(57)【要約】【課題】正確に測定対象からの放射光のみを検出することを可能とした，放射分光濃度計を提供する。【解決手段】赤外線放射体と、赤外線導波管と，分光フィルタと，前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と，前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と，前記濃度を表示および保存する表示保存手段と，を備え，外耳道に挿入ガイド２を挿入し，鼓膜１からの体温で放射する赤外線を赤外線導波管３で伝達し，分光フィルタ５で分光した後，赤外線検出器６で検出を行い，鼓膜１内のグルコース濃度を算出し，血糖値を表示する放射分光濃度計において，立体角変化機構８で鼓膜１の捕捉と追尾を行う。【選択図】図１
2007195653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線放射体と、赤外線導波管と，分光フィルタと，前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と，前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と，前記濃度を表示および保存する表示保存手段と，を備え，
前記赤外線導波管が，前記赤外線放射体の判定と認識とを行うことを特徴とする放射分光濃度計。
【請求項２】
前記赤外線放射体の判定と認識とを行う機能は，前記赤外線導波管の前記赤外線放射体側の端部を支点とする視野角との調整であることを特徴とする請求項１記載の放射分光濃度計。
【請求項３】
前記赤外線放射体の捕捉と追尾に，前記赤外線放射体の放射赤外線スペクトルの部分または全積分量を用いることを特徴とする請求項１または２記載の放射分光濃度計。
【請求項４】
前記赤外線導波管と前記赤外線検出器間に，少なくとも２つ以上の開口を有する赤外線チョッパーが配置され，
前記赤外線チョッパーの一方の開口には，前記分光フィルタが配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放射分光濃度計。
【請求項５】
前記赤外線放射体は生体の鼓膜であり，前記対象成分は血液成分であることを特徴とする請求項４記載の放射分光濃度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人体の血液成分や組織成分濃度を非観血，非侵襲にて計測するための放射分光濃度計に関し，特に鼓膜からの放射光を測定するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
血液などの人体組織中の分析物（例えばグルコース）の濃度の非侵襲的検出のための装置としては，例えば特許文献１に提案されているものがある．図１０は，上記特許文献１において提案されている放射分光濃度計の構成を模式的に示す。図１０に示すように，従来の放射分光濃度計は，プラスチックカバー６２，反射鏡６３，赤外線導波管６４，光学バルブ６５，赤外線フィルタセット６６，検出器６７，電子回路６８，マイクロコンピュータ６９および表示装置６０を含んでいる。
【０００３】
人体の鼓膜６１からの赤外線は，外耳道に挿入されるプラスチックカバー６２を持つ反射鏡６３内の赤外線導波管６４を通過し，赤外線の測定を開始させるために，時間に応じて赤外線の通過をオンまたはオフにすることができる光学バルブ５を通過する．その後，上記赤外線は，当該赤外線に対して感度を有する検出装置６７によって検出される。
【０００４】
検出装置６７には赤外線フィルタセット６６が具備され，この赤外線フィルタセット６６によって赤外線スペクトルを選択している．検出装置６７は受光した赤外線強度を示す電気信号を発生し，電子回路６８とマイクロコンピュータ６９とにより，人体から放射した赤外線のスペクトル強度と，分析物の濃度との相関関係を求め，上記分析物の濃度の算定を行う．そして，得られた分析物の濃度は，表示装置６０に表示される。
【０００５】
人体の鼓膜は外耳道の奥にあるが外耳道の形状は単純でなく，外部から第一カーブと第二カーブが存在する．このカーブの形状は個人差が大きく，水平方向のカーブの角度は，第一カーブで後頭部方向に約９０度，さらに第二カーブでも約９０度あり，Ｓ字カーブの形状を示す．また垂直方向は，第一カーブと第二カーブ間では上方に，第二カーブ以降はほぼ水平の方向になっている。
【０００６】
外耳道を形成する組織は，おおよそ第二カーブまでは軟骨性組織で痛みを強く感じる組織でないが，第二カーブ以降は骨性組織であるため痛みを強く感じる組織となる．このため，直線的なプローブを用いた場合第二カーブ以降まで挿入することは困難であり，個人毎に作成した曲線的なプローブを用いた場合も，人の体勢やあごの動きなどで常にプローブ先端の面を鼓膜と相対させることが困難である。
【０００７】
鼓膜の放射光を測定するものとして耳孔式体温計が広く知られているが，これは鼓膜に限らず鼓膜付近の外耳道の放射光も測定している．これは，鼓膜と外耳道の温度差が約０．１度から０．２度と小さいことと，測定原理が鼓膜と鼓膜付近の外耳道から形成される準黒体空洞の放射光を測定している。
【特許文献１】特表２００１−５０３９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，従来の放射分光濃度計において鼓膜はその厚さが０．１ｍｍ以下と非常に薄く，その中に皮膚組織と血管が存在し，血管が鼓膜表面近傍にあるが，外耳道では腕など他の部位と同様に，血管は鼓膜と比較すると非常に深い位置にあるので血液中の情報を放射光から得ることが出来ないという課題を有していた．すなわち，耳孔式体温計と異なり本放射分光濃度計では，より正確に鼓膜からの放射光のみを検出する必要がある。
【０００９】
本発明は，上記従来の課題を解決するためになされたもので，正確に鼓膜からの放射光のみを検出することを可能とした，放射分光濃度計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】
【００１０】
本発明の放射分光濃度計は，赤外線導波管と，分光フィルタと，前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と，前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と，前記濃度を表示および保存する表示保存手段とを備え，前記赤外線導波管が，前記赤外線放射体の判定と認識とを行う機能を具備した構成を有している。
【００１１】
この構成により，外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定することができる。
【００１２】
本発明の放射分光濃度計は，前記赤外線放射体の判定と認識とを行う機能が，前記赤外線導波管の前記赤外線放射体側の端部を支点とする視野角との調整である構成を有している。
【００１３】
この構成により，赤外線放射体との間隔を一定に保ちながら赤外線放射体の赤外線を常に測定することができる。
【００１４】
本発明の放射分光濃度計は，前記赤外線放射体の捕捉と追尾に，前記赤外線放射体の放射赤外線スペクトルの部分または全積分量を用いる構成を有している。
【００１５】
この構成により，赤外線放射体を正確にかつ検出信号として最も高い信号量で追尾することができる。
【００１６】
本発明の放射分光濃度計は，前記赤外線導波管と前記赤外線検出器間に，少なくとも２つ以上の開口を有する赤外線チョッパーが配置され，前記赤外線チョッパーの一方の開口には，前記分光フィルタが配置されている構成を有している。
【００１７】
この構成により，一つの赤外線検出器で赤外線放射体の捕捉と追尾のための信号と，対象成分濃度を算出するための分光信号を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は，赤外線導波管と，分光フィルタと，前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と，前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と，前記濃度を表示および保存する表示保存手段とを備え，少なくとも前記赤外線導波管が，前記赤外線放射体の捕捉と追尾を行う機能を設けることにより，外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定出来るという効果を有する放射分光濃度計を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、本発明の作動原理について説明する。
【００２０】
一般に，ある温度の物体は外部環境と熱のやり取り（伝熱）を行っており，その形態は三つある．一つ目は伝導であり，これは物体内の粒子の接触による運動量の交換によって熱が伝えられる現象であり，熱伝導と呼ばれる．二つ目は対流であり，これは流体粒子の運動によって固体表面と流体との間で熱が伝えられる現象であり，対流伝熱と呼ばれる．そして三つ目が放射であり，これはすべての物体は温度に応じて電磁波によるエネルギーを放射または吸収していることであり，そのエネルギーによる熱交換現象を，熱放射または熱輻射と呼んでいる．これらの伝熱現象が単独に生じる場合はまれで，実際には二つあるいは三つの現象が同時に生じている。
【００２１】
生体も上記と同様の伝熱現象を有しており，例えば人体の温度（体温）は環境温度に変化されない深部体温があり，血液の循環によって体内各所に運ばれる．皮膚の温度は，皮膚血管が拡張することで皮膚血流量が増し、外界に逃がす熱量（熱放散）は大きくなる。逆に皮膚血管が収縮すれば熱放散は小さくなる。皮膚血管が拡張して血流が大きくなると皮膚温は上昇し、収縮すれば低下する。すなわち，外界との境界である皮膚表面で外部環境との熱のやり取りを行い，熱伝導・対流伝熱・熱放射によって外部環境変化とバランスを取っている。
【００２２】
熱放射は電磁波によるエネルギーの放射または吸収であるが，人体の深部温度は約３７度近辺であることから，波長８〜１２μｍに亘った赤外線領域の電磁波が相当する．一般に皮膚の放射（吸収）能力である平均放射率は理論限界である理想黒体を１とした場合約０．９８と非常に高く，良好な放射（吸収）体である。
【００２３】
一方，物体はその構成物質の種類や成分比（濃度）に応じた電磁波に対する放射（吸収）特性を有している．原子スペクトルや分子スペクトルがそれに当る．赤外線領域は波長２．５μｍまでの近赤外領域と２．５μｍから１０μｍまでの中赤外領域に分けられる．中赤外領域は特徴的な化学結合に特有の基本的な分子振動準位に相当し，近赤外領域の複雑でシャープでない複合的で弱い吸収特性と比べて，シャープで強い吸収特性を有することから，対象分子の認識性が高い。
【００２４】
例えば血液成分である血糖（グルコース）はＣ６Ｈ１２Ｏ６で表される分子であり，中赤外領域にＣ−ＣやＣ−Ｈ，Ｏ−Ｈの伸縮振動や変角振動の準位に相当する吸収スペクトルがあり，特に人体からの放射光の波長帯である８〜１２μｍには，Ｃ−Ｈの変角振動やＣ−Ｏ−Ｈの変角振動の準位が存在するので，血液や組織間質液のグルコースの存在と濃度による放射光スペクトルの変調が見られ，この人体の体温（皮膚温）による放射光スペクトルを観測することで非観血に血液成分を測定することが出来る。
【００２５】
以下，図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する．なお，同一または相当部分には同一符号を付し，重複する説明は省略することもある。
【００２６】
図１は，本発明の放射分光濃度計の好適な一実施の形態の構成を示す模式図である．本実施の形態においては，赤外線放射体として生体の一部である鼓膜を用い，分析する対象成分の濃度として血糖値を測定する場合について説明する。
【００２７】
図１に示すように，本実施の形態の放射分光濃度計２０は，本体カバー２の一部で耳の外耳道に挿入するための挿入ガイド２ａと外部カバー２ｂ，鼓膜１の体温による放射赤外線を伝達するための赤外線導波管３，およびモータ４ｂで回転可能な回転板４ａを含む赤外線チョッパー４，赤外線に感度を有する単一の赤外線センサ６，赤外線導波管３と赤外線チョッパー４と赤外線センサ６とを機械的に接続し，これらと鼓膜１との立体角関係を変化させるための機構を具備した立体角変化機構８とを具備している．そして，回転板４ａの主面の法線方向と，赤外線導波管３の長さ方向および赤外線センサ６からの光線方向とが略一致するように，赤外線導波管３と赤外線チョッパー４と赤外線センサ６との位置関係が設定されている。
【００２８】
ここで，図２は，図１における回転板４ａの主面の法線方向からみた赤外線チョッパー４の正面図であり，図３は，図２におけるＡ−Ａ線断面を示す図である．図１および図２に示すように，赤外線チョッパー４の回転板４ａには４つの開口５が設けられており，これらの開口５内には，分光フィルタ５ａ，５ｂ，５ｃと，分光特性を持たないフィルタ５ｄが設置されている。
【００２９】
また，放射分光濃度計２０は，赤外線センサ６，赤外線チョッパー４および立体角変化機構８の駆動と制御，さらに赤外線センサ６の出力信号の増幅などを行うための電子回路７，電子回路７からの赤外線センサ６の出力信号を対象成分の濃度に変換するための図示しない信号処理装置，ならびに信号処理装置の結果を使用者に表示したり，測定日時等とともに保存するための同じく図示しない表示保存手段を含む。
【００３０】
以上のような構成を有する本実施の形態の放射分光濃度計の動作方法について以下に説明する。
【００３１】
まず，鼓膜１は赤外線放射体であってその温度での赤外線を放射している．絶対温度０ケルビン以外の物体は電磁波を放射するという物理的事実があり，放射量と絶対温度と波長との関係はプランクの法則として知られている．このフランクの法則においては，理想黒体を基準とした係数である放射率ε（０＜ε≦１）に基づいて，実際の物体の放射量は変化するが，人の皮膚の放射率εは約０．９８であり高い放射率を有している。
【００３２】
また，波長に依存性を有する放射スペクトルの，理想黒体に対する変化は，各波長毎の放射率εを示す単色放射率εｉを用いて表現することができる．鼓膜１における放射スペクトルは，鼓膜１中の血液に含まれる成分や鼓膜１の組織成分によって変化しており，その成分濃度と直接的に相関している。
【００３３】
ここで，鼓膜１の温度は，脳の体温調節をつかさどる視床下部の温度を反映しているため，鼓膜１において，人体内で最も高温である深部体温が体外に露出しているといえる．また，鼓膜１の赤外線放射強度は温度が高くなると強くなり，人体で最も強い赤外線放射強度を示す部位でもある．さらに，鼓膜１は厚さが約０．１ｍｍと非常に薄く，この厚さ方向において皮膚層，固有層および粘膜層を含み，かつ血管も存在することから，他の箇所と比べて最もコンパクトに血液を含む血管と組織が形成された箇所である。
【００３４】
少なくとも，血液中の対象成分（グルコース）の濃度に関する情報，すなわち血糖値に関する情報をもつ放射スペクトルが，体温により鼓膜１から赤外線として放射される．正常体温範囲での理想黒体の放射は，波長８μｍ〜１１μｍで極大となる強度分布を有する．また，血糖値は血液中のグルコース濃度であり，グルコースを識別することが可能な波長としては，８．００μｍ，９．２９μｍ，９．５５μｍ，９．７５μｍ，９．８９μｍおよび１０．９８μｍなどが利用可能である。
【００３５】
鼓膜１からの赤外線は，挿入ガイド２ａで外耳道（図示せず）内の，痛みを強く感じない組織部で第二カーブ近傍まで挿入された赤外線導波管３の，鼓膜１側の端部３ａから入射して直接または内部での反射を繰り返して赤外線導波管３内を伝播し，もう一方の端部３ｂへと至る．挿入ガイド２を構成する材料としては，例えばポリアクリル酸，ポリスチレン，ポリエステル，ポリ塩化ビニル，ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などを利用することが可能である。
【００３６】
また，赤外線導波管３を構成する材料としては，例えばアルミニウム，銅およびステンレスなどの放射率εの低い金属を用いることができる．この場合，さらに赤外線導波管３の少なくとも内表面に，例えばさらに放射率εの低い金，銀および銅などからなる被膜を，例えば蒸着，スパッタおよびメッキ法などで設けても構わない。
【００３７】
また，赤外線導波管３をこれら金属以外の材料，例えばポリアクリル酸，ポリスチレン，ポリエステル，ポリ塩化ビニル，ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などで構成することも可能である．この場合には，赤外線導波管３の少なくとも内表面に，例えばさらに放射率εの低い金，銀および銅などからなる被膜を，例えば蒸着，スパッタおよびメッキ法などで設けるのが好ましい。
【００３８】
鼓膜１から放射されて赤外線導波管３を通過した赤外線は，赤外線チョッパー４の開口５に設置された分光フィルタ５ａ，５ｂ，５ｃまたはフィルタ５ｄを透過し，赤外線のうち特定波長の放射スペクトルと，全波長の放射スペクトルが，各々赤外線センサ６に入射し，赤外線センサ６において，入射した放射スペクトルの強度に比例した電気信号に変換される。
【００３９】
ここで，図２および図３を用いて赤外線チョッパー４および分光フィルタ５ａ，５ｂ，５ｃおよびフィルタ５ｄについてより詳細に説明する．図２および図３に示すように，赤外線チョッパー４は，回転板４ａと，例えばモータなどの回転手段４ｂと，を有し，回転板４ａは回転手段４ｂによって矢印Ｙの方向に回転可能である。
【００４０】
回転板４ａの中心から，同心円上に等角度間隔の位置に，４つの開口５が設けられており，かつこれら開口５内に分光フィルタ５ａ，５ｂ，５ｃおよびフィルタ５ｄが配置されている。
【００４１】
そして，赤外線チョッパー４は，赤外線導波管３と赤外線センサ６とを光学的に接続することができるような位置関係で，回転板４ａの開口５を有している．すなわち，回転板４ａの回転によって，開口５が図１に示す位置にきた場合には，開口５を介して赤外線センサ６から赤外線導波管３を経て鼓膜１へと，線Ｐで示されるように光が通過し得る。
【００４２】
ここで，回転板４ａを構成する材料としては，例えばアルミニウム，銅およびステンレスなどの放射率εの低い金属を用いることができる．この場合，さらに回転板４ａの少なくとも表面に，例えばさらに放射率εの低い金，銀および銅などからなる被膜を，例えば蒸着，スパッタおよびメッキ法などで設けても構わない。
【００４３】
また，回転板４ａをこれら金属以外の材料，例えばポリアクリル酸，ポリスチレン，ポリエステル，ポリ塩化ビニル，ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などで構成することも可能である．この場合には，回転板４ａの少なくとも表面に，例えばさらに放射率εの低い金，銀および銅などからなる被膜を，例えば蒸着，スパッタおよびメッキ法などで設けるのが好ましい。
【００４４】
また，回転手段４ｂとしては，例えばＤＣモータ，ＡＣモータ，ステッピングモータ，サーボモータおよびボイスコイルモータなどのモータを利用することが可能である．なお，本実施の形態において，回転板４ａは円形で回転運動するが，回転板４ａは半円または扇形であってもよく，反復運動をしてもよい。
【００４５】
回転板４ａの回転数は赤外線センサ６のスペックなどにも依存するが，回転板４ａは例えば数Ｈｚ〜数１０Ｈｚで回転させるのが好ましい．これは，赤外線センサ６として好適に用いられるサーモパイルや焦電センサの感度に周波数依存性があり，特に数Ｈｚ〜数１０Ｈｚで高い感度を有し，高精度で検出を行うことができるからである。
【００４６】
分光フィルタ５ａ，５ｂ，５ｃとしては，種々の分光フィルタを用いることが可能であるが，例えば米国ＪＤＳ  Ｕｎｉｐｈａｓｅ社またはスウェーデン国Ｓｐｅｃｔｒｏｇｅｎ社製の狭帯域フィルタを好適に使用することが可能である．この好ましい狭帯域フィルタは，例えばＳｉ，ＧｅまたはＺｎＳｅなどで構成された分光波長に対して透明な基板上に，屈折率の異なる複数の材料を蒸着やスパッタ法などにより複数層積層して得られるものである。
【００４７】
本実施の形態においては，分光フィルタ５ａ，５ｂおよび５ｃを，グルコースを識別することが可能な波長を分光することができるように選択し，フィルタ５ｄとしては，赤外線をすべて透過する材料単体からなる基板を用いている．このような基板として，シリコン，ゲルマニウム，弗化バリウム，臭沃化タリウム，臭塩化タリウム，塩化ナトリウム，臭化カリウム，塩化カリウム，ヨウ化セシウム，セレン化亜鉛，硫化亜鉛が利用可能である．またフィルタ５ｄを設けず，開口５をそのまま用いてもよい。
【００４８】
赤外線センサ６としては，種々のものを用いることができ，例えば赤外線に感度を有するサーモパイルおよび焦電センサなどを利用することが可能である．市販のものとしては，例えば日本セラミック（株）や米国ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社の製品を好適に利用することが可能である．なお，本実施の形態においては，サーモパイルを用いている。
【００４９】
ここで，図１に示す構成を有する本実施の形態の放射分光濃度計２０を作動させた場合に赤外線センサ６から得られる出力パターンの一例を図９に示す．図９において，横軸は時間（単位は任意）を示し，縦軸は赤外線センサ６の出力電気信号の強度（単位は任意）である．赤外線チョッパー４の回転運動は電子回路７によって制御されており，赤外線導波管３からの赤外線は，ある時間間隔で各分光フィルタ５ａ，５ｂ，５ｃおよびフィルタ５ｄが赤外線センサ６と赤外線導波管３とを光学的に接続した瞬間のみ，赤外線センサ６に入射し，入射強度に比例した電気信号を出力する。
【００５０】
また，赤外線チョッパー４の回転板４ａの回転運動によって，周期的に電気信号が出力されるため，電子回路７を用いて電気信号複数個の平均値を示す波形を得るのが好ましい．図４のピークＡは，フィルタ５ｄを透過した赤外線に対応する赤外線センサ６の複数回平均波形に対応する．これと同様に，ピークＢは分光フィルタ５ａに対応し，ピークＣは分光フィルタ５ｂに対応し，ピークＤは分光フィルタ５ｃに対応する。
【００５１】
信号処理装置は，上記のように得られた各分光フィルタ５ａ，５ｂ，５ｃおよびフィルタ５ｄに対応する赤外線センサの電気出力信号のピーク値から，以下のようにして血糖値であるグルコース濃度を計算する。
【００５２】
まず，フィルタ５ｄを透過した赤外線強度を示すピークＡは，鼓膜１の温度と直接的な相関がある．耳式体温計や非接触放射温度計と同様に，理想黒体の放射スペクトルの積分値と，鼓膜１の放射スペクトルの積分値との関係は，ステファン−ボルツマンの法則に示された関係にある．したがって，ピークＡより鼓膜１の温度を算出することができる。
【００５３】
また，理想黒体の放射スペクトル強度はプランクの法則により与えられており，吸収率と放射率の関係を示したキルヒホッフの法則より，グルコース濃度が高くなると吸収率は高くなり，同時に単色放射率εｉも高くなる．すなわち，グルコースの認識が可能な波長帯の狭帯域フィルタである，分光フィルタ５ａ，５ｂおよび５ｃを透過した赤外線強度であるピークＢおよびＣと，先の鼓膜１の温度での理想黒体の放射スペクトル強度と，の比である単色放射率εｉを算出することで，血糖値であるグルコース濃度を求めることができる。
【００５４】
ここでは，三つの分光フィルタから各々単色放射率εｉが算出されるが，これの平均値をグルコース濃度とすることや，三つのピーク値の合計強度と三つの分光フィルタの波長での理想黒体の合計放射スペクトル強度との複合単色放射率からグルコース濃度を算出することも可能である。
【００５５】
一般に，分光フィルタである狭帯域フィルタの帯域幅は，透過率の半値幅で中心波長の±１％程度である．例えば中心波長１０μｍの場合，半値幅は±０．１μｍである．つまり，分光フィルタの場合，グルコースの認識が可能な波長以外の赤外線の放射スペクトルが透過することとなり，これにより認識精度が低下する．そのため，本実施の形態のように，複数個の分光フィルタを設置し，認識精度を高めることが有益である。
【００５６】
あるいは，グルコース認識可能な分光フィルタである狭帯域フィルタの帯域幅に入る，グルコース以外の成分，例えば同じく血中成分であるアルブミン等の影響度合いを補正するために，３つの分光フィルタのうち少なくとも１枚以上を，この成分濃度が認識可能な分光フィルタを使用し，この成分を求められるようにすることも可能である。
【００５７】
ここでは赤外線チョッパー４に４つの開口５を設け，１つは鼓膜１の温度測定に用い，残り３つをグルコースの認識が可能な分光フィルタを配置したが，開口５は２つ以上であればよく，また，対象成分の認識が可能な分光フィルタは１つ以上あればよい。
【００５８】
なお，赤外線センサ６に用いられるサーモパイルは，サーモパイルの温度によって感度が変化し，入射した赤外線強度に対する出力の電気信号が変化する．そこで，サーモパイルを用いる場合には，図示しないが，サーミスタ，測温抵抗体または熱電対などを設置してサーモパイルの温度を検出し，これによりサーモパイルの感度補正を行うことも有益である．また，焦電センサを用いた場合も同様であるが，サーモパイル時と異なるのは焦電センサの場合，電気信号の出力は入射する赤外線強度の変化がある瞬間のみである。
【００５９】
すなわち，サーモパイルを赤外線センサ６として用いた場合，赤外線チョッパー４の回転板４ａの部分がサーモパイルに面しているときには回転板４ａからの赤外線を検出する．先に述べたように回転板４ａの少なくとも表面は低放射率の材料で構成されているため，ほとんど赤外線を放射しないが，回転板４ａに対応する電気信号を出力する。
【００６０】
これに対し，焦電センサを赤外線センサ６として用いた場合は，赤外線チョッパー４の回転板４ａの部分が焦電センサに面していても回転板４ａからの赤外線は検出しない．しかし，焦電センサが回転板４ａに面している時点から分光フィルタに面している時点に変化する時（すなわち焦電センサが回転板４ａと分光フィルタとの境界部分に面する時）と，焦電センサが分光フィルタに面している時点から回転板４ａに面している時点に変化する時（すなわち焦電センサが分光フィルタと回転板４ａとの境界部分に面する時）と，に電気信号が出力される。
【００６１】
以上は，正確に鼓膜１の放射赤外線を測定した場合の説明であったが，先に述べたように外耳道形状の個人差や人の動きや姿勢によって，鼓膜１以外の外耳道からの放射赤外線が赤外線導波管３に入射しないよう，立体角変化による鼓膜１の捕捉と追尾の動作について説明する。
【００６２】
図４は，図１を立体角変化機構８について詳細に記載した概略構成図であり，赤外線導波管３と赤外線チョッパー４と赤外線センサ６を機械的に接続した一体部１５，一体部１５の背面にある移動軸９，移動軸９に接続したバネ１１ａとワイヤー１２ａ，バネ１１ａと接続した外部カバー２ｂ上のブロック１０ａ，ワイヤー１２ａと接続した外部カバー２ｂ上のモータ１３ａ，赤外線導波管３と接続しており挿入ガイド２ａの端部と一部接触しているビボット球１４からなる．このビボット球１４が立体角変化機構８の移動に際しての支点となって，赤外線導波管３と赤外線チョッパー４と赤外線センサ６から形成される光軸の立体角を変化させる。
【００６３】
また図５は，立体角変化機構８について詳細に記載した図４のＡで示された矢印方向から見た概略構成図であり，図４のブロック１０ａ，バネ１１ａ，ワイヤー１２ａ，モータ１３ａは紙面上下方向の機構であり，図５のブロック１０ｂ，バネ１１ｂ，ワイヤー１２ｂ，モータ１３ｂは，図４の紙面前後方向の機構である．図５から分かるように本放射分光計２０は，移動軸９が直交する二軸面内で移動可能な機構が構成されている。
【００６４】
鼓膜１とその他である外耳道の区別はその温度によって行う．一般的に知られているように温度は，鼓膜１が最も高く外耳道の皮膚はそれよりも低く，おおよそ０．２度から０．３度の差がある．すなわち，温度測定を行うことでその最大の場合が鼓膜１を観測していることになる．そこで本実施の形態では，赤外線チョッパー４の開口５の中の分光特性を持たないフィルタ５ｄあるいは開口５単体を透過し，赤外線センサ６で検出され出力される，図９でのピークＡの値が最大となるように調整を行う。
【００６５】
調整は，図４と図５で示した立体角変化機構を用いる．赤外線導波管３と赤外線チョッパー４と赤外線センサ６は，一体部１５によって機械的に接続されている．立体角の変化は，ビボット球１４を支点にして立体角変化機構の二軸方向の移動によって実現される。
【００６６】
一体部１５の背面にある移動軸９には各軸に各々バネ１１ａと１１ｂが接続しており，各バネは各々外部カバー２ｂに固定されたブロック１０ａと１０ｂに接続している．バネ１１ａと１１ｂは伸長した状態となっており復元力が働いた状態となっていて，各ブロック１０ａ，１０ｂ方向への力が常に働いている。
【００６７】
この力に対して移動軸９に接続したワイヤー１２ａと１２ｂの長さを，各ワイヤーと接続したモータ１３ａと１３ｂで調整することで，バネ１０ａと１０ｂの長さが変化し，結果として移動軸９の二次元内位置が可能となる。
【００６８】
移動軸９の位置変化による一体部１５の移動により，赤外線導波管３はビボット球１４を支点としてその立体角が変化し，放射分光濃度計２０の視野方向が変化可能となり，鼓膜１の捕捉，追尾が可能となる．この時，赤外線導波管と赤外線チョッパーと赤外線センサの光軸が保存されていることは言うまでもない。
【００６９】
ここで一体部１５は，十分な機械的強度を持った材料から構成されており，各種金属や樹脂類や高分子材料が利用可能である．また移動軸９とブロック１０ａと１０ｂも一体部１５と同機能を有する材料が利用可能である．バネ１１ａと１１ｂは一般的に広く使用されている硬鋼線，ピアノ線，シリマン，クロシリ，ステンレス，黄銅線，リン青銅が使用可能である．ワイヤー１２ａと１２ｂもバネ１１ａ，１１ｂと同様な材料が使用可能である．モータ１３ａと１３ｂとしては，例えばＤＣモータ，ＡＣモータ，ステッピングモータ，サーボモータおよびボイスコイルモータなどのモータを利用することが可能である。
【００７０】
以下に立体角調整の動作について詳細に説明する．図７は二次元の立体角調整範囲を示す図であり，図８は立体角調整のフロー図である．赤外線チョッパー４の分光特性を持たないフィルタ５ｄを透過し赤外線センサ６で検出され出力される信号量は，赤外線導波管３の視野の先にある対象の温度であり，この温度が外耳道内で最高温度である鼓膜１の温度であるかを判定し，調整を行う。
【００７１】
放射分光濃度計２０が外耳道に挿入された後，図７の黒点で示された基本ポイントについて各々測定を行い，最高温度を示す基本ポイントを判定する．図７では可能な範囲内で５×５＝２５点としたが，適宜変更可能である（図８のフロー１）。
【００７２】
次に，上記の基本ポイント周辺の領域について測定を行う．図７において実線で囲まれたサブ領域である．このサブ領域内を先の基本ポイントと同様に数点を少なくとも３×３＝９点以上設定し，この中の最大値を示した点で濃度の測定を行う（図８のフロー２とフロー３）。
【００７３】
ある時間が経過後，次の濃度測定を行う際は，まず一回目の濃度測定ポイントでの温度測定を行う．この値と先の測定での値を比較し一定の範囲（例えば，温度換算で０．１℃以内）であれば，そのまま２回目の濃度測定を行う．もし，値が先の値と異なる場合その量に応じて，図８のフロー１またはフロー２に戻り位置の補正を行った後，２回目の濃度測定を行う．例えば，温度換算で０．１℃から０．２℃ならば図８のフロー２へ，それ以上であればフロー１へ，といった具合である．以降，上記の手順を繰り返して３回目以降の濃度測定を行う。
【００７４】
上記では，鼓膜の位置捕捉と濃度測定は常にペアで実施したが，濃度測定間に位置捕捉を適宜行うことで次の濃度測定を速やかに行うことが出来る。
【００７５】
図６は，図４と５の立体角調整機構の一部を変更したものである．図６において移動軸９は，外部カバー２ｂに固定されているお碗型をした移動ガイド１６と接触している．移動軸９の先端は角を落とした略球体の形状をしており，移動ガイド１６は各種金属や樹脂類あるいはセラミック等の材質から成り，望ましくは耐摩耗性が高いほうが良い．また，移動軸９と移動ガイド１６の間にはグリースなどの油脂類があり，摩擦抵抗を下げる役割を果たしている。
【００７６】
これにより，移動軸９の移動は移動ガイド１６に沿ったものとなり，より滑らかで安定した立体角調整が可能となる。
【００７７】
なお，本実施の形態の放射分光濃度計２０においては，少なくとも挿入ガイド２と赤外線導波管３と赤外線チョッパー４と分光フィルタ５と赤外線センサ６と電子回路７と立体角変更機構８は，一つのパッケージ内に収納されていることが望ましい．電子回路７と図示しない信号処理手段との間，または信号処理手段と同じく図示しない表示保存手段との間は物理的に分離しているが，これらの間を有線または無線で接続すれば，耳に挿入する装置の小型化や挿入の容易化が図られ，かつ表示内容を使用者により確実に認識させることが可能となる。
【００７８】
このような本発明の実施の形態の放射分光濃度計２０によれば，鼓膜１を捕捉し追尾する機能を設け，赤外線導波管３の端部を支点とする検出方向の立体角変化を行い，赤外線導波管３に入射した全赤外線強度を指標として鼓膜１の認識を行い，分光強度測定と全赤外線強度を一つの赤外線センサ６で検出可能なように，赤外線チョッパー４上に複数の開口を設け，前記の分光強度測定用の分光フィルタと全赤外線強度測定用のフィルタないし開口のみとなるように各々配置したことにより，外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定することができ，赤外線放射体との間隔を一定に保つことで外部への影響（特に人体への痛みや損害）与えることなく赤外線放射体の赤外線を常に測定することができ，赤外線放射体を正確にかつ検出信号として最も高い信号量で追尾することができ，コンパクトな構成で赤外線放射体の捕捉と追尾のための信号と，対象成分濃度を算出するための分光信号を得ることができる。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、赤外放射体として人体の鼓膜の場合について説明したが、本発明の放射分光濃度計はその他の生体の部分などの赤外放射体を分析するために用いることも可能である。また、上記実施の形態では、対象成分をグルコースとして血糖値（グルコースの濃度）を求める場合について説明したが、本発明の放射分光濃度計を用いればその他の血液性成分や組織成分についても同様に測定することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように，本発明にかかる放射分光濃度計は，赤外線導波管と，分光フィルタと，前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と，前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と，前記濃度を表示および保存する表示保存手段とを備え，少なくとも前記赤外線導波管が，前記赤外線放射体の捕捉と追尾を行う機能を設けることにより，外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定出来るという効果を有し，人体の血液成分や組織成分濃度を非観血，非侵襲にて計測するための方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態における放射分光濃度計の構成を示す模式図
【図２】図１における赤外線チョッパーの正面図
【図３】図２における赤外線チョッパーのＡ−Ａ’線断面図
【図４】図１における立体角変化機構を詳細に記載した放射分光濃度計の構成を示す模式図
【図５】図４を矢印Ａの方向から見た立体角変化機構を詳細に記載した放射分光濃度計の構成を示す模式図
【図６】図５の一部が変化した今一つの立体角変化機構を詳細に記載した放射分光濃度計の構成を示す模式図
【図７】立体角調整手順について説明するための図
【図８】立体角調整手順のフロー図
【図９】図１に示す構成を有する本発明の実施の形態の放射分光濃度計を作動させた場合に赤外線センサから得られる出力パターンの一例を示す図
【図１０】従来の放射分光濃度計の構成を模式的に示す図
【符号の説明】
【００８２】
１    鼓膜
２ａ    挿入ガイド
２ｂ    外部カバー
３    赤外線導波管
４    赤外線チョッパー
４ａ    回転板
４ｂ    回転手段
５    開口
５ａ，５ｂ，５ｃ    分光フィルタ
５ｄ    フィルタ
６    赤外線センサ
７    電子回路
８    立体角変化機構
９    移動軸
１０ａ，１０ｂ    ブロック
１１ａ，１１ｂ    バネ
１２ａ，１２ｂ    ワイヤー
１３ａ，１３ｂ    モータ
１４    ビボット球
１５    一体部
１６    移動ガイド
２０    放射分光濃度計
６０    表示装置
６１    対象物体
６２    プラスチックカバー
６３    反射鏡
６４    赤外線導波管
６５    光学バルブ
６６    赤外線フィルタセット
６７    検出器
６８    電子回路
６９    マイクロコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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