(57)【要約】【課題】小型で安価な構成でも、良好な検出感度を得られる分光測定装置を実現する。【解決手段】測定対象に第１電磁波を照射する電磁波源（１１）と、光学フィルタと検出器とからなる分光センサを備え、上記第１電磁波を照射された上記測定対象から戻る第２電磁波を検出し、上記第１電磁波の波長域のうち、一部に対して検出感度を有する検出部（１３）とを備えた分光測定装置（１０）を提供する。【選択図】図１
2017223515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波源と、検出部とを備え、
上記電磁波源は、測定対象に第１電磁波を照射し、
上記検出部は、光学フィルタと検出器とからなる分光センサを少なくとも一つ以上備え、上記第１電磁波を照射された上記測定対象から戻る第２電磁波を検出し、上記第１電磁波の最短波長より長い波長から、上記第１電磁波の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有することを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
上記検出部は、上記第１電磁波の最長波長より短い波長に検出感度を有することを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
上記検出部は、上記電磁波源の発光波長域に対する検出感度よりも、上記電磁波源の発光波長域の最長波長よりも長波長に対する検出感度の方が高いことを特徴とする請求項１または２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
上記光学フィルタは、上記第２電磁波のうち、少なくとも一部の波長の電磁波を透過させる周期構造を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の分光測定装置。
【請求項５】
上記電磁波源は、互いに異なる発光波長域を有する複数の発光素子からなり、
上記分光センサは、互いに異なる波長域の電磁波を透過する複数の光学フィルタと、検出器とからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の分光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定対象が発する蛍光の測定装置に好適な分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物性を測定する方法の一つに、物質に励起光を照射することによって、物質が発する蛍光の測定を用いる方法がある。近年、蛍光は種々のマーカーとして使用され、生体内の癌またはウイルスの位置の特定、および食品のウイルス有無の検査などにもよく使用される。また、生体または食品内の組織自体が蛍光発光することもあり、この蛍光により、脂肪の種類などを特定することもできる。
【０００３】
しかしながら、蛍光は微弱な光であるため、蛍光を測定し解析するために、十分な光量を確保する、あるいは十分に感度の高い測定を行う必要がある。以下の特許文献では、微弱な蛍光を感度よく検出するための装置がそれぞれ開示されている。
【０００４】
特許文献１では、観察用の白色光と、蛍光像取得のための励起光であるレーザ光とを時分割して照射することで、微弱な蛍光を検出できる医療用の診断装置について開示されている。また、特許文献２では、蛍光検出素子のセル上に設けられた遮光板によって、検出すべき波長の蛍光のみを分光センサに入射させることで、感度の高い蛍光測定を可能とする検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−０４０８６９号公報（１９８４年３月６日公開）
【特許文献２】特開２０１１−０１７６５８号公報（２０１１年１月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高い光量を得るための励起発光素子、または感度よく検出できる検出器を実現するためには、大型あるいは高価な発光素子および検出器が必要となり、このことは測定装置の大型化または高価格化を伴う。
【０００７】
特許文献１で用いられる励起発光素子は、十分高い励起強度を得るために、大型かつ高価な、エキシマレーザ等のガスレーザを使用する必要がある。また、特許文献２では、素子上に遮光板を設けるため、遮光された素子のスペースは無駄となってしまい、装置が大型化してしまう問題がある。
【０００８】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で安価な構成でも、良好な検出感度を得られる分光測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る分光測定装置は、電磁波源と、検出部とを備え、上記電磁波源は、測定対象に第１電磁波を照射し、上記検出部は、光学フィルタと検出器とからなり、上記第１電磁波を照射された上記測定対象から戻る第２電磁波を検出し、上記第１電磁波の最短波長より長い波長から、上記第１電磁波の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、検出に必要な波長のみを効率よく検出することで、良好な検出感度を有する、小型かつ安価な分光測定装置を実現できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る分光測定装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る検出部の上面図および分光センサの一部を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る電磁波源の出射光の強度および検出部の検出感度と波長との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の実施形態１の変形例に係る検出部の上面図である。
【図５】本発明の実施形態１の変形例に係る電磁波源の出射光の強度および検出部の検出感度と波長との関係を示したグラフである。
【図６】本発明の実施形態２に係る分光測定装置のブロック図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る電磁波源の出射光の強度、戻り光の強度、および検出部の検出感度と波長との関係を示したグラフである。
【図８】本発明の実施形態２に係る電磁波源の発光素子の駆動電流および分光センサの検出信号の時間変化を示したグラフである。
【図９】本発明の実施形態３に係る分光測定装置のブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係る電磁波源の出射光の強度および検出部の検出感度と波長との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜３に基づいて詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成は、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
＜分光測定装置＞
図１は本実施形態に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
本実施形態に係る分光測定装置１０は、ある測定対象に電磁波源からの出射光（第１電磁波）を照射し、その出射光に対する、測定対象からの戻り光（第２電磁波）を検出することにより、測定対象１（検出対象）の分光測定に利用されるものである。矢印は電磁波源から出射された出射光、および測定対象からの戻り光を表す。ここで、戻り光は、図１に示されるような反射方向だけでなく、透過方向や別の方向で検出してもよい。図１に示されているように、分光測定装置１０は、電磁波源１１と、検出部１３と、算出部１７を備えている。
【００１５】
電磁波源１１は、分光測定装置１０の外部にある測定対象１に対し、出射光を出射するための光源である、発光素子１２を有する。発光素子１２は、測定対象１の分光測定に適切な波長成分を備えた光源であり、例えば発光ダイオードを好適に使用できるが、これに限られない。
【００１６】
次に、分光測定装置１０を使用した測定対象１の蛍光測定方法について説明する。まず励起工程として、電磁波源１１から、分光測定装置１０の外壁に設けられた図示しない窓を通して、出射光を測定対象１に向かって出射する。測定対象１は、光照射に対して蛍光および散乱光などを発する物質である。励起工程を経て、測定対象１からは、蛍光、散乱光、反射した出射光などを含む戻り光が生じる。検出工程として、この戻り光の少なくとも一部を、分光測定装置１０の外壁に設けられた図示しない窓を通して、検出部１３で検出することにより、蛍光および散乱光を含む戻り光の測定ができる。
【００１７】
なお、上記では、電磁波源１１と検出部１３が分光測定装置１０として一体化されているとして説明したが、それぞれが別々に設置できる構成となっていてもよい。
【００１８】
検出部１３は、出射光を照射された測定対象１から戻る戻り光の少なくとも一部を検出し、電気信号に変換し、算出部１７に出力する機能を有する。算出部１７は受信した電気信号に基づいて、検出部１３に入射した電磁波の強度を波長ごとに算出する。この算出結果から、測定対象１の物性が推定できる。なお、本実施形態では算出部１７が分光測定装置１０の内部に形成される構成を挙げているが、これに限られない。例えば、分光測定装置１０は、電磁波源１１と検出部１３で構成され、算出部１７は分光測定装置１０に接続される外部装置であってもよい。
【００１９】
＜検出部＞
次に、本実施形態の検出部について、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、検出部１３の構成を示す概略図であり、図２の（ａ）は検出部１３の上面図、図２の（ｂ）は検出部１３に設けられる分光センサ１３ａの一部について拡大した斜視図である。
【００２１】
図２の（ａ）に示すように、検出部１３は、波長帯ごとに互いに異なる分光センサを少なくとも一つ以上備える。図２の（ａ）では、例として分光センサ１３ａおよび１３ｂを示している。図２の（ｂ）に示すように、分光センサ１３ａは、光学フィルタ１４と、検出器１６とからなる。また、分光センサ１３ａは、上記出射光を照射された測定対象１から戻る戻り光を検出し、上記出射光の最短波長より長い波長から、上記出射光の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有している。光学フィルタ１４は、上記戻り光のうち、少なくとも一部の波長の戻り光を透過させる周期構造を有している。一例として、光学フィルタ１４には、複数のホール１５が、所定の周期で二次元的に形成されている。分光センサ１３ａおよび１３ｂは、上記算出部１７に信号が送信できるように接続されている。
【００２２】
本実施形態では、光学フィルタ１４はプラズモンフィルタを例として挙げている。プラズモンフィルタは、数百ナノメートル周期で形成されたホールアレイを上記周期構造として有する金属薄膜であり、特定の波長帯域のみで表面プラズモン共鳴することにより、特定の波長帯域付近の電磁波のみを透過させる光学フィルタである。分光センサ１３ａは、検出器１６の直上（光入射側）に光学フィルタ１４が形成されているため、戻り光のうち、光学フィルタ１４を透過する特定の波長帯域の電磁波のみを検出することができる。
【００２３】
分光センサ１３ａおよび１３ｂで互いに異なる点の一つは、それぞれの検出器の上に設けられた光学フィルタのホールアレイの周期構造が異なることである。これにより、分光センサ１３ａおよび１３ｂで検出できる電磁波の波長帯域が、互いに異なることになる。また、分光センサ１３ａおよび１３ｂでは、それぞれの光学フィルタに設けられるホール１５の数も異なる。
【００２４】
プラズモンフィルタは、形成されるホールアレイの数に、特定の波長帯の透過率が依存するため、分光センサ１３ａおよび１３ｂのプラズモンフィルタでは、特定の波長帯の透過率の高さも異なることがわかる。ただし、光学フィルタ１４の周期構造において、周期の長さは波長の半分程度に相当するため、長波長の電磁波を検出したい場合は、同じホールアレイの個数であったとしても、面積は大きくなる。以上に挙げた相違点を除けば、分光センサ１３ａおよび１３ｂは同様の構成および機能を有する。なお、分光センサ１３ａおよび１３ｂの特定の波長帯における検出感度は、光学フィルタ１４の透過率と検出器１６の検出感度との積に依存する。
【００２５】
検出部１３に入射した光は、分光センサ１３ａおよび１３ｂによって検出され、それぞれ信号が生成される。このため、検出部１３全体の検出感度は、分光センサ１３ａおよび１３ｂの検出感度の足し合わせと考えることができる。
【００２６】
なお、本実施形態において、検出部１３は、互いに異なる波長域の電磁波を透過する複数の光学フィルタ１４と、その複数の光学フィルタ１４ごとに設けられた複数の検出器１６とからなる分光センサを備えているが、これに限られない。例えば、一つの検出器１６の上に、複数種の周期のホールアレイが形成された光学フィルタ１４が形成された分光センサを備えてもよい。この場合、光学フィルタ１４の周期構造によって、検出器１６が別々に検出を行うことができれば、分光測定が可能である。
【００２７】
加えて、本実施形態では、検出部１３は、検出器１６の上に金属膜として形成された光学フィルタ１４からなる分光センサ備えているが、これに限られない。例えば、光学フィルタ１４を、検出器１６に装着する適宜交換可能なカートリッジとすることができる。これにより、検出したい波長域によって、検出器１６に装着された光学フィルタ１４を交換することが可能となる。
【００２８】
例えば、図２の（ａ）の分光センサ１３ｂの光学フィルタ１４を、分光センサ１３ａの光学フィルタ１４と同じ周期構造を有した光学フィルタ１４と交換して使用する事も可能になる。こうすることで、分光センサ１３ｂの検出器１６のみを使用して、複数の波長域の戻り光に対する検出が可能な検出部１３を実現できる。したがって、検出部１３の小型化、ひいては分光測定装置１０の小型化に寄与する。
【００２９】
この場合、上記のようにフィルタの交換を行うと、分光センサ１３ａの光学フィルタ１４と同じ周期構造を有した光学フィルタ１４は、分光センサ１３ｂの光学フィルタ１４の面積を占めることになり、光学フィルタ１４を交換しない場合の分光センサ１３ａの光学フィルタ１４の面積よりも広くなる。このため、分光センサ１３ａの光学フィルタ１４を透過する戻り光を検出する検出素子の数が多くなり、検出感度が向上する。したがって、発光素子１２および検出器１６に印加する電圧を下げても、分光センサ１３ａと同じ検出感度を得ることが可能となり、消費電力の低減に寄与する。
【００３０】
以上、検出部１３は、図２に例示した分光センサ１３ａと分光センサ１３ｂのみからなる構成として説明したが、他の波長域に対応した分光センサを備えていてもよい。例えば、λ２からλ３の間の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えることにより、図３のような検出感度となるようにしてもよい。また、λ２以下、λ３以上の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えてもよい。どの波長にピークを持つ分光センサを備えるかは、各分光センサの検出感度の波長依存性と分光測定装置に求められる検出感度スペクトルとから、決めればよい。
＜出射光強度と検出部の感度＞
図３は電磁波源１１から測定対象１に照射される出射光の強度と、検出部１３の検出感度とを表すグラフである。グラフの実線は、出射光の波長と強度との関係を示しており、横軸は出射光の波長、縦軸はその強度を示す。グラフの破線は、検出部１３に入射した戻り光の波長と検出感度の高さとの関係を示しており、横軸は入射光の波長、縦軸はそれぞれの波長における電磁波の検出感度を示す。
【００３１】
図３において、λ１は発光素子１２の出射光のピーク波長、λ３は発光素子１２の出射光に対する測定対象１の蛍光および散乱光のピーク波長である。λ２は発光素子１２の出射光のうち、長波長側の裾の波長、すなわち、λ１よりも長く、出射光の最長波長よりも短い波長である。なお、本発明が検出対象とする散乱光は、出射光の波長と異なる波長を持つ散乱光であり、例えばラマン散乱光（非弾性散乱光）が該当する。また、ラマン散乱光には、出射光の波長より長い波長を持つストークス光と、出射光の波長より短い波長を持つアンチストークス光とがあるが、図３に示す例は、ストークス光にあてはまる。ただし、本実施形態に係る分光測定装置１０は、アンチストークス光を対象としてもよい。また、ストークス光とアンチストークス光とを検出する構成として、λ１±Δλの範囲の周期構造（検出素子）を数種設けてもよい。
【００３２】
本実施形態の検出部１３において、分光センサ１３ａおよび分光センサ１３ｂに形成されたそれぞれの光学フィルタ１４の周期構造は、それぞれλ２およびλ３付近に高い検出感度を有するように設計されている。ここでは、分光センサ１３ａは、λ２付近の波長の電磁波に対して高い検出感度を有する一方で、その他の波長の電磁波に対しては、検出感度を有していない。分光センサ１３ｂにおいても同様に、λ３付近の波長の電磁波に対して高い検出感度を有する一方で、その他の波長の電磁波に対しては、検出感度を有していない。
【００３３】
検出部１３の検出感度は、分光センサ１３ａおよび１３ｂの検出感度を足し合わせたものであるから、図３に示されるように、検出部１３は、λ２近傍からλ３近傍の波長までの電磁波に対し、高い検出感度を有する。しかし、λ２近傍からより短波長側、およびλ３近傍からより長波長側の電磁波に対して、検出感度を有していない。
【００３４】
特に、短波長側において、検出部１３はλ１よりも短い波長の電磁波に対する検出感度を有していない。これは、λ１よりも短い波長の電磁波を透過する光学フィルタを有した分光センサが、検出部１３に含まれていないためである。
【００３５】
検出部１３が、図３に示すような検出感度を有することにより、検出部１３は、電磁波源１１からの出射光を受けた測定対象１からの戻り光の内、蛍光および散乱光だけでなく、測定対象１で反射した出射光の一部も検出することができる。しかし、検出部１３が検出する反射した出射光は、出射光の波長域の内、強度の低い裾の波長の電磁波のみであり、特に出射光のピーク波長λ１は検出しない。
【００３６】
このように、検出部１３は検出したい波長範囲のみに対応した光学フィルタ１４を有する分光センサを備えるため、不要な波長範囲に対応する光学フィルタ１４の面積を除去でき、小型となる。また、この除去できた面積の分、検出感度を高くしたい波長帯に対応した光学フィルタ１４の面積を増やすことができる。
【００３７】
＜検出器のサチレーション＞
測定対象１から生じる蛍光および散乱光は、一般的に非常に微弱であることが多い。このため、解析に必要な信号をより強く得るためには、測定対象１に照射する出射光の強度を上げて蛍光および散乱光の強度を上げる、あるいは、検出器１６の感度を上げる必要がある。出射光の強度は、電磁波源１１、すなわち発光素子１２に印加する電圧を向上させることで上げることができる。また、検出器１６の感度は、検出器１６に印加される電圧を向上させることで上げることができる。
【００３８】
しかし、検出器１６の検出素子に単位時間あたりに多くの光子が入射すると、検出器１６が上記サチレーションを起こし、正しく検出動作ができない、あるいは検出素子を損傷するなどの問題が発生する。
【００３９】
電磁波源１１に印加する電圧を上げると、蛍光および散乱光のみならず、測定対象１で反射した出射光の検出強度も上がる。反射した出射光は、蛍光および散乱光と比較して一般に強度が強いため、反射した出射光の強度が上がると、反射光の波長に対応する分光センサに入射する光子の数が大幅に増え、検出器１６のサチレーションが発生しやすくなる。検出器１６へ印加する電圧を、サチレーションを起こさない範囲にすると、他の波長域を検出する検出部１３の感度を落とすことになり、微弱な蛍光および散乱光は検出できなくなる。また、検出器１６に印加される電圧を上げると、検出素子が鋭敏となり、許容できる単位時間あたりの光子数の上限は低くなるため、同様にサチレーションが発生しやすくなる。
【００４０】
＜本実施形態の効果＞
本実施形態の分光測定装置１０の検出部１３は、電磁波源１１からの出射光の波長域よりも長波長側の電磁波に対する検出感度が高い。このため、出射光を受けた測定対象１から生じた、出射光の波長より長い波長を持つ蛍光および散乱光に対する高い検出感度を有する。
【００４１】
また、検出部１３は、出射光の最短波長より長い波長から、出射光の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有する。すなわち、検出部１３は、電磁波源１１からの出射光の波長域の一部（上記最短波長の近傍）に対して、検出感度を有していない。このため、測定対象１で反射された出射光が、その波長を変えずに検出部１３に入射しても、検出部１３が反射された出射光の一部を検出しないため、検出器１６のサチレーションが発生しにくくなる。特に、検出部１３は反射された出射光のピーク波長（λ１）の電磁波を検出しない。すなわち、出射光の内、もっとも強度の強い波長の電磁波を検出しないため、検出器１６のサチレーションはより発生しにくくなる。
【００４２】
これにより、電磁波源１１、または検出器１６に印加する電圧を上げることができ、検出部１３の、蛍光および散乱光に対する検出感度をさらに高めることができる。このことから、分光測定装置１０は、電磁波源１１として、強度の強いガスレーザ等の高価で大型な光源を採用せず、強度の低い発光ダイオード等の低価で小型の光源を採用しても、蛍光および散乱光に対して良好な検出感度を有する。
【００４３】
加えて、本実施形態の検出部１３は、入射した戻り光の内、必要な波長のみを取り出す手段として、光学フィルタ１４を使用する。したがって、必要な波長のみを取り出そうとして、検出器１６の検出素子を直接遮光することが無いため、検出器１６の検出素子すべてを効率よく使用する事ができ、検出器１６を小型にしても良好な検出感度を得ることが可能となる。このことから、検出部１３を小型にできるため、分光測定装置１０全体の小型化に繋がる。
【００４４】
また、検出部１３は、電磁波源１１からの出射光の最長波長より短い波長に検出感度を有していることが好ましい。特に、出射光の波長域の内、強度の低い波長域、言い換えると、波長に対する強度分布における裾野に対応した波長域の電磁波に対して、検出感度を有する。これは、測定対象１で反射した出射光の一部を検出部１３が検出できることを意味する。このため、測定対象１に電磁波源１１による出射光の照射が行われ、正しく検出動作が行われている限り、測定対象１から蛍光および散乱光の発生が無い場合でも、常に検出部１３が出射光に基づく検出信号を生成していることになる。このため、蛍光および散乱光の波長域の電磁波が検出されない場合、測定対象１から蛍光および散乱光の発生が無いのか、それとも検出部１３の検出動作ができていないのかを、検出部１３の検出信号の有無から容易に判断することができる。
【００４５】
加えて、測定を複数回行う場合、測定対象１に照射した出射光の強度を基準として、得られた蛍光および散乱光のデータを規格化して解析を行う必要があるが、測定対象１で反射された出射光の一部を検出部１３が検出できることから、この電磁波の強度をデータの規格化に使用する事ができる。よって、蛍光および散乱光のデータの解析が容易となる。
【００４６】
〔変形例〕
本実施形態の変形例について、図４および図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４７】
＜検出部の変形例＞
本変形例に係る検出部１３’は、前実施形態の分光測定装置１０の検出部１３と置換して使用することができる。検出部１３’を検出部として使用した分光測定装置１０の動作方法は、検出部１３を使用した場合と変わらない。ここでは、前実施形態の分光測定装置１０の検出部１３を検出部１３’と置換して使用した場合について説明を行う。
【００４８】
図４は本変形例に係る分光測定装置の検出部１３’の上面図である。検出部１３’は、出射光のピーク波長であるλ１にも検出感度がある。図４には、例として、λ１および、検出部１３と同じλ２、λ３に対応する光学フィルタ１４と検出器１６とからなる分光センサ１３ｃ、１３ｄおよび１３ｅを示している。
【００４９】
前実施形態におけるλ２およびλ３にそれぞれ対応する分光センサ１３ａおよび１３ｂと比較すると、本変形例におけるλ２およびλ３にそれぞれ対応する分光センサ１３ｄおよび１３ｅの周期構造は、それぞれ分光センサ１３ａおよび１３ｂと等しい。しかしながら、分光センサ１３ｄの受光面積は分光センサ１３ａの受光面積よりも小さいため、分光センサ１３ｄは分光センサ１３ａよりも、対応する検出波長域に対する検出感度が低いことがわかる。さらに、検出部１３と比較して検出部１３’は、分光センサ１３ａおよび１３ｂの光学フィルタ１４の周期構造の周期よりも、さらに周期が短い光学フィルタ１４を形成された、λ１に対応する分光センサ１３ｃが追加されている。以上に挙げた相違点を除けば、分光センサ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅは、前実施形態の分光センサ１３ａおよび１３ｂと同様の構成および機能を有する。
【００５０】
本変形例は、検出部１３’が、図４に例示した分光センサ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅのみからなる構成として説明したが、他の波長域に対応した分光センサを備えていてもよい。例えば、λ１からλ２、λ２からλ３の間の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えることにより、図５のような検出感度となるようにしてもよい。また、λ３以上の波長に検出感度のピークをもつような分光センサを複数種備えてもよい。
【００５１】
＜ピーク波長に対する検出感度＞
図５は電磁波源１１から測定対象１に照射される出射光の強度と、検出部１３’の検出感度とを表すグラフである。グラフの実線は、出射光の波長と強度との関係を示しており、横軸は出射光の波長、縦軸はその強度を示す。グラフの破線は、検出部１３’に入射した戻り光の波長と検出感度の高さとの関係を示しており、横軸は入射光の波長、縦軸はそれぞれの波長における電磁波の検出感度を示す。
【００５２】
図５におけるλ１は出射光のピーク波長である。分光センサ１３ｃに形成された光学フィルタ１４は、透過する電磁波のピーク波長がλ１となるように設計されている。また、λ２およびλ３はそれぞれ、分光センサ１３ｄおよび１３ｅに形成された光学フィルタ１４を透過する電磁波のピーク波長を表している。λ２はλ１よりも長く、電磁波源１１の発光波長域に含まれる。また、λ３はλ２よりも長く、測定対象１からの蛍光および散乱光の波長域に含まれる。
【００５３】
検出部１３’は、λ１の波長の電磁波を検出できる分光センサ１３ｃを有している。ただし、分光センサ１３ｃの検出器１６は、分光センサ１３ａおよび１３ｂの検出器１６と比較して、検出素子の個数が少ないため、分光センサ１３ｃの検出感度も低い。このため、図５に示される検出部１３’の検出感度は、図３の検出部１３の検出感度と比較して、λ１の波長にわずかながら検出感度を有している。ただし、検出部１３’は、出射光の波長域の最短波長よりも長い波長に検出感度を有している。
【００５４】
図５に示される検出部１３’の検出感度が、図３の検出部１３の検出感度と異なっているのは、検出部１３’に含まれる各波長に対応する分光センサ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの検出素子の個数や、検出器１６の感度の波長依存性が異なるためである。
【００５５】
以上より、検出部１３’は、出射光の波長域の最短波長よりも長い波長から、出射光の波長域の最長波長よりも長い波長であるλ３を超える波長までの電磁波を検出することが可能である。ただし、検出部１３’は、出射光の波長域よりも長い波長に対して高い検出感度を有する。
【００５６】
本変形例の検出部１３’は、電磁波源１１からの出射光の波長域よりも長波長側の電磁波に対する検出感度が高い。このため、出射光を受けた測定対象１から生じた、出射光の波長より高い波長を持つ蛍光および散乱光に対する高い検出感度を有する。
【００５７】
また、検出部１３’は、電磁波源１１からの出射光の波長域に高い検出感度を有していないことに加え、一部の波長域に対して、検出感度を全く有していない。特に、検出部１３’は、電磁波源１１からの出射光のピーク波長に対して検出感度を有しているものの、その検出感度は非常に小さい。すなわち、検出部１３’は、電磁波源１１の発光波長域に対する検出感度よりも、電磁波源１１の発光波長域の最長波長よりも長波長に対する検出感度の方が高い。このため、測定対象１で波長を変えることなく反射した出射光が検出部１３’に入射しても、前実施形態と同様の理由で、検出器１６のサチレーションが発生しにくくなる。
【００５８】
さらに、上述の通り、検出部１３’は電磁波源１１からの出射光のピーク波長に対して検出感度を有しているため、出射光のピーク波長の反射光に対して強度の検出を行うことができる。このため、測定対象１の表面の状態と内部の状態を合わせて調べたい場合に、効率よく反射光および蛍光の両方を検出することが可能となる。
【００５９】
検出部１３’は、前実施形態と同様に、電磁波源１１からの出射光の波長域の内、強度の低い波長域、言い換えると、波長に対する強度分布における裾野に対応した波長域の電磁波に対して、検出感度を有する。このため、反射した出射光の検出結果を、検出動作の確認、および検出データの規格化に使用できる。
【００６０】
検出部１３および１３’の検出感度を、出射光の波長の最短波長よりどの程度長い波長以上にするかは、例えば次のように決めればよい。
【００６１】
出射光の波長の最短波長から、検出したい蛍光や散乱光の波長までの範囲における検出感度をｄλ、検出部１３で検出される戻り光強度をＩλとし、検出したい蛍光や散乱光の波長の検出感度をｄ、検出したい蛍光や散乱光の強度をＩとすると、ｄ×Ｉがｄλ×Ｉλと同等以上となるようにすれば、検出したい蛍光や散乱光を十分に検出することができる。
【００６２】
一方で、ｄλ×Ｉλを検出強度の規格化に使用するには、ある程度の信号強度が必要であり、これは例えば、ｄλ×Ｉλに対応する検出部１３の検出電流が、暗電流の数倍以上になっていればよい。
【００６３】
これらの条件は、検出感度、すなわち波長λに対応する光学フィルタ１４のホールアレイの個数（面積）にも依存するため、検出部１３のサイズも考慮する必要がある。
【００６４】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図６〜８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６５】
＜二つの発光素子を有する電磁波源＞
図６は本実施形態に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
【００６６】
本実施形態に係る分光測定装置２０が、前実施形態の分光測定装置１０と異なっている点は、電磁波源１１に替えて、二つの発光素子を有する電磁波源２１を備える点である。その他同様の構成およびその機能に関しては繰り返しの説明を省略する。
【００６７】
電磁波源２１は、分光測定装置２０の外部にある測定対象１に対し、出射光を照射するための光源である、発光素子２２ａ（第１発光素子）、および発光素子２２ｂ（第２発光素子）を有する。発光素子２２ａが発する出射光（第１出射光）の波長域（第１発光波長域）と、２２ｂが発する出射光（第２出射光）の波長域（第２発光波長域）とは互いに異なっている。ここで、波長域が異なるとは、互いに一致しないことを意味しており、出射光の波長域が一部重複していてもよい。電磁波源２１は、発光素子２２ａおよび２２ｂを個別に発光させることが可能であり、どちらか一方のみ、あるいは両方の発光素子から出射光を出射することが可能である。
【００６８】
次に、分光測定装置２０を使用した測定対象１の蛍光測定方法について説明する。まず励起工程として、電磁波源２１から、分光測定装置２０の外壁に設けられた図示しない窓を通して、発光素子２２ａ、または発光素子２２ｂのうち、少なくとも一方からの出射光を測定対象１に向かって出射する。測定対象１は、光照射に対して蛍光および散乱光などを発する物質である。励起工程を経て、測定対象１からは、蛍光、散乱光、反射した出射光などを含む戻り光が生じる。検出工程として、この戻り光の少なくとも一部を、分光測定装置２０の外壁に設けられた図示しない窓を通して、検出部１３で検出することにより、蛍光および散乱光を含む戻り光の測定ができる。
【００６９】
また、本実施形態では、発光素子２２ａとして青色発光ダイオードのように発光波長域が比較的狭い光源、発光素子２２ｂとして白色発光ダイオードのように発光波長域が広い光源を採用したものを例として挙げるが、二つの発光素子の発光波長域が異なっているならば、これに限られない。
【００７０】
＜二つの出射光の強度と検出部の感度＞
図７は電磁波源２１から測定対象１に出射される出射光の強度と、測定対象１からの戻り光の強度と、検出部１３の検出感度とを表すグラフである。図７の（ａ）は発光素子２２ａの出射光の強度およびその出射光に対する戻り光の強度と波長との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が戻り光を表している。図７の（ｂ）は発光素子２２ｂの出射光の強度およびその出射光に対する戻り光の強度と波長との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が戻り光を表している。図７の（ｃ）は本実施形態の検出部１３の検出感度と波長との関係を示すグラフである。
【００７１】
図７において、λ１は発光素子２２ａの出射光のピーク波長、λ２は発光素子２２ａおよび発光素子２２ｂの各出射光のピーク波長を励起光とした蛍光および散乱光の強度を足し合わせて発生するピーク波長、λ３は発光素子２２ｂの出射光のうち長波長側の波長の光を励起光とした蛍光および散乱光のピーク波長である。なお、発光素子２２ａの出射光に対する蛍光および散乱光は、λ３の波長に強度を有さない。
【００７２】
本実施形態の検出部１３は、λ２およびλ３付近に高い検出感度を有するように、光学フィルタ１４の周期構造が設計されている。また、検出部１３の検出感度は、発光素子２２ａの出射光の波長域の最短波長よりも長い波長から、発光素子２２ａの出射光の波長域の最長波長よりも長い波長までの検出感度域と、発光素子２２ｂの出射光の波長域の最短波長よりも長い波長から、発光素子２２ｂの出射光の波長域の最長波長よりも長い波長までの検出感度域との、二つの検出感度域を有している。
【００７３】
低波長側の検出感度域において、検出部１３は、λ２に高い検出感度を有しているが、発光素子２２ａの出射光の波長域の一部に検出感度を有していない。このため、前述と同様の理由で、検出器１６のサチレーションは発生しにくくなり、電磁波源２１および検出器１６に印加する電圧を上げられるため、λ２の波長に対応する蛍光および散乱光に対して良好な検出感度を有する。
【００７４】
長波長側の検出感度域において、検出部１３は、λ３に高い検出感度を有しているが、発光素子２２ｂの出射光の波長域の一部に検出感度を有していない。このため、前述と同様の理由で、検出器１６のサチレーションは発生しにくくなり、電磁波源２１および検出器１６に印加する電圧を上げられるため、λ３の波長に対応する蛍光および散乱光に対して良好な検出感度を有する。
【００７５】
特に発光素子２２ｂのように出射光の波長範囲が広い場合、測定対象１の多種の蛍光を励起できる一方で、出射光の波長範囲と測定対象１からの蛍光波長が重なってしまい、発光素子２２ｂに印加する電圧を上げると測定対象１からの蛍光を検出しにくくなるが、本実施形態のように検出部１３の検出感度を波長帯によって分光センサの個数（光学フィルタ１４の面積）を変えることにより、さらに、電磁波源２１が異なる波長域の発光素子２２を複数備えることにより、以降で記述するように所望の波長を高感度に検出することができる。また、互いに重複する発光波長域をもつ発光素子がある場合には、出射光の波長範囲と重なる蛍光波長を励起する波長の部分のみの発光波長域をもつ発光素子を用意すればよい。これにより、出射光の波長範囲と重なってしまう蛍光波長を高感度に検出することができる。
【００７６】
以上より、本実施形態の分光測定装置２０は、互いに波長域が異なる複数の蛍光および散乱光に対しても、良好な検出感度で分光測定が可能である。
【００７７】
＜複数の蛍光の測定方法＞
以下、互いに波長域が異なる複数の蛍光および散乱光に対する分光測定の方法について、図８に基づいて詳しく説明する。
【００７８】
図８は、本実施形態における電磁波源２１の発光素子２２ａおよび２２ｂの駆動電流、および分光センサの検出信号それぞれの時間変化を示したグラフである。
【００７９】
図８の（ａ）〜（ｅ）は、電磁波源２１において、発光素子２２ａのみ、または発光素子２２ｂのみを交互に発光させたときに発光素子２２ａおよび２２ｂに流れる駆動電流、および検出部１３の分光センサが出力する検出信号の時間変化の様子を表している。図８の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、発光素子２２ａ、発光素子２２ｂの駆動電流、図８の（ｃ）〜（ｅ）はそれぞれ、検出部１３の分光センサにおけるλ１〜λ３の検出信号それぞれの時間変化を表すグラフである。
【００８０】
発光素子２２ａのみを発光させた場合、λ２に対応する蛍光および散乱光が発生するため、図８の（ｄ）に示すように、λ２の検出信号が検出されている。この時、図８の（ｅ）に示すように、λ３の検出信号は発生していない。対して、発光素子２２ｂのみを発光させた場合、λ２およびλ３に対応する蛍光および散乱光が発生するため、図８の（ｄ）（ｅ）に示すように、λ２およびλ３の検出信号が検出されている。
【００８１】
このとき、発光素子２２ａと発光素子２２ｂとでは、発光強度が異なり、発光素子２２ｂの出射光の強度の方が低いが、発光素子２２ｂを発光させるとλ２の反射光も検出される。このため、発光素子２２ｂのみを発光させた場合のλ２の検出信号は、発光素子２２ａのみを発光させた場合のλ２の検出信号よりも高くなる。このように、発光素子２２ａと２２ｂとを交互に発光させることで、λ２およびλ３の検出信号を、時間的に変化させて取得することが可能となる。
【００８２】
このように、発光素子２２ａのみ、または発光素子２２ｂのみを交互に発光させた場合、それぞれの発光素子の発光時間を極力短くすることができ、消費電力の低減に繋がり、発光素子の劣化を低減することに繋がる。例えば、発光素子２２ａに青色発光ダイオード、発光素子２２ｂに青色光で励起される蛍光体を樹脂に封入した白色発光ダイオードを採用した場合、青色発光ダイオードの出射光による蛍光のみを測定する場合、青色発光ダイオードのみを発光させればよいため、白色発光ダイオードの樹脂の劣化が低減され、白色発光ダイオードの寿命を長くできる。
【００８３】
次に、図８の（ｆ）〜（ｊ）は、電磁波源２１において、発光素子２２ｂを発光させたまま、発光素子２２ａを点滅させたときに発光素子２２ａおよび２２ｂに流れる駆動電流、および検出信号の時間変化の様子を表している。図８の（ｆ）、（ｇ）はそれぞれ、発光素子２２ａ、発光素子２２ｂの駆動電流、図８の（ｈ）〜（ｊ）はそれぞれ、検出部１３の分光センサにおけるλ１〜λ３の検出信号、それぞれの時間変化を表すグラフである。
【００８４】
発光素子２２ｂは常に発光しているため、λ３に対応する蛍光および散乱光も常に発生する。そのため、図８の（ｊ）に示すように、λ３の検出信号は時間によらず一定に検出されている。これに加えてさらに発光素子２２ａを発光させた場合、λ２に対応する蛍光および散乱光が発生するため、図８の（ｉ）に示すように、λ２の検出信号が強く検出される。このとき、二つの発光素子を同時に発光させているため、λ２の検出信号は、発光素子２２ａのみを発光させた場合よりも強くなる。このように、λ３の検出信号を確認し続けながら、λ２の検出信号を取得することができる。
【００８５】
このように、発光素子２２ｂを発光させたまま、発光素子２２ａを点滅させた場合、両方の発光素子が発光しているときには、出射光の強度を高めることができるため、検出信号が強くなり、Ｓ／Ｎ比が改善される。
【００８６】
なお、本実施形態においては、発光素子２２ｂを常に発光させる測定方法に限られず、発光素子２２ａおよび２２ｂが、少なくとも一時期で同時に発光する限り、発光素子２２ｂの発光は、断続的に行われてもよい。
【００８７】
以上のように、本実施形態の検出部１３は、異なる複数の波長域の蛍光および散乱光に対して良好な検出を行うことができる。このため、分光測定装置２０は、例えば、反射光を含む蛍光以外の成分から測定対象の表面の状態、蛍光の成分から測定対象の内部の状態を、一度に解析することができる。
【００８８】
これは例えば、発光素子２２ａが測定対象１に照射されたときと、発光素子２２ｂが測定対象１に照射されたときのλ２の戻り光を比較すればよい。発光素子２２ａが測定対象１に照射されたときは、蛍光のみの成分が検出され、発光素子２２ｂが測定対象１に照射されたときは、蛍光と反射光の成分が検出されるため、これらを比較することにより、蛍光と反射光の成分を分離して解析することができる。このように、発光素子２２ａと発光素子２２ｂの発光する波長範囲に重複する部分と重複しない部分があることで、測定対象１に対する多様な解析が可能となる。
【００８９】
なお、本実施形態においては、発光素子２２ａに青色発光ダイオード、発光素子２２ｂに青色光で励起される蛍光体を樹脂に封入した白色発光ダイオードを採用する場合、白色発光ダイオードの蛍光を励起するスペクトルと同じ成分を有する青色発光ダイオードを発光素子２２ａに使用することが好ましい。上記構成により、二つの発光素子を交互または同時に発光させるかによらず、測定対象の励起源である青色光のスペクトルが変化しないため、蛍光の検出結果を解析しやすくなる。
【００９０】
また、本実施形態の発光素子２２ａとして、例えば、半導体レーザを採用してもよい。この場合、発光ダイオードよりも強度を強くできるため、測定対象の蛍光および散乱光を強くすることが可能となる。
【００９１】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図９〜１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００９２】
＜三つ以上の発光素子を有する電磁波源＞
図９は本実施形態に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
【００９３】
本実施形態に係る分光測定装置３０が、前実施形態の分光測定装置１０および２０と異なっている点は、電磁波源１１および２１に替えて、三つの発光素子を有する電磁波源３１を備える点である。その他同様の構成およびその機能に関しては繰り返しの説明を省略する。
【００９４】
電磁波源３１は、分光測定装置３０の外部にある測定対象１に対し、出射光を出射するための光源である、発光素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃを有する。発光素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃが発する出射光の波長域は互いに異なっている。加えて、これらの発光素子のうち少なくとも二つの発光素子の各発光波長域は、互いに重複しない波長域を有している。電磁波源３１は、これらの発光素子を個別に発光させることが可能であり、少なくとも一つ以上の発光素子から出射光を出射することが可能である。
【００９５】
電磁波源３１は、分光測定装置３０の外壁に設けられた図示しない窓から、出射光を測定対象１に向かって出射する。なお、上記窓は発光素子ごとに複数設けられていてもよく、共通の窓として一つのみ設けられていてもよい。
【００９６】
本実施形態では、電磁波源３１が発光素子を三つ有する構成を挙げているがこれに限られず、四つ以上の発光素子を有していてもよい。また、分光測定装置３０を使用した分光測定方法は、分光測定装置２０を使用した場合と変わらない。
【００９７】
＜三つの出射光の強度と検出部の感度＞
図１０は電磁波源３１から測定対象１に出射される出射光の強度と、検出部１３の検出感度とを表すグラフである。図１０の（ａ）は、発光素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃに、発光素子１２のような発光波長域が比較的狭い光源を使用した場合の出射光の強度と検出部１３の検出感度との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が検出部１３の検出感度を表している。図１０の（ｂ）は上記の発光素子３２ａを、発光素子２２ｂのような発光波長域が比較的広い光源を使用した場合の出射光の強度と検出部１３の検出感度との関係を示すグラフであり、実線が出射光、破線が検出部１３の検出感度を表している。
【００９８】
図１０の（ａ）および（ｂ）に見られるように、本実施形態においては、検出部１３が、互いに異なり重複しない検出範囲１〜３の位置に、検出感度を有するように設計されている。
【００９９】
図１０の（ａ）では、発光素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃに発光素子１２のような発光波長域が比較的狭い光源を使用した場合の例が示されている。図１０の（ａ）に示されるように、発光素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃは、互いに重複しない異なる発光波長域を有する。
【０１００】
このとき、検出範囲１は、発光素子３２ａの発光波長域の一部、すなわち発光素子３２ａの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から、発光素子３２ｂの出射光の最短波長より短い波長にある。このため、検出範囲１では、測定対象１からの戻り光のうち、反射した発光素子３２ａの出射光の一部と、出射光に対する測定対象１からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。加えて、反射した発光素子３２ｂの出射光については検出しない。
【０１０１】
同様に、検出範囲２は、発光素子３２ｂの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から、発光素子３２ｃの出射光の最短波長より短い波長にある。このため、検出範囲２では、測定対象１からの戻り光のうち、反射した発光素子３２ｂの出射光の一部と、出射光に対する測定対象１からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。加えて、反射した発光素子３２ｃの出射光については検出しない。
【０１０２】
検出範囲３は、発光素子３２ｃの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から長波長側にある。このため、検出範囲３では、測定対象１からの戻り光のうち、反射した発光素子３２ｃの出射光の一部と、出射光に対する測定対象１からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。
【０１０３】
したがって、本実施形態の検出部１３は、それぞれの検出範囲において、一つの発光素子からの出射光に対する戻り光のみを検出する。すなわち、それぞれの検出範囲と発光素子とを一対一で対応付けることができる。さらに、検出範囲に発光素子３２のピーク波長を含まないため、上述の理由と同様に、サチレーションがさらに発生しにくい検出部１３を実現できる。これにより、分光測定装置３０は複数の波長域における蛍光および散乱光を、一度に良好な検出感度で測定できる。
【０１０４】
図１０の（ｂ）では、発光素子３２ｂおよび３２ｃに発光素子１２のような発光波長域が比較的狭い光源を使用し、発光素子３２ａに発光素子２２ｂのような発光波長域が比較的広い光源を使用した場合の例が示されている。図１０の（ｂ）に示されるように、発光素子３２ａおよび３２ｂと、発光素子３２ｃとは、互いに重複しない異なる発光波長域を有するが、発光素子３２ａと発光素子３２ｂとは、発光波長域が一部重複している。
【０１０５】
このとき、検出範囲１は、発光素子３２ｂの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から長波長側までの波長域にある。このため、検出範囲１では、測定対象１からの戻り光のうち、反射した発光素子３２ｂの出射光の一部と、出射光に対する測定対象１からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。
【０１０６】
同様に、検出範囲２は、発光素子３２ａの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から、発光素子３２ｃの出射光の最短波長より短い波長までの波長域にある。このため、検出範囲２では、測定対象１からの戻り光のうち、反射した発光素子３２ａの出射光の一部と、出射光に対する測定対象１からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。加えて、反射した発光素子３２ｃの出射光については検出しない。
【０１０７】
検出範囲３は、発光素子３２ｃの出射光の最短波長と最長波長との間の波長から長波長側までの波長域にある。このため、検出範囲３では、測定対象１からの戻り光のうち、反射した発光素子３２ｃの出射光の一部と、出射光に対する測定対象１からの蛍光および散乱光の少なくとも一部とが検出される。
【０１０８】
したがって、本実施形態の検出部１３は、検出範囲２および３において、一つの発光素子からの出射光に対する戻り光のみを検出する。すなわち、それぞれの検出範囲と発光素子とを一対一で対応付けることができる。さらに、検出部１３は、それぞれの検出範囲において、複数の出射光の内、長波長側の出射光を検出しない。検出範囲１についても、反射した発光素子３２ｂの出射光については、その一部しか検出しない。このため、上述の理由と同様に、サチレーションがさらに発生しにくい検出部１３を実現できる。これにより、分光測定装置３０は複数の波長域における蛍光および散乱光を、一度に良好な検出感度で測定できる。
【０１０９】
このとき、発光素子３２ｂと、発光素子３２ａまたは３２ｃのうち少なくとも一方とを交互に発光させて測定を行ってもよい。この場合、それぞれの発光素子の発光時間を極力短くすることができ、消費電力の低減に繋がり、発光素子の劣化を低減することに繋がる。また、発光素子３２ａまたは３２ｃのうち少なくとも一方を発光させたまま、発光素子３２ｂを点滅させて測定を行ってもよい。この場合、出射光の強度を高めることができるため、検出信号が強くなり、Ｓ／Ｎ比が改善される。
【０１１０】
以上、いくつかの実施形態を例示して説明したが、これらの実施形態で説明した構成を組み合わせてもよい。また、出射光の波長範囲と検出範囲も、いくつかの実施形態で説明したものを組み合わせてもよい。
【０１１１】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る分光測定装置は、電磁波源と、検出部とを備え、上記電磁波源は、測定対象に第１電磁波を照射し、上記検出部は、光学フィルタと検出器とからなる分光センサを少なくとも一つ以上備え、上記第１電磁波を照射された上記測定対象から戻る第２電磁波を検出し、上記第１電磁波の最短波長より長い波長から、上記第１電磁波の最長波長より長い波長までの波長範囲に対する検出感度を有する。
【０１１２】
上記の構成によれば、検出部の分光センサが光学フィルタを備えることにより、検出素子を直接遮光することなく必要な波長付近のみの電磁波を検出する分光センサを備えた検出部を実現できる。これにより、検出部の小型化に繋がる。
【０１１３】
また、検出部が検出できる第２電磁波の波長は、第１電磁波の最短波長より長い。したがって、検出部の検出感度は、検出対象から波長を変化させることなく反射された第１電磁波の一部を検出しないように設定されている。この結果、検出部に検出対象等によって反射された第１電磁波が入射しても、検出部に設けられた分光センサの検出器のサチレーションが発生しにくいため、電磁波源および検出部に印加する電圧を上げやすくなる。このため、強度が弱い電磁波源を採用しても検出感度を得られやすくなるため、電磁波源の低価格化と小型化に繋がる。
【０１１４】
なお、「第１電磁波の最長波長より長い波長まで」とは、ピーク波長が第１電磁波の最長波長より長い第２電磁波を検出部が検出できることを意味している。また、測定対象から戻る第２電磁波には、第１電磁波によって励起された測定対象が発する蛍光のような電磁波、または測定対象で散乱された散乱光が含まれている。そのような蛍光または散乱光のピーク波長は、第１電磁波のピーク波長より長い。
【０１１５】
本発明の態様２に係る分光測定装置では、上記態様１において、上記検出部は、上記第１電磁波の最長波長より短い波長に検出感度を有してもよい。
【０１１６】
一般に、第２電磁波の強度は、測定対象に照射された第１電磁波の強度に依存する。このため、第２電磁波を複数回測定した場合、複数の測定結果を比較するためには、第１電磁波の強度を基準に、第２電磁波の強度を規格化する必要がある。上記の構成によれば、検出部は第１電磁波の波長域の電磁波を、少なくとも一部は検出できるため、第１電磁波の波長域の検出結果を使用して、測定結果の規格化を行うことができ、測定結果の解析が容易となる。
【０１１７】
さらに、上記の構成によれば、第２電磁波が検出されないときに、第２電磁波が測定対象から発生していないのか、それとも、そもそも検出部の検出動作ができていないのかを、第１電磁波の波長域における電磁波の検出の有無から容易に判断することが可能となる。
【０１１８】
本発明の態様３に係る分光測定装置では、上記態様１または２において、上記検出部は、上記電磁波源の発光波長域に対する検出感度よりも、上記電磁波源の発光波長域の最長波長よりも長波長に対する検出感度の方が高くてもよい。
【０１１９】
上記の構成において、第２電磁波には、測定対象で反射された第１電磁波が含まれている場合がある。その反射された第１電磁波が検出部に入射した場合、特に、ピーク波長の第１電磁波が検出部に入射した場合、検出部に設けられた分光センサの検出器がサチレーションを起こしやすくなる。
【０１２０】
上記の構成によれば、第１電磁波に対する感度を下げることができるため、たとえピーク波長の第１電磁波が検出部に入射したとしても、ピーク波長の第１電磁波の影響を低減できる。このため、電磁波源および検出器の印加電圧を上げやすくなり、第２電磁波の検出感度の向上に繋がる。
【０１２１】
本発明の態様４に係る分光測定装置は、上記態様１から３において、上記光学フィルタは、上記第２電磁波のうち、少なくとも一部の波長の電磁波を透過させる周期構造を有してもよい。
【０１２２】
上記の構成によれば、検出部は、第２電磁波のうち、光学フィルタを透過する電磁波を検出することができる。すなわち、光学フィルタは、第２電磁波の光路を分散させる必要が無く、同一光路に沿って光学フィルタに入射する第２電磁波を、検出すべき電磁波と、排除したい電磁波とに選別することができる。したがって、本発明に係る光学フィルタは、第２電磁波の光路を分散させる必要がある光学フィルタと比べて小型化できるので、検出部の小型化を図ることができる。
【０１２３】
本発明の態様５に係る分光測定装置は、上記態様１から４において、上記電磁波源は、互いに異なる発光波長域を有する複数の発光素子からなり、上記分光センサは、互いに異なる波長域の電磁波を透過する複数の光学フィルタと、検出器とからなっていてもよい。
【０１２４】
上記の構成によれば、複数の波長の出射光（第１電磁波に相当）に対する戻り光（第２電磁波に相当）の検出が可能となるため、それぞれの出射光に対する測定対象の応答を詳しく測定することができる。これにより、例えば、一方の発光素子からの出射光に対応する反射光の特性を測定し、他方の発光素子からの出射光によって、測定対象が励起されて発した蛍光の特性を測定する、などの多様な測定が可能な分光測定装置を実現できる。
【０１２５】
本発明の態様６に係る分光測定装置は、上記態様５において、上記複数の発光素子のうち少なくとも二つの発光素子の各発光波長域は、互いに重複しない波長域を有しており、上記検出部は、互いに重複しない上記波長域を含み、かつ、上記少なくとも二つの発光素子の各発光波長域のうち、長波長側の発光波長域と重複しない検出感度を有していてもよい。
【０１２６】
上記の構成によれば、複数の発光素子の各発光波長域を、検出部の、互いに重複しない各検出波長域それぞれに、一対一で対応させることができる。さらに、検出部は各検出波長域において、複数の発光素子の各発光波長域の内、長波長側の波長域の電磁波を検出しないため、サチレーションがさらに発生しにくい分光測定装置を実現できる。
【０１２７】
本発明の態様７に係る分光測定装置は、上記態様５において、上記複数の発光素子のうち少なくとも二つの発光素子は、互いに重複する発光波長域を有しており、上記検出部は、上記重複する発光波長域のうち短波長側の発光波長域の最短波長と最長波長との間の波長より長い波長域に対する検出感度を有していてもよい。
【０１２８】
上記の構成によれば、互いに重複する発光波長域をもつ発光素子が複数あることにより、複数の発光素子分、蛍光や散乱光の励起光強度を強くすることができる。また、特に１つの発光素子の出射光の波長範囲が広い場合、測定対象の多種の蛍光を励起できる一方で、出射光の波長範囲と測定対象からの蛍光波長とが重なってしまい、該発光素子に印加する電圧を上げると測定対象からの蛍光を検出しにくくなる。しかし、本態様のように互いに重複する発光波長域をもつ発光素子がある場合には、出射光の波長範囲と重なってしまう蛍光波長を励起する波長の部分のみの発光波長域をもつ発光素子を用意することで、出射光の波長範囲と重なってしまう蛍光波長を高感度に検出することができる。
【０１２９】
本発明の態様８に係る蛍光測定方法は、上記態様１から７における分光測定装置を用いた、蛍光測定方法であって、上記電磁波源から上記第１電磁波を測定対象に照射する励起工程と、上記励起工程を経て発生した、上記測定対象からの戻り光を、上記検出部で検出する検出工程とを含む。
【０１３０】
上記の方法によれば、小型かつ安価な装置を用いて測定対象が励起されて発した光と、測定対象で反射された光とを含む戻り光の測定が可能となる。この戻り光のうち、励起されて発した光は、測定対象の内部の状態を調べるのに役立ち、反射された光は、測定対象の表面の状態を調べるのに役立つ。
【０１３１】
本発明の態様９に係る蛍光測定方法は、上記態様５から７における分光測定装置を用いた、蛍光測定方法であって、上記複数の発光素子のうち、上記発光波長域としての第１発光波長域を有する第１発光素子、および上記第１発光波長域とは異なる第２発光波長域を有する第２発光素子の少なくとも一方からの出射光を測定対象に照射する励起工程と、上記励起工程を経て発生した、上記測定対象からの戻り光を、上記検出部で検出する検出工程とを含む。
【０１３２】
上記の構成によれば、小型かつ安価な装置を用いて、複数の出射光に対する測定対象からの戻り光の測定が可能となる。
【０１３３】
本発明の態様１０に係る蛍光測定方法は、上記態様９において、上記励起工程で、上記第１発光素子からの第１出射光の照射と、上記第２発光素子からの第２出射光の照射とが、交互に行われてもよい。
【０１３４】
上記の構成によれば、第１出射光の照射と第２出射光の照射が同時に行われることが無いため、各発光素子に電圧が印加される時間が短縮される。このため各発光素子の消費電力を低く抑えることができる。また、各発光素子の発光時間が短縮されるため、各発光素子の劣化を防ぎ、寿命を延ばすことができる。
【０１３５】
本発明の態様１１に係る蛍光測定方法は、上記態様９または１０において、上記励起工程で、上記第１発光素子からの第１出射光の照射と、上記第２発光素子からの第２出射光の照射とが、少なくとも一時期で同時に行われてもよい。
【０１３６】
上記の構成によれば、複数の出射光を同時に測定対象に照射することによって、出射光強度が高くなり、検出信号は大きくなるため、Ｓ／Ｎ比が改善され検出感度が向上する。
【０１３７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１                                            測定対象
１０・２０・３０                              分光測定装置
１１・２１・３１                              電磁波源
１２・２２ａ・２２ｂ・３２ａ・３２ｂ・３２ｃ  発光素子
１３                                          検出部
１４                                          光学フィルタ
１５                                          ホール
１６                                          検出器
１７                                          算出部
【図１】
2017223515.tif 000003
【図２】
2017223515.tif 000004
【図３】
2017223515.tif 000005
【図４】
2017223515.tif 000006
【図５】
2017223515.tif 000007
【図６】
2017223515.tif 000008
【図７】
2017223515.tif 000009
【図８】
2017223515.tif 000010
【図９】
2017223515.tif 000011
【図１０】
2017223515.tif 000012