(57)【要約】【課題】  流体試料の流路を他の構成部品と区画しながら小型化することができる検出装置及び電子機器等を提供すること。【解決手段】  検出装置２０Ａ〜２０Ｃは、筐体３０，８０と、筐体に保持される光源４０と、筐体内に設けられる流路５０と、流体試料中の試料分子を反映した光を増強させるセンサー基板１５と、試料分子中の標的分子を反映した光を受光する受光素子６０と、センサー基板と受光素子との間で筐体に保持され、試料分子を反映した光の中から標的分子を反映した光を選択的に前記受光素子に導く光学系部品７０Ａ，７０Ｂと、を有する。受光素子が配置される筐体内の領域は、光学系部品７１，７７により流路と区画される。【選択図】      図２
2015034728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に保持される光源と、
前記筐体内に設けられ、試料が導入される流路と、
前記流路に臨んで配置され、前記光源からの光が入射され、前記試料に含まれる試料分子を反映した光を増強させるセンサー基板と、
前記筐体に保持され、前記試料分子中の標的分子を反映した光を受光する受光素子と、
前記センサー基板と前記受光素子との間で前記筐体に保持され、前記試料分子を反映した光の中から前記標的分子を反映した光を選択的に前記受光素子に導く光学系部品と、
を有し、
前記受光素子が配置される前記筐体内の領域は、前記光学系部品により前記流路と区画されることを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記筐体に保持され、前記流路に臨んで配置される凹面反射鏡を有し、
前記凹面反射鏡と前記光学系部品との間の前記流路に前記センサー基板が配置されることを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記光学系部品は、前記凹面反射鏡での反射光を平行光に変換するレンズと、ファブロペリー共振を利用して通過波長を可変するエタロンと、を含み、
前記受光素子が配置される前記筐体内の領域は、前記レンズにより前記流路と区画されることを特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記光源は、前記凹面反射鏡の法線方向に向けて出射される光を前記センサー基板に入射させることを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記センサー基板の基板面と直交する垂線と、前記光源からの光の出射方向とは交差することを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記光学系部品は、
前記光源からの光を反射させ、前記試料分子からの光を透過させるミラーと、
前記ミラーで反射された光を前記センサー基板に集光させるレンズと、
を含み、
前記受光素子が配置される前記筐体内の領域は、前記レンズにより前記流路と区画されることを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記センサー基板の基板面と直交する垂線と、前記レンズにより集光されて前記センサー基板に入射する光の入射方向とは交差することを特徴とする検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項において、
前記センサー基板は金属ナノ構造を含み、前記光源からの光により前記金属ナノ構造に形成される増強電場により、前記試料分子を反映するラマン散乱光を増強させることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の検出装置と、
前記検出装置からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標的分子を検出する検出装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低濃度の標的分子を検出する高感度分光技術の１つとして、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）特に局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Localized Surface Plasmon Resonance）を利用した表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ：Surface Enhanced Raman Scattering）分光が注目されている。ＳＥＲＳとは、ナノメートルスケールの凸凹構造に含まれる金属ナノ構造間に増強電場が形成され、その増強電場によりラマン散乱光が例えば１０２〜１０１４倍増強される現象である。レーザーなどの単一波長の励起光を標的分子に照射する。励起光の波長から標的分子の分子振動エネルギー分だけ僅かにずれた散乱波長（ラマン散乱光）を分光検出し指紋スペクトルを得る。その指紋スペクトルからごく微量の標的分子を同定することが可能となる。
【０００３】
特許文献１の図１及び図２は、光源、センサー基板、スペクトル分析機（受光素子）及びそれらの間に配置される光学系部品を備えたラマン分光装置を開示している。特許文献２，３は、光源光またはラマン散乱光を反射させる凹面鏡または放物面鏡を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５１２６６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５６５５６号公報
【特許文献３】特開平１０−２０６３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の図１に示すラマン分光装置は、光源光をビームスプリッター（ハーフミラー等）で反射させ、開口数の高い顕微鏡対物レンズで集光させてセンサー基板に入射させている。顕微鏡対物レンズとセンサー基板との間の距離はわずか１ｍｍ未満となる（００４０）。よって、特許文献１の図１に示すラマン分光装置はセンサー基板に沿って流体試料を流すには不向きであり、予めセンサー基板上に試料を滴下する必要がある。
【０００６】
特許文献１の図２に示すラマン分光装置は、光源／検出器パッケージを有する。光源／検出器パッケージは、センサー基板に向けて光源光を斜め照射する光源と、スペクトル分析機（受光素子）と、ラマン散乱光をスペクトル分析機に集光させるレンズを有する。このレンズの開口数を０．４未満とすると、光源／検出器パッケージとセンサー基板との距離は１ｃｍ以上となり、光源／検出器パッケージとセンサー基板との間を流体試料の流路とすることができる（００４５）。
【０００７】
しかし、特許文献１には流体試料の流路の具体的構造については開示がなく、光源／検出器パッケージとセンサー基板との間を流体試料の流路として利用できることを開示するだけである。特許文献２，３にも、流体試料の流路については開示がない。
【０００８】
従来のラマン分光装置は、研究室や分析室などで利用する場合を想定されているために、小型・軽量化についての具体的提案がなく、特に流体試料の流路を他の構成部品と区画しながら小型化する点について検討されていなかった。
【０００９】
本発明は、流体試料の流路を他の構成部品と区画しながら小型化することができる検出装置及び電子機器等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】
【００１０】
（１）本発明の一態様は、
筐体と、
前記筐体に保持される光源と、
前記筐体内に設けられ、試料が導入される流路と、
前記流路に臨んで配置され、前記光源からの光が入射され、前記試料に含まれる試料分子を反映した光を増強させるセンサー基板と、
前記筐体に保持され、前記試料分子中の標的分子を反映した光を受光する受光素子と、
前記センサー基板と前記受光素子との間で前記筐体に保持され、前記試料分子を反映した光の中から前記標的分子を反映した光を選択的に前記受光素子に導く光学系部品と、
を有し、
前記受光素子が配置される前記筐体内の領域は、前記光学系部品により前記流路と区画される検出装置に関する。
【００１１】
本発明の一態様では、光源、受光素子及び光学系部品は筐体に保持され、筐体内に流路が設けられ、センサー基板は流路に臨んで配置される。受光素子が配置される筐体内の領域は、光学系部品により流路と区画される。よって、光学系部品は筐体内部を仕切る仕切り部として兼用でき、部材の兼用により検出装置の小型・軽量化が図られる。また、光源、受光素子及び光学系部品は筐体に保持されるので、耐振動性及び耐衝撃性に優れる。
【００１２】
（２）本発明の一態様では、前記筐体に設けられ、前記流路に臨んで配置される凹面反射鏡を有し、前記凹面反射鏡と前記光学系部品との間の前記流路に前記センサー基板が配置されてもよい。
【００１３】
こうすると、流路に配置されたセンサー基板にて増強される試料分子を反映した光を、凹面反射鏡により反射させて、光学系部品に導くことができる。
【００１４】
（３）本発明の一態様では、前記光学系部品は、前記凹面反射鏡での反射光を平行光に変換するレンズと、ファブロペリー共振を利用して通過波長を可変するエタロンと、を含み、前記受光素子が配置される前記筐体内の領域は、前記レンズにより前記流路と区画されてもよい。
【００１５】
エタロンは入射偏角に対するフィルター特性の変化が敏感なため、凹面反射鏡での反射光をレンズ（例えば凹状レンズ等）によって平行光に変換することが好ましい。この場合、光学系部品の中で最も流路の近くに位置するこのレンズを、筐体内で流路を区画する仕切り部として兼用することができる。
【００１６】
（４）本発明の一態様では、前記光源は、前記凹面反射鏡の法線方向に向けて出射される光を前記センサー基板に入射させることができる。
【００１７】
このように、光源は凹面鏡の一部に埋め込むなどして配置することができる。それにより、特許文献２のように光源光を放物面鏡に入射させる移動ミラーを設け、あるいは、特許文献３のように凹面鏡に囲まれた位置に配置される試料に光源光を導く光ファイバーを設ける必要はない。
【００１８】
（５）本発明の一態様では、前記センサー基板の基板面と直交する垂線と、前記光源からの光の出射方向とは交差させることができる。
【００１９】
こうすると、凹面反射鏡で反射させて光学系部品に入射される光量を増大できる。もし、センサー基板の基板面と直交する垂線と光源からの光の出射方向とが一致すると、センサー基板にて増強される試料分子を反映した光はセンサー基板で正反射して光源に向うため、凹面反射鏡で反射させて光学系部品に入射される光量が低下する。
【００２０】
（６）本発明の一態様では、前記光学系部品は、前記光源からの光を反射させ、前記試料分子からの光を透過させるミラーと、前記ミラーで反射された光を前記センサー基板に集光させるレンズと、を含み、前記受光素子が配置される前記筐体内の領域は、前記レンズにより前記流路と区画することができる。
【００２１】
この場合は、集光レンズが光学系部品の中で最も流路の近くに位置するので、この集光レンズを筐体内で流路を区画する仕切り部として兼用することができる。
【００２２】
（７）本発明の一態様では、前記センサー基板の基板面と直交する垂線と、前記レンズにより集光されて前記センサー基板に入射する光の入射方向とは交差させることができる。
【００２３】
こうすると、センサー基板により増強される光が集光レンズを含む光学系部品を介して受光素子に導かれる光量を増大できる。もし、センサー基板の基板面と直交する垂線と、レンズにより集光されてセンサー基板に入射する光の入射方向とが一致すると、センサー基板により増強される光はセンサー基板で正反射して集光レンズとミラーを介して光源側に戻されるため、受光素子に導かれる光量が低下する。
【００２４】
（８）本発明の一態様では、前記センサー基板は金属ナノ構造を含み、前記光源からの光により前記金属ナノ構造に形成される増強電場により、前記試料分子を反映するラマン散乱光を増強させることができる。
【００２５】
つまり、本発明の検出装置はラマン分光装置として好適に実施することができる。
【００２６】
（９）本発明のさらに他の態様は、
（１）〜（８）のいずれかに記載の検出装置と、
前記検出装置からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を備えた電子機器に関する。この電子機器は、医療診断や飲食物の検査等に有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、表面増強ラマン光の検出原理の説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る検出装置の概略断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、エタロンの動作原理の説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る検出装置の概略断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る検出装置の概略断面図である。
【図６】比較例に係る検出装置の部分断面図である。
【図７】図７（Ａ）（Ｂ）は、電子機器を示す図である。
【図８】電子機器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２９】
１．第１実施形態
１．１．光検出原理
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）を用いて、流体試料を反映した光検出原理の一例としてラマン散乱光の検出原理の説明図を示す。図１（Ａ）に示すように、試料例えば流体試料（試料分子）に入射光（振動数ν）が照射される。一般に、入射光（励起光）の多くは、レイリー散乱光として散乱され、レイリー散乱光の振動数ν又は波長は入射光に対して変化しない。入射光の一部は、ラマン散乱光として散乱され、ラマン散乱光の振動数（ν−ν’及びν＋ν’）又は波長は、試料分子の振動数ν’（分子振動）が反映される。つまり、ラマン散乱光は、検査対象の試料分子を反映した光である。入射光の一部は、試料分子を振動させてエネルギーを失うが、試料分子の振動エネルギーがラマン散乱光の振動エネルギー又は光エネルギーに付加されることもある。このような振動数のシフト（ν’）をラマンシフトと呼ぶ。
【００３０】
図１（Ｂ）に、試料分子中の検出対象である標的分子に固有の指紋スペクトルとして、アセトアルデヒドの例を示す。この指紋スプクトルによって、検出した物質がアセトアルデヒドと特定することが可能である。しかしながら、ラマン散乱光は非常に微弱であり、微量にしか存在しない物質を検出することは困難であった。
【００３１】
図１（Ｄ）に示すセンサー基板１５は、基板１０上にミラー層１１、誘電体層（透光層）１２、金属ナノ構造１３が形成される。金属ナノ構造１３に励起光が入射された領域では、隣り合う金属ナノ構造１３間の間隙に、増強電場１４が形成される。特に、図１（Ｃ）に示すように入射光の波長よりも小さな金属ナノ粒子１３Ａに対して入射光を照射する場合、入射光の電場は、金属ナノ構造１３の表面に存在する自由電子に作用し、共鳴を引き起こす。これにより、自由電子による電気双極子が金属ナノ構造１３内に励起され、入射光の電場よりも強い増強電場１４が形成される。これは、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Localized Surface Plasmon Resonance）とも呼ばれる。この現象は、入射光の波長よりも小さな例えば平面視で１〜５００ｎｍのサイズを有する金属ナノ構造１３等の電気伝導体に特有の現象である。
【００３２】
センサー基板に入射光を照射した時に表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ：Surface Enhanced Raman Scattering）が生ずる。つまり、増強電場１４に標的分子１が入り込むと、その標的分子１によるラマン散乱光は増強電場１４で増強されて、ラマン散乱光の信号強度は高くなる。このような表面増強ラマン散乱では、標的分子１が微量であっても、検出感度を高めることができる。
【００３３】
金属ナノ構造１３を層とみなすことができることから、図１（Ｄ）に示す構造をミラー層１１と、誘電体層１２と、金属ナノ構造によるみなしミラー層（半透明半反射層）１３との積層構造により共振器が構成される（ＧＳＰモデル）。この共振器は、その光路長がギャップ部である誘電体層１２の厚さで決定される。誘電体層１２の膜厚を設定することで、プラズモン共鳴波長を設定できる。
【００３４】
１．２．検出装置
図２は、本実施形態の検出装置２０Ａの具体的な構成例を示す。図２において、検出装置２０Ａは、筐体３０と、筐体３０に保持される光源４０と、筐体３０内に設けられる流路５０と、流路５０に臨んで配置されるセンサー基板１５と、筐体３０に保持される受光素子６０と、センサー基板１５と受光素子６０との間で筐体に保持される光学系部品７０Ａと、を有する。受光素子６０が配置される筐体３０内の領域は、光学系部品７０Ａにより流路５０と区画される。
【００３５】
１．２．１．筐体
筐体３０は、側壁３１に、流路５０と連通する試料入口３２及び試料出口３３を有する。筐体３０の天面は例えば凹面反射鏡３４に形成されている。凹面反射鏡３４の法線方向に沿って励起光４１を出射するため、筐体３０の一部に光源４０が埋め込むように配置されている。こうして、ミラーや光ファイバーを使用せずに、励起光４１を直接センサー基板１５に照射している。本実施形態では、励起光４１の出射方向は、光学系部品７０Ａの光軸Ｌと一致させている。
【００３６】
試料出口３３の外側にある吸引手段（図示せず）を作動させると、筐体３０の流路５０内部が負圧になり、試料入口３２から検出物質（標的分子）を含んだ試料例えば流体試料が吸引される。試料入口３２には除塵フィルター（図示せず）があり、比較的大きな粉塵や一部の水蒸気などが除去される。流体試料は流路５０を通過し試料出口３３から排出される。その際に、標的分子がセンサー基板１５の表面付近を通過し、センサー基板１５に吸着されて検出されることになる。本実施形態では、流体試料は光学系部品７０Ａの最端部にあるレンズ７１により区画された流路５０に導入され、レンズ７１以外の光学系部品７２〜７５及び受光素子６０が配置される領域に流体試料が導入されることはない。
【００３７】
１．２．２．光源及び凹面反射鏡
光源４０は単一波長で直線偏光のレーザー光源例えば面発光レーザーが用いられ、光源４０からの光がセンサー基板１５へ照射される。センサー基板１５の表面では、図１（Ｄ）に示す金属ナノ構造１３に局在表面プラズモン共鳴による大きな増強電場１４が形成され、ラマン散乱光１６を増強する。増強されたラマン散乱光１６は様々な方向に散乱されるが、その分布としてはセンサー基板１５の垂線に沿う正反射方向に最も強く分布して、そこから遠くなるほど弱くなる傾向がある。これらのラマン散乱光１６を効率的に集光するために、筐体３０の上部内壁に凹面反射鏡３４を配置している。
【００３８】
本実施形態では、光源４０からの励起光４１の出射方向と、センサー基板１５の垂線とが交差するように、センサー基板１５を傾斜して配置している。こうすると、センサー基板１５の垂線に沿う正反射方向に最も強く分布するラマン散乱光１６が光源４０に向かう光量を少なくすることができる。こうして、多くのラマン散乱光１６を凹面反射鏡３４にて反射させることができる。
【００３９】
１．２．３．光学系部品
凹面反射鏡３４で反射される光には、光源４０からの入射波長と同じ波長のレイリー光と、増強されたラマン散乱光１６などが含まれている。凹面反射鏡３４で反射される光を受光素子６０に導くために、光学系部品７０Ａが配置されている。光学系部品７０Ａ（７１〜７５）は、筐体３０の側壁３１に固定される。光学系部品７０Ａ（７１〜７５）は、筐体３０の側壁３１に直接固定してもよいし、シリコンゴム等の弾性体を介在させてもよい。いずれの場合も、検出装置２０Ａの耐振動性及び耐衝撃性が確保される。光学系部品７０Ａのうち、光学フィルター７２は、レイリー散乱光を除去するために設けられている。
【００４０】
１．２．３．１．波長可変エタロン
ラマン散乱光１６には、標的分子のラマン散乱光と、標的分子以外のラマン散乱光が含まれている。ファブリフェロー共振器である波長可変エタロン７３は、標的分子のラマン散乱光を通過させ、標的分子以外のラマン散乱光の通過を阻止する分光器である。
【００４１】
図３（Ａ）には波長可変エタロンの原理を、図３（Ｂ）には波長可変エタロンの構造実施例、図３（Ｃ）には波長可変エタロンの光学特性例を、それぞれ示してある。先ず、図３（Ａ）により波長可変エタロンの原理の説明をする。分光の原理は、「透過波長条件は隣り合う透過光の光路差の整数倍となる干渉の原理」を利用したもので、下記の式（１）を満たす波長のみが透過することで、目的とする波長の光のみを取り出すことができる。屈折率がｎ１、ｎ２の透明基材７３Ａ，７３Ｂを平行に対向させ、両者の対向する内側にハーフミラー７３Ａ１，７３Ｂ１を形成する。ハーフミラー７３Ａ１，７３Ｂ１の内側はｎ＝１の状態（空気など）にしておく。屈折率ｎ１側から入射角θで入射してきた光はハーフミラー７３Ａ１，７３Ｂ１で反射され、エアギャップｄの間を往復することになる。その時に、２ｄｃｏｓθ＝λpeak×ｎ（式１）の条件を満たす波長の光のみが反対側へ透過することになる。 ここで、ｄはエアギャップ、θは入射角、ｎは屈折率である。このエアギャップｄを可変とすることで、分光が可能になる。
【００４２】
図３（Ｂ）に静電アクチュエータ型の波長可変エタロン７３の構造実施例を示す。上部基板７３Ａと下部基板７３Ｂとが接合されている。上部基板７３Ａと下部基板７３Ｂとの中央の光透過部にはハーフミラー７３Ａ１，７３Ｂ１が形成され、その周辺にはエアギャップｄを可変するための静電アクチュエータ７３Ａ２，７３Ｂ２が配置されている。静電アクチュエータ７３Ａ２，７３Ｂ２に電圧が印加されると静電吸引力が作用し、ハーフミラー７３Ａ１，７３Ｂ１間のエアギャップｄが小さくなる。この電圧を制御することで、エアギャップｄを制御して、結果として透過する光の波長を制御することができる。エタロン型の方が、回折格子型よりも光路長が短くなるので、小型化には有利である。静電アクチュエータの可変動作時の残留振動を早く減衰させるために、波長可変エタロン７３を真空パッケージに封入することも可能である。
【００４３】
図３（Ｃ）に静電アクチュエータ７３Ａ２，７３Ｂ２の駆動電圧を変えた時の波長可変エタロン７３の光学特性例を示してある。透過率がピークとなる波長が、７００ｎｍ、６００ｎｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍと変化していることが図３（Ｃ）から分かる。この駆動電圧を少しずつ順次可変することで、分光することが可能になる。このスペクトルの半値幅は、ファブリペロー共振器のミラーの材質によって大きく左右される。例えば、ミラーの材質がＡｇ合金、誘電体の多層膜など、用途に応じて選択することができる。
【００４４】
１．２．３．２．凹状レンズ
式（１）で示すように、エタロン７３は入射偏角θに対するフィルター特性の変化が敏感である。そのため、凹面反射鏡３４での反射光を平行光に変換する必要がある。凹状レンズ７１は、凹面反射鏡３４での反射光を平行光に変換するために設けられている。この場合、光学系部品７０Ａの中で最も流路５０の近くに位置するこのレンズ７１を、筐体３０内で流路５０を区画する仕切り部として兼用することができる。それにより、凹状レンズ７１が流路５０に露出して配置され、検出装置２０Ａは小型・軽量化される。
【００４５】
１．２．３．３．集光レンズ、遮光板及び受光素子
波長可変エタロンで分光された標的分子のラマン散乱光は、集光レンズ７４で集光され、遮光板７５を通過して、筐体３０の底壁３５に保持された受光素子６０に入射される。受光素子６０で電気信号に変換され、検出物質（標的分子）に特有のスペクトルが得られることになる。検出物質毎に特徴的なピーク波長を、予め保存されているデータと照合することで、検出物質が何であるか特定することができる（物質特定）。また、特徴的なピークの信号強度を予め保存されている検量線データと照合することで、検出物質の濃度を算出することができる（濃度測定）。
【００４６】
２．第２実施形態
図４に示す第２実施形態に係る検出装置２０Ｂが、図２に示す第１実施形態に係る検出装置２０Ａと相違する点について説明する。図４に示すように、センサー基板１５は水平に設置されている。光源４０からの励起光４１は、光学系部品７０Ａの光軸Ｌと交差する方向に出射される。こうして、光源４０からの励起光４１の出射方向と、センサー基板１５の垂線とを交差させている。こうすると、センサー基板１５の垂線に沿う正反射方向に最も強く分布するラマン散乱光１６が光源４０に向かう光量を少なくすることができる。こうして、多くのラマン散乱光１６を凹面反射鏡３４にて反射させることができる。
【００４７】
３．第３実施形態
図５は、本実施形態の検出装置２０Ｃの具体的な構成例を示す。なお、図５において、図２に示す部材と同一機能を有する部材については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。図５において、検出装置２０Ｃは、筐体８０と、筐体８０に保持される光源４０と、筐体８０内に設けられる流路５０と、流路５０に臨んで配置されるセンサー基板１５と、筐体８０に保持される受光素子６０と、センサー基板１５と受光素子６０との間で筐体に保持される光学系部品７０Ｂと、を有する。受光素子６０が配置される筐体３０内の領域は、光学系部品７０Ｂにより流路５０と区画される。
【００４８】
３．１．筐体
筐体８０は、例えば底壁８１に、流路５０と連通する試料入口８２及び試料出口８３を有する。筐体８０の例えば天壁８４に受光素子６０が保持される。筐体８０の例えば側壁８５に、光源４０及び光学系部品７０Ｂが保持される。こうして、検出装置２０Ｃの耐振動性及び耐衝撃性が確保される点は、検出装置２０Ａと同様である。
【００４９】
３．２．光源及び光学系部品
光学系部品７０Ｂは、図２に示す凹状レンズ７１に代えて、ミラー７６と集光レンズ７７とを有する。ミラー７１は、側壁８５に配置された光源４０から水平方向に出射される励起光４１を、受光素子６０に向けて反射させる。ミラー７１での反射光４２は、集光レンズ７７により集光されて、受光素子６０に入射される。
【００５０】
ここで、センサー基板１５の基板面と直交する垂線（光軸Ｌ）と、集光レンズ７７により集光されてセンサー基板１５に入射する光の入射方向とは交差する。こうすると、センサー基板１５により増強される光が集光レンズ７７を含む光学系部品７０Ｂを介して受光素子６０に導かれる光量を増大できる。もし、センサー基板１５の基板面と直交する垂線（光軸Ｌ）と、集光レンズ７７により集光されてセンサー基板１５に入射する光の入射方向とが一致すると、センサー基板１５により増強される光はセンサー基板１５で正反射して集光レンズ７７とミラー７６を介して光源４０側に戻されるため、受光素子６０に導かれる光量が低下する。
【００５１】
第３実施形態では、集光レンズ７７が光学系部品７０Ｂの中で最も流路５０の近くに位置するので、この集光レンズ７７を筐体８０内で流路５０を区画する仕切り部として兼用することができる。それにより、集光レンズ７７が流路５０に露出して配置され、検出装置２０Ｃは小型・軽量化される。
【００５２】
４．比較例
図６は比較例を示している。図６は、図５の筐体８０の底壁８１側に設けられる流路５０を、センサー基板９０により区画している。センサー基板９０は、流路に臨む側に図１（Ｄ）に示す金属ナノ構造１３を有する。つまり、光源４０からの励起光４１は、集光レンズ７７を介してセンサー基板９０の背面から入射される。
【００５３】
この場合、センサー基板９０と対向させてミラー９１を底壁８１に設ける必要がある。センサー基板９０で増強されたラマン散乱光１６をミラー９１により反射させて、受光素子６０側に導く必要があるからである。
【００５４】
図６に示す比較例の構造は、図１（Ｄ）に示すように金属ナノ構造１３の背面側にミラー層１１を有するセンサー基板１５は用いることができない。ミラー層１２により励起光４１が反射されてしまい、金属ナノ構造１３まで励起光４１が到達しないからである。
【００５５】
５．電子機器
電子機器１００として、生体ガスに含まれるアセトン濃度を検出し、検出したアセトン濃度と相関がある体脂肪の燃焼量を検出する物質検出装置を例に挙げて説明する。物質検出装置１００は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、図２または図４に示す筐体３０または図５に示す筐体８０に、検出試料採取部１１０と表示部１２０とを設けている。検出試料採取部１１０は、人の皮膚に接触する側（筐体３０，８０の裏面側）に配置され、表示部１２０は被験者が視認可能な位置（筐体３０，８０の表面側）に配置されている。
【００５６】
検出試料採取部１１０は、図２または図４に示す試料入口３２、または図５に示す試料入口８２と連通している。表示部１２０は、液晶表示素子などの電気光学表示素子を用いている。主たる表示内容としては図７（Ｂ）に示すように、現在時刻、測定開始からの経過時間、脂肪燃焼量として１分当たりの燃焼量や積算値、これらの変化を表すグラフ表示などが上げられる。また、脂肪燃焼量の測定の後、流路５０内の気体を排除する必要があり（つまり、センサー基板１５のリフレッシュ）、そのことを操作者に知らしめる表示も含まれる。例えば、「リフレッシュ」が表示されている場合には、採取試料排出操作を実行する。
【００５７】
次に、制御系を含めた物質検出装置１００の構成と作用について図８を参照して説明する。図１３は、本実施形態に係る物質検出装置１００の主要構成を示すブロック図である。物質検出装置１００は、制御系の全体を制御する信号処理制御回路部１３０を有し、信号処理制御回路部１３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３３と、を含む。
【００５８】
操作部１２２から検出開始の信号をＣＰＵ１３１が受けると、光源駆動回路１４０から光源作動の信号を出力して、光源４０を作動させる。光源４０には、温度センサーや光量センサーが内蔵されており、光源４０が安定状態であることを確認できる。光源４０が安定した時に生体ガスを流路５０内に採取する。なお、生体ガス採取には、図示しない吸引ポンプを用いてもよい。
【００５９】
光源４０は、ＣＰＵ１３１からの信号により光源駆動回路１４０により駆動され、光を射出する。この光は、センサー基板１５に照射される。増強電場によって増強されたラマン散乱光（ＳＥＲＳ：表面増強ラマン散乱）が光学系部品７０Ａ，７０Ｂを経由して受光素子６０へ入ってくる。分光器（エタロン）７３は、分光器駆動回路１５０で制御される。また、受光素子６０は受光回路１６０によって制御される。
【００６０】
光学フィルター７２ではレイリー光を遮断し、ＳＥＲＳ光だけが分光器７３へ入る。分光器７３として、ファブロペリー共振を利用した波長可変エタロンを採用する場合には、透過する光の帯域（λ１〜λ２）と半値幅とが設定されており、λ１から始まって半値幅ずつ順次透過する波長を変化させて、λ２まで繰返し受光素子６０でその半値幅の光信号の強度を電気信号へ変換する。そうすることで、検出されたＳＥＲＳ光のスペクトルが得られる。
【００６１】
こうして得られた被検出物質（ここではアセトン）のＳＥＲＳ光のスペクトルは、信号処理制御回路部１３０のＲＯＭ１３３に格納されている指紋スペクトルと照合して、標的物質を特定し、アセトンの濃度を検出する。そして、演算部としても機能する信号処理制御回路部１３０はアセトン濃度から脂肪燃焼量（健康医療情報）を算出し、記憶部であるＲＡＭ１３２に記憶する。この算出結果を被験者に知らせるため、ＣＰＵ１３１から表示部１２０へ結果情報が表示される。結果情報の一例を図７（Ｂ）に示す。
【００６２】
測定時間を計測する時計機能は、周知の時計機能回路１７０によって、予めセットした時刻から現在時刻と、脂肪燃焼開始の信号を受けて、脂肪燃焼測定開始時刻と終了時刻を表示する。また、１分間当たりの脂肪燃焼量、脂肪燃焼測定開始からの積算量などを表示するための時計機能を有している。
【００６３】
電力供給部１８０としては、１次電池、２次電池などが利用できる。１次電池の場合には、規定の電圧以下になったことを、ＣＰＵ１３１がＲＯＭに格納されている情報と得られた１次電池の電圧情報とを比較して規定以下であれば、表示部１２０に電池交換の指示を表示する２次電池の場合には、規定の電圧以下になったことを、ＣＰＵ１３１がＲＯＭに格納されている情報と得られた２次電池の電圧情報を比較して規定以下であれば、表示部１２０に充電指示を表示する。被験者は、その表示を見て、接続部（図示せず）に充電器を接続して規定の電圧になるまで、充電をすることで繰返し使用することができる。
【００６４】
本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  標的分子、１３  金属ナノ構造、１４  増強電場、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  検出装置、３０，８０  筐体、３４  凹面反射鏡、４０  光源、５０  流路、６０  受光素子、７０Ａ，７０Ｂ  光学系部品、７１  レンズ（凹状レンズ）、７３  エタロン、７６  ミラー、７７  レンズ（集光レンズ）、１００  電子機器、１２０  表示部、１３１  演算部、１３２  記憶部
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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