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分光測定装置および分光測定方法

国内特許コード P170014734
整理番号 (S2014-1302-N0)
掲載日 2017年12月21日
出願番号 特願2016-571942
登録番号 特許第6660634号
出願日 平成28年1月15日(2016.1.15)
登録日 令和2年2月13日(2020.2.13)
国際出願番号 JP2016051187
国際公開番号 WO2016121540
国際出願日 平成28年1月15日(2016.1.15)
国際公開日 平成28年8月4日(2016.8.4)
優先権データ
  • 特願2015-015734 (2015.1.29) JP
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 分光測定装置および分光測定方法
発明の概要 本発明の分光測定装置は、測定対象の表面に、電場の振動方向が入射面と平行な直線偏光であるP偏光をブリュースター角で入射させる光源101と、P偏光が入射された測定対象から発せられた測定光を位相シフタ105に導入して2つの測定光に分割する導入光学系103と、2つの測定光の干渉光を形成する干渉光学系106と、干渉光の強度を検出する干渉光検出部107と、前記位相シフタ105を駆動することにより得られる干渉光の強度変化に基づき前記測定光のインターフェログラムを求める処理部201と、測定光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測定光のスペクトルを求める演算部202とを備える。
従来技術、競合技術の概要

糖尿病や高脂血症等のさまざまな疾患において、血中グルコース(血糖)や血中コレステロールといった血液中の生体成分の濃度が疾患の指標として用いられている。従って、これら血液中の生体成分の濃度の管理は、疾患の予防や治療のために重要である。血液中の生体成分の濃度の測定は、通常、被検者から採取した血液が用いられる。近年、非常に少量の血液から様々な生体成分の濃度の測定が可能になり、被検者の負担が少なくなってきたものの、血液の採取には苦痛を伴う。また、採血部位の消毒や消耗品の処理などの煩わしい作業が必要であるため、血液を採取せずに生体成分を非侵襲で測定する装置が求められている。非侵襲の測定装置であれば一般家庭でも簡便に使用することができ、例えば疾患の予防や治療のために日常的に生体成分の濃度を測定しなければならない患者にとって有用である。

血液中の生体成分の濃度を非侵襲で測定する装置の一つに本願発明者により発明された装置がある(特許文献1参照)。この装置では、生体成分を光学的に構成する各輝点から生じる物体光束の干渉現象を利用することにより生体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物体光の分光特性(スペクトル)を取得する。

具体的には、図1Aに示すように、光源からの光、例えば生体膜に対する透過性が高い近赤外光を測定対象である指先に照射し、その透過光や指先内の生体成分から生じる拡散光・散乱光等の物体光を対物レンズを介して位相シフタに導入する。そして、位相シフタを構成する固定ミラー部と可動ミラー部によって反射された物体光束を結像レンズによって干渉させ、その干渉光をCCDカメラ等の検出部によって検出する。従って、対物レンズの合焦面を指先内の所定の静脈の位置に設定することにより、その静脈内の目的成分から生じる物体光の干渉光を検出することができる。

可動ミラー部はピエゾ素子などにより移動されるようになっており、該可動ミラー部の移動量に応じた位相差が固定ミラー部と可動ミラー部から反射される物体光束に付与される。このため、可動ミラー部を連続的に移動させ、位相差を変化させると、これに伴い所定の波長域に連続して分布する各波長成分の干渉光の強度が変化し、これら干渉光の合成波形であるインターフェログラムが得られる。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物体光の分光特性(スペクトル)を取得することができる。

産業上の利用分野

本発明は、血糖や血中コレステロール等の体内の生体成分を非侵襲で測定したり、半導体の欠陥評価に用いたりすることができる分光測定装置及び分光測定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
a)光入射面と光出射面が平行な第1透過型光学素子及び該第1透過型光学素子と並んで配置された、光入射面及び光出射面の一方が前記第1透過型光学素子の前記光入射面又は前記光出射面と同一面上にあり、入射面及び出射面のうちの一方に対して他方が傾斜する第2透過型光学素子を備え、前記第1透過型光学素子の光入射面に入射して光出射面から出射した光と前記第2透過型光学素子の光入射面に入射して光出射面から出射した光との間に連続的な光路長差を与える分割光学系と、
b)測定対象の表面に、電場の振動方向が入射面と平行な直線偏光であるP偏光をブリュースター角で入射させる光照射手段と、
c)前記P偏光が入射された前記測定対象から発せられた測定光を前記第1透過型光学素子の光入射面及び前記第2透過型光学素子の光入射面に導入する導入光学系と、
d)前記測定対象の表面と前記導入光学系の間、又は前記導入光学系と前記分割光学系の間に配置された、前記測定光のうち、電場の振動方向が前記P偏光の電場の振動方向と垂直な直線偏光であるS偏光を通過させ、前記P偏光を通過させない偏光板と、
e)前記第1透過型光学素子の光出射面から出射した測定光である第1測定光と前記第2透過型光学素子の光出射面から出射した測定光である第2測定光の干渉光を形成する干渉光学系と、
f)前記第1測定光と前記第2測定光の連続的な光路長差に対応する前記干渉光の強度分布を検出するための複数の画素を有する干渉光検出部と、
g)前記干渉光検出部で検出される前記干渉光の強度分布から前記測定光のインターフェログラムを求める処理部と、
h)前記インターフェログラムをフーリエ変換することにより前記測定光のスペクトルを求める演算部と
を備え
前記光照射手段が、光源と、該光源と前記測定対象の間に配置され該光源から出射される光のうち電場の振動方向が入射面と平行な直線偏光であるP偏光のみを透過させる光照射用偏光板とを有しており、
前記光照射用偏光板に対してクロスニコルの条件になるように前記偏光板が配置されていることを特徴とする分光測定装置。

【請求項2】
請求項1に記載の分光測定装置において、さらに、
前記測定対象が載置される載置面と、該載置面と反対側の面である光照射面を有する板状の光透過性部材を備えることを特徴とする分光測定装置。

【請求項3】
a)光源から出射された光のうち、該光源と測定対象との間に配置された光照射用偏光板によって電場の振動方向が入射面と平行な直線偏光であるP偏光のみを透過させ、該P偏光をブリュースター角で測定対象の表面に入射させ、
b)導入光学系により、前記P偏光が入射された前記測定対象から発せられた測定光を、光入射面と光出射面が平行な第1透過型光学素子及び該第1透過型光学素子と並んで配置された、光入射面及び光出射面の一方が前記第1透過型光学素子の前記光入射面又は前記光出射面と同一面上にあり、入射面及び出射面のうちの一方に対して他方が傾斜する第2透過型光学素子を備え、前記第1透過型光学素子の光入射面に入射して光出射面から出射した光と前記第2透過型光学素子の光入射面に入射して光出射面から出射した光との間に連続的な光路長差を与える分割光学系の前記第1透過型光学素子の入射面と前記第2透過型光学素子の入射面に導入し、
c)前記第1透過型光学素子の光出射面から出射した測定光である第1測定光と前記第2透過型光学素子の光出射面から出射した測定光である第2測定光の干渉光を干渉光学系により形成し、
d)前記第1測定光と前記第2測定光の連続的な光路長差に対応する前記干渉光の強度分布を、複数の画素を有する干渉光検出部により検出し、
e)前記干渉光検出部で検出される前記干渉光の強度分布から前記測定光のインターフェログラムを求め、
f)前記インターフェログラムをフーリエ変換することにより前記測定光のスペクトルを求め、
前記測定対象の表面と前記導入光学系の間、又は前記導入光学系と前記分割光学系の間に、前記光照射用偏光板に対してクロスニコルの条件になるように配置された偏光板により、前記測定光のうち、前記電場が前記P偏光の電場と直交する直線偏光であるS偏光を通過させ、前記P偏光を通過させないことを特徴とする分光測定方法。

【請求項4】
請求項3に記載の分光測定方法において、
前記測定対象が載置される載置面と、該載置面と反対側の面である光照射面を有する板状の光透過性部材を備え、
前記測定対象の表面に前記P偏光がブリュースター角で入射するように前記光透過性部材の光照射面に該P偏光を照射することを特徴とする分光測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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