(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーを光源とする共焦点光学系を用いて血糖値を測定するように構成された生体情報測定装置において、
前記レーザーからパルス光が出力されるように交流駆動するレーザー駆動手段が設けられ、
前記共焦点光学系の検出信号に基づき指の皮膚と爪を識別し、指の爪上皮から第１間接までの皮膚部分を測定部位として指示するとともに、
前記共焦点光学系の検出信号に基づき指の静脈パターンを識別して被験者を特定することを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項２】
前記共焦点光学系の共焦点位置の反射光を受光する受光素子とその周辺の反射光を受光する受光素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報測定装置に関し、詳しくは共焦点光学系を用いた生体情報測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、近赤外光を利用した分光法などにより、光源から被測定対象に照射すると、被測定対象に含まれる成分に特有の波長域においてその成分の量に応じた吸光特性を示すことから、被測定対象からの反射光などの測定光から吸光度（特定成分による光の吸収度）を算出し、その吸光スペクトルに基づいて被測定対象に含まれる成分を分析する手法が知られている。
【０００３】
特に生体の内部組織（たとえば人体・動物の血管中血液や組織中の組織液に含まれる各種物質（血液中の血糖値などの成分の濃度など）など）の成分の測定を行う生体情報測定装置では、特許文献１のように波長可変レーザーと共焦点光学系を用いて、波長可変レーザーから出射される２波長以上の波長の各レーザ光が被測定対象である生体の内部組織により反射される各反射光や生体を透過した光を測定して生体の内部組織の成分の測定を行う生体情報測定装置が提案されている。
【０００４】
具体的には、被測定対象としての生体の内部組織に２波長以上の波長の各レーザー光を照射し、その生体の内部組織で反射した光や生体を透過した光から吸光度スペクトルを求めた後、生体の内部組織の成分を周知の試験にて算出し、吸光度スペクトルと生体の内部組織の成分との相関関係を表す式（以下、相関式という）を作成し、これをあらかじめ記憶するとともに、生体の内部組織の反射光や生体を透過した光から算出された吸光度を相関式に代入することで、その生体の内部組織の成分が測定されていた。
【０００５】
さらに、特許文献１の生体情報測定装置は、共焦点光学系と生体とを相対的に３次元的に移動させる移動駆動機構を備えるものであり、移動駆動機構により前記共焦点光学系と前記生体とを相対的に３次元的に移動させることで前記生体に対して前記共焦点光学系の焦点位置を相対的に３次元的に移動させて、生体の内部組織の３次元的なデータを得ることにより、測定を行う生体の部位を確実に特定し、当該部位における生体の成分の測定を非侵襲でかつ確実に行うことが可能な生体情報測定装置について提案されている。
【０００６】
図１９は、特許文献１に記載されている生体情報測定装置の構成図である。
図１９において、レーザーダイオード１から出力されるレーザー光は、コリメートレンズ２で平行光に整形され、コリメートレンズ２の光軸に対してほぼ４５°の傾斜を有する状態で配置されたハーフミラー３に入射される。なお、レーザーダイオード１としては、たとえばグルコースの吸収が比較的大きい１６００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域のレーザー光を出力できる可変波長レーザーを用いる。
【０００７】
ハーフミラー３を透過した平行光は、対物レンズ４により集光されて載置台Ｔ上に載置されている生体ＢＬの内部組織に照射される。生体ＢＬの内部組織で反射されたレーザー光は再び対物レンズ４に入射されて平行光に整形され、ハーフミラー３に入射されてほぼ９０°の方向に反射するように光路変換される。
【０００８】
ハーフミラー３で光路変換されて反射されたレーザー光は、レンズ５により集光されてピンホール６に入射される。ピンホール６を通過したレーザー光は、受光素子７に入射されて電気信号に変換される。
【０００９】
受光素子７は、受光したレーザー光の光量に応じて強さや大きさが増減する電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器８に入力する。Ａ／Ｄ変換器８は、受光素子７から入力される電気信号をデジタルデータに変換し、データ解析部９に入力する。
【００１０】
データ解析部９は、波長の異なる２波長以上の各レーザー光が生体ＢＬに照射されたときに受光素子７から変換出力される複数の電気信号に基づいて生体ＢＬの成分の定量解析を行う。
【００１１】
具体的には、血糖値すなわち血液内のグルコース濃度の定量を行う場合、データ解析部９にはあらかじめ測定された血液内のグルコース濃度とレーザー光の吸光度との検量線が記憶されていて、データ解析部９は、この検量線に基づいて生体ＢＬの血液内のグルコース濃度の定量を行う。
【００１２】
このような従来の生体情報測定装置に関連する先行技術文献として下記の特許文献１がある。そして、生体情報の指の測定部位に関連する先行技術文献として下記の特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−３０１９４４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、このような従来の生体情報測定装置によれば、共焦点光学系の光源として用いるレーザー１は連続駆動されていることから、比較的長時間の連続測定を行ったり、検出信号のＳＮ比を向上させるためにレーザー１の出力光量を増大させると生体ＢＬの測定部位の温度が高くなってしまい、測定部位の測定対象成分が変質したり、測定部位を損傷してしまうおそれがある。
【００１５】
また、従来の装置では、測定部位については「載置台上に腕等の生体が載置される」と記載されているのみであり、腕のどの部分が適切なのかなどの具体的な部位特定はしていない。
【００１６】
このため、測定によっては必ずしも適切な特定の測定部位が選択されない可能性があるとともに、測定部位が異なることにより、共通の測定条件に基づく測定結果が得られないおそれがある。
【００１７】
また、被験者から採血して血液内のグルコース濃度を測定するとともに、同時にレーザー１を調整してその被験者に固有の検量線データを入手し、ＣＰＵは検量線に基づいて生体ＢＬの生体成分の定量を行うことが記載されているが、被験者を特定することについては記載されていない。
【００１８】
この場合には、被験者ごとに検量線データや測定データを保存管理するために、これらの測定を行う前に被験者を特定するための情報を別途入手して入力しておき、測定時に被験者の特定情報に基づいて被験者当人であることを確認しなければならず、測定作業者にかなりの負担を強いることになる。
【００１９】
さらに、共焦点光学系のピンホール６を通過して受光素子７に入射される反射光はそのほとんどが焦点位置Ｆで特定される内部組織の位置における反射光であるが、それ以外の散乱光は生体ＢＬの測定部位周辺の生体情報を含むにもかかわらずピンホール６を通過できないことから処理されることなくそのまま放置されており、生体情報測定におけるレーザー１の出力光の利用効率は必ずしも高くはないといえる。
【００２０】
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、その目的は、被験者を自動的に特定でき、適切な特定の測定部位が選択された共通の測定条件で必要に応じて比較的長時間の連続測定を高いＳＮ比で行うことができ、レーザー出力光の利用効率も改善できる生体情報測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
レーザーを光源とする共焦点光学系を用いて血糖値を測定するように構成された生体情報測定装置において、
前記レーザーからパルス光が出力されるように交流駆動するレーザー駆動手段が設けられ、
前記共焦点光学系の検出信号に基づき指の皮膚と爪を識別し、指の爪上皮から第１間接までの皮膚部分を測定部位として指示するとともに、
前記共焦点光学系の検出信号に基づき指の静脈パターンを識別して被験者を特定することを特徴とする。
【００２４】
請求項２は、請求項１に記載の生体情報測定装置において、
前記共焦点光学系の共焦点位置の反射光を受光する受光素子とその周辺の反射光を受光する受光素子を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
このように構成することにより、被験者を自動的に特定でき、適切な特定の測定部位が選択された共通の測定条件で必要に応じて比較的長時間の連続測定を高いＳＮ比で行うことができ、レーザー出力光の利用効率も改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】レーザー出力光のパターン図である。
【図２】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図３】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図４】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図５】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図６】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図７】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図８】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図９】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図１０】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図１１】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１２】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図１３】図１２で用いる受光素子７の具体例を示す構成説明図である。
【図１４】図１２で用いる受光素子７の他の具体例を示す構成説明図である。
【図１５】図１２で用いる受光素子７の他の具体例を示す構成説明図である。
【図１６】図１２で用いる受光素子７の他の具体例を示す構成説明図である。
【図１７】本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。
【図１８】図１７で用いる受光素子２１の具体例を示す構成説明図である。
【図１９】従来の生体情報測定装置の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は図１９に示すような共焦点光学系を構成するレーザーダイオード１の出力光のパターン図であって、（Ａ）は従来のパターンを示し、（Ｂ）〜（Ｄ）は本発明の一実施例のパターンを示している。
【００２８】
従来の構成におけるレーザーダイオード１は、前述のように、（Ａ）に示すような連続発光状態で駆動されていた。これに対し、本発明では、（Ｂ）〜（Ｄ）に示すようなパルス発光状態になるように交流駆動される。すなわち、（Ｂ）の例では幅の狭い突起状パルス光を出力するように駆動され、（Ｃ）の例ではデューティ５０％の矩形パルス光を出力するように駆動され、（Ｄ）の例では正負が半円状で繰り返す交流パルス光を出力するように駆動される。
【００２９】
レーザーダイオード１を（Ｂ）〜（Ｄ）に示すようなパルス発光状態になるように交流駆動することにより、長時間の連続測定を行ったり、検出信号のＳＮ比を向上させるためにレーザー１の出力光量を増大させても、（Ａ）に示すような連続発光状態の駆動に比べて生体ＢＬの測定部位に与えられるエネルギーの増加量は大幅に減少する。すなわち、（Ｃ）および（Ｄ）の駆動例では最大で（Ａ）の場合の１／２に減少し、（Ｂ）の駆動例では（Ａ）の場合の１／１０以上に減少する。
【００３０】
このように、レーザーダイオード１を（Ｂ）〜（Ｄ）に示すようなパルス発光状態になるように交流駆動することにより、長時間の連続測定を行ったり、検出信号のＳＮ比を向上させるためにレーザー１の出力光量を増大させても、生体ＢＬの測定部位の測定対象成分を変質させたり、測定部位を損傷することはなく、安定した測定動作を行う生体情報測定装置が実現できる。
【００３１】
本発明に基づくレーザーダイオード１の交流駆動は、図１９のように構成される生体情報測定装置のみに実施できるものではなく、以下に示す各種の構成の生体情報測定装置にも実施できるものである。
【００３２】
図２の生体情報測定装置は、レーザー１の出力光を平行光に整形することなく対物レンズ４で集光して測定対象としての生体ＢＬの内部組織に照射するように構成されている。
【００３３】
図２において、レーザーダイオード１から出力されるレーザー光は、レーザーダイオード１の光軸に対してほぼ４５°の傾斜を有する状態で配置されたハーフミラー３に入射される。なお、レーザーダイオード１としては、たとえばグルコースの吸収が比較的大きい１５００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域のレーザー光を出力できる可変波長レーザーを用いる。１個のレーザーダイオードで１５００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域のレーザー光を出力できない場合には、複数のレーザーダイオードを組み合わせて用いればよい。ハーフミラー３を透過したレーザー光は、対物レンズ４で集光されて生体ＢＬの内部組織に照射される。これらレーザーダイオード１とハーフミラー３と対物レンズ４は、生体ＢＬの内部組織を照射する照射系を構成するものであり、これらの光軸が生体ＢＬと正対するように配置されている。
【００３４】
生体ＢＬの内部組織で反射されたレーザー光は、再び対物レンズ４を介してハーフミラー３に入射され、ほぼ９０°の方向に反射するように光路変換される。ハーフミラー３で反射されて光路変換されたレーザー光は、レンズを介することなく直接ピンホール６に入射される。ピンホール６を通過したレーザー光は、受光素子７に入射されて電気信号に変換される。
【００３５】
受光素子７は、受光したレーザー光の光量に応じて強さや大きさが増減する電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器８に入力する。Ａ／Ｄ変換器８は、受光素子７から入力される電気信号をデジタルデータに変換し、データ解析部９に入力する。これらピンホール６と受光素子７は受光系を構成するものであり、その光軸が照射系の光軸と直交する方向に配置されている。なお、これらレーザーダイオード１と対物レンズ４とピンホール６と受光素子７は、共焦点光学系を構成している。
【００３６】
データ解析部９は、波長の異なる２波長以上の各レーザー光が生体ＢＬに照射されたときに受光素子７から変換出力される複数の電気信号に基づいて生体ＢＬの成分の定量解析を行う。
【００３７】
このように構成することにより、図１９の装置におけるレンズ２と５が不要になり、図１９に比べて光学部品間の光軸合わせなど、組立調整を簡略化できる。
【００３８】
また、レーザーダイオード１から出力されるレーザー光を平行光に整形することなく対物レンズ４で集光して生体内における測定位置に照射するので、生体ＢＬ内における所望の測定位置の測定データを的確に取り込むことができる。
【００３９】
図３は、本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。図３の生体情報測定装置は、レーザーダイオード１から出力されるレーザー光の光束を、平凸レンズ１０で拡大したものである。これにより、図２よりも光路長を短くでき、光路長を短くできる分だけ小型化が図れる。
【００４０】
図４も、本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。図４の実施例は、生体ＢＬと正対するようにピンホール６と受光素子７よりなる受光系を配置し、この受光系の光軸と直交する方向にレーザーダイオード１を配置したものである。これにより、図２と同様な成分測定が行える。
【００４１】
なお、図４の構成においても、図３と同様な平凸レンズ１０を、レーザーダイオード１の前面および受光素子７側のピンホール６とハーフミラー３との間に設けることによりレーザー光の光束を拡大できて光路長を短くでき、装置の小型化が図れる。
【００４２】
図５も、本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。図５の生体情報測定装置では、対物レンズ４は光軸Ａの方向に沿って移動可能に構成されている。これにより、生体ＢＬ内での結像位置を深さ方向に移動させることができる。
【００４３】
なお、対物レンズ４の移動に合わせて、ピンホール６を光軸Ｂの方向に沿って移動させ、受光素子７を光軸Ｃの方向に沿って移動させるようにしてもよい。
【００４４】
また、図５の構成において、これら照射系と受光系で構成される生体情報測定装置と生体ＢＬを、相対的にＸ軸およびＹ軸方向に移動させる機構を組み込むことにより、生体ＢＬ内の３次元情報を得ることができる。
【００４５】
また、図５の生体情報測定装置では対物レンズ４を光軸Ａの方向に沿って移動可能に構成しているが、対物レンズ４は固定としてレーザーダイオード１を光軸Ｄの方向に沿って移動可能とし、ピンホール６と受光素子７をレーザーダイオード１の移動と同期してそれぞれの光軸方向Ｂ、Ｃに移動させるようにしてもよい。
【００４６】
図６も、本発明を実施できる他の生体情報測定装置を示す構成図である。図６の生体情報測定装置では、図３のように構成された生体情報測定装置をユニットとして構成し、これら複数ｎ個のユニットをアレイ化して一体化したものである。各測定ユニットをアレイ構造にすることにより、それぞれ異なる波長で生体ＢＬ内の異なる焦点位置の信号を一括で取得できる。なお、各受光素子７の出力信号はマルチプレクサ１１を介して共通のＡ／Ｄ変換器８に入力されてデジタルデータに変換されるが、より高速処理が必要な場合には受光素子それぞれに専用のＡ／Ｄ変換器を設けてもよい。
【００４７】
上記各生体情報測定装置において、レーザーダイオード１から測定対象に照射される光強度を所定の値に維持するように、レーザーダイオード１を自動出力制御ループで駆動することにより、安定した測定が行える。
【００４８】
図７は、このような構成を前述図２の生体情報測定装置に適用した例を示す構成図である。図７の生体情報測定装置では、レーザーダイオード１の出力光の一部を光ファイバ１２を介して測定対象である生体ＢＬの表面に照射させてその反射光を第２の受光素子１３で検出し、この第２の受光素子１３の出力信号をレーザーダイオード駆動回路１４に与えてレーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。
【００４９】
これにより、レーザーダイオード１の温度変化および空間強度変動に起因する出力光強度変化を抑制でき、安定した成分測定結果が得られる。
【００５０】
また、第２の受光素子１３の出力信号をＡ／Ｄ変換器１５を介してデータ解析部９に加え、第１の受光素子７の出力信号を第２の受光素子１３の出力信号で除算して規格化することにより、レーザーダイオード１の出力変動分や測定対象ＬＢの表面反射による変動分を補償できる。
【００５１】
図８は、図７のレーザーダイオード１として、その出力光をモニタする図示しない第３の受光素子が内蔵されたものを用いた生体情報測定装置を示す構成図である。第３の受光素子の出力信号もレーザーダイオード駆動回路１４に入力され、レーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。
【００５２】
また、第３の受光素子の出力信号もＡ／Ｄ変換器１６を介してデータ解析部９に入力され、第１の受光素子７の出力信号を第３の受光素子の出力信号で除算して規格化する。これにより、データ解析部９は、２つの規格化信号を線形結合して多変量解析により結合係数を求め、これらの値に基づきレーザーダイオード１の出力変動分や測定対象ＬＢの表面反射による変動分を高精度に補償する。
【００５３】
図９は、図８の実施例に、さらにハーフミラー３で反射された反射光を検出する第４の受光素子１７と、この第４の受光素子１７の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１８を追加したものである。第４の受光素子１７は、レーザーダイオード１の出力光の空間変動分を検出する。第４の受光素子１７の出力信号もレーザーダイオード駆動回路１４に入力され、レーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。
【００５４】
また、第４の受光素子１７の出力信号もＡ／Ｄ変換器１８を介してデータ解析部９に入力され、第１の受光素子７の出力信号を第４の受光素子１７の出力信号で除算して規格化する。これにより、データ解析部９は、３つの規格化信号を線形結合して多変量解析により結合係数を求め、これらの値に基づきレーザーダイオード１の出力変動分と空間変動分および測定対象ＬＢの表面反射による変動分をさらに精度よく補償する。
【００５５】
図１０は図９の生体情報測定装置から、光ファイバ１２と第２の受光素子１３およびＡ／Ｄ変換器１５からなる信号系統を省いたものである。図１０の構成によれば、レーザーダイオード駆動回路１４は、第３の受光素子と第４の受光素子１７の出力信号に基づいてレーザーダイオード１の出力光強度を所定の値に維持するように駆動する。そしてデータ解析部９は、第１の受光素子７の出力信号を第３の受光素子の出力信号で除算した規格化信号と第１の受光素子７の出力信号を第４の受光素子１７の出力信号で除算した規格化信号に基づき、レーザーダイオード１の出力変動分および空間変動分を精度よく補償する。
【００５６】
なお、図９および図１０の生体情報測定装置ではレーザーダイオード１としてその出力光をモニタする第３の受光素子が内蔵されたものを用いているが、装置に求められる補償精度に応じて、図６のように第３の受光素子が内蔵されていないものを用いてもよい。
【００５７】
これら図７〜図１０の構成は、図２に示す生体情報測定装置にのみ適用できるものではなく、図３〜図６に示す生体情報測定装置にも適用できるものである。
【００５８】
上記各生体情報測定装置では、対物レンズ４として固定焦点レンズを用いる例を示したが、可変焦点レンズを用いてもよい。可変焦点レンズとしては、たとえばレンズ状に形成された空間に液晶が封入され、印加電圧を調整して見かけ上の液晶の屈折率を変化させるように構成された液晶レンズを用いることができる。液晶レンズによれば、同じレンズ形状でありながら、構成材料の屈折率が変化することにより、焦点距離が変化することになる。
【００５９】
このような可変焦点レンズを対物レンズ４として用いることにより、対物レンズ４の位置を光軸方向に移動させずに可変焦点レンズに対する印加電圧を調整することで、生体ＢＬの組織内における深さ方向の測定位置を任意に設定でき、レンズ移動機構が簡略化できる。
【００６０】
上記各生体情報測定装置では、光源として可変波長レーザーを用いる例を説明したが、測定成分が特定されている場合には、単波長レーザーであってもよい。
【００６１】
図１１も本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１９と共通する部分には同一の符号を付けている。図１１において、生体ＢＬは指ＦＧであり、共焦点光学系は、指ＦＧの爪上皮ｂから第１間接ｃまでの皮膚部分を測定部位として特定して測定する。
【００６２】
一方、データ解析部９には、血糖値測定部９１、測定部位判定部９２、静脈パターン検出部９３、静脈パターン照合部９４などが設けられている。
【００６３】
血糖値測定部９１は、前述のように、Ａ／Ｄ変換器８を介して出力される共焦点光学系の検出信号に基づいて、血糖値の測定を行う。
【００６４】
測定部位判定部９２は、Ａ／Ｄ変換器８を介して出力される共焦点光学系の検出信号に基づいて、指ＦＧの皮膚と爪ａを識別し、指ＦＧの爪上皮ｂから第１間接ｃまでの皮膚部分の範囲を検出すると、測定部位として適切である旨を図示しない表示部の表示メッセージやランプの表示色をたとえば赤から青に切り換えて可視化する。
【００６５】
このように、共焦点光学系の検出信号に基づいて指ＦＧの爪上皮ｂから第１間接ｃまでの皮膚部分の範囲を適切な測定部位として可視化表示することにより、別途測定部位決定手段を設けることなく血糖値測定と共通の手段を用いて適切な測定部位を決定指示することができ、血糖値測定時の測定部位のバラツキを防止できるとともに、共通の測定条件に基づく測定誤差の少ない信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００６６】
静脈パターン検出部９３は、Ａ／Ｄ変換器８を介して出力される共焦点光学系の検出信号に基づいて、生体情報の一種としての指の静脈パターンを検出する。
【００６７】
静脈パターン照合部９４は、静脈パターン検出部９３で検出した指ＦＧの静脈パターンをあらかじめ静脈パターン登録部９５に登録されている既知の被験者の指ＦＧの静脈パターンと照合する。そして、静脈パターンが合致した場合には登録されているデータに基づいて被験者を特定し、合致する静脈パターンデータがない場合には以降の照合に備えて被験者の氏名や生年月日や性別などの個人データとともに静脈パターン登録部９５に新規登録する。
【００６８】
このように、共焦点光学系の検出信号に基づいて指ＦＧの静脈パターンを検出照合して被験者を特定することにより、別途被験者特定手段を設けることなく血糖値測定と共通の手段を用いて被験者を自動的に特定することができる。
この結果、血糖値の測定データを被験者別に自動的に保存管理することができ、必要に応じて血糖値測定時に被験者に固有の検量線データに基づく高精度の補正を行うことができる。
【００６９】
図１２も本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１９と共通する部分には同一の符号を付けている。図１９の装置と図１２の装置の相違点は、受光素子７の構造を工夫してピンホール６を省略していることと、受光素子７の出力信号をマルチプレクサ１９を介してＡ／Ｄ変換器８に入力していることにある。
【００７０】
図１２において、ハーフミラー３を透過した平行光は、対物レンズ４により集光されて生体ＬＢの内部組織に照射される。生体ＬＢの内部組織で反射されたレーザー光は、再び対物レンズ４に入射されて平行光に整形され、ハーフミラー３に入射されてほぼ９０°の方向に反射するように光路変換される。
【００７１】
ハーフミラー３で光路変換されて反射されたレーザー光は、レンズ５により集光され、複数の受光体よりなる受光素子７に入射されて電気信号に変換される。
【００７２】
受光素子７は、受光したレーザー光の光量に応じて強さや大きさが増減する電気信号に変換し、複数の受光体の出力信号をマルチプレクサ１９を介してＡ／Ｄ変換器８に入力する。Ａ／Ｄ変換器８は、受光素子７の複数の受光体から入力される電気信号をデジタルデータに変換し、データ解析部９に入力する。
【００７３】
データ解析部９は、波長の異なる２波長以上の各レーザー光が生体ＬＢに照射されたときに受光素子７の各受光体から変換出力される複数の電気信号に基づいて生体ＬＢの成分の定量解析を行う。
【００７４】
図１２のように構成することにより、図１９の構成に比べて光学部品間の光軸合わせなど、組立調整を簡略化できる。
【００７５】
図１３は、図１２で用いる受光素子７の具体例を示す構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれ（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００７６】
図１３において、受光素子７の受光面には、（Ａ）に示すように、同心円状に複数の受光体が設けられている。ここで、本実施例では４個の受光体ＰＤ１〜ＰＤ４が設けられた例を示しているが、同心円状の受光体パターンの個数およびピッチはこの実施例に限るものではなく、半導体製造プロセスや装置に要求される解析処理能力などを勘案して適切な仕様が選定される。
【００７７】
（Ａ）に示す受光素子７の断面形態としては、（Ｂ）に示すように基板上にＮ型拡散層とＰ型拡散層が積層された受光体パターンが物理的に同心円状に分離されたもの、（Ｃ）に示すように基板上の全面に形成されたＮ型拡散層上にＰ型拡散層が同心円状に積層されて受光体パターンとして形成されたもの、（Ｄ）に示すようにＮ型拡散基板の表面近傍にＰ型拡散層が同心円状に形成されたものなどが考えられる。
【００７８】
図１３のように、同心円状に複数の受光体ＰＤ１〜ＰＤ４が設けられた受光素子７を用いることにより、受光素子７の各受光体ＰＤ１〜ＰＤ４はレンズ５により集光された結像パターンに応じた光量を検出する。
【００７９】
すなわち、図１３に示すような受光素子７を用いることにより、受光素子７が共焦点結像位置になくても、同心円状の各受光体ＰＤ１〜ＰＤ４の信号強度を測定して信号強度が大きい受光体ＰＤ１の信号を積算することで、目的とする対物レンズ４の焦点位置からの散乱信号のみを検出できる。
【００８０】
なお、共焦点位置以外の散乱信号は、信号が大きく取れている受光体ＰＤ１よりさらに外周に位置する受光体ＰＤ２〜ＰＤ４の信号として得られ、これらは皮膚の表面情報や指の静脈パターンなどの生体情報の検出に活用できる。
【００８１】
図１４は、図１２で用いる受光素子７の他の具体例を示す構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれ（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【００８２】
図１４において、受光素子７の受光面には、（Ａ）に示すように、全面にわたってマトリクス状に複数の受光体が設けられている。
【００８３】
（Ａ）に示す受光素子７の断面形態としては、（Ｂ）に示すように基板上に形成されたＮ型拡散層とＰ型拡散層の積層パターンがマトリクス状に設けられたもの、（Ｃ）に示すように基板上の全面に形成されたＮ型拡散層上にＰ型拡散層パターンがマトリクス状に設けられたもの、（Ｄ）に示すようにＮ型拡散基板の表面近傍にＰ型拡散層がマトリクス状に設けられたものなどが考えられる。
【００８４】
図１４に示すような受光素子７を用いることにより、受光素子７が共焦点結像位置になくてさらに光学系に収差があっても、検出信号の大きい受光体の信号を選択して積算することで、目的とする対物レンズ４の焦点位置からの散乱信号のみを検出できる。そして、共焦点位置以外の散乱信号は、検出信号が大きく取れている受光体以外の受光体の信号として得られ、これらも皮膚の表面情報や指の静脈パターンなどの生体情報の検出に活用できる。
【００８５】
図１５も、図１２で用いる受光素子７の他の具体例を示す構成説明図であり、図１４における受光体の縦方向の配列パターンを横方向に１／２ピッチずつずらしたものである。このように配列された受光素子７を用いることにより、図１４の場合には隣接する受光体間に規則的な格子状のマトリクスパターンとして存在する光信号検出に対する不感帯の影響を分散軽減できる。
【００８６】
図１６も、図１２で用いる受光素子７の他の具体例を示す構成説明図であり、中心領域の受光体ＰＤ１とその外周領域の受光体ＰＤ２とが電気的に分離するように設けられている。
【００８７】
図１６（Ａ）に示す受光素子７の断面形態としては、（Ｂ）に示すように基板上にＮ型拡散層とＰ型拡散層が積層された受光体パターンが物理的に分離されたもの、（Ｃ）に示すように基板上の全面に形成されたＮ型拡散層上にＰ型拡散層が物理的に分離されたもの、（Ｄ）に示すようにＮ型拡散基板の表面近傍にＰ型拡散層が分離して形成されたものなどが考えられる。
【００８８】
図１６のように、中心領域の受光体ＰＤ１とその外周領域の受光体ＰＤ２とが電気的に分離するように設けられた受光素子７を用いることにより、受光素子７の各受光体ＰＤ１、ＰＤ２はレンズ５により集光された結像パターンに応じた光量を検出する。
【００８９】
すなわち、図１６に示すような受光素子７を用いることにより、中心領域の受光体ＰＤ１は対物レンズ４の焦点位置からの散乱光のみを受光でき、その外周領域の受光体ＰＤ２は対物レンズ４の焦点位置以外から散乱された光を受光できる。
【００９０】
図１７も本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１９と共通する部分には同一の符号を付けている。図１９の装置と図１７の装置の相違点は、共焦点光学系を構成するレーザーダイオード１とコリメートレンズ２とハーフミラー３と対物レンズ４を筒状に形成されたハウジング２０に組み込み一体化し、ハウジング２０の他端を生体ＢＬの表面の測定部位に接触させるように構成していることである。
【００９１】
ハウジング２０の一端にはレーザーダイオード１が取り付けられ、生体ＢＬの表面の測定部位に接触するハウジング２０の他端には図１８に示すような円板状に形成された受光素子２１が取り付けられている。そして、ハウジング２０の側面にはハーフミラー３で光路変換されて反射されたレーザー光をレンズ５に出射するための窓部２２が設けられている。
【００９２】
図１８において、（Ａ）の受光素子２１の中央部には生体ＢＬ内の焦点位置からの反射光を通過させるための開口部が設けられ、その開口部を中心とする円周方向には生体ＢＬの内部組織で散乱されたレーザー光を検出するための８個の受光体ＰＤが等角度間隔で設けられている。（Ｂ）の受光素子２１の中央部には生体ＢＬ内の焦点位置からの反射光を通過させるための開口部が設けられ、その開口部を中心とする全面には生体ＢＬの内部組織で散乱されたレーザー光を検出するためのＰＤが設けられている。
【００９３】
図１７の構成において、レーザーダイオード１から出力された光は、レンズ２でコリメートされた後、ハーフミラー３と対物レンズ４を通って生体ＢＬに到達する。生体ＢＬ内で散乱反射された光は、再び対物レンズ４とハーフミラー３を通り、レンズ５で集光された後、ピンホール６を通り、受光素子７に入射される。なお、このピンホール６は場合によっては省略できる。受光素子７の出力信号は、マルチプレクサ１９を介してＡ／Ｄ変換器８に入力される。Ａ／Ｄ変換器８の出力データはデータ解析部９に入力されて所定の信号処理が実行される。
【００９４】
受光素子２１が図１８（Ａ）の場合、対物レンズ４から出射されるレーザー光は受光素子２１の開口部を通って生体ＢＬ内に入射され、焦点を結ぶ。開口部の外周に設けられている８個の受光体ＰＤは、生体ＢＬの内部で散乱されるほぼすべての光を受光する。これら受光体ＰＤの出力信号はマルチプレクサ１９を介してＡ／Ｄ変換器８に入力されてデジタル信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器８の出力データはデータ解析部９に入力されて所定の信号処理が実行される。
【００９５】
受光素子２１が図１８（Ｂ）の場合、生体ＢＬの表面の測定部位に接触するハウジング２０の端面は中心部に穴のあいた大口径の受光体ＰＤとなる。受光素子２１の中央の開口部から出射されたレーザー光は生体ＢＬ内に入射され、焦点を結ぶ。大口径の受光体ＰＤは、生体ＢＬの内部で散乱されるほぼすべての光を受光する。受光体ＰＤの出力信号はマルチプレクサ１９を介してＡ／Ｄ変換器８に入力されてデジタル信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器８の出力データはデータ解析部９に入力されて所定の信号処理が実行される。
【００９６】
なお、図１７では示していないが、共焦点光学系にｘ、ｙ軸方向にスキャンできる機構を設けることにより、生体ＢＬ内の３次元情報を得ることができる。
【００９７】
また、共焦点光学系をｚ軸方向に可変できるように構成することにより、同じ光学系を用いて異なる波長（たとえば目的物質の吸収波長と吸収の少ない波長）で散乱反射光を測定し、グルコース吸収の検量線に基づく血糖値測定が行える。
【００９８】
上記各生体情報測定装置では、人体の血液中の血糖値を測定する例について説明したが、血糖値以外の血液成分や組織液成分の定量測定にも有効である。
【００９９】
また、測定対象は人体に限るものではなく、動物や植物などの内部物質の定量測定にも有効である。
【０１００】
また、測定対象は生体に限るものではなく、農産物、水産物、食品、有機材料などの構造、組成の非破壊検査、化学物質の定量測定にも有効である。
【０１０１】
以上説明したように、本発明によれば、組立調整が比較的容易で、測定対象における所望の測定位置の測定データを的確に取り込むことができる生体情報測定装置を実現することができ、人体の血液中の血糖値をはじめとする各種の成分測定に好適である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  レーザーダイオード
２  コリメートレンズ
３  ハーフミラー
４  対物レンズ
５  レンズ
６  ピンホール
７、２１  受光素子
８  Ａ／Ｄ変換器
９  データ解析部
９１  血糖値測定部
９２  測定部位判定部
９３  静脈パターン検出部
９４  静脈パターン照合部
９５  静脈パターン登録部
１０  平凸レンズ
１１、１９  マルチプレクサ
１２  光ファイバ
１４  レーザーダイオード駆動回路
２０  ハウジング
２２  窓部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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