照明装置
【課題】金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うための照明装置を提供すること。
【解決手段】 所定物を照明する照明装置であって、楕円偏光光を供給する光源部と、楕円偏光の光束を分離する光束分離機構と、分離された２つの光束の強度比を経時的に変化させる光束強度比変更機構と、２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段と、を有する。
【解決手段】 所定物を照明する照明装置であって、楕円偏光光を供給する光源部と、楕円偏光の光束を分離する光束分離機構と、分離された２つの光束の強度比を経時的に変化させる光束強度比変更機構と、２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている抗原抗体反応を利用した免疫測定方法として、ＳＥＲＳ(表面増強ラマン散乱）ナノタグを利用した免疫測定がある。
ＳＥＲＳナノタグとは、例えば、米国特許公報第７，１９２，７７８号に掲載されているような、光照射によって強いラマン散乱光が発生する直径数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの大きさを持つナノ粒子である。この構造としては、ラマン活性レポーター分子を付着させた約６０ｎｍ金ナノ粒子を、ポリマー・ガラスまたは任意の他の誘電性材料を含む被包シェルでシールドしている。
【０００３】
このＳＥＲＳナノタグにレーザ光照射をすると、ＳＥＲＳナノタグ内部の金属粒子で表面プラズモン共鳴現象が起き、電場が強められる。そして、金属粒子に隣接したラマン散乱光発生分子から強いラマン散乱光が発光する。たとえば、６３３ｎｍ励起光を照射すると６７０ｎｍ〜７１０ｎｍのラマン散乱光を発生する。
【０００４】
ＳＥＲＳナノタグを用いた分析装置は、例えば、特許文献１に提案された構成が知られている。これは、検査容器内で抗体を結合したＳＥＲＳナノタグと抗原（被分析物質）を反応させ、該反応物に抗体を結合した磁性粒子を添加反応して反応複合体を作製する。その後、磁界発生部で集めた前記反応複合体にレーザ光を照射し、ＳＥＲＳナノタグから発生するラマン信号を測定して、その強度から被分析物質の量を測定する手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０１４２２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＥＲＳナノタグにレーザ光を照射すると、入射光の偏光方向と平行な軸上で特に強く電場増強する。そのため、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラがある場合、ＳＥＲＳナノタグと光軸の位置関係によってラマン信号強度にばらつきが発生してしまう。これにより、測定精度が悪いという問題を生ずる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うための照明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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の照明装置は、所定物を照明する照明装置であって、楕円偏光光を供給する光源部と、前記楕円偏光の光束を分離する光束分離機と、前記分離された２つの光束の強度比を経時的に変化させる光束強度比変更機構と、前記２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源部は、直線偏光の光束を射出する光源と、前記直線偏光の光束を楕円偏光の光束に変換する円偏光変換光学素子とを有することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記２光束のうちのどちらか一方の光束の光路内に１/２波長板が配置されていることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記１／２波長板を光束内に挿脱する１／２波長板挿脱部を有し、前記光束強度比変更機構は、２つの光束の強度比を周期的に変化させ、
前記１／２波長板挿脱部は、前記１／２波長板を光束内に挿入した状態と、光束内から退避した状態とを、２つの光束の強度比の変化の周期に応じて切り換えることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、実測値または計算値に基づいて所定の照明強度となるように前記光源部の発光強度を補正する補正部を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる照明装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る照明装置の概略構成を示す図である。
【図２】濃度フィルタの状態と光量との関係を示す図である。
【図３】濃度フィルタの状態と偏光状態との関係を示す図である。
【図４】濃度フィルタの状態と偏光状態との関係を示す他の図である。
【図５】濃度フィルタの状態と偏光状態との関係を示すさらに他の図である。
【図６】偏光状態を説明する図である。
【図７】偏光を制御できる範囲を説明する図である。
【図８】電場が増強される領域を説明する図である。
【図９】一方の光路に１／２波長板を挿入した状態を示す図である。
【図１０】一方の光路に１／２波長板を挿入したときの偏光状態を示す図である。
【図１１】偏光光の強度を示す図である。
【図１２】１／２波長板を挿入したときに偏光を制御できる範囲を説明する図である。
【図１３】実施例２に係る照明装置の概略構成を示す図である。
【図１４】実施例２において検出される光量を説明する図である。
【図１５】変形例の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる照明装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施例１）
以下、本発明の第１実施形態に係る照明装置１００を説明する。図１は、本照明装置１００を備える測定装置の概略構成を示している。
実施例１に関わる測定方法および測定装置は、検査容器内の抗体と反応した被測定物質（抗原）の濃度を測定するためのものである。測定のための測定系は、大別して、光学系と、磁界発生部と演算部を有している。
【００１７】
光学系は、検査容器に励起光を照射して検査容器内の反応複合体から発せられた蛍光もしくはラマン散乱光等の発光強度（スペクトル）を検出する。
磁界発生部は、検査容器内の反応複合体を所定位置に集める。
演算部は、光検出部の測定結果に基づいて、データの解析を行う。より具体的には、演算部は、光検出部により検出された光強度に基づいて、発光標識の数、被測定物質（抗原）の数を算出する。以下、構成をさらに詳細に説明する。
【００１８】
光源１０１は、例えばレーザ光源である。光源１０１は、例えば、アルゴンイオンレーザ、ヘリウムネオンレーザのようなガスレーザ、半導体レーザ等、蛍光・ラマン光を発生が可能なレーザを使用する。レーザ波長、強度、発信態様などの特性は、試料によって適切なものを選択する。光源１０１は、直線偏光の光を射出する。
【００１９】
光源１０１からのレーザ光は、コリメートレンズ１０２により略平行光に変換される。コリメートされた光束は、濃度フィルタ１０３に入射する。濃度フィルタ１０３は、円形形状を有する。そして、円形形状の片側半分は１００％透過、反対側半分は０％透過、すなわち遮光するように構成されている。
【００２０】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、濃度フィルタ１０３が光軸まわりに回転する様子を光源１０１側から見た状態を示している。図において、濃度フィルタ１０３のうちの斜線を付した部分は透過率０％、斜線を付していない部分は透過率１００％である。
【００２１】
モータ１１０は、濃度フィルタ１０３を光軸の周りに回転駆動する。また、モータ１１０は、制御部１１１により制御される。制御に関しては後述する。濃度フィルタ１０３とモータ１１０と制御部１１１とで、光束強度比変更機構を構成する。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、円形形状の濃度フィルタ１０３は、光路Ａの領域Ａｐと光路Ｂの領域Ｂｐとをフィルタリングするように光束内に配置されている。なお、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、領域Ａｐ、Ｂｐの図示を省略する。
【００２３】
図２（ｅ）は、濃度フィルタ１０３の回転状態と、光路Ａの光の強度（実線で示す）と、光路Ｂの光の強度（一点鎖線で示す）との関係とを示している。
このように濃度フィルタ１０３が回転することで、光路Ａ、光路Ｂの強度を経時的（時間的）に変化させることが可能になる。
【００２４】
なお、濃度フィルタの代わりに、液晶素子を用いる構成でも良い。液晶素子は、液晶と、特定の偏光方向の光のみを透過させる偏光フィルタ板から構成される。液晶に電圧を印加し液晶分子の向きが変化させると、液晶中を通過する光の偏向が変化する。偏向した光を偏光フィルタ板に通して、光の透過率を変えることができる。液晶素子を用いて光路Ａ、光路Ｂの透過率を時間的に変化させれば、可動部を用いることなく光束強度を変化させることができる。
【００２５】
図１に戻って説明を続ける。濃度フィルタ１０３を透過した光束は、１／４波長板１０４へ入射する。１／４波長板１０４は、入射光束の振動方向と、１／４波長板の高速軸の方向とが４５度の角度になるように配置されている。これにより、１／４波長板１０４への入射光束は、直線偏光から円偏光に変換され、１／４波長板１０４から出射される。
【００２６】
ここで、１／４波長板１０４は楕円偏光変換光学素子に対応する。
また、光源１０１と、コリメータレンズ１０２と、濃度フィルタ１０３と、１／４波長板１０４とで、楕円偏光光、特に円偏光光を供給する光源部を構成する。なお、円偏光は、楕円偏光のうちの一状態である。
【００２７】
ダイクロイックミラーＤＭは、光源１０１からの光束（励起光）を波長に応じて選択的に反射する。そして、反応複合体から発光した光束を波長に応じて選択的に透過する。ダイクロイックミラーＤＭで反射された光は、直角プリズムミラー１０５に入射する。
【００２８】
直角プリズムミラー１０５は、例えば、直角を構成する二面に金属膜が形成されている直角プリズムミラーである。直角プリズムミラー１０５は、光源１０１からの励起光の光路を、光路Ａと光路Ｂとの２光路に分離及び偏角（偏向）する。
直角プリズムミラー１０５は、楕円偏光の光束を分離する光束分離機構に対応する。
【００２９】
光路Ａとして分離された光束は、ミラーＭＡで反射され、対物レンズＬＡを透過して、所定物である検査容器１０７上に集光される。同様に、光路Ｂとして分離された光束は、ミラーＭＢで反射され、対物レンズＬＢを透過して、検査容器１０７上に集光される。
【００３０】
反応複合体からの発光光は、対物レンズＬＡ、ＬＢによりそれぞれ受光される。再度、直角プリズム１０５を経て合成され、ダイクロイックミラーＤＭを透過した光束は、集光レンズＬにより集光される。ここで、直角プリズムミラー１０５は、２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段に対応する。光検出器１０８は、反応複合体からの発光を検出する。演算部１０９は、検出された発光に基づいて、所定の演算を行う。
【００３１】
この光学系において、対物レンズＬＡ、ＬＢは、光源１０１から発せられた励起光を、検査容器１０７の測定領域に集光する。２つの対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置は、略一致させる。対物レンズは、開口数（ＮＡ）の大きいものが好ましい。ＮＡを大きくすることで、レーザースポット径を数１０μｍ以下に小さくできる。
【００３２】
ここで、後述するように、磁界発生部１０６によって、検査容器１０７内の反応複合体を所定の狭い領域に集合させる。このため、光源１０１からの光は狭い領域に照射されていることが好ましい。
【００３３】
また、反応していない発光標識からの発光は、バックグラウンドノイズになる。従って、レーザースポット径を小さくすると、反応複合体を構成する発光標識のみ効率よく励起できるとともに、被測定物質と未反応の発光標識の励起を抑制することができる。さらに、対物レンズＬＡ、ＬＢのＮＡが大きいと、反応複合体を構成する発光標識から発せられた蛍光もしくはラマン散乱光等を効率よく集光することができる。
【００３４】
光検出部１０８は、光の強度（スペクトル）を測定する。光検出部１０８は、例えば分光器、光電子増倍管、フォトダイオード、フォトンカウンティング等から構成される。励起光の除去が必要な場合、干渉フィルタを光検出部１０８とダイクロイックミラーＤＭの間に配置する。これにより、励起光の影響を除くことができる。
【００３５】
磁界発生部１０６は、対物レンズＬＡ，ＬＢの焦点位置の近傍に配置されている。磁界発生部１０６は、例えばネオジウム磁石や電磁石のような、比較的強力な磁力を有する磁石から構成される。磁界発生部１０６の先端に検査容器１０７を配することで、検査容器１０７内の反応複合体を集めることができる。
【００３６】
また、磁界発生部１０６の先端位置は、対物レンズＬＡの焦点位置及び対物レンズＬＢの焦点位置と略一致している。
演算部１０９は、光検出部１０８の測定結果に基づいて、データの解析を行う。具体的には、演算部１０９は、光検出部１０８により検出された光強度に基づいて、発光標識の数、被測定物質（抗原）の数を算出する。演算部１０９としては、データ処理用のコンピュータ等を用いることができる。
【００３７】
検査容器１０７は、マイクロリットルからミリリットル程度の試料を入れることができるプラスチック製のキュベットなどである。検査容器１０７は、例えばエッペンドルフチューブやマイクロチューブを用いることができる。なお、検査容器１０７の材質は、磁力を通すものであればよく、ガラス製等であっても構わない。また、検査容器１０７は、必ずしも測定系自体に、固定的に付属されるものではなく、使い捨てることもできる。
【００３８】
次に、対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置における励起光の偏光状態について説明する。なお、上述したように、光源１０１は、直線偏光の光（励起光）を射出する。そして、励起光は、１／４波長板１０４で円偏光に変換される。ここでは、励起光の偏光は電場の振動が励起光の進行方向に向かって、時計回りに回転した円偏光とする。
【００３９】
上述した濃度フィルタ１０３を含む光束強度偏光機構により、光路Ａ、光路Ｂの強度比が下記（１）、（２）、（３）になった場合の対物レンズの焦点位置での偏光状態について考える。
【００４０】
（１）光路Ａは１００％透過、光路Ｂは０％の場合：
図３（ａ）は、全体光束のうち、光路Ａの光束領域Ａｐと光路Ｂの光束領域Ｂｐとを示している。また、図３（ｂ）は、濃度フィルタ１０３の状態を示している。斜線部分は光を０％透過し、残りの部分は光を１００％透過する。濃度フィルタ１０３のこの回転状態においては、光路Ａは１００％透過、光路Ｂは０％透過、すなわち遮光される。
図３（ｃ）に示すように、励起光は、光路Ａを通り対物レンズＬＡの焦点位置で集光する。ここで、励起光は、光路Ｂは通らない。そのため励起光は、光路Ａの光軸ＡＸＡに進行方向に垂直な平面ＰＬＡにおいて円偏光で集光する。
【００４１】
（２）光路Ａは０％、光路Ｂは１００％：
図４（ａ）は、濃度フィルタ１０３の状態を示している。濃度フィルタ１０３のこの回転状態においては、光路Ａは０％透過、すなわち遮光、光路Ｂは１００％透過される。
図４（ｂ）に示すように、励起光は、光路Ｂを通り対物レンズＬＢの焦点位置で集光する。励起光は、光路Ａは通らない。そのため励起光は、光路Ｂの光軸ＡＸＢに進行方向に垂直な平面ＰＬＢにおいて円偏光で集光する。
【００４２】
（３）光路Ａは５０％、光路Ｂは５０％：
図５（ａ）は、濃度フィルタ１０３の状態を示している。濃度フィルタ１０３のこの回転状態においては、光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％透過される。これにより、励起光は、光路Ａ、光路Ｂともに同じ光量で、それぞれ対物レンズＬＡ、ＬＢの平面ＰＬＡＢの焦点位置で集光する。
【００４３】
図６（ａ）、図６（ｂ）は、偏光状態の電気ベクトルの振動方向を二次元で模式的に示している。図６（ａ）に示すように、対物レンズＬＡ、ＬＢの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光方向が励起光の進行方向に向かって左上、つまり矢印Ａ１（紙面左上）を向いているとする。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しいため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向も、励起光の進行方向に向かって左下、つまり矢印Ｂ１（紙面左下）になる。
【００４４】
よって、焦点位置ではＡ１ベクトル、Ｂ１ベクトルの足し合わせ（合成）により矢印ＡＢ１（紙面左）の方向に振動する。光路Ａ、光路Ｂの振幅をＥ、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢのなす角を２θとする。この時の振幅は、２Ｅ×ｃｏｓθとなる。
【００４５】
また、図６（ｂ）に示すように、対物レンズＬＡ、ＬＢの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光状態の電気ベクトルが励起光の進行方向に向かって上、つまり矢印Ａ２(紙面上)を向いているとする。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しいため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向が励起光の進行方向に向かって上、つまり矢印Ｂ２（紙面上）になる。よって、焦点位置ではＡ２ベクトル、Ｂ２ベクトルの足し合わせ（合成）で矢印ＡＢ２(紙面上)方向に振動する。光路Ａ、光路Ｂの光束の振幅をＥとすると、この時の振幅は、２Ｅとなる。
【００４６】
このように、光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％透過の場合、励起光は、対物レンズＬＡ、ＬＢのそれぞれ焦点位置において、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの合成軸に垂直な平面に水平な平面ＰＬＡＢ（図５（ｂ））において楕円偏光で集光する。
【００４７】
光路Ａ、光路Ｂの光量比を変えると、図７に示すように、光路Ａ（光軸ＡＸＡ）に垂直な軸ＮＡと、光路Ｂ（光軸ＡＸＢ）に垂直な軸ＮＢで挟む範囲αで円偏光もしくは楕円偏光の方向を回転させることができる。
【００４８】
ここで、金属ナノ粒子に光を照射すると、照射光の偏光方向に強く表面プラズモン共鳴が発生し、電場が増強される。この電場が増強される領域ついて説明する。
まず、金属ナノ粒子に（１）直線偏光状態、（２）円偏光状態、（３）本実施例の偏光状態、の光で照射した時の電場増強エリアの面積を算出する。この算出された面積を金属ナノ粒子の表面積で割る。これにより、電場増強エリアの立体角を算出する。
【００４９】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、電場増強エリアの立体角が張る領域を示している。図８（ａ）は、金属ナノ粒子に直線偏光の光を照射したとき、電場が増強される領域Ｐｌｉｎｅを示す。図８（ｂ）は、金属ナノ粒子に円偏光の光を照射したとき、電場が増強される領域Ｐｃｉｒｃを示す。図８（ｃ）は、金属ナノ粒子に本実施例の楕円偏光の光を照射したとき、電場が増強される領域Ｐｐを示す。
【００５０】
図８から、（１）直線偏光状態、（２）円偏光状態、（３）本実施例の偏光状態に従って、電場増強エリアの立体角が張る領域が格段に大きくなることが分かる。なお、算出にあたって、光路Ａ（光軸ＡＸＡ）と光路Ｂ（光軸ＡＸＢ）とのなす角度は９０度としている。
【００５１】
従って、本実施例によれば、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００５２】
（変形例）
次に、変形例に係る照明装置について説明する。光路Ａ、光路Ｂの光束のうち、どちらか一方の光束の光路内に１／２波長板を配置する場合について説明する。ここで、１／２波長板ＷＰの高速軸は前記２光束の作る面に垂直であるとする。また、図９に示すように、光路Ｂに１／２波長板ＷＰが挿入されているとする。
【００５３】
ここで、１/２波長板ＷＰは、挿脱部１２０により、光路内に挿入された状態（図１０（ａ）、（ｂ）において実線で示す）と、光路外へ退避した状態（図１０（ａ）、（ｂ）において点線で示す）とを選択的に配置される。
【００５４】
対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置での励起光の偏光状態について説明する。なお、励起光（直線偏光光）は、１／４波長板１０４で円偏光に変換される。ここでは、励起光の偏光は電場の振動が励起光の進行方向に向かって、時計回りに回転した円偏光とする。
【００５５】
実施例１と同様、光束強度偏光機構で、光路Ａ、光路Ｂの強度比が下記（１）、（２）、（３）の場合について考える。
【００５６】
（１）光路Ａは１００％透過、光路Ｂは０％透過：
励起光は、光路Ａを通り対物レンズＬＡの焦点位置で集光する。励起光は、光路Ｂは通らない。そのため励起光は、光路Ａの光軸ＡＸＡに進行方向に垂直な平面において円偏光で集光する。
【００５７】
（２）光路Ａは０％透過、光路Ｂは１００％透過：
励起光は、光路Ｂを通り対物レンズＬＢの焦点位置で集光する。励起光は、光路Ａは通らない。そのため励起光は、光路Ｂの光軸ＡＸＢに進行方向に垂直な平面において円偏光で集光する。
【００５８】
（３）光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％：
図１０（ａ）、（ｂ）は、（３）の場合について説明する図である。励起光は、光路Ａ、光路Ｂ共に同じ光量で対物レンズＬＡ、ＬＢのそれぞれの焦点位置で集光する。
【００５９】
図１０（ａ）における矢印は、その位置における電気ベクトルの振動方向を二次元で模式的に示したものである。図１０（ａ）に示すように、対物レンズＬＡの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光が矢印Ａ１（紙面左上）を向いているとする。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しく、同時に、光路Ｂには、光路Ａ、光路Ｂの光束の作る面に対して、高速軸が垂直である１／２波長板ＷＰが挿入されている。
【００６０】
このため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向は矢印Ｂ１（紙面右上）になる。よって、焦点位置ではＡ１ベクトル、Ｂ１ベクトルの足し合わせ（合成）で、矢印ＡＢ１（紙面上）の方向に振動する。ここで、光路Ａ、光路Ｂの振幅をＥ、光軸Ａ,光軸Ｂのなす角を２θとする。この時の振幅は、図１１に示すように２Ｅ×sinθとなる。
【００６１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、対物レンズＬＡの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光が矢印Ａ２(紙面上)を向いているときについて説明する。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しい。同時に、光路Ｂには、光路Ａ、光路Ｂの光束が作る面に対して、高速軸が垂直である１／２波長板ＷＰが挿入されている。
【００６２】
このため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向は光路Ａを通った偏光と同じ方向、すなわち矢印Ｂ２（紙面上）になる。よって、焦点位置ではＡ２ベクトル、Ｂ２ベクトルの足し合わせ（合成）で矢印ＡＢ２(紙面上)方向に振動する。ここで、光路Ａ、光路Ｂの振幅をＥとする。この時は、振幅は、図１１に示すように２Ｅとなる。
【００６３】
このように、光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％透過の場合、励起光は、対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置において、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの合成軸に平行な平面において楕円偏光で集光する。
【００６４】
図１２に示すように、光路Ａ、光路Ｂの光量比を変えると、光路Ａ（光軸ＡＸＡ）と光路Ｂ（光軸ＡＸＢ）で挟む範囲で円偏光もしくは楕円偏光の方向を回転させることができる。
【００６５】
本例によれば、図１２に示すように、光軸ＡＸＡ、光軸ＡＸＢのなす角度が狭い場合でも、広い角度範囲βの円偏光もしくは楕円偏光の方向を回転できる。このため、電場増強エリアの立体角が張る領域が大きくなることが分かる。従って、円偏光の範囲を広くすることができる。この結果、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００６６】
また、１／２波長板ＷＰは、上述したように挿脱部１２０により、光路Ｂ内へ測定中に出し入れすることができる。
図７の角度αの範囲（１／２波長板ＷＰを光路から退避したとき）と、図１２の角度βの範囲（１／２波長板ＷＰを光路へ挿入したとき）と、を比較してわかるように、それぞれの状態で、異なる領域を円偏光または楕円偏光で照明できる。
【００６７】
その結果、１／２波長板ＷＰを光路へ挿脱すると、３６０度向きを変えた円偏光または楕円偏光の照明が可能になる。これにより、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００６８】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２に係る照明装置２００について説明する。実施例１と同じ構成は、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１３は、照明装置２００を含む測定装置の概略構成を示している。
【００６９】
ダイクロイックミラーＤＭに関して１／４波長板１０４と反対側に第２の光束分離機構である直角プリズムミラー２０１を配置する。ダイクロイックミラーＤＭによって励起光の大部分は反射され、その一部は透過する。第２の光束分離機構としては、前記光束分離機構と同様に二面に金属膜を施した直角プリズムミラー２０１を用いる。
【００７０】
ダイクロイックミラーＤＭを透過した光は、光路Ｃ、光路Ｄの２光路に分割、偏向（偏角）される。対物レンズＬＣ、ＬＤは、それぞれの光束を光量検出器２０２に集光させる。
光量検出器２０２は、光量検出レンズの焦点位置に配置される。光量検出器２０２は、たとえばフォトディテクタを用いる。
【００７１】
光軸ＡＸＣ、光軸ＡＸＤのなす角度を２θ'とする。この角度２θ'は、前記光軸ＡＸＡ、ＡＸＢのなす角度２θに等しくなるように設定する。
また、光軸ＡＸＣ、ＡＸＤを通る透過光の強度比は、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢを通る励起光の強度比と等しい。
【００７２】
このため、光軸ＡＸＣ、ＡＸＤの集光点と、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの集光点の偏光状態は等しい。従って、光軸ＡＸＣ、ＡＸＤの集光点と光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの集光点光量も同じように変化する。
図１４は、光量検出器２０２で検出される光強度Ｉ（縦軸）と、濃度フィルタ１０３の時間的な回転変化Ｔと、の関係を示している。
【００７３】
ここで、制御部２０３は、光量検出器２０２で検出される光強度が一定になるように、光源１０１の射出強度をフィードバックする。または、光量検出器２０２で検出される光強度によって、光量情報に基づいて演算部１０９で検出器１０８の出力値を補正しても良い。これらの場合、制御部２０３及び演算部１０９は、補正部に対応する。
【００７４】
本実施例によれば、照明強度を常に一定にすることが出来る。このため、よりＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００７５】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。例えば、図１５（ａ）に示す照明装置３００のように、２つの対物レンズＬＡ、ＬＢに代えて、１つの対物レンズ３０１を用いることができる。これにより、光学部品点数を削減し、コンパクト化を図ることができる。
【００７６】
さらには、図１５（ｂ）に示す照明装置４００のように、対物レンズＬＡ、ＬＢに代えて、放物面鏡４０１を用いることもできる。この場合、放物面鏡４０１の焦点位置と、検査容器１０７上の集光位置とが一致するように構成する。これにより、光学部品点数を削減し、コンパクト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明にかかる照明装置は、ラマン散乱光を発生させる照明に有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 照明装置
１０１ 光源部
１０２ コリメートレンズ
１０３ 濃度フィルタ
１０４ １／４波長板
１０５ 直角プリズムミラー
１０６ 磁界発生部
１０７ 検査容器
１０８ 光検出器
１０９ 演算部
１２０ 挿脱部
２００ 照明装置
２０１ 直角プリズムミラー
２０２ 光量検出器
３００ 照明装置
３０１ 対物レンズ
４００ 照明装置
４０１ 放物面鏡
ＡＸＡ、ＡＸＢ 光軸
ＬＡ、ＬＢ 対物レンズ
Ｌ 集光レンズ
ＡＸＣ、ＡＸＤ 光軸
ＬＣ、ＬＤ 対物レンズ
ＤＭ ダイクロイックミラー
ＭＡ、ＭＢ ミラー
ＭＣ、ＭＤ ミラー
ＷＰ １／２波長板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている抗原抗体反応を利用した免疫測定方法として、ＳＥＲＳ(表面増強ラマン散乱）ナノタグを利用した免疫測定がある。
ＳＥＲＳナノタグとは、例えば、米国特許公報第７，１９２，７７８号に掲載されているような、光照射によって強いラマン散乱光が発生する直径数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの大きさを持つナノ粒子である。この構造としては、ラマン活性レポーター分子を付着させた約６０ｎｍ金ナノ粒子を、ポリマー・ガラスまたは任意の他の誘電性材料を含む被包シェルでシールドしている。
【０００３】
このＳＥＲＳナノタグにレーザ光照射をすると、ＳＥＲＳナノタグ内部の金属粒子で表面プラズモン共鳴現象が起き、電場が強められる。そして、金属粒子に隣接したラマン散乱光発生分子から強いラマン散乱光が発光する。たとえば、６３３ｎｍ励起光を照射すると６７０ｎｍ〜７１０ｎｍのラマン散乱光を発生する。
【０００４】
ＳＥＲＳナノタグを用いた分析装置は、例えば、特許文献１に提案された構成が知られている。これは、検査容器内で抗体を結合したＳＥＲＳナノタグと抗原（被分析物質）を反応させ、該反応物に抗体を結合した磁性粒子を添加反応して反応複合体を作製する。その後、磁界発生部で集めた前記反応複合体にレーザ光を照射し、ＳＥＲＳナノタグから発生するラマン信号を測定して、その強度から被分析物質の量を測定する手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０１４２２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＥＲＳナノタグにレーザ光を照射すると、入射光の偏光方向と平行な軸上で特に強く電場増強する。そのため、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラがある場合、ＳＥＲＳナノタグと光軸の位置関係によってラマン信号強度にばらつきが発生してしまう。これにより、測定精度が悪いという問題を生ずる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うための照明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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の照明装置は、所定物を照明する照明装置であって、楕円偏光光を供給する光源部と、前記楕円偏光の光束を分離する光束分離機と、前記分離された２つの光束の強度比を経時的に変化させる光束強度比変更機構と、前記２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源部は、直線偏光の光束を射出する光源と、前記直線偏光の光束を楕円偏光の光束に変換する円偏光変換光学素子とを有することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記２光束のうちのどちらか一方の光束の光路内に１/２波長板が配置されていることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記１／２波長板を光束内に挿脱する１／２波長板挿脱部を有し、前記光束強度比変更機構は、２つの光束の強度比を周期的に変化させ、
前記１／２波長板挿脱部は、前記１／２波長板を光束内に挿入した状態と、光束内から退避した状態とを、２つの光束の強度比の変化の周期に応じて切り換えることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、実測値または計算値に基づいて所定の照明強度となるように前記光源部の発光強度を補正する補正部を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる照明装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る照明装置の概略構成を示す図である。
【図２】濃度フィルタの状態と光量との関係を示す図である。
【図３】濃度フィルタの状態と偏光状態との関係を示す図である。
【図４】濃度フィルタの状態と偏光状態との関係を示す他の図である。
【図５】濃度フィルタの状態と偏光状態との関係を示すさらに他の図である。
【図６】偏光状態を説明する図である。
【図７】偏光を制御できる範囲を説明する図である。
【図８】電場が増強される領域を説明する図である。
【図９】一方の光路に１／２波長板を挿入した状態を示す図である。
【図１０】一方の光路に１／２波長板を挿入したときの偏光状態を示す図である。
【図１１】偏光光の強度を示す図である。
【図１２】１／２波長板を挿入したときに偏光を制御できる範囲を説明する図である。
【図１３】実施例２に係る照明装置の概略構成を示す図である。
【図１４】実施例２において検出される光量を説明する図である。
【図１５】変形例の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる照明装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施例１）
以下、本発明の第１実施形態に係る照明装置１００を説明する。図１は、本照明装置１００を備える測定装置の概略構成を示している。
実施例１に関わる測定方法および測定装置は、検査容器内の抗体と反応した被測定物質（抗原）の濃度を測定するためのものである。測定のための測定系は、大別して、光学系と、磁界発生部と演算部を有している。
【００１７】
光学系は、検査容器に励起光を照射して検査容器内の反応複合体から発せられた蛍光もしくはラマン散乱光等の発光強度（スペクトル）を検出する。
磁界発生部は、検査容器内の反応複合体を所定位置に集める。
演算部は、光検出部の測定結果に基づいて、データの解析を行う。より具体的には、演算部は、光検出部により検出された光強度に基づいて、発光標識の数、被測定物質（抗原）の数を算出する。以下、構成をさらに詳細に説明する。
【００１８】
光源１０１は、例えばレーザ光源である。光源１０１は、例えば、アルゴンイオンレーザ、ヘリウムネオンレーザのようなガスレーザ、半導体レーザ等、蛍光・ラマン光を発生が可能なレーザを使用する。レーザ波長、強度、発信態様などの特性は、試料によって適切なものを選択する。光源１０１は、直線偏光の光を射出する。
【００１９】
光源１０１からのレーザ光は、コリメートレンズ１０２により略平行光に変換される。コリメートされた光束は、濃度フィルタ１０３に入射する。濃度フィルタ１０３は、円形形状を有する。そして、円形形状の片側半分は１００％透過、反対側半分は０％透過、すなわち遮光するように構成されている。
【００２０】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、濃度フィルタ１０３が光軸まわりに回転する様子を光源１０１側から見た状態を示している。図において、濃度フィルタ１０３のうちの斜線を付した部分は透過率０％、斜線を付していない部分は透過率１００％である。
【００２１】
モータ１１０は、濃度フィルタ１０３を光軸の周りに回転駆動する。また、モータ１１０は、制御部１１１により制御される。制御に関しては後述する。濃度フィルタ１０３とモータ１１０と制御部１１１とで、光束強度比変更機構を構成する。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、円形形状の濃度フィルタ１０３は、光路Ａの領域Ａｐと光路Ｂの領域Ｂｐとをフィルタリングするように光束内に配置されている。なお、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、領域Ａｐ、Ｂｐの図示を省略する。
【００２３】
図２（ｅ）は、濃度フィルタ１０３の回転状態と、光路Ａの光の強度（実線で示す）と、光路Ｂの光の強度（一点鎖線で示す）との関係とを示している。
このように濃度フィルタ１０３が回転することで、光路Ａ、光路Ｂの強度を経時的（時間的）に変化させることが可能になる。
【００２４】
なお、濃度フィルタの代わりに、液晶素子を用いる構成でも良い。液晶素子は、液晶と、特定の偏光方向の光のみを透過させる偏光フィルタ板から構成される。液晶に電圧を印加し液晶分子の向きが変化させると、液晶中を通過する光の偏向が変化する。偏向した光を偏光フィルタ板に通して、光の透過率を変えることができる。液晶素子を用いて光路Ａ、光路Ｂの透過率を時間的に変化させれば、可動部を用いることなく光束強度を変化させることができる。
【００２５】
図１に戻って説明を続ける。濃度フィルタ１０３を透過した光束は、１／４波長板１０４へ入射する。１／４波長板１０４は、入射光束の振動方向と、１／４波長板の高速軸の方向とが４５度の角度になるように配置されている。これにより、１／４波長板１０４への入射光束は、直線偏光から円偏光に変換され、１／４波長板１０４から出射される。
【００２６】
ここで、１／４波長板１０４は楕円偏光変換光学素子に対応する。
また、光源１０１と、コリメータレンズ１０２と、濃度フィルタ１０３と、１／４波長板１０４とで、楕円偏光光、特に円偏光光を供給する光源部を構成する。なお、円偏光は、楕円偏光のうちの一状態である。
【００２７】
ダイクロイックミラーＤＭは、光源１０１からの光束（励起光）を波長に応じて選択的に反射する。そして、反応複合体から発光した光束を波長に応じて選択的に透過する。ダイクロイックミラーＤＭで反射された光は、直角プリズムミラー１０５に入射する。
【００２８】
直角プリズムミラー１０５は、例えば、直角を構成する二面に金属膜が形成されている直角プリズムミラーである。直角プリズムミラー１０５は、光源１０１からの励起光の光路を、光路Ａと光路Ｂとの２光路に分離及び偏角（偏向）する。
直角プリズムミラー１０５は、楕円偏光の光束を分離する光束分離機構に対応する。
【００２９】
光路Ａとして分離された光束は、ミラーＭＡで反射され、対物レンズＬＡを透過して、所定物である検査容器１０７上に集光される。同様に、光路Ｂとして分離された光束は、ミラーＭＢで反射され、対物レンズＬＢを透過して、検査容器１０７上に集光される。
【００３０】
反応複合体からの発光光は、対物レンズＬＡ、ＬＢによりそれぞれ受光される。再度、直角プリズム１０５を経て合成され、ダイクロイックミラーＤＭを透過した光束は、集光レンズＬにより集光される。ここで、直角プリズムミラー１０５は、２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段に対応する。光検出器１０８は、反応複合体からの発光を検出する。演算部１０９は、検出された発光に基づいて、所定の演算を行う。
【００３１】
この光学系において、対物レンズＬＡ、ＬＢは、光源１０１から発せられた励起光を、検査容器１０７の測定領域に集光する。２つの対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置は、略一致させる。対物レンズは、開口数（ＮＡ）の大きいものが好ましい。ＮＡを大きくすることで、レーザースポット径を数１０μｍ以下に小さくできる。
【００３２】
ここで、後述するように、磁界発生部１０６によって、検査容器１０７内の反応複合体を所定の狭い領域に集合させる。このため、光源１０１からの光は狭い領域に照射されていることが好ましい。
【００３３】
また、反応していない発光標識からの発光は、バックグラウンドノイズになる。従って、レーザースポット径を小さくすると、反応複合体を構成する発光標識のみ効率よく励起できるとともに、被測定物質と未反応の発光標識の励起を抑制することができる。さらに、対物レンズＬＡ、ＬＢのＮＡが大きいと、反応複合体を構成する発光標識から発せられた蛍光もしくはラマン散乱光等を効率よく集光することができる。
【００３４】
光検出部１０８は、光の強度（スペクトル）を測定する。光検出部１０８は、例えば分光器、光電子増倍管、フォトダイオード、フォトンカウンティング等から構成される。励起光の除去が必要な場合、干渉フィルタを光検出部１０８とダイクロイックミラーＤＭの間に配置する。これにより、励起光の影響を除くことができる。
【００３５】
磁界発生部１０６は、対物レンズＬＡ，ＬＢの焦点位置の近傍に配置されている。磁界発生部１０６は、例えばネオジウム磁石や電磁石のような、比較的強力な磁力を有する磁石から構成される。磁界発生部１０６の先端に検査容器１０７を配することで、検査容器１０７内の反応複合体を集めることができる。
【００３６】
また、磁界発生部１０６の先端位置は、対物レンズＬＡの焦点位置及び対物レンズＬＢの焦点位置と略一致している。
演算部１０９は、光検出部１０８の測定結果に基づいて、データの解析を行う。具体的には、演算部１０９は、光検出部１０８により検出された光強度に基づいて、発光標識の数、被測定物質（抗原）の数を算出する。演算部１０９としては、データ処理用のコンピュータ等を用いることができる。
【００３７】
検査容器１０７は、マイクロリットルからミリリットル程度の試料を入れることができるプラスチック製のキュベットなどである。検査容器１０７は、例えばエッペンドルフチューブやマイクロチューブを用いることができる。なお、検査容器１０７の材質は、磁力を通すものであればよく、ガラス製等であっても構わない。また、検査容器１０７は、必ずしも測定系自体に、固定的に付属されるものではなく、使い捨てることもできる。
【００３８】
次に、対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置における励起光の偏光状態について説明する。なお、上述したように、光源１０１は、直線偏光の光（励起光）を射出する。そして、励起光は、１／４波長板１０４で円偏光に変換される。ここでは、励起光の偏光は電場の振動が励起光の進行方向に向かって、時計回りに回転した円偏光とする。
【００３９】
上述した濃度フィルタ１０３を含む光束強度偏光機構により、光路Ａ、光路Ｂの強度比が下記（１）、（２）、（３）になった場合の対物レンズの焦点位置での偏光状態について考える。
【００４０】
（１）光路Ａは１００％透過、光路Ｂは０％の場合：
図３（ａ）は、全体光束のうち、光路Ａの光束領域Ａｐと光路Ｂの光束領域Ｂｐとを示している。また、図３（ｂ）は、濃度フィルタ１０３の状態を示している。斜線部分は光を０％透過し、残りの部分は光を１００％透過する。濃度フィルタ１０３のこの回転状態においては、光路Ａは１００％透過、光路Ｂは０％透過、すなわち遮光される。
図３（ｃ）に示すように、励起光は、光路Ａを通り対物レンズＬＡの焦点位置で集光する。ここで、励起光は、光路Ｂは通らない。そのため励起光は、光路Ａの光軸ＡＸＡに進行方向に垂直な平面ＰＬＡにおいて円偏光で集光する。
【００４１】
（２）光路Ａは０％、光路Ｂは１００％：
図４（ａ）は、濃度フィルタ１０３の状態を示している。濃度フィルタ１０３のこの回転状態においては、光路Ａは０％透過、すなわち遮光、光路Ｂは１００％透過される。
図４（ｂ）に示すように、励起光は、光路Ｂを通り対物レンズＬＢの焦点位置で集光する。励起光は、光路Ａは通らない。そのため励起光は、光路Ｂの光軸ＡＸＢに進行方向に垂直な平面ＰＬＢにおいて円偏光で集光する。
【００４２】
（３）光路Ａは５０％、光路Ｂは５０％：
図５（ａ）は、濃度フィルタ１０３の状態を示している。濃度フィルタ１０３のこの回転状態においては、光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％透過される。これにより、励起光は、光路Ａ、光路Ｂともに同じ光量で、それぞれ対物レンズＬＡ、ＬＢの平面ＰＬＡＢの焦点位置で集光する。
【００４３】
図６（ａ）、図６（ｂ）は、偏光状態の電気ベクトルの振動方向を二次元で模式的に示している。図６（ａ）に示すように、対物レンズＬＡ、ＬＢの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光方向が励起光の進行方向に向かって左上、つまり矢印Ａ１（紙面左上）を向いているとする。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しいため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向も、励起光の進行方向に向かって左下、つまり矢印Ｂ１（紙面左下）になる。
【００４４】
よって、焦点位置ではＡ１ベクトル、Ｂ１ベクトルの足し合わせ（合成）により矢印ＡＢ１（紙面左）の方向に振動する。光路Ａ、光路Ｂの振幅をＥ、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢのなす角を２θとする。この時の振幅は、２Ｅ×ｃｏｓθとなる。
【００４５】
また、図６（ｂ）に示すように、対物レンズＬＡ、ＬＢの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光状態の電気ベクトルが励起光の進行方向に向かって上、つまり矢印Ａ２(紙面上)を向いているとする。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しいため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向が励起光の進行方向に向かって上、つまり矢印Ｂ２（紙面上）になる。よって、焦点位置ではＡ２ベクトル、Ｂ２ベクトルの足し合わせ（合成）で矢印ＡＢ２(紙面上)方向に振動する。光路Ａ、光路Ｂの光束の振幅をＥとすると、この時の振幅は、２Ｅとなる。
【００４６】
このように、光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％透過の場合、励起光は、対物レンズＬＡ、ＬＢのそれぞれ焦点位置において、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの合成軸に垂直な平面に水平な平面ＰＬＡＢ（図５（ｂ））において楕円偏光で集光する。
【００４７】
光路Ａ、光路Ｂの光量比を変えると、図７に示すように、光路Ａ（光軸ＡＸＡ）に垂直な軸ＮＡと、光路Ｂ（光軸ＡＸＢ）に垂直な軸ＮＢで挟む範囲αで円偏光もしくは楕円偏光の方向を回転させることができる。
【００４８】
ここで、金属ナノ粒子に光を照射すると、照射光の偏光方向に強く表面プラズモン共鳴が発生し、電場が増強される。この電場が増強される領域ついて説明する。
まず、金属ナノ粒子に（１）直線偏光状態、（２）円偏光状態、（３）本実施例の偏光状態、の光で照射した時の電場増強エリアの面積を算出する。この算出された面積を金属ナノ粒子の表面積で割る。これにより、電場増強エリアの立体角を算出する。
【００４９】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、電場増強エリアの立体角が張る領域を示している。図８（ａ）は、金属ナノ粒子に直線偏光の光を照射したとき、電場が増強される領域Ｐｌｉｎｅを示す。図８（ｂ）は、金属ナノ粒子に円偏光の光を照射したとき、電場が増強される領域Ｐｃｉｒｃを示す。図８（ｃ）は、金属ナノ粒子に本実施例の楕円偏光の光を照射したとき、電場が増強される領域Ｐｐを示す。
【００５０】
図８から、（１）直線偏光状態、（２）円偏光状態、（３）本実施例の偏光状態に従って、電場増強エリアの立体角が張る領域が格段に大きくなることが分かる。なお、算出にあたって、光路Ａ（光軸ＡＸＡ）と光路Ｂ（光軸ＡＸＢ）とのなす角度は９０度としている。
【００５１】
従って、本実施例によれば、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００５２】
（変形例）
次に、変形例に係る照明装置について説明する。光路Ａ、光路Ｂの光束のうち、どちらか一方の光束の光路内に１／２波長板を配置する場合について説明する。ここで、１／２波長板ＷＰの高速軸は前記２光束の作る面に垂直であるとする。また、図９に示すように、光路Ｂに１／２波長板ＷＰが挿入されているとする。
【００５３】
ここで、１/２波長板ＷＰは、挿脱部１２０により、光路内に挿入された状態（図１０（ａ）、（ｂ）において実線で示す）と、光路外へ退避した状態（図１０（ａ）、（ｂ）において点線で示す）とを選択的に配置される。
【００５４】
対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置での励起光の偏光状態について説明する。なお、励起光（直線偏光光）は、１／４波長板１０４で円偏光に変換される。ここでは、励起光の偏光は電場の振動が励起光の進行方向に向かって、時計回りに回転した円偏光とする。
【００５５】
実施例１と同様、光束強度偏光機構で、光路Ａ、光路Ｂの強度比が下記（１）、（２）、（３）の場合について考える。
【００５６】
（１）光路Ａは１００％透過、光路Ｂは０％透過：
励起光は、光路Ａを通り対物レンズＬＡの焦点位置で集光する。励起光は、光路Ｂは通らない。そのため励起光は、光路Ａの光軸ＡＸＡに進行方向に垂直な平面において円偏光で集光する。
【００５７】
（２）光路Ａは０％透過、光路Ｂは１００％透過：
励起光は、光路Ｂを通り対物レンズＬＢの焦点位置で集光する。励起光は、光路Ａは通らない。そのため励起光は、光路Ｂの光軸ＡＸＢに進行方向に垂直な平面において円偏光で集光する。
【００５８】
（３）光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％：
図１０（ａ）、（ｂ）は、（３）の場合について説明する図である。励起光は、光路Ａ、光路Ｂ共に同じ光量で対物レンズＬＡ、ＬＢのそれぞれの焦点位置で集光する。
【００５９】
図１０（ａ）における矢印は、その位置における電気ベクトルの振動方向を二次元で模式的に示したものである。図１０（ａ）に示すように、対物レンズＬＡの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光が矢印Ａ１（紙面左上）を向いているとする。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しく、同時に、光路Ｂには、光路Ａ、光路Ｂの光束の作る面に対して、高速軸が垂直である１／２波長板ＷＰが挿入されている。
【００６０】
このため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向は矢印Ｂ１（紙面右上）になる。よって、焦点位置ではＡ１ベクトル、Ｂ１ベクトルの足し合わせ（合成）で、矢印ＡＢ１（紙面上）の方向に振動する。ここで、光路Ａ、光路Ｂの振幅をＥ、光軸Ａ,光軸Ｂのなす角を２θとする。この時の振幅は、図１１に示すように２Ｅ×sinθとなる。
【００６１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、対物レンズＬＡの集光位置で、光路Ａを経由した励起光の偏光が矢印Ａ２(紙面上)を向いているときについて説明する。光路Ａ、光路Ｂともに光路長は等しい。同時に、光路Ｂには、光路Ａ、光路Ｂの光束が作る面に対して、高速軸が垂直である１／２波長板ＷＰが挿入されている。
【００６２】
このため、光路Ｂを通った励起光の偏光方向は光路Ａを通った偏光と同じ方向、すなわち矢印Ｂ２（紙面上）になる。よって、焦点位置ではＡ２ベクトル、Ｂ２ベクトルの足し合わせ（合成）で矢印ＡＢ２(紙面上)方向に振動する。ここで、光路Ａ、光路Ｂの振幅をＥとする。この時は、振幅は、図１１に示すように２Ｅとなる。
【００６３】
このように、光路Ａは５０％透過、光路Ｂは５０％透過の場合、励起光は、対物レンズＬＡ、ＬＢの焦点位置において、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの合成軸に平行な平面において楕円偏光で集光する。
【００６４】
図１２に示すように、光路Ａ、光路Ｂの光量比を変えると、光路Ａ（光軸ＡＸＡ）と光路Ｂ（光軸ＡＸＢ）で挟む範囲で円偏光もしくは楕円偏光の方向を回転させることができる。
【００６５】
本例によれば、図１２に示すように、光軸ＡＸＡ、光軸ＡＸＢのなす角度が狭い場合でも、広い角度範囲βの円偏光もしくは楕円偏光の方向を回転できる。このため、電場増強エリアの立体角が張る領域が大きくなることが分かる。従って、円偏光の範囲を広くすることができる。この結果、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００６６】
また、１／２波長板ＷＰは、上述したように挿脱部１２０により、光路Ｂ内へ測定中に出し入れすることができる。
図７の角度αの範囲（１／２波長板ＷＰを光路から退避したとき）と、図１２の角度βの範囲（１／２波長板ＷＰを光路へ挿入したとき）と、を比較してわかるように、それぞれの状態で、異なる領域を円偏光または楕円偏光で照明できる。
【００６７】
その結果、１／２波長板ＷＰを光路へ挿脱すると、３６０度向きを変えた円偏光または楕円偏光の照明が可能になる。これにより、金属粒子に結合したラマン散乱光発生分子の密度ムラによるＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００６８】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２に係る照明装置２００について説明する。実施例１と同じ構成は、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１３は、照明装置２００を含む測定装置の概略構成を示している。
【００６９】
ダイクロイックミラーＤＭに関して１／４波長板１０４と反対側に第２の光束分離機構である直角プリズムミラー２０１を配置する。ダイクロイックミラーＤＭによって励起光の大部分は反射され、その一部は透過する。第２の光束分離機構としては、前記光束分離機構と同様に二面に金属膜を施した直角プリズムミラー２０１を用いる。
【００７０】
ダイクロイックミラーＤＭを透過した光は、光路Ｃ、光路Ｄの２光路に分割、偏向（偏角）される。対物レンズＬＣ、ＬＤは、それぞれの光束を光量検出器２０２に集光させる。
光量検出器２０２は、光量検出レンズの焦点位置に配置される。光量検出器２０２は、たとえばフォトディテクタを用いる。
【００７１】
光軸ＡＸＣ、光軸ＡＸＤのなす角度を２θ'とする。この角度２θ'は、前記光軸ＡＸＡ、ＡＸＢのなす角度２θに等しくなるように設定する。
また、光軸ＡＸＣ、ＡＸＤを通る透過光の強度比は、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢを通る励起光の強度比と等しい。
【００７２】
このため、光軸ＡＸＣ、ＡＸＤの集光点と、光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの集光点の偏光状態は等しい。従って、光軸ＡＸＣ、ＡＸＤの集光点と光軸ＡＸＡ、ＡＸＢの集光点光量も同じように変化する。
図１４は、光量検出器２０２で検出される光強度Ｉ（縦軸）と、濃度フィルタ１０３の時間的な回転変化Ｔと、の関係を示している。
【００７３】
ここで、制御部２０３は、光量検出器２０２で検出される光強度が一定になるように、光源１０１の射出強度をフィードバックする。または、光量検出器２０２で検出される光強度によって、光量情報に基づいて演算部１０９で検出器１０８の出力値を補正しても良い。これらの場合、制御部２０３及び演算部１０９は、補正部に対応する。
【００７４】
本実施例によれば、照明強度を常に一定にすることが出来る。このため、よりＳＥＲＳナノタグの発光強度バラツキを低減し、高い測定精度手法で分析を行うことができる。
【００７５】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。例えば、図１５（ａ）に示す照明装置３００のように、２つの対物レンズＬＡ、ＬＢに代えて、１つの対物レンズ３０１を用いることができる。これにより、光学部品点数を削減し、コンパクト化を図ることができる。
【００７６】
さらには、図１５（ｂ）に示す照明装置４００のように、対物レンズＬＡ、ＬＢに代えて、放物面鏡４０１を用いることもできる。この場合、放物面鏡４０１の焦点位置と、検査容器１０７上の集光位置とが一致するように構成する。これにより、光学部品点数を削減し、コンパクト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明にかかる照明装置は、ラマン散乱光を発生させる照明に有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 照明装置
１０１ 光源部
１０２ コリメートレンズ
１０３ 濃度フィルタ
１０４ １／４波長板
１０５ 直角プリズムミラー
１０６ 磁界発生部
１０７ 検査容器
１０８ 光検出器
１０９ 演算部
１２０ 挿脱部
２００ 照明装置
２０１ 直角プリズムミラー
２０２ 光量検出器
３００ 照明装置
３０１ 対物レンズ
４００ 照明装置
４０１ 放物面鏡
ＡＸＡ、ＡＸＢ 光軸
ＬＡ、ＬＢ 対物レンズ
Ｌ 集光レンズ
ＡＸＣ、ＡＸＤ 光軸
ＬＣ、ＬＤ 対物レンズ
ＤＭ ダイクロイックミラー
ＭＡ、ＭＢ ミラー
ＭＣ、ＭＤ ミラー
ＷＰ １／２波長板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定物を照明する照明装置であって、
楕円偏光光を供給する光源部と、
前記楕円偏光の光束を分離する光束分離機構と、
前記分離された２つの光束の強度比を経時的に変化させる光束強度比変更機構と、
前記２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源部は、直線偏光の光束を射出する光源と、前記直線偏光の光束を楕円偏光の光束に変換する楕円偏光変換光学素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記２光束のうちのどちらか一方の光束の光路内に１／２波長板が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記１／２波長板を光束内に挿脱する１／２波長板挿脱部を有し、
前記光束強度比変更機構は、２つの光束の強度比を周期的に変化させ、
前記１／２波長板挿脱部は、前記１／２波長板を光束内に挿入した状態と、光束内から退避した状態とを、２つの光束の強度比の変化の周期に応じて切り換えることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
実測値または計算値に基づいて所定の照明強度となるように前記光源部の発光強度を補正する補正部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１】
所定物を照明する照明装置であって、
楕円偏光光を供給する光源部と、
前記楕円偏光の光束を分離する光束分離機構と、
前記分離された２つの光束の強度比を経時的に変化させる光束強度比変更機構と、
前記２つの光束を異なる方向から合成する光束合成手段と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源部は、直線偏光の光束を射出する光源と、前記直線偏光の光束を楕円偏光の光束に変換する楕円偏光変換光学素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記２光束のうちのどちらか一方の光束の光路内に１／２波長板が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記１／２波長板を光束内に挿脱する１／２波長板挿脱部を有し、
前記光束強度比変更機構は、２つの光束の強度比を周期的に変化させ、
前記１／２波長板挿脱部は、前記１／２波長板を光束内に挿入した状態と、光束内から退避した状態とを、２つの光束の強度比の変化の周期に応じて切り換えることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
実測値または計算値に基づいて所定の照明強度となるように前記光源部の発光強度を補正する補正部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１７５７７（Ｐ２０１１−１７５７７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６１５００（Ｐ２００９−１６１５００）
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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