(57)【要約】【課題】血管検出の空間分解能を低下させることなく、皮膚上の斑点等の影響を低減し、検出精度を高めた血管検出装置を提供する。【解決手段】光を発生する光源部１と、光の伝播方向と垂直な平面上における投影形状を、縦幅と横幅が異なる形状に変えるビーム変換光学素子２と、光を走査するスキャナ部３と、走査した光の反射光強度に応じた信号を出力するレシーバー４と、レシーバー４が出力した信号に基づき血管を検出する信号処理部５とを備えた。【選択図】図１
2014138653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を走査して受信した反射光の強度変化から血管を検出する血管検出装置において、
光を発生する光源部と、
上記光源部が発生した光の伝播方向と垂直な平面上における投影形状を、縦幅と横幅が異なる形状に変えるビーム変換光学素子と、
上記ビーム変換光学素子が変換した光を走査するスキャナ部と、
上記走査した光の反射光を受信して上記反射光の強度に応じた信号を出力するレシーバーと、
上記レシーバーが出力した信号に基づき血管を検出する信号処理部とを備えた血管検出装置。
【請求項２】
上記ビーム変換光学素子は、上記光源部が発生した光の伝播方向と垂直な平面上における投影形状を楕円形状に変えることを特徴とする請求項１記載の血管検出装置。
【請求項３】
上記ビーム変換光学素子がシリンドリカルレンズで構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の血管検出装置。
【請求項４】
上記ビーム変換光学素子および上記スキャナ部がシリンドリカル形状のミラーで構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の血管検出装置。
【請求項５】
上記ビーム変換光学素子で変換された光の伝播方向と上記レシーバーの視軸方向を略平行とし、上記スキャナ部が上記反射光を上記レシーバーへ導くことを特徴とする請求項１から請求項４記載のうちのいずれか１項記載の血管検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光を皮膚表面に走査して受信した反射光の強度変化から血管を検出する血管検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザー光を皮膚表面に走査し、受信した反射光の強度変化から皮膚下の血管を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、皮膚の透過率が比較的高く、かつ、血液中のヘモグロビンに吸収されやすい近赤外線の波長帯の光を照射し、皮膚表面を透過した光が血液により減衰される様子を反射光により観測することで、皮膚下にある血管を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００８／００２７３１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような、血液に吸収されやすい光を照射して減衰の程度を反射光で観察することで血管を検出する装置では、血液と同様に照射した光を吸収しやすい組織や細胞が皮膚表面に存在すると、血管と区別ができずに誤検出が発生するという課題があった。例えば、黒子やしみ（色素斑）、そばかす等（以下、斑点等という）が皮膚表面に存在すると、血液と同様に照射した光が吸収され、血管がある皮膚表面を照射したときと同様に反射光が減衰するため、両者を区別することができない。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、血管検出の空間分解能を低下させることなく、皮膚上の斑点等の影響を低減し、検出精度を高めた血管検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る血管検出装置は、光を発生する光源部と、光源部が発生した光の伝播方向と垂直な平面上における投影形状を、縦幅と横幅が異なる形状に変えるビーム変換光学素子と、ビーム変換光学素子が変換した光を走査するスキャナ部と、走査した光の反射光を受信して反射光の強度に応じた信号を出力するレシーバーと、レシーバーが出力した信号に基づき血管を検出する信号処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、血管検出の空間分解能を低下させることなく、皮膚上の斑点等の影響を低減し、血管の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る血管検出装置の構成図である。
【図２】皮膚表面に光を走査した際に得られる反射光強度を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る血管検出装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の血管検出装置を示す構成図である。血管検出装置は、皮膚上へ照射されるレーザー光を発生する光源部１、光源部１が発生したレーザー光を伝播方向と垂直な平面上での投影形状が楕円形状となるように変換するビーム変換光学素子２、ビーム変換光学素子２により変換されたレーザー光を皮膚表面に走査するスキャナ部３、スキャナ部３により皮膚表面に走査したレーザー光の反射光を受信してその強さに応じた電気信号に変換するレシーバー４、レシーバー４により出力された電気信号を処理することで血管の有無を検出する信号処理部５とで構成される。
【００１０】
レーザー光としては、皮膚下の血管の有無により反射率が異なる波長帯のレーザー光を用いる。例えば、近赤外線の波長帯のレーザー光は血液中のヘモグロビンに吸収されやすいため、皮膚下に血管があると、皮膚下に血管が無い領域よりも反射光が減衰する。したがって、信号処理部５において、他の領域での反射光よりも反射光が弱い領域を抽出することにより、皮膚下の血管を検出することができる。
【００１１】
以上のように構成された血管検出装置の動作について説明する。
光源部１がレーザー光を発生し、このレーザー光は、皮膚への照射時に血管の径方向とほぼ垂直な方向が長軸となる楕円形の投影形状を持つようにビーム変換光学素子２によって変換される。変換されたレーザー光は、スキャナ部３に備えられた反射面（図示せず）が揺動機構（図示せず）によって揺動されることで、スキャナ部３により皮膚表面に走査される。
図２（ａ）は、投影形状を楕円形状とした本実施の形態のレーザー光を皮膚表面に走査した様子と、各照射領域における反射光の強度を示している。走査は、Ｘ０の地点から図右方向へ行い、走査方向ａ地点において皮膚表面に斑点が、走査方向ｂ地点において皮膚下に血管があるものとする。
【００１２】
ａ地点においては皮膚表面に斑点があるために、また、ｂ地点においては皮膚下に血管があるために、反射光強度が、ａ地点、ｂ地点以外でのものより低下する。ここで、図２（ａ）に示すように、レーザー光の投影形状が楕円形状であるために、ｂ地点での照射領域に占める血管の面積の割合は、ａ地点での照射領域に占める斑点の面積の割合よりも大きく、ａ地点と比較してｂ地点での反射光強度は大きく低下する。
反射光強度は、レシーバー４にてその強さに応じた電気信号に変換され、信号処理部５へ出力される。信号処理部５では、入力された電気信号を処理し、反射光強度が弱い旨を示す電気信号が検出された照射領域について、血管があると検出する。このとき、上述したように、斑点等がある領域と血管がある領域では反射光強度の低下量が異なるため、両者を区別することができ、血管の検出精度が向上する。
【００１３】
図２（ｂ）、図２（ｃ）は、比較例として、従来の血管検出装置のように投影形状を円形状としたレーザー光を皮膚表面に走査した場合の様子と、各照射領域における反射光の強度を示している。図２（ｂ）は図２（ａ）で示した楕円形の短軸よりも小さい円形状、図２（ｃ）は図２（ａ）で示した楕円形の短軸よりも大きい円形状としたものである。
図２（ａ）と同様に、走査は、Ｘ０の地点から図右方向へ行い、走査方向ａ地点において皮膚表面に斑点が、走査方向ｂ地点において皮膚下に血管があるものとする。
ａ地点においては皮膚表面に斑点があるために、また、ｂ地点においては皮膚下に血管があるために、反射光強度が、ａ地点、ｂ地点以外のものより低下する。
【００１４】
ここで、図２（ｂ）に示すように、レーザー光の投影形状が小さい円形状である場合、ａ地点での照射領域に占める斑点の面積の割合は、ｂ地点での照射領域に占める血管の面積の割合とほぼ変わらず、ａ地点とｂ地点での反射光強度はそれ以外の地点と比較してどちらも同程度に低下する。つまり、斑点等がある領域と血管がある領域での反射光強度の低下量がほぼ同じとなるため、両者を区別することができない。
【００１５】
また、図２（ｃ）に示すように、レーザー光の投影形状が大きい円形状である場合、ａ地点での照射領域に占める斑点の面積の割合は、ｂ地点での照射領域に占める血管の面積の割合とほぼ変わらず、ａ地点とｂ地点での反射光強度は、それ以外の地点と比較してどちらも同程度に低下する。つまり、斑点等がある領域と血管がある領域での反射光強度の低下量がほぼ同じとなるため、両者を区別することができない。
【００１６】
なお、レーザー光は高いコヒーレンスを持っているため、スペックルノイズと呼ばれる斑点状のパターンが発生するが、本実施の形態のように、投影形状が楕円形状であるレーザー光を照射すると、反射光の位相は照射領域内の各所で位相状態が異なる反射光を積分した値となるため、全体としてのコヒーレンスが低下し、スペックルノイズを減少させることができる。したがって、血管検出精度を更に向上させることができる。
【００１７】
また、血管は管状の細長い構造を持っているため、その検出において径方向には細かい分解能が必要であるが、長さ方向には細かな分解能は必要ではない。本実施の形態では、血管の径方向とほぼ垂直な方向が長軸となる楕円形の投影形状を持つ光を照射する。このため、血管の径方向は投影形状である楕円形の短軸方向となり、血管径方向の照射領域が細いことから、細かい分解能での血管検出が可能である。
【００１８】
以上のように、本実施の形態のような血管の径方向とほぼ垂直な方向が長軸となる楕円形の投影形状を持つ光を照射することで、血管検出の空間分解能を低下させることなく、皮膚上の斑点等による血管の誤検出を抑制して精度良く血管を検出することができる血管検出装置を得ることができる。
【００１９】
本実施の形態において、ビーム変換光学素子２として、例えばシリンドリカルレンズを用いることができる。シリンドリカルレンズは、レンズ表面がある方向で曲率を持ち、それと直交する方向では曲率がないレンズであり、曲率がある方向の光の伝播方向を変えることができる。つまり、曲率がある方向の強度分布を引き伸ばしたり、縮めたりすることができ、その結果、楕円形の投影形状を作ることができる。
【００２０】
また、本実施の形態において、ビーム変換光学素子２として、例えばシリンドリカルミラーを用いることもできる。シリンドリカルミラーは、ミラー表面がある方向で曲率を持ち、それと直交する方向では曲率がないミラーであり、曲率がある方向の光の伝播方向を変えることができる。つまり、曲率がある方向の強度分布を引き伸ばしたり、縮めたりすることができ、その結果、楕円形の投影形状を作ることができる。
シリンドリカルミラーは、回転することにより光の照射方向を変えることができるため、スキャナ部としても用いることができる。すなわち、回転駆動を設けたシリンドリカルミラーを用いることで、ビーム変換光学素子２とスキャナ部３を兼ねることができ、構成要素の削減による装置の小型化や製造性の向上、製造コストの低減が可能になる。
【００２１】
また、本実施の形態において、レシーバー４として、例えば集光レンズと単素子検出器を組み合わせた構成を用いることができる。開口面積の大きい集光レンズを用いて反射光を単素子検出器に集めることで、多くの反射光を集めることができるため、反射光の強度変化が捉えやすくなり、血管の検出精度を向上させた血管検出装置を得ることができる。
【００２２】
また、本実施の形態において、レシーバー４として、例えば結像レンズと２次元アレイセンサで構成された、いわゆるカメラを用いることもできる。カメラを用いることにより、走査される光の照射位置が結像レンズによりアレイセンサ上にマッピングされるため、血管が検出された場所を画像として出力することができる。また、アレイセンサの各画素が観測する領域は対応する照射領域に限定されるため、迷光などの外乱の影響を受けなくなり、血管の検出精度が向上する。
【００２３】
また、本実施の形態において、光源部１としてレーザーを用いたが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることもできる。ＬＥＤはレーザーと比較して安価であるため、血管検出装置の製造コストを低減できるという利点がある。
【００２４】
また、本実施の形態において、レーザー光を、伝播方向と垂直な平面状での投影形状が楕円形状となるように変換したが、楕円以外でも、縦幅と横幅が異なり血管の径方向と垂直な方向に長い形状であればよい。
【００２５】
また、本実施の形態において、スキャナ部３に備えられた反射面が、揺動機構によって揺動されることで走査が行われる構成について示したが、スキャナ部３に、反射面として回転多面鏡と、回転機構を備え、回転多面鏡が回転機構によって回転されることで走査が行われる構成としてもよい。
【００２６】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２の血管検出装置を示す構成図である。構成要素は、実施の形態1と同様であり、説明を省略する。
本実施の形態では、ビーム変換光学素子２で投影形状が変換された光の伝播方向と、レシーバー４が観測する視軸方向が平行（向きは反対）に構成される。このように構成されることで、スキャナ部３に備えられた反射面（図示せず）が揺動機構（図示せず）または回転機構（図示せず）によって揺動または回転されて、スキャナ部３が、ビーム変換光学素子２で投影形状が変換された光を走査すると同時に、走査した光の反射光をレシーバー４へと反射させることにより導くものである。このようにすることで、光の照射領域と同期してレシーバー４の視軸方向が変わるため、視野の狭いレシーバーや単素子の検出器で構成されたレシーバーを用いることが可能になる。
【００２７】
視野の狭いレシーバーは、照射領域外から入射する不要光（迷光）などの外乱を抑制することができるため、血管の検出精度が向上する。
レシーバー４に単素子の検出器を用いた場合には、比較的大型の検出器の利用が可能であり、検出器は一般に面積に応じて感度が向上するため、高感度なレシーバーを得ることができる。また、単素子の検出器は駆動回路も簡単であり、設計や製造も容易となり、製造コストを低くすることができる。
【００２８】
なお、ビーム変換光学素子２で投影形状が変換された光の伝播方向と、レシーバー４が観測する視軸方向は、機器の設置状況に応じて略平行としてもよい。
【００２９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  光源部、２  ビーム変換光学素子、３  スキャナ部、４  レシーバー、５  信号処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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