(57)【要約】【課題】ビーム径の細い平行光のレーザを用いて、ビーム径を拡大し且つ強度分布を平坦にし、光利用効率を向上させた上げること。【解決手段】ビーム径の細い平行光のレーザを用いて、ビーム径を拡大し且つ強度分布を平坦にし、光利用効率を上げることを特徴とした光強度分布補正光学系において、  少なくとも１つの前記平行光を発散光に変換する負の屈折力を持つ第１レンズ群と前記レンズ群の後段に配置され、少なくとも１つのレンズから成る負の屈折力を持つ第２レンズ群と、前記第２レンズ群の後段に配置され、少なくとも１つのレンズから成る正の屈折力を持つ第３レンズ群と、を有し、  平行に出射される光源からの入射光を拡散させ、拡大しコリメートすると共に各レンズ群の球面収差により前記入射光の強度分布を平坦にして出射する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム径の細い平行光のレーザを用いて、ビーム径を拡大し且つ強度分布を平坦にし、光利用効率を上げることを特徴とした光強度分布補正光学系において、
少なくとも１つの前記平行光を発散光に変換する負の屈折力を持つ第１レンズ群と
前記レンズ群の後段に配置され、少なくとも１つのレンズから成る負の屈折力を持つ第２レンズ群と、
前記第２レンズ群の後段に配置され、少なくとも１つのレンズから成る正の屈折力を持つ第３レンズ群と、
を有し、
平行に出射される光源からの入射光を拡散させ、拡大しコリメートすると共に各レンズ群の球面収差により前記入射光の強度分布を平坦にして出射することを特徴とする光強度分布補正光学系。
【請求項２】
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群は密着していることを特徴とする請求項１に記載の光強度分布補正光学系。
【請求項３】
前記球面収差の収差量は、前記第１レンズ群の焦点距離のほぼ４０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光強度分布補正光学系。
【請求項４】
光源からの入射光を対物レンズによりバイオチップ面に照射するバイオチップ読取装置において、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の記載の光強度分布補正光学系を用いて前記入射光をコリメートすると共に、各レンズ群の球面収差により前記入射光の強度分布を平坦にして前記対物レンズに入射させ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】
本発明は細い平行なレーザを拡大し、均一な強度分布且つ十分な光量を得られるような光強度分布補正光学系およびこの光学系を用いたバイオチップ読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光強度分布補正光学系の先行技術としては下記の特許文献が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１７５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては次のような問題があった。
１．細い平行なレーザは発散光ではないため、ビームを拡大し、強度分布を平坦にできず、光の利用効率が悪い。
【０００５】
従って本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、
１．細い平行なレーザを拡散させる。
２．ビームの強度分布を平坦に近づける。
３．前記１．２において光利用効率が低下しないようにする。
ことにより、均一な強度分布且つ十分な光量を得られるような光学系を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を達成するための本発明の光学系は、請求項１においては、
ビーム径の細い平行光のレーザを用いて、ビーム径を拡大し且つ強度分布を平坦にし、光利用効率を上げることを特徴とした光強度分布補正光学系において、
少なくとも１つの前記平行光を発散光に変換する負の屈折力を持つ第１レンズ群と
前記レンズ群の後段に配置され、少なくとも１つのレンズから成る負の屈折力を持つ第２レンズ群と、
前記第２レンズ群の後段に配置され、少なくとも１つのレンズから成る正の屈折力を持つ第３レンズ群と、
を有し、
平行に出射される光源からの入射光を拡散させ、拡大しコリメートすると共に各レンズ群の球面収差により前記入射光の強度分布を平坦にして出射することを特徴とする光強度分布補正光学系。
【０００７】
請求項２においては、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群は密着していることを特徴とする請求項１に記載の光強度分布補正光学系。
【０００８】
請求項３においては前記球面収差の収差量は、前記第１レンズ群の焦点距離のほぼ４０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光強度分布補正光学系。
【０００９】
請求項４においては、光源からの入射光を対物レンズによりバイオチップ面に照射するバイオチップ読取装置において、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光強度分布補正光学系を用いて前記入射光をコリメートすると共に、各レンズ群の球面収差により前記入射光の強度分布を平坦にして前記対物レンズに入射させることを特徴とするバイオチップ読取装置。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１〜４によれば、次のような効果がある。
平行な細いビーム径のレーザを試料全体が照射できるビーム径に拡大すると共にビームの強度分布を平坦にし、更に光利用効率をあげることにより、バイオチップ読取装置に適用した場合、画像の光量分布、画面の明るさを改善した光強度分布補正光学系を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の光強度分布補正光学系の実施形態の一例を示す要部構成図である。
【００１２】
図１において、１８はレーザシャッタであり、レーザ（図示省略）からの細い平行なレーザ光のオンオフを行う。１９はビーム径拡大レンズで、レーザシャッタ１８から所定の距離離れた箇所に配置されビーム径を放射状に拡大することにより、発散光に変換する。
【００１３】
２０は強度分布補正光学系であり、拡大レンズ１９から所定の距離離れた箇所に配置されている。この強度分布補正光学系２０は拡大レンズで発散光とされたレーザ光のガウス分布となっている光強度分布を均一化する。均一化された光はミラー３、ＤＭ４を経て照射面へ導かれる。
【００１４】
図２は本発明で用いる光強度分布補正光学系の一例を示す構成図である。なお、この光強度分布補正光学系の構成は特開平２００６−３１７５０８に開示されている。
【００１５】
図２に強度分布補正光学系２０の詳細を示す。図において光源３０は図１に示す拡大レンズ１９を透過したレーザからの発散光である。第１凸レンズ３１は、発散光を正の屈折力により光束を光軸側に屈折させてビーム径を絞りながら凹レンズ３２に入射させる。凹レンズ３２は、第１凸レンズ３１の出射光を負の屈折力により光束を外側に屈折させてほぼ平行光にする。
【００１６】
各レンズの球面収差は、光源から出力された際の光強度のガウス分布を平坦な光強度分布にする。なお、それぞれのレンズ群は、１枚のレンズに限らず、複数のレンズにより構成しても良い。
【００１７】
このことを図３を用いて説明する。図３は、レンズの球面収差を説明する説明図である
図３（ａ）において、凸レンズ３４では、球面収差により、その外周側に入射する光束はレンズ近くの焦点距離ｆ１に収束し、内周に入射する光束はｆ１よりも遠い焦点距離ｆ２に収束する。
【００１８】
図３（ｂ）において、凹レンズ３５では、球面収差により、その外周側に入射する光束は、広がり角が大きく、内周に入射する光束は広がり角が小さい。図３（ｂ）において焦点距離ｆ３，ｆ４は、平行光が入射した際の発散する光束の延長線（破線）が収束する点までの距離である。この焦点距離が、球面収差により、凹レンズ３５の外周では短く（ｆ３）、内周では遠くなる（ｆ４）。
【００１９】
図２に戻り、第１凸レンズ３１では、球面収差により、光強度の高い中心部の光束は平行に近くなり、光強度の弱い周辺部の光束は中心部に集められる。
また、凹レンズ３２は、第１凸レンズ３１でビーム径全体が絞られるため、凹レンズ３２の内側にビームが入射するので凹レンズ３２の球面収差は弱くなり、ビーム全体を平行光に近くすると共に光強度分布を平坦にすることができる。
【００２０】
第２凸レンズ３３は、絞られたビーム径を拡大することでズーミングを可能にする。なお、実際には、第１凸レンズ３１、凹レンズ３２および第２凸レンズ３３の球面収差を組み合わせて、より均一な光強度分布を実現している。この場合、球面収差量としては、第１凸レンズ３１において、その合成焦点距離のほぼ４０％以上あれば、このような効果を得ることができる。
【００２１】
図４は、上述における光強度分布補正の効果を表した図である。
図４（ａ），（ｂ）において、縦軸はビームの相対強度を示し、横軸はビーム径を示している。なお、この例では図２の光源３０の位置にＮＡ＝０．０９の光ファイバ端面からの発散光を用いた例を示している。
【００２２】
図４（ａ）は、光強度分布補正前のビームの強度分布（ガウス分布）であって、ビームの中心に強度のピークがあり、周辺になるほど強度が減衰していく様子がわかる。
これに対して、図４（ｂ）は、光強度分布補正後の分布であって、光強度は、ビームの中心からの距離ａで急峻に減衰しているが、必要な視野２ａの内部では、その分布がほぼ均一に補正されていることが分かる。
【００２３】
また、光強度分布を補正した場合でも、ビーム強度のピーク（ビームの中心）と、そこからの距離ａにおけるビーム強度の差で示したシェーディングＳの値は、ほぼ同一といえる。
この結果からビーム強度分布は、許容できるシェーディングＳ以内に平坦化された状態であって、アパーチャ（視野径２ａ）への入射効率は、補正前ではファイバからの出射光量のおよそ２２％であったものが、補正後にはおよそ５８％となり、２．６倍に改善されることが確認されている。
【００２４】
以上のように、球面レンズ３枚で発散光をコリメートすると共に、光強度分布を必要な視野内では平坦に補正することができる。
【００２５】
図５は、本発明の光強度分布補正光学系を用いた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。
図５に示すように、本実施形態のバイオチップ読取装置は、透明なバイオチップ１００の表面１１０に励起光を照射する本発明の光強度分布補正光学系を用いた照明光学系２００と、この照明光学系２００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３００と、を備える。
【００２６】
バイオチップ１００の表面１１０には、複数のセルが２次元配置され、各セルに蛍光試料が注入される構造となっている。
【００２７】
照明光学系２００の後段にはマイクロレンズ１２３ａが形成された透明な回転板１２３が備えられている。回転板１２３はモータ１２４の回転軸１２５に取り付けられ、モータ１２４の駆動力により回転される。照明光学系２００からの平行光が回転板１２３に入射すると、各マイクロレンズ１２３ａはそれぞれレーザ光を集光してバイオチップ１００を照射する。
【００２８】
モータ１２４により回転板１２３を回転させると、バイオチップ１００の表面１１０が各マイクロレンズ１２３ａ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１２３ａは、その各ビームがバイオチップ１００の各セルを個別に走査できるような空間位置関係で回転板１２３上に配置されている。このような構成により、スペックルのノイズの発生を防ぐことができる。
【００２９】
結像光学系３００は、レンズ１３１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１３２と、対物レンズ１３３と、を備える。励起光により励起されたバイオチップ１００のセルからの蛍光は、レンズ１３１、バリアフィルタ１３２、対物レンズ１３３を介して受光器１１４に入射し、受光器１１４に結像を結ぶ。
【００３０】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の光強度分布補正光学系の実施形態の一例を示す要部構成図である。
【図２】本発明で用いる光強度分布補正光学系の一例を示す構成図である。
【図３】レンズの球面収差を説明する説明図である。
【図４】光強度分布補正の効果を表した図である。
【図５】バイオチップ読み取り装置の要部構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
３    ミラー
４    ＤＭ（ダイクロイックミラー）
１８    レーザシャッタ
１９    ピーム拡大レンズ
２０    光強度分布補正光学系
３１    第１凸レンズ
３２    凹レンズ
３３    第２凸レンズ
３４    凸レンズ
３５    凹レンズ
１００  バイオチップ
１１０  バイオチップの表面
１１４  受光器
１２３  回転板
１２３ａ  マイクロレンズ
１２４  モータ
１２５  回転軸
１３１  レンズ
１３２  バリアフィルタ
１３３  対物レンズ
２００  照明光学系
３００  結像光学系
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010032589.tif 000005
【図５】
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【図１】
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