(57)【要約】【課題】大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高める。【解決手段】点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分とを備え、上記中央部分は、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面(２８a)と、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面(２８b)とを含む一方、上記周辺部分は、入射側端面(２９a)と、上記入射側端面(２９a)に連続して形成されるとともに、上記入射側端面(２９a)からの光を内部で反射させる外周面(２９b)と、上記外周面(２９b)で内部反射された光を出射させる出射側端面(２９c)とを含んでおり、上記中央部分における上記入射側凸面(２８a)と上記周辺部分における上記入射側端面(２９a)との境界には、凹状の境界部が形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面と、
上記入射側凸面からの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面と
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面と、
上記入射側端面からの光を内部で反射させる外周面と、
上記外周面で内部反射された光を出射させる出射側端面と
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴とするレンズ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズ素子において、
上記中央部分における上記入射側凸面および上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側凸面から入射した光の光路と上記入射側端面から入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載のレンズ素子において、
上記周辺部分における上記入射側端面は、外側に向かって凸状の曲面形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【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レンズ素子において、
上記周辺部分における上記外周面は、外部に向かって凸状の曲面形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【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レンズ素子において、
上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側端面から入射された光を上記外周面に対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次元的に分布する蛍光標識を読み取る蛍光検出装置の対物レンズ等に用いられるレンズ素子に関する。
【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)に開示された画像読み取り装置がある。
【０００９】
上記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。
【００１２】
上記光電検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上するためには、レーザ光等の励起光の照射によって蛍光色素が励起されて発せられて等方的に広がって出射されるた蛍光をなるべく捕集する必要がある。このように、等方的に広がって出射される光を効率良く集光できるレンズ素子として、再公表ＷＯ２００８／０６９１４３(特許文献２)に開示されたコリメータレンズおよび特開２０１０‐１１４０４４号公報(特許文献３)に開示された光学部材がある。
【００１３】
上記特許文献２に開示されたコリメータレンズにおいては、図１０に示すように、入射面は球面であり、出射面は中心側の凸形の楕円面と周囲側の凹形の楕円面との複合面であり、側面は凸形の楕円面である。そして、光源１０１からの光束は、コリメータレンズ１０２の入射面である球面１０２aに略垂直に入射する。そのうち、光軸との成す角が小さい光線は出射面である凸形の楕円面１０２cで屈折され、平行光束となって出射される。また、光軸との成す角が大きい光線は側面である凸形の楕円面１０２bで全反射されて第２焦点に集光される。この楕円面１０２bで全反射されて第２焦点に集光される光束は、出射面である凹形の楕円面１０２dで屈折され、平行光束となって出射される。
【００１４】
こうして、光源１０１から発せられた光束は、コリメータレンズ１０２によって略平行光に変換される。
【００１５】
また、上記特許文献３に開示された光学部材においては、図１１に示すように、発光部１０５に対応して延在する入射面１０６と、入射面１０６に対向する出射側に一体形成されたシリンドリカルレンズ部１０７と、入射面１０６に連続する反射面１０８とを、有している。そして、直線状の発光部１０５から放射され光のうち狭角に放射する光をシリンドリカルレンズ部１０７によって線状に集光させる。また、広角に放射する光を、反射面１０８の全反射によってシリンドリカルレンズ部１０７の焦点Ｆに集光させるようにしている。
【００１６】
このように、上記コリメータレンズおよび上記光学部材の何れにおいても、光源や発光部からの光束のうち光軸との角が大きい光線を側面での全反射によって集光することによって、集光率を高めることを可能にしている。
【００１７】
しかしながら、上記従来のコリメータレンズおよび光学部材には、以下のような問題がある。
【００１８】
すなわち、例えば、上記特許文献２に開示されたコリメータレンズの場合には、光源１０１からの光が入射する入射面全体は、一つの球面１０２aで構成されている。そして、光源１０１は、球面１０２aの中心に位置している。そのため、光源１０１からの光は球面１０２aに略垂直に入射することになり、入射面全体に対して一様に入射される。したがって、入射面である球面１０２aに入射されて出射面である凸形の楕円面１０２cに至る中央部の光と、入射面である球面１０２aに入射されて全反射面である凸形の楕円面１０２bに至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。
【００１９】
そのため、図１０に描かれている球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２cに至る光の光線と、球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２bに至る光の光線との間には、出射面である凹形の楕円面１０２dで全反射される光が存在することになる。このような楕円面１０２dで全反射される光は、集光するように想定された光路にはないため迷光となる。特に上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には、上記迷光の存在によって蛍光検出精度が低下してしまうと言う問題がある。
【００２０】
さらに、上記入射面全体が一つの球面(凹面)１０２aで構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、出射側の凸形の楕円面１０２cの曲率を大きくする必要が生じる等の設計上の制約が生ずるという問題や、楕円面１０２cの焦点距離が大きくなるため、上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には蛍光検出装置が大型化するという問題が発生することになる。
【００２１】
上述の問題は、上記特許文献３に開示された光学部材の場合にも同様に発生する。すなわち、発光部１０５からの光が入射する入射面全体は、一つの平面である入射面１０６で構成されている。そのため、発光部１０５からの光は入射面全体に対して略一様に入射される。したがって、入射面１０６に入射されてシリンドリカルレンズ部１０７に至る中央部の光と、入射面１０６に入射されて反射面１０８に至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。そのため、上記中央部の光と上記周辺部の光との間には、集光するように想定された光路にはないため迷光となる光が存在することになる。
【００２２】
さらに、上記入射面全体が一つの平面である入射面１０６で構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、設計上の制約が生ずるという問題や蛍光検出装置が大型化するという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開平１０‐３１３４号公報
【特許文献２】再公表ＷＯ２００８／０６９１４３
【特許文献３】特開２０１０‐１１４０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
そこで、この発明の課題は、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能なレンズ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面と、
上記入射側凸面からの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面と
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面と、
上記入射側端面からの光を内部で反射させる外周面と、
上記外周面で内部反射された光を出射させる出射側端面と
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴としている。
【００２６】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記中央部分における上記入射側凸面および上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側凸面から入射した光の光路と上記入射側端面から入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している。
【００２７】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００２８】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面は外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００２９】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側端面から入射された光を上記外周面に対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
【発明の効果】
【００３０】
以上より明らかなように、この発明のレンズ素子は、光軸を含む中央部分では、入射面を凸形の入射側凸面で構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面で構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の上記出射側凸面の曲率を特に大きくする必要はなく、上記出射側凸面の焦点距離が大きくなって本レンズ素子を搭載するモジュールが大型化することがない。
【００３１】
さらに、上記入射面には、上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界に、凹状の境界部が形成されている。そのために、上記入射側凸面に入射される光と上記入射側端面に入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、上記入射側凸面に入射された光と上記入射側端面に入射された光とが、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至ることを防止でき、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至った光が迷光となることを防止できる。
【００３２】
すなわち、この発明によれば、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能になるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明のレンズ素子が用いられた蛍光検出装置の外観図である。
【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】図３における対物レンズの断面図である。
【図５】上記対物レンズの具体的形状の一例を示す図である。
【図６】図３における第１レンズの断面図である。
【図７】上記第１レンズの具体的形状の一例を示す図である。
【図８】図３においてサンプルを二次元電気泳動用基板中に封入した場合の対物レンズからピンホールまでの光線図である。
【図９】図８においてサンプルを直接載置した場合の光線図である。
【図１０】従来のコリメータレンズにおける断面図である。
【図１１】従来の光学部材における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
図１は、本実施の形態のレンズ素子が用いられている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)がサンプルとしてセットされる。
【００３６】
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、光照射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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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本のガイドレール１３a,１３bが配設されている。また、上記走査モジュール９は、ガイドレール１３aによって案内されて上記第２走査方向に往復動する第１ガイド部材１４と、ガイドレール１３bによって案内されて上記第２走査方向に往復動する第２ガイド部材１５とを有している。
【００４０】
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の第１ガイド部材１４と第２ガイド部材１５とがガイドレール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。
【００４１】
すなわち、本実施の形態においては、上記第１走査方向への移動手段を、ガイドレール１０a,１０bと第１,第２ガイド部材１１,１２とで構成し、上記第２走査方向への移動手段を、ガイドレール１３a,１３bと第１,第２ガイド部材１４,１５とで構成しているのである。
【００４２】
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の第１,第２ガイド部材１４,１５を上記第２走査方向に移動させるためのモータ,駆動ベルト,ボールねじ,歯車,制御基板,電源および配線等の駆動部が設置されている。
【００４３】
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。図３において、走査モジュール９内の上部には、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上記レンズ素子としての対物レンズ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から出射されて複数のレンズでなるレンズ群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反射ミラー２０を配置している。
【００４４】
上記対物レンズ１７はレンズホルダ２１内に収納されており、レンズホルダ２１はステッピングモータ等の駆動部２２によって、対物レンズ１７の光軸方向に移動可能になっている。こうして、対物レンズ１７は、レンズホルダ２１と共に上記光軸方向に移動可能になっている。
【００４５】
また、上記対物レンズ１７の光軸上における反射ミラー２０の下方には、反射ミラー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第１レンズ２３、励起光カット用の波長フィルタ２４、波長フィルタ２４を通過した蛍光を集光する第２レンズ２５、および、第２レンズ２５を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール２６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２６の下方には、ピンホール２６を通過した蛍光を検出する検出器２７が配置されている。
【００４６】
上記構成を有する走査モジュール９において、光源１８から出射された励起光は、レンズ群１９で集束され、次いで反射ミラー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、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、反射ミラー２０の長手方向(レンズ群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。
【００４７】
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１レンズ２３,波長フィルタ２４,第２レンズ２５およびピンホール２６を通過して、検出器２７によって検出される。そして、検出器２７からの検出信号は、内蔵されるＡＤ変換器(図示せず)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。
【００４８】
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、集束光となって第１レンズ２３の方向に導かれる。そして、第１レンズ２３によって実質的に光軸と平行な光になるように屈折される。また、第２レンズ２５は蛍光を集光する。また、ピンホール２６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２４は、例えば回転フォルダ(図示せず)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と交換可能になっている。
【００４９】
以下、本願の特徴である上記対物レンズ１７に付いて、詳細に説明する。
【００５０】
図４は、上記対物レンズ１７の縦断面図である。図４から分かるように、対物レンズ１７における光軸を含む中央部分は、上記光軸に沿って突出する入射側凸面２８aと出射側凸面２８bとを含んで、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２８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ａは、この凸レンズ部２８の部分を通過して第１レンズ２３に向かって集光される。
【００５１】
上記対物レンズ１７における出射側凸面２８b(凸レンズ部２８)の周辺部分は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体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、凸レンズ部２８に入りきらないような放射角度の大きい蛍光ｂは、筒状体２９の入射側端面２９aから筒状体２９内に入射し、入射側端面２９aに連続する外周面２９bで全反射されて光軸側に偏向され、外周面２９bに間接に連続する出射側端面２９cから第１レンズ２３に向かって出射される。
【００５２】
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２８に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体２９の外周面２９bで全反射させることによって、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る。そのため、検出器２７の感度アップを図ることができるのである。
【００５３】
また、本蛍光検出装置１の対物レンズを上記対物レンズ１７と同等のＮＡを通常の凸レンズで実現するよりも、レンズ素子自体をコンパクトに形成することができるのである。
【００５４】
図５に、上記対物レンズ１７の具体的形状の一例を示す。尚、図５に記載の寸法は一例であり、この発明は、図５の寸法に限定されるものではない。ここで、図５中、「Ｒ」は曲率半径であり、単位は「ｍｍ」である。尚、図５においては、対物レンズ１７における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にＸ軸を取り、上記光軸の方向にＹ軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部２８の入射側凸面２８aと上記光軸との交点ではなく、筒状体２９の入射側端面２９aと外周面２９bとの交線を含む平面と上記光軸との交点である。
【００５５】
上述したように、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち放射角度の小さい蛍光ａは、対物レンズ１７における光軸を含む中央部分(凸レンズ部２８)を通過して第１レンズ２３に向かって集光される。このように、対物レンズ１７の中央部分は、点光源から放射状に放出された光を屈折によって集光するため、凸レンズの形状が望ましい。
【００５６】
しかしながら、上記特許文献２に開示されているコリメータレンズの場合には、上記凸レンズの形状とは言っても、光軸との成す角が小さい光線を屈折する部分の出射面は凸形状の楕円面１０２cであるものの、入射側は凹形状の球面１０２aである。そのため、光軸を含む中央部分は、出射側だけで集光効果を得る必要があり、凸レンズとしての集光能率が低下する。したがって、出射側の凸形の楕円面１０２cの曲率を大きくする必要が生ずる等の設計上の制約が生ずる。あるいは、出射側の凸形の楕円面１０２cの焦点距離が大きくなるため、このコリメータレンズレンズを搭載した場合には、走査モジュール９が大型化するなどの問題が発生する。
【００５７】
本実施の形態においては、図５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、入射面を矢印「Ｒ１」で示すように凸形の入射側凸面２８aで構成する。一方、出射面を矢印「Ｒ２」で示すように凸形の出射側凸面２８bで構成している。このように、レンズ素子１７の上記中央部分は、入射面と出射面との両方が凸形面であるため、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面２８bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面２８bの焦点距離が大きくなって走査モジュール９が大型化することもない。
【００５８】
また、上記サンプル１６から出射された蛍光のうちで放射角度の小さい蛍光ａを、対物レンズ１７における光軸を含む中央部分によって集光する一方、放射角度の大きい蛍光ｂを、対物レンズ１７における周辺部分によって集光する場合に、上記中央部分の入射面に入射された光の光路と上記周辺部分の入射面に入射された光の光路とが、対物レンズ１７内において明確に分離されることが望ましい。
【００５９】
しかしながら、上記特許文献２に開示されているコリメータレンズの場合には、球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２cに至る中央部分の光と、球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２bに至る周辺部分の光とが、明確に分離されることがない。そのため、球面１０２aに入射されて凹形の楕円面１０２dに至って全反射され、迷光となる光が存在する。
【００６０】
本実施の形態においては、図５に示すように、上記対物レンズ１７における入射面の形状を、光軸を含む中央部分は矢印「Ｒ１」で示すように凸形の入射側凸面２８aで構成する一方、上記中央部分の周辺部分(筒状体２９)は矢印「Ｒ３」で示すように凸形の入射側端面２９aで構成している。このように、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが異なる曲面で形成されて、上記中央部分と上記周辺部分との境界には、凹状(谷状)のくびれ部分が形成される。したがって、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離されている。
【００６１】
そのため、上記中央部分(凸レンズ部２８)の入射側凸面２８aに入射される光は、対物レンズ１７の光軸側に屈折されるのに対して、上記周辺部分(筒状体２９)の入射側端面２９aに入射される光は、対物レンズ１７の光軸とは反対側に位置する外周面２９b側に屈折される。このように、入射側凸面２８aに入射される光と入射側端面２９aに入射される光との屈折方向か全く異なるために、上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光と上記周辺部分の入射側端面２９aに入射された光とが、上記中央部分の出射側凸面２８bと上記周辺部分の外周面２９bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面２８bと外周面２９bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できるのである。
【００６２】
また、上記対物レンズ１７の入射面における上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光の光路と、上記周辺部分の入射側端面２９aに入射された光の光路とが、対物レンズ１７中で互いに交差することがないように、入射側凸面２８aおよび入射側端面２９aの形状が設定されている。
【００６３】
したがって、上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面２８bに至るのに対し、上記周辺部分の入射側端面２９aに入射される光の総てが、反射面である外周面２９bに至ることになる。その結果、対物レンズ１７の入射面に入射されて出射側凸面２８bおよび外周面２９b以外の面に至る光によって、迷光が発生することなはないのである。
【００６４】
また、上記対物レンズ１７の上記中央部分における出射面は、図５において、矢印「Ｒ２」で示すように凸形の出射側凸面２８bで構成されている。したがって、対物レンズ１７の上記中央部分においては、入射面である入射側凸面２８aと出射面である出射側凸面２８bとの協働によって、サンプル１６から出射された蛍光のうちの放射角度の小さい蛍光ａを、効果的に検出器２７に向かって集光することができる。
【００６５】
また、上記対物レンズ１７の上記周辺部分における入射面は、上述したように凸形の入射側端面２９aで構成されている。このように、対物レンズ１７の入射面は、上記中央部分の凸形の入射側凸面２８aと上記周辺部分の凸形の入射側端面２９aとが、凹状(谷状)のくびれ部分を境界として、互いに隣接して独立した凸形の形状に構成されている。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、上記周辺部分の入射側端面２９aから入射されて外周面２９bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、対物レンズ１７における外周面２９bの光軸方向の長さを短くすることができ、対物レンズ１７全体の小型化を図ることが可能になる。
【００６６】
また、上記対物レンズ１７の周辺部分における反射面は、図５において矢印「Ｒ４」で示すように対物レンズ１７の外側に向かって凸形の外周面２９bで構成している。このように外周面(反射面)２９bが外部に向かって凸状であると言うことは、対物レンズ１７内の光から見れば外周面２９bを凹面鏡と見なすことができ、外周面２９bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。
【００６７】
すなわち、上記対物レンズ１７における上記周辺部分は、凸形の入射側端面２９aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面２９bによって凹面鏡のように反射させて集光する２段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。
【００６８】
また、上記対物レンズ１７の上記周辺部分における入射側端面２９aは、当該入射側端面２９aから入射された光が外周面２９bに対して全反射条件を満たすように入射させるように形成されている。
【００６９】
したがって、上記対物レンズ１７の上記周辺部分における入射側端面２９aから入射された光は、外周面２９bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。
【００７０】
尚、本実施の形態においては、上記周辺部分における筒状体２９の外周面２９bで、入射側端面２９aからの入射光を全反射するようにしている。しかしながら、この発明は全反射に限定されるものではなく、単なる反射でもよい。すなわち、金属反射膜を外周面２９bに形成して、上記金属反射膜で反射するようにしてもよい。
【００７１】
次に、上記第１レンズ２３について、詳細に説明する。
【００７２】
図６は、上記第１レンズ２３の縦断面図を示す。但し、図６(a)は、サンプル１６をサンプル台４上に直接載置した場合(以下、「第１の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。さらに、図６(b)は、サンプル１６を二次元電気泳動用基板３１(図８参照)中に封入してサンプル台４上に載置した場合(以下、「第２の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。
【００７３】
図６に示すように、上記第１レンズ２３は、互いに対向する二つの平面３２a,３２bのうちの平面３２aに凹曲面３２cが形成された凹レンズ部３２と、互いに対向する二つの平面３３a,３３bのうちの平面３３bの周囲のみに形成された傾斜部に凸曲面３３cが形成された凸レンズ部３３とを、凸レンズ部３３の平面３３aと凹レンズ部３２の平面３２bとを互いに対向させて積層した構成を有している。
【００７４】
そして、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち、対物レンズ１７の上記中央部分における凸レンズ部２８を通過した蛍光ａは、図６に示すように、上記第１の場合も上記第２の場合も、共に、凸レンズ部３３における平面３３bと、凹レンズ部３２における凹曲面３２cとを通過するようになっている。
【００７５】
これに対して、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち、対物レンズ１７の上記周辺部分における筒状体２９で全反射された蛍光ｂは、上記第１の場合には、図６(a)に示すように、凸レンズ部３３における凸曲面３３cと、凹レンズ部３２における凹曲面３２cとを通過するようになっている。また、上記第２の場合には、図６(b)に示すように、凸レンズ部３３における平面３３bと、凹レンズ部３２における凹曲面３２cとを通過するようになっている。
【００７６】
尚、上記第１レンズ２３は、凹レンズ部３２と凸レンズ部３３とを互いに密着させて単に積層して形成しても良いし、凹レンズ部３２と凸レンズ部３３とを接着して形成しても良い。あるいは、凹レンズ部３２と凸レンズ部３３とを一体に構成しても良い。
【００７７】
図７に、上記第１レンズ２３の具体的形状の一例を示す。尚、図７に記載の寸法は一例であり、この発明は、図７の寸法に限定されるものではない。ここで、図７中、「Ｒ」は曲率半径であり、単位は「ｍｍ」である。また、有理ベジエ曲線は、図５に示す式の通りである。尚、図７においては、第１レンズ２３における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にＸ軸を取り、上記光軸の方向にＹ軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部３３の平面３３bと上記光軸との交点である。
【００７８】
上述したように、本実施の形態では、上記第１レンズ２３を、平面３２aの中心部に凹曲面３２cが形成された凹レンズ部３２と、平面３３bの周囲に凸曲面３３cが形成された凸レンズ部３３とを有する形状に構成している。そして、図６に示すように、中心部から外側に向かって、平面３３bの領域Ａ１および凹曲面３２cの領域Ｂ１を通る第１領域と、平面３３bの領域Ａ２および凹曲面３２cの領域Ｂ２を通る第２領域と、凸曲面３３cの領域Ａ３および凹曲面３２cの領域Ｂ３を通る第３領域とを設けている。
【００７９】
ここで、上記第１領域および上記第２領域は、凸レンズ部３３の平面３３bと凹レンズ部３２の凹曲面３２cを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。また、上記第３領域は、凸レンズ部３３の凸曲面３３cと凹レンズ部３２の凹曲面３２cとを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。
【００８０】
そして、上記対物レンズ１７で全反射された後の光路が光軸側(中心側)に因りやすい上記「第２の場合」には、対物レンズ１７で全反射された蛍光ｂを、図６(b)に示すように第１レンズ２３の上記第２領域に入射させるようにする。その場合、上記第２領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。そのために、図８に示すように、対物レンズ１７で全反射された光を集光するようにすれば、第１レンズ２３の上記第２領域から出射される蛍光ｂの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。
【００８１】
さらに、上記「第１の場合」には、対物レンズ１７で全反射された蛍光ｂを、図６(a)に示すように第１レンズ２３の上記第３領域に入射させるようにする。その場合、上記第３領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。そのため、対物レンズ１７で全反射されて第１レンズ２３に入射される光を発散するようにすれば、第１レンズ２３の上記第３領域から出射される蛍光ｂの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。
【００８２】
ここで、上記対物レンズ１７で全反射された光を発散するように第１レンズ２３に入射させるには、図９に示すように、対物レンズ１７で全反射された光を、第１レンズ２３に入射される前に一旦集光させればよい。
【００８３】
以上のごとく、上記「第２の場合」には、上記対物レンズ１７で全反射された光を、集光させつつ、第１レンズ２３の上記第２領域に入射できるように、且つ、上記「第１の場合」には、対物レンズ１７で全反射された光を、一旦集光させた後に発散させつつ、第１レンズ２３の上記第３領域に入射できるように、図５および図７に示すごとく、対物レンズ１７における反射面(外周面)２９bの角度および形状や全反射光が通過する出射側端面２９cの形状と、第１レンズ２３の凸曲面３３cおよび凹曲面３２cの各傾斜角および形状とを設定するのである。
【００８４】
上記サンプル１６を上記サンプル台４上に直接載置する上記「第１の場合」と、サンプル１６を二次元電気泳動用基板３１中に封入してサンプル台４上に載置する上記「第２の場合」とでは、光透過板の厚みが異なるためサンプル１６下面の点光源に関する見かけ上の光源の位置が異なる。
【００８５】
本実施の形態においては、図５および図７に示すように、対物レンズ１７および第１レンズ２３の形状を設定している。したがって、見かけ上の光源の位置が異なるために対物レンズ１７から見かけ上の光源までの距離が異なる場合であっても、対物レンズ１７の上記中央部分で屈折された蛍光ａおよび上記周辺部分の外周面２９bで全反射された蛍光ｂを、図８および図９に示すように、第１レンズ２３から出射される際に光軸に略平行にすることができる。したがって、波長フィルタ２４による迷光のカットを精度良く行うことが可能になるのである。
【００８６】
以上のごとく、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面２８aと、
上記入射側凸面２８aからの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面２８bと
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面２９aと、
上記入射側端面２９aに連続して形成されると共に、上記入射側端面２９aからの光を内部で反射させる外周面２９bと、
上記外周面２９bで内部反射された光を出射させる出射側端面２９cと
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面２８aと上記周辺部分における上記入射側端面２９aとの境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴としている。
【００８７】
上記構成によれば、光軸を含む中央部分は、入射面を凸形の入射側凸面２８aで構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面２８bで構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面２８bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面２８bの焦点距離が大きくなって走査モジュール９が大型化することもない。
【００８８】
さらに、上記入射面には、上記中央部分における入射側凸面２８aと上記周辺部分における入射側端面２９aとの境界に、凹状の境界部が形成されている。そのため、入射側凸面２８aに入射される光と入射側端面２９aに入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、入射側凸面２８aに入射された光と入射側端面２９aに入射された光とが、出射側凸面２８bと外周面２９bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面２８bと外周面２９bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できる。
【００８９】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記中央部分における上記入射側凸面２８aおよび上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、上記入射側凸面２８aから入射した光の光路と上記入射側端面２９aから入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している。
【００９０】
この実施の形態によれば、上記入射側凸面２８aから入射した光の光路と入射側端面２９aから入射した光の光路とは、交差することがない。その結果、上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面２８bに至るのに対して、上記周辺部分の入射側端面２９aに入射される光の総てが、反射面である外周面２９bに至ることになる。
【００９１】
したがって、上記入射面に入射されて出射側凸面２８bおよび外周面２９b以外の面に至る光によって、迷光が発生することが防止される。
【００９２】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００９３】
この実施の形態によれば、上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、入射側端面２９aから入射されて外周面２９bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、外周面２９bの光軸方向の長さを短くすることができ、レンズ素子１７全体の小型化を図ることが可能になる。
【００９４】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面２９bは、外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００９５】
この実施の形態によれば、上記外周面(反射面)２９bが外部に向かって凸状の曲面形状を有しており、レンズ素子１７内の光から見れば凹面鏡と見なすことができる。したがって、外周面２９bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。
【００９６】
すなわち、上記レンズ素子１７における上記周辺部分は、凸形の入射側端面２９aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面２９bによって凹面鏡のように反射させて集光する２段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。
【００９７】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、上記入射側端面２９aから入射された光を上記外周面２９bに対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
【００９８】
この実施の形態によれば、上記入射側端面２９aから入射された光は、全反射条件を満たすように外周面２９bに対して入射される。したがって、レンズ素子１７の上記周辺部分における入射側端面２９aから入射された光は、外周面２９bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。
【符号の説明】
【００９９】
１…蛍光検出装置、
４…サンプル台、
５…ＰＣ、
６…走査ステージ、
９…走査モジュール、
１６…サンプル、
１７…対物レンズ、
１８…光源、
２０…反射ミラー、
２３…第１レンズ、
２４…波長フィルタ、
２５…第２レンズ、
２６…ピンホール、
２７…検出器、
２８,３３…凸レンズ部、
２８a…入射側凸面、
２８b…出射側凸面、
２９…筒状体、
２９a…入射側端面、
２９b…外周面、
２９c…出射側端面、
３１…二次元電気泳動用基板、
３２…凹レンズ部、
３２a,３２b,３３a,３３b…平面、
３２c…凹曲面、
３３c…凸曲面。
【図１】
2015038539.tif 000003
【図２】
2015038539.tif 000004
【図３】
2015038539.tif 000005
【図４】
2015038539.tif 000006
【図５】
2015038539.tif 000007
【図６】
2015038539.tif 000008
【図７】
2015038539.tif 000009
【図８】
2015038539.tif 000010
【図９】
2015038539.tif 000011
【図１０】
2015038539.tif 000012
【図１１】
2015038539.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月11日(2013.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面と、
上記入射側凸面からの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面と
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面と、
上記入射側端面からの光を内部で反射させる外周面と、
上記外周面で内部反射された光を出射させる出射側端面と
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界には、凹状の境界部が形成されており、
上記中央部分における上記出射側凸面と上記周辺部分における上記出射側端面とは、互いに離間して配置されており、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面および上記外周面とは、上記入射側凸面から入射した光の光路と上記入射側端面から入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがなく、且つ上記入射側凸面から入射した光は総て上記中央部分の上記出射側凸面に至る一方、上記入射側端面から入射した光は総て上記周辺部分の上記出射側端面に至るような形状を有していると共に、
上記中央部分における上記出射側凸面と上記周辺部分における上記出射側端面とは、上記出射側凸面から出射した光の光路と上記出射側端面から出射した光の光路とが、互いに交差することがないような形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズ素子において、
上記周辺部分における上記入射側端面は、外側に向かって凸状の曲面形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレンズ素子において、
上記周辺部分における上記外周面は、外部に向かって凸状の曲面形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【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レンズ素子において、
上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側端面から入射された光を上記外周面に対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次元的に分布する蛍光標識を読み取る蛍光検出装置の対物レンズ等に用いられるレンズ素子に関する。
【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)に開示された画像読み取り装置がある。
【０００９】
上記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。
【００１２】
上記光電検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上するためには、レーザ光等の励起光の照射によって蛍光色素が励起されて発せられて等方的に広がって出射されるた蛍光をなるべく捕集する必要がある。このように、等方的に広がって出射される光を効率良く集光できるレンズ素子として、再公表ＷＯ２００８／０６９１４３(特許文献２)に開示されたコリメータレンズおよび特開２０１０‐１１４０４４号公報(特許文献３)に開示された光学部材がある。
【００１３】
上記特許文献２に開示されたコリメータレンズにおいては、図１０に示すように、入射面は球面であり、出射面は中心側の凸形の楕円面と周囲側の凹形の楕円面との複合面であり、側面は凸形の楕円面である。そして、光源１０１からの光束は、コリメータレンズ１０２の入射面である球面１０２aに略垂直に入射する。そのうち、光軸との成す角が小さい光線は出射面である凸形の楕円面１０２cで屈折され、平行光束となって出射される。また、光軸との成す角が大きい光線は側面である凸形の楕円面１０２bで全反射されて第２焦点に集光される。この楕円面１０２bで全反射されて第２焦点に集光される光束は、出射面である凹形の楕円面１０２dで屈折され、平行光束となって出射される。
【００１４】
こうして、光源１０１から発せられた光束は、コリメータレンズ１０２によって略平行光に変換される。
【００１５】
また、上記特許文献３に開示された光学部材においては、図１１に示すように、発光部１０５に対応して延在する入射面１０６と、入射面１０６に対向する出射側に一体形成されたシリンドリカルレンズ部１０７と、入射面１０６に連続する反射面１０８とを、有している。そして、直線状の発光部１０５から放射され光のうち狭角に放射する光をシリンドリカルレンズ部１０７によって線状に集光させる。また、広角に放射する光を、反射面１０８の全反射によってシリンドリカルレンズ部１０７の焦点Ｆに集光させるようにしている。
【００１６】
このように、上記コリメータレンズおよび上記光学部材の何れにおいても、光源や発光部からの光束のうち光軸との角が大きい光線を側面での全反射によって集光することによって、集光率を高めることを可能にしている。
【００１７】
しかしながら、上記従来のコリメータレンズおよび光学部材には、以下のような問題がある。
【００１８】
すなわち、例えば、上記特許文献２に開示されたコリメータレンズの場合には、光源１０１からの光が入射する入射面全体は、一つの球面１０２aで構成されている。そして、光源１０１は、球面１０２aの中心に位置している。そのため、光源１０１からの光は球面１０２aに略垂直に入射することになり、入射面全体に対して一様に入射される。したがって、入射面である球面１０２aに入射されて出射面である凸形の楕円面１０２cに至る中央部の光と、入射面である球面１０２aに入射されて全反射面である凸形の楕円面１０２bに至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。
【００１９】
そのため、図１０に描かれている球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２cに至る光の光線と、球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２bに至る光の光線との間には、出射面である凹形の楕円面１０２dで全反射される光が存在することになる。このような楕円面１０２dで全反射される光は、集光するように想定された光路にはないため迷光となる。特に上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には、上記迷光の存在によって蛍光検出精度が低下してしまうと言う問題がある。
【００２０】
さらに、上記入射面全体が一つの球面(凹面)１０２aで構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、出射側の凸形の楕円面１０２cの曲率を大きくする必要が生じる等の設計上の制約が生ずるという問題や、楕円面１０２cの焦点距離が大きくなるため、上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には蛍光検出装置が大型化するという問題が発生することになる。
【００２１】
上述の問題は、上記特許文献３に開示された光学部材の場合にも同様に発生する。すなわち、発光部１０５からの光が入射する入射面全体は、一つの平面である入射面１０６で構成されている。そのため、発光部１０５からの光は入射面全体に対して略一様に入射される。したがって、入射面１０６に入射されてシリンドリカルレンズ部１０７に至る中央部の光と、入射面１０６に入射されて反射面１０８に至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。そのため、上記中央部の光と上記周辺部の光との間には、集光するように想定された光路にはないため迷光となる光が存在することになる。
【００２２】
さらに、上記入射面全体が一つの平面である入射面１０６で構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、設計上の制約が生ずるという問題や蛍光検出装置が大型化するという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開平１０‐３１３４号公報
【特許文献２】再公表ＷＯ２００８／０６９１４３
【特許文献３】特開２０１０‐１１４０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
そこで、この発明の課題は、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能なレンズ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面と、
上記入射側凸面からの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面と
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面と、
上記入射側端面からの光を内部で反射させる外周面と、
上記外周面で内部反射された光を出射させる出射側端面と
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界には、凹状の境界部が形成されており、
上記中央部分における上記出射側凸面と上記周辺部分における上記出射側端面とは、互いに離間して配置されており、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面および上記外周面とは、上記入射側凸面から入射した光の光路と上記入射側端面から入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがなく、且つ上記入射側凸面から入射した光は総て上記中央部分の上記出射側凸面に至る一方、上記入射側端面から入射した光は総て上記周辺部分の上記出射側端面に至るような形状を有していると共に、
上記中央部分における上記出射側凸面と上記周辺部分における上記出射側端面とは、上記出射側凸面から出射した光の光路と上記出射側端面から出射した光の光路とが、互いに交差することがないような形状を有している
ことを特徴としている。
【００２６】
【００２７】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００２８】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面は外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００２９】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側端面から入射された光を上記外周面に対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
【発明の効果】
【００３０】
以上より明らかなように、この発明のレンズ素子は、光軸を含む中央部分では、入射面を凸形の入射側凸面で構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面で構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の上記出射側凸面の曲率を特に大きくする必要はなく、上記出射側凸面の焦点距離が大きくなって本レンズ素子を搭載するモジュールが大型化することがない。
【００３１】
さらに、上記入射面には、上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界に、凹状の境界部が形成されている。そのために、上記入射側凸面に入射される光と上記入射側端面に入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、上記入射側凸面に入射された光と上記入射側端面に入射された光とが、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至ることを防止でき、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至った光が迷光となることを防止できる。
【００３２】
すなわち、この発明によれば、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能になるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明のレンズ素子が用いられた蛍光検出装置の外観図である。
【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】図３における対物レンズの断面図である。
【図５】上記対物レンズの具体的形状の一例を示す図である。
【図６】図３における第１レンズの断面図である。
【図７】上記第１レンズの具体的形状の一例を示す図である。
【図８】図３においてサンプルを二次元電気泳動用基板中に封入した場合の対物レンズからピンホールまでの光線図である。
【図９】図８においてサンプルを直接載置した場合の光線図である。
【図１０】従来のコリメータレンズにおける断面図である。
【図１１】従来の光学部材における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
図１は、本実施の形態のレンズ素子が用いられている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)がサンプルとしてセットされる。
【００３６】
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、光照射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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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本のガイドレール１３a,１３bが配設されている。また、上記走査モジュール９は、ガイドレール１３aによって案内されて上記第２走査方向に往復動する第１ガイド部材１４と、ガイドレール１３bによって案内されて上記第２走査方向に往復動する第２ガイド部材１５とを有している。
【００４０】
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の第１ガイド部材１４と第２ガイド部材１５とがガイドレール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。
【００４１】
すなわち、本実施の形態においては、上記第１走査方向への移動手段を、ガイドレール１０a,１０bと第１,第２ガイド部材１１,１２とで構成し、上記第２走査方向への移動手段を、ガイドレール１３a,１３bと第１,第２ガイド部材１４,１５とで構成しているのである。
【００４２】
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の第１,第２ガイド部材１４,１５を上記第２走査方向に移動させるためのモータ,駆動ベルト,ボールねじ,歯車,制御基板,電源および配線等の駆動部が設置されている。
【００４３】
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。図３において、走査モジュール９内の上部には、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上記レンズ素子としての対物レンズ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から出射されて複数のレンズでなるレンズ群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反射ミラー２０を配置している。
【００４４】
上記対物レンズ１７はレンズホルダ２１内に収納されており、レンズホルダ２１はステッピングモータ等の駆動部２２によって、対物レンズ１７の光軸方向に移動可能になっている。こうして、対物レンズ１７は、レンズホルダ２１と共に上記光軸方向に移動可能になっている。
【００４５】
また、上記対物レンズ１７の光軸上における反射ミラー２０の下方には、反射ミラー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第１レンズ２３、励起光カット用の波長フィルタ２４、波長フィルタ２４を通過した蛍光を集光する第２レンズ２５、および、第２レンズ２５を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール２６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２６の下方には、ピンホール２６を通過した蛍光を検出する検出器２７が配置されている。
【００４６】
上記構成を有する走査モジュール９において、光源１８から出射された励起光は、レンズ群１９で集束され、次いで反射ミラー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、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、反射ミラー２０の長手方向(レンズ群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。
【００４７】
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１レンズ２３,波長フィルタ２４,第２レンズ２５およびピンホール２６を通過して、検出器２７によって検出される。そして、検出器２７からの検出信号は、内蔵されるＡＤ変換器(図示せず)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。
【００４８】
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、集束光となって第１レンズ２３の方向に導かれる。そして、第１レンズ２３によって実質的に光軸と平行な光になるように屈折される。また、第２レンズ２５は蛍光を集光する。また、ピンホール２６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２４は、例えば回転フォルダ(図示せず)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と交換可能になっている。
【００４９】
以下、本願の特徴である上記対物レンズ１７に付いて、詳細に説明する。
【００５０】
図４は、上記対物レンズ１７の縦断面図である。図４から分かるように、対物レンズ１７における光軸を含む中央部分は、上記光軸に沿って突出する入射側凸面２８aと出射側凸面２８bとを含んで、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２８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ａは、この凸レンズ部２８の部分を通過して第１レンズ２３に向かって集光される。
【００５１】
上記対物レンズ１７における出射側凸面２８b(凸レンズ部２８)の周辺部分は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体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、凸レンズ部２８に入りきらないような放射角度の大きい蛍光ｂは、筒状体２９の入射側端面２９aから筒状体２９内に入射し、入射側端面２９aに連続する外周面２９bで全反射されて光軸側に偏向され、外周面２９bに間接に連続する出射側端面２９cから第１レンズ２３に向かって出射される。
【００５２】
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２８に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体２９の外周面２９bで全反射させることによって、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る。そのため、検出器２７の感度アップを図ることができるのである。
【００５３】
また、本蛍光検出装置１の対物レンズを上記対物レンズ１７と同等のＮＡを通常の凸レンズで実現するよりも、レンズ素子自体をコンパクトに形成することができるのである。
【００５４】
図５に、上記対物レンズ１７の具体的形状の一例を示す。尚、図５に記載の寸法は一例であり、この発明は、図５の寸法に限定されるものではない。ここで、図５中、「Ｒ」は曲率半径であり、単位は「ｍｍ」である。尚、図５においては、対物レンズ１７における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にＸ軸を取り、上記光軸の方向にＹ軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部２８の入射側凸面２８aと上記光軸との交点ではなく、筒状体２９の入射側端面２９aと外周面２９bとの交線を含む平面と上記光軸との交点である。
【００５５】
上述したように、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち放射角度の小さい蛍光ａは、対物レンズ１７における光軸を含む中央部分(凸レンズ部２８)を通過して第１レンズ２３に向かって集光される。このように、対物レンズ１７の中央部分は、点光源から放射状に放出された光を屈折によって集光するため、凸レンズの形状が望ましい。
【００５６】
しかしながら、上記特許文献２に開示されているコリメータレンズの場合には、上記凸レンズの形状とは言っても、光軸との成す角が小さい光線を屈折する部分の出射面は凸形状の楕円面１０２cであるものの、入射側は凹形状の球面１０２aである。そのため、光軸を含む中央部分は、出射側だけで集光効果を得る必要があり、凸レンズとしての集光能率が低下する。したがって、出射側の凸形の楕円面１０２cの曲率を大きくする必要が生ずる等の設計上の制約が生ずる。あるいは、出射側の凸形の楕円面１０２cの焦点距離が大きくなるため、このコリメータレンズレンズを搭載した場合には、走査モジュール９が大型化するなどの問題が発生する。
【００５７】
本実施の形態においては、図５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、入射面を矢印「Ｒ１」で示すように凸形の入射側凸面２８aで構成する。一方、出射面を矢印「Ｒ２」で示すように凸形の出射側凸面２８bで構成している。このように、レンズ素子１７の上記中央部分は、入射面と出射面との両方が凸形面であるため、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面２８bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面２８bの焦点距離が大きくなって走査モジュール９が大型化することもない。
【００５８】
また、上記サンプル１６から出射された蛍光のうちで放射角度の小さい蛍光ａを、対物レンズ１７における光軸を含む中央部分によって集光する一方、放射角度の大きい蛍光ｂを、対物レンズ１７における周辺部分によって集光する場合に、上記中央部分の入射面に入射された光の光路と上記周辺部分の入射面に入射された光の光路とが、対物レンズ１７内において明確に分離されることが望ましい。
【００５９】
しかしながら、上記特許文献２に開示されているコリメータレンズの場合には、球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２cに至る中央部分の光と、球面１０２aに入射されて凸形の楕円面１０２bに至る周辺部分の光とが、明確に分離されることがない。そのため、球面１０２aに入射されて凹形の楕円面１０２dに至って全反射され、迷光となる光が存在する。
【００６０】
本実施の形態においては、図５に示すように、上記対物レンズ１７における入射面の形状を、光軸を含む中央部分は矢印「Ｒ１」で示すように凸形の入射側凸面２８aで構成する一方、上記中央部分の周辺部分(筒状体２９)は矢印「Ｒ３」で示すように凸形の入射側端面２９aで構成している。このように、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが異なる曲面で形成されて、上記中央部分と上記周辺部分との境界には、凹状(谷状)のくびれ部分が形成される。したがって、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離されている。
【００６１】
そのため、上記中央部分(凸レンズ部２８)の入射側凸面２８aに入射される光は、対物レンズ１７の光軸側に屈折されるのに対して、上記周辺部分(筒状体２９)の入射側端面２９aに入射される光は、対物レンズ１７の光軸とは反対側に位置する外周面２９b側に屈折される。このように、入射側凸面２８aに入射される光と入射側端面２９aに入射される光との屈折方向か全く異なるために、上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光と上記周辺部分の入射側端面２９aに入射された光とが、上記中央部分の出射側凸面２８bと上記周辺部分の外周面２９bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面２８bと外周面２９bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できるのである。
【００６２】
また、上記対物レンズ１７の入射面における上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光の光路と、上記周辺部分の入射側端面２９aに入射された光の光路とが、対物レンズ１７中で互いに交差することがないように、入射側凸面２８aおよび入射側端面２９aの形状が設定されている。
【００６３】
したがって、上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面２８bに至るのに対し、上記周辺部分の入射側端面２９aに入射される光の総てが、反射面である外周面２９bに至ることになる。その結果、対物レンズ１７の入射面に入射されて出射側凸面２８bおよび外周面２９b以外の面に至る光によって、迷光が発生することなはないのである。
【００６４】
また、上記対物レンズ１７の上記中央部分における出射面は、図５において、矢印「Ｒ２」で示すように凸形の出射側凸面２８bで構成されている。したがって、対物レンズ１７の上記中央部分においては、入射面である入射側凸面２８aと出射面である出射側凸面２８bとの協働によって、サンプル１６から出射された蛍光のうちの放射角度の小さい蛍光ａを、効果的に検出器２７に向かって集光することができる。
【００６５】
また、上記対物レンズ１７の上記周辺部分における入射面は、上述したように凸形の入射側端面２９aで構成されている。このように、対物レンズ１７の入射面は、上記中央部分の凸形の入射側凸面２８aと上記周辺部分の凸形の入射側端面２９aとが、凹状(谷状)のくびれ部分を境界として、互いに隣接して独立した凸形の形状に構成されている。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、上記周辺部分の入射側端面２９aから入射されて外周面２９bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、対物レンズ１７における外周面２９bの光軸方向の長さを短くすることができ、対物レンズ１７全体の小型化を図ることが可能になる。
【００６６】
また、上記対物レンズ１７の周辺部分における反射面は、図５において矢印「Ｒ４」で示すように対物レンズ１７の外側に向かって凸形の外周面２９bで構成している。このように外周面(反射面)２９bが外部に向かって凸状であると言うことは、対物レンズ１７内の光から見れば外周面２９bを凹面鏡と見なすことができ、外周面２９bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。
【００６７】
すなわち、上記対物レンズ１７における上記周辺部分は、凸形の入射側端面２９aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面２９bによって凹面鏡のように反射させて集光する２段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。
【００６８】
また、上記対物レンズ１７の上記周辺部分における入射側端面２９aは、当該入射側端面２９aから入射された光が外周面２９bに対して全反射条件を満たすように入射させるように形成されている。
【００６９】
したがって、上記対物レンズ１７の上記周辺部分における入射側端面２９aから入射された光は、外周面２９bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。
【００７０】
尚、本実施の形態においては、上記周辺部分における筒状体２９の外周面２９bで、入射側端面２９aからの入射光を全反射するようにしている。しかしながら、この発明は全反射に限定されるものではなく、単なる反射でもよい。すなわち、金属反射膜を外周面２９bに形成して、上記金属反射膜で反射するようにしてもよい。
【００７１】
次に、上記第１レンズ２３について、詳細に説明する。
【００７２】
図６は、上記第１レンズ２３の縦断面図を示す。但し、図６(a)は、サンプル１６をサンプル台４上に直接載置した場合(以下、「第１の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。さらに、図６(b)は、サンプル１６を二次元電気泳動用基板３１(図８参照)中に封入してサンプル台４上に載置した場合(以下、「第２の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。
【００７３】
図６に示すように、上記第１レンズ２３は、互いに対向する二つの平面３２a,３２bのうちの平面３２aに凹曲面３２cが形成された凹レンズ部３２と、互いに対向する二つの平面３３a,３３bのうちの平面３３bの周囲のみに形成された傾斜部に凸曲面３３cが形成された凸レンズ部３３とを、凸レンズ部３３の平面３３aと凹レンズ部３２の平面３２bとを互いに対向させて積層した構成を有している。
【００７４】
そして、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち、対物レンズ１７の上記中央部分における凸レンズ部２８を通過した蛍光ａは、図６に示すように、上記第１の場合も上記第２の場合も、共に、凸レンズ部３３における平面３３bと、凹レンズ部３２における凹曲面３２cとを通過するようになっている。
【００７５】
これに対して、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち、対物レンズ１７の上記周辺部分における筒状体２９で全反射された蛍光ｂは、上記第１の場合には、図６(a)に示すように、凸レンズ部３３における凸曲面３３cと、凹レンズ部３２における凹曲面３２cとを通過するようになっている。また、上記第２の場合には、図６(b)に示すように、凸レンズ部３３における平面３３bと、凹レンズ部３２における凹曲面３２cとを通過するようになっている。
【００７６】
尚、上記第１レンズ２３は、凹レンズ部３２と凸レンズ部３３とを互いに密着させて単に積層して形成しても良いし、凹レンズ部３２と凸レンズ部３３とを接着して形成しても良い。あるいは、凹レンズ部３２と凸レンズ部３３とを一体に構成しても良い。
【００７７】
図７に、上記第１レンズ２３の具体的形状の一例を示す。尚、図７に記載の寸法は一例であり、この発明は、図７の寸法に限定されるものではない。ここで、図７中、「Ｒ」は曲率半径であり、単位は「ｍｍ」である。また、有理ベジエ曲線は、図５に示す式の通りである。尚、図７においては、第１レンズ２３における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にＸ軸を取り、上記光軸の方向にＹ軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部３３の平面３３bと上記光軸との交点である。
【００７８】
上述したように、本実施の形態では、上記第１レンズ２３を、平面３２aの中心部に凹曲面３２cが形成された凹レンズ部３２と、平面３３bの周囲に凸曲面３３cが形成された凸レンズ部３３とを有する形状に構成している。そして、図６に示すように、中心部から外側に向かって、平面３３bの領域Ａ１および凹曲面３２cの領域Ｂ１を通る第１領域と、平面３３bの領域Ａ２および凹曲面３２cの領域Ｂ２を通る第２領域と、凸曲面３３cの領域Ａ３および凹曲面３２cの領域Ｂ３を通る第３領域とを設けている。
【００７９】
ここで、上記第１領域および上記第２領域は、凸レンズ部３３の平面３３bと凹レンズ部３２の凹曲面３２cを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。また、上記第３領域は、凸レンズ部３３の凸曲面３３cと凹レンズ部３２の凹曲面３２cとを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。
【００８０】
そして、上記対物レンズ１７で全反射された後の光路が光軸側(中心側)に因りやすい上記「第２の場合」には、対物レンズ１７で全反射された蛍光ｂを、図６(b)に示すように第１レンズ２３の上記第２領域に入射させるようにする。その場合、上記第２領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。そのために、図８に示すように、対物レンズ１７で全反射された光を集光するようにすれば、第１レンズ２３の上記第２領域から出射される蛍光ｂの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。
【００８１】
さらに、上記「第１の場合」には、対物レンズ１７で全反射された蛍光ｂを、図６(a)に示すように第１レンズ２３の上記第３領域に入射させるようにする。その場合、上記第３領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。そのため、対物レンズ１７で全反射されて第１レンズ２３に入射される光を発散するようにすれば、第１レンズ２３の上記第３領域から出射される蛍光ｂの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。
【００８２】
ここで、上記対物レンズ１７で全反射された光を発散するように第１レンズ２３に入射させるには、図９に示すように、対物レンズ１７で全反射された光を、第１レンズ２３に入射される前に一旦集光させればよい。
【００８３】
以上のごとく、上記「第２の場合」には、上記対物レンズ１７で全反射された光を、集光させつつ、第１レンズ２３の上記第２領域に入射できるように、且つ、上記「第１の場合」には、対物レンズ１７で全反射された光を、一旦集光させた後に発散させつつ、第１レンズ２３の上記第３領域に入射できるように、図５および図７に示すごとく、対物レンズ１７における反射面(外周面)２９bの角度および形状や全反射光が通過する出射側端面２９cの形状と、第１レンズ２３の凸曲面３３cおよび凹曲面３２cの各傾斜角および形状とを設定するのである。
【００８４】
上記サンプル１６を上記サンプル台４上に直接載置する上記「第１の場合」と、サンプル１６を二次元電気泳動用基板３１中に封入してサンプル台４上に載置する上記「第２の場合」とでは、光透過板の厚みが異なるためサンプル１６下面の点光源に関する見かけ上の光源の位置が異なる。
【００８５】
本実施の形態においては、図５および図７に示すように、対物レンズ１７および第１レンズ２３の形状を設定している。したがって、見かけ上の光源の位置が異なるために対物レンズ１７から見かけ上の光源までの距離が異なる場合であっても、対物レンズ１７の上記中央部分で屈折された蛍光ａおよび上記周辺部分の外周面２９bで全反射された蛍光ｂを、図８および図９に示すように、第１レンズ２３から出射される際に光軸に略平行にすることができる。したがって、波長フィルタ２４による迷光のカットを精度良く行うことが可能になるのである。
【００８６】
以上のごとく、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面２８aと、
上記入射側凸面２８aからの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面２８bと
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面２９aと、
上記入射側端面２９aに連続して形成されると共に、上記入射側端面２９aからの光を内部で反射させる外周面２９bと、
上記外周面２９bで内部反射された光を出射させる出射側端面２９cと
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面２８aと上記周辺部分における上記入射側端面２９aとの境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴としている。
【００８７】
上記構成によれば、光軸を含む中央部分は、入射面を凸形の入射側凸面２８aで構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面２８bで構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面２８bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面２８bの焦点距離が大きくなって走査モジュール９が大型化することもない。
【００８８】
さらに、上記入射面には、上記中央部分における入射側凸面２８aと上記周辺部分における入射側端面２９aとの境界に、凹状の境界部が形成されている。そのため、入射側凸面２８aに入射される光と入射側端面２９aに入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、入射側凸面２８aに入射された光と入射側端面２９aに入射された光とが、出射側凸面２８bと外周面２９bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面２８bと外周面２９bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できる。
【００８９】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記中央部分における上記入射側凸面２８aおよび上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、上記入射側凸面２８aから入射した光の光路と上記入射側端面２９aから入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している。
【００９０】
この実施の形態によれば、上記入射側凸面２８aから入射した光の光路と入射側端面２９aから入射した光の光路とは、交差することがない。その結果、上記中央部分の入射側凸面２８aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面２８bに至るのに対して、上記周辺部分の入射側端面２９aに入射される光の総てが、反射面である外周面２９bに至ることになる。
【００９１】
したがって、上記入射面に入射されて出射側凸面２８bおよび外周面２９b以外の面に至る光によって、迷光が発生することが防止される。
【００９２】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００９３】
この実施の形態によれば、上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、入射側端面２９aから入射されて外周面２９bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、外周面２９bの光軸方向の長さを短くすることができ、レンズ素子１７全体の小型化を図ることが可能になる。
【００９４】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面２９bは、外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
【００９５】
この実施の形態によれば、上記外周面(反射面)２９bが外部に向かって凸状の曲面形状を有しており、レンズ素子１７内の光から見れば凹面鏡と見なすことができる。したがって、外周面２９bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。
【００９６】
すなわち、上記レンズ素子１７における上記周辺部分は、凸形の入射側端面２９aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面２９bによって凹面鏡のように反射させて集光する２段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。
【００９７】
また、１実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面２９aは、上記入射側端面２９aから入射された光を上記外周面２９bに対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
【００９８】
この実施の形態によれば、上記入射側端面２９aから入射された光は、全反射条件を満たすように外周面２９bに対して入射される。したがって、レンズ素子１７の上記周辺部分における入射側端面２９aから入射された光は、外周面２９bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。
【符号の説明】
【００９９】
１…蛍光検出装置、
４…サンプル台、
５…ＰＣ、
６…走査ステージ、
９…走査モジュール、
１６…サンプル、
１７…対物レンズ、
１８…光源、
２０…反射ミラー、
２３…第１レンズ、
２４…波長フィルタ、
２５…第２レンズ、
２６…ピンホール、
２７…検出器、
２８,３３…凸レンズ部、
２８a…入射側凸面、
２８b…出射側凸面、
２９…筒状体、
２９a…入射側端面、
２９b…外周面、
２９c…出射側端面、
３１…二次元電気泳動用基板、
３２…凹レンズ部、
３２a,３２b,３３a,３３b…平面、
３２c…凹曲面、
３３c…凸曲面。