测量装置、测量方法和参数设定方法
【专利摘要】[问题]提供了一种具有进一步减少尺寸的测量装置、测量方法和参数设定方法。[方案]该测量装置设有：光接收元件，设置在面向待测量区域的位置，所述区域在其中布置有待测量的物体，所述光接收元件使光成像，所述光从待测量区域发送；多个发光元件，布置在所述光接收元件的周界，并输出光以测量待测量的物体；以及反射光学元件，设置在所述发光元件上方，并将从所述发光元件发射的光引导到待测量区域。所述光接收元件的光接收表面以及所述发光元件的光输出表面定位在同一平面上，从所述发光元件发射的光被所述反射光学元件反射，并且从各自发光元件发射的光的中心线基本上穿过待测量区域的中心。
【专利说明】测量装置、测量方法和参数设定方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种测量装置、一种测量方法和一种参数设定方法。
【背景技术】
[0002]已经由相关技术提出了光谱测量方法，该光谱测量方法通过用光照射测量对象以及测量来自测量对象的反射光来分析测量对象。在这样的光谱测量方法中，常常使用称为积分球的光学装置，以便使来自测量对象的反射光无遗漏地会聚。在使用这样的积分球的光谱测量方法中，存在大致分为诸如以下两种类型的测量过程。
[0003](I)通过将来自发光元件的照射光多边地会聚在测量对象上，以及通过在光谱滤波器前面准直来引导反射光，测量测量对象的光谱反射率。
[0004](2)通过将来自测量对象的扩散/反射光多边地会聚在光谱滤波器上，以及通过在光谱滤波器前面准直来引导反射光，测量测量对象的光谱反射率。
[0005]此外，白色光源诸如氙气灯用作照射光，并且一般利用光谱滤波器将来自测量对象的反射光光谱地扩散成若干波长。
[0006]此外，例如，还已提出光谱测量装置，该光谱测量装置测量来自测量对象的光，无需使用积分球，诸如在以下专利文献I中。
[0007]参考文献列表
[0008]专利文献
[0009]专利文献I JP2007-532183A。
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]然而，使用诸如上述积分球的光谱测量装置具有的问题在于，由于使用积分球和用于准直反射光的光学元件的必要性，装置的最小化是困难的。此外，用作照射光源的氙光源可以是必要的，以将高功率供给到光源装置以便获得发射光，并且由于包括若干波长的光谱滤波器，将难以节省功率且将难以减少成本。
[0012]此外，由于来自测量对象的光通过使用上述专利文献I的方法中的衍射光栅被光谱地扩散，作为整个装置将难以实现小型化。
[0013]因此，通过考虑上述情况，本公开提供了一种测量装置、测量方法和参数设定方法，能够进一步实现装置的小型化。
[0014]问题的解决方案
[0015]根据本公开的实施方式，提供了一种测量装置，包括:光接收元件，设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，所述光接收元件用来自所述测量对象区域的光形成图像；多个发光元件，围绕所述光接收元件布置，所述多个发光元件发出光以测量所述测量对象；以及反射光学元件，设置在所述发光元件上方，所述反射光学元件将从所述发光元件发射的发射光引导到所述测量对象区域。所述光接收元件的光接收表面以及所述多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上。从所述多个发光元件发射的所述发射光被所述反射光学元件反射，并且从每个发光元件发射的所述发射光的中心线穿过所述测量对象区域的大致中心。
[0016]根据本公开的实施方式，提供了一种测量方法，包括:从多个发光元件发出用于测量测量对象的光，所述多个发光元件发出用于测量测量对象的光，围绕光接收元件布置，所述光接收元件设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，光接收元件用来自测量对象区域的光形成图像；由设置在发光元件上方的反射光学元件将从多个发光元件中的每个发出的放射状发射光引导到测量对象区域，使得放射状发射光的中心线穿过测量对象区域的大致中心；以及由光接收元件接收从测量对象区域反射的光。光接收元件的光接收表面以及多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上。
[0017]根据本公开的实施方式，提供了一种参数设定方法，包括:在测量装置中设定从测量对象反射的和由光接收元件接收的光的光量的最小值，并且基于反射光的光量的所设定最小值确定光接收元件的大小，所述测量装置包括:光接收元件，设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，所述光接收元件用来自所述测量对象区域的光形成图像；多个发光元件，围绕所述光接收元件布置，所述多个发光元件发出光以测量所述测量对象；以及反射光学元件，设置在所述发光元件上方，所述反射光学元件将从所述发光元件发射的发射光引导到所述测量对象区域，其中所述光接收元件的光接收表面以及所述多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上，并且其中从所述多个发光元件发射的光被所述反射光学元件反射，并且从每个发光元件发射的所述发射光的中心线穿过所述测量对象区域的大致中心；以及基于对光接收元件必要的信号-噪声比和反射光的光量的所设定最小值来设定测量对象区域的大小，并且基于入射于光接收元件上的光量和反射光的光量的最小值来设定光接收元件与测量对象之间的间隔距离。
[0018]根据预设的公开，将从围绕光接收元件定位的多个发光元件发射的发射光发出到作为光接收元件的光接收表面的同一平面上，通过用定位在发光元件上方的反射光学元件反射光将所发出的放射状发射光照射到放置在测量对象区域中的测量对象上，并且来自测量对象的扩散/反射光在光接收元件上形成图像。
[0019]本发明的有益效果
[0020]根据诸如上述的本公开，可以进一步实现装置的小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0021][图1A]是示意性地示出根据本公开第一实施方式的测量装置整体构造的说明图。
[0022][图1B]是示意性地示出根据同一实施方式的测量装置整体构造的说明图。
[0023][图2A]是示出包括在根据同一实施方式的测量装置中的光学系统示例的说明图。
[0024][图2B]是示出包括在根据同一实施方式的测量装置中的光学系统示例的说明图。
[0025][图2C]是示出包括在根据同一实施方式的测量装置中的光学系统示例的说明图。[0026][图3]是示出皮肤反射率的波长特征的曲线图。
[0027][图4]是示出皮肤反射率的波长特征的曲线图。
[0028][图5]是示意性地示出从入射于光接收元件上的测量对象区域反射的光量分布的曲线图。
[0029][图6]是示意性地示出从测量对象区域反射的光量与光接收元件的信号-噪声比之间关系的曲线图。
[0030][图7]是示意性地示出从测量对象区域反射的光量与入射于光接收元件上的光量之间关系的曲线图。
[0031][图8]是用于描述根据本公开实施方式的测量装置的应用示例的说明图。
[0032][图9]是用于描述根据本公开实施方式的测量装置的应用示例的说明图。
【具体实施方式】
[0033]下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。注意到，在本说明书和附图中，基本上具有同一功能和结构的元件用同一附图标记来表示，并且省略重复解释。
[0034]将以以下顺序给出描述。
[0035](I)第一实施方式
[0036](1-1)关于测量装置的整体构造
[0037](1-2)关于光学系统的构造
[0038](1-3)关于参数设定方法
[0039](2)测量装置的应用示例
[0040](第一实施方式)
[0041]<关于测量装置的整体构造>
[0042]首先，将参考图1A和图1B简单地描述根据本公开第一实施方式的测量装置的整体构造。图1A和图1B是示意性地示出根据本实施方式的测量装置的整体构造的说明图。
[0043]如图1A所示，根据本实施方式的测量装置I具有由任意材料构成的壳体11，并包括位于一部分壳体11中的开口部13。虽然在图1A中开口部13的形状是圆形的，但开口部13的形状并不限于圆形形状，并且可以是多边形形状或者可以是椭圆形状。测量对象放置在该开口部13的一部分中，根据本实施方式的测量装置I对放置好的测量对象进行测量。
[0044]在此，放置在开口部13中的测量对象最好是有机物，其中从测量对象反射的光极易扩散或者通过米氏散射效应等散射。例如，在有机EL显示器中包含有机物诸如有机发光层的物体、人体的皮肤表面或者各种类型的细胞可作为这样的有机物。
[0045]图1B是示出由A-A横截面线穿过图1A截取的横截面的横截面图。
[0046]如图1B所示，壳体11的内部是中空空间，根据本实施方式的测量装置I的光学系统100安装在壳体11内部。此外，为了抑制从光学系统100漏出的光的反射，壳体11的内壁最好是黑色的或者是相当于黑色的暗色调。
[0047]在此，下文中将再次做出对安装在壳体11内部的光学系统100的详细描述。此外，虽然所图示的图1B使得仅有光学系统100存在于壳体11内部，但除光学系统100之外的任意单元可以安装在壳体11内部，所处范围不要影响光学系统100的测量工艺。
[0048]<关于光学系统的构造>[0049]继续，将参考图2A至图2C详细描述包括在根据本实施方式的测量装置I中的光学系统。
[0050]图2A是从开口部13 —侧观察根据本实施方式的光学系统100的情况下的平面图，图2B是由图2A中心线截取根据本实施方式的光学系统100的情况下的横截面图。此夕卜，图2C是示出靠近根据本实施方式的光学系统100的发光元件103的放大部分的说明图。注意到，下文中，将做出描述的情况为:其中，人体的皮肤表面放置在开口部13中，放置在开口部13中的皮肤表面变成测量对象区域。
[0051]如图2A和2B所示，根据本实施方式的光学系统100具有:光接收元件101，光接收元件101布置在具有任意形状的壳体单元B上，诸如基底；和多个发光元件103，发光元件103布置在具有任意形状的壳体单元B上，诸如基底；以及反射光学元件105，诸如反射镜。
[0052]从放置测量对象的测量对象区域散射和反射的光在光接收元件101上形成图像。光接收元件101依据在光接收表面上形成图像的光的光量而生成代表形成图像的光的光量的数据等。例如，虽然光电二极管可作为这样的光接收元件101，但根据本实施方式的光接收元件101并不限于上述元件，并可以使用其它的光学传感器。
[0053]如图2A和图2B所示，该光接收元件101布置为面向开口部13，开口部13位于测量装置I的壳体11中，且开口部13的中心面向光接收元件101的中心。
[0054]此外，在根据本实施方式的测量装置I中，为了尽可能无遗漏地接收从测量对象(例如，人体的皮肤表面)反射的光，光接收元件101具有足够比开口部13的面积更大的光接收面积，如图2A所示。另外，在根据本实施方式的测量装置I中，为了尽可能无遗漏地接收从测量对象反射的光，光接收元件101与开口部13之间的间隔距离d要足够小。如此，在根据本实施方式的测量装置I中，测量装置I的厚度可减少，并可以实现测量装置的小型化。
[0055]在此，虽然光接收元件101可以依据针对测量装置I获得的精度等任意设定，但例如基于从白色校正板(白光扩散/反射板)诸如高斯校正板反射的光的光量，关于有多少从测量对象反射的光被接收，最好设定为95%或以上。
[0056]注意到，虽然从测量对象反射的和由光接收元件101接收的光量最好要大，但必要时可以使用积分球，以便100%接收从测量对象反射的光，并可以使光学系统的设定尺寸变得更大，于是使测量装置的大小变得更大。然而，在根据本实施方式的测量装置I (将在下文中详细描述)中，光接收元件的大小的三个参数、开口部的大小以及光接收元件与开口部之间的间隔距离设定在这样的范围内，其中折衷关系(trade-off relation)得以建立在要接收在光接收元件101中的反射光的光量与为确保光接收元件中信号-噪声比(SNR)而获得的入射于光接收元件上的光量之间，且测量装置的小型化得以尝试。
[0057]此外，如图2A和2B所示，多个发光元件103a至103h (下文中统称为发光元件103)沿着光接收元件101的4侧布置，围绕着光接收元件101。如图2B所示，这些发光元件101的发光表面存在于与光接收兀件101的光接收表面相同的平面上。在此，多个发光元件103的发光表面和光接收元件101的光接收表面可以相互存在于同一平面上，且光接收元件101和多个发光元件103可以布置在同一基底上，或者可以布置在不同基底上。
[0058]例如，可以使用发光二极管(LED)作为这样的发光元件103。此外，发出规定波长的发射光的发光元件可以用作根据本实施方式的发光元件103，或者发射白光的发光元件和用于获得期望波长的光的滤波器可以组合使用。
[0059]在根据本实施方式的测量装置I中，诸如上述的N个(在图2A中为8个)发光元件103围绕光接收元件101布置，并发出M种(M < N)类型波长的光。此外，从发光元件101发出的发射光的波长可以依据测量对象的分类、设定为测量对象的物质等任意选择。
[0060]在此，在(波长 数量M <发光元件的数量N)的情况下，针对发出一些波长的光的光可以拥有多种布置。在这种情况下，在根据本实施方式的测量装置I中，通过优先考虑最窄的可允许波长宽度或者来自发光元件本身或经由滤波器的最小光量，最好布置多个发光元件103。
[0061]下文中，将做出与在M < N的情况下波长的选择方法相关的特定描述，以人体的皮肤表面做示例。
[0062]图3是已经在可见光波长区域内(400nm至700nm)测量的人的皮肤的反射率的测量结果。如根据图3显而易见的，人的皮肤具有从400nm直到500nm附近区域逐渐增加的反射率、在此之后直到600nm附近区域略微降低的反射率以及从600nm附近直到650nm附近突然增加的反射率。
[0063]在此，在将人的皮肤设定为测量对象的情况下，通过关注于如图3所示的整个可见光波长区域，能够发出整个可见光波长区域的光的光源可以是必要的，并且色散元件(dispersion element)诸如衍射光栅可以是必要的，以便指定用于每种波长的光量。结果，预期将难以实现测量装置的小型化。
[0064]因此，在根据本实施方式的测量装置I中，通过针对设定为测量对象的现象或物质来选择M种类型的特征波长，将实施对设定为测量对象的现象或物质的更高效测量，无需使用特定光源或色散元件。例如，在图3所示的人的皮肤的情况下，光谱中的特征波长位置是图4所示的5个点。因此，在根据本实施方式的测量装置I中，通过关注于图4所示的5种类型的波长，人的皮肤将更为有效地得以测量。注意到，在存在于人血内的各种类型的血红蛋白诸如氧合血红蛋白、糖化血红蛋白和脱氧血红蛋白被设定为测量对象的情况下，5种这样类型的波长是有用的波长。
[0065]此外，当关注于图3所示的光谱的形状时，由于反射率在580nm波长附近突然上升，可理解的是，在关注于580nm波长的光的情况下，用于该波长的光的可允许波长宽度较窄。反之，由于反射率在540nm波长附近逐渐改变，可理解的是，在关注于540nm波长的光的情况下，用于该波长的光的可允许波长宽度设定为相对较大。从这样的观点出发，当考虑图4所示的5种波长的波长宽度时，例如，可设定如下。
[0066]X1(蓝):500±25nm
[0067]λ2(绿):540±15nm
[0068]λ3(黄):580±5nm
[0069]λ4(红):620±15nm
[0070]λ5(红):660±15nm
[0071]在此，在安装有发出上述5种类型的波长的发光元件103的情况下，在图2A所示的光学系统100中，例如，能够发出X1和λ 2波长的光的每一个发光兀件以及能够发出λ3、入4和λ5波长的光的每两个发光元件可依据要关注的波长的光量和可允许波长宽度进行布置。在此，在安装有能够发出同一波长的光的多个发光元件103的情况下，能够发出同一波长的光的发光兀件最好布置为基于光接收兀件101的中心对称定位。
[0072]从每个发光兀件103发出的发射光由发光兀件103上的光圈或聚光兀件诸如透镜(在图中未示出)设定为规定数值孔径NA的光，并继续行进到反射光学元件105诸如反射镜。在此，上述数值孔径NA的值最好设定为0.2。由于未照射到测量对象区域上的发射光的比率将会增加，所以当数值孔径NA变得比0.2更大时，这不是最好的。
[0073]如图2A至图2C所示，反射光学元件105诸如反射镜位于发光元件103上方,从发光元件103发出的放射状发射光被引导到测量对象区域，这样该放射状发射光的中心线穿过测量对象区域的大致中心。例如，这些反射光学元件105可以逐一直接地位于每个发光元件103上方，或者可以包括共用的反射光学元件105用于多个发光元件103，如图2A所示。[0074]此外，由发光兀件103的发光表面和反射光学兀件105的反射表面形成的角度大小(在图2C中为角度α)依据光接收元件101与开口部13之间的间隔距离d或者依据放射状发射光的数值孔径NA等加以设定。
[0075]在根据本实施方式的测量装置I中，通过使反射光学元件105位于发光元件103上方，可以将从发光元件103发射的发射光照射到测量对象区域的大致中心(换句话说，照射到开口部13)，即使在图2B所示的间隔距离d较小的情况下亦如此，并且可促进测量装置I的小型化(变薄)。
[0076]过去，已经参考图1A至图4详细描述了根据本实施方式的测量装置整体构造I。
[0077]在根据本实施方式的测量装置I中，通过具有诸如上述的构造，用于测量测量对象的放射状发射光从围绕光接收元件101的多个发光元件103发出，到达放置测量对象的测量对象区域，放射状发射光由发光元件上方的反射光学元件105引导到测量对象区域，这样放射状发射光的中心线穿过测量对象区域的大致中心，且通过测量对象的米氏散射效应等散射/扩散的反射光在光接收元件101上形成图像。
[0078]<关于参数设定方法>
[0079]下文中，将详细描述根据本实施方式的测量装置I的设计参数的设定方法，并将参考图5至图7具体描述每个参数的设定示例。图5的曲线图示意性地示出从入射于光接收元件上的测量对象区域反射的光量分布。图6的曲线图示意性地示出从测量对象区域反射的光量与光接收元件的信号-噪声比之间的关系。图7的曲线图示意性地示出从测量对象区域反射的光量与入射于光接收元件上的光量之间的关系。
[0080]例如，当设计根据本实施方式的测量装置I时，光接收元件101的大小、开口部的大小以及光接收元件101与开口部13之间的间隔距离可作为主参数。如何设定这些设计参数将是重要的，以便实现测量装置I的小型化同时达到期望的测量精度。
[0081]由于根据本实施方式的测量装置I基于从测量对象反射的光进行对期望物质的测量，所以有多少反射光能够被接收将变成重要因素。因此，在根据本实施方式的测量装置I的参数设定方法中，首先进行设定以便反射光的光量能够由光接收元件101接收(换句话说，光接收元件101能够接收反射光的光量的最小值)。
[0082]然后，在根据本实施方式的参数设定方法中，光接收元件101的大小、测量对象区域(开口部13)的大小以及光接收元件101与开口部13之间的间隔距离基于反射光的设定光量各自独立于彼此进行设定。[0083][光接收元件的大小的设定方法]
[0084]首先，将参考图5描述光接收元件的大小的设定方法。
[0085]图5的曲线图示出了从入射于光接收元件上的测量对象反射的光的光量分布。曲线图的横轴代表光接收元件的横截面方向的长度(例如，在图2B中为长度A)，曲线图的竖轴代表入射于光接收元件上的反射光的光量。
[0086]来自高斯校正板(是白色校正板的示例)的扩散/反射光量的分布在图5所示的曲线图中进行了描述。如图5所示，来自高斯校正板的扩散/反射光量的分布为近似的高斯分布。此外，来自皮肤的散射/反射光的分布也在图5所示的曲线图中组合地描述。如根据图5显而易见的，由于存在米氏散射等，可理解的是，来自皮肤的散射/反射光的分布比来自高斯校正板的散射/反射光的分布更宽。因此，在光接收元件的大小(横截面方向长度)较小的情况下，光接收元件101无法接收充足光量的散射/反射光，且测量精度将减少。
[0087]在根据本实施方式的参数设定方法中，能够由光接收元件101接收的反射光的光量最小值由基于来自高斯校正板的扩散/反射光量的比率代表。来自高斯校正板的扩散/反射光量代表为由来自图5所示高斯校正板的扩散/反射光量分布曲线和图形的横轴围绕的区域面积。因此，当设定好能够由光接收元件101接收的反射光光量的设定值时，通过关注于来自皮肤的扩散/反射光量的分布曲线面积，可确定用于实施光量设定值的分布曲线的范围宽度。
[0088]例如，在来自高斯校正板的扩散/反射光量的95%被光接收元件101接收的情况下，设置的面积变为以原点为中心的来自高斯校正板的扩散/反射光量的95 %，皮肤的散射/反射光量的分布曲线 范围得以确定。如此设置的范围大小可设定为光接收元件101的大小(横截面方向长度)。通过这样的方法，能够实施95%光接收量的光接收元件101的横截面方向长度可设定为10_。因此，在根据本实施方式的测量装置I中，清楚的是可以使用IOmmX IOmm的光接收元件作为光接收元件101。
[0089][开口部的大小的设定方法]
[0090]继续，将参考图6描述开口部的大小的设定方法。
[0091]图6的曲线图示出了在允许改变开口部大小(特别地是图2B所示圆形开口部的直径)的情况下从皮肤反射的光量的变化状态以及入射于光接收元件101上的光量的变化状态。曲线图的横轴代表开口部13的直径，曲线图的竖轴代表从皮肤反射的光量与可以入射于光接收元件101上的光量(μ W)的比率。
[0092]由图6中窄线示出的曲线图示出了可以入射于光接收元件101上的从皮肤反射的光的光量变化。由于放置在开口部13上的皮肤面积随着开口部13大小的增加而增加，要从皮肤向光接收元件101散射的反射光的光量将增加，且可以入射于光接收元件101上的光量将增加，如图6所示。
[0093]由图6中粗线示出的曲线图示出了从皮肤反射的要由具有一定固定大小的光接收元件(在图6中为IOmmXlOmm的光接收元件)接收的光量的比率变化。虽然从皮肤反射的光量大小随着开口部13大小的增加而增加，但由于无法接收的反射光将增加，当开口部13的大小超过某一阈值时，在光接收元件101大小固定的情况下，要由光接收元件101接收的从皮肤反射的光量的比率将突然降低。[0094]如此，可理解的是，在由具有一定固定大小的光接收元件101接收的反射光量与可以入射于光接收元件上的反射光量之间存在相互折衷关系。
[0095]为了维持由光接收元件101检测的信号的信号-噪声比(SNR)，入射于光接收元件101上的一定程度的光量是必要的。在用于维持规定信号-噪声比的入射光量的阈值为10 μ W的情况下，开口部13的大小最好设定为4.6mm或以上，如图6所示。反之，为了使光接收元件101接收95%或以上的反射光量，开口部13的大小最好设定为5.4mm或以下，如图6所不。因此,通过将开口部13的大小从4.6mm设定至5.4mm (5.0mm±0.4mm),可以检测95%或以上的从皮肤反射的光量，同时维持被检测信号的信号-噪声比。
[0096][光接收元件与开口部之间的间隔距离的设定方法]
[0097]继续，将参考图7描述光接收元件101与开口部13之间的间隔距离的设定方法。
[0098]图7的曲线图考虑了具有一定固定大小的开口部以及具有一定固定大小的光接收元件，关注于允许开口部(换句话说是作为测量对象的皮肤)与光接收元件之间的间隔距离(在图2B中为距离d)改变的情况，并示出了从皮肤反射的光量变化的状态以及入射于光接收元件101上的光量变化的状态。曲线图的横轴代表光接收元件与开口部之间的间隔距离，曲线图的竖轴代表从皮肤反射的光量和可以入射于光接收元件101上的光量(yff)的比率。
[0099]由图7中窄线示出的曲线图示出了从皮肤反射的可以入射于光接收元件101上的光的光量变化。虽然由光接收元件101接收的光量随着间隔距离d的增加而增加，但是当间隔距离d超过某一阈值时，来自开口部13与光接收元件101之间间隙的反射光将不会入射于光接收兀件101上，且入射光量将降低。
[0100]由图7中粗线示出的曲线图示出了从皮肤反射的要由具有一定固定大小(在图7中，光接收元件为IOmmXlOmm)的光接收元件接收的光量的比率变化。在光接收元件101的大小固定的情况下，当间隔距离d超过某一阈值时，无法接收的反射光将增加。因此，如图7所示，从皮肤反射的要由光接收元件101接收的光量比率将突然降低。
[0101]如此，可理解的是，在由具有一定固定大小的光接收元件101接收的反射光量和可以入射于光接收元件上的反射光量之间存在相互折衷的关系。
[0102]为了维持由光接收元件101检测的信号的信号-噪声比(SNR)，入射于光接收元件101上的一定程度的光量是必要的。在用于维持规定信号-噪声比的入射光量的阈值为10 μ W的情况下，间隔距离d的大小最好设定为2.8mm或以上，如图7所示。反之，为了使光接收元件101接收95%或以上的反射光量，开口部13的大小最好设定为3.2mm或以下，如图7所不。因此，通过将间隔距离d的大小从2.8mm设定至3.2mm(3.0mm±0.2mm),可以检测95%或以上的从皮肤反射的光量，同时维持被检测信号的信号-噪声比。
[0103]当收集了每个设定参数的值时，基于诸如上述的设计标准，它们将如下。
[0104]*在从皮肤反射的光量的最小值设定成95%的情况下
[0105]光接收元件101的大小:IOmmX IOmm
[0106]开口部13 的大小(直径):5mm士0.4mm0
[0107]光接收元件101与开口部13之间的间隔距离:3mm±0.2mm
[0108]此外，为 了在具有诸如上述参数的测量装置I中将数值孔径NA = 0.2的发射光引导到开口部13，显而易见的是，图2C中的反射光学元件105的设定角度α可以设定成51。。
[0109]通过基于这样的设计标准来设定参数，在根据本实施方式的测量装置I中，可以由光接收元件更准确地检测反射光，即使来自发光元件的放射状发射光从光接收元件与开口部之间的小间隙以锐角照射到测量对象上亦如此。
[0110]过去，已经详细描述了根据本实施方式的测量装置I的设计参数的设定方法，并且已经参考图5至图7具体描述了每个参数的设定示例。
[0111]〈测量装置的应用示例〉
[0112]继续，将参考图8和图9简单地描述根据本实施方式的测量装置的应用示例。图8和图9是用于描述根据本公开实施方式的测量装置的应用示例说明图。
[0113]例如，如图8所示，通过与计算处理装置200组合地应用根据本公开实施方式的测量装置1，例如，可以应用测量在人的皮肤的特定波长处的反射率并评估测量结果的装置。
[0114]例如，在图8所示的示例中，通过将具有N种类型波长的光照射到人的皮肤上，根据本公开实施方式的测量装置I用光接收元件101接收人的皮肤的反射光。结果，光接收元件101生成与所接收反射光相关的测量信息。测量装置I将由光接收元件101生成的测量信息输出到计算处理装置200。
[0115]计算处理装置200的测量信息采集部201从测量装置I采集由测量装置I生成的测量信息(例如，诸如任意皮肤反射光谱或特定波长的反射率等信息)，并将所采集信息输出到计算部203。
[0116]计算部203例如基于由测量信息采集部201采集的测量信息根据朗伯_比尔定律等进行计算，并计算出存在于人的皮肤内的各种类型物质的存在量等。
[0117]从靠近身体表面位置，人的皮肤是由表皮、真皮和皮下组织构成的层状结构。此外，通过将光照射到人的皮肤上以及使用由真皮反射的反射光，可测量诸如针对存在于真皮内的胶原、存在于发根内的角蛋白以及存在于毛细管内的血红蛋白的存在量和密度。
[0118]朗伯-比尔定律显示，物质的密度与从测量结果获得的吸光度成比例，吸光度定义为所测量渗透率的倒数的常用对数。此外，由于吸光度可以代表为物质中特定吸光系数和物质的量的乘积，物质的量可以最终由以下公式101计算。
[0119]物理量=Log (I/渗透率)/吸光系数…(公式101)
[0120]因此，通过使用已知的所谓密度计算方法，基于测量装置I的测量结果和上述公式101，计算部203可计算出要关注的物质的存在量和密度。
[0121]通过将由计算部203计算的测量结果显示在显示器等上，计算处理装置200可以基于要关注的所包括物质给用户提供测量结果的日常变化等。
[0122]图9的说明图示意性地示出了人体内的血红蛋白代谢。
[0123]血红蛋白是由4个子单元构成的蛋白质的通用名，其存在于血液内。如图9所示，例如，这些血红蛋白通过与从肺吸收的氧结合而变成氧合血红蛋白，并通过与在身体内各种位置排出氧的二氧化碳起反应而变成脱氧血红蛋白。此外，当单糖诸如葡萄糖从肝脏等排出到血液内时，血红蛋白通过与这些单糖结合而变成糖化血红蛋白。糖化血红蛋白也通过在身体内各种位置排出所结合的单糖而变成脱氧血红蛋白。被排出的氧和单糖在身体内的各种位置作为能量被消耗。此外，脱氧血红蛋白当已经到达其寿命时溶解在称为胆红素的化合物(C33H36N4O6)中，由肝脏代谢，并被排泄到身体外。[0124]在此，由于由这些物质吸收的光的波长区域略微不同，存在于代谢路径内的氧合血红蛋白、糖化血红蛋白和脱氧血红蛋白可通过关注于反射光内的特定波长来测量血液内的密度。当测量这些血红蛋白的物质的量时，由本公开实施方式示出的5种波长类型500nm、540nm、580nm、620nm和660nm作为有用的波长区域。因此,通过使用根据本公开实施方式的测量装置I来测量上述5种类型波长的反射率，可测量氧合血红蛋白、糖化血红蛋白和脱氧血红蛋白的存在量和密度。通过给用户提供这些所包括物质的存在量，用户可以进行适当有针对性的医疗保健和物理条件异常的观察。
[0125]下文中，通过使用由测量信息采集部201采集的测量数据，在计算部203计算出黑色素、脱氧血红蛋白、氧合血红蛋白和糖化血红蛋白4种类型测量对象元素的密度的情况下，将具体描述示例。
[0126]借助朗伯-比尔定律，当 所测量的反射率设定为t，每单位光路密度设定为Cl (单位:mol/L*cm),且摩尔吸光系数设定为ε时,满足以下公式102。
[0127]log (I/1) = ε *cl …(公式 102)
[0128]此外，所代表的黑色素、脱氧血红蛋白、氧合血红蛋白和糖化血红蛋白的摩尔吸光系数和每单位光路密度诸如以下。
[0129]*黑色素
[0130]摩尔吸光系数:ε I，每单位光路密度:Μη
[0131]*脱氧血红蛋白
[0132]摩尔吸光系数:ε 2，每单位光路密度:Hb
[0133]*氧合血红蛋白
[0134]摩尔吸光系数:ε 3，每单位光路密度:Hb02
[0135]*糖化血红蛋白
[0136]摩尔吸光系数:ε 4，每单位光路密度:HbAlc
[0137]当测量数据中波长的反射率代表为S，且人体内的界面反射率代表为D时，对于上述公式102要关注的每种波长均满足以下公式103。
[0138]Mn* ε I+Hb* ε 2+Hb02* ε 3+HbAlc* ε 4+D = -1ogS…(公式 103)
[0139]因此，通过参照存储在存储部205中的预先确定测量对象元素的摩尔吸光系数等，并且针对要关注的每种波长(例如，在图4中示出的5种波长)考虑上述公式103，计算部203可获得一系列联立方程。通过解答这些联立方程，计算部203可计算测量对象元素的密度(即，每单位光路密度)。
[0140]已经参考附图在上文描述了本发明的优选实施方式，当然本发明并不限于上文示例。本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内找出各种改变和修改，应当理解的是，它们将自然落入本发明的技术范围内。
[0141]另外，本技术也可以构造如下。
[0142](I) 一种测量装置，包括:
[0143]光接收元件，设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，所述光接收元件用来自所述测量对象区域的光形成图像；
[0144]多个发光元件，围绕所述光接收元件布置，所述多个发光元件发出光以测量所述测量对象；以及[0145]反射光学元件，设置在所述发光元件上方，所述反射光学元件将从所述发光元件发射的发射光引导到所述测量对象区域，
[0146]其中，所述光接收元件的光接收表面以及所述多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上，并且
[0147]其中，从所述多个发光元件发射的所述发射光被所述反射光学元件反射，并且从每个发光元件发射的所述发射光的中心线穿过所述测量对象区域的大致中心。
[0148](2)根据⑴所述的测量装置，
[0149]其中，开口部设置在放置所述测量对象的所述测量对象区域中，并且
[0150]其中，所述开口部的中心与所述光接收元件的中心彼此面对。
[0151](3)根据(I)或(2)所述的测量装置，
[0152]其中，布置N个发光元件作为所述多个发光元件，并且
[0153]其中，M(M ( N)种类型波长的放射状发射光从所述N个发光元件输出。
[0154](4)根据⑴至⑶任一项所述的测量装置，
[0155]其中，所述测量对象是有机物。
[0156](5)根据(4)所述的测 量装置，
[0157]其中，所述有机物是人体的皮肤。
[0158](6)根据⑶至(5)任一项所述的测量装置，
[0159]其中，在所述多个发光元件的数量大于从所述发光元件发出的所述放射状发射光的波长类型数量的情况下，所述放射状发射光的波长从具有最窄可允许波长宽度的波长按顺序进行选择。
[0160](7)根据⑴至(6)任一项所述的测量装置，
[0161]其中，在放置白色校正板作为所述测量对象的情况下，将从白色校正板反射的光的光量作为基准，所述光接收元件接收的来自所述测量对象反射光的光量为95%或以上。
[0162](8)根据(7)所述的测量装置，
[0163]其中，所述光接收元件与所述测量对象之间的间隔距离为3±0.2mm,
[0164]其中，所述光接收元件的大小为IOmm的四方形，并且
[0165]其中，具有圆形形状的所述开口部的直径大小为5±0.4mm。
[0166](9)根据⑶所述的测量装置，
[0167]其中，所述放射状发射光的数值孔径NA为0.2，并且
[0168]其中，所述反射光学兀件对于发光表面的安装角度为51°。
[0169](10)根据(9)所述的测量装置，
[0170]其中，所述发光元件的数量为8个，
[0171]其中，从所述发光元件发出的所述放射状发射光的波长为五种类型，入1:500±25nm、λ 2:540±15ηηι、λ 3:580nm±5nm、λ 4:620±15ηηι 和 λ 5:660±15ηηι,
[0172]其中，设置了用于相应地发出入1和λ 2波长的每一个发光元件，并且
[0173]其中，设置了用于相应地发出入3至λ5波长的每两个发光元件。
[0174](11) 一种测量方法，包括:
[0175]从多个发光元件发出用于测量测量对象的光，所述多个发光元件发出用于测量测量对象的光，围绕光接收元件布置，所述光接收元件设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，光接收元件用来自测量对象区域的光形成图像；
[0176]由设置在发光元件上方的反射光学元件将从多个发光元件中的每个发出的放射状发射光引导到测量对象区域，使得放射状发射光的中心线穿过测量对象区域的大致中心；以及
[0177]由光接收元件接收从测量对象区域反射的光，
[0178]其中，光接收元件的光接收表面以及多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上。
[0179](12) —种参数设定方法，包括:
[0180]在测量装置中设定光接收元件接收的来自测量对象反射光的光量的最小值，并且基于反射光的光量的所设定最小值确定光接收元件的大小，所述测量装置包括:光接收元件，设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，所述光接收元件用来自所述测量对象区域的光形成图像；多个发光元件，围绕所述光接收元件布置，所述多个发光元件发出光以测量所述测量对象；以及反射光学元件，设置在所述发光元件上方，所述反射光学元件将从所述发光元件发射的发射光引导到所述测量对象区域，其中所述光接收元件的光接收表面以及所述多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上，并且其中从所述多个发光元件发射的光被所述反射光学元件反射，并且从每个发光元件发射的所述发射光的中心线穿过所述测量对象区域的大致中心；以及
[0181]基于对光接收元件必要的信号-噪声比和反射光的光量的所设定最小值来设定测量对象区域的大小，并且基于入射于光接收元件上的光量和反射光的光量的最小值来设定光接收元件与测量对象之间的间隔距离。
[0182]附图标记列表
[0183]I测量装置
[0184]11 壳体
[0185]13 开口部
[0186]100光学系统
[0187]101光接收元件
[0188]103发光元件
[0189]105反射光学元件(反射镜)
[0190]200计算处理装置
[0191]201测量信息采集部
[0192]203计算部
[0193]205存储部
【权利要求】
1.一种测量装置，包括: 光接收元件，设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，所述光接收元件用来自所述测量对象区域的光形成图像； 多个发光元件，围绕所述光接收元件布置，所述多个发光元件发出光以测量所述测量对象；以及 反射光学元件，设置在所述发光元件上方，所述反射光学元件将从所述发光元件发射的发射光引导到所述测量对象区域， 其中，所述光接收元件的光接收表面以及所述多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上，并且 其中，从所述多个发光元件发射的所述发射光被所述反射光学元件反射，并且从每个发光元件发射的所述发射光的中心线穿过所述测量对象区域的大致中心。
2.根据权利要求1所述的测量装置， 其中，开口部设置在放置所述测量对象的所述测量对象区域中，并且 其中，所述开口部的中心与所述光接收元件的中心彼此面对。
3.根据权利要求2所述的测量装置， 其中，布置N个发光元件作为所述多个发光元件，并且 其中，M(M ( N)种类型波长的放射状发射光从所述N个发光元件输出。
4.根据权利要求1所述的测量装置， 其中，所述测量对象是有机物。
5.根据权利要求4所述的测量装置， 其中，所述有机物是人体的皮肤。
6.根据权利要求3所述的测量装置， 其中，在所述多个发光元件的数量大于从所述发光元件发出的所述放射状发射光的波长类型数量的情况下，所述放射状发射光的波长从具有最窄可允许波长宽度的波长按顺序进行选择。
7.根据权利要求1所述的测量装置， 其中，在放置白色校正板作为所述测量对象的情况下，将从白色校正板反射的光的光量作为基准，所述光接收元件接收的来自所述测量对象反射光的光量为95%或以上。
8.根据权利要求7所述的测量装置， 其中，所述光接收元件与所述测量对象之间的间隔距离为3±0.2mm, 其中，所述光接收元件的大小为IOmm的四方形，并且 其中，圆形开口部的直径大小为5±0.4mm。
9.根据权利要求8所述的测量装置， 其中，所述放射状发射光的数值孔径NA为0.2，并且 其中，所述反射光学元件对于发光表面的安装角度为51°。
10.根据权利要求9所述的测量装置， 其中，所述发光元件的数量为8个， 其中，从所述发光兀件发出的所述放射状发射光的波长为五种类型，X1:500±25nm、λ 2:540土 15nm、λ 3:580nm±5nm、λ 4:620土 15nm 和 λ 5:660土 15nm,其中，设置了用于相应地发出入1和λ2波长的每一个发光元件，并且 其中，设置了用于相应地发出入3至λ5波长的每两个发光元件。
11.一种测量方法，包括: 从多个发光元件发出用于测量测量对象的光，所述多个发光元件发出用于测量测量对象的光，围绕光接收元件布置，所述光接收元件设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，光接收元件用来自测量对象区域的光形成图像； 由设置在发光元件上方的反射光学元件将从多个发光元件中的每个发出的放射状发射光引导到测量对象区域，使得放射状发射光的中心线穿过测量对象区域的大致中心；以及 由光接收元件接收从测量对象区域反射的光， 其中，光接收元件的光接收表面以及多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上。
12.—种参数设定方法,包括: 在测量装置中设定光接收元件接收的来自测量对象反射光的光量的最小值，并且基于反射光的光量的所设定最小值确定光接收元件的大小，所述测量装置包括:光接收元件，设置在面向放置测量对象的测量对象区域的位置，所述光接收元件用来自所述测量对象区域的光形成图像；多个发 光元件，围绕所述光接收元件布置，所述多个发光元件发出光以测量所述测量对象；以及反射光学元件，设置在所述发光元件上方，所述反射光学元件将从所述发光元件发射的发射光引导到所述测量对象区域，其中所述光接收元件的光接收表面以及所述多个发光元件的发光表面相互定位在同一平面上，并且其中从所述多个发光元件发射的光被所述反射光学元件反射，并且从每个发光元件发射的所述发射光的中心线穿过所述测量对象区域的大致中心；以及 基于对光接收元件必要的信号-噪声比和反射光的光量的所设定最小值来设定测量对象区域的大小，并且基于入射于光接收元件上的光量和反射光的光量的最小值来设定光接收元件与测量对象之间的间隔距离。
【文档编号】G01N21/27GK104024828SQ201280053504
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2011年11月11日
【发明者】鸟海洋一, 川部英雄, 桦泽宪一, 铃木达也, 今井宽和, 上野正俊 申请人:索尼公司