特許 6815033 光学測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6815033

(24)【登録日】2020年12月24日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】光学測定装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1455 20060101AFI20210107BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/1455

   G01N21/27 Z

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-36323(P2017-36323)

(22)【出願日】2017年2月28日

(65)【公開番号】特開2018-139952(P2018-139952A)

(43)【公開日】2018年9月13日

【審査請求日】2019年10月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】513139873

【氏名又は名称】ＬＯＯＫ ＴＥＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147913

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 義敬

(74)【代理人】

【識別番号】100091605

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100197284

【弁理士】

【氏名又は名称】下茂 力

(72)【発明者】

【氏名】小倉 仁

(72)【発明者】

【氏名】竹沢 幸一

【審査官】 近藤 利充

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０２７７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６８６７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／１４５５

Ｇ０１Ｎ ２１／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光線を被測定部位に透過させることで、前記被測定部位の内部に於ける物質濃度を計測する光学測定装置であり、
第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、を射出する発光部と、
前記発光部から射出された前記第１光線および前記第２光線を、前記被測定部位に到達させる光学素子と、
前記光学素子を変位可能に支持する可動支持部と、
前記被測定部位を透過した前記第１光線および前記第２光線を受光する受光部と、
前記受光部の出力に基づいて、前記被測定部位の内部に於ける前記物質濃度を算出すると共に、前記可動支持部を制御する演算制御手段と、を具備し、
前記演算制御手段は、前記可動支持部で前記光学素子を変位させることで、前記被測定部位を透過する前記第１光線および前記第２光線の光路長を変化させつつ、前記受光部で受光する前記第１光線および前記第２光線の強度に基づいて、前記物質濃度を算出し、
前記演算制御手段は、
前記光学素子が第１位置であった際に、前記発光部から射出され、前記光学素子を介して、前記被測定部位を透過して前記受光部に達する第１光路を経由する前記第１光線および前記第２光線の強度を計測し、
前記可動支持部により前記光学素子が前記第１位置から第２位置に変位された際に、前記発光部から射出され、前記光学素子を介して、前記被測定部位を透過して前記受光部に達する第２光路を経由する前記第１光線および前記第２光線の強度を計測し、
前記光学素子が前記第１位置であった際に前記受光部で検出される前記第１光線および前記第２光線の強度、および、前記光学素子が前記第２位置であった際に前記受光部で検出される前記第１光線および前記第２光線の強度から、前記被測定部位の内部に於ける前記物質濃度を算出し、
前記可動支持部は、前記光学素子を、前記第１光線および前記第２光線の光軸に対して、一方側に変位することで、前記第１位置を実現し、
前記可動支持部は、前記光学素子を、前記第１光線および前記第２光線の光軸に対して、前記一方側に対向する他方側に変位することで、前記第２位置を実現することを特徴とする光学測定装置。

【請求項2】

前記光学素子は、前記第１光線および前記第２光線を前記被測定部位に集光させるレンズであり、
前記レンズを保持するレンズ保持部および前記レンズ保持部を変位可能に支持する前記可動支持部に設けられたコイルおよび磁石で、前記レンズが変位されることを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。

【請求項3】

前記被測定部位は人体の一部であり、前記物質濃度は血中糖度であることを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人体等の被測定部位の内部に於ける物質濃度を光学的に計測する光学測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被測定部位の内部に特定成分（例えば糖分）を検出する方法として、侵襲法と非侵襲法がある。侵襲法とは、例えば人体の指先等より採血を行い、その血液を用いて血糖値を測定する方法である。非侵襲法とは、人体から血液を採取すること無く、人体の外部に配置されたセンサで血糖値を測定する方法である。

【0003】

非侵襲法で血糖値を測定する方法の一例として、近赤外光を用いる等して光学的に測定する方法が知られている。以下、特定成分の光学的な測定方法の一例として、血中のグルコース濃度（血糖値）の測定方法を例に説明する。

【0004】

血中のグルコース濃度（血糖値）を測定するには、近赤外光のグルコースによる吸収量の差異を検出する方法がある。具体的には、この方法では、近赤外光をある部位において透過させ、その透過光量から血糖値を測定する（例えば特許文献１、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３０９３８７１号公報

【特許文献2】特許第３６９２７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記した各特許文献に記載された非侵襲法による血糖値の測定方法では、血中糖度を必ずしも正確に測定できるとは言えない課題があった。

【0007】

具体的には、上記特許文献１および上記特許文献２に記載された非侵襲法による血糖値の測定方法では、測定に用いられる近赤外光が通過する部位（例えば、人体の耳たぶや耳）の厚さが一定であることを前提としている。よって、測定部位の位置が所定位置からずれた場合は、血糖値を正確に検出することが難しいという課題があった。

【0008】

上記の課題は人体以外の食物等の物質濃度を計測する場合にも発生し得る。

【0009】

本発明はこの様な問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、測定を行う被測定部位の光路長が変更された場合でも正確に血中糖度等の物質濃度を計測することができる光学測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の光学測定装置は、光線を被測定部位に透過させることで、前記被測定部位の内部に於ける物質濃度を計測する光学測定装置であり、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、を射出する発光部と、前記発光部から射出された前記第１光線および前記第２光線を、前記被測定部位に到達させる光学素子と、前記光学素子を変位可能に支持する可動支持部と、前記被測定部位を透過した前記第１光線および前記第２光線を受光する受光部と、前記受光部の出力に基づいて、前記被測定部位の内部に於ける前記物質濃度を算出すると共に、前記可動支持部を制御する演算制御手段と、を具備し、前記演算制御手段は、前記可動支持部で前記光学素子を変位させることで、前記被測定部位を透過する前記第１光線および前記第２光線の光路長を変化させつつ、前記受光部で受光する前記第１光線および前記第２光線の強度に基づいて、前記物質濃度を算出し、前記演算制御手段は、前記光学素子が第１位置であった際に、前記発光部から射出され、前記光学素子を介して、前記被測定部位を透過して前記受光部に達する第１光路を経由する前記第１光線および前記第２光線の強度を計測し、前記可動支持部により前記光学素子が前記第１位置から第２位置に変位された際に、前記発光部から射出され、前記光学素子を介して、前記被測定部位を透過して前記受光部に達する第２光路を経由する前記第１光線および前記第２光線の強度を計測し、前記光学素子が前記第１位置であった際に前記受光部で検出される前記第１光線および前記第２光線の強度、および、前記光学素子が前記第２位置であった際に前記受光部で検出される前記第１光線および前記第２光線の強度から、前記被測定部位の内部に於ける前記物質濃度を算出し、前記可動支持部は、前記光学素子を、前記第１光線および前記第２光線の光軸に対して、一方側に変位することで、前記第１位置を実現し、前記可動支持部は、前記光学素子を、前記第１光線および前記第２光線の光軸に対して、前記一方側に対向する他方側に変位することで、前記第２位置を実現することを特徴とする。

【0012】

また、本発明の光学測定装置では、前記光学素子は、前記第１光線および前記第２光線を前記被測定部位に集光させるレンズであり、前記レンズを保持するレンズ保持部および前記レンズ保持部を変位可能に支持する前記可動支持部に設けられたコイルおよび磁石で、前記レンズが変位されることを特徴とする。

【0014】

また、本発明の光学測定装置では、前記被測定部位は人体の一部であり、前記物質濃度は血中糖度であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の光学測定装置は、光線を被測定部位に透過させることで、前記被測定部位の内部に於ける物質濃度を計測する光学測定装置であり、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、を射出する発光部と、前記発光部から射出された前記第１光線および前記第２光線を、前記被測定部位に到達させる光学素子と、前記光学素子を変位可能に支持する可動支持部と、前記被測定部位を透過した前記第１光線および前記第２光線を受光する受光部と、前記受光部の出力に基づいて、前記被測定部位の内部に於ける前記物質濃度を算出すると共に、前記可動支持部を制御する演算制御手段と、を具備し、前記演算制御手段は、前記可動支持部で前記光学素子を変位させることで、前記被測定部位を透過する前記第１光線および前記第２光線の光路長を変化させつつ、前記受光部で受光する前記第１光線および前記第２光線の強度に基づいて、前記物質濃度を算出し、前記演算制御手段は、前記光学素子が第１位置であった際に、前記発光部から射出され、前記光学素子を介して、前記被測定部位を透過して前記受光部に達する第１光路を経由する前記第１光線および前記第２光線の強度を計測し、前記可動支持部により前記光学素子が前記第１位置から第２位置に変位された際に、前記発光部から射出され、前記光学素子を介して、前記被測定部位を透過して前記受光部に達する第２光路を経由する前記第１光線および前記第２光線の強度を計測し、前記光学素子が前記第１位置であった際に前記受光部で検出される前記第１光線および前記第２光線の強度、および、前記光学素子が前記第２位置であった際に前記受光部で検出される前記第１光線および前記第２光線の強度から、前記被測定部位の内部に於ける前記物質濃度を算出し、前記可動支持部は、前記光学素子を、前記第１光線および前記第２光線の光軸に対して、一方側に変位することで、前記第１位置を実現し、前記可動支持部は、前記光学素子を、前記第１光線および前記第２光線の光軸に対して、前記一方側に対向する他方側に変位することで、前記第２位置を実現することを特徴とする。従って、被測定部位を透過する第１光線および第２光線の光路長を変更させつつ物質濃度を計測することで、光路長の差を変数として物質濃度を測定することが出来ることから、第１光線および第２光線を入射する位置が変更した場合でも、物質濃度を正確に測定することができる。更に、光学素子を第１位置から第２位置に変位させて第１光線および第２光線の光路を変更することにより、受光部で受光する第１光線および第２光線の強度変化に基づいて、被測定部位の内部に於ける物質濃度を測定する。よって、被測定部位の形状が変化した場合でも、被測定部位の位置が一定とされない場合でも、物質濃度を正確に計測することができる。また、第１位置および第２位置を、可動支持部で光学素子を対向する方向に移動することで、第１光路と第２光路との光路長の長さの差を大きくし、物質濃度を正確に検出することができる。

【0017】

また、本発明の光学測定装置では、前記光学素子は、前記第１光線および前記第２光線を前記被測定部位に集光させるレンズであり、前記レンズを保持するレンズ保持部および前記レンズ保持部を変位可能に支持する前記可動支持部に設けられたコイルおよび磁石で、前記レンズが変位されることを特徴とする。従って、コイルを励起させることで、光学素子であるレンズを変位させ、第１光線および第２光線の光路を容易に変更することができる。

【0019】

また、本発明の光学測定装置では、前記被測定部位は人体の一部であり、前記物質濃度は血中糖度であることを特徴とする。従って、人体の血中糖度の経時的な変化を正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る光学測定装置の基本構成を示す概念図である。

【図2】本発明の実施形態に係る光学測定装置を用いて血中糖度を計測する原理を示す側面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る光学測定装置の概略構成を示す斜視図である。

【図4】本発明の実施形態に係る光学測定装置を用いて血中糖度を計測する方法を示すフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態に係る光学測定装置を用いて血中糖度を計測する方法を示す図であり、（Ａ）はレンズが第１位置であった際の光路を示す側面図であり、（Ｂ）はレンズが第２位置であった際の光路を示す側面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る光学測定装置を用いて血中糖度を測定する原理を説明するグラフであり、光路長と第１光線および第２光線の受光強度との関係を示すグラフである。

【図7】本発明の実施形態に係る光学測定装置の効果を示すグラフであり、初期値からの変化および血糖度と摂取後の時間との関係を示すグラフである。

【図8】本発明の他の実施形態に係る光学測定装置を示す側面図である。

【図9】本発明の更なる他の実施形態に係る光学測定装置を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１を参照して、本形態の光学測定装置１０を説明する。図１は、光学測定装置１０の基本構成を示す概念図である。

【0022】

図１を参照して、光学測定装置１０は、測定に用いられる光線を射出する発光部１１と、発光部１１から射出される光線を被測定部位１８に導く光学素子であるレンズ１４と、被測定部位１８を透過した光線を受光する受光部１９と、レンズ１４を変位させることで光線の光路長を変化させる可動支持部１６と、可動支持部１６を制御すると共に受光部１９の出力に基づいて血糖値を算出する演算制御部１７と、を具備している。光学測定装置１０の機能は、非侵襲法による物質濃度の計測を行うことであり、例えば、光線を被測定部位である人体に透過させることで、人体の内部に於ける血中糖度を計測することである。後述するように、光学測定装置１０は、レンズ１４を変位させることで光路長を変化させつつ血中糖度を計測することで、計測の対象となる被測定部位１８の位置が一定とされない場合でも、血中糖度を正確に計測することができる。

【0023】

発光部１１は、血中糖度を計測するために所定の波長の光線を射出する。発光部１１は、波長が異なる光線を射出する第１発光部１２および第２発光部１３を有している。第１発光部１２および第２発光部１３には、それぞれ発光ダイオードまたはレーザーダイオードが内蔵されており、発光ダイオードまたはレーザーダイオードから所定の周波数帯の光線が射出される。例えば、第１発光部１２から射出される第１光線の波長は１３１０ｎｍであり、第２発光部１３から射出される第２光線の波長は１５５０ｎｍである。第１発光部１２から射出される第１光線はグルコースの吸光により光線の強度が変化しない波長帯域の光線であり、第２発光部１３から射出される第２光線はグルコースの吸光により光線の強度が変化する波長帯域の光線である。本形態では、波長の異なる複数の光線を用い、第１光線をリファレンスとすることで、第１光線に対する第２光線の変化の度合いから、血中糖度を正確に算出することができる。

【0024】

レンズ１４は、上記した第１発光部１２および第２発光部１３から射出された第１光線および第２光線を、その屈折作用や回折作用により、被測定部位１８に導く。レンズ１４はレンズ保持部１５で周囲から保持されており、そのレンズ保持部１５は可動支持部１６で変位可能に支持されている。可動支持部１６がレンズ保持部１５を保持する具体的な構造は、図３を参照して後述する。レンズ１４の変位は、可動支持部１６を経由して演算制御部１７で制御されている。

【0025】

被測定部位１８は、本形態の光学測定装置１０で血中糖度が計測される部位であり、例えば人体の指などを採用することができる。ここでは、紙面上縦方向に被測定部位１８を光線が透過しているが、後述するように、指の表皮付近の内部で透過および反射する光線の強度を本形態では計測している。

【0026】

受光部１９は、例えばフォトダイオードから成る半導体素子であり、被測定部位１８を透過した第１光線および第２光線を受光してその強度を検出するための図示しない受光部位か形成されている。受光部１９は、被測定部位１８を透過して受光部１９に到達する第１光線および第２光線の強度を検出し、それぞれの強度に応じた信号を演算制御部１７に伝送する。

【0027】

演算制御部１７は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭから構成され、各種演算を行うと共に光学測定装置１０を構成する各部位の動作を制御している。詳しくは、演算制御部１７は、可動支持部１６の動作を制御することで、レンズ１４の位置を制御する。更に、演算制御部１７は、受光部１９の出力を受けて、血中糖度を算出する。また、演算制御部１７は、算出した血中糖度を表示部２７に表示するようにしても良い。例えば液晶モニタである表示部２７に血中糖度を表示することで、光学測定装置１０を使用する使用者は、自身の血中糖度の変化をリアルタイムに知ることができる。

【0028】

図２の側面図を参照して、光学測定装置１０で血中糖度を計測する原理を説明する。ここで、実際には発光部１１からは、上記した第１光線および第２光線が照射されるが、ここでは図面の簡単化のために、第１光線および第２光線を一つに纏めて図示している。

【0029】

先ず、非侵襲法による血中糖度の測定に於いては、以下に示すランベルト・ベールの法則が用いられる。
Ａ（μ）＝μａ（μ）・ｄ・ｃ
ここで、Ａ（μ）は吸光度であり、第１発光部１２および第２発光部１３から射出されて被測定部位１８に入光する前の第１光線および第２光線の強度、および、被測定部位１８を透過して受光部１９に到達した第１光線および第２光線の強度から算出される。また、μａ（μ）は吸光係数であり、ｄは光路長であり、ｃは物質濃度である。従って、原理的には、吸光係数μａ（μ）および光路長ｄが一定であれば、吸光度Ａ（μ）（即ち、被測定部位１８を透過して受光部１９に到達した第１光線および第２光線の強度）を計測することで、物質濃度ｃを算出することができる。しかしながら、上記したように、光学測定装置１０を装着する部位がずれたら、光路長ｄは変動することになるので、光学測定装置１０を装着する度に物質の濃度ｃを安定的に算出することは簡単ではない。そこで本形態では、光路長ｄを意図的に変動させて複数回の計測を行うことで、光路長ｄが変動したとしても、物質濃度ｃである血中糖度を正確に計測している。

【0030】

具体的には、光路の途中に配設されたレンズ１４の位置を変位させることで、第１光線および第２光線の光路長を変更している。

【0031】

一例を説明すると、可動支持部１６でレンズ１４を移動させることなく、そのままの状態で発光部１１から光線を射出すると、射出された光線はレンズ１４の中央部分で集光された状態で被測定部位１８に照射される。照射された光線は被測定部位１８の内部で透過、吸光、反射し、その光線の一部は出射光路２４を経由して受光部１９に到達する。

【0032】

本形態では、図２に示した可動支持部１６で、レンズ１４を変位させることで、上記した光路長を変更している。ここで、レンズ１４は光線が射出される光路に対して垂直な方向に移動する。

【0033】

一例を説明すると、図２に示した可動支持部１６で、レンズ１４を受光部１９に近づく側（光軸に対して一方側）に移動させることで、レンズ１４の位置を、点線で示す第１位置としている。これにより、発光部１１から射出された光線はレンズ１４の紙面上に於ける左側部分に照射され、レンズ１４の屈折作用により光線は紙面上右方側に向かって屈折する。このようにすることで、被測定部位１８に入射する第１入射光路２２の入射角θ１が小さくなり、光線が被測定部位１８の内部を通過する光路の光路長Ｄ１が短くなる。

【0034】

一方、可動支持部１６で、レンズ１４を受光部１９にから遠ざかる側（光軸に対して他方側）に移動させることで、レンズ１４の位置を、一点鎖線で示す第２位置としている。これにより、発光部１１から射出された光線はレンズ１４の紙面上に於ける右側部分に照射され、レンズ１４の屈折作用により光線は紙面上左方側に向かって屈折する。このようにすることで、被測定部位１８に入射する第２入射光路２３の入射角θ１が大きくなり、光線が被測定部位１８を通過する光路長Ｄ２が長くなる。

【0035】

上記のように、レンズ１４が点線で示す第１位置の場合に於ける光路長Ｄ１を短くし、レンズ１４が一点鎖線で示す第２位置の場合に於ける光路長Ｄ２を長くすることで、光路長の長さの差が大きい２つの光路を実現することができる。よって、レンズ１４を点線で示す第１位置にした状態にて受光部１９に到達する光線の強度を計測し、レンズ１４を一点鎖線で示す第２位置にした状態にて受光部１９に到達する光線の強度を計測し、これらの強度に基づいて演算制御部１７で血中糖度を演算することで、血中糖度を正確に算出することができる。

【0036】

図３を参照して、具現化された光学測定装置１０の構成を説明する。この図は光学測定装置１０の具体的構成を示す斜視図である。

【0037】

この図を参照して、上記した光学測定装置１０を構成する、第１発光部１２、第２発光部１３、レンズ１４、レンズ保持部１５および受光部１９は、箱状に形成された合成樹脂から成る筐体２８に収納されている。

【0038】

上記したように、レンズ１４はレンズ保持部１５に保持されており、レンズ保持部１５は、ワイヤ３１を経由して可動支持部１６で支持されている。可動支持部１６は接着剤等で筐体２８の内部に接合されている。

【0039】

ワイヤ３１は、レンズ保持部１５の両端部分と可動支持部１６との間に複数本が架設されている。レンズ保持部１５には、ワイヤ３１と電気的に接続されたコイルが形成されている。一方、可動支持部１６には、このコイルと接近する位置に、ここでは図示しないマグネットが配置されている。従って、演算制御部１７の指示に基づいて、レンズ保持部１５に形成されたコイルに電流を流すことで、電磁誘導の作用により、レンズ１４を変位させることができ、図２に示した第１位置および第２位置を実現することができる。

【0040】

筐体２８の底部を開口した開口部２９は、第１発光部１２および第２発光部１３から射出された第１光線および第２光線が被測定部位１８に向かって進行する。同様に、被測定部位１８を透過した第１光線および第２光線は、開口部２９を経由して筐体２８の内部に入射し、受光部１９に照射され、その強度が計測される。

【0041】

図４および図５に基づいて、更には上記した各図も参照しつつ、光学測定装置１０を用いて血中糖度を計測する具体的な方法を説明する。

【0042】

図４のフローチャートを参照して、光学測定装置１０で血中糖度を測定する方法は、レンズ１４の位置を第１位置とするステップＳ１０と、レンズ１４の位置を第１位置とした状態で光線の強度を計測するステップＳ１１と、レンズ１４の位置を第２位置とするステップＳ１２と、レンズ１４の位置を第２位置とした状態で光線の強度を計測するステップＳ１３と、ステップＳ１１およびステップＳ１３で計測された光線の強度に基づいて血中糖度を算出するステップＳ１４と、を有している。

【0043】

具体的には、ステップＳ１０では、図５（Ａ）に示すようにレンズ１４を紙面上右側に移動させることで第１位置とし、第１入射光路２２を形成する。これにより、第１入射光路２２、被測定部位１８の内部に於ける光路、および出射光路２４で第１光路２５が形成される。

【0044】

ステップＳ１１では、レンズ１４を第１位置とした状態で、発光部１１から光線を射出させ、被測定部位１８を透過した光線の強度を受光部１９で検出する。ここでは、光線を一つの点線で示しているが、実際には波長が異なる第１光線および第２光線が発光部１１から射出され、第１光路２５を経由して、受光部１９まで到達する。上記したように、可動支持部１６でレンズ１４を移動させることで、被測定部位１８を光線が通過する光路長Ｄ１を短くしている。受光部１９に照射された第１光線および第２光線の強度を示す信号は、上記した演算制御部１７に伝送される。ここで、受光部１９による光線の強度の検出は、時間的に連続的に行っても良いし、間欠的に行っても良い。

【0045】

ステップＳ１２では、図５（Ｂ）に示すようにレンズ１４を紙面上左側に移動させることで第２位置とし、第２入射光路２３を形成する。これにより、第２入射光路２３、被測定部位１８の内部に於ける光路、および、出射光路２４で第２光路２６が形成される。本ステップＳ１２に於いて被測定部位１８の内部に形成される光路の光路長Ｄ２は、図５（Ａ）に示したステップＳ１０に於いて被測定部位１８の内部に形成される光路の光路長Ｄ１よりも長い。ここで、距離の変更は、連続可変としても良いし、段階的可変としても良い。

【0046】

ステップＳ１３では、レンズ１４を第２位置とした状態で、発光部１１から再び光線を射出させ、被測定部位１８を透過した光線の強度を受光部１９で検出する。本ステップでも、波長が異なる第１光線および第２光線が発光部１１から射出され、第２光路２６を経由して、受光部１９まで到達する。上記したように、可動支持部１６でレンズ１４を移動させることで、被測定部位１８を光線が通過する光路長Ｄ２を長くしている。受光部１９に照射された第１光線および第２光線の強度を示す信号は、上記した演算制御部１７に伝送される。

【0047】

ステップＳ１４では、ステップＳ１１で得られた第１光線および第２光線の受光強度、および、ステップＳ１３で得られた第１光線および第２光線の受光強度に基づいて、血中糖度を算出する。

【0048】

ここで、図６のグラフを参照して、第１光線および第２光線の受光強度と光路長との関係を説明する。このグラフでは、横軸が被測定部位１８を光線が通過する光路長を示し、縦軸が受光部１９で検出される光線の強度を示している。

【0049】

この図を参照して、上記したように、第１光線はグルコースの吸光により光線の強度が変化しない周波数帯域の光線であり、第２光線はグルコースの吸光により光線の強度が変化する周波数帯域の光線である。

【0050】

第１光線の強度は光路長が長くなると小さくなる。具体的には、光路長がＤ１の際の強度はＩ１であり、光路長がＤ２の際の強度はＩ２であり、光路長が長くなるに従い第１光線の強度は徐々に小さくなる。即ち、光路長の長さと第１光線の強度とは、負の相関があり、更に、線形の関係にある。

【0051】

第２光線も、第１光線と同様に、その強度は光路長が長くなると小さくなる。具体的には、光路長がＤ１の際の強度はＩ３であり、光路長がＤ２の際の強度はＩ４であり、光路長が長くなるに従いその強度は徐々に小さくなる。しかしながら、第２光線は、グルコースの吸光により光線の強度が変化する周波数帯域の光線であるため、光路長の増大に伴う第２光線の強度の変化は非線形になる。本形態では、非線形に変化する第２光線の強度の変化の度合いから、血中糖度やその変化の度合いを算出している。

【0052】

上記特性を踏まえた血中糖度の算出方法は、光路長Ｄ１で測定した第１光線の強度をＩ１、光路長Ｄ２で測定した第１光線の強度をＩ２、光路長Ｄ１で測定した第２光線の強度をＩ３、光路長Ｄ２で測定した第２光線の強度をＩ４とした場合、血中糖度は、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３およびＩ４を変数とする関数から算出することができる。

【0053】

本形態では、上記したように、被測定部位１８の内部を光線が通過する長さである光路長を変化させながら、被測定部位１８を透過する光線の強度を計測し、この光線の強度に基づいて血中糖度を算出している。よって、光学測定装置１０が装着される人体の部位に若干の変動があったとしても、血中糖度を正確に検出し、光学測定装置１０を使用する使用者は、血中糖度の時間変化を正確に把握することができる。

【0054】

図７を参照して、光学測定装置１０により血中糖度を測定することによる効果を説明する。このグラフの横軸は食事を摂取してからの時間の経過を示し、右側の縦軸は人体から摂取した血液から計測した血糖値の実測値を示しており、左側の縦軸は本形態の光学測定装置１０による計測値の変化を示している。また、光学測定装置１０の計測値は菱形の点が付された実線で示しており、血糖値の実測値は四角の点が付された点線で示している。

【0055】

一般に、食事を摂取した後に血液に含まれるグルコース濃度が上昇することはよく知られている。実測値である実線では、食事摂取後の約５０分後に血糖値はピークを迎えており、その後徐々に血糖値は減少している。一方、本形態の光学測定装置１０による計測では、現段階では血糖値を定量的には計測できてはいないものの、実測値と同様に、食事摂取後の約５０分後に血糖値はピークを迎えている傾向を掴めている。よって、本形態の光学測定装置１０は、食事摂取後に血中糖度が上昇する傾向を確実に計測することができる。

【0056】

図８を参照して、他の形態に係る光学測定装置１０の構成を説明する。この図に示す光学測定装置１０では、上記した第１入射光路２２および第２入射光路２３に加えて、第３入射光路３０が形成されている。第３入射光路３０は、上記した可動支持部１６で移動されていない状態のレンズ１４を光線が通過する入射光路である。第３入射光路３０、被測定部位１８の内部、および、出射光路２４で、第３光路が形成されている。第３入射光路３０を通過する光線が被測定部位１８の内部を通過する光路の光路長Ｄ３は、上記した光路長Ｄ１よりも長く、且つ、上記した光路長Ｄ２よりも短い。第３入射光路３０、被測定部位１８および出射光路２４を経由した光線の強度を受光部１９で検出し、この強度に関する情報も用いて演算制御部１７で血中糖度を算出することにより、より多くの情報を用いて血中糖度を算出することから、血中糖度をより正確に算出することができる。

【0057】

図９を参照して、更なる他の形態に係る光学測定装置１０の構成を説明する。この図に示す光学測定装置１０では、レンズ１４を被測定部位１８の表面に対して平行または略平行に移動させることで、第１入射光路２２、第２入射光路２３、第３入射光路３０を形成している。第１入射光路２２、第２入射光路２３、第３入射光路３０は、被測定部位１８の上面に対して垂直または略垂直に進行する。これにより、長さが互いに異なる、第１入射光路２２の光路長Ｄ１、第２入射光路２３の光路長Ｄ２および第３入射光路３０の光路長Ｄ３が形成される。かかる構成であっても、光路長を異ならせながら第１光線、第２光線および第３光線の強度を計測することで、被測定部位１８の血中糖度を算出することを特徴とするができる。

【0058】

以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

【0059】

例えば、上記した形態では、図２に示すように、レンズ１４の位置を移動させることで、光線の光路長を変更したが、レンズ１４の角度を変更することで、第１光線および第２光線の光路長を変更しても良い。

【0060】

更に、上記した形態では、光線の光路長を変更する光学素子として、レンズ１４を例示したが、光学素子としては、レンズ１４の替わりにミラーが採用されても良いし、光学素子としてレンズ１４とミラーとの組み合わせを採用しても良い。

【0061】

本形態で測定する物質濃度は、人体の内部に含まれるグルコース濃度の他にも、植物に含まれる糖分濃度等であっても良い。

【0062】

更に、上記説明では、光路長を２段階または３段階で変化させたが、数十段階または数百段階で光路長を変化させることで、計測される血中糖度の精度を更に向上させることができる。

【0063】

更にまた、上記説明では、光学素子であるレンズ１４の位置をコイルとマグネットを用いて変位させたが、形状記憶合金でレンズ１４を支持し、この形状記憶合金を変形させることでレンズ１４の位置や角度を変更するようにすることもできる。形状記憶合金を採用することで、レンズ１４を変位させる手段の構成を簡素化し、装置全体の構成を簡略化することができる。

【符号の説明】

【0064】

１０ 光学測定装置
１１ 発光部
１２ 第１発光部
１３ 第２発光部
１４ レンズ
１５ レンズ保持部
１６ 可動支持部
１７ 演算制御部
１８ 被測定部位
１９ 受光部
２２ 第１入射光路
２３ 第２入射光路
２４ 出射光路
２５ 第１光路
２６ 第２光路
２７ 表示部
２８ 筐体
２９ 開口部
３０ 第３入射光路
３１ ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】