特開 2024-127511 分光装置および試料分析システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127511

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】分光装置および試料分析システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036707

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中澤 寛一

(72)【発明者】

【氏名】酒井 賢一

(72)【発明者】

【氏名】河野 欣

(72)【発明者】

【氏名】石井 格

(72)【発明者】

【氏名】片山 雅之

【テーマコード（参考）】

2G043

【Ｆターム（参考）】

2G043AA03

2G043AA06

2G043BA16

2G043BA17

2G043EA01

2G043FA01

2G043HA01

2G043HA02

2G043HA09

2G043JA01

2G043NA05

2G043NA06

(57)【要約】

【課題】励起光を試料に照射しながら励起光の波長を連続的に変化させる分光装置および試料分析システムを提供する。
【解決手段】試料分析システムは、光源３２と、光源３２からの光を散乱させる励起用散乱部３６と、励起用散乱部３６によって散乱された励起光を通過させる励起用通過部３８と、励起光を反射し、反射光を、試薬が塗布された試料９０に照射することで、蛍光を発生させる走査部４０と、蛍光を散乱させる蛍光用散乱部４８と、蛍光用散乱部４８によって散乱された分析用蛍光を通過させる蛍光用通過部５０と、分析用蛍光の強度に応じた信号を出力する受光素子５２と、励起用散乱部３６を駆動させることで、励起用通過部３８を通過する励起光を変更することにより、走査部４０にて反射される励起光の波長を変更する励起用変更部と、を有する分光装置３０と、分析用蛍光の強度に基づいて、試料の種類を識別する分析部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の波長を有する光を発する光源（３２）と、
前記光源からの光を散乱させる励起用散乱部（３６）と、
前記励起用散乱部によって散乱された光のうち一部の光である励起光を通過させる励起用通過部（３８）と、
前記励起用通過部を通過した前記励起光を反射し、反射光を、試薬が塗布された試料（９０）に照射することで、前記試料が発する光である蛍光を発生させる走査部（４０）と、
前記蛍光を散乱させる蛍光用散乱部（４８）と、
前記蛍光用散乱部によって散乱された前記蛍光のうち一部である分析用蛍光を通過させる蛍光用通過部（５０）と、
前記蛍光用通過部を通過した前記分析用蛍光を受光し、前記分析用蛍光の強度に応じた信号を出力する受光素子（５２）と、
前記励起用散乱部を駆動させることで、前記励起用通過部を通過する前記励起光を変更することにより、前記走査部にて反射される前記励起光の波長を変更する励起用変更部（Ｓ２０６）と、
を備える分光装置。

【請求項2】

前記走査部を駆動させることで、前記反射光の照射位置を変更する走査用変更部（Ｓ２０２）をさらに備える請求項１に記載の分光装置。

【請求項3】

前記走査部は、
走査用半導体基板（４００）と、
前記走査用半導体基板に形成されており、前記励起光を反射するミラー（４０２）と、
電力が供給されると、前記走査用半導体基板を駆動させる走査用駆動部（４０４）と、
を有し、
前記走査用変更部は、前記走査用駆動部に供給される電力を制御することにより、前記走査部の駆動を制御する請求項２に記載の分光装置。

【請求項4】

前記蛍光用散乱部を駆動させることで、前記蛍光用通過部を通過する前記分析用蛍光を変更することにより、前記受光素子に受光される前記分析用蛍光の波長を変更する蛍光用変更部（Ｓ２１０）をさらに備える請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項5】

前記蛍光用散乱部は、
蛍光用半導体基板（４８０）と、
前記蛍光用半導体基板に形成されており、凹凸により前記光源からの光を散乱させる蛍光用凹凸部（４８２）と、
電力が供給されると、前記蛍光用半導体基板を駆動させる蛍光用駆動部（４８４）と、
を有し、
前記蛍光用変更部は、前記蛍光用駆動部に供給される電力を制御することにより、前記蛍光用散乱部の駆動を制御する請求項４に記載の分光装置。

【請求項6】

前記励起用散乱部は、
励起用半導体基板（３６０）と、
前記励起用半導体基板に形成されており、凹凸により前記光源からの光を散乱させる励起用凹凸部（３６２）と、
電力が供給されると、前記励起用半導体基板を駆動させる励起用駆動部（３６４）と、
を有し、
前記励起用変更部は、前記励起用駆動部に供給される電力を制御することにより、前記励起用散乱部の駆動を制御する請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項7】

前記分光装置は、前記光源からの光を絞り、絞った光を前記励起用散乱部に照射する励起用絞り部（３４）をさらに備え、
前記励起用散乱部は、前記励起用絞り部によって絞られた光を散乱させる請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項8】

前記分光装置は、前記蛍光を絞り、絞った光を前記蛍光用散乱部に照射する蛍光用絞り部（４６）をさらに備え、
前記蛍光用散乱部は、前記蛍光用絞り部によって絞られた光を散乱させる請求項１または２に記載の分光装置。

【請求項9】

複数の波長を有する光を発する光源（３２）と、前記光源からの光を散乱させる励起用散乱部（３６）と、前記励起用散乱部によって散乱された光のうち一部の光である励起光を通過させる励起用通過部（３８）と、前記励起用通過部を通過した前記励起光を反射し、反射光を、試薬が塗布された試料（９０）に照射することで、前記試料が発する光である蛍光を発生させる走査部（４０）と、前記蛍光を散乱させる蛍光用散乱部（４８）と、前記蛍光用散乱部によって散乱された前記蛍光のうち一部である分析用蛍光を通過させる蛍光用通過部（５０）と、前記蛍光用通過部を通過した前記分析用蛍光を受光し、前記分析用蛍光の強度に応じた信号を出力する受光素子（５２）と、前記励起用散乱部を駆動させることで、前記励起用通過部を通過する前記励起光を変更することにより、前記走査部にて反射される前記励起光の波長を変更する励起用変更部（Ｓ２０６）と、を有する分光装置（３０）と、
前記分析用蛍光の強度に基づいて、前記試料の種類を識別する分析部（８４）と、
を備える試料分析システム。

【請求項10】

前記試料に前記試薬を塗布する塗布装置（２０）をさらに備える請求項９に記載の試料分析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、分光装置および試料分析システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に記載されているように、複数の照明源と、選択可能な分割モジュールと、分割素子と、を備える光学イメージング装置が知られている。この光学イメージング装置では、第１の波長を有している照明源が使用される場合には、分割モジュールを使用して、第１の分割素子が選択される。これによって、第１の波長の励起光が試料に到達する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１８－５２７６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された光学イメージング装置では、照明源および分割素子を選択し切り替えることで、励起光の波長が選択され切り替えられる。このため、励起光を試料に照射しながら励起光の波長を連続的に変化させることができない。

【0005】

本開示は、励起光を試料に照射しながら励起光の波長を連続的に変化させる分光装置および試料分析システム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】

【0006】

請求項１に記載の発明は、複数の波長を有する光を発する光源（３２）と、光源からの光を散乱させる励起用散乱部（３６）と、励起用散乱部によって散乱された光のうち一部の光である励起光を通過させる励起用通過部（３８）と、励起用通過部を通過した励起光を反射し、反射光を、試薬が塗布された試料（９０）に照射することで、試料が発する光である蛍光を発生させる走査部（４０）と、蛍光を散乱させる蛍光用散乱部（４８）と、蛍光用散乱部によって散乱された蛍光のうち一部である分析用蛍光を通過させる蛍光用通過部（５０）と、蛍光用通過部を通過した分析用蛍光を受光し、分析用蛍光の強度に応じた信号を出力する受光素子（５２）と、励起用散乱部を駆動させることで、励起用通過部を通過する励起光を変更することにより、走査部にて反射される励起光の波長を変更する励起用変更部（Ｓ２０６）と、を備える分光装置である。

【0007】

また、請求項９に記載の発明は、複数の波長を有する光を発する光源（３２）と、光源からの光を散乱させる励起用散乱部（３６）と、励起用散乱部によって散乱された光のうち一部の光である励起光を通過させる励起用通過部（３８）と、励起用通過部を通過した励起光を反射し、反射光を、試薬が塗布された試料（９０）に照射することで、試料が発する光である蛍光を発生させる走査部（４０）と、蛍光を散乱させる蛍光用散乱部（４８）と、蛍光用散乱部によって散乱された蛍光のうち一部である分析用蛍光を通過させる蛍光用通過部（５０）と、蛍光用通過部を通過した分析用蛍光を受光し、分析用蛍光の強度に応じた信号を出力する受光素子（５２）と、励起用散乱部を駆動させることで、励起用通過部を通過する励起光を変更することにより、走査部にて反射される励起光の波長を変更する励起用変更部（Ｓ２０６）と、を有する分光装置（３０）と、分析用蛍光の強度に基づいて、試料の種類を識別する分析部（８４）と、を備える試料分析システムである。

【0008】

励起用散乱部が駆動することで、走査部にて反射される励起光の波長が変更される。これにより、励起光が照射されながら励起光の波長が連続的に変化する。

【0009】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態の分光装置が用いられる試料分析システムの構成図。

【図2】分光装置の構成図。

【図3】分光装置の励起用散乱部の構成図。

【図4】分光装置の走査部の構成図。

【図5】分光装置の蛍光用散乱部の構成図。

【図6】試料分析システムの塗布制御部の処理を示すフローチャート。

【図7】試料分析システムの分析部の処理を示すフローチャート。

【図8】走査部による走査を示す図。

【図9】１種の試料による蛍光の波長および光の強度の関係図。

【図10】２種の試料による蛍光の波長および光の強度の関係図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

【0012】

本実施形態の分光装置は、試薬が塗布された試料を分析する試料分析システムに用いられる。まず、この試料分析システムについて説明する。

【0013】

図１に示すように、試料分析システム１０は、試薬が塗布された試料から発せられる蛍光の強度を分析することにより、試料の種類を識別する。具体的には、試料分析システム１０は、塗布装置２０、分光装置３０および制御装置８０を備える。

【0014】

塗布装置２０は、図２に示すような車内や住宅の壁および家具等に付着している試料９０に試薬を塗布する。例えば、塗布装置２０は、図示しないロボットおよびそのロボットに搭載されたノズルを有する。また、後述の制御装置８０により、ロボットが制御される。これにより、ロボットに搭載されたノズルが試料９０を含む領域の位置に移動する。さらに、ノズルが試薬を噴射する。このため、試薬が、試料９０を含む領域に塗布されることから、試料９０に塗布される。なお、試料９０は、ウイルス、異物および汚れ等である。また、試薬は、ウイルス、異物および汚れ等を検出するための少なくとも１つのＡＩＥ試薬である。さらに、ＡＩＥは、Aggregation-Induced Emissionの略である。

【0015】

図１に戻って、分光装置３０は、塗布装置２０により試薬が塗布された試料９０に励起光を照射し、試料９０が発する光である蛍光を発生させる。また、分光装置３０は、発生した蛍光を受光し、受光した蛍光の強度に応じた信号を後述の制御装置８０に出力する。さらに、このとき、分光装置３０は、励起光の波長を連続的に変化させる。具体的には、分光装置３０は、図２に示すように、光源３２、励起用絞り部３４、励起用散乱部３６、励起用通過部３８、走査部４０および励起用集光レンズ４２を有する。また、分光装置３０は、蛍光用集光レンズ４４、蛍光用絞り部４６、蛍光用散乱部４８、蛍光用通過部５０および受光素子５２を有する。

【0016】

光源３２は、複数の波長を有する光を発し、ここでは、白色の光を発する。例えば、光源３２は、重水素放電管、タングステンヨウ素ランプ、キセノンフラッシュランプ、ＬＥＤおよびＬＤ等である。なお、ＬＥＤは、Light Emitting Diodeの略である。さらに、ＬＤは、Laser Diodeの略である。また、図２において、光の経路が矢印にて模式的に示されている。

【0017】

励起用絞り部３４は、例えば、板状部材で形成されている。さらに、励起用絞り部３４は、スリットおよびピンホール等を有する。また、励起用絞り部３４のスリットおよびピンホールを、光源３２からの光が通過する。これにより、励起用絞り部３４は、光源３２からの光を絞ることで、ビーム状にする。さらに、励起用絞り部３４は、絞った光を後述の励起用散乱部３６に照射する。

【0018】

励起用散乱部３６は、例えば、ＭＥＭＳ回折格子である。具体的には、励起用散乱部３６は、図３に示すように、励起用半導体基板３６０、励起用凹凸部３６２および励起用駆動部３６４等を含む。なお、ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。

【0019】

励起用半導体基板３６０は、例えば、シリコン基板である。また、励起用半導体基板３６０の長さおよび幅は、例えば、１～１０ｍｍである。さらに、励起用半導体基板３６０の厚さは、例えば、０．２～１．０ｍｍである。励起用凹凸部３６２は、励起用半導体基板３６０に形成されている。また、励起用凹凸部３６２は、励起用絞り部３４からの光を散乱させる。さらに、励起用凹凸部３６２の大きさは、試薬に対応する励起光の波長帯に応じて調整される。励起用駆動部３６４は、印加電圧によるクーロン引力を利用した静電駆動型アクチュエータやマイクロコイルおよび永久磁石の間の相互作用を利用した電磁駆動型アクチュエータ等である。また、励起用駆動部３６４に電力が供給されると、励起用半導体基板３６０が駆動する。例えば、励起用半導体基板３６０が、一方向に延びる軸を中心として回転駆動する。これにより、励起用散乱部３６は、一方向に延びる軸を中心として回転駆動する。

【0020】

図２に戻って、励起用通過部３８は、例えば、板状部材で形成されている。さらに、励起用通過部３８は、スリットおよびピンホール等を有する。また、励起用通過部３８のスリットおよびピンホールを、励起用散乱部３６によって散乱された光のうち一部の光である励起光が通過する。さらに、励起用通過部３８は、励起光を絞ることで、ビーム状にする。また、励起用通過部３８は、絞った励起光を後述の走査部４０に照射する。

【0021】

走査部４０は、例えば、ＭＥＭＳスキャナである。具体的には、走査部４０は、図４に示すように、走査用半導体基板４００、ミラー４０２および走査用駆動部４０４等を含む。

【0022】

走査用半導体基板４００は、例えば、シリコン基板である。また、走査用半導体基板４００の長さおよび幅は、例えば、１～１０ｍｍである。さらに、走査用半導体基板４００の厚さは、例えば、０．２～１．０ｍｍである。ミラー４０２は、走査用半導体基板４００に形成されている。また、ミラー４０２にて、励起用通過部３８を通過した励起光が反射される。さらに、ミラー４０２は、反射光を、後述の励起用集光レンズ４２に照射する。走査用駆動部４０４は、静電駆動型アクチュエータや電磁駆動型アクチュエータ等である。また、走査用駆動部４０４に電力が供給されると、走査用半導体基板４００が駆動する。例えば、走査用半導体基板４００が、一方向に延びる軸および一方向と直交する方向に延びる軸を中心として回転駆動する。これにより、走査部４０は、一方向に延びる軸および一方向と直交する方向に延びる軸を中心として回転駆動する。

【0023】

図２に戻って、励起用集光レンズ４２は、走査部４０からの反射光、すなわち、励起光を集める。さらに、励起用集光レンズ４２は、集めた励起光を、試薬が塗布された試料９０に照射する。これにより、試料９０が発する光であって、試料９０の種類に応じた固有の波長を有する蛍光が発生する。また、励起用集光レンズ４２により、走査部４０にて反射された励起光が、励起用集光レンズ４２がない場合と比較して、試薬が塗布された試料９０にピンポイントで照射されやすくなっている。

【0024】

蛍光用集光レンズ４４は、蛍光を集める。さらに、蛍光用集光レンズ４４は、集めた蛍光を、後述の蛍光用絞り部４６に照射する。また、蛍光用集光レンズ４４により、蛍光が、蛍光用集光レンズ４４がない場合と比較して、後述の蛍光用絞り部４６にピンポイントで照射されやすくなっている。

【0025】

蛍光用絞り部４６は、例えば、板状部材で形成されている。さらに、蛍光用絞り部４６は、スリットおよびピンホール等を有する。また、蛍光用絞り部４６のスリットおよびピンホールを、蛍光が通過する。これにより、蛍光用絞り部４６は、蛍光を絞ることで、ビーム状にする。さらに、蛍光用絞り部４６は、絞った蛍光を後述の蛍光用散乱部４８に照射する。

【0026】

蛍光用散乱部４８は、例えば、ＭＥＭＳ回折格子である。具体的には、蛍光用散乱部４８は、図５に示すように、蛍光用半導体基板４８０、蛍光用凹凸部４８２および蛍光用駆動部４８４等を含む。

【0027】

蛍光用半導体基板４８０は、例えば、シリコン基板である。また、蛍光用半導体基板４８０の長さおよび幅は、例えば、１～１０ｍｍである。さらに、蛍光用半導体基板４８０の厚さは、例えば、０．２～１．０ｍｍである。蛍光用凹凸部４８２は、蛍光用半導体基板４８０に形成されている。また、蛍光用凹凸部４８２は、蛍光用絞り部４６からの蛍光を散乱させる。さらに、蛍光用凹凸部４８２の大きさは、試薬と対応する蛍光の波長帯に応じて調整される。蛍光用駆動部４８４は、静電駆動型アクチュエータや電磁駆動型アクチュエータ等である。また、蛍光用駆動部４８４に電力が供給されると、蛍光用半導体基板４８０が駆動する。例えば、蛍光用半導体基板４８０が、一方向に延びる軸を中心として回転駆動する。これにより、蛍光用散乱部４８は、一方向に延びる軸を中心として回転駆動する。

【0028】

図２に戻って、蛍光用通過部５０は、例えば、板状部材で形成されている。さらに、蛍光用通過部５０は、スリットおよびピンホール等を有する。また、蛍光用通過部５０のスリットおよびピンホールを、蛍光用散乱部４８によって散乱された蛍光のうち一部である分析用蛍光が通過する。さらに、蛍光用通過部５０は、分析用蛍光を絞ることで、ビーム状にする。また、蛍光用通過部５０は、絞った分析用蛍光を後述の受光素子５２に照射する。

【0029】

受光素子５２は、例えば、ＳＰＡＤである。さらに、受光素子５２は、蛍光用通過部５０を通過した分析用蛍光を受光する。また、受光素子５２は、分析用蛍光の強度に応じた信号、例えば、電圧を後述の制御装置８０に出力する。なお、ＳＰＡＤは、Single Photon Avalanche Diodeの略である。

【0030】

図１に戻って、制御装置８０は、マイコン等を主体として構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、駆動回路、Ａ／Ｄコンバータおよびこれらの構成を接続するバスライン等を備えている。さらに、制御装置８０は、塗布制御部８２および分析部８４を機能ブロックとして有する。

【0031】

塗布制御部８２は、塗布制御部８２のＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、図示しないカメラによって撮像された試料９０の画像に基づいて、塗布装置２０の図示しないロボットおよびノズルを制御する。これにより、塗布制御部８２は、塗布装置２０に対して、試薬を試料９０に塗布させる。また、塗布制御部８２は、試薬を試料９０に塗布したことを示す信号を、後述の分析部８４に出力する。

【0032】

分析部８４は、分析部８４のＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、塗布制御部８２からの信号および受光素子５２からの信号に基づいて、試料９０の種類を識別する。

【0033】

以上のように、試料分析システム１０は、構成されている。次に、塗布制御部８２のプログラムの実行による塗布装置２０の制御について、図６のフローチャートを参照して説明する。なお、塗布制御部８２のプログラムは、例えば、試料分析システム１０のユーザによる起動操作がされると、実行される。

【0034】

ステップＳ１００において、塗布制御部８２は、試料９０が撮像された図示しないカメラの画像をカメラから取得する。なお、試料９０の撮像は、例えば、試料分析システム１０のユーザにより行われる。

【0035】

続いて、ステップＳ１０２において、塗布制御部８２は、図示しないカメラがステレオカメラであれば、ステップＳ１００にて取得した試料９０の撮像画像と三角測量とを用いることにより、カメラに対する試料９０を含む領域の位置を算出する。または、塗布制御部８２は、図示しないカメラが単眼カメラであれば、ステップＳ１００にて取得した試料９０の撮像画像と機械学習とを用いることにより、カメラに対する試料９０を含む領域の位置を算出する。また、塗布制御部８２は、この算出したカメラに対する試料９０を含む領域の位置に応じた信号を分析部８４に出力する。さらに、塗布制御部８２は、図示しない位置センサ等により検出されたカメラに対する塗布装置２０のノズルの位置を図示しない位置センサ等から取得する。また、塗布制御部８２は、上記算出したカメラに対する試料９０を含む領域の位置と、上記取得したカメラに対する塗布装置２０のノズルの位置とに基づいて、ノズルに対する試料９０を含む領域の位置を算出する。

【0036】

続いて、ステップＳ１０４において、塗布制御部８２は、図示しないロボットを制御する。これにより、塗布制御部８２は、ステップＳ１０２にて算出したノズルに対する試料９０を含む領域の位置に、ノズルを移動させる。このため、ノズルが試料９０を含む領域に近づく。さらに、塗布制御部８２は、ノズルの図示しない電磁バルブに電力を供給することで、電磁バルブを開ける。これにより、試薬がノズルから噴射される。したがって、試薬が、試料９０を含む領域に塗布されることから、試料９０に塗布される。また、塗布制御部８２は、塗布した試薬の情報とともに、試薬を試料９０に塗布したことを示す信号を分析部８４に出力する。その後、塗布制御部８２の処理は、終了する。

【0037】

以上のように、塗布制御部８２は、塗布装置２０を制御する。次に、分析部８４のプログラムの実行による試料９０の種類の識別について、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、分析部８４のプログラムは、例えば、分析部８４が試薬を試料９０に塗布したことを示す信号を塗布制御部８２から取得したとき、実行される。

【0038】

ステップＳ２００において、分析部８４は、各種情報を取得する。具体的には、分析部８４は、塗布された試薬と対応する励起光および蛍光の波長帯等の情報を塗布制御部８２から取得する。また、分析部８４は、試薬が塗布された試料９０の撮像画像をカメラまたは塗布制御部８２から取得する。さらに、分析部８４は、カメラに対する試料９０を含む領域の位置を、塗布制御部８２から取得する。また、分析部８４は、図示しない位置センサ等により検出されたカメラに対する走査部４０の位置を図示しない位置センサ等から取得する。さらに、分析部８４は、これらの取得したカメラに対する試料９０を含む領域の位置と、カメラに対する走査部４０の位置とに基づいて、走査部４０に対する試料９０を含む領域の位置を算出する。

【0039】

続いて、ステップＳ２０２において、分析部８４は、走査部４０の駆動を制御する。具体的には、分析部８４は、ステップＳ２００にて算出した走査部４０に対する試料９０を含む領域の位置と、マップとを用いることにより、走査部４０に供給する電力を決定する。また、分析部８４は、この決定した電力を走査部４０に供給する。これにより、走査部４０が回転駆動する。このため、図８に示すように、走査部４０にて反射される光が励起用集光レンズ４２を通過して試薬が塗布された試料９０に、撮像画像の１画素とその周辺画素分照射される。なお、走査部４０に供給する電力を決定するためのマップは、走査部４０にて反射される光が励起用集光レンズ４２を通過して、試薬が塗布された試料９０に照射されるように、実験やシミュレーション等によって設定される。さらに、図８において、撮像画像がＩｍで示されている。

【0040】

また、後述するように、撮像画像の１画素とその周辺画素分の試料９０に対して蛍光分析が完了した後では、分析部８４は、走査部４０に供給する電力を変更する。これにより、走査部４０が回転駆動する。このため、例えば、走査部４０にて反射される光がＸ方向に１画素とその周辺画素分ずれて試料９０に照射される。さらに、走査部４０にて反射される光が撮像画像のＸ方向の一端から他端まで照射された後、走査部４０にて反射される光がＹ方向に１画素とその周辺画素分ずれて、Ｘ方向の一端から順に、試料９０に照射される。これらの処理が、スキャン数Ｎｓが全スキャン数Ｎｓ＿ｐとなるまで繰り返される。なお、Ｘ方向は、撮像画像の一方向である。また、Ｙ方向は、Ｘ方向と直交する方向である。さらに、スキャン数Ｎｓは、走査部４０を駆動させた回数に対応する。また、全スキャン数Ｎｓ＿ｐは、走査部４０にて反射される光が撮像画像の全画素数分照射されるまでのスキャン数Ｎｓである。例えば、撮像画像の全画素数が１９２０×１０８０であるとし、走査部４０が駆動する毎に走査部４０にて反射される光が９画素分照射されるとすると、全スキャン数Ｎｓ＿ｐは、１９２０×１０８０÷９＝２３０４００である。

【0041】

図７のフローチャートに戻り、続いて、ステップＳ２０４において、ステップＳ２０２にて走査部４０が回転駆動したことから、分析部８４は、前回スキャン数Ｎｓ（ｎ－１）に１を加算することにより、今回のスキャン数Ｎｓ（ｎ）を算出する。なお、初期スキャン数Ｎｓ（０）は、例えば、ゼロである。

【0042】

続いて、ステップＳ２０６において、分析部８４は、励起用散乱部３６の駆動を制御する。具体的には、分析部８４は、ステップＳ２００にて取得した試薬と対応する励起光の波長帯と、マップとを用いることにより、励起用散乱部３６に供給する電力を決定する。また、分析部８４は、この決定した電力を励起用散乱部３６に供給する。これにより、図２に示すように、励起用散乱部３６が回転駆動する。このため、励起用通過部３８を通過する励起光の波長が変更される。また、励起用通過部３８を通過した励起光は、走査部４０にて反射される。さらに、走査部４０にて反射された光は、励起用集光レンズ４２を通過して、試薬が塗布された試料９０に照射される。このとき、試料９０の種類に応じた固有の波長を有する蛍光が発生する。また、この発生した蛍光が、蛍光用集光レンズ４４および蛍光用絞り部４６を通過する。さらに、蛍光用集光レンズ４４および蛍光用絞り部４６を通過した蛍光は、蛍光用散乱部４８にて散乱される。また、これらの処理が、励起回数Ｎｅが全励起回数Ｎｅ＿ｐとなるまで繰り返される。これにより、試薬が塗布された試料９０には、各試薬と対応する各波長の励起光が照射される。なお、励起用散乱部３６に供給する電力を決定するためのマップは、励起用散乱部３６によって散乱された光のうち一部の光であるとともに試薬と対応する波長を有する励起光が励起用通過部３８を通過するように、実験やシミュレーション等によって設定される。また、励起回数Ｎｅは、励起用散乱部３６を駆動させた回数に対応する。さらに、全励起回数Ｎｅ＿ｐは、試薬と対応する波長の数に相当する。

【0043】

図７のフローチャートに戻り、続いて、ステップＳ２０８において、ステップＳ２０６にて励起用散乱部３６が駆動したことから、分析部８４は、前回励起回数Ｎｅ（ｎ－１）に１を加算することにより、今回の励起回数Ｎｅ（ｎ）を算出する。なお、初期励起回数Ｎｅ（０）は、例えば、ゼロである。

【0044】

続いて、ステップＳ２１０において、分析部８４は、蛍光用散乱部４８の駆動を制御する。具体的には、分析部８４は、ステップＳ２００にて取得した試薬と対応する蛍光の波長帯と、マップとを用いることにより、蛍光用散乱部４８に供給する電力を決定する。また、分析部８４は、この決定した電力を蛍光用散乱部４８に供給する。これにより、図２に示すように、蛍光用散乱部４８が回転駆動する。このため、蛍光用通過部５０を通過する分析用蛍光の波長が変更される。また、蛍光用通過部５０を通過した分析用蛍光は、受光素子５２にて受光される。さらに、受光素子５２は、受光した分析用蛍光の強度に応じた信号を分析部８４に出力する。また、分析部８４は、分析用蛍光の強度に応じた信号を受光素子５２から取得する。

【0045】

続いて、ステップＳ２１２において、分析部８４は、ステップＳ２１０にて取得した分析用蛍光の強度を分析することにより、試料９０の種類を識別する。具体的には、分析部８４は、ステップＳ２１０にて取得した分析用蛍光の強度がピーク値であるか否かを判定する。分析用蛍光の強度がピーク値でないとき、試料９０を特定できないため、分析部８４の処理は、ステップＳ２１４に移行する。また、分析用蛍光の強度がピーク値であるとき、このときの波長が試料９０による固有の蛍光の波長である。このため、このとき、分析部８４は、ピーク値に対応する波長と、マップとを用いることにより、試料９０の種類を識別する。さらに、ステップＳ２１０からステップＳ２１２までの処理が、蛍光回数Ｎｆが全蛍光回数Ｎｆ＿ｐとなるまで繰り返されることで、図９および図１０に示すような分析用波長に対する光の強度の波形が生成される。なお、試料９０の種類を識別するためのマップは、分析用蛍光の強度のピーク値から試料９０の種類が識別されるように、実験やシミュレーション等によって設定される。また、蛍光回数Ｎｆは、蛍光用散乱部４８を駆動させた回数に対応する。さらに、全蛍光回数Ｎｆ＿ｐは、試薬と対応する蛍光の波長帯を、蛍光用通過部５０を通過する分析用蛍光の波長帯で除算した値に対応する。また、試薬と対応する蛍光の波長帯は、図７ではＥｍで表されており、例えば、４００～６００ｎｍである。さらに、蛍光用通過部５０を通過する分析用蛍光の波長帯は、分析用蛍光の強度を検出する分解能Ｒに対応しており、例えば、１ｎｍである。また、図９は、１画素とその周辺画素中に１種類の試料９０が識別された場合である。さらに、図９では、１種類の試料９０に対応するピーク値となるときの波長がλとして示されている。また、図１０は、１画素とその周辺画素中に２種類の試料９０が識別された場合である。さらに、図１０では、１種類の試料９０に対応するピーク値となるときの波長がλ１として示されている。また、もう１種類の試料９０に対応するピーク値となるときの波長がλ２として示されている。

【0046】

続いて、ステップＳ２１４において、ステップＳ２１０にて蛍光用散乱部４８が回転駆動したことから、分析部８４は、前回蛍光回数Ｎｆ（ｎ－１）に１を加算することにより、今回の蛍光回数Ｎｆ（ｎ）を算出する。なお、初期蛍光回数Ｎｆ（０）は、例えば、ゼロである。

【0047】

続いて、ステップＳ２１６において、分析部８４は、ステップＳ２１４にて算出した今回の蛍光回数Ｎｆ（ｎ）が全蛍光回数Ｎｆ＿ｐであるか否かを判定する。これにより、分析部８４は、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された１つの試薬に対して蛍光分析が完了したか否かを判定する。

【0048】

そして、今回の蛍光回数Ｎｆ（ｎ）が全蛍光回数Ｎｆ＿ｐでないとき、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された１つの試薬に対して蛍光分析が完了していないため、分析部８４の処理は、ステップＳ２１０に戻る。分析部８４の処理がステップＳ２１０に戻ると、今回の蛍光回数Ｎｆ（ｎ）が全蛍光回数Ｎｆ＿ｐとなるまで、ステップＳ２１０からステップＳ２１２までの処理が繰り返される。さらに、今回の蛍光回数Ｎｆ（ｎ）が全蛍光回数Ｎｆ＿ｐであるとき、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された１つの試薬に対して蛍光分析が完了したため、分析部８４の処理は、ステップＳ２１８に移行する。

【0049】

ステップＳ２１６に続くステップＳ２１８において、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された１つの試薬に対して蛍光分析が完了したため、分析部８４は、今回の蛍光回数Ｎｆ（ｎ）をリセットする。例えば、分析部８４は、今回の蛍光回数Ｎｆ（ｎ）をゼロにする。これにより、その画素の試料９０に塗布された別種の試薬に対して蛍光分析を行うことができる。

【0050】

続いて、ステップＳ２２０において、分析部８４は、ステップＳ２０８にて算出した今回励起回数Ｎｅ（ｎ）が全励起回数Ｎｅ＿ｐであるか否かを判定する。これにより、分析部８４は、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された試薬の全種に対して蛍光分析が完了したか否かを判定する。

【0051】

そして、今回励起回数Ｎｅ（ｎ）が全励起回数Ｎｅ＿ｐでないとき、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された試薬の全種に対して蛍光分析が完了していないため、分析部８４の処理は、ステップＳ２０６に戻る。分析部８４の処理がステップＳ２０６に戻ると、今回励起回数Ｎｅ（ｎ）が全励起回数Ｎｅ＿ｐとなるまで、ステップＳ２０６からステップＳ２１８までの処理が繰り返される。さらに、今回励起回数Ｎｅ（ｎ）が全励起回数Ｎｅ＿ｐであるとき、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された試薬の全種に対して蛍光分析が完了したため、分析部８４の処理は、ステップＳ２２２に移行する。

【0052】

ステップＳ２２０に続くステップＳ２２２において、１画素とその周辺画素分の試料９０に塗布された試薬の全種に対して蛍光分析が完了したため、分析部８４は、今回励起回数Ｎｅ（ｎ）をリセットする。例えば、分析部８４は、今回励起回数Ｎｅ（ｎ）をゼロにする。これにより、蛍光分析を行っていない画素の試料９０に対して上記蛍光分析を行うことができる。

【0053】

続いて、ステップＳ２２４において、分析部８４は、ステップＳ２０４にて算出した今回スキャン数Ｎｓ（ｎ）が全スキャン数Ｎｓ＿ｐであるか否かを判定する。これにより、分析部８４は、全画素分の試料９０に対して蛍光分析が完了したか否かを判定する。

【0054】

そして、今回スキャン数Ｎｓ（ｎ）が全スキャン数Ｎｓ＿ｐでないとき、全画素分の試料９０に対して蛍光分析が完了していないため、分析部８４の処理は、ステップＳ２０２に戻る。このとき、上記したように、ステップＳ２０２において、分析部８４は、走査部４０に供給する電力を変更する。これにより、走査部４０が回転駆動する。このため、走査部４０にて反射される光が、蛍光分析を行っていない画素の試料９０に照射される。また、分析部８４の処理がステップＳ２０２に戻ると、今回スキャン数Ｎｓ（ｎ）が全スキャン数Ｎｓ＿ｐとなるまで、ステップＳ２０２からステップＳ２２２までの処理が繰り返される。

【0055】

さらに、今回スキャン数Ｎｓ（ｎ）が全スキャン数Ｎｓ＿ｐであるとき、全画素分の試料９０に対して蛍光分析が完了したため、分析部８４の処理は、終了する。なお、このとき、分析部８４は、今回スキャン数Ｎｓ（ｎ）をリセットする。例えば、分析部８４は、今回スキャン数Ｎｓ（ｎ）をゼロにする。これにより、初期化されることから、次回も上記と同様に、分析部８４は、試料９０の種類の識別をすることができる。

【0056】

以上のように、分析部８４は、試料９０の種類の識別をする。次に、本実施形態の分光装置３０が用いられる試料分析システム１０では、励起光が照射されながら励起光の波長が連続的に変化することについて説明する。

【0057】

分光装置３０は、光源３２と、励起用散乱部３６と、励起用通過部３８と、走査部４０と、蛍光用散乱部４８と、蛍光用通過部５０と、受光素子５２と、を備える。また、試料分析システム１０は、分析部８４を備える。光源３２は、複数の波長を有する光を発する。励起用散乱部３６は、光源３２からの光を散乱させる。励起用通過部３８は、励起用散乱部３６によって散乱された光のうち一部の光である励起光を通過させる。走査部４０は、励起用通過部３８を通過した励起光を反射し、反射光を、試薬が塗布された試料９０に照射することで、試料９０が発する光である蛍光を発生させる。蛍光用散乱部４８は、蛍光を散乱させる。蛍光用通過部５０は、蛍光用散乱部４８によって散乱された蛍光のうち一部である分析用蛍光を通過させる。受光素子５２は、蛍光用通過部５０を通過した分析用蛍光を受光し、分析用蛍光の強度に応じた信号を出力する。分析部８４は、ステップＳ２０６にて、励起用散乱部３６を駆動させることで、励起用通過部３８を通過する励起光を変更することにより、走査部４０にて反射される励起光の波長を変更する励起用変更部としての役割を果たす。

【0058】

励起用散乱部３６が駆動することで、走査部４０にて反射される励起光の波長が変更される。これにより、励起光が照射されながら励起光の波長が連続的に変化する。

【0059】

また、本実施形態の分光装置３０が用いられる試料分析システム１０では、以下に記載する効果も奏する。

【0060】

［１］分析部８４は、ステップＳ２０２にて、走査部４０を駆動させることで、反射光の照射位置を変更する走査用変更部としての役割を果たす。

【0061】

これにより、反射光が、試料９０に照射されやすくなる。また、試料９０以外、例えば、試料９０が付着している車内や住宅の壁および家具等に照射することを抑制できる。

【0062】

［２］分析部８４は、ステップＳ２１０にて、蛍光用散乱部４８を駆動させることで、蛍光用通過部５０を通過する分析用蛍光を変更することにより、受光素子５２にて受光される分析用蛍光の波長を変更する蛍光用変更部としての役割を果たす。

【0063】

蛍光用散乱部４８が駆動することで、受光素子５２が受光する分析用蛍光の波長が変更される。よって、蛍光が照射されながら蛍光の波長が連続的に変化する。このため、受光素子５２は、蛍光の各波長に対応する強度に応じた信号を出力する。したがって、蛍光が有する波長の分析がしやすくなる。

【0064】

［３］励起用散乱部３６は、ＭＥＭＳ回折格子であって、励起用半導体基板３６０と、励起用凹凸部３６２と、励起用駆動部３６４とを有する。

【0065】

これにより、励起用散乱部３６を、ＭＥＭＳ技術によって形成することができる。このため、励起用散乱部３６を小型化することができる。したがって、分光装置３０および試料分析システム１０を小型化することができる。

【0066】

［４］蛍光用散乱部４８は、ＭＥＭＳ回折格子であって、蛍光用半導体基板４８０と、蛍光用凹凸部４８２と、蛍光用駆動部４８４とを有する。

【0067】

これにより、蛍光用散乱部４８を、ＭＥＭＳ技術によって形成することができる。このため、蛍光用散乱部４８を小型化することができる。よって、分光装置３０および試料分析システム１０を小型化することができる。

【0068】

［５］走査部４０は、ＭＥＭＳスキャナであって、走査用半導体基板４００と、ミラー４０２と、走査用駆動部４０４とを有する。

【0069】

これにより、走査部４０を、ＭＥＭＳ技術によって形成することができる。このため、走査部４０を小型化することができる。したがって、分光装置３０および試料分析システム１０を小型化することができる。

【0070】

［６］ここで、図２に示すように、走査部４０からの反射光が、試料９０が付着している車内や住宅の壁および家具等に照射されると、車内や住宅の壁および家具等による反射光や蛍光が受光素子５２にて受光される。このとき、試料９０による蛍光が受光素子５２にて受光されるため、車内や住宅の壁および家具等による反射光や蛍光は、ノイズとなる。このため、受光素子５２から出力される信号の精度が低下する。したがって、分析部８４による識別の正確度が低下する。なお、図２において、試料９０が付着している車内や住宅の壁および家具等によるノイズがＮｂとして示されている。

【0071】

これに対して、本実施形態では、励起用絞り部３４が、光源３２からの光を絞り、絞った光を励起用散乱部３６に照射する。また、励起用散乱部３６は、励起用絞り部３４によって絞られた光を散乱させる。

【0072】

励起用絞り部３４によって、光源３２からの光がビーム状になりやすい。これにより、ビーム状の光が励起用散乱部３６で散乱される。このため、散乱されたビーム状の励起光が励起用通過部３８を通過する。また、励起用通過部３８を通過したビーム状の励起光が走査部４０にて反射される。さらに、ビーム状の反射光が、試料９０に照射される。したがって、励起光が試料９０にピンポイントで照射されやすくなる。よって、励起光が車内や住宅の壁および家具等に照射されることが抑制されるため、ノイズが低減する。これにより、受光素子５２から出力される信号の精度低下が抑制される。このため、分析部８４による識別の正確度低下が抑制される。

【0073】

［７］蛍光用絞り部４６は、蛍光を絞り、絞った光を蛍光用散乱部４８に照射する。また、蛍光用散乱部４８は、蛍光用絞り部４６によって絞られた光を散乱させる。

【0074】

蛍光用絞り部４６によって、蛍光が蛍光用散乱部４８にピンポイントで照射されやすくなる。これにより、蛍光が蛍光用散乱部４８以外に照射されることで発生するノイズが抑制される。このため、蛍光用散乱部４８から蛍光用通過部５０を介して受光素子５２にて受光される分析用蛍光の精度低下が抑制される。したがって、受光素子５２から出力される信号の精度低下が抑制される。よって、分析部８４による識別の正確度低下が抑制される。

【0075】

（他の実施形態）
本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態に対して、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

【0076】

本開示に記載の変更部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の変更部およびその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の変更部およびその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【0077】

上記実施形態では、励起用散乱部３６および蛍光用散乱部４８は、ＭＥＭＳ回折格子であるところ、これに限定されない。例えば、励起用散乱部３６および蛍光用散乱部４８は、光学フィルタ、ＭＥＭＳ技術を用いていない回折格子およびプリズム等であってもよい。なお、これらの場合、モータ等により、励起用散乱部３６および蛍光用散乱部４８が、一方向に延びる軸を中心として回転駆動する。

【0078】

上記実施形態では、走査部４０は、ＭＥＭＳスキャナであるところ、これに限定されない。例えば、走査部４０は、ガルバノミラー等であってもよい。なお、この場合、モータ等により、走査部４０が一方向に延びる軸および一方向と直交する方向に延びる軸を中心として回転駆動する。

【0079】

上記実施形態では、励起用散乱部３６、走査部４０および蛍光用散乱部４８は、回転駆動するところ、これに限定されない。例えば、励起用散乱部３６、走査部４０および蛍光用散乱部４８は、揺動駆動等であってもよい。

【符号の説明】

【0080】

３２ 光源
３４ 励起用絞り部
３６ 励起用散乱部
３８ 励起用通過部
４０ 走査部
４６ 蛍光用絞り部
４８ 蛍光用散乱部
５０ 蛍光用通過部
５２ 受光素子
８４ 分析部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】