(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析する解析部と、
を備え、
前記複数のセンサには、前記光源からの直進光が結像するセンサの領域である直進光受光領域と、前記生体内で散乱した散乱光が結像するセンサの領域である散乱光受光領域と、が設定されており、
前記解析部は、前記直進光受光領域及び前記散乱光受光領域のそれぞれにおける検出結果に基づき、前記測定光の直進性を解析し、前記直進光受光領域における前記直進光の結像位置に基づき、前記光源からの光学的距離を解析する、測定装置。
【請求項２】
前記検出部は、複数のレンズが格子状に規則的に配設されたマイクロレンズアレイを利用したセンサにより、前記生体を透過した測定光を検出する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記検出部における前記複数のセンサの分布密度により、前記測定光の検出精度を制御し、
前記解析部は、検出された前記測定光の強度と、前記複数のセンサに結像した前記測定光の分布度合いと、に応じて、前記生体に含まれる生体成分による前記測定光の散乱の影響を解析する、請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記解析部は、検出された前記測定光を、前記生体の内部を直進した直進光と、前記生体の内部を散乱しながら透過した散乱光と、に区分し、前記直進光に対応する検出結果に基づいて、前記生体に含まれる生体成分に対応する散乱係数を算出する、請求項１〜３の何れか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記測定光は、前記生体に入射するに先立って偏光方向が所定の方向に制御され、
前記検出部における前記複数のセンサの前段には、前記複数のセンサそれぞれに結像する前記測定光の偏光方向を、互いに直交する２種類の偏光方向のうちのいずれか一方に選択する偏光選択フィルタが設けられており、
前記解析部は、前記偏光選択フィルタに対応する前記センサにて前記測定光が検出されたか否かに応じて、前記直進光と前記散乱光とを区分する、請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記解析部は、算出した前記散乱係数に基づいて、前記生体成分の成分量を算出する、請求項４又は５に記載の測定装置。
【請求項７】
着目する前記生体成分に応じて、前記光源から射出される前記測定光の波長を制御する、請求項３〜６の何れか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記解析部は、前記生体成分の解析結果に誤差を与える生体の部位に対応する前記検出結果を除いて、解析処理を実施する、請求項３〜７の何れか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記生体成分は、メラニン、血中成分又は水分の少なくとも何れかである、請求項３〜８の何れか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出することと、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出することと、
検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析することと、
を含み、
前記複数のセンサには、前記光源からの直進光が結像するセンサの領域である直進光受光領域と、前記生体内で散乱した散乱光が結像するセンサの領域である散乱光受光領域と、が設定されており、
前記直進光受光領域及び前記散乱光受光領域のそれぞれにおける検出結果に基づき、前記測定光の直進性が解析され、前記直進光受光領域における前記直進光の結像位置に基づき、前記光源からの光学的距離が解析される、測定方法。
【請求項１１】
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、を備え、前記複数のセンサには、前記光源からの直進光が結像するセンサの領域である直進光受光領域と、前記生体内で散乱した散乱光が結像するセンサの領域である散乱光受光領域と、が設定されている測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析する解析機能を実現させ、
前記解析機能は、前記直進光受光領域及び前記散乱光受光領域のそれぞれにおける検出結果に基づき、前記測定光の直進性を解析し、前記直進光受光領域における前記直進光の結像位置に基づき、前記光源からの光学的距離を解析する、プログラム。
【請求項１２】
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、を備え、前記複数のセンサには、前記光源からの直進光が結像するセンサの領域である直進光受光領域と、前記生体内で散乱した散乱光が結像するセンサの領域である散乱光受光領域と、が設定されている測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析する解析機能を実現させ、前記解析機能は、前記直進光受光領域及び前記散乱光受光領域のそれぞれにおける検出結果に基づき、前記測定光の直進性を解析し、前記直進光受光領域における前記直進光の結像位置に基づき、前記光源からの光学的距離を解析するプログラムの記録された記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測定装置、測定方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康志向の高まりにより、医療機関に出向かずに自己の体調に関する情報を簡便に測定したいという要望が高まっている。具体的には、自己の体液（例えば、血液など）の成分の濃度や脈動状態を簡便に測定したいという要望が高まっている。【０００３】
このような要望に対して、例えば、血液中のグルコース濃度を測定するための測定機器が各種提案されている。グルコース濃度を測定するための方法としては、例えば、光の吸収やラマン分光などといった光学特性を利用して、光の強度やスペクトル分布を測定する方法や、血液中のグルコース濃度の変化により生体組織の散乱係数が変化することを利用して、光散乱の変化を測定する方法などがある。【０００４】
例えば、下記の特許文献１には、血液中のグルコース濃度の変化により生体組織の散乱係数が変化することを利用して、生体組織に近赤外光を入射し、散乱係数を測定することで血糖値を見積もる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２２５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、ひとつのセンサが受光した直進光量の光強度に基づいて、グルコース濃度の変化を測定するため、体内における光散乱の様子を把握することはできなかった。【０００７】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、体内における光散乱の様子をより簡便に測定することが可能な測定装置、測定方法、プログラム及び記録媒体を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離少なくとも何れか一方を解析する解析部と、を備える測定装置が提供される。【０００９】
また、本開示によれば、生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出することと、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出することと、検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離少なくとも何れか一方を解析することと、を含む測定方法が提供される。【００１０】
また、本開示によれば、生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、を備える測定モジュールと通信可能なコンピュータに、前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析する解析機能を実現させるためのプログラムが提供される。【００１１】
また、本開示によれば、上記プログラムの記録された記録媒体が提供される。【００１２】
本開示によれば、生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光が射出され、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設された検出部により、生体を透過した測定光が検出され、検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離が解析される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本開示によれば、体内における光散乱の様子をより簡便に測定することが可能となる。【００１４】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】人体の皮膚構造モデルの例について示した説明図である。
【図２】一般的な測定装置の構成について示した説明図である。
【図３】拡張ランベルト・ベールの法則について説明するための説明図である。
【図４Ａ】一般的な測定装置の構成について示した説明図である。
【図４Ｂ】一般的な測定装置の構成について示した説明図である。
【図５】本開示の第１の実施形態に係る測定装置の構成を示したブロック図である。
【図６】同実施形態に係る測定装置が備える測定部の構成例を模式的に示した説明図である。
【図７】同実施形態に係る測定部が備える検出部の構成を模式的に示した説明図である。
【図８】同実施形態に係る測定部が備える検出部の機能について模式的に示した説明図である。
【図９】同実施形態に係る測定部が備える検出部の機能について模式的に示した説明図である。
【図１０】同実施形態に係る測定装置が備える測定部の他の構成例を模式的に示した説明図である。
【図１１】同実施形態に係る測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１２】本開示の実施形態に係る測定装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本発明者による検討について
１．１  人体の皮膚構造モデルについて
１．２  一般的な測定装置の構成について
２．第１の実施形態
２．１  測定装置について
２．２  測定方法について
２．３  測定装置のハードウェア構成について
【００１８】
（本発明者による検討について）
本開示の実施形態に係る測定装置及び測定方法について説明するに先立ち、本発明者による検討内容と検討結果について、図１〜図４Ｂを参照しながら、まず説明する。図１は、人体の皮膚構造モデルの例について示した説明図である。図２は、拡張ランベルト・ベールの法則について説明するための説明図である。図３〜図４Ｂは、一般的な測定装置の構成について示した説明図である。
【００１９】
＜人体の皮膚構造モデルについて＞
まず、図１を参照しながら、人体の皮膚構造をモデル化した皮膚構造モデルについて、簡単に説明する。
【００２０】
先述のように、人体内に存在するグルコース、アルブミン、ＡＧＥｓ（糖化最終産物）、コレステロール、酸化・還元ヘモグロビン等の血中・体液成分を非侵襲の光学測定により計測する技術が開発されている。
【００２１】
測定されたデータを解析するにあたっては、人体の皮膚構造をどのようにモデル化するかが重要となってくる。このような人体の皮膚構造モデルの例としては、図１に示したような３層モデルが存在する。
【００２２】
図１に示した３層モデルは、真皮層、皮膚の角質層より下部に位置する皮下組織を、表皮層、真皮層、皮下脂肪の３つの層にモデル化したものである。この３層モデルにおいて、角質層は、個人差はあるものの体表から内部方向に０．０１〜０．０２ｍｍ程度に相当し、表皮層は、体表から０．０４〜０．１５ｍｍ程度に相は、体表から１〜４ｍｍ程度に相当し、皮下脂肪は、体表から数ｍｍ〜数ｃｍ程度に相当する。
【００２３】
このような皮膚構造において、表皮層には、メラニン色素が存在しており、真皮層には、毛細血管が存在している。この毛細血管の内部には、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンや、各種の血中成分が存在しており、皮下脂肪には、主に脂肪細胞が存在している。従って、上記のような成分を非侵襲の光学測定により計測する場合には、どのような皮膚構造モデルを考慮するかが重要になるのである。
【００２４】
ところで、上記のような皮膚構造を有する人体は、光の散乱体であり、波長の短い光ほど散乱されやすいことが知られている。また、例えば波長６３３ｎｍの光に対する人間の皮膚の散乱係数は、表皮層及び真皮層で２７ｍｍ−１であり、皮下脂肪で１２．６ｍｍ−１である一方で、図１に示したような皮膚構造モデルを考慮すると、光を散乱するのは主に真皮層及び皮下脂肪であり、表皮層ではほとんど光は散乱しない。
【００２５】
＜一般的な測定装置の構成について＞
次に、図２〜図４Ｂを参照しながら、人体内に存在するグルコース、アルブミン、ＡＧＥｓ（糖化最終産物）、コレステロール、酸化・還元ヘモグロビン等の血中・体液成分（生体成分）を非侵襲の光学測定により計測する測定装置の一般的な構成について、簡単に説明する。
【００２６】
一般的な測定装置は、測定プローブが接続された測定部により、生体情報を測定する。測定プローブは、図２に示したように、光源と光検出器とで構成されており、生体による光散乱の時間変化を測定する。測定プローブにより測定された光散乱に関する測定結果は、解析部へと出力され、得られた測定結果に基づいて、着目する生体成分の濃度などが算出される。
【００２７】
測定装置では、生体に向けて照射する光（測定光）に、少なくとも１種類の波長の光を用いることが求められる。ここで、測定光には、生体内に届きやすいという理由から、赤色光から近赤外光の帯域に属する波長の光が用いられることが多い。
【００２８】
測定装置の測定プローブでは、図２に示したように、光源から測定光を生体の皮膚面に照射し、生体内で直進したり反射したり拡散したりして生体から射出された出射光を、光検出器で検出する。ここで、図２に示した透過型タイプの測定装置では、光源と光検出器とは、生体の一部（例えば指等）を挟んで対向するように設けられており、光検出器は、生体を直進又は拡散しながら透過した出射光を検出する。このとき、測定光は、生体内に存在する動脈や静脈やその他の体組織によって一部吸収されて、出射光として観測されることとなる。
【００２９】
測定装置では、測定された実際のデータと、着目する生体内成分（すなわち、酸素化ヘモグロビンや、還元ヘモグロビン等）に起因する光吸収量とを関係づけるために、拡張ランベルト・ベールの法則を利用する。一般的な測定装置は、生体という光を拡散させる物体（光の散乱体）に着目し、生体内の光の伝播を考慮するものであるため、散乱・拡散の効果を考慮することができない通常のランベルト・ベールの法則を利用することはできない。そのため、一般的な測定装置は、以下の式１１に示したような拡張ランベルト・ベールの法則を利用して、得られた測定データの解析を実施する。以下、拡張ランベルト・ベールの法則について、図３を参照しながら簡単に説明する。
【００３０】
【数１】
0006539876.tif 000002
【００３１】
ここで、上記式１１において、
λ：着目する光の波長
Ａ（λ）：波長λにおける吸光度
Ｉ０（λ）：散乱体に入射した波長λの光の強度
Ｉ（λ）：散乱体を透過した波長λの光の検出強度
Ｇ（λ）：波長λの光の散乱による減衰量
εｉ（λ）：物質ｉの波長λの光に関する吸光係数であり、物質に固有の値である。
Ｃｉ：物質ｉの濃度
ｌｉ：波長λの光が物質ｉを伝播する際の平均光路長
である。
【００３２】
ここで、上記拡張ランベルト・ベールの法則を、図３に示したような層構造を有する散乱体に適用することを考える。以下では、層を特定するための添え字を改めてｉと記載することとし、層ｉに含まれる物質の数を添え字ｊで表すこととする。すると、図３に示したような層構造を有する散乱体における拡張ランベルト・ベールの法則は、下記式１２及び式１３のように表すことができる。
【００３３】
【数２】
0006539876.tif 000003
【００３４】
ここで、上記式１２及び式１３において、
λ：着目する光の波長
Ａ（λ）：波長λにおける吸光度
Ｉ０（λ）：散乱体に入射した波長λの光の強度
Ｉ（λ）：散乱体を透過した波長λの光の検出強度
Ｇ（λ）：波長λの光の散乱による減衰量
εｉ（λ）：層ｉの波長λの光に関する吸光係数
Ｃｉ：層ｉに含まれる物質の濃度
ｌｉ：波長λの光が層ｉを伝播する際の平均光路長
εｉｊ（λ）：層ｉに含まれる物質ｊの波長λの光に関する吸光係数
Ｃｉｊ：層ｉに含まれる物質ｊの濃度
である。
【００３５】
ここで、着目する生体成分の吸光係数は、予め着目する生体成分の吸収スペクトルを測定したり、公知のデータベースからデータを取得したりすることで、特定することができる。従って、着目する生体成分の吸光係数は、これらのデータを利用することによって、既知量として取り扱うことができる。また、上記式１２における最左辺に位置する吸光度は、測定装置を用いて各波長の測定光の検出強度を測定し、生体へと入射する前の測定光の強度と比較することで算出できる。
【００３６】
ここで、血液中のヘモグロビンに着目してみると、ヘモグロビンは、酸素との結合の有無によって吸光度が変化し、また、観測する波長によっても吸光度が異なる。従って、複数の波長で吸光度を測定することによって、酸素と結合していない還元ヘモグロビン（Ｈｂ）と、酸素と結合したヘモグロビン（酸素化ヘモグロビン：ＨｂＯ２）の比率を求めることができる。
【００３７】
血液中に含まれる総ヘモグロビンのうち、酸素化ヘモグロビンの割合を、血中酸素飽和度と呼ぶ。生体情報として特に有用なものは動脈血の酸素飽和度ＳａＯ２（ａｒｔｅｒｉａｌ  ｏｘｙｇｅｎ  ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）であるが、この酸素飽和度ＳａＯ２は、以下の式１４で算出することができる。なお、先述のＳｐＯ２は、ＳａＯ２を経皮的に測定したものである。
【００３８】
【数３】
0006539876.tif 000004
【００３９】
なお、上記式１４において、
ＳａＯ２：動脈血酸素飽和度
ＣＨｂＯ２：酸素化ヘモグロビン濃度
ＣＨｂ：還元ヘモグロビン濃度
である。
【００４０】
上述の通り、測定装置における測定プローブの光検出器で検出される出射光は、測定光が体内における反射・散乱の過程で、体組織や血液成分による吸収を受けたものである。出射光強度を解析することでＳｐＯ２を算出することが可能であるが、ＳｐＯ２は動脈血の酸素飽和度であるから、出射光から動脈血以外による光吸収の影響を除外することが求められる。
【００４１】
入射光に光吸収をもたらす要素は、動脈血、静脈血、その他の体組織の３種類に大別することができる。このとき、出射光は、下記の式１５に示すような光吸収を受ける。
【００４２】
【数４】
0006539876.tif 000005
【００４３】
ここで、上記式１５において、
λ：波長
ε：吸光係数
Ｃ：濃度
ｄ：光路長
である。
【００４４】
また、上記式１５において、最右辺第１項は、血液以外の成分に起因する光吸収を表しており、最右辺第２項は、静脈血に起因する光吸収を表しており、最右辺第３項は、動脈血に起因する光吸収を表しており、最右辺第４項は、生体内での拡散に起因する光吸収を表している。
【００４５】
一般的な測定装置は、上記３種類の要素のうち、動脈のみに拍動性があることを利用し、動脈血の吸光をその他の要素から分離することができる。すなわち、上記式１５を時間微分することで、拍動性を持たない（換言すれば、時間変化の無い）静脈及びその他の体組織による光吸収の影響を除去する。この微分操作は、信号処理においては、周波数フィルタによる直流成分の除去に相当するものであり、脈波形の抽出処理に他ならない。
【００４６】
上記式１４において、ＳａＯ２を算出するための未知数は、還元ヘモグロビン濃度（ＣＨｂ）と、酸素化ヘモグロビン濃度（ＣＨｂＯ２）の２種類であるため、２つの未知数を特定するために２つの測定結果を連立させることが求められる。従って、測定装置では、少なくとも２つの波長を用いて測定が行われる。
【００４７】
いま、波長λ１，λ２の２種類の入射光で測定を行い、出射光強度の時間変化であるΔＯＤλ１，ΔＯＤλ２を求める場合を考える。この場合、２つの波長を用いて測定された出射光強度の時間変化は、上記式１５から、以下の式１６のように表すことができる。従って、未知数であるヘモグロビン濃度（ＣＨｂ）及び酸素化ヘモグロビン濃度（ＣＨｂＯ２）は、ヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンの吸光係数等と、測定結果とを用いて、以下の式１７に示したように算出することが可能となる。
【００４８】
【数５】
0006539876.tif 000006
【００４９】
従って、式１７を式１４に代入すると、以下の式１８を得ることができる。ここで、下記式１８において、パラメータα、β，Φは、以下の式１９ａ〜式１９ｃの通りである。
【００５０】
【数６】
0006539876.tif 000007
【００５１】
上記式１８の最右辺から明らかなように、ＳａＯ２の値は、パラメータΦに比例する関数として与えられることがわかる。パラメータΦは、上記式１９ｃのように、波長λ１と波長λ２で測定した脈波形の振幅の比である。また、パラメータα，βは、式１９ａ及び式１９ｂに示したように、ヘモグロビンの吸光係数から理論的に算出することが可能であるが、多くの場合には、事前に実験で求めた変換表に基づく校正を行うことで求めている。そのようにすることで、ランベルト・ベールの法則の成立する条件と、実際の生体における条件との乖離も含めた補正が可能となるからである。
【００５２】
このような方法により、測定装置は、２種類の波長による測定結果を利用して、動脈血の酸素飽和度ＳｐＯ２を算出して、パルスオキシメータとしての機能を実現することもできる。
【００５３】
また、図１に示したような皮膚構造モデルの各層（表皮層、真皮層、皮下脂肪）で拡散係数が異なることや、測定対象とする生体成分等は特定の波長の光を特異的に吸収する（すなわち、特定の波長に吸収特性を有する）ことなどを利用することで、測定装置は、測定に利用する測定光のそれぞれについて、散乱係数と着目する生体成分の成分量との間の相関関係を示す情報（例えば、検量線など）に基づき、生体成分の成分量を算出することができる。
【００５４】
ここで、一般的な測定装置では、図４Ａに示したように、レーザやＬＥＤ等といった光源から射出された測定光には、直進光と散乱光とがある程度混在している。直進光と散乱光とが混在していることで、フォトディテクタ（光検出器）には、直進光と散乱光とが混在した状態で結像することとなる。
【００５５】
散乱光は、直進光に比べて生体内をより長く通過しているため、散乱光の影響が重畳している検出結果を用いた場合、散乱光は直接光に比べて、生体成分に起因するより多くの影響を受けている。従って、このような検出結果を用いて解析を行う場合、検出結果に誤差が重畳することとなる。
【００５６】
このような散乱光による影響を改善する方法として、図４Ｂに示したように、フォトディテクタの前段に光ファイバ等の指向性フィルタを用いる方法があった。指向性フィルタを用いることで、生体内を直進した光（すなわち、直進光）のみが指向性フィルタを透過して、フォトディテクタに結像することとなる。しかしながら、指向性フィルタを用いることで散乱光の分離性は上がるものの、光軸の直下の光しか検出できないため、感度（受光量）が低下してしまう。また、指向性フィルタを用いると、体や装置の振動に起因する光軸のわずかのズレで受光量が大きく変動してしまい、実用性が低かった。
【００５７】
そこで、本発明者は、鋭意検討した結果、体内における光散乱の様子を容易に測定することが可能な測定装置について鋭意検討した結果、以下で説明するような、本開示の実施形態に係る測定装置について想到した。
【００５８】
（第１の実施形態）
以下では、図５〜図９を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る測定装置について、詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る測定装置の構成を示したブロック図である。図６は、本実施形態に係る測定装置が備える測定部の構成例を模式的に示した説明図である。図７は、本実施形態に係る測定部が備える検出部の構成を模式的に示した説明図である。図８及び図９は、本実施形態に係る測定部が備える検出部の機能について模式的に示した説明図である。
【００５９】
＜測定装置について＞
［測定装置の全体構成について］
まず、図５を参照しながら、本実施形態に係る測定装置１０の全体構成について、詳細に説明する。
本実施形態に係る測定装置１０は、測定対象物である生体Ｂを所定の波長を有する光（測定光）を用いて測定し、得られた測定結果に基づいて生体Ｂの内部における測定光の直進性、及び、光源からの光学的距離を解析する装置である。また、この測定装置１０は、得られた測定結果に基づいて、例えば、グルコース、アルブミン、ＡＧＥｓ（糖化最終産物）、コレステロール、酸化・還元ヘモグロビン、水分等の血中・体液成分（生体成分）の成分量を算出することが可能である。
【００６０】
この測定装置１０は、図５に示したように、生体Ｂを測定する測定部１０１と、制御部１０３と、解析部１０５と、記憶部１０７と、を主に備える。
【００６１】
［測定部１０１について］
以下では、まず、図６〜図９を参照しながら、本実施形態に係る測定部１０１の構成について、具体的に説明する。
本実施形態に係る測定部１０１は、図６に示したように、光源１１１と、検出部１１３と、から構成される。
【００６２】
○光源について
光源１１１は、生体の内部における測定光の直進性、及び、光源からの光学的距離を解析するとともに、生体内に存在する生体成分を測定するために用いられ、所定の波長帯域に属する測定光を、生体Ｂに向かって射出する。この光源１１１は、測定光の射出面が生体Ｂと対向するように、所定のフレーム（図示せず。）に配設される。光源１１１は、本実施形態に係る測定装置１０で着目する生体成分を測定するために適した波長の光を射出するものであり、１又は複数の光を射出することができる。
【００６３】
光源１１１が射出する測定光の波長は、可視光帯域〜近赤外帯域に属する波長から選択され、着目する生体成分に応じて適宜設定することができる。また、例えば、光源１１１が９４０ｎｍ、９５０ｎｍのような波長の光を射出することで、皮下組織に存在する脂肪に関する知見を得ることができる。また、光源１１１が５６８ｎｍ、５８０ｎｍ、６６０ｎｍ、８９０ｎｍのような波長の光を射出することで、酸化・還元ヘモグロビン等に関する血中成分やメラニン色素に関する知見を得ることができる。また、光源１１１が１４００ｎｍ〜２２００ｎｍの波長の光を射出することで、グルコースに関する知見を得ることができる。このような複数の波長の光は、例えば、光源１１１から時分割で射出されてもよいし、複数の波長の光を同時に射出したうえで、後述する検出部１１３において帯域制限を設けた光学フィルタを適切に配設することで、事後的に分離することも可能である。
【００６４】
なお、前述の各種波長は、あくまでも一例であって、本実施形態に係る測定装置１０の光源１１１が射出する光が、上記の例に限定されるわけではない。
【００６５】
このような光源１１１としては、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）や小型のレーザ等を利用可能であり、このような発光デバイスが、光源１１１として１又は複数個設けられる。
【００６６】
また、光源１１１は、後述する制御部１０３により、上記測定光の射出タイミングや射出される測定光の強度等が制御される。
【００６７】
なお、光源１１１の配設されるフレームの形状は特に限定されるわけではない。
【００６８】
○検出部について
本実施形態に係る測定装置１０が備える検出部１１３は、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、光源１１１から射出され生体Ｂを透過した測定光を、複数のセンサで検出するものである。換言すれば、本実施形態に係る検出部１１３は、いわゆるマルチタップセンサにより構成されている。図７では、このような検出部１１３の一例として、マイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ａｒｒａｙ：ＭＬＡ）を利用したセンサを示している。
【００６９】
本実施形態に係る測定装置１０が備える検出部１１３は、図７に示したように、例えば、第１遮光体１２１と、マイクロレンズアレイ１２３と、第２遮光体１２７と、アパーチャ（絞り）１２９と、センサ１３１と、を主に備える。また、検出部１１３は、第１遮光体１２１の前段に、光源１１１から射出された測定光が属する波長帯域の光を透過可能な透明基板を設けてもよい。かかる透明基板を設けることで、生体Ｂの一部から検出部１１３を保護することが可能となる。これらの部材は、所定のフレームＦによって、一体に保持されている。
【００７０】
第１遮光体１２１は、生体Ｂを透過してきた測定光の指向性を制御する指向性制御板として機能するものであり、後述するマイクロレンズアレイ１２３において互いに隣り合うマイクロレンズ１２５の境界部に設けられている。このような第１遮光体１２１を設けることにより、各マイクロレンズ１２５に入射する測定光の指向性を制御することが可能となり、より高精度な測定を行うことが可能となる。第１遮光体１２１を通過した測定光は、マイクロレンズアレイ１２３へと導光される。
【００７１】
マイクロレンズアレイ１２３は、図７上段に示したように、受光レンズである複数のマイクロレンズ１２５から構成されており、各マイクロレンズ１２５は、所定の基板上にｘ方向及びｙ方向に沿って格子状に配列されている。各マイクロレンズ１２５は、マイクロレンズ１２５に入射した測定光を、後述するセンサ１３１へと導光する。マイクロレンズアレイ１２３は、像面湾曲が少なく深さ方向のひずみがないレンズアレイであるため、このようなマイクロレンズアレイ１２３を用いることで、良好な測定データを得ることができる。なお、マイクロレンズアレイ１２３を構成する各マイクロレンズ１２５の被写界深度は、生体Ｂが接写距離に存在している場合であっても本実施形態に係る測定装置１０で着目する皮膚構造を包括するように（例えば、体表から数ミリ〜十数ミリの深さの範囲までがフォーカスされるように）設定される。
【００７２】
なお、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１２３に配設されるマイクロレンズ１２５の個数は、図７上段に示した例に限定されるわけではない。本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１２３に配設されるマイクロレンズ１２５の個数は、撮像したい生体の大きさや、センサ１３１の大きさに応じて、自由に設定することが可能である。
【００７３】
マイクロレンズアレイ１２３に入射した測定光は、マイクロレンズ１２５により集光されて、後述するセンサ１３１へと結像されることとなる。
【００７４】
ここで、マイクロレンズアレイ１２３におけるセンサ１３１側に位置する面では、互いに隣り合うマイクロレンズ１２５の境界部に、第２遮光体１２７及びアパーチャ（絞り）１２９が設けられる。この第２遮光体１２７及びアパーチャ１２９により、マイクロレンズアレイ１２３を透過した測定光の指向性を制御することが可能となり、各マイクロレンズ１２５に入射した光を、隣接するマイクロレンズ１２５に入射した光と分離することができる。これにより、本実施形態に係る測定装置１０では、センサ１３１に集光される測定光を選択することが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態に係る測定装置１０では、以上のような各種遮光体やアパーチャを設けることにより、各マイクロレンズ１２５に入射する光の入射角度を制限して、体内散乱によって生じる各マイクロレンズ１２５間のクロストークを防止することが可能となる。また、各マイクロレンズ１２５間のクロストークを防止することで、マイクロレンズアレイ１２３に設けられた複数のマイクロレンズ１２５のうち、一部のマイクロレンズ１２５に対応するセンサ画素から得られた信号（すなわち、測定領域のうちの局所的な位置に対応する信号）を取得することが可能となり、後述するセンサ１３１によって測定されるデータの時間分解能及び空間分解能を向上させることが可能となる。
【００７６】
センサ１３１は、図７上段に示したｘｙ平面の各位置における測定光の強度を検出する。このセンサ１３１は、光検出器（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＤ）等により受光した測定光の強度を電気信号に変換して、後述する解析部１０５へと出力する。このセンサ１３１としては、フォトダイオードや、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）型画像センサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型画像センサ、有機ＥＬを受光素子としたセンサ、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型画像センサや等の２次元エリアセンサを利用することができる。
【００７７】
なお、１つのマイクロレンズ１２５の下には、１又は複数の画素が配置されることとなるが、１つのマイクロレンズ１２５に対応して複数の画素が設けられる場合には、マイクロレンズ１２５と被写体との距離に応じて生じる無効な画素が存在しないように、後述する制御部１０３やソフトウェアにより制御が行われる。
【００７８】
このセンサ１３１は、後述する制御部１０３により走査タイミング等が制御され、例えば図７上段における任意の位置の検出強度を解析部１０５に出力することができる。
【００７９】
以上、図７を参照しながら、本実施形態に係る測定部１０１の構成について、詳細に説明した。
【００８０】
なお、以上説明したような測定部１０１において、測定動作が外光のある場所で行われた場合には、検出結果に外光の影響が重畳してしまう可能性がある。そこで、光源１１１から射出される測定光を、光度を高めたパルス状に駆動し、光源１１１の駆動パルスに同期した時刻におけるセンサ１３１での検出結果を利用することで、連続光である外光よりも高いゲインを得ることができる。
【００８１】
また、センサ１３１の全体又は各画素に対して、異なる帯域制限を設けた光学フィルタを配設することで、例えば６６０ｎｍ、８００ｎｍ、８９０ｎｍ、９４０ｎｍなど、特異的な波長の検出結果を選択することも可能である。
【００８２】
また、光源１１１をパルス状に駆動させることで、射出タイミング以外の時間帯に検出した光を、外光の影響を受けたものと考えることができる。そこで、射出タイミング以外の時間帯に検出した光をセンシングすることで、後述する解析部１０５では、極めて大きな外光の影響が検出された場合に測定結果を無効と判定することが可能となる。
【００８３】
更に、測定動作中に生体が動いてしまうと、血流に影響が出てしまい、測定値に影響が重畳してしまう可能性がある。そこで、血液中のヘモグロビンの吸収が高い６６０ｎｍ、８９０ｎｍなどの出力値が脈波よりも非常に大きな振幅となった場合を検出することで、後述する解析部１０５では、測定を失敗と判定することが可能である。
【００８４】
○測定部により測定されるデータについて
次に、図８及び図９を参照しながら、本実施形態に係る測定部１０１により測定されるデータ（測定データ）について、詳細に説明する。
【００８５】
人体は、光を極めて良く散乱させる媒質であるため、光源１１１から射出され生体Ｂに入射した測定光は、生体Ｂの内部を直進したり拡散したりしながら進行して、ある位置に設けられた検出部により検出されることとなる。
【００８６】
この際、光源１１１からの位置が離れた位置に存在する検出部ほど、より深い位置まで散乱して体表へと戻ってきた測定光を検出することができる。測定光は、この光が進んだ距離（光学的距離）の長さに応じて、その光路上に存在する各種の生体内成分により特定の波長のエネルギーが吸収され、その強度が減衰していく。
【００８７】
本実施形態に係る測定装置１０では、このような光の特徴に基づき、図７に示した異なるｘ座標に位置するセンサからの出力（測定データ）を利用して、各センサ位置における光の散乱や減衰の特性をモデル化することができる。
【００８８】
また、本実施形態に係る検出部１１３では、図８及び図９に示したように、各マイクロレンズ１２５の受光する光がアパーチャ１２９等により選択的に集光された位置に着目し、検出部１１３が検出した測定光を、直進光と、散乱光とに分離する。すなわち、検出部１１３では、検出された測定光の強度と、複数のセンサに結像した測定光の分布度合いと、に応じて、測定光の散乱の影響を解析し、検出部１１３が検出した測定光を、直進光と、散乱光とに分離する。
【００８９】
具体的には、検出部１１３では、図８に示したように、光源１１１からの直進光が結像する位置に対応するセンサ１３１の領域（直進光受光領域）と、図９に示したように、直進光受光領域の補集合である、生体内で散乱した散乱光が結像する位置に対応するセンサ１３１の領域（散乱光受光領域）と、を設定する。その上で、センサ１３１を構成する各画素のどの位置に光が結像したかに応じ、直進光受光領域において光が検出されたものを直進光成分と分類し、散乱光受光領域において光が検出されたものを散乱光成分と分類する。
【００９０】
また、上記のようなマイクロレンズアレイ１２３を用いた検出部１１３による分離方法を採用することで、光源１１１から垂直の位置にない画素であっても、直進光を選択的に受光することが可能となる。これにより、検出感度と直進光の選択性を両立することができる。
【００９１】
更に、本実施形態に係る測定装置１０では、上記のような直進光と散乱光との分離方法を採用することで、直進光がどの画素のどの直進光受光領域に結像したかに応じて、光源１１１からの光学的距離を解析することも可能となる。
【００９２】
ここで、直進光受光領域の位置や形状や大きさは、図８に示した場合に限定されるものではない。直進光受光領域の形状や大きさ、及び、直進光受光領域の位置については、事前の検証により適宜設定すればよい。
【００９３】
また、直進光受光領域の大きさにある程度の許容誤差範囲を設けることで、振動などによる光軸のズレが生じた場合であっても、図４Ｂに示したような測定装置と比べて、より安定した測定を実現することが可能となる。
【００９４】
なお、上記のような直進光と散乱光との分離方法に対して、従来の偏光を利用した分離方式を組み合わせることで、更に分離特性の良い計測を実現することが可能となる。
【００９５】
［制御部１０３について］
再び図５に戻って、本実施形態に係る測定装置１０が備える制御部１０３について説明する。
制御部１０３は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等により実現される。制御部１０３は、測定部１０１に設けられた光源１１１やセンサ１３１等の駆動制御を行うことにより、測定部１０１における生体Ｂの測定処理全般を統括する。より詳細には、制御部１０３は、所定の同期信号等に基づいて、センサ１３１の走査タイミングや、情報を取得するセンサ１３１の選択等といったセンサの駆動制御を行う。また、制御部１０３は、光源１１１に対しても、測定光の射出タイミングや強度に関する駆動制御を行う。
【００９６】
制御部１０３が以上のような駆動制御を行うことで、測定部１０１の光源１１１は、所定波長の測定光を適切なタイミングで射出することが可能となるとともに、後述する解析部１０５は、センサ１３１上の任意の位置の測定データを取得することが可能となる。
【００９７】
制御部１０３により駆動制御された測定部１０１によって測定された測定データは、後述する解析部１０５へと出力されて、測定データの解析処理が実施される。
【００９８】
ここで、制御部１０３は、測定部１０１の制御を行うにあたり、後述する記憶部１０７に記録されている各種のプログラムやパラメータやデータベース等を参照することが可能である。
【００９９】
［解析部１０５について］
本実施形態に係る測定装置１０が備える解析部１０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。解析部１０５は、測定部１０１により検出された測定光の検出結果を利用し、生体の内部における測定光の直進性、及び、光源からの光学的距離を解析する。
【０１００】
より詳細には、解析部１０５は、図８及び図９に示したような、直進光受光領域で検出された光や、散乱光受光領域で検出された光に関する検出結果を利用することで、生体の内部における測定光の直進性に関する知見を得ることができる。また、解析部１０５は、直進光がどの画素のどの直進光受光領域に結像したかに応じて、光源１１１からの光学的距離を解析する。
【０１０１】
また、解析部１０５は、生体Ｂに入射させた光の強度と、上記のような方法で分離した直進光の強度と、を比較することで生体Ｂにおける散乱量を算出し、光路長の長さから散乱係数を算出することができる。解析部１０５は、生体成分ごとの散乱係数に対する成分量（成分濃度）の相関関係を示す情報（例えば、検量線等）を有しており、この相関関係を示す情報に基づいて、算出した散乱係数から生体成分の成分量を算出することができる。
【０１０２】
ここで、本実施形態に係る検出部１１３は、図７に示したように複数のセンサが所定の配置で規則的に配設された、いわゆるマルチタップセンサであり、１つのマイクロレンズに対して１又は複数の画素が対応している。また、各マイクロレンズでの画像は上下左右が反転しているため、解析部１０５は、検出部１１３から出力された光の強度に関する２次元マップ（換言すれば、検出された光の強度に関する画像）を反転処理したうえで合成することで、連続的な光量変化を示した、位置関係の修正された２次元マップを得ることができる。
【０１０３】
１つのマイクロレンズに対して複数の画素が対応している場合、解析部１０５は、１つのマイクロレンズに対応する複数の画素のデータを合成することで、データの精度を向上させることができる。また、解析部１０５は、マイクロレンズ単位での代表値のみを取得して、各マイクロレンズの値を曲線近似で補完するような処理を行ってもよい。
【０１０４】
解析部１０５は、マイクロレンズ自体による輝度の減衰カーブを予め取得しておき、マイクロレンズ自体による輝度傾斜を、かかる減衰カーブを用いて補正することも可能である。
【０１０５】
また、図７に示したような検出部１１３を利用する場合、各マイクロレンズからのセンサ面では、情報を取得する皮下深度に応じて、結像する画像の大きさが変化する。そこで、解析部１０５は、例えば真皮層における体液の成分を計測したい場合には、体表面から約１ｍｍ程度の深さの位置の情報を取得している画像が連続になるように画像の切り出し範囲を決定して再合成することで、着目する部位における連続画像を得ることができる。
【０１０６】
ここで、本実施形態に係る解析部１０５は、例えば上記のような拡張ランベルト・ベールの法則を用いた多変量解析処理を、図７に示したような各ｘ座標位置のセンサから取得した実測データを利用して波長毎に行うことで、センサ位置毎の皮膚構造をモデル化することができる。また、解析部１０５は、センサ位置毎の生体成分による光の吸収の度合いをプロットすることで、光強度の減衰カーブを得ることもできる。この減衰カーブは、測定光の波長毎に生成することが可能であり、測定光の波長としては、着目する生体成分の吸収に特徴的な波長が選択される。従って、ある波長の光に関する減衰カーブは、ある生体成分による吸収の度合いを示した減衰カーブとなる。
【０１０７】
例えば、測定光として、波長６６０ｎｍの光、及び、波長８９０ｎｍの光の２種類を利用し、これらの光を時分割で生体Ｂに照射し、例えば時分割で強度を検出することにより、解析部１０５は、生体内に含まれるメラニン量を算出することができる。解析部１０５は、これら２つの波長の減衰カーブを生成することで、波長６６０ｎｍの光におけるメラニンに起因する光の減衰を推定したり、波長８９０ｎｍの光におけるメラニンに起因する光の減衰を推定したりすることができる。また、波長６６０ｎｍの光を測定光として用いることで、真皮層の厚みを算出することも可能となる。更に、測定光として、波長９４０ｎｍの光を用いることで、脂肪に関する減衰カーブを得ることができる。解析部１０５は、この減衰カーブを利用して、脂肪層の厚みを算出することも可能となる。
【０１０８】
また、解析部１０５は、上記のようなパルスオキシメータと同様の原理により、動脈血中に存在する生体内成分による影響と、静脈血中に存在する生体内成分による影響とを分離して、動脈血中に存在する成分の時間的な変動を分離することができる。これにより、時間的な変動の少ない成分に関する解析をより正確に行うことが可能となる。
【０１０９】
解析部１０５は、以上のようにして算出した成分量や生成した減衰カーブを、各波長の光の検出強度の補正に利用することが可能である。かかる成分量や減衰カーブを光の検出強度の補正に利用することで、生体成分による光吸収の影響を補償することが可能となる。
【０１１０】
例えば、センサ１３１全体で受光する光は、動脈血、静脈血、皮下組織を透過したものであるが、解析部１０５は、上記のようなパルスオキシメータ機能と同様の計算を画素単位で処理することで、動脈成分の分離・除去を行うことができる。
【０１１１】
また、計測部位に静脈又は動脈が存在する場合、血液中での光学的な性質は大きく異なり、解析結果に誤差を与える可能性が高いため、特異点として除去することが好ましい。そこで、本実施形態に係る解析部１０５は、図７に示したようなマルチタップセンサで得られたイメージ全体を利用することで、対応することができる。すなわち、このような血管が存在する部分では、センサ間での測定結果が不連続に推移すると考えられる。そのため、解析部１０５は、このような測定データの不連続性に着目して、上記のような部分を特異点として検出して、補正したり削除したりすることができる。また、解析部１０５は、表面の体毛やアザ、ホクロなどのような特異点についても、同様にして補正したり削除したりすることが可能である。
【０１１２】
また、解析部１０５は、６６０ｎｍと８９０ｎｍの２波長などによる測定画像を利用し、静脈や動脈では酸素量が大きくなることに着目して、静脈や動脈の存在する部位を推定したり、動的な画像処理により脈動による時間変化の大きい部位を特定して、静脈や動脈が存在する位置を推定したりすることができる。
【０１１３】
更に、解析部１０５は、静脈のみ、動脈のみの成分を抽出することで、それぞれの部位での散乱係数を推定することも可能である。
【０１１４】
以上、本実施形態に係る解析部１０５について、詳細に説明した。
【０１１５】
［記憶部１０７について］
再び図５に戻って、本実施形態に係る測定装置１０が備える記憶部１０７について説明する。
記憶部１０７は、本実施形態に係る測定装置１０に設けられたＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部１０７には、解析部１０５における解析処理に用いられる光吸収スペクトルや光散乱スペクトルのデータや、各種のデータベースやルックアップテーブル等が格納されている。また、記憶部１０７には、本実施形態に係る測定部１０１により測定された測定データや、本実施形態に係る制御部１０３や解析部１０５が実施する処理に用いられる各種のプログラムやパラメータやデータ等が記録されていてもよい。また、記憶部１０７には、これらのデータ以外にも、測定装置１０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等を適宜記憶することが可能である。この記憶部１０７は、測定部１０１、制御部１０３、解析部１０５等の各処理部が、自由にアクセスし、データを書き込んだり読み出したりすることができる。
【０１１６】
以上、図５〜図９を参照しながら、本実施形態に係る測定装置１０の構成について、詳細に説明した。
【０１１７】
以上説明したような本実施形態に係る測定装置１０では、光学モデル（皮膚構造モデル）の変動をもたらしうる生体内成分を正確に測定することが可能となる。
【０１１８】
なお、本実施形態に係る制御部１０３及び解析部１０５は、本実施形態に係る測定装置１０の一部であってもよいし、測定装置１０に接続されているコンピュータ等の外部機器に実現されていてもよい。また、測定部１０１によって生成される測定データがリムーバブル記憶媒体等に格納され、この記憶媒体が測定装置１０から取り外されて、解析部１０５を有する他の装置に接続されることで、測定データが解析されてもよい。
【０１１９】
以上、本実施形態に係る測定装置１０の機能の一例を示した。測定部１０１以外の上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１２０】
なお、上述のような本実施形態に係る制御部及び解析部の各機能を実現するためのコンピュータプログラムや、上述のような本実施形態に係る制御部及び解析部を制御するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１２１】
［測定部１０１の変形例］
続いて、図１０を参照しながら、本実施形態に係る測定部１０１の変形例について、簡単に説明する。図１０は、本実施形態に係る測定装置１０が備える測定部１０１の他の構成例を模式的に示した説明図である。
【０１２２】
画素単位又はライン単位などで偏光子の方向を直交させた（又は一定角度の差を持たせた）イメージセンサが存在する。このイメージセンサは、例えば図１０に示したように、センサの画素の前段に、偏光子として、偏光方向を選択するための画素フィルタが設けられている。そこで、かかる画素偏光のイメージセンサを利用することで、従来の液晶による位相変調と同様な効果を、センサ側で実現することが可能となる。
【０１２３】
この方式の場合、図１０に示したように、光源側に固定の偏光子を配設するだけで、直進光と散乱光との分離が可能となる。
【０１２４】
また、この画素偏光のイメージセンサを図７に示したようなマルチタップセンサと組み合わせることで、画素位置と偏光の双方で、より分離度の高い直進光と散乱光の比率を求めることができる。すなわち、生体が存在しない場合は、偏光子を通過した偏光は同方向の画素のみに受光され、直交画素には受光されない。しかしながら、生体が存在する場合には、光は生体内で大きく散乱を受けるため、直進光と散乱光との比率が散乱係数の変化により変化する。具体的には、体内での散乱係数が小さくなるほど透過画素の受光量が増加し、非透過画素の受光量が減少する。従って、このような知見を利用することで、直進光と散乱光の比率をより高精度に算出することが可能となるのである。
【０１２５】
なお、画素に偏光を持たせる技術としては、自己クローニングフォトニック結晶などの例がある。
【０１２６】
以上、図１０を参照しながら、本実施形態に係る測定部１０１の変形例について、簡単に説明した。
【０１２７】
＜測定方法について＞
次に、図１１を参照しながら、本実施形態に係る測定装置１０で実施される測定方法の流れについて、簡単に説明する。図１１は、本実施形態に係る測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１２８】
本実施形態に係る測定方法では、まず、制御部１０３による制御のもとで、測定部１０１の光源１１１から、所定波長の測定光が生体の少なくとも一部に対して照射される（ステップＳ１０１）。その後、生体の内部を直進又は拡散しながら透過した透過光が、測定部１０１の検出部１１３により検出される（ステップＳ１０３）。検出部１１３による検出結果は、解析部１０５へと出力される。
【０１２９】
解析部１０５では、上記図８及び図９で説明したような方法により、検出された透過光を、直進光と散乱光とに区分する（ステップＳ１０５）。その後、解析部１０５は、区分した直進光及び散乱光を用いて、上記のような各種の解析処理が実施される（ステップＳ１０７）。
【０１３０】
これにより、本実施形態に係る測定方法では、生体の内部における測定光の直進性に関する知見や、光源からの光学的距離に関する知見をはじめとして、生体の内部に存在する生体成分の成分量などといった、各種の知見を得ることができる。
【０１３１】
以上、図１１を参照しながら、本実施形態に係る測定方法の流れの一例について、簡単に説明した。
【０１３２】
＜ハードウェア構成について＞
次に、図１２を参照しながら、本開示の実施形態に係る測定装置１０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１２は、本開示の実施形態に係る測定装置１０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１３３】
測定装置１０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、測定装置１０は、更に、ホストバス９０７、ブリッジ９０９、外部バス９１１、インターフェース９１３、センサ９１４、入力装置９１５、出力装置９１７、ストレージ装置９１９、ドライブ９２１、接続ポート９２３および通信装置９２５を備える。
【０１３４】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、またはリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、測定装置１０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１３５】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１３６】
センサ９１４は、例えば、ユーザに固有の生体情報、または、かかる生体情報を取得するために用いられる各種情報を検出する検出手段である。このセンサ９１４として、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の各種の撮像素子を挙げることができる。また、センサ９１４は、生体部位を撮像するために用いられるレンズ等の光学系や光源等を更に有していてもよい。また、センサ９１４は、音声等を取得するためのマイクロフォン等であってもよい。なお、センサ９１４は、上述のもの以外にも、温度計、照度計、湿度計、速度計、加速度計などの様々な測定機器を備えていてもよい。
【０１３７】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、測定装置１０の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。測定装置１０のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、測定装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１３８】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、測定装置１０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、測定装置１０が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１３９】
ストレージ装置９１９は、測定装置１０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１４０】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、測定装置１０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１４１】
接続ポート９２３は、機器を測定装置１０に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、測定装置１０は、外部接続機器９２９から直接各種データを取得したり、外部接続機器９２９に各種データを提供したりする。
【０１４２】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１４３】
以上、本開示の実施形態に係る測定装置１０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１４４】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４５】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１４６】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析する解析部と、
を備える、測定装置。
（２）
前記検出部は、複数のレンズが格子状に規則的に配設されたマイクロレンズアレイを利用したセンサにより、前記生体を透過した測定光を検出する、（１）に記載の測定装置。
（３）
前記検出部における前記複数のセンサの分布密度により、前記測定光の検出精度を制御し、
前記解析部は、検出された前記測定光の強度と、前記複数のセンサに結像した前記測定光の分布度合いと、に応じて、前記生体に含まれる生体成分による前記測定光の散乱の影響を解析する、（１）又は（２）に記載の測定装置。
（４）
前記解析部は、検出された前記測定光を、前記生体の内部を直進した直進光と、前記生体の内部を散乱しながら透過した散乱光と、に区分し、前記直進光に対応する検出結果に基づいて、前記生体成分に対応する散乱係数を算出する、（１）〜（３）の何れか１つに記載の測定装置。
（５）
前記解析部は、複数のセンサにおける前記測定光の結像位置に応じて、前記直進光と前記散乱光とを区分する、（４）に記載の測定装置。
（６）
前記測定光は、前記生体に入射するに先立って偏光方向が所定の方向に制御され、
前記検出部における前記複数のセンサの前段には、前記複数のセンサそれぞれに結像する前記測定光の偏光方向を、互いに直交する２種類の偏光方向のうちのいずれか一方に選択する偏光選択フィルタが設けられており、
前記解析部は、前記偏光選択フィルタに対応する前記センサにて前記測定光が検出されたか否かに応じて、前記直進光と前記散乱光とを区分する、（４）に記載の測定装置。
（７）
前記解析部は、算出した前記散乱係数に基づいて、前記生体成分の成分量を算出する、（４）〜（６）の何れか１つに記載の測定装置。
（８）
着目する前記生体成分に応じて、前記光源から射出される前記測定光の波長を制御する、（３）〜（７）の何れか１つに記載の測定装置。
（９）
前記解析部は、前記生体成分の解析結果に誤差を与える生体の部位に対応する前記検出結果を除いて、解析処理を実施する、（３）〜（８）の何れか１つに記載の測定装置。
（１０）
前記生体成分は、メラニン、血中成分又は水分の少なくとも何れかである、（３）〜（９）の何れか１つに記載の測定装置。
（１１）
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出することと、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出することと、
検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析することと、
を含む、測定方法。
（１２）
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、を備える測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析する解析機能を実現させるためのプログラム。
（１３）
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも１種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、前記光源から射出され前記生体を透過した前記測定光を当該複数のセンサで検出する検出部と、を備える測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記測定光の検出結果を利用し、前記生体の内部における前記測定光の直進性、及び、前記光源からの光学的距離を解析する解析機能を実現させるためのプログラムの記録された記録媒体。
【符号の説明】
【０１４７】
１０  測定装置
１０１    測定部
１０３    制御部
１０５    解析部
１０７    記憶部
１１１    光源
１２１    第１遮光体
１２３    マイクロレンズアレイ
１２５    マイクロレンズ
１２７    第２遮光体
１２９    アパーチャ（絞り）
１３１    センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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