特開 2025-30695 蛍光偏光測定装置及び偏光度の測定方法

(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】P2025030695

(43)【公開日】2025-03-07

(54)【発明の名称】蛍光偏光測定装置及び偏光度の測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20250228BHJP

   G01N 21/21 20060101ALI20250228BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 A

G01N21/21 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023136206

(22)【出願日】2023-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】303018827

【氏名又は名称】Ｔｉａｎｍａ Ｊａｐａｎ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100183955

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 悟郎

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100180334

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 洋美

(74)【代理人】

【識別番号】100177149

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 浩義

(74)【代理人】

【識別番号】100174067

【弁理士】

【氏名又は名称】湯浅 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136342

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 成美

(72)【発明者】

【氏名】住吉 研

(72)【発明者】

【氏名】今井 阿由子

【テーマコード（参考）】

2G043

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G043AA01

2G043AA03

2G043BA16

2G043CA03

2G043EA01

2G043HA07

2G043HA09

2G043JA03

2G043KA02

2G059AA01

2G059BB04

2G059BB13

2G059CC16

2G059EE05

2G059EE07

2G059GG02

2G059HH02

2G059JJ03

2G059JJ07

2G059JJ18

2G059JJ19

2G059KK03

2G059KK04

2G059MM01

2G059MM12

(57)【要約】

【課題】測定感度が高い蛍光偏光測定装置及び偏光度の測定方法を提供する。
【解決手段】蛍光偏光測定装置１００は、光源部１０と偏光方向変調素子３０と検出部５０と制御部７０とを備える。光源部１０は直線偏光の励起光ＥＬを出射する。偏光方向変調素子３０は、励起光ＥＬの偏光方向を所定の周波数で空間変調し、測定対象溶液に、偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬを出射する。検出部５０は、偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬによって、測定対象溶液から発する蛍光ＦＬのうち、所定の方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を検出する。制御部７０は、検出された蛍光強度の空間分布から、所定の周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出し、抽出された成分と直流成分に基づいて測定対象溶液の偏光度を求める。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線偏光の励起光を出射する、光源部と、
前記励起光の偏光方向を所定の周波数で空間変調し、測定対象溶液に、偏光方向を前記所定の周波数で空間変調された前記励起光を出射する、偏光方向変調素子と、
偏光方向を前記所定の周波数で空間変調された前記励起光によって、前記測定対象溶液から発する蛍光のうち、所定の方向の偏光方向を有する前記蛍光の蛍光強度の空間分布を検出する、検出部と、
検出された前記蛍光強度の空間分布から、前記所定の周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出し、抽出された前記成分と前記直流成分に基づいて、前記測定対象溶液の偏光度を求める制御部と、を備える、
蛍光偏光測定装置。

【請求項2】

前記光源部は、前記励起光の偏光方向を直交する２つの方向に切り替えて、出射する、
請求項１に記載の蛍光偏光測定装置。

【請求項3】

前記検出部は、前記測定対象溶液から発する前記蛍光のうち、前記所定の方向の偏光方向を有する前記蛍光を選択する偏光調整素子と、前記所定の方向の偏光方向を有する前記蛍光の蛍光強度の空間分布を検出する受光部と、を備える、
請求項１に記載の蛍光偏光測定装置。

【請求項4】

前記偏光調整素子は、前記所定の方向の偏光方向を有する前記蛍光を、前記光源部から出射される前記励起光の偏光方向に水平な偏光方向を有する前記蛍光と、前記光源部から出射される前記励起光の偏光方向に垂直な偏光方向を有する前記蛍光とに切り替える、
請求項３に記載の蛍光偏光測定装置。

【請求項5】

前記偏光調整素子が偏光ビームスプリッタである、
請求項３に記載の蛍光偏光測定装置。

【請求項6】

前記測定対象溶液は、測定対象物質と、前記測定対象物質を蛍光標識した蛍光標識誘導体と、前記測定対象物質と特異的に結合する抗体とを含む、
請求項１に記載の蛍光偏光測定装置。

【請求項7】

偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光を、測定対象溶液に照射する工程と、
前記測定対象溶液から発せられる蛍光のうち、所定の方向の偏光方向を有する前記蛍光の蛍光強度の空間分布を検出する工程と、
検出された前記蛍光強度の空間分布から、前記所定の周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する工程と、
抽出された前記成分と前記直流成分とに基づいて、前記測定対象溶液の偏光度を求める工程と、を含む、
偏光度の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蛍光偏光測定装置及び偏光度の測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

蛍光を用いた免疫分析法として、抗原抗体反応を利用して測定対象物質を検出する蛍光偏光免疫分析法（ＦＰＩＡ：Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ）が知られている。例えば、特許文献１は、測定された蛍光の偏光度から測定抗原（測定対象物質）の濃度を求める方法を開示している。

【0003】

また、特許文献２は、サンプルから発した蛍光の偏光面を周期的に（時間的に）９０°回転させる変調手段を備える、蛍光測定装置を開示している。特許文献２では、変調手段が蛍光の偏光面を回転させるので、偏光子を回転させることなく、励起光の偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光の蛍光強度と、励起光の偏光方向と垂直な偏光方向を有する蛍光の蛍光強度とを、直接、測定できる。これにより、特許文献２の蛍光測定装置は、検出器、フィルタ等の偏光特性の影響を抑えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平３－１０３７６５号公報

【特許文献2】米国特許第６９７０２４１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献２の蛍光測定装置では、検出器、フィルタ等の偏光特性の影響を抑制できるが、蛍光強度が小さい場合、十分なＳＮ比（信号対雑音比）で蛍光強度を得ることは、困難である。

【0006】

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、測定感度が高い蛍光偏光測定装置及び偏光度の測定方法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】

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の第１の観点に係る蛍光偏光測定装置は、
直線偏光の励起光を出射する、光源部と、
前記励起光の偏光方向を所定の周波数で空間変調し、測定対象溶液に、偏光方向を前記所定の周波数で空間変調された前記励起光を出射する、偏光方向変調素子と、
偏光方向を前記所定の周波数で空間変調された前記励起光によって、前記測定対象溶液から発する蛍光のうち、所定の方向の偏光方向を有する前記蛍光の蛍光強度の空間分布を検出する、検出部と、
検出された前記蛍光強度の空間分布から、前記所定の周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出し、抽出された前記成分と前記直流成分に基づいて、前記測定対象溶液の偏光度を求める制御部と、を備える。

【0008】

本開示の第２の観点に係る偏光度の測定方法は、
偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光を、測定対象溶液に照射する工程と、
前記測定対象溶液から発せられる蛍光のうち、所定の方向の偏光方向を有する前記蛍光の蛍光強度の空間分布を検出する工程と、
検出された前記蛍光強度の空間分布から、前記所定の周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する工程と、
抽出された前記成分と前記直流成分とに基づいて、前記測定対象溶液の偏光度を求める工程と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、蛍光強度の空間分布から、励起光の偏光方向を空間変調する所定の周波数と同一の周波数を有する成分を抽出するので、測定感度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係る蛍光測定装置を示す模式図である。

【図2】実施形態１に係るマイクロデバイスを示す平面図である。

【図3】図２に示すマイクロデバイスをＡ－Ａ線で矢視した断面図である。

【図4】実施形態１に係る、偏光方向変調素子の光軸と励起光の偏光成分の強度とを示す図である。

【図5】実施形態１に係る、液晶分子の配向方向と偏光方向変調素子の光軸とを示す図である。

【図6】実施形態１に係る制御部の構成を示すブロック図である。

【図7】実施形態１に係る画像データから求められる蛍光強度を示す図である。

【図8】実施形態１に係る、偏光方向変調素子の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを示す図である。

【図9】実施形態１に係る、励起光の偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光の蛍光強度と、励起光の偏光方向と垂直な偏光方向を有する蛍光の蛍光強度とを説明するための図である。

【図10】実施形態１に係る制御部のハードウェア構成を示す図である。

【図11】実施形態１に係る励起光の強度分布を説明する図である。

【図12】実施形態１に係る検出処理を示すフローチャートである。

【図13】実施形態１に係る偏光度測定処理を示すフローチャートである。

【図14】実施形態２に係る、Ｘ方向成分とＸ方向直流成分とＺ方向成分とＺ方向直流成分を示す図である。

【図15】実施形態２に係る、励起光の偏光成分の強度と、蛍光のＸ方向成分とＸ方向直流成分とＺ方向成分とＺ方向直流成分とを示す図である。

【図16】実施形態２に係る偏光度測定処理を示すフローチャートである。

【図17】実施形態３に係る第２励起光の偏光成分の強度を示す図である。

【図18】実施形態３に係る、第１励起光の偏光成分の強度と、蛍光の第１成分と第１直流成分とを示す図である。

【図19】実施形態３に係る、第２励起光の偏光成分の強度と、蛍光の第２成分と第２直流成分とを示す図である。

【図20】実施形態３に係る、蛍光の第１成分と第１直流成分と第２成分と第２直流成分とを示す図である。

【図21】実施形態３に係る偏光度測定処理を示すフローチャートである。

【図22】実施形態４に係る蛍光測定装置を示す模式図である。

【図23】実施形態４に係る、励起光の偏光成分の強度と、蛍光のＸ方向成分とＸ方向直流成分とＹ方向成分とＹ方向直流成分とを示す図である。

【図24】変形例に係る、偏光方向変調素子の光軸と励起光の偏光成分の強度と蛍光強度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態に係る蛍光偏光測定装置について、図面を参照して説明する。

【0012】

＜実施形態１＞
図１～図１２を参照して、本実施形態に係る蛍光偏光測定装置１００を説明する。蛍光偏光測定装置１００は、例えば、蛍光偏光免疫分析法を用いた、測定対象溶液に含まれる測定対象物質の検出に使用される。

【0013】

蛍光偏光測定装置１００は、図１に示すように、光源部１０と、偏光方向変調素子３０と、ダイクロイックミラー４０と、対物レンズ４２と、検出部５０と、制御部７０とを備える。光源部１０は、直線偏光の励起光ＥＬを出射する。偏光方向変調素子３０は、光源部１０から出射された励起光ＥＬの偏光方向を所定の周波数で空間変調する。偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬは、ダイクロイックミラー４０と対物レンズ４２とを介して、後述するマイクロデバイス２００のマイクロ流路２２０に導入された、測定対象溶液に照射される。検出部５０は、測定対象溶液から発せられる蛍光ＦＬのうち、所定の方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を検出する。制御部７０は、蛍光偏光測定装置１００の各部を制御する。また、制御部７０は、検出された蛍光強度の空間分布から、測定対象溶液の偏光度Ｐを求める。さらに、制御部７０は、測定対象溶液の偏光度Ｐから、測定対象物質の濃度を求める。

【0014】

なお、理解を容易にするため、本明細書では、図１における蛍光偏光測定装置１００の左方向（紙面の左方向）を＋Ｚ方向、上方向（紙面の上方向）を＋Ｙ方向、＋Ｙ方向と＋Ｚ方向に垂直な方向（紙面の手前方向）を＋Ｘ方向として説明する。また、励起光ＥＬは、後述する蛍光標識誘導体を励起し、蛍光標識誘導体に蛍光を発光させる光である。光源部１０と偏光方向変調素子３０とダイクロイックミラー４０と対物レンズ４２は照明光学系を形成し、対物レンズ４２とダイクロイックミラー４０と検出部５０は観察光学系を形成している。

【0015】

まず、測定対象溶液とマイクロデバイス２００について、説明する。測定対象溶液は、測定対象物質と蛍光標識誘導体と抗体とを含む。測定対象物質は、蛍光偏光測定装置１００の検出対象である。測定対象物質は、蛍光免疫分析法で検出可能な化合物であればよい。測定対象物質として、抗生物質、生理活性物質、カビ毒等が挙げられる。具体的な測定対象物質として、プロスタグランジンＥ２、β－ラクトグロブリン、クロラムフェニコール、デオキシニレバノール等が挙げられる。蛍光標識誘導体は、測定対象物質を蛍光物質により蛍光標識した誘導体である。蛍光標識誘導体は、公知の方法を用いて、測定対象物質に蛍光物質を結合することにより得られる。蛍光物質は、フルオレセイン（励起光ＥＬの波長：４９４ｎｍ、蛍光ＦＬの波長：５２１ｎｍ）、ローダミンＢ（励起光ＥＬの波長：５５０ｎｍ、蛍光ＦＬの波長：５８０ｎｍ）等である。抗体は、抗原抗体反応により、測定対象物質と特異的に結合する。抗体は、例えば、測定対象物質を宿主動物（例えば、ねずみ、牛）に接種した後、宿主動物が産生した血液中の抗体を回収し精製することにより、得られる。また、抗体として、市販されている抗体も利用できる。

【0016】

測定対象物質と蛍光標識誘導体は、抗原抗体反応により、抗体に競合して特異的に結合する。蛍光偏光免疫分析法では、測定対象溶液に含まれる蛍光標識誘導体が発する蛍光ＦＬの偏光度Ｐを得て、得られた偏光度Ｐと予め作成された検量線とから、測定対象物質の濃度を求める。

【0017】

抗体と結合していない蛍光標識誘導体は、測定対象溶液中で激しく動いているので、偏光した励起光ＥＬが抗体と結合していない蛍光標識誘導体に照射された場合、蛍光ＦＬはランダムに放射される。一方、抗体と結合している蛍光標識誘導体は、測定対象溶液中で動きを制限されるので、偏光した励起光ＥＬが抗体と結合している蛍光標識誘導体に照射された場合、励起光ＥＬの偏光方向に偏った蛍光ＦＬが放射される。励起光ＥＬの偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈと、励起光ＥＬの偏光方向と垂直な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖとを測定し、蛍光強度の偏りを偏光度Ｐとして求める。偏光度Ｐは、抗体と結合している蛍光標識誘導体の量に依存するので、得られた偏光度Ｐと予め作成された検量線とから、測定対象物質の濃度を得ることができる。なお、偏光度Ｐは、Ｐ＝（Ｉｈ－Ｉｖ）／（Ｉｈ＋Ｉｖ）と表される。

【0018】

マイクロデバイス２００は、図２と図３に示すように、第１基板２０２と第２基板２０４と隔壁２０６と３つのマイクロ流路２２０とを備える。マイクロ流路２２０のそれぞれに、測定対象溶液が導入される。マイクロデバイス２００は、蛍光偏光測定装置１００のステージＳＴに設置される。

【0019】

マイクロデバイス２００の第１基板２０２は、平板状の石英ガラス基板である。偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬが、第１基板２０２からマイクロデバイス２００に入射する。励起光ＥＬは、－Ｚ方向から図２に示す測定領域Ｓに照射され、第１基板２０２の主面２０２ａに垂直に入射する。

【0020】

マイクロデバイス２００の第２基板２０４は、平板状の基板である。第２基板２０４は、自家蛍光が小さい材料から形成される。第２基板２０４は、例えば、カーボンブラックを含むポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）から形成される。第２基板２０４は第１基板２０２に対向し、第２基板２０４と第１基板２０２は隔壁２０６を挟む。

【0021】

マイクロデバイス２００の隔壁２０６は、第１基板２０２と第２基板２０４に挟まれてマイクロ流路２２０を形成する。隔壁２０６は、自家蛍光が小さい材料から形成される。また、隔壁２０６は、励起光ＥＬ、蛍光ＦＬ等の光を吸収する材料から形成されることが好ましい。本実施形態では、隔壁２０６は、第２基板２０４と一体に形成されている。

【0022】

マイクロデバイス２００のマイクロ流路２２０は、測定領域Ｓ内において、Ｘ方向に平行に延びる。測定領域Ｓ内におけるマイクロ流路２２０の幅は、例えば、２００μｍである。マイクロ流路２２０は、それぞれ、第２基板２０４と隔壁２０６とを貫通する２つの開口部２２２を有する。測定対象溶液が、開口部２２２から導入又は排出される。

【0023】

次に、蛍光偏光測定装置１００の各部を説明する。蛍光偏光測定装置１００の光源部１０は、図１に示すように、光源１２と、集光レンズ１４と、アイリス１６と、コリメータ１８と、第１偏光調整素子２０と、励起光フィルタ２２とを有する。

【0024】

光源１２は、励起光ＥＬを含む光を＋Ｚ方向に出射する。光源１２は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）素子から構成される。光源１２から出射された光は、集光レンズ１４により集光された後、アイリス１６を通過する。アイリス１６は、外光（光源１２から出射された光以外の光）の影響を低減する。アイリス１６を通過した光は、コリメータ１８に入射する。

【0025】

コリメータ１８は、入射した光を平行光に変換する。平行光に変換された光は、第１偏光調整素子２０に入射する。

【0026】

第１偏光調整素子２０は、入射した光のうち、所定の方向の偏光方向を有する光を選択して、所定の方向の偏光方向を有する光を出射する。第１偏光調整素子２０から出射した光は、励起光フィルタ２２に入射する。本実施形態では、第１偏光調整素子２０における所定の方向はＸ方向であり、第１偏光調整素子２０は偏光板である。すなわち、第１偏光調整素子２０に入射した励起光ＥＬを含む光は、Ｘ方向の偏光方向を有する直線偏光として出射され、励起光フィルタ２２に入射する。励起光フィルタ２２は、光源１２から出射された光のうち、励起光ＥＬ以外の光を除く。励起光フィルタ２２は、例えば、バンドパスフィルタである。

【0027】

したがって、Ｘ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬが、光源部１０から＋Ｚ方向に出射される。Ｘ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬは、偏光方向変調素子３０に入射する。

【0028】

蛍光偏光測定装置１００の偏光方向変調素子３０は、Ｘ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬの偏光方向を、Ｘ方向に沿って、所定の周波数（所定の周期）で空間変調する。偏光方向変調素子３０は、例えば、光軸がＸ方向に沿って連続的に変化する半波長板である。本実施形態の偏光方向変調素子（半波長板）３０では、図４に示すように、光軸が、Ｘ方向に沿って、－Ｘ方向から＋Ｘ方向に連続的に１８０°回転している。これにより、励起光ＥＬの偏光方向はＸ方向に沿ってＸ方向から連続的に回転し、偏光方向変調素子３０から出射される励起光ＥＬにおける、Ｘ方向の偏光方向を有する成分とＹ方向の偏光方向を有する成分の強度は、図４に示すように、偏光方向変調素子３０が偏光方向を変調する所定の周波数と同じ周波数で、周期的に増減する。Ｘ方向の偏光方向を有する成分とＹ方向の偏光方向を有する成分の強度は、逆相（逆位相）となっている。
偏光方向変調素子３０は、空間変調した励起光ＥＬをダイクロイックミラー４０に出射する。

【0029】

偏光方向変調素子３０は、例えば、ネマティック液晶をホモジニアス配向させた液晶セルから形成される。この液晶セルでは、液晶分子の配向方向が、図５に示すように、Ｘ方向に沿って、連続的に１８０°回転している。また、液晶セルのリターデーション値は、励起光ＥＬの波長の１／２である。

【0030】

図１に戻り、蛍光偏光測定装置１００のダイクロイックミラー４０は空間変調された励起光ＥＬを＋Ｚ方向に透過し、マイクロデバイス２００から出射された蛍光ＦＬを検出部５０（＋Ｙ方向）に反射する。蛍光偏光測定装置１００の対物レンズ４２は、ダイクロイックミラー４０を透過した励起光ＥＬと、蛍光ＦＬとを集光する。

【0031】

偏光方向変調素子３０によって空間変調された励起光ＥＬは、ダイクロイックミラー４０と対物レンズ４２を介して、マイクロデバイス２００の測定領域Ｓに照射される。これにより、蛍光ＦＬが、マイクロデバイス２００のマイクロ流路２２０に導入された測定対象溶液（蛍光標識誘導体）から発せられる。蛍光ＦＬは、対物レンズ４２とダイクロイックミラー４０とを介して、＋Ｙ方向に進行し、検出部５０（後述する吸収フィルタ５２）に入射する。

【0032】

蛍光偏光測定装置１００の検出部５０は、ダイクロイックミラー４０の＋Ｙ側に配置される。検出部５０は、吸収フィルタ５２と、第２偏光調整素子５４と、結像レンズ５６と、第１受光部５８Ａとを有する。

【0033】

吸収フィルタ５２は、マイクロデバイス２００から出射された蛍光ＦＬと散乱光、漏れ光等とを分離し、蛍光ＦＬを透過する。吸収フィルタ５２は、例えば、バンドパスフィルタである。吸収フィルタ５２から出射した蛍光ＦＬは、第２偏光調整素子５４に入射する。

【0034】

第２偏光調整素子５４は、入射した蛍光ＦＬ光のうち、所定の方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬを選択して、所定の方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬを出射する。本実施形態では、第２偏光調整素子５４における所定の方向はＸ方向であり、第２偏光調整素子５４は偏光板である。したがって、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬが、第２偏光調整素子５４から出射する。Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬは、結像レンズ５６を介して、第１受光部５８Ａに入射する。

【0035】

第１受光部５８Ａは、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。第１受光部５８Ａは、所定の偏光方向（Ｘ方向の偏光方向）を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を画像として検出する。第１受光部５８Ａは、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを生成して、画像データを制御部７０に送信する。なお、マイクロデバイス２００の第１基板２０２の主面２０２ａと第１受光部５８Ａの撮像面は、結像関係にある。

【0036】

蛍光偏光測定装置１００の制御部７０は、所定の偏光方向（Ｘ方向の偏光方向）を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０がＸ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬの偏光方向をＸ方向に沿って空間変調する所定の周波数と、同一の周波数を有する成分と、直流成分とを抽出する。制御部７０は、抽出された成分と直流成分に基づいて測定対象溶液の偏光度Ｐを求め、さらに、偏光度Ｐと検量線から測定対象物質の濃度を求める。制御部７０は、図６に示すように、入出力部７２と、記憶部７４と、抽出部７６と、偏光度算出部７８と、濃度算出部８０とを有する。制御部７０は、更に、光源制御部８２と、検出制御部８４とを有する。なお、以下では、偏光方向変調素子３０がＸ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬの偏光方向を空間変調する所定の周波数を、偏光方向変調素子３０の空間周波数と記載する。

【0037】

入出力部７２は、制御部７０と各部との間の信号、データ等を入出力する。

【0038】

記憶部７４は、プログラム、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データ、偏光度Ｐと測定対象物質の濃度との検量線を表すデータ等を記憶する。

【0039】

抽出部７６は、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を求める。さらに、抽出部７６は、求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する。

【0040】

ここで、画像データから求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布と、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分について、説明する。

【0041】

本実施形態では、偏光方向変調素子３０によって空間変調された励起光ＥＬが、測定対象溶液（マイクロデバイス２００）に照射される。偏光方向変調素子３０によって空間変調された励起光ＥＬは、図４に示すように、強度が偏光方向変調素子３０の空間周波数と同じ周波数で周期的に増減する、Ｘ方向の偏光方向を有する成分とＹ方向の偏光方向を有する成分を有している。一方、検出部５０は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を画像として検出する。したがって、画像データから得られる蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布は、励起光ＥＬのうちのＸ方向の偏光方向を有する成分の強度と同様な周期性を有する。しかし、測定対象物質の濃度が低い場合、画像データから得られる蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布は、図７に示すように、迷光、振動、受光部の感度のバラツキ等によるノイズを多く含む空間分布となる。このようなノイズの大きい蛍光強度の空間分布から、直接、偏光度Ｐを求めることは困難である。

【0042】

そこで、抽出部７６は、求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する。求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に含まれるノイズの空間周波数と偏光方向変調素子３０の空間周波数は、異なるので、求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分を抽出することにより、蛍光ＦＬの蛍光強度のＳＮ比を向上できる。なお、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出するとは、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分を表す関数を求めている、とも言える。

【0043】

具体的には、抽出部７６は、画像データから求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に対して、偏光方向変調素子３０の空間周波数を用いてフーリエ変換を施し、次いで、逆フーリエ変換を施すことにより、図８に示すように、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分（ＤＣオフセット）とを求める。

【0044】

偏光度算出部７８は、抽出部７６によって求められた、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分から、偏光度Ｐを求める。上述したように、測定対象溶液に照射される励起光ＥＬの、Ｘ方向の偏光方向を有する成分とＹ方向の偏光方向を有する成分の強度は逆相関係にある。また、検出部５０は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を検出している。したがって、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（直流成分を含む）における最大値は、図９に示すように、励起光ＥＬの偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈに相当する。また、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（直流成分を含む）における最小値は、励起光ＥＬの偏光方向と垂直な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖに相当する。したがって、偏光度算出部７８は、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分における、最大値と最小値から、偏光度Ｐを求める。蛍光ＦＬの蛍光強度のＳＮ比が高いので、蛍光偏光測定装置１００は高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。

【0045】

濃度算出部８０は、偏光度算出部７８によって求められた偏光度Ｐと、偏光度Ｐと測定対象物質の濃度との検量線から、測定対象物質の濃度を求める。

【0046】

光源制御部８２は、光源部１０（光源１２）を制御する。検出制御部８４は、検出部５０（第１受光部５８Ａ）を制御する。

【0047】

図１０は、制御部７０のハードウェアの構成を示す。制御部７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９４と、入出力インターフェース９６から構成される。ＣＰＵ９２はＲＯＭ９３に記憶されているプログラムを実行する。ＲＯＭ９３は、プログラム、データ等を記憶している。ＲＡＭ９４は、データを記憶する。入出力インターフェース９６は、各部の間の信号、データ等を入出力する。制御部７０の機能は、ＣＰＵ９２のプログラムの実行により、実現される。

【0048】

以上のように、求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分を抽出するので、蛍光偏光測定装置１００は、ノイズの影響を抑えて、蛍光偏光測定装置１００の偏光度Ｐの測定感度を向上できる。さらに、図１１に示すような、測定対象溶液に照射される励起光ＥＬの強度が不均一である場合においても、蛍光偏光測定装置１００は、励起光ＥＬの強度分布の影響を抑えて、偏光度Ｐを得ることができる。また、偏光度Ｐの測定感度が高いので、蛍光偏光測定装置１００は、測定対象物質の濃度が低くとも、測定対象物質を正確に検出できる。

【0049】

さらに、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分における最大値が蛍光強度Ｉｈに相当し、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分における最小値が蛍光強度Ｉｖに相当する。したがって、蛍光偏光測定装置１００は、測定対象溶液に照射する励起光ＥＬの偏光方向と検出する蛍光ＦＬの偏光方向のいずれも切り替えることなく、１つの画像データから偏光度Ｐを得ることができ、測定時間を短縮できる。

【0050】

次に、図１２と図１３を参照して、蛍光偏光測定装置１００の検出処理（すなわち、測定対象物質の検出方法）を説明する。検出処理は、図１１に示すように、偏光度Ｐを求める偏光度測定処理（ステップＳ１００）、測定対象物質の濃度を検出する濃度算出処理（ステップＳ２００）の順に行われる。

【0051】

図１３を参照して、偏光度測定処理（ステップＳ１００）を説明する。偏光度測定処理（ステップＳ１００）では、マイクロデバイス２００のマイクロ流路２２０に導入された測定対象溶液が発する蛍光ＦＬから、測定対象溶液の偏光度Ｐを求める。まず、制御部７０は、光源１２を制御することにより、ステージＳＴに設置されたマイクロデバイス２００のマイクロ流路２２０に導入された測定対象溶液に、偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬを照射する（ステップＳ１１０）。光源１２から出射された励起光ＥＬを含む光は、第１偏光調整素子２０、偏光方向変調素子３０等を介して、偏光方向を所定の周波数（偏光方向変調素子３０の空間周波数）で空間変調された励起光ＥＬに変換される。そして、偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬが、測定対象溶液に照射される。これにより、蛍光ＦＬが、測定対象溶液から発せられる。

【0052】

次に、制御部７０は、測定対象溶液から発せられる蛍光ＦＬのうち、所定の方向（Ｘ方向）の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を検出する（ステップＳ１２０）。具体的には、測定対象溶液から発せられた蛍光ＦＬは、ダイクロイックミラー４０、第２偏光調整素子５４等を介して、所定の方向（Ｘ方向）の偏光方向を有する蛍光ＦＬとして、第１受光部５８Ａに入射する。制御部７０の抽出部７６は、第１受光部５８Ａから所得された、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を求める。

【0053】

さらに、制御部７０は、求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、所定の周波数（偏光方向変調素子３０の空間周波数）と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御部７０の抽出部７６は、蛍光強度の空間分布に対して、偏光方向変調素子３０の空間周波数を用いてフーリエ変換を施し、次いで、逆フーリエ変換を施す。これにより、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出できる。検出された蛍光強度の空間分布には、蛍光強度の他に、ノイズが含まれている。ノイズの空間周波数と偏光方向変調素子３０の空間周波数は、異なるので、検出された蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分を抽出することにより、蛍光ＦＬの蛍光強度のＳＮ比を向上できる。

【0054】

制御部７０は、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とに基づいて、測定対象溶液の偏光度Ｐを求める（ステップＳ１４０）。具体的には、制御部７０の偏光度算出部７８は、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分における最大値を蛍光強度Ｉｈと、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分における最小値を蛍光強度Ｉｖとして、偏光度Ｐを求める。

【0055】

図１２に戻り、濃度算出処理（ステップＳ２００）を説明する。濃度算出処理（ステップＳ２００）では、ステップＳ１４０により求められた偏光度Ｐと、予め測定された検量線から測定対象溶液に含まれる測定対象物質の濃度を求める。具体的には、制御部７０の濃度算出部８０は、偏光度算出部７８によって求められた偏光度Ｐと、偏光度Ｐと測定対象物質の濃度との検量線から、測定対象物質の濃度を求める。
濃度算出処理（ステップＳ２００）が終了すると、検出処理は終了する。

【0056】

以上のように、蛍光偏光測定装置１００は、検出された蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、励起光ＥＬを空間変調する所定の周波数と同一の周波数を有する成分を抽出するので、ノイズを抑えて、高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。また、蛍光偏光測定装置１００は、励起光ＥＬの強度分布の影響を抑えて、高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。蛍光偏光測定装置１００は、偏光度Ｐの測定感度が高いので、測定対象物質の濃度が低くとも、測定対象物質を正確に検出できる。

【0057】

さらに、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分における最大値が蛍光強度Ｉｈに相当し、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分における最小値が蛍光強度Ｉｖに相当するので、蛍光偏光測定装置１００は１つの画像データから偏光度Ｐを得ることができる。

【0058】

＜実施形態２＞
実施形態１では、検出部５０は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を検出する。検出部５０は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布と、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布とを検出してもよい。

【0059】

本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、実施形態１の蛍光偏光測定装置１００と同様に、光源部１０と、偏光方向変調素子３０と、ダイクロイックミラー４０と、対物レンズ４２と、検出部５０と、制御部７０とを備える。本実施形態の光源部１０～対物レンズ４２の構成は、実施形態１と同様であるので、本実施形態の検出部５０と制御部７０とを説明する。

【0060】

本実施形態の検出部５０は、実施形態１の検出部５０と同様に、吸収フィルタ５２と、第２偏光調整素子５４と、結像レンズ５６と、第１受光部５８Ａとを有する。本実施形態の吸収フィルタ５２と結像レンズ５６の構成は、実施形態１と同様である。

【0061】

本実施形態の第２偏光調整素子５４は、第２偏光調整素子５４から出射する蛍光ＦＬの偏光方向を、Ｘ方向とＺ方向に切り替える。本実施形態の第２偏光調整素子５４から出射された蛍光ＦＬは、結像レンズ５６を介して、第１受光部５８Ａに入射する。本実施形態の第２偏光調整素子５４は、ＴＮ液晶セル、回転可能に保持された偏光板等である。本実施形態の第２偏光調整素子５４は、制御部７０の検出制御部８４により制御される。なお、光源部１０はＸ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬを出射し、蛍光ＦＬは＋Ｙ方向に進行しているので、本実施形態の第２偏光調整素子５４は、第２偏光調整素子５４から出射する蛍光ＦＬを、光源部１０から出射される励起光ＥＬの偏光方向に水平な偏光方向を有する蛍光ＦＬと、光源部１０から出射される励起光ＥＬの偏光方向に垂直な偏光方向を有する蛍光ＦＬに切り替えている。

【0062】

本実施形態の第１受光部５８Ａは、実施形態１の第１受光部５８Ａと同様に、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を画像として検出する。また、本実施形態の第１受光部５８Ａは、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を画像として検出する。本実施形態の第１受光部５８Ａは、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データと、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データとを、制御部７０に送信する。

【0063】

本実施形態の制御部７０は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と、直流成分とを抽出する。また、本実施形態の制御部７０は、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と、直流成分とを抽出する。本実施形態の制御部７０は、抽出された成分と直流成分に基づいて、測定対象溶液の偏光度Ｐを求める。さらに、本実施形態の制御部７０は、偏光度Ｐと検量線から測定対象物質の濃度を求める。本実施形態の制御部７０は、実施形態１の制御部７０と同様に、入出力部７２～検出制御部８４を有する。本実施形態の入出力部７２と記憶部７４と濃度算出部８０と光源制御部８２と検出制御部８４の構成は、実施形態１と同様である。

【0064】

本実施形態の抽出部７６は、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を求める。本実施形態では、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布と、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布が、求められる。求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布は、実施形態１と同様に、ノイズを含んでいる。

【0065】

本実施形態の抽出部７６は、実施形態１の抽出部７６と同様に、求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する。すなわち、本実施形態では、抽出部７６は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（以下、Ｘ方向成分と記載）と直流成分（以下、Ｘ方向直流成分と記載）とを抽出する。また、抽出部７６は、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（Ｚ方向成分と記載）と直流成分（以下、Ｚ方向直流成分と記載）を抽出する。これにより、実施形態１と同様に、蛍光ＦＬの蛍光強度のＳＮ比を向上できる。

【0066】

具体的には、本実施形態の抽出部７６は、実施形態１と同様に、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に対して、偏光方向変調素子３０の空間周波数を用いて、フーリエ変換と逆フーリエ変換を施す。これにより、図１４に示すような、Ｘ方向成分とＸ方向直流成分とＺ方向成分とＺ方向直流成分が求められる。

【0067】

本実施形態の偏光度算出部７８は、Ｘ方向成分とＸ方向直流成分と、Ｚ方向成分とＺ方向直流成分のうちの少なくとも一方から偏光度Ｐを求める。本実施形態では、実施形態１と同様に、図４に示す偏光成分の強度の空間分布を有する励起光ＥＬが測定対象溶液に照射される。したがって、図１５に示すように、励起光ＥＬの偏光成分の強度とＸ方向成分及びＺ方向成分は同期しており、Ｘ方向成分（直流成分を含む）又はＺ方向成分（直流成分を含む）の最大値が励起光ＥＬの偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈに相当する。また、Ｘ方向成分（直流成分を含む）又はＺ方向成分（直流成分を含む）の最小値が励起光ＥＬの偏光方向と垂直な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖに相当する。したがって、本実施形態の偏光度算出部７８は、Ｘ方向成分又はＺ方向成分の最大値と、Ｘ方向成分又はＺ方向成分の最小値から偏光度Ｐを求める。

【0068】

本実施形態では、図１５に示すように、マイクロ流路２２０の同じ位置（同じＸ座標）で、蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈと蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖが得られる。したがって、複数の位置における、蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈと蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖを比較することにより、マイクロ流路２２０内の異物によるノイズ、第１受光部５８Ａの輝点ノイズ等を、容易に見つけ出すことができる。

【0069】

次に、本実施形態の検出処理を説明する。本実施形態の検出処理は、実施形態１と同様に、偏光度測定処理（ステップＳ１００）、濃度算出処理（ステップＳ２００）の順に行われる（図１２）。本実施形態の濃度算出処理（ステップＳ２００）は、実施形態１と同様であるので、図１６を参照して、本実施形態の偏光度測定処理（ステップＳ１００）を説明する。

【0070】

本実施形態の偏光度測定処理（ステップＳ１００）では、制御部７０は、まず、第２偏光調整素子５４から出射する蛍光ＦＬの偏光方向をＸ方向に制御して、測定対象溶液に、偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬを照射する（ステップＳ１１２ａ）。次に、制御部７０は、第１受光部５８Ａから、測定対象溶液から発せられる蛍光ＦＬのうち、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得する（ステップＳ１１４ａ）。さらに、制御部７０は、第２偏光調整素子５４から出射する蛍光ＦＬの偏光方向をＺ方向に制御して、測定対象溶液に、偏光方向を所定の周波数で空間変調された励起光ＥＬを照射する（ステップＳ１１２ｂ）。そして、制御部７０は、第１受光部５８Ａから、測定対象溶液から発せられる蛍光ＦＬのうち、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得する（ステップＳ１１４ｂ）。

【0071】

制御部７０は、測定対象溶液から発せられる蛍光ＦＬのうち、所定の方向（Ｘ方向とＺ方向）の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を検出する（ステップＳ１２０）。具体的には、制御部７０の抽出部７６は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を求める。また、制御部７０の抽出部７６は、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を求める。

【0072】

さらに、制御部７０は、求められた蛍光強度の空間分布から、所定の周波数（偏光方向変調素子３０の空間周波数）と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する（ステップＳ１３０）。具体的には、抽出部７６は、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、Ｘ方向成分とＸ方向直流成分とを抽出する。また、抽出部７６は、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、Ｚ方向成分とＺ方向直流成分とを抽出する。Ｘ方向成分とＸ方向直流成分と、Ｚ方向成分とＺ方向直流成分は、実施形態１と同様に、蛍光強度の空間分布に対して、偏光方向変調素子３０の空間周波数を用いて、フーリエ変換と逆フーリエ変換を施すことによって、抽出される。

【0073】

制御部７０は、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とに基づいて、測定対象溶液の偏光度Ｐを求める（ステップＳ１４０）。具体的には、制御部７０の偏光度算出部７８は、Ｘ方向成分（直流成分を含む）又はＺ方向成分（直流成分を含む）の最大値と、Ｘ方向成分（直流成分を含む）又はＺ方向成分（直流成分を含む）の最小値から偏光度Ｐを求める。

【0074】

以上のように、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００も、実施形態１の蛍光偏光測定装置１００と同様に、ノイズを抑えて、高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。また、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、励起光ＥＬの強度分布の影響を抑えて、高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。偏光度Ｐの測定感度が高いので、蛍光偏光測定装置１００は、測定対象物質の濃度が低くとも、測定対象物質を正確に検出できる。

【0075】

さらに、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、マイクロ流路２２０内の異物によるノイズ、第１受光部５８Ａの輝点ノイズ等を容易に見つけ出すことができる。

【0076】

＜実施形態３＞
実施形態１では、光源部１０は、Ｘ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬを偏光方向変調素子３０に出射する。光源部１０は、励起光ＥＬの偏光方向を直交する２つの方向（Ｘ方向とＹ方向）に切り替えてもよい。

【0077】

本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、実施形態１の蛍光偏光測定装置１００と同様に、光源部１０と、偏光方向変調素子３０と、ダイクロイックミラー４０と、対物レンズ４２と、検出部５０と、制御部７０とを備える。本実施形態の偏光方向変調素子３０～対物レンズ４２の構成は、実施形態１と同様であるので、本実施形態の光源部１０と検出部５０と制御部７０とを説明する。

【0078】

本実施形態の光源部１０は、実施形態１の光源部１０と同様に、光源１２と、集光レンズ１４と、アイリス１６と、コリメータ１８と、第１偏光調整素子２０と、励起光フィルタ２２とを有する。本実施形態の光源１２～コリメータ１８と励起光フィルタ２２の構成は、実施形態１と同様であるので、本実施形態の第１偏光調整素子２０を説明する。

【0079】

本実施形態の第１偏光調整素子２０は、第１偏光調整素子２０から出射する励起光ＥＬを含む光の偏向方向をＸ方向とＹ方向に切り替える。本実施形態の第１偏光調整素子２０は、ＴＮ液晶セル、回転可能に保持された偏光板等である。本実施形態の第１偏光調整素子２０は、制御部７０の光源制御部８２により制御される。

【0080】

本実施形態の第１偏光調整素子２０から出射した光は、励起光フィルタ２２を介して、光源部１０から出射される。したがって、本実施形態の光源部１０は、励起光ＥＬの偏光方向をＸ方向とＹ方向とに切り替えて、出射する。

【0081】

本実施形態では、Ｘ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬが光源部１０から出射された場合、偏光方向変調素子３０を介して、偏光成分の強度が偏光方向変調素子３０の空間周波数で周期的に増減する励起光ＥＬが、測定対象溶液（マイクロデバイス２００）に照射される。Ｘ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬが光源部１０から出射された場合、実施形態１と同様に、励起光ＥＬにおける、Ｘ方向の偏光方向を有する成分とＹ方向の偏光方向を有する成分の強度は、偏光方向変調素子３０の空間周波数で周期的に増減し、互いに逆相となっている（図４）。以下では、Ｘ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬが光源部１０から出射された場合に測定対象溶液に照射される励起光ＥＬを、第１励起光ＥＬと記載する。

【0082】

一方、Ｙ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬが光源部１０から出射された場合、第１励起光ＥＬのＸ方向の偏光方向を有する成分がＹ方向の偏光方向を有する成分に、第１励起光ＥＬのＹ方向の偏光方向を有する成分がＸ方向の偏光方向を有する成分に入れ替わった、励起光ＥＬ（図１７）が測定対象溶液に照射される。以下では、Ｙ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬが光源部１０から出射された場合に測定対象溶液に照射される励起光ＥＬを、第２励起光ＥＬと記載する。

【0083】

本実施形態の検出部５０は、実施形態１の検出部５０と同様に、吸収フィルタ５２と、第２偏光調整素子５４と、結像レンズ５６と、第１受光部５８Ａとを有する。本実施形態の吸収フィルタ５２～結像レンズ５６の構成は、実施形態１と同様である。

【0084】

本実施形態の第１受光部５８Ａは、実施形態１の第１受光部５８Ａと同様に、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を画像として検出する。本実施形態では、第１受光部５８Ａは、第１励起光が測定対象溶液に照射された場合（すなわち、光源部１０がＸ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬを出射した場合）に測定対象溶液から発せられた蛍光ＦＬ光のうち、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布（以下、第１蛍光強度の空間分布と記載）を検出する。また、第１受光部５８Ａは、第２励起光が測定対象溶液に照射された場合（すなわち、光源部１０がＹ方向の偏光方向を有する励起光ＥＬを出射した場合）に測定対象溶液から発せられた蛍光ＦＬ光のうち、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布（以下、第２蛍光強度の空間分布と記載）を検出する。本実施形態の第１受光部５８Ａは、第１蛍光強度の空間分布に応じた画像データと第２蛍光強度の空間分布に応じた画像データとを、制御部７０に送信する。

【0085】

本実施形態の制御部７０は、第１蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と、直流成分とを抽出する。また、本実施形態の制御部７０は、第２蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と、直流成分とを抽出する。本実施形態の制御部７０は、抽出された成分と直流成分に基づいて測定対象溶液の偏光度Ｐを求め、偏光度Ｐと検量線から測定対象物質の濃度を求める。本実施形態の制御部７０は、実施形態１の制御部７０と同様に、入出力部７２～検出制御部８４を有する。本実施形態の入出力部７２と記憶部７４と濃度算出部８０と光源制御部８２と検出制御部８４の構成は、実施形態１と同様である。

【0086】

本実施形態の抽出部７６は、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を求める。本実施形態では、抽出部７６は、第１蛍光強度の空間分布と第２蛍光強度の空間分布が求められる。求められた、第１蛍光強度の空間分布と第２蛍光強度の空間分布は、実施形態１と同様に、ノイズを含んでいる。

【0087】

本実施形態の抽出部７６は、実施形態１の抽出部７６と同様に、求められた蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する。本実施形態では、抽出部７６は、第１蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（以下、第１成分と記載）と直流成分（以下、第１直流成分と記載）とを抽出する。また、抽出部７６は、第２蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（以下、第２成分と記載）と直流成分（以下、第２直流成分と記載）とを抽出する。これにより、実施形態１と同様に、蛍光ＦＬの蛍光強度のＳＮ比を向上できる。

【0088】

具体的には、本実施形態の抽出部７６は、実施形態１と同様に、第１蛍光強度の空間分布に対して、偏光方向変調素子３０の空間周波数を用いて、フーリエ変換と逆フーリエ変換を施す。これにより、図１８に示すような、第１成分と第１直流成分が求められる。また、本実施形態の抽出部７６は、第２蛍光強度の空間分布に対して、偏光方向変調素子３０の空間周波数を用いて、フーリエ変換と逆フーリエ変換を施す。これにより、図１９に示すような、第２成分と第２直流成分が求められる。

【0089】

本実施形態の偏光度算出部７８は、第１成分と第１直流成分又は第２成分と第２直流成分から偏光度Ｐを求める。本実施形態では、実施形態１と同様に、第１成分（第１直流成分を含む）と第２成分（第２直流成分を含む）の最大値は、図１８と図１９に示すように、励起光ＥＬの偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈに相当する。また、第１成分（第１直流成分を含む）と第２成分（第２直流成分を含む）の最小値は、励起光ＥＬの偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖに相当する。したがって、本実施形態では、偏光度算出部７８は、第１成分の最大値と最小値、又は、第２成分の最大値と最小値から、偏光度Ｐを求める。

【0090】

本実施形態では、図２０に示すように、第１成分と第２成分は逆相関係にあり、マイクロ流路２２０の同じ位置（同じＸ座標）で、蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈと蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖが得られる。したがって、第１成分と第２成分の蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈと蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖを比較することにより、マイクロ流路２２０内の異物によるノイズ、第１受光部５８Ａの輝点ノイズ等を、容易に見つけ出すことができる。

【0091】

次に、本実施形態の検出処理を説明する。本実施形態の検出処理は、実施形態１と同様に、偏光度測定処理（ステップＳ１００）、濃度算出処理（ステップＳ２００）の順に行われる（図１２）。本実施形態の濃度算出処理（ステップＳ２００）は、実施形態１と同様であるので、図２１を参照して、本実施形態の偏光度測定処理（ステップＳ１００）を説明する。

【0092】

本実施形態の偏光度測定処理（ステップＳ１００）では、制御部７０は、まず、第１偏光調整素子２０から出射する光（光源部１０から出射する励起光ＥＬ）の偏光方向をＸ方向に制御して、測定対象溶液に、第１励起光ＥＬを照射する（ステップＳ１１６ａ）。次に、制御部７０は、第１受光部５８Ａから、第１蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得する（ステップＳ１１８ａ）。さらに、制御部７０は、第１偏光調整素子２０から出射する光をＹ方向に制御して、測定対象溶液に、第２励起光ＥＬを照射する（ステップＳ１１６ｂ）。そして、制御部７０は、第１受光部５８Ａから、第２蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得する（ステップＳ１１８ｂ）。

【0093】

制御部７０は、測定対象溶液から発せられる蛍光ＦＬのうち、所定の方向（Ｘ方向）の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を検出する（ステップＳ１２０）。具体的には、制御部７０の抽出部７６は、第１蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、第１蛍光強度の空間分布を求める。また、制御部７０の抽出部７６は、第２蛍光強度の空間分布に応じた画像データから、第２蛍光強度の空間分布を求める。

【0094】

さらに、制御部７０は、求められた蛍光強度の空間分布から、所定の周波数（偏光方向変調素子３０の空間周波数）と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出する（ステップＳ１３０）。具体的には、抽出部７６は、第１蛍光強度の空間分布から、第１成分と第１直流成分とを抽出する。また、抽出部７６は、第２蛍光強度の空間分布から、第２成分と第２直流成分とを抽出する。第１成分と第１直流成分と、第２成分と第２直流成分は、実施形態１と同様に、蛍光強度の空間分布に対して、偏光方向変調素子３０の空間周波数を用いて、フーリエ変換と逆フーリエ変換を施すことによって、抽出される。

【0095】

制御部７０は、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とに基づいて、測定対象溶液の偏光度Ｐを求める（ステップＳ１４０）。具体的には、制御部７０の偏光度算出部７８は、偏光度算出部７８は、第１成分（直流成分を含む）の最大値と最小値、又は、第２成分（直流成分を含む）の最大値と最小値から、偏光度Ｐを求める。

【0096】

以上のように、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００も、実施形態１の蛍光偏光測定装置１００と同様に、ノイズを抑えて、高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。また、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、励起光ＥＬの強度分布の影響を抑えて、高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。偏光度Ｐの測定感度が高いので、蛍光偏光測定装置１００は、測定対象物質の濃度が低くとも、測定対象物質を正確に検出できる。さらに、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、マイクロ流路２２０内の異物によるノイズ、第１受光部５８Ａの輝点ノイズ等を容易に見つけ出すことができる。

【0097】

＜実施形態４＞
実施形態２では、検出部５０は、第２偏光調整素子５４から出射する蛍光ＦＬの偏光方向をＸ方向とＺ方向に切り替えることにより、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布と、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布とを検出している。検出部５０は、蛍光ＦＬの偏光成分に分離することにより、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布と、Ｙ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布とを検出してもよい。

【0098】

本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、実施形態１の蛍光偏光測定装置１００と同様に、光源部１０と、偏光方向変調素子３０と、ダイクロイックミラー４０と、対物レンズ４２と、検出部５０と、制御部７０とを備える。本実施形態の光源部１０～対物レンズ４２の構成は、実施形態１と同様であるので、本実施形態の検出部５０と制御部７０とを説明する。

【0099】

本実施形態の検出部５０は、図２２に示すように、吸収フィルタ５２と、第２偏光調整素子５４と、２つの結像レンズ５６と、第１受光部５８Ａと、第２受光部５８Ｂとを有する。本実施形態の吸収フィルタ５２の構成は、実施形態１と同様である。

【0100】

本実施形態の第２偏光調整素子５４は、偏光ビームスプリッタである。本実施形態では、第２偏光調整素子５４は、－Ｙ方向から入射する蛍光ＦＬのうち、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬを透過し、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬをＹ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬとして＋Ｚ方向に反射する。

【0101】

Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬは、結像レンズ５６を介して、第１受光部５８Ａに入射する。また、Ｙ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬは、結像レンズ５６を介して、第２受光部５８Ｂに入射する。

【0102】

本実施形態の第１受光部５８Ａは、実施形態１の第１受光部５８Ａと同様に、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を画像として検出する。本実施形態の第１受光部５８Ａは、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを、制御部７０に送信する。

【0103】

第２受光部５８Ｂは、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。Ｙ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの、蛍光強度の空間分布を画像として検出する。第２受光部５８Ｂは、Ｙ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを、制御部７０に送信する。

【0104】

蛍光偏光測定装置１００の制御部７０は、第１受光部５８Ａにより検出された、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（Ｘ方向成分）と、直流成分（Ｘ方向直流成分）とを抽出する。また、本実施形態の制御部７０は、第２受光部５８Ｂにより検出された、Ｙ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布から、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分（以下、Ｙ方向成分）と、直流成分（以下、Ｙ方向直流成分）とを抽出する。本実施形態の制御部７０は、抽出された成分と直流成分に基づいて測定対象溶液の偏光度Ｐを求め、偏光度Ｐと検量線から測定対象物質の濃度を求める。

【0105】

本実施形態の制御部７０は、実施形態１と実施形態２の制御部７０と同様に、入出力部７２～検出制御部８４を有する。本実施形態の制御部７０の各部の構成は、実施形態２におけるＺ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布の代わりに、Ｙ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布を用いることを除き、実施形態２の制御部７０の各部の構成と同様である。

【0106】

本実施形態では、図２３に示すように、Ｘ方向成分（直流成分を含む）又はＹ方向成分（直流成分を含む）の最大値が励起光ＥＬの偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈに相当する。また、Ｘ方向成分（直流成分を含む）又はＹ方向成分（直流成分を含む）の最小値が励起光ＥＬの偏光方向と垂直な偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖに相当する。偏光度Ｐは、Ｘ方向成分又はＹ方向成分の最大値と、Ｘ方向成分又はＹ方向成分の最小値から求められる。さらに、測定対象物質の濃度は、偏光度Ｐと測定対象物質の濃度との検量線から求められる。

【0107】

本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、実施形態２の蛍光偏光測定装置１００と同様に、ノイズを抑えて、高い測定感度で偏光度Ｐを検出できる。また、マイクロ流路２２０の同じ位置（同じＸ座標）で、蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｈと蛍光ＦＬの蛍光強度Ｉｖが得られるので、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、マイクロ流路２２０内の異物によるノイズ、第１受光部５８Ａの輝点ノイズ等を、容易に見つけ出すことができる。さらに、本実施形態の蛍光偏光測定装置１００は、測定対象溶液に照射する励起光ＥＬの偏光方向と検出する蛍光ＦＬの偏光方向のいずれも切り替えることなく、偏光度Ｐを測定できるので、測定時間を短縮できる。

【0108】

＜変形例＞
以上、実施形態を説明したが、本開示は、要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0109】

例えば、実施形態のマイクロデバイス２００は、３つのマイクロ流路２２０を備える。マイクロデバイス２００は、少なくとも１つのマイクロ流路２２０を備えればよい。マイクロデバイス２００は、複数のマイクロ流路２２０を備えてもよい。

【0110】

第１受光部５８Ａと第２受光部５８Ｂは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサであってもよい。また、第１受光部５８Ａと第２受光部５８Ｂは、撮像素子に限られない。

【0111】

実施形態１～実施形態４では、偏光方向変調素子３０は、励起光ＥＬの偏光方向を、Ｘ方向に沿って、所定の周波数で連続的に変調している。偏光方向変調素子３０は、励起光ＥＬの偏光方向を、所定の周波数で変調すればよく、連続的に変調しなくともよい。偏光方向変調素子３０は、制御部７０が蛍光強度から偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の成分を抽出できるように、励起光ＥＬの偏光方向を変調すればよい。

【0112】

実施形態２の検出処理では、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得した後に、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得している（ステップＳ１１２ａ、Ｓ１１４ａ→ステップＳ１１２ｂ、Ｓ１１４ｂ）。実施形態２では、Ｚ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得した後に、Ｘ方向の偏光方向を有する蛍光ＦＬの蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得してもよい（ステップＳ１１２ｂ、Ｓ１１４ｂ→ステップＳ１１２ａ、Ｓ１１４ａ）。

【0113】

実施形態３の検出処理では、第１蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得した後に、第２蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得している（ステップＳ１１６ａ、Ｓ１１８ａ→ステップＳ１１６ｂ、Ｓ１１８ｂ）。実施形態３では、第２蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得した後に、第１蛍光強度の空間分布に応じた画像データを取得してもよい（ステップＳ１１６ｂ、Ｓ１１８ｂ→ステップＳ１１６ａ、Ｓ１１８ａ）。

【0114】

偏光度測定処理では、複数の画像データから蛍光強度の空間分布を検出してもよい。

【0115】

さらに、偏光度測定処理では、励起光ＥＬを照射せずに、バックグラウンドの蛍光強度を検出してもよい。検出された蛍光強度の空間分布からバックグラウンドの蛍光強度を差し引いた後に、偏光方向変調素子３０の空間周波数と同一の周波数を有する成分と直流成分とを抽出してもよい。これにより、第１受光部５８Ａと第２受光部５８Ｂのダークノイズ、第１受光部５８Ａと第２受光部５８Ｂの回路からのノイズ等を抑制できる。

【0116】

蛍光偏光測定装置１００では、蛍光を発する標準試料に励起光ＥＬを照射することにより、励起光ＥＬの偏光方向と蛍光強度の最大値と最小値の位置が整合するように（図２４）、偏光方向変調素子３０と第１受光部５８Ａ（第１受光部５８Ａと第２受光部５８Ｂ）の位置合わせを行ってもよい。

【0117】

以上、好ましい実施形態について説明したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本開示には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。

【符号の説明】

【0118】

１０ 光源部、１２ 光源、１４ 集光レンズ、１６ アイリス、１８ コリメータ、２０ 第１偏光調整素子、２２ 励起光フィルタ、３０ 偏光方向変調素子、４０ ダイクロイックミラー、４２ 対物レンズ、５０ 検出部、５２ 吸収フィルタ、５４ 第２偏光調整素子、５６ 結像レンズ、５８Ａ 第１受光部、５８Ｂ 第２受光部、７０ 制御部、７２ 入出力部、７４ 記憶部、７６ 抽出部、７８ 偏光度算出部、８０ 濃度算出部、８２ 光源制御部、８４ 検出制御部、９２ ＣＰＵ、９３ ＲＯＭ、９４ ＲＡＭ、９６ 入出力インターフェース、１００ 蛍光偏光測定装置、２００ マイクロデバイス、２０２ 第１基板、２０２ａ 主面、２０４ 第２基板、２０６ 隔壁、２２０ マイクロ流路、２２２ 開口部、Ｐ 偏光度、Ｉｈ 励起光の偏光方向と平行な偏光方向を有する蛍光の蛍光強度、Ｉｖ 励起光の偏光方向と垂直な偏光方向を有する蛍光の蛍光強度、ＥＬ 励起光，第１励起光，第２励起光、ＦＬ 蛍光、ＳＴ ステージ

【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16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】