(57)【要約】【課題】バイオチップの光軸方向の位置ずれに基づく励起光量の変化を抑制でき読取精度の低下を抑制できるバイオチップ読取装置を提供する。【解決手段】励起光ビームがバイオチップ１の表面１１の全面に垂直に照射されるように、照明光学系２０が構成されている。このため、バイオチップ１の表面１１の位置が正規位置から図１に示すＰ方向（光軸方向）にずれても、励起光ビームの強度が変わらない。したがって、励起光の強度の変動や強度ムラに起因する検出精度の低下を防止できる。【選択図】図１
2010032400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオチップの表面に励起光を照射する照明光学系を備え、前記励起光に基づく蛍光像を読取るバイオチップ読取装置において、
前記照明光学系は、前記バイオチップの表面に対して前記励起光を垂直に照射することを特徴とするバイオチップ読取装置。
【請求項２】
バイオチップの表面に励起光を照射する照明光学系を備え、前記励起光に基づく蛍光像を読取るバイオチップ読取装置において、
前記照射光学系は、励起光の広がり角を狭角に調整し、バイオチップ表面に垂直に近い入射角で照射するように構成され、励起光学系の焦点深度が５０μｍ以上となるように構成されることを特徴とするバイオチップ読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオチップの表面に励起光を照射する照明光学系を備え、前記励起光に基づく蛍光像を読取るバイオチップ読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオチップの表面に励起光を照射し、励起光によって励起された蛍光が作る蛍光像を読取るバイオチップ読取装置が知られている。この装置では、バイオチップ表面の蛍光像を受光器上に結像させ、受光器で検出された受光量に基づいて試料の蛍光強度を検出している。
【特許文献１】特開２００３−２８７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の装置では、バイオチップの表面が励起光の焦点位置に正確に配置されていなければ、充分な蛍光強度を得ることができず、高い読取精度を得ることはできない。
【０００４】
すなわち、バイオチップの表面が励起光の焦点位置から外れると、バイオチップの表面に照射される励起光の単位面積あたりの光強度が低下するので、励起される蛍光の強度も低下し、受光器に結像する蛍光像が暗くなってしまう。
【０００５】
バイオチップの位置がずれる原因には、バイオチップを保持するサンプルホルダーの加工精度や、サンプルホルダーと光学系との組立精度などがあるが、バイオチップ自身の寸法精度も大きく関係している。
【０００６】
一般に、バイオチップ読取装置は、図５（ａ）に示す如く、バイオチップ１００をサンプルホルダー４００により保持し、バイオチップ１００の表面が光学系（対物レンズ）３００の焦点位置に来るように配置している。
【０００７】
ここで、図５（ｂ）のように、サンプルホルダー４００にホコリなどの異物４５０が付着した場合には、バイオチップ１００の表面が傾き、場所によっては焦点位置から外れてしまう。
【０００８】
また、図５（ｃ）〜（ｅ）は、バイオチップ１００における寸法精度の様子を示したものである。図５（ｃ）はバイオチップ１００の平面度、図５（ｄ）はバイオチップ１００の厚さの公差、図５（ｅ）はバイオチップ１００の歪みや重量による撓みの様子を示したものである。
【０００９】
このように、種々の原因によりバイオチップの表面位置が焦点からずれると、検出される蛍光強度が大幅に低下するため、高い読取精度を得ることができない。
【００１０】
ＪＩＳ  Ｒ３７０３によれば、バイオチップ用の素材としても用いられる顕微鏡用のスライドガラスの場合、厚さの公差は厚い方向に＋０．１ｍｍ、薄い方向に−０．２ｍｍまで、１包装中であっても±０．１ｍｍと規定されており、平面度も０．０５ｍｍ以下と規定されている。このため、読取装置はバイオチップ表面に常に一定強度以上の励起光を照射するためには、平面度だけを考慮しても±５０μｍ、厚さ公差も考慮すると±１００μｍ以上の焦点深度を持たせる必要がある。
【００１１】
また、図６は従来の励起方式を示すもので、図６（ａ）はシングルビームの場合、図６（ｂ）はマルチビームの場合を示している。一般に、従来の読取装置では、バイオチップに励起光を照射するレンズと蛍光を受光するレンズとを共用しているために、レンズの焦点深度を深くすることができず、上記のような焦点深度を持たせることはできなかった。言い換えれば、図に示す如く、励起光の広がり角φまたは入射角δが大きくなっている。
【００１２】
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、バイオチップの光軸方向の位置ずれに基づく読取精度の低下を抑制することのできるバイオチップ読取装置を簡単な構成により実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のバイオチップ読取装置は、バイオチップの表面に励起光を照射する照明光学系を備え、前記励起光に基づく蛍光像を読取るバイオチップ読取装置において、前記照明光学系は、前記バイオチップの表面に対して前記励起光を垂直かつ平行に照射することを特徴とする。
このバイオチップ読取装置によれば、バイオチップの表面に対し励起光が垂直に照射されるので、バイオチップの光軸方向の位置ずれに基づく励起光量の変化を抑制でき読取精度の低下を抑制できる。
【００１４】
前記照明光学系は、励起光の広がり角を狭角に調整し、バイオチップ表面に垂直に近い入射角で照射するように構成され、励起光学系の焦点深度がスライドガラスのばらつきの範囲で影響を受けないように焦点深度±５０μｍ以上となるように構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のバイオチップ読取装置によれば、バイオチップの表面に対し励起光が垂直に照射されるので、バイオチップの光軸方向の位置ずれに基づく励起光量の変化を抑制でき読取精度の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜図４を参照して、本発明によるバイオチップ読取装置の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態のバイオチップ読取装置における光学系の構成を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のバイオチップ読取装置は、バイオチップ１の表面１１に励起光を照射する照明光学系２０と、照明光学系２０により照射された励起光に基づく蛍光像を結像させる結像光学系３０と、バイオチップ１を保持する機構（サンプルホルダー）４０とを備える。
【００１９】
バイオチップ１の表面１１には、蛍光試薬でラベル付けされた試料から成る複数のサイト１２が２次元配置されている。バイオチップ１はバイオチップ保持用のサンプルホルダー４０の上に保持されている。
【００２０】
照明光学系２０は、レーザ光を励起光として発生させるレーザ光源２１と、レーザ光源２１からのレーザ光を平行光にするレンズ２２と、マイクロレンズ２３ａが形成された透明な回転板２３と、集光のためのレンズ２４および２５と、励起光のみを選択的に反射させ蛍光のみを選択的に透過させるダイクロイックミラー２６を備える。回転板２３はモータ２７の回転軸２８に取り付けられ、モータ２７の駆動力により回転される。レンズ２２からの平行光が回転板２３に入射すると、レーザ光は各マイクロレンズ２３ａによりそれぞれ集光されてバイオチップ１を照射する。
【００２１】
モータ２７により回転板２３を回転させると、バイオチップ１の表面１１が各マイクロレンズ２３ａで絞られた励起光ビームにより走査される。マイクロレンズ２３ａは、その各ビームがバイオチップ１の各サイト１２を個別に走査できるような空間位置関係で回転板２３上に配置されている。このような構成により、レーザ光によるスペックルノイズの発生を防ぐことができる。
【００２２】
結像光学系３０は、レンズ３１と、励起光を除去し蛍光のみを選択的に透過させるバリアフィルタ３２と、対物レンズ３３と、を備える。励起光により励起されたバイオチップ１のサイト１２からの蛍光は、レンズ３１、バリアフィルタ３２、対物レンズ３３を介して受光器４に入射し、受光器４に結像する。
【００２３】
本実施形態のバイオチップ読取装置では、励起光ビームがバイオチップ１の表面１１の全面に垂直に照射されるように、照明光学系２０が構成されている。このため、バイオチップ１の表面１１の位置が正規位置から図１に示すＰ方向（光軸方向）にずれても、励起光ビームの強度が変わらない。したがって、励起光の強度の変動や強度ムラに起因する検出精度の低下を防止できる。
【００２４】
図２は広がり角φを持つ励起光を、バイオチップ表面に入射角δで照射した場合の焦点深度の関係を示すものである。図３は焦点深度と最大入射角の関係をバイオチップで多く使用されるＣｙ５色素の励起波長である波長６４０ｎｍの条件で図示したものである。図３に示すように、励起光は平行でなくても、励起光の広がり角を狭角に、バイオチップ表面に垂直に近い入射角にそれぞれ調整することにより、最大入射角が±４．６度の場合に±５０μｍ、±３．３度の場合に±１００μｍの焦点深度を得ることが可能である。
【００２５】
励起光により励起された蛍光は、サイト１２の試料から放射状にすべての方向に放射される。本実施形態のバイオチップ読取装置では、励起系と受光系の経路が別になっているため、励起系と受光系の開口数を別に設定することができる。このため、本バイオチップ読取装置の受光系は受光光量を増加させ検出感度を高めるために開口数が極力大きくなるように結像光学系３０を構成している。
【００２６】
図４は、正規の焦点位置からのずれ量と受光量との関係を例示する実測例である。図４において、実線５１は本発明によるバイオチップ読取装置における関係を、点線５２は従来型の読取装置による比較例における関係を、それぞれ示している。正規の焦点位置の受光量から１０％減少する点の範囲を見ると本発明が２５０μｍ、従来型が１８μｍで本発明が深い焦点深度を達成していることがわかる。
【００２７】
以上説明したように、本発明のバイオチップ読取装置によれば、バイオチップの表面に対し励起光が垂直に照射、または励起光を許容される焦点深度となるような広がり角と入射角で照射されるので、バイオチップの光軸方向の位置ずれに基づく励起光量の変化を抑制でき読取精度の低下を抑制できる。
【００２８】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、バイオチップの表面に励起光を照射する照明光学系を備え、前記励起光に基づく蛍光像を読取るバイオチップ読取装置に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のバイオチップ読取装置における光学系の一実施例を示す構成図。
【図２】焦点深度の理論式を示す図。
【図３】例示波長における焦点深度と入射角の関係を示す図。
【図４】正規位置からのずれ量と受光量との関係を例示する図。
【図５】従来のバイオチップ読取装置の構成およびバイオチップの寸法精度を示す図。
【図６】従来のバイオチップ読取装置における励起方式を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１、１００    バイオチップ
１１    表面
２０    照明光学系
３０    結像光学系
４０    バイオチップ保持機構
【図１】
2010032400.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010032400.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010032400.tif 000007
【図６】
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