JP2007236734A

JP2007236734A - 生体成分濃度測定装置

Info

Publication number: JP2007236734A
Application number: JP2006065367A
Authority: JP
Inventors: Shinji Uchida; 真司内田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】鼓膜からの放射光を十分に計測することが可能であり、生体成分濃度の測定精度を向上させることができる生体成分濃度測定装置を提供する。
【解決手段】屈曲部を有し、耳孔内に挿入される挿入プローブと、前記挿入プローブ内に設けられ、前記耳孔内にある鼓膜から放射され、前記挿入プローブ内に入射した赤外光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーにおいて反射し、前記挿入プローブ内を通過した前記赤外光を分光する分光素子と、前記分光素子により分光された前記赤外光を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を生体成分の濃度に換算する生体成分濃度演算部とを備える生体成分濃度測定装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、採血等を行なわずに非侵襲的に、生体成分の濃度、例えばグルコース濃度を測定する生体成分濃度測定装置に関するものである。

従来、生体情報測定装置として、鼓膜からの放射光を計測して、グルコース濃度を算出する非侵襲血糖計が提案されている（例えば、特許文献１、２または３参照）。例えば、特許文献１には、外耳道に収まる程度の大きさの鏡を備え、その鏡を通して、近赤外線や熱線を鼓膜に照射するとともに、鼓膜において反射された光を検出し、検出結果からグルコース濃度を算出する非侵襲血糖計が開示されている。また、特許文献２には、耳孔内に挿入されるプローブを備え、鼓膜や外耳道を冷却した状態で、内耳より発生して鼓膜から放射された赤外線を、プローブを通して検出し、検出された赤外線を分光分析することによりグルコース濃度を得る非侵襲血糖計が開示されている。また、特許文献３には、耳孔内に挿入される反射鏡を備え、その反射鏡を用いて鼓膜からの放射光を検出し、検出された放射光を分光分析することによりグルコース濃度を得る非侵襲血糖計が開示されている。
特表平０５−５０６１７１号公報特表２００２−５１３６０４号公報特表２００１−５０３９９９号公報

しかし、前記従来の非侵襲血糖計では、外耳道が屈曲しているために、挿入プローブを挿入する度に測定位置が変わってしまい、その奥に存在する鼓膜からの放射光を十分に検出するのが困難であるという問題を有していた。

本発明は、前記従来の問題点に鑑み、鼓膜からの放射光を十分に計測することが可能であり、生体成分濃度の測定精度を向上させることができる生体成分濃度測定装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の生体成分濃度測定装置は、屈曲部を有し、耳孔内に挿入される挿入プローブと、前記挿入プローブ内に設けられ、前記耳孔内にある鼓膜から放射され、前記挿入プローブ内に入射した赤外光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーにおいて反射し、前記挿入プローブ内を通過した前記赤外光を分光する分光素子と、前記分光素子により分光された前記赤外光を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を生体成分の濃度に換算する生体成分濃度演算部とを備える。

本発明の生体成分濃度測定装置によれば、鼓膜からの放射光を十分に計測することが可能であり、生体成分濃度の測定精度を向上させることができる生体成分濃度測定装置を提供することを目的とする。

本発明の生体成分濃度測定装置は、屈曲部を有し、耳孔内に挿入される挿入プローブと、前記挿入プローブ内に設けられ、前記耳孔内にある鼓膜から放射され、前記挿入プローブ内に入射した赤外光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーにおいて反射し、前記挿入プローブ内を通過した前記赤外光を分光する分光素子と、前記分光素子により分光された前記赤外光を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を生体成分の濃度に換算する生体成分濃度演算部とを備える。

この構成により、鼓膜から放射された赤外光は、挿入プローブ内に設けられた反射ミラーによって、挿入プローブ内を通過して赤外線検出器に到達するように反射されるので、シグナル／ノイズ比が向上することにより、鼓膜からの放射光を十分に計測することが可能となり、生体成分濃度の測定精度を向上させることができる。

反射ミラーは、さらに光学的なフィルタリング機能や、レンズ機能を有していてもよい。

分光素子としては、赤外線を波長別に分けることのできるものであればよく、例えば、特定の波長領域の赤外線を透過させる光学フィルタ、マイケルソン干渉計、回折格子等を用いることができる。

赤外線検出器としては、赤外領域の波長の光を検出できるものであればよく、例えば、焦電センサ、サーモパイル、ボロメータ、ＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）検出器、ゴーレイセル等を用いることができる。

生体成分濃度演算部としては、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のマイクロコンピュータを用いることができる。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記反射ミラーと前記挿入プローブの内面との成す角度を変化させる駆動部をさらに備えることが好ましい。

前記反射ミラーは、前記挿入プローブ内に複数設けられていてもよい。

ここで、前記複数の反射ミラーが、第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーを含み、前記第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、前記屈曲部と前記挿入プローブの先端部との間に、互いに対面するように設けられ、前記第１の反射ミラーは、前記第２の反射ミラーよりも前記挿入プローブの先端部に近い位置に設けられていることが好ましい。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記反射ミラーに接続された複数のワイヤをさらに備え、前記駆動部は、前記複数のワイヤのうちの１つの前記ワイヤと接続され、前記ワイヤを巻き取る機能を有し、複数の前記駆動部を備え、前記複数の前記駆動部は、前記複数のワイヤの巻き取り量を制御することにより、前記角度を変化させることが好ましい。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記耳孔内を照らすための光を出射する光源と、前記光源から出射し、前記耳孔内において反射した前記光を撮像する撮像素子と、前記撮像素子により得られた撮像情報の中から、前記鼓膜の撮像情報を検出する撮像情報検出部とをさらに備え、前記駆動部は、前記撮像情報検出部により検出された前記鼓膜の撮像情報に基づき、前記鼓膜において反射した前記光が前記撮像素子に入射するように前記角度を変化させることが好ましい。

ここで、前記撮像情報検出部は、前記撮像素子により得られた前記撮像情報における前記鼓膜の前記撮像情報の割合を算出し、前記駆動部は、前記割合が閾値を超えるように、前記角度を変化させることが好ましい。この構成によると、シグナル／ノイズ比がさらに向上することにより、さらに高精度の測定を行うことができる。

光源としては、例えば、赤色レーザ等の可視光レーザや、白色ＬＥＤ等を用いることができる。この中で、白色ＬＥＤはハロゲンランプに比べ、発光させた時に発生する発生熱が少ないので、鼓膜や外耳道の温度に与える影響が少ないため好ましい。

撮像素子としては、例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の画像素子を用いることができる。

撮像情報検出部としては、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のマイクロコンピュータを用いることができる。

撮像情報検出部が、撮像素子により得られた撮像情報の中から鼓膜の撮像情報を検出する方法としては、撮像素子により得られた撮像情報の画像処理を行い、鼓膜と外耳道の色の差を利用することにより鼓膜の画像を認識する方法が挙げられる。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記撮像情報検出部により検出された前記鼓膜の撮像情報に基づき、前記鼓膜から放射された赤外光が選択的に透過するように光路を制御する光路制御素子をさらに備えていてもよい。

光路制御素子としては、液晶シャッターや機械式シャッター等を用いることができる。液晶シャッターとしては、例えば、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備え、ＴＦＴを用いて制御することにより、特定領域の赤外光を透過させたり、透過させなくでき遮光したりすることができるものであることが好ましい。

機械式シャッターとしては、例えば、微小鏡面（マイクロミラー）が平面に配列されたＭＥＭＳ技術を用いた公知技術であるデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと略称する）を用いることができる。ＤＭＤは、公知のＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術を用いて作製することができる。各マイクロミラーは、鏡面下部に設けた電極を駆動することによりＯＮとＯＦＦの二つの状態に制御することができる。マイクロミラーがＯＮのときは、鼓膜から放射された赤外光を反射して赤外線検出器に向けて投射し、ＯＦＦのときは、赤外光をＤＭＤ内部に設けられた吸収体に向けて反射し、赤外線検出器に向けては投射されない。したがって、各マイクロミラーを個別に駆動することにより、微小領域ごとに赤外光の投射を制御することができる。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記挿入プローブの先端部に設けられ、鼓膜から放射された赤外光が入射する入射面を有し、前記赤外光の光路を変更させる光路変更素子をさらに備えていてもよい。

前記光路変更素子は、空気よりも高い屈折率を有し、前記入射面において前記赤外光を屈折させることにより、前記赤外光の光路を変更させてもよい。この場合、光路変更素子の材質としては、ＺｎＳｅ、ＡｇＣｌＢｒ、ダイアモンド、ポリカーボネイト等を用いることができる。

ここで、鼓膜から放射された赤外光が光路変更素子内に入射する入射面と光路変更素子から出射する出射面とは、互いに平行ではなく、両面のなす角度θが０度より大きいことが好ましい。

また、前記光路変更素子は、反射面をさらに有し、前記入射面から入射した前記赤外光が前記反射面において反射することにより、前記赤外光の光路を変更させてもよい。この場合、光路変更素子の材質としては、ポリカーボネイト、ポリプロピレン、ポリエチレン等を用いることができる。

ここで、光路変更素子は、断面が三角形または台形の突起物を有し、その突起物の片面に赤外光を反射させるため反射鏡を設けることが好ましい。反射鏡は、光路変更素子を樹脂形成により作製した後、金やアルミニウム等の材料をコ−ティングすることに形成することができる。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記耳孔内において反射した前記光及び前記鼓膜から放射した前記赤外光のうち、一方を透過させ、他方を反射させる光分割素子をさらに備えていてもよい。

本発明において、光分割素子としては、例えば、可視光及び赤外光のうち、一方を透過させ、他方を反射させる機能を有するハーフミラーを用いることができる。可視光を反射して、赤外線を透過するようにする場合、ハーフミラーの材質としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣａＦ_２、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。

前記撮像情報検出部は、前記撮像素子により得られた前記撮像情報における前記鼓膜の前記撮像情報の割合を算出し、前記生体成分濃度演算部は、前記割合を用いて前記赤外線検出器の出力を補正することが好ましい。生体から放射される赤外光の強度は、赤外光が放射される部分の面積に依存する。したがって、撮像素子により撮像された鼓膜の面積がばらついた場合であっても、この補正により測定結果のばらつきが低減され、より高精度の測定が可能となる。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記割合が閾値以下であった場合に警告を出力する警告出力部をさらに備えることが好ましい。この構成により、生体成分濃度測定装置の位置が不適切であることを使用者に通知することができる。

ここで、警告出力部としては、警告を表示するディスプレイ、警告を音声で出力するスピーカー、警告音を発生するブザー等が挙げられる。

本発明の生体成分濃度測定装置は、前記撮像素子により前記鼓膜の撮像情報が検出されたときに音声を出力する音声出力部をさらに備えていてもよい。ここで、前記音声出力部は、前記撮像素子により撮像された前記鼓膜の面積の大きさに応じて、前記音声の周波数または強度を変化させることが好ましい。

本発明の生体成分濃度測定装置は、赤外線検出器の出力信号と生体成分濃度との相関を示す相関データを格納する記憶部、生体成分濃度演算部により換算された生体成分の濃度を表示する表示部、及び生体成分濃度測定装置が動作するための電力を供給する電源をさらに備えていてもよい。

生体成分濃度演算部は、記憶部から上記相関データを読み出し、これを参照することにより、赤外線検出器の出力信号を生体成分の濃度に変換してもよい。

赤外線検出器の出力信号と生体成分濃度との相関を示す相関データは、例えば、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について赤外線検出器の出力信号を測定し、得られた赤外線検出器の出力信号と生体成分の濃度との相関を解析することにより取得することができる。

本発明において、記憶部としては、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを用いることができる。

表示部としては、例えば、液晶等のディスプレイを用いることができる。

電源としては、例えば、電池等を用いることができる。

本発明の生体成分濃度測定装置により測定する生体成分の濃度としては、グルコース濃度（血糖値）、ヘモグロビン濃度、コレステロール濃度、中性脂肪濃度等が挙げられる。

生体から放射される赤外光を測定することにより、生体情報、例えば、血糖値を測定することができる。生体からの赤外放射光の放射エネルギーＷは以下の数式で表される。

ここで、
Ｗ：生体からの赤外放射光の放射エネルギー、
ε（λ）：波長λにおける生体の放射率、
Ｗ_０（λ、Ｔ）：波長λ、温度Ｔにおける黒体放射強度密度、
ｈ：プランク定数（ｈ＝６．６２５×１０^−３４（Ｗ・Ｓ^２））、
ｃ：光速（ｃ＝２．９９８×１０^１０（ｃｍ／ｓ））、
λ_１、λ_２：生体からの赤外放射光の波長（μｍ）、
Ｔ：生体の温度（Ｋ）、
Ｓ：検出面積（ｃｍ^２）
ｋ：ボルツマン定数、
である。

（数１）からわかるように、検出面積Ｓが一定の場合、生体からの赤外放射光の放射エネルギーＷは波長λにおける生体の放射率ε（λ）に依存する。放射におけるキルヒホッフの法則から、同じ温度、波長における放射率と吸収率は等しい。

ここで、
α（λ）：波長λにおける生体の吸収率、
である。

したがって、放射率を考える際には、吸収率を考えればよいことがわかる。エネルギー保存則から、吸収率、透過率及び反射率には、以下の関係が成り立つ。

ここで、
ｒ（λ）：波長λにおける生体の反射率
ｔ（λ）：波長λにおける生体の透過率
したがって、放射率は、透過率及び反射率を用いて、

と表される。

透過率は、入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量の比で表される。入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量は、ランベルト−ベールの法則で示される。

ここで、
Ｉ_ｔ：透過光量、
Ｉ_０：入射光量、
ｄ：生体の厚み、
ｋ（λ）：波長λにおける生体の消衰係数、
である。生体の消衰係数は、生体による光の吸収を表す係数である。

したがって、透過率は、

と表される。

次に反射率について説明する。反射率は、全方向に対する平均反射率を算出する必要があるが、ここでは、簡単のため、垂直入射に対する反射率で考える。垂直入射に対する反射率は、空気の屈折率を１として、

と表される。

ここで、
ｎ（λ）：波長λにおける生体の屈折率、
である。

以上から、放射率は、

と表される。

生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率及び消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約０．０３程度と小さく、かつ（数８）からわかるように、屈折率及び消衰係数にはあまり依存しない。したがって、生体中の成分の濃度の変化により、屈折率及び消衰係数が変化しても、反射率の変化は小さい。

一方、透過率は、（数７）からわかるように、消衰係数に大きく依存する。したがって、生体中の成分の濃度の変化により生体の消衰係数、すなわち生体による光の吸収の度合いが変化すると、透過率が変化する。

以上のことから、生体からの赤外放射光の放射エネルギーは、生体中の成分の濃度に依存することがわかる。したがって、生体からの赤外放射光の放射エネルギー強度から生体中の成分の濃度を求めることができる。

また、（数７）からわかるように、透過率は生体の厚みに依存する。生体の厚みが薄いほど、生体の消衰係数の変化に対する透過率の変化の度合いが大きくなるため、生体中の成分の濃度変化を検出しやすくなる。鼓膜は、厚みが約６０〜１００μｍと薄いため、赤外放射光を用いた生体中の成分の濃度測定に適している。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００の外観を示す斜視図である。

生体成分濃度測定装置１００は、本体１０２と、本体１０２の側面に設けられた挿入プローブ１０４を備えている。本体１０２には、生体成分の濃度の測定結果を表示するためのディスプレイ１１４、生体成分濃度測定装置１００の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ１０１、及び測定を開始するための測定開始スイッチ１０３が設けられている。ここで、ディスプレイ１１４は本発明における表示部に相当する。

次に、鼓膜２０２から放射された赤外光を本体１０２内に取り込むための挿入プローブ１０４の構成について、図２を用いて説明する。図２は、生体成分濃度測定装置１００の挿入プローブ１０４が耳孔２００内に挿入された状態を示す断面図である。

挿入プローブ１０４は、屈曲した外耳道に沿うように屈曲部１０５を有している。また、挿入プローブ１０４は、二重管の構造を有しており、鼓膜２０２から放射された赤外光を本体１０２内に導くための内管である導波管２０４と、導波管２０４の外周を取り囲み、導波管２０４との間に空間が形成されるように設けられた外管２０５とから構成されている。

導波管２０４の先端部と屈曲部１０５との間であって、導波管２０４の内面上に２つの反射ミラー２０６、２０９が設けられている。第１の反射ミラー２０６は、第２の反射ミラー２０９よりも導波管２０４の先端部に近い位置であって、第２の反射ミラー２０９と対面するように設けられている。反射ミラー２０６、２０９の表面には、金やアルミニウムなどの赤外領域で反射率の高い物質が設けられている。

また、挿入プローブ１０４の先端部には、鼓膜２０２から放射された赤外光の光路を変更するための光路変換素子２０７が設けられている。鼓膜２０２から出射した赤外光は、光路変更素子２０７の入射面において屈折することにより進行方向が変更され、より多くの光が第１の反射ミラー２０６に集光される。

次に、反射ミラーの構造について、図３〜５を用いて説明する。図３は、反射ミラーの構造を示す底面図、図４は、反射ミラーの構造を示す断面図、図５は、反射ミラーの動作を示す断面図である。

反射ミラー２０６、２０９の反射面と反対側の面（裏面）の中央部には、導波管２０４の内面と接する位置に球状の突起部３０１が設けられている。この突起部３０１は、導波管２０４内面上に取り付けてもよく、反射ミラー２０６，２０９の裏面上に取り付けてもよい。

突起部３０１の材料としては、プラスチック樹脂、金属等を用いることができる。

反射ミラー２０６，２０９の裏面上には、複数のワイヤ３０２が取り付けられている。ワイヤ３０２は、接着剤を用いたり、溶着することにより、反射ミラー２０６，２０９の裏面上に取り付けることができる。取り付けるワイヤ３０２の本数は少なくとも３本であることが好ましい。これにより、反射ミラー２０６、２０９の傾斜角度を３方向に制御することができる。

ワイヤ３０２の材料としては、例えば、ピアノ線、ステンレス線、樹脂、綿等を用いることができる。

反射ミラー２０６，２０９に取り付けられたワイヤ３０２は、導波管２０４に設けられた孔を介して、導波管２０４と外管２０５との間の空間内に配線されて、本体１０２内に導かれる。

図２に示すように、本体１０２内に導かれたワイヤ３０２は、ワイヤ３０２を引っ張るための駆動部２０８と接続されている。各々のワイヤ３０２は互いに異なる駆動部２０８と接続されており、複数の駆動部２０８を制御して、引っ張るワイヤ３０２を変えることにより、反射ミラー２０６，２０９の傾きを変えることができる。

駆動部２０８としては、ワイヤ３０２を巻き取ることができるものであればよく、例えば、プーリーや、プーリーとＤＣモーター、ステッピングモーター等のモーターとを組み合わせたもの等を用いることができる。

また、ワイヤ３０２と駆動部２０８との組み合わせに代えて、導電性ポリマーアクチュエータや形状記憶合金を用いたアクチュエータを用いてもよい。導電性ポリマーアクチュエータは、導電性ポリマーに印加する電圧を変化させることにより導電性ポリマーを伸縮させる。例えば、反射ミラー２０６，２０９の裏面上の複数の位置に導電性ポリマーを設け、それらに印加する電圧を制御することにより、反射ミラー２０６、２０９の傾斜角度を微動させることができる。同様に、導電性ポリマーに代えて形状記憶合金を用い、形状記憶合金に印加する電圧を制御して形状記憶合金の温度を変化させることにより形状記憶合金を伸縮させ、反射ミラー２０６、２０９の傾斜角度を制御してもよい。

本実施の形態では、駆動部２０８としてステッピングモーターを用いた例について説明する。ステッピングモーターは、入力される電圧パルスによりモーター軸の角度が変化するため、モーター軸にプーリーを取り付けておくと、ワイヤ３０２の巻き取り量を変化させることができる。

図５には、ステッピングモーターを制御して、反射ミラー２０６，２０９の裏面に接続された一本のワイヤ３０２を引っ張った場合を示す。一本のワイヤ３０２を引っ張ることにより、反射ミラー２０６、２０９の傾斜角度が変化し、反射ミラー２０６、２０９の周辺部が導波管２０４に接触する位置まで反射ミラー２０６、２０９を傾斜させることができる。

反射ミラー２０６、２０９の傾斜角度は、突起部３０１の大きさや反射ミラー２０６、２０９の大きさによって調整可能である。反射ミラー２０６、２０９の最大傾斜角度が１５度以上であることが好ましい。これにより、赤外光の反射角度を±３０度以上の幅で変化させることが可能となるため、屈曲した外耳道の奥にある鼓膜の観察が容易となる。

第１の反射ミラー２０６は挿入プローブ１０４の先端部付近に設けられるため、第２の反射ミラー２０９よりも外耳道３０４の奥側に挿入される。そのため、第１の反射ミラー２０６は第２の反射ミラー２０９よりも小型のものが好ましい。また、第２の反射ミラー２０９は、第１の反射ミラー２０６から反射した赤外光を多く受光するために、第１の反射ミラー２０６よりも大型のものが好ましい。例えば、第１の反射ミラー２０６として直径が３ｍｍ程度、第２の反射ミラー２０９として直径が６ｍｍ程度の円形の鏡を用いることができる。

本実施の形態では円形の反射ミラーについて説明したが、これに限定されす、楕円形、長方形等の形状であってもよい。

次に、生体成分濃度測定装置１００の本体内部の構成について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００の構成を示す図であり、図７は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００における光学フィルタホイール１０６を示す斜視図である。

生体成分濃度測定装置１００の本体内部には、チョッパー１１８、液晶シャッター１２０、光学フィルタホイール１０６、赤外線検出器１０８、前置増幅器１３０、帯域フィルタ１３２、同期復調器１３４、ローパスフィルタ１３６、アナログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータと略称する）１３８、マイクロコンピュータ１１０、メモリ１１２、ディスプレイ１１４、電源１１６、光源１４０、第１のハーフミラー１４２、第２のハーフミラー１４４、集光レンズ１４６、撮像素子１４８、アクチュエータ１５０、レンズ枠１５２、位置センサ１５４、タイマー１５６、ブザー１５８、駆動部制御器１６０及び複数の駆動部２０８を備えている。

ここで、マイクロコンピュータ１１０は本発明における撮像情報検出部及び生体成分濃度演算部に相当する。

電源１１６は、マイクロコンピュータ１１０にＡＣまたはＤＣ電力を供給する。電源１１６として電池を用いることが好ましい。

チョッパー１１８は、鼓膜２０２から放射し、導波管１０４により本体１０２内に導かれた後、第２のハーフミラー１４４を透過した赤外光をチョッピングして、赤外光を高周波数の赤外線信号に変換する機能を有する。チョッパー１１８の動作は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号に基づき制御される。

チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光は、光学フィルタホイール１０６に到達する。

光学フィルタホイール１０６は、図７に示すように、第１の光学フィルタ１２２及び第２の光学フィルタ１２４がリング１２３にはめ込まれている。図７に示す例では、ともに半円状である第１の光学フィルタ１２２及び第２の光学フィルタ１２４がリング１２３にはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト１２５が設けられている。このシャフト１２５を図７の矢印のように回転させることにより、チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを、第１の光学フィルタ１２２と第２の光学フィルタ１２４との間で切り替えることができる。シャフト１２５の回転は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号により制御される。シャフト１２５の回転は、チョッパー１１８の回転と同期させ、チョッパー１１８が閉じている間にシャフト１２５を１８０度回転させるように制御することが好ましい。このようにすると、次にチョッパー１１８が開いたときに、チョッパー１１８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを別の光学フィルタに切り替えることができる。光学フィルタホイール１０６は、本発明における分光素子に相当する。

光学フィルタの作製方法としては、公知の技術を特に限定することなく利用できるが、例えば、真空蒸着法を用いることができる。光学フィルタは、ＳｉまたはＧｅを基板として、真空蒸着法を用いてＺｎＳ、ＭｇＦ_２、ＰｂＴｅ等を基板上に積層することにより作製することができる。

ここで、基板上に積層する各層の膜厚、積層する順序、積層回数等を調節して、積層された薄膜内における光の干渉を制御することにより、所望の波長特性を持つ光学フィルタを作製することができる。

第１の光学フィルタ１２２及または第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光は、検出領域１２６を備える赤外線検出器１０８に到達する。赤外線検出器１０８に到達した赤外光は、検出領域１２６に入射し、入射した赤外光の強度に対応した電気信号に変換される。

赤外線検出器１０８から出力された電気信号は、前置増幅器１３０によって増幅される。増幅された電気信号は、帯域フィルタ１３２によってチョッピング周波数を中心周波数とする周波数帯域以外の信号が取り除かれる。これにより、熱雑音等の統計的揺らぎに起因するノイズを最小化することができる。

帯域フィルタ１３２によって濾過された電気信号は、同期復調器１３４によってチョッパー１１８のチョッピング周波数と帯域フィルタ１３２によって濾過された電気信号を同期させ、積分することにより、ＤＣ信号に復調される。

同期復調器１３４によって復調された電気信号は、ローパスフィルタ１３６によって低周波数帯域の信号が取り除かれる。これにより、さらにノイズを取り除くことができる。

ローパスフィルタ１３６によって濾過された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ１３８によってデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ１１０に入力される。ここで、各光学フィルタに対応する赤外検出器１０８からの電気信号は、シャフト１２５の制御信号をトリガーとして用いることで、どの光学フィルタを透過した赤外光に対応する電気信号であるのかを識別することができる。シャフト１２５の制御信号をマイクロコンピュータが出力してから、次のシャフト制御信号を出力するまでの間が、同じ光学フィルタに対応する電気信号となる。各光学フィルタに対応する電気信号を、それぞれメモリ１１２上で積算した後平均値を算出することにより、さらにノイズは低減されるため、測定の積算を行うことが好ましい。

メモリ１１２には、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す相関データが格納されている。マイクロコンピュータ１１０は、メモリ１１２からこの相関データを読み出し、この相関データを参照して、メモリ１１２に蓄積されたデジタル信号から算出された単位時間当たりのデジタル信号を、生体成分の濃度に換算する。メモリ１１２は、本発明の記憶部に相当する。

マイクロコンピュータ１１０において換算された生体成分の濃度は、ディスプレイ１１４に出力され、表示される。

第１の光学フィルタ１２２は、例えば、測定対象である生体成分によって吸収される波長を含む波長帯域（以下、測定用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。一方、第２の光学フィルタ１２４は、第１の光学フィルタ１２２とは異なるスペクトル特性を有する。第２の光学フィルタ１２４は、例えば、測定対象である生体成分による吸収がなく、かつ対象成分の測定を妨害するような他の生体成分による吸収のある波長を含む波長帯域（以下、参照用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。ここで、このような他の生体成分としては、測定対象である生体成分以外で、生体中における成分量の多いものを選択すればよい。

例えば、グルコースは、９．６μｍ付近に吸収ピークを有する赤外吸収スペクトルを示す。そこで、測定対象である生体成分がグルコースの場合は、第１の光学フィルタ１２２が、９．６μｍを含む波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。

一方、生体中に多く含まれるタンパク質は８．５マイクロメートル付近の赤外光を吸収し、グルコースは８．５μｍ付近の赤外光は吸収しない。そこで、第２の光学フィルタ１２４が、８．５μｍを含む波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。

メモリ１１２に格納されている、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ３２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。

まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、鼓膜から放射される赤外光を測定する。このとき、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とを求める。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とからなるデータの組を得ることができる。

次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とについて、ＰＬＳ（ＰａｒｔｉａｌＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。

また、第１の光学フィルタ１２２が測定用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有し、第２の光学フィルタ１２４が参照用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する場合、第１の光学フィルタ１２２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第１の光学フィルタ３２４が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号との差を求め、その差とそれに対応する生体成分濃度との相関を示す相関データを求めてもよい。例えば、最小二乗法等の直線回帰分析を行うことにより求めることができる。

次に、鼓膜２０２を撮像するための構成について説明する。

光源１４０は、鼓膜２０２を照明するための可視光を出射する。光源１４０から出射され、第１のハーフミラー１４２により反射された可視光は、第２のハーフミラー１４４により反射された後、挿入プローブ１０４を通って外耳道３０４内に導かれ、鼓膜２０２を照明する。

光源１４０としては、例えば、赤色レーザ等の可視光レーザや、白色ＬＥＤ等を用いることができる。この中で、白色ＬＥＤはハロゲンランプに比べ、発光させた時に発生する発生熱が少ないので、鼓膜２０２や外耳道３０４の温度に与える影響が少ないため好ましい。

第１のハーフミラー１４２は、可視光の一部を反射し、残りを透過させる機能を有する。

第２のハーフミラー１４４は、可視光を反射して、赤外光を透過する。第２のハーフミラー１４４の材料としては、赤外線を吸収せず、透過し、可視光を反射する材料が好ましい。第２のハーフミラー１４４の材質としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣａＦ_２、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。ここで、第２のハーフミラー１４４は本発明における光分割素子に相当する。

一方、鼓膜２０２から外耳道３０４を通って挿入プローブ１０４内に入射した可視光は、第２のハーフミラー１４４により反射され、一部は第１のハーフミラー１４２を透過する。第１のハーフミラー１４２を透過した可視光は、レンズ枠１５２により保持されている集光レンズ１４６により集光され、撮像素子１４８に到達する。

撮像素子１４８としては、例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の画像素子を用いる。

生体成分濃度測定装置１００は、撮像素子１４８から鼓膜２０２まで距離を検出して、レンズ枠１５２に保持された集光レンズ１４６を駆動し、撮像素子１４８上に正しく光学像を結像させるための機構を備える。

アクチュエータ１５０は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号によって駆動され、集光レンズ１４６を光軸の方向（図２中の矢印の方向）に移動させることができる。このとき、集光レンズ１４６の位置を位置センサ１５４が検出し、マイクロコンピュータ１１０に出力する。

一方、マイクロコンピュータ１１０は、撮像素子１４８の中央部付近の合焦エリア内に含まれる画素からの出力信号について、バンドパスフィルタにより信号の高域成分を抽出し、抽出された成分の大小からコントラスト量を検出する。マイクロコンピュータ１１０は、このコントラスト量が最大となる位置に集光レンズ１４６が移動するように、アクチュエータ１５０を制御する。

このようにして、鼓膜２０２までの距離が変化しても、撮像素子１４８上に鼓膜２０２の光学像が正しく結像することができる。この機構では、鼓膜２０２までの距離を直接測定しているわけではないが、集光レンズ１４６の位置情報から間接的に鼓膜２０２までの距離を測距していることになる。

アクチュエータ１５０及び位置センサ１５４としては、公知のビデオカメラやデジタルスチルカメラに搭載されているオートフォーカス装置において用いられているものと同様のものを用いることができる。例えば、アクチュエータ１５０としては、レンズ枠１５２に設けたコイルと、本体１０２側に固定されたヨーク、及びこのヨークに取付けられた駆動用マグネットとから構成することができる。レンズ枠１５２を、２本のガイドポールによって光軸方向に移動可能に支持しておき、レンズ枠１５２に設けたコイルに電流が供給されると、ヨークと駆動用マグネットとで形成される磁気回路中にあるコイルに対して、光軸方向の磁気推進力が生じ、レンズ枠１５２が光軸方向に移動する。推進力の正負の方向は、コイルに供給される電流の向きによって制御することができる。

位置センサ１５４としては、例えば、一定ピッチで着磁され、レンズ枠１５２に取付けられたセンサマグネットと、本体１０２側に固定された磁気抵抗センサ（以下、ＭＲセンサと略称する）とから構成することができる。本体１０２側に固定されたＭＲセンサにより、レンズ枠１５２に取付けられたセンサマグネットの位置を検出することにより、集光レンズ１４６の位置を検出することができる。

次に、撮像素子１４８により撮影された画像の中から、鼓膜２０２の位置を認識する方法及び反射ミラー２０６、２０９の傾斜角度の調整方法について説明する。

図８は、撮像素子１４８を用いて、耳孔２００内を観察した時の画像を示すイメージ図である。画像の左側が鼓膜２０２であり、右側に見えるのは外耳道３０４である。鼓膜２０２の見える位置や大きさは、個人によっても異なるが、挿入プローブ１０４の挿入位置によっても変わる。

外耳道の色は肌色であり、鼓膜の色は白色または無色透明である。この外耳道と鼓膜との色の差を撮像情報検出部で認識することにより、両者を区別して認識することができる。撮像素子１４８で得られた画像情報をマイクロコンピュータ１１０において画像処理を行うことにより画像情報の中から鼓膜２０２の領域を抽出する。画像処理としては、例えば、以下に示す、閾値処理とラベリング処理による領域抽出技術を用いることができる。

まず、画像情報について閾値処理を行う。画像の各画素は、ＲＧＢ値を持っており、このＲＧＢ値の平均値が各画素における明るさとなる。画素の明るさについて一定の基準値（閾値）を設定し、各画素の明るさを閾値により黒色と白色の２つの値に変換する処理を行う。例えば、画素の明るさが設定された閾値以上であれば、その画素に対して白色を設定し、それ以外の場合は画素に対して黒色を設定する。鼓膜２０２に対応する部分の画素は、外耳道３０４に対応する部分の画素よりも明るいため、閾値を、鼓膜に対応する部分の画素の明るさと外耳道に対応する部分の画素の明るさとの間に設定すると、上記の処理により、鼓膜２０２に対応する部分の画素が白色に設定され、外耳道３０４に対応する部分の画素が黒色に設定される。

次に、上記の閾値処理を行った画像情報に対して、ラベリング処理を行う。例えば、閾値処理された画像情報内の全画素を走査して、白色に設定された画素に対して、同じラベルを属性として付加する。

以上の処理により、ラベルが付加された画素に該当する領域を鼓膜２０２として認識することができる。撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合は、全画素数に対する、ラベルが付加された画素数の割合を、マイクロコンピュータ１１０により演算することにより求めることができる。

６つの駆動部２０８は、それぞれ第１の反射ミラー２０６または第２の反射ミラー２０９の裏面と接続された６本のワイヤ３０２のいずれかと接続されている。６つの駆動部２０８は、マイクロコンピュータ１１０からの信号により、駆動部制御器１６０によりそれぞれ制御される。

マイクロコンピュータ１１０は、撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合を、予め設定されメモリ１１２に格納されている閾値と比較する。撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値以下である場合には、マイクロコンピュータ１１０は、駆動部制御器１６０を介して６つの駆動部２０８を制御し、６本のワイヤ３０２の引っ張り量を調整することにより、第１の反射ミラー２０６及び第２の反射ミラー２０９の傾斜角度を変化させる。撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合をモニターしながら第１の反射ミラー２０６及び第２の反射ミラー２０９の傾斜角度を変化させ、撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値を超えると６つの駆動部２０８の動作を停止させ、その位置で第１の反射ミラー２０６及び第２の反射ミラー２０９の傾斜角度を固定する。

液晶シャッター１２０は、複数の液晶セルがマトリクス状に配列された構造を有しており、各液晶セルに印加する電圧によって、各液晶セルを、光が透過する状態や光を遮断する状態に個別に制御することができる。マイクロコンピュータ１１０は、上記の画像処理によって撮像素子１４８が撮像した画像情報の中から鼓膜２０２に対応する画像を認識すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設定する。

これにより、鼓膜２０２から放射された赤外光が、選択的に赤外線検出器１０８に入射するようにすることができる。ここで、液晶シャッター１２０は本発明における光路制御素子に相当する。

次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置１００の動作について説明する。

まず、使用者が生体成分濃度測定装置１００の電源スイッチ１０１を押すと、本体１０２内の電源がＯＮとなり、生体成分濃度測定装置１００は測定準備状態となる。

次に、使用者が本体１０２を持って、挿入プローブ１０４を耳孔２００内に挿入する。挿入プローブ１０４は、挿入プローブ１０４の先端部分から本体１０２との接続部分に向かって径が太くなるような円錐形状の中空管であるため、挿入プローブ１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置以上は挿入プローブ１０４が挿入されない構造になっている。

次に、挿入プローブ１０４の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置で生体成分濃度測定装置１００を保持した状態で、使用者が生体成分濃度測定装置１００の測定開始スイッチ１０３を押すと、本体１０２内の光源１４０がＯＮとなり、撮像素子１４８による撮像を開始する。

次に、上記の方法により、撮像素子１４８により撮影された画像の中から、鼓膜２０２の位置を認識するステップが行われる。画像認識の結果、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２に相当する画像がないと判断した場合は、挿入プローブ１０４の挿入方向が鼓膜２０２からずれている旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、エラーであることを使用者に通知する。鼓膜２０２の位置が認識できないことを表すエラーが通知されると、使用者は生体成分濃度測定装置１００を動かして、挿入プローブ１０４の挿入方向を調整すればよい。

ここで、ディスプレイ１１４、ブザー１５８及びスピーカーは、それぞれ本発明における警告出力部に相当する。

マイクロコンピュータ１１０により演算された、撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値以下である場合、マイクロコンピュータ１１０は、上記の方法により、撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値を超えるように第１の反射ミラー２０６及び第２の反射ミラー２０９の傾斜角度を調整する。

画像認識の結果、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値を超えていると判断すると、鼓膜２０２の位置を認識することができた旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより使用者に通知する。鼓膜２０２の位置が認識されると、自動的に、鼓膜２０２から放射される赤外線の測定が開始される。鼓膜２０２の位置が認識されたことを使用者に通知することにより、使用者は、測定が開始されたことを把握することができるので、生体成分濃度測定装置１００を動かさず、静止させればよいと認識することができる。

ここで、スピーカーは本発明における音声出力部に相当する。

マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において、鼓膜２０２の位置を認識することができたと判断すると、液晶シャッター１２０の各液晶セルに印加する電圧を制御して、鼓膜２０２からの赤外光が入射する液晶セルを光が透過する状態に設定し、鼓膜２０２以外からの赤外光が入射する液晶セルを、光を遮断する状態に設定する。さらに、マイクロコンピュータ１１０がチョッパー１１８の動作を開始させることにより、鼓膜２０２から放射される赤外光の測定が開始される。

赤外光の測定が開始された後も、撮像素子１４８により撮影された画像における鼓膜の位置を認識するための処理は継続して行っている。測定中に、使用者が挿入プローブ１０４を耳孔２００から外に取り出してしまったり、挿入プローブ１０４の向きを大きく動かしてしまったりした場合には、マイクロコンピュータ１１０が、撮像素子１４８により撮影された画像において鼓膜２０２に相当する画像がないと判断することにより、使用者の誤操作を検知する。この検知に伴い、マイクロコンピュータ１１０は、挿入プローブ１０４の挿入方向が鼓膜２０２からずれている旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、エラーであることを使用者に通知する。さらに、マイクロコンピュータ１１０は、チョッパー３１８を制御して、光学フィルタホイール１０６に到達する赤外光を遮断することにより、自動的に測定を停止させる。ここで、マイクロコンピュータ１１０により演算された、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合が閾値以下である場合に、使用者にエラーであると通知するようにしてもよい。

鼓膜２０２の位置が認識できないことを表すエラーが通知されると、使用者は生体成分濃度測定装置１００を動かして、挿入プローブ１０４を耳孔２００内に再度挿入したり、挿入プローブ１０４の挿入方向を調整したりした後、測定開始スイッチ１０３を押すことにより、再度測定が開始される。

マイクロコンピュータ１１０は、タイマー１５６からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー１１８を制御して、光学フィルタホイール１０６に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ１１０はディスプレイ１１４やブザー１５８を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１４に表示したり、ブザー１５８を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、導波管１０４を耳孔２００の外に取り出す。

Ａ／Ｄコンバータ１３８から出力された電気信号は、上記の方法により求められた、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合を用いて、マイクロコンピュータ１１０により補正される。マイクロコンピュータ１１０は、メモリ１１２から、第１の光学フィルタ１２２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第２の光学フィルタ１２４を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す相関データを読み出し、この相関データを参照して、補正後の電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ１１４に表示される。

撮像された画像内における鼓膜の領域の割合による電気信号の補正方法は、メモリ１１２に格納されている相関データにおける電気信号の内容によって選択することができる。例えば、メモリ１１２に格納されている相関データにおける電気信号が、単位面積当たりの信号であれば、撮像された画像内における鼓膜の領域の割合を用いて、測定された電気信号を単位面積当たりの信号に補正すればよい。このようにして、測定された信号を、測定された赤外光が放射された鼓膜の面積によって補正することができる。

以上のように、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置１００によると、外耳道３０４が屈曲している場合であっても、導波管２０４内に設けられた反射ミラー２０６、２０９を用いて、鼓膜２０２から放射されて導波管２０４内に入射した赤外光を反射することにより、その赤外光が導波管２０４内を通って本体１０２内に設けられた赤外検出器１０８に到達するようにすることができるので、シグナル／ノイズ比が向上することにより、高精度の測定を行うことができる。

また、撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値を超えるように第１の反射ミラー２０６及び第２の反射ミラー２０９の傾斜角度を調整することにより、鼓膜２０２から放射された赤外光がより多く赤外検出器１０８に到達するようにすることができるので、さらに高精度の測定を行うことができる。

また、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置１００によると、鼓膜２０２以外から放射された赤外光を液晶シャッター１２０を用いて遮断することより、鼓膜２０２から放射された赤外光を選択的に測定することができるので、外耳道３０４の影響を取り除くことができ、さらに高精度の測定を行うことができる。また、測定された信号を、測定された赤外光が放射された鼓膜の面積によって補正することにより、測定精度をさらに向上させることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る生体成分濃度測定装置について、図９を用いて説明する。本実施の形態の生体成分濃度測定装置は、光路変更素子を備えていない点、及び導波管内に設けられた２つの反射ミラーのうち、一方の反射ミラーの傾斜角度が固定されている点において実施の形態１と異なる。それ以外の構成については、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

図９は、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の挿入プローブ１０４が耳孔２００内に挿入された状態を示す断面図である。

図９に示すように、挿入プローブ１０４の先端部は開放されているため、鼓膜２０２から放射された赤外光は、挿入プローブ１０４の先端部において光路が変更されることなく挿入プローブ１０４内に入射する。

第１の反射ミラー２０６の裏面上には、実施の形態１と同様に３本のワイヤ３０２が取り付けられており、本体１０２内に設けられた３つの駆動部２０８を制御して、引っ張るワイヤ３０２を変えることにより、第１の反射ミラー２０６の傾きを調整することができる。

一方、第２の反射ミラー２０９は、導波管２０４の内面上に固定されている。

本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置によると、外耳道３０４が屈曲している場合であっても、導波管２０４内に設けられた反射ミラー２０６、２０９を用いて、鼓膜２０２から放射されて導波管２０４内に入射した赤外光を反射することにより、その赤外光が導波管２０４内を通って本体１０２内に設けられた赤外検出器１０８に到達するようにすることができるので、シグナル／ノイズ比が向上することにより、実施の形態１と同様に高精度の測定を行うことができる。

また、撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値を超えるように第１の反射ミラー２０６の傾斜角度を調整することにより、鼓膜２０２から放射された赤外光がより多く赤外検出器１０８に到達するようにすることができるので、さらに高精度の測定を行うことができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る生体成分濃度測定装置について、図１０を用いて説明する。本実施の形態の生体成分濃度測定装置は、導波管内に設けられた反射ミラーが１つである点において実施の形態１と異なる。それ以外の構成については、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

図１０は、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の挿入プローブ１０４が耳孔２００内に挿入された状態を示す断面図である。

導波管２０４の内面上には、実施の形態１と同様に、第２の反射ミラー２０９が設けられている。第２の反射ミラー２０９の裏面上には、実施の形態１と同様に３本のワイヤ３０２が取り付けられており、本体１０２内に設けられた３つの駆動部２０８を制御して、引っ張るワイヤ３０２を変えることにより、第２の反射ミラー２０９の傾きを調整することができる。

一方、実施の形態１と異なり、第１の反射ミラー２０６は備えていない。

また、挿入プローブ１０４の先端部には、鼓膜２０２から放射された赤外光の光路を変更するための光路変換素子２０７が設けられている。鼓膜２０２から出射した赤外光は、光路変更素子２０７の入射面において屈折することにより進行方向が変更され、より多くの光が第２の反射ミラー２０９に集光される。

本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置によると、外耳道３０４が屈曲している場合であっても、導波管２０４内に設けられた第２の反射ミラー２０９を用いて、鼓膜２０２から放射されて導波管２０４内に入射した赤外光を反射することにより、その赤外光が導波管２０４内を通って本体１０２内に設けられた赤外検出器１０８に到達するようにすることができるので、シグナル／ノイズ比が向上することにより、実施の形態１と同様に高精度の測定を行うことができる。

また、撮像された画像内における鼓膜２０２の領域の割合が閾値を超えるように第２の反射ミラー２０９の傾斜角度を調整することにより、鼓膜２０２から放射された赤外光がより多く赤外検出器１０８に到達するようにすることができるので、さらに高精度の測定を行うことができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る生体成分濃度測定装置について、図１１を用いて説明する。本実施の形態の生体成分濃度測定装置は、光路変更素子を備えていない点、及び導波管内に設けられた２つの反射ミラーの傾斜角度が固定されている点において実施の形態１と異なる。それ以外の構成については、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

図１１は、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の挿入プローブ１０４が耳孔２００内に挿入された状態を示す断面図である。

図１１に示すように、挿入プローブ１０４の先端部は開放されているため、鼓膜２０２から放射された赤外光は、挿入プローブ１０４の先端部において光路が変更されることなく挿入プローブ１０４内に入射する。

また、第１の反射ミラー２０６及び第２の反射ミラー２０９は、導波管２０４の内面上に固定されている。

本発明は、非侵襲的な生体成分濃度の測定、例えば、血液を採取することなくグルコ−ス濃度を測定する際に有用である。

本発明の一実施の形態における生体成分濃度測定装置の外観を示す斜視図同生体成分濃度測定装置における挿入プローブが耳孔内に挿入された状態を示す断面図同生体成分濃度測定装置における反射ミラーの構造を示す底面図同反射ミラーの構造を示す断面図同反射ミラーの動作を示す断面図同生体成分濃度測定装置の構成を示す図同生体成分濃度測定装置における光学フィルタホイールを示す斜視図同生体成分濃度測定装置を用いて耳孔内を観察した時の画像を示すイメージ図本発明の他の実施の形態に係る生体成分濃度測定装置における挿入プローブが耳孔内に挿入された状態を示す断面図本発明のさらに他の実施の形態に係る生体成分濃度測定装置における挿入プローブが耳孔内に挿入された状態を示す断面図本発明のさらに他の実施の形態に係る生体成分濃度測定装置における挿入プローブが耳孔内に挿入された状態を示す断面図

符号の説明

１００生体成分濃度測定装置
１０１電源スイッチ
１０２本体
１０３測定開始スイッチ
１０４挿入プローブ
１０５屈曲部
１０６光学フィルタホイール
１０８赤外線検出器
１１０マイクロコンピュータ
１１２メモリ
１１４ディスプレイ
１１６電源
１１８チョッパー
１２０液晶シャッター
１２２第１の光学フィルタ
１２３リング
１２４第２の光学フィルタ
１２５シャフト
１２６検出領域
１３０前置増幅器
１３２帯域フィルタ
１３４同期復調器
１３６ローパスフィルタ
１３８Ａ／Ｄコンバータ
１４０光源
１４２第１のハーフミラー
１４４第２のハーフミラー
１４６集光レンズ
１４８撮像素子
１５０アクチュエータ
１５２レンズ枠
１５４位置センサ
１５６タイマー
１５８ブザー
１６０駆動部制御器
２００耳孔
２０２鼓膜
２０４導波管
２０５外管
２０６第１の反射ミラー
２０７光路変更素子
２０８駆動部
２０９第２の反射ミラー
３０１突起部
３０２ワイヤ
３０３孔
３０４外耳道

Claims

屈曲部を有し、耳孔内に挿入される挿入プローブと、
前記挿入プローブ内に設けられ、前記耳孔内にある鼓膜から放射され、前記挿入プローブ内に入射した赤外光を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーにおいて反射し、前記挿入プローブ内を通過した前記赤外光を分光する分光素子と、
前記分光素子により分光された前記赤外光を検出する赤外線検出器と、
前記赤外線検出器の出力を生体成分の濃度に換算する生体成分濃度演算部とを備える生体成分濃度測定装置。
前記反射ミラーと前記挿入プローブの内面との成す角度を変化させる駆動部をさらに備える、請求項１記載の生体成分濃度測定装置。
前記反射ミラーが、前記挿入プローブ内に複数設けられている、請求項１または２記載の生体成分濃度測定装置。
前記複数の反射ミラーが、第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーを含み、
前記第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、前記屈曲部と前記挿入プローブの先端部との間に、互いに対面するように設けられ、
前記第１の反射ミラーは、前記第２の反射ミラーよりも前記挿入プローブの先端部に近い位置に設けられている、請求項３記載の生体成分濃度測定装置。
前記反射ミラーに接続された複数のワイヤをさらに備え、
前記駆動部は、前記複数のワイヤのうちの１つの前記ワイヤと接続され、前記ワイヤを巻き取る機能を有し、
複数の前記駆動部を備え、
前記複数の前記駆動部は、前記複数のワイヤの巻き取り量を制御することにより、前記角度を変化させる、請求項２記載の生体成分濃度測定装置。
前記耳孔内を照らすための光を出射する光源と、
前記光源から出射し、前記耳孔内において反射した前記光を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子により得られた撮像情報の中から、前記鼓膜の撮像情報を検出する撮像情報検出部とをさらに備え、
前記駆動部は、
前記撮像情報検出部により検出された前記鼓膜の撮像情報に基づき、前記鼓膜において反射した前記光が前記撮像素子に入射するように前記角度を変化させる、請求項２記載の生体成分濃度測定装置。