JP2012061232A - Optical internal information measuring device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal information measuring device whose measurement accuracy can be improved by increasing the depth resolution when detection internal information of a subject to be measured is retrieved and whose light intensity efficiency can be increased.SOLUTION: A jaundice meter as an optical internal information measuring device emits light from LED's 21 and 22 in a measurement head Hd in the direction inclined with respect to a normal NL to a measuring window WM whose surface to be brought into contact in parallel with the body surface of the subject to be measured is formed on a measurement reference surface FP. A plurality of reflected light beams which go out of the body through a long optical path LR and a short optical path SR in the body are individually detected by light receiving elements PD1 and PD2, and a bilirubin level of an intracorporal layer of fat PI is calculated. The depth distribution of the long optical path LR and the short optical path SR can be easily sharpened by oblique incidence and the depth resolution is improved. The light intensity efficiency can be increased by using the directivity of the incident light.

Description

本発明は、黄疸計などに利用される光学的内部情報計測装置に関する。   The present invention relates to an optical internal information measuring device used for a jaundice meter or the like.

近年、測定対象となる対象体の表面から対象体内部に光を入射して対象体の内部情報を精度良く計測する技術の開発が進められている。とりわけ、生体内部情報を非侵襲計測する技術に関しては、高精度計測に対する要望が非常に高まっている。生体内部情報を得る方法として、生体内部で拡散伝搬した光が生体の散乱係数および吸収係数に依存することを利用して、光を生体内に入射して内部で散乱された光を検出し解析することで、散乱係数および吸収係数などを求め、これらの係数から生体内部の特定成分の濃度や絶対量などの値を算出する方法が一般的に用いられている。   2. Description of the Related Art In recent years, development of technology for accurately measuring internal information of a target object by making light incident on the target object from the surface of the target object is progressing. In particular, regarding a technique for noninvasive measurement of in-vivo internal information, there is a great demand for high-precision measurement. As a method of obtaining information inside the living body, the light scattered and propagated inside the living body depends on the scattering coefficient and absorption coefficient of the living body, and the light scattered inside the living body is detected and analyzed. In general, a method of obtaining a scattering coefficient, an absorption coefficient, and the like and calculating values such as the concentration and absolute amount of a specific component inside the living body from these coefficients is generally used.

例えば、2光路測定方式の黄疸計では、生体に向けて光を照射し、生体内を異なる光路を通って出射した光を2カ所から検出し、その検出した光の特定波長の光量比から皮下脂肪内のビリルビン濃度を算出することが知られている。また、パルスオキシメータでは、生体に向けて赤色光と赤外光とを交互に発光し、生体内を通って出射した各光量比から酸素飽和度が算出される。   For example, in a two-pass measurement type jaundice meter, light is radiated toward a living body, light emitted through different optical paths in the living body is detected from two locations, and the amount of light at a specific wavelength of the detected light is subcutaneously determined. It is known to calculate the bilirubin concentration in fat. Further, in the pulse oximeter, red light and infrared light are alternately emitted toward the living body, and the oxygen saturation is calculated from the respective light quantity ratios emitted through the living body.

特許文献1では、ランバードベールの法則を応用した計測原理を用い、皮下脂肪内のビリルビン濃度を非接触で計測できる経皮的ビリルビン濃度計測装置が提案されている。このような従来装置では、2光路測定方式を用いて生体内部の任意の位置範囲の内部情報を得るにあたって、皮膚面に対して垂直に投光している。   Patent Document 1 proposes a transcutaneous bilirubin concentration measuring apparatus that can measure the bilirubin concentration in subcutaneous fat in a non-contact manner using a measurement principle that applies the Law of Lambert Beer. In such a conventional apparatus, light is projected perpendicularly to the skin surface in order to obtain internal information of an arbitrary position range inside the living body using the two-light path measurement method.

特開2000−279398号公報JP 2000-279398 A

しかしながら、特許技術1の装置構造では、皮膚表面のメラニン色素の多い人の場合において十分な計測精度が得られているとは言えないため、さらに精度の高い内部情報を得たいという要望は高まっている。計測精度が悪い理由としては、真皮や表皮などの皮膚表面の情報を取り除いた血液中のビリルビンが存在する皮下組織部分のみの内部情報を取り出す必要があるが、十分な精度で皮下脂肪情報のみを取り出せていないことが言える。また、皮膚内部のような内部情報が不均一である場合、ある所定の深さの層の内部情報を的確に精度良く計測できる深さ分解能が必要とされるが、特許文献1の装置構造では発光部と光検出部の距離関係を高い精度で設計しなければならなく、設計誤差により深さ分解能が得られなかったり、得たい部分の内部情報が得られなかったりするため、十分な計測精度が得られなかったと言える。   However, in the device structure of Patent Technology 1, it cannot be said that sufficient measurement accuracy is obtained in the case of a person with a lot of melanin pigments on the skin surface, and therefore there is an increasing demand for obtaining more accurate internal information. Yes. The reason for the poor measurement accuracy is that it is necessary to extract the internal information of only the subcutaneous tissue part where the bilirubin in the blood is removed from the information on the skin surface such as the dermis and epidermis, but only the subcutaneous fat information is obtained with sufficient accuracy. It can be said that it has not been taken out. In addition, when the internal information such as the inside of the skin is not uniform, a depth resolution capable of accurately measuring the internal information of a layer of a predetermined depth is required. The distance relationship between the light emitting unit and the light detecting unit must be designed with high accuracy, and depth resolution cannot be obtained due to design errors, or internal information on the part to be obtained cannot be obtained. It can be said that was not obtained.

また、生体内部情報を計測する際は生体に害を与えない程度の低光量での計測が望まれるため、検出光量を効率的に確保することが重要である。しかしながら、従来、皮下組織部分の情報を得るために生体への光の入射光軸と受光素子の光軸は、生体に対して垂直に設定しており、皮下組織部分で軸が交差しないため、光量ロスが高い構造をしている。具体的には、散乱吸収体である皮膚の場合、平均自由行程は約2mm程度であり、光量は距離に対して指数関数的に減少する。そのため、皮膚に影響を与えない程度の光を入射しても、受光素子において充分な光量の出力を得るための精度向上が望まれるが、光量と精度との兼ね合いにおいて、現在の技術では満足できていない。   Further, when measuring internal biological information, measurement with a low light amount that does not cause harm to the living body is desired, so it is important to efficiently secure the detected light amount. However, conventionally, in order to obtain information on the subcutaneous tissue portion, the incident optical axis of light to the living body and the optical axis of the light receiving element are set perpendicular to the living body, and the axis does not intersect in the subcutaneous tissue portion. It has a structure with high light loss. Specifically, in the case of skin that is a scattering medium, the mean free path is about 2 mm, and the amount of light decreases exponentially with distance. For this reason, even if light that does not affect the skin is incident, it is desirable to improve the accuracy in order to obtain a sufficient amount of light output in the light receiving element. However, the current technology is satisfactory in terms of the balance between the light amount and the accuracy. Not.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内部情報を取り出す際の深さ分解能を向上させることで計測精度を向上させ、且つ、光量効率を上げることができる光学的内部情報計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and improves the measurement accuracy by improving the depth resolution when extracting the internal information, and the optical internal information that can increase the light quantity efficiency. It aims at providing a measuring device.

上記課題を解決するために、請求項1の発明は、測定対象となる対象体の表面から前記対象体内に光を入射させ、前記対象体の内部を通って出射した光を検出して前記対象体の内部情報の計測を行う光学的内部情報計測装置であって、前記対象体の表面に平行となる計測基準面の法線に対して所定の角度をもって斜めから前記対象体に向けて投光する投光手段と、前記計測基準面を介して前記対象体の内部の異なる経路を通って出射する光をそれぞれ受光するように設置され、前記それぞれの受光光量を表現した複数の信号を出力する受光手段と、前記複数の信号を用いて前記対象体の内部情報を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 makes light incident on the target body from the surface of the target object to be measured, detects the light emitted through the inside of the target object, and detects the target. An optical internal information measuring device that measures internal information of a body, and projects light toward the target from an angle with a predetermined angle with respect to a normal line of a measurement reference plane that is parallel to the surface of the target And a plurality of signals expressing the respective received light amounts are installed so as to receive light emitted through different paths inside the object through the measurement reference plane. It is characterized by comprising: a light receiving means; and a calculating means for calculating internal information of the object using the plurality of signals.

また、請求項2の発明は、請求項1に記載の光学的内部情報計測装置において、前記投光手段から照射される光束を絞る絞り手段をさらに備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical internal information measuring device according to the first aspect of the present invention, the optical internal information measuring device further includes a diaphragm means for restricting a light beam emitted from the light projecting means.

また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の光学的内部情報計測装置において、前記受光手段が、前記複数の信号を複数個の受光素子で並列的に検出する並列的光検出手段、を備え、前記複数の信号は、前記複数の受光素子からそれぞれ得られることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical internal information measuring device according to the first or second aspect, the light receiving means detects the plurality of signals in parallel by a plurality of light receiving elements. And a plurality of signals obtained from the plurality of light receiving elements, respectively.

また、請求項4の発明は、請求項1または請求項2に記載の光学的内部情報計測装置において、前記受光手段が、前記投光手段からの距離が異なる複数の位置をそれぞれの受光端とする複数個の受光素子によって、時間順次に前記複数の信号をそれぞれ検出する順次光検出手段、を備え、前記複数の信号は、前記複数の受光素子からそれぞれ得られることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the optical internal information measuring device according to the first or second aspect, the light receiving means has a plurality of positions at different distances from the light projecting means as respective light receiving ends. A plurality of light receiving elements that sequentially detect the plurality of signals in time order, and the plurality of signals are obtained from the plurality of light receiving elements, respectively.

また、請求項5の発明は、請求項1または請求項2に記載の光学的内部情報計測装置において、前記受光手段が、前記投光手段からの距離が異なる複数の位置に受光位置を順次に移動させつつ、時間順次に前記複数の信号を検出する順次的光検出手段、を備え、前記複数の信号は、前記複数の受光素子からそれぞれ得られることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the optical internal information measuring device according to the first or second aspect, the light receiving means sequentially sets the light receiving positions at a plurality of positions having different distances from the light projecting means. And a sequential light detecting means for detecting the plurality of signals in a time sequential manner while being moved, wherein the plurality of signals are respectively obtained from the plurality of light receiving elements.

また、請求項6の発明は、請求項3ないし請求項5の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、前記投光手段が、固定光路での投光を行う固定投光手段、となっていることを特徴とする。   Further, the invention of claim 6 is the optical internal information measuring device according to any one of claims 3 to 5, wherein the light projecting means is a fixed light projecting means for performing light projection in a fixed optical path; It is characterized by becoming.

また、請求項7の発明は、請求項3ないし請求項5の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、前記投光手段が、投光経路を複数の投光経路の間で時間順次に切り替える投光経路切替手段、を備えることを特徴とする。   Further, the invention of claim 7 is the optical internal information measuring device according to any one of claims 3 to 5, wherein the light projecting means sets the light projecting path in a time sequential manner among a plurality of light projecting paths. And a light-projecting path switching means for switching to.

また、請求項8の発明は、請求項7に記載の光学的内部情報計測装置において、前記投光経路切替手段が投光位置を複数の投光位置の間で時間順次に切り替える投光位置切り替え手段、を有することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the optical internal information measuring device according to the seventh aspect, wherein the light projection path switching means switches the light projection position in time sequence among a plurality of light projection positions. Means.

また、請求項9の発明は、請求項7に記載の光学的内部情報計測装置において、前記投光経路切替手段が投光方向を複数の投光方向の間で時間順次に切り替える投光方向切り替え手段、を有することを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the optical internal information measuring device according to claim 7, wherein the light projecting path switching means switches the light projecting direction in a time sequence between a plurality of light projecting directions. Means.

また、請求項10の発明は、請求項1ないし請求項9の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、前記計測基準面は、前記光学的内部情報計測装置の測定ヘッドの端面に規定されるとともに、前記計測基準面には計測窓が形成されており、前記投光手段が前記測定ヘッドに形成された投光室内に配置された発光素子、を有するとともに、前記受光手段が前記測定ヘッドに形成された複数の受光室内にそれぞれ配置された複数の受光素子、を有しており、前記複数の受光室が、前記計測窓に沿って前記投光室から異なる距離に配置されていることを特徴とする。   The invention according to claim 10 is the optical internal information measuring device according to any one of claims 1 to 9, wherein the measurement reference surface is defined on an end face of a measuring head of the optical internal information measuring device. In addition, a measurement window is formed on the measurement reference plane, the light projecting unit includes a light emitting element disposed in a light projecting chamber formed in the measurement head, and the light receiving unit is configured to measure the measurement. A plurality of light receiving elements respectively disposed in a plurality of light receiving chambers formed in the head, and the plurality of light receiving chambers are disposed at different distances from the light projecting chamber along the measurement window. It is characterized by that.

また、請求項11の発明は、請求項10に記載の光学的内部情報計測装置において、前記計測窓は、前記投光室に形成された投光窓と、前記複数の受光室のそれぞれに形成された複数の単位受光窓と、を単一平面内に有しており、各単位受光窓は、当該単位窓から前記投光窓に向かう方向を短軸とする長形に形成されていることを特徴とする。   The invention of claim 11 is the optical internal information measuring device according to claim 10, wherein the measurement window is formed in each of the light projecting window formed in the light projecting chamber and the plurality of light receiving chambers. A plurality of unit light receiving windows formed in a single plane, and each unit light receiving window is formed in a long shape having a short axis in a direction from the unit window toward the light projecting window. It is characterized by.

また、請求項12の発明は、請求項1ないし請求項11の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、前記発光手段は、複数の波長の光を発光し、前記受光手段は、前記複数の波長の光のそれぞれについて前記異なる経路を通って出射した光を受光し、前記パラメタ算出手段は、前記複数の波長の光のそれぞれについて得た前記複数の信号に基づいて、前記内部情報パラメタを算出することを特徴とする。   The invention according to claim 12 is the optical internal information measuring device according to any one of claims 1 to 11, wherein the light emitting means emits light of a plurality of wavelengths, and the light receiving means Receiving light emitted through the different paths for each of a plurality of wavelengths of light, the parameter calculation means, based on the plurality of signals obtained for each of the plurality of wavelengths of light, the internal information parameter Is calculated.

また、請求項13の発明は、請求項12に記載の光学的内部情報計測装置において、前記受光手段は、受光した光の波長フィルタリングによって前記複数の波長の光の成分を分離することを特徴とする。   The invention according to claim 13 is the optical internal information measuring device according to claim 12, wherein the light receiving means separates light components of the plurality of wavelengths by wavelength filtering of the received light. To do.

また、請求項14の発明は、請求項12に記載の光学的内部情報計測装置において、前記投光手段は、時分割で複数の波長の光を投光し、前記受光手段は、受光した光を時分割することにより、前記複数の波長の光を分離することを特徴とする。   The invention of claim 14 is the optical internal information measuring device according to claim 12, wherein the light projecting means projects light of a plurality of wavelengths in a time division manner, and the light receiving means receives the received light. By separating the light of the plurality of wavelengths by time division.

また、請求項15の発明は、請求項12に記載の光学的内部情報計測装置において、前記投光手段は、複数の変調周波数で複数の波長の光をそれぞれ変調しつつ投光し、前記受光手段は、受光した光を前記複数の変調周波数でそれぞれ復調することによって、前記複数の波長の光の成分を分離することを特徴とする。   The invention of claim 15 is the optical internal information measuring device according to claim 12, wherein the light projecting means projects light while modulating light of a plurality of wavelengths at a plurality of modulation frequencies, respectively. The means is characterized in that the light components having the plurality of wavelengths are separated by demodulating the received light at the plurality of modulation frequencies.

また、請求項16の発明は、請求項1ないし請求項15の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、前記対象体は、検査対象となる生体であり、前記内部情報パラメタは、前記生体内部の生理的または病理的な検査値に対応するパラメタであることを特徴とする。   Further, the invention of claim 16 is the optical internal information measuring device according to any one of claims 1 to 15, wherein the object is a living body to be examined, and the internal information parameter is It is a parameter corresponding to a physiological or pathological examination value inside the living body.

請求項1ないし請求項16の発明によれば、計測基準面の法線に対して斜めに投光するように構成することによって、この計測基準面を対象体表面に平行にして計測を行うことによって対象体表面の法線に対して斜めに計測光が入射する。その結果、対象体内部を通って受光手段に至る異なる経路のそれぞれの深さ分布がシャープとなり、深さ分解能が向上する。深さ分解能を上げることができる。このため、対象体の所望の範囲における内部情報を精度よく求めることが可能となる。   According to invention of Claim 1 thru | or 16, it measures by making this measurement reference plane parallel to a target object surface by comprising so that it may project lightly with respect to the normal line of a measurement reference plane. Accordingly, the measurement light is incident obliquely with respect to the normal of the object surface. As a result, the depth distribution of each of the different paths passing through the inside of the object to the light receiving means becomes sharp, and the depth resolution is improved. Depth resolution can be increased. For this reason, it becomes possible to obtain | require the internal information in the desired range of a target object accurately.

また、計測光を斜めから入射させることで、対象体表面に沿った方向(横方向)への光路長を基準としたときの、計測光の深さ方向への光路長の比(光路長の縦横比)が小さくなる。その結果、複数の受光端の位置のズレ量に対する深度誤差量が小さくなり、誤差耐性が高まる。   In addition, by making the measurement light incident obliquely, the ratio of the optical path length in the depth direction of the measurement light (based on the optical path length) when the optical path length in the direction (lateral direction) along the surface of the object is used as a reference. (Aspect ratio) becomes smaller. As a result, the depth error amount with respect to the shift amount of the positions of the plurality of light receiving ends is reduced, and error tolerance is increased.

また、計測光を斜めから入射させることによって、入射光軸を対象物内部の被計測領域に指向させることが容易となり、垂直に入射させる場合と比べて、光量の利用効率を高めることができる。   In addition, by making the measurement light incident obliquely, it becomes easy to direct the incident optical axis to the measurement target region inside the object, and the use efficiency of the light amount can be improved as compared with the case where it is incident vertically.

請求項2の発明によれば、光束を絞ることで、指向性を高めることができるため、さらに光量効率を増加させることができる。   According to the second aspect of the present invention, the directivity can be enhanced by narrowing the luminous flux, and therefore the light quantity efficiency can be further increased.

請求項5の発明によれば、受光手段が、投光手段からの距離が異なる複数の位置に受光位置を順次に移動させつつ、時間順次に複数の信号を検出するため、受光素子の数を減少できる。   According to the invention of claim 5, since the light receiving means detects the plurality of signals sequentially in time while sequentially moving the light receiving position to a plurality of positions having different distances from the light projecting means, the number of light receiving elements is reduced. Can be reduced.

請求項7ないし請求項9の発明によれば、投光手段における投光経路切替手段が、投光位置あるいは投光方向を時間順次に切り替えて異なる経路を実現するため、発光素子の数を減少できる。   According to the seventh to ninth aspects of the present invention, since the light projecting path switching means in the light projecting means realizes different paths by switching the light projecting position or the light projecting direction in time sequence, the number of light emitting elements is reduced. it can.

請求項11の発明によれば、各単位受光窓が、投光窓に向かう方向を短軸とする長形に形成されているため、検出光量の低下を防止しつつ深さ分解能を向上できる。   According to the eleventh aspect of the present invention, each unit light receiving window is formed in a long shape whose short axis is the direction toward the light projecting window, so that the depth resolution can be improved while preventing a decrease in the detected light amount.

請求項13の発明によれば、受光した光の波長フィルタリングによって前記複数の波長の光の成分を分離することで、複数の波長の光を交互に発光することなく、複数の波長の光を同時に対象体に入射することが可能となるため、時間の短縮を図ることができる。   According to the invention of claim 13, by separating the light components of the plurality of wavelengths by wavelength filtering of the received light, the light of the plurality of wavelengths can be simultaneously emitted without alternately emitting the light of the plurality of wavelengths. Since it becomes possible to enter the object, the time can be shortened.

請求項15の発明によれば、複数の変調周波数で複数の波長の光をそれぞれ変調しつつ投光し、受光した光を当該複数の変調周波数でそれぞれ復調することで、複数の波長の光を交互に発光することなく、複数の波長の光を同時に対象体に入射することが可能となるため、時間の短縮を図ることができる。   According to the invention of claim 15, light having a plurality of wavelengths is projected while being modulated with a plurality of modulation frequencies, and light having a plurality of wavelengths is demodulated by demodulating the received light respectively with the plurality of modulation frequencies. Since light of a plurality of wavelengths can be incident on the object at the same time without alternately emitting light, the time can be reduced.

光検出領域に関して従来技術との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with a prior art regarding a photon detection area | region. 光検出領域に関して従来技術との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with a prior art regarding a photon detection area | region. 深さ分解能に関して従来技術との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with a prior art regarding depth resolution. 深さ分解能に関して従来技術との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with a prior art regarding depth resolution. 2つの受光素子の相互距離の誤差による測定結果への影響について説明する図である。It is a figure explaining the influence on the measurement result by the error of the mutual distance of two light receiving elements. 2つの受光素子の相互距離の誤差による測定結果への影響について説明する図である。It is a figure explaining the influence on the measurement result by the error of the mutual distance of two light receiving elements. 光量効率に関して従来技術との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with a prior art regarding light quantity efficiency. 光量効率に関して従来技術との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with a prior art regarding light quantity efficiency. 本発明に係る光学的内部情報計測装置を使用して構成した黄疸計の外観を示す図で、(a)は全体斜視図、(b)測定ヘッドの底面図であり、(c)はその縦断面図である。It is a figure which shows the external appearance of the jaundice meter comprised using the optical internal information measuring device which concerns on this invention, (a) is a whole perspective view, (b) It is a bottom view of a measurement head, (c) is the longitudinal section FIG. 本実施形態に係る黄疸計の測定ヘッドの模式図である。It is a schematic diagram of the measurement head of the jaundice meter according to the present embodiment. 本実施形態に係る黄疸計の電気的構成要素を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical component of the jaundice meter which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る黄疸計の測定動作手順について示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the measurement operation | movement procedure of the jaundice meter which concerns on this embodiment. 投光手段と受光手段との様々な組み合わせを例示する図である。It is a figure which illustrates various combinations of a light projection means and a light reception means. 複数の波長の光の投受光に関する変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification regarding light projection / reception of the light of a some wavelength. 複数の波長の光の投受光に関する変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification regarding light projection / reception of the light of a some wavelength.

<1.実施形態の計測原理>
以下では本発明の光学的内部情報計測装置の実施形態として黄疸計を開示するが、その黄疸計の詳細な説明に入る前に、本実施形態の前提となる黄疸計の計測原理を従来の黄疸計の計測原理と比較しながら説明する。なお、ここで一例とする従来の黄疸計とは、特許文献1のビリルビン濃度計測装置における黄疸計であり、新生児の皮下組織に存在するビリルビンによる黄色味の度合いを、青色波長および緑色波長の2波長域の光学濃度差として捉える装置である。
<1. Measurement Principle of Embodiment>
In the following, a jaundice meter is disclosed as an embodiment of the optical internal information measuring device of the present invention, but before entering into a detailed description of the jaundice meter, the measurement principle of the jaundice meter which is the premise of the present embodiment will be described. This will be explained in comparison with the measurement principle of the meter. Here, the conventional jaundice meter as an example is a jaundice meter in the bilirubin concentration measuring apparatus of Patent Document 1, and the degree of yellowness due to bilirubin present in the subcutaneous tissue of a newborn is expressed as 2 of blue wavelength and green wavelength. It is an apparatus that captures the optical density difference in the wavelength range.

まず、本実施形態の黄疸計と従来の計測原理とで共通する点を説明する。   First, common points between the jaundice meter of this embodiment and the conventional measurement principle will be described.

一般的に吸光度から生体内部物質の濃度を求める際は、ランバートベールの法則(Lambert-Beer Law)を用いる。ある試料内に含まれる被測定物質の濃度を計測したい場合、物質が顕著に吸収する波長の光を試料に入射し、資料内で反射した光を検出してその光量を特定すれば、光が試料内を通った距離(厚さに相当)と光吸収率とに基づいて被測定物質の濃度を求めることができる。ランバードベールの法則式は、吸収率(吸光度)A、吸収係数α、厚さL及び被測定物質の濃度Cを用いると、下記式(1)のように表現される。   In general, Lambert-Beer Law is used to determine the concentration of an internal substance from the absorbance. If you want to measure the concentration of the substance to be measured contained in a sample, enter the sample with light of a wavelength that the substance absorbs significantly, detect the light reflected in the material, and identify the amount of light. The concentration of the substance to be measured can be obtained based on the distance (corresponding to the thickness) passing through the sample and the light absorption rate. The Lambert-Beer law equation is expressed as the following equation (1) using the absorption rate (absorbance) A, the absorption coefficient α, the thickness L, and the concentration C of the substance to be measured.

A=αLC …(1)
上記式(1)より、吸光度Aは被測定物質のモル吸収係数αとモル濃度Cと物質厚さLとの積で決まることがわかる。
A = αLC (1)
From the above equation (1), it can be seen that the absorbance A is determined by the product of the molar absorption coefficient α, the molar concentration C, and the material thickness L of the substance to be measured.

そして、ビリルビンのモル吸収係数αと物質厚さLとを既知として、計測した吸光度Aからランバートベールの法則に従い、ビリルビン濃度Cを求める装置として黄疸計を構成可能である。   The jaundice meter can be configured as a device for determining the bilirubin concentration C from the measured absorbance A according to Lambert-Beer's law based on the known molar absorption coefficient α and substance thickness L of bilirubin.

ところで、皮下組織部分での光の吸収係数αを求めるためには、皮下組織部分への入射光量と皮下組織部分からの反射光量とを知る必要がある。そのためには、特定の皮下組織部分領域(被測定領域)を経由する第1光路での光吸収と、当該被測定領域を経由しない第2光路での光吸収との2つの基礎情報を使用し、それらの比に基づいて、被測定領域だけについての光の吸収係数αを求めることができる。これが2光路測定方式の基本的な考え方である。   Incidentally, in order to obtain the light absorption coefficient α in the subcutaneous tissue portion, it is necessary to know the amount of light incident on the subcutaneous tissue portion and the amount of light reflected from the subcutaneous tissue portion. For this purpose, two basic information are used: light absorption in the first optical path passing through a specific subcutaneous tissue partial region (measurement region) and light absorption in the second optical path not passing through the measurement region. Based on these ratios, the light absorption coefficient α for only the region to be measured can be obtained. This is the basic idea of the two optical path measurement method.

また、被測定物質であるビリルビンによって吸収されない波長の光を参照光として使用し、光路上のビリルビン以外の物質による光吸収の影響を除去するという規格化を行う。   In addition, standardization is performed in which light having a wavelength that is not absorbed by bilirubin that is a substance to be measured is used as reference light, and the influence of light absorption by substances other than bilirubin on the optical path is removed.

測定光として青色光を使用し、参照光として緑色光を使用した場合、2光路測定方式での黄疸計に用いられているランバートベールの法則を応用した濃度算出式は、下記式(2)および(3)のように表現される。   When blue light is used as the measurement light and green light is used as the reference light, the concentration calculation formula applying Lambert-Beer's law used in the jaundice meter in the two-path measurement method is the following formula (2) and It is expressed as (3).

εb(λb)×C×ΔL=Z …(2)
Z= log { Ε1(λg)/Ε1(λb) } − log { Ε2(λg)/Ε2(λb) } …(3)
ただし、
Εb(λb) …青色波長λbについての検出光の光量;
εb(λb) …青色波長λbについてのビリルビン吸光係数;
C …ビリルビン濃度;
ΔL…有効光路長差=L1−L2;
L1…第1光路(長光路)の有効光路長;
L2…第2光路(短光路)の有効光路長;
Ε1(λb) …第1光路における青色波長領域の光量測定データ;
Ε2(λb) …第2光路における青色波長領域の光量測定データ;
Ε1(λg) …第1光路における緑色波長領域の光量測定データ;
Ε2(λg) …第2光路における緑色波長領域の光量測定データ
である。
εb (λb) × C × ΔL = Z (2)
Z = log {Ε1 (λg) / Ε1 (λb)} − log {Ε2 (λg) / Ε2 (λb)} (3)
However,
Εb (λb): the amount of detection light for the blue wavelength λb;
εb (λb): bilirubin extinction coefficient for blue wavelength λb;
C: bilirubin concentration;
ΔL: Effective optical path length difference = L1-L2;
L1: effective optical path length of the first optical path (long optical path);
L2: Effective optical path length of the second optical path (short optical path);
Ε1 (λb): Light quantity measurement data in the blue wavelength region in the first optical path;
Ε2 (λb): Light quantity measurement data in the blue wavelength region in the second optical path;
Ε1 (λg): Light quantity measurement data in the green wavelength region in the first optical path;
Ε2 (λg): Light quantity measurement data in the green wavelength region in the second optical path.

式(3)を書き換えると下記の式(4A)〜(4D)となる。式(4A)は、ビリルビン以外の原因によって生じる緑色光の減衰率(Kg)に、ビリルビンによる光減衰率Fを乗算したものが、ビリルビンを含んだ総合的な青色光の減衰率(Kb)であるということ表現しており、式(4D)は式(2)を指数関数表現したものに相当する。   Rewriting equation (3) yields the following equations (4A) to (4D). Equation (4A) is obtained by multiplying the attenuation factor (Kg) of green light caused by causes other than bilirubin by the optical attenuation factor F due to bilirubin, and the total attenuation factor (Kb) of blue light including bilirubin. The expression (4D) corresponds to an expression of the expression (2) as an exponential function.

Kb = Kg × F …(4A)
Kb = E1 (λb) / Ε2(λb) …(4B)
Kg = Ε1 (λg) / Ε2(λg) …(4C)
F = exp { −εb(λb)×C×ΔL} …(4D)
黄疸計で人体の額部や頬部などの顔面を測定する場合は、表皮は約0.2ミリ、真皮は約2.0ミリ、皮下組織は約2.0ミリであるため、ミリオーダーの深さ分解能精度が要求される。黄疸計は新生児黄疸の検査に多用されるが、新生児を検査対象とする場合は特に深さ分解能精度に対する要請が強い。
Kb = Kg x F (4A)
Kb = E1 (λb) / Ε2 (λb) (4B)
Kg = Ε1 (λg) / Ε2 (λg) (4C)
F = exp {−εb (λb) × C × ΔL} (4D)
When measuring the face such as the forehead and cheeks of the human body with a jaundice meter, the epidermis is about 0.2 mm, the dermis is about 2.0 mm, and the subcutaneous tissue is about 2.0 mm. Is done. Jaundice meters are often used for the examination of newborn jaundice, but there is a strong demand for depth resolution accuracy especially when examining newborns.

続いて、本実施形態の黄疸計の原理のうち、従来の黄疸計の原理とは相違する点を下記に説明する。   Next, of the principles of the jaundice meter according to the present embodiment, points that are different from the principles of the conventional jaundice meter will be described below.

従来の黄疸計では光源からの光を皮膚表面に垂直に入射させるが、本実施形態の黄疸計では、光源からの光を皮膚表面に対して斜め方向に入射させるように構成する。具体的な装置構成は後述するが、このような斜め入射がこの実施形態の主たる特徴である。   In the conventional jaundice meter, the light from the light source is vertically incident on the skin surface. However, in the jaundice meter according to the present embodiment, the light from the light source is configured to enter the skin surface in an oblique direction. Although a specific apparatus configuration will be described later, such oblique incidence is a main feature of this embodiment.

まず、皮膚表面からの光の入射角θを、皮膚表面の法線方向から計った角度として定義する。   First, the incident angle θ of light from the skin surface is defined as an angle measured from the normal direction of the skin surface.

図1(a)は、従来の垂直入射(入射角θ=0)にした場合の光の入射範囲と検出光の取り出し範囲との関係(光路交差関係)を模式的に示す図であり、図1(b)は、本実施形態に係る斜め入射の場合(すなわち入射角θ>0)の場合の光路交差関係を示した図である。それぞれにおいて、皮膚表面T0上の位置Pinが光の投光位置であり、2つの位置P1,P2が光の検出位置である。また、境界面T1は、表皮領域と脂肪層領域との境界を示す。また、図1(a)の従来装置では、入射光軸Loinの両側に検出光軸Loso,Loloが位置しており、入射光軸だけでなく検出光軸もほぼ垂直であるタイプを示しているが、他の場合でも以下の原理は同様である。   FIG. 1A is a diagram schematically showing a relationship (light path crossing relationship) between a light incident range and a detection light extraction range in the case of conventional vertical incidence (incidence angle θ = 0). FIG. 1B is a diagram illustrating an optical path crossing relationship in the case of oblique incidence according to the present embodiment (that is, the incident angle θ> 0). In each case, the position Pin on the skin surface T0 is a light projection position, and the two positions P1 and P2 are light detection positions. Further, the boundary surface T1 indicates the boundary between the epidermis region and the fat layer region. In addition, the conventional apparatus of FIG. 1A shows a type in which the detection optical axes Loso and Lolo are located on both sides of the incident optical axis Loin, and not only the incident optical axis but also the detection optical axis is substantially vertical. However, the following principle is the same in other cases.

図1(a)の従来装置では、皮膚面に垂直な入射光軸Loinを中心とした錐状の領域が人体への光の入射範囲である。また、皮膚面に垂直とされた長光路の検出光軸Loloを中心とする錐状の領域が第1の受光素子による光検出可能範囲であり、皮膚面に垂直とされた短光路の検出光軸Losoを中心とする錐状の領域が第2の受光素子による光収集範囲である。それぞれの領域が錐状の領域となるのは、光源からの光入射および各受光素子による光検出の双方がそれぞれ持つ指向性によるものである。   In the conventional apparatus shown in FIG. 1A, a cone-shaped area centering on the incident optical axis Loin perpendicular to the skin surface is the light incident range on the human body. Further, a cone-shaped region centering on the detection optical axis Lolo of the long optical path perpendicular to the skin surface is a light detectable range by the first light receiving element, and the detection light of the short optical path perpendicular to the skin surface. A conical region centered on the axis Loso is a light collection range by the second light receiving element. The reason why each region becomes a conical region is due to the directivity of both the light incident from the light source and the light detection by each light receiving element.

したがって、光源からの光のうち、光源から遠い第1の受光素子が位置P1で観測する光は、光入射錐と第1の光検出錐とが重なる領域Solで反射された光であり、光源に近い第2の受光素子が位置P2観測する光は、光入射錐と第2の光検出錐とが重なる領域Sosでの光反射である。なお、ここでは光の「反射」を「散乱」を含む用語として用いる。そして、光の反射量は光の吸収量と相補的関係にあるから、この装置は、間接的に2つの領域Sol,Sosでの光吸収のそれぞれを観測していることになる。   Therefore, of the light from the light source, the light observed by the first light receiving element far from the light source at the position P1 is the light reflected by the region Sol where the light incident cone and the first light detection cone overlap. The light observed by the second light receiving element near P2 at the position P2 is light reflection in a region Sos where the light incident cone and the second light detection cone overlap. Here, “reflection” of light is used as a term including “scattering”. Since the amount of reflected light is complementary to the amount of absorbed light, this apparatus indirectly observes each of the light absorption in the two regions Sol and Sos.

一方、図1(b)で示されるように、本実施形態では、入射光軸Lninが皮膚面の法線方向(一般的には、測定対象体表面に垂直な方向)に対してゼロではない有限の角度θをなす斜め入射となっており、この入射光軸Lninを中心とした傾斜錐状の領域が人体への光の入射範囲である。また、この実施形態では、長光路および短光路のそれぞれの2つの検出光軸Lnlo,Lnsoもまた、皮膚面の法線方向に対してゼロではない有限の角度(−φ1),(−φ2)をなすように、入射光軸Lninとは逆方向にそれぞれ斜めに傾けている。なお、入射光軸を、皮膚面の法線方向に対して斜め入射に設定した場合、2つの検出光軸は、法線方向に対してゼロであっても、皮下組織部分で交軸を持つため、同様の効果が得られる。これらの角度は、φ1=φ2であってもよく、互いに異なっていてもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 1B, in the present embodiment, the incident optical axis Lnin is not zero with respect to the normal direction of the skin surface (generally, the direction perpendicular to the surface of the measurement object). The incident angle is a finite angle θ, and the inclined cone-shaped region centering on the incident optical axis Lnin is the light incident range on the human body. In this embodiment, the two detection optical axes Lnlo and Lnso in each of the long optical path and the short optical path are also finite angles (−φ1) and (−φ2) that are not zero with respect to the normal direction of the skin surface. So as to be inclined obliquely in the opposite direction to the incident optical axis Lnin. In addition, when the incident optical axis is set to be obliquely incident with respect to the normal direction of the skin surface, the two detection optical axes have an intersecting axis in the subcutaneous tissue portion even if zero with respect to the normal direction. Therefore, the same effect can be obtained. These angles may be φ1 = φ2 or may be different from each other.

そして入射光軸Lninを中心とした傾斜錐状の領域が人体への光の入射範囲であり、検出光軸Lnlo,Lnsoのそれぞれを中心とした傾斜錐状の領域が、第1と第2の受光素子のそれぞれの光収集範囲である。これらの領域が錐状となるのは、光源からの光入射および各受光素子による光検出の双方に指向性を持たせていることに起因する。   The inclined cone-shaped area centered on the incident optical axis Lnin is the light incident range on the human body, and the inclined cone-shaped areas centered on the detection optical axes Lnlo and Lnso are the first and second areas. It is each light collection range of a light receiving element. The reason why these regions are conical is that directivity is given to both the light incident from the light source and the light detection by each light receiving element.

したがって、この実施形態の第1の受光素子で観測する光は、光入射錐と第1の光検出錐とが重なる領域Snlで反射された光であり、第2の受光素子で観測する光は、光入射錐と第2の光検出錐とが重なる領域Snsでの光反射である。これによって、この装置は、間接的に2つの領域Snl,Snsでの光吸収のそれぞれを観測していることになる。   Therefore, the light observed by the first light receiving element of this embodiment is light reflected by the region Snl where the light incident cone and the first light detecting cone overlap, and the light observed by the second light receiving element is The light reflection in the region Sns where the light incident cone and the second light detection cone overlap. As a result, this apparatus indirectly observes each of light absorption in the two regions Snl and Sns.

図1(a)と図1(b)とを比較する。図1(a)において、深さ分解能を向上させようとすれば、短光路の測定領域Sosの体積重心と、長光路の測定領域Solの体積重心との差を小さくする必要がある。ところが、そのためには2つの受光素子の間の横方向(皮膚面に平行な方向)の距離すなわち位置P1と位置P2との間隔を小さくする必要があるが、そうすると2つの領域Sol,Sosが重ならない部分、すなわちそれらの固有領域Rol,Ros(図2(a)参照)の体積重心の差が小さくなり、2つの受光素子の検出光量の違いが小さくなる。受光素子による光量検出にも誤差があるから、そのような微弱な検出光量の違いを正確にとらえることができなくなり、結果的に深さ分解能は向上しない。   FIG. 1A is compared with FIG. In FIG. 1A, in order to improve the depth resolution, it is necessary to reduce the difference between the volume centroid of the measurement region Sos of the short optical path and the volume centroid of the measurement region Sol of the long optical path. However, for this purpose, it is necessary to reduce the distance between the two light receiving elements (the direction parallel to the skin surface), that is, the distance between the position P1 and the position P2, and then the two regions Sol and Sos overlap. The difference between the volume centroids of the non-applicable portions, that is, their intrinsic regions Rol and Ros (see FIG. 2A) is reduced, and the difference in the detected light amount of the two light receiving elements is reduced. Since there is an error in the light amount detection by the light receiving element, such a weak difference in the detected light amount cannot be accurately captured, and as a result, the depth resolution is not improved.

図1(b)の実施形態においても、深さ分解能を向上させるには、短光路の測定領域Snsの体積重心と、長光路の測定領域Snlの体積重心との差をある程度は小さくする。そのために2つの受光素子の間の横方向の距離も小さくなるが、従来装置とは異なり、実施形態の場合には、2つの領域Snl,Snsが重ならない部分、すなわちそれらの固有領域Rnl,Rns(図2(b)参照)の重心の差は図2(a)の従来装置ほどには小さくならない。それは、図2(a)では固有領域Rol,Rosのいずれもが類似形状の縦長領域(皮膚面に垂直な方向に長い領域)であるために、深さ方向におけるそれらの体積重心差が小さくなるのに対して、図2(b)では固有領域Rnl,Rnsの形状と位置とが相互にかなり異なっており、それぞれの深さ分布がシャープとなっていて、深さ方向におけるそれらの体積重心の差が出やすいためである。   Also in the embodiment of FIG. 1B, in order to improve the depth resolution, the difference between the volume centroid of the measurement region Sns of the short optical path and the volume centroid of the measurement region Snl of the long optical path is reduced to some extent. Therefore, the lateral distance between the two light receiving elements is also reduced. However, unlike the conventional apparatus, in the case of the embodiment, the portions where the two regions Snl and Sns do not overlap, that is, their intrinsic regions Rnl and Rns. The difference in the center of gravity in (see FIG. 2B) is not as small as that in the conventional apparatus in FIG. In FIG. 2A, since both of the intrinsic regions Rol and Ros are vertically long regions (regions that are long in the direction perpendicular to the skin surface), the volume centroid difference in the depth direction is small. On the other hand, in FIG. 2 (b), the shapes and positions of the eigenregions Rnl and Rns are considerably different from each other, the depth distribution of each is sharp, and the volume centroids in the depth direction. This is because a difference is likely to appear.

図2で示されるように、2つの受光素子の間の横方向の距離を小さくしたときの検出光量の差(|Rol-Ros|、|Rnl-Rns|)は、|Rol-Ros|<|Rnl-Rns|の関係が常に成り立つ。なぜなら、図2(b)では固有領域Rnl,Rnsの幾何学的形状が、図2(a)の固有領域Rol,Rosと比べてかなり異なるためである。したがって、検出光量の差が、図2(b)の|Rnl-Rns|の方が大きいために、誤差の影響が小さくなり、深さ分解能が向上する結果となる。   As shown in FIG. 2, the difference (| Rol-Ros |, | Rnl-Rns |) of the detected light amount when the lateral distance between the two light receiving elements is reduced is | Rol-Ros | <| The relationship Rnl-Rns | always holds. This is because, in FIG. 2B, the geometric shapes of the eigenregions Rnl and Rns are considerably different from those of the eigenregions Rol and Ros in FIG. Therefore, since the difference in the detected light amount is larger in | Rnl-Rns | in FIG. 2B, the influence of the error is reduced, resulting in improved depth resolution.

入射光軸および検出光軸の交差深さの観点からこの違いを見たのが図3である。だたし、この図3での従来装置は、実施形態との比較を容易にするため、受光位置P1,P2が投光位置Pinの片側に配置されて検出光軸も傾斜しているタイプを例示している。この図3に示すように、垂直入射(θ=0)の場合の交差点Qol,Qosの深さの差Doと比較して、斜め入射の場合の交差点Qnl,Qnsの深さの差Dnは小さくなり、これは2つの受光素子間の横方向の距離が同一であっても、斜め入射の場合の方が、深さ分解能が高い(Dn<Do)ことを示している。   FIG. 3 shows this difference in terms of the depth of intersection between the incident optical axis and the detection optical axis. However, the conventional apparatus in FIG. 3 is of a type in which the light receiving positions P1 and P2 are arranged on one side of the light projecting position Pin and the detection optical axis is inclined in order to facilitate comparison with the embodiment. Illustrated. As shown in FIG. 3, the depth difference Dn between the intersections Qnl and Qns in the case of oblique incidence is smaller than the depth difference Do at the intersections Qol and Qos in the case of normal incidence (θ = 0). This shows that the depth resolution is higher in the case of oblique incidence (Dn <Do) even if the lateral distance between the two light receiving elements is the same.

図3のように各受光素子の位置P1、P2と投光位置Pinとを従来と同じにして光の入射軸だけを傾けると、計測している深さが従来とは異なってくるが、これについては、図4に示すように受光側の角度を調整する(具体的には受光軸の傾きを小さめにする)ことにより、短光路の交差点Qnsを表皮領域の中に位置させつつ、長光路の交差点Qnlを脂肪層の中に位置させることができるので、計測深さの問題は生じない。あるいは、受光素子P1の受光軸の傾きを図4の一点鎖線のように設定すれば、交差点Q’nlは、従来と深さがほぼ一致することになり、より良好な結果が得られる。   As shown in FIG. 3, when the positions P1 and P2 of the light receiving elements and the light projecting position Pin are made the same as in the prior art and only the light incident axis is tilted, the measured depth differs from the conventional one. As shown in FIG. 4, by adjusting the angle on the light receiving side (specifically, by reducing the inclination of the light receiving axis), the intersection Qns of the short light path is positioned in the skin region, and the long light path Since the intersection point Qnl can be positioned in the fat layer, the problem of measurement depth does not occur. Alternatively, if the inclination of the light receiving axis of the light receiving element P1 is set as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 4, the intersection Q'nl substantially matches the depth of the conventional one, and a better result can be obtained.

また、実施形態の配置では、2つの受光素子の相互距離の誤差による測定結果への影響も相対的に小さくなるが、その理由これについては図5を参照する。光の入射光軸Sinを対角線とし、2つの受光素子の位置P1,P2を2辺の位置とする矩形V0を考える。この矩形V0では、受光素子間の横距離rに対して、図5より、
tanθ = r /D …(5A)
すなわち、
D = r / tanθ …(5B)
の関係にある。ただし、深さ幅Dは、矩形の対角点の深さ方向の差である。
Further, in the arrangement of the embodiment, the influence on the measurement result due to the error in the mutual distance between the two light receiving elements is relatively small. The reason is described with reference to FIG. Consider a rectangle V0 in which the incident optical axis Sin of light is a diagonal line and the positions P1 and P2 of the two light receiving elements are two side positions. In this rectangle V0, the lateral distance r between the light receiving elements is shown in FIG.
tanθ = r / D (5A)
That is,
D = r / tan θ (5B)
Are in a relationship. However, the depth width D is a difference in the depth direction of the diagonal points of the rectangle.

式(5B)より、受光素子間の位置に誤差Δrが生じたときに、深さ幅Dに生じる誤差ΔDは、
ΔD = Δr / tanθ …(6)
となる。
From equation (5B), when an error Δr occurs in the position between the light receiving elements, the error ΔD generated in the depth width D is
ΔD = Δr / tan θ (6)
It becomes.

ただし、2つの受光素子のそれぞれの位置誤差はランダムであるから、それぞれの受光素子の位置誤差ΔPで考え、2つの受光素子の誤差方向が逆である場合をも考慮すれば、平均して、受光素子間の位置誤差Δrは、
Δr = 0.5 × ΔP …(7)
程度であるから
ΔD = 0.5 × ΔP / tanθ …(8)
と書くこともできる。簡単化のため、以下では式(6)を使用する。
However, since the position error of each of the two light receiving elements is random, considering the position error ΔP of each light receiving element and considering the case where the error directions of the two light receiving elements are reversed, on average, The positional error Δr between the light receiving elements is
Δr = 0.5 × ΔP (7)
ΔD = 0.5 × ΔP / tan θ (8)
Can also be written. For simplicity, equation (6) is used below.

入射光軸の傾き角度θが大きいとき(図5)にはtanθの値も大きくなるから、その逆数(1/ tanθ)は小さな値となり、位置誤差Δrによる深さ幅の誤差ΔDへの影響は小さい。   When the tilt angle θ of the incident optical axis is large (FIG. 5), the value of tan θ also increases, so the reciprocal (1 / tan θ) becomes a small value, and the influence of the position error Δr on the depth width error ΔD is small.

ところが、 入射光軸の傾き角度θが小さいとき(図6)には、tanθの値が小さくなるから、その逆数(1/ tanθ)は大きな値となり、位置誤差Δrによる深さ幅の誤差ΔDへの影響は大きくなる。なお、ここで考えた簡易モデルでは、角度θがほぼゼロであると(1/ tanθ)は無限大となるが、実際には他の種々の因子によって有限の値である。   However, when the tilt angle θ of the incident optical axis is small (FIG. 6), the value of tan θ is small, so the reciprocal (1 / tan θ) is a large value, leading to the depth width error ΔD due to the position error Δr. The effect of. In the simple model considered here, when the angle θ is almost zero, (1 / tan θ) is infinite, but in reality, it is a finite value due to various other factors.

これは、計測光を斜めから入射させることで、対象体表面に沿った方向(横方向)への光路長を基準としたときの、計測光の深さ方向への光路長の比(光路長縦横比=ΔD/Δr)が小さくなり、その結果、複数の受光端の位置のズレ量に対する深度誤差量が小さくなることを示している。したがって従来装置と比較して実施形態の装置では、誤差耐性が高まる。   This is the ratio of the optical path length in the depth direction of the measurement light (optical path length) when the measurement light is incident obliquely and the optical path length in the direction (lateral direction) along the surface of the object is used as a reference. Aspect ratio = ΔD / Δr) is reduced, and as a result, the depth error amount with respect to the shift amount of the positions of the plurality of light receiving ends is reduced. Therefore, the error tolerance is increased in the apparatus of the embodiment as compared with the conventional apparatus.

また、実施形態の装置では、利用する光の光量ロスも小さくすることができる。図7に示すように、従来装置では入射光軸Loinが垂直であるため、入射光軸Loinを中心とする入射光錐と、検出光軸Loを中心とする検出光錐との交差部分に相当する被測定領域TGは、入射光軸Loinから離れた位置となる。これに対して実施形態のように入射光軸Loinを傾けると、入射光軸Loinを被測定領域TGに向けることができる。   Moreover, in the apparatus of the embodiment, the light amount loss of light to be used can be reduced. As shown in FIG. 7, since the incident optical axis Loin is vertical in the conventional apparatus, it corresponds to the intersection of the incident light cone centered on the incident optical axis Lo and the detection light cone centered on the detection optical axis Lo. The measured region TG to be measured is at a position away from the incident optical axis Loin. On the other hand, when the incident optical axis Loin is inclined as in the embodiment, the incident optical axis Loin can be directed to the measurement region TG.

一般に、発光素子はその投光軸の方向に最大の発光強度を有し、それから角度的に離れるに従って発光強度は減少する。したがって、従来装置では、図8に光量効率E0として示すように、入射光錐の横断面の光量分布の非最大部分が使用されるが、実施形態では、図8に光量効率Enとして示すように、入射光錐の横断面の光量分布の最大部分を利用できる。   Generally, a light emitting element has the maximum light emission intensity in the direction of the light projecting axis, and the light emission intensity decreases as the distance from the light emitting element increases. Therefore, in the conventional apparatus, a non-maximum portion of the light amount distribution in the cross section of the incident light cone is used as shown in FIG. 8 as the light amount efficiency E0, but in the embodiment, as shown in FIG. 8 as the light amount efficiency En. The maximum part of the light quantity distribution in the cross section of the incident light cone can be used.

このように、実施形態では、被測定領域TGに向けた指向性を持たせることで、光分布幅Wを狭くし、光量ロスを抑えることができる。   As described above, in the embodiment, by providing the directivity toward the measurement region TG, the light distribution width W can be narrowed and the light amount loss can be suppressed.

以上のように、この発明の実施形態では、光を斜め入射させることによって深さ分解能と計測精度とを向上させることができる。また、入射光軸が被測定領域を通るように発光素子の指向性を設定することによって、光量効率を増加させることもできる。   As described above, in the embodiment of the present invention, depth resolution and measurement accuracy can be improved by obliquely entering light. In addition, the light quantity efficiency can be increased by setting the directivity of the light emitting element so that the incident optical axis passes through the region to be measured.

以下では、実施形態の装置の具体的構成と動作について説明する。   Hereinafter, a specific configuration and operation of the apparatus according to the embodiment will be described.

<2.実施形態の具体的構成と動作>
<2−1.黄疸計の概要および構成>
図9(a)は、この発明の実施形態である黄疸計10の外観を示す全体斜視図である。また、図9(b)は、測定ヘッドHdの底面図であり、図9(c)はその縦断面図である。
<2. Specific Configuration and Operation of Embodiment>
<2-1. Outline and configuration of jaundice meter>
Fig.9 (a) is a whole perspective view which shows the external appearance of the jaundice meter 10 which is embodiment of this invention. FIG. 9B is a bottom view of the measuring head Hd, and FIG. 9C is a longitudinal sectional view thereof.

黄疸計10は、図9(a)に示すようにハンディタイプの黄疸計であって、測定者(医師など)の手の平に収まる大きさのケーシング11を有しており、このケーシング11内部に、後述する電気的構成要素(図11参照)が配置されている。また、ケーシング11の上面後端側には、測定結果、すなわち皮下脂肪に沈着するビリルビン濃度を可変表示する液晶ディスプレイからなる表示部12が設けられている。さらに、ケーシング11の側面後端側には電源スイッチ11aが配置され、図9(a)中には図示しないリセットスイッチ45(図11参照)が設けられている。   The jaundice meter 10 is a handy type jaundice meter as shown in FIG. 9 (a), and has a casing 11 that fits in the palm of a measurer (such as a doctor). Electrical components (see FIG. 11) described later are arranged. Further, a display unit 12 including a liquid crystal display that variably displays the measurement result, that is, the concentration of bilirubin deposited on the subcutaneous fat, is provided on the rear end side of the upper surface of the casing 11. Further, a power switch 11a is disposed on the rear side of the side surface of the casing 11, and a reset switch 45 (see FIG. 11) (not shown) is provided in FIG. 9 (a).

また、ケーシング11の先端側には、直方体状の測定ヘッドHdが、矢印ARで示すようにケーシング11に対して出退自在に設けられている。この測定ヘッドHdは、ばね部材などの付勢手段(不図示)によりケーシング11に対して突出方向(矢印のAR側)に付勢されており、測定者が被測定者の人体の一部分、例えば頭部の額部分に押し付けて軽く押圧すると、上記付勢手段の付勢力に逆らって測定ヘッドHdがケーシング11内に押し込まれ、後述する第1波長領域光源(青色LED)21および第2波長領域光源(緑色LED)22(図9(c)参照)が発光するように構成されている。   Further, a rectangular parallelepiped measuring head Hd is provided at the front end side of the casing 11 so as to be able to move out and with respect to the casing 11 as indicated by an arrow AR. This measuring head Hd is urged in a protruding direction (AR side of the arrow) with respect to the casing 11 by urging means (not shown) such as a spring member, and the measurer is a part of the human body of the person to be measured, for example, When pressed against the forehead portion of the head and lightly pressed, the measuring head Hd is pushed into the casing 11 against the urging force of the urging means, and a first wavelength region light source (blue LED) 21 and a second wavelength region to be described later. The light source (green LED) 22 (see FIG. 9C) is configured to emit light.

そして、測定ヘッドHdが押し込まれて青色LED21および緑色LED22(図9(c)および図10参照)が発光すると、青色LED21および緑色LED22からの青色光および緑色光が、図9(b)に示す測定ヘッドHdの投光窓W0から時間順次に射出され、測定対象となる被測定者の額部(測定の対象体)に入射するとともに、前述したように体内で散乱した光束が測定ヘッドHdの受光窓W1,W2を介して、ケーシング11内部に入射するようになっている。   Then, when the measurement head Hd is pushed in and the blue LED 21 and the green LED 22 (see FIG. 9C and FIG. 10) emit light, the blue light and the green light from the blue LED 21 and the green LED 22 are shown in FIG. 9B. The light emitted from the light projection window W0 of the measuring head Hd in time order is incident on the forehead (measuring object) of the measurement subject and the light beam scattered in the body as described above is emitted from the measuring head Hd. The light enters the casing 11 through the light receiving windows W1, W2.

測定ヘッドHdの具体的な構造として、図9(b)及び図9(c)で示されるように、計測窓WMは、測定ヘッドHdの端面に相当する平坦面FPに規定されている。この実施形態における計測基準面は、この平坦面FPである。計測窓WMは、投光室R0からの光の出口となる投光窓W0と、2つの受光室R1,R2のそれぞれへの光の入口となる単位受光窓W1,W2とを単一平面内(計測基準面FP内)に有しており、各単位受光窓W1,W2は、当該単位窓W1,W2から投光窓W0に向かう方向を短軸とし、それに直交する方向を長軸とする長形に形成されている。具体的には、単位受光窓W1,W2は、楕円、長円、長方形などであってよい。これらの受光室R1,R2が、計測窓WMに沿って投光室R0から異なる距離に配置されている。   As a specific structure of the measurement head Hd, as shown in FIGS. 9B and 9C, the measurement window WM is defined by a flat surface FP corresponding to the end face of the measurement head Hd. The measurement reference surface in this embodiment is the flat surface FP. The measurement window WM includes a light projecting window W0 serving as an outlet for light from the light projecting chamber R0 and unit light receiving windows W1 and W2 serving as light entrances to the two light receiving chambers R1 and R2, respectively. Each unit light receiving window W1, W2 has a short axis in the direction from the unit window W1, W2 to the light projecting window W0, and a long axis in the direction perpendicular to the unit window W1 (in the measurement reference plane FP). It is formed in a long shape. Specifically, the unit light receiving windows W1, W2 may be an ellipse, an ellipse, a rectangle, or the like. These light receiving chambers R1 and R2 are arranged at different distances from the light projecting chamber R0 along the measurement window WM.

受光窓W1,W2が、投光窓W0に向かう方向を短軸とする形状を持っているのは、投光窓W0に向かう方向の幅を小さくすることにより幾何学的な深さ分解能を向上させることができる一方で、それに直交する方向の幅を大きくすることにより、受光量の減少を抑制して信号のS/N比を高く維持できるためである。   The light receiving windows W1 and W2 have a shape with the short axis in the direction toward the light projection window W0, thereby improving the geometric depth resolution by reducing the width in the direction toward the light projection window W0. On the other hand, by increasing the width in the direction orthogonal thereto, the decrease in the amount of received light can be suppressed and the S / N ratio of the signal can be maintained high.

また、図9(c)に示されるように、測定ヘッドHdは、投光手段として、測定ヘッドHdに形成された投光室R0内に配置された複数の発光素子、すなわち、第1波長領域(青色波長領域)の第1の光を発生する第1光源としての青色LED21および第2波長領域(緑色波長領域)の第2の光を発生する第2光源としての緑色LED22を、複数の光源の並列配置として有している。測定ヘッドHdは、さらに、受光手段として、測定ヘッドHdに形成された2つの受光室R1,R2の略上端部にそれぞれ配置された複数の受光素子、すなわち、第1受光素子PD1(短光路用の光電変換素子)および第2受光素子PD2(長光路用の光電変換素子)を有している。   Further, as shown in FIG. 9C, the measurement head Hd has a plurality of light emitting elements arranged in a light projection chamber R0 formed in the measurement head Hd as a light projecting unit, that is, a first wavelength region. A blue LED 21 as a first light source that generates first light in a (blue wavelength region) and a green LED 22 as a second light source that generates second light in a second wavelength region (green wavelength region) are a plurality of light sources. As a parallel arrangement. The measurement head Hd further serves as a plurality of light receiving elements respectively disposed at substantially upper ends of the two light receiving chambers R1 and R2 formed in the measuring head Hd as light receiving means, that is, the first light receiving element PD1 (for short optical path). A photoelectric conversion element) and a second light receiving element PD2 (a photoelectric conversion element for a long optical path).

黄疸計10では、測定ヘッドHdの計測窓WMを規定する計測基準面FPを、被測定者の皮膚面に略平行に接触させて使用する。このため、計測窓WMを規定する計測基準面FPの法線と、被測定者の皮膚面の法線とはほぼ一致する。以下、この法線を「基準法線」と呼ぶことにする。   In the jaundice meter 10, the measurement reference plane FP that defines the measurement window WM of the measurement head Hd is used while being in contact with the skin surface of the measurement subject in substantially parallel. For this reason, the normal line of the measurement reference plane FP that defines the measurement window WM and the normal line of the skin surface of the measurement subject substantially coincide. Hereinafter, this normal is referred to as “reference normal”.

黄疸計10の使用中には計測窓Wが形成される計測基準面FPの法線と皮膚面の法線とは略一致するからそれらの区別にあまり意味はないが、使用中ではない黄疸計10を単独で見たときには発光方向と皮膚面との方向関係は特定できないから、黄疸計10自身の構成としては、計測窓Wを規定する計測基準面FPの法線が「基準法線」として定義される。一般に、この発明における「計測基準面」は、計測を行う際に対象体の表面に平行とされる面として定義されるが、計測基準面は物理的な面として形成されていてもよく、仮想的に想定される面であってもよい。   While the jaundice meter 10 is in use, the normal line of the measurement reference plane FP on which the measurement window W is formed and the normal line of the skin surface substantially coincide with each other. Since the directional relationship between the light emission direction and the skin surface cannot be specified when 10 is viewed alone, the normal line of the measurement reference plane FP that defines the measurement window W is the “reference normal line” as a configuration of the jaundice meter 10 itself. Defined. In general, the “measurement reference plane” in this invention is defined as a plane that is parallel to the surface of the object when performing measurement, but the measurement reference plane may be formed as a physical plane, It may be a surface that is supposedly intended.

また、青色LED21および緑色LED22の設置位置に対して投光窓W0の中心は横方向にずれている。そして、青色LED21および緑色LED22は、それらの発光光軸が基準法線から傾斜するように、投光室R0の天井面に傾けて取り付けてある。   Further, the center of the projection window W0 is shifted laterally with respect to the installation positions of the blue LED 21 and the green LED 22. The blue LED 21 and the green LED 22 are attached to the ceiling surface of the light projecting chamber R0 so that their emission optical axes are inclined from the reference normal line.

これにより、青色LED21および緑色LED22から投光窓W0を通って測定ヘッドHdから被測定者の体内に入る光の光軸は、基準法線NLから傾斜していることになる。つまり、投光光軸は、計測窓WMの法線NLから傾斜しているだけでなく、被測定者の皮膚面の法線からも傾斜している。この光軸は図1(b)などで説明した入射光軸Lninに対応することになり、入射角θがゼロでない有限の値(たとえばθ=5度以上の角度)となっている。当然ではあるが、θ<90度という条件も満たしている。   As a result, the optical axis of the light that enters the body of the subject from the measurement head Hd through the projection window W0 from the blue LED 21 and the green LED 22 is inclined from the reference normal line NL. That is, the light projecting optical axis is not only inclined from the normal line NL of the measurement window WM, but is also inclined from the normal line of the measurement subject's skin surface. This optical axis corresponds to the incident optical axis Lnin described in FIG. 1B and the like, and the incident angle θ is a finite value (for example, θ = 5 degrees or more) that is not zero. Naturally, the condition of θ <90 degrees is also satisfied.

また、測定ヘッドHdの、第1受光素子PD1および第2受光素子PD2のそれぞれ中心は、単位受光窓W1,W2の中心から横方向にずれている。これによって図1(b)で説明した2つの検出光軸Lnlo,Lnsoの光軸も、基準法線NLから有限の角度(−φ1),(−φ2)でそれぞれ傾斜している。これらによって、既述した好ましい光学配置が実現されている。   Further, the centers of the first light receiving element PD1 and the second light receiving element PD2 of the measuring head Hd are shifted laterally from the centers of the unit light receiving windows W1, W2. Accordingly, the optical axes of the two detection optical axes Lnlo and Lnso described in FIG. 1B are also inclined at finite angles (−φ1) and (−φ2) from the reference normal line NL. By these, the preferable optical arrangement described above is realized.

また、投光手段は、LED21(第1波長領域光源)およびLED22(第2波長領域光源)から照射される光束を絞る絞り手段として、投光窓W0と、この投光窓W0に配置された集光光学素子としてのフレネルレンズLCとを備えている。被験者の体内での照射光束を略平行光とする場合には、フレネルレンズLCはコリメータとしても機能させることもできる。   The light projecting means is disposed in the light projecting window W0 and the light projecting window W0 as a diaphragm means for narrowing the light beam emitted from the LED 21 (first wavelength region light source) and the LED 22 (second wavelength region light source). And a Fresnel lens LC as a condensing optical element. In the case where the irradiation light beam in the subject's body is substantially parallel light, the Fresnel lens LC can also function as a collimator.

また、図9では図示を省略しているが、単位受光窓W1,W2には、防塵用の平板透明ガラスで覆われていることが好ましい。受光素子PD1,PD2についても集光を行いたい場合には、単位受光窓W1,W2を覆う平面ガラスのかわりにフレネルレンズを設けてもよい。   Although not shown in FIG. 9, the unit light receiving windows W1 and W2 are preferably covered with dust-proof flat transparent glass. If it is desired to collect light with respect to the light receiving elements PD1 and PD2, a Fresnel lens may be provided instead of the flat glass covering the unit light receiving windows W1 and W2.

図10は、測定ヘッドHdの光学的配置を模式的に示しており、この図10では測定ヘッドHdの投光室R0や受光室R1,R2は省略されている。また、フレネルレンズLCは各LED21,22のそれぞれに付設された個別のレンズとして概念的に描かれている。図9で見たように、投光室R0の投光窓W0の中心が各LED21,22から横方向にずれた位置とされ、さらにフレネルレンズLCが設けられている。各LED21,22からの発光光軸がそれぞれ基準法線NLから傾いている。   FIG. 10 schematically shows the optical arrangement of the measuring head Hd. In FIG. 10, the light projecting chamber R0 and the light receiving chambers R1, R2 of the measuring head Hd are omitted. The Fresnel lens LC is conceptually depicted as an individual lens attached to each of the LEDs 21 and 22. As seen in FIG. 9, the center of the light projection window W0 of the light projection chamber R0 is shifted from the LEDs 21 and 22 in the lateral direction, and a Fresnel lens LC is further provided. The emission optical axes from the LEDs 21 and 22 are inclined from the reference normal line NL.

後述するように各LED21,22は時間順次に発光するが、任意の一方のLEDからの発光期間に着目すると、当該LEDから斜め方向に照射された光のうち第1受光素子PD1によって検出される光は、短光路SRを通った光であって、被測定者の額の表面部位PSすなわち皮膚領域を検出領域DSとしている。   As will be described later, each of the LEDs 21 and 22 emits light sequentially in time, but when attention is paid to the light emission period from any one of the LEDs, the first light receiving element PD1 detects the light emitted obliquely from the LED. The light passes through the short optical path SR, and the surface region PS of the subject's forehead, that is, the skin region, is used as the detection region DS.

以上をまとめると、この黄疸計10は、測定対象となる対象体(被測定者)の表面(皮膚表面)から対象体内に光を入射させ、対象体の内部の異なる経路を通って出射した複数の信号を検出して対象体の内部情報(ビリルビン濃度)の計測を行う光学的内部情報計測装置として構成されている。   In summary, the jaundice meter 10 allows light to enter the target body from the surface (skin surface) of the target object (measurement subject) to be measured, and to emit light through different paths inside the target object. It is comprised as an optical internal information measuring device which detects the signal of (2) and measures the internal information (bilirubin density | concentration) of a target object.

そして、この光学的内部情報計測装置(黄疸計10)は、計測を行う際に対象体(被測定者)の表面(皮膚面)に平行となる計測基準面(計測窓WMが形成された平坦面FP)の法線に対して所定の角度θをもって斜めから対象体に向けて投光する投光手段(LED21、22と投光室R0との組み合わせ)と、計測基準面(平坦面FP)を介して対象体内部からの異なる経路を通って出射する光をそれぞれ受光し、それぞれの受光光量を表現した複数の信号を出力する受光手段(第1受光素子PD1,PD2と受光室R1,R2との組み合わせ)とを備える。   And this optical internal information measuring device (jaundice meter 10) is a flat surface on which a measurement reference surface (measurement window WM is formed) that is parallel to the surface (skin surface) of the object (measured person) when performing measurement. A light projecting means (a combination of the LEDs 21 and 22 and the light projecting chamber R0) that projects light obliquely toward the object at a predetermined angle θ with respect to the normal of the surface FP), and a measurement reference surface (flat surface FP) Light receiving means (first light receiving elements PD1 and PD2 and light receiving chambers R1 and R2) that receive light emitted through different paths from the inside of the target body and output a plurality of signals expressing the respective received light amounts. Combination).

また、発光手段は、複数の波長の光(青色光,緑色光)を発光し、受光手段は、当該複数の波長の光のそれぞれについて異なる経路を通って出射した光をそれぞれ受光するようになっている。   The light emitting means emits light of a plurality of wavelengths (blue light and green light), and the light receiving means receives light emitted through different paths for each of the plurality of wavelengths of light. ing.

そして、この実施形態では、第1受光素子PD1,PD2や受光室R1,R2の水平方向の位置は変化しないため、投光手段が、固定光路での投光を行う固定投光手段となっており、受光手段においては、投光手段からの距離が異なる2つの位置をそれぞれの受光端(単位受光窓W1,W2)とする2つの受光素子(LED21、22)で時間順次に(すなわち後述するように時系列的に)検出する順次光検出手段を備えるものとなっている。   In this embodiment, since the horizontal positions of the first light receiving elements PD1 and PD2 and the light receiving chambers R1 and R2 do not change, the light projecting unit is a fixed light projecting unit that performs light projection in a fixed optical path. In the light receiving means, two light receiving elements (LEDs 21 and 22) having two light receiving ends (unit light receiving windows W1 and W2) at two positions having different distances from the light projecting means are sequentially arranged in time (that is, described later). In this manner, sequential light detection means for detecting (in time series) is provided.

<2−2.黄疸計の電気的構成要素>
図11は、本実施形態に係る黄疸計10の電気的構成要素を示すブロック図である。黄疸計10は、CPUなどからなる制御部40と、青色LED21および緑色LED22を駆動する光源駆動部41と、上述したように付勢手段の付勢力に逆らって測定ヘッドHd(図9参照)がケーシング11内に押し込まれると自動的にオンにされる測定スイッチ42とを備えている。この黄疸計10はまた、A/D変換器541,542と、測定結果をクリアして次回の測定を実行できる状態に戻すためのリセットスイッチ45と、制御部40の制御プログラムや予め設定された固定データなどを記憶するROM46と電気信号データなどを一時的に保管するRAM47とを備えている。このRAM(記憶手段)47は、内蔵電源(不図示)によって、そのメモリ内容が消去されないようになっている。また、記憶手段として、バックアップ電源を有するRAM47に代えて、EEPROMなどの書き換え可能な不揮発性メモリを備えるようにしてもよい。
<2-2. Electrical components of jaundice meter>
FIG. 11 is a block diagram showing electrical components of the jaundice meter 10 according to the present embodiment. The jaundice meter 10 includes a control unit 40 including a CPU, a light source driving unit 41 that drives the blue LED 21 and the green LED 22, and a measurement head Hd (see FIG. 9) against the urging force of the urging unit as described above. A measurement switch 42 that is automatically turned on when pushed into the casing 11 is provided. The jaundice meter 10 also includes A / D converters 541 and 542, a reset switch 45 for clearing the measurement result and returning to a state where the next measurement can be executed, a control program for the control unit 40, and a preset value. A ROM 46 that stores fixed data and the like and a RAM 47 that temporarily stores electrical signal data and the like are provided. This RAM (storage means) 47 is configured such that its memory contents are not erased by a built-in power supply (not shown). In addition, a rewritable nonvolatile memory such as an EEPROM may be provided as a storage means instead of the RAM 47 having a backup power source.

制御部40は、発光制御手段としての機能を有し、光源駆動部41と電気的に接続されており、上述したように、付勢手段の付勢力に逆らって測定ヘッドHd(図9参照)がケーシング11内に所定位置まで押し込まれると、測定スイッチ42が自動的にオンにされ、それに応じて制御部40から光源駆動部41に発光指示信号が送出され、光源駆動部41が青色LED21および緑色LED22を時間順次に発光させる。   The control unit 40 has a function as a light emission control unit, and is electrically connected to the light source driving unit 41. As described above, the measurement head Hd (see FIG. 9) against the biasing force of the biasing unit. Is pushed into the casing 11 to a predetermined position, the measurement switch 42 is automatically turned on, and accordingly, a light emission instruction signal is sent from the control unit 40 to the light source driving unit 41, and the light source driving unit 41 is connected to the blue LED 21 and The green LED 22 is caused to emit light sequentially in time.

本実施形態においては、投光手段である青色LED21および緑色LED22が時間順次に発光してそれぞれの波長での光測定が時間順次に行われる。このため、この実施形態は、異なる複数の波長の発光と、それに基づく測定とが時分割方式で行われることになる。   In the present embodiment, the blue LED 21 and the green LED 22 that are the light projecting means emit light sequentially in time, and light measurement at each wavelength is performed in time sequence. For this reason, in this embodiment, light emission of a plurality of different wavelengths and measurement based thereon are performed in a time division manner.

短光路SR(図10参照)を通った光束を受光する第1受光素子PD1は、A/D変換器541を介して制御部40と電気的に接続されており、第1受光素子PD1からは、受光光量I1 (λb),I1 (λg)を表現する信号レベルを持った電気信号S1 (λb),S1 (λg)が制御部40に出力される。また、長光路LR(図10参照)を通った光束を受光する第2受光素子PD2は、A/D変換器542を介して制御部40と電気的に接続されており、第2受光素子PD2からの受光光量I2 (λb),I2 (λg) を表現する信号レベルを持った電気信号S2 (λb),S2 (λg)が制御部40に出力される。   The first light receiving element PD1 that receives the light beam that has passed through the short optical path SR (see FIG. 10) is electrically connected to the control unit 40 via the A / D converter 541, and from the first light receiving element PD1. The electric signals S1 (λb) and S1 (λg) having signal levels representing the received light amounts I1 (λb) and I1 (λg) are output to the control unit 40. The second light receiving element PD2 that receives the light beam that has passed through the long optical path LR (see FIG. 10) is electrically connected to the control unit 40 via the A / D converter 542, and the second light receiving element PD2 Electric signals S2 (λb) and S2 (λg) having signal levels representing the received light amounts I2 (λb) and I2 (λg) from the light are output to the controller 40.

ここで、本実施形態においては、受光手段の第1受光素子PD1および第2受光素子PD2は、投光手段の時分割発光に対応して、受光した光を時分割することにより、それぞれの波長の光の成分を分離する。   Here, in the present embodiment, the first light receiving element PD1 and the second light receiving element PD2 of the light receiving unit each time-divides the received light in accordance with the time division light emission of the light projecting unit, thereby changing the wavelength of each light. To separate the light components.

そして、制御部40は、複数の信号S1 (λb),S1 (λg), S2 (λb),S2 (λg)を用いて被験者の内部情報パラメタとしてのビリルビン濃度を算出するパラメタ算出手段としての機能を有し、その算出結果(演算結果)を表示部12に表示する。表示内容はビリルビン濃度の数値とともに、またはそれに代えて、ビリルビン濃度が正常(健常)範囲にあるかどうかを示す診断補助情報を含んでいてもよい。このようなビリルビン濃度の情報は、生体内部の生理的または病理的な検査値に対応するパラメタの例となっている。   The control unit 40 functions as parameter calculation means for calculating the bilirubin concentration as the internal information parameter of the subject using the plurality of signals S1 (λb), S1 (λg), S2 (λb), S2 (λg). The calculation result (calculation result) is displayed on the display unit 12. The display content may include diagnostic auxiliary information indicating whether or not the bilirubin concentration is in the normal (healthy) range together with or instead of the numerical value of the bilirubin concentration. Such bilirubin concentration information is an example of a parameter corresponding to a physiological or pathological test value inside the living body.

<2−3.黄疸計の基本動作>
以下では、黄疸計10の測定動作について図12のフローチャートを参照しながら説明する。それらの動作は、測定者によるスイッチ操作を除き、制御部40に記憶された制御プログラムに従って、制御部40内部または制御部40の制御下で実行される。
<2-3. Basic operation of jaundice meter>
Hereinafter, the measurement operation of the jaundice meter 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. These operations are executed inside the control unit 40 or under the control of the control unit 40 in accordance with a control program stored in the control unit 40 except for the switch operation by the measurer.

ステップS1では、測定者によりケーシング11の側面手前側に設けられた電源スイッチ11aがオフ状態からオン状態に切り換えられる(図9(a)参照)。   In step S1, the power switch 11a provided on the front side of the side surface of the casing 11 is switched from the off state to the on state by the measurer (see FIG. 9A).

ステップS2では、リセットスイッチ45が押されて測定可能な状態にされ、黄疸計10の測定ヘッドHdが被測定者の一部、例えば額部分に押し当てられる。そして、測定ヘッドHdが付勢手段の付勢力に逆らいながらケーシング11内に後退するように押し込まれる(図9(a)及び図11参照)。   In step S2, the reset switch 45 is pressed to enable measurement, and the measurement head Hd of the jaundice meter 10 is pressed against a part of the person being measured, for example, the forehead part. Then, the measuring head Hd is pushed back into the casing 11 against the urging force of the urging means (see FIGS. 9A and 11).

ステップS3では、所定量だけ押し込まれて測定スイッチ42がオンになり制御部40に伝達されると、測定が開始される(図11参照)。   In step S3, the measurement is started when the measurement switch 42 is turned on and transmitted to the control unit 40 by being pushed in by a predetermined amount (see FIG. 11).

ステップS4では、まず、制御部40からの指令で光電駆動部41は、青色LED(第1波長領域光源)21を発光させ投光窓W0からその光を放出させる。これによって青色波長領域の光束が被測定者の体内に照射され、被測定者の皮膚内部で散乱した散乱光が、受光窓W1から入射するとともに、受光窓W2から入射する(図9及び図11参照)。   In step S4, first, in response to a command from the control unit 40, the photoelectric driving unit 41 emits the blue LED (first wavelength region light source) 21 and emits the light from the projection window W0. As a result, the light beam in the blue wavelength region is irradiated into the body of the subject, and the scattered light scattered inside the skin of the subject enters from the light receiving window W1 and enters from the light receiving window W2 (FIGS. 9 and 11). reference).

ステップS5では、受光窓W1からの入射光が、第1受光素子PD1によって受光され、A/D変換器541を介して受光光量を表現する電気信号S1 (λb)が制御部40に出力され、受光窓W2からの入射光は、第2受光素子PD2によって受光され、A/D変換器542を介して受光光量を表現する電気信号S2 (λb)が制御部40に出力されて、それぞれRAM47に格納される(図9及び図11参照)。青色LED21は、この測定が完了すると消灯される。   In step S5, incident light from the light receiving window W1 is received by the first light receiving element PD1, and an electric signal S1 (λb) representing the amount of received light is output to the control unit 40 via the A / D converter 541. Incident light from the light receiving window W2 is received by the second light receiving element PD2, and an electric signal S2 (λb) representing the amount of received light is output to the control unit 40 via the A / D converter 542, and is input to the RAM 47. Stored (see FIGS. 9 and 11). The blue LED 21 is turned off when this measurement is completed.

ステップS6では、制御部40からの指令で光電駆動部41は、緑色LED(第2波長領域光源)22を発光させ、緑色波長領域の光束が被測定者の皮膚に照射され、被測定者の皮膚内部で散乱した散乱光が、受光窓W1から入射するとともに、受光窓W2から入射する(図9及び図11参照)。   In step S <b> 6, the photoelectric drive unit 41 emits a green LED (second wavelength region light source) 22 in response to a command from the control unit 40, and the subject's skin is irradiated with a luminous flux in the green wavelength region. Scattered light scattered inside the skin enters from the light receiving window W1 and enters from the light receiving window W2 (see FIGS. 9 and 11).

ステップS7では、受光窓W1からの入射光は、第1受光素子PD1によって受光され、A/D変換器541を介して受光光量を表現する電気信号S1 (λg)が制御部40に出力され、受光窓W2からの入射光は、第2受光素子PD2によって受光され、A/D変換器542を介して受光光量を表現する電気信号S2 (λg)が制御部40に出力されて、それぞれRAM47に格納される(図9及び図11参照)。緑色LED22は、この測定が完了すると消灯される。   In step S7, the incident light from the light receiving window W1 is received by the first light receiving element PD1, and an electric signal S1 (λg) representing the amount of received light is output to the control unit 40 via the A / D converter 541. Incident light from the light receiving window W2 is received by the second light receiving element PD2, and an electric signal S2 (λg) representing the amount of received light is output to the control unit 40 via the A / D converter 542, and is input to the RAM 47. Stored (see FIGS. 9 and 11). The green LED 22 is turned off when this measurement is completed.

ステップS8では、各LED21,22の発光動作の回数nが予め設定された回数Nだけ行われたか否かが判定され、まだ設定回数Nだけ行われていなければ(n<N:ステップS8のNo)、ステップS4に戻って、ステップS4からステップS7のループが繰り返される。この繰返しは、複数回の測定結果の統計処理(たとえば平均化処理)によって、より正確な測定結果を得るためのものである。   In step S8, it is determined whether or not the number n of light emission operations of the LEDs 21 and 22 has been performed for a preset number N, and if it has not been performed for the set number N yet (n <N: No in step S8). ), Returning to step S4, the loop from step S4 to step S7 is repeated. This repetition is for obtaining a more accurate measurement result by statistical processing (for example, averaging process) of a plurality of measurement results.

一方、各LED21,22の発光動作の回数nが予め設定された回数Nだけ行われていれば(n=N:ステップS8のYes)、その設定回数Nのデータの平均値を用いて上述した計測原理にしたがってビリルビン濃度算出の演算が行われ(ステップS9)、測定結果が表示部12に表示される(ステップS10)。   On the other hand, if the number n of light emission operations of each LED 21 and 22 is performed a preset number N (n = N: Yes in step S8), the above-described average value of the data of the set number N is used. The calculation of bilirubin concentration calculation is performed according to the measurement principle (step S9), and the measurement result is displayed on the display unit 12 (step S10).

以上の黄疸計10を用いた計測では、既述した理由によって、深さ方向の測定分解能が向上するため、ビリルビン濃度の測定(したがって黄疸の診断)を正確に行うことができる。また、測定精度が高いことから、光源からの発光量を過剰に増大させる必要がない。   In the measurement using the jaundice meter 10 described above, the measurement resolution in the depth direction is improved for the reasons already described, and therefore the measurement of the bilirubin concentration (and therefore the diagnosis of jaundice) can be performed accurately. In addition, since the measurement accuracy is high, it is not necessary to excessively increase the amount of light emitted from the light source.

さらに、黄疸計10を用いて経時観察を行った場合にも、被測定者のビリルビン濃度の時間変化を、従来装置を用いるよりも精度良く黄疸の状況を検出することができる。このため、経過観察をより正確に行うことも可能となる。   Furthermore, even when the time-lapse observation is performed using the jaundice meter 10, it is possible to detect the jaundice situation with higher accuracy than the conventional apparatus using the time change of the measurement subject's bilirubin concentration. For this reason, it becomes possible to perform follow-up observation more accurately.

<3.変形例>
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な変形が可能である。以下の変形例では逐一説明しないが、各変形例とも、既述した実施形態と同様に計測基準面が規定されるとともに、計測のための光の斜め入射は、当該計測基準面の法線から傾いている入射とされている。
<3. Modification>
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment, The following various deformation | transformation are possible. Although not described in detail in the following modification examples, in each modification example, a measurement reference plane is defined in the same manner as the above-described embodiment, and oblique incidence of light for measurement is determined from the normal line of the measurement reference plane. The incident is inclined.

<3−1. 投光手段および受光手段に関する変形例>
本発明の実施形態では、投光手段の位置が固定であり、受光手段においては時間順次に複数の波長の光を検出する場合を説明してきたが、これに限られず、後記の各組合せのタイプが可能である。ここで、それらの具体的構成例を述べる前に以下のタイプ名を定義する。ただし、上記の実施形態のように複数の波長の光(青色光と緑色光など)を用いる場合については、それぞれの波長の光についてどのような投光タイプや受光タイプを使い分けることができるが、ひとつの装置では複数の波長の光について同じ投受光タイプとすることが好ましい。
<3-1. Modification regarding light projecting means and light receiving means>
In the embodiment of the present invention, the position of the light projecting unit is fixed, and the light receiving unit has been described to detect light of a plurality of wavelengths in time sequence. However, the present invention is not limited to this. Is possible. Here, the following type names are defined before describing the specific configuration examples. However, in the case of using a plurality of wavelengths of light (such as blue light and green light) as in the above-described embodiment, any light projection type or light reception type can be used properly for each wavelength light. In one apparatus, it is preferable to use the same light projecting / receiving type for light of a plurality of wavelengths.

まず、投光手段は下記の投光タイプに分類される。
(1)投光タイプA(固定):
既述した実施形態と同様に、投光手段が、固定光路での投光を行う固定投光手段を備える。
First, the light projection means is classified into the following light projection types.
(1) Light projection type A (fixed):
Similar to the above-described embodiment, the light projecting unit includes a fixed light projecting unit that performs light projection on the fixed optical path.

(2)投光タイプB(位置可変):
LED21,22を横方向に移動可能に構成し、それらを移動させるための駆動素子または駆動機構を設けておく。そして、長光路と短光路とを同時に(並列的に)実現するのではなく、LED21,22の横方向の移動によって、それらを時間順次に実現させる。
(2) Light projection type B (variable position):
The LEDs 21 and 22 are configured to be movable in the horizontal direction, and a driving element or a driving mechanism for moving them is provided. Then, the long optical path and the short optical path are not realized at the same time (in parallel), but are realized in time sequence by the lateral movement of the LEDs 21 and 22.

すなわち、この場合の投光手段は、投光経路を複数の投光経路の間で時間順次に切り替える投光経路切替手段を備え、当該投光経路切替手段が、「投光位置」を複数の投光位置の間で時間順次に切り替える投光位置切替手段を有することになる。   That is, the light projecting unit in this case includes a light projecting path switching unit that sequentially switches the light projecting path among the plurality of light projecting paths, and the light projecting path switching unit sets the “light projecting position” to a plurality of light projecting positions. It has a light projection position switching means for sequentially switching between the light projection positions.

(3)投光タイプC(方向可変):
投光タイプCでは、LED21,22を横方向に移動するのではなく、それらからの「投光方向」を時間順次に変化させるように構成する。すなわち、この場合の投光手段は、投光経路を複数の投光経路の間で時間順次に切り替える投光経路切替手段を備える。そして、当該投光経路切替手段が、投光方向を複数の投光方向の間で時間順次に切り替える投光方向切替手段を有する。
(3) Light projection type C (variable direction):
In the light projection type C, the LEDs 21 and 22 are not moved in the horizontal direction, but the “light projection direction” from the LEDs 21 and 22 is changed in time order. In other words, the light projecting unit in this case includes a light projecting path switching unit that switches the light projecting path in time sequence between a plurality of light projecting paths. And the said light projection path | route switching means has a light projection direction switching means which switches a light projection direction in time sequence among several light projection directions.

(4)投光タイプD(位置方向可変):
この投光タイプDでは、LED21,22を横方向に移動させるとともに、投光方向も変化させるように構成する。このタイプDは、タイプBおよびタイプCの組み合わせであるとも言える。
(4) Projection type D (variable position direction):
The light projection type D is configured to move the LEDs 21 and 22 in the horizontal direction and to change the light projection direction. It can be said that this type D is a combination of type B and type C.

次に、受光手段は下記の受光タイプに分類される。   Next, the light receiving means is classified into the following light receiving types.

(1)受光タイプE(固定):
上記の実施形態と同様に、青色LED21からの青色光、および緑色LED22からの緑色光のそれぞれを、受光素子PD1,PD2で並列的に検出する。すなわち、この場合の受光手段は、複数の信号のそれぞれを複数個の受光素子で並列的に検出する並列的光検出手段を備える。
(1) Light receiving type E (fixed):
Similarly to the above embodiment, the blue light from the blue LED 21 and the green light from the green LED 22 are detected in parallel by the light receiving elements PD1 and PD2. That is, the light receiving means in this case includes parallel light detection means for detecting each of the plurality of signals in parallel by the plurality of light receiving elements.

(2)受光タイプF(可変):
受光素子またはそれに光を導く受光ガイドを可動とすることによって、少数の受光素子で異なる経路についての受光を直列的に行う。すなわちこの場合の光検出手段は、受光位置を順次に移動させつつ、時間順次に複数の信号を検出する順次的光検出手段を備える。
(2) Light receiving type F (variable):
By making the light-receiving element or the light-receiving guide that guides light to it move, light is received in series on different paths with a small number of light-receiving elements. In other words, the light detection means in this case includes sequential light detection means for detecting a plurality of signals in time sequence while sequentially moving the light receiving position.

以上の定義に基づいて、投光手段と受光手段との実際的な組み合わせとして下記7つのタイプが存在する。   Based on the above definition, there are the following seven types of practical combinations of light projecting means and light receiving means.

(1)第1タイプ: 投光A(固定) + 受光E(固定)
(2)第2タイプ: 投光A(固定) + 受光F(可変)
(3)第3タイプ: 投光B(位置変化) + 受光E(固定)
(4)第4タイプ: 投光C(方向変化) + 受光E(固定)
(5)第5タイプ: 投光D(位置・方向変化)+ 受光E(固定)
(6)第6タイプ: 投光B(位置変化) + 受光F(可変)
(7)第7タイプ: 投光C(方向変化) + 受光F(可変)
図13は、これらの各タイプに対応した種々の配置を示しており、図示されている順次で説明すると以下のようになっている。
(1) First type: Light emission A (fixed) + Light reception E (fixed)
(2) Second type: Light emission A (fixed) + light reception F (variable)
(3) Third type: Light emission B (position change) + light reception E (fixed)
(4) Fourth type: Light emission C (direction change) + light reception E (fixed)
(5) Fifth type: Light emission D (change in position and direction) + light reception E (fixed)
(6) Sixth type: Light emission B (position change) + light reception F (variable)
(7) 7th type: Light emission C (direction change) + light reception F (variable)
FIG. 13 shows various arrangements corresponding to each of these types, which are described below in the order shown.

〔 図13(a)の配置 〕
・配置例(a1):
この配置は、既述した実施形態に近い要素配置であり、上記の第1タイプに属する。ただし、第1受光素子PD1と第2受光素子PD2との受光光軸は、基準法線とほぼ平行となっている。これは、図9の単位受光窓W1,W2のそれぞれの中心位置が、受光素子PD1,PD2に対向する位置になるよう配置することで実現される配置である。
[Arrangement of FIG. 13A]
-Example of arrangement (a1):
This arrangement is an element arrangement close to the above-described embodiment, and belongs to the first type. However, the light receiving optical axes of the first light receiving element PD1 and the second light receiving element PD2 are substantially parallel to the reference normal line. This is an arrangement realized by arranging the center positions of the unit light receiving windows W1 and W2 in FIG. 9 so as to face the light receiving elements PD1 and PD2.

受光素子PD1,PD2の半導体受光素子はそれ自身が指向性を有していないため、受光用レンズ(不図示)や開口絞りを設けて、指向性を持たせることで、受光素子PD1,PD2の受光範囲の重なりは小さくなり、深さ分解能は向上する。   Since the semiconductor light receiving elements of the light receiving elements PD1 and PD2 themselves do not have directivity, by providing a light receiving lens (not shown) and an aperture stop to provide directivity, the light receiving elements PD1 and PD2 have a directivity. The overlap of the light receiving range is reduced, and the depth resolution is improved.

〔 図13(b)の配置 〕
・配置例(b1):
この配置では、受光手段に1つの受光素子PD1(またはPD2)だけを設けてその受光端の位置は固定とする。これに対して投光手段を構成するLEDは、LED21、22及びLED21’、22’のそれぞれ2つずつ設けられ、水平方向に異なる位置にLED21,22(またはLED21’、22’)の1対ずつが固定されている。この配置は第1タイプに属する。
[Arrangement of FIG. 13B]
Arrangement example (b1):
In this arrangement, only one light receiving element PD1 (or PD2) is provided in the light receiving means, and the position of the light receiving end is fixed. On the other hand, two LEDs 21 and 22 and two LEDs 21 ′ and 22 ′ are provided as the light projecting means, and a pair of LEDs 21 and 22 (or LEDs 21 ′ and 22 ′) are arranged at different positions in the horizontal direction. Each one is fixed. This arrangement belongs to the first type.

・配置例(b2):
一方、LED21、22(またはLED21’、22’)を一対だけ設け、水平方向に伸びたガイドに沿って小型モータや圧電アクチュエータでその一対のLED21、22(またはLED21’、22’)を水平移動させることにより、時間順次に短光路および長い光路を実現できる。この場合の配置は、第3タイプに属する。
Arrangement example (b2):
On the other hand, only a pair of LEDs 21 and 22 (or LEDs 21 'and 22') are provided, and the pair of LEDs 21 and 22 (or LEDs 21 'and 22') are horizontally moved by a small motor or piezoelectric actuator along a horizontally extending guide. By doing so, a short optical path and a long optical path can be realized in time sequence. The arrangement in this case belongs to the third type.

〔 図13(c)の配置 〕
・配置例(c1):
この配置は、受光側の配置は図13(b)と同様であるが、投光方向と投光位置とを可変としており、第5タイプに属する。LED21、22及びLED21’、22’の対は、揺動可能に枢支されて小型モータや圧電アクチュエータで駆動されることによりその投光方向を変化させるとともに、同様の駆動手段によりLED21、22及びLED21’、22’の対を水平方向にも並進移動させる機構を設けて投光位置も変化させる。LED21、22及びLED21’、22’の対の水平移動方向と傾斜変化方向とは、LED21、22及びLED21’、22’のそれぞれの光軸の傾斜角が大きくになるときに、LED21、22及びLED21’、22’と受光素子PD1(PD2)との水平間隔を広げる方向への水平移動を行うように定める。それにより、水平移動と傾斜角度変化とのそれぞれが小さくても、検出深度の所望の変化を確保できる。したがって、測定ヘッドHdをコンパクトに構成できる。
[Arrangement of FIG. 13 (c)]
Arrangement example (c1):
This arrangement is the same as that shown in FIG. 13B on the light receiving side, but the light projecting direction and the light projecting position are variable, and belongs to the fifth type. The LED 21, 22 and the pair of LED 21 ', 22' are pivotably supported and driven by a small motor or a piezoelectric actuator to change the light projecting direction, and the LED 21, 22 and A mechanism for translating the pair of LEDs 21 ′ and 22 ′ also in the horizontal direction is provided to change the light projection position. The horizontal movement direction and the inclination change direction of the pair of the LEDs 21 and 22 and the LEDs 21 ′ and 22 ′ are determined when the inclination angles of the optical axes of the LEDs 21 and 22 and the LEDs 21 ′ and 22 ′ become large. It is determined to perform horizontal movement in the direction of widening the horizontal interval between the LEDs 21 'and 22' and the light receiving element PD1 (PD2). Thereby, even if each of the horizontal movement and the change in the tilt angle is small, a desired change in the detection depth can be ensured. Therefore, the measuring head Hd can be configured compactly.

また、この場合には、図10と同様にLED21、22(またはLED21’、22’)のそれぞれにレンズを取り付けることにより、LED21、22(またはLED21’、22’)からの投光方向が変化しても、レンズによる集光機能がLED21、22(またはLED21’、22’)の方向変化によって変動しないようにすることが好ましい。   In this case, the projection direction from the LEDs 21 and 22 (or LEDs 21 ′ and 22 ′) is changed by attaching a lens to each of the LEDs 21 and 22 (or LEDs 21 ′ and 22 ′) as in FIG. Even so, it is preferable that the condensing function by the lens is not changed by the change in direction of the LEDs 21 and 22 (or LEDs 21 ′ and 22 ′).

〔 図13(d)の配置 〕
・配置例(d1):
この配置では、投光側の配置は図13(c)と同様に投光方向可変の配置とし、受光側では2つの受光素子PD1,PD2を共通のひとつの受光室(ボックス)BXの天井面に、水平方向に相互に離間して取り付けてある。したがってこの配置は、第4タイプに属する。受光素子PD1(またはPD2)からの投光方向が基準法線方向から大きく傾いたときに、皮膚領域に相当する浅い検出領域DSを経由した光は、受光室BXの下面の単一窓を通して受光素子PD1によって検出される。
[Arrangement of FIG. 13D]
Arrangement example (d1):
In this arrangement, the arrangement on the light projecting side is an arrangement in which the light projecting direction is variable as in FIG. 13C. On the light receiving side, the two light receiving elements PD1 and PD2 are shared by the ceiling surface of one common light receiving chamber (box) BX. Are spaced apart from each other in the horizontal direction. This arrangement therefore belongs to the fourth type. When the light projecting direction from the light receiving element PD1 (or PD2) is greatly inclined from the reference normal direction, the light passing through the shallow detection region DS corresponding to the skin region is received through a single window on the lower surface of the light receiving chamber BX. Detected by element PD1.

これに対して、受光素子PD1(またはPD2)からの投光方向の傾きが小さいときに、皮下脂肪層に相当する深い光検出領域DPを経由した光は、受光室BXの下面の単一窓を通して受光素子PD2によって検出される。   On the other hand, when the inclination of the light projecting direction from the light receiving element PD1 (or PD2) is small, the light passing through the deep light detection region DP corresponding to the subcutaneous fat layer is a single window on the lower surface of the light receiving chamber BX. Is detected by the light receiving element PD2.

指向性をより高めるためには、上記単一窓にフレネルレンズなどの集光光学手段を設けることが好ましい。   In order to further improve the directivity, it is preferable to provide a condensing optical means such as a Fresnel lens in the single window.

〔 図13(e)の配置 〕
・配置例(e1):
この配置では、LED21,22を、それらの発光方向が水平方向となるように固定的に取り付けてレンズを配置する。水平方向に移動する反射板を設け、当該反射板を第1の反射板位置RF1および第2の反射板位置RF2との間で水平方向に移動させる。このような異なる反射板位置RF1,RF2に反射板があるときにLED21,22からの光をそれぞれ反射板で反射させることで、短光路SRおよび長光路LRの光を時間順次に得ることができる。この反射板は、LED21,22からの光の光軸を水平方向に移動させる光軸水平変換手段として機能する。
[Arrangement of FIG. 13 (e)]
Arrangement example (e1):
In this arrangement, the lenses 21 and 22 are fixedly attached so that their light emission directions are horizontal, and the lens is arranged. A reflecting plate that moves in the horizontal direction is provided, and the reflecting plate is moved in the horizontal direction between the first reflecting plate position RF1 and the second reflecting plate position RF2. By reflecting the light from the LEDs 21 and 22 with the reflector when the reflectors are at such different reflector positions RF1 and RF2, the light of the short optical path SR and the long optical path LR can be obtained sequentially in time. . This reflecting plate functions as an optical axis horizontal conversion means for moving the optical axis of the light from the LEDs 21 and 22 in the horizontal direction.

受光手段においては、固定された単一の受光素子PD1(またはPD2)を用いて、時間順次に受光を行うことができる。すなわち、第1期間では短光路SRの光を、第2期間では長光路LRの光を単一の受光素子で検出する。異なる波長の複数の信号を用いるときには各波長に関してひとつずつの受光素子を割り当てて、図の紙面を貫く方向に隣接配置することによって波長ごとの検出が可能である。この場合の配置は第3タイプとなる。   The light receiving means can receive light sequentially in time using a single fixed light receiving element PD1 (or PD2). That is, the light of the short optical path SR is detected in the first period and the light of the long optical path LR is detected by the single light receiving element in the second period. When a plurality of signals having different wavelengths are used, it is possible to detect each wavelength by assigning one light receiving element for each wavelength and arranging them adjacent to each other in the direction penetrating the paper surface of the figure. The arrangement in this case is the third type.

・配置例(e2):
反射板の移動と同期して、受光素子PD1(PD2)を水平移動させる機構を設ければ、異なる水平位置で短光路SRおよび長光路LRの光を時間順次に得ることができるため、それらを平均化することによって測定精度を高めることもできる。ただし、反射板の移動速度および受光素子PD1(PD2)の移動速度は、相互に異なるようにする。この様な態様にすることで、短光路SRの検出領域DSの深さおよび長光路LRの検出領域DPの深さを変更して測定が可能となる。この場合の配置は第6タイプとなる。
Arrangement example (e2):
By providing a mechanism for horizontally moving the light receiving element PD1 (PD2) in synchronization with the movement of the reflecting plate, the light in the short optical path SR and the long optical path LR can be obtained sequentially in different horizontal positions. Measurement accuracy can be increased by averaging. However, the moving speed of the reflecting plate and the moving speed of the light receiving element PD1 (PD2) are made different from each other. By adopting such a mode, measurement can be performed by changing the depth of the detection region DS of the short optical path SR and the depth of the detection region DP of the long optical path LR. The arrangement in this case is the sixth type.

・配置例(e3):
LED21、22と反射板とは固定しておき、受光素子PD1(PD2)を水平移動させる機構を設けることもできる。この場合の配置は第2タイプとなる。
Arrangement example (e3):
It is also possible to provide a mechanism for horizontally moving the light receiving element PD1 (PD2) while fixing the LEDs 21 and 22 and the reflecting plate. The arrangement in this case is the second type.

〔 図13(f)の配置 〕
・配置例(f1):
この配置では投光方向を可変とする。すなわちLED21,22との下にシャッターSTを設け、このシャッターSTを駆動手段によって矢印OCのように移動させて選択的に開閉させることにより、投光角度を時間順次に変化させることができる。
[Arrangement of FIG. 13 (f)]
Arrangement example (f1):
In this arrangement, the light projecting direction is variable. That is, by providing a shutter ST below the LEDs 21 and 22 and moving the shutter ST as indicated by an arrow OC by the driving means to selectively open and close, the light projection angles can be sequentially changed.

受光手段においては、固定された単一の受光素子PD1(またはPD2)を用いて、時間順次に受光を行うことができる。この場合の配置は第4タイプとなる。   The light receiving means can receive light sequentially in time using a single fixed light receiving element PD1 (or PD2). The arrangement in this case is the fourth type.

・配置例(f2):
シャッターSTの開閉と同期して、受光素子PD1(PD2)を矢印mvの方向に水平移動させる機構を設ければ、異なる水平位置で短光路SRおよび長光路LRの光を時間順次に得ることができるため、それらを平均化することによって測定精度を高めることもできる。この場合の配置は第7タイプとなる。
Arrangement example (f2):
By providing a mechanism for horizontally moving the light receiving element PD1 (PD2) in the direction of the arrow mv in synchronization with the opening and closing of the shutter ST, light in the short optical path SR and the long optical path LR can be obtained sequentially in time at different horizontal positions. Therefore, the measurement accuracy can be increased by averaging them. The arrangement in this case is the seventh type.

<3−2. 複数の波長の光の投受光に関する変形例>
本発明の実施形態における投光手段および受光手段では、複数の波長の光の投受光を並列的あるいは時分割で行ったが、これに限られず、例えば、下記のような方法で複数の波長の光の成分を分離する装置であってもよい。
<3-2. Modified example of light emitting / receiving of light of plural wavelengths>
In the light projecting means and the light receiving means in the embodiment of the present invention, the light projecting / receiving of the light having a plurality of wavelengths is performed in parallel or in time division. However, the present invention is not limited to this. An apparatus for separating light components may be used.

第1の方法としては、受光手段が、受光した光の波長フィルタリングを行うことで複数の波長の光の成分を分離することが可能である。すなわち、長光路および短光路のうちの一方のみを示した図14に示すように異なる波長領域を持つ光源を複数種類用いる代わりに、図14に示すように、波長領域の広い光源から対象体の斜め方向に光を入射させ、検出した光を、導光素子(光ファイバやミラーなど)を用いて、異なる波長領域のみを透過させる複数のフィルタ(一般には波長選択手段)に与える。そしてそれらのフィルタで相互分離された複数の波長の検出光を受光素子で検出してもよい。ダイクロイックミラーなども利用可能である。長光路および短光路のうちの他方も同様に構成できる。   As a first method, the light receiving unit can separate light components having a plurality of wavelengths by performing wavelength filtering of the received light. That is, instead of using a plurality of types of light sources having different wavelength regions as shown in FIG. 14 showing only one of the long optical path and the short optical path, as shown in FIG. Light is incident in an oblique direction, and the detected light is applied to a plurality of filters (generally wavelength selection means) that transmit only different wavelength regions using a light guide element (such as an optical fiber or a mirror). The detection light having a plurality of wavelengths separated from each other by these filters may be detected by the light receiving element. Dichroic mirrors can also be used. The other of the long optical path and the short optical path can be configured similarly.

第2の方法としては、投光手段では、図15に示すように、複数の異なる変調周波数で複数の波長の光をそれぞれ振幅変調してそれらを合成部で合成し、合成した光を導光素子から投光する。受光手段では、受光した光を導光素子から複数の復調器に導き、上記複数の変調周波数でそれぞれ復調することによって、当該複数の波長の光の成分を分離することが可能である。すなわち、各々の波長光に対して空間周波数変調法を用いて所定の周波数成分を持たせて同時に入射させ、それらを復調して複数種類の波長成分の検出をしてもよい。長光路および短光路のうちの他方も同様である。   As the second method, as shown in FIG. 15, the light projecting means amplitude-modulates light of a plurality of wavelengths at a plurality of different modulation frequencies, synthesizes them by a synthesizer, and guides the synthesized light. Emits light from the element. The light receiving means can separate the light components of the plurality of wavelengths by guiding the received light from the light guide element to the plurality of demodulators and demodulating the light at the plurality of modulation frequencies. That is, it is also possible to detect a plurality of wavelength components by demodulating each wavelength light with a predetermined frequency component using the spatial frequency modulation method and making it incident simultaneously. The same applies to the other of the long optical path and the short optical path.

これらの方法を採用することで、異なる波長領域光源に対して順次に計測を行うことなく、異なる複数の波長をもつ光を同時に対象体内に入射させることが可能となり、測定時間の短縮に繋がる。具体的に本実施形態の例では、第1波長領域光源21を発光した後、第2波長領域光源22を発光する(図12のステップS4からステップS7)というように、時分割して各々の波長領域光源を順次に発光する必要があったが、上記第1の方法の採用した装置では、単一の広波長幅光源の発光だけですみ、また上記第2の方法を採用した装置では、第1および第2波長領域光源21,22を同時発光することができる。このたため、ステップS4からステップS7の1回のループに掛かる時間も半分で済み、ステップS8の設定回数Nに達するまでの繰返しの要する時間も半分に短縮されることになる。   By adopting these methods, it is possible to simultaneously enter light having a plurality of different wavelengths into the target body without sequentially measuring different wavelength region light sources, leading to a reduction in measurement time. Specifically, in the example of the present embodiment, after the first wavelength region light source 21 emits light, the second wavelength region light source 22 emits light (step S4 to step S7 in FIG. 12). Although it was necessary to sequentially emit the wavelength region light sources, in the apparatus adopting the first method, only the light emission of a single wide wavelength width light source is required, and in the apparatus adopting the second method, The first and second wavelength region light sources 21 and 22 can emit light simultaneously. Therefore, the time required for one loop from step S4 to step S7 is also halved, and the time required to repeat until reaching the set number N of step S8 is also halved.

<3−3. その他の変形例>
※ 本発明の実施形態では、入射角θを少なくとも5度より大きな値として採用したが、入射角θは1度≦θ≦45度の範囲であることが好ましく、特に、5度≦θ≦30度の範囲が好ましい。
<3-3. Other variations>
* In the embodiment of the present invention, the incident angle θ is adopted as a value larger than at least 5 degrees, but the incident angle θ is preferably in the range of 1 degree ≦ θ ≦ 45 degrees, and in particular, 5 degrees ≦ θ ≦ 30. A range of degrees is preferred.

※ 本発明の実施形態では、光源から照射される光束を絞る絞り手段として、投光窓と集光光学素子との組み合わせを用いたが、光源が充分な指向性を持っている場合は光束を絞る手段がなくてもよい。   * In the embodiment of the present invention, a combination of a projection window and a condensing optical element is used as a diaphragm means for narrowing the light beam emitted from the light source. However, if the light source has sufficient directivity, the light beam is used. There is no need to squeeze.

※ 本発明の実施形態では、ビリルビン濃度計測に活用される黄疸計について説明してきたが、光源の波長範囲、受光素子(光センサ)の間隔、及び、演算方法を変化させることで、内部計測範囲や計測物質を変えて、さまざまな生体の内部情報を計測することが可能である。たとえば、赤色光と赤外光とを使用した反射型のパルスオキシメータにもこの発明は適用可能である。   * In the embodiment of the present invention, the jaundice meter used for bilirubin concentration measurement has been described. However, the internal measurement range can be changed by changing the wavelength range of the light source, the interval between the light receiving elements (photosensors), and the calculation method. It is possible to measure various internal information of living bodies by changing measurement materials. For example, the present invention can be applied to a reflection type pulse oximeter using red light and infrared light.

医学検査機器に適用する場合には、内部情報パラメタは、上記のビリルビン濃度や酸素飽和濃度など、生体内部の生理的または病理的な検査値に対応するパラメタに相当する。   When applied to a medical examination instrument, the internal information parameter corresponds to a parameter corresponding to a physiological or pathological examination value inside the living body, such as the above-mentioned bilirubin concentration or oxygen saturation concentration.

さらに、計測の対象体は生体に限られず、例えば、容器中の食料品の含有成分を光学的に検知するなどの幅広い分野での内部情報計測に活用できる。   Furthermore, the measurement target is not limited to a living body, and can be used for internal information measurement in a wide range of fields, such as optically detecting ingredients contained in foodstuffs in containers.

※ 実施形態では短光路および長光路の2光路を用いているが、3つ以上の光路を設定し、それら3つ以上の光路の光を検知することによって、複数の深さでの検査値を得ることも可能である。   * In the embodiment, two optical paths, a short optical path and a long optical path, are used. However, by setting three or more optical paths and detecting light in these three or more optical paths, inspection values at a plurality of depths can be obtained. It is also possible to obtain.

使用する波長についても、3波長以上であってもよく、参照波長を必要としない用途では1波長だけであってもよい。   The wavelength to be used may be three or more wavelengths, and may be only one wavelength in applications that do not require a reference wavelength.

10 黄疸計
21 青色LED(第1波長領域光源)
22 緑色LED(第2波長領域光源)
40 制御部
FP 計測基準面
NL 基準法線
PD1 第1受光素子
PD2 第2受光素子
WM 計測窓
W0 投光窓
W1,W2 単位受光窓
10 Jaundice meter 21 Blue LED (first wavelength region light source)
22 Green LED (second wavelength region light source)
40 Control Unit FP Measurement Reference Surface NL Reference Normal PD1 First Light Receiving Element PD2 Second Light Receiving Element WM Measurement Window W0 Light Projection Window W1, W2 Unit Light Receiving Window

Claims (16)

測定対象となる対象体の表面から前記対象体内に光を入射させ、前記対象体の内部を通って出射した光を検出して前記対象体の内部情報の計測を行う光学的内部情報計測装置であって、
前記対象体の表面に平行となる計測基準面の法線に対して所定の角度をもって斜めから前記対象体に向けて投光する投光手段と、
前記計測基準面を介して前記対象体の内部の異なる経路を通って出射する光をそれぞれ受光するように設置され、前記それぞれの受光光量を表現した複数の信号を出力する受光手段と、
前記複数の信号を用いて前記対象体の内部情報を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
An optical internal information measuring device that measures the internal information of the object by detecting light emitted from the surface of the object to be measured and entering the object and detecting the light emitted through the object. There,
A light projecting means for projecting toward the target object from an oblique direction with a predetermined angle with respect to a normal line of a measurement reference plane parallel to the surface of the target object;
A light receiving means installed to receive light emitted through different paths inside the object through the measurement reference plane, and outputting a plurality of signals representing the respective received light amounts;
Calculating means for calculating internal information of the object using the plurality of signals;
An optical internal information measuring device comprising:
請求項1に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記投光手段から照射される光束を絞る絞り手段
をさらに備えることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 1,
An optical internal information measuring device, further comprising a diaphragm means for narrowing a light beam emitted from the light projecting means.
請求項1または請求項2に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記受光手段が、
前記複数の信号を複数個の受光素子で並列的に検出する並列的光検出手段、
を備え、
前記複数の信号は、前記複数の受光素子からそれぞれ得られることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 1 or 2,
The light receiving means is
A parallel light detection means for detecting the plurality of signals in parallel by a plurality of light receiving elements;
With
The optical internal information measuring device, wherein the plurality of signals are respectively obtained from the plurality of light receiving elements.
請求項1または請求項2に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記受光手段が、
前記投光手段からの距離が異なる複数の位置をそれぞれの受光端とする複数個の受光素子によって、時間順次に前記複数の信号をそれぞれ検出する順次光検出手段、
を備え、
前記複数の信号は、前記複数の受光素子からそれぞれ得られることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 1 or 2,
The light receiving means is
Sequential light detection means for detecting the plurality of signals in time sequence by a plurality of light receiving elements each having a plurality of positions at different distances from the light projecting means;
With
The optical internal information measuring device, wherein the plurality of signals are respectively obtained from the plurality of light receiving elements.
請求項1または請求項2に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記受光手段が、
前記投光手段からの距離が異なる複数の位置に受光位置を順次に移動させつつ、時間順次に前記複数の信号を検出する順次的光検出手段、
を備え、
前記複数の信号は、前記複数の受光素子からそれぞれ得られることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 1 or 2,
The light receiving means is
Sequential light detection means for detecting the plurality of signals in time sequence while sequentially moving the light receiving position to a plurality of positions having different distances from the light projecting means;
With
The optical internal information measuring device, wherein the plurality of signals are respectively obtained from the plurality of light receiving elements.
請求項3ないし請求項5の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、
前記投光手段が、
固定光路での投光を行う固定投光手段、
となっていることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to any one of claims 3 to 5,
The light projecting means
Fixed light projecting means for performing light projection in a fixed light path;
An optical internal information measuring device, characterized in that
請求項3ないし請求項5の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、
前記投光手段が、
投光経路を複数の投光経路の間で時間順次に切り替える投光経路切替手段、
を備えることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to any one of claims 3 to 5,
The light projecting means
Projection path switching means for switching the projection path between a plurality of projection paths in time sequence,
An optical internal information measuring device comprising:
請求項7に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記投光経路切替手段が
投光位置を複数の投光位置の間で時間順次に切り替える投光位置切り替え手段、
を有することを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 7,
The light projecting path switching means switches the light projecting position between a plurality of light projecting positions in time sequence,
An optical internal information measuring device comprising:
請求項7に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記投光経路切替手段が
投光方向を複数の投光方向の間で時間順次に切り替える投光方向切り替え手段、
を有することを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 7,
A light projection direction switching means for switching the light projection direction in time sequence between a plurality of light projection directions;
An optical internal information measuring device comprising:
請求項1ないし請求項9の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、
前記計測基準面は、前記光学的内部情報計測装置の測定ヘッドの端面に規定されるとともに、前記計測基準面には計測窓が形成されており、
前記投光手段が
前記測定ヘッドに形成された投光室内に配置された発光素子、
を有するとともに、
前記受光手段が
前記測定ヘッドに形成された複数の受光室内にそれぞれ配置された複数の受光素子、
を有しており、
前記複数の受光室が、前記計測窓に沿って前記投光室から異なる距離に配置されていることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The measurement reference plane is defined on an end face of a measurement head of the optical internal information measurement device, and a measurement window is formed on the measurement reference plane.
A light emitting device in which the light projecting means is disposed in a light projecting chamber formed in the measurement head;
And having
A plurality of light receiving elements respectively disposed in a plurality of light receiving chambers formed in the measuring head;
Have
The optical internal information measuring device, wherein the plurality of light receiving chambers are arranged at different distances from the light projecting chamber along the measurement window.
請求項10に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記計測窓は、
前記投光室に形成された投光窓と、
前記複数の受光室のそれぞれに形成された複数の単位受光窓と、
を単一平面内に有しており、
各単位受光窓は、当該単位窓から前記投光窓に向かう方向を短軸とする長形に形成されていることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 10,
The measurement window is
A light projection window formed in the light projection chamber;
A plurality of unit light receiving windows formed in each of the plurality of light receiving chambers;
In a single plane,
Each of the unit light receiving windows is formed in an elongated shape having a short axis in a direction from the unit window toward the light projecting window.
請求項1ないし請求項11の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、
前記発光手段は、複数の波長の光を発光し、
前記受光手段は、前記複数の波長の光のそれぞれについて前記異なる経路を通って出射した光を受光し、
前記パラメタ算出手段は、前記複数の波長の光のそれぞれについて得た前記複数の信号に基づいて、前記内部情報パラメタを算出することを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to any one of claims 1 to 11,
The light emitting means emits light of a plurality of wavelengths,
The light receiving means receives light emitted through the different paths for each of the light of the plurality of wavelengths,
The optical internal information measuring device, wherein the parameter calculating means calculates the internal information parameter based on the plurality of signals obtained for each of the light of the plurality of wavelengths.
請求項12に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記受光手段は、受光した光の波長フィルタリングによって前記複数の波長の光の成分を分離することを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 12,
The optical internal information measuring device, wherein the light receiving means separates light components of the plurality of wavelengths by wavelength filtering of received light.
請求項12に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記投光手段は、時分割で複数の波長の光を投光し、
前記受光手段は、受光した光を時分割することにより、前記複数の波長の光を分離することを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 12,
The light projecting means projects light of a plurality of wavelengths in a time division manner,
The optical internal information measuring device, wherein the light receiving means separates light of the plurality of wavelengths by time-sharing received light.
請求項12に記載の光学的内部情報計測装置において、
前記投光手段は、複数の変調周波数で複数の波長の光をそれぞれ変調しつつ投光し、
前記受光手段は、受光した光を前記複数の変調周波数でそれぞれ復調することによって、前記複数の波長の光の成分を分離することを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to claim 12,
The light projecting means projects light while modulating light of a plurality of wavelengths at a plurality of modulation frequencies,
The optical internal information measuring device, wherein the light receiving means separates light components having the plurality of wavelengths by demodulating received light at the plurality of modulation frequencies.
請求項1ないし請求項15の何れかに記載の光学的内部情報計測装置において、
前記対象体は、検査対象となる生体であり、
前記内部情報パラメタは、前記生体内部の生理的または病理的な検査値に対応するパラメタであることを特徴とする光学的内部情報計測装置。
In the optical internal information measuring device according to any one of claims 1 to 15,
The object is a living body to be examined,
The optical internal information measuring apparatus, wherein the internal information parameter is a parameter corresponding to a physiological or pathological examination value inside the living body.
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