(57)【要約】【課題】励起光のノイズ成分を除去して微弱な蛍光信号を精度良く検出することができる光検出装置を提供する。【解決手段】光検出装置１は、流路２中を流れてくる蛍光試料Ｗに対して光導波路１０から出射される励起光Ｌを照射して、蛍光試料Ｗから発せられる蛍光信号Ｓを検出するが、蛍光信号Ｓを集光する蛍光信号集光レンズ２０には、光導波路１０を挿入可能な穴部２１が設けられており、蛍光信号集光レンズ２０には励起光集光レンズ２２が配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路中を流れてくる蛍光試料に対して光導波路から出射される励起光を照射して、前記蛍光試料から発せられる蛍光信号を検出する光検出装置であって、
前記蛍光信号を集光する蛍光信号集光レンズには、前記光導波路を挿入可能な穴部が設けられていることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記蛍光信号集光レンズには、前記光導波路から出射される前記励起光を集光して前記蛍光試料に対して照射する励起光集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記穴部は、前記蛍光信号集光レンズに設けられた非貫通穴であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記穴部は、前記蛍光信号集光レンズに設けられた貫通穴であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記光導波路の端部には、前記励起光集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記光導波路の端部には、前記励起光集光レンズが一体となって接続されていることを特徴とする請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記光導波路の直径と前記励起光集光レンズの直径が同じであることを特徴とする請求項６に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記光導波路の外周部には、前記励起光を遮断する被覆が施されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つの項に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記蛍光信号集光レンズの前記穴部には、テーパ部分が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つの項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記光導波路の先端部には、テーパ部分が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置に関し、特に例えばフローサイトメータや電気泳動装置等のバイオテクノロジー計測分野において用いられて、微弱な蛍光信号を計測するための光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジー計測分野では、試料に対して励起光を照射して試料から発せられる蛍光信号を検出する光計測装置が用いられている。レーザ光源または発光ダイオード（ＬＥＤ）等により発生した励起光は、蛍光用の集光レンズを介して試料に照射して光検出を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５３５８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載されている光計測装置では、蛍光信号を検出するための光検出器には、集光レンズの表面または内部で励起光が反射して、この反射した励起光が多少なりとも入射してノイズ成分となっていた。蛍光信号は微弱光であるので、光検出器の検出感度が上述したノイズ成分の影響により低下するという問題があった。
また、励起光と蛍光信号の波長の違いを利用して、上述したノイズ成分は光学フィルタを用いて除去する方法もあるが、光学フィルタの影響により蛍光信号の光強度も多少なりとも減衰するために、光検出器の検出感度が低下するという問題があった。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、励起光のノイズ成分を除去して微弱な蛍光信号を精度良く検出することができる光検出装置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】
【０００５】
上記課題を解消するために、本発明の光検出装置は、流路中を流れてくる蛍光試料に対して光導波路から出射される励起光を照射して、前記蛍光試料から発せられる蛍光信号を検出する光検出装置であって、前記蛍光信号を集光する蛍光信号集光レンズには、前記光導波路を挿入可能な穴部が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記蛍光信号集光レンズには、前記光導波路から出射される前記励起光を集光して前記蛍光試料に対して照射する励起光集光レンズが配置されていることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記穴部は、前記蛍光信号集光レンズに設けられた非貫通穴であることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記穴部は、前記蛍光信号集光レンズに設けられた貫通穴であることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記光導波路の端部には、前記励起光集光レンズが設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記光導波路の端部には、前記励起光集光レンズが一体となって接続されていることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記光導波路の直径と前記励起光集光レンズの直径が同じであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記光導波路の外周部には、前記励起光を遮断する被覆が施されていることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記蛍光信号集光レンズの前記穴部には、テーパ部分が設けられていることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記光導波路の先端部には、テーパ部分が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、励起光のノイズ成分を除去して微弱な蛍光信号を精度良く検出することができる光検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光検出装置の好ましい第１実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す光検出装置のＢ部分とＣ部分を示す図である。
【図３】本発明の光検出装置の好ましい第２実施形態を示す図である。
【図４】図３に示す光検出装置のＦ部分とＧ部分を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。  
（第１実施形態）
図１と図２は、本発明の光検出装置の好ましい第１実施形態を示している。図１は、光検出装置１の構成を示す正面図である。図２（Ａ）は、図１に示す光検出装置１の部分ＢをＰ方向から見た図であり、図２（Ｂ）は、図１に示す光検出装置１の部分ＣをＲ方向から見た図である。
【００１２】
図１と図２（Ａ）に示す光検出装置１は、流路２の中を流れてくる蛍光試料Ｗに対して、光導波路１０から出射される励起光Ｌを照射して、蛍光試料Ｗから発せられる微弱な蛍光信号Ｓを検出する装置である。
図１と図２（Ａ）に示す流路２は、一例として矩形断面を有するガラス管のような透明のチューブである。この流路２は、図１と図２においてＸ方向に配置されている。
蛍光試料Ｗは、例えば細胞のような微細粒子であり、励起光Ｌを照射することにより蛍光信号Ｓを発生する。
【００１３】
図１と図２（Ａ）に示すように、蛍光信号集光レンズ２０は、流路２の側面２Ｂに沿って配置されており、この蛍光信号集光レンズ２０には、光導波路１０の端部１１を挿入可能な穴部２１が設けられている。蛍光信号集光レンズ２０は、蛍光信号Ｓを検出器３０に集光させる。
【００１４】
蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１は、断面円形状の穴であり、蛍光信号集光レンズ２０の中央位置において、Ｚ方向に沿って形成されている。しかも、励起光集光レンズ２２は、この穴部２１の最も内側の位置であって、かつ流路２の側面２Ｂの付近に配置されている。励起光集光レンズ２２は、光導波路２１の端部１１から出射される励起光Ｌを集光して蛍光試料Ｗに対して照射する。
光導波路１０は、例えば光ファイバであり、コア部とこのコア部の周囲を覆っているクラッド部を有している。光導波路１０には、光源９０が接続されており、光源９０が励起光Ｌを光導波路１０に供給して、光導波路１０はこの励起光１Ｐ０を伝搬させる。
【００１５】
図２（Ａ）に示す穴部２１の内径Ｈ１は、光導波路１０の外径Ｈ２に比べて大きければ良い。ただし、光導波路１０をこの穴部２１により、Ｘ方向とＺ方向とＹ方向に関して位置決めする場合には、穴部２１の内径Ｈ１は、光導波路１０の外径Ｈ２に比べて０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍだけ大きいのが好ましい。
図２（Ｂ）に示すように、検出器３０が光導波路１０の周囲において同心円状に設けられている。この検出器３０は、図２（Ａ）に示す蛍光信号Ｓを受光する受光センサであり、リング状に形成されている。検出器３０と光源９０は制御部１００に接続されている。
【００１６】
次に、図１と図２に示す光検出装置１の動作例を説明する。
図２（Ａ）に示すように、蛍光試料Ｗは、流路２内をＸ１方向に流れている。光導波路１０の端部１１は、穴部２１内に挿入されることにより、光導波路１０の端部１１は励起光集光レンズ２２に対面する。
【００１７】
光導波路１０が光源９０から発生する励起光Ｌを、励起光集光レンズ２２に導くと、励起光集光レンズ２２は励起光Ｌを蛍光試料Ｗに対して集光して照射する。
このように、流路２の中を流れてくる蛍光試料Ｗに対して、光導波路１０から出射される励起光Ｌを照射すると、蛍光試料Ｗからは破線で例示するように蛍光信号Ｓが発生する。
発生した蛍光信号Ｓは、図１と図２（Ｂ）に示す蛍光信号集光レンズ２０により集光されて検出器３０により検出する。検出器３０は、蛍光信号Ｓを光／電気信号に変換して制御部１００に送ることができる。
【００１８】
図１と図２に示す光検出装置１では、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１は励起光集光レンズ２２により閉鎖されているので、穴部２１はＺ方向には貫通はしておらず、蛍光信号集光レンズ２０は、非貫通型の穴部２１を有していることになる。光導波路１０の端部１１は、穴部２１内に直接挿入される構造を採用しており、光導波路１０の端部１１と蛍光信号集光レンズ２０との相対的な位置決め作業が容易になる。しかも、光検出装置１では、励起光Ｌが励起光集光レンズ２２において反射することがないので、励起光のノイズ成分を除去して微弱な蛍光を精度良く検出することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
図３と図４は、本発明の光検出装置の好ましい第２実施形態を示している。図３は、光検出装置１Ｂの構成を示す正面図である。図４（Ａ）は、図３に示す光検出装置１Ｂの部分ＦをＰ方向から見た図であり、図４（Ｂ）は、図３に示す光検出装置１の部分ＧをＲ方向から見た図である。
図３と図４に示す光検出装置１Ｂが、図１と図２に示す光検出装置１と異なるのは、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１Ｂの形状と、光導波路１０の端部１１Ｂの形状である。図３と図４に示す光検出装置１Ｂのその他の構成要素は、図１と図２に示す光検出装置１の対応する構成要素と実質的に同じであるので、同じ符号を記してその説明を用いる。
【００２０】
図４（Ａ）に示すように、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１Ｂの形状は、Ｚ１方向に進むにしたがって先広がりのテーパ部分２１Ｔとなっている。また、光導波路１０の端部１１Ｂの形状は、Ｚ２に進むにしたがって先細りとなるテーパ部分１１Ｔとなっている。このように、テーパ部分２１Ｔとテーパ部分１１Ｔの少なくとも一方の形状を採用することにより、光導波路１０の端部１１Ｂは、穴部２１内にさらに容易に挿入し易くなる。
【００２１】
（その他の実施形態）
図５（Ａ）と図５（Ｂ）は、本発明の別の実施形態を示している。
図１と図２に示す第１実施形態における蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１と、図３と図４に示す第２実施形態における蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１Ｂは、ともに励起光集光レンズ２２により閉鎖されているので、非貫通型の穴部の構造である。このように穴部内に励起光集光レンズ２２を配置して、非貫通型の穴部の構造にすることで、励起光Ｌを確実に集光して、集光した励起光Ｌは蛍光試料Ｗに対して精度良く照射することができる。
さらに、蛍光信号集光レンズ２０の構造や光導波路１０のコア径を最適化することにより、蛍光試料Ｗに対して照射する励起光Ｌの直径サイズは、数μｍ〜１００μｍの微小サイズに容易に設定することができる。
【００２２】
これに対して、図５（Ａ）に示す実施形態では、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１Ｂは貫通型の穴部であり、同様にして図５（Ｂ）に示す実施形態では、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１は貫通型の穴部である。ただし、図５（Ａ）に示す実施形態では、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１Ｂにはテーパ部分２１Ｔが形成されている。このように、穴部が貫通している場合には、蛍光信号集光レンズ２０の内面または表面での励起光の反射光がさらに減少して、結果としてノイズ成分が減少し、最大で感度（分解能）が５倍〜１０倍向上する。
【００２３】
図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、本発明のさらに別の実施形態を示している。
各実施形態は、いずれも穴部２１Ｂ、２１内にも励起光集光レンズ２２が配置されており、非貫通型の蛍光信号集光レンズ２０である。
図６（Ａ）と図６（Ｂ）に示す各実施形態では、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１Ｂにはテーパ部分２１Ｔが形成されている。しかし、図６（Ｃ）と図６（Ｄ）に示す各実施形態では、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１にはテーパ部分は形成されていない。
【００２４】
図６（Ａ）の各実施形態では、穴部２１Ｂ内に配置された励起光集光レンズ２２が片面凹レンズであり、励起光集光レンズ２２の凹部２２Ｍは、光導波路１０の端部１１とは反対側、すなわち外側に位置されている。
図６（Ｂ）の各実施形態では、穴部２１Ｂ内に配置された励起光集光レンズ２２が片面凸レンズであり、励起光集光レンズ２２の凸部２２Ｎは、光導波路１０の端部１１に対面する側、すなわち内側に位置されている。
【００２５】
図６（Ｃ）の各実施形態では、穴部２１内に配置された励起光集光レンズ２２が片面凹レンズであり、励起光集光レンズ２２の凹部２２Ｍは、光導波路１０の端部１１とは反対側、すなわち外側に位置されている。
図６（Ｄ）の各実施形態では、穴部２１内に配置された励起光集光レンズ２２が片面凸レンズであり、励起光集光レンズ２２の凸部２２Ｎは、光導波路１０の端部１１に対面する側、すなわち内側に位置されている。
【００２６】
図７（Ａ）と図７（Ｂ）は、本発明のさらに別の実施形態を示している。
図７（Ａ）と図７（Ｂ）は、励起光集光レンズの別の形状例を示しており、蛍光信号集光レンズ２０の穴部２１Ｂにはテーパ部分２１Ｔが形成されている。しかし、蛍光信号集光レンズ２０の穴部に、テーパ部分が形成されていなくても良い。
図７（Ａ）では、励起光集光レンズ２２Ｋは、凸レンズである。この凸レンズは、蛍光試料に照射する励起光Ｌの形状に適した形状を有する。図７（Ｂ）では、励起光集光レンズ２２Ｌは、棒状のレンズである。励起光集光レンズ２２Ｌの直径と光導波路１０の端部１１の直径は同じであり、励起光集光レンズ２２Ｌの直径と光導波路１０の端部１１とが一体化されれば、励起光集光レンズ２２Ｌは光導波路１０の端部１１に対して同時に固定もできるので、部材の削減や組立工数の削減が容易になる。
【００２７】
図８（Ａ）は、上述した光導波路１０の形状例を示しており、光導波路１０は光ファイバであり、コア部１０Ｃとこのコア部１０Ｃを覆っているクラッド部１０Ｄを有する。
図８（Ｂ）では、光導波路１０のクラッド部１０Ｄが被覆１０Ｒにより覆われている例を示している。これにより、光導波路１０を伝搬してきた励起光が、光導波路１０のクラッド部１０Ｄから外側に漏れるのを防ぎ、ノイズの減少をさせることができる。この被覆１０Ｒは、例えば樹脂または金属の被覆であり、光検出感度を向上できる。
【００２８】
さらに、励起光を遮断する被覆１０Ｒを形成する材料として、蛍光信号の波長を良く反射する材料を選択することにより、蛍光試料から発生する蛍光信号は、より多く検出器に集めることができ、光検出感度が向上する。具体的には、励起光の波長が青色（波長約４８８ｎｍ）で蛍光信号の波長が緑色（波長約５１４ｎｍ）の時には、被覆１０Ｒは緑色（波長約５１４ｎｍ）の光の反射率が高いようにする。
【００２９】
本発明の光検出装置は、流路中を流れてくる蛍光試料に対して光導波路から出射される励起光を照射して、蛍光試料から発せられる蛍光信号を検出する光検出装置であって、蛍光信号を集光する蛍光信号集光レンズには、光導波路を挿入可能な穴部が設けられていることを特徴とする。これにより、光導波路は蛍光信号集光レンズの穴部に挿入して保持でき、光導波路の先端は蛍光試料に近づけて配置できるので、励起光のノイズ成分を除去して微弱な蛍光信号を精度良く検出することができる
【００３０】
蛍光信号集光レンズには、光導波路から出射される励起光を集光して蛍光試料に対して照射する励起光集光レンズが配置されている。これにより、励起光は励起光集光レンズにより集光されて蛍光試料に対して確実に照射することができる。
穴部は、蛍光信号集光レンズに設けられた貫通穴である場合には、蛍光信号集光レンズの内面または表面での励起光の反射光が減少するので、ノイズが減少できる。
光導波路の端部には、励起光集光レンズが設けられている。これにより、光導波路の端部からの励起光は、励起光集光レンズにより効率良く確実に集光して、蛍光試料に対して確実に照射することができる。
【００３１】
光導波路の端部には、励起光集光レンズが一体となって接続されている。これにより、励起光集光レンズの固定が容易になる。
光導波路の直径と励起光集光レンズの直径が同じである。これにより、励起光は光導波路から励起光集光レンズを介して確実に集光でき、蛍光試料に対して確実に照射することができる。
【００３２】
光導波路の外周部には、励起光を遮断する被覆が施されている。これにより、光導波路を伝搬してきた励起光が、光導波路から外側に漏れるのを防ぎ、ノイズの減少をさせることができる。
蛍光信号集光レンズの穴部には、テーパ部分が設けられている。これにより、光導波路は穴部に対して容易に挿入して保持できる。
光導波路の先端部には、テーパ部分が設けられている。これにより、光導波路は穴部に対して容易に挿入して保持できる。
【００３３】
本発明の光検出装置では、蛍光を検出するための光検出器に対して、集光レンズの表面または内部で反射した励起光を除去することができるので、感度（分解能）の高い蛍光測定を行うことができる効果がある。さらに、光導波路が挿入される穴が設けられているので、光導波路の位置決めすなわち励起光の位置決めが正確にできる。しかも、光導波路を用いているので、励起光の形状の直径が５０μｍ以下に小さくしても、特別なレンズや位置決め装置が不要であり、装置の小型化が図れ、装置の集積化が容易になる。
【００３４】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
例えば、励起光集光レンズには、複数の穴部を形成して、これらの穴部に対してそれぞれ光導波路の端部を挿入するようにしても良い。流路の断面形状は矩形形状に限らず、円形形状あるいは楕円形状など他の形状を採用することもできる。光源としては、レーザ光源や発光ダイオード等を採用できる。各実施形態は、任意に組み合わせて構成することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１            光検出装置
２            流路
１０          光導波路
１１          光導波路の端部
２０          蛍光信号集光レンズ
２１          蛍光信号集光レンズの穴部
３０          検出器
Ｗ            蛍光試料
Ｌ            励起光
Ｓ            蛍光信号
【図１】
2010223748.tif 000003
【図２】
2010223748.tif 000004
【図３】
2010223748.tif 000005
【図４】
2010223748.tif 000006
【図５】
2010223748.tif 000007
【図６】
2010223748.tif 000008
【図７】
2010223748.tif 000009
【図８】
2010223748.tif 000010