(57)【要約】  測定装置（１０）は、筐体（１００）と、筐体（１００）の一部に設けられた開口（１０２）と、筐体（１００）の内部に配置され、第１波長を含む光を開口（１０２）に向けて放射する発光部（１２０）と、筐体（１００）の内部に開口（１０２）に向けて配置され、第１波長の光を検出する第１光検出部（１４０）と、発光部（１２０）の光軸Ｌに重ならず、発光部（１２０）の光の放射領域Ａと重なる位置に配置された反射部材（１３０）と、筐体（１１０）の内部に光の放射領域と重なる位置に向けて配置され、第１波長の光を検出する第２光検出部（１４２）と、を備える。
2016002560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の一部に設けられた開口と、
前記筐体の内部に配置され、第１波長を含む光を前記開口に向けて放射する発光手段と、
前記筐体の内部に前記開口に向けて配置され、前記第１波長の光を検出する第１光検出手段と、
前記発光手段の光軸に重ならず、前記発光手段の光の放射領域と重なる位置に配置された反射部材と、
前記筐体の内部に前記光の放射領域と重なる位置に向けて配置され、前記第１波長の光を検出する第２光検出手段と、
を備える測定装置。
【請求項２】
前記反射部材は、前記発光手段が放射した光を乱反射させる、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記開口内に位置する透光部材を更に備え、
前記反射部材は、前記透光部材の外側の面に配置されている、
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記第２光検出手段で検出された光の強度を用いて、前記第１光検出手段で検出された光の強度を補正する補正手段を更に備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記測定装置は、生体の皮膚を前記開口に近接させた状態で使用され、
前記第１波長は近赤外域の波長であり、
さらに、
前記補正手段によって補正された後の前記第１光検出手段で検出された光の強度に基づいて、前記皮膚に含まれる糖分の量を算出する算出手段を備える、
請求項４に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて特定の成分を検出して測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象に含まれる特定の成分を検出する方法の一つに、その成分によって吸収される波長の光を測定対象に照射し、測定対象におけるその光の吸収量を測定する方法がある。例えば特許文献１には、血液中の血糖値を測定するための装置が開示されている。この装置において、ベース部の上面には光源、受光素子、及び導波路が設けられている。そしてベース部の下面に導波路の一部を露出させ、この一部から光源が生成した光を照射する。またこの一部には、反射光が入射する。入射した反射光は、受光素子に導波される。【０００３】
また特許文献２には、皮膚に対して光を斜め方向に照射し、かつ、複数の受光部を斜めかつ間隔をあけて配置することが記載されている。特許文献２に記載の技術は、皮膚や血液に含まれるグルコースを測定することを目的としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４５０６９号公報
【特許文献２】特表２００５−５１３４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光源から放射される光に関して、その光の強度や波長等は、例えば湿度や光源の温度などの環境によって変動し得る。光源から放射される光が変動すると、光を用いて特定の成分を検出する際に、対象とする成分の測定精度が低下し得る。そのため、このような環境に起因する光源の光の変動による影響を抑え、測定精度を向上させ得る技術が望まれる。【０００６】
本発明の目的は、光を用いて特定の成分を検出して測定する際、環境に起因する光源の光の変動による影響を抑え、測定精度を向上させ得る技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
筐体と、
前記筐体の一部に設けられた開口と、
前記筐体の内部に配置され、第１波長を含む光を前記開口に向けて放射する発光手段と、
前記筐体の内部に前記開口に向けて配置され、前記第１波長の光を検出する第１光検出手段と、
前記発光手段の光軸に重ならず、前記発光手段の光の放射領域と重なる位置に配置された反射部材と、
前記筐体の内部に前記光の放射領域と重なる位置に向けて配置され、前記第１波長の光を検出する第２光検出手段と、
を備える測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光を用いて特定の成分を検出して測定する際、環境に起因する光源の光の変動による影響を抑え、測定精度を向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１０】
【図１】第１実施形態における測定装置の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】反射部材が設けられる面を上面から見た場合の図である。
【図３】第２実施形態における測定装置の構成を概念的に示すブロック図である。
【図４】第３実施形態における測定装置の構成を概念的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
なお、以下に示す説明において、測定装置１０の構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。例えば、補正部１４４、制御部１５０及び算出部１６０は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
【００１３】
［第１実施形態］
〔処理構成〕
図１は、第１実施形態における測定装置１０の構成を概念的に示すブロック図である。本実施形態の測定装置１０は、筐体１００、発光部１２０、反射部材１３０、第１光検出部１４０、及び第２光検出部１４２を備えている。筐体１００には、開口１０２が設けられている。発光部１２０、反射部材１３０、第１光検出部１４０及び第２光検出部１４２は、筐体１００の内部に配置されている。発光部１２０は、第１波長を含む光を開口１０２に向けて放射する。第１光検出部１４０は、開口１０２に向けて配置されており、第１波長の光を検出する。例えば、第１光検出部１４０の光軸は開口１０２を通っており、第１波長の光の強度を検出する。なお、第１光検出部１４０の光軸は、例えば第１光検出部１４０の受光面の中心を通り、かつ第１光検出部１４０の受光面に対して垂直な線として定義される。図１に例示されるように、発光部１２０の光軸Ｌと第１光検出部１４０の光軸は、筐体１００の外部の位置αで交わる。反射部材１３０は、発光部１２０の光軸Ｌに重ならない位置において、発光部１２０の光の放射領域Ａの一部を含むように配置されており、発光部１２０から放射された光の一部を反射する。第２光検出部１４２は、反射部材１３０と光の放射領域Ａとが重なる位置に向けて配置され、第１光検出部１４０と同様に、第１波長の光を検出する。例えば、第２光検出部１４２の光軸は反射部材１３０と発光部１２０の放射領域Ａとが重なる位置を通っており、第１波長の光の強度を検出する。なお、第２光検出部１４２の光軸は、例えば第２光検出部１４２の受光面の中心を通り、かつ第２光検出部１４２の受光面に対して垂直な線として定義される。図１に例示されるように、本実施形態において、発光部１２０の光軸Ｌと第２光検出部１４２の光軸は、筐体１００の内部の位置βで交わる。また、図１に示されるように、補正部１４４が更に備えられている。補正部１４４は、例えば、測定装置１０の内部に備えられていてもよいし、測定装置１０と通信可能に接続された他の装置に備えられていてもよい。以下、詳細に説明する。
【００１４】
測定装置１０は、例えば生体の皮膚、例えば真皮組織の間質液に含まれる糖分（例えばグルコース）を測定する装置である。この場合、第１波長は近赤外域（例えば１２００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下）である。そして測定装置１０は、対象物２０（例えば、生体の皮膚）を開口１０２に近接させた状態で使用される。
【００１５】
筐体１００は、例えば樹脂や金属を用いて形成されている。筐体１００の一面には開口１０２が設けられている。筐体１００は、複数の部品または複数の部材で構成されていてもよい。筐体１００に設けられている開口１０２は、例えば、第１波長の光を透過する透光部材（図示せず）によって塞がれていてもよい。透光部材は、例えばガラスや樹脂で形成された板状の部材である。透光部材は、平板であってもよいし、筐体１００の外部の位置αで交わるように設計されていれば、少し湾曲していてもよい。
【００１６】
発光部１２０は、光源として、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザダイオードなどの発光素子を有している。この光源は、第１波長の光を他の波長の光よりも強く発光するのが好ましい。また、図示はしていないが、特定の波長のみを透過する光学フィルタが、発光部１２０の発光素子から放射される光の進路上に配置されていてもよい。発光部１２０の光軸は、開口１０２に向けて配置されている。このため、生体の皮膚を筐体１００に設けられている開口１０２に近接させたとき、発光部１２０の光軸は当該皮膚の表面に対して斜めになる。
【００１７】
第１光検出部１４０は、フォトダイオードなどの光電変換素子を有している。この光電変換素子は、第１波長の光に対する感度が他の波長の光の感度よりも高いのが好ましい。または、図示はしていないが、特定の波長に対する感度を上げるために、特定の波長のみを透過する光学フィルタを光電変換素子の直前に配置してもよい。第１光検出部１４０の受光面は、開口１０２が設けられている筐体１００の外面に対して斜めに配置されている。第１光検出部１４０の光軸は、図１に例示されるように、発光部１２０の光軸Ｌと筐体１００の外部の位置αにおいて交わっている。この場合、２つの光軸の交点αと、開口１０２が設けられている筐体１００の外面との間隔は、２ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下である。また、間隔は、０，５ｍｍ以上であるのが好ましい。また、２つの光軸が成す角度θ１は、例えば６０°以上１２０°以下である。なお、筐体１００の開口１０２が設けられている面に対して発光部１２０の光軸が成す角度と、筐体１００の開口１０２が設けられている面に対して第１光検出部１４０の光軸が成す角度は、互いに等しいのが好ましい。
【００１８】
第２光検出部１４２も、第１光検出部１４０と同様に、フォトダイオードなどの光電変換素子を有している。第２光検出部１４２の光電変換素子も、第１光検出部１４０と同様に、第１波長の光に対する感度が他の波長の光の感度よりも高いのが好ましい。または、図示はしていないが、特定の波長に対する感度を上げるために、特定の波長のみを透過する光学フィルタを光電変換素子の直前に配置してもよい。第２光検出部１４２の受光面は、反射部材１３０に向けられており、開口１０２が設けられている筐体１００の外面に対して斜めに配置されている。第２光検出部１４２の光軸は、図１に例示されるように、発光部１２０の光軸Ｌと筐体１００の内部の位置βにおいて交わっている。また、２つの光軸が成す角度θ２は、例えば６０°以上１２０°以下である。なお、筐体１００の開口１０２が設けられている面に対して発光部１２０の光軸が成す角度と、筐体１００の開口１０２が設けられている面に対して第２光検出部１４２の光軸が成す角度は、互いに等しいのが好ましい。
【００１９】
反射部材１３０は、光を反射する性質を有しており、発光部１２０から放射された光を反射する。また、反射部材１３０は、図１に例示されるように、発光部１２０の光軸Ｌに重ならず、発光部１２０の光の放射領域Ａに重なる位置に配置されている。但し、反射部材１３０が配置される位置は図１の例に制限されない。
【００２０】
反射部材１３０が配置される位置について、図２の例を用いて説明する。図２は、反射部材１３０が設けられる面を上面から見た場合の図である。図２では、点線で示される円が、反射部材１３０が配置される面における、発光部１２０の光の放射領域Ａを示している。また、図２では、点線で示される円の中心が、発光部１２０の光軸Ｌを示している。図２に例示されるように、反射部材１３０は、発光部１２０の光軸Ｌに重ならず、放射領域Ａの一部分Ａ'（図２の斜線部）で発光部１２０から放射される光に重なるように配置されている。反射部材１３０は、この一部分Ａ'を通る光を、第２光検出部１４２に向けて反射する。なお、図２は放射領域Ａが円形である場合を示しているが、これはあくまで一例であり、放射領域Ａの形状は円形に制限されない。例えば、発光部１２０の構造によっては、放射領域Ａは円形以外の形状（例えば、多角形形状や様々な形状を組み合わせた形状など）も取り得る。
【００２１】
反射部材１３０は、発光部１２０から当該反射部材１３０が配置される面を通る光のうち、例えば５〜１０％の範囲の光を遮るように配置される。ここで、反射部材１３０によって反射される光は、反射部材１３０の位置や形状などによって調整することができる。具体的には、反射部材１３０の位置や形状などによって一部分Ａ'の面積が調整され、結果として、発光部１２０から放射される光に対する、反射部材１３０によって反射される光の割合が調整できる。より明確には、例えば、光軸Ｌにおける光の強度を基準として所定以上（例えば２０％以上等）の光の強度を有する範囲を光の放射範囲と定義した場合に、反射部材１３０は当該光の放射範囲において例えば５〜１０％分を占めるように配置される。また理想的には、反射部材１３０は、第１光検出部１４０で検出される光量と第２光検出部１４２で検出される光量とが略等しくなるように配置されていると好ましい。実際には、第１光検出部１４０で検出される光は対象物２０に当たることによって大きく（約９０％程度）減衰するため、反射部材１３０は、発光部１２０から放射される光の５％程度を反射するような位置に設けられていればよい。
【００２２】
これにより、発光部１２０から開口１０２に向けて放射された光の大部分を通しつつ、第２光検出部１４２で実行される測定に必要な量の光を反射させることができる。なお、反射部材１３０の形状は、図２の例に制限されない。反射部材１３０は、例えば、円弧状や多角形形状、又はそれらを組み合わせた形状等、様々な形状を取り得る。また、反射部材１３０は、複数個に分割して設けられていてもよい。
【００２３】
補正部１４４は、第１光検出部１４０で検出された光の強度および第２光検出部１４２で検出された光の強度をそれぞれ受け取る。そして、補正部１４４は、第２光検出部１４２で検出された光の強度を用いて、第１光検出部１４０で検出された光の強度を補正する。具体的には、補正部１４４は、第１光検出部１４０で検出された光の強度を、第２光検出部１４２で検出された光の強度で除算する。これにより、第１光検出部１４０で検出された光の強度が、第２光検出部１４２で検出された光の強度を基に補正される。
【００２４】
なお、対象物２０に含まれる測定対象の量又は濃度は、例えば下記の式１に基づいて算出される。下記の式１において、δは対象物２０に含まれる測定対象の量又は濃度、Ｉ１は第１光検出部１４０で検出された光の強度、Ｉ２は第２光検出部１４２で検出された光の強度、εは光の強度から測定対象の量又は濃度を算出する関数をそれぞれ示す。下記式１の右辺において、第１光検出部１４０で検出された光の強度Ｉ１は第２光検出部１４２で検出された光の強度Ｉ２によって補正されている。なお、光の強度から量又は濃度を算出する関数εは、例えば、予め強度が分かっている特定の波長の光と、予め測定対象の量又は濃度が分かっている対象物とを用いて実測すること等によって定義される。また、異なる測定対象毎に複数の関数を求めて測定装置１０に設定しておき、図示しない入力部によって測定装置１０の測定対象を切り替えるように構成することもできる。
【００２５】
【数１】
2016002560.tif 000003
【００２６】
〔第１実施形態の作用と効果〕
上記したように、測定装置１０を使用するときには、生体の皮膚等の対象物２０は開口１０２に近接する。この状態で、発光部１２０は発光する。発光部１２０から放射された光は皮膚の少なくとも真皮組織に侵入し、細胞壁等によって散乱される。そして第１光検出部１４０は、この散乱光の一部を検出する。発光部１２０から放射された光が第１光検出部１４０によって検出されるまでの光路において、この光の一部は、皮膚内の特定の成分、例えば間質液に含まれるグルコースなどの糖分によって吸収される。従って、第１光検出部１４０が検出した光から測定される強度に基づいて、皮膚内の特定の成分の濃度を算出することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、第２光検出部１４２において、反射部材１３０で反射された光が検出され、その強度が測定される。反射部材１３０で反射された光は、測定対象を経由していないため、第２光検出部１４２で検出された光の強度は実際に発光部１２０から放射された光の強度に比例する。このため、第２光検出部１４２で検出された光の強度を用いて、第１光検出部１４０で検出された光の強度を補正することができる。言い換えると、第１光検出部１４０で検出される光の強度は、温度などの環境に起因する光源の光の変動をキャンセルした状態に補正される。よって、本実施形態によれば、測定装置１０の測定精度を向上させる効果が見込める。
【００２８】
また、本実施形態の第２光検出部１４２の光軸は、図１に例示されるように、筐体１００の内部で発光部１２０の光軸と交わっている。そのため、筐体１００の外部からの光が第２光検出部１４２に入りにくい構造となっている。また、第２光検出部１４２の光軸と発光部１２０の光軸との交点の筐体１００の内部での位置をさらに工夫することによって、筐体１００の外部からの光が第２光検出部１４２に入らない構造とする方が望ましい。第２光検出部１４２をこのように配置することで、本実施形態の第２光検出部１４２は発光部１２０から放射された純粋な光を精度よく検出することができ、結果として、環境に起因する光源の光の変動による影響を抑える精度を高めることができる。
【００２９】
また、本実施形態において、反射部材１３０は、例えば、当該反射部材１３０の材質や表面のコーティング加工などによって、入射する光を乱反射させるように構成されていることが好ましい。これにより、発光部１２０から放射される光の一部が反射部材１３０によって乱反射する。光が乱反射することにより、例えば、各測定装置１０の製造誤差や、外圧や温度などに起因する筐体１００の歪みなどによって反射部材１３０の位置にずれが生じた場合であっても、第２光検出部１４２に入射する光の強度のばらつきを抑えることができる。結果として、反射部材１３０の位置のずれによる影響を低減させ、第２光検出部１４２による測定精度の向上効果を安定して得ることができる。
【００３０】
［第２実施形態］
〔処理構成〕
図３は、第２実施形態における測定装置の構成を概念的に示すブロック図である。本実施形態の測定装置１０は、以下の点を除いて、第１実施形態の測定装置１０と同様の構成である。
【００３１】
まず、発光部１２０は、光源１２２及びレンズ１２４を有している。光源１２２は、第１実施形態に示した発光素子を有している。レンズ１２４は、光源１２２からの光を集光する。レンズ１２４による光源１２２からの光の集光点は、開口１０２よりも外側に位置している。この集光点は、第１光検出部１４０の光軸と重なる、言い換えると２つの光軸が交わる位置αと重なるのが好ましい。
【００３２】
また、本実施形態の測定装置１０は、補正部１４４、制御部１５０、算出部１６０、表示部１７０、及び入力部１８０を有している。
【００３３】
入力部１８０は、測定装置１０のユーザによって操作される。入力部１８０は、例えば押下型又は接触型のスイッチであり、筐体１００の外面に位置している。制御部１５０は、入力部１８０に入力が行われると、発光部１２０を発光させる。
【００３４】
算出部１６０は、補正部１４４によって補正された後の、第１光検出部１４０で検出された光の強度を用いて、測定対象における特定成分の量又は濃度、例えば皮膚の間質液に含まれる糖分（例えばグルコース）の量又は濃度を算出する。算出部１６０は、例えば上記式１を用いて、皮膚の間質液に含まれる糖分（例えばグルコース）の量又は濃度を算出することができる。そして算出部１６０は、算出した結果を表示部１７０に表示させる。表示部１７０は筐体１００の外面に位置しているため、測定装置１０のユーザは、表示部１７０を視認することにより、測定装置１０による測定結果を認識することができる。
【００３５】
〔第２実施形態の効果〕
以上、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
［第３実施形態］
〔処理構成〕
図４は、第３実施形態における測定装置の構成を概念的に示すブロック図である。本実施形態の測定装置１０は、以下の点を除いて、第１及び第２実施形態の測定装置１０と同様の構成を有する。なお、図４では、第２実施形態をベースとした構成を例示している。
【００３７】
本実施形態の測定装置１０は、開口１０２内に位置する透光部材１１０を更に有する。透光部材１１０は、第１波長を含む光を透過させる。透光部材１１０は、測定部位に押し当てられたときに変形しない。また、透光部材１１０は、測定部位の皺を伸ばす機能も有している。また、本実施形態の反射部材１３０は、図１に例示されるように、透光部材１１０の外側の面に配置されている。また、反射部材１３０が透光部材１１０の外側の面に配置されたことにより、本実施形態における反射光の進路は第１及び第２実施形態と異なる。但し、第２光検出部１４２の向きは、図２に例示される向きに制限されない。第２光検出部１４２の向きは、反射部材１３０からの反射光を捉えられる範囲で、反射部材１３０と発光部１２０の光の放射領域Ａとが重なる位置に向けられていればよい。また、筐体１００の外部の反射部材１３０からの光以外の光が第２光検出部１４２に入りにくいように、第２光検出部１４２への光路経を数ｍｍ程度の構造とする方がよい。より望ましくは、筐体１００の外部の反射部材１３０からの光以外の光が第２光検出部１４２に入らないようにする方がよく、第２光検出部１４２への光路経をさらに小さくする方が良い。例えば、光量が十分に得られる大きさであれば良く、第２の検出部が３ｍｍ程度である場合は光路径を３ｍｍ以下、更に望ましくは、光電変換素子の大きさ（０．３〜１ｍｍ）程度にすることができる。また、筐体１００の外部の反射部材１３０からの光以外の光が第２光検出部１４２に入らないようにするため、第２光検出部１４２の受光面側に案内路となるガイドを受光面から反射部材の方向に延在させて設けても良い。また、反射部材１３０は、表面の加工や材質などによって、入射される光を乱反射するように構成されていると好ましい。
【００３８】
なお、図３では、図の見やすさの観点から、反射部材１３０はある程度の厚さを持つように描かれているが、実際には、反射部材１３０の機能を損なわない程度の厚さとすることができる。よって、透光部材１１０の外側の面に反射部材１３０が配置されていても測定の邪魔にはならず、測定装置１０を利用するユーザが測定時に煩わしさを感じることが少ない。
【００３９】
〔第３実施形態の作用と効果〕
以上、本実施形態では、発光部１２０から放射された光の一部が、透光部材１１０を通過し、当該透光部材１１０の外側の面に位置する反射部材１３０で反射され、第２光検出部１４２で検出される。これにより、第２光検出部１４２は、第１光検出部１４０と同様に、測定時の温度、透光部材１１０の境界面における屈折率の変化、または、透光部材１１０内部の様々な特性変化などによる影響を受けた光を検出できる。そして、このように第２光検出部１４２で検出された光の強度を用いて第１光検出部１４０で検出される光を補正することにより、対象物２０によって減衰した光を更に精度よく検出することができる。結果として、本実施形態によれば、測定対象を測定する精度を向上させる効果が見込める。
【００４０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００４１】
この出願は、２０１４年７月３日に出願された日本出願特願２０１４−１３８０２５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2016002560.tif 000004
【図２】
2016002560.tif 000005
【図３】
2016002560.tif 000006
【図４】
2016002560.tif 000007
【国際調査報告】
2016002560.tif 000008
2016002560.tif 000009
2016002560.tif 000010
2016002560.tif 000011