WO2023157164A1 - 非侵襲物質分析装置 - Google Patents

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WO2023157164A1
WO2023157164A1 PCT/JP2022/006342 JP2022006342W WO2023157164A1 WO 2023157164 A1 WO2023157164 A1 WO 2023157164A1 JP 2022006342 W JP2022006342 W JP 2022006342W WO 2023157164 A1 WO2023157164 A1 WO 2023157164A1
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WO
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sample
temperature
temperature sensor
substance
excitation light
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Application number
PCT/JP2022/006342
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English (en)
French (fr)
Inventor
祐樹 津田
周作 林
浩一 秋山
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity

Definitions

  • This disclosure relates to a non-invasive substance analyzer.
  • Patent Document 1 discloses a noninvasive analysis system that includes an optical medium, an infrared light source, a probe light source, and a photodiode. Specifically, a biological sample is placed on the optical medium. An infrared light source emits infrared light. Infrared light illuminates the biological sample through an optical medium. The infrared light is absorbed by the biological sample and the biological sample heats up. The degree of heat absorption of a biological sample depends on the amount or concentration of the biological component in or on the surface of the sample.
  • the probe light source radiates probe light, which is visible light, toward an optical medium.
  • the probe light is totally internally reflected at the interface between the optical medium and the biological sample and exits the optical medium.
  • the absorbed heat of the biological sample is transferred to the optical medium and changes the refractive index of the optical medium.
  • a change in the refractive index of the optical medium affects total internal reflection of the probe light at the interface between the optical medium and the biological sample, and changes the traveling direction of the probe light emitted from the optical medium.
  • the photodiode functions as an optical position sensor to detect changes in the traveling direction of the probe light.
  • the amount or concentration of the biological component is measured from the change in the traveling direction of the probe light detected by the photodiode. For example, if the sample is a patient's skin, the patient's blood glucose level is measured as the biological component.
  • a non-invasive substance analysis device of the present disclosure includes a sample support plate, an excitation light source, and a temperature sensor.
  • the sample support plate has a first major surface including a sample placement area and a second major surface opposite the first major surface.
  • An excitation light source emits excitation light toward a sample placed on the sample placement area.
  • a temperature sensor is provided on the first main surface.
  • a through hole is provided in the sample support plate extending from the sample placement area to the second major surface. The excitation light is applied to the sample through the through-hole.
  • the sample support plate is provided with a through-hole through which the excitation light passes. Therefore, the excitation light reaches the sample with stronger light intensity without being absorbed by the sample support plate. The heat of absorption of the sample increases. In addition, it becomes difficult for the heat absorbed by the sample to escape in the thickness direction of the sample support plate (the direction in which the first main surface and the second main surface are opposed to each other).
  • the temperature signal output from the temperature sensor increases when the sample is irradiated with the excitation light. Therefore, substances in the sample or on the surface of the sample can be analyzed more accurately.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the noninvasive substance analyzer of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the noninvasive substance analyzer of Embodiment 1 taken along the cross-sectional line II-II shown in FIG. 1;
  • 1 is a schematic partial enlarged cross-sectional view of the noninvasive substance analyzer of Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a lock-in amplifier;
  • FIG. 1 is a diagram showing a flowchart of a noninvasive substance analysis method according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 10 is a diagram showing simulation results of normalized temperature variation widths of Example 1 and Comparative Examples 1-1 and 1-2;
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a noninvasive substance analyzer of a modification of Embodiment 1;
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a noninvasive substance analyzer according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a diagram showing simulation results of normalized temperature variation widths of Example 2 and Comparative Examples 2-1 and 2-2;
  • FIG. 11 is a schematic plan view of a noninvasive substance analyzer according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the noninvasive substance analyzer of Embodiment 3 taken along the cross-sectional line XI-XI shown in FIG. 10;
  • FIG. 11 is a schematic plan view of a noninvasive substance analyzer according to Embodiment 4;
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the noninvasive substance analyzer of Embodiment 4 taken along the cross-sectional line XIII-XIII shown in FIG. 12;
  • FIG. 11 is a schematic plan view of a noninvasive substance analyzer according to Embodiment 5;
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the noninvasive substance analyzer of Embodiment 5 taken along the cross-sectional line XV-XV shown in FIG. 14;
  • FIG. 11 is a schematic plan view of a noninvasive substance analyzer according to Embodiment 6;
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the noninvasive substance analyzer of Embodiment 6 taken along the cross-sectional line XVII-XVII shown in FIG. 16;
  • Embodiment 1 A noninvasive substance analyzer 1 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 and 2 the noninvasive substance analyzer 1 includes a sample support plate 10, an excitation light source 20, an optical chopper 22, temperature sensors 25 and 26, a lock-in amplifier 34, and a signal processor. 37 and a substance analysis unit 38 .
  • the sample support plate 10 has a principal surface 10a and a principal surface 10b opposite to the principal surface 10a.
  • the major surface 10a includes a sample placement area 12 on which a sample 15 is placed.
  • Sample 15 is, for example, a biological sample such as a patient's finger, wrist, arm, earlobe or lip.
  • the sample support plate 10 is composed of a substrate 11 .
  • the substrate 11 is made of a material that is opaque to the excitation light 21 .
  • the substrate 11 is made of, for example, plastic such as polyethylene, polycarbonate, polyurethane or acrylic resin, or glass.
  • the sample support plate 10 is provided with a through hole 13 extending from the sample placement area 12 to the main surface 10b.
  • the size of the sample 15 is larger than the size of the through-hole 13 in plan view of the main surface 10a.
  • the excitation light source 20 emits excitation light 21 toward the sample 15 placed on the sample placement area 12 .
  • the wavelength of excitation light 21 is determined according to the absorption wavelengths of substances in sample 15 or on the surface of sample 15 .
  • the excitation light 21 is, for example, mid-infrared light.
  • the wavelength of the excitation light 21 is, for example, 6.0 ⁇ m or longer.
  • the wavelength of the excitation light 21 may be 8.0 ⁇ m or longer.
  • the wavelength of the excitation light 21 is, for example, 13.0 ⁇ m or less.
  • the wavelength of the excitation light 21 may be 11.0 ⁇ m or less.
  • the excitation light 21 may be light having multiple wavelengths.
  • the wavelength range of the excitation light 21 is a wavelength range including the wavelength of the fingerprint spectrum of sugar (for example, a wavelength range of 8.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less).
  • the excitation light source 20 is, for example, a quantum cascade laser capable of emitting broadband mid-infrared light. Reference light that is not absorbed by material in the sample 15 or on the surface of the sample 15 may be applied to the sample 15 along with the excitation light 21 .
  • the optical chopper 22 periodically intensity-modulates the excitation light 21 .
  • the optical chopper 22 includes, for example, multiple rotating blades. A plurality of rotating blades are made of a material that is opaque to the excitation light 21 .
  • the sample 15 is not illuminated by the excitation light 21 when the excitation light 21 is blocked by one of the plurality of rotating vanes.
  • the sample 15 is irradiated with the excitation light 21 when the excitation light 21 passes through between a pair of rotor blades adjacent to each other among the plurality of rotor blades.
  • the optical chopper 22 intensity-modulates the excitation light 21 emitted from the excitation light source 20 .
  • the optical chopper 22 transmits a reference signal having the same frequency as the intensity modulation frequency of the intensity-modulated excitation light 21 to the lock-in amplifier 34 through the electrical wiring 30 .
  • the excitation light 21 intensity-modulated by the optical chopper 22 enters the sample support plate 10 from the main surface 10b side.
  • the excitation light 21 passes through the through-hole 13 and irradiates the sample 15 .
  • the excitation light 21 travels along the central axis 13c of the through hole 13, for example.
  • the excitation light 21 impinges on the sample 15 .
  • the excitation light 21 is absorbed by substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 . Absorption of excitation light 21 by materials in sample 15 or on the surface of sample 15 generates heat of absorption in sample 15 .
  • the excitation light 21 when the excitation light 21 is blocked by the optical chopper 22 , the excitation light 21 does not irradiate the sample 15 and the sample 15 does not generate absorption heat. Therefore, the temperature of the sample 15 fluctuates with the intensity-modulated frequency of the excitation light 21 .
  • a substance in the sample 15 or on the surface of the sample 15 is, for example, a biological component.
  • the substance analyzed by the noninvasive substance analyzer 1 is sugar present in the interstitial fluid in the patient's epidermis.
  • the temperature sensors 25, 26 are provided on the main surface 10a. Temperature sensors 25 and 26 are provided in the sample placement area 12 . When the sample 15 is placed on the sample placement area 12 , the temperature sensors 25 and 26 come into contact with the sample 15 and detect the temperature of the sample 15 . Temperature sensors 25 and 26 detect the temperature of sample 15 and output a temperature signal corresponding to the temperature to lock-in amplifier 34 . Specifically, the temperature sensor 25 detects the temperature of the portion of the sample 15 in contact with the temperature sensor 25 and outputs a temperature signal corresponding to the temperature to the lock-in amplifier 34 . The temperature sensor 26 detects the temperature of the portion of the sample 15 in contact with the temperature sensor 26 and outputs a temperature signal corresponding to the temperature to the lock-in amplifier 34 .
  • the temperature signals output from the temperature sensors 25 and 26 also fluctuate with the intensity-modulated frequency of the excitation light 21 .
  • the temperature sensors 25 and 26 output the minimum value of the temperature signal when the sample 15 is not irradiated with the excitation light 21, and output the maximum value of the temperature signal when the sample 15 is irradiated with the excitation light 21.
  • the difference between the maximum and minimum values of the temperature signal is the amplitude of the temperature signal.
  • the amplitude of the temperature signals of the temperature sensors 25,26 corresponds to the temperature variation of the sample 15 as measured by the temperature sensors 25,26 during the sample 15 analysis.
  • the analysis of the sample 15 means the time when the sample 15 is irradiated with the intensity-modulated excitation light 21 .
  • Temperature sensors 25 and 26 are arranged near through hole 13 .
  • the distance d1 between each of the temperature sensors 25 and 26 and the through hole 13 is 50 ⁇ m or less.
  • the distance d1 may be 20 ⁇ m or less, or may be 10 ⁇ m or less.
  • Distance d1 is 10% or less of the size of through-hole 13 (eg, the diameter of through-hole 13).
  • the distance d 1 may be 5% or less of the size of the through hole 13 .
  • the temperature sensors 25 and 26 are rotationally symmetrical with respect to the central axis 13c of the through-hole 13 in plan view of the main surface 10a.
  • temperature sensors 25 and 26 include temperature sensor bodies 27 . Temperature sensors 25 and 26 may further include protective film 28 .
  • the temperature sensor body 27 is, for example, a thermocouple, thermopile, thermistor or diode.
  • the thermocouple measures the temperature of the sample 15 by bringing two dissimilar material pieces into contact with each other and from the thermoelectromotive force generated at the contact portion of the two dissimilar material pieces.
  • the two pieces of material that make up the thermocouple are, for example, iron, copper-nickel alloy, copper, nickel-chromium alloy, nickel-aluminum alloy, nickel-silicon alloy, nickel-chromium-silicon alloy, platinum, platinum-rhodium alloy, bismuth, antimony, or A combination of these.
  • the two pieces of material that make up the thermocouple may be formed by p-type polysilicon and n-type polysilicon.
  • a thermopile is formed by connecting multiple thermocouples.
  • the electrical resistance of the thermistor changes with the temperature of the thermistor.
  • the temperature of the sample 15 is detected from the electrical resistance of the thermistor.
  • the thermistor is preferably made of a material with a large temperature coefficient of resistance.
  • Thermistors are formed, for example, by vanadium oxide, NiMoCo oxide, Ti, polycrystalline silicon, amorphous silicon, amorphous silicon germanium, MnO3 or YBaCuO.
  • the forward voltage of the diode changes according to the temperature of the diode.
  • the temperature of the sample 15 is detected from the forward voltage of the diode.
  • the diode is, for example, a Si diode.
  • the protective film 28 covers the temperature sensor main body 27.
  • Protective film 28 prevents sample 15 from contacting temperature sensor body 27 .
  • the protective film 28 preferably has a low thermal conductivity (for example, a thermal conductivity of 0.5 W/(m ⁇ K) or less) and a thin thickness (for example, a thickness of 10 ⁇ m or less). Since the thermal conductivity of the protective film 28 is low, it becomes difficult for the heat absorbed by the sample 15 to rapidly spread over the entire sample support plate 10 . Since the protective film 28 is thin, even if the thermal conductivity of the protective film 28 is low, the heat absorbed by the sample 15 is efficiently conducted to the temperature sensor main body 27 .
  • lock-in amplifier 34 is connected to optical chopper 22 by electrical wiring 30 .
  • a lock-in amplifier 34 receives from the optical chopper 22 a reference signal having the same frequency as the intensity modulation frequency of the intensity-modulated excitation light 21 . 1 and 2, lock-in amplifier 34 is connected to temperature sensors 25 and 26 by electrical wiring 32 .
  • Lock-in amplifier 34 receives temperature signals corresponding to the temperature of sample 15 from temperature sensors 25 , 26 . Specifically, the lock-in amplifier 34 receives from the temperature sensor 25 a temperature signal corresponding to the temperature of the portion of the sample 15 with which the temperature sensor 25 is in contact. Lock-in amplifier 34 receives from temperature sensor 26 a temperature signal corresponding to the temperature of the portion of sample 15 in contact with temperature sensor 26 .
  • the lock-in amplifier 34 synchronously detects the temperature signals received from the temperature sensors 25 and 26 with the reference signal received from the optical chopper 22 .
  • the lock-in amplifier 34 outputs the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 .
  • the temperature swing signal of temperature sensor 25 is the temperature swing signal corresponding to the temperature swing of sample 15 as measured by temperature sensor 25 during analysis of sample 15 .
  • the temperature swing signal of temperature sensor 26 is the temperature swing signal corresponding to the temperature swing of sample 15 as measured by temperature sensor 26 during analysis of sample 15 .
  • Lock-in amplifier 34 includes multiplier 35 and low-pass filter 36 .
  • a multiplier 35 multiplies the temperature signal from the temperature sensor 25 and the reference signal.
  • the multiplier 35 outputs a DC component proportional to the amplitude of the temperature signal from the temperature sensor 25 and an AC component varying at twice the frequency of the intensity modulation frequency of the excitation light 21 .
  • a low-pass filter 36 removes the AC component and passes the DC component.
  • lock-in amplifier 34 outputs a DC component proportional to the amplitude of the temperature signal from temperature sensor 25 .
  • the amplitude of the temperature signal of temperature sensor 25 corresponds to the temperature fluctuation width of the portion of sample 15 in contact with temperature sensor 25 during analysis of sample 15 . Therefore, the DC component is the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 .
  • the lock-in amplifier 34 outputs a DC component proportional to the amplitude of the temperature signal from the temperature sensor 26.
  • the DC component is the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 .
  • the signal processing section 37 is connected to the lock-in amplifier 34 .
  • the signal processing unit 37 receives the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 from the lock-in amplifier 34 .
  • the signal processing unit 37 calculates the average of the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 .
  • the signal processing unit 37 outputs an average temperature fluctuation width signal corresponding to the average of the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 .
  • the signal processing unit 37 is, for example, a microcomputer including a processor and a storage device.
  • the signal processing section 37 operates by the processor executing a program stored in the storage device.
  • the substance analysis unit 38 is connected to the signal processing unit 37.
  • the substance analysis unit 38 receives the average temperature fluctuation width signal from the signal processing unit 37 .
  • a material analysis unit 38 analyzes the material in the sample 15 or on the surface of the sample 15 based on the average temperature fluctuation width signal.
  • the material analysis unit 38 has a data table in which the wavelength of the excitation light 21 and the type of material are associated, and a data table in which the magnitude of the average temperature fluctuation width signal and the amount or concentration of the material are associated. to identify the type of substance in the sample 15 or on the surface of the sample 15 and to calculate the amount or concentration of the substance.
  • the substance analysis unit 38 is, for example, a microcomputer including a processor and a storage device. These data tables are stored in a storage device.
  • the substance analysis section 38 operates by the processor executing a program stored in the storage device.
  • the thermal conductivity of the substrate 11 may be, for example, 5 W/(mK) or less, 2 W/(mK) or less, or 1 W/(mK) or less. It may be 0.3 W/(m ⁇ K) or less. Therefore, the absorption heat generated in the sample 15 by irradiating the sample 15 with the excitation light 21 does not spread rapidly over the entire substrate 11, and the temperature fluctuation width signals of the temperature sensors 25 and 26 increase. Substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed with greater accuracy.
  • the thermal conductivity of the substrate 11 is preferably smaller than that of the sample 15.
  • the thermal conductivity of the sample 15 is approximately 0.5 W/(m ⁇ K).
  • the thermal conductivity of the substrate 11 is 0.1 W/(m ⁇ K) or more and 0.3 W/(m ⁇ K) or less. Therefore, the absorption heat generated in the sample 15 by irradiating the sample 15 with the excitation light 21 does not spread rapidly over the entire substrate 11, and the temperature fluctuation width signals of the temperature sensors 25 and 26 increase. Substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed with greater accuracy.
  • the thermal diffusion length L of the absorbed heat of sample 15 is given by equation (1).
  • f is the frequency of absorption heat of the sample 15 (the intensity modulation frequency of the excitation light 21), and ⁇ is the thermal diffusion coefficient of the sample 15.
  • the frequency (Intensity modulation frequency of excitation light 21) is set to, for example, 5 Hz or more and 100 Hz or less.
  • the noninvasive substance analysis method of the present embodiment comprises placing the sample 15 on the sample placement area 12 (S1). Heat transfer between the sample support plate 10 and the sample 15 occurs when there is a difference between the temperature of the sample support plate 10 and the sample 15 . This heat transfer makes the detection of the temperature swing signal difficult and the analysis of substances in or on the surface of the sample 15 difficult. Therefore, step S2, which will be described later, is not performed until a state of thermal equilibrium is achieved between the sample support plate 10 and the sample 15. FIG. Achieving a state of thermal equilibrium between the sample support plate 10 and the sample 15 can be detected by temperature sensors 25 , 26 .
  • step S2 is performed.
  • the noninvasive substance analysis method of the present embodiment comprises irradiating the sample 15 with the excitation light 21 intensity-modulated by the optical chopper 22 (S2).
  • the optical chopper 22 transmits a reference signal having the same frequency as the intensity-modulated frequency of the pumping light 21 through the electrical wiring 30 to the lock-in amplifier 34 .
  • the non-invasive substance analysis method of the present embodiment comprises obtaining the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 (S3).
  • the lock-in amplifier 34 receives the reference signal from the optical chopper 22 and the temperature signal from the temperature sensor 25 .
  • Lock-in amplifier 34 includes multiplier 35 and low-pass filter 36 .
  • a multiplier 35 multiplies the temperature signal from the temperature sensor 25 and the reference signal.
  • the multiplier 35 outputs a DC component proportional to the amplitude of the temperature signal from the temperature sensor 25 and an AC component varying at twice the frequency of the intensity modulation frequency of the excitation light 21 .
  • a low-pass filter 36 removes the AC component and passes the DC component.
  • lock-in amplifier 34 outputs a DC component proportional to the amplitude of the temperature signal from temperature sensor 25 .
  • a DC component is a temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 .
  • the lock-in amplifier 34 outputs a DC component proportional to the amplitude of the temperature signal from the temperature sensor 26.
  • the DC component is the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 .
  • the noninvasive substance analysis method of the present embodiment comprises obtaining an average of the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 as an average temperature fluctuation width signal (S4).
  • the signal processing unit 37 receives the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 from the lock-in amplifier 34 .
  • the signal processing unit 37 calculates the average of the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 as an average temperature fluctuation width signal.
  • the signal processing section 37 outputs the average temperature variation width signal to the material analysis section 38 .
  • the non-invasive material analysis method of the present embodiment comprises analyzing the material in the sample 15 or on the surface of the sample 15 based on the average temperature fluctuation width signal (S5).
  • the substance analysis unit 38 receives the average temperature fluctuation width signal from the signal processing unit 37 .
  • the material analysis unit 38 has a data table in which the wavelength of the excitation light 21 and the type of material are associated, and a data table in which the magnitude of the average temperature fluctuation width signal and the amount or concentration of the material are associated. to identify the type of substance in the sample 15 or on the surface of the sample 15 and to calculate the amount or concentration of the substance.
  • Example 1 of the present embodiment By comparing Example 1 of the present embodiment with Comparative Examples 1-1 and 1-2 with reference to FIG. 6, the action of the noninvasive substance analyzer 1 of the present embodiment will be described.
  • Example 1 the substrate 11 is made of a material that does not transmit the excitation light 21 (for example, plastic or glass). Further, in Example 1, the diameter of the through-hole 13 is 36 ⁇ m, and the diameter of the light irradiation region 21b of the excitation light 21 is 30 ⁇ m. Comparative Example 1-1 is the same as Example 1, but the through hole 13 is not formed in the substrate 11 . Comparative Example 1-2 is similar to Comparative Example 1-1, except that in Comparative Example 1-2, the transmittance of substrate 11 to excitation light 21 is assumed to be 100%.
  • the normalized temperature fluctuation width in FIG. 6 is normalized by the temperature fluctuation width of the edge of the through-hole 13 in the main surface 10a of Example 1, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2.
  • the width of temperature fluctuation at each point on the main surface 10a is the temperature at each point on the main surface 10a when the sample 15 is not irradiated with the excitation light 21 and the temperature at each point on the main surface 10a when the sample 15 is irradiated with the excitation light 21. given by the difference between the temperature
  • Example 1 through holes 13 are provided in the sample support plate 10 . Therefore, the excitation light 21 reaches the sample 15 with stronger light intensity without being absorbed by the sample support plate 10 . The heat of absorption of sample 15 increases. Also, the thermal conductivity of the air in the through-hole 13 (0.024 W/(mK)) is the same as the thermal conductivity of the substrate 11 (for example, the thermal conductivity of plastic: about 0.1 W/(mK). about 0.3 W/(m ⁇ K), glass thermal conductivity: about 0.5 W/(m ⁇ K) or more and less than about 0.7 W/(m ⁇ K)).
  • the heat absorbed by the sample 15 is less likely to escape in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the main surface 10a and the main surface 10b face each other).
  • the temperature fluctuation width of the main surface 10a during the analysis of the sample 15 increases.
  • substances in or on the surface of sample 15 can be analyzed more accurately.
  • Comparative Example 1-1 the substrate 11 is made of a material that does not allow the excitation light 21 to pass therethrough. Therefore, the excitation light 21 does not reach the sample 15, and no absorption heat of the sample 15 is generated. The temperature fluctuation width of the main surface 10a during the analysis of the sample 15 is zero. In Comparative Example 1-1, the substances in sample 15 or on the surface of sample 15 cannot be analyzed accurately.
  • Comparative Example 1-2 it is assumed that the transmittance of the substrate 11 with respect to the excitation light 21 is 100%, and the excitation light 21 reaches the sample 15. Therefore, the temperature fluctuation width of the main surface 10a during the analysis of the sample 15 is not zero. However, in Comparative Example 1-2, the through hole 13 is not provided in the substrate 11 . Therefore, in Comparative Example 1-2, the heat absorbed by the sample 15 diffuses more quickly than in Example 1 in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the main surfaces 10a and 10b face each other). The temperature fluctuation width of the main surface 10a in Comparative Example 1-2 is smaller than the temperature fluctuation width of the main surface 10a in the first embodiment. Comparative Examples 1-2 do not allow accurate analysis of substances in or on the surface of sample 15 .
  • the sample support plate 10 (substrate 11 ) may be made of a material transparent to the excitation light 21 .
  • the number of temperature sensors 25, 26 may be three or more.
  • the temperature sensor 26 may be omitted, and the number of temperature sensors 25 may be one. In this case, the signal processing section 37 is omitted.
  • the substance analysis unit 38 receives the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 from the lock-in amplifier 34 .
  • the material analysis unit 38 analyzes the material in the sample 15 or on the surface of the sample 15 based on the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 . In step S3, the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 is obtained, step S4 is omitted, and in step S5, the substance in the sample 15 or on the surface of the sample 15 is to analyze.
  • the noninvasive substance analyzer 1 may further include a beam splitter 23 and a photodetector 24.
  • the excitation light 21 intensity-modulated by the optical chopper 22 enters the beam splitter 23 .
  • a beam splitter 23 splits the excitation light 21 into excitation light 21 towards the sample 15 and excitation light 21 towards the photodetector 24 .
  • the beam splitter 23 causes a portion of the excitation light 21 intensity-modulated by the optical chopper 22 to enter the photodetector 24 .
  • a photodetector 24 detects the intensity of the intensity-modulated excitation light 21 .
  • Photodetector 24 is, for example, a photodiode.
  • Photodetector 24 is connected to lock-in amplifier 34 by electrical wiring 30 .
  • the photodetector 24 outputs a reference signal corresponding to the intensity of the intensity-modulated excitation light 21 to the lock-in amplifier 34 .
  • the influence of fluctuations in the intensity of the excitation light 21 can be removed from the temperature fluctuation width signals of the temperature sensors 25 and 26 . Even if the intensity of the excitation light 21 varies, the substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • the non-invasive substance analyzer 1 of this embodiment includes a sample support plate 10, an excitation light source 20, and at least one temperature sensor (for example, temperature sensors 25 and 26).
  • the sample support plate 10 has a first main surface (main surface 10a) including the sample mounting area 12 and a second main surface (main surface 10b) opposite to the first main surface.
  • the excitation light source 20 emits excitation light 21 toward the sample 15 placed on the sample placement area 12 .
  • At least one temperature sensor is provided on the first major surface.
  • a through hole 13 is provided in the sample support plate 10 extending from the sample placement area 12 to the second main surface. The excitation light 21 passes through the through-hole 13 and irradiates the sample 15 .
  • the sample support plate 10 is provided with a through-hole 13 through which the excitation light 21 passes. Therefore, the excitation light 21 reaches the sample 15 with stronger light intensity without being absorbed by the sample support plate 10 .
  • the heat of absorption of sample 15 increases. Also, the heat absorbed by the sample 15 is less likely to escape in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the first main surface (main surface 10a) and the second main surface (main surface 10b) face each other).
  • the temperature signal output from at least one temperature sensor for example, the temperature sensors 25 and 26
  • substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • the non-invasive substance analyzer 1 it is possible to use a material opaque to the excitation light 21 as the sample support plate 10 (substrate 11).
  • the choice of materials for the sample support plate 10 (substrate 11) is expanded.
  • a material for example, plastic or glass
  • the excitation light 21 is applied to the sample 15.
  • the temperature signal output from at least one temperature sensor e.g., temperature sensors 25 and 26
  • At least one temperature sensor (for example, temperature sensors 25 and 26) is provided in the sample placement area 12 and contacts the sample 15.
  • the heat absorbed by the sample 15 is efficiently conducted to at least one temperature sensor (for example, the temperature sensors 25 and 26).
  • the temperature signal output from at least one temperature sensor increases when the sample 15 is irradiated with the excitation light 21 . Substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • the noninvasive substance analyzer 1 of the present embodiment further includes a substance analysis section 38.
  • the material analysis unit 38 analyzes the material in the sample 15 or on the surface of the sample 15 based on the temperature fluctuation range signal of at least one temperature sensor (for example, the temperature sensors 25 and 26).
  • the temperature swing signal of the at least one temperature sensor corresponds to the temperature swing of the sample 15 measured by the at least one temperature sensor during analysis of the sample 15 .
  • the temperature fluctuation width signal noise included in the temperature signal output from at least one temperature sensor (for example, temperature sensors 25 and 26) is removed. Substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • the noninvasive material analyzer 1 of the present embodiment further includes a signal processing section 37 and a material analysis section 38.
  • the at least one temperature sensor is a plurality of temperature sensors 25,26.
  • the signal processing unit 37 outputs an average of a plurality of temperature fluctuation width signals.
  • the plurality of temperature swing signals each correspond to a temperature swing of sample 15 measured by a corresponding one of the plurality of temperature sensors 25, 26 during sample 15 analysis.
  • a material analysis unit 38 analyzes the material in or on the surface of the sample 15 based on the average of the multiple temperature range signals.
  • the noise included in the temperature signals output from the temperature sensors 25 and 26 is removed from the temperature fluctuation width signal. Also, the averaging of the multiple temperature swing signals reduces the variation between the multiple temperature swing signals. Therefore, substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • At least one temperature sensor (for example, temperature sensors 25 and 26) includes a temperature sensor main body 27.
  • the temperature sensor body 27 is a thermocouple, thermopile, thermistor or diode.
  • the non-invasive substance analyzer 1 can be miniaturized.
  • At least one temperature sensor (for example, the temperature sensors 25 and 26) further includes a protective film 28 covering the temperature sensor body 27.
  • the protective film 28 prevents the sample 15 from contacting the temperature sensor main body 27. Therefore, the life of the temperature sensor main body 27 is extended.
  • a noninvasive substance analyzer 1b according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • a noninvasive substance analyzer 1b of the present embodiment has the same configuration as the noninvasive substance analyzer 1 of Embodiment 1, but differs mainly in the following points.
  • the sample support plate 10 includes the low thermal conductive film 14 in addition to the substrate 11.
  • the substrate 11 of the present embodiment has higher thermal conductivity than the substrate 11 of the first embodiment.
  • substrate 11 may have a greater thermal conductivity than sample 15 .
  • the substrate 11 is formed of a semiconductor substrate such as silicon (thermal conductivity: about 160 W/(m ⁇ K)). Since the substrate 11 is made of a semiconductor material, the through holes 13 having a small size (for example, a diameter of several tens of ⁇ m) can be easily formed using a semiconductor microfabrication process.
  • the low heat conductive film 14 is provided on the substrate 11 .
  • the low thermal conductive film 14 has thermal conductivity lower than that of the substrate 11 .
  • the thermal conductivity of the low thermal conductive film 14 is, for example, 20% or less of the thermal conductivity of the substrate 11 .
  • the thermal conductivity of the low thermal conductive film 14 may be 10% or less of the thermal conductivity of the substrate 11, may be 5% or less of the thermal conductivity of the substrate 11, or may be 2% of the thermal conductivity of the substrate 11. % or less, or 1% or less of the thermal conductivity of the substrate 11 .
  • the low thermal conductive film 14 is made of, for example, silicon dioxide (thermal conductivity: 1.4 W/(m ⁇ K)).
  • the main surface 10a is formed of a low thermal conductive film 14. A portion of the main surface 10a may be formed by the low heat conductive film 14 .
  • the sample mounting area 12 is formed of a low heat conductive film 14 .
  • Temperature sensors 25 and 26 are provided on the low thermal conductive film 14 .
  • Through holes 13 are provided in both the substrate 11 and the low thermal conductive film 14 .
  • Example 2 of the present embodiment By comparing Example 2 of the present embodiment with Comparative Examples 2-1 and 2-2 with reference to FIG. 9, the action of the noninvasive substance analyzer 1b of the present embodiment will be described.
  • Example 2 the substrate 11 is made of silicon, and the low thermal conductive film 14 is made of silicon dioxide. Further, in Example 2, the diameter of the through-hole 13 is 36 ⁇ m, and the diameter of the light irradiation region 21b of the excitation light 21 is 30 ⁇ m. Comparative Example 2-1 is the same as Example 2, but the through hole 13 is not formed in the substrate 11 . Comparative Example 2-2 is similar to Comparative Example 2-1, except that in Comparative Example 2-2, the transmittance of substrate 11 to excitation light 21 is assumed to be 100%.
  • the normalized temperature fluctuation width in FIG. 9 is normalized by the temperature fluctuation width of the edge of the through hole 13 in the main surface 10a of Example 2, Comparative Example 2-1, and Comparative Example 2-2.
  • the width of temperature fluctuation at each point on the main surface 10a is the temperature at each point on the main surface 10a when the sample 15 is not irradiated with the excitation light 21 and the temperature at each point on the main surface 10a when the sample 15 is irradiated with the excitation light 21. given by the difference between the temperature
  • Example 2 through holes 13 are provided in the sample support plate 10 . Therefore, the excitation light 21 reaches the sample 15 with stronger light intensity without being absorbed by the sample support plate 10 .
  • the heat of absorption of sample 15 increases.
  • the thermal conductivity of the air in the through-hole 13 (0.024 W/(mK)) is higher than the thermal conductivity of the substrate 11 (for example, the thermal conductivity of silicon: about 160 W/(mK)). is also low. Therefore, the heat absorbed by the sample 15 is less likely to escape in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the main surface 10a and the main surface 10b face each other).
  • the temperature fluctuation width of the main surface 10a during the analysis of the sample 15 increases.
  • substances in or on the surface of sample 15 can be analyzed more accurately.
  • Comparative Example 2-1 the through-holes 13 are not provided in the sample support plate 10, but the substrate 11 is made of silicon and allows the excitation light 21 to pass therethrough. Therefore, the excitation light 21 reaches the sample 15, and the temperature variation width of the main surface 10a is not zero. However, in Comparative Example 2-1, part of the excitation light 21 is reflected by the main surface 10b or absorbed by the substrate 11. FIG. Therefore, the intensity of the excitation light 21 reaching the sample 15 in Comparative Example 2-1 is less than the intensity of the excitation light 21 reaching the sample 15 in Example 2. FIG.
  • Comparative Example 2-1 the heat absorbed by the sample 15 diffuses more quickly than in Example 2 in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the main surface 10a and the main surface 10b face each other). As a result, the temperature variation width of the main surface 10a in Comparative Example 2-1 is smaller than the temperature variation width of the main surface 10a in Example 2.
  • FIG. 2-1 the substance in sample 15 or on the surface of sample 15 cannot be accurately analyzed.
  • Comparative Example 2-2 the substrate 11 is not provided with the through holes 13 . Therefore, in Comparative Example 2-2, the heat absorbed by the sample 15 diffuses more quickly than in Example 2 in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the main surface 10a and the main surface 10b face each other).
  • the temperature variation width of the main surface 10a in Comparative Example 2-2 is smaller than the temperature variation width of the main surface 10a in Example 2.
  • FIG. 2-2 the substances in sample 15 or on the surface of sample 15 cannot be accurately analyzed.
  • the noninvasive substance analyzer 1b of the present embodiment further exhibits the following effects.
  • the sample support plate 10 includes a substrate 11 and a low thermal conductive film 14.
  • the low thermal conductive film 14 is provided on the substrate 11 and has a thermal conductivity lower than that of the substrate 11 .
  • At least part of the first main surface (main surface 10 a ) is formed of the low thermal conductive film 14 .
  • At least one temperature sensor (for example, temperature sensors 25 and 26) is provided on the low thermal conductive film 14. As shown in FIG.
  • the low heat conductive film 14 makes it difficult for the heat absorbed by the sample 15 to escape in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the main surface 10a and the main surface 10b face each other).
  • the temperature signal output from at least one temperature sensor increases. Therefore, substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • Embodiment 3 A noninvasive substance analyzer 1c according to Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
  • FIG. A noninvasive substance analyzer 1c of the present embodiment has the same configuration as the noninvasive substance analyzer 1 of Embodiment 1, but differs mainly in the following points.
  • the noninvasive substance analyzer 1c further includes reference temperature sensors 40 and 41.
  • the reference temperature sensors 40, 41 are constructed similarly to the temperature sensors 25, 26.
  • FIG. Specifically, the reference temperature sensors 40, 41 include a temperature sensor body 27 (see FIG. 3).
  • the reference temperature sensors 40 , 41 may further include a protective film 28 (see FIG. 3) covering the temperature sensor body 27 .
  • the reference temperature sensors 40, 41 are provided on the main surface 10a. Reference temperature sensors 40 , 41 are provided in the sample placement area 12 and contact the sample 15 . Reference temperature sensors 40 and 41 output reference temperature signals corresponding to the temperature of sample 15 to lock-in amplifier 34 . Specifically, the reference temperature sensor 40 outputs a reference temperature signal corresponding to the temperature of the portion of the sample 15 with which the reference temperature sensor 40 is in contact. The reference temperature sensor 41 outputs a reference temperature signal corresponding to the temperature of the portion of the sample 15 with which the reference temperature sensor 41 is in contact.
  • the sample 15 is a living organism, thermal fluctuations of the sample 15 (e.g., body temperature fluctuations, etc.) or movements of the sample 15 (e.g., during the analysis of substances in or on the surface of the sample 15) contraction or relaxation of the muscles contained in the sample 15, or variations in the position of the sample 15, etc.) may occur.
  • the reference temperature sensors 40 , 41 detect temperature fluctuations due to thermal fluctuations or movement of the sample 15 without being affected by the absorption heat of the sample 15 . Therefore, in a plan view of the main surface 10a, the distance d2 between each of the reference temperature sensors 40 and 41 and the through hole 13 is greater than the distance d1 between each of the temperature sensors 25 and 26 and the through hole 13 . big.
  • the distance d2 is, for example, 10 times or more the distance d1 .
  • the distance d2 may be 20 times or more the distance d1 . In one example, distance d1 is 5 ⁇ m and distance d2 is 200 ⁇ m.
  • the reference temperature sensors 40 and 41 are arranged rotationally symmetrically with respect to the central axis 13c of the through hole 13 in a plan view of the main surface 10a. Therefore, temperature fluctuations due to thermal fluctuations or movement of the sample 15 can be detected more accurately.
  • the reference temperature sensor 40 is arranged in the same direction as the temperature sensor 25 with respect to the central axis 13c of the through hole 13 in a plan view of the main surface 10a. Therefore, variations in the reference temperature signal of the reference temperature sensor 40 due to thermal variations or motion of the sample 15 during analysis of the sample 15 are reflected in the temperature sensor 25 signals due to thermal variations or motion of the sample 15 during analysis of the sample 15 . is similar to the variation of the temperature signal in The reference temperature sensor 40 more accurately detects variations in the temperature signal of the temperature sensor 25 due to thermal variations or movement of the sample 15 during analysis of the sample 15 without being affected by the absorption heat of the sample 15. can be done.
  • the reference temperature sensor 41 is arranged in the same direction as the temperature sensor 26 with respect to the central axis 13c of the through hole 13. Therefore, variations in the temperature signal of the reference temperature sensor 41 due to thermal variations or movements of the sample 15 during analysis of the sample 15 are reflected in the temperature of the temperature sensor 26 due to thermal variations or movements of the sample 15 during analysis of the sample 15. Similar to signal fluctuations.
  • the reference temperature sensor 41 more accurately detects fluctuations in the temperature signal of the temperature sensor 26 due to thermal fluctuations or movement of the sample 15 during analysis of the sample 15 without being affected by the absorption heat of the sample 15. can be done.
  • the lock-in amplifier 34 outputs the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 to the signal processing section 37 as in the first embodiment.
  • the temperature swing signal of the temperature sensor 25 and the temperature swing signal of the temperature sensor 26 are the effects of heat absorption of the sample 15, as well as fluctuations in the temperature signal due to thermal fluctuations or movement of the sample 15 during analysis of the sample 15. affected by
  • the temperature range signal of temperature sensor 25 and the temperature range signal of temperature sensor 26 can be used to determine the temperature range of sample 15 during analysis of sample 15. It is necessary to remove the effects of variations in the temperature signal due to fluctuations or motion.
  • the signal processing unit 37 receives the reference temperature signal from the reference temperature sensor 40 and the reference temperature signal from the reference temperature sensor 41 .
  • the signal processing unit 37 calculates the fluctuation width of the reference temperature signal of the reference temperature sensor 40 during analysis of the sample 15 as the reference temperature fluctuation width signal of the reference temperature sensor 40 .
  • the signal processing unit 37 calculates the fluctuation width of the reference temperature signal of the reference temperature sensor 41 during analysis of the sample 15 as the reference temperature fluctuation width signal of the reference temperature sensor 41 .
  • the signal processing unit 37 calculates the difference between the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the reference temperature fluctuation width signal of the reference temperature sensor 40 as the calibrated temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 .
  • the calibrated temperature swing signal of the temperature sensor 25 is the temperature sensor 25 attributed to the heat absorption of the sample 15, with the effects of variations in the temperature signal due to thermal variations or motion of the sample 15 during analysis of the sample 15 removed. is a temperature fluctuation width signal of .
  • the signal processing unit 37 calculates the difference between the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 and the reference temperature fluctuation width signal of the reference temperature sensor 41 as the calibrated temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 .
  • the calibrated temperature swing signal of the temperature sensor 26 is the temperature sensor 26 attributed to the heat absorption of the sample 15, with the effects of variations in the temperature signal due to thermal variations or motion of the sample 15 during analysis of the sample 15 removed. is a temperature fluctuation width signal of .
  • the signal processing unit 37 calculates the average of the calibrated temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 25 and the calibrated temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 26 as an average calibrated temperature fluctuation width signal.
  • a material analyzer 38 analyzes the material in or on the surface of the sample 15 based on the average calibrated temperature swing signal.
  • the temperature sensor 26 may be omitted, and the number of temperature sensors 25 may be one.
  • the signal processing section 37 outputs the calibrated temperature fluctuation range signal of the temperature sensor 25 to the substance analysis section 38 .
  • the material analysis unit 38 analyzes the material in the sample 15 or on the surface of the sample 15 based on the calibrated temperature range signal of the temperature sensor 25 .
  • the noninvasive substance analyzer 1c of the present embodiment further exhibits the following effects.
  • the noninvasive substance analyzer 1c of the present embodiment further includes reference temperature sensors 40 and 41 provided on the first main surface (main surface 10a).
  • Reference temperature sensors 40 , 41 are provided in the sample placement area 12 and contact the sample 15 .
  • the second distance (distance d 2 ) between the reference temperature sensors 40 and 41 and the through hole 13 is the first distance (distance d 2 ) between the temperature sensors 25 and 26 and the through hole 13 It is 10 times or more the distance d 1 ).
  • the reference temperature sensors 40 and 41 detect temperature fluctuations during the analysis of the sample 15 without being affected by the absorption heat of the sample 15. Therefore, temperature fluctuations due to the heat absorption of the sample 15 can be detected more accurately without being affected by temperature signal fluctuations due to thermal fluctuations or movement of the sample 15 during analysis of the sample 15 . Substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • the signal processing unit 37 converts the temperature fluctuation width signal of at least one temperature sensor (for example, the temperature sensors 25 and 26) into the reference temperature fluctuation width of the reference temperature sensors 40 and 41.
  • a calibrated temperature swing signal of the at least one temperature sensor is calculated by calibrating with the signal.
  • a material analysis unit 38 analyzes the material in or on the surface of the sample 15 based on the calibrated temperature range signal of at least one temperature sensor.
  • the thermal variation or Temperature fluctuations due to heat absorption of the sample 15 can be detected more accurately without being affected by temperature signal fluctuations caused by movement. Therefore, substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • Embodiment 4 A non-invasive substance analyzer 1d according to Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
  • FIG. A noninvasive substance analyzer 1d of the present embodiment has the same configuration as the noninvasive substance analyzer 1 of Embodiment 1, but differs mainly in the following points.
  • the noninvasive substance analyzer 1d further includes an optical medium 45.
  • the optical medium 45 transmits the excitation light 21 .
  • the transmittance of the optical medium 45 to the excitation light 21 is greater than the transmittance of the sample support plate 10 (substrate 11 ) to the excitation light 21 .
  • the optical medium 45 is made of chalcogenide glass (SSbSnGe), for example.
  • the optical medium 45 blocks the through hole 13 .
  • a portion of the sample mounting area 12 is formed by an optical medium 45 .
  • the entire sample mounting area 12 may be formed by the optical medium 45 .
  • Sample 15 may be mounted on optical medium 45 .
  • a part of the through hole 13 is filled with an optical medium 45 .
  • a portion of the through-hole 13 that is closer to the main surface 10 b than the optical medium 45 is a cavity that is not filled with the optical medium 45 .
  • the excitation light 21 illuminates the sample 15 through the optical medium 45 and the cavity.
  • the entire through hole 13 may be filled with the optical medium 45 .
  • the thermal conductivity of the optical medium 45 is lower than that of the substrate 11 .
  • the thermal conductivity of the optical medium 45 may be 10% or less of the thermal conductivity of the substrate 11, may be 5% or less of the thermal conductivity of the substrate 11, or may be 2% of the thermal conductivity of the substrate 11. It may be below.
  • the substrate 11 is made of silicon (thermal conductivity: about 160 W/(m ⁇ K))
  • the optical medium 45 is made of chalcogenide glass (thermal conductivity: 0.36 W/(m ⁇ K)). ing.
  • the thermal conductivity of the air in the cavity (0.024 W/(m ⁇ K)) is lower than that of the substrate 11 .
  • the noninvasive substance analyzer 1d of the present embodiment has the following effects similar to those of the noninvasive substance analyzer 1 of the first embodiment.
  • the noninvasive substance analyzer 1d of the present embodiment further includes an optical medium 45 that transmits the excitation light 21.
  • the optical medium 45 closes the through hole 13 .
  • At least part of the sample mounting area 12 is formed by an optical medium 45 .
  • the excitation light 21 irradiates the sample 15 through the optical medium 45 .
  • the excitation light 21 reaches the sample 15 with stronger light intensity without being absorbed by the sample support plate 10 .
  • the heat of absorption of sample 15 increases. Also, the heat absorbed by the sample 15 is less likely to escape in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the first main surface (main surface 10a) and the second main surface (main surface 10b) face each other).
  • the temperature signals output from the temperature sensors 25 and 26 are increased. Substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • the sample 15 can be placed on the optical medium 45 . Therefore, even if the size of the sample 15 is smaller than the size of the through-hole 13, or even if the sample 15 is liquid, the substance in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed.
  • the optical medium 45 transparent to the excitation light 21 such as mid-infrared light is more expensive and has lower mechanical strength than the sample support plate 10 (substrate 11). Since the optical medium 45 is provided in the through hole 13 of the sample support plate 10 (substrate 11), the amount of the optical medium 45 used is less than when the entire sample support plate 10 (substrate 11) is formed of the optical medium 45. Decrease. Therefore, the mechanical strength of the noninvasive substance analyzer 1d can be improved, and the cost of the noninvasive substance analyzer 1d can be reduced.
  • the sample support plate 10 includes the substrate 11 in the noninvasive substance analyzer 1d of the present embodiment.
  • Optical medium 45 has a lower thermal conductivity than substrate 11 .
  • the sample 15 is irradiated with the excitation light 21, the temperature signals output from the temperature sensors 25 and 26 are increased. Therefore, substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • Embodiment 5 A noninvasive substance analyzer 1e according to Embodiment 5 will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
  • FIG. A noninvasive substance analyzer 1e of the present embodiment has the same configuration as the noninvasive substance analyzer 1d of Embodiment 4, but differs mainly in the following points.
  • the size of through-hole 13 of the present embodiment is larger than the size of through-hole 13 of the fourth embodiment, and the size of optical medium 45 of the present embodiment is the same as that of the fourth embodiment. larger than the size of the optical medium 45;
  • the diameter of the through-hole 13 and the diameter of the optical medium 45 of the present embodiment are each 200 ⁇ m.
  • temperature sensors 25 and 26 are arranged on optical medium 45 .
  • the thermal conductivity of the optical medium 45 is lower than that of the substrate 11 .
  • the temperature sensors 25 and 26 are arranged outside the light irradiation region 21b of the excitation light 21 in a plan view of the main surface 10a.
  • the noninvasive substance analyzer 1e of the present embodiment has the following effects in addition to the effects of the noninvasive substance analyzer 1d of the fourth embodiment.
  • At least one temperature sensor (for example, temperature sensors 25 and 26) is arranged on an optical medium 45 having a thermal conductivity lower than that of the substrate 11.
  • the heat absorbed by the sample 15 It becomes difficult to escape in the direction in which the surface extends.
  • the temperature signal output from at least one temperature sensor increases. Therefore, substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • Embodiment 6 A non-invasive substance analyzer 1f according to Embodiment 6 will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. The noninvasive substance analyzer 1f of the present embodiment has the same configuration as the noninvasive substance analyzer 1 of the first embodiment, but differs mainly in the following points.
  • the noninvasive substance analyzer 1f includes a temperature sensor 50 instead of the temperature sensors 25, 26 (see FIGS. 1 and 2).
  • the temperature sensor 50 includes a first optical waveguide 51 , a waveguide ring resonator 52 , a second optical waveguide 53 and a clad layer 54 .
  • Temperature sensor 50 may further include terminations 55 , 56 .
  • the substrate 11 supports the first optical waveguide 51, the waveguide ring resonator 52, the second optical waveguide 53, and the clad layer .
  • Substrate 11 has main surface 10b.
  • the substrate 11 is, for example, a silicon substrate.
  • the probe light emitted from the probe light source 58 is incident on the first optical waveguide 51 .
  • the wavelength of the probe light may be shorter than the wavelength of the excitation light 21 .
  • the probe light source 58 is a laser diode for optical communication, and the wavelength of the probe light is 1100 nm or more and 1700 nm or less.
  • the first optical waveguide 51 includes an end 51a into which probe light is incident and an end 51b opposite to the end 51a.
  • the first optical waveguide 51 has a higher refractive index than the clad layer 54 .
  • the probe light propagates through the first optical waveguide 51 .
  • the first optical waveguide 51 is, for example, a silicon waveguide.
  • the waveguide ring resonator 52 is optically coupled to the first optical waveguide 51 .
  • the waveguide ring resonator 52 has a higher refractive index than the clad layer 54 .
  • the probe light propagates through the waveguide ring resonator 52 .
  • the waveguide ring resonator 52 has a thermo-optic effect.
  • the waveguide ring resonator 52 is, for example, a silicon waveguide.
  • the thermo-optic coefficient of silicon is 2.3 ⁇ 10 ⁇ 4 (K ⁇ 1 ). Silicon has a relatively large thermo-optic coefficient among optical materials for optical waveguides.
  • the through hole 13 is formed inside the waveguide ring resonator 52 .
  • the second optical waveguide 53 is optically coupled to the waveguide ring resonator 52 .
  • the second optical waveguide 53 has a higher refractive index than the clad layer 54 .
  • the probe light propagates through the second optical waveguide 53 .
  • the second optical waveguide 53 is arranged symmetrically with the first optical waveguide 51 with respect to the waveguide ring resonator 52 in a plan view of the main surface 10a.
  • the second optical waveguide 53 includes an end 53a optically coupled to the light intensity detector 59 and an end 53b opposite the end 53a.
  • the ends 51 a and 53 a are on the same side with respect to the waveguide ring resonator 52 .
  • the ends 51 b and 53 b are on the same side with respect to the waveguide ring resonator 52 .
  • the cladding layer 54 separates the first optical waveguide 51 , the waveguide ring resonator 52 and the second optical waveguide 53 from the substrate 11 .
  • the clad layer 54 covers the first optical waveguide 51 , the waveguide ring resonator 52 and the second optical waveguide 53 .
  • Cladding layer 54 has main surface 10a.
  • the thermal conductivity of the clad layer 54 is smaller than that of the substrate 11 .
  • the cladding layer 54 is made of silica-based glass, for example.
  • the terminating portion 55 is provided at the end 51b of the first optical waveguide 51 .
  • the termination portion 56 is provided at the end 53 b of the second optical waveguide 53 .
  • Terminations 55 and 56 scatter or absorb the probe light to reduce return light of the probe light traveling to waveguide ring resonator 52 , probe light source 58 and light intensity detector 59 .
  • the terminal portions 55 and 56 are formed of, for example, a tapered waveguide that tends to scatter outside the waveguide and an electrode (for example, a metal electrode) that absorbs the scattered light.
  • Absorption heat is generated in the sample 15 by absorption of the excitation light 21 by substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 .
  • the heat absorbed by the sample 15 is conducted to the waveguide ring resonator 52, and the temperature of the waveguide ring resonator 52 changes.
  • the waveguide ring resonator 52 has a thermo-optic effect. Therefore, when the temperature of the waveguide ring resonator 52 changes, the refractive index of the waveguide ring resonator 52 changes, and the first optical waveguide 51 passes through the waveguide ring resonator 52 to the second optical waveguide.
  • the coupling rate of probe light to 53 changes.
  • the light intensity detector 59 is, for example, a photodiode.
  • the light intensity detector 59 detects the light intensity of the probe light from the first optical waveguide 51 to the second optical waveguide 53 via the waveguide ring resonator 52 .
  • Light intensity detector 59 is connected to lock-in amplifier 34 .
  • the light intensity detector 59 outputs the light intensity signal of the probe light to the lock-in amplifier 34 .
  • the lock-in amplifier 34 synchronously detects the light intensity signal of the probe light received from the light intensity detector 59 with the excitation light intensity signal received from the photodetector 24 .
  • Lock-in amplifier 34 outputs a DC component proportional to the amplitude of the light intensity signal from light intensity detector 59 .
  • the DC component corresponds to the temperature fluctuation width of the sample 15 during analysis of the sample 15 and is the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 50 .
  • the lock-in amplifier 34 outputs the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 50 to the material analysis section 38 .
  • the substance analysis unit 38 receives the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 50 from the lock-in amplifier 34 .
  • the material analysis section 38 analyzes the material in the sample 15 or on the surface of the sample 15 based on the temperature fluctuation width signal of the temperature sensor 50 .
  • the noninvasive substance analyzer 1f of the present embodiment has the following effects similar to those of the noninvasive substance analyzer 1 of the first embodiment.
  • the temperature sensor 50 includes a first optical waveguide 51 into which probe light is incident, and a waveguide ring resonator 52 optically coupled to the first optical waveguide 51. , a second optical waveguide 53 optically coupled to a waveguide ring resonator 52 and an optical intensity detector 59 for detecting the intensity of the probe light.
  • the sample support plate 10 is provided with a through hole 13 through which the excitation light 21 passes. Therefore, the excitation light 21 reaches the sample 15 with stronger light intensity without being absorbed by the sample support plate 10 .
  • the heat of absorption of sample 15 increases. Also, the heat absorbed by the sample 15 is less likely to escape in the thickness direction of the sample support plate 10 (the direction in which the first main surface (main surface 10a) and the second main surface (main surface 10b) face each other).
  • the temperature signal output from the temperature sensor 50 increases when the sample 15 is irradiated with the excitation light 21 . Therefore, substances in the sample 15 or on the surface of the sample 15 can be analyzed more accurately.
  • Embodiments 1 to 6 disclosed this time should be considered as examples in all respects and not restrictive. As long as there is no contradiction, at least two of Embodiments 1 to 6 disclosed this time may be combined.
  • the scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all changes within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims.

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Abstract

非侵襲物質分析装置（１）は、サンプル支持板（１０）と、励起光源（２０）と、温度センサ（２５，２６）とを備える。サンプル支持板（１０）は、サンプル載置領域（１２）を含む主面（１０ａ）と、主面（１０ａ）とは反対側の主面（１０ｂ）とを有する。温度センサ（２５，２６）は、主面（１０ａ）上に設けられている。サンプル載置領域（１２）から主面（１０ｂ）まで延在する貫通孔（１３）がサンプル支持板（１０）に設けられている。励起光源（２０）から放射される励起光（２１）は、貫通孔（１３）を通って、サンプル載置領域（１２）上に載置されるサンプル（１５）に照射される。

Description

非侵襲物質分析装置
　本開示は、非侵襲物質分析装置に関する。
　特表２０１７－５１９２１４号公報（特許文献１）は、光学媒質と、赤外光源と、プローブ光源と、フォトダイオードとを備える非侵襲分析システムを開示している。具体的には、光学媒質上に生体サンプルが載置される。赤外光源は、赤外光を放射する。赤外光は、光学媒質を通って、生体サンプルに照射される。赤外光は生体サンプルに吸収されて、生体サンプルが発熱する。生体サンプルの吸収熱の程度は、サンプル中のまたはサンプルの表面上の生体成分の量または濃度に依存する。
　プローブ光源は、可視光であるプローブ光を光学媒質に向けて放射する。プローブ光は、光学媒質と生体サンプルとの間の界面で内部全反射されて、光学媒質から出射する。生体サンプルの吸収熱は、光学媒質に伝わって、光学媒質の屈折率を変化させる。光学媒質の屈折率の変化は、光学媒質と生体サンプルとの間の界面におけるプローブ光の内部全反射に影響を与え、光学媒質から出射されるプローブ光の進行方向を変化させる。フォトダイオードは、光位置センサとして機能して、プローブ光の進行方向の変化を検出する。フォトダイオードで検出されたプローブ光の進行方向の変化から、生体成分の量または濃度を測定する。例えば、サンプルが患者の皮膚である場合、生体成分として患者の血糖値が測定される。
特表２０１７－５１９２１４号公報
　しかし、特許文献１に開示された非侵襲分析システムでは、生体サンプルの吸収熱が光学媒質全体に素早く拡散する。そのため、生体サンプルの吸収熱によるプローブ光の進行方向の変化が小さく、サンプル中のまたはサンプルの表面上の生体成分を正確に分析することができない。本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、サンプル中のまたはサンプルの表面上の物質をより正確に分析することができる非侵襲物質分析装置を提供することである。
　本開示の非侵襲物質分析装置は、サンプル支持板と、励起光源と、温度センサとを備える。サンプル支持板は、サンプル載置領域を含む第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面とを有する。励起光源は、サンプル載置領域上に載置されるサンプルに向かって励起光を放射する。温度センサは、第１主面上に設けられている。サンプル載置領域から第２主面まで延在する貫通孔がサンプル支持板に設けられている。励起光は、貫通孔を通って、サンプルに照射される。
　本開示の非侵襲物質分析装置では、励起光が通る貫通孔が、サンプル支持板に設けられている。そのため、励起光は、サンプル支持板で吸収されることなく、より強い光強度でサンプルに到達する。サンプルの吸収熱が増加する。また、サンプルの吸収熱がサンプル支持板の厚さ方向（第１主面と第２主面とが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。励起光がサンプルに照射されている時に温度センサから出力される温度信号が大きくなる。そのため、サンプル中のまたはサンプルの表面上の物質をより正確に分析することができる。
実施の形態１の非侵襲物質分析装置の概略平面図である。 実施の形態１の非侵襲物質分析装置の、図１に示される断面線ＩＩ－ＩＩにおける概略断面図である。 実施の形態１の非侵襲物質分析装置の概略部分拡大断面図である。 ロックインアンプの回路図である。 実施の形態１の非侵襲物質分析方法のフローチャートを示す図である。 実施例１及び比較例１－１，１－２の規格化温度変動幅のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態１の変形例の非侵襲物質分析装置の概略断面図である。 実施の形態２の非侵襲物質分析装置の概略断面図である。 実施例２及び比較例２－１，２－２の規格化温度変動幅のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態３の非侵襲物質分析装置の概略平面図である。 実施の形態３の非侵襲物質分析装置の、図１０に示される断面線ＸＩ－ＸＩにおける概略断面図である。 実施の形態４の非侵襲物質分析装置の概略平面図である。 実施の形態４の非侵襲物質分析装置の、図１２に示される断面線ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩにおける概略断面図である。 実施の形態５の非侵襲物質分析装置の概略平面図である。 実施の形態５の非侵襲物質分析装置の、図１４に示される断面線ＸＶ－ＸＶにおける概略断面図である。 実施の形態６の非侵襲物質分析装置の概略平面図である。 実施の形態６の非侵襲物質分析装置の、図１６に示される断面線ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩにおける概略断面図である。
　以下、実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
　実施の形態１．
　図１から図４を参照して、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１を説明する。図１及び図２を参照して、非侵襲物質分析装置１は、サンプル支持板１０と、励起光源２０と、光学チョッパー２２と、温度センサ２５，２６と、ロックインアンプ３４と、信号処理部３７と、物質分析部３８とを備える。
　サンプル支持板１０は、主面１０ａと、主面１０ａとは反対側の主面１０ｂとを有する。主面１０ａは、サンプル１５が載置されるサンプル載置領域１２を含む。サンプル１５は、例えば、患者の指、手首、腕、耳たぶまたは唇のような生体サンプルである。本実施の形態では、サンプル支持板１０は、基板１１によって構成されている。基板１１は、励起光２１に対して不透明な材料で形成されている。基板１１は、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリウレタンまたはアクリル樹脂などのようなプラスチックまたはガラスで形成されている。
　サンプル支持板１０には、サンプル載置領域１２から主面１０ｂまで延在する貫通孔１３が設けられている。主面１０ａの平面視において、サンプル１５の大きさは、貫通孔１３の大きさよりも大きい。
　励起光源２０は、サンプル載置領域１２上に載置されるサンプル１５に向かって励起光２１を放射する。励起光２１の波長は、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質の吸収波長に応じて定められる。励起光２１は、例えば、中赤外光である。励起光２１の波長は、例えば、６．０μｍ以上である。励起光２１の波長は、８．０μｍ以上であってもよい。励起光２１の波長は、例えば、１３．０μｍ以下である。励起光２１の波長は、１１．０μｍ以下であってもよい。励起光２１は、複数の波長を有する光であってもよい。例えば、非侵襲物質分析装置１を用いて患者の血糖値を測定する場合、励起光２１の波長範囲は、糖の指紋スペクトルの波長を含む波長範囲（例えば、８．５μｍ以上１０μｍ以下の波長範囲）である。励起光源２０は、例えば、広帯域の中赤外光を放射し得る量子カスケードレーザである。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質に吸収されない参照光が、励起光２１とともにサンプル１５に照射されてもよい。
　光学チョッパー２２は、励起光２１を周期的に強度変調する。光学チョッパー２２は、例えば、複数の回転羽根を含む。複数の回転羽根は、励起光２１に対して不透明な材料で形成されている。励起光２１が複数の回転羽根の一つによって遮断される時、サンプル１５は励起光２１によって照射されない。これに対し、励起光２１が、複数の回転羽根のうち互いに隣り合う一対の回転羽根の間を通り抜ける時、サンプル１５は励起光２１によって照射される。こうして、光学チョッパー２２は、励起光源２０から放射された励起光２１を強度変調する。光学チョッパー２２は、強度変調された励起光２１の強度変調周波数と同じ周波数を有する参照信号を、電気配線３０を通して、ロックインアンプ３４に送信する。
　光学チョッパー２２によって強度変調された励起光２１は、主面１０ｂ側からサンプル支持板１０に入射する。励起光２１は、貫通孔１３を通って、サンプル１５に照射される。励起光２１は、例えば、貫通孔１３の中心軸１３ｃ上を進む。励起光２１が光学チョッパー２２を通り抜ける時に、励起光２１はサンプル１５に照射される。励起光２１は、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質に吸収される。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質による励起光２１の吸収によって、サンプル１５で吸収熱が発生する。これに対し、励起光２１が光学チョッパー２２によって遮断される時には、励起光２１はサンプル１５に照射されず、サンプル１５で吸収熱は発生しない。そのため、サンプル１５の温度は、励起光２１の強度変調周波数で変動する。
　サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質は、例えば、生体成分である。非侵襲物質分析装置１を用いて患者の血糖値を得る場合、非侵襲物質分析装置１によって分析される物質は、患者の表皮中の間質液中に存在している糖である。
　温度センサ２５，２６は、主面１０ａ上に設けられている。温度センサ２５，２６は、サンプル載置領域１２に設けられている。サンプル１５がサンプル載置領域１２上に載置されると、温度センサ２５，２６は、サンプル１５に接触して、サンプル１５の温度を検出する。温度センサ２５，２６は、サンプル１５の温度を検出して、当該温度に対応する温度信号をロックインアンプ３４に出力する。具体的には、温度センサ２５は、サンプル１５のうち温度センサ２５が接触している部分の温度を検出して、当該温度に対応する温度信号をロックインアンプ３４に出力する。温度センサ２６は、サンプル１５のうち温度センサ２６が接触している部分の温度を検出して、当該温度に対応する温度信号をロックインアンプ３４に出力する。
　サンプル１５の温度は励起光２１の強度変調周波数で変動するため、温度センサ２５，２６から出力される温度信号も励起光２１の強度変調周波数で変動する。例えば、温度センサ２５，２６は、励起光２１がサンプル１５に照射されていない時に温度信号の最小値を出力し、励起光２１がサンプル１５に照射されている時に温度信号の最大値を出力する。温度信号の最大値と最小値との間の差は、温度信号の振幅である。温度センサ２５，２６の温度信号の振幅は、サンプル１５の分析中の、温度センサ２５，２６によって測定されるサンプル１５の温度変動幅に対応する。本実施の形態では、サンプル１５の分析中は、サンプル１５に強度変調された励起光２１が照射されている間を意味する。
　温度センサ２５，２６は、貫通孔１３の近くに配置されている。例えば、温度センサ２５，２６の各々と貫通孔１３との間の距離ｄ１は、５０μｍ以下である。距離ｄ１は、２０μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよい。距離ｄ１は、貫通孔１３のサイズ（例えば、貫通孔１３の直径）の１０％以下である。距離ｄ１は、貫通孔１３のサイズの５％以下であってもよい。主面１０ａの平面視において、温度センサ２５，２６は、貫通孔１３の中心軸１３ｃに対して、回転対称に配置されている。
　図３を参照して、温度センサ２５，２６は、温度センサ本体２７を含む。温度センサ２５，２６は、保護膜２８をさらに含んでもよい。
　温度センサ本体２７は、例えば、熱電対、サーモパイル、サーミスタまたはダイオードである。
　熱電対は、二つの異種材料片を互いに接触させて、二つの異種材料片の接触部に発生する熱起電力から、サンプル１５の温度を測定する。熱電対を構成する二つの材料片は、例えば、鉄、銅ニッケル合金、銅、ニッケルクロム合金、ニッケルアルミニウム合金、ニッケルシリコン合金、ニッケルクロムシリコン合金、白金、白金ロジウム合金、ビスマス、アンチモン、または、これらの組合せ、によって形成される。熱電対を構成する二つの材料片は、ｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリコンとによって形成されてもよい。サーモパイルは、複数の熱電対を接続することによって形成される。
　サーミスタの電気抵抗は、サーミスタの温度によって変化する。サーミスタの電気抵抗から、サンプル１５の温度を検出する。サーミスタは、好ましくは、温度抵抗係数が大きい材料で形成される。サーミスタは、例えば、酸化バナジウム、ＮｉＭｏＣｏ酸化物、Ｔｉ、多結晶シリコン、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、ＭｎＯ３またはＹＢａＣｕＯによって形成される。
　ダイオードの順方向電圧は、ダイオードの温度に応じて変化する。ダイオードの順方向電圧から、サンプル１５の温度を検出する。ダイオードは、例えば、Ｓｉダイオードである。
　保護膜２８は、温度センサ本体２７を覆っている。保護膜２８は、サンプル１５が温度センサ本体２７に接触することを防止する。保護膜２８は、低い熱伝導率（例えば、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率）と、薄い厚さ（例えば、１０μｍ以下の厚さ）とを有することが望ましい。保護膜２８の熱伝導率が低いため、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０全体に急速に拡がり難くなる。保護膜２８は薄いため、保護膜２８の熱伝導率が低くても、サンプル１５の吸収熱は温度センサ本体２７に効率的に伝導する。
　図２を参照して、ロックインアンプ３４は、電気配線３０によって、光学チョッパー２２に接続されている。ロックインアンプ３４は、光学チョッパー２２から、強度変調された励起光２１の強度変調周波数と同じ周波数を有する参照信号を受信する。図１及び図２を参照して、ロックインアンプ３４は、電気配線３２によって、温度センサ２５，２６に接続されている。ロックインアンプ３４は、温度センサ２５，２６から、サンプル１５の温度に対応する温度信号を受信する。具体的には、ロックインアンプ３４は、温度センサ２５から、サンプル１５のうち温度センサ２５が接触している部分の温度に対応する温度信号を受信する。ロックインアンプ３４は、温度センサ２６から、サンプル１５のうち温度センサ２６が接触している部分の温度に対応する温度信号を受信する。
　ロックインアンプ３４は、温度センサ２５，２６から受信した温度信号を、光学チョッパー２２から受信した参照信号で同期検波する。こうして、ロックインアンプ３４は、温度センサ２５の温度変動幅信号と、温度センサ２６の温度変動幅信号とを出力する。温度センサ２５の温度変動幅信号は、サンプル１５の分析中の、温度センサ２５によって測定されるサンプル１５の温度変動幅に対応する温度変動幅信号である。温度センサ２６の温度変動幅信号は、サンプル１５の分析中の、温度センサ２６によって測定されるサンプル１５の温度変動幅に対応する温度変動幅信号である。
　図４を参照して、ロックインアンプ３４の動作を具体的に説明する。ロックインアンプ３４は、乗算器３５と、ローパスフィルタ３６とを含む。乗算器３５は、温度センサ２５の温度信号と参照信号とを乗算する。乗算器３５は、温度センサ２５の温度信号の振幅に比例する直流成分と、励起光２１の強度変調周波数の二倍の周波数で変動する交流成分とを出力する。ローパスフィルタ３６は、交流成分を除去して、直流成分を通す。こうして、ロックインアンプ３４は、温度センサ２５の温度信号の振幅に比例する直流成分を出力する。温度センサ２５の温度信号の振幅は、サンプル１５の分析中の、サンプル１５のうち温度センサ２５に接触している部分の温度変動幅に対応する。そのため、直流成分は、温度センサ２５の温度変動幅信号である。
　同様にして、ロックインアンプ３４は、温度センサ２６の温度信号の振幅に比例する直流成分を出力する。直流成分は、温度センサ２６の温度変動幅信号である。
　図１及び図２を参照して、信号処理部３７は、ロックインアンプ３４に接続されている。信号処理部３７は、ロックインアンプ３４から、温度センサ２５の温度変動幅信号及び温度センサ２６の温度変動幅信号を受信する。信号処理部３７は、温度センサ２５の温度変動幅信号と温度センサ２６の温度変動幅信号との平均を算出する。信号処理部３７は、温度センサ２５の温度変動幅信号と温度センサ２６の温度変動幅信号との平均に対応する平均温度変動幅信号を出力する。信号処理部３７は、例えば、プロセッサと記憶装置とを含むマイクロコンピュータである。プロセッサが記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、信号処理部３７は動作する。
　物質分析部３８は、信号処理部３７に接続されている。物質分析部３８は、信号処理部３７から、平均温度変動幅信号を受信する。物質分析部３８は、平均温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。
　例えば、物質分析部３８は、励起光２１の波長と物質の種類とが対応づけられているデータテーブルと、平均温度変動幅信号の大きさと物質の量または濃度とが対応づけられているデータテーブルとを参照して、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質の種類を特定するとともに、当該物質の量または濃度を算出する。物質分析部３８は、例えば、プロセッサと記憶装置とを含むマイクロコンピュータである。これらのデータテーブルは、記憶装置に記憶されている。プロセッサが記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、物質分析部３８は動作する。
　基板１１の熱伝導率は、例えば、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよく、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよく、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよく、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよい。そのため、サンプル１５に励起光２１が照射されることによってサンプル１５に発生する吸収熱が基板１１全体に急速に拡がり難くなって、温度センサ２５，２６の温度変動幅信号が大きくなる。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより高い精度で分析することができる。
　基板１１の熱伝導率は、サンプル１５の熱伝導率より小さいことが好ましい。例えば、サンプル１５が人の皮膚である場合には、サンプル１５の熱伝導率は約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。基板１１がプラスチックで形成されている場合には、基板１１の熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。そのため、サンプル１５に励起光２１が照射されることによってサンプル１５に発生する吸収熱が基板１１全体に急速に拡がり難くなって、温度センサ２５，２６の温度変動幅信号が大きくなる。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより高い精度で分析することができる。
　サンプル１５の吸収熱の熱拡散長Ｌは、式（１）によって与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｆはサンプル１５の吸収熱の周波数（励起光２１の強度変調周波数）であり、αはサンプル１５の熱拡散係数である。
　上記式（１）に照らして、サンプル１５の表面から数十μｍ以上離れたサンプル１５中に存在する物質（例えば、間質液中の糖）を分析するために、サンプル１５の吸収熱の周波数（励起光２１の強度変調周波数）は、例えば、５Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下に設定される。
　図５を主に参照して、非侵襲物質分析装置１を用いた本実施の形態の非侵襲物質分析方法を説明する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析方法は、サンプル載置領域１２上にサンプル１５を載置すること（Ｓ１）を備える。サンプル支持板１０の温度とサンプル１５の温度との間に差があると、サンプル支持板１０とサンプル１５との間で熱の移動が発生する。この熱の移動は、温度変動幅信号の検出を困難にして、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質の分析を困難にする。そこで、サンプル支持板１０とサンプル１５との間に熱平衡状態が実現するまで、後述するステップＳ２を行わない。サンプル支持板１０とサンプル１５との間の熱平衡状態の実現は、温度センサ２５，２６によって検出され得る。例えば、単位時間当たりの温度センサ２５，２６の温度信号の変化が閾値（例えば０．１℃／分）以下となると、サンプル支持板１０とサンプル１５との間に熱平衡状態が実現されたと見なして、ステップＳ２を行う。
　本実施の形態の非侵襲物質分析方法は、光学チョッパー２２によって強度変調された励起光２１をサンプル１５に照射すること（Ｓ２）を備える。光学チョッパー２２は、励起光２１の強度変調周波数と同じ周波数を有する参照信号を、電気配線３０を通して、ロックインアンプ３４に送信する。
　励起光２１が光学チョッパー２２を通り抜ける時には、励起光２１はサンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質によって吸収されて、サンプル１５で吸収熱が発生する。これに対し、励起光２１が光学チョッパー２２によって遮断される時には、サンプル１５で吸収熱は発生しない。そのため、温度センサ２５，２６から出力される温度信号は、励起光２１の強度変調周波数で変動する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析方法は、温度センサ２５の温度変動幅信号と温度センサ２６の温度変動幅信号とを得る（Ｓ３）ことを備える。
　具体的には、ロックインアンプ３４は、光学チョッパー２２から参照信号を受信するとともに、温度センサ２５から温度信号を受信する。ロックインアンプ３４は、乗算器３５と、ローパスフィルタ３６とを含む。乗算器３５は、温度センサ２５の温度信号と参照信号とを乗算する。乗算器３５は、温度センサ２５の温度信号の振幅に比例する直流成分と、励起光２１の強度変調周波数の二倍の周波数で変動する交流成分とを出力する。ローパスフィルタ３６は、交流成分を除去して、直流成分を通す。こうして、ロックインアンプ３４は、温度センサ２５の温度信号の振幅に比例する直流成分を出力する。直流成分は、温度センサ２５の温度変動幅信号である。
　同様にして、ロックインアンプ３４は、温度センサ２６の温度信号の振幅に比例する直流成分を出力する。直流成分は、温度センサ２６の温度変動幅信号である。
　本実施の形態の非侵襲物質分析方法は、温度センサ２５の温度変動幅信号と温度センサ２６の温度変動幅信号との平均を、平均温度変動幅信号として得る（Ｓ４）ことを備える。具体的には、信号処理部３７は、ロックインアンプ３４から、温度センサ２５の温度変動幅信号と温度センサ２６の温度変動幅信号とを受信する。信号処理部３７は、温度センサ２５の温度変動幅信号と温度センサ２６の温度変動幅信号との平均を、平均温度変動幅信号として算出する。信号処理部３７は、平均温度変動幅信号を物質分析部３８に出力する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析方法は、平均温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する（Ｓ５）ことを備える。物質分析部３８は、信号処理部３７から、平均温度変動幅信号を受信する。例えば、物質分析部３８は、励起光２１の波長と物質の種類とが対応づけられているデータテーブルと、平均温度変動幅信号の大きさと物質の量または濃度とが対応づけられているデータテーブルとを参照して、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質の種類を特定するとともに、当該物質の量または濃度を算出する。
　図６を参照して、本実施の形態の実施例１と比較例１－１，１－２とを対比することによって、本実施の形態の非侵襲物質分析装置１の作用を説明する。
　実施例１では、基板１１は、励起光２１を透過させない材料（例えば、プラスチックまたはガラス）で形成されている。また、実施例１では、貫通孔１３の直径は３６μｍであり、励起光２１の光照射領域２１ｂの直径は３０μｍである。比較例１－１は実施例１と同様であるが、基板１１に貫通孔１３が形成されていない。比較例１－２は比較例１－１と同様であるが、比較例１－２では、励起光２１に対する基板１１の透過率が１００％であると仮定している。図６の規格化温度変動幅は、実施例１の主面１０ａのうち貫通孔１３の縁の温度変動幅によって規格化された、実施例１、比較例１－１及び比較例１－２の各々の主面１０ａの各地点の温度変動幅である。主面１０ａの各地点の温度変動幅は、励起光２１をサンプル１５に照射しない時の主面１０ａの各地点の温度と励起光２１をサンプル１５に照射した時の主面１０ａの各地点の温度との間の差によって与えられる。
　実施例１では、サンプル支持板１０に貫通孔１３が設けられている。そのため、励起光２１は、サンプル支持板１０で吸収されることなく、より強い光強度でサンプル１５に到達する。サンプル１５の吸収熱が増加する。また、貫通孔１３中の空気の熱伝導率（０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、基板１１の熱伝導率（例えば、プラスチックの熱伝導率：約０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ガラスの熱伝導率：約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも低い。そのため、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（主面１０ａと主面１０ｂとが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。サンプル１５の分析中の主面１０ａの温度変動幅が大きくなる。実施例１では、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　これに対し、比較例１－１では、基板１１は励起光２１を透過させない材料で形成されている。そのため、励起光２１はサンプル１５に到達せず、サンプル１５の吸収熱は発生しない。サンプル１５の分析中の主面１０ａの温度変動幅は、ゼロである。比較例１－１では、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を正確に分析することができない。
　比較例１－２では、励起光２１に対する基板１１の透過率が１００％であると仮定しており、励起光２１はサンプル１５に到達する。そのため、サンプル１５の分析中の主面１０ａの温度変動幅は、ゼロではない。しかし、比較例１－２では、基板１１に貫通孔１３が設けられていない。そのため、比較例１－２では、サンプル１５の吸収熱は、実施例１よりも、サンプル支持板１０の厚さ方向（主面１０ａと主面１０ｂとが互いに対向する方向）素早くに拡散する。比較例１－２における主面１０ａの温度変動幅は、実施例１における主面１０ａの温度変動幅より小さい。比較例１－２では、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を正確に分析することができない。
　（変形例）
　サンプル支持板１０（基板１１）は、励起光２１に対して透明な材料で形成されてもよい。温度センサ２５，２６の数は三つ以上でもよい。
　温度センサ２６が省略されてもよく、温度センサ２５の数は一つでもよい。この場合、信号処理部３７が省略される。物質分析部３８は、ロックインアンプ３４から、温度センサ２５の温度変動幅信号を受信する。物質分析部３８は、温度センサ２５の温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。ステップＳ３では温度センサ２５の温度変動幅信号を得ており、ステップＳ４は省略され、ステップＳ５では、温度センサ２５の温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。
　図７に示されるように、非侵襲物質分析装置１は、ビームスプリッタ２３と、光検出器２４とをさらに備えてもよい。光学チョッパー２２によって強度変調された励起光２１は、ビームスプリッタ２３に入射する。ビームスプリッタ２３は、励起光２１を、サンプル１５に向かう励起光２１と、光検出器２４に向かう励起光２１とに分ける。ビームスプリッタ２３は、光学チョッパー２２によって強度変調された励起光２１の一部を光検出器２４に入射させる。光検出器２４は、強度変調された励起光２１の強度を検出する。光検出器２４は、例えば、フォトダイオードである。光検出器２４は、電気配線３０によって、ロックインアンプ３４に接続されている。光検出器２４は、強度変調された励起光２１の強度に対応する参照信号を、ロックインアンプ３４に出力する。
　図７に示される変形例によれば、温度センサ２５，２６の温度変動幅信号から励起光２１の強度の変動の影響を取り除くことができる。励起光２１の強度が変動しても、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１の効果を説明する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１は、サンプル支持板１０と、励起光源２０と、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）とを備える。サンプル支持板１０は、サンプル載置領域１２を含む第１主面（主面１０ａ）と、第１主面とは反対側の第２主面（主面１０ｂ）とを有する。励起光源２０は、サンプル載置領域１２上に載置されるサンプル１５に向かって励起光２１を放射する。少なくとも一つの温度センサは、第１主面上に設けられている。サンプル載置領域１２から第２主面まで延在する貫通孔１３がサンプル支持板１０に設けられている。励起光２１は、貫通孔１３を通って、サンプル１５に照射される。
　非侵襲物質分析装置１では、励起光２１が通る貫通孔１３がサンプル支持板１０に設けられている。そのため、励起光２１は、サンプル支持板１０で吸収されることなく、より強い光強度でサンプル１５に到達する。サンプル１５の吸収熱が増加する。また、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（第１主面（主面１０ａ）と第２主面（主面１０ｂ）とが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。励起光２１がサンプル１５に照射されている時に少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）から出力される温度信号が大きくなる。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　非侵襲物質分析装置１では、サンプル支持板１０（基板１１）として、励起光２１に対して不透明な材料を採用することが可能になる。サンプル支持板１０（基板１１）の材料の選択肢が拡がる。サンプル支持板１０（基板１１）の材料として、励起光２１に対して不透明であるが熱伝導率が低い材料（例えば、プラスチックまたはガラス）を採用することにより、励起光２１がサンプル１５に照射されている時に少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）から出力される温度信号が大きくなる。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１では、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）は、サンプル載置領域１２に設けられており、かつ、サンプル１５に接触する。
　そのため、サンプル１５の吸収熱は、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）に効率的に伝導する。励起光２１がサンプル１５に照射されている時に少なくとも一つの温度センサから出力される温度信号が大きくなる。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１は、物質分析部３８をさらに備える。物質分析部３８は、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）の温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。少なくとも一つの温度センサの温度変動幅信号は、サンプル１５の分析中の、少なくとも一つの温度センサによって測定されるサンプル１５の温度変動幅に対応している。
　温度変動幅信号では、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）から出力される温度信号に含まれるノイズが除去される。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１は、信号処理部３７と、物質分析部３８をさらに備える。少なくとも一つの温度センサは、複数の温度センサ２５，２６である。信号処理部３７は、複数の温度変動幅信号の平均を出力する。複数の温度変動幅信号は、各々、サンプル１５の分析中の、複数の温度センサ２５，２６のうち対応するものによって測定されるサンプル１５の温度変動幅に対応する。物質分析部３８は、複数の温度変動幅信号の平均に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。
　温度変動幅信号では、温度センサ２５，２６から出力される温度信号に含まれるノイズが除去される。また、複数の温度変動幅信号の平均は、複数の温度変動幅信号間のばらつきを低減する。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１では、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）は、温度センサ本体２７を含む。温度センサ本体２７は、熱電対、サーモパイル、サーミスタまたはダイオードである。
　そのため、サンプル１５の吸収熱を測定するためのプローブ光を放射するプローブ光源と、当該プローブ光の偏向を検出する光位置センサとが不要になる。非侵襲物質分析装置１は、小型化され得る。
　少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）は、温度センサ本体２７を覆う保護膜２８をさらに含む。
　保護膜２８は、サンプル１５が温度センサ本体２７に接触することを防止する。そのため、温度センサ本体２７の寿命が延びる。
　実施の形態２．
　図８を参照して、実施の形態２の非侵襲物質分析装置１ｂを説明する。本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｂは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
　非侵襲物質分析装置１ｂでは、サンプル支持板１０は、基板１１に加えて、低熱伝導膜１４を含む。
　本実施の形態の基板１１は、実施の形態１の基板１１よりも高い熱伝導率を有している。本実施の形態では、基板１１は、サンプル１５の熱伝導率より大きくてもよい。本実施の形態では、基板１１は、例えば、シリコン（熱伝導率：約１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ））のような半導体基板で形成されている。基板１１が半導体材料で形成されているため、小さなサイズ（例えば、数十μｍの直径）を有する貫通孔１３が半導体微細加工プロセスを用いて容易に形成され得る。
　低熱伝導膜１４は、基板１１上に設けられている。低熱伝導膜１４は、基板１１よりも低い熱伝導率を有している。低熱伝導膜１４の熱伝導率は、例えば、基板１１の熱伝導率の２０％以下である。低熱伝導膜１４の熱伝導率は、基板１１の熱伝導率の１０％以下であってもよく、基板１１の熱伝導率の５％以下であってもよく、基板１１の熱伝導率の２％以下であってもよく、基板１１の熱伝導率の１％以下であってもよい。低熱伝導膜１４は、例えば、二酸化シリコン（熱伝導率：１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ））で形成されている。
　主面１０ａは、低熱伝導膜１４によって形成されている。主面１０ａの一部が、低熱伝導膜１４によって形成されてもよい。サンプル載置領域１２は、低熱伝導膜１４によって形成されている。温度センサ２５，２６は、低熱伝導膜１４上に設けられている。貫通孔１３は、基板１１及び低熱伝導膜１４の両方に設けられている。
　図９を参照して、本実施の形態の実施例２と比較例２－１，２－２とを対比することによって、本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｂの作用を説明する。
　実施例２では、基板１１はシリコンで形成されており、低熱伝導膜１４は二酸化シリコンで形成されている。また、実施例２では、貫通孔１３の直径は３６μｍであり、励起光２１の光照射領域２１ｂの直径は３０μｍである。比較例２－１は、実施例２と同様であるが、基板１１に貫通孔１３が形成されていない。比較例２－２は、比較例２－１と同様であるが、比較例２－２では、励起光２１に対する基板１１の透過率が１００％であると仮定している。図９の規格化温度変動幅は、実施例２の主面１０ａのうち貫通孔１３の縁の温度変動幅によって規格化された、実施例２、比較例２－１及び比較例２－２の各々の主面１０ａの各地点の温度変動幅である。主面１０ａの各地点の温度変動幅は、励起光２１をサンプル１５に照射しない時の主面１０ａの各地点の温度と励起光２１をサンプル１５に照射した時の主面１０ａの各地点の温度との間の差によって与えられる。
　実施例２では、サンプル支持板１０に貫通孔１３が設けられている。そのため、励起光２１は、サンプル支持板１０で吸収されることなく、より強い光強度でサンプル１５に到達する。サンプル１５の吸収熱が増加する。また、貫通孔１３中の空気の熱伝導率（０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、基板１１の熱伝導率（例えば、シリコンの熱伝導率：約１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも低い。そのため、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（主面１０ａと主面１０ｂとが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。サンプル１５の分析中の主面１０ａの温度変動幅が大きくなる。実施例１では、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　これに対し、比較例２－１では、サンプル支持板１０に貫通孔１３は設けられていないが、基板１１は、シリコンで形成されており、励起光２１を透過させ得る。そのため、励起光２１はサンプル１５に到達して、主面１０ａの温度変動幅はゼロではない。しかし、比較例２－１では、励起光２１の一部は、主面１０ｂにおいて反射されたり、基板１１において吸収される。そのため、比較例２－１においてサンプル１５に到達する励起光２１の強度は、実施例２においてサンプル１５に到達する励起光２１の強度より少ない。さらに、比較例２－１では、サンプル１５の吸収熱は、実施例２よりも、サンプル支持板１０の厚さ方向（主面１０ａと主面１０ｂとが互いに対向する方向）素早くに拡散する。その結果、比較例２－１における主面１０ａの温度変動幅は、実施例２における主面１０ａの温度変動幅より小さい。比較例２－１では、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を正確に分析することができない。
　比較例２－２では、基板１１に貫通孔１３が設けられていない。そのため、比較例２－２では、サンプル１５の吸収熱は、実施例２よりも、サンプル支持板１０の厚さ方向（主面１０ａと主面１０ｂとが互いに対向する方向）素早くに拡散する。比較例２－２における主面１０ａの温度変動幅は、実施例２における主面１０ａの温度変動幅より小さい。比較例２－２では、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を正確に分析することができない。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｂは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｂでは、サンプル支持板１０は、基板１１と、低熱伝導膜１４とを含む。低熱伝導膜１４は、基板１１上に設けられており、かつ、基板１１よりも低い熱伝導率を有している。第１主面（主面１０ａ）の少なくとも一部は、低熱伝導膜１４によって形成されている。少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）は、低熱伝導膜１４上に設けられている。
　低熱伝導膜１４によって、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（主面１０ａと主面１０ｂとが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。励起光２１がサンプル１５に照射されている時に少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）から出力される温度信号が大きくなる。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　実施の形態３．
　図１０及び図１１を参照して、実施の形態３の非侵襲物質分析装置１ｃを説明する。本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｃは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
　非侵襲物質分析装置１ｃは、基準温度センサ４０，４１をさらに備える。基準温度センサ４０，４１は、温度センサ２５，２６と同様に構成されている。具体的には、基準温度センサ４０，４１は、温度センサ本体２７（図３を参照）を含む。基準温度センサ４０，４１は、温度センサ本体２７を覆う保護膜２８（図３を参照）をさらに含んでもよい。
　基準温度センサ４０，４１は、主面１０ａ上に設けられている。基準温度センサ４０，４１は、サンプル載置領域１２に設けられており、かつ、サンプル１５に接触する。基準温度センサ４０，４１は、サンプル１５の温度に対応する基準温度信号を、ロックインアンプ３４に出力する。具体的には、基準温度センサ４０は、サンプル１５のうち基準温度センサ４０が接触している部分の温度に対応する基準温度信号を出力する。基準温度センサ４１は、サンプル１５のうち基準温度センサ４１が接触している部分の温度に対応する基準温度信号を出力する。
　サンプル１５が生体である場合には、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質の分析中に、サンプル１５の熱変動（例えば、生体の体温の変動など）またはサンプル１５の動き（例えば、サンプル１５に含まれる筋肉の収縮もしくは弛緩、または、サンプル１５の位置の変動など）が生じることがある。基準温度センサ４０，４１は、サンプル１５の吸収熱の影響を受けることなく、サンプル１５の熱変動または動きに起因する温度変動を検出する。そのため、主面１０ａの平面視において、基準温度センサ４０，４１の各々と貫通孔１３との間の距離ｄ２は、温度センサ２５，２６の各々と貫通孔１３との間の距離ｄ１より大きい。距離ｄ２は、例えば、距離ｄ１の１０倍以上である。距離ｄ２は、距離ｄ１の２０倍以上であってもよい。一例では、距離ｄ１は５μｍであり、距離ｄ２は２００μｍである。
　主面１０ａの平面視において、基準温度センサ４０，４１は、貫通孔１３の中心軸１３ｃに対して、回転対称に配置されている。そのため、サンプル１５の熱変動または動きに起因する温度変動をより正確に検出することができる。
　主面１０ａの平面視において、基準温度センサ４０は、貫通孔１３の中心軸１３ｃに対して、温度センサ２５と同じ方向に配置されている。そのため、サンプル１５の分析中ののサンプル１５の熱変動または動きに起因する基準温度センサ４０の基準温度信号の変動は、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度センサ２５の温度信号の変動と同様である。基準温度センサ４０は、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度センサ２５の温度信号の変動を、サンプル１５の吸収熱の影響を受けることなく、より正確に検出することができる。
　主面１０ａの平面視において、基準温度センサ４１は、貫通孔１３の中心軸１３ｃに対して、温度センサ２６と同じ方向に配置されている。そのため、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する基準温度センサ４１の温度信号の変動は、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度センサ２６の温度信号の変動と同様である。基準温度センサ４１は、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度センサ２６の温度信号の変動を、サンプル１５の吸収熱の影響を受けることなく、より正確に検出することができる。
　ロックインアンプ３４は、実施の形態１と同様に、温度センサ２５の温度変動幅信号と温度センサ２６の温度変動幅信号とを、信号処理部３７に出力する。温度センサ２５の温度変動幅信号及び温度センサ２６の温度変動幅信号は、サンプル１５の吸収熱の影響に加えて、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度信号の変動の影響を受けている。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を正確に分析するためには、温度センサ２５の温度変動幅信号及び温度センサ２６の温度変動幅信号から、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度信号の変動の影響を取り除く必要がある。
　そこで、信号処理部３７は、基準温度センサ４０の基準温度信号と基準温度センサ４１の基準温度信号とを受信する。信号処理部３７は、サンプル１５の分析中の基準温度センサ４０の基準温度信号の変動幅を、基準温度センサ４０の基準温度変動幅信号として算出する。信号処理部３７は、サンプル１５の分析中の基準温度センサ４１の基準温度信号の変動幅を、基準温度センサ４１の基準温度変動幅信号として算出する。
　信号処理部３７は、温度センサ２５の温度変動幅信号と基準温度センサ４０の基準温度変動幅信号との間の差を、温度センサ２５の較正済温度変動幅信号として算出する。温度センサ２５の較正済温度変動幅信号は、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度信号の変動の影響が取り除かれた、サンプル１５の吸収熱に起因する温度センサ２５の温度変動幅信号である。同様に、信号処理部３７は、温度センサ２６の温度変動幅信号と基準温度センサ４１の基準温度変動幅信号との間の差を、温度センサ２６の較正済温度変動幅信号として算出する。温度センサ２６の較正済温度変動幅信号は、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度信号の変動の影響が取り除かれた、サンプル１５の吸収熱に起因する温度センサ２６の温度変動幅信号である。
　信号処理部３７は、温度センサ２５の較正済温度変動幅信号と温度センサ２６の較正済温度変動幅信号との平均を、平均較正済温度変動幅信号として算出する。物質分析部３８は、平均較正済温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。
　（変形例）
　温度センサ２６が省略されてもよく、温度センサ２５の数は一つでもよい。この場合、信号処理部３７は、温度センサ２５の較正済温度変動幅信号を物質分析部３８に出力する。物質分析部３８は、温度センサ２５の較正済温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｃは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｃは、第１主面（主面１０ａ）上に設けられている基準温度センサ４０，４１をさらに備える。基準温度センサ４０，４１は、サンプル載置領域１２に設けられており、かつ、サンプル１５に接触する。第１主面の平面視において、基準温度センサ４０，４１と貫通孔１３との間の第２距離（距離ｄ２）は、温度センサ２５，２６と貫通孔１３との間の第１距離（距離ｄ１）の１０倍以上である。
　基準温度センサ４０，４１は、サンプル１５の吸収熱の影響を受けることなく、サンプル１５の分析中の温度変動を検出する。そのため、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度信号の変動の影響を受けることなく、サンプル１５の吸収熱による温度変動をより正確に検出することができる。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｃでは、信号処理部３７は、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）の温度変動幅信号を基準温度センサ４０，４１の基準温度変動幅信号で較正することによって、少なくとも一つの温度センサの較正済温度変動幅信号を算出する。物質分析部３８は、少なくとも一つの温度センサの較正済温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。
　少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）の温度変動幅信号を基準温度センサ４０，４１の基準温度変動幅信号で較正することによって、サンプル１５の分析中のサンプル１５の熱変動または動きに起因する温度信号の変動の影響を受けることなく、サンプル１５の吸収熱による温度変動をより正確に検出することができる。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　実施の形態４．
　図１２及び図１３を参照して、実施の形態４の非侵襲物質分析装置１ｄを説明する。本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｄは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
　非侵襲物質分析装置１ｄは、光学媒質４５をさらに備える。光学媒質４５は、励起光２１を透過させる。励起光２１に対する光学媒質４５の透過率は、励起光２１に対するサンプル支持板１０（基板１１）の透過率より大きい。励起光２１が中赤外光である場合、光学媒質４５は、例えば、カルコゲナイドガラス（ＳＳｂＳｎＧｅ）で形成されている。
　光学媒質４５は、貫通孔１３を閉塞する。サンプル載置領域１２の一部は、光学媒質４５によって形成されている。サンプル載置領域１２の全部が、光学媒質４５によって形成されてもよい。サンプル１５は、光学媒質４５上に載置され得る。貫通孔１３の一部は、光学媒質４５で充填されている。貫通孔１３のうち光学媒質４５よりも主面１０ｂに近位する部分は、光学媒質４５によって充填されていない空洞である。励起光２１は、光学媒質４５及び空洞を通って、サンプル１５に照射される。貫通孔１３の全体が、光学媒質４５で充填されてもよい。
　光学媒質４５の熱伝導率は、基板１１の熱伝導率よりも低い。光学媒質４５の熱伝導率は、基板１１の熱伝導率の１０％以下であってもよく、基板１１の熱伝導率の５％以下であってもよく、基板１１の熱伝導率の２％以下であってもよい。例えば、基板１１はシリコン（熱伝導率：約１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ））で形成されており、光学媒質４５はカルコゲナイドガラス（熱伝導率：０．３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））で形成されている。空洞中の空気の熱伝導率（０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、基板１１の熱伝導率よりも低い。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｄは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１の効果と同様の以下の効果を奏する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｄは、励起光２１を透過させる光学媒質４５をさらに備える。光学媒質４５は、貫通孔１３を閉塞する。サンプル載置領域１２の少なくとも一部は、光学媒質４５によって形成されている。励起光２１は、光学媒質４５を通って、サンプル１５に照射される。
　そのため、励起光２１は、サンプル支持板１０で吸収されることなく、より強い光強度でサンプル１５に到達する。サンプル１５の吸収熱が増加する。また、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（第１主面（主面１０ａ）と第２主面（主面１０ｂ）とが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。励起光２１がサンプル１５に照射されている時に温度センサ２５，２６から出力される温度信号が大きくなる。サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　サンプル１５は、光学媒質４５上に載置され得る。そのため、サンプル１５のサイズが貫通孔１３のサイズより小さくても、あるいは、サンプル１５が液体であっても、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析することができる。
　中赤外光のような励起光２１に対して透明な光学媒質４５は、サンプル支持板１０（基板１１）よりも、高価かつ機械的強度が低い。光学媒質４５はサンプル支持板１０（基板１１）の貫通孔１３内に設けられるため、サンプル支持板１０（基板１１）全体を光学媒質４５によって形成する場合に比べて、光学媒質４５の使用量は減少する。そのため、非侵襲物質分析装置１ｄの機械的強度が向上するとともに、非侵襲物質分析装置１ｄのコストを低減させることができる。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｄでは、サンプル支持板１０は、基板１１を含む。光学媒質４５は、基板１１よりも低い熱伝導率を有する。
　そのため、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（第１主面（主面１０ａ）と第２主面（主面１０ｂ）とが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。励起光２１がサンプル１５に照射されている時に温度センサ２５，２６から出力される温度信号が大きくなる。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　実施の形態５．
　図１４及び図１５を参照して、実施の形態５の非侵襲物質分析装置１ｅを説明する。本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｅは、実施の形態４の非侵襲物質分析装置１ｄと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
　主面１０ａの平面視において、本実施の形態の貫通孔１３のサイズは実施の形態４の貫通孔１３のサイズより大きく、かつ、本実施の形態の光学媒質４５のサイズは実施の形態４の光学媒質４５のサイズより大きい。例えば、主面１０ａの平面視において、本実施の形態の貫通孔１３の直径及び光学媒質４５の直径は、各々、２００μｍである。本実施の形態では、温度センサ２５，２６は、光学媒質４５上に配置されている。本実施の形態においても、実施の形態４と同様に、光学媒質４５の熱伝導率は、基板１１の熱伝導率よりも低い。主面１０ａの平面視において、温度センサ２５，２６は、励起光２１の光照射領域２１ｂの外側に配置されている。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｅは、実施の形態４の非侵襲物質分析装置１ｄの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｅでは、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）は、基板１１よりも低い熱伝導率を有する光学媒質４５上に配置されている。
　そのため、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（第１主面（主面１０ａ）と第２主面（主面１０ｂ）とが互いに対向する方向）に加えて、第１主面が延在する方向にもに逃げ難くなる。励起光２１がサンプル１５に照射されている時に、少なくとも一つの温度センサ（例えば、温度センサ２５，２６）から出力される温度信号が大きくなる。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　実施の形態６．
　図１６及び図１７を参照して、実施の形態６の非侵襲物質分析装置１ｆを説明する。本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｆは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
　非侵襲物質分析装置１ｆは、温度センサ２５，２６（図１及び図２を参照）に代えて、温度センサ５０を備えている。温度センサ５０は、第１光導波路５１と、導波路型リング共振器５２と、第２光導波路５３と、クラッド層５４とを含む。温度センサ５０は、終端部５５，５６をさらに含んでもよい。
　基板１１は、第１光導波路５１と、導波路型リング共振器５２と、第２光導波路５３と、クラッド層５４とを支持している。基板１１は、主面１０ｂを有する。基板１１は、例えば、シリコン基板である。
　プローブ光源５８から放射されるプローブ光は、第１光導波路５１に入射される。プローブ光の波長は、励起光２１の波長より短くてもよい。例えば、プローブ光源５８は光通信用レーザダイオードであり、プローブ光の波長は１１００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下である。
　第１光導波路５１は、プローブ光が入射される端５１ａと、端５１ａとは反対側の端５１ｂとを含む。第１光導波路５１は、クラッド層５４より高い屈折率を有している。プローブ光は、第１光導波路５１を伝搬する。第１光導波路５１は、例えば、シリコン導波路である。
　導波路型リング共振器５２は、第１光導波路５１に光学的に結合している。導波路型リング共振器５２は、クラッド層５４よりも高い屈折率を有している。プローブ光は、導波路型リング共振器５２を伝搬する。導波路型リング共振器５２は、熱光学効果を有している。導波路型リング共振器５２は、例えば、シリコン導波路である。シリコンの熱光学係数は、２．３×１０－４（Ｋ－１）である。シリコンは、光導波路用の光学材料の中で比較的大きな熱光学係数を有している。貫通孔１３は、導波路型リング共振器５２の内側に形成されている。
　第２光導波路５３は、導波路型リング共振器５２に光学的に結合している。第２光導波路５３は、クラッド層５４よりも高い屈折率を有している。プローブ光は、第２光導波路５３を伝搬する。主面１０ａの平面視において、第２光導波路５３は、導波路型リング共振器５２に関して、第１光導波路５１に対称に配置されている。第２光導波路５３は、光強度検出器５９に光学的に結合されている端５３ａと、端５３ａとは反対側の端５３ｂとを含む。端５１ａ，５３ａは、導波路型リング共振器５２に対して同じ側にある。端５１ｂ，５３ｂは、導波路型リング共振器５２に対して同じ側にある。
　クラッド層５４は、第１光導波路５１、導波路型リング共振器５２及び第２光導波路５３を基板１１から隔てている。クラッド層５４は、第１光導波路５１、導波路型リング共振器５２及び第２光導波路５３を覆っている。クラッド層５４は、主面１０ａを有する。クラッド層５４の熱伝導率は、基板１１の熱伝導率よりも小さい。クラッド層５４は、例えば、シリカ系ガラスで形成されている。
　終端部５５は、第１光導波路５１の端５１ｂに設けられている。終端部５６は、第２光導波路５３の端５３ｂに設けられている。終端部５５，５６は、プローブ光を散乱または吸収して、導波路型リング共振器５２、プローブ光源５８及び光強度検出器５９へ進むプローブ光の戻り光を低減する。終端部５５，５６は、例えば、導波路の外に散乱しやすい先細りの導波路と、散乱光を吸収する電極（例えば、金属電極）とで形成されている。
　サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質による励起光２１の吸収によって、サンプル１５で吸収熱が発生する。サンプル１５の吸収熱は、導波路型リング共振器５２に伝導して、導波路型リング共振器５２の温度が変化する。導波路型リング共振器５２は熱光学効果を有している。そのため、導波路型リング共振器５２の温度が変化すると、導波路型リング共振器５２の屈折率が変化して、導波路型リング共振器５２を介した第１光導波路５１から第２光導波路５３へのプローブ光の結合率が変化する。
　光強度検出器５９は、例えば、フォトダイオードである。光強度検出器５９は、導波路型リング共振器５２を介した第１光導波路５１から第２光導波路５３へのプローブ光の光強度を検出する。光強度検出器５９は、ロックインアンプ３４に接続されている。光強度検出器５９は、プローブ光の光強度信号を、ロックインアンプ３４に出力する。
　ロックインアンプ３４は、光強度検出器５９から受信したプローブ光の光強度信号を、光検出器２４から受信した励起光強度信号で同期検波する。ロックインアンプ３４は、光強度検出器５９の光強度信号の振幅に比例する直流成分を出力する。直流成分は、サンプル１５の分析中のサンプル１５の温度変動幅に対応しており、温度センサ５０の温度変動幅信号である。ロックインアンプ３４は、温度センサ５０の温度変動幅信号を物質分析部３８に出力する。
　物質分析部３８は、ロックインアンプ３４から温度センサ５０の温度変動幅信号を受信する。物質分析部３８は、温度センサ５０の温度変動幅信号に基づいて、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質を分析する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｆは、実施の形態１の非侵襲物質分析装置１の効果と同様の以下の効果を奏する。
　本実施の形態の非侵襲物質分析装置１ｆでは、温度センサ５０は、プローブ光が入射される第１光導波路５１と、第１光導波路５１に光学的に結合する導波路型リング共振器５２と、導波路型リング共振器５２とプローブ光の強度を検出する光強度検出器５９とに光学的に結合する第２光導波路５３とを含む。
　非侵襲物質分析装置１ｆでは、励起光２１が通る貫通孔１３がサンプル支持板１０に設けられている。そのため、励起光２１は、サンプル支持板１０で吸収されることなく、より強い光強度でサンプル１５に到達する。サンプル１５の吸収熱が増加する。また、サンプル１５の吸収熱がサンプル支持板１０の厚さ方向（第１主面（主面１０ａ）と第２主面（主面１０ｂ）とが互いに対向する方向）に逃げ難くなる。励起光２１がサンプル１５に照射されている時に温度センサ５０から出力される温度信号が大きくなる。そのため、サンプル１５中のまたはサンプル１５の表面上の物質をより正確に分析することができる。
　今回開示された実施の形態１－６はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１－６の少なくとも二つを組み合わせてもよい。本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
　１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ　非侵襲物質分析装置、１０　サンプル支持板、１０ａ，１０ｂ　主面、１１　基板、１２　サンプル載置領域、１３　貫通孔、１３ｃ　中心軸、１４　低熱伝導膜、１５　サンプル、２０　励起光源、２１　励起光、２１ｂ　光照射領域、２２　光学チョッパー、２３　ビームスプリッタ、２４　光検出器、２５，２６，５０　温度センサ、２７　温度センサ本体、２８　保護膜、３０，３２　電気配線、３４　ロックインアンプ、３５　乗算器、３６　ローパスフィルタ、３７　信号処理部、３８　物質分析部、４０，４１　基準温度センサ、４５　光学媒質、５１　第１光導波路、５１ａ，５１ｂ　端、５２　導波路型リング共振器、５３　第２光導波路、５３ａ，５３ｂ　端、５４　クラッド層、５５，５６　終端部、５８　プローブ光源、５９　光強度検出器。

Claims (13)

  1. 　サンプル載置領域を含む第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有するサンプル支持板と、
    　前記サンプル載置領域上に載置されるサンプルに向かって励起光を放射する励起光源と、
    　前記第１主面上に設けられている少なくとも一つの温度センサとを備え、
    　前記サンプル載置領域から前記第２主面まで延在する貫通孔が前記サンプル支持板に設けられており、
    　前記励起光は、前記貫通孔を通って、前記サンプルに照射される、非侵襲物質分析装置。
  2. 　前記少なくとも一つの温度センサは、前記サンプル載置領域に設けられており、かつ、前記サンプルに接触する、請求項１に記載の非侵襲物質分析装置。
  3. 　前記サンプル支持板は、基板と、前記基板上に設けられており、かつ、前記基板よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導膜とを含み、
    　前記第１主面の少なくとも一部は、前記低熱伝導膜によって形成されており、
    　前記少なくとも一つの温度センサは、前記低熱伝導膜上に設けられている、請求項１または請求項２に記載の非侵襲物質分析装置。
  4. 　物質分析部をさらに備え、
    　前記物質分析部は、前記少なくとも一つの温度センサの温度変動幅信号に基づいて、前記サンプル中のまたは前記サンプルの表面上の物質を分析し、
    　前記温度変動幅信号は、前記サンプルの分析中の、前記少なくとも一つの温度センサによって測定される前記サンプルの温度変動幅に対応している、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の非侵襲物質分析装置。
  5. 　信号処理部と、
    　物質分析部をさらに備え、
    　前記少なくとも一つの温度センサは、複数の温度センサであり、
    　前記信号処理部は、複数の温度変動幅信号の平均を出力し、
    　前記複数の温度変動幅信号は、各々、前記サンプルの分析中の、前記複数の温度センサのうち対応するものによって測定される前記サンプルの温度変動幅に対応し、
    　前記物質分析部は、前記複数の温度変動幅信号の前記平均に基づいて、前記サンプル中のまたは前記サンプルの表面上の物質を分析する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の非侵襲物質分析装置。
  6. 　前記第１主面上に設けられている基準温度センサをさらに備え、
    　前記基準温度センサは、前記サンプル載置領域に設けられており、かつ、前記サンプルに接触し、
    　前記第１主面の平面視において、前記基準温度センサと前記貫通孔との間の第２距離は、前記少なくとも一つの温度センサと前記貫通孔との間の第１距離の１０倍以上である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の非侵襲物質分析装置。
  7. 　信号処理部と、
    　物質分析部をさらに備え、
    　前記信号処理部は、前記少なくとも一つの温度センサの温度変動幅信号を前記基準温度センサの基準温度変動幅信号で較正することによって、前記少なくとも一つの温度センサの較正済温度変動幅信号を算出し、
    　前記物質分析部は、前記較正済温度変動幅信号に基づいて、前記サンプル中のまたは前記サンプルの表面上の物質を分析し、
    　前記温度変動幅信号は、前記サンプルの分析中の、前記少なくとも一つの温度センサによって測定される前記サンプルの温度変動幅に対応し、
    　前記基準温度変動幅信号は、前記サンプルの分析中の、前記基準温度センサによって測定される前記サンプルの温度変動幅に対応している、請求項６に記載の非侵襲物質分析装置。
  8. 　前記励起光を透過させる光学媒質をさらに備え、
    　前記光学媒質は、前記貫通孔を閉塞し、
    　前記サンプル載置領域の少なくとも一部は、前記光学媒質によって形成されており、
    　前記励起光は、前記光学媒質を通って、前記サンプルに照射される、請求項１または請求項２に記載の非侵襲物質分析装置。
  9. 　前記サンプル支持板は、基板を含み、
    　前記光学媒質は、前記基板よりも低い熱伝導率を有する、請求項８に記載の非侵襲物質分析装置。
  10. 　前記少なくとも一つの温度センサは、前記光学媒質上に配置されている、請求項８または請求項９に記載の非侵襲物質分析装置。
  11. 　前記少なくとも一つの温度センサは、温度センサ本体を含み、
    　前記温度センサ本体は、熱電対、サーモパイル、サーミスタまたはダイオードである、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の非侵襲物質分析装置。
  12. 　前記少なくとも一つの温度センサは、前記温度センサ本体を覆う保護膜をさらに含む、請求項１１に記載の非侵襲物質分析装置。
  13. 　前記少なくとも一つの温度センサは、プローブ光が入射される第１光導波路と、前記第１光導波路に光学的に結合する導波路型リング共振器と、前記導波路型リング共振器と前記プローブ光の強度を検出する光強度検出器とに光学的に結合する第２光導波路とを含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の非侵襲物質分析装置。
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