JPWO2006132219A1

JPWO2006132219A1 - 生体情報計測センサ

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Publication number: JPWO2006132219A1
Application number: JP2007520108A
Authority: JP
Inventors: 時田　宗雄; 宗雄時田
Original assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Current assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2009-01-08
Also published as: EP1891892A4; EP1891892A1; CN101184438A; US20090116006A1; WO2006132219A1

Abstract

生体情報計測センサ（１０）は、受光素子（１６）に設けられた受光領域（１７）と、導波路形成部材（１４）に設けられた導波路（１５）と、導波路（１５）と受光領域（１７）との間に位置し、導波路（１５）の出口側開口部（１４ｂ）から出射された光を分光し、特定の帯域の波長の光のみを受光領域（１７）に照射するフィルタ（１８ａ，１８ｂ）と、フィルタ（１８ａ，１８ｂ）の切換えを行なうソレノイド（２０）とを備える。ソレノイド（２０）は、フィルタ（１８ａ，１８ｂ）の切換えることにより、第１の帯域の波長の光のみが受光領域（１７）に照射される第１の状態と、第２の帯域の波長の光のみが受光領域（１７）に照射される第２の状態とを実現する。このように構成することにより、プローブ部の小型化と計測精度の向上との両立が図られる。

Description

本発明は、生体情報を生体からの光を受光することによって非侵襲に計測するための生体情報計測センサに関するものである。

医療分野においては、生体情報を計測することが頻繁に行なわれている。生体情報を計測することは、被験者の健康状態を知る上で非常に重要である。ここで、生体情報には、生体組織中に含まれる特定成分の濃度や体温情報、心拍数、血圧値等が含まれる。なお、計測対象となる生体組織中に含まれる特定成分としては、たとえば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビン、オキシヘモグロビン、中性脂肪、コレステロール、アルブミン、尿酸等が挙げられる。

たとえば、耳式体温計においては、耳孔内に位置する鼓膜から放射される放射光を受光することにより、体温情報が計測される。また、血糖計においても、耳孔内に位置する鼓膜から放射される放射光を特定の帯域の波長の光に分光して受光し、受光した光のスペクトルを検出することにより、分光学的に非侵襲に血中グルコース濃度を計測する技術の開発が試みられている。この他にも、酸素飽和度を計測する装置や指式の血圧計等において、生体からの光を受光して光学的または分光学的に非侵襲に生体情報を計測する技術が確立されている。

このように、生体からの光を受光して光学的または分光学的に非侵襲に計測する非侵襲的計測方法は、被験者から血液や体液に代表される生体組織を試料として採取することを要しないため、被験者にかける負担が大幅に軽減され、生体情報の計測方法として適したものである。

上記光学的または分光学的計測方法を利用して非侵襲に生体情報の計測を行なう場合には、生体から発せられる放射光または生体を透過した透過光あるいは生体で反射した反射光を受光手段によって受光し、これを光電変換して出力する生体情報計測センサが利用される。このような生体情報計測センサが開示された文献として、たとえば特開２００３−７０７５１号公報（特許文献１）や特表２００１−５０３９９９号公報（特許文献２）等がある。

このうち、上述の特許文献２に開示の生体情報計測センサは、血中グルコース濃度を計測するものであり、鼓膜から放射される中赤外線帯域の２つ以上の波長の光を捉えてその出力から血中グルコース濃度を計測するものである。そのため、上記特許文献２に開示の生体情報計測センサにおいては、比較的口径の大きいストレートなパイプ形状を有する導波管にて導波路が形成され、その後方に２つの受光領域が配置された構成となっている。
特開２００３−７０７５１号公報特表２００１−５０３９９９号公報

一般に生体から放射される放射光は、非常に微弱なものである。したがって、高精度に生体情報を計測するためには、受光量を増加させることが必要になる。受光量を増加させるためには、受光領域の面積を拡大することが有効であるが、上記特許文献２に開示の構成を採用した場合には、受光領域が２つ存在するため、受光領域の大型化に伴ってその分導波路の出口側開口部を大型化することが必要になり、これにあわせて導波路形成部材をも大型にする必要が生じる。しかしながら、導波路形成部材が大型化した場合には、プローブ部もこれに伴って大型化するため、耳孔等の狭小なスペースにプローブ部を挿し込むことが困難になり、逆に生体からの放射光を受光することが困難になってしまう。

したがって、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、プローブ部の小型化と高精度の計測とが両立できる生体情報計測センサを提供することを目的とする。

本発明に基づく生体情報計測センサは、生体情報を生体からの光を受光することによって非侵襲に計測するためのものであって、受光領域と導波路と分光手段と切換え手段とを備えている。受光領域は、生体からの光を受光する受光手段に設けられる。導波路は、上記光が入射する入口側開口部および上記光が出射する出口側開口部を含み、上記受光領域に対応して設けられて上記光を上記受光領域に導く。分光手段は、上記受光領域と上記導波路との間に位置し、上記出口側開口部から出射された上記光を分光し、特定の帯域の波長の光のみを上記受光領域に照射する。切換え手段は、上記光のうちの第１の帯域の波長の光のみが上記受光領域に照射される第１の状態と、上記光のうちの第２の帯域の波長の光のみが上記受光領域に照射される第２の状態とを含む少なくとも２つ以上の状態に上記分光手段を切換える。

なお、上記の「生体からの光」には、生体から発せられる放射光の他に、光源から生体に向けて照射された光の透過光および反射光が含まれる。

このように、切換え手段を用いて分光手段を第１の状態と第２の状態とを含む少なくとも２つ以上の状態に切換え可能な構成とすることにより、単一の受光領域にて複数の帯域の波長の光を別々に受光することが可能になるため、受光領域を複数設ける必要がなくなる。このため、受光領域を大型化しても、受光領域が複数存在する場合に比べて導波路の開口径を小さくすることができ、生体情報計測センサを含む装置のプローブ部の小型化が可能になる。したがって、受光領域の拡大に伴う計測精度の向上と、プローブ部の小型化との両立が図られ、高性能の生体情報計測センサとすることができる。また、プローブ部が小型化できるため、耳孔等にプローブ部を挿し込む際に周りの障害物に接触することなくプローブ部の先端を被検出部位に近付けることができるため、導波路の入口側開口部を被検出部位に近接させることができる。したがって、より多くの光を導波路に導入することが可能になり、この点においても計測精度の向上が図られる。

上記本発明に基づく生体情報計測センサにあっては、上記分光手段が、上記第１の帯域の波長の光のみを透過する第１フィルタと、上記第２の帯域の波長の光のみを透過する第２フィルタとを少なくとも含む複数のフィルタによって構成されていることが好ましく、その場合に、上記切換え手段が、上記複数のフィルタのうちの特定のフィルタのみが上記導波路と上記受光手段との間に位置するように、上記複数のフィルタを切換えることが好ましい。

このように、分光手段としてフィルタを用いた場合には、複数のフィルタが切換え可能となるように構成することにより、単一の受光領域にて複数の帯域の波長の光を別々に受光することが可能になる。

上記本発明に基づく生体情報計測センサにあっては、上記複数のフィルタがフィルタ固定枠に固定されていることが好ましく、その場合に、上記切換え手段が上記フィルタ固定枠を駆動する駆動手段にて構成されていることが好ましい。

このように、複数のフィルタをフィルタ固定枠に固定し、そのフィルタ固定枠を駆動手段を用いて駆動する構成とすることにより、簡素な構成にてフィルタの切換えが実現できるようになる。この場合、駆動手段は装置のプローブ部ではなく本体部に設けることが可能であるため、駆動手段を別途設けることによるプローブ部の大型化も回避できる。

上記本発明に基づく生体情報計測センサにあっては、上記フィルタ固定枠が光を透過しない遮蔽領域を有していることが好ましく、その場合に、上記駆動手段が、上記第１および第２の状態に加え、上記遮蔽領域を上記導波路と上記受光領域との間に位置させることにより上記光が上記受光領域に照射されない第３の状態に上記フィルタ固定枠を駆動することが好ましい。

このように構成することにより、第３の状態において室温状態の監視や基準出力値の検出等が可能になるため、これら情報を生体情報の計測の際のパラメータとして利用することができ、小型で高性能の生体情報計測センサとすることができる。

上記本発明に基づく生体情報計測センサにあっては、上記導波路が上記入口側開口部から上記出口側開口部に向かうにつれてその開口面積が徐々に小さくなるように形成されていることが好ましい。

このように構成することにより、導波路に入射した光が導波路の壁面にて反射する回数を必要最小限に抑えた上で出口側開口部においてこれら光を集光することができるようになる。したがって、反射に伴う光の吸収や散乱を全体として減少させることが可能になり、より高い受光効率を実現することができる。

上記本発明に基づく生体情報計測センサにあっては、上記入口側開口部における開口形状と上記出口側開口部における開口形状とが異なることとなるように上記導波路が形成されていることが好ましい。

このように構成することにより、導波路の入口側においては可能な限り多くの光が導波路内に入射するように入口側開口部の形状を選択することができ、また導波路の出口側においては集光した光がロスなく受光領域に入射するように出口側開口部の形状を受光領域の形状に合わせて選択することができる。したがって、高い受光効率を実現することができる。

本発明によれば、プローブ部の小型化と高精度の計測との両立が図られた生体情報計測センサとすることができる。

本発明の実施の形態１における生体情報計測センサの使用状態を模式的に示す図である。図１に示す生体情報計測センサの模式断面図である。図２に示す生体情報計測センサにおいてフィルタを切換えた場合の切換え後の状態を示す図である。図１ないし図３に示す生体情報計測センサのフィルタのレイアウトを示す図である。図１ないし図３に示す生体情報計測センサのフィルタの他のレイアウト例を示す図である。図１ないし図３に示す生体情報計測センサのフィルタのさらに他のレイアウト例を示す図である。本発明の実施の形態２における生体情報計測センサの使用状態を模式的に示す図である。図５に示す生体情報計測センサの模式断面図である。図５および図６に示す生体情報計測センサのフィルタのレイアウトを示す図である。図５および図６に示す生体情報計測センサのフィルタの他のレイアウト例を示す図である。図５および図６に示す生体情報計測センサのフィルタのさらに他のレイアウト例を示す図である。図５および図６に示す生体情報計測センサのフィルタのさらに他のレイアウト例を示す図である。図５および図６に示す生体情報計測センサのフィルタのさらに他のレイアウト例を示す図である。実施の形態１または２における生体情報計測センサの導波路形成部材の変形例を示す図であり、（ａ）は導波路形成部材の側面図、（ｂ）は導波路形成部材の入口側端面の形状を示す図、（ｃ）は導波路形成部材の出口側端面の形状を示す図である。

符号の説明

１０生体情報計測センサ、１１プローブ部、１２保護筐体、１３防塵フィルム、１３ａ防塵窓、１４導波路形成部材、１４ａ入口側開口部、１４ｂ出口側開口部、１５導波路、１６受光素子、１７受光領域、１８ａ第１のフィルタ、１８ｂ第２のフィルタ、１８ｃ第３のフィルタ、１９フィルタ固定枠、１９ａ遮蔽領域、２０ソレノイド、２１モータ、２２制御部、２３受光回路、２４駆動回路、３０鼓膜（被検出部位）。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、耳孔内に生体情報計測センサを内蔵するプローブ部を差し込み、この生体情報計測センサにて鼓膜から放射される中赤外線の２つの帯域の波長のスペクトルを検出し、これにより血中グルコース濃度を計測する血糖計に本発明を適用した場合を例示して説明を行なう。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における生体情報計測センサの使用状態を模式的に示す図であり、また、図２は、図１に示す生体情報計測センサの模式断面図である。以下においては、これらの図を参照して、本実施の形態における生体情報計測センサの構造について説明する。

図１に示すように、本実施の形態における生体情報計測センサ１０は、血糖計の検出端に含まれるものであり、耳孔内に位置する被検出部位である鼓膜３０から放射される微弱な放射光を検出するものである。計測に際しては、図１に示すように、検出端であるプローブ部１１を耳孔内に挿入し、挿入したプローブ部１１の前面（先端面）を鼓膜３０に対峙させ、この状態において鼓膜３０から放射される放射光をプローブ部１１の前面からプローブ部１１内に導入することによって血中グルコース濃度の計測が行なわれる。

図１および図２に示すように、生体情報計測センサ１０は、保護筐体１２および防塵フィルム１３からなるプローブ部１１の内部に配置された筒状の導波路形成部材１４と、装置本体の内部に配置された受光手段としての受光素子１６および分光手段としての第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂならびに切換え手段でかつ駆動手段であるソレノイド２０とによって主に構成されている。

上述の保護筐体１２は、前面開口の筒状の部材からなる。防塵フィルム１３は、保護筐体１２の前面開口を閉塞するように保護筐体１２に取付けられており、保護筐体１２の前面開口を閉塞する部分が特に防塵窓１３ａとして機能する。防塵フィルム１３は、プローブ部１１の内部に塵埃が進入することを防止するためのフィルムであり、この防塵フィルム１３には、たとえばプラスチックやガラス、シリコン、ゲルマニウム等の薄膜が利用される。本実施の形態においては、鼓膜３０から放射される放射光が良好に透過するように、ポリエチレンフィルムが利用されている。

図２に示すように、導波路形成部材１４は、内部に導波路１５を有している。導波路形成部材１４は、たとえば樹脂材料や金属材料等によって形成されており、その内部に形成された導波路１５を規定する内周面は鏡面仕上げされている。鏡面仕上げの方法としては、種々の方法が適用可能であるが、たとえば金メッキや金、アルミニウム等の蒸着が好適である。

導波路形成部材１４は、その前面がプローブ部１１の防塵窓１３ａに対峙するように配置されている。導波路形成部材１４の後方には、上述の受光素子１６が配置されている。導波路形成部材１４には、鼓膜３０から放射された放射光が入射する入口側開口部１４ａがその前面に設けられており、導波路１５を通過した上記放射光が出射する出口側開口部１４ｂがその背面に設けられている。導波路１５は、入口側開口部１４ａから出口側開口部１４ｂに向かうにつれ、その開口面積が徐々に小さくなるように形成されている。

導波路形成部材１４の後方に配置された受光素子１６は、後述する受光領域において受光した光信号を電気信号に光電変換する素子である。受光素子１６の主表面には、受光領域１７が設けられている。この受光領域１７は、生体からの光を受光する領域である。なお、受光素子１６としては、たとえばフォトダイオードが利用可能である。

導波路形成部材１４の後方でかつ受光領域１７の前方には、第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂが固定されたフィルタ固定枠１９が配置されている。ここで、フィルタ固定枠１９は、平面視矩形形状を有しており、血糖計本体部に設けられている。第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂは、特定の帯域の波長の光のみを透過し、それ以外の帯域の波長の光の透過を防止する。本実施の形態においては、第１のフィルタ１８ａとして血中グルコース濃度に依存する波長９μｍ〜１０μｍの中赤外線を透過するものを使用し、第２のフィルタ１８ｂとして血中グルコース濃度に依存しない波長８μｍ〜９μｍの中赤外線を透過するものを使用する。導波路形成部材１４の内部に形成された導波路１５の出口側開口部１４ｂは、このフィルタ固定枠１９に固定された第１または第２のフィルタ１８ａ，１８ｂを介して受光素子１６の受光領域１７に面している。

フィルタ固定枠１９は、ソレノイド２０に接続されており、ソレノイド２０によって図中矢印Ａ方向に駆動される。ここで、ソレノイド２０は、電気エネルギを機械的な直線運動に変換させる電磁部品であり、円筒状に巻き回されたコイルと、そのコイルの中空部に挿し込まれた可動鉄芯とからなる。フィルタ固定枠１９は、この可動鉄芯の一端に固定される。なお、ソレノイド２０は、血糖計本体部に設けられている。

図２に示すように、受光素子１６は、受光素子１６から出力される電気信号を処理する受光回路２３を介して制御部２２に接続されている。一方、ソレノイド２０は、ソレノイド２０を駆動する駆動回路２４を介して制御部２２に接続されている。制御部２２は、ソレノイド２０を駆動制御する制御信号を駆動回路２４に出力し、受光回路２３から出力される増幅後の電気信号の入力を受ける。そして、受光回路２３から出力される増幅後の電気信号に基づいて演算処理を行い、血中グルコース濃度の算出を行なう。

図３は、図２に示す生体情報計測センサにおいてフィルタを切換えた場合の切換え後の状態を示す図である。なお、この図３においては、制御部、受光回路および駆動回路の図示は省略している。以下においては、図２および図３を参照して、フィルタの切換え動作について説明する。

図２に示すように、フィルタの切換え前においては、フィルタ固定枠１９の先端側に固定された第１のフィルタ１８ａが導波路１５と受光領域１７の間に位置している。この状態が第１の状態に相当する。この第１の状態においては、導波路１５の入口側開口部１４ａから入射し、集光されて導波路１５の出口側開口部１４ｂから出射された鼓膜３０の放射光が、フィルタ１８ａに照射される。フィルタ１８ａに照射された鼓膜３０の放射光は、フィルタ１８ａによって分光され、第１の帯域の波長の光である波長９μｍ〜１０μｍの中赤外線のみが透過されてその光が受光領域１７に照射される。そして、受光領域１７においては、この第１の帯域の波長の光のみが受光され、スペクトル検出に供される。

図３に示すように、フィルタの切換え後においては、ソレノイド２０の動作に伴ってフィルタ固定枠１９が駆動されて移動し、フィルタ固定枠１９の根元側に固定された第２のフィルタ１８ｂが導波路１５と受光領域１７の間に位置することになる。この状態が第２の状態に相当する。この第２の状態においては、導波路１５の入口側開口部１４ａから入射し、集光されて導波路１５の出口側開口部１４ｂから出射された鼓膜３０の放射光が、フィルタ１８ｂに照射される。フィルタ１８ｂに照射された鼓膜３０の放射光は、フィルタ１８ｂによって分光され、第２の帯域の波長の光である波長８μｍ〜９μｍの中赤外線のみが透過されてその光が受光領域１７に照射される。そして、受光領域１７においては、この第２の帯域の波長の光のみが受光され、スペクトル検出に供される。

これら第１の状態と第２の状態において検出されたスペクトルに基づいて、制御部２２に設けられた演算処理部にて血中グルコース濃度の決定が行なわれる。なお、計測終了後に、フィルタ固定枠１９は、図３に示す状態から図２に示す状態に原点復帰する。

以上の如くの生体情報計測センサ１０とすることにより、ソレノイド２０を用いてフィルタ１８ａ，１８ｂを切換えることが可能になるため、単一の受光領域１７によって複数の帯域の波長の光を別々に受光することが可能になる。そのため、受光領域１７を複数設ける必要がなく、結果として導波路１５の開口径を小さくすることが可能になる。このため、受光領域１７を大型化しても、受光領域１７が複数存在する場合に比べて導波路１４の開口径を小さくすることができ、プローブ部１１の小型化が可能になる。したがって、受光領域１７の拡大に伴う計測精度の向上と、プローブ部１１の小型化との両立が図られ、高性能の生体情報計測センサとすることができる。また、プローブ部１１が小型化できるため、耳孔等にプローブ部１１を挿し込む際に周りの障害物に接触することなくプローブ部１１の先端を鼓膜３０に近付けることができるため、導波路１５の入口側開口部１４ａを鼓膜３０に近接させることができる。したがって、より多くの光を導波路１５に導入することが可能になり、この点においても計測精度の向上が図られる。

また、入口側開口部１４ａから出口側開口部１４ｂに向かうにつれて開口面積が徐々に減じるように構成されているため、導波路１５に入射した放射光が導波路１５の壁面にて反射する回数を必要最小限に抑えた上で出口側開口部１４ｂにおいて集光することができるようになる。そのため、反射に伴う光の吸収や散乱が必要最小限に抑制されることになり、光のロスが減少し、その結果より高い受光効率が実現される。したがって、精度よく生体組織中に含まれる血中グルコース濃度の計測が行なえるようになる。

図４Ａないし図４Ｃは、本実施の形態におけるフィルタのレイアウト例を示す図である。図４Ａは、上述の図１ないし図３に示す生体情報計測センサ１０のフィルタのレイアウトを示すものであり、平面視矩形形状のフィルタ固定枠１９に第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂが隣接して配置されている。なお、第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂは、ソレノイド２０の駆動方向と平行な方向に並べて配置されている。

上述の図４Ａに示すレイアウト以外にも、種々のレイアウトでフィルタを配置することが可能である。たとえば、図４Ｂに示すレイアウトでは、ソレノイド２０の駆動方向に平行に配置された第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂの間に、遮蔽領域１９ａが設けられている。遮蔽領域１９ａは、光を透過しない部分であり、たとえばフィルタ固定枠１９の一部で構成される。このように第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂをフィルタ固定枠１９にレイアウトし、ソレノイド２０が上述の第１および第２の状態に加えて遮蔽領域１９ａが導波路１５と受光領域１７との間に位置する第３の状態を取るように構成することにより、この第３の状態において受光領域１７への放射光の照射が回避されるため、室温状態の監視や基準出力値の検出等が可能になる。したがって、これら情報を血中グルコース濃度の計測の際のパラメータとして利用することができるようになり、小型で高性能の生体情報計測センサとすることができる。

また、図４Ｃに示すように、ソレノイド２０の駆動方向に平行に第１、第２および第３の３つのフィルタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃをレイアウトしてもよい。このようなレイアウトとした場合には、第１および第２の帯域の波長の光のスペクトル検出のみならず、さらに第３の帯域の波長の光のスペクトル検出をも行なうことが可能になるため、複数成分（すなわち、血中グルコース成分とそれ以外の成分）の検出が可能になる。なお、配置されるフィルタの数は複数であればよく、当然に４つ以上としてもよい。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における生体情報計測センサの使用状態を模式的に示す図であり、また、図６は、図５に示す生体情報計測センサの模式断面図である。以下においては、これらの図を参照して、本実施の形態における生体情報計測センサの構造について説明する。なお、上述の実施の形態１における生体情報計測センサと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図５および図６に示すように、本実施の形態における生体情報計測センサ１０は、上述の実施の形態１における生体情報計測センサにおいて切換え手段でありかつ駆動手段であるソレノイド２０をモータ２１に変更したものである。そして、導波路形成部材１４の後方でかつ受光領域１７の前方に、第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂが固定されたフィルタ固定枠１９を配置している。ここで、フィルタ固定枠１９は、平面視円形状を有しており、血糖計本体部に設けられている。

第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂは、特定の帯域の波長の光のみを透過し、それ以外の帯域の波長の光の透過を防止する。本実施の形態においても、上述の実施の形態１と同様に、第１のフィルタ１８ａとして血中グルコース濃度に依存する波長９μｍ〜１０μｍの中赤外線を透過するものを使用し、第２のフィルタ１８ｂとして血中グルコース濃度に依存しない波長８μｍ〜９μｍの中赤外線を透過するものを使用する。導波路形成部材１４の内部に形成された導波路１５の出口側開口部１４ｂは、このフィルタ固定枠１９に固定された第１または第２のフィルタ１８ａ，１８ｂを介して受光素子１６の受光領域１７に面している。

フィルタ固定枠１９は、その中心部がモータ２１の駆動軸に接続されており、モータ２１によって図中矢印Ｂ方向に回転駆動される。ここで、モータ２１は、電気エネルギを機械的な回転運動に変換させる電磁部品であり、たとえば永久磁石が取付けられた可動鉄芯と、この可動鉄芯の周りに配置されたステータコイルとからなる。フィルタ固定枠１９は、この可動鉄芯の一端に固定される。なお、モータ２１は、血糖計本体部に設けられている。

図６に示すように、受光素子１６は、受光素子１６から出力される電気信号を処理する受光回路２３を介して制御部２２に接続されている。一方、モータ２１は、モータ２１を駆動する駆動回路２４を介して制御部２２に接続されている。制御部２２は、モータ２１を駆動制御する制御信号を駆動回路２４に出力し、受光回路２３から出力される増幅後の電気信号の入力を受ける。そして、受光回路２３から出力される増幅後の電気信号に基づいて演算処理を行い、血中グルコース濃度の算出を行なう。

以上の如くの構成を採用することにより、モータ２１を用いてフィルタ固定枠１９を回転させ、これにより、導波路１５と受光領域１７との間に第１のフィルタ１８ａが配置された第１の状態と、導波路１５と受光領域１７との間に第２のフィルタ１８ｂが配置された第２の状態とにフィルタを切換えることにより、上述の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

図７Ａないし図７Ｃ、図８Ａおよび図８Ｂは、本実施の形態におけるフィルタのレイアウト例を示す図である。図７Ａは、上述の図５および図６に示す生体情報計測センサ１０のフィルタのレイアウトを示すものであり、平面視円形状のフィルタ固定枠１９に第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂが点対称の位置にそれぞれ２箇所配置されている。なお、第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂは、モータ２１の回転軸の回転方向に（すなわちフィルタ固定枠１９の周方向に）並べて配置されている。

上述の図７Ａに示すレイアウト以外にも、種々のレイアウトでフィルタを配置することが可能である。たとえば、図７Ｂに示すレイアウトでは、モータ２１の回転軸の回転方向に一対の第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂのみを配置し、フィルタ固定枠１９の周方向におけるこれら第１および第２のフィルタ１８ａ，１８ｂの間に、一対の遮蔽領域１９ａを設けている。また、図７Ｃに示すように、モータ２１の回転軸の回転方向に第１、第２および第３の３つのフィルタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃをレイアウトしてもよい。なお、配置されるフィルタの数は複数であればよく、当然に４つ以上としてもよい。さらに、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、フィルタ固定枠１９を平面視扇形形状にしたり、略半円形状としてもよい。

図９は、上述の実施の形態１または２における生体情報計測センサの導波路形成部材の変形例を示す図であり、（ａ）は導波路形成部材の側面図、（ｂ）は導波路形成部材の入口側端面の形状を示す図、（ｃ）は導波路形成部材の出口側端面の形状を示す図である。上述の実施の形態１および２における生体情報計測センサ１０においては、導波路の形状を種々変更することが可能である。たとえば、受光素子１６に設けられる受光領域の形状に合わせて出口側開口部の形状を変更してもよい。図９に示す変形例は、受光素子１６の受光領域が矩形形状である場合の好適な導波路形成部材１４の構成例である。

図９に示す変形例では、導波路形成部材１４の入口側開口部１４ａの開口形状と、導波路形成部材１４の出口側開口部１４ｂの開口形状とを異形にし、より具体的には、入口側開口部１４ａの開口形状を円形状とし、出口側開口部１４ｂの開口形状を矩形形状としている。このように、導波路１５の入口側開口部１４ａと出口側開口部１４ｂの開口形状を異形にした場合には、導波路１５の入口側においては可能な限り多くの光が導波路内に入射するように入口側開口部１４ａの形状を選択することができ、また導波路１５の出口側においては集光した光がロスなく受光領域１７に入射するように出口側開口部１４ｂの形状を受光領域１７の形状に合わせて選択することができるという利点が得られる。したがって、より高い受光効率を実現することができる。

また、上述の実施の形態においては、中赤外線の２つの帯域の波長のスペクトルを検出し、これにより血中グルコース濃度を計測する血糖計に組み込まれる生体情報計測センサに本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、本発明は、他の生体成分を検出する計測装置に組み込まれる生体情報計測センサや体温情報、脈拍数、血圧値等を計測する計測装置に組み込まれる生体情報計測センサにも適用が可能である。前者の場合には、さらに、たとえば中赤外線を利用するものの他に近赤外線を利用するものや可視光を利用するものなどにも適用が可能である。また、検出対象成分としては、上述のような血液中に含まれるグルコースの他に、ヘモグロビン、オキシヘモグロビン、中性脂肪、コレステロール、アルブミン、尿酸等が挙げられる。

また、上述の実施の形態においては、生体の被測定部位から放射される放射光を受光する生体情報計測センサを例示して説明を行なったが、本発明は、光源から生体の被測定部位に向かって照射された光の透過光あるいは放射光を受光し、これを光電変換する生体情報計測センサに適用することも当然に可能である。

また、上述の実施の形態においては、生体の被測定部位として鼓膜を前提としたものを例示して説明を行なったが、被測定部位はこれに限られるものではなく、生体の様々な部位とすることが可能である。

さらに、上述の実施の形態においては、分光手段としてフィルタを採用した場合を例示して説明を行なったが、回折格子やプリズムを利用することも可能である。分光手段としてフィルタを利用する場合には、上述のように複数のフィルタを準備し、これを切換えることが必要になるが、分光手段として回折格子やプリズムを利用する場合には、単一の回折格子やプリズムを準備し、これを回転駆動等することによって異なる帯域の波長の光を分光して導出することが可能になる。

このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

Claims

生体情報を生体からの光を受光することによって非侵襲に計測するための生体情報計測センサであって、
生体からの光を受光する受光手段に設けられた受光領域と、
前記光が入射する入口側開口部および前記光が出射する出口側開口部を含み、前記受光領域に対応して設けられて前記光を前記受光領域に導く導波路と、
前記受光領域と前記導波路との間に位置し、前記出口側開口部から出射された前記光を分光し、特定の帯域の波長の光のみを前記受光領域に照射する分光手段と、
前記光のうちの第１の帯域の波長の光のみが前記受光領域に照射される第１の状態と、前記光のうちの第２の帯域の波長の光のみが前記受光領域に照射される第２の状態とを含む少なくとも２つ以上の状態に前記分光手段を切換え可能な切換え手段とを備えた、生体情報計測センサ。
前記分光手段は、前記第１の帯域の波長の光のみを透過する第１フィルタと、前記第２の帯域の波長の光のみを透過する第２フィルタとを少なくとも含む複数のフィルタによって構成され、
前記切換え手段は、前記複数のフィルタのうちの特定のフィルタのみが前記導波路と前記受光手段との間に位置するように、前記複数のフィルタを切換える、請求項１に記載の生体情報計測センサ。
前記複数のフィルタは、フィルタ固定枠に固定されており、
前記切換え手段は、前記フィルタ固定枠を駆動する駆動手段からなる、請求項２に記載の生体情報計測センサ。
前記フィルタ固定枠は、光を透過しない遮蔽領域を有し、
前記駆動手段は、前記第１および第２の状態に加え、前記遮蔽領域を前記導波路と前記受光領域との間に位置させることにより、前記光が前記受光領域に照射されない第３の状態に前記フィルタ固定枠を駆動可能である、請求項３に記載の生体情報計測センサ。
前記導波路は、前記入口側開口部から前記出口側開口部に向かうにつれ、その開口面積が徐々に小さくなるように形成されている、請求項１に記載の生体情報計測センサ。
前記導波路は、前記入口側開口部における開口形状と前記出口側開口部における開口形状とが異なっている、請求項１に記載の生体情報計測センサ。