JP4551998B2 - 光プローブ、および、これを用いた計測システム - Google Patents

Description

本発明は、光プローブ、これを用いた計測システム、および、これを用いた反射光検出方法に関するものである。特に、本発明は、反射式の光プローブに関するものである。

従来の反射式光センサとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この光センサは、人体表面に照射され、人体内部で散乱した後、照射された表面に戻ってきた光（反射光）を検出するものである。この反射光を検出することにより、血液の酸素飽和度を測定することができる。血中の酸素飽和度を測定する装置は、パルスオキシメータと呼ばれている。

こうした反射式の光センサは、人体（例えば指）の表面に貼り付けるだけで使用することができる。一方、透過式の光センサは、発光体と受光体とで対象者の身体の一部を挟み込むため、傷害が起きたり、圧迫などの不快感を生じたりすることがある。したがって、反射式光センサは、透過式のものに較べて、対象者における負担が少ないという利点がある。

ところで、反射式の光センサを、従来のものよりも小型化することができれば、使用部位の制約が減少する。十分に小さいものであれば、例えば、小指の爪や小児の爪にも使用できるようになる。

また、特許文献１記載の光センサは、発光用のＬＥＤを爪の表面に接着しているので、対象者が発熱の影響を受けやすいという問題もある。したがって、従来のものでは、発光時間や消費電力（つまり発光量）を制限して発熱量を抑制する等の対策が必要になる。
特表２００１−５０１８４７号公報

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的の一つは、小型化が容易な光プローブおよびこれを用いた計測システムを提供することである。本発明の他の目的は、発光部による発熱の影響を測定対象（人、動植物または物）が受けにくい光センサを提供することである。

本発明に係る光プローブは、発光部と受光部と反射部と光通路とを備えている。前記受光部は、前記発光部から発せられ、かつ、前記光通路と外部とを通過した光を受光するものである。前記反射部は、前記発光部から前記光通路に入った光を反射して前記光通路の内部に戻すものである。前記光通路は、前記発光部から発せられた光を前記反射部または前記外部を介して前記受光部に送るものである。

前記発光部は、前記反射部または前記光通路に向けて光を発するものであってもよい。

前記発光部は、前記外部に向けて光を発するものであってもよい。

前記発光部は、少なくとも二種類の波長の光を発するものであってもよい。

前記発光部は、発光用のＬＥＤまたはレーザダイオードを備えている構成であってもよい。

前記発光部は、第１発光部と第２発光部とを備えていてもよい。前記第１発光部は、第１の波長の光を発するＬＥＤまたはレーザダイオードを備えていてもよい。前記第２発光部は、第２の波長の光を発するＬＥＤまたはレーザダイオードを備えていてもよい。

前記受光部は、受光した光を検出するフォトダイオードを備えていてもよい。

前記反射部は、拡散反射面であってもよい。

前記反射部は、球面形状に形成されていてもよい。

前記光プローブは、本体をさらに備えていてもよい。さらに、前記反射部を、前記本体の内面に形成し、かつ、前記本体を変形可能とすることができる。

前記光通路は、前記発光部または受光部の周囲に配置された端部を備えていてもよい。

前記光通路の内部には、透明材料を充填してもよい。この透明材料の全部または一部をエポキシ樹脂とすることができる。また、透明材料の全部または一部をシリコーン樹脂とすることもできる。

前記受光部または前記発光部を基板に配置してもよい。さらに、基板を、変形可能としてもよい。

前記発光部を基板に配置し、前記基板に、前記発光部で発生した熱を外部に導く伝熱性を備える構成としてもよい。

前記発光部は、光ファイバ等の導光体を備えていてもよい。

前記受光部は、光ファイバ等の導光体を備えていてもよい。

本発明の光プローブは、次のような構成であってもよい。すなわち、この光プローブは、発光部と受光部と反射部と光通路とを備える。前記発光部は、前記反射部に向けて発光するものである。前記反射部は、前記発光部と対向しており、かつ、前記発光部から発せられた光を前記光通路に戻すものである。前記光通路は、前記発光部と前記反射部との間に配置されている。さらに、前記光通路は、前記発光部から発せられ、かつ、前記反射部で反射された光を外部に送り出すものである。前記受光部は、前記発光部から発せられ、かつ、前記光通路と前記外部とを通過した光を受光するものである。

本発明の光プローブは、次のような構成であってもよい。すなわち、この光プローブは、発光部と受光部と反射部と光通路とを備える。前記発光部は、外部に向けて発光するものである。前記光通路は、前記発光部から発せられ、かつ、前記外部を通過した光を取り込んで、前記反射部まで導くものである。前記反射部は、前記光通路に取り込まれた光を反射して、前記光通路を介して前記受光部に送るものである。前記受光部は、前記光通路により送られた光を受光するものである。

前記発光部は、基板の一面側に配置され、前記受光部は、前記基板の他面側に配置されていてもよい。

本発明に係る計測システムは、前記したいずれかの光プローブと、この光プローブで受光された光の特性を解析する解析部とを有している。

本発明に係る反射光検出方法は、次のステップを有している：
（１）発光部から発せられた光を受光部の周囲から外部に放出するステップ；
（２）前記外部に放出され、かつ、前記外部を通過した光の一部を、前記受光部で受光するステップ。

前記ステップ（１）において、前記発光部から発せられた光を拡散反射させた後、前記放出を行うこともできる。

本発明に係る反射光検出方法は、次のような構成であってもよい。すなわち、この方法は、次のステップを有している：
（１）発光部から外部に向けて光を発するステップ；
（２）前記外部に向けて発せられ、かつ、前記外部を通過した光の一部を、前記発光部の周囲から光通路に取り込むステップ；
（３）前記光通路に取り込まれた光を前記受光部で受光するステップ。

前記ステップ（３）において、前記光通路に取り込まれた光を拡散反射させた後、前記受光部で受光することもできる。

本発明の光プローブにおいて、前記基板が、第１基板体と第２基板体と中間層とを備えていてもよい。前記第１基板体は、前記基板の一面側に配置されている。前記第２基板体は、前記基板の他面側に配置されている。前記中間層は、前記第１基板体と第２基板体との間に配置されている。さらに、前記中間層は導電性を有している。

前記中間層は遮光性を有していてもよい。

本発明の光プローブは、本体をさらに備え、前記反射部が、前記本体の内面に形成され、かつ、前記本体の外表面に導電性材料を備える構成であってもよい。

本発明の光プローブは、前記基板に配置された前記受光部の周囲を少なくとも部分的に覆う保護部を備え、前記保護部が導電性材料を備えた構成でも良い。

本発明の光プローブは、前記光通路の端部の周辺に、爪用アタッチメントを取り付け、前記爪用アタッチメントの外表面を、略円筒状に形成する構成であっても良い。

前記爪用アタッチメントが、前記光通路の端部に面する位置の外側において遮光性を有していてもよい。

本発明の光プローブは、前記基板に配置された前記受光部の周囲を少なくとも部分的に覆う保護部を備え、前記保護部が遮光性を有する構成であっても良い。

本発明の光プローブは、前記透明材料の内部に光散乱性媒体を配置する構成であってもよい。

本発明の光プローブは、さらに熱導体を備えていてもよい。前記発光部は、前記反射部に対向する位置に配置されてもよい。前記熱導体は、前記発光部近傍から前記反射部またはその外部まで延長される。

本発明によれば、小型化が容易な光センサを提供することができる。
また、本発明によれば、発光部を対象者（または対象物）から離間させることができ、このようにすれば、発光部による発熱の影響を受けにくい光センサを提供することも可能である。

（第１実施形態の構成）
本発明の第１実施形態に係る計測システムを、図１〜図１３に基づいて以下に説明する。この実施形態の計測システムは、パルスオキシメータとして用いられるものである。この計測システムは、光プローブ１と、解析部２と、配線３と、固定具４とを主体として構成されている（図１参照）。また、この計測システムは、この実施形態では、計測対象者の手５に取り付けられている。

光プローブ１は、発光部１１と、受光部１２と、本体１３と、光通路１４と、基板１５と、保護部１６とを主要な構成として備えている（図２〜図１１参照）。

発光部１１は、第１発光部１１１と第２発光部１１２（図５，図１０および図１１参照）とを備えている。第１発光部１１１は、具体的には、第１の波長の光を発する発光体としてのＬＥＤである。第１の波長の光とは、例えば、波長が６６０［ｎｍ］付近の赤色光である。第２発光部１１２は、具体的には、第２の波長の光を発する発光体としてのＬＥＤである。第２の波長の光とは、例えば、波長が８８０［ｎｍ］付近の近赤外光である。ただし、発光部１１としては、一つの発光体のみを用いる構成であってもよい。さらに、発光体としては、ＬＥＤに限らず、レーザダイオードやランプなどの他の発光体を用いても良い。また、ＬＥＤ等の発光体の数は、単数でも複数でもよい。第１および第２発光部１１１および１１２は、基板１５の一面（本体１３を向く面）に取り付けられている。これにより、発光部１１は、反射部１３１（後述）または光通路１４に向けて光を発するものとなっている。

受光部１２は、この実施形態では、受光体としてのフォトダイオードが用いられている。受光部１２は、基板１５の他面（外部を向く面）に取り付けられている（図５，図９および図１０参照）。これにより、受光部１２は、発光部１１から発せられ、かつ、光通路１４と外部（例えば対象物の内部）とを通過した光を受光するようになっている。

本体１３の一面（内面）には、球面形状とされた反射部１３１が形成されている（図２，図３および図５参照）。本体１３は、全体として、硬質な樹脂から構成されている。ただし、本体１３を柔軟性のある樹脂から構成してもよく、樹脂でない材料により構成しても良い。

反射部１３１は、光（特に赤外光や赤色光）を高い反射率で反射する材質（例えば白色材質）で構成されている。また、反射部１３１には、微細な凹凸（すなわち「粗い表面」）（図示せず）が形成されている。これにより、反射部１３１は、拡散反射面とされている。このような微細な凹凸（粗い表面）は、例えば白色微粉末を塗布することにより得ることができる。反射部１３１は、発光部１１から光通路１４に入った光を反射して光通路１４の内部に戻すものである。

光通路１４は、反射部１３１（すなわち本体１３の内面）と発光部１１との間に形成された空間である（図５参照）。光通路１４は、発光部１１の周囲に配置された端部（すなわち光が出入りする部分）１４１を備えている。光通路１４の内部には、透明材料１４２が充填されている。透明材料１４２は、発光体の発熱を放散できるものであることが好ましく、例えば、エポキシ樹脂である。ただし、透明材料１４２としては、シリコーン樹脂など、他の材料を用いることもできる。また、例えば、人体に接触する部分のみを柔軟なシリコーン樹脂とし、その他の部分をエポキシ樹脂とすることもできる。光通路１４は、発光部１１から発せられた光を反射部１３１および外部（例えば対象物の内部）を介して（つまり経由して）受光部１２に送るようになっている。光通路１４の端部１４１は、受光部１２の周囲に形成されたものとなっている。なお、ここで、周囲とは、全周を必ずしも意味するものではなく、全周の一部である場合を含む。光通路１４の端部１４１は、基板１５に対応する部分を除いて、受光部１２の周囲において、外部に面している。

基板１５は、本体１３の一面側に取り付けられている。基板１５の一端は、反射部１３１の内面側に形成された光通路１４のほぼ中央まで延長されている。基板１５の他端は、本体１３の外部まで延長されている。発光部１１および受光部１２は、基板１５の一端の近傍に取り付けられている。これにより、基板１５に取り付けられた発光部１１は、反射部１３１のほぼ中央付近に面する位置に配置されている。受光部１２は、基板１５に取り付けられた状態において、前記したように、本体１３の外部方向に向けられている。基板１５は、フレキシブル基板とされており、柔軟性が付与されている。つまり、基板１５は、変形可能なものとなっている。また、基板１５のうち、光通路１４に接触している面は、発光部１１および受光部１２を除いて、拡散反射面であることが望ましい。

保護部１６は、図２，図３，および図５に示されているように、基板１５の表面に取り付けられている。保護部１６には、その厚さ方向に貫通した穴１６１が形成されている（図５参照）。穴１６１の内部には、受光部１２が収納されている。穴１６１の内部には、光通路１４に充填された透明材料１４２と同様な透明材料１６２が充填されている。もちろん、透明材料１６２は、透明材料１４２と異なる材質であっても良い。

解析部２は、信号増幅器２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、ＣＰＵ２３と、インタフェース部２４と、メモリ部２５と、表示部２６と、操作部２７と、電源部２８とを備えている（図１２参照）。

信号増幅器２１は、光プローブ１の受光部１２からの信号を増幅する部分である。Ａ／Ｄ変換器２２は、光プローブ１からのアナログ信号をディジタル信号に変換してＣＰＵ２３に送る部分である。ＣＰＵ２３は、Ａ／Ｄ変換器２２から送られた信号を、メモリ部２５に格納されたプログラムに従って処理する部分である。

インタフェース部２４は、ＣＰＵ２３とメモリ部２５〜電源部２８との間における信号や電力の受け渡しを行う部分である。

メモリ部２５には、信号処理のために必要なプログラムやデータが格納されている。表示部２６は、ＣＰＵ２３における処理結果を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイである。表示部２６は、外部から見える位置に配置されている（図１参照）。

操作部２７は、外部からの指示（例えば動作開始）を解析部２に入力するための部分である。

電源２８は、例えば電池である。電源２８は、解析部２の動作に必要な電力を供給する。さらに、電源２８は、インタフェース部２４および配線３を介して、発光部１１に電力を供給する。電源２８から発光部１１への電力の供給量（つまり発光量）または供給時期（つまり発光時期）は、ＣＰＵ２３により制御されている。このような解析部２は、マイコンチップなどの適宜な部品を用いることにより容易に構成することができる。

配線３は、光プローブ１の基板１５と解析部２の信号増幅器２１とを接続しており、両者間での信号伝送や電力供給を行っているものである。配線３と基板１５とは、着脱可能となっている。

固定具４は、ベルト状に形成されており、その両端が解析部２に取り付けられている。固定具４は、例えば伸縮可能なベルトである。固定具４としては、要するに、解析部２を身体に固定できるものであればよい。

（第１実施形態の動作）
つぎに、前記のように構成された本実施形態の装置を用いた反射光検出方法の一例について説明する。測定の前に、対象者の手５における親指５１の爪５１１（図１参照）の表面に透明な接着剤（図示せず）を塗布する。ついで、爪５１１に、光プローブ１を取り付ける。このとき、光プローブ１の受光部１２の側を爪５１１の表面に向ける（図１３参照）。もちろん、光プローブ１の接着方法としては、例えば、本体１３の底面（爪５１１と接触する面）に接着剤層を設けておく方法でも良い。さらに、固定具４を用いて、手首５２に解析部２を取り付ける。

ついで、解析部２の電源部２８からＣＰＵ２３を介して発光部１１の第１発光部１１１に電力を供給する。これにより、第１発光部１１１を発光させる。第１発光部１１１から発せられた赤色光は、光通路１４を通り、反射部１３１によって拡散反射する。反射部１３１は、拡散反射面となっているので、光通路１４の内部は積分球となる。したがって、この実施形態では、発光部１１から発せられた光は、その指向性の高低に拘わらず、光通路１４の端部１４１（つまり光通路１４の出口）から外部へ放出される。しかも、この実施形態では、反射部１３１を拡散反射面としているので、端部１４１から放出された光の指向性を低下させることができる。

この実施形態では、光通路１４の端部１４１を、受光部１２の周囲に配置しているので、光は、受光部１２の周囲から外部に放出する。ただし、基板１５に相当する部分では、基板１５で遮られるため、光は放出しない。このように、「周囲」とは、必ずしも全周を意味するものではない。

光通路１４の端部１４１から外部に放出された光は、外部に位置する対象物としての爪５１１に照射される。照射された光は、図１３に示されるように、人体組織、すなわち、爪５１１，爪の下の組織５１２，筋肉５１３および骨５１４を通過した後に反射される。また、光の一部は、爪５１１の表面で反射され、光通路１４に戻る。

人体組織を通過した光の一部は、受光部１２により受光される。受光された光は、受光部１２により光電変換されて、光の強度信号が電気信号として解析部２へ送られる。

ついで、電源部２８から発光部１１の第２発光部１１２に電力を供給する。これにより、第２発光部１１２を発光させる。第２発光部１１２から発せられた赤外光は、第１発光部１１１の場合と同様にして、受光部１２により受光され、光の強度信号が解析部２へ送られる。

このような第１発光部１１１の発光と第２発光部１１２の発光とを、短い周期で繰り返す。発光周期は、脈波の周期よりも十分に短いことが好ましい。例えば、発光周期は、予想される脈波周期の１／１０以下の値に設定される。このようにすれば、一つの受光部１２を用いた場合であっても、脈波の強度信号を二つの波長において取得することができる。

解析部２のＣＰＵ２３は、それぞれの波長の強度信号における変動幅（直流成分を除いた変動量の幅）を求める。ついで、赤色光における変動幅をＲとし、近赤外光をＩＲとすると、変動幅の比Ｒ／ＩＲを求める。この比が高ければ血中酸素飽和度が低く、この比が低ければ酸素飽和度が高いことになる。このようなデータ処理方法は良く知られているので、これ以上の説明は省略する。さらに、ＣＰＵ２３は、変動幅の比に対応する酸素飽和度の数値をメモリ部２５から検索し、表示部２６に出力して表示する。

この実施形態では、発光部１１からの光を、受光部１２の周囲から外部に放出しているので、広い領域を通過した光を受光部１２により受光することができる。したがって、広い範囲における対象物の情報を取得することができる。例えば、生体組織では、血管が局在しているため、狭い範囲の情報では、必ずしも脈波の変動を捉えることができない。これに対して、この実施形態では、脈波の変動を捉えやすいという利点がある。

また、この実施形態では、光通路１４における端部（外部に面している部分）１４１の面積を調節することにより、対象物への光の照射量を容易に調節することができる。面積の調節は、例えば遮蔽物を取り付けることにより行うことができる。

さらに、この実施形態では、発光部１１が基板１５の一面側（対象物から離間した側）に配置されているので、対象物（例えば人体）が発熱の影響を受けにくいという利点がある。このため、例えば、発光量や発光時間を増加させることが容易となり、検出信号のＳＮ比を向上させることが可能となる。さらには、対象者が発熱による傷害を受けにくく、不快感を感じにくいという利点もある。また、光プローブ１を小型化し、それによって光通路１４の端部１４１の面積が小さくなった場合でも、発光部１１からの光量を増加させることによって、十分な受光量を得ることが容易となる。

また、この実施形態の光プローブでは、発光部１１からの光を、光通路１４を介して外部に放出しているので、発光部１１と受光部１２とを、対象物から離間する方向に沿って配列することができる。特許文献１に記載された従来の光プローブでは、発光部と受光部とを体表面に沿う方向において並べている。しかも、この従来の光プローブでは、発光部と受光部がある程度離間していないと、十分な情報を得られない。したがって、従来の光プローブでは、さらなる小型化は難しい。これに対して、本実施形態の光プローブは、発光部１１と受光部１２とを、対象物から離間する方向に沿って配列することができるので、光プローブの設置に要する面積を小さくする（つまり小型化する）ことが容易となるという利点がある。しかも、本実施形態では、小型化した場合であっても、前記したように、受光部１２の周囲という広い範囲から光を対象物に照射することができるので、十分な受光量を確保しやすい。

さらに、本実施形態の光プローブでは、爪５１１の表面で反射された光の一部は、端部１４１を通って光通路１４に再び入る。光通路１４に入った光は、光通路１４の内部が積分球となっているために（つまり反射部１３１が拡散反射面となっているために）、再び端部１４１から外部に放射される。このように、この実施形態では、放射された光の一部を再利用することができる。したがって、この実施形態では、発光された光の利用効率を向上させることができ、このために、光プローブのさらなる小型化が可能になるという利点がある。

また、本実施形態の光プローブによれば、前記したとおりに小型化が可能になるので、生体や青果物の表面のような曲面への取り付けが容易となる。

さらに、この実施形態の光プローブにおいて、本体１３を変形可能な材料とすれば、曲面への取り付けがさらに容易となる。また、この光プローブにおいて、透明材料１４２や基板１５を変形可能なものとすれば、同様の利点を得ることができる。さらに、透明材料１４２のうち、特に、人体に接触する部分を柔軟な材料とすることによって、密着性の向上や使用感の向上という利点を得ることもできる。

また、この実施形態では、基板１５に保護部１６を取り付けているので、受光部１２に接続された配線を保護することができるという利点もある。また、保護部１６の穴１６１に透明材料１６２を充填しているので、受光部１２をさらに確実に保護することができる。

さらに、この実施形態の光プローブでは、光通路１４の内部に透明材料１４２を封入しているので、本体１３の強度を向上させることができる。したがって、この光プローブは、例えば発光部１１や受光部１２の配線のような内部構造を保護することができるという利点も有する。

（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る計測システムを図１４および図１５に基づいて説明する。この計測システムの解析部２は、送信部２９をさらに備えている。送信部２９は、受信局６に対して無線信号を送信するものである。このようにすれば、解析部２で得た情報（例えば血中酸素飽和度）を、送信部２９を介して、病院などの施設７に送ることができる。第２実施形態の他の構成および利点は、第１実施形態と同様なので、説明を省略する。

（第３実施形態）
つぎに、本発明の第３実施形態に係る光プローブ１を図１６に基づいて説明する。この実施形態では、発光部１１と受光部１２との位置関係が、第１実施形態とは逆となっている。すなわち、第３実施形態においては、基板１５の内面側（光通路１４および反射部１３１を向く側）に、受光部１２が取り付けられている。さらに、基板１５の外面側に、発光部１１が取り付けられている。なお、図１６においては、基板１５や保護部１６の形状は適宜簡略化して記載している（後述する図１７および図１８においても同様）。

第３実施形態の光プローブ１では、発光部１１から発せられた光は、直ちに外部に放出される。ついで、外部に放出された光の一部は、外部（つまり生体内部）を通過した後に、光通路１４の端部１４１から光通路１４の内部に入る。光通路１４に入った光は、反射部１３１で反射されて、やがて受光部１２により受光される。反射部１３１は、拡散反射面となっているので（つまり光通路１４の内部は積分球となっているので）、光通路１４に入った光は、入射角度に拘わらず、受光部１２により効率よく受光される。第３実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。ただし、第３実施形態においては、発熱による生体組織への傷害を避けるために、発光部１１を対象物から遠ざけるか、発光量を減らす設計とすることが好ましいと考えられる。

（第４実施形態）
つぎに、本発明の第４実施形態に係る光プローブ１を図１７に基づいて説明する。この実施形態では、第３実施形態と異なり、反射部１３１に受光部１２が取り付けられている。この実施形態においても、第３実施形態と同様に、外部を通過した後に光通路１４に入った光を、その入射角に拘わらず、受光部１２により受光することができる。このように、光通路１４の内部が積分球となっている場合には、受光部１２は、光通路１４に面していれば、どこに配置されても良い。第４実施形態における他の構成および利点は、前記第３実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

（第５実施形態）
つぎに、本発明の第５実施形態に係る光プローブを図１８に基づいて説明する。この実施形態では、光通路１４の端部１４１の面積が狭められている。このようにすれば、光の利用効率が向上すると考えられる。第５実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

（第６実施形態）
つぎに、本発明の第６実施形態に係る光プローブ１を図１９および図２０に基づいて説明する。この実施形態では、基板１５が、第１基板体１５１と第２基板体１５２と中間層１５３とから構成されている。

第１基板体１５１は、基板１５の一面側（図中上側）に配置されている。発光部１１は、第１基板体１５１の上面に配置されている。

第２基板体１５２は、基板１５の他面側（図中下側）に配置されている。受光部１２は、第２基板体１５１の下面に配置されている。

中間層１５３は、第１基板体１５１および第２基板体１５２とほぼ同形状とされ、かつ、これらの間に配置されている。中間層１５２は、導電性を有する材料により構成されている。このような材料としては、例えば、銅、アルミニウム、金、導電性樹脂などがある。また、単一素材以外にも、複合素材の材料であってもよい。中間層１５３は、電気的に接地されている。

第６実施形態の光プローブ１によれば、中間層１５２により、生体からの電気的ノイズの受信量を減少させることができる。これにより、受光部１２における出力のＳＮ比を向上させることが可能となる。

また、中間層１５３は、遮光性を有することが好ましい。遮光性を有する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、金などがある。中間層１５３が遮光性を有していると、被測定部位を通過していない光が基板１５を通過して受光部１２に到達するおそれを減少させることができる。これによっても、受光部１２における出力のＳＮ比を向上させることができる。

第６実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

（第７実施形態）
つぎに、本発明の第７実施形態に係る光プローブ１を図２１および図２２に基づいて説明する。この実施形態では、本体１３の外表面に、クロムメッキが施されている（図２１および図２２におけるハッチングによりメッキ箇所を示す）。これにより、本体１３の外表面が導電性材料を備えている。さらに、本実施形態では、保護部１６の外表面にもクロムメッキが施されている。また、この実施形態では、保護部１６が本体１３の外部まで延長されている（図２１および図２２参照）。このメッキを形成したことにより、この実施形態では、受光部１２の周囲を少なくとも部分的に覆う保護部１６が導電性材料を備えている。この実施形態では、各クロムメッキ部分が、電気的に接地されている（図２１参照）。

本実施形態の光プローブ１によれば、各クロムメッキ部分により、生体からの電気的ノイズの受信量を減少させることができる。これにより、受光部１２における出力のＳＮ比を向上させることが可能となる。なお、クロム以外の導電性材料を用いることも可能である。さらに、塗布方法としては、メッキ以外の方法（例えば蒸着）も可能である。

第７実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

（第８実施形態）
つぎに、本発明の第８実施形態に係る光プローブ１を図２３〜図２５に基づいて説明する。本実施形態では、光通路１４の端部１４１の周辺（本実施形態では本体１３の底面）に、爪用アタッチメント３０が取り付けられている。爪用アタッチメント３０の外表面（底面）３１は、略円筒状に形成されている（図２５参照）。

また、本実施形態では、光通路１４の端部１４１に面する部分３２における爪用アタッチメント３０は、透明材料により形成されており、光通路１４の端部１４１に面する位置の外側部分３３および内側部分３４（図２５参照）においては、遮光性を有する材料により構成されている。ただし、内側部分３４において、受光部１２に対応する部分３５は、透明材料により構成されている。図２３および２４におけるハッチング部分は、遮光性を有する部分を示している。このような構成の爪用アタッチメント３０は、例えば二色成形により構成できる。遮光性を有する材料とは、例えば、黒色の樹脂である。

このような爪用アタッチメント３０を備えることにより、受光部１２で受光される外乱光（外部から侵入する光または発光部１１からの直接の光）の量を減少させることができ、受光部１２における出力のＳＮ比を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態では、光通路１４の端部１４１に面する部分３２における爪用アタッチメント３０を透明材料により形成しているので、被測定部位を通過する光の量は維持することが可能である。

なお、爪用アタッチメント３０を構成する素材としては、柔軟な材質（例えばゴム）が好ましい。このようにすると、爪と爪用アタッチメント３０との密着性が向上し、外乱光の侵入を効果的に抑止することができる。

また、保護部１６により受光部１２の周囲を少なくとも部分的に覆い、さらに、保護部１６に遮光性を持たせると、受光部１２への外乱光の侵入をさらに効果的に抑止することができる。

第８実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

（第９実施形態）
つぎに、本発明の第９実施形態に係る光プローブ１を図２６および図２７に基づいて説明する。この実施形態では、透明材料１４２の内部に光散乱性媒体（微小であるため図示せず）が配置されている。光散乱性媒体は、透明材料１４２の内部に、なるべく分散して配置されることが好ましい。光散乱性媒体としては、硫酸バリウムなどの白色粉末を用いることが、光の散乱を高めるためには好ましい。

本実施形態の光プローブ１によれば、光散乱性媒体により光を散乱させることができる（図２７参照）。図２７における矢印が、光散乱性媒体で散乱された光の進行方向を模式的に示す。したがって、光通路１４の端部１４１から外部に照射される光を均質化することができ、被測定箇所における広い範囲の情報を取得することができる。また、本実施形態のように光散乱性媒体を配置することにより、反射部１３１を拡散反射面に構成する必要がなくなり、反射部１３１を構成するためのコストを安価にできるという利点もある。

第９実施形態における他の構成および利点は、前記第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

（第１０実施形態）
つぎに、本発明の第１０実施形態に係る光プローブ１を図２８〜図３１に基づいて説明する。この実施形態の光プローブ１は、熱導体１３２を備えている。この実施形態においては、第１実施形態と同様に、発光部１１が、反射部１３１に対向する位置に配置されている。

熱導体１３２は、発光部１１の近傍から反射部１３１に達し、さらに本体１３を突き抜けて、その外部まで延長されている。

熱導体１３２は、発光部１１からの熱を実用上十分に放散できる程度に発光部１１に接近していればよい。もちろん、熱導体１３２は、発光部１１に接触していてもよく、発光部１１の近傍における基板１５に接続されていてもよい。発光部１１またはその近傍と熱導体１３２との間を、他の部材で連結して、熱を伝達することも可能である。

熱導体１３２の材質としては、熱伝導性の高い材料（例えばアルミニウムなど）であることが好ましい。

本実施形態の光プローブ１によれば、発光部１１における発熱の放散効率が高くなるので、発光部１１の過熱や、それに伴う周囲の部材の過熱を抑制することができるという利点がある。

なお、前記各実施形態では、反射部１３１を拡散反射面としたが、反射部１３１を、拡散的でなく鏡面的な反射面とすることも可能である。ただし、この場合には、発光部１１や受光部１２の位置関係を調整し、光線が受光部１２に到達するように設計する必要がある。

さらに、前記各実施形態では、光プローブを取り付ける対象物として指の爪を例示したが、これに限らず、例えば爪以外の皮膚であってもよい。これにより、皮膚における光の反射量（つまり皮膚の色）を計測することが可能となる。さらに、人間や動物などの生体に限らず、果実などの食品が対象であってもよい。これにより、たとえが果実の糖度や熟度の測定が可能となる。さらには、この光プローブを食品以外の各種製品における反射率の測定に用いることも可能である。また、この光プローブは、パルスオキシメータ用に用いることができるだけでなく、例えば反射光を用いた血中グルコースセンサ用の光プローブとしても用いることが可能と考えられる。

また、前記各実施形態では、反射部１３１を球面状としたが、反射部１３１の内面が拡散反射面である場合は、反射部１３１の形状はどのようなものであってもよい。

さらに、前記各実施形態における発光部は、光ファイバ等の導光体（光を伝送する部材）であってもよい。このようにすれば、光プローブの外部からの光（例えば外部に設置された発光体からの光）を、発光部からの光として用いることができる。同様に、前記各実施形態における受光部は、光ファイバ等の導光体であってもよい。このようにすれば、光プローブの外部に反射光を送り出し、外部において、光電変換や解析を行うことができる。

さらに、前記各実施形態の光プローブ１に温度センサを取り付けることもできる。温度センサの位置は、たとえば、基板１５が使用者に向いている面（下面）である。このようにすると、使用者の近くでの温度を測定できる。また、温度センサを本体１３の中心近傍に配置すると、本体１３がもっとも高温となる地点での温度を測定できる。

ただし、温度センサの位置としては、基板１５の上面（本体１３の側を向く面）であってもよい。また、本体１３の内表面や外表面やその内部であってもよい。測定したい地点から離れた位置にセンサを配置する場合は、測定温度を適宜補正する（例えば＋２℃とする）ことにより、目的とする位置での温度を推測できる。

温度センサのための配線は、基板１５を利用して行うことができる。使用できる温度センサは特に限定されない。例えば、温度センサとしては、サーミスタ、金属測温抵抗体、熱伝対などが使用可能である。光プローブ１の温度を温度センサで監視することにより、例えば、高温になったときに警告をしたり、発光部１１の発光を停止したりするという対応が可能となる。

なお、前記各実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。
さらに、前記した機能ブロックどうしは、複合して一つの機能ブロックに集約されても良い。また、一つの機能ブロックの機能が複数の機能ブロックの協働により実現されても良い。

本発明の第１実施形態に係る計測システムを対象者の手に取り付けた状態を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る光プローブを底面方向から見た斜視図である。 図２の光プローブの分解図である。 図２の光プローブの底面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２の光プローブの平面図である。 図２の光プローブを図４中Ｂ方向から見た側面図である。 図４の要部拡大図である。 図２の光プローブに用いられる基板の底面図である。 図９の基板の側面図である。 図９の基板の平面図である。 図１の計測システムに用いられる解析部の概略的な構成を示すブロック図である。 図２の光プローブの動作を説明するための説明図であって、光プローブを爪に取り付けた状態における要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る計測システムを対象者の手に取り付けた状態を示す説明図である。 図１４の計測システムに用いられる解析部の概略的な構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る光プローブの要部を示す概略的な断面図である。 本発明の第４実施形態に係る光プローブの要部を示す概略的な断面図である。 本発明の第５実施形態に係る光プローブの要部を示す概略的な断面図である。 本発明の第６実施形態に係る光プローブにおける基板の横断面図である。 図１９に示す基板の分解斜視図である。 本発明の第７実施形態に係る光プローブの本体部分の底面図である。 図２１の右側面図である。 本発明の第８実施形態に係る光プローブの本体部分の底面図である。 図２３の右側面図である。 図２３におけるＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。 本発明の第９実施形態に係る光プローブの本体部分の縦断面図である。 図２６に相当する部分における図であって、光散乱性媒体による光の散乱状態を説明するための説明図である。 本発明の第１０実施形態に係る光プローブの底面図である。 図２８の右側面図である。 図２８の平面図である。 図３０におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ 光プローブ
１１ 発光部
１１１ 第１発光部
１１２ 第２発光部
１２ 受光部
１３ 本体
１３１ 反射部（本体の内面）
１３２ 熱導体
１４ 光通路
１４１ 光通路の端部
１４２ 光通路に充填された透明材料
１５ 基板
１５１ 第１基板体
１５２ 第２基板体
１５３ 中間層
１６ 保護部
１６１ 穴
１６２ 穴に充填された透明材料
２ 解析部
２１ 信号増幅器
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ ＣＰＵ
２４ インタフェース部
２５ メモリ部
２６ 表示部
２７ 操作部
２８ 電源部
２９ 送信部
３０ 爪用アタッチメント
３１ 爪用アタッチメントの外表面
３２ 爪用アタッチメントの透明部分
３３ 透明部分の外側における遮光部分
３４ 透明部分の内側における遮光部分
３５ 受光部に対応する位置における透明部分
３ 配線
４ 固定具
５ 手
５１ 指
５１１ 爪
５１２ 爪の下の組織
５１３ 筋肉
５１４ 骨
６ 受信局
７ 施設

Claims (26)

1. 発光部と受光部と反射部と光通路と基板とを備えており、
   前記発光部は、前記反射部に向けて発光するものであり、
   前記反射部は、前記発光部と対向しており、かつ、前記発光部から発せられた光を前記光通路に戻すものであり、
   前記反射部は拡散反射面とされており、
   前記光通路は、前記発光部と前記反射部との間に配置されており、さらに、前記光通路は、前記発光部から発せられ、かつ、前記反射部で反射された光を外部に送り出すものであり、
   前記受光部は、前記発光部から発せられ、かつ、前記光通路と前記外部とを通過した光を受光するものであり、
   前記発光部は、前記基板の一面側に配置され、前記受光部は、前記基板の他面側に配置されており、
   前記基板の一面側は、前記反射部に対向しており、前記基板の他面側は、前記外部に向けられており、
   前記基板の周囲には、前記光通路の端部が配置されており、
   前記光通路の端部は、前記発光部から発せられて前記光通路を通った光が前記外部に放出されるための出口となっている
   ことを特徴とする光プローブ。
2. 前記基板は、前記発光部から発せられた光を透過させない構成となっている、請求項１に記載の光プローブ。
3. 前記基板において、前記光通路に面する部分は拡散反射面とされている、請求項１又は２に記載の光プローブ。
4. 前記発光部は、少なくとも二種類の波長の光を発するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光プローブ。
5. 前記発光部は、発光用のＬＥＤまたはレーザダイオードを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光プローブ。
6. 前記発光部は、第１発光部と第２発光部とを備えており、前記第１発光部は、第１の波長の光を発するＬＥＤまたはレーザダイオードを備えており、前記第２発光部は、第２の波長の光を発するＬＥＤまたはレーザダイオードを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光プローブ。
7. 前記受光部は、受光した光を検出するフォトダイオードを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の光プローブ。
8. 前記反射部は、球面形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の光プローブ。
9. 本体をさらに備えており、前記反射部は、前記本体の内面に形成されており、かつ、前記本体は変形可能とされていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の光プローブ。
10. 前記光通路の内部には、透明材料が充填されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の光プローブ。
11. 前記透明材料の全部または一部はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１０記載の光プローブ。
12. 前記透明材料の全部または一部はシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１０記載の光プローブ。
13. 前記基板は、変形可能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の光プローブ。
14. 前記基板は、前記発光部で発生した熱を外部に導く伝熱性を備えていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の光プローブ。
15. 前記発光部は導光体を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光プローブ。
16. 前記受光部は導光体を備えていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の光プローブ。
17. 前記基板は、第１基板体と第２基板体と中間層とを備えており、前記第１基板体は、前記基板の一面側に配置されており、前記第２基板体は、前記基板の他面側に配置されており、前記中間層は、前記第１基板体と第２基板体との間に配置されており、前記中間層は導電性を有していることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光プローブ。
18. 前記基板は、第１基板体と第２基板体と中間層とを備えており、前記第１基板体は、前記基板の一面側に配置されており、前記第２基板体は、前記基板の他面側に配置されており、前記中間層は、前記第１基板体と第２基板体との間に配置されており、前記中間層は遮光性を有していることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光プローブ。
19. 本体をさらに備えており、前記反射部は、前記本体の内面に形成されており、かつ、前記本体の外表面には導電性材料が備えられていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光プローブ。
20. 前記基板に配置された前記受光部の周囲を少なくとも部分的に覆う保護部を備えており、前記保護部は導電性材料を備えていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の光プローブ。
21. 前記光通路の端部の周辺には、爪用アタッチメントが取り付けられており、前記爪用アタッチメントの外表面は、略円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光プローブ。
22. 前記爪用アタッチメントは、前記光通路の端部に面する位置の外側において遮光性を有していることを特徴とする請求項２１記載の光プローブ。
23. 前記基板に配置された前記受光部の周囲を少なくとも部分的に覆う保護部を備えており、前記保護部は遮光性を有していることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の光プローブ。
24. 反射部を拡散反射面とすることに代えて、前記透明材料の内部に光散乱性媒体を配置したことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の光プローブ。
25. さらに熱導体を備え、前記発光部は、前記反射部に対向する位置に配置されており、前記熱導体は、前記発光部近傍から前記反射部またはその外部まで延長されていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の光プローブ。
26. 請求項１〜２５のいずれか１項記載の光プローブと、この光プローブで受光された光の特性を解析する解析部とを有する計測システム。

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