(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光を励起する励起光を水平方向に出射する光源と、
上記励起光の進行方向を鉛直上方に変換する光路変換部と、
上記光路変換部からの上記励起光を透過させて検出対象物に照射すると共に、上記励起光の照射に基づいて上記検出対象物から発せられた蛍光を鉛直下方に向かって集光する対物レンズ素子と
を含む第１光学系と、
上記対物レンズ素子によって集光された蛍光を、実質的に平行光に変換する変換レンズと、
上記変換レンズからの実質的に平行な蛍光が入射されると共に、上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光する波長フィルタと、
上記波長フィルタからの蛍光を検出する光検出素子と
を含む第２光学系と
を備え、
上記第１光学系の各構成要素は第１支持体によって支持される一方、上記第２光学系の各構成要素は第２支持体によって支持されており、
上記第１支持体の材質は、上記第２支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が高く、且つ単位体積当たり重量が大きく、
上記第２支持体は、上記第１支持体に対して垂下するように取り付けられている
ことを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光検出装置において、
上記第２光学系は、上記変換レンズと上記波長フィルタと上記光検出素子とが鉛直方向に上記の順で直列に配列して、上記第２支持体によって支持されている
ことを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の蛍光検出装置において、
上記第１支持体の材質は金属であり、上記第２支持体の材質は樹脂である
ことを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の蛍光検出装置において、
上記検出対象物に対して相対的に移動可能な走査装置によって駆動されて、上記検出対象物上を二次元に走査する走査モジュールを備え、
上記第１支持体は、上記走査モジュールに含まれると共に、上記走査装置に接続されている
ことを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の蛍光検出装置において、
上記対物レンズ素子は、
屈折によって光を集光する中央部分と、この中央部分の周辺に位置して全反射によって光を集光する周辺部分とを含んで構成されており、
上記中央部分の少なくとも一部は、上記励起光を透過させる励起光透過部となっている
ことを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか一つに記載の蛍光検出装置における上記第１光学系により、
上記光源部から、蛍光を励起する励起光を水平方向に出射し、
上記光源部からの励起光の進行方向を、上記光路変換部によって、鉛直上方に変換し、
上記光路変換部からの上記励起光を、上記対物レンズ素子を透過させて、検出対象物に照射し、
上記励起光の照射に基づいて上記検出対象物から発せられた蛍光を、上記対物レンズ素子によって鉛直下方に向かって集光し、
さらに、上記蛍光検出装置における上記第２光学系により、
上記変換レンズによって、上記対物レンズ素子で集光された蛍光を実質的に平行光に変換し、
上記波長フィルタによって、上記変換レンズで変換された実質的に平行な蛍光から上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光し、
上記光検出素子によって、上記波長フィルタからの蛍光を検出する
ことを特徴とする蛍光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蛍光検出装置および蛍光検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生化学分野や分子生物学分野において、蛍光色素を標識物質として利用した蛍光検出システムが広く用いられている。この蛍光検出システムを用いることによって、遺伝子配列,遺伝子の変異・多型解析,タンパク質の分離および同定等の評価を行うことができ、薬等の開発に利用されている。
【０００３】
上述のような蛍光標識を利用した評価方法としては、電気泳動によってタンパク質等の生物学的化合物をゲル内に分布させ、その生物学的化合物の分布を蛍光検出により取得するという方法がよく用いられている。上記電気泳動では、緩衝液等の溶液中に電極を設置しておき、直流電流を流すことによって上記溶液中に電場勾配を生じさせる。このとき、上記溶液中に電荷を有するタンパク質やＤＮＡ(Deoxyribonucleic acid：デオキシリボ核酸)やＲＮＡ(ribo nucleic acid：リボ核酸)がある場合に、プラス電荷を有する分子は陰極に、マイナス電荷を有する分子は陽極に引き寄せられ、生体分子の分離を行うことができる。
【０００４】
上記電気泳動を用いた評価方法の一つである二次元電気泳動は、２種類の電気泳動法を組み合わせることによって、ゲル内に生体分子を２次元的に分布させる評価方法であり、プロテオーム解析を行う上で最も有効な方法であると考えられている。
【０００５】
上記電気泳動の組み合わせとしては、例えば、一次元目としての「個々のタンパク質の等電点の違いを利用する等電点電気泳動」と、二次元目としての「タンパク質の分子量で分離を行うＳＤＳ‐ＰＡＧＥ(ドデシル硫酸ナトリウム‐ポリアクリルアミドゲル電気泳動)」との２種類が主に用いられる。こうして分離された上記生体分子としてのタンパク質に対して、蛍光色素は電気泳動前あるいは電気泳動後に付与される。
【０００６】
さらに、上述のようにして作製された上記生体分子(タンパク質)が二次元的に分布されたゲル支持体に励起光を照射し、発生した蛍光強度を取得して、それに基づいて蛍光分布(タンパク質分布)画像を表示させる画像読取装置が、生化学や分子生物学の分野で広く普及している。
【０００７】
また、上記生体分子の二次元分布を保持する方法としては、上記ゲル内に保持するだけではなく、上記ゲル内にタンパク質を分離させた後に、電気泳動や毛細管現象を利用して上記ゲルからメンブレンに転写させる方法も行われる。その場合には、上記ゲル支持体を用いた画像読取の場合と同様に、上記メンブレンである転写支持体上の蛍光分布を画像読取装置によって画像化することができる。
【０００８】
上述したような生体分子が二次元的に分布されたゲル支持体や転写支持体から生体分子分布画像を読み取る画像読取装置として、特開平１０‐３１３４号公報(特許文献１)および特開平１０‐３００８９６号公報(特許文献２)に開示された画像読み取り装置がある。
【０００９】
上記各従来の画像読み取り装置では、中央部に孔が形成されたミラーを主走査方向に移動される光学ヘッドに搭載し、蛍光物質によって標識された変性ＤＮＡの電気泳動が記録された転写支持体に対して、光源からの上記蛍光物質の波長に応じた波長のレーザ光(励起光)を上記ミラーの孔を通過させて照射する。そして、上記転写支持体中の蛍光色素が励起されて発せられた蛍光が上記ミラーの上記孔の周囲で反射され、マルチプライヤによって光電変換されて検出される。こうして、ラインバッファに、１ライン分の画像データが記憶される。以下、上記主走査方向に直交する副走査方向に上記光学ヘッドを移動させながら上記動作を繰り返すことにより、画像処理装置によって二次元の可視画像(蛍光画像)を得るようにしている。
【００１０】
上述のように、上記従来の画像読み取り装置においては、ダイクロイックミラーを用いることなく励起光を転写支持体に照射するため、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比して、強い励起エネルギーを上記転写支持体に付与することができ、光電検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上できる。
【００１１】
しかしながら、微弱な蛍光を検出するに当たっては、さらなるＳ/Ｎの向上が求められる。そこで、上記従来の画像読み取り装置よりもさらに検出信号のＳ/Ｎを向上させた光学式ヘッド方式の画像読取装置として、特開２０００‐１６２１２６号公報(特許文献３)に開示された画像情報読取装置がある。
【００１２】
この画像情報読取装置においては、中央部に孔が形成されたミラーを主走査方向に移動される光学ヘッドに搭載し、蛍光色素で標識された生体由来物質が分布する転写支持体に対して、レーザ光源からの上記蛍光色素を励起する波長のレーザ光を、上記ミラーの孔を通過させて上方に照射する。そして、上記転写支持体中の蛍光色素が励起されて下方に発せられた蛍光が上記ミラーに至る。一方、上記転写支持体の上方に出射された蛍光は凹面鏡の内面で反射されて下方に向かい、上記転写支持体を透過して、上記光学ヘッドにおける上記ミラーに至る。こうして、上記ミラーに至った両蛍光は上記ミラーの上記孔の周囲で反射され、マルチプライヤによって光電変換されて検出される。こうして、ラインバッファに、１ライン分の画像データが記憶される。以下、上記主走査方向に直交する副走査方向に上記光学ヘッドを移動させながら上記動作を繰り返すことにより、画像処理装置によって二次元の可視画像(蛍光画像)を得るようにしている。
【００１３】
こうして、上記マルチプライヤによって検出される蛍光の光量を増大して、光電検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上することができる。
【００１４】
しかしながら、上記従来の画像情報読取装置には、以下のような問題がある。
【００１５】
すなわち、上記レーザ光を集束させる凸レンズおよび孔が形成されたミラーを搭載した光学ヘッドと、上記ミラーの孔の周囲で反射された蛍光を検出するマルチプライヤとは、別体に構成されており、水平方向に併設されている。したがって、上記光学ヘッドには、上記転写支持体から下方に向かって発せられた蛍光を、横方向にある上記マルチプライヤに向かって略直角に反射させるための上記孔が形成されたミラーを設ける必要がある。
【００１６】
蛍光は微弱であり、上記転写支持体の表面上の一点から等方的に発生した蛍光を上記凸レンズで平行光として集め、感度を上げるのが一般的である。そのため、蛍光は光軸上での直径が大きく、上記孔が形成されたミラーによって光路を反射させるためには上記ミラーを大型にする必要である。
【００１７】
したがって、上記従来の画像情報読取装置のように、上記マルチプライヤを含む検出系を光学ヘッドの外に出す方式においては、蛍光を略直角に反射させるための大型のミラーを余分に必要になる。そのため、上記光学ヘッド本体の重量が重くなって高速走査ができないという問題がある。また、上記ミラーでの反射によって蛍光の損失が大きくなり、高品位の画像情報を得ることができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平１０‐３１３４号公報
【特許文献２】特開平１０‐３００８９６号公報
【特許文献３】特開２０００‐１６２１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、この発明の課題は、高速走査が可能であり、且つ高品位の蛍光画像情報を得ることができる蛍光検出装置および蛍光検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、この発明の蛍光検出装置は、
蛍光を励起する励起光を水平方向に出射する光源と、
上記励起光の進行方向を鉛直上方に変換する光路変換部と、
上記光路変換部からの上記励起光を透過させて検出対象物に照射すると共に、上記励起光の照射に基づいて上記検出対象物から発せられた蛍光を鉛直下方に向かって集光する対物レンズ素子と
を含む第１光学系と、
上記対物レンズ素子によって集光された蛍光を、実質的に平行光に変換する変換レンズと、
上記変換レンズからの実質的に平行な蛍光が入射されると共に、上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光する波長フィルタと、
上記波長フィルタからの蛍光を検出する光検出素子と
を含む第２光学系と
を備え、
上記第１光学系の各構成要素は第１支持体によって支持される一方、上記第２光学系の各構成要素は第２支持体によって支持されており、
上記第１支持体の材質は、上記第２支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が高く、且つ単位体積当たり重量が大きく、
上記第２支持体は、上記第１支持体に対して垂下するように取り付けられている
ことを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、光源を第１光学系に組み込んで光利用率の向上を図っているが、上記第１光学系の重量の増加に伴って光学精度の低下および発熱等の問題が発生する。そこで、上記第１光学系を、上記第２支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が高く、且つ単位体積当たり重量が大きい材質である上記第１支持体で支持している。こうして、検出対象物への励起光照射位置の精度を高めるようにしている。
【００２２】
これに対して、上記第２光学系は、上記第１支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が低く、且つ単位体積当たり重量が小さい材質である上記第２支持体で支持している。さらに、上記第２支持体を上記第１支持体に対して垂下するように取り付けている。こうして、上記第２光学系の各部材同士を剛性体で支える必要をなくし、上記第２光学系の垂下方向と上記第２光学系の光軸方向とを同一にして上記光軸のずれ等が発生しにくくしている。
【００２３】
さらに、上記第２光学系を固定・支持する第２支持体の剛性を低く、且つ重量を小さくして、上記第１支持体に対する負荷を小さくし、走査時における振動等を抑制して検出精度を高めることができる。
【００２４】
その結果、上記第１光学系および上記第２光学系による高速走査を可能にし、且つ高品位の蛍光画像情報を得ることを可能にできるのである。
【００２５】
また、１実施の形態の蛍光検出装置では、
上記第２光学系は、上記変換レンズと上記波長フィルタと上記光検出素子とが鉛直方向に上記の順で直列に配列して、上記第２支持体によって支持されている。
【００２６】
この実施の形態によれば、上記第２支持体の垂下方向と上記第２光学系の光軸方向とが同一であるために、上記第２光学系の各部材同士を剛性体で支える必要がない。したがって、上記第２支持体の剛性が低くても、上記第２光学系に光軸のずれ等は発生しにくい。
【００２７】
また、１実施の形態の蛍光検出装置では、
上記第１支持体の材質は金属であり、上記第２支持体の材質は樹脂である。
【００２８】
この実施の形態によれば、上記第１支持体に比して、上記第２支持体の剛性を低く、且つ重量を小さくしている。そのため、上記第１支持体に対する負荷を小さくし、走査時における振動等を抑制して検出精度を高めることができる。さらに、上記第１支持体の材質を金属にすることによって、上記光源からの発熱が上記第１支持体の内部にこもらないようにできる。
【００２９】
また、１実施の形態の蛍光検出装置では、
上記検出対象物に対して相対的に移動可能な走査装置によって駆動されて、上記検出対象物上を二次元に走査する走査モジュールを備え、
上記第１支持体は、上記走査モジュールに含まれると共に、上記走査装置に接続されている。
【００３０】
上記走査モジュールによって上記検出対象物上を二次元に走査する場合には、走査時の振動等の影響を考慮する必要がある。この実施の形態によれば、上記走査装置は剛性の高い第１支持体を駆動するため、走査時の振動等による上記第１光学系の光学的な位置ずれは発生しにくくなっている。
【００３１】
また、１実施の形態の蛍光検出装置では、
上記対物レンズ素子は、
屈折によって光を集光する中央部分と、この中央部分の周辺に位置して全反射によって光を集光する周辺部分とを含んで構成されており、
上記中央部分の少なくとも一部は上記励起光を透過させる励起光透過部となっている。
【００３２】
この実施の形態によれば、上記検出対象物からの蛍光を集光する対物レンズ素子は、屈折によって光を集光する通常の凸レンズに相当する中央部分の外周に、全反射によって光を集光する周辺部分を有している。したがって、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができ、集光光率を高めて上記光検出素子による感度アップを図ることができる。そのため、上記従来の画像情報読取装置のように、上記読み取り対象物の上方に出射された蛍光を下方に反射するための凹面鏡を設ける必要がなく、蛍光を検出するための光学系を簡素にすることができる。
【００３３】
さらに、本蛍光検出装置の対物レンズとして上記対物レンズ素子と同等のＮＡを有する凸レンズを用いる場合に比して、上記対物レンズ素子の直径を小さくすることができる。また、上記対物レンズ素子は、上記検出対象物からの蛍光を集光して上記変換レンズに入射するので、上記変換レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子の直径を小さくすることができ、上記第２光学系を軽量に構成できる。
【００３４】
さらに、上記対物レンズ素子における上記中央部分の少なくとも一部は、上記励起光を透過させる励起光透過部となっている。そのために、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比して、強い励起エネルギーを上記読み取り対象物に付与することができ、上記光検出素子で検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上することができる。
【００３５】
また、この発明の蛍光検出方法は、
上記この発明の蛍光検出装置における上記第１光学系により、
上記光源部から、蛍光を励起する励起光を水平方向に出射し、
上記光源部からの励起光の進行方向を、上記光路変換部によって、鉛直上方に変換し、
上記光路変換部からの上記励起光を、上記対物レンズ素子を透過させて、検出対象物に照射し、
上記励起光の照射に基づいて上記検出対象物から発せられた蛍光を、上記対物レンズ素子によって鉛直下方に向かって集光し、
さらに、上記蛍光検出装置における上記第２光学系により、
上記変換レンズによって、上記対物レンズ素子で集光された蛍光を実質的に平行光に変換し、
上記波長フィルタによって、上記変換レンズで変換された実質的に平行な蛍光から上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光し、
上記光検出素子によって、上記波長フィルタからの蛍光を検出する
ことを特徴としている。
【００３６】
上記構成によれば、上記第１光学系を、上記第２支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が高く、且つ単位体積当たり重量が大きい材質である上記第１支持体で支持して、検出対象物への励起光照射位置の精度を高めるようにできる。
【００３７】
また、上記第２光学系を、上記第１支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が低く、且つ単位体積当たり重量が小さい材質である上記第２支持体で支持している。さらに、上記第２支持体を上記第１支持体に対して垂下するように取付固定している。こうして、上記第２光学系の垂下方向と上記第２光学系の光軸方向とを同一にして光軸のずれ等が発生しにくくすると共に、走査時における振動等を抑制して検出精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上より明らかなように、この発明によれば、光源と光路変換部と対物レンズ素子とを含む第１光学系を支持する第１支持体の材質を、変換レンズと波長フィルタと光検出素子とを含む第２光学系を支持する第２支持体の材質よりも、単位体積当たりの剛性が高く、且つ単位体積当たり重量が大きい材質にしている。したがって、検出対象物への励起光照射位置の精度を高めることができる。
【００３９】
また、上記第２光学系を、上記第１支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が低く、且つ単位体積当たり重量が小さい材質である上記第２支持体で支持している。さらに、上記第２支持体を上記第１支持体に対して垂下するように取り付けている。したがって、上記第２光学系の垂下方向と上記第２光学系の光軸方向とを同一にして光軸のずれ等が発生しにくくすると共に、走査時における振動等を抑制して検出精度を高めることができる。
【００４０】
すなわち、上記第１光学系および上記第２光学系による高速走査を可能にし、且つ高品位の蛍光画像情報を得ることを可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の蛍光検出装置における外観図である。
【図２】図１におけるサンプル台の下部に設置された走査ステージの外観図である。
【図３】図２における第２ステージ上に載置される走査モジュールの断面図である。
【図４】走査モジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４３】
図１は、本実施の形態の蛍光検出装置における外観図である。本蛍光検出装置１は、筺体を成す本体２と、本体２の上面を覆う蓋体３とで、大まかに構成されている。本体２の上面には、ガラスでなるサンプル台４が設けられており、サンプル台４上には例えば蛍光物質によって標識された生体由来物質が分布するゲル支持体やメンブレン等の転写支持体(共に図示せず)がサンプル(測定対象物)としてセットされる。
【００４４】
そして、上記サンプル台４の下側には光学系が配置されており、サンプル台４上にセットされたサンプルに対して、励起光学系によってサンプル台４を通して下方から励起光を照射し、サンプル台４を透過してくる上記サンプルからの蛍光を検出光学系によって検出する。上記検出光学系はＰＣ(Personal computer：パーソナルコンピュータ)５等の外部端末と接続されており、ＰＣ５から測定条件の制御等を行う。さらに、ＰＣ５によって、検出データに基づいてサンプルの蛍光画像を作成し、内蔵する表示画面に上記作成した蛍光画像等を表示する。
【００４５】
図２は、上記サンプル台４の下部に設置された走査ステージ６の外観図を示す。この走査ステージ６は、基準となる第１ステージ７と第１ステージ７の上に載置された第２ステージ８とで構成されている。そして、第２ステージ８の上に走査モジュール９が載置されている。上記蛍光を検出する上記検出光学系は走査モジュール９の中に格納されている。
【００４６】
上記走査ステージ６を構成する第１ステージ７には、第１走査方向に延在すると共に、一定の間隔で互いに対向する２本のガイドレール１０a,１０bが配設されている。また、第２ステージ８は、第１ステージ７のガイドレール１０aによって案内されて上記第１走査方向に往復動する第１ガイド部材１１と、ガイドレール１０bによって案内されて上記第１走査方向に往復動する第２ガイド部材１２とを有している。
【００４７】
上記第２ステージ８を構成する第１ガイド部材１１と第２ガイド部材１２との間には、上記第１走査方向に直交する第２走査方向に延在すると共に、一定の間隔で互いに対向する２本のガイドシャフト１３a,１３bが配設されている。また、走査モジュール９には、ガイドシャフト１３a,１３bが挿通される孔が設けられている。そして、走査モジュール９は、ガイドシャフト１３a,１３bによって案内されて上記第２走査方向に往復動するようになっている。
【００４８】
上記構成を有する走査ステージ６による走査方法は、先ず、上記第２ステージ８の第１ガイド部材１１と第２ガイド部材１２とがガイドレール１０a,１０bによって案内されて上記第１走査方向に移動して、第２ステージ８の第１ステージ７に対する位置決めが行われる。そうした後に、走査モジュール９がガイドシャフト１３a,１３bによって案内されて上記第２走査方向に移動して、走査モジュール９の第２ステージ８に対する位置決めが行われる。以後、上記動作を繰り返すことによって、サンプル１６上を二次元に走査するのである。
【００４９】
また、具体的な説明は省略するが、上記筺体を成す本体２のサンプル台４下部における走査ステージ６よりも更に下側には、第２ステージ８の第１,第２ガイド部材１１,１２を上記第１走査方向に、走査モジュール９を上記第２走査方向に移動させるためのモータ,歯付ベルト,ボールねじ,歯車,制御基板,電源および配線等の走査装置が設置されている。
【００５０】
図３は、上記第２ステージ８の上に載置される走査モジュール９の概略構成を示す縦断面図である。また、図４は、走査モジュール９の外観を示す斜視図である。
【００５１】
図３において、上記走査モジュール９の上部には、サンプル台(ガラス)４の近傍に位置して、サンプル台４上にセットされたサンプル１６からの蛍光を集光する対物レンズ１７を配置している。さらに、対物レンズ１７の光軸と励起光の光源１８の光軸とが直交する位置には、光源１８から出射されて第１レンズ１９で集光されたレーザ光等の励起光を対物レンズ１７に入射するように反射させる上記光路変換部としてのプリズム２０を配置している。
【００５２】
上記光源１８,第１レンズ１９,プリズム２０および対物レンズ１７によって構成される上記第１光学系としての励起光学系は、上記第１支持体としての金属枠２１に固定・支持されている。そのために、光源１８の放熱性が良く、励起光学系は熱変形しにくい構造になっている。したがって、光源１８から出射された励起光を、サンプル１６上の微小な１点に対して、ずれることなく集光させることができる。また、サンプル１６上の１点に対するずれが少ないため、プリズム２０の長手方向(第１レンズ１９の光軸に直交する方向)の長さは短く、上記長手方向に直交する方向の幅は狭くして、小さくすることが可能である。
【００５３】
ここで、図３においては、上記金属枠２１内に上記励起光学系を収納して上記励起光学系を支持するようにしている。しかしながら、図４に示すように、上記励起光学系を成す光源１８,第１レンズ１９,プリズム２０および対物レンズ１７を、上記第１支持体としての金属体３３(網掛け領域)上に載置して固定し、支持するようにしてもよい。
【００５４】
また、図３において、上記対物レンズ１７の光軸上におけるプリズム２０の下方には、プリズム２０側から順に、対物レンズ１７によって集光されたサンプル１６からの蛍光を平行光に変換する上記変換レンズである第２レンズ２２、励起光カット用の波長フィルタ２３、波長フィルタ２３を通過した蛍光を集光する第３レンズ２４、および、第３レンズ２４を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール２５が配置されている。さらに、対物レンズ１７の光軸上におけるピンホール２５の下方には、ピンホール２５を通過した蛍光を検出する上記検出素子を含む検出器２６が配置されている。
【００５５】
上記第２レンズ２２,波長フィルタ２３,第３レンズ２４,ピンホール２５および検出器２６によって構成される上記第２光学系としての検出光学系は、上記第２支持体としての樹脂枠２７に固定・支持されている。
【００５６】
この場合も、図３においては、上記樹脂枠２７内に検出器２６を収納して検出器２６を支持するようにしている。しかしながら、図４に示すように、検出器２６を、樹脂枠２７(ハッチング領域)の底面に固定して、支持するようにしてもよい。
【００５７】
上述したように、図３において、蛍光の直径は大きいため、検出光学系には大口径の第２レンズ２２および第３レンズ２４を使用する。その場合、大口径のレンズ２２,２４を支持する枠を金属で作成すると検出光学系の重量が増し、走査モジュール９の高速走査が困難となり、走査時間が長くなる。
【００５８】
一方において、上記大口径のレンズ２２,２４を支持する枠を、軽量化のために何の工夫もなく樹脂枠２７にすると、枠２７が歪むことによって上記検出光学系の光軸が設計位置からずれ、検出光学系の所望の性能を得ることができない。
【００５９】
そこで、本実施の形態においては、上記検出光学系の光軸を鉛直方向になるようにし、尚且つ上記検出光学系を支持する樹脂枠２７を金属枠２１の下面に垂下するように取り付けている。こうすることで、大口径のレンズ２２,２４を支持する枠を樹脂枠２７として軽量化図った場合でも、上記検出光学系の変形は光軸方向のみに限定され、自重による光軸のずれを小さくすることができるのである。
【００６０】
上記構成を有する走査モジュール９では、光源１８から出射された励起光は、第１レンズ１９で収束され、次いでプリズム２０によって反射されて、対物レンズ１７およびサンプル台４を通過して、サンプル１６における下面上の一点に集光される。その場合、プリズム２０の長手方向(第１レンズ１９の光軸に直交する方向)の長さは短く、上記長手方向に直交する方向の幅は狭くなっており、光源１８からの励起光は対物レンズ１７の光軸付近(励起光透過部)のみを通過するようになっている。
【００６１】
上記蛍光は、サンプル１６における上記励起光が照射された部分から周囲に等方的に出射される。そして、出射された蛍光のうちのガラスで成るサンプル台４を透過して対物レンズ１７に入射した成分が、対物レンズ１７,第２レンズ２２,波長フィルタ２３,第３レンズ２４およびピンホール２５を通過して、検出器２６によって検出される。そして、検出器２６で検出された信号は、内蔵されるＡＤ変換器等によってＡＤ変換等の処理が施された後に、ＰＣ５へ送出される。こうして、サンプル１６上の各測定点での蛍光強度の分布が内部メモリ等に記録される。
【００６２】
ここで、上述したように、上記対物レンズ１７を通過した蛍光は、収束光となって第２レンズ２２の方向に導かれる。そして、第２レンズ２２によって実質的に平行光になるように屈折される。また、第３レンズ２４は蛍光を集光する。また、ピンホール２５は空間的に迷光をカットするために配置される。尚、励起光カット用の波長フィルタ２３は、例えば回転フォルダ２８(図４参照)等に配置されて、励起光の波長に応じて他の波長のフィルタ２３aと交換可能になっている。
【００６３】
図３に示すように、上記対物レンズ１７における光軸を含む中央部分は、通常の凸レンズの機能(屈折のみで光を偏向)を有する凸レンズ部２９となっている。そして、サンプル１６から出射された蛍光のうち、放射角度の小さい蛍光は、この凸レンズ部２９の部分を通過して検出器２６に向かって集光される。
【００６４】
上記対物レンズ１７における凸レンズ部２９の周囲は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体ミリ波送信装置となっている。そして、サンプル１６から出射された蛍光のうちの、凸レンズ部２９に入りきらないような放射角度の大きい蛍光は、筒状体３０の上端面から筒状体３０内に入射し、筒状体３０の外周面で全反射されて光軸側に偏向され、筒状体３０の下端面から検出器２６に向かって出射される。
【００６５】
すなわち、本実施の形態においては、上記凸レンズ部２９で上記中央部分を構成し、筒状体３０で上記周辺部分を構成しているのである。
【００６６】
以上のごとく、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち、凸レンズ部２９に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体３０の外周面で全反射させることにより、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる。そのため、検出器２６の感度アップを図ることができるのである。
【００６７】
上記金属枠２１には、例えば歯付ベルト等の上記走査装置が接続されている。また、金属枠２１における互いに対向する側面２１a,２１a(図３では、一方の側面２１aのみが現れている)には、ガイドシャフト挿通用の穴が２つ設けられており、この穴に２本のガイドシャフト１３a,１３bが挿通されて水平に配置されている。さらに、上記検出光学系を支持する樹脂枠２７は、上記励起光学系を支持する金属枠２１の下面に、対物レンズ１７の光軸と上記検出光学系の光軸とが一致するように取り付けられて、鉛直方向に垂下されている。こうすることによって、樹脂枠２７は軽く、重心は金属枠２１側にあるため、上記走査装置によって走査する際に走査モジュール９のねじれや振動を抑えることができるのである。
【００６８】
以上のごとく、本実施の形態においては、励起光の光源１８を、走査モジュール９の励起光学系に組み込んで、一体化している。このように、光源１８を走査モジュール９に内蔵することによって、外部光源からの励起光を光ファイバーやミラー等を用いて走査モジュール内に導入するよりも光利用率を向上させ、構造的にも簡略化が可能になる。但し、光源１８を走査モジュール９に内蔵することによって、走査モジュール９の重量増加,光学精度の低下および発熱等の問題が発生する。
【００６９】
そこで、本実施の形態では、上記光源１８,プリズム２０および対物レンズ１７で構成される上記励起光学系を、金属枠２１で支持している。
【００７０】
上記検出光学系へ向かう蛍光を遮らないようにするためには、プリズム２０を小さくする必要があり、サンプル１６への励起光照射位置にも精度が求められるため、励起光の光路には非常に高い精度が求められる。これは、蛍光は励起光照射位置を中心とした点光源と見なされ、点光源から広角で放射された蛍光を近接させた対物レンズ１７で捕集するため、点光源と対物レンズ１７との位置関係がわずかにずれただけでも集光効率が大幅に低下するからである。これらの理由より、上記励起光学系を剛性の高い金属枠２１で支持する必要がある。また、光源１８からの発熱が内部にこもらないように枠２１を金属製とすることが望ましい。
【００７１】
これに対し、上記第２レンズ２２,波長フィルタ２３,第３レンズ２４,ピンホール２５および検出器２６によって構成される検出光学系は、樹脂枠２７で支持している。その場合、大口径の第２レンズ２２および第３レンズ２４を使用しても光軸が設計位置からずれないように、検出光学系を鉛直方向に直列に配列して光軸を対物レンズ１７の光軸に一致させ、樹脂枠２７を上記励起光学系の金属枠２１に対して鉛直方向に垂下して取り付けられている。
【００７２】
上記対物レンズ１７によって鉛直下向きに集光される光は、第２レンズ２２を通過する以前においても平行光に近く、対物レンズ１７以降の検出光学系の各光学素子は位置ずれに対して非常に大きな公差をもっている。さらに、上記検出光学系が上記励起光学系に対して鉛直方向に垂下する構造であれば、枠体の剛性が低くとも上記検出光学系の検出精度の低下は起こりにくい。このように、上記検出光学系は金属枠２１に対して垂下した構成にすることによって、上記検出光学系の各部材同士を剛性体で支える必要がない。そのために、上述したように、上記検出光学系の垂下方向と上記検出光学系の光軸方向とが同一であることが、光軸のずれ等が発生しにくい(垂下方向への伸び縮みは起こる可能性はあるが光軸はずれない)ため望ましい。
【００７３】
一方、上記樹脂枠２７は金属枠２１に取り付けられるため、上記検出光学系の重量が増加すると金属枠２１に対する負荷が大きくなり、本蛍光検出装置の走査時における振動等によって上段に位置する上記励起光学系の位置精度が低下しやすくなる。したがって、上記検出光学系を固定・支持する枠体は、剛性を犠牲にしてでも樹脂によって軽量化した方が検出精度を高めやすいのである。また、軽量化によって上記走査装置の構造を簡略化でき、本蛍光検出装置の小型化やコストの削減を図ることが可能になる。
【００７４】
また、上記サンプル１６の表面を二次元に走査する場合、上記走査装置の振動等の影響を考慮する必要がある。そこで、本実施の形態においては、上記走査装置を、剛性の高い金属枠２１に接続・固定している。したがって、上記走査装置の振動等による上記励起光学系への光学的な位置ずれが、発生しにくくなっている。
【００７５】
また、上記対物レンズ１７を、中央部分に凸レンズ部２６を有すると共に、凸レンズ部２９の周囲に円錐台形の筒状体３０を有するように構成している。したがって、サンプル１６から出射された蛍光のうち、凸レンズ部２９に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体３０の外周面で全反射させて集光することができ、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる。その結果、上記蛍光の集光率を高めることができ、対物レンズ１７の光軸上に配置されたプリズム２０で遮られて検出器２６によって検出されない蛍光の存在によるＳ/Ｎの低下を防止して、高感度な蛍光情報読み取り装置を実現することができる。
【００７６】
さらに、上記大きな放射角度の蛍光を高いＮＡの通常の凸レンズで集光する場合よりも対物レンズ１７を小型に構成することができる。また、対物レンズ１７は、サンプル１６からの蛍光を集光して第２レンズ２２に入射するので、蛍光を検出器２６に導く光路上に設置される第２レンズ２２,波長フィルタ２３および第３レンズ２４等の光学素子をも小型にすることが可能になる。したがって走査モジュール９の軽量化を図って高速走査を可能にすることができる。したがって、サンプル１６における異なる複数の位置での二次元の蛍光分布を高速に検出することが可能になる。
【００７７】
尚、上記説明においては、１つの光源１８からの励起光をサンプル１６に照射するようにしている。しかしながら、図４に示すように、光源を第１光源１８,第２光源３１,第３光源３２のように複数設けて、サンプル１６上の生体由来物質を標識している蛍光物質の波長に応じて、波長の異なる励起光を切り換え照射するようにしても差し支えない。
【００７８】
また、上記実施の形態においては、上記第１支持体を金属枠２１あるいは金属体３３で構成する一方、上記第２支持体を樹脂枠２７で構成している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記第１支持体は、上記第２支持体の材質よりも単位体積当たりの剛性が高く、且つ単位体積当たり重量が大きい材質で構成されていればよい。
【符号の説明】
【００７９】
１…蛍光検出装置、
４…サンプル台、
５…ＰＣ、
６…走査ステージ、
７…第１ステージ、
８…第２ステージ、
９…走査モジュール、
１３a,１３b…ガイドシャフト、
１６…サンプル、
１７…対物レンズ、
１８,３１,３２…光源、
１９…第１レンズ、
２０…プリズム、
２１…金属枠、
２２…第２レンズ、
２３,２３a…波長フィルタ、
２４…第３レンズ、
２５…ピンホール、
２６…検出器、
２７…樹脂枠、
２８…回転フォルダ、
２９…凸レンズ部、
３０…筒状体、
３３…金属体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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