專利名稱：物質成分檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測從皮膚散發的皮膚氣體中的物質成分(目標物質)的物質成分檢測裝置。
背景技術：
現有技術中，已知有檢測從人的皮膚散發的皮膚氣體中含有的物質成分的裝置(例如，參照專利文獻I)。該專利文獻I中記載的酒精濃度測定裝置(物質成分檢測裝置)通過貼緊于皮膚的囊(capsule)采集從皮膚分泌的分泌物，并使用氣相色譜儀來分析所采集的分泌物。
現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平10-239309號公報
發明內容
發明要解決的問題但是，在上述專利文獻I記載的物質成分檢測裝置中，需要將通過囊采集的分泌物導入氣相色譜儀的導入管等。并且，為檢測酒精成分而使用大型昂貴的氣相色譜儀，因此，存在裝置成本也變高并且大型化的問題。鑒于上述問題，本發明目的在于提供一種能夠以簡單的構成容易地檢測皮膚氣體中的成分的物質成分檢測裝置。解決技術問題的技術方案本發明的物質成分檢測裝置的特征在于包括封閉空間構成部，具有至少一個開口部，通過利用測定對象的皮膚閉塞所述開口部，所述封閉空間構成部的內部成為封閉空間；傳感器基板，設置在所述封閉空間構成部的所述封閉空間內，包括具有多個金屬突起的突起組；入射光學系統，向所述突起組射出光；以及光接收部，檢測由所述突起組產生的拉曼散射光。在本發明中，通過利用皮膚閉塞封閉空間構成部的開口部，封閉空間構成部的內部成為封閉空間。并且，在該封閉空間內，設置具有由多個金屬突起構成的突起組的傳感器基板，此外，設置將光向該傳感器基板的突起組射入的入射光學系統。在這樣的傳感器基板中，在突起組的各金屬突起之間，當光從入射光學系統射入時，形成增強電場。并且，當目標物質進入該增強電場內時，產生含有目標物質的頻率信息的拉曼散射光，產生的拉曼散射光通過增強電場被增強，成為表面增強拉曼散射光。并且，通過利用光接收部檢測該表面增強拉曼散射光，能夠獲得拉曼光譜，能夠實施目標物質的檢測以及濃度測定。在這樣的物質成分檢測裝置中，例如與現有的色譜儀等大型裝置相比，能夠由較小的傳感器芯片構成，能夠實現裝置的小型化。并且，由于是使封閉空間構成部的開口部直接接觸于測定對象的皮膚的構成，因此例如不需要通過導入管等將皮膚氣體輸送至檢測裝置，并且也不需要通過袋子另外采集皮膚氣體，例如能夠在將物質成分檢測裝置直接裝在測定對象的皮膚的狀態下實施皮膚氣體的成分分析。在本發明的物質成分檢測裝置中，優選所述封閉空間構成部包括沿所述開口部與所述皮膚貼緊從而密閉所述封閉空間的密閉部件。在本發明中，沿封閉空間構成部的開口部設置密閉部件。在這樣的構成中，當用皮膚閉塞開口部時，通過皮膚貼緊于密閉部件，能夠更加可靠地防止封閉空間內的皮膚氣體漏出，能夠使皮膚氣體中含有的目標物質的檢測精度提高。這里，在本發明的物質成分檢測裝置中，優選所述密閉部件為彈性部件。在本發明中，所述密閉部件由彈性部件構成。在這樣的由彈性部件構成密閉部件的情況下，當使皮膚貼緊時，彈性部件對應于皮膚的凹凸而進行變形。因此，例如即使在開口部按到手掌等具有褶皺的部分的情況下，能夠通過彈性部件閉塞褶皺產生的間隙，能夠 可靠地將封閉空間密閉。在本發明的物質成分檢測裝置中，優選包括向所述封閉空間側按壓所述皮膚的按
壓單元。在本發明中，由于設置了按壓單元，因此例如使用者不需要用手向皮膚側按壓物質成分檢測裝置并固定，能夠容易地將物質成分檢測裝置固定到測定對象部位的皮膚。并且，通過按壓，能夠使皮膚和開口部之間沒有間隙，能夠防止皮膚氣體的漏出。在本發明的物質成分檢測裝置中，優選所述傳感器基板設置成與包含所述開口部的開口端緣的開口面交叉的角度。 在本發明中，傳感器基板設置成與開口面交叉的角度。在這樣的構成中，能夠使從入射光學系統入射傳感器基板的光的入射方向接近傳感器基板的基板面的法線方向。S卩，在傳感器基板與開口面平行設置且突起組與開口部相對的情況下，由于不能將入射光學系統和光接收部設置在與傳感器基板的突起組相對的面，因此需要使來自入射光學系統的光從傳感器基板的側方傾斜射入。在這樣的構成中，來自入射光學系統的光對傳感器基板的入射角度變小，光量損失變大，增強電場的強度也弱，存在不能得到信號強度較強的拉曼散射光。與此相對，如本發明，在傳感器基板設置成與開口面交叉的角度的情況下，能夠增大從入射光學系統射入傳感器基板的光的入射角度，能夠抑制光損失。因此，能夠獲得強度較高的拉曼散射光。這里，在本發明的物質成分檢測裝置中，優選所述傳感器基板以相對于所述開口面為45度以上90度以下的角度地設置。作為從光源部射入傳感器基板的突起組的光的入射角度，優選為90度。這是為了如上所述通過減少光量損失，利用入射光的強度使增強電場的強度變強，在光的入射角度為90度的情況下，能夠使光量損失最小。但是，在傳感器基板相對于開口面為0度以上且不足45度的情況下，很難使光源部的光相對于傳感器基板以90度射入。通過另外使用反射鏡等光學部件，能夠使光從垂直于傳感器基板的方向射入，但是在該情況下，需要設置光學部件，因此構成復雜化，裝置也大型化。
與此相對，在本發明中，傳感器基板被形成為相對于開口面為45度以上90度以下。因此，不使用反射鏡等光學部件，能夠容易地使來自入射光學系統的光從垂直于傳感器基板的角度射入，能夠抑制光量損失，能夠使增強電場增強。并且，這里所述的垂直也包含光的入射角度相對于傳感器基板的法線方向略微傾斜的情況。作為該傾斜角度的范圍，只要入射光學系統的光的光量損失在預先設定的規定值以下即可。并且，在本發明的物質成分檢測裝置中，也可以是所述傳感器基板與包含所述開口部的開口端緣的開口面平行地設置的構成。在本發明中，傳感器基板與開口面平行地設置。在這樣的構成中，能夠減小封閉空間構成部中距開口部的深度尺寸，能夠使物質成分檢測裝置進一步小型化。這里，在本發明的物質成分檢測裝置中，優選所述傳感器基板被設置成所述突起 組與所述開口面相對的狀態。在本發明中，傳感器基板的突出部與開口部相對設置，并且如上所述，傳感器基板與開口部的開口面平行地設置。在這樣的構成中，閉塞開口部的皮膚與傳感器基板的突起組接近，且皮膚與構成突起組的各金屬突起的距離一樣。因此，從皮膚散發的皮膚氣體易于進入突起組的各金屬突起之間，且同樣能夠使皮膚氣體進入形成在突起組的各金屬突起之間的各增強電場。因此，能夠更加提高皮膚氣體中的目標物質的檢測精度。另一方面，在本發明的物質成分檢測裝置中，也可以是所述封閉空間構成部包括與所述開口部相對的底面部，所述傳感器基板以所述突起組與所述底面部相對的狀態設置，在所述傳感器基板與所述底面部之間，設置有從所述皮膚散發的皮膚氣體能夠通過的間隙，所述入射光學系統以及所述光接收部設置在所述底面部。在本發明中，如上所述，由于傳感器基板與開口部的開口面平行地設置，因此能夠抑制物質成分檢測裝置的厚度尺寸，能夠促進小型化。除此以外，由于在底面部具有入射光學系統以及光接收部，并且能夠使垂直于傳感器基板的突起組的光從入射光學系統射入，因此能夠抑制光量損失，能夠增強增強電場。因此，由于拉曼散射光的強度也變強，因此能夠使檢測精度更加提高。
圖I是示出本發明涉及的第一實施方式的物質成分檢測裝置的概略圖。圖2是示出第一實施方式的傳感器主體20的概略構成的剖視圖。圖3是將第一實施方式的傳感器主體的傳感器基板22附近放大的放大圖。圖4是示出第一實施方式的物質成分檢測裝置I的概略構成的框圖。圖5是第二實施方式的傳感器主體的概略剖視圖。圖6是第三實施方式的傳感器主體的概略剖視圖。圖7是第四實施方式的傳感器主體的概略剖視圖。圖8是示出其他實施方式中的物質成分檢測裝置的概略構成的截面圖。
具體實施例方式第一實施方式
以下，基于附圖對本發明涉及的第一實施方式的物質成分檢測裝置進行說明。I.物質成分檢測裝置的整體構成圖I是示出本發明涉及的第一實施方式的物質成分檢測裝置I的概略圖。該物質成分檢測裝置I是通過裝在測定對象的手指而根據從手指的皮膚表面散發的皮膚氣體檢測皮膚氣體中含有的目標物質的裝置，例如能夠用作醫療器械和飲酒檢測
>J-U裝直。并且，在本實施方式中，雖然例示了能夠裝在手指的物質成分檢測裝置1，但是并不限定于此，例如，也可以裝在手掌和手腕等人體的其他部位。并且，也不限定于人體，也可以用作裝在寵物和家畜等動物的皮膚而檢測從動物的皮膚散發的皮膚氣體中的成分的裝 置。如圖I所示，該物質成分檢測裝置I包括基部10、設置于基部10的傳感器主體20以及控制傳感器主體20的控制部30 (參照圖4)。基部10在手指所接觸的第一面11側具有用于將手指相對于傳感器主體20定位的定位凹部12。如圖I所示，定位凹部12例如形成對應于一般大人的食指的寬度尺寸。并且，在定位凹部12的底面12A中測定對象將手指放置在定位凹部12時指肚部分所接觸的區域，設置有傳感器主體20。此外，為了可靠地使手指和傳感器主體20貼緊，也可以在基部10上設置帶子12B(構成本發明的按壓單元)。該帶子12B例如由橡膠帶子等具有彈性的材料形成，將被定位于定位凹部12的手指向傳感器主體20側按壓。并且，作為帶子12B，并不限定于彈性的橡膠帶子，例如也可以是具有魔術帶(注冊商標)等裝卸部而將手指向傳感器主體20側按壓并系緊的構成。此外，例如也可以是通過夾子等夾住手指而向傳感器主體20側按壓的構成。2.傳感器主體的構成圖2是示出第一實施方式的傳感器主體20的概略構成的剖視圖，圖3是將傳感器主體的傳感器基板22附近放大的放大圖。如圖2所示，傳感器主體20包括凹槽21 (構成本發明的封閉空間構成部)、設置在凹槽21的內部的傳感器基板22、對傳感器基板22射出激光的光源部23 (構成本發明的入射光學系統)、接收由傳感器基板22所產生的散射光的光接收部24以及設置在凹槽21的底面2IA的壓力傳感器25 (參照圖I、圖4)。凹槽21為例如通過蝕刻等將定位凹部12的底面12A進一步深挖而形成的槽，沿其開口部21B(開口邊緣)配設有環狀的填充部件211 (構成本發明的密閉部件)。該凹槽21通過用測定對象的手指來閉塞凹槽21的開口部21B的全周，從而由凹槽21的內部以及手指表面形成封閉空間。此時，通過貫穿開口部21B的全周設置的填充部件211和手指的貼緊，封閉空間成為密閉空間。而且，從手指表面散發的皮膚氣體被密封在該密閉空間。并且，填充部件211例如為由橡膠等形成的彈性部件，當通過作為按壓單元的帶子12B按壓手指時發生彈性變形。因此，即使對于手指的褶皺部分，填充部件211也能夠進行貼緊，可靠地密閉封閉空間。并且，也可以是通過將不揮發性的凝膠等涂布于填充部件211而更加可靠地填充指紋和褶皺等的間隙的構成。
光源部23設置于凹槽21的一側面，對傳感器基板22射出單一波長且為直線偏振光的光。并且，在本實施方式中，光源部23具有面發光激光介質,射出單一波長且為直線偏振光的光。并且，作為從光源部23振蕩的激光的波長，可以根據后述的金屬微粒子222B的種類適當設定，例如在金屬微粒子222B為金(Au)的情況下，激光的波長例如可以設定為633nm,在金屬微粒子222B為銀(Ag)的情況下,激光的波長例如可以設定為514nm。并且，為了抑制作為檢測對象的目標物質以外的雜質的熒光，也可以將激光的波長設定為例如780nm左右。光接收部24設置在凹槽21的側面中與設置有光源部23的面相對的側面。該光接收部24包括分光濾光器241 (參照圖4)以及光接收元件242 (參照圖4)。分光濾光器241為將由傳感器基板22所產生的拉曼散射光以外的光(例如瑞利散射光)截斷并使拉曼散射光透過的濾光器。作為像這樣的分光濾光器241，例如可以例示 出標準具(etalon)元件等。特別地，在分光濾光器241中使透過波長變化并由光接收元件242獲得各波長的光譜的情況下，作為分光濾光器241，優選使用能夠選擇透過的波長的波長可變型標準具元件。光接收元件242接收透過分光濾光器241的光，并向控制部30輸出與光接收量對應的信號。如圖2所示，傳感器基板22為在與凹槽21的開口部21B相對的表面側例如形成多個狹槽221的基板。這里，這些狹槽221被設定為例如從300nm到激光的振蕩波長的間隔。并且，傳感器基板22的一邊例如形成5_程度的尺寸。此外，傳感器基板22被設置成狹槽221所形成的面與凹槽21的開口部21B中的開口面21B1相對并且平行于開口面21B1。當進一步放大該傳感器基板22的狹槽221的一部分時，如圖3所示，在傳感器基板22的表面上形成由多個突起222 (金屬突起)構成的金屬納米構造的突起組223。這些突起222通過在設置于傳感器基板22的表面的凸部222A上涂布金屬微粒子222B(例如，金、銀、銅、鋁、鈀以及鉬等)而構成。并且，這些突起222中的金屬微粒子222B間的間距被適當設定為從Inm到狹槽221的格子間距的一半左右的尺寸。接著，對傳感器主體20的目標物質檢測原理進行說明。該傳感器主體20為利用局部等離子共振的物質成分檢測傳感器，并通過以下示出的原理檢測目標物質。即，設置于傳感器主體20的各金屬微粒子222B形成為比從光源部23射出的激光的波長小。當對這樣的金屬微粒子222B照射激光時，作用于存在于金屬微粒子222B的表面的自由電子引起共振。因此，利用自由電子的電偶極子在金屬微粒子222B內被激起，如圖3所示，形成比射入到金屬微粒子222B間的激光的電場強的增強電場224。該現象為比激光的波長小的金屬納米構造體中特有的現象。并且，在本實施方式中，如圖2所示，在傳感器基板22上形成多個狹槽221，這些狹槽221的槽寬形成為小于激光振蕩波長。因此，在這些狹槽221之間以及設置在狹槽221內的彼此相對的面上的金屬微粒子222B之間形成增強電場。基于此，形成增強電場224的區域增大，能夠更加提高目標物質的檢測精度。并且，當金屬微粒子222B之間的間隙變小并且突起222的高度變大時，增強電場224變得更強。并且，如果從光源部23射入的激光的強度變強，增強電場224進一步變強。但是，當金屬微粒子222B之間的間隙過小時，目標物質進入間隙之間的幾率也變小。因此，在本實施方式中，金屬微粒子222B之間的間隙如上所述優選形成為從Inm到狹槽221的格子間距的一半左右的尺寸。并且，在突起222的高度較高的情況下，由于目標物質在進入增強電場224之后到從增強電場224出來的時間變長，因此能夠穩定地檢測拉曼散射光。并且，也可以為在狹槽221間的彼此相對的面之間形成突起222的構成。在該情況下，作為突起222的高度，以彼此相對的突起222的金屬微粒子222B之間形成上述間隙的方式在狹槽221的寬度尺寸之間適當設定，能夠形成更強的增強電場。在像這樣的傳感器主體20中，當成為檢測對象的目標物質進入增強電場224內時，產生含有目標物質的頻率信息的拉曼散射光。并且，該拉曼散射光被增強電場224增強，產生表面增強拉曼散射光。因此，即使目標物質為微量的情況下，也能夠得到信號強度較強的拉曼散射光，而提高檢測靈敏度。
并且，如圖I所示，在傳感器主體20的凹槽21的底面21A上，設置有壓力傳感器25。該壓力傳感器25為檢測封閉空間是否為密封狀態的傳感器。即，當從手指貼緊于填充部件211的狀態進一步將手指向傳感器主體20側按壓時，作為彈性部件的填充部件211彈性變形，封閉空間內的壓力變大。另一方面，在手指沒有貼緊于填充部件211而存在間隙的情況下，由于封閉空間內的氣體從間隙漏出，因此即使填充部件211被按壓，壓力也不會變化，或者壓力變化量變小。因此，通過利用壓力傳感器25檢測這樣的壓力變化，能夠容易地檢測封閉空間是否被密閉。3.控制部的構成圖4是示出第一實施方式的物質成分檢測裝置I的概略構成的框圖。如圖4所示，物質成分檢測裝置I的控制部30包括控制光源部23的光源控制電路31、控制分光濾光器241的濾光器控制電路32、外部設備、可連接的端子部33以及運算處理部34。光源控制電路31根據從運算處理部34輸入的檢測開始指令驅動光源部23，并對傳感器基板22射出激光。濾光器控制電路32基于從運算處理部34輸入的濾光器控制指令控制分光濾光器241。例如,在分光濾光器241為通過施加電壓使一對反射鏡(mirror)之間的間隙變動以設定透過波長的波長可變型標準具元件的情況下，將對應于所獲得的拉曼散射光的波長的電壓施加到分光濾光器241。端子部33例如能夠連接到顯示器和打印機等輸出裝置、或者個人計算機等信息處理裝置，并將運算處理部34分析的關于目標物質的分析結果信息輸出。運算處理部34例如由CPU (Central Processing Unit,中央處理器)等運算電路和存儲器等儲存電路構成，通過適當實施儲存在存儲器中的程序，來控制物質成分檢測裝置I的整體的動作。具體來說，運算處理部34通過實施各種程序，如圖4所示，來發揮作為密閉狀態判斷單元341、光源控制單元342、目標物質設定單元343以及成分分析單元344的功能。密閉狀態判斷單元341根據由壓力傳感器25檢測的壓力判斷封閉空間是否被密閉。如上所述，在通過手指將封閉空間密閉的狀態下，當填充部件211被按壓而彈性變形時，封閉空間內部的壓力增大。另一方面，在封閉空間沒有被密閉而產生間隙的情況下，沒有壓力變化，或者壓力的變化是微量的。因此，密閉狀態判斷單元341監視由壓力傳感器25檢測的壓力的變化，在壓力上升到預先設定的閥值以上的情況下，判斷為封閉空間被密閉。光源控制單元342將檢測開始指令輸出至光源控制電路31，并使激光從光源部23射出。目標物質設定單元343設定皮膚氣體中的分析對象的目標物質。其中，例如基于從另外設置于物質成分檢測裝置I的操作單元(圖示省略)輸入的信號，設定目標物質。并且，目標物質設定單元343將濾光器控制指令輸出至濾光器控制電路32，而設定分光濾光器241，以透過與設定的目標物質對應的拉曼散射光的波長。并且，在本實施方式中，目標物質設定單元343控制分光濾光器241，并進行僅使與目標物質對應的拉曼散射光透過的控制，但是，例如在皮膚氣體中作為檢測對象的目標物質是一個的情況下，也可以省略利用目標物質設定單元343進行的目標物質的設定處 理。成分分析單元344根據從光接收元件242輸入的拉曼散射光的強度，檢測皮膚氣體中的目標物質。并且，根據拉曼散射光的強度，算出目標物質的含有量(濃度)。并且，成分分析單元344將檢測的目標物質的濃度顯示于例如圖示省略的顯示部，并從端子部33輸出至外部設備。4.本實施方式的作用效果在上述第一實施方式的物質成分檢測裝置I中，在基部10的定位凹部12的底面12A上設置具有開口部21B的凹槽21，在該凹槽21內設置有傳感器基板22、向傳感器基板22射出激光的光源部23以及接收由傳感器基板22產生的拉曼散射光的光接收部24。并且，傳感器基板22具有由涂布了金屬微粒子222B的多個突起222構成的突起組223。在像這樣的物質成分檢測裝置I中，通過用手指閉塞開口部，而使凹槽21內部成為封閉空間，從手指散發的皮膚氣體被放出到該封閉空間內并充滿該封閉空間。并且，當從光源部23向傳感器基板22的突起組223照射激光時，在金屬微粒子222B之間形成增強電場224。在這樣的傳感器中，當皮膚氣體中的目標物質進入增強電場224內時，激光照射所產生的目標物質的拉曼散射光被增強，成為表面增強拉曼散射光。并且，物質成分檢測裝置I通過由光接收部24檢測這樣的表面增強拉曼散射光，能夠獲得與目標物質對應的拉曼散射光的強度。這里，傳感器基板22形成一邊為5mm的正方形形狀，形成在傳感器基板22上的突起組223具有從Inm到數十nm程度的微小形狀。并且，凹槽21的大小形成為由指肚部分閉塞的程度。即，本實施方式的物質成分檢測裝置I例如與色譜儀等其他分析裝置相比，能夠形成極其小型化，由于其構成也簡單，因此，也能夠使裝置的制造成本廉價。并且，由于能夠將裝置直接固定于皮膚而進行目標物質的檢測，因此例如不需要在采集皮膚氣體之后利用分析裝置進行分析等復雜的操作，能夠容易地進行皮膚氣體中目標物質的檢測。并且，物質成分檢測裝置I具有沿凹槽21的開口部21B設置的填充部件211。因此，當手指放置于凹部12時，填充部件211與手指貼緊，能夠將凹槽21內的封閉空間密閉，因此能夠防止皮膚氣體漏出。
這里，作為本發明的密閉部件，使用作為彈性部件的橡膠制填充部件211。作為密閉部件，考慮到例如在使用不具有彈性的材料的情況下，存在在皮膚的褶皺部分產生間隙的情況，在該情況下，皮膚氣體從封閉空間漏出。并且，作為密閉部件，也可以是涂布液狀或者凝膠狀物質的構成，但是在該情況下，存在液狀或者凝膠狀物質的氣化氣體進入封閉空間內，恐怕不能實施正確的目標物質檢測。并且，也考慮到因為每次測定需要涂布液狀或者凝膠狀的密閉部件而操作復雜的情況。對此，在由彈性部件構成密閉部件的情況下，不需要涂布等操作，也沒有來自密閉部件的氣化氣體，能夠使封閉空間良好地成為密閉空間。并且，如上所述，也可以將不揮發性的凝膠等涂布于填充部件211。在該情況下，雖然實施涂布操作使檢測時的操作變復雜，但是能夠更可靠地使皮膚與填充部件211之間不存在間隙，從而能夠更可靠地密閉封閉空間。此外，物質成分檢測裝置I也可以在基部10上設置帶子12B。在這樣的構成中，能夠將放置在凹部12的手指向傳感器主體20側按壓，從而能夠更可靠地貼緊手指與傳感器主體20。
因此，能夠更可靠地使手指與開口部21B之間沒有間隙，從而能夠防止在封閉空間產生間隙而使皮膚氣體漏出的缺陷。并且，由于防止了皮膚氣體的漏出，因此不需要將手指向傳感器主體側按壓，能夠更容易地實施皮膚氣體中的目標物質的檢測處理。此外，在本實施方式中，傳感器基板22被設置成設置有突起組223的面與開口部21B相對，并且傳感器基板22平行于開口部21B的開口面21B1。在像這樣的構成中，能夠減小凹槽21的深度尺寸，并且能夠抑制物質成分檢測裝置I的厚度尺寸的增大。并且，由于突起組223與開口部21B相對，因此從手指散發的皮膚氣體的目標物質易于進入突起組223的各突起222之間，從而能夠使目標物質的檢測效率提高。此外，由于突起組223的各突起222與手指的距離一樣，因此在突起組223內，在目標物質的存在位置不易產生偏差。并且，傳感器主體20具有檢測封閉空間的壓力的壓力傳感器25。并且，控制部30的密閉狀態判斷單元341根據壓力傳感器25檢測的壓力的變化，判斷封閉空間是否被密閉。因此，能夠容易地判斷手指是否貼緊于填充部件211并且封閉空間是否被密閉，防止在皮膚氣體漏出的狀態下進行目標物質的檢測處理，從而能夠實施正確的檢測處理。并且，在本實施方式中，在物質成分檢測裝置I中，并不限定于通過控制部30的成分分析單元344根據傳感器主體20檢測到的拉曼散射光的強度實施目標物質的成分檢測以及被檢測成分的濃度測定。即，物質成分檢測裝置I是獲得傳感器主體20檢測到的拉曼散射光并輸出的裝置，也可以將獲得的拉曼散射光的強度從端子部33輸出至外部設備。第二實施方式接著，基于附圖對本發明的第二實施方式進行說明。圖5是第二實施方式的傳感器主體20A的概略剖視圖。并且，在說明以后的實施方式時，對與第一實施方式相同的構成賦予相同的標號，并省略或簡略其說明。在上述第一實施方式的傳感器主體20中，傳感器基板22與凹槽21的開口部21B的開口面21B1平行地設置。與此相對，在第二實施方式的物質成分檢測裝置的傳感器主體20A中，如圖5所示，在凹槽21的內周側面21C上設置有傳感器基板22。即，傳感器基板22被配設成設置有突起組223(參照圖3)的面與開口部21B的開口面21B1垂直。并且，在與設置有傳感器基板22的內周側面21C相對的內周側面21D上設置有光源部23以及光接收部24。第二實施方式的作用效果在這樣的構成中，從光源部23射出的激光垂直于傳感器基板22的突起組223，或者以極其接近垂直的入射角度射入。這樣，從大致垂直的角度使激光射入設置有突起組233的傳感器基板22，從而能夠抑制激光的光量損失量。并且，光接收部24也設置在與設置有傳感器基板22的突起組223的面相對的內周側面21D。在這樣的構成中，由于從突起組223的各突起222之間形成的增強電場224到光接收部24的距離均等，因此能夠正確地檢測突起組223內的各增強電場224中的拉曼散射光的強度。
特別地，在根據拉曼散射光算出目標物質的濃度的情況下，優選根據拉曼散射光的發生位置的數量和面積等算出。即，一個增強電場224中產生的拉曼散射光的強度在其增強電場224內也因目標物質的位置等而發生變化，因此目標物質的濃度和拉曼散射光的強度未必成比例關系。與此相對，目標物質的濃度和拉曼散射光的發生位置的數量或者面積大致成比例關系。因此，如上所述，將光接收部24設置在與設置有傳感器基板22的突起組223的面相對且距各突起222的距離大致均等的位置，從而能夠適合獲得在面內產生的拉曼散射光的產生位置(拉曼散射光的產生位置的分布)，能夠檢測目標物質的濃度。第三實施方式接著，對本發明的第三實施方式的物質成分檢測裝置進行說明。圖6是示出第三實施方式的傳感器主體的概略的剖視圖。在上述第二實施方式的物質成分檢測裝置I中，在傳感器主體20A中，沿著凹槽21的內周側面21C以垂直于開口部21B的開口面21B1的方式設置傳感器基板22。與此相對，如圖6所示的傳感器主體20B，也可以使傳感器基板22相對于開口部21B的開口面21B1傾斜放置。這里，優選的是，傳感器基板22相對于開口部21B的開口面21B1設定為45度以上且不足90度的角度(在90度的情況下，成為與第二實施方式相同的構成)。S卩，在傳感器基板22的傾斜角度為0度以上且不足45度的情況下，從光源部23射入傳感器基板22的激光的入射角變小，激光的光量損失變大。與此相對，在傳感器基板22設置為45度以上且不足90度的情況下，可以調整光源部23的激光的射出角度，以使激光的入射角度接近傳感器基板22的法線方向，與第二實施方式相同，能夠增強突起組223 (參照圖3)中的增強電場224,從而能夠提聞檢測精度。第三實施方式的作用效果在上述第三實施方式中，傳感器基板22設置成相對于開口部21B的開口面21B1形成45度以上且不足90度的角度。因此，能夠以垂直于傳感器基板22的突起組223或者極其接近垂直的入射角射入激光，能夠抑制激光的光量損失量，從而能夠使增強電場224增強。并且，通過將光接收部24設置在距各突起222的距離均等的位置，從而能夠正確地檢測突起組223內的各增強電場中的拉曼散射光的強度，能夠適合獲得在面內產生的拉曼散射光的產生位置的分布)，能夠高精度地檢測目標物質的濃度。此外，與第二實施方式相比，由于能夠較小地形成凹槽21的深度尺寸，因此能夠促進物質成分檢測裝置的小型化。第四實施方式接著，基于附圖對本發明的第四實施方式進行說明。圖7是示出第四實施方式的傳感器主體的概略的剖視圖。在上述第一實施方式中，傳感器基板22配置成設置有突起組223的面與開口部21B的開口面21B1相對，但是在第四實施方式中，如圖7所示，配置成傳感器基板22的突起組223 (參照圖3)與凹槽21的底面相對。 在該傳感器主體20B中，在傳感器基板22與底面21A之間形成皮膚氣體能夠進入的微小的間隙。并且，在傳感器主體20B中，光源部23以及光接收部24設置在凹槽21的底面，對與底面21A相對的突起組223射出激光，并且接收射出至底面21A側的拉曼散射光。第四實施方式的作用效果在該第四實施方式中，由于傳感器基板22與開口部21B的開口面21B1平行地配置，因此與上述第一實施方式相同，能夠減小凹槽21的深度尺寸，能夠減小物質成分檢測裝置的厚度尺寸，能夠促進裝置的小型化。并且，由于光源部23以及光接收部24設置在底面21A，并且與傳感器基板22的突起組223相對，因此與第二實施方式以及第三實施方式相同，能夠以垂直于傳感器基板22的入射角度照射激光，能夠更加增強增強電場224。并且，對于光接收部24，能夠高精度地檢測突起組223面內的拉曼散射光的分布。并且，在將光源部23以及光接收部24設置在凹槽21的內周側面的構成中，在凹槽21的深度尺寸較小的情況下，設置困難。與此相對，在本實施方式中，由于光源部23以及光接收部24設置在底面21A，因此能夠充分確保這些光源部23以及光接收部24的配置空間，能夠容易地進行設置。其他實施方式并且，本發明并不限定于上述的實施方式，在能夠達成本發明的目的的范圍內的變形、改良等也包含在本發明中。例如，在上述實施方式中，作為物質成分檢測裝置1，雖然將測定對象的手指作為測定部位，但不限定于此。作為物質成分檢測裝置，只要是能檢測人的皮膚氣體的部位，并沒有特別的限定，例如也可以接觸手掌、手腕、腳等這樣的測定部位。在這些當中，手指和手掌通常為皮膚暴露的部分，為能夠容易地對測定對象人員實施測定的部位，因此特別優選。并且，作為傳感器主體20的封閉空間構成部，雖然例示了設置于基部10的凹槽21，但并不僅限于此。例如，也可以是在基部10上形成筒狀的突出部，通過突出部前端接觸測定對象的皮膚而在同內周側形成封閉空間的構成。并且，作為入射光學系統，雖然是在凹槽21的側面直接設置射出激光的光源部23，但并不限定于此，如果是從設置在凹槽21的側面的窗部將激光引導至傳感器基板22的光學系統也可以。在光接收部24中也同樣，只要具有將射入到設置在凹槽21的側面的窗的拉曼散射光引導至光接收元件的光學系統即可。
雖然示出在傳感器基板22上形成狹槽221的構成，但是也可以是不形成狹槽221，而僅具有由多個突起222構成的突起組223的構成。并且，雖然通過在凸部222A上涂布金屬微粒子222B而構成突起222，但是，例如也可以是僅由球狀的金屬微粒子222B構成突起222的構成。在該情況下，例如可以考慮在傳感器基板22的表面上以不足激光振蕩波長的間隔配置比金屬微粒子222B的直徑小的狹縫，并使金屬微粒子222B保持在狹縫上的構成。并且，作為光接收部24的分光濾光器241，雖然例示了能夠選擇透過波長的波長選擇型標準具元件，但是，例如也可以是僅將特定的拉曼散射光的波長透過的帶通濾光器的構成等。并且，在上述實施方式中，雖然將具有一個開口部21B的凹槽21作為封閉空間構成部，但不限定于此。例如，如圖8所示，也可以是在基部40形成具有筒狀內周面的貫通孔41，并且該貫 通孔41構成本發明的封閉空間構成部。在該情況下，如圖8所示，沿貫通孔41的兩端部的開口部41A的開口緣，設置作為貼緊部件的填充部件411，并在貫通孔41的內部設置傳感器基板22、光源部23以及光接收部24。在這樣構成的物質成分檢測裝置IA中，通過用手指夾著貫通孔41的兩端的開口部41A，成為貫通孔41的內部被密閉的封閉空間。在該情況下，貫通孔41的兩端的開口部41A被皮膚閉塞，由于放出到封閉空間內部的皮膚氣體變多，因此能夠使皮膚氣體中含有的目標物質的檢測精度提聞。以上，對用于實施本發明的最佳的構成進行了具體的說明，但是本發明并不限定于此。即，本發明主要對特定的實施方式特別進行了圖示和說明，但是在不脫離本發明的技術思想以及目的的范圍內，本領域技術人員能夠對上述的實施方式進行各種變形以及改良。符號說明1、1A物質成分檢測裝置 12B帶子(按壓單元)21凹槽(封閉空間構成部) 21A底面21B、41A 開口部 21B1 開口面21C、21D內周側面 22傳感器基板23光源部(入射光學系統) 24光接收部41貫通孔(封閉空間構成部) 211、411填充部件(密閉部件)222突起(金屬突起) 223突起組。
權利要求
1.一種物質成分檢測裝置，其特征在于，包括 封閉空間構成部，具有至少ー個開ロ部，通過利用測定對象的皮膚閉塞所述開ロ部，所述封閉空間構成部的內部成為封閉空間； 傳感器基板，設置在所述封閉空間構成部的所述封閉空間內，包括具有多個金屬突起的突起組； 入射光學系統，向所述突起組射出光；以及 光接收部，檢測由所述突起組產生的拉曼散射光。
2.根據權利要求I所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述封閉空間構成部包括沿所述開ロ部與所述皮膚貼緊從而密閉所述封閉空間的密閉部件。
3.根據權利要求2所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述密閉部件為彈性部件。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述物質成分檢測裝置包括向所述封閉空間側按壓所述皮膚的按壓單元。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述傳感器基板設置成與包含所述開ロ部的開ロ端緣的開ロ面交叉的角度。
6.根據權利要求5所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述傳感器基板以相對于所述開ロ面為45度以上90度以下的角度地設置。
7.根據權利要求I至4中任一項所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述傳感器基板與包含所述開ロ部的開ロ端緣的開ロ面平行地設置。
8.根據權利要求7所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述傳感器基板被設置成所述突起組與所述開ロ面相對的狀態。
9.根據權利要求7所述的物質成分檢測裝置，其特征在干， 所述封閉空間構成部包括與所述開ロ部相対的底面部， 所述傳感器基板以所述突起組與所述底面部相対的狀態設置， 在所述傳感器基板與所述底面部之間，設置有從所述皮膚散發的皮膚氣體能夠通過的間隙， 所述入射光學系統以及所述光接收部設置在所述底面部。
全文摘要
一種物質成分檢測裝置，包括凹槽，通過利用測定對象的皮膚閉塞開口部而構成封閉空間；傳感器基板，設置在凹槽的內部，包括具有多個突起的突起組；光源部，向突起組射出光；以及光接收部，檢測由突起組所產生的拉曼散射光。
文檔編號G01N21/65GK102680449SQ201210033189
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月14日 優先權日2011年3月18日
發明者橋元伸晃 申請人:精工愛普生株式會社