生物体成分浓度测定装置.pdf

本发明提供一种生物体成分浓度测定装置，考虑被测者鼓膜厚度的影响，根据由鼓膜放射的红外光，测定生物体成分的浓度。生物体成分浓度测定装置具备：检测部，检测由鼓膜放射的红外光；取得部，取得与鼓膜厚度相关联的厚度信息；和运算部，根据检测的红外光和取得的厚度信息算出生物体成分浓度。由于由鼓膜放射的红外光包含被测者鼓膜厚度的影响，所以，通过除了检测出的红外光还根据鼓膜厚度信息，算出生物体成分浓度，就可以进行生物体浓度的高精度测定。

1.  一种生物体成分浓度测定装置，其特征在于，具备：
检测由鼓膜放射的红外光的检测部；
取得与所述鼓膜厚度相关的厚度信息的取得部；和
根据检测出的所述红外光和取得的所述厚度信息，计算出生物体成分的浓度的运算部。

2.  根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，
所述检测部，接受包含被所述生物体成分吸收的红外光的波长的波长带域A1的红外光，输出与其强度相应的信号A1，
接受从11微米以上的波长带域中选择的波长带域B的红外光，输出与其强度相应的信号B，
接受从4.5至5.8微米的波长带域中选择的波长带域C的红外光，输出与其强度相应的信号C，
所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1、B和C，算出所述生物成分的浓度。

3.  根据权利要求2所述的测定装置，其特征在于，
所述检测部，接受波长带域A2的红外光，并输出与其强度相应的信号A2，所述波长带域A2的红外光，相比所述波长带域A1的红外光其被所述生物体成分吸收得更少，且被不同于所述生物体成分的生物体成分吸收，
所述运算部，根据所述检测部输出的各个信号A1、A2、B和C，算出所述生物体成分的浓度。

4.  根据权利要求2所述的测定装置，其特征在于，
还具备：存储部，存储浓度相关数据，所述浓度相关数据，表示关于所述波长带域A1的所述检测部的信号值、关于所述波长带域B的所述检测部的信号值、和关于所述波长带域C的所述检测部的信号值，与所述生物体成分浓度之间的关联，
所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1、B和C，参照所述相关数据，算出所述生物体成分的浓度。

5.  根据权利要求4所述的测定装置，其特征在于，
所述存储部，还存储温度相关数据和厚度相关数据，
所述温度相关数据，表示关于所述波长带域B的所述检测部的信号值与温度之间的关联，所述厚度相关数据表示温度以及关于所述波长带域C的所述检测部的信号值、与所述鼓膜的厚度之间的关联，
所述取得部，根据从所述检测部输出的信号B，参照所述温度相关数据来确定温度，进而根据确定的温度和从所述检测部输出的信号C，参照所述厚度相关数据，取得所述厚度信息。

6.  根据权利要求5所述的测定装置，其特征在于，
所述运算部根据所确定的所述温度、取得的所述厚度信息和与所述波长带域A1相关的所述检测部的信号值，参照所述浓度相关数据，算出所述生物体成分的浓度。

7.  根据权利要求2所述的测定装置，其特征在于，
还具备在所述鼓膜与所述检测器之间的光路上设置的至少3个光学元件，即、使所述波长带域A1的波长的红外光透过的光学元件、使所述波长带域B的波长的红外光透过的光学元件、和使所述波长带域C的波长的红外光透过的光学元件。

8.  根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，
还具备：放射光的光源；
聚光所述光源放射且在所述鼓膜反射的所述光的透镜；
使所述透镜移动的执行器；
空间过滤器；和
检测被所述透镜聚光的所述光中、透过所述空间过滤器的光，输出与其强度相应的信号的光检测器，
所述取得部一边移动所述透镜，一边测定由所述光检测器输出的信号，将从所述光检测器的输出信号表示第1极大值时的所述透镜的第1位置起、移动到所述光检测器的输出信号表示第2极大值时的所述透镜的第2位置时的所述透镜的移动量，作为所述厚度信息算出。

9.  根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，
还具备：放射光的光源；
使所述光在所述鼓膜聚焦的光学系统；和
检测出所述鼓膜上反射的所述光的光检测器，
所述取得部，根据来自所述光源的光对焦在所述鼓膜的第1面时的所述光学系统的第1设定值、和来自所述光源的光对焦在所述鼓膜的第2面时的所述光学系统的第2设定值，算出所述厚度信息。

10.  根据权利要求8所述的测定装置，其特征在于，
所述光源，是放射400～420nm范围波长的光的激光器光源。

11.  根据权利要求8所述的测定装置，其特征在于，
所述检测部，接受波长带域A1的红外光，输出与其强度相应的信号A1，所述波长带域A1包含由所述生物体成分吸收的红外光的波长，
接受11微米以上的波长带域B，输出与其强度相应的信号B，
所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1和B，算出所述生物体成分的浓度。

12.  根据权利要求11所述的测定装置，其特征在于，
还具备存储部，存储与所述波长带域A1有关的所述检测部的信号值以及与所述波长带域B有关的所述检测部的信号值；所述厚度信息；和表示与所述生物体成分的浓度之间的关联的相关数据，
所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1以及B和所述厚度信息，参照所述相关数据，算出所述生物体成分的浓度。

13.  根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，
还具备用来使从所述鼓膜放射的红外光强度增加的红外光源，
所述检测部，输出与接受的红外光强度相应的信号。

14.  根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，
所述取得部，通过网络取得所述厚度信息。

15.  根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，
所述取得部，通过可拆装的记录媒体取得所述厚度信息。

16.  根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，
还具备输出所算出的所述生物体成分的浓度信息的输出部。

生物体成分浓度测定装置
技术领域
本发明涉及一种使用生物体发出的红外放射光对生物体信息进行无创测定的生物体成分浓度测定装置。
背景技术
作为以往生物体成分浓度测定装置，已经提出了使用从生物体特别是从鼓膜发出的红外放射光对血糖值进行无创测定的方案。例如专利文献1公开了一种装置，通过被作为热而从鼓膜自然发出的红外线中的人体组织特有的放射光谱线进行无创测定，来决定血糖值。
但是，根据普朗克放射定律，由物体热放射所放出的红外放射光强度是随放射红外光的物体的温度变化的。由于鼓膜温度随体温的变化而变化，所以鼓膜温度有可能在每个个体或每次测定中都有变化。由于该鼓膜温度的影响，带来以下问题：使用由鼓膜发出的红外放射光进行血糖值测定将产生偏差。
因此，对于使用鼓膜发出的红外放射光进行血糖值的无创测定的装置，就提出了一种修正鼓膜发出的红外放射光中所包含的鼓膜温度影响的方案。例如，专利文献2公开了一种技术，对耳孔内温度进行测定，对被测定的放射光谱线中所包含的温度影响进行修正。具体讲就是，通过测定8微米至14微米的大波长范围内的红外线放射强度来测定耳温。
专利文献1：美国专利第5666956号说明书和附图
专利文献2：美国专利申请公开第2005/0043630号说明书和附图
本案的发明者发现：从鼓膜放射的红外光强度不仅被鼓膜温度影响还被鼓膜厚度影响。根据这种见解，如果只考虑鼓膜温度而不考虑其厚度，就无法根据红外光强度正确求出生物体成分浓度(例如血糖值)。
但是，专利文献2所述的装置并没有考虑鼓膜放射的红外光中所包含的鼓膜厚度的影响，因而，作为结果，不能说得到的生物体成分浓度的精度是很高的。
发明内容
本发明的目的就是鉴于上述现有问题点，提出一种生物体成分浓度测定装置，能够通过修正鼓膜放射的红外光中所包含的鼓膜厚度的影响，来进行生物体成分浓度的高精度测定。
根据本发明的生物体成分浓度测定装置，其特征在于，具备：检测由鼓膜放射的红外光的检测部；取得与所述鼓膜厚度相关的厚度信息的取得部；和根据检测出的所述红外光和取得的所述厚度信息，计算出生物体成分的浓度的运算部。
所述检测部，接受包含被所述生物体成分吸收的红外光的波长的波长带域A1的红外光，输出与其强度相应的信号A1，接受从11微米以上的波长带域中选择的波长带域B的红外光，输出与其强度相应的信号B，接受从4.5至5.8微米的波长带域中选择的波长带域C的红外光，输出与其强度相应的信号C，所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1、B和C，算出所述生物成分的浓度。
所述检测部，接受波长带域A2的红外光，并输出与其强度相应的信号A2，所述波长带域A2的红外光，相比所述波长带域A1的红外光其被所述生物体成分吸收得更少，且被不同于所述生物体成分的生物体成分吸收，所述运算部，根据所述检测部输出的各个信号A1、A2、B和C，算出所述生物体成分的浓度。
上述测定装置，还具备：存储部，存储浓度相关数据，所述浓度相关数据，表示关于所述波长带域A1的所述检测部的信号值、关于所述波长带域B的所述检测部的信号值、和关于所述波长带域C的所述检测部的信号值，与所述生物体成分浓度之间的关联，所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1、B和C，参照所述相关数据，算出所述生物体成分的浓度。
所述存储部，还存储温度相关数据和厚度相关数据，
所述温度相关数据，表示关于所述波长带域B的所述检测部的信号值与温度之间的关联，所述厚度相关数据表示温度和关于所述波长带域C的所述检测部的信号值与所述鼓膜的厚度之间的关联，所述取得部，根据从所述检测部输出的信号B，参照所述温度相关数据来确定温度，进而根据确定的温度和从所述检测部输出的信号C，参照所述厚度相关数据，取得所述厚度信息。
所述运算部根据所确定的所述温度、取得的所述厚度信息和与所述波长带域A1相关的所述检测部的信号值，参照所述浓度相关数据，算出所述生物体成分的浓度。
上述测定装置，还具备在所述鼓膜与所述检测器之间的光路上设置的至少3个光学元件，即使所述波长带域A1的波长的红外光透过的光学元件、使所述波长带域B的波长的红外光透过的光学元件、和使所述波长带域C的波长的红外光透过的光学元件。
上述测定装置，还具备：放射光的光源；聚光所述光源放射且在所述鼓膜反射的所述光的透镜；使所述透镜移动的执行器；空间过滤器；和检测被所述透镜聚光的所述光中、透过所述空间过滤器的光，输出与其强度相应的信号的光检测器，所述取得部一边移动所述透镜，一边测定由所述光检测器输出的信号，将从所述光检测器的输出信号表示第1极大值时的所述透镜的第1位置起、移动到所述光检测器的输出信号表示第2极大值时的所述透镜的第2位置时的所述透镜的移动量，作为所述厚度信息算出。
上述测定装置，还具备：放射光的光源；使所述光在所述鼓膜聚焦的光学系统；和检测出所述鼓膜上反射的所述光的光检测器，所述取得部，根据来自所述光源的光对焦在所述鼓膜的第1面时的所述光学系统的第1设定值、和来自所述光源的光对焦在所述鼓膜的第2面时的所述光学系统的第2设定值，算出所述厚度信息。
所述光源，是放射400～420nm范围波长的光的激光器光源。
所述检测部，接受波长带域A1的红外光，输出与其强度相应的信号A1，所述波长带域A1包含由所述生物体成分吸收的红外光的波长，接受11微米以上的波长带域B，输出与其强度相应的信号B，所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1和B，算出所述生物体成分的浓度。
上述测定装置，还具备存储部，存储与所述波长带域A1有关的所述检测部的信号值以及与所述波长带域B有关的所述检测部的信号值；所述厚度信息；和表示与所述生物体成分的浓度之间的关联的相关数据，所述运算部，根据所述检测部输出的信号A1以及B和所述厚度信息，参照所述相关数据，算出所述生物体成分的浓度。
上述测定装置，还具备用来使从所述鼓膜放射的红外光强度增加的红外光源，所述检测部，输出与接受的红外光强度相应的信号。
上述取得部可以通过网络取得上述厚度信息。
上述取得部可以通过可拆装的记录媒体取得上述厚度信息。
上述测定装置可以还具备输出算出的上述生物体成分浓度信息的输出部。
根据本发明的生物体成分浓度测定装置，利用鼓膜放射的红外光和与鼓膜厚度相关的厚度信息，算出生物体成分的浓度。厚度信息体现鼓膜的厚度，考虑该厚度，根据鼓膜放射的红外光强度来测定生物体成分的浓度，就可以对生物体成分的浓度进行高精度测定。
附图说明
图1是表示根据本发明的生物体成分浓度测定装置10的功能模块的构成图。
图2是表示根据实施方式1的测定装置10的外观立体图。
图3是表示测定装置100的硬件构成图。
图4是表示根据实施方式1的光学滤光片轮106的立体图。
图5是表示黑体中的分光放射亮度的计算结果的图线。
图6是表示由葡萄糖溶液放射的红外光的分光放射亮度与葡萄糖溶液的厚度之间关系的计算结果以及血清吸收光谱的各图线。
图7是表示使用根据实施方式1的测定装置100，修正已被测定的红外光强度中所包含的鼓膜温度和厚度的影响的步骤流程图。
图8是表示由葡萄糖溶液放射的透过第3光学滤片的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液温度之间关系的计算结果的图线。
图9是表示由葡萄糖溶液放射的透过第4光学滤片的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液的温度和厚度之间关系的计算结果的图线。
图10是表示由葡萄糖溶液放射的透过第1光学滤片的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液的浓度、温度和厚度之间关系的计算结果的图线。
图11是表示根据实施方式2的生物体成分浓度测定装置300的硬件构成图。
图12是表示根据实施方式2的光学滤光片轮306的立体图。
图13是表示使用根据实施方式2的测定装置300，修正已被测定的红外光强度中所包含的鼓膜温度和厚度的影响的步骤流程图。
图14是表示根据实施方式3的生物体成分浓度测定装置400的外观立体图。
图15是表示根据实施方式3的测定装置400的硬件构成图。
图中：10、100、300、400—生物体成分浓度测定装置，11—红外光检测部，12—取得部，13—运算部，14—输出部，15—存储卡，16—网络，17—医院，101—电源开关，102、302—本体，103—测定开始开关，104—导波管，106、306—光学滤光片轮，108—红外线检测器，110—微型计算机，112—存储器，114—显示器，116—电源，118—断路器，121—第1光学滤片，122—第2光学滤片，123—第3光学滤片，124—第4光学滤片，125—轴，126—检测区域，127—环，130—前置放大器，132—带域滤波器，134—同步解调器，136—低通滤波器，138—A/D转换器，142—第1半反镜，144—第2半反镜，156—计时器，158—蜂鸣器，200—耳孔，202—鼓膜，204—外耳道，310—光源，312—第1聚光透镜，314—第2聚光透镜，316—执行器，318—空间过滤器，320—光检测器，322—透镜框，700—红外光源，702—半反镜。
具体实施方式
通过测定由生物体放射的红外光，可以得到例如血糖值等生物体成分浓度信息。下面，首先说明该原理，并对根据基于该原理工作的本发明的生物体成分浓度测定装置的功能构成进行说明。其后，对根据本发明的生物体成分浓度测定装置的第1～第3实施方式进行说明。
来自生物体的热放射所放射出的红外放射光的放射能量W用下式表示。
[式1]
W = S ∫ λ 1 λ 2 ϵ ( λ ) · W 0 ( T , λ ) dλ ( W ) ]]>
[式2]
W₀(λ，T)＝2hc²{λ⁵·[exp(hc/λkT)-1]}^-1(W/cm²·μm)
W：由来自生物体的热放射而放射的红外放射光的放射能量
(λ)：波长λ下的生物体的放射率
W₀(λ，T)：波长λ、温度T下的热放射的黑体放射强度密度
h：普朗克常数(h＝6.625×10^-34(W·S²))
c：光速(c＝2.988×10¹⁰(cm/s))
λ₁、λ₂：由来自生物体的热放射而放射的红外放射光的波长(μm)
T：生物体的温度(K)
S：检测面积(cm²)
k：玻尔兹曼常数
根据(式1)，在检测面积S不变的情况下，由来自生物体的热放射而放射的红外放射光的放射能量W，依赖于波长λ下的生物体的放射率(λ)。根据基尔霍夫放射定律，相同温度、波长下的放射率等于吸收率。
[式3]
ε(λ)＝α(λ)
α(λ)：波长λ下的生物体吸收率
因此，可知在考虑放射率时，只要考虑吸收率即可。根据能量守恒定律，对于吸收率、透过率和反射率，以下关系成立。
[式4]
α(λ)+r(λ)+t(λ)＝1
r(λ)：波长λ下的生物体反射率
t(λ)：波长λ下的生物体透过率
因此，使用透过率和反射率，由下式表示放射率。
[式5]
ε(λ)＝α(λ)＝1-r(λ)-t(λ)
透过率是使用入射光量与透过测定对象物体时的透过光量的比来表示。入射光量与透过测定对象物体时的透过光量，由朗伯-比尔定律(Lambert-Beer′s law)表示。
[式6]
I t ( λ ) = I 0 ( λ ) exp ( - 4 πk ( λ ) λ d ) ]]>
I_t：透过光量
I₀：入射光量
d：生物体的厚度
k(λ)：波长λ下的生物体的衰减系数
生物体的衰减系数，表示生物体对光的吸收。
因此，透过率由下式表示。
[式7]
t ( λ ) = exp ( - 4 πk ( λ ) λ d ) ]]>
下面，对反射率进行说明。对于反射率而言，虽然需要计算全方向所对应的平均反射率，但是，这里，为了简单，考虑垂直入射所对应的反射率。设空气折射率为1，垂直入射所对应的反射率用下式表示。
[式8]
r ( λ ) = ( n ( λ ) - 1 ) 2 + k 2 ( λ ) ( n ( λ ) + 1 ) 2 + k 2 ( λ ) ]]>
n(λ)：波长λ下的生物体的折射率
根据以上，放射率用下式表示。
[式9]
ϵ ( λ ) = 1 - r ( λ ) - t ( λ ) = 1 - ( n ( λ ) - 1 ) 2 + k ( λ ) 2 ( n ( λ ) + 1 ) 2 + k ( λ ) 2 - exp ( - 4 πk ( λ ) λ d ) ]]>
如果生物体中的成分浓度变化，则生物体的折射率和衰减系数就会变化。通常，反射率在红外区域中很小，约为0.03，而且由(式8)可知，它不太依赖于折射率和衰减系数。因此，即便折射率和衰减系数因生物体中成分浓度的变化而变化，反射率的变化也很小。
另一方面，如(式7)所示，透过率很大程度依赖于衰减系数。因此，如果生物体中的成分浓度的变化引起生物体的衰减系数、即生物体对光的吸收程度的变化，那么透过率就会变化。
因此，可知由来自生物体的热放射而放射的红外放射光的放射能量依赖于生物体中的成分浓度。根据因生物体的热放射而放射的红外放射光的放射能量的强度，可以求出生物体中的成分浓度。
根据(式7)，透过率依赖于生物体的厚度。生物体厚度越薄，生物体衰减系数的变化所对应的透过率的变化程度就越大，因此，会很容易检测生物体中的成分浓度的变化。
由于鼓膜的厚度较薄，约为60～100μm，所以适于使用红外放射光的生物体中成分浓度的测定。
由于透过率依赖于生物体的厚度，所以因生物体的热放射而放射的红外放射光的放射能量就受生物体厚度的影响。因此，在使用因鼓膜的热放射而放射的红外放射光来进行生物体中成分浓度测定的情况下，可以通过鼓膜厚度来修正被检测出来的因鼓膜的热放射而放射的红外放射光的放射能量，将修正后的放射能量强度转换为生物体中的成分浓度，以此提高测定精度。
此外，根据(式1)和(式2)，热放射的黑体放射强度密度依赖于生物体的温度，所以因生物体的热放射而放射的红外放射光的放射能量，受生物体温度影响。因此，在使用鼓膜发出的红外放射光对生物体中成分浓度进行测定的情况下，可以通过鼓膜温度来修正被检测出来的由鼓膜发出的红外放射光的放射能量，将修正后的放射能量强度转换成生物体中的成分浓度，以此提高测定精度。
下面，参照图1，说明基于上述原理的本发明的生物体成分浓度测定装置的功能结构。
图1表示根据本发明的生物体成分浓度测定装置10的功能模块的构成。测定装置10具有红外光检测部11、取得部12、运算部13和输出部14。
生物体成分浓度测定装置10(下称“测定装置10”)，在检测出由鼓膜202放射的红外光的同时，取得体现鼓膜202厚度d的信息(鼓膜厚度信息)，根据这些来算出生物体成分浓度。然后，将算出的生物体成分浓度的信息输出到显示器，记录到存储卡中，和/或向连接在网络上的医院等发送。这里所谓的“生物体成分浓度”是指例如葡萄糖浓度(血糖值)、血红素浓度、胆固醇浓度、甘油三酯浓度的至少一种。
各构成要素的功能如下。
红外光检测部11，接受由鼓膜202放射的红外光，检测规定带域的红外光。
取得部12取得与鼓膜202厚度d相应的鼓膜厚度信息。例如，根据由鼓膜202放射的红外光进行测定以及使用激光进行测定。这些将在后述的实施方式1～3中详述。
在被测者的鼓膜202的厚度已被测定、鼓膜厚度信息已被存储在测定装置10外部的情况下，取得部12可从外部获得该鼓膜厚度信息。例如，在鼓膜厚度信息被存储在相对于测定装置10可进行拆卸的存储卡15中的情况下，可以从被装填在测定装置10上的存储卡15中读出鼓膜厚度信息。此外，在鼓膜厚度信息被存储在医院17等的情况下，可以通过网络16从医院17取得鼓膜厚度信息。
运算部13，根据红外光检测部11检测的红外光和鼓膜厚度信息来计算生物体成分浓度。运算部13，利用体现鼓膜厚度的鼓膜厚度信息来求出生物体成分浓度(例如血糖值)。由此，可以得到高精度的结果。运算部13的具体处理将在实施方式1～3中详述。
输出部14，将运算部13算出的表示生物体成分浓度的信息输出到显示器，记录到存储卡15中，和/或向连接在网络16上的医院17等发送。另外，也可以不在显示器上显示，或者在进行显示的同时，以声音的方式由扬声器输出表示生物体成分浓度的信息。
下面，参照附图，分别说明本发明的测定装置10的实施方式1～3。
(实施方式1)
图2是表示根据本实施方式的生物体成分浓度测定装置100的外观的立体图。
生物体成分浓度测定装置100(下称“测定装置100”)，具备：本体102；和设在本体102侧面的导波管104。本体102上设有用来显示生物体成分浓度测定结果的显示器114；用来接通/断开(ON/OFF)测定装置100的电源的电源开关101；和用来启动测定的测定开始开关103。
显示器114是液晶显示器、有机电致发光(EL)显示器等。显示器114与图1所示的输出部14对应。
导波管具有被插入耳孔内、将由鼓膜放射的红外光引导至测定装置100内部的功能。作为导波管，只要能够引导红外线即可，例如可以使用中空管或传送红外线的光纤等。在使用中空管的情况下，优选中空管内表面具备金层。该金层，可以通过对中空管内面进行镀金或进行金的蒸镀来形成。
下面，参照图3和图4，对测定装置100的本体内部的硬件构成进行说明。
图3是表示测定装置100的硬件构成的图。
测定装置100的本体内部具备：断路器118、光学滤光片轮(filterwheel)106、红外线检测器108、前置放大器130、带域滤波器132、同步解调器134、低通滤波器136、模拟/数字(A/D)转换器138、微型计算机110、存储器112、显示器114、电源116、计时器156、和蜂鸣器158。
在测定装置100的上述构成要素中，特别是，红外线检测器108、前置放大器130、带域滤波器132、同步解调器134、低通滤波器136、A/D转换器138，作为图1所示的测定装置10的红外光检测部11发挥功能。此外，微型计算机110和存储器112，作为图1所示的取得部12和运算部13发挥功能。另外，输出部14作为显示器114发挥功能。
测定装置100，通过红外线检测器108检测出由鼓膜放射的红外光。在本说明书中，所谓“由鼓膜放射的红外光”包含：由鼓膜本身的热放射而从鼓膜放射的红外光；以及照射在鼓膜上的红外光因反射而从鼓膜放射的红外光。本实施方式的测定装置100与后述的第3实施方式的测定装置不同，它不具备红外光放射光源。因此，根据本实施方式的红外线检测器108，检测的是因鼓膜本身的热放射而放射的红外光。
作为红外线检测器，只要能够检测红外区域波长的光即可，例如可以使用焦电型传感器、热电堆(thermopile)、放射热测定器(bolometer)、HgCdTe(MCT)检测器、戈莱盒(GolayCell)等。
这里，微型计算机110是例如CPU(Central Processing Unit)或DSP(Digital Signal Processor)等运算电路。
电源116，提供用来使测定装置100内部的电系统工作的AC或DC电力。作为电源116，优选使用电池。
断路器118，截断由鼓膜202放射、并被导波管104导入至本体102内的红外光，将红外光转换成高频的红外线信号。断路器118的动作，由微型计算机110发出的控制信号控制。被断路器118截断的红外光到达光学滤光片轮106。
图4是表示光学滤光片轮106的立体图。光学滤光片轮106构成为，具有第1光学滤片121、第2光学滤片122、第3光学滤片123和第4光学滤片124，它们被嵌入环127。第1～第4光学滤片121～124，分别作为分光元件发挥功能。关于它们各自是透过何种波长带域的红外光，将在以后叙述。
在图4所示的例子中，都是扇形的第1光学滤片121、第2光学滤片122、第3光学滤片123和第4光学滤片124被嵌入环127中，由此构成圆盘状的部件，在该圆盘状的部件的中央部设有轴125。通过按照图4的箭头来旋转该轴125，就可以使被断路器118截断的红外光所通过的光学滤片，在第1光学滤片121、第2光学滤片122、第3光学滤片123和第4光学滤片124之间切换。
轴125的旋转由微型计算机110控制。微型计算机110输出的控制信号被送至电动机(未图示)。电动机按照与控制信号相应的转速使轴125旋转。优选轴125的旋转与断路器118的旋转同步，在断路器118闭合期间将轴125控制成旋转90度。其理由是，在接下来断开断路器118时，可以将被断路器118截断的红外光所通过的光学滤片切换成相邻的光学滤片。
透过第1光学滤片121、第2光学滤片122、第3光学滤片123或第4光学滤片124的红外光，到达具备检测区域126的红外线检测器108。
到达红外线检测器108的红外光，入射至检测区域126。红外线检测器108，接受入射的红外光，转换成与其强度相应的电信号并输出。
从红外线检测器108输出的电信号，被前置放大器130放大。放大的电信号，被带域滤波器132除去以截断频率为中心频率的频带域以外的信号。由此，可以使热噪声等具有统计特征的晃动所导致的噪声最小。
对于被带域滤波器132过滤的电信号，通过同步解调器134，使断路器118的截断频率和被带域滤波器132过滤的电信号同步，通过积分解调成DC信号。
被同步解调器134解调的电信号，被低通滤波器136除去高频带域信号。由此，可以进一步除去噪声。
被低通滤波器136过滤的电信号，由A/D转换器138转换成数字信号，然后被输入微型计算机110。这里，对于来自各光学滤光片所对应的红外检测器108的电信号，通过将轴125的控制信号作为触发信号使用，就可以识别是透过哪个光学滤片的红外光所对应的电信号。从微型计算机输出轴125的控制信号起，到输出下一个轴控制信号为止的期间，为同一光学滤片所对应的电信号。由于通过将各光学滤片所对应的电信号，分别在存储器112上累加，然后算出平均值，噪声被进一步减少，因此，优选进行测定的累加。
存储器112中存放了：表示透过第1光学滤片121的红外光强度所对应的电信号的信号值、和透过第2光学滤片122的红外光强度所对应的电信号的信号值，与生物体成分浓度之间的关联的浓度相关数据。浓度相关数据，可以通过例如对具有已知生物体成分浓度(例如血糖值)的患者测定红外线检测器的输出信号，解析所得到的红外线检测器的输出信号与生物体成分浓度之间的关联来取得。
微型计算机110，从存储器112中读出该浓度相关数据，参照该浓度相关数据，将根据存储器112所积存的数字信号算出的美单位时间的数字信号换算成生物体成分浓度。存储器112，作为RAM、ROM等存储部发挥功能。
在微型计算机110上被换算的生物体成分的浓度，被输出并显示在显示器114上。
下面，对第1光学滤片121、第2光学滤片122、第3光学滤片123和第4光学滤片124的构成以及修正鼓膜温度和厚度的影响的方法进行说明。
第1光学滤片121，例如具有使一波长带域(以下简称为测定用波长带域)的红外光透过的光谱特性，该波长带域包含由作为测定对象的生物体成分吸收的波长。
另一方面，第2光学滤片122，具有与第1光学滤片121不同的光谱特性。第2光学滤片122，例如具有一种使包含作为测定对象的生物体成分不会吸收、且会由妨碍对象成分测定的其它的生物体成分吸收的某个波长的波长带域(以下简称为参照用波长带域)的红外光透过的光谱特性。这里，作为这种其它的生物体成分，可以选择作为测定对象的生物体成分以外的、在生物体中成分量较多的生物体成分。
例如，葡萄糖表示出在大约9.6微米附近具有吸收峰值的红外吸收光谱。因此，在作为测定对象的生物体成分为葡萄糖的情况下，第1光学滤片121优选具有使包含9.6微米的波长带域(例如9.6±0.1微米)的红外光透过的光谱特性。
另一方面，虽然生物体中较多包含的蛋白质虽然吸收约8.5微米附近的红外光，但是葡萄糖不吸收其附近的红外光。因此，第2光学滤片122，优选具有使包含8.5微米的波长带域(例如8.5±0.1微米)的红外光透过的光谱特性。
第3光学滤片123，具有一种测定对象的生物体成分不会吸收、且红外光的强度不因鼓膜的厚度而变化的波长带域透过的光谱特性。第4光学滤片124，具有一种使红外光强度因鼓膜厚度而变化、且测定对象的生物体成分几乎不会吸收的波长带域的光透过的光谱特性。
这里，参照图5和6，对第3光学滤片123和第4光学滤片124的优选的光谱特性进行说明。
图5表示生物体温度为摄氏35度、摄氏36度、摄氏37度情况下的热放射的黑体分光放射亮度的计算结果。另一方面，图6表示血清吸收光谱、和从厚度不同的葡萄糖溶液通过热放射所放射的红外光的分光放射亮度的计算结果。
这里，已知生物体构成成分与血清中所含的成分相似。因此，以下，以取代生物体构成成分的吸收光谱，使用血清吸收光谱为例进行说明。另外，由于生物体的组成大约70％是水，决定放射特性的要因中的最大要因是水的影响，因此，取代生物体使用葡萄糖溶液来进行计算。
图5中，是将308K(35℃)、309K(36℃)或310K(37℃)分别带入(式2)的生物体温度T进行计算，进而除以圆周率，将单位换算成分光放射亮度的图线。此外，图6是使用图5的37℃的图线和由(式9)算出的放射率计算的图线。带入(式9)的折射率n和衰减系数k，使用的是葡萄糖溶液的。生物体厚度d，是以作为人类的鼓膜的平均厚度的60～100微米的范围带入(式9)并进行计算。
根据图5，在生物体体温附近的温度下，黑体通过热放射从约4微米起放射较长波长的红外线，在约9～10微米的波长下分光放射亮度最大。因此，在决定光学滤片的光谱特性时，需要选择至少4微米以上的波长。对于温度变化的影响，可知不论哪种波长，按照(式2)都会受到影响。
图6表示A、B、C的各波长带域。波长带域A，包含因生物体构成成分的不同红外光就发生变化的波长。波长带域B，包含不论是生物体构成成分还是测定对象的厚度如何，红外光都不改变的波长。波长带域C，包含红外光不因生物体的构成成分而改变，并且红外光因测定对象厚度而改变的波长。根据(式3)放射率和吸收率等价，所以放射光光谱随血清吸收光谱的变化而变化。
通过在上述内容中，从图6中的波长带域A中选择适当的波长，可以计算出测定对象成分的浓度。但是，波长带域A中的放射光光谱，随测定对象厚度的不同而不同，所以，考虑测定对象厚度的影响，优选算出测定对象成分的浓度。
在图6的波长带域B中，放射光光谱不因生物体的构成成分和测定对象的厚度的改变而改变。因此，波长带域B中的红外光强度的变化，只与温度变化对应，所以，通过测定波长带域B中的红外光强度，可以修正温度。对于图6的波长带域C，红外光强度虽然不因生物体的构成成分而改变，但因测定对象的厚度而改变。因此，为了修正测定对象的厚度的影响，可以利用波长带域C中的波长。
总之，第3光学滤片123的光谱特性，只要具有使从图6的波长带域B所选择的波长的红外光透过的光谱特性即可，第4光学滤片124的光谱特性，只要具有使从图6的波长带域C所选择的波长的红外光透过的光谱特性即可。
优选第3光学滤片123和第4光学滤片124，使尽可能宽的波长范围的红外光透过。这是为了通过加大到达红外检测器108的红外光能量，来提高信号/噪声比。例如，第3光学滤片123，优选是使比约11微米更长的波长透过的截止(cut off)波长约为11微米的带通滤波器。第4光学滤片124，优选是使从波长约为4.5微米至5.8微米的波长透过的带通滤波器。
作为光学滤片的制作方法，可以利用公知技术无需特别限定，例如可以使用真空蒸镀法。光学滤片可以通过将Si、Ge或ZnSe作为基板，使用真空蒸镀法或离子溅射法，将ZnS、MgF₂、PbTe、Ge、ZnSe等叠层在基板上来进行制作。
这里，可以通过调节叠层在基板上的各层膜厚、叠层的顺序、叠层次数等，来控制被叠层的薄膜内的光的干涉，来制作具有希望的波长特性的光学滤片。例如，对于第3光学滤片123，以Ge为基板，蒸镀约180纳米的PbTe，接着是大约800纳米的ZnS，然后是约340纳米的PbTe，将该ZnS和PbTe的组作为1批(set)，对该组重复4批蒸镀。最后，通过蒸镀约1700纳米的ZnS，并最终蒸镀10层，可以制作出使长于约11微米的波长透过的光学滤片。
下面，参照图7，对修正包含鼓膜温度和厚度的影响的红外光的强度的步骤进行说明。图7是表示使用根据本实施方式的测定装置100，修正包含在被测定的红外光强度中的鼓膜的温度和厚度的影响的步骤的流程图。
首先，通过红外线检测器108测定透过第1光学滤片121的红外光、透过第2光学滤片122的红外光、透过第3光学滤片123的红外光和透过第4光学滤片124的红外光(S100)。与透过各光学滤片的红外光的强度对应的电信号的信号值，被存储在存储器112中(S102)。
接着，微型计算机110，读出存储器112所存储的、表示与透过第3光学滤片123的红外光的强度相对应的电信号的信号值与鼓膜温度的关联的温度相关数据，使用存储在存储器112中的与透过第3光学滤片123的红外光的强度相对应的电信号B，参照温度相关数据，将电信号的信号值转换成鼓膜温度(S104)。图8表示温度相关数据的一例。对于图8将在以后进行说明。
接下来，微型计算机110读出存储器112所存储的、表示与透过第4光学滤片124的红外光的强度相对应的电信号的信号值与鼓膜温度的关联的温度相关数据，使用由步骤104求出的鼓膜温度、和存储在存储器112中的与透过第4光学滤片124的红外光的强度相对应的电信号C，参照温度相关数据，算出鼓膜厚度(S106)。图9表示厚度相关数据的一例。对于图9将在以后进行说明。
作为表示与透过第1光学滤片121的红外光强度对应的电信号的信号值、和与透过第2光学滤片122的红外光强度对应的电信号的信号值，与生物体成分浓度之间的关联的浓度相关数据，对应于鼓膜温度与鼓膜厚度的组合，各不相同的多个相关数据被存储在存储器112中。例如，在对3级的鼓膜温度和5级的鼓膜厚度进行组合的情况下，可以存储15种互不相同的相关数据。
接下来，微型计算机110从存储器112所存储的多个相关数据中，选择并读出步骤104求出的鼓膜温度、和步骤106求出的鼓膜厚度的组合所对应的浓度相关数据(S108)。
最后，微型计算机110使用存储器112存储的与透过第1光学滤片121的红外光的强度相对应的电信号A1、和与透过第2光学滤片122的红外光的强度相对应的电信号A2，参照读出的浓度相关数据，将电信号的信号值换算为生物体成分浓度(S110)。图10表示浓度相关数据的一例。对于图10将在以后进行说明。
以下，利用图8～10，具体说明第1光学滤片121使用透过9.6±0.1微米波长的红外光的滤片、第3光学滤片123使用透过11～14微米波长的红外光的滤片、第4光学滤片124使用透过4.8～5.8微米波长的红外光的滤片、用葡萄糖溶液来代替鼓膜、并且作为测定对象的第1生物体成分是葡萄糖且不含其它成分的情况。由于溶液中不含作为测定对象的第1生物体成分以外的生物体成分，所以在以下的例子中，不使用第2光学滤片122。
图8是表示从葡萄糖溶液通过热放射而放射且透过第3光学滤片123的红外光的放射亮度、与葡萄糖溶液温度之间关系的计算结果的图线。图9是表示从葡萄糖溶液通过热放射而放射且透过第4光学滤片124的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液的温度与厚度之间关系的计算结果的图线。图10是表示从葡萄糖溶液通过热放射而放射且透过第1光学滤片121的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液的浓度、温度和厚度之间关系的计算结果的图线。
图8所示的温度与放射亮度之间的关系，被规定为温度相关数据。图9所示的与多个温度分别对应的鼓膜厚度与放射亮度之间的关系被规定为厚度相关数据。另外，图10所示的、与多个温度和鼓膜厚度分别对应的浓度与放射亮度之间的关系被规定为温度相关数据。
为了便于理解，以温度、厚度、浓度表现各图的横轴，以放射亮度表现纵轴。作为相关数据，在实际被保持在存储器112时，只要保持各物理量所对应的电信号值即可。这时，对于存储器112，既可以用如各图表示的函数方式来保持，也可以用各电信号的信号值与生物体成分浓度关联对应的表的形式来保持。
图8是将309K(36℃)、309.5K(36.5℃)或310K(37℃)作为生物体的温度代入(式1)并进行计算，进而除以圆周率，在11～14.3微米的波长范围中进行积分计算。但是，没有乘以(式1)中的传感器面积。
图9是在(式9)中，改变厚度d计算放射率，带入(式1)，且将309K(36℃)、309.5K(36.5℃)或310K(37℃)作为(式1)中的温度代入并计算，进而除以圆周率，将单位转换成放射亮度。(式1)中的积分，是在4.8～5.8微米的波长范围内进行的积分。
图10，是将厚度d和葡萄糖浓度所对应的折射率、衰减系数代入(式9)来计算放射率，代入(式1)且将309K(36℃)或309.5K(36.5℃)作为(式1)中的温度代入并计算，进而除以圆周率，将单位转换成放射亮度。(式1)中的积分，是在9.5～9.7微米的波长范围内进行的积分。
首先，透过第3光学滤片123的放射亮度不依赖于葡萄糖溶液的厚度，如图8所示，它与温度成比例变化。由于红外线检测器108的输出，与入射到红外线检测器108的红外线的放射亮度成比例地输出电压，所以红外线检测器108输出的电信号与入射到红外线检测器108的红外线放射亮度成比例。因此，通过参照透过图8所示的第3光学滤片123的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液的温度之间的关系，就可以根据与透过第3光学滤片123的红外光相对应的电信号，求出葡萄糖溶液的温度。
其次，如图9所示，因葡萄糖溶液的热放射而放射且透过第4光学滤片124的红外光的放射亮度，随葡萄糖溶液的温度和厚度而变化。因此，通过参照透过图9所示的第4光学滤片124的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液的温度和厚度之间的关系，就可以根据由图8求出的葡萄糖溶液的温度和与透过第4光学滤片124的红外光相对应的电信号，求出葡萄糖溶液的厚度。
接下来，如图10所示，因葡萄糖溶液的热放射而放射且透过第1光学滤片的红外光的放射亮度与葡萄糖溶液的浓度之间的关系，与葡萄糖溶液的温度和厚度(图10中的t)组合相对应地发生变化。图10中，对应于4个不同的葡萄糖溶液的温度和厚度的组合，表示4条图线。因此，根据由图8求出的葡萄糖溶液的温度和由图9求出的葡萄糖溶液的厚度的组合，可以从图10中选择与该组合对应的图线。通过参照所选择的图线，就可以将与透过第1光学滤片121的红外光相对应的电信号换算成葡萄糖浓度。
对于存储在存储器112的、表示与透过第1光学滤片121的红外光强度对应的电信号的信号值和与透过第2光学滤片324的红外光强度对应的电信号的信号值、与生物体成分浓度之间的关联的浓度相关数据，例如可以通过以下步骤取得。
首先，对具有已知生物体成分浓度(例如，血糖值)的患者，测定因鼓膜的热放射而放射的红外光。这时，求出对应透过第1光学滤片121的波长带域的红外光强度的电信号；和对应透过第2光学滤片122的波长带域的红外光强度的电信号。通过对生物体成分浓度、鼓膜温度和鼓膜厚度不同的多个患者进行上述测定，可以得到由对应透过第1光学滤片121的波长带域的红外光强度的电信号及对应透过第2光学滤片122的波长带域的红外光强度的电信号，和它们所对应的生物体成分浓度、鼓膜温度及鼓膜厚度组成的数据组。
接着，对这样取得的数据组进行解析并求出相关数据。例如，首先，对鼓膜温度和鼓膜厚度，分别设定由多个阶段组成的级，按每个鼓膜温度的级和鼓膜厚度的级，将属于同一级的数据组预先进行分类。例如，在对鼓膜温度设定3个级、对鼓膜厚度设定5个级的情况下，将数据的组分类为15个组。然后，对每个组，使用PLS(Partial Least Squares Regression)法等重回归分析法或神经网络法等，对与透过第1光学滤片121的波长带域的红外光的强度相对应的电信号、透过第2光学滤片122的波长带域的红外光的强度相对应的电信号、和它们所对应的生物体成分浓度进行多变量解析。由此，可以对每个组，求出表示透过第1光学滤片121的红外光强度所对应的电信号和透过第2光学滤片122的红外光强度所对应的电信号、与它们所对应的生物体成分浓度之间的关联的函数。
此外，在第1光学滤片121具有使测定用波长带域的红外光透过的光谱特性、第2光学滤片122具有使参照用波长带域的红外光透过的光谱特性的情况下，可以求出与透过第1光学滤片121的波长带域的红外光的强度所对应的电信号的信号值、与透过第1光学滤片324的波长带域的红外光的强度所对应的电信号的信号值之差，将其差与它所对应的生物体成分浓度之间的关联，作为浓度相关数据求出。例如，可以通过进行最小二乘法等直线回归分析求出。
至此，说明了利用第3光学滤片和第4光学滤片测定鼓膜温度和厚度，进而利用第1光学滤片和第2光学滤片测定生物体成分浓度的方法，但也可以采用其它方法。例如，预先求出表示分别透过第1～第4光学滤片的波长带域的红外光的强度所对应的电信号、与它们所对应的生物体成分浓度之间的关联的函数。然后，可以通过将所得到的各电信号的信号值代入该函数，来求出生物体成分浓度。另外，也可以不是“函数”，而是各电信号的信号值与生物体成分浓度关联起来的表的形式的相关数据。在采用上述构成的情况下，可以将上述函数或表存储在存储器112中。
对于这种函数或相关数据，例如可以通过使用PLS法等重回归分析法或神经网络法等，对各光学滤片透过的波长带域的红外光的强度所对应的电信号的信号值、和它们所对应的生物体成分浓度的数据组进行多变量解析而求得。
下面，对测定装置100的动作进行说明。以下，说明的是假设测定装置100的使用者对自己进行生物体成分浓度的测量。后述的实施方法2和3也是同样。
首先，使用者按下图2所示的测定装置100的电源开关101后，本体102内的电源就会变为ON，测定装置100变为测定准备状态。
接着，使用者持本体102将导波管104插入耳孔200内。由于导波管104是从导波管104的前端部分起到与本体102的连接部分直径越来越粗的圆锥形中空管，所以导波管104不会被插入到比导波管104的外径等于耳孔200的内径的位置更深的位置。
接下来，在将测定装置100保持在导波管104的外径等于耳孔200的内径的位置的状态下，使用者按下测定装置100的测定开始开关103，测定就会开始。
微型计算机110，在由计时器156发出的计时信号判断出从测定开始已经经过规定的时间时，控制断路器118，截止到达光学滤光片轮106的红外光。由此，测定自动结束。这时，微型计算机110通过控制显示器114或蜂鸣器158，将表示测定结束的消息显示在显示器114上，或使蜂鸣器鸣响，或以声音的方式输出到扬声器(未图示)，来向使用者通知测定已经结束。由此，使用者就可以确认测定已经结束，而将导波管104取出至耳孔200外。
微型计算机110，利用上述方法对每个光学滤片识别A/D转换器138所输出的电信号，计算对应各个光学滤片的电信号的平均值。
然后，微型计算机110利用上述方法，根据与第3光学滤片124对应的电信号求出鼓膜温度，根据与第4光学滤片124对应的电信号求出鼓膜厚度。
接下来，微型计算机110从存储器112中读出被求得的与鼓膜温度和厚度的组合相对应的浓度相关数据，使用透过第1光学滤片121的红外光的强度所对应的电信号和透过第2光学滤片122的红外光的强度所对应的电信号，参照浓度相关数据，换算成生物体成分浓度。求出的生物体成分浓度，被显示在显示器114上。
如上，根据本实施方式的测定装置100，通过使用第3、第4光学滤片124所对应的电信号，修正鼓膜的温度和厚度的影响，就可以去除这些影响，所以可以提高测定精度。
(实施方式2)
参照图11和图12，对本实施方式的生物体成分浓度测定装置的构成进行说明。
图11表示根据本实施方式的生物体成分浓度测定装置300(下称“测定装置300”)的硬件构成。此外，图12是表示测定装置300中的光学滤光片轮306的立体图。
测定装置300与实施方式1的测定装置100相比较，其不同点在于，测定装置300具有使用激光测定鼓膜厚度的功能。为了实现该功能，测定装置300的本体内部设有：光源310、第1聚光透镜312、第2聚光透镜314、执行器316、空间过滤器318、光检测器320、第1半反镜142和第2半反镜144。由于无需像实施方式1的测定装置100那样利用鼓膜发出的红外放射测定鼓膜厚度，所以在根据本实施方式的光学滤光片轮306(图12)中，没有设置与实施方式1的第4光学滤片对应的滤片。
这里，光源310、第1聚光透镜312、第2聚光透镜314、执行器316、空间过滤器318和光检测器320，作为图1所示的取得部12发挥功能。其它构成由于与实施方式1的测定装置100相同，所以省略说明。
光源310，射出用来照明鼓膜202的可见光。
光源310，例如是蓝色激光器、红色激光器等的激光器或LED等的可见光光源。从减小透镜的焦点深度的观点出发，优选射出波长较短的光的光源。此外，为了防止象差的发生，优选激光器光源。作为光源310，若使用射出400～420nm范围内波长的光的蓝色激光器，可以满足两方面的特性，因此更为优选。
由光源310射出、并被第1半反镜142反射、且由第1聚光透镜312聚光的可见光，在被第2半反镜144反射之后，通过导波管104被导入至外耳道204内，照明鼓膜202。
第1半反镜142具有反射一部分可见光、使其余部分透过的功能。
第2半反镜144反射可见光，透过红外光。作为第2半反镜144的材料，优选不吸收并透过红外线，且反射可见光的材料。作为第2半反镜144的材质，例如可以使用ZnSe、CaF₂、Si、Ge等。进一步，为了提高红外线的透过效率，优选在第2半反镜的两面形成反射防止膜。
另一方面，从鼓膜202通过外耳道204入射到导波管104内的可见光，被第2半反镜144反射，在透过第1聚光透镜312之后，一部分透过第1半反镜142。透过第1半反镜142的可见光，被第2聚光透镜314聚光，到达空间过滤器318。在由第2聚光透镜314所聚光的可见光中，透过空间过滤器318的可见光，到达光检测器320。
这里，空间过滤器318，具有在由铝、铁等不透过可见光的材料构成的薄板材上设置100μm左右的孔的结构。
在第1聚光透镜312的位置对焦在鼓膜202的外耳道204侧的表面或中耳侧的表面(背面)时，由于被第2聚光透镜314聚光的可见光，对焦在设于空间过滤器318上的孔的位置，所以可以通过空间过滤器318。这时，光检测器320的输出表示极大值。另一方面，在第1聚光透镜312的位置没有对焦在鼓膜202的表面或被面时，由于被第2聚光透镜314聚光的可见光没有对焦在设于空间过滤器318的孔上，所以无法通过空间过滤器318。这时，光检测器320的输出变小。
作为第1聚光透镜312和第2聚光透镜314，可以使用公知的透镜。其中，作为第1透镜312，从减小焦点深度的观点出发，优选数值孔径大的透镜。
作为光检测器320，只要能够检测出波长与从光源射出的光相同的光即可，可以应用公知技术，不用特别限定。例如可以列举：光电二极管或CCD、CMOS等图像元件。其中，如果光检测器320使用CCD、CMOS等图像元件，就可以在对鼓膜摄像的同时进行测定。
测定装置300，具备用来驱动保持在透镜框322上的第1聚光透镜312，并正确地在光检测器320上聚光的机构。
执行器316由微型计算机110发出的控制信号驱动，它可以将第1聚光透镜312在光轴方向(图11中的箭头方向)上移动。这时，位置传感器(未图示)检测出第1聚光透镜312的位置，向微型计算机110输出。
另一方面，微型计算机110，通过检测出光检测器320的输出信号的强度和位置传感器的输出，来在鼓膜202上检测出对焦位置。微型计算机110控制执行器316，使第1聚光透镜312移动至光检测器320的输出信号为最大的位置。
这样，即便到鼓膜202的距离发生变化，也可以在光检测器320上使鼓膜202上反射的可见光正确聚光。
作为执行器316和位置传感器，可以与搭载在公知的摄像机或数码相机上的自动聚焦装置所使用的内容相同。
例如，作为执行器316，可以由以下各部构成：设于透镜框322上的线圈；固定在本体302侧的磁轭；和安装在该磁轭上的驱动用磁铁。如果将透镜框322用2条导杆可移动地支撑在光轴方向、电流被供给到设于透镜框322的线圈，那么对于位于由磁轭和驱动用磁铁形成的磁回路中的线圈，产生光轴方向的磁推力，透镜框322在光轴方向上移动。推力的正负方向，可以由供给到线圈上的电流方向控制。
作为位置传感器，例如可以由以下各部构成：被已规定间隔磁化的、安装在透镜框322上的传感器磁铁；和固定在本体302侧的磁敏电阻传感器(以下简称为MR传感器)。通过使用本体302侧固定的MR传感器，检测出安装在透镜框322上的传感器磁铁的位置，就可以检测第1聚光透镜312的位置。
对于光学滤光片轮306，如图12所示，第1光学滤片121、第2光学滤片122和第3光学滤片123被嵌入环127中。在图12所示的例子中，都是扇形的第1光学滤片121、第2光学滤片122和第3光学滤片123被嵌入环127中，由此构成圆盘状的部件，在该圆盘状的部件的中央部设有轴125。对于各分光滤片的光学特性，由于与实施方式1相同，所以省略说明。光学滤光片轮306相当于本发明的分光元件。
下面，使用本实施方式的测定装置300，对反映鼓膜厚度的信息的鼓膜厚度信息的测定方法进行说明。
首先，作为第1聚光透镜312的初始位置，设定成第1聚光透镜312的聚光位置比鼓膜202更靠耳孔侧。
接着，根据微型计算机110发出的控制信号驱动执行器316，移动第1聚光透镜312，使第1聚光透镜312的聚光位置从初始位置向鼓膜202方向移动。这时，配合执行器316的驱动，监视光检测器320的输出信号。
最初，当光检测器320的输出信号达到极大(第1极大值)时，表示的是光源310射出的可见光被聚光在鼓膜202的外耳道204侧的表面上。微型计算机110将这时的位置传感器的输出信号作为表示透镜的第1位置的信号记录。
然后，驱动执行器316，这时虽然光检测器320的输出信号暂时变小，但光检测器320的输出信号再次表示极大值(第2极大值)。这时表示，光源310射出的可见光聚光在鼓膜202的中耳侧的表面(背面)上。微型计算机110，将这时的位置传感器的输出信号，作为表示透镜的第2位置的信号记录。
根据被微型计算机110记录的表示透镜的第1位置和第2位置的位置传感器的2个输出信号，可以算出第1聚光透镜312从第1位置移动至第2位置时的移动量。该第1聚光透镜312的移动量反映了鼓膜202的厚度。利用透镜移动量，就可以测定作为反映鼓膜202厚度的信息的鼓膜厚度信息。
另外，即便不设置位置传感器，也可以测定鼓膜202的厚度。例如，只要能够与施加在执行器316上的电压值相对应地确定位置，就可以根据对应透镜的第1位置的电压值与对应第2位置的电压值之差来确定移动量。该移动量对应鼓膜202的厚度。此外，如果施加在执行器316上的电压值的变化量与移动量相关联，就可以根据用来使透镜从第1位置移动至第2位置而施加的电压值的变化量，来确定移动量。
下面，利用图13，对修正鼓膜温度和厚度的影响的步骤进行说明。图13是表示使用本实施方式的测定装置300，修正包含在被测定的红外光强度中的鼓膜温度和厚度的影响的步骤的流程图。
首先，利用上述方法，通过使用执行器316使第1聚光透镜312移动，来测定作为反映鼓膜202厚度的信息的鼓膜厚度信息(S200)，将表示鼓膜厚度信息的位置传感器的输出信号存储在存储器112中(S202)。
接着，通过红外线检测器108对透过第1光学滤片121的红外光、透过第2光学滤片122的红外光和透过第3光学滤片123的红外光进行测定(S204)。与透过各光学滤片的红外光的强度相对应的电信号，被存储在存储器112中(S206)。
接下来，微型计算机110，读出存储在存储器112中的、表示透过第3光学滤片123的红外光的强度所对应的电信号与鼓膜温度之间的关联的相关数据，并参照它，将存储在存储器112中的透过第3光学滤片123的红外光的强度所对应的电信号换算成鼓膜的温度(S208)。
作为表示透过第1光学滤片121的红外光的强度所对应的电信号、和透过第2光学滤片122的红外光的强度所对应的电信号，与生物体成分浓度之间的关联的浓度相关数据，对应于鼓膜温度与表示鼓膜厚度的信息的位置传感器的输出信号的组合，各不相同的多个相关数据被存储在存储器112中。例如，在3级的鼓膜温度和5级的鼓膜厚度信息的组合的情况下，可以存储15种互不相同的相关数据。
接下来，微型计算机110，从存储器112所存储的多个相关数据中，选择并读出步骤208求出的鼓膜温度与步骤200求出的鼓膜厚度信息的组合所对应的相关数据(S210)。
最后，微型计算机110参照读出的相关数据，将存储器112存储的透过第1光学滤片121的红外光的强度所对应的电信号和透过第2光学滤片122的红外光的强度所对应的电信号，换算成生物体成分浓度(S212)。
下面，对本实施方式的测定装置300的动作进行说明。另外，由于测定装置400从电源接通到导波管被插入耳中的动作与实施方式1的测定装置100相同，所以省略其说明。
如果在将测定装置300保持在导波管104的外径等于耳孔200的内径的位置的状态下，使用者按下测定装置300的测定开始开关103，通过上述方法，微型计算机110就会根据光检测器320的输出信号和位置传感器的输出信号，测定鼓膜厚度并作为鼓膜厚度信息取得。
如果微型计算机110判断出已取得鼓膜厚度信息，接下来开始红外光的测定。
微型计算机110，在由计时器156发出的计时信号判断为从测定开始已经经过规定的时间时，控制断路器118，截止到达光学滤光片轮306的红外光。由此，测定自动结束。这时，微型计算机110，通过控制显示器114或蜂鸣器158，将表示测定结束的消息显示在显示器114上，或使蜂鸣器鸣响，或以声音的方式输出到扬声器(未图示)，来向使用者通知测定已经结束。由此，使用者就可以确认测定已经结束，而将导波管104取出至耳孔200外。
微型计算机110，利用上述方法，对每个光学滤片识别从A/D转换器138所输出的电信号，计算各个光学滤片所对应的电信号的平均值。
然后，微型计算机110利用上述方法，根据与第3光学滤片124对应的电信号求出鼓膜温度。
接下来，微型计算机110，从存储器112中读出求得的鼓膜温度与厚度信息的组合所对应的、表示透过第1光学滤片121的红外光的强度所对应的电信号和透过第2光学滤片122的红外光的强度所对应的电信号与生物体成分浓度之间的关联的相关数据，参照该相关数据，将透过第1光学滤片121的红外光的强度所对应的电信号和透过第2光学滤片122的红外光的强度所对应的电信号换算成生物体成分浓度。求得的生物体成分浓度被显示在显示器114上。
如上，根据本实施方式的测定装置300，通过修正鼓膜的温度和厚度的影响，就可以去除它们的影响，所以可以提高测定精度。
(实施方式3)
图14是表示根据本实施方式的生物体成分浓度测定装置400(下称“测定装置400”)的外观立体图。由于外观实质上与图1相同，所以省略其说明。
下面，参照图15对测定装置400的本体内部构成进行说明。图15是表示测定装置400的硬件构成图。
测定装置400与实施方式1的测定装置100相比较，其不同点在于，测定装置400具有使由鼓膜放射的红外光强度增强的功能。为了实现该功能，测定装置400的本体内部设有：放射红外线的红外光源700、和半反镜702。由于其它构成与实施方式1的测定装置100相同，所以省略说明。
红外光源700，射出用来向鼓膜202照射红外光的红外光。由红外光源700射出、并被半反镜702反射的红外光通过导波管104被导入外耳道204内，照射鼓膜202。到达鼓膜202的红外光被鼓膜202反射，作为反射光被放射至测定装置400侧。该红外光，再次透过导波管104、半反镜702，通过光学滤光片轮106，被红外线检测器108检测。
测定装置400检测出的来自鼓膜202的反射光的强度，用(式8)所示的反射率与照射到鼓膜202的红外光强度之积表示。如(式8)所示，如果生物体中的成分浓度变化，生物体的折射率和衰减系数就会变化。通常，反射率在红外区域中很小，约为0.03，而且由(式8)可知，它对折射率和衰减系数依赖较小。因生物体中成分浓度的变化而带来的反射率的变化虽然较小，但如果增强红外光源700放射的红外线的强度，则反射率的变化就可以高精度地检测出来。另外，如果对像鼓膜202那样的厚度约几倍于波长的对象，照射较强强度的红外线来测定反射光，则通过光的干涉程度依存于鼓膜202中的厚度发生变化，从而反射光的强度变化。
作为红外光源700，可以使用公知的光源，不用特别限定。例如，可以使用碳化硅光源、陶瓷光源、红外LED、量子级联激光器等。可以根据所需波长带域，来选择使用。例如，对于红外LED，可以对每一个所需波长设置1个光源。
半反镜702具有将红外光分割成2个光束的功能。作为第3半反镜702的材质，例如可以使用ZnSe、CaF₂、Si、Ge等。另外，为了控制红外线的透过率和反射率，优选在半反镜702上形成反射防止膜。
存储器112中，存有表示透过第3光学滤片123的红外光的强度所对应的电信号值与鼓膜温度的关联的温度相关数据；表示透过第4光学滤片124的红外光的强度所对应的电信号值与鼓膜温度和厚度的关联的厚度相关数据；以及，表示透过第1和第2光学滤片121和122的红外光的强度所对应的各电信号值与生物体成分浓度的关联的多个浓度相关数据。
对于温度相关数据和厚度相关数据，可以使用与实施方式1相同的数据。
作为浓度相关数据，对应于鼓膜温度和鼓膜厚度的组合，各不相同的多个相关数据被存储在存储器112中。例如，在3级的鼓膜温度和5级的鼓膜厚度的组合的情况下，可以存储15种互不相同的相关数据。这些多个相关数据，例如可以通过以下步骤取得。
首先，对具有已知生物体成分浓度(例如，血糖值)的患者，测定红外光源700照射到鼓膜的红外光在鼓膜上通过反射而从鼓膜放射的红外光。这时，求出透过第1光学滤片121的波长带域的红外光强度所对应的电信号；和透过第2光学滤片122的波长带域的红外光强度所对应的电信号。通过对生物体成分浓度、鼓膜温度和鼓膜厚度不同的多个患者进行上述测定，可以得到由透过第1光学滤片121的波长带域的红外光强度所对应的电信号、透过第2光学滤片122的波长带域的红外光强度所对应的电信号、以及与它们对应的生物体成分浓度、鼓膜温度及鼓膜厚度组成的数据组。
接着，对这样取得的数据组，与实施方式1同样地进行解析并求出相关数据。例如，首先，对鼓膜温度和鼓膜厚度，分别设定由多个阶段组成的级，按每个鼓膜温度级和鼓膜厚度级，将属于同一级的数据组预先进行分类。例如，在对鼓膜温度设定3个级、对鼓膜厚度设定5个级的情况下，将数据的组分类为15组。然后，对每个组，使用PLS(Partial Least SquaresRegression)法等重回归分析法或神经网络法等，对透过第1光学滤片121的波长带域的红外光的强度所对应的电信号、透过第2光学滤片122的波长带域的红外光的强度所对应的电信号、和与它们对应的生物体成分浓度，进行多变量解析。由此，就可以对每个组，求出表示透过第1光学滤片121的波长带域的红外光的强度所对应的电信号、和透过第2光学滤片122的波长带域的红外光的强度所对应的电信号、以及与它们对应的生物体成分浓度之间的关联的函数。
通过检测从红外光源700照射到鼓膜的红外光在鼓膜上通过反射而从鼓膜放射的红外光，就可以测定生物体成分浓度。
下面，对根据本实施方式的测定装置400的动作进行说明。另外，由于测定装置400从电源的接通到导波管被插入耳中的动作与实施方式1的测定装置100相同，所以省略其说明。
在将测定装置100保持在导波管104的外径等于耳孔200的内径的位置的状态下，使用者按下生物体成分浓度测定装置100的测定开始开关103后，测定就会开始。
首先，在红外光源700没有工作的状态下，来自鼓膜202的热放射而放射的红外光得到测定。接着，微型计算机110在由计时器156发出的计时信号判断出从测定开始已经经过规定的时间时，启动红外光源700。由此，不但因鼓膜202的热放射而放射的红外光得到测定，而且，由红外光源700照射到鼓膜的红外光在鼓膜上反射所带来的鼓膜放射的红外光也得到测定。
微型计算机110，在由计时器156发出的计时信号判断出从测定开始已经经过规定的时间时，控制红外光源700，截止红外光。由此，测定自动结束。这时，微型计算机110通过控制显示器114或蜂鸣器158，将表示测定结束的消息显示在显示器114上，或使蜂鸣器鸣响，或以声音的方式输出到扬声器(未图示)，来向使用者通知测定已经结束。由此，使用者就可以确认测定已经结束，而将导波管104取出至耳孔200外。
微型计算机110，利用上述方法对每个光学滤片识别从A/D转换器138所输出的电信号，计算对应各个光学滤片的电信号的平均值。
然后，微型计算机110利用上述方法，根据红外光源700没有启动状态下被测定的第3光学滤片124所对应的电信号求出鼓膜温度，根据红外光源700没有启动状态下被测定的第4光学滤片124所对应的电信号求出鼓膜厚度。
接下来，微型计算机110，从存储器112中，读出与被求得的鼓膜温度和厚度的组合相对应的、表示透过第1光学滤片121的红外光的强度所对应的电信号和透过第2光学滤片122的红外光的强度所对应的电信号、与生物体成分浓度之间的关联的相关数据，参照该相关数据，将红外光源700没有启动状态下被测定的、透过第1光学滤片121的红外光的强度所对应的电信号和透过第2光学滤片122的红外光的强度所对应的电信号换算成生物体成分浓度。求出的生物体成分浓度，被显示在显示器114上。
此外，虽然在上述实施方式中，说明的是将光学滤光片轮作为分光元件使用的例子。但是，作为分光元件，只要可以将红外光按波长分开的就可以。例如，可以使用使特定波长带域的红外线透过的迈可耳逊干涉计、衍射光栅等。此外，无需像光学滤光片轮那样，多个滤光片成型为一体。另外，例如在利用红外LED、量子级联激光器等可以放射特定波长光的红外光源的情况下，无需将红外光分光。因此，不需要本实施方式的设于光学滤光片轮上的第1光学滤片、第2光学滤片。
如上，根据本实施方式的生物体成分浓度测定装置，通过使用与第3、第4光学滤片对应的电信号，就可以除去鼓膜的温度和厚度的影响，所以可以提高测定精度。
产业上的利用可能性
本发明的生物体成分浓度测定装置，在进行无创生物体成分浓度的测定时、例如在不采血而进行葡萄糖浓度测定时，十分有用。