JPH1164216A - 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法 - Google Patents
減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安いランニングコストで、高精度の測定が可
能な減衰全反射測定装置を提供する。 【解決手段】 光源と、光源から入射した光を内部に進
入させ、進入した光を表面で内部反射させる透明な板状
のＡＴＲ素子と、ＡＴＲ素子より射出された光を検知す
る光検出器を備え、ＡＴＲ素子が、光が内部反射する点
に突出した突起部を有する。
能な減衰全反射測定装置を提供する。 【解決手段】 光源と、光源から入射した光を内部に進
入させ、進入した光を表面で内部反射させる透明な板状
のＡＴＲ素子と、ＡＴＲ素子より射出された光を検知す
る光検出器を備え、ＡＴＲ素子が、光が内部反射する点
に突出した突起部を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、減衰全反射を利用
して被検体の特定成分、例えば人や動物の血液中の血糖
値を測定するための装置および方法に関する。
して被検体の特定成分、例えば人や動物の血液中の血糖
値を測定するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、減衰全反射（以降ＡＴＲと記
述する）測定装置を用いて被検体、とりわけ生体の特定
成分を測定する方法が種々提案されている。例えば、特
開平９−１１３４３９号公報には、図８に示すように、
平行に向かい合った一対の反射面を備えた透明なＡＴＲ
プリズム５０に上下の口唇を密着させて血糖値を測定す
る方法が提案されている。この方法によると、ＡＴＲプ
リズムを口にくわえて上下から押さえつけた後、ＡＴＲ
プリズム５０に光を入射させ、図中破線で示すようにＡ
ＴＲプリズム５０の反射面と口唇の境界で減衰全反射を
繰り返してプリズム５０の外部に出射された光を分析す
る。また、ＢＭＥ、ｖｏｌ．５、Ｎｏ．８（日本ＭＥ学
会、１９９１）には、ＺｎＳｅ光学結晶等からなるＡＴ
Ｒプリズムを口唇の粘膜に密着させたのち、このプリズ
ムに波長９〜１１ミクロンのレーザ光を進入させてプリ
ズムの内部で多重的に反射させ、その吸収光、散乱反射
光を分析することにより血糖値や血中エタノール濃度を
測定する方法が提案されている。この方法によると、リ
アルタイムに、かつ非侵襲的に血糖値や血中エタノール
濃度を測定することができる。
述する）測定装置を用いて被検体、とりわけ生体の特定
成分を測定する方法が種々提案されている。例えば、特
開平９−１１３４３９号公報には、図８に示すように、
平行に向かい合った一対の反射面を備えた透明なＡＴＲ
プリズム５０に上下の口唇を密着させて血糖値を測定す
る方法が提案されている。この方法によると、ＡＴＲプ
リズムを口にくわえて上下から押さえつけた後、ＡＴＲ
プリズム５０に光を入射させ、図中破線で示すようにＡ
ＴＲプリズム５０の反射面と口唇の境界で減衰全反射を
繰り返してプリズム５０の外部に出射された光を分析す
る。また、ＢＭＥ、ｖｏｌ．５、Ｎｏ．８（日本ＭＥ学
会、１９９１）には、ＺｎＳｅ光学結晶等からなるＡＴ
Ｒプリズムを口唇の粘膜に密着させたのち、このプリズ
ムに波長９〜１１ミクロンのレーザ光を進入させてプリ
ズムの内部で多重的に反射させ、その吸収光、散乱反射
光を分析することにより血糖値や血中エタノール濃度を
測定する方法が提案されている。この方法によると、リ
アルタイムに、かつ非侵襲的に血糖値や血中エタノール
濃度を測定することができる。
【０００３】これらの方法は、エバネッセント波（いわ
ゆる浸みだし光）を定量分析に応用したものである。図
８に示すように、ＡＴＲプリズム５０を進行する光は、
わずかに口唇に侵入したのち、反射する。したがって、
光は、口唇に侵入し、そこに流れる血液中の各成分の影
響を受ける。そこで、反射光の光量を測定することによ
り、血液の透過率、反射率、吸収率等の変化を検出する
ことができ、血液中の各成分の情報を得ることが可能に
なる。しかしながら、上記のような従来のＡＴＲ測定装
置は、以下のような問題点を有していた。
ゆる浸みだし光）を定量分析に応用したものである。図
８に示すように、ＡＴＲプリズム５０を進行する光は、
わずかに口唇に侵入したのち、反射する。したがって、
光は、口唇に侵入し、そこに流れる血液中の各成分の影
響を受ける。そこで、反射光の光量を測定することによ
り、血液の透過率、反射率、吸収率等の変化を検出する
ことができ、血液中の各成分の情報を得ることが可能に
なる。しかしながら、上記のような従来のＡＴＲ測定装
置は、以下のような問題点を有していた。
【０００４】エバネッセント波の侵入する深さは、波長
オーダであり、反射光のうち、近表面を透過する光の量
が非常に多いため、生体の深部の情報が得られにくい。
特に、被検体との間に不純物が存在すると、信号が劣化
する。したがって、上記従来例のようにＡＴＲプリズム
を口唇に押し当てる場合、プリズムの表面と口唇との密
着は安定せず、精度の高い測定を行うことが困難であ
る。また、プリズムと口唇の間に、唾液が混入したよう
な場合、測定値はその影響を大きく受ける。さらに、上
記のようなＡＴＲ測定装置のプリズムには、ＺｎＳｅ、
ＺｎＳ、ＫｒＳ等の光学結晶が用いられる。これらはい
ずれも価格が非常に高価である。また非常に柔らかく、
取り扱いや洗浄に多大の注意を要するため、多くの被検
体を連続して測定することが困難である。
オーダであり、反射光のうち、近表面を透過する光の量
が非常に多いため、生体の深部の情報が得られにくい。
特に、被検体との間に不純物が存在すると、信号が劣化
する。したがって、上記従来例のようにＡＴＲプリズム
を口唇に押し当てる場合、プリズムの表面と口唇との密
着は安定せず、精度の高い測定を行うことが困難であ
る。また、プリズムと口唇の間に、唾液が混入したよう
な場合、測定値はその影響を大きく受ける。さらに、上
記のようなＡＴＲ測定装置のプリズムには、ＺｎＳｅ、
ＺｎＳ、ＫｒＳ等の光学結晶が用いられる。これらはい
ずれも価格が非常に高価である。また非常に柔らかく、
取り扱いや洗浄に多大の注意を要するため、多くの被検
体を連続して測定することが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決し、安いランニングコストで、高精度の測定が
可能な減衰全反射測定装置および測定方法を提供するこ
とを目的とする。
点を解決し、安いランニングコストで、高精度の測定が
可能な減衰全反射測定装置および測定方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の減衰全反射測定
装置は、被検体に接触させる面に突起部を設けた改良さ
れたＡＴＲ素子を用いる。光源よりＡＴＲ素子内部に進
入した光をこの突起部の頂面で全反射させたのち、ＡＴ
Ｒ素子より出射された光を分析することにより、被検体
の特定成分を測定する。
装置は、被検体に接触させる面に突起部を設けた改良さ
れたＡＴＲ素子を用いる。光源よりＡＴＲ素子内部に進
入した光をこの突起部の頂面で全反射させたのち、ＡＴ
Ｒ素子より出射された光を分析することにより、被検体
の特定成分を測定する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の減衰全反射測定装置は、
光源と、光源から入射した光を内部に進入させ、進入し
た光を表面で内部反射させる透明なＡＴＲ素子と、ＡＴ
Ｒ素子より出射された光を検知する光検出器を備え、Ａ
ＴＲ素子が、光が内部反射する箇所に突出した突起部を
有する。本発明の減衰全反射測定装置の好ましい態様に
おいては、ＡＴＲ素子が、シリコンの単結晶からなる。
本発明の減衰全反射測定装置の他の好ましい態様におい
ては、ＡＴＲ素子の突起部の断面形状が、台形または三
角形である。本発明の減衰全反射測定装置のさらに他の
好ましい態様においては、ＡＴＲ素子がシリコンの単結
晶を異方性エッチングして得られたものである
光源と、光源から入射した光を内部に進入させ、進入し
た光を表面で内部反射させる透明なＡＴＲ素子と、ＡＴ
Ｒ素子より出射された光を検知する光検出器を備え、Ａ
ＴＲ素子が、光が内部反射する箇所に突出した突起部を
有する。本発明の減衰全反射測定装置の好ましい態様に
おいては、ＡＴＲ素子が、シリコンの単結晶からなる。
本発明の減衰全反射測定装置の他の好ましい態様におい
ては、ＡＴＲ素子の突起部の断面形状が、台形または三
角形である。本発明の減衰全反射測定装置のさらに他の
好ましい態様においては、ＡＴＲ素子がシリコンの単結
晶を異方性エッチングして得られたものである
【０００８】本発明の他の減衰全反射測定装置は、光源
と、光源から入射した光を内部に進入させ、進入した光
を表面で内部反射させる透明なＡＴＲ素子と、ＡＴＲ素
子より出射された光を検知する光検出器を備え、ＡＴＲ
素子が、対向する一対の面のうちの一方の面に、他方の
面から入射した光を表面で内部反射させたのち入射した
面より出射させる突起部を具備するものである。本発明
の減衰全反射測定装置の好ましい態様においては、ＡＴ
Ｒ素子が、光の入射する面に前記光源より投射された光
を集光し、突起部へ照射するためのレンズを具備する。
本発明の減衰全反射測定装置の好ましい態様において
は、ＡＴＲ素子の突起部が配された側の面が曲面であ
る。本発明の特定成分の測定方法は、突起部を具備する
透明なＡＴＲ素子を被検体に接触させるステップ、突起
部において減衰全反射するようにＡＴＲ素子に光を入射
させるステップ、減衰全反射したのちＡＴＲ素子から出
射した光を検知するステップを含む。
と、光源から入射した光を内部に進入させ、進入した光
を表面で内部反射させる透明なＡＴＲ素子と、ＡＴＲ素
子より出射された光を検知する光検出器を備え、ＡＴＲ
素子が、対向する一対の面のうちの一方の面に、他方の
面から入射した光を表面で内部反射させたのち入射した
面より出射させる突起部を具備するものである。本発明
の減衰全反射測定装置の好ましい態様においては、ＡＴ
Ｒ素子が、光の入射する面に前記光源より投射された光
を集光し、突起部へ照射するためのレンズを具備する。
本発明の減衰全反射測定装置の好ましい態様において
は、ＡＴＲ素子の突起部が配された側の面が曲面であ
る。本発明の特定成分の測定方法は、突起部を具備する
透明なＡＴＲ素子を被検体に接触させるステップ、突起
部において減衰全反射するようにＡＴＲ素子に光を入射
させるステップ、減衰全反射したのちＡＴＲ素子から出
射した光を検知するステップを含む。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１０】《実施例１》本実施例のＡＴＲ測定装置の
概略を図１に示す。光源１には、例えば波長１．３〜１
０μｍの光を発する高輝度セラミック光源を用いる。光
ファイバ２は、光源１の発した光を伝送し、ＡＴＲ素子
３に入射させる。ＡＴＲ素子３に入射した光は、図中破
線で示すように上下の面で交互に全反射を繰り返したの
ち外部に出射される。ＡＴＲ素子３の外部に出射された
光は、光ファイバ４を介して光検出器５に到達する。光
検出器５は、この光のスペクトル等を解析するととも
に、その結果をディスプレイ（図示せず）に表示する。
ここで、ＡＴＲ素子３の上面には台形に突出した突起部
６が複数、ＡＴＲ素子３に入射した光が突起部６の上面
で全反射するように配されている。この突起部６の高さ
は、加工精度を考慮すると、１ミクロン以上が好まし
い。また、生体の皮膚への密着性を考慮すると、２００
ミクロン以下が好ましい。
概略を図１に示す。光源１には、例えば波長１．３〜１
０μｍの光を発する高輝度セラミック光源を用いる。光
ファイバ２は、光源１の発した光を伝送し、ＡＴＲ素子
３に入射させる。ＡＴＲ素子３に入射した光は、図中破
線で示すように上下の面で交互に全反射を繰り返したの
ち外部に出射される。ＡＴＲ素子３の外部に出射された
光は、光ファイバ４を介して光検出器５に到達する。光
検出器５は、この光のスペクトル等を解析するととも
に、その結果をディスプレイ（図示せず）に表示する。
ここで、ＡＴＲ素子３の上面には台形に突出した突起部
６が複数、ＡＴＲ素子３に入射した光が突起部６の上面
で全反射するように配されている。この突起部６の高さ
は、加工精度を考慮すると、１ミクロン以上が好まし
い。また、生体の皮膚への密着性を考慮すると、２００
ミクロン以下が好ましい。
【００１１】本実施例のＡＴＲ測定装置は、生体の皮膚
がより薄い部分、特に口唇に押し当てて血管内を流れる
血液の分光特性を測定するのに適する。上記のように、
ＡＴＲ素子の生体と接触する部分に突起部を設けること
により、複数の突起部において生体と安定して密着させ
ることができる。また、突起部は、従来の平坦なＡＴＲ
プリズムと比べて生体の内部まで進入することができ
る。そこで、ＡＴＲ素子に入射した光を突起部の頂面で
内部反射させることにより、エバネッセント波を生体に
より深く、侵入させることができる。したがって、本Ａ
ＴＲ素子を用いることにより、より感度の高い信号を安
定して得ることが可能になる。さらに、ＡＴＲ素子の生
体と接触する面をレンズ状の曲面にし、その表面に上記
のような突起部を形成すると、上下の口唇で挟み込んだ
場合により安定した密着性が得られる。また、従来のＡ
ＴＲプリズムは、口唇との間に唾液等が存在すれば、得
られる情報にそれらの影響が含まれるが、本ＡＴＲ素子
のように、口唇に押し当てる面に複数の突起部を設ける
ことにより、唾液等は存在したとしても、減衰全反射に
関係しない突起部間の谷部７にたまるので、唾液の影響
を抑制することができる。
がより薄い部分、特に口唇に押し当てて血管内を流れる
血液の分光特性を測定するのに適する。上記のように、
ＡＴＲ素子の生体と接触する部分に突起部を設けること
により、複数の突起部において生体と安定して密着させ
ることができる。また、突起部は、従来の平坦なＡＴＲ
プリズムと比べて生体の内部まで進入することができ
る。そこで、ＡＴＲ素子に入射した光を突起部の頂面で
内部反射させることにより、エバネッセント波を生体に
より深く、侵入させることができる。したがって、本Ａ
ＴＲ素子を用いることにより、より感度の高い信号を安
定して得ることが可能になる。さらに、ＡＴＲ素子の生
体と接触する面をレンズ状の曲面にし、その表面に上記
のような突起部を形成すると、上下の口唇で挟み込んだ
場合により安定した密着性が得られる。また、従来のＡ
ＴＲプリズムは、口唇との間に唾液等が存在すれば、得
られる情報にそれらの影響が含まれるが、本ＡＴＲ素子
のように、口唇に押し当てる面に複数の突起部を設ける
ことにより、唾液等は存在したとしても、減衰全反射に
関係しない突起部間の谷部７にたまるので、唾液の影響
を抑制することができる。
【００１２】本実施例のＡＴＲ測定装置では、ＡＴＲ素
子の材料に屈折率が高いＳｉの単結晶を用いた。従来よ
り、ＡＴＲプリズムの材料に広く用いられているＺｎＳ
ｅは、柔らかく、ひっかき傷等の傷がつきやすい。した
がって、使用の際には、このような損傷を防ぐため、細
心の注意を払う必要がある。これに対して、Ｓｉは、こ
のような損傷の心配が小さい。また、半導体材料として
大量に用いられているので、コストも非常に安い。した
がって、高価なＺｅＳｅ製のＡＴＲ素子を用いた場合の
ように繰り返し用いなくても、コスト的な負担は小さ
い。繰り返し用いる場合においても、素子の洗浄、消毒
等が容易である。
子の材料に屈折率が高いＳｉの単結晶を用いた。従来よ
り、ＡＴＲプリズムの材料に広く用いられているＺｎＳ
ｅは、柔らかく、ひっかき傷等の傷がつきやすい。した
がって、使用の際には、このような損傷を防ぐため、細
心の注意を払う必要がある。これに対して、Ｓｉは、こ
のような損傷の心配が小さい。また、半導体材料として
大量に用いられているので、コストも非常に安い。した
がって、高価なＺｅＳｅ製のＡＴＲ素子を用いた場合の
ように繰り返し用いなくても、コスト的な負担は小さ
い。繰り返し用いる場合においても、素子の洗浄、消毒
等が容易である。
【００１３】《実施例２》本実施例のＡＴＲ測定装置の
概要を図２に示す。光源１１より投射された光は、ビ−
ムスプリッタ１２を透過して光ファイバ１３に到達す
る。光ファイバ１３に到達した光は、その内部を伝送し
て、出射端１３ａから出射される。出射端１３ａより出
射された光は拡散するが、コリメータレンズ１４により
平行光に変換されたのち、Ｓｉ単結晶からなる板状のＡ
ＴＲ素子１５に、法線方向より入射する。ＡＴＲ素子１
５の光の入射面と反対の面には、図３に示すように、複
数の突起部１６が形成されている。ＡＴＲ素子１５の内
部に進入した光は、図中、破線で示すように突起部１６
の傾斜した側面１６ａ、頂面１６ｂおよび他方の側面１
６ａで反射した後、入射面から出射される。ＡＴＲ素子
１５より出射された光は、コリメータレンズ１４および
光ファイバ１３を通過したのち、ビームスプリッタ１２
で反射して光検出器１７に到達する。
概要を図２に示す。光源１１より投射された光は、ビ−
ムスプリッタ１２を透過して光ファイバ１３に到達す
る。光ファイバ１３に到達した光は、その内部を伝送し
て、出射端１３ａから出射される。出射端１３ａより出
射された光は拡散するが、コリメータレンズ１４により
平行光に変換されたのち、Ｓｉ単結晶からなる板状のＡ
ＴＲ素子１５に、法線方向より入射する。ＡＴＲ素子１
５の光の入射面と反対の面には、図３に示すように、複
数の突起部１６が形成されている。ＡＴＲ素子１５の内
部に進入した光は、図中、破線で示すように突起部１６
の傾斜した側面１６ａ、頂面１６ｂおよび他方の側面１
６ａで反射した後、入射面から出射される。ＡＴＲ素子
１５より出射された光は、コリメータレンズ１４および
光ファイバ１３を通過したのち、ビームスプリッタ１２
で反射して光検出器１７に到達する。
【００１４】本実施例のＡＴＲ測定装置は、ＡＴＲ素子
１５の突起部１６を備えた面、すなわち光の入射面と反
対の面を例えば生体の皮膚に圧着させて、生体の血液中
の各成分の分析を行うのに適する。特にＡＴＲ素子１５
に傾斜した側面を有する断面が台形の突起部を設けるこ
とにより、測定面を安定して生体に密着させることがで
きる。また、突起部は、生体の組織に食い込みやすいこ
とから、生体のより深部の情報を得ることができる。ま
た、ＡＴＲ素子１５の光を入射させる面より光を出射す
ることができるため、従来例のように上下の口唇で挟み
込む必要がなく、ＡＴＲ素子の測定面を皮膚に押し当て
るだけで容易に測定することができる。上記実施例では
ＡＴＲ素子の測定面に断面形状が台形の突起を前後左右
に複数配したが、突起部の断面形状はその他の形状、例
えば三角形状であってもよい。また、図４に示すよう
に、断面が台形で、その頂が連続した突起部１８を複数
配置してもよい。ＡＴＲ素子の外形をレンズ状に曲面加
工して、その表面に上記のような突起を設けてもよい。
この場合、ＡＴＲ素子を生体に当接させる際に強く押し
つけても痛みは小さい。
１５の突起部１６を備えた面、すなわち光の入射面と反
対の面を例えば生体の皮膚に圧着させて、生体の血液中
の各成分の分析を行うのに適する。特にＡＴＲ素子１５
に傾斜した側面を有する断面が台形の突起部を設けるこ
とにより、測定面を安定して生体に密着させることがで
きる。また、突起部は、生体の組織に食い込みやすいこ
とから、生体のより深部の情報を得ることができる。ま
た、ＡＴＲ素子１５の光を入射させる面より光を出射す
ることができるため、従来例のように上下の口唇で挟み
込む必要がなく、ＡＴＲ素子の測定面を皮膚に押し当て
るだけで容易に測定することができる。上記実施例では
ＡＴＲ素子の測定面に断面形状が台形の突起を前後左右
に複数配したが、突起部の断面形状はその他の形状、例
えば三角形状であってもよい。また、図４に示すよう
に、断面が台形で、その頂が連続した突起部１８を複数
配置してもよい。ＡＴＲ素子の外形をレンズ状に曲面加
工して、その表面に上記のような突起を設けてもよい。
この場合、ＡＴＲ素子を生体に当接させる際に強く押し
つけても痛みは小さい。
【００１５】単結晶シリコン製のＡＴＲ素子の場合、突
起部は、例えば異方性エッチングを施して形成する。こ
の方法は、ＫＯＨ水溶液やエチレンジアミン水溶液を用
いた化学エッチングであり、単結晶シリコンの（１１
１）方向のエッチングレートが他の方向のそれよりも極
めて小さいことを利用したものである。まず、図５
（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板２０の上下の
面に保護層として酸化膜２１および２２をそれぞれ形成
する。ついで、（ｂ）に示すように、酸化膜２１を所望
のパターンに加工する。その後、このシリコン基板２０
を例えば濃度４０％のＫＯＨ水溶液につけてエッチング
する。（１００）結晶面が表面の法線方向に配向したシ
リコンウエハをエッチングすると、（ｃ）に示すように
側面が５４．７度で傾斜した突起部２３が形成される。
突起部の形成後、（ｄ）に示すように酸化物膜２２を除
去する。ここで、保護層には、シリコンの窒化物からな
る膜を用いてもよい。
起部は、例えば異方性エッチングを施して形成する。こ
の方法は、ＫＯＨ水溶液やエチレンジアミン水溶液を用
いた化学エッチングであり、単結晶シリコンの（１１
１）方向のエッチングレートが他の方向のそれよりも極
めて小さいことを利用したものである。まず、図５
（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板２０の上下の
面に保護層として酸化膜２１および２２をそれぞれ形成
する。ついで、（ｂ）に示すように、酸化膜２１を所望
のパターンに加工する。その後、このシリコン基板２０
を例えば濃度４０％のＫＯＨ水溶液につけてエッチング
する。（１００）結晶面が表面の法線方向に配向したシ
リコンウエハをエッチングすると、（ｃ）に示すように
側面が５４．７度で傾斜した突起部２３が形成される。
突起部の形成後、（ｄ）に示すように酸化物膜２２を除
去する。ここで、保護層には、シリコンの窒化物からな
る膜を用いてもよい。
【００１６】《実施例３》本実施例のＡＴＲ装置の概要
を図６に示す。光源３１より投射された光は、実施例２
と同様にビ−ムスプリッタ３２を透過して光ファイバ３
３に到達する。ファイバ３３に到達した光は、その内部
を伝送して、出射端３３ａから出射される。ここで、Ａ
ＴＲ素子３５に到達した光は、図７に示すように、その
入射面に形成されたマイクロレンズ３８によって屈折
し、突起部３６の傾斜した側面３６ａに選択的に照射さ
れる。ついで、光は、側面３６ａで全反射して、頂面３
６ｂに集光される。ここで光は全反射したのち、さらに
他方の側面３６ａで全反射して、ＡＴＲ素子３５より出
射される。ＡＴＲ素子３５より出射された光は、コリメ
ータレンズ３４、光ファイバ３３およびビームスプリッ
タ３２を介して、光検出器３７に到達する。
を図６に示す。光源３１より投射された光は、実施例２
と同様にビ−ムスプリッタ３２を透過して光ファイバ３
３に到達する。ファイバ３３に到達した光は、その内部
を伝送して、出射端３３ａから出射される。ここで、Ａ
ＴＲ素子３５に到達した光は、図７に示すように、その
入射面に形成されたマイクロレンズ３８によって屈折
し、突起部３６の傾斜した側面３６ａに選択的に照射さ
れる。ついで、光は、側面３６ａで全反射して、頂面３
６ｂに集光される。ここで光は全反射したのち、さらに
他方の側面３６ａで全反射して、ＡＴＲ素子３５より出
射される。ＡＴＲ素子３５より出射された光は、コリメ
ータレンズ３４、光ファイバ３３およびビームスプリッ
タ３２を介して、光検出器３７に到達する。
【００１７】マイクロレンズは、突起部３６の側面３６
ａ上の点に一致するように配される。また、各突起に集
光させるように配することにより、ＡＴＲ素子に入射し
た光を効率よく全反射させ、測定に用いることができ
る。すなわち、実施例２のようにＡＴＲ素子の入射面が
平坦な場合、ＡＴＲ素子に入射した光の一部は、被検体
との境界で反射せずに透過する。一方、ＡＴＲ素子の入
射面にマイクロレンズを配し、突起部の側面に照射する
ことにより、効率よく光を全反射させることができる。
また、突起部の側面を傾斜させることにより、突起部の
表面で３回、全反射させることができる。したがって、
より効率よく精度の高い測定が可能になる。マイクロレ
ンズは、例えばフォトリソグラフィ（光触刻法）および
エッチングを繰り返すことで、図７（ｂ）に示すように
階段状に形成する。これらは、いずれも半導体分野にお
いて確立された加工技術を応用することができるため、
精度よく、大量に、安価で加工することができる。した
がって、高性能で高品質のＡＴＲ素子を安価にかつ大量
に製造することができる。ここで、マイクロレンズの表
面にダイヤモンドやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボ
ン）、ＺｎＳ等からなる反射防止膜を形成することによ
り、光の利用効率はさらに向上する。また、マイクロレ
ンズの表面にオーダの凹凸を形成しても、反射防止効果
が得られる。
ａ上の点に一致するように配される。また、各突起に集
光させるように配することにより、ＡＴＲ素子に入射し
た光を効率よく全反射させ、測定に用いることができ
る。すなわち、実施例２のようにＡＴＲ素子の入射面が
平坦な場合、ＡＴＲ素子に入射した光の一部は、被検体
との境界で反射せずに透過する。一方、ＡＴＲ素子の入
射面にマイクロレンズを配し、突起部の側面に照射する
ことにより、効率よく光を全反射させることができる。
また、突起部の側面を傾斜させることにより、突起部の
表面で３回、全反射させることができる。したがって、
より効率よく精度の高い測定が可能になる。マイクロレ
ンズは、例えばフォトリソグラフィ（光触刻法）および
エッチングを繰り返すことで、図７（ｂ）に示すように
階段状に形成する。これらは、いずれも半導体分野にお
いて確立された加工技術を応用することができるため、
精度よく、大量に、安価で加工することができる。した
がって、高性能で高品質のＡＴＲ素子を安価にかつ大量
に製造することができる。ここで、マイクロレンズの表
面にダイヤモンドやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボ
ン）、ＺｎＳ等からなる反射防止膜を形成することによ
り、光の利用効率はさらに向上する。また、マイクロレ
ンズの表面にオーダの凹凸を形成しても、反射防止効果
が得られる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によると、安いランニングコスト
で、高精度の測定が可能な減衰全反射測定装置を提供す
ることができる。
で、高精度の測定が可能な減衰全反射測定装置を提供す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例の減衰全反射測定装置を示す
図であり、（ａ）は、装置全体の概略を示し、（ｂ）
は、ＡＴＲ素子中の光の進行の様子を示すモデル図であ
る。
図であり、（ａ）は、装置全体の概略を示し、（ｂ）
は、ＡＴＲ素子中の光の進行の様子を示すモデル図であ
る。
【図２】同他の実施例の減衰全反射測定装置の構成の概
略を示す図である。
略を示す図である。
【図３】同測定装置に用いるＡＴＲ素子を示す図であ
り、（ａ）は、測定時に同素子内を進行する光の軌跡を
示すモデル図であり、（ｂ）は同素子の斜視図である。
り、（ａ）は、測定時に同素子内を進行する光の軌跡を
示すモデル図であり、（ｂ）は同素子の斜視図である。
【図４】同測定装置に用いる他のＡＴＲ素子を示す斜視
図である。
図である。
【図５】ＡＴＲ素子に突起部を形成する際の各工程の状
態を示す図である。
態を示す図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例の減衰全反射測定装
置の構成の概略を示す図である。
置の構成の概略を示す図である。
【図７】同測定装置に用いるＡＴＲ素子内を示す図であ
り、（ａ）は、測定時に同素子内を進行する光の軌跡を
示すモデル図であり、（ｂ）は、同素子の要部の縦断面
図である。
り、（ａ）は、測定時に同素子内を進行する光の軌跡を
示すモデル図であり、（ｂ）は、同素子の要部の縦断面
図である。
【図８】比較例の減衰全反射測定装置の概略を示す図で
ある。
ある。
１ 光源 ２ 光ファイバ ３ ＡＴＲ素子 ４ 光ファイバ ５ 光検出器 ６ 突起部 ７ 谷部 １１ 光源 １２ ビームスプリッタ １３ 光ファイバ １３ａ 出射端 １４ コリメータレンズ １５ ＡＴＲ素子 １６ 突起部 １６ａ 側面 １６ｂ 頂面 １８ 突起部 ２０ シリコン基板 ２１ 酸化物膜 ２２ 酸化物膜 ３１ 光源 ３２ ビームスプリッタ ３３ 光ファイバ ３３ａ 出射端 ３４ コリメータレンズ ３５ ＡＴＲ素子 ３６ 突起部 ３６ａ 側面 ３６ｂ 頂面 ３７ 光検出器 ３８ マイクロレンズ ５０ ＡＴＲプリズム
Claims (8)
- 【請求項１】 光源と、前記光源から入射した光を内部
に進入させ、進入した前記光を表面で内部反射させる透
明なＡＴＲ素子と、前記ＡＴＲ素子より出射された光を
検知する光検出器を備え、前記ＡＴＲ素子が、前記光が
内部反射する箇所に突出した突起部を有する減衰全反射
測定装置。 - 【請求項２】 前記ＡＴＲ素子が、シリコンの単結晶か
らなる請求項１記載の減衰全反射測定装置。 - 【請求項３】 前記ＡＴＲ素子の突起部の断面形状が、
台形または三角形である請求項１記載の減衰全反射測定
装置。 - 【請求項４】 前記ＡＴＲ素子が、シリコンの単結晶を
異方性エッチングして得られたものである請求項３記載
の減衰全反射測定装置。 - 【請求項５】 光源と、前記光源から入射した光を内部
に進入させ、進入した前記光を表面で内部反射させる透
明なＡＴＲ素子と、前記ＡＴＲ素子より出射された光を
検知する光検出器を備え、前記ＡＴＲ素子が、対向する
一対の面のうちの一方の面に、他方の面から入射した光
を表面で内部反射させたのち入射した面より出射させる
突起部を具備する減衰全反射測定装置。 - 【請求項６】 前記ＡＴＲ素子が、前記光の入射面に前
記光源より投射された光を集光し、前記突起部へ照射す
るためのレンズを具備する請求項５記載の減衰全反射測
定装置。 - 【請求項７】 前記ＡＴＲ素子の前記突起部が配された
側の面が曲面である請求項１または５に記載の減衰全反
射測定装置。 - 【請求項８】 突起部を具備する透明なＡＴＲ素子を被
検体に接触させるステップ、前記突起部において減衰全
反射するように前記ＡＴＲ素子に光を入射させるステッ
プおよび減衰全反射したのち前記ＡＴＲ素子から出射し
た光を検知するステップを含む特定成分の測定方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22981697A JP3770707B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法 |
| EP19980306756 EP0899557B1 (en) | 1997-08-26 | 1998-08-24 | Element and apparatus for attenuated total reflection measurement, and method for measuring specific component using the same |
| DE1998603343 DE69803343T2 (de) | 1997-08-26 | 1998-08-24 | Element und Vorrichtung zur Messung der abgeschwächten Totalreflektion und diese verwendendes Verfahren zum Messen spezifischer Komponenten |
| US09/139,652 US6128091A (en) | 1997-08-26 | 1998-08-25 | Element and apparatus for attenuated total reflection measurement, and method for measuring specific component using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22981697A JP3770707B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1164216A true JPH1164216A (ja) | 1999-03-05 |
| JP3770707B2 JP3770707B2 (ja) | 2006-04-26 |
Family
ID=16898126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22981697A Expired - Lifetime JP3770707B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6128091A (ja) |
| EP (1) | EP0899557B1 (ja) |
| JP (1) | JP3770707B2 (ja) |
| DE (1) | DE69803343T2 (ja) |
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| US6882872B2 (en) | 2000-02-07 | 2005-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Biological information detecting probe, biological information measuring apparatus, fabrication method for biological information detecting probe, and method of measuring biological information |
| JP2005516216A (ja) * | 2002-01-28 | 2005-06-02 | エス アール ユー バイオシステムス，エル エル シー | 生体分子相互作用の検出のためのラベル化不用ハイスループット光学技術 |
| WO2005115244A1 (ja) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 生体情報測定用光学素子およびそれを用いた生体情報測定装置 |
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| JP2016523363A (ja) * | 2013-06-21 | 2016-08-08 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 全反射減衰法による画像形成装置 |
| JPWO2018123169A1 (ja) * | 2016-12-26 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 生体物質測定装置および生体物質測定方法 |
| JPWO2018123135A1 (ja) * | 2016-12-26 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 生体物質測定装置 |
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