CN109199401A - 检测装置及生物体信息测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制生物体被光照射的范围内的光的强度的不同(照射不均匀)的检测装置以及生物体信息测量装置。检测装置具备：发光部，其对生物体照射光；受光部，其生成与从所述发光部照射并穿过了生物体内的所述光的受光能级相对应的检测信号；以及对置面，其与所述生物体对置，所述发光部包括射出光的光源部和从所述光源部射出的所述光所穿过的透镜，所述光源部的光轴相对于所述对置面倾斜，所述对置面与所述透镜的光轴所成的角度小于所述对置面与所述光源部的光轴所成的角度。

Description

检测装置及生物体信息测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量被检测者的生物体信息的技术。
背景技术
一直以来提出有一种用于测量被检测者的生物体信息的技术。例如在专利文献1中公开了一种非侵入性地测量生物体中的成分浓度的结构。具体而言，在专利文献1的技术中，将近红外线朝向生物体表面照射并对来自生物体内部的反射光进行受光，且根据从受光成分得到的生物体信号来测量生物体中的成分浓度。
专利文献1：日本特开2005－334281号公报
发明内容
为了高精度地测量生物体中的成分浓度，优选为对生物体表面均匀地照射近红外线。考虑以上的情况，本发明的目的在于抑制生物体上被照射光的范围内的光的强度的不同(照射不均匀)。
为了解决上述的课题，本发明的第一实施方式所涉及的检测装置具备：发光部，其对生物体照射光；受光部，其生成与从发光部照射并穿过了生物体内的光的受光能级相对应的检测信号；以及对置面，其与生物体对置，发光部包括射出光的光源部和从光源部射出的光所穿过的透镜，光源部的光轴相对于对置面倾斜，对置面与透镜的光轴所成的角度小于对置面与光源部的光轴所成的角度。根据以上的结构，由于光源部的光轴相对于对置面倾斜，因此容易得到来自生物体内部的漫反射光。此外，由于对置面与透镜的光轴所成的角度小于对置面和光源部的光轴所成的角度，因此能够抑制生物体被光照射的范围内的光的强度的不同(照射不均匀)。
本发明的第二实施方式所涉及的检测装置具备：多个发光部，其对生物体照射光；受光部，其生成与从发光部照射并穿过了生物体内的光的受光能级相对应的检测信号；对置面，其与生物体对置；以及受光路径，其从对置面朝向受光部而被形成，多个发光部的每一个包括射出光的光源部和从光源部射出的光所穿过的透镜，且位于围绕受光路径的中心轴的圆周上，在多个发光部的每一个中，光源部的光轴相对于对置面倾斜，对置面与透镜的光轴所成的角度小于对置面与光源部的光轴所成的角度。根据以上的结构，由于光源部的光轴相对于对置面倾斜，因此容易得到来自生物体内部的漫反射光。此外，由于对置面与透镜的光轴所成的角度小于对置面与光源部的光轴所成的角度，因此能够抑制生物体被光照射的范围内的光的强度的不同(照射不均匀)。
在本发明优选的方式中，透镜的光轴与光源部的光轴所成的角度为5度以上且15度以下。通过透镜的光轴与光源部的光轴所成的角度为5度以上且15度以下的结构，能够使抑制生物体被光照射的范围内的光的强度的不同(照射不均匀)的效果更加显著。
本发明的生物体信息测量装置具备：上述的方式的检测装置；以及确定部，其根据检测装置所生成的检测信号来确定生物体信息。上述的方式的检测装置容易得到来自生物体内部的漫反射光，且能够对测量部位照射均匀的光。因此，根据本发明的生物体信息测量装置，能够高精度地确定生物体信息。
附图说明
图1为本发明的实施方式所涉及的生物体信息测量装置的结构图。
图2为检测装置的俯视图。
图3为图2中的III-III线的剖视图。
图4为光源部及透镜的位置关系的说明图。
图5为表示照射范围中的x方向上的光的强度分布的坐标图。
图6为表示照射范围中的y方向上的光的强度分布的坐标图。
图7为表示y方向上的光的强度的散布度与透镜的光轴及光源部的光轴所成的角度之间的关系的坐标图。
具体实施方式
图1为本发明的实施方式所涉及的生物体信息测量装置1的结构图。生物体信息测量装置1为非侵入性地测量被检测者的生物体信息的测量设备。在本实施方式中，例示了将利用者的血糖值(葡萄糖浓度)作为生物体信息。
本实施方式的生物体信息测量装置1具备检测装置20、确定部40和显示部60。检测装置20为生成与利用者的身体上的成为测量对象的部位(以下称之为“测量部位”)M的状态相对应的检测信号的光学传感器模块。在测量部位M(例如手腕)的表面佩戴有生物体信息测量装置1。
图2为检测装置20的俯视图,图3为图2中的III－III线的剖视图。如图2及图3所示例的那样，本实施方式的检测装置20具备壳体21、多个(4个)发光部23、受光部25以及保护部27。壳体21为中空的结构体，并容纳发光部23、受光部25和保护部27。具体而言，壳体21具备与测量部位M的表面对置的面(以下称之为“对置面”)F、受光路径11以及照射路径13。对置面F在对血糖值进行测量时与测量部位M的表面接触。受光路径11为从对置面F朝向受光部25而被形成的剖面为圆形的空间。受光路径11的中心轴CP相对于对置面F垂直。受光部25位于受光路径11中与对置面F相反的一侧的端部上。照射路径13为从发光部23被射出的光所穿过的剖面为圆形的空间，并且被形成为从受光路径11分岔并朝向各发光部23。照射路径13的中心轴CE相对于受光路径11的中心轴CP倾斜。受光路径11的中心轴CP与对置面F的垂线一致。在对置面F上以覆盖受光路径11的方式设置有透光性的保护部27(例如玻璃板)。另外，实际上也能够假设受光路径11的中心轴CP与对置面F的垂线不一致的情况。
图3的各发光部23向测量部位M(生物体)照射光。在本实施方式中，多个发光部23同时对测量部位M照射光。多个发光部23的每一个都具备光源部31、反射器33和透镜35。光源部31射出光。例如能够利用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)或卤素灯等发光元件作为光源部31。本实施方式的光源部31射出包含近红外线(约800nm～1300nm)的光。如图2所例示的那样，4个发光部23的每一个都位于围绕受光路径11的中心轴CP的圆周S上。
图3的反射器33为筒状的结构体。在反射器33的一个端部上设置有光源部31，并且透镜35位于另一个端部侧。从光源部31射出的光通过在反射器33的内表面上反射而被引导至透镜35。
透镜35使从光源部31射出的光穿过。作为透镜35，优选为利用使从光源部31射出的光成为平行光的凸透镜。由透镜35聚光的光穿过照射路径13和保护部27而照射在测量部位M的表面上。入射到测量部位M的表面上的光在测量部位M的内部(例如血管)漫反射，然后向检测装置20侧射出。从测量部位M射出的光穿过保护部27和受光路径11而到达受光部25。即，发光部23与受光部25作为反射型的光学传感器模块而发挥功能。
受光部25生成与从发光部23照射并穿过了生物体内(也就是测量部位M内)的光的受光能级相对应的检测信号。本实施方式的受光部25具备分光器51与受光元件53。以在对血糖值进行测量时经由受光路径11而与测量部位M对置的方式设置分光器51，并且，受光元件53被设置在隔着分光器51而与测量部位M相反的一侧。具体而言，分光器51为对到达的光进行分光的光学设备。例如优选地利用法布里-佩罗干涉仪(标准具)作为分光器51。从受光路径11射入到分光器51的表面上的光中的近红外区域的光被分光。受光元件53生成与被分光器51分光的光的受光能级相对应的检测信号。例如，优选地利用光电二极管(PD：PhotoDiode)等光电变换元件作为受光元件53。例如由在近红外区域中示出高灵敏度的InGaAs(铟镓砷)而形成受光元件53。另外，检测装置20包含例如通过驱动电流的供给来对发光部23进行驱动的驱动电路和对受光部25的输出信号进行放大及A/D变换的输出电路(例如放大电路与A/D变换器)，但是在图2中省略各电路的图示。
图1的确定部40根据由检测装置20生成的检测信号而确定血糖值。具体而言，确定部40根据检测信号而生成吸收光谱，并且根据该吸收光谱来确定血糖值(葡萄糖浓度)。在利用了吸收光谱的血糖值的确定中，例如能够任意地利用复回归分析法等公知的技术。示例了PLS(Partial Least Squares，偏最小二乘)回归分析法及独立成分分析法等复回归分析法。显示部(例如液晶显示板)60显示确定部40确定出的血糖值。
图4为光源部31及透镜35的位置关系的说明图。光源部31的光轴OE及透镜35的光轴OL分别相对于对置面F而以不同的角度倾斜。换言之，光源部31的光轴OE及透镜35的光轴OL分别相对于受光路径11的中心轴CP(对置面F的垂线)倾斜。光源部31的光轴OE为作为光源部31射出的光束的代表的假想的轴线。例如，例示了将穿过光源部31的发光面的中心并且与发光面垂直的轴线作为光源部31的光轴OE。透镜35的光轴OL为作为穿过透镜35的光束的代表的假想的轴线。例如，例示了将穿过透镜35的凸面的中心及透镜35的重心的直线作为光轴OL。在本实施方式中，光源部31的光轴OE与受光路径11的中心轴CP相交，且穿过光轴OE与中心轴CP的交点的面为对置面F。以下，将包括光源部31的光轴OE和透镜35的光轴OL的平面与对置面F的交线的方向设为“y方向”，并将在对置面F内与y方向垂直的方向设为“x方向”。此外，将透镜35的光轴OL与测量部位M的表面相交的点设为交点Q。
具体而言，以使对置面F与透镜35的光轴OL所成的角度θL小于对置面F与光源部31的光轴OE所成的角度θE的方式来设置光源部31和透镜35。即，光源部31的光轴OE与透镜35的光轴OL相比，相对于对置面F的倾斜较大。角度θL及角度θE小于90度。角度θE例如为45度，角度θL小于45度。本实施方式的光源部31的光轴OE在透镜35的内部与透镜35的光轴OL相交。另外，能够采用光源部31的光轴OE与透镜35的光轴OL在透镜35的外部相交的结构。角度θL越小，则透镜35的光轴OL与光源部31的光轴OE所成的角度θLE越大，且角度θLE随着角度θL接近角度θE而接近0度。
图5及图6为，针对使光轴OE与光轴OL的角度θLE变化的多个情况，而示出从发光部23射出的光被照射到测量部位M的表面上的范围(以下，称之为“照射范围”)中的光的强度分布的坐标图。图5表示x方向上从交点Q起的各个距离上的光的强度(即，x方向上的强度分布)，图6表示y方向上从交点Q起的各个距离上的光的强度(即，y方向上的强度分布)。此外，图7为表示y方向上的光的强度的散布度(3σ/ave)与角度θLE之间的关系的坐标图。记号σ为强度的标准偏差，记号ave是指强度的平均值。散布度(3σ/ave)为表示强度的分散程度的指标。存在散布度(3σ/ave)越小则照射范围内的光的强度的差异越小(接近均匀)的倾向。
如图5所例示的那样，在x方向上，在角度θLE为0度的情况下和为10度的情况下看不出强度分布的差别。即，在x方向的强度分布中，角度θLE的影响较小。与此相对，如图6及图7所例示的那样，在y方向上，在角度θLE大于0度的情况下，与角度θLE为0度的情况(即，光轴OE与光轴OL一致的情况)相比，抑制了照射范围内的光的强度的不同(照射不均匀)。特别是在角度θLE为5度以上且15度以下的情况下，与角度θLE为0度的情况相比，进一步抑制了照射范围内的光的强度的不同(照射不均匀)。为了高精度地确定血糖值，优选对测量部位M照射均匀的光。于是，在本实施方式中，以使对置面F与透镜35的光轴OL所成的角度θL小于对置面F与光源部31的光轴OE所成的角度θE的方式，来设置光源部31与透镜35。更优选为，以使角度θLE在5度以上且15度以下的方式来设置光源部31和透镜35。另外，也可以使角度θLE在多个发光部23之间不同。
在本实施方式中由于光源部31的光轴OE相对于对置面F倾斜，因此与光源部31的光轴OE并未相对于对置面F倾斜的结构(即，光轴OE与对置面F的垂线一致的结构)相比，具有容易得到来自测量部位M(生物体)内部的漫反射光的优点。在本实施方式中，特别是由于对置面F与透镜35的光轴OL所成的角度θL小于对置面F与光源部31的光轴OE所成的角度θE，因此能够抑制被照射到测量部位M上的光的强度的不同(理想而言，对测量部位M照射均匀的光)。由此能够高精度地确定生物体信息。
(变形例)
以上例示的方式能够多样地变形。以下例示具体的变形的实施方式。能够将从以下的例示中任意选择的两个以上的方式适当地合并。
(1)虽然在上述的方式中，从多个(4个)发光部23对生物体同时照射光，但是也可以从多个发光部23中的一部分(例如1个)照射光。即使从多个发光部23中的任意一个对测量部位M照射光，也能够实现以下效果，即，抑制被照射到测量部位M上的光的强度的不同。即，在本发明中，检测装置20并非必须具备多个发光部23。但是，通过检测装置20具备多个发光部23的上述的方式，例如能够根据使多个发光部23依次发光而生成的多个检测信号，来降低由于生物体内部以外的组织(例如汗腺及体毛)的影响而引起的噪声。因此能够高精度地确定血糖值。此外，在检测装置20具备多个发光部23的上述的方式中，通过改变多个发光部23中发光的个数，而能够使光在测量部位M内到达的深度改变。因此，能够生成穿过了生物体内的特定部位(例如动脉)的检测信号。进而，能够生成最适于血糖值的确定的检测信号。如根据以上的说明所理解的那样，检测装置20所具备的发光部23的个数是任意的。
(2)虽然在上述的方式中，以使透镜35的光轴OL与光源部31的光轴OE所成的角度θLE在5度以上且15度以下的方式来设置透镜35与光源部31，但角度θLE并不被限定于以上的示例。只要是在能够得到从光源部31射出的光经由透镜35而到达测量部位M这样的作用并且满足角度θL小于角度θE这样的条件的范围内，则角度θLE为任意值。但是，根据角度θLE在5度以上且15度以下的结构，抑制被照射到测量部位M上的光的强度的不同(理想而言，对测量部位M照射均匀的光)这样的效果显著。
(3)虽然上述的方式中，确定血糖值来作为生物体信息，但是所确定的生物体信息的种类并不限定于以上的例示。例如，也可以将血红蛋白浓度、血氧浓度、中性脂肪浓度等各种血液成分浓度确定为生物体信息。
(4)虽然在上述的方式中，发光部23射出的光中包含有近红外线，但是发光部23射出的光的波长范围是任意的。但是，发光部23射出的光中包含近红外线的结构，对将血糖值作为生物体信息而进行确定的情况特别有效。即，能够根据所确定的生物体信息的种类，而任意地变更发光部23射出的光的波长范围。
(5)虽然在上述的方式中，受光部25包括分光器51与受光元件53，但是只要能够生成与从发光部23射出并穿过了测量部位M的内部的光的受光能级相对应的检测信号，则受光部25的结构可以是任意的。例如可以采用受光部25仅包含受光元件53的结构，或在分光器51利用了法布里-佩罗干涉仪的情况下，可以采用受光部25在分光器51与受光元件53之间具备带通滤波器的结构。
(6)虽然在上述的方式中，生物体信息测量装置1具备显示部60，但是也可以在能够与生物体信息测量装置1通信(有线/无线)的终端装置上设置显示部60。生物体信息测量装置1将确定出的血糖值发送至终端装置，并且该终端装置显示血糖值。即，在生物体信息测量装置1中显示部60并不是必须的。
(7)也可以为将确定部40及显示部60中的一方或双方设置在终端装置上的结构(例如通过在终端装置中执行的应用程序来实现的结构)。即，生物体信息测量装置1也可以由彼此分体地构成的多个装置来实现。
符号说明
1…生物体信息测量装置；11…受光路径；13…照射路径；20…检测装置；40…确定部；60…显示部；21…壳体；23…发光部；25…受光部；27…保护部；31…光源部；33…反射器；35…透镜；51…分光器；53…受光元件。

Claims (4)

1.一种检测装置，其特征在于，具备：
发光部，其对生物体照射光；
受光部，其生成与从所述发光部照射并穿过了生物体内的所述光的受光能级相对应的检测信号；以及
对置面，其与所述生物体对置，
所述发光部包括射出光的光源部和从所述光源部射出的所述光所穿过的透镜，
所述光源部的光轴相对于所述对置面倾斜，
所述对置面与所述透镜的光轴所成的角度小于所述对置面与所述光源部的光轴所成的角度。
2.一种检测装置，其特征在于，具备：
多个发光部，其对生物体照射光；
受光部，其生成与从所述多个发光部照射并穿过了生物体内的所述光的受光能级相对应的检测信号；
对置面，其与所述生物体对置；以及
受光路径，其从所述对置面朝向所述受光部而被形成，
所述多个发光部的每一个包括射出光的光源部和从所述光源部射出的所述光所穿过的透镜，且位于围绕所述受光路径的中心轴的圆周上，
在所述多个发光部的每一个中，
所述光源部的光轴相对于所述对置面倾斜，
所述对置面与所述透镜的光轴所成的角度小于所述对置面与所述光源部的光轴所成的角度。
3.如权利要求1或权利要求2所述的检测装置，其特征在于，
所述透镜的光轴与所述光源部的光轴所成的角度为5度以上且15度以下。
4.一种生物体信息测量装置，其特征在于，具备：
如权利要求1至权利要求3中任一项所述的检测装置；以及
确定部，其根据所述检测装置所生成的所述检测信号来确定生物体信息。
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