(57)【要約】      （修正有）【課題】光半導体の受光素子を用いて従来より高感度に測定可能な検査装置の光学系を提供すること。【解決手段】レーザー光源２からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップの測定基板４にレーザー光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光を、集光レンズ５で集光して受光素子６で検出するバイオセンサチップ検査装置１の光学系であり、それぞれの位置関係等を適切に設定したことを特徴とする。【選択図】図２
2019003056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップの測定基板にレーザー光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光を、集光レンズで集光して受光素子で検出するバイオセンサチップ検査装置の光学系において、
Ｓ：受光素子の面積
ｂ：測定基板から集光レンズの結像点までの距離
θ：集光レンズが蛍光を取り込む角度（半角）
φ：集光レンズの有効径
ａ：測定基板から集光レンズまでの距離
ｆ：集光レンズの焦点距離
ｎ：集光レンズを設けたことによる倍率
Ｌ：測定基板から受光素子の出力が最大となる位置までの距離
とした場合に、以下の関係を満たす、バイオセンサチップ検査装置の光学系。
【数１】
2019003056.tif 000011
【数２】
2019003056.tif 000012
【数３】
2019003056.tif 000013
【数４】
2019003056.tif 000014
【請求項２】
集光レンズが鏡筒に配置されており、集光レンズの周縁部及び／又は鏡筒に、レーザー光との干渉を防止するための切欠き部が設けられている請求項１記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【請求項３】
測定基板と受光素子の間に、レーザー光の測定基板における正反射光を遮断するための遮光素子が設置されている請求項１又は２に記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【請求項４】
遮光素子が、前記正反射光の光束径よりも大きい請求項３記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【請求項５】
バイオセンサチップが、測定基板の中心線を回転軸として回動可能に設置され、遮光素子が、回転軸に対して直角方向に伸びる帯状の形状である請求項３又は４に記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【請求項６】
遮光素子が、測定基板と受光素子と間の光軸からずれた位置に点状に設置されている請求項３又は４に記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【請求項７】
集光レンズと測定基板の間に、レーザー光の測定基板における正反射光が集光レンズの周縁部と干渉し散乱するのを防止するための遮光体が設置されている請求項１〜６の何れか１項に記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【請求項８】
遮光体が、連続した環状又は不連続の環状の形状を有する請求項７記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【請求項９】
レーザー光源と測定基板の間に、フィルタが設置されており、レーザー光源と測定基板の間に、レーザー光の測定基板における正反射光がそのフィルタの周縁部と干渉して散乱するのを防止するための第２の遮光体が設置されている請求項１〜８の何れか１項に記載のバイオセンサチップ検査装置の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサチップ検査装置の光学系に関し、特に、表面プラズモン励起増強蛍光を用いたバイオセンサチップ検査装置の光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は、この種の検査装置の光学系に用いられる受光素子は、一般的に光電子増倍管が使用されていた。最近では、例えばＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）と呼ばれる極微弱光計測が可能な光半導体が開発され、装置の小型化等を目的として、光電子倍増管に替えて光半導体を用いた検査装置が製品化され始めている。しかし、光半導体は光電子倍増管に比べ、受光面積が小さい。例えば、光電子倍増管の受光面はφ１０〜１２ｍｍ程度であるが、光半導体は３×３ｍｍ角程度の大きさである。受光面の面積が小さいことは、例えば、レーザー光により励起された蛍光の検出量も少なくなることを意味する。検出量が少ないと、検出感度が低下することになる。そのため、高感度の検査装置では、光電子倍増管が採用されているのが現状であり、光半導体の受光素子を用いて高感度に測定可能な検査装置の開発が求められている。
【０００３】
この種の検査装置としては、従来より各種のものが提案されている（特許文献１〜４）。
【０００４】
特許文献１には、光学式センサとマイクロ流路を備えた赤血球凝集検出装置であって、該光学式センサは、少なくとも、光源、検出チップ、受光素子と該光源からの出射光の行路順に構成され、該マイクロ流路は、マイクロ流路構造体と該検出チップとを接合して形成され、該マイクロ流路は、検体試料を導入する導入流路と、検査流路と、排出流路から構成され、少なくとも該検査流路は、検出の対象となる赤血球凝集塊に対応した所定の流路高さを有し、該所定の流路高さによって、赤血球凝集塊の重力沈降運動を抑制することによって、該検体試料中に存在する赤血球の凝集の有無を検出し、前記光学式センサは、前記検出チップの前記マイクロ流路構造体が形成されている面と反対側の面に前記行路を形成するようにプリズムが配され、前記光源と該プリズムとの間の前記行路に少なくともコリメートレンズ及び偏光板を有し、また、該プリズムと前記受光素子との間の前記行路に少なくとも集光レンズを有することが記載されている。この集光レンズは、検出チップ表面で反射した光が反射光となってプリズムから放出された際に、受光素子が配置された分光器に、反射光を効率よく導くために使用されている。
【０００５】
特許文献２には、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体、光源、励起光導光部、受光部および光検出部から構成される表面プラズモン励起増強蛍光測定システムが開示されている。この表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体は、誘電体基板、反応層、集光レンズ、ロッドレンズ（導光部材）および波長選択部材（光フィルター）を備えることが記載されている。そして、集光レンズは、ロッドレンズに入射する蛍光が、ロッドレンズの側面で全反射するか、側面に当たることなくロッドレンズの他端から出射するように、蛍光を集光するとされている。
【０００６】
特許文献３には、例えば、発光素子、絞り、集光レンズ、受光素子、信号変換部、画像処理部、出力部、検知センサ、制御部を備える測定装置が記載されている。測定装置には測定対象となる試料が点着されたバイオセンサが装着されることが記載されている。そして、絞りは、入射面をバイオセンサの測定面に向けてバイオセンサの上方に配置され、バイオセンサの上方に散乱された光（反射光）の光量を調節すると記載されている。また、集光レンズは、入射面を絞りの射出面に向けて焦点を受光素子の受光面に合わせて絞りの上方に配置され、絞りで調節された光を集光すると記載されている。
【０００７】
特許文献４には、試料への照射および試料からの放射光の検出が対物レンズを通じて行なわれ、画像面に擬似光に対するシャドーゾーン生成のため、検出方向への光路の一部で遮蔽または反射が行なわれる、照射試料から発せられる擬似光遮断のための光学装置が開示されている。また、試料からの放射光の進行方向で、対物レンズの光学ひとみ内またはその近くに遮光素子が配置されている実施形態が開示されている。そして、対物レンズは、試料からの放射光を集める目的に使用されること、遮光素子の機能として遮光領域では励起光の反射が行われることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１５１４１７号公報
【特許文献２】特開２０１４−３２１４８号公報
【特許文献３】特開２０１０−３８７０２号公報
【特許文献４】特開２００３−５００６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、光半導体の受光素子を用いて高感度に測定可能な検査装置の開発を検討した。その結果、以下の（あ）〜（う）の知見を得た。
【００１０】
（あ）例えば特許文献１〜４に記載されているような各種の集光レンズを用いた光学系に着目した。もっとも、これらの文献には、集光レンズを使用するということ以外は何ら説明されていない。そこで、集光レンズを用いた光学系を検討したが、集光レンズを適当に配置してもほとんど効果が表れないどころか、かえって検出信号が小さくなってしまうことがある。
【００１１】
また、このように集光レンズを設けた場合、例えば表面プラズモン励起増強蛍光を用いたバイオセンサチップ検査装置において、レーザー光源から出射させたレーザー光を直接測定基板に照射するように光学系を構成した際に、レーザー光が集光レンズの周縁部又はその鏡筒の先端部分において干渉し、レーザー光の全部又は一部を測定基板に照射できない場合がある。
【００１２】
（い）例えば表面プラズモン励起増強蛍光を用いたバイオセンサチップ検査装置では、測定基板に照射された励起光が測定基板又は測定基板及びその固定台において反射し、正反射光が生じる。この正反射光は、受光素子にも到達するため、一般には、光学フィルタを用いてある程度除去する。しかし、一般に使用されるフィルタは減衰率ＯＤ１０（＝１／１０，０００，０００，０００＝１０-10）以上の特性である。発明者の検討によると、正反射光の光強度は０．０５ｍＷ程度であり、このフィルタで１０-10倍に減衰すると５×１０-15Ｗ程度になる。それに対し、励起された蛍光の光量はフォトンの個数が数百〜数万個というオーダーであるので、フォトン数を光強度に換算すると、１０-16〜１０-14Ｗのオーダーである。つまり、正反射光は、蛍光を検出した信号と同レベルか、或いは５０倍以上のノイズとなって検出される。更に、励起光源として用いられる半導体レーザーのレーザー光の波長は６３５±５ｎｍで、使用する温度変化により５ｎｍ程度波長ずれを起こすことが知られている。一方、励起された蛍光は６３０〜７３０ｎｍ、最大波長６５５ｎｍであることが知られている。このように半導体レーザーと蛍光の波長は極めて近傍であるため、レーザー光と同じ波長の正反射光の減衰率をＯＤ１０とすることは、限界まで性能を上げているといえる。したがって、これ以上、フィルタの減衰率を上げると、励起された蛍光まで減衰してしまう。
【００１３】
（う）例えば表面プラズモン励起増強蛍光を用いたバイオセンサチップ検査装置では、発生した蛍光の角度依存性を計測して、蛍光の光強度が最大となる角度を検出する場合がある。この時、正反射光が、測定基板と受光素子の間等に設置されたレンズやフィルタの周縁部、特にエッジ部分と干渉して散乱光となる。この散乱光は、蛍光より強度が大きく、また、光分布などの予測が困難なため、フィルタでは減衰しきれない。そのため、この散乱光が受光素子で検出されノイズとなって検出感度が低下する場合がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、前記（あ）〜（う）の少なくとも一つの状況を改善し、光半導体の受光素子を用いて従来より高感度に測定可能な検査装置の光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者の検討の結果、下記の何れかの構成を有することで、前記の目的を達成可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は、以下のとおりである。
【００１６】
本発明は、レーザー光源からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップの測定基板にレーザー光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光を、集光レンズで集光して受光素子で検出するバイオセンサチップ検査装置の光学系において、
Ｓ：受光素子の面積
ｂ：測定基板から集光レンズの結像点までの距離
θ：集光レンズが蛍光を取り込む角度（半角）
φ：集光レンズの有効径
ａ：測定基板から集光レンズまでの距離
ｆ：集光レンズの焦点距離
ｎ：集光レンズを設けたことによる倍率
Ｌ：測定基板から受光素子の出力が最大となる位置までの距離
とした場合に、以下の関係を満たす、バイオセンサチップ検査装置の光学系に関する。
【００１７】
【数１】
2019003056.tif 000003
【００１８】
【数２】
2019003056.tif 000004
【００１９】
【数３】
2019003056.tif 000005
【００２０】
【数４】
2019003056.tif 000006
【００２１】
ここで、収差とは、光学系において理想的な結像からのズレを意味する。
【００２２】
本発明の実施形態では、集光レンズが鏡筒に配置されており、集光レンズの周縁部及び／又は鏡筒に、レーザー光との干渉を防止するための切欠き部が設けられていてもよい。
【００２３】
本発明の実施形態では、測定基板と受光素子の間に、レーザー光の測定基板における正反射光を遮断するための遮光素子が設置されていてもよい。この遮光素子は、正反射光の光束径よりも大きくすることができる。
【００２４】
前述のように遮光素子を設ける場合は、バイオセンサチップが測定基板の中心線を回転軸として回動可能に設置され、遮光素子が、回転軸に対して直角方向に伸びる帯状の形状であってもよいし、或いは、遮光素子が、測定基板と受光素子と間の光軸からずれた位置に点状に設置されていてもよい。
【００２５】
本発明の実施形態では、集光レンズと測定基板の間に、レーザー光の測定基板における正反射光が集光レンズの周縁部と干渉し散乱するのを防止するための遮光体が設置されていてもよい。遮光体は、連続した環状又は不連続の環状の形状を有することができる。また、レーザー光源と測定基板の間に、フィルタが設置されており、レーザー光の測定基板における正反射光がそのフィルタの周縁部と干渉し散乱するのを防止するための第２の遮光体がレーザー光源と測定基板の間に設置されていてもよい。
【００２６】
尚、本発明は、レーザー光源からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップの測定基板にレーザー光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光を、受光素子で検出するバイオセンサチップ検査装置の光学系において、測定基板と受光素子の間に、レーザー光の測定基板における正反射光を遮断するための遮光素子が設置されているバイオセンサチップ検査装置の光学系にも関する。
【００２７】
さらに、本発明は、レーザー光源からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップの測定基板にレーザー光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光を、フィルタを通して受光素子で検出するバイオセンサチップ検査装置の光学系において、フィルタと測定基板の間に、レーザー光の測定基板における正反射光がそのフィルタの周縁部と干渉し散乱するのを防止するための遮光体が設置されているバイオセンサチップ検査装置の光学系にも関する。
【発明の効果】
【００２８】
本願発明に係るバイオセンサチップ検査装置の光学系によれば、光半導体の受光素子を用いて従来より高感度に測定可能なバイオセンサチップ検査装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】式（１）〜（３）を適用して集光レンズを設計する際に適用する光学系の例を模式的に示した説明図である。
【図２】（Ａ）バイオセンサチップ検査装置の光学系の実施形態の概略を模式的に示した平面図である。（Ｂ）図２（Ａ）の正面図である。
【図３】（Ａ）図２（Ａ）に示す実施形態において集光レンズ５を設けない光学系の例を模式的に示した説明図であり、この時のレーザー光の最小入射角を説明するための説明図である。（Ｂ）図２（Ａ）に示す実施形態において、レーザー光の最小入射角を説明するための説明図である。
【図４】集光レンズ及び鏡筒に形成される切り欠き部の実施形態の例を模式的に示した図である。
【図５】式（１）〜（４）を適用して集光レンズの設計をする際の第１の設計例を説明するための図である。
【図６】式（１）〜（４）を適用して集光レンズの設計をする際の第２の設計例を説明するための図である。
【図７】帯状の形状の遮光素子を、集光レンズと測定基板の間に設置した時の光学系を模式的に示した説明図である。
【図８】点状の遮光素子を、集光レンズと測定基板の間に設置した時の光学系を模式的に示した説明図である。
【図９】集光レンズと測定基板の間に、遮光体が設置された時の光学系を模式的に示した説明図である。
【図１０】図２（Ａ）に示す実施形態において、レーザー光源と測定基板の間に、フィルタ及び第２の遮光体が設置された時の光学系を模式的に示した説明図である。
【図１１】集光レンズを設けずに帯状の形状の遮光素子を測定基板と受光素子の間に設けた場合の光学系を模式的に示した図である。
【図１２】集光レンズを設けずに点状の遮光素子を測定基板と受光素子の間に設けた場合の光学系を模式的に示した図である。
【図１３】集光レンズを設けずにフィルタを設けて、遮光体を測定基板とフィルタの間に設けた場合の光学系を模式的に示した図である。
【図１４】図１３に示す光学系において、第２のフィルタを設けた場合の光学系を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
本発明の実施形態に係るバイオセンサチップ検査装置の光学系は、レーザー光源からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップの測定基板に励起光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光を、集光レンズで集光して受光素子で検出する。そして、
Ｓ：受光素子の面積
ｂ：測定基板から集光レンズの結像点までの距離
θ：集光レンズが蛍光を取り込む角度（半角）
φ：集光レンズの有効径
ａ：測定基板から集光レンズまでの距離
ｆ：集光レンズの焦点距離
ｎ：集光レンズを設けたことによる倍率
Ｌ：測定基板から受光素子の出力が最大となる位置までの距離
とした場合に、以下の関係を満たす。
【００３２】
【数５】
2019003056.tif 000007
【００３３】
【数６】
2019003056.tif 000008
【００３４】
【数７】
2019003056.tif 000009
【００３５】
【数８】
2019003056.tif 000010
【００３６】
このような関係になるように設計した集光レンズを測定基板と受光素子の間の特定の位置に設けることで、受光素子の受光量を大幅に増加させることができる。そのため、蛍光の検出量が増加し、検出感度を大幅に向上させることができる。これは、次のようにして、光半導体の特性を考慮して、本発明者により初めて見出されたものである。
【００３７】
光半導体であるＳｉＰＭは、５０μｍ程度のピッチで加工されたピクセルで構成される。受光素子の大きさが３×３ｍｍ角の場合、３６００ピクセルである。検出は、１ピクセルにあたった光が、あるゲート時間内で検出した光強度が一定レベルに達した時、フォトン数を１個としてカウントする。そのため、光強度が大きくても小さくても一定レベル以上であれば、フォトン数は１個として検出される。したがって、一般的に行われるレンズの設計のように、集光レンズで集光した蛍光を一点に集光して光軸周辺の数ピクセルに当てるより、受光素子の受光面全域に照射させるようにしたほうが感度は大きくなる。そして、このような知見に基づき、鋭意検討の結果、前記式（１）〜（４）の関係式を見出したのである。
【００３８】
式（１）〜（３）は、光学系の設計において一般に使用される関係式である。尚、式（１）では、受光量をｎ倍、即ち、倍率をｎとすることは見かけ上の受光素子の面積Ｓをｎ倍にすることを意味している。
【００３９】
これらの式（１）〜（３）は、集光レンズの設計の際、例えば、図１に示す光学系の場合に次のようにして適用される。ここで、図１について説明すると、バイオセンサチップの測定基板においてレーザー光により励起された被測定物質が発した蛍光を集光レンズにより集光し、受光素子の表面で、１点で結像させた時の様子を示した説明図である。図１に示す各符号は、式（１）〜（４）で用いた各符号に対応している。
【００４０】
図１に示す光学系の場合、検査装置の設計仕様等から、受光素子の面積Ｓ、測定基板から集光レンズの結像点までの距離ｂは決定され、検査対象となる被測定物質の特性等を考慮して倍率ｎが決定される。これらが決定されると、式（１）を適用し、集光レンズが蛍光を取り込む角度（半角）θが算出される。そして、検査装置の設計仕様等から、集光レンズの大きさ及びその設置位置を決定する。この際式（２）を適用し、測定基板から集光レンズまでの距離ａ、式（１）から算出されたθから、集光レンズの有効径φが算出される。また、式（３）を適用することで、距離ａとｂより、集光レンズの焦点距離ｆが算出される。
【００４１】
そして、通常は、集光レンズの面構造等により収差が大きい場合と小さい場合があるため、収差が大きい場合は、集光レンズの結像点が受光素子の検出面と一致する、即ち、受光素子のピクセルの１点〜数点程度に集光するように集光レンズを設計する。また、収差が小さい場合は収差を調整する必要がなく、その設計値を採用する。しかし、このように設計しても、前述のように、光半導体の特性上、いくら集光しても蛍光の検出には限度がある。そこで、式（４）を適用し、集光レンズの特性に応じて、設計値ｆを調整することで、受光素子の受光面への照射が、ピクセルの１〜数点より多く、好ましくは、ピクセル全体となるように調整し、受光素子の出力が最大となる測定基板からの位置までの距離Ｌを決定する。このような位置までの距離Ｌを採用することで、集光レンズの結像点は、光軸上、受光素子の表面より集光レンズ側又は集光レンズとは反対側に位置することになる。その結果、蛍光が受光素子の受光面に照射する面積を大きくすることができる。このような設計は、当業者であれば、収差曲線又はスポットダイアグラムを用いることで行うことができる。
【００４２】
ここで、収差が少ない場合とは、設計値ｂの場合の受光素子の全体のピクセルの２０％のピクセル数以下に照射される場合であり、収差が大きい場合とは、設計値ｂの場合の受光素子の全体のピクセルの８０％のピクセル数より大きく照射される場合である。収差の少ないレンズ及び収差の大きいレンズは下記のようにして設計可能である。尚、設計値ｂの場合の受光素子全体のピクセル２０％より大きく８０％以下となるように照射される場合は、現時点では、２０％以下、８０％より大きい場合ほどの効果は奏されない傾向にある。
【００４３】
収差の少ないレンズは、一般的な光学設計で行われる収差低減の設計手法で設計可能である。また、収差の大きいレンズは、少なくとも（Ｉ）球面収差を大きくする設計方法、（II）非点収差を利用した方法の２通りの設計手法で設計が考えられる。
【００４４】
（Ｉ）の設計手法は、近軸光の結像位置に対し、集光レンズに入射する光線が光軸から遠ざかる程、結像位置がより遠くに結像するように集光レンズの形状を設計する手法である。
【００４５】
（II）の設計手法では、集光レンズにシリンドリカル面を採用し、非点収差を発生させる。すると近軸光の結像位置では１点に集光せず、ほぼ円形状の広がりを持ったスポットになる。このシリンドリカル面を持った集光レンズは、具体的には、以下の（ａ）〜（ｄ）の形状が考えられる。
【００４６】
（ａ）シリンドリカル面の軸が垂直となる（但し、交わらない）２枚のシリンドリカルレンズで構成された集光レンズ。
（ｂ）１枚のレンズの両面がシリンドリカル面で構成され、２つのシリンドリカル面の軸が垂直となる（但し、交わらない）集光レンズ。
（ｃ）１枚のレンズの片面が凸面で、他の一方の面がシリンドリカル面で構成された集光レンズ。
（ｄ）１枚のレンズで、面形状がトロイダル面で構成された集光レンズ（トロイダル面とは、光軸に直交したＸ軸及びＹ軸方向が異なる曲率半径をもつレンズ面のことである。）。
【００４７】
尚、これら以外に収差を大きくする方法として、コマ収差を利用する方法もあるが、受光素子に集光したスポット形状の光強度分布に偏りができるために、受光素子の感度は上がるが、上記（Ｉ）、（II）に示した方法よりも集光レンズの効果は少なくなる。
【００４８】
バイオセンサチップ検査装置の光学系の実施形態の概略について説明する。
【００４９】
図２（Ａ）は、バイオセンサチップ検査装置の光学系の実施形態の概略を模式的に示した平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の正面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）に示すバイオセンサチップ検査装置の光学系１は、レーザー光源２、測定基板４が設けられたバイオセンサチップ３、集光レンズ５、受光素子６を備える。本実施形態では、バイオセンサチップ３は、回転ステージａ１２に設置されており、集光レンズ５、受光素子６は回転ステージｂ１３に設置されている。
【００５０】
集光レンズ５は、受光素子６とバイオセンサチップ３の測定基板４との間に設置されている。集光レンズ５は、鏡筒７の測定基板４に近接する側の先端近傍部に設置されている。鏡筒７は、その基端側で受光器８の先端部分から突出して設けられている。本実施形態では、鏡筒７には集光レンズ５と受光素子６との間にレーザー光のバイオセンサチップ３の測定基板４における正反射光を除去するためのフィルタ９が設けられている。このようなフィルタ９としては、例えば、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタ等が挙げられ、これらを１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００５１】
集光レンズ５は、式（１）〜（４）の条件を満たすように、有効径φ、焦点距離ｆが設計されたものを使用する。ガラスレンズ、プラスチックレンズ何れでもよい。
【００５２】
受光素子６は、受光面が集光レンズ５の射出面に向かうように受光器８の内部に設けられている。本実施形態では、受光器８は、プリアンプ１０を備え、受光素子６で受光した蛍光をさらに増幅するように構成されている。
【００５３】
受光素子６は、例えばＳｉＰＭなどの極微弱光計測が可能な光半導体を用いることができる。受光素子６の受光面の面積（「受光素子６の面積」とも称する。）は、蛍光の検出感度の観点からは大きいものがよいが、バイオセンサチップ検査装置の設計条件等を考慮して選択する。
【００５４】
バイオセンサチップ３は、測定基板４の中心線がレーザー光の光軸と直交するように、また、測定基板４の受光面と受光素子の受光面が平行になり得るように、固定台１１に設置されている。固定台１１は、測定基板４の中心線を回転軸Ｙとして回動可能な回転ステージａ１２に設けられている。受光器８は、測定基板４の中心線を回転軸Ｙとして回動可能な回転ステージｂ１３に設けられている。集光レンズ５も受光器８とともに回動する。受光素子６の受光面の中心、集光レンズ５の受光面の中心及び測定基板４の受光面の中心が同一平面上で一直線に並ぶように配置されている。この各中心を結ぶ直線（中心軸、光軸）１４は、レーザー光の光軸Ｘと同一平面上に存在する。回転ステージａ１２と回転ステージｂ１３はそれぞれ独立して回動可能である。これにより、バイオセンサチップ３の測定基板４に対するレーザー光の入射角を変更可能である。また、それに応じて、測定基板４からの蛍光の受光量を最大にする位置に集光レンズ５及び受光素子６を設けることができる。或いは、レーザー光の入射角と蛍光分布の相関を計測し、レーザー光の入射角の最適化を図ることができる。もっとも、予めレーザー光の入射角と蛍光の検出量の最適な条件がわかっている場合は、このような回転ステージは設けなくてもよい。
【００５５】
バイオセンサチップ３は、測定基板４を備える。測定基板４は被測定物質を存在させることが可能になっている。このようなバイオセンサチップとしては、表面プラズモン励起増強蛍光を用いて測定を行う場合は、例えば周期構造を有するベース層の表面に、表面プラズモン共鳴光を発生し得る金属の金属層を設けた測定基板を有するものが挙げられる。このような測定基板の構造は、例えば、特開２００８−２８６７７８号公報に記載のもの等を採用することができる。また、この金属層の表面側には、被測定物質を配置するための空間部が形成され、必要に応じ、その空間部を覆う蓋部が設けられていてもよい。ベース層及び蓋部は、透明プラスチック又は透明ガラスで構成することができる。また、空間部はバイオセンサチップの外部から液体を流入し、外部へ排出することが可能なように構成してもよい。
【００５６】
レーザー光源２は、本実施形態では受光器８の後方（図２（Ｂ）参照）に設置されている。そして、レーザー光が、バイオセンサチップ３の測定基板４に直接照射されるように励起光学系が構成されている。ここで、直接照射とは、ミラー等を用いてレーザー光を曲折させずに照射することを意味する。また、レーザー光源２と測定基板４を有するバイオセンサチップ３との間には、レーザー光の光強度を減衰させるためのＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ（濃度フィルタ）を用いてもよい。ＮＤフィルタを用いることで、レーザー光源２から出射させるレーザー光の光強度を大きく変更することができ、レーザー光源２では、その出力を微調整することで、励起光の強度の調整を容易に行うことができる。
【００５７】
レーザー光源２は、Ｈｅ−Ｎｅレーザーや半導体レーザーなどを用いることができる。このようなレーザー光源２からは、約φ１ｍｍのコリメート光が発せられ、励起光として用いることができる。
【００５８】
次に、表面プラズモン励起増強蛍光を用い、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すような光学系１を有するバイオセンサチップ検査装置により、励起された被測定物質が発した蛍光を測定する方法の概略を以下に示す。
【００５９】
被測定物質を測定基板４に配置したバイオセンサチップ３を固定台１１に固定する。レーザー光源２からレーザー光を出射させ、レーザー光の測定基板４に対する入射角が、所定の角度になるように、測定基板４を照射する。その結果、レーザー光により被測定物質が励起され、励起光である蛍光Ｚが発生する。表面プラズモン励起増強蛍光は、測定基板に設けられている金属層にプラズモン共鳴角（ＳＰＲ角）αで入射させたレーザー光により生じた局在場光により発生する。そのため、入射角がＳＰＲ角αとなり、蛍光強度が増強される位置を探索するため、回転ステージａ１２を回転させる。ＳＰＲ角αは、概ね７〜９°であるとされている。予めＳＰＲ角αが判明している場合は、その角度に設定すればよい。尚、入射角がＳＰＲ角αである場合、正反射光Ｗの角度は２αとなる。
【００６０】
また、蛍光強度の角度依存性を計測する場合は、回転ステージｂ１３を回動させ、レーザー光の光軸Ｘと回転ステージｂ１３上の光軸１４のなす角度βを変化させる。そして、変化させた各角度βにおける、受光素子６で検出したフォトン数を蛍光分布として測定する。尚、蛍光強度は、正反射光の角度（２α）より若干大きい角度になることが知られている。
【００６１】
前述のようにして、式（１）〜（４）の関係を満たすように集光レンズ５を設計し、測定基板４、集光レンズ５、受光素子６の位置関係を調整することで、蛍光強度の検出感度を従来よりも向上させることが可能である。しかし、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、レーザー光源２から出射させたレーザー光を直接測定基板４に照射するように光学系を構成した際に、レーザー光が集光レンズ５の周縁部又はその鏡筒の先端部分において干渉し、レーザー光の全部又は一部を測定基板４に照射できない場合がある。
【００６２】
図３（Ａ）に示す光学系１’のように、集光レンズ５を設けない場合は、レーザー光の測定基板４に対する入射角γは、受光器８の筐体により制限される。図３（Ａ）に示す例では、受光器８の筐体の集光レンズ５に近接する側の端部とレーザー光の全部又は一部が干渉している場合を示している。この時の入射角γを最小入射角γ０とする。これに対して、集光レンズ５を設けた場合は、図３（Ｂ）に示す光学系１のように、集光レンズ５及び／又は鏡筒７とレーザー光の全部又は一部が干渉する場合がある。この時の入射角γを最小入射角γ１とする。集光レンズ５及び鏡筒７が、受光器８よりも測定基板４に近接しているため、集光レンズ５を設けたことによる最小入射角γ１は、集光レンズ５を設けない最小入射角γ０よりも大きくなる場合がある。発明者の検討によると、γ１はγ０より３〜５°程度大きくなる場合がある。また、γ０は８°程度であるため、γ１は１１〜１５°程度になる場合があることを意味する。一方、蛍光の強度が最大となるＳＰＲ角αは、前述のように７〜９°程度であるため、集光レンズ５を用いることで最小角度γ１が大きくなると、レーザー光が集光レンズ５及び／又は鏡筒７と干渉する場合が増える傾向にある。集光レンズ５は測定基板４に近接して設置した方が、その効果を享受し易い傾向にあるため、このように干渉が発生しやすい傾向にある。
【００６３】
このような干渉が生じる場合は、集光レンズ５の周縁部及び／又は鏡筒７に、レーザー光との干渉を防止するための切欠き部を設けることができる。このような切欠き部を設けることで、この切り欠き部をレーザー光が通過することができるため、レーザー光が集光レンズ５の周縁部及び／又は鏡筒７と干渉し、レーザー光の全部又は一部が測定基板４に到達できなくなることを回避することができる。
【００６４】
このような切欠き部の形状は、レーザー光との干渉を防止し、レーザー光が通過することができるように構成すれば、特に限定はない。このような形状としては、例えば、断面Ｕ字状の凹部、断面Ｖ字状の凹部、Ｉカット状の端面部等が挙げられる。より具体的には、図４（Ａ）、（Ｄ）、（Ｇ）に示すように、鏡筒７に形成された、それぞれ断面Ｕ字状の凹部、断面Ｖ字状の凹部、Ｉカット状の端面部、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｈ）、（Ｉ）に示すように、集光レンズ５の周縁部と鏡筒７に亘って形成された、断面Ｕ字状の凹部（図４（Ｂ）、（Ｃ）の符号１５参照。）、断面Ｖ字状の凹部（図４（Ｅ）、（Ｆ）の符号１６参照。）、Ｉカット状の端面（図４（Ｈ）、（Ｉ）の符号１７参照。）などが挙げられる。図示しないが、その構成により、集光レンズ５の周縁部のみに図４に示す切り欠き部１５、１６、１７と同様の形状を設けることもある。鏡筒７については、集光レンズ５に近接する部分に切り欠き部を設けるのが好ましい場合がある。
【００６５】
切り欠き部１５、１６、１７の位置は、少なくともレーザー光の光路となる部分に設けるが、角度依存性を測定する場合には、その精度を向上する観点からは、図４（Ａ）〜（Ｉ）に示すように、レーザー光の光路となる部分と対称となる位置にも設けるのが好ましい。切り欠き部１５、１６、１７の大きさは、例えば図４に示すように、干渉が生じないような大きさになるように適宜決定することができる。図４に示す例では、それぞれ（Ａ）から（Ｃ）、（Ｄ）から（Ｆ）、（Ｇ）から（Ｉ）の順に切り欠き部の大きさが大きくなっている。
【００６６】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すようなバイオセンサチップ検査装置の光学系１により、受光素子６の出力が最大となる集光レンズ５の構成及びその測定基板４からの距離Ｌを決定する際の設計例を示す。
【００６７】
図５（Ａ）は、図２（Ａ）において、受光素子６が３ｍｍ×３ｍｍ角、測定基板４から集光レンズ５の結像点までの距離ｂが１３０ｍｍ、測定基板４から集光レンズ５までの距離ａが５０ｍｍ、受光器８の筐体（直方体）の幅が３５ｍｍ、受光器８の集光レンズ５に面する側の端面から、受光素子６の受光面までの距離が５．５ｍｍ、集光レンズ５を設けたことによる倍率ｎが５０であるとした場合の例を示した説明図である。測定基板４から集光レンズ５までの距離ａは、回転ステージａ１２の大きさ等を考慮して決定することができる。
【００６８】
受光量即ち倍率ｎを５０倍とすることは、見かけ上の受光素子６の面積Ｓを５０倍にすることを意味する（図５（Ｂ）参照）。したがって、式（１）より、集光レンズ５が蛍光Ｚを取り込む角度（半角）θ＝ｔａｎ-1（２１．２／２／１３０）＝４．７°である。ここで、ｎＳ＝５０×３×３＝４５０ｍｍ2、ｎＳの平方根が２１．２ｍｍである。式（２）より、集光レンズ５の有効径φ＝２×５０×ｔａｎ（４．７°）＝８．２ｍｍである。式（３）より焦点距離ｆ＝５０×（１３０−５０）／１３０＝３０．８ｍｍである。そして、式（４）より、集光レンズ５の収差が大きい場合は、測定基板４から受光素子６の出力が最大となる位置Ｌ＝ｂ＝１３０ｍｍとすることができ、集光レンズ５の収差が少ない場合は、０．８×１３０ｍｍ＝１０４ｍｍ≦Ｌ＜１３０ｍｍ又は１３０ｍｍ＜Ｌ≦１．２×１３０ｍｍ＝１５６ｍｍとすることができる。後者の場合は、結像点がこのようなＬの範囲になるように、焦点距離ｆを調整して集光レンズ５を設計する。集光レンズ５の収差の程度等に応じて、Ｌを決定することができる。この際、収差曲線又はスポットダイアグラムを利用して集光レンズを設計する。
【００６９】
本例では、集光レンズ５を設けない場合の最小入射角γ０は、８°＝ｔａｎ-1（３５／２／１２４．５）である。また、θ＝４．７°である。この場合、γ１を８°より設定することが可能であれば、切り欠き部１５、１６、１７を設ける必要がない。図５（Ｃ）は、この場合の例を示したものであり、集光レンズ５には切り欠き部は設けられていない。逆に、γ１が８°以上になる場合は、例えば図４に示すような切り欠き部１５、１６、１７を設けるのが好ましい。
【００７０】
図６（Ａ）は、図５（Ａ）に示す例において、受光量を２００倍即ち倍率ｎを２００とした場合の例である。したがって、それ以外の設定は、図５（Ａ）に示す例と同じである。受光量即ち倍率ｎを２００倍とすることは、見かけ上の受光素子の面積Ｓを２００倍にすることを意味する（図６（Ｂ）参照）。したがって、式（１）より、集光レンズ５が蛍光Ｚを取り込む角度（半角）θ＝ｔａｎ-1（４２．４／２／１３０）＝９．３°である。ここで、ｎＳ＝２００×３×３＝１８００ｍｍ2、ｎＳの平方根が４２．４ｍｍである。式（２）より、集光レンズ５の有効径φ＝２×５０×ｔａｎ（９．３°）＝１６．４ｍｍである。式（３）より焦点距離ｆ＝５０×（１３０−５０）／１３０＝３０．８ｍｍである。そして、式（４）より、集光レンズ５の収差が大きい場合は、測定基板４から受光素子６の出力が最大となる位置Ｌ＝ｂ＝１３０ｍｍとすることができ、集光レンズ５の収差が少ない場合は、０．８×１３０ｍｍ＝１０４ｍｍ≦Ｌ＜１３０ｍｍ又は１３０ｍｍ＜Ｌ≦１．２×１３０ｍｍ＝１５６ｍｍとすることができる。後者の場合は、図５に示す例の場合と同様に、結像点がこのようなＬの範囲になるように、焦点距離ｆを調整してレンズを設計する。
【００７１】
本例でも、集光レンズ５を設けない場合の最小入射角γ０は、８°である。また、θ＝９．３°である。この場合、集光レンズ５を設けた場合の最小入射角γ１は、９．３°より大きくなるため、最小角度γ０を超えている。したがって、切り欠き部を設ける必要がある。図６（Ｃ）は、この場合の集光レンズ５の断面形状の例を示したものである。本例では、集光レンズ５の周縁部に、又は、集光レンズ５の周縁部及び鏡筒７（図示せず）に亘るように、Ｕ字状の切り欠き部１５が設けられている。
【００７２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るバイオセンサチップ検査装置の光学系は、第１実施形態において、測定基板と受光素子の間に、レーザー光の測定基板における正反射光を遮断するための遮光素子が設置されている例である。
【００７３】
このような遮光素子を設けることで、フィルタによっても除去することができないレーザー光の正反射光を遮断してノイズを除去することが可能なため、正反射光と波長の近接する蛍光は除去することなく、高感度に蛍光を検出することが可能になる。集光レンズ５を設け、蛍光の受光量自体を大きくすることで、蛍光の検出感度が向上するが、このように正反射光によるノイズを除去することで、さらなる検出感度の向上を図ることができる。言い換えると、このような遮光素子だけでも、正反射光のノイズを除去することが可能なため、ノイズの除去という観点から、蛍光の検出感度を向上させることが可能である。
【００７４】
前述のように、主要な構成は第１実施形態と同じなため、それと異なる構成を中心に説明する。第１実施形態と共通する構成については同じ符号を付して説明する。
【００７５】
第１実施形態では、蛍光の角度依存性を測定可能にするため、回転ステージａ１２、回転ステージｂ１３を設けている。このように角度依存性を測定する場合、レーザー光の測定基板４への入射角αがＳＰＲ角となるように回転ステージａ１２を調整して固定した後、回転ステージｂ１３を漸次回動させる。この時、レーザー光の測定基板４における正反射光Ｗは、受光素子６上に、回転軸Ｙに対して直交方向に連続する帯状の軌跡を描くように走査する。これがノイズとなり、フィルタ９を設けても、蛍光Ｚが検出され難くなる場合がある。そこで、正反射光Ｗが受光素子６へ到達しないように遮断し、且つ、蛍光Ｚは受光素子６へ到達可能とするように遮光素子を設けることができる。
【００７６】
このような遮光素子の構成としては、例えば、集光レンズ５の測定基板４側又は受光素子６側に、回動時の正反射光の受光素子６上の軌跡と重なるように、回転軸Ｙに対して直角方向に伸びる帯状の形状とすることができる。図７は、このような遮光素子１９を、集光レンズ５と測定基板４の間に設置した時の光学系２０を模式的に示した説明図である。図７（Ａ）は、測定基板４側から見た集光レンズ５及び遮光素子１９の左側面図であり、図７（Ｂ）は、光学系２０の正面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の平面図である。図７（Ａ）に示す例では、遮光素子１９は、レーザー光の正反射光Ｗの光軸を含む平面上で、回転軸Ｙに直交する方向に直線状に伸びる棒状の形状である。図７（Ａ）に示すように、集光レンズ５のうち、遮光素子１９により遮蔽されていない部分は、十分確保されており、蛍光Ｚの検出が可能である。
【００７７】
遮光素子１９の大きさは、正反射光Ｗを遮断し、且つ、蛍光Ｚは通過可能で、そのノイズを、蛍光Ｚの検出感度より低減可能であればよい。例えば、回転軸Ｙ方向の幅が、正反射光Ｗの光束径よりも大きい場合が挙げられる。長さは、例えば図７（Ａ）に示すように、集光レンズ５の有効径φよりも大きい場合が挙げられる。また、後述するように遮光体を遮光素子１９の前に設ける場合は、遮光体により制限される正反射光Ｗの範囲を考慮して長さを決定することもできる。
【００７８】
図２（Ａ）に示す例のように角度依存性を測定することが可能な光学系１の場合と異なり、その必要がない場合や回転ステージａ、ｂが設置されていない場合は、正反射光Ｗは移動しない。そのため、遮光素子６は正反射光Ｗの光軸に重なるように設けることができる。正反射光Ｗの反射角は、蛍光の強度が最大となる角度と一致しないことが知られている。したがって、遮光素子６は、測定基板４と受光素子６と間の光軸１４からずれた位置に設置される。
【００７９】
このような遮光素子の構成としては、例えば、集光レンズ５の測定基板４側又は受光素子６側に、正反射光Ｗの光軸に重なるように点状に設けることができる。図８は、このような位置に配置された遮光素子２１を集光レンズ５と測定基板４の間に設置した時の光学系２２を模式的に示した説明図である。図８（Ａ）は、測定基板４側から見た集光レンズ５及び遮光素子２１の左側面図であり、図８（Ｂ）は、光学系２２の正面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）の平面図である。図８（Ａ）に示す例では、遮光素子２１は、レーザー光の正反射光Ｗの光軸を含み、回転軸Ｙに直交する平面上に、円形の点状に設置されている。また、図８に示す例では、正反射光の反射角は図２（Ａ）に示すように、蛍光強度が最大となる角度よりも小さい場合の例を示しており、測定基板４と受光素子６と間の光軸１４からずれた位置に遮光素子２１が設置されている。図８（Ａ）に示すように、集光レンズ５のうち、遮光素子２１により遮蔽されていない部分は、十分確保されており、蛍光の検出が可能である。
【００８０】
遮光素子２１の大きさは、正反射光Ｗを遮断し、且つ、蛍光Ｚは通過可能で、そのノイズを、蛍光の検出感度より低減可能であればよい。例えば、遮光素子２１の径が、正反射光の光束径よりも大きい場合が挙げられる。
【００８１】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係るバイオセンサチップ検査装置の光学系は、第１実施形態又は第２実施形態において、集光レンズ５と測定基板４の間に、レーザー光の測定基板４における正反射光が集光レンズの周縁部と干渉し散乱するのを防止するための遮光体が設置されている例である。
【００８２】
このような遮光体を設けることで、正反射光Ｗが、測定基板４と受光素子６の間に設置された集光レンズ５や必要に応じて設けられるフィルタの周縁部、特にそのエッジ部分と干渉して散乱光となるのを防止することができる。その結果、散乱光が受光素子６で検出されることを抑制できるため、散乱光によるノイズが抑制され、蛍光Ｚの検出感度が向上する。前述のように、遮光素子１９、２１を設けて測定基板４におけるレーザー光の正反射光を遮断することで、正反射光によるノイズを低減し、蛍光の検出感度が向上する。しかし、蛍光Ｚの角度依存性を測定する場合は、正反射光Ｗは受光素子６等に対して走査されるため、各光学素子の設置の仕方によっては、最初に測定基板４で反射した正反射光Ｗは、受光素子６と測定基板４の間に設置されている集光レンズ５、必要に応じて設置されるフィルタ９等と干渉して散乱光を生ずる場合がある。そのため、前述のような遮光素子１９のみでは、散乱光の発生を防止できない場合がある。このような場合に、本実施形態の遮光体を設けることで、散乱光によりノイズを低減し、蛍光の検出感度を向上させることができる。もっとも、このような遮光体は、それのみでも、正反射光の散乱光により生ずるノイズを低減するという観点から、蛍光の検出感度を向上させることが可能である。
【００８３】
前述のように、主要な構成は第１実施形態及び第２実施形態と同じなため、それと異なる構成を中心に説明する。第１及び第２実施形態と共通する構成については同じ符号を付して説明する。
【００８４】
図９は、集光レンズ５と測定基板４の間に、遮光体２３が設置された時の光学系２４を模式的に示した説明図である。図９（Ａ）は、測定基板４側から見た集光レンズ５及び遮光体２３の左側面図であり、図９（Ｂ）は、光学系２４の正面図である。図９（Ｂ）に示すように、遮光体２３を設けることで、レーザー光の正反射光Ｗが走査され、その光路が、測定基板４と受光素子６と間の光軸１４からずれた場合でも、集光レンズ５や必要に応じて設けられるフィルタ９等の周縁部１８、特にそのエッジ部分と干渉することを防止することができる。
【００８５】
このような遮光体２３の形状としては、正反射光Ｗが集光レンズ５や必要に応じて設けられるフィルタ９等の周縁部と干渉することができれば特に限定はない。例えば、図９（Ａ）に示すように、連続した環状の形状とすることができる。また、例えば図４に示すように、集光レンズ５の周縁部１８及び／又は鏡筒７に切り欠き部１５、１６、１７を設ける場合は、レーザー光源２からのレーザー光と干渉することを防止するため、遮光体２３にもそれに対応するように切り欠き部を設ける必要がある。図９（Ｃ）は、このような切り欠き部を設けた場合の例を模式的に示したものである。図９（Ｃ）に示す例の遮光体２６は、図９（Ａ）に示す連続した環状の形状の遮光体２３に切り欠き部２５を設けることで、不連続の環状の形状としたものである。切り欠き部２５の形状は、例えば図４に示すような形状とすることができる。また、連続する環状の形状に、不連続な環状とならないように、断面Ｕ字状、断面Ｖ字状の切り欠き部や、Ｉカット状の端面となる切り欠き部を設けてもよい。
【００８６】
このような遮光体２３、２６は、光学系で広く使用されている絞りとは異なるものである。このような絞りは、一般的には光量を調整するために用いるものであり、レンズと受光素子との間に設けられるものである。本実施形態でも、遮光体２３、２５とは別に、必要に応じて絞りを設けることができる。
【００８７】
本実施形態では、その変形例として、図１０に示すバイオセンサチップ検査装置の光学系２９のように、レーザー光源２と測定基板４の間に、ＮＤフィルタ等の測定基板４に照射する光量を制御するフィルタ２７が設置されていてもよい。この場合、レーザー光源２と測定基板４の間に、レーザー光の測定基板４における正反射光Ｗがフィルタ２７の周縁部と干渉して散乱するのを防止するための第２の遮光体２８が設置されていてもよい。正反射光Ｗは、特に、蛍光Ｚの角度依存性を測定する場合、測定基板４において反射した後、再び測定基板４に入射した後、レーザー光源２の方向に向かう場合がある。その結果、正反射光がフィルタ２７の周縁部と干渉して散乱光が生じる場合がある。この散乱光が最終的に受光素子６によりノイズとして検出される。第２の遮光体２８を設けることで、このような散乱光が生じることを抑制することができる。その結果、散乱光によるノイズが抑制され、蛍光の検出感度が向上する。測定基板４からレーザー光源２の方向に向かう正反射光との干渉を抑制する観点からは、第２の遮光体２８は、フィルタ２７と測定基板４との間に設けるのが好ましい。図１０はこのような構成の光学系２９を模式的に示したものである。第２の遮光体２８の形状は正反射光がフィルタ２７の周縁部と干渉することが可能な形状であればよい。例えば、図９（Ａ）に示すように、連続した環状の形状とすることができる。
【００８８】
このように、本実施形態では、集光レンズ５と測定基板４の間に、遮光体２３、２６が設置され、必要に応じて、レーザー光源２と測定基板４の間に、第２の遮光体２８が設置される。尚、遮光体２３、２６は第１の遮光体２３、２６とも称する。そして、第１及び／又は第２の遮光体を所望の位置に設置することで、正反射光Ｗが集光レンズ５や各種のフィルタの周縁部と干渉して散乱光が生じることを抑制することができる。その結果、散乱光によるノイズが抑制され、蛍光の検出感度を向上することができる。
【００８９】
尚、図９、１０に示す例では、第２実施形態で示した遮光素子１９、２１を省略したが、遮光素子１９、２１を設けた場合でも、同様に遮光体２３を設けることで、正反射光Ｗに起因する散乱光を抑制することが可能である。この場合、遮光体２３は、測定基板４と遮光素子１９、２１の間に設けてもよいし、遮光素子１９、２１と集光レンズ５との間に設けてもよい。
【００９０】
＜他の実施形態＞
第１〜３実施形態では、集光レンズ５を必須の構成としている。しかし、既に述べたように、第２実施形態における遮光素子は、それのみでも、レーザー光源２からのレーザー光が測定基板４で正反射した正反射光Ｗによるノイズを除去することが可能である。また、実施形態３における第１の遮光体及び／又は第２の遮光体は、それのみでも、正反射光Ｗが集光レンズ５や各種のフィルタの周縁部と干渉して生じる散乱光によるノイズを除去することが可能である。したがって、集光レンズ５を構成として含まず、遮光素子及び／又は遮光体を必須の構成として含む光学系も蛍光の検出感度を向上させるうえで有効である。そこで、第２及び第３実施形態において集光レンズ５を構成として含まない光学系の実施形態を以下で説明する。尚、第１〜３実施形態と共通する構成については同じ符号を付して説明する。
【００９１】
（他の実施形態ａ）
この実施形態は、レーザー光源２からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップ３の測定基板４にレーザー光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光Ｚを、受光素子６で検出するバイオセンサチップ検査装置の光学系において、測定基板４と受光素子６の間に、レーザー光の測定基板４における正反射光Ｗを遮断するための遮光素子が設置されているバイオセンサチップ検査装置の光学系である。
【００９２】
このように遮光素子を設けることで、第２実施形態において述べたのと同様に、フィルタによっても除去することができないレーザー光の正反射光Ｗを遮断してノイズを除去することが可能なため、正反射光Ｗと波長の近接する蛍光Ｚは除去することなく、高感度に蛍光を検出することが可能になる。
【００９３】
この実施形態は、図２（Ａ）、（Ｂ）における集光レンズ５を設けない以外は、第２実施形態の光学系２０と同じである。図１１は、このような実施形態の一例を示したものである。図１１に示すバイオセンサチップ検査装置の光学系３０は、図７に示す例に準じて、蛍光Ｚの角度依存性を測定する場合に、測定基板４と受光素子６との間に、回動時の正反射光Ｗの受光素子６上の軌跡と重なるように、回転軸Ｙに対して直角方向に伸びる帯状の形状の遮光素子３１を設けたものである。図１１（Ａ）は、測定基板４側から見た遮光素子３１の左側面図であり、図１１（Ｂ）は、光学系３０の正面図であり、図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）の平面図である。図１１（Ａ）に示す例では、遮光素子３１は、レーザー光の正反射光Ｗの光軸Ｘを含む平面上で、回転軸Ｙに直交する方向に直線状に伸びる棒状の形状である。図１１（Ａ）に示すように、遮光素子３１により遮蔽されていない部分は、十分確保されており、蛍光の検出が可能である。
【００９４】
遮光素子３１の大きさは、正反射光Ｗを遮断し、且つ、蛍光Ｚは通過可能で、そのノイズを、蛍光の検出感度より低減可能であればよい。例えば、回転軸Ｙ方向の幅が、正反射光Ｗの光束径よりも大きい場合が挙げられる。長さは、例えば図１１（Ａ）に示すように、受光素子６の幅よりも大きい場合が挙げられる。もっとも、図１１（Ｃ）に示すように、正反射光Ｗの走査範囲において、受光素子６が受光する範囲を遮断できる長さであればよい。したがって、測定基板４に近いほど、短くすることができる。
【００９５】
図１２に示すバイオセンサチップ検査装置の光学系３２は、図８に示す例の場合に準じて、蛍光Ｚの角度依存性を測定する必要がない場合や回転ステージａ、ｂが設置されていない場合に、測定基板４と受光素子６との間に、正反射光Ｗの光軸と重なるように、点状に遮光素子３３を設けたものである。前述のように、正反射光Ｗの反射角は、蛍光Ｚの強度が最大となる角度と一致しないことが知られている。したがって、遮光素子３３は、測定基板４と受光素子６との間の光軸１４からずれた位置に設置される。図１２は、このような位置に配置された遮光素子３３を受光素子６と測定基板４の間に設置した時の光学系３２を模式的に示した説明図である。図１２（Ａ）は、測定基板４側から見た遮光素子３３の左側面図であり、図１２（Ｂ）は、光学系３２の正面図であり、図１２（Ｃ）は、図１２（Ｂ）の平面図である。図１２（Ａ）に示す例では、遮光素子３３は、レーザー光の正反射光Ｗの光軸Ｘを含み、回転軸Ｙに直交する平面上に、矩形の点状に設置されている。本例では矩形であるが円形であってもよい。また、図１２に示す例では、正反射光Ｗの反射角は図２（Ａ）に示すように、蛍光強度が最大となる角度よりも小さい場合の例を示しており、測定基板４と受光素子６との間の光軸１４からずれた位置に遮光素子３３が設置されている。図１２（Ａ）に示すように、受光素子６のうち、遮光素子３３により遮蔽されていない部分は、十分確保されており、蛍光の検出が可能である。
【００９６】
遮光素子３３の大きさは、正反射光Ｗを遮断し、且つ、蛍光Ｚは通過可能で、そのノイズを、蛍光の検出感度より低減可能であればよい。例えば、矩形の遮光素子３３の幅及び高さが、正反射光の光束径よりも大きい場合が挙げられる。
【００９７】
（他の実施形態ｂ）
この実施形態は、レーザー光源２からレーザー光を出射させ、被測定物質が存在するバイオセンサチップ３の測定基板４にレーザー光を照射して被測定物質を励起させ、励起した被測定物質が発した蛍光Ｚを、フィルタ９を通して受光素子６で検出するバイオセンサチップ検査装置の光学系において、フィルタ９と測定基板４の間に、レーザー光の測定基板４における正反射光Ｗがそのフィルタ９の周縁部と干渉し散乱するのを防止するための遮光体が設置されているバイオセンサチップ検査装置の光学系である。
【００９８】
このように遮光体を設けることで、第３実施形態において述べたのと同様に、蛍光Ｚの角度依存性を測定する場合に、正反射光Ｗが、測定基板４と受光素子６の間に設置されたフィルタ９等の周縁部、特にそのエッジ部分と干渉して散乱光となるのを防止することができる。その結果、散乱光が受光素子６で検出されることを抑制できるため、散乱光によるノイズが抑制され、蛍光の検出感度が向上する。この遮光体は、前述の遮光素子３１、３３のみでは、散乱光の発生を十分に抑制できない場合により好適であるのは勿論のこと、遮光体のみでも、正反射光Ｗの散乱光により生ずるノイズを低減するという観点から、蛍光の検出感度を向上させることが可能である。
【００９９】
この実施形態は、図２（Ａ）、（Ｂ）における集光レンズ５を設けない以外は、第３実施形態の光学系２４と同じである。図１３は、このような実施形態の一例を示したものである。図１３に示すバイオセンサチップ検査装置の光学系３４は、図９に示す例の場合に準じて、蛍光の角度依存性を測定する場合に、測定基板４と受光素子６との間に、遮光体３５を設けたものである。図１３は、測定基板４と受光素子６の間に、遮光体３５が設置された時の光学系３４を模式的に示した説明図である。図１３（Ａ）は、測定基板４側から見た遮光体３５の左側面図であり、図１３（Ｂ）は、光学系３４の正面図である。図１３（Ｂ）に示すように、遮光体３５を設けることで、レーザー光の正反射光Ｗが走査され、その光路が、測定基板４と受光素子６と間の光軸１４からずれた場合でも、フィルタ９の周縁部４０、特にそのエッジ部分と干渉することを防止することができる。
【０１００】
このような遮光体３５の形状としては、正反射光Ｗがフィルタ９の周縁部４０と干渉することを防止できれば特に限定はない。例えば、例えば、図１３（Ａ）に示すように、連続した環状の形状とすることができる。また、レーザー光源２からのレーザー光と干渉する場合は、図１３（Ｃ）に示す遮光体３９ように、遮光体３５に切り欠き部３６を設ける必要がある。切り欠き部３６の形状は、図９に示す例の場合と同様に、例えば図４に示すような形状に準じた形状とすることができる。また、切り欠き部３６を設けることで、図１３（Ｃ）に示すように不連続な環状の形状としてもよいし、連続な環状の形状のままとしてもよい。
【０１０１】
図１４は、図１３に示す例において、フィルタ９に加えて、フィルタ９と測定基板４の間に、さらに第２のフィルタ３７を設けた光学系３８の例である。この場合、第２のフィルタ３７の周縁部４１のみならず、フィルタ９の周縁部４０とも正反射光Ｗが干渉しないように、遮光体３５の形状を構成する必要がある。これ以外は、図１３に示す光学系３４の遮光体３５と同様の構成を採用することができる。
【０１０２】
以上のような実施形態の光学系により、蛍光の受光素子における受光量の増加（上記（あ）への対処）、正反射光によるノイズの低減（上記（い）への対処）、正反射光に起因する散乱光によるノイズの低減（上記（う）への対処）を実現することができる。そして、これらの効果の少なくとも一つを奏させるように、前述の各実施形態の構成を採用することで、光半導体の受光素子を用いて従来より高感度に測定可能な検査装置の光学系を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１、１’、２０、２２、２４、２９、３０、３２、３４、３８  光学系
２  レーザー光源
３  バイオセンサチップ
４  測定基板
５  集光レンズ
６  受光素子
７  鏡筒
８  受光器
９、２７  フィルタ
１０  プリアンプ
１１  固定台
１２  回転ステージａ
１３  回転ステージｂ
１４  光軸（中心軸）
１５、１６、１７、２５、３６  切り欠き部
１８、４０、４１  周縁部
１９、２１、３１、３３  遮光素子
２３、２６、３５  遮光体
２８  第２の遮光体
３７  第２のフィルタ
３９
Ｗ  正反射光
Ｘ  レーザー光の光軸
Ｙ  回転軸（測定基板の中心線）
Ｚ  蛍光
α  プラズモン共鳴角
β  レーザー光の光軸Ｘと回転ステージｂ１３上の光軸１４のなす角度
γ０  集光レンズ５を設けない場合のレーザー光の最小入射角
γ１  集光レンズ５を設ける場合のレーザー光の最小入射角
【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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