(57)【要約】【課題】  試料に励起光を照射する励起光照射手段と、当該試料から発する蛍光を干渉フィルタに通過させて受光部で検出する蛍光検出手段とを備えた蛍光検出器において、干渉フィルタの表面に対して斜方に入射して受光部に到達する妨害光（励起光）の量を簡易な構成で低減可能な蛍光検出器を提供すること。【解決手段】  蛍光検出手段を、開口部と閉口部を設け内壁が遮光処理された筒状体と、前記開口部側に設けたコリメートレンズと、前記閉口部側に設けた受光部と、前記コリメートレンズと前記受光部とを結ぶ光軸上に設けた干渉フィルタとを有した手段とし、かつ、前記コリメートレンズから前記受光部までの距離を前記コリメートレンズの有効径よりも長くすることで、前記課題を解決する。【選択図】  図１
2015031682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に励起光を照射する励起光照射手段と、当該試料から発する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えた蛍光検出器であって、
前記蛍光検出手段が、開口部と閉口部を設け内壁が遮光処理された筒状体と、前記開口部側に設けたコリメートレンズと、前記閉口部側に設けた受光部と、前記コリメートレンズと前記受光部とを結ぶ光軸上に設けた干渉フィルタとを有し、かつ、前記コリメートレンズから前記受光部までの距離が前記コリメートレンズの有効径よりも長い、前記蛍光検出器。
【請求項２】
筒状体の内壁に凹凸を設けた、請求項１に記載の蛍光検出器。
【請求項３】
筒状体が円筒状であり、かつ、前記筒状体の内壁に設けた凹凸が当該内壁に沿って形成した螺旋状の溝である、請求項２に記載の蛍光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動分析装置等に備える蛍光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動分析装置等に備える蛍光検出器においては、試料に照射する励起光の波長を限定し、当該試料から発する特定の蛍光を検出するために、それぞれ特定の波長帯域を有するバンドパス型の干渉フィルタが用いられることが多い。
【０００３】
干渉フィルタは、フィルタ表面に対する光の入射を垂直入射から斜方入射に変化させると透過スペクトルが短波長側にシフトする、という原理上の特性を有する。蛍光検出器において蛍光検出波長の選択に干渉フィルタを用いる場合、斜方入射によって透過スペクトルは励起光側へ（短波長側へ）シフトする。
【０００４】
励起光を試料に照射する際、試料を収容した容器から様々な方向に励起光が散乱（乱反射）する。散乱した励起光の一部は、検出用干渉フィルタの表面に対して斜めに入射すると、透過スペクトルが短波長側にシフトした干渉フィルタを通過して受光部で検出されることで、バックグラウンドノイズとなる。バックグラウンドノイズの割合が大きくなると、蛍光検出器で測定する試料から本来発生する蛍光量の変化が相対的に小さく観測されるため、検出感度が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
干渉フィルタの表面に対して斜めに入射する光の量を低減させる方法として、干渉フィルタの光入射側に、コリメートレンズや、絞りや、光の吸収に波長選択性がある色ガラスフィルタを設ける方法が知られている。
【０００６】
コリメートレンズを設ける方法は、試料が蛍光の点光源とみなせない限り、斜めに照射される光は残存するため、試料の体積を点光源とみなせるほど小さくするか、光学系を大きくする対策をとる必要がある。しかしながら、前者の対策は蛍光強度が低くなり検出が難しくなる問題があり、後者の対策は装置の大型化につながる問題がある。
【０００７】
絞りを設ける方法も、コリメートレンズを設ける方法と同様、試料が蛍光の点光源とみなせない限り、大きな効果を得ることはできず、またコリメートレンズと併用しなければ、受光部で検出する蛍光量も少なくなる。
【０００８】
色ガラスフィルタは、透過スペクトルの入射角依存性をもたない光学フィルタであるが、選択できる波長範囲の選択肢が少なく、必ずしも目的の光学系に合わない問題がある。また色ガラスフィルタは、干渉フィルタに比べて透過スペクトルの阻止帯から透過帯への遷移が極めて緩慢である。そのため、干渉フィルタへの斜方入射時に生ずる短波長側へのシフトに備えて、色ガラスフィルタの透過率が０％となる帯域と、干渉フィルタへの垂直入射時における透過率が０％となる帯域とが一致するよう、色ガラスフィルタを選択し、当該色ガラスフィルタを干渉フィルタの光入射側に設けたとしても、干渉フィルタの透過帯域と色ガラスフィルタの低透過率の帯域とがオーバーラップし、蛍光の検出感度が低下するという問題がある。
【０００９】
そこで本発明の目的は、試料に励起光を照射する励起光照射手段と、当該試料から発する蛍光を干渉フィルタに通過させて受光部で検出する蛍光検出手段と、を備えた蛍光検出器において、干渉フィルタの表面に対して斜方に入射して受光部に到達する妨害光（励起光）の量を簡易な構成で低減可能な蛍光検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を鑑みてなされた本発明は、以下の態様を包含する。
【００１１】
すなわち本発明の第一の態様は、
試料に励起光を照射する励起光照射手段と、当該試料から発する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えた蛍光検出器であって、
前記蛍光検出手段が、開口部と閉口部を設け内壁が遮光処理された筒状体と、前記開口部側に設けたコリメートレンズと、前記閉口部側に設けた受光部と、前記コリメートレンズと前記受光部とを結ぶ光軸上に設けた干渉フィルタとを有し、かつ、前記コリメートレンズから前記受光部までの距離が前記コリメートレンズの有効径よりも長い、前記蛍光検出器である。
【００１２】
また本発明の第二の態様は、筒状体の内壁に凹凸を設けた、前記第一の態様に記載の蛍光検出器である。
【００１３】
また本発明の第三の態様は、筒状体が円筒状であり、かつ、前記筒状体の内壁に設けた凹凸が当該内壁に沿って形成した螺旋状の溝である、前記第二の態様に記載の蛍光検出器である。
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
本発明の蛍光検出器は、蛍光検出器を構成する蛍光検出手段を、開口部と閉口部を設け内壁が遮光処理された筒状体と、前記開口部に設けたコリメートレンズと、前記閉口部に設けた受光部と、前記コリメートレンズと前記受光部とを結ぶ光軸上に設けた干渉フィルターとを有した手段とし、かつ、前記コリメートレンズから前記受光部までの距離が前記コリメートレンズの有効径よりも長いことを特徴としている。
【００１６】
本発明の蛍光検出器において、干渉フィルターは、コリメートレンズと受光部とを結ぶ光軸上であれば任意の位置に設けてよい。一例として干渉フィルタをコリメートレンズの受光部側に重ねて設けた場合、一般にコリメートレンズは筒状体の開口部から入射した光を筒状体の閉口部に設けた受光部に集光させる効果を有する。しかしながら、蛍光を発する試料およびそれを収容する容器は一定の体積を有しているため、当該試料および容器がコリメートレンズの近傍に配置されていると、コリメートレンズからの視野体積が大きくなり、たとえコリメートレンズを透過しても干渉フィルタの表面に対して斜めに入射する光（斜方入射光）を阻止することはできない。受光部まで到達する斜方入射光は、コリメートレンズの有効径が小さいほど、またコリメートレンズと受光部との距離が大きいほど防止することができる。しかしながら、単にコリメートレンズの有効径を小さくすると蛍光検出器の感度が低下し、単にコリメートレンズと受光部との距離を大きくすると蛍光検出器が大型化する。そこで本発明の蛍光検出器では、筒状体の開口部に設けたコリメートレンズから筒状体の閉口部に設けた受光部までの距離を前記コリメートレンズの有効径よりも長くすることで、斜方入射光が直接受光部に到達することを防止し、かつ蛍光検出器の大型化も防止している。なお、干渉フィルタを受光部近傍に設ける場合、筒状体の開口部に設けたコリメートレンズを斜方透過した光（斜方入射光）は、受光部に至るまでに遮光処理された筒状体の内壁によって大部分吸収され、干渉フィルタに到達する斜方入射光自体が極めて少なくなるため、結果として受光部への斜方入射光の到達を防止することができる。
【００１７】
垂直入射するときの透過ピーク波長がλｍａｘの干渉フィルタを入射角φで斜方入射するときの透過ピーク波長λは以下に示す式で算出できる。
【００１８】
λ＝λｍａｘ√（１−［ｓｉｎφ／ｎ］２）
λ：斜方入射するときの透過ピーク波長
λｍａｘ：垂直入射するときの透過ピーク波長
ｎ：比屈折率（ｎ＝ｎ０（空気の屈折率）／ｎｅ（干渉膜の実効屈折率））
φ：入射角
例えば、干渉フィルタとして、比屈折率が１．８でピーク波長５００ｎｍのバンドパスフィルタを用いた場合、入射角３０°で光が斜方入射すると、ピーク波長が４８０ｎｍとなり、透過帯域が短波長側へ２０ｎｍシフトする。したがって検出用干渉フィルタとしてピーク波長５００ｎｍのバンドパスフィルタをコリメートレンズの受光部側に重ねて設け、励起光用干渉フィルタとして中心波長４８０ｎｍのバンドパスフィルタを用いる場合は、検出用干渉フィルタを入射角３０°で斜方入射した励起光が直接受光部に到達しないように、筒状体の開口部に設けたコリメートレンズから受光部までの距離を設定すればよい。
【００１９】
具体的には、コリメートレンズから受光部までの距離を前記コリメートレンズの有効径と等しくした場合、受光部に直接入射する光の最大入射角は約２７°となるため、本発明の蛍光検出器であれば、前述した入射角３０°で斜方入射される励起光が受光部へ直接入射されるのを阻止できることがわかる。なお蛍光検出器の大型化が許されるならば、コリメートレンズから受光部までの距離をコリメートレンズの有効径の２倍以上とするとさらに好ましい。
【００２０】
受光部に直接入射する光の最大入射角以上で干渉フィルタに斜方入射した光は、干渉フィルタの透過帯域がより短波長側にシフトするため、干渉フィルタを透過する励起光量はさらに増大するが、本発明の蛍光検出器では干渉フィルタから受光部までの光導波路を構成する筒状体の内壁は遮光処理（例えば、黒色処理や無反射処理）しているため、干渉フィルタを透過する励起光の大部分は筒状体の内壁で吸収される。しかしながら、干渉フィルタから受光部までの光導波路を構成する筒状体の内壁が遮光処理されていても、干渉フィルタを透過する励起光の全てが吸収されるわけではなく、内壁で反射し、受光部に到達する光も僅かに存在する。そこで筒状体の内壁に周期的に凹凸を設けると、内壁の凹凸部で反射した励起光を筒状体の開口部側へ反射させることができ、受光部に到達する励起光量をさらに低減できるため、好ましい。なお筒状体の内壁に設ける凹凸をコリメートレンズを透過した光と平行な矩形凹凸形状とした場合（図２）、凸部の割合は少ないほどよく、凹部は深いほどよい。また筒状体の内壁に設ける凹凸の断面が三角形状（のこぎりの歯状、蛇腹状）とする場合（図３）、山と谷の角度は小さい（鋭い）ほどよい。また、凹凸を雌ネジ形状とすると（螺旋状の溝を内壁に沿って形成させると）加工性、コスト面でさらに好ましい。
【００２１】
筒状体の形状には特に限定はなく、例えば、円筒状、球形状、閉口部（受光部）側がコリメートレンズの有効径よりも大きい直径を有する円錐台状があげられる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の蛍光検出器は、試料に励起光を照射する励起光照射手段と、開口部と閉口部を設け内壁が遮光処理された筒状体と前記開口部に設けたコリメートレンズと前記閉口部に設けた受光部と前記受光部から前記コリメートレンズまでを結ぶ光軸上に設けた干渉フィルタとを有する前記試料から発する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えており、かつ前記コリメートレンズから前記受光部までの距離が前記コリメートレンズの有効径よりも長いことを特徴としている。本発明の蛍光検出器は、干渉フィルタの表面に対し斜めに入射することで当該干渉フィルタを透過する励起光の、受光部への照射量を低減させることができる。また本発明の蛍光検出器は、筒状体の開口部に設けたコリメートレンズから受光部までの距離、すなわち実質的に筒状体の長さを長くすることで効果が得られるため、従来の方法（絞りや色ガラスフィルタを設ける方法）と比較し、簡易な構成で励起光に起因する妨害光を低減させることができる。
【００２３】
なお筒状体の内壁に凹凸を設けると、コリメートレンズを通過し、干渉フィルタを通過する前または後の斜方入射光を当該凹凸により筒状体の開口部側へ反射させることができ、妨害光の受光部への照射をさらに低減させることができるため、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の蛍光検出器の構成図である。
【図２】本発明の蛍光検出器の一態様を示す図である。
【図３】本発明の蛍光検出器の一態様を示す図である。
【図４】実施例１の結果を示す図である。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
図１に示す蛍光検出器を用い、コリメートレンズ２１から受光部２３までの距離を変化させたときの、受光部２３に照射される光量を測定した。なお、励起光源１１として４７０ｎｍの発光ダイオードを、励起光用干渉フィルタ１２として透過帯域４６５ｎｍから４７５ｎｍのバンドパスフィルタを、検出用干渉フィルタ２２として透過帯域５０５ｎｍから５１５ｎｍ、比屈折率１．８、内径φ８ｍｍのバンドパスフィルタを、試料容器３１として先端部の曲率が２ｍｍの無色透明ポリプロピレン製容器を、検出用干渉フィルタ２２から受光部２３までの光導波路を覆う筒状体２０として内壁表面を黒クローム処理した内径φ８ｍｍの中空管を、それぞれ用いた。なお、検出用干渉フィルタ２２はコリメートレンズ２１の受光部２３側に重ねて設けており、試料容器３１先端部とコリメートレンズ２１との距離は８ｍｍである。
【００２７】
コリメートレンズ２１から受光部２３までの距離を５ｍｍから１７ｍｍの範囲で変化させた上で、蛍光色素で修飾した核酸プローブを含む蛍光試料３２およびブランク（蛍光試料を含まない水）から発せられる蛍光量を測定した。結果を図４に示す（黒丸印：蛍光試料、黒四角印：ブランク、×印：蛍光試料／ブランク比）。コリメートレンズ２１から受光部２３までの距離をコリメートレンズ２１の有効径（φ８ｍｍ）よりも短くすると、蛍光試料、ブランクともに検出器出力の増加が確認され、Ｓ／Ｎ比（蛍光試料／ブランク比）が顕著に低下した。一方、コリメートレンズ２１から受光部２３までの距離をコリメートレンズ２１の有効径（φ８ｍｍ）よりも長くすると、蛍光試料、ブランクともに検出器出力の増加は抑制され、Ｓ／Ｎ比が向上していることがわかる。つまり、コリメートレンズ２１から受光部２３までの距離をコリメートレンズ２１の有効径より長くすることにより、干渉フィルタの表面に対して斜めに入射することで受光部に照射される励起光に由来する妨害光を低減することができることがわかる。
【００２８】
実施例２
図１に示す蛍光検出器と図３に示す蛍光検出器を用いて、光導波路としての筒状体の内壁に凹凸を設けたことによる効果を検証した。
【００２９】
励起光源１１として４５０ｎｍの発光ダイオードを、励起光用干渉フィルタ１２として透過帯域４４５ｎｍから４５５ｎｍのバンドパスフィルタを、検出用干渉フィルタ２２として透過帯域４７０ｎｍから４９５ｎｍ、比屈折率１．８、内径φ８ｍｍのバントパスフィルタを、筒状体２０として内壁表面を黒クローム処理した内径φ８ｍｍの中空管にＭ８三角雌ネジ（ピッチ１．２５ｍｍ、谷の径８ｍｍ）相当の凹凸２５を内壁に設けたものを、それぞれ用い、コリメートレンズ２１から受光部２３までの距離は１３ｍｍとした。なお、コリメートレンズ２１の有効径、使用した試料容器３１、試料容器３１先端部からコリメートレンズ２１までの距離は実施例１と同じである。
【００３０】
図１に示す蛍光検出器と図３に示す蛍光検出器を用いて、蛍光色素で修飾した核酸プローブを含む蛍光試料３２およびブランク（蛍光試料を含まない水）から発する蛍光量を測定した。結果を表１に示す。光導波路としての筒状体の内壁に凹凸を設けることで、ブランクから発せられる検出器出力が顕著に低下し、結果Ｓ／Ｎ比（蛍光試料／ブランク比）が向上していることがわかる。
【００３１】
【表１】
2015031682.tif 000003
【符号の説明】
【００３２】
１１  励起光源
１２  励起光用干渉フィルタ
２０  筒状体（光導波路）
２１  コリメートレンズ
２２  検出用干渉フィルタ
２３  受光部
２４  矩形の凹凸
２５  雌ネジ形状の凹凸
３１  試料容器
３２  蛍光試料
【図１】
2015031682.tif 000004
【図２】
2015031682.tif 000005
【図３】
2015031682.tif 000006
【図４】
2015031682.tif 000007