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SPECTROSCOPIC APPARATUS

Patent code P170014614
File No. S2016-0489-N0
Posted date Oct 4, 2017
Application number P2016-040357
Publication number P2017-156245A
Date of filing Mar 2, 2016
Date of publication of application Sep 7, 2017
Inventor
  • (In Japanese)石丸 伊知郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 香川大学
Title SPECTROSCOPIC APPARATUS
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain the clear interferogram and the precise spectral characteristic of an internal component of a measurement object while suppressing the influence of light reflected on a surface of the measurement object.
SOLUTION: A spectroscopic apparatus includes: a split optical system that splits light from a measurement object into two in a first axial direction, thereby forming first and second measurement light; optical path length difference providing means that provides the optical path difference that changes continuously along a second axial direction orthogonal to the first axial direction between the first and second measurement light; an imaging optical system that forms linear interference light on an imaging surface by condensing the first and second measurement light, which is provided with the optical path length difference that changes continuously, in the first axial direction; an interference light detection unit including a plurality of pixels arranged at predetermined cycles; a processing unit that obtains the spectrum based on the light intensity of the interference light detected in the interference light detection unit; a conjugated plane imaging optical system including a conjugated plane common to the split optical system disposed between the measurement object and the split optical system; and an amplitude type diffraction grating disposed on the conjugated plane. A light-transmission part of the amplitude type diffraction grating passes internal diffusion light while attenuating the polarized light derived from surface reflection light.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016040357thum.jpg
State of application right Published
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