(57)【要約】【課題】最適な増強電場が得られるとともに、小型化でき、シンプルな構成でかつ安価に製造可能な光学装置及び増強電場調整方法を提供すること。【解決手段】本発明の光学装置は、裏面側から全反射条件で照射される光により表面上に増強電場を発生可能な検出板２１と、検出板２１の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を検出板２１の前記裏面に導光可能とされる光学プリズム２２と、一の出射角度で前記光を出射するよう固定配置されるとともに検出板２１の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部２３とが配される光学装置において、前記裏面を水平面とした水平方向に前記光学プリズムを回動自在に支持可能とされ、前記回動に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整可能とされる第１の角度調整部２７が配されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、一の出射角度で前記光を出射するよう固定配置されるとともに前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置において、
前記裏面を水平面とした水平方向に前記光学プリズムを回動自在に支持可能とされ、前記回動に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整可能とされる第１の角度調整部が配されることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、一の出射角度で前記光を出射するよう固定配置されるとともに前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置において、
前記光照射部と前記光学プリズムとの間に配され、位置又は姿勢の変化前後で前記光照射部から入射される前記光の光路を変更して前記光学プリズムの前記入射面に前記光を出射可能とされる光路変更素子と、前記光路変更素子を支持可能とされるとともに可動により前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢を変化自在とされる可動支持部とを有し、前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢の変化に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整可能とされる第２の角度調整部が配されることを特徴とする光学装置。
【請求項３】
光路変更素子と光学プリズムの入射面との間の距離が、長くとも１０ｃｍである請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
光路変更素子がプリズム及びレンズのいずれかで形成されるとともに、可動支持部が前記光路変更素子の位置を変化自在に支持可能とされる請求項２から３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
光路変更素子が非平行な光の入射面及び出射面を有するプリズム及びレンズのいずれかで形成されるとともに、可動支持部が前記光路変更素子の姿勢を変化自在に支持可能とされる請求項２から３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６】
プリズムが三角プリズム、台形プリズム、多角プリズムのいずれかである請求項４から５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
レンズがシリンドリカルレンズである請求項４から５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項８】
検出板の裏面におけるいずれかの面内方向と光照射部の光の出射方向とが平行とされる請求項１から７のいずれかに記載の光学装置。
【請求項９】
更に、検出板の表面側に配され、前記表面上に発生する増強電場に基づき前記表面上に導入される試料から発せられる蛍光を検出可能とされる光検出部が配される請求項１から８のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１０】
裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、一前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置に対する増強電場調整方法であって、
前記裏面を水平面とした水平方向に前記光学プリズムを回動させて前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整する第１の角度調整工程を含むことを特徴とする増強電場調整方法。
【請求項１１】
裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置に対する増強電場調整方法であって、
位置又は姿勢の変化前後で前記光照射部から入射される前記光の光路を変更して前記光学プリズムの前記入射面に前記光を出射可能とされる光路変更素子を前記光照射部と前記光学プリズムとの間に配し、前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢を変化させて前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整する第２の角度調整工程を含むことを特徴とする増強電場調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波モードを利用した光学装置及び前記光学装置における増強電場調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細菌等の生体物質を蛍光染色して観察する手法が広く普及している。この手法によれば、例えば、細胞核のみを蛍光染色して前記細胞核を観察したり、細胞内の特定の組織のみを蛍光染色して前記特定の組織を観察したり、細胞膜を蛍光染色して細胞の形状を観察することができる。
蛍光観察を行う方法として、検出板上に増強電場を発生させ、前記増強電場により励起された蛍光の観察を行う蛍光顕微鏡も開発されている。こうした蛍光顕微鏡によれば、前記検出板表面付近に存在する細胞の様子をより鮮明に撮影することができる。
前記増強電場を発生させる手法としては、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）が広く用いられている。
【０００３】
前記ＳＰＲを用いる手法では、一般にクレッチマン配置と呼ばれる光学配置を用いて、金属膜上に前記ＳＰＲを励起し、前記金属膜表面に増強電場を形成する。前記蛍光観察を行うＳＰＲ励起増強蛍光分光法では、前記ＳＰＲによって前記金属膜表面近傍において増強された光を励起光とし、これにより前記増強電場内に存在する蛍光分子を励起して強い蛍光を生じさせることで、バックグラウンド光が少ない蛍光観察を行うことができる（特許文献１参照）。
【０００４】
前記ＳＰＲと同様に検出板表面上に前記増強電場を形成する機構として、導波モード（光導波モード、導波路モード、光導波路モードなどとも呼ばれる）の励起機構が知られている（特許文献２〜５，非特許文献１〜６参照）。
従来における前記導波モードを利用した光学装置の構成例を図１に示す。なお、図１は、前記クレッチマン配置型の前記導波モードを利用した光学装置を示す説明図である。
図１に示すように、光学装置１０は、検出板１１と、検出板の裏面側に光学的に密着させて配される光学プリズム１２と、光学プリズム１２を介して検出板１１の前記裏面側から全反射条件で光を照射する光照射部１３とを有する。
検出板１１は、裏面から表面に向けて、光透過性基板と、金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と、光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成される。この点、検出板１１は、ガラス基板上に金属層を積層させて構成される前記ＳＰＲ用の前記検出板と異なる構造を有する。
なお、前記金属層又は前記半導体層を前記金属層で構成する検出板１１において励起される前記導波モードは、しばしば、リーキーモード、漏洩モードなどとも呼ばれる（非特許文献７参照）。また、前記半導体層を形成する半導体材料としては、シリコン、ゲルマニウム及びこれらの混合材料等が知られている。また、前記誘電体層としては、複数の誘電体材料を層状に重ねて形成すると、より高い電場強度の前記増強電場が形成可能であることが報告されている（非特許文献８，９参照）。
【０００５】
今、検出板１１に対して前記裏面側から前記全反射条件を満たしつつ特定の入射角で前記光を照射すると、特定波長の光が検出板１１内を伝搬する前記導波モードと結合し、前記導波モードが励起される。前記導波モードが励起されると、検出板１１表面近傍に増強電場が発生する。
ここで、蛍光物質によって蛍光染色された生体物質の観察は、検出板１１の表面上に前記蛍光染色された生体物質を固定化し、前記生体物質を覆う液体又はゲル１４をカバーガラス１５等で保持し、前記蛍光物質から発せられる蛍光を光検出部１６で検出することで行う。
即ち、検出板１１表面近傍に発生させた前記増強電場に生ずる近接場光を励起光として前記蛍光物質を発光させ、この発光を光検出部１６で検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２０１５／１９４６６３号公報
【特許文献２】国際公開２００７／０２９４１４号公報
【特許文献３】特開２００９−０８５７１４号公報
【特許文献４】国際公開２０１０／０８７０８８号公報
【特許文献５】国際公開２０１２／０９８７５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ  １６，ｐｐ．２９−３９（１９９１年）
【非特許文献２】Ｋ．Ｈ．Ａ．Ｌａｕ，Ｌ．Ｓ．Ｔａｎ，Ｋ．Ｔａｍａｄａ，Ｍ．Ｓ．Ｓａｎｄｅｒ，ａｎｄ  Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０８，ｐｐ．１０８１２（２００４年）
【非特許文献３】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，Ｙ．Ｏｈｋｉ，ａｎｄ  Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕｂａｒａ，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  １６，ｐｐ．６４０８−６４１６（２００８年）
【非特許文献４】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｎ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，ａｎｄ  Ｙ．Ｏｈｋｉ，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９，ｐｐ．０９５５０３−１−０９５５０３−７（２００８年）
【非特許文献５】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，Ｋ．Ｓａｔｏ，Ｔ．Ｋａｔｏ，Ｓ．Ｃ．Ｂ．Ｇｏｐｉｎａｔｈ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，ａｎｄＹ．Ｏｈｋｉ，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  １８，ｐｐ．１５７３２−１５７４０（２０１０年）
【非特許文献６】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｔ．Ｋａｔｏ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，ａｎｄＹ．Ｏｈｋｉ，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２３，ｐｐ．１０９２５−１０９３７（２０１５年）
【非特許文献７】Ｒ．Ｐ．Ｐｏｄｇｏｒｓｅｋ，Ｈ．Ｆｒａｎｋｅ，Ｊ．Ｗｏｏｄｓ，ａｎｄ  Ｓ．Ｍｏｒｒｉｌｌ，Ｓｅｎｓｏｒ．Ａｃｔｕａｔ．Ｂ５１  ｐｐ．１４６−１５１（１９９８年）
【非特許文献８】Ｓ．Ｈａｙａｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ８，  ０２２２０１  （２０１５）
【非特許文献９】Ｓ．Ｈａｙａｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０８，  ０５１０１  （２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記導波モードを利用した光学装置１０において、前記導波モードが励起される光の波長（以下、「導波モード励起波長」）は、検出板１１を構成する前記金属層又は前記半導体層及び前記誘電体層の各厚みに依存することから、設計段階において最適な前記導波モード励起波長が得られる厚みを設定することができる。
しかしながら、前記導波モードを利用した光学装置１０では、前記ＳＰＲを利用した光学装置と異なり、検出板１１の構成層が多く、前記各層の厚みに製造誤差が生じやすい。
例えば、前記光透過性基板としてのシリカガラス基板上に、前記半導体層として厚みが３３ｎｍの単結晶シリコン層と、前記誘電体層として厚みが３７０ｎｍの熱酸化シリコン層とをこの順で積層させて検出板１１を製造する場合、少なくとも、前記単結晶シリコン層では±５ｎｍ、前記熱酸化シリコン層では±１０ｎｍの厚みに関する製造誤差が生じる。
【０００９】
このような製造誤差を含む検出板１１を底角が３８度の台形プリズムの底面上に光学的に密着させて配し、前記導波モード励起波長の目標中心波長を５１９．５ｎｍとして前記導波モードを励起させることとすると、前記製造誤差に起因して、前記導波モード励起波長に±１８ｎｍの範囲で前記目標中心波長からのズレが生じる。
そして、このような前記目標中心波長からのズレは、前記増強電場の強度を弱め、前記蛍光の観察像が不鮮明となることにつながる。
【００１０】
こうした問題を解決する一つの方法として、製造された個々の検出板１１に対し、前記導波モード励起波長を検査して適合したもののみを用いて光学装置１０を製造することが考えられる。
しかしながら、こうした検査には時間と労力を要するとともに、検出板１１の歩留りが低下することから製造コストが著しく増大し、現実的でない。
【００１１】
また、前記問題を解決する他の方法として、光照射部１３の光源出力を大きくし、前記蛍光の観察像を鮮明化することが考えられる。
しかしながら、光源出力を大きくすると、前記蛍光物質の発光に加えて検出板１１の構成材料から発される自家蛍光も増強され、バックグラウンドの光量が増加することから、観察像の鮮明化の効果が得られない場合がある。また、光源出力の増大に伴い、光照射部１３やその電源などが大型化するなどのデメリットが生じる。
したがって、光照射部１３の光源出力に頼らず、前記増強電場の強度を高める方法が求められる。
【００１２】
光照射部１３の光源出力に頼らず、前記増強電場の強度を高める方法として、検出板１１の裏面側に対し、前記全反射条件で入射される光の入射角度を調整する方法が考えられる。
即ち、前記導波モード励起波長は、前記入射角度により変化することが知られており（非特許文献３〜５）、検出板１１構成層の厚みに製造誤差が生じることを前提とし、前記入射角度を調整することで、前記製造誤差によりズレが生じた中心波長を前記目標中心波長（５１９．５ｎｍ）に調整することができれば、光照射部１３の光源出力に頼らず、前記増強電場の強度を高めることが可能となる。
こうした前記製造誤差を許容し、前記中心波長の方を調整する発想に基づき、その実現性の検討を行ったところ、実際に前記入射角度を調整することで前記中心波長を前記目標中心波長に調整することが可能であるとの知見を得た。
例えば、前述の厚みに関する製造誤差が±５ｎｍの前記単結晶シリコン層と、厚みに関する製造誤差が±１０ｎｍの前記熱酸化シリコン層とで検出板１１を構成し、前記目標中心波長に±１８ｎｍのズレが生ずることが想定される場合、前記入射角度を±０．５°の範囲内で調整することで、前記中心波長を前記目標中心波長（５１９．５ｎｍ）に調整し、最適な前記増強電場が得られる。
また、前述の厚みに関する製造誤差が想定の２倍程度となる場合でも、前記入射角度を±１°程度の範囲内で調整することで、最適な前記増強電場が得られる。
【００１３】
ところで、前記ＳＰＲや前記導波モードを利用する光学装置では、前記入射角度を変更する角度調整機構を持ち、前記入射角度を変更させて光を照射した際の検出板１１からの反射光強度の変化を検出するタイプのものが実用化されている。
前記角度調整機構では、前記反射光強度の変化を検出する必要から前記入射角度を広い範囲で変更可能であることが求められ、光照射部１３を支持し、光照射部１３を光学プリズム１２の周囲で回動させるアーム部材が備えられる。
前記角度調整機構には、回動中心部にて回転制御を行うことで前記入射角度を変更する回転式角度調整機構と、アーム部材上にて並進位置制御を行うことで前記入射角度を変更する並進式角度調整機構とがある。前記回転式角度調整機構は、公知のゴニオメータが含まれ、前記ＳＰＲや前記導波モードを利用する光学装置の多くに用いられている。しかしながら、前記回転式角度調整機構に用いられる精密な回転制御を行うステッピングモータは、サイズが大きく、比較的高額であることから、装置の大型化やコストアップをもたらす。
一方、前記並進式角度調整機構では、ステッピングモータ等の大型の駆動装置は不要となる。しかしながら、前記並進式角度調整機構においても、前記光学装置の大型化が避けられない問題がある。即ち、前記アームの長さが短い程、光照射部１３の移動距離に対する前記入射角度の変化が大きくなることから、先に述べた±０．５°や±１°の僅かな範囲で精密に調整を行うためには、前記アームの長さを長くとる必要が生じる。例えば、０．１°の角度調整を１ｍｍの光照射部１３の移動によって行うためには、前記アームの長さを５９０ｍｍとする必要がある。
また、前記角度調整機構では、長大な前記アーム部材の位置決め部材やガイド部材等の付属機構が必要となる。また、長大な前記アーム部材のたわみや自重による位置ズレが生じ易いことから、前記アーム部材や前記付属機構を高い剛性を有する材料で形成する必要がある。よって、前記角度調整機構は、大掛かりで重量の大きいものとなる。
更に、こうした装置の大型化や複雑化は、必然的に部材コストが嵩む要因となるため、装置の高額化を招く。
【００１４】
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、最適な前記増強電場が得られるとともに、小型化でき、シンプルな構成でかつ安価に製造可能な光学装置及び増強電場調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、一の出射角度で前記光を出射するよう固定配置されるとともに前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置において、前記裏面を水平面とした水平方向に前記光学プリズムを回動自在に支持可能とされ、前記回動に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整可能とされる第１の角度調整部が配されることを特徴とする光学装置。
＜２＞  裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、一の出射角度で前記光を出射するよう固定配置されるとともに前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置において、前記光照射部と前記光学プリズムとの間に配され、位置又は姿勢の変化前後で前記光照射部から入射される前記光の光路を変更して前記光学プリズムの前記入射面に前記光を出射可能とされる光路変更素子と、前記光路変更素子を支持可能とされるとともに可動により前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢を変化自在とされる可動支持部とを有し、前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢の変化に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整可能とされる第２の角度調整部が配されることを特徴とする光学装置。
＜３＞  光路変更素子と光学プリズムの入射面との間の距離が、長くとも１０ｃｍである前記＜２＞に記載の光学装置。
＜４＞  光路変更素子がプリズム及びレンズのいずれかで形成されるとともに、可動支持部が前記光路変更素子の位置を変化自在に支持可能とされる前記＜２＞から＜３＞のいずれかに記載の光学装置。
＜５＞  光路変更素子が非平行な光の入射面及び出射面を有するプリズム及びレンズのいずれかで形成されるとともに、可動支持部が前記光路変更素子の姿勢を変化自在に支持可能とされる前記＜２＞から＜３＞のいずれかに記載の光学装置。
＜６＞  プリズムが三角プリズム、台形プリズム、多角プリズムのいずれかである前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の光学装置。
＜７＞  レンズがシリンドリカルレンズである前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の光学装置。
＜８＞  検出板の裏面におけるいずれかの面内方向と光照射部の光の出射方向とが平行とされる前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の光学装置。
＜９＞  更に、検出板の表面側に配され、前記表面上に発生する増強電場に基づき前記表面上に導入される試料から発せられる蛍光を検出可能とされる光検出部が配される前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の光学装置。
＜１０＞  裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、一前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置に対する増強電場調整方法であって、前記裏面を水平面とした水平方向に前記光学プリズムを回動させて前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整する第１の角度調整工程を含むことを特徴とする増強電場調整方法。
＜１１＞  裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置に対する増強電場調整方法であって、位置又は姿勢の変化前後で前記光照射部から入射される前記光の光路を変更して前記光学プリズムの前記入射面に前記光を出射可能とされる光路変更素子を前記光照射部と前記光学プリズムとの間に配し、前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢を変化させて前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整する第２の角度調整工程を含むことを特徴とする増強電場調整方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、最適な前記増強電場が得られるとともに、小型化でき、シンプルな構成でかつ安価に製造可能な光学装置及び増強電場調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】クレッチマン配置型の導波モードを利用した光学装置を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態の構成を示す説明図である。
【図３】第２の実施形態の構成を示す説明図である。
【図４（ａ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（１）である。
【図４（ｂ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（２）である。
【図５】多角プリズムの側面を示す説明図である。
【図６（ａ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（３）である。
【図６（ｂ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（４）である。
【図７】第３の実施形態の構成を示す説明図である。
【図８（ａ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（５）である。
【図８（ｂ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（６）である。
【図９（ａ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（７）である。
【図９（ｂ）】第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図（８）である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（光学装置）
本発明の光学装置は、検出板と、光学プリズムと、光照射部と、第１の角度調整部及び第２の角度調整部のいずれかの角度調整部とが配され、更に必要に応じて、光検出部が配される。
【００１９】
＜検出板＞
前記検出板は、裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能とされる。
前記増強電場では、前記検出板から遠ざかるにつれて急激に減衰する性質を有する近接場光が前記検出板の表面近傍に発生し、前記近接場光を励起光とした蛍光物質の発光等を観察可能とする。
前記検出板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、特許文献２〜５、非特許文献１〜９に記載の公知の検出板を採用することができる。
【００２０】
前記光透過性基板の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ガラスやプラスチック等、公知の光透過性誘電体から適宜選択することができる。
【００２１】
前記金属層又は前記半導体層の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、前記金属層の形成材料としては、金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウム等を挙げることができる。また、前記半導体層の形成材料としては、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料又は既知の化合物半導体材料を挙げることができる。
これらの中でも、好適な増強電場を得やすいことから、前記金属層又は前記半導体層をＳｉ層として形成することが好ましい。
【００２２】
前記誘電体層としては、特に制限はなく、ＳｉＯ２、フリントガラス、クラウンガラス等の公知の光透過性誘電体材料を用いて形成することができるが、中でも、前記Ｓｉ層の表面側を酸化処理することで成膜できる等、簡便に製造することができるため、前記誘電体層を前記ＳｉＯ２で形成することが好ましい。
また、前記誘電体層としては、前記検出板の最表層を構成し、表面上に試料が導入されることから、前記試料中の観察対象物質を固定化するために化学的な表面処理を施してもよい。
なお、本明細書において「光透過性」とは、各材料が本発明の形態において使用される厚さにおいて、前記照射光の透過率が０．５％以上であることを示す。
【００２３】
＜光学プリズム＞
前記光学プリズムは、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能に構成される。
前記光学プリズムとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の台形プリズム等を用いることができる。
前記光学プリズムとしては、前記検出板の前記裏面に屈折率調整オイル又は光学用接着剤等により光学的に貼り合せて用いることができる。
また、前記光学プリズムの形成材料として、前記光透過性基板と同じ形成材料を選択する場合には、前記検出板と前記プリズムとが一体成型されたものを用いることもできる。
【００２４】
＜光照射部＞
前記光照射部は、一の出射角度で前記光を出射するよう固定配置されるとともに前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能に構成される。
前記光照射部の光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のランプ、ＬＥＤ、レーザー等が挙げられる。
なお、前記ランプ、前記ＬＥＤ等の放射光源を用いる場合には、前記検出板の表面側からの照射光の漏れ出しを避けるため、放射される光のうち前記検出板の前記裏面側に照射される全ての方位における光が前記全反射条件を満たす必要がある。こうしたことから、前記放射光源を用いる場合には、前記照射光の照射方向を特定の方位に規制するコリメートレンズ等の案内部を用いることが好ましい。
【００２５】
前記光照射部としては、特に制限はないが、前記検出板の前記裏面におけるいずれかの面内方向と前記光照射部の前記光の出射方向とが平行とされることが好ましい。
前記光照射部をこのように設定する場合、前記光照射部が前記光学プリズムの側部に配されることとなり、前記検出板の位置を上とし、前記光学プリズムの位置を下とする上下方向に前記光学装置の嵩が大きくなることを規制して、小型化させることができる。
【００２６】
＜第１の角度調整部＞
前記第１の角度調整部は、前記検出板の前記裏面を水平面とした水平方向に前記光学プリズムを回動自在に支持可能とされ、前記回動に基づき、前記検出板の前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整可能に構成される。
【００２７】
前記第１の角度調整部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マイクロメータによる回転微動が可能な公知の回転ステージ等を用いることができる。なお、前記回転ステージとしては、例えば、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製  ＰＲ０１／Ｍ等の市販品の中から適宜選択して用いることもできる。
特に、前記第１の角度調整部では、前記検出板の前記裏面側に対する前記光の入射角度を±０．５°ないし±１°といった狭い角度範囲での調整を行うことから、僅かな角度での前記回動を高精度に調整できることが好ましく、大きくとも０．１°刻みで前記回動を制御可能であるものが好ましい。
【００２８】
＜第２の角度調整部＞
前記第２の角度調整部は、光路変更素子と可動支持部とを有し、光路変更素子の位置又は姿勢の変化に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整可能とされる。
【００２９】
前記光路変更素子は、前記光照射部と前記光学プリズムとの間に配され、前記位置又は前記姿勢の変化前後で前記光照射部から入射される前記光の光路を変更して前記光学プリズムの前記入射面に前記光を出射可能に構成される。
前記光路変更素子としては、このような作用を有するものであれば、特に制限はなく、例えば、公知のレンズ、プリズム等を用いることができる。
【００３０】
前記光路変更素子としては、前記光学プリズムの前記入射面との距離が短い程、前記位置又は前記姿勢の変化に伴う前記光学プリズムの前記入射面に到達する前記光の位置ズレが小さい。
前記入射面に到達する前記光の位置ズレは、前記検出版の前記表面上に励起される前記増強電場の位置ズレ、言い換えれば蛍光観察における照明領域のズレを生じさせる。前記照明領域のズレが大きくなると、観察視野内に前記照明領域から外れた観察不可の領域が生じることとなり、望ましくない。したがって、前記入射面に到達する前記光の位置ズレが小さいことが好ましい。
よって、前記光路変更素子と前記光学プリズムの前記入射面との距離としては、短いことが好適であり、長くとも１０ｃｍであることが好ましい。なお、前記光路変更素子と前記光学プリズムの前記入射面との距離としては、前記位置又は前記姿勢を変化させる前の状態において、前記光路変更素子から出射して前記光学プリズムの前記入射面に入射されるまでの前記光の光路距離が該当する。
【００３１】
前記可動支持部は、前記光路変更素子を支持可能とされるとともに可動により前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢を変化自在とされる部である。
前記可動支持部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
例えば、前記光路変更素子の前記位置を変化させる場合には、マイクロメータによる直線微動が可能な公知の位置制御部材や公知のピエゾアクチュエータ部材等を用いることができる。なお、前記位置制御部材、前記ピエゾアクチュエータ部材としては、例えば、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製  ＭＳ１／Ｍ等の市販品の中から適宜選択して用いることもできる。
特に、前記可動支持部では、前記検出板の前記裏面側に対する前記光の入射角度を±０．５°ないし±１°といった狭い角度範囲での調整を行うことから、僅かな位置変化を高精度に調整できることが好ましく、大きくとも０．１ｍｍ刻みで前記位置変化を制御可能であるものが好ましい。
【００３２】
前記光路変更素子の前記位置を変化させる場合の前記第２の角度調整部としては、特に制限はないが、前記光路変更素子が多角プリズム及びシリンドリカルレンズのいずれかで形成されるとともに、可動支持部が前記光路変更素子の位置を変化自在に支持可能とされることが好ましい。
即ち、前記多角プリズム及び前記シリンドリカルレンズは、市販品の中から安価に入手することができるとともに、前記検出板の前記裏面側に対する前記光の入射角度を高精度に調整することができる。前記シリンドリカルレンズでは、連続的に前記光の出射角度が変化するため、連続的な角度調整が可能である。ただし、前記シリンドリカルレンズでは、連続的に前記光の出射角度が変化するために、前記検出板の前記裏面に照射される前記光のビームスポット内で角度分布が生じうる。一方、前記多角プリズムでは、前記光の出射角度は一定となるため、前記検出板の前記裏面に照射される前記光のビームスポット内で角度分布は生じない。ただし、前記多角プリズムでは、前記光の出射角度及び角度調整の分解能はプリズムの出射面の数により制限される。なお、前記多角プリズムとは、断面略Ｄ字状の弧面を持ち、前記弧面が断面視で長さ０．５ｍｍ以上の直線を少なくとも５本以上繋げて形成されるものを示す。
【００３３】
また、前記光路変更素子の前記姿勢を変化させる場合には、マイクロメータによる回転微動が可能な公知の回転制御部材や公知のピエゾアクチュエータ部材等を用いることができる。なお、前記回転制御部材、前記ピエゾアクチュエータ部材としては、例えば、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製  ＰＲ０１／Ｍ等の市販品の中から適宜選択して用いることもできる。
特に、前記可動支持部では、前記検出板の前記裏面側に対する前記光の入射角度を±０．５°ないし±１°といった狭い角度範囲での調整を行うことから、僅かな姿勢変化を高精度に調整できることが好ましく、大きくとも０．１°刻みで回転による前記姿勢変化を制御可能であるものが好ましい。
【００３４】
前記光路変更素子の前記姿勢を変化させる場合の前記第２の角度調整部としては、特に制限はないが、前記光路変更素子が非平行な光の入射面及び出射面を有するプリズム及びレンズのいずれかで形成されるとともに、可動支持部が前記光路変更素子の姿勢を変化自在に支持可能とされることが好ましい。
また、前記プリズムとしては、三角プリズム、台形プリズム、前記多角プリズムが好ましく、前記レンズとしては、シリンドリカルレンズが好ましい。
前記プリズム及び前記レンズは、市販品の中から安価に入手することができるとともに、前記検出板の前記裏面側に対する前記光の入射角度を高精度に調整することができる。
【００３５】
＜光検出部＞
前記光検出部は、前記検出板の前記表面側に配され、前記表面上に発生する前記増強電場に基づき前記表面上に導入される試料から発せられる蛍光を検出可能とされる部である。
前記光検出部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、一般的な顕微鏡に用いられているレンズや光学フィルタなどの各種光学部材で構成される光検出機構により構成することができる。
また、前記光検出部としては、特に制限はないが、２次元画像情報の取得を目的として、撮像デバイスを有することが好ましい。
前記撮像デバイスとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサを用いることができる。
また、前記近接場光の前記検出板表面上での散乱などによって蛍光観察像が不鮮明化することを防ぐため、前記検出板と前記光検出部との間に近接場光の散乱光等を除去する光学フィルタを配することも好ましい。
なお、前記光検出部としては、公知の顕微鏡の構成を利用することができる。したがって、前記光学装置としては、既存の顕微鏡に対し、前記検出板、前記光学プリズム、前記光照射部及び前記角度調整部を配することで構成することができ、安価に製造することができる。
【００３６】
前記光検出部において、観察対象とされる物質としては、自身又は自身に結合された蛍光染色剤等により蛍光発光可能なものであれば、特に制限はなく、例えば、細胞、菌、原虫などが挙げられる。これらは、溶液やゲルなどとして調製され、前記検出板表面上に導入される。
なお、前記検出板表面上に導入された前記試料としては、一般的な顕微鏡に用いられるスライドガラス等の公知の試料保持部材により、前記検出板表面上に保持される。
また、前記蛍光染色剤としては、特に制限はなく、前記物質の種類や目的に応じて公知のものから適宜選択して用いることができる。
【００３７】
ところで、前記光学装置では、前記検出板表面上に前記試料を導入し、一旦、前記光検出部による撮像位置の特定やフォーカス合わせ等の事前調整を行った後、前記角度調整部による前記増強電場の調整を行って前記試料の観察を行うことができる。
したがって、このような方法によれば、前記事前調整時では、弱い前記増強電場により蛍光物質の退色を抑制しつつ、前記増強電場の調整後では、強い前記増強電場により鮮明な蛍光観察像を得ることができる。
【００３８】
（増強電場調整方法）
本発明の増強電場調整方法のひとつは、裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置に対する増強電場調整方法であって、前記裏面を水平面とした水平方向に前記光学プリズムを回動させて前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整する第１の角度調整工程を含むことを特徴とする。
この増強電場調整方法としては、本発明の前記光学装置において、前記第１の角度調整部が配されたものを用いて実施することができ、前記光学装置において説明した事項を全て適用することができる。
【００３９】
前記増強電場調整方法の他のひとつは、裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とをこの順で積層させて構成され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生可能な検出板と、前記検出板の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される前記光を前記検出板の前記裏面に導光可能とされる光学プリズムと、前記光学プリズムを介して前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射可能とされる光照射部とが配される光学装置に対する増強電場調整方法であって、位置又は姿勢の変化前後で前記光照射部から入射される前記光の光路を変更して前記光学プリズムの前記入射面に前記光を出射可能とされる光路変更素子を前記光照射部と前記光学プリズムとの間に配し、前記光路変更素子の前記位置又は前記姿勢を変化させて前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整する第２の角度調整工程を含むことを特徴とする。
この増強電場調整方法としては、本発明の前記光学装置において、前記第２の角度調整部が配されたものを用いて実施することができ、前記光学装置において説明した事項を全て適用することができる。
【００４０】
［第１の実施形態］
本発明の前記光学装置及び前記増強電場調整方法に係る第１の実施形態について図面を参照しつつ説明をする。図２は、第１の実施形態の構成を示す説明図である。
該図２に示すように、光学装置２０は、検出板２１、光学プリズム２２、光照射部２３及び第１の角度調整部２７を有する。
【００４１】
検出板２１は、裏面（図中下側の面）から表面（図中上側の面）に向けて、前記光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される前記金属層又は前記半導体層と前記光透過性誘電材料で形成される前記誘電体層とがこの順で積層され、前記裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に増強電場を発生させるように構成されている。
また、光学プリズム２２は、検出板２１の前記裏面側に光学的に密着され、入射面から入射される光を検出板２１の前記裏面に導光するように構成されている。
また、光照射部２３は、一の出射角度で前記光を出射するよう固定配置されるとともに光学プリズム２２を介して検出板２１の前記裏面側から全反射条件で前記光を照射するように構成されている。また、光照射部２３では、装置の小型化を目的として、検出板２１の前記裏面における面内方向と、平行な方向で前記光を照射するように構成されている。
また、第１の角度調整部２７は、マイクロメータによる回転微動が可能な回転ステージで構成され、前記裏面を水平面とした水平方向に光学プリズム２２を回動自在に支持するとともに（図中の回転矢印参照）、前記回動に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度を調整するように構成されている。
【００４２】
このような光学装置２０では、第１の角度調整部２７の前記回動前後で、光学プリズム２２の入射面に対する前記光の入射角度が変化し、延いては、検出板２１の前記裏面側に対する前記光の入射角度が変化する。
検出板２１の前記裏面側に対する前記光の入射角度が変化すると、導波モード励起波長自体が変化することから、検出板２１を構成する層の厚みに関する製造誤差に起因して変更された前記導波モード励起波長を、前記裏面側に対する前記光の入射角度を変化させることで、目標とする波長に調整して増強電場を得ることができる。
即ち、光学装置２０では、検出板２１を構成する層の厚みに関する製造誤差に起因する前記導波モード励起波長のズレを前記裏面側に対する前記光の入射角度を変化することで補正し、目標とする波長で前記増強電場を得ることができる。
また、光学装置２０では、検出板２１を構成する層の厚みに関する製造誤差を許容することで、製造コストを抑えることができる。
また、光学装置２０では、長大なアーム部材を必要とせず、第１の角度調整部２７のみで前記入射角度を変更させることができ、延いては、小型でシンプルな構成でかつ安価に製造することができる。
【００４３】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態を図面を参照しつつ説明をする。図３は、第２の実施形態の構成を示す説明図である。
該図３に示すように、光学装置３０は、検出板３１、光学プリズム３２及び光照射部３３を有する。また、第２の角度調整部を有する。検出板３１、光学プリズム３２及び光照射部３３は、光学装置２０における検出板２１、光学プリズム２２及び光照射部２３と同様に構成されるため、前記第２の角度調整部について説明する。
【００４４】
前記第２の角度調整部は、光照射部３３と光学プリズム３２との間に配され、位置の変化前後で光照射部３３から入射される前記光の光路を変更して光学プリズム３２の前記入射面に前記光を出射可能とされる光路変更素子としてのシリンドリカルレンズ３８ａと、シリンドリカルレンズ３８ａを支持するとともに可動によりシリンドリカルレンズ３８ａの前記位置を変化させる可動支持部（不図示）とを有する。
ここで、前記可動支持部は、マイクロメータによる直線微動が可能な位置制御部材で構成され、断面略Ｄ字状のシリンドリカルレンズ３８ａの平面から光照射部３３からの照射光を入射させ、シリンドリカルレンズ３８ａの弧面から前記照射光を出射させるように支持する。また、前記可動支持部は、光学プリズム３２の位置を下とし、検出板３１の位置を上とする上下方向（図中の矢印Ａ参照）に可動であり、この可動によりシリンドリカルレンズ３８ａの位置を上下に変化させる。これにより、前記第２の角度調整部では、シリンドリカルレンズ３８ａの前記位置の変化に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度が調整可能とされる。
例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ３８ａの前記位置を前記可動支持部の可動により下側に移動させると（図中の矢印Ａ参照）、光照射部３３から照射される光Ｏのシリンドリカルレンズ３８ａから出射される角度が前記位置の変化前後で変化することから、光学プリズム３２の入射面に対する光Ｏの入射角度が変化し、延いては、検出板３１の前記裏面側に対する光Ｏの入射角度が変化する。なお、図４（ａ），（ｂ）は、第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図である。
【００４５】
なお、シリンドリカルレンズ３８ａと光学プリズム３２の前記入射面との距離（図３中のＤ１参照）が短い程、前記位置の変化に伴う光学プリズム３２の前記入射面に到達する光Ｏの位置ズレが小さい。
したがって、シリンドリカルレンズ３８ａと光学プリズム３２の前記入射面との距離（図３中のＤ１参照）としては、長くとも１０ｃｍであることが好ましい。
【００４６】
光学装置３０では、検出板３１を構成する層の厚みに関する製造誤差に起因して変更された前記導波モード励起波長を、前記裏面側に対する前記光の入射角度を変化させることで、目標とする波長に調整して増強電場を得ることができる。また、光学装置３０は、光学装置２０と同様に小型でシンプルな構成でかつ安価に製造することができる。
更に、光学装置３０では、光学装置２０と比べ検出操作における操作負担の軽減を期待することができる。即ち、前記検出操作では、前記光検出部による撮像位置の特定やフォーカス合わせ等の事前調整が必要であるが、光学装置２０では、第１の角度調整部２７の回動に基づき検出板２１における観察視野も回動するため、前記観察視野の中心位置を第１の角度調整部２７の回動中心と合わせないと、第１の角度調整部２７の回動前後で前記観察視野が変わってしまう。これに対し、光学装置３０では、前記第２の角度調整部による前記位置の変化前後で前記観察視野に変化を与えないため、前記事前調整を簡単化させることができる。
【００４７】
光学装置３０では、平凸のシリンドリカルレンズ３８ａを用いて、平面側から光を入射した例を示したが、凸面側から光を入射させる構成としても良い。また、平凸のシリンドリカルレンズ３８ａの代わりに平凹のシリンドリカルレンズを使用しても同様の効果を得ることができる。
また、光学装置３０では、前記光路変更素子として、シリンドリカルレンズ３８ａに代えて、図５に示す多角プリズム３８ｂを用いることもできる。なお、図５は、多角プリズムの側面を示す説明図である。
即ち、図６（ａ），（ｂ）に示すように、多角プリズム３８ｂの前記位置を前記可動支持部の可動により下側に移動させると（図中の矢印Ａ参照）、光照射部３３から照射される光Ｏの多角プリズム３８ｂから出射される角度が前記位置の変化前後で変化することから、光学プリズム３２の入射面に対する光Ｏの入射角度が変化し、延いては、検出板３１の前記裏面側に対する光Ｏの入射角度を変化させることができる。なお、図６（ａ），（ｂ）は、第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図である。多角プリズム３８ｂを用いる場合も、平面側とは反対側の多角面が形成された面側から光を入射して使用しても同様の効果を得ることができる。
ところで、シリンドリカルレンズ３８ａでは、連続的に光Ｏの出射角度が変化するため、連続的な角度調整が可能であるという利点を有する。ただし、シリンドリカルレンズ３８ａでは、連続的に前記光の出射角度が変化するために、検出板３１の前記裏面に照射される光Ｏのビームスポット内で角度分布が生じうるという欠点がある。一方、多角プリズム３８ｂでは、前記光の出射角度は一定となるため、前記検出板の前記裏面に照射される前記光のビームスポット内で角度分布は生じない。しかし、多角プリズム３８ｂでは、前記光の出射角度及び角度調整の分解能はプリズムの出射面の数により制限されてしまうという欠点がある。
したがって、第２の実施形態では、より精密に出射角度を制御したい場合にはシリンドリカルレンズ３８ａを選択し、出射角度に分布が生じることを避けたい場合には多角プリズム３８ｂを選択するとよい。
【００４８】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態を、図面を参照しつつ説明をする。図７は、第３の実施形態の構成を示す説明図である。
該図７に示すように、光学装置４０は、検出板４１、光学プリズム４２及び光照射部４３を有する。また、第２の角度調整部を有する。検出板４１、光学プリズム４２及び光照射部４３は、光学装置２０における検出板２１、光学プリズム２２及び光照射部２３と同様に構成されるため、前記第２の角度調整部について説明する。
【００４９】
第３の実施形態における前記第２の角度調整部は、光照射部４３と光学プリズム４２との間に配され、姿勢の変化前後で光照射部４３から入射される前記光の光路を変更して光学プリズム４２の前記入射面に前記光を出射可能とされる光路変更素子としての三角プリズム４９ａと、三角プリズム４９ａを支持するとともに可動により三角プリズム４９ａの前記姿勢を変化させる可動支持部（不図示）とを有する。
ここで、前記可動支持部は、マイクロメータによる回転微動が可能な回転制御部材で構成され、非平行な２つの平面のうち、一の前記平面から光照射部４３からの照射光を入射させ、他の前記平面から前記照射光を出射させるように三角プリズム４９ａを支持する。また、前記可動支持部は、三角プリズム４９ａの一の前記平面（入射面）を基面としたとき、この基面を前記基面の面直方向に向けて傾けるように可動であり、この可動により三角プリズム４９ａの姿勢を変化させる。これにより、前記第２の角度調整部では、三角プリズム４９ａの前記姿勢の変化に基づき前記裏面側に対する前記光の入射角度が調整可能とされる。
例えば、図８（ａ），（ｂ）に示すように、三角プリズム４９ａの前記姿勢を前記可動支持部の可動により回動させて変化させると（図中の矢印Ｂ参照）、光照射部４３から照射される光Ｏの三角プリズム４９ａから出射される角度が前記姿勢の変化前後で変化することから、光学プリズム４２の入射面に対する光Ｏの入射角度が変化し、延いては、検出板４１の前記裏面側に対する光Ｏの入射角度が変化する。なお、図８（ａ），（ｂ）は、第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図である。
【００５０】
なお、三角プリズム４９ａと光学プリズム４２の前記入射面との距離（図７中のＤ２参照）が短い程、前記姿勢の変化に伴う光学プリズム４２の前記入射面に到達する光Ｏの位置ズレが小さい。
したがって、三角プリズム４９ａと光学プリズム４２の前記入射面との距離（図７中のＤ２参照）としては、長くとも１０ｃｍであることが好ましい。
【００５１】
このように構成される光学装置４０では、光学装置３０と同様に最適な増強電場を得ることができ、また、光学装置２０と同様に小型でシンプルな構成でかつ安価に製造することができる。また、光学装置３０と同様に検出操作における操作負担を軽減させることができる。
【００５２】
光学装置４０では、前記光路変更素子として、三角プリズム４９ａに代えて、先に示したシリンドリカルレンズ（図３等参照）や多角プリズム（図５参照）を用いることもできる。光学装置４０で三角プリズム４９ａが用いられる理由は、一の平面から光照射部４３からの照射光を入射させ、他の平面から前記照射光を出射させるプリズムにおいて、一の平面と他の平面とが非平行な平面である特徴を有しているからである。よって、この特徴を有するプリズムはどのような形状でも三角プリズム４９ａの代わりとなることができ、例えば、２つの平面が非平行な台形プリズムなども適用可能である。
シリンドリカルレンズを例として説明すると、図９（ａ），（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ４９ｂの前記姿勢を前記可動支持部の可動により変化させると（図中の矢印Ｂ参照）、光照射部４３から照射される光Ｏのシリンドリカルレンズ４９ｂから出射される角度が前記姿勢の変化前後で変化することから、光学プリズム４２の入射面に対する光Ｏの入射角度が変化し、延いては、検出板４１の前記裏面側に対する光Ｏの入射角度を変化させることができる。なお、図９（ａ），（ｂ）は、第２の角度調整部による入射角度変更の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，２０，３０，４０    光学装置
１１，２１，３１，４１    検出板
１２，２２，３２，４２    光学プリズム
１３，２３，３３，４３    光照射部
１４    液体又はゲル
１５    カバーガラス
１６    光検出部
２７    第１の角度調整部
３８ａ，４９ｂ    シリンドリカルレンズ
３８ｂ    多角プリズム
４９ａ    三角プリズム
【図１】
2018155633.tif 000003
【図２】
2018155633.tif 000004
【図３】
2018155633.tif 000005
【図４（ａ）】
2018155633.tif 000006
【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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