JP7545259B2 - 光学素子、光検出装置、及び蛍光検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子、光検出装置、及び蛍光検出装置に関する。

特許文献１には、励起光源と試料との間において、励起光源から出射された励起光を選択的に通過させる励起光源用フィルタと、試料と検出器との間において、試料から発せられた蛍光を選択的に通過させる検出器用フィルタと、を備える食品状態評価装置が記載されている。特許文献１に記載の食品状態評価装置は、励起光源用フィルタと試料との間に配置された偏光板と、試料と検出器用フィルタとの間に配置された偏光板と、を更に備えている。この一対の偏光板は、一方の偏光板の透過軸の方向が他方の偏光板の透過軸の方向に垂直となるように配置されている。これにより、蛍光の波長が励起光の波長に近接しており、検出器用フィルタのみによっては励起光が完全に遮断されない場合であっても、一対の偏光板によって励起光が遮断され、試料から発せられた蛍光が検出器に入射する。

特開２００１－２０８７４５号公報

ところで、所定の波長範囲内の光を選択的に通過させる光学フィルタとして、誘電体多層膜を含むものが用いられる場合がある。誘電体多層膜を含む光学フィルタでは、誘電体多層膜に入射する光の入射角が大きくなると、所定の波長範囲外の光が誘電体多層膜を通過するおそれがある。そのため、誘電体多層膜を含む光学フィルタを適切に機能させるためには、誘電体多層膜に入射する光の入射角を小さくする必要がある。

本発明は、様々な入射角で光が入射した場合に１０°以下の入射角で入射した光を選択的に通過させることができる光学素子、並びに、そのような光学素子を備える光検出装置及び蛍光検出装置を提供することを目的とする。

本発明の光学素子は、第１表面、所定の方向において第１表面に対向する第２表面、及び、それぞれが上記方向に沿って延在する複数の光通過部を有する光学部材を備え、複数の光通過部のそれぞれは、第１表面に位置する第１領域、第２表面に位置する第２領域、及び、第１表面と第２表面との間の周面に形成された光減衰領域を含み、第１領域の最大幅及び第２領域の最大幅のうち大きい幅をａとし、第１領域と第２領域との距離をｂとすると、複数の光通過部のそれぞれは、９０°－ｔａｎ^－１（ｂ／ａ）≦１０°を満たしている。

この光学素子では、複数の光通過部のそれぞれが９０゜－ｔａｎ^－１（ｂ／ａ）≦１０゜を満たすように構成されており、複数の光通過部のそれぞれの周面に光減衰領域が形成されている。これにより、複数の光通過部のそれぞれにおいて第１領域及び第２領域のいずれを光入射領域として機能させた場合にも、１０゜を超える入射角で光通過部に入射した光が周面に当たって減衰されやすくなり、１０゜以下の入射角で光通過部に入射した光が周面に当たらずに（すなわち、減衰されずに）光通過部を通過しやすくなる。よって、この光学素子によれば、様々な入射角で光が入射した場合に１０°以下の入射角で入射した光を選択的に通過させることができる。

本発明の光学素子では、光減衰領域は、上記方向から見た場合に環形状を有するように形成されていてもよい。これによれば、１０゜を超える入射角で光通過部に入射した光をより確実に減衰させることができる。

本発明の光学素子では、光減衰領域は、周面において環状に連続するように形成されていてもよい。これによれば、１０゜を超える入射角で光通過部に入射した光をより確実に減衰させることができる。

本発明の光学素子では、光減衰領域は、周面の全域にわたって形成されていてもよい。これによれば、１０゜を超える入射角で光通過部に入射した光をより確実に減衰させることができる。

本発明の光学素子では、複数の光通過部のそれぞれは、上記方向に沿って延在する貫通孔であり、第１領域は、第１表面に位置する第１開口であり、第２領域は、第２表面に位置する第２開口であってもよい。これによれば、光学部材の構造を単純化することができる。

本発明の光学素子では、光減衰領域は、凹凸領域を含んでいてもよい。これによれば、光減衰領域の構造を単純化しつつも、１０゜を超える入射角で光通過部に入射した光を確実に減衰させることができる。

本発明の光学素子では、凹凸領域は、複数の凸部を含み、複数の凸部のそれぞれの高さをｃとし、光通過部に入射する光の最大波長をλとすると、凹凸領域は、（２π×（ｃ／２））／λ≧１を満たしていてもよい。これによれば、凹凸領域に光が入射すると散乱が生じやすくなるため、１０゜を超える入射角で光通過部に入射した光をより確実に減衰させることができる。

本発明の光学素子では、凹凸領域は、上記方向において隣り合う凸部を含む複数の凸部を含み、複数の凸部のそれぞれの幅は、第１領域の最大幅及び第２領域の最大幅のそれぞれよりも小さく、隣り合う凸部の間の距離は、第１領域の最大幅及び第２領域の最大幅のそれぞれよりも小さくてもよい。これによれば、１０゜を超える入射角で光通過部に入射した光が周面で正反射されるのを抑制することができるため、当該光をより確実に減衰させることができる。

本発明の光学素子では、上記方向において光学部材の一方の側又は他方の側に配置され、上記方向に対して１０°以下の入射角で入射した光のうち所定の波長範囲内の光を選択的に通過させる光学フィルタを更に備えてもよい。例えば、光路上において光学部材の前段に光学フィルタが配置された場合において、所定の波長範囲内の光及び所定の波長範囲外の光が様々な入射角で光学フィルタに入射したときには、所定の波長範囲内の光が１０°以下の入射角で光学部材に入射しやすくなり、所定の波長範囲外の光が１０°を超える入射角で光学部材に入射しやすくなる。このとき、光学部材では、１０°以下の入射角で入射した光が選択的に通過させられるため、結果として、所定の波長範囲内の光及び所定の波長範囲外の光から所定の波長範囲内の光を抽出することができる。また、例えば、光路上において光学部材の後段に光学フィルタが配置された場合において、所定の波長範囲内の光及び所定の波長範囲外の光が様々な入射角で光学部材に入射したときには、所定の波長範囲内の光及び所定の波長範囲外の光が１０°以下の入射角で光学フィルタに入射しやすくなる。このとき、光学フィルタでは、１０°以下の入射角で入射した光のうち所定の波長範囲内の光が選択的に通過させられるため、結果として、所定の波長範囲内の光及び所定の波長範囲外の光から所定の波長範囲内の光を抽出することができる。

本発明の光検出装置は、上記光学素子と、光学素子を通過した光を検出する光検出器と、を備える。

この光検出装置によれば、１０°以下の入射角で入射した光を選択的に検出することができる。

本発明の光検出装置では、光学素子は、上記方向に対して１０°以下の入射角で入射した光のうち所定の波長範囲内の光を選択的に通過させる光学フィルタを更に備え、光学フィルタは、上記方向において光学部材の一方の側又は他方の側に配置されていてもよい。これによれば、所定の波長範囲内の光を選択的に検出することができる。

本発明の光学素子及び光検出装置では、光学フィルタは、誘電体多層膜を含んでもよい。これによれば、所定の波長範囲内の光の選択的な通過を高精度で実現することができる。

本発明の蛍光検出装置は、上記光検出装置と、試料に照射するための励起光を出射する光源と、を備え、光学素子は、試料と光検出器との間の光路上に配置されており、光検出装置は、試料から発せられた蛍光を、光学素子を介して検出し、励起光は、所定の波長範囲外の光であり、蛍光は、所定の波長範囲内の光である。

この蛍光検出装置によれば、上記光学素子を備えるため、励起光及び蛍光が光学素子に入射した場合にも、蛍光を選択的に検出することができる。

本発明によれば、様々な入射角で光が入射した場合に１０°以下の入射角で入射した光を選択的に通過させることができる光学素子、並びに、そのような光学素子を備える光検出装置及び蛍光検出装置を提供することが可能となる。

一実施形態の蛍光検出装置の構成図である。 図１に示される光学部材の一部分の断面図である。 図２に示される貫通孔の模式的な断面図である。 変形例の蛍光検出装置の構成図である。 変形例の蛍光検出装置の構成図である。 変形例の蛍光検出装置の構成図である。 変形例の光学部材の一部分の断面図である。 変形例の貫通孔の模式的な断面図である。 変形例の貫通孔の模式的な断面図である。 変形例の貫通孔の模式的な断面図である。 変形例の貫通孔の模式的な断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［蛍光検出装置の構成］

図１に示されるように、蛍光検出装置１は、光源２と、光検出装置３と、を備えている。蛍光検出装置１は、光源２から出射された励起光ＥＬを試料Ｓに照射し、試料Ｓから発せられた蛍光ＦＬを光検出装置３により受光することにより、蛍光強度を測定する。これにより、蛍光検出装置１は、試料Ｓ中の物質の濃度を測定する。

光源２は、試料Ｓに照射するための励起光ＥＬを出射する。光源２は、例えばＬＥＤ等で構成されている。光源２は、試料Ｓに対して、励起光ＥＬを照射する。試料Ｓは、例えば、植物プランクトンを含む海水を収容している透明な水槽である。

光検出装置３は、光源２から試料Ｓに至る光路と直交（交差）する方向において、試料Ｓに対向するように配置されている。光検出装置３は、励起光ＥＬが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから発せられた蛍光ＦＬを受光する。以下の説明では、試料Ｓと光検出装置３とが対向する方向をＺ方向（所定の方向）、Ｚ方向に垂直な水平方向の一方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向という。

光検出装置３は、光学素子１０と、光検出器６と、パッケージ７と、を有している。光検出器６は、Ｚ方向において試料Ｓに対向するように配置されている。光学素子１０は、試料Ｓと光検出器６との間の光路上（Ｚ方向において試料Ｓと光検出器６との間）に配置されている。

光学素子１０の全体、及び光検出器６の一部（後述する受光部６１及び各リードピン６２の一部）は、パッケージ７内に配置されている。パッケージ７は、例えば、円筒状の部材である。パッケージ７は、Ｚ方向において光学素子１０を挟んで光検出器６とは反対側に受光面７ａを有している。一例として、パッケージ７のうち、受光面７ａの部分は、透明なガラスからなり、その他の部分は金属からなる。パッケージ７の受光面７ａ、並びにパッケージ７内に配置された光学素子１０及び光検出器６は、Ｚ方向において、試料Ｓに対向するように配置されている。

光検出器６は、励起光ＥＬが照射されることにより試料Ｓから発せられた蛍光ＦＬを受光する。光検出器６は、受光部６１と、複数のリードピン６２と、を含んでいる。受光部６１は、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬに感度を有している。受光部６１は、例えば、シリコンフォトダイオードである。複数のリードピン６２は、パッケージ７との間で電気絶縁性及び気密性が維持された状態で、パッケージ７を貫通している。複数のリードピン６２は、信号処理回路（図示せず）に接続されている。これにより、受光部６１と信号処理回路とが電気的に接続されている。受光部６１が光を受光すると、受光面に入射した光の光量に応じた電流を受光部６１が発生させ、信号処理回路が、光検出器６により発生した電流を電圧に変換して外部に出力する。

光学素子１０は、様々な入射角で光Ｌが入射した場合に所定の波長範囲内の光を選択的に通過させる。光Ｌは、試料Ｓ側から光検出器６側に進行する光であって、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬを含んでいる。光Ｌのうち、蛍光ＦＬは、所定の波長範囲内の光である。所定の波長範囲内の光は、蛍光検出装置１の測定対象の波長を含む波長範囲の光である。すなわち、蛍光ＦＬは、光検出器６の受光部６１に入射させるべき光である。一方、励起光ＥＬは、所定の波長範囲外の光である。すなわち、励起光ＥＬは、光検出器６の受光部６１に入射させるべきではない光である。光学素子１０は、光学部材４と、光学フィルタ５と、を含んでいる。

光学部材４は、パッケージ７内において受光面７ａと隣り合うように配置されている。光学部材４は、様々な入射角で光Ｌが入射した場合に１０°以下の入射角で入射した光Ｌを選択的に通過させる。「１０°以下の入射角で入射した光Ｌを選択的に通過させる」とは、１０°以下の入射角で入射した光Ｌを９０％以上通過させ、且つ１０°を超える入射角で入射した光Ｌを９０％以上遮断することを意味する。具体的には、光学部材４には励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが様々な入射角で入射する。光学部材４は、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬのうち１０°以下の入射角で入射した励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬを選択的に通過させる。

光学部材４は、光吸収材料を含んでいる。本実施形態では、光学部材４は、光吸収材料を含んだ構成材料、或いは光吸収材料によって着色された構成材料からなる。構成材料の例としては、アクリル、ＰＬＡ、ＡＢＳ、エポキシ、ナイロン、ポリカーボネート、ポリプロピレン等の樹脂、シリコンゴム等の弾性材料、ポリアセタール、石膏、及び金属等が挙げられる。なお、光学部材４は、光吸収材料とは異なる材料からなる部材がレゴリス等の天然材料を含む塗料によって塗装されることにより形成されてもよい。光学部材４は、例えば、円板状を呈している。光学部材４の直径は、例えば、２０ｍｍであって、光学部材４の厚さは、例えば、１０ｍｍである。光学部材４の詳細については後述する。

光学フィルタ５は、光学部材４と光検出器６との間の光路上（Ｚ方向において光学部材４と光検出器６との間）に配置されている。光学フィルタ５は、Ｚ方向に対して１０°以下の入射角で入射した光Ｌから蛍光ＦＬを、所定の波長範囲よりも低い波長範囲の光を通過させることなく（波長特性が短波長にシフトすることなく）選択的に通過させる。つまり、光学素子１０は、光学部材４及び光学フィルタ５を含んでいることにより、１０°以下の入射角で入射した蛍光ＦＬを選択的に通過させる。

本実施形態では、光学フィルタ５は、光透過部材５１と、誘電体多層膜５２と、を含んでいる。一例として、光透過部材５１は、シリコン、ガラス等の光透過性材料によって形成され、例えば円板状を呈している。誘電体多層膜５２は、光透過部材５１の表面に形成されている。誘電体多層膜５２の例としては、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５等の高屈折材料と、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２等の低屈折材料との組合せからなる多層膜が挙げられる。光学フィルタ５は、誘電体多層膜５２を含むことにより、１０°以下の入射角で入射した光Ｌから蛍光ＦＬを選択的に通過させる。
［光学部材の構成］

図２に示されるように、光学部材４は、第１表面４ａ、Ｚ方向において第１表面４ａに対向する第２表面４ｂ、及び複数の貫通孔（複数の光通過部）４Ａを有している。光学部材４では、第１表面４ａ及び第２表面４ｂの一方が、Ｚ方向において試料Ｓと向かい合うように配置されることにより光入射面として機能し、第１表面４ａ及び第２表面４ｂの他方が、光出射面として機能する。本実施形態では、Ｚ方向において試料Ｓと向かい合うように配置されている第１表面４ａが光入射面として機能し、第２表面４ｂが光出射面として機能する。

複数の貫通孔４Ａは、例えば、Ｚ方向から見て、平面三角格子状に配列されている。なお、複数の貫通孔４Ａの配置関係は、これに限られず、例えば、四角格子状に配列されていてもよい。各貫通孔４Ａは、Ｚ方向に沿って延在している。複数の貫通孔４Ａは、例えば、円柱状を呈している。なお、各貫通孔４Ａの形状は、これに限られず、例えば、六角形状を呈していてもよい。

図３は、１つの貫通孔４Ａの模式的な断面図である。図２及び図３に示されるように、各貫通孔４Ａは、第１開口（第１領域）Ｒ１、第２開口（第２領域）Ｒ２、及び光減衰領域４１を含んでいる。第１開口Ｒ１は、第１表面４ａに位置している。第２開口Ｒ２は、第２表面４ｂに位置している。本実施形態では、第１開口Ｒ１の大きさは、第２開口Ｒ２の大きさと等しい。

光学部材４では、第１開口Ｒ１及び第２開口Ｒ２の一方が、光入射領域として機能し、第１開口Ｒ１及び第２開口Ｒ２の他方が、光出射領域として機能する。本実施形態では、第１開口Ｒ１が光入射領域として機能し、第２開口Ｒ２が光出射領域として機能する。

光減衰領域４１は、第１表面４ａと第２表面４ｂとの間の周面４ｃに形成されている。光減衰領域４１は、凹凸領域４２を含んでいる。本実施形態では、凹凸領域４２は、周面４ｃにおいて環状に連続するように、且つ周面４ｃの全域にわたって形成されている。凹凸領域４２は、複数の凸部４２ａを含んでいる。

複数の凸部４２ａは、Ｚ方向に延在しており、第１表面４ａから第２表面４ｂまで並ぶように配列されている。複数の凸部４２ａは、Ｚ方向において隣り合っている。これにより、Ｚ方向において隣り合う凸部４２ａの間には、空間が設けられている。本実施形態では、各凸部４２ａは、同一の形状を呈しており、Ｚ方向において等間隔に配列されている。

各凸部４２ａは、Ｚ方向から見た場合に、貫通孔４Ａの中心に向かって突出するように形成されている。各凸部４２ａは、周面４ｃにおいて環状に連続するように形成されている。換言すれば、各凸部４２ａは、Ｚ方向から見た場合に、円環状を呈している。Ｘ方向から見た各凸部４２ａの断面は、四角状を呈している。一例として、Ｘ方向から見た各凸部４２ａの断面は、矩形状を呈しており、各凸部４２ａは平面状の頂部を含んでいる。

第１開口Ｒ１の最大幅及び第２開口Ｒ２の最大幅のうち大きい幅をａとし、第１開口Ｒ１と第２開口Ｒ２との距離をｂとすると、各貫通孔４Ａは、９０°－ｔａｎ^－１（ｂ／ａ）≦１０°を満たしている。本実施形態では、第１開口Ｒ１の大きさは、第２開口Ｒ２の大きさと等しい。したがって、本実施形態では、第１開口Ｒ１の最大幅及び第２開口Ｒ２の最大幅はいずれも幅ａとなる。距離ｂは、Ｚ方向における貫通孔４Ａの長さである。

また、各凸部４２ａの高さをｃとし、貫通孔４Ａに入射する光Ｌの最大波長をλとすると、凹凸領域４２は、（２π×（ｃ／２））／λ≧１を満たしている。各凸部４２ａの高さｃは、貫通孔４Ａの周面４ｃを基準とした場合に、周面４ｃから貫通孔４Ａの中心に向かう方向に沿った各凸部４２ａの頂部までの長さである。

各凸部４２ａの幅ｄは、第１開口Ｒ１の最大幅（幅ａ）及び第２開口Ｒ２の最大幅（幅ａ）のそれぞれよりも小さい。幅ｄは、Ｚ方向における各凸部４２ａの幅である。また、隣り合う凸部４２ａの間の距離ｅは、第１開口Ｒ１の最大幅及び第２開口Ｒ２の最大幅のそれぞれよりも小さい。距離ｅは、Ｚ方向における隣り合う凸部４２ａの間の距離である。

光学部材４は、複数の薄板（図示せず）が組み合わせて構成されている。各薄板は、第１表面、第１表面に対向する第２表面、及び複数の孔を有している。各薄板は、円板状を呈している。各薄板は、同一の形状を呈している。各薄板の各孔は、薄板の厚さ方向に沿って延在している。各孔は、第１表面に位置する第１開口、及び第２表面に位置する第２開口を含んでいる。各孔は、第１開口及び第２開口の少なくとも一方側に拡幅された形状を呈している。一例として、各孔は、第１開口及び第２開口の一方側にステップ状に拡幅された形状を呈している。このような複数の孔が形成された複数の薄板が、積層されるように互いに固定されることにより、光学部材４が構成される。

なお、光学部材４は、互いに形状が異なる第１薄板及び第２薄板を含む複数の薄板が組み合わせて構成されてもよい。第１薄板及び第２薄板のそれぞれは、上述した各薄板と同様に、第１表面、第１表面に対向する第２表面、及び複数の孔を有している。第１薄板の各孔は、第２薄板の各孔と同心円状に設けられている。第１薄板の各孔の幅は、第２薄板の各孔の幅よりも小さい。このような第１薄板と第２薄板とを１枚ずつ交互に組み合わせた複数の薄板が、積層されるように互いに固定されることにより、光学部材４が構成される。
［蛍光検出装置の動作］

以上のように構成された蛍光検出装置１の動作の一例について説明する。まず、光源２から励起光ＥＬがＹ方向に沿って出射されると、出射された励起光ＥＬは、試料Ｓに照射される。そして、励起光ＥＬが照射された試料Ｓから蛍光ＦＬが発せられる。励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬを含む光Ｌは、様々な入射角で光学部材４に入射する。そして、光学部材４により、１０°以下の入射角で入射した励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが、選択的に通過させられ、光学フィルタ５に入射する。そして、１０°以下の入射角で光学フィルタ５に入射した励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬのうち蛍光ＦＬが選択的に通過させられる。その結果、蛍光ＦＬが、受光部６１の受光面に入射する。そして、受光部６１は、受光面に入射した蛍光ＦＬの光量に応じた電流を発生し、受光部６１に電気的に接続された信号処理回路（図示せず）が、受光部６１により発生した電流を電圧に変換して出力する。このようにして、蛍光検出装置１では、検出対象の蛍光ＦＬの蛍光強度が測定される。
［作用及び効果］

光学素子１０では、各貫通孔４Ａが９０゜－ｔａｎ^－１（ｂ／ａ）≦１０゜を満たすように構成されており、各貫通孔４Ａの周面４ｃに光減衰領域４１が形成されている。これにより、各貫通孔４Ａにおいて第１開口Ｒ１及び第２開口Ｒ２のいずれを光入射領域として機能させた場合にも、１０゜を超える入射角で貫通孔４Ａに入射した光Ｌが周面４ｃに当たって減衰されやすくなり、１０゜以下の入射角で貫通孔４Ａに入射した光Ｌが周面４ｃに当たらずに（すなわち、減衰されずに）貫通孔４Ａを通過しやすくなる。よって、この光学素子１０によれば、様々な入射角で光Ｌが入射した場合に１０°以下の入射角で入射した光Ｌを選択的に通過させることができる。

特に、光学素子１０では、光学素子１０に入射した光ＬがＺ方向に沿って延在する各貫通孔４Ａを通過し、第１表面４ａには、第１開口Ｒ１が位置しており、第２表面４ｂには、第２開口Ｒ２が位置している。これにより、光学部材４の構造を単純化することができる。

光学素子１０では、光減衰領域４１が、周面４ｃにおいて環状に連続するように形成されている。これにより、１０゜を超える入射角で貫通孔４Ａに入射した光Ｌをより確実に減衰させることができる。

光学素子１０では、光減衰領域４１が、周面４ｃの全域にわたって形成されている。これにより、１０゜を超える入射角で貫通孔４Ａに入射した光Ｌをより確実に減衰させることができる。

光学素子１０では、光減衰領域４１が、凹凸領域４２を含んでいる。これにより、光減衰領域４１の構造を単純化しつつも、１０゜を超える入射角で貫通孔４Ａに入射した光Ｌを確実に減衰させることができる。また、光減衰領域４１の製造の容易化を図ることができる。

光学素子１０では、凹凸領域４２が、複数の凸部４２ａを含み、複数の凸部４２ａのそれぞれの高さをｃとし、貫通孔４Ａに入射する光Ｌの最大波長をλとすると、凹凸領域４２が、（２π×（ｃ／２））／λ≧１を満たしている。これにより、凹凸領域４２に光Ｌが入射すると散乱が生じやすくなるため、１０゜を超える入射角で貫通孔４Ａに入射した光Ｌをより確実に減衰させることができる。

光学素子１０では、凹凸領域４２が、Ｚ方向において隣り合う凸部４２ａを含む複数の凸部４２ａを含み、複数の凸部４２ａのそれぞれの幅が、第１開口Ｒ１の最大幅及び第２開口Ｒ２の最大幅のそれぞれよりも小さく、隣り合う凸部４２ａの間の距離が、第１開口Ｒ１の最大幅及び第２開口Ｒ２の最大幅のそれぞれよりも小さい。これにより、１０゜を超える入射角で貫通孔４Ａに入射した光Ｌが周面４ｃで正反射されるのを抑制することができるため、当該光Ｌをより確実に減衰させることができる。

光学素子１０では、Ｚ方向において光学部材４の後段に配置され、Ｚ方向に対して１０°以下の入射角で入射した光Ｌ（すなわち、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬ）のうち蛍光ＦＬを選択的に通過させる光学フィルタ５を備えている。これにより、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが様々な入射角で光学部材４に入射したときには、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが１０°以下の入射角で光学フィルタ５に入射しやすくなる。このとき、光学フィルタ５では、１０°以下の入射角で入射した励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬのうち蛍光ＦＬが選択的に通過させられるため、結果として、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬから蛍光ＦＬを抽出することができる。更に、光学素子１０を有する光検出装置３では、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが光学素子１０に入射した場合にも、蛍光ＦＬを選択的に検出することができる。

光学フィルタ５は、誘電体多層膜５２を含んでいる。これにより、所定の波長範囲内の光Ｌの選択的な通過を高精度で実現することができる。

ここで、誘電体多層膜５２を含む光学フィルタ５と光学部材４とを組み合わせて構成される光学素子１０の効果について詳細に説明する。蛍光測定における前提として、一般的に、励起光の波長ピークと一般的な蛍光色素の波長ピークとの差は、例えば２０ｎｍ程度しかなく、励起光の波長ピークと蛍光の波長ピークとは、近接している。そのため、波長分離特性が良く、蛍光色素の特性に合わせて、測定対象の波長を含む蛍光を透過させ、励起光を遮断することが可能な光学フィルタが必要とされる。

このように透過する光及及び遮断する波長の特性を任意に設計できるフィルタとして、誘電体多層膜を含む光学フィルタが挙げられる。しかし、誘電体多層膜を含むフィルタは、１０°を超える入射角で光が入射すると、所定の波長範囲よりも低い波長範囲の光を通過させる（波長特性が短波長にシフトする）性質があり、この性質を無くすことは困難である。したがって、光学フィルタには、１０°以下の入射角で光を入射させるのが望ましい。

そこで、例えば、光路上において試料と光学フィルタとの間に光学レンズを配置することが考えられる。光学レンズは、光学レンズの表面に対して垂直の入射角で入射した光を通過させ、それ以外の光（光学レンズの表面に対して斜め方向から入射した光）を遮断する。しかしながら、光学レンズによっては、光学レンズの表面に対して斜めから入射したすべての光を遮断することは困難である。また、光学レンズを用いると、小型化が困難且つ高コストになる問題がある。特に、従来の蛍光検出装置を顕微鏡に用いる場合においては、光学レンズの表面に対して斜め方向から入射した励起光が光学レンズを通過すると、顕微鏡の鏡筒で乱反射して光学フィルタに入射してしまう。その結果、励起光が光学フィルタを通過して光検出器に入射してしまうおそれがあった。

そこで、蛍光測定において、光学レンズに代えて、光の入射角度に依存しない吸収型の光学フィルタを用いることが考えられる。吸収型の光学フィルタを用いることで、光学レンズを用いる場合と比較して小型化を図ることができるが、吸収型の光学フィルタには、色素の吸収の原理が用いられている。このため、蛍光色素の特性に合わせて、蛍光を透過させ且つ励起光を遮断することが難しい。また、多くの吸収型の光学フィルタは、光学フィルタ自体が蛍光性を有しているため、試料から発せられた蛍光とは異なる蛍光の誤検出につながるおそれもある。また、光学レンズに代えて、ファイバオプティックプレートを用いることが考えられる。しかしながら、ファイバオプティックプレートは、１０°以上の入射角で入射した光を通過させてしまい、１０°以下の入射角で入射した光のみを抽出することができない。したがって、ファイバオプティックプレートも、蛍光測定には不適である。

これに対して、光学素子１０では、まず、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが様々な入射角で光学部材４に入射したとしても、１０°以下の入射角で入射した励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが光学部材４から選択的に通過させられる。その結果、光学フィルタ５によって、励起光ＥＬのうちバックグラウンドとなる蛍光を良好に遮断し、蛍光ＦＬのみを光学素子１０から抽出することができる。特に、蛍光検出装置１を顕微鏡に用いる場合においては、蛍光ＦＬを効率よく検出することができるため、従来と比較して、励起光ＥＬを弱めて測定することが可能となる。その結果、励起光ＥＬが試料Ｓに与えるダメージを低減することができる。また、光学素子１０では、蛍光ＦＬを効率よく検出することができるため、例えば、ウイルス検査等、試料Ｓが容器に収容される場合において、蛍光ＦＬの検出に容器での光Ｌの散乱が与える影響を低減することができる。

光学素子１０は、複数の薄板が組み合わされて構成される。これにより、低コスト且つ小型に光学素子１０を製造することができる。

蛍光検出装置１では、光学素子１０が、試料Ｓと光検出器６との間の光路上に配置されており、光検出装置３は、試料Ｓから発せられた蛍光ＦＬを、光学素子１０を介して検出し、励起光ＥＬは、所定の波長範囲外の光であり、蛍光ＦＬは、所定の波長範囲内の光である。

この蛍光検出装置１によれば、光学素子１０を備えるため、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが光学素子１０に入射した場合にも、蛍光ＦＬを選択的に検出することができる。
［変形例］

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、光学部材４が、複数の貫通孔４Ａを有していたが、光学部材４は、複数の光通過部を有していればよい。その場合、光通過部は、第１領域及び第２領域を含んでもよい。第１領域は、第１表面４ａに位置し、光入射領域として第２領域は、第２表面４ｂに位置してもよい。光学部材４では、第１領域及び第２領域の一方が、光入射領域として機能し、第１領域及び第２領域の他方が、光出射領域として機能してもよい。光通過部の例としては、例えば、光透過媒体が挙げられる。

光学素子１０では、光学フィルタ５は、Ｚ方向において光学部材４の一方の側又は他方の側に配置されていればよく、例えば、光路上において光学部材４の前段に配置されていてもよい。図４に示される例では、光検出装置３は、光検出器６、光学素子１０、及びパッケージ７を有している。光学フィルタ５は、試料Ｓと光検出器６との間の光路上（Ｚ方向において試料Ｓと光検出器６との間）に配置されている。つまり、図４に示される例では、光学フィルタ５が光検出装置３の外（具体的には、光検出器６の前段）に配置されている。

本変形例による蛍光検出装置１によれば、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬが様々な入射角で光学フィルタ５に入射したときには、蛍光ＦＬが１０°以下の入射角で光学部材４に入射しやすくなり、励起光ＥＬが１０°を超える入射角で光学部材４に入射しやすくなる。このとき、光学部材４では、１０°以下の入射角で入射した蛍光ＦＬが選択的に通過させられるため、本変形例によっても、励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬから蛍光ＦＬを抽出することができる。また、本変形例の光検出装置３では、１０°以下の入射角で入射した蛍光ＦＬを選択的に検出することができる。また、本変形例による蛍光検出装置１によれば、光学フィルタ５が光検出装置３とは別体に設けられているため、光学フィルタ５を容易に交換することができる。

蛍光検出装置１は、光学レンズ８を更に備えていてもよい。図５に示される例では、光検出装置３が、光検出器６に代えて光検出器９を有している点、及び光学レンズ８を更に有している点で、図４に示される例と相違する。光検出器９は、受光部９１と、複数のリードピン９２とを含んでいる。光検出器９の受光面の面積は、上記実施形態の光検出器６の受光面の面積と比較して小さい。光学レンズ８は、光学部材４と光検出器９との光路上（Ｚ方向において光学部材４と光検出器９との間）に配置されている。光学レンズ８の凸側の表面は、光検出器９と向かい合っている。本変形例による蛍光検出装置１によれば、蛍光ＦＬが１０°以下の入射角で光学レンズ８に入射しやすくなる。このとき、蛍光ＦＬが、光学レンズ８によって光学レンズ８の凸部４２ａの頂点付近に向かって集光させられる。その結果、光学レンズ８を通過した蛍光ＦＬは、光検出器９に入射しやすくなる。よって、本変形例の蛍光検出装置１によれば、面積が小さい受光面を含む光検出器９を有している場合であっても、蛍光ＦＬを選択的に検出することができる。

また、図６に示される例では、蛍光検出装置１が、光学レンズ８を更に有している点で、図４に示される例と相違する。光学レンズ８は、試料Ｓと光学フィルタ５との光路上（Ｚ方向において試料Ｓと光学フィルタ５との間）に配置されている。光学レンズ８の凸側の表面は、試料Ｓと向かい合っている。本変形例による蛍光検出装置１によれば、例えば励起光ＥＬが照射されることにより試料Ｓから発せされる蛍光が弱い（蛍光の輝点が小さい）場合であっても、光学レンズ８によって適度に広がった且つ平行化された光Ｌが光学フィルタ５及び光検出装置３に入射しやすくなる。したがって、本変形例の蛍光検出装置１によれば、試料Ｓから発せされる蛍光ＦＬが弱い場合であっても、蛍光ＦＬを選択的に検出することができる。

第１領域の最大幅は、第２領域の最大幅と異なってもよい。その場合、第１領域の最大幅及び第２領域の最大幅のうち大きい幅が幅ａとなる。各凸部４２ａの幅ｄは、第１開口Ｒ１の最大幅及び第２開口Ｒ２の最大幅のそれぞれよりも大きくてもよい。また、隣り合う凸部４２ａの間の距離ｅは、第１開口Ｒ１の最大幅及び第２開口Ｒ２の最大幅のそれぞれよりも大きくてもよい。

上記実施形態では、各凸部４２ａの断面が、矩形状を呈しており、各凸部４２ａが平面状の頂部を含んでいたが、各凸部４２ａの形状は、これに限られない。図７に示される例では、Ｘ方向から見た各凸部４２ａの断面が、三角状であって、各凸部４２ａの頂部において角部が形成されている。このような凹凸領域４２を含む光学部材４は、以下のような複数の薄板の組合せによって構成されてもよい。各薄板は、上記実施形態の各薄板と同様に、第１表面、第２表面、及び複数の孔を有している。各孔は、第１開口及び第２開口の両側に拡幅された形状を呈している。一例として、各孔は、厚さ方向における薄板の中心を基準として、第１開口及び第２開口の両側に徐々に拡幅された形状を呈している。このような複数の孔が形成された複数の薄板が、積層されるように互いに固定されることにより、光学部材４が構成される。

また、各凸部４２ａは、同一形状でなくてもよい。図８に示される例では、隣り合う凸部４２ａが互いに異なる形状を呈している。具体的には、Ｘ方向から見た各凸部４２ａの断面が、三角状であって、各凸部４２ａの頂部において角部が形成されている。また、凹凸領域４２では、Ｚ方向において隣り合う凸部４２ａの高さが互いに異なっている。また、図９に示される例では、Ｘ方向から見た各凸部４２ａの断面が、角部のない滑らかな形状（凸部４２ａの各点において接線の傾きが連続的に変化している形状）を呈している。

また、凹凸領域４２は、複数の溝の間に形成された突起状の複数の凸部４２ａを含んでいてもよいし、また、複数の壁状の複数の凸部４２ａを含んでいてもよい。また、複数の凸部４２ａは、規則的なパターンで形成されてもよいし、或いは、不規則なパターンで形成されてもよい。

光減衰領域４１は、凹凸領域４２に限られず、光Ｌを減衰させる領域であればよい。光減衰領域４１は、例えば、光吸収材料で構成された平面状の領域であってもよい。また、凹凸領域４２とは異なる光減衰領域４１が、周面４ｃにおいて環状に連続するように、且つ周面４ｃの全域にわたって形成されていてもよい。

また、光減衰領域４１は、周面４ｃの全域にわたって形成されていなくてもよく、また、周面４ｃにおいて環状に連続するように形成されていなくてもよい。図１０に示される例では、光減衰領域４１が含む凹凸領域４２が、周面４ｃの一部にわたって形成されている。具体的には、凹凸領域４２は、Ｚ方向において第１開口Ｒ１側と、第２開口Ｒ２側とに１つずつ形成されている。また、図１１に示される例では、光減衰領域４１が含む凹凸領域４２が、Ｚ方向において貫通孔４Ａの中央付近に形成されている。図１０に示される例、及び図１１に示される例では、凹凸領域４２は、例えば、周面４ｃにおいて環状に連続するように形成されている。なお、光減衰領域４１は、周面４ｃにおいて環状に連続しておらず、Ｚ方向から見た場合に環形状を有するように形成されていてもよい。例えば、光減衰領域４１が含む凹凸領域４２は、図１０に示される例、及び図１１に示される例において、周方向において端部を有しないように（環状に連続しないように）形成されていてもよい。これによっても、１０゜を超える入射角で貫通孔４Ａに入射した励起光ＥＬをより確実に減衰させることができる。

光学部材４は、上記実施形態とは異なる位置に配置されてもよい。例えば、光学部材４は、光源２と試料Ｓとの間の光路上（Ｙ方向において光源２と試料Ｓとの間）に配置されていてもよい。

光学フィルタ５は、光吸収型のフィルタであってもよい。また、光検出器６は、光電子増倍管であってもよい。

１…蛍光検出装置、２…光源、３…光検出装置、４…光学部材、４ａ…第１表面、４Ａ…貫通孔（光通過部）、４ｂ…第２表面、４ｃ…周面、５…光学フィルタ、６，９…光検出器、１０…光学素子、４１…光減衰領域、４２…凹凸領域、４２ａ…凸部、５２…誘電体多層膜、ＥＬ…励起光、ＦＬ…蛍光、Ｌ…光、Ｒ１…第１開口（第１領域）、Ｒ２…第２開口（第２領域）、Ｓ…試料。

Claims (13)

1. 第１表面、所定の方向において前記第１表面に対向する第２表面、及び、それぞれが前記方向に沿って延在する複数の光通過部を有する光学部材を備え、
   前記複数の光通過部のそれぞれは、前記第１表面に位置する第１領域、前記第２表面に位置する第２領域、及び、前記第１表面と前記第２表面との間の周面に形成された光減衰領域を含み、
   前記第１領域の最大幅及び前記第２領域の最大幅のうち大きい幅をａとし、前記第１領域と前記第２領域との距離をｂとすると、前記複数の光通過部のそれぞれは、９０°－ｔａｎ^－１（ｂ／ａ）≦１０°を満たしており、
   前記光学部材は、前記複数の光通過部に対応する複数の孔をそれぞれが有する複数の薄板が前記方向に積層されることで構成されており、
   前記光減衰領域は、前記複数の薄板が前記方向に積層されることで形成された凹凸領域を含む、光学素子。
2. 前記光減衰領域は、前記方向から見た場合に環形状を有するように形成されている、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記光減衰領域は、前記周面において環状に連続するように形成されている、請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記光減衰領域は、前記周面の全域にわたって形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記複数の光通過部のそれぞれは、前記方向に沿って延在する貫通孔であり、
   前記第１領域は、前記第１表面に位置する第１開口であり、
   前記第２領域は、前記第２表面に位置する第２開口である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記凹凸領域は、複数の凸部を含み、
   前記複数の凸部のそれぞれの高さをｃとし、前記光通過部に入射する光の最大波長をλとすると、前記凹凸領域は、（２π×（ｃ／２））／λ≧１を満たしている、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記凹凸領域は、前記方向において隣り合う凸部を含む複数の凸部を含み、
   前記複数の凸部のそれぞれの幅は、前記第１領域の最大幅及び前記第２領域の最大幅のそれぞれよりも小さく、
   前記隣り合う凸部の間の距離は、前記第１領域の最大幅及び前記第２領域の最大幅のそれぞれよりも小さい、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記方向において前記光学部材の一方の側又は他方の側に配置され、前記方向に対して１０°以下の入射角で入射した光のうち所定の波長範囲内の光を選択的に通過させる光学フィルタを更に備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 前記光学フィルタは、誘電体多層膜を含む、請求項８に記載の光学素子。
10. 請求項１～７のいずれか一項に記載の光学素子と、
    前記光学素子を通過した光を検出する光検出器と、を備える、光検出装置。
11. 前記光学素子は、前記方向に対して１０°以下の入射角で入射した光のうち所定の波長範囲内の光を選択的に通過させる光学フィルタを更に備え、
    前記光学フィルタは、前記方向において前記光学部材の一方の側又は他方の側に配置されている、請求項１０に記載の光検出装置。
12. 前記光学フィルタは、誘電体多層膜を含む、請求項１１に記載の光検出装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の光検出装置と、
    試料に照射するための励起光を出射する光源と、を備え、
    前記光学素子は、前記試料と前記光検出器との間の光路上に配置されており、
    前記光検出装置は、前記試料から発せられた蛍光を、前記光学素子を介して検出し、
    前記励起光は、前記所定の波長範囲外の光であり、
    前記蛍光は、前記所定の波長範囲内の光である、蛍光検出装置。

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