平行である。プローブ光２１は、サンプル載置面（第２面１２）で内部全反射されることなく、サンプル載置面（第２面１２）に沿って進む。生体成分測定装置１ａを用いた生体成分測定方法は、生体成分測定装置１を用いた生体成分測定方法と同様である。本実施の形態の第２変形例では、プローブ光２１がサンプル載置面（第２面１２）とサンプル５との間の界面で複数回内部全反射されてもよい。

【0029】

本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａの効果を説明する。
本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、光学媒質１０と、励起光源１６と、プローブ光源２０と、光位置検出器２５とを備える。光学媒質１０は、サンプル載置面（第２面１２）を含む。励起光源１６は、サンプル載置面（第２面１２）上に載置されるサンプル５に向けて光学媒質１０中を進む励起光１７を放射する。プローブ光源２０は、光学媒質１０中を進むプローブ光２１を放射する。光位置検出器２５は、光学媒質１０から出射されるプローブ光２１の位置を検出する。サンプル載置面（第２面１２）の平面視において、光学媒質１０中におけるプローブ光２１の光路は、サンプル載置面（第２面１２）のうち励起光１７によって照射される部分と重なっている。光学媒質１０は、カルコゲナイドガラスで形成されている。

【0030】

カルコゲナイドガラスの熱伝導率は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）の熱伝導率（２７．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい。そのため、サンプル５の吸収熱が伝導して光学媒質１０中に形成される屈折率勾配領域１８における屈折率の変化が大きくなる。本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0031】

本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａでは、プローブ光２１の波長は、１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下である。そのため、プローブ光２１が人の眼に損傷を与えるリスクが低減され得る。また、プローブ光源２０として安価な光通信用半導体レーザが利用可能であるため、生体成分測定装置１，１ａのコストが低減され得る。

【0032】

本実施の形態の生体成分測定装置１では、プローブ光２１はサンプル載置面（第２面１２）で内部全反射される。そのため、プローブ光２１が屈折率勾配領域１８を通る距離を長くすることができる。本実施の形態の生体成分測定装置１は、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0033】

本実施の形態の生体成分測定装置１ａでは、プローブ光２１は、サンプル載置面（第２面１２）で内部全反射されることなく、サンプル載置面（第２面１２）に沿って進む。そのため、本実施の形態の生体成分測定装置１ａは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0034】

本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、光位置検出器２５に接続されている生体成分取得部２７をさらに備える。光位置検出器２５は、励起光１７がサンプル５に照射されていない時におけるプローブ光２１（第１出射プローブ光２１ａ）の第１位置２２ａと、励起光１７がサンプル５に照射されている時におけるプローブ光２１（第２出射プローブ光２１ｂ）の第２位置２２ｂとを、生体成分取得部２７に出力する。生体成分取得部２７は、第１位置２２ａと第２位置２２ｂとの間の距離であるプローブ光２１の変位量δを算出し、プローブ光２１の変位量δからサンプル５中のまたはサンプル５の表面６上の生体成分の量または濃度を得る。そのため、本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0035】

本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、光学媒質１０と、励起光源１６と、プローブ光源２０と、光位置検出器２５とを備える。光学媒質１０は、サンプル載置面（第２面１２）を含む。励起光源１６は、サンプル載置面（第２面１２）上に載置されるサンプル５に向けて光学媒質１０中を進む励起光１７を放射する。プローブ光源２０は、光学媒質１０中を進むプローブ光２１を放射する。光位置検出器２５は、光学媒質１０から出射されるプローブ光２１の位置を検出する。サンプル載置面（第２面１２）の平面視において、光学媒質１０中におけるプローブ光２１の光路は、サンプル載置面（第２面１２）のうち励起光１７によって照射される部分と重なっている。光学媒質１０は、１５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有する材料で形成されている。

【0036】

そのため、光学媒質１０の材料の熱伝導率は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）の熱伝導率（２７．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい。サンプル５の吸収熱が伝導して光学媒質１０中に形成される屈折率勾配領域１８における屈折率の変化が大きくなる。本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0037】

本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａでは、光学媒質１０の材料の熱伝導率は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。そのため、光学媒質１０の材料の熱伝導率は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）の熱伝導率（２７．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい。サンプル５の吸収熱が伝導して光学媒質１０中に形成される屈折率勾配領域１８における屈折率の変化が大きくなる。本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0038】

本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａでは、光学媒質１０の材料の熱伝導率は、サンプル５の熱伝導率の０．５倍以上である。そのため、サンプル５で発生した吸収熱の多くがサンプル５に散逸することが防止されて、この吸収熱は光学媒質１０に伝導する。本実施の形態の生体成分測定装置１，１ａは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0039】

実施の形態２．
図４を参照して、実施の形態２の生体成分測定装置１ｂを説明する。本実施の形態の生体成分測定装置１ｂは、実施の形態１の生体成分測定装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。

【0040】

生体成分測定装置１ｂは、光チョッパー３０と、ロックインアンプ３１とをさらに備える。光チョッパー３０は、励起光１７の光路中に配置される。光チョッパー３０は励起光１７を任意の周波数でチョッピングする。ロックインアンプ３１は、光チョッパー３０と光位置検出器２５とに接続されている。ロックインアンプ３１は、光位置検出器２５から出力されるプローブ光２１の位置に関する信号のうち、光チョッパー３０のチョッピング周波数に同期する信号を選択的に増幅する。そのため、光位置検出器２５から出力されるプローブ光２１の位置に関する信号に含まれるノイズが除去され得る。生体成分測定装置１ｂは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0041】

実施の形態３．
図５を参照して、実施の形態３の生体成分測定装置１ｃを説明する。本実施の形態の生体成分測定装置１ｃは、実施の形態１の生体成分測定装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。

【0042】

生体成分測定装置１ｃは、温度センサ３５をさらに備える。生体成分測定装置１ｃは、ディスプレイ３６をさらに備えてもよい。温度センサ３５は、例えば、光学媒質１０のうち、サンプル５と励起光１７とプローブ光２１とから離れた部分上に取り付けられている。特定的には、温度センサ３５は、光学媒質１０のサンプル載置面（第２面１２）のうち、サンプル５と励起光１７とプローブ光２１とから離れた部分上に取り付けられている。温度センサ３５は、光学媒質１０の温度を測定する。温度センサ３５は、光学媒質１０の温度に関する第１信号を、ディスプレイ３６に出力する。温度センサ３５は、例えば、サーミスタである。ディスプレイ３６は、光学媒質１０の温度または単位時間当たりの光学媒質１０の温度の変動幅を表示する。ディスプレイ３６は、例えば、液晶表示装置などである。

【0043】

光学媒質１０の第１温度とサンプル５の第２温度との間に差があると、光学媒質１０とサンプル５との間で熱の移動が発生する。この熱の移動は、光学媒質１０の内部に生じる屈折率勾配領域１８に影響を与え、生体成分を正確に測定することを困難にする。光学媒質１０は、カルコゲナイドガラスのような低い熱伝導率を有する材料で形成されているため、単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅が許容温度変動幅（例えば０．１℃／分）より大きい状態（熱非平衡状態）から、単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅が許容温度変動幅（例えば０．１℃／分）以下の状態（熱非平衡状態）に達するまで、より長い時間がかかる。

【0044】

生体成分測定装置１ｃでは、温度センサ３５を用いて、単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅、すなわち、光学媒質１０とサンプル５との間の熱の移動の程度が分かる。光学媒質１０のサンプル載置面（第２面１２）にサンプル５を載置した後、温度センサ３５で測定される単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅が許容温度変動幅（例えば０．１℃／分）より大きい間（熱非平衡状態）は、生体成分測定装置１ｃを用いた生体成分の測定を行わない。光学媒質１０のサンプル載置面（第２面１２）にサンプル５を載置した後、単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅が許容温度変動幅（例えば０．１℃／分）以下（熱平衡状態）となると、生体成分測定装置１ｃを用いて生体成分の測定を開始する。

【0045】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｃは、実施の形態１の生体成分測定装置１の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。

【0046】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｃは、光学媒質１０の温度を測定する温度センサ３５をさらに備える。そのため、温度センサ３５を用いて、光学媒質１０とサンプル５との間の熱の移動に起因する光学媒質１０の温度の変動を測定することができる。光学媒質１０は、カルコゲナイドガラスのような低い熱伝導率を有する材料で形成されていても、光学媒質１０とサンプル５との間の熱の移動に起因する悪影響がなく生体成分を測定することができるタイミングが正確に分かる。本実施の形態の生体成分測定装置１ｃは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0047】

実施の形態４．
図６を参照して、実施の形態４の生体成分測定装置１ｄを説明する。本実施の形態の生体成分測定装置１ｄは、実施の形態３の生体成分測定装置１ｃと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。

【0048】

生体成分測定装置１ｄは、温度調節器３７と、温度コントローラ３８とをさらに備える。温度調節器３７は、例えば、光学媒質１０のうち、サンプル５と励起光１７とプローブ光２１とから離れた部分上に取り付けられている。特定的には、温度調節器３７は、光学媒質１０のサンプル載置面（第２面１２）のうち、サンプル５と励起光１７とプローブ光２１とから離れた部分上に取り付けられている。温度調節器３７は、光学媒質１０の温度を調整する。温度調節器３７は、例えば、ペルチェ素子または電熱線である。温度センサ３５は、光学媒質１０の温度に関する第１信号を、温度コントローラ３８にも出力する。

【0049】

温度コントローラ３８は、温度センサ３５と温度調節器３７とに接続されている。温度コントローラ３８は、温度センサ３５から出力される光学媒質１０の温度に関する第１信号に基づいて温度調節器３７を制御する。具体的には、温度センサ３５で測定される単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅が許容温度変動幅（例えば０．１℃／分）以下となるように、温度調節器３７を制御する。例えば、光学媒質１０の第１温度がサンプル５の第２温度よりも低く、かつ、単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅が許容温度変動幅より大きい場合には、温度調節器３７が光学媒質１０を加熱するように、温度コントローラ３８は温度調節器３７を制御する。光学媒質１０の第１温度がサンプル５の第２温度よりも高く、かつ、単位時間当たりの光学媒質１０の第１温度の変動幅が許容温度変動幅より大きい場合には、温度調節器３７が光学媒質１０を冷却するように、温度コントローラ３８は温度調節器３７を制御する。

【0050】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｄは、実施の形態３の生体成分測定装置１ｃの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。

【0051】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｄは、光学媒質１０の温度を調整する温度調節器３７と、温度コントローラ３８とをさらに備える。温度コントローラ３８は、温度センサ３５から出力される光学媒質１０の温度に関する第１信号に基づいて温度調節器３７を制御する。そのため、光学媒質１０は、カルコゲナイドガラスのような低い熱伝導率を有する材料で形成されていても、光学媒質１０のサンプル載置面（第２面１２）にサンプル５を載置してから、光学媒質１０とサンプル５との間の熱の移動が実質的になくなって生体成分を測定可能になるまでの時間が短縮され得る。生体成分測定装置１ｄは、向上された精度でかつより短時間で生体成分を測定することを可能にする。

【0052】

実施の形態５．
図７及び図８を参照して、実施の形態５の生体成分測定装置１ｅを説明する。本実施の形態の生体成分測定装置１ｅは、実施の形態１の生体成分測定装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。

【0053】

生体成分測定装置１ｅは、プローブ光２１の進行方向（図７の左右方向）におけるサンプル５の位置を規定する位置決め部材４０をさらに備える。位置決め部材４０は、一対の挟持部材４１と、一対の挟持部材４１を互いに連結する連結部材４２とを含む。一対の挟持部材４１の各々は、底板４１ａと、底板４１ａからサンプル載置面（第２面１２）の法線方向に沿って延在する壁４１ｂとを含む。底板４１ａは、サンプル載置面（第２面１２）に面接触する。壁４１ｂは、サンプル５の側面に接触する。一対の挟持部材４１の一対の壁４１ｂは、プローブ光２１の進行方向において、サンプル５を挟持する。

【0054】

生体成分測定装置１ｅは、押圧部４４と、圧力センサ４８と、圧力コントローラ４９とをさらに備える。押圧部４４は、サンプル５をサンプル載置面（第２面１２）に向けて押圧する。押圧部４４は、例えば、押圧板４５と、押圧板４５をサンプル載置面（第２面１２）の法線方向に沿って移動させるボールねじ４６と、ボールねじ４６を回転させるモータ４７とを含む。本実施の形態の変形例では、押圧板４５は、ばねのような弾性部材を用いてサンプル５に向けて付勢されてもよい。

【0055】

圧力センサ４８は、押圧部４４に設けられている。特定的には、圧力センサ４８は、押圧板４５に設けられている。圧力センサ４８は、押圧部４４がサンプル５を押圧する圧力を測定する。圧力センサ４８は、押圧部４４がサンプル５を押圧する圧力に関する第２信号を、圧力コントローラ４９に出力する。圧力センサ４８は、例えば、ゲージ式圧力センサまたは静電容量型圧力センサである。

【0056】

図８に示されるように、圧力コントローラ４９は、押圧部４４（例えば、モータ４７）と圧力センサ４８とに接続されている。圧力コントローラ４９は、圧力センサ４８から出力される圧力に関する第２信号に基づいて押圧部４４を制御する。例えば、サンプル５に印加されかつ圧力センサ４８で測定される圧力が基準圧力となるように、押圧部４４（モータ４７）を制御する。具体的には、サンプル５に印加される圧力が基準圧力よりも低い場合には、サンプル５に印加される圧力が基準圧力に等しくなるように、圧力コントローラ４９は、押圧板４５をサンプル載置面（第２面１２）に向けて移動させる。サンプル５に印加される圧力が基準圧力よりも高い場合には、サンプル５に印加される圧力が基準圧力に等しくなるように、圧力コントローラ４９は、押圧板４５をサンプル載置面（第２面１２）から離れるように移動させる。

【0057】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｅは、実施の形態１の生体成分測定装置１の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。

【0058】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｅは、押圧部４４と、圧力センサ４８と、圧力コントローラ４９とをさらに備える。押圧部４４は、サンプル５をサンプル載置面（第２面１２）に向けて押圧する。圧力センサ４８は、押圧部４４がサンプル５を押圧する圧力を測定する。圧力コントローラ４９は、圧力センサ４８から出力される圧力に関する第２信号に基づいて押圧部４４を制御する。そのため、光学媒質１０へのサンプル５の接触圧を一定にすることができる。サンプル５の吸収熱の光学媒質１０への伝導が安定化される。生体成分測定装置１ｅは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0059】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｅは、プローブ光２１の進行方向におけるサンプル５の位置を規定する位置決め部材４０をさらに備える。そのため、サンプル５が患者の指のような可動サンプルであっても、プローブ光２１の進行方向において、励起光１７及びプローブ光２１に対してサンプル５を位置決めすることができる。生体成分測定装置１ｅは、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0060】

実施の形態６．
図９を参照して、実施の形態６の生体成分測定装置１ｆを説明する。本実施の形態の生体成分測定装置１ｆは、実施の形態１の生体成分測定装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。生体成分測定装置１ｆは、光強度検出器５１と、光源コントローラ５２とをさらに備える。生体成分測定装置１ｆは、光ビームスプリッタ５０をさらに備えてもよい。

【0061】

光強度検出器５１は、励起光源１６から放射される励起光１７の強度を検出する。光強度検出器５１は、例えば、フォトダイオードである。具体的には、励起光１７の光路に、光ビームスプリッタ５０が配置されている。光ビームスプリッタ５０は、例えば、プレート型光ビームスプリッタ、プリズム型光ビームスプリッタまたは光ファイバ型光ビームスプリッタである。光ビームスプリッタ５０は、励起光１７の一部を、光強度検出器５１に向ける。例えば、光ビームスプリッタ５０は、励起光１７の一部を反射して、光強度検出器５１に向ける。光強度検出器５１は、励起光１７の一部の光強度を検出する。光強度検出器５１は、励起光１７の強度に関する信号を出力する。

【0062】

光源コントローラ５２は、励起光源１６に接続されている。光源コントローラ５２は、励起光源１６を制御する。例えば、光源コントローラ５２は、励起光源１６に注入する電流を制御して、励起光源１６から放射される励起光１７の強度を制御する。光源コントローラ５２は、光強度検出器５１に接続されている。光源コントローラ５２は、光強度検出器５１から、励起光１７の強度に関する信号を受信する。励起光源１６から放射される励起光１７の強度が一定になるように、光源コントローラ５２は、光強度検出器５１によって検出された励起光１７の強度に関する信号に基づいて励起光源１６を制御する。

【0063】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｆは、実施の形態１の生体成分測定装置１の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。

【0064】

本実施の形態の生体成分測定装置１ｆは、励起光１７の光強度を検出する光強度検出器５１と、光強度検出器５１から出力される励起光１７の強度に関する信号に基づいて励起光源１６を制御する光源コントローラ５２とをさらに備える。

【0065】

励起光源１６を長時間にわたって動作させている間に、励起光源１６から放射される励起光１７の光強度が低下することがある。励起光１７の光強度が低下すると、生体成分の測定精度が低下する。しかし、本実施の形態では、光源コントローラ５２は、光強度検出器５１から出力される励起光１７の強度に関する信号に基づいて励起光源１６を制御する。そのため、励起光源１６から放射される励起光１７の光強度を長時間にわたって維持することができる。生体成分測定装置１ｆは、長時間にわたって、向上された精度で生体成分を測定することを可能にする。

【0066】

今回開示された実施の形態１−６はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１−６の少なくとも２つを組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１の変形例に、実施の形態２−５を組み合わせてもよい。実施の形態２−５の各々に、実施の形態６を組み合わせてもよい。本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

【符号の説明】

【0067】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 生体成分測定装置、５ サンプル、６ 表面、１０ 光学媒質、１１ 第１面、１２ 第２面、１３ 第３面、１４ 第４面、１６ 励起光源、１７ 励起光、１８ 屈折率勾配領域、２０ プローブ光源、２１ プローブ光、２１ａ 第１出射プローブ光、２１ｂ 第２出射プローブ光、２２ａ 第１位置、２２ｂ 第２位置、２５ 光位置検出器、２７ 生体成分取得部、３０ 光チョッパー、３１ ロックインアンプ、３５ 温度センサ、３６ ディスプレイ、３７ 温度調節器、３８ 温度コントローラ、４０ 位置決め部材、４１ 挟持部材、４１ａ 底板、４１ｂ 壁、４２ 連結部材、４４ 押圧部、４５ 押圧板、４６ ボールねじ、４７ モータ、４８ 圧力センサ、４９ 圧力コントローラ、５０ 光ビームスプリッタ、５１ 光強度検出器５１、５２ 光源コントローラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】