JPH09281102A

JPH09281102A - 尿分析装置

Info

Publication number: JPH09281102A
Application number: JP12621096A
Authority: JP
Inventors: Takanori Matsuno; 孝則松野
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】既存のトイレットに容易に取付けて高精度／低
コストにて尿中の成分が分析可能な尿分析装置を提供す
ること。【解決手段】便器に取付可能な支持体と、便器の横断方
向に延長しリム側部の上面から上方に離間した水平な回
転軸線を中心として揺動可能に前記支持体に支持された
揺動アームと、前記揺動アームの自由端に担持された採
尿容器と、便器リムの内側に近接する休止位置と便鉢空
間内に位置する採尿位置との間で前記採尿容器を移動さ
せるべく前記揺動アームを揺動させる駆動手段とを備え
た採尿手段と、前記採尿手段で収集された尿に含まれる
所定の成分を表面プラズモン共鳴現象を利用して分析す
るバイオセンサとを備えることにより、尿分析装置の提
供を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、尿分析に当たり住
宅やオフィスその他のトイレットにおいて個人が排泄し
た尿をその場でサンプリングし尿中に含まれる所定の成
分を分析する尿分折装置に関する。より詳しくは、本発
明は、既存のトイレットに容易に取付けて表面プラズモ
ン共鳴現象を利用して尿中の成分の分析が可能な尿分析
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人々の長寿高齢化に伴い、健康管理に関
する個人の関心が高まっている。特に近年では疾病の早
期発見と疾病治療中或いは治療後の健康管理を目的とし
た自己健康チェックが重要なテーマとなっている。尿は
個人の健康状態に関する重要な情報源であり、尿糖、尿
蛋白、ウロビリノーゲン、潜血、その他の尿成分を定量
分折することにより、糖尿病のようなすい臓障害や肝臓
障害や腎臓障害その他の機能障害を非侵襲方式で検査す
ることができる。そこで、家庭や職場その他のトイレッ
トを利用して尿のサンプリングと分折を行い個人の健康
チェックを支援することの可能な種々の装置が提案され
ている。

【０００３】従来技術においては、便器のボウル面に採
尿部を形成し、ボウル面に排泄された尿を採尿部に集め
てサンプリングすることが提案されている（例えば、特
開昭５９−２１７８４４号、特開昭６３−１８４０５７
号、特開昭６３−２９０９６１号および特開平１−１７
８８６６号）。採取された尿サンプルは、液体クロマト
グラフ法、試験紙法、或いは吸光光度法により分析され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、便器の
ボウル面を利用したこの採尿方式には、便器に排泄され
た尿を容易に採取できるという利点があるが、ボウル面
に採尿部が形成された特製の便器を必要とするという難
点がある。

【０００５】一方、分折方法としては、液体クロマトグ
ラフ法では装置の小型化、低コスト化が難しく、試験紙
法では測定精度が低く、吸光光度法に至っては高価な試
薬を必要とするなどの難点がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、既存のトイレッ
トに容易に取付けて高精度／低コストにて尿中の成分が
分析可能な尿分析装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項１記載の尿分折装置の採用した手段は、便器
に取付可能な支持体と、便器の横断方向に延長しリム側
部の上面から上方に離間した水平な回転軸線を中心とし
て揺動可能に前記支持体に支持された揺動アームと、前
記揺動アームの自由端に担持された採尿容器と、便器リ
ムの内側に近接する休止位置と便鉢空間内に位置する採
尿位置との間で前記採尿容器を移動させるべく前記揺動
アームを揺動させる駆動手段とを備えた採尿手段と、前
記採尿手段で収集された尿に含まれる所定の成分を表面
プラズモン共鳴現象を利用して分析するバイオセンサと
を備えることにより、既存の便器に取付が可能で高精度
／低コストにて尿中の成分が分析可能な尿分折装置を提
供可能としたものである。

【０００８】請求項２記載の尿分折装置では、前記支持
体の平面視において便器のリムの略前半の輪郭に沿って
湾曲しかつ該略前半を覆う形状に形成し、前記支持体を
便器リムの略前半の上面に載置することにより採尿手段
をリムに取付けるようにしたので、既存の便器を改造す
ることなく取付が可能な尿分折装置を提供可能としたも
のである。

【０００９】請求項３記載の尿分折装置では、前記バイ
オセンサが金属薄膜が設けられた光反射面において幾何
学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過媒体を
有し、該光透過媒体と前記金属薄膜でエバネッセント波
結合を形成する光学系を用いて、前記金属薄膜に接触し
た尿中の測定対象基質を測定するようにしたので、採取
した尿を表面プラズモン共鳴現象を利用して尿中の成分
が分析可能な尿分析装置を提供可能としたものである。

【００１０】請求項４記載の尿分析装置では、前記光学
系は、光源からの光を前記光反射面に集光して照射する
入射光側光学系と、前記光反射面で反射し前記光透過媒
体から外部に出射する反射光を受光し、該反射光の光量
を反射角ごとに検出する出射側光学系と、前記入射光側
光学系又は出射側光学系において光をｐ偏光する偏光手
段と、幾何学的な全反射条件で光を反射する全反射面を
対向させ、全反射面間において光の波動を閉じ込めて光
を伝送する透光性基板とを備え、該透光性基板は、前記
光透過媒体からの前記出射側光学系の光の伝送路を形成
するようにしたので、半球形レンズ等の加工精度の高い
光学デバイスを必要としない簡素な構成で表面プラズモ
ン共鳴現象を利用した高精度／低コストの分析が可能な
尿分析装置を提供可能としたものである。

【００１１】本発明の上記特徴や効果、ならびに、他の
特徴や利点は、以下の実施例の記載に従い明らかにす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図面を参照するに、図１は本発明
の尿分折装置１をトイレットに設置したところを示す。
トイレットは任意の形式の従来型の便器１２を備え、便
器洗浄水は例えばシスターン１４から供給される。図示
した実施例では、便器には従来型のビデ装置（図示せ
ず）を収蔵したハウジング１６が搭載してあり、便座１
８と便蓋２０は周知のやり方でビデ装置のハウジング１
６に軸支してある。

【００１３】しかしビデ装置は省略することができ、そ
の場合には便座と便蓋は一対の便座支柱によって周知の
態様で便器に取付ることができる。便座１８は任意の形
式の従来型のもので、例えば４つの脚部を備え、これら
の脚部によって便器のリム２２の上面に支承されるよう
に設計されている。図１においては、便座１８の脚部の
うち一対の前脚部は参照番号２４で示してあり、一対の
後脚部は参照番号２６で示してある。

【００１４】図２および図３に示したように、採尿手段
１０はリム２２の前半部に取付けるようになった支持体
２８を有する。この支持体２８は採尿容器３０を把持し
た揺動アーム３２（後述）を軸支するためのもので、
耐衝撃樹脂などの射出成形により形成されている。支持
体２８はリム２２の略前半部の輪郭に沿って半円形ない
しＣ字形に湾曲しており、リム２２の略前半部の上面３
４を覆うべくリムに載置される。

【００１５】図３に示したように、支持体２８は便座１
８を使用位置に倒したときに便座１８の下にほぼ隠蔽さ
れるような形状に形成されている。図５から良く分かる
ように、本発明の好ましい実施態様に従い支持体２８は
リム２２の上方に延長する頂壁３６とリムの外側に位置
する外周壁３８とリムの内側に位置する内周壁４０とに
より構成された溝形の断面形状を有する。このような溝
形断面を有するので、支持体２８を安定的にリム２２に
載置することができる。また、リム２２の前部は支持体
２８によって覆われるので、リム前部が尿などで汚損さ
れることがない。

【００１６】支持体の頂壁３６は図３に示したように便
座１８の内側輪郭から便器内側にややはみ出した平面視
三日月形の延長部４２を有する。図４から良く分かるよ
うに、この延長部４２の内周縁からは内周壁４０の更に
内側に位置するやや湾曲した壁４４が垂下している。図
５から最も良く分かるように、内周壁４０と頂壁延長部
４２と湾曲壁４４とにより便器１２の便鉢空間４６に向
かって下方に開口した三日月形の収納洗浄室４８が形成
されている。この収納洗浄室４８は後述するように非使
用時に採尿容器３０と揺動アーム３２を格納しかつ洗浄
するためのものである。

【００１７】支持体２８の頂壁３６のうち側方領域５０
（図２参照）は図４に示したように便座の一対の前脚部
２４を夫々支承する。図５に示したように、好ましくは
これらの側方領域５０の裏面には複数の補強リブ５２が
形成してあり、これらのリブがリム２２の上面３４に当
接するようになっている。従って、便座に着座した使用
者の体重の一部は便座の前脚部２４を介してこれらのリ
ブ５２に伝達され、この荷重はリム２２によって支持さ
れる。また、荷重によって側方領域５０が便座の前脚部
２４とリムとの間に扶持されることにより支持体２８は
しっかりと固定される。

【００１８】しかし、便座の前脚部２４とリムとの間に
側方領域５０とリブ５２が介在することにより便座の後
脚部２６が若干持ち上がり、後脚部２６とリムとの間に
小さな隙間が生じるであろう。そこで、図４に示したよ
うに夫々の後脚部２６にこの隙間を補償する適当な厚さ
の高さ調節用スペーサ５４を装着することにより、後脚
部２６も均等にリムに支持されるようにするのが好まし
い。更に、便座のヒンジ軸とその支持部（図示した実施
例ではハウジング１６）との間にも同様の高さ調節用ス
ペーサを配置するのが好ましい。このようにすれば、便
座に加わる荷重を均等に支持することができる。

【００１９】図２から良く分かるように、支持体の頂壁
３６のうち側方領域５０の前方に位置する弓形の前部領
域５６の平面は側方領域５０の平面よりも隆起させてあ
り、便座１８の外側下縁１８Ａ（図４参照）に近接する
ようになっている。このようにすれば、便座を使用位置
に倒した状態で正面から見た時には、便座と支持体２８
との間の隙間が小さくなり、正面視での見栄えが良くな
る。しかし、頂壁３６の一部をこのように隆起させても
頂壁３６は１つの連続した上面を有するので、尿などで
汚れても極めて容易に清掃することができる。前述した
ように、リム２２の前部は支持体２８によって覆われて
おり、尿で汚損されることがないので、清掃を要しな
い。従って、支持体２８だけを清掃すればよく、これは
極めて容易に行うことができる。

【００２０】市販の便座には多数の種類があり、前脚部
２４の取付位置は種類毎に異なる。そこで、支持体頂壁
３６の側方領域５０には所定の前後方向広がりが確保し
てあり、前脚部２４の取付位置の異なる便座に適合する
ようにしてある。従って、既存の便座がどのような種類
のものであっても、本発明の採尿装置は便座を加工した
り交換したりすることなく簡単に便器に設置することが
できる。

【００２１】図４から良く分かるように、市販の或る種
の便座においては、ビデ装置の使用時にリムと便座との
間の隙間から洗浄水が周囲に飛散するのを防止するた
め、便座の内側下縁１８Ｂは外側下縁１８Ａよりも低く
形成してある。既存の便座がこのような形式の便座であ
っても、便座の内側下縁１８Ｂが支持体２８に干渉しな
いようにするため、図２および図４に示したように、前
部領域５６の内側に位置する領域５８は側方領域５０と
同じレベルに低く形成するのが好ましい。

【００２２】次に採尿機構について説明する。主として
図５から図８を参照するに、揺動アーム３２の中間部分
は湾曲した収納洗浄室４８に収納し得るように湾曲させ
てある。揺動アーム３２は中空に形成してあり、その上
端にはボス６０が形成してある。図７に示したように、
揺動アーム３２のボス６０は支持体２８に回動可能に支
持された中空のスピンドル６２の一端に強固に嵌合して
あり、揺動アーム３２とスピンドルとが一体に回転する
ようになっている。

【００２３】スピンドル６２は便座の前脚部２４と後脚
部２６との間において便器１２に対して横断方向に水平
に延長させてある。図５から良く分かるように、スピン
ドル６２は使用者の荷重を支持するリブ５２よりも後方
に配置してある。また、スピンドル６２の軸線は支持体
頂壁３６の側方領域５０の上面よりも高いレベルに配置
してある。このような配置になっているので、便座に着
座した使用者の荷重によってスピンドル６２が損傷する
ことがない。

【００２４】揺動アーム３２はステッピングモータ６４
のような駆動手段によって回転駆動される。モータ６４
は支持体２８の側方に形成された側方ケース６６内に配
置することができ、その出力軸６８は中空のスピンドル
６２の他端に連結してある。従って、モータ６４を回転
させれば、揺動アーム３２が便鉢空間４６内で揺動せら
れる。

【００２５】図６および図８を参照するに、揺動アーム
３２の下端には採尿容器３０が設けてある。採尿容器３
０は浅い船底形を呈し、その底部に尿溜まり７０が形成
してある。この採尿容器３０は、図６に示したように揺
動アーム３２を下方に揺動させたときには入口開口がほ
ぼ水平な姿勢を取り、図４に示したように水平に揺動さ
せたときにはほぽ垂直な姿勢を取るように揺動アーム３
２に支持されている。従って、尿を効率的に受け取るこ
とができると共に、非使用時には前後方向に狭い収納洗
浄室４８内に容易に収納することができる。

【００２６】更に図８を参照するに、採尿容器３０には
尿溜まり７０の底に向かって開口するＬ字形の採尿管７
２が設けてある。尿溜まり７０に尿が溜まったことを検
知するため、一対の被覆された上部電極７４Ａおよび下
部電極７４Ｂが尿溜まりの中に突出させてある。採尿容
器３０の入口開口はステンレス鋼などからなる金網７６
によって覆われており、採尿容器３０に降り注がれた尿
が反射飛散したり異物が侵入したりするのを防止するよ
うになっている。

【００２７】Ｌ字形採尿管７２は可橈性搬送チューブ７
８に接続され、尿検知電極７４は一対のリード線８０に
夫々接続されている。これらの搬送チューブ７８とリー
ド線８０は揺動アーム３２の中空内部とスピンドル６２
の中空内部を延長し、スピンドル６２に形成された取り
出し窓８２（図７参照）を介して後方に側方ケース６６
内に導かれる。図３および図５に示したように、支持体
２８には収納洗浄室４８に指向した噴射ノズル８４が取
付けてあり、収納洗浄室４８内に圧力水を噴射すること
により使用後に採尿容器３０と揺動アーム３２を洗浄す
るようになっている。噴射ノズル８４には洗浄水供給ホ
ース８６が接続してあり、このホース８６は側方ケース
６６内に配置されたバキュームブレーカ（図示せず）に
接続されている。

【００２８】図２および図３から良く分かるように、支
持体２８の左側方領域５０の外側領域８８は前部領域５
６の平面と同じ高さに隆起させてあり、洗浄水供給ホー
ス８６はこの領域８８の下の空間を利用して側方ケース
６６に導かれる。図５に示したように、支持体２８の頂
壁３６に覆い板９０をビスなどにより固定することによ
り洗浄水供給ホース８６を保護することができる。この
採尿手段１０は、前述したように支持体２８を便器のリ
ム２２に載置した後、左右一対のブラケット９２（図２
および図３参照）からなる係止手段を用いて支持体を便
器のリム２２に係止することにより、便器にしっかりと
固定することができる。左右のブラケット９２はほぼ同
じ構造を有するので、右側のブラケット９２のみについ
て説明するに、図９および図１０に示したように、ブラ
ケット９２はリム２２の上部に嵌合可能な溝形断面を有
し、例えばシリコーンゴムのような弾性材料で形成され
ている。ブラケット９２はＪ字形断面の鈎部９６を備
え、この鈎部９６はリム２２の内側肩部９４に係合する
ようになっている。

【００２９】ブラケット９２はダウエルその他の適当な
連結手段により着脱自在に支持体２８の後端部に連結す
ることができるが、図示した実施例では、支持体２８の
後端部に形成した一対のリブ９８をブラケット９２の溝
１００に嵌合することによりブラケット９２と支持体２
８とが連結されるようになっている。ブラケット９２に
代えて、吸盤装置によって支持体２８を便器のリム２２
に固定しても良い。

【００３０】市販の便器には多数の種類があり、便鉢や
リムの形状や寸法にはかなりの相違がある。便鉢の底面
が高く、このようにして採尿手段１０を便器に取付けた
ときに便鉢の底面に採尿容器３０が干渉するような場合
には、図５に示したように支持体２８のリブ５２とリム
２２との間に一対の高さ調節用スペーサ１０２（図５に
はその１つだけを示す）を配置すればよい。また、支持
体２８の外周壁３８および内周壁４０とリムとの間の前
後方向隙間が大きすぎる場合には、図４に示したように
この隙間に適当な緩衝材１０３を詰めることにより支持
体を安定させるのが好ましい。

【００３１】このようにして採尿手段１０が便器にしっ
かりと固定されると、採尿装置の流体配管や電気配線は
制御分折ユニット１０４に接続される。制御分折ユニッ
ト１０４は図１に示したようにトイレットの床に配置し
てもよいし、トイレットの壁に設置してもよい。図１に
示したように、制御分析ユニット１０４には、制御装置
１０６、切り換え弁付きシリンジポンプユニット１０
８、バイオセンサを備えた尿分析ユニット１１０、緩衝
液タンク１１２、電磁弁（図示せず）などを配置するこ
とができる。

【００３２】採尿手段１０と制御分析ユニット１０４と
の電気流体接続について説明するに、図１、図２および
図７に示したように、採尿装置の側方ケース６６から制
御分析ユニット１０４まで可橈管１１４が延長させてあ
り、種々の配管や配線はこの可橈管１１４内に保護され
ている。採尿容器３０からの尿搬送チューブ７８はシリ
ンジポンプユニット１０８に接続され、尿検知電極７４
からのリード線８０やモータ６４の電気配線は制御装置
１０６に接続される。噴射ノズル８４の洗浄水供給ホー
ス８６は例えば側方ケース６６内に配置されたバキュー
ムブレーカを介して電磁弁に接続される。洗浄水の供給
は水道管もしくはシスターン１４から採取する。制御分
折ユニット１０４には操作表示部１１６を設けることが
できる。

【００３３】図１１に示したように、操作表示部１１６
には男女別々のスタートスイッチ１１８が設けてある。
次に、この採尿手段１０の作動と使用の態様について説
明するに、採尿手段１０の非使用時には、揺動アーム３
２の大部分と採尿容器３０は図４に実線で示したように
三日月型の収納洗浄室４８内に収納されている。図３か
ら分かるように収納洗浄室４８の一部を除き採尿装置は
ほぼ便座１８の下に隠蔽されているので、便座に着座し
て普通にトイレットを使用するにあたり支障を来したり
違和感を受けたりすることが少ない。立位の男子小便に
際しては、便座を跳ね上げ、採尿手段１０を取付けたま
までトイレットを使用することができる。

【００３４】採尿装置が汚れた場合には前述したように
容易に清掃することができる。尿分折にあたり、被験者
が便座に着座し、操作表示部１１６のスタートスイッチ
１１８を押すと、制御装置１０６はモータ６４を回転さ
せ、採尿容器３０を収納洗浄室４８から便鉢空間内の採
尿位置へと移動させるべく揺動アーム３２を回動させ
る。一般に、尿の軌跡には男女差があり、男性の場合に
は尿柱は比較的前方に落下し、女性の場合には比較的後
方に落下する。従って、制御装置１０６は、男性用スタ
ートスイッチが押された場合には採尿容器が図４に仮想
線で示した位置Ａの近傍に位置決めされ、女性用スター
トスイッチが押された場合には位置Ｂの近傍に持ち来た
されるように構成するのが好ましい。女性用スタートス
イッチを押し続けた場合には、採尿容器３０を最後位置
Ｃまで移動させることができる。

【００３５】使用者は適切な位置に採尿容器３０が持ち
来された時に採尿容器に向かって放尿することができ
る。尿柱が採尿容器３０に命中し、尿検知電極７４から
の信号により採尿容器の尿溜まり７０に尿が集積したこ
とが検知されると、制御装置１０６はシリンジポンプ１
０８を駆動し、尿搬送チューブ７８を介して尿サンプル
をシリンジポンプに吸引させる。尿サンプルは緩衝液タ
ンク１１２内の緩衝液と共に尿分析ユニット１１０に送
られ、定量分折に付される。

【００３６】次に、本発明に係るバイオセンサの好適な
実施例について、図面に基づき説明する。図１２はバイ
オセンサ１２０の正面図、平面図および右側面図であ
る。図示するように、バイオセンサ１２０は、ほぼ名刺
サイズの大きさの直方体をなし、２枚の透光性の光透過
媒体であるアクリル基板１２２Ｒ，１２２Ｌを基板主面
１２３で接合して形成されている。各アクリル基板１２
２Ｒ，１２２Ｌは、図１２および概略分解斜視図である
図１３に示すように、その外観形状は同じであり、半球
断面の光源ユニット収納凹所１２４の形成において左右
対称とされている。各アクリル基板１２２Ｒ，１２２Ｌ
の表裏の基板主面１２３には、周知の蒸着，スパッタリ
ング法等によりその全面に亘ってクロム薄膜が形成され
ており、各アクリル基板１２２Ｒ，１２２Ｌの周囲端面
には、いずれもクロム薄膜は形成されていない。この場
合、各アクリル基板１２２Ｒ，１２２Ｌにおける光源ユ
ニット収納凹所１２４では、少なくともその底面にはク
ロム薄膜は形成されていない。

【００３７】よって、各アクリル基板１２２Ｒ，１２２
Ｌは、幾何学的な全反射条件で光を反射する全反射面と
して表裏の基板主面１２３を対向させる。このため、各
アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌは、周囲端面又は光源
ユニット収納凹所１２４底面から入射した光を、この表
裏の基板主面１２３間において光の波動を閉じ込めて伝
送する伝送路を形成した透光性基板として機能する。

【００３８】各アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌの光源
ユニット収納凹所１２４は、それぞれ半球断面の柱状凹
所として形成されており、各アクリル基板上端の上端面
１２６Ｒ、１２６Ｌに対して所定角度で傾斜して形成さ
れている。また、各アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌの
接合は、それぞれの上端面１２６Ｒ、１２６Ｌが同一の
平面をなすよう行なわれる。よって、光源ユニット収納
凹所１２４は、各アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌ単独
では半球断面であるものの、両アクリル基板が接合され
ると、円柱状の凹所をなし、その中心軸は同一の平面を
なす上端面１２６Ｒ、１２６Ｌに対して傾斜することに
なる。そして、この光源ユニット収納凹所１２４に後述
の光源ユニット１３０が収納される。

【００３９】上記したように同一の平面となった上端面
１２６Ｒ、１２６Ｌには、金属薄膜として両端面に亘っ
て金の薄膜（Ａｕ薄膜）１２８が５０ｎｍの膜厚で蒸着
形成されている。つまり、上端面１２６Ｒ、１２６Ｌ
は、このＡｕ薄膜１２８の蒸着範囲に亘って幾何学的な
全反射条件で光を反射する全反射面の光反射面１２９と
なる。そして、アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌとこの
Ａｕ薄膜１２８で、光反射面１２９においてエバネッセ
ント波結合が形成されている。更に、このＡｕ薄膜１２
８の露出膜面（以下、単に表面という）には、測定対象
基質に対する識別機能を有し該基質と生物化学的反応を
起こす生体物質を固定化したリガンド屑（図示省略）が
形成されている。

【００４０】この場合、一方のアクリル基板、例えば図
１２における手前側のアクリル基板１２２ＬのＡｕ薄膜
１２８には、活性のある生体物質を固定化したリガンド
層が形成されており、他方のアクリル基板１２２ＲのＡ
ｕ薄膜１２８には、失活した生体物質を固定化したリガ
ンド層が形成されている。つまり、基質測定用センサ部
としては手前側のアクリル基板１２２Ｌが用いられ、そ
の補正用センサ部には他方のアクリル基板１２２Ｒが用
いられる。つまり、アクリル基板１２２Ｒ、アクリル基
板１２２Ｌは、基質測定用とその補正用に用いられ、１
組の測定系を形成する。なお、生体物質の失活は、強酸
や強アルカリにより、或いは紫外線等の電子線照射や超
音波処理、７０℃程度での加熱処理等の失活処理により
なされる。

【００４１】入射光側光学系を形成する光源ユニット１
３０は、図１４の断面図にも示すように、その一端にｐ
偏光板１３２を他端にＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ
（半導体レーザ）等の単一波長の光を発する光源１３４
を備える。また、外筒１３６内には、柱状曲面を有する
一対の曲面ガラス１３７ａ、１３７ｂからなるレンズ１
３８を、レンズホルダスリーブ１３９を介して固定して
備える。従って、光源ユニット１３０は、偏光手段とし
てのｐ偏光板１３２によりｐ偏光した光（ｐ偏光光）
を、レンズ１３８により焦点ｆへ集光してｐ偏光板１３
２側から外部に照射する。レンズ１３８は、各曲面ガラ
ス１３７ａ、１３７ｂの曲面が柱状曲面であることか
ら、紙面に焦点ｆで直交するラインに沿ってｐ偏光光を
ライン状に集光する。

【００４２】そして、この光源ユニット１３０は、この
ライン状の焦点ｆが各アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌ
の上端面１２６Ｒ、１２６Ｌにおける光反射面１２９に
含まれるよう、光源ユニット収納凹所１２４において前
後に位置調整され、当該凹所に組み込み固定される。従
って、光源ユニット１３０の光源１３４から照射された
光は、ｐ偏光板１３２によりｐ偏光されて光源ユニット
収納凹所１２４の底面からアクリル基板１２２Ｒ、１２
２Ｌに入射する。そして、ｐ偏光光は、アクリル基板１
２２Ｒ、１２２Ｌの対向する全反射面である基板主面１
２３で全反射しつつその波動がこの基板主面１２３間に
閉じ込められてアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌ内を伝
送される。つまり、このｐ偏光光は、光反射面１２９に
含まれるライン状の焦点ｆに集光するよう放射状にアク
リル基板１２２Ｒ、１２２Ｌ内を進み、各アクリル基板
１２２Ｒ、１２２Ｌの上端面１２６Ｒ、１２６Ｌにおけ
る光反射面１２９に到る。よって、この光反射面１２９
には、ｐ偏光板１３２によりｐ偏光されて入射面内の波
動としての光が、レンズ１３８の焦点距離Ｆや開口長
Ｄ、光源ユニット収納凹所１２４の形成角度等で定まる
所定範囲の入射角（θ１〜θ２）で到達する。

【００４３】また、出射側光学系として、光反射面１２
９で全反射した反射光がアクリル基板１２２Ｒ、１２２
Ｌから出射する側の各アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌ
の出射側端面１２５Ｒ、１２５Ｌには、受光した光量を
検出して電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、
１２７Ｌがそれぞれ密着固定されている。このため、各
アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌ内に光源ユニット収納
凹所１２４の底面から入射したｐ偏光光は、光反射面１
２９に到るまで、および光反射面１２９から出射側端面
１２５Ｒ、１２５Ｌに到るまでを各アクリル基板１２２
Ｒ、１２２Ｌの対向する基板主面１２３間を伝送経路と
して、出射側端面１２５Ｒ、１２５Ｌに到る。この問の
ｐ偏光光の伝送の様子を出射側端面１２５Ｒ、１２５Ｌ
に到るまでを例に採り説明すると、図１５に示すよう
に、ｐ偏光光は、対向する全反射面である基板主面１２
３で全反射しつつその波動がこの基板主面１２３間に閉
じ込められて伝送される。

【００４４】そして、このＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、１
２７Ｌにより、その光量が検出される。出射側端面１２
５Ｒ、１２５Ｌに到る光は、光反射面１２９における入
射光と同様、入射面内の振幅の波動であり、ＣＣＤ撮像
素子１２７Ｒ、１２７Ｌでは、反射角ごとの光量、即ち
上記範囲の入射角（θ１〜θ２）ごとの光量が検出され
る。このＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、１２７Ｌをエリアセ
ンサ（２次元マトリックス状のセンサ）とすれば、撮像
素子を複数設ける必要がない。

【００４５】それぞれのＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、１２
７Ｌが接続された制御装置１０６は、図１７に示すよう
に、周知ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭおよびＩ／Ｏポートを
コモンバスを介して相互に接続して構成された論理演算
回路１０６ａと、種々の電子デバイスから構成されたロ
ーパスフィルタ１０６ｂ（例えば、ＦＩＲ型のデジタル
ローパスフィルタ）とを備える。この制御装置１０６
は、ＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、１２７Ｌからの電気信
号、即ち反射角ごとの反射光光量をローパスフィルタ１
０６ｂに入力し、高周波成分として重畳したノイズを除
去した出力信号をローパスフィルタ１０６ｂから論理演
算回路１０６ａに受け渡す。そして、この論理演算回路
１０６ａにて、反射角ごとの光量の分布から反射光の光
量が最低レベルのときの反射角、即ち光量が最低レベル
のときの入射角を演算する。なお、この演算は、各ＣＣ
Ｄ撮像素子１２７Ｒ、１２７Ｌからの信号に基づき別個
に行なわれる。また、制御装置１０６は、光源ユニット
１３０の光源１３４を点灯制御すると共に、前述のスタ
ートスイッチ１１８の押圧操作を受けて基質濃度の測定
を開始する。更には、制御装置１０６は、表示部１１９
やプリンタ１１７と接続されており、基質濃度の測定結
果を表示部１１９に表示したりプリンタ１１７に打ち出
す。

【００４６】上記したバイオセンサ１２０による基質濃
度の測定に際しては、それぞれのアクリル基板１２２
Ｒ、１２２Ｌの上端面１２６Ｒ、１２６ＬにおけるＡｕ
薄膜１２８が、前述のシリンジポンプ１０８により搬送
された被測定溶液（尿）に浸漬される。すると、活性の
ある生体物質を固定化したリガンド層がＡｕ薄膜１２８
表面に形成されたアクリル基板１２２Ｌでは、Ａｕ薄膜
１２８の表面において基質と生体物質との生物化学的反
応が進行し、被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率
が変化する。しかしながら、他方のアクリル基板１２２
Ｒでは、生体物質が失活しているために測定対象基質と
の生物化学的反応は進行せず、そのＡｕ薄膜１２８の表
面において被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は
変化しない。

【００４７】活性のある生体物質が固定された側である
アクリル基板１２２ＬのＡｕ薄膜１２８表面では、この
生体物質と測定対象基質との生物化学的反応が基質濃度
で規定される程度だけ進行するので、被測定溶液の誘電
率、延いてはその屈折率は、生物化学的反応の進行に伴
い変化し基質濃度で規定される値になると安定する。こ
の際の被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率の変化
は、アクリル基板１２２Ｌと光反射面１２９のＡｕ薄膜
１２８とで形成されるエバネッセント波結合により、表
面プラズモン共鳴現象が起きた場合の反射光のエネルギ
の現象として観察される。

【００４８】つまり、光源１３４から照射されたｐ偏光
光は、光源ユニット収納凹所１２４の底面からアクリル
基板１２２Ｌに入射して、上記した範囲（θ１〜θ２）
の入射角でエバネッセント波結合が形成された光反射面
１２９に到る。このとき、上記した範囲のうちのある角
度（θＳ１）の入射角で入射したｐ偏光光は、Ａｕ薄膜
１２８の光反射面１２９側膜面のエバネッセント波とＡ
ｕ薄膜１２８の被測定溶液側の表面プラズモン波とを、
その波数を一致させて共鳴させ表面プラズモン共鳴現象
を引き起こす。この表面プラズモン共鳴現象が起きる
と、入射角がθＳ１の光のエネルギは表面プラズモン波
の励起エネルギに使われて、光反射面１２９からの反射
角がθＳ１の反射光のエネルギは減少する。

【００４９】このため、入射角（θ１〜θ２）ごとの光
反射面からの反射光をθ１〜θ２の反射角でアクリル基
板１２２Ｌについて受光しているＣＣＤ撮像素子１２７
Ｌからは、図１６に示すように、入射角（θ１〜θ２）
のうちの各入射角とその光量との相関が得られる（図１
６（Ａ））。

【００５０】一方、失活した生体物質が固定された側の
他方のアクリル基板１２２ＲのＡｕ薄膜１２８表面で
は、測定対象基質との生物化学的反応は進行しないの
で、被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は初期の
値のまま一定である。しかし、ある角度（θＳ０）の入
射角で入射したｐ偏光光により表面プラズモン共鳴現象
は起き、このアクリル基板１２２Ｒに対応するＣＣＤ撮
像素子１２７Ｒからは、図１６に示すように、入射角
（θ１〜θ２）のうちの各入射角とその光量との相関が
得られ（図１６（Ｂ））、入射角がθＳ０のとき反射光
のエネルギが減少する。

【００５１】次に、両ＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、１２７
Ｌから得られた反射角と光量との相関関係に基づいて、
それぞれのアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌに対応する
被測定溶液について、反射光の光量が最低レベルのとき
の入射角（θＳ１、θＳ０）を求める。そして、この入
射角（θＳ１、θＳ０）と、光量が最低レベルとなる入
射角と媒質（被測定溶液）の屈折率との相関関係、媒質
の屈折率と誘電率との関係、生体物質による生物化学的
反応の進行と誘電率との相関関係等から、基質濃度を算
出する。なお、光量が最低レベルとなる入射角と媒質
（被測定溶液）の屈折率との相関関係、媒質の屈折率と
誘電率との関係、生体物質による生物化学的反応の進行
と誘電率との相関関係等は、予め制御装置１０６におけ
る論理演算回路１０６ａのＲＯＭに記憶されている。

【００５２】ここで、入射角（θＳ１、θＳ０）の算出
の様子について、詳細に説明する。ＣＣＤ撮像素子１２
７Ｌ、１２７Ｒは、光源ユニット１３０は勿論、アクリ
ル基板１２２Ｒ、１２２Ｌの物理的或いは化学的特性に
起因した高周波成分のノイズが重畳した反射光の光量分
布を入力し、当該分布を電気信号としてローパスフィル
タ１０６ｂに出力する（図１８（ａ））。このノイズ
は、測定を繰り返してもＣＣＤ撮像素子の同じ画素番号
の箇所に発生する。このようにノイズが重畳した信号
は、制御装置１０６のローパスフィルタ１０６ｂによ
り、高周波成分のノイズが除去された信号にフィルタ処
理されて論理演算回路１０６ａに入力される（図１８
（ｂ））。そして、このフィルタ処理済みの信号（画素
番号に反射率が対応した信号）を、画素番号を変数ｘ、
反射率を変数ｙとした回帰式を用いた周知のｎ次の回帰
分析に処して、入射角（θＳ１、θＳ０）が演算され
る。図１９に、ｙ＝ｘ＾２とした２次の回帰曲線を用い
た２次の回帰分析の結果を、光量が最低レベル近傍につ
いて拡大して示す。この２次の回帰分析により入射角
（θＳ１、θＳ０）が最終的に演算される。なお、θＳ
１とθＳ０は、それぞれのＣＣＤ撮像素子からの電気信
号をフィルタ処理した信号に基づき演算されるので、当
然に異なる値として算出される。

【００５３】その後、算出した基質濃度を表示部１１９
（図１０参照）に表示し、或いは表示と共にプリンタ１
１７（図１７参照）からプリントアウトしたりして、測
定を一旦終了する。後述の洗浄行程等の準備を経てスタ
ートスイッチ１１８が押圧されると、上記した処理を繰
り返して基質濃度を算出する。

【００５４】測定が終わると、制御装置１０６は揺動ア
ーム３２を回動させることにより採尿容器３０を収納洗
浄室４８内に戻す。次に、電磁弁を作動させることによ
り洗浄水が噴射ノズル８４から噴射される。噴射された
洗浄水は収納洗浄室４８内を進行しながら採尿容器３０
と揺動アーム３２を洗浄し、使用済みの洗浄水は便鉢内
に落下する。本発明の他の実施態様においては、採尿容
器３０内にはＬ字形採尿管７２に代えて尿分析センサー
が配置され、その出力信号は制御装置１０６に送られ
る。

【００５５】以上には本発明の特定の実施例を記載した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の
設計変更を施すことができる。例えば、採尿手段１０の
側方ケース６６の寸法を大きくし、制御装置１０６、シ
リンジポンプ１０８、尿分析ユニット１１０、緩衝液タ
ンク１１２、および電磁弁の一部若しくは全部を側方ケ
ース内に配置することができる。また、採尿手段は便座
の取付孔を利用して固定することも可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は、既存の
便器に取付が可能で高精度／低コス卜にて尿中の成分が
分析可能な尿分折装置を提供できる。

【００５７】本発明の好ましい実施態様においては、支
持体はリムの前半を覆うようにリムに載置されるので、
リムや揺動アームが汚損されることがない。尿で汚れる
のは支持体の表面だけとなるが、この表面は単純な形状
を有するので、極めて容易に清掃することができる。便
座を下ろしたときには採尿装置はほぼ便座の下に隠蔽さ
れ、便座を上げたときでも揺動アームや採尿容器は支持
体に隠蔽されるので、日常の使用にあたりトイレットの
使い勝手が良い。また、外見上の違和感が低減される。
支持体はリムのほぼ前半部にわたって延長しているの
で、採尿装置をしっかりと安定に据え付けることができ
る。

【００５８】また、表面プラズモン共鳴現象を利用した
バイオセンサ１２０では、光源ユニット１３０から光反
射面１２９への光の伝送および光反射面１２９からＣＣ
Ｄ撮像素子１２７Ｒ、１２７Ｌへの光の伝送に、全反射
面である基板主面１２３を対向させたアクリル基板１２
２Ｒ、１２２Ｌを用いるに過ぎず、半球形レンズ等の加
工精度の高い光学デバイスを必要としない。また、この
バイオセンサ１２０では、アクリル基板１２２Ｒ、１２
２Ｌの上端面１２６Ｒ、１２６ＬにＡｕ薄膜１２８を設
けて当該上端面に光反射面２９を形成し、このアクリル
基板１２２Ｒ、１２２ＬとＡｕ薄膜１２８でエバネッセ
ント波結合を形成した。つまり、この実施例のバイオセ
ンサ１２０では、光反射面１２９を形成する光透過媒体
をアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌで賄い、光反射面１
２９形成のための別個の光透過媒体を要しない。このた
め、マッチングオイルを用いる必要がなく、その使用量
や使用環境温度等についての配慮も要しない。しかも、
単に表裏の基板主面にクロム薄膜を形成しただけの安価
なアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌを用いるに過ぎず、
基板主面に手を触れて指紋等を付着してもアクリル基板
における光の伝送をなんら阻害しない。従って、実施例
のバイオセンサ１２０によれば、センサの使い勝手を向
上させることができると共に、コスト低下を図ることも
できる。

【００５９】また、バイオセンサ１２０では、光源１３
４から光反射面１２９に光を照射するための光源ユニッ
ト１３０をアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌの光源ユニ
ット収納凹所１２４内に組み込んで固定し、光反射面１
２９で全反射した光を受光するＣＣＤ撮像素子１２７
Ｒ、１２７Ｌをもアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌの出
射側端面１２５Ｒ、１２５Ｌに固定した。このため、バ
イオセンサ１２０では、光源ユニット１３０とアクリル
基板１２２Ｒ、１２２ＬとＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、１
２７Ｌとの相対的な位置関係を一旦固定すれば済み、当
該位置関係は、外部からの振動等に左右されることなく
維持することができる。よって、実施例のバイオセンサ
１２０によれば、保守点検をセンサ完成後に必要としな
いので、その使い勝手を更に向上させることができる。

【００６０】更に、バイオセンサ１２０は、その構成部
材をアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌと光源ユニット１
３０とＣＣＤ撮像素子１２７Ｒ、１２７Ｌとするに過ぎ
ず、アクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌの基板主面にクロ
ム薄膜を形成するに過ぎない。よって、バイオセンサ１
２０によれば、センサの量産性を向上させ、低コスト化
を更に図ることができる。

【００６１】また、バイオセンサ１２０では、活性のあ
る生休物質を固定した側のアクリル基板１２２Ｌと失活
した生体物質を固定した側のアクリル基板１２２Ｒとを
併用し、それぞれのアクリル基板１２２Ｒ、１２２Ｌに
対応するＡｕ薄膜１２８部分の光反射面１２９からの反
射光を受光する。よって、実施例のバイオセンサ１２０
によれば、失活した生体物質を固定した側の入射角と光
量との関係により、生物化学的反応以外の要因（溶液の
温度、誘電率等）に起因する測定誤差を排除して測定精
度の向上を図ることができる。

【００６２】また、上記のバイオセンサ１２０では、ロ
ーパスフィルタ１０６ｂにより高周波成分のノイズが除
去された出力信号を回帰分析して、反射光の光量が最低
レベルの入射角（θＳ１、θＳ０）を演算する。よっ
て、ローパスフィルタ１０６ｂでは除去しきれないノイ
ズをも排除するので、入射角（θＳ１、θＳ０）の演算
精度の向上を通して、基質濃度の測定精度をより向上さ
せることができる。しかも、ローパスフィルタ１０６ｂ
をＦＩＲ型のデジタルローパスフィルタで構成したの
で、反射光の光量（反射強度）の有効数字を増やして見
掛け上の分解能を増大させ、より入射角（θＳ１、θＳ
０）の演算精度を高めることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の尿分折装置をトイレットに設置したと
ころを示す斜視図である。

【図２】図１に示した採尿手段の斜視図である。

【図３】図１に示した採尿手段の平面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図で、便座の
１部は切り欠いて示してある。

【図５】採尿手段を裏返したところを示す分解斜視図で
ある。

【図６】揺動アームの側面図である。

【図７】図３のＩＩＶ−ＩＩＶ線に沿った断面図であ
る。

【図８】採尿容器の拡大斜視図で、１部を切り欠いて示
してある。

【図９】図１に示した支持体固定用ブラケットの取付態
様を示す斜視図で、支持体の後部を下から見たところを
示す。

【図１０】図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

【図１１】制御分析ユニットの操作表示部の平面図であ
る。

【図１２】バイオセンサの正面、平面および右側面から
示す概略構成図である。

【図１３】バイオセンサの要部の概略分解斜視図であ
る。

【図１４】バイオセンサに用いる光源ユニットの拡大断
面図である。

【図１５】バイオセンサにおける出射側端面での光の伝
送の様子を説明する模式図である。

【図１６】ＣＣＤ撮像素子から得られる入射角とその光
量との相関関係を示すグラフである。

【図１７】制御装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図１８】入射角の算出の様子を説明するための説明図
である。

【図１９】入射角の算出の様子を説明するための説明図
である。

【符号の説明】

１：尿分析装置１０：採尿手段１２：便器２２：リム２８：支持体３０：採尿容器３２：揺動アーム３６：支持体の頂壁３８：支持体の外周壁４０：支持体の内周壁６４：モータ９２：係止用ブラケット１２０：バイオセンサ１２８：金属薄膜１２９：光反射面１２２：アクリル基板１２３：基板主面１２７：ＣＣＤ撮像素子１３０：光源ユニット１３２：ｐ偏光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】便器に取付可能な支持体と、便器の横断
方向に延長しリム側部の上面から上方に離間した水平な
回転軸線を中心として揺動可能に前記支持体に支持され
た揺動アームと、前記揺動アームの自由端に担持された
採尿容器と、便器リムの内側に近接する休止位置と便鉢
空間内に位置する採尿位置との間で前記採尿容器を移動
させるべく前記揺動アームを揺動させる駆動手段とを備
えた採尿手段と、前記採尿手段で収集された尿に含まれ
る所定の成分を表面プラズモン共鳴現象を利用して分析
するバイオセンサとを備えたことを特徴とする尿分析装
置。
【請求項２】前記支持体は平面視において便器のリム
の略前半の輪郭に沿って湾曲しかつ該略前半を覆う形状
に形成し、前記支持体を便器リムの略前半の上面に載置
することにより採尿手段をリムに取付けるようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の尿分折装置。
【請求項３】前記バイオセンサは金属薄膜が設けられ
た光反射面において幾何学的な全反射条件で光を反射す
る透光性の光透過媒体を有し、該光透過媒体と前記金属
薄膜でエバネッセント波結合を形成する光学系を用い
て、前記金属薄膜に接触した尿中の測定対象基質を測定
することを特徴とする請求項１または２記載の尿分析装
置。
【請求項４】前記光学系は、光源からの光を前記光反
射面に集光して照射する入射光側光学系と、前記光反射
面で反射し前記光透過媒体から外部に出射する反射光を
受光し、該反射光の光量を反射角ごとに検出する出射側
光学系と、前記入射光側光学系又は出射側光学系におい
て光をｐ偏光する偏光手段と、幾何学的な全反射条件で
光を反射する全反射面を対向させ、全反射面間において
光の波動を閉じ込めて光を伝送する透光性基板とを備
え、該透光性基板は、前記光透過媒体からの前記出射側
光学系の光の伝送路を形成することを特徴とする請求項
３記載の尿分析装置。