(57)【要約】【課題】高価な光学フィルタを使用することなく、被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定することができる蛍光測定装置を提供すること。【解決手段】分光装置は、励起光出射部、偏光分離部、およびスペクトル分光部を有する。励起光出射部は、直線偏光の励起光を出射する。偏光分離部は、励起光が被測定物に照射されたときの被測定物からの光に含まれる、励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を分離する。スペクトル分光部は、偏光分離部で分離された直線偏光の光の分光スペクトルを測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に励起光を照射したときに前記被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定するための蛍光測定装置であって、
直線偏光の励起光を出射するための励起光出射部と、
前記励起光が前記被測定物に照射されたときの前記被測定物からの光に含まれる、前記励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を分離するための偏光分離部と、
前記偏光分離部で分離された直線偏光の光の分光スペクトルを測定するためのスペクトル分光部と、
を有する、蛍光測定装置。
【請求項２】
前記励起光出射部は、励起光を出射するための光源と、前記光源から出射された励起光を直線偏光の光にするための偏光子とを有する、請求項１に記載の蛍光測定装置。
【請求項３】
前記偏光分離部は、前記偏光子を透過した励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を透過させる第２偏光子である、請求項２に記載の蛍光測定装置。
【請求項４】
前記励起光出射部および前記偏光分離部の間の光路上に配置されているλ／４板をさらに有し、
前記偏光子は、前記偏光分離部としても機能し、
前記λ／４板は、
前記励起光出射部から出射された前記励起光を円偏光の励起光に変換するとともに、
前記円偏光の励起光が前記被測定物に照射されたときの前記被測定物からの円偏光の光を、前記偏光子が透過させる光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光に変換しつつ、前記偏光子に向けて透過させる、
請求項２に記載の蛍光測定装置。
【請求項５】
導光用の光ファイバをさらに有し、
前記光源から出射された励起光は、前記光ファイバを介して前記偏光子に導光される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の蛍光測定装置。
【請求項６】
前記励起光出射部は、励起光を出射するための光源と、前記光源から出射された励起光を直線偏光の光にするための偏光ビームスプリッタとを有し、
前記偏光ビームスプリッタは、前記偏光分離部としても機能する、
請求項１に記載の蛍光測定装置。
【請求項７】
前記スペクトル分光部は、
前記偏光分離部で分離された直線偏光の光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光に分割するための偏光分割複屈折素子と、
前記第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、前記第２偏光に含まれている、前記所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる第３偏光子と、
前記第１偏光成分および前記第２偏光成分を重ね合わせて、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分の干渉縞を形成するためのフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズにより形成された前記干渉縞の強度分布に基づいて前記偏光分離部で分離された直線偏光の光のインターフェログラムを取得する検出部と、
を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蛍光測定装置。
【請求項８】
前記偏光分割複屈折素子は、サバール板である、請求項７に記載の蛍光測定装置。
【請求項９】
前記インターフェログラムを処理するための処理部をさらに有し、
前記処理部は、前記インターフェログラムをフーリエ変換して、前記偏光分離部で分離された直線偏光の光の分光スペクトルを算出する、請求項７または請求項８に記載の蛍光測定装置。
【請求項１０】
導光用の第２光ファイバをさらに有し、
前記偏光分離部で分離された直線偏光の光は、その偏光方向を維持された状態で、前記第２光ファイバを介して前記スペクトル分光部に導光される、
請求項７〜９のいずれか一項に記載の蛍光測定装置。
【請求項１１】
導光用の第２光ファイバをさらに有し、
前記偏光分離部で分離された直線偏光の光は、前記第２光ファイバを介して前記スペクトル分光部に導光され、
前記スペクトル分光部は、前記第２光ファイバから出射される光の光路上に配置された、前記所定の偏光方向に対して、同一方向の偏光成分または直交方向の偏光成分を透過させるための第４偏光子をさらに有する、
請求項７〜９のいずれか一項に記載の蛍光測定装置。
【請求項１２】
互いに異なる位置に配置されている複数の前記偏光分離部と、
前記複数の偏光分離部で分離された直線偏光の光を前記スペクトル分光部にそれぞれ導光するための複数の前記第２光ファイバと、
を有し、
前記スペクトル分光部は、
前記複数の偏光分離部で分離された複数の直線偏光の光の光束をそれぞれ規定するための複数の入射開口と、
前記入射開口で光束を規定された複数の直線偏光の光をそれぞれ平行光にするためのコリメータレンズと、
をさらに有し、
前記偏光分割複屈折素子は、前記コリメータレンズで平行光にされた複数の直線偏光の光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割する、
請求項１０または請求項１１に記載の蛍光測定装置。
【請求項１３】
前記励起光を前記スペクトル分光部に導光するための第３光ファイバをさらに有し、
前記スペクトル分光部は、前記励起光の分光スペクトルをさらに測定し、
前記処理部は、前記被測定物からの光の分光スペクトルを、前記光源から出射された励起光の分光スペクトルに基づいて補正する、
請求項１２に記載の蛍光測定装置。
【請求項１４】
前記検出部は、
前記干渉縞を撮像するための撮像素子と、
前記撮像素子上に配列されている、赤色光を透過させる第１カラーフィルタ、青色光を透過させる第２カラーフィルタ、および緑色光を透過させる第３カラーフィルタと、
を有する、
請求項７〜１３のいずれか一項に記載の蛍光測定装置。
【請求項１５】
前記インターフェログラムを処理するための処理部をさらに有し、
前記処理部は、
前記第１カラーフィルタ、前記第２カラーフィルタおよび前記第３カラーフィルタのうち、前記被測定物から放出され、前記偏光分離部で分離された直線偏光の光に含まれる蛍光を透過させつつ、前記偏光分離部で分離された直線偏光に含まれる前記励起光を減衰させるカラーフィルタが受光面上に配置されている前記画素からの出力に基づいて、前記インターフェログラムを取得し、
前記インターフェログラムをフーリエ変換して、前記被測定物から放出された蛍光の分光スペクトルを算出する、
請求項１４に記載の蛍光測定装置。
【請求項１６】
前記励起光出射部は、特定波長の励起光を照射するためのＬＥＤを有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の蛍光測定装置。
【請求項１７】
前記励起光出射部は、励起光を照射するためのＬＥＤを有し、
前記ＬＥＤの発光色は、白色である、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の蛍光測定装置。
【請求項１８】
被測定物に励起光を照射したときに前記被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定するための蛍光測定装置であって、
励起光を出射するための励起光出射部と、
前記励起光が前記被測定物に照射されたときの前記被測定物からの光に含まれる、前記被測定物から放出された蛍光の分光スペクトルを測定するためのスペクトル分光部と、
を有し、
前記スペクトル分光部は、
前記被測定物からの光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光に分割するための偏光分割複屈折素子と、
前記第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、前記第２偏光に含まれている、前記所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる偏光子と、
前記第１偏光成分および前記第２偏光成分を重ね合わせて、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分の干渉縞を形成するためのフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズにより形成された前記干渉縞の強度分布に基づいて前記被測定物から放出される蛍光のインターフェログラムを取得する検出部と、
を有し、
前記検出部は、
前記干渉縞を撮像するための撮像素子と、
前記撮像素子上に配列されている、赤色光を透過させる第１カラーフィルタ、青色光を透過させる第２カラーフィルタ、および緑色光を透過させる第３カラーフィルタと、
を有する、
蛍光測定装置。
【請求項１９】
前記偏光分割複屈折素子は、サバール板である、請求項１８に記載の蛍光測定装置。
【請求項２０】
前記インターフェログラムを処理するための処理部をさらに有し、
前記処理部は、
前記第１カラーフィルタ、前記第２カラーフィルタおよび前記第３カラーフィルタのうち、前記被測定物から放出された蛍光を透過させつつ、前記励起光を減衰させるカラーフィルタが受光面上に配置されている前記画素からの出力に基づいて、前記インターフェログラムを取得し、
前記インターフェログラムをフーリエ変換して、前記被測定物から放出された蛍光の分光スペクトルを算出する、
請求項１８または請求項１９に記載の蛍光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物に励起光を照射したときに前記被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定するための蛍光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生化学分野では、被測定物に励起光を照射したときに当該被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定して診断を行うための蛍光測定装置が知られている。一般的に、励起光の強度と比較して、蛍光の強度は、非常に小さいため、光学フィルタにより励起光を除去することで、蛍光を高精度に測定している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１は、特許文献１に記載の蛍光測定装置の構成を示す模式図である。特許文献１に記載の蛍光測定装置は、光照射部１０と、第１レンズ２１、第１光学フィルタ２２および第２レンズ２３を有する照射導光部２０と、第３レンズ３１、第２光学フィルタ３２および第４レンズ３３を有する受光導光部３０と、光検出部４０と、演算部５０とを有する。
【０００４】
特許文献１に記載の蛍光測定装置では、光照射部１０から出射した励起光は、照射導光部２０を通過する。このとき、励起光に含まれる不要な波長の光は、照射導光部２０における第１光学フィルタ２２により除去される。次いで、励起光が眼球６０の強膜６５に到達すると、強膜６５からは励起光の散乱光および蛍光が放出される。次いで、眼球６０の強膜６５からの光は、受光導光部３０を通過する。このとき、眼球６０の強膜６５から放出された光に含まれる励起光の反射光は、第２光学フィルタ３２により除去される。これにより、眼球６０の強膜６５から放出された蛍光のみが光検出部４０に到達する。光検出部４０による蛍光の受光信号は、演算部５０に出力され、演算部５０で蛍光強度が測定される。このようにして、特許文献１に記載の蛍光測定装置では、眼球６０（被測定物）から放出された蛍光の強度を測定することができる。
【０００５】
特許文献１に記載の蛍光測定装置では、励起光の波長と蛍光の波長との違いを利用して、励起光と蛍光とを分離している。より具体的には、特許文献１に記載の蛍光測定装置では、蛍光の波長と重なる波長領域の励起光を第１光学フィルタ２２でカットし、被測定物からの光に含まれる励起光を第２光学フィルタ３２でカットしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１８１７４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のとおり、特許文献１に記載の蛍光測定装置では、複数の光学フィルタが必要となってしまう。また、光学フィルタは高価であるため、複数の光学フィルタが必要となってしまうと蛍光測定装置のコストが増加してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高価な光学フィルタを使用することなく、被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定することができる蛍光測定装置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】
【０００９】
本発明に係る蛍光測定装置は、被測定物に励起光を照射したときに前記被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定するための蛍光測定装置であって、直線偏光の励起光を出射するための励起光出射部と、前記励起光が前記被測定物に照射されたときの前記被測定物からの光に含まれる、前記励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を分離するための偏光分離部と、前記偏光分離部で分離された直線偏光の光の分光スペクトルを測定するためのスペクトル分光部と、を有する。
【００１０】
また、本発明に係る蛍光測定装置は、被測定物に励起光を照射したときに前記被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定するための蛍光測定装置であって、励起光を出射するための励起光出射部と、前記励起光が前記被測定物に照射されたときの前記被測定物からの光に含まれる、前記被測定物から放出された蛍光の分光スペクトルを測定するためのスペクトル分光部と、を有し、前記スペクトル分光部は、前記被測定物からの光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光に分割するための偏光分割複屈折素子と、前記第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、前記第２偏光に含まれている、前記所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる偏光子と、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分を重ね合わせて、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分の干渉縞を形成するためのフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズにより形成された前記干渉縞の強度分布に基づいて前記被測定物から放出される蛍光のインターフェログラムを取得する検出部と、を有し、前記検出部は、前記干渉縞を撮像するための撮像素子と、前記撮像素子上に配列されている、赤色光を透過させる第１カラーフィルタ、青色光を透過させる第２カラーフィルタ、および緑色光を透過させる第３カラーフィルタと、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高価な光学フィルムを使用することなく、被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、特許文献１に記載の蛍光測定装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る蛍光測定装置の構成を示す模式図である。
【図３】図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る蛍光測定装置におけるスペクトル分光部の構成を示す模式図であり、図３Ｂは、本発明の実施の形態１に係る蛍光測定装置で形成される干渉縞と、当該干渉縞に基づいて取得されるインターフェログラムとを示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る蛍光測定装置の構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２の変形例に係る蛍光測定装置の構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る蛍光測定装置の構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４に係る蛍光測定装置の構成を示す模式図である。
【図８】図８Ａは、本発明の実施の形態４に係る蛍光測定装置におけるスペクトル分光部の構成を示す模式図であり、図８Ｂは、本発明の実施の形態４に係る蛍光測定装置で形成される干渉縞と、当該干渉縞に基づいて取得されるインターフェログラムとを示す模式図である。
【図９】図９Ａは、本発明の実施の形態４の変形例１に係る蛍光測定装置におけるスペクトル分光部の構成を示す模式図であり、図９Ｂは、本発明の実施の形態４の変形例１に係る蛍光測定装置で形成される干渉縞と、当該干渉縞に基づいて取得されるインターフェログラムとを示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態４の変形例２に係る蛍光測定装置におけるスペクトル分光部の構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態４の変形例３に係る蛍光測定装置の構成を示す模式図である。
【図１２】図１２Ａは、本発明の実施の形態５に係る蛍光測定装置の構成を示す模式図であり、図１２Ｂは、本発明の実施の形態５に係る蛍光測定装置の検出部が有する撮像素子の受光面の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の説明では、本発明に係る蛍光測定装置の代表例として、被測定物に励起光を照射したときの被測定物からの光に由来する２つの光の干渉により形成される干渉縞に基づいてインターフェログラムを取得し、当該インターフェログラムをフーリエ変換することで被測定物から放出される蛍光の分光スペクトルを測定する、フーリエ変換型蛍光測定装置について説明する。
【００１４】
［実施の形態１］
実施の形態１に係る蛍光測定装置１００では、透過させる光の偏光方向が互いに直交する２つの偏光子により励起光をカットする。
【００１５】
図２は、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００の構成を示す模式図である。蛍光測定装置１００は、励起光出射部１１０、偏光分離部１２０、第２光ファイバ１３０およびスペクトル分光部１４０を有する。
【００１６】
励起光出射部１１０は、直線偏光の励起光を出射する。実施の形態１に係る励起光出射部１１０は、光源１１１、第１光ファイバ１１２および第１偏光子１１３を有する。
【００１７】
光源１１１は、励起光を出射する。光源１１１から出射される励起光は、直線偏光や円偏光などの励起光であってもよいし、非偏光の励起光であってもよい。光源１１１の例には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。たとえば、光源１１１は、特定波長の励起光を照射する単色ＬＥＤ、または白色ＬＥＤである。蛍光測定装置１００をスペクトル計測器として使用する観点からは、ＬＥＤの発光色は、白色であることが好ましい。
【００１８】
第１光ファイバ１１２は、光源１１１から出射された励起光を第１偏光子１１３に導光する。第１光ファイバ１１２は、光源１１１および第１偏光子１１３の間に配置されている。第１光ファイバ１１２の種類は、蛍光測定装置１００の構成に応じて、適宜選択されうる。第１光ファイバ１１２の種類の例には、シングルモード方式の光ファイバ、マルチモード方式の光ファイバおよび偏波保持ファイバが含まれる。
【００１９】
第１偏光子１１３は、光源１１１から出射された励起光に含まれる、所定の偏光方向に偏光している励起光を透過させる。これにより、第１偏光子１１３は、光源１１１から出射され、第１光ファイバ１１２を介して導光された励起光を直線偏光の光にする。第１偏光子１１３は、光源１１１から出射された励起光の光路上に配置されている。実施の形態１では、第１偏光子１１３は、第１光ファイバ１１２の出射端に接するように配置されている。
【００２０】
第１偏光子１１３の種類の例には、偏光フィルタおよびワイヤーグリッド偏光子が含まれる。たとえば、第１偏光子１１３は、ヨウ素を含むポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を有する偏光フィルタ、またはフッ化カルシウム（ＣａＦ２）製の基板にアルミニウムワイヤが平行に配置されたワイヤーグリッド偏光子である。第１偏光子１１３は、既製品であってもよい。
【００２１】
なお、光源１１１が直線偏光の励起光を出射する光源であり、かつ第１光ファイバ１１２が偏波保持ファイバである場合には、励起光の偏光方向を維持した状態で励起光を導光することができるため、第１偏光子１１３を省略することができる。すなわち、光源１１１が直線偏光の光を出射する光源であり、かつ第１光ファイバ１１２が偏波保持ファイバであることは、蛍光測定装置１００の部品点数を減少させる観点から好ましい。
【００２２】
偏光分離部１２０は、励起光が被測定物１に照射されたときの被測定物１からの光に含まれる、励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を分離する。実施の形態１では、偏光分離部１２０は、偏光子であり、第１偏光子１１３を透過した励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を透過させる。偏光分離部１２０を構成する偏光子の種類の例については、第１偏光子１１３と同じである。
【００２３】
被測定物１からの光には、直線偏光の励起光と、ランダム偏光の蛍光とが含まれている。より具体的には、被測定物１からの光には、励起光出射部１１０から出射された直線偏光の励起光が被測定物１で反射した反射光と、励起光出射部１１０から出射された直線偏光の励起光が被測定物１を透過した透過光と、被測定物１から放出された蛍光とが含まれている。これらの光のうち、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００の偏光分離部１２０は、被測定物１から放出された蛍光のうちの、励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の成分を透過させて、分離する。
【００２４】
偏光分離部１２０は、励起光が被測定物１に照射されたときの被測定物１からの光の光路上に配置されている。実施の形態１では、偏光分離部１２０は、被測定物１から放出された蛍光と、励起光出射部１１０から出射された励起光の被測定物１からの反射光との光路上に配置されている。
【００２５】
第２光ファイバ１３０は、偏光分離部１２０で分離された直線偏光の光をスペクトル分光部１４０に導光する。第２光ファイバ１３０は、偏光分離部１２０およびスペクトル分光部１４０の間に配置されている。実施の形態１では、第２光ファイバ１３０の出射端面の形状は、円形状であり、第２光ファイバ１３０から出射される光の光束形状を規定する。第２光ファイバ１３０の出射端面を含む面を、特に「入射開口設置面Ｓ」ともいう（後述の図３Ａ参照）。第２光ファイバ１３０は、その中心がフーリエ変換レンズ１４４の光軸ＯＡに重なるように配置されている（後述の図３Ａ参照）。また、第２光ファイバ１３０の種類の例については、第１光ファイバ１１２と同じである。
【００２６】
スペクトル分光部１４０は、偏光分離部１２０で分離された直線偏光の光（実施の形態１では、蛍光の一部）の分光スペクトルを測定する。スペクトル分光部１４０の種類は、プリズムや回折格子などの光学部品を使用した分散型のスペクトル分光器であってもよいし、フーリエ変換型のスペクトル分光器であってもよい。実施の形態１に係る蛍光測定装置１００におけるスペクトル分光部１４０は、後述するフーリエ変換型のスペクトル分光器である。装置の小型化および検出される蛍光強度の大きさの観点からは、スペクトル分光部１４０は、フーリエ変換型のスペクトル分光器であることが好ましい。
【００２７】
図３Ａは、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００におけるスペクトル分光部１４０の構成を示す模式図である。図３Ａに示されるように、スペクトル分光部１４０は、第３偏光子（特許請求の範囲では、「第４偏光子」と称している）１４１、偏光分割複屈折素子１４２、検光子（特許請求の範囲では、「第３偏光子」と称している）１４３、フーリエ変換レンズ１４４、検出部１４５および処理部１４６を有する。
【００２８】
第３偏光子１４１は、第２光ファイバ１３０から出射された光に含まれる、所定の偏光方向の偏光成分を透過させる。実施の形態１では、第３偏光子１４１は、後述の検光子１４３が透過させる偏光の偏光方向に対して同一方向の偏光成分または直交方向の偏光成分を透過させる。実施の形態１では、図３Ａに示されるように、第３偏光子１４１は、後述の干渉縞のラインに平行なＤ１方向の偏光成分を透過させる。第３偏光子１４１は、第２光ファイバ１３０および偏光分割複屈折素子１４２の間において、偏光分離部１２０で分離された直線偏光の光の光路上に配置されている。第３偏光子１４１の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。第３偏光子１４１の種類の例については、第１偏光子１１３と同じである。
【００２９】
また、第３偏光子１４１が透過させる偏光の偏光方向と、検光子１４３が透過させる偏光の偏光方向とが同一である場合と、直交する場合とでは、形成される干渉縞の位相が逆転するのみであり、測定される蛍光の分光スペクトルは同じである。
【００３０】
なお、第２光ファイバ１３０が偏波保持ファイバである場合には、第２光ファイバ１３０から出射される光は、直線偏光の光の偏光方向を維持した状態で励起光を導光することができるため、第３偏光子１４１を省略することができる。すなわち、第２光ファイバ１３０が偏波保持ファイバであることは、蛍光測定装置１００の部品点数を減少させる観点から好ましい。蛍光測定装置１００が偏光分離部１２０および第３偏光子１４１の両方を有する場合には、これらが透過させる光の偏光方向は、互いに同一であることが好ましい。
【００３１】
偏光分割複屈折素子１４２は、偏光分離部１２０で分離された直線偏光の光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光（常光線および異常光線）に分割する。このとき、透過する光があらかじめ第３偏光子１４１を透過していることで、光が楕円偏光または特定の偏光方向の直線偏光であっても、第１偏光の強度と第２偏光の強度とを等しくすることができる。これにより、干渉縞の明暗の差が最大となる。また、実施の形態１では、偏光分割複屈折素子１４２は、第１偏光および第２偏光の偏光方向が互いに直交するように、入射した対象光を分割する。偏光分割複屈折素子１４２は、例えば、第３偏光子１４１が透過させる光の偏光方向（実施の形態１では、Ｄ１方向）を基準（０°）としたときに、＋４５°の方向と、−４５°の方向に光を分割する。偏光分割複屈折素子１４２は、第３偏光子１４１および検光子１４３の間の光路上に配置されている。
【００３２】
偏光分割複屈折素子１４２の例には、サバール板、ウオラストンプリズムおよびシェアリングプリズムが含まれる。実施の形態１では、偏光分割複屈折素子１４２は、サバール板である。サバール板は、例えば、方解石（炭酸カルシウム）や二酸化チタンなどからなる２枚の結晶板を、偏光方向が重ならないように張り合わせることで作製されうる。また、偏光分割複屈折素子１４２は、既製品であってもよい。
【００３３】
偏光分割複屈折素子１４２の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。また、詳細については後述するが、サバール板の結晶板の厚さおよび屈折率は、第１偏光および第２偏光の、所望の光線分離距離に応じて適宜設定されうる。
【００３４】
検光子１４３は、第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれている、所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる。実施の形態１では、前述のとおり、検光子１４３は、第３偏光子１４１が透過させる偏光の偏光方向と同一の方向（Ｄ１方向）の第１偏光成分および第２偏光成分を透過させる。検光子１４３は、偏光分割複屈折素子１４２およびフーリエ変換レンズ１４４の間において、第１偏光および第２偏光の光路上に配置されている。また、検光子１４３の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。検光子１４３の種類の例については、第１偏光子１１３と同じである。
【００３５】
実施の形態１では、第３偏光子１４１、偏光分割複屈折素子１４２および検光子（第４偏光子）１４３は、互いに接着されている。このような構成とすることは、装置の小型化および低コスト化の観点から好ましい。
【００３６】
フーリエ変換レンズ１４４は、第１偏光成分および第２偏光成分を重ね合わせて、第１偏光成分および第２偏光成分の干渉縞を形成する。フーリエ変換レンズ１４４は、検光子１４３と、検出部１４５の撮像素子との間の光路上に配置されている。
【００３７】
フーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２は、形成しようとする干渉縞領域の所望の大きさに応じて適宜調整されうる。たとえば、フーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２を大きくすると、形成される干渉縞形成領域の面積を大きくすることができる。
【００３８】
フーリエ変換レンズ１４４の直径は、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。また、フーリエ変換レンズ１４４の形状および材料は、適宜選択されうる。フーリエ変換レンズ１４４の例には、凸レンズおよび凹レンズが互いに貼り合わされたアクロマートレンズや、閉回路テレビ（ＣＣＴＶ）レンズ、Ｆマウントレンズなどの写真撮影用レンズが含まれる。フーリエ変換レンズ１４４の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。フーリエ変換レンズ１４４は、例えば、射出成形法により作製されてもよいし、既製品であってもよい。
【００３９】
検出部１４５は、フーリエ変換レンズ１４４により形成された干渉縞の強度分布に基づいて偏光分離部１２０で分離された直線偏光の光のインターフェログラムを取得し、取得したインターフェログラムを処理部１４６に出力する。検出部１４５は、干渉縞を撮像するための撮像素子を有する。検出部１４５は、フーリエ変換レンズ１４４からフーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２離れた位置に配置されている。言い換えると、検出部１７０は、撮像素子の受光面が第２光ファイバ１３０の出射端面に対する共役面上に位置するように配置されている。検出部１４５は、例えば、撮像装置および出力装置を含む公知の半導体装置である。
【００４０】
撮像素子の受光面の大きさおよび形状は、干渉縞形成領域の形状や大きさなどに応じて適宜設定されうる。撮像素子は、例えば、干渉縞を２次元的に撮像し、干渉縞の強度分布に基づいて、被測定物１から放出された蛍光のインターフェログラムを取得することができる電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）などの個体撮像素子である。
【００４１】
処理部１４６は、検出部１４５で取得されたインターフェログラムを処理する。具体的には、処理部１４６は、処理部１４６は、インターフェログラムをフーリエ変換して、偏光分離部１２０で分離された直線偏光の光（実施の形態１では、蛍光の一部）の分光スペクトルを算出する。処理部１４６は、例えば、演算装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
【００４２】
（蛍光測定装置における光路）
次いで、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００における光路について説明する。まず、光源１１１から出射された励起光は、第１光ファイバ１１２を介して第１偏光子１１３に導光される。所定の偏光方向に偏光している直線偏光の励起光が第１偏光子１１３を透過する。第１偏光子１１３を透過した直線偏光の励起光は、被測定物１に照射される。
【００４３】
被測定物１からの光に含まれる、蛍光のうちの、励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の成分は、偏光分離部１２０を透過する。同時に、被測定物１からの光に含まれる、蛍光のうちの前述の直線偏光の成分以外の蛍光成分と、直線偏光の励起光とは、偏光分離部１２０により遮断される。これにより、前記所定の偏光方向に偏光している直線偏光の蛍光は、被測定物１からの光から分離される。
【００４４】
次いで、偏光分離部１２０で分離された直線偏光の蛍光は、第２光ファイバ１３０を介して、第３偏光子１４１に導光される。実施の形態１では、分離された蛍光の光線のうちＤ１方向の偏光成分のみが、第３偏光子１４１を透過する。第３偏光子１４１を透過した直線偏光の蛍光は、偏光分割複屈折素子１４２を透過して第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ１方向の第２偏光成分とは、検光子１４３およびフーリエ変換レンズ１４４を透過し、互いに重ね合わされる。これにより、検出部１４５が有する撮像素子の受光面上に、干渉縞ａが形成される。
【００４５】
（干渉縞およびインターフェログラム）
図３Ｂは、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００で形成される干渉縞ａと、干渉縞ａに基づいて取得されるインターフェログラムとを示す模式図である。実施の形態１に係る蛍光測定装置１００では、図３Ｂに示されるように、干渉縞ａに基づいて、インターフェログラムが得られる。フーリエ変換レンズ１４４の光軸ＯＡを含み、かつ干渉縞のラインに平行なＤ１方向に沿った面を境界面とすると、干渉縞ａは、境界面の両側に亘って対照的に形成されている。このとき、干渉縞ａのラインの並び方向に沿うＤ２方向において、光軸ＯＡに近いほど干渉縞ａの強度振幅は大きく、光軸ＯＡからの遠くなるほど干渉縞の強度振幅は小さくなる。このため、干渉縞ａに基づいて取得されるインターフェログラムは、上記境界面に相当する基準面から離れるほど強度振幅が小さくなる対称的な形状となる（以下、「両側インターフェログラム」ともいう）。インターフェログラムは、最大光路差長Ｌ（干渉縞形成領域内に形成された干渉縞における、０次の干渉に基づくラインと、最も高次の干渉に基づくラインとの間隔ｘに基づいて算出される光路差長）に亘って有効な波形情報となる。両側インターフェログラムの形状は、基準面の両側において対称であるため、一方の側のインターフェログラムのみが、有効な波形情報となる。
【００４６】
（スペクトル分光部の光学設計）
次いで、蛍光測定装置１００におけるスペクトル分光部１４０の光学設計の手順について説明する。
【００４７】
１）偏光分割複屈折素子およびフーリエ変換レンズの決定
測定対象とする分光スペクトルの波長領域を可視光領域（約３００［ｎｍ］〜約８００［ｎｍ］）とすると、測定する蛍光の波長の下限値は、可視光の最短波長として３００［ｎｍ］に設定される。すなわち、蛍光の波数の上限値は、上記最短波長の逆数をとって、３３３３［１／ｍｍ］となる。サンプリング定理より、蛍光の波形を適切にサンプリングするために必要な空間サンプリング周波数は、上記波数の上限値を２倍した、６６６６［１／ｍｍ］となる。また、ピクセルピッチがｐ［ｍｍ］である撮像素子の空間サンプリング周波数ｆｓは下記式（１）で表される。したがって、上記撮像素子により蛍光を測定するために必要な入射光の波形の拡大率αは、下記式（２）で表される。
【数１】
2017156310.tif 000003
【数２】
2017156310.tif 000004
【００４８】
下記表１は、拡大率αと、フーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２［ｍｍ］と、（サバール板）を構成する結晶板（方解石）の１枚当りの厚さｔ［ｍｍ］と、偏光分割複屈折素子１４２の光線分離距離ｄ［ｍｍ］との関係を示す。
【００４９】
【表１】
2017156310.tif 000005
【００５０】
使用する撮像素子のピクセルピッチｐが分かっていれば、上記式（１）および上記式（２）に基づいて、蛍光の測定に必要な拡大率αを算出できる。そして、算出した拡大率αに基づいて、表１から使用すべき偏光分割複屈折素子１４２（サバール板）を構成する結晶板１枚当たりの厚さｔ［ｍｍ］と、使用すべきフーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２［ｍｍ］とを決定することができる。
【００５１】
偏光分割複屈折素子１４２がサバール板の場合、サバール板の光線分離距離ｄは、下記式（３）により表されることが知られている。したがって、使用すべきサバール板の厚さｔが決定されると、同時に光線分離距離ｄも決定される。
【数３】
2017156310.tif 000006
［上記式（３）において、ｔはサバール板を構成する結晶板の厚さであり、ｎｏは常光線に対する結晶の屈折率であり、ｎｅは異常光線に対する結晶の屈折率である。］
【００５２】
たとえば、撮像素子の受光面のサイズが２／３インチ（８．８［ｍｍ］×６．６［ｍｍ］）、画像サイズが１．０Ｍピクセル、かつピクセルピッチｐが７．５［μｍ］のとき、上記式（１）より、空間サンプリング周波数ｆｓは１３３［１／ｍｍ］となる。したがって、上記式（２）より、必要な拡大率αは約５０倍となる。上記表１から拡大率αとして５１．４倍に着目すると、サバール板を構成する結晶板１枚当りの厚さｔを２［ｍｍ］、フーリエ変換レンズの焦点距離ｆ２を１６［ｍｍ］と決定することができる。このとき、表１から、サバール板による光線分離距離ｄが０．３１１［ｍｍ］となることがわかる。
【００５３】
２）波数分解の算出
測定の高精度化の観点からは、撮像素子の受光面上における干渉縞形成領域の面積は、大きいことが好ましい。実施の形態１では、干渉縞形成領域の形状は円形状であるため、干渉縞形成領域の面積は干渉縞形成領域の直径に相当する。撮像素子の受光面上に形成される干渉縞形成領域の直径の最大値Ｄ［ｍｍ］は、干渉縞形成領域の形状および数、ならびに撮像素子の受光面の大きさに応じて決定される。同じ形状であり、かつ同じ大きさのｎ個の干渉縞形成領域が、長手方向の長さがｙ［ｍｍ］である撮像素子の受光面に形成される場合に、受光面上に形成されうる干渉縞形成領域の直径の最大値Ｄ［ｍｍ］は、下記式（４）で表される。以下、干渉縞形成領域の直径Ｄとは、干渉縞形成領域の直径の最大値を意味するものとする。
【数４】
2017156310.tif 000007
【００５４】
一般的に、波数分解Δσは、インターフェログラムにおける最大光路差長Ｌに依存し、下記式（５）で表される。最大光路差長Ｌは、干渉縞形成領域内に形成された干渉縞における、０次の干渉に基づくラインと、最も高次の干渉に基づくラインとの間隔ｘに基づいて算出される光路差長である。波長分解Δσは、数値が小さいほど分解能が高く、より高精度に蛍光の分光スペクトルを測定できることを意味する。図３Ｂに示されるように、上記の間隔ｘは、干渉縞形成領域の半径Ｄ／２に相当する。また、両側インターフェログラムにおける最大光路差長Ｌは、下記式（６）で表されることが知られている。したがって、前述した手順により、偏光分割複屈折素子１４２の光線分離距離ｄと、フーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２と、干渉縞形成領域の直径の最大値Ｄとは、決定できるため、下記式（５）および下記式（６）に基づいて、蛍光測定装置１００の波数分解Δσを算出することができる。
【数５】
2017156310.tif 000008
【数６】
2017156310.tif 000009
【００５５】
たとえば、前述した手順により決定された、偏光分割複屈折素子１４２の光線分離距離（ｄ＝０．３１１［ｍｍ］）と、フーリエ変換レンズ１４４の焦点距離（ｆ２＝１６［ｍｍ］）と、干渉縞形成領域の直径の最大値（Ｄ＝φ２．９［ｍｍ］）とを上記式（５）および上記式（６）に代入すると、蛍光測定装置１００における波数分解Δσを３６０［１／ｃｍ］と算出することができる。
【００５６】
波数分解Δσは、偏光分割複屈折素子１４２の厚さｔ（光線分離距離ｄ）、フーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２および干渉縞形成領域の直径Ｄに基づいて調整することができる。たとえば、受光面のサイズが大きい撮像素子を使用して、形成される干渉縞の面積を大きくしたりすることで、干渉縞形成領域の直径Ｄを大きくして、波数分解Δσを小さくすることができる。
【００５７】
以上の手順により、被測定物１から放出される蛍光の分光スペクトルを測定するためのスペクトル分光部１４０の光学設計を行うことができる。
【００５８】
（効果）
実施の形態１に係る蛍光測定装置１００では、偏光分離部１２０により、励起光を被測定物１に照射したときの光に含まれる、励起光をカットしつつ、蛍光のみを分離して、蛍光の分光スペクトルを測定することができる。このように、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００は、偏光を利用することで、高価な光学フィルタを使用することなく、被測定物１からの光に含まれる蛍光の分光スペクトルを測定することができる。これにより、装置の低コスト化を実現することができる。
【００５９】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る蛍光測定装置２００では、偏光子およびλ／４板により構成される光アイソレータにより励起光をカットする。
【００６０】
実施の形態２に係る蛍光測定装置２００では、偏光分離部２２０の構成のみが実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図４は、実施の形態２に係る蛍光測定装置２００の構成を示す模式図である。蛍光測定装置２００は、励起光出射部１１０、偏光分離部２２０、第２光ファイバ１３０およびスペクトル分光部１４０を有する。
【００６２】
偏光分離部２２０は、第１偏光子１１３およびλ／４板２２１を有する。すなわち、励起光出射部１１０に含まれる第１偏光子１１３は、λ／４板２２１とともに偏光分離部２２０としても機能する。第１偏光子１１３は、λ／４板２２１とともに光アイソレータを構成している。
【００６３】
λ／４板２２１は、透過する光にλ／４の位相差を与えて、入射する直線偏光を円偏光に変換するか、入射する円偏光を直線偏光にする。λ／４板２２１は、第１偏光子１１３を透過した直線偏光の光と、被測定物１で反射した円偏光の光との光路上に配置されている。実施の形態２では、λ／４板２２１は、第１光ファイバ１１２の出射端と、第２光ファイバ１３０の入射端とに接するように配置されている。
【００６４】
λ／４板２２１の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて適宜設定されうる。λ／４板２２１の材料の例には、水晶および方解石が含まれる。
【００６５】
（蛍光測定装置における光路）
次いで、実施の形態２に係る蛍光測定装置２００における光路について説明する。まず、光源１１１から出射された励起光は、第１光ファイバ１１２を介して第１偏光子１１３に導光される。所定の偏光方向に偏光している直線偏光の励起光が第１偏光子１１３を透過する。次いで、第１偏光子１１３を透過した直線偏光の励起光は、λ／４板２２１で円偏光の励起光に変換される。円偏光の励起光は、被測定物１に照射され、被測定物１で反射する。このとき、被測定物１で反射した反射光（戻り光）の円偏光の回転方向は変わらない。
【００６６】
被測定物１で反射した反射光は、λ／４板２２１で前記所定の偏光方向と直交する方向に偏光している直線偏光の励起光に変換される。このため、λ／４板２２１を透過した直線偏光の励起光は、第１偏光子１１３を透過できず、遮断される。また、被測定物１から放出され、λ／４板２２１を透過した蛍光のうち、第１偏光子１１３で遮断された励起光の偏光方向と同一の方向に偏光している直線偏光の成分は第１偏光子１１３を透過する。同時に、被測定物１から放出され、λ／４板２２１を透過した蛍光のうちの前述の直線偏光の成分以外の蛍光成分は遮断される。これにより、前記所定の偏光方向に偏光している直線偏光の蛍光は、被測定物１からの光から分離される。
【００６７】
次いで、偏光分離部２２０で分離された直線偏光の蛍光は、第２光ファイバ１３０を介して、第３偏光子１４１に導光される。実施の形態２では、分離された蛍光のうちＤ１方向の偏光成分のみが、第３偏光子１４１を透過する。第３偏光子１４１を透過した直線偏光の蛍光は、偏光分割複屈折素子１４２を透過して第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ１方向の第２偏光成分とは、検光子１４３およびフーリエ変換レンズ１４４を透過し、互いに重ね合わされる。これにより、検出部１４５が有する撮像素子の受光面上に、干渉縞ａが形成される。
【００６８】
実施の形態２に係る蛍光測定装置２００で取得されるインターフェログラムと、光学設計とについては、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同じであるため、その説明を省略する。
【００６９】
（効果）
実施の形態２に係る蛍光測定装置２００は、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同様の効果を有する。
【００７０】
なお、上記実施の形態２では、光源１１１から出射された励起光と、偏光分離部２２０で分離された直線偏光の蛍光とを別々の光ファイバで導光する蛍光測定装置２００について説明した。しかし、実施の形態２に係る蛍光測定装置２００は、この態様に限定されない。図５は、実施の形態２の変形例に係る蛍光測定装置２００’の構成を示す模式図である。蛍光測定装置２００’では、光源１１１から出射された励起光と、偏光分離部２２０で分離された直線偏光の蛍光とは、第１分岐部１１２’および第２分岐部１３０’を有する２分岐型光ファイバで導光してもよい。これにより、蛍光測定装置２００’の部品点数を減少させることができる。
【００７１】
［実施の形態３］
実施の形態３に係る蛍光測定装置３００では、偏光ビームスプリッタにより励起光をカットする。
【００７２】
実施の形態３に係る蛍光測定装置３００では、励起光出射部３１０および偏光分離部３２０の構成と、第１光ファイバ１１２および第２光ファイバ１３０の代わりに第３光ファイバ３５０を有する点とが実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７３】
図６は、実施の形態３に係る蛍光測定装置３００の構成を示す模式図である。蛍光測定装置３００は、励起光出射部３１０、第３光ファイバ３５０、偏光分離部３２０およびスペクトル分光部１４０を有する。
【００７４】
励起光出射部３１０は、直線偏光の励起光を出射する。実施の形態３に係る励起光出射部３１０は、光源１１１、第１レンズ３１４、偏光ビームスプリッタ３１５および第２レンズ３１６を有する。
【００７５】
第１レンズ３１４は、光源１１１から出射された励起光を平行光にする。第１レンズ３１４は、光源１１１および偏光ビームスプリッタ３１５の間において、光源１１１から出射される励起光の光路上に配置されている。第１レンズ３１４の直径、形状および材料については、フーリエ変換レンズ１４４と同じである。
【００７６】
偏光ビームスプリッタ３１５は、所定の偏光方向に偏光している直線偏光の光を透過させ、所定の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を反射する。これにより、偏光ビームスプリッタ３１５は、光源１１１から出射された励起光を所定の偏光方向の直線偏光の光にする。また、実施の形態３では、偏光ビームスプリッタ３１５は、偏光分離部３２０としても機能する。偏光ビームスプリッタ３１５は、第１レンズ３１４および第２レンズ３１６の間の光路上に配置されている。偏光ビームスプリッタ３１５の種類は、特に限定されず、プレート型偏光ビームスプリッタであってもよいし、キューブ型偏光ビームスプリッタであってもよい。偏光ビームスプリッタ３１５は、既製品であってもよい。
【００７７】
第２レンズ３１６は、偏光ビームスプリッタ３１５を透過した光を集光する。また、第２レンズ３１６は、第３光ファイバ３５０により導光された被測定物１からの光を平行光にする。第２レンズ３１６の直径、形状および材料の例については、フーリエ変換レンズ１４４と同じである。
【００７８】
第３光ファイバ３５０は、励起光出射部３１０から出射された励起光を被測定物１に導光する。また、第３光ファイバ３５０は、被測定物１からの光を偏光分離部３２０に導光する。第３光ファイバ３５０の種類の例については、第１光ファイバ１１２と同じである。
【００７９】
詳細については後述するが、実施の形態３では、被測定物１に照射される直線偏光の励起光と、被測定物１で反射される直線偏光の励起光とは、第３光ファイバ３５０内の同じ光路を通る。光は光速で移動するため、光が光ファイバ内を往復する間、光ファイバの状態は維持される。このため、直線偏光の光は、光ファイバ内の同一の光路において、偏光方向を維持した状態で可逆的に往復できる。したがって、光ファイバの入射口に入射する前の光の偏光状態と、光ファイバにより導光され、被測定物で反射され、かつ光ファイバにより導光され、上記入射口に戻った光の偏光状態とは、同じになる。第３光ファイバ３５０がマルチモード方式の光ファイバであっても、第３光ファイバ３５０の入射口に入射する前の直線偏光の励起光の偏光状態と、第３光ファイバ３５０により導光され、被測定物１で反射され、かつ第３光ファイバ３５０により導光され、上記入射口に戻った励起光の偏光状態とは、同じになる。
【００８０】
なお、実施の形態３に係る蛍光測定装置３００は、第２光ファイバ１３０を有しておら、偏光分離部３２０で分離された直線偏光の光は、スペクトル分光部１４０に直接入射する。実施の形態３では、スペクトル分光部１４０は、偏光分離部３２０で分離された直線偏光の光の光路上に配置されている。
【００８１】
（蛍光測定装置における光路）
次いで、実施の形態３に係る蛍光測定装置３００における光路について説明する。まず、光源１１１から出射された励起光は、第１レンズ３１４により平行光にされ、偏光ビームスプリッタ３１５に到達する。このとき、励起光に含まれている、所定の偏光方向に偏光している励起光は、偏光ビームスプリッタ３１５を透過し、所定の偏光方向に直交する方向に偏光している励起光は、偏光ビームスプリッタ３１５で反射する。偏光ビームスプリッタ３１５を透過した直線偏光の励起光は、第２レンズ３１６により集光され、第３光ファイバ３５０に入射する。直線偏光の励起光は、第３光ファイバ３５０により導光され、被測定物１に照射される。
【００８２】
被測定物１で反射した直線偏光の励起光と、被測定物１から放出された蛍光とは、第３光ファイバ３５０に入射する。被測定物１からの光は、第３光ファイバ３５０により第２レンズ３１６に導光される。被測定物１からの光は、第２レンズ３１６により平行光にされ、偏光ビームスプリッタ３１５に到達する。被測定物１からの光に含まれる、蛍光のうちの、励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の成分は、偏光分離部３２０（偏光ビームスプリッタ３１５）でスペクトル分光部１４０に向けて反射される。同時に、被測定物１からの光に含まれる、蛍光のうちの前述の直線偏光の成分以外の蛍光成分と、直線偏光の励起光とは、偏光分離部３２０（偏光ビームスプリッタ３１５）を透過して、カットされる。これにより、前記所定の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の蛍光は、被測定物１からの光から分離される。
【００８３】
次いで、実施の形態３では、分離された直線偏光の蛍光のうちＤ１方向の偏光成分のみが、第３偏光子１４１を透過する。第３偏光子１４１を透過した直線偏光の蛍光は、偏光分割複屈折素子１４２を透過して第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ１方向の第２偏光成分とは、検光子１４３およびフーリエ変換レンズ１４４を透過し、互いに重ね合わされる。これにより、検出部１４５が有する撮像素子の受光面上に、干渉縞ａが形成される。
【００８４】
実施の形態３に係る蛍光測定装置３００で取得されるインターフェログラムと、光学設計とについては、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同じであるため、その説明を省略する。
【００８５】
（効果）
実施の形態３に係る蛍光測定装置３００は、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同様の効果を有する。
【００８６】
［実施の形態４］
実施の形態４に係る蛍光測定装置４００では、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同様に、透過させる光の偏光方向が互いに直交する２つの偏光子により励起光をカットする。また、蛍光測定装置４００は、複数の地点における蛍光の分光スペクトルを同時に測定する。
【００８７】
実施の形態４に係る蛍光測定装置４００では、偏光分離部４２０の構成と、第２光ファイバ１３０の数と、スペクトル分光部４４０の構成とが実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
図７は、実施の形態４に係る蛍光測定装置４００の構成を示す模式図である。蛍光測定装置４００は、励起光出射部１１０、偏光分離部４２０、３つの第２光ファイバ１３０ａ〜ｃおよびスペクトル分光部４４０を有する。
【００８９】
偏光分離部４２０は、第１偏光分離部４２０ａ、第２偏光分離部４２０ｂおよび第３偏光分離部４２０ｃを有する。
【００９０】
第１偏光分離部４２０ａ、第２偏光分離部４２０ｂおよび第３偏光分離部４２０ｃは、励起光が被測定物１に照射されたときの被測定物１からの光に含まれる、励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の光を分離する。第１偏光分離部４２０ａ、第２偏光分離部４２０ｂおよび第３偏光分離部４２０ｃは、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００の偏光分離部１２０（偏光子）と同一である。実施の形態４では、第１偏光分離部４２０ａ、第２偏光分離部４２０ｂおよび第３偏光分離部４２０ｃは、互いに異なる位置に配置されている。
【００９１】
３つの第２光ファイバ１３０ａ〜ｃは、偏光分離部４２０ａ〜ｃで分離された直線偏光の光をスペクトル分光部４４０にそれぞれ導光する。実施の形態４では、第２光ファイバ１３０ａは、第１偏光分離部４２０ａで分離された直線偏光の光をスペクトル分光部４４０に導光し、第２光ファイバ１３０ｂは、第２偏光分離部４２０ｂで分離された直線偏光の光をスペクトル分光部４４０に導光し、第２光ファイバ１３０ｃは、第３偏光分離部４２０ｃで分離された直線偏光の光をスペクトル分光部４４０に導光する。３つの第２光ファイバ１３０ａ〜ｃは、偏光分離部４２０ａ〜ｃおよびスペクトル分光部４４０の間にそれぞれ配置されている。
【００９２】
スペクトル分光部４４０は、偏光分離部４２０で分離された直線偏光の光の分光スペクトルを測定する。スペクトル分光部４４０の種類の例については、実施の形態１に係るスペクトル分光部１４０と同じである。
【００９３】
図８Ａは、実施の形態４に係る蛍光測定装置４００におけるスペクトル分光部４４０の構成を示す模式図である。図８Ａに示されるように、スペクトル分光部４４０は、３つの入射開口４４７ａ〜ｃ、コリメータレンズ４４８、第３偏光子（特許請求の範囲では、「第４偏光子」と称している）１４１、偏光分割複屈折素子１４２、検光子（特許請求の範囲では、「第３偏光子」と称している）１４３、フーリエ変換レンズ１４４、検出部１４５および処理部１４６を有する。
【００９４】
入射開口４４７は、第２光ファイバ１３０により導光された直線偏光の光の光束を規定する。実施の形態４では、図８Ａに示されるように、入射開口４４７は、３つの入射開口４４７ａ〜ｃからなる。３つの入射開口４４７ａ〜ｃは、同一平面上に配置されていることが好ましい。実施の形態４では、３つの入射開口４４７ａ〜ｃは、同一平面（入射開口設置面Ｓ）上に配置されている。
【００９５】
入射開口４４７は、蛍光測定装置１００内の光学素子を通過した光束が形成する干渉縞形成領域の外形形状を入射開口４４７と相似な形状に規定する。入射開口４４７は、第２光ファイバ１３０の端面であってもよいし、遮光部材に形成された直線偏光の光を通過させるための開口であってもよい。実施の形態４では、入射開口４４７は、第２光ファイバ１３０の端面である。また、入射開口４４７の形状および大きさは、直線偏光の光の干渉縞に基づいてインターフェログラムを取得することができれば特に限定されない。入射開口４４７の形状（通過する光の光軸に垂直な断面における光束の形状）の例には、円形状、楕円形状および多角形状が含まれる。入射開口４４７の大きさ（通過する光の光束幅）は、例えば、直径２ｍｍ程度である。３つの入射開口４４７ａ〜ｃの形状および大きさは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。実施の形態４では、３つの入射開口４４７ａ〜ｃの形状は円形状であり、３つの入射開口４４７ａ〜ｃの大きさは同じである。
【００９６】
遮光部材の例には、スペクトル分光部４４０のケースが含まれる。また、入射開口４４７には、通過する光に対して透明な樹脂フィルムやガラスなどの透光部材が配置されていてもよい。これにより、入射開口４４７を介してスペクトル分光部４４０内へ埃が侵入することを防ぐことができる。
【００９７】
３つの入射開口４４７ａ〜ｃの少なくとも１つは、光軸ＯＡに対してオフセット配置されている。実施の形態４では、図８Ａに示されるように、入射開口４４７ｂ，ｃは、Ｄ１方向において光軸ＯＡに対してそれぞれオフセット配置されている。一方、入射開口４４７ａは、その中心が光軸ＯＡに重なるように配置されている。このように、少なくとも１つの入射開口４４７を光軸ＯＡに対してオフセット配置しつつ、複数の入射開口４４７を設置することで、被測定物１からの光の分光スペクトルを同時にかつ容易に測定できる。また、３つの入射開口４４７ａ〜ｃは、入射開口設置面Ｓ内において干渉縞のラインに平行なＤ１方向に沿って配列されている。
【００９８】
コリメータレンズ４４８は、偏光分離部４２０で分離され、入射開口４４７で光束を規定された直線偏光の光を平行光にする。これにより、異なる入射開口４４７からの複数の光線は、平行光とされた状態で、互いに異なる入射角度で偏光分割複屈折素子１４２に入射する。
【００９９】
コリメータレンズ４４８は、入射開口４４７が含まれる入射開口設置面Ｓから、コリメータレンズ４４８の焦点距離ｆ１離れた位置に配置されている。コリメータレンズ４４８の焦点距離ｆ１は、干渉縞形成領域の所望の大きさに応じて適宜調整されうる。たとえば、コリメータレンズ４４８の焦点距離ｆ１を大きくすると、形成される干渉縞形成領域の面積を小さくすることができる。
【０１００】
また、コリメータレンズ４４８の直径は、入射開口４４７（透過する光の光束）の数や、入射開口４４７の大きさ（透過する光の光束幅）などに応じて、適宜設定されうる。また、コリメータレンズ４４８の形状および材料は、適宜選択されうる。コリメータレンズ４４８の例には、凸レンズおよび凹レンズが互いに貼り合わされたアクロマートレンズや閉回路テレビ（ＣＣＴＶ）レンズ、Ｆマウントレンズなどの写真撮影用レンズが含まれる。コリメータレンズ４４８の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。コリメータレンズ４４８は、例えば、射出成形法により作製されてもよいし、既製品であってもよい。
【０１０１】
（蛍光測定装置における光路）
次いで、実施の形態４に係る蛍光測定装置４００における光路について説明する。まず、光源１１１から出射された励起光は、第１光ファイバ１１２を介して第１偏光子１１３に導光される。所定の偏光方向に偏光している直線偏光の励起光が第１偏光子１１３を透過する。第１偏光子１１３を透過した直線偏光の励起光は、被測定物１に照射される。
【０１０２】
被測定物１からの光に含まれる、蛍光のうちの、励起光の偏光方向に直交する方向に偏光している直線偏光の成分は、第１偏光分離部４２０ａ、第２偏光分離部４２０ｂおよび第３偏光分離部４２０ｃをそれぞれ透過する。同時に、被測定物１からの光に含まれる、蛍光のうちの前述の直線偏光の成分以外の蛍光成分と、直線偏光の励起光とは、第１偏光分離部４２０ａ、第２偏光分離部４２０ｂおよび第３偏光分離部４２０ｃによりそれぞれ遮断される。これにより、前記所定の偏光方向に偏光している直線偏光の蛍光は、被測定物１からの光から分離される。
【０１０３】
次いで、第１偏光分離部４２０ａで分離された直線偏光の蛍光は、第２光ファイバ１３０ａを介して、スペクトル分光部４４０（入射開口４４７ａ）に導光される。また、第２偏光分離部４２０ｂで分離された直線偏光の蛍光は、第２光ファイバ１３０ｂを介して、スペクトル分光部４４０（入射開口４４７ｂ）に導光される。さらに、第３偏光分離部４２２で分離された直線偏光の蛍光は、第２光ファイバ１３０ｃを介して、スペクトル分光部４４０（入射開口４４７ｃ）に導光される。
【０１０４】
次いで、入射開口４４７ａ〜ｃを通過して光束形状が円形状に規定された３つの蛍光の光線は、コリメータレンズ４４８を透過してそれぞれ平行光となる。平行光となった蛍光の光線のうちＤ１方向の偏光成分のみが、第３偏光子１４１を透過する。第３偏光子１４１を透過した３つの直線偏光の光は、偏光分割複屈折素子１４２を透過して第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ１方向の第２偏光成分とは、検光子１４３およびフーリエ変換レンズ１４４を透過して検出部１４５が有する撮像素子の受光面上に結像されて、干渉縞ａ〜ｃが形成される。
【０１０５】
（干渉縞およびインターフェログラム）
以上のとおり、実施の形態４では、３つの干渉縞ａ〜ｃが形成される。このとき、図８Ａに示されるように、干渉縞ａ〜ｃの形状は、入射開口４４７ａ〜ｃにより円形状に規定されている。また、入射開口設置面Ｓと撮像素子の受光面との間の光軸ＯＡ上における線分の中点を中心としたときに、干渉縞ａ〜ｃは、入射開口設置面Ｓ上の３つの入射開口４４７ａ〜ｃに対して点対称の位置に形成されている。
【０１０６】
図８Ｂは、実施の形態４に係る蛍光測定装置４００で形成される干渉縞ａ〜ｃと、干渉縞ａ〜ｃに基づいて取得されるインターフェログラムとを示す模式図である。実施の形態４に係る蛍光測定装置４００では、図８Ｂに示されるように、３つの干渉縞ａ〜ｃに基づいて、３つの両側インターフェログラムが得られる。
【０１０７】
（蛍光測定装置の光学設計）
次いで、実施の形態４に係る蛍光測定装置４００の光学設計の手順について説明する。偏光分割複屈折素子およびフーリエ変換レンズの決定と、波数分解の算出とについては、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００の光学設計の手順と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、コリメータレンズ４４８の決定について説明する。
【０１０８】
まず、入射開口４４７の大きさ（実施の形態４では、光ファイバ１３０の開口径）をφとおくと、入射開口４４７で光束幅をφに規定された光が、直径Ｄの干渉縞形成領域を形成するときの光学倍率βは、下記式（７）で表される。
【数７】
2017156310.tif 000010
【０１０９】
光学倍率βは、コリメータレンズ４４８の焦点距離ｆ１に対するフーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２の比（ｆ２／ｆ１）で与えられるため、コリメータレンズ４４８の焦点距離ｆ１は、下記式（８）で表される。したがって、実施の形態１で述べた手順により決定されたフーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２と、上記式（７）で算出される所望の光学倍率βとに基づいて、使用すべきコリメータレンズ４４８の焦点距離ｆ１［ｍｍ］を決定することができる。
【数８】
2017156310.tif 000011
【０１１０】
たとえば、撮像素子の受光面のサイズが２／３インチ（８．８［ｍｍ］×６．６［ｍｍ］）、円形状の干渉縞形成領域が３つ形成される場合、上記式（４）より、上記干渉縞形成領域の直径Ｄは、φ２．９［ｍｍ］となる。光ファイバ１３０の開口がφ２［ｍｍ］のとき、上記式（７）より、光学倍率βは１．５倍となる。そして、上記式（８）より、使用すべきコリメータレンズ１２０の焦点距離ｆ１を１１［ｍｍ］と決定することができる。
【０１１１】
（効果）
実施の形態４に係る蛍光測定装置４００は、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同様の効果を有する。さらに、蛍光測定装置４００では、被測定物１から放出された蛍光について複数の地点における蛍光の分光スペクトルを同時に測定することができる。
【０１１２】
なお、上記実施の形態４では、干渉縞のラインに平行なＤ１方向に沿って配列された３つの入射開口４４７ａ〜ｃを有する蛍光測定装置４００について説明したが、実施の形態４に係る蛍光測定装置４００はこの態様に限定されない。
【０１１３】
図９Ａは、実施の形態４の変形例１に係る蛍光測定装置４００’におけるスペクトル分光部４４０’の構成を示す模式図である。図９Ａに示されるように、蛍光測定装置４００’は、干渉縞のラインに平行なＤ１方向に沿って配列され、かつ干渉縞のラインの並び方向に沿うＤ２方向において、光軸ＯＡを含み、かつＤ１方向に沿う面に接するように配置されている３つの入射開口４４７ａ’〜ｃ’を有していてもよい。
【０１１４】
図９Ｂは、実施の形態４の変形例１に係る蛍光測定装置４００’で形成される干渉縞ａ’〜ｃ’と、干渉縞ａ’〜ｃ’に基づいて取得されるインターフェログラムとを示す模式図である。実施の形態４の変形例１に係る蛍光測定装置４００’では、図９Ｂに示されるように、３つの干渉縞ａ’〜ｃ’が形成される。これら３つの干渉縞ａ’〜ｃ’に基づいて３つのインターフェログラムが得られる。３つの干渉縞ａ’〜ｃ’は、光軸ＯＡを含み、かつＤ１方向に沿った面である境界面を基準としたときに、いずれか一方の側に形成されている。より具体的には、３つの干渉縞ａ’〜ｃ’は、上記境界面に接するように形成されている。前述したとおり、Ｄ２方向において、光軸ＯＡに近いほど干渉縞の振幅強度は大きく、光軸ＯＡからの遠くなるほど干渉縞の振幅強度は小さくなる。このため、干渉縞ａ’〜ｃ’に基づいて取得されるインターフェログラムは、上記境界面に相当する基準面から離れるほど振幅強度が小さくなる非対称的な形状となる（以下、「片側インターフェログラム」ともいう）。このように片側インターフェログラムが形成されるのは、偏光分割複屈折素子１４２で分割された第１偏光および第２偏光の光路差が等しくなる位置、すなわち０次の干渉に基づくラインが形成される位置は、常に光軸ＯＡ上となるからである。この結果として、片側インターフェログラムは、干渉する２つの光線の光路差長である最大光路差長Ｌ（干渉縞形成領域内に形成された干渉縞における、０次の干渉に基づくラインと、最も高次の干渉に基づくラインとの間隔ｘに基づいて算出される光路差長）に亘って有効な波形情報となる。両側インターフェログラムと比較した場合に、同じ大きさの干渉縞形成領域が形成されたとしても、片側インターフェログラムでは、２倍の光路差長に相当する情報を得ることができる。蛍光測定装置４００’では、Ｄ２方向において入射開口４４７ａ’〜ｃ’をオフセットして配置し、片側インターフェログラムに基づいて分光スペクトルを測定する。
【０１１５】
片側インターフェログラムが得られる場合には、両側インターフェログラムが得られる場合と比較して、２倍の光路差長に相当する情報が得られる。すなわち、図９Ｂに示されるように、干渉縞形成領域内に形成された干渉縞における、０次の干渉に基づくラインと、最も高次の干渉に基づくラインとの間隔ｘは、干渉縞形成領域の直径Ｄに相当する。この結果、片側インターフェログラムの最大光路差長Ｌは、上記式（６）の代わりに下記式（９）で表される。
【数９】
2017156310.tif 000012
［上記式（９）において、ｄは偏光分割複屈折素子１４２の光線分離距離であり、ｆ２はフーリエ変換レンズ１４４の焦点距離であり、Ｄは干渉縞形成領域の直径である。］
【０１１６】
上記式（５）、上記式（６）および上記式（９）からわかるとおり、片側インターフェログラムにおける波数分解は、両側インターフェログラムにおける波数分解より２倍小さくなることがわかる。すなわち、両側インターフェログラムに基づいて対象光の分光スペクトルを測定する場合と比較して、片側インターフェログラムに基づいて対象光の分光スペクトルを測定する場合には、２倍高い分解能で分光スペクトルを測定することができることがわかる。
【０１１７】
図１０は、実施の形態４の変形例２に係る蛍光測定装置４００”におけるスペクトル分光部４４０”の構成を示す模式図である。図１０に示されるように、分光装置４００”のスペクトル分光部４４０”は、アナモフィックコンバータ４４９”をさらに有していてもよい。
【０１１８】
アナモフィックコンバータ４４９”は、結像面の位置を維持し、フーリエ変換レンズ１４４の焦点距離をＤ１方向とＤ２方向とにおいて異なる値に変化させる。実施の形態４の変形例２では、アナモフィックコンバータ４４９”は、入射した光を、Ｄ２方向における光束幅を一定に維持しつつ、Ｄ１方向における光束幅を大きくする。フーリエ変換レンズ１４４単体の焦点距離と比較して、このアフォーカル系を有するフーリエ変換レンズの合成焦点距離は、より小さくなる。これにより、Ｄ１方向における結像倍率は小さくなる。結果として、アナモフィックコンバータ４４９”は、干渉縞が形成される干渉縞形成領域をラインに平行なＤ１方向において圧縮することができる。アナモフィックコンバータ４４９”は、コリメータレンズ４４８およびフーリエ変換レンズ１４４の間に配置されている。実施の形態４の変形例２では、アナモフィックコンバータ４４９”は、検光子１４３およびフーリエ変換レンズ１４４の間において、その光軸が光軸ＯＡと合致するように配置されている。
【０１１９】
アナモフィックコンバータ４４９”による干渉縞形成領域の圧縮率（アフォーカル倍率）は、入射開口４４７の数や大きさ、検出部１４５の受光素子の受光面のサイズなどに応じて、適宜設定されうる。たとえば、Ｄ１方向におけるアフォーカル倍率が１／２倍、かつＤ２方向におけるアフォーカル倍率が１倍のとき、入射開口４４７で円形状に規定された光は、アナモフィックコンバータ４４９”により縦横比（Ｄ１方向における長さに対するＤ２方向における長さの比）が１：２の楕円形状の干渉縞形成領域に干渉縞を形成する。アナモフィックコンバータ４４９”は、例えば、公知のアナモフィックコンバータレンズである。実施の形態４の変形例２では、アナモフィックコンバータ４４９”は、負のパワーを有するシリンドリカル形状の第１レンズ群４４９１”と、正のパワーを有するシリンドリカル形状の第２レンズ群４４９２”とを有する。
【０１２０】
撮像素子の受光面上に形成される３個の干渉縞ａ〜ｃの形状は、アナモフィックコンバータ４４９”によってＤ１方向において圧縮された楕円形状となる。アナモフィックコンバータ４４９”により、Ｄ１方向において干渉縞形成領域を圧縮しても干渉縞の強度分布に変化はないため、取得されるインターフェログラムに影響はない。すなわち、アナモフィックコンバータ４４９”により、撮像素子の受光面を効率的に利用して、蛍光の分光スペクトル、反射光の分光スペクトルおよび透過光の分光スペクトルを測定することができる。
【０１２１】
ここで、実施の形態４の変形例２に係る分光装置４００”の光学設計をする場合のアナモフィックコンバータ４４９”の決定について説明する。アナモフィックコンバータ４４９”のＤ１方向におけるアフォーカル倍率γは、第１レンズ群４４９１”の焦点距離ｆａと、第２レンズ群４４９２”の焦点距離ｆｂとにより下記式（１０）で表される。一方、アナモフィックコンバータ４４９”のＤ２方向におけるアフォーカル倍率は、１となる。このとき、光学系のフーリエ変換レンズ１４４の焦点距離ｆ２は、γ倍される。
【数１０】
2017156310.tif 000013
【０１２２】
上記式（１０）より、所望のアフォーカル倍率γを得るために第１レンズ群４４９１”の焦点距離ｆａと、第２レンズ群４４９２”の焦点距離ｆｂとを決定することができる。
【０１２３】
たとえば、Ｄ１方向におけるアフォーカル倍率γを１／２倍とする場合には、焦点距離ｆａが−２０［ｍｍ］である第１レンズ群４４９１”と、焦点距離ｆｂが４０ｍｍである第２レンズ群４４９２”とを使用すればよい。Ｄ１方向において、撮像素子の受光面上に３個の干渉縞形成領域を形成できる蛍光測定装置は、アフォーカル倍率γが１／２倍であるアナモフィックコンバータ４４９”を挿入されることで、６個の干渉縞形成領域を形成できるようになる。
【０１２４】
図１１は、実施の形態４の変形例３に係る蛍光測定装置４００'''の構成を示す模式図である。上記実施の形態４では、複数の地点における蛍光の分光スペクトルを測定したが、本実施の形態に係る蛍光測定装置４００は、この態様に限定されない。たとえば、蛍光だけでなく、光源１１１からの励起光の分光スペクトルを検出してもよい。この場合、蛍光測定装置４００'''は、励起光をスペクトル分光部４４０に導光するための第４光ファイバ４５０'''（特許請求の範囲では、「第３光ファイバ」と称している）をさらに有する。また、分光スペクトル４４０は、励起光の分光スペクトルをさらに測定し、処理部１４６は、光源１１１から出射された励起光の分光スペクトルに基づいて、被測定物１からの光の分光スペクトルを補正する。これにより、蛍光測定装置４００'''は、被測定物１から放出された蛍光の分光スペクトルを測定する。
【０１２５】
偏光分離部４２０により分離された後の光に含まれる励起光成分の光量は、偏光分離部４２０により分離される前の光に含まれる励起光成分の光量と比較して大幅に低減されている。しかし、より高精度な測定を行う観点からは、上記補正処理を行うことが好ましい。これにより、より微弱な蛍光の分光スペクトルを測定することができ、蛍光測定装置により分光スペクトルを測定するために必要な被測定物１の量を低減することができる。
【０１２６】
［実施の形態５］
実施の形態５に係る蛍光測定装置５００では、検出部が有する撮像素子の受光面上に配置されているカラーフィルタにより励起光をカットする。
【０１２７】
図１２Ａは、実施の形態５に係る蛍光測定装置５００の構成を示す模式図である。蛍光測定装置５００は、励起光出射部５１０およびスペクトル分光部５４０を有する。
【０１２８】
励起光出射部５１０は、光源５１１を有し、励起光を出射する。
【０１２９】
光源５１１は、励起光を出射する。光源５１１から出射される励起光は、直線偏光や円偏光などの励起光であってもよいし、非偏光の励起光であってもよい。光源５１１の例には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。たとえば、光源５１１は、特定波長の励起光を照射する単色ＬＥＤである。また、光源５１１の発光色は、例えば、青色または緑色である。
【０１３０】
スペクトル分光部５４０は、励起光が被測定物１に照射されたときの被測定物１からの光に含まれる、被測定物１から放出された蛍光の分光スペクトルを測定する。スペクトル分光部５４０の種類は、フーリエ変換型のスペクトル分光器である。
【０１３１】
図１２Ａに示されるように、スペクトル分光部５４０は、偏光子５４１、偏光分割複屈折素子５４２、検光子（特許請求の範囲では、「偏光子」と称している）５４３、フーリエ変換レンズ５４４、検出部５４５および処理部５４６を有する。
【０１３２】
偏光子５４１は、被測定物１からの光に含まれる、所定の偏光方向の偏光成分を透過させる。実施の形態５では、偏光子５４１は、後述の検光子５４３が透過させる偏光の偏光方向に対して同一方向の偏光成分または直交方向の偏光成分を透過させる。実施の形態１では、図１２Ａに示されるように、偏光子５４１は、干渉縞のラインに平行なＤ１方向の偏光成分を透過させる。偏光子５４１は、光源５１１から出射された励起光が被測定物１に照射されたときの被測定物１からの光の光路上に配置されている。偏光子５４１の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。偏光子５４１の種類の例については、実施の形態１に係る第１偏光子１１３と同じである。
【０１３３】
また、偏光子５４１が透過させる偏光の偏光方向と、検光子５４３が透過させる偏光の偏光方向とが同一である場合と、直交する場合とでは、形成される干渉縞の位相が逆転するのみであり、測定される蛍光の分光スペクトルは同じである。
【０１３４】
偏光分割複屈折素子５４２は、被測定物１からの光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光（常光線および異常光線）に分割する。このとき、透過する光があらかじめ偏光子５４１を透過していることで、透過する光が楕円偏光または特定の偏光方向の直線偏光であっても、第１偏光の強度と第２偏光の強度とを等しくすることができる。これにより、干渉縞の明暗の差が最大となる。また、実施の形態５では、偏光分割複屈折素子５４２は、第１偏光および第２偏光の偏光方向が互いに直交するように、入射した対象光を分割する。偏光分割複屈折素子５４２は、例えば、偏光子５４１が透過させる光の偏光方向（実施の形態５では、Ｄ１方向）を基準（０°）としたときに、＋４５°の方向と、−４５°の方向に被測定物１からの光を分割する。偏光分割複屈折素子５４２は、偏光子５４１および検光子５４３の間の光路上に配置されている。
【０１３５】
偏光分割複屈折素子５４２の例は、サバール板、ウオラストンプリズムおよびシェアリングプリズムが含まれる。実施の形態５では、偏光分割複屈折素子５４２は、サバール板である。サバール板は、例えば、方解石（炭酸カルシウム）や二酸化チタンなどからなる２枚の結晶板を、偏光方向が重ならないように張り合わせることで作製されうる。また、偏光分割複屈折素子５４２は、既製品であってもよい。
【０１３６】
偏光分割複屈折素子５４２の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。また、実施の形態１で述べたとおり、サバール板の結晶板の厚さおよび屈折率は、第１偏光および第２偏光の、所望の光線分離距離に応じて適宜設定されうる。
【０１３７】
検光子５４３は、第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれている、所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる。実施の形態５では、前述のとおり、検光子５４３は、偏光子５４１が透過させる偏光の偏光方向と同一の方向（Ｄ１方向）の第１偏光成分および第２偏光成分を透過させる。検光子５４３は、偏光分割複屈折素子５４２およびフーリエ変換レンズ５４４の間において、第１偏光および第２偏光の光路上に配置されている。また、検光子５４３の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。検光子５４３の種類の例については、実施の形態１に係る第１偏光子１１３と同じである。
【０１３８】
実施の形態５では、偏光子５４１、偏光分割複屈折素子５４２および検光子５４３は、互いに接着されている。このような構成とすることは、装置の小型化および低コスト化の観点から好ましい。
【０１３９】
フーリエ変換レンズ５４４は、第１偏光成分および第２偏光成分を重ね合わせて、第１偏光成分および第２偏光成分の干渉縞を形成する。
【０１４０】
フーリエ変換レンズ５４４の直径は、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。フーリエ変換レンズ５４４の焦点距離ｆ２は、形成しようとする干渉縞形成領域の大きさに応じて適宜調整されうる。たとえば、フーリエ変換レンズ５４４の焦点距離ｆ２を大きくすると、干渉縞形成領域の面積を大きくすることができる。
【０１４１】
また、フーリエ変換レンズ５４４の形状および材料は、適宜選択されうる。フーリエ変換レンズ５４４の例には、凸レンズおよび凹レンズが互いに貼り合わされたアクロマートレンズや、閉回路テレビ（ＣＣＴＶ）レンズ、Ｆマウントレンズなどの写真撮影用レンズが含まれる。フーリエ変換レンズ５４４の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。フーリエ変換レンズ５４４は、例えば、射出成形法により作製されてもよいし、既製品であってもよい。
【０１４２】
検出部５４５は、フーリエ変換レンズ５４４により形成された干渉縞の強度分布に基づいて被測定物１から放出される蛍光のインターフェログラムを取得し、取得したインターフェログラムを処理部５４６に出力する。検出部５４５は、干渉縞を撮像するための撮像素子５４５１を有する。検出部５４５は、フーリエ変換レンズ５４４からフーリエ変換レンズ５４４の焦点距離ｆ２離れた位置に配置されている。検出部５４５は、例えば、撮像装置および出力装置を含む公知の半導体装置である。
【０１４３】
図１２Ｂは、実施の形態５に係る蛍光測定装置５００の検出部５４５が有する撮像素子５４５１の受光面の構成を示す模式図である。図１２Ｂに示されるように、検出部５４５は、干渉縞を撮像するための撮像素子５４５１と、撮像素子５４５１上に配列されている、赤色光を透過させる第１カラーフィルタ５４５２Ｒ、緑色光を透過させる第２カラーフィルタ５４５２Ｇ、および青色光を透過させる第３カラーフィルタ５４５２Ｂとを有する。実施の形態５では、第１カラーフィルタ５４５２Ｒ、第２カラーフィルタ５４５２Ｇおよび第３カラーフィルタ５４５２Ｂは、撮像素子５４５１の受光面上にベイヤー配列されている。
【０１４４】
たとえば、第１カラーフィルタ５４５２Ｒは、ピーク波長が６２０〜６８０ｎｍの赤色光を透過させ、第２カラーフィルタ５４５２Ｇは、ピーク波長が５２０〜５８０ｎｍの緑色光を透過させ、第３カラーフィルタ５４５２Ｇは、ピーク波長が４００〜４８０ｎｍの青色光を透過させる。
【０１４５】
撮像素子５４５１の受光面の大きさおよび形状は、形成される干渉縞形成領域の形状や大きさなどに応じて適宜設定されうる。撮像素子５４５１は、例えば、干渉縞を２次元的に撮像し、干渉縞の強度分布に基づいて、被測定物１から放出された蛍光のインターフェログラムを取得することができる電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）などの個体撮像素子である。
【０１４６】
処理部５４６は、検出部５４５で取得されたインターフェログラムを処理する。具体的には、処理部５４６は、インターフェログラムをフーリエ変換して、被測定物１から放出された蛍光の分光スペクトルを算出する。実施の形態５に係る処理部５４６は、励起光出射部５１０の光源５１１が出射する励起光を受光する画素からの出力をカットし、被測定物１から放出された蛍光を受光する画素からの出力だけに基づいてインターフェログラムを処理する。すなわち、処理部５４６は、第１カラーフィルタ５４５２Ｒ、第２カラーフィルタ５４５２Ｇおよび第３カラーフィルタ５４５２Ｂのうち、被測定物１から放出された蛍光を透過させつつ、励起光を減衰させるカラーフィルタが受光面上に配置されている画素からの出力に基づいて取得されたインターフェログラムを処理する。
【０１４７】
たとえば、光源５１１が青色の励起光を出射し、検出部５４５が緑色の蛍光を観察する場合、処理部５４６は、第３カラーフィルタ５４５２Ｂが受光面上に配置されている画素からの出力をカットし、第１カラーフィルタ５４５２Ｒおよび第２カラーフィルタ５４５２Ｇが受光面上に配置されている画素からの出力に基づいてインターフェログラムを処理する。また、光源５１１が緑色の励起光を出射し、検出部５４５が赤色の蛍光を観察する場合、処理部５４６は、第２カラーフィルタ５４５２Ｇおよび第３カラーフィルタ５４５２Ｂが受光面上に配置されている画素からの出力をカットし、第１カラーフィルタ５４５２Ｒが受光面上に配置されている画素からの出力に基づいてインターフェログラムを処理する。
【０１４８】
処理部５４６は、例えば、演算装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
【０１４９】
（蛍光測定装置における光路）
次いで、実施の形態５に係る蛍光測定装置５００における光路について説明する。まず、光源５１１から出射された励起光は、被測定物１に照射される。次いで、被測定物１からの光に含まれる、Ｄ１方向の偏光成分のみが、偏光子５４１を透過する。偏光子５４１を透過した直線偏光の光は、偏光分割複屈折素子１４２を透過して第１偏光および第２偏光に分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ１方向の第２偏光成分とは、検光子５４３およびフーリエ変換レンズ５４４を透過し、互いに重ね合わされる。これにより、検出部５４５が有する撮像素子５４５１の受光面上に、干渉縞ａが形成される。このとき、干渉縞ａは、第１カラーフィルタ５４５２Ｒ、第２カラーフィルタ５４５２Ｇおよび第３カラーフィルタ５４５２Ｂに亘って受光面上に結像される。
【０１５０】
実施の形態５に係る蛍光測定装置５００で取得されるインターフェログラムと、光学設計とについては、実施の形態１に係る蛍光測定装置１００と同じであるため、その説明を省略する。
【０１５１】
（効果）
実施の形態５に係る蛍光測定装置５００では、撮像素子５４５１の受光面において、第１カラーフィルタ５４５２Ｒ、第２カラーフィルタ５４５２Ｇおよび第３カラーフィルタ５４５２Ｂが配置されている。蛍光の発光色に対応する画素からの出力のみに基づいてインターフェログラムを処理することで、蛍光測定装置５００は、被測定物１からの光から励起光をカットして、蛍光の分光スペクトルを測定することができる。このように、実施の形態５に係る蛍光測定装置５００は、高価な光学フィルタを使用することなく、被測定物１からの光に含まれる蛍光の分光スペクトルを測定することができる。これにより、装置の低コスト化を実現することができる。
【０１５２】
なお、上記実施の形態５に係る蛍光測定装置５００では、光ファイバを使用しない態様について説明したが、蛍光測定装置５００は、この態様に限定されない。たとえば、蛍光測定装置５００は、光源５１１から出射された励起光を被測定物１まで導光するための光ファイバをさらに有していてもよいし、被測定物１からの光をスペクトル分光部５４０に導光するための光ファイバをさらに有していてもよい。
【０１５３】
また、上記実施の形態５に係る蛍光測定装置５００のスペクトル分光部５４０を、上記実施の形態１〜４に係る蛍光測定装置１００〜４００に適用することは、励起光をより確実にカットする観点から、好ましい。これにより、より微弱な蛍光の分光スペクトルを測定することができ、蛍光測定装置により分光スペクトルを測定するために必要な被測定物１の量を低減することができる。
【０１５４】
また、上記実施の形態１〜４では、光ファイバ（第１光ファイバ１１２、第２光ファイバ１３０および第３光ファイバ３５０の少なくとも１つ）を有する蛍光測定装置１００〜４００について説明したが、蛍光測定装置１００〜４００は、光ファイバを有していなくてもよい。たとえば、図３Ａにおいて第２光ファイバ１３０を有しない系である。この場合、スペクトル分光部１４０は、直線偏光の励起光の進行方向に対して垂直方向に放出される蛍光が偏光子１４１に入射するように配置される。これによって、励起光がスペクトル分光部１４０に入射するのを抑制することができる。また、スペクトル分光部の偏光子１４１を励起光の減衰に使えるため、部品点数を削減することもできる。
【０１５５】
さらに、条規実施の形態１〜５では、（第３）偏光子１４１、５４１を有する蛍光測定装置１００〜５００について説明したが、本発明に係る蛍光測定装置は、（第３）偏光子１４１、５４１を有していなくてもよい。これは、被測定物１からの光がランダム偏光の光である場合には、（第３）偏光子１４１、５４１を透過させなくても、偏光分割複屈折素子１４２で分離される正常光および異常光の時間平均強度が互いに等しくなり、検光子１４３、５４３を透過する第１方向成分および第２方向成分の大きさが互いに等しくなるためである。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明の蛍光測定装置は、高価な光学フィルタを使用することなく、被測定物から放出された蛍光の分光スペクトルを測定できるため、例えば、生化学分野における臨床検査機器として有用である。
【符号の説明】
【０１５７】
１０  光照射部
２０  照射導光部
２１  第１レンズ
２２  第１光学フィルタ
２３  第２レンズ
３０  受光導光部
３１  第３レンズ
３２  第２光学フィルタ
３３  第４レンズ
４０  光検出部
５０  演算部
６０  眼球
６５  強膜
１  被測定物
１００、２００、２００’、３００、４００、４００’、４００”、４００'''、５００  蛍光測定装置
１１０、３１０、５１０  励起光出射部
１１１、５１１  光源
１１２  第１光ファイバ
１１２’  第１分岐部
１１３  第１偏光子
１２０、２２０、３２０、４２０  偏光分離部
４２０ａ  第１偏光分離部
４２０ｂ  第２偏光分離部
４２０ｃ  第３偏光分離部
２２１  λ／４板
１３０（ａ〜ｃ）  第２光ファイバ
１３０’  第２分岐部
１４０、４４０、４４０’、４４０”、５４０  スペクトル分光部
１４１、５４１  （第３）偏光子
１４２、５４２  偏光分割複屈折素子
１４３、５４３  検光子
１４４、５４４  フーリエ変換レンズ
１４５、５４５  検出部
１４６、５４６  処理部
３１４  第１レンズ
３１５  偏光ビームスプリッタ
３１６  第２レンズ
３５０  第３光ファイバ
４４７ａ〜ｃ、４４７ａ’〜ｃ’  入射開口
４４８  コリメータレンズ
４４９”  アナモフィックコンバータ
４４９１”  第１レンズ群
４４９２”  第２レンズ群
４５０'''  第４光ファイバ
５４５１  撮像素子
５４５２Ｒ  第１カラーフィルタ
５４５２Ｇ  第２カラーフィルタ
５４５２Ｂ  第３カラーフィルタ
ＯＡ  光軸
Ｓ  入射開口設置面
【図１】
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【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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