KR20130051918A - 분석 장치 - Google Patents

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KR20130051918A
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잇페이 가미무라
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엔이씨 시스템 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

장치의 대형화를 억제하면서, 다종류의 성분 분석에 대응 가능한 분석 장치를 제공한다. 분석 장치(1)는 발광부(10)와 투과형 분광 필터(22)와, 광검출기(23)와, 분석부(31)를 구비한다. 분광 필터(22)는 광투과성 기판과, 기판의 한쪽 면 상에 제 1 금속 재료로 형성된 복수의 볼록부와, 제 1 금속 재료보다 굴절률이 높은 제 2 금속 재료에 의해, 볼록부와 함께 한쪽 면을 덮도록 형성된 금속막을 구비한다. 볼록부는 볼록부간에 존재하는 금속막이 회절 격자가 되며, 볼록부가 도파로가 되도록 배치된다. 회절 격자의 격자 피치, 볼록부의 높이, 금속막의 두께는, 각 수광 소자(24)가 분광 필터의 투과광을 수광하도록 배치된다. 분석부(31)는 수광 소자(24)의 출력 신호로부터 대상물(40)의 스펙트럼을 취득한다.

Description

분석 장치{ANALYSIS DEVICE}
본 발명은 대상물에 포함되는 성분을 광학적으로 분석하는 분석 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 대상물에 포함되는 성분의 분석을 비(非)파괴에 의해 행하기 위해서, 광학적 분석 방법이 제안되어 있다. 광학적 분석 방법에서는, 우선, 대상물에 광이 조사된다. 다음으로, 대상물을 투과한 투과광 또는 대상물에 의해 반사된 반사광으로부터, 타깃 성분에 대응하는 파장의 광이 분광 필터에 의해 취출되고, 취출된 광이 수광 소자에 의해 수광된다. 그리고, 수광 소자로부터의 출력 신호에 의거하여 흡광도가 구해지고, 또한 흡광도로부터 타깃 성분의 비율이 산출된다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2 참조).
구체적으로는, 특허문헌 1은, 청과물에 포함되는 글루코오스를 타깃 성분으로 하여, 광학적 분석을 행하는 분석 장치를 개시하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 분석 장치에서는, 타깃 성분이 글루코오스이기 때문에, 광원으로부터는, 근적외 영역의 파장을 포함하는 광이 조사된다. 또한, 분광 필터로서는, 회절 격자를 이용한 반사형 분광 필터가 이용되고 있다. 이 분광 필터는, 파장이 700㎚～1000㎚의 범위의 광만이 수광 소자로 유도되도록 형성되어 있다.
또한 특허문헌 2도, 청과물에 포함되는 글루코오스를 타깃 성분으로 하는 분석 장치를 개시하고 있다. 단지, 특허문헌 2에 개시된 분석 장치에서는, 특허문헌 1에 개시된 분석 장치와 달리, 설정 파장의 광만을 투과시키는 투과형 분광 필터가 복수 개 이용되고 있다. 각 분광 필터는, 동일면 상에 있어서, 빔의 조사 범위 내에 배치되어 있다. 이 구성에 의해, 피(被)계측물로부터의 광 중, 어느 하나의 분광 필터의 설정 파장에 적합한 광만이, 분광 필터를 투과하고, 수광 소자에 의해 수광된다.
한편, 상기한 광학적 분석 방법에 있어서, 타깃 성분이 상이한 경우는, 분광 필터에 의해 취출해야할 광의 파장(선택 파장)도 상이해진다. 따라서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 분석 장치에 있어서, 글루코오스 이외의 성분을 타깃으로 하는 경우는, 분광 필터를 바꿀 필요가 있으며, 실질적으로는, 글루코오스 이외의 성분을 타깃으로 하는 것은 불가능하다.
한편, 특허문헌 3은, 선택 파장을 변경 가능한 반사형 분광 필터를 개시하고 있다. 특허문헌 3에 개시된 분광 필터는, 공명 격자와, 그것과의 사이에 극간이 형성되도록 배치된 기판과, 양자 간에 전압을 인가하는 구성을 구비하고 있다. 그리고, 이 분광 필터에 있어서, 공명 격자와 기판 사이에 인가되는 전압의 크기를 변화시키면, 이들간의 거리가 변화하고, 결과적으로, 입사광에 대한 반사율도 변화한다. 이 때문에, 특허문헌 3에 개시된 분광 필터를 이용하면, 선택 파장을 변경할 수 있고, 다(多)종류의 타깃 성분에 대응 가능한 분석 장치가 얻어진다고 생각할 수 있다.
일본국 특개평06-213804호 공보 일본국 특개2000-356591호 공보 일본국 특개2005-331581호 공보
한편, 특허문헌 3에 개시된 분광 필터는, 반사형이기 때문에, 이것을 이용하여 분석 장치를 구성한 경우는, 광로가 복잡화해진다. 또한, 특허문헌 3에 개시된 분광 필터의 설치에 필요한 스페이스는, 다른 분광 필터보다 커진다. 이들 이유로부터, 분석 장치에 특허문헌 3에 개시된 분광 필터를 이용한 경우는, 분석 장치가 대형화되는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적의 일례는, 상기 문제를 해소하고, 장치의 대형화를 억제하면서, 다종류의 성분의 분석에 대응 가능한 분석 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 있어서의 분석 장치는, 대상물에 포함되는 성분을 분석하는 분석 장치이며, 상기 대상물에 광을 조사하는 발광부와, 투과형 분광 필터와, 복수의 수광 소자를 갖는 광검출기와, 분석부를 구비하고, 상기 분광 필터는, 상기 대상물에 의해 반사된 상기 광 또는 상기 대상물을 투과한 상기 광의 광로 상에 배치되며, 또한, 광투과성을 갖는 기판과, 상기 기판의 한쪽 면 상에 금속 재료로 형성된 복수의 볼록부와, 상기 금속 재료보다 굴절율이 높은 산화 금속 재료를 이용하여, 상기 복수의 볼록부와 함께 상기 기판의 상기 한쪽 면을 덮도록 형성된 금속 산화막을 구비하고, 상기 복수의 볼록부는, 서로 이웃하는 볼록부간에 존재하는 상기 금속막이 회절 격자가 되고, 상기 볼록부가 도파로가 되도록 배치되고, 상기 회절 격자의 격자 피치, 상기 볼록부의 높이, 및 상기 금속막의 두께의 적어도 하나는, 상기 분광 필터를 투과하는 광의 파장이 상기 분장 필터의 부분마다 변화되도록, 상기 부분마다 상이한 값으로 설정되고, 상기 광검출기는, 상기 복수의 수광 소자 각각이, 상기 분광 필터를 투과하는 광을 수광하도록 배치되고, 상기 분석부는, 상기 복수의 수광 소자에 의해 출력된 각각의 출력 신호로부터, 상기 대상물의 스펙트럼을 취득한다.
이상의 특징에 의해, 본 발명에 있어서의 분석 장치에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서 다종류의 성분의 분석에 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 도 1에 나타낸 분광 필터의 구성을 부분적으로 확대해서 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 분석 장치의 동작을 나타내는 플로차트.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 분석 장치에 의해 실행되는 처리를 설명하는 설명도.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에서 이용되는 검량선의 일례를 나타내는 도면이며, 도 5의 (a)～도 5의 (c) 각각은 상이한 검량선을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 분석 장치의 동작을 나타내는 플로차트.
도 8은 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도.
(실시형태 1)
이하, 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 분석 장치에 대해서, 도 1～도 5을 참조하면서 설명한다. 처음으로, 도 1 및 도 2를 이용하여, 본 실시형태 1에 있어서의 분석 장치(1)의 구성에 관하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다. 도 2는 도 1에 나타낸 분광 필터의 구성을 부분적으로 확대해서 나타내는 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이 분석 장치(1)는, 대상물(40)에 포함되는 성분을 분석하는 장치이다. 분석 장치(1)는, 대상물(40)에 광을 조사하는 발광부(10)와, 투과형 분광 필터(22)와, 복수의 수광 소자(24)를 갖는 광검출기(23)와, 분석부(31)를 구비하고 있다.
분광 필터(22)는 대상물(40)에서 반사된 광의 광로 상에 배치되어 있으며, 분광 필터(22)를 투과하는 광의 파장이 부분마다 변화되도록 구성되어 있다. 또한, 분광 필터(22)는, 도 1의 예와 달리, 대상물(40)을 투과한 광의 광로 상에 배치되어 있어도 된다.
본 실시형태 1에서는, 분광 필터(22)는, 광검출기(23)와 함께, 대상물(40)로부터의 광을 검출하는 센서 유닛(20)을 구성하고 있다. 또한, 센서 유닛(20)에는 렌즈(21)가 구비되어 있다. 렌즈(21)는 대상물(40)에서 반사된 광을 집광하고, 이 광을 효율적으로 분광 필터(22)로 유도하기 위해서 이용되고 있다.
한편, 도 1에 있어서, 분광 필터(22)와 광검출기(23) 사이에는 공간이 존재하고 있지만, 이것은 구성을 설명하기 위해서이며, 실제로는, 분광 필터(22)와 광검출기(23) 사이에는 공간은 존재하지 않고 이 두 개는 밀착하고 있다.
여기서, 도 2에 의거하여 분광 필터(22)의 구성 및 기능에 관하여 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 분광 필터(22)는 광 투과성을 갖는 기판(22a)과, 기판(22a)의 한쪽 면 상에 형성된 복수의 볼록부(22b)와, 복수의 볼록부(22b)와 함께 기판(22a)의 한쪽 면을 덮는 금속 산화막(22c)을 구비하고 있다. 이 중, 볼록부(22b)는 금속 재료로 형성되며, 금속 산화막(22c)은 이 금속 재료보다 굴절율이 높은 산화 금속 재료에 의해 형성되어 있다.
또한, 복수의 볼록부(22b)는, 서로 이웃하는 볼록부간에 존재하는 금속 산화막(22c)이 회절 격자가 되도록 배치되어 있다. 구체적으로는, 각 볼록부(22b)는, 사각 기둥 형상으로 형성되어 있으며, 또한 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 또한, 금속 산화막(22c)이 회절 격자로서 기능하도록 하기 위해서, 회절 격자의 격자 피치(p)는 투과광의 파장이 상이한 부분마다, 당해 부분에 있어서 투과하는 것이 요구되고 있는 광의 파장보다 짧아지도록 설정되어 있다.
이러한 구성에 의해, 볼록부(22b)는 서브 파장 격자가 되어 도파로로서 기능하므로, 금속 산화막(22c)측에서, 볼록부(22b)에 입사한 광은, 볼록부(22b) 안을 에버네슨트파(evanescent wave)로서 전파한다. 그리고, 볼록부(22b)에 입사한 광은, 그 파장에 따라, 볼록부(22b) 및 기판(22a)을 투과하거나, 볼록부(22b)를 투과한 후에 기판(22a)에서 반사된다. 구체적으로는, 볼록부(22b)의 높이(h)를 높게 하면, 투과광의 파장은, 장파장측으로 시프트하는 경향이 있다. 마찬가지로, 회절 격자의 격자 피치(p)를 넓게 했을 경우나, 기판(22a)의 굴절율을 크게 했을 경우도, 투과광의 파장은 장파장측으로 시프트하는 경향이 있다. 한편, 실제로는 부분마다 각 부재의 굴절율을 바꾸는 것은 곤란하다.
따라서, 분광 필터(22)에 있어서는, 분광 필터(22)를 투과하는 광의 파장을 부분마다 변화시키기 위해서, 회절 격자의 격자 피치(p), 볼록부(22b)의 높이(h), 및 금속 산화막(22c)의 두께(t)의 적어도 하나가, 부분마다 상이한 값으로 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 분광 필터(22)는 그 부분마다 투과광의 파장이 상이하도록 형성되어 있다. 한편, 투과광은, 실제로는 협대역의 파장을 가지고 있으며, 투과광의 파장의 설정은, 협대역에 있어서의 중심 파장에 대해서 행해진다. 또한, 회절 격자의 격자 피치(p)는, 실질적으로는 도 2에 나타내는 바와 같이 서로 이웃하는 볼록부(22b)간에 있어서의 하나의 볼록부(22b)의 한쪽 측면으로부터 다른 볼록부(22b)와 마찬가지로 한쪽 측면까지의 거리이다.
본 실시형태 1에 있어서, 기판(22a), 볼록부(22b), 및 금속 산화막(22c)의 재료는, 목적의 파장의 광이 투과하기 쉽도록 적절하게 설정하면 된다. 예를 들면, 투과광이 적외 영역(infrared region)에 있는 광일 경우를 예로 들면, 기판(22a)의 재료로서는, 산화실리콘(SiO2)을 들 수 있다. 이 경우, 기판(22a)은 소위 석영 기판이다. 또한, 볼록부(22b)를 형성하는 금속 재료로서는, 금(Au) 또는 금(Au)을 포함하는 합금을 들 수 있다. 또한, 금속 산화막(22c)의 형성 재료로서는, 산화티탄(TiO2)을 들 수 있다.
여기서, 투과광이 적외 영역에 있는 광일 경우에 있어서, 예를 들면 투과광의 중심 파장을 1.48㎛로 설정하는 예에 관하여 설명한다. 금속 산화막(22c)을 형성하는 산화티탄의 굴절율은 「1.904」, 기판(22a)을 형성하는 산화실리콘의 굴절율은 「1.465」, 금의 반사율은 「0.944」이다. 또한, 볼록부(22b)의 높이(h)를 「62㎛」로 설정한다고 한다. 그리고, 금의 굴절율과 소쇠 계수(extinction coefficient)로서는, 무수한 값이 존재하지만, 상기의 예에서는, 금의 굴절율이 「0.50」, 소쇠 계수가 「7.1」인 것으로 한다. 이러한 예에서는, 회절 격자의 격자 피치(p)를 「1064.7㎛」, 및 금속 산화막(22c)의 두께(t)를 「134㎛」으로 설정하면 된다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 광검출기(23)는 각 수광 소자(24)가, 분광 필터(22)를 투과하는 광을 수광하도록 배치되어 있다. 따라서, 분광 필터(22)를 투과한 광은, 필터 부재(1)의 부분마다, 상이한 수광 소자(24)에 의해 수광되므로, 상기한 분광 필터(22)의 기능에 의해, 각 수광 소자(24)의 출력 신호는, 대응하는 부분의 설정 파장의 광의 강도를 나타내는 것이 된다. 따라서, 분석부(31)는 각 수광 소자(24)의 출력 신호로부터, 대상물(40)의 스펙트럼을 취득할 수 있다.
도 1의 예에서는, 광검출기(23)로서는, 복수의 포토 다이오드가 매트릭스 형상으로 형성된 반도체 기판을 갖는 고체 촬상 장치가 이용되고 있다. 또한, 도 1에 있어서는, 설명을 위해, 광검출기(23)는 단면에 의해 나타나 있다. 한편, 단면에 있어서 해칭은 생략되어 있다.
이렇게, 본 실시형태 1에 있어서의 분석 장치(1)에서는, 특허문헌 3에 개시된 분광 필터와 같은 반사형 분광 필터는 이용되고 있지 않기 때문에, 도 1에 나타내는 바와 같이 광로를 단순화할 수 있고, 장치의 대형화가 억제된다. 또한, 대상물(40)의 종류에 한정되지 않고, 그 스펙트럼을 취득할 수 있기 때문에, 단일 장치로 다른 종류의 성분의 분석에 대응할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 있어서는, 분석부(31)는 취득한 스펙트럼으로부터, 대상물(40)에 포함되는 성분을 동정(同定; identification)할 수 있다. 또한, 분석부(31)는, 미리 준비되어 있는 복수의 검량선 중에서, 동정된 성분에 대응하는 검량선을 선택하고, 선택한 검량선을 이용하여, 분석 대상이 되는 성분의 함유량을 산출할 수 있다. 구체적으로는, 분석부(31)는, 취득한 스펙트럼으로부터 흡광도를 구하고, 구한 흡광도를, 선택한 검량선에 적용시킴으로써, 분석 대상이 되는 성분의 함유량을 산출한다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 복수의 검량선은 기억부(32)에 저장되어 있다. 그리고, 기억부(32)는 분석부(31)와 함께 제어 장치(30)를 구성하고 있다. 제어 장치(30)는 또한 구동부(33)도 구비하고 있다. 구동부(33)는, 분석부(31)의 지시에 따라, 발광부(10)를 구동하고, 광원(11)의 점등 및 소등을 제어한다. 제어 장치(30)의 구체적인 예로서는, 마이크로 컴퓨터를 들 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 있어서, 광원은 요구되는 범위의 파장의 광을 조사 가능한 것이라면 되고, 특별히 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 광원(11)으로서는, LED, 할로겐 램프를 들 수 있다. 도 1의 예에서는, 광원(11)은, 적외 영역의 광을 조사 가능한 LED이다. 또한, 광원(11)에 요구되는 출사광의 파장의 범위는, 상정되는 대상물의 종류에 따라 적당하게 설정된다.
다음으로, 본 실시형태 1에 있어서의 분석 장치(1)의 동작에 대해서 도 3～도 5를 이용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 분석 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다. 도 4는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 분석 장치에 의해 실행되는 처리를 설명하는 설명도이다. 도 5는 본 발명의 실시형태 1에서 이용되는 검량선의 일례를 나타내는 도면이고, 도 5의 (a)～도 5의 (c) 각각은 상이한 검량선을 나타내고 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 적당하게 도 1 및 도 2를 참작한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 처음으로 분석부(31)는, 광검출기(23)의 각 수광 소자(24)가 출력하는 암전류를 측정한다(스텝 S1). 구체적으로는, 분석부(31)는, 구동부(33)에 광원(11)을 소등시킨 상태에서, 광검출기(23)의 각 수광 소자(24)가 출력한 출력 신호의 출력값을 측정한다. 한편, 이 경우의 출력값이란, 암전류 발생시에 출력된 신호의 전압값이다.
여기서, 암전류 발생시의 각 수광 소자(24)의 출력 신호의 출력값(전압)을 D11～D1n으로 한다. n은 수광 소자의 개수를 나타내고 있다. 또한, 분석부(31)는 암전류 발생시의 출력 신호의 출력값D11～D1n의 평균값Dm1을 구하고, 이후의 계산으로 있어서, 평균값Dm1을 이용할 수도 있다.
도 4에 있어서 그래프(52)는, 스텝 S1에 있어서의 암전류 발생시의 출력 신호의 일례를 나타내고 있다. 수광 소자(24)마다 수광하는 광의 파장이 상이하기 때문에, 스텝 S1에서 얻어진 출력 신호의 출력값D11～D1n을 플롯하면, 도 4에 나타내는 바와 같이 횡축을 파장, 종축을 전압으로 하는 그래프(52)가 얻어진다.
다음으로, 분석부(31)는, 구동부(33)에 광원(11)을 점등시켜, 전체 반사 스펙트럼을 취득한다(스텝 S2). 구체적으로는, 분석부(31)는 대상물(40) 대신에 전반사 미러가 배치되어 있는 것을 조건으로 하여서, 구동부(33)에 광원(11)을 점등시켜, 그때에 각 수광 소자(24)가 출력하는 출력 신호의 출력값을 측정한다. 또한, 이 때의 각 출력 신호의 출력값을 D21～D2n으로 한다.
그리고, 분석부(31)는, 얻어진 각 수광 소자(24)의 출력 신호의 출력값D21～D2n 각각으로부터, 스텝 S1에서 얻어진 암전류 발생시의 출력 신호의 출력값D11～D1n을 감산하고, 얻어진 출력값으로부터 전체 반사 스펙트럼을 구한다. 전체 반사 스펙트럼을 구성하는 출력값을 D31～D3n으로 하면, 하기(下記)한 수식 1이 성립한다. 또한, 수식 1에 있어서, 분석부(31)는 출력값D1k 대신에, 출력값D11～D1n의 평균값Dm1을 감산해도 된다.
(수식 1)
D3k=D2k-D1k
또한, 「k」는 k번째의 수광 소자로부터 얻어진 값인 것을 나타내고 있으며, k에 대해서는, 1≤k≤n이 성립한다. 도 4에 있어서 그래프(54)는, 전체 반사 스펙트럼을 구성하는 각 출력값D31～D3n을 플롯함으로써 얻어져 있으며, 스텝 S2에서 얻어진 전체 반사 스펙트럼의 일례를 나타내고 있다.
한편, 본 실시형태 1에서는, 스텝 S2에 있어서의 출력값의 측정 후에, 스텝 S1이 실행되며, 그 후에, 전체 반사 스펙트럼을 구성하는 출력값의 산출이 실행되어도 된다. 또한, 스텝 S1 및 스텝 S2는, 이후에 설명하는 스텝 S3와 연속해서 실행되지 않아도 된다. 또한, 일단, 스텝 S1 및 S2이 실행된 후는, 스텝 S3 이후가 반복해서 실행되어도 된다. 즉, 스텝 S1 및 S2는 스텝 S3의 실행 전에 한번 실행되어 있으면 된다. 또한, 스텝 S1 및 S2의 실행시와, 스텝 S3 이후의 실행시 사이에, 시간적인 차이가 존재하고 있어도 된다.
다음으로, 스텝 S2의 종료 후, 분석부(31)는, 구동부(33)에 광원(11)을 점등시킨다(스텝 S3). 스텝 S3에 의해, 광원(11)로부터 출사된 광은, 대상물(40)에 입사하고, 거기서 반사된 후, 센서 유닛(20)에 입사한다. 그 후, 분석부(31)는, 각 수광 소자(24)가 출력한 출력 신호의 출력값을 측정한다(스텝 S4).
여기서, 스텝 S4의 실행시의 각 수광 소자(24)의 출력 신호의 출력값(전압)을 V11～V1n으로 한다. 또한, 도 4에 있어서 그래프(51)는, 스텝 S4에서 측정된 출력 신호의 출력값V11～V1n을 플롯함으로써 얻어져 있으며, 스텝 S4에 있어서 수광 소자(24)가 출력한 출력 신호의 일례를 나타내고 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는 스텝 S2 및 S3에 있어서의 광원(11)의 점등은, 간헐적으로 행해지고 있어도 된다. 즉, 구동부(33)는, 광원(11)을 펄스 발광시킬 수 있다. 이것은, 광원(11)을 연속 발광시키면, 시간의 경과와 함께 광량이 서서히 저하하고, 후술하는 스텝 S5에 있어서의 흡광도의 산출에 오차가 생길 경우가 있기 때문이다.
또한, 광원(11)이 펄스 발광하면, 분석부(31)는 점등의 회수만큼, 각 수광 소자(24)로부터 출력 신호의 출력값을 측정한다. 이 경우는, 분석부(31)는 수광 소자마다 출력값의 평균값을 산출하고, 산출한 평균값을 스텝 S4 이후의 처리에서 이용할 수 있다.
예를 들면, 스텝 S2에 있어서, 펄스 발광에 의해 출력값D21～D2n이 복수 회 얻어진 경우는, 분석부(31)는 출력값마다 평균값Dm21～Dn2n을 산출하고, 그 값을 이용할 수 있다. 또한, 스텝 S3에서의 펄스 발광에 의해, 스텝 S4에 있어서, 출력값V11～V1n이 복수 회 얻어진 경우는, 분석부(31)는, 출력값마다 평균값Vm11～Vm1n을 산출하고 그 값을 이용할 수 있다.
다음으로, 분석부(31)는 스텝 S4에서 얻어진 출력 신호에 대하여 암전류의 보정을 행한다(스텝 S5). 구체적으로는, 스텝 S4에서는, 분석부(31)는, 하기한 수식 2를 이용하여, 스텝 S3에서 얻어진 출력 신호(도 4의 그래프(51) 참조)의 출력값V11～V1n으로부터, 암전류(도 4의 그래프(52) 참조)의 출력값D11～D1n을 감산하고, 베이스라인 보정을 행한다. 하기한 수식 2에 있어서, V2k는 보정 후의 출력값을 나타내고 있다. 또한, 하기한 수식 2에 있어서도, 분석부(31)는, 출력값D1k 대신에, 출력값D11～D1n의 평균값Dm1을 감산해도 된다.
(수식 2)
V2k=V1k-D1k
또한, 도 4에 있어서 그래프(53)는, 보정 후의 출력값V21～V2n을 플롯함으로써 얻어져 있으며, 스텝 S5에서 얻어진 베이스라인 보정 완료의 출력 신호의 일례를 나타내고 있다.
다음으로, 분석부(31)는, 베이스라인 보정 완료의 출력값과, 전체 반사 스펙트럼(도 4의 그래프(54) 참조)의 출력값을 이용하여, 대상물(40)의 스펙트럼을 취득한다(스텝S6). 구체적으로는, 분석부(31)는 하기한 수식 3을 이용하여, 베이스라인 보정 완료의 출력값과, 전체 반사 스펙트럼(도 4의 그래프(54) 참조)의 출력값의 차분을 산출한다. 산출된 차분이, 대상물(40)의 스펙트럼에 상당한다. 하기한 수식 3에 있어서, Vk는 차분값을 나타내고 있다.
(수식 3)
Vk=D3k-V2k
도 4에 있어서 그래프(55)는 산출된 차분값V1～Vn을 플롯함으로써 얻어져 있으며, 대상물(40)의 스펙트럼(차분)의 일례를 나타내고 있다. 또한, 본 실시형태 1에서는, 상기한 바와 같이, 광원(11)은, 적외 영역의 광을 조사하므로, 적외 영역에 있어서의 스펙트럼이 얻어진다.
다음으로, 분석부(31)는 스텝 S4에서 얻어진 스펙트럼에 의거하여, 예를 들면 거기에 드러나 있는 피크 파장을 특정함으로써, 대상물(40)에 포함되는 성분을 동정하고, 또한 피크 파장의 값으로부터 흡광도를 산출한다(스텝 S7).
구체적으로는, 본 실시형태 1에서는, 기억부(32)에는, 미리 상정되는 성분마다, 피크의 발생 패턴이 저장되어 있다. 스텝 S7에 있어서, 분석부(31)는 특정한 피크 파장을 저장되어 있는 발생 패턴에 적용하고, 그 결과로부터 대상물(40)에 포함되는 성분을 동정한다. 또한, 상기한 바와 같이, 본 실시형태 1에 있어서 얻어지는 스펙트럼은, 적외 영역의 스펙트럼이므로, 동정되는 성분으로서는, 글루코오스, 수크로오스, 프룩토오스, 구연산, 물 등을 들 수 있다.
또한, 스텝 S7에 있어서, 분석부(31)는 하기한 수식 4로부터 흡광도Αλ를 산출한다. 한편, 하기한 수식 4에 있어서, j는 피크값을 출력하고 있는 수광 소자를 나타내고 있다. 또한, 1≤j≤n이 성립한다.
(수식 4)
Αλ =-log10(V2j/D3j)
다음으로, 분석부(31)는 기억부(32)에 액세스하고, 스텝 S7에서의 동정 결과에 의거하여, 대상물(40)에 대응하는 검량선(도 5의 (a)～(c) 참조)을 선출한다(스텝 S8). 예를 들면, 대상물(40)이 혈액이며, 동정된 성분이 글루코오스(혈당)이면, 분석부(31)는 도 5의 (a)에 나타내는 검량선을 선출한다. 또한, 대상물(40)이, 귤, 딸기 등의 과실이고, 동정된 성분이 글루코오스, 수크로오스, 및 프룩토오스면, 분석부(31)는, 도 5의 (a)～(c)에 나타내는 검량선을 선출한다.
그 후, 분석부(31)는 스텝 S8에서 선출된 검량선에, 스텝 S7에서 산출된 흡광도Αλ를 적용시켜, 대상물(40)에 포함되는 성분의 함유량(농도)을 산출한다(스텝S9). 예를 들면, 대상물(40)이 혈액인 경우는, 분석부(40)는 글루코오스 농도(혈당치)를 산출한다. 또한, 예를 들면 대상물(40)이, 귤, 딸기 등의 과실인 경우는, 분석부(31)는 글루코오스 농도, 수크로오스 농도, 및 프룩토오스 농도를 산출한다. 스텝 S7의 종료 후, 분석부(31)는 결과를 출력하고 처리를 종료한다.
이상과 같이, 본 실시형태 1에 있어서의 분석 장치(1)에 의하면, 대상물(40)에 포함되는 성분의 특정과, 적절한 검량선의 특정을 행할 수 있고, 다양한 대상물의 성분 분석을 행할 수 있다. 또한, 성분 분석을 행하기 위해서 필요한 광학계는 단순하기 때문에, 장치의 대형화가 억제된다.
한편, 본 실시형태 1에서는, 분광 필터(22)는, 수광 소자마다 입사하는 광의 파장이 상이하도록 구성되어 있기 때문에, 분석부(31)는, 수광 소자마다 출력값의 연산을 행하고 있다. 그러나 본 발명은, 이 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 분광 필터(22)는, 2 이상의 수광 소자로 구성된 그룹마다, 입사하는 광의 파장이 다르도록 구성되어 있어도 된다. 그리고, 이 경우는 분석부(31)는 그룹마다 출력값의 평균값을 산출하고, 얻어진 평균값을 이용하여 상기의 연산을 실행한다.
또한, 본 실시형태 1에 있어서, 대상물(40)의 종류는, 특별히 한정되지 않고, 구체적으로는, 상기한 혈액 및 과일에 더하여, 야채, 식품, 화학 물질, 생물로부터 채취한 다양한 체액 등을 들 수 있다.
(실시형태 2)
다음으로, 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 분석 장치에 대해서, 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다. 처음으로, 도 6을 이용하여, 본 실시형태 2에 있어서의 분석 장치(2)의 구성에 관하여 설명한다. 도 6은, 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이 본 실시형태 2에 있어서, 분석 장치(2)는, 도 1에 나타낸 실시형태 1에 있어서의 분석 장치(1)와 달리, 센서 유닛(이하 「메인 센서 유닛」라고 함)(20)에 더해서, 레퍼런스 센서 유닛(50)을 구비하고 있다.
또한, 분석 장치(2)는 분석 장치(1)와 달리, 발광부(10)로부터 조사된 광을 분할하는 빔 스플리터(60), 및 ND(Neutral Density) 필터(61)도 구비하고 있다. 또한, 이러한 구성의 상이점에 의해, 분석부(34)는 분석 장치(1)에 있어서의 분석부(31)에서는 실행되지 않는 처리도 실행한다. 한편, 상기의 상이점 이외에 대해서는, 분석 장치(2)는, 도 1에 나타낸 실시형태 1에 있어서의 분석 장치(1)와 같다. 이하, 주로, 실시형태 1과의 상이점을 중심으로 설명한다.
빔 스플리터(60)는 발광부(10)와 대상물(40) 사이에 배치되어, 대상물(40)에 입사하기 전의 발광부(10)가 조사한 광을 둘로 분할한다. 분할된 광 중, 한쪽 광은, 대상물(40)에 입사하고, 거기서 반사되어서 메인 센서 유닛(20)에서 수광된다. 다른 쪽 광은, 대상물(40)에 입사하지 않고, ND 필터(61)를 통해서 레퍼런스 센서 유닛(50)에서 수광된다.
레퍼런스 센서 유닛(50)은, 렌즈(51)와, 분광 필터(52)와, 복수의 수광 소자(54)를 갖는 광검출기(53)를 구비하고, 메인 센서 유닛(20)과 같게 구성되어 있다. 즉, 분광 필터(52)는, 분광 필터(22)와 동일하며, 광검출기(53)는 광검출기(23)와 동일하다. 또한, 렌즈(51)는 렌즈(21)와 동일하다. 또한, ND 필터(61)는 그것을 통과한 광의 광량이 대상물(40)에서 반사된 후의 광의 광량과 동일하도록 구성되어 있다.
한편, 도 6에 있어서, 분광 필터(22)와 광검출기(23) 사이, 분광 필터(52)와 광검출기(53) 사이에는, 공간이 존재하고 있지만 이것은 구성을 설명하기 위해서다. 실제로는, 분광 필터(22)와 광검출기(23) 사이, 분광 필터(52)와 광검출기(53) 사이, 각각에는 공간은 존재하지 않고, 각각에 있어서 양자는 밀착하고 있다.
이렇게, 분석 장치(2)에 있어서는, 메인 센서 유닛(20)과, 레퍼런스 센서 유닛(50)의 두 개의 센서 유닛이 이용된다. 따라서, 본 실시형태 2에서는, 실시형태 1과 달리, 전체 반사 스펙트럼을 취득할 필요가 없다. 또한, 레퍼런스 센서 유닛에 의해, 광원(11)을 연속 발광시켰을 경우의 광량의 열화도를 검출할 수 있으므로, 본 실시형태 2에서는, 광원(11)은 연속 발광된다.
다음으로, 본 실시형태 2에 있어서의 분석 장치(2)의 동작에 대해서 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 분석 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 적당하게 도 6을 참작한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 처음으로 분석부(34)는 메인 센서 유닛(20)에 있어서의 암전류와, 레퍼런스 센서 유닛(50)에 있어서의 암전류를 측정한다(스텝 S11). 구체적으로는, 분석부(34)는 구동부(33)에 광원(11)을 소등시킨 상태에서, 광검출기(23)가 출력한 출력 신호의 출력값E11～E1n과, 광검출기(53)가 출력한 출력 신호의 출력값E01～E0n을 측정한다. 또한, 분석부(31)는, 출력값E11～E1n의 평균값Em1과, 출력값E01～E0n의 평균값Em0을 구하고, 이후의 계산에 있어서 평균값Em1과 평균값Em0을 이용할 수 있다.
또한, 스텝 S11은 이후에 설명하는 스텝 S12와 연속해서 실행되지 않아도 되고, 한번, 스텝 S11이 실행된 후는, 스텝 S12 이후가 반복 실행되어도 된다. 즉, 스텝 S11은 스텝 S12의 실행 전에 한번 실행되어 있으면 된다. 또한, 스텝 S11의 실행시와, 스텝 S12 이후의 실행시 사이에, 시간적인 차이가 존재하고 있어도 된다.
다음으로, 분석부(34)는 구동부(33)에 광원(11)을 점등시킨다(스텝 S12). 이 때, 본 실시형태 2에서는, 상기한 바와 같이, 구동부(33)는 광원(11)을 연속 발광시킨다. 스텝 S12에 의해 광원(11)으로부터 출사된 광은, 빔 스플리터(61)에 의해 분할되어, 한쪽 광은 대상물(40)에 의해 반사된 후, 메인 센서 유닛(20)에 입사한다. 또한, 다른 쪽의 광은 ND 필터(61)를 통해서 레퍼런스 센서 유닛(50)에 입사한다.
다음으로, 분석부(34)는 메인 센서 유닛(20)으로부터의 출력 신호와, 레퍼런스 센서 유닛(50)으로부터의 출력 신호를 취득한다(스텝 S13). 구체적으로는, 분석부(34)는 광검출기(23)가 출력한 출력 신호의 출력값B11～B1n과, 광검출기(53)가 출력한 출력 신호의 출력값B01～B0n을 측정한다.
다음으로, 분석부(34)는 스텝 S13에서 얻어진, 메인 센서 유닛(20)으로부터의 출력 신호와, 레퍼런스 센서 유닛(50)로부터의 출력 신호에 대하여, 암전류의 보정을 행한다(스텝 S14).
구체적으로는, 스텝 S14에서는, 분석부(31)는, 메인 센서 유닛(20)에 대해서, 하기한 수식 5를 이용하여, 스텝 S13에서 측정한 출력값B11～B1n으로부터, 암전류의 출력값E11～E1n을 감산하며, 베이스라인 보정을 행한다. 하기한 수식 5에 있어서, B2k는 메인 센서 유닛(20)에 있어서의 보정 후의 출력값을 나타내고 있다. 「k」는 실시형태 1과 마찬가지로, k번째의 수광 소자로부터 얻어진 값인 것을 나타내고 있으며, k에 대해서는, 1≤k≤n이 성립한다.
(수식 5)
B2k=B1k-E1k
마찬가지로, 스텝 S14에서는, 분석부(31)는 레퍼런스 센서 유닛(50)에 대해서, 하기한 수식 6을 이용하여, 스텝 S13에서 측정한 출력값B01～B0n으로부터, 암전류의 출력값E01～E0n을 감산하며, 베이스라인 보정을 행한다. 하기한 수식 6에 있어서, B3k는, 레퍼런스 센서 유닛(50)에 있어서의 보정 후의 출력값을 나타내고 있다.
(수식 6)
B3k=B0k-E0k
다음으로, 분석부(34)는, 베이스라인 보정 완료의 메인 센서 유닛(20)의 출력값B21～B2n과, 베이스라인 보정 완료의 레퍼런스 센서 유닛(50)의 출력값B31～B3n을 이용하여, 대상물(40)의 스펙트럼을 취득한다(스텝 S15). 구체적으로는, 분석부(34)는, 하기한 수식 7을 이용하여, 수광 소자(54)마다(파장 마다) 확산 강도B1～Bn을 산출한다. 하기한 수식 7에 있어서 G는, 광로 등에 따라 적당하게 설정되는 계수이다.
(수식 7)
Bk= (B2k/G)/B3k
그리고, 상기 수식 7에 의해 산출되는 확산 강도B1～Bn이, 횡축을 파장, 종축을 전압으로 하는 좌표계에 플롯되면, 이 경우도 도 4에 나타낸 그래프(55)와 같은 그래프가 얻어진다. 즉, 상기 수식 7에 의해 산출된 확산 강도B1～Bn은, 대상물(40)의 스펙트럼을 의미하고 있다. 또한, 본 실시형태 2에 있어서도, 상기한 바와 같이, 광원(11)은 적외 영역의 광을 조사하므로, 적외 영역에 있어서의 스펙트럼이 얻어진다.
다음으로, 분석부(34)는 광원(11)의 광량의 열화도를 산출한다(스텝 S16). 구체적으로는, 본 실시형태 2에서는, 분석부(34)는 우선 스텝 S13에서 측정한, 레퍼런스 센서 유닛(50)의 출력값B01～B0n의 평균값을 구한다. 그리고, 분석부(34)는 예를 들면 구한 평균값과, 미리 설정되어 있는 기준값(S)의 비(α)(평균값/기준값)을 열화도로서 산출한다. 한편, 기준값(S)으로서는, 예를 들면 신품의 광원(11)을 처음으로 점등시켰을 때에, 레퍼런스 센서 유닛(50)의 각 수광 소자(54)가 출력한 신호의 출력값의 평균값, 최대값, 또는 최소값을 이용할 수 있다.
다음으로, 분석부(34)는, 스텝 S15에서 얻어진 스펙트럼에 의거하여, 예를 들면, 거기에 드러나 있는 피크 파장을 특정함으로써, 대상물(40)에 포함되는 성분을 동정하고, 또한 피크 파장의 값으로부터 흡광도Αλ을 산출한다(스텝 S17). 스텝 S17에 있어서, 대상물(40)에 포함되는 성분의 동정은, 실시형태 1에 있어서 도 3에 나타낸 스텝 S7과 마찬가지로 행해진다. 즉, 분석부(34)는 특정한 피크 파장을 기억부(32)에 저장되어 있는 발생 패턴에 적용하여, 그 결과로부터 대상물(40)에 포함되는 성분을 동정한다.
또한, 스텝 S17에 있어서, 분석부(34)는 하기한 수식 8로부터 흡광도Αλ을 산출한다. 한편, 하기한 수식 8에 있어서, j는, 피크값을 출력하고 있는 수광 소자를 나타내고 있다. 또한, 1≤j≤n이 성립한다.
(수식 8)
Αλ =-log10(Bj/α)
다음으로, 분석부(34)는 기억부(32)에 액세스하고, 스텝 S17에서의 동정 결과에 의거하여, 대상물(40)에 대응하는 검량선(도 5의 (a)～(c) 참조)을 선출한다(스텝 S18). 스텝 S18은, 실시형태 1에 있어서 도 3에 나타낸 스텝 S8과 같은 스텝이다.
그 후, 분석부(34)는 스텝 S18에서 선출된 검량선에, 스텝 S17에서 산출된 흡광도Αλ을 적용시켜, 대상물(40)에 포함되는 성분의 함유량(농도)을 산출한다(스텝 S19). 스텝 S19는 실시형태 1에 있어서 도 3에 나타낸 스텝 S9와 같은 스텝이다.
이상과 같이, 본 실시형태 2에 있어서의 분석 장치(2)에 의하면, 실시형태 1과 달리, 전체 반사 스펙트럼의 취득을 행하지 않고, 대상물(40)의 성분 함유량을 산출할 수 있다. 또한, 광원(11)을 연속 발광시켰을 경우의 오차의 발생도 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태 2에 있어서도, 실시형태 1과 마찬가지로, 대상물(40)에 포함되는 성분의 특정과, 적절한 검량선의 특정을 행할 수 있고, 다양한 대상물의 성분 분석을 행할 수 있다. 또한 성분 분석을 행하기 위해서 필요한 광학계는 단순하기 때문에, 장치의 대형화는 억제된다.
한편, 본 실시형태 2에 있어서, 분광 필터(22) 및 분광 필터(52)는, 수광 소자마다 입사하는 광의 파장이 상이하도록 구성되어 있기 때문에, 분석부(34)는 수광 소자마다 출력값의 연산을 행하고 있다. 그러나, 본 발명은 이 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 분광 필터(22) 및 분광 필터(52)는, 2 이상의 수광 소자로 구성된 그룹마다, 입사하는 광의 파장이 상이하도록 구성되어 있어도 된다. 그리고, 이 경우는, 분석부(34)는 그룹마다 출력값의 평균값을 산출하고, 얻어진 평균값을 이용하여 상기의 연산을 실행한다.
(실시형태 3)
다음으로, 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 분석 장치에 대해서, 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 분석 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 3에 있어서, 분석 장치(3)는 발광부(12) 및 구동부(35)를 제외하고, 도 6에 나타낸 실시형태 2에 있어서의 분석 장치(2)와 마찬가지로 구성되어 있다. 이하에 있어서는, 실시형태 2와의 상이점을 중심으로 설명한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태 3에서는, 발광부(12)는 도 1 및 도 6에 나타낸 발광부(10)와 달리, 복수 개의 광원(11)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태 3에서는, 제어 장치(30)의 구동부(35)는 광원(11)을 점등할 때에, 각 광원(11)을 번갈아 점등시켜 발광부(12)로부터 연속해서 광을 출사시킨다.
이와 같이, 본 실시형태 3에서는, 각 광원(11)을 연속 점등시키지 않고, 유사적으로, 발광부(12)로부터 연속해서 광을 출사시킬 수 있다. 이 때문에, 분석 장치(3)는 도 7에 나타낸 스텝 S16을 제외한, 스텝 S11～S15, S17～S19를 따라 동작한다. 본 실시형태 3에서는, 각 광원(11)에 대해서 열화도를 산출하는 필요가 없기 때문에, 분석부(34)에 있어서의 부하가 경감된다. 또한, 연속해서 메인 센서 유닛(20) 및 레퍼런스 센서 유닛(50)에 광을 입사시킬 수 있으므로, 펄스 광을 입사시킬 경우와 비교하여, 산출 정밀도의 향상도 달성된다.
이상, 실시형태를 참조해서 본원 발명을 설명했지만, 본원 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본원 발명의 구성 및 상세는, 본원 발명의 범주 내에서 당업자가 이해할 수 있는 다양한 변경을 할 수 있다.
이 출원은, 2010년 3월 24일에 출원된 일본국 출원 특원2010-067808을 기초하여 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부를 여기에 포함한다.
본원 발명에 있어서의 분석 장치는 이하의 특징을 갖는다.
(1) 대상물에 포함되는 성분을 분석하는 분석 장치로서, 상기 대상물에 광을 조사하는 발광부와, 투과형 분광 필터와, 복수의 수광 소자를 갖는 광검출기와, 분석부를 구비하고, 상기 분광 필터는, 상기 대상물에 의해 반사된 상기 광 또는 상기 대상물을 투과한 상기 광의 광로 상에 배치되며, 또한, 광투과성을 갖는 기판과, 상기 기판의 한쪽 면 상에 금속 재료로 형성된 복수의 볼록부와, 상기 금속 재료보다 굴절율이 높은 산화 금속 재료를 이용하여, 상기 복수의 볼록부와 함께 상기 기판의 상기 한쪽 면을 덮도록 형성된 금속 산화막을 구비하고, 상기 복수의 볼록부는, 서로 이웃하는 볼록부간에 존재하는 상기 금속막이 회절 격자가 되고, 상기 볼록부가 도파로가 되도록 배치되고, 상기 회절 격자의 격자 피치, 상기 볼록부의 높이, 및 상기 금속막의 두께의 적어도 하나는, 상기 분광 필터를 투과하는 광의 파장이 상기 분광 필터의 부분마다 변화되도록, 상기 부분마다 상이한 값으로 설정되고, 상기 광검출기는, 상기 복수의 수광 소자 각각이, 상기 분광 필터를 투과하는 광을 수광하도록 배치되고, 상기 분석부는, 상기 복수의 수광 소자에 의해 출력된 각각의 출력 신호로부터, 상기 대상물의 스펙트럼을 취득하는 분석 장치.
(2) 상기 분석부가 취득한 상기 스펙트럼으로부터, 상기 대상물에 포함되는 성분을 동정하고, 미리 준비되어 있는 복수의 검량선 중에서, 동정된 상기 성분에 대응하는 검량선을 선택하며, 선택된 상기 검량선을 이용하여, 상기 성분의 함유량을 산출하는, 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
(3) 상기 발광부가 상기 대상물에 대하여 간헐적으로 광을 조사하는, 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
(4) 상기 발광부가 복수의 발광 소자를 구비하고, 하나 또는 둘 이상의 상기 발광 소자를 번갈아 발광시킴으로써, 상기 대상물에 연속적으로 광을 조사하는 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
(5) 당해 분석 장치는, 상기 발광부가 조사한 광을 분할하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터에 의해 분할된 광을 수광하고 레퍼런스 신호를 출력하는 레퍼런스 센서 유닛을 더 구비하고, 상기 빔 스플리터는, 상기 발광부와 상기 대상물 사이에 배치되고, 상기 레퍼런스 센서 유닛은, 감쇠 필터와, 상기 분광 필터로 동일한 제 2 분광 필터와, 상기 광검출기와 동일한 제 2 광검출기를 구비하고, 상기 감쇠 필터, 상기 제 2 분광 필터 및 상기 제 2 광검출기는, 상기 빔 스플리터에 의해 분할된 광이 상기 감쇠 필터, 상기 제 2 분광 필터 및 상기 제 2 광검출기에 순서대로 입사하도록 배치되고, 상기 제 2 광검출기의 복수의 수광 소자는, 입사한 광에 따른 신호를 출력하고, 상기 분석부는 상기 제 2 광검출기로부터의 신호에 의거하여 상기 광검출기의 상기 복수의 수광 소자 각각의 출력 신호를 보정하는 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
(6) 상기 회절 격자의 격자 피치가, 상기 분광 필터 부분마다, 당해 부분을 투과하는 것이 요구되는 광의 파장보다 짧아지도록 형성되어 있는 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
(7) 상기 기판의 재료가 산화실리콘을 포함하고, 상기 금속 재료가 금(Au)을 포함하며, 상기 산화 금속 재료가 산화티탄을 포함한, 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
(8) 상기 복수의 볼록부가, 사각 기둥 형상으로 각각 형성되고, 또한 매트릭스 형상으로 배치되어 있는, 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
(9) 상기 광검출기가, 복수의 수광 소자가 매트릭스 형상으로 형성된 반도체 기판을 갖는 고체 촬상 장치인 상기 (1)에 기재된 분석 장치.
이상과 같이, 본 발명에 있어서의 분석 장치에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서, 다종류의 성분의 분석에 대응할 수 있다. 본 발명의 분석 장치는, 과일, 야채, 그 밖의 식품, 화학 물질, 생물로부터 채취된 혈액으로 대표되는 다양한 체액 등을 대상으로 삼은 각종 분석에 유용하다.
1 분석 장치(실시형태 1)
2 분석 장치(실시형태 2)
3 분석 장치(실시형태 3)
10 발광부
11 광원
12 발광부
20 메인 센서 유닛
21 렌즈
22 분광 필터
22a 기판
22b 볼록부
22c 금속막
23 광검출기
24 수광 소자
30 제어 장치
31 분석부
32 기억부
33 구동부
34 분석부
35 구동부
40 대상물
50 레퍼런스 센서 유닛
51 렌즈
52 분광 필터
53 광검출기
54 수광 소자
60 빔 스플리터
61 ND 필터

Claims (9)

  1. 대상물에 포함되는 성분을 분석하는 분석 장치로서,
    상기 대상물에 광을 조사하는 발광부와,
    투과형 분광 필터와,
    복수의 수광 소자를 갖는 광검출기와,
    분석부를 구비하고,
    상기 분광 필터는,
    상기 대상물에 의해 반사된 상기 광 또는 상기 대상물을 투과한 상기 광의 광로 상에 배치되며, 또한 광투과성을 갖는 기판과,
    상기 기판의 한쪽 면 상에 금속 재료로 형성된 복수의 볼록부와,
    상기 금속 재료보다 굴절율이 높은 산화 금속 재료를 이용하여, 상기 복수의 볼록부와 함께 상기 기판의 상기 한쪽 면을 덮도록 형성된 금속 산화막을 구비하고,
    상기 복수의 볼록부는, 서로 이웃하는 볼록부간에 존재하는 상기 금속막이 회절 격자가 되고, 상기 볼록부가 도파로가 되도록 배치되고,
    상기 회절 격자의 격자 피치, 상기 볼록부의 높이, 및 상기 금속 산화막의 두께의 적어도 하나는, 상기 분광 필터를 투과하는 광의 파장이 상기 분광 필터의 부분마다 변화되도록, 상기 부분마다 상이한 값으로 설정되고,
    상기 광검출기는, 상기 복수의 수광 소자 각각이, 상기 분광 필터를 투과하는 광을 수광하도록 배치되고,
    상기 분석부는, 상기 복수의 수광 소자에 의해 출력된 각각의 출력 신호로부터, 상기 대상물의 스펙트럼을 취득하는 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석부는, 취득한 상기 스펙트럼으로부터, 상기 대상물에 포함되는 성분을 동정(同定; identification)하고, 미리 준비되어 있는 복수의 검량선 중에서, 동정된 상기 성분에 대응하는 검량선을 선택하며, 선택된 상기 검량선을 이용하여, 상기 성분의 함유량을 산출하는 분석 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광부는 상기 대상물에 간헐적(intermittently)으로 광을 조사하는 분석 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광부는, 복수의 발광 소자를 구비하고, 하나 또는 둘 이상의 상기 발광 소자를 번갈아 발광시킴으로써, 상기 대상물에 연속적으로 광을 조사하는 분석 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    당해 분석 장치는,
    상기 발광부가 조사한 광을 분할하는 빔 스플리터(beam splitter)와, 상기 빔 스플리터에 의해 분할된 광을 수광하고 레퍼런스 신호를 출력하는 레퍼런스 센서 유닛을 더 구비하고,
    상기 빔 스플리터는 상기 발광부와 상기 대상물 사이에 배치되고,
    상기 레퍼런스 센서 유닛은,
    감쇠 필터와,
    상기 분광 필터와 동일한 제 2 분광 필터와,
    상기 광검출기와 동일한 제 2 광검출기를 구비하고,
    상기 감쇠 필터, 상기 제 2 분광 필터 및 상기 제 2 광검출기는, 상기 빔 스플리터에 의해 분할된 광이 상기 감쇠 필터, 상기 제 2 분광 필터 및 상기 제 2 광검출기에 순서대로 입사하도록 배치되고,
    상기 제 2 광검출기의 복수의 수광 소자는, 입사한 광에 따른 신호를 출력하고,
    상기 분석부는 상기 제 2 광검출기로부터의 신호에 의거하여 상기 광검출기의 상기 복수의 수광 소자 각각의 출력 신호를 보정하는 분석 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 격자 피치는, 상기 분광 필터의 부분마다, 당해 부분을 투과하는 것이 요구되는 광의 파장보다 짧아지도록 형성되어 있는 분석 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 재료가 산화실리콘을 포함하고, 상기 금속 재료가 금(Au)을 포함하며, 상기 산화 금속 재료가 산화티탄을 포함한 분석 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 볼록부는, 사각 기둥 형상으로 각각 형성되고, 또한 매트릭스 형상으로 배치되어 있는 분석 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광검출기는, 상기 복수의 수광 소자가 매트릭스 형상으로 형성된 반도체 기판을 갖는 고체 촬상 장치인 분석 장치.
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