JP2020085615A - 光学測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外光を放出するＬＥＤ光源を用いた小型化かつ高感度測定が可能な光学測定器を提供する。【解決手段】光学測定器１００は、筐体と、筐体内に配置され、試料ケースに収容された測定試料に励起光を照射する光源ユニットと、筐体内に配置され、励起光が照射された測定試料から放出される観測光を測定する受光ユニットと、を備える。光源ユニットは、励起光である紫外光を放出するＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源から放出される光を集光する集光ユニットと、集光ユニットにより集光された光を測定試料へ導光する第１の導光ユニットと、を備える。受光ユニットは、観測光を測定する受光センサと、測定試料から放出される光を受光センサへ導光する第２の導光ユニットと、を備える。そして、光源ユニットの光軸と受光ユニットの光軸とは所定の角度をなし、両光軸は平行ではない。【選択図】 図１

Description

本発明は、小型で高性能な測定が可能な光学測定器に関する。

近年、例えばＰＯＣＴ（Point Of Care Test）のように、分析が必要な現場において、検査時間が短く、かつ高精度な評価分析が可能な小型かつ携帯可能な光学測定器に関する要請が高まっている。また、特にそのような光学測定器を用いて、吸光度法や蛍光光度法（例えば、レーザ誘起蛍光法（Laser Induced Fluorescence：LIF））といった光学測定法を用いた光学測定を分析現場で行うことの需要は大きい。
ＬＩＦは、計測対象である原子や分子の共鳴遷移を利用して励起準位に合致した（波長をチューニングした）レーザ光を照射して上記計測対象を励起し、それによって引き起こされる発光（蛍光）を測定する手法である。蛍光の強度から測定対象の濃度が算定され、蛍光のスペクトル分布から測定対象の温度が算定される。

このようなＬＩＦ装置として、例えば特許文献１に記載の技術がある。このＬＩＦ装置は、光源から放出される励起光や、測定試料から放出される観測光が通過する光路の少なくとも一部を、励起光、観測光に対して透明な樹脂（シリコーン樹脂）から構成し、当該光路を、光吸収性材料（カーボンブラック等の顔料）を含有する顔料含有樹脂により包囲した構造を有する。ここで、上記透明な樹脂と顔料含有樹脂との材質を同じにすることにより、以下のような利点が得られる。

まず、両樹脂の界面での反射および散乱が抑制される。次に、顔料含有樹脂に入射した迷光が当該樹脂により吸収されて導光路には殆ど戻らず、迷光の複雑な多重反射がほとんど発生しない。よって、光学系を複雑な多重反射に対応した構成とする必要がなく、光学系の小型、簡便化が図れる。結果として、装置自体も小型化することができる。以上のようなシリコーン樹脂で構築した光学系の技術を、ＳＯＴ（Silicone Optical Technologies）と呼称する。
このようなＳＯＴ構造の光路を有する光学測定器によれば、光源から放出される光の反射光や散乱光といった迷光が、試料から放出される観測光を測定するための測定器へ入射されることを抑制することが可能である。したがって、ＰＯＣＴの要請に対応可能な小型で携帯が容易であり、簡便で高速、高性能な測定が可能な光学測定器を提供することが可能となる。

特許第５６６５８１１号公報 特開２０１６−１９１７０７号公報

上記特許文献１に記載の技術では、レーザ光源として、波長５３２ｎｍのレーザビームを放出するグリーンレーザ装置を用いている。また、試料としては、抗体軽鎖可変領域ポリペプチドと抗体重鎖可変領域ポリペプチドとを備え、抗体軽鎖可変領域ポリペプチドと抗体重鎖可変領域ポリペプチドのいずれか一方が蛍光色素により標識されたキットを用いている。
一方で、例えばＤＮＡ検出用蛍光試薬として知られるエチジウムブロマイドは、紫外光（ＵＶ光：例えば、３００〜３５０ｎｍ）により励起される。
また、例えば特許文献２に記載されているように、腎機能障害時に上昇する血中インドキシル硫酸濃度を測定するためには、励起波長を２６０〜３００ｎｍとした光学測定が行われる。

このように、紫外光光源を用いた光学測定器の需要がある。紫外光光源としては、ＵＶ−ＬＤ（Laser Diode）やＵＶ−ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が挙げられるが、ＵＶ−ＬＤは、比較的大型で高価である。そのため、試料に励起光を照射するための紫外光光源としては、小型で比較的安価なＵＶ−ＬＥＤを用いることが望まれる。

そこで、本発明は、紫外光を放出するＬＥＤ光源を用いた小型で高感度な測定が可能な光学測定器を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る光学測定器の一態様は、筐体と、前記筐体内に配置され、試料ケースに収容された測定試料に励起光を照射する光源ユニットと、前記筐体内に配置され、前記励起光が照射された前記測定試料から放出される観測光を測定する受光ユニットと、を備え、前記光源ユニットは、前記励起光である紫外光を放出するＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源から放出される光を集光する集光ユニットと、前記集光ユニットにより集光された光を前記測定試料へ導光する第１の導光路および当該第１の導光路を包囲する第１の遮光部材を有する第１の導光ユニットと、を備え、前記受光ユニットは、前記観測光を測定する受光センサと、前記測定試料から放出される光を前記受光センサへ導光する第２の導光路および当該第２の導光路を包囲する第２の遮光部材を有する第２の導光ユニットと、を備え、前記光源ユニットの光軸と前記受光ユニットの光軸とは所定の角度をなし、両光軸が平行ではない。

このように、光学測定器は、ＬＥＤ光源から放出される拡散光を集光して測定試料へ導く構成を有するので、ＵＶ光が進行する光路を絞って当該ＵＶ光を測定試料へ照射することができる。そのため、ＬＥＤ光源から放出されるＵＶ光が試料ケース以外の広範囲に照射されることを抑制し、ＵＶ光による２次的な発光（自家蛍光）を抑制することができる。また、光学測定器は、光源ユニットの光軸と受光ユニットの光軸とが所定の角度をなし、両光軸が平行とならないように、光源ユニットと受光ユニットとが配置された構成を有する。そのため、光源ユニットから放出される励起光が、直接受光ユニットに入射することを抑制することができる。
したがって、ＬＥＤ光源から放出されるＵＶ光や、当該ＵＶ光による２次的な発光がノイズ光となって光測定へ影響を及ぼすことを抑制することができ、高感度な光測定が可能となる。

また、上記の光学測定器において、前記励起光と前記観測光とは異なる波長を有し、前記光源ユニットは、前記ＬＥＤ光源から放出される光のうち、少なくとも前記観測光の波長と同じ波長成分を遮断し、かつ前記励起光を透過する第１のフィルタ部をさらに備えてもよい。
この場合、スペクトル幅の広いＬＥＤ光源を使用した場合であっても、適切に所望の励起光波長の光を取り出して測定試料に照射することができる。つまり、ＬＥＤ光源が、励起光波長のみならず、観測光波長と同じ波長の光も放出している場合であっても、この観測光波長と同じ波長の光がノイズ光となって光測定へ影響を及ぼすことを抑制し、高感度な光測定が可能となる。

さらに、上記の光学測定器において、前記第１のフィルタ部は、前記第１の導光ユニットの光出射側に配置されていてもよい。
この場合、ＬＥＤ光源から試料ケースまでのＵＶ光が通過する光路において当該ＵＶ光により発生した２次的発光を、第１のフィルタ部によって適切に遮断することができる。

また、上記の光学測定器において、前記励起光と前記観測光とは異なる波長を有し、前記受光ユニットは、前記測定試料から放出される光のうち、少なくとも前記励起光の波長と同じ波長成分を遮断し、かつ前記観測光を透過する第２のフィルタ部をさらに備えてもよい。
この場合、ＬＥＤ光源から放出されるＵＶ光が迷光として受光ユニットに入射されてしまった場合であっても、当該迷光が受光センサに到達することを回避することができる。このように、ＬＥＤ光源から放出されるＵＶ光がノイズ光となって光測定へ影響を及ぼすことを抑制し、高感度な光測定が可能となる。

さらに、上記の光学測定器において、前記第２のフィルタ部は、前記第２の導光ユニットの光入射側に配置されていてもよい。
この場合、第２の導光ユニットの光入射側でＵＶ光を遮断することができる。したがって、第２のフィルタ部以降の第２の導光路を含む受光センサまでの光路において、ＵＶ光による２次的な発光を抑制することができる。

また、上記の光学測定器において、前記所定の角度は、前記光源ユニットから放出される励起光が前記受光ユニットの前記第２の導光路に入射しない角度とすることができる。この場合、光源ユニットから放出される励起光がノイズ光となって光測定に影響を及ぼすことを適切に抑制することができる。
さらに、上記の光学測定器において、前記所定の角度は、９０度以上１７０度以下とすることができる。このように、上記角度を１７０度以下とすることで、光源ユニットから放出される励起光が、直接受光ユニットの第２の導光路に入射しないようにすることができる。また、上記角度を９０度以上とすることで、光路長を短く維持しつつ、第１の導光ユニットと第２の導光ユニットとの物理的な干渉を回避することができる。

また、上記の光学測定器において、前記第２の導光路は、前記観測光に対して透明な樹脂からなり、前記第２の遮光部材は、光吸収性材料である顔料を含有し、前記透明な樹脂と同じ材質の樹脂からなる顔料含有樹脂であってよい。
このように、第２の導光路を、外光や散乱光を吸収可能な顔料含有樹脂により包囲することで、外光や散乱光等が迷光（ノイズ光）となって受光センサに入射されることを抑制することができる。そのため、当該迷光による測定誤差を低減することができ、高精度な測定が可能となる。

さらにまた、上記の光学測定器において、前記第１の導光路は、空洞であり、前記第１の遮光部材は、光吸収性材料である顔料を含有する樹脂からなる顔料含有樹脂であってよい。
このように、ＵＶ光を試料ケースへ導く第１の導光路を空洞とすることで、第１の導光路においてＵＶ光による２次的な発光（自家蛍光）を抑制することができる。したがって、上記自家蛍光を抑制するために、例えば第１の導光路を高価な高純度透明シリコーンなどにより充填する必要がなく、コストを削減することができる。

また、上記の光学測定器において、前記集光ユニットは、光入射側から順に半球レンズ、ボールレンズが配置されていてもよい。この場合、拡散光であるＬＥＤ光源からの放出光を適切に集光し、第１の導光ユニットへ入射させることができる。

さらに、上記の光学測定器は、前記光源ユニットの光軸上に、前記光源ユニットから放出され前記試料ケースを透過した前記励起光が入射される光ダンパー部をさらに備え、前記光ダンパー部は、入射された前記励起光を複数の反射面の間で多重反射させて減衰させる空間を有していてもよい。
この場合、試料ケースを透過したＵＶ光を適切に減衰させることができ、当該ＵＶ光が迷光となって受光ユニットに入射することを防止することができる。

また、上記の光学測定器において、前記ＬＥＤ光源から放出される光が通過する光路の少なくとも一部は、石英ガラスおよび高純度透明シリコーンの少なくとも一方により構成されていてもよい。
石英ガラスや高純度透明シリコーンは、ＵＶ光が通過する際に自家蛍光の発生が小さい材料である。このような材料によりＵＶ光が通過する光路の少なくとも一部を構成することにより、上記自家蛍光の発生を抑制し、受光センサに入射しうるノイズ光を抑制することができる。

本発明の光学測定器は、紫外光を放出するＬＥＤ光源を用いた小型で高感度な測定が可能な光学測定器とすることができる。

本実施形態における光学測定器の全体構成を示す図である。 導光路に侵入する外光について説明する図である。 本実施形態における光学測定器の別の例を示す図である。 従来の光学測定器の全体構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における光学測定器１００の全体構成を示す図である。
本実施形態における光学測定器１００は、測定試料へ紫外光（励起光）を照射し、当該励起光が照射された測定試料から放出される観測光（蛍光）を測定する光誘起蛍光測定器である。この光学測定器１００は、測定試料に紫外光を照射することで当該測定試料を励起し、それによって引き起こされる蛍光の度合いを測定することで、測定試料の物理的性質を検出する装置である。
本実施形態における光学測定器１００は、図１に示すように、光源ユニット１１０と、受光ユニット１２０と、試料ケース保持筐体１３０と、を備える。試料ケース２００は、測定試料２１０を収容し、試料ケース保持筐体１３０によって着脱可能に保持される。

（光源ユニット）
光源ユニット１１０は、第１の筐体１１１内に配置され、試料ケース２００に収容された測定試料２１０に励起光を照射する。光源ユニット１１０は、ＬＥＤ光源１１２と、集光ユニット１１３と、第１の導光ユニット１１４と、第１のフィルタ部１１５と、を備える。第１の導光ユニット１１４は、第１の導光路１１４ａと、第１の導光路１１４ａを包囲する第１の遮光部材１１４ｂと、を備える。
第１の筐体１１１は、ＬＥＤ光源１１２、集光ユニット１１３、第１の導光ユニット１１４および第１のフィルタ部１１５を内包する。
ＬＥＤ光源１１２は、例えばピーク波長が３４０ｎｍの紫外光（ＵＶ光）を放出する。このＬＥＤ光源１１２は、放熱性を確保するために、例えばアルミニウム製の基板上に実装することができる。

集光ユニット１１３は、ＬＥＤ光源１１２の光放出側に配置される。集光ユニット１１３は、例えば、ＬＥＤ光源１１２に近い側から順に、半球レンズ１１３ａおよびボールレンズ１１３ｂを備える。この集光ユニット１１３は、ＬＥＤ光源１１２から放出される拡散光を後述する第１の導光路１１４ａに集光する機能を有する。
なお、集光ユニット１１３は、半球レンズ１１３ａとボールレンズ１１３ｂとからなる構成に限定されるものではない。例えば、集光ユニット１１３は、複数の半球レンズを並べる構成であってもよい。つまり、集光ユニット１１３は、少なくとも１つの半球レンズを備えていればよい。

第１のフィルタ部１１５は、集光ユニット１１３の光出射側に配置することができる。本実施形態では、第１のフィルタ部１１５は、集光ユニット１１３と第１の導光ユニット１１４の光入射側との間に配置される。第１のフィルタ部１１５は、測定試料２１０に照射すべき励起光波長の光を透過し、少なくとも測定試料２１０から放出される観測光波長と同じ波長の光の透過をカット（遮断）する機能を有する。
ここで、測定試料２１０から放出される観測光は、励起光波長よりも長い波長を有する光であり、例えば波長４５０ｎｍ〜５００ｎｍの可視光とすることができる。

ＬＥＤ光源１１２は、比較的広帯域のスペクトルの光を放出するので、励起光波長のみならず、測定試料から放出される観測光波長と同じ波長の光も微弱ながら放出する。第１のフィルタ部１１５は、ＬＥＤ光源１１２から放出される光に含まれる観測光波長と同じ波長の光を遮断することができる。
また、第１のフィルタ部１１５は、ＬＥＤ光源１１２から放出されるＵＶ光により発生し得る２次的な発光（自家蛍光）の光も遮断することができる。ここで、２次的発光（自家蛍光）は、観測光波長と同等の波長を有し、光測定のノイズ光となり得る光である。この第１のフィルタ部１１５は、例えばＬＥＤ光源１１２から放出されるＵＶ光が集光ユニット１１４等を通過する際に自家蛍光が発生した場合であっても、当該自家蛍光を適切に遮断することができる。

第１の導光ユニット１１４は、集光ユニット１１３の光出射側と、測定試料２１０が内部に収容された試料ケース２００との間に配置される。本実施形態では、第１の導光ユニット１１４は、第１のフィルタ部１１５の光出射側と試料ケース２００との間に配置される。
第１の導光ユニット１１４が備える第１の導光路１１４ａは、ＬＥＤ光源１１２から放出される励起光を試料ケース２００へ導光するための導光路である。第１の導光路１１４ａは、ＬＥＤ光源１１２から放出され第１のフィルタ部１１５を透過する励起光に対して透明な樹脂（例えば、シリコーン樹脂）により構成される。

また、この第１の導光路１１４ａを包囲する第１の遮光部材１１４ｂは、顔料含有樹脂からなる。顔料含有樹脂は、光透過特性を有する樹脂（例えば、シリコーン樹脂）に、迷光を吸収する特性を有する顔料を含有したものである。上記顔料は、例えば、黒色顔料であるカーボンブラック等を採用することができる。
ここで、第１の導光路１１４ａを構成する透明な樹脂と、顔料含有樹脂を含有する樹脂との材質を同等にすることが好ましい。このように構成すると、両樹脂の屈折率が同じになるため、両樹脂の界面での反射および散乱が抑制される。なお、顔料含有樹脂に入射した迷光は、その顔料含有樹脂で吸収され、第１の導光路１１４ａにほとんど戻らず、迷光の複雑な多重反射がほとんど発生しない。

図２に示すように、第１の導光路１１４ａに侵入する外光等のノイズ光Ｌ１１のうち、第１の導光路１１４ａの光軸と同方向に進む成分は非常に少なく、大部分は、第１の導光路１１４ａと顔料含有樹脂からなる第１の遮光部材１１４ｂとの界面から顔料含有樹脂へと入射し、顔料により吸収される。このとき、上記界面での反射は、第１の導光路１１４ａを構成する透明な樹脂と、第１の遮光部材１１４ｂを構成する顔料含有樹脂との材質を同じとすることにより、発生しない。
なお、顔料に入射する外光やその散乱光は、当該顔料によりほぼ吸収されるが、わずかながら顔料表面で散乱される。しかしながら、その散乱光は、再度顔料含有樹脂からなる第１の遮光部材１１４ｂへと入射する場合が多く、顔料含有樹脂の顔料により吸収されることになる。
したがって、図２に示すように、第１の導光路１１４ａから取り出される光の大部分は、第１の導光路１１４ａの光軸に沿った直進光Ｌ１となる。

ここで、第１の導光路１１４ａは、顔料含有樹脂からなる第１の遮光部材１１４ｂに設けた空洞として構成することもできる。この場合、空洞よりなる第１の導光路１１４ａと第１の遮光部材１１４ｂとの界面での反射や散乱が生じ、その反射光や散乱光の一部はノイズ光として第１の導光路１１４ａの出射端から放出される。しかしながら、当該出射端から放出されるノイズ光はわずかであり、この場合においても、第１の導光路１１４ａから取り出される光の大部分は、第１の導光路１１４ａの光軸に沿った直進光となる。

本実施形態における光源ユニット１１０によれば、複雑なコリメート用光学系を用いることなく、拡散光を放出するＬＥＤ光源１１２から直進光を取り出し、測定試料２１０へ適切に照射することが可能となる。また、光源ユニット１１０は、測定試料２１０に照射すべき励起光波長を有し、少なくとも測定試料２１０から放出される観測光波長と同じ波長の光がカットされた光を直進光として取り出し、測定試料２１０へ照射することが可能となる。

（試料ケース保持筐体）
試料ケース保持筐体１３０は、測定試料２１０が収容された試料ケース２００を保持する。ここで、試料ケース２００は、内部に測定試料２１０を収容するための容器であり、測定試料２１０を励起する励起光、および、測定試料２１０から放出される観測光が透過する光透過性材料により構成される。この試料ケース２００は、ＵＶ光による自家蛍光の発生が小さい材料、例えば石英ガラスや高純度透明シリコーンにより構成することが好ましい。
試料ケース保持筐体１３０は、光源ユニット１１０の第１の筐体１１１と、受光ユニット１２０の後述する第２の筐体１２１とにそれぞれ接続される。この試料ケース保持筐体１３０は、光源ユニット１１０から放出される励起光が通過して試料ケース２００に到達するための第１の開口部１３１と、試料ケース２００から放出される観測光が通過して受光ユニット１２０の後述する第２の導光路１２３ａに到達するための第２の開口部１３２と、を備える。

（受光ユニット）
受光ユニット１２０は、第２の筐体１２１内に配置され、励起光が照射された測定試料２１０から放出される観測光を測定する。受光ユニット１２０は、受光センサ１２２と、第２の導光ユニット１２３と、第２のフィルタ部１２４と、を備える。第２の導光ユニット１２３は、第２の導光路１２３ａと、第２の導光路１２３ａを包囲する第２の遮光部材１２３ｂと、を備える。
第２の筐体１２１は、受光センサ１２２、第２の導光ユニット１２３および第２のフィルタ部１２４を内包する。

受光センサ１２２は、測定試料２１０から放出される蛍光の度合いを測定する光学センサである。
受光ユニット１２０における試料ケース２００と対向する側には、第２の導光ユニット１２３が設けられる。第２の導光ユニット１２３は、光源ユニット１１０が備える第１の導光ユニット１１４と同様の構成を有する。第２の導光ユニット１２３が備える第２の導光路１２３ａは、試料ケース２００に収容された測定試料２１０から放出される観測光を受光センサ１２２へと導光するための導光路である。第２の導光路１２３ａは、測定試料２１０から放出される観測光に対して透明な樹脂（例えば、シリコーン樹脂）により構成される。また、この第２の導光路１２３ａを包囲する第２の遮光部材１２３ｂは、第１の遮光部材１１４ｂと同様に顔料含有樹脂からなる。

ここで、第２の導光路１２３ａを構成する透明な樹脂と、顔料含有樹脂を含有する樹脂との材質を同等にすることが好ましい。
このように、第２の導光ユニット１２３は、上記した第１の導光ユニット１１４と同様の構成を有し、第１の導光ユニット１１４と同等の機能を有する。すなわち、第２の導光路１２３ａから取り出される光の大部分は、第２の導光路１２３ａの光軸に沿った直進光となる。

第２のフィルタ部１２４は、受光センサ１２２の光入射側に配置することができる。本実施形態では、第２のフィルタ部１２４は、第２の導光ユニット１２３の光出射側に配置することができる。第２のフィルタ部１２４は、測定試料２１０から放出される観測光波長の光を透過し、少なくとも光源ユニット１１０から放出される励起光波長と同じ波長の光の透過をカット（遮断）する機能を有する。

図１において、第１のフィルタ部１１５および第２のフィルタ部１２４は、干渉フィルタ部材により構成することができる。干渉フィルタ部材は、バンドパスフィルタにより構成されていてもよいし、ハイパスフィルタとローパスフィルタとの組み合わせにより構成されていてもよい。
例えば第２のフィルタ部１２４は、観測光の波長領域のみを透過するバンドパスフィルタとして構成することができる。また、第２のフィルタ部１２４は、観測光の波長領域の短波長側よりも長波長側の光を透過するハイパスフィルタとして構成される第１の干渉フィルタ部材と、観測光の波長領域の長波長側よりも短波長側の光を透過するローパスフィルタとして構成される第２の干渉フィルタ部材とを組み合わせて構成してもよい。ここで、上記したように、第２の導光ユニット１２３から放出される光は、ほぼ直進光である。そのため、入射角度依存性を有する干渉フィルタ部材により構成される第２のフィルタ部１２４は、効率良く波長選択機能を奏することが可能となる。
また、第１のフィルタ部１１５を構成する干渉フィルタは、石英ガラスにより構成することができる。これにより、干渉フィルタをＵＶ光が通過する際に発生する自家蛍光を抑制することができ、ノイズ光の抑制効果が得られる。

また、図１において、第１の筐体１１１、第２の筐体１２１および試料ケース保持筐体１３０は、例えばアルミニウムにより構成することができる。ＬＥＤ光源１１２は、発熱量が大きいため、各筐体をアルミニウムにより構成することで、ヒートシンク機能を持たせることができる。また、仮に各筐体が樹脂などにより構成されている場合、ＬＥＤ光源１１２から放出されるＵＶ光によってＵＶ劣化が起こり得る。各筐体をアルミニウムにより構成することで、当該ＵＶ劣化を抑制することができる。また、各筐体におけるＵＶ光による自家蛍光の発生も抑制することができる。
以上のように、放熱性、耐ＵＶ性の観点から、各筐体はアルミニウムにより構成することが望ましい。なお、各筐体を構成する材料は、ジュラルミン等のアルミニウム合金であってもよい。ただし、各筐体を構成する材料は上記に限定されない。例えば放熱性の確保のためには、別途ヒートシンクを設けるようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、各筐体がそれぞれ別体である場合について説明するが、各筐体は一体形成されていてもよい。

（光源ユニットと受光ユニットとの配置）
図１に示すように、光源ユニット１１０と受光ユニット１２０とは、光源ユニット１１０の第１の光軸（第１の導光路１１４ａの光軸）１１６と、受光ユニット１２０の第２の光軸（第２の導光路１２３ａの光軸）１２５とが、所定の角度θをなすように配置される。すなわち、第１の光軸１１６と第２の光軸１２５とは、平行ではない。
この所定の角度θは、光源ユニット１１０から第１の光軸１１６に沿って放出される直進光が、受光ユニット１２０の第２の導光路１２３ａ内に入射しないように設定された角度であり、例えば１７０度以下（図１では１３５度）とすることができる。
また、この所定の角度θは、９０度以上であることが好ましい。角度θが９０度よりも狭くしていくと、第１の導光ユニット１１４と第２の導光ユニット１２３とが互いに干渉してしまう。当該干渉を回避するためには、第１の導光ユニット１１４と試料ケース２００との距離、および第２の導光ユニット１２３と試料ケース２００との距離をそれぞれ長くとる必要があり、光路長が長くなる。そのため、装置の大型化を招く。
したがって、上記所定の角度θは、９０度以上１７０度以下であることが好ましい。

光源ユニット１１０から放出される光は、比較的光強度は大きいが、上述したように直進光である。よって、第１の光軸１１６と第２の光軸１２５とがなす角度が上記の角度θとなるように光源ユニット１１０と受光ユニット１２０とを配置することで、容易に光源ユニット１１０からの直進光が受光ユニット１２０の第２の導光路１２３ａに入射することを著しく低減することが可能となる。
つまり、受光ユニット１２０の第２の導光路１２３ａを通過する光は、ほぼ測定試料２１０から放出される観測光となる。したがって、精度のよい蛍光測定を行うことが可能となる。

以上のように光源ユニット１１０と受光ユニット１２０とを配置するために、光源ユニット１１０の第１の筐体１１１、受光ユニット１２０の第２の筐体１２１および試料ケース保持筐体１３０は、例えば以下のように構成される。
図１に示すように、第１の筐体１１１の光出射側の面は平面を構成し、当該平面に第１の導光ユニット１１４の光出射側の平面が含まれる。また、第２の筐体１２１の光入射側の面も平面を構成し、当該平面に第２の導光ユニット１２３の光入射側の平面が含まれる。
試料ケース保持筐体１３０は、第１の開口部１３１が形成され、光源ユニット１１０から放出される光（励起光）が入射される光入射側平面１３３と、第２の開口部１３２が形成され、測定試料２１０から放出される光（観測光）が出射される光出射側平面１３４と、を有する。ここで、試料ケース保持筐体１３０の光入射側平面１３３と光出射側平面１３４とのなす角度は、（１８０−θ）度である。

そして、試料ケース保持筐体１３０の光入射側平面１３３と光源ユニット１１０の光出射側平面とを接触させ、かつ、試料ケース保持筐体１３０の光出射側平面１３４と光源ユニット１２０の光入射側平面とを接触させて各筐体が配置される。これにより、第１の光軸１１６と第２の光軸１２５とが所定の角度θをなし、両光軸は平行にはならない。

なお、試料ケース保持筐体１３０の第１の開口部１３１は、試料ケース保持筐体１３０の光入射側平面１３３と光源ユニット１１０の光出射側平面とを接触させて配置した際に、試料ケース保持筐体１３０の第１の開口部１３１の光軸と第１の光軸１１６とがほぼ一致する位置に設けられている。同様に、試料ケース保持筐体１３０の第２の開口部１３２は、試料ケース保持筐体１３０の光出射側平面１３４と受光ユニット１２０の光入射側平面とを接触させて配置した際に、試料ケース保持筐体１３０の第２の開口部１３２の光軸と第２の光軸１２５とがほぼ一致する位置に設けられている。

また、試料ケース保持筐体１３０は、光源ユニット１１０の光軸１１６上に、光源ユニット１１０から放出されて第１の光軸１１６上を直進し、試料ケース２００を透過した励起光が入射される光ダンパー部１３５を備えてもよい。この光ダンパー部１３５は、光が入射する光ダンパー部空間を有し、当該光ダンパー部空間を構成する面が、入射した光を多重反射させて減衰させるように構成されている。
具体的には、光ダンパー部１３５の内表面を、入射光を散乱させる複数の反射面により構成される散乱面とし、当該散乱面を黒アルマイト処理するなどにより黒色にしておくことにより、散乱光を徐々に減衰させる。ここで、光ダンパー部空間を構成する面には、光源ユニット１１０から直進する励起光の進行方向に対して直交する面が存在しないようにする。このように構成することで、入射光の正反射成分が試料ケース２００に戻らないようにすることができる。
この光ダンパー部１３５を試料ケース保持筐体１３０に設けることにより、光源ユニット１１０から放出され試料ケース２００を透過した直進光が、迷光となって受光ユニット１２０の第２の導光路１２３ａに入射してしまうことを抑制することが可能となる。

以下、従来の光学測定器（ＬＩＦ装置）の構成例について、図４を参照しながら説明する。
図４に示すＬＩＦ装置１０００は、レーザ光源１１０３、測定試料を保持する試料ケース１１０５、レンズや光学フィルタ等からなる蛍光収集光学系１１０７、光電子増倍管などの蛍光測定器１１０９を含む。
ＬＩＦ装置１０００は、ＳＯＴ構造の光学系を採用しており、試料ケース１１０５に保持される測定試料から放出される観測光（蛍光）に透明なＰＤＭＳ等の透明樹脂１１１３が少なくとも一部に充填された導光路と、当該導光路を包囲する顔料含有樹脂１１１１と、を有する。試料ケース１１０５および蛍光収集光学系１１０７は、透明樹脂１１１３に埋設される。

上記光学系における蛍光収集光学系１１０７は、測定試料から放出される観測光を蛍光測定器（光学センサ）１１０９まで導光する。
蛍光収集光学系１１０７は、ノッチフィルタ（１１１９，１１２１）、第１のレンズ１１１５、色ガラスフィルタ（１１２３，１１２５，１１２７）、第２のレンズ１１１７を有する。
ここで、上記ノッチフィルタは、励起光の迷光、試料ケース１１０５からの自家蛍光、透明樹脂１１１３を励起光が通過するときに放出されるラマン光といったノイズ光を低減し、観測光を透過させるために配置される。特に、観測光以外の上記ノイズ光は、第１のレンズ１１１５により平行光（入射角０°）となり、ノッチフィルタ１１２１によって効果的に減衰される。また、上記色ガラスフィルタは、ノッチフィルタ１１２１を僅かに通過した上記ノイズ光を吸収し、観測光を通過させるために配置される。
また、樹脂１１１１は、上記ノイズ光を吸収する波長特性を有する顔料をほぼ一様に含有している。
なお、ノイズ光の強度に応じて、ノッチフィルタ１１１９は省略することができる。また、色ガラスフィルタの枚数を１枚とすることもできる。

本発明者らが図４に示すレーザ光源１１０３に替えてＵＶ−ＬＥＤを採用し、図４と同等の光学測定器（光誘起蛍光測定器）を試作したところ、以下のような作用が生じることが判明した。
図４に示す構成によれば、光源（ＵＶ−ＬＥＤ）から放出されたＵＶ光が試料ケース１１０５に照射されるまでの光路には、透明樹脂が充填されることになる。本発明者らは、透明樹脂としてＰＤＭＳを採用し、複数の樹脂メーカー製のＰＤＭＳにてＵＶ−ＬＥＤから放出されるＵＶ光を通過させてみた。その結果、あるメーカー製のＰＤＭＳの場合、ＰＤＭＳより２次的な発光（自家蛍光）が顕著に観測された。

ＵＶ−ＬＥＤから放出される光は、ＵＶ−ＬＤから放出される光と異なり拡散光であるので、ＰＤＭＳ光路の比較的広い領域を進行する。そのため、この２次的な発光の発光領域は広範囲となり、更に強度も比較的大きい。
このＵＶ光により発生する自家蛍光は、迷光としてノッチフィルタ１１１９に入射する。しかしながら、この自家蛍光の波長は、測定試料から放出される観測光（蛍光）の波長と重なるので、ノッチフィルタ１１１９やその後段の色ガラスフィルタ等では自家蛍光をカットすることができない。そのため、当該自家蛍光は、ノイズ光として蛍光測定器１１０９に到達し、測定結果に悪影響を及ぼしてしまう。

これに対して、本実施形態における光学測定器１００の光源ユニット１１０は、ＬＥＤ光源１１２から放出される光を集光する集光ユニット１１３と、集光ユニット１１３により集光された光を測定試料２１０へ導光する第１の導光ユニット１１４を、を備える。
このように、ＬＥＤ光源１１２から放出される拡散光を集光して測定試料２１０へ導くので、ＵＶ光が進行する光路を絞ることができる。そのため、ＬＥＤ光源１１２から放出されるＵＶ光が広範囲に照射されることを抑制し、ＵＶ光による２次的な発光（自家蛍光）を抑制することができる。
ここで、集光ユニット１１３は、光入射側から順に半球レンズ１１３ａ、ボールレンズ１１３ｂが配置された構成とすることができる。この場合、拡散光であるＬＥＤ光源１１２からの放出光を適切に集光することができる。また、集光ユニット１１３を構成する各レンズは、石英レンズとすることができる。この場合、集光ユニット１１３をＬＥＤ光源１１２から放出されるＵＶ光が進行する際に発生する自家蛍光を抑制することができ、ノイズ光の抑制効果が得られる。

また、光学測定器１００は、光源ユニット１１０の第１の光軸１１６と、受光ユニット１２０の第２の光軸１２５とが所定の角度θをなし、両光軸が平行とならないように、光源ユニット１１０と受光ユニット１２０とが配置された構成を有する。そのため、光源ユニット１１０から放出される励起光が、直接受光ユニット１２０に入射されることを抑制することができ、当該励起光の光測定への影響を抑制することができる。
このように、ＬＥＤ光源から放出されるＵＶ光や、当該ＵＶ光による２次的な発光がノイズ光となって光測定へ影響を及ぼすことを抑制することができ、高感度な光測定が可能となる。

なお、光学測定器の光源としてレーザ光源を用いた場合、レーザビームの進行方向に対して真横（９０度方向）から観測光を測定した方が、観測光放出領域を光軸方向から有効に臨むことができるので、当該観測光の光強度が大きく測定感度が高い。つまり、図４に示すように、測定試料からの観測光（蛍光）を導光する導光路は、光源から試料ケースへ向かう光路に対して９０度に配置することが望ましい。
これに対して、本実施形態における光学測定器１００は、光源としてＬＥＤ光源を用いている。ＬＥＤ光源は拡散光を放出するため、ＬＥＤ光源から放出される光を集光して試料ケースに照射したとしても、試料ケース全体に光が照射され、測定試料から放出される蛍光の強度は試料ケースのどの方向から測定しても同等となる。
したがって、測定試料からの観測光（蛍光）を導光する第２の導光路１２３ａを、光源からの励起光を試料ケースへ導光する第１の導光路１１４ａに対して９０度に配置しなくても、即ち、第１の光軸１１６と第２の光軸１２５とのなす角度θが９０度でなくても、高感度な光測定が可能である。

また、光学測定器１００の光源ユニット１１０は、ＬＥＤ光源１１２から放出される光のうち、少なくとも観測光の波長と同じ波長成分を遮断し、かつ励起光を透過する第１のフィルタ部１１５をさらに備えることができる。
第１のフィルタ部１１５を配置することにより、ＬＥＤのようにスペクトル幅の広い光源を使用した場合であっても、適切に所望の励起光波長の光を取り出して測定試料２１０に照射することができる。また、ＬＥＤ光源１１２から放出されるＵＶ光が通過する光路において、ＵＶ光により観測光波長と同じ波長の自家蛍光が発生した場合であっても、当該自家蛍光を遮断することができる。また、第１のフィルタ部１１５を石英ガラスにより構成される干渉フィルタとすることで、第１のフィルタ部１１５をＵＶ光が通過した際に発生する自家蛍光を抑制することができる。
したがって、ノイズ光の影響を抑制し、光測定精度を向上させることができる。

さらに、光学測定器１００の受光ユニット１２０は、試料ケース２００に収容される測定試料２１０から放出される光のうち、少なくとも励起光の波長と同じ波長成分を遮断し、かつ観測光を透過する第２のフィルタ部１２４をさらに備えることができる。
第２のフィルタ部１２４を配置することにより、ＬＥＤ光源１１２から放出されるＵＶ光が迷光として受光ユニット１２０に入射されてしまった場合であっても、当該迷光が受光センサ１２２に到達することを抑制することができる。また、受光ユニット１２０に入射されたＵＶ光をカットすることができるので、受光ユニット１２０内においてＵＶ光により自家蛍光が発生することを抑制することができる。

また、光学測定器１００は、ＳＯＴ構造の光路を有することができる。つまり、第１の導光ユニット１１４の第１の導光路１１４ａは、励起光に対して透明な樹脂からなり、第１の遮光部材１１４ｂは、光吸収性材料である顔料を含有し、第１の導光路１１４ａを構成する透明な樹脂と同じ材質の樹脂からなる顔料含有樹脂とすることができる。また、第２の導光ユニット１２３の第２の導光路１２３ａは、観測光に対して透明な樹脂からなり、第２の遮光部材１２３ｂは、光吸収性材料である顔料を含有し、第２の導光路１２３ａを構成する透明な樹脂と同じ材質の樹脂からなる顔料含有樹脂とすることができる。
このように、ＳＯＴ構造の光路を有することで、簡便な構成でＬＥＤ光源１１２から放出される光の反射光や散乱光といった迷光が受光センサ１２２へ入射されることを抑制することができる。つまり、小型で高感度な光測定が可能となる。

ここで、第１の導光ユニット１１４の第１の導光路１１４ａは、空洞とすることもできる。第１の導光路１１４ａにシリコーン樹脂を充填した場合、当該シリコーン樹脂が、例えば高純度透明シリコーンでない場合には、自家蛍光が顕著に発生するおそれがある。第１の導光路１１４ａを空洞にすることで、当該第１の導光路１１４ａにおいて自家蛍光が発生することを抑制することができる。

また、光学測定器１００は、光源ユニット１１０の光軸上に、光源ユニット１１０から放出され試料ケース２００を透過した励起光が入射される光ダンパー部１３５をさらに備えることができる。ここで、光ダンパー部１３５は、入射した励起光を複数の反射面の間で多重反射させて減衰させる空間を有することができる。
これにより、試料ケース２００を透過したＵＶ光を適切に減衰させることができ、当該ＵＶ光が迷光となって受光ユニット１２０に入射することを防止することができる。

さらに、試料ケース２００は、石英ガラスもしくは高純度透明シリコーンより構成することができる。これにより、試料ケース２００をＵＶ光が通過した際の自家蛍光の発生を抑制することができる。
このように、ＬＥＤ光源１１２から放出される光が通過する光路（集光ユニット１１３、第１の導光路１１４ａ、第１のフィルタ部１１５、試料ケース２００）の少なくとも一部は、石英ガラスおよび高純度透明シリコーンの少なくとも一方により構成することができる。また、上記光路を内包する筐体（第１の筐体１１１、第２の筐体１２１、試料ケース保持筐体１３０）は、アルミニウムやアルミニウム合金により構成することができる。これにより、光路等におけるＵＶ光による２次的発光（自家蛍光）を適切に抑制することができる。

以上のように、本実施形態における光学測定器１００は、励起光であるＵＶ光を適切に測定試料２００に照射し、それによって引き起こされた蛍光だけを適切に受光センサ１２２で測定することができる。このように、本実施形態における光学測定器１００は、拡散光を放出するＵＶ−ＬＥＤ光源を用いて光路等における２次的発光（ノイズ光）が顕著に発生しうる場合においても、ノイズ光の影響を適切に抑制し、小型で高感度な測定が可能な光学測定器とすることができる。

（変形例）
上記実施形態においては、第１のフィルタ部１１５を第１の導光ユニット１１４の光入射側に配置する場合について説明したが、図３に示すように、第１のフィルタ部１１５は、第１の導光ユニット１１４の光出射側に配置してもよい。
第１の導光路１１４ａにシリコーン樹脂を充填する場合、当該シリコーン樹脂が高純度透明シリコーンでない場合には、第１の導光路１１４ａを通過する励起光（ＵＶ光）によって自家蛍光が発生するおそれがある。第１のフィルタ部１１５を第１の導光ユニット１１４の光出射側に配置すれば、第１の導光路１１４ａにおいて自家蛍光が発生した場合であっても、これを適切に遮断することができ、ノイズ光の光測定への影響を抑制することができる。換言すると、第１のフィルタ部１１５を第１の導光ユニット１１４の光出射側に配置すれば、第１の導光路１１４ａに充填する樹脂を、自家蛍光の抑制のための高純度透明シリコーンとする必要がなく、その分のコストを削減することができる。

また、上記実施形態においては、第２のフィルタ部１２４を第２の導光ユニット１２３の光出射側に配置する場合について説明したが、図３に示すように、第２のフィルタ部１２４は、第２の導光ユニット１２３の光入射側に配置してもよい。
第２のフィルタ部１２４を第２の導光ユニット１２３の光入射側に配置することで、第２の導光ユニット１２３の光入射側でＵＶ光を遮断することができる。したがって、第２のフィルタ部１２４以降の第２の導光路１２３ａを含む受光センサ１２２までの光路において、ＵＶ光による自家蛍光の発生を抑制することができる。このように、ノイズ光の抑制効果が得られる。

さらに、上記実施形態においては、第１の光軸１１６と第２の光軸１２５とのなす角度θは、理論上は１８０度とすることも可能である。
この場合、光源ユニット１１０から放出されるＵＶ光は、試料ケース２００を透過して直接受光ユニット１２０へ入射される。そのため、この場合には光ダンパー部１３５を設ける必要はない。ただし、ＵＶ光が受光センサ１２２に到達する前に、ＵＶ光を光測定結果に影響のない程度までカットする必要があり、そのためには、第２のフィルタ部１２４として高精度で高価なフィルタ部材が必要となる。また、干渉フィルタは入射角依存性を有するため、入射角が０度とならないＵＶ光については適切に遮断することができず、ノイズ光として受光センサ１２２に入射してしまう。そのため、ＵＶ光を干渉フィルタへ入射角０度で垂直入射させるためのコリメート用光学系を別途設ける等の対策を講じる必要がある。
したがって、例えば数μＷのＵＶ光であっても光測定結果に影響を及ぼすような高感度測定を行う光学測定器の場合には、角度θは、上述した実施形態のように光源ユニット１１０から放出されるＵＶ光が受光ユニット１２０に入射しない角度とすることが好ましい。

また、上記実施形態においては、光学測定器として光誘起蛍光測定器について説明したが、測定試料の濁度を測定する濁度測定器にも適用可能である。この場合、濁度測定器は、ＵＶ−ＬＥＤ光源から放出されるＵＶ光を測定試料に照射し、ＵＶ光が照射された測定試料から放出される散乱光（ＵＶ光）を測定する。つまり、観測光は、測定試料から放出される散乱光となる。なお、この場合、図１に示す第１のフィルタ部１１５および第２のフィルタ部１２４は不要である。

１００…光学測定器、１１０…光源ユニット、１１１…第１の筐体、１１２…ＬＥＤ光源、１１３…集光ユニット、１１４…導光ユニット、１１５…第１のフィルタ部、１１６…第１の光軸、１２０…受光ユニット、１２１…第２の筐体、１２２…受光センサ、１２３…導光ユニット、１２４…第２のフィルタ、１２５…第２の光軸、１３０…試料ケース保持筐体、１３５…光ダンパー部、２００…試料ケース、２１０…測定試料

Claims (12)

1. 筐体と、
   前記筐体内に配置され、試料ケースに収容された測定試料に励起光を照射する光源ユニットと、
   前記筐体内に配置され、前記励起光が照射された前記測定試料から放出される観測光を測定する受光ユニットと、を備え、
   前記光源ユニットは、
   前記励起光である紫外光を放出するＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源から放出される光を集光する集光ユニットと、
   前記集光ユニットにより集光された光を前記測定試料へ導光する第１の導光路および当該第１の導光路を包囲する第１の遮光部材を有する第１の導光ユニットと、を備え、
   前記受光ユニットは、
   前記観測光を測定する受光センサと、
   前記測定試料から放出される光を前記受光センサへ導光する第２の導光路および当該第２の導光路を包囲する第２の遮光部材を有する第２の導光ユニットと、を備え、
   前記光源ユニットの光軸と前記受光ユニットの光軸とは所定の角度をなし、両光軸が平行ではないことを特徴とする光学測定器。
2. 前記励起光と前記観測光とは異なる波長を有し、
   前記光源ユニットは、
   前記ＬＥＤ光源から放出される光のうち、少なくとも前記観測光の波長と同じ波長成分を遮断し、かつ前記励起光を透過する第１のフィルタ部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学測定器。
3. 前記第１のフィルタ部は、
   前記第１の導光ユニットの光出射側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学測定器。
4. 前記励起光と前記観測光とは異なる波長を有し、
   前記受光ユニットは、
   前記測定試料から放出される光のうち、少なくとも前記励起光の波長と同じ波長成分を遮断し、かつ前記観測光を透過する第２のフィルタ部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学測定器。
5. 前記第２のフィルタ部は、
   前記第２の導光ユニットの光入射側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学測定器。
6. 前記所定の角度は、前記光源ユニットから放出される励起光が前記受光ユニットの前記第２の導光路に入射しない角度であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学測定器。
7. 前記所定の角度は、９０度以上１７０度以下であることを特徴とする請求項６に記載の光学測定器。
8. 前記第２の導光路は、前記観測光に対して透明な樹脂からなり、
   前記第２の遮光部材は、光吸収性材料である顔料を含有し、前記透明な樹脂と同じ材質の樹脂からなる顔料含有樹脂であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学測定器。
9. 前記第１の導光路は、空洞であり、
   前記第１の遮光部材は、光吸収性材料である顔料を含有する樹脂からなる顔料含有樹脂であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光学測定器。
10. 前記集光ユニットは、光入射側から順に半球レンズ、ボールレンズが配置されてなることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学測定器。
11. 前記光源ユニットの光軸上に、前記光源ユニットから放出され前記試料ケースを透過した前記励起光が入射される光ダンパー部をさらに備え、
    前記光ダンパー部は、入射された前記励起光を複数の反射面の間で多重反射させて減衰させる空間を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学測定器。
12. 前記ＬＥＤ光源から放出される光が通過する光路の少なくとも一部は、石英ガラスおよび高純度透明シリコーンの少なくとも一方により構成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学測定器。

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