CN103260515A

CN103260515A - 生物体信息获取解析装置

Info

Publication number: CN103260515A
Application number: CN2010800706274A
Authority: CN
Inventors: 河原尊之; 竹村理一郎; 曾根原刚志; 长坂晃朗
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: EP2628446A1; WO2012049753A1; CN103260515B; EP2628446A4; US20130261413A1; JPWO2012049753A1; JP5623540B2

Abstract

为了高精度地求出血糖值，使用对于作为血液所特有的成分的血红蛋白的吸收大的第一波长来确定血管部分的部位，将使用对于葡萄糖的吸收大的第二波长来测定的吸光度的数据分离为血管部分与其以外的部分。

Description

生物体信息获取解析装置

技术领域

本发明涉及一种使用两种波长的光源和光电传感器阵列来非侵入地获取生物体信息并进行其解析的装置。

背景技术

希望简便地掌握每天的健康状态的社会需求变高。其中，血糖值(血液内的葡萄糖浓度)是获知健康状态的标志(barometer)之一，不仅是患有糖尿病的人，很多人都关注。因此，如下推进用于使用近红外分光获知体液中的血统值的开发。这是因为，如果使用近红外分光则能够非侵入地获知这种生物体信息。

根据专利文献1，公开了如下内容：以光点向生物体入射白色光，在光点处收集所通过的光(或汇集多点处的光点)，通过条状的任意波长选择滤波器使该光来成为二维的扩展的光，对其通过二维图像传感器一次获得其强度信息。作为二维图像传感器，示出了InGaAs-CCD受光元件的例子。将通过任意波长选择滤波器后的光通过反射镜分为两个部分来将一方通过InGaAs-CCD受光元件检测为1200nm至1600nm的范围的各波长的光信号的受光水平，另一方通过其它CCD受光元件检测为400nm至1100nm的范围的各波长的光信号的受光水平。是这样使用任意波长选择滤波器和二维图像传感器来立刻解析在光点处得到的生物体信息的装置。

根据专利文献2，公开了如下的一维(或光点)的探测器(prober)：该探测器是以发现肿瘤为目的的装置，使用由葡萄糖吸收的第一波长和由水吸收的第二波长，在各波长下测定来自生物体的出射光。将其在生物体上移动，来确定葡萄糖浓度高的区域和水的浓度高的区域交替出现的部分。

根据专利文献3，描述了如下技术：使用葡萄糖的吸收大的第一波长和水分子、血红蛋白的吸收小的第二波长，使用第二波长下的频谱，对第一波长下的数据的基线(base line)进行校正。

在专利文献4中，公开了如下方法：将葡萄糖分子的OH基、CH基、NH基各自所引起的吸收在对应的三个波长下进行调查，来调查葡萄糖的浓度。

根据专利文献5，公开了如下装置：为了获知血液中的成分，向血管集中于表皮附近的手指关节的弯曲部分的内侧入射光，在葡萄糖的吸收大的第一波长和没有葡萄糖的吸收的第二波长这两个波长下进行穿过血管的部分多的出射光的测定，根据两者之比调查葡萄糖的浓度。并公开了如下内容：检测器是阵列，从第一波长下的输出中选择吸收最大的输出，通过取它与相同部位处的基于第二波长的输出之比，来调查葡萄糖的浓度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-252214号公报

专利文献2：日本特开2007-26784号公报

专利文献3：日本特开2004-257835号公报

专利文献4：日本特开平10-325794号公报

专利文献5：日本特开平11-137538号公报

发明内容

发明要解决的问题

由于血糖值是血液内的葡萄糖的浓度，因此必须测定血液中的葡萄糖浓度。然而，在使用近红外分光进行测定时，葡萄糖的吸收波长区域与水的波长区域重叠，因此无法进行在血管部位集中有目标的近红外分光测定和解析。

用于解决问题的方案

本发明所示的代表性的方案具有：第一光源，照射第一波长的光；第二光源，照射第二波长的光；光电传感器阵列，其检测来自被照射来自第一光源或第二光源的光的生物体的出射光；以及解析装置，对来自光电传感器阵列的数据进行解析，解析装置将来自被照射第一波长的光的生物体的出射光的强度超过规定的阈值的区域确定为血管部位，将基于来自被照射第二波长的光的生物体的出射光的强度的数据，分离为所确定的区域的数据和该区域以外的区域的数据来用于进行解析。

作为生物体，能够应用手指的内侧、手掌、手的指甲、嘴唇等。

为了实现光电传感器阵列，除了使用了InGaAs的光电二极管以外，还通过使用了在Si基板上生长有Ge的SiGe的光电二极管，更廉价地构成光电传感器阵列。

发明效果

能够实现能够高精度地获取血液的生物体信息并能够正确地解析葡萄糖的浓度等的装置。由此，能够非侵入地得到血糖值(血液内的葡萄糖的浓度)。

附图说明

图1(a)是对手指照射波长A的光时的成像，图1(b)是对手指照射波长B的光时的成像。

图2是光电传感器单元的电路图。

图3是光电传感器单元的器件结构例。

图4是光电传感器阵列芯片的框图。

图5是生物体信息获取解析装置的框图。

图6是表示获取生物体信息的流程的图。

图7(a)是表示照射波长A的光时的吸光度的图，图7(b)是表示照射波长B的光时的吸光度的图。

图8(a)是照射波长A的光来获取的数据列，图8(b)是照射波长B的光来获取的数据列，图8(c)是使用波长A的数据列来提取的波长B的数据列。

图9是表示血红蛋白相对于波长的吸光度特性的图。

图10(a)是表示葡萄糖的近红外频谱及其二次微分的图，图10(b)是表示水的近红外频谱及其二次微分的图。

图11是表示光电传感器阵列的另一结构例的图。

图12是图11的光电传感器阵列的器件结构例。

图13是表示光电传感器相对于波长的灵敏度特性的图。

图14(a)是生物体信息获取解析装置的框图，图14(b)是表示其动作例的图。

图15是用于说明血管的粗细与光电传感器单元尺寸的关系的图。

图16是表示物质的吸光度的波长依赖性的图。

图17(a)是生物体信息获取解析装置的框图，图17(b)是其滤波板的俯视图。

图18是具备滤波器的光电传感器阵列的示意图。

图19是表示生物体信息获取解析装置的侧面照射系统的结构的框图。

图20是表示生物体信息获取解析装置的侧面照射系统的结构的框图。

图21(a)是生物体信息获取解析装置的框图，图21(b)、(c)是表示其动作原理的图。

图22是生物体信息获取解析装置的框图。

图23是表示生物体信息获取解析装置的阵列传感器扫描手指的情形的图。

具体实施方式

在本发明中，对生物体照射光(特定波长或白色光)，使透过生物体内部的光成像于光电传感器阵列来非侵入地获取生物体信息。图1(a)中示出对手指照射波长A的光时的成像，图1(b)中示出对手指照射波长B的光时的成像。

矩阵(虚线)示意性地表示光电传感器的单元以二维铺满的光电传感器阵列，矩阵的一个分区分别是光电传感器单元。能够用对矩阵附加的水平方向编号(X地址)和垂直方向编号(Y地址)确定各个单元。当使用810～940nm的波长、例如860nm作为波长A时，如图1(a)所示，在矩阵的右上方出现带阴影的区域101(区域101比其周围暗)。这是位于手指的内侧的静脉的像。波长860nm附近的光被血红蛋白较强地吸收，因此比其周围暗。从各光电传感器单元收集光强度数据(或表示光的吸收强度的数据)。血红蛋白仅存在于血管中，因此在血管部分与其以外的部分之间吸收强度显著不同。因此，通过对光电传感器单元的输出设定适当的阈值，能够明确地区分暗的单元(表示血管部)和亮的单元(表示血管部以外)。

接着，对同一测定部位照射作为波长B的1500～1700nm的范围的光来成像于光电传感器阵列所得到的结果是图1(b)。该波长是被葡萄糖吸收的波长，但是同样地也被水吸收。然而，水在整个体内大致均匀地分布，而葡萄糖主要存在于血管中。因此，利用波长B形成的成像由于葡萄糖的存在而与图1(a)同样地在矩阵的右上方出现带阴影的区域101。但是，区域101与其它区域的对比度与图1(a)相比显著变小。因此，在仅进行图1(b)的测定的情况下，还存在在实际的测定中无法避免的噪声等的影响，难以确定血管的部分。而在本发明中，通过用波长A进行测定，能够用光电传感器阵列的X地址和Y地址确定血管的位置(区域101)。使用通过利用波长A的测定来确定的区域101的地址，能够将用波长B测定的光电传感器单元的数据分离为血管部分的数据和其以外的部分的数据。即，能够仅选出测定部位中的血管部分的数据。

这样能够确定血管部位，从而能够根据该部位中的吸收度的变化得到血管部位中的水与葡萄糖的比例的经时变化。另外，在计算血管部位中的水与葡萄糖的比例时，通过将血管部位以外的吸收度作为基准进行计算来能够提高精度。即，光的吸收度受到生物体的体温的影响，因此即使是相同的血糖值，光的吸收度也会根据当天的体温而成为不同的值。然而，主要起因于水和葡萄糖的血管部位处的吸收度和主要起因于水的血管以外的部位处的吸收度都是在相同的体温下进行测定，因此，通过取血管部位处的数据与血管以外的部位处的数据之差，能够更高精度地求出血液内的葡萄糖的浓度。

此外，在从手指的上侧或侧面照射光并测定来自手指的内侧的出射光的情况下，透过手指的深部的光在体内扩散，不会表现为有意义的信息。只有在接近皮肤表面的浅的部分处透过、扩散的光在光电传感器阵列上被检测为有意义的信息。因此，作为被检测的血管部位，只有位于接近手指皮肤的部分的静脉。由此，通过将来自手指的表面附近的静脉的出射光与来自其以外的部分的出射光的状态进行比较，能够得到与血糖值相关的信息。

图2是构成光电传感器阵列的光电传感器单元的电路图。单元设置在行信号线Vi与列信号线Hj的交叉点处，具有阳极连接在基准(接地)电位的光电二极管PD、以及在光电二极管PD的阴极与列信号线Hj之间具有源极-漏极路径且栅极被行信号线Vi控制的存取晶体管(access transistor)AT。存取晶体管AT没有限定，由MOS晶体管构成。作为最简单的例子，例如，光电二极管PD能够由通过在p型的半导体基板(阳极)中设置n+型的杂质区域(阴极)而形成的反向的pn结二极管构成。在该情况下，在光电二极管PD中，通过所入射的光(光子)而产生具有飞越Si的带隙程度的能量的电子空穴对。将由此产生的电流或蓄积的电压通过控制存取晶体管AT的栅极电压来取出。此外，单元的构造不限于如上所述的简单的构造。能够应用由MOS晶体管的栅极接受n+区域的电位来具有放大作用的各种公知的光电二极管的构造。

如上所述，在本发明中，作为波长B，例如使用如1500～1700nm那样的比较长的波长的红外光。通过这种长波长的光的能量是难以产生具有飞越Si的带隙程度的能量的电子空穴对的。因此，期望由带隙更小的半导体构成光电二极管PD。作为带隙小的半导体，能够应用化合物半导体、例如InGaAs。另一方面，期望能够以低成本制作光电传感器单元来实现以日常的健康关注为目的的非侵入方式的血糖值的掌握。图3示意性地示出适于低成本化的光电传感器单元的器件截面。是在Si基板上形成有氧化膜BOX并在其上进一步生长有Si的所谓的SOI构造。在此，在光电二极管PD的部分(虚线框内)，在Sin⁺层上依次堆积有未掺杂的Gei层和掺杂成p型的Gep⁺层，虽未图示，但Gep⁺层被接地。另外，在光电二极管PD的Sin⁺层与列信号线Hi之间的沟道层上隔着栅极绝缘膜形成有栅极GT(相当于行信号线Vi)，形成存取晶体管AT。根据该构造，利用如1500～1700nm那样的比较长的波长的光的能量也能够产生电子空穴对，能够以低成本进行光的检测。并且，在光电二极管PD的开口部的上层嵌入有聚光透镜LS。这能够利用SiO₂的构造针对每个光电传感器制作。由此，能够使来自比光电二极管PD的开口部大的面积的光会聚。另外，在该例子中，在其上，将滤色器CF配置在其上部。即使在仅通过光源无法得到期望的波长的光的情况下，也能够通过使用滤色器CF取出所需的波长的光下的数据。并且，作为滤色器CF，也可以搭载按每个光电传感器单元使不同的波长通过的滤色器。由此，通过一次测定能够得到多个波长下的数据。由此，在想要测定的作为目标的物质的吸光度的频率依赖性独特的情况下，能够得到能够计算高精度的浓度的数据。

图4是表示本发明的光电传感器阵列芯片CP的结构的实施例。在芯片CP上配置有以二维扩展的光电传感器阵列、用于对其选择性地进行控制的水平方向扫描电路401、垂直方向扫描电路402、对来自光电传感器阵列的信号进行放大的放大电路AMP、输出缓冲器DOB以及它们的控制电路403。在此以启动控制信号CE为代表来示出启动并控制芯片CP的信号。Do是输出端子(有多个的情况多)。光电传感器单元PSC如图2中说明的那样由光电二极管PD(在此以布局图示出)和存取晶体管AT构成。仅对4个角部的元件附加了标记，但是光电二极管PD11～PD54、存取晶体管AT11～AT54以二维的阵列状扩展，将其各个部位的光的强度转换为电信号。

存取晶体管AT11～AT54的栅极连接至行信号线V1～V4，通过垂直方向扫描电路402对其进行控制。由此，通过选择行信号线V1～V4内的期望的信号线，存取晶体管AT导通。由此，由光电二极管PD检测出的信号输出到列信号线H1～H5。列信号线H1～H5选择性地连接至放大电路AMP的输入线和列方向选择晶体管M1～M5。控制该选择性的连接的是水平方向扫描电路401。当通过水平方向扫描电路401例如选择了选择晶体管M1时，列信号线H1的信号送至放大电路AMP，放大后的信号经由输出缓冲器DOB输出到芯片的输出Do。

图5中示出与光电传感器阵列芯片CP连接的装置。芯片CP与图4相同，具有光电传感器阵列501和外围电路502(指图4的传感器阵列以外的电路部分)。控制装置503根据以启动控制信号CE为代表的控制信号进行光电传感器阵列芯片CP的启动、数据的扫描、向输出端子Do的数据的输出等。此外，虽然未图示，但是控制装置503还进行向生物体照射的光源的控制。另外，数据保存/解析装置504进行来自光电传感器阵列芯片CP的数据的保存、解析。装置504也被来自控制装置的控制信号XC所控制，如图1中进行的相关说明那样，存储利用两个波长测定的数据，在利用第一波长确定的光电传感器阵列上的包含有意义的信息的部位处取出第二波长下的测定数据，或者通过与预先准备的数据的比较来确定葡萄糖的浓度。作为一例，将直接提取血液来测定血液中的葡萄糖的浓度所得到的数据与同时测定的光电传感器的数据的相关作为表预先存储在数据保存/解析装置504中。通过根据由光电传感器阵列芯片CP测定的数据参照该相关数据来计算葡萄糖的浓度。还存在将控制装置503与数据保存/解析装置504作为专用装置准备的情况，也可以使计算机(PC)进行其一部分。例如，数据保存/解析装置504其整体能够由PC以及安装在其上的软件来实现。在该情况下，控制信号等的交换例如能够经由USB端子来进行。

图6中示出用于得到来自相当于血管的部分的区域的出射光的数据的流程。是用于在第一波长A下确定的光电传感器阵列上的包含有意义的信息的部位处取出第二波长B下的测定数据的过程。

首先，使用波长A通过光电传感器阵列测定来自生物体内的出射光的强度IA。将从X地址为i、Y地址为j的光电传感器单元PSCij输出的光的强度数据记为IAij。关于构成光电传感器阵列的所有光电传感器单元获取强度数据IAij(S601)。接着，将强度数据IAij与预先确定的阈值IAt的大小关系进行比较。能够得到输出了具有大于阈值IAt的值的IAij的光电传感器单元的集合。将这种光电传感器单元的集合设为PSCA，以地址(i、j)确定(S602)。接着，在波长B下进行测定，获取此时的强度数据IBij(S603)。最后，取出属于PSCA的光电传感器单元的IBij(S604)。作为波长A，使用对于作为血液所特有的成分的血红蛋白的吸收大的波长，作为波长B，使用对于葡萄糖的吸收大的波长，从而能够得到仅包含来自血管部分的葡萄糖的强度数据的数据。

图7示意性地示出按每个部位表现的吸光度，横轴均表示沿某一方向的部位，纵轴表示吸光度的大小。图7(a)是利用波长A得到的像的示意图。波长A是对于作为血液所特有的成分的血红蛋白的吸收大的波长，因此在血管部位与非血管部位的部位之间吸光度的差异表现显著(波形701)。因此，容易确定吸光度大的部位。因而，使用预先确定的阈值IAt，能够判断为取大于该值的值的部位即从X1到X2中存在血管。另一方面，图7(b)是利用波长B得到的像的示意图。波长B是对于葡萄糖的吸收大的波长，同时是对于水的吸收也大的波长。并且，水在体内所到达的部分大致均匀地存在，因此当以葡萄糖的检测为目的时，水的存在可以说表现为大的背景噪声。因此，在本发明中，通过利用波长A的测定能够获知从X1到X2的部分是血管，因此能够将利用波长B得到的像(波形702)分离为血管部位(X1～X2)与其它部位(～X1和X2～)。这有助于通过利用波长B的测定更精密地取出生物体信息。如上所述，通过观察血管部位与其以外的部位之差的每天的变动，能够排除血管部位与其以外之间共同的、例如当天的体温的影响等。另外，通过分别分离出只有血管的部分与只有其以外的部位来观察每天的变动，容易捕捉其微小的变化。

图8是用地址空间表示光电传感器阵列的数据的例子。图8(a)中示出利用波长A得到的数据。确定具有大于预先确定的阈值IAt的数据的地址区域。即，在图8(a)中是带阴影的1F000001～1F001101(地址区域801)、1F010011～1F010100(地址区域802)、1F100011～1F101111(地址区域803)、1F110010～1F111100(地址区域804)的部分。在此，利用波长A得到的光电传感器阵列上的像和利用波长B得到的光电传感器阵列上的像都在同一地址空间中发生变形。因而，虽然图8(b)是利用波长B得到的数据，但确定并提取关于利用波长A得到的数据所确定的地址区域的利用波长B得到的数据(图8(c))。这样，通过将利用波长A得到的数据和利用波长B得到的数据都在共同的地址空间中进行表示，多个测定结果与测定部位的相关联变得容易。

如到此为止所说明的那样，作为波长A，使用对于作为血液所特有的成分的血红蛋白的吸收大的波长。图9是将血红蛋白的吸光度以波长的函数表示的图(生体医工学第43巻（2005）小澤利行他著、“近赤外分光画像計測法による血中ヘモグロビン濃度の無侵襲測定”)。Hb是表示未与氧结合的血红蛋白的数据的波形，HbO₂是表示与氧结合的血红蛋白的数据的波形。作为波长A，使用水的吸光度比较低而血红蛋白的吸光度比较高的800nm至900nm的波长，以容易进行血管部位的鉴定。

另一方面，作为波长B，使用对于葡萄糖的吸收大的波长。然而，该波长域是水的吸收也大的区域。图10是表示在尾崎幸洋、河田聪编著、“近红外分光法”、学会出版中心的第193页和第211页所记载的葡萄糖的吸光度(图10(a)的波形1001)与水的吸光度(图10(b)的波形1002)的图。从这些图可知，1600nm附近是水的吸收比较小且葡萄糖的吸收大的区域。使用该区域的波长来测定葡萄糖的吸收。并且，当关注于波长比1600nm稍短的区域中的葡萄糖与水各自的吸光度的波长依赖性时，例如在1500nm～1600nm的波长带中，水随着波长变长而其吸光度大幅减少，而葡萄糖在该波长带中吸光度形成平缓的峰。因此，如果在该波长带中选择3个点左右的波长并分别测定吸光度，则能够根据其吸光度的变化的差获取排除了水引起的吸收的影响的葡萄糖引起的吸收的数据。

图11是具备针对第一波长和第二波长分别专用的光电二极管的光电传感器阵列的另一结构例。例如，用光电二极管PDA进行，用光电二极管PDB检测第二波长。至少针对第一波长，光电二极管PDA的灵敏度高于光电二极管PDB，另一方面，针对第二波长，光电二极管PDB的灵敏度高于光电二极管PDA。在各波长下，光电二极管PDA与光电二极管PDB的灵敏度之差越大越理想。在此，仅图示了阵列部分，但是由如图4那样的外围电路进行控制。波长A的光使光电二极管PDA产生电子空穴对，针对它，通过行信号线Vi控制存取晶体管来将其信号取出至列信号线H1。另外，波长B的光使光电二极管PDB产生电子空穴对，针对它，通过行信号线Vi控制存取晶体管来将其信号取出至列信号线H2。根据该光电传感器阵列，由于具备各波长用的光电二极管，因此能够对各波长进行高灵敏度的测定。另外，能够在这样接近的部位得到两个波长下的数据。因此，如果两种光电二极管PDA和PDB的面积相对于测定区域足够小，则能够将附近的二极管合起来视为一个部位的信息。因此，通过利用波长A得到的数据指定数据的检查区域，能够确定针对该区域的利用波长B得到的数据。此外，在图11的例子中，沿列方向配置了同一波长用的光电二极管，但是也能够沿行方向配置同一波长用的光电二极管。

图12是表示光电二极管PDA和光电二极管PDB的结构例的图。在光电二极管PDB中，在p型Si层上生长p型Ge层，而在光电二极管PDA中，(与光电二极管PDB的p型Si层同时形成的)p型Si层上未生长Ge层。由此，在光电二极管PDA中利用Si中的由光引起的电子空穴对的生成，但是在光电二极管PDB中利用Ge中的由光引起的电子空穴对的生成。Si的带隙大于Ge。因此，与Ge的光电二极管相比，在Si的光电二极管中在波长短的光下发生反应。将该相对于波长的电子空穴对生成的大小作为灵敏度来在图13中示出(神保孝志著「光エレクトロニクス」1997オーム社)。Si针对约500～1000nm的光的灵敏度高，Ge针对到约1550nm为止的光的灵敏度高。因此，在光电二极管PDA中，能够高灵敏度地检测图9中示出的血红蛋白引起的光的吸收，在光电二极管PDB中，能够高灵敏度地检测图10中示出的葡萄糖引起的光的吸收。此外，虽然在图中未示出，但是也可以混合其它材料来制作光电二极管PDB。

图14(a)是示出实现本发明的装置与作为人体的一部分的手指的关系的示意图。在手指的上部存在两个光源。光源1401A发出波长A的光，光源1401B发出波长B的光。示出了通过它照射的手指1402的截面。在手指1402之下存在透镜1404，在得到透镜1404的成像的位置处放置光电传感器阵列1405。根据来自控制装置1406的控制信号LA、LB控制光源1401A和光源1401B。与图5的控制装置同样地，控制装置1406还控制光电传感器阵列1405、数据保存/控制装置1407。从光源1401向手指1402照射的光在手指内多次发生散射而扩展。向外部射出的是通过了手指的比较表面的光。这是因为，与散射比较少的情况相应地，光的衰减抑制为小。因而，手指的表面附近的静脉1403的像成像于光电传感器阵列1405。图14(b)中示出图14(a)的装置的动作例。从控制装置1406如图所示那样交替地输出使光源1401A点亮的信号LA和使光源1401B点亮的信号LB。从光源1401A射出光时，不从光源1401B射出光。在该状态下，控制装置1406在从各光源射出光时使用信号CE激活光电传感器阵列1405。从光电传感器阵列1405以电信号向Do输出像的光强度。在光源1401A发光时得到基于波长A的数据1408A，在光源1401B发光时得到基于波长B的数据1408B。数据1408被送至数据保存/解析装置1407并被记录，并且通过解析能够得到葡萄糖的浓度。

此外，在从两个光源交替地射出光时，不需要在每次发光时从光电传感器阵列的二维阵列的所有单元得到数据。例如，也可以在地址空间或实际空间中进行10分割，在每次发光中得到十分之一的数据。另外，也可以通过一次的一系列测定仅一次得到全部空间的数据，也可以得到多次数据并使用它来进行更精密的解析。

图15是说明光电传感器阵列的单元的大小与血管的粗细的关系的图。在该图中，将光电传感器阵列表述为单元尺寸CSZ的矩阵1501，示出了血管1502成像于其上的情形。将血管的粗细设为L。期望光电传感器阵列的单元是相对于手指的宽度至少包括10个以上的大小(CSZ<L/10)。其原因如下。根据利用波长A得到的数据将具有阈值以上的强度的区域确定为血管部位，但是不使用其边界的两侧1～2个单元的信息的情况多。另外，一个光电传感器单元的强度的分辨率是8位左右。另一方面，葡萄糖的变化相对于基于其要检测的浓度变化引起的吸光度的变化只不过是0.1%。因此，最低也需要10位的分辨率(1/2¹⁰)。通过用来自多个单元的数据进行插补，能够得到10位的分辨率。另外，关于测定中使用的血管的粗细，也期望确定0.3mm以上的血管并使用基于它的信息。这是因为，0.3mm以上的血管以形状、深度等稳定的状态存在，因此测定的状态每天大致相同，能够得到想要测定的葡萄糖的更正确的数据。

说明用于提高测定精度的变形例。图16中示出了物质(例如水)的吸光度的波长依赖性。在该例子中，在波长ht下表现最大的吸光度，吸光度从该处向hp的波长急剧减少。例如，如图10(b)所示，在水的情况下，1500nm～1600nm的波长带相当于这种部分。因此，如果在作为这两个波长之间的波长的ha、hb、hc下分别测定吸光度，则能够明确地确认依赖性。特别是，在混合有不依赖于该区域的波长的、或者具有不同趋势的依赖性的物质(例如葡萄糖)的情况下，能够利用吸光度的波长依赖性分离来求出该物质的浓度。波长ha、hb、hc的光能够通过准备选择性地通过该波长的滤波器或使用可变波长激光器来实现。此外，由于根据已知的水和葡萄糖各自的依赖性和所测定的水和葡萄糖的混合物的依赖性估计水和葡萄糖的量，因此作为数据，至少需要3点的波长，测定的波长不限定于三个。另外，在使用滤波器的情况下取出光源1401B的一部分波长带，但是即使在使用可变波长激光器的情况下，该波长ha、hb、hc只要从以作为波长B所允许的范围为中心的波长带选择即可。

图17(a)中示出了使用这种滤波器的装置结构。对具有与图14相同的功能的模块附加有相同的标记。光源1401A是用于确定测定部位的范围的光源，光源1401B是用于测定目标物质的吸光度的光源，因此在光源1401B的前方安装滤波板1701。在此，光源1401B是发出单色光的光源，但是其射出的波长有扩大部分。以使在该扩大部分中以ha、hb、hc为中心的波长带不相互重叠的方式进行选择，由此能够得到正好如图16所示那样的波长的光。滤波板1701是如图17(b)所示那样在圆板上安装透过波长分别不同的三个滤波器(滤波器1704A、滤波器1704B、滤波器1704C)而成的。它如图17(a)所示那样配置成能够通过马达1702进行旋转。马达1702的控制是由控制装置1703使用信号XM来进行的。除此之外与图14中的说明相同。使用了该装置的测定也与图6所示的流程相同。图6的步骤S603、S604中，利用波长B进行测定，而利用图16的波长ha、hb、hc进行三次测定，基于这一点发生变化。即，在光源1401B点亮时，使滤波板1701旋转来首先将通过了滤波器1704A的光(波长=ha)照射到手指1402。将在该状态下得到的数据设为IBFAij。进一步使滤波板1701旋转来接着将通过了滤波器1704B的光(波长=hb)照射到手指1402。将在该状态下得到的数据设为IBFBij。进一步使滤波板1701旋转来将通过了滤波器1704C的光(波长=hc)照射到手指1402。将在该状态下得到的数据设为IBFCij。只要取出其中属于已知的光电传感器单元集合PSCA的数据即可。由此，能够得到特定部位中的接近的三个波长下的数据。

此外，在实际的测定中，也可以使根据控制信号XM控制的滤波板的转速足够快，并且在该速度下的有限的时间内照射时使光电传感器阵列动作来获取数据。

图18是用于获取接近的三个波长的数据的另一结构例。在该例子中，在光电传感器单元中设置滤波器，构成为只有特定波长带的光被光电传感器单元检测到。在图例中，无滤波器的单元1801X用于波长A，设置了滤波器A的单元1801A用于波长ha，设置了滤波器B的单元1801B用于波长hb，设置了滤波器C的单元1801C用于波长hc，配置有这四个滤波器的单元的组在上下左右重复。在光电传感器单元的受光区域的大小比要测定的血管的大小足够小的情况下，能够使用这种结构。一般情况下，元件的精细化得到进展，但是人的血管的大小平均来说一定，因此能够一次获取接近的三个波长的数据。以波长A用的单元1801X来代表用虚线包围的单元组1801的部位，四个单元视为相同位置即可。

图19是从光源向手指照射光的方法的变形例。在该例子中，手指不被光源与光电传感器阵列夹住，因此能够降低使用者的心理上的障碍。两个光源1401隔着遮光板1901放置在装置的下部等。来自光源的光经由两条光纤1902从手指1402的两侧照射。手指的下部从遮光板1901A与遮光板1901B之间露出，此处通过手指内部而漏出的光通过透镜1404成像于光电传感器阵列1405上。光纤1902使用一维排列的光纤或更多的光纤捆成一束而成的光纤，从手指的两侧照射光。该光纤的光路也可以由镜或棱镜构成。另外，也可以如图20那样在手指1402的两侧直接配置光源。将遮光板2001配置成来自光源的光不漏到透镜1404。根据该例子，能够通过更简便的结构从手指的侧面进行照射。此外，在本图中，光源1401A和光源1401B在两侧各配置有一个，但也可以将在沿着手指的方向上将光源1401A和光源1401B交替地配置而成的光源配置在手指的两侧。

图21(a)是装置的又一变形例，是使用廉价的Si光电传感器阵列2101的结构例。与到此为止的实施例的差异在于使用光源2102，该光源2102照射Si光电传感器阵列。光源2102被来自控制装置2103的控制信号LC所控制，与光源1401B的点亮同步地点亮。来自光源2102的光2105波长的波长被设定成其等价的能量和与来自光源1401B的光的成像光2104的波长等价的能量之和大于Si的带隙即1.2eV。根据该结构，即使使用廉价的Si光电传感器阵列2102，也能够检测如1600nm的波长那样的测定葡萄糖的吸光度所需的波长的光。使用图21(b)、(c)说明该光源2102的作用。如图21(b)所示，Si中存在价带和导带，在两者之间存在被称为带隙的能量差Eg。来自光源1401B的光通过手指，通过透镜成像于Si光电传感器阵列面。但是，即使入射成像光2104，通过源自原来的光源1401B的该成像光所具有的激发价带的电子的能量无法超过Si的带隙。因此，不产生电子空穴对，没有电流流过。这意味着无法检测成像光2104。图21(a)的装置从光源2102照射提供该不足的能量的长波长的光2105。在该情况下，原来的成像光2104与来自该光源2102的光2105合在一起，引起超过Si的带隙的现象(图21(c))。利用该现象，即使使用廉价的Si光电传感器阵列，也能够测定如波长1600nm那样的葡萄糖的吸光度。

图22(a)是本发明的生物体信息收集装置的另一结构例，使用一维光电传感器阵列。通过多个一维光电传感器阵列同时扫描生物体组织的某一面积，由此等效地获取二维数据。照射多个波长带的光，在第一波长下确定血管部位，对该区域中的第二波长下的数据进行解析。

光源1401A发出波长A的光，光源1401B发出波长B的光。示出了由此照射的手指的截面，但是在本装置中，以沿x方向伸展手指的状态放置。在本图中，在框体2201的上部示意性地示出手指的纵(指点)方向上的截面。光源1401A和光源1401B的光在手指1402中散射，主要保持接近框体2201侧的部分的皮肤的吸收信息(包括图中示出的静脉1403)地出射的光从狭缝SL进入框体2201内。

框体2201能够沿x方向进行移动，在框体2201的内部，至少以透镜为代表的光学系统2202、将光分为两个方向的半反射镜HM、第一一维阵列传感器2203和第二一维阵列传感器2204配置在由该半反射镜HM形成的两个光路的前方。第一一维阵列传感器2203是由能够检测例如860nm附近的光的Si光电二极管构成的一维阵列传感器。例如，50μm间隔的Si光电二极管以一列排列有1024个。图22(b)是从上方观察阵列传感器2203的示意图。图22(b)的坐标轴2211用于表示与图22(a)的坐标轴2210的对应关系。在支撑基板/封装PKA上配置有一维阵列传感器SAA。另一方面，第二一维阵列传感器2204是由能够检测例如1600nm附近的光的使用InGaAs的光电二极管构成的一维阵列传感器。例如，50μm间隔的InGaAs光电二极管以一列排列有1024个。图22(c)是从上方观察阵列传感器2204的示意图。图22(c)的坐标轴2212用于表示与图22(a)的坐标轴2210的对应关系。在支撑基板/封装PKB上配置有一维阵列传感器SAB。

框体2201能够通过机械构件沿x方向进行移动。该控制是根据来自控制装置2205的信号PM进行的。控制装置2205通过信号LA控制光源1401A，通过信号LB控制光源1401B，通过信号CE控制一维阵列传感器2203和一维阵列传感器2204，另外，通过XC控制数据保存/解析装置。一维阵列传感器2203和一维阵列传感器2204的数据作为Do被送至数据保存/解析装置1407。由此，能够根据控制信号PM，一边以狭缝SL的孔的大小单位来移动框体2201，一边在该部位处通过一维阵列传感器2203和一维阵列传感器2204获取基于光源1401A和光源1401B的数据。

使用图23说明一个一维阵列传感器。图23是表示通过一维阵列传感器扫描手指1402的情形的图。坐标轴2301用于表示与图22(a)的坐标轴2210的对应关系。是从手掌侧观察手指的示意图，从指甲的背侧向手的手掌示出两个关节左右。另外，在从指尖起第二个关节附近示出了用肉眼也能够透视来容易确认的静脉的部分。该血管的图案因人而异，还应用于个人认证。在与手指所放置的方向正交的方向(y方向)上，小的光电二极管以一维排列。通过进行将其在x方向上稍微移动来获取使用图22的光源的散射光的数据、再稍微移动来同样地获取数据这样的扫描，等效地获取二维的数据。设一次扫描的大小(框体2201的移动的大小)为狭缝SL的大小。

在图22的装置中，通过半反射镜HM利用一维阵列传感器2203和一维阵列传感器2204逐渐获取数据。例如，在一次扫描中使光源1401A与光源1401B交替地点亮和熄灭，通过阵列传感器2203取入光源1401A的光透过手指的光，通过阵列传感器2204取入光源1401B的光透过手指的光。与该期望的面积相应的数据的获取在几秒内结束。使用者只要将手指置于包括框体2201的装置上，并接通该装置的扫描启动开关即可。即使接通扫描启动开关，扫描并不需要仅一次，也能够进行多次扫描以提高测定精度。

以上，包括多个实施例、变形例来说明了本发明。这些实施例、变形例只要不相互矛盾，就能够组合来应用，这是不言而喻的。

附图标记说明

PD：光电二极管；AT：存取晶体管；BOX：嵌入氧化膜；Gei：非掺杂锗层；Gep+：p型掺杂锗层；Si：硅基板；n+：n型半导体区域；AMP：放大电路；DOB：输出缓冲器；CE：芯片控制信号；Do：芯片输出；XC：数据保存/解析装置控制信号；Hb：血红蛋白；HbO₂：氧合血红蛋白；LA：光源A控制信号；LB：光源B控制信号；LC：光源C控制信号；ht、hp、ha、hb、hc：波长。

Claims

1.一种生物体信息获取解析装置，具有：

第一光源，照射第一波长的光；

第二光源，照射第二波长的光；

光电传感器阵列，检测来自被照射来自上述第一光源或上述第二光源的光的生物体的出射光；以及

解析装置，对来自上述光电传感器阵列的数据进行解析，

上述解析装置将来自被照射上述第一波长的光的生物体的出射光的强度超过规定的阈值的区域确定为血管部位，将基于来自被照射上述第二波长的光的生物体的出射光的强度的数据，分离为上述所确定的区域的数据和该区域以外的区域的数据来用于进行解析。

2.根据权利要求1所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

上述第一波长是从810nm到940nm之间的波长，上述第二波长是从1500nm到1700nm之间的波长。

3.根据权利要求1所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

上述第一波长和上述第二波长的光是近红外线，

上述第一波长处于对于血红蛋白的吸收相对大的波长带，上述第二波长处于对于葡萄糖的吸收相对大的波长带。

4.根据权利要求1所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

来自被照射上述第二波长的光的生物体的出射光的强度至少依赖于第一物质和第二物质的量，

上述装置具有从以作为上述第二波长而允许的范围为中心的波长带中照射多个波长的光的机构，

上述解析装置根据来自被照射多个波长的光的生物体的出射光的强度数据，求出出射光的强度与所照射的波长之间的依赖性，基于上述依赖性分离包含在血管部位中的第一物质和第二物质。

5.根据权利要求4所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

作为上述机构，具有从上述第二光源使规定的波长带的光通过的多个滤波器。

6.根据权利要求1所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

在上述光电传感器阵列中，光电传感器单元被配置成二维矩阵状，

上述光电传感器单元包括具有第一光电二极管的第一光电传感器单元和具有第二光电二极管的第二光电传感器单元，

上述第一光电传感器单元和上述第二光电传感器单元在上述光电传感器阵列中相邻地配置，

针对上述第一波长，上述第一光电二极管的灵敏度高于上述第二光电二极管的灵敏度，

针对上述第二波长，上述第二光电二极管的灵敏度高于上述第二光电二极管的灵敏度。

7.根据权利要求6所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

上述第一光电二极管利用在Si中由光生成电子空穴对的情况，上述第二光电二极管利用在Ge中由光生成电子空穴对的情况。

8.根据权利要求1所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

具有从上述生物体的侧面照射上述光源的光的机构。

9.根据权利要求1所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

还具有照射第三波长的光的第三光源，

上述光电传感器阵列由具有利用在Si中由光生成电子空穴对的情况的光电二极管的光电传感器单元构成，

上述第三光源与上述第二光源同步地发光。

10.根据权利要求1所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

上述光电传感器阵列具有光电传感器单元被配置成一维的第一光电传感器阵列和第二光电传感器阵列，

上述第一光电传感器阵列包括具有第一光电二极管的第一光电传感器单元，

上述第二光电传感器阵列包括具有第二光电二极管的第二光电传感器单元，

针对上述第二波长，上述第二光电二极管的灵敏度高于上述第二光电二极管的灵敏度，

使上述第一光电传感器阵列和第二光电传感器阵列对生物体的规定范围进行扫描。

11.根据权利要求10所述的生物体信息获取解析装置，其特征在于，

具有半反射镜，

通过上述半反射镜，使上述第一光电传感器阵列接收上述第一波长的光，使上述第二光电传感器阵列接收上述第二波长的光。