JP2021069857A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度を向上可能にした測定装置を提供する。【解決手段】測定装置１は、ユーザの体に光を照射した際にユーザの体から反射する光に基づき、体の中の特定の成分を測定する。測定装置１は、光を透過するカバー１０に接触又は近接する検出部位２にカバー１０を介して光を当てる光源２０と、カバー１０に対して光源２０と同じ側に設けられ、ユーザの体からの反射光を受光する受光部３０と、を備えている。また、測定装置１は、カバーで反射して受光部３０に向かう光の量を抑制する抑制機構５０を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、人体中の特定の成分を測定する光学式の測定装置に関する。

従来、ユーザの体の一部に光を照射して、体から反射した光を分析することにより、体内中の特定の成分を測定する測定装置が周知である。特許文献１には、人の指などの検出部位に光を照射して、体内を通過して反射した反射光から血中アルコール濃度を測定する測定装置が記載されている。この測定装置では、検出部位に光を照射した際に検出部位を通って出た反射光を受光する受光部が設けられている。受光部の受光量は、体内を通った際に血液成分に吸収された光の量に関係している。受光部は、受光量に応じて変化する信号を制御部に出力し、血中アルコール濃度を算出させる。検出部位に光を当てる光源と受光部とは、光を透過する透明のカバーを介して検出部位と対向するように配置されている。

特開２０１０−３６７９９号公報

ところで、光を照射する光源と検出部位との間にあるカバーによって反射した光が受光部に入射されると、体内を通って出てきた光を分析する上でノイズになる。これにより、測定精度が低下することがあった。

本発明の目的は、測定精度を向上可能にした測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するための測定装置は、ユーザの体に光を照射した際に前記ユーザの体から反射する光に基づき、前記ユーザの体の中の特定の成分を測定する測定装置であって、光を透過するカバーに接触又は近接する前記ユーザの体に対し、前記カバーを介して光を照射する光源と、前記カバーに対して前記光源と同じ側に設けられ、前記ユーザの体からの反射光を受光する受光部と、前記カバーで反射して前記受光部に入射する光の量を抑制する抑制機構と、を備える。

本発明の測定装置は、測定精度を向上可能にする。

第１実施形態の測定装置の構成図。 エチルアルコール水溶液による吸光度を説明するグラフ。 第１実施形態において光源から照射される光の経路を示す概略図。 第２実施形態の測定装置の構成図。 第３実施形態の測定装置の構成図。 第４実施形態の測定装置の構成図。 第５実施形態の測定装置の構成図。 第６実施形態の測定装置の構成図。 第７実施形態の測定装置の構成図。

＜第１実施形態＞
以下、測定装置の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、測定装置１は、例えばユーザの体の一部である検出部位２に光を照射して、体から反射する光を分析することにより、体内中の特定の成分を測定するものである。本例の場合、測定装置１は、体内中の特定の成分として、例えば血中アルコール濃度を測定する。検出部位２は、例えば人体の指であることが好ましい。

測定装置１は、光を透過するカバー１０と、カバー１０を介して検出部位２に光を当てる光源２０と、光を受光する受光部３０とを備えている。カバー１０は、光の透過性を有するガラスや樹脂などの部材であって、板状に形成されている。カバー１０は、表面１１と表面１１の反対側の裏面１２とを有している。測定装置１の測定時、カバー１０の表面１１に接触又は近接するように検出部位２がかざされる。測定装置１は、例えば図示しない車両に搭載され、ユーザの飲酒状態の判別に用いられる。カバー１０は、測定装置１が車載用の場合、例えば車内のエンジンスイッチのノブ自体、又はノブ表面を形成する部材であることが好ましい。

光源２０及び受光部３０は、カバー１０の裏面１２側に設けられている。したがって、光源２０及び受光部３０は、カバー１０を介して検出部位２と対向する。また、光源２０及び受光部３０は、図示しないケース内に収容されている。カバー１０の表面１１は、ケースから露出している。

光源２０は、所定の波長域の光をカバー１０の裏面１２側から検出部位２へ向けて照射する。光源２０が照射する光の波長域は、赤外領域を含むことが好ましい。また、光源２０からは、例えば、照射した光の放射強度が最も高い光軸を中心に、３次元的に光線の広がり角を有する発散光が照射される。広がり角とは、放射強度が光軸に対して所定の割合となる角度である。

受光部３０は、例えばフォトダイオードを有し、受光した光の量、すなわち受光量に応じた検出信号Ｓを出力する。受光部３０は、カバー１０に対向する受光面３１を有する。受光部３０は、受光面３１に入射した光のみを受光するように構成されている。

測定装置１は、受光部３０の検出信号Ｓを入力して検出信号Ｓに基づく処理を行う制御装置４０を備えている。制御装置４０は、光源２０及び受光部３０の作動を制御する。制御装置４０には、ユーザ体内の特定成分を測定する測定部４１が設けられている。測定部４１は、例えば検出信号Ｓに基づき、受光量の強度に応じた血中アルコール濃度を算出する。

以下に、測定部４１による血中アルコール濃度の測定について説明する。
カバー１０の表面１１側にかざされた検出部位２に光源２０から光が照射されると、光は、検出部位２の内部で散乱しながら検出部位２を透過する。光が検出部位２を通る際、検出部位２内の血液によって特定の波長の光が吸収される。そして、検出部位２を透過して外部に反射された反射光の一部が、受光部３０によって受光されることになる。このとき、検出部位２により吸収される光の波長が、血液中の成分に応じて変化する。これにより、受光部３０で受光する反射光の量が変化し、その結果、受光部３０における光の受光量が変化する。

図２に、各々の濃度に応じたエチルアルコール水溶液の光の吸光度を図示する。同図に示すように、エチルアルコール水溶液は、特定の波長の光を吸収することが分かる。本図では、エチルアルコール濃度が各々４０％、６０％、８０％、１００％の試料Ａ１、試料Ａ２、試料Ａ３、試料Ａ４による１７００ｎｍ付近の波長における吸光度曲線を示す。また、純水の比較試料Ｂによる吸光度曲線を示す。エチルアルコール水溶液において、純水と比べると１６９０ｎｍ及び１７４０ｎｍ付近に、２つの吸収のピークが見られる。この２つのピークにおいて、吸光度は、エチルアルコール濃度の増加に従って強くなる。また、１７５０〜１８００ｎｍの波長領域では、エチルアルコール濃度の増加に従って吸光度が低下する。このように、エチルアルコール濃度によって影響を受ける特定の波長の光を用いることで、検出部位２を流れる血中アルコール濃度を測定することができる。また、複数の特定の波長の光を用いることにより、検出精度を向上できることが示唆される。

測定装置１において、受光部３０は、特定の波長の光を受光可能に構成される。そして、その波長の光の受光量に応じて受光部３０の検出信号Ｓが変化する。例えば、測定装置１には、特定の波長以外の波長領域をカットする図示しないフィルターが設けられる。フィルターは、光源２０側に設けられてもよいし、受光部３０側に設けられてもよい。これにより、測定部４１は、受光部３０の検出信号Ｓに基づいて、血中アルコール濃度を算出することができる。

図１に示す通り、測定装置１は、カバー１０で反射した光が受光部３０に照射されるのを抑制する抑制機構５０を有している。以降、カバー１０で反射した光を「カバー反射光」と記載する。抑制機構５０は、光源２０から照射された光の反射光において、検出部位２を通って受光部３０に入る反射光の割合を向上するものである。なお、本実施形態では、カバー１０の裏面１２における光の反射において、拡散反射に比べて正反射の割合が十分に大きいものとする。また、拡散反射のカバー反射光によるノイズへの影響は、無い又は無視できるほど軽微であるものとする。したがって、単に反射と記載した場合は、正反射を指すものとする。

抑制機構５０は、受光部３０に対するカバー反射光の入射を遮る遮蔽部５１を備えている。遮蔽部５１は、カバー１０の裏面１２側において、光源２０からの光の照射を受ける部分と、受光部３０との間に設けられている。本実施形態の場合、遮蔽部５１は、カバー１０から裏面１２側に突出するように壁状に設けられている。なお、遮蔽部５１は、光を透過しない材質によって形成されている。遮蔽部５１の形状は、平面状又は曲面状など、種々の形状が適用できる。

以下、本実施形態の作用について説明する。
図３に示すように、光源２０から照射された光は、カバー１０の裏面１２に当たる。そして、光は、カバー１０内を通り、検出部位２に当たると、検出部位２内を散乱しながら進む。さらに、検出部位２内を通って反射した反射光の一部は、カバー１０を通過し、受光部３０に至る。受光部３０は、特定の波長領域における光の受光量に応じた検出信号Ｓを制御装置４０に出力し、血中アルコール濃度を算出させる。制御装置４０は、例えば、他の車載装置と通信を行い、測定した血中アルコール濃度に基づく車両のエンジン始動の可否を、他の車載装置に通知する。

ところで、カバー１０の裏面１２に照射された光は、カバー１０の裏面１２において反射する。仮に裏面１２で反射されたカバー反射光が受光部３０に入ると、検出部位２を通った反射光の受光量を測定する上でノイズとなり得る。すなわち、受光部３０が反射光を受光するにあたり、検出部位２から反射した反射光の受光量に対し、カバー反射光の受光量の割合が多くなってしまうと、Ｓ／Ｎ比（Signal-Noise ratio）が低下し、測定精度の悪化に繋がってしまう。

本実施形態の場合、遮蔽部５１は、カバー１０の裏面１２側において、光源２０からの光の照射を受ける部分と、受光部３０との間に設けられ、カバー１０から受光部３０側へ進行するカバー反射光を遮る。したがって、受光部３０で受光する反射光のうち、検出部位２から反射した光の割合を向上することができるので、アルコール濃度測定の精度を向上することができる。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）測定装置１は、受光部３０において、光源２０から照射され、カバー１０によって反射されたカバー反射光の受光量を抑制する抑制機構５０を備えている。この構成によれば、カバー１０から反射する光を受光部３０に至り難くすることができる。これにより、測定精度を向上させることができる。

（２）抑制機構５０は、受光部３０に対するカバー反射光の入射を遮る遮蔽部５１を備える。この構成によれば、光源２０及び受光部３０の間に遮蔽部５１を設けるという簡素な構造によって、カバー１０から反射するカバー反射光を受光部３０に至り難くすることができる。

＜第２実施形態＞
次に、測定装置１の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の部材構成については、同一の符号を付すとともに説明を省略し、異なる部分のみ説明する。

図４に示すように、測定装置１は、抑制機構５０において、光源２０からの光を収束するレンズ５２を備えている。レンズ５２の焦点は、レンズ５２と光源２０との間に設定されている。すなわち、光源２０は、レンズ５２に対して焦点より外側にある。

レンズ５２を通った光は、収束されてカバー１０の裏面１２に当たる。すなわち、レンズ５２は、光源２０から照射された光の広がりを小さくしてカバー１０に当てる。これにより、カバー１０によって反射されるカバー反射光の受光部３０への入射を抑制できる。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（３）抑制機構５０は、光源２０からの光を収束させてカバー１０に当てるレンズ５２を備えている。この構成によれば、光源２０の照射光の広がりをレンズ５２によって小さく抑えることが可能となる。これにより、カバー１０によって反射されるカバー反射光の受光部３０への入射を抑制し、カバー反射光によるノイズを抑制できる。これにより、測定精度を向上できる。また、光源２０の光の多くを検出部位２に向かわせることが可能となるので、検出部位２から光の反射量も向上できる。

＜第３実施形態＞
次に、測定装置１の第３実施形態を説明する。第３実施形態においても、前述の実施形態と異なる部分のみ説明する。

図５に示すように、測定装置１は、抑制機構５０において、光源２０が指向性の高いレーザ光を照射する。レーザ光は、測定対象である体内の成分に応じて、特定の波長を有している。

光源２０は、カバー１０の裏面１２で反射されるカバー反射光の方向が、受光部３０へ向かないように、配置されている。すなわち、レーザ光の入射角は、カバー反射光が受光部３０に向かないような角度に設定されている。例えば、レーザ光の入射角をカバー１０の裏面１２に対して垂直とすれば、受光部３０へ向かって反射されるカバー反射光の量を低減することができる。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（４）光源２０は、抑制機構５０において、指向性の高いレーザ光を照射する。この構成によれば、受光部３０へ向かって反射されるカバー反射光の量を低減してノイズを抑制できる。これにより、測定精度を向上できる。

＜第４実施形態＞
次に、測定装置１の第４実施形態を説明する。第４実施形態においても、前述の実施形態と異なる部分のみ説明する。

図６に示すように、カバー１０は、抑制機構５０において、裏面１２に傾斜部５３を有している。本実施形態の傾斜部５３は、光源２０に対向するとともに、傾斜した傾斜面５４を複数有している。傾斜面５４は、光源２０からの光を、受光部３０とは異なる方向に反射するように傾斜して設けられている。例えば、傾斜面５４は、光源２０から照射された光を受光部３０とは反対方向に照射する傾斜向きに形成されている。また、傾斜部５３は、カバー１０の裏面１２において、光源２０からの光が当たる部分の全体に亘って設けられることが好ましい。

光源２０から照射された光は、傾斜面５４に当たる。光は、傾斜面５４によって、受光部３０とは異なる方向へ反射される。これにより、受光部３０へ入射するカバー反射光の量が低減される。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（５）抑制機構５０は、カバー１０の裏面１２に設けられた傾斜面５４を備えている。この構成によれば、受光部３０へ向かって反射されるカバー反射光の量が低減されるので、ノイズを抑制できる。これにより、測定精度を向上できる。

＜第５実施形態＞
次に、測定装置１の第５実施形態を説明する。第５実施形態においても、前述の実施形態と異なる部分のみ説明する。

図７に示すように、カバー１０は、抑制機構５０において、光源２０からの光を乱反射させる乱反射部５５を備えている。本実施形態の乱反射部５５は、カバー１０の裏面１２に凹凸状、すなわち粗面状に設けられている。なお、乱反射部５５は、裏面１２において、少なくとも光源２０からの光が当たる部分に設けられている。

光源２０から照射された光は、カバー１０の乱反射部５５に当たる。乱反射部５５に当たった光は、乱反射部５５の凹凸形状により、全方向に対して同程度に反射される。これにより、特定の方向へ反射される光の量が減り、その結果、受光部３０においてカバー反射光の受光量が低減される。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（６）抑制機構５０は、カバー１０において、光源２０からの光を乱反射させる乱反射部５５を備えている。この構成によれば、カバー１０に当たる光を乱反射させることにより、特定の方向へ反射される光の量が減り、結果として、受光部３０においてカバー反射光の受光量が低減される。これにより、ノイズを抑制することができ、測定精度を向上できる。

＜第６実施形態＞
次に、測定装置１の第６実施形態を説明する。第６実施形態においても、前述の実施形態と異なる部分のみ説明する。

図８に示すように、受光部３０は、抑制機構５０において、カバー１０の裏面１２に近接して配置されている。本実施形態の場合、受光部３０は、カバー１０の裏面１２に近接して配置されている。なお、受光部３０は、カバー１０に対向する受光面３１に入射した光のみを受光するように構成されている。なお、受光部３０は、カバー１０の裏面１２に接触していてもよい。

カバー反射光は、カバー１０から遠ざかる方向に進むため、カバー１０に近接している受光部３０の受光面３１に当たらない。そのため、受光部３０において、カバー反射光の受光量が低減される。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（７）受光部３０は、抑制機構５０において、カバー１０に近接して配置されている。この構成によれば、カバー１０からの反射光が、受光部３０に受光されることがない。すなわち、受光部３０において、カバー反射光の受光量が低減され、ノイズが抑制される。これにより、測定精度を向上できる。

＜第７実施形態＞
次に、測定装置１の第７実施形態を説明する。第７実施形態においても、前述の実施形態と異なる部分のみ説明する。

図９に示すように、光源２０は、抑制機構５０において、カバー１０の裏面１２に対して光軸Ｌが傾くように配置されている。また、光源２０は、受光部３０側とは異なる方向、例えば受光部３０とは反対側へ傾けられている。光源２０の傾き角度θは、光源２０により照射される光の広がり角に応じて設定されることが好ましい。なお、傾き角度θは、例えば光軸Ｌと裏面１２とがなす角であり、直角より小さい角に設定されている。

光源２０によって照射された光は、光源２０の傾きに従い、カバー１０に対して斜めに照射される。これにより、受光部３０側に反射されるカバー反射光の量を減らすことができ、受光部３０におけるカバー反射光の受光量が低減される。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（８）光源２０は、抑制機構５０において、照射する光の光軸Ｌがカバー１０に対して傾くように、傾けて配置されている。この構成によれば、カバー１０からのカバー反射光が、受光部３０側へ反射し難い構成にできる。したがって、受光部３０においてカバー反射光の受光量を低減でき、ノイズを抑制できる。これにより、測定精度を向上できる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第１実施形態において、遮蔽部５１の長さや形状は特に限定されない。また、遮蔽部５１は、カバー１０と一体形成されてもよいし、別体に形成したものをカバー１０に取り付けてもよい。

・第１実施形態において、遮蔽部５１は、カバー１０に接触していてもよいし、カバー１０から離隔していてもよい。
・第１実施形態において、遮蔽部５１は、受光部３０の周囲を囲うように設けられていてもよい。すなわち、遮蔽部５１の配置は本実施形態に限定されない。

・第２実施形態において、レンズ５２は、光を平行光に変換するものでもよいし、収束光に変換するものでもよい。すなわち、発散光から収束させる方向に変換すればよい。
・第２実施形態において、レンズ５２は、複数設けられてもよい。すなわち、レンズ５２の個数は、１つでもよいし、２つでもよいし、３つ以上でもよい。

・第３実施形態において、レーザ光は、完全な平行光でなくてもよい。また、単波長でなくてもよい。
・第４実施形態において、傾斜面５４の個数は、１つでもよいし、２つでもよいし、３つ以上でもよい。

・第４実施形態において、傾斜面５４は、光源２０からの光を、受光部３０とは異なる方向に反射すれば、すなわち受光部３０へ向かって反射しないようにすれば、傾斜の方向は限定されない。

・第４実施形態において、傾斜面５４は、カバー１０の裏面１２の一部に設けてもよいし、全体に設けてもよい。また、カバー１０の裏面１２の光が当たる部分において、全体に設けてもよいし、一部に設けてもよい。また、カバー１０の内部に設けてもよい。

・第５実施形態において、乱反射部５５は、裏面１２の凹凸形状に限定されず、例えばフィルムなどでもよい。
・第５実施形態において、乱反射部５５は、カバー１０の裏面１２の一部に設けてもよいし、全体に設けてもよい。また、カバー１０の裏面１２の光が当たる部分において、全体に設けてもよいし、一部に設けてもよい。また、カバー１０の内部に設けてもよい。

・第６実施形態において、受光部３０は、カバー１０に接触していてもよいし、離隔していてよい。
・第７実施形態において、光源２０は、受光部３０とは反対側に傾けることに限定されず、受光部３０にカバー反射光が入らないように傾ければ、傾きの方向はどちらでもよい。

・各実施形態において、制御装置４０は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサ、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ASIC:Application Specific Integrated Circuit）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いはそれらの組み合わせ、を含む回路（circuitry）として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）並びに、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

・各実施形態において、光源２０から照射される光、及び受光部３０が受光する光の波長域は、特に限定されない。また、それぞれ、一つの波長域でもよいし、二つ以上の複数の波長域でもよい。

・各実施形態において、測定する体内の成分は特に限定されない。例えば血中アルコール濃度でもよいし、血糖値でもよいし、その他の成分であってもよい。
・各実施形態において、特定の波長以外の波長領域をカットするフィルターが配置されていてもよいし、フィルターが配置されていなくてもよい。例えば、光源２０に特定の波長の光を照射するものを用いた場合、又は、受光部３０が特定の波長の光のみを検出するものである場合には、フィルターは、省略可能である。また、スペクトル解析などを用いてもよい。すなわち、光の検出方法は特に限定されない。

１…測定装置
２…検出部位
１０…カバー
２０…光源
３０…受光部
４０…制御装置
４１…測定部
５０…抑制機構
５１…遮蔽部
５２…レンズ
５３…傾斜部
５４…傾斜面
５５…乱反射部

Claims (7)

1. ユーザの体に光を照射した際に前記ユーザの体から反射する光に基づき、前記ユーザの体の中の特定の成分を測定する測定装置であって、
   光を透過するカバーに接触又は近接する前記ユーザの体に対し、前記カバーを介して光を照射する光源と、
   前記カバーに対して前記光源と同じ側に設けられ、前記ユーザの体からの反射光を受光する受光部と、
   前記カバーで反射して前記受光部に入射する光の量を抑制する抑制機構と、を備える測定装置。
2. 前記抑制機構は、前記光源及び前記受光部の間に配置されて、前記カバーから反射する光の前記受光部への入射を遮る遮蔽部を備える
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記抑制機構は、前記光源からの光を収束させて前記カバーに照射するレンズを備える
   請求項１に記載の測定装置。
4. 前記抑制機構は、指向性の高いレーザ光を照射する前記光源を備える
   請求項１に記載の測定装置。
5. 前記抑制機構は、前記カバーの前記光源側の面に設けられた傾斜面を備える
   請求項１に記載の測定装置。
6. 前記抑制機構は、前記カバーにおいて前記光源からの照射光を乱反射させる乱反射部を備える
   請求項１に記載の測定装置。
7. 前記抑制機構は、前記カバーに近接して配置された前記受光部を備える
   請求項１に記載の測定装置。

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