光学装置及び光学システム
【課題】細胞などのように水分を含み且つ密閉できない物質を測定対象とする場合でも、当該物質に含まれた水分の影響を受けない光学装置、を提供することが目的とされる。
【解決手段】光学装置１は、拡散部１１と、集光部１２と、光透過材１３とを備える。拡散部１１は、中空であって内壁に光拡散膜１１１が形成されており、内部に導入された光を光拡散膜１１１で拡散反射する。集光部１２は、中空であって内壁に光反射面１２１が形成されており、測定対象から発せられた光を光反射面１２１で反射して拡散部１１へと導く。光透過材１３は、光学的な透過性を有すると共に、拡散部１１と集光部１２との間に介在して水分の透過を阻止する。そして、拡散部１１及び集光部１２のそれぞれには、一方から他方への光の伝播を可能にする開口１１２ａ，１２２ａが形成されており、光透過材は開口１１２ａ，１２２ａの少なくとも一方を塞いでいる。
【解決手段】光学装置１は、拡散部１１と、集光部１２と、光透過材１３とを備える。拡散部１１は、中空であって内壁に光拡散膜１１１が形成されており、内部に導入された光を光拡散膜１１１で拡散反射する。集光部１２は、中空であって内壁に光反射面１２１が形成されており、測定対象から発せられた光を光反射面１２１で反射して拡散部１１へと導く。光透過材１３は、光学的な透過性を有すると共に、拡散部１１と集光部１２との間に介在して水分の透過を阻止する。そして、拡散部１１及び集光部１２のそれぞれには、一方から他方への光の伝播を可能にする開口１１２ａ，１２２ａが形成されており、光透過材は開口１１２ａ，１２２ａの少なくとも一方を塞いでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光に関する物理量の測定に用いられる光学装置及び光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定サンプルに含まれた蛍光体から発せられた蛍光の強度を測定するための装置の１つとして、積分球を備えた装置が用いられている。積分球を備えた装置は、例えば下掲の特許文献１や特許文献２に開示されており、蛍光体から発せられる蛍光を積分球内で拡散反射させることによって、当該蛍光の強度を均一化する。具体的には、積分球の内壁には酸化マグネシウムや硫酸バリウムなどを主成分とする光拡散膜が形成されており、蛍光体から発せられた蛍光を光拡散膜で繰り返し拡散反射させる。酸化マグネシウムや硫酸バリウムは光の拡散反射率が高いため、蛍光の強度は効率良く均一化される。
【０００３】
蛍光の強度を均一化することによって、蛍光体から発せられる蛍光の配光分布を考慮せずに蛍光の強度を測定することが可能となる。
【特許文献１】特開２００６−１２５９４０号公報
【特許文献２】特開平９−２９２２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１や特許文献２に開示されている従来の装置では、測定サンプルは、その観察面が積分球の内部空間に露出した状態で設置されている。このため、水分を含んだ物質を測定サンプルとすると物質内の水分は蒸発してしまい、光拡散膜を形成している酸化マグネシウムや硫酸バリウムは蒸発した水分を吸収してしまう。酸化マグネシウムや硫酸バリウムが水分を吸収すると、光拡散膜の拡散反射率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、例えば、水分を含んだ測定サンプルを密閉した状態で積分球内に設置することによって、水分の蒸発を抑制することが考えられる。しかし、測定サンプルが細胞などの生物である場合は、例えば当該生物が窒息するため、測定サンプルを密閉することはできない。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、細胞などのように水分を含み且つ密閉できない物質を測定対象とする場合でも、当該物質に含まれた水分の影響を受けない光学装置、を提供することが目的とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光学装置は、拡散部と、集光部と、光透過材とを備える。拡散部は、中空であって内壁に光拡散面が形成されており、内部に導入された光を光拡散面で拡散反射する。集光部は、中空であって内壁に光反射面が形成されており、測定対象から発せられた光を光反射面で反射して拡散部へと導く。光透過材は、光学的な透過性を有すると共に、拡散部と集光部との間に介在して水分の透過を阻止する。そして、拡散部及び集光部のそれぞれには、一方から他方への光の伝播を可能にする開口が形成されており、光透過材は当該開口の少なくとも一方を塞いでいる。
【０００８】
上記光学装置によれば、拡散部及び集光部に形成されている開口の少なくとも一方が光透過材によって塞がれているので、測定対象が水分を含むものであったとしても、当該測定対象を集光部内に設置することにより、蒸発した水分が拡散部内に流れ込むことを防止することができる。
【０００９】
しかも、測定対象から発せられた光は、集光部の内壁に形成された光反射面で反射して拡散部内へと導かれる。そして、拡散部内に導かれた光は、繰り返し光拡散面によって拡散反射される。これにより、拡散部内での光の強度が均一化される。
【００１０】
光学装置の具体的な態様において、光反射面は、少なくとも１つの焦点を有する曲面形状を呈してもよい。
【００１１】
光学装置の上記態様によれば、光反射面で反射された光を焦点に集めることができるので、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に当該焦点を配置することによって、集光部内の光が拡散部へと効率良く導かれる。また、上記焦点を集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置することにより、拡散部内の光が当該測定対象に効率良く照射される。
【００１２】
光学装置のより具体的な態様において、光反射面は、２つの焦点を有する楕円球面を含んでもよい。かかる態様では、当該焦点の一方は、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、当該焦点の他方は、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置される。
【００１３】
光学装置の上記態様によれば、楕円球面が有する２つの焦点のうち一方の焦点から出た光は、楕円球面で反射して他方の焦点に到達する。よって、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された一方の焦点を通って拡散部から集光部内に入射した光は、光反射面で反射して、測定対象またはその近傍の位置に配置された他方の焦点へと向かう。これにより、拡散部の内部に導入した光は、集光部内の測定対象に効率良く照射される。
【００１４】
また、測定対象またはその近傍の位置に上記他方の焦点を配置することにより、測定対象から発せられた光の多くは、光反射面で反射して、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。よって、測定対象から発せられた光は、拡散部内へと効率良く導かれる。しかも、測定対象から発せられた光の多くが、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通るので、当該開口を小さくすることができる。
【００１５】
光学装置の他の具体的な態様において、光反射面は、互いに向き合った２つの凹状の放物面を含んでもよい。かかる態様では、当該２つの放物面が有する頂点及び焦点は、いずれもが略同一直線上に配置される。そして、２つの放物面のうち一方の放物面の焦点は、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、他方の放物面の焦点は、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置される。
【００１６】
光学装置の上記態様によれば、焦点から出た光は、放物面で反射して、その焦点及び頂点を含む直線と平行に伝播する。逆に、当該直線と平行に放物面の方へと向かって伝播してきた光は、当該放物面で反射して、その焦点に到達する。
【００１７】
よって、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通って拡散部から集光部内に入射した光は、上記一方の放物面及び上記他方の放物面をこの順に反射して、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。これにより、拡散部の内部に導入した光は、集光部内の測定対象に効率良く照射される。
【００１８】
また、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に上記他方の放物面の焦点を配置することにより、測定対象から発せられた光の多くは、当該他方の放物面及び上記一方の放物面をこの順に反射して、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。よって、測定対象から発せられた光は、拡散部内へと効率良く導かれる。しかも、測定対象から発せられた光の多くが、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通るので、当該開口を小さくすることができる。
【００１９】
さらには、互いに向き合った２つの凹状の放物面を含む光反射面は、分離した２つの放物面を互いに向き合わせて連結するだけで得られる。また、これら２つの凹状の放物面を分離可能な状態で連結することによって、集光部内の洗浄や殺菌が可能となる。
【００２０】
光学装置の更なる他の具体的な態様において、光反射面は凹状の放物面を含んでおり、光透過材は当該放物面の開口端を塞ぐレンズであってもよい。かかる態様では、レンズは、放物面が有する頂点及び焦点を含む直線に当該レンズの光軸が一致または略平行となるように配置される。そして、レンズの焦点は、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、放物面の焦点は、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置される。
【００２１】
光学装置の上記態様によれば、焦点から出た光は、放物面で反射して、その焦点及び頂点を含む直線と平行に伝播する。逆に、当該直線と平行に放物面の方へと向かって伝播してきた光は、放物面で反射して、その焦点に到達する。また、レンズに対してその焦点とは反対側から光軸と平行に入射した光は、レンズで屈折して、当該レンズの焦点に到達する。逆に、レンズの焦点から当該レンズに入射した光は、レンズで屈折して、光軸と平行に伝播する。
【００２２】
よって、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通って拡散部から集光部内に入射した光は、レンズで屈折した後に光反射面で反射して、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。これにより、拡散部の内部に導入した光は、集光部内の測定対象に効率良く照射される。
【００２３】
また、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に放物面の焦点を配置することにより、測定対象から発せられた光の多くは、光反射面で反射してレンズに入射する。レンズに入射した光は、レンズで屈折して、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。よって、測定対象から発せられた光は、拡散部内へと効率良く導かれる。しかも、測定対象から発せられた光の多くが、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通るので、当該開口を小さくすることができる。
【００２４】
さらには、光学装置を、集光部が拡散部から分離した構成とすることができる。また、集光部からレンズを外すだけで集光部内の洗浄や殺菌が可能となる。
【００２５】
本発明に係る光学システムは、上記光学装置のいずれか１つと、光検出器とを備える。光検出器は、拡散部で拡散反射された光の強度を測定する。
【００２６】
具体的な態様において光学システムは、光照射部を更に備えてもよい。光照射部は、拡散部及び集光部の少なくも一方に光を入射する。そして、光照射部によって入射された光が集光部内の測定対象に照射されることにより、当該測定対象は光を発する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る光学装置によれば、細胞などのように水分を含み且つ密閉できない物質を測定対象とする場合でも、当該物質に含まれた水分の影響を受けない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、光照射型の光学システムに対して本発明を実施した場合について、図面に沿って具体的に説明する。尚、当該光照射型の光学システムは、蛍光体を含んだ測定対象（以下、「測定サンプル」と称す。）に励起光を照射することにより、測定サンプル内の蛍光体を励起させ、そして励起された蛍光体から発せられる蛍光の強度を測定することができる。蛍光体を含んだ測定サンプルには、例えば蛍光体が添加された細胞などが挙げられる。
【００２９】
１．光学システムの構成
本発明の実施の形態に係る光照射型の光学システムは、図１に示すように、光学装置１、光検出器３１、フィルタ３２、アンプ３３、光照射部５、電源回路６１、ステージ７、駆動回路６２、及び制御部６を備える。以下、各構成要素について具体的に説明する。
【００３０】
＜光学装置１＞
光学装置１は、図１に示すように、拡散部１１、集光部１２、及び光透過材１３によって構成されている。拡散部１１は、中空の球体であって、図２に示すように内壁に光拡散膜１１１が形成されている。そして光拡散膜１１１には、酸化マグネシウムや硫酸バリウムなどのように光の拡散反射率が高い材質が用いられている。尚、光拡散膜１１１は、拡散部１１の内壁に形成された光拡散面と把握することができる。また、当該拡散部１１には、積分球と通称されているものが含まれる。
【００３１】
よって、拡散部１１内に導入された光は、拡散部１１内において繰り返し光拡散膜１１１により拡散反射される。これにより、拡散部１１内において光の強度が効率良く均一化される。
【００３２】
拡散部１１には、開口１１２ａ〜１１２ｃが形成されている。開口１１２ａは、拡散部１１及び集光部１２の一方から他方への光の伝播を、後述する集光部１２の開口１２２ａと共に可能にするための窓である。開口１１２ｂは、測定サンプルに照射する光を入射（導入）するための窓である。開口１１２ｃは、拡散部１１内で均一化された光を、後述する光検出器３１へと導くための窓である。
【００３３】
尚、拡散部１１内での光の強度の均一化を効率良く行うという観点からは、開口１１２ａ〜１１２ｃの寸法は、拡散部１１の直径の１／３〜１／４程度、或いはそれ以下にすることが好ましい。また、開口１１２ａ〜１１２ｃの総面積は、拡散部１１の表面積の５％以下にすることが好ましい。
【００３４】
拡散部１１の開口１１２ｃには、筒状部材１１２ｄが拡散部１１の外部から取り付けられている。筒状部材１１２ｄを拡散部１１に取り付けることによって、拡散部１１内で均一化された光を、光検出器３１へと導くための通路が形成される。
【００３５】
集光部１２は、中空であって、図１及び図２に示すように内壁に光反射面１２１が形成されている。そして集光部１２は、集光部１２内の測定サンプルから発せられた光を光反射面１２１で反射して拡散部１１へと導く。光反射面１２１の具体的な形状や配置については、後述の「２．光学装置の具体的な態様」において詳細に説明する。
【００３６】
集光部１２には、開口１２２ａ，１２２ｂが形成されている。開口１２２ａは、拡散部１１及び集光部１２の一方から他方への光の伝播を、拡散部１１の開口１１２ａと共に可能にするための窓である。開口１２２ｂは、測定サンプルを集光部１２内の所定位置に配置すべく、当該測定サンプルを集光部１２の外部から内部へと導くための窓である。
【００３７】
光透過材１３は、光学的な透過性を有すると共に、拡散部１１と集光部１２との間に介在して水分の透過を阻止する。具体的には光透過材１３は、ガラス板やレンズなどであって、拡散部１１の開口１１２ａ及び集光部１２の開口１２２ａの少なくともいずれか一方を塞いでいる。光透過材１３の具体的な配置については、後述の「２．光学装置の具体的な態様」において詳細に説明する。
【００３８】
＜光検出器３１＞
光検出器３１は、筒状部材１１２ｄ内に設置されており、筒状部材１１２ｄ内を通って拡散部１１から光検出器３１まで到達した光を検知する。そして光検出器８は、検知した光の強度を電気信号（以下、「光強度信号」と称す。）に変換して出力する。具体的には光検出器３１は、フォトダイオードなどの光センサであって、検知した光の強度に応じた大きさの電流を光強度信号として発生させる。
【００３９】
尚、光検出器３１によって検出される光は、拡散部１１内にて強度が均一化された光である。よって、測定サンプルから発せられる光の配光分布を考慮しなくても、光検出器３１により光の強度を測定することができる。
【００４０】
＜フィルタ３２＞
フィルタ３２は、筒状部材１１２ｄ内に設置されており、開口１１２ｃと光検出器３１との間に配置されている。フィルタ３２は、干渉フィルタであって所定波長の光だけを選別する。すなわち、フィルタ３２は、開口１１２ｃ側から入射した光のうち所定波長の光だけを通し、他の波長の光の透過を遮断する。具体的にはフィルタ３２は、測定サンプルから発せられた光のみを通し、後述する光照射部５で発生した励起光の透過を遮断する。尚、フィルタ３２に代えて回折格子を用いることによって、所定波長の光の選別を行ってもよい。
【００４１】
フィルタ３２によれば、所定波長の光だけを光検出器３１へと導くことができるので、光検出器３１において所定波長の光の強度だけを検出することができる。
【００４２】
＜アンプ３３＞
アンプ３３は、光検出器３１から出力された光強度信号を増幅して、これを制御部６に与える。具体的には、アンプ３３は、光検出器３１にて発生した電流の振幅を大きくする。これにより、光検出器３１から出力される光強度信号が微弱であったとしても、制御部６での当該光強度信号の認識が可能となる。
【００４３】
＜光照射部５＞
光照射部５は、測定サンプルに照射するための光（励起光）を発生させる装置であって、光源５１、レンズ５２，５３、及びフィルタ５４を有する。光源５１は、ハロゲンランプなどの白色光源であって、レンズ５２の焦点５２１の位置に配置されている。レンズ５２は、光源５１から放射状に発せられた光の一部を、図１に示される実線矢印のようにレンズ５２の光軸５２２と平行な方向へと屈折させる。
【００４４】
レンズ５３は、レンズ５２に対して光源５１とは反対側の位置に配置されており、光軸５３２がレンズ５２の光軸５２２と一致し、焦点５３１がレンズ５２とは反対側に位置している。レンズ５３は、光軸５３２と平行にレンズ５２の方から伝播してくる光を、図１に示される実線矢印のように焦点５３１の方へと屈折させる。
【００４５】
フィルタ５４は、レンズ５２とレンズ５３との間の位置に配置されており、干渉フィルタであって所定波長の光だけを選別する。具体的にはフィルタ５４は、レンズ５２側から入射される白色光のうち、測定サンプル内の蛍光体の励起に必要な所定波長の光だけを通し、他の波長の光の透過を遮断する。
【００４６】
尚、フィルタ５４に代えて回折格子を用いることによって、所定波長の光の選別を行ってもよい。また、光源５１に代えて、所定波長の光だけを発する光源、例えばレーザーなどを用いてもよい。この場合、フィルタ５４は不要となる。
【００４７】
光照射部５によれば、測定サンプルに照射すべき所定波長の光を出力することができる。しかも、光照射部５から出力される光はレンズ５３の焦点を通るので、図１に示すようにレンズ５３の焦点が光学装置１の開口１１２ｂの中心付近に位置するように光照射部５を設置することによって、所定波長の光を光学装置１内に効率良く導入することができる。
【００４８】
尚、光照射部５によって光学装置１内に導入する光の波長が、光検出器３１で検出する光の波長、すなわちフィルタ３２で選別される光の波長と異なる場合には、光照射部５によって導入される光は、光検出器３１での光の検出に影響を与えることがない。
【００４９】
＜電源回路６１＞
電源回路６１は、制御部６からの指令を受けて、光源５１への電力の供給とその供給の遮断とを選択的に実行する。具体的には、光学装置１内に光を導入する際には、光源５１を点灯すべく電源回路６１は、光源５１に対して電力を供給する。他方、光学装置１内への光の導入を停止する際には、光源５１を消灯すべく電源回路６１は、光源５１への電力の供給を遮断する。
【００５０】
＜ステージ７＞
ステージ７は、昇降台７１と駆動部７２とを有する。昇降台７１は、測定サンプルを載置する面７１１を水平に保ったまま、駆動部７２の駆動によって上下に移動することができる。
【００５１】
具体的には、昇降台７１を上方に移動させた場合には、昇降台７１は、開口１２２ｂを通って集光部１２の外部から内部へと移動する。これにより、面７１１に載置された測定サンプルを、集光部１２内の所定位置に配置することができる。尚、測定サンプルを配置する当該所定位置については、後述の「２．光学装置の具体的な態様」において詳細に説明する。
【００５２】
他方、昇降台７１を下方に移動させた場合には、昇降台７１は、開口１２２ｂを通って集光部１２の内部から外部へと移動する。これにより、測定が完了した測定サンプルを集光部１２内から取り出すことができる。
【００５３】
＜駆動回路６２＞
駆動回路６２は、ステージ７を駆動するための回路であり、制御部６からの指令を受けて駆動部７２を制御する。これにより、昇降台７１の上下動が調節される。
【００５４】
＜制御部６＞
制御部６は、上述したように、電源回路６１及び駆動回路６２に指令を与えることによって、光照射部５の光源５１の点灯及び消灯を電源回路６１に実行させ、ステージ７の駆動を駆動回路６２に実行させる。
【００５５】
上述したように、光検出器３１から出力された光強度信号は、アンプ３３を介して制御部６に与えられる。そして制御部６は、光強度信号に基づいて、測定サンプルから発せられた光の強度を求める。制御部６で求められた光の強度を用いることによって、測定サンプルの状態を導き出すことができる。例えば、測定サンプルが人工骨である場合には、骨基質内に取り込まれた蛍光体から発せられる蛍光の強度を測定することによって、骨基質内のカルシウム量を求めることができる。
【００５６】
２．光学装置の具体的な態様
２−１．第１態様
＜第１態様に係る構成＞
第１態様に係る光学装置１では、集光部１２の光反射面１２１は、図２に示すように互いに向き合った２つの凹状の放物面２１，２２から構成されている。そして集光部１２には、放物面２１の頂点２１ａの位置にて開口１２２ｂが形成されており、放物面２２の頂点２２ａの位置にて開口１２２ａが形成されている。
【００５７】
放物面２１と放物面２２との位置関係は次のとおりである。すなわち、放物面２１が有する頂点２１ａ及び焦点２１ｂ、並びに放物面２２が有する頂点２２ａ及び焦点２２ｂは、いずれもが同一直線１０１上に配置されている。そして、放物面２１の焦点２１ｂは、集光部１２の開口１２２ａの中央付近に配置されており、放物面２２の焦点２２ｂは、開口１２２ｂに近い位置にて集光部１２内に配置されている。
【００５８】
集光部１２は、図２に示すように拡散部１１に取り付けられている。具体的には、集光部１２の開口１２２ａの幅Ｌ２は拡散部１１の開口１１２ａの幅Ｌ１と略同一であり、集光部１２は、開口１２２ａの縁が開口１１２ａの縁に合致するように拡散部１１に取り付けられている。光透過材１３は、開口１２２ａ及び開口１１２ａの両方を塞いでいる。
【００５９】
放物面２１の焦点２１ｂは集光部１２の開口１２２ａの中央付近に配置されているので、上述したように集光部１２を拡散部１１に取り付けることによって、焦点２１ｂは、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する。
【００６０】
＜第１態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、放物面２１の焦点２１ｂから出た光は、放物面２１で反射して、焦点２１ｂ及び頂点２１ａを含む直線１０１と平行に伝播する。逆に、直線１０１と平行に放物面２１の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２１で反射して焦点２１ｂに到達する。また、放物面２２の焦点２２ｂから出た光は、放物面２２で反射して、焦点２２ｂ及び頂点２２ａを含む直線１０１と平行に伝播する。逆に、直線１０１と平行に放物面２２の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２２で反射して焦点２２ｂに到達する。よって以下の効果が得られる。
【００６１】
光照射部５によって拡散部１１に導入された光（励起光）は、拡散部１１内で拡散反射を繰り返すことにより、その一部が開口１１２ａ，１２２ａを通って集光部１２の方へと伝播する。このとき、焦点２１ｂは開口１１２ａの中央付近に位置しているので、集光部１２の方へと伝播する光の多くは焦点２１ｂを通る。焦点２１ｂを通った光は、図２に示される実線矢印及び破線矢印と同じルートをその矢印の方向とは反対の方向に向かって伝播する。よって、集光部１２内に配置された焦点２２ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、拡散部１１の内部に導入した光（励起光）を測定サンプルに対して多方向から照射することができる。
【００６２】
また、集光部１２内に配置された焦点２２ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光の多くは、図２に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光は、放物面２２で反射して、直線１０１と平行に伝播して放物面２１に入射する。直線１０１と平行に伝播してきて放物面２１に入射した光は、放物面２１で反射して、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する焦点２１ｂへと向かう。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。しかも、測定サンプルから発せられた光の多くが焦点２１ｂを通るので、開口１１２ａ，１２２ａを小さくすることができる。
【００６３】
さらには、互いに向き合った２つの凹状の放物面２１，２２を含む光反射面１２１は、分離した２つの放物面２１，２２を互いに向き合わせて連結するだけで得られるので、光反射面１２１の形成が容易である。しかも、これら２つの凹状の放物面２１，２２を分離可能な状態で連結することによって、集光部１２内の洗浄や殺菌が可能となり、以って測定サンプルの汚染を防止することができる。
【００６４】
また、上述したように、集光部１２の開口１２２ａ及び拡散部１１の開口１１２ａは、光透過材１３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。これにより、測定サンプルから蒸発した水分が光拡散膜１１１に吸収されるのを防止することができ、以って測定サンプルに含まれた水分による光学装置１への影響を回避することができる。
【００６５】
＜寸法の例示＞
本態様に係る光学装置１の寸法は、例えば次のとおりである。開口１２２ａの直径が２０（ｍｍ）、集光部１３の直径が２１０（ｍｍ）、放物面２１の頂点２１ａでの曲率半径が１６０（ｍｍ）、頂点２１ａから焦点２１ｂまでの距離が８０（ｍｍ）、放物面２２の頂点２２ａでの曲率半径が１４０（ｍｍ）、頂点２２ａから焦点２２ｂまでの距離が７０（ｍｍ）、放物面２１，２２のそれぞれの円錐定数が−１である。
【００６６】
２−２．第２態様
＜第２態様に係る構成＞
第２態様に係る光学装置１では、集光部１２の光反射面１２１は、図３に示すように２つの焦点２３ａ，２３ｂを有する楕円球面２３から構成されている。集光部１２には、楕円球面２３とその長軸１０２（焦点２３ａ，２３ｂを通る直線）とが交わる位置にて開口１２２ａ，１２２ｂが形成されている。図３では、開口１２２ａ，１２２ｂの位置を明確にすべく、開口１２２ａ，１２２ｂのそれぞれを二点鎖線によって示している。そして、楕円球面２３について、焦点２３ａは開口１２２ａの中央付近に配置されており、焦点２３ｂは、開口１２２ｂに近い位置にて集光部１２内に配置されている。
【００６７】
集光部１２は、図３に示すように拡散部１１に取り付けられている。具体的には、集光部１２の開口１２２ａの幅Ｌ４は拡散部１１の開口１１２ａの幅Ｌ３と略同一であり、集光部１２は、開口１２２ａの縁が開口１１２ａの縁に合致するように拡散部１１に取り付けられている。光透過材１３は、開口１２２ａ及び開口１１２ａの両方を塞いでいる。
【００６８】
楕円球面２３の焦点２３ａは開口１２２ａの中央付近に配置されているので、上述したように集光部１２を拡散部１１に取り付けることによって、焦点２３ａは、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する。
【００６９】
＜第２態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、楕円球面２３の焦点２３ａ，２３ｂのうち一方の焦点から出た光は、楕円球面２３で反射して他方の焦点に到達する。よって以下の効果が得られる。
【００７０】
光照射部５によって拡散部１１に導入された光（励起光）は、拡散部１１内で拡散反射を繰り返すことにより、その一部が開口１１２ａ，開口１２２ａを通って集光部１２の方へと伝播する。このとき、焦点２３ａは開口１１２ａの中央付近に位置しているので、集光部１２の方へと伝播する光の多くは焦点２３ａを通る。焦点２３ａを通った光は、図３に示される実線矢印及び破線矢印と同じルートをその矢印の方向とは反対の方向に向かって伝播する。よって、集光部１２内に配置された焦点２３ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、拡散部１１の内部に導入した光（励起光）を測定サンプルに対して多方向から照射することができる。
【００７１】
また、集光部１２内に配置された焦点２３ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光の多くは、図３に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光は、楕円球面２３で反射して、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する焦点２３ａへと向かう。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。しかも、測定サンプルから発せられた光の多くが焦点２３ａを通るので、開口１１２ａ，１２２ａを小さくすることができる。
【００７２】
さらには、上述したように、集光部１２の開口１２２ａ及び拡散部１１の開口１１２ａは、光透過材１３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、上述した第１態様と同様に、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００７３】
＜寸法の例示＞
本態様に係る光学装置１の寸法は、例えば次のとおりである。拡散部１１の直径が２００（ｍｍ）、開口１１２ａ〜１１２ｃ及び開口１２２ａのそれぞれの直径が４４（ｍｍ）、楕円球面２３の曲率半径の最大値が２１．９（ｍｍ）、楕円球面２３の円錐定数が−０．６５５、楕円球面２３と長軸１０２とが交わる点から焦点２３ａ，２３ｂまでのそれぞれの距離が１２．１（ｍｍ）及び１１５（ｍｍ）である。
【００７４】
２−３．第３態様
＜第３態様に係る構成＞
第３態様に係る光学装置１は、図４に示すように、集光部１２が拡散部１１から分離した構成となっている。そして、集光部１２の光反射面１２１は、図４に示すように１つの凹状の放物面２４から構成されており、放物面２４の開口端２４１がレンズ１２３によって塞がれている。集光部１２には、放物面２４の頂点２４ａの位置にて開口１２２ｂが形成されている。放物面２４の焦点２４ｂは集光部１２内に配置されている。
【００７５】
集光部１２とレンズ１２３との位置関係は次のとおりである。すなわち、レンズ１２３は、放物面２４が有する頂点２４ａ及び焦点２４ｂを含む直線１０３に対して、レンズ１２３の光軸１０４が一致するように配置されている。そして、レンズ１２３の焦点１２３ａは、開口端２４１に対して放物面２４の焦点２４ｂとは反対側に配置されている。
【００７６】
集光部１２は、拡散部１１との関係では、図４に示すように配置される。すなわち、集光部１２は、レンズ１２３の焦点１２３ａが拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置するように配置されている。
【００７７】
尚、放物面２４の開口端２４１は、集光部１２の開口１２２ａと把握することができる。また、開口端２４１を塞ぐレンズ１２３は、開口端２４１を塞ぐ光透過材と把握することができる。
【００７８】
＜第３態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、放物面２４の焦点２４ｂから出た光は、放物面２４で反射して、焦点２４ｂ及び頂点２４ａを含む直線１０３と平行に伝播する。逆に、直線１０３と平行に放物面２４の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２４で反射して焦点２４ｂに到達する。また、レンズ１２３に対して焦点１２３ａとは反対側から光軸１０４と平行に入射した光は、レンズ１２３で屈折して焦点１２３ａに到達する。逆に、焦点１２３ａからレンズ１２３に入射した光は、レンズ１２３で屈折して、光軸１０４と平行に伝搬する。よって以下の効果が得られる。
【００７９】
光照射部５によって拡散部１１に導入された光（励起光）は、拡散部１１内で拡散反射を繰り返すことにより、その一部が開口１１２ａを通って集光部１２の方へと伝播する。このとき、焦点１２３ａは開口１１２ａの中央付近に位置しているので、集光部１２の方へと伝播する光の多くは焦点１２３ａを通る。焦点１２３ａを通った光は、図４に示される実線矢印及び破線矢印と同じルートをその矢印の方向とは反対の方向に向かって伝播する。よって、集光部１２内に配置された焦点２４ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、拡散部１１の内部に導入した光を測定サンプルに対して多方向から照射することができる。
【００８０】
また、集光部１２内に配置された焦点２４ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光の多くは、図４に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光は、放物面２４で反射して、焦点２４ｂ及び頂点２４ａを含む直線１０３と平行に伝播してレンズ１２３に入射する。上述したように、レンズ１２３の光軸１０４は直線１０３に一致しているので、レンズ１２３に入射した光は、レンズ１２３で屈折して、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する焦点１２３ａへと向かう。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。しかも、測定サンプルから発せられた光の多くが焦点１２３ａを通るので、開口１１２ａ，１２２ａを小さくすることができる。
【００８１】
さらには、本態様に係る光学装置は、集光部１２が拡散部１１から分離した構成とされているので、拡散部１１と集光部１２との位置合わせを光学装置の製造時に行う必要がなく、以って光学装置の製造が簡略化される。しかも、測定時においても集光部１２と拡散部１１とを分離したまま一体とする必要がなく、プリズムやミラー、光ファイバなどを用いて、集光部１２及び拡散部１１の一方から他方へと光を伝搬させることができる。これにより、集光部１２と拡散部１１との位置関係の自由度が増す。
【００８２】
また、光学装置を、集光部１２が拡散部１１から分離した構成としたことにより、集光部１２からのレンズ１２３の取り外しが容易となる。よって、集光部１２からレンズ１２３を取り外すだけで集光部１２内の洗浄や殺菌が可能となり、以って測定サンプルの汚染を防止することができる。
【００８３】
さらには、上述したように、集光部１２の開口端２４１はレンズ１２３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、上述した第１態様と同様に、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００８４】
２−４．第４態様
＜第４態様に係る構成＞
第４態様に係る光学装置１では、集光部１２の光反射面１２１は、図５に示すように１つの凹状の放物面２５から構成されている。そして、集光部１２には、放物面２５の頂点２５ａの位置にて開口１２２ｂが形成されている。放物面２５の焦点２５ｂは、集光部１２内に配置されている。
【００８５】
集光部１２は、図５に示すように拡散部１１に取り付けられている。具体的には、放物面２５の開口端２５１の幅Ｌ６は拡散部１１の開口１１２ａの幅Ｌ５と略同一であり、集光部１２は、開口端２５１の縁が開口１１２ａの縁に合致するように拡散部１１に取り付けられている。光透過材１３は、開口端２５１及び開口１１２ａの両方を塞いでいる。尚、放物面２５の開口端２５１は、集光部１２の開口１２２ａと把握することができる。
【００８６】
＜第４態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、放物面２５の焦点２５ｂから出た光は、放物面２５で反射して、焦点２５ｂ及び頂点２５ａを含む直線１０５と平行に伝播する。逆に、直線１０４と平行に放物面２５の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２５で反射して焦点２５ｂに到達する。よって、以下の効果が得られる。
【００８７】
集光部１２内に配置された焦点２５ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光は、図５に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光には、光透過材１３の方へ向かうもの（実線矢印）と、放物面２５の方へと向かうもの（破線矢印）とがある。光透過材１３の方へと向かう光は、光透過材１３を通って拡散部１１内に入り込む。放物面２５の方へと向かう光は、放物面２５で反射して、直線１０５と平行に伝播し、光透過材１３を通って拡散部１１内に入り込む。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。
【００８８】
さらには、上述したように集光部１２の開口端２５１及び拡散部１１の開口１１２ａは、光透過材１３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、上述した第１態様と同様に、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００８９】
＜寸法の例示＞
本態様に係る光学装置１の寸法は、例えば次のとおりである。拡散部１１の直径が２００（ｍｍ）、開口１１２ａ，１２２ａのそれぞれの直径が６６（ｍｍ）、開口１１２ｂ，１１２ｃのそれぞれの直径が４４（ｍｍ）、放物面２５の頂点２５ａでの曲率半径が２０（ｍｍ）、放物面２５の円錐定数が−１、頂点２５ａから焦点２５ｂまでの距離が１０（ｍｍ）である。
【００９０】
３．変形例
３−１．変形例１
上述した光学システムでは、光照射部５によって拡散部１１内に光を導入していたが、光照射部５によって集光部１２内に光を導入してもよい。本変形例１に係る光学システムによれば、集光部１２内にある測定サンプルに対して、光を効率良く照射することができる。
【００９１】
３−２．変形例２
上述した第１、第２及び第４態様に係る光学装置１では、光透過材１３は、集光部１２の開口１２２ｂ及び拡散部１１の開口１２２ａの両方を塞いでいたが、いずれか一方のみを塞ぐ態様であってもよい。かかる態様においても、上述したのと同様に、測定サンプルから蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００９２】
３−３．変形例３
集光部１２が焦点を１つまたは２つ有する場合について、「２．光学装置の具体的な態様」で４つの態様（第１乃至第４態様）を説明したが、１つまたは２つの焦点が形成される態様であれば、他の態様であっても本発明に係る光学装置１として採用することができる。もちろん、３つ以上の焦点が形成される態様についても、本発明に係る光学装置１として採用することができる。
【００９３】
３−４．変形例４
光学装置１に関して図１〜図５では、集光部１２のサイズが拡散部１１のサイズと同程度、若しくは拡散部１１のサイズよりも小さい光学装置１が示されているが、かかる光学装置１において、集光部１２のサイズを拡散部１１のサイズと同じにしたり、またはそれよりも大きくしたりしたとしても、上述した効果が阻害されることはない。
【００９４】
よって、従来の積分球（例えば特許文献１や特許文献２に開示の積分球）では内部に設置することができない程の大きなサンプルであったとしても、従来の積分球を拡散部１１として用いつつ、集光部１２のサイズを拡散部１１のサイズよりも大きくすることにより、そのような大きなサンプルの測定が可能となる。
【００９５】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上述した光照射型の光学システムを用いて、測定サンプルに照射した光の測定サンプル表面での反射光の強度を測定することができる。また、光照射型の光学システムに限らず、光の照射なしに発光（自己発光）する物質を測定対象とした光学システムに対しても、上述した技術を適用することができる。このように、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態に係る光照射型の光学システムを示した概念図である。
【図２】第１態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【図３】第２態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【図４】第３態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【図５】第４態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 光学装置
１１ 拡散部
１１１ 光拡散膜
１２ 集光部
１２１ 光反射面
１３ 光透過材
１１２ａ，１２２ａ 開口
２１，２２ 放物面
２１ａ，２２ａ 頂点
２１ｂ，２２ｂ 焦点
２３ 楕円球面
２３ａ，２３ｂ 焦点
２４ 放物面
２４１ 開口端
２４ａ 頂点
２４ｂ 焦点
１２３ レンズ
１０４ 光軸
５ 光照射部
３１ 光検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光に関する物理量の測定に用いられる光学装置及び光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定サンプルに含まれた蛍光体から発せられた蛍光の強度を測定するための装置の１つとして、積分球を備えた装置が用いられている。積分球を備えた装置は、例えば下掲の特許文献１や特許文献２に開示されており、蛍光体から発せられる蛍光を積分球内で拡散反射させることによって、当該蛍光の強度を均一化する。具体的には、積分球の内壁には酸化マグネシウムや硫酸バリウムなどを主成分とする光拡散膜が形成されており、蛍光体から発せられた蛍光を光拡散膜で繰り返し拡散反射させる。酸化マグネシウムや硫酸バリウムは光の拡散反射率が高いため、蛍光の強度は効率良く均一化される。
【０００３】
蛍光の強度を均一化することによって、蛍光体から発せられる蛍光の配光分布を考慮せずに蛍光の強度を測定することが可能となる。
【特許文献１】特開２００６−１２５９４０号公報
【特許文献２】特開平９−２９２２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１や特許文献２に開示されている従来の装置では、測定サンプルは、その観察面が積分球の内部空間に露出した状態で設置されている。このため、水分を含んだ物質を測定サンプルとすると物質内の水分は蒸発してしまい、光拡散膜を形成している酸化マグネシウムや硫酸バリウムは蒸発した水分を吸収してしまう。酸化マグネシウムや硫酸バリウムが水分を吸収すると、光拡散膜の拡散反射率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、例えば、水分を含んだ測定サンプルを密閉した状態で積分球内に設置することによって、水分の蒸発を抑制することが考えられる。しかし、測定サンプルが細胞などの生物である場合は、例えば当該生物が窒息するため、測定サンプルを密閉することはできない。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、細胞などのように水分を含み且つ密閉できない物質を測定対象とする場合でも、当該物質に含まれた水分の影響を受けない光学装置、を提供することが目的とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光学装置は、拡散部と、集光部と、光透過材とを備える。拡散部は、中空であって内壁に光拡散面が形成されており、内部に導入された光を光拡散面で拡散反射する。集光部は、中空であって内壁に光反射面が形成されており、測定対象から発せられた光を光反射面で反射して拡散部へと導く。光透過材は、光学的な透過性を有すると共に、拡散部と集光部との間に介在して水分の透過を阻止する。そして、拡散部及び集光部のそれぞれには、一方から他方への光の伝播を可能にする開口が形成されており、光透過材は当該開口の少なくとも一方を塞いでいる。
【０００８】
上記光学装置によれば、拡散部及び集光部に形成されている開口の少なくとも一方が光透過材によって塞がれているので、測定対象が水分を含むものであったとしても、当該測定対象を集光部内に設置することにより、蒸発した水分が拡散部内に流れ込むことを防止することができる。
【０００９】
しかも、測定対象から発せられた光は、集光部の内壁に形成された光反射面で反射して拡散部内へと導かれる。そして、拡散部内に導かれた光は、繰り返し光拡散面によって拡散反射される。これにより、拡散部内での光の強度が均一化される。
【００１０】
光学装置の具体的な態様において、光反射面は、少なくとも１つの焦点を有する曲面形状を呈してもよい。
【００１１】
光学装置の上記態様によれば、光反射面で反射された光を焦点に集めることができるので、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に当該焦点を配置することによって、集光部内の光が拡散部へと効率良く導かれる。また、上記焦点を集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置することにより、拡散部内の光が当該測定対象に効率良く照射される。
【００１２】
光学装置のより具体的な態様において、光反射面は、２つの焦点を有する楕円球面を含んでもよい。かかる態様では、当該焦点の一方は、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、当該焦点の他方は、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置される。
【００１３】
光学装置の上記態様によれば、楕円球面が有する２つの焦点のうち一方の焦点から出た光は、楕円球面で反射して他方の焦点に到達する。よって、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された一方の焦点を通って拡散部から集光部内に入射した光は、光反射面で反射して、測定対象またはその近傍の位置に配置された他方の焦点へと向かう。これにより、拡散部の内部に導入した光は、集光部内の測定対象に効率良く照射される。
【００１４】
また、測定対象またはその近傍の位置に上記他方の焦点を配置することにより、測定対象から発せられた光の多くは、光反射面で反射して、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。よって、測定対象から発せられた光は、拡散部内へと効率良く導かれる。しかも、測定対象から発せられた光の多くが、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通るので、当該開口を小さくすることができる。
【００１５】
光学装置の他の具体的な態様において、光反射面は、互いに向き合った２つの凹状の放物面を含んでもよい。かかる態様では、当該２つの放物面が有する頂点及び焦点は、いずれもが略同一直線上に配置される。そして、２つの放物面のうち一方の放物面の焦点は、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、他方の放物面の焦点は、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置される。
【００１６】
光学装置の上記態様によれば、焦点から出た光は、放物面で反射して、その焦点及び頂点を含む直線と平行に伝播する。逆に、当該直線と平行に放物面の方へと向かって伝播してきた光は、当該放物面で反射して、その焦点に到達する。
【００１７】
よって、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通って拡散部から集光部内に入射した光は、上記一方の放物面及び上記他方の放物面をこの順に反射して、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。これにより、拡散部の内部に導入した光は、集光部内の測定対象に効率良く照射される。
【００１８】
また、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に上記他方の放物面の焦点を配置することにより、測定対象から発せられた光の多くは、当該他方の放物面及び上記一方の放物面をこの順に反射して、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。よって、測定対象から発せられた光は、拡散部内へと効率良く導かれる。しかも、測定対象から発せられた光の多くが、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通るので、当該開口を小さくすることができる。
【００１９】
さらには、互いに向き合った２つの凹状の放物面を含む光反射面は、分離した２つの放物面を互いに向き合わせて連結するだけで得られる。また、これら２つの凹状の放物面を分離可能な状態で連結することによって、集光部内の洗浄や殺菌が可能となる。
【００２０】
光学装置の更なる他の具体的な態様において、光反射面は凹状の放物面を含んでおり、光透過材は当該放物面の開口端を塞ぐレンズであってもよい。かかる態様では、レンズは、放物面が有する頂点及び焦点を含む直線に当該レンズの光軸が一致または略平行となるように配置される。そして、レンズの焦点は、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、放物面の焦点は、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置される。
【００２１】
光学装置の上記態様によれば、焦点から出た光は、放物面で反射して、その焦点及び頂点を含む直線と平行に伝播する。逆に、当該直線と平行に放物面の方へと向かって伝播してきた光は、放物面で反射して、その焦点に到達する。また、レンズに対してその焦点とは反対側から光軸と平行に入射した光は、レンズで屈折して、当該レンズの焦点に到達する。逆に、レンズの焦点から当該レンズに入射した光は、レンズで屈折して、光軸と平行に伝播する。
【００２２】
よって、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通って拡散部から集光部内に入射した光は、レンズで屈折した後に光反射面で反射して、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。これにより、拡散部の内部に導入した光は、集光部内の測定対象に効率良く照射される。
【００２３】
また、集光部内の測定対象またはその近傍の位置に放物面の焦点を配置することにより、測定対象から発せられた光の多くは、光反射面で反射してレンズに入射する。レンズに入射した光は、レンズで屈折して、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点へと向かう。よって、測定対象から発せられた光は、拡散部内へと効率良く導かれる。しかも、測定対象から発せられた光の多くが、拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置された焦点を通るので、当該開口を小さくすることができる。
【００２４】
さらには、光学装置を、集光部が拡散部から分離した構成とすることができる。また、集光部からレンズを外すだけで集光部内の洗浄や殺菌が可能となる。
【００２５】
本発明に係る光学システムは、上記光学装置のいずれか１つと、光検出器とを備える。光検出器は、拡散部で拡散反射された光の強度を測定する。
【００２６】
具体的な態様において光学システムは、光照射部を更に備えてもよい。光照射部は、拡散部及び集光部の少なくも一方に光を入射する。そして、光照射部によって入射された光が集光部内の測定対象に照射されることにより、当該測定対象は光を発する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る光学装置によれば、細胞などのように水分を含み且つ密閉できない物質を測定対象とする場合でも、当該物質に含まれた水分の影響を受けない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、光照射型の光学システムに対して本発明を実施した場合について、図面に沿って具体的に説明する。尚、当該光照射型の光学システムは、蛍光体を含んだ測定対象（以下、「測定サンプル」と称す。）に励起光を照射することにより、測定サンプル内の蛍光体を励起させ、そして励起された蛍光体から発せられる蛍光の強度を測定することができる。蛍光体を含んだ測定サンプルには、例えば蛍光体が添加された細胞などが挙げられる。
【００２９】
１．光学システムの構成
本発明の実施の形態に係る光照射型の光学システムは、図１に示すように、光学装置１、光検出器３１、フィルタ３２、アンプ３３、光照射部５、電源回路６１、ステージ７、駆動回路６２、及び制御部６を備える。以下、各構成要素について具体的に説明する。
【００３０】
＜光学装置１＞
光学装置１は、図１に示すように、拡散部１１、集光部１２、及び光透過材１３によって構成されている。拡散部１１は、中空の球体であって、図２に示すように内壁に光拡散膜１１１が形成されている。そして光拡散膜１１１には、酸化マグネシウムや硫酸バリウムなどのように光の拡散反射率が高い材質が用いられている。尚、光拡散膜１１１は、拡散部１１の内壁に形成された光拡散面と把握することができる。また、当該拡散部１１には、積分球と通称されているものが含まれる。
【００３１】
よって、拡散部１１内に導入された光は、拡散部１１内において繰り返し光拡散膜１１１により拡散反射される。これにより、拡散部１１内において光の強度が効率良く均一化される。
【００３２】
拡散部１１には、開口１１２ａ〜１１２ｃが形成されている。開口１１２ａは、拡散部１１及び集光部１２の一方から他方への光の伝播を、後述する集光部１２の開口１２２ａと共に可能にするための窓である。開口１１２ｂは、測定サンプルに照射する光を入射（導入）するための窓である。開口１１２ｃは、拡散部１１内で均一化された光を、後述する光検出器３１へと導くための窓である。
【００３３】
尚、拡散部１１内での光の強度の均一化を効率良く行うという観点からは、開口１１２ａ〜１１２ｃの寸法は、拡散部１１の直径の１／３〜１／４程度、或いはそれ以下にすることが好ましい。また、開口１１２ａ〜１１２ｃの総面積は、拡散部１１の表面積の５％以下にすることが好ましい。
【００３４】
拡散部１１の開口１１２ｃには、筒状部材１１２ｄが拡散部１１の外部から取り付けられている。筒状部材１１２ｄを拡散部１１に取り付けることによって、拡散部１１内で均一化された光を、光検出器３１へと導くための通路が形成される。
【００３５】
集光部１２は、中空であって、図１及び図２に示すように内壁に光反射面１２１が形成されている。そして集光部１２は、集光部１２内の測定サンプルから発せられた光を光反射面１２１で反射して拡散部１１へと導く。光反射面１２１の具体的な形状や配置については、後述の「２．光学装置の具体的な態様」において詳細に説明する。
【００３６】
集光部１２には、開口１２２ａ，１２２ｂが形成されている。開口１２２ａは、拡散部１１及び集光部１２の一方から他方への光の伝播を、拡散部１１の開口１１２ａと共に可能にするための窓である。開口１２２ｂは、測定サンプルを集光部１２内の所定位置に配置すべく、当該測定サンプルを集光部１２の外部から内部へと導くための窓である。
【００３７】
光透過材１３は、光学的な透過性を有すると共に、拡散部１１と集光部１２との間に介在して水分の透過を阻止する。具体的には光透過材１３は、ガラス板やレンズなどであって、拡散部１１の開口１１２ａ及び集光部１２の開口１２２ａの少なくともいずれか一方を塞いでいる。光透過材１３の具体的な配置については、後述の「２．光学装置の具体的な態様」において詳細に説明する。
【００３８】
＜光検出器３１＞
光検出器３１は、筒状部材１１２ｄ内に設置されており、筒状部材１１２ｄ内を通って拡散部１１から光検出器３１まで到達した光を検知する。そして光検出器８は、検知した光の強度を電気信号（以下、「光強度信号」と称す。）に変換して出力する。具体的には光検出器３１は、フォトダイオードなどの光センサであって、検知した光の強度に応じた大きさの電流を光強度信号として発生させる。
【００３９】
尚、光検出器３１によって検出される光は、拡散部１１内にて強度が均一化された光である。よって、測定サンプルから発せられる光の配光分布を考慮しなくても、光検出器３１により光の強度を測定することができる。
【００４０】
＜フィルタ３２＞
フィルタ３２は、筒状部材１１２ｄ内に設置されており、開口１１２ｃと光検出器３１との間に配置されている。フィルタ３２は、干渉フィルタであって所定波長の光だけを選別する。すなわち、フィルタ３２は、開口１１２ｃ側から入射した光のうち所定波長の光だけを通し、他の波長の光の透過を遮断する。具体的にはフィルタ３２は、測定サンプルから発せられた光のみを通し、後述する光照射部５で発生した励起光の透過を遮断する。尚、フィルタ３２に代えて回折格子を用いることによって、所定波長の光の選別を行ってもよい。
【００４１】
フィルタ３２によれば、所定波長の光だけを光検出器３１へと導くことができるので、光検出器３１において所定波長の光の強度だけを検出することができる。
【００４２】
＜アンプ３３＞
アンプ３３は、光検出器３１から出力された光強度信号を増幅して、これを制御部６に与える。具体的には、アンプ３３は、光検出器３１にて発生した電流の振幅を大きくする。これにより、光検出器３１から出力される光強度信号が微弱であったとしても、制御部６での当該光強度信号の認識が可能となる。
【００４３】
＜光照射部５＞
光照射部５は、測定サンプルに照射するための光（励起光）を発生させる装置であって、光源５１、レンズ５２，５３、及びフィルタ５４を有する。光源５１は、ハロゲンランプなどの白色光源であって、レンズ５２の焦点５２１の位置に配置されている。レンズ５２は、光源５１から放射状に発せられた光の一部を、図１に示される実線矢印のようにレンズ５２の光軸５２２と平行な方向へと屈折させる。
【００４４】
レンズ５３は、レンズ５２に対して光源５１とは反対側の位置に配置されており、光軸５３２がレンズ５２の光軸５２２と一致し、焦点５３１がレンズ５２とは反対側に位置している。レンズ５３は、光軸５３２と平行にレンズ５２の方から伝播してくる光を、図１に示される実線矢印のように焦点５３１の方へと屈折させる。
【００４５】
フィルタ５４は、レンズ５２とレンズ５３との間の位置に配置されており、干渉フィルタであって所定波長の光だけを選別する。具体的にはフィルタ５４は、レンズ５２側から入射される白色光のうち、測定サンプル内の蛍光体の励起に必要な所定波長の光だけを通し、他の波長の光の透過を遮断する。
【００４６】
尚、フィルタ５４に代えて回折格子を用いることによって、所定波長の光の選別を行ってもよい。また、光源５１に代えて、所定波長の光だけを発する光源、例えばレーザーなどを用いてもよい。この場合、フィルタ５４は不要となる。
【００４７】
光照射部５によれば、測定サンプルに照射すべき所定波長の光を出力することができる。しかも、光照射部５から出力される光はレンズ５３の焦点を通るので、図１に示すようにレンズ５３の焦点が光学装置１の開口１１２ｂの中心付近に位置するように光照射部５を設置することによって、所定波長の光を光学装置１内に効率良く導入することができる。
【００４８】
尚、光照射部５によって光学装置１内に導入する光の波長が、光検出器３１で検出する光の波長、すなわちフィルタ３２で選別される光の波長と異なる場合には、光照射部５によって導入される光は、光検出器３１での光の検出に影響を与えることがない。
【００４９】
＜電源回路６１＞
電源回路６１は、制御部６からの指令を受けて、光源５１への電力の供給とその供給の遮断とを選択的に実行する。具体的には、光学装置１内に光を導入する際には、光源５１を点灯すべく電源回路６１は、光源５１に対して電力を供給する。他方、光学装置１内への光の導入を停止する際には、光源５１を消灯すべく電源回路６１は、光源５１への電力の供給を遮断する。
【００５０】
＜ステージ７＞
ステージ７は、昇降台７１と駆動部７２とを有する。昇降台７１は、測定サンプルを載置する面７１１を水平に保ったまま、駆動部７２の駆動によって上下に移動することができる。
【００５１】
具体的には、昇降台７１を上方に移動させた場合には、昇降台７１は、開口１２２ｂを通って集光部１２の外部から内部へと移動する。これにより、面７１１に載置された測定サンプルを、集光部１２内の所定位置に配置することができる。尚、測定サンプルを配置する当該所定位置については、後述の「２．光学装置の具体的な態様」において詳細に説明する。
【００５２】
他方、昇降台７１を下方に移動させた場合には、昇降台７１は、開口１２２ｂを通って集光部１２の内部から外部へと移動する。これにより、測定が完了した測定サンプルを集光部１２内から取り出すことができる。
【００５３】
＜駆動回路６２＞
駆動回路６２は、ステージ７を駆動するための回路であり、制御部６からの指令を受けて駆動部７２を制御する。これにより、昇降台７１の上下動が調節される。
【００５４】
＜制御部６＞
制御部６は、上述したように、電源回路６１及び駆動回路６２に指令を与えることによって、光照射部５の光源５１の点灯及び消灯を電源回路６１に実行させ、ステージ７の駆動を駆動回路６２に実行させる。
【００５５】
上述したように、光検出器３１から出力された光強度信号は、アンプ３３を介して制御部６に与えられる。そして制御部６は、光強度信号に基づいて、測定サンプルから発せられた光の強度を求める。制御部６で求められた光の強度を用いることによって、測定サンプルの状態を導き出すことができる。例えば、測定サンプルが人工骨である場合には、骨基質内に取り込まれた蛍光体から発せられる蛍光の強度を測定することによって、骨基質内のカルシウム量を求めることができる。
【００５６】
２．光学装置の具体的な態様
２−１．第１態様
＜第１態様に係る構成＞
第１態様に係る光学装置１では、集光部１２の光反射面１２１は、図２に示すように互いに向き合った２つの凹状の放物面２１，２２から構成されている。そして集光部１２には、放物面２１の頂点２１ａの位置にて開口１２２ｂが形成されており、放物面２２の頂点２２ａの位置にて開口１２２ａが形成されている。
【００５７】
放物面２１と放物面２２との位置関係は次のとおりである。すなわち、放物面２１が有する頂点２１ａ及び焦点２１ｂ、並びに放物面２２が有する頂点２２ａ及び焦点２２ｂは、いずれもが同一直線１０１上に配置されている。そして、放物面２１の焦点２１ｂは、集光部１２の開口１２２ａの中央付近に配置されており、放物面２２の焦点２２ｂは、開口１２２ｂに近い位置にて集光部１２内に配置されている。
【００５８】
集光部１２は、図２に示すように拡散部１１に取り付けられている。具体的には、集光部１２の開口１２２ａの幅Ｌ２は拡散部１１の開口１１２ａの幅Ｌ１と略同一であり、集光部１２は、開口１２２ａの縁が開口１１２ａの縁に合致するように拡散部１１に取り付けられている。光透過材１３は、開口１２２ａ及び開口１１２ａの両方を塞いでいる。
【００５９】
放物面２１の焦点２１ｂは集光部１２の開口１２２ａの中央付近に配置されているので、上述したように集光部１２を拡散部１１に取り付けることによって、焦点２１ｂは、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する。
【００６０】
＜第１態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、放物面２１の焦点２１ｂから出た光は、放物面２１で反射して、焦点２１ｂ及び頂点２１ａを含む直線１０１と平行に伝播する。逆に、直線１０１と平行に放物面２１の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２１で反射して焦点２１ｂに到達する。また、放物面２２の焦点２２ｂから出た光は、放物面２２で反射して、焦点２２ｂ及び頂点２２ａを含む直線１０１と平行に伝播する。逆に、直線１０１と平行に放物面２２の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２２で反射して焦点２２ｂに到達する。よって以下の効果が得られる。
【００６１】
光照射部５によって拡散部１１に導入された光（励起光）は、拡散部１１内で拡散反射を繰り返すことにより、その一部が開口１１２ａ，１２２ａを通って集光部１２の方へと伝播する。このとき、焦点２１ｂは開口１１２ａの中央付近に位置しているので、集光部１２の方へと伝播する光の多くは焦点２１ｂを通る。焦点２１ｂを通った光は、図２に示される実線矢印及び破線矢印と同じルートをその矢印の方向とは反対の方向に向かって伝播する。よって、集光部１２内に配置された焦点２２ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、拡散部１１の内部に導入した光（励起光）を測定サンプルに対して多方向から照射することができる。
【００６２】
また、集光部１２内に配置された焦点２２ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光の多くは、図２に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光は、放物面２２で反射して、直線１０１と平行に伝播して放物面２１に入射する。直線１０１と平行に伝播してきて放物面２１に入射した光は、放物面２１で反射して、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する焦点２１ｂへと向かう。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。しかも、測定サンプルから発せられた光の多くが焦点２１ｂを通るので、開口１１２ａ，１２２ａを小さくすることができる。
【００６３】
さらには、互いに向き合った２つの凹状の放物面２１，２２を含む光反射面１２１は、分離した２つの放物面２１，２２を互いに向き合わせて連結するだけで得られるので、光反射面１２１の形成が容易である。しかも、これら２つの凹状の放物面２１，２２を分離可能な状態で連結することによって、集光部１２内の洗浄や殺菌が可能となり、以って測定サンプルの汚染を防止することができる。
【００６４】
また、上述したように、集光部１２の開口１２２ａ及び拡散部１１の開口１１２ａは、光透過材１３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。これにより、測定サンプルから蒸発した水分が光拡散膜１１１に吸収されるのを防止することができ、以って測定サンプルに含まれた水分による光学装置１への影響を回避することができる。
【００６５】
＜寸法の例示＞
本態様に係る光学装置１の寸法は、例えば次のとおりである。開口１２２ａの直径が２０（ｍｍ）、集光部１３の直径が２１０（ｍｍ）、放物面２１の頂点２１ａでの曲率半径が１６０（ｍｍ）、頂点２１ａから焦点２１ｂまでの距離が８０（ｍｍ）、放物面２２の頂点２２ａでの曲率半径が１４０（ｍｍ）、頂点２２ａから焦点２２ｂまでの距離が７０（ｍｍ）、放物面２１，２２のそれぞれの円錐定数が−１である。
【００６６】
２−２．第２態様
＜第２態様に係る構成＞
第２態様に係る光学装置１では、集光部１２の光反射面１２１は、図３に示すように２つの焦点２３ａ，２３ｂを有する楕円球面２３から構成されている。集光部１２には、楕円球面２３とその長軸１０２（焦点２３ａ，２３ｂを通る直線）とが交わる位置にて開口１２２ａ，１２２ｂが形成されている。図３では、開口１２２ａ，１２２ｂの位置を明確にすべく、開口１２２ａ，１２２ｂのそれぞれを二点鎖線によって示している。そして、楕円球面２３について、焦点２３ａは開口１２２ａの中央付近に配置されており、焦点２３ｂは、開口１２２ｂに近い位置にて集光部１２内に配置されている。
【００６７】
集光部１２は、図３に示すように拡散部１１に取り付けられている。具体的には、集光部１２の開口１２２ａの幅Ｌ４は拡散部１１の開口１１２ａの幅Ｌ３と略同一であり、集光部１２は、開口１２２ａの縁が開口１１２ａの縁に合致するように拡散部１１に取り付けられている。光透過材１３は、開口１２２ａ及び開口１１２ａの両方を塞いでいる。
【００６８】
楕円球面２３の焦点２３ａは開口１２２ａの中央付近に配置されているので、上述したように集光部１２を拡散部１１に取り付けることによって、焦点２３ａは、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する。
【００６９】
＜第２態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、楕円球面２３の焦点２３ａ，２３ｂのうち一方の焦点から出た光は、楕円球面２３で反射して他方の焦点に到達する。よって以下の効果が得られる。
【００７０】
光照射部５によって拡散部１１に導入された光（励起光）は、拡散部１１内で拡散反射を繰り返すことにより、その一部が開口１１２ａ，開口１２２ａを通って集光部１２の方へと伝播する。このとき、焦点２３ａは開口１１２ａの中央付近に位置しているので、集光部１２の方へと伝播する光の多くは焦点２３ａを通る。焦点２３ａを通った光は、図３に示される実線矢印及び破線矢印と同じルートをその矢印の方向とは反対の方向に向かって伝播する。よって、集光部１２内に配置された焦点２３ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、拡散部１１の内部に導入した光（励起光）を測定サンプルに対して多方向から照射することができる。
【００７１】
また、集光部１２内に配置された焦点２３ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光の多くは、図３に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光は、楕円球面２３で反射して、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する焦点２３ａへと向かう。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。しかも、測定サンプルから発せられた光の多くが焦点２３ａを通るので、開口１１２ａ，１２２ａを小さくすることができる。
【００７２】
さらには、上述したように、集光部１２の開口１２２ａ及び拡散部１１の開口１１２ａは、光透過材１３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、上述した第１態様と同様に、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００７３】
＜寸法の例示＞
本態様に係る光学装置１の寸法は、例えば次のとおりである。拡散部１１の直径が２００（ｍｍ）、開口１１２ａ〜１１２ｃ及び開口１２２ａのそれぞれの直径が４４（ｍｍ）、楕円球面２３の曲率半径の最大値が２１．９（ｍｍ）、楕円球面２３の円錐定数が−０．６５５、楕円球面２３と長軸１０２とが交わる点から焦点２３ａ，２３ｂまでのそれぞれの距離が１２．１（ｍｍ）及び１１５（ｍｍ）である。
【００７４】
２−３．第３態様
＜第３態様に係る構成＞
第３態様に係る光学装置１は、図４に示すように、集光部１２が拡散部１１から分離した構成となっている。そして、集光部１２の光反射面１２１は、図４に示すように１つの凹状の放物面２４から構成されており、放物面２４の開口端２４１がレンズ１２３によって塞がれている。集光部１２には、放物面２４の頂点２４ａの位置にて開口１２２ｂが形成されている。放物面２４の焦点２４ｂは集光部１２内に配置されている。
【００７５】
集光部１２とレンズ１２３との位置関係は次のとおりである。すなわち、レンズ１２３は、放物面２４が有する頂点２４ａ及び焦点２４ｂを含む直線１０３に対して、レンズ１２３の光軸１０４が一致するように配置されている。そして、レンズ１２３の焦点１２３ａは、開口端２４１に対して放物面２４の焦点２４ｂとは反対側に配置されている。
【００７６】
集光部１２は、拡散部１１との関係では、図４に示すように配置される。すなわち、集光部１２は、レンズ１２３の焦点１２３ａが拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置するように配置されている。
【００７７】
尚、放物面２４の開口端２４１は、集光部１２の開口１２２ａと把握することができる。また、開口端２４１を塞ぐレンズ１２３は、開口端２４１を塞ぐ光透過材と把握することができる。
【００７８】
＜第３態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、放物面２４の焦点２４ｂから出た光は、放物面２４で反射して、焦点２４ｂ及び頂点２４ａを含む直線１０３と平行に伝播する。逆に、直線１０３と平行に放物面２４の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２４で反射して焦点２４ｂに到達する。また、レンズ１２３に対して焦点１２３ａとは反対側から光軸１０４と平行に入射した光は、レンズ１２３で屈折して焦点１２３ａに到達する。逆に、焦点１２３ａからレンズ１２３に入射した光は、レンズ１２３で屈折して、光軸１０４と平行に伝搬する。よって以下の効果が得られる。
【００７９】
光照射部５によって拡散部１１に導入された光（励起光）は、拡散部１１内で拡散反射を繰り返すことにより、その一部が開口１１２ａを通って集光部１２の方へと伝播する。このとき、焦点１２３ａは開口１１２ａの中央付近に位置しているので、集光部１２の方へと伝播する光の多くは焦点１２３ａを通る。焦点１２３ａを通った光は、図４に示される実線矢印及び破線矢印と同じルートをその矢印の方向とは反対の方向に向かって伝播する。よって、集光部１２内に配置された焦点２４ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、拡散部１１の内部に導入した光を測定サンプルに対して多方向から照射することができる。
【００８０】
また、集光部１２内に配置された焦点２４ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光の多くは、図４に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光は、放物面２４で反射して、焦点２４ｂ及び頂点２４ａを含む直線１０３と平行に伝播してレンズ１２３に入射する。上述したように、レンズ１２３の光軸１０４は直線１０３に一致しているので、レンズ１２３に入射した光は、レンズ１２３で屈折して、拡散部１１の開口１１２ａの中央付近に位置する焦点１２３ａへと向かう。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。しかも、測定サンプルから発せられた光の多くが焦点１２３ａを通るので、開口１１２ａ，１２２ａを小さくすることができる。
【００８１】
さらには、本態様に係る光学装置は、集光部１２が拡散部１１から分離した構成とされているので、拡散部１１と集光部１２との位置合わせを光学装置の製造時に行う必要がなく、以って光学装置の製造が簡略化される。しかも、測定時においても集光部１２と拡散部１１とを分離したまま一体とする必要がなく、プリズムやミラー、光ファイバなどを用いて、集光部１２及び拡散部１１の一方から他方へと光を伝搬させることができる。これにより、集光部１２と拡散部１１との位置関係の自由度が増す。
【００８２】
また、光学装置を、集光部１２が拡散部１１から分離した構成としたことにより、集光部１２からのレンズ１２３の取り外しが容易となる。よって、集光部１２からレンズ１２３を取り外すだけで集光部１２内の洗浄や殺菌が可能となり、以って測定サンプルの汚染を防止することができる。
【００８３】
さらには、上述したように、集光部１２の開口端２４１はレンズ１２３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、上述した第１態様と同様に、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００８４】
２−４．第４態様
＜第４態様に係る構成＞
第４態様に係る光学装置１では、集光部１２の光反射面１２１は、図５に示すように１つの凹状の放物面２５から構成されている。そして、集光部１２には、放物面２５の頂点２５ａの位置にて開口１２２ｂが形成されている。放物面２５の焦点２５ｂは、集光部１２内に配置されている。
【００８５】
集光部１２は、図５に示すように拡散部１１に取り付けられている。具体的には、放物面２５の開口端２５１の幅Ｌ６は拡散部１１の開口１１２ａの幅Ｌ５と略同一であり、集光部１２は、開口端２５１の縁が開口１１２ａの縁に合致するように拡散部１１に取り付けられている。光透過材１３は、開口端２５１及び開口１１２ａの両方を塞いでいる。尚、放物面２５の開口端２５１は、集光部１２の開口１２２ａと把握することができる。
【００８６】
＜第４態様による効果＞
本態様に係る光学装置１によれば、放物面２５の焦点２５ｂから出た光は、放物面２５で反射して、焦点２５ｂ及び頂点２５ａを含む直線１０５と平行に伝播する。逆に、直線１０４と平行に放物面２５の方へと向かって伝播してきた光は、放物面２５で反射して焦点２５ｂに到達する。よって、以下の効果が得られる。
【００８７】
集光部１２内に配置された焦点２５ｂまたはその近傍の位置に測定サンプルを配置することにより、測定サンプルから発せられた光は、図５に示される実線矢印及び破線矢印のように伝播する。すなわち、測定サンプルから発せられた光には、光透過材１３の方へ向かうもの（実線矢印）と、放物面２５の方へと向かうもの（破線矢印）とがある。光透過材１３の方へと向かう光は、光透過材１３を通って拡散部１１内に入り込む。放物面２５の方へと向かう光は、放物面２５で反射して、直線１０５と平行に伝播し、光透過材１３を通って拡散部１１内に入り込む。よって、測定サンプルから発せられた光は、拡散部１１内へと効率良く導かれる。
【００８８】
さらには、上述したように集光部１２の開口端２５１及び拡散部１１の開口１１２ａは、光透過材１３によって塞がれている。よって、測定サンプルが水分を含むものであったとしても、当該測定サンプルを集光部１２内に設置することにより、上述した第１態様と同様に、蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００８９】
＜寸法の例示＞
本態様に係る光学装置１の寸法は、例えば次のとおりである。拡散部１１の直径が２００（ｍｍ）、開口１１２ａ，１２２ａのそれぞれの直径が６６（ｍｍ）、開口１１２ｂ，１１２ｃのそれぞれの直径が４４（ｍｍ）、放物面２５の頂点２５ａでの曲率半径が２０（ｍｍ）、放物面２５の円錐定数が−１、頂点２５ａから焦点２５ｂまでの距離が１０（ｍｍ）である。
【００９０】
３．変形例
３−１．変形例１
上述した光学システムでは、光照射部５によって拡散部１１内に光を導入していたが、光照射部５によって集光部１２内に光を導入してもよい。本変形例１に係る光学システムによれば、集光部１２内にある測定サンプルに対して、光を効率良く照射することができる。
【００９１】
３−２．変形例２
上述した第１、第２及び第４態様に係る光学装置１では、光透過材１３は、集光部１２の開口１２２ｂ及び拡散部１１の開口１２２ａの両方を塞いでいたが、いずれか一方のみを塞ぐ態様であってもよい。かかる態様においても、上述したのと同様に、測定サンプルから蒸発した水分が拡散部１１内に流れ込むことを防止することができる。
【００９２】
３−３．変形例３
集光部１２が焦点を１つまたは２つ有する場合について、「２．光学装置の具体的な態様」で４つの態様（第１乃至第４態様）を説明したが、１つまたは２つの焦点が形成される態様であれば、他の態様であっても本発明に係る光学装置１として採用することができる。もちろん、３つ以上の焦点が形成される態様についても、本発明に係る光学装置１として採用することができる。
【００９３】
３−４．変形例４
光学装置１に関して図１〜図５では、集光部１２のサイズが拡散部１１のサイズと同程度、若しくは拡散部１１のサイズよりも小さい光学装置１が示されているが、かかる光学装置１において、集光部１２のサイズを拡散部１１のサイズと同じにしたり、またはそれよりも大きくしたりしたとしても、上述した効果が阻害されることはない。
【００９４】
よって、従来の積分球（例えば特許文献１や特許文献２に開示の積分球）では内部に設置することができない程の大きなサンプルであったとしても、従来の積分球を拡散部１１として用いつつ、集光部１２のサイズを拡散部１１のサイズよりも大きくすることにより、そのような大きなサンプルの測定が可能となる。
【００９５】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上述した光照射型の光学システムを用いて、測定サンプルに照射した光の測定サンプル表面での反射光の強度を測定することができる。また、光照射型の光学システムに限らず、光の照射なしに発光（自己発光）する物質を測定対象とした光学システムに対しても、上述した技術を適用することができる。このように、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態に係る光照射型の光学システムを示した概念図である。
【図２】第１態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【図３】第２態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【図４】第３態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【図５】第４態様に係る光学装置を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 光学装置
１１ 拡散部
１１１ 光拡散膜
１２ 集光部
１２１ 光反射面
１３ 光透過材
１１２ａ，１２２ａ 開口
２１，２２ 放物面
２１ａ，２２ａ 頂点
２１ｂ，２２ｂ 焦点
２３ 楕円球面
２３ａ，２３ｂ 焦点
２４ 放物面
２４１ 開口端
２４ａ 頂点
２４ｂ 焦点
１２３ レンズ
１０４ 光軸
５ 光照射部
３１ 光検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空であって内壁に光拡散面が形成されており、内部に導入された光を前記光拡散面で拡散反射する拡散部と、
中空であって内壁に光反射面が形成されており、測定対象から発せられた光を前記光反射面で反射して前記拡散部へと導く集光部と、
光学的な透過性を有すると共に、前記拡散部と前記集光部との間に介在して水分の透過を阻止する光透過材と
を備え、
前記拡散部及び前記集光部のそれぞれには、一方から他方への光の伝播を可能にする開口が形成されており、前記光透過材は前記開口の少なくとも一方を塞いでいる、光学装置。
【請求項２】
前記光反射面は、少なくとも１つの焦点を有する曲面形状を呈する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光反射面は、２つの焦点を有する楕円球面を含み、前記焦点の一方は、前記拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、前記焦点の他方は、前記集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置されている、請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記光反射面は、互いに向き合った２つの凹状の放物面を含み、
前記２つの放物面が有する頂点及び焦点のいずれもが略同一直線上に配置され、
前記２つの放物面のうち一方の放物面の前記焦点は、前記拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、他方の放物面の前記焦点は、前記集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置されている、請求項２に記載の光学装置。
【請求項５】
前記光反射面は凹状の放物面を含み、前記光透過材は当該放物面の開口端を塞ぐレンズであり、
前記レンズは、前記放物面が有する頂点及び焦点を含む直線に前記レンズの光軸が一致または略平行となるように配置され、
前記レンズの前記焦点は、前記拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、前記放物面の前記焦点は、前記集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置されている、請求項２記載の光学装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の光学装置と、
前記拡散部で拡散反射された光の強度を測定する光検出器と
を備える、光学システム。
【請求項７】
前記拡散部及び前記集光部の少なくも一方に光を入射する光照射部を更に備え、
前記光照射部によって入射された前記光が前記集光部内の測定対象に照射されることにより、当該測定対象は光を発する、請求項６記載の光学システム。
【請求項１】
中空であって内壁に光拡散面が形成されており、内部に導入された光を前記光拡散面で拡散反射する拡散部と、
中空であって内壁に光反射面が形成されており、測定対象から発せられた光を前記光反射面で反射して前記拡散部へと導く集光部と、
光学的な透過性を有すると共に、前記拡散部と前記集光部との間に介在して水分の透過を阻止する光透過材と
を備え、
前記拡散部及び前記集光部のそれぞれには、一方から他方への光の伝播を可能にする開口が形成されており、前記光透過材は前記開口の少なくとも一方を塞いでいる、光学装置。
【請求項２】
前記光反射面は、少なくとも１つの焦点を有する曲面形状を呈する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光反射面は、２つの焦点を有する楕円球面を含み、前記焦点の一方は、前記拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、前記焦点の他方は、前記集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置されている、請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記光反射面は、互いに向き合った２つの凹状の放物面を含み、
前記２つの放物面が有する頂点及び焦点のいずれもが略同一直線上に配置され、
前記２つの放物面のうち一方の放物面の前記焦点は、前記拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、他方の放物面の前記焦点は、前記集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置されている、請求項２に記載の光学装置。
【請求項５】
前記光反射面は凹状の放物面を含み、前記光透過材は当該放物面の開口端を塞ぐレンズであり、
前記レンズは、前記放物面が有する頂点及び焦点を含む直線に前記レンズの光軸が一致または略平行となるように配置され、
前記レンズの前記焦点は、前記拡散部に形成されている開口またはその近傍の位置に配置され、前記放物面の前記焦点は、前記集光部内の測定対象またはその近傍の位置に配置されている、請求項２記載の光学装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の光学装置と、
前記拡散部で拡散反射された光の強度を測定する光検出器と
を備える、光学システム。
【請求項７】
前記拡散部及び前記集光部の少なくも一方に光を入射する光照射部を更に備え、
前記光照射部によって入射された前記光が前記集光部内の測定対象に照射されることにより、当該測定対象は光を発する、請求項６記載の光学システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２８１８９９（Ｐ２００９−２８１８９９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３４９５３（Ｐ２００８−１３４９５３）
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構健康安心プログラム／再生医療評価研究開発事業／再生医療の早期実用化を目指した再生評価技術開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構健康安心プログラム／再生医療評価研究開発事業／再生医療の早期実用化を目指した再生評価技術開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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