分光特性測量裝置以及分光特性測量方法
【專利摘要】本發(fā)明使從測量對象發(fā)出的測量光入射到固定反射鏡部和可動反射鏡部，形成被上述固定反射鏡部反射的測量光與被上述可動反射鏡部反射的測量光的干渉光。此時，通過使上述可動反射鏡部進行移動來獲得測量光的干渉光強度變化，基于該變化求出測量光的干涉圖。另外，同時使作為測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的波長的參考光入射到上述固定反射鏡部和上述可動反射鏡部，形成被該固定反射鏡部反射的參考光與被該可動反射鏡部反射的參考光的干涉光。此時，使上述可動反射鏡部進行移動，由此基于參考光的干渉光強度變化的振幅以及上述測量光中的同上述參考光相同波長的測量光與上述參考光的相位差來校正上述測量光的干涉圖，基于校正后的干涉圖來求出上述測量光的光譜。
【專利說明】分光特性測量裝置以及分光特性測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能夠非侵入地測量血糖、血中膽固醇等生物體成分或者用于半導(dǎo)體的 缺陷評價的分光特性測量裝置以及分光特性測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在糖尿病、高脂血癥等各種疾病中，血中葡萄糖（血糖）、血中膽固醇之類的血液 中的生物體成分的管理對于疾病的預(yù)防和治療是重要的。然而，為了測量血液中的生物體 成分，通常盡管是微量的也必須抽取血液，給患者帶來痛苦。另外，需要進行抽血部位的消 毒、消耗品的處理等繁雜的作業(yè)，因此例如有意回避日常性地進行用于以預(yù)防為目的而測 量生物體成分的采血。
[0003] 與此相對地，提出了一種不抽取血液地測量生物體成分的非侵入的測量裝置。作 為其中一種測量裝置，在專利文獻1中記載了如下一種方法：對生物體的被檢部位照射光， 其結(jié)果，根據(jù)從該被檢部位的內(nèi)部的生物體成分發(fā)出的光（物體光）的分光特性來求出生 物體成分。
[0004] 在專利文獻1所記載的方法中，通過利用由以光學(xué)方式構(gòu)成生物體成分的各亮點 所產(chǎn)生的物體光束的干渉現(xiàn)象，來求出生物體成分的干涉圖，通過對該干涉圖進行傅立葉 變換來獲取物體光的分光特性（光譜）。具體地說，將由各亮點所產(chǎn)生的透射光、漫射和散 射光等物體光經(jīng)由物鏡引導(dǎo)到作為移相器的固定反射鏡部和可動反射鏡部，使從這兩個反 射鏡部反射的物體光束在成像面上發(fā)生干渉。利用壓電元件等使可動反射鏡部進行移動， 與該可動反射鏡部的移動量相應(yīng)的相位差被施加于從固定反射鏡部和可動反射鏡部反射 的物體光束，干渉光的強度隨之發(fā)生變化，形成所謂的干涉圖。通過對該干涉圖進行傅立葉 變換能夠獲取物體光的分光特性（光譜）。
[0005] 專利文獻1 :日本特開2008-309707號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明要解決的問是頁
[0007] 為了預(yù)防、治療疾病，測量血液中含有的血糖（葡萄糖）、膽固醇等生物體成分的 濃度是有效的。在預(yù)防時，這些特定成分的相對于規(guī)定群體的平均濃度值的特定個人的濃 度值是有意義的，在治療時，持續(xù)地測量患者的濃度值的變化是有效的。不論在哪一種情況 下，它們的差、變化都是細微的，因此需要高精度地進行濃度值的測量。
[0008] 對血管照射光并對透過血管的光或者反射的光中的由這些特定成分所吸收或者 反射的（一個或者多個）特定波長的光的強度進行測量，由此能夠求出血液中的血糖（葡 萄糖）、膽固醇等生物體成分的濃度值。但是，在以往的方法中，存在以下問題：由于光源光 量的變化、溫度和濕度等周圍環(huán)境的變化、可動反射鏡部的移動誤差等外部干擾導(dǎo)致測量 光的強度發(fā)生變化，不能高精度地測量特定成分的濃度。
[0009] 在根據(jù)對半導(dǎo)體基板照射光時從該半導(dǎo)體基板發(fā)出的光的分光特性來檢測半導(dǎo) 體基板的細微的缺陷的情況下等也產(chǎn)生這種問題。
[0010] 本發(fā)明所要解決的問題在于，提供能夠抑制外部干擾的影響來高精度地對測量對 象的分光特性進行測量的分光特性測量裝置以及分光特性測量方法。
[0011] 用于解決問題的方案
[0012] 為了解決上述問題而完成的本發(fā)明的分光特性測量裝置的特征在于，具備：
[0013] a)固定反射部和可動反射部；
[0014] b)入射光學(xué)系統(tǒng)，其使從測量對象發(fā)出的測量光入射到上述固定反射部和上述可 動反射部；
[0015] c)成像光學(xué)系統(tǒng)，其形成被上述固定反射部反射的測量光與被上述可動反射部反 射的測量光的干渉光；
[0016] d)測量光檢測部，其檢測上述測量光的干渉光強度；
[0017] e)處理部，其基于通過使上述可動反射部進行移動而獲得的上述測量光的干渉光 強度變化來求出上述測量光的干涉圖；
[0018] f)參考光入射單元，其使作為上述測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的波長的 參考光通過上述入射光學(xué)系統(tǒng)入射到上述固定反射部和上述可動反射部；
[0019] g)參考光檢測部，其檢測被上述固定反射部反射的參考光與被上述可動反射部反 射的參考光的由上述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的干渉光強度；以及
[0020] h)運算處理部，其基于通過使上述可動反射部進行移動而由上述參考光檢測部檢 測出的上述參考光的干渉光強度變化的振幅、以及上述測量光中的同上述參考光相同波長 的測量光與上述參考光的相位差，來校正上述測量光的干涉圖，基于校正后的干涉圖來求 出上述測量光的光譜。
[0021] 在此，所謂"窄頻帶的波長的光"是指以峰值波長為中心的±30nm的波長范圍或 者比該波長范圍窄的波長范圍的光，從半導(dǎo)體激光光源（激光二極管）射出的單一波長激 光也符合窄頻帶的波長的光。
[0022] 在上述結(jié)構(gòu)的分光特性測量裝置中，
[0023] 能夠使上述參考光入射單元包括：光源；以及反射型的衍射光柵，其使從該光源 射出的光的一級衍射光作為參考光入射到上述入射光學(xué)系統(tǒng)。
[0024] 并且，分光特性測量裝置優(yōu)選構(gòu)成為還具備由透光性構(gòu)件構(gòu)成的板狀的窗部，該 窗部的兩個面中的一面是用于載置上述測量對象的載置面，另一面是光照射面，
[0025] 上述衍射光柵被設(shè)置在上述光照射面的一部分區(qū)域，
[0026] 上述光源對整個上述光照射面照射光，并且以使對該光照射面照射光時產(chǎn)生的鏡 面反射光入射不到上述入射光學(xué)系統(tǒng)的角度來對該光照射面照射光。
[0027] 在這種結(jié)構(gòu)中，對窗部的光照射面中的除衍射光柵以外的區(qū)域照射的光通過窗部 到達測量對象。其結(jié)果，從測量對象發(fā)出散射光、熒光等測量光，該測量光通過窗部到達入 射光學(xué)系統(tǒng)。另一方面，關(guān)于照射到窗部的光照射面中的衍射光柵的光，由其波長、入射角 以及衍射光柵的光柵周期等決定的射出角的一級衍射光作為參考光入射到入射光學(xué)系統(tǒng)。 也就是說，能夠?qū)⒂糜诋a(chǎn)生測量光和參考光的光源共用化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。
[0028] 另外，在上述結(jié)構(gòu)中，使來自光源的光照射到窗部的光照射面時產(chǎn)生的鏡面反射 光（零級光）不入射到入射光學(xué)系統(tǒng)，使一級衍射光作為參考光入射到入射光學(xué)系統(tǒng)。與 鏡面反射光相比一級衍射光成分的光量非常小，但與該一級衍射光同樣地，從目標(biāo)成分發(fā) 出的散射光成分的光量也非常小，因此能夠取得測量光與參考光的平衡。
[0029] 另外，在上述結(jié)構(gòu)的分光特性測量裝置中，
[0030] 還能夠使上述參考光入射單元包括：光源，其射出作為上述測量光的波長頻帶的 一部分的窄頻帶的光；以及
[0031] 反射膜，其反射從上述光源射出的光并使該光入射到上述入射光學(xué)系統(tǒng)。
[0032] 另外，本發(fā)明的分光特性測量方法包括以下步驟：
[0033] a)通過入射光學(xué)系統(tǒng)使從測量對象發(fā)出的測量光入射到固定反射部和可動反射 部；
[0034] b)形成被上述固定反射部反射的測量光與被上述可動反射部反射的測量光的干 渉光；
[0035] c)基于通過使上述可動反射部進行移動而獲得的上述測量光的干渉光強度變化 來求出上述測量光的干涉圖；
[0036] d)使作為上述測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的波長的參考光通過上述入 射光學(xué)系統(tǒng)入射到固定反射部和可動反射部；
[0037] e)對被上述固定反射部反射的參考光與被上述可動反射部反射的參考光的干渉 光強度進行檢測；
[0038] f)基于通過使上述可動反射部進行移動而獲得的參考光的干渉光強度變化的振 幅、以及上述測量光中的同上述參考光相同波長的測量光與上述參考光的相位差，來校正 上述測量點的干涉圖，基于校正后的干涉圖來求出上述測量光的光譜。
[0039] 在上述生物體成分測量方法中，
[0040] 也可以使通過對衍射光柵照射來自光源而在該衍射光柵產(chǎn)生的一級衍射光作為 參考光入射到上述入射光學(xué)系統(tǒng)。
[0041] 并且，也可以在窗部的光照射面的一部分區(qū)域設(shè)置上述衍射光柵，該窗部是由透 光性構(gòu)件構(gòu)成的板狀的窗部，其兩個面中的一面是用于載置上述測量對象的載置面，另一 面是光照射面，
[0042] 上述光源對整個上述光照射面照射光，并且以使對上述光照射面照射光時產(chǎn)生的 鏡面反射光入射不到上述入射光學(xué)系統(tǒng)的角度來對該光照射面照射光。
[0043] 另外，在上述結(jié)構(gòu)的分光特性測量裝置中，也可以從光源對反射膜照射作為上述 測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的光，使被該反射膜反射的光作為參考光入射到上述 入射光學(xué)系統(tǒng)。
[0044] 發(fā)明的效果
[0045] 在本發(fā)明中，將從測量對象發(fā)出的散射光、熒光等測量光分割為兩種光，并且對這 兩種測量光施加相位差，利用這兩種測量光的干渉現(xiàn)象來求出測量光的干涉圖，通過對該 干涉圖進行傅立葉變換來獲取測量光光譜（分光特性）。例如在測量血糖值的情況下，測量 通過對血糖（葡萄糖）照射光而產(chǎn)生的散射光的分光特性，由此能夠非侵入地測量血液中 的血糖值的量。此時，從血糖發(fā)出的散射光非常微弱，由于可動反射部的移動誤差、光源光 量的變動等外部干擾導(dǎo)致血糖的分光特性發(fā)生變化。因此，在本發(fā)明中，與測量光同樣地， 通過入射光學(xué)系統(tǒng)使參考光入射到固定反射部和可動反射部，通過這些反射部分割為兩種 反射光后形成干渉光，基于該干渉光強度變化的振幅和相位差來校正測量光的干涉圖，因 此能夠高精度地求出測量光的分光特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046] 圖1是表示本發(fā)明的第一實施例所涉及的血糖值傳感器的整體結(jié)構(gòu)的概要圖。
[0047] 圖2是表示檢測部的受光面的圖。
[0048] 圖3是干渉光強度變化以及干涉圖、分光特性的說明圖。
[0049] 圖4是從衍射光柵入射到物鏡的一級衍射光的波長、衍射角的說明圖。
[0050] 圖5是表示來自衍射光柵的一級衍射光的主視圖（a)、側(cè)視圖（b)以及立體地表示 一級衍射光的圖（c)。
[0051] 圖6是表示測量光的干涉圖（a)與一級衍射光的干渉光強度變化（b)的關(guān)系的 圖。
[0052] 圖7是表示測量結(jié)果的圖。
[0053] 圖8是表示本發(fā)明的第二實施例所涉及的血糖值傳感器所使用的窗部的立體圖 (a)和俯視圖（b)。
[0054] 圖9是從衍射光柵的第二突條部入射到物鏡的一級衍射光的波長、衍射角的說明 圖。
[0055] 圖10是表不來自衍射光柵的一級衍射光的主視圖（a)和側(cè)視圖（b)。
[0056] 圖11是表示本發(fā)明的第三實施例所涉及的血糖值傳感器的整體結(jié)構(gòu)的概要圖。

【具體實施方式】
[0057] 下面，參照附圖對將本發(fā)明應(yīng)用于血糖值傳感器的具體的實施例進行說明。
[0058] 實施例1
[0059] 圖1示出了本實施例所涉及的血糖值傳感器10的整體結(jié)構(gòu)。血糖值傳感器10包 括：矩形箱狀的外殼12 ;矩形板狀的窗部14,其固定于該外殼12的外周側(cè)面的一個側(cè)面、 例如上表面；以及分光測量部16,其收容在外殼12內(nèi)。
[0060] 外殼12例如由塑料、金屬等不會使光透過的材料制成。窗部14由具有透光性的 材料制成，如后所述，在其上表面載置作為測量對象的例如手的指尖。因而，窗部14的上表 面成為載置面。另一方面，在位于外殼12內(nèi)的窗部14的下表面、即光照射面的局部形成有 衍射光柵。在該實施例中，形成了沿著窗部14的相向的兩條邊延伸的兩個衍射光柵20、21。 在以下的說明中，將窗部14的光照射面中的形成有兩個衍射光柵20、21的區(qū)域也稱為參考 光區(qū)域，將除此以外的區(qū)域也稱為測量光區(qū)域。各衍射光柵20、21均包括與兩條邊平行的 多根突條部。在本實施例中，這些突條部的間隔被設(shè)定為1. 1 μ m。
[0061] 分光測量部16由光源161、物鏡162、移相器163、成像透鏡164、檢測部165構(gòu)成。 在本實施例中，物鏡162和成像透鏡164分別相當(dāng)于入射光學(xué)系統(tǒng)和成像光學(xué)系統(tǒng)。物鏡 162與窗部14的光照射面相向配置。另一方面，成像透鏡164被配置為使光軸與物鏡162 的光軸正交的朝向。
[0062] 關(guān)于光源161，使用射出皮膚的透過性良好且波長為1 μ m左右的近紅外光的光 源，該光源161被配置為如下朝向：當(dāng)對窗部14的光照射面照射其射出光時，鏡面反射光不 會入射到物鏡162,并且對上述衍射光柵20、21照射其射出光時生成的一級衍射光入射到 物鏡162。將來自衍射光柵20、21的一級衍射光用作參考光，因而，在本實施例中，由光源 161和衍射光柵20、21構(gòu)成參考光入射單兀。
[0063] 檢測部165例如由16 X 16像素的二維CCD (Charge Coupled Device :電荷耦合裝 置）攝像機構(gòu)成，被配置為使檢測部165的受光面165a位于成像透鏡164的成像面。
[0064] 圖2是概要地表示檢測部165的受光面165a的圖。此外，在此為了方便，將像素 數(shù)設(shè)為10X10來進行說明。如該圖2所示，在檢測部165的受光面165a配置有多個像素， 由衍射光柵20和衍射光柵21生成的一級衍射光（參考光）分別在受光面165a中的上端 的20個（2X10)和下端的20個像素中成像。因而，這些像素成為參考光檢測部。此外，關(guān) 于參考光檢測部，也可以設(shè)為除位于上端和下端的左右兩側(cè)的每兩個像素、共計4個像素 以外的每16個像素。另一方面，測量光在受光面165a中的除參考光檢測部以外的像素中 成像。因而，這些像素成為本發(fā)明的測量光檢測部。此外，實際上，測量光在位于指尖的圖 像F所示的部分的像素中成像，該指尖被載置在窗部14的載置面上。
[0065] 另外，如后面詳細地說明那樣，檢測部165的檢測信號被輸入到處理部42。處理部 42根據(jù)來自檢測部165的檢測信號求出干涉圖。利用運算處理部43在數(shù)學(xué)上對該干涉圖 進行傅立葉變換，其結(jié)果，獲得測量光的每個波長的相對強度、即分光特性（光譜）。
[0066] 移相器163配置在物鏡162與成像透鏡164之間。移相器163由固定反射鏡部31、 可動反射鏡部32以及使可動反射鏡部32移動的驅(qū)動機構(gòu)33構(gòu)成。固定反射鏡部31和可 動反射鏡部32分別相當(dāng)于本發(fā)明的固定反射部和可動反射部。固定反射鏡部31和可動反 射鏡部32均具有相對于物鏡162的光軸和成像透鏡164的光軸傾斜45°角的矩形的反射 面。兩反射鏡部的反射面隔開非常細小的間隙并排地配置。
[0067] 驅(qū)動機構(gòu)33例如由具備靜電容量傳感器的壓電元件構(gòu)成，接收來自控制部40的 信號，在使反射面相對于光軸的傾斜角度維持為45°的狀態(tài)下使可動反射鏡部32沿箭頭A 方向移動。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，可動反射鏡部32相對于固定反射鏡部31的相對位置發(fā)生變 化，對被固定反射鏡部31反射的光束和被可動反射鏡部32反射的光束之間賦予相位差。
[0068] 具體地說，可動反射鏡部32在物鏡162或者成像透鏡164的光軸方向上的移動量 為可動反射鏡部32在箭頭A方向上的移動量的I/λ/?。另外，對固定光束與可動光束之間施 加相對的相位變化的光程差為可動反射鏡部32在光軸方向上的移動量的2倍。
[0069] 接著，對使用上述結(jié)構(gòu)的血糖值傳感器10測量被檢者的手的指尖的血液中的血 糖（葡萄糖）時的動作進行說明。
[0070] 首先，將被檢者的手的指尖載置在窗部14的載置面上。在此，不僅將指尖載置在 窗部14的載置面上，而且將指尖使勁壓緊到載置面上。這樣，通過使勁壓緊，能夠在測量中 將物鏡162的對焦位置維持為指尖的內(nèi)部的規(guī)定的位置（深度）。此外，指尖未必一定要使 勁壓緊，例如在對接近指尖的表面的區(qū)域的血管中的成分等進行檢測的情況下，也可以為 使指尖輕輕地搭在載置面上的程度。
[0071] 在將指尖壓緊于窗部14的載置面的狀態(tài)下對窗部14的光照射面照射來自光源 161的近紅外光。于是，照射到窗部14的測量光區(qū)域的近紅外光穿過窗部14到達指尖，透 過指尖的皮膚后由于指尖內(nèi)部的各種生物體成分而發(fā)生散射。由于生物體成分而發(fā)生散射 的光再次經(jīng)由指尖的皮膚從窗部14到達外殼12內(nèi)，并入射到物鏡162。
[0072] 作為從指尖內(nèi)部發(fā)出的測量光的散射光一邊向各個方向擴散一邊到達物鏡162， 成為平行光束并到達移相器163的固定反射鏡部31和可動反射鏡部32的整個表面。也就 是說，散射光的一部分在固定反射鏡部31的反射面上發(fā)生反射，剩余的散射光在可動反射 鏡部32的反射面上發(fā)生反射，并分別入射到成像透鏡164。此外，在以下的說明中，在固定 反射鏡部31處反射的散射光也稱為固定散射光束，在可動反射鏡部32處反射的散射光也 稱為可動散射光束。
[0073] 入射到成像透鏡164的固定散射光束和可動散射光束在檢測部165的受光面165a 上成像，并形成干涉圖像。此時，從手的指尖的內(nèi)部發(fā)出的散射光中含有各種波長的光，因 此通過使可動反射鏡部32移動而使可動散射光束與固定散射光束的光程差發(fā)生變化，由 此獲得被稱為干涉圖的成像強度變化（干渉光強度變化）的波形，通過在數(shù)學(xué)上對該干涉 圖進行傅立葉變換能夠獲得分光特性。在圖3中示出各波長的光的干渉強度變化（a)、干涉 圖（b)以及分光特性（c)。
[0074] 另外，在本實施例的血糖值傳感器10中，只有從指尖內(nèi)部中的位于物鏡162的特 定深度的對焦面發(fā)出的散射光在檢測部165的受光面165a上成像，從對焦面以外的位置生 成的光不在檢測部165的受光面165a上成像。因而，能夠獲得深度僅被限定為對焦面的指 尖內(nèi)部的分光特性。
[0075] 另一方面，照射到窗部14的參考光區(qū)域的近紅外光在衍射光柵20、21處發(fā)生反 射。在本實施例中，從光源161照射到窗部14的光照射面的光的鏡面反射光（在圖1中為 用附圖標(biāo)記"L0"表示的光）不會入射到物鏡162。與此相對地，由物鏡162的數(shù)值孔徑、衍 射光柵20、21的光柵周期（突條部的間隔）、入射角Θ in以及出射角Θ out決定的特定波 長λ的一級衍射光入射到物鏡162。
[0076] 在本實施例中，如圖4所示，構(gòu)成為來自光源161的近紅外光以入射角45deg.入 射到光柵周期（突條部的間隔）d=l.lym的衍射光柵。另外，使用了數(shù)值孔徑N.A.= 0. 24(張角=14deg.)、焦距=20mm、透鏡口徑g=Cpl0mm的物鏡162。此時，入射到物鏡162 的短波長側(cè)的最小衍射角Θ min為31deg.，其波長λ min為0. 566 μ m，長波長側(cè)的最大衍 射角Gmax為59deg.，其波長Amax為〇·943μπι。另外，在本實施例中，作為檢測部165,使 用了檢測波長區(qū)域為〇. 9 μ m?1. 7 μ m的InGaAs攝像機。因而，入射到物鏡162的一級衍 射光中的由檢測部165檢測的波長區(qū)域為非常狹窄的波長區(qū)域（0. 9 μ m?0. 943 μ m)。
[0077] 另外，如圖5所不，來自衍射光柵20、21的一級衍射光在衍射光柵20、21的寬度方 向上擴散并到達物鏡162 (參照圖5的（a)的主視圖），在衍射光柵20、21的延伸方向上作 為平行光束到達物鏡162 (參照圖5的（b)的側(cè)視圖）。也就是說，如圖5的（c)所示那樣 的四棱錐臺形狀的一級衍射光到達物鏡162。其結(jié)果，入射到物鏡162的一級衍射光作為具 有與光源161的大小相等的寬度的帶狀的光而到達固定反射鏡部31與可動反射鏡部32的 邊界附近，以一部分光在固定反射鏡部31的反射面上發(fā)生反射而剩余的光在可動反射鏡 部32的反射面上發(fā)生反射的方式入射到成像透鏡164。此外，在以下的說明中，將在固定反 射鏡部31處反射的一級衍射光也稱為固定衍射光，將在可動反射鏡部32處反射的一級衍 射光也稱為可動衍射光。
[0078] 入射到成像透鏡164的固定衍射光和可動衍射光在檢測部165的受光面165a上 成像，形成干涉圖像。此時，通過使可動反射鏡部32移動而使固定衍射光與可動衍射光的 光程差發(fā)生變化，由此獲得干渉光強度變化。如上所述，固定衍射光和可動衍射光的波長區(qū) 域非常窄，可以說大致為單一波長的光，因此在此獲得的干渉光強度變化的形狀為單純的 余弦波。
[0079] 穿過窗部14而照射到指尖的光和在衍射光柵20、21處產(chǎn)生一級衍射光的光是從 同一光源射出的光，因此在從光源161發(fā)出的光強度產(chǎn)生了波動的情況下，測量光（散射 光）的干渉光強度變化和一級衍射光的干渉光強度變化二者受其影響。另外，從窗部14至 檢測部165的測量光和一級衍射光的光路是共用的，因此在該共用光路上發(fā)生了外部干擾 的情況下，測量光的干渉光強度變化和一級衍射光的干渉光強度變化二者受到外部干擾的 影響。
[0080] 因此，本實施例的運算處理部43根據(jù)一級衍射光的干渉光強度變化的振幅以及 該一級衍射光與同該一級衍射光相同波長的測量光的相位差來校正測量光的干涉圖，對校 正后的干涉圖進行傅立葉變換來求出分光特性。例如如果設(shè)為獲得如圖6的（a)所示的測 量光的干涉圖和如圖6的（b)所示的衍射光的干渉光強度變化，則通過使用測量光的干涉 圖的干渉光強度相對于一級衍射光的干渉光強度變化的振幅的比來校正該干涉圖。另外， 通過使測量光的干涉圖的相位偏移一級衍射光與測量光之間的相位偏移量，來校正該干涉 圖。由此，能夠抑制光源161的光強度的波動以及光路上發(fā)生的外部干擾的影響，能夠高精 度地求出測量光的干涉圖。
[0081] 圖7中示出使用本實施例的血糖值傳感器10測量試管內(nèi)的葡萄糖濃度而得到的 結(jié)果。如圖7所示，示出了雖然與理論值不完全一致，但吸收率依賴于濃度而變高的趨勢， 得到了葡萄糖濃度與吸收率的良好的相關(guān)性。另外，可知普通人的血液中的葡萄糖濃度大 約是l〇〇mg/dl，但即使在這種低濃度下也能夠檢測葡萄糖濃度。
[0082] 實施例2
[0083] 圖8示出了本發(fā)明的第二實施例所涉及的血糖值傳感器10所使用的窗部14的結(jié) 構(gòu)。在該第二實施例中，與第一實施例的不同點在于：設(shè)置于窗部14的光照射面的衍射光 柵20、21由與該窗部14的一邊相平行的第一突條部和與該突條部正交的第二突條部構(gòu)成。 [0084] 在本實施例中，使第一突條部的間隔（衍射周期）與上述第一實施例的衍射光柵 相同。另一方面，設(shè)為第二突條部的間隔（衍射周期）d = 3. 9 μ m。物鏡161的數(shù)值孔徑、焦 距、透鏡口徑以及來自光源161的近紅外光對于光照射面的入射方向與第一實施例相同。 因而，從第一突條部產(chǎn)生與第一實施例相同的一級衍射光。
[0085] 另一方面，第二突條部與近紅外光的入射方向平行，因此如圖9所示，該近紅外光 以入射角Odeg.入射到第二突條部。因此，在衍射光柵20、21的第二突條部以隔著入射光 的方式射出左右對稱的一級衍射光。具體地說，入射到物鏡162的短波長側(cè)的最小衍射 角Θ min為±8. 3deg.，其一級衍射光的波長λ min為0. 566 μ m，長波長側(cè)的最大衍射角 Θ max為± 14deg.，其一級衍射光的波長λ max為0· 943 μ m。因而，關(guān)于第二突條部中的一 級衍射光，利用由檢測波長區(qū)域為〇· 9 μ m?1. 7 μ m的InGaAs攝像機構(gòu)成的檢測部165檢 測的波長范圍為〇. 9 μ m?0. 943 μ m。
[0086] 根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在本實施例中，如圖10所示，來自衍射光柵20、21的一級衍射光向 衍射光柵20、21的第一突條部和第二突條部二者延伸的方向擴散而到達物鏡162。其結(jié)果 是，入射到物鏡162的一級衍射光中的比第一實施例的血糖值傳感器10寬的光到達固定反 射鏡部31與可動反射鏡部32的邊界部分。因此，易于將一級衍射光一分為二。另外，與第 一實施例相比，能夠使一級衍射光的光強度變強。
[0087] 此外，用作參考光的一級衍射光的光強度與從測量對象發(fā)出的測量光（散射光） 的光強度越接近，則越能夠高精度地校正測量光的干涉圖。因而，可以根據(jù)測量光的光強度 來適當(dāng)決定衍射光柵20、21的形成區(qū)域的大小、是用一組突條部構(gòu)成衍射光柵還是用兩組 突條部構(gòu)成衍射光柵。
[0088] 實施例3
[0089] 圖11示出了本發(fā)明的第三實施例所涉及的血糖值傳感器50。在該第三實施例中， 與第一實施例的不同點在于：代替一級衍射光而將激光用作參考光。具體地說，在該血糖值 傳感器50中，在窗部14的光照射面上設(shè)置有反射膜52、53來代替衍射光柵。另外，激光光 源54與光源161并排地配置在外殼12內(nèi)，來自該激光光源54的光經(jīng)由透鏡55、反射鏡56 以及分束器57入射到窗部14的反射膜52。激光光源54射出作為從光源161射出的光的 波長頻帶的一部分的窄頻帶的激光（單一波長激光）。
[0090] 入射到反射膜52的來自激光光源54的單一波長激光被該反射膜52反射，并入射 到物鏡162而被用作參考光。
[0091] 另一方面，來自光源161的近紅外光分別入射到反射膜53和窗部14的光照射面 中的除反射膜52、53以外的區(qū)域。入射到光照射面中的除反射膜52、53以外的區(qū)域的來自 光源161的近紅外光穿過窗部14到達指尖，由于指尖內(nèi)部的各種生物體成分而發(fā)生散射。 該散射光作為測量光而經(jīng)由指尖的皮膚從窗部14到達外殼12內(nèi)，并入射到物鏡162。另一 方面，入射到反射膜53的來自光源161的近紅外光在該反射膜53上發(fā)生反射，并入射到物 鏡162,被用作參考光。從反射膜53入射到物鏡162的光是鏡面反射光，因此與來自指尖內(nèi) 的散射光相比強度非常大。因此，為了取得與散射光強度的平衡，在反射膜53上安裝了減 光濾波器（未圖示），使得對物鏡162入射強度弱的反射光。此外，從激光光源54射出的激 光也與散射光相匹配地被設(shè)定為較弱的強度。
[0092] 在上述結(jié)構(gòu)中，被反射膜52反射并入射到物鏡162的激光和被反射膜53反射并 入射到物鏡162的近紅外光在分別被移相器163-分為二之后，入射到成像透鏡164。入射 到成像透鏡164的激光在檢測部165的受光面165a上大致會聚到同一點并發(fā)生干渉。另 一方面，入射到成像透鏡164的近紅外光在檢測部165的受光面165a上成像，形成干涉圖 像。
[0093] 此時，通過使可動反射鏡部32移動，來針對作為參考光的激光和近紅外光分別獲 得干渉光強度變化。激光是單一波長，因此與在上述第一實施例中說明的一級衍射光同樣 地，干渉光強度變化為単純的余弦波。從窗部14至檢測部165的測量光（散射光）和激光 的光路是共用的，因此在該共用光路上發(fā)生了外部干擾的情況下，測量光和激光的干渉光 強度變化二者受到外部干擾的影響。因而，在本實施例中，根據(jù)激光的干渉光強度變化的振 幅以及該激光與測量光的相位差來校正測量光的干涉圖。由此，能夠抑制光路上的外部干 擾的影響。
[0094] 另一方面，與測量光（散射光）同樣地，由反射膜53產(chǎn)生的近紅外光的反射光是 多波長，因此其干渉光強度變化成為干涉圖。測量光和來自反射膜53的反射光均受到光源 161的光強度的波動的影響。另外，測量光和來自反射膜53的反射光的從窗部14至檢測部 165的光路是共用的，因此在該共用光路上發(fā)生了外部干擾的情況下，測量光和來自反射膜 53的反射光二者受到外部干擾的影響。因此，在本實施例中，使用反射光的干涉圖的相位和 強度來校正散射光的干涉圖的相位、強度。由此，能夠抑制光路上的外部干擾的影響以及光 源161的光的波動的影響。
[0095] 這樣，在本實施例中，將來自光源161的光和來自激光光源54的光二者用作參考 光，因此能夠更加高精度地求出測量光的干涉圖。
[0096] 此外，本發(fā)明并不限定于上述實施例，能夠進行適當(dāng)?shù)淖兏?。例如，也可以設(shè)置使 物鏡在光軸方向上移動的驅(qū)動機構(gòu)。如果以這種方式構(gòu)成，則能夠變更物鏡的對焦位置、即 測量對象內(nèi)部的測量點的深度。
[0097] 本發(fā)明還能夠應(yīng)用于根據(jù)對半導(dǎo)體等基板照射光時從該基板發(fā)出的反射光（測 量光）的分光特性來檢測基板上是否存在細微缺陷、異物等的裝置。
[0098] 對于固定反射鏡部和可動反射鏡部，能夠使用對不銹鋼板的表面進行鏡面研磨而 得到的反射板、對玻璃基板的表面涂敷鋁等金屬膜而得到的反射板。
[0099] 本發(fā)明還能夠應(yīng)用于如下的傅立葉變換紅外分光光度計（FT-IR):使用 Michelson型干涉儀來測量干涉圖，并對該干涉圖進行傅立葉變換，由此求出光譜（分光特 性）。
[0100] 在上述實施例中使用一種參考光來校正了干涉圖，但也可以使用多種參考光。
[0101] 附圖標(biāo)記說明
[0102] 10、51 :血糖值傳感器；12 :外殼；14 :窗部；16 :分光測量部；161 :光源；162 :物 鏡；163 :移相器；164 :成像透鏡；165 :檢測部；165a :受光面；20、21 :衍射光柵；31 :固定反 射鏡部；32 :可動反射鏡部；33 :驅(qū)動機構(gòu)；40 :控制部；42 :處理部；43 :運算處理部；52 :反 射膜。
【權(quán)利要求】
1. 一種分光特性測量裝置，其特征在于，具備： a) 固定反射部和可動反射部； b) 入射光學(xué)系統(tǒng)，其使從測量對象發(fā)出的測量光入射到上述固定反射部和上述可動反 射部； c) 成像光學(xué)系統(tǒng)，其形成被上述固定反射部反射的測量光與被上述可動反射部反射的 測量光的干渉光； d) 測量光檢測部，其檢測上述測量光的干渉光強度； e) 處理部，其基于通過使上述可動反射部進行移動而獲得的上述測量光的干渉光強度 變化來求出上述測量光的干涉圖； f) 參考光入射單元，其使作為上述測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的波長的參考 光通過上述入射光學(xué)系統(tǒng)入射到上述固定反射部和上述可動反射部； g) 參考光檢測部，其檢測被上述固定反射部反射的參考光與被上述可動反射部反射的 參考光的由上述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的干渉光強度；以及 h) 運算處理部，其基于通過使上述可動反射部進行移動而由上述參考光檢測部檢測出 的上述參考光的干渉光強度變化的振幅、以及上述測量光中的同上述參考光相同波長的測 量光與上述參考光的相位差，來校正上述測量光的干涉圖，基于校正后的干涉圖來求出上 述測量光的光譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分光特性測量裝置，其特征在于，上述參考光入射單元包括： 光源；以及 反射型的衍射光柵，其使從該光源射出的光的一級衍射光作為參考光入射到上述入射 光學(xué)系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分光特性測量裝置，其特征在于， 還具備由透光性構(gòu)件構(gòu)成的板狀的窗部，該窗部的兩個面中的一面是用于載置上述測 量對象的載置面，另一面是光照射面， 上述衍射光柵被設(shè)置在上述光照射面的一部分區(qū)域， 上述光源對整個上述光照射面照射光，并且以使對該光照射面照射光時產(chǎn)生的鏡面反 射光入射不到上述入射光學(xué)系統(tǒng)的角度來對該光照射面照射光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分光特性測量裝置，其特征在于，上述參考光入射單元包括： 光源，其射出作為上述測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的光；以及 反射膜，其反射從上述光源射出的光并使該光入射到上述入射光學(xué)系統(tǒng)。
5. -種分光特性測量方法，其特征在于，包括以下步驟： a) 通過入射光學(xué)系統(tǒng)使從測量對象發(fā)出的測量光入射到固定反射部和可動反射部； b) 形成被上述固定反射部反射的測量光與被上述可動反射部反射的測量光的干渉 光； c) 基于通過使上述可動反射部進行移動而獲得的上述測量光的干渉光強度變化來求 出上述測量光的干涉圖； d) 使作為上述測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的波長的參考光通過上述入射光 學(xué)系統(tǒng)入射到固定反射部和可動反射部； e) 對被上述固定反射部反射的參考光與被上述可動反射部反射的參考光的干渉光強 度進行檢測； f)基于通過使上述可動反射部進行移動而獲得的參考光的干渉光強度變化的振幅、以 及上述測量光中的同上述參考光相同波長的測量光與上述參考光的相位差，來校正上述測 量點的干涉圖，基于校正后的干涉圖來求出上述測量光的光譜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分光特性測量方法，其特征在于， 使通過對衍射光柵照射來自光源的光而在該衍射光柵產(chǎn)生的一級衍射光作為參考光 入射到上述入射光學(xué)系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的分光特性測量方法，其特征在于， 在窗部的光照射面的一部分區(qū)域設(shè)置上述衍射光柵，該窗部是由透光性構(gòu)件構(gòu)成的板 狀的窗部，其兩個面中的一面是用于載置上述測量對象的載置面，另一面是光照射面， 上述光源對整個上述光照射面照射光，并且以使對該光照射面照射光時產(chǎn)生的鏡面反 射光入射不到上述入射光學(xué)系統(tǒng)的角度來對該光照射面照射光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分光特性測量方法，其特征在于， 從光源對反射膜照射作為上述測量光的波長頻帶的一部分的窄頻帶的光，使被該反射 膜反射的光作為參考光入射到上述入射光學(xué)系統(tǒng)。
【文檔編號】A61B5/1455GK104145177SQ201380011702
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】石丸伊知郎 申請人:國立大學(xué)法人香川大學(xué)