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分光測定装置 NEW

国内特許コード P170014614
整理番号 S2016-0489-N0
掲載日 2017年10月4日
出願番号 特願2016-040357
公開番号 特開2017-156245
出願日 平成28年3月2日(2016.3.2)
公開日 平成29年9月7日(2017.9.7)
発明者
  • 石丸 伊知郎
出願人
  • 国立大学法人 香川大学
発明の名称 分光測定装置 NEW
発明の概要 【課題】被測定物の表面で反射される光の影響を抑えつつ、被測定物の内部成分の鮮明なインターフェログラムと高精度な分光特性を取得する。
【解決手段】本発明は、被測定物から放出された光を第1軸方向に2つに分割して第1及び第2測定光を形成する分割光学系、第1及び第2測定光の間に第1軸方向と直交する第2軸方向に沿って連続的に変化する光路長差を付与する光路長差付与手段、連続的に変化する光路長差が付与された第1及び第2測定光を第1軸方向に集光させて結像面上に直線状の干渉光を形成する結像光学系、所定の周期で配置された複数の画素を有する干渉光検出部、干渉光検出部で検出された干渉光の光強度に基づきスペクトルを取得する処理部、被測定物と分割光学系の間に配置された該分割光学系と共通の共役面を有する共役面結像光学系、共役面に配置された振幅型回折格子、を備える。振幅型回折格子の透光部は表面反射光に由来する偏光を減衰させつつ内部拡散光を通過させる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


血液中に含まれるグルコース(血糖)やコレステロール等の生体成分を測定する方法の一つに、身体の被検部位に光を照射したときに、該被検部位の内部の生体成分から発せられる光の分光特性から生体成分を定性的、定量的に測定する方法がある(特許文献1)。この方法では、血液を採取する必要がなく、非侵襲的に測定することができる。



この方法では、被検部位の皮膚を透過して内部に入り込み、屈折や生体成分での反射を経て、外部に放散された光(内部散乱光)を、対物レンズを介して位相シフタである固定ミラーと可動ミラーに導き、これら2つのミラーでそれぞれ反射される光を結像面において干渉させる。可動ミラーはピエゾ素子などにより移動されるようになっており、該可動ミラーの移動量に応じた位相差が、固定ミラーで反射される光と可動ミラーで反射される光の間に生じる。このため、可動ミラーの移動に伴い、可動ミラーで反射された光と固定ミラーで反射された光の干渉光の強度が変化して、いわゆるインターフェログラムを形成する。このインターフェログラムをフーリエ変換することにより内部散乱光の分光特性(スペクトル)が取得される。



上記測定方法では、結像面における干渉光の光量分布が被検部位のテクスチャー(表面状況)による回折角の違い等の影響を受ける。つまり、被検部位の屈折率分布等や光学的なテクスチャーの違いにより結像面における内部散乱光の光量分布が異なるため、このような光量分布が、生体成分の濃度に依存する干渉光の光量分布に重畳してしまい、生体成分の濃度を正確に測定することができない。



これに対して、物体面の像を共役結像光学系により一旦、物体面と光学的に共役な像面上に形成し、この共役像面上に設置した振幅型回折格子により物体光束に空間的な周期変化を付与する方法が提案されている(特許文献2、非特許文献1)。この方法によれば、被検部位のテクスチャーの違いが、結像面における内部散乱光の光量分布に及ぼす影響を排除することができる。ここで、振幅型回折格子とは、集光軸方向(結像ライン方向)に透光部と遮光部を交互に配列したもので、透光部の間隔(周期)や集光軸方向及び干渉軸方向の長さ(縦横の長さ)は数十μm~数百μmと非常に小さく、多重スリットとも呼ばれる。

産業上の利用分野


本発明は、測定対象の分光特性を利用して該測定対象を定性的又は定量的に測定する分光測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
a) 被測定物からの光を所定の第1軸方向に2つに分割して第1測定光及び第2測定光を形成する分割光学系と、
b) 前記第1測定光及び前記第2測定光の間に、前記第1軸方向と直交する方向である第2軸方向に沿って連続的に変化する光路長差を付与する光路長差付与手段と、
c) 連続的に変化する光路長差が付与された前記第1測定光及び前記第2測定光を前記第1軸方向に集光させて結像面上に直線状の干渉光を形成する結像光学系と、
d) 前記結像面上に前記第2軸方向に所定の周期で配置された複数の画素を有する、前記干渉光の強度を検出する干渉光検出部と、
e) 前記干渉光検出部で検出された前記干渉光の光強度に基づき、前記被測定物に含まれる成分のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と、
f) 前記被測定物と前記分割光学系の間に配置された、該分割光学系と共通の共役面を有する共役面結像光学系と、
g) 前記共役面に配置された、前記第1軸方向に周期的に並ぶ複数の透光部と複数の遮光部とを有する振幅型回折格子と、
を備え、
前記複数の透光部の少なくとも一部が、前記被測定物の表面で反射された表面反射光に由来する偏光を減衰させつつ、前記被測定物の内部から放出された光を通過させる光学素子から構成されていることを特徴とする分光測定装置。

【請求項2】
前記光学素子が、透過軸の方向が前記第1軸方向となるように配置された第1直線偏光板、透過軸の方向が前記第2軸方向となるように配置された第2直線偏光板、及び透過軸の方向が前記第1軸方向及び第2軸方向のいずれとも異なる方向となるように配置された第3直線偏光板から選択される1種又は複数種の直線偏光板から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の分光測定装置。

【請求項3】
前記複数の透光部が、透過軸の方向が前記第1軸方向となるように配置された第1直線偏光板と、透過軸の方向が前記第2軸方向となるように配置された第2直線偏光板とから構成されていることを特徴とする請求項1に記載の分光測定装置。

【請求項4】
前記複数の透光部が、透過軸の方向が前記第1軸方向となるように配置された第1直線偏光板及び透過軸の方向が前記第2軸方向となるように配置された第2直線偏光板のいずれかと、透過軸の方向が前記第1軸方向及び第2軸方向のいずれとも異なる方向となるように配置された第3直線偏光板とから構成されていることを特徴とする請求項1に記載の分光測定装置。

【請求項5】
a) 被測定物からの光を分割光学系により所定の第1軸方向に2つに分割して第1測定光及び第2測定光を形成し、
b) 前記第1測定光及び前記第2測定光の間に、前記第1軸方向と直交する方向である第2軸方向に沿って連続的に変化する光路長差を付与し、
c) 連続的に変化する光路長差が付与された前記第1測定光及び前記第2測定光を、結像光学系により前記第1軸方向に集光させて結像面上に直線状の干渉光を形成し、
d) 前記結像面上に前記第2軸方向に所定の周期で配置された複数の画素を有する干渉光検出器を用いて前記干渉光の強度を検出し、
e) 前記干渉光検出部で検出された前記干渉光の光強度に基づき、前記被測定物に含まれる成分のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する分光測定方法において、
前記被測定物と前記分割光学系の間に、該分割光学系と共通の共役面を有する共役面結像光学系を配置するとともに、前記共役面に、前記第1軸方向に周期的に並ぶ複数の透光部と複数の遮光部とを有する振幅型回折格子を配置し、前記透光部の少なくとも一部を、前記被測定物の表面で反射された表面反射光に由来する偏光を減衰させつつ、前記被測定物の内部から放出された光を通過させる光学素子から構成したことを特徴とする分光測定方法。

【請求項6】
複数の透光部のうち一部は前記表面反射光に由来するP偏光成分と前記被測定物の内部から放出された光に由来するP偏光成分が透過する光学素子から構成し、残りは前記表面反射光に由来するS偏光成分と前記被測定物の内部から放出された光に由来するS偏光成分が透過する光学素子から構成することを特徴とする請求項5に記載の分光測定方法。

【請求項7】
前記被測定物の表面においてブリュースター角で反射された表面反射光を前記分割光学系に入射させ、
前記干渉光検出器が検出した干渉光のうち前記表面反射光に由来するP偏光成分と前記被測定物の内部から放出された光に由来するP偏光成分が重畳した光による干渉光の強度と、前記表面反射光に由来するS偏光成分と前記被測定物の内部から放出された光に由来するS偏光成分が重畳した光による干渉光の強度から、表面反射光の強度と内部散乱光の強度を算出することを特徴とする請求項6に記載の分光測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016040357thum.jpg
出願権利状態 公開


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