(57)【要約】【課題】波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを単一のセンサで検出することができ、かつセンサへの不要な赤外線入射を抑制し得る放射分光濃度計を提供する。【解決手段】赤外線導波管、赤外線チョッパー、分光フィルタ、赤外線導波管を経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、赤外線検出器の出力から赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段、ならびに濃度を表示および保存する表示保存手段と、を備える放射分光濃度計において、赤外線チョッパーに赤外線導波管と赤外線検出器とを光学的に接続するための複数の開口を設け、複数の開口のうちの少なくとも一つに分光フィルタを配置する。【選択図】図１
2007151641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線導波管と、赤外線チョッパーと、分光フィルタと、前記赤外線導波管を経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、
前記赤外線チョッパーは、前記赤外線導波管と前記赤外線検出器とを光学的に接続するための複数の開口を有し、
前記複数の開口のうちの少なくとも一つに前記分光フィルタが配置されていること
を特徴とする放射分光濃度計。
【請求項２】
前記開口は、前記赤外線検出器と前記赤外線導波管の端部とを結ぶ直線によって画定された径を有すること、を特徴とする請求項１記載の放射分光濃度計。
【請求項３】
前記赤外線放射体は生体のうちの少なくとも一部であり、前記対象成分は前記生体の血液成分であること、
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】
前記赤外線導波管は、中空赤外線導波管または赤外線ファイバであること、
を特徴とする請求項３記載の放射分光濃度計。
【請求項５】
前記複数の開口のうちの少なくとも一つに、分光特性を持たない窓材が配置されているか、または、分光フィルタが配置されていないこと、
を特徴とする請求項３記載の放射分光濃度計。
【請求項６】
前記一部は鼓膜であり、前記血液成分はグルコースであること、
を特徴とする請求項３〜５のいずれかに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、例えば人体等の赤外線放射体に含まれる血液成分または組織成分等の対象成分の濃度を、非観血および非侵襲的に計測するための放射分光濃度計に関する。
【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である。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】
例えば人体などの対象物体６１からの赤外線は、プラスチックカバー６２を持つ反射鏡６３内に挿入された赤外線導波管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。
【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】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の放射分光濃度計においては、以下のような問題があった。第一に、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを検出するために、赤外線検出装置としては、一つのパッケージ内に複数のセンサを搭載したマルチセンサや、各々のスペクトルに対応させて複数のセンサが用いられていた。このため、個々のセンサ間の感度の違いやその経時的変化によって、検出する赤外線のスペクトル強度に誤差が発生してしまうという問題や、有限の赤外線量を複数のセンサで分割することによって個々のセンサの光量が低下し、Ｓ／Ｎ比が低下して検出感度も低下してしまうという問題があった。
【０００６】
第二に、赤外線検出装置として一般に用いられるサーモパイルセンサや焦電センサは視野角を有するという特性があり、センサはこのような視野角内において入射する赤外線を検出する。したがって、検出すべき赤外線は、赤外線導波管を伝播し、光学バルブを通過したものであるが、この場合には赤外線導波管と赤外線検出装置との間に一定の距離が存在することとなる。一般に、サーモパイルや焦電センサの視野角は非常に大きいため、赤外線検出装置に赤外線導波管以外からの赤外線が入射し、検出する赤外線のスペクトル強度に誤差が発生していた。
【０００７】
そこで、本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたものであり、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを単一のセンサで検出することができ、センサへの不要な赤外線入射を抑制し、高精度で赤外線のスペクトルを検出しかつ対象成分の濃度を計測し得る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】
【０００８】
以上の課題を解決すべく、本発明は、
赤外線導波管と、赤外線チョッパーと、分光フィルタと、前記赤外線導波管を経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、
前記赤外線チョッパーは、前記赤外線導波管と前記赤外線検出器とを光学的に接続するための複数の開口を有し、
前記複数の開口のうちの少なくとも一つに前記分光フィルタが載置されていること
を特徴とする放射分光濃度計を提供する。
このような構成により、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを単一の赤外線検出器で検出することができる。
【０００９】
上記本発明の放射分光濃度計においては、上記開口が、前記赤外線検出器と前記赤外線導波管の端部とを結ぶ直線によって画定された径を有すること、が好ましい。
このような構成により、赤外線検出器に不要な赤外線が入射することを抑制することができ、高精度で赤外線のスペクトルを検出しかつ対象成分の濃度を計測することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを単一のセンサで検出することができ、センサへの不要な赤外線入射を抑制し、高精度で赤外線のスペクトルを検出しかつ対象成分の濃度を計測し得る放射分光濃度計を提供することができる。
また、本発明によれば、単一のセンサしか用いないため、複数のセンサを用いた場合の赤外線センサ間の感度の補正や、感度の経時的変化に伴う補正などを行わなくても、高精度な検出が可能であり、小型化が可能な放射分光濃度計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
《実施の形態１》
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。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の放射分光濃度計１０は、耳の外耳道に挿入するための挿入ガイド２、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を具備している。そして、回転板４ａの主面の法線方向（すなわち図１における矢印Ｘの方向）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。
【００１４】
ここで、図２は、図１における矢印Ｘの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および５ｃならびにフィルタ５ｄが設置されている。
【００１５】
また、放射分光濃度計１０は、赤外線に感度を有する単一の赤外線センサ６、赤外線チョッパー４および赤外線センサ６の駆動および制御ならびに赤外線センサ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信号処理装置８、ならびに信号処理装置８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表示保存手段９を含む。
【００１６】
なお、表示保存手段としては、例えば主としてモニター（表示ディスプレイ）、記憶装置、外部入力装置、およびこれらを制御するためのプロセッサーを含む装置を用いることができる。より具体的には、例えばモニター付の小型コンピュータ、小型端末、ＰＤＡおよび携帯電話などが挙げられる。
【００１７】
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。
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
鼓膜１からの赤外線は、挿入ガイド２によって外耳道（図示せず）内に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。
【００２２】
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。なお、赤外線ファイバを構成する材料としては、例えばカルコゲナイトガラスなどが挙げられる。
【００２３】
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。
【００２４】
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もしくは５ｃまたはフィルタ５ｄを透過し、赤外線のうちの特定波長を有する放射スペクトルのみが赤外線センサ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。
【００２５】
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および５ｃならびにフィルタ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。
【００２６】
回転板４ａにおいては、中心Ｃを通って互いに直交するＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線上であって、中心Ｃから等しい距離の位置に、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および５ｃならびにフィルタ５ｄが配置されている。即ち、回転板４ａには、中心Ｃからみて、等しい角度および距離で、分光フィルタ５ａ、５ｂおよび５ｃならびにフィルタ５ｄが設けられている。なお、開口５の数を変更する場合には、上記等しい角度および距離を満たすように、設ければよい。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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およびサーボ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。
【００３１】
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。
【００３２】
分光フィルタ５ａ、５ｂおよび５ｃならびにフィルタ５ｄ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
【００３３】
ただし、本実施の形態においては、分光フィルタ５ａ、５ｂおよび５ｃならびにフィルタ５ｄ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、グルコースを認識することが不可能な特性を持たない、上記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。したがって、フィルタ５ｄは設けず、フィルタ５ｄを配置していた開口５はそのまま用いてもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
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１０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４に示す。図４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および５ｃならびにフィルタ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。
【００３６】
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。
【００３７】
信号処理装置９は、上記のように得られた各分光フィルタ５ａ、５ｂおよび５ｃならびにフィルタ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。
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、ある温度での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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
なお、本実施の形態の放射分光濃度計１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とは、一体化されていることが望ましい。電子回路７と信号処理手段８との間、または信号処理手段８と表示保存手段９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。
【００４７】
このような本発明の実施の形態１の放射分光濃度計１０によれば、赤外線チョッパー上に複数の開口を設け、少なくとも一つ以上の開口上に分光波長の異なる分光フィルタを設けることにより、複数の開口と分光フィルタを通過した放射した赤外線の放射スペクトルを一つの赤外線センサで検出することが可能になり、複数の赤外線センサを用いた場合の赤外線センサ間の感度補正や、感度の経時的変化の補正を行う必要なく高精度な検出が可能となる他、装置の小型化を達成することができる。
【００４８】
《実施の形態２》
次に、本発明の放射分光濃度計の実施の形態２について説明する。この実施の形態２の放射分光濃度計は、図１に示した実施の形態１の放射分光濃度計１０における赤外線チョッパー４を異なる構成に代えたものであり、赤外線チョッパー４以外の構成は実施の形態１の放射分光濃度計１０と同様である。
以下、実施の形態２の放射分光濃度計に備えられる赤外線チョッパー１４について説明する。図５は、本実施の形態の放射分光濃度計に備えられる赤外線チョッパー１４のうちの、回転板１４ａの正面図であり、図６は、図５におけるＡ−Ａ線断面を示す図である。
【００４９】
図６において、赤外線チョッパー１４は、上記実施の形態１と同様に、回転板１４ａと例えばモータなどの回転手段１４ｂとを含み、回転板１４ａには４つの開口１５が互いに等しい距離および角度で設けられているが、本実施の形態においては、図５および図６からわかるように、開口１５の上（図６の回転板１４ａの左側の面において開口１５を覆う位置）に３つの分光フィルタ５ａ、５ｂおよび５ｃが設けられている点に特徴を有する。
【００５０】
ここで、本実施の形態の放射分光濃度計における赤外線センサ６の視野角について説明する。図７および図８は、赤外線センサ１６の視野角を説明するための概略図である。
図７において一点鎖線ｌ1およびｌ2で示すように、赤外線センサ６と分光フィルタ５ａで検出可能な赤外線の入射範囲（一点鎖線ｌ1およびｌ2で囲まれた範囲）は、赤外線導波管３と赤外線センサ６および分光フィルタ５ａとの間の空間となる。そのため、有用な情報を持つ赤外線導波管３以外の赤外線も赤外線センサ６に取り込まれるおそれがあり、これにより精度の低下が起こる。
【００５１】
通常、赤外線センサ６は、特殊で高価なレンズを装着しない場合、全角で１００°程度の視野角を有し、視野範囲は１０ｍｍ先で直径２４ｍｍ程度となる。そして、仮に耳に挿入する赤外線導波管３の直径を３ｍｍとした場合、このままでは赤外線センサ６に入射する赤外線はほとんどが、赤外線導波管３以外から由来するものとなってしまう。
【００５２】
そこで、本実施の形態においては、図８に示すように、回転板１４ａ上の開口１５の径を、赤外線センサ６と赤外線導波管３の端部３ｂ1および３ｂ2とを結ぶ直線（実線ｍ1およびｍ2）が、回転板１４ａと交差する部分の最大幅と同じかそれ以下となるように、放射分光濃度計を設計する。このような構成によって、有用な情報を提供する赤外線導波管３からの赤外線のみをより確実に検出することができる。
【００５３】
ここで、理解の容易のために、図８における回転板１４ａの開口１５付近を拡大した図を図９に示す。図９に示すように、本実施の形態においては、回転板１４ａ上の開口１５の径ｎ1を、赤外線センサ６と赤外線導波管３の端部３ｂ1および３ｂ2とを結ぶ直線（実線ｍ1およびｍ2）が、回転板１４ａと交差する部分の最大幅ｎ2と略一致するように、すなわち関係式：ｎ1≒ｎ2を満たすように、放射分光濃度計を設計する。
【００５４】
また、上記のような設計は、回転板１４ａの厚さ、開口１５の径、赤外線導波管３の径、赤外線導波管３と回転板１４ａとの距離Ｚ1および回転板１４ａと赤外線センサ６との距離Ｚ2、ならびに、赤外線センサ６のもつ視野角などの少なくとも１つを調整することによって行うことができる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態では、図８および図９を用いて説明した原理を適用し、図５および図６に示す構造を有する赤外線チョッパー１４および分光フィルタ５ａ、５ｂおよび５ｃを用いる。図８および図９において、回転板１４ａ上に４つの開口１５が設けられているが、赤外線センサ６（図１参照）から赤外線導波管３の端部３ｂ1および３ｂ2を結ぶ直線（実線ｍ1およびｍ2）が、回転板１４ａと交差する部分の最大幅ｎ2が開口１５の直径となるように、４つの開口１５それぞれの径を画定している。
【００５６】
なお、図５および図６における分光フィルタ５ａ、５ｃおよび５ｃは、開口１５内に挿入せず、開口１５上に載置した構成としたが、本実施の形態の放射分光濃度計の動作方法は、図２および図３を用いて説明した赤外線チョッパー４を用いた上記実施の形態１の放射分光濃度計の動作方法と何ら変更はない。
【００５７】
以上のように、本発明の実施の形態２の放射分光濃度計によれば、赤外線チョッパー上の開口径を、赤外線センサに赤外線導波管からの赤外線のみが入射するように画定することにより、広い視野角を持った赤外線センサを用いても情報を持った赤外線以外の入射を防止し、高い検出精度を得ることができる。
【００５８】
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。
【００５９】
また、上記実施の形態２においては、赤外線チョッパーの回転板に設けられた開口と、赤外線センサから赤外線導波管の端部を結ぶ直線が回転板と交差する部分の最大幅と、の関係について説明したが、上記実施の形態１においても、同じ関係を満たすことが好ましい。
【００６０】
また、上記実施の形態１および２においては、開口を４つずつ設けて、そのうちの１つには分光フィルタを配置しなかったが、これらの数については、本発明の効果を損なわない範囲であれば適宜調整することが可能である。例えば、分光フィルタを配置しなかった開口には、分光特性を有しない窓材（例えばシリコン、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、セレン化亜鉛または硫化亜鉛で構成された窓材）を配置しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる放射分光濃度計は、赤外線チョッパー上に複数の開口を設け、少なくとも一つ以上の開口上に分光波長の異なる分光フィルタを設けることにより、複数の開口と分光フィルタを通過した放射した赤外線の放射スペクトルを一つの赤外線センサで検出することが可能になり、複数の赤外線センサを用いた場合の赤外線センサ間の感度補正や、感度の経時的変化の補正を行う必要なく高精度な検出を可能とするとともに、装置の小型化を可能にす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的および非侵襲的に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】
【００６２】
【図１】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。
【図２】図１における矢印Ｘの方向からみた赤外線チョッパー４の正面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面を示す図である。
【図４】図１に示す構成を有する本発明の実施の形態１の放射分光濃度計１０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示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２の放射分光濃度計に備えられる赤外線チョッパー１４のうちの、回転板１４ａの正面図である。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線断面を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２における赤外線センサ１６の視野角を説明するための概略図である。
【図８】本発明の実施の形態２における赤外線センサ１６の視野角を説明するための別の概略図である。
【図９】図８における回転板１４ａの開口１５付近を拡大した図である。
【図１０】従来の放射分光濃度計の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  鼓膜
２  挿入ガイド
３  赤外線導波管
４、１４  赤外線チョッパー
５、１５  開口
５ａ、５ｂ、５ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  分光フィルタ
５ｄ  フィルタ
６  赤外線センサ
７  電子回路
８  信号処理手段
９  表示保存手段
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】
2007151641.tif 000003
【図２】
2007151641.tif 000004
【図３】
2007151641.tif 000005
【図４】
2007151641.tif 000006
【図５】
2007151641.tif 000007
【図６】
2007151641.tif 000008
【図７】
2007151641.tif 000009
【図８】
2007151641.tif 000010
【図９】
2007151641.tif 000011
【図１０】
2007151641.tif 000012