CN105873512A - 生物体信息测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不降低测定精度而使装置结构小型化的生物体信息测定装置。通过使用旋转衍射光栅(110)对来自测定对象(10)的反射光进行分光，能够削减分光光学系统的部件个数和所需要空间。另外，通过代替测定对象(10)，而设置反射从测定用探头(106)入射的光并出射到测定用探头(106)的反射构件(140)，能够使用于得到测定信号的光学路径和用于得到参照信号的光学路径共通化，能够削减所需要空间，并且能够提高校准的精度。其结果尤其是不降低测定精度，就能够使分光光学系统和参照信号用光学系统小型化。

Description

生物体信息测定装置
技术领域
本发明涉及一种使用光而非侵害地测定血糖值等生物体信息的生物体信息测定装置。
背景技术
以前，存在向检测体(人体)照射近红外线，分析来自检测体的反射光，由此非侵害地测定血糖值的装置。例如在专利文献1～4中公开了这种装置。
一般，这种装置具备：将来自光源的光引导至测定对象的第一光学系统；引导从测定对象反射的光的第二光学系统；对被第二光学系统引导的反射光进行分光的分光光学系统；接收分光后的光的受光元件；用于得到校准用的参照信号的参照信号用光学系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-87913号公报
专利文献2：日本特开2002-65465号公报
专利文献3：日本特开2007-259967号公报
专利文献4：日本特开2012-191969号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，认为如果使上述那样的生物体信息测定装置小型化而能够携带，则用户随时都能够测定血糖值，因此非常方便。另外，如果进行小型化，则还具有以下的优点，即还能够容易地组装到现有的体组成计等其他健康管理器具中。
但是，在上述那样的现有的生物体信息测定装置中，主要部件的受光元件有时由阵列型传感器构成，在小型化这一点上还不充分。
本发明就是考虑到以上的点而提出的，提供一种生物体信息测定装置，其不降低测定精度就能够使装置结构小型化。
用于解决问题的手段
本发明的生物体信息测定装置的一个形式具备：
光源；
第一光学路径，其将从上述光源照射的光引导至测定对象；
第二光学路径，其引导从上述测定对象反射的反射光；
旋转衍射光栅，其对从上述第二光学路径引导的反射光进行分光；
受光元件，其接收来自上述旋转衍射光栅的分光；
反射构件，其代替上述测定对象而对从上述第一光学路径入射的光进行反射，出射到上述第二光学路径。
发明效果
根据本发明，能够实现一种不降低测定精度就能够使装置结构小型化的生物体信息测定装置。
附图说明
图1是表示实施方式的生物体信息测定装置的整体结构的概要图。
图2是用于说明旋转衍射光栅的衍射动作的图。
图3是表示设置了旋转衍射光栅的MEMS器件的外观结构的平面图。
图4是表示旋转衍射光栅的旋转位置相同而将旋转衍射光栅的位置改变为与反射镜面垂直的方向的情况下通过光电检测器(PD)测定的信号的大小的变化的图。
图5是用于说明锁定放大器检波的图。
图6是用于说明反射构件的移动的图。
图7是表示反射构件的结构例的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式的生物体信息测定装置的整体结构的概要图。生物体信息测定装置100为了非侵害地测定作为测定对象的被检测体10的血糖值作为生物体信息，而向被检测体10照射近红外光，并分析其反射光。
生物体信息测定装置100通过光源101产生近红外线。光源101由LED(发光二极管)、卤素灯、或氙气灯构成。来自光源101的光通过针孔102后，通过会聚透镜103而会聚。会聚的光从光入射体104入射到发光侧光纤105。发光侧光纤105的一端与光入射体104连接，另一方面，发光侧光纤105的另一端与测定用探头106连接。此外，针孔102并不是必需的，也可以没有。
测定用探头106被设置在其前端能够与被检测体10的皮肤的表面接触的位置、或能够在皮肤的极近旁与皮肤相对的位置。经由发光侧光纤105和测定用探头106照射到被检测体10的近红外光侵入被检测体10的体内并反射，返回到测定用探头106。返回到测定用探头106的光经由受光侧光纤107从光出射体108出射。从光出射体108出射的光通过透镜系统109成为准直光后，入射到旋转衍射光栅110。
此外，使用了近红外光进行血糖值等生物体信息的测定原理是公知的，在此省略详细说明。如果简单说明，则是体内的近红外光的吸收强度由于葡萄糖的存在而受到很大影响，因此通过测定其吸收强度，来测定体内的葡萄糖浓度、即血糖值。
旋转衍射光栅110如图中的箭头a所示那样旋转。旋转衍射光栅110的入射面为反射镜面，反射所入射的光。即，旋转衍射光栅110旋转使得向反射镜面的入射角变化。被旋转衍射光栅110反射的光通过狭缝121后，入射到光电检测器(PD)122。通过PD122进行光电变换所得到的受光信号经由模拟数字变换电路(A/D变换)123输出到运算装置130。运算装置130是具有分析程序的个人计算机、智能手机等装置，通过执行分析程序，根据受光信号求出血糖值等生物体信息。
此外，生物体信息测定装置100的光学系统被容纳在外壳124内。在外壳124的与测定用探头106对应的位置，形成有用于使测定用探头106和被检测体10之间的光通过的开口125。此外，开口125并不是必需的，也可以没有。
图2是用于说明旋转衍射光栅110的衍射动作的图。在旋转衍射光栅110位于图2A所示那样的旋转位置时，通过向狭缝121的方向反射入射光的λ1分量，而使λ1分量入射到PD122。另外，在旋转衍射光栅110位于图2B所示那样的旋转位置时，通过向狭缝121的方向反射入射光的λ2分量，而使λ2分量入射到PD122。进而，在位于图2C所示那样的旋转位置时，通过向狭缝121的方向反射入射光的λ3分量，而使λ3分量入射到PD122。这样，旋转衍射光栅110通过使与旋转角度对应的波长的光输入到PD122，而对入射光进行分光。
在本实施方式中，通过使用旋转衍射光栅110进行分光，与使用固定型的衍射光栅的情况相比，能够不使用阵列传感器，而使用由单一的受光面构成的受光元件作为光电检测器(PD)122。其结果是能够使用结构简单的光电检测器122，因此能够与其对应地降低成本。另外，与使用固定型的衍射光栅的情况相比，不需要在衍射光栅和光电检测器122之间分配用于分光的空间，因此能够与其对应地使装置小型化。
在此，对于本实施方式对旋转衍射光栅110，MEMS(Micro ElectroMechanical System：微电机系统)的可动部分为反射镜面，在该反射镜面上形成有衍射光栅。即，旋转衍射光栅110在MEMS反射镜的反射镜面上形成有衍射栅。
图3是表示设置了旋转衍射光栅110的MEMS器件200的外观结构的平面图。MEMS器件200具备由驱动电路、调节器等构成的驱动部201、旋转衍射光栅110、固定框架202、可动框架203、梁部204、205。驱动部201除了具有驱动旋转衍射光栅110的功能以外，还具有固定框架202，而起到作为旋转衍射光栅110的基座的作用。梁部204由2个梁204a、204b构成。该2个梁204a、204b以架设可动框架203的相对的2个缘部和固定框架202的方式被设置。由此，可动框架203成为被梁204a、204b悬挂在固定框架202上的状态。另外，梁部205由2个梁205a、205b构成。该2个梁205a、205b以架设旋转衍射光栅110的相对的2个缘部和可动框架203的方式被设置。由此，旋转衍射光栅110成为被梁205a、205b悬挂在可动框架203上的状态。
通过由驱动部201驱动梁204a、204b，来使衍射光栅110旋转。具体地说，通过驱动部201，梁204a、204b的左右互不相同地向纸面正反方向变化，由此旋转衍射光栅110在预定的角度范围内被旋转驱动。另外，旋转衍射光栅110以1～2[Hz]的转速被旋转驱动。但是，转速并不限于此。只要与运算装置130的运算速度等对应地选定转速即可。作为用于驱动旋转衍射光栅110的驱动方式，可以使用压电方式、静电方式、电磁驱动方式等。
旋转衍射光栅110的表面为反射镜面，进而在反射镜面上形成有衍射光栅111。衍射光栅111形成为与梁204a、204b的旋转轴平行。在本实施方式的情况下，衍射光栅111的间距是0.5～3μm。另外，衍射光栅111的深度是1.5μm以上。由此，旋转衍射光栅110能够通过旋转良好地对近红外线进行分光。在使用近红外线以外的光进行测定的情况下，与该光对应地选择衍射光栅111的间距和/或深度即可。
进而，在本实施方式的情况下，如图4所示，还在反射镜面垂直的方向驱动旋转衍射光栅110。具体地说，通过驱动部201使梁205a、205b同时向相同的纸面正反方向弯曲，由此在与反射镜面垂直的方向驱动旋转衍射光栅110。例如，使其在与反射镜面垂直的方向上，以数10[KHz]进行高频单振动。图4A和图4B是表示旋转衍射光栅110的旋转位置相同而在与反射镜面垂直的方向上改变旋转衍射光栅110的位置的情况下通过PD122测定的信号的大小的变化的图。即使旋转位置相同，如果改变与反射镜面垂直的方向的位置，则通过狭缝121的光量也变化，因此入射到PD122的光量如图4A、图4B所示那样变化。由此，能够使斩波信号与测定信号重叠，进行锁定放大检波，从而能够除去噪声分量。其结果是能够得到S/N提高了的信号，分析精度提高。此外，旋转衍射光栅110也可以通过驱动梁205a、205b而旋转。具体地说，梁205a、205b向相同方向弯曲，由此在预定的角度范围内对旋转衍射光栅110进行旋转驱动。
图5是用于说明锁定放大检波的图。图5A表示没有噪声的理想的分光频谱。在现实的测定信号中，如图5B所示，重叠有各种频率的噪声。图5C表示使旋转衍射光栅110在与反射镜面垂直的方向以频率f0进行高频单振动时的分光频谱。如图5C那样，在测定信号中重叠有频率f0的斩波信号。图5D表示锁定放大检波后的测定信号。能够只取出频率f0的信号作为直流信号(图5C中的A、B)。由此，作为噪声而除去f0以外的频率的信号。
这样，在本实施方式中，通过使旋转衍射光栅110旋转对测定光进行分光，并且通过使旋转衍射光栅110在与反射镜面垂直的方向进行高频单振动，来改善测定信号的S/N。换言之，在旋转方向和与反射镜面垂直的方向上，对旋转衍射光栅110进行2轴驱动。
除了上述结构以外，本实施方式的生物体信息测定装置100具有可动式的反射构件140。反射构件140用于得到校准用的参照信号。如公知那样，校准就是在运算装置130中，从测定信号减去预先取得的参照信号，由此除去包含在测定信号中的因光学路径特性产生的噪声分量。
反射构件140在取得参照信号时，如图6A所示那样，向与测定用探头106的前端相对的位置移动，对从测定用探头106出射的光进行反射后返回到测定用探头106。与此相对，反射构件140在取得测定信号时，如图6B所示那样，从与测定用探头106的前端相对的位置退开。此外，虽然在图6和图1中省略，但为了使反射构件140移动，例如设置VCM、步进电动机等滑动机构即可。
图7是表示反射构件140的结构例的截面图。图7A是用树脂等构成主体141，通过在反射面进行电镀、蒸镀而形成了金属膜142的例子。图7B是用铝、不锈钢等构成主体143，通过在反射面形成梨皮等凹凸而形成了漫反射面144的例子。该漫反射面144具有与皮肤的表面的反射率近似的粗糙度。由此，还能够在参照信号中包含模拟因皮肤的表面造成的噪声。
如果设置本实施方式那样的反射构件140，则能够得到以下这样的效果。
(i)用于得到测定信号的光学路径和用于得到参照信号的光学路径是公用的，因此与分别地设置测定信号的光学路径和用于得到参照信号的光学路径的情况相比，能够使装置结构简单化和小型化。另外，能够得到与测定信号公用的光学路径的参照信号，因此能够提高校准的精度。
(ii)通过将反射构件140的反射面设为与皮肤的表面的反射率近似的漫反射面144(图7B)，在通过校准而从测定信号减去了参照信号时，除了因光学路径造成的噪声以外，还能够除去因皮肤的表面造成的噪声，因此能够提高校准的精度。
(iii)在测定时以外，通过使反射构件140移动到塞住形成在与测定用探头160对应的位置的开口125的位置，能够防止灰尘进入光学系统。即，除了取得参照信号以外，反射构件140还作为塞住开口125的盖子发挥功能。其结果是与设置专用的盖子的情况相比，能够减少部件个数。
如以上说明的那样，根据本实施方式，通过使用旋转衍射光栅110对来自被检测体10的反射光进行分光，能够削减分光光学系统的部件个数和所需要空间。另外，通过代替被检测体10，而设置对从测定用探头106入射的光进行反射后向测定用探头106出射的反射构件140，能够使用于得到测定信号的光学路径和用于得到参照信号的光学路径公用化，能够削减所需要空间，并且能够提高校准的精度。其结果是不降低测定精度，就能够特别地使分光光学系统和参照信号用光学系统小型化。这样，能够不降低测定精度地实现装置结构小型的生物体信息测定装置100。
另外，通过在MEMS反射镜上形成衍射光栅，来实现旋转衍射光栅110，由此例如与在光调幅器那样的调节器上安装衍射光栅来实现旋转衍射光栅110的情况相比，能够实现小型和低成本的旋转衍射光栅110。
在此，能够通过所谓的晶圆工艺容易地制作MEMS反射镜，因此能够以低成本来制作。进而，通过晶圆工艺在MEMS反射镜上直接形成衍射光栅111，由此能够容易地形成衍射光栅111，因此能够抑制成本的增加。另外，在反射镜上直接形成衍射光栅，因此也不需要组装。但是，也可以通过与MEMS反射镜的制造工艺不同的工艺形成衍射光栅111，将其贴在MEMS反射镜上。
此外，在上述实施方式中，说明了使用光纤105、107来构成将从光源101照射的光引导至测定对象的第一光学路径、引导从测定对象反射的反射光的第二光学路径的情况，但本发明并不限于此，也可以不使用光纤105、107而通过空间光学系统来实现。
另外，在上述实施方式中，说明了将本发明的生物体信息测定装置用于血糖值的测定的情况，但本发明的生物体信息测定装置也可以用于测定血糖值以外的生物体信息。例如，如果通过光源101生成波长300～400[μm]频带的紫外线，并将其向被检测体10照射，则能够测定被检测体10的皮肤表面的状态。
上述实施方式只不过表示了实施本发明时的具体化的一个例子，并不是要由此限定地解释本发明的技术范围。即，能够不脱离其主要内容、或其主要特征地以各种形式实施本发明。
在本申请中全部引用包含在2013年12月27日申请的日本特愿2013-272964的日本申请中的说明书、附图、以及摘要的公开内容。
工业上的可利用性
本发明能够应用于非侵害地测定生物体信息的生物体信息测定装置。
附图标记说明
10：被检测体；100：生物体信息测定装置；101：光源；102：针孔；103：会聚透镜；104：光入射体；105：发光侧光纤；106：测定用探头；107：受光侧光纤；108：光出射体；109：透镜系统；110：旋转衍射光栅；121：狭缝；122：光电检测器(PD)；123：模拟数字变换电路(AD变换)；124：外壳；125：开口；130：运算装置；140：反射构件；141、143：主体；142：金属膜；144：漫反射面；200：MEMS器件；201：驱动部；202：固定框架；203：可动框架；204、205：梁部；204a、204b、205a、205b：梁。

Claims (6)

1.一种生物体信息测定装置，其特征在于，具备：
光源；
第一光学路径，其将从上述光源照射的光引导至测定对象；
第二光学路径，其引导从上述测定对象反射的反射光；
旋转衍射光栅，其对从上述第二光学路径引导的反射光进行分光；
受光元件，其接收来自上述旋转衍射光栅的分光；
反射构件，其代替上述测定对象而对从上述第一光学路径入射的光进行反射，出射到上述第二光学路径。
2.根据权利要求1所述的生物体信息测定装置，其特征在于，
上述旋转衍射光栅具备：
MEMS(微电机系统)反射镜；
形成在上述MEMS反射镜的反射镜面上的衍射光栅。
3.根据权利要求2所述的生物体信息测定装置，其特征在于，
上述旋转衍射光栅旋转使得从上述第二光学路径引导的反射光向上述反射镜面的入射角变化，并且在与上述反射镜面垂直的方向振动。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的生物体信息测定装置，其特征在于，
对上述反射构件的反射面进行处理使其与皮肤表面的反射率近似。
5.根据权利要求1～3的任意一项所述的生物体信息测定装置，其特征在于，
在上述第一光学路径和上述第二光学路径之间设置测定用探头，该测定用探头使来自上述第一光学路径的光向上述测定对象的方向出射，并且使从上述测定对象反射的反射光向上述第二光学路径入射，
上述反射构件被设置在对来自上述测定用探头出射的光进行反射而入射到上述测定用探头的位置。
6.根据权利要求1～3的任意一项所述的生物体信息测定装置，其特征在于，
在容纳上述生物体信息测定装置的光学系统的外壳上形成有开口部，该开口部用于向上述测定对象照射来自上述光学系统的光，并且使来自上述测定对象的反射光返回到上述光学系统，
上述反射构件在测定时移动到从上述开口部退开的位置，将上述开口部设为开口状态，在测定时以外，移动到塞住上述开口部的位置。
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