WO2013129519A1 - 分光特性測定装置及び分光特性測定方法 - Google Patents

分光特性測定装置及び分光特性測定方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a spectral characteristic measuring apparatus and a spectral characteristic measuring method capable of non-invasively measuring biological components such as blood sugar and blood cholesterol, or used for semiconductor defect evaluation.
  • blood glucose blood glucose
  • blood cholesterol blood cholesterol
  • Patent Document 1 discloses that a biological component is obtained from the spectral characteristics of light (object light) emitted from a biological component inside the subject site as a result of irradiating light on the subject site of the subject. The method is described.
  • an interferogram of a biological component is obtained by using an interference phenomenon of an object light beam generated from each bright spot that optically configures the biological component, and the interferogram is Fourier transformed.
  • the spectral characteristic (spectrum) of the object light is acquired.
  • object light such as transmitted light and diffused / scattered light generated from each bright spot is guided to a fixed mirror section and a movable mirror section that are phase shifters via an objective lens, and reflected from these two mirror sections.
  • the object light beam interferes with the image plane.
  • the movable mirror unit is moved by a piezo element or the like, and a phase difference corresponding to the amount of movement of the movable mirror unit is given to the object light beam reflected from the fixed mirror unit and the movable mirror unit.
  • the intensity of the light changes to form a so-called interferogram.
  • a spectral characteristic (spectrum) of the object light can be acquired by performing a Fourier transform on the interferogram.
  • the concentration value of a specific individual is significant relative to the average concentration value of a specific population of these specific components.
  • the concentration value of biological components such as blood glucose (glucose) and cholesterol in the blood is absorbed or reflected by the specific component in the light transmitted through the blood by irradiating light to the blood vessel or reflected light (1 Alternatively, it can be obtained by measuring the intensity of light of a specific wavelength.
  • the intensity of measurement light changes due to disturbances such as changes in the amount of light from the light source, changes in the surrounding environment such as temperature and humidity, and movement errors of the movable mirror, and the concentration of specific components is measured with high accuracy.
  • Such a problem also occurs when a minute defect of a semiconductor substrate is detected from the spectral characteristics of light emitted from the semiconductor substrate when the semiconductor substrate is irradiated with light.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a spectral characteristic measuring apparatus and a spectral characteristic measuring method capable of measuring the spectral characteristic of a measurement object with high accuracy while suppressing the influence of disturbance.
  • the spectral characteristic measuring apparatus of the present invention made to solve the above problems is a) a fixed reflector and a movable reflector; b) an incident optical system that makes measurement light emitted from a measurement object incident on the fixed reflection portion and the movable reflection portion; c) an imaging optical system that forms interference light between the measurement light reflected by the fixed reflection portion and the measurement light reflected by the movable reflection portion; d) a measurement light detector for detecting the interference light intensity of the measurement light; e) a processing unit for obtaining an interferogram of the measurement light based on a change in interference light intensity of the measurement light obtained by moving the movable reflection unit; f) reference light incident means for causing a reference light having a narrow band wavelength, which is a part of the wavelength band of the measurement light, to enter the fixed reflecting portion and the movable reflecting portion through the incident optical system; g) a reference light detection unit that detects an interference light intensity formed by the imaging optical system of the reference light reflected by the fixed reflection unit and
  • light having a narrow band wavelength means light having a wavelength range of ⁇ 30 nm centered on the peak wavelength or a wavelength range narrower than this, and is emitted from a semiconductor laser light source (laser diode).
  • laser light source laser diode
  • Single-wavelength laser light also corresponds to light of a narrow band wavelength.
  • the reference light incident means may be composed of a light source and a reflective diffraction grating that causes the first-order diffracted light emitted from the light source to enter the incident optical system as reference light.
  • the light source irradiates the entire light irradiation surface with light, and the regular reflection light generated when the light irradiation surface is irradiated with light is incident on the light irradiation surface at an angle at which the light does not enter the incident optical system. It is good to comprise so that light may be irradiated.
  • region except a diffraction grating among the light irradiation surfaces of a window part reaches a measuring object through a window part.
  • measurement light such as scattered light and fluorescence is emitted from the measurement target, and the measurement light reaches the incident optical system through the window.
  • the light irradiated on the diffraction grating out of the light irradiation surface of the window part is incident on the incident optical system as reference light with the first-order diffracted light having an emission angle determined by its wavelength and incident angle, and the grating period of the diffraction grating. .
  • the apparatus can be miniaturized.
  • specular reflection light (0th order light) generated when light from the light source is irradiated on the light irradiation surface of the window portion does not enter the incident optical system, and the first order diffracted light is used as reference light.
  • the amount of light of the first-order diffracted light component is much smaller than that of specularly reflected light, but the amount of scattered light component emitted from the target component is also very small as with the first-order diffracted light, so that the measurement light and the reference light are balanced. Can do.
  • the reference light incident means includes: a light source that emits light in a narrow band that is a part of a wavelength band of the measurement light; and a reflective film that reflects light emitted from the light source and enters the incident optical system. It can also be configured.
  • the spectral characteristic measurement method of the present invention includes: a) The measurement light emitted from the measurement object is incident on the fixed reflection part and the movable reflection part by the incident optical system, b) forming interference light between the measurement light reflected by the fixed reflection part and the measurement light reflected by the movable reflection part; c) obtaining an interferogram of the measurement light based on a change in interference light intensity of the measurement light obtained by moving the movable reflecting portion, d) A reference light having a narrow band wavelength which is a part of the wavelength band of the measurement light is incident on the fixed reflection part and the movable reflection part through the incident optical system, e) detecting the interference light intensity of the reference light reflected by the fixed reflecting portion and the reference light reflected by the movable reflecting portion; f) The measurement point based on the amplitude of the interference light intensity change of the reference light obtained by moving the movable reflector, and the phase difference between the measurement light having the same wavelength as the reference light among the measurement light and the reference light.
  • the first-order diffracted light generated in the diffraction grating by irradiating the diffraction grating from the light source may be incident on the incident optical system as reference light.
  • a plate-like window portion made of a light-transmitting member, one of both surfaces being a placement surface on which the measurement object is placed, and the other surface being a light irradiation surface , Providing the diffraction grating in a partial region of the light irradiation surface, The light source irradiates light on the entire light irradiation surface, and the specularly reflected light generated when the light irradiation surface is irradiated with light is incident on the light irradiation surface at an angle that does not enter the incident optical system. It is better to irradiate light.
  • a narrow band light that is a part of the wavelength band of the measurement light is irradiated from a light source to the reflection film, and the light reflected by the reflection film is used as the reference light for the incidence. You may make it inject into an optical system.
  • measurement light such as scattered light and fluorescence emitted from a measurement object is divided into two lights, a phase difference is given to these two measurement lights, and the measurement light is utilized by utilizing an interference phenomenon between the two measurement lights.
  • the measurement light spectrum (spectral characteristics) is obtained by obtaining an interferogram of the above and performing Fourier transform on the interferogram. For example, when measuring a blood glucose level, the amount of blood glucose in the blood can be measured non-invasively by measuring the spectral characteristics of the scattered light generated when the blood glucose (glucose) is irradiated with light. it can.
  • the scattered light emitted from the blood sugar is very weak, and the spectral characteristics of the blood sugar change due to disturbances such as movement errors of the movable reflecting portion and fluctuations in the amount of light source. Therefore, in the present invention, like the measurement light, the reference light is made incident on the fixed reflection portion and the movable reflection portion by the incident optical system, and is divided into two reflected lights by these reflection portions to form interference light. Since the interferogram of the measurement light is corrected based on the amplitude and phase difference of the light intensity change, the spectral characteristic of the measurement light can be obtained with high accuracy.
  • the perspective view (a) and top view (b) which show the window part used for the blood glucose level sensor which concerns on 2nd Example of this invention.
  • the front view (a) and side view (b) which show the 1st-order diffracted light from a diffraction grating. Schematic which shows the whole structure of the blood glucose level sensor which concerns on 3rd Example of this invention.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of a blood glucose level sensor 10 according to the present embodiment.
  • the blood glucose level sensor 10 includes a rectangular box-shaped casing 12, a rectangular plate-like window 14 fixed to one of the outer peripheral side surfaces of the casing 12, for example, an upper surface, and a spectroscopic measurement unit 16 accommodated in the casing 12. It consists of and.
  • the casing 12 is made of a material that does not transmit light, such as plastic or metal.
  • the window part 14 is produced from the material which has a light transmittance, and the fingertip which is a measuring object is mounted in the upper surface so that it may mention later. Therefore, the upper surface of the window part 14 becomes a mounting surface.
  • a diffraction grating is formed on a part of the light irradiation surface which is the lower surface of the window portion 14 located in the casing 12. In this embodiment, two diffraction gratings 20 and 21 extending along two opposing sides of the window portion 14 are formed.
  • a region where the two diffraction gratings 20 and 21 are formed on the light irradiation surface of the window portion 14 is also referred to as a reference light region, and the other region is also referred to as a measurement light region.
  • Each of the diffraction gratings 20 and 21 is composed of a plurality of protrusions parallel to two sides. In this embodiment, the interval between the protrusions is set to 1.1 ⁇ m.
  • the spectroscopic measurement unit 16 includes a light source 161, an objective lens 162, a phase shifter 163, an imaging lens 164, and a detection unit 165.
  • the objective lens 162 and the imaging lens 164 correspond to an incident optical system and an imaging optical system, respectively.
  • the objective lens 162 is disposed opposite to the light irradiation surface of the window portion 14.
  • the imaging lens 164 is arranged in a direction in which the optical axis is orthogonal to the objective lens 162.
  • the light source 161 uses a light source that emits near-infrared light having a good skin permeability and a wavelength of around 1 ⁇ m.
  • the specularly reflected light is used.
  • the first-order diffracted light generated when the diffraction gratings 20 and 21 are incident on the objective lens 162 is not incident on the objective lens 162.
  • the first-order diffracted light from the diffraction gratings 20 and 21 is used as reference light. Therefore, in this embodiment, the light source 161 and the diffraction gratings 20 and 21 constitute reference light incident means.
  • the detection unit 165 includes, for example, a 16 ⁇ 16 pixel two-dimensional CCD (Charge Coupled Device) camera, and is arranged so that the light receiving surface 165 a of the detection unit 165 is positioned on the imaging surface of the imaging lens 164. .
  • CCD Charge Coupled Device
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the light receiving surface 165a of the detection unit 165.
  • the number of pixels is described as 10 ⁇ 10 for convenience.
  • a large number of pixels are arranged on the light receiving surface 165a of the detection unit 165.
  • the diffraction grating 20 and the diffraction grating 20 are respectively formed on the upper 20 pixels (2 ⁇ 10) and the lower 20 pixels.
  • First-order diffracted light (reference light) generated by the grating 21 forms an image. Accordingly, these pixels serve as a reference light detection unit.
  • the reference light detection unit may be 16 pixels excluding a total of four pixels, two pixels located on both the left and right sides of the upper end and the lower end.
  • the measurement light is imaged on the pixels of the light receiving surface 165a excluding the reference light detection unit. Accordingly, these pixels serve as the measurement light detection unit of the present invention. Actually, the measurement light forms an image on the pixel located at the portion indicated by the image F of the fingertip placed on the placement surface of the window portion 14.
  • the detection signal of the detection unit 165 is input to the processing unit 42.
  • the processing unit 42 obtains an interferogram from the detection signal from the detection unit 165.
  • This interferogram is mathematically Fourier transformed by the arithmetic processing unit 43, and as a result, a spectral characteristic (spectrum) that is a relative intensity for each wavelength of the measurement light is obtained.
  • the phase shifter 163 is disposed between the objective lens 162 and the imaging lens 164.
  • the phase shifter 163 includes a fixed mirror unit 31, a movable mirror unit 32, and a drive mechanism 33 that moves the movable mirror unit 32.
  • the fixed mirror unit 31 and the movable mirror unit 32 correspond to the fixed reflection unit and the movable reflection unit of the present invention, respectively.
  • Both the fixed mirror unit 31 and the movable mirror unit 32 have a rectangular reflecting surface that is inclined at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the objective lens 162 and the optical axis of the imaging lens 164.
  • the reflecting surfaces of both mirror parts are arranged side by side with a very slight gap.
  • the drive mechanism 33 is composed of, for example, a piezoelectric element having a capacitance sensor, receives a signal from the control unit 40, and maintains a tilt angle of the reflecting surface with respect to the optical axis at 45 ° while moving the mirror unit. 32 is moved in the direction of arrow A. With such a configuration, the relative position of the movable mirror unit 32 with respect to the fixed mirror unit 31 changes, and a phase difference is given between the light beam reflected by the fixed mirror unit 31 and the light beam reflected by the movable mirror unit 32. .
  • the moving amount of the objective lens 162 or the imaging lens 164 of the movable mirror unit 32 in the optical axis direction is 1 / ⁇ 2 of the moving amount of the movable mirror unit 32 in the arrow A direction.
  • the optical path length difference that gives a relative phase change between the fixed light beam and the movable light beam is twice the amount of movement of the movable mirror portion 32 in the optical axis direction.
  • the fingertip of the subject's hand is placed on the placement surface of the window portion 14.
  • the fingertip is not only placed on the placement surface of the window portion 14 but also strongly pressed against the placement surface.
  • the focus position of the objective lens 162 can be maintained at a predetermined position (depth) inside the fingertip during measurement.
  • the fingertip does not necessarily have to be pressed down strongly. For example, when detecting a component in a blood vessel in a region close to the surface of the fingertip, the fingertip may be lightly placed on the placement surface.
  • the light irradiation surface of the window part 14 is irradiated with near infrared light from the light source 161 with the fingertip pressed against the mounting surface of the window part 14. Then, the near-infrared light irradiated to the measurement light area
  • Scattered light as measurement light emitted from the inside of the fingertip reaches the objective lens 162 while spreading in various directions, becomes a parallel light beam, and reaches the entire surfaces of the fixed mirror portion 31 and the movable mirror portion 32 of the phase shifter 163. That is, a part of the scattered light is reflected by the reflecting surface of the fixed mirror unit 31, and the remaining scattered light is reflected by the reflecting surface of the movable mirror unit 32 and enters the imaging lens 164.
  • the scattered light reflected by the fixed mirror unit 31 is also called a fixed scattered light beam
  • the scattered light reflected by the movable mirror unit 32 is also called a movable scattered light beam.
  • the fixed scattered light beam and the movable scattered light beam incident on the imaging lens 164 are imaged on the light receiving surface 165a of the detection unit 165 to form an interference image.
  • the movable mirror unit 32 is moved to change the optical path length difference between the movable scattered light beam and the fixed scattered light beam.
  • Spectral characteristics can be obtained by mathematically Fourier transforming the interferogram.
  • FIG. 3 shows changes in interference intensity (a), interferogram (b), and spectral characteristics (c) of light of each wavelength.
  • the blood glucose level sensor 10 of the present embodiment only the scattered light emitted from the focusing surface located at a specific depth of the objective lens 162 within the fingertip is imaged on the light receiving surface 165a of the detection unit 165 and focused. Light generated from other than the surface does not form an image on the light receiving surface 165a of the detection unit 165. Accordingly, it is possible to obtain the spectral characteristics inside the fingertip with the depth limited only to the in-focus surface.
  • near-infrared light irradiated on the reference light region of the window portion 14 is reflected by the diffraction gratings 20 and 21.
  • the specularly reflected light (light indicated by the symbol “L0” in FIG. 1) irradiated from the light source 161 to the light irradiation surface of the window portion 14 does not enter the objective lens 162.
  • first-order diffracted light having a specific wavelength ⁇ determined by the numerical aperture of the objective lens 162, the grating period of the diffraction gratings 20 and 21 (interval of the protrusions), the incident angle ⁇ in, and the outgoing angle ⁇ out is incident on the objective lens 162.
  • near infrared light from the light source 161 is incident at an incident angle of 45 deg.
  • the minimum diffraction angle ⁇ min on the short wavelength side incident on the objective lens 162 is 31 deg.
  • the wavelength ⁇ min is 0.566 ⁇ m
  • the maximum diffraction angle ⁇ max on the long wavelength side is 59 deg.
  • the wavelength ⁇ max is 0.943 ⁇ m.
  • an InGaAs camera having a detection wavelength range of 0.9 ⁇ m to 1.7 ⁇ m is used as the detection unit 165. Therefore, of the first-order diffracted light incident on the objective lens 162, the wavelength range detected by the detection unit 165 is a very narrow wavelength range (0.9 ⁇ m to 0.943 ⁇ m).
  • the first-order diffracted light from the diffraction gratings 20 and 21 spreads in the width direction of the diffraction gratings 20 and 21 and reaches the objective lens 162 (see the front view of FIG. 5A). In the direction in which the diffraction gratings 20 and 21 extend, it reaches the objective lens 162 as a parallel light beam (see the side view of FIG. 5B). That is, the first-order diffracted light having a truncated pyramid shape as shown in FIG. 5C reaches the objective lens 162.
  • the first-order diffracted light that has entered the objective lens 162 reaches a band-like light having a width equivalent to the size of the light source 161 near the boundary between the fixed mirror unit 31 and the movable mirror unit 32, and a part thereof is the fixed mirror unit.
  • the light is reflected by the reflecting surface 31, and the rest is reflected by the reflecting surface of the movable mirror portion 32 and enters the imaging lens 164.
  • the first-order diffracted light reflected by the fixed mirror unit 31 is also called fixed diffracted light
  • the first-order diffracted light reflected by the movable mirror unit 32 is also called movable diffracted light.
  • the fixed diffracted light and the movable diffracted light incident on the image forming lens 164 are imaged on the light receiving surface 165a of the detecting unit 165 to form an interference image.
  • the interference light intensity change can be obtained by moving the movable mirror 32 to change the optical path length difference between the fixed diffracted light and the movable diffracted light.
  • the fixed diffracted light and the movable diffracted light have a very narrow wavelength range and can be said to be light of almost a single wavelength. Therefore, the shape of the interference light intensity change obtained here is a simple cosine wave.
  • the light emitted to the fingertip through the window portion 14 and the light that generates the first-order diffracted light by the diffraction gratings 20 and 21 are light emitted from the same light source, and thus the light intensity emitted from the light source 161 fluctuated.
  • both the interference light intensity change of the measurement light (scattered light) and the interference light intensity change of the first-order diffracted light are affected.
  • the optical path of the measurement light and the first-order diffracted light from the window section 14 to the detection section 165 is common, when disturbance occurs on this common optical path, the interference light intensity change of the measurement light and the first-order diffracted light Both changes in interference light intensity are affected by disturbances.
  • the arithmetic processing unit 43 of the present embodiment determines the interferogram of the measurement light from the amplitude of the interference light intensity change of the first-order diffracted light and the phase difference between the first-order diffracted light and the measurement light having the same wavelength as the first-order diffracted light. Is corrected, and the corrected interferogram is Fourier transformed to obtain the spectral characteristics. For example, if the interferogram of the measurement light as shown in FIG. 6A and the interference light intensity change of the diffracted light as shown in FIG. 6B are obtained, the interference of the interferogram of the measurement light The interferogram is corrected by using the ratio of the light intensity to the amplitude of the interference light intensity change of the first-order diffracted light.
  • the interferogram is corrected by shifting the phase of the interferogram of the measurement light by the phase shift amount between the first-order diffracted light and the measurement light.
  • FIG. 7 shows the results of measuring the glucose concentration in the test tube using the blood glucose level sensor 10 of this example. As shown in FIG. 7, although it did not completely coincide with the theoretical value, the absorption rate tended to increase depending on the concentration, and a good correlation between the glucose concentration and the absorption rate was obtained. Moreover, although the glucose concentration in the blood of a general human is about 100 mg / dl, it turned out that a glucose concentration is detectable even in such a low concentration.
  • FIG. 8 shows the configuration of the window 14 used in the blood glucose level sensor 10 according to the second embodiment of the present invention.
  • the diffraction gratings 20 and 21 provided on the light irradiation surface of the window portion 14 include a first ridge portion parallel to one side of the window portion 14 and a second ridge perpendicular to the ridge portion. It differs from the first embodiment in that it is composed of strips.
  • the interval between the first protrusions was the same as that of the diffraction grating of the first example.
  • the distance between the second protrusions (diffraction period) d 3.9 ⁇ m.
  • the numerical aperture of the objective lens 161, the focal length, the lens aperture, and the incident direction of the near-infrared light from the light source 161 to the light irradiation surface are the same as in the first embodiment. Therefore, the same first-order diffracted light as that in the first embodiment is generated from the first protrusion.
  • the near infrared light is incident on the second protrusion at an incident angle of 0 deg. .
  • first-order diffracted light that is symmetric with respect to the incident light is emitted from the second protrusions of the diffraction gratings 20 and 21.
  • the minimum diffraction angle ⁇ min on the short wavelength side incident on the objective lens 162 is ⁇ 8.3 deg.
  • the wavelength ⁇ min of the first-order diffracted light is 0.566 ⁇ m
  • the maximum diffraction angle ⁇ max on the long wavelength side is ⁇ 14 deg.
  • the wavelength ⁇ max of the first-order diffracted light is 0.943 ⁇ m. Therefore, also for the first-order diffracted light at the second protrusion, the wavelength range detected by the detection unit 165 including an InGaAs camera with a detection wavelength range of 0.9 ⁇ m to 1.7 ⁇ m is 0.9 ⁇ m to 0.943 ⁇ m.
  • the first-order diffracted light from the diffraction gratings 20 and 21 extends both the first and second protrusions of the diffraction gratings 20 and 21. It spreads in the direction and reaches the objective lens 162.
  • the first-order diffracted light incident on the objective lens 162 is wider than the blood glucose level sensor 10 of the first embodiment and reaches the boundary portion between the fixed mirror portion 31 and the movable mirror portion 32. For this reason, the first-order diffracted light is easily divided into two. Further, the light intensity of the first-order diffracted light can be increased as compared with the first embodiment.
  • FIG. 11 shows a blood glucose level sensor 50 according to a third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that laser light is used as reference light instead of the first-order diffracted light.
  • reflection films 52 and 53 are provided on the light irradiation surface of the window portion 14 in place of the diffraction grating.
  • a laser light source 54 is arranged in the casing 12 side by side with the light source 161, and light from the laser light source 54 is incident on the reflection film 52 of the window portion 14 through a lens 55, a mirror 56 and a beam splitter 57. It is like that.
  • the laser light source 54 emits a narrow band laser beam (single wavelength laser beam) which is a part of the wavelength band of the light emitted from the light source 161.
  • the single-wavelength laser light from the laser light source 54 that has entered the reflective film 52 is reflected by the reflective film 52, is incident on the objective lens 162, and is used as reference light.
  • the near infrared light from the light source 161 is incident on the reflective film 53 and the areas other than the reflective films 52 and 53 on the light irradiation surface of the window portion 14.
  • Near-infrared light from the light source 161 that has entered a region other than the reflective films 52 and 53 on the light irradiation surface reaches the fingertip through the window 14 and is scattered by various biological components inside the fingertip. This scattered light passes through the skin of the fingertip as measurement light, enters the casing 12 from the window portion 14, and enters the objective lens 162.
  • near-infrared light from the light source 161 that has entered the reflective film 53 is reflected by the reflective film 53, enters the objective lens 162, and is used as reference light.
  • the laser light emitted from the laser light source 54 is also set to a weak intensity in accordance with the scattered light.
  • the laser light reflected by the reflective film 52 and incident on the objective lens 162 and the near-infrared light reflected by the reflective film 53 and incident on the objective lens 162 are respectively two by the phase shifter 163.
  • the light enters the imaging lens 164.
  • the laser light incident on the imaging lens 164 is condensed at substantially the same point on the light receiving surface 165a of the detector 165 and interferes therewith.
  • the near-infrared light incident on the imaging lens 164 forms an image on the light receiving surface 165a of the detection unit 165 to form an interference image.
  • the interference light intensity change can be obtained for each of the laser light and the near-infrared light as the reference light. Since the laser light has a single wavelength, the interference light intensity change is a simple cosine wave as in the first-order diffracted light described in the first embodiment. Since the optical path of the measurement light (scattered light) from the window section 14 to the detection section 165 is the same as the optical path of the laser light, if a disturbance occurs on this common optical path, the change in the interference light intensity of the measurement light and the laser light Both are affected by disturbances. Therefore, in this embodiment, the interferogram of the measurement light is corrected from the amplitude of the interference light intensity change of the laser light and the phase difference of the measurement light of the laser light. Thereby, the influence of the disturbance on an optical path can be suppressed.
  • the reflected light of the near infrared light by the reflective film 53 has multiple wavelengths like the measurement light (scattered light), and therefore the interference light intensity change becomes an interferogram.
  • Both the measurement light and the reflected light from the reflective film 53 are affected by fluctuations in the light intensity of the light source 161.
  • the measurement light and the reflected light from the reflection film 53 have a common optical path from the window portion 14 to the detection portion 165, when a disturbance occurs on this common optical path, the measurement light and the reflection film 53 Both reflected lights are affected by disturbances. Therefore, in this embodiment, the phase and intensity of the interferogram of scattered light are corrected using the phase and intensity of the interferogram of reflected light.
  • the influence of the disturbance on an optical path and the influence of the fluctuation of the light of the light source 161 can be suppressed.
  • the interferogram of the measurement light can be obtained with higher accuracy.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, A suitable change is possible.
  • a drive mechanism that moves the objective lens in the optical axis direction may be provided. If comprised in this way, the focus position of an objective lens, ie, the depth of the measurement point inside a measuring object, can be changed.
  • the present invention can also be applied to an apparatus for detecting the presence or absence of minute defects or foreign matters on a substrate from the spectral characteristics of reflected light (measurement light) emitted from the substrate such as a semiconductor when the substrate is irradiated with light.
  • a reflecting plate obtained by mirror-polishing the surface of a stainless steel plate or a reflecting plate obtained by coating a surface of a glass substrate with a metal film such as aluminum can be used.
  • the present invention can also be applied to a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR) in which an interferogram is measured using a Michelson interferometer and a spectrum (spectral characteristic) is obtained by performing Fourier transform on the interferogram. is there.
  • FT-IR Fourier transform infrared spectrophotometer
  • the interferogram is corrected using one reference beam, but a plurality of reference beams may be used.

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Description

分光特性測定装置及び分光特性測定方法
　本発明は、血糖や血中コレステロール等の生体成分を非侵襲で測定したり、半導体の欠陥評価に用いたりすることができる分光特性測定装置及び分光特性測定方法に関する。
　糖尿病や高脂血症等、さまざまな病気において、血中グルコース（血糖）や血中コレステロールといった血液中の生体成分の管理はその予防及び治療のために重要である。しかしながら、血液中の生体成分を測定するためには、通常、微量ながら血液を採取しなければならず、苦痛を伴う。また、採血部位の消毒や消耗品の処理などの煩わしい作業が必要であるため、例えば予防目的で生体成分を測定するための採血を日常的に行うことは敬遠される。
　これに対して、血液を採取せずに生体成分を測定する非侵襲の測定装置が提案されている。その一つとして、特許文献１には、生体の被検部位に光を照射し、その結果、該被検部位の内部の生体成分から発せられる光（物体光）の分光特性から生体成分を求める手法が記載されている。
　特許文献１に記載の手法では、生体成分を光学的に構成する各輝点から生じる物体光束の干渉現象を利用することにより生体成分のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することにより物体光の分光特性（スペクトル）を取得する。具体的には、各輝点から生じる透過光や拡散・散乱光等の物体光を、対物レンズを介して位相シフタである固定ミラー部と可動ミラー部に導き、これら２つのミラー部から反射される物体光束を結像面において干渉させる。可動ミラー部はピエゾ素子などにより移動されるようになっており、該可動ミラー部の移動量に応じた位相差が固定ミラー部と可動ミラー部から反射される物体光束に付与され、それに伴い干渉光の強度が変化して、いわゆるインターフェログラムを形成する。このインターフェログラムをフーリエ変換することにより物体光の分光特性（スペクトル）を取得することができる。
特開2008-309707号公報
　病気の予防や治療のためには、血液に含まれる血糖（グルコース）やコレステロール等の生体成分の濃度を測定することが有効である。予防の際には、これらの特定成分の所定母集団の平均濃度値に対する特定個人の濃度値が有意であり、治療の際には、患者の濃度値の変化を継続的に測定することが有効である。いずれの場合においても、それらの差や変化は微小なものであるため、濃度値の測定は高精度に行う必要がある。
　血液中の血糖（グルコース）やコレステロール等の生体成分の濃度値は、血管に光を照射してそれを透過した光、又は、反射した光の中の、それら特定成分が吸収又は反射する（１又は複数の）特定波長の光の強度を測定することにより求めることができる。しかし従来の方法では、光源光量の変化や温度・湿度等の周囲環境の変化、可動ミラー部の移動誤差等の外乱によって測定光の強度が変化してしまい、特定成分の濃度を高精度に測定することができないという問題があった。
　このような問題は、半導体基板に光を照射したときに該半導体基板から発せられる光の分光特性から、半導体基板の微小な欠陥を検出する場合等にも生じる。
　本発明が解決しようとする課題は、外乱の影響を抑えて測定対象の分光特性をを高精度に測定することができる分光特性測定装置及び分光特性測定方法を提供することである。
　上記課題を解決するために成された本発明の分光特性測定装置は、
　a)固定反射部及び可動反射部と、
　b)測定対象から発せられた測定光を前記固定反射部と前記可動反射部に入射させる入射光学系と、
　c)前記固定反射部によって反射された測定光と前記可動反射部によって反射された測定光の干渉光を形成する結像光学系と、
　d)前記測定光の干渉光強度を検出する測定光検出部と、
　e)前記可動反射部を移動させることにより得られる前記測定光の干渉光強度変化に基づき前記測定光のインターフェログラムを求める処理部と、
　f)前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の波長の参照光を、前記入射光学系を通して前記固定反射部と前記可動反射部に入射させる参照光入射手段と、
　g)前記固定反射部によって反射された参照光と前記可動反射部によって反射された参照光の、前記結像光学系によって形成される干渉光強度を検出する参照光検出部と、
　h)前記可動反射部を移動させることにより前記参照光検出部で検出される前記参照光の干渉光強度変化の振幅、及び前記測定光のうち前記参照光と同じ波長の測定光と前記参照光の位相差に基づき前記測定光のインターフェログラムを補正し、補正後のインターフェログラムに基づき前記測定光のスペクトルを求める演算処理部と
　を備えることを特徴とする。
　ここで、「狭帯域の波長の光」とは、ピーク波長を中心とする±３０ｎｍの波長範囲、或いはこれよりも狭い波長範囲の光をいい、半導体レーザ光源（レーザダイオード）から出射される単一波長レーザ光も狭帯域の波長の光に該当する。
　上記構成の分光特性測定装置においては、
　前記参照光入射手段を、光源と、該光源から出射された光の１次回折光を参照光として前記入射光学系に入射させる反射型の回折格子とから構成することができる。
　さらに、光透過性部材から成る板状の窓部であって、その両面のうちの一方が前記測定対象が載置される載置面であり、他方が光照射面である窓部を備え、
　前記回折格子が、前記光照射面の一部の領域に設けられ、
　前記光源が、前記光照射面の全体に光を照射し、且つ、該光照射面に光が照射されたときに発生する正反射光が前記入射光学系に入射しない角度で該光照射面に光を照射するように構成すると良い。
　このような構成においては、窓部の光照射面のうち回折格子を除く領域に照射された光は、窓部を通って測定対象に至る。その結果、測定対象から散乱光や蛍光等の測定光が発せられ、該測定光は窓部を通して入射光学系に至る。一方、窓部の光照射面のうち回折格子に照射された光は、その波長及び入射角、並びに回折格子の格子周期等によって決まる出射角の１次回折光が参照光として入射光学系に入射する。つまり、測定光と参照光を発生させるための光源を共通化することができるため、装置の小形化を図ることができる。
　また、上記構成では、光源からの光を窓部の光照射面に照射させたときに生じる正反射光（０次光）は入射光学系に入射せず、１次回折光を参照光として入射光学系に入射させた。正反射光に比べると１次回折光成分の光量は非常に小さいが、該１次回折光と同様に目的成分から発する散乱光成分の光量も非常に小さいため、測定光と参照光のバランスをとることができる。
　また、上記構成の分光特性測定装置においては、
　前記参照光入射手段を、前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を反射して前記入射光学系に入射させる反射膜とから構成することもできる。
　また、本発明の分光特性測定方法は、
　a)測定対象から発せられた測定光を入射光学系によって固定反射部と可動反射部に入射させ、
　b)前記固定反射部によって反射された測定光と前記可動反射部によって反射された測定光の干渉光を形成させ、
　c)前記可動反射部を移動させることにより得られる前記測定光の干渉光強度変化に基づき前記測定光のインターフェログラムを求め、
　d)前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の波長の参照光を、前記入射光学系を通して固定反射部及び可動反射部に入射させ、
　e)前記固定反射部によって反射された参照光と前記可動反射部によって反射された参照光の干渉光強度を検出し、
　f)前記可動反射部を移動させることにより得られる参照光の干渉光強度変化の振幅、及び前記測定光のうち前記参照光と同じ波長の測定光と前記参照光の位相差に基づき前記測定点のインターフェログラムを補正し、補正後のインターフェログラムに基づき前記測定光のスペクトルを求めることを特徴とする。
　上記生体成分測定方法においては、
　光源から回折格子に照射することにより該回折格子において生じる１次回折光を参照光として前記入射光学系に入射させると良い。
　さらに、光透過性部材から成る板状の窓部であって、その両面のうちの一方が前記測定対象が載置される載置面であり、他方の面が光照射面である窓部の、該光照射面の一部の領域に前記回折格子を設け、
　前記光源が、前記光照射面の全体に光を照射し、且つ、前記光照射面に光が照射されたときに発生する正反射光が前記入射光学系に入射しない角度で該光照射面に光を照射するようにすると良い。
　また、上記構成の分光特性測定装置においては、前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の光を光源から反射膜に照射し、該反射膜で反射された光を参照光として前記入射光学系に入射させるようにしても良い。
　本発明では、測定対象から発せられる散乱光や蛍光などの測定光を２つの光に分割すると共にこれら２つの測定光に位相差を与え、該２つの測定光の干渉現象を利用して測定光のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することにより測定光スペクトル（分光特性）を取得する。例えば血糖値を測定する場合は、血糖（グルコース）に光が照射されることにより発生する散乱光の分光特性を測定することにより、血液中の血糖値の量を非侵襲的に測定することができる。このとき、血糖から発せられる散乱光は非常に微弱であり、可動反射部の移動誤差や光源光量の変動などの外乱によって血糖の分光特性が変化する。そこで、本発明では、測定光と同様に参照光を入射光学系によって固定反射部と可動反射部に入射させ、これらの反射部によって２つの反射光に分割して干渉光を形成させ、この干渉光強度変化の振幅と位相差に基づき測定光のインターフェログラムを補正するようにしたため、測定光の分光特性を精度良く求めることができる。
本発明の第１実施例に係る血糖値センサの全体構成を示す概略図。 検出部の受光面を示す図。 干渉光強度変化とインターフェログラム、分光特性の説明図。 回折格子から対物レンズに入射する１次回折光の波長、回折角の説明図。 回折格子からの１次回折光を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）並びに１次回折光を立体的に示す図（ｃ）。 測定光のインターフェログラム（ａ）と１次回折光の干渉光強度変化（ｂ）の関係を示す図。 測定結果を示す図。 本発明の第２実施例に係る血糖値センサに用いられる窓部を示す斜視図（ａ）及び上面図（ｂ）。 回折格子の第２突条部から対物レンズに入射する１次回折光の波長、回折角の説明図。 回折格子からの１次回折光を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）。 本発明の第３実施例に係る血糖値センサの全体構成を示す概略図。
　以下、本発明を血糖値センサに適用した具体的な実施例について図面を参照して説明する。　
　図１は本実施例に係る血糖値センサ１０の全体構成を示している。血糖値センサ１０は、矩形箱状のケーシング１２と、このケーシング１２の外周側面の一つ、例えば上面に固定された矩形板状の窓部１４と、ケーシング１２内に収容された分光測定部１６とから構成されている。
　ケーシング１２は、例えばプラスチックや金属などの光を透過しない材料から作製されている。窓部１４は、光透過性を有する材料から作製されており、後述するように、その上面に測定対象である例えば手の指先が載置される。従って、窓部１４の上面が載置面となる。一方、ケーシング１２内に位置する窓部１４の下面である光照射面の一部には回折格子が形成されている。この実施例では、窓部１４の対向する２辺に沿って延びる２個の回折格子２０、２１が形成されている。以下の説明では、窓部１４の光照射面のうち２個の回折格子２０、２１が形成された領域を参照光領域、それ以外の領域を測定光領域とも呼ぶ。各回折格子２０、２１は、いずれも２辺と平行な複数本の突条部から成る。本実施例では、これら突条部の間隔は 1.1 μmに設定されている。
　分光測定部１６は、光源１６１、対物レンズ１６２、位相シフタ１６３、結像レンズ１６４、検出部１６５から構成されている。本実施例では、対物レンズ１６２及び結像レンズ１６４がそれぞれ入射光学系及び結像光学系に相当する。対物レンズ１６２は窓部１４の光照射面と対向配置されている。一方、結像レンズ１６４は、対物レンズ１６２と光軸が直交する向きに配置されている。
　光源１６１は、皮膚の透過性が良い、波長が１μｍ付近の近赤外光を出射する光源が用いられており、その出射光が窓部１４の光照射面に照射されたときに正反射光が対物レンズ１６２に入射せず、且つ、前記回折格子２０、２１に照射されたときに生成される１次回折光が対物レンズ１６２に入射するような向きに配置されている。回折格子２０、２１からの１次回折光は参照光として利用されるものであり、従って、本実施例では、光源１６１及び回折格子２０、２１から参照光入射手段が構成される。
　検出部１６５は例えば１６×１６画素の二次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラから構成されており、結像レンズ１６４の結像面に検出部１６５の受光面１６５ａが位置するように配置されている。
　図２は検出部１６５の受光面１６５ａを概略的に示す図である。なお、ここでは便宜上画素数を１０×１０として説明する。この図２に示すように、検出部１６５の受光面１６５ａには多数の画素が配置されており、そのうち上端の２０個（２×１０）及び下端の２０個の画素にそれぞれ回折格子２０及び回折格子２１で生じた１次回折光（参照光）が結像する。従って、これらの画素が参照光検出部となる。なお、参照光検出部は、上端及び下端の左右両側に位置する２個ずつの画素、計４個の画素を除いた１６個づつの画素としても良い。一方、受光面１６５ａのうち参照光検出部を除く画素に測定光が結像する。従って、これらの画素が本発明の測定光検出部となる。なお、実際は窓部１４の載置面に載置された指先の画像Ｆが示す部分に位置する画素に測定光が結像することになる。
　また、詳しくは後述するように、検出部１６５の検出信号は処理部４２に入力されるようになっている。処理部４２は、検出部１６５からの検出信号からインターフェログラムを求める。このインターフェログラムは演算処理部４３によって数学的にフーリエ変換され、その結果、測定光の波長毎の相対強度である分光特性（スペクトル）が得られる。
　位相シフタ１６３は、対物レンズ１６２と結像レンズ１６４の間に配置されている。位相シフタ１６３は固定ミラー部３１及び可動ミラー部３２、及び可動ミラー部３２を移動させる駆動機構３３から構成されている。固定ミラー部３１及び可動ミラー部３２がそれぞれ本発明の固定反射部及び可動反射部に相当する。固定ミラー部３１及び可動ミラー部３２は、いずれも対物レンズ１６２の光軸及び結像レンズ１６４の光軸に対して４５°の角度で傾斜する矩形状の反射面を有している。両ミラー部の反射面は、非常に僅かな隙間をおいて並べて配置されている。
　駆動機構３３は、例えば静電容量センサを具備する圧電素子から構成されており、制御部４０からの信号を受けて、光軸に対する反射面の傾斜角度を４５°に維持した状態で可動ミラー部３２を矢印Ａ方向に移動させる。このような構成により、固定ミラー部３１に対する可動ミラー部３２の相対位置が変化し、固定ミラー部３１で反射された光束、及び可動ミラー部３２で反射された光束の間に位相差が付与される。
　具体的には、可動ミラー部３２の対物レンズ１６２或いは結像レンズ１６４の光軸方向の移動量は、可動ミラー部３２の矢印Ａ方向の移動量の１／√２となる。また、固定光束と可動光束の間に相対的な位相変化を与える光路長差は、可動ミラー部３２の光軸方向の移動量の２倍となる。　
　次に、上記構成の血糖値センサ１０を用いて被検者の手の指先の血液中の血糖（グルコース）を測定する場合の動作について説明する。
　まず、被検者の手の指先を窓部１４の載置面に載置する。ここでは、指先を窓部１４の載置面に載置するだけでなく、載置面に強く押し当てることとする。このように、強く押し当てることにより、測定中、対物レンズ１６２の合焦位置を、指先の内部の所定の位置（深度）に維持することができる。なお、指先は必ずしも強く押さえつけなければならないものではなく、例えば指先の表面に近い領域の血管中の成分等を検出する場合には載置面上に軽く乗せる程度としてもよい。
　指先を窓部１４の載置面に押し当てた状態で光源１６１からの近赤外光を窓部１４の光照射面に照射する。すると、窓部１４の測定光領域に照射された近赤外光は、窓部１４を通して指先に至り、指先の皮膚を透過して指先内部の様々な生体成分によって散乱される。生体成分によって散乱された光は、再び指先の皮膚を経て窓部１４からケーシング１２内に至り、対物レンズ１６２に入射する。
　指先内部から発せられた測定光としての散乱光は様々な方向に拡がりながら対物レンズ１６２に到達し、平行光束となって位相シフタ１６３の固定ミラー部３１及び可動ミラー部３２の表面全体に至る。つまり、散乱光の一部は固定ミラー部３１の反射面で反射され、残りの散乱光は可動ミラー部３２の反射面で反射され、それぞれ、結像レンズ１６４に入射する。なお、以下の説明では、固定ミラー部３１で反射された散乱光を固定散乱光束、可動ミラー部３２で反射された散乱光を可動散乱光束とも呼ぶ。
　結像レンズ１６４に入射した固定散乱光束及び可動散乱光束は、検出部１６５の受光面１６５ａにおいて結像し、干渉像を形成する。このとき、手の指先の内部から発せられる散乱光には、様々な波長の光が含まれることから、可動ミラー部３２を移動させて可動散乱光束と固定散乱光束の光路長差を変化させることにより、インターフェログラムと呼ばれる結像強度変化（干渉光強度変化）の波形が得られる、このインターフェログラムを数学的にフーリエ変換することにより分光特性を取得できる。図３に各波長の光の干渉強度変化（ａ）、インターフェログラム（ｂ）、分光特性（ｃ）を示す。
　また、本実施例の血糖値センサ１０では、指先内部のうち対物レンズ１６２の特定深度に位置する合焦面から発せられた散乱光のみが検出部１６５の受光面１６５ａにおいて結像し、合焦面以外から生じた光は検出部１６５の受光面１６５ａで結像しない。従って、合焦面のみに深度を限定した指先内部の分光特性を得ることができる。
　一方、窓部１４の参照光領域に照射された近赤外光は回折格子２０、２１で反射される。本実施例では、光源１６１から窓部１４の光照射面に照射された光の正反射光（図１において、符合「Ｌ０」で示す光）は対物レンズ１６２に入射しない。これに対して、対物レンズ１６２の開口数、回折格子２０、２１の格子周期（突条部の間隔）、入射角θin、出射角θoutによって決まる特定波長λの１次回折光が対物レンズ１６２に入射する。
　本実施例では、図４に示すように、格子周期（突条部の間隔）d＝1.1μmの回折格子に対して、光源１６１からの近赤外光が入射角45deg.で入射するように構成されている。また、開口数N.A.＝0.24（開口角＝14deg.）、焦点距離＝20mm、レンズ口径ｇ＝φ10mmの対物レンズ１６２が用いられている。このとき、対物レンズ１６２に入射する短波長側の最小回折角θminは31deg.、その波長λminは0.566μmとなり、長波長側の最大回折角θmaxは59deg.、その波長λmaxは0.943μmとなる。また、本実施例では、検出部１６５として、検出波長域が0.9μm～1.7μmのInGaAsカメラを用いた。従って、対物レンズ１６２に入射した１次回折光のうち検出部１６５で検出される波長域は非常に狭い波長域（0.9μm～0.943μm）となる。
　また、図５に示すように、回折格子２０、２１からの１次回折光は、回折格子２０、２１の幅方向に広がって対物レンズ１６２に到達し（図５（ａ）の正面図参照）、回折格子２０、２１の延びる方向では平行光束として対物レンズ１６２に到達する（図５（ｂ）の側面図参照）。つまり、図５の（ｃ）に示すような四角錐台形状の１次回折光が対物レンズ１６２に到達する。この結果、対物レンズ１６２に入射した１次回折光は、固定ミラー部３１と可動ミラー部３２の境界付近に、光源１６１の大きさと同等の幅を有する帯状の光として至り、一部は固定ミラー部３１の反射面で反射され、残りは可動ミラー部３２の反射面で反射されて結像レンズ１６４に入射する。なお、以下の説明では、固定ミラー部３１で反射された１次回折光を固定回折光、可動ミラー部３２で反射された１次回折光を可動回折光とも呼ぶ。
　結像レンズ１６４に入射した固定回折光及び可動回折光は、検出部１６５の受光面１６５ａにおいて結像し、干渉像を形成する。このとき、可動ミラー部３２を移動させて固定回折光と可動回折光の光路長差を変化させることにより干渉光強度変化が得られる。上述したように、固定回折光及び可動回折光は波長域が非常に狭く、ほぼ単一波長の光といえるため、ここで得られる干渉光強度変化の形状は単純な余弦波となる。
　窓部１４を通して指先に照射される光と、回折格子２０、２１で１次回折光を発生させる光は同一の光源から出射される光であるため、光源１６１から発せられる光強度に揺らぎが生じた場合は、測定光（散乱光）の干渉光強度変化及び１次回折光の干渉光強度変化の両方がその影響を受ける。また、窓部１４から検出部１６５に至るまでの測定光と１次回折光の光路が共通であるため、この共通光路上に外乱が発生した場合、測定光の干渉光強度変化及び１次回折光の干渉光強度変化の両方が外乱の影響を受ける。
　そこで、本実施例の演算処理部４３は、１次回折光の干渉光強度変化の振幅、及び該１次回折光と該１次回折光と同じ波長の測定光との位相差から測定光のインターフェログラムを補正し、補正後のインターフェログラムをフーリエ変換して分光特性を求める。例えば図６の（ａ）に示すような測定光のインターフェログラムと、図６の（ｂ）に示すような回折光の干渉光強度変化が得られたとすると、測定光のインターフェログラムの干渉光強度を１次回折光の干渉光強度変化の振幅に対する比を用いることにより該インターフェログラムを補正する。また、１次回折光と測定光の位相ずれ量だけ測定光のインターフェログラムの位相をシフトすることにより、該インターフェログラムを補正する。これにより、光源１６１の光強度の揺らぎ、及び光路上に発生した外乱の影響を抑えることができ、測定光のインターフェログラムを精度良く求めることができる。
　図７に、本実施例の血糖値センサ１０を用いて試験管内のグルコース濃度を測定した結果を示す。図７に示すように、理論値と完全に一致しないものの、濃度に依存して吸収率が高くなる傾向を示し、グルコース濃度と吸収率の良好な相関が得られた。また、一般的なヒトの血液中のグルコース濃度は約100mg/dlであるが、このような低濃度においてもグルコース濃度を検出可能であることが分かった。
　図８は本発明の第２実施例に係る血糖値センサ１０に用いられる窓部１４の構成を示している。この第２実施例では、窓部１４の光照射面に設けた回折格子２０、２１を、該窓部１４の一辺と平行な第１突条部と、該突条部と直交する第２突条部から構成した点が第１実施例と異なる。
　本実施例では、第１突条部の間隔（回折周期）は上記第１実施例の回折格子と同じにした。一方、第２突条部の間隔（回折周期）d＝3.9μmとした。対物レンズ１６１の開口数、焦点距離、レンズ口径、並びに光源１６１からの近赤外光の光照射面に対する入射方向は第１実施例と同じである。従って、第１突条部からは第１実施例と同じ１次回折光が発生する。
　一方、第２突条部と近赤外光の入射方向が平行であることから、図９に示すように、この近赤外光は第２突条部に対して入射角0deg.で入射する。このため、回折格子２０，２１の第２突条部では入射光を挟んで左右対称な１次回折光が出射される。具体的には、対物レンズ１６２に入射する短波長側の最小回折角θminは±8.3deg.、その１次回折光の波長λminは0.566μmとなり、長波長側の最大回折角θmaxは±14deg.、その１次回折光の波長λmaxは0.943μmとなる。従って、第２突条部における１次回折光についても、検出波長域が0.9μm～1.7μmのInGaAsカメラから成る検出部１６５で検出される波長範囲は0.9μm～0.943μmとなる。
　このような構成により本実施例では、図１０に示すように、回折格子２０、２１からの１次回折光は、回折格子２０、２１の第１突条部及び第２突条部の両方が延びる方向に広がって対物レンズ１６２に到達する。この結果、対物レンズ１６２に入射した１次回折光は、第１実施例の血糖値センサ１０よりも幅広の光が、固定ミラー部３１と可動ミラー部３２の境界部分に至る。このため、１次回折光を２分割し易くなる。また、第１実施例に比べると、１次回折光の光強度を強くすることができる。
　なお、参照光として用いる１次回折光の光強度と測定対象から発せられる測定光（散乱光）の光強度が近いほど、測定光のインターフェログラムを精度良く補正することができる。従って、測定光の光強度に応じて、回折格子２０、２１の形成領域の大きさや回折格子を一組の突条部から構成するか二組の突条部から構成するか適宜決めるとよい。
　図１１は本発明の第３実施例に係る血糖値センサ５０を示している。この第３実施例では、１次回折光に代えてレーザ光を参照光に用いた点が第１実施例と異なる。具体的には、この血糖値センサ５０では、窓部１４の光照射面に回折格子に代えて反射膜５２、５３が設けられている。また、ケーシング１２内にはレーザ光源５４が光源１６１と並べて配置されており、該レーザ光源５４からの光はレンズ５５、ミラー５６及びビームスプリッタ５７を介して窓部１４の反射膜５２に入射するようになっている。レーザ光源５４は、光源１６１から出射される光の波長帯域の一部の狭帯域のレーザ光（単一波長レーザ光）を出射する。
　反射膜５２に入射したレーザ光源５４からの単一波長レーザ光は該反射膜５２によって反射され、対物レンズ１６２に入射して参照光として利用される。
　一方、光源１６１からの近赤外光は、反射膜５３と、窓部１４の光照射面のうち反射膜５２、５３を除く領域にそれぞれ入射する。光照射面のうち反射膜５２、５３を除く領域に入射した光源１６１からの近赤外光は、窓部１４を通して指先に至り、指先内部の様々な生体成分によって散乱される。この散乱光は測定光として指先の皮膚を経て窓部１４からケーシング１２内に至り、対物レンズ１６２に入射する。一方、反射膜５３に入射した光源１６１からの近赤外光は該反射膜５３で反射され、対物レンズ１６２に入射し、参照光として利用される。反射膜５３から対物レンズ１６２に入射する光は正反射光であるため、指先内からの散乱光に比べて強度が非常に大きい。そのため、散乱光強度とのバランスを取るために、反射膜５３には減光フィルタ（図示せず）が取り付けられており、対物レンズ１６２には、強度が弱い反射光が入射するようになっている。なお、レーザ光源５４から出射されるレーザ光も、散乱光に合わせて弱い強度に設定されている。
　上記構成においては、反射膜５２によって反射され、対物レンズ１６２に入射するレーザ光、及び反射膜５３によって反射され、対物レンズ１６２に入射する近赤外光は、それぞれ位相シフタ１６３によって２つずつに分割された後、結像レンズ１６４に入射する。結像レンズ１６４に入射したレーザ光は検出部１６５の受光面１６５ａにおいてほぼ同一点に集光し、干渉する。一方、結像レンズ１６４に入射した近赤外光は検出部１６５の受光面１６５ａにおいて結像し、干渉像を形成する。
　このとき、可動ミラー部３２を移動させることにより、参照光であるレーザ光及び近赤外光のそれぞれについて干渉光強度変化が得られる。レーザ光は単一波長であるため、上述の第１の実施例で説明した１次回折光と同様、干渉光強度変化は単純な余弦波となる。窓部１４から検出部１６５に至るまでの測定光（散乱光）とレーザ光の光路は共通であるため、この共通光路上に外乱が発生した場合、測定光及びレーザ光の干渉光強度変化の両方が外乱の影響を受ける。従って、本実施例では、レーザ光の干渉光強度変化の振幅、及び、該レーザ光の測定光の位相差から測定光のインターフェログラムを補正する。これにより、光路上の外乱の影響を抑えることができる。
　一方、反射膜５３による近赤外光の反射光は測定光（散乱光）と同様、多波長であるため、その干渉光強度変化はインターフェログラムとなる。測定光及び反射膜５３からの反射光は、共に光源１６１の光強度の揺らぎの影響を受ける。また、測定光及び反射膜５３からの反射光は窓部１４から検出部１６５に至るまでの光路が共通であるため、この共通光路上に外乱が発生した場合、測定光及び反射膜５３からの反射光の両方が外乱の影響を受ける。そこで、本実施例では、反射光のインターフェログラムの位相と強度を用いて散乱光のインターフェログラムの位相や強度を補正する。これにより、光路上の外乱の影響及び光源１６１の光の揺らぎの影響を抑えることができる。
　このように、本実施例では、光源１６１からの光及びレーザ光源５４からの光の両方を参照光として用いたため、測定光のインターフェログラムを一層精度良く求めることができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、対物レンズを光軸方向に移動させる駆動機構を設けても良い。このように構成すれば、対物レンズの合焦位置、即ち測定対象内部の測定点の深度を変更することができる。
　本発明は、半導体等の基板に光を照射したときに該基板から発せられる反射光（測定光）の分光特性から、基板上の微小欠陥や異物等の有無を検出する装置にも適用できる。
　固定ミラー部及び可動ミラー部には、ステンレス板の表面を鏡面研磨した反射板や、ガラス基板の表面にアルミニウム等の金属膜をコーティングした反射板を用いることができる。
　本発明は、マイケルソン干渉計を用いてインターフェログラムを測定し、それをフーリエ変換することによりスペクトル（分光特性）を求める、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ－ＩＲ）にも適用可能である。
　上記の実施例では一つの参照光を用いてインターフェログラムを補正したが、複数の参照光を用いても良い。
１０、５１…血糖値センサ
１２…ケーシング
１４…窓部
１６…分光測定部
　１６１…光源
　１６２…対物レンズ
　１６３…位相シフタ
　１６４…結像レンズ
　１６５…検出部
　　１６５ａ…受光面
２０、２１…回折格子
３１…固定ミラー部
３２…可動ミラー部
３３…駆動機構
４０…制御部
４２…処理部
４３…演算処理部
５２…反射膜

Claims (8)

  1. 　a)固定反射部及び可動反射部と、
    　b)測定対象から発せられた測定光を前記固定反射部と前記可動反射部に入射させる入射光学系と、
    　c)前記固定反射部によって反射された測定光と前記可動反射部によって反射された測定光の干渉光を形成する結像光学系と、
    　d)前記測定光の干渉光強度を検出する測定光検出部と、
    　e)前記可動反射部を移動させることにより得られる前記測定光の干渉光強度変化に基づき前記測定光のインターフェログラムを求める処理部と、
    　f)前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の波長の参照光を、前記入射光学系を通して前記固定反射部と前記可動反射部に入射させる参照光入射手段と、
    　g)前記固定反射部によって反射された参照光と前記可動反射部によって反射された参照光の、前記結像光学系によって形成される干渉光強度を検出する参照光検出部と、
    　h)前記可動反射部を移動させることにより前記参照光検出部で検出される前記参照光の干渉光強度変化の振幅、及び前記測定光のうち前記参照光と同じ波長の測定光と前記参照光の位相差に基づき前記測定光のインターフェログラムを補正し、補正後のインターフェログラムに基づき前記測定光のスペクトルを求める演算処理部と
    　を備えることを特徴とする分光特性測定装置。
  2. 　請求項１に記載の分光特性測定装置において、
    　前記参照光入射手段が、
    　光源と、
    　該光源から出射された光の１次回折光を参照光として前記入射光学系に入射させる反射型の回折格子と
    　から構成されていることを特徴とする分光特性測定装置。
  3. 　請求項２に記載の分光特性測定装置において、
    　光透過性部材から成る板状の窓部であって、その両面のうちの一方が前記測定対象が載置される載置面であり、他方が光照射面である窓部を備え、
    　前記回折格子が、前記光照射面の一部の領域に設けられ、
    　前記光源が、前記光照射面の全体に光を照射し、且つ、該光照射面に光が照射されたときに発生する正反射光が前記入射光学系に入射しない角度で該光照射面に光を照射するものであることを特徴とする分光特性測定装置。
  4. 　請求項１に記載の分光特性測定装置において、
    　前記参照光入射手段が、
    　前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の光を出射する光源と、
    　前記光源から出射された光を反射して前記入射光学系に入射させる反射膜と
    　から構成されていることを特徴とする分光特性測定装置。
  5. 　a)測定対象から発せられた測定光を入射光学系によって固定反射部と可動反射部に入射させ、
    　b)前記固定反射部によって反射された測定光と前記可動反射部によって反射された測定光の干渉光を形成させ、
    　c)前記可動反射部を移動させることにより得られる前記測定光の干渉光強度変化に基づき前記測定光のインターフェログラムを求め、
    　d)前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の波長の参照光を、前記入射光学系を通して固定反射部及び可動反射部に入射させ、
    　e)前記固定反射部によって反射された参照光と前記可動反射部によって反射された参照光の干渉光強度を検出し、
    　f)前記可動反射部を移動させることにより得られる参照光の干渉光強度変化の振幅、及び前記測定光のうち前記参照光と同じ波長の測定光と前記参照光の位相差に基づき前記測定点のインターフェログラムを補正し、補正後のインターフェログラムに基づき前記測定光のスペクトルを求めることを特徴とする分光特性測定方法。
  6. 　請求項５に記載の分光特性測定方法において、
    　光源からの光を回折格子に照射することにより該回折格子において生じる１次回折光を参照光として前記入射光学系に入射させることを特徴とする分光特性測定方法。
  7. 　請求項６に記載の分光特性測定方法において、
    　光透過性部材から成る板状の窓部であって、その両面のうちの一方が前記測定対象が載置される載置面であり、他方の面が光照射面である窓部の、該光照射面の一部の領域に前記回折格子を設け、
    　前記光源が、前記光照射面の全体に光を照射し、且つ、該光照射面に光が照射されたときに発生する正反射光が前記入射光学系に入射しない角度で該光照射面に光を照射することを特徴とする分光特性測定方法。
  8. 　請求項５に記載の分光特性測定方法において、
    　前記測定光の波長帯域の一部である狭帯域の光を光源から反射膜に照射し、該反射膜で反射された光を参照光として前記入射光学系に入射させることを特徴とする分光特性測定方法。
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