(57)【要約】  本出願は、励起光を出射する光源と、検体が収容された収容部と、前記励起光を受け、前記検体を照らすエバネセント光を生じさせる金属膜と、前記金属膜への前記励起光の入射角を調整する変調部と、前記変調部を駆動する駆動信号を生成する駆動部と、前記エバネセント光の照射を受けて前記検体から生じた蛍光の強度に応じた蛍光信号を出力する検出部と、前記蛍光信号から前記検体由来の信号成分を抽出する抽出部と、を備える検出装置を開示する。前記入射角は、前記駆動信号の変化に応じて変化する。前記抽出部は、前記駆動信号の前記変化に同期して変化する同期信号成分を、前記信号成分として抽出する。
2015029352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する光源と、
検体が収容された収容部と、
前記励起光を受け、前記検体を照らすエバネセント光を生じさせる金属膜と、
前記金属膜への前記励起光の入射角を変調する変調部と、
前記変調部を駆動する駆動信号を生成する駆動部と、
前記エバネセント光の照射を受けて前記検体から生じた蛍光の強度に応じた蛍光信号を出力する検出部と、
前記蛍光信号から前記検体由来の信号成分を抽出する抽出部と、を備え、
前記入射角は、前記駆動信号の変化に応じて変化し、
前記抽出部は、前記駆動信号の前記変化に同期して変化する同期信号成分を、前記信号成分として抽出することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記励起光が入射する第１面と、前記金属膜が取り付けられた第２面と、を含むプリズムを更に備え、
前記金属膜は、前記収容部と前記第２面との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記変調部は、前記励起光を反射する反射部と、前記反射部と前記プリズムとの間に配置されたレンズ部と、を含み、
前記反射部は、前記駆動信号に応じて、前記励起光の反射方向を変え、
前記励起光は、前記レンズ部によって屈折され、前記金属膜上の所定の位置へ向けて伝搬することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記反射部は、前記入射角が、第１入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第１光路と、前記入射角が、前記第１入射角とは異なる第２入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第２光路と、を規定し、
前記第２光路は、前記励起光が前記反射部から前記レンズ部に近づくにつれて、前記第１光路から離れ、且つ、前記励起光が前記レンズ部から前記金属膜に近づくにつれて、前記第１光路に近づくことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記レンズ部は、前記反射部によって反射された前記励起光が入射する第１レンズと、前記第１レンズと前記プリズムとの間に配置された第２レンズと、を含み、
前記反射部は、前記入射角が、第１入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第１光路と、前記入射角が、前記第１入射角とは異なる第２入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第２光路と、を規定し、
前記第１レンズから前記第２レンズまでの伝搬区間における前記第１光路と前記第２光路との間の角度差は、前記反射部から前記第１レンズまでの伝搬区間における前記第１光路と前記第２光路との間の角度差よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
【請求項６】
前記変調部は、前記光源から出射された前記励起光を反射する第１反射ミラーと、前記第１反射ミラーの後に前記励起光を反射する第２反射ミラーと、を含み、
前記入射角が、第１入射角に設定されたときに、前記第１反射ミラー及び前記第２反射ミラーは、協働して、第１光路を規定し、
前記入射角が、前記第１入射角とは異なる第２入射角に設定されたときに、前記第１反射ミラー及び前記第２反射ミラーは、協働して、第２光路を規定し、
前記第２光路は、前記励起光が前記第１反射ミラーから前記第２反射ミラーに近づくにつれて、前記第１光路から離れ、且つ、前記第２反射ミラーから前記金属膜に近づくにつれて、前記第１光路に近づくことを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
【請求項７】
前記入射角の変動範囲の中心値を調整する調整部を更に備えることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記中心値を調整する調整信号を生成する調整信号生成部を含み、
前記調整信号は、前記駆動信号と協働して、前記変動範囲を規定することを特徴とする請求項７に記載の検出装置。
【請求項９】
前記調整部は、前記プリズム、前記金属膜、前記収容部及び前記検出部を保持する保持部と、前記保持部を回転させる駆動部と、を含み、
前記駆動部は、前記保持部を回転し、前記中心値を変更することを特徴とする請求項７に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記変調部の停止下で、前記駆動部が前記保持部を回転させたときの前記入射角の半値全幅以上の大きさの変動幅で、前記変調部は、前記入射角を変動させることを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記変動幅は、前記半値全幅の３倍以下であることを特徴とする請求項１０に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記信号成分から前記検体中の検出対象物質の量を算出する算出部を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記算出部は、前記信号成分に対して積分演算を行う演算部と、前記積分演算の結果に基づき、前記検出対象物質の前記量を決定する決定部と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記変調部の停止下で、前記駆動部が前記保持部を回転させたときの前記入射角の半値全幅の２倍以上の大きさの変動幅で、前記変調部は、前記入射角を変動させることを特徴とする請求項１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
前記入射角が、前記中心値に近づくにつれて、前記信号成分は、ピーク値に近づくことを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン蛍光分光法（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＰＦＳ法）に基づいて、検出対象物質を検出する検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジの分野において、微量の物質を高感度に検出及び／又は測定するための様々な技術が提案されている。表面プラズモン共鳴によって増強された蛍光を検出する表面プラズモン蛍光分光法（以下、ＳＰＦＳ法と称される）は、高感度な検出技術のうち１つとして知られている。【０００３】
ＳＰＦＳ法は、励起光としてレーザ光を出射する光源を利用する。レーザ光は、プリズムの表面に取り付けられた金属薄膜に、全反射条件下で入射する。金属薄膜へのレーザ光の入射角は、金属薄膜の表面の近傍で、表面プラズモン共鳴が生ずるように調整される。表面プラズモン共鳴の結果、エバネセント光の電場が増強される。【０００４】
検出対象物質は、蛍光物質を用いて標識化される。検出対象物質を含む検体は、金属薄膜の表面の近傍に配置される。表面プラズモン共鳴の下で増強された電場は、検出対象物質から生ずる蛍光を増強することができる。ＳＰＦＳ法は、検出対象物質からの増強された蛍光を検出及び／又は測定する技術である。【０００５】
エバネセント光の電場が最も増強される入射角は、共鳴角と称される。共鳴角は、励起光の波長、プリズムの屈折率、金属薄膜の屈折率、金属薄膜の厚さ及び金属薄膜の近傍に存在する検出対象物質の屈折率に依存する。【０００６】
測定者が、金属薄膜からの反射光の強度に関する入射角依存性を測定するならば、測定者は、共鳴角の近くでの反射光の強度の急激な減衰を観察することができる。測定者が、検出対象物質からの蛍光の強度に関する入射角依存性を測定するならば、測定者は、共鳴角の近くでの蛍光の強度の急激な増大（共鳴曲線と称される）を観察することができる。これらの現象は、よく知られている。【０００７】
ＳＰＦＳ法は、検出対象物質からの蛍光を検出する検出器が用いられる。検出器は、実際の測定において、検出対象物質に由来する蛍光だけでなく、他の因子に由来する光（不要光）をも検出する。励起光がプリズムといった光学部品を通過するときに光学部品の内部で発生する自家蛍光は、不要光を生じさせる因子として例示される。ＳＰＦＳ法において用いられる装置の内部で散乱した励起光が、金属薄膜の表面から離れた位置に存在する検出対象物質に照射されるならば、金属薄膜の表面から離れた位置に存在する検出対象物質から発生する蛍光も不要光になる。【０００８】
上述の如く、様々な因子によって引き起こされる不要光は、測定誤差やノイズに帰結することもある。したがって、ＳＰＦＳ法によって検出対象物質を検出するための感度を向上させるためには、検出器へ入射する不要光を低減することが重要である。【０００９】
特許文献１は、不要光の影響を低減する技術を提案する。特許文献１によれば、励起光の偏光方向が変調される。検出器から出力された蛍光信号は、偏光方向の変調信号を用いて同期検波される。【００１０】
不要光が、励起光の偏光方向に依存する成分を含むならば、上述の技術は、不要光の影響を十分に排除することができない。この場合、上述の技術は、蛍光の強度を正確に測定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−２０９０９７号公報
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、蛍光の強度を正確に測定することができる検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の一の局面に係る検出装置は、励起光を出射する光源と、検体が収容された収容部と、前記励起光を受け、前記検体を照らすエバネセント光を生じさせる金属膜と、前記金属膜への前記励起光の入射角を調整する変調部と、前記変調部を駆動する駆動信号を生成する駆動部と、前記エバネセント光の照射を受けて前記検体から生じた蛍光の強度に応じた蛍光信号を出力する検出部と、前記蛍光信号から前記検体由来の信号成分を抽出する抽出部と、を備える。前記入射角は、前記駆動信号の変化に応じて変化する。前記抽出部は、前記駆動信号の変化に同期して変化する同期信号成分を、前記信号成分として抽出する。
【００１４】
上述の検出装置は、蛍光の強度を正確に測定することができる。
【００１５】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の検出装置の概略的なブロック図である。
【図２Ａ】図１に示される検出装置の駆動信号の概略的なグラフである（第２実施形態）。
【図２Ｂ】図１に示される検出装置の抽出部によって処理される蛍光信号を概念的に表すグラフである。（第２実施形態）。
【図２Ｃ】図１に示される検出装置の抽出部が出力する検波信号の概略的なグラフである。（第２実施形態）。
【図３】第３実施形態の検出装置の概略図である。
【図４】図３に示される検出装置の概略的な拡大図である（第４実施形態）。
【図５Ａ】入射角と蛍光信号の大きさとの関係を概略的に表すグラフである（第４実施形態）。
【図５Ｂ】平均入射角と検波信号との間の関係を概略的に表すグラフである（第４実施形態）。
【図５Ｃ】図３に示される検出装置の算出器が格納する検量線データを表すグラフである（第４実施形態）。
【図６】第５実施形態の検出装置の概略図である。
【図７】第６実施形態の検出装置の概略図である。
【図８】第７実施形態の検出装置の概略的なブロック図である。
【図９Ａ】第８実施形態の検出装置の概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示される検出装置の概略図である。
【図１０Ａ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第９実施形態）。
【図１０Ｂ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第９実施形態）。
【図１０Ｃ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第９実施形態）。
【図１０Ｄ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第９実施形態）。
【図１１Ａ】第１０実施形態の検出装置の概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示される検出装置の概略図である。
【図１２】積分値を表すグラフである。
【図１３Ａ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第１１実施形態）。
【図１３Ｂ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第１１実施形態）。
【図１３Ｃ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第１１実施形態）。
【図１３Ｄ】実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである（第１１実施形態）。
【図１４Ａ】第１２実施形態の検出装置の概略図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示される検出装置の概略図である。
【図１５】特許文献１の検出装置の概略図である。
【図１６】図１５に示される検出装置の信号処理部が生成する検波信号の特性を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示的な検出装置の様々な実施形態が、図面を参照して説明される。以下に説明される実施形態において、同一の構成要素に対して同一の符号が付されている。説明の明瞭化のため、重複する説明は省略される。図面に示される構成、配置或いは形状並びに図面に関連する記載は、単に本実施形態の原理を容易に理解させることを目的とする。したがって、以下の実施形態の原理は、これらに何ら限定されない。「上」、「下」、「左」や「右」といった方向を表す用語は、単に、説明の明瞭化を目的とする。したがって、これらの用語は、限定的に解釈されるべきものではない。
【００１８】
＜本発明者等によって見出された従来技術の問題点＞
本発明者等は、従来の検出技術を研究し、様々な課題を見出した。後述の様々な実施形態によって説明される検出装置は、これらの課題を解消すべく開発されている。
【００１９】
図１５は、特許文献１の検出装置９００の概略図である。図１５を参照して、検出装置９００が有する課題が説明される。
【００２０】
検出装置９００は、光源９１０と、偏光変調器９２０と、プリズム９３０と、金属薄膜９４０と、検体セル９５０と、検出器９６０と、偏光制御部９７０と、信号処理部９８０と、を備える。光源９１０は、励起光ＰＬを偏光変調器９２０へ出射する。励起光ＰＬは、偏光変調器９２０を通過し、プリズム９３０に入射する。プリズム９３０は、励起光ＰＬを屈折させる。金属薄膜９４０は、プリズム９３０の表面上に形成される。金属薄膜９４０は、プリズム９３０と検体セル９５０との間に位置する。プリズム９３０によって屈折された励起光ＰＬは、金属薄膜９４０に向けて伝搬する。金属薄膜９４０は、励起光ＰＬを全反射する。
【００２１】
検体セル９５０は、検体（図示せず）を収容する。検体は、蛍光物質（図示せず）を用いて標識化された検出対象物質（図示せず）を含む。金属薄膜９４０への励起光ＰＬの照射の結果、金属薄膜９４０の近くに存在する検出対象物質から蛍光ＦＬが発生する。
【００２２】
検出器９６０は、蛍光ＦＬを受光し、蛍光ＦＬの強度を表す蛍光信号ＦＬＳを生成する。蛍光信号ＦＬＳは、検出器９６０から信号処理部９８０へ出力される。
【００２３】
偏光制御部９７０は、偏光変調信号ＰＭＳを生成する。偏光変調信号ＰＭＳは、偏光制御部９７０から偏光変調器９２０及び信号処理部９８０へ出力される。偏光変調信号ＰＭＳは、正弦波、三角波や方形波状の信号波形を有してもよい。
【００２４】
偏光変調器９２０は、偏光変調信号ＰＭＳに応じて、励起光ＰＬの偏光方向を変調する。信号処理部９８０は、蛍光信号ＦＬＳを、偏光変調信号ＰＭＳを用いて同期検波する。信号処理部９８０として、例えば、ロックインアンプが用いられてもよい。この場合、偏光変調信号ＰＭＳは、ロックインアンプの参照信号として利用される。蛍光信号ＦＬＳは、ロックインアンプの入力信号として利用される。この結果、偏光方向の変調に同期して信号する信号成分は、蛍光信号ＦＬＳから選択的に抽出されることとなる。
【００２５】
偏光変調器９２０が、偏光変調信号ＰＭＳに応じて、励起光ＰＬの偏光方向を周波数ｆで変調するならば、蛍光信号ＦＬＳは、周波数ｆで変動する信号成分Ｌｆと、周波数ｆで変動しない信号成分Ｌｓと、を含む。信号処理部９８０は、信号成分Ｌｆを選択的に抽出する。信号処理部９８０は、信号成分Ｌｓを除去することができるので、検出装置９００は、偏光方向の変調に無関係な不要光の影響を受けることなく、蛍光ＦＬの強度を測定することができる。検体に含まれる検出対象物質の量は、蛍光ＦＬの強度から算出される。
【００２６】
不要光は、偏光方向の変調に同期する成分を含むこともある。プリズム９３０の透過率が、励起光ＰＬの偏光方向に依存するならば、プリズム９３０内で発生する自家蛍光も励起光ＰＬの偏光方向の変調に同期する。したがって、信号処理部９８０は、プリズム９３０内で発生する自家蛍光に由来する信号成分を適切に除去することはできない。
【００２７】
図１６は、信号処理部９８０が生成する検波信号の特性を表すグラフである。図１５及び図１６を参照して、従来技術の課題が更に説明される。
【００２８】
図１６のグラフの横軸は、金属薄膜９４０への励起光ＰＬの入射角を表す。図１６のグラフの縦軸は、検波信号の大きさを表す。
【００２９】
図１６のグラフは、共鳴角を、記号「θｒｅｓ」で表す。入射角が、共鳴角θｒｅｓに一致するとき、検波信号は、ピークになる。入射角が、共鳴角θｒｅｓに一致するように、プリズム９３０、金属薄膜９４０、検体セル９５０及び検出器９６０の向きは設定される。この結果、大きな検波信号が得られることになる。
【００３０】
図１６に示される検波信号は、オフセット成分Ｐｏｆｆを含む。オフセット成分Ｐｏｆｆは、偏光方向の変調に同期する不要光に起因する。したがって、検波信号は、検体中の検出対象物質の量を正確に表すことができない。
【００３１】
＜第１実施形態＞
本発明者等は、オフセット成分が除去された検波信号を生成する技術を開発した。第１実施形態において、検体中の検出対象物質の量を正確に表すことができる検波信号を生成することができる検出装置が説明される。
【００３２】
図１は、第１実施形態の検出装置１００の概略的なブロック図である。図１を参照して、検出装置１００が説明される。
【００３３】
検出装置１００は、光源２００と、入射角変調部３００と、金属薄膜４１０と、収容部４２０と、検出部５１０と、抽出部５２０と、駆動部５３０と、を備える。光源２００は、励起光ＰＬを、入射角変調部３００に向けて出射する。励起光ＰＬは、レーザ光であってもよい。金属薄膜４１０からエバネセント光ＥＬを発生させることができる様々な種類の光が励起光ＰＬとして利用可能である。本実施形態の原理は、光源２００の特定の種類に限定されない。
【００３４】
駆動部５３０は、駆動信号ＤＲＳを生成する。駆動信号ＤＲＳは、駆動部５３０から入射角変調部３００及び抽出部５２０へ出力される。駆動信号ＤＲＳは、正弦波、三角波や方形波状の信号波形を有してもよい。代替的に、駆動信号ＤＲＳは、パルス信号であってもよい。本実施形態の原理は、駆動信号ＤＲＳの特定の信号波形に限定されない。
【００３５】
入射角変調部３００は、駆動信号ＤＲＳによって駆動され、金属薄膜４１０への励起光ＰＬの入射角θを変化させる。したがって、入射角θは、駆動信号ＤＲＳの変化に応じて変化する。本実施形態において、変調部は、入射角変調部３００によって例示される。
【００３６】
入射角変調部３００は、励起光ＰＬを反射する反射部材（図示せず）、励起光ＰＬを屈折させるレンズ部（図示せず）や他の様々な光学素子を含んでもよい。反射部材は、１つのガルバノミラーであってもよい。代替的に、反射部材は、複数のガルバノミラーであってもよい。更に代替的に、反射部材は、ポリゴンミラー、音響光学変調器、電気光学変調器や電気信号に応じて励起光ＰＬの光路を変化させることができる他の光学素子であってもよい。レンズ部は、１つのレンズ素子を含んでもよい。代替的に、レンズ部は、複数のレンズ素子を含んでもよい。本実施形態の原理は、入射角変調部３００の特定の構造に限定されない。
【００３７】
励起光ＰＬは、入射角変調部３００によって変調された入射角θで、金属薄膜４１０へ入射する。金属薄膜４１０は、励起光ＰＬの照射下で、エバネセント光ＥＬを発生させる。金属薄膜４１０は、エバネセント光ＥＬを生じさせることができる様々な金属（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ合金やＡｌ）から形成されてもよい。金属薄膜４１０は、エバネセント光ＥＬを生じさせることができる厚さに形成される。金属薄膜４１０は、積層構造（例えば、ＡｕとＣｒとの積層薄膜やＡｕとＴｉとの積層薄膜）を有してもよい。本実施形態の原理は、金属薄膜４１０の特定の材料、特定の寸法や特定の構造に限定されない。本実施形態において、金属膜は、金属薄膜４１０によって例示される。
【００３８】
収容部４２０は、検出対象物質（図示せず）を含む検体（図示せず）を収容する。検出対象物質は、蛍光物質によって蛍光標識されてもよい。収容部４２０は、検出対象物質から生じた蛍光に対して透明な材料から形成される。収容部４２０は、ＳＰＦＳ法による蛍光検出に利用される一般的な検体セルであってもよい。本実施形態の原理は、収容部４２０の特定の材質や特定の構造に限定されない。
【００３９】
検体は、エバネセント光ＥＬの照射下で、蛍光ＦＬを発することができる様々な物質であってもよい。例えば、検体は、蛍光標識処理を受けたＤＮＡを含む溶液であってもよい。この場合、検出対象物質は、ＤＮＡであってもよい。代替的に、検出対象物質は、バイオマーカといったタンパク質や化学物質であってもよい。金属薄膜４１０の表面の近くに配置することができ、且つ、励起光ＰＬの照射の下で蛍光ＦＬを発する様々な物質が検出対象物質として利用され得る。本実施形態の原理は、検体及び検出対象物質の特定の種類に限定されない。
【００４０】
検出装置１００を用いて検出対象物質の量を測定する使用者は、様々な技術を用いて、検出対象物質を金属薄膜４１０の表面の近くに配置することができる。ビオチンとストレプトビアジンとの結合、ＤＮＡのハイブリタイゼーションやタンパク質の抗原抗体反応といった結合技術は、金属薄膜４１０の表面の近傍への検出対象物質の配置に好適に利用可能である。代替的に、検出対象物質は、金属薄膜４１０の表面の近傍で浮遊していてもよい。本実施形態の原理は、検出対象物質を金属薄膜４１０の表面の近くに配置するための特定の技術に限定されない。
【００４１】
検出対象物質は、液体中に存在していてもよい。代替的に、検出対象物質は、気体中に存在してもよい。したがって、本実施形態の原理は、検出対象物質の特定の存在状態に限定されない。
【００４２】
エバネセント光ＥＬの照射下で検体から生じた蛍光ＦＬは、検出部５１０へ伝搬する。検出部５１０は、蛍光ＦＬの強度に応じた蛍光信号ＦＬＳを生成する。蛍光ＦＬが強いならば、蛍光信号ＦＬＳは、大きな値を示してもよい。蛍光ＦＬが弱いならば、蛍光信号ＦＬＳは、低い値を示してもよい。蛍光信号ＦＬＳは、検出部５１０から抽出部５２０へ出力される。検出部５１０は、ＳＰＦＳ法による蛍光検出に利用される一般的なフォトマルチプライヤであってもよい。本実施形態の原理は、検出部５１０として用いられる特定の装置に限定されない。
【００４３】
抽出部５２０は、検出部５１０から蛍光信号ＦＬＳを受け取り、且つ、駆動部５３０から駆動信号ＤＲＳを受け取る。抽出部５２０は、駆動信号ＤＲＳの変化に同期して変化する同期信号成分を、検体由来の信号成分として蛍光信号ＦＬＳから抽出する。上述の従来技術とは異なり、抽出部５２０は、入射角の変調に同期する信号成分を抽出するので、抽出された信号成分は、検出装置１００に用いられる光学素子の光学的特性（例えば、プリズムの透過率）に起因する不要光の影響を受けにくい。したがって、検出装置１００は、検出対象物質を正確に検出することができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
第１実施形態に関連して説明された検出装置は、様々な制御の下で、検出対象物質を正確に検出することができる。第２実施形態において、検出装置の例示的な制御が説明される。
【００４５】
図２Ａは、駆動信号ＤＲＳの概略的なグラフである。図２Ｂは、抽出部５２０によって処理される蛍光信号ＦＬＳを概念的に表すグラフである。図２Ｃは、抽出部５２０が出力する検波信号ＤＴＳの概略的なグラフである。図１乃至図２Ｃを参照して、検出装置１００の例示的な制御技術が説明される。
【００４６】
図２Ａに示される如く、駆動信号ＤＲＳは、正弦波状の波形を有してもよい。駆動信号ＤＲＳの振幅は、略一定であるので、入射角θの変動範囲は、略一定である。
【００４７】
入射角θの変動に応じて、エバネセント光ＥＬの強さも変化する。したがって、収容部４２０から発せられる蛍光ＦＬの強さも、入射角θの変動に応じて変化する。収容部４２０から発せられる蛍光ＦＬは、不要光を含むこともある。したがって、検出部５１０は、不要光由来の信号成分（以下、ノイズ成分と称される）を含む蛍光信号ＦＬＳを出力する。
【００４８】
図２Ｂのグラフは、入射角θの変動に起因して変化する信号成分を実線で表す。ノイズ成分は、図２Ｂのグラフにおいて、点として概念的に表されている。抽出部５２０は、駆動部５３０から受け取った駆動信号ＤＲＳを参照して、駆動信号ＤＲＳの変動周波数と一致する周波数で変化する信号成分（実線）を、同期信号成分として、蛍光信号ＦＬＳから抽出する。抽出部５２０は、他の信号成分をノイズ成分として処理する。
【００４９】
図２Ｂのグラフは、同期信号成分の振幅を記号「ΔＦ」で表す。抽出部５２０は、同期信号成分を処理し、同期信号成分の振幅ΔＦを算出する。
【００５０】
抽出部５２０は、算出された振幅ΔＦに所定の増幅係数Ｋを掛け、検波信号ＤＴＳを生成する。したがって、検波信号ＤＴＳは、入射角θの変化に起因する蛍光信号ＦＬＳの変化量に比例する大きさを表すことができる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
設計者は、第１実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々な検出装置を設計することができる。第３実施形態において、例示的な検出装置が説明される。
【００５２】
図３は、第３実施形態の検出装置１００Ａの概略図である。図１及び図３を参照して、検出装置１００Ａが説明される。
【００５３】
検出装置１００Ａは、光源２００Ａと、変調機構３００Ａと、金属薄膜４１０Ａと、検体セル４２０Ａと、検出器５１０Ａと、信号検波器５２０Ａと、変調信号発生器５３０Ａと、を備える。光源２００Ａは、図１を参照して説明された光源２００に対応する。変調機構３００Ａは、図１を参照して説明された入射角変調部３００に対応する。金属薄膜４１０Ａは、図１を参照して説明された金属薄膜４１０に対応する。検体セル４２０Ａは、図１を参照して説明された収容部４２０に対応する。検出器５１０Ａは、図１を参照して説明された検出部５１０に対応する。信号検波器５２０Ａは、図１を参照して説明された抽出部５２０に対応する。
【００５４】
検出装置１００Ａは、プリズム４３０と、算出器５４０と、を更に備える。第１実施形態と同様に、光源２００Ａは、励起光ＰＬを出射する。プリズム４３０は、第１面４３１と、第２面４３２と、を含む。励起光ＰＬは、変調機構３００Ａを通じて伝搬し、第１面４３１に入射する。
【００５５】
金属薄膜４１０Ａは、第２面４３２上に形成されてもよい。代替的に、金属薄膜４１０Ａは、プリズム４３０とは別に用意された透明部材上に形成されてもよい。この場合、透明部材は、第２面４３２に固定される。本実施形態の原理は、金属薄膜４１０Ａの特定の形成技術に限定されない。
【００５６】
検体セル４２０Ａは、金属薄膜４１０Ａ上で固定される。励起光ＰＬは、第１面４３１で屈折され、第２面４３２上の金属薄膜４１０Ａに向かう。検体セル４２０Ａと第２面４３２との間に形成された金属薄膜４１０Ａが、励起光ＰＬによって照射されると、金属薄膜４１０Ａからエバネセント光が発生する。金属薄膜４１０Ａの近傍に位置する検出対象物質は、エバネセント光の存在下で蛍光ＦＬを発生させる。
【００５７】
検出器５１０Ａは、蛍光ＦＬを受ける。検出器５１０Ａは、蛍光ＦＬの強度を表す蛍光信号ＦＬＳを生成する。蛍光信号ＦＬＳは、検出器５１０Ａから信号検波器５２０Ａへ出力される。
【００５８】
変調信号発生器５３０Ａは、変調信号ＭＤＳを生成する。変調信号ＭＤＳは、変調信号発生器５３０Ａから信号検波器５２０Ａ及び変調機構３００Ａへ出力される。変調信号ＭＤＳは、図１を参照して説明された駆動信号ＤＲＳに対応する。
【００５９】
信号検波器５２０Ａは、第２実施形態に関連して説明された制御原理に基づいて、変調信号ＭＤＳを参照し、蛍光信号ＦＬＳから同期信号成分を抽出することができる。信号検波器５２０Ａは、同期信号成分を用いて、検波信号ＤＴＳを生成する。検波信号ＤＴＳは、信号検波器５２０Ａから算出器５４０へ出力される。
【００６０】
算出器５４０は、検波信号ＤＴＳから検出対象物質の量を算出する。算出器５４０は、検波信号ＤＴＳの大きさと検出対象物質の量との関係を表す基準データを予め格納してもよい。算出器５４０は、検波信号ＤＴＳと基準データとを用いて、検出対象物質の量を出力することができる。本実施形態の原理は、算出器５４０が実行する特定の演算処理に限定されない。検出対象物質の量の算出のために、検波信号ＤＴＳを利用した様々な演算技術が用いられてもよい。
【００６１】
算出器５４０は、一般的なコンピュータデバイスであってもよい。本実施形態の原理は、算出器５４０として利用される特定の装置に限定されない。
【００６２】
変調機構３００Ａは、ガルバノミラー３１０と、レンズ３２０と、を含む。光源２００Ａは、励起光ＰＬをガルバノミラー３１０へ向けて出射する。ガルバノミラー３１０は、励起光ＰＬをレンズ３２０へ反射する。励起光ＰＬは、レンズ３２０を通過し、プリズム４３０の第１面４３１へ入射する。本実施形態において、反射部は、ガルバノミラー３１０によって例示される。レンズ部は、レンズ３２０によって例示される。
【００６３】
ガルバノミラー３１０は、反射ミラー３１１と、駆動モータ３１２と、を含む。変調信号ＭＤＳは、変調信号発生器５３０Ａから駆動モータ３１２へ出力される。駆動モータ３１２は、変調信号ＭＤＳに応じて反射ミラー３１１を回転往復運動させる。励起光ＰＬは、反射ミラー３１１へ入射する。励起光ＰＬの反射方向は、反射ミラー３１１の回転往復運動によって変化されるので、変調機構３００Ａは、第１光路ＦＯＰと、第２光路ＳＯＰと、を規定することができる。励起光ＰＬの光路は、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間で変化する。
【００６４】
レンズ３２０は、励起光ＰＬを屈折させる。この結果、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間で位置的に変化する励起光ＰＬは、金属薄膜４１０Ａ上の所定位置へ伝搬することができる。励起光ＰＬが、ガルバノミラー３１０からレンズ３２０に近づくにつれて、第２光路ＳＯＰは、第１光路ＦＯＰから離れる一方で、励起光ＰＬが、レンズ３２０から金属薄膜４１０Ａに近づくにつれて、第２光路ＳＯＰは、第１光路ＦＯＰに近づく。この結果、第２光路ＳＯＰは、第１光路ＦＯＰに金属薄膜４１０Ａ上で合致することになる。励起光ＰＬが、金属薄膜４１０Ａ上で位置的に安定するように、検出装置１００Ａを設計する設計者は、レンズ３２０の屈折率、レンズ３２０とガルバノミラー３１０との間の位置関係や反射ミラー３１１の回転角といった光学的パラメータを決定する。
【００６５】
励起光ＰＬの光路は、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間で変化するので、金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの入射角も変化する。この結果、検体セル４２０Ａ内に収容された検体から発せられた蛍光ＦＬの強さは、入射角の変化に同期して変化する。検出器５１０Ａは、蛍光ＦＬを受け、蛍光ＦＬの強さを表す蛍光信号ＦＬＳを生成する。
【００６６】
上述の如く、変調信号ＭＤＳは、駆動モータ３１２だけでなく、信号検波器５２０Ａにも出力される。したがって、信号検波器５２０Ａは、変調信号ＭＤＳを参照し、励起光ＰＬの入射角の変化に同期して変化する信号成分を、検出器５１０Ａから出力された蛍光信号ＦＬＳから抽出することができる。信号検波器５２０Ａは、励起光ＰＬの入射角の変化に同期して変化する信号成分の振幅を表す検波信号ＤＴＳを生成する。検波信号ＤＴＳは、算出器５４０へ出力される。蛍光信号ＦＬＳから検波信号ＤＴＳへの変換技術は、第２実施形態の原理に依拠してもよい。
【００６７】
＜第４実施形態＞
第３実施形態に関連して説明された検出装置は、様々な光学的設定の下で動作してもよい。信号検波器が大きな値の検波信号を出力するように、検出装置を使用する使用者は、検出装置の光学的設定を決定してもよい。検波信号が大きな値を有するならば、算出器は、検出対象物質の量を正確に算出することができる。第４実施形態において、検出装置の例示的な光学的設定が説明される。
【００６８】
図４は、プリズム４３０の周囲の検出装置１００Ａの概略的な拡大図である。図３及び図４を参照して、検出装置１００Ａの光学的な設定が説明される。
【００６９】
図４は、第１入射角θ１（θ１＞０）と第２入射角θ２（θ２＞０）とを示す。第１光路ＦＯＰに沿って伝搬する励起光ＰＬは、第１入射角θ１で金属薄膜４１０Ａに入射する。第２光路ＳＯＰに沿って伝搬する励起光ＰＬは、第２入射角θ２で金属薄膜４１０Ａに入射する。第２入射角θ２は、第１入射角θ１とは異なる値に設定される。図４において、第２入射角θ２は、第１入射角θ１よりも大きい。代替的に、第２入射角θ２は、第１入射角θ１よりも小さくてもよい。本実施形態の原理は、第１入射角θ１と第２入射角θ２との間の大小関係によっては何ら限定されない。
【００７０】
図４は、入射角の変調振幅Δθを示す。第３実施形態に関連して説明された如く、変調振幅Δθは、ガルバノミラー３１０の回転角によって規定される。変調振幅Δθは、以下の数式によって表されてもよい。
【００７１】
【数１】
2015029352.tif 000003
【００７２】
図４は、金属薄膜４１０Ａに対する励起光ＰＬの平均入射角θａｖを示す。平均入射角θａｖは、変調振幅Δθが「０」に設定されたときの基準入射角として考えられてもよい。平均入射角θａｖは、以下の数式によって表されてもよい。
【００７３】
【数２】
2015029352.tif 000004
【００７４】
検出対象物質からの蛍光ＦＬは、表面プラズモン共鳴によって発生される。蛍光ＦＬの強さは、共鳴角の近くで急激に増大する。したがって、使用者が、平均入射角θａｖを共鳴角の近くに設定するならば、入射角の変調に対応して、検出対象物質からの蛍光ＦＬの強度は敏感に変化する。この場合、検波信号ＤＴＳは、大きな値を有することができる。
【００７５】
図５Ａは、入射角と蛍光信号ＦＬＳの大きさとの関係を概略的に表すグラフである。図３乃至図５Ａを参照して、検出装置１００Ａの光学的な設定が更に説明される。
【００７６】
図５Ａのグラフの横軸は、入射角を示す。図５Ａのグラフの縦軸は、蛍光信号ＦＬＳの大きさを示す。検出装置１００Ａを使用する使用者は、変調機構３００Ａを停止させる一方で、金属薄膜４１０Ａ、検体セル４２０Ａ、プリズム４３０及び検出器５１０Ａを一体的に回転させてもよい。この結果、金属薄膜４１０Ａへの入射角は変化するので、使用者は、図５Ａに示されるグラフを得ることができる。
【００７７】
使用者は、図５Ａのグラフから、蛍光信号ＦＬＳがピークとなる入射角を見極めることができる。蛍光信号ＦＬＳがピークとなる入射角は、共鳴角θｒｅｓである。
【００７８】
図５Ａのグラフから、蛍光信号ＦＬＳは、入射角の変化に無関係な信号成分Ｆｏｆｆを含むことが分かる。検出装置１００Ａは、蛍光信号ＦＬＳと変調信号ＭＤＳとの間の同期検波技術を用いて、信号成分Ｆｏｆｆを適切に除去することができる。
【００７９】
使用者は、図５Ａのグラフにおいて、蛍光信号ＦＬＳの変化率が高い入射角の範囲に、入射角の変動範囲を設定してもよい。適切に設定された変動範囲において、入射角が、変調振幅Δθだけ変化すると、図５Ａに示される如く、蛍光信号ＦＬＳの大きさは、「ΔＦ」だけ変化する。信号検波器５２０Ａは、蛍光信号ＦＬＳと変調信号ＭＤＳとの間の同期検波技術を用いて、「ΔＦ」だけ変化する信号成分を、蛍光信号ＦＬＳから選択的に抽出することができる。測定対象物質の量に関して十分な検出精度が得られる信号成分の変化「ΔＦ」が生ずるように、使用者は、変調振幅Δθの大きさを設定してもよい。
【００８０】
図５Ｂは、平均入射角θａｖと検波信号ＤＴＳとの間の関係を概略的に表すグラフである。図３乃至図５Ｂを参照して、検出装置１００Ａの光学的な設定が更に説明される。
【００８１】
図５Ｂのグラフの横軸は、平均入射角θａｖを示す。図５Ｂのグラフの縦軸は、検波信号ＤＴＳの大きさを示す。検出装置１００Ａを使用する使用者は、変調振幅Δθを所定の値に設定し、変調機構３００Ａを作動させてもよい。この間、使用者は、金属薄膜４１０Ａ、検体セル４２０Ａ、プリズム４３０及び検出器５１０Ａを一体的に回転させ、平均入射角θａｖの値を変化させてもよい。この結果、金属薄膜４１０Ａへの平均入射角θａｖは変化するので、使用者は、図５Ｂに示されるグラフを得ることができる。
【００８２】
第２実施形態に関連して説明された如く、検波信号ＤＴＳの大きさは、図５Ａを参照して説明された「ΔＦ」に略比例する。平均入射角θａｖが、共鳴角θｒｅｓから大きく離れた値に設定されたとき、又は、平均入射角θａｖが、共鳴角θｒｅｓに一致したとき、検波信号ＤＴＳの値は、「０」になる。
【００８３】
図５Ｂは、検波信号ＤＴＳの値が極大値になる平均入射角を記号「θｍａｘ」で示す。図５Ｂは、検波信号ＤＴＳの値が極小値になる平均入射角を記号「θｍｉｎ」で示す。図５Ｂのグラフから、平均入射角θａｖが、「θｍａｘ」又は「θｍｉｎ」に設定されるならば、検波信号ＤＴＳの絶対値は、最大化される（すなわち、入射角が平均入射角θａｖに近づくにつれて、検波信号の値はピーク値に近づく）。このことは、平均入射角θａｖが、「θｍａｘ」又は「θｍｉｎ」に設定されるならば、蛍光ＦＬの強度の変化に対する検波信号ＤＴＳの感度が最大化されることを意味する。したがって、使用者は、平均入射角θａｖを、「θｍａｘ」又は「θｍｉｎ」に設定してもよい。
【００８４】
図５Ｂは、平均入射角θａｖが、「θｍａｘ」又は「θｍｉｎ」に設定されたときの検波信号ＤＴＳの大きさを「±Ｐｎ１」で示す。第２実施形態に関連して説明された如く、検波信号ＤＴＳの大きさ（絶対値）は、蛍光ＦＬの強度に比例するので、算出器５４０は、検出対象物質の量を、検波信号ＤＴＳに比例する値として決定してもよい。上述の如く、蛍光信号ＦＬＳと変調信号ＭＤＳとの間の同期検波技術は、図５Ａを参照して説明された信号成分Ｆｏｆｆを除去するので、信号成分Ｆｏｆｆは、検波信号ＤＴＳの大きさ「±Ｐｎ１」に影響しない。したがって、検出装置１００Ａは、検出対象物質の量を正確に決定することができる。
【００８５】
図５Ｃは、算出器５４０が格納する検量線データを表すグラフである。図３乃至図５Ｃを参照して、検出対象物質の量を算出するための技術が説明される。尚、「検出対象物質の量」との用語は、検体中の検出対象物質の濃度を意味してもよい。代替的に、「検出対象物質の量」との用語は、検体中の検出対象物質の個数を意味してもよい。本実施形態の原理は、「検出対象物質の量」の特定の定義に限定されない。
【００８６】
使用者は、既知の量の検出対象物質を含む検体を調製する。その後、使用者は、調製された検体を検体セル４２０Ａに収容する。使用者は、その後、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明された平均入射角θａｖ及び変調振幅Δθの光学的条件の下で、励起光ＰＬを金属薄膜４１０Ａに入射させる。この結果、信号検波器５２０Ａは、検波信号ＤＴＳを生成することができる。この結果、使用者は、検出対象物質の量に対応する検波信号ＤＴＳの大きさを見出すことができる。
【００８７】
使用者は、検出対象物質の量において異なる複数の検体を用意し、これら検体それぞれに対応する検波信号ＤＴＳの大きさを調査する。この結果、図５Ｃに示される検量線が得られる。算出器５４０は、得られた検量線のデータを数学的な関数として記憶してもよい。代替的に、算出器５４０は、得られた検量線のデータをルックアップテーブルとして記憶してもよい。本実施形態の原理は、検量線データの特定の記憶形式に限定されない。
【００８８】
使用者は、その後、未知量の検出対象物質を含む検体を検体セル４２０Ａに収容する。検波信号ＤＴＳの大きさが、「Ｐｐ」であるならば、算出器５４０は、検量線データを参照し、検波信号ＤＴＳの大きさ「Ｐｐ」に対応する検出対象物質の量「Ｄｐ」を算出することができる。
【００８９】
図５Ｃに示される検量線は、検波信号ＤＴＳの大きさと検出対象物質の量との間の比例関係を示す。しかしながら、検波信号ＤＴＳの大きさは、検出対象物質の量に比例しなくてもよい。例えば、検出器５１０Ａの飽和特性に起因して、検波信号ＤＴＳの大きさが検出対象物質の量に比例しないこともある。この場合においても、上述の検量線データの作成技術に基づいて、算出器５４０は、検出対象物質の量を正確に決定することができる。したがって、本実施形態の原理は、特定の検量線データに限定されない。
【００９０】
＜第５実施形態＞
第３実施形態に関連して説明された検出装置は、単一のレンズ素子を利用し、光路を調整する。代替的に、検出装置は、複数のレンズ素子を有してもよい。複数のレンズ素子が利用されるならば、複数のレンズ素子それぞれは、過度に高い屈折率を有さなくてもよい。第５実施形態において、複数のレンズ素子を備える検出装置が説明される。
【００９１】
図６は、第５実施形態の検出装置１００Ｂの概略図である。図１及び図６を参照して、検出装置１００Ｂが説明される。第３実施形態及び第５実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００９２】
第３実施形態と同様に、検出装置１００Ｂは、光源２００Ａと、金属薄膜４１０Ａと、検体セル４２０Ａと、プリズム４３０と、検出器５１０Ａと、信号検波器５２０Ａと、変調信号発生器５３０Ａと、算出器５４０と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に対して援用される。
【００９３】
検出装置１００Ｂは、変調機構３００Ｂを更に備える。変調機構３００Ｂは、図１を参照して説明された入射角変調部３００に対応する。
【００９４】
第３実施形態と同様に、変調機構３００Ｂは、ガルバノミラー３１０を含む。第３実施形態の説明は、ガルバノミラー３１０に対して援用される。
【００９５】
変調機構３００Ｂは、第１レンズ３２１と第２レンズ３２２とを更に含む。第１レンズ３２１は、ガルバノミラー３１０と第２レンズ３２２との間に配置される。第２レンズ３２２は、第１レンズ３２１とプリズム４３０との間に配置される。
【００９６】
光源２００Ａは、ガルバノミラー３１０へ励起光ＰＬを出射する。ガルバノミラー３１０は、第１レンズ３２１に向けて、励起光ＰＬを反射する。励起光ＰＬは、第１レンズ３２１及び第２レンズ３２２を順次通過し、プリズム４３０の第１面４３１に入射する。
【００９７】
第３実施形態と同様に、ガルバノミラー３１０は、変調信号ＭＤＳに応じて、励起光ＰＬの反射方向を変える。したがって、変調機構３００Ｂは、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとを規定することができる。励起光ＰＬの光路は、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間で位置的に変化する。
【００９８】
第１レンズ３２１から第２レンズ３２２までの伝搬区間において、第２光路ＳＯＰは、第１光路ＦＯＰに略平行である。したがって、第１レンズ３２１から第２レンズ３２２までの伝搬区間における第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間の角度差は、ガルバノミラー３１０から第１レンズ３２１までの伝搬区間における第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間の角度差よりも小さくなる。第１レンズ３２１から第２レンズ３２２までの伝搬区間における第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間の角度差は、第２レンズ３２２からプリズム４３０までの伝搬区間における第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間の角度差よりも小さくなる。したがって、第１レンズ３２１及び第２レンズ３２２は、過度に高い屈折率を有さなくてもよい。第３実施形態と同様に、第２光路ＳＯＰが、第１光路ＦＯＰに金属薄膜４１０Ａ上で合致するように、検出装置１００Ｂを設計する設計者は、第１レンズ３２１及び第２レンズ３２２の屈折率、第１レンズ３２１、第２レンズ３２２及びガルバノミラー３１０の間の位置関係や反射ミラー３１１の回転角といった光学的パラメータを決定する。
【００９９】
励起光ＰＬの光路は、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間で変化するので、金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの入射角も変化する。この結果、検体セル４２０Ａ内に収容された検体から発せられた蛍光ＦＬの強さは、入射角の変化に同期して変化する。検出器５１０Ａは、蛍光ＦＬを受け、蛍光ＦＬの強さを表す蛍光信号ＦＬＳを生成する。
【０１００】
第３実施形態と同様に、変調信号ＭＤＳは、駆動モータ３１２だけでなく、信号検波器５２０Ａにも出力される。したがって、信号検波器５２０Ａは、変調信号ＭＤＳを参照し、励起光ＰＬの入射角の変化に同期して変化する信号成分を、検出器５１０Ａからの蛍光信号ＦＬＳから抽出することができる。信号検波器５２０Ａは、励起光ＰＬの入射角の変化に同期して変化する信号成分の振幅を表す検波信号ＤＴＳを生成する。検波信号ＤＴＳは、算出器５４０へ出力される。蛍光信号ＦＬＳから検波信号ＤＴＳへの変換技術は、第２実施形態及び／又は第４実施形態の原理に依拠してもよい。検波信号ＤＴＳから検出対象物質の量を決定するための技術は、第４実施形態の原理に依拠してもよい。
【０１０１】
＜第６実施形態＞
第３実施形態に関連して説明された検出装置は、単一のレンズ素子を利用し、光路を調整する。代替的に、設計者は、レンズ素子を用いることなく、検出装置を設計してもよい。第６実施形態において、レンズ素子を用いることなく設計された検出装置が説明される。
【０１０２】
図７は、第６実施形態の検出装置１００Ｃの概略図である。図１、図４及び図７を参照して、検出装置１００Ｃが説明される。第３実施形態及び第６実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１０３】
第３実施形態と同様に、検出装置１００Ｃは、光源２００Ａと、金属薄膜４１０Ａと、検体セル４２０Ａと、プリズム４３０と、検出器５１０Ａと、信号検波器５２０Ａと、算出器５４０と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に対して援用される。
【０１０４】
検出装置１００Ｃは、変調機構３００Ｃと、変調信号発生器５３０Ｃと、を更に備える。変調機構３００Ｃは、図１を参照して説明された入射角変調部３００に対応する。変調信号発生器５３０Ｃは、図１を参照して説明された駆動部５３０に対応する。
【０１０５】
変調機構３００Ｃは、第１ガルバノミラー３３０と、第２ガルバノミラー３４０と、信号調整器３５０と、を含む。変調信号発生器５３０Ｃは、変調信号ＭＤＳを、第１ガルバノミラー３３０、信号調整器３５０及び信号検波器５２０Ａへ出力する。
【０１０６】
第１ガルバノミラー３３０は、反射ミラー３３１と、駆動モータ３３２と、を含む。第２ガルバノミラー３４０は、反射ミラー３４１と、駆動モータ３４２と、を含む。信号調整器３５０は、変調信号ＭＤＳの振幅及び／又は位相を調整し、調整信号ＡＪＳを生成する。
【０１０７】
変調信号ＭＤＳは、変調信号発生器５３０Ｃから第１ガルバノミラー３３０の駆動モータ３３２へ出力される。駆動モータ３３２は、変調信号ＭＤＳに応じて、反射ミラー３３１を回転往復運動させる。励起光ＰＬは、光源２００Ａから反射ミラー３３１へ入射する。反射ミラー３３１は、第２ガルバノミラー３４０に向けて、励起光ＰＬを反射する。本実施形態において、第１反射ミラーは、第１ガルバノミラー３３０によって例示される。
【０１０８】
調整信号ＡＪＳは、信号調整器３５０から第２ガルバノミラー３４０の駆動モータ３４２へ出力される。駆動モータ３４２は、調整信号ＡＪＳに応じて、反射ミラー３４１を回転往復運動される。第１ガルバノミラー３３０によって反射された励起光ＰＬは、第２ガルバノミラー３４０の反射ミラー３４１に入射する。第２ガルバノミラー３４０の反射ミラー３４１は、励起光ＰＬをプリズム４３０の第１面４３１に向けて反射する。本実施形態において、第２反射ミラーは、第２ガルバノミラー３４０によって例示される。
【０１０９】
励起光ＰＬの反射方向は、反射ミラー３３１，３４１の回転往復運動によって変化されるので、変調機構３００Ｃは、第１光路ＦＯＰと、第２光路ＳＯＰと、を規定することができる。金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの入射角が、第１入射角θ１に設定されたとき、第１ガルバノミラー３３０及び第２ガルバノミラー３４０は、協働して、第１光路ＦＯＰを規定する。金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの入射角が、第２入射角θ２に設定されたとき、第１ガルバノミラー３３０及び第２ガルバノミラー３４０は、協働して、第２光路ＳＯＰを規定する。励起光ＰＬの光路は、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間で位置的に変化する。
【０１１０】
励起光ＰＬが、第１ガルバノミラー３３０から第２ガルバノミラー３４０に近づくにつれて、第２光路ＳＯＰは、第１光路ＦＯＰから離れる。励起光ＰＬが、第２ガルバノミラー３４０から金属薄膜４１０Ａに近づくにつれて、第２光路ＳＯＰは、第１光路ＦＯＰに近づく。最終的に、第２光路ＳＯＰは、第１光路ＦＯＰに金属薄膜４１０Ａ上で合致する。金属薄膜４１０Ａ上の励起光ＰＬの照射位置が安定化されるように、信号調整器３５０は、変調信号ＭＤＳの振幅及び／又は位相を調整する。
【０１１１】
励起光ＰＬの光路は、第１光路ＦＯＰと第２光路ＳＯＰとの間で変化するので、金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの入射角も第１入射角θ１と第２入射角θ２との間で変化する。この結果、検体セル４２０Ａ内に収容された検体から発せられた蛍光ＦＬの強さは、入射角の変化に同期して変化する。検出器５１０Ａは、蛍光ＦＬを受け、蛍光ＦＬの強さを表す蛍光信号ＦＬＳを生成する。
【０１１２】
第３実施形態と同様に、変調信号ＭＤＳは、信号検波器５２０Ａに出力される。したがって、信号検波器５２０Ａは、変調信号ＭＤＳを参照し、励起光ＰＬの入射角の変化に同期して変化する信号成分を、検出器５１０Ａからの蛍光信号ＦＬＳから抽出することができる。信号検波器５２０Ａは、励起光ＰＬの入射角の変化に同期して変化する信号成分の振幅を表す検波信号ＤＴＳを生成する。検波信号ＤＴＳは、算出器５４０へ出力される。蛍光信号ＦＬＳから検波信号ＤＴＳへの変換技術は、第２実施形態及び／又は第４実施形態の原理に依拠してもよい。検波信号ＤＴＳから検出対象物質の量を決定するための技術は、第４実施形態の原理に依拠してもよい。
【０１１３】
＜第７実施形態＞
第４実施形態に関連して説明された如く、入射角の変動範囲の中心値（すなわち、平均入射角）の設定は、蛍光信号から検波信号への変換処理における感度に大きく影響する。したがって、検出装置は、入射角の変動範囲の中心値を調整するための要素を有してもよい。第７実施形態において、入射角の変動範囲の中心値を調整することができる検出装置が説明される。
【０１１４】
図８は、第７実施形態の検出装置１００Ｄの概略的なブロック図である。図３、図５Ａ、図５Ｂ及び図８を参照して、検出装置１００Ｄが説明される。第１実施形態、第２実施形態及び第７実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１実施形態及び／又は第２実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１実施形態及び／又は第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１１５】
第１実施形態と同様に、検出装置１００Ｄは、光源２００と、入射角変調部３００と、金属薄膜４１０と、収容部４２０と、検出部５１０と、抽出部５２０と、駆動部５３０と、を備える。第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１１６】
検出装置１００Ｄは、算出部５４０Ｄと、調整部６００と、を更に備える。算出部５４０Ｄは、図３を参照して説明された算出器５４０に対応する。
【０１１７】
調整部６００は、金属薄膜４１０へ入射する励起光ＰＬの平均入射角θａｖを調整する。本実施形態において、入射角の変動範囲の中心値は、平均入射角θａｖによって例示される。
【０１１８】
調整部６００は、金属薄膜４１０、収容部４２０及び検出部５１０を一体的に動かし、平均入射角θａｖを適切な値に設定してもよい。代替的に、調整部６００は、駆動部５３０から入射角変調部３００へ出力される駆動信号ＤＲＳを用いて、平均入射角θａｖを適切な値に設定してもよい。本実施形態の原理は、平均入射角θａｖを調整するための特定の技術に限定されない。
【０１１９】
調整部６００は、検出部５１０から出力される蛍光信号ＦＬＳを参照し、平均入射角θａｖの適切な値を決定してもよい。図５Ａを参照して説明された如く、蛍光信号ＦＬＳの大きさの変化率が高くなる入射角を平均入射角θａｖとして設定してもよい。代替的に、調整部６００は、抽出部５２０から出力される検波信号ＤＴＳを参照し、平均入射角θａｖの適切な値を決定してもよい。図５Ｂを参照して説明された如く、「θｍａｘ」又は「θｍｉｎ」を平均入射角θａｖとして設定してもよい。本実施形態の原理は、調整部６００に対する特定のフィードバック制御に限定されない。
【０１２０】
＜第８実施形態＞
平均入射角は、機械的に調整されてもよい。第８実施形態において、平均入射角を機械的に調整することができる検出装置が説明される。
【０１２１】
図９Ａ及び図９Ｂは、第８実施形態の検出装置１００Ｅの概略図である。図５Ｂ、図８乃至図９Ｂを参照して、検出装置１００Ｅが説明される。第３実施形態及び第８実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１２２】
第３実施形態と同様に、検出装置１００Ｅは、光源２００Ａと、変調機構３００Ａと、金属薄膜４１０Ａと、検体セル４２０Ａと、プリズム４３０と、検出器５１０Ａと、信号検波器５２０Ａと、変調信号発生器５３０Ａと、算出器５４０と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１２３】
検出装置１００Ｅは、調整機構６００Ｅを更に備える。調整機構６００Ｅは、図８を参照して説明された調整部６００に対応する。
【０１２４】
調整機構６００Ｅは、保持板６１０と、駆動モータ６２０と、を含む。金属薄膜４１０Ａ、検体セル４２０Ａ、プリズム４３０及び検出器５１０Ａは、保持板６１０に固定される。駆動モータ６２０は、保持板６１０を回転させる。保持板６１０の回転中心は、金属薄膜４１０Ａ上の第１光路ＦＯＰ及び第２光路ＳＯＰの交点に合致してもよい。本実施形態において、保持部は、保持板６１０によって例示される。回転部は、駆動モータ６２０によって例示される。
【０１２５】
図９Ａに示される検出装置１００Ｅは、平均入射角θａｖを、入射角θａに設定している。図９Ｂに示される検出装置１００Ｅは、平均入射角θａｖを、入射角θａよりも小さな入射角θｂに設定している。検出装置１００Ｅは、調整機構６００Ｅを用いて、平均入射角θａｖの値を容易に変えることができる。
【０１２６】
検出対象物質や夾雑物が金属薄膜４１０Ａに吸着したとき、及び／又は、検出対象物質や夾雑物が金属薄膜４１０Ａから脱離したとき、共鳴角θｒｅｓが変化することもある。使用者が、平均入射角θａｖを入射角θａに設定し、検出対象物の量を測定している間に共鳴角θｒｅｓが変化するならば、使用者は、調整機構６００Ｅを動作させ、図５Ｂに示されるデータを取得してもよい。入射角θｂが、図５Ｂに示される「θｍａｘ」又は「θｍｉｎ」に相当するならば、使用者は、入射角θｂを平均入射角θａｖとして再設定してもよい。その後、使用者は、検出対象物質の量の計測を継続することができる。
【０１２７】
＜第９実施形態＞
本発明者等は、第８実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて構築された検出装置を用いて、様々な実験を行い、変調振幅の適切な範囲を見出した。第９実施形態において、本発明者等が行った実験が説明される。
【０１２８】
図１０Ａ乃至図１０Ｄは、実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである。図９Ａ乃至図１０Ｄを参照して、本発明者等が行った実験が説明される。
【０１２９】
（検出装置）
本発明者等は、光源２００Ａとして、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いた。Ｈｅ−Ｎｅレーザの出力は、０．１ｍＷであった。Ｈｅ−Ｎｅレーザは、６３３ｎｍの波長を有するレーザ光を出射した。レーザ光は、励起光ＰＬとして利用された。レーザ光は、ｐ偏光を有する。
【０１３０】
本発明者等は、プリズム４３０として、ＳＦ１１ガラス材料から形成されたプリズム素子を用いた。プリズム素子は、正三角柱形状を有する。
【０１３１】
本発明者等は、金属薄膜４１０Ａとして、ＳＦ１１ガラス基板上に、スパッタリング法で成膜されたＡｕ薄膜を用いた。本発明者等は、Ａｕ薄膜の形成の後、屈折率マッチングリキッドを用いて、ＳＦ１１ガラス基板をプリズム素子に固着させた。Ａｕ薄膜の厚さは、４５ｎｍであった。本発明者等は、蛍光ＦＬの消光を防ぐために、Ａｕ薄膜上にポリスチレン膜をスピンコートした。ポリスチレン膜の厚さは、２０ｎｍであった。
【０１３２】
本発明者等は、石英ガラス製の小さな容器を、検体セル４２０Ａとして用いた。本発明者等は、ゴムリングを用いて、容器とＡｕ薄膜との間の隙間を封止した。この結果、容器とＡｕ薄膜との間からの液体の漏出は適切に防止された。容器には、２つの穴部が形成された。本発明者等は、これらの穴を通じて、容器への液体の供給及び容器からの液体の排出を行った。本発明者等は、液体の供給及び排出のために、ペリスタルティックポンプ（図示せず）を用いた。
【０１３３】
本発明者等は、検出器５１０Ａとして、フォトマルチプライヤを用いた。本発明者等は、上述の容器とフォトマルチプライヤとの間に、バンドパスフィルタを配置した。本発明者等は、バンドパスフィルタを用いて、容器からフォトマルチプライヤへ伝搬するレーザ光を遮断した。したがって、容器内の検出対象物質から発せられた蛍光ＦＬが、フォトマルチプライヤへ選択的に入射した。
【０１３４】
本発明者等は、周波数カウンタを用いて、フォトマルチプライヤが検出したフォトンパルスのパルス発生頻度を測定した。
【０１３５】
（検体）
本発明者等は、ビオチン化ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）の炭酸バッファ溶液を、上述の容器へ供給した。この結果、ビオチン化ＢＳＡは、上述のポリスチレン膜上に固着された。
【０１３６】
本発明者等は、その後、ストレプトアビジンのＰＢＳバッファ（リン酸緩衝生理食塩水）溶液を、上述の容器へ供給した。この結果、ストレプトアビジンは、ビオチン化ＢＳＡと結合した。
【０１３７】
本発明者等は、Ｄｙ６４７蛍光剤によって標識化されたビオチン化ＤＮＡを検出対象物質として用いた。本発明者等は、ストレプトアビジンとビオチン化ＢＳＡとの結合処理の後、ビオチン化ＤＮＡのＰＢＳバッファ溶液を上述の容器へ供給した。この結果、ビオチン化ＤＮＡは、Ａｕ薄膜の近傍において、ストレプトアビジンと結合した。ビオチン化ＤＮＡの濃度は、１０ｎＭであった。
【０１３８】
（入射角依存性の測定）
本発明者等は、ガルバノミラー３１０を停止させたまま、調整機構６００Ｅを作動し、蛍光信号ＦＬＳの大きさを測定した。保持板６１０が０．５ｄｅｇ．回転するごとに、本発明者等は、蛍光強度を測定した。本発明者等は、測定された蛍光強度を、グラフ上にプロットし、共鳴曲線を作成した。入射角が、５８ｄｅｇ．であるとき、共鳴曲線は、最大値を表した。共鳴曲線の半値全幅ｗは、３．３ｄｅｇ．であった。共鳴曲線は、形状において、ガウシアンカーブに近似していた。
【０１３９】
（検波信号の算出）
本発明者等は、入射角依存性の測定から得られた結果に基づいて、入射角の変調下における検波信号ＤＴＳの波形を算出した。
【０１４０】
本発明者等は、ガウシアンカーブを、共鳴曲線に近似させた。ガウシアンカーブの半値全幅ｗとガウシアンカーブの標準偏差σとの間の関係は、以下の数式によって表される。
【０１４１】
【数３】
2015029352.tif 000005
【０１４２】
ガウシアンカーブによって近似された共鳴曲線Ｉ（θ）は、以下の数式によって表される。尚、以下の数式において、記号「θ」は、入射角を表す。記号「θｒｅｓ」は、共鳴角を表す。
【０１４３】
【数４】
2015029352.tif 000006
【０１４４】
入射角の時間変化波形ｍ（ｔ，θａｖ）は、以下の数式によって表される。以下の数式において、記号「Δθ」は、入射角の変調振幅を表す。記号「θａｖ」は、平均入射角を表す。記号「ｆ」は、変調周波数を表す。記号「ｔ」は、時刻を表す。
【０１４５】
【数５】
2015029352.tif 000007
【０１４６】
本発明者等は、入射角の時間変化波形ｍ（ｔ，θａｖ）を共鳴曲線Ｉ（θ）の入射角θに代入し、以下の数式で表される蛍光信号ＦＬＳの時間変化波形ｓ（ｔ，θａｖ）を得た。
【０１４７】
【数６】
2015029352.tif 000008
【０１４８】
蛍光信号ＦＬＳの時間変化波形ｓ（ｔ，θａｖ）に入射角の時間変化波形ｍ（ｔ，θａｖ）を乗じて直流成分を抽出することは、変調信号ＭＤＳを用いて、蛍光信号ＦＬＳを同期検波することに等しい。検波信号の大きさＰｎ（θａｖ）は、変調の１周期に亘って、「ｓ（ｔ，θａｖ）×ｍ（ｔ，θａｖ）」を積分した値に相当する（以下の数式を参照）。
【０１４９】
【数７】
2015029352.tif 000009
【０１５０】
図１０Ａ乃至図１０Ｄは、共鳴角θａｖが、「５８ｄｅｇ．」の下で得られた検波信号の大きさＰｎ（θａｖ）を表すグラフである。図１０Ａのグラフは、共鳴曲線の半値全幅ｗが、「１ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。図１０Ｂのグラフは、共鳴曲線の半値全幅ｗが、「２ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。図１０Ｃのグラフは、共鳴曲線の半値全幅ｗが、「４ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。図１０Ｄのグラフは、共鳴曲線の半値全幅ｗが、「８ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。
【０１５１】
図１０Ａ乃至図１０Ｄのグラフそれぞれは、複数の曲線を表す。複数の曲線それぞれの上に付された数値（すなわち、０．５、１、２、３、４、６、８、１０、１２、１６、２０、２４）は、変調振幅Δθの値を表す。
【０１５２】
第４実施形態に関連して説明された如く、蛍光強度を感度よく測定するためには、大きな検波信号を得ることが好ましい。図１０Ａ乃至図１０Ｄのグラフから、大きな検波信号を得るのに、変調振幅Δθの好適な範囲が存在することが分かる。
【０１５３】
図１０Ａに示される如く、半値全幅ｗが、「１ｄｅｇ．」であるならば、「１ｄｅｇ．≦Δθ≦３ｄｅｇ．」の関係の下で、検波信号の大きなピークが得られている。
【０１５４】
図１０Ｂに示される如く、半値全幅ｗが、「２ｄｅｇ．」であるならば、「２ｄｅｇ．≦Δθ≦６ｄｅｇ．」の関係の下で、検波信号の大きなピークが得られている。
【０１５５】
図１０Ｃに示される如く、半値全幅ｗが、「４ｄｅｇ．」であるならば、「４ｄｅｇ．≦Δθ≦１２ｄｅｇ．」の関係の下で、検波信号の大きなピークが得られている。
【０１５６】
図１０Ｄに示される如く、半値全幅ｗが、「８ｄｅｇ．」であるならば、「８ｄｅｇ．≦Δθ≦２４ｄｅｇ．」の関係の下で、検波信号の大きなピークが得られている。
【０１５７】
図１０Ａ乃至図１０Ｄから得られた知見から、変調機構３００Ａの停止下で、駆動モータ６２０が保持板６１０を回転させたときの蛍光信号ＦＬＳの半値全幅以上の大きさ且つ半値全幅の３倍以下で（ｗ≦θ≦３ｗ）、ガルバノミラー３１０が入射角θを変動させるならば、大きな検波信号が得られることが分かる。
【０１５８】
＜第１０実施形態＞
検出装置の機械的な誤差に起因して、実際の入射角が入射角に対して定められた設定値からずれることもある。実際の入射角と設定値との間の誤差は、検出対象物質の量の算出に誤差を生じさせる。第１０実施形態において、実際の入射角と設定値との間の誤差が、検出対象物質の量の算出に与える影響を低減する技術が説明される。
【０１５９】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、第１０実施形態の検出装置１００Ｆの概略図である。図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して、検出装置１００Ｆが説明される。第８実施形態及び第１０実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第８実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第８実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１６０】
第８実施形態と同様に、検出装置１００Ｆは、光源２００Ａと、変調機構３００Ａと、金属薄膜４１０Ａと、検体セル４２０Ａと、プリズム４３０と、検出器５１０Ａと、信号検波器５２０Ａと、変調信号発生器５３０Ａと、調整機構６００Ｅと、を備える。第８実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１６１】
検出装置１００Ｆは、算出器５４０Ｆを更に備える。算出器５４０Ｆは、演算部５４１と決定部５４２とを含む。検波信号ＤＴＳは、信号検波器５２０Ａから演算部５４１へ出力される。演算部５４１は、検波信号ＤＴＳを用いて積分演算を行う。積分演算の結果は、演算部５４１から決定部５４２へ出力される。決定部５４２は、積分演算の結果に基づき、検出対象物質の量を決定する。
【０１６２】
使用者は、駆動モータ３１２，６２０をともに作動させ、検出対象物質の量を測定することができる。使用者は、駆動モータ６２０を作動させ、共鳴角θｒｅｓから十分に離れた平均入射角θ０から所定の平均入射角θａｖまで平均入射角を変化させることができる。平均入射角θ０において、検波信号ＤＴＳの値は、略「０」になる。平均入射角θａｖにおける検波信号ＤＴＳの値が記号「Ｐｎ」で表されるならば、演算部５４１が算出する積分値Ｐｉは、以下の数式によって表される。
【０１６３】
【数８】
2015029352.tif 000010
【０１６４】
決定部５４２は、積分値Ｐｉと検出対象物質の量との関係を表す検量線データを予め格納してもよい。決定部５４２は、積分値Ｐｉを検量線データと比較し、検出対象物質の量を決定することができる。検量線データの作成技術は、第４実施形態に関連して説明された方法に準拠してもよい。本実施形態の原理は、検量線データを作成するための特定の技術に限定されない。
【０１６５】
図１２は、上述の数式から得られたグラフである。図１１Ａ乃至図１２並びに図１６を参照して、従来技術に対する本実施形態の原理の有利な特徴が説明される。
【０１６６】
図１２のグラフの横軸は、平均入射角を表す。図１２のグラフの縦軸は、上述の数式によって表される積分値を示す。図１６のグラフと同様に、積分値のピークは、共鳴角θｒｅｓにおいて現れる。
【０１６７】
図１２において、曲線の半値全幅は、記号「ｗｉ」で表される。
【０１６８】
図１６のグラフの曲線の半値全幅ｗは、検波信号の最大値Ｐｐ２とオフセット成分Ｐｏｆｆとの差分値の半分の値に、オフセット成分Ｐｏｆｆが加えられた値の検波信号の大きさの位置（すなわち、（（Ｐｐ２−Ｐｏｆｆ）／２＋Ｐｏｆｆ））で定義される。
【０１６９】
図１２のグラフと図１６のグラフとを対比すると、半値全幅ｗｉは、半値全幅ｗよりも大きいことが分かる。このことは、従来技術と比べて、入射角に対して定められた設定値からの実際の入射角のずれは、検出装置１００Ｆによって得られた測定値に影響しにくいことを意味する。
【０１７０】
＜第１１実施形態＞
本発明者等は、第９実施形態に関連して説明された知見を用いて、積分機能を有する検出装置にとって、適切な変調振幅範囲を見出した。第１１実施形態において、入射角の変調範囲の適切な設定技術が説明される。
【０１７１】
図１３Ａ乃至図１３Ｄは、実験結果に基づいて算出された検波信号を表すグラフである。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１３Ａ乃至図１３Ｄを参照して、入射角の変調範囲の適切な設定技術が説明される。
【０１７２】
以下の数式は、第７実施形態に関連して説明された検波信号の大きさＰｎ（θａｖ）の積分値Ｐｉ（θａｖ）を表す。
【０１７３】
【数９】
2015029352.tif 000011
【０１７４】
図１３Ａ乃至図１３Ｄは、共鳴角θａｖが、「５８ｄｅｇ．」の下で得られた積分値Ｐｉ（θａｖ）を表すグラフである。図１３Ａのグラフは、蛍光信号ＦＬＳの半値全幅ｗが、「１ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。図１３Ｂのグラフは、蛍光信号ＦＬＳの半値全幅ｗが、「２ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。図１３Ｃのグラフは、蛍光信号ＦＬＳの半値全幅ｗが、「４ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。図１３Ｄのグラフは、蛍光信号ＦＬＳの半値全幅ｗが、「８ｄｅｇ．」の条件の下で得られている。
【０１７５】
図１３Ａ乃至図１３Ｄのグラフそれぞれは、複数の曲線を表す。複数の曲線それぞれの上に付された数値（すなわち、０．５、１、２、３、４、６、８、１０、１２、１６、２０、２４）は、変調振幅Δθの値を表す。
【０１７６】
大きな積分値Ｐｉ（θａｖ）は、蛍光強度が感度よく測定されることを意味する。図１３Ａ乃至図１３Ｄのグラフから、大きな検波信号を得るのに、変調振幅Δθの好適な範囲が存在することが分かる。
【０１７７】
図１３Ａに示される如く、半値全幅ｗが、「１ｄｅｇ．」であるならば、「Δθ≧２ｄｅｇ．」の関係の下で、積分値Ｐｉ（θａｖ）の大きなピークが得られている。
【０１７８】
図１３Ｂに示される如く、半値全幅ｗが、「２ｄｅｇ．」であるならば、「Δθ≧４ｄｅｇ．」の関係の下で、積分値Ｐｉ（θａｖ）の大きなピークが得られている。
【０１７９】
図１３Ｃに示される如く、半値全幅ｗが、「４ｄｅｇ．」であるならば、「Δθ≧８ｄｅｇ．」の関係の下で、積分値Ｐｉ（θａｖ）の大きなピークが得られている。
【０１８０】
図１３Ｄに示される如く、半値全幅ｗが、「８ｄｅｇ．」であるならば、「Δθ≧１６ｄｅｇ．」の関係の下で、積分値Ｐｉ（θａｖ）の大きなピークが得られている。
【０１８１】
図１３Ａ乃至図１３Ｄのグラフから、変調振幅Δθの増加に伴って、積分値Ｐｉ（θａｖ）の半値全幅は大きくなることが分かる。
【０１８２】
図１３Ａ乃至図１３Ｄから得られた知見から、変調機構３００Ａの停止下で、駆動モータ６２０が保持板６１０を回転させたときの蛍光信号ＦＬＳの半値全幅の２倍以上の大きさで（θ≧２ｗ）、ガルバノミラー３１０が入射角θを変動させるならば、大きな検波信号が得られることが分かる。
【０１８３】
＜第１２実施形態＞
第８実施形態に関連して説明された検出装置は、平均入射角を機械的に調整する。代替的に、平均入射角は、電気的に調整されてもよい。この場合、検出装置の機械的構造は、第８実施形態に関連して説明された検出装置よりも簡素になる。第１２実施形態において、平均入射角を電気的に調整することができる検出装置が説明される。
【０１８４】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、第１２実施形態の検出装置１００Ｇの概略図である。図８、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照して、検出装置１００Ｇが説明される。第３実施形態及び第１２実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１８５】
第３実施形態と同様に、検出装置１００Ｇは、光源２００Ａと、変調機構３００Ａと、金属薄膜４１０Ａと、検体セル４２０Ａと、プリズム４３０と、検出器５１０Ａと、信号検波器５２０Ａと、算出器５４０と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１８６】
検出装置１００Ｇは、変調信号発生器５３０Ｇと、調整部６００Ｇと、を更に備える。調整部６００Ｇは、図８を参照して説明された調整部６００に対応する。
【０１８７】
調整部６００Ｇは、オフセット信号発生器６３０と、加算器６４０と、を含む。オフセット信号発生器６３０は、オフセット信号ＯＳＳを生成する。オフセット信号ＯＳＳは、オフセット信号発生器６３０から加算器６４０へ出力される。
【０１８８】
第３実施形態と同様に、変調信号発生器５３０Ｇは、変調信号ＭＤＳを信号検波器５２０Ａへ出力する。第３実施形態とは異なり、変調信号発生器５３０Ｇは、変調信号ＭＤＳを加算器６４０へ出力する。
【０１８９】
加算器６４０は、オフセット信号ＯＳＳを変調信号ＭＤＳに加算し、駆動信号ＤＲＳを生成する。この結果、駆動信号ＤＲＳが表す平均入射角は、変調信号ＭＤＳによって定義される平均入射角からオフセット信号ＯＳＳによって表される角度だけ増加又は減少した値となる。
【０１９０】
駆動信号ＤＲＳは、加算器６４０からガルバノミラー３１０の駆動モータ３１２に出力される。駆動モータ３１２は、駆動信号ＤＲＳに応じて、反射ミラー３１１を回転往復運動させる。
【０１９１】
検出装置１００Ｇは、オフセット信号ＯＳＳを用いて、金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの平均入射角を調整することができる。
【０１９２】
図１４Ａに示される如く、ガルバノミラー３１０への励起光ＰＬの平均入射角が「φａ」に設定されるならば、金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの平均入射角が「θａ」になる。ガルバノミラー３１０への励起光ＰＬの平均入射角が「φａ」に設定されるように、図１４Ａに示されるオフセット信号発生器６３０は、オフセット信号ＯＳＳを生成する。したがって、オフセット信号ＯＳＳは、変調信号ＭＤＳと協働して、金属薄膜４１０Ａへの平均入射角θａを中心とする入射角の変動範囲を規定することができる。本実施形態において、調整信号は、オフセット信号ＯＳＳによって例示される。調整信号生成部は、オフセット信号発生器６３０によって例示される。
【０１９３】
図１４Ｂに示される如く、ガルバノミラー３１０への励起光ＰＬの平均入射角が「φｂ」に設定されるならば、金属薄膜４１０Ａへの励起光ＰＬの平均入射角が「θｂ」になる。ガルバノミラー３１０への励起光ＰＬの平均入射角が「φｂ」に設定されるように、図１４Ｂに示されるオフセット信号発生器６３０は、オフセット信号ＯＳＳを生成する。したがって、オフセット信号ＯＳＳは、変調信号ＭＤＳと協働して、金属薄膜４１０Ａへの平均入射角θｂを中心とする入射角の変動範囲を規定することができる。
【０１９４】
上述の様々な実施形態の原理は、検出装置の用途に応じて、適切に組み合わされてもよい。
【０１９５】
上述の様々な実施形態に関連して説明された例示的な検出装置に関する技術は、以下の特徴を主に備える。
【０１９６】
上述の実施形態の一の局面に係る検出装置は、励起光を出射する光源と、検体が収容された収容部と、前記励起光を受け、前記検体を照らすエバネセント光を生じさせる金属膜と、前記金属膜への前記励起光の入射角を変調する変調部と、前記変調部を駆動する駆動信号を生成する駆動部と、前記エバネセント光の照射を受けて前記検体から生じた蛍光の強度に応じた蛍光信号を出力する検出部と、前記蛍光信号から前記検体由来の信号成分を抽出する抽出部と、を備える。前記入射角は、前記駆動信号の変化に応じて変化する。前記抽出部は、前記駆動信号の前記変化に同期して変化する同期信号成分を、前記信号成分として抽出する。
【０１９７】
上記構成によれば、抽出部は、駆動信号の変化に同期して変化する同期信号成分を、信号成分として抽出するので、入射角の変動に影響を受けない光成分は、抽出された信号成分から排除されやすくなる。したがって、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０１９８】
上記構成において、検出装置は、前記励起光が入射する第１面と、前記金属膜が取り付けられた第２面と、を含むプリズムを更に備えてもよい。前記金属膜は、前記収容部と前記第２面との間に配置されてもよい。
【０１９９】
上記構成によれば、励起光は、プリズムによって、金属膜へ適切に案内される。したがって、金属膜は、エバネセント光を生じさせることができる。金属膜は、収容部と第２面との間に配置されるので、  前記反射部は、前記入射角が、第１入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第１光路と、前記入射角が、前記第１入射角とは異なる第２入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第２光路と、を規定し、エバネセント光は、検体を適切に照らすことができる。
【０２００】
上記構成において、前記変調部は、前記励起光を反射する反射部と、前記反射部と前記プリズムとの間に配置されたレンズ部と、を含んでもよい。前記反射部は、前記駆動信号に応じて、前記励起光の反射方向を変えてもよい。前記励起光は、前記レンズ部によって屈折され、前記金属膜上の所定の位置へ向けて伝搬してもよい。
【０２０１】
上記構成によれば、反射部が、駆動信号に応じて、励起光の反射方向を変化させている間、励起光は、レンズ部によって屈折され、金属膜上の所定の位置へ向けて伝搬する。したがって、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２０２】
上記構成において、前記反射部は、前記入射角が、第１入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第１光路と、前記入射角が、前記第１入射角とは異なる第２入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第２光路と、を規定してもよい。前記第２光路は、前記励起光が前記反射部から前記レンズ部に近づくにつれて、前記第１光路から離れ、且つ、前記励起光が前記レンズ部から前記金属膜に近づくにつれて、前記第１光路に近づいてもよい。
【０２０３】
上記構成によれば、励起光が、反射部からレンズ部に近づくにつれて、第２光路は、第１光路から離れるので、反射部は、入射角を大きく変化させることができる。励起光が、レンズ部から金属膜に近づくにつれて、第２光路は、第１光路に近づくので、励起光は、金属膜上の所定の位置へ向けて伝搬することができる。したがって、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２０４】
上記構成において、前記レンズ部は、前記反射部によって反射された前記励起光が入射する第１レンズと、前記第１レンズと前記プリズムとの間に配置された第２レンズと、を含んでもよい。前記反射部は、前記入射角が、第１入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第１光路と、前記入射角が、前記第１入射角とは異なる第２入射角に設定されたときに、前記励起光が伝搬する第２光路と、を規定してもよい。前記第１レンズから前記第２レンズまでの伝搬区間における前記第１光路と前記第２光路との間の角度差は、前記反射部から前記第１レンズまでの伝搬区間における前記第１光路と前記第２光路との間の角度差よりも小さくてもよい。
【０２０５】
上記構成によれば、レンズ部は、第１レンズと第２レンズとを含むので、設計者は、過度に高い屈折率を有するレンズ素子を用いることなく、検出装置を設計することができる。
【０２０６】
上記構成において、前記変調部は、前記光源から出射された前記励起光を反射する第１反射ミラーと、前記第１反射ミラーの後に前記励起光を反射する第２反射ミラーと、を含んでもよい。前記入射角が、第１入射角に設定されたときに、前記第１反射ミラー及び前記第２反射ミラーは、協働して、第１光路を規定してもよい。前記入射角が、前記第１入射角とは異なる第２入射角に設定されたときに、前記第１反射ミラー及び前記第２反射ミラーは、協働して、第２光路を規定してもよい。前記第２光路は、前記励起光が前記第１反射ミラーから前記第２反射ミラーに近づくにつれて、前記第１光路から離れ、且つ、前記励起光が前記第２反射ミラーから前記金属膜に近づくにつれて、前記第１光路に近づいてもよい。
【０２０７】
上記構成によれば、励起光が、第１反射ミラーから第２反射ミラーに近づくにつれて、第２光路は、第１光路から離れるので、入射角は、大きく変化されてもよい。励起光が、第２反射ミラーから金属膜に近づくにつれて、第２光路は、第１光路に近づくので、励起光は、金属膜上の所定の位置へ向けて伝搬することができる。したがって、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２０８】
上記構成において、前記入射角の変動範囲の中心値を調整する調整部を更に備えてもよい。
【０２０９】
上記構成によれば、調整部は、入射角の変動範囲の中心値を調整するので、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２１０】
上記構成において、前記調整部は、前記中心値を調整する調整信号を生成する調整信号生成部を含んでもよい。前記調整信号は、前記駆動信号と協働して、前記変動範囲を規定してもよい。
【０２１１】
上記構成によれば、調整部は、入射角の変動範囲の中心値を電気的に調整するので、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２１２】
上記構成において、前記調整部は、前記プリズム、前記金属膜、前記収容部及び前記検出部を保持する保持部と、前記保持部を回転させる回転部と、を含んでもよい。前記回転部は、前記保持部を回転し、前記中心値を変更してもよい。
【０２１３】
上記構成によれば、調整部は、入射角の変動範囲の中心値を機械的に調整するので、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２１４】
上記構成において、前記変調部の停止下で、前記回転部が前記保持部を回転させたときの前記蛍光信号の半値全幅以上の大きさの変動幅で、前記変調部は、前記入射角を変動させてもよい。
【０２１５】
上記構成によれば、入射角は、適切な変動範囲で変動するので、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２１６】
上記構成において、前記変動幅は、前記半値全幅の３倍以下であってもよい。
【０２１７】
上記構成によれば、入射角は、適切な変動範囲で変動するので、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２１８】
上記構成において、検出装置は、前記信号成分から前記検体中の検出対象物質の量を算出する算出部を更に備えてもよい。
【０２１９】
上記構成によれば、検体中の検出対象物質の量は、信号成分から適切に算出される。
【０２２０】
上記構成において、前記算出部は、前記信号成分に対して積分演算を行う演算部と、前記積分演算の結果に基づき、前記検出対象物質の前記量を決定する決定部と、を含んでもよい。
【０２２１】
上記構成によれば、検体中の検出対象物質の量は、信号成分に対する積分演算によって適切に決定される。
【０２２２】
上記構成において、前記変調部の停止下で、前記回転部が前記保持部を回転させたときの前記蛍光信号の半値全幅の２倍以上の大きさの変動幅で、前記変調部は、前記入射角を変動させてもよい。
【０２２３】
上記構成によれば、入射角は、適切な変動範囲で変動するので、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【０２２４】
上記構成において、前記入射角が、前記中心値に近づくにつれて、前記信号成分は、ピーク値に近づいてもよい。
【０２２５】
上記構成によれば、入射角が、中心値に近づくにつれて、信号成分は、ピーク値に近づくので、検出装置は、エバネセント光によって照らされた検体からの蛍光の強度を正確に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２２６】
上述の実施形態の原理は、微量の物質の量を検出することが要求される様々な技術分野（例えば、バイオテクノロジ）に適用可能である。上述の技術原理は、バイオテクノロジの分野だけでなく、環境分野で利用される測定技術に適用されてもよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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