(57)【要約】【課題】簡素な構成にて効果的に自家蛍光を除去し得る蛍光検出装置を提供する。【解決手段】蛍光検出装置（１）は、励起光を出射する半導体レーザ（１０１）と、励起光をバイオセンサ基板（１０）上の試料に収束させる対物レンズ（１０６）と、バイオセンサ基板（１０）から対物レンズ（１０６）に入射し対物レンズ（１０６）を透過した蛍光に非点収差を導入するアナモレンズ（１０９）と、蛍光を複数の光束に分離する分光素子（１１０）と、分光素子（１１０）によって分離された光束を受光する蛍光検出器（１１１）と、を備える。分光素子（１１０）は、蛍光検出器（１１１）の受光面上において、試料の位置から生じた蛍光が、試料の位置以外の所定の深さ位置から生じた蛍光から分離されるよう、蛍光を分光する。蛍光検出器（１１１）は、試料の位置から生じた蛍光が照射され、且つ、試料の位置以外の深さ位置から生じた蛍光が照射されない領域に、センサが配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光標識が施された試料を保持する試料保持担体に対し照射光を照射するとともに、当該照射光の照射により試料から生じる蛍光を検出する蛍光検出装置において、
前記照射光を出射する光源と、
前記照射光を前記試料保持担体上の前記試料に収束させる対物レンズと、
前記試料保持担体から前記対物レンズに入射し前記対物レンズを透過した蛍光に非点収差を導入する非点収差素子と、
前記蛍光を複数の光束に分離する分光素子と、
前記分光素子によって分離された前記光束を受光する蛍光検出器と、を備え、
前記分光素子は、前記蛍光検出器の受光面上において、前記試料の位置から生じた蛍光が、前記試料の位置以外の所定の深さ位置から生じた蛍光から分離されるよう、前記蛍光を分光し、
前記蛍光検出器は、前記試料の位置から生じた蛍光が照射され、且つ、前記試料の位置以外の深さ位置から生じた蛍光が照射されない領域に、受光部が配置されている、蛍光検出装置。
【請求項２】
前記試料保持担体は、前記試料を収容する試料収容部と、前記試料収容部よりも前記照射光の入射側に配置され前記照射光の一部を反射する反射面と、を備え、
前記反射面において反射された前記照射光の反射光を受光する反射光検出器を有する、請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項３】
前記非点収差素子は、第１の方向における前記蛍光の収束により第１の焦線を生成し、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記蛍光の収束により第２の焦線を生成し、
前記分光素子は、前記蛍光から４つの前記光束を分離し、
前記第１の方向と前記第２の方向にそれぞれ平行で且つ互いにクロスする２つの直線の交点を前記蛍光の光軸に整合させたとき、前記２つの直線によって区分される前記蛍光の４つの領域に、４つの前記光束がそれぞれ含まれる、請求項１又は２に記載の蛍光検出装置。
【請求項４】
前記分光素子は、４つの前記光束を、それぞれ、前記光検出器上において、正方形の４つの頂角の位置に照射させるよう、４つの前記光束の進行方向を変化させる構造を備える、請求項３に記載の蛍光検出装置。
【請求項５】
前記非点収差素子は、第１の方向における前記蛍光の収束により第１の焦線を生成し、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記蛍光の収束により第２の焦線を生成し、
前記分光素子は、前記蛍光から２つの前記光束を分離し、
前記第１の方向に平行な直線を前記蛍光の光軸に整合させたとき、前記直線によって区分される前記蛍光の２つの領域に、２つの前記光束がそれぞれ含まれ、
前記分光素子は、前記試料の位置から生じた蛍光が前記非点収差素子によって収束されることにより生じる２つの焦線のうち前記対物レンズ側の焦線よりも前記対物レンズ側に配置されている、請求項１又は２に記載の蛍光検出装置。
【請求項６】
前記分光素子は、２つの前記光束を前記第２の方向に互いに離間させるよう、２つの前記光束の進行方向を変化させる構造を備える、請求項５に記載の蛍光検出装置。
【請求項７】
前記分光素子は、波長選択性の回折素子により構成され、
前記分光素子は、前記蛍光と前記反射面によって反射された前記照射光の前記反射光とが入射されるとともに、前記蛍光と前記反射光との波長の差異に基づき、前記蛍光と前記反射光を互いに分離させる回折作用を、前記蛍光にさらに付与する、請求項２ないし６の何れか一項に記載の蛍光検出装置。
【請求項８】
前記対物レンズ、前記非点収差素子、前記分光素子又は前記受光部の位置を前記蛍光の光軸方向に可変する機構を備え、前記光軸方向の異なる位置に配置された前記試料から生じる蛍光を分離して検出する、請求項２ないし７の何れか一項に記載の蛍光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞等の被検体を蛍光標識することにより調整された試料に対して励起光を照射し、試料から生じる蛍光を検出する蛍光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光標識された試料の検出を自動化する技術が種々提案されている。たとえば、特開２００１−２３８６７４号公報には、既存の光ディスクの技術を用いたＤＮＡディスクが提案されている。ここでは、ディスク上に、一連のスポットが螺旋状に並ぶように形成され、さらに、スポットの配列に沿ってトラックが形成され、このトラックにアドレスマークが形成される。そして、トラックに沿って光が走査され、この光によってスポットから生じた蛍光が光検出器によって検出される。【０００３】
また、特開２００１−２３８６７４号公報には、スポット以外において生じる蛍光、いわゆる領域外蛍光や自家蛍光を除去する構成が開示されている。ディスク基板や他の光学部材等を光が通過する際に、領域外蛍光あるいは自家蛍光が生じる。かかる自家蛍光が光検出器に入射すると、スポット内に存在している試料から生じる蛍光の検出精度が低下する惧れがある。かかる問題を抑制するため、特開２００１−２３８６７４号公報では、光検出器の前段にアパーチャを配置し、試料によって生じた蛍光をアパーチャの開口部に収束させることにより、領域外蛍光や自家蛍光などの不要な蛍光を除去する構成が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３８６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特開２００１−２３８６７４号公報によれば、試料によって生じた蛍光の収束位置に開口部を正確に位置づける必要があるため、開口部の位置調整作業が困難になるとの課題が生じる。また、位置調整作業を容易にするために開口部のサイズを大きくすると、自家蛍光が開口部を通過する割合が増加し、自家蛍光による検出精度の低下を効果的に抑制できなくなる。さらに目的の試料が存在する位置以外から生じる蛍光、すなわち領域外蛍光も生じることになり、この結果、目的試料から生じた蛍光の検出精度が低下する。【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にて効果的に目的の試料以外から生じる自家蛍光や領域外蛍光などの不要な蛍光を除去し得る蛍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】
【０００７】
本発明の主たる態様は、蛍光標識が施された試料を保持する試料保持担体に対し照射光を照射するとともに、当該照射光の照射により試料から生じる蛍光を検出する蛍光検出装置に関する。この態様に係る蛍光検出装置は、前記照射光を出射する光源と、前記照射光を前記試料保持担体上の前記試料に収束させる対物レンズと、前記試料保持担体から前記対物レンズに入射し前記対物レンズを透過した蛍光に非点収差を導入する非点収差素子と、前記蛍光を複数の光束に分離する分光素子と、前記分光素子によって分離された前記光束を受光する光検出器と、を備える。ここで、前記分光素子は、前記光検出器の受光面上において、前記試料の位置から生じた蛍光が、前記試料の位置以外の所定の深さ位置から生じた蛍光から分離されるよう、前記蛍光を分光する。前記光検出器は、前記試料の位置から生じた蛍光が照射され、且つ、前記試料の位置以外の深さ位置から生じた蛍光が照射されない領域に、受光部が配置されている。【０００８】
本態様に係る蛍光検出装置によれば、光検出器の受光面上において、試料の位置から生じた蛍光と、その試料の位置以外の深さ位置から生じた蛍光（いわゆる自家蛍光）とが重ならず、試料の位置から生じた蛍光のみが照射される領域に配置された受光部により、試料の位置から生じた蛍光のみを受光することができる。これにより、簡素な構成にて自家蛍光を除去しながら、試料の位置から生じた蛍光を精度良く検出することが可能となる。【０００９】
本態様に係る蛍光検出装置において、前記非点収差素子は、第１の方向における前記蛍光の収束により第１の焦線を生成し、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記蛍光の収束により第２の焦線を生成し、前記分光素子は、前記蛍光から４つの前記光束を分離し、前記第１の方向と前記第２の方向にそれぞれ平行で且つ互いにクロスする２つの直線の交点を前記蛍光の光軸に整合させたとき、前記２つの直線によって区分される前記蛍光の４つの領域に、４つの前記光束がそれぞれ含まれるよう構成され得る。このように、非点収差の方向との関係から、分光素子により分光される領域を設定することにより、試料から生じた蛍光と、試料以外の深さ位置から生じた蛍光とを、光検出器上において、互いに重ならないよう、分離することができる。【００１０】
この場合に、前記分光素子は、４つの前記光束を、それぞれ、前記光検出器上において、正方形の４つの頂角の位置に照射させるよう、４つの前記光束の進行方向を変化させる構造を備えるよう構成され得る。こうすると、試料の位置から生じた蛍光のみが照射される領域をコンパクトにすることができ、受光部のレイアウト構成を簡素にすることができる。【００１１】
また、本態様に係る蛍光検出装置において、前記非点収差素子は、第１の方向における前記蛍光の収束により第１の焦線を生成し、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記蛍光の収束により第２の焦線を生成し、前記分光素子は、前記蛍光から２つの前記光束を分離し、前記第１の方向に平行な直線を前記蛍光の光軸に整合させたとき、前記直線によって区分される前記蛍光の２つの領域に、２つの前記光束がそれぞれ含まれるよう構成され得る。この場合、前記分光素子は、前記試料の位置から生じた蛍光が前記非点収差素子によって収束されることにより生じる２つの焦線のうち前記対物レンズ側の焦線よりも前記対物レンズ側に配置される。このように、非点収差の方向との関係から、分光素子により分光される領域を設定することにより、試料から生じた蛍光と、試料以外の深さ位置から生じた蛍光とを、光検出器上において、互いに重ならないよう、分離することができる。また、この構成によれば、分光する光束が４つである場合に比べ、分光素子の構成を簡素化することができる。【００１２】
この場合、前記分光素子は、２つの前記光束を前記第２の方向に互いに離間させるよう、２つの前記光束の進行方向を変化させる構造を備えるよう構成され得る。こうすると、試料の位置から生じた蛍光のみが照射される領域をコンパクトにすることができ、受光部のレイアウト構成を簡素にすることができる。【００１３】
また、本態様に係る蛍光検出装置において、前記試料保持担体は、前記試料を収容する試料収容部と、前記試料収容部よりも前記照射光の入射側に配置され照射光の一部を反射する反射面と、を備えるよう構成され得る。ここで、前記分光素子は、波長選択性の回折素子により構成され、前記分光素子は、前記蛍光と前記反射面によって反射された前記照射光の反射光とが入射されるとともに、前記蛍光と前記反射光との波長の差異に基づき、前記蛍光と前記反射光を互いに分離させる回折作用を、前記蛍光にさらに付与するよう構成され得る。こうすると、一つの光検出器により、蛍光と反射面によって反射された照射光の反射光とを受光することができるため、部品点数の削減と、構成の簡素化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡素な構成にて効果的に自家蛍光を除去し得る蛍光検出装置を提供することができる。【００１５】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態によって何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るバイオセンサ基板の外観の構成を模式的に示す斜視図、バイオセンサ基板を面に垂直な平面で切断したときの断面図、およびバイオセンサ基板の断面の一部拡大図である。
【図２】実施例１に係る蛍光検出装置の構成を示す図である。
【図３】実施例１に係る励起光の焦点深度を説明するための図である。
【図４】実施例１に係る信号演算回路の回路構成を示す図である。
【図５】実施例１の技術原理に係る蛍光の収束状態を説明する図およびアナモレンズの構成を示す模式図である。
【図６】実施例１の技術原理に係る光束領域の分布状態を説明する図である。
【図７】実施例１の技術原理に係る信号光と迷光の分布を説明する図である。
【図８】実施例１の技術原理に係る蛍光の進行方向に付与するベクトルを示す図および受光面上における蛍光の照射領域を示す図である。
【図９】実施例１に係る分光素子の構成例を示す図および蛍光検出器の受光面上に配されるセンサの構成例を示す図である。
【図１０】実施例２の技術原理に係る蛍光の収束状態を説明する図、アナモレンズの構成を示す模式図、分光素子の形状を示す斜視図、および光入射側から見た分光素子を示す図である。
【図１１】実施例２に係る蛍光の光束領域の状態を模式的に示す図、比較例の場合の光束領域を重ねて示す図、および受光面上における蛍光の光束領域を示す図である。
【図１２】実施例２に係る分光素子の他の構成例を示す図および蛍光検出器の受光面上に配されるセンサの構成例を示す図である。
【図１３】実施例２に係る蛍光検出器の受光面上における蛍光の光束領域の変更例を示す図である。
【図１４】実施の形態に係るウエルの他の構成例を示す図である。
【図１５】実施の形態に係るウエル内に試料が多重に重なって配されている状態を示す図および蛍光の検出位置を調整させる方法を説明する図である。
【図１６】実施の形態に係る蛍光検出装置の他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明する。
【００１８】
＜実施例１＞
図１（ａ）は、本実施例で用いるバイオセンサ基板１０の外観の構成を模式的に示す斜視図である。バイオセンサ基板１０は、たとえば、人の血液中においてマラリア原虫に感染した赤血球を検出するために用いられる。
【００１９】
バイオセンサ基板１０は、光ディスク（ＣＤやＤＶＤ等）と同様に円盤形状を有しており、中心に円形状の孔１０ａが形成されている。また、バイオセンサ基板１０は、ベース基板１１の上面にウエル層１２が積層された構造となっている。ウエル層１２には、図１（ａ）の右端の拡大図に示すように、円柱形状の窪みからなる微小なウエル１３が複数形成されている。ウエル１３は、バイオセンサ基板１０の内周から外周に向かって同心円状または螺旋状に並んでいる。ウエル１３は、ウエル層１２の上面よりも一段低い底面部１３ａを有しており、試料が滴下されたときにその試料を収容することができるよう直径と高さが設定されている。
【００２０】
図１（ｂ）は、バイオセンサ基板１０を面に垂直な平面で切断したときの断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の破線部分の拡大図である。
【００２１】
ベース基板１１の上側（ウエル層１２側）には、光ディスクと同様の螺旋状のトラック（ピット列）が形成されている。ピットは、バイオセンサ基板１０の面上の位置を特定するためのアドレス情報を保持している。ＣＤやＤＶＤと同様、線速度一定でトラックが励起光（後述）により走査されることにより、アドレス情報が再生される。ベース基板１１とウエル層１２との間には、反射膜１４が配されている。ベース基板１１の上面に反射膜１４が積層されることにより、ベース基板１１の上面に、反射膜１４とベース基板１１との界面である反射面１１ａが形成される。ウエル１３は、ウエル層１２の上面側に所定の間隔を開けて形成されている。ウエル１３の底面部１３ａは、反射膜１４よりも僅かに上側に位置付けられており、ウエル１３の底面部１３ａと反射膜１４の上面とは離間している。
【００２２】
ここで、ウエル１３の直径と高さを、それぞれｄ１、ｄ２とし、底面部１３ａと反射面１１ａとの間隔をｄ３とし、ウエル１３の間隔をｄ４とし、ベース基板１１の厚みをｄ５とし、反射面１１ａのトラックピッチをｄ６とする。本実施例では、直径ｄ１と、高さｄ２は、それぞれ、１００μｍと５０μｍに設定されており、間隔ｄ３、ｄ４は、それぞれ、２μｍと３００μｍに設定されており、厚みｄ５は０．６ｍｍに設定されており、トラックピッチｄ６は、１μｍに設定されている。また、反射膜１４の励起光（後述）に対する反射率は、３〜４％に設定されている。
【００２３】
図２は、本実施例に係る蛍光検出装置１の構成を示す図である。蛍光検出装置１は、たとえば、上記バイオセンサ基板１０のウエル１３に収容された赤血球がマラリア原虫に感染しているかを判定するために用いられる。
【００２４】
なお、蛍光検出装置１を使用する際、予め、被検体を蛍光標識することにより作成した試料を、バイオセンサ基板１０のウエル１３に収容させておく。本実施例では、被検体である直径約１０μｍ、厚さ約２μｍの赤血球がマラリア原虫に感染していた場合にその内部が蛍光標識され、感染している赤血球と感染していない赤血球とが共に直径１００μｍのウエル１３の底面部１３ａに並列的に複数配される。このように試料が収容されたバイオセンサ基板１０の孔１０ａ（図１（ａ）参照）が、蛍光検出装置１の回転装置１２３（ターンテーブル）にセットされ、測定が開始される。
【００２５】
蛍光検出装置１の光学系は、半導体レーザ１０１と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０２と、コリメータレンズ１０３と、１／４波長板１０４と、ダイクロイックプリズム１０５と、対物レンズ１０６と、アナモレンズ１０７と、光検出器１０８と、アナモレンズ１０９と、分光素子１１０と、蛍光検出器１１１と、アパーチャ１１２を備えている。また、蛍光検出装置１は、上記光学系の他、ホルダ１２１と、対物レンズアクチュエータ１２２と、回転装置１２３と、信号演算回路２０１と、サーボ回路２０２と、再生回路２０３と、信号増幅回路２０４と、コントローラ２０５を備えている。
【００２６】
半導体レーザ１０１は、波長４０５ｎｍ程度のレーザ光（以下、「励起光」という）を出射する。なお、本実施の形態における励起光は、特許請求の範囲に記載の照射光の一例である。図２には、半導体レーザ１０１から出射される励起光のうち、バイオセンサ基板１０に導かれる励起光、すなわち、アパーチャ１１２を通過する励起光が、破線で示されている。アパーチャ１１２には、所定の口径を有する円形の開口が形成されており、このアパーチャ１１２により励起光の口径が制限される。また、半導体レーザ１０１の位置は、半導体レーザ１０１から出射される励起光がＰＢＳ１０２に対してＳ偏光となるよう調整されている。これにより、半導体レーザ１０１から出射された励起光は、アパーチャ１１２により口径を制限された後、ＰＢＳ１０２によって反射され、コリメータレンズ１０３に入射する。
【００２７】
コリメータレンズ１０３は、ＰＢＳ１０２側から入射する励起光を平行光に変換する。これにより、コリメータレンズ１０３を通過した励起光は、所定径の平行光となる。１／４波長板１０４は、コリメータレンズ１０３側から入射する励起光を円偏光に変換するとともに、ダイクロイックプリズム１０５側から入射する励起光を、コリメータレンズ１０３側から入射する際の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。これにより、コリメータレンズ１０３側からＰＢＳ１０２に入射する励起光は、ＰＢＳ１０２を透過する。
【００２８】
ダイクロイックプリズム１０５は、波長４０５ｎｍ程度のレーザ光を反射し、波長４５０〜５４０ｎｍ程度のレーザ光を透過するよう構成されている。これにより、１／４波長板１０４側から入射する励起光は、ダイクロイックプリズム１０５によって反射され、対物レンズ１０６に入射する。
【００２９】
対物レンズ１０６は、励起光をバイオセンサ基板１０に対して適正に収束させるよう構成されている。具体的には、対物レンズ１０６は、ダイクロイックプリズム１０５側から入射する励起光が所定のＮＡ（開口数、ここでは、０．３４）で収束するよう構成されている。対物レンズ１０６に対する励起光の入射口径は、アパーチャ１１２の口径によって決められる。対物レンズ１０６により収束される励起光の焦点深度は、励起光のＮＡによって決まる。励起光の焦点深度については、追って、図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００３０】
対物レンズ１０６は、ホルダ１２１に保持された状態で、対物レンズアクチュエータ１２２により、フォーカス方向（バイオセンサ基板１０に垂直な方向）とトラッキング方向（バイオセンサ基板１０の径方向）に駆動される。すなわち、対物レンズ１０６は、励起光が、バイオセンサ基板１０の反射面１１ａに合焦された状態で、ピット列からなるトラックを追従するよう、駆動される。反射面１１ａに合焦された励起光は、一部が反射面１１ａによって反射され、大部分が反射面１１ａを透過する。以下、反射面１１ａによって反射された励起光を「反射励起光」という。後述のように、この反射励起光に基づいて、対物レンズ１０６をフォーカス方向とトラッキング方向に駆動するためのサーボ信号が生成される（図４参照）。
【００３１】
図３（ａ）、（ｂ）は、励起光の焦点深度を説明するための図である。
【００３２】
上述したように、励起光の波長は４０５ｎｍであり、励起光のＮＡ（開口数）は０．３４である。また、一般に焦点深度は、波長／（ＮＡ×ＮＡ）により算出することができる。よって、本実施例の励起光の焦点深度は、約３．５μｍとなる。底面部１３ａと反射面１１ａとの間隔ｄ３は、励起光の焦点深度よりも小さくなるよう設定され、ここでは、２．０μｍに設定されている。
【００３３】
上記のように、励起光のＮＡが設定されると、焦点位置におけるスポット径は約１μｍとなる。図１（ｃ）に示すトラックピッチの間隔ｄ６は、かかるスポット径と略同じとなるよう、１μｍに設定されている。
【００３４】
図３（ａ）は、励起光の焦点深度の範囲の最下点が反射膜１４と一致している状態を示し、図３（ｂ）は、励起光の焦点深度の範囲の最上点が底面部１３ａと一致している状態を示している。なお、サーボ回路２０２から対物レンズアクチュエータ１２２に出力されるオフセット電圧を調整することで、励起光の焦点深度の範囲を図３（ａ）、（ｂ）の何れの状態とすることもできる。
【００３５】
図３（ａ）、（ｂ）の状態のとき、ウエル１３の底面部１３ａと反射面１１ａとの間隔ｄ３は２μｍであり、励起光の焦点深度は３．５μｍであるため、励起光の焦点深度に対応する範囲に、底面部１３ａと反射面１１ａの両方が含まれるようになる。したがって、フォーカスサーボにより、励起光の焦点位置を反射面１１ａに位置付けると、底面部１３ａに配されている試料にも焦点が合わせられることとなる。
【００３６】
図２に戻り、バイオセンサ基板１０に照射された励起光のうち、反射面１１ａによって反射された反射励起光は、ダイクロイックプリズム１０５によって反射され、１／４波長板１０４により直線偏光に変更され、コリメータレンズ１０３により収束光となる。そして、コリメータレンズ１０３側からＰＢＳ１０２に入射する反射励起光は、上述したようにＰＢＳ１０２を透過する。
【００３７】
アナモレンズ１０７は、ＰＢＳ１０２側から入射する反射励起光に非点収差を導入する。アナモレンズ１０７を透過した反射励起光は、光検出器１０８に入射する。光検出器１０８は、受光面上に反射励起光を受光するための４分割センサを有している。光検出器１０８の検出信号は、信号演算回路２０１に入力される。
【００３８】
バイオセンサ基板１０に照射された励起光のうち、反射面１１ａを透過した励起光は、ウエル１３の底面部１３ａに到達する。底面部１３ａに並列的に配されている蛍光標識されたマラリア原虫に感染している赤血球に励起光が照射されると、マラリア原虫から蛍光が発生する。かかる蛍光は、図２において一点鎖線で示されるように、ＮＡ（開口数）が励起光のＮＡよりも大きい。このため、対物レンズ１０６とダイクロイックプリズム１０５との間において、蛍光のビーム径は励起光のビーム径よりも大きくなっている。蛍光のＮＡは、たとえば、０．６５である。また、蛍光の波長は励起光の波長と異なっており、本実施例では４５０〜５４０ｎｍとなっている。
一方でマラリア原虫に感染していない赤血球は蛍光標識されていないので蛍光を発生しない。このようにして、マラリア原虫に感染している赤血球と感染していない赤血球とを区別することができる。
【００３９】
対物レンズ１０６側からダイクロイックプリズム１０５に入射する蛍光は、ダイクロイックプリズム１０５を透過する。アナモレンズ１０９は、ダイクロイックプリズム１０５側から入射する蛍光に非点収差を導入する。分光素子１１０は、アナモレンズ１０９によって非点収差が導入された蛍光の進行方向を変更させる。蛍光検出器１１１は、分光素子１１０によって進行方向が変更された蛍光を受光するためのセンサを有している。蛍光検出器１１１の検出信号は、信号増幅回路２０４に入力される。アナモレンズ１０９と、分光素子１１０と、蛍光検出器１１１の受光面上のセンサについては、追って図５（ａ）〜図９（ｆ）を参照して説明する。
【００４０】
信号演算回路２０１は、光検出器１０８の検出信号から、後述するフォーカスエラー信号ＦＥとトラッキングエラー信号ＴＥを生成し、光検出器１０８の検出信号から、後述する再生ＲＦ信号を生成する。サーボ回路２０２は、信号演算回路２０１から出力されたフォーカスエラー信号ＦＥとトラッキングエラー信号ＴＥを用いて、対物レンズアクチュエータ１２２の駆動を制御する。また、サーボ回路２０２は、信号演算回路２０１から出力された再生ＲＦ信号を用いて、線速度一定でバイオセンサ基板１０が回転されるよう、回転装置１２３を制御する。再生回路２０３は、信号演算回路２０１から出力された再生ＲＦ信号を復調して再生データを生成する。信号増幅回路２０４は、蛍光検出器１１１の検出信号を増幅する。
【００４１】
コントローラ２０５は、信号演算回路２０１と、サーボ回路２０２と、再生回路２０３の他、蛍光検出装置１の各部を制御する。また、コントローラ２０５は、再生回路２０３から出力される再生データ（アドレス情報）と、信号増幅回路２０４から出力された信号に基づいて、蛍光を検出したウエル１３がバイオセンサ基板１０のどの位置にあるかを判定し、蛍光を検出したウエル１３に対応するアドレス情報を内部メモリに保持する。
【００４２】
図４は、信号演算回路２０１の回路構成を示す図である。
【００４３】
光検出器１０８は、上述したように受光面上に反射励起光を受光するための４分割センサを有しており、４分割センサの左上、右上、右下、左下のセンサは、それぞれ受光した反射励起光のビームスポットに基づいて検出信号Ｓ１〜Ｓ４を出力する。なお、図４の光検出器１０８の受光面上において、ディスクのラジアル方向（径方向）に対応する方向は、左右方向である。また、フォーカスエラー信号ＦＥとトラッキングエラー信号ＴＥは、既存の光ディスク装置において用いられる非点収差法と１ビームプッシュプル法に従って生成される。
【００４４】
信号演算回路２０１は、加算器３０１〜３０４、３０７と、減算器３０５、３０６を備えている。加算器３０１は、検出信号Ｓ１、Ｓ３を加算した信号を減算器３０５に出力し、加算器３０２は、検出信号Ｓ２、Ｓ４を加算した信号を減算器３０５に出力する。加算器３０３は、検出信号Ｓ１、Ｓ４を加算した信号を減算器３０６と加算器３０７に出力し、加算器３０４は、検出信号Ｓ２、Ｓ３を加算した信号を減算器３０６と加算器３０７に出力する。
【００４５】
減算器３０５は、加算器３０１、３０２の出力信号を減算して、フォーカスエラー信号ＦＥを出力する。減算器３０６は、加算器３０３、３０４の出力信号を減算して、トラッキングエラー信号ＴＥを出力する。加算器３０７は、加算器３０３、３０４の出力信号を加算して、再生ＲＦ信号を出力する。すなわち、フォーカスエラー信号ＦＥと、トラッキングエラー信号ＴＥと、再生ＲＦ信号は、それぞれ以下の式（１）〜（３）の演算により取得することができる。
【００４６】
ＦＥ＝（Ｓ１＋Ｓ３）−（Ｓ２＋Ｓ４）  …（１）
ＴＥ＝（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）  …（２）
ＲＦ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）  …（３）
対物レンズ１０６の焦点位置が反射面１１ａに位置付けられているとき、光検出器１０８の４分割センサ上のビームスポットは最小錯乱円となり、上記式（１）のフォーカスエラー信号ＦＥの値が０となる。また、対物レンズ１０６の焦点位置が反射面１１ａのトラック（ピット）の真上に位置付けられているとき、光検出器１０８の４分割センサ上のビームスポットは、左側の２つのセンサと右側の２つのセンサに対して等しく掛かり、上記式（２）のトラッキングエラー信号ＴＥの値が０となる。
【００４７】
ここで、図３（ａ）、（ｂ）に示すように対物レンズ１０６の焦点位置に試料が位置付けられていても、蛍光検出器１１１に入射する蛍光は、必ずしも試料により生じる蛍光だけに限らない。すなわち、試料に対して光軸方向にずれた位置から生じる、いわゆる自家蛍光も、蛍光検出器１１１に入射する。かかる自家蛍光は、励起光が対物レンズ１０６やバイオセンサ基板１０などの光学部品を通過する際や、励起光の収束位置以外の位置に存在する試料から生じる。自家蛍光が蛍光検出器１１１に入射すると、蛍光検出器１１１の検出精度が低下するとの問題が生じる。
【００４８】
そこで、本実施例では、アナモレンズ１０９と分光素子１１０を用いて、蛍光検出器１１１に入射する蛍光から励起光の収束位置の試料により生じる蛍光のみを取り出している。以下、図５（ａ）〜図８（ｂ）を参照して、かかる技術的原理について説明する。
【００４９】
図５（ａ）は、蛍光の収束状態を説明する図である。図５（ａ）には、試料から生じる蛍光（以下、「信号光」という）、光軸方向において試料よりも深い位置から生じる蛍光（以下、「迷光１」という）、光軸方向において試料よりも浅い位置から生じる蛍光（以下、「迷光２」という）の収束状態が示されている。
【００５０】
図５（ｂ）は、アナモレンズ１０９の構成を示す模式図である。アナモレンズ１０９は、レンズ光軸に平行に入射する蛍光に対し、曲面方向と平面方向に収束作用を付与する。ここで、曲面方向と平面方向は、互いに直交している。また、曲面方向は、平面方向に比べ曲率半径が小さく、アナモレンズ１０９に入射する蛍光を収束させる効果が大きい。
【００５１】
なお、ここでは、アナモレンズ１０９における非点収差作用を簡単に説明するために、便宜上、“曲面方向”と“平面方向”と表現しているが、実際には、レンズ光軸上の互いに異なる位置に焦線を結ぶ作用がアナモレンズ１０９によって生じれば良く、図５（ｂ）中の“平面方向”におけるアナモレンズの形状は平面として図示されていない。なお、本実施例では、アナモレンズ１０９に対して蛍光が平行光で入射することが想定されているが、アナモレンズ１０９に収束状態で蛍光が入射する場合には、“平面方向”におけるアナモレンズ１０９の形状は直線状（曲率半径＝∞）であっても良い。また、アナモレンズ１０９は、たとえば、シリンドリカルレンズと集光レンズなどの複数のレンズにて構成されても良い。
【００５２】
図５（ａ）を参照して、アナモレンズ１０９によって収束させられた信号光は、曲面方向および平面方向の収束により、それぞれ異なる位置で焦線を結ぶ。曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ０２）は、平面方向の収束による焦線位置（Ｐ０３）よりも、アナモレンズ１０９に近い位置となり、信号光の収束位置（Ｐ０１）は、曲面方向および平面方向の収束による焦線位置（Ｐ０２）、（Ｐ０３）の中間位置となる。励起光が合焦状態にあるとき、信号光のビームは、収束位置（Ｐ０１）において最小錯乱円となる。この収束位置（Ｐ０１）に、蛍光検出器１１１の受光面が、アナモレンズ１０９に入射する蛍光の光軸に垂直になるよう配されている。
【００５３】
アナモレンズ１０９によって収束させられた迷光１についても同様に、曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ１２）は、平面方向の収束による焦線位置（Ｐ１３）よりも、アナモレンズ１０９に近い位置となる。アナモレンズ１０９は、迷光１の平面方向の収束による焦線位置（Ｐ１３）が、信号光の収束位置（Ｐ０１）よりも、アナモレンズ１０９に近い位置となるよう設計されている。
【００５４】
アナモレンズ１０９によって収束させられた迷光２についても同様に、曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ２２）は、平面方向の収束による焦線位置（Ｐ２３）よりも、アナモレンズ１０９に近い位置となる。アナモレンズ１０９は、迷光２の曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ２２）が、信号光の収束位置（Ｐ０１）よりも、アナモレンズ１０９から遠い位置となるよう設計されている。
【００５５】
以上を考慮して、蛍光検出器１１１の受光面上における信号光および迷光１、２の光束領域の関係について説明する。
【００５６】
図６（ａ）は、アナモレンズ１０９に入射する蛍光に設定された４つの光束領域ｆ１〜ｆ４を示す図である。なお、図６（ａ）は、アナモレンズ１０９に入射する進行方向に蛍光を見た場合の図である。
【００５７】
この場合、光束領域ｆ１〜ｆ４を通る信号光は、受光面上において、図６（ｂ）のように分布する。また、光束領域ｆ１〜ｆ４を通る迷光１は、受光面上において、図６（ｃ）のように分布する。光束領域ｆ１〜ｆ４を通る迷光２は、受光面上において、図６（ｄ）のように分布する。なお、図６（ｂ）〜（ｄ）には、信号光のビーム径の大きさを示す円が実線で示されており、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、迷光１、２は信号光に比べて大きく広がっている。
【００５８】
ここで、蛍光検出器１１１の受光面上における信号光と迷光１、２を光束領域毎に取り出すと、各光の分布は、図７（ａ）〜（ｄ）のようになる。この場合、各光束領域を通る信号光には、同じ光束領域を通る迷光１および迷光２の何れも重ならない。このため、各光束領域を通る信号光と迷光１、２を異なる方向に離散させた後に、信号光のみをセンサにて受光するように構成すると、対応するセンサには信号光のみが入射し、迷光の入射を抑止することができる。これにより、迷光による検出信号の劣化を回避することができる。
【００５９】
このように、光束領域ｆ１〜ｆ４を通る光を分散させて受光面上において離間させることにより、信号光のみを取り出すことができる。本実施例は、この原理を基盤とするものである。
【００６０】
図８（ａ）は、光束領域ｆ１〜ｆ４を通る蛍光（信号光と迷光１、２）を面Ｐ０上において離間させるために、各光束領域を通る蛍光の進行方向に付与するベクトルを示す図である。
【００６１】
光束領域ｆ１〜ｆ４を通る蛍光の進行方向は、それぞれ、ベクトルＶ１〜Ｖ４が付与されることにより変化する。ベクトルＶ１〜Ｖ４の方向は、平面方向と曲面方向に対して、それぞれ、４５度の傾きを持っており、且つ全て異なっている。ベクトルＶ１〜Ｖ４の大きさは、全て同じである。ベクトルＶ１〜Ｖ４の大きさは、これらベクトルが付与される前の蛍光の進行方向（アナモレンズ１０９入射時の進行方向）に対する角度として規定される。
【００６２】
図８（ａ）に示すように進行方向が変化されると、光束領域ｆ１〜ｆ４を通る蛍光（信号光と迷光１、２）は、受光面上において、図８（ｂ）に示すように照射される。ベクトルＶ１〜Ｖ４を調節することにより、受光面上において、図８（ｂ）に示すように各光束領域を通る信号光と迷光１、２を分布させることができる。この場合、光束領域ｆ１〜ｆ４を通る蛍光（信号光）の照射領域は、これら４つの照射領域のみが存在する直方形（信号光領域）の頂角に位置付けられる。
【００６３】
このように、図５（ａ）〜図８（ｂ）に示す原理に基づけば、蛍光検出器１１１の受光面上に蛍光（信号光）の照射領域のみが存在する信号光領域を設けることができる。よって、この領域に蛍光（信号光）を受光するためのセンサを配置すれば、試料によって生じた蛍光のみを受光することができる。
【００６４】
図９（ａ）〜（ｃ）は、分光素子１１０の構成例を示す図である。図９（ａ）は、回折パターンを有するホログラム素子によって分光素子１１０を構成する場合の構成例を示しており、図９（ｂ）、（ｃ）は、多面プリズムによって分光素子１１０を構成する場合の構成例を示している。なお、図９（ａ）、（ｃ）は、分光素子１１０をアナモレンズ１０９側から見たときの平面図である。
【００６５】
図９（ａ）に示す構成例の場合、分光素子１１０は、正方形の輪郭を有する透明板にて形成され、光入射面にブレーズ型の回折パターン（回折ホログラム）が形成されている。分光素子１１０の光入射面は、４つの回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４に区分されている。これら回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４に、それぞれ、図８（ａ）の光束領域ｆ１〜ｆ４を通る蛍光が入射するよう、分光素子１１０が配される。
【００６６】
回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４は、各回折領域に入射する蛍光から、回折作用により＋１次回折光を生じさせる。回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４に入射する蛍光の＋１次回折光は、実線の矢印（Ｖ１〜Ｖ４）の方向に回折される。また、回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４により蛍光に付与される回折の方向と大きさが、ベクトルＶ１〜Ｖ４で示されている。回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４により生じる＋１次回折光の進行方向は、各回折領域に入射する前の蛍光の進行方向にベクトルＶ１〜Ｖ４を付与したものとなる。
【００６７】
なお、ベクトルＶ１〜Ｖ４の方向は、各回折領域に設定される回折パターンの向きによって設定され、ベクトルＶ１〜Ｖ４の大きさは、各回折領域に設定される回折パターンのピッチによって設定される。また、回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４の回折効率は互いに同じである。
【００６８】
図９（ｂ）、（ｃ）に示す構成例の場合、分光素子１１０は、光出射面が平坦で、且つ、光入射面が４つの傾斜面Ｌ１１〜Ｌ１４において互いに異なる方向に傾斜する透明体（多面プリズム）によって形成されている。傾斜面Ｌ１１〜Ｌ１４に入射する蛍光の進行方向は、各傾斜面に入射する際の屈折作用により、図９（ａ）の場合と同様、各傾斜面に入射する前の蛍光の進行方向にベクトルＶ１〜Ｖ４を付与したものとなる。
【００６９】
図９（ｄ）〜（ｆ）は、蛍光検出器１１１の受光面上に配されるセンサの構成例を示す図である。
【００７０】
図９（ｄ）に示す構成例の場合、三角形状を有する４つのセンサＳ１１〜Ｓ１４が、図８（ｂ）に示す信号光領域内に位置付けられた各信号光を受光するように配される。コントローラ２０５は、センサＳ１１〜Ｓ１４の検出信号を加算した加算信号に基づいて、励起光のスポット位置にマラリア原虫が位置付けられているかを判定する。
【００７１】
図９（ｅ）に示す構成例の場合、図８（ｂ）に示す信号光領域の形状と略同じ矩形形状を有すると共に、中心付近に穴Ｓ１５ａを有するセンサＳ１５が、信号光領域内に配される。また、図９（ｆ）に示す構成例の場合、信号光領域の形状と略同じ矩形形状を有するセンサＳ１６が、信号光領域内に配される。図９（ｅ）、（ｆ）の構成例においても、コントローラ２０５は、センサの検出信号に基づいて励起光のスポット位置にマラリア原虫が位置付けられているかを判定する。
【００７２】
以上、本実施例によれば、蛍光検出器１１１の受光面上に、図８（ｂ）に示すように蛍光（信号光）の照射領域が位置付けられるため、これら照射領域によって形成される信号光領域に図９（ｄ）〜（ｆ）に示すようにセンサを配置することにより、試料によって生じた蛍光（信号光）のみを受光することができる。これにより、自家蛍光の影響を低く抑えながら、精度良く試料を測定することができる。
【００７３】
なお、上記原理による効果は、図５（ａ）に示すように、迷光１の平面方向の収束による焦線位置（Ｐ１３）が、信号光の収束位置（Ｐ０１）よりもアナモレンズ１０９に接近した位置にあり、且つ、迷光２の曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ２２）が、信号光の収束位置（Ｐ０１）よりもアナモレンズ１０９から離れた位置にあるときに奏され得るものである。すなわち、この関係が満たされていれば、信号光と迷光１、２の分布は上記図８（ｂ）に示す状態となり、蛍光検出器１１１の受光面において、信号光と迷光１、２が重なり合わないようにすることができる。換言すれば、この関係が満たされる限り、たとえ、焦線位置（Ｐ０２）よりも焦線位置（Ｐ１３）が受光面に接近し、あるいは、焦線位置（Ｐ０３）よりも焦線位置（Ｐ２２）が受光面に接近したとしても、上記原理に基づく効果は奏され得る。
【００７４】
たとえば、バイオセンサ基板１０に入射する励起光の光軸方向において、自家蛍光（迷光１、２）が生じる位置が、蛍光を発する試料の位置に近づくと、図５（ａ）において収束位置（Ｐ１１、Ｐ２１）が、収束位置（Ｐ０１）に近づくことになる。この場合、図８（ｂ）に示すように信号光領域の外側に自家蛍光（迷光１、２）が位置付けられるためには、上述したように焦線位置（Ｐ１３）が収束位置（Ｐ０１）よりもアナモレンズ１０９に接近した位置にあり、焦線位置（Ｐ２２）が収束位置（Ｐ０１）から離れた位置にあれば良い。
【００７５】
＜実施例２＞
上記実施例１では、図９（ａ）、（ｃ）に示す分光素子１１０が用いられたが、本実施例では、分光素子１１０に替えて分光素子１１３が用いられる。以下、図１０（ａ）〜図１１（ｄ）を参照して、分光素子１１３を用いる場合の技術的原理について説明する。
【００７６】
図１０（ａ）は、蛍光の収束状態を説明する図である。図１０（ａ）には、図５（ａ）と同様の収束状態に、本実施例の分光素子１１３が併せて示されている。分光素子１１３は、迷光１の平面方向の収束による焦線位置（Ｐ１３）と、信号光の曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ０２）の間に配置される。本実施例においても、上記実施例と同様、図１０（ｂ）に示すアナモレンズ１０９が用いられる。
【００７７】
なお、上記のとおり、迷光１の焦線位置（Ｐ１３）は、光軸方向における自家蛍光の深さ位置によって光軸方向に変化する。このため、分光素子１１３は、なるべく信号光の焦線位置（Ｐ０２）に接近させて配置するのが望ましい。なお、迷光１の焦線位置（Ｐ１３）が信号光の焦線位置（Ｐ０２）よりも収束位置（Ｐ０１）側に有る場合、本実施例では、信号光を迷光から分離することができない。すなわち、本実施例は、迷光１の焦線位置（Ｐ１３）が信号光の焦線位置（Ｐ０２）に対して収束位置（Ｐ０１）から離れる方向に有る場合に、迷光の除去作用を発揮するものである。したがって、除去される迷光の範囲が、上記実施例１よりも制限される。
【００７８】
図１０（ｃ）は、分光素子１１３の形状を示す斜視図であり、図１０（ｄ）は、光入射側から見た、分光素子１１３を示す図である。分光素子１１３は、光出射面が平坦で、且つ、光入射面が２つの傾斜面Ｌ２１、Ｌ２２において互いに異なる方向に傾斜する透明体（多面プリズム）によって形成されている。
【００７９】
傾斜面Ｌ２１、Ｌ２２の境界は、光入射側から見た場合、平面方向に平行な直線となっている。傾斜面Ｌ２１、Ｌ２２に入射する蛍光の進行方向は、各傾斜面に入射する際の屈折作用により、各傾斜面に入射する前の蛍光の進行方向にベクトルＶａ、Ｖｂを付与したものとなる。ベクトルＶａ、Ｖｂの方向は曲面方向に平行であり、互いに異なっている。ベクトルＶａ、Ｖｂの大きさは同じである。ベクトルＶａ、Ｖｂの大きさは、これらベクトルが付与される前の蛍光の進行方向（アナモレンズ１０９入射時の進行方向）に対する角度として規定される。
【００８０】
図１１（ａ）は、アナモレンズ１０９、分光素子１１３、蛍光検出器１１１の各位置における蛍光の光束領域の状態を模式的に示す図である。ここでは、図１１（ａ）の（０）に示すように、便宜上、アナモレンズ１０９に入射する際の蛍光（信号光と迷光１、２）の光束領域のうち、平面方向に平行な直線で２分割したときの、左上の光束領域と右下の光束領域を、それぞれ、光束領域Ａと光束領域Ｂと称する。図１１（ａ）の（１）〜（９）には、蛍光（信号光と迷光１、２）に設定された光束領域Ａ、Ｂが、分光素子１１３と蛍光検出器１１１において、どのように分布するかが示されている。
【００８１】
以下、図１１（ａ）とともに図１０（ａ）の蛍光の収束状態を参照しながら、各位置における光束領域の状態を説明する。
【００８２】
まず、蛍光（信号光と迷光１、２）が分光素子１１３に入射するときの光束領域の状態について説明する。
【００８３】
蛍光（迷光１）は、アナモレンズ１０９の透過後、分光素子１１３に入射するまでの間に、曲面方向、平面方向の順に収束され焦線を結ぶ。このときの焦線は、それぞれ平面方向、曲面方向に細長い形状となる。これにより、図１１（ａ）の（０）に示す迷光１の光束領域Ａ、Ｂは、図１０（ａ）に示す焦線位置（Ｐ１２）を通過した後、平面方向に平行な直線を対称軸として反転される。続いて、迷光１の光束領域Ａ、Ｂは、図１０（ａ）に示す焦線位置（Ｐ１３）を通過した後、曲面方向に平行な直線を対称軸として反転される。このとき、迷光１の光束領域Ａ、Ｂの状態は変化しない。よって、分光素子１１３での迷光１の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（１）に示す状態となる。
【００８４】
蛍光（信号光）は、アナモレンズ１０９の透過後、分光素子１１３に入射するまでの間に、平面方向と曲面方向ともに焦線を結ばない。よって、分光素子１１３での信号光の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（０）に示す状態と同様、図１１（ａ）の（２）に示す状態となる。
【００８５】
蛍光（迷光２）は、信号光と同様、アナモレンズ１０９の透過後、分光素子１１３に入射するまでの間に、平面方向と曲面方向ともに焦線を結ばない。よって、分光素子１１３での迷光２の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（０）に示す状態と同様、図１１（ａ）の（３）に示す状態となる。
【００８６】
ここで、分光素子１１３の機能および作用を説明するために、まず、分光素子１１３が配されていない場合（比較例）に、蛍光（信号光と迷光１、２）が、蛍光検出器１１１にどのような状態で入射するかについて説明する。
【００８７】
蛍光（迷光１）は、分光素子１１３の通過後、蛍光検出器１１１に入射するまでの間に、平面方向および曲面方向ともに焦線を結ばない。よって、蛍光検出器１１１での迷光１の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（１）に示す状態と同様、図１１（ａ）の（４）に示す状態となる。
【００８８】
蛍光（信号光）は、分光素子１１３の通過後、蛍光検出器１１１に入射するまでの間に、曲面方向に焦線を結ぶが、平面方向に焦線を結ばない。これにより、図１１（ａ）の（２）に示す信号光の光束領域Ａ、Ｂは、図１０（ａ）に示す焦線位置（Ｐ０２）を通過した後、平面方向に平行な直線を対称軸として反転される。よって、蛍光検出器１１１での信号光の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（５）に示す状態となる。
【００８９】
蛍光（迷光２）は、分光素子１１３の通過後、蛍光検出器１１１に入射するまでの間に、平面方向と曲面方向ともに焦線を結ばない。よって、蛍光検出器１１１での迷光２の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（３）に示す状態と同様、図１１（ａ）の（６）に示す状態となる。
【００９０】
次に、本実施例のように、分光素子１１３が配されている場合に、蛍光（信号光と迷光１、２）が、蛍光検出器１１１にどのような状態で入射するかについて説明する。この場合、分光素子１１３に入射する際の左上の光束領域と右下の光束領域を通る蛍光（信号光と迷光１、２）の進行方向には、図１０（ｄ）に示す分光素子１１３の分光作用により、それぞれ、左上方向と右下方向の成分が加えられる。
【００９１】
図１１（ａ）の（１）に示す光束領域Ａ、Ｂを通る迷光１の進行方向には、それぞれ、右下方向と左上方向の成分が加えられる。これにより、蛍光検出器１１１での迷光１の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（４）に示す比較例の状態から、それぞれ、右下方向と左上方向に移動され、図１１（ａ）の（７）に示す状態となる。
【００９２】
図１１（ａ）の（２）に示す光束領域Ａ、Ｂを通る信号光の進行方向には、それぞれ、左上方向と右下方向の成分が加えられる。これにより、蛍光検出器１１１での信号光の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（５）に示す比較例の状態から、それぞれ、左上方向と右下方向に移動され、図１１（ａ）の（８）に示す状態となる。
【００９３】
図１１（ａ）の（３）に示す光束領域Ａ、Ｂを通る迷光２の進行方向には、それぞれ、左上方向と右下方向の成分が加えられる。これにより、蛍光検出器１１１での迷光２の光束領域Ａ、Ｂは、図１１（ａ）の（６）に示す比較例の状態から、それぞれ、左上方向と右下方向に移動され、図１１（ａ）の（９）に示す状態となる。
【００９４】
なお、蛍光検出器１１１での蛍光（信号光と迷光１、２）の光束領域Ａ、Ｂの分布については、以下のように考えることもできる。
【００９５】
図１１（ｂ）、（ｃ）は、比較例の場合に、蛍光検出器１１１での蛍光（信号光と迷光１、２）の光束領域を重ねて示す図である。図１１（ｂ）は、分光素子１１３に入射する際に左上の光束領域を通った蛍光のみの分布を示す図であり、図１１（ｃ）は、分光素子１１３に入射する際に右下の光束領域を通った蛍光のみの分布を示す図である。
【００９６】
図１１（ｂ）に示すように、迷光１の光束領域Ｂと、迷光２の光束領域Ａと、信号光の光束領域Ａは、分光素子１１３の分光作用により、何れもベクトルＶａの方向（左上方向）に移動される。また、図１１（ｃ）に示すように、迷光１の光束領域Ａと、迷光２の光束領域Ｂと、信号光の光束領域Ｂは、分光素子１１３の分光作用により、何れもベクトルＶｂの方向に（右下方向）に移動させられる。
【００９７】
こうして、移動させられた蛍光の光束領域は、図１１（ｄ）に示す状態となる。このとき、蛍光検出器１１１の中心近傍には、信号光の光束領域Ａ、Ｂのみが分布する信号光領域を設けることができる。
【００９８】
図１２（ａ）は、分光素子１１３の他の構成例である。この場合の分光素子１１３は、正方形の輪郭を有する透明板にて構成され、光入射面にブレーズ型の回折パターン（回折ホログラム）が形成されている。分光素子１１３の光入射面は、２つの回折領域Ｈ２１、Ｈ２２に区分されている。この場合も、図１０（ｃ）、（ｄ）に示した分光素子１１３の構成例と同様、図１１（ｄ）に示すように蛍光（信号光と迷光１、２）の光束領域Ａ、Ｂを分布させることができる。
【００９９】
図１２（ｂ）、（ｃ）は、蛍光検出器１１１の受光面上に配されるセンサの構成例を示す図である。
【０１００】
図１２（ｂ）に示す構成例の場合、三角形状を有する２つのセンサＳ２１、Ｓ２２が、図１１（ｄ）に示す信号光領域内に位置付けられた信号光を受光するように配される。この場合、コントローラ２０５は、センサＳ２１、Ｓ２２の検出信号を加算した加算信号に基づいて、励起光のスポット位置にマラリア原虫が位置付けられているかを判定する。図１２（ｃ）に示す構成例の場合、図１１（ｄ）に示す信号光領域の形状と略同じ矩形形状を有するセンサＳ２３が、信号光領域内に配される。この場合、コントローラ２０５は、センサＳ２３の検出信号に基づいて、励起光のスポット位置にマラリア原虫が位置付けられているかを判定する。このようにセンサＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３を配置することにより、本実施例においても、試料によって生じた蛍光（信号光）のみを受光することができる。このため、自家蛍光などの影響を低く抑えながら、精度良く試料を測定することができる。
【０１０１】
なお、本実施例では、図１３（ａ−１）、（ｂ−１）に示すように、比較例の場合の蛍光検出器１１１での蛍光の光束領域が、左上方向と右下方向、すなわち、分光素子１１３の分光作用によるベクトルＶａ、Ｖｂの方向に移動させられた。これにより、本実施例では、図１３（ｃ−１）に示すように光束領域が位置付けられた。
【０１０２】
しかしながら、ベクトルＶａ、Ｖｂの方向は、左上方向と右下方向に限らず、図１３（ａ−２）、（ｂ−２）に示すように左方向と右方向でも良く、図１３（ａ−３）、（ｂ−３）に示すように上方向と下方向であっても良い。これらの場合も、図１３（ｃ−２）、（ｃ−３）に示すように、中心近傍に信号光の光束領域Ａ、Ｂのみが分布する矩形状の信号光領域を設けることができる。
【０１０３】
さらに、ベクトルＶａ、Ｖｂの方向は、何れも平面方向または曲面方向に平行な方向であり、且つ、ベクトルＶａ、Ｖｂの大きさは互いに異なっていても良い。または、図１０（ｄ）に示す分光素子１１３の傾斜面Ｌ２１、Ｌ２２のうち、何れか一方が傾斜を有しない平坦な面とし、分光素子１１３に入射する蛍光のうち、傾斜面Ｌ２１、Ｌ２２に入射する何れかの蛍光のみに屈折作用が働くようにしても良い。同様に、図１２（ａ）に示す分光素子１１３の回折領域Ｈ２１、Ｈ２２のうち、何れか一方が回折パターンを有しない領域とし、分光素子１１３に入射する蛍光のうち、回折領域Ｈ２１、Ｈ２２に入射する何れかの蛍光のみに回折作用が働くようにしても良い。また、光束領域Ａ、Ｂを通る信号光は、受光面上において、必ずしも分離されている必要はなく、互いに重なっても良い。このように、分光素子１１３は、蛍光検出器１１１の受光面上において、信号光に迷光１、２が掛からないように構成されれば良い。
【０１０４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【０１０５】
たとえば、上記実施の形態では、ウエル１３に赤血球を収容させて、赤血球がマラリア原虫に感染しているか否かが判定されたが、ウエル１３に収容させる試料および判定対象となる事象は、これに限られない。
【０１０６】
たとえば、特定の遺伝子を発現している細胞や、核酸、タンパク質、脂質、糖等の生体物質が通常より過剰である、または不足している細胞を、特定の細胞として種々の細胞群から検出しても良い。あるいは、逆に細胞群の中から正常に機能している細胞を、特定の細胞として検出しても良い。これは、例えば、ｉＰＳ細胞やＥＳ細胞の未分化状態から分化状態への誘導において、正常に分化した細胞を検出する目的で使われる。このような特定の細胞は自然界に存在する細胞であってもよいし、人為的処理が施された細胞であってもよい。自然界に存在する細胞としては、特に限定されないが、たとえば病原細胞、病変細胞、病原菌または病原生物に感染された細胞、突然変異した細胞、特定の性質を有する未知の細胞等が挙げられる。また、人為的処理は、特に限定されないが、たとえば物理的処理（例：電磁波照射）、化学的処理（例：薬剤処理）、遺伝子工学的処理（例：遺伝子組み換え処理）等が挙げられる。
【０１０７】
また、このような人為的処理のうち、細胞に与える影響が既知である処理を細胞群に施し、当該影響が表れない細胞または当該影響がより強く表れる細胞を特定の細胞として検出することもできる。たとえば、薬剤処理へ耐性または高感受性を示す細胞を特定の細胞として検出することができる。
【０１０８】
また、細胞群の種類も特に限定はされるものではない。単細胞生物の群の他、多細胞生物由来の細胞の群であってもよい。多細胞生物由来の細胞としては、たとえば生物の正常組織または病態組織から得られた細胞や、これらの細胞に由来する培養細胞等が挙げられる。また、これらの細胞を得る生物も、特に限定されない。たとえば、動物から採取した細胞または植物から採取した細胞であってよい。より具体的には、たとえば脊椎動物（特に哺乳類及び鳥類）から採取した細胞、昆虫から採取した細胞、植物培養細胞等を検出対象の細胞として挙げることができるが、検出対象の細胞はこれらに限定されるものではない。また、同一の細胞の群であっても、複数種の細胞が混在する群であってもよい。
【０１０９】
また、上記実施の形態において、バイオセンサ基板１０を回転装置１２３により回転させる際に、ウエル１３の上部にふたを設けても良い。これにより、ウエル１３からの試料の不所望な流出（意図しない流出）、蒸発または移動を防ぐことができる。
【０１１０】
また、上記実施の形態では、反射膜１４上に配置されたウエル層１２に底面部１３ａを有するウエル１３を備えた構成を記載したが、ウエル１３の底面部１３ａが反射膜１４の上面となる構成としても良い。即ち、図１４（ａ）に示すように、ウエル１３はウエル層１２の貫通穴で構成され、反射膜１４上に形成されている。また、ウエル１３を用いずに、図１４（ｂ）に示すように、反射膜１４上に試料を固定する構成でも良く、図１４（ｃ）に示すように、反射膜１４上に形成された層１５上に試料を固定する構成でも良い。図１４（ｂ）、（ｃ）に示す構成の場合、固定する箇所には、何らかの吸着作用のある構造を設けることができる。例えば、図１４（ｂ）の場合は反射膜１４上に、図１４（ｃ）の場合は層１５上にヒドロキシル（ＯＨ）基を豊富に持つ分子層を形成することで試料の吸着が促進される。
【０１１１】
また、上記実施の形態では、ウエル１３の底面部１３ａに並列的に配された試料に対して、励起光を収束させ、それらの試料からの蛍光を検出した。しかしながら、図１５（ａ）に示すようにウエル１３内に試料が多重に重なって配されている場合、底面部１３ａに接触している試料の層以外の層（１つ上の層等）に励起光を収束させることにより、その層の試料からの蛍光を他の層の試料からの蛍光と区別して検出してもよい。これにより、底面部１３ａに接触している試料のみでなく、同一ウエル１３内のそれ以外の試料についても蛍光の検出を行うことができるため、蛍光検出処理のスループットを向上することができる。
【０１１２】
なお、底面部１３ａに接触している試料の層以外の層（１つ上の層等）に励起光を収束させる方法としては、対物レンズアクチュエータ１２２に出力されるオフセット電圧を調整する方法等がある。また、サーボ信号を生成するためのレーザ光を出射する半導体レーザと、励起光を出射する半導体レーザとをそれぞれ配する構成において、サーボ信号を生成するためのレーザ光の収束位置よりも遠くに励起光の収束位置を設定する方法等がある。
【０１１３】
また、底面部１３ａに接触している試料の層以外の層（１つ上の層等）からの蛍光を信号光として取得する方法として、アナモレンズ１０９を蛍光の光軸方向にシフトさせる方法がある。この場合、図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように、蛍光検出装置１には、アナモレンズ１０９を支持すると共に、アナモレンズ１０９を光軸方向に移動可能にするレンズアクチュエータ１２０が設置される。レンズアクチュエータ１２０には、アナモレンズ１０９を駆動するためのモータ１２０ａが配置されている。このレンズアクチュエータ１２０を制御してアナモレンズ１０９を光軸方向にシフトさせると、励起光のバイオセンサ基板１０における焦点位置はそのままで、蛍光検出器１１１側の焦点位置のみを調整することができる。
たとえば、図１５（ｂ）のように深さ位置ＤＰ１からの蛍光（信号光）が蛍光検出器１１１の受光面上の信号光領域に照射される状態から、アナモレンズ１０９を図１５（ｃ）の位置に変位させると、深さ位置ＤＰ１より奥の深さ位置ＤＰ２からの蛍光（信号光）が蛍光検出器１１１の受光面上の信号光領域に照射されるようになる。図１５（ｂ）の状態からアナモレンズ１０９を図１５（ｃ）と反対方向に変位させると、深さ位置ＤＰ１よりも浅い位置からの蛍光（信号光）が蛍光検出器１１１の受光面上の信号光領域に照射されるようになる。このように、アナモレンズ１０９の位置を調整することにより、図１５（ａ）のように試料が多重に重なっていても、検出目標の層からの蛍光を検出することができる。
【０１１４】
この構成によれば、励起光の焦点位置をずらす必要がないため、反射励起光を受光する光検出器１０８の検出信号に基づいて安定したフォーカス制御が可能となる。ただし、励起光は反射面１１ａに収束されるため、ウエル１３の底面部１３ａから離れるに従って励起光が広がることとなる。このため、ウエル１３の底面部１３ａから離れた層の試料には広がった状態で励起光が照射されることとなり、その分、発生する蛍光が弱くなる。よって、試料の積層数が多い場合には、適宜、上記のように、オフセット電圧を調整して、励起光の焦点位置を反射面１１ａからウエル１３方向にシフトさせるようにすると良い。また、このようにして得られた複数の層からの情報を重ね合わせることで、立体的な分布情報として取り扱うことが可能になる。そのため、少量のサンプルであっても多くの試料を検査できる。
【０１１５】
また、上記実施の形態では、ＰＢＳ１０２と１／４波長板１０４が用いられたが、１／４波長板１０４を省略して、ＰＢＳ１０２に替えてビームスプリッタ（ＢＳ）が配置されても良い。
【０１１６】
また、上記実施の形態では、１つの半導体レーザ１０１から出射された励起光を、反射膜１４に照射して対物レンズ１０６を制御するためのサーボ信号を生成すると共に、試料に照射して蛍光を生じさせた。しかしながら、これに限らず、サーボ信号を生成するためのレーザ光を出射する半導体レーザと、蛍光を生じさせるための励起光を出射する半導体レーザが、蛍光検出装置１内に別々に配されても良い。
【０１１７】
また、上記実施例１では、分光素子１１０は、アナモレンズ１０９と蛍光検出器１１１との間に配されたが、ダイクロイックプリズム１０５とアナモレンズ１０９との間に配されても良い。また、分光素子１１０に、励起光に対しては分光作用を付与せず蛍光に対してのみ分光作用を付与する波長選択性を持たせる場合、かかる分光素子１１０は、対物レンズ１０６とダイクロイックプリズム１０５との間に配されても良い。
【０１１８】
また、上記実施例１では、図８（ｂ）に示すように、信号光の照射領域は受光面上において互いに分離されていたが、必ずしも分離されている必要はなく、互いに重なっても良い。
【０１１９】
また、上記実施例１では、分光素子１１０の光入射面にはブレーズ型の回折パターンが形成されたが、これに限らず、ステップ型の回折パターンが形成されても良い。この場合、回折領域Ｈ１１〜Ｈ１４の回折作用により、各回折領域に入射する蛍光から＋１次回折光と−１次回折光が生じる。このとき、信号光の＋１次回折光と−１次回折光のうち何れか一方が信号光領域内に含まれ、他方は、信号光領域の外側に導かれることとなる。このため、試料によって生じる蛍光のセンサによる受光光量は、上記実施例１の半分になる。したがって、蛍光の受光光量の点からは、上記実施例１のように、分光素子１１０に形成される回折パターンをブレーズ型とするのが望ましい。
【０１２０】
また、上記実施例２では、分光素子１１３は、迷光１の平面方向の収束による焦線位置（Ｐ１３）と、信号光の曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ０２）の間に設置されたが、分光素子１１３は、迷光１の曲面方向の収束による焦線位置（Ｐ１２）と、迷光１の平面方向の収束による焦線位置（Ｐ１３）の間に設置されても良い。この場合、図１０（ａ）の場合と異なり、迷光１の平面方向の収束による焦線位置（Ｐ１３）と分光素子１１３の位置関係が逆になるものの、各位置における光束領域の分布は、図１１（ａ）と全く同じになる。
【０１２１】
また、上記実施の形態では、ダイクロイックプリズム１０５により、バイオセンサ基板１０からの反射励起光と蛍光が分離されたが、他の方法によって反射励起光と蛍光が分離されても良い。
【０１２２】
図１６は、他の方法によって反射励起光と蛍光を分離する場合の蛍光検出装置２の構成を示す図である。蛍光検出装置２では、ＰＢＳ１０２の替わりにＰＢＳ１３１が配され、ダイクロイックプリズム１０５の替わりに反射ミラー１３２が配され、光検出器１０８の替わりに光検出器１３３が配され、アナモレンズ１０７と蛍光検出器１１１が省略されている。また、上記実施の形態の分光素子１１０または分光素子１１３が省略され、分光素子１３４が、アナモレンズ１０９と光検出器１３３との間に配されている。さらに、アパーチャ１１２が省略され、ホルダ１２１には、対物レンズ１０６の反射ミラー１３２側に円形のアパーチャ１３５が配されている。ＰＢＳ１３１は、ＰＢＳ１０２と異なり、励起光に作用し、蛍光には作用しない波長選択性のＰＢＳからなっている。すなわち、励起光は、偏光方向に応じてＰＢＳ１３１を透過または反射し、蛍光は、偏光方向に関係なく全てがＰＢＳ１３１を透過する。アパーチャ１３５も、波長選択性を有しており、励起光に対しては所定の周辺部を遮光し、蛍光は、全てを透過する。
【０１２３】
この場合、上記実施の形態と同様、半導体レーザ１０１から出射された励起光はＰＢＳ１３１によって反射され、コリメータレンズ１０３側からＰＢＳ１３１に入射する反射励起光は、ＰＢＳ１３１を透過する。反射ミラー１３２側からアパーチャ１３５に入射する励起光は、アパーチャ１３５により所定径となる。対物レンズ１０６側からアパーチャ１３５に入射する蛍光は、アパーチャ１３５を透過して反射ミラー１３２に入射する。反射ミラー１３２に入射する蛍光は、反射ミラー１３２によって反射され、１／４波長板１０４と、コリメータレンズ１０３と、ＰＢＳ１３１と、アナモレンズ１０９を透過する。
【０１２４】
分光素子１３４は、反射励起光に回折作用を付与せず、蛍光のみに回折作用を付与する波長依存性を有している。分光素子１３４は、上記実施例１の分光素子１１０または上記実施例２の分光素子１１３と同様の分光作用を蛍光に付与し、さらに、入射する蛍光を図１６の上方向に分光させて反射励起光から分離する分光作用を蛍光に付与する。なお、反射励起光の起点（反射面１１ａ）と蛍光の起点（試料）との差異、および、反射励起光と蛍光に対する光学部材における色収差に基づき、蛍光は、光検出器１３３の受光面上において、デフォーカス状態となってしまう。分光素子１３４は、上述の分光作用に加え、このデフォーカスを吸収するレンズ作用（回折作用）を有している。すなわち、分光素子１３４は、試料からの蛍光の収束位置（Ｐ０１：図５（ａ）、図１０（ａ）参照）が光検出器１３３の受光面に一致するよう、蛍光にレンズ作用を付与する。これにより、光検出器１３３の受光面上において、反射励起光の照射位置よりも図１６の上方向に、図８（ｂ）と同様の照射領域または図１１（ｄ）と同様の光束領域が位置付けられる。そして、光検出器１３３の受光面上には、図４に示すような４分割センサと、かかる４分割センサよりも図１６の上方向に、上記実施の形態と同様の信号光を受光するためのセンサが位置付けられる。
【０１２５】
光検出器１３３は、反射励起光に基づく検出信号を信号演算回路２０１に出力し、蛍光に基づく検出信号を信号増幅回路２０４に出力する。これにより、蛍光検出装置２においても、上記実施の形態と同様、自家蛍光の影響を低く抑えながら、精度良く試料を測定することができる。
【０１２６】
なお、図１６に示す構成では、励起光のビーム径を規定するためのアパーチャ１３５がホルダ１２１に設置されたが、これに替えて、コリメータレンズ１０３の出射側にアパーチャを設置し、このアパーチャに偏光選択性と波長選択性を持たせても良い。なお、このように、コリメータレンズ１０３の出射側にアパーチャを配置すると、対物レンズ１０６に向かう励起光の光束が固定されるため、トラッキング制御等において、対物レンズ１０６がトラッキング方向に変位すると、励起光の光束が対物レンズ１０６の中心からずれてしまい、励起光の光学特性が劣化する惧れがある。よって、この問題を回避するためには、図１４のように、アパーチャ１３５を対物レンズ１０６の入射側に配置し、アパーチャ１３５と対物レンズ１０６とを一体的に移動させるのが望ましい。
【０１２７】
また、上記実施の形態では、ディスク状の担体に試料が保持されたが、試料を保持する担体はこれに限られるものではなく、たとえば、方形形状の輪郭を有するカード状の担体に試料が保持されても良い。この場合、カードは、ウエルとトラックが一方向に直線状に並ぶよう構成され、蛍光検出装置は、対物レンズ１０６に対してカードをトラックに平行な方向に相対的に移動させながら、励起光でトラックを走査するよう構成される。
【０１２８】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
１、２  …  蛍光検出装置
１０  …  バイオセンサ基板（試料保持担体）
１１ａ  …  反射面
１３  …  ウエル（試料収容部）
１０１  …  半導体レーザ（光源）
１０６  …  対物レンズ
１０９  …  アナモレンズ（非点収差素子）
１１０、１１３、１３４  …  分光素子
１１１  …  蛍光検出器（光検出器）
１３３  …  光検出器
Ｓ１１〜Ｓ１６、Ｓ２１〜Ｓ２３  …  センサ（受光部）
【図１】
2013146365.tif 000003
【図２】
2013146365.tif 000004
【図３】
2013146365.tif 000005
【図４】
2013146365.tif 000006
【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】
2013146365.tif 000017
【図１６】
2013146365.tif 000018
【国際調査報告】
2013146365.tif 000019
2013146365.tif 000020
2013146365.tif 000021
2013146365.tif 000022