测量装置和测量方法
【专利摘要】[问题]本公开的目的是在即使被测量物很薄的情况下也能够高精度地测量体液的状态。[技术方案]提供了一种测量装置,包括:发射具有预定波长的光的光源;将从所述光源发射的光转换为线性偏振光的偏光器;调制所述线性偏振光的偏振方向的调制器;将由所述调制器调制的光反射在被测量物中的一个以上的反射镜;基于来自所述被测量物的透过光的偏振方向将在所述被测量物中散射的散射光与所述透过光分离的检偏器;和检测通过所述检偏器与所述散射光分离的所述透过光的检测器。
【专利说明】
测量装置和测量方法
技术领域
[0001 ]本公开涉及一种测量装置和测量方法。
【背景技术】
[0002] 近年来,由于健康意识的增强,而增加了对不用去医疗机构就能容易地测量有关 个人身体状况的信息的需求。具体地,增加了对容易测量个人体液(例如,血液)的成分的浓 度和脉动状态的需求。
[0003] 例如,响应于这种需求,专利文献1提出了一种技术,即,利用生物组织的散射系数 根据血液中葡萄糖浓度的变化而变化的事实,使近红外光入射到生物组织上并测量散射系 数,由此估算血糖值。
[0004] [引用文献列表]
[0005] [专利文献]
[0006] 专利文献 1:JP 2006-122579A
【发明内容】
[0007] [技术问题]
[0008] 然而,在专利文献1公开的技术中,在充当被测量物的生物组织很薄以至于不能充 分保证其中入射的近红外光通过被测量物的距离的情况下,很难精确地测量生物组织的散 射系数。具体地,使用专利文献1公开的技术的测量装置不能精确地测量诸如耳垂等很薄的 生物组织的散射系数,因而很难估算体液成分的浓度。
[0009] 鉴于此,本公开提出了一种测量装置和测量方法,该测量装置和测量方法都是新 的、经过改良的并且即使在被测量物很薄的情况下也能够高精度地测量体液的状态。
[0010][解决问题的方案]
[0011] 根据本公开,提供了一种测量装置,包括:构造成发射具有预定波长的光的光源; 构造成将从所述光源发射的光转换为线性偏振光的偏光器;构造成调制所述线性偏振光的 偏振方向的调制器;构造成将在所述调制器中调制的光反射在被测量物中的至少一个反射 镜;构造成基于透过所述被测量物的透过光的偏振方向将在所述被测量物中散射的散射光 与所述透过光分离的检偏器;和构造成检测在所述检偏器中与所述散射光分离的所述透过 光的检测器。
[0012] 根据本公开,提供了一种测量方法,包括:将从构造成发射具有预定波长的光的光 源发射的光转换为线性偏振光;调制所述线性偏振光的偏振方向;将经调制的光反射在被 测量物中;基于透过所述被测量物的透过光的偏振方向,将在所述被测量物中散射的散射 光与所述透过光分离;和检测与所述散射光分离的所述透过光。
[0013] 根据本公开,通过将用于测量的发射的光反射在被测量物中,可以增大其中所发 射的光通过被测量物的距离。
[0014] [发明的有益效果]
[0015] 如上所述,根据本公开,即使在被测量物很薄的情况下也可以高精度地测量体液 的状态。
[0016] 需要指出的是,上述效果不必是限制性的,并且连同或代替上述效果,可以显示出 希望引入到本说明书中的任何效果或可以从本说明书预期的其他效果。
【附图说明】
[0017] 图1是用于说明根据本公开实施方案的测量装置的外观例的说明图。
[0018] 图2是用于说明根据本公开实施方案的测量装置的另一个外观例的说明图。
[0019] 图3(a)是根据本公开实施方案的测量装置的结构例的侧断面图,图3(b)是其立体 图。
[0020] 图4是根据本公开实施方案的测量装置的测量方法的说明图。
[0021 ]图5是示出了比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律的曲线图。
[0022]图6是根据本公开实施方案的测量装置的功能构成的框图。
[0023]图7是包括根据本公开实施方案的测量装置的测量系统的例子的说明图。
[0024] 图8(a)是根据第一变形例的测量装置的结构例的侧断面图,图8(b)是其立体图。
[0025] 图9是根据第二变形例的测量装置的结构例的侧断面图。
[0026] 图10(a)是根据第三变形例的测量装置的结构例的侧断面图,图10(b)是其立体 图。
[0027] 图11(a)是根据第四变形例的测量装置的结构例的侧断面图,图11(b)是其立体 图。
[0028] 图12是根据第五变形例的测量装置的结构例的侧断面图。
[0029] 图13(a)是根据第六变形例的测量装置的结构例的侧断面图,图13(b)是其立体 图。
[0030]图14(a)是根据第七变形例的测量装置的结构例的立体图,图14(b)是其横断面 图。
[0031 ]图15是根据比较例的测量装置的结构的侧断面图。
【具体实施方式】
[0032] 在下文中,参照附图详细说明本公开的优选实施方案。在本说明书和附图中,具有 基本上相同功能和结构的部件用相同的附图标记表示,并且省略了重复说明。
[0033] 需要指出的是,按照以下顺序进行说明。
[0034] 1.根据本公开实施方案的测量装置
[0035] 1.1.测量装置的外观例
[0036] 1.2.测量装置的构造
[0037] 1.2.1.测量装置的结构例
[0038] 1.2.2.测量装置的测量方法
[0039] 1.2.3.测量装置的特征
[0040] 1.3.测量装置的功能构造
[0041] 2.根据本公开实施方案的测量装置的变形例
[0042] 2.1.第一变形例
[0043] 2.2.第二变形例
[0044] 2.3.第三变形例
[0045] 2.4.第四变形例
[0046] 2.5.第五变形例
[0047] 2.6.第六变形例
[0048] 2.7.第七变形例
[0049] 3.结论
[0050] 〈1.根据本公开实施方案的测量装置〉
[0051] [1.1.测量装置的外观例]
[0052]参照图1和图2对根据本公开实施方案的测量装置100的外观例进行说明。这里,图 1是用于说明根据本公开实施方案的测量装置100的外观例的说明图,图2是用于说明根据 本公开实施方案的测量装置100的另一个外观例的说明图。
[0053] 如图1所示,例如,根据本公开实施方案的测量装置100是与被测量者210的耳垂连 接并测量被测量者210体液的状态的测量装置。
[0054] 具体地,测量装置100是用于测量被测量者210的体液成分的浓度以及体液的脉动 等的测量装置。
[0055] 这里,为了有效地管理被测量者210的身体状况,希望用于测量被测量者210的体 液状态的测量装置连续地或周期性地测量被测量者210的体液的状态。例如,在糖尿病的情 况下,需要连续地或周期性地测量血液中的葡萄糖浓度,以便适宜地控制血糖值。
[0056] 因此,例如,在这种测量装置中,在连续地或周期性地测量体液的状态的情况下为 了不对被测量者210施加负担,考虑使测量装置小型化,从而测量装置可以容易地连接,并 且在诸如耳垂、手指、手腕或手臂等被测量者210的身体末端部进行测量。
[0057]然而,在测量装置被小型化或在身体的末端部进行测量的情况下,充当被测量物 的生物组织很薄,因此测量值的变化量减小,从而很难获得具有足够精度的测量结果。
[0058] 根据本公开实施方案的测量装置100具有如下详细说明的构成,因此即使在被测 量物很薄的情况下也能够高精度地测量体液的状态。因此,根据本公开实施方案的测量装 置100可以被小型化,并且可以容易地连接到如图1所示的被测量者210的耳垂等上。
[0059] 如图2所示,根据本公开实施方案的测量装置100可以以与安装在生命体上的另一 个物品连接的装置的形式与被测量者210连接。例如,如图2(a)所示,测量装置100可以设置 到眼镜540a的眼镜腿的耳侧端部,并且可以通过将耳朵用作被测量物来测量被测量者210 的体液的状态。另一方面,如图2(b)所示,测量装置100可以设置到耳机540b的扬声器部分 上,并且可以通过将耳朵用作被测量物来测量被测量者210的体液的状态。
[0060] 根据本公开实施方案的测量装置100与其连接的部位不限于图1和图2中所示的耳 朵。例如,测量装置100可以连接到手指、手腕或手臂等上,并且可以通过将手指、手腕或手 臂等用作被测量物来测量被测量者210的体液的状态。
[0061] [1.2.测量装置的构成]
[0062] (1.2.1.测量装置的结构例)
[0063]参照图3对具有上述效果的测量装置100的结构例进行说明。图3(a)是根据本公开 实施方案的测量装置100的结构例的侧断面图,图3(b)是其立体图。
[0064] 如图3所示,测量装置100包括由支撑部件102支撑的光源110、准直器112、偏光器 120、延迟器130和反射镜142,并且包括由支撑部件104支撑的反射镜144、检偏器150和检测 器160。支撑部件102的一端和支撑部件104的一端经由连接部件106连接,使得支撑部件102 和104彼此相对,并且被测量物200夹在支撑部件102和104之间。
[0065] 光源110是用于发射具有预定波长且朝向被测量物200发射的光的装置,并且由光 源110发射的光入射到准直器112上。具体地,光源110是用于进行点光发射的激光光源,更 具体地,是半导体激光器。需要指出的是,在光源110是激光光源的情况下,振荡方法没有特 别的限制,并且可以使用脉冲激光器和CW(连续波)激光器中的任意一种。虽然由光源110发 射的光的波长根据被测量物200来适宜地选择,但是优选波长为近红外区域的波长,并且具 体地为约800nm的波长。
[0066] 准直器112设置在光源110的后段并且将从光源110发射的光转换为平行光线。由 准直器112转换为平行光线的光入射到偏光器120上。因为从光源110发射的光被准直器112 转换为平行光线,所以该光可以在没有发散的情况下到达检测器160。
[0067] 偏光器120设置在准直器112的后段并且将入射光转换为具有预定偏振方向的线 性偏振光。由偏光器120转换为线性偏振光的光入射到延迟器130上。例如,偏光器120可以 是包括偏光膜的偏光板或棱镜型偏光器。需要指出的是,偏光器120的偏振方向正交于下述 检偏器150的偏振方向。
[0068] 延迟器130设置在偏光器120的后段并且临时调制由偏光器120转换的线性偏振光 的偏振方向。由延迟器130调制的光以相对于被测量物200的与延迟器130接触的表面的法 线的预定角度倾斜发射。例如,从光源110经由延迟器130朝向被测量物200发射的光可以从 水平面以角度Θ垂直向下发射。需要指出的是,例如,延迟器130可以是液晶相位调制器。 [0069]反射镜142和144由支撑部件102和104支撑且设置为彼此相对,从而使得被测量物 200夹在它们之间。反射镜142和144将从光源110发射的光全反射到被测量物200中,将在被 测量物200中的光进行多次反射,然后将该光引导至检偏器150。需要指出的是,只要反射镜 可以全反射入射光,那么反射镜142和144就没有特别的限制,并且例如,可以是镜子或镜面 加工的金属板。
[0070] 具体地,反射镜142和144具有在发射到被测量物200中的光在反射镜142和144上 的入射面和其在反射镜142和144上的反射面之间的相交线方向上延伸的大致矩形形状。例 如,如图3所示,在光从光源110朝向被测量物200在与水平面垂直的方向的上下方向上发射 的情况下,反射镜142和144可以具有在与水平面垂直的方向上延伸的矩形形状。另一方面, 在光从光源110朝向被测量物200在水平方向的左右方向上发射的情况下,反射镜142和144 可以具有在水平方向上延伸的矩形形状。
[0071] 需要指出的是,虽然图3示出了其中测量装置100包括一对反射镜142和144的构 成,但是根据本公开实施方案的测量装置100不限于图3中所示的例子。如下面第一变形例 所述的,根据本公开实施方案的测量装置100仅需要包括至少一个反射镜。
[0072] 检偏器150设置在检测器160的前段并且仅允许透过被测量物200且具有与偏光器 120的偏振方向垂直的偏振方向的光通过。透过检偏器150的光由检测器160接收。具体地, 例如,检偏器150是具有与偏光器120的偏振方向正交的偏振方向的偏光板,并且例如,可以 是包括偏光膜的偏光板或棱镜型偏光器。
[0073] 检测器160配置在可接收在被测量物200中被反射镜142和144多次反射且已经透 过的光的位置,并且将所接收的光转换为电信号,从而检测电信号。例如,检测器160可以是 用于基于所接收的光的强度来产生电流的光电倍增管或光电二极管。
[0074] 支撑部件102和104是彼此相对使得被测量物200夹在它们之间的大致长方体状部 件,并且支撑部件102的一端和支撑部件104的一端通过连接部件106连接。支撑部件102支 撑光源110、准直器112、偏光器120、延迟器130和反射镜142,支撑部件104支撑反射镜144、 检偏器150和检测器160。为了防止杂散光,支撑部件102和104优选由光吸收材料制成。
[0075] 连接部件106是连接支撑部件102的一端和支撑部件104的一端的大致长方体状部 件。连接部件106设置成使得支撑部件102和104之间的距离d是可变的。例如,连接部件106 可以设置为可插入支撑部件102和104中,并且支撑部件102和104可以设置为可以沿着连接 部件106滑动移动。在这种情况下,支撑部件102和104通过利用弹簧和螺钉等将支撑部件 102和104固定到连接部件106上来固定各自的位置。利用这种构成,可以适宜地改变支撑部 件102和104之间的距离d,因此测量装置100可以在被测量物200被夹住的同时测量具有各 种厚度的被测量物200。
[0076]例如,被测量物200是生命体,更具体地,包括诸如耳垂、手指、手腕和手臂等被测 量者210的身体的末端部。被测量物200夹在支撑部件102和104之间,并且通过将从光源110 发射的光透过被测量物200以及使用检测器160检测该光来测量其内部的体液的状态。 [0077] (1 · 2 · 2 ·测量装置的测量方法)
[0078] 参照图4对根据本公开实施方案的测量装置100中的体液状态的测量方法进行说 明。图4是根据本公开实施方案的测量装置100的测量方法的说明图。
[0079] 例如,根据本公开实施方案的测量装置100是用于利用生物组织中所含的体液的 散射系数根据体液中的成分的浓度变化而变化的事实测量体液中的成分浓度的装置。具体 地,生物组织中的散射系数取决于作为散射体的微小生物物质(例如,红血细胞、白血细胞、 血小板或细胞膜)的折射率和作为介质的体液的折射率之间的差。已知的是微小生物物质 的折射率大于体液的折射率。因此,在体液中的成分的浓度增大的情况下,体液的折射率增 大且微小生物物质的折射率和体液的折射率之间的差减小。因此,体液中的成分的浓度可 以通过测量相对于透过生物组织的光的生物组织的散射系数来测量。
[0080] 然而,在上述方法中,生物组织具有高的散射系数,因此有可能不仅是直线移动且 在未散射的情况下透过生物组织的直线光,而且还有在生物组织中被多次散射且在周围移 动的散射光到达检测器。因此,根据本公开实施方案的测量装置100通过使用以下参照图4 所述的方法将在生物组织中被多次散射且在周围移动以到达检测器的散射光分离。
[0081] 如图4所示,从光源11发射的光30通过偏光器12、延迟器13、被测量物20和检偏器 15,由此进入检测器16。延迟器13由延迟器控制电路18a控制,并且检测器16中检测到的结 果经由交流信号测量仪18b由分析装置19分析。
[0082] 这里,在图4中,光源11对应于光源110,偏光器12对应于偏光器120,延迟器13对应 于延迟器130,被测量物20对应于被测量物200,检偏器15对应于检偏器150,以及检测器16 对应于检测器160。延迟器控制电路18a、交流信号测量仪18b以及分析装置19是未在图3中 示出的控制电路和运算处理电路。需要指出的是,例如,交流信号测量仪18b是锁相放大器。
[0083]首先,从光源11发射的光由偏光器12转换为线性偏振光(例如,具有垂直偏振方向 的光)。然后,从光源11发射的光由延迟器13调制为通过临时改变线性偏振光的偏振方向所 获得的光(例如,交替具有垂直偏振方向和水平偏振方向的光)。
[0084]由延迟器13调制的光朝向被测量物20发射。这里,对于在被测量物20中未散射的 情况下透过该被测量物的直线光,保持了当直线光入射到其上时所获得的偏振方向。另一 方面,对于被多次散射且在周围移动的散射光,未保持当散射光入射到其上时所获得的偏 振方向,并且散射光变为在各个方向上振荡的光。即,在被测量物20中未散射的情况下透过 该被测量物的直线光可以被检测为其偏振方向被临时改变的光,而被多次散射且在周围移 动的散射光可以被检测为其偏振方向没有被临时改变的光。
[0085]鉴于此,当透过被测量物20的光通过具有与偏光器12的偏振方向垂直的偏振方向 (例如,水平方向)的检偏器15,然后由检测器16检测时,可以将在未散射的情况下透过的直 线光(充当交流分量)与被多次散射且在周围移动的散射光(充当直流分量)分离。
[0086] 然后,当与用于控制延迟器13的延迟器控制电路18a的驱动信号同步,由交流信号 测量仪18b同步检测来自检测器16的输出信号时,可以获得在未散射的情况下透过的光的 输出信号。需要指出的是,用于控制延迟器13的驱动信号可以从交流信号测量仪18b输出到 延迟器13,并且在这样的情况下,延迟器控制电路18a包含在交流信号测量仪18b中。
[0087]此外,当在分析装置19中对所获得的输出信号进行分析时,可以对被测量物20的 散射系数的变化进行分析并且可以测量被测量物20的体液的成分的浓度。由检测器16检测 到的直流分量具有取决于体液的脉动的值,因此,当在分析装置19中对由检测器16检测到 的光的直流分量进行分析时,也可以测量体液的脉动状态。
[0088]利用上述测量方法,根据本公开实施方案的测量装置100可以测量被测量物20的 体液的状态。
[0089] (1.2.3.测量装置的特征)
[0090] 参照图5和图15通过对比测量装置100和根据比较例的测量装置400对根据本公开 实施方案的测量装置100的特征进行说明。图5是示出了比尔-朗伯定律的曲线图,图15是根 据比较例的测量装置400的结构的侧断面图。
[0091] 参照图15对根据比较例的测量装置400的结构进行说明。如图15所示,在根据比较 例的测量装置400中,光源410对应于图3中的光源110,准直器412对应于图3中的准直器 112,偏光器420对应于图3中的偏光器120,延迟器430对应于图3中的延迟器130,检偏器450 对应于图3中的检偏器150,检测器460对应于图3中的检测器160,支撑部件402对应于图3中 的支撑部件102,以及支撑部件404对应于图3中的支撑部件104。即,图15中所示的测量装置 400与图3中所示的测量装置100的不同之处在于,测量装置400不包括对应于反射镜142和 144的构成并且入射到被测量物200上的光直接入射到检测器460上。
[0092] 这里,当计算在光入射到具有相同宽度d的被测量物200上的情况下获得的光路长 度时,在图15所示的根据比较例的测量装置400中的光路长度为"d",而在图3所示的根据本 公开实施方案的测量装置100中,光路长度由以下数式1表示。
[0093] [数式 1]
[0094]
[0095] 在数式1中,N表示被反射镜142和144反射的次数,以及Θ表示朝向被测量物200发 射的光的发射方向与被测量物200的光入射到其上的表面的法线之间的角度。
[0096] 这里,Θ落入〇°〈θ〈90°的范围内,因此O〈C〇S0〈1成立。因此,可以发现"d/ cos0"大于 "d"。在根据本公开实施方案的测量装置100中,光路长度进一步增大与被反射镜142和144 反射的次数N对应的长度。
[0097]因此,与根据比较例的测量装置400相比,根据本公开实施方案的测量装置100还 包括反射镜142和144,并且可以通过使入射到被测量物200上的光被反射镜142和144反射 来大幅度地增大被测量物200中的光路长度。因此,即使在被测量物200很薄的情况下,根据 本公开实施方案的测量装置100也可以通过反射来增大光路长度,因此可以高精度地测量 体液的状态。需要指出的是,在被测量物200中被反射镜142和144反射的次数可以设置为任 意次数。
[0098] 然而,如图5所示,根据比尔-朗伯定律,在入射光的量恒定的情况下,由检测器160 接收的接收光的量随着光路长度的增大(即,随着光路上体液的量的增大)而呈对数减少。 因此,例如,在图5中"C"的范围内的光路长度的情况下,被测量物200中的光路长度很长,并 且根据比尔-朗伯定律被测量物200中的吸收增大,因而由检测器160接收的接收光的量减 少了。因此,测量精度降低,这是不优选的。另一方面,在图5中"A"的范围内的光路长度的情 况下,被测量物200中的光路长度很短且体液的成分的浓度的变化量很小。因此,测量精度 降低,这是不优选的。
[0099] 因此,优选根据本公开实施方案的测量装置100控制光在被测量物200上的入射角 度和光的反射次数,以获得其中光路上的体液量不是太少且接收光的量没有过度减少的图 5中"B"的范围内的光路长度。这里,例如,图5中的"B"的范围内的光路长度是5mm以上20mm 以下。
[0100] [ 1 · 3 ·测量装置的功能构成]
[0101]参照图6和图7对根据本公开实施方案的测量装置100的功能构成进行说明。图6是 根据本公开实施方案的测量装置100的功能构成的框图,图7是包括根据本公开实施方案的 测量装置1〇〇的测量系统的例子的说明图。
[0102] 如图6所示,根据本公开实施方案的测量装置100包括光源110、检测单元160、控制 单元170和分析单元190。测量装置100通过从光源110朝向被测量物200发射光并使用检测 单元160检测透过被测量物200的光来测量被测量物200中的体液的状态。
[0103] 这里,光源110基本上等同于参照图3说明的光源110,检测单元160基本上等同于 参照图3说明的检测器160,以及被测量物200基本上等同于参照图3说明的被测量物200。因 此,这里省略对它们的说明。
[0104] 为了允许测量装置100测量被测量物200,控制单元170控制测量装置100的各构成 (例如,光源110)。具体地,控制单元170可以基于通过连接部件106可变的支撑部件102和 104之间的距离d确定被测量物200的厚度,并且可以根据被测量物200的确定厚度控制光源 110的输出。
[0105] 此外,控制单元170可以基于由检测器160检测到的接收光的量控制光源110的输 出。具体地,控制单元170可以进行控制,以在控制单元170确定由检测器160检测到的接收 光的量不足以测量体液的状态的情况下增大光源110的输出。在光源110发射光而检测器 160没有检测到光的情况下,控制单元170可以确定发生了异常并且停止光源110的光发射。 利用这种构成,控制单元170可以控制光源110,使得光源110进行用于测量的最佳输出,并 且可以在未进行测量的情况下停止光源110的光发射。这使得可以降低功耗。此外,控制单 元170可以防止在未进行测量的情况下从光源110发射的光泄漏到周围区域中。
[0106] 此外,控制单元170可以进行控制,使得测量装置100以预定周期测量体液的状态, 并且可以在测量结果为异常值的情况下向被测量者210发出警告。具体地,在测量结果为异 常值的情况下,有可能是测量装置100几乎从连接部件脱离或表面状态由于汗等而发生变 化。因此,优选控制单元170利用声和光等向被测量者210发出测量发生异常的警告,并促使 被测量者210重新连接测量装置100。需要指出的是,在控制单元170控制警告操作的情况 下,控制单元170还可以另外地显示表示异常状态的信息。例如,控制单元170可以与警告一 起显示异常值。这里,例如,就确定控制单元170中的值是否异常而言,当预先设定了正常值 的范围时,控制单元170可以确定在正常值的范围之外的值是异常值,或控制单元170可以 确定在很大程度上偏离测量结果的平均值的值是异常值。利用这种构成,在以预定周期测 量体液的状态的情况下,控制单元170可以将测量异常迅速通知到被测量者210。
[0107] 需要指出的是,虽然将在下述变形例中进行说明,但是在反射镜142和144、光源 110以及检测器160中的任一项的配置位置和方向可变的情况下,控制单元170可以进行控 制,使得反射镜142和144、光源110和检测器160的配置位置和方向最适于测量。
[0108] 分析单元190基于由检测器160检测到的接收光的量来分析体液的状态。具体地, 分析单元190获取支撑部件102和104之间的距离d以及朝向被测量物200发射的光的发射方 向与被测量物200的光入射到其上的的表面的法线之间的角度Θ,并计算反射次数N,由此计 算被测量物200中的光路长度。然后,分析单元190将入射到被测量物200上的光的强度和在 未散射的情况下透过被测量物200的直线光的强度进行比较,计算被测量物200的散射量, 并基于光路长度计算散射系数。此外,分析单元190对于各体液成分具有成分浓度相对于散 射系数的标准曲线,并且基于标准曲线使用计算出的散射系数来计算体液成分的浓度。
[0109] 需要指出的是,测量装置100还可以包括用于测量被测量物200的状态或其中配置 有被测量物200的环境的状态的传感器。在这种情况下,分析单元190可以基于该传感器的 测量结果来校正用上述方法计算出的体液成分的浓度。具体地,在测量装置100包括体温计 的情况下,分析单元190可以基于被测量者210的体温来校正和计算通过使用散射系数计算 出的体液成分的浓度。
[0110] 这里,控制单元170和分析单元190可以由诸如中央处理单元(CPU)、只读存储器 (ROM)和随机存取存储器(RAM)等硬件构成。具体地,CPU可以起到算术处理单元和控制装置 的作用,并且根据各种程序来执行由控制单元170和分析单元190进行的控制。ROM可以存储 由CPU使用的程序以及操作参数,并且RAM可以临时存储在CPU的执行中使用的程序、在其执 行中适宜地改变的参数等。
[0111] 对包括上述根据本公开实施方案的测量装置100的测量系统进行说明。如图7所 示,根据本公开实施方案的测量装置100还可以包括可以与外部设备进行通信的通信单元, 可以与信息终端510连接,并且还可以经由公共网络520与外部服务器530连接。
[0112] 例如,信息终端510与测量装置100进行通信,接收由测量装置100测量到的测量结 果,并显示该测量结果。此外,信息终端510可以接收来自测量装置100的测量值是异常值的 警告,并且可以显示该警告。此外,信息终端510经由公共网络520与外部服务器530进行通 信,并将由测量装置100测量到的测量结果发送到外部服务器530。
[0113] 例如,公共网络520是诸如因特网、卫星通信网或电话网等公共网络、局域网(LAN) 或广域网(WAN)。
[0114] 外部服务器530分析由测量装置100测量到的测量结果,然后存储其分析结果。例 如,外部服务器530按时间顺序存储由测量装置100测量到的体液状态的测量结果,分析其 随时间的变化,并存储其分析结果。此外,响应于信息终端510的请求,外部服务器530将所 存储的分析结果发送到信息终端510。
[0115] 根据上述包括根据本公开实施方案的测量装置100的测量系统,被测量者210可以 将由测量装置100测量到的体液状态的测量结果存储在诸如信息终端510和外部服务器530 等外部设备中。此外,被测量者210可以利用外部服务器530等按时间顺序整理和分析所存 储的测量结果,因此可以更详细地分析体液的状态。
[0116] 需要指出的是,虽然在上文中说明了包括控制单元170和分析单元190的测量装置 100,但是控制单元170和分析单元190的一部分或全部可以包含在信息终端510或外部服务 器530中。在这种情况下,例如,测量装置100检测透过被测量物200的光,此后,由信息终端 510或外部服务器530进行散射系数的计算和体液状态的分析。
[0117] 在上文中,详细说明了根据本公开实施方案的测量装置100。
[0118] 〈2.根据本公开实施方案的测量装置的变形例〉
[0119] 参照图8~14对根据本公开实施方案的测量装置的第一变形例至第七变形例进行 说明。需要指出的是,下述第一变形例至第七变形例只要其构成之间没有矛盾就可以彼此 组合,并且这些组合也落入本公开的技术范围内。在下文中,主要说明根据第一变形例至第 七变形例的测量装置和图3中所示的根据本公开实施方案的测量装置100之间的差异,并且 省略了对基本上类似的构成的说明。
[0120] [2.1.第一变形例]
[0121] 参照图8对根据本公开实施方案的测量装置的第一变形例进行说明。图8(a)是根 据第一变形例的测量装置l〇〇a的结构例的侧断面图,图8(b)是其立体图。
[0122] 如图8所示,根据第一变形例的测量装置100a与图3中所示的测量装置100的不同 之处在于,检偏器150a和检测器160a由支撑光源110、准直器112、偏光器120和延迟器130的 同一支撑部件102支撑。在这种情况下,反射镜142被配置为插入光源110、准直器112、偏光 器120和延迟器130与检偏器150a和检测器160a之间,并且反射镜142具有在连接延迟器130 和检偏器150a的直线的方向上延伸的大致矩形形状。
[0123] 利用这种构成,测量装置100a与图3中所示的测量装置100-样也可以将从光源 110经由延迟器130朝向被测量物200发射的光在被测量物200中反射,并利用检测器160a来 检测光。
[0124] 在上述第一变形例中,测量装置100a仅需要包括用于反射朝向被测量物200发射 的光的至少一个反射镜。具体地,检测器160a可以接收并检测从光源110朝向被测量物200 发射并被反射镜144反射了一次的光。
[0125] [2.2.第二变形例]
[0126] 参照图9对根据本公开实施方案的测量装置的第二变形例进行说明。图9是根据第 二变形例的测量装置l〇〇b的结构例的侧断面图。
[0127] 如图9所示,根据第二变形例的测量装置100b与图3中所示的测量装置100的不同 之处在于,反射镜142b和144b由半反射镜构成,并且反射镜142b设置在延迟器130的后段, 而反射镜144b设置在检偏器150的前段。在根据第二变形例的测量装置100b中,光源110、准 直器112、偏光器120和延迟器130与检偏器150和检测器160配置为彼此相对。
[0128] 在这种情况下,从光源110经由延迟器130朝向被测量物200发射的光被作为半反 射镜的反射镜142b和144b部分反射,并且在反射镜142b和144b之间重复反射。这里,分析单 元190基于相位等将被反射了预定次数而具有预先设定的光路长度的光与由检测器160检 测到的光分离,由此计算被测量物200的散射系数。利用这种构成,测量装置100b与图3中所 示的测量装置100-样也可以计算被测量物200的散射系数,并且可以测量被测量物200的 体液的状态。
[0129] [2.3.第三变形例]
[0130] 参照图10对根据本公开实施方案的测量装置的第三变形例进行说明。图10(a)是 根据第三变形例的测量装置100c的结构例的侧断面图,图10(b)是其立体图。
[0131] 如图10所示,根据第三变形例的测量装置100c与图3中所示的测量装置100的不同 之处在于,代替反射镜142和144配置有多个反射镜142c和144c。多个反射镜142c和144c根 据被测量物200中的光的反射位置来设置并反射发射到被测量物200中的光的光轴上的光。 例如,在光从光源110在与水平面垂直的方向的向下方向上朝向被测量物200发射的情况 下,反射镜142c和144c可以是在与水平面垂直的方向上分割的多个反射镜,并且可以配置 在与光的反射位置对应的位置。
[0132] 利用这种构成,仅发射到被测量物200中的光的光轴上的光被反射镜142c和144c 反射,因此由被测量物200散射并从光轴偏离的光没有被反射镜142c和144c反射。因此,测 量装置100c可以防止由被测量物200散射并从光轴偏离的散射光进入检测器160,并且可以 仅将在被测量物200中未散射的情况下透过该被测量物的直线光引导至检测器160。
[0133] 反射镜142c和144c可以是其配置位置和方向中的至少一个可变的独立可动式反 射镜。在这种情况下,在反射镜142c和144c中设有致动器等,并且反射镜142c和144c的配置 位置和方向由控制单元170优化,使得发射到被测量物200中的光被引导至检测器160。具体 地,反射镜142c和144c的配置位置和方向被控制为使得由检测器160检测到的信号的强度 最大化。需要指出的是,例如,包含在反射镜142c和144c中的致动器可以是电磁转换致动 器、压电致动器、静电致动器、形状记忆合金(SMA)致动器或电活性聚合物(ΕΑΡ)致动器。由 控制单元170控制的反射镜142c和144c的配置位置和方向被发送到分析单元190,以计算发 射到被测量物200中的光的光路长度。
[0134] 利用这种构成,测量装置100c可以通过改变反射镜142c和144c的配置位置和方向 来改变发射到被测量物200中的光的反射次数。因此,测量装置100c可以根据支撑部件102 和104之间的距离d、朝向被测量物200发射的光的发射方向与光入射到其上的被测量物200 的表面的法线之间的角度Θ以及由检测器160检测到的接收光的量等更灵活地改变被测量 物200中的光路长度。
[0135] 支撑部件102和104是弹性部件或包括可动部的部件,并且其形状可以根据被测量 物200的表面形状而改变。例如,支撑部件102和104可以由其形状可逆变化的弹性树脂(例 如,聚氨酯树脂)制成。在支撑部件102和104的形状如上所述改变的情况下,反射镜142c和 144c可以通过利用控制单元170改变配置位置和方向来进行优化,从而使得发射到被测量 物200中的光被引导至检测器160。
[0136] 利用这种构成,测量装置100c可以使支撑部件102和104的形状适配于充当被测量 物200的生物组织,并且可以使支撑部件102和104与生物组织紧密接触,因此测量装置100c 可以获得更加精确的光路长度并进行测量。
[0137] [2.4.第四变形例]
[0138] 参照图11对根据本公开实施方案的测量装置的第四变形例进行说明。图11(a)是 根据第四变形例的测量装置l〇〇d的结构例的侧断面图,图11(b)是其立体图。
[0139] 如图11所示,根据第四变形例的测量装置100d与图3中所示的测量装置100的不同 之处在于,在检偏器150的前段设有针孔162。针孔162是光吸收部件,其中在与发射到被测 量物200中的光的光轴对应的位置形成有具有任意大小的孔。针孔162允许发射到被测量物 200中的光的光轴上的直线光通过孔,并且吸收由被测量物200散射并从光轴偏离的散射 光。
[0140]利用这种构成,测量装置100d可以防止由被测量物200散射并从光轴偏离的散射 光进入检测器160中,并且可以仅将在被测量物200中未散射的情况下透过该被测量物的直 线光引导至检测器160。
[0141] 需要指出的是,针孔162的配置位置并不限于检偏器150的前段。例如,针孔162可 以设置在检测器160的前段,或者可以同时设置在检偏器150和检测器160的前段。
[0142] [2.5.第五变形例]
[0143] 参照图12对根据本公开实施方案的测量装置的第五变形例进行说明。图12是根据 第五变形例的测量装置l〇〇e的结构例的侧断面图。
[0144] 如图12所示,根据第五变形例的测量装置100e与图3中所示的测量装置100的不同 之处在于,测量装置l〇〇e还包括光源摇动机构114和检测器摇动机构164。需要指出的是,测 量装置l〇〇e可以包括光源摇动机构114和检测器摇动机构164中的至少一个。
[0145] 光源摇动机构114支撑光源110、准直器112、偏光器120和延迟器130,并且利用致 动器等来摇动这些被支撑的构成。检测器摇动机构164支撑检偏器150和检测器160,并且利 用致动器等来摇动这些被支撑的构成。需要指出的是,例如,包含在光源摇动机构114和检 测器摇动机构164中的致动器可以是电磁转换致动器、压电致动器、静电致动器、形状记忆 合金(SMA)致动器或电活性聚合物(ΕΑΡ)致动器。
[0146] 利用这种构成,测量装置100e可以使控制单元170独立地摇动光源摇动机构114和 检测器摇动机构164,并且可以优化光源110、准直器112、偏光器120、延迟器130、检偏器150 和检测器160的配置位置和方向,从而使得由检测器160检测到的信号的强度最大化。需要 指出的是,测量装置l〇〇e可以使用光源摇动机构114和检测器摇动机构164在测量装置100e 与被测量者210连接时进行上述优化,可以在开始测量时进行上述优化,或者可以随时进行 上述优化。
[0147] [2.6.第六变形例]
[0148] 参照图13对根据本公开实施方案的测量装置的第六变形例进行说明。图13(a)是 根据第六变形例的测量装置l〇〇f的结构例的侧断面图,图13(b)是其立体图。
[0149] 如图13所示,根据第六变形例的测量装置lOOf与图3中所示的测量装置100的不同 之处在于,测量装置l〇〇f还包括覆盖部件108。覆盖部件108是用于覆盖被测量物200插入其 中且光从光源110发射到其中的测量区域201的光吸收部件。具体地,覆盖部件108覆盖由支 撑部件102和104与连接部件106形成的U形包围的测量区域201。例如,覆盖部件108可以覆 盖测量装置l〇〇f的所有侧面以及底面。需要指出的是,在这种情况下,连接部件106也可以 改变支撑部件102和104之间的距离d。
[0150] 利用这种构成,覆盖部件108可以防止从光源110发射的光泄露到测量区域201的 外部。覆盖部件108还可以防止测量结果的精度由于自然光进入到测量区域201中而降低。 因此,根据测量装置l〇〇f,可以提高测量时的安全性并且可以防止测量结果的精度降低。
[0151] [2.7.第七变形例]
[0152] 参照图14对根据本公开实施方案的测量装置的第七变形例进行说明。图14(a)是 根据第七变形例的测量装置l〇〇g的结构例的立体图,图14(b)是其断面图。
[0153] 如图14所示,根据第七变形例的测量装置100g与图3中所示的测量装置100的不同 之处在于,被测量物200具有大致圆筒形状,并且光源110、反射镜146g和检测单元160沿着 被测量物200的外周配置。这里,例如,被测量物200是被测量者210的手指、手腕或手臂。需 要指出的是,在图14中,准直器112、偏光器120、延迟器130、检偏器150与支撑部件102和104 未示出。
[0154] 如图14所示,在测量装置100g中,光源110和检测单元160被配置为基本上彼此相 邻,并且反射镜146g在至少一个点与被测量物200接触且配置在与多边形的边对应的位置。 这里,从光源110发射的光被多个反射镜146g反射,并通过被测量物200的外周,由此到达检 测单元160。
[0155] 需要指出的是,在测量装置100g中,反射镜146g不必配置在同一高度。例如,反射 镜146g可以通过顺次地改变其高度而成螺旋形地配置在被测量物200的外周。
[0156]利用这种构成,测量装置100g可以测量作为被测量物200的手指、手腕或手臂等。 在手指、手腕和手臂等作为被测量物200被测量的情况下,为了高精度地测量体液的状态, 优选通过避开骨和肌肉(其成分与另一个组织的成分不同)来使发射的光透过均匀的生物 组织。因此,如图14所示,优选将反射镜146g配置在被测量物200的外周上,并且优选使发射 的光透过被测量物200的外周(例如,皮下约5mm)。
[0157] 〈3.结论〉
[0158] 如上所述,根据本公开实施方案的测量装置100可以通过使入射到被测量物200上 的光被反射镜142和144反射来大幅度地增大被测量物200中的光路长度。于是,即使在被测 量物200很薄的情况下,测量装置100也可以通过反射来增大光路长度,因此可以高精度地 测量体液的状态。因此,测量装置100可以被小型化,并且可以容易与被测量者210的诸如耳 垂、手指、手腕或手臂等身体的末端部连接。
[0159] 根据本公开实施方案的测量装置100可以包括根据被测量物200中的光的反射位 置设置的多个反射镜142c和144c。利用这种构成,抑制了不在发射到被测量物200中的光的 光轴上的光的反射,因此可以防止被多次散射且在周围移动的散射光进入检测器160,并且 可以提尚测量精度。
[0160] 根据本公开实施方案的测量装置100可以包括根据被测量物200中的光的反射位 置设置的多个反射镜142c和144c、光源110以及检测器160,从而使得它们中至少一个的配 置位置和方向可变。被设置为配置位置和方向可变的多个反射镜142c和144c、光源110以及 检测器160的配置位置和方向可以由控制单元170独立地控制。利用这种构成,测量装置100 可以使控制单元170优化发射到被测量物200中的光的光路,从而使得检测器160的接收光 的量最大化。
[0161] 需要指出的是,根据本公开实施方案的测量装置100可以适用于各种体液或血液 的成分的浓度的分析,也可以分析诸如血液的脉动和脉搏等血流有关的信息。
[0162] 以上参照【附图说明】了本公开的优选实施方案,但是本公开不限于上述例子。本领 域技术人员可以在所附的权利要求的范围内发现各种替换和变形,并且应当理解的是,它 们当然也在本公开的技术范围内。
[0163] 例如,虽然在上述实施方案中通过至少一个反射镜引起的反射增大了发射到被测 量物200中的光的光路长度,但是这种技术可以采用另一种方法来增大光的光路长度。例 如,也可以通过增大发射到被测量物200中的光在被测量物200的入射面的入射角度来增大 发射到被测量物200中的光的光路长度。
[0164] 另外,本说明书中所说明的效果仅是说明性和示例性的,而不是限制性的。换句话 说,连同或代替该效果,根据本公开的技术可以显示出基于本说明书对本领域技术人员来 说显而易见的其他效果。
[0165] 另外,本技术也可以具有如下构成。
[0166] (1)-种测量装置,包括:
[0167] 构造成发射具有预定波长的光的光源;
[0168] 构造成将从所述光源发射的光转换为线性偏振光的偏光器;
[0169] 构造成调制所述线性偏振光的偏振方向的调制器;
[0170] 构造成将在所述调制器中调制的光反射在被测量物中的至少一个反射镜;
[0171]构造成基于透过所述被测量物的透过光的偏振方向将在所述被测量物中散射的 散射光与所述透过光分离的检偏器;和
[0172]构造成检测在所述检偏器中与所述散射光分离的所述透过光的检测器。
[0173] (2)根据(1)所述的测量装置,
[0174] 其中所述反射镜包括彼此相对使得所述被测量物被夹在其间的至少一对反射镜。
[0175] (3)根据(2)所述的测量装置,
[0176] 其中所述反射镜包括多组反射镜,和
[0177] 所述各反射镜根据所述被测量物中的光的反射位置来设置。
[0178] (4)根据(3)所述的测量装置,
[0179]其中所述各反射镜是其配置位置和方向中的至少一个可变的独立可动式反射镜。 [0180] (5)根据(1)~(4)中任一项所述的测量装置,还包括
[0181] 构造成摇动所述光源的光源摇动机构和构造成摇动所述检测器的检测器摇动机 构中的至少一个,
[0182] 其中透过所述被测量物的光的光路由所述光源摇动机构和所述检测器摇动机构 控制。
[0183] (6)根据(2)所述的测量装置,
[0184] 其中所述一对反射镜被设置为使得在所述被测量物的一侧设置的反射镜面和在 所述被测量物的另一侧设置的反射镜面之间的面间距离是可变的。
[0185] (7)根据(2)所述的测量装置,
[0186] 其中所述一对反射镜中的每一个都是半反射镜。
[0187] (8)根据(1)~(7)中任一项所述的测量装置,
[0188] 其中在所述检偏器和所述检测器中的至少一个的前段设有针孔。
[0189] (9)根据(1)~(8)中任一项所述的测量装置,还包括 [0190]构造成覆盖所述被测量物的测量区域的覆盖部件。
[0191] (10)根据(1)所述的测量装置,
[0192] 其中所述反射镜包括沿着所述被测量物的外周配置的多个反射镜。
[0193] (11)根据(4)所述的测量装置,还包括
[0194] 构造成基于由所述检测器检测到的检测光的强度来控制所述至少一个反射镜的 配置位置和方向中的至少一个的控制单元。
[0195] (12)根据(5)所述的测量装置,还包括
[0196] 构造成基于由所述检测器检测到的检测光的强度来控制所述光源和所述检测器 中的至少一个的配置位置和方向中的至少一个的控制单元。
[0197] (13)根据(1)~(12)中任一项所述的测量装置,还包括
[0198] 构造成基于由所述检测器检测到的检测光的强度来控制所述光源的输出的控制 单元。
[0199] (14)根据(6)所述的测量装置,还包括
[0200] 构造成基于由所述光源发射的光相对于水平面的入射角度和所述一对反射镜之 间的面间距离,通过利用由所述检测器检测到的检测光的强度来分析测量结果的分析单 J L· 〇
[0201] (15)根据(14)所述的测量装置,还包括
[0202] 构造成测量所述被测量物的状态或其中放置所述被测量物的环境的状态的传感 器,
[0203] 其中所述分析单元基于所述传感器测量到的状态来校正所述测量结果。
[0204] (16)根据(14)或(15)所述的测量装置,
[0205] 其中所述被测量物是生命体,并且
[0206] 所述分析单元通过使用由所述检测器检测到的检测光的强度来分析所述生命体 的体液的成分浓度和脉动中的至少一种。
[0207] (17)-种测量方法,包括:
[0208] 将从构造成发射具有预定波长的光的光源发射的光转换为线性偏振光;
[0209] 调制所述线性偏振光的偏振方向;
[0210]将经调制的光反射在被测量物中;
[0211] 基于透过所述被测量物的透过光的偏振方向,将在所述被测量物中散射的散射光 与所述透过光分离;和
[0212] 检测与所述散射光分离的所述透过光。
[0213]附图标记列表
[0214] 100测量装置102,104支撑部件
[0215] 106连接部件110 光源
[0216] 112准直器 120 偏光器
[0217] 130延迟器 142,144反射镜
[0218] 150检偏器 160 检测器
[0219] 17〇控制单元190 分析单元
[0220] 200被测量物
【主权项】
1. 一种测量装置,包括: 构造成发射具有预定波长的光的光源; 构造成将从所述光源发射的光转换为线性偏振光的偏光器; 构造成调制所述线性偏振光的偏振方向的调制器; 构造成将在所述调制器中调制的光反射在被测量物中的至少一个反射镜; 构造成基于透过所述被测量物的透过光的偏振方向将在所述被测量物中散射的散射 光与所述透过光分离的检偏器;和 构造成检测在所述检偏器中与所述散射光分离的所述透过光的检测器。2. 根据权利要求1所述的测量装置, 其中所述反射镜包括彼此相对使得所述被测量物被夹在其间的至少一对反射镜。3. 根据权利要求2所述的测量装置, 其中所述反射镜包括多组反射镜,和 所述各反射镜根据所述被测量物中的光的反射位置来设置。4. 根据权利要求3所述的测量装置, 其中所述各反射镜是其配置位置和方向中的至少一个可变的独立可动式反射镜。5. 根据权利要求1所述的测量装置,还包括 构造成摇动所述光源的光源摇动机构和构造成摇动所述检测器的检测器摇动机构中 的至少一个, 其中透过所述被测量物的光的光路由所述光源摇动机构和所述检测器摇动机构控制。6. 根据权利要求2所述的测量装置, 其中所述一对反射镜被设置为使得在所述被测量物的一侧设置的反射镜面和在所述 被测量物的另一侧设置的反射镜面之间的面间距离是可变的。7. 根据权利要求2所述的测量装置, 其中所述一对反射镜中的每一个都是半反射镜。8. 根据权利要求1所述的测量装置, 其中在所述检偏器和所述检测器中的至少一个的前段设有针孔。9. 根据权利要求1所述的测量装置,还包括 构造成覆盖所述被测量物的测量区域的覆盖部件。10. 根据权利要求1所述的测量装置, 其中所述反射镜包括沿着所述被测量物的外周配置的多个反射镜。11. 根据权利要求4所述的测量装置,还包括 构造成基于由所述检测器检测到的检测光的强度来控制所述至少一个反射镜的配置 位置和方向中的至少一个的控制单元。12. 根据权利要求5所述的测量装置,还包括 构造成基于由所述检测器检测到的检测光的强度来控制所述光源和所述检测器中的 至少一个的配置位置和方向中的至少一个的控制单元。13. 根据权利要求1所述的测量装置,还包括 构造成基于由所述检测器检测到的检测光的强度来控制所述光源的输出的控制单元。14. 根据权利要求6所述的测量装置,还包括 构造成基于由所述光源发射的光相对于水平面的入射角度和所述一对反射镜之间的 面间距离,通过利用由所述检测器检测到的检测光的强度来分析测量结果的分析单元。15. 根据权利要求14所述的测量装置,还包括 构造成测量所述被测量物的状态或其中放置所述被测量物的环境的状态的传感器, 其中所述分析单元基于所述传感器测量到的状态来校正所述测量结果。16. 根据权利要求14所述的测量装置, 其中所述被测量物是生命体,并且 所述分析单元通过使用由所述检测器检测到的检测光的强度来分析所述生命体的体 液的成分浓度和脉动中的至少一种。17. -种测量方法,包括: 将从构造成发射具有预定波长的光的光源发射的光转换为线性偏振光; 调制所述线性偏振光的偏振方向; 将经调制的光反射在被测量物中; 基于透过所述被测量物的透过光的偏振方向,将在所述被测量物中散射的散射光与所 述透过光分离;和 检测与所述散射光分离的所述透过光。
【文档编号】A61B5/1455GK106061385SQ201580011312
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年1月13日 公开号201580011312.5, CN 106061385 A, CN 106061385A, CN 201580011312, CN-A-106061385, CN106061385 A, CN106061385A, CN201580011312, CN201580011312.5, PCT/2015/50621, PCT/JP/15/050621, PCT/JP/15/50621, PCT/JP/2015/050621, PCT/JP/2015/50621, PCT/JP15/050621, PCT/JP15/50621, PCT/JP15050621, PCT/JP1550621, PCT/JP2015/050621, PCT/JP2015/50621, PCT/JP2015050621, PCT/JP201550621
【发明人】铃木优, 蒲谷美辉, 五味信一郎
【申请人】索尼公司