JP5676688B2 - 光学ユニット及び光学分析装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光学分析に用いる光学ユニット、及びそれを備えた光学分析装置に関する。
近年、成分分析の分野では、化学反応を用いて分析に加えて、光学分析も行われている。例えば、特許文献１〜４は、光学分析を行なうための従来からの光学分析装置を開示している。また、光学分析では、例えば、無偏向な近赤外光が試料に照射され、試料で反射された反射光、又は試料を透過した透過光が、受光素子によって受光される。そして、受光された光の波長、強度等に基づいて、試料中の成分が特定される。
特に、特許文献１は、光学分析によって血液中の血糖値を測定する血糖計を開示している。特許文献１に開示された血糖計は、発光ダイオードとフォトダイオードとで構成された光学ユニットを備えている。また、特許文献１に開示された血糖計では、試料となる血液は円盤状の測定チップに付着された状態で提供される。
そして、この測定チップには、血液中のグルコースと反応して発色する試験紙が備えられているので、発光ダイオードから特定波長の光を測定チップに照射し、試験紙で反射された光をフォトダイオードで受光し、反射光の強度を求めることで、血糖値が測定される。
特開２０１１−６４５９６号公報 特開平０２−０５９９１４号公報 特開２００１−３２６３８２公報 特開２００９−０１１７５３号公報
ところで、特許文献１に開示された血糖計では、発光ダイオードからの光を測定チップの特定の箇所に確実に照射する必要があるため、発光ダイオードの出射面から照射面までの間に、光束が十分に拡がるように、ある程度の光路長を確保する必要がある（１０ｍｍ以上）。また、照射された光を効率良く反射させるためには、照射面での光の入射角度と反射角度とを４５度程度であることが好ましく、よって、光路長を長くすると、それに合わせて、発光ダイオードとフォトダイオードとの間の距離も長くする必要がある。このため、特許文献１に開示された血糖計には、光学ユニットを小さくすることが難しく、装置を小型化できないという問題がある。
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、光学分析装置の小型化を図り得る、光学ユニット及び光学分析装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における光学ユニットは、分析対象に光を照射する発光部と、前記分析対象で反射又は拡散された光を受光する複数の受光部と、前記発光部及び複数の前記受光部を実装する実装基板と、光透過性を有する板状部材とを備え、
前記板状部材は、前記実装基板に実装された前記発光部及び複数の前記受光部を覆うように配置され、
前記発光部、前記受光部、及び前記板状部材、それぞれの位置は、前記分析対象が前記板状部材に接触している場合に、前記発光部から出射された光が、前記分析対象で反射又は拡散された後に、２つ以上の前記受光部に入射するように、設定されている、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における光学分析装置は、分析対象に含まれる特定成分を分析するための装置であって、
前記分析対象に光を照射する発光部と、前記分析対象で反射又は拡散された光を受光する複数の受光部と、前記発光部及び複数の前記受光部を実装する実装基板と、光透過性を有する板状部材とが備えられた、光学ユニットを有し、
前記板状部材は、前記実装基板に実装された前記発光部及び複数の前記受光部を覆うように配置され、
前記発光部、前記受光部、及び前記板状部材、それぞれの位置は、前記分析対象が前記板状部材に接触している場合に、前記発光部から出射された光が、前記分析対象で反射又は拡散された後に、２つ以上の前記受光部に入射するように、設定されている、
ことを特徴とする。
以上のように本発明によれば、光学分析装置の小型化を図ることができる。
図１は、本発明の実施の形態１における光学ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。 図３は、図１及び図２に示す光学ユニットの動作原理を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１における光学分析装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態２における光学ユニットの構成を概略的に示す断面図である。 図６は、本発明の実施の形態２における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。 図７は、図５及び図６に示す光学ユニットの動作原理を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２における光学分析装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態３における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。 図１０は、本発明の実施の形態４における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における光学ユニット及び光学分析装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。
［光学ユニット］
最初に、図１〜図３を用いて、本実施の形態１における光学ユニットについて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光学ユニットの構成を概略的に示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。図３は、図１及び図２に示す光学ユニットの動作原理を示す図である。
図１〜図３に示す本実施の形態１における光学ユニット１００は、分析対象６０（図３参照）に含まれる特定成分を分析するために用いられる。図１及び図２に示すように、光学ユニット１００は、発光部１０と、複数の受光部２０と、発光部１０及び受光部２０を実装する実装基板３０と、光透過性を有する板状部材４０とを備えている。なお、図１及び図３において、実装基板３０及び板状部材４０のハッチングは省略されている。また、図２においては、板状部材４０は省略されている。
実装基板３０は、発光部１０及び複数の受光部２０を実装するために用いられている。また、板状部材４０は、実装基板３０に実装された発光部１０及び受光部２０を覆うように配置されている。
また、図３に示すように、光学ユニット１００では、分析対象６０が板状部材４０に接触している場合に、発光部１０から出射された光は、分析対象６０で反射または拡散される。このとき、分析対象６０で反射または拡散された光は横へと拡がるため、光は２つ以上の受光部２０に入射する。また、受光部２０は、光を受光すると、分析対象６０の特定成分を分析するために必要な信号を出力する。なお、図３では、矢印は、発光部１０から出射された後に分析対象６０で拡散され、その後、受光部２０に入射した光を表わしている。
そして、このような、光の出射、反射又は拡散、入射が生じるように、発光部１０、受光部２０、及び板状部材４０、それぞれの位置が設定されている。つまり、図３に示すように、板状部材４０と発光部１０及び受光部２０とを近接させて、発光部１０と分析対象６０との間の光路長を短くし、更に受光部２０と発光部１０とを近接させることで、上述の光の出射、反射又は拡散、及び入射が成立する。
また、このような位置設定の結果、光学ユニット１００では、発光部１０と分析対象６０との間の光路長が短くなるとともに（例えば、５ｍｍ以下）、分析対象６０からの反射光及び拡散光が確実に受光される。従って、光学ユニット１００によれば、それ自体の小型化と、それを用いる光学分析装置２００（後述の図４参照）の小型化とが図られる。
更に、発光部１０から出射された光は２つ以上の受光部２０で受光されるため、２つ以上の受光部２０それぞれが、受光した光の強度に応じて信号を出力することになる。このため、光学分析装置２００（後述の図４参照）は、２つ以上の信号を用いて、演算処理、ノイズ除去処理等を実行できるので、分析精度の向上が図られることになる。また、２つ以上の受光部から信号が出力されるので、各受光部２０のサイズを小さくしても、受光部全体での感度は確保される。よって、この点からも、光学ユニットの小型化が達成される。
また、光学ユニット１００によれば、分析対象６０を板状部材４０に接触するだけで、分析対象６０に含まれる成分の分析に必要な拡散光又は反射光を受光できるため、光学分析装置２００（後述の図４参照）の使用者における利便性の向上も図られる。
ここで、本実施の形態１における光学ユニット１００の構成について更に具体的に説明する。まず、本実施の形態１では、発光部１０は、発光ダイオード等の発光素子で構成されており、その出射面は板状部材４０に向けられている。受光部２０は、フォトダイオード等の受光素子で構成されており、その受光面は板状部材４０に向けられている。
また、本実施の形態１では、分析対象６０は、生体であり、特定成分は生体の間質液及び血液に含まれるグルコースである。この場合、発光部１０における発光素子としては、近赤外領域の光を照射可能な発光ダイオードが挙げられる。なお、図１〜図４の例では、特定成分は、間質液に含まれるグルコースであり、グルコースで拡散された光が受光部２０によって受光される。また、この場合、生体６０としては、例えば、手のひらが用いられる。
更に、本実施の形態では、生体の特定成分は、グルコース以外であっても良く、例えば、脂肪、酵素等であっても良い。更に、生体から採取された糞尿、血液、間質液等が、分析対象６０となっていても良い。
また、本実施の形態１では、分析対象６０は、生体に限定されない。分析対象６０の他の具体例としては、食品（農産物、水産物、食肉、各種加工食品等）、工業製品（ガソリン、灯油、重油、軽油、繊維、医薬品、ポリマー、塗料等）、医薬品、土壌なども挙げられる。例えば、分析対象６０が、果物又は野菜といった農産物である場合は、特定成分としては、グルコースに加え、フルクトース等も挙げられる。また、分析対象が食肉である場合は、特定成分としては脂肪が挙げられる。更に、分析対象がポリマーである場合は、特定成分としては水分が挙げられる。
なお、これらの場合、発光素子１１から出射される光の波長は、特定成分の種類に応じて設定される。また、発光部における発光素子としては、発光ダイオード以外の発光素子が用いられても良い。
［光学分析装置］
続いて、図４を用いて、本実施の形態１における光学分析装置について説明する。図４は、本発明の実施の形態１における光学分析装置の構成を概略的に示すブロック図である。
図４に示すように、光学分析装置２００は、分析対象６０に含まれる特定成分を分析する装置であり、光学ユニット１００を備えている。図４に示された光学ユニット１００は、図１に示された光学ユニットと同様のものである。
また、光学分析装置２００は、光学ユニット１００に加えて、信号取得部１１０と、駆動部１２０と、分析部１３０と、表示部１４０とを備えている。このうち、信号取得部１１０は、各受光部２０が受光した光の強度に応じて出力する信号を取得する。また、信号取得部１１０は、取得した信号はアナログ信号であるため、これをデジタル信号に変換し、変換によって得られたデジタル信号を分析部１３０に出力する。
駆動部１２０は、分析部１３０からの指示に応じて、各発光部１０の発光素子を発光させる。具体的には、駆動部１２０は、電源回路を有しており、電源回路を介して発光素子に電力を供給する。
分析部１３０は、信号取得部１１０から出力されてきた信号に基づいて、分析対象６０における吸光度を算出し、更に、算出した吸光度をグルコース濃度（血糖値）に変換する。具体的には、分析部１３０は、信号取得部１１０から出力されてきた信号の出力値を、予め設定されている換算式に当てはめて、吸光度を算出する。更に、分析部１３０は、吸光度とグルコース濃度との関係を規定する検量線に、算出した吸光度を当てはめて、グルコース濃度を算出する。
また、表示部１４０は、液晶表示パネル等の表示デバイスである。分析部１３０は、算出したグルコース濃度を、表示部１４０に表示させる。
また、本実施の形態１では、これらの信号取得部１１０、駆動部１２０、及び分析部１３０は、ＩＣ（Integrated Circuit）チップによって実現できる。この場合、各ＩＣチップと、表示部１４０として機能する液晶表示パネルとを、光学ユニット１００の実装基板３０に実装できるので、光学分析装置２００の更なる小型化を促進することが可能となる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における光学ユニット及び光学分析装置について、図５〜図８を参照しながら説明する。
［光学ユニット］
最初に、図５〜図７を用いて、本実施の形態２における光学ユニットについて説明する。図５は、本発明の実施の形態２における光学ユニットの構成を概略的に示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態２における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。図７は、図５及び図６に示す光学ユニットの動作原理を示す図である。
図５〜図７に示す本実施の形態２における光学ユニット１０１も、実施の形態１における光学ユニット１００と同様に、分析対象６０（図７参照）に含まれる特定成分を分析するために用いられる。
但し、本実施の形態２における光学ユニット１０１は、以下の点で、実施の形態１における光学ユニット１００と異なっている。以下においては、実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、図５及び図７において、実装基板３０及び板状部材４０のハッチングは省略されている。また、図６においては、板状部材４０は省略されている。
まず、図５〜図７に示すように、本実施の形態２では、光学ユニット１０１は、複数の発光部１０を備え、この複数の発光部１０も、実装基板３０に実装されている。また、発光部１０が複数存在しているため、これに合せて、発光部２０の個数は、実施の形態１の場合よりも多くなっている。
そして、図７に示すように、本実施の形態２では、分析対象６０が板状部材４０に接触している場合に、各発光部１０から出射された光は、分析対象６０で反射又は拡散された後に、光を出射した発光部１０に隣接する、２つ以上の受光部２０に入射する。また、本実施の形態２においも、このような、光の出射、反射又は拡散、入射が生じるように、発光部１０、受光部２０、及び板状部材４０、それぞれの位置が設定されている。
なお、図７において、両端に位置している発光部１０から出射された光は、反射又は拡散後に、図示されていない受光部２０（図６参照）を含む２つ以上の受光部２０に入射している。また、図７でも、図３と同様に、矢印は、発光部１０から出射された後に分析対象６０で拡散され、その後、受光部２０に入射した光を表わしている。
このように、本実施の形態２における光学ユニット１０１では、複数の発光部１０が備えられており、実施の形態１における光学ユニット１００に比べて、より広い範囲に対して光の照射及び受光を行なうことができる。このため、光学ユニット１０１によれば、それを用いる光学分析装置２０１（図８参照）において、分析精度を高めることができる。
また、光学ユニット１０１においても、実施の形態１における光学ユニット１００と同様に、発光部１０と分析対象６０との間の光路長を短くするとともに（例えば、５ｍｍ以下）、分析対象６０からの反射光及び拡散光を確実に受光できる。従って、本実施の形態２でも、光学ユニット１０１自体の小型化と、それを用いる光学分析装置２０１（後述の図４参照）の小型化とが図られる。
また、本実施の形態２では、各発光部１０は、出射面１１ａを板状部材４０に向けて配置された発光素子１１と、出射面１１ａを囲むように設けられた遮光壁１２とを備えている。更に、各受光部２０は、受光面２１ａを板状部材４０に向けて配置された受光素子２１と、受光面２１ａを囲むように設けられた遮光壁２２とを備えている。
そして、このような遮光膜１２及び遮光膜２２が設けられているため、出射光及び入射光の方向を規定することができ、発光部１０からの出射された光が直接受光部２０に入射してしまう事態を回避することができる。また、特に受光側では、外部から分析対象６０を突き抜けてくる光、及び分析対象６０が持っている固有のノイズ（例えば生体の血管由来のノイズ）等が受光部２０に入射することを抑制できる。この結果、光学ユニット１０１を用いる光学分析装置２０１（図８参照）においては、分析精度が高められる。
更に、図５及び図７に示すように、発光部１０の遮光壁１２及び受光部２０の遮光壁２２それぞれの高さは、板状部材４０と実装基板３０との間の距離に一致するように設定されているのが好ましい。これは、上述の効果をより高めるためである。
なお、遮光壁１２及び遮光壁２２の形成材料は、遮光が可能な材料であれば良く、特に限定されるものではない。また、発光素子１１及び受光素子２１としては、実施の形態１で述べた発光ダイオード及びフォトダイオードが挙げられる。
また、本実施の形態２では、各受光部２０は、受光面２１ａの入射側に、設定された波長以下（又は以上）の光のみを透過させる光学フィルタ２３も備えている。この点からも、光学ユニット１０１を用いる光学分析装置２０１（図８参照）において、分析精度を高めることができる。なお、光学フィルタ２３の設定波長は、特定成分の種類に応じて設定される。
更に、図５〜図７の例では、遮光壁は、発光部１０及び受光部２０それぞれ毎に形成されているが、本実施の形態２はこれに限定されず、全ての遮光壁が一体的に形成された態様であっても良い。また、各遮光壁の内側には、金属材料によって反射膜が形成されているのが好ましい。
また、図５及び図７に示すように、発光部１０は、発光素子１１と実装基板３０との間に、発光素子１１で発生した熱を実装基板３０へと伝達するための熱伝達部材１３を備えている。この熱伝達部材１３の形成材料としては、例えば、大理石、セラミックスといった熱伝導率の高い材料が挙げられる。このような熱伝達部材１３により、熱を原因とする発光素子（発光ダイオード）１１の光量ばらつきが抑制される。また、発光素子１１の熱が受光素子２１に伝達されにくくなるので、熱による受光素子の精度低下も抑制される。このため、熱伝達部在１３によっても、光学ユニット１０１を用いる光学分析装置２０１（図８参照）において、分析精度を高めることができる。
加えて、本実施の形態２では、発光部１０においては、発光素子１１と遮光膜１３との間に、光透過性の樹脂を充填し、この樹脂をレンズ形状に形成することもできる。この場合は、測定対象６０への光の照射効率を高めることができる。
また、図５及び図７に示すように、本実施の形態２では、光学ユニット１０１は、更に、冷却素子５０を備えている。冷却素子５０は、実装基板３０における、発光部１０及び受光部２０が実装されていない面と接触するように配置されている。冷却素子５０の具体例としては、ペルチェ素子が挙げられる。本実施の形態２においては、この冷却素子５０によって、よりいっそう、発光素子１１の光量ばらつきと、受光素子の精度低下とが抑制されることになる。また、分析対象６０が熱を持っている場合は、その熱によっても受光素子の精度低下が生じる場合があるが、冷却素子５０によれば、分析対象６０の熱による影響も抑制できる。
また、実装基板３０には、発光素子１１及び受光素子２１の端子（図示せず）に接続される導通路３１と配線３２とが形成されているが、本実施の形態２では、更に、配線３２と冷却素子５０とを接続する熱伝導路３３も設けられている。このため、発光素子１１及び受光素子２１で発生した熱は、導通路３１、配線３２及び熱伝導路３３を介して、冷却素子５０へと効率良く排出されることになる。なお、導通路３１、配線３２、及び熱伝導路３３の形成材料は、金属材料であれば良く、特に限定されるものではない。
［光学分析装置］
続いて、図８を用いて、本実施の形態２における光学分析装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態２における光学分析装置の構成を概略的に示すブロック図である。
図８に示すように、光学分析装置２０１は、図４に示した実施の形態１における光学分析装置２００と同様に、分析対象６０に含まれる特定成分を分析する装置である。但し、光学分析装置２０１では、図１〜図３に示した光学ユニット１００の代わりに、図５〜図７に示した光学ユニット１０１を備えている。
なお、光学分析装置２０１の構成は、光学ユニットを除き、実施の形態１における光学分析装置２００と同様である。よって、光学分析装置２０１も、信号取得部１１０と、駆動部１２０と、分析部１３０と、表示部１４０とを備えている。信号取得部１１０、駆動部１２０、分析部１３０、及び表示部１４０それぞれの機能は、実施の形態１と同様であるので、本実施の形態２では説明を省略する。
また、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、信号取得部１１０、駆動部１２０、及び分析部１３０は、ＩＣ（Integrated Circuit）チップによって実現できる。この場合、各ＩＣチップと、表示部１４０として機能する液晶表示パネルとを、光学ユニット１００の実装基板３０に実装できるので、光学分析装置２０１の更なる小型化を促進することが可能となる。
本実施の形態２では、１又は２以上の発光部１０毎に、発光素子１１から出射される光のピーク波長を異ならせることができる。また、これに合せて、１又は２以上の受光部２０毎に、光学フィルタ２３の設定波長を異ならせることもできる。そして、このような態様とした場合は、光学分析装置１３０の分析部１３０は、測定対象６０のスペクトルを取得することができるので、測定対象６０に含まれる複数の成分を分析することができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における光学ユニット及び光学分析装置について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の実施の形態３における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。
図９に示す本実施の形態３における光学ユニット１０２は、発光部及び受光部の並び方が異なる以外は、実施の形態２における光学ユニット１０１と同様に構成されている。以下、実施の形態２との相違点を中心に説明する。
図９に示すように、本実施の形態３では、複数の発光部１０ａ〜１０ｊは、それぞれが実装基板３０上の任意の点３４を囲むように、実装基板３０に実装されている。これは、分析対象（図７参照）の広い範囲に対する光の照射及び受光を可能にするためである。
また、本実施の形態３では、更に、複数の発光部１０ａ〜１０ｊは、出射する光のピーク波長が互いに異なる複数のグループで構成され、各グループは、ピーク波長が同一の２つの発光部を有している。
具体的には、図９の例では、発光部１０ａと１０ｆ、発光部１０ｂと１０ｇ、発光部１０ｃと１０ｈ、発光部１０ｄと１０ｉ、発光部１０ｅと１０ｊは、それぞれグループを構成している。なお、図９においては、同一グループに属する発光部には、同一のハッチングが施されている。
更に、図９に示すように、同一のグループに属する２つの発光部は、任意の点３４を介して対向した位置に実装されている。なお、図９の例では、同一のグループに属する２つの発光部は、任意の点３４からの距離が互いに同一となるように実装されているが、本実施の形態３は、この例に限定されるものではない。
このように、本実施の形態３では、光学ユニット１０２は、ピーク波長が異なる複数の光を出射できる。よって、光学ユニット１０２を用いれば、測定対象のスペクトルを取得できるので、測定対象に含まれる複数の成分を分析することができる。また、ピーク波長が同一の光は、二つの離れた部位に照射されるので、光学ユニット１０２を用いる光学分析装置（図示せず）における分析精度の向上も図られることになる。
なお、本実施の形態３における光学分析装置は、光学ユニットとして光学ユニット１０２が用いられる以外は、実施の形態１における光学分析装置２００（図４参照）及び実施の形態２における光学分析装置３００（図８参照）と同様に構成されている。よって、本実施の形態３における光学分析装置についての説明は省略する。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における光学ユニット及び光学分析装置について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明の実施の形態４における光学ユニットの構成を概略的に示す平面図である。
図１０に示す本実施の形態４における光学ユニット１０３は、発光部及び受光部の並び方が異なる以外は、実施の形態２における光学ユニット１０１と同様に構成されている。以下、実施の形態２との相違点を中心に説明する。
図１０に示すように、本実施の形態４では、複数の発光部１０ａ〜１０ｅは、直線状に配列された状態で、実装基板３０に実装されている。これは、分析対象（図７参照）の広い範囲に対する光の照射及び受光を可能にすると共に、発光部の実装基板３０への実装を容易にして、光学ユニット１０３の製造コストの低減を図るためである。なお、図１０においては、発光部毎に、異なるハッチングが施されている。
また、本実施の形態４でも、発光部１０ａ〜１０ｅそれぞれにおいて、出射する光のピーク波長は互いに異なっている。よって、光学ユニット１０３を用いた場合でも、測定対象のスペクトルを取得できるので、測定対象に含まれる複数の成分を分析することができる。
なお、本実施の形態４における光学分析装置は、光学ユニットとして光学ユニット１０３が用いられる以外は、実施の形態１における光学分析装置２００（図４参照）及び実施の形態２における光学分析装置３００（図８参照）と同様に構成されている。よって、本実施の形態４における光学分析装置についての説明も省略する。
以上のように本発明によれば、光学分析装置の小型化を図ることができる。また、本発明は、果物、野菜、その他の食品、化学物質、生体を対象とした、各種分析に有用である。
１０、１０ａ〜１０ｊ 発光部
１１ 発光素子
１１ａ 出射面
１２ 遮光壁
１３ 熱伝達部材
２０ 受光部
２１ 受光素子
２１ａ 受光面
２２ 遮光壁
２３ 光学フィルタ
３０ 実装基板
３１ 導通路
３２ 配線
３３ 熱伝導路
４０ 板状部材
５０ 冷却素子
６０ 測定対象
１００ 光学ユニット
１１０ 信号取得部
１２０ 駆動部
１３０ 分析部
１４０ 表示部

Claims (16)

  1. 分析対象に光を照射する発光部と、前記分析対象で反射又は拡散された光を受光する複数の受光部と、前記発光部及び複数の前記受光部を実装する実装基板と、光透過性を有する板状部材と、冷却素子とを備え、
    前記板状部材は、前記実装基板に実装された前記発光部及び複数の前記受光部を覆うように配置され、
    前記発光部、前記受光部、及び前記板状部材、それぞれの位置は、前記分析対象が前記板状部材に接触している場合に、前記発光部から出射された光が、前記分析対象で反射又は拡散された後に、２つ以上の前記受光部に入射するように、設定され、
    前記発光部は、前記発光素子と前記実装基板との間に、前記発光素子で発生した熱を前記実装基板へと伝達するための熱伝達部材を備え、
    前記冷却素子は、前記実装基板における、前記発光部及び前記複数の受光部が実装されていない面と接触するように配置され、
    前記実装基板は、
    前記発光部及び前記受光部に接続される導通路と、
    前記実装基板の内部に設けられ、且つ、前記導通路に接続される配線と、
    前記配線と前記冷却素子とを接続する熱伝導路と、を備えている、
    ことを特徴とする光学ユニット。
  2. 前記発光部が複数備えられ、複数の前記発光部は前記実装基板に実装されており、
    前記発光部、前記受光部、及び前記板状部材、それぞれの位置は、前記分析対象が前記板状部材に接触している場合に、前記発光部それぞれから出射された光が、前記分析対象で反射又は拡散された後に、２つ以上の前記受光部に入射するように、設定されている、
    請求項１に記載の光学ユニット。
  3. 前記発光部が、出射面を前記板状部材に向けて配置された発光素子と、前記出射面を囲むように設けられた遮光壁とを備え、
    前記受光部が、受光面を前記板状部材に向けて配置された受光素子と、前記受光面を囲むように設けられた遮光壁とを備えている、
    請求項１または２に記載の光学ユニット。
  4. 前記発光部の遮光壁及び前記受光部の遮光壁それぞれの高さが、前記板状部材と前記実装基板との間の距離に一致するように設定されている、請求項３のいずれかに記載の光学ユニット。
  5. 前記複数の受光部それぞれが、前記受光面の入射側に、設定された波長の光のみを透過させる光学フィルタを備えている、請求項１〜４のいずれかに記載の光学ユニット。
  6. 複数の前記発光部は、それぞれが前記実装基板上の任意の点を囲むように、前記実装基板に実装されている、請求項２に記載の光学ユニット。
  7. 複数の前記発光部は、出射する光のピーク波長が互いに異なる複数のグループで構成され、前記複数のグループそれぞれは、前記ピーク波長が同一の２つの発光部を有し、
    更に、同一の前記グループに属する前記２つの発光部は、前記任意の点を介して対向した位置に実装されている、請求項６に記載の光学ユニット。
  8. 複数の前記発光部が、直線状に配列された状態で、前記実装基板に実装されている、請求項２に記載の光学ユニット。
  9. 分析対象に含まれる特定成分を分析するための装置であって、
    前記分析対象に光を照射する発光部と、前記分析対象で反射又は拡散された光を受光する複数の受光部と、前記発光部及び複数の前記受光部を実装する実装基板と、光透過性を有する板状部材と、冷却素子とが備えられた、光学ユニットを有し、
    前記板状部材は、前記実装基板に実装された前記発光部及び複数の前記受光部を覆うように配置され、
    前記発光部、前記受光部、及び前記板状部材、それぞれの位置は、前記分析対象が前記板状部材に接触している場合に、前記発光部から出射された光が、前記分析対象で反射又は拡散された後に、２つ以上の前記受光部に入射するように、設定され、
    前記発光部は、前記発光素子と前記実装基板との間に、前記発光素子で発生した熱を前記実装基板へと伝達するための熱伝達部材を備え、
    前記冷却素子は、前記実装基板における、前記発光部及び前記複数の受光部が実装されていない面と接触するように配置され、
    前記実装基板は、
    前記発光部及び前記受光部に接続される導通路と、
    前記実装基板の内部に設けられ、且つ、前記導通路に接続される配線と、
    前記配線と前記冷却素子とを接続する熱伝導路と、を備えている、
    ことを特徴とする光学分析装置。
  10. 前記発光部が複数備えられ、複数の前記発光部は前記実装基板に実装されており、
    前記発光部、前記受光部、及び前記板状部材、それぞれの位置は、前記分析対象が前記板状部材に接触している場合に、前記発光部それぞれから出射された光が、前記分析対象で反射又は拡散された後に、２つ以上の前記受光部に入射するように、設定されている、
    請求項９に記載の光学分析装置。
  11. 前記発光部が、出射面を前記板状部材に向けて配置された発光素子と、前記出射面を囲むように設けられた遮光壁とを備え、
    前記受光部が、受光面を前記板状部材に向けて配置された受光素子と、前記受光面を囲むように設けられた遮光壁とを備えている、
    請求項９または１０に記載の光学分析装置。
  12. 前記発光部の遮光壁及び前記受光部の遮光壁それぞれの高さが、前記板状部材と前記実装基板との間の距離に一致するように設定されている、請求項１１に記載の光学分析装置。
  13. 前記複数の受光部それぞれが、前記受光面の入射側に、設定された波長の光のみを透過させる光学フィルタを備えている、請求項９〜１２のいずれかに記載の光学分析装置。
  14. 複数の前記発光部は、それぞれが前記実装基板上の任意の点を囲むように、前記実装基板に実装されている、請求項１０に記載の光学分析装置。
  15. 複数の前記発光部は、出射する光のピーク波長が互いに異なる複数のグループで構成され、前記複数のグループそれぞれは、前記ピーク波長が同一の２つの発光部を有し、
    更に、同一の前記グループに属する前記２つの発光部は、前記任意の点を介して対向した位置に実装されている、請求項１４に記載の光学分析装置。
  16. 複数の前記発光部が、直線状に配列された状態で、前記実装基板に実装されている、請求項１０に記載の光学分析装置。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104849286B (zh) * 2015-06-09 2019-05-17 广东美的厨房电器制造有限公司 污染度处理装置和家用电器
CN111122400B (zh) * 2018-10-30 2021-10-22 宁波方太厨具有限公司 一种油烟检测装置及油烟检测方法
KR20200095939A (ko) * 2019-02-01 2020-08-11 현대자동차주식회사 비침습적인 광학식 내부 물질 감지기
JP7425428B2 (ja) 2022-07-05 2024-01-31 国立大学法人 熊本大学 光学測定器用サンプルホルダおよび光学測定器

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0259914A (ja) 1988-08-26 1990-02-28 Nec Corp 光演算方法
IL107396A (en) 1992-11-09 1997-02-18 Boehringer Mannheim Gmbh Method and apparatus for analytical determination of glucose in a biological matrix
WO1995012349A1 (en) 1993-11-05 1995-05-11 Aarnoudse, Jan, Gerard Optical, noninvasive, in-vivo measurement of properties of a constituent of a human or animal body
JP3068413B2 (ja) 1994-07-13 2000-07-24 日立電子エンジニアリング株式会社 Ｄｎａ塩基配列決定装置
US5721430A (en) 1995-04-13 1998-02-24 Engelhard Sensor Technologies Inc. Passive and active infrared analysis gas sensors and applicable multichannel detector assembles
WO1999040842A1 (en) 1998-02-13 1999-08-19 Non-Invasive Technology, Inc. Transabdominal examination, monitoring and imaging of tissue
JPH11244266A (ja) * 1998-02-27 1999-09-14 Matsushita Electric Works Ltd 生体表層組織の分析方法及び生体表層組織の分析装置
JP2001326382A (ja) 2000-05-15 2001-11-22 Citizen Electronics Co Ltd 反射型光センサとその製造方法
US20110313296A9 (en) * 2001-04-11 2011-12-22 Johnson Robert D Method and Apparatus for Determination of a Measure of a Glycation End-Product or Disease State Using Tissue Fluorescence
JP4061409B2 (ja) * 2004-11-09 2008-03-19 国立大学法人九州大学 センサ部及び生体センサ
JP2006230657A (ja) 2005-02-24 2006-09-07 Spectratech Inc 可視化装置
CN101193605B (zh) * 2005-03-09 2013-04-10 宝洁公司 传感器响应电动牙刷及使用方法
JP4470939B2 (ja) 2006-12-25 2010-06-02 パナソニック電工株式会社 生体スペクトル測定装置
JP5018105B2 (ja) 2007-01-25 2012-09-05 株式会社日立製作所 生体光計測装置
JP2009011753A (ja) 2007-07-09 2009-01-22 Rarugo:Kk 血糖値測定装置
JP2009106376A (ja) 2007-10-26 2009-05-21 Panasonic Electric Works Co Ltd 生体表層組織用センシング装置
JP5336314B2 (ja) 2009-09-17 2013-11-06 テルモ株式会社 血糖計
JP2012217570A (ja) * 2011-04-07 2012-11-12 Seiko Epson Corp 生体情報生成装置
JP2013024752A (ja) 2011-07-21 2013-02-04 Ricoh Co Ltd 光学センサおよび画像形成装置
WO2013056379A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 Biovotion Ag System for noninvasive optical measurements of physiological properties in tissue

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