(57)【要約】鼓膜からの放射光を用いて生体成分濃度を高精度に測定する生体成分濃度の測定装置を提供する。  生体成分濃度の測定装置は、鼓膜を撮像する撮像部と、鼓膜の第１領域を撮像した第１撮像情報、および、第１領域とは異なる、鼓膜の第２領域を撮像した第２撮像情報に基づいて、鼓膜の傾きに関する傾き情報を生成する処理部と、鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、検出された赤外光と傾き情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部とを備えている。
2007105596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鼓膜を撮像する撮像部と、
前記鼓膜の第１領域を撮像した第１撮像情報、および、前記第１領域とは異なる、前記鼓膜の第２領域を撮像した第２撮像情報に基づいて、前記鼓膜の傾きに関する傾き情報を生成する処理部と、
前記鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、
検出された前記赤外光と前記傾き情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部と
を備えた、生体成分濃度の測定装置。
【請求項２】
前記撮像部は、複数の画素を有する撮像素子を備えており、
前記処理部は、前記複数の画素の出力のうち、前記第１領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第１撮像情報とし、前記第２領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第２撮像情報として、前記傾き情報を生成する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記撮像部は、
光を放射する光源と、
放射され前記耳孔内で反射した前記光を前記撮像素子に集光するレンズと、
前記レンズを移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、
前記撮像素子により得られた撮像情報に基づいて、前記複数の画素の中から、合焦している領域に対応する画素の出力を抽出する抽出部と
をさらに備え、
前記抽出部は、前記第１撮像情報として、前記レンズが第１位置にあるときに合焦した前記第１領域に対応する少なくとも１つの第１画素の出力を抽出し、かつ、前記第２撮像情報として、前記レンズが第２位置にあるときに合焦した前記第２領域に対応する少なくとも１つの第２画素の出力を抽出し、
前記処理部は、前記第１の撮像情報と前記第２の撮像情報とに基づいて、前記第１画素と前記第２画素との間隔を算出し、
前記演算部は、前記間隔および検出された前記赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出する、請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記レンズが前記第１位置から前記第２位置に移動したときの前記レンズの移動量を算出し、
前記演算部は、さらに前記移動量に基づいて生体成分の濃度を算出する、請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記撮像部から画像として出力された撮像情報に基づいて、前記鼓膜に対応する画像部分を検出する検出部と、
検出された前記画像部分に基づいて、前記撮像素子の複数の画素のうち、前記画像部分に対応する画素に、前記鼓膜から放射された赤外光が選択的に入射するように光路を制御する光路制御素子と
をさらに備えた、請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
前記耳孔内に挿入される導波管をさらに備え、
前記導波管は、前記耳孔に前記光源から出射された前記光を出射し、前記耳孔内で反射した前記光、および、前記鼓膜から放射された前記赤外光を受ける、請求項３に記載の測定装置。
【請求項７】
前記鼓膜から放射される赤外光の強度を増加させるための赤外光源をさらに備え、
前記検出部は、受けた赤外光の強度に応じた信号を出力する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項８】
算出された前記生体成分の濃度の情報を出力する出力部をさらに備えた、請求項１に記載の測定装置。
【請求項９】
前記出力部は、前記生体成分の濃度の情報をディスプレイに出力する、請求項８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、採血等を行なわずに非侵襲的に、生体成分の濃度、例えばグルコース濃度を測定する生体成分濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、生体情報測定装置として、鼓膜からの放射光を計測して、グルコース濃度を算出する非侵襲血糖計が提案されている。例えば、特許文献１には、外耳道に収まる程度の大きさの鏡を備え、その鏡を通して、近赤外線や熱線を鼓膜に照射するとともに、鼓膜において反射された光を検出し、検出結果からグルコース濃度を算出する非侵襲血糖計が開示されている。また、特許文献２には、耳孔内に挿入されるプローブを備え、鼓膜や外耳道を冷却した状態で、内耳より発生して鼓膜から放射された赤外線を、プローブを通して検出し、検出された赤外線を分光分析することによりグルコース濃度を得る非侵襲血糖計が開示されている。また、特許文献３には、耳孔内に挿入される反射鏡を備え、その反射鏡を用いて鼓膜からの放射光を検出し、検出された放射光を分光分析することによりグルコース濃度を得る非侵襲血糖計が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５１１５１３３号明細書および図面
【特許文献２】米国特許第６００２９５３号明細書および図面
【特許文献３】米国特許第５６６６９５６号明細書および図面
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかし、外耳道の入口の中心と鼓膜臍とを結ぶ軸に対して垂直な面と鼓膜との成す角度は、個人差があることが知られている。また、耳孔内に鏡やプローブを耳孔内に挿入する際、鏡やプローブの挿入角度がばらつくことにより、それらの端面と鼓膜との位置関係が挿入ごとに異なる可能性がある。耳孔内に挿入された鏡やプローブの端面に対する鼓膜の傾きの程度は、鏡やプローブ内に入射する鼓膜からの放射光の量に影響を与えるため、前記従来の非侵襲血糖計では生体成分濃度の測定にばらつきがあるという問題があった。【０００４】  本発明は、前記従来の問題点に鑑み、鼓膜からの放射光を用いて生体成分濃度を高精度に測定することができる生体成分濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明による生体成分濃度の測定装置は、鼓膜を撮像する撮像部と、前記鼓膜の第１領域を撮像した第１撮像情報、および、前記第１領域とは異なる、前記鼓膜の第２領域を撮像した第２撮像情報に基づいて、前記鼓膜の傾きに関する傾き情報を生成する処理部と、前記鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、検出された前記赤外光と前記傾き情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部とを備えている。【０００６】  前記撮像部は、複数の画素を有する撮像素子を備えており、前記処理部は、前記複数の画素の出力のうち、前記第１領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第１撮像情報とし、前記第２領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第２撮像情報として、前記傾き情報を生成してもよい。【０００７】  前記撮像部は、光を放射する光源と、放射され前記耳孔内で反射した前記光を前記撮像素子に集光するレンズと、前記レンズを移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、前記撮像素子により得られた撮像情報に基づいて、前記複数の画素の中から、合焦している領域に対応する画素の出力を抽出する抽出部とをさらに備え、前記抽出部は、前記第１撮像情報として、前記レンズが第１位置にあるときに合焦した前記第１領域に対応する少なくとも１つの第１画素の出力を抽出し、かつ、前記第２撮像情報として、前記レンズが第２位置にあるときに合焦した前記第２領域に対応する少なくとも１つの第２画素の出力を抽出し、前記処理部は、前記第１の撮像情報と前記第２の撮像情報とに基づいて、前記第１画素と前記第２画素との間隔を算出し、前記演算部は、前記間隔および検出された前記赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出してもよい。【０００８】  前記処理部は、前記レンズが前記第１位置から前記第２位置に移動したときの前記レンズの移動量を算出し、前記演算部は、さらに前記移動量に基づいて生体成分の濃度を算出してもよい。【０００９】  前記撮像部から画像として出力された撮像情報に基づいて、前記鼓膜に対応する画像部分を検出する検出部と、検出された前記画像部分に基づいて、前記撮像素子の複数の画素のうち、前記画像部分に対応する画素に、前記鼓膜から放射された赤外光が選択的に入射するように光路を制御する光路制御素子とをさらに備えていてもよい。【００１０】  前記測定装置は、前記耳孔内に挿入される導波管をさらに備え、前記導波管は、前記耳孔に前記光源から出射された前記光を出射し、前記耳孔内で反射した前記光、および、前記鼓膜から放射された前記赤外光を受けてもよい。【００１１】  前記測定装置は、前記鼓膜から放射される赤外光の強度を増加させるための赤外光源をさらに備え、前記検出部は、受けた赤外光の強度に応じた信号を出力してもよい。【００１２】  前記測定装置は、算出された前記生体成分の濃度の情報を出力する出力部をさらに備えていてもよい。【００１３】  前記出力部は、前記生体成分の濃度の情報をディスプレイに出力してもよい。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、生体成分濃度測定装置は、鼓膜の第１領域および第２領域を撮像して第１撮像情報および第２撮像情報を得る。鼓膜の傾きに起因して第１領域撮影時と第２領域撮影時とでは結像位置（焦点距離）が異なっているため、焦点距離と第１撮像情報および第２撮像情報によれば、鼓膜の傾きに関する情報が得られる。そして、鼓膜から放射される赤外光と、鼓膜の傾きに関する傾き情報とを利用して生体成分の濃度を算出する。鼓膜の傾きを考慮して鼓膜から放射される赤外光の強度に基づいて生体成分の濃度を測定するため、生体成分の濃度を高精度に測定することができる。第１領域撮影時の結像位置と第２領域撮影時の結像位置との変化量は、固定値であってもよいし、計測値であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１による生体成分濃度測定装置１００の外観を示す斜視図である。
【図２】測定装置１００のハードウェア構成を示す図である。
【図３】光学フィルタホイール１０６を示す斜視図である。
【図４】撮像素子１４８を用いて撮像された耳孔２００内の画像を示す。
【図５】集光レンズ１４６が第１の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。
【図６】集光レンズ１４６が第２の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。
【図７】集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ａと、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ｂとを示す。
【図８】耳孔２００内に挿入された導波管１０４と鼓膜２０２との位置関係を示す断面図である。
【図９】実施形態２に係る生体成分濃度測定装置３００の外観を示す斜視図である。
【図１０】実施形態２に係る生体成分濃度測定装置３００の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】  １００、３００  生体成分濃度測定装置
１０１  電源スイッチ
１０２  本体
１０３  測定開始スイッチ
１０４  導波管
１０６  光学フィルタホイール
１０８  赤外線検出器
１１０  マイクロコンピュータ
１１２  メモリ
１１４  ディスプレイ
１１６  電源
１１８  チョッパー
１２０  液晶シャッター
１２２  第１の光学フィルタ
１２３  リング
１２４  第２の光学フィルタ
１２５  シャフト
１２６  検出領域
１３０  前置増幅器
１３２  帯域フィルタ
１３４  同期復調器
１３６  ローパスフィルタ
１３８  Ａ／Ｄコンバータ
１４０  光源
１４２  第１のハーフミラー
１４４  第２のハーフミラー
１４６  集光レンズ
１４８  撮像素子
１５０  アクチュエータ
１５２  レンズ枠
１５４  位置センサ
１５６  タイマー
１５８  ブザー
２００  耳孔
２０２  鼓膜
２０４  外耳道
５０１  画素
５０２，５０２ａ，５０２ｂ，６０２，６０２ａ，６０２ｂ  焦点が合っている状態の画素
５０３  焦点が合っていない状態の画素
７００  赤外光源
７０２  第３のハーフミラー
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  生体から放射される赤外光を測定することにより、例えば血糖値などの生体成分濃度の情報を得ることができる。以下では、まずその原理を説明し、その後、本発明による生体成分濃度測定装置の第１および第２の実施形態を説明する。【００１８】  生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーＷは以下の数式で表される。
【数１】
2007105596.tif 000003
【数２】
2007105596.tif 000004
Ｗ：生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー、
ε（λ）：波長λにおける生体の放射率、
Ｗ０（λ、Ｔ）：波長λ、温度Ｔにおける熱放射の黒体放射強度密度、
ｈ：プランク定数（ｈ＝６．６２５×１０−３４（Ｗ・Ｓ２））、
ｃ：光速（ｃ＝２．９９８×１０１０（ｃｍ／ｓ））、
λ１、λ２：生体からの熱放射により放射される赤外放射光の波長（μｍ）、
Ｔ：生体の温度（Ｋ）、
Ｓ：検出面積（ｃｍ２）
ｋ：ボルツマン定数【００１９】  （数１）によれば、検出面積Ｓが一定の場合、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーＷは波長λにおける生体の放射率ε（λ）に依存する。放射におけるキルヒホッフの法則から、同じ温度、波長における放射率と吸収率は等しい。
【数３】
2007105596.tif 000005
α（λ）：波長λにおける生体の吸収率【００２０】  したがって、放射率を考える際には、吸収率を考えればよいことがわかる。エネルギー保存則から、吸収率、透過率及び反射率には、以下の関係が成り立つ。
【数４】
2007105596.tif 000006
ｒ（λ）：波長λにおける生体の反射率
ｔ（λ）：波長λにおける生体の透過率【００２１】  したがって、放射率は、透過率及び反射率を用いて以下の数式で表される。
【数５】
2007105596.tif 000007
【００２２】  透過率は、入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量の比で表される。入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量は、ランベルト−ベールの法則で示される。
【数６】
2007105596.tif 000008
Ｉｔ：透過光量、
Ｉ０：入射光量、
ｄ：生体の厚さ、
ｋ（λ）：波長λにおける生体の消衰係数
生体の消衰係数は、生体による光の吸収を表す。【００２３】  したがって、透過率は以下の数式で表される。
【数７】
2007105596.tif 000009
【００２４】  次に反射率について説明する。反射率は、全方向に対する平均反射率を算出する必要があるが、ここでは、簡単のため、垂直入射に対する反射率で考える。垂直入射に対する反射率は、空気の屈折率を１として、以下の数式で表される。
【数８】
2007105596.tif 000010
ｎ（λ）：波長λにおける生体の屈折率【００２５】  以上から、放射率は以下の数式で表される。
【数９】
2007105596.tif 000011
【００２６】  生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率及び消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約０．０３程度と小さく、かつ（数８）から理解されるように、屈折率及び消衰係数にはあまり依存しない。したがって、生体中の成分の濃度の変化によって屈折率及び消衰係数が変化しても、反射率の変化は小さい。【００２７】  一方、透過率は、（数７）に示されるように、消衰係数に大きく依存する。したがって、生体中の成分の濃度の変化により生体の消衰係数、すなわち生体による光の吸収の度合いが変化すると、透過率が変化する。【００２８】  したがって、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーは、生体中の成分の濃度に依存することがわかる。したがって、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー強度から生体中の成分の濃度を求めることができる。【００２９】  （数７）によれば、透過率は生体の厚さに依存する。生体の厚さが薄いほど、生体の消衰係数の変化に対する透過率の変化の度合いが大きくなるため、生体中の成分の濃度変化を検出しやすくなる。【００３０】  鼓膜は、厚さが約６０〜１００μｍと薄いため、赤外放射光を用いた生体中の成分の濃度測定に適している。【００３１】  以下、添付の図面を参照しながら、本発明の測定装置の実施形態１および２をそれぞれ説明する。【００３２】  （実施形態１）
図１は、本実施形態による生体成分濃度測定装置１００の外観を示す斜視図である。【００３３】  生体成分濃度測定装置１００（以下「測定装置１００」と記述する。）は、本体１０２と、本体１０２の側面に設けられた導波管１０４を備えている。本体１０２には、生体成分の濃度の測定結果を表示するためのディスプレイ１１４、測定装置１００の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ１０１、及び測定を開始するための測定開始スイッチ１０３が設けられている。【００３４】  測定装置１００は、鼓膜の第１領域を撮像した第１撮像情報、および、その領域とは異なる、鼓膜の第２領域を撮像した第２撮像情報に基づいて、鼓膜の傾きに関する傾き情報を生成し、鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、検出された赤外光と傾き情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する。そして、算出した生体成分の濃度の情報を、ディスプレイ１１４等を介して出力する。ここでいう「生体成分の濃度」とは、たとえばグルコース濃度（血糖値）、ヘモグロビン濃度、コレステロール濃度、中性脂肪濃度の少なくともひとつである。【００３５】  導波管１０４は耳孔内に挿入され、鼓膜から放射された赤外光を測定装置１００内部へと導く機能を有している。導波管としては、赤外線を導くことのできるものであればよく、例えば、中空管や、赤外線を伝送する光ファイバ等を用いることができる。中空管を用いる場合、中空管の内表面に金の層を有することが好ましい。この金の層は、中空管の内面に金メッキを施したり、金を蒸着したりすることにより形成することができる。【００３６】  次に、図２および図３を参照しながら、測定装置１００の本体内部のハードウェアの構成を説明する。【００３７】  図２は、測定装置１００のハードウェア構成を示す図である。【００３８】  測定装置１００の本体内部には、チョッパー１１８、液晶シャッター１２０、光学フィルタホイール１０６、赤外線検出器１０８、前置増幅器１３０、帯域フィルタ１３２、同期復調器１３４、ローパスフィルタ１３６、アナログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータと略称する）１３８、マイクロコンピュータ１１０、メモリ１１２、ディスプレイ１１４、電源１１６、光源１４０、第１のハーフミラー１４２、第２のハーフミラー１４４、集光レンズ１４６、撮像素子１４８、アクチュエータ１５０、レンズ枠１５２、位置センサ１５４、タイマー１５６、及びブザー１５８が備えられている。【００３９】  測定装置１００は、鼓膜から放射された赤外光を赤外線検出器１０８によって検出する。本明細書において、「鼓膜から放射された赤外光」とは、鼓膜自身からの熱放射により鼓膜から放射された赤外光、及び、鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射された赤外光を含む。本実施形態による測定装置１００は、後述の実施形態３の測定装置とは異なり、赤外光を放射する光源を備えていない。したがって、本実施形態による赤外線検出器１０８は、鼓膜自身からの熱放射により放射された赤外光を検出する。【００４０】  赤外線検出器としては、赤外領域の波長の光を検出できるものであればよく、例えば、焦電センサ、サーモパイル、ボロメータ、ＨｇＣｄ��ｅ（ＭＣＴ）検出器、ゴーレイセル等を用いることができる。【００４１】  ここで、マイクロコンピュータ１１０は、たとえばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の演算回路である。マイクロコンピュータ１１０は、撮影された鼓膜の画像情報に基づいて鼓膜の傾きに関する情報を生成するとともに、鼓膜の傾きに起因する影響を考慮して、生体成分の濃度を算出する機能を有している。それぞれの処理は後述する。メモリ１１２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部として機能する。【００４２】  ディスプレイ１１４は液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ等である。【００４３】  電源１１６は、測定装置１００内部の電気系統を動作させるためのＡＣまたはＤＣ電力を供給する。電源１１６として電池を用いることが好ましい。【００４４】  チョッパー１１８は、鼓膜２０２から放射し、導波管１０４により本体１０２内に導かれた後、第２のハーフミラー１４４を透過した赤外光をチョッピングして、赤外光を高周波数の赤外線信号に変換する機能を有する。チョッパー１１８の動作は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号に基づき制御される。チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光は、光学フィルタホイール１０６に到達する。【００４５】  図３は、光学フィルタホイール１０６を示す斜視図である。光学フィルタホイール１０６は、第１の光学フィルタ１２２及び第２の光学フィルタ１２４を有しており、これらがリング１２７にはめ込まれて構成されている。第１および第２の光学フィルタ１２１および１２２の各々は分光素子として機能する。各々がどのような波長帯域の赤外光を透過させるかについては後述する。【００４６】  図３に示す例では、ともに半円状である第１の光学フィルタ１２２及び第２の光学フィルタ１２４がリング１２３にはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト１２５が設けられている。このシャフト１２５を図３の矢印のように回転させることにより、チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを、第１の光学フィルタ１２２と第２の光学フィルタ１２４との間で切り替えることができる。【００４７】  シャフト１２５の回転は、マイクロコンピュータ１１０によって制御される。マイクロコンピュータ１１０から出力された制御信号は、モータ（図示せず）に送られる。モータは制御信号に応じた回転数でシャフト１２５を回転させる。シャフト１２５の回転は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号により制御される。シャフト１２５の回転は、チョッパー１１８の回転と同期させ、チョッパー１１８が閉じている間にシャフト１２５を１８０度回転させるように制御することが好ましい。その理由は、次にチョッパー１１８が開いたときに、チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを隣の光学フィルタに切り替えることができるためである。【００４８】  光学フィルタの作製方法としては、公知の技術を特に限定することなく利用できるが、例えば、真空蒸着法を用いることができる。光学フィル��は、Ｓｉ、ＧｅまたはＺｎＳｅを基板として、真空蒸着法やイオンスパッタ法を用いてＺｎＳ、ＭｇＦ２、ＰｂＴｅ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ等を基板上に積層することにより作製することができる。【００４９】  ここで、基板上に積層する各層の膜厚、積層する順序、積層回数等を調節して、積層された薄膜内における光の干渉を制御することにより、所望の波長特性を持つ光学フィルタを作製することができる。【００５０】  第１の光学フィルタ１２２及または第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光は、検出領域１２６を備える赤外線検出器１０８に到達する。赤外線検出器１０８に到達した赤外光は、検出領域１２６に入射し、入射した赤外光の強度に対応した電気信号に変換される。【００５１】  赤外線検出器１０８から出力された電気信号は、前置増幅器１３０によって増幅される。増幅された電気信号は、帯域フィルタ１３２によってチョッピング周波数を中心周波数とする周波数帯域以外の信号が取り除かれる。これにより、熱雑音等の統計的揺らぎに起因するノイズを最小化することができる。【００５２】  帯域フィルタ１３２によって濾過された電気信号は、同期復調器１３４によってチョッパー１１８のチョッピング周波数と帯域フィルタ１３２によって濾過された電気信号を同期させ、積分することにより、ＤＣ信号に復調される。【００５３】  同期復調器１３４によって復調された電気信号は、ローパスフィルタ１３６によって低周波数帯域の信号が取り除かれる。これにより、さらにノイズを取り除くことができる。【００５４】  ローパスフィルタ１３６によって濾過された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ１３８によってデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ１１０に入力される。ここで、各光学フィルタに対応する赤外検出器１０８からの電気信号は、シャフト１２５の制御信号をトリガーとして用いることで、どの光学フィルタを透過した赤外光に対応する電気信号であるのかを識別することができる。シャフト１２５の制御信号をマイクロコンピュータが出力してから、次のシャフト制御信号を出力するまでの間が、同じ光学フィルタに対応する電気信号となる。各光学フィルタに対応する電気信号を、それぞれメモリ１１２上で積算した後平均値を算出することにより、さらにノイズは低減されるため、測定の積算を行うことが好ましい。【００５５】  メモリ１１２には、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値及び第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データが格納されている。マイクロコンピュータ１１０は、メモリ１１２からこの相関データを読み出し、この相関データを参照して、メモリ１１２に蓄積されたデジタル信号から算出された単位時間当たりのデジタル信号を、生体成分の濃度に換算する。【００５６】  マイクロコンピュータ１１０において換算された生体成分の濃度は、ディスプレイ１１４に出力され、表示される。【００５７】  第１の光学フィルタ１２２は、例えば、測定対象である生体成分によって吸収される波長を含む波長帯域（以下、測定用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有��る。【００５８】  一方、第２の光学フィルタ１２４は、第１の光学フィルタ１２２とは異なるスペクトル特性を有する。第２の光学フィルタ１２４は、例えば、測定対象である生体成分による吸収がなく、かつ対象成分の測定を妨害するような他の生体成分による吸収のある波長を含む波長帯域（以下、参照用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。ここで、このような他の生体成分としては、測定対象である生体成分以外で、生体中における成分量の多いものを選択すればよい。【００５９】  例えば、グルコースは、９．６μｍ付近に吸収ピークを有する赤外吸収スペクトルを示す。そこで、測定対象である生体成分がグルコースの場合は、第１の光学フィルタ１２２が、９．６μｍを含む波長帯域（たとえば９．６±０．１マイクロメートル）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。【００６０】  一方、生体中に多く含まれるタンパク質は８．５マイクロメートル付近の赤外光を吸収し、グルコースは８．５μｍ付近の赤外光は吸収しない。そこで、第２の光学フィルタ１２４が、８．５μｍを含む波長帯域（たとえば８．５±０．１マイクロメートル）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。【００６１】  メモリ１１２に格納されている、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値及び第２の光学フィルタ３２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。【００６２】  まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、鼓膜から熱放射により放射される赤外光を測定する。このとき、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とを求める。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とからなるデータの組を得ることができる。【００６３】  次に、このようにして取得したデータの組を解析して濃度相関データを求める。例えば、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。【００６４】  また、第１の光学フィルタ１２２が測定用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有し、第２の光学フィルタ１２４が参照用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する場合、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と、第１の光学フィルタ３２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の信号値との差を求め、その差とそれに対応する生体成分濃度との相関を示す濃度相関データを求めてもよい。例えば、最小二乗法等の直線回帰分析を行うことにより求めることができる。【００６５】  次に、鼓膜２０２を撮像するための構成を説明する。【００６６】  光源１４０は、鼓膜２０２を照明するための可視光を出射する。光源１４０から出射され、第１のハーフミラー１４２により反射された可視光は、第２のハーフミラー１４４により反射された後、導波管１０４を通って外耳道２０４内に導かれ、鼓膜２０２を照明する。【００６７】  光源１４０としては、例えば、赤色レーザ等の可視光レーザや、白色ＬＥＤ等を用いることができる。この中で、白色ＬＥＤはハロゲンランプに比べ、発光させた時に発生する発生熱が少ないので、鼓膜２０２や外耳道２０４の温度に与える影響が少ないため好ましい。【００６８】  第１のハーフミラー１４２は、可視光の一部を反射し、残りを透過させる機能を有する。【００６９】  第２のハーフミラー１４４は、可視光を反射して、赤外光を透過する。第２のハーフミラー１４４の材料としては、赤外線を吸収せず、透過し、可視光を反射する材料が好ましい。第２のハーフミラー１４４の材質としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣａＦ２、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。また、赤外線に対して透明な樹脂上に、膜厚数ｎｍのアルミニウムや金からなる層を設けたものを用いてもよい。赤外線に対して透明な樹脂としては、例えば、ポリカーボネイトが挙げられる。【００７０】  一方、鼓膜２０２から外耳道２０４を通って導波管１０４内に入射した可視光は、第２のハーフミラー１４４により反射され、一部は第１のハーフミラー１４２を透過する。第１のハーフミラー１４２を透過した可視光は、レンズ枠１５２により保持されている集光レンズ１４６により集光され、撮像素子１４８に到達する。ここで、集光レンズ１４６は本発明におけるレンズに相当する。【００７１】  撮像素子１４８としては、例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の画像素子を用いる。【００７２】  測定装置１００は、撮像素子１４８から鼓膜２０２まで距離を検出して、レンズ枠１５２に保持された集光レンズ１４６を駆動し、撮像素子１４８上に正しく光学像を結像させるための機構を備える。【００７３】  アクチュエータ１５０は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号によって駆動され、集光レンズ１４６を光軸に沿った方向（図２中の矢印の方向）に移動させることができる。このとき、集光レンズ１４６の位置を位置センサ１５４が検出し、マイクロコンピュータ１１０に出力する。【００７４】  一方、マイクロコンピュータ１１０は、撮像素子１４８の中央部付近の合焦エリア内に含まれる画素からの出力信号について、バンドパスフィルタにより信号の高域成分を抽出し、抽出され���成分の大小からコントラスト量を検出する。マイクロコンピュータ１１０は、このコントラスト量が最大となる位置に集光レンズ１４６が移動するように、アクチュエータ１５０を制御する。【００７５】  このようにして、鼓膜２０２までの距離が変化しても、撮像素子１４８上に鼓膜２０２の光学像を正しく結像させることができる。この機構では、鼓膜２０２までの距離を直接測定しているわけではないが、集光レンズ１４６の位置情報から間接的に鼓膜２０２までの距離を測距しているといえる。【００７６】  アクチュエータ１５０及び位置センサ１５４としては、公知のビデオカメラやデジタルスチルカメラに搭載されているオートフォーカス装置において用いられているものと同様のものを用いることができる。【００７７】  例えば、アクチュエータ１５０としては、レンズ枠１５２に設けたコイルと、本体１０２側に固定されたヨーク、及びこのヨークに取付けられた駆動用マグネットとから構成することができる。レンズ枠１５２を、２本のガイドポールによって光軸方向に移動可能に支持しておき、レンズ枠１５２に設けたコイルに電流が供給されると、ヨークと駆動用マグネットとで形成される磁気回路中にあるコイルに対して、光軸方向の磁気推進力が生じ、レンズ枠１５２が光軸方向に移動する。推進力の正負の方向は、コイルに供給される電流の向きによって制御することができる。【００７８】  位置センサ１５４としては、例えば、一定ピッチで着磁され、レンズ枠１５２に取付けられたセンサマグネットと、本体１０２側に固定された磁気抵抗センサ（以下、ＭＲセンサと略称する）とから構成することができる。本体１０２側に固定されたＭＲセンサにより、レンズ枠１５２に取付けられたセンサマグネットの位置を検出することにより、集光レンズ１４６の位置を検出することができる。【００７９】  次に、撮像素子１４８により撮影された画像の中から、鼓膜２０２の位置を認識する方法を説明する。【００８０】  図４は、撮像素子１４８を用いて撮像された耳孔２００内の画像を示す。画像の左側には鼓膜２０２に対応する部分が表示されており、右側には外耳道２０４に対応する部分が表示されている。鼓膜２０２の見える位置や大きさは、個人によっても異なるが、導波管１０４の挿入位置によっても変わる。【００８１】  外耳道の色は肌色であり、鼓膜の色は白色または無色透明である。この外耳道と鼓膜との色の差を撮像情報検出部で認識することにより、両者を区別して認識することができる。撮像素子１４８で得られた画像情報をマイクロコンピュータ１１０において画像処理を行うことにより画像情報の中から鼓膜２０２の領域を抽出する。画像処理としては、例えば、以下に示す、閾値処理とラベリング処理による領域抽出技術を用いることができる。【００８２】  まず、マイクロコンピュータ１１０は、画像情報に対して閾値処理を行う。画像の各画素は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各々に対応する値（ＲＧＢ値）を有しており、このＲＧＢ値の平均値が各画素における明るさとなる。【００８３】  画素の明るさに関して一定の基準値（閾値）を設定しておくことにより、マイクロコンピュータ１１０は、各画素の明るさを閾値により黒色と���色の２つの値に変換する処理を行う。例えば、測定装置１００の出荷時において閾値が予め設定されている場合には、マイクロコンピュータ１１０は、画素の明るさがその閾値以上であればその画素に対して白色を設定し、それ以外の場合は画素に対して黒色を設定する。鼓膜２０２に対応する部分の画素は、外耳道２０４に対応する部分の画素よりも明るいため、閾値を、鼓膜に対応する部分の画素の明るさと外耳道に対応する部分の画素の明るさとの間に設定すると、上記の処理により、鼓膜２０２に対応する部分の画素が白色に設定され、外耳道２０４に対応する部分の画素が黒色に設定される。【００８４】  次に、マイクロコンピュータ１１０は上記閾値処理を行った画像情報に対して、ラベリング処理を行う。例えば、マイクロコンピュータ１１０は、閾値処理された画像情報内の全画素を走査して、白色に設定された画素に対して、同じラベルを属性として付加する。【００８５】  以上の処理により、マイクロコンピュータ１１０は、ラベルが付加された画素に該当する領域を鼓膜２０２として認識することができる。撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合は、全画素数に対する、ラベルが付加された画素数の割合を、マイクロコンピュータ１１０により演算することにより求めることができる。【００８６】  液晶シャッター１２０は、複数の液晶セルがマトリクス状に配列された構造を有しており、各液晶セルに印加する電圧によって、各液晶セルを、光が透過する状態や光を遮断する状態に個別に制御することができる。液晶シャッターとしては、例えば、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備え、ＴＦＴを用いて光の透過および遮断を制御できることが好ましい。【００８７】  マイクロコンピュータ１１０は、上記の画像処理によって撮像素子１４８が撮像した画像情報の中から鼓膜２０２に対応する画像部分を認識すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設定する。【００８８】  液晶シャッター１２０を光路制御素子として利用することにより、鼓膜から放射された赤外光は赤外線検出器１０８に到達し、外耳道から放射された赤外光は遮断されて赤外線検出器１０８に到達しなくなるので、外耳道の影響を取り除くことができる。よって、さらに高精度の測定を行うことができる。【００８９】  なお、液晶シャッター以外にも、たとえば機械式シャッターを光路制御素子として用いることができる。機械式シャッターとしては、例えば、微小鏡面（マイクロミラー）が平面に配列されたＭＥＭＳ技術を用いた公知技術であるデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと略称する）を用いることができる。ＤＭＤは、公知のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて作製することができる。各マイクロミラーは、鏡面下部に設けた電極を駆動することによりＯＮとＯＦＦの二つの状態に制御することができる。マイクロミラーがＯＮのときは、鼓膜から放射された赤外光を反射して赤外線検出器に向けて投射し、ＯＦＦのときは、赤外光をＤＭＤ内部に設けられた吸収体に向けて反射し、赤外線検出器に向けては投射されない。したがって、各マイクロミラーを個別に駆動することにより、微小領域ごとに赤外光の投射を制御することができる。【００９０】  次に、撮像素子１４８により撮影された画像を用いて、赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜２０２の傾きの程度を見積もる方法について、図５〜８を用いて説明する。図５〜７は、撮像素子１４８により撮影された画像における鼓膜２０２に対応する部分の画素の状態を示す図である。説明の便宜のため、撮影された画像には鼓膜のみが含まれているとする。ただし、図４に示すように、撮影された画像に鼓膜２０２と外耳道２０４とが含まれているような場合には、鼓膜２０２に対応する画像部分のみを用いて同様に処理すればよい。図８は、耳孔２００内に挿入された導波管１０４と鼓膜２０２との位置関係を示す断面図である。【００９１】  マイクロコンピュータ１１０は、撮像素子１４８の画素のうち、上記の方法により鼓膜２０２を撮像していると認識された領域内に含まれる画素からの出力信号について、バンドパスフィルタにより信号の高域成分を抽出し、抽出された成分の大小からコントラスト量を検出する。マイクロコンピュータ１１０は、コントラスト量を閾値と比較して、コントラスト量が閾値以上である画素を、焦点が合っている状態であると認識する。【００９２】  図５は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。マトリクス状に配置された複数の画素５０１のうち、左上にある黒色の部分は焦点が合っている領域に対応する画素群５０２であり、白色の部分は焦点が合っていない領域に対応する画素群５０３を示す。鼓膜２０２の外耳道２０４に面している面を平面と近似すると、撮像素子１４８により撮影された画像内において、焦点が合っている領域の画素群５０２は直線上に並ぶ。【００９３】  次に、マイクロコンピュータ１１０はアクチュエータ１５０を制御して、集光レンズ１４６を移動させる。ここでは、集光レンズ１４６が、第１の位置から撮像素子１４８に遠ざかる方向に動き、第２の位置に移動した場合について説明する。【００９４】  図６は、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。集光レンズ１４６が第１の位置から第２の位置に動くことにより、集光レンズ１４６の焦点距離が長くなり、図５に比べて、鼓膜２０２のうち、より遠い領域に焦点が合うようになる。図６には、焦点が合っている領域に対応する画素群６０２が示されている。画素群６０２は、図５の画素群５０２よりも図面上右下方向に移動している。【００９５】  図７は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ａと、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ｂとを示す。図７に示すように、マイクロコンピュータ１１０は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの焦点が合っている状態の複数の画素群５０２の中から少なくとも２つの画素５０２ａ、５０２ｂを抽出し、さらに、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの焦点が合っている状態の複数の画素群６０２の中から少なくとも２つの画素６０２ａ、６０２ｂを抽出する。さらに、マイクロコンピュータ１１０は、抽出された２つの画素５０２ａ、５０２ｂを結ぶ直線Ａと、抽出された２つの画素６０２ａ、６０２ｂを結ぶ直線Ｂとの間隔Ｌ１を算出する。【００９６】  図８に示すように、鼓膜２０２の断面において、直線Ａに対応する位置をＰＡ、直線Ｂに対応する位置をＰＢで示している。図８において、間隔Ｌ２は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの焦点距離と第２の位置にあるときの焦点距離との差に相当し、マイクロコンピュータ１１０がアクチュエータ１５０を制御して、集光レンズ１４６を集光レンズ１４６が第１の位置から第２の位置に移動させたときの集光レンズ１４６の移動量と等しい。【００９７】  なお、本実施形態においては位置センサを用いて集光レンズ１４６の移動量を特定した。しかし、位置センサを設けなくても、集光レンズ１４６の移動量を測定することは可能である。たとえば、アクチュエータ３１６に印加される電圧値に対応して位置が特定可能であれば、レンズの第１の位置に対応する電圧値と第２の位置に対応する電圧値との差に基づいて移動量が特定できる。また、アクチュエータ３１６に印加する電圧値の変化量と移動量とが対応付けられていれば、レンズを第１の位置から第２の位置まで移動させるために印加された電圧値の変化量から移動量を特定することもできる。【００９８】  図５および図６では、鼓膜２０２に対応する画素群５０２および６０２のうち、各２画素を利用して直線ＡおよびＢを特定し、直線Ａおよび直線Ｂ間の距離Ｌ１を求めるとした。しかしながら、この処理には複数の画素の利用は必須ではなく、少なくとも一方または両方が１画素であっても距離Ｌ１を求められる。たとえば、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する画素が１つであり、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する画素が複数である場合には、点と線との距離を求めればよい。いずれもが１つの点の場合には、それらを結ぶ線分の長さを距離Ｌ１として求めればよい。【００９９】  図２から理解されるように、赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面は、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面と平行である。そこで、ここでは、赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜２０２の傾きに代えて、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの程度を見積もる。【０１００】  上述の間隔Ｌ２は任意に決定できるため、たとえば間隔Ｌ２を予め定められた固定値にすることにより、間隔Ｌ１のみを求めれば鼓膜２０２の傾きの程度を評価することが可能になる。間隔Ｌ１は、集光レンズ１４６が第１および第２の位置にあるときの結像位置に対応する画素出力に基づいて求められる。したがって、鼓膜の傾きに関する情報は、撮像情報のみによっても得ることができる。【０１０１】  図８に示すように、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの程度は間隔Ｌ１と間隔Ｌ２との比により表される。たとえば、導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの角度をθとすると（図８参照）���ｔａｎθ＝Ｌ２／Ｌ１が成立する。よって、マイクロコンピュータ１１０を用いて間隔Ｌ１及び間隔Ｌ２を算出することにより、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの程度を見積もることができる。【０１０２】  次に、測定装置１００の動作について説明する。以下では、測定装置１００の使用者が、自らの生体成分の濃度を計測するとして説明する。後述する実施形態２および３においても同様とする。【０１０３】  まず、使用者が測定装置１００の電源スイッチ１０１を押すと、本体１０２内の電源がＯＮとなり、測定装置１００は測定準備状態となる。【０１０４】  次に、使用者が本体１０２を持って、導波管１０４を耳孔２００内に挿入する。導波管１０４は、導波管１０４の先端部分から本体１０２との接続部分に向かって径が太くなるような円錐形状の中空管であるため、導波管１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置以上は導波管１０４が挿入されない構造になっている。【０１０５】  次に、導波管１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置で測定装置１００を保持した状態で、使用者が測定装置１００の測定開始スイッチ１０３を押すと、本体１０２内の光源１４０がＯＮとなり、撮像素子１４８による撮像を開始する。【０１０６】  次に、上記の方法により、撮像素子１４８により撮影された画像の中から、鼓膜２０２の位置を認識する処理が行われる。画像認識の結果、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２に相当する画像がないと判断した場合は、導波管１０４の挿入方向が鼓膜２０２からずれていることを示すメッセージをディスプレイ１１４に表示し、ブザー１５８を鳴らし、および／または、スピーカー（図示せず）から音声で出力することによってユーザに対して警告を発し、エラーであることを使用者に通知する。ここで、マイクロコンピュータ１１０により演算された、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合が閾値以下である場合に、使用者にエラーであると通知するようにしてもよい。鼓膜２０２の位置が認識できないことを表すエラーが通知されると、使用者は測定装置１００を動かして、導波管１０４の挿入方向を調整すればよい。【０１０７】  画像認識の結果、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識することができたと判断すると、上記の方法により間隔Ｌ１及び間隔Ｌ２を算出して、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度を見積もる。【０１０８】  また、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識し傾きを見積もることができたと判断すると、鼓膜２０２の位置を認識することができた旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより使用者に通知する。【０１０９】  鼓膜２０２の位置が認識されると、自動的に、鼓膜２０２から放射される赤外線の測定が開始される。鼓膜２０２の位置が認識されたことを使用者に通知することにより、使用者は、測定が開始されたことを把握すること���できるので、測定装置１００を動かさず、静止させればよいと認識することができる。【０１１０】  マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識することができたと判断すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設定する。さらに、マイクロコンピュータ１１０がチョッパー１１８の動作を開始させることにより、鼓膜２０２から放射される赤外光の測定が開始される。【０１１１】  赤外光の測定が開始された後も、撮像素子１４８により撮影された画像における鼓膜の位置を認識するための処理は継続して行っている。測定中に、使用者が導波管１０４を耳孔２００から外に取り出してしまったり、導波管１０４の向きを大きく動かしてしまったりした場合には、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において鼓膜２０２に相当する画像がないと判断することにより、使用者の誤操作を検知する。この検知に伴い、マイクロコンピュータ１１０は、導波管１０４の挿入方向が鼓膜２０２からずれている旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、エラーであることを使用者に通知する。さらに、マイクロコンピュータ１１０は、チョッパー１１８を制御して、光学フィルタホイール１０６に到達する赤外光を遮断することにより、自動的に測定を停止させる。【０１１２】  ここで、マイクロコンピュータ１１０により演算された、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合が閾値以下である場合に、使用者にエラーであると通知（警告）するようにしてもよい。鼓膜２０２の位置が認識できないことを表すエラーが通知されると、使用者は測定装置１００を動かして、導波管１０４を耳孔２００内に再度挿入したり、導波管１０４の挿入方向を調整したりした後、測定開始スイッチ１０３を押すことにより、再度測定が開始される。【０１１３】  また、測定装置１００は、撮像された画像内における鼓膜の領域の面積の割合（または大きさ）に応じて、音声の周波数または強度を変化させて通知してもよい。【０１１４】  マイクロコンピュータ１１０は、タイマー１５６からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー１１８を制御して、光学フィルタホイール１０６に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ１１０はディスプレイ１１４やブザー１５８を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示し、ブザー１５８を鳴らし、および／または、スピーカー（図示せず）から音声を出力して、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより、使用者は測定が終了したことを確認することができ、導波管１０４を耳孔２００の外に取り出すことができる。【０１１５】  Ａ／Ｄコンバータ１３８から出力された電気信号は、上記の方法により求められた、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合と、耳孔２００���に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度とを用いて、マイクロコンピュータ１１０により補正される。【０１１６】  撮像された画像内における鼓膜の領域の割合による電気信号の補正方法は、メモリ１１２に格納されている相関データにおける電気信号の内容によって選択することができる。例えば、メモリ１１２に格納されている相関データにおける電気信号が、単位面積当たりの信号であれば、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合を用いて、測定された電気信号を単位面積当たりの信号に補正すればよい。このようにして、測定された信号を、測定された赤外光が放射された鼓膜の面積によって補正することができる。【０１１７】  生体から放射される赤外光の強度は、赤外光が放射される部分の面積に依存する。したがって、撮像素子により撮像された鼓膜の面積がばらついた場合であっても、上述の補正により測定結果のばらつきが低減され、より高精度の測定が可能となる。【０１１８】  耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度による電気信号の補正は、図８からわかるように、測定された電気信号Ｓ０をｃｏｓθで除算することにより行うことができる。したがって、補正後の電気信号Ｓは、間隔Ｌ１及び間隔Ｌ２を用いて、（数１０）に基づいて求められる。
【数１０】
2007105596.tif 000012
【０１１９】  マイクロコンピュータ１１０は、メモリ１１２から、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データを読み出し、この濃度相関データを参照して、補正後の電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ１１４に表示される。【０１２０】  以上のように、本実施形態に係る測定装置１００によれば、測定された信号を、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾き（赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜の傾き）の程度を用いて補正することにより、外耳道の入口の中心と鼓膜臍とを結ぶ軸に対して垂直な面と鼓膜との成す角度の個人差による影響や、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の挿入角度のばらつきによる影響を低減することができるので、生体成分濃度を高精度に測定することができる。【０１２１】  （実施形態２）
図９は、本実施形態に係る生体成分濃度測定装置３００（以下「測定装置３００」と記述する。）の外観を示す斜視図である。生体成分濃度測定装置３００は、本体１０２と、本体１０２の側面に設けられた導波管１０４を備えている。本体１０２には、生体成分の濃度の測定結果を表示するためのディスプレイ１１４、測定装置１００の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ１０１、及び測定を開始するための測定開始スイッチ１０３が設けられている。【０１２２】  次に、本実施形態に係る測定装置３００の本体内部の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る測定装置３００のハードウェア構成を示す図である。【０１２３】  実施形態１に係る測定装置１００と比較して異なる点は、測定装置３００の本体内部に、赤外線を放射する赤外光源７００および第３のハーフミラー７０２を備えている点である。その他の構成は、実施形態１に係る測定装置１００と同じであるため説明を省略する。【０１２４】  赤外光源７００は、鼓膜２０２に赤外光を照射するための赤外光を出射する。赤外光源７００から出射され、第３のハーフミラー７０２により反射され、第２のハーフミラー１４４を透過した赤外光は、導波管１０４を通って外耳道２０４内に導かれ、鼓膜２０２を照射する。鼓膜２０２に到達した赤外光は、鼓膜２０２で反射し、生体成分濃度測定装置３００側に反射光として放射される。この赤外光は、再び、導光管１０４、第２のハーフミラー１４４、第３のハーフミラー７０２を透過し、光学フィルタホイール１０６を通過し、赤外線検出器１０８で検出される。【０１２５】  本実施形態においては、検出される鼓膜２０２からの反射光の強度は、数８で示される反射率と鼓膜２０２へ照射された赤外光強度との積で表される。数８で示したとおり、生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率及び消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約０．０３程度と小さく、かつ（数８）から理解されるように、屈折率及び消衰係数にはあまり依存せず、生体中の成分の濃度の変化による反射率の変化は小さいが、赤外光源７００が放射する赤外線の強度を強くすることで検出することができる。【０１２６】  赤外光源７００としては、公知のものを特に限定することなく適用することができる。例えば、シリコンカーバイド光源、セラミック光源、赤外ＬＥＤ、量子カスケードレーザ等を用いることができる。【０１２７】  第３のハーフミラー７０２は、赤外光を２光束に分割する機能を有する。第３のハーフミラー７０２の材質としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣａＦ２、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。さらには、赤外線の透過率と反射率を制御する目的で、第３のハーフミラーに、反射防止膜が形成されていることが好ましい。【０１２８】  メモリ１１２には、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ３２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データが格納されている。この相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。【０１２９】  まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、赤外光��７００から鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射される赤外光を測定する。このとき、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とを求める。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とからなるデータの組を得ることができる。【０１３０】  次に、このようにして取得したデータの組を解析して濃度相関データを求める。例えば、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。【０１３１】  赤外光源７００から鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射した赤外光を検出することにより、生体成分濃度を測定することが可能である。【０１３２】  次に、本実施形態による測定装置３００の動作について説明する。なお、測定装置４００の電源の投入から導波管が耳に挿入され、鼓膜２０２の傾きの見積もりが完了するまでの動作は、実施形態１の測定装置１００と同じであるため、その説明は省略する。【０１３３】  マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像に基づいて、鼓膜２０２の位置および傾きを認識することができたと判断すると、鼓膜２０２の位置を認識することができた旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示し、ブザー１５８を鳴らし、および／または、スピーカー（図示せず）から音声で出力することにより使用者に通知する。【０１３４】  鼓膜２０２の位置が認識されると、自動的に、赤外光源７００から赤外光を放射し、鼓膜２０２で反射し、再び放射される赤外線の測定が開始される。鼓膜２０２の位置が認識されたことを使用者に通知することにより、使用者は、測定が開始されたことを把握することができるので、測定装置３００を動かさず、静止させればよいと認識することができる。【０１３５】  マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識することができたと判断すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設��する。さらに、マイクロコンピュータ１１０がチョッパー１１８の動作を開始させることにより、鼓膜２０２から放射される赤外光の測定が開始される。【０１３６】  赤外光の測定が開始された後も、撮像素子１４８により撮影された画像における鼓膜の位置を認識するための処理は継続して行っている。測定中に、使用者が導波管１０４を耳孔２００から外に取り出してしまったり、導波管１０４の向きを大きく動かしてしまったりした場合の処理は、実施形態１による測定装置１００の処理と同じである。【０１３７】  マイクロコンピュータ１１０は、タイマー１５６からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、赤外光源７００を制御して、赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ１１０はディスプレイ１１４やブザー１５８を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、導波管１０４を耳孔２００の外に取り出す。【０１３８】  Ａ／Ｄコンバータ１３８から出力された電気信号の補正方法は、実施形態１による測定装置１００の処理と同じである。また、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度による電気信号の補正方法および生体成分の濃度の算出方法も実施形態１による測定装置１００の処理と同じである。したがって、これらの説明は省略する。【０１３９】  また、上述の実施形態においては、分光素子として光学フィルタホイールを利用する例を説明した。しかし、分光素子としては赤外光を波長別に分けることのできるものであればよい。例えば、特定の波長帯域の赤外線を透過させるマイケルソン干渉計、回折格子等を用いることができる。また光学フィルタホイールのように、複数のフィルタが一体成型されている必要はない。さらに、例えば、赤外ＬＥＤ、量子カスケードレーザ等の特定波長の光を放射できる赤外光源を利用する場合には、赤外光を分光する必要がない。したがって、本実施形態に係る光学フィルタホイールに設けられている第１の光学フィルタ、第２の光学フィルタは不要となる。【０１４０】  以上のように、本実施形態に係る測定装置３００によれば、測定された信号を、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾き（赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜の傾き）の程度を用いて補正することにより、外耳道の入口の中心と鼓膜臍とを結ぶ軸に対して垂直な面と鼓膜との成す角度の個人差による影響や、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の挿入角度のばらつきによる影響を低減することができる。よって生体成分濃度を高精度に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】  本発明にかかる生体成分濃度測定装置は、非侵襲的な生体成分濃度の測定、例えば、血液を採取することなくグルコース濃度を測定する際に有用である。
【図１】
2007105596.tif 000013
【図２】
2007105596.tif 000014
【図３】
2007105596.tif 000015
【図４】
2007105596.tif 000016
【図５】
2007105596.tif 000017
【図６】
2007105596.tif 000018
【図７】
2007105596.tif 000019
【図８】
2007105596.tif 000020
【図９】
2007105596.tif 000021
【図１０】
2007105596.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月25日(2007.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鼓膜を撮像する撮像部と、
前記鼓膜の第１領域を撮像した第１撮像情報、および、前記第１領域とは異なる、前記鼓膜の第２領域を撮像した第２撮像情報に基づいて、前記鼓膜の傾きに関する傾き情報を生成する処理部と、
前記鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、
検出された前記赤外光と前記傾き情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部と
を備えた、生体成分濃度の測定装置。
【請求項２】
前記撮像部は、複数の画素を有する撮像素子を備えており、
前記処理部は、前記複数の画素の出力のうち、前記第１領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第１撮像情報とし、前記第２領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第２撮像情報として、前記傾き情報を生成する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記撮像部は、
光を放射する光源と、
放射され前記耳孔内で反射した前記光を前記撮像素子に集光するレンズと、
前記レンズを移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、
前記撮像素子により得られた撮像情報に基づいて、前記複数の画素の中から、合焦している領域に対応する画素の出力を抽出する抽出部と
をさらに備え、
前記抽出部は、前記第１撮像情報として、前記レンズが第１位置にあるときに合焦した前記第１領域に対応する少なくとも１つの第１画素の出力を抽出し、かつ、前記第２撮像情報として、前記レンズが第２位置にあるときに合焦した前記第２領域に対応する少なくとも１つの第２画素の出力を抽出し、
前記処理部は、前記第１の撮像情報と前記第２の撮像情報とに基づいて、前記第１画素と前記第２画素との間隔を算出し、
前記演算部は、前記間隔および検出された前記赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出する、請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記レンズが前記第１位置から前記第２位置に移動したときの前記レンズの移動量を算出し、
前記演算部は、さらに前記移動量に基づいて生体成分の濃度を算出する、請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記撮像部から画像として出力された撮像情報に基づいて、前記鼓膜に対応する画像部分を検出する検出部と、
検出された前記画像部分に基づいて、前記撮像素子の複数の画素のうち、前記画像部分に対応する画素に、前記鼓膜から放射された赤外光が選択的に入射するように光路を制御する光路制御素子と
をさらに備えた、請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
前記耳孔内に挿入される導波管をさらに備え、
前記導波管は、前記耳孔に前記光源から出射された前記光を出射し、前記耳孔内で反射した前記光、および、前記鼓膜から放射された前記赤外光を受ける、請求項３に記載の測定装置。
【請求項７】
前記鼓膜から放射される赤外光の強度を増加させるための赤外光源をさらに備え、
前記検出部は、受けた赤外光の強度に応じた信号を出力する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項８】
算出された前記生体成分の濃度の情報を出力する出力部をさらに備えた、請求項１に記載の測定装置。
【請求項９】
前記出力部は、前記生体成分の濃度の情報をディスプレイに出力する、請求項８に記載の測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、採血等を行なわずに非侵襲的に、生体成分の濃度、例えばグルコース濃度を測定する生体成分濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体情報測定装置として、鼓膜からの放射光を計測して、グルコース濃度を算出する非侵襲血糖計が提案されている。例えば、特許文献１には、外耳道に収まる程度の大きさの鏡を備え、その鏡を通して、近赤外線や熱線を鼓膜に照射するとともに、鼓膜において反射された光を検出し、検出結果からグルコース濃度を算出する非侵襲血糖計が開示されている。また、特許文献２には、耳孔内に挿入されるプローブを備え、鼓膜や外耳道を冷却した状態で、内耳より発生して鼓膜から放射された赤外線を、プローブを通して検出し、検出された赤外線を分光分析することによりグルコース濃度を得る非侵襲血糖計が開示されている。また、特許文献３には、耳孔内に挿入される反射鏡を備え、その反射鏡を用いて鼓膜からの放射光を検出し、検出された放射光を分光分析することによりグルコース濃度を得る非侵襲血糖計が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５１１５１３３号明細書および図面
【特許文献２】米国特許第６００２９５３号明細書および図面
【特許文献３】米国特許第５６６６９５６号明細書および図面
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、外耳道の入口の中心と鼓膜臍とを結ぶ軸に対して垂直な面と鼓膜との成す角度は、個人差があることが知られている。また、耳孔内に鏡やプローブを耳孔内に挿入する際、鏡やプローブの挿入角度がばらつくことにより、それらの端面と鼓膜との位置関係が挿入ごとに異なる可能性がある。耳孔内に挿入された鏡やプローブの端面に対する鼓膜の傾きの程度は、鏡やプローブ内に入射する鼓膜からの放射光の量に影響を与えるため、前記従来の非侵襲血糖計では生体成分濃度の測定にばらつきがあるという問題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、鼓膜からの放射光を用いて生体成分濃度を高精度に測定することができる生体成分濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による生体成分濃度の測定装置は、鼓膜を撮像する撮像部と、前記鼓膜の第１領域を撮像した第１撮像情報、および、前記第１領域とは異なる、前記鼓膜の第２領域を撮像した第２撮像情報に基づいて、前記鼓膜の傾きに関する傾き情報を生成する処理部と、前記鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、検出された前記赤外光と前記傾き情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部とを備えている。
【０００６】
前記撮像部は、複数の画素を有する撮像素子を備えており、前記処理部は、前記複数の画素の出力のうち、前記第１領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第１撮像情報とし、前記第２領域中の結像位置に対応する画素の出力を前記第２撮像情報として、前記傾き情報を生成してもよい。
【０００７】
前記撮像部は、光を放射する光源と、放射され前記耳孔内で反射した前記光を前記撮像素子に集光するレンズと、前記レンズを移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、前記撮像素子により得られた撮像情報に基づいて、前記複数の画素の中から、合焦している領域に対応する画素の出力を抽出する抽出部とをさらに備え、前記抽出部は、前記第１撮像情報として、前記レンズが第１位置にあるときに合焦した前記第１領域に対応する少なくとも１つの第１画素の出力を抽出し、かつ、前記第２撮像情報として、前記レンズが第２位置にあるときに合焦した前記第２領域に対応する少なくとも１つの第２画素の出力を抽出し、前記処理部は、前記第１の撮像情報と前記第２の撮像情報とに基づいて、前記第１画素と前記第２画素との間隔を算出し、前記演算部は、前記間隔および検出された前記赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出してもよい。
【０００８】
前記処理部は、前記レンズが前記第１位置から前記第２位置に移動したときの前記レンズの移動量を算出し、前記演算部は、さらに前記移動量に基づいて生体成分の濃度を算出してもよい。
【０００９】
前記撮像部から画像として出力された撮像情報に基づいて、前記鼓膜に対応する画像部分を検出する検出部と、検出された前記画像部分に基づいて、前記撮像素子の複数の画素のうち、前記画像部分に対応する画素に、前記鼓膜から放射された赤外光が選択的に入射するように光路を制御する光路制御素子とをさらに備えていてもよい。
【００１０】
前記測定装置は、前記耳孔内に挿入される導波管をさらに備え、前記導波管は、前記耳孔に前記光源から出射された前記光を出射し、前記耳孔内で反射した前記光、および、前記鼓膜から放射された前記赤外光を受けてもよい。
【００１１】
前記測定装置は、前記鼓膜から放射される赤外光の強度を増加させるための赤外光源をさらに備え、前記検出部は、受けた赤外光の強度に応じた信号を出力してもよい。
【００１２】
前記測定装置は、算出された前記生体成分の濃度の情報を出力する出力部をさらに備えていてもよい。
【００１３】
前記出力部は、前記生体成分の濃度の情報をディスプレイに出力してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生体成分濃度測定装置は、鼓膜の第１領域および第２領域を撮像して第１撮像情報および第２撮像情報を得る。鼓膜の傾きに起因して第１領域撮影時と第２領域撮影時とでは結像位置（焦点距離）が異なっているため、焦点距離と第１撮像情報および第２撮像情報によれば、鼓膜の傾きに関する情報が得られる。そして、鼓膜から放射される赤外光と、鼓膜の傾きに関する傾き情報とを利用して生体成分の濃度を算出する。鼓膜の傾きを考慮して鼓膜から放射される赤外光の強度に基づいて生体成分の濃度を測定するため、生体成分の濃度を高精度に測定することができる。第１領域撮影時の結像位置と第２領域撮影時の結像位置との変化量は、固定値であってもよいし、計測値であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
生体から放射される赤外光を測定することにより、例えば血糖値などの生体成分濃度の情報を得ることができる。以下では、まずその原理を説明し、その後、本発明による生体成分濃度測定装置の第１および第２の実施形態を説明する。
【００１６】
生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーＷは以下の数式で表される。
【数１】
2007105596.tif 000023
【数２】
2007105596.tif 000024
Ｗ：生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー、
ε（λ）：波長λにおける生体の放射率、
Ｗ0（λ、Ｔ）：波長λ、温度Ｔにおける熱放射の黒体放射強度密度、
ｈ：プランク定数（ｈ＝６．６２５×１０-34（Ｗ・Ｓ2））、
ｃ：光速（ｃ＝２．９９８×１０10（ｃｍ／ｓ））、
λ1、λ2：生体からの熱放射により放射される赤外放射光の波長（μｍ）、
Ｔ：生体の温度（Ｋ）、
Ｓ：検出面積（ｃｍ2）
ｋ：ボルツマン定数
【００１７】
（数１）によれば、検出面積Ｓが一定の場合、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーＷは波長λにおける生体の放射率ε（λ）に依存する。放射におけるキルヒホッフの法則から、同じ温度、波長における放射率と吸収率は等しい。
【数３】
2007105596.tif 000025
α（λ）：波長λにおける生体の吸収率
【００１８】
したがって、放射率を考える際には、吸収率を考えればよいことがわかる。エネルギー保存則から、吸収率、透過率及び反射率には、以下の関係が成り立つ。
【数４】
2007105596.tif 000026
ｒ（λ）：波長λにおける生体の反射率
ｔ（λ）：波長λにおける生体の透過率
【００１９】
したがって、放射率は、透過率及び反射率を用いて以下の数式で表される。
【数５】
2007105596.tif 000027
【００２０】
透過率は、入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量の比で表される。入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量は、ランベルト−ベールの法則で示される。
【数６】
2007105596.tif 000028
Ｉt：透過光量、
Ｉ0：入射光量、
ｄ：生体の厚さ、
ｋ（λ）：波長λにおける生体の消衰係数
生体の消衰係数は、生体による光の吸収を表す。
【００２１】
したがって、透過率は以下の数式で表される。
【数７】
2007105596.tif 000029
【００２２】
次に反射率について説明する。反射率は、全方向に対する平均反射率を算出する必要があるが、ここでは、簡単のため、垂直入射に対する反射率で考える。垂直入射に対する反射率は、空気の屈折率を１として、以下の数式で表される。
【数８】
2007105596.tif 000030
ｎ（λ）：波長λにおける生体の屈折率
【００２３】
以上から、放射率は以下の数式で表される。
【数９】
2007105596.tif 000031
【００２４】
生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率及び消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約０．０３程度と小さく、かつ（数８）から理解されるように、屈折率及び消衰係数にはあまり依存しない。したがって、生体中の成分の濃度の変化によって屈折率及び消衰係数が変化しても、反射率の変化は小さい。
【００２５】
一方、透過率は、（数７）に示されるように、消衰係数に大きく依存する。したがって、生体中の成分の濃度の変化により生体の消衰係数、すなわち生体による光の吸収の度合いが変化すると、透過率が変化する。
【００２６】
したがって、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーは、生体中の成分の濃度に依存することがわかる。したがって、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー強度から生体中の成分の濃度を求めることができる。
【００２７】
（数７）によれば、透過率は生体の厚さに依存する。生体の厚さが薄いほど、生体の消衰係数の変化に対する透過率の変化の度合いが大きくなるため、生体中の成分の濃度変化を検出しやすくなる。
【００２８】
鼓膜は、厚さが約６０〜１００μｍと薄いため、赤外放射光を用いた生体中の成分の濃度測定に適している。
【００２９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の測定装置の実施形態１および２をそれぞれ説明する。
【００３０】
（実施形態１）
図１は、本実施形態による生体成分濃度測定装置１００の外観を示す斜視図である。
【００３１】
生体成分濃度測定装置１００（以下「測定装置１００」と記述する。）は、本体１０２と、本体１０２の側面に設けられた導波管１０４を備えている。本体１０２には、生体成分の濃度の測定結果を表示するためのディスプレイ１１４、測定装置１００の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ１０１、及び測定を開始するための測定開始スイッチ１０３が設けられている。
【００３２】
測定装置１００は、鼓膜の第１領域を撮像した第１撮像情報、および、その領域とは異なる、鼓膜の第２領域を撮像した第２撮像情報に基づいて、鼓膜の傾きに関する傾き情報を生成し、鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、検出された赤外光と傾き情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する。そして、算出した生体成分の濃度の情報を、ディスプレイ１１４等を介して出力する。ここでいう「生体成分の濃度」とは、たとえばグルコース濃度（血糖値）、ヘモグロビン濃度、コレステロール濃度、中性脂肪濃度の少なくともひとつである。
【００３３】
導波管１０４は耳孔内に挿入され、鼓膜から放射された赤外光を測定装置１００内部へと導く機能を有している。導波管としては、赤外線を導くことのできるものであればよく、例えば、中空管や、赤外線を伝送する光ファイバ等を用いることができる。中空管を用いる場合、中空管の内表面に金の層を有することが好ましい。この金の層は、中空管の内面に金メッキを施したり、金を蒸着したりすることにより形成することができる。
【００３４】
次に、図２および図３を参照しながら、測定装置１００の本体内部のハードウェアの構成を説明する。
【００３５】
図２は、測定装置１００のハードウェア構成を示す図である。
【００３６】
測定装置１００の本体内部には、チョッパー１１８、液晶シャッター１２０、光学フィルタホイール１０６、赤外線検出器１０８、前置増幅器１３０、帯域フィルタ１３２、同期復調器１３４、ローパスフィルタ１３６、アナログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータと略称する）１３８、マイクロコンピュータ１１０、メモリ１１２、ディスプレイ１１４、電源１１６、光源１４０、第１のハーフミラー１４２、第２のハーフミラー１４４、集光レンズ１４６、撮像素子１４８、アクチュエータ１５０、レンズ枠１５２、位置センサ１５４、タイマー１５６、及びブザー１５８が備えられている。
【００３７】
測定装置１００は、鼓膜から放射された赤外光を赤外線検出器１０８によって検出する。本明細書において、「鼓膜から放射された赤外光」とは、鼓膜自身からの熱放射により鼓膜から放射された赤外光、及び、鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射された赤外光を含む。本実施形態による測定装置１００は、後述の実施形態３の測定装置とは異なり、赤外光を放射する光源を備えていない。したがって、本実施形態による赤外線検出器１０８は、鼓膜自身からの熱放射により放射された赤外光を検出する。
【００３８】
赤外線検出器としては、赤外領域の波長の光を検出できるものであればよく、例えば、焦電センサ、サーモパイル、ボロメータ、ＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）検出器、ゴーレイセル等を用いることができる。
【００３９】
ここで、マイクロコンピュータ１１０は、たとえばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の演算回路である。マイクロコンピュータ１１０は、撮影された鼓膜の画像情報に基づいて鼓膜の傾きに関する情報を生成するとともに、鼓膜の傾きに起因する影響を考慮して、生体成分の濃度を算出する機能を有している。それぞれの処理は後述する。メモリ１１２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部として機能する。
【００４０】
ディスプレイ１１４は液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ等である。
【００４１】
電源１１６は、測定装置１００内部の電気系統を動作させるためのＡＣまたはＤＣ電力を供給する。電源１１６として電池を用いることが好ましい。
【００４２】
チョッパー１１８は、鼓膜２０２から放射し、導波管１０４により本体１０２内に導かれた後、第２のハーフミラー１４４を透過した赤外光をチョッピングして、赤外光を高周波数の赤外線信号に変換する機能を有する。チョッパー１１８の動作は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号に基づき制御される。チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光は、光学フィルタホイール１０６に到達する。
【００４３】
図３は、光学フィルタホイール１０６を示す斜視図である。光学フィルタホイール１０６は、第１の光学フィルタ１２２及び第２の光学フィルタ１２４を有しており、これらがリング１２７にはめ込まれて構成されている。第１および第２の光学フィルタ１２１および１２２の各々は分光素子として機能する。各々がどのような波長帯域の赤外光を透過させるかについては後述する。
【００４４】
図３に示す例では、ともに半円状である第１の光学フィルタ１２２及び第２の光学フィルタ１２４がリング１２３にはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト１２５が設けられている。このシャフト１２５を図３の矢印のように回転させることにより、チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを、第１の光学フィルタ１２２と第２の光学フィルタ１２４との間で切り替えることができる。
【００４５】
シャフト１２５の回転は、マイクロコンピュータ１１０によって制御される。マイクロコンピュータ１１０から出力された制御信号は、モータ（図示せず）に送られる。モータは制御信号に応じた回転数でシャフト１２５を回転させる。シャフト１２５の回転は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号により制御される。シャフト１２５の回転は、チョッパー１１８の回転と同期させ、チョッパー１１８が閉じている間にシャフト１２５を１８０度回転させるように制御することが好ましい。その理由は、次にチョッパー１１８が開いたときに、チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを隣の光学フィルタに切り替えることができるためである。
【００４６】
光学フィルタの作製方法としては、公知の技術を特に限定することなく利用できるが、例えば、真空蒸着法を用いることができる。光学フィルタは、Ｓｉ、ＧｅまたはＺｎＳｅを基板として、真空蒸着法やイオンスパッタ法を用いてＺｎＳ、ＭｇＦ2、ＰｂＴｅ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ等を基板上に積層することにより作製することができる。
【００４７】
ここで、基板上に積層する各層の膜厚、積層する順序、積層回数等を調節して、積層された薄膜内における光の干渉を制御することにより、所望の波長特性を持つ光学フィルタを作製することができる。
【００４８】
第１の光学フィルタ１２２及または第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光は、検出領域１２６を備える赤外線検出器１０８に到達する。赤外線検出器１０８に到達した赤外光は、検出領域１２６に入射し、入射した赤外光の強度に対応した電気信号に変換される。
【００４９】
赤外線検出器１０８から出力された電気信号は、前置増幅器１３０によって増幅される。増幅された電気信号は、帯域フィルタ１３２によってチョッピング周波数を中心周波数とする周波数帯域以外の信号が取り除かれる。これにより、熱雑音等の統計的揺らぎに起因するノイズを最小化することができる。
【００５０】
帯域フィルタ１３２によって濾過された電気信号は、同期復調器１３４によってチョッパー１１８のチョッピング周波数と帯域フィルタ１３２によって濾過された電気信号を同期させ、積分することにより、ＤＣ信号に復調される。
【００５１】
同期復調器１３４によって復調された電気信号は、ローパスフィルタ１３６によって低周波数帯域の信号が取り除かれる。これにより、さらにノイズを取り除くことができる。
【００５２】
ローパスフィルタ１３６によって濾過された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ１３８によってデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ１１０に入力される。ここで、各光学フィルタに対応する赤外検出器１０８からの電気信号は、シャフト１２５の制御信号をトリガーとして用いることで、どの光学フィルタを透過した赤外光に対応する電気信号であるのかを識別することができる。シャフト１２５の制御信号をマイクロコンピュータが出力してから、次のシャフト制御信号を出力するまでの間が、同じ光学フィルタに対応する電気信号となる。各光学フィルタに対応する電気信号を、それぞれメモリ１１２上で積算した後平均値を算出することにより、さらにノイズは低減されるため、測定の積算を行うことが好ましい。
【００５３】
メモリ１１２には、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値及び第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データが格納されている。マイクロコンピュータ１１０は、メモリ１１２からこの相関データを読み出し、この相関データを参照して、メモリ１１２に蓄積されたデジタル信号から算出された単位時間当たりのデジタル信号を、生体成分の濃度に換算する。
【００５４】
マイクロコンピュータ１１０において換算された生体成分の濃度は、ディスプレイ１１４に出力され、表示される。
【００５５】
第１の光学フィルタ１２２は、例えば、測定対象である生体成分によって吸収される波長を含む波長帯域（以下、測定用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。
【００５６】
一方、第２の光学フィルタ１２４は、第１の光学フィルタ１２２とは異なるスペクトル特性を有する。第２の光学フィルタ１２４は、例えば、測定対象である生体成分による吸収がなく、かつ対象成分の測定を妨害するような他の生体成分による吸収のある波長を含む波長帯域（以下、参照用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。ここで、このような他の生体成分としては、測定対象である生体成分以外で、生体中における成分量の多いものを選択すればよい。
【００５７】
例えば、グルコースは、９．６μｍ付近に吸収ピークを有する赤外吸収スペクトルを示す。そこで、測定対象である生体成分がグルコースの場合は、第１の光学フィルタ１２２が、９．６μｍを含む波長帯域（たとえば９．６±０．１マイクロメートル）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。
【００５８】
一方、生体中に多く含まれるタンパク質は８．５マイクロメートル付近の赤外光を吸収し、グルコースは８．５μｍ付近の赤外光は吸収しない。そこで、第２の光学フィルタ１２４が、８．５μｍを含む波長帯域（たとえば８．５±０．１マイクロメートル）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。
【００５９】
メモリ１１２に格納されている、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値及び第２の光学フィルタ３２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００６０】
まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、鼓膜から熱放射により放射される赤外光を測定する。このとき、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とを求める。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００６１】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して濃度相関データを求める。例えば、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００６２】
また、第１の光学フィルタ１２２が測定用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有し、第２の光学フィルタ１２４が参照用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する場合、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と、第１の光学フィルタ３２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の信号値との差を求め、その差とそれに対応する生体成分濃度との相関を示す濃度相関データを求めてもよい。例えば、最小二乗法等の直線回帰分析を行うことにより求めることができる。
【００６３】
次に、鼓膜２０２を撮像するための構成を説明する。
【００６４】
光源１４０は、鼓膜２０２を照明するための可視光を出射する。光源１４０から出射され、第１のハーフミラー１４２により反射された可視光は、第２のハーフミラー１４４により反射された後、導波管１０４を通って外耳道２０４内に導かれ、鼓膜２０２を照明する。
【００６５】
光源１４０としては、例えば、赤色レーザ等の可視光レーザや、白色ＬＥＤ等を用いることができる。この中で、白色ＬＥＤはハロゲンランプに比べ、発光させた時に発生する発生熱が少ないので、鼓膜２０２や外耳道２０４の温度に与える影響が少ないため好ましい。
【００６６】
第１のハーフミラー１４２は、可視光の一部を反射し、残りを透過させる機能を有する。
【００６７】
第２のハーフミラー１４４は、可視光を反射して、赤外光を透過する。第２のハーフミラー１４４の材料としては、赤外線を吸収せず、透過し、可視光を反射する材料が好ましい。第２のハーフミラー１４４の材質としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣａＦ２、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。また、赤外線に対して透明な樹脂上に、膜厚数ｎｍのアルミニウムや金からなる層を設けたものを用いてもよい。赤外線に対して透明な樹脂としては、例えば、ポリカーボネイトが挙げられる。
【００６８】
一方、鼓膜２０２から外耳道２０４を通って導波管１０４内に入射した可視光は、第２のハーフミラー１４４により反射され、一部は第１のハーフミラー１４２を透過する。第１のハーフミラー１４２を透過した可視光は、レンズ枠１５２により保持されている集光レンズ１４６により集光され、撮像素子１４８に到達する。ここで、集光レンズ１４６は本発明におけるレンズに相当する。
【００６９】
撮像素子１４８としては、例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の画像素子を用いる。
【００７０】
測定装置１００は、撮像素子１４８から鼓膜２０２まで距離を検出して、レンズ枠１５２に保持された集光レンズ１４６を駆動し、撮像素子１４８上に正しく光学像を結像させるための機構を備える。
【００７１】
アクチュエータ１５０は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号によって駆動され、集光レンズ１４６を光軸に沿った方向（図２中の矢印の方向）に移動させることができる。このとき、集光レンズ１４６の位置を位置センサ１５４が検出し、マイクロコンピュータ１１０に出力する。
【００７２】
一方、マイクロコンピュータ１１０は、撮像素子１４８の中央部付近の合焦エリア内に含まれる画素からの出力信号について、バンドパスフィルタにより信号の高域成分を抽出し、抽出された成分の大小からコントラスト量を検出する。マイクロコンピュータ１１０は、このコントラスト量が最大となる位置に集光レンズ１４６が移動するように、アクチュエータ１５０を制御する。
【００７３】
このようにして、鼓膜２０２までの距離が変化しても、撮像素子１４８上に鼓膜２０２の光学像を正しく結像させることができる。この機構では、鼓膜２０２までの距離を直接測定しているわけではないが、集光レンズ１４６の位置情報から間接的に鼓膜２０２までの距離を測距しているといえる。
【００７４】
アクチュエータ１５０及び位置センサ１５４としては、公知のビデオカメラやデジタルスチルカメラに搭載されているオートフォーカス装置において用いられているものと同様のものを用いることができる。
【００７５】
例えば、アクチュエータ１５０としては、レンズ枠１５２に設けたコイルと、本体１０２側に固定されたヨーク、及びこのヨークに取付けられた駆動用マグネットとから構成することができる。レンズ枠１５２を、２本のガイドポールによって光軸方向に移動可能に支持しておき、レンズ枠１５２に設けたコイルに電流が供給されると、ヨークと駆動用マグネットとで形成される磁気回路中にあるコイルに対して、光軸方向の磁気推進力が生じ、レンズ枠１５２が光軸方向に移動する。推進力の正負の方向は、コイルに供給される電流の向きによって制御することができる。
【００７６】
位置センサ１５４としては、例えば、一定ピッチで着磁され、レンズ枠１５２に取付けられたセンサマグネットと、本体１０２側に固定された磁気抵抗センサ（以下、ＭＲセンサと略称する）とから構成することができる。本体１０２側に固定されたＭＲセンサにより、レンズ枠１５２に取付けられたセンサマグネットの位置を検出することにより、集光レンズ１４６の位置を検出することができる。
【００７７】
次に、撮像素子１４８により撮影された画像の中から、鼓膜２０２の位置を認識する方法を説明する。
【００７８】
図４は、撮像素子１４８を用いて撮像された耳孔２００内の画像を示す。画像の左側には鼓膜２０２に対応する部分が表示されており、右側には外耳道２０４に対応する部分が表示されている。鼓膜２０２の見える位置や大きさは、個人によっても異なるが、導波管１０４の挿入位置によっても変わる。
【００７９】
外耳道の色は肌色であり、鼓膜の色は白色または無色透明である。この外耳道と鼓膜との色の差を撮像情報検出部で認識することにより、両者を区別して認識することができる。撮像素子１４８で得られた画像情報をマイクロコンピュータ１１０において画像処理を行うことにより画像情報の中から鼓膜２０２の領域を抽出する。画像処理としては、例えば、以下に示す、閾値処理とラベリング処理による領域抽出技術を用いることができる。
【００８０】
まず、マイクロコンピュータ１１０は、画像情報に対して閾値処理を行う。画像の各画素は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各々に対応する値（ＲＧＢ値）を有しており、このＲＧＢ値の平均値が各画素における明るさとなる。
【００８１】
画素の明るさに関して一定の基準値（閾値）を設定しておくことにより、マイクロコンピュータ１１０は、各画素の明るさを閾値により黒色と白色の２つの値に変換する処理を行う。例えば、測定装置１００の出荷時において閾値が予め設定されている場合には、マイクロコンピュータ１１０は、画素の明るさがその閾値以上であればその画素に対して白色を設定し、それ以外の場合は画素に対して黒色を設定する。鼓膜２０２に対応する部分の画素は、外耳道２０４に対応する部分の画素よりも明るいため、閾値を、鼓膜に対応する部分の画素の明るさと外耳道に対応する部分の画素の明るさとの間に設定すると、上記の処理により、鼓膜２０２に対応する部分の画素が白色に設定され、外耳道２０４に対応する部分の画素が黒色に設定される。
【００８２】
次に、マイクロコンピュータ１１０は上記閾値処理を行った画像情報に対して、ラベリング処理を行う。例えば、マイクロコンピュータ１１０は、閾値処理された画像情報内の全画素を走査して、白色に設定された画素に対して、同じラベルを属性として付加する。
【００８３】
以上の処理により、マイクロコンピュータ１１０は、ラベルが付加された画素に該当する領域を鼓膜２０２として認識することができる。撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合は、全画素数に対する、ラベルが付加された画素数の割合を、マイクロコンピュータ１１０により演算することにより求めることができる。
【００８４】
液晶シャッター１２０は、複数の液晶セルがマトリクス状に配列された構造を有しており、各液晶セルに印加する電圧によって、各液晶セルを、光が透過する状態や光を遮断する状態に個別に制御することができる。液晶シャッターとしては、例えば、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備え、ＴＦＴを用いて光の透過および遮断を制御できることが好ましい。
【００８５】
マイクロコンピュータ１１０は、上記の画像処理によって撮像素子１４８が撮像した画像情報の中から鼓膜２０２に対応する画像部分を認識すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設定する。
【００８６】
液晶シャッター１２０を光路制御素子として利用することにより、鼓膜から放射された赤外光は赤外線検出器１０８に到達し、外耳道から放射された赤外光は遮断されて赤外線検出器１０８に到達しなくなるので、外耳道の影響を取り除くことができる。よって、さらに高精度の測定を行うことができる。
【００８７】
なお、液晶シャッター以外にも、たとえば機械式シャッターを光路制御素子として用いることができる。機械式シャッターとしては、例えば、微小鏡面（マイクロミラー）が平面に配列されたＭＥＭＳ技術を用いた公知技術であるデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと略称する）を用いることができる。ＤＭＤは、公知のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて作製することができる。各マイクロミラーは、鏡面下部に設けた電極を駆動することによりＯＮとＯＦＦの二つの状態に制御することができる。マイクロミラーがＯＮのときは、鼓膜から放射された赤外光を反射して赤外線検出器に向けて投射し、ＯＦＦのときは、赤外光をＤＭＤ内部に設けられた吸収体に向けて反射し、赤外線検出器に向けては投射されない。したがって、各マイクロミラーを個別に駆動することにより、微小領域ごとに赤外光の投射を制御することができる。
【００８８】
次に、撮像素子１４８により撮影された画像を用いて、赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜２０２の傾きの程度を見積もる方法について、図５〜８を用いて説明する。図５〜７は、撮像素子１４８により撮影された画像における鼓膜２０２に対応する部分の画素の状態を示す図である。説明の便宜のため、撮影された画像には鼓膜のみが含まれているとする。ただし、図４に示すように、撮影された画像に鼓膜２０２と外耳道２０４とが含まれているような場合には、鼓膜２０２に対応する画像部分のみを用いて同様に処理すればよい。図８は、耳孔２００内に挿入された導波管１０４と鼓膜２０２との位置関係を示す断面図である。
【００８９】
マイクロコンピュータ１１０は、撮像素子１４８の画素のうち、上記の方法により鼓膜２０２を撮像していると認識された領域内に含まれる画素からの出力信号について、バンドパスフィルタにより信号の高域成分を抽出し、抽出された成分の大小からコントラスト量を検出する。マイクロコンピュータ１１０は、コントラスト量を閾値と比較して、コントラスト量が閾値以上である画素を、焦点が合っている状態であると認識する。
【００９０】
図５は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。マトリクス状に配置された複数の画素５０１のうち、左上にある黒色の部分は焦点が合っている領域に対応する画素群５０２であり、白色の部分は焦点が合っていない領域に対応する画素群５０３を示す。鼓膜２０２の外耳道２０４に面している面を平面と近似すると、撮像素子１４８により撮影された画像内において、焦点が合っている領域の画素群５０２は直線上に並ぶ。
【００９１】
次に、マイクロコンピュータ１１０はアクチュエータ１５０を制御して、集光レンズ１４６を移動させる。ここでは、集光レンズ１４６が、第１の位置から撮像素子１４８に遠ざかる方向に動き、第２の位置に移動した場合について説明する。
【００９２】
図６は、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。集光レンズ１４６が第１の位置から第２の位置に動くことにより、集光レンズ１４６の焦点距離が長くなり、図５に比べて、鼓膜２０２のうち、より遠い領域に焦点が合うようになる。図６には、焦点が合っている領域に対応する画素群６０２が示されている。画素群６０２は、図５の画素群５０２よりも図面上右下方向に移動している。
【００９３】
図７は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ａと、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ｂとを示す。図７に示すように、マイクロコンピュータ１１０は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの焦点が合っている状態の複数の画素群５０２の中から少なくとも２つの画素５０２ａ、５０２ｂを抽出し、さらに、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの焦点が合っている状態の複数の画素群６０２の中から少なくとも２つの画素６０２ａ、６０２ｂを抽出する。さらに、マイクロコンピュータ１１０は、抽出された２つの画素５０２ａ、５０２ｂを結ぶ直線Ａと、抽出された２つの画素６０２ａ、６０２ｂを結ぶ直線Ｂとの間隔Ｌ１を算出する。
【００９４】
図８に示すように、鼓膜２０２の断面において、直線Ａに対応する位置をＰＡ、直線Ｂに対応する位置をＰＢで示している。図８において、間隔Ｌ２は、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの焦点距離と第２の位置にあるときの焦点距離との差に相当し、マイクロコンピュータ１１０がアクチュエータ１５０を制御して、集光レンズ１４６を集光レンズ１４６が第１の位置から第２の位置に移動させたときの集光レンズ１４６の移動量と等しい。
【００９５】
なお、本実施形態においては位置センサを用いて集光レンズ１４６の移動量を特定した。しかし、位置センサを設けなくても、集光レンズ１４６の移動量を測定することは可能である。たとえば、アクチュエータ３１６に印加される電圧値に対応して位置が特定可能であれば、レンズの第１の位置に対応する電圧値と第２の位置に対応する電圧値との差に基づいて移動量が特定できる。また、アクチュエータ３１６に印加する電圧値の変化量と移動量とが対応付けられていれば、レンズを第１の位置から第２の位置まで移動させるために印加された電圧値の変化量から移動量を特定することもできる。
【００９６】
図５および図６では、鼓膜２０２に対応する画素群５０２および６０２のうち、各２画素を利用して直線ＡおよびＢを特定し、直線Ａおよび直線Ｂ間の距離Ｌ1を求めるとした。しかしながら、この処理には複数の画素の利用は必須ではなく、少なくとも一方または両方が１画素であっても距離Ｌ1を求められる。たとえば、集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する画素が１つであり、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する画素が複数である場合には、点と線との距離を求めればよい。いずれもが１つの点の場合には、それらを結ぶ線分の長さを距離Ｌ1として求めればよい。
【００９７】
図２から理解されるように、赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面は、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面と平行である。そこで、ここでは、赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜２０２の傾きに代えて、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの程度を見積もる。
【００９８】
上述の間隔Ｌ２は任意に決定できるため、たとえば間隔Ｌ２を予め定められた固定値にすることにより、間隔Ｌ１のみを求めれば鼓膜２０２の傾きの程度を評価することが可能になる。間隔Ｌ１は、集光レンズ１４６が第１および第２の位置にあるときの結像位置に対応する画素出力に基づいて求められる。したがって、鼓膜の傾きに関する情報は、撮像情報のみによっても得ることができる。
【００９９】
図８に示すように、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの程度は間隔Ｌ1と間隔Ｌ2との比により表される。たとえば、導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの角度をθとすると（図８参照）、ｔａｎθ＝Ｌ2／Ｌ1が成立する。よって、マイクロコンピュータ１１０を用いて間隔Ｌ1及び間隔Ｌ2を算出することにより、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜２０２の傾きの程度を見積もることができる。
【０１００】
次に、測定装置１００の動作について説明する。以下では、測定装置１００の使用者が、自らの生体成分の濃度を計測するとして説明する。後述する実施形態２および３においても同様とする。
【０１０１】
まず、使用者が測定装置１００の電源スイッチ１０１を押すと、本体１０２内の電源がＯＮとなり、測定装置１００は測定準備状態となる。
【０１０２】
次に、使用者が本体１０２を持って、導波管１０４を耳孔２００内に挿入する。導波管１０４は、導波管１０４の先端部分から本体１０２との接続部分に向かって径が太くなるような円錐形状の中空管であるため、導波管１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置以上は導波管１０４が挿入されない構造になっている。
【０１０３】
次に、導波管１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置で測定装置１００を保持した状態で、使用者が測定装置１００の測定開始スイッチ１０３を押すと、本体１０２内の光源１４０がＯＮとなり、撮像素子１４８による撮像を開始する。
【０１０４】
次に、上記の方法により、撮像素子１４８により撮影された画像の中から、鼓膜２０２の位置を認識する処理が行われる。画像認識の結果、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２に相当する画像がないと判断した場合は、導波管１０４の挿入方向が鼓膜２０２からずれていることを示すメッセージをディスプレイ１１４に表示し、ブザー１５８を鳴らし、および／または、スピーカー（図示せず）から音声で出力することによってユーザに対して警告を発し、エラーであることを使用者に通知する。ここで、マイクロコンピュータ１１０により演算された、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合が閾値以下である場合に、使用者にエラーであると通知するようにしてもよい。鼓膜２０２の位置が認識できないことを表すエラーが通知されると、使用者は測定装置１００を動かして、導波管１０４の挿入方向を調整すればよい。
【０１０５】
画像認識の結果、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識することができたと判断すると、上記の方法により間隔Ｌ1及び間隔Ｌ2を算出して、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度を見積もる。
【０１０６】
また、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識し傾きを見積もることができたと判断すると、鼓膜２０２の位置を認識することができた旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより使用者に通知する。
【０１０７】
鼓膜２０２の位置が認識されると、自動的に、鼓膜２０２から放射される赤外線の測定が開始される。鼓膜２０２の位置が認識されたことを使用者に通知することにより、使用者は、測定が開始されたことを把握することができるので、測定装置１００を動かさず、静止させればよいと認識することができる。
【０１０８】
マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識することができたと判断すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設定する。さらに、マイクロコンピュータ１１０がチョッパー１１８の動作を開始させることにより、鼓膜２０２から放射される赤外光の測定が開始される。
【０１０９】
赤外光の測定が開始された後も、撮像素子１４８により撮影された画像における鼓膜の位置を認識するための処理は継続して行っている。測定中に、使用者が導波管１０４を耳孔２００から外に取り出してしまったり、導波管１０４の向きを大きく動かしてしまったりした場合には、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において鼓膜２０２に相当する画像がないと判断することにより、使用者の誤操作を検知する。この検知に伴い、マイクロコンピュータ１１０は、導波管１０４の挿入方向が鼓膜２０２からずれている旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、エラーであることを使用者に通知する。さらに、マイクロコンピュータ１１０は、チョッパー１１８を制御して、光学フィルタホイール１０６に到達する赤外光を遮断することにより、自動的に測定を停止させる。
【０１１０】
ここで、マイクロコンピュータ１１０により演算された、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合が閾値以下である場合に、使用者にエラーであると通知（警告）するようにしてもよい。鼓膜２０２の位置が認識できないことを表すエラーが通知されると、使用者は測定装置１００を動かして、導波管１０４を耳孔２００内に再度挿入したり、導波管１０４の挿入方向を調整したりした後、測定開始スイッチ１０３を押すことにより、再度測定が開始される。
【０１１１】
また、測定装置１００は、撮像された画像内における鼓膜の領域の面積の割合（または大きさ）に応じて、音声の周波数または強度を変化させて通知してもよい。
【０１１２】
マイクロコンピュータ１１０は、タイマー１５６からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー１１８を制御して、光学フィルタホイール１０６に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ１１０はディスプレイ１１４やブザー１５８を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示し、ブザー１５８を鳴らし、および／または、スピーカー（図示せず）から音声を出力して、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより、使用者は測定が終了したことを確認することができ、導波管１０４を耳孔２００の外に取り出すことができる。
【０１１３】
Ａ／Ｄコンバータ１３８から出力された電気信号は、上記の方法により求められた、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合と、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度とを用いて、マイクロコンピュータ１１０により補正される。
【０１１４】
撮像された画像内における鼓膜の領域の割合による電気信号の補正方法は、メモリ１１２に格納されている相関データにおける電気信号の内容によって選択することができる。例えば、メモリ１１２に格納されている相関データにおける電気信号が、単位面積当たりの信号であれば、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合を用いて、測定された電気信号を単位面積当たりの信号に補正すればよい。このようにして、測定された信号を、測定された赤外光が放射された鼓膜の面積によって補正することができる。
【０１１５】
生体から放射される赤外光の強度は、赤外光が放射される部分の面積に依存する。したがって、撮像素子により撮像された鼓膜の面積がばらついた場合であっても、上述の補正により測定結果のばらつきが低減され、より高精度の測定が可能となる。
【０１１６】
耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度による電気信号の補正は、図８からわかるように、測定された電気信号Ｓ0をｃｏｓθで除算することにより行うことができる。したがって、補正後の電気信号Ｓは、間隔Ｌ1及び間隔Ｌ2を用いて、（数１０）に基づいて求められる。
【数１０】
2007105596.tif 000032
【０１１７】
マイクロコンピュータ１１０は、メモリ１１２から、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データを読み出し、この濃度相関データを参照して、補正後の電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ１１４に表示される。
【０１１８】
以上のように、本実施形態に係る測定装置１００によれば、測定された信号を、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾き（赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜の傾き）の程度を用いて補正することにより、外耳道の入口の中心と鼓膜臍とを結ぶ軸に対して垂直な面と鼓膜との成す角度の個人差による影響や、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の挿入角度のばらつきによる影響を低減することができるので、生体成分濃度を高精度に測定することができる。
【０１１９】
（実施形態２）
図９は、本実施形態に係る生体成分濃度測定装置３００（以下「測定装置３００」と記述する。）の外観を示す斜視図である。生体成分濃度測定装置３００は、本体１０２と、本体１０２の側面に設けられた導波管１０４を備えている。本体１０２には、生体成分の濃度の測定結果を表示するためのディスプレイ１１４、測定装置１００の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ１０１、及び測定を開始するための測定開始スイッチ１０３が設けられている。
【０１２０】
次に、本実施形態に係る測定装置３００の本体内部の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る測定装置３００のハードウェア構成を示す図である。
【０１２１】
実施形態１に係る測定装置１００と比較して異なる点は、測定装置３００の本体内部に、赤外線を放射する赤外光源７００および第３のハーフミラー７０２を備えている点である。その他の構成は、実施形態１に係る測定装置１００と同じであるため説明を省略する。
【０１２２】
赤外光源７００は、鼓膜２０２に赤外光を照射するための赤外光を出射する。赤外光源７００から出射され、第３のハーフミラー７０２により反射され、第２のハーフミラー１４４を透過した赤外光は、導波管１０４を通って外耳道２０４内に導かれ、鼓膜２０２を照射する。鼓膜２０２に到達した赤外光は、鼓膜２０２で反射し、生体成分濃度測定装置３００側に反射光として放射される。この赤外光は、再び、導光管１０４、第２のハーフミラー１４４、第３のハーフミラー７０２を透過し、光学フィルタホイール１０６を通過し、赤外線検出器１０８で検出される。
【０１２３】
本実施形態においては、検出される鼓膜２０２からの反射光の強度は、数８で示される反射率と鼓膜２０２へ照射された赤外光強度との積で表される。数８で示したとおり、生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率及び消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約０．０３程度と小さく、かつ（数８）から理解されるように、屈折率及び消衰係数にはあまり依存せず、生体中の成分の濃度の変化による反射率の変化は小さいが、赤外光源７００が放射する赤外線の強度を強くすることで検出することができる。
【０１２４】
赤外光源７００としては、公知のものを特に限定することなく適用することができる。例えば、シリコンカーバイド光源、セラミック光源、赤外ＬＥＤ、量子カスケードレーザ等を用いることができる。
【０１２５】
第３のハーフミラー７０２は、赤外光を２光束に分割する機能を有する。第３のハーフミラー７０２の材質としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣａＦ2、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。さらには、赤外線の透過率と反射率を制御する目的で、第３のハーフミラーに、反射防止膜が形成されていることが好ましい。
【０１２６】
メモリ１１２には、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ３２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データが格納されている。この相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【０１２７】
まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、赤外光源７００から鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射される赤外光を測定する。このとき、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とを求める。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【０１２８】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して濃度相関データを求める。例えば、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【０１２９】
赤外光源７００から鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射した赤外光を検出することにより、生体成分濃度を測定することが可能である。
【０１３０】
次に、本実施形態による測定装置３００の動作について説明する。なお、測定装置４００の電源の投入から導波管が耳に挿入され、鼓膜２０２の傾きの見積もりが完了するまでの動作は、実施形態１の測定装置１００と同じであるため、その説明は省略する。
【０１３１】
マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像に基づいて、鼓膜２０２の位置および傾きを認識することができたと判断すると、鼓膜２０２の位置を認識することができた旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示し、ブザー１５８を鳴らし、および／または、スピーカー（図示せず）から音声で出力することにより使用者に通知する。
【０１３２】
鼓膜２０２の位置が認識されると、自動的に、赤外光源７００から赤外光を放射し、鼓膜２０２で反射し、再び放射される赤外線の測定が開始される。鼓膜２０２の位置が認識されたことを使用者に通知することにより、使用者は、測定が開始されたことを把握することができるので、測定装置３００を動かさず、静止させればよいと認識することができる。
【０１３３】
マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識することができたと判断すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設定する。さらに、マイクロコンピュータ１１０がチョッパー１１８の動作を開始させることにより、鼓膜２０２から放射される赤外光の測定が開始される。
【０１３４】
赤外光の測定が開始された後も、撮像素子１４８により撮影された画像における鼓膜の位置を認識するための処理は継続して行っている。測定中に、使用者が導波管１０４を耳孔２００から外に取り出してしまったり、導波管１０４の向きを大きく動かしてしまったりした場合の処理は、実施形態１による測定装置１００の処理と同じである。
【０１３５】
マイクロコンピュータ１１０は、タイマー１５６からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、赤外光源７００を制御して、赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ１１０はディスプレイ１１４やブザー１５８を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、導波管１０４を耳孔２００の外に取り出す。
【０１３６】
Ａ／Ｄコンバータ１３８から出力された電気信号の補正方法は、実施形態１による測定装置１００の処理と同じである。また、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾きの程度による電気信号の補正方法および生体成分の濃度の算出方法も実施形態１による測定装置１００の処理と同じである。したがって、これらの説明は省略する。
【０１３７】
また、上述の実施形態においては、分光素子として光学フィルタホイールを利用する例を説明した。しかし、分光素子としては赤外光を波長別に分けることのできるものであればよい。例えば、特定の波長帯域の赤外線を透過させるマイケルソン干渉計、回折格子等を用いることができる。また光学フィルタホイールのように、複数のフィルタが一体成型されている必要はない。さらに、例えば、赤外ＬＥＤ、量子カスケードレーザ等の特定波長の光を放射できる赤外光源を利用する場合には、赤外光を分光する必要がない。したがって、本実施形態に係る光学フィルタホイールに設けられている第１の光学フィルタ、第２の光学フィルタは不要となる。
【０１３８】
以上のように、本実施形態に係る測定装置３００によれば、測定された信号を、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の端面に対する鼓膜の傾き（赤外線検出器１０８の赤外光が入射する面に対する鼓膜の傾き）の程度を用いて補正することにより、外耳道の入口の中心と鼓膜臍とを結ぶ軸に対して垂直な面と鼓膜との成す角度の個人差による影響や、耳孔２００内に挿入された導波管１０４の挿入角度のばらつきによる影響を低減することができる。よって生体成分濃度を高精度に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明にかかる生体成分濃度測定装置は、非侵襲的な生体成分濃度の測定、例えば、血液を採取することなくグルコース濃度を測定する際に有用である。  
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】実施形態１による生体成分濃度測定装置１００の外観を示す斜視図である。
【図２】測定装置１００のハードウェア構成を示す図である。
【図３】光学フィルタホイール１０６を示す斜視図である。
【図４】撮像素子１４８を用いて撮像された耳孔２００内の画像を示す。
【図５】集光レンズ１４６が第１の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。
【図６】集光レンズ１４６が第２の位置にあるときに撮像素子１４８により撮影された鼓膜２０２の画像を示す。
【図７】集光レンズ１４６が第１の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ａと、集光レンズ１４６が第２の位置にあるときの鼓膜２０２に対応する直線状の画素群（画素列）Ｂとを示す。
【図８】耳孔２００内に挿入された導波管１０４と鼓膜２０２との位置関係を示す断面図である。
【図９】実施形態２に係る生体成分濃度測定装置３００の外観を示す斜視図である。
【図１０】実施形態２に係る生体成分濃度測定装置３００の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１００、３００    生体成分濃度測定装置
１０１    電源スイッチ
１０２    本体
１０３    測定開始スイッチ
１０４    導波管
１０６    光学フィルタホイール
１０８    赤外線検出器
１１０    マイクロコンピュータ
１１２    メモリ
１１４    ディスプレイ
１１６    電源
１１８    チョッパー
１２０    液晶シャッター
１２２    第１の光学フィルタ
１２３    リング
１２４    第２の光学フィルタ
１２５    シャフト
１２６    検出領域
１３０    前置増幅器
１３２    帯域フィルタ
１３４    同期復調器
１３６    ローパスフィルタ
１３８    Ａ／Ｄコンバータ
１４０    光源
１４２    第１のハーフミラー
１４４    第２のハーフミラー
１４６    集光レンズ
１４８    撮像素子
１５０    アクチュエータ
１５２    レンズ枠
１５４    位置センサ
１５６    タイマー
１５８    ブザー
２００    耳孔
２０２    鼓膜
２０４    外耳道
５０１    画素
５０２，５０２ａ，５０２ｂ，６０２，６０２ａ，６０２ｂ    焦点が合っている状態の画素
５０３    焦点が合っていない状態の画素
７００    赤外光源
７０２    第３のハーフミラー
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007105596.tif 000033
【図２】
2007105596.tif 000034
【図３】
2007105596.tif 000035
【図４】
2007105596.tif 000036
【図５】
2007105596.tif 000037
【図６】
2007105596.tif 000038
【図７】
2007105596.tif 000039
【図８】
2007105596.tif 000040
【図９】
2007105596.tif 000041
【図１０】
2007105596.tif 000042
【国際調査報告】
2007105596.tif 000043
2007105596.tif 000044
2007105596.tif 000045
2007105596.tif 000046
2007105596.tif 000047