(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に並べられた複数の試料を対物レンズと結像用レンズを介して光学的に順次測定する計測装置であって、
前記対物レンズを前記試料の位置に対応して移動させる駆動手段と、
前記対物レンズと結像用レンズを介して試料像を受ける受光部と、
前記対物レンズを移動させたとき対物レンズから結像用レンズまでの間のテレセントリック距離を一定に保つための光路長補正用駆動手段
を備えたことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記光路長補正用駆動手段は、コーナーミラーを持つことを特徴とする請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
前記駆動手段と光路長補正用駆動手段は、前記対物レンズを含む第１のステージと前記コーナーミラーを含む第２のステージを、前記アレイ状に並べられた複数の試料と平行な面にて２次元方向にそれぞれ移動させ得るように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記受光部として、共焦点スキャナまたはカメラを用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の計測装置。
【請求項５】
前記駆動手段と前記光路長補正用駆動手段の少なくとも一方は、リニアモータまたは面モータまたはラックピニオンまたはスクリューまたはボールネジまたはダイレクトドライブモータを用いた移動手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の計測装置。
【請求項６】
アレイ状に並べられた複数の試料を対物レンズと結像用レンズを介して光学的に順次測定する計測装置であって、
前記対物レンズを前記試料の位置に対応して移動させる駆動手段と、
前記対物レンズと結像用レンズを介して試料像を受ける受光部と、
前記対物レンズと結像用レンズの間に光路長を長くするための中間リレーレンズ部
を設け、対物レンズの移動により画像周辺部の光量不足が生じないように構成したことを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元のアレイ状に並べられた生きた細胞などの試料を測定する計測の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のこの種の計測装置の１つであるハイスループットスクリーニング装置の一例を示す要部構成図である。透明な材質で形成されたマイクロタイタープレート１には２次元のアレイ状の凹部２が設けられ、生きた細胞などの試料が入った溶液がその凹部に入れられる。
【０００３】
光源３からの励起光はレンズ４で平行光となってダイクロイックミラー５により反射して対物レンズ６に入射する。対物レンズ６で絞られた励起光はマイクロタイタープレート１の凹部２の試料に照射される。励起光の励起により試料から発生する蛍光は、対物レンズ６を通った後ダイクロイックミラー５を透過し、反射ミラー７で反射して結像用レンズ８に入る。レンズ８を出た光はカメラ９の受像面に当たり、試料像はここに結像する。
【０００４】
各凹部２の各試料をスキャンして観察するときは、光学系は動かさずに、図示しない機構によりマイクロタイタープレート１を水平方向に（図では紙面の前後左右方向に）移動させて順次各試料の像を得る。
このような装置は、例えば多数の生細胞の薬剤反応などを計測するのに大変有用である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置で高速化するにはマイクロタイタープレートを速く動かす必要があるが、次のような課題がある。
（１）図６に示すように凹部から溶液が飛び跳ねてしまう。
（２）マイクロタイタープレート１は大きく、慣性力が大きいため移動は容易ではない。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、アレイ状に並べられた複数の試料を対物レンズと結像用レンズを介して光学的に測定する計測装置において、試料側を固定し対物レンズ側を移動させるようにして、多数の試料を高速にスキャンして測定することができるようにした計測装置を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明では、
アレイ状に並べられた複数の試料を対物レンズと結像用レンズを介して光学的に順次測定する計測装置であって、
前記対物レンズを前記試料の位置に対応して移動させる駆動手段と、
前記対物レンズと結像用レンズを介して試料像を受ける受光部と、
前記対物レンズを移動させたとき対物レンズから結像用レンズまでの間のテレセントリック距離を一定に保つための光路長補正用駆動手段
を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、マイクロタイタープレートは固定で対物レンズが移動する構造であるため、従来のようなマイクロタイタープレートの凹部からの溶液の飛び跳ねも全くなく、また試料や受光部側にくらべて対物レンズ側の方が軽量であるため容易にスキャンを高速化できる。
また、対物レンズから結像用レンズまでの間のテレセントリック距離を一定に保つための光路長補正用駆動手段を設けているため、画像周辺部での光量不足は防止できる。
【０００８】
この場合、請求項２のように、光路長補正用駆動手段には、コーナーミラーを備えて光路長補正に役立たせることができる。
【０００９】
また、駆動手段と光路長補正用駆動手段は、請求項３のように、第１のステージと第２のステージを試料面とは平行な面で２次元方向に移動させ得るように構成することができる。これにより２次元状に配列された試料も容易に高速にスキャンして計測することができる。
【００１０】
また、受光部としては、請求項４のように、共焦点スキャナまたはカメラを用いることができる。
さらに、請求項５のように、駆動手段と光路長補正用駆動手段の一方または両方に、リニアモータや、面モータ、ラックピニオン、スクリュー、ボールネジ、
ダイレクトドライブモータなどの移動手段を適宜用いることができる。
【００１１】
請求項６の発明では、
アレイ状に並べられた複数の試料を対物レンズと結像用レンズを介して光学的に順次測定する計測装置であって、
前記対物レンズを前記試料の位置に対応して移動させる駆動手段と、
前記対物レンズと結像用レンズを介して試料像を受ける受光部と、
前記対物レンズと結像用レンズの間に光路長を長くするための中間リレーレンズ部
を設け、対物レンズの移動により画像周辺部の光量不足が生じないように構成したことを特徴とする。
このような構成によれば、マイクロタイタープレートは固定で対物レンズが移動する構造であるため、従来のようなマイクロタイタープレートの凹部からの溶液の飛び跳ねも全くなく、また試料や受光部側にくらべて対物レンズ側の方が軽量であるため容易にスキャンを高速化できる。
同時に、対物レンズと結像用レンズの間に光路長を長くするための中間リレーレンズ部を設けているため、対物レンズの移動に関連してこの中間リレーレンズ部の光路長を変えなくても画像周辺部の光量不足は起こらないようにすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る計測装置の一実施例を示す要部構成図でありる。なお、図１はステージ１０の移動に対応してテレセントリック距離を一定に保つようにした場合の構成図である。
【００１４】
図１において、１０は対物レンズ６と反射ミラー１１が取り付けられ、光軸に直角な方向に移動自在な第１のステージ、２０はコーナーミラー２１が取り付けられ、第１のステージ１０の移動方向と平行な方向に移動自在な第２のステージである。
【００１５】
３０は反射ミラー、３１は結像用レンズ、４０は共焦点スキャナ、５０はカメラ、６０は励起光を発生する光源、１００は第１のステージ１０を移動させる駆動手段、２００は第２のステージ２０を移動させる光路長補正用駆動手段である。
なお、共焦点スキャナ４０とカメラ５０からなる部分をここでは受光部と呼ぶ。
【００１６】
光源６０からの励起光６１は共焦点スキャナ４０を通って結像用レンズ３１に入射する。結像用レンズ３１で平行光となった励起光は反射ミラー３０で反射し、コーナーミラー２１に入る。コーナーミラー２１で折り返して出射した励起光は反射ミラー１１で方向転換して対物レンズ６に入射する。対物レンズ６により集光した励起光はマイクロタイタープレート１の試料を照射する。
【００１７】
励起光で励起されて試料から発生する光（以降、試料からの戻り光という）は、入射光とは逆の光路を辿り、対物レンズ６、反射ミラー１１、コーナーミラー２１、反射ミラー３０、結像用レンズ３１と経由して共焦点スキャナ４０に入射する。
【００１８】
共焦点スキャナ４０としては例えば特開平５−６０９８０号に開示された共焦点スキャナを用いることができる。共焦点スキャナ４０は、図示しないピンホール基板のピンホールを通して励起光を試料側に入射すると共に、試料からの戻り光が再びピンホールを通って戻ってくるように構成されている。
【００１９】
ピンホールを経由して戻ってきた光は分岐光学系（図示せず）を介してカメラ５０の受像面に結像する。
このとき、ピンホール基板を一定速度で回転させておくと、ピンホールの位置が移動して、試料面は集束光点で光走査される。これによりカメラ５０で試料面の像を観察することができる。
【００２０】
このような構成においては、マイクロタイタープレート１、反射ミラー３０、レンズ３１、共焦点スキャナ４０、カメラ５０、光源６０は固定であり、第１のステージ１０および第２のステージ２０のみが移動可能となっている。
【００２１】
各ステージの移動は、駆動手段１００および光路長補正用駆動手段２００によりそれぞれ行われる。このとき、本発明では次の関係を保つ。
本発明では、対物レンズ６からレンズ３１までの光路長いわゆるテレセントリック距離Ｌを一定に保ってステージを移動させる。この距離Ｌを一定に保たないと、特開平９−６１７１９号「共焦点顕微鏡」に記載のように画面の周辺部で光が不足する弊害が生ずる。
【００２２】
いま、図示のように、対物レンズ６から反射ミラー１１までの光軸の垂直距離をＶｘ１、反射ミラー１１からレンズ３１までの垂直距離をＶｘ２、反射ミラー１１から光源６０の励起光６１の光軸までの水平距離をＨｘ１、励起光６１の光軸からコーナーミラー２１の折り返しの光軸位置までの水平距離をＨｘ２とする。
【００２３】
前記テレセントリック距離Ｌは
Ｌ＝Ｖｘ１＋Ｖｘ２＋Ｈｘ１＋２×Ｈｘ２                  ……（１）
であり、このＬを一定にしてステージ１０，２０を移動させる。
【００２４】
ここで、
Ｃ＝Ｌ−Ｖｘ１−Ｖｘ２
とすると、
Ｃ＝Ｈｘ１＋２×Ｈｘ２                              ……（２）
となる。
【００２５】
したがって、対物レンズ６を試料に対応した位置に移動させるために、第１のステージ１０をＨｘ１となるように動かしたときは、
Ｈｘ２＝（C−Ｈｘ１）／２
となるように第２のステージ２０を動かす。
これにより、テレセントリック距離Ｌを一定に保つことができる。
【００２６】
このようにしてステージ１０，２０を適宜に動かすことによりマイクロタイタープレート１の各凹部２の試料を順次観察して行くことができる。この場合、従来のように凹部２から溶液が飛び跳ねる恐れはない。なお、ステージ１０，２０はマイクロタイタープレート１に比べれば形状も小さく軽いので、高速に移動させることは容易である。
【００２７】
なお、ステージ１０，２０の移動方向は、図２（ａ）に示すように紙面に平行な水平方向（Ｘ方向）に限らず、同図（ｂ）に示すようにＸ方向に直交するＹ方向へも動かすようにして構わない。なお、このときもテレセントリック距離は一定に保つ必要がある。
詳述すれば、この場合、Ｘ方向の補正用ステージ２０ｘと、Ｙ方向の補正用ステージ２０ｙを用いればよい。そしてこの２軸は、全長の光学距離が一定となるように協調して補正動作を行なう。
【００２８】
また、図３（ａ）の平面図および同図（ｂ）の側面図に示すように、それぞれ軸支され連結された回転アーム７１，７２の回転角を制御して対物レンズを受光部に対してＸ方向およびＹ方向に適宜移動させるようにしてもよい。この場合、水平方向距離Ｒ１＋Ｒ２が一定であるため、テレセントリック距離は一定に保たれる。
【００２９】
また、この他、ステージ１０，２０の移動機構としては、リニアモータ、ラックアンドピニオン、スクリュー、面モータ、ボールネジ、ダイレクトドライブモータなどいずれの機構も利用することができる。
【００３０】
さらにまた、試料像を受光する受光手段は共焦点スキャナだけでなく、通常のカメラでもよい。
また、試料像を得る場合、反射型機構における蛍光像に限らず、光源側と試料像の受光側の各構成手段がマイクロタイタープレート１を挟んで対向配置された透過型機構における透過像でも構わない。
【００３１】
図４は中間リレーレンズ方式の場合の実施例図である。試料からの戻り光は、対物レンズ６を通って反射ミラー１１で反射し、次にレンズ８１とレンズ８２を通過して反射ミラー３０で反射し、結像用レンズ３１で集束して共焦点スキャナ４０に入る。レンズ８１と８２とは、各レンズの焦点距離をｆ１とｆ２とすると、ｆ１＋ｆ２の距離だけ離して配置されている。
【００３２】
レンズ８１から反射ミラー３０までの光軸距離をＬ１、反射ミラー３０からレンズ３１までの光軸距離をＬ２とする。この光軸距離Ｌ１＋Ｌ２（＝Ｌ）は一定に保つ。対物レンズ６の移動距離に対して光軸距離Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌが十分長ければ、対物レンズ６を移動しても、上述の画像周辺光量不足は無視できる程度となる。なお、例えば、周辺光量の低下が画面中央部の数％〜１０％程度ならば、光量補正は不要かまたは容易である。
【００３３】
したがって、対物レンズ６側のみの移動により、画像周辺光量不足もなく多数の試料を高速にスキャンして測定することができる。なお、図２のように光軸方向を変える機構を採用しておけば、対物レンズ６のＸ方向への移動のみならずＹ方向への移動にも対応できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
（１）マイクロタイタープレートは固定で、対物レンズが移動する構造であるため、従来のようなマイクロタイタープレートの凹部からの溶液の飛び跳ねを容易に防止することができる。
（２）マイクロタイタープレートや共焦点スキャナなどの受光部に比べ対物レンズは軽量であるため、試料に対応した位置への対物レンズの移動は容易に高速化できる。
【００３５】
（３）前記対物レンズの移動時にテレセントリック距離が一定に保って行われるため、画面周辺の光量不足が生じることはない。
（４）中間リレーレンズ方式の場合、中間リレーレンズ部の光軸距離が対物レンズの移動距離に比べて十分に長いため、同様に画面周辺の光量不足は実質上生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る計測装置の一実施例を示す要部構成図である。
【図２】本発明の他の実施例図を示す要部構成図である。
【図３】ステージ駆動の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の他の実施例図である。
【図５】従来のハイスループットスクリーニング装置の一例を示す要部構成図である。
【図６】従来装置におけるマイクロタイタープレートからの溶液の飛び散りを示す図である。
【符号の説明】
１  マイクロタイタープレート
６  対物レンズ
１０  第１のステージ
１１  反射ミラー
２０  第２のステージ
２１  コーナーミラー
３０  反射ミラー
３１  結像用レンズ
４０  共焦点スキャナ
５０  カメラ
６０  光源
７１，７２  アーム
８１，８２  レンズ
１００  駆動手段
２００  光路長補正用駆動手段
【図１】
0003678192.tif 000002
【図２】
0003678192.tif 000003
【図３】
0003678192.tif 000004
【図４】
0003678192.tif 000005
【図５】
0003678192.tif 000006
【図６】
0003678192.tif 000007