(57)【要約】【課題】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。【解決手段】鼓膜から放射された赤外光を検出する赤外線検出器と、耳孔内を撮像する撮像部と、前記鼓膜における第１の領域に対応する前記撮像部からの第１の撮像情報と前記鼓膜における第２の領域に対応する前記撮像部からの第２の撮像情報との差を算出する撮像情報演算部と、前記撮像情報演算部により算出された前記第１の撮像情報と前記第２の撮像情報との差及び前記赤外線検出器の出力を用いて生体成分の濃度を算出する生体成分濃度演算部とを備える生体成分濃度測定装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鼓膜中の血液量が多い領域を判断する血液量評価手段と、
前記血液量評価手段により鼓膜中の血液量が多い領域に光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により照射された光を検出する光検出器と、
前記光検出器の出力から生体成分濃度を算出する生体情報演算部を備える生体成分濃度測定装置。
【請求項２】
前記血液量評価手段は、ヘモグロビンに対して吸収を持つ波長の光を照射する光源と、
前記光源により照射された光の前記鼓膜による反射光を取得し前記鼓膜を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの撮像情報に基づいて、前記鼓膜中の血液量の多寡を判定する判定部、
を備える請求項１記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項３】
前記撮像素子により得られた、前記撮像情報の各画素における前記反射光の強度に対応する出力と、所定の閾値を比較する比較部をさらに備え、
前記判定部は、前記比較部による比較結果をさらに利用して、前記鼓膜中の血液量の多寡を判定する請求項２記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項４】
前記所定の閾値を記憶する閾値記憶部をさらに備え、
前記所定の閾値は、前記反射光の強度に関して予め定められた値であり、
前記比較部は、前記撮像部により得られた前記撮像情報の各画素における前記反射光の強度に対応する出力と前記所定の閾値と比較する請求項３記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項５】
前記光源が照射する光の波長は、４００〜４５０ナノメートルであることを特徴とする請求項２記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項６】
前記血液量評価手段は、さらに鼓膜からの反射光を集光するレンズと、前記レンズを光軸方向に駆動する第１のアクチュエータと前記第１のアクチュエータを制御する第１のアクチュエータ制御部とを備える請求項２記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項７】
前記血液量評価手段は、前記第１のアクチュエータを駆動させながら、前記撮像素子により前記鼓膜を撮像し、前記撮像素子により得られた撮像情報を用いて、前記撮像情報の各画素の中から、前記鼓膜による反射光が前記撮像素子上に結像している画素を抽出する結像位置抽出部と、
前記レンズの移動量とを算出するレンズ移動量演算部とをさらに備える請求項６記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項８】
前記光照射手段は、赤外線を発生する赤外光源と、
前記赤外光源から出射した光を整形・集光するレンズと、
前記赤外光源から出射した光の方向を変更するための光線方向変更手段を備えることを特徴とする請求項１記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項９】
前記光線方向変更手段は、前記レンズを光軸に対して垂直方向に駆動する第２のアクチュエータと前記第２のアクチュエータを制御する第２のアクチュエータ制御部を備え、前記第２のアクチュエータを駆動することにより、前記赤外光源の鼓膜への照射位置を変更する請求項８記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項１０】
前記光照射手段は、さらに前記レンズを光軸方向に駆動するための第３のアクチュエータと前記第３のアクチュエータを制御する第３のアクチュエータ制御部を備える請求項９記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項１１】
前記第２のアクチュエータの駆動量を決定するアクチュエータ駆動量算出部をさらに備え、
前記アクチュエータ駆動量算出部は、前記判定部により得られた前記鼓膜中の血液が多い領域に前記赤外光源から出射した光が照射されるように、前記撮像情報の前記鼓膜中の血液量が多いと判定された領域の画素の位置に関する情報に基づき前記第２のアクチュエータの駆動量を算出する請求項９記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータ駆動量算出部は、さらに、第３のアクチュエータの駆動量をさらに算出し、
前記第３のアクチュエータ駆動量は、前記判定部により得られた前記鼓膜中の血液が多い領域に前記赤外光源から出射した光が照射されるように、前記結像位置抽出部と前記レンズ移動量演算部により得られたレンズ移動量と、前記撮像情報の前記鼓膜中の血液量が多いと判定された領域の画素の位置に関する情報により決定されることを特徴とする請求項７、１０に記載の生体成分濃度測定装置。
【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ものである。
【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、２または３参照）。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】特表平０５−５０６１７１号公報
【特許文献２】特表２００２−５１３６０４号公報
【特許文献３】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】
【０００３】
しかし、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において、高精度に測定するためには、鼓膜中の血液量が多い領域に光を照射する必要がある。鼓膜中の血液量が多いということは、それだけ、グルコースに由来する反射光が多く取得できるため好ましいが、前記従来の非侵襲血糖計ではこのような観点からの考慮はなく、生体成分濃度の測定におけるSNが悪い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、鼓膜からの反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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体成分濃度測定装置は、鼓膜中の血液量が多い領域を判断する血液量評価手段と、前記血液量評価手段により鼓膜中の血液量が多い領域に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段により照射された光を検出する光検出器と、前記光検出器の出力から生体成分濃度を算出する生体情報演算部を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の生体成分濃度測定装置によれば、鼓膜からの反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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
鼓膜中の血液量が多い領域を判断する血液量評価手段と、前記血液量評価手段により鼓膜中の血液量が多い領域に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段により照射された光を検出する光検出器と、前記光検出器の出力から生体成分濃度を算出する生体情報演算部を備える。
【０００８】
本発明の生体成分濃度測定装置において、前記血液量評価手段は、ヘモグロビンに対して吸収を持つ波長の光を照射する光源と、
前記光源により照射された光の前記鼓膜による反射光を取得し前記鼓膜を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの撮像情報に基づいて、前記鼓膜中の血液量の多寡を判定する判定部、
を備えることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記撮像素子により得られた、前記撮像情報の各画素における前記反射光の強度に対応する出力と、所定の閾値を比較する比較部をさらに備え、前記判定部は、前記比較部による比較結果をさらに利用して、前記鼓膜中の血液量の多寡を判定してもよい。
【００１０】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記所定の閾値を記憶する閾値記憶部をさらに備え、
前記所定の閾値は、前記反射光の強度に関して予め定められた値であり、
前記比較部は、前記撮像部により得られた前記撮像情報の各画素における前記反射光の強度に対応する出力と前記所定の閾値と比較してもよい。
【００１１】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記光源が照射する光の波長は、４００〜４５０ナノメートルであることが好ましい。これは、血液中のヘモグロビンに対して吸収が強い波長であるため、より高精度に血液量評価が可能になる。
【００１２】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記血液量評価手段は、さらに鼓膜からの反射光を集光するレンズと、前記レンズを光軸方向に駆動する第１のアクチュエータと前記第１のアクチュエータを制御する第１のアクチュエータ制御部とを備えることが好ましい。このようにすることにより、光軸方向にも撮像素子上に結像させることができるため、より高精度に血液量評価が可能になる。
【００１３】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記血液量評価手段は、前記第１のアクチュエータを駆動させながら、前記撮像素子により前記鼓膜を撮像し、前記撮像素子により得られた撮像情報を用いて、前記撮像情報の各画素の中から、前記鼓膜による反射光が前記撮像素子上に結像している画素を抽出する結像位置抽出部と、
前記レンズの移動量とを算出するレンズ移動量演算部とをさらに備えていてもよい。
【００１４】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記光照射手段は、赤外線を発生する赤外光源と、前記赤外光源から出射した光を整形・集光するレンズと、前記赤外光源から出射した光の方向を変更するための光線方向変更手段を備える。
【００１５】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記光線方向変更手段は、前記レンズを光軸に対して垂直方向に駆動する第２のアクチュエータと前記第２のアクチュエータを制御する第２のアクチュエータ制御部を備え、前記第２のアクチュエータを駆動することにより、前記赤外光源の鼓膜への照射位置を変更してもよい。このようにすることにより、鼓膜上の水平方向の照射位置を変更することができる。
【００１６】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記光照射手段は、さらに前記レンズを光軸方向に駆動するための第３のアクチュエータと前記第３のアクチュエータを制御する第３のアクチュエータ制御部を備えていてもよい。このようにすることにより、さらに鼓膜の奥行き方向の照射位置を変更できるため好ましい。
【００１７】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記第２のアクチュエータの駆動量を決定するアクチュエータ駆動量算出部をさらに備え、前記アクチュエータ駆動量算出部は、前記判定部により得られた前記鼓膜中の血液が多い領域に前記赤外光源から出射した光が照射されるように、前記撮像情報の前記鼓膜中の血液量が多いと判定された領域の画素の位置に関する情報に基づき前記第２のアクチュエータの駆動量を算出することが好ましい。このようにすることにより、鼓膜上の水平方向の照射位置を変更するためのアクチュエータ移動量を決定することができるため好ましい。
【００１８】
また、本発明の生体成分濃度測定装置において、前記アクチュエータ駆動量算出部は、さらに、第３のアクチュエータの駆動量をさらに算出し、前記第３のアクチュエータ駆動量は、前記判定部により得られた前記鼓膜中の血液が多い領域に前記赤外光源から出射した光が照射されるように、前記結像位置抽出部と前記レンズ移動量演算部により得られたレンズ移動量と、前記撮像情報の前記鼓膜中の血液量が多いと判定された領域の画素の位置に関する情報により決定されてもよい。このようにすることにより、鼓膜上の奥行き方向の照射位置を変更するためのアクチュエータ移動量を決定することができるため好ましい。
【００１９】
また、本発明の生体成分濃度測定装置が、鼓膜から放射された赤外光を分光する分光素子をさらに備え、赤外線検出器が、分光素子により分光された赤外光を検出するように構成されていてもよい。
【００２０】
本発明において、ヘモグロビンに対して吸収をもつ波長の光を照射する光源としては、例えば、青色レーザ等の可視光レーザや、青色ＬＥＤ等を用いることができる。
【００２１】
撮像素子としては、例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の画像素子を用いることができる。
【００２２】
分光素子としては、赤外線を波長別に分けることのできるものであればよく、例えば、特定の波長領域の赤外線を透過させる光学フィルタ、マイケルソン干渉計、回折格子等を用いることができる。
【００２３】
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。
【００２４】
アクチュエータ制御部、結像位置抽出部、生体成分濃度演算部としては、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のマイクロコンピュータを用いることができる。
【００２５】
本発明の生体成分濃度測定装置は、前記耳孔内に挿入される導波管をさらに備え、前記導波管が、前記光源から出射した前記光と、前記耳孔内において反射した前記光と、前記鼓膜から放射された前記赤外光とを導く機能を有していてもよい。
【００２６】
本発明において、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。
【００２７】
本発明の生体成分濃度測定装置は、前記耳孔内において反射した前記光及び前記鼓膜から放射した前記赤外光のうち、一方を透過させ、他方を反射させる光分割素子をさらに備えていてもよい。
【００２８】
ここで、前記赤外線検出器と前記光分割素子との間に前記分光素子が配置されていてもよい。
【００２９】
本発明において、光分割素子としては、例えば、可視光及び赤外光のうち、一方を透過させ、他方を反射させる機能を有するハーフミラーを用いることができる。可視光を反射して、赤外線を透過するようにする場合、ハーフミラーの材質としては、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。
【００３０】
本発明の生体成分濃度測定装置は、赤外線検出器の出力信号と生体成分濃度との相関を示す相関データを格納する記憶部、生体成分濃度演算部により換算された生体成分の濃度を表示する表示部、及び生体成分濃度測定装置が動作するための電力を供給する電源をさらに備えていてもよい。
【００３１】
生体成分濃度演算部は、記憶部から上記相関データを読み出し、これを参照することにより、赤外線検出器の出力信号を生体成分の濃度に変換してもよい。
【００３２】
赤外線検出器の出力信号と生体成分濃度との相関を示す相関データは、例えば、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線検出器の出力信号を測定し、得られた赤外線検出器の出力信号と生体成分の濃度との相関を解析することにより取得することができる。
【００３３】
本発明において、記憶部としては、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを用いることが
できる。
【００３４】
表示部としては、例えば、液晶等のディスプレイを用いることができる。
【００３５】
電源としては、例えば、電池等を用いることができる。
【００３６】
本発明の生体成分濃度測定装置により測定する生体成分の濃度としては、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、中性脂肪濃度等が挙げられる。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００の外観を示す斜視図である。
【００３９】
生体成分濃度測定装置１００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、生体成分濃度測定装置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。
【００４０】
ここで、ディスプレイ１１４は本発明における表示部に相当する。
【００４１】
次に、生体成分濃度測定装置１００の本体内部の構成について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００の構成を示す図であり、図３は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００における光学フィルタホイール１０６を示す斜視図である。
【００４２】
生体成分濃度測定装置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、赤外光源１６０、第3のハーフミラー１６２、第2のアクチュエータ１６４、第2の位置センサ１６６、レンズ枠１６８、レンズ１７０を備えている。
ここで、マイクロコンピュータ１１０は、本発明における結像位置算出部、アクチュエータ制御部、結像位置抽出部、判定部、アクチュエータ駆動量算出部及び生体成分濃度演算部に相当する。
【００４３】
ここで、位置センサ１５４は、本発明におけるレンズ駆動量算出部に相当する。
【００４４】
電源１１６は、マイクロコンピュータ１１０に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。
【００４５】
赤外光源１６０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１６０から出射され、第３のハーフミラー１６２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１００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１６２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。
【００４６】
赤外光源１６０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。
【００４７】
第３のハーフミラー１６２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１６２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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
光学フィルタホイール１０６は、図３に示すように、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にはめ込まれている。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。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。このようにすると、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別の光学フィルタに切り替えることができる。光学フィルタホイール１０６は、本発明における分光素子に相当する。
【００５１】
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またはＧｅを基板として、真空蒸着法を用いてＺｎＳ、ＭｇＦ2、ＰｂＴｅ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。メモリ１１２は、本発明の記憶部に相当する。
【００５９】
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。
【００６０】
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。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、鼓膜から反射した赤外光を測定する。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。
【００６５】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して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。
【００６６】
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。
【００６７】
次に、鼓膜２０２を撮像するための構成について説明する。
【００６８】
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。
【００６９】
光源１４０としては、例えば、ヘモグロビンに対して吸収をもつ波長の光を照射する光源としては、例えば、青色レーザ等の可視光レーザや、青色ＬＥＤ等を用いることができる。この中で、青色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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。ここで、第２のハーフミラー１４４は本発明における光分割素子に相当する。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
生体成分濃度測定装置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。
【００７５】
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を光軸の方向（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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の光学像が正しく結像することができる。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ことになる。
【００７８】
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。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。
【００７９】
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。
【００８０】
次に、撮像素子１４８により撮影された画像の中から、鼓膜２０２中の血液量を評価する方法について説明する。
【００８１】
図４は、撮像素子１４８を用いて、耳孔２００内を観察した時の画像を示すイメージ図である。画像の左側が鼓膜２０２であり、右側に見えるのは外耳道２０４である。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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。マトリクス状に配置された複数の画素５０１のうち、黒色の部分は反射光が小さい部分の画素５０２であり、白色の部分は反射率が高い部分の画素５０３を示す。
【００８５】
青色ＬＥＤの光は、ヘモグロビンに対して非常によく吸収されるため、ヘモグロビンが多い鼓膜の領域、すなわち、血液量が多い領域の青色ＬＥＤの反射光は小さくなる。したがって、図５に示した黒色の領域が血液量が多い領域となる。
【００８６】
このような鼓膜の撮像を集光レンズ１４６を駆動させながら行うことにより、鼓膜の奥行き方向においても同様に、鼓膜中の血液量が多い領域を評価する。
【００８７】
このように鼓膜中の血液量が多い領域が得られた後、第２のアクチュエータの駆動量を決定する。第２のアクチュエータの駆動量の算出方法は、あらかじめ図５に示した一画素の距離分だけ駆動するための第２のアクチュエータの駆動量を算出しておき、図５で得られた画像で赤外光源から出射した光が、図５上の反射光が小さい領域の中心に当たるように第２のアクチュエータ駆動量を算出する。
【００８８】
次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置１００の動作について説明する。
【００８９】
まず、使用者が生体成分濃度測定装置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、生体成分濃度測定装置１００は測定準備状態となる。
【００９０】
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。
【００９１】
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生体成分濃度測定装置１００を保持した状態で、使用者が生体成分濃度測定装置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。
【００９２】
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の位置を認識するステップが行われる。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。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、使用者は生体成分濃度測定装置１００を動かして、導波管１０４の挿入方向を調整すればよい。
【００９３】
ここで、ディスプレイ１１４、ブザー１５８及びスピーカーは、それぞれ本発明における警告出力部に相当する。
【００９４】
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、上記の方法により第２のアクチュエータの駆動量を算出して、第２のアクチュエータ１６４を駆動することにより、赤外光源１６０の照射位置を調整する。
【００９５】
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。
【００９６】
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、生体成分濃度測定装置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。
【００９７】
ここで、スピーカーは本発明における音声出力部に相当する。
【００９８】
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、第２のアクチュエータ１６４を駆動することにより赤外光源１６０の照射位置の調整が完了すると、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。
【００９９】
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。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。
【０１００】
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、使用者は生体成分濃度測定装置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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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相関データを読み出し、この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。
【０１０３】
以上のように、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置１００によると、鼓膜中の血液量が多い領域に赤外光源１６０から出射された光を照射することにより、鼓膜中の血液量が多い領域からの反射光を用いて測定できるため、ＳＮ比が向上させることができるため、生体成分濃度をより高精度に測定することができる。
【０１０４】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態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。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、生体成分濃度測定装置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。
【０１０５】
ここで、ディスプレイ１１４は本発明における表示部に相当する。
【０１０６】
次に、本発明の実施の形態２に係る生体成分濃度測定装置の本体内部の構成について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態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。
【０１０７】
実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００と比較して異なる点は、生体成分濃度測定装置２００の本体内部に、第３のアクチュエータ１７２を備えている点である。その他の構成は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００と同じであるため説明を省略する。
【０１０８】
青色ＬＥＤの光は、ヘモグロビンに対して非常によく吸収されるため、ヘモグロビンが多い鼓膜の領域、すなわち、血液量が多い領域の青色ＬＥＤの反射光は小さくなる。したがって、図５に示した黒色の領域が血液量が多い領域となる。
【０１０９】
このような鼓膜の撮像を集光レンズ１４６を駆動させながら行うことにより、鼓膜の奥行き方向においても同様に、鼓膜中の血液量が多い領域を評価する。
【０１１０】
このように鼓膜中の血液量が多い領域が得られた後、第２のアクチュエータの駆動量を決定する。第２のアクチュエータの駆動量の算出方法は、あらかじめ図５に示した一画素の距離分だけ駆動するための第２のアクチュエータの駆動量を算出しておき、図５で得られた画像で赤外光源から出射した光が、図５上の反射光が小さい領域の中心に当たるように第２のアクチュエータ駆動量を算出する。
【０１１１】
さらに、レンズ移動量算出部、結像位置算出部により得られた前記第２のアクチュエータ駆動量を決定した際の画素における結像位置と、前記結像位置に達するのに必要なレンズ１４６におけるレンズ駆動量から第３のアクチュエータ駆動量を算出し、さらにの実の形態１に比較して鼓膜の奥行き方向にも赤外光源１６０の照射位置をあわしたものである。
【０１１２】
このようにすることより、鼓膜へ照射する赤外光源１６０からの鼓膜２０２上のエネルギー密度が上昇するため、より高精度な測定を行うことができる。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して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。
【０１１６】
本実施の形態のように、赤外光源１６０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。
【０１１７】
次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置３００の動作について説明する。
【０１１８】
まず、使用者が生体成分濃度測定装置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、生体成分濃度測定装置１００は測定準備状態となる。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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生体成分濃度測定装置１００を保持した状態で、使用者が生体成分濃度測定装置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。
【０１２１】
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の位置を認識するステップが行われる。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。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、使用者は生体成分濃度測定装置１００を動かして、導波管１０４の挿入方向を調整すればよい。
【０１２２】
ここで、ディスプレイ１１４、ブザー１５８及びスピーカーは、それぞれ本発明における警告出力部に相当する。
【０１２３】
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、上記の方法により第２、第３のアクチュエータの駆動量を算出して、第２のアクチュエータ１６４、第３のアクチュエータ１７２を駆動することにより、赤外光源１６０の照射位置を調整する。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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、生体成分濃度測定装置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。
【０１２６】
ここで、スピーカーは本発明における音声出力部に相当する。
【０１２７】
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、第２のアクチュエータ１６４を駆動することにより赤外光源１６０の照射位置の調整が完了すると、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。
【０１２８】
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。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。
【０１２９】
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、使用者は生体成分濃度測定装置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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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相関データを読み出し、この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。
【０１３２】
以上のように、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置１００によると、鼓膜中の血液量が多い領域に赤外光源１６０から出射された光を照射することにより、鼓膜中の血液量が多い領域からの反射光を用いて測定できるため、ＳＮ比が向上させることができるため、生体成分濃度をより高精度に測定することができる。
【０１３３】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る生体情報測定システムについて説明する。
【０１３４】
図８は、本実施の形態に係る生体情報測定システム５００の外観を示す斜視図である。
【０１３５】
図８に示すように、本実施の形態に係る生体情報測定システム５００は、挿入部１０４が設けられた測定部５１０と、ディスプレイ１１４、電源スイッチ１０１、測定開始スイッチ１０３及び方向調整レバースイッチ５２２が設けられた本体部５２０とを備えている。生体情報測定システム５００において、測定部５１０と本体部５２０とは、電気信号を伝達するためのケーブル５３０により接続されている。
【０１３６】
次に、生体情報測定システム５００における測定部５１０内部及び本体部５２０内部の構成について、図９を用いて説明する。図９は、生体情報測定システム５００における測定部５１０内部及び本体部５２０内部の構成を示す図である。
【０１３７】
生体情報測定システム５００における測定部５１０内部には、チョッパー１１８、光学フィルタホイール１０６、及び赤外線検出器１０８を含む検出ブロック５１２に加えて、光源１４０、レンズ１４６、レンズ枠１５２、第１のアクチュエータ１５０、位置センサ１５４、撮像素子１４８で構成される血液量評価手段、赤外光源１６０、第３のアクチュエータ１７２、第３の位置センサ１７４、レンズ１７０、レンズ枠１６８で構成される光照射手段及び赤外線検出器１０８の向きを調整するための可動部５１４を備えている。
【０１３８】
一方、生体情報測定システム５００における本体部５２０内部には、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、Ａ／Ｄコンバータ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、タイマー１５６及びブザー１５８を備えている。
【０１３９】
次に、図１０〜図１３を用いて、生体情報測定システム５００における測定部５１０内部の構成について説明する。
【０１４０】
図１０は測定部５１０内部の構成を示す一部破断面図、図１１は図１０におけるＡ−Ａ断面図、図１２は図１０におけるＢ−Ｂ線断面図、図１３はカム部を設けた側から見たカムギア部の一例を示す平面図である。
【０１４１】
図１０に示すように、測定部５１０に備えられた挿入部１０４の内部には、外径形状が矩形形状である角柱部７１２と外径形状が円形形状である円柱部７１４とから構成される導光管７１０が設けられている。この導光管７１０の内部には、角柱部７１２及び角柱部７１４を貫通する導光路７１６が設けられている。また、導光管７１０の内部であって導光路７１６の外側には、導光路７１６の軸心７１８に対して傾斜した状態で、
導光管７１０の円柱部７１４側の端部は、挿入部１０４の耳孔に挿入される端部近くまで延伸され、導光管７１０の角柱部７１２側の端部は、検出ブロック５１２を保持するための検出ブロック用筐体７２０に連結されている。
【０１４２】
検出ブロック用筐体７２０の内部には、光学フィルタホイール１０６、及び赤外線検出器１０８を含む検出ブロック５１２に加えて、光源１４０、レンズ１４６、レンズ枠１５２、第１のアクチュエータ１５０、位置センサ１５４、撮像素子１４８で構成される血液量評価手段、赤外光源１６０、第３のアクチュエータ１７２、第３の位置センサ１７４、レンズ１７０、レンズ枠１６８で構成される光照射手段、チョッパー１１８、及び赤外線検出器１０８が固定されており、光学フィルタホイール１０６が回転可能な状態で保持されている。
【０１４３】
耳孔内に挿入部１０４が挿入された状態で、挿入部１０４の端部から入射した赤外光が、導光管７１０の導光路７１６内を通った後、チョッパー１１８及び光学フィルタホイール１０６を介して赤外線検出器１０８に到達する位置に、検出ブロック用筐体７２０の内部においてチョッパー１１８、光学フィルタホイール１０６及び赤外線検出器１０８が配置されている。
【０１４４】
図１０及び１１に示すように、導光管７１０における角柱部７１２の外側には、矩形の中空部を有する第１の支持部材本体７４２が設けられている。また、第１の支持部材本体７４２の外側には、矩形の中空部を有する第２の支持部材本体７５２が設けられている。
【０１４５】
図１０のＡ−Ａ部分において、図１１に示すように、導光管７１０の角柱部７１２に設けられた第１の回動穴部８１０に、第１の支持部材本体７４２に固定された第１の回動支軸８１２が回動可能にはめ込まれている。この構成により、第１の支持部材本体７４２の中で、第１の回動支軸８１２を中心軸として導光管７１０の角柱部７１２が回転するように動作することが可能である。
【０１４６】
また、第１の支持部材本体７４２に設けられた第２の回動穴部８２０に、第２の支持部材本体７５２に固定された第２の回動支軸８２２が回動可能にはめ込まれている。この構成により、第２の支持部材本体７５２の中で、第２の回動支軸８２２を中心軸として第１の支持部材本体７４２が回転するように動作することが可能である。
【０１４７】
図１０に示すように、第２の支持部材本体７５２は支持部材本体７３０に固定され、その支持部材本体７３０は挿入部１０４に固定されている。
【０１４８】
以上の構成により、導光管７１０と連結されている第１の支持部材本体７４２は、第２の回動支軸８２２を軸として挿入部１０４に対する傾斜角度を変えることが可能であり、導光管７１０は、第２の回動支軸８２２と直交する第１の回動支軸８１２を軸として挿入部１０４に対する傾斜角度を変えることが可能である。検出ブロック用筐体７２０は、導光管７１０の角柱部７１２側の端部に連結されているため、導光管７１０とともに動く。
【０１４９】
次に、それぞれの支持部材の詳細な構成について述べる。図１０及び図１２に示すように、支持部材本体７３０に固定された第２の支持部材本体７５２と、この第２の支持部材本体７５２に固定して設けられた第２の支持部材側板部７５４とにより、第２の支持部材７５０が構成されている。また、第１の支持部材本体７４２と、この第１の支持部材本体７４２に固定された第１の支持部材側板部７４４とにより、第１の支持部材７４０が構成されている。
【０１５０】
次に、図１０〜図１３を用いて導光管７１０の傾斜角度を変えるための構成について詳細に説明する。
【０１５１】
図１０のＢ−Ｂ部分において、図１２に示すように、導光管７１０を構成する角柱部７１２には、導光路７１６の中心軸心９０２を通る位置に第１のカムフォロワー９１２が設けられている。第１のカムフォロワー９１２の軸心が第１の回動支軸８１２に平行となるように、第１のカムフォロワー９１２が配置されている。
【０１５２】
第１の支持部材側板部７４４には、第１のカムギア軸９１０が植設され、第１のカムギア軸９１０の周りに回転可能に第１のカムギア部９２０が設けられている。また、第１カムギア部９２０には溝状に第１のカム部９２２が設けられ、この第１のカム部９２２には第１のカムフォロワー９１２が摺動可能に嵌り込んでいる。一方、第１のカムギア部９２０の外周部には第１のウオームホイールギア９２４が形成され、この第１のウオームホイールギア９２４に対して、第１の駆動モータ９２６に連結された第１のウオームギア９２８が係合している。第１の駆動モータ９２６が回転することにより、第１のウオームギア９２８及び第１のウオームホイールギア９２４を介して第１のカムギア部９２０が回動する。
【０１５３】
第１のカムギア部９２０が回動することにより、第１のカム部９２２に係合した第１のカムフォロワー９１２が第１のカム部９２２の溝に沿って移動し、導光管７１０を第１の回動支軸８１２の周りに回動させる。
【０１５４】
一方、図１０のＢ−Ｂ部分において、図１２に示すように、第１の支持部材側板部７４４には、第２の回動支軸８２２に平行な軸心を有する第２のカムフォロワー９５０が設けられている。
【０１５５】
第２の支持部材側板部７５４には、第２のカムギア軸９６０が植設され、第２のカムギア軸９６０の周りに回転可能に第２のカムギア部９７０が設けられている。また、第２のカムギア部９７０には溝状に第２のカム部９７２が設けられ、この第２のカム部９７２には第２のカムフォロワー９５０が摺動可能に嵌り込んでいる。一方、第２のカムギア部９７０の外周部には第２のウオームホイールギア９７４が形成され、この第２のウオームホイールギア９７４に対して、第２の駆動モータ９７６に連結された第２のウオームギ９７８が係合している。第２の駆動モータ９７６が回転することにより、第２のウオームギア９７８及び第２のウオームホイールギア９７４を介して第２のカムギア部９７０が回動する。
【０１５６】
第２のカムギア部９７０が回動することにより、第２のカム部９７２に係合した第２のカムフォロワー９５０が第２のカム部９７２の溝に沿って移動し、第１の支持部材７４０を第２の回動支軸８２２を軸心として回動させる。
【０１５７】
図１３は、第１のカム部９２２を設けた側から見た第１のカムギア部９２０の一例を示す平面図である。図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、第１のカムギア部９２０が４５°ずつ回転した場合の第１のカムフォロワー９１２の位置を示す。
【０１５８】
図１３に示すように、第１のカム部９２２は、第１のカムギア部９２０の回転中心Ｏから偏芯量εを有する点Ｏ1を中心とした円状に溝が設けられている。したがって、第１のカムギア部９２０が一回転すると、第１のカム部９２２に摺動可能に係合した第１のカムフォロワー９１２が上下に２εの距離分だけ移動する。
【０１５９】
したがって、図１０において、第１の駆動モータ９２６が回転することにより、導光管７１０を構成する角柱部７１２に設けられた第１のカムフォロワー９１２を、第１の回転支軸８１２を支点として２εの範囲で上下移動させることができる。その結果、第１の回転支軸８１２を支点として、導光菅７１０の検出ブロック用筐体７２０と反対側の端部７６０を移動させることができる。第１の回動支軸８１２から第１のカムフォロワー９１２までの距離及び第１の回動支軸８１２から端部７６０までの長さを最適化することにより、導光管７１０の端部７６０の移動範囲を調整することができる。
【０１６０】
第２のカムギア部９７０でも同様の動作を行うことにより、第１のカムギア部９２０の動作による導光管７１０の端部７６０の移動と直交する方向において、導光管７１０の端部７６０を移動させることができる。
【０１６１】
したがって、第１の駆動モータ９２６及び第２の駆動モータ９７６の動作を制御することにより、導光管７１０の端部７６０が向いている方向を、耳孔内において２次元的に走査することができる。
【０１６２】
また、本発明の実施の形態では、導光管７１０の端部７６０が向いている方向を動かすために駆動モータを用い、さらに外乱に対しての影響の少ないウオームギア方式を採用している。そのため、導光管７１０の端部７６０が向いている方向を高精度に調整することが可能である。
【０１６３】
次に、本実施の形態に係る生体情報測定システム５００の動作について説明する。
【０１６４】
まず、使用者が生体情報測定システム５００の電源スイッチ１０１を押すと、本体部５２０内の電源がＯＮとなり、生体情報測定システム５００は測定準備状態となる。
【０１６５】
次に、使用者が一方の手で測定部５１０を持って、挿入部１０４を外耳道に挿入する。
【０１６６】
次に、使用者が生体情報測定システム５００の測定開始スイッチ１０３を押すと、撮像素子１４８による撮像を開始する。耳孔内に挿入された挿入部１０４内部の導光管７１０の向きが不適切であることを報知するためにブザー１５８による警告音が鳴った場合、使用者は、挿入部１０４内部の導光管７１０の端面が鼓膜と対向するように、方向調整レバースイッチ５２２を操作して耳孔内における導光管７１０の向きを変更させる。このとき例えば、本体部５２０を保持している手とは反対側の手で方向調整レバースイッチ５２２を操作すればよい。ここで、例えば、図８において、方向調整レバースイッチ５２２を上方向に倒すことにより第１の駆動モータ９２６が駆動し、方向調整レバースイッチ５２２を下方向に倒すことにより第２の駆動モータ９７６が駆動し、方向調整レバースイッチ５２２が中立の位置にあるときには両方の駆動モータが停止するように設定しておけばよい。
【０１６７】
以降の血液量の評価工程、赤外光の測定工程については、実施の形態２と同様であるため説明を省略する。
【０１６８】
本実施の形態に係る生体情報測定装置は、挿入部内部の導光管の向きを動かすための可動部を備えているので、耳孔内に挿入された挿入部内部の導光管が鼓膜の方向を向いていないと判定されたときに、測定部自体を動かす必要がなく、本体部に設けられた方向調整レバースイッチを操作するという容易な動作により導光管の向きを調整することができる。
【０１６９】
なお、本実施の形態においては、測定部５１０を一方の手で保持しながら赤外光の測定を行う形態について示したが、これに限定されない。例えば、測定部を耳または頭部に保持する測定部保持手段を測定部に設けて、測定部保持手段により測定部を耳または頭部に保持した状態で赤外光の測定を行ってもよい。測定部保持手段としては、例えば、耳に測定部を保持するためのクリップや、頭部に測定部を保持するためのヘッドバンド等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明は、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−ス濃度を測定する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本発明の一実施の形態における生体成分濃度測定装置の外観を示す斜視図
【図２】同生体成分濃度測定装置の構成を示す図
【図３】同生体成分濃度測定装置における光学フィルタホイールを示す斜視図
【図４】同生体成分濃度測定装置を用いて耳孔内を観察した時の画像を示すイメージ図
【図５】同生体成分濃度測定装置の集光レンズが第１の位置にあるときに同生体成分濃度測定装置を用いて耳孔内を観察した時の画像における鼓膜に対応する部分の画素の状態を示す図
【図６】本発明の他の実施の形態における生体成分濃度測定装置の概観を示す斜視図
【図７】同生体成分濃度測定装置の構成を示す図
【図８】本発明の他の実施の形態における生体成分濃度測定装置の概観を示す斜視図
【図９】同生体情報測定装置における測定部内部及び本体部内部の構成を示す図
【図１０】同生体成分濃度測定装置の測定部内部の構成を示す一部破断面図
【図１１】図１０におけるＡ−Ａ線断面図
【図１２】図１０におけるＢ−Ｂ線断面図
【図１３】同生体情報測定装置の測定部内部におけるカムギア部の一例を示す平面図
【符号の説明】
【０１７２】
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    第1のアクチュエータ
１５２    レンズ枠
１５４    位置センサ
１５６    タイマー
１５８    ブザー
１６０    赤外光源
１６２    第３のハーフミラー
１６４    第２のアクチュエータ
１６６    第２の位置センサ
１６８    レンズ枠
１７０    レンズ
１７２    第３のアクチュエータ
１７４    第３の位置センサ
１７６    レンズ
２００    耳孔
２０２    鼓膜
２０４    外耳道
５００    生体成分濃度測定システム
５０１    画素
５０２    反射光が小さい領域の画素
５０３    反射光が大きい領域の画素
５１０  測定部
５１２  検出ブロック
５１４  可動部
５２０  本体部
５２２  方向調整レバースイッチ
５３０  ケーブル
７１０  導光管
７１２  角柱部
７１４  円柱部
７１６  導光路
７１８  軸心
７２０  検出ブロック用筐体
７３０  支持部材本体
７４０  第１の支持部材
７４２  第１の支持部材本体
７４４  第１の支持部材側板部
７５０  第２の支持部材
７５２  第２の支持部材本体
７５４  第２の支持部材側板部
７６０  端部
８１０  第１の回動穴部
８１２  第１の回動支軸
８２０  第２の回動穴部
８２２  第２の回動支軸
９０２  中心軸心
９１０  第１のカムギア軸
９１２  第１のカムフォロワー
９２０  第１のカムギア部
９２２  第１のカム部
９２４  第１のウオームホイールギア
９２６  第１の駆動モータ
９２８  第１のウオームギア
９５０  第２のカムフォロワー
９６０  第２のカムギア軸
９７０  第２のカムギア部
９７２  第２のカム部
９７４  第２のウオームホイールギア
９７６  第２の駆動モータ
９７８  第２のウオームギア
【図１】
2009201853.tif 000003
【図２】
2009201853.tif 000004
【図３】
2009201853.tif 000005
【図４】
2009201853.tif 000006
【図５】
2009201853.tif 000007
【図６】
2009201853.tif 000008
【図７】
2009201853.tif 000009
【図８】
2009201853.tif 000010
【図９】
2009201853.tif 000011
【図１０】
2009201853.tif 000012
【図１１】
2009201853.tif 000013
【図１２】
2009201853.tif 000014
【図１３】
2009201853.tif 000015