(57)【要約】【課題】外耳道からの放射光の影響を低減し、生体成分濃度を高精度に測定することが可能な生体成分濃度測定装置を提供する。【解決手段】生体成分濃度の測定装置は、耳孔に挿入される、導光管が設けられた挿入部であって、耳孔に挿入されたときに、導光管は耳孔内に開口する第１開口部に入射した赤外光を伝搬して第２開口部から出力する、挿入部と、導光管の第２開口部から空隙を設けて配置され、第２開口部から出力された赤外光の一部を検出する検出器と、検出部によって検出された赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出する演算部と、導光管の第２開口部から検出器までの間に空隙を覆うように設けられ、かつ、検出器の外径より大きい内径を持つ光路カバーと、検出器に入射しない赤外光を散乱させて減衰させる光散乱部とを備えている。【選択図】図６
2009153664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耳孔に挿入される、導光管が設けられた挿入部であって、前記耳孔に挿入されたときに、前記導光管は前記耳孔内に開口する第１開口部に入射した赤外光を伝搬して第２開口部から出力する、挿入部と、
前記第２開口部から離間して配置され、前記第２開口部から出力された前記赤外光の一部を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出する演算部と、
前記第２開口部から前記検出器までの空間の少なくとも一部を覆うように設けられ、かつ、前記検出器の外径より大きい内径を持つ光路カバーと、
前記検出器に入射しない赤外光を散乱させて減衰させる光散乱部と
を備えた、生体成分濃度の測定装置。
【請求項２】
前記光散乱部は、前記検出器の外径、及び、前記光路カバーの内径の間の空間を通過した赤外光を散乱させる、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記導光管は直線形状であり、
前記検出器は、前記導光管の延長線上に配置されている、請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記光路カバーの内面は、前記赤外光に対して所定の反射率以上の反射率を有する材料で形成されている、請求項１に記載の測定装置。
【請求項５】
前記導光管は直線形状であり、
前記光路カバーの内面は非球面形状である、請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記非球面形状は放物面形状である、請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記放物面の焦点が前記第２開口部の中心に位置するよう調整されている、請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記演算部は、赤外光の検出値と生体成分の濃度値との対応を規定したデータを保持しており、前記検出器による赤外光の検出値に基づいて前記データを参照して前記濃度値を特定する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項９】
耳孔に挿入される、第１導光管が設けられた挿入部であって、前記耳孔に挿入されたときに、前記第１導光管は前記耳孔内に開口する第１開口部に入射した赤外光を伝搬して第２開口部から出力する、挿入部と、
前記第２開口部から離間して配置され、前記第２開口部から出力された前記赤外光の一部を検出する検出器と、
前記第２開口部及び前記検出器の間に設けられた第２導光管と、
前記検出器によって検出された赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出する演算部と、
前記第２開口部から前記検出器までの空間の少なくとも一部を覆うように設けられ、かつ、前記第２導光管の外径より大きい内径を持つ光路カバーと、
前記第２導光管に入射しない赤外光を散乱させて減衰させる光散乱部と
を備えた、生体成分濃度の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体からの赤外放射光を用いて生体情報を非侵襲的に測定する生体成分濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体成分濃度を測定する装置として、生体、特に鼓膜からの赤外放射光を用いて血糖値を非侵襲的に測定するものが提案されている。例えば、特許文献１には、熱として鼓膜から自然に発せられる赤外線における人体組織に特徴的な放射スペクトル線を非侵襲的に測定することにより血糖値を決定する装置が開示されている。
【０００３】
しかし、プランクの法則によれば、温度を有する物体からは、必ず熱による赤外放射が存在する。したがって、鼓膜だけでなく、外耳道も赤外光の放射源となる。従来の測定装置では、鼓膜から放射された赤外光と外耳道から放射された赤外光とが赤外線検出器に入射し、それらを併せて検出していた。
【０００４】
しかしながら、外耳道から放射された赤外光は測定精度を悪化させる要因となっている。その理由は、鼓膜から放射された赤外光と比較して、外耳道から放射された赤外光に含有される血液の情報量は少なく、その他の不要な情報、すなわちノイズが比較的多く含有されているためである。これは、外耳道の皮膚は鼓膜に比較して厚く、血液の供給は比較的深い位置で行われていることに起因する。
【０００５】
外耳道から放射された赤外光がノイズとして作用する例は、他にも存在する。鼓膜から放射される赤外光を用いて生体の体温を測定する耳式体温計を例に挙げると、外耳道の温度は鼓膜の温度よりも低いため、外耳道から放射された赤外光の影響により、耳式体温計が体温を実際よりも低く測定してしまうことがあった。
【０００６】
そこで、外耳道から放射された赤外光の影響を軽減する技術が提案されている。例えば特許文献２に開示された耳孔体温計は、赤外光を伝搬させる導波管と、非接触型温度センサとを間隔Ｌｂを空けて配置することにより、外耳道から放射された赤外光が非接触型温度センサに入射する量を低減させている。
【０００７】
一方、赤外光がノイズとなる例は他にも存在する。例えば、生体（被測定物）から放射される赤外光を検出することにより、その体温を算出する放射体温計では、赤外線検出器の視野が大きいため、比較的広い範囲の赤外線が赤外線検出器に入射する。したがって、被測定物の広い範囲の温度の平均値が測定値として取り扱われるため、正確な体温が算出できない。
【０００８】
そこで、赤外線検出器の視野を絞るため、例えば特許文献３では、赤外線透過孔を設け、内面を鏡面にすることによって赤外線の反射を高めた２次曲面体と、赤外線透過孔から入射した赤外線を検出する赤外線センサ部とを有する装置が開示されている。この装置では、赤外線センサ部を２次曲面体の焦点位置に設置している。
【特許文献１】特表２００１−５０３９９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２８１４８４号公報
【特許文献３】特開平１１−１６０１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載された装置では、外耳道からの赤外光の影響に関する考慮がされていないため、測定精度が高くないという問題がある。
【００１０】
特許文献２に記載された装置では、非接触型温度センサを固定しているセンサフレームと、非接触型温度センサとが隙間なく接している。これにより、センサフレームが導光管として機能してしまい、外耳道から放射された赤外光はセンサフレームで反射を繰り返すことにより、非接触温度センサに入射してしまう。このような赤外光もまた、測定精度を悪化させる原因となる。また、キルヒホッフの法則によれば、センサフレームを赤外線吸収体で構成すると、センサフレームの吸収率が高いために、放射率が高くなり、センサフレーム自身の赤外光が非接触温度センサに入射してしまう。よって、同様に測定精度を悪化させる原因となる。
【００１１】
また、特許文献３に記載された装置では、赤外線センサが焦点位置に設置されていることにより、自らが放射する赤外光が測定精度を悪化させていた。これは、赤外線センサは温度を持つために自ら赤外線を放射していること、及び、当該自己放射光は２次曲面体と赤外線センサが設けられた平面とで反射され、再び赤外線センサに入射することが原因である。
【００１２】
本発明は、上述の従来の問題点に鑑みてなされたものであり、外耳道からの放射光の影響を低減し、生体成分濃度を高精度に測定することが可能な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】
【００１３】
本発明の生体成分濃度の測定装置は、耳孔に挿入される、導光管が設けられた挿入部であって、前記耳孔に挿入されたときに、前記導光管は前記耳孔内に開口する第１開口部に入射した赤外光を伝搬して第２開口部から出力する、挿入部と、前記第２開口部から離間して配置され、前記第２開口部から出力された前記赤外光の一部を検出する検出器と、前記検出器によって検出された赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出する演算部と、前記第２開口部から前記検出器までの空間の少なくとも一部を覆うように設けられ、かつ、前記検出器の外径より大きい内径を持つ光路カバーと、前記検出器に入射しない赤外光を散乱させて減衰させる光散乱部とを備えている。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記光散乱部は、前記検出器の外径、及び、前記光路カバーの内径の間の空間を通過した赤外光を散乱させる。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記導光管は直線形状であり、前記検出器は、前記導光管の延長線上に配置されている。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記光路カバーの内面は、前記赤外光に対して所定の反射率以上の反射率を有する材料で形成されている。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記導光管は直線形状であり、前記光路カバーの内面は非球面形状である。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記非球面形状は放物面形状である。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記放物面の焦点が前記第２開口部の中心に位置するよう調整されている。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記演算部は、赤外光の検出値と生体成分の濃度値との対応を規定したデータを保持しており、前記検出器による赤外光の検出値に基づいて前記データを参照して前記濃度値を特定する。
【００２１】
本発明の生体成分濃度の測定装置は、耳孔に挿入される、第１導光管が設けられた挿入部であって、前記耳孔に挿入されたときに、前記第１導光管は前記耳孔内に開口する第１開口部に入射した赤外光を伝搬して第２開口部から出力する、挿入部と、前記第２開口部から離間して配置され、前記第２開口部から出力された前記赤外光の一部を検出する検出器と、前記第２開口部及び前記検出器の間に設けられた第２導光管と、前記検出器によって検出された赤外光に基づいて生体成分の濃度を算出する演算部と、前記第２開口部から前記検出器までの空間の少なくとも一部を覆うように設けられ、かつ、前記第２導光管の外径より大きい内径を持つ光路カバーと、前記第２導光管に入射しない赤外光を散乱させて減衰させる光散乱部とを備えている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の生体情報測定装置によれば、光路カバーの内径を検出器の外径よりも大きく構成し、光路カバーと検出器の間の空隙より、赤外光を逃がす。さらに、逃がした赤外光を光散乱部によって散乱させる。外耳道からの赤外光が検出器に入射する量を低減させることができ、測定におけるノイズが低減できるので、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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、その原理に基づいて動作する本発明による生体成分濃度測定装置の機能的な構成を説明する。その後、本発明による生体成分濃度測定装置の実施形態を説明する。
【００２４】
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】
2009153664.tif 000003
【数２】
2009153664.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
【００２５】
（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】
2009153664.tif 000005
α（λ）：波長λにおける生体の吸収率
【００２６】
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】
2009153664.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
【００２７】
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】
2009153664.tif 000007
【００２８】
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】
2009153664.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。
【００２９】
したがって、透過率は以下の数式で表される。
【数７】
2009153664.tif 000009
【００３０】
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】
2009153664.tif 000010
ｎ（λ）：波長λにおける生体の屈折率
【００３１】
以上から、放射率は以下の数式で表される。
【数９】
2009153664.tif 000011
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。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。
【００３５】
（数７）によれば、透過率は生体の厚さに依存する。生体が薄いほど、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。
【００３６】
鼓膜の厚さは約６０〜１００μｍであり薄い。したがって、鼓膜から放射された赤外光は、生体中の成分の濃度を測定するために適している。
【００３７】
（実施形態１）
次に図１を参照しながら、上述の原理に基づく本発明の生体成分濃度測定装置の機能的構成を説明する。
【００３８】
図１は、本発明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。
【００３９】
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挿入部１０５とを備えている。
【００４０】
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。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】
挿入部１０５は耳孔に挿入される部分であり、挿入部１０５の内部には導光管１０４が設けられている。耳孔に挿入されたときに、導光管１０４は耳孔内に開口する開口部に入射した赤外光を伝搬して、本体１０２内部の他方の開口部から出力する。導光管１０４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。
【００４２】
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〜図６を参照しながら説明する。
【００４３】
図２は、本実施形態による測定装置１００の構成を示す図である。
【００４４】
本体１０２は、チョッパー１１８、赤外線検出器１０８、光路カバー１２０、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、タイマー１５６、及びブザー１５８を備えている。
【００４５】
測定装置１００は、鼓膜２０２から放射され、導光管１０４によって導かれた赤外光を赤外線検出器１０８によって検出する。検出された赤外光に基づいて、マイクロコンピュータ１１０は生体成分の濃度を算出する。算出され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。
【００４６】
本明細書において、「鼓膜２０２から放射された赤外光」とは、鼓膜２０２自身の熱放射によって鼓膜２０２から放射された赤外光、及び、鼓膜２０２に照射された赤外光が鼓膜２０２において反射することにより、鼓膜２０２から放射された赤外光を含む。
【００４７】
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２０２自身からの熱放射により放射された赤外光を検出する。
【００４８】
留意すべきは、導光管１０４には鼓膜２０２から放射された赤外光のみならず、外耳道２０４などから放射された赤外光が入射し、導光管１０４はそれらを伝播することにある。
【００４９】
本実施形態による測定装置１００の主要な特徴のひとつは、導光管１０４を伝播される赤外光のうちから、実質的に鼓膜２０２から放射された赤外光を検出することを可能にするための光路カバー１２０及び光散乱部４０４（図６において後述）を設けたことにある。
【００５０】
赤外線検出器１０８は本体１０２内に開口した導光管１０４の開口部から空隙を設けて配置されている。光路カバー１２０は、当該空隙を覆うように設けられ、かつ、赤外線検出器１０８の外径より大きい内径を持っている。外耳道２０４からの赤外光をこの空隙から逃がすことにより、赤外線検出器１０８はノイズとなる外耳道２０４からの赤外光を直接検出することを防止できる。
【００５１】
さらに、空隙から逃れた赤外光が本体１０２の内部で反射し、結果として赤外線検出器１０８に入射することがある。そこで、光散乱部によって本体１０２の内部で反射する赤外光を散乱させ、赤外線検出器１０８に入射する反射赤外光の強度を大幅に低減することができる。
【００５２】
以下、本体１０２に設けられた構成要素を説明する。
【００５３】
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。
【００５４】
チョッパー１１８は、鼓膜２０２から放射され、導光管１０４により本体１０２内に導かれ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の一部は赤外線検出器１０８に直接入射し、残りは赤外線検出器１０８と後述する光路カバー１２０との間の空間を通過して本体１０２内部を進む。
【００５５】
赤外線検出器１０８は、チョッピングされた赤外光の一部を検出する。
【００５６】
図３は、赤外線検出器１０８の構成を示す。赤外線検出器１０８は赤外光を検出する検出領域１２６を備えている。検出領域１２６は、第１の検出領域１２６（ａ）及び第２の検出領域１２６（ｂ）を含んでいる。第１の光学フィルタ１２８（ａ）を通過した赤外光は第１の検出領域１２６（ａ）に入射し、第２の光学フィルタ１２８（ｂ）を通過した赤外光は第２の検出領域１２６（ｂ）に入射する。光学フィルタ１２８（ａ）及び１２８（ｂ）は、赤外光をそれぞれ異なる波長に分光する。
【００５７】
第１の検出領域１２６（ａ）及び第２の検出領域１２６（ｂ）に到達した赤外光は、各検出領域によって、それぞれ入射した赤外光の強度に対応した電気信号に変換されて出力される。
【００５８】
第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）は、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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、９．６マイクロメートル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１２８（ａ）が、９．６マイクロメートル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。
【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８．５マイクロメートル付近の赤外光を吸収しない。そこで、第２の光学フィルタ１２８（ｂ）が、８．５マイクロメートル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。
【００６１】
光学フィルタの作製方法は、公知の技術を特に限定することなく利用できる。例えば、真空蒸着法、イオンスパッタ法を用いて光学フィルタを作製できる。光学フィルタは、ＳｉまたはＧｅまたはＺｎＳｅを基板として、真空蒸着法を用いて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。
【００６２】
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。
【００６３】
再び図２を参照する。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。
【００６４】
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。
【００６５】
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によって高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。
【００６６】
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。
【００６７】
メモリ１１２には、第１の検出領域１２６（ａ）に到達した赤外光の強度に対応する電気信号と第２の検出領域１２６（ｂ）に到達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。
【００６８】
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。
【００６９】
メモリ１１２に格納されている、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。
【００７０】
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２０２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１２８（ａ）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１２８（ｂ）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１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。
【００７１】
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１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。これにより、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。
【００７２】
また、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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１２８（ａ）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１２８（ａ）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。
【００７３】
次に、鼓膜２０２から放射された赤外光のみを実質的に検出するための構成を説明する。
【００７４】
鼓膜２０２から放射された赤外光は、導光管１０４に対して略平行に、または十分小さい角度で導光管１０４に入射する。一方、外耳道２０４から放射された赤外光の大部分は、導光管１０４に対して比較的大きな入射角で導光管１０４に入射する。これは、外耳道２０４の位置が鼓膜２０２の位置よりも導光管１０４の近傍に存在するためである。
【００７５】
導光管１０４内では、赤外光は反射しながら伝搬する。したがって、導光管１０４に入射した赤外光は、その入射角と同様の大きさの出射角で、本体１０２内に開口する導光管１０４の開口部（出射端面）から出射される。すなわち、鼓膜２０２から放射された赤外光は導光管１０４に対して略平行に出射され、外耳道２０４から放射された赤外光は、その入射角と同様の大きな出射角で出射される。
【００７６】
本発明はこの相違を考慮した形状の光路カバー１２０を設けている。
【００７７】
図４は、本実施形態による光路カバー１２０の拡大断面図である。光路カバー１２０は、本体１０２内に開口する導光管１０４（図２）の開口部と赤外線検出器１０８との間の空間を覆っている。図４には導光管１０４の開口部に設けられたチョッパー１１８を示している。
【００７８】
光路カバー１２０の内面は、赤外光に対して高い反射率を持つように構成されている。光路カバー１２０の内面は、赤外光に対して９０％以上の反射率を有する材料で形成されていることが好ましい。赤外光に対して９５％以上の反射率を有する材料で形成されているさらにことが好ましい。赤外光に対して高い反射率を光路カバー１２０の内面に持たせるためには、例えば、光路カバー１２０をＳＵＳ３０４で加工し、研磨する。その後、ニッケルメッキを設け、さらにその上から金メッキを設けることにより実現する。
【００７９】
光路カバー１２０の内径Ｌ２は赤外線検出器１０８の外径Ｌ１より大きく設定されている。このように構成することにより、光路カバー１２０と赤外線検出器１０８との間に外耳道２０４（図２）からの赤外光が通過できる空隙が生じる。この空隙から外耳道２０４からの赤外光を逃がすことにより、外耳道２０４から放射された赤外光が赤外線検出器１０８へ直接入射することを防ぐことができる。
【００８０】
赤外線検出器１０８が光路カバー１２０の開口部１２１内（光路カバー１２０の断面における範囲Ｐ内）に位置するときには、赤外線検出器１０８の外径Ｌ１及び光路カバー１２０の内径Ｌ２は、図示されるように、導光管の軸１５０と垂直な平面１５１上で測定される。光路カバー１２０と赤外線検出器１０８との間の空隙（以下、単に「空隙」と称する。）は、赤外線検出器１０８の外径Ｌ１から光路カバー１２０の内径Ｌ２までの間の空間として定義される。
【００８１】
図５は、光路カバー１２０の立体形状を示す斜視図である。
【００８２】
光路カバー１２０は、内面が円すい形状の先端を切り落としたような形状に設定されている。光路カバー開口部の終端部の内径は、赤外線検出器１０８の外径よりも大きく構成されているが、形状の理解の便宜のため、赤外線検出器１０８は光路カバー１２０の開口部内から離れて記載している。
【００８３】
図６は、測定装置１００の筐体内部の物理的な構成を示す断面図である。
【００８４】
筐体内部には、電気回路基板４００と、光反射部４０２と、光散乱部４０４とが設けられている。
【００８５】
電気回路基板４００には、図２で示された赤外線検出器１０８、マイクロコンピュータ１１０、メモリ１１２、ディスプレイ１１４、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、タイマー１５６、ブザー１５８等が実装されている。
【００８６】
赤外線検出器１０８が実装されている電気回路基板４００の位置には、所定の傾斜角（たとえば４５度）のテーパを持つ光反射部４０２が設けられている。光反射部４０２は、円すいの先端部を切り落としたような形状に設定されており、その側面には、赤外光の反射率を向上するように鏡面が設けられている。
【００８７】
また、外耳道２０４からの赤外光が光反射部４０２により反射される先の位置に、測定装置１００の内面の一部に光散乱部４０４が構成されている。
【００８８】
光散乱部４０４に到達した赤外光は、光散乱部４０４により散乱される。これにより、再び光反射部４０２に帰還し、光路カバー１２０で反射して赤外線検出器１０８に入射する外耳道２０４から放射された赤外光の量を低減することができる。
【００８９】
光散乱部４０４は、公知の技術を特に限定することなく利用することができるが、例えば、表面がブラスト加工で加工され、粗い面を持つ金属板を筐体に貼り付ける、または、直接筐体内部をブラスト加工し、筐体内部を粗い面に加工することにより実現される。
【００９０】
空隙より逃がれた赤外光の一部は、直接光反射部４０２により反射され、残りの空隙より逃がれた赤外光は、光路カバー１２０により反射され、光反射部４０２によって再び反射される。反射された赤外光は、筐体に設けられた光散乱部４０４に当たって散乱される。赤外光が散乱されて筐体内で反射することにより、空隙から逃がれた赤外光が赤外線検出器１０８に入射する量を大幅に低減できる。
【００９１】
次に、本実施形態における生体成分濃度測定装置１００の動作を説明する。
【００９２】
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。
【００９３】
次に、使用者が本体１０２を持って、導光管１０４を耳孔２００内に挿入する。挿入部１０５は、導光管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である。導光管１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置以上は導光管１０４が挿入されない構造になっている。
【００９４】
次に、導光管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、測定が開始される。
【００９５】
挿入部１０５内に設けられた導光管１０４を介して、鼓膜２０２から放射された赤外光が検出される。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、赤外線検出器１０８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。
【００９６】
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、導光管１０４を耳孔２００の外に取り出す。
【００９７】
マイクロコンピュータ１１０は、前述の方法により、Ａ／Ｄコンバータ１３８から出力された電気信号を、検出領域毎に識別し、それぞれの検出領域に対応する電気信号の平均値を算出する。
【００９８】
次に、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１２８（ａ）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１２８（ｂ）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、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）を透過した赤外光の強度に対応する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。
【００９９】
本実施形態にかかる測定装置１００によれば、光路カバー１２０の内径を赤外線検出器１０８の外径よりも大きく構成し、光路カバー１２０と赤外線検出器１０８の間の空隙より、赤外光を逃がす。さらに、逃がした赤外光を光散乱部４０４によって散乱させる。外耳道２０２からの赤外光が検出器に入射する量を低減させることができ、測定におけるノイズが低減できるので、測定精度を向上させることができる。
【０１００】
（実施形態２）
図７は、本実施形態による測定装置１００の構成を示す図である。
【０１０１】
本実施形態による測定装置１００と実施形態１の測定装置との相違点は、光路カバーの内面の形状が、非球面、具体的には放物面とされている点である。その他の構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【０１０２】
光路カバー１２３を放物面状に構成することにより、光路カバー１２３は、焦点１２２をもつ。焦点１２２は、導光管１０４の赤外線検出器１０８側の出射端の中心に設定されている。これにより、導光管１０４から出射される外耳道２０２からの赤外光の大部分は、光路カバー１２３によって反射されると平行光となる。放物面の焦点を出射した光が放物面で反射すると、平行光に変換されるためである。
【０１０３】
光は平行光になると、非常に取り扱いが容易になるため好ましい。平行光に変換された外耳道２０４から放射された赤外光は、赤外線検出器１０８と光路カバー１２３との間の空隙より逃がすことができる。
【０１０４】
次に、図８を参照しながら本実施形態に係る測定装置１００の本体内部配置、および、空隙より逃がされた外耳道２０４からの赤外光を説明する。
【０１０５】
図８は、本実施形態にかかる本体内部配置を表す断面図である。筐体内部には電気回路基板４００が保持されている。電気回路基板４００には、図７で示された赤外線検出器１０８、マイクロコンピュータ１１０、メモリ１１２、ディスプレイ１１４、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、タイマー１５６、ブザー１５８等が実装されている。
【０１０６】
赤外線検出器１０８が実装されている電気回路基板４００の位置には、実施形態１と同様、４５度のテーパを持つ光反射部４０２が構成されている。導光管１０４から出射された外耳道２０４からの赤外光の大部分は、光路カバー１２３によって反射されて平行光となるため、実質的に垂直に光散乱部４０４に入射する。これにより、光散乱部４０４は赤外光を効率的に散乱することができる。よって、再び光反射部４０２に帰還し、光路カバー１２３で反射して赤外線検出器１０８に入射する外耳道２０４から放射された赤外光の量を大幅に低減できる。
【０１０７】
次に、図９を参照しながら本実施形態による測定装置１００の変形例を説明する。
【０１０８】
図９は、本実施形態の変形例による測定装置１００の内部の物理的な構成を示す断面図である。図８の測定装置と異なる点は、赤外線検出器１０８の検出領域１２６が１つである点、及び、光学フィルタホイールで赤外光を分光する点である。なお、図８及び図９においては、いずれも同じ光路カバー１２３を採用しているが、光学フィルタホイールを設けることによって、赤外光の進行方向の光路カバー１２３の長さを短くしてもよい。
【０１０９】
図１０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１２８（ａ）及び第２の光学フィルタ１２８（ｂ）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及び第２の光学フィルタ１２８（ａ）及び１２８（ｂ）の各々は分光素子として機能する。
【０１１０】
図１０に示す例では、いずれも円盤状である第１の光学フィルタ１２８（ａ）、第２の光学フィルタ１２８（ｂ）がリング１２７にはめ込まれることによりプロペラ状の部材が構成されており、そのプロペラ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１０の矢印の方向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１２８（ａ）及び第２の光学フィルタ１２８（ｂ）の間で切り替えることができる。
【０１１１】
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。これにより、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。
【０１１２】
光学フィルタホイール１０６を利用すると、図９に示されるように、赤外線検出器１０８を光路カバー１２３の開口部１２１内に配置することが困難になる。すなわち、光路カバー１２３は、本体１０２内に開口する導光管１０４の開口部と赤外線検出器１０８との間の空間の一部を覆うように設けられることになる。
【０１１３】
以下、図１１を参照しながら、本実施形態における「検出器の外径より大きい内径を持つ光路カバー」の意味を説明する。
【０１１４】
図１１は、本実施形態による光路カバー１２３の拡大断面図である。
【０１１５】
赤外線検出器１０８が光路カバー１２３の開口部１２１（光路カバー１２３の断面における範囲Ｐ）から外れた範囲に位置するときには、光路カバー１２３の内径Ｌ２は、光路カバー１２３の開口端部の内径Ｌ２としている。光路カバー１２３と赤外線検出器１０８との間には必ず空隙が存在するので、赤外線検出器１０８に直接入射しなかった赤外光（外耳道２０４からの赤外光）は当該空隙から光路カバー１２３外に逃れてゆく。したがって、外耳道２０４から放射された赤外光が赤外線検出器１０８へ直接入射することを防ぐことができる。
【０１１６】
（実施形態３）
図１２は、本実施形態にかかる測定装置１００の構成を示す図である。
【０１１７】
本実施形態による測定装置１００と実施形態２の測定装置（図７）との相違点は、本実施形態による測定装置１００では、本体１０２内部に、第２の導光管１０７、第１のハーフミラー１４２、第２のハーフミラー１４４、撮像素子３２０、レンズ３１２及び光源３１０を備えている点である。その他の構成については、実施形態２と同様であるため説明を省略する。
【０１１８】
第２の導光管１０７は、導光管１０４からの出射光を光路カバー１２３の終端部より外側に導くために設けられている。第２の導光管１０７は、導光管１０４と同じ材質で作製してもよいし、他の材質であってもよい。
【０１１９】
また、第２の導光管１０７の内径は、導光管１０４から出射した鼓膜２０２からの赤外光が広がることを考慮して、導光管１０４の内径よりも大きいことが好ましい。また、光路カバー１２３の内径は、第２の導光管１０７の外径よりも大きい。なお、本実施形態においても、「第２の導光管の外径より大きい内径を持つ光路カバー」の意味は、実施形態１の説明（図４）における検出器を第２の導光管に置き換えた内容と同じである。
【０１２０】
第１のハーフミラー１４２は、可視光の一部と透過させ、残りを反射させる。第２のハーフミラー１４４は、鼓膜２０２から放射される赤外光を透過させ、可視光を反射させる。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。
【０１２１】
撮像素子３２０は、耳孔の状態を撮像する。レンズ３１２は、撮像素子３２０上に結像させる。光源３１０は鼓膜２０２を照明するために利用される。
【０１２２】
第２の導光管１０７を設けることにより、導光管１０４を出射した赤外光を光路カバー１２３の終端部から外側に導くことができる。これにより撮像光学系を設けることができる。撮像光学系を設けると、鼓膜２０２を観察し、挿入部１０５先端が鼓膜２０２の方を向いていることを確認しながら鼓膜２０２からの赤外光を測定でき、操作性が向上して好適である。
【０１２３】
一方、鼓膜２０２から外耳道２０４を通って導光管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３２２により保持されている集光レンズ３１２により集光され、撮像素子３２０に到達する。
【０１２４】
撮像素子３２０としては、例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の画像素子を用いる。
【０１２５】
また、レンズ枠（図示せず）を駆動することにより、鼓膜２０２の像の結像状態を最適化するために、レンズ枠にアクチュエータを備えていてよい。このようにすることで、耳孔への挿入状態が変化しても、最適な鼓膜２０２の像が得られるため好ましい。
【０１２６】
導光管１０４から光路カバー１２３側に出射した赤外光のうち、第２の導光管１０７を通過しなかった赤外光は、赤外線検出器１０８に直接入射することなく本体１０２内部へと進む。その赤外光は本体１０２内部に設けられた光散乱部４０４（たとえば図８）によって散乱されるため、その後赤外線検出器１０８に入射する強度を大幅に低減できる。
【０１２７】
よって、測定におけるノイズを低減でき、測定精度を向上させることができる。さらに、鼓膜２０２を撮像しながら測定することにより、鼓膜２０２の方向に挿入部１０５が向いていることを確認しながら測定できるため、測定精度を向上させることができる。
【０１２８】
（実施形態４）
図１３は、本実施形態にかかる測定装置１００の構成を示す図である。
【０１２９】
本実施形態による測定装置１００と実施形態２の測定装置（図７）との相違点は、本実施形態による測定装置１００では、本体１０２内部に、第２の導光管１０７、赤外線を放射する赤外光源７００及びハーフミラー７０２を備えている点である。その他の構成については、実施形態２と同様であるため説明を省略する。
【０１３０】
第２の導光管１０７を設けることにより、導光管１０４を出射した赤外光を光路カバー１２０の終端部より外側に導くことができる。これにより、本実施形態のように、赤外光源７００、ハーフミラー７０２を設けることができる。
【０１３１】
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、ハーフミラー７０２により反射された赤外光は、第２の導光管１０７、導光管１０４を通って外耳道２０４内に導かれ、鼓膜２０２を照射する。
【０１３２】
鼓膜２０２に到達した赤外光は、鼓膜２０２、外耳道２０４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の導光管１０７、ハーフミラー７０２を透過し、赤外線検出器１０８で検出される。
【０１３３】
外耳道２０４からの赤外光の大部分は、外耳道２０４が鼓膜２０２に比較して導光管１０４の近傍に存在することから、導光管１０４に対して、大きな入射角で導光管１０４に入射する。導光管１０４内では、赤外光は反射しながら伝搬する。したがって、導光管１０４に入射した赤外光は、その入射角と同様の大きさの出射角で、本体１０２内に開口する導光管１０４の開口部（出射端面）から出射される。
【０１３４】
光路カバー１２３の内径を第２の導光管１０７の外径より大きく設定されている。本実施形態においては、「第２の導光管の外径より大きい内径を持つ光路カバー」の意味は、実施形態１の説明（図４）における検出器を第２の導光管に置き換えた内容と同じである。光路カバーと第２の導光管の間に外耳道２０４からの赤外光が通過できる空隙が生じるので、この空隙から外耳道２０４からの赤外光を逃がすことができる。これにより、赤外線検出器１０８へ入射する外耳道２０４から放射された赤外光を低減することができる。
【０１３５】
本実施形態による測定装置１００が検出する鼓膜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）によれば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。しかしながら、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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。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、ハーフミラー７０２に、反射防止膜が形成されていることが好ましい。
【０１３８】
メモリ１１２には、図３に示す第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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複数の相関データが格納されている。
【０１３９】
メモリ１１２に格納されている、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。
【０１４０】
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２０２に照射された赤外光が鼓膜２０２において反射することにより鼓膜２０２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１２８（ａ）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１２８（ｂ）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、生体成分濃度が異な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１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。
【０１４１】
このようにして取得したデータの組を、実施の形態１と同様に解析することにより、相関データを求める。具体的には、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。これにより、グループごとに、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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。
【０１４２】
赤外光源７００から鼓膜２０２に照射された赤外光が鼓膜２０２において反射することにより、赤外線検出器１０８は鼓膜２０２から放射した赤外光を検出する。これにより、生体成分濃度を測定することが可能である。
【０１４３】
次に、本実施形態による生体成分濃度測定装置１００の動作を説明する。
【０１４４】
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。
【０１４５】
次に、使用者が本体１０２を持って、導光管１０４を耳孔２００内に挿入する。挿入部１０５は、導光管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である。導光管１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置以上は導光管１０４が挿入されない構造になっている。
【０１４６】
次に、導光管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、測定が開始される。
【０１４７】
まず、赤外光源７００が作動していない状態で、鼓膜２０２からの熱放射により放射される赤外光が測定される。次に、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を作動させる。これにより、鼓膜２０２からの熱放射により放射される赤外光に加えて、赤外光源７００から鼓膜２０２に照射された赤外光が鼓膜２０２において反射することにより鼓膜２０２から放射された赤外光が測定される。
【０１４８】
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、導光管１０４を耳孔２００の外に取り出す。
【０１４９】
マイクロコンピュータ１１０は、前述の方法により、Ａ／Ｄコンバータ１３８から出力された電気信号を、光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。
【０１５０】
次に、マイクロコンピュータ１１０は、第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）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す。この相関データを参照して、赤外光源７００が作動している状態において測定された第１の光学フィルタ１２８（ａ）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１２８（ｂ）を透過した赤外光の強度に対応する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。
【０１５１】
本実施の形態では、シリコンカーバイド光源、セラミック光源等のような、様々な波長を放射する赤外光源を利用した例について説明したが、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、本実施の形態に係る赤外線検出器１０８に保持されている第１の光学フィルタ１２８（ａ）、第２の光学フィルタ１２８（ｂ）は不要となる。
【０１５２】
本実施形態にかかる測定装置１００によれば、光路カバー１２０の内径を第２の導光管１０７の外径よりも大きくすることにより、外耳道２０４からの赤外光が赤外線検出器１０８に入射する量を低減することができる。よって、測定におけるノイズが低減できる結果、測定精度を向上させることができる。さらに、鼓膜２０２を撮像しながら測定することにより、鼓膜２０２の方向に挿入部１０５が向いていることを確認しながら測定できるため、測定精度を向上させることができる。
【０１５３】
上述の実施形態３及び４における第２の導光管１０７の外表面に、光散乱部４０４と同じ材質の光散乱部を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
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】
【０１５５】
【図１】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】実施形態１による測定装置１００の構成を示す図である。
【図３】赤外線検出器１０８の構成を示す。
【図４】実施形態１による光路カバー１２０の拡大断面図である。
【図５】光路カバー１２０の立体形状を示す斜視図である。
【図６】測定装置１００内部の物理的な構成を示す断面図である。
【図７】実施形態２による測定装置１００の構成を示す図である。
【図８】実施形態２にかかる本体内部配置を表す断面図である。
【図９】実施形態２の変形例による測定装置１００の内部の物理的な構成を示す断面図である。
【図１０】光学フィルタホイール１０６を示す斜視図である。
【図１１】実施形態２による光路カバー１２３の拡大断面図である。
【図１２】実施形態３にかかる測定装置１００の構成を示す図である。
【図１３】実施形態４にかかる測定装置１００の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１００    生体成分濃度測定装置
１０４    導光管
１０５    挿入部
１０８    赤外線検出器
１１８    チョッパー
１２０、１２３    光路カバー
１２１    光路カバー開口部
１２２    光路カバー焦点
２００    耳孔
２０２    鼓膜
２０４    外耳道
４００    電気回路基板
４０２    光反射部
４０４    光散乱部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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