专利名称：物质成分检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测从皮肤散发的皮肤气体中的物质成分(目标物质)的物质成分检测装置。
背景技术：
现有技术中，已知有检测从人的皮肤散发的皮肤气体中含有的物质成分的装置(例如，参照专利文献I)。该专利文献I中记载的酒精浓度测定装置(物质成分检测装置)通过贴紧于皮肤的囊(capsule)采集从皮肤分泌的分泌物，并使用气相色谱仪来分析所采集的分泌物。
现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平10-239309号公报
发明内容
发明要解决的问题但是，在上述专利文献I记载的物质成分检测装置中，需要将通过囊采集的分泌物导入气相色谱仪的导入管等。并且，为检测酒精成分而使用大型昂贵的气相色谱仪，因此，存在装置成本也变高并且大型化的问题。鉴于上述问题，本发明目的在于提供一种能够以简单的构成容易地检测皮肤气体中的成分的物质成分检测装置。解决技术问题的技术方案本发明的物质成分检测装置的特征在于包括封闭空间构成部，具有至少一个开口部，通过利用测定对象的皮肤闭塞所述开口部，所述封闭空间构成部的内部成为封闭空间；传感器基板，设置在所述封闭空间构成部的所述封闭空间内，包括具有多个金属突起的突起组；入射光学系统，向所述突起组射出光；以及光接收部，检测由所述突起组产生的拉曼散射光。在本发明中，通过利用皮肤闭塞封闭空间构成部的开口部，封闭空间构成部的内部成为封闭空间。并且，在该封闭空间内，设置具有由多个金属突起构成的突起组的传感器基板，此外，设置将光向该传感器基板的突起组射入的入射光学系统。在这样的传感器基板中，在突起组的各金属突起之间，当光从入射光学系统射入时，形成增强电场。并且，当目标物质进入该增强电场内时，产生含有目标物质的频率信息的拉曼散射光，产生的拉曼散射光通过增强电场被增强，成为表面增强拉曼散射光。并且，通过利用光接收部检测该表面增强拉曼散射光，能够获得拉曼光谱，能够实施目标物质的检测以及浓度测定。在这样的物质成分检测装置中，例如与现有的色谱仪等大型装置相比，能够由较小的传感器芯片构成，能够实现装置的小型化。并且，由于是使封闭空间构成部的开口部直接接触于测定对象的皮肤的构成，因此例如不需要通过导入管等将皮肤气体输送至检测装置，并且也不需要通过袋子另外采集皮肤气体，例如能够在将物质成分检测装置直接装在测定对象的皮肤的状态下实施皮肤气体的成分分析。在本发明的物质成分检测装置中，优选所述封闭空间构成部包括沿所述开口部与所述皮肤贴紧从而密闭所述封闭空间的密闭部件。在本发明中，沿封闭空间构成部的开口部设置密闭部件。在这样的构成中，当用皮肤闭塞开口部时，通过皮肤贴紧于密闭部件，能够更加可靠地防止封闭空间内的皮肤气体漏出，能够使皮肤气体中含有的目标物质的检测精度提高。这里，在本发明的物质成分检测装置中，优选所述密闭部件为弹性部件。在本发明中，所述密闭部件由弹性部件构成。在这样的由弹性部件构成密闭部件的情况下，当使皮肤贴紧时，弹性部件对应于皮肤的凹凸而进行变形。因此，例如即使在开口部按到手掌等具有褶皱的部分的情况下，能够通过弹性部件闭塞褶皱产生的间隙，能够 可靠地将封闭空间密闭。在本发明的物质成分检测装置中，优选包括向所述封闭空间侧按压所述皮肤的按
压单元。在本发明中，由于设置了按压单元，因此例如使用者不需要用手向皮肤侧按压物质成分检测装置并固定，能够容易地将物质成分检测装置固定到测定对象部位的皮肤。并且，通过按压，能够使皮肤和开口部之间没有间隙，能够防止皮肤气体的漏出。在本发明的物质成分检测装置中，优选所述传感器基板设置成与包含所述开口部的开口端缘的开口面交叉的角度。 在本发明中，传感器基板设置成与开口面交叉的角度。在这样的构成中，能够使从入射光学系统入射传感器基板的光的入射方向接近传感器基板的基板面的法线方向。S卩，在传感器基板与开口面平行设置且突起组与开口部相对的情况下，由于不能将入射光学系统和光接收部设置在与传感器基板的突起组相对的面，因此需要使来自入射光学系统的光从传感器基板的侧方倾斜射入。在这样的构成中，来自入射光学系统的光对传感器基板的入射角度变小，光量损失变大，增强电场的强度也弱，存在不能得到信号强度较强的拉曼散射光。与此相对，如本发明，在传感器基板设置成与开口面交叉的角度的情况下，能够增大从入射光学系统射入传感器基板的光的入射角度，能够抑制光损失。因此，能够获得强度较高的拉曼散射光。这里，在本发明的物质成分检测装置中，优选所述传感器基板以相对于所述开口面为45度以上90度以下的角度地设置。作为从光源部射入传感器基板的突起组的光的入射角度，优选为90度。这是为了如上所述通过减少光量损失，利用入射光的强度使增强电场的强度变强，在光的入射角度为90度的情况下，能够使光量损失最小。但是，在传感器基板相对于开口面为0度以上且不足45度的情况下，很难使光源部的光相对于传感器基板以90度射入。通过另外使用反射镜等光学部件，能够使光从垂直于传感器基板的方向射入，但是在该情况下，需要设置光学部件，因此构成复杂化，装置也大型化。
与此相对，在本发明中，传感器基板被形成为相对于开口面为45度以上90度以下。因此，不使用反射镜等光学部件，能够容易地使来自入射光学系统的光从垂直于传感器基板的角度射入，能够抑制光量损失，能够使增强电场增强。并且，这里所述的垂直也包含光的入射角度相对于传感器基板的法线方向略微倾斜的情况。作为该倾斜角度的范围，只要入射光学系统的光的光量损失在预先设定的规定值以下即可。并且，在本发明的物质成分检测装置中，也可以是所述传感器基板与包含所述开口部的开口端缘的开口面平行地设置的构成。在本发明中，传感器基板与开口面平行地设置。在这样的构成中，能够减小封闭空间构成部中距开口部的深度尺寸，能够使物质成分检测装置进一步小型化。这里，在本发明的物质成分检测装置中，优选所述传感器基板被设置成所述突起 组与所述开口面相对的状态。在本发明中，传感器基板的突出部与开口部相对设置，并且如上所述，传感器基板与开口部的开口面平行地设置。在这样的构成中，闭塞开口部的皮肤与传感器基板的突起组接近，且皮肤与构成突起组的各金属突起的距离一样。因此，从皮肤散发的皮肤气体易于进入突起组的各金属突起之间，且同样能够使皮肤气体进入形成在突起组的各金属突起之间的各增强电场。因此，能够更加提高皮肤气体中的目标物质的检测精度。另一方面，在本发明的物质成分检测装置中，也可以是所述封闭空间构成部包括与所述开口部相对的底面部，所述传感器基板以所述突起组与所述底面部相对的状态设置，在所述传感器基板与所述底面部之间，设置有从所述皮肤散发的皮肤气体能够通过的间隙，所述入射光学系统以及所述光接收部设置在所述底面部。在本发明中，如上所述，由于传感器基板与开口部的开口面平行地设置，因此能够抑制物质成分检测装置的厚度尺寸，能够促进小型化。除此以外，由于在底面部具有入射光学系统以及光接收部，并且能够使垂直于传感器基板的突起组的光从入射光学系统射入，因此能够抑制光量损失，能够增强增强电场。因此，由于拉曼散射光的强度也变强，因此能够使检测精度更加提高。
图I是示出本发明涉及的第一实施方式的物质成分检测装置的概略图。图2是示出第一实施方式的传感器主体20的概略构成的剖视图。图3是将第一实施方式的传感器主体的传感器基板22附近放大的放大图。图4是示出第一实施方式的物质成分检测装置I的概略构成的框图。图5是第二实施方式的传感器主体的概略剖视图。图6是第三实施方式的传感器主体的概略剖视图。图7是第四实施方式的传感器主体的概略剖视图。图8是示出其他实施方式中的物质成分检测装置的概略构成的截面图。
具体实施例方式第一实施方式
以下，基于附图对本发明涉及的第一实施方式的物质成分检测装置进行说明。I.物质成分检测装置的整体构成图I是示出本发明涉及的第一实施方式的物质成分检测装置I的概略图。该物质成分检测装置I是通过装在测定对象的手指而根据从手指的皮肤表面散发的皮肤气体检测皮肤气体中含有的目标物质的装置，例如能够用作医疗器械和饮酒检测
>J-U装直。并且，在本实施方式中，虽然例示了能够装在手指的物质成分检测装置1，但是并不限定于此，例如，也可以装在手掌和手腕等人体的其他部位。并且，也不限定于人体，也可以用作装在宠物和家畜等动物的皮肤而检测从动物的皮肤散发的皮肤气体中的成分的装 置。如图I所示，该物质成分检测装置I包括基部10、设置于基部10的传感器主体20以及控制传感器主体20的控制部30 (参照图4)。基部10在手指所接触的第一面11侧具有用于将手指相对于传感器主体20定位的定位凹部12。如图I所示，定位凹部12例如形成对应于一般大人的食指的宽度尺寸。并且，在定位凹部12的底面12A中测定对象将手指放置在定位凹部12时指肚部分所接触的区域，设置有传感器主体20。此外，为了可靠地使手指和传感器主体20贴紧，也可以在基部10上设置带子12B(构成本发明的按压单元)。该带子12B例如由橡胶带子等具有弹性的材料形成，将被定位于定位凹部12的手指向传感器主体20侧按压。并且，作为带子12B，并不限定于弹性的橡胶带子，例如也可以是具有魔术带(注册商标)等装卸部而将手指向传感器主体20侧按压并系紧的构成。此外，例如也可以是通过夹子等夹住手指而向传感器主体20侧按压的构成。2.传感器主体的构成图2是示出第一实施方式的传感器主体20的概略构成的剖视图，图3是将传感器主体的传感器基板22附近放大的放大图。如图2所示，传感器主体20包括凹槽21 (构成本发明的封闭空间构成部)、设置在凹槽21的内部的传感器基板22、对传感器基板22射出激光的光源部23 (构成本发明的入射光学系统)、接收由传感器基板22所产生的散射光的光接收部24以及设置在凹槽21的底面2IA的压力传感器25 (参照图I、图4)。凹槽21为例如通过蚀刻等将定位凹部12的底面12A进一步深挖而形成的槽，沿其开口部21B(开口边缘)配设有环状的填充部件211 (构成本发明的密闭部件)。该凹槽21通过用测定对象的手指来闭塞凹槽21的开口部21B的全周，从而由凹槽21的内部以及手指表面形成封闭空间。此时，通过贯穿开口部21B的全周设置的填充部件211和手指的贴紧，封闭空间成为密闭空间。而且，从手指表面散发的皮肤气体被密封在该密闭空间。并且，填充部件211例如为由橡胶等形成的弹性部件，当通过作为按压单元的带子12B按压手指时发生弹性变形。因此，即使对于手指的褶皱部分，填充部件211也能够进行贴紧，可靠地密闭封闭空间。并且，也可以是通过将不挥发性的凝胶等涂布于填充部件211而更加可靠地填充指纹和褶皱等的间隙的构成。
光源部23设置于凹槽21的一侧面，对传感器基板22射出单一波长且为直线偏振光的光。并且，在本实施方式中，光源部23具有面发光激光介质,射出单一波长且为直线偏振光的光。并且，作为从光源部23振荡的激光的波长，可以根据后述的金属微粒子222B的种类适当设定，例如在金属微粒子222B为金(Au)的情况下，激光的波长例如可以设定为633nm,在金属微粒子222B为银(Ag)的情况下,激光的波长例如可以设定为514nm。并且，为了抑制作为检测对象的目标物质以外的杂质的荧光，也可以将激光的波长设定为例如780nm左右。光接收部24设置在凹槽21的侧面中与设置有光源部23的面相对的侧面。该光接收部24包括分光滤光器241 (参照图4)以及光接收元件242 (参照图4)。分光滤光器241为将由传感器基板22所产生的拉曼散射光以外的光(例如瑞利散射光)截断并使拉曼散射光透过的滤光器。作为像这样的分光滤光器241，例如可以例示 出标准具(etalon)元件等。特别地，在分光滤光器241中使透过波长变化并由光接收元件242获得各波长的光谱的情况下，作为分光滤光器241，优选使用能够选择透过的波长的波长可变型标准具元件。光接收元件242接收透过分光滤光器241的光，并向控制部30输出与光接收量对应的信号。如图2所示，传感器基板22为在与凹槽21的开口部21B相对的表面侧例如形成多个狭槽221的基板。这里，这些狭槽221被设定为例如从300nm到激光的振荡波长的间隔。并且，传感器基板22的一边例如形成5_程度的尺寸。此外，传感器基板22被设置成狭槽221所形成的面与凹槽21的开口部21B中的开口面21B1相对并且平行于开口面21B1。当进一步放大该传感器基板22的狭槽221的一部分时，如图3所示，在传感器基板22的表面上形成由多个突起222 (金属突起)构成的金属纳米构造的突起组223。这些突起222通过在设置于传感器基板22的表面的凸部222A上涂布金属微粒子222B(例如，金、银、铜、铝、钯以及钼等)而构成。并且，这些突起222中的金属微粒子222B间的间距被适当设定为从Inm到狭槽221的格子间距的一半左右的尺寸。接着，对传感器主体20的目标物质检测原理进行说明。该传感器主体20为利用局部等离子共振的物质成分检测传感器，并通过以下示出的原理检测目标物质。即，设置于传感器主体20的各金属微粒子222B形成为比从光源部23射出的激光的波长小。当对这样的金属微粒子222B照射激光时，作用于存在于金属微粒子222B的表面的自由电子引起共振。因此，利用自由电子的电偶极子在金属微粒子222B内被激起，如图3所示，形成比射入到金属微粒子222B间的激光的电场强的增强电场224。该现象为比激光的波长小的金属纳米构造体中特有的现象。并且，在本实施方式中，如图2所示，在传感器基板22上形成多个狭槽221，这些狭槽221的槽宽形成为小于激光振荡波长。因此，在这些狭槽221之间以及设置在狭槽221内的彼此相对的面上的金属微粒子222B之间形成增强电场。基于此，形成增强电场224的区域增大，能够更加提高目标物质的检测精度。并且，当金属微粒子222B之间的间隙变小并且突起222的高度变大时，增强电场224变得更强。并且，如果从光源部23射入的激光的强度变强，增强电场224进一步变强。但是，当金属微粒子222B之间的间隙过小时，目标物质进入间隙之间的几率也变小。因此，在本实施方式中，金属微粒子222B之间的间隙如上所述优选形成为从Inm到狭槽221的格子间距的一半左右的尺寸。并且，在突起222的高度较高的情况下，由于目标物质在进入增强电场224之后到从增强电场224出来的时间变长，因此能够稳定地检测拉曼散射光。并且，也可以为在狭槽221间的彼此相对的面之间形成突起222的构成。在该情况下，作为突起222的高度，以彼此相对的突起222的金属微粒子222B之间形成上述间隙的方式在狭槽221的宽度尺寸之间适当设定，能够形成更强的增强电场。在像这样的传感器主体20中，当成为检测对象的目标物质进入增强电场224内时，产生含有目标物质的频率信息的拉曼散射光。并且，该拉曼散射光被增强电场224增强，产生表面增强拉曼散射光。因此，即使目标物质为微量的情况下，也能够得到信号强度较强的拉曼散射光，而提高检测灵敏度。
并且，如图I所示，在传感器主体20的凹槽21的底面21A上，设置有压力传感器25。该压力传感器25为检测封闭空间是否为密封状态的传感器。即，当从手指贴紧于填充部件211的状态进一步将手指向传感器主体20侧按压时，作为弹性部件的填充部件211弹性变形，封闭空间内的压力变大。另一方面，在手指没有贴紧于填充部件211而存在间隙的情况下，由于封闭空间内的气体从间隙漏出，因此即使填充部件211被按压，压力也不会变化，或者压力变化量变小。因此，通过利用压力传感器25检测这样的压力变化，能够容易地检测封闭空间是否被密闭。3.控制部的构成图4是示出第一实施方式的物质成分检测装置I的概略构成的框图。如图4所示，物质成分检测装置I的控制部30包括控制光源部23的光源控制电路31、控制分光滤光器241的滤光器控制电路32、外部设备、可连接的端子部33以及运算处理部34。光源控制电路31根据从运算处理部34输入的检测开始指令驱动光源部23，并对传感器基板22射出激光。滤光器控制电路32基于从运算处理部34输入的滤光器控制指令控制分光滤光器241。例如,在分光滤光器241为通过施加电压使一对反射镜(mirror)之间的间隙变动以设定透过波长的波长可变型标准具元件的情况下，将对应于所获得的拉曼散射光的波长的电压施加到分光滤光器241。端子部33例如能够连接到显示器和打印机等输出装置、或者个人计算机等信息处理装置，并将运算处理部34分析的关于目标物质的分析结果信息输出。运算处理部34例如由CPU (Central Processing Unit,中央处理器)等运算电路和存储器等储存电路构成，通过适当实施储存在存储器中的程序，来控制物质成分检测装置I的整体的动作。具体来说，运算处理部34通过实施各种程序，如图4所示，来发挥作为密闭状态判断单元341、光源控制单元342、目标物质设定单元343以及成分分析单元344的功能。密闭状态判断单元341根据由压力传感器25检测的压力判断封闭空间是否被密闭。如上所述，在通过手指将封闭空间密闭的状态下，当填充部件211被按压而弹性变形时，封闭空间内部的压力增大。另一方面，在封闭空间没有被密闭而产生间隙的情况下，没有压力变化，或者压力的变化是微量的。因此，密闭状态判断单元341监视由压力传感器25检测的压力的变化，在压力上升到预先设定的阀值以上的情况下，判断为封闭空间被密闭。光源控制单元342将检测开始指令输出至光源控制电路31，并使激光从光源部23射出。目标物质设定单元343设定皮肤气体中的分析对象的目标物质。其中，例如基于从另外设置于物质成分检测装置I的操作单元(图示省略)输入的信号，设定目标物质。并且，目标物质设定单元343将滤光器控制指令输出至滤光器控制电路32，而设定分光滤光器241，以透过与设定的目标物质对应的拉曼散射光的波长。并且，在本实施方式中，目标物质设定单元343控制分光滤光器241，并进行仅使与目标物质对应的拉曼散射光透过的控制，但是，例如在皮肤气体中作为检测对象的目标物质是一个的情况下，也可以省略利用目标物质设定单元343进行的目标物质的设定处 理。成分分析单元344根据从光接收元件242输入的拉曼散射光的强度，检测皮肤气体中的目标物质。并且，根据拉曼散射光的强度，算出目标物质的含有量(浓度)。并且，成分分析单元344将检测的目标物质的浓度显示于例如图示省略的显示部，并从端子部33输出至外部设备。4.本实施方式的作用效果在上述第一实施方式的物质成分检测装置I中，在基部10的定位凹部12的底面12A上设置具有开口部21B的凹槽21，在该凹槽21内设置有传感器基板22、向传感器基板22射出激光的光源部23以及接收由传感器基板22产生的拉曼散射光的光接收部24。并且，传感器基板22具有由涂布了金属微粒子222B的多个突起222构成的突起组223。在像这样的物质成分检测装置I中，通过用手指闭塞开口部，而使凹槽21内部成为封闭空间，从手指散发的皮肤气体被放出到该封闭空间内并充满该封闭空间。并且，当从光源部23向传感器基板22的突起组223照射激光时，在金属微粒子222B之间形成增强电场224。在这样的传感器中，当皮肤气体中的目标物质进入增强电场224内时，激光照射所产生的目标物质的拉曼散射光被增强，成为表面增强拉曼散射光。并且，物质成分检测装置I通过由光接收部24检测这样的表面增强拉曼散射光，能够获得与目标物质对应的拉曼散射光的强度。这里，传感器基板22形成一边为5mm的正方形形状，形成在传感器基板22上的突起组223具有从Inm到数十nm程度的微小形状。并且，凹槽21的大小形成为由指肚部分闭塞的程度。即，本实施方式的物质成分检测装置I例如与色谱仪等其他分析装置相比，能够形成极其小型化，由于其构成也简单，因此，也能够使装置的制造成本廉价。并且，由于能够将装置直接固定于皮肤而进行目标物质的检测，因此例如不需要在采集皮肤气体之后利用分析装置进行分析等复杂的操作，能够容易地进行皮肤气体中目标物质的检测。并且，物质成分检测装置I具有沿凹槽21的开口部21B设置的填充部件211。因此，当手指放置于凹部12时，填充部件211与手指贴紧，能够将凹槽21内的封闭空间密闭，因此能够防止皮肤气体漏出。
这里，作为本发明的密闭部件，使用作为弹性部件的橡胶制填充部件211。作为密闭部件，考虑到例如在使用不具有弹性的材料的情况下，存在在皮肤的褶皱部分产生间隙的情况，在该情况下，皮肤气体从封闭空间漏出。并且，作为密闭部件，也可以是涂布液状或者凝胶状物质的构成，但是在该情况下，存在液状或者凝胶状物质的气化气体进入封闭空间内，恐怕不能实施正确的目标物质检测。并且，也考虑到因为每次测定需要涂布液状或者凝胶状的密闭部件而操作复杂的情况。对此，在由弹性部件构成密闭部件的情况下，不需要涂布等操作，也没有来自密闭部件的气化气体，能够使封闭空间良好地成为密闭空间。并且，如上所述，也可以将不挥发性的凝胶等涂布于填充部件211。在该情况下，虽然实施涂布操作使检测时的操作变复杂，但是能够更可靠地使皮肤与填充部件211之间不存在间隙，从而能够更可靠地密闭封闭空间。此外，物质成分检测装置I也可以在基部10上设置带子12B。在这样的构成中，能够将放置在凹部12的手指向传感器主体20侧按压，从而能够更可靠地贴紧手指与传感器主体20。
因此，能够更可靠地使手指与开口部21B之间没有间隙，从而能够防止在封闭空间产生间隙而使皮肤气体漏出的缺陷。并且，由于防止了皮肤气体的漏出，因此不需要将手指向传感器主体侧按压，能够更容易地实施皮肤气体中的目标物质的检测处理。此外，在本实施方式中，传感器基板22被设置成设置有突起组223的面与开口部21B相对，并且传感器基板22平行于开口部21B的开口面21B1。在像这样的构成中，能够减小凹槽21的深度尺寸，并且能够抑制物质成分检测装置I的厚度尺寸的增大。并且，由于突起组223与开口部21B相对，因此从手指散发的皮肤气体的目标物质易于进入突起组223的各突起222之间，从而能够使目标物质的检测效率提高。此外，由于突起组223的各突起222与手指的距离一样，因此在突起组223内，在目标物质的存在位置不易产生偏差。并且，传感器主体20具有检测封闭空间的压力的压力传感器25。并且，控制部30的密闭状态判断单元341根据压力传感器25检测的压力的变化，判断封闭空间是否被密闭。因此，能够容易地判断手指是否贴紧于填充部件211并且封闭空间是否被密闭，防止在皮肤气体漏出的状态下进行目标物质的检测处理，从而能够实施正确的检测处理。并且，在本实施方式中，在物质成分检测装置I中，并不限定于通过控制部30的成分分析单元344根据传感器主体20检测到的拉曼散射光的强度实施目标物质的成分检测以及被检测成分的浓度测定。即，物质成分检测装置I是获得传感器主体20检测到的拉曼散射光并输出的装置，也可以将获得的拉曼散射光的强度从端子部33输出至外部设备。第二实施方式接着，基于附图对本发明的第二实施方式进行说明。图5是第二实施方式的传感器主体20A的概略剖视图。并且，在说明以后的实施方式时，对与第一实施方式相同的构成赋予相同的标号，并省略或简略其说明。在上述第一实施方式的传感器主体20中，传感器基板22与凹槽21的开口部21B的开口面21B1平行地设置。与此相对，在第二实施方式的物质成分检测装置的传感器主体20A中，如图5所示，在凹槽21的内周侧面21C上设置有传感器基板22。即，传感器基板22被配设成设置有突起组223(参照图3)的面与开口部21B的开口面21B1垂直。并且，在与设置有传感器基板22的内周侧面21C相对的内周侧面21D上设置有光源部23以及光接收部24。第二实施方式的作用效果在这样的构成中，从光源部23射出的激光垂直于传感器基板22的突起组223，或者以极其接近垂直的入射角度射入。这样，从大致垂直的角度使激光射入设置有突起组233的传感器基板22，从而能够抑制激光的光量损失量。并且，光接收部24也设置在与设置有传感器基板22的突起组223的面相对的内周侧面21D。在这样的构成中，由于从突起组223的各突起222之间形成的增强电场224到光接收部24的距离均等，因此能够正确地检测突起组223内的各增强电场224中的拉曼散射光的强度。
特别地，在根据拉曼散射光算出目标物质的浓度的情况下，优选根据拉曼散射光的发生位置的数量和面积等算出。即，一个增强电场224中产生的拉曼散射光的强度在其增强电场224内也因目标物质的位置等而发生变化，因此目标物质的浓度和拉曼散射光的强度未必成比例关系。与此相对，目标物质的浓度和拉曼散射光的发生位置的数量或者面积大致成比例关系。因此，如上所述，将光接收部24设置在与设置有传感器基板22的突起组223的面相对且距各突起222的距离大致均等的位置，从而能够适合获得在面内产生的拉曼散射光的产生位置(拉曼散射光的产生位置的分布)，能够检测目标物质的浓度。第三实施方式接着，对本发明的第三实施方式的物质成分检测装置进行说明。图6是示出第三实施方式的传感器主体的概略的剖视图。在上述第二实施方式的物质成分检测装置I中，在传感器主体20A中，沿着凹槽21的内周侧面21C以垂直于开口部21B的开口面21B1的方式设置传感器基板22。与此相对，如图6所示的传感器主体20B，也可以使传感器基板22相对于开口部21B的开口面21B1倾斜放置。这里，优选的是，传感器基板22相对于开口部21B的开口面21B1设定为45度以上且不足90度的角度(在90度的情况下，成为与第二实施方式相同的构成)。S卩，在传感器基板22的倾斜角度为0度以上且不足45度的情况下，从光源部23射入传感器基板22的激光的入射角变小，激光的光量损失变大。与此相对，在传感器基板22设置为45度以上且不足90度的情况下，可以调整光源部23的激光的射出角度，以使激光的入射角度接近传感器基板22的法线方向，与第二实施方式相同，能够增强突起组223 (参照图3)中的增强电场224,从而能够提闻检测精度。第三实施方式的作用效果在上述第三实施方式中，传感器基板22设置成相对于开口部21B的开口面21B1形成45度以上且不足90度的角度。因此，能够以垂直于传感器基板22的突起组223或者极其接近垂直的入射角射入激光，能够抑制激光的光量损失量，从而能够使增强电场224增强。并且，通过将光接收部24设置在距各突起222的距离均等的位置，从而能够正确地检测突起组223内的各增强电场中的拉曼散射光的强度，能够适合获得在面内产生的拉曼散射光的产生位置的分布)，能够高精度地检测目标物质的浓度。此外，与第二实施方式相比，由于能够较小地形成凹槽21的深度尺寸，因此能够促进物质成分检测装置的小型化。第四实施方式接着，基于附图对本发明的第四实施方式进行说明。图7是示出第四实施方式的传感器主体的概略的剖视图。在上述第一实施方式中，传感器基板22配置成设置有突起组223的面与开口部21B的开口面21B1相对，但是在第四实施方式中，如图7所示，配置成传感器基板22的突起组223 (参照图3)与凹槽21的底面相对。 在该传感器主体20B中，在传感器基板22与底面21A之间形成皮肤气体能够进入的微小的间隙。并且，在传感器主体20B中，光源部23以及光接收部24设置在凹槽21的底面，对与底面21A相对的突起组223射出激光，并且接收射出至底面21A侧的拉曼散射光。第四实施方式的作用效果在该第四实施方式中，由于传感器基板22与开口部21B的开口面21B1平行地配置，因此与上述第一实施方式相同，能够减小凹槽21的深度尺寸，能够减小物质成分检测装置的厚度尺寸，能够促进装置的小型化。并且，由于光源部23以及光接收部24设置在底面21A，并且与传感器基板22的突起组223相对，因此与第二实施方式以及第三实施方式相同，能够以垂直于传感器基板22的入射角度照射激光，能够更加增强增强电场224。并且，对于光接收部24，能够高精度地检测突起组223面内的拉曼散射光的分布。并且，在将光源部23以及光接收部24设置在凹槽21的内周侧面的构成中，在凹槽21的深度尺寸较小的情况下，设置困难。与此相对，在本实施方式中，由于光源部23以及光接收部24设置在底面21A，因此能够充分确保这些光源部23以及光接收部24的配置空间，能够容易地进行设置。其他实施方式并且，本发明并不限定于上述的实施方式，在能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良等也包含在本发明中。例如，在上述实施方式中，作为物质成分检测装置1，虽然将测定对象的手指作为测定部位，但不限定于此。作为物质成分检测装置，只要是能检测人的皮肤气体的部位，并没有特别的限定，例如也可以接触手掌、手腕、脚等这样的测定部位。在这些当中，手指和手掌通常为皮肤暴露的部分，为能够容易地对测定对象人员实施测定的部位，因此特别优选。并且，作为传感器主体20的封闭空间构成部，虽然例示了设置于基部10的凹槽21，但并不仅限于此。例如，也可以是在基部10上形成筒状的突出部，通过突出部前端接触测定对象的皮肤而在同内周侧形成封闭空间的构成。并且，作为入射光学系统，虽然是在凹槽21的侧面直接设置射出激光的光源部23，但并不限定于此，如果是从设置在凹槽21的侧面的窗部将激光引导至传感器基板22的光学系统也可以。在光接收部24中也同样，只要具有将射入到设置在凹槽21的侧面的窗的拉曼散射光引导至光接收元件的光学系统即可。
虽然示出在传感器基板22上形成狭槽221的构成，但是也可以是不形成狭槽221，而仅具有由多个突起222构成的突起组223的构成。并且，虽然通过在凸部222A上涂布金属微粒子222B而构成突起222，但是，例如也可以是仅由球状的金属微粒子222B构成突起222的构成。在该情况下，例如可以考虑在传感器基板22的表面上以不足激光振荡波长的间隔配置比金属微粒子222B的直径小的狭缝，并使金属微粒子222B保持在狭缝上的构成。并且，作为光接收部24的分光滤光器241，虽然例示了能够选择透过波长的波长选择型标准具元件，但是，例如也可以是仅将特定的拉曼散射光的波长透过的带通滤光器的构成等。并且，在上述实施方式中，虽然将具有一个开口部21B的凹槽21作为封闭空间构成部，但不限定于此。例如，如图8所示，也可以是在基部40形成具有筒状内周面的贯通孔41，并且该贯 通孔41构成本发明的封闭空间构成部。在该情况下，如图8所示，沿贯通孔41的两端部的开口部41A的开口缘，设置作为贴紧部件的填充部件411，并在贯通孔41的内部设置传感器基板22、光源部23以及光接收部24。在这样构成的物质成分检测装置IA中，通过用手指夹着贯通孔41的两端的开口部41A，成为贯通孔41的内部被密闭的封闭空间。在该情况下，贯通孔41的两端的开口部41A被皮肤闭塞，由于放出到封闭空间内部的皮肤气体变多，因此能够使皮肤气体中含有的目标物质的检测精度提闻。以上，对用于实施本发明的最佳的构成进行了具体的说明，但是本发明并不限定于此。即，本发明主要对特定的实施方式特别进行了图示和说明，但是在不脱离本发明的技术思想以及目的的范围内，本领域技术人员能够对上述的实施方式进行各种变形以及改良。符号说明1、1A物质成分检测装置 12B带子(按压单元)21凹槽(封闭空间构成部) 21A底面21B、41A 开口部 21B1 开口面21C、21D内周侧面 22传感器基板23光源部(入射光学系统) 24光接收部41贯通孔(封闭空间构成部) 211、411填充部件(密闭部件)222突起(金属突起) 223突起组。
权利要求
1.一种物质成分检测装置，其特征在于，包括 封闭空间构成部，具有至少ー个开ロ部，通过利用测定对象的皮肤闭塞所述开ロ部，所述封闭空间构成部的内部成为封闭空间； 传感器基板，设置在所述封闭空间构成部的所述封闭空间内，包括具有多个金属突起的突起组； 入射光学系统，向所述突起组射出光；以及 光接收部，检测由所述突起组产生的拉曼散射光。
2.根据权利要求I所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述封闭空间构成部包括沿所述开ロ部与所述皮肤贴紧从而密闭所述封闭空间的密闭部件。
3.根据权利要求2所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述密闭部件为弹性部件。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述物质成分检测装置包括向所述封闭空间侧按压所述皮肤的按压单元。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述传感器基板设置成与包含所述开ロ部的开ロ端缘的开ロ面交叉的角度。
6.根据权利要求5所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述传感器基板以相对于所述开ロ面为45度以上90度以下的角度地设置。
7.根据权利要求I至4中任一项所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述传感器基板与包含所述开ロ部的开ロ端缘的开ロ面平行地设置。
8.根据权利要求7所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述传感器基板被设置成所述突起组与所述开ロ面相对的状态。
9.根据权利要求7所述的物质成分检测装置，其特征在干， 所述封闭空间构成部包括与所述开ロ部相対的底面部， 所述传感器基板以所述突起组与所述底面部相対的状态设置， 在所述传感器基板与所述底面部之间，设置有从所述皮肤散发的皮肤气体能够通过的间隙， 所述入射光学系统以及所述光接收部设置在所述底面部。
全文摘要
一种物质成分检测装置，包括凹槽，通过利用测定对象的皮肤闭塞开口部而构成封闭空间；传感器基板，设置在凹槽的内部，包括具有多个突起的突起组；光源部，向突起组射出光；以及光接收部，检测由突起组所产生的拉曼散射光。
文档编号G01N21/65GK102680449SQ201210033189
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月14日 优先权日2011年3月18日
发明者桥元伸晃 申请人:精工爱普生株式会社