JP4290367B2 - 生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置 - Google Patents
生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4290367B2 JP4290367B2 JP2001557470A JP2001557470A JP4290367B2 JP 4290367 B2 JP4290367 B2 JP 4290367B2 JP 2001557470 A JP2001557470 A JP 2001557470A JP 2001557470 A JP2001557470 A JP 2001557470A JP 4290367 B2 JP4290367 B2 JP 4290367B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- biological information
- light
- contact
- tissue
- biological
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/14—Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue
- A61B2562/146—Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue for optical coupling
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体のグルコース、血糖値、水分、コレステロール等の生体情報を、生体からの拡散反射光、もしくは表層組織を経由した光を測定することにより非侵襲的に測定する生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被験者の血糖値を非侵襲的に測定する装置が提案されている。
【０００３】
たとえば、特開平５−５０８３３６号には、近赤外線を用いて被験者の血糖値を測定する方法が提案されている。かかる方法によると、６００ｎｍから１１００ｎｍの近赤外線を被験者に投射し、被験者内を経由した光の特定波長成分を分析することで、血糖値が求められるものである。
【０００４】
しかしながら、近赤外光は赤外光に比べ、水に対する吸収強度が小さいため水溶液や生体を透過しやすいので分析に適しているという長所がある反面、各種成分の吸収ピークが赤外光に比べて複雑に重なり合っており、単独の成分の情報を取り出すことが困難であるとともに、吸収ピークの波長は温度によって大きく変わりやすい等の点から、実用に至っていないのが現状である。
【０００５】
そこで、特開平１１−１７８７９９号公報には、近赤外線を用いて生体の表層組織におけるグルコース、水分等を測定する方法が提案されている。この第１の従来の方法によると、平面部材上に設けられた１本の溝部に生体の表層組織の一部を隆起させて、隆起部分を介して対向した位置に設けられている一方の光ファイババンドルから他方の光ファイババンドルへ、近赤外線の受発光操作を行う。表層組織を拡散反射した光の一部を検出して分光分析を行うことにより、特に真皮組織のグルコース、水分等の生体情報を求めるものである。
【０００６】
また、中赤外線を用いた従来例としては、例えば、特開平９−１１３４３９号公報に示すような、減衰全反射（以降ＡＴＲと記述する）測定装置を用いて被験者、とりわけ生体の特定成分を測定する方法が提案されている。
【０００７】
その概略図を図１１に示す。図１１に示すように、平行に向かい合った一対の反射面を備えた透明なＡＴＲプリズム２０に口唇粘膜２１を密着させて血糖値を測定するものである。この方法によると、ＡＴＲプリズムを口にくわえて上下から押さえつけた後、ＡＴＲプリズム２０の反射面と口唇粘膜２１との境界で減衰全反射を繰り返してプリズム２０の外部に出射された光を分析する。
【０００８】
また、ＢＭＥ、ｖｏｌ．５、Ｎｏ８（日本ＭＥ学会、１９９１）にはＺｎＳｅ光学結晶等からなるＡＴＲプリズムを口唇粘膜に密着させたのち、このプリズムに波長９〜１１ミクロンのレーザ光を進入させてプリズムの内部で多重的に反射させ、その吸収光を分析することにより血糖値や血中エタノール濃度を測定する方法が提案されている。この方法によると、リアルタイムにかつ非侵襲的に血糖値や血中エタノール濃度を測定することができる。
【０００９】
これらの方法は、エバネッセント波（いわゆる浸みだし光）を定量分析に応用したものである。図１１に示すように、ＡＴＲプリズム２０を進行する光は、わずかに口唇粘膜２１に侵入したのち、反射する。したがって、光は口唇に侵入し、そこに存在する体液中の各成分の影響を受ける。そこで、反射光の光量を測定することにより、体液の反射率、吸収率等の変化を検出することができ、体液中の各成分の情報を得ることが可能になる。
【００１０】
また、光源として発振波長が５００ｎｍのアルゴンレーザ、波長１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ、波長が８８０ｎｍの半導体レーザ等を用い、光源からのレーザ光を生体組織内に向けて照射し、生体組織内で散乱された光（ラマン散乱光）を検出し、検出されたラマン散乱光を分光することにより生体情報を得る、フーリエ変換ラマン分光測定法が提案されている。この方法によると、ラマン散乱光は生体組織内の各種物質に特有の波長を有するので、ラマン散乱光を分光することにより生体組織内の物質の種類や濃度を算出することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の非侵襲血糖値測定装置は、以下のような問題点を有していた。
【００１２】
まず、上記第１の従来の方法では、入射用の光ファイバと受光用の光ファイバが正対していない場合、生体内部での光の損失が大きく受光される拡散反射光の強度が弱く、また生体の深部に向けて光が照射されるので表皮や真皮だけでなく皮下組織等の生体深部の情報も含んだ、光路長の異なるさまざまな拡散反射光を検出してしまうという問題点があった。
【００１３】
従って、測定対象が皮膚組織の場合には、組織の厚さが１００ミクロン〜２００ミクロン程度の表皮や、その下に存在する５００ミクロン〜１０００ミクロンの厚みの真皮層等の生体の表層組織における生体情報のみを抽出して測定することは困難であった。また粘膜組織の場合も同様に、上皮や粘膜固有層等の表層組織における生体情報のみを測定することは困難であった。
【００１４】
また、光ファイバを正対させて生体内を直進する光の成分を測定する場合は、生体の表面を垂直に隆起させるための、機械的な隆起手段が必要であり、隆起時に生体組織に与える負担が大きく痛みを発生することがあるとともに、光ファイバ端面を一定の圧力で生体の表層組織に安定に密着させるのが困難であった。
【００１５】
また、光ファイババンドルを精密に生体に密着させるために、非常に細い光ファイバを生体表層近くまでもってくる必要があり、構造が複雑で、装置の組立が面倒であるとともに、溝部を多数本設けることが困難であった。
【００１６】
また、生体を隆起させるために、平面部材上に設けられた１本の溝部を生体に密着させているが、十分に生体を隆起させることが困難であった。
【００１７】
また、光ファイバ端面の総面積を大きくすることが困難であるために、測定される拡散反射光の強度を大きくすることが困難であった。
【００１８】
また、上記第２及び第３の従来の方法では、以下のような問題点を有していた。
【００１９】
エバネッセント波の侵入する深さｄはおよそ（１）式で求まることが知られている。
【００２０】
【数１】
ここで、λは光の波長で、θは入射角度、ｎ１は結晶の屈折率、ｎ２は結晶に接触する媒体の屈折率である。
【００２１】
今、一例として、光の波長が１０ミクロン、ＡＴＲプリズムとしてＺｎＳｅ結晶（屈折約２．４１）を用い、入射角度が４５度、まわりの媒体を水（屈折率：約１．０）とした場合について侵入深さｄを計算すると、（１）式よりｄ＝２．８ミクロンとなることがわかる。周りの屈折率が変われば浸みだし深さも変わることは（１）式よりわかるが、いずれにしてもせいぜい数ミクロンであり、よって上記従来のＡＴＲ測定装置では、生体表面とその近傍の状態に関する情報が得られることがわかる。
【００２２】
しかしながらこの場合、生体の数ミクロン以上の深部情報が得られにくいとともに、特に、被検体との間に不純物や唾液等の外乱層が存在すると、信号の生体に侵入する深さが変化し、信号が変化してしまう。
【００２３】
したがって、上記従来例のようにＡＴＲプリズムを口唇に押し当てる場合、プリズムの表面と口唇との密着は安定せず、精度の高い測定を行うことが困難である。また、プリズムと口唇の間に、唾液が混入したような場合、測定値はその影響を大きく受ける。
【００２４】
さらに、上記のようなＡＴＲプリズムには、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＫｒＳ等の光学結晶が用いられる。これらは非常に柔らかく、取り扱いや洗浄に多大の注意を要するため、多くの被検体を連続して測定することは困難である。
【００２５】
また、上記第４の従来の方法では、レーザ光が生体組織内に向けて照射されるので、生体組織に入射したレーザ光はほとんど生体組織内で吸収される。生体情報を検出するのに必要な強度のラマン散乱光を得るには、大きい強度のレーザ光を生体組織に照射する必要があるが、レーザ光が生体組織内で吸収されることによりヤケドが生じるという問題があった。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、取り扱いやすく、生体組織へのダメージが少なく、容易に高精度の測定が可能な生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する生体情報検出用接触子は、表面が生体組織に当接される生体情報検出用接触子であって、前記生体情報検出用接触子は、前記表面に設けられた凹部と、裏面に設けられ、前記表面に対して斜めに形成され、前記凹部に到達する検出光が入射される入射部と、前記裏面に設けられ、前記表面に対して斜めに形成され、前記生体組織を通過した前記検出光が出射される出射部と、を備え、前記生体情報検出用接触子は、前記生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有する材料から構成され、前記凹部に前記生体組織がはまりこみ、前記検出光は、前記凹部にはまりこんだ前記生体組織を通過した後に前記出射部に到達する。
前記凹部が前記表面と平行な面からなる底部を有し、前記底部に遮光膜が設けられていることが好ましい。
複数の前記凹部が設けられ、隣接する２つの前記凹部の間に凸部が形成されており、前記凸部が前記表面と平行な面からなる上面部を有し、前記上面部に遮光膜が設けられていることが好ましい。
上記生体情報検出用接触子は、シリコン単結晶からなることが好ましい。
複数の前記凹部が周期的に設けられており、隣接する２つの前記凹部の間には凸部が形成されていることが好ましい。
前記裏面側にも凹部および凸部が周期的に設けられており、前記凹部および前記凸部の側面が前記入射部および前記出射部となっていることが好ましい。
前記凹部の断面がＶ溝になっていることが好ましい。
前記凹部が前記表面と平行な面からなる底部を有することが好ましい。
前記裏面側に周期的に設けられた凹部が、前記裏面と平行な面からなる底部を有し、前記裏面側に周期的に設けられた凹部が、前記裏面と平行な面からなる上面部を有し、前記底部および前記上面部のいずれにも遮光膜が設けられていることが好ましい。
複数の前記凸部が設けられており、前記複数の凸部の高さが異なることが好ましい。
前記複数の凹部の深さが異なることが好ましい。
上記の目的を達成する生体情報測定装置は、上記の生体情報検出用接触子と、前記検出光の光源と、前記生体組織を通過した後に前記生体情報検出用接触子に入射した前記検出光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得する。
上記の目的を達成する他の生体情報測定装置は、上記の生体情報検出用接触子と、前記検出光の光源と、前記検出光が前記生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得する。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００５８】
本発明の実施の形態による生体情報測定装置は、光源と、生体の表面を凹ませるための凸部を有した基板と、前記基板上に設けられた前記光源から出射した光を生体表面に出射する光出射手段と前記光出射手段から出射した光を受光する光受光手段と、前記光受光手段で受光した光を検出する検出部と、前記検出部で得られた信号を用いて生体情報を算出する信号処理部を有し、前記光出射手段もしくは光受光手段のいずれかが、基板上に設けられた凸部に設置されている。
【００５９】
本発明の実施の形態による生体情報測定装置の好ましい態様においては、光出射手段および光入射手段はゲルマニウムからなる。
【００６０】
（参考形態１）
以下、本発明の参考形態１による生体情報測定装置について、図１を用いて説明する。図において、１は光源、２および１２は光ファイバ、３は光センサ部、４は基板、５は凸部、６および１６は穴部、７は反射面、８は光出射手段、９は出射端面、１０はクラッド層、１１は受光手段、１３は光検出器、１４は信号処理部、１５は表示装置である。
【００６１】
光源１には、例えば波長１．３〜１０ミクロンの光を発する高輝度セラミック光源を用いる。ＣＯ2レーザーを用いても構わない。光ファイバー２は、光源１の発した光を伝送し、光センサ部３に導く。光ファイバーとしては、例えば、臭化銀、塩化銀系材料の赤外光ファイバーやカルコゲナイト光ファイバーもしくは中空構造の光ファイバーを用いる。
【００６２】
光センサ部３は、例えば図に示したように口唇粘膜２１のような生体表面に密着されており、光センサ部３の基板４には、凸部５が設けられ生体表面を凹ませる働きをする。凹ませる量は、生体組織と光センサが密着すれば特に限定はしないが、５ｍｍ以下が望ましい。
【００６３】
基板４としては、例えばフッ素樹脂、強化プラスティック、シリコン基板、ガラス基板等を用いる。
【００６４】
また、凸部５の形状を図に示したように曲面にすることは、生体への痛みを和らげるとともに、密着性を高くできるため大変好ましいと言える。
【００６５】
光ファイバ２は、基板４に設けられた穴部６に挿入されており、光ファイバ２を導光してきた光は、凸部５に照射される。
【００６６】
凸部５の反射面７は、特に形状を限定するものでないが、到達した光が全反射をする角度であることが好ましい。
【００６７】
また、図には示していないが、グレーティングを設けて光源からの光を、光出射手段８に入力することも好ましいと言える。
【００６８】
また、光出射手段８のまわりには、光出射手段８を保護したり、光出射手段８からの浸みだし光が吸収性の高い物質に接触して減衰しないような光学的バッファ層の働きをするクラッド層１０を設けることは好ましいと言える。
【００６９】
光出射手段８の材料としては、使用波長域で透明であればよく、例えばゲルマニウム、シリコン、ダイヤモンド、臭化銀塩化銀系材料が好ましいと言える。シリコンはリンやボロン等の不純物がドープされていないものを使用すれば赤外域での透過率が高くなるため更に好ましいと言える。また光出射手段８の形状としては、図では板状であるとしたが、Ｙ分岐形状であるとしてもよい。
【００７０】
クラッド層１０としては、比較的赤外域の光の波長で透明で、光出射手段８の屈折率よりも小さいものを用いる。例えば、フッ素樹脂が好ましく、また、光出射手段８にゲルマニウムを用いた場合には、シリコンも好ましいといえる。
【００７１】
例えば、基板４としてシリコン基板もしくはガラス基板もしくは耐熱性樹脂を用い、その上にクラッド層としてシリコン、光出射手段にゲルマニウムを、例えばスパッタ法や電子ビーム蒸着のような成膜プロセスで形成することは好ましいと言える。
【００７２】
光出射手段８の出射端面９は、生体組織との密着性が悪くなるために垂直にしない方が好ましく、本参考形態のように若干傾斜させるのが望ましいと言える。
【００７３】
以上のような構成を有する本参考形態による生体情報測定装置の動作は次のようなものである。
【００７４】
光源１から出力され、光ファイバ２を介し、クラッド層１０を経て凸部５へ照射された光は、凸部５の側面形状を利用した反射面７により反射され、光出射手段８へ入力される。
【００７５】
光出射手段８に入力された光は導光し、出射端面９より生体組織１７に向けて投射される。
【００７６】
次に、出射端面９から出射した光の進行経路について、その概略を説明する。
【００７７】
例えば、出射端面９の角度を、基板４の法線に対して１５度傾かせた場合、光が光出射手段８の中央部を直進する光がどのように進行するかについて、図２を用いて説明する。
【００７８】
光出射手段８としてゲルマニウムを用い、ゲルマニウムの屈折率ｎ1をｎ1＝４．０とし、生体組織１７の屈折率ｎ2をｎ2＝１．５とした場合を例にとり説明する。
【００７９】
光出射手段８の中央部を直進する光は出射端面９に入射角度θｉｎで入射すると、入射した光は下記のスネルの式に従い、出射角度θｏｕｔで生体組織１７に出射される。
【００８０】
【数２】
上記値を用いて計算すると、出射角度θｏｕｔは４３．６度となり、光出射手段８から出射した光は、図中下側に向かって屈折して進み、生体組織１７内に入射する。生体組織１７に入射した光は散乱されながらも進行し、光受光手段１１に到達する。
【００８１】
ここで光出射手段８の長手方向と光受光手段１１の長手方向のなす角度を９０度とした場合、生体組織１７内を経由した光は、入射角度（９０度−（θｏｕｔ−θｉｎ））で光受光手段１１に入射する。上記数値で計算すると具体的な入射角度は６１．４度となる。この光は光受光手段１１の中に屈折されて入射する。光受光手段１１もゲルマニウムを用いた場合、上記スネルの式で計算すると、１９．２度で入射し、以降伝搬して進行していくことがわかる。
【００８２】
このように、本参考形態においては、光出射手段８に比較的屈折率の高いゲルマニウムを用いているために、生体組織１７に出射する時の屈折角が非常に大きくなるため、図１に示したように、光出射手段８の正面に対向させて光受光手段１１を設置する必要がなく、接地位置として９０度軸が違った場所にある光受光手段１１で受光することができる。このことは、生体表面を非常に緩やかな曲面形状にするだけで、密着性よくしかも、生体を傷つけずに測定できるため極めて有用と言える。
【００８３】
以上、光が光出射手段８中を直進して進行する光について説明したが、光出射手段８内をジグザグを繰り返しながら進む光も存在する。このような光に対しても上記原理が成り立ち、出射端面９を出射した光の一部が光受光手段１１に到達させることができる。
【００８４】
続いて本参考形態の動作を説明する。光受光手段１１に到達した光は、光ファイバ１２に伝送され光検出器１３に到達し、各波長成分での電気信号に変換される等、各種、分光分析が行われる。
【００８５】
生体組織１７内の吸収物質の濃度が変化すれば、特定波長での信号強度が変化するため、これを計測することにより、信号処理部１４でグルコース濃度等の生体情報を算出することができる。算出された生体情報は表示装置１５に表示される。
【００８６】
１６は基板４に設けられた穴部で、生体組織と光センサ部３の表面との間に介在している唾液等の不純物を除去するのに用いる。これにより生体組織と光センサの密着性をより高くでき、不純物を透過することによる、光の減衰や特性の変化を防いで、更に高精度な生体情報の測定が可能となる。
【００８７】
このように、本参考形態による生体情報測定装置によれば、本発明を用いれば、生体表面と光センサとの密着性を良好にでき生体情報が測定できるとともに、光出射端面９と光受光手段１１の入射面との間の距離を、設計事項として任意に設定できるという大きなメリットを有している。
【００８８】
これは、従来のＡＴＲ法では、プリズム材料の屈折率と生体表面の屈折率で決まってしまう、エバネッセント波という数ミクロン程度の浸みだし光の浸みだし深さを大幅に向上できるもので、数ミクロン以上の生体深部情報を容易に計測できるとともに、生体内で伝搬する光の行路長も容易に長くできるため、生体内の微弱な特定成分の光学特性を容易に測定することができる。
【００８９】
また、光センサ３が、光源１や光検出器１３、もしくは光ファイバ２、光ファイバ１２と容易に着脱可能にすることは、生体情報の測定後に光センサ表面が汚れたり、傷ついた場合に容易に交換が可能なため、好ましいといえる。
【００９１】
また、上記の参考形態においては、生体組織１７と、クラッド層１０および基板４とが完全に密着しているものとして説明を行ったが、本発明の当接手段は、これに限定するものではなく、凹部に生体組織がはまりこんで、検出光が出射される前記凹部の一部と、前記検出光が入射される他の一部との間に、その生体組織が当接していればよい。例えば本参考形態においては、生体組織１７と、少なくとも出射端面９および光受光手段１１とが当接していれば、生体組織１７の他の部分が穴部１６の近傍で基板４や凸部５に接触していなくても、上記の説明と同様の効果が得られる。
【００９２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図３を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態１における生体情報測定装置を示す概略図である。
【００９３】
生体情報検出用接触子３１には、例えば、波長１．１〜１０ミクロンで透明なシリコン単結晶基板を用いる。特にホウ素やリン等の不純物含有量が小さく、抵抗率も１００Ωｃｍ以上のものが好ましい。さらには、抵抗率が１５００Ωｃｍ以上が好ましい。これら高抵抗率のシリコンは、約９〜１０ミクロンの赤外波長で透過率が高く、これらの波長帯に吸収領域を有するグルコース等の物質を測定するのに好ましい。
【００９４】
生体情報検出用接触子３１表面には、等しい深さｈを有する台形形状である、複数の凹部３２と凸部３３とが、周期的に設けられている。これらの凹部３２及び凸部３３は、生体情報検出用接触子３１を生体組織３８に押し込み、生体組織３８を屈曲させる機能を有する。
【００９５】
凹部３２の深さｈは、特に限定はされないが、例えば１００ミクロン程度に設定すると、生体組織３８の表皮部分にのみ凸部３３が押し込まれるため、表皮部分の生体情報を主に計測することができる。また、ｈを２００ミクロン程度にすれば、表皮部分に加えて真皮層の生体情報を検出することができる。このように凹部３２の深さｈを調節することにより、測定対象となる生体組織３８の深さを容易に制御することができる。本実施の形態では、ｈ＝１００ミクロンとした。
【００９６】
凸部３３の頂上部の幅Ｗ1は、特に限定されないが、広すぎると生体組織３８に押し込まれにくくなるため、１ｍｍ以下であることが好ましい。本実施の形態では、Ｗ1＝１００ミクロンとした。
【００９７】
凹部３２の底部の幅Ｗ2は、特に限定されないが、Ｗ1に比べてあまり狭くなると生体組織３８内部へ凸部３３が押し込まれにくくなるため、Ｗ1と同等以上であることが好ましい。Ｗ2は、生体組織３８内を伝搬する光の行路長を設定するパラメータであって、特に水分の吸収が大きい赤外波長領域で測定する場合、Ｗ2が大きすぎると光が吸収されて透過しにくくなる。例えば、Ｗ 2は３００ミクロン以下であることが好ましい。さらに好ましくは２００ミクロン以下である。本実施の形態では、Ｗ2＝１００ミクロンとした。
【００９８】
また、凹部３２の側面の角度θ1は、特に限定されないが、９０度に近くなると生体組織３８が接触しにくくなるので、小さい方が好ましい。本実施の形態では、θ1を５４．７度とした。
【００９９】
検出光が生体情報検出用接触子３１に入射する部分３１０及び生体情報検出用接触子３１から出射する部分３１１の形状は、図３に示すように、生体情報検出用接触子３１の表面に対して斜めにする。本実施の形態では、検出光の入射部３１０・出射部３１１の斜面の角度θ2は、いずれも１１１．６度とした。
【０１００】
本実施の形態における生体情報検出用接触子３１の製造方法を、図４を用いて説明する。
【０１０１】
シリコン単結晶製の生体情報検出用接触子３１の作製には、異方性ウェットエッチングを用いた。この方法は、ＫＯＨ水溶液やエチレンジアミン水溶液を用いた化学エッチングであり、単結晶シリコンの（１１１）方向のエッチングレートが他のそれよりも極めて小さいことを利用したものである。
【０１０２】
まず、図４（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板３２０の上下の面に保護層として酸化膜３２１および３２２をそれぞれ形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、酸化膜３２１を所望のパターンに加工する。
【０１０３】
その後、このシリコン基板３２０を例えば濃度４０％ＫＯＨ水溶液につけてエッチングする。（１００）結晶面が表面の法線方向に配向したシリコンウエハをエッチングすると、図４（ｃ）に示すように側面が５４．７度で傾斜した凹部３２が形成される。凹部３２の形成後、図４（ｄ）に示すように酸化膜３２１を除去すると、凹部３２の間に凸部３３が形成されていることになる。ここで、保護層にはシリコンの窒化物からなる膜を用いてもよい。
【０１０４】
以上、シリコン単結晶基板の異方性ウェットエッチングにより、凹部３２を作成する方法について説明したが、これに代えて超音波加工法を用いても良い。
【０１０５】
超音波加工法は、砥粒で材料を砕く加工法であるが、加工形状を有した工具に２０キロヘルツ、振動幅３０ミクロン以上の振動を与えて、ボロンカーバイト等の砥粒を懸濁液状で注ぎながら工具を加工物に押し当てることで、加工するものである。
【０１０６】
本発明の生体情報検出用接触子の裏面部分である入射部３１０・出射部３１１についても、上記と同様の方法で加工することができる。
【０１０７】
次に、本発明の生体情報測定装置の動作原理を図３を用いて説明する。
【０１０８】
光源３４から出射され、入射部３１０から生体情報検出用接触子３１内に入射した検出光の一部は、凹部３２の側面に到達する。検出光の凹部３２の斜面への入射角度は、生体組織３８の屈折率、生体情報検出用接触子３１の屈折率、凹部３２側面の角度を考慮し、生体組織３８内に入射した光の内、直進成分が再び凹部３２に到達するように設定される。ここで、生体組織３８を凹部３２に接触させた際に、生体組織３８内で光が図中水平に進行するように設定されることが好ましい。
【０１０９】
例えば、凹部３２の斜面を５４．７度で形成し、生体組織３８の屈折率がｎ2＝１．４、生体情報検出用接触子３１を構成するシリコンの屈折率がｎ1＝３．４１８の場合は、凹部３２の斜面に対してθ3＝１３．７度で入射させる。
【０１１０】
本実施の形態の生体情報検出用接触子３１は、シリコンという高屈折率物質を用いているために、生体組織３８の屈折率との屈折率差が大きく、入射光線と凹部３２斜面との角度θ3を少し設けるだけで検出光を大きく屈折させることができ、生体組織３８に入射したときの屈折角θ4を大きくすることができる。
【０１１１】
屈折角θ4は以下のスネルの式（数３）で計算できる。
【０１１２】
【数３】
（数３）より、θ4＝３５．３度となる。ここで、凹部３２斜面に対してθ4＝３５．３度傾くということは、図３ではほぼ水平方向に相当する。
【０１１３】
一般に、生体中を伝搬する光は、散乱され拡散していくことが知られているが、本発明の方法を用いると、最も強い直進成分の光を対向する別の突起部の側面を利用することで受光することができる。
【０１１４】
検出光は、生体組織３８を通過した後、生体組織３８への入射の時に屈折したと同じように、生体組織３８からの出射面で屈折して生体情報検出用接触子３１に入射する。その後、検出光は生体情報検出用接触子３１外部へ出射し、光検出器３５で検出される。光検出器３５での検出結果に基づき、信号処理部３６で生体情報が算出され、その結果が表示装置３７で表示される。
【０１１５】
光検出器３５で検出された光は、生体組織３８内部、特に表層組織を主に経由してきた光を多く含み、皮下脂肪組織等の生体深部からの生体情報が少ないため、この光の分光分析を行うことで、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。
【０１１６】
生体情報検出用接触子３１の凹部３２と生体組織３８との密着性は、凹部３２側面の下部側で悪くなることがある。
【０１１７】
しかし、この場合は、生体組織３８と凹部３２側面とが離れていて、その部分に空気が介在する場合が多い。空気の屈折率はｎ＝１．０であるので、生体情報検出用接触子３１との屈折率差は、生体組織とのそれよりも大きくなるために、この空気中では、密着した生体組織３８を経由する場合よりも急角度で光が屈折し、正規の光路を経由しなくなる。
【０１１８】
これにより、生体情報を含まない余分な光は別の角度で生体情報検出用接触子３１から出射され、光検出器３５で検出されないので、不要な光が除去されるため、正確に生体情報を算出することができる。
【０１１９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態２における生体情報検出用接触子を示す概略図である。
【０１２０】
生体情報検出用接触子３１には、実施の形態１と同じシリコン単結晶基板を用いた。生体情報検出用接触子３１表面には、等しい深さｈを有する三角形形状である、複数の凹部３２と凸部３３とが、周期的に設けられている。これらの凹部３２及び凸部３３は、生体情報検出用接触子３１を生体組織３８に押し込み、生体組織３８を屈曲させる機能を有する。本実施例では、ｈ＝１００ミクロンとした。また、凹部３２の側面の角度θ１は、θ１＝３１．５度とした。
【０１２１】
生体情報検出用接触子３１の裏面側には、Ｇｅからなる入出力部３９が設けられている。検出光が入出力部３９に入射する部分及び入出力部３９から出射する部分の形状は、図５に示すように、生体情報検出用接触子３１と入出力部３９の界面に対して斜めにする。本実施の形態では、検出光の入射部３１０・出射部３１１の斜面の角度θ2は、１３８．６度とした。
【０１２２】
本実施の形態における生体情報検出用接触子３１の製造方法を、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。実施の形態１と同様に、シリコン単結晶基板３４０の上下の面に酸化膜３４１及び３４２を形成した後、図６（ａ）に示すように所望のパターンを形成する。
【０１２３】
次いで、このシリコン基板３４０を例えば濃度４０％ＫＯＨ水溶液につけてエッチングする。（１００）結晶面が表面の法線方向に配向したシリコンウエハをエッチングすると、図６（ｂ）に示すように側面が５４．７度で傾斜した凸部３４４及び凹部３４３（Ｖ溝）が形成される。Ｖ溝が形成された後も、さらに、エッチングを続けると、図６（ｃ）に示すように（１１１）結晶面が徐々にエッチングされて、Ｖ溝幅が成長し広がって行く。
【０１２４】
その後、さらにエッチングを継続すると、凸部３４４の頂点付近にあった、酸化膜３４１が除去され、この頂点の（１００）結晶面がエッチングされる。（１００）結晶面は、（１１１）結晶面と比べて、エッチング速度が早いために時間と共に、頂点がエッチングされて、徐々に低くなり、例えば特定の時間でエッチングを終了すると、図６（ｄ）に示したような（３１１）結晶面によるＶ溝が形成される。
【０１２５】
また、本発明の生体情報検出用接触子の裏面部分についても、実施の形態１または２と同様の方法で加工することができる。
【０１２６】
生体情報検出用接触子３１と入出力部３９の接合は、例えば接触面を研磨して滑らかにし、両者間に作用する原子間力を用いて容易に接合することができる。
【０１２７】
また、両者間に圧力を加えて接触させても構わない。界面で光が全反射を起こさず、入出力部３９と生体情報検出用接触子３１間を伝達できる方法であればよい。
【０１２８】
本実施例の生体情報検出用接触子３１を、実施の形態１と同様の生体情報測定装置に用いることにより、実施の形態１と同様に、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。
【０１２９】
また、本実施の形態の生体情報検出用接触子３１は、生体組織３８との接触角度が１１７度と広くなり大変滑らかになる。従って、生体組織３８に生体情報検出用接触子３１を押し当てた際に、生体組織３８の内部へ生体情報検出用接触子３１の凸部３３を押し込み易いとともに、凹部３２の側面に生体組織３８が密着しやすくなる。また、生体組織３８との接触面が広くなった結果、検出光の多くを生体組織３８に入射させることができ、高価なレンズを用いて集光する必要がなくなる。
【０１３０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図７を用いて説明する。図７は本発明の実施の形態３における生体情報検出用接触子を示す概略図である。
【０１３１】
実施の形態１と同様に、シリコンの単結晶基板を、異方性エッチングにより、凹部３２の側面の角度を５４．７度に加工したものであるが、実施の形態１と違い、更に、シリコン単結晶基板の裏側にも周期的な凹部３１０及び凸部３１１を形成し、これら凹部３１０及び凸部３１１の側面が検出光の入射部３１０・出射部３１１となるようにしている。
【０１３２】
凹部３１０側面の角度は、検出光が全反射をしなければ良いが、約８０度が好ましく、超音波加工法を用いれば容易に加工できる。
【０１３３】
生体情報検出用接触子３１の裏面に設けられた凹部３１０の側面に到達した光は、生体情報検出用接触子３１の内部を直進し、生体接触子の生体と接触する側に設けられた凹部３２の側面に到達する。その後、生体組織と生体情報検出用接触子との屈折率差によって、光は大きく屈折し、生体の表層組織を経由した後、再び、凹部３２の側面に到達し、屈折され裏面に設けられた凸部３１１に到達する。光が到達した位置には、凸部３１１の側面が設定されているため、光が全反射することなく通過し、外部に出射される。これにより、後述する図８（ｂ）の構成例と比較した場合、複数の光源を設けた場合に、生体情報検出用接触子３１の厚みを薄くし、小型化、軽量化することができる。
【０１３４】
本実施の形態の生体情報検出用接触子３１を、実施の形態１と同様の生体情報測定装置に用いることにより、実施の形態１と同様に、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。
【０１３５】
上記実施の形態では、生体組織を通過した後に生体情報検出用接触子に入射した検出光を分析する場合について示したが、検出光としてアルゴンレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等のレーザ光を用い、検出光が生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析することにより生体情報を取得してもよい。本発明の生体情報検出用接触子を用いると、生体組織内に入射した検出光の内、多くの量を生体情報検出用接触子に帰還させることができるので、大きい強度のレーザ光を用いた場合でも生体組織へのダメージを低減し、検出光照射時の火傷の問題をなくすことができる。
【０１３６】
次に、図８（ａ）〜（ｃ）に、実施の形態１〜３による生体情報検出用接触子の他の構成例を示す。図８（ａ）は、凹部３２の、検出光の光路に平行な断面がＶ溝となるように構成したものである。図に示すように、凹部３２の断面は、側面部３２ａおよび３２ｂのみから構成され、底部３２ｃが点となっており、上記実施の形態の幅Ｗ２に相当する大きさを持たないようになっている。
【０１３７】
このとき、光源からの検出光は、入力するとその全てがもれなく凹部３２の側面部３２ａに入射し、生体組織１８を通過すると側面部３２ｂから出射される。
【０１３８】
したがって、この構成例によれば、光源４から出力される光から不要光となる成分がなくなることになるため、上記実施の形態の光源の光より幅の広い幅広光源３４ａを検出光として、さらに効率よく用いることができる。
【０１３９】
なお、検出光が全て側面部３２ａに入射するための条件としては、入射光の角度は、底部３２ｃと、その底部３２ｃを有する凹部３２の隣にある凹部３２の端部３２ｄとを結ぶ直線と、複数の端部３２ｄを結ぶ直線とがなす角より小さければよい。これによって、光源から出力された検出光が、凹部３２を通過せずに凸部３３から生体組織３８へ出射されるのを防ぐことができる。
【０１４０】
図８（ｂ）は、光源３４を複数備えた構成例である。これにより、個々の光源から出射された検出光をそれぞれ独立に検出するようにして、個々の検出光の分析結果に基づき、より正確な値を得ることができる。
【０１４１】
図８（ｃ）は、凹部３２の底部３２ｅに遮光膜３１２を、凸部３３の上面部に遮光膜３１３を設けて構成したものである。遮光膜３１３により、検出光が通過せずに凸部３３の上面から生体組織３８へ出射されたり、遮光膜３１３で反射した光が、射出面３１１から射出されるのを防ぐことができる。また、遮光膜３１２により検出光が底部３２ｅに入射したり、また底部３２ｅにて反射して、射出面３１１から射出されるのを防ぐことができる。
【０１４２】
図８（ｄ）は、実施の形態３の他の構成例であって、シリコン単結晶基板の裏側に周期的に形成された凹部３１０及び凸部３１１の底部にも遮光膜３１４を設けるようにしている。これによって、図８（ａ）の構成例同様、幅の広いレーザ光のような、幅広光源３４ａのような光源を検出光として用いることができる。
【０１４３】
なお、上記の説明に置いて、遮光膜３１２〜３１４は、いずれも光吸収または反射防止の機能を有するのが望ましい。
【０１４４】
また、本実施の形態の生体情報検出用接触子は、生体の指、唇、腕、耳たぶ等に接触させて使用することができるが、唇に生体情報検出用接触子を接触させて生体情報を計測する場合に、唾液が介在する場合がある。その場合、図示はしていないが、生体情報検出用接触子の凹部の底面部分に、生体と生体情報検出用接触子の間に介在する唾液を取り除くための穴や、深溝等を設けることが好ましい。
【０１４５】
また、生体情報検出用接触子の凹部の側面以外、すなわち凸部の頂上部分や凹部の底面部分に光が入射した場合、多くの光は全反射し、生体情報検出用接触子から出射して検出器に到達する場合がある。このような光は生体情報を含まないために、生体情報を含んだ光と同時に検出することは好ましくない。従って、凸部の頂上部分または凹部の底面部分に、上述した遮光膜３１２〜３１４のような、光を吸収する吸収手段を設けることが好ましい。
【０１４６】
吸収手段としては、使用する波長の光を吸収するものであれば良く、例えば、検出光が波長９〜１０ミクロンの場合、二酸化ケイ素膜、二酸化チタン膜等の酸化物や、窒化シリコン膜等の窒化物を用いることができる。またこれらの材料と銀、タングステンシリサイドの多層膜を形成し、光の干渉効果を利用して、さらに吸収効果を増大させることが好ましい。さらにまた、ホウ素やリンをイオン注入することにより形成してもよい。
【０１４７】
また、上記の実施の形態では凹部及び凸部の高さがすべて等しい場合について記載したが、高さの異なる凹部及び凸部を設けてもよい。このようにすると、生体表層組織に押し込まれる深さを変化させることにより、浅い凹部を用いて表皮の情報を、深い凹部を用いて真皮の生体情報を同時に検出することが可能となり、一度に深さ方向の情報が得られる。
【０１４８】
生体情報検出用接触子の奥行き方向の形状は、特に限定されないが、図９に示すように、凸部３３の一方向を長く形成してもよい。このようにすると、各縦長の凸部３３を生体組織に押し込み、各凹部間に光を通過させて生体情報を検出することができる。縦長にすることで、生体との接触面積を大きくすることができる結果、表層組織を通過する光束の面積を大きくでき、検出光のＳ／Ｎを向上できるという効果が得られる。
【０１４９】
また、図１０に示すように、凸部３３を２次元配列的に設けてもよい。このようにすると、生体組織への押し込みがより容易となり、生体への密着性が向上し、計測が安定するという効果が得られる。
【０１５０】
以上のように、本発明の生体情報検出用接触子は、その一例として、生体組織に密着される凹部を備え、前記凹部が、前記凹部の一つの面から出射した検出光が前記生体組織を通過した後に前記凹部の他の面から入射するように形成され、かつ前記生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有する材料からなることを特徴とする。
【０１５１】
ここで、凹部が複数設けられていることが好ましい。
【０１５２】
また、異なる深さを有する、少なくとも２つの凹部が設けられていることが好ましい。
【０１５３】
さらに、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣまたはダイヤモンドにより構成されていることが好ましい。
【０１５４】
本発明の生体情報測定装置は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、生体組織を通過した後に前記生体情報検出用接触子に入射した前記検出光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする。
【０１５５】
また、本発明の生体情報測定装置は、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、前記検出光が生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得してもよい。
【０１５６】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程に変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記形状変化した生体組織を経由した前記検出光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含むことを特徴とする。
【０１５７】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程により形状変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記検出光が前記形状変化した生体組織に入射することにより発生した散乱光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含んでいてもよい。
【０１５８】
また、本発明の生体情報検出用接触子は、その一例として、生体組織に密着される凹部を備え、前記凹部が、前記凹部の一つの面から出射した検出光が前記生体組織を通過した後に前記凹部の他の面から入射するように形成され、かつ前記生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有する材料からなることを特徴とする。このようにすると、凹部の深さを調節することにより、生体組織内の検出光が通過する深さを制御することができるので、このような生体情報検出用接触子を用いることにより、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。また、生体組織内に入射した検出光の内、多くの量を生体情報検出用接触子に帰還させることができるので、生体組織へのダメージを低減し、検出光照射時のヤケドの問題をなくすことができる。
【０１５９】
ここで、凹部が複数設けられていることが好ましい。このようにすると、生体組織に密着させた際に生体組織を隆起させることが容易になる。
【０１６０】
また、異なる深さを有する、少なくとも２つの凹部が設けられていることが好ましい。このような生体情報検出用接触子を用いることにより、生体組織の異なる深さにおける生体情報を同時に得ることができる。
【０１６１】
生体情報検出用接触子を構成する材料としては、測定対象である生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有するものであれば用いることができるが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＳｉＯ2、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＫｒＳが挙げられる。この中では、屈折率が高く、赤外波長領域での透過性能が高くかつ機械的強度に優れる点で、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣまたはダイヤモンドが好ましい。
【０１６２】
また、生体情報検出用接触子にアモルファスダイヤモンド等の薄膜をプラズマＣＶＤ法等でコーティングすると、生体情報検出用接触子界面での反射ロスが低減されるので好ましい。
【０１６３】
また、生体情報測定装置は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、生体組織を通過した後に前記生体情報検出用接触子に入射した前記検出光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする。
【０１６４】
ここで、光源としては、測定したい物質の吸収波長の光を発光するものであれば用いることができ、例えば、炭化珪素ＳｉＣを棒状に焼結したグローバ光源、ＣＯ2レーザ光源、タングステン灯等が挙げられる。グルコースを計測する場合には、比較的広い波長範囲をカバーすることができ、１０ミクロン程度の長波長領域でも良好に発光するという点から、グローバ光源が好ましい。
【０１６５】
また、分析手段としては、測定対象である物質が光を吸収することによって生じた、分子振動に起因する各種状態変化を測定できるものであれば用いることができ、例えば、フーリエ変換赤外分光法や光音響測定法が挙げられる。
【０１６６】
また、本発明の生体情報測定装置は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、前記検出光が生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする。
【０１６７】
ここで、光源としては、生体組織に入射することにより散乱光を発生させる光を発光するものであれば用いることができ、例えば、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等が挙げられる。
【０１６８】
また、分析手段としては、測定対象である物質が光を吸収することによって生じた、分子振動に起因する各種状態変化を測定できるものであれば用いることができ、例えば、フーリエ変換ラマン分光測定法が挙げられる。
【０１６９】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程により形状変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記形状変化した生体組織を経由した前記検出光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含むことを特徴とする。
【０１７０】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程により形状変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記検出光が前記形状変化した生体組織に入射することにより発生した散乱光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含むことを特徴とする。
【０１７１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明は、光センサを生体表面へ極めて密着性よく接触できるとともに、生体深部の情報も容易に計測でき有効である生体情報検出用接触子、及び生体情報測定装置を提供することができる。
【０１７２】
また、本発明によれば、取り扱いやすく、生体組織へのダメージが少なく、容易に高精度の測定が可能な生体情報検出用接触子、及び生体情報測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考形態１における生体情報測定装置の概略を示す概略図
【図２】 本発明の実施の形態１における生体情報測定装置の光の伝搬経路を説明する説明図
【図３】 本発明の一実施の形態における生体情報測定装置の構成を示す概略図
【図４】 本発明の一実施の形態における生体情報検出用接触子の製造方法を示す工程図
【図５】 本発明の他の実施の形態における生体情報検出用接触子及び入出力部を示す概略図
【図６】 本発明の他の実施の形態における生体情報検出用接触子の製造方法を示す工程図
【図７】 本発明のさらに他の実施の形態における生体情報検出用接触子を示す概略図
【図８】 本発明のさらに他の実施の形態における生体情報検出用接触子の構成例を示す概略図
【図９】 本発明の一実施の形態における生体情報検出用接触子の凸部の形状を示す斜視図
【図１０】 本発明の他の実施の形態における生体情報検出用接触子の凸部の形状を示す斜視図
【図１１】 従来例の生体情報測定装置の一例を示す概略図
（符号の説明）
１ 光源
２、１２ 光ファイバ
３ 光センサ部
４ 基板
５ 凸部
６、１６ 穴部
７ 反射面
８ 光出射手段
９ 出射端面
１０ クラッド層
１１ 受光手段
１３ 光検出器
１４ 信号処理部
１５ 表示装置
２０ ＡＴＲプリズム
２１ 口唇粘膜
３１ 生体情報検出用接触子
３２，３１０，３４３ 凹部
３３，３１１，３４４ 凸部
３４ 光源
３５ 光検出器
３６ 信号処理部
３７ 表示装置
３８ 生体組織
３９ 入出力部
３２０，３４０ シリコン基板
３２１，３２２，３４１，３４２ 酸化膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体のグルコース、血糖値、水分、コレステロール等の生体情報を、生体からの拡散反射光、もしくは表層組織を経由した光を測定することにより非侵襲的に測定する生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被験者の血糖値を非侵襲的に測定する装置が提案されている。
【０００３】
たとえば、特開平５−５０８３３６号には、近赤外線を用いて被験者の血糖値を測定する方法が提案されている。かかる方法によると、６００ｎｍから１１００ｎｍの近赤外線を被験者に投射し、被験者内を経由した光の特定波長成分を分析することで、血糖値が求められるものである。
【０００４】
しかしながら、近赤外光は赤外光に比べ、水に対する吸収強度が小さいため水溶液や生体を透過しやすいので分析に適しているという長所がある反面、各種成分の吸収ピークが赤外光に比べて複雑に重なり合っており、単独の成分の情報を取り出すことが困難であるとともに、吸収ピークの波長は温度によって大きく変わりやすい等の点から、実用に至っていないのが現状である。
【０００５】
そこで、特開平１１−１７８７９９号公報には、近赤外線を用いて生体の表層組織におけるグルコース、水分等を測定する方法が提案されている。この第１の従来の方法によると、平面部材上に設けられた１本の溝部に生体の表層組織の一部を隆起させて、隆起部分を介して対向した位置に設けられている一方の光ファイババンドルから他方の光ファイババンドルへ、近赤外線の受発光操作を行う。表層組織を拡散反射した光の一部を検出して分光分析を行うことにより、特に真皮組織のグルコース、水分等の生体情報を求めるものである。
【０００６】
また、中赤外線を用いた従来例としては、例えば、特開平９−１１３４３９号公報に示すような、減衰全反射（以降ＡＴＲと記述する）測定装置を用いて被験者、とりわけ生体の特定成分を測定する方法が提案されている。
【０００７】
その概略図を図１１に示す。図１１に示すように、平行に向かい合った一対の反射面を備えた透明なＡＴＲプリズム２０に口唇粘膜２１を密着させて血糖値を測定するものである。この方法によると、ＡＴＲプリズムを口にくわえて上下から押さえつけた後、ＡＴＲプリズム２０の反射面と口唇粘膜２１との境界で減衰全反射を繰り返してプリズム２０の外部に出射された光を分析する。
【０００８】
また、ＢＭＥ、ｖｏｌ．５、Ｎｏ８（日本ＭＥ学会、１９９１）にはＺｎＳｅ光学結晶等からなるＡＴＲプリズムを口唇粘膜に密着させたのち、このプリズムに波長９〜１１ミクロンのレーザ光を進入させてプリズムの内部で多重的に反射させ、その吸収光を分析することにより血糖値や血中エタノール濃度を測定する方法が提案されている。この方法によると、リアルタイムにかつ非侵襲的に血糖値や血中エタノール濃度を測定することができる。
【０００９】
これらの方法は、エバネッセント波（いわゆる浸みだし光）を定量分析に応用したものである。図１１に示すように、ＡＴＲプリズム２０を進行する光は、わずかに口唇粘膜２１に侵入したのち、反射する。したがって、光は口唇に侵入し、そこに存在する体液中の各成分の影響を受ける。そこで、反射光の光量を測定することにより、体液の反射率、吸収率等の変化を検出することができ、体液中の各成分の情報を得ることが可能になる。
【００１０】
また、光源として発振波長が５００ｎｍのアルゴンレーザ、波長１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ、波長が８８０ｎｍの半導体レーザ等を用い、光源からのレーザ光を生体組織内に向けて照射し、生体組織内で散乱された光（ラマン散乱光）を検出し、検出されたラマン散乱光を分光することにより生体情報を得る、フーリエ変換ラマン分光測定法が提案されている。この方法によると、ラマン散乱光は生体組織内の各種物質に特有の波長を有するので、ラマン散乱光を分光することにより生体組織内の物質の種類や濃度を算出することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の非侵襲血糖値測定装置は、以下のような問題点を有していた。
【００１２】
まず、上記第１の従来の方法では、入射用の光ファイバと受光用の光ファイバが正対していない場合、生体内部での光の損失が大きく受光される拡散反射光の強度が弱く、また生体の深部に向けて光が照射されるので表皮や真皮だけでなく皮下組織等の生体深部の情報も含んだ、光路長の異なるさまざまな拡散反射光を検出してしまうという問題点があった。
【００１３】
従って、測定対象が皮膚組織の場合には、組織の厚さが１００ミクロン〜２００ミクロン程度の表皮や、その下に存在する５００ミクロン〜１０００ミクロンの厚みの真皮層等の生体の表層組織における生体情報のみを抽出して測定することは困難であった。また粘膜組織の場合も同様に、上皮や粘膜固有層等の表層組織における生体情報のみを測定することは困難であった。
【００１４】
また、光ファイバを正対させて生体内を直進する光の成分を測定する場合は、生体の表面を垂直に隆起させるための、機械的な隆起手段が必要であり、隆起時に生体組織に与える負担が大きく痛みを発生することがあるとともに、光ファイバ端面を一定の圧力で生体の表層組織に安定に密着させるのが困難であった。
【００１５】
また、光ファイババンドルを精密に生体に密着させるために、非常に細い光ファイバを生体表層近くまでもってくる必要があり、構造が複雑で、装置の組立が面倒であるとともに、溝部を多数本設けることが困難であった。
【００１６】
また、生体を隆起させるために、平面部材上に設けられた１本の溝部を生体に密着させているが、十分に生体を隆起させることが困難であった。
【００１７】
また、光ファイバ端面の総面積を大きくすることが困難であるために、測定される拡散反射光の強度を大きくすることが困難であった。
【００１８】
また、上記第２及び第３の従来の方法では、以下のような問題点を有していた。
【００１９】
エバネッセント波の侵入する深さｄはおよそ（１）式で求まることが知られている。
【００２０】
【数１】
【００２１】
今、一例として、光の波長が１０ミクロン、ＡＴＲプリズムとしてＺｎＳｅ結晶（屈折約２．４１）を用い、入射角度が４５度、まわりの媒体を水（屈折率：約１．０）とした場合について侵入深さｄを計算すると、（１）式よりｄ＝２．８ミクロンとなることがわかる。周りの屈折率が変われば浸みだし深さも変わることは（１）式よりわかるが、いずれにしてもせいぜい数ミクロンであり、よって上記従来のＡＴＲ測定装置では、生体表面とその近傍の状態に関する情報が得られることがわかる。
【００２２】
しかしながらこの場合、生体の数ミクロン以上の深部情報が得られにくいとともに、特に、被検体との間に不純物や唾液等の外乱層が存在すると、信号の生体に侵入する深さが変化し、信号が変化してしまう。
【００２３】
したがって、上記従来例のようにＡＴＲプリズムを口唇に押し当てる場合、プリズムの表面と口唇との密着は安定せず、精度の高い測定を行うことが困難である。また、プリズムと口唇の間に、唾液が混入したような場合、測定値はその影響を大きく受ける。
【００２４】
さらに、上記のようなＡＴＲプリズムには、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＫｒＳ等の光学結晶が用いられる。これらは非常に柔らかく、取り扱いや洗浄に多大の注意を要するため、多くの被検体を連続して測定することは困難である。
【００２５】
また、上記第４の従来の方法では、レーザ光が生体組織内に向けて照射されるので、生体組織に入射したレーザ光はほとんど生体組織内で吸収される。生体情報を検出するのに必要な強度のラマン散乱光を得るには、大きい強度のレーザ光を生体組織に照射する必要があるが、レーザ光が生体組織内で吸収されることによりヤケドが生じるという問題があった。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、取り扱いやすく、生体組織へのダメージが少なく、容易に高精度の測定が可能な生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する生体情報検出用接触子は、表面が生体組織に当接される生体情報検出用接触子であって、前記生体情報検出用接触子は、前記表面に設けられた凹部と、裏面に設けられ、前記表面に対して斜めに形成され、前記凹部に到達する検出光が入射される入射部と、前記裏面に設けられ、前記表面に対して斜めに形成され、前記生体組織を通過した前記検出光が出射される出射部と、を備え、前記生体情報検出用接触子は、前記生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有する材料から構成され、前記凹部に前記生体組織がはまりこみ、前記検出光は、前記凹部にはまりこんだ前記生体組織を通過した後に前記出射部に到達する。
前記凹部が前記表面と平行な面からなる底部を有し、前記底部に遮光膜が設けられていることが好ましい。
複数の前記凹部が設けられ、隣接する２つの前記凹部の間に凸部が形成されており、前記凸部が前記表面と平行な面からなる上面部を有し、前記上面部に遮光膜が設けられていることが好ましい。
上記生体情報検出用接触子は、シリコン単結晶からなることが好ましい。
複数の前記凹部が周期的に設けられており、隣接する２つの前記凹部の間には凸部が形成されていることが好ましい。
前記裏面側にも凹部および凸部が周期的に設けられており、前記凹部および前記凸部の側面が前記入射部および前記出射部となっていることが好ましい。
前記凹部の断面がＶ溝になっていることが好ましい。
前記凹部が前記表面と平行な面からなる底部を有することが好ましい。
前記裏面側に周期的に設けられた凹部が、前記裏面と平行な面からなる底部を有し、前記裏面側に周期的に設けられた凹部が、前記裏面と平行な面からなる上面部を有し、前記底部および前記上面部のいずれにも遮光膜が設けられていることが好ましい。
複数の前記凸部が設けられており、前記複数の凸部の高さが異なることが好ましい。
前記複数の凹部の深さが異なることが好ましい。
上記の目的を達成する生体情報測定装置は、上記の生体情報検出用接触子と、前記検出光の光源と、前記生体組織を通過した後に前記生体情報検出用接触子に入射した前記検出光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得する。
上記の目的を達成する他の生体情報測定装置は、上記の生体情報検出用接触子と、前記検出光の光源と、前記検出光が前記生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得する。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００５８】
本発明の実施の形態による生体情報測定装置は、光源と、生体の表面を凹ませるための凸部を有した基板と、前記基板上に設けられた前記光源から出射した光を生体表面に出射する光出射手段と前記光出射手段から出射した光を受光する光受光手段と、前記光受光手段で受光した光を検出する検出部と、前記検出部で得られた信号を用いて生体情報を算出する信号処理部を有し、前記光出射手段もしくは光受光手段のいずれかが、基板上に設けられた凸部に設置されている。
【００５９】
本発明の実施の形態による生体情報測定装置の好ましい態様においては、光出射手段および光入射手段はゲルマニウムからなる。
【００６０】
（参考形態１）
以下、本発明の参考形態１による生体情報測定装置について、図１を用いて説明する。図において、１は光源、２および１２は光ファイバ、３は光センサ部、４は基板、５は凸部、６および１６は穴部、７は反射面、８は光出射手段、９は出射端面、１０はクラッド層、１１は受光手段、１３は光検出器、１４は信号処理部、１５は表示装置である。
【００６１】
光源１には、例えば波長１．３〜１０ミクロンの光を発する高輝度セラミック光源を用いる。ＣＯ2レーザーを用いても構わない。光ファイバー２は、光源１の発した光を伝送し、光センサ部３に導く。光ファイバーとしては、例えば、臭化銀、塩化銀系材料の赤外光ファイバーやカルコゲナイト光ファイバーもしくは中空構造の光ファイバーを用いる。
【００６２】
光センサ部３は、例えば図に示したように口唇粘膜２１のような生体表面に密着されており、光センサ部３の基板４には、凸部５が設けられ生体表面を凹ませる働きをする。凹ませる量は、生体組織と光センサが密着すれば特に限定はしないが、５ｍｍ以下が望ましい。
【００６３】
基板４としては、例えばフッ素樹脂、強化プラスティック、シリコン基板、ガラス基板等を用いる。
【００６４】
また、凸部５の形状を図に示したように曲面にすることは、生体への痛みを和らげるとともに、密着性を高くできるため大変好ましいと言える。
【００６５】
光ファイバ２は、基板４に設けられた穴部６に挿入されており、光ファイバ２を導光してきた光は、凸部５に照射される。
【００６６】
凸部５の反射面７は、特に形状を限定するものでないが、到達した光が全反射をする角度であることが好ましい。
【００６７】
また、図には示していないが、グレーティングを設けて光源からの光を、光出射手段８に入力することも好ましいと言える。
【００６８】
また、光出射手段８のまわりには、光出射手段８を保護したり、光出射手段８からの浸みだし光が吸収性の高い物質に接触して減衰しないような光学的バッファ層の働きをするクラッド層１０を設けることは好ましいと言える。
【００６９】
光出射手段８の材料としては、使用波長域で透明であればよく、例えばゲルマニウム、シリコン、ダイヤモンド、臭化銀塩化銀系材料が好ましいと言える。シリコンはリンやボロン等の不純物がドープされていないものを使用すれば赤外域での透過率が高くなるため更に好ましいと言える。また光出射手段８の形状としては、図では板状であるとしたが、Ｙ分岐形状であるとしてもよい。
【００７０】
クラッド層１０としては、比較的赤外域の光の波長で透明で、光出射手段８の屈折率よりも小さいものを用いる。例えば、フッ素樹脂が好ましく、また、光出射手段８にゲルマニウムを用いた場合には、シリコンも好ましいといえる。
【００７１】
例えば、基板４としてシリコン基板もしくはガラス基板もしくは耐熱性樹脂を用い、その上にクラッド層としてシリコン、光出射手段にゲルマニウムを、例えばスパッタ法や電子ビーム蒸着のような成膜プロセスで形成することは好ましいと言える。
【００７２】
光出射手段８の出射端面９は、生体組織との密着性が悪くなるために垂直にしない方が好ましく、本参考形態のように若干傾斜させるのが望ましいと言える。
【００７３】
以上のような構成を有する本参考形態による生体情報測定装置の動作は次のようなものである。
【００７４】
光源１から出力され、光ファイバ２を介し、クラッド層１０を経て凸部５へ照射された光は、凸部５の側面形状を利用した反射面７により反射され、光出射手段８へ入力される。
【００７５】
光出射手段８に入力された光は導光し、出射端面９より生体組織１７に向けて投射される。
【００７６】
次に、出射端面９から出射した光の進行経路について、その概略を説明する。
【００７７】
例えば、出射端面９の角度を、基板４の法線に対して１５度傾かせた場合、光が光出射手段８の中央部を直進する光がどのように進行するかについて、図２を用いて説明する。
【００７８】
光出射手段８としてゲルマニウムを用い、ゲルマニウムの屈折率ｎ1をｎ1＝４．０とし、生体組織１７の屈折率ｎ2をｎ2＝１．５とした場合を例にとり説明する。
【００７９】
光出射手段８の中央部を直進する光は出射端面９に入射角度θｉｎで入射すると、入射した光は下記のスネルの式に従い、出射角度θｏｕｔで生体組織１７に出射される。
【００８０】
【数２】
【００８１】
ここで光出射手段８の長手方向と光受光手段１１の長手方向のなす角度を９０度とした場合、生体組織１７内を経由した光は、入射角度（９０度−（θｏｕｔ−θｉｎ））で光受光手段１１に入射する。上記数値で計算すると具体的な入射角度は６１．４度となる。この光は光受光手段１１の中に屈折されて入射する。光受光手段１１もゲルマニウムを用いた場合、上記スネルの式で計算すると、１９．２度で入射し、以降伝搬して進行していくことがわかる。
【００８２】
このように、本参考形態においては、光出射手段８に比較的屈折率の高いゲルマニウムを用いているために、生体組織１７に出射する時の屈折角が非常に大きくなるため、図１に示したように、光出射手段８の正面に対向させて光受光手段１１を設置する必要がなく、接地位置として９０度軸が違った場所にある光受光手段１１で受光することができる。このことは、生体表面を非常に緩やかな曲面形状にするだけで、密着性よくしかも、生体を傷つけずに測定できるため極めて有用と言える。
【００８３】
以上、光が光出射手段８中を直進して進行する光について説明したが、光出射手段８内をジグザグを繰り返しながら進む光も存在する。このような光に対しても上記原理が成り立ち、出射端面９を出射した光の一部が光受光手段１１に到達させることができる。
【００８４】
続いて本参考形態の動作を説明する。光受光手段１１に到達した光は、光ファイバ１２に伝送され光検出器１３に到達し、各波長成分での電気信号に変換される等、各種、分光分析が行われる。
【００８５】
生体組織１７内の吸収物質の濃度が変化すれば、特定波長での信号強度が変化するため、これを計測することにより、信号処理部１４でグルコース濃度等の生体情報を算出することができる。算出された生体情報は表示装置１５に表示される。
【００８６】
１６は基板４に設けられた穴部で、生体組織と光センサ部３の表面との間に介在している唾液等の不純物を除去するのに用いる。これにより生体組織と光センサの密着性をより高くでき、不純物を透過することによる、光の減衰や特性の変化を防いで、更に高精度な生体情報の測定が可能となる。
【００８７】
このように、本参考形態による生体情報測定装置によれば、本発明を用いれば、生体表面と光センサとの密着性を良好にでき生体情報が測定できるとともに、光出射端面９と光受光手段１１の入射面との間の距離を、設計事項として任意に設定できるという大きなメリットを有している。
【００８８】
これは、従来のＡＴＲ法では、プリズム材料の屈折率と生体表面の屈折率で決まってしまう、エバネッセント波という数ミクロン程度の浸みだし光の浸みだし深さを大幅に向上できるもので、数ミクロン以上の生体深部情報を容易に計測できるとともに、生体内で伝搬する光の行路長も容易に長くできるため、生体内の微弱な特定成分の光学特性を容易に測定することができる。
【００８９】
また、光センサ３が、光源１や光検出器１３、もしくは光ファイバ２、光ファイバ１２と容易に着脱可能にすることは、生体情報の測定後に光センサ表面が汚れたり、傷ついた場合に容易に交換が可能なため、好ましいといえる。
【００９１】
また、上記の参考形態においては、生体組織１７と、クラッド層１０および基板４とが完全に密着しているものとして説明を行ったが、本発明の当接手段は、これに限定するものではなく、凹部に生体組織がはまりこんで、検出光が出射される前記凹部の一部と、前記検出光が入射される他の一部との間に、その生体組織が当接していればよい。例えば本参考形態においては、生体組織１７と、少なくとも出射端面９および光受光手段１１とが当接していれば、生体組織１７の他の部分が穴部１６の近傍で基板４や凸部５に接触していなくても、上記の説明と同様の効果が得られる。
【００９２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図３を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態１における生体情報測定装置を示す概略図である。
【００９３】
生体情報検出用接触子３１には、例えば、波長１．１〜１０ミクロンで透明なシリコン単結晶基板を用いる。特にホウ素やリン等の不純物含有量が小さく、抵抗率も１００Ωｃｍ以上のものが好ましい。さらには、抵抗率が１５００Ωｃｍ以上が好ましい。これら高抵抗率のシリコンは、約９〜１０ミクロンの赤外波長で透過率が高く、これらの波長帯に吸収領域を有するグルコース等の物質を測定するのに好ましい。
【００９４】
生体情報検出用接触子３１表面には、等しい深さｈを有する台形形状である、複数の凹部３２と凸部３３とが、周期的に設けられている。これらの凹部３２及び凸部３３は、生体情報検出用接触子３１を生体組織３８に押し込み、生体組織３８を屈曲させる機能を有する。
【００９５】
凹部３２の深さｈは、特に限定はされないが、例えば１００ミクロン程度に設定すると、生体組織３８の表皮部分にのみ凸部３３が押し込まれるため、表皮部分の生体情報を主に計測することができる。また、ｈを２００ミクロン程度にすれば、表皮部分に加えて真皮層の生体情報を検出することができる。このように凹部３２の深さｈを調節することにより、測定対象となる生体組織３８の深さを容易に制御することができる。本実施の形態では、ｈ＝１００ミクロンとした。
【００９６】
凸部３３の頂上部の幅Ｗ1は、特に限定されないが、広すぎると生体組織３８に押し込まれにくくなるため、１ｍｍ以下であることが好ましい。本実施の形態では、Ｗ1＝１００ミクロンとした。
【００９７】
凹部３２の底部の幅Ｗ2は、特に限定されないが、Ｗ1に比べてあまり狭くなると生体組織３８内部へ凸部３３が押し込まれにくくなるため、Ｗ1と同等以上であることが好ましい。Ｗ2は、生体組織３８内を伝搬する光の行路長を設定するパラメータであって、特に水分の吸収が大きい赤外波長領域で測定する場合、Ｗ2が大きすぎると光が吸収されて透過しにくくなる。例えば、Ｗ 2は３００ミクロン以下であることが好ましい。さらに好ましくは２００ミクロン以下である。本実施の形態では、Ｗ2＝１００ミクロンとした。
【００９８】
また、凹部３２の側面の角度θ1は、特に限定されないが、９０度に近くなると生体組織３８が接触しにくくなるので、小さい方が好ましい。本実施の形態では、θ1を５４．７度とした。
【００９９】
検出光が生体情報検出用接触子３１に入射する部分３１０及び生体情報検出用接触子３１から出射する部分３１１の形状は、図３に示すように、生体情報検出用接触子３１の表面に対して斜めにする。本実施の形態では、検出光の入射部３１０・出射部３１１の斜面の角度θ2は、いずれも１１１．６度とした。
【０１００】
本実施の形態における生体情報検出用接触子３１の製造方法を、図４を用いて説明する。
【０１０１】
シリコン単結晶製の生体情報検出用接触子３１の作製には、異方性ウェットエッチングを用いた。この方法は、ＫＯＨ水溶液やエチレンジアミン水溶液を用いた化学エッチングであり、単結晶シリコンの（１１１）方向のエッチングレートが他のそれよりも極めて小さいことを利用したものである。
【０１０２】
まず、図４（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板３２０の上下の面に保護層として酸化膜３２１および３２２をそれぞれ形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、酸化膜３２１を所望のパターンに加工する。
【０１０３】
その後、このシリコン基板３２０を例えば濃度４０％ＫＯＨ水溶液につけてエッチングする。（１００）結晶面が表面の法線方向に配向したシリコンウエハをエッチングすると、図４（ｃ）に示すように側面が５４．７度で傾斜した凹部３２が形成される。凹部３２の形成後、図４（ｄ）に示すように酸化膜３２１を除去すると、凹部３２の間に凸部３３が形成されていることになる。ここで、保護層にはシリコンの窒化物からなる膜を用いてもよい。
【０１０４】
以上、シリコン単結晶基板の異方性ウェットエッチングにより、凹部３２を作成する方法について説明したが、これに代えて超音波加工法を用いても良い。
【０１０５】
超音波加工法は、砥粒で材料を砕く加工法であるが、加工形状を有した工具に２０キロヘルツ、振動幅３０ミクロン以上の振動を与えて、ボロンカーバイト等の砥粒を懸濁液状で注ぎながら工具を加工物に押し当てることで、加工するものである。
【０１０６】
本発明の生体情報検出用接触子の裏面部分である入射部３１０・出射部３１１についても、上記と同様の方法で加工することができる。
【０１０７】
次に、本発明の生体情報測定装置の動作原理を図３を用いて説明する。
【０１０８】
光源３４から出射され、入射部３１０から生体情報検出用接触子３１内に入射した検出光の一部は、凹部３２の側面に到達する。検出光の凹部３２の斜面への入射角度は、生体組織３８の屈折率、生体情報検出用接触子３１の屈折率、凹部３２側面の角度を考慮し、生体組織３８内に入射した光の内、直進成分が再び凹部３２に到達するように設定される。ここで、生体組織３８を凹部３２に接触させた際に、生体組織３８内で光が図中水平に進行するように設定されることが好ましい。
【０１０９】
例えば、凹部３２の斜面を５４．７度で形成し、生体組織３８の屈折率がｎ2＝１．４、生体情報検出用接触子３１を構成するシリコンの屈折率がｎ1＝３．４１８の場合は、凹部３２の斜面に対してθ3＝１３．７度で入射させる。
【０１１０】
本実施の形態の生体情報検出用接触子３１は、シリコンという高屈折率物質を用いているために、生体組織３８の屈折率との屈折率差が大きく、入射光線と凹部３２斜面との角度θ3を少し設けるだけで検出光を大きく屈折させることができ、生体組織３８に入射したときの屈折角θ4を大きくすることができる。
【０１１１】
屈折角θ4は以下のスネルの式（数３）で計算できる。
【０１１２】
【数３】
【０１１３】
一般に、生体中を伝搬する光は、散乱され拡散していくことが知られているが、本発明の方法を用いると、最も強い直進成分の光を対向する別の突起部の側面を利用することで受光することができる。
【０１１４】
検出光は、生体組織３８を通過した後、生体組織３８への入射の時に屈折したと同じように、生体組織３８からの出射面で屈折して生体情報検出用接触子３１に入射する。その後、検出光は生体情報検出用接触子３１外部へ出射し、光検出器３５で検出される。光検出器３５での検出結果に基づき、信号処理部３６で生体情報が算出され、その結果が表示装置３７で表示される。
【０１１５】
光検出器３５で検出された光は、生体組織３８内部、特に表層組織を主に経由してきた光を多く含み、皮下脂肪組織等の生体深部からの生体情報が少ないため、この光の分光分析を行うことで、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。
【０１１６】
生体情報検出用接触子３１の凹部３２と生体組織３８との密着性は、凹部３２側面の下部側で悪くなることがある。
【０１１７】
しかし、この場合は、生体組織３８と凹部３２側面とが離れていて、その部分に空気が介在する場合が多い。空気の屈折率はｎ＝１．０であるので、生体情報検出用接触子３１との屈折率差は、生体組織とのそれよりも大きくなるために、この空気中では、密着した生体組織３８を経由する場合よりも急角度で光が屈折し、正規の光路を経由しなくなる。
【０１１８】
これにより、生体情報を含まない余分な光は別の角度で生体情報検出用接触子３１から出射され、光検出器３５で検出されないので、不要な光が除去されるため、正確に生体情報を算出することができる。
【０１１９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態２における生体情報検出用接触子を示す概略図である。
【０１２０】
生体情報検出用接触子３１には、実施の形態１と同じシリコン単結晶基板を用いた。生体情報検出用接触子３１表面には、等しい深さｈを有する三角形形状である、複数の凹部３２と凸部３３とが、周期的に設けられている。これらの凹部３２及び凸部３３は、生体情報検出用接触子３１を生体組織３８に押し込み、生体組織３８を屈曲させる機能を有する。本実施例では、ｈ＝１００ミクロンとした。また、凹部３２の側面の角度θ１は、θ１＝３１．５度とした。
【０１２１】
生体情報検出用接触子３１の裏面側には、Ｇｅからなる入出力部３９が設けられている。検出光が入出力部３９に入射する部分及び入出力部３９から出射する部分の形状は、図５に示すように、生体情報検出用接触子３１と入出力部３９の界面に対して斜めにする。本実施の形態では、検出光の入射部３１０・出射部３１１の斜面の角度θ2は、１３８．６度とした。
【０１２２】
本実施の形態における生体情報検出用接触子３１の製造方法を、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。実施の形態１と同様に、シリコン単結晶基板３４０の上下の面に酸化膜３４１及び３４２を形成した後、図６（ａ）に示すように所望のパターンを形成する。
【０１２３】
次いで、このシリコン基板３４０を例えば濃度４０％ＫＯＨ水溶液につけてエッチングする。（１００）結晶面が表面の法線方向に配向したシリコンウエハをエッチングすると、図６（ｂ）に示すように側面が５４．７度で傾斜した凸部３４４及び凹部３４３（Ｖ溝）が形成される。Ｖ溝が形成された後も、さらに、エッチングを続けると、図６（ｃ）に示すように（１１１）結晶面が徐々にエッチングされて、Ｖ溝幅が成長し広がって行く。
【０１２４】
その後、さらにエッチングを継続すると、凸部３４４の頂点付近にあった、酸化膜３４１が除去され、この頂点の（１００）結晶面がエッチングされる。（１００）結晶面は、（１１１）結晶面と比べて、エッチング速度が早いために時間と共に、頂点がエッチングされて、徐々に低くなり、例えば特定の時間でエッチングを終了すると、図６（ｄ）に示したような（３１１）結晶面によるＶ溝が形成される。
【０１２５】
また、本発明の生体情報検出用接触子の裏面部分についても、実施の形態１または２と同様の方法で加工することができる。
【０１２６】
生体情報検出用接触子３１と入出力部３９の接合は、例えば接触面を研磨して滑らかにし、両者間に作用する原子間力を用いて容易に接合することができる。
【０１２７】
また、両者間に圧力を加えて接触させても構わない。界面で光が全反射を起こさず、入出力部３９と生体情報検出用接触子３１間を伝達できる方法であればよい。
【０１２８】
本実施例の生体情報検出用接触子３１を、実施の形態１と同様の生体情報測定装置に用いることにより、実施の形態１と同様に、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。
【０１２９】
また、本実施の形態の生体情報検出用接触子３１は、生体組織３８との接触角度が１１７度と広くなり大変滑らかになる。従って、生体組織３８に生体情報検出用接触子３１を押し当てた際に、生体組織３８の内部へ生体情報検出用接触子３１の凸部３３を押し込み易いとともに、凹部３２の側面に生体組織３８が密着しやすくなる。また、生体組織３８との接触面が広くなった結果、検出光の多くを生体組織３８に入射させることができ、高価なレンズを用いて集光する必要がなくなる。
【０１３０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図７を用いて説明する。図７は本発明の実施の形態３における生体情報検出用接触子を示す概略図である。
【０１３１】
実施の形態１と同様に、シリコンの単結晶基板を、異方性エッチングにより、凹部３２の側面の角度を５４．７度に加工したものであるが、実施の形態１と違い、更に、シリコン単結晶基板の裏側にも周期的な凹部３１０及び凸部３１１を形成し、これら凹部３１０及び凸部３１１の側面が検出光の入射部３１０・出射部３１１となるようにしている。
【０１３２】
凹部３１０側面の角度は、検出光が全反射をしなければ良いが、約８０度が好ましく、超音波加工法を用いれば容易に加工できる。
【０１３３】
生体情報検出用接触子３１の裏面に設けられた凹部３１０の側面に到達した光は、生体情報検出用接触子３１の内部を直進し、生体接触子の生体と接触する側に設けられた凹部３２の側面に到達する。その後、生体組織と生体情報検出用接触子との屈折率差によって、光は大きく屈折し、生体の表層組織を経由した後、再び、凹部３２の側面に到達し、屈折され裏面に設けられた凸部３１１に到達する。光が到達した位置には、凸部３１１の側面が設定されているため、光が全反射することなく通過し、外部に出射される。これにより、後述する図８（ｂ）の構成例と比較した場合、複数の光源を設けた場合に、生体情報検出用接触子３１の厚みを薄くし、小型化、軽量化することができる。
【０１３４】
本実施の形態の生体情報検出用接触子３１を、実施の形態１と同様の生体情報測定装置に用いることにより、実施の形態１と同様に、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。
【０１３５】
上記実施の形態では、生体組織を通過した後に生体情報検出用接触子に入射した検出光を分析する場合について示したが、検出光としてアルゴンレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等のレーザ光を用い、検出光が生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析することにより生体情報を取得してもよい。本発明の生体情報検出用接触子を用いると、生体組織内に入射した検出光の内、多くの量を生体情報検出用接触子に帰還させることができるので、大きい強度のレーザ光を用いた場合でも生体組織へのダメージを低減し、検出光照射時の火傷の問題をなくすことができる。
【０１３６】
次に、図８（ａ）〜（ｃ）に、実施の形態１〜３による生体情報検出用接触子の他の構成例を示す。図８（ａ）は、凹部３２の、検出光の光路に平行な断面がＶ溝となるように構成したものである。図に示すように、凹部３２の断面は、側面部３２ａおよび３２ｂのみから構成され、底部３２ｃが点となっており、上記実施の形態の幅Ｗ２に相当する大きさを持たないようになっている。
【０１３７】
このとき、光源からの検出光は、入力するとその全てがもれなく凹部３２の側面部３２ａに入射し、生体組織１８を通過すると側面部３２ｂから出射される。
【０１３８】
したがって、この構成例によれば、光源４から出力される光から不要光となる成分がなくなることになるため、上記実施の形態の光源の光より幅の広い幅広光源３４ａを検出光として、さらに効率よく用いることができる。
【０１３９】
なお、検出光が全て側面部３２ａに入射するための条件としては、入射光の角度は、底部３２ｃと、その底部３２ｃを有する凹部３２の隣にある凹部３２の端部３２ｄとを結ぶ直線と、複数の端部３２ｄを結ぶ直線とがなす角より小さければよい。これによって、光源から出力された検出光が、凹部３２を通過せずに凸部３３から生体組織３８へ出射されるのを防ぐことができる。
【０１４０】
図８（ｂ）は、光源３４を複数備えた構成例である。これにより、個々の光源から出射された検出光をそれぞれ独立に検出するようにして、個々の検出光の分析結果に基づき、より正確な値を得ることができる。
【０１４１】
図８（ｃ）は、凹部３２の底部３２ｅに遮光膜３１２を、凸部３３の上面部に遮光膜３１３を設けて構成したものである。遮光膜３１３により、検出光が通過せずに凸部３３の上面から生体組織３８へ出射されたり、遮光膜３１３で反射した光が、射出面３１１から射出されるのを防ぐことができる。また、遮光膜３１２により検出光が底部３２ｅに入射したり、また底部３２ｅにて反射して、射出面３１１から射出されるのを防ぐことができる。
【０１４２】
図８（ｄ）は、実施の形態３の他の構成例であって、シリコン単結晶基板の裏側に周期的に形成された凹部３１０及び凸部３１１の底部にも遮光膜３１４を設けるようにしている。これによって、図８（ａ）の構成例同様、幅の広いレーザ光のような、幅広光源３４ａのような光源を検出光として用いることができる。
【０１４３】
なお、上記の説明に置いて、遮光膜３１２〜３１４は、いずれも光吸収または反射防止の機能を有するのが望ましい。
【０１４４】
また、本実施の形態の生体情報検出用接触子は、生体の指、唇、腕、耳たぶ等に接触させて使用することができるが、唇に生体情報検出用接触子を接触させて生体情報を計測する場合に、唾液が介在する場合がある。その場合、図示はしていないが、生体情報検出用接触子の凹部の底面部分に、生体と生体情報検出用接触子の間に介在する唾液を取り除くための穴や、深溝等を設けることが好ましい。
【０１４５】
また、生体情報検出用接触子の凹部の側面以外、すなわち凸部の頂上部分や凹部の底面部分に光が入射した場合、多くの光は全反射し、生体情報検出用接触子から出射して検出器に到達する場合がある。このような光は生体情報を含まないために、生体情報を含んだ光と同時に検出することは好ましくない。従って、凸部の頂上部分または凹部の底面部分に、上述した遮光膜３１２〜３１４のような、光を吸収する吸収手段を設けることが好ましい。
【０１４６】
吸収手段としては、使用する波長の光を吸収するものであれば良く、例えば、検出光が波長９〜１０ミクロンの場合、二酸化ケイ素膜、二酸化チタン膜等の酸化物や、窒化シリコン膜等の窒化物を用いることができる。またこれらの材料と銀、タングステンシリサイドの多層膜を形成し、光の干渉効果を利用して、さらに吸収効果を増大させることが好ましい。さらにまた、ホウ素やリンをイオン注入することにより形成してもよい。
【０１４７】
また、上記の実施の形態では凹部及び凸部の高さがすべて等しい場合について記載したが、高さの異なる凹部及び凸部を設けてもよい。このようにすると、生体表層組織に押し込まれる深さを変化させることにより、浅い凹部を用いて表皮の情報を、深い凹部を用いて真皮の生体情報を同時に検出することが可能となり、一度に深さ方向の情報が得られる。
【０１４８】
生体情報検出用接触子の奥行き方向の形状は、特に限定されないが、図９に示すように、凸部３３の一方向を長く形成してもよい。このようにすると、各縦長の凸部３３を生体組織に押し込み、各凹部間に光を通過させて生体情報を検出することができる。縦長にすることで、生体との接触面積を大きくすることができる結果、表層組織を通過する光束の面積を大きくでき、検出光のＳ／Ｎを向上できるという効果が得られる。
【０１４９】
また、図１０に示すように、凸部３３を２次元配列的に設けてもよい。このようにすると、生体組織への押し込みがより容易となり、生体への密着性が向上し、計測が安定するという効果が得られる。
【０１５０】
以上のように、本発明の生体情報検出用接触子は、その一例として、生体組織に密着される凹部を備え、前記凹部が、前記凹部の一つの面から出射した検出光が前記生体組織を通過した後に前記凹部の他の面から入射するように形成され、かつ前記生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有する材料からなることを特徴とする。
【０１５１】
ここで、凹部が複数設けられていることが好ましい。
【０１５２】
また、異なる深さを有する、少なくとも２つの凹部が設けられていることが好ましい。
【０１５３】
さらに、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣまたはダイヤモンドにより構成されていることが好ましい。
【０１５４】
本発明の生体情報測定装置は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、生体組織を通過した後に前記生体情報検出用接触子に入射した前記検出光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする。
【０１５５】
また、本発明の生体情報測定装置は、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、前記検出光が生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得してもよい。
【０１５６】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程に変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記形状変化した生体組織を経由した前記検出光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含むことを特徴とする。
【０１５７】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程により形状変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記検出光が前記形状変化した生体組織に入射することにより発生した散乱光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含んでいてもよい。
【０１５８】
また、本発明の生体情報検出用接触子は、その一例として、生体組織に密着される凹部を備え、前記凹部が、前記凹部の一つの面から出射した検出光が前記生体組織を通過した後に前記凹部の他の面から入射するように形成され、かつ前記生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有する材料からなることを特徴とする。このようにすると、凹部の深さを調節することにより、生体組織内の検出光が通過する深さを制御することができるので、このような生体情報検出用接触子を用いることにより、容易かつ高感度に、生体組織の特定の層における生体情報を測定することができる。また、生体組織内に入射した検出光の内、多くの量を生体情報検出用接触子に帰還させることができるので、生体組織へのダメージを低減し、検出光照射時のヤケドの問題をなくすことができる。
【０１５９】
ここで、凹部が複数設けられていることが好ましい。このようにすると、生体組織に密着させた際に生体組織を隆起させることが容易になる。
【０１６０】
また、異なる深さを有する、少なくとも２つの凹部が設けられていることが好ましい。このような生体情報検出用接触子を用いることにより、生体組織の異なる深さにおける生体情報を同時に得ることができる。
【０１６１】
生体情報検出用接触子を構成する材料としては、測定対象である生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有するものであれば用いることができるが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＳｉＯ2、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＫｒＳが挙げられる。この中では、屈折率が高く、赤外波長領域での透過性能が高くかつ機械的強度に優れる点で、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣまたはダイヤモンドが好ましい。
【０１６２】
また、生体情報検出用接触子にアモルファスダイヤモンド等の薄膜をプラズマＣＶＤ法等でコーティングすると、生体情報検出用接触子界面での反射ロスが低減されるので好ましい。
【０１６３】
また、生体情報測定装置は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、生体組織を通過した後に前記生体情報検出用接触子に入射した前記検出光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする。
【０１６４】
ここで、光源としては、測定したい物質の吸収波長の光を発光するものであれば用いることができ、例えば、炭化珪素ＳｉＣを棒状に焼結したグローバ光源、ＣＯ2レーザ光源、タングステン灯等が挙げられる。グルコースを計測する場合には、比較的広い波長範囲をカバーすることができ、１０ミクロン程度の長波長領域でも良好に発光するという点から、グローバ光源が好ましい。
【０１６５】
また、分析手段としては、測定対象である物質が光を吸収することによって生じた、分子振動に起因する各種状態変化を測定できるものであれば用いることができ、例えば、フーリエ変換赤外分光法や光音響測定法が挙げられる。
【０１６６】
また、本発明の生体情報測定装置は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子と、検出光の光源と、前記検出光が生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析する分析手段とを備え、前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする。
【０１６７】
ここで、光源としては、生体組織に入射することにより散乱光を発生させる光を発光するものであれば用いることができ、例えば、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等が挙げられる。
【０１６８】
また、分析手段としては、測定対象である物質が光を吸収することによって生じた、分子振動に起因する各種状態変化を測定できるものであれば用いることができ、例えば、フーリエ変換ラマン分光測定法が挙げられる。
【０１６９】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程により形状変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記形状変化した生体組織を経由した前記検出光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含むことを特徴とする。
【０１７０】
また、本発明の生体情報測定方法は、その一例として、上記の生体情報検出用接触子を用い、生体組織の一部の形状を変化させる形状変化工程と、前記形状変化工程により形状変化した生体組織に検出光の入射及び出射を行う検出光入出射工程と、前記検出光が前記形状変化した生体組織に入射することにより発生した散乱光の分析を行うことにより生体情報を取得する生体情報分析工程とを含むことを特徴とする。
【０１７１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明は、光センサを生体表面へ極めて密着性よく接触できるとともに、生体深部の情報も容易に計測でき有効である生体情報検出用接触子、及び生体情報測定装置を提供することができる。
【０１７２】
また、本発明によれば、取り扱いやすく、生体組織へのダメージが少なく、容易に高精度の測定が可能な生体情報検出用接触子、及び生体情報測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考形態１における生体情報測定装置の概略を示す概略図
【図２】 本発明の実施の形態１における生体情報測定装置の光の伝搬経路を説明する説明図
【図３】 本発明の一実施の形態における生体情報測定装置の構成を示す概略図
【図４】 本発明の一実施の形態における生体情報検出用接触子の製造方法を示す工程図
【図５】 本発明の他の実施の形態における生体情報検出用接触子及び入出力部を示す概略図
【図６】 本発明の他の実施の形態における生体情報検出用接触子の製造方法を示す工程図
【図７】 本発明のさらに他の実施の形態における生体情報検出用接触子を示す概略図
【図８】 本発明のさらに他の実施の形態における生体情報検出用接触子の構成例を示す概略図
【図９】 本発明の一実施の形態における生体情報検出用接触子の凸部の形状を示す斜視図
【図１０】 本発明の他の実施の形態における生体情報検出用接触子の凸部の形状を示す斜視図
【図１１】 従来例の生体情報測定装置の一例を示す概略図
（符号の説明）
１ 光源
２、１２ 光ファイバ
３ 光センサ部
４ 基板
５ 凸部
６、１６ 穴部
７ 反射面
８ 光出射手段
９ 出射端面
１０ クラッド層
１１ 受光手段
１３ 光検出器
１４ 信号処理部
１５ 表示装置
２０ ＡＴＲプリズム
２１ 口唇粘膜
３１ 生体情報検出用接触子
３２，３１０，３４３ 凹部
３３，３１１，３４４ 凸部
３４ 光源
３５ 光検出器
３６ 信号処理部
３７ 表示装置
３８ 生体組織
３９ 入出力部
３２０，３４０ シリコン基板
３２１，３２２，３４１，３４２ 酸化膜
Claims (13)
- 表面が生体組織に当接される生体情報検出用接触子であって、
前記生体情報検出用接触子は、
前記表面に設けられた凹部と、
裏面に設けられ、前記表面に対して斜めに形成され、前記凹部に到達する検出光が入射される入射部と、
前記裏面に設けられ、前記表面に対して斜めに形成され、前記生体組織を通過した前記検出光が出射される出射部と、
を備え、
前記生体情報検出用接触子は、前記生体組織の屈折率よりも高い屈折率を有する材料から構成され、
前記凹部に前記生体組織がはまりこみ、前記検出光は、前記凹部にはまりこんだ前記生体組織を通過した後に前記出射部に到達する、
生体情報検出用接触子。 - 前記凹部が前記表面と平行な面からなる底部を有し、
前記底部に遮光膜が設けられている、請求項１に記載の生体情報検出用接触子。 - 複数の前記凹部が設けられ、
隣接する２つの前記凹部の間に凸部が形成されており、
前記凸部が前記表面と平行な面からなる上面部を有し、
前記上面部に遮光膜が設けられている、請求項１に記載の生体情報検出用接触子。 - シリコン単結晶からなる、請求項１に記載の生体情報検出用接触子。
- 複数の前記凹部が周期的に設けられており、隣接する２つの前記凹部の間には凸部が形成されている、請求項１に記載の生体情報検出用接触子。
- 前記裏面側にも凹部および凸部が周期的に設けられており、前記凹部および前記凸部の側面が前記入射部および前記出射部となっている、請求項５に記載の生体情報検出用接触子。
- 前記凹部の断面がＶ溝になっている、請求項１に記載の生体情報検出用接触子。
- 前記凹部が前記表面と平行な面からなる底部を有する、請求項１に記載の生体情報検出用接触子。
- 前記裏面側に周期的に設けられた凹部が、前記裏面と平行な面からなる底部を有し、
前記裏面側に周期的に設けられた凹部が、前記裏面と平行な面からなる上面部を有し、
前記底部および前記上面部のいずれにも遮光膜が設けられている、請求項６に記載の生体情報検出用接触子。 - 複数の前記凸部が設けられており、
前記複数の凸部の高さが異なる、請求項５に記載の生体情報検出用接触子。 - 前記複数の凹部の深さが異なる、請求項５に記載の生体情報検出用接触子。
- 請求項１〜１１のいずれかに記載の生体情報検出用接触子と、
前記検出光の光源と、
前記生体組織を通過した後に前記生体情報検出用接触子に入射した前記検出光を分析する分析手段とを備え、
前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする生体情報測定装置。 - 請求項１〜１１のいずれかに記載の生体情報検出用接触子と、
前記検出光の光源と、
前記検出光が前記生体組織に入射することにより発生した散乱光を分析する分析手段とを備え、
前記分析手段において得られた分析結果に基づき生体情報を取得することを特徴とする生体情報測定装置。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-29519 | 2000-02-07 | ||
| JP2000029519 | 2000-02-07 | ||
| JP2000-237018 | 2000-08-04 | ||
| JP2000237018 | 2000-08-04 | ||
| PCT/JP2001/000822 WO2001058355A1 (en) | 2000-02-07 | 2001-02-06 | Biological information collecting probe, biological information measuring instrument, method for producing biological information collecting probe, and biological information measuring method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2001058355A1 JPWO2001058355A1 (ja) | 2003-06-24 |
| JP4290367B2 true JP4290367B2 (ja) | 2009-07-01 |
Family
ID=26584995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001557470A Expired - Lifetime JP4290367B2 (ja) | 2000-02-07 | 2001-02-06 | 生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6882872B2 (ja) |
| EP (1) | EP1254631B1 (ja) |
| JP (1) | JP4290367B2 (ja) |
| DE (1) | DE60143254D1 (ja) |
| WO (1) | WO2001058355A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11324425B2 (en) * | 2017-11-28 | 2022-05-10 | Alan D. Kersey | Apparatus and method for assessment of cancer margin |
Families Citing this family (54)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003076883A2 (en) | 2002-03-08 | 2003-09-18 | Sensys Medical, Inc. | Compact apparatus for noninvasive measurement of glucose through near-infrared spectroscopy |
| US7606608B2 (en) | 2000-05-02 | 2009-10-20 | Sensys Medical, Inc. | Optical sampling interface system for in-vivo measurement of tissue |
| US7519406B2 (en) | 2004-04-28 | 2009-04-14 | Sensys Medical, Inc. | Noninvasive analyzer sample probe interface method and apparatus |
| US20040121358A1 (en) * | 2001-12-26 | 2004-06-24 | Shinji Uchida | Information measuring apparatus |
| CA2372637A1 (en) * | 2002-02-20 | 2003-08-20 | Institut National D'optique | Packaged optical sensors on the side of optical fibres |
| US7697966B2 (en) | 2002-03-08 | 2010-04-13 | Sensys Medical, Inc. | Noninvasive targeting system method and apparatus |
| US8718738B2 (en) | 2002-03-08 | 2014-05-06 | Glt Acquisition Corp. | Method and apparatus for coupling a sample probe with a sample site |
| US8504128B2 (en) | 2002-03-08 | 2013-08-06 | Glt Acquisition Corp. | Method and apparatus for coupling a channeled sample probe to tissue |
| US7247161B2 (en) * | 2002-03-22 | 2007-07-24 | Gyrus Ent L.L.C. | Powered surgical apparatus, method of manufacturing powered surgical apparatus, and method of using powered surgical apparatus |
| JP2004247458A (ja) * | 2003-02-13 | 2004-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受発光装置およびその製造方法 |
| WO2005027746A1 (ja) * | 2003-09-22 | 2005-03-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | グルコース濃度測定方法及びグルコース濃度測定装置 |
| WO2005092192A1 (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 生体情報測定用光学素子およびそれを用いた生体情報測定装置 |
| US8868147B2 (en) | 2004-04-28 | 2014-10-21 | Glt Acquisition Corp. | Method and apparatus for controlling positioning of a noninvasive analyzer sample probe |
| WO2005115244A1 (ja) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 生体情報測定用光学素子およびそれを用いた生体情報測定装置 |
| EP1754443A4 (en) * | 2004-06-10 | 2008-10-22 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Instrument for measuring information of a living body; STANDARD ELEMENT AND METHOD OF USE OF THE INSTRUMENT FOR MEASURING INFORMATION OF A LIVING BODY |
| US7236814B2 (en) | 2004-08-20 | 2007-06-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical member for biological information measurement, biological information calculation apparatus, biological information calculation method, computer-executable program, and recording medium |
| US20080068592A1 (en) * | 2004-11-12 | 2008-03-20 | Shinji Uchida | Optical Element for Measuring Biological Information and Biological Information Measuring Device Using the Optical Element |
| US7598483B2 (en) * | 2005-02-02 | 2009-10-06 | Panasonic Corporation | Optical element and optical measurement device using the optical element |
| US20090195781A1 (en) * | 2005-06-07 | 2009-08-06 | Omron Healthcare Co., Ltd. | Biological information measuring sensor |
| DE102006036808A1 (de) * | 2006-08-07 | 2008-02-14 | Bruker Optik Gmbh | Strukturierter ATR-Kristall aus Diamant |
| US8652040B2 (en) | 2006-12-19 | 2014-02-18 | Valencell, Inc. | Telemetric apparatus for health and environmental monitoring |
| US8157730B2 (en) | 2006-12-19 | 2012-04-17 | Valencell, Inc. | Physiological and environmental monitoring systems and methods |
| JP4702329B2 (ja) * | 2007-06-18 | 2011-06-15 | 富士ゼロックス株式会社 | 光検出装置及びその使用方法並びに画像形成装置 |
| US8251903B2 (en) | 2007-10-25 | 2012-08-28 | Valencell, Inc. | Noninvasive physiological analysis using excitation-sensor modules and related devices and methods |
| WO2009057024A1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-05-07 | Koninklijke Philips Electronics N. V. | Frustrated total internal reflection biosensor cartridge |
| US20100004518A1 (en) | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Masimo Laboratories, Inc. | Heat sink for noninvasive medical sensor |
| US8203704B2 (en) | 2008-08-04 | 2012-06-19 | Cercacor Laboratories, Inc. | Multi-stream sensor for noninvasive measurement of blood constituents |
| US8788002B2 (en) | 2009-02-25 | 2014-07-22 | Valencell, Inc. | Light-guiding devices and monitoring devices incorporating same |
| JP5789199B2 (ja) | 2009-02-25 | 2015-10-07 | ヴァレンセル，インコーポレイテッド | ヘッドセット及びイアバッド |
| US9750462B2 (en) | 2009-02-25 | 2017-09-05 | Valencell, Inc. | Monitoring apparatus and methods for measuring physiological and/or environmental conditions |
| WO2010109939A1 (ja) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光照射装置及び光測定装置 |
| WO2011151778A1 (en) | 2010-06-02 | 2011-12-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Sample carrier with light refracting structures |
| US8888701B2 (en) | 2011-01-27 | 2014-11-18 | Valencell, Inc. | Apparatus and methods for monitoring physiological data during environmental interference |
| EP2672946A2 (en) * | 2011-02-13 | 2013-12-18 | The Regents of The University of California | Fluid delivery system |
| US20140170024A1 (en) * | 2011-07-15 | 2014-06-19 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Target substance detection chip, target substance detection plate, target substance detection device and target substance detection method |
| US9427191B2 (en) | 2011-07-25 | 2016-08-30 | Valencell, Inc. | Apparatus and methods for estimating time-state physiological parameters |
| US9801552B2 (en) | 2011-08-02 | 2017-10-31 | Valencell, Inc. | Systems and methods for variable filter adjustment by heart rate metric feedback |
| WO2014116942A2 (en) | 2013-01-28 | 2014-07-31 | Valencell, Inc. | Physiological monitoring devices having sensing elements decoupled from body motion |
| DE112014004680B4 (de) * | 2013-10-11 | 2021-05-12 | Dic Corporation | ATR-Element, Eintauchprüfkopf und Spektrofotometer |
| US9538921B2 (en) | 2014-07-30 | 2017-01-10 | Valencell, Inc. | Physiological monitoring devices with adjustable signal analysis and interrogation power and monitoring methods using same |
| EP4098178B1 (en) | 2014-08-06 | 2024-04-10 | Yukka Magic LLC | Optical physiological sensor modules with reduced signal noise |
| US9794653B2 (en) | 2014-09-27 | 2017-10-17 | Valencell, Inc. | Methods and apparatus for improving signal quality in wearable biometric monitoring devices |
| US10506961B1 (en) * | 2015-04-15 | 2019-12-17 | Eden Medical, Inc. | Diagnostic transducer and method |
| JP6140772B2 (ja) * | 2015-06-19 | 2017-05-31 | 財團法人國家實驗研究院Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ | 配列式近接場光高散乱材料の検出方法 |
| CN105161011B (zh) * | 2015-08-11 | 2018-12-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板及其制作方法、显示装置和智能穿戴设备 |
| DE102015011687B4 (de) * | 2015-09-14 | 2023-05-11 | Irubis Gmbh | ATR-Reflexionselement und ATR-Spektroskopieverfahren |
| US10945618B2 (en) | 2015-10-23 | 2021-03-16 | Valencell, Inc. | Physiological monitoring devices and methods for noise reduction in physiological signals based on subject activity type |
| EP3344127A4 (en) | 2015-10-23 | 2018-07-25 | Valencell, Inc. | Physiological monitoring devices and methods that identify subject activity type |
| US10966662B2 (en) | 2016-07-08 | 2021-04-06 | Valencell, Inc. | Motion-dependent averaging for physiological metric estimating systems and methods |
| US11234648B2 (en) * | 2016-12-26 | 2022-02-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Biological material measuring apparatus |
| KR102574086B1 (ko) | 2018-02-21 | 2023-09-04 | 삼성전자주식회사 | 라만 프로브 |
| US20230190146A1 (en) * | 2020-05-27 | 2023-06-22 | Diamontech Ag | Apparatus and Method for Analyte Measurement with Improved Coupling of Excitation Radiation into Material Including Said Analyte |
| WO2021239262A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | Diamontech Ag | Apparatus and method for analyte measurement with improved coupling of excitation radiation into material including said analyte |
| JP7643268B2 (ja) * | 2021-09-13 | 2025-03-11 | 日本電気硝子株式会社 | Ａｔｒプリズム |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2606991A1 (de) * | 1976-02-20 | 1977-08-25 | Nils Dr Med Kaiser | Geraet zur bestimmung des gehaltes von stoffwechselprodukten im blut |
| JP2601665B2 (ja) | 1987-10-19 | 1997-04-16 | 富士写真フイルム株式会社 | ハロゲン化銀カラー写真感光材料の処理方法 |
| NZ238717A (en) | 1990-06-27 | 1994-08-26 | Futrex Inc | Blood glucose level measured by transmitting near-infrared energy through body part |
| JP2601665Y2 (ja) * | 1992-04-30 | 1999-11-29 | 株式会社島津製作所 | 光生体計測装置 |
| JPH0911343A (ja) | 1995-06-29 | 1997-01-14 | Daicel Chem Ind Ltd | 発泡ポリスチレン系ボードおよびその製造方法 |
| US5655530A (en) * | 1995-08-09 | 1997-08-12 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Method for non-invasive blood analyte measurement with improved optical interface |
| JPH09113439A (ja) | 1995-10-20 | 1997-05-02 | Kdk Corp | 生体成分測定方法及びこれを用いた生体成分測定装置 |
| JP3770707B2 (ja) * | 1997-08-26 | 2006-04-26 | 松下電器産業株式会社 | 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法 |
| JPH11178799A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 生体表層組織の分析方法及びその装置 |
| US6241663B1 (en) * | 1998-05-18 | 2001-06-05 | Abbott Laboratories | Method for improving non-invasive determination of the concentration of analytes in a biological sample |
| US6662030B2 (en) * | 1998-05-18 | 2003-12-09 | Abbott Laboratories | Non-invasive sensor having controllable temperature feature |
-
2001
- 2001-02-06 JP JP2001557470A patent/JP4290367B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-06 DE DE60143254T patent/DE60143254D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-06 US US10/203,219 patent/US6882872B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-06 EP EP01951118A patent/EP1254631B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-06 WO PCT/JP2001/000822 patent/WO2001058355A1/ja not_active Ceased
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11324425B2 (en) * | 2017-11-28 | 2022-05-10 | Alan D. Kersey | Apparatus and method for assessment of cancer margin |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1254631A1 (en) | 2002-11-06 |
| WO2001058355A1 (en) | 2001-08-16 |
| US6882872B2 (en) | 2005-04-19 |
| EP1254631A4 (en) | 2008-11-26 |
| EP1254631B1 (en) | 2010-10-13 |
| DE60143254D1 (de) | 2010-11-25 |
| US20030109030A1 (en) | 2003-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4290367B2 (ja) | 生体情報検出用接触子、およびそれを用いた生体情報測定装置 | |
| JPWO2001058355A1 (ja) | 生体情報検出用接触子、生体情報測定装置、生体情報検出用接触子の製造方法および生体情報測定方法 | |
| JP3770707B2 (ja) | 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法 | |
| CA1247397A (en) | Spectrophotometric method and apparatus for the non- invasive determination of glucose in body tissues | |
| US7315752B2 (en) | Method and device for determining a light transport parameter in a biological matrix | |
| EP4158311B1 (en) | Apparatus and method for analyte measurement with improved detection of the deflection of a detection light beam | |
| CN100469311C (zh) | 用于活体信息测定的光学元件及采用此元件的活体信息测定装置 | |
| US7262836B2 (en) | Apparatus for measuring biological information and method for measuring biological information | |
| CN110087544A (zh) | 生物体物质测定装置以及生物体物质测定方法 | |
| CN100496396C (zh) | 测量生物信息的光学元件以及利用该元件的生物信息测量装置 | |
| JP4177871B2 (ja) | 光学素子およびそれを用いた光学測定装置 | |
| JP4216272B2 (ja) | 生体情報測定用光学部材、および生体情報算出装置 | |
| WO2021239262A1 (en) | Apparatus and method for analyte measurement with improved coupling of excitation radiation into material including said analyte | |
| JP7775225B2 (ja) | 分析物を含む物質への励起放射の結合が改良された分析物測定のための装置および方法 | |
| JP2003240709A (ja) | 特定成分の濃度測定方法及びそれに用いる濃度測定用接触子 | |
| WO2005115244A1 (ja) | 生体情報測定用光学素子およびそれを用いた生体情報測定装置 | |
| FR2531854A1 (fr) | Appareil de mesure non invasive de la vitesse moyenne du courant sanguin dans des tissus vivants | |
| JP2004173979A (ja) | 生体情報測定方法およびこれを用いた生体情報測定装置 | |
| CN101184440A (zh) | 生物体信息计测传感器 | |
| US10119907B2 (en) | Analytic test unit and test system | |
| CN121666202A (zh) | 用于使用可调节的照射位置检测组织中的分析物的装置和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071228 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071228 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20080626 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20080714 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080722 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080910 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081202 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090105 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20090105 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20090205 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090310 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090401 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4290367 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120410 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130410 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130410 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140410 Year of fee payment: 5 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |