JPWO2006082859A1 - 光学素子およびそれを用いた光学測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、図8に示す溝部42は、加工面がV形状である砥石を回転させて、それを光学素子用材料の平面に押し当てることにより、V字状に加工されている。この方法では、砥石形状の精度がそのまま加工精度および表面粗さに反映されてしまい、砥石が消耗すると溝部42の深さおよび形状が変化したり、表面の粗さが増大したりしてしまい、溝部42を所定形状に精度よく加工するのが困難である。そして、溝部32の深さおよび形状が変化したり、加工した表面の粗さが増大したりすると、実際の光の経路が設計した経路とは異なってしまったり、溝部42の表面で光が散乱したりして、測定精度が低下してしまう。
試料に照射する光が出射する光出射面を有する光照射プリズムと、
前記試料から帰還した光が受光される光受光面を有する受光プリズムと、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた減光部とを具備し、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとが組み合わされて、前記試料が接触する凹部が形成されており、前記光出射面から出射した光が、前記凹部に接触している前記試料中を直進して前記光受光面に入射することを特徴とする。
前記光照射プリズムから前記試料に光を照射させるために前記光照射プリズムに対して光を出射する光源と、
前記試料から前記受光プリズムに帰還した光を検出する光検出器とを具備することを特徴とする。
このような構成によれば、光照射プリズムを通過して試料を通過しない光のうち、受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。すなわち、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
また、上記凹部は、光照射プリズムおよび受光プリズムを所定形状に加工した後、それらを組み合わせることにより形成されるため、特に凹部の底部を精度よく加工しやすい。
このような構成によれば、光照射プリズムおよび受光プリズムの屈折率と、間隙部の屈折率との違いにより、それぞれの界面において反射光が発生するため、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
このような構成によれば、光照射プリズムと受光プリズムとの間に設けられた遮光部により、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光を遮断することができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
このような構成によれば、スペーサーの厚みを変えて光照射プリズムと受光プリズムとの距離を変えることで、試料における深さ方向の測定位置を容易に調整することができる。光照射素子と受光素子との距離を広くすれば、試料が接触している凹部により深く入り込み、結果として、試料の深部を測定することができる。逆に光照射プリズムと受光プリズムとの距離を狭くした場合は、試料が凹部に入り込みにくくなり、結果として、試料の表層部を測定することができる。
このような構成によれば、第1の傾斜部と第2の傾斜部とをそれぞれ光学研磨した後に、第1の傾斜部と第2の傾斜部とを対向させて試料が接触するV字状の凹部が形成されるため、容易に平滑な平面を有する光学的精度の高い凹部が得られる。また、凹部の形状がV字状の場合、試料が固定され易く、光路長を安定させることができる。
このような構成によれば、試料が液状であっても、凹部の側面が、光照射プリズム、受光プリズムおよびカバーで囲まれるため、試料保持部として機能する凹部内にこぼれないように試料を保持することができる。
このような構成によれば、光照射プリズムと受光プリズムとの距離をより容易かつ簡便に変えることができ、試料における深さ方向の測定位置をより容易かつ簡便に調整することができる。光照射プリズムと受光プリズムとの距離を広くすれば、試料が接触している凹部により深く入り込み、結果として、試料の深部を測定することができる。逆に光照射プリズムと受光プリズムとの距離を狭くした場合は、試料が凹部に入り込みにくくなり、結果として、試料の表層部を測定することができる。
このような構成によれば、上記の本発明の光学素子を用いることから、信頼性の高い光学測定装置を容易かつ簡便な方法で提供することができる。
このような構成によれば、測定に必要な光のみをより確実に光検出器に送ることができ、測定精度の向上を実現することができる。
なお、以下に説明する実施の形態は本発明の一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態1に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。
図1に示すように、光学素子12は、光を試料に照射する光照射プリズム13と、試料から帰還した光を受ける受光プリズム14と、を組み合わせて一体化することによって構成され、光照射プリズム13と受光プリズム14との間には、試料を接触させるための凹部15が形成される。そして、本実施の形態においては、光照射プリズム13と受光プリズム14との間に、減光部19として、両者の間において光を遮断するための遮光部が形成されている。
光照射プリズム13と受光プリズム14とを接合する前に、平面状の第1の傾斜部13aおよび第2の傾斜部14aをそれぞれ光学研磨するため、第1の傾斜部13aおよび第2の傾斜部14aを容易に平滑化することができる。これらのことから、光学的精度の高い面を有する凹部15が容易に得られる。
また、本実施の形態の光学素子12は、光照射プリズム13および受光プリズム14に分解できるため、分解することができない従来の光学素子(図8参照)と比べて、凹部を掃除し易い。
中赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、シリコン、ゲルマニウム、SiC、ダイヤモンド、ZnSe、ZnSまたはKrSなどを用いることができる。
波数1033cm−1および1080cm−1に吸収ピークを有するグルコースのように、中赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、約9〜10ミクロンの赤外波長で透過率が高く、加工性や機械的強度も高いという観点から、シリコンまたはゲルマニウムを用いるのが好ましい。
また、近赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、溶融石英、単結晶シリコン、光学ガラス、または透明な樹脂などを用いることができる。
遮光部には、Al、CuもしくはAgなどの金属の反射膜や、Crもしくは黒墨などの吸収膜、または誘電体多層膜を用いるのが好ましい。金属層と誘電体層とで形成された多層膜を用いても構わない。この場合の遮光部の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタ法またはCVD法などの公知の方法を用いればよい。また、光照射プリズム13または受光プリズム14の表面に直接膜を形成してもよく、両方のプリズムにそれぞれ膜を形成した後、膜同士を接合してもよい。
さらに上記遮光部としては、上記膜または上記シートの材料で構成された板を用いることもできる。
また、減光部19が、上記のように試料を透過しない光が受光プリズムに入射するのを防ぐため、光検出器17には、試料を透過しない、凹部を形成する面から反射した光および光源からの不要な光が到達しない。このため、光学測定装置のS/N比が向上する。
例えば、中赤外領域の光であれば、例えばSiCを棒状に焼結したグローバ光源、CO2レーザー、タングステン灯、赤外パルス光源またはQCL光源などを用いることができる。
グルコースのように中赤外領域に強い吸収ピークがある物質を測定する場合には、例えばグローバ光源、赤外パルス光源またはQCL光源が好ましい。
また、近赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、例えばハロゲン光源、半導体レーザーまたはLEDなどを用いることができる。グルコースは、中赤外領域だけでなく、近赤外領域にも吸収ピークがあることが知られており、例えばLED光通信用のDFBレーザーまたはDBRレーザーを用いることが好ましい。
また、光検出器17には、当該分野で公知のものを用いることができる。例えば、中赤外領域では、焦電センサやサーモパイル、サーミスタ、MCT検出器(量子型検出器の一種であるHgCdTe検出器)が用いられる。近赤外領域では、例えばInGaAs検出器、フォトダイオード、PbS検出器、InSb検出器、InAs検出器、またはこれら検出器のアレイセンサなどが用いられる。
まず、指18を光学素子12の凹部15に押し付けて当接する。このとき、軽く押し付けるだけで、図1に示すように、指18は凹部15にめり込む。次に、指18のめり込んだ部分に光を照射すると、光源11から出射された光は、光学素子12の光照射プリズム13に到達し、光照射プリズム13に到達した光は、光学素子12に設けられた凹部15または遮光部19に到達する。
一方、指18を透過した光は、受光プリズム14に入射する。光が上記のような経路で進むため、受光プリズム14は指18中を直進する多くの光を容易に受光することができ、受光プリズム14を通過した光は、分光素子16を介して光検出器17に到達する。光検出器17で検出した光に基づいて、例えば、グルコース濃度などの生体組織のパラメータを算出することができる。
ここで、試料である指18に対する光の入射角度は、凹部15の形状や光照射プリズム13および受光プリズム14の屈折率などで決まる。光照射プリズム13および受光プリズム14の屈折率は、試料の屈折率より大きいことが好ましい。測定する際には、試料を透過した光をできるだけ光検出器17に到達させることが好ましいため、光学素子12の屈折率だけでなく、試料の屈折率に応じて凹部15の形状や指18に対する光の入射角度を設定するのが好ましい。
これらの結果より、指18を押し当てる前のスペクトルに対して、指18を押し当てた時にスペクトルが大きく変化していることがわかる。これは、指18の中の、水、グルコース、中性脂肪およびコレステロールなどの血液成分や指18を構成する各種成分により光源11からの光が大きく吸収されて、減光したためである。例えば1.4ミクロンで大きく減光しているが、これは水の吸収スペクトルに相当するもので、生体内の水の存在を示すものである。
第1の測定カバー20aおよび第2の測定カバー20bは、凹部15の上部を開放しつつ、光照射プリズム13および受光プリズム14の側面を覆っている。
このような構成により、本変形態様では、このように図1の構成に測定カバーを追加するだけで、試料液の成分を容易に測定することができる。
図4は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態2に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。
図4に示すように、光学素子12は、試料に光を照射する光照射プリズム13、および試料から帰還した光を受ける受光プリズム14を組み合わせて一体化することにより構成され、光照射プリズム13と受光プリズム14との間には、試料が接触する略V字状の凹部15が形成される。そして、本実施の形態では、光照射プリズム13と受光プリズム14との間に、光照射プリズム13と受光プリズム14との間の距離を規定しつつ、光照射プリズム13を通過して試料を通過しない光のうち、受光プリズム14に入射する光の量を減らす減光部19が設けられている。
減光部19の厚さ(幅)、すなわち光照射プリズム13と受光プリズム14との間の距離は、特に限定されないが、例えば生体組織を測る場合は、光路長が長すぎると水の吸収が大きくなりすぎるので、3mm以下であるのが好ましい。
指18中において光が通過する距離は、例えば波長1600nmのグルコースの吸収波長を用いる場合は、1〜2mm程度に設定すればよい。3mmを超えると水の吸収量が大きくなる。また、凹部15で形成される略V字の角度(第1の傾斜部と第2の傾斜部とで形成される角度)は、90度〜120度に設定すればよい。
図5は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態3に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態3の光学測定装置において実施の形態2と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態における減光部29も、スペーサーとしての機能を有する。光照射プリズム23および受光プリズム24における凹部25よりも下方の後述する減光部29と対向する部分は、下方にいくにしたがい光照射プリズム23と受光プリズム24との間の距離が大きくなるような平面状の傾斜部23bおよび24bで構成されている。傾斜部23bおよび24bと垂直な方向の断面が台形状である減光部29が、傾斜部23bおよび24bと接する状態で光照射プリズム23と受光プリズム24の間に配されている。
当該調整手段は、減光部29を上下方向に移動させる移動素子としてのねじ21、ねじ21を保持する保持部26、ならびに保持部26と光照射プリズム23および受光プリズム24との隙間に設けられた変形可能な変形素子27および28で構成されている。
なお、本実施の形態では、移動素子にねじ21を用いたが、移動素子はこれに限定されない。
保持部26を構成する材料としては、特に限定はしないが、プラスチックまたは金属などが好ましい。金属としては、例えばアルミニウムまたはステンレスなどが好ましい。
図6は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態4に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態4の光学測定装置において実施の形態1と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態の光学測定装置は、光照射プリズム13と受光プリズム14とがスペーサ39を介して組み合わされており、光照射プリズム13と受光プリズム14との間に間隙部からなる減光部19を有する以外は、実施の形態1と同様である。
本実施の形態においてが、間隙部における光の屈折率が、光照射プリズム13および受光プリズム14の屈折率よりも小さいため、光照射プリズム13を通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズム14に入射する光の量を減らすことができる。そして、検出に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
図7は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態5に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態5の光学測定装置において実施の形態2と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態の光学測定装置は、光照射プリズム13と受光プリズム14とがスペーサー39を介して組み合わされており、スペーサー39と光照射プリズム13との間、およびスペーサー39と受光プリズム14との間に、膜状の遮光部で構成された減光部19が設けられている。
スペーサー39の厚さ(幅)、すなわち光照射プリズム13と受光プリズム14との間の距離は、特に限定されないが、例えば生体組織を測る場合は、光路長が長すぎると水の吸収が大きくなりすぎるので、3mm以下であるのが好ましい。
なお、減光部19としては、上記実施の形態におけるものを採用することができる。
例えば、上記実施の形態では、凹部15、25は略V字状であったが、第1の傾斜部および第2の傾斜部を曲面にして略U字状の凹部を形成してもよく、第1の傾斜部および第2の傾斜部を階段状にして、階段状の凹部を形成してもよい。
また、実施の形態1の変形態様においては、静止中の試料液を測定する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、流体でも測定することが可能である。例えば、第1の測定カバー20aの凹部15に対応する側面に試料液が流入する流路を接続し、第2の測定カバー20bの凹部15に対応する側面に試料液が流出する流路を接続し、凹部15を、試料液を流す通路とすることで、流体中の成分も容易に測定することができる。
例えば、図8に示す溝部42は、加工面がV形状である砥石を回転させて、それを光学素子用材料の平面に押し当てることにより、V字状に加工されている。この方法では、砥石形状の精度がそのまま加工精度および表面粗さに反映されてしまい、砥石が消耗すると溝部42の深さおよび形状が変化したり、表面の粗さが増大したりしてしまい、溝部42を所定形状に精度よく加工するのが困難である。そして、溝部32の深さおよび形状が変化したり、加工した表面の粗さが増大したりすると、実際の光の経路が設計した経路とは異なってしまったり、溝部42の表面で光が散乱したりして、測定精度が低下してしまう。
試料に照射する光が出射する光出射面を有する光照射プリズムと、
前記試料から帰還した光が受光される光受光面を有する受光プリズムと、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた減光部とを具備し、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとが組み合わされて、前記試料が接触する凹部が形成されており、前記光出射面から出射した光が、前記凹部に接触している前記試料中を直進して前記光受光面に入射することを特徴とする。
前記光照射プリズムから前記試料に光を照射させるために前記光照射プリズムに対して光を出射する光源と、
前記試料から前記受光プリズムに帰還した光を検出する光検出器とを具備することを特徴とする。
このような構成によれば、光照射プリズムを通過して試料を通過しない光のうち、受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。すなわち、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
また、上記凹部は、光照射プリズムおよび受光プリズムを所定形状に加工した後、それらを組み合わせることにより形成されるため、特に凹部の底部を精度よく加工しやすい。
このような構成によれば、光照射プリズムおよび受光プリズムの屈折率と、間隙部の屈折率との違いにより、それぞれの界面において反射光が発生するため、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光の量を減らすことができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
このような構成によれば、光照射プリズムと受光プリズムとの間に設けられた遮光部により、光照射プリズムを通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズムに入射する光を遮断することができる。そして、後述する光検出器に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
このような構成によれば、スペーサーの厚みを変えて光照射プリズムと受光プリズムとの距離を変えることで、試料における深さ方向の測定位置を容易に調整することができる。光照射素子と受光素子との距離を広くすれば、試料が接触している凹部により深く入り込み、結果として、試料の深部を測定することができる。逆に光照射プリズムと受光プリズムとの距離を狭くした場合は、試料が凹部に入り込みにくくなり、結果として、試料の表層部を測定することができる。
このような構成によれば、第1の傾斜部と第2の傾斜部とをそれぞれ光学研磨した後に、第1の傾斜部と第2の傾斜部とを対向させて試料が接触するV字状の凹部が形成されるため、容易に平滑な平面を有する光学的精度の高い凹部が得られる。また、凹部の形状がV字状の場合、試料が固定され易く、光路長を安定させることができる。
このような構成によれば、試料が液状であっても、凹部の側面が、光照射プリズム、受光プリズムおよびカバーで囲まれるため、試料保持部として機能する凹部内にこぼれないように試料を保持することができる。
このような構成によれば、光照射プリズムと受光プリズムとの距離をより容易かつ簡便に変えることができ、試料における深さ方向の測定位置をより容易かつ簡便に調整することができる。光照射プリズムと受光プリズムとの距離を広くすれば、試料が接触している凹部により深く入り込み、結果として、試料の深部を測定することができる。逆に光照射プリズムと受光プリズムとの距離を狭くした場合は、試料が凹部に入り込みにくくなり、結果として、試料の表層部を測定することができる。
このような構成によれば、上記の本発明の光学素子を用いることから、信頼性の高い光学測定装置を容易かつ簡便な方法で提供することができる。
このような構成によれば、測定に必要な光のみをより確実に光検出器に送ることができ、測定精度の向上を実現することができる。
なお、以下に説明する実施の形態は本発明の一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態1に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。
図1に示すように、光学素子12は、光を試料に照射する光照射プリズム13と、試料から帰還した光を受ける受光プリズム14と、を組み合わせて一体化することによって構成され、光照射プリズム13と受光プリズム14との間には、試料を接触させるための凹部15が形成される。そして、本実施の形態においては、光照射プリズム13と受光プリズム14との間に、減光部19として、両者の間において光を遮断するための遮光部が形成されている。
光照射プリズム13と受光プリズム14とを接合する前に、平面状の第1の傾斜部13aおよび第2の傾斜部14aをそれぞれ光学研磨するため、第1の傾斜部13aおよび第2の傾斜部14aを容易に平滑化することができる。これらのことから、光学的精度の高い面を有する凹部15が容易に得られる。
また、本実施の形態の光学素子12は、光照射プリズム13および受光プリズム14に分解できるため、分解することができない従来の光学素子(図8参照)と比べて、凹部を掃除し易い。
中赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、シリコン、ゲルマニウム、SiC、ダイヤモンド、ZnSe、ZnSまたはKrSなどを用いることができる。
波数1033cm-1および1080cm-1に吸収ピークを有するグルコースのように、中赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、約9〜10ミクロンの赤外波長で透過率が高く、加工性や機械的強度も高いという観点から、シリコンまたはゲルマニウムを用いるのが好ましい。
また、近赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、溶融石英、単結晶シリコン、光学ガラス、または透明な樹脂などを用いることができる。
遮光部には、Al、CuもしくはAgなどの金属の反射膜や、Crもしくは黒墨などの吸収膜、または誘電体多層膜を用いるのが好ましい。金属層と誘電体層とで形成された多層膜を用いても構わない。この場合の遮光部の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタ法またはCVD法などの公知の方法を用いればよい。また、光照射プリズム13または受光プリズム14の表面に直接膜を形成してもよく、両方のプリズムにそれぞれ膜を形成した後、膜同士を接合してもよい。
さらに上記遮光部としては、上記膜または上記シートの材料で構成された板を用いることもできる。
また、減光部19が、上記のように試料を透過しない光が受光プリズムに入射するのを防ぐため、光検出器17には、試料を透過しない、凹部を形成する面から反射した光および光源からの不要な光が到達しない。このため、光学測定装置のS/N比が向上する。
例えば、中赤外領域の光であれば、例えばSiCを棒状に焼結したグローバ光源、CO2レーザー、タングステン灯、赤外パルス光源またはQCL光源などを用いることができる。
グルコースのように中赤外領域に強い吸収ピークがある物質を測定する場合には、例えばグローバ光源、赤外パルス光源またはQCL光源が好ましい。
また、近赤外領域に吸収ピークがある物質を測定する場合には、例えばハロゲン光源、半導体レーザーまたはLEDなどを用いることができる。グルコースは、中赤外領域だけでなく、近赤外領域にも吸収ピークがあることが知られており、例えばLED光通信用のDFBレーザーまたはDBRレーザーを用いることが好ましい。
また、光検出器17には、当該分野で公知のものを用いることができる。例えば、中赤外領域では、焦電センサやサーモパイル、サーミスタ、MCT検出器(量子型検出器の一種であるHgCdTe検出器)が用いられる。近赤外領域では、例えばInGaAs検出器、フォトダイオード、PbS検出器、InSb検出器、InAs検出器、またはこれら検出器のアレイセンサなどが用いられる。
まず、指18を光学素子12の凹部15に押し付けて当接する。このとき、軽く押し付けるだけで、図1に示すように、指18は凹部15にめり込む。次に、指18のめり込んだ部分に光を照射すると、光源11から出射された光は、光学素子12の光照射プリズム13に到達し、光照射プリズム13に到達した光は、光学素子12に設けられた凹部15または遮光部19に到達する。
一方、指18を透過した光は、受光プリズム14に入射する。光が上記のような経路で進むため、受光プリズム14は指18中を直進する多くの光を容易に受光することができ、受光プリズム14を通過した光は、分光素子16を介して光検出器17に到達する。光検出器17で検出した光に基づいて、例えば、グルコース濃度などの生体組織のパラメータを算出することができる。
ここで、試料である指18に対する光の入射角度は、凹部15の形状や光照射プリズム13および受光プリズム14の屈折率などで決まる。光照射プリズム13および受光プリズム14の屈折率は、試料の屈折率より大きいことが好ましい。測定する際には、試料を透過した光をできるだけ光検出器17に到達させることが好ましいため、光学素子12の屈折率だけでなく、試料の屈折率に応じて凹部15の形状や指18に対する光の入射角度を設定するのが好ましい。
これらの結果より、指18を押し当てる前のスペクトルに対して、指18を押し当てた時にスペクトルが大きく変化していることがわかる。これは、指18の中の、水、グルコース、中性脂肪およびコレステロールなどの血液成分や指18を構成する各種成分により光源11からの光が大きく吸収されて、減光したためである。例えば1.4ミクロンで大きく減光しているが、これは水の吸収スペクトルに相当するもので、生体内の水の存在を示すものである。
第1の測定カバー20aおよび第2の測定カバー20bは、凹部15の上部を開放しつつ、光照射プリズム13および受光プリズム14の側面を覆っている。
このような構成により、本変形態様では、このように図1の構成に測定カバーを追加するだけで、試料液の成分を容易に測定することができる。
図4は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態2に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。
図4に示すように、光学素子12は、試料に光を照射する光照射プリズム13、および試料から帰還した光を受ける受光プリズム14を組み合わせて一体化することにより構成され、光照射プリズム13と受光プリズム14との間には、試料が接触する略V字状の凹部15が形成される。そして、本実施の形態では、光照射プリズム13と受光プリズム14との間に、光照射プリズム13と受光プリズム14との間の距離を規定しつつ、光照射プリズム13を通過して試料を通過しない光のうち、受光プリズム14に入射する光の量を減らす減光部19が設けられている。
減光部19の厚さ(幅)、すなわち光照射プリズム13と受光プリズム14との間の距離は、特に限定されないが、例えば生体組織を測る場合は、光路長が長すぎると水の吸収が大きくなりすぎるので、3mm以下であるのが好ましい。
指18中において光が通過する距離は、例えば波長1600nmのグルコースの吸収波長を用いる場合は、1〜2mm程度に設定すればよい。3mmを超えると水の吸収量が大きくなる。また、凹部15で形成される略V字の角度(第1の傾斜部と第2の傾斜部とで形成される角度)は、90度〜120度に設定すればよい。
図5は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態3に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態3の光学測定装置において実施の形態2と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態における減光部29も、スペーサーとしての機能を有する。光照射プリズム23および受光プリズム24における凹部25よりも下方の後述する減光部29と対向する部分は、下方にいくにしたがい光照射プリズム23と受光プリズム24との間の距離が大きくなるような平面状の傾斜部23bおよび24bで構成されている。傾斜部23bおよび24bと垂直な方向の断面が台形状である減光部29が、傾斜部23bおよび24bと接する状態で光照射プリズム23と受光プリズム24の間に配されている。
当該調整手段は、減光部29を上下方向に移動させる移動素子としてのねじ21、ねじ21を保持する保持部26、ならびに保持部26と光照射プリズム23および受光プリズム24との隙間に設けられた変形可能な変形素子27および28で構成されている。
なお、本実施の形態では、移動素子にねじ21を用いたが、移動素子はこれに限定されない。
保持部26を構成する材料としては、特に限定はしないが、プラスチックまたは金属などが好ましい。金属としては、例えばアルミニウムまたはステンレスなどが好ましい。
図6は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態4に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態4の光学測定装置において実施の形態1と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態の光学測定装置は、光照射プリズム13と受光プリズム14とがスペーサ39を介して組み合わされており、光照射プリズム13と受光プリズム14との間に間隙部からなる減光部19を有する以外は、実施の形態1と同様である。
本実施の形態においてが、間隙部における光の屈折率が、光照射プリズム13および受光プリズム14の屈折率よりも小さいため、光照射プリズム13を通過した光のうち、試料を通過せずに受光プリズム14に入射する光の量を減らすことができる。そして、検出に不要な光が到達するのを抑制することができ、測定精度の低下を確実に抑制することができる。
図7は、本発明の光学素子(測定素子)を用いた本発明の実施の形態5に係る光学測定装置(成分濃度測定装置)の構成を示す図であり、図中の矢印は光路を示す。以下において、まず光学素子について説明する。なお、実施の形態5の光学測定装置において実施の形態2と共通する部分については説明を省略する。
本実施の形態の光学測定装置は、光照射プリズム13と受光プリズム14とがスペーサー39を介して組み合わされており、スペーサー39と光照射プリズム13との間、およびスペーサー39と受光プリズム14との間に、膜状の遮光部で構成された減光部19が設けられている。
スペーサー39の厚さ(幅)、すなわち光照射プリズム13と受光プリズム14との間の距離は、特に限定されないが、例えば生体組織を測る場合は、光路長が長すぎると水の吸収が大きくなりすぎるので、3mm以下であるのが好ましい。
なお、減光部19としては、上記実施の形態におけるものを採用することができる。
例えば、上記実施の形態では、凹部15、25は略V字状であったが、第1の傾斜部および第2の傾斜部を曲面にして略U字状の凹部を形成してもよく、第1の傾斜部および第2の傾斜部を階段状にして、階段状の凹部を形成してもよい。
また、実施の形態1の変形態様においては、静止中の試料液を測定する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、流体でも測定することが可能である。例えば、第1の測定カバー20aの凹部15に対応する側面に試料液が流入する流路を接続し、第2の測定カバー20bの凹部15に対応する側面に試料液が流出する流路を接続し、凹部15を、試料液を流す通路とすることで、流体中の成分も容易に測定することができる。
Claims (9)
- 試料に照射する光が出射する光出射面を有する光照射プリズムと、
前記試料から帰還した光が受光される光受光面を有する受光プリズムと、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた減光部とを具備し、
前記光照射プリズムと前記受光プリズムとが組み合わされて、前記試料が接触する凹部が形成されており、前記光出射面から出射した光が、前記凹部に接触している前記試料中を直進して前記光受光面に入射する光学素子。 - 前記減光部は、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた間隙部である請求項1記載の光学素子。
- 前記減光部は、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられた遮光部である請求項1記載の光学素子。
- さらに前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間に設けられたスペーサーを具備する請求項1記載の光学素子。
- 前記光照射プリズムの前記光出射面は、前記試料が接触する平面状の第1の傾斜部であり、
前記受光プリズムの前記光受光面は、前記試料が接触する平面状の第2の傾斜部であり、
前記第1の傾斜部と前記第2の傾斜部とが対向して前記凹部が形成されており、かつ前記凹部の前記第1の傾斜部および前記第2の傾斜部と垂直な方向の断面が略V字状である請求項1記載の光学素子。 - 前記凹部の一部を覆い、前記光照射プリズムおよび前記受光プリズムとともに組み合わされることによって試料保持部を形成するカバーを具備する請求項1記載の光学素子。
- さらに、前記光照射プリズムと前記受光プリズムとの間の距離を調整する調整手段を具備する請求項1記載の光学素子
- 請求項1記載の光学素子と、
前記光照射プリズムから前記試料に光を照射させるために前記光照射プリズムに対して光を出射する光源と、
前記試料から前記受光プリズムに帰還した光を検出する光検出器とを具備する光学測定装置。 - 前記受光プリズムと前記光検出器との間に配置された分光素子を具備する請求項8記載の光学測定装置。
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