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分光測定装置 NEW

国内特許コード P180014976
整理番号 (S2015-1758-N0)
掲載日 2018年5月23日
出願番号 特願2017-527514
出願日 平成28年7月8日(2016.7.8)
国際出願番号 JP2016070287
国際公開番号 WO2017007024
国際出願日 平成28年7月8日(2016.7.8)
国際公開日 平成29年1月12日(2017.1.12)
優先権データ
  • 特願2015-137321 (2015.7.8) 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 NEW
発明の概要 本発明の分光測定装置1は、共役面結像光学系とワンショット光学系により構成されている。共役面結像光学系では測定対象(物体面)の像を結像レンズや広角レンズ、顕微対物レンズ等の観察条件である視野範囲や倍率に応じたレンズ(11)を用いて物体面と光学的に共役な面を形成する。この共役面はワンショット光学系の物体面となり、該共役面に多重スリット(13)が配置されている。多重スリット(13)は所定方向に周期的に配列された複数の開口部を有する。ワンショット光学系は対物レンズ(15)と結像レンズ(17)による無限遠補正結像光学系であり、フーリエ変換面の近傍に位相シフタ(19)が、結像レンズ(17)の結像面に2次元受光アレイデバイス(21)が、多重スリット(13)と対物レンズ(15)の間に平凹面シリンドリカルレンズ(23)が配置されている。
従来技術、競合技術の概要


血液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の量は糖尿病や高脂血症等、様々な病気の指標となることから、従来より病気の予防及び治療のために血液中の生体成分の量の管理が行われている。血液中の生体成分の量の測定には、通常、身体から採取した血液が用いられるが、血液の採取には苦痛を伴う。また、採血部位の消毒や採血に用いた消耗品の処理などの煩わしい作業が必要であるため、病気の予防目的で生体成分の量を測定するための採血を日常的に行うことは敬遠される。



そこで、血液を採取せずに生体成分の量を測定する非侵襲の測定方法が提案されている(特許文献1)。この方法では、生体の被検部位に光を照射し、それにより該被検部位の内部の生体成分から発せられる光(物体光)の分光特性から生体成分を定性的、定量的に測定する。具体的には、生体成分を光学的に構成する各輝点から発する透過光や拡散・散乱光等の物体光を、対物レンズを介して位相シフタである固定ミラー部と可動ミラー部に導き、これら2つのミラー部から反射される物体光束を結像光学系により集光し、その結像面において干渉させる。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で反射される物体光束と可動ミラー部から反射される物体光束の間に生じ、それに伴い両光束による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物体光の分光特性(スペクトル)が取得される。



ところが、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物体光が通過する箇所の光学的なテクスチャーの違いにより結像面における物体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。



また、空間的にコヒーレントな光の場合、テクスチャーがほとんど無い試料からは高次回折光を生じることが無く、0次光のみとなる。例えばケラー照明で試料を照射した場合、試料からの0次光は平行光束として対物レンズに到達し、光学的フーリエ変換面で集光してしまう。このような場合は物体光を分割することができないため、分光特性を取得することができない。



これに対して、特許文献2には、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手法が開示されている。空間的な周期変化が付与された物体光束は対物レンズを介して位相シフタに導かれる。
この手法によれば、テクスチャーがほとんどない試料からの光であっても鮮明なインターフェログラムを取得することができるため、該光の分光特性を取得できる(特許文献2、非特許文献1参照)。
振幅型回折格子は、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)や透光部の集光軸方向及び干渉軸方向(集光軸方向と直交する方向)の長さ(透光部の縦横の長さ)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、測定試料を透過した光や測定試料面で反射した光の分光特性を測定する技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
a) 被測定物の測定領域内に位置する複数の測定点からそれぞれ発せられた測定光を所定の第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、前記被測定物の測定点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とともに、該共役面に前記測定点からの測定光を結像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透光部と遮光部とを有する振幅型回折格子と、
h) 前記測定光が前記振幅型回折格子を通過した後の光を前記第2軸方向に拡散させる拡散光学系と
を備えることを特徴とする分光測定装置。

【請求項2】
前記拡散光学系が、平凹面シリンドリカルレンズ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】
前記拡散光学系が、1組の凸面シリンドリカルレンズ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】
a) 被測定物の測定領域内に位置する複数の測定点からそれぞれ発せられた測定光を所定の第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、前記被測定物の測定点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とともに、該共役面に前記測定点からの測定光を結像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透光部と遮光部とを有する振幅型回折格子とを備え、
前記干渉光検出器が、前記第2軸方向に所定の周期で配置されたm個の画素からなる画素列を第1軸方向にn個並べたm×n個の画素を備え、各画素列を構成する画素の位置が、隣接する画素列を構成する画素の位置とずれるように互い違いに配置されており、
前記結像光学系が、第1測定光と第2測定光の干渉光を、前記干渉光検出器の複数の画素列に跨るように形成することを特徴とする分光測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017527514thum.jpg
出願権利状態 公開


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