專利名稱：光學(xué)元件和使用該光學(xué)元件的光學(xué)測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于以光學(xué)方式測定生物體組織或溶液等樣本從而測定樣本中的葡萄糖、膽固醇、尿素或甘油三酯等的濃度的光學(xué)元件和使用了該光學(xué)元件的光學(xué)測定裝置。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)提出了各種各樣的光學(xué)元件和光學(xué)測定裝置，用來測定生物體組織或溶液中的特定成分。例如，在國際公開01/58355A1中提出了一種使生物體組織接觸具有溝部的光學(xué)元件，利用溝部與生物體組織的折射率的差值求取生物體內(nèi)部的信息的方法。
這里，圖8是國際公開01/58355A1中所提出的現(xiàn)有的具有溝部的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)圖。圖8中的箭頭表示從光源44射出的光的路徑。射入光學(xué)元件41的溝部42的側(cè)面部42a的光(圖8中的箭頭X)穿過生物體組織48后從側(cè)面部42b射出。利用檢測器等對該出射光進(jìn)行檢測，就能夠獲得生物體組織的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖解決的課題上述這樣的現(xiàn)有的光學(xué)元件的溝部42主要是通過平面研磨或超聲波加工等機(jī)械加工或者蝕刻等在光學(xué)元件所用材料的平面上直接形成，但是，這些方法所存在的問題是，容易在所形成的溝部42上產(chǎn)生損傷，難以獲得平滑的加工面，并且難以加工成預(yù)定的形狀。
例如，圖8所示的溝部42是通過使加工面為V字形狀的磨石旋轉(zhuǎn)，并將其推壓在光學(xué)元件所用材料的平面上加工成V字形狀的。這種方法會(huì)導(dǎo)致加工精度和表面粗糙度直接受到磨石形狀的精度的影響，隨著磨石的磨損，溝部42的深度和形狀會(huì)發(fā)生變化，表面粗糙度增大，難以精確地將溝部42加工成預(yù)定的形狀。此外，溝部32的深度和形狀發(fā)生變化、加工出來的表面粗糙度增大后，實(shí)際的光路就會(huì)偏離所設(shè)計(jì)的路徑，光在溝部42的表面發(fā)生散射，導(dǎo)致測定精度降低。
進(jìn)一步，從光源44照射過來的光一般都是平行光，但并不是完全的平行光。因此，經(jīng)溝部42的底面42c反射后的光(圖8中的箭頭Y)、經(jīng)溝部42以外的面反射的光(圖8中的箭頭Z)、以及沒有射入生物體組織48經(jīng)入射面42a和光學(xué)元件42的內(nèi)部反射后射出的光(未圖示)等這些多余光也會(huì)與上述光X同時(shí)被檢測出來，導(dǎo)致測定精度下降。
因此，本發(fā)明借鑒了上述的現(xiàn)有問題，目的是通過容易而且簡便的方法提供一種既能夠簡單地形成、同時(shí)又具有優(yōu)良的測定精度的光學(xué)元件以及使用了該光學(xué)元件的高可靠性的光學(xué)測定裝置。
課題解決辦法本發(fā)明的光學(xué)元件，具備光照射棱鏡，其具有光出射面，照射到樣本上的光從該出射面射出；光接收棱鏡，其具有光接收面，從上述樣本返回的光由該光接收面接收；光強(qiáng)度降低部，設(shè)置在上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡之間，上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡組合在一起，形成了與上述樣本相接觸的凹部，從上述光出射面射出的光在與上述凹部相接觸的上述樣本中直線前進(jìn)，射入上述光接收面。
這里，本發(fā)明中的“光強(qiáng)度降低部”指的是具有使所穿過的光的光量減少的功能的部件或部分。此外，本發(fā)明中所說的“減光”指的是當(dāng)光在大于等于2種介質(zhì)間移動(dòng)時(shí)出射光的光量相對于入射光的光量有所減少，即透過的光量減少。例如，這包括以下情形(i)通過改變介質(zhì)之間的折射率(反射率)從而減少透過的光量；以及(ii)通過對光進(jìn)行攔截(例如反射或吸收等)減少透過的光量。
另外，本發(fā)明的光學(xué)測定裝置，具備本發(fā)明的上述光學(xué)元件；為了使光從上述光照射棱鏡照射到上述樣本而向上述光照射棱鏡射出光線的光源；對從上述樣本返回到上述光接收棱鏡的光進(jìn)行檢測的光檢測器。
發(fā)明的效果借助于本發(fā)明，能夠容易地形成具有凹部的光學(xué)元件，能夠獲得抑制了光學(xué)元件內(nèi)部的反射光等多余光所造成的測定精度下降的光學(xué)元件。
另外，借助于本發(fā)明的光學(xué)元件，能夠容易而且簡便地實(shí)現(xiàn)高可靠性的光學(xué)測定裝置。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示利用圖1的光學(xué)測定裝置測定手指的穿透檢測光量的情況下穿透檢測光量的波長特性的特性圖。
圖3是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置的變形的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的光學(xué)測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的光學(xué)測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的光學(xué)測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示本發(fā)明的第5實(shí)施形態(tài)的光學(xué)測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是具有與樣本相接觸的溝部的現(xiàn)有光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光學(xué)元件具備光照射棱鏡，其具有光出射面，照射到樣本上的光從該出射面射出；光接收棱鏡，其具有光接收面，從上述樣本返回的光由該光接收面接收；光強(qiáng)度降低部，設(shè)置在上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡之間，其特征在于，上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡組合在一起，形成了與上述樣本相接觸的凹部，從上述光出射面射出的光在與上述凹部相接觸的上述樣本中直線前進(jìn)，射入上述光接收面。
借助于這種結(jié)構(gòu)，能夠減少穿過了光照射棱鏡但不穿過樣本的光之中射入光接收棱鏡的光量。即，能夠減少穿過了光照射棱鏡的光之中不穿過樣本而射入光接收棱鏡的光量。此外，能夠抑制多余光到達(dá)在后文敘述的光檢測器，能夠切實(shí)地抑制測定精度的下降。
另外，對構(gòu)成凹部的光照射棱鏡和光接收棱鏡的每個(gè)面進(jìn)行加工后，通過光照射元件和光接收棱鏡的組合形成凹部，因此，在形成凹部之后，不需要對凹部表面進(jìn)行平滑加工。因此，可以容易地形成表面平滑的凹部，能夠獲得不會(huì)因?yàn)楣庠诎疾康纳⑸涠鴮?dǎo)致光學(xué)測定精度下降的光學(xué)元件。
上述凹部可以通過例如對平面形狀的加工面進(jìn)行組合而很容易地構(gòu)成。除此之外，也可以利用公開的技術(shù)利用由階梯形狀等多個(gè)平面所構(gòu)成的復(fù)合平面形成上述凹部。另外，也可以對曲面進(jìn)行組合來形成上述凹部。
另外，由于上述凹部是在將光照射棱鏡和光接收棱鏡加工成預(yù)定形狀后對其進(jìn)行組合而形成的，因此，特別容易以高精度對凹部的底部進(jìn)行加工。
上述光強(qiáng)度降低部也可以是設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的間隙部。
借助于這種結(jié)構(gòu)，由于光照射棱鏡和光接收棱鏡的折射率與間隙部的折射率不同，在各個(gè)界面上會(huì)產(chǎn)生反射光，因此，能夠減少穿過光照射棱鏡的光之中不穿過樣本而射入光接收棱鏡的光量。此外，能夠抑制多余光到達(dá)在后文敘述的光檢測器，能夠切實(shí)地抑制測定精度的下降。
另外，上述光強(qiáng)度降低部也可以是設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的遮光部。
借助于這種結(jié)構(gòu)，利用設(shè)置在光照射棱鏡和光接收棱鏡之間的遮光部，能夠攔截穿過光照射棱鏡的光之中不穿過樣本而射入光接收棱鏡的光。此外，能夠抑制多余光到達(dá)在后文敘述的光檢測器，能夠切實(shí)地抑制測定精度的下降。
進(jìn)一步，本發(fā)明的光學(xué)元件最好是具備設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的隔離物。
借助于這種結(jié)構(gòu)，通過改變隔離物的厚度從而改變光照射棱鏡和光接收棱鏡之間的距離，能夠容易地調(diào)整樣本中深度方向的測定位置。如擴(kuò)大光照射元件與光接收元件之間的距離，則樣本所接觸的凹部更深入，其結(jié)果就能夠測定樣本的深入位置。反之，如果縮小光照射元件與光接收元件之間的距離，則樣本難以深入凹部，其結(jié)果是能夠測定樣本的表層部。
另外，隔離物可以使用與上述光強(qiáng)度降低部相同的材料構(gòu)成。例如，如果使用折射率低于光照射棱鏡和光接收棱鏡的材料來形成隔離物，就能夠使該隔離物具備與上述光強(qiáng)度降低部相同的作用。
最好是，上述光照射棱鏡的上述光出射面是與上述樣本接觸的平面狀的第1傾斜部，上述光接收棱鏡的上述光接收面是與上述樣本接觸的平面狀的第2傾斜部，上述第1傾斜部和上述第2傾斜部相互面對形成上述凹部，并且上述凹部在與上述第1傾斜部和上述第2傾斜部垂直的方向上的剖面大致呈V字形狀。
借助于這種結(jié)構(gòu)，分別對第1傾斜部和第2傾斜部進(jìn)行光學(xué)研磨后，將第1傾斜部和第2傾斜部置為相對位置，形成接觸樣本的V字形狀的凹部，因此，很容易地得到具有平滑表面而且光學(xué)精度很高的凹部。另外，當(dāng)凹部形狀是V字形狀的情況下，樣本容易固定，能夠穩(wěn)定光路長度。
進(jìn)一步，本發(fā)明的光學(xué)元件最好是具備遮蓋，該遮蓋覆蓋著上述凹部的一部分并且與上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡組合起來形成樣本保存部。這種遮蓋可以由覆蓋著例如上述光照射棱鏡的側(cè)面、上述光出射棱鏡的側(cè)面并且使上述凹部的上面敞開而配置的第1遮蓋和第2遮蓋構(gòu)成。
借助于這種結(jié)構(gòu)，由于凹部的側(cè)面被光照射棱鏡、光接收棱鏡和遮蓋所包圍，因此，即使樣本是液體狀態(tài)，也能夠在具有樣本保存部功能的凹部內(nèi)保存住樣本，使其不會(huì)灑出去。
進(jìn)一步，本發(fā)明的光學(xué)元件最好是具備調(diào)整單元，用來調(diào)整上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的距離。
借助于這種結(jié)構(gòu)，能夠容易而簡便地改變光照射棱鏡和光接收棱鏡的距離，能夠更容易而簡便地調(diào)整樣本深度方向的測定位置。如果擴(kuò)大光照射棱鏡與光接收棱鏡之間的距離，樣本所接觸的凹部更深入，其結(jié)果就能夠測定樣本的深入位置。反之，如果縮小光照射元件與光接收元件之間的距離，則樣本難以深入凹部，其結(jié)果是能夠測定樣本的表層部。
本發(fā)明的光學(xué)測定裝置的特征在于，其具備本發(fā)明的上述的光學(xué)元件；為了使光從上述光照射棱鏡照射到上述樣本而向上述光照射棱鏡射出光線的光源；對從上述樣本返回到上述光接收棱鏡的光進(jìn)行檢測的光檢測器。
借助于這種結(jié)構(gòu)，通過使用上述本發(fā)明的光學(xué)元件，能夠以容易而簡便的方法提供一種高可靠性的光學(xué)測定裝置。
本發(fā)明的光學(xué)測定裝置最好是具備配置在上述光接收棱鏡和上述光檢測器之間的分光元件。
借助于這種結(jié)構(gòu)，能夠更切實(shí)地僅將測定所需的光發(fā)送到光檢測器，提高測定精度。
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明有代表性的實(shí)施方式。不過，在以下說明中，對于相同或相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的符號，有時(shí)候省略其重復(fù)說明。
此外，以下說明的實(shí)施方式表示的是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，并不對本發(fā)明構(gòu)成限定。
圖1是表示使用了本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的光學(xué)元件(測定元件)的光學(xué)測定裝置(成分濃度測定裝置)的結(jié)構(gòu)的圖，圖中的箭頭表示光路。下面首先說明光學(xué)元件。
如圖1所示，光學(xué)元件12是將向樣本照射光線的光照射棱鏡13和用來接收從樣本返回的光的光接收棱鏡14組合為一體而構(gòu)成的，光照射棱鏡13與光接收棱鏡14之間形成了用來接觸樣本的凹部15。此外，在本實(shí)施方式中，光照射棱鏡13與光接收棱鏡14之間形成了用來在兩者之間攔截光線的遮光部作為光強(qiáng)度降低部19。
凹部15如下形成，將光照射棱鏡13中接觸樣本的第1傾斜部13a和光接收元件14中接觸樣本的第2傾斜部14a分別進(jìn)行研磨后成為平滑面，然后，將光照射棱鏡13和光接收元件14連接起來，使第1傾斜部13a和第2傾斜部14a相對形成V字形狀。
在將光照射棱鏡13和光接收棱鏡14連接起來之前要對平面狀的第1傾斜部13a和第2傾斜部14a分別進(jìn)行光學(xué)研磨，因此，能夠很容易地使第1傾斜部13a和第2傾斜部14a變得平滑。因此，可以很容易地得到具有高光學(xué)精度面的凹部15。
另外，本實(shí)施方式的光學(xué)元件12能夠分解為光照射棱鏡13和光接收棱鏡14，因此，與現(xiàn)有的不可分解的光學(xué)元件(參照圖8)相比，容易對凹部進(jìn)行清潔。
光照射棱鏡13和光接收棱鏡14的構(gòu)成材料可以使用該領(lǐng)域眾所周知的材料。
在對吸收峰值位于中紅外區(qū)域的物質(zhì)進(jìn)行測定的情況下，可以使用硅、鍺、SiC、金剛石、ZnSe、ZnS或KrS等。
就像吸收峰值為波數(shù)1033cm1和1080cm1的葡萄糖那樣，在對吸收峰值位于中紅外區(qū)域的物質(zhì)進(jìn)行測定的情況下，考慮到其紅外波長約為9～10微米、透射率高而且加工性好、機(jī)械強(qiáng)度高，因此優(yōu)選使用硅或鍺。
另外，在對吸收峰值位于近紅外區(qū)域的物質(zhì)進(jìn)行測定的情況下，可以使用熔化石英、單晶硅、光學(xué)玻璃、或透明樹脂等。
本實(shí)施方式中的光強(qiáng)度降低部19是例如膜狀、片狀、板狀或棒狀的遮光部，其具備的功能是防止穿過光照射棱鏡的光之中沒有到達(dá)凹部的光——即沒有穿過樣本的光射入光接收棱鏡。
遮光部中優(yōu)選使用Al、Cu或Ag等金屬反射膜、Cr或黑墨等吸收膜、或者電介質(zhì)多層膜。也可以使用由金屬層和電介質(zhì)層形成的多層膜。這種情況下的遮光部的成膜方法使用真空蒸鍍法、濺射法或CVD法等眾所周知的方法即可。另外，既可以在光照射棱鏡13或光接收棱鏡14的表面上直接成膜，也可以在兩個(gè)棱鏡上分別成膜后將它們連接起來。
另外，上述遮光部除了使用由上述膜的材料所構(gòu)成的板片之外，也可以使用例如鋁箔或Cu金屬片等。既可以在光照射棱鏡13或光接收棱鏡14上直接粘貼金屬片，也可以在兩個(gè)棱鏡上分別粘貼金屬片之后將兩者粘合起來。
進(jìn)一步，上述遮光部也可以使用由上述膜或上述板片的材料構(gòu)成的板。
利用具有如上所述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的光學(xué)元件12就能夠制作出本實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置。本實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置具備光學(xué)元件12、發(fā)出光的光源11、對經(jīng)由光接收棱鏡14從樣本返回的光進(jìn)行分光的分光元件16、以及對穿過分光元件16的光進(jìn)行檢測的光檢測器17。利用上述光學(xué)精度高的光學(xué)元件12就能夠提高測定精度，獲得高可靠性。
另外，光強(qiáng)度降低部19防止了上述沒有穿過樣本的光射入光接收棱鏡，因此，沒有穿過樣本、從形成凹部的面反射回來的光以及光源發(fā)出的多余光不會(huì)到達(dá)光檢測器17。因此，提高了光學(xué)測定裝置的S/N比。
這里，光源11只要是包含作為測定對象的測定成分的吸收波長的光，其可選范圍并沒有特別的限定。
例如，如果是中紅外區(qū)域的光，可以使用例如將SiC燒結(jié)成棒狀的格羅巴光源(a Globar light source)、CO2激光器、鎢燈、紅外脈沖光源或QCL光源等。
在對葡萄糖這樣的在中紅外區(qū)域具有強(qiáng)吸收峰值的物質(zhì)進(jìn)行測定的情況下，優(yōu)選使用例如格羅巴光源、紅外脈沖光源或QCL光源。
另外，在對吸收峰值位于近紅外區(qū)域的物質(zhì)進(jìn)行測定的情況下，可以使用例如鹵素光源、半導(dǎo)體激光器或LED等。眾所周知，葡萄糖不僅在中紅外區(qū)域，在近紅外區(qū)域也存在吸收峰值，優(yōu)選使用例如LED光通信所用的DFB激光器或DBR激光器。
分光元件16中可以使用例如光柵元件或光學(xué)濾波器元件等。另外，也可以使用FT-IR或激光器分光等。此外，分光元件的位置沒有特別限定。
另外，光檢測器17中可以使用該領(lǐng)域眾所周知的材料。例如，在中紅外區(qū)域使用了熱電傳感器或熱電堆、熱敏電阻、MCT檢測器(量子型檢測器的一種——HgCdTe檢測器)。在近紅外區(qū)域使用了例如InGaAs檢測器、光電二極管、PbS檢測器、InSb檢測器、InAs檢測器、或這些檢測器的傳感器陣列等。
接著說明利用上述本發(fā)明中的光學(xué)測定裝置進(jìn)行成分濃度測定的測定方法。這里說明對手指的生物體組織進(jìn)行測定的情形。
首先，將手指18按壓貼靠到光學(xué)元件12的凹部15。這時(shí)，如圖1所示，輕輕按壓即可使手指18陷入凹部15。接著，使光線照射到手指18的陷入部分后，從光源11射出的光到達(dá)光學(xué)元件12的光照射棱鏡13，并且到達(dá)光照射棱鏡13的光會(huì)到達(dá)設(shè)在光學(xué)元件12的凹部15或遮光部19。
然后，到達(dá)光強(qiáng)度降低部19的光被吸收或反射，以使其不射入光接收棱鏡14。到達(dá)凹部15的光在從凹部15射出時(shí)由于光照射棱鏡13和手指18的折射率差異而發(fā)生折射，穿過手指18。
另一方面，穿過手指18的光射入光接收棱鏡14。由于光沿著上述路徑前進(jìn)，光接收棱鏡14就能夠很容易地接收到在手指18中直線前進(jìn)的大部分光，而穿過光接收棱鏡14的光則經(jīng)由分光元件16到達(dá)光檢測器17。根據(jù)光檢測器17檢測到的光，就能夠計(jì)算出例如葡萄糖濃度等生物體組織的參數(shù)。
光在手指18中的透射距離并沒有特別的限制，可以設(shè)定為例如1～2mm左右。另外，凹部15中由第1傾斜部和第2傾斜部所形成的角度并沒有特別的限制，可以設(shè)定為例如90度。
這里，光相對于作為樣本的手指18的入射角度由凹部15的形狀、光照射棱鏡13和光接收棱鏡14的折射率等決定。光照射棱鏡13和光接收棱鏡14的折射率最好是大于樣本的折射率。在進(jìn)行測定時(shí)，最好是盡可能地使穿過樣本的光到達(dá)光檢測器17，因此，最好是不僅要考慮光學(xué)元件12的折射率，而且要考慮樣本的折射率來設(shè)定凹部15的形狀和光相對于手指18的入射角度。
另外，分光元件16能夠僅使例如成分濃度檢測所必需的光透射過去。根據(jù)光檢測器17所檢測到的光計(jì)算出成分濃度。即，不同成分會(huì)使特定波長的光被吸收而減少，該減光量依賴于成分濃度，因此成分濃度可以根據(jù)減光量計(jì)算出來。
接著，在圖2中表示出利用上述本發(fā)明的光學(xué)測定裝置測定手指18的生物體組織的結(jié)果的一個(gè)實(shí)例。橫軸表示波長，縱軸表示檢測到的光量的任意值。另外，A表示將手指18押靠到凹部之前的測定結(jié)果，B表示將手指18押靠到凹部時(shí)的測定結(jié)果。
由這些結(jié)果可知，押靠手指18時(shí)的頻譜與押靠手指18之前的頻譜相比變化很大。這是因?yàn)?，光?1發(fā)出的光的大部分被手指18中的水、葡萄糖、中性脂肪和膽固醇等血液成分及構(gòu)成手指18的各種成分所吸收，光量減少。例如，1.4微米的光被大量減少，這與水的吸收頻譜相當(dāng)，表示生物體內(nèi)存在水分。
另外，圖3是表示本實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置的變形的結(jié)構(gòu)的圖。這種變形是用來測定溶液或液體等樣本液的成分濃度的，除了具備與圖1相同的光源11、光學(xué)元件12、光照射棱鏡13、光接收棱鏡14、凹部15、分光元件16及光檢測器17之外，光學(xué)元件12進(jìn)一步具有第1測定遮蓋20a和第2測定遮蓋20b。
第1測定遮蓋20a和第2測定遮蓋20b使凹部15的上方敞開，同時(shí)又覆蓋著光照射棱鏡13和光接收棱鏡14。
即，凹部15被第1傾斜部13a、第2傾斜部14a、第1測定遮蓋20a和第2測定遮蓋20b包圍，具有保存樣本液21的樣本保存部功能。因此，樣本液21能夠保存在凹部15中，不會(huì)灑出來。
借助于這種結(jié)構(gòu)，本變形中僅需如此對圖1的結(jié)構(gòu)追加這種測定遮蓋，就能夠很容易地測定樣本液的成分。
圖4是表示使用了本發(fā)明的光學(xué)元件(測定元件)的本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的光學(xué)測定裝置(成分濃度測定裝置)的結(jié)構(gòu)的圖，圖中的箭頭表示光路。下面首先說明光學(xué)元件。
如圖4所示，光學(xué)元件12是將向樣本照射光線的光照射棱鏡13和用來接收從樣本返回的光的光接收棱鏡14組合為一體而構(gòu)成的，光照射棱鏡13與光接收棱鏡14之間形成了用來接觸樣本的大致呈V字形狀的凹部15。此外，在本實(shí)施方式中，光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間設(shè)有光強(qiáng)度降低部19，其規(guī)定了光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離，并且減少了穿過光照射棱鏡13但不穿過樣本的光之中射入光接收棱鏡14的光量。
該光強(qiáng)度降低部19是由折射率小于例如光照射棱鏡13和光接收棱鏡14的折射率的材料(例如玻璃或塑料等)構(gòu)成的，其功能是利用折射率(即反射率)的變化來減少穿過光照射棱鏡13但不穿過樣本的光之中射入光接收棱鏡14的光量。
光強(qiáng)度降低部19的厚度(寬度)即光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離并沒有特別限定，但在測定例如生物體組織的情況下，如果光路過長，則水的吸收過大，因此優(yōu)選是小于等于3mm。
在本實(shí)施方式中，光強(qiáng)度降低部19具有長方體形狀，凹部15通過光照射棱鏡13、光接收棱鏡14和光強(qiáng)度降低部19的組合形成為大致呈V字形狀。另外，光照射棱鏡13中接觸樣本的平面狀的第1傾斜部13a和光接收棱鏡14中接觸樣本的平面狀的第2傾斜部14a相向配置，分別構(gòu)成凹部15的側(cè)面部，光強(qiáng)度降低部19的上表面位于第1傾斜部13a的下端和第2傾斜部14a的下端之間，構(gòu)成凹部15的底面部。
因此，改變光強(qiáng)度降低部19的厚度(寬度)就能夠很容易地改變穿過凹部15的光的光路。即，如果增加光強(qiáng)度降低部19的厚度，則光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離增大，生物體組織深入到凹部15，能夠測定較深部位的生物體組織。另外，如果減小光強(qiáng)度降低部19的厚度，則光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離縮小，能夠測定較表層的生物體組織。按照這種方式，使光強(qiáng)度降低部19發(fā)揮隔離物的作用，通過適當(dāng)設(shè)定該光強(qiáng)度降低部19的厚度，就能夠以期望的測定深度對生物體組織進(jìn)行測定。
這里，手指18的組織包含最表面的表皮18a、其下部的真皮18b和皮下脂肪18c。例如，在測定葡萄糖濃度時(shí)，優(yōu)選是測定表皮18a和皮下脂肪18c之間的真皮18b，并最好是使較多光線穿過該部分。
如果使用的是例如波長1600nm的葡萄糖的吸收波長，則光在手指18中所穿過的距離設(shè)定為1～2mm左右即可。如超過3mm，水的吸收量會(huì)增大。另外，凹部15所形成的大致呈V字形的角度(第1傾斜部和第2傾斜部所形成的角度)設(shè)定為90度～120度即可。
利用本實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置，既能夠獲得與上述第1實(shí)施方式相同的效果，又能夠利用光檢測器17檢測到穿過手指18的真皮18b的大多數(shù)光。另外，在光學(xué)元件12中，配置能夠發(fā)揮光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的隔離物作用的光強(qiáng)度降低部19，改變光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離使測定深度相對于個(gè)體達(dá)到最優(yōu)化，就能夠增加穿過手指18中特定部分的光量，增大光檢測器17中基于該光線所產(chǎn)生的信號強(qiáng)度。因此，利用本實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置，能夠增大所檢測到的光的S/N比，實(shí)現(xiàn)高精度的成分濃度測定。
圖5是表示使用了本發(fā)明的光學(xué)元件(測定元件)的本發(fā)明的第3實(shí)施方式中的光學(xué)測定裝置(成分濃度測定裝置)的結(jié)構(gòu)的圖，圖中的箭頭表示光路。下面首先說明光學(xué)元件。此外，對于第3實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置中與第2實(shí)施方式相同的部分省略其說明。
本實(shí)施方式的光強(qiáng)度降低部29也具有隔離物的作用。與位于光照射棱鏡23和光接收棱鏡24中的凹部25下方的后文敘述的光強(qiáng)度降低部29相對的部分是由越靠近下方光照射棱鏡23和光接收棱鏡24之間的距離就越大的平面狀的傾斜部23b和24b構(gòu)成的。在傾斜部23b和24b的垂直方向上的剖面為梯形的光強(qiáng)度降低部29以與傾斜部23b和24b相接觸的狀態(tài)配置在光照射棱鏡23和光接收棱鏡24之間。
光照射棱鏡23和光接收棱鏡24的側(cè)面及底面上設(shè)置了用來調(diào)整光照射棱鏡23和光接收棱鏡24之間的距離的調(diào)整單元。
該調(diào)整單元由用來在上下方向上移動(dòng)光強(qiáng)度降低部29的移動(dòng)元件——螺釘21、用來保持螺釘21的保持部26、以及設(shè)置在保持部26和光照射棱鏡23及保持部26和光接收棱鏡24的縫隙中可變形的變形元件27和28構(gòu)成。
螺釘21配置在光強(qiáng)度降低部29的下方，利用螺釘21將光強(qiáng)度降低部29向下按壓，就會(huì)將光強(qiáng)度降低部29推向上方。這時(shí)，如果推移量小就能夠?qū)⒐庹丈淅忡R23和光接收棱鏡24之間的距離設(shè)定得較短；推移量大就能夠?qū)⒐庹丈淅忡R23和光接收棱鏡24之間的距離設(shè)定得較長。變形元件27和28將伴隨著光照射棱鏡23和光接收棱鏡24的移動(dòng)的位移量彈性吸收。
雖然圖中沒有表示出來，但最好是從光照射棱鏡23和光接收棱鏡24的側(cè)面部以螺釘緊固，以使移動(dòng)后的光照射棱鏡23和光接收棱鏡24不再移動(dòng)。另外，也可以使用粘合劑進(jìn)行固定。
此外，在本實(shí)施方式中，在移動(dòng)元件中使用了螺釘21，但移動(dòng)元件并不限于此。
變形元件27和28可以使用例如具有彈性的材料或彈力材料。對于具有彈性的材料并沒有特別的限定，可以使用例如丙烯酸橡膠、聚氨酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠、丁苯橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠或丁基橡膠等。
構(gòu)成保持部26的材料雖然沒有特別的限定，但優(yōu)選使用塑料或金屬等。金屬優(yōu)選例如鋁或不銹鋼等。
圖6是表示使用了本發(fā)明的光學(xué)元件(測定元件)的本發(fā)明的第4實(shí)施方式中的光學(xué)測定裝置(成分濃度測定裝置)的結(jié)構(gòu)的圖，圖中的箭頭表示光路。下面首先說明光學(xué)元件。此外，對于第4實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置中與第1實(shí)施方式相同的部分省略其說明。
本實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置由光照射棱鏡13和光接收棱鏡14隔著隔離物39組合而成，除了具備由光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的間隙部所形成的光強(qiáng)度降低部19之外，其他部分與第1實(shí)施方式相同。
在本實(shí)施方式中，間隙部的光折射率比光照射棱鏡13和光接收棱鏡14的折射率小，因此，能夠減少穿過了光照射棱鏡13的光之中不穿過樣本而射入光接收棱鏡14的光量。此外，能夠抑制不需要檢測的多余光到達(dá)，能夠切實(shí)地抑制測定精度的下降。
圖7是表示使用了本發(fā)明的光學(xué)元件(測定元件)的本發(fā)明的第5實(shí)施方式中的光學(xué)測定裝置(成分濃度測定裝置)的結(jié)構(gòu)的圖，圖中的箭頭表示光路。下面首先說明光學(xué)元件。此外，對于第5實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置中與第2實(shí)施方式相同的部分省略其說明。
本實(shí)施方式的光學(xué)測定裝置由光照射棱鏡13和光接收棱鏡14隔著隔離物39組合而成，隔離物39和光照射棱鏡13之間以及隔離物39和光接收棱鏡14之間設(shè)置了由膜狀遮光部構(gòu)成的光強(qiáng)度降低部19。
隔離物39具有長方體形狀，凹部15通過光照射棱鏡13、光接收棱鏡14、隔離物39和光強(qiáng)度降低部19的組合形成為大致呈V字形狀。另外，光照射棱鏡13中接觸樣本的平面狀的第1傾斜部13a和光接收棱鏡14中接觸樣本的平面狀的第2傾斜部14a相向配置，分別構(gòu)成凹部15的側(cè)面部，隔離物19的上表面位于第1傾斜部13a的下端和第2傾斜部14a的下端之間，構(gòu)成凹部15的底面部。
因此，改變隔離物39的厚度(寬度)就能夠很容易地改變穿過凹部15的光的光路。即，如果增加隔離物39的厚度，則光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離增大，生物體組織深入到凹部15，能夠測定更深部位的生物體組織。另外，如果減小隔離物19的厚度，則光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離縮小，能夠測定較表層的生物體組織。按照這種方式，通過適當(dāng)設(shè)定隔離物39的厚度，就能夠以期望的測定深度對生物體組織進(jìn)行測定。
在對第1傾斜部13a和第2傾斜部14a分別進(jìn)行光學(xué)研磨成為平滑面之后，將光照射棱鏡13和光接收棱鏡14夾著隔離物39連接起來，使第1傾斜部13a和第2傾斜部14a相對，由此很容易地形成了有光線穿過的凹部15的側(cè)面部。另外，在將光照射棱鏡13和光接收棱鏡14連接起來之前要對平面狀的第1傾斜部13a和第2傾斜部14a分別進(jìn)行光學(xué)研磨，因此，能夠很容易地使第1傾斜部13a和第2傾斜部14a變得平滑。因此，可以很容易地得到具有高光學(xué)精度面的凹部15。
隔離物39的材料并沒有特別的限定，但優(yōu)選是機(jī)械強(qiáng)度高、容易吸收和透過測定所用的光線并且不易反射的材質(zhì)。例如，優(yōu)選是玻璃或塑料，如果使用折射率低于光照射棱鏡13和光接收棱鏡14的材質(zhì)，就能夠使該隔離物39具備如上述光強(qiáng)度降低部的功能。
隔離物39的厚度(寬度)即光照射棱鏡13和光接收棱鏡14之間的距離并沒有特別限定，但在測定例如生物體組織的情況下，如果光路過長，則水的吸收過大，因此優(yōu)選是小于等于3mm。
此外，可以采用上述實(shí)施方式中的材料作為光強(qiáng)度降低部19。
以上說明了本發(fā)明的最佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施方式，而是可以根據(jù)權(quán)利要求書所記述的范圍通過各種結(jié)構(gòu)要素的組合作出設(shè)計(jì)變更。
例如，在上述實(shí)施方式中凹部15、25大致呈V字形狀，但也可以將第1傾斜部和第2傾斜部做成曲面，形成大致呈U字形狀的凹部，或者將第1傾斜部和第2傾斜部做成階梯形，形成階梯型凹部。
在上述實(shí)施方式中針對以手指為樣本的情形進(jìn)行了說明，但樣本并不限定于此。除了手指之外，也可以測定例如嘴唇、前臂和耳朵等生物體組織。
另外，在第1實(shí)施方式的變形中針對處于靜止?fàn)顟B(tài)的樣本液進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此，也可以測定流體。例如，將樣本液流入的流道連接到與第1測定遮蓋20a的凹部15相對應(yīng)的側(cè)面，將樣本液流出的流道連接到與第2測定遮蓋20b的凹部15相對應(yīng)的側(cè)面，將凹部15用作樣本液的流道，由此也可以很容易地測定流體中的成分。
工業(yè)適用性本發(fā)明的光學(xué)元件和光學(xué)測定裝置適合應(yīng)用于測定例如液體、溶液、流體及生物體組織等的成分濃度的裝置。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.(修改后)一種光學(xué)元件，其具備光照射棱鏡，其具有光出射面，照射到樣本上的光從該出射面射出；光接收棱鏡，其具有光接收面，從上述樣本返回的光由該光接收面接收；光強(qiáng)度降低部，設(shè)置在上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡之間，上述光強(qiáng)度降低部是設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的遮光部，上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡組合在一起，形成了與上述樣本相接觸的凹部，從上述光出射面射出的光在與上述凹部相接觸的上述樣本中直線前進(jìn)，射入上述光接收面。
2.(修改后)如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，還具備設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的間隙部。
3.(刪除)4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其進(jìn)一步具備設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的隔離物。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，上述光照射棱鏡的上述光出射面是與上述樣本接觸的平面狀的第1傾斜部，上述光接收棱鏡的上述光接收面是與上述樣本接觸的平面狀的第2傾斜部，上述第1傾斜部和上述第2傾斜部相互面對形成上述凹部，并且上述凹部在與上述第1傾斜部和上述第2傾斜部垂直的方向上的剖面大致呈V字形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其具備遮蓋，該遮蓋覆蓋著上述凹部的一部分并且與上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡組合起來形成樣本保存部。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其進(jìn)一步具備調(diào)整單元，用來調(diào)整上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的距離。
8.一種光學(xué)測定裝置，其具備如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件；
為了使光從上述光照射棱鏡照射到上述樣本而向上述光照射棱鏡射出光線的光源；對從上述樣本返回到上述光接收棱鏡的光進(jìn)行檢測的光檢測器。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)測定裝置，其具備配置在上述光接收棱鏡和上述光檢測器之間的分光元件。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，其具備光照射棱鏡，其具有光出射面，照射到樣本上的光從該出射面射出；光接收棱鏡，其具有光接收面，從上述樣本返回的光由該光接收面接收；光強(qiáng)度降低部，設(shè)置在上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡之間，上述光照射棱鏡與上述光接收棱鏡組合在一起，形成了與上述樣本相接觸的凹部，從上述光出射面射出的光在與上述凹部相接觸的上述樣本中直線前進(jìn)，射入上述光接收面。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，上述光強(qiáng)度降低部是設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的間隙部。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，上述光強(qiáng)度降低部是設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的遮光部。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其進(jìn)一步具備設(shè)置在上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的隔離物。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，上述光照射棱鏡的上述光出射面是與上述樣本接觸的平面狀的第1傾斜部，上述光接收棱鏡的上述光接收面是與上述樣本接觸的平面狀的第2傾斜部，上述第1傾斜部和上述第2傾斜部相互面對形成上述凹部，并且上述凹部在與上述第1傾斜部和上述第2傾斜部垂直的方向上的剖面大致呈V字形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其具備遮蓋，該遮蓋覆蓋著上述凹部的一部分并且與上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡組合起來形成樣本保存部。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其進(jìn)一步具備調(diào)整單元，用來調(diào)整上述光照射棱鏡和上述光接收棱鏡之間的距離。
8.一種光學(xué)測定裝置，其具備如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件；為了使光從上述光照射棱鏡照射到上述樣本而向上述光照射棱鏡射出光線的光源；對從上述樣本返回到上述光接收棱鏡的光進(jìn)行檢測的光檢測器。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)測定裝置，其具備配置在上述光接收棱鏡和上述光檢測器之間的分光元件。
全文摘要
提供了一種不需要對光學(xué)元件所用材料進(jìn)行機(jī)械加工或蝕刻就能夠形成與樣本相接觸的溝部、并且不會(huì)因?yàn)楣庠谠摐喜康纳⑸涠档凸鈱W(xué)測定精度的光學(xué)元件。該光學(xué)元件由以下部分構(gòu)成光照射棱鏡，其具有光出射面，照射到樣本上的光從該出射面射出；光接收棱鏡，其具有光接收面，從樣本返回的光由該光接收面接收；光強(qiáng)度降低部，設(shè)置在光照射棱鏡和光接收棱鏡之間。將光照射棱鏡和光接收棱鏡組合成接觸樣本的凹部，從而從光出射面射出的光在與凹部接觸的樣本中直線前進(jìn)，射入上述光接收面。
文檔編號G01N21/27GK1942754SQ200680000139
公開日2007年4月4日 申請日期2006年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者內(nèi)田真司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社