葡萄糖浓度测试仪的制作方法
【专利摘要】一种葡萄糖浓度测试仪，包含一极化光产生装置、一极化光析光片、一光侦测器、一带通滤波器，及一浓度量测装置。极化光产生装置用于产生一沿一入射光径射入到人体眼球的一角膜且具有两互相垂直的线偏极化双频稳频之测试激光束，测试激光束系以依序穿过角膜与房水且被一水晶体表面或虹膜反射后沿一反射光径依序穿过房水与角膜之方式行进一预定光径长度而射出。极化光析光片使测试激光束的两相互垂直线偏化光产生外差干涉。光侦测器产生一对应测试激光束的测试外差干涉信号。带通滤波器滤波测试外差干涉信号以使测试外差干涉信号具有一中心频率。浓度量测装置测量测试外差干涉信号的振幅，并根据所测量之振幅，获得房水的葡萄糖浓度。
【专利说明】
葡萄糖浓度测试仪
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种测试仪，特别是涉及一种葡萄糖浓度测试仪。
【背景技术】
[0002] 以往利用光性质对葡萄糖的溶液浓度量测均借由光起偏器(polarizer)以及光检 偏器(analyzer)并利用机械方式直接量取因旋光溶液所造成的旋光角度改变而得到浓度 的量测。在功能上因机械的振动以及较低的量测速度而被直接由声光(acousto-optic)或 电光(electro-optic)调变器(modulator)产生强度调变的入射光源而取代，它借由直接量 取强度调变的输出光信号的振幅或相位而求得溶液浓度的大小。然而在这些系统中利用机 械方式产生强度调变信号易受振动以及调变频率不高的影响而无法得到较高的量测精度， 且借由声光或电光变调器而产生高频率的强度调变信号则因变调器本身的不稳定性而造 成误差。虽然借由声光调变器而产生光学外差干涉是可达到高的调变频率以及较高的稳定 度，但干涉仪对外界环境的干扰相当敏感而造成系统精度上的限制。
[0003] 此外，目前应用在人体眼球内房水中葡萄糖浓度的测试仪，是以激光束由人体眼 球的一侧入射到人体眼球，并穿经角膜与房水后再从人体眼球的另一相反侧射出。借由分 析自人体眼球所射出的激光束的旋光角度而获得房水中葡萄糖的浓度，继而推算出人体血 液中的血糖浓度。然而，前述测试仪有关激光束相对于人体眼球的定位机制相对地复杂且 难度较高，如此不利于不具此技术知识的一般家用用户来使用。因此，为了能符合一般的居 家使用者使用，目前应用在人体眼球的葡萄糖浓度测试仪仍有相当大的改良空间。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的其中一目的在于提供一种葡萄糖浓度测试仪，系以两互相垂直的线 偏极化双频稳频激光，简称双频稳频激光(two-frequency laser)为光源，对待测溶液发射 激光束，利用一极化光析光片来获得相关于穿经待测溶液之激光束的外差干涉信号，并利 用浓度量测装置直接测量外差干涉信号的振幅，进而求得待测溶液的葡萄糖浓度。在光学 架构上它属于共同路径干涉仪(common-path interferometer)，因此对外界环境的干扰有 免疫能力，而且构造较以往方法简单，同时拥有较高的量测精度及实时性。
[0005] 本实用新型的另一目的在于提供一种葡萄糖浓度测试仪，能够量测人体眼球内房 水中的葡萄糖浓度，且能因其相对简单的定位机制而方便于居家使用者的使用。
[0006] 本实用新型葡萄糖浓度测试仪，利用一人体眼球内的一房水中葡萄糖的旋光特性 而适于测量该房水中的葡萄糖浓度。该葡萄糖浓度测试仪包含一极化光产生装置、一极化 光析光片、一光侦测器、一带通滤波器，以及一浓度量测装置。该极化光产生装置用于至少 产生一沿一入射光径射入到该人体眼球的一角膜且具有两互相垂直的线偏极化双频稳频 之测试激光束，该测试激光束在一位于该入射光径上该角膜的一外表面的入射点入射到该 人体眼球且依序穿过该角膜与该房水并到达一水晶体表面与一虹膜(iris)的其中之一者， 并自其上的一反射点反射后沿一反射光径前进且依序穿过该房水与该角膜而自一位于该 反射光径上该角膜之该外表面的出射点射出，该入射点与该反射点之间的距离被定义为一 入射光径长度，该反射点与该出射点之间的距离被定义为一出射光径长度，该入射光径长 度与该出射光径长度之和实质上为一预设光径长度。该极化光析光片以一固定方位角之方 式配置在该反射光径上，用于在射出自该人体眼球的该测试激光束通过其本身后，使该测 试激光束的两相互垂直线偏化光产生外差干涉。该光侦测器配置在该反射光径上，用于接 收并侦测通过该极化光析光片的该测试激光束以产生一对应该测试激光束的测试外差干 涉信号。该带通滤波器电连接该光侦测器以接收来自该光侦测器的该测试外差干涉信号， 并滤波该测试外差干涉信号以使该测试外差干涉信号具有一中心频率，该中心频率为该测 试激光束之双频率的差频(beat frequency)。该浓度量测装置电连接该带通滤波器以接收 经该带通滤波器滤波处理后的该测试外差干涉信号，且测量该测试外差干涉信号的振幅， 并根据所测量之振幅，获得该房水的葡萄糖浓度。
[0007]在一些实施态样中，该浓度量测装置包括一振幅测量单元，以及一计算单元。该振 幅测量单元电连接该带通滤波器以接收经该带通滤波器处理后的该测试外差干涉信号，并 测量该测试外差干涉信号的振幅，该计算单元电连接该振幅测量单元，并根据该振幅测量 单元所测量之振幅，计算出该房水的葡萄糖浓度。
[0008] 在一些实施态样中，该振幅测量单元包含一数字式振幅测量仪（digital voltmeter)〇
[0009] 在一些实施态样中，该极化光产生装置还产生另一沿一参考光径行进且具有两互 相垂直的线偏极化双频稳频之参考激光束;该葡萄糖浓度测试仪还包含一参考极化光析光 片、一参考光侦测器，及一参考带通滤波器。该参考极化光析光片以一固定方位角之方式配 置在该参考光径上，用于在该参考激光束通过其本身后，使该参考激光束的两相互垂直线 偏化光产生外差干涉。该参考光侦测器配置在该参考光径上，用于接收并侦测通过该参考 极化光析光片的该参考激光束以产生一对应该参考激光束的参考外差干涉信号。该参考带 通滤波器电连接该参考光侦测器与该浓度量测装置，且接收来自该参考光侦测器的该参考 外差干涉信号，并滤波该参考外差干涉信号以使该参考外差干涉信号具有该中心频率，而 且将滤波处理后的该参考外差干涉信号输出至该浓度量测装置。其中，该浓度量测装置根 据来自该参考带通滤波器的该参考外差干涉信号以监控及校正该激光束的光强度。
[00?0]在一些实施态样中，该极化光产生装置包括一用于发射出具有两互相垂直之线偏 极化双频稳频的激光束的极化光产生器、及一用于将该极化光产生器所发射出的该激光束 分成该测试激光束与该参考激光束的分光片。
[0011] 在一些实施态样中，该极化光产生器所发射出的该激光束系为具有双频稳频的激 光束，并包含两相互垂直之线偏极化光且以双光频率输出。
[0012] 在一些实施态样中，该极化光产生器所发射出的该激光束系为具有线偏极化双频 稳频的固体半导体激光光束，并包含两相互垂直之线偏极化光。
[0013] 在一些实施态样中，该极化光产生器包含一组单一频率稳频的线偏极化光激光光 源、一组极化光分光器、及一组频率偏移的相位调变器。
[0014] 在一些实施态样中，该极化光析光片为一Glan-Thompson析光片、一极化光分光片 及一线性极化片其中之一者。
[0015] 在一些实施态样中，该光侦测器包括一光二极管与一光放管（Photomultiplier tube;PMT)其中之一者。
[0016] 本实用新型的有益效果在于：由于入射到人体眼球之该测试激光束受该水晶体或 该虹膜反射后即朝该反射光径射出，而且该测试激光束入射时不需经由复杂的定位机制， 因此相较于需经复杂定位的以往技艺，更有利于一般居家使用者使用。
【附图说明】
[0017] 图1是一示意图，说明本实用新型葡萄糖浓度测试仪的一实施例；
[0018] 图2是一示意图，说明该实施例的两互相垂直之线偏极化双频稳频激光束通过极 化光析光片后的无旋光效应;及
[0019] 图3是一示意图，说明该实施例的两互相垂直之线偏极化双频稳频激光束通过极 化光析光片后的有旋光效应。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
[0021] 参阅图1，说明本实用新型葡萄糖浓度测试仪的一实施例，利用一人体眼球100内 的房水l〇〇b中葡萄糖的旋光特性而适于测量房水100b中的葡萄糖浓度，进而可推算人体的 血糖浓度。该葡萄糖浓度测试仪包含一极化光产生装置1、一极化光析光片3、一光侦测器4、 一带通滤波器5、一浓度量测装置6、一参考极化光析光片7、一参考光侦测器8,及一参考带 通滤波器9。
[0022] 该极化光产生装置1包括一极化光产生器11，及一分光片12。该极化光产生器11系 用于发射出具有线偏极化双频稳频的激光束10,其中两线偏极化光相互垂直，该分光片12 系用于将该极化光产生器11所发射出的该激光束10分成一测试激光束l〇a与一参考激光束 10b。在本实施例中，该极化光产生器11所发射出的该激光束10例如为具有双频Zeeman稳频 的氦氖激光束，但不以此为限，并包含两相互垂直之线偏极化光且以双光频率输出。在其他 实施例中，该极化光产生器11所发射出的该激光束10可为具有线偏极化双频稳频的固体半 导体激光（laser diode)光束，并包含两相互垂直之线偏极化光。此外，该极化光产生器11 亦可包含一组单一频率稳频的线偏极化光激光光源、一组极化光分光器、及一组频率偏移 的相位调变器，如此即可产生具有两相互垂直之线偏极化双频稳频的激光束。
[0023] 该测试激光束10a系沿一入射光径D1射入到该人体眼球100的一角膜100a，且该测 试激光束l〇a是在一位于该入射光径D1上该角膜100a的一外表面的入射点P1入射到该人体 眼球100,然后该测试激光束l〇a穿过该角膜100a与该房水100b并到达例如一水晶体100c表 面，但不以此为限。值得注意的是，在其他实施例中，该测试激光束l〇a可达到一虹膜(iris) (图未示出）。接着，该测试激光束l〇a自该水晶体100c表面上的一反射点P2反射后沿一反射 光径D2前进，且该测试激光束10a依序穿过该房水100b与该角膜100a而自一位于该反射光 径D2上该角膜100a之该外表面的出射点P3射出，其中，该入射点P1与该反射点P2之间的距 离被定义为一入射光径长度L1，该反射点P2与该出射点P3之间的距离被定义为一出射光径 长度L2,该入射光径长度L1与该出射光径长度L2之和实质上为一预设光径长度L。
[0024]该极化光析光片3系以一固定方位角之方式配置在该反射光径D2上，用于在射出 自该人体眼球100的该测试激光束l〇a通过其本身后，使该测试激光束10a的两相互垂直线 偏化光产生外差干涉，也就是说自该人体眼球100射出的该测试激光束l〇a经过固定方位角 的该极化光析光片3后产生外差干涉。在本实施例中，该极化光析光片3例如为一Glan-Thompson析光片、一极化光分光片及一线性极化片的其中之一者。
[0025] 该光侦测器4系配置在该反射光径D2上，用于接收并侦测通过该极化光析光片3的 该测试激光束l〇a以产生一对应该测试激光束10a的测试外差干涉信号。在本实施例中，该 光侦测器4包括例如一光二极管与一光放管(Photomultiplier tube;PMT)的其中之一者。
[0026] 该带通滤波器5电连接该光侦测器4以接收来自该光侦测器4的该测试外差干涉信 号，并滤波该测试外差干涉信号以使该测试外差干涉信号具有一中心频率，该中心频率为 该激光束10之双频率的差频(beat frequency)。
[0027] 该浓度量测装置6电连接该带通滤波器5与该参考带通滤波器9,并包括一振幅测 量单元61及一计算单元62。该振幅测量单元61电连接该带通滤波器5以接收经该带通滤波 器5处理后的该测试外差干涉信号，并测量该测试外差干涉信号的该振幅。该计算单元62电 连接该振幅测量单元61，并根据该振幅测量单元61所测量之该振幅，计算出该房水100b的 葡萄糖浓度，进而推算出人体的血糖浓度。在本实施例中，该振幅测量单元61包含例如一数 字式振幅大小测量仪(digital voltmeter)，但不以此为限，而该计算单元62包含例如一计 算机，但不以此为限。
[0028]另外，在图1中该极化光产生装置1所产生具有两相互垂直之线偏极化双频稳频的 该参考激光束l〇b系沿一参考光径D3行进。
[0029]该参考极化光析光片7系以一固定方位角之方式配置在该参考光径D3上，用于在 该参考激光束l〇b通过其本身后，使该参考激光束10b的两相互垂直线偏化光产生外差干 涉。在本实施例中，相似于该极化光析光片3,该参考极化光析光片7例如为一Glan-Thompson析光片、一极化光分光片及一线性极化片的其中之一者。
[0030] 该参考光侦测器8配置在该参考光径D3上，用于接收并侦测通过该参考极化光析 光片7的该参考激光束10b以产生一对应该参考激光束10b的参考外差干涉信号。在本实施 例中，相似于该光侦测器4,该参考光侦测器8包括例如一光二极管与一光放管 (Photomultiplier tube;PMT)的其中之一者。
[0031] 该参考带通滤波器9电连接该参考光侦测器8与该浓度量测装置6,且接收来自该 参考光侦测器8的该参考外差干涉信号，并滤波该参考外差干涉信号以使该参考外差干涉 信号具有该中心频率，而且将滤波处理后的该参考外差干涉信号输出至该浓度量测装置6。
[0032] 值得一提的是，该浓度量测装置6还根据来自该参考带通滤波器9的该参考外差干 涉信号以监控及校正该激光束10的光强度。
[0033]在本实施例中是以两互相垂直的双频稳频激光束为光源，其频率分为(^与ω2。特 别要说明的是，该带通滤波器5与该参考带通滤波器9的中心频率皆设定在双频稳频激光束 10的差频频率（Δ ω = ωι_ω2)。
[0034]以下示例说明本实施例葡萄糖浓度测试仪的量测原理。
[0035]当该测试激光束10a通过房水100b后，因房水100b内的葡萄糖本身具有旋光性而 使通过房水l〇〇b后的测试激光束10a其偏极化方向改变0m角度。溶液浓度与旋光角度改变 的关系以下式(1)表之
[0036]
[0037] 公式（1)中，当温度(T)、入射光波长(λ)及溶液的酸碱值(pH)被固定时，比旋亮度 (coefficient of specific optical rotation)则为定值，同时光径长度（L = L1+ L2)被固定，在此情况下，溶液的浓度(C)与旋光角（0m)呈一线性关系。
[0038]再者，双频率的相互垂直的线偏极化光，例如该参考激光束10b在通过例如适当方 位角之该参考极化光析光片7后再被例如该参考光侦测器8所接收，并由该参考光侦测器8 所产生之该外差干涉信号Is可表示如下式(2):
[0039] Is = aia2sin(29)cos( Δ ω?+Φ )..........................................(2)
[0040] 其中Δ ω为频率且Δ ω = 0^-02, φ为相位角，Θ是极化光析光片的方位角，al、a2 分别为两线偏极化光的振幅大小(如图2所示）。
[0041] 当该测试激光束10a通过含葡萄糖的房水100b，然后经过该极化光析光片3后，再 被该光侦测器4接收。此时，含葡萄糖的房水100b会使两相互垂直的线偏极化光的极化方向 同时旋转了θπι角度（如图3所示），故穿经房水100b后，由该光侦测器4所输出的外差干涉信 号Is'可表示如下式(3):
[0042] Is' =aia2sin2(9+0m)cos( Δ ω t+Φ '）.................................（3)若房水 100b的 葡萄糖浓度极低，则旋转角度极小，且若该极化光析光片3之方位角Θ调得很小时，公式(3) 可被简化成下式(4):
[0043] Is' =2aia2(9+9m)cos( Δ cot+Φ '）....................................(4)
[0044] 如此，利用该振幅测量单元61来量测该外差干涉信号Is'的振幅，且根据公式(4) 可知，当该激光束10未通过房水l〇〇b时，所得之外差干涉信号之振幅为2am 20 ;而通过房水 l〇〇b后的外差干涉信号之振幅则为2am2(0+0m)，此时两信号之振幅相差为| IS'-IS | =2am2 0m，也就是说该外差干涉信号之电压强度变化与房水100b的葡萄糖浓度有线性的关系。如 此一来，利用固定角度的该极化光析光片3并经由该光侦测器4产生该外差干涉信号，并且 该外差干涉信号经过该带通滤波器5的滤波处理后，直接输入到浓度量测装置6以测量出固 定频率△ ω的外差干涉信号之振幅，进而可实时推算出人体血糖的浓度。
[0045] 综上所述，由于入射到人体眼球100之该测试激光束10a受该水晶体100c(或该虹 膜)反射后即朝该反射光径D2射出，而且该测试激光束10a入射时不需经由复杂的定位机 制，因此相较于需经复杂定位的以往技艺，更有利于一般居家使用者使用。
[0046] 惟以上所述者，仅为本实用新型的实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施 的范围，即大凡依本实用新型权利要求书及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修 饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。
【主权项】
1. 一种葡萄糖浓度测试仪，利用一人体眼球内的一房水中葡萄糖的旋光特性而适于测 量该房水中的葡萄糖浓度，其特征在于，该葡萄糖浓度测试仪包含： 一极化光产生装置，用于至少产生一沿一入射光径射入到该人体眼球的一角膜且具有 两互相垂直的线偏极化双频稳频之测试激光束，该测试激光束在一位于该入射光径上该角 膜的一外表面的入射点入射到该人体眼球且依序穿过该角膜与该房水并到达一水晶体表 面与一虹膜的其中之一者，并自其上的一反射点反射后沿一反射光径前进且依序穿过该房 水与该角膜而自一位于该反射光径上该角膜之该外表面的出射点射出，该入射点与该反射 点之间的距离被定义为一入射光径长度，该反射点与该出射点之间的距离被定义为一出射 光径长度，该入射光径长度与该出射光径长度之和实质上为一预设光径长度； 一极化光析光片，以一固定方位角之方式配置在该反射光径上，用于在射出自该人体 眼球的该测试激光束通过其本身后，使该测试激光束的两相互垂直线偏化光产生外差干 涉； 一光侦测器，配置在该反射光径上，用于接收并侦测通过该极化光析光片的该测试激 光束以产生一对应该测试激光束的测试外差干涉信号； 一带通滤波器，电连接该光侦测器以接收来自该光侦测器的该测试外差干涉信号，并 滤波该测试外差干涉信号以使该测试外差干涉信号具有一中心频率，该中心频率为该测试 激光束之双频率的差频;以及 一浓度量测装置，电连接该带通滤波器以接收经该带通滤波器滤波处理后的该测试外 差干涉信号，且测量该测试外差干涉信号的振幅，并根据所测量之振幅，获得该房水的葡萄 糖浓度。2. 如权利要求1所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于:该浓度量测装置包括 一振幅测量单元，电连接该带通滤波器以接收经该带通滤波器处理后的该测试外差干 涉信号，并测量该测试外差干涉信号的振幅，以及 一计算单元，电连接该振幅测量单元，并根据该振幅测量单元所测量之振幅，计算出该 房水的葡萄糖浓度。3. 如权利要求2所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于:该振幅测量单元包含一数字式 振幅测量仪。4. 如权利要求1所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于:该极化光产生装置还产生另一 沿一参考光径行进且具有两互相垂直的线偏极化双频稳频之参考激光束;该葡萄糖浓度测 试仪还包含 一参考极化光析光片，以一固定方位角之方式配置在该参考光径上，用于在该参考激 光束通过其本身后，使该参考激光束的两相互垂直线偏化光产生外差干涉， 一参考光侦测器，配置在该参考光径上，用于接收并侦测通过该参考极化光析光片的 该参考激光束以产生一对应该参考激光束的参考外差干涉信号，及 一参考带通滤波器，电连接该参考光侦测器与该浓度量测装置，且接收来自该参考光 侦测器的该参考外差干涉信号，并滤波该参考外差干涉信号以使该参考外差干涉信号具有 该中心频率，而且将滤波处理后的该参考外差干涉信号输出至该浓度量测装置； 其中，该浓度量测装置根据来自该参考带通滤波器的该参考外差干涉信号以监控及校 正该激光束的光强度。5. 如权利要求4所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于:该极化光产生装置包括一用于 发射出具有两互相垂直之线偏极化双频稳频的激光束的极化光产生器，及一用于将该极化 光产生器所发射出的该激光束分成该测试激光束与该参考激光束的分光片。6. 如权利要求5所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于:该极化光产生器所发射出的该 激光束系为具有双频稳频的激光束，并包含两相互垂直之线偏极化光且以双光频率输出。7. 如权利要求5所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于:该极化光产生器所发射出的该 激光束系为具有线偏极化双频稳频的固体半导体激光光束，并包含两相互垂直之线偏极化 光。8. 如权利要求5所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于:该极化光产生器包含一组单一 频率稳频的线偏极化光激光光源、一组极化光分光器、及一组频率偏移的相位调变器。9. 如权利要求1所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于：该极化光析光片为一Glan-Thompson析光片、一极化光分光片及一线性极化片其中之一者。10. 如权利要求1所述的葡萄糖浓度测试仪，其特征在于：该光侦测器包括一光二极管 与一光放管其中之一者。
【文档编号】A61B5/1455GK205458700SQ201620021383
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】周晟
【申请人】周晟