KR20180113609A

KR20180113609A - 광학계 구조체, 광학 측정 장치 및 광학 측정 방법

Info

Publication number: KR20180113609A
Application number: KR1020187027404A
Authority: KR
Inventors: 유지 오키; 히로아키 요시오카; 긴이치 모리타
Original assignee: 고쿠리쓰다이가쿠호진 규슈다이가쿠; 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-10-16
Also published as: KR102150577B1; WO2017150369A1; JP6664771B2; CN209215224U; JP2017156331A

Abstract

본 발명은, 광로부의 매질에 고체 또는 액체를 이용한 광학 측정 장치에 있어서, 라만광을 억제하여, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 광학계 구조체 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
광학 측정계에 있어서 파수 k1의 제1 광을 측정 시료에 조사하여 발생하는 관측광을 투과시키는 광로부와, 상기 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 상기 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부를 구비하는 광학계 구조체이며, 상기 광로부는, 매질로서 고체 또는 액체가 이용되고 있으며, 상기 광로부의 내부에, 상기 제1 광이 상기 광로부를 통과할 때에 발생하는 라만 시프트에 기인하는 파수 k2의 제2 광의 진행을 차단하는 필터 부재를 구비하는, 광학계 구조체이다.

Description

광학계 구조체, 광학 측정 장치 및 광학 측정 방법

본 발명은, 광학계 구조체, 광학 측정 장치 및 광학 측정 방법에 관한 것이며, 특히, 광학 측정계에 있어서 여기광을 측정 시료에 조사하여 발생하는 관측광을 투과시키는 광로부와, 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부를 구비하는 광학계 구조체 등에 관한 것이다.

최근, 생명 과학 분야에 있어서의 포인트 오브 케어(POCT) 검사와 같이, 흡광도법이나 레이저 유기(誘起) 형광법 등의 광분석 기술을 이용한 광측정 장치의 소형화가 요청되고 있다.

발명자들은, 광측정 장치의 소형화를 실현하기 위해, 도 4에 나타내는 바와 같은, 안료를 적어도 일부에 포함하는 수지를 이용하여 광학계 및 모놀리식의 하우징을 구성한 광 유기 형광 측정 장치를 제안했다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

구체적으로는, 광 유기 형광 측정 장치(201)는, 이하의 구성의 특징을 가진다. (1) 조사 광학계를 구성하는 도광로, 관측광 수집 광학계를 구성하는 도광로의 일부에, 조사광 및 관측광에 대해 투명한 수지가 충전되어 있다. (2) 이들 도광로를 구성하는 투명 수지를 포위하듯이 수지를 더 설치한다. 이 수지에는 안료가 함유되어 있다. (3) 안료는, 미광을 흡수하는 특성을 가진다. 안료의 함유량은, 적어도 미광을 모두 흡수하는 양으로 설정되어 있다. (4) 투명 수지와 안료 함유 수지의 수지의 재질은 동일하다.

상기의 구성에 의해, 광 유기 형광 측정 장치(201)는, 예를 들면, 이하의 작용·효과를 나타낸다. 우선, 투명 수지와 안료 함유 수지의 수지 재질을 동일하게 함으로써, 양 수지가 접촉하는 계면에 있어서 광의 반사나 산란이 억제된다. 또, 안료 함유 수지에 입사한 미광은, 안료에 의해 흡수된다. 그 때문에, 도광로를 구성하는 투명 수지로 되돌아오는 일은 거의 없다. 또한, 안료 함유 수지로부터 외부로 미광이 누출될 일도 없다. 그 때문에, 미광의 복잡한 다중 반사가 거의 발생하지 않는다. 결과적으로, 관측광 수집 광학계는, 복잡한 다중 반사에 대응할 필요가 없어 간편화되어, 결과적으로 본 측정기는 소형화된다. 이하, 이러한 실리콘 수지로 구축한 광학계의 기술을, SOT(Silicone Optical Technologies)라고 호칭하는 것으로 한다.

일본국 특허 제5665811호 공보

그러나, SOT에 있어서의 광학계에서는, 측정 광학계의 광로부의 매질이 고체 또는 액체이다. 라만 시프트에 기인하는 광은, 입사광 강도, 산란 단면적 및 광로부의 매질의 밀도에 의존한다. 그 중에서도, 광로부의 매질의 밀도에는 크게 의존한다. 예를 들면, 고체의 매질의 일례인 PDMS(폴리디메틸실록산)는, 단분자의 질량수 62g/mol, 밀도가 0.965g/cm³이므로, 0.965/62*아보가드로수=9.37*10²¹개/cm³ 정도의 분자 밀도이다. 액체의 매질의 일례인 물은, 단분자의 질량수 18g/mol, 밀도가 1.0g/cm³이므로, 1/18*아보가드로수=3.34*10²²개/cm³ 정도의 분자 밀도이다. 한편, 기체의 매질의 일례인 질소는, 1mol에서 22.4L의 체적이므로, 1/22.4/1000*아보가드로수=2.69*10¹⁹개/cm³ 정도의 밀도이다. 당연히, 물질에 따라 비율은 상이하지만, 고체나 액체는 기체에 비해 10²내지 10³정도나 밀도가 크다. 그 때문에, 조사광 및 관측광이 주로 공기 중을 통과하는 종래의 광학계와 비교해, 라만 시프트에 기인하는 노이즈광(이하, 라만광이라고 한다)의 강도가 커, 측정 정밀도(S/N비)에 주는 영향은 무시할 수 없을 정도 크다.

도 5에 있어서, 시료 케이스(PCR관)에 조사되는 광을 조사광, 조사광이 조사된 시료(S)로부터 방출되는 광을 관측광으로 한다. 조사광이, 투명 수지로 충전된 도광로를 통과할 때, 조사광의 파장에 따른 라만 시프트에 의해, 라만광이 발생한다. 도 4에 나타내는 노치 필터나 색유리 필터는, 관측광을 투과하고, 또한 조사광을 커트하는 기능은 있지만, 라만광을 커트하는 기능은 없다. 그 때문에, 라만광은, 노이즈광으로서 측정기(광전자 증배관)에 입사해 버린다. 종래의 측정 광학계는, 이 라만광을 저감할 여지가 남아 있었다.

따라서, 본 발명은, 광로부의 매질에 고체 또는 액체를 이용한 광학 측정 장치에 있어서, 라만광을 억제하여, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 광학계 구조체 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1의 관점은, 광학 측정계에 있어서 파수 k1의 제1 광을 측정 시료에 조사하여 발생하는 관측광을 투과시키는 광로부와, 상기 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 상기 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부를 구비하는 광학계 구조체이며, 상기 광로부는, 매질로서 고체 또는 액체가 이용되고 있으며, 상기 광로부의 내부에, 상기 제1 광이 상기 광로부를 통과할 때에 발생하는 라만 시프트에 기인하는 파수 k2의 제2 광의 진행을 차단하는 필터 부재를 구비하는, 광학계 구조체이다.

본 발명의 제2의 관점은, 제1의 관점의 광학계 구조체이며, 상기 필터 부재가 차단하는 상기 파수 k2는, 상기 관측광의 파수역에 포함된다.

본 발명의 제3의 관점은, 제1 또는 제2의 관점의 광학계 구조체이며, 상기 필터 부재의 적어도 한쪽의 면이 상기 광로부에 접촉하고 있다.

본 발명의 제4의 관점은, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 관점의 광학계 구조체이며, 상기 광로부는 가요성을 가진다.

본 발명의 제5의 관점은, 제4의 관점의 광학계 구조체이며, 상기 광로부는 실리콘 수지이다.

본 발명의 제6의 관점은, 제5의 관점의 광학계 구조체이며, 상기 실리콘 수지는 PDMS이다.

본 발명의 제7의 관점은, 제1 내지 제6 중 어느 하나의 관점의 광학계 구조체이며, 상기 차광부의 매질로서, 상기 광로부의 매질과 굴절률이 같은 매질이 이용되고 있다.

본 발명의 제8의 관점은, 제1 내지 제7 중 어느 하나의 관점의 광학계 구조체이며, 상기 차광부는, 광을 흡수하는 안료를 분산시켜 함유한다.

본 발명의 제9의 관점은, 광학 측정계에 있어서 측정 시료에 파수 k1의 제1 광을 조사하여 발생하는 관측광을 관측하는 광학 측정 장치이며, 상기 제1 광을 조사하는 광원과, 매질로서 고체 또는 액체가 이용되고 있으며 상기 관측광을 투과시키는 광로부와, 상기 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께, 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 상기 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부와, 상기 관측광을 관측하는 측정부와, 상기 광로부의 내부에, 상기 제1 광이 상기 광로부를 통과할 때에 발생하는 라만 시프트에 기인하는 파수 k2의 제2 광의 진행을 차단하는 필터 부재를 구비하는, 광학 측정 장치이다.

본 발명의 제10의 관점은, 제9의 관점의 광학 측정 장치이며, 상기 관측광의 광강도가 최대가 되는 파수와는 상이한 파수로 조정하는 파수 조정부를 더 구비한다.

본 발명의 제11의 관점은, 제10의 관점의 광학 측정 장치이며, 상기 파수 조정부는, 상기 제2 광의 파수가 상기 관측광의 파수역과는 상이한 파수가 되도록, 상기 제1 광의 파수를 조정한다.

본 발명의 제12의 관점은, 제9 내지 제11 중 어느 하나의 관점의 광학 측정 장치이며, 렌즈, 노치 필터 및 색유리 필터를 더 구비한다.

본 발명의 제13의 관점은, 제9 내지 제12 중 어느 하나의 관점의 광학 측정 장치이며, 상기 광원으로부터 상기 측정부에 이르는 광로에 있어서, 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 상기 제1 광을 반사하는 노치 필터와, 상기 관측광 이외의 광을 흡수하는 색유리 필터와, 상기 관측광을 포함하는 광을 집광하는 제2 렌즈와, 상기 제2 렌즈의 광축 상이며, 상기 제2 광이 집광되는 위치의 근방에 있는 애퍼처를, 순서대로 배치되도록 더 구비하고, 상기 필터 부재는, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈 사이에 배치되어 있다.

본 발명의 제14의 관점은, 광학 측정계에 있어서 측정 시료에 파수 k1의 제1 광을 조사하여 발생하는 관측광을 관측하는 광학 측정 장치를 이용한 광학 측정 방법이며, 상기 광학 측정 장치는, 상기 제1 광을 조사하는 광원과, 매질로서 고체 또는 액체가 이용되고 있으며 상기 관측광을 투과시키는 광로부와, 상기 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께, 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 상기 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부와, 상기 관측광을 관측하는 측정부와, 상기 광로부의 내부에, 상기 제1 광이 상기 광로부를 통과할 때에 발생하는 라만 시프트에 기인하는 파수 k2의 제2 광의 진행을 차단하는 필터 부재를 가지며, 상기 광원이, 상기 제1 광을 조사하는 여기광 조사 단계와, 상기 필터 부재가, 상기 제2 광을 차단하는 필터링 단계를 포함하는, 광학 측정 방법이다.

본 발명의 제15의 관점은, 제14의 관점의 광학 측정 방법이며, 상기 여기광 조사 단계에 있어서, 상기 광원은, 상기 제1 광으로서, 상기 제2 광의 파수가 상기 관측광의 파수역과는 상이한 파수가 되는 파수의 광을 조사한다.

본 발명의 제16의 관점은, 제14의 관점의 광학 측정 방법이며, 상기 광학 측정 장치는, 상기 제1 광의 파수를 상기 관측광의 광강도가 최대가 되는 파수와는 상이한 파수로 조정하는 파수 조정부를 더 가지며, 상기 여기광 조사 단계 후에, 상기 파수 조정부가, 상기 제1 광의 파수를 조정하는 조정 단계를 더 포함한다.

본 발명의 제17의 관점은, 제14의 관점의 광학 측정 방법이며, 상기 조정 단계에 있어서, 상기 파수 조정부는, 상기 제2 광의 파수가 상기 관측광의 파수역과는 상이한 파수가 되도록, 상기 제1 광의 파수를 조정한다.

본 발명의 제18의 관점은, 제14의 관점의 광학 측정 방법이며, 상기 파수 k2가 상기 관측광의 파수역에 포함되어 있으며, 상기 필터링 단계에 있어서, 상기 필터 부재가, 상기 관측광의 파수역의 일부인 파수 k2의 광을 차단한다.

본 발명의 각 관점에 의하면, 예를 들면 SOT와 같이, 광로부의 매질에 고체 또는 액체를 이용한 광학 측정계에 있어서, 라만 시프트에 기인하는 노이즈광을 억제하여, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

원래, 라만광은, 광로부의 매질의 밀도에 크게 의존한다. 출원인에 의한 광학 측정계 이외는, 광로부의 매질이 일반적으로 공기 등의 기체이며, 고체나 액체에 비해 매질의 밀도가 극히 작다. 그 때문에, 측정 중에 발생하는 라만광은, 관측광과 비교해 그다지 큰 영향이 없었다.

본 발명의 각 관점은, 광학 측정계의 광로부의 매질로서 고체 또는 액체를 채용한 본 발명자들의 광학 측정계에 있어서 현저해지기 때문에 발견된 신규의 과제를 해결하는 것이다.

또, 본 발명의 제2 및 제18의 관점에 의하면, 라만광이 관측광의 파수역에 포함되는 경우에, 관측광의 일부를 굳이 필터 부재로 차단함으로써, 라만 시프트에 기인하는 노이즈광을 억제하여, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

관측광을 필터 부재로 커트하는 것은, 통상의 광학 측정에 있어서는 생각할 수 없으며, 저해 요인이 있다. 이러한 점에서, 라만광이 S/N비에 미치는 영향을 무시할 수 없는 광학 측정계에 있어서 비로소 의미가 있는 기술적인 사상이다.

또, 본 발명의 제3의 관점에 의하면, 라만광을 확실히 필터 부재에 입사시켜 제거하는 것이 용이해진다.

또, 본 발명의 제4의 관점에 의하면, 광로부를 굴곡시킴으로써, 라만광을 차광부에 입사시켜 효과적으로 제거하는 것이 용이해진다.

또한, 본 발명의 제5 내지 제8, 및, 제12 및 제13의 관점에 의하면, 구체적으로 SOT에 대해 본 발명의 기술적 사상을 반영하는 것이 용이해진다.

여기서, 라만 시프트의 시프트폭은, 여기광의 파수에는 의존하지 않는다. 그 때문에, 여기광의 파수를 조정함으로써, 라만광의 파수를 관측광의 파수역과 겹쳐지지 않는 파수로 하는 것이 가능하다.

그래서, 본 발명의 제10, 제11, 제16 및 제17의 관점에 의하면, 측정 시료에 조사했을 때에 발생하는 관측광의 강도가 최대가 되는 파수의 광과는 상이한 파수의 광을 굳이 여기광으로서 이용함으로써, 노이즈광인 제2 광만을 제거하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 관측광의 S/N비를 높이는 것이 더 용이해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 측정 장치의 구체적인 구성의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 광학 측정 방법에 있어서, 관측광과 함께 라만광을 필터링하는 개념을 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 광학 측정 방법에 있어서, 라만광이 관측광과 중복되지 않도록 여기광을 조정하는 개념을 나타내는 도이다.
도 4는 종래의 광학 측정 장치의 구체적인 구성의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 도 4의 종래의 광학 측정 장치에 있어서, 측정 시료 및 측정 시료를 삽입하는 부위를 확대하여 나타내는 도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본원 발명의 실시예에 대해서 서술한다. 또한, 본원 발명의 실시의 형태는, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1에, 본 발명의 광학 측정 장치의 구체적인 구성의 일례로서 광 유기 형광 측정 장치(1)(본원 청구항에 있어서의 「광학 측정 장치」의 일례)를 나타낸다. 광 유기 형광 측정 장치(1)는, DPSS 레이저 헤드 등의 고체 광원(3)(본원 청구항에 있어서의 「광원」의 일례), 시료(5)(본원 청구항에 있어서의 「측정 시료」의 일례)를 유지하는 시료 케이스(7), 렌즈나 광학 필터 등으로 이루어지는 형광 수집 광학계(9)(본원 청구항에 있어서의 「광학계 구조체」의 일례), 광전자 증배관 등의 형광 측정기(11)(본원 청구항에 있어서의 「측정부」의 일례)를 포함한다.

시료 케이스(7)는, 고체 광원(3)으로부터의 여기광(본원 청구항에 있어서의 「제1 광」의 일례), 시료(5)로부터 방출되는 형광(본원 청구항에 있어서의 「관측광」의 일례)을 포함하는 광에 대해 투명하며, 레이저 빔 조사 공간(13)에 설치된다. 형광 측정기(11)는, 고체 광원(3)으로부터 형광 측정기(11)에 직접 입광하지 않도록, 측정광(여기광)과 관측광의 광축이 직교하는 위치에 설치된다. 시료 케이스(7)로부터 형광 측정기(11)의 사이에는, 형광 수집 광학계(9)가 설치된다. 형광 수집 광학계(9)는, 시료로부터의 형광이 입사하는 측으로부터 순서대로, 제1 노치 필터(21₁)(본원 청구항에 있어서의 「노치 필터」의 일례)와, 여기광 및 시료(5)로부터 방출되는 형광을 포함하는 광을 평행광으로 하는 제1 렌즈(15)(본원 청구항에 있어서의 「렌즈」 및 「제1 렌즈」의 일례)와, 제2 노치 필터(21₂)(본원 청구항에 있어서의 「노치 필터」의 일례)와, 라만 필터(19)(본원 청구항에 있어서의 「필터 부재」의 일례)와, 제1 색유리 필터(23₁)(본원 청구항에 있어서의 「색유리 필터」의 일례)와, 제2 색유리 필터(23₂)(본원 청구항에 있어서의 「색유리 필터」의 일례)와, 형광을 포함하는 광을 집광하는 제2 렌즈(17)(본원 청구항에 있어서의 「렌즈」 및 「제2 렌즈」의 일례)와, 제2 렌즈(17)의 광축 상이며 형광의 집광 위치 근방에 배치되는 애퍼처(24)(본원 청구항에 있어서의 「애퍼처」의 일례)와, 제3 색유리 필터(23₃)(본원 청구항에 있어서의 「색유리 필터」의 일례)로 구성된다. 노치 필터는 고체 광원(3)으로부터 출사하는 여기광의 파장의 광을 반사하는 필터 부재이며, 색유리 필터는 시료로부터 방출되는 형광 이외의 광을 흡수하는 필터 부재이다.

본 실시예에 있어서의 라만 필터(19)는, 라만광(본원 청구항에 있어서의 「제2 광」의 일례)의 파수역의 광의 진행을 차단하는 필터 부재이다.

고체 광원(3), 시료 케이스(7), 형광 수집 광학계(9), 형광 측정기(11)는, 상기 여기광이나 형광을 포함하는 광에 대해 투명한 PDMS(본원 청구항에 있어서의 「매질」 및 「실리콘 수지」의 일례) 등의 투명 수지(25)(본원 청구항에 있어서의 「광로부」의 일례)에 매설된다. 즉, 투명 수지(25)에 의해 시료 케이스(7), 형광 수집 광학계(9), 광전자 배증관 등의 형광 측정기(11)가 일체화되어 유지된다.

각 구성 요소를 일체화하여 유지하는 투명 수지(25)는, 여기광, 시료 케이스(7)에 여기광이 조사될 때에 발생하는 자가 형광, 및 여기광이 투명 수지(25) 내를 진행할 때, 투명 수지(25)로부터 발생하는 라만광을 흡수하는 파장 특성을 가지는 안료(본원 청구항에 있어서의 「안료」의 일례)가 거의 일정하게 함유되어 있는 안료 함유 수지(27)(본원 청구항에 있어서의 「차광부」의 일례)에 의해 포위된다. 이 안료 함유 수지(27)에는, 필요에 따라 고체 광원(3) 및 형광 측정기(11)에 전력을 공급하는 전력원(29)이 매설된다. 즉, 안료 함유 수지(27)는, 시료 케이스(7), 형광 측정기(11), 및, 형광 수집 광학계(9) 등을 유지하는 하우징을 구성한다.

이와 같이, SOT에 있어서의 광측정 장치에서는, 형광 수집 광학계(9)의 광로부의 매질이 투명 수지(25)이다. 그 때문에, 측정광 및 관측광이 주로 공기 중을 통과하는 종래의 광학계와 비교해, 라만광의 강도가 커, 측정 정밀도(S/N비)에 주는 영향은 무시할 수 없을 정도 크다. 그래서, 본 발명에서는 형광 수집 광학계(9)에 라만 필터(19)를 삽입함으로써, 고정밀의 측정을 실현했다.

또한, 종래의 SOT에 있어서의 광측정 장치와 마찬가지로, 광 유기 형광 측정 장치(1)를 구성하는 각 구조물이, 투명 수지(25) 및 안료 함유 수지(27)에 매설되어 있으므로, 외부로부터의 충격에 대해 안정적이며, 또 광학 소자를 유지하는 홀더도 불필요하므로, 광 유기 형광 측정 장치(1)는, 소형이며 또한 휴대 가능한 것이 된다.

여기서, 투명 수지(25)와 안료 함유 수지(27)는 굴절률이 매칭되어 있다. 여기서 말하는 매칭이란, 투명 수지(25) 및 안료 함유 수지(27)의 계면에 있어서의 계면 반사가 어느 정도(무시할 수 있을 정도)로 작아지도록, 투명 수지(25)의 굴절률과 안료 함유 수지(27)의 굴절률이, 동일하거나 근사한 값이도록 선택 또는 조정하는 것을 말한다.

상기 하우징을 포위하는 안료 함유 수지(27)에 의해, 광 유기 형광 측정 장치(1) 외부에 여기광이나 측정광인 형광은 방출되지 않고, 또 외부로부터의 광이 형광 수집 광학계(9) 등의 내부에 들어가는 일도 없다. 안료 함유 수지(27)는, 노이즈광의 광흡수층으로서 기능한다.

도 2(a)는, 라만광(101)이, 관측광(103)의 파장역의 일부와 겹쳐져 관측되는 스펙트럼의 모델도이다. 예를 들면, 여기광(105)(측정광)을 YAG 레이저의 제2 고조파(λ=532nm), 투명 실리콘 수지를 PDMS, 측정 시료를 Rhodamine B로 하면, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 관측광(103)(스토크스 시프트광)은, 파장 550~650nm에 발생함과 함께 라만광(101)은 파장 630nm 부근에 발생한다. 이 경우, 관측광(103)의 파장역(550~650nm) 내에, PDMS를 여기광(105)이 통과할 때에 발생하는 라만광(101)(630nm)이 있다. 그 때문에, 관측광(103)의 강도에는 노이즈가 되는 라만광(101)의 강도가 포함된다.

또 일반적으로, 여기광(105)의 강도가 커지면, 라만광(101)의 강도도 커진다. 그 때문에, 여기광(105)의 강도가 변동하면, 노이즈광이 되는 라만광(101)의 강도도 변동한다.

도 5에 참조되는 바와 같이, 측정부는 시료 케이스(PCR관)에 유지된 시료(S)에 의해 구성된다. 상세하게는, 우선 시료 케이스 삽입부(2a)에 PCR관이 삽입된다. 즉, PCR관은, SOT 구조를 가지는 본체(10)에 삽입된다. 시료(S)가 유지되는 PCR관 선단은, 본체(10)의 최외부에 존재하는 안료 함유 실리콘 수지를 통과하여, 여기광(예를 들면 레이저 장치로부터 방출되는 파장 532nm의 레이저광)이 조사하는 위치에 세트된다.

이 때, PCR관의 삽입 상태에 따라서는, 시료(S)가 존재하는 위치의 PCR관 표면과 투명 실리콘 수지의 접촉 상태나 시료(S)의 상기 삽입 방향의 위치(측정부의 위치 정밀도)가 변화한다. 이러한 변동이 발생하면, PCR관을 경유하거나 또는 PCR관에서 산란되어, 도 4의 투명 실리콘 수지(PDMS)로 진행하는 여기광의 강도도 변동하고, 결과적으로, 노이즈광이 되는 라만 시프트광의 강도도 변동한다.

도 2(b)는, 본 발명에 이용하는 필터 부재의 일례의 투과율을 나타내는 도이다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 노이즈광의 영향을 억제하기 위해, 라만광(101)의 파수역의 광을 커트하고, 그 외의 파수역의 광을 투과시키는 투과 특성을 가지는 필터 부재를, SOT를 채용한 광학계 구조에 있어서, 측정기(광전자 증배관)의 광입사측에 삽입한다.

그 결과, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 라만광(101)의 영향이 캔슬된 관측광(107)을 얻을 수 있다. 또한, 이 도면에 나타내는 바와 같이, 필터 부재에 의해 관측광(103)의 일부도 커트되므로, 관측광(107)의 강도는 관측광(103)에 비해 감소하게 된다. 그러나, 변동하는 라만광(101)의 성분이 커트되게 되므로, S/N비가 올라가, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 광학계 구조체를 이용하여 굳이 관측광(103)의 일부를 커트함으로써, 측정 정밀도를 향상시키는 것이다.

실시예 2

계속해서, 도 3을 참조하여, 애초에 라만광을 관측광과 중복시키지 않도록 설정함으로써, 노이즈광을 저감시키는 광학계에 대해서 설명한다. 본 실시예에 따른 광 유기 형광 측정 장치는, 실시예 1의 광 유기 형광 측정 장치(1)의 구성에 더하여, 광원의 파수를 조정하는 파수 조정부(본원 청구항에 있어서의 「파수 조정부」의 일례)를 더 구비한다. 파수 조정부는, 예를 들면, 비선형 광학 결정을 이용하여 실장 가능하다.

관측광의 파수역은, 시료(S)(형광 시료)의 특성과, 측정광(여기광)의 파수에 따라 변동한다. 한편, 투명 실리콘 수지에 대한 라만 시프트량의 변동은, 여기광의 파수가 변해도 그다지 변하지 않다. 이상을 근거로 하여, 시료(S)(형광 시료)의 특성과, 여기광(115)의 파수의 관계를 고려함으로써, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 라만광(111)의 파수가 관측광(113)의 파수역과 중복되지 않도록 설정하는 것이 가능해진다.

여기서, 통상의 형광 측정에 있어서는, 여기광의 파수는, 관측광의 강도가 최대가 되는 최대 여기 파수로 설정한다. 그러나, 본 실시예에서는 굳이 최대 여기 파수가 아니라, 라만 시프트광과 관측광의 중복을 피할 수 있는 파수역으로 설정했다.

라만광(111)의 영향을 억제하기 위해, 도 3(b)에 나타내는 바와 같은, 라만광(111)의 파수역의 광을 커트하고, 그 외의 파수역의 광을 투과시키는 투과 특성을 가지는 필터 부재를, 상기 SOT를 채용한 광학계 구조에 있어서, 측정기(광전자 증배관)의 광입사측에 삽입한다.

그 결과, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 노이즈광이 커트되어, 관측광을 얻을 수 있다. 상기한 바와 같이, 라만 시프트에 기인하는 노이즈광의 파수가 관측광의 파수역과 중복되어 있지 않기 때문에, 필터 부재에 의해 관측광의 일부가 커트되는 일이 없다. 따라서, 관측광의 강도를 감소시키지 않고, 변동하는 노이즈광 성분을 커트하는 것이 가능해져, S/N비가 올라가, 측정 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.

또한, 도 1에 나타내는 제1 색유리 필터(23₁)(본원 청구항에 있어서의 「색유리 필터」의 일례)와, 제2 색유리 필터(23₂)(본원 청구항에 있어서의 「색유리 필터」의 일례)와, 라만 시프트에 기인하는 노이즈광을 충분히 감쇠시켜도 된다. 이 경우, 제1 색유리 필터(23₁) 및 제2 색유리 필터(23₂)가 상기 라만광(111)의 파수역의 광을 커트하는 필터 부재를 겸한 구성이라고 할 수 있다. 이와 같이, 복수의 부재에 의해 필터 부재를 실현해도 된다. 예를 들면, 라만광의 파장보다 장파장측을 통과시키는 하이 패스 필터와, 라만광의 파장보다 저파장측을 통과시키는 로우 패스 필터를 조합하여 필터 부재로서 이용해도 된다.

또, 라만광의 파수가 관측광의 파수역으로부터 벗어나는 경우, 광학 측정 장치가 측정부로서 분광기를 이용하여 관측광의 파수역 만을 측정함으로써, 라만광의 측정에 미치는 영향을 배제하는 것이 가능해진다. 이러한 경우는, 광학 측정 장치가 필터 부재를 구비하지 않아도 된다.

또한, 실시예 1 및 2에 있어서, 도 2(b), 도 3(b)에 나타내는 바와 같은 특성을 가지는 필터 부재는 간섭 필터이다. 그 때문에, 필터 부재는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 평행 광로 내에 삽입된다.

또한, 실시예 2에 있어서, 광 유기 형광 측정 장치가, 광원의 파수를 조정하는 파수 조정부를 구비하는 것으로 했다. 그러나, 관측광의 광강도가 최대가 되는 파수와는 상이한 파수의 여기광을 광원으로서 구비하는 광 유기 형광 측정 장치를 이용해도 된다. 이 경우도, 필요에 따라, 광 유기 형광 측정 장치가 파수 조정부를 구비하고 있어도 된다.

또, 실시예 1 및 2에 있어서, 광학 측정 장치로서 광 유기 형광 측정 장치를 상정했다. 그러나, 매질이 고체 또는 액체로 충전되어 있는 광학계와 같이, 라만광이 S/N비에 미치는 영향을 무시할 수 없을 정도 큰 광학계를 포함하는 광학 측정 장치이면 본 발명을 적용 가능하다. 광학 측정 장치는, 광 유기 경향 측정 장치 이외의 장치여도 된다.

1 광 유기 형광 측정 장치 3 고체 광원
5 시료 7 시료 케이스
9 형광 수집 광학계 11 형광 측정기
13 레이저 빔 조사 공간 15 제1 렌즈
17 제2 렌즈 19 라만 필터
21 노치 필터 23 색유리 필터
25 투명 수지 27 안료 함유 수지
29 전력원 101 및 111 라만광
103, 107, 113 관측광 105 및 115 여기광

Claims

광학 측정계에 있어서 파수 k1의 제1 광을 측정 시료에 조사하여 발생하는 관측광을 투과시키는 광로부와, 상기 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께, 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 상기 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부를 구비하는 광학계 구조체로서,
상기 광로부는, 매질로서 고체 또는 액체가 이용되고 있으며,
상기 광로부의 내부에, 상기 제1 광이 상기 광로부를 통과할 때에 발생하는 라만 시프트에 기인하는 파수 k2의 제2 광의 진행을 차단하는 필터 부재를 구비하는, 광학계 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 필터 부재가 차단하는 상기 파수 k2는, 상기 관측광의 파수역에 포함되는, 광학계 구조체.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 필터 부재의 적어도 한쪽의 면이 상기 광로부에 접촉하고 있는, 광학계 구조체.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광로부는 가요성을 가지는, 광학계 구조체.
청구항 4에 있어서,
상기 광로부는 실리콘 수지인, 광학계 구조체.
청구항 5에 있어서,
상기 실리콘 수지는 PDMS인, 광학계 구조체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차광부의 매질로서, 상기 광로부의 매질과 굴절률이 같은 매질이 이용되고 있는, 광학계 구조체.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차광부는, 광을 흡수하는 안료를 분산시켜 함유하는, 광학계 구조체.
광학 측정계에 있어서 측정 시료에 파수 k1의 제1 광을 조사하여 발생하는 관측광을 관측하는 광학 측정 장치로서,
상기 제1 광을 조사하는 광원과,
매질로서 고체 또는 액체가 이용되고 있으며 상기 관측광을 투과시키는 광로부와,
상기 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께, 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 상기 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부와,
상기 관측광을 관측하는 측정부와,
상기 광로부의 내부에, 상기 제1 광이 상기 광로부를 통과할 때에 발생하는 라만 시프트에 기인하는 파수 k2의 제2 광의 진행을 차단하는 필터 부재를 구비하는, 광학 측정 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제1 광의 파수를 상기 관측광의 광강도가 최대가 되는 파수와는 상이한 파수로 조정하는 파수 조정부를 더 구비하는, 광학 측정 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 파수 조정부는, 상기 제2 광의 파수가 상기 관측광의 파수역과는 상이한 파수가 되도록, 상기 제1 광의 파수를 조정하는, 광학 측정 장치.
청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
렌즈, 노치 필터 및 색유리 필터를 더 구비하는, 광학 측정 장치.
청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원으로부터 상기 측정부에 이르는 광로에 있어서,
상기 제1 광 및 상기 제2 광을 평행광으로 하는 제1 렌즈와,
상기 제1 광을 반사하는 노치 필터와,
상기 관측광 이외의 광을 흡수하는 색유리 필터와,
상기 관측광을 포함하는 광을 집광하는 제2 렌즈와,
상기 제2 렌즈의 광축 상이며, 상기 제2 광이 집광되는 위치의 근방에 있는 애퍼처를, 순서대로 배치되도록 더 구비하고,
상기 필터 부재는, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈 사이에 배치되어 있는, 광학 측정 장치.
광학 측정계에 있어서 측정 시료에 파수 k1의 제1 광을 조사하여 발생하는 관측광을 관측하는 광학 측정 장치를 이용한 광학 측정 방법으로서,
상기 광학 측정 장치는,
상기 제1 광을 조사하는 광원과,
매질로서 고체 또는 액체가 이용되고 있으며 상기 관측광을 투과시키는 광로부와,
상기 광로부로의 외부로부터의 광을 차단함과 함께, 굴절률이 상기 광로부와 매칭되어 있음으로써 상기 광로부의 내부의 노이즈광을 저감하는 차광부와,
상기 관측광을 관측하는 측정부와,
상기 광로부의 내부에, 상기 제1 광이 상기 광로부를 통과할 때에 발생하는 라만 시프트에 기인하는 파수 k2의 제2 광의 진행을 차단하는 필터 부재를 가지며,
상기 광원이, 상기 제1 광을 조사하는 여기광 조사 단계와,
상기 필터 부재가, 상기 제2 광을 차단하는 필터링 단계를 포함하는, 광학 측정 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 여기광 조사 단계에 있어서, 상기 광원은, 상기 제1 광으로서, 상기 제2 광의 파수가 상기 관측광의 파수역과는 상이한 파수가 되는 파수의 광을 조사하는, 광학 측정 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 광학 측정 장치는, 상기 제1 광의 파수를 상기 관측광의 광강도가 최대가 되는 파수와는 상이한 파수로 조정하는 파수 조정부를 더 가지며,
상기 여기광 조사 단계 후에, 상기 파수 조정부가, 상기 제1 광의 파수를 조정하는 조정 단계를 더 포함하는, 광학 측정 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 조정 단계에 있어서, 상기 파수 조정부는, 상기 제2 광의 파수가 상기 관측광의 파수역과는 상이한 파수가 되도록, 상기 제1 광의 파수를 조정하는, 광학 측정 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 파수 k2가 상기 관측광의 파수역에 포함되어 있으며,
상기 필터링 단계에 있어서, 상기 필터 부재가, 상기 관측광의 파수역의 일부인 파수 k2의 광을 차단하는, 광학 측정 방법.