(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオチップからＳ／Ｎ比に優れた蛍光信号を得るのに好適な画像読み取り装置及び方法を提供する。【解決手段】レーザー光２を発する励起光源１と、励起光源１により発せられたレーザー光２を環状レーザー光にする環状レーザー光成形手段３と、環状レーザー光が照射されるサンプル６を載置するステージ７と、環状レーザー光が照射されることによってサンプル６が発した蛍光９を光電的に検出する光検出手段１３と、環状レーザー光をステージ７に載置したサンプル６上に集光する第１の集光レンズ５と、サンプルから発せられた蛍光を集光して光検出手段に導く第２の集光レンズ８とを備え、第２の集光レンズ８は光軸がサンプル６のレーザー光照射面に対して垂直となるように配置されてなり、第１の集光レンズ５は、環状であり、レーザー光照射面の面方向に関して第２の集光レンズ８の外側に、第２の集光レンズ８の光軸と同心円状に配置されてなる。【選択図】図１
2010139465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発する励起光源と、前記励起光源により発せられたレーザー光を環状レーザー光にする環状レーザー光成形手段と、前記環状レーザー光が照射されるサンプルを載置するステージと、前記環状レーザー光が照射されることによって前記サンプルが発した蛍光を光電的に検出する光検出手段と、前記環状レーザー光を前記ステージに載置した前記サンプル上に集光する第１の集光手段と、前記サンプルから発せられた蛍光を集光して前記光検出手段に導く第２の集光手段とを備え、前記第２の集光レンズは光軸が前記サンプルのレーザー光照射面に対して垂直となるように配置してなるとともに、前記第１の集光手段は、環状であり、かつ、前記レーザー光照射面の面方向に関して前記第２の集光手段の外側に、該第２の集光手段の光軸と同心円状に配置してなることを特徴とする画像読み取り装置。
【請求項２】
前記第２の集光手段の光軸を含む光軸方向の平面において、前記第２の集光手段の光軸と前記第１の集光手段によって集光され前記サンプルに発せられる前記環状レーザー光の幅方向中心線とのなす角θが、下記関係式を満足することを特徴とする請求項１に記載の画像読み取り装置。
θ＝ｔａｎ−１（（Ｄｉ＋Ｄｏ）／２ｆ）
ｔａｎ−１（Ｄｉ／ｆ）＞ｓｉｎ−１（ＮＡ２）
ｔａｎ−１（Ｄｏ／ｆ）＜９０
但しＤｉ：環状レーザー光の内径、
Ｄｏ：環状レーザー光の外径、
ｆ：第１の集光手段の焦点距離、
ＮＡ２：第２の集光手段の開口数
【請求項３】
前記蛍光の光路に関し、前記第２の集光レンズよりも下流側でかつ前記光検出手段よりも上流側に、前記レーザー光の波長以下の波長を有する光を遮蔽する励起光カットフィルターを備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読み取り装置。
【請求項４】
前記蛍光の光路に関し前記励起光カットフィルターよりも下流側でかつ前記光検出手段よりも上流側に、前記励起光カットフィルターを透過した前記蛍光を集光する第３の集光手段と前記第３の集光手段の焦点距離で決まる焦点位置にピンホールと有する板状部材とを有し、前記第３の集光手段が前記第２の集光手段と共焦点系を構成することを特徴とする請求項３に記載の画像読み取り装置。
【請求項５】
レーザー光を環状に変換した後にサンプルに照射し、サンプルが発した蛍光を前記環状のレーザー光の内側で集光して光電的に検出する画像読み取り方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオチップ等の画像読み取り装置及び画像読み取り方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にバイオチップの画像読み取り装置は、励起光源からの光ビーム（励起光）またはバイオチップを１次元的または２次元的に走査してチップ上の蛍光標識された検体からの蛍光を検出する。この蛍光は非常に微弱であることから効率よく検出すること、さらにはノイズ成分である励起光の波長成分を十分に除去することが必要である。
【０００３】
この蛍光と励起光とを分離する方法としては、例えば特許文献１に示すように、微小ミラーにより励起光のみを反射させる方法がある。この方法を、図１５を用いて概説する。
【０００４】
励起光源１から発せられたレーザー光２はその微小ミラー３１でバイオチップ６側へ反射され、集光レンズ３２にてバイオチップ６上へ集光される。バイオチップ６上に集光されたレーザー光のほとんどは正反射され、元の光路を戻り、再度微小ミラー３１で反射され、励起光源１側へ戻る。すなわち、実質的に光検出手段１３へは向かわない。一方、バイオチップ６上で発せられた蛍光９は同じく集光レンズ３２で集光される。このとき、蛍光は、レーザー光と異なりほぼ全方位に発光するため、集光レンズの開口数で決まる領域の光が集光され、レーザー光より大きい径で出光される。そして、集光レンズ３２から出光された蛍光９は、微小ミラー３１の面積分だけ励起光源１側へ反射されてロスとなるが、それ以外は微小ミラー３１を越えて集光レンズ１１に導かれ、光検出手段１３で受光される。このように、微少ミラーを用いる方法によれば、蛍光９の波長に対して微小ミラー３１以外にロスを生じる面がないため、効率よく蛍光９を光検出手段１３へ導くことができるとされている。
【０００５】
しかしながら、微少ミラーを用いる場合は、バイオチップ６上へ集光されたレーザー光２の光路とバイオチップ６から発せられ集光される蛍光９の光路とが一部重複するため、レーザー光と蛍光とを十分に分離することが難しい。すなわち、バイオチップ６上へ集光されたレーザー光２の内、その表面で鏡面反射される正反射成分は前記微小ミラーで励起光源側へ反射されるが、チップ表面で散乱や拡散反射される成分については、集光レンズ３２でコリメートされ、蛍光９と同じ光路を伝搬することになる。そして、その散乱や拡散反射された成分のビーム径は微小ミラーの大きさを超えるため、それがノイズ成分として光検出手段に検出される可能性があり、Ｓ／Ｎが低下する等の課題があった。
【０００６】
また、光路内にダイクロイックミラーやマルチクロイックミラーを配置し、レーザー光の波長以下の光を反射させ、当該波長を超える光を透過させることで、蛍光とレーザー光とを分離する方法も知られている。しかしながら、ダイクロイックミラーやマルチクロイックミラーの場合、レーザー光の波長に対して高反射率であるものの若干は透過してしまうため、強度の強い正反射光がどうしても通り抜け大きなノイズ成分となる。
【特許文献１】特表２００２−５４３３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、バイオチップの画像読み取り等において、検出信号のＳ／Ｎを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、以下のいずれかの構成を特徴とするものである。
（１）レーザー光を発する励起光源と、前記励起光源により発せられたレーザー光を環状レーザー光にする環状レーザー光成形手段と、前記環状レーザー光が照射されるサンプルを載置するステージと、前記環状レーザー光が照射されることによって前記サンプルが発した蛍光を光電的に検出する光検出手段と、前記環状レーザー光を前記ステージに載置した前記サンプル上に集光する第１の集光手段と、前記サンプルから発せられた蛍光を集光して前記光検出手段に導く第２の集光手段とを備え、前記第２の集光レンズは光軸が前記サンプルのレーザー光照射面に対して垂直となるように配置されてなるとともに、前記第１の集光手段は、環状であり、かつ、前記レーザー光照射面の面方向に関して前記第２の集光手段の外側に、該第２の集光手段の光軸と同心円状に配置されてなることを特徴とする画像読み取り装置。
（２）前記第２の集光手段の光軸を含む光軸方向の平面において、前記第２の集光手段の光軸と前記第１の集光手段によって集光され前記サンプルに発せられる前記環状レーザー光の幅方向中心線とのなす角θが、下記関係式を満足することを特徴とする、前記（１）に記載の画像読み取り装置。
【０００９】
θ＝ｔａｎ−１（（Ｄｉ＋Ｄｏ）／２ｆ）
ｔａｎ−１（Ｄｉ／ｆ）＞ｓｉｎ−１（ＮＡ２）
ｔａｎ−１（Ｄｏ／ｆ）＜９０
但しＤｉ：環状レーザー光の内径、
Ｄｏ：環状レーザー光の外径、
ｆ：第１の集光手段の焦点距離、
ＮＡ２：第２の集光手段の開口数
（３）前記蛍光の光路に関し、前記第２の集光レンズよりも下流側でかつ前記光検出手段よりも上流側に、前記レーザー光の波長以下の波長を有する光を遮蔽する励起光カットフィルターを備えてなることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の画像読み取り装置。
（４）前記蛍光の光路に関し前記励起光カットフィルターよりも下流側でかつ前記光検出手段よりも上流側に、前記励起光カットフィルターを透過した前記蛍光を集光する第３の集光手段と前記第３の集光手段の焦点距離で決まる焦点位置にピンホールと有する板状部材とを有し、前記第３の集光手段が前記第２の集光手段と共焦点系を構成することを特徴とする、前記（３）に記載の画像読み取り装置。
（５）レーザー光を環状に変換した後にサンプルに照射し、サンプルが発した蛍光を前記環状のレーザー光の内側で集光して光電的に検出する画像読み取り方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の画像読み取り装置では、励起光源により発せられたレーザー光を環状レーザー光にする環状レーザー光成形手段を設けるとともに、蛍光を集光する第２の集光手段を光軸がサンプルのレーザー光照射面に対して垂直な方向となるように配置し、また、レーザー光を集光する環状の第１の集光手段を、サンプルのレーザー光照射面の面方向に関して前記第２の集光手段の外側に、該第２の集光手段の光軸と同心円状に配置する。したがって、励起光源からのレーザー光は、環状レーザー光成形手段によって環状にされた後、第１の集光手段によってバイオチップ等のサンプル上へ集光される。すなわち、レーザー光は中空の円筒形、換言すればリング状のビームとして伝搬し、第１の集光手段でサンプル上へ集光される。そして、レーザー光の照射によってサンプルから発せられた蛍光は第２の集光手段によって集光、コリメートされることで、環状レーザー光の中空部分を伝搬し、光検出手段へ導かれる。一方、前記第１の集光手段によってサンプル上に集光されたレーザー光の内、サンプル上で鏡面反射された成分は第２の集光手段の光軸を挟んで位置する同じく第１の集光手段に集光され、励起光源側へと戻ることになる。前記の通り第１の集光手段は第２の集光手段の周囲に同心円状に配置されているため、第１の集光手段の各位置から集光されたレーザー光は第２の集光手段の光軸を挟んだ第１の集光手段の各位置に集光され励起光源側へ戻される。さらにバイオチップ上で散乱や拡散反射されたレーザー光のほとんども、鏡面反射の光軸に沿って指向性を持って拡がるため、第２の集光手段への入射を極力抑えることが可能となる。これに対して、レーザー光による励起によって発せられた蛍光は全方位に拡がるため、第２の集光手段の開口数で決まる立体角内の蛍光が集光されることになる。このように、本発明によれば、レーザー光を環状に変換した後にサンプルに照射し、サンプルが発した蛍光を前記環状のレーザー光の内側で集光することで、高Ｓ／Ｎ比で蛍光の検出が可能となり、優れた画像読み取りが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るバイオチップの画像読み取り装置及び方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、バイオチップ６の画像読み取り装置の概略構成を示す平面断面図である。この画像読み取り装置は、レーザー光２を発する励起光源１と、励起光源１により発せられたレーザー光２を環状にするビーム変換手段３（環状レーザー光成形手段）と、環状のレーザー光２の光路を屈曲させる光路変換手段４と、レーザー光２が照射されるバイオチップ６を載置するステージ７と、レーザー光２が照射されることによってバイオチップ６が発した蛍光を光電的に検出する光検出手段１３と、励起光源から発せられたレーザー光をステージに載置したサンプル上に集光する集光レンズ５（第１の集光手段）と、サンプルから発せられた蛍光を集光して光検出手段１３に導く集光レンズ８（第２の集光手段）とを備えている。集光レンズ８は光軸がバイオチップ６のレーザー光照射面に対して垂直となるように配置され、集光レンズ５は、環状であり、そして、集光レンズ８の周囲に該集光レンズ８と同心円状に配置されている。加えて集光レンズ８と光検出手段１３の間、すなわちバイオチップ６から発せられる蛍光の光路に関し、第２の集光手段である集光レンズ８よりも下流側でかつ光検出手段１３よりも上流側には、レーザー光の波長以下の波長を有する光を遮蔽する励起光カットフィルター１０が設けられ、さらにこの励起光カットフィルター１０よりも下流側でかつ光検出手段１３よりも上流側には、励起光カットフィルター１０を透過した蛍光を集光する集光レンズ１１（第３の集光手段）と、ピンホールを有する板状部材１２とが設けられている。なお、ピンホールは、集光レンズ１１の焦点位置に配置されている。
【００１３】
ここで、励起光源１には、バイオチップ６上に配置される検体に含有された蛍光色素を励起するレーザー光を発するものであればよく、用いられる前記蛍光色素によって、それに適した発振波長をもつ光源を選択することができる。
【００１４】
励起光源１としては波長選択性がよくかつ指向性に優れたレーザー光源が特に適しており、固体レーザーや半導体レーザー、ガスレーザー、レーザーダイオードなどを例示できるが、例えばハロゲンランプやキセノンランプ、水銀ランプなど広帯域に発光波長をもつ光源から狭帯域フィルターを通して単一波長に近づけた光を用いても良いし、ＬＥＤを用いても良く、目的とする波長とパワーが得られれば限定されるものではない。またレーザー光２のビームサイズは必要とする集光サイズに応じて、励起光源から出力されるビームサイズのままでも良いし、ビームエキスパンダーを用いて拡大してもよい。さらにビーム品質を向上させるため、集光レンズ−ピンホール−集光レンズで構成された空間フィルターを挿入してもよい。
【００１５】
検体に含有される蛍光色素としてはＣｙ３、Ｃｙ５が用いられることが多く、その場合には例えば発振波長が約５３２ｎｍ、約６３５ｎｍの半導体レーザー励起固体レーザー光や半導体レーザー光が用いられることが多いが、吸収波長帯が広いため、その波長内であれば別の発振波長をもつ光源を使うこともできる。
【００１６】
また、検体には１種類の蛍光色素を用いる場合もあれば、複数の蛍光色素を用いる場合もあることから、用いる蛍光色素に応じて複数の光源を同時に用いることもできる。
【００１７】
環状レーザー光成形手段としてのビーム変換手段３は、円形のレーザー光を環状、すなわち中空の筒形に変換するものであればよく、例えば図７に示すようなコーン（円錐）レンズ１８を組み合わせたものを用いることが出来る。また図８に示すように、円錐ミラー１９とリング状の曲面ミラー２０を組み合わせたものを用いても良いし、図９に示すように単純にビームの中央部に遮光板２１を設置して、リング状のビームを生成することもできる。なお、これらの方法に限定されるものではない。
【００１８】
光路変換手段４としては、環状のレーザー光２を第１の集光手段へ反射させつつ、後述する集光レンズ８によって集光される蛍光９を光検出手段へ導くことができるものであればよく、例えば図１０に示すような孔あきミラー２２を用いるのが好ましい。孔あきミラー２２のミラー中央部に設けられた孔２３は、蛍光９が通過する孔２３を設けたものである。孔の形状はこのミラーが集光レンズ８と光検出手段１３とを結ぶ光路中に傾けて設置されることから、その設置角度に応じた楕円形状であることが好ましい。またミラー部分２４は反射率の高いアルミミラーやその他の金属蒸着ミラーまたは多層膜誘電体ミラーなどレーザー光２を効率よく反射できるものであれば特に限定されない。なお、後述するように、図１の光検出手段１３と励起光源１及びそれぞれに関連するものの位置を入れ替える場合には、図１１に示すような、中央部がミラー２６で周辺部がガラス基板２７の一部反射ミラー２５を用いればよい。
【００１９】
第１の集光手段としての集光レンズ５は、環状のレーザー光をバイオチップ６上に集光する環状レンズであるが、目的とする集光サイズに環状のレーザー光を絞れるものであれば特に限定されるものではない。例えば単レンズの中央部に穴をあけた凸レンズを用いることができる。またより収差の少ない非球面レンズに穴をあけたものを用いても良く、複数の波長のレーザー光を用いる場合には色収差補正されたアクロマティックレンズに穴をあけたものを用いても良い。また別の方法としては、リング状の曲面ミラーを用いて集光することも出来る。
【００２０】
第２の集光手段としての集光レンズ８は、バイオチップ上で発せられた蛍光を集光するものであればよく、たとえば単レンズや非球面レンズ、アクロマティックレンズ、アクロマティックレンズを用いることができる。また、第２の集光手段としては曲面ミラーを用いることも出来る。
【００２１】
なお、図１に示す態様においては、集光レンズ５と集光レンズ８とを同一平面上に配置しているが、これらは必ずしも同一平面上に位置している必要はなく、光軸方向に位置が離れていても良い。
【００２２】
励起光カットフィルター１０は、集光レンズ８で集光された蛍光９を透過させつつ、バイオチップ６で散乱や拡散反射して伝搬してきた微弱なレーザー光をカットするものであって、例えば、レーザー光を光検出手段１３での検出限界以下にまで除去し、検出信号のＳ／Ｎ比を高めるためのものである。かかるフィルターとしては、レーザー光の波長以下の波長を有する光を遮蔽するシャープカットフィルターや広帯域バンドパスフィルター、より好ましくは蛍光９の波長のみを選択的に透過させる干渉フィルターなどの狭帯域バンドパスフィルターを用いるのが良い。また複数の波長の励起光を用いる場合、それぞれの蛍光の波長に対応する狭帯域フィルターを準備し、使用する波長に応じて切り換えれば良い。勿論、検出する波長の数だけ光検出手段を用意し、ダイクロイックミラーなどでそれぞれ専用の光路を設けて、それぞれに対応する狭帯域フィルターを設置し、同時検出するような構成もできる。
【００２３】
第３の集光手段としての集光レンズ１１は、前記励起光カットフィルター１０によって選択された蛍光９を光検出手段に集光するものであって、一般的な平凸レンズ、両凸レンズ、または非球面レンズなどの単レンズや、複数の波長に対して色収差が補正されたアクロマティックレンズなどを用いることができる。
【００２４】
そして、集光レンズ１１は、より効率的に蛍光を検出するために前記集光レンズ８と共焦点系を構成するのが好ましく、同じ焦点距離のものを用いるのが良いが、特に限定されるものではなく、要求性能を満たす焦点距離のものを選択できる。
【００２５】
ピンホールを有する板状部材１２は、前記共焦点系において、集光レンズ８の焦点から外れた位置から入射してくる外乱光を除去するものである。集光レンズ１１の焦点距離や蛍光９の入射口径などによって決まる集光点でのスポットサイズと同程度の径のピンホールを有するものであれば特に限定されるものではなく、求める光学性能に応じて任意に選択できる。なお、ピンホールの変わりに同等の口径をもつ光ファイバーを介して蛍光を光検出手段１３へ導光してもよい。
【００２６】
ここで、サンプル６は、バイオチップであって、図１４に示すように基板上に柱状の凹凸を複数有し、その凸部の上面に選択適合性物質が固定化されていることが多いが、このようなバイオチップを上記実施形態のような共焦点系で構成された光学系で処理すると、Ｓ／Ｎ比をより効果的に高めることができ、好適である。すなわち、蛍光の光路に関し励起光カットフィルターよりも下流側でかつ光検出手段よりも上流側に、励起光カットフィルターを透過した蛍光を集光する集光レンズ１１と、ピンホールを有する板状部材１２とを設け、さらに集光レンズ１１と集光レンズ８とで共焦点系を構成すると、集光レンズ８の焦点位置以外からの光は集光レンズ１１とピンホールを有する板状部材１２によって除去される。言い換えればピントのあった場所の光しか光検出手段１３に入射しない。一方、基板上に複数の凹凸を有している上記バイオチップは、その凹凸構造の凸部の上面に蛍光標識された検体が配置されており、集光レンズ８の焦点も前記凸部の上面に調整されることになる。そのため、バイオチップ６は前記移動手段により１次元的又は２次元的にスキャンされるが、凹部の底面に間違って配置された検体があっても、その部分にはピントが合っていないので、仮にレーザー光２によって励起されて蛍光を発したとしても、光検出手段に受光されることがない。同様に凹部で散乱や拡散反射されたレーザー光２についてもピントがあっていないため、前記光検出手段には集光されない。つまり凹凸構造が故に始めから凸部以外の情報が除去されるようになるのでＳ／Ｎ比のよい画像の読み取りが可能となる。
【００２７】
したがって、本発明の装置によれば、表面に柱上の凹凸を複数有するバイオチップが好ましく処理される。かかるバイオチップの凸部の数は任意で選ぶことが出来るが、最も高い凸部の高さと最も低い凸部の高さの差が50μｍ以下であることが好ましい。また前記バイオチップの材質は選択適合性物質の固定化が行えるものであれば特に限定されるものではなく、熱可塑性共重合体で構成されたものであっても良いし、ガラスでも良いが、カーボンブラックが混入されているのが好ましい。
【００２８】
光検出手段１３は、集光された蛍光を検出し、光電変換するものであればよい。好ましくは増幅率が高く高感度な光電子増倍管を用いるのがよいが、信号強度に応じてフォトダイオードやアバランシェフォトダホトダイオードを用いても良いし、２次元光検出手段としてＣＣＤカメラを用いても良いし、より高い増幅率を得るためにマルチチャンネルプレートを併せて用いても良い。
【００２９】
光検出手段１３にはデータ処理部１４が接続されているが、かかるデータ処理部１４は、光検出手段１３で得られた蛍光の信号を元に画像化を行うものであって、パソコンなどの演算装置と処理を行うソフトウェアから構成される。また、光検出手段１３で得られた電気信号をフィルタリングや増幅して画像化に適した信号に加工する信号処理回路を含んでも良い。
【００３０】
次に上記装置によるバイオチップの画像読み取り方法を以下に説明する。
【００３１】
図１に示す装置において、励起光源１から出射したレーザー光２は、ビーム変換手段３によって環状つまりリング状ビームに変換される。変換された環状のレーザー光２は光路変換手段４によって環状のまま集光レンズ５へ反射され、前記集光レンズ５によってバイオチップ６上に集光される。前記レーザー光２の照射によって励起されたバイオチップ上の検体から発せられた蛍光９は集光レンズ８によって集光される。このとき、図２に示すように集光レンズ８は前記バイオチップ６の照射面に対して垂直な光軸をもち、集光レンズ５は集光レンズ８の周囲に該集光レンズ８と同心円状に配置されている。そのため、レーザー光２の実質的な光軸、つまり環状レーザー光の幅方向の中心を結ぶ線は，前記集光レンズ８の光軸に対してθの傾きを持つこととなり、バイオチップ上６に集光されたレーザー光２のほとんどは鏡面反射され、−θ方向へ伝搬していく。したがって、レーザー光が集光レンズ８で集光されることはない。
【００３２】
そして、レーザー光２の一部は、バイオチップ６上で散乱や拡散反射されるが、この散乱や拡散反射の成分１６は、図４に示すように鏡面反射の光軸に沿って指向性を持って、すなわち、集光レンズ８に対して傾きをもって伝搬していくため、集光レンズ８にはほとんど入射しない。一方、レーザー光が照射されることによってバイオチップ６は図５に示すように蛍光１７を発するが、この蛍光１７は図５に示すよう全ての方向に拡がるため、集光レンズ８で集光され、コリメートされて、図６に示すようにリング上のレーザー光２の中空部分を蛍光９として伝搬していく。集光レンズ８によってコリメートされた蛍光９は集光レンズ１１によって光検出手段１３へ入射し、光電変換される。変換された電気信号はデータ処理部１４へ送られ、画像と形成される。
【００３３】
なお、前述した従来技術のようにレーザー光２の光路とバイオチップ６から発せられ集光される蛍光９の光路とが重複する場合には、図３に示すように、レーザー光２の散乱や拡散反射成分１６が鏡面反射の光軸に沿って指向性を持って拡がるため、そのほとんどが蛍光９とともに集光されてしまう。
【００３４】
上記実施形態においては、図２に示すように、前記集光レンズ８が持つ開口数ＮＡ２によって決まる集光角Φに対して、集光レンズ５に入射するリング状のレーザー光が重ならないようにするために、集光レンズ８の光軸を含む光軸方向の平面において、集光レンズ８の光軸と集光レンズ５によって集光されバイオチップ６に発せられる環状のレーザー光の幅方向中心線とのなす角θが、以下の条件を満たすようにすることが好ましい。
【００３５】
θ＝ｔａｎ−１（（Ｄｉ＋Ｄｏ）／４ｆ）
ｔａｎ−１（Ｄｉ／ｆ）＞ｓｉｎ−１（ＮＡ２）
ｔａｎ−１（Ｄｏ／ｆ）＜９０
ただし、Ｄｉ：環状レーザー光の内径
Ｄｏ：環状レーザー光の外径
ｆ：集光レンズ５の焦点距離
ＮＡ２：集光レンズ８の開口数。
【００３６】
また上記実施形態においては、図１３に示すように集光レンズ５と集光レンズ８の境に壁を設けて遮光するのが良く、例えば遮光筒２９を設置するのがよい。
【００３７】
さらに上記実施形態においては、第１の集光手段と第２の集光手段とを別部材としたが、これらを単一部品で構成してもよい。つまり、図１２に示すように、例えば大きな開口数をもつ集光レンズ２８を用いて、その外周付近に環状のレーザー光２を入射し、バイオチップ６上で発せたれた蛍光９を集光レンズ２８の全面で受光する。かかる単レンズは非球面レンズでも良いし、アクロマティックレンズでも良く、特に限定されるものではない。そして、このとき、全面で受光された蛍光９を選択的に光検出手段へ導くためには、蛍光９の伝搬光路の集光レンズ２８よりも下流側に、図１０に示したような孔あきミラー２２を設ければよい。孔あきミラーによって、ミラー部に入射した蛍光９はレーザー光とともに光源側へ反射されるが、ミラー中央部に設けられた孔を通過する蛍光は光検出手段へ導かれるので、蛍光を検出することができる。
【００３８】
なお、第１の集光手段と第２の集光手段を単一部材で構成する場合も、孔あきミラーの孔と同等の径を有する前記遮光筒を設けることが好ましい。これによりレーザー光２と蛍光９の明確な分離が可能となり、Ｓ／Ｎ比向上に貢献できる。
【００３９】
そして、上記のような態様において、ステージ７を２次元的に移動可能としておけば、当該ステージ７をスキャンすることでバイオチップ６の２次元画像を得ることが出来る。ステージ７を移動可能とする方法としては、特に限定されるものではなく、例えばＸＹ軸ステージを採用することなどが好ましい。さらに集光レンズ５や集光レンズ８の焦点位置を調整しやすくするために、Ｚ軸を持たせたＸＹＺ軸ステージを用いることもできる。さらにいえば、バイオチップ６を固定して、集光レンズ５と集光レンズ８をＸＹ軸またはＺ軸方向にスキャンしても良い。
【００４０】
また、本発明においては、上記実施形態における光検出手段１３と励起光源１との位置を反対にしてもよく、その場合はそれぞれに関連するものの位置を入れ替え、また、光路変換手段としては、図１１に示すような、中央部がミラー２６で周辺部がガラス基板２７の一部反射ミラー２５を用いる必要がある。そして、集光レンズ８で集光された後の蛍光をさらに反射、屈曲させてから光検出手段に導いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、バイオチップの画像読み取り装置及びその方法に限らず、マイクロプレートの測定装置などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】励起光と蛍光の集光の光軸の関係を表す概略図である。
【図３】従来の光学系での励起光の散乱・拡散反射成分の拡がりを説明する拡大図である。
【図４】本発明における励起光の散乱・拡散反射成分の拡がりを説明する拡大図である。
【図５】本発明における蛍光の拡がりを示す拡大図である。
【図６】本発明における励起光と蛍光の光路の関係を示す概略図である。
【図７】本発明における環状レーザー光の生成光学系の一例を示す概略図である。
【図８】本発明における環状レーザー光の生成光学系の一例を示す概略図である。
【図９】本発明における環状レーザー光の生成光学系の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明における孔あきミラーの一例を示す概略図である。
【図１１】本発明における一部反射ミラーの一例を示す概略図である。
【図１２】本発明における励起光と蛍光の光路の関係を示す別の概略構成図である。
【図１３】本発明における遮光筒の一例を示す概略構成図である。
【図１４】バイオチップの形態を示す概略構成図である。
【図１５】従来技術の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    励起光源
２    レーザー光（励起光）
３    ビーム変換手段
４    光路変換手段
５    集光レンズ
６    バイオチップ
７    ステージ
８    集光レンズ
９    蛍光
１０    励起光カットフィルター
１１    集光レンズ
１２    ピンホール
１３    光検出手段
１４    データ処理部
１５    レーザー光の正反射光路
１６    レーザー光の散乱や拡散反射の成分
１７    蛍光
１８    コーンレンズ
１９    円錐ミラー
２０    曲面ミラー
２１    遮光板
２２    孔あきミラー
２３    孔
２４    ミラー部分
２５    一部反射ミラー
２６    ミラー
２７    ガラス基板
２８    集光レンズ
２９    遮光筒
３０    レンズ位置
３１    微小ミラー
３２    集光レンズ
３３    ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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