(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に集光して光束とする複数の集光レンズが配列した集光レンズアレイと，
前記光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１組の，少なくとも２個のダイクロイックミラーが配列されたダイクロイックミラーセットと，
前記ダイクロイックミラーセットによって分割された光束の少なくとも一部がそれぞれ集光されずに並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサと，
を有する多色検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多色検出装置において，
前記センサが１個の２次元センサであり，前記２次元センサのセンサ面が前記集光レンズの光軸に略垂直である多色検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多色検出装置において，
前記少なくとも２個のダイクロイックミラーの配列方向が，前記発光点の配列方向及び前記集光レンズの光軸方向のそれぞれに略垂直である多色検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の多色検出装置において，
複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイを有し，
前記チャンネルアレイに光を導入して各チャンネルを照射することにより，前記発光点を前記チャンネル内部にもたらすものである多色検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の多色検出装置において，
前記複数のチャンネルは複数のキャピラリの内部であり，
前記集光レンズの，前記発光点の配列方向の焦点距離と，前記複数のキャピラリの長軸方向の焦点距離とが異なっている多色検出装置。
【請求項６】
請求項４に記載の多色検出装置において，
前記チャンネルアレイの側方より前記同一平面に平行にレーザビームを導入して各チャンネルをレーザ照射することにより，前記発光点を前記チャンネル内部にもたらすものであり，
前記チャンネルが前記レーザビームの導入側から離れるに従い，当該チャンネルに対応する前記集光レンズの集光効率が高くなっている多色検出装置。
【請求項７】
複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に集光して光束とする複数の集光レンズが配列した集光レンズアレイと，
前記光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，
前記発光点が有限サイズであり，
前記発光点の有効径の平均をｄ，前記集光レンズの焦点距離の平均をｆ，前記集光レンズの有効径の平均をＤ，前記集光レンズと前記センサの光学的な距離の平均をｇとするとき，
ｆ≦−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ
を満足する多色検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の多色検出装置において，
複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイを有し，
前記チャンネルアレイに光を導入して各チャンネルを照射することにより，前記発光点を前記チャンネル内部にもたらすものである多色検出装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の多色検出装置において，
前記発光点の配列間隔の平均をｐとするとき，
ｆ≧０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ
を満足する多色検出装置。
【請求項１０】
複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に集光して光束とする集光レンズが配列した集光レンズアレイと，
前記光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，
前記発光点が有限サイズであり，
前記発光点の有効径の平均をｄ，前記集光レンズの焦点距離の平均をｆ，前記発光点の配列間隔の平均をｐ，前記集光レンズと前記センサの光学的な距離の平均をｇとするとき， 
ｆ≧０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ
を満足する多色検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の多色検出装置において，
複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイを有し，
前記チャンネルアレイに光を導入して各チャンネルを照射することにより，前記発光点を前記チャンネル内部にもたらすものである多色検出装置。
【請求項１２】
複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に集光して光束とする集光レンズが配列した集光レンズアレイと，
前記光束を，それぞれ個別に集光して集光束とする複数の結像レンズが配列した結像レンズアレイと，
前記集光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，
前記発光点が有限サイズであり，
前記発光点の有効径の平均をｄ，前記集光レンズの焦点距離の平均をｆ，前記集光レンズの有効径の平均をＤ，前記集光レンズと当該集光レンズに対応する前記結像レンズとの間の光学的な距離の平均をｇとするとき，
ｆ≦−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ
を満足する多色検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の多色検出装置において，
複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイを有し，
前記チャンネルアレイに光を導入して各チャンネルを照射することにより，前記発光点を前記チャンネル内部にもたらすものである多色検出装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の多色検出装置において，
前記発光点の配列間隔の平均をｐとするとき，
ｆ≧０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ
を満足する多色検出装置。
【請求項１５】
複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に集光して光束とする集光レンズが配列した集光レンズアレイと，
前記光束を，それぞれ個別に集光して集光束とする複数の結像レンズが配列した結像レンズアレイと，
前記集光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，
前記発光点が有限サイズであり，
前記発光点の有効径の平均をｄ，前記発光点の配列間隔の平均をｐ，前記集光レンズの焦点距離の平均をｆ，前記集光レンズと当該集光レンズに対応する前記結像レンズとの間の光学的な距離の平均をｇとするとき，
ｆ≧０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ
を満足する多色検出装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の多色検出装置において，
複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイを有し，
前記チャンネルアレイに光を導入して各チャンネルを照射することにより，前記発光点を前記チャンネル内部にもたらすものである多色検出装置。
【請求項１７】
請求項１，７，１０，１２，１５のいずれか１項に記載の多色検出装置において，
複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイを有し，
前記チャンネルアレイに光を導入して各チャンネルを照射することにより，前記発光点を前記チャンネル内部にもたらし，
複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイと，前記集光レンズアレイが一体化されているデバイスを有する多色検出装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の多色検出装置において，
前記複数のチャンネルは複数のキャピラリの内部であり，
前記複数のキャピラリを保持する複数の溝が配列した溝アレイと前記集光レンズアレイがそれぞれ表裏に形成されている同一基板を有する多色検出装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の多色検出装置において，
前記複数のチャンネルは１個のマイクロチップの内部にあり，
前記集光レンズアレイが前記マイクロチップと一体化されているデバイスを有する多色検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，複数のキャピラリ又はマイクロチップ内部に設けられた複数のチャンネルにレーザビーム等の光を照射し，キャピラリ又はチャンネルの内部に存在する物質が出射する蛍光，燐光，散乱光等を高感度に検出する多色検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分離媒体を充填した複数のキャピラリ（外径１００〜４００μｍ，内径２５〜１００μｍのガラス毛細管）による電気泳動分析を並列処理することによって個々のキャピラリで異なるＤＮＡサンプルの塩基配列解読を一括して行うキャピラリアレイＤＮＡシーケンサが広く利用されている。この機構について次に説明する。市販のキャピラリは，柔軟性を持たせるため，外表面にポリイミドの被覆膜を形成している。各キャピラリの電気泳動路長が一定の部分，例えばキャピラリの試料注入端から３０ｃｍの距離の位置近傍を，被覆膜を除去した状態で同一平面上に揃えて並べ，レーザビームを上記のキャピラリ配列平面に沿って側面方向から照射することで，複数のキャピラリを同時に照射する。以降，本明細書では，上記のキャピラリ配列平面を，単に，配列平面と呼ぶことがある。上記の各キャピラリ内部を電気泳動する蛍光標識ＤＮＡは，レーザビームを通過する際，レーザ照射による励起を受けて蛍光を発光する。ここで，ＤＮＡは，Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔの塩基種に応じて４色の蛍光体に染め分けられている。その結果，各キャピラリのレーザ照射位置は発光点となり，複数の発光点が間隔ｐで直線上に並ぶ。以降，これを発光点アレイと呼ぶ。発光点の数（キャピラリの本数）をｎとすると，発光点アレイの全幅Ｗは，Ｗ＝ｐ＊（ｎ−１）である。例えば，ｐ＝０．３６ｍｍ，ｎ＝２４のとき，Ｗ＝８．２８ｍｍである。蛍光検出装置は，発光点アレイからの各発光を分光しながら一括検出する。この装置構成は，特許文献１の図３に示されている。【０００３】
まず，共通集光レンズによって各発光を平行光束化する。以降，「共通」という表現は，複数（ｎ個）の発光点について１個の光学素子を用いる（ｎ：１の対応）という意味で用いる。反対に，「個別」という表現は，１つの発光点について１個の光学素子を用いる（１：１の対応）という意味で用いる。ここで，共通集光レンズの焦点距離をｆ，有効径をＤ１とすると，Ｗ＜ｆ，Ｗ＜Ｄ１である。例えば，ｆ＝５０ｍｍ，Ｄ１＝３６ｍｍである。次に，平行光束をロングパスフィルタに通してレーザビームの波長をカットし，さらに共通透過型回折格子を透過させて各キャピラリの長軸方向，すなわち発光点アレイの配列方向及び共通集光レンズの光軸の両者に直交する方向に波長分散させる。ここで，共通透過型回折格子の有効径をＤＧとすると，検出効率を低下させないためには，Ｄ１≦ＤＧである必要がある。例えば，ＤＧ＝５０ｍｍである。続いて，共通結像レンズで各平行光束を２次元センサ上に結像させる。ここで，共通結像レンズの有効径をＤ２とすると，検出効率を低下させないためには，Ｄ１≦Ｄ２である必要がある。例えば，Ｄ２＝３６ｍｍである。以上により，発光点アレイからの各発光の波長分散スペクトルを一括して取得できる。最後に，各波長分散スペクトルの時間変化を分析することによって４色の蛍光強度の時間変化を求め，塩基種の順番，すなわち塩基配列を決定する。【０００４】
４色の蛍光を同時に検出する他の手段が，非特許文献１の図２に示されている。まず，１個の発光領域からの発光を１個の集光レンズ（ここでは，対物レンズ）によって平行光束化する。ここで，発光領域の全幅をＷ，対物レンズの焦点距離をｆ，有効径をＤ１とすると，Ｗ＜ｆ，Ｗ＜Ｄ１である。用いられている対物レンズは，オリンパスのＵＰＬＳＡＰＯ  ６０×  Ｗであり，Ｗ＝０．４４ｍｍ，ｆ＝３ｍｍ，Ｄ１＝２０ｍｍである。次に，平行光束を１組の３種類のダイクロイックミラーによって４色の４つの平行光束に分割させる。続いて，各平行光束を１組の４個の結像レンズで４つの２次元センサ上にそれぞれ結像させる。ここで，各結像レンズの有効径をＤ２とすると，検出効率を低下させないためには，Ｄ１≦Ｄ２である必要がある。以上により，発光領域の４色の４分割像を一括して取得できる。【０００５】
一方，発光点アレイからの発光を同時に検出する他の手段が，特許文献２の図１に示されている。まず，個別集光レンズアレイによって発光点アレイからの各発光を平行光束化する。ここで，発光点の間隔をｐ，発光点の数をｎとすると，発光点アレイの全幅はＷ＝ｐ＊（ｎ−１）であり，各集光レンズの有効径をＤ１とすると，Ｄ１＜Ｗである。また，Ｄ１＜ｐとすることによって，各集光レンズが直線上に並んだ個別集光レンズアレイとすることができる。次に，各平行光束を個別センサアレイのそれぞれの個別センサに入射させる。以上により，発光点アレイからの発光強度を一括して取得できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７１２１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−５９０９５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Rev Sci Instrum., 2011 Feb;82(2):023701.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の蛍光検出装置は，各発光点からの発光の集光効率（共通集光レンズによる集光効率），検出効率（集光効率，ロングパスフィルタの透過率，回折格子の回折効率等を踏まえた，センサによる蛍光検出に寄与する発光のトータルの利用効率）が高く，また，回折格子による分光精度も高い。しかしながら，２つの共通レンズ（カメラレンズを利用）を含み，Ｗ＜ｆ，Ｗ＜Ｄ１≦Ｄ２の関係があることから，Ｗ一定とすると，装置の全体サイズが非常に大きく，装置の製造コストが高いことが課題である。例えば，ｆ＝５０ｍｍ，Ｄ１＝３６ｍｍ，Ｄ２＝３６ｍｍの場合，蛍光検出装置の全体サイズは，直径１００ｍｍ，高さ２００ｍｍの円柱の体積（１．６×１０６ｍｍ３）よりも大きくなる。本明細書では，蛍光検出装置の全体サイズを，発光点から結像点までの光学系の占有体積で表現し，センサ自体の占有体積は含めないことにする。また，Ｗ≪ｆ，Ｗ≪Ｄ１とすることはできないため（実現するためには巨大なカメラレンズが必要），光軸付近の発光点（発光点アレイの中央付近に位置する発光点）の検出効率と比較して，光軸から離れた発光点（発光点アレイの端付近に位置する発光点）の検出効率が低下し，発光点毎に感度にばらつきが生じる課題がある。【０００９】
しかし，これらの課題を解決すること，すなわち，発光点アレイからの４色の発光を同時に識別しながら検出する装置を小型化及び低コスト化し，各発光の感度ばらつきを低減することはこれまで行われてこなかった。蛍光検出装置を小型化できれば，キャピラリアレイＤＮＡシーケンサを小さな領域に設置できたり，持ち運びできるようになったり，あるいは使い勝手が向上したりする。また，蛍光検出装置の部品点数が減ったり，各部品のサイズが小さくなったりすることによって製造コストが低減される。さらに，各発光点の感度ばらつきを低減することにより，各キャピラリで分析されるサンプルの定量的な比較が可能になり，発光点アレイのトータルの感度及びダイナミックレンジを向上させることができる。これらの結果，キャピラリアレイＤＮＡシーケンサはさらに普及し，より一層，世の中に貢献することができる。【００１０】
非特許文献１に示される蛍光検出装置を用いて，同様の発光点アレイからの４色発光の同時蛍光検出を行うことができる。ただし，ここで用いられている対物レンズでは，Ｗ＝０．４４ｍｍであるため，例えば，発光点アレイの全幅Ｗ＝８．２８ｍｍの一部しか検出できない。そこで，対物レンズ及び４つの個別結像レンズの代わりに，キャピラリアレイＤＮＡシーケンサと同様に共通集光レンズ及び４つの共通結像レンズを用いる。このとき，３種類のダイクロイックミラーの有効径をＤＭとすると，平行光束に対して４５°傾けて配置するため，検出効率を低下させないためには，√２×Ｄ１≦ＤＭである必要がある。例えばＤＭ＝７１ｍｍである。したがって，４つのカメラを含めなくても，蛍光検出装置の全体サイズは特許文献１の場合よりもさらに大きくなり，それだけ製造コストも高くなる。これに加えて，４つのカメラが占める空間は大きく，そのコストも非常に高い。発光点毎の感度ばらつきの課題もそのまま残る。【００１１】
一方，特許文献２に示される蛍光検出装置を用いることは，Ｄ１＜Ｗのため，装置サイズを小さくできる可能性があるが，１色の蛍光検出のみに対応していることが課題である。そこで，特許文献１に倣い，回折格子による波長分散と組み合わせることを考える。ｎ個の発光点からの発光を，ｎ個の個別集光レンズで平行光束とし，それぞれをｎ個の個別透過型回折格子を透過させて波長分散させ，ｎ個の個別結像レンズでｎ個の１次元又は２次元の個別センサ上に結像させる。すなわち，特許文献１の蛍光検出装置を小型化し，それをｎ個並列に並べた構成である。ここで，Ｄ１＜ｐ，ｐ＝０．３６ｍｍのため，例えば，Ｄ１＝０．３ｍｍとする。透過型回折格子の有効径ＤＧは，Ｄ１≦ＤＧと同時に，隣接する回折格子との立体障害を受けないため，ＤＧ＜ｐとする必要があり，例えば，ＤＧ＝０．３ｍｍとすれば良い。以上の蛍光検出装置は，特許文献１の場合と比較して装置の小型化が可能であるが，微細な光学部品をそれぞれｎ個ずつ作製し，それぞれを所定の位置に配列することは困難であり，それだけ製造コストが高くなる。また，ＤＧ＝０．３ｍｍの透過型回折格子を作製すること自体が困難である。【００１２】
次に，非特許文献２に倣い，３種類のダイクロイックミラーと組み合わせることを考える。ｎ個の発光点からの発光を，ｎ個の個別集光レンズで平行光束とし，ｎ個の平行光束をそれぞれ，ｎ組×３種類の個別ダイクロイックミラーを用いて，ｎ組の４色の４分割平行光とし，ｎ組×４個の個別結像レンズでｎ組×４個の個別センサ上に結像させる。すなわち，非特許文献１の蛍光検出装置を小型化し，それをｎ個並列に並べた構成である。ここで，Ｄ１＜ｐ，ｐ＝０．３６ｍｍのため，例えば，Ｄ１＝０．２５ｍｍとする。各ダイクロイックミラーの有効径ＤＭは，√２×Ｄ１≦ＤＭと同時に，隣接するダイクロイックミラーとの立体障害を受けないため，ＤＭ＜ｐとする必要があり，例えば，ＤＭ＝０．３５ｍｍとすれば良い。以上の蛍光検出装置は，特許文献１の場合と比較して発光点による感度のばらつきは低減されるが，微細な光学部品をぞれぞれｎ個又はｎ組ずつ作製し，それぞれを所定の位置に配列することは困難であり，それだけ製造コストが高くなる。また，ｎ個の４分割像を立体障害を避けながら配置すること自体が困難である。さらに，ＤＭ＝０．３５ｍｍのダイクロイックミラーを作製すること自体も困難である。【００１３】
以上では，キャピラリアレイＤＮＡシーケンサの蛍光検出装置に適用することを想定して４色蛍光検出について述べたが，課題はキャピラリあるいは４色蛍光検出に限定されるものではなく，任意の発光点アレイからの発光について２色以上の多色発光検出する場合に共通のものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による多色検出装置は，複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に平行光束とする複数の集光レンズが配列した集光レンズアレイと，その平行光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個の分光素子と，分光素子によって分光された光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサと，を有する。【００１５】
分光素子としては，回折格子，プリズム，あるいはダイクロイックミラーを用いることができる。【００１６】
また，本発明による多色検出装置は，複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に平行光束とする複数の集光レンズが配列した集光レンズアレイと，その平行光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のカラーセンサと，を有する。【００１７】
また，本発明による多色検出装置は，複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に平行光束とする複数の集光レンズが配列した集光レンズアレイと，その平行光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，発光点の有効径の平均をｄ，集光レンズの焦点距離の平均をｆ，集光レンズの有効径の平均をＤ，集光レンズとセンサの光学的な距離の平均をｇとするとき，
ｆ≦−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ
を満足する。【００１８】
また，本発明による多色検出装置は，複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に平行光束とする集光レンズが配列した集光レンズアレイと，その平行光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，発光点の有効径の平均をｄ，発光点の配列間隔の平均をｐ，集光レンズと前記センサの光学的な距離の平均をｇとするとき，
ｆ≧０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ
を満足する。【００１９】
また，本発明による多色検出装置は，複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に平行光束とする集光レンズが配列した集光レンズアレイと，その平行光束を，それぞれ個別に集光束とする複数の結像レンズが配列した結像レンズアレイと，集光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，発光点の有効径の平均をｄ，集光レンズの焦点距離の平均をｆ，集光レンズの有効径の平均をＤ，集光レンズと当該集光レンズに対応する結像レンズとの間の光学的な距離の平均をｇとするとき，
ｆ≦−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ
を満足する。【００２０】
また，本発明による多色検出装置は，複数の発光点が配列した発光点アレイの各発光点からの発光をそれぞれ個別に平行光束とする集光レンズが配列した集光レンズアレイと，その平行光束を，それぞれ個別に集光束とする複数の結像レンズが配列した結像レンズアレイと，集光束がそれぞれ並列に入射される，共通かつ少なくとも１個のセンサとを有し，発光点の有効径の平均をｄ，発光点の配列間隔の平均をｐ，集光レンズの焦点距離の平均をｆ，集光レンズと当該集光レンズに対応する結像レンズとの間の光学的な距離の平均をｇとするとき，
ｆ≧０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ
を満足する。【００２１】
また，本発明によるデバイスは，複数のチャンネルの少なくとも一部が同一平面上に配列したチャンネルアレイと，チャンネルアレイの各チャンネルからの発光をそれぞれ個別に平行光束とする集光レンズが配列した集光レンズアレイとが一体化されたものである。【００２２】
複数のチャンネルは複数のキャピラリの内部であっても良いし，マイクロチップの内部に形成されていても良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると，発光点アレイからの発光の多色検出を行う装置を小型化することができ，これを用いた様々な装置の全体サイズを小型化することができる。したがって，装置を置くスペースを削減でき，装置の持ち運びも可能となり，装置の使い勝手が向上する。また，装置を構成する部品点数が削減され，部品そのものを小型化することによって，製造コストを低減することが可能である。【００２４】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】発光点アレイからの各発光を個別集光レンズでそれぞれ平行光束化し，センサ領域に入射させて検出する蛍光検出装置の構成例を示す模式図。
【図２】ｆをパラメータとして，ｇと相対検出光量の関係を示した図。
【図３】Ｄをパラメータとして，相対検出光量が５０％以上となるｇとｆの関係を示した図。
【図４】ｐをパラメータとして，クロストーク信号強度比が２５％以下となるｇとｆの関係を示した図。
【図５】Ｄ及びｐをパラメータとして，相対検出光量が５０％以上かつクロストーク信号強度比が２５％以下となるｇとｆの関係を示した図。
【図６】キャピラリアレイＤＮＡシーケンサの装置構成例を示す模式図。
【図７】発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ及び共通波長分散素子により多色検出する装置構成例を示す断面模式図。
【図８】発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，共通波長分散素子，及び集光レンズの光軸に垂直に配置されたセンサにより多色検出する装置構成例を示す断面模式図。
【図９】発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，共通凹面反射型回折格子，及び集光レンズの光軸に垂直に配置されたセンサにより多色検出する装置構成例を示す断面模式図。
【図１０】発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，共通ダイクロイックミラーセット，及びセンサにより多色検出する装置構成例を示す断面模式図。
【図１１】発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，共通ダイクロイックミラーセット，及びセンサにより，波長分散の場合と同等に多色検出する装置構成例を示す断面模式図。
【図１２】発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，及びカラーセンサにより多色検出する装置構成例を示す断面模式図。
【図１３】複数のキャピラリを配列するＶ溝アレイと，個別集光レンズアレイを一体化したデバイスの構成例を示す断面模式図。
【図１４】複数のキャピラリにそれぞれ個別集光レンズを接着したデバイスの構成例を示す断面模式図。
【図１５】マルチチャンネルを有するマイクロチップと個別集光レンズアレイが一体化したデバイスの構成例を示す断面模式図。
【図１６】マルチチャンネルを有するマイクロチップと個別集光レンズアレイが一体化したデバイスと個別ＬＥＤ照明による発光点アレイからの発光を，共通ダイクロイックミラーセット，及びセンサにより多色検出する装置構成例を示す断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は，発光点アレイからの４色の発光を同時に識別しながら検出する装置を小型化及び低コスト化し，各発光の感度ばらつきを低減する手段を提供する。最初に，本発明を概観する。
【００２７】
まず，発光点アレイからの各発光を個別集光レンズアレイによって平行光束化する。本明細書では，平行光束という表現を多用するが，構成する光要素が厳密な意味で互いに平行な光束を必ずしも意味するのではなく，発光点から全方位に出射した発光の光要素の互いになす角度が，集光レンズによって少なくとも減少し，ゼロに近づいている光束を意味する。ここで，発光点の間隔の平均をｐ，発光点の数及び個別集光レンズの数をｎとすると，発光点アレイの全幅はＷ＝ｐ＊（ｎ−１）である。各集光レンズの焦点距離の平均をｆ，有効径の平均をＤ１とすると，Ｄ１＜Ｗである。また，Ｄ１＜ｐとすることによって，各集光レンズが直線上に並んだ集光レンズアレイとすることができる。ｐ＝０．３６ｍｍ，ｎ＝２４，Ｗ＝８．２８ｍｍに対して，例えば，ｆ＝１ｍｍ，Ｄ１＝０．３ｍｍとする。
【００２８】
次に，各平行光束を分光素子，例えば１個の共通透過型回折格子を透過させて波長分散させる。ここで，透過型回折格子の発光点アレイの配列方向の有効径をＤＧ１，透過型回折格子の各キャピラリの長軸方向の有効径をＤＧ２とすると，検出効率を低下させないため，（Ｗ＋Ｄ１）≦ＤＧ１，Ｄ１≦ＤＧ２とする。例えば，ＤＧ１＝１０ｍｍ，ＤＧ２＝１ｍｍとすれば良い。このとき，２４個の互いに分離した平行光束は，１個の共通透過型回折格子の異なる箇所に入射され，それぞれが並列に波長分散を受ける。各平行光束の径はＤ１＝０．３ｍｍであり，これは回折格子の格子定数と比較すると十分に大きいため，各平行光束はいずれも良好な波長分散を受けることができる。また，波長分散の方向は各キャピラリの長軸方向，すなわち，発光点アレイの配列方向及び各集光レンズの光軸の両者に垂直な方向とする。
【００２９】
続いて，波長分散を受けた各平行光束を，ｎ個の個別結像レンズで，１個の共通２次元センサ上に結像させる。各結像レンズの有効径の平均Ｄ２は，検出効率を低下させないため，Ｄ１≦Ｄ２である必要がある。例えば，Ｄ２＝０．３ｍｍである。以上により，発光点アレイからの各発光の４色の蛍光検出を一括して行うことができる。
【００３０】
以上の蛍光検出装置によれば，装置サイズが特許文献１の場合と比較して小型化されるだけでなく，回折格子及びセンサを複数の発光点について共通化することによって装置構成が簡略化され，実装が容易化される。蛍光検出装置の全体サイズは，直径１０ｍｍ，高さ２０ｍｍの円柱よりも小さくすることが可能である。また，回折格子とセンサを共通化しているにも関わらず，各発光点について蛍光検出光学系及び検出効率は等価であり，感度ばらつきを低減することが可能である。以上は，透過型回折格子を波長分散プリズムに置き換えても，同様に課題を解決することができる。
【００３１】
本発明の別の態様を説明する。まず，発光点アレイからの各発光を個別集光レンズアレイによって平行光束化する。ここで，発光点の間隔の平均をｐ，発光点の数及び集光レンズの数をｎとすると，発光点アレイの全幅はＷ＝ｐ＊（ｎ−１）である。各集光レンズの焦点距離の平均をｆ，有効径の平均をＤ１とすると，Ｄ１＜Ｗである。また，Ｄ１＜ｐとすることによって，各集光レンズが直線上に並んだ集光レンズアレイとすることができる。ｐ＝０．３６ｍｍ，ｎ＝２４，Ｗ＝８．２８ｍｍに対して，例えば，ｆ＝１ｍｍ，Ｄ１＝０．３ｍｍとする。
【００３２】
次に，各平行光束を，１組の３種類の共通ダイクロイックミラー及び１個の全反射ミラーを各キャピラリの長軸方向，すなわち発光点アレイの配列方向及び各集光レンズの光軸の両者に直交する方向に平行に配列することにより，ｎ組の４色の４分割した平行光束とし，これらの平行光束をキャピラリアレイの配列平面に垂直な方向，すなわち各集光レンズの光軸に平行な方向に進行させる。各ダイクロイックミラー及び全反射ミラーの発光点アレイの配列方向の有効径の平均をＤＭ１，これと直交方向の有効径の平均をＤＭ２とすると，検出効率を低下させないため，（Ｗ＋Ｄ１）≦ＤＭ１，√２×Ｄ１≦ＤＭ２とする。例えば，ＤＭ１＝１０ｍｍ，ＤＭ２＝１ｍｍとすれば良い。このとき，２４個の互いに分離した平行光束は，各種類について１個のダイクロイックミラーの異なる箇所に入射され，それぞれが透過光と反射光に２分割される。１個のダイクロイックミラーはどの箇所でも均一な性能が得られるため，各平行光束はいずれも良好な分光を受けることができる。なお，全反射ミラーはダイクロイックミラーで置き換えても良い。
【００３３】
続いて，ｎ組の４色の４分割した平行光束を，結像させずに，１個の共通２次元センサ上に入射させる。回折格子やプリズムによる波長分散によって分光する場合，上述の通り，波長分散された平行光束を結像レンズを用いて結像しなければ所望の分光精度が得られない。これに対して，ダイクロイックミラーによって分光する場合は必ずしもその必要がないため，結像レンズを省くことが可能である。以上により，発光点アレイからの各発光の４色の蛍光検出を一括して行うことができる。
【００３４】
以上の蛍光検出装置によれば，装置サイズが特許文献１の場合と比較して小型化されるだけでなく，ダイクロイックミラー及びセンサを複数の発光点について共通化することによって装置構成が簡略化され，実装が容易化される。蛍光検出装置の全体サイズは，直径１０ｍｍ，高さ１０ｍｍの円柱よりも小さくすることが可能である。また，回折格子とセンサを共通化しているにも関わらず，各発光点について蛍光検出系及び検出効率は等価であり，感度ばらつきを低減することが可能である。
【００３５】
本発明の更に別の態様を説明する。まず，発光点アレイからの各発光を個別集光レンズアレイによって平行光束化する。ここで，発光点の間隔の平均をｐ，発光点の数及び集光レンズの数をｎとすると，発光点アレイの全幅はＷ＝ｐ＊（ｎ−１）である。各集光レンズの焦点距離の平均をｆ，有効径の平均をＤ１とすると，Ｄ１＜Ｗである。また，Ｄ１＜ｐとすることによって，各集光レンズが直線上に並んだ集光レンズアレイとすることができる。ｐ＝０．３６ｍｍ，ｎ＝２４，Ｗ＝８．２８ｍｍに対して，例えば，ｆ＝１ｍｍ，Ｄ１＝０．３５ｍｍとする。
【００３６】
続いて，各平行光束を，結像させずに，１個の単板の共通２次元カラーセンサに入射させる。カラーセンサは，４色をそれぞれ識別する少なくとも４種類の画素が２次元のセンサ面上にそれぞれ多数配列している，あるいは，多数配列する１種類の各画素で２次元のセンサ面に垂直方向（入射光の進行方向）で４色を識別するものである。ここで，各画素の径の平均をＳとすると，Ｓ＜Ｄ１である必要がある。各平行光束の径の平均はＤ１＝０．３５ｍｍである。これに対して，４色を識別する４種類の画素が配列するセンサを用い，Ｓ＝０．０５ｍｍとすると，各平行光束はカラーセンサ上の約４０画素で検出される。このとき，１色を識別する１種類の画素あたり約１０画素で検出されるため，これらを積算することによって色毎のばらつきを低減し，高精度な分光が可能になる。
【００３７】
これに対して，各平行光束を個別集光レンズアレイで結像し，例えば，結像スポットの径が０．０５ｍｍになったとすると，カラーセンサ上の約１画素でのみ検出されることになり，良好な分光が不可能になる。つまり，この態様では，結像レンズをあえて用いないことが，装置の小型化に寄与するだけでなく，分光精度を向上することにも寄与する。以上により，発光点アレイからの各発光の４色の蛍光検出を一括して行うことができる。
【００３８】
以上の蛍光検出装置によれば，装置サイズが特許文献１の場合と比較して小型化されるだけでなく，装置構成が極めて簡単である。蛍光検出装置の全体サイズを，直径１０ｍｍ，高さ５ｍｍの円柱よりも小さくすることが可能である。また，各発光点について蛍光検出系及び検出効率は等価であり，感度ばらつきを低減することが可能である。
【００３９】
以上では，キャピラリアレイＤＮＡシーケンサの蛍光検出装置に適用することを想定して４色蛍光検出について述べたが，課題の解決手段はキャピラリあるいは４色蛍光検出に限定されるものではなく，任意の発光点アレイからの発光について２色以上の多色発光検出に共通のものである。
【００４０】
以下，図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
本発明が対象とする発光点アレイの各発光点のサイズは小さいとは言え，有限の大きさを有しており，蛍光検出装置を小型化する際には無視できない。図１は，発光点アレイからの各発光を個別集光レンズでそれぞれ平行光束化し，センサ領域に入射させて検出する蛍光検出装置の構成例を示す模式図である。図１は，平均の有効径ｄの発光点１５からの発光を，平均の焦点距離ｆ，平均の有効径Ｄの個別集光レンズ１８で平行光束化し，個別集光レンズ１８から平均の距離ｇに位置する，平均の有効径Ｄのセンサ領域２８に入射させて検出する構成を示している。センサ領域２８の平均の有効径Ｄは，センサの全体サイズを必ずしも示すものではなく，より大きなサイズのセンサの一部が上記発光点１５の検出のために割り当てられた領域と考えることもできる。また，図１には示さないが，各平行光束を個別結像レンズによって再集光，又は結像してからセンサ領域に入射させて検出する蛍光検出装置の場合には，以降の議論では，センサ領域を個別結像レンズに置き換えれば良く，個別集光レンズと個別結像レンズの平均の距離をｇとすれば良い。
【００４２】
最初に，図１の左側の発光点１５に着目する。発光点１５の中心からの発光２９が集光レンズ１８によって平行光束３０となり，センサ領域２８上でスポット３１を形成し，センサ領域２８とスポット３１は一致する。このとき検出される光量は，Ｄ一定とすると，ｆが小さいほど受光角θ１とともに大きくなる。より正確には，Ｆ＝ｆ／Ｄのとき，検出光量は１／Ｆ２に比例して大きくなる。一方，発光点１５の左端からの発光３２の平行光束３３のスポット３４はセンサ領域２８から右側にずれる。つまり，スポット３１はすべて検出されるが，スポット３４は，スポット３１と重なった比率でのみ検出される。この重なりが大きいほど発光点の全域について検出される光量が大きくなる。そのためには，平行光束３０の光軸と平行光束３３の光軸のなす角θ２が小さければ良く，さらにそのためには，ｄ一定とすると，ｆが大きいほど良い。以上のように，発光点１５の検出光量を大きくするためには，ｆを小さくした方が良い面と，ｆを大きくした方が良い面のトレードオフの関係があるが，どのようなｆが最も良いかの検討はこれまでになされていない。そこで，次に，発光点１５の検出光量を大きくするためのｆ及びｇの条件を解明する。
【００４３】
検出光量を評価するため，特許文献１の図３に示された蛍光検出装置を基準とする。この蛍光検出装置の典型例では，共通集光レンズの焦点距離はｆ＝５０ｍｍ，有効径はＤ１≧２５ｍｍである。このレンズの明るさはＦ＝ｆ／Ｄ１≦２．０である。そこで，Ｆ０＝２．０の集光レンズを用いた場合に，焦点に位置する無限小サイズの発光点からの発光が，このレンズによって平行光束化され，その光量がすべてロスなくセンサで検出されるとき，その検出光量を基準（１００％）とする。以降では，任意の無限小サイズの発光点についての検出光量を上記基準に対する相対検出光量で評価する。また，平均の有効径ｄの有限サイズの発光点は，多数の無限小サイズの発光点で構成されていると考える。本明細書では，「有限サイズの発光点」は単に「発光点」と呼び，「無限小サイズの発光点」はその都度「無限小サイズの発光点」と呼ぶ。発光点の相対検出光量は，それを構成する多数の無限小サイズの発光点の相対検出光量の平均とする。例えば，上記の例で，集光レンズをＦ＝１．４で置き換えると，集光効率が（Ｆ０／Ｆ）２＝２．０倍になるので，上記無限小サイズの発光点の相対検出光量は２００％となる。ただし，発光点から全方位に発光される全光量は一定とし，発光点の内部の発光密度は空間的に均一であると仮定する。また，本蛍光検出装置の典型例では，発光点アレイの発光点の間隔がｐ＝０．３６ｍｍ，発光点の数がｎ＝２４，発光点アレイの全幅がＷ＝ｐ＊（ｎ−１）＝８．２８ｍｍであり，発光点アレイの中央に位置する発光点はレンズの焦点近傍に位置するため相対検出光量がほぼ１００％になるが，発光点アレイの端に位置する発光点はレンズの焦点から離れるため相対検出光量が減少し，約５０％となる。そこで，本発明では，各発光点の相対検出光量が５０％以上になるようにして，各発光点の多色検出感度が従来と同等以上になるようにすることを目標とする。
【００４４】
図２は，図１に示した構成において，ｆをパラメータとして，ｇと相対検出光量の関係を計算した結果の図である。ここで，発光点１５の平均の有効径はｄ＝０．０５ｍｍとした。また，個別集光レンズ１８の平均の有効径をＤ＝０．５ｍｍとした。レンズの明るさＦ＝ｆ／０．０５を考慮して相対検出光量を計算した。有効径ｄ＝０．０５ｍｍの発光点１５を，０．１μｍ間隔の約５００個の無限小サイズの発光点で構成し，各無限小サイズの発光点について，図１のスポット３１とスポット３４の重なり面積比と同じ考え方によって相対検出光量を計算し，それらの平均により発光点１５の相対検出光量を求めた。その結果，ｆは小さいほど，またｇは小さいほど相対検出光量が大きくなることを初めて見出した。これは，ｆを小さく（Ｆを小さく，θ１を大きく）することによって発光点１５の中心に位置する無限小サイズの発光点の相対検出光量が増大する効果が，ｆを大きく（θ２を小さく）することによって上記の重なり面積比を増大する効果よりも大きいことを示している。また，任意のｆに対して，ｇを小さくすることによって上記の重なり面積比を増大する効果が大きいことを示している。
【００４５】
図３は，図２の計算結果を踏まえて，相対検出光量が５０％以上の条件を満たすｇとｆの関係を，横軸ｇ，縦軸ｆのグラフで示したものである。ここでは，Ｄをパラメータとしている。Ｄがいずれの値の場合も，負の傾きを持つ直線より下側の領域のｇとｆであれば相対検出光量が５０％以上となることが分かった。Ｄが大きくなるほど，境界となる直線の縦軸切片が大きくなり，傾きが小さくなるため，条件を満たす領域が大きくなった。詳細に解析した結果，条件を満たす領域は，一般に，
ｆ≦−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ              （１）
で表せることが分かった。図２の結果と同様に，ｆとｇはそれぞれ小さいほど，つまり図３の原点に近いほど相対検出光量が大きくなる。しかし，実際には様々な物理的な制約があるため，図３に示す領域の中から，適当なｆとｇを設定するのが良い。
【００４６】
一方，図１において，左側の発光点１５と同様に，右側の発光点１５の中心からの発光３５は，集光レンズ１８によって平行光束３６とされ，そのスポット３７はセンサ領域２８と一致してロスなく検出される。しかしながら，左側の発光点１５の左端からの発光３２の平行光束３３のスポット３４はセンサ領域から右側にずれ，右側の発光点のセンサ領域に重なる場合があり，右側の発光点の検出におけるクロストークとなる。クロストークは，スポット３７とスポット３４の重なる比率で示される。ここで，ｄ，ｆ，Ｄ，ｇの各パラメータは左側の発光点と右側の発光点で等しく，両発光点の平均の間隔はｐである。また，図１に示さないが，右側の発光点のさらに右側に隣接する発光点の右端からの発光の平行光束のスポットは，同様に，スポット３７と重なり，右側の発光点１５の検出におけるクロストークとなる。各発光点からの発光を良好に検出するためには，クロストークは小さいほど良く，少なくとも信号強度より小さくなければならない。そこで，本発明では，注目する発光点の両隣の発光点からのクロストークは同等に発生するため，それぞれのクロストーク信号強度比を２５％以下に抑えるようにして，各発光点の低クロストーク検出を実現することを目標とする。
【００４７】
図４は，クロストーク信号強度比が２５％以下の条件を満たすｇとｆの関係を，横軸ｇ，縦軸ｆのグラフで示したものである。ここで，発光点の平均の有効径はｄ＝０．０５ｍｍとした。ここでは，ｐをパラメータとし，Ｄ＝ｐとした。ｐがいずれの値の場合も，原点を通る正の傾きを持つ直線より上側の領域のｇとｆであればクロストーク信号強度比が２５％以下となることが分かった。パラメータｐが大きくなるほど，傾きが小さくなるため，条件を満たす領域が大きくなった。詳細に解析した結果，条件を満たす領域は，一般に，
ｆ≧０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ                     （２）
で表せることが分かった。図３の相対検出光量の場合と異なり，ｆは大きいほど，ｇは小さいほどクロストークを低く抑えることができる。つまり，ｆについては，相対検出光量を大きくする場合と，クロストークを小さくする場合でトレードオフの関係になることが分かった。
【００４８】
図５（ａ）は，相対検出光量が５０％以上，かつクロストーク信号強度比が２５％以下の条件を満たすｇとｆの関係を，横軸ｇ，縦軸ｆのグラフで示したものである。図５（ｂ）は図５（ａ）の拡大図である。ここで，発光点の平均の有効径はｄ＝０．０５ｍｍであり，Ｄ＝ｐとした。この条件を満たす領域は，言うまでもなく，図３の領域と図４の領域が重なった領域である。パラメータＤ及びｐが大きくなるほど，条件を満たす領域が大きくなった。この条件を満たす領域は，一般に，式（１）かつ式（２）で表すことができる。
【００４９】
以下，本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図６は，キャピラリアレイＤＮＡシーケンサの装置構成例を示す模式図である。図６を用いて分析手順を説明する。まず，複数のキャピラリ１（図６では４本のキャピラリを示す）の試料注入端２を陰極側緩衝液４に浸し，試料溶出端３をポリマブロック９を介して陽極側緩衝液５に浸す。ポンプブロック９のバルブ１４を閉じ，ポンプブロック９に接続されたシリンジ８により内部のポリマ溶液に加圧し，ポリマ溶液を各キャピラリ１の内部に，試料溶出端３から試料注入端２に向かって充填する。次に，バルブ１４を開け，各試料注入端２から異なる試料を注入した後，陰極６と陽極７の間に電源１３により高電圧を印加することにより，キャピラリ電気泳動を開始する。４色の蛍光体で標識されたＤＮＡは試料注入端２から試料溶出端３に向かって電気泳動される。各キャピラリ１の，試料注入端２より一定距離電気泳動された位置（レーザ照射位置１２）は，被覆が除去され，同一平面上に配列されており，レーザ光源１０より発振されたレーザビーム１１が，集光されてから，配列平面の側方より，配列平面に沿って導入され，各キャピラリ１のレーザ照射位置１２が一括照射される。４色の蛍光体で標識されたＤＮＡがレーザ照射位置１２を通過する際に励起され，蛍光を発光する。各発光蛍光は，配列平面に対して垂直方向（図６の紙面に垂直方向）から蛍光検出装置によって検出される。なお，キャピラリの内部はチャンネルを構成している。従って，キャピラリアレイはチャンネルアレイの一種である。
【００５０】
図７は，発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，及び共通波長分散素子により多色検出する装置構成例を示す断面模式図である。図７（ａ）はレーザ照射位置における各キャピラリの長軸に垂直な断面を示し，図７（ｂ）は任意の一つのキャピラリの長軸に平行な断面を示す。また，図７（ｃ）は２次元センサで検出される画像を示す。
【００５１】
図７に示すように，外径０．３６ｍｍ，内径０．０５ｍｍの４本のキャピラリ１が，レーザ照射位置において，間隔ｐ＝１ｍｍで同一平面上に配列し，径０．０５ｍｍに絞ったレーザビーム１１を配列平面側方より照射することで，数ｎ＝４個，有効径ｄ＝０．０５ｍｍの発光点１５が間隔ｐ＝１ｍｍで配列する発光点アレイを得る。４本のキャピラリ１はキャピラリアレイ，すなわちチャンネルアレイを構成する。発光点アレイの全幅はＷ＝ｐ＊（ｎ−１）＝３ｍｍである。焦点距離ｆ＝２ｍｍ，有効径Ｄ＝１ｍｍの４個の集光レンズ１８が間隔ｐ＝１ｍｍで配列する個別集光レンズアレイ１７を，各集光レンズ１８の焦点位置と各発光点１５が一致するように，また各集光レンズ１７の光軸が配列平面と垂直になるように設置し，各発光点１５からの発光１６をそれぞれ集光して平行光束１９とする。次に，各平行光束１９を，配列平面に平行に配置された共通ロングパスフィルタ２０を並列に透過させてレーザ光をカットする。続いて，各平行光束１９を，配列平面に平行に配置された，格子周波数１０００本／ｍｍ（格子定数１μｍ）の１個の共通透過型回折格子２１を透過させて，各キャピラリ１の長軸方向に波長分散させる。透過型回折格子２１の発光点アレイ方向の有効径はＤＧ１＝５ｍｍ，各キャピラリの長軸方向の有効径はＤＧ２＝３ｍｍとする。
【００５２】
このとき，５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍの発光の１次回折光は，図７（ｂ）に示すように，配列平面の法線に対して，それぞれ３０．０°，３６．９°，４４．４°の方向に進行する。続いて，焦点距離ｆ’＝２ｍｍ，有効径Ｄ’＝１ｍｍの４個の結像レンズ２３が間隔ｐ’＝１ｍｍで配列する個別結像レンズアレイを，各結像レンズ２３の光軸を配列平面の法線に対して３６．９°傾け，６００ｎｍの１次回折光の光軸とそれぞれ一致させ，透過型回折格子２１と近接させて設置し，波長分散された各平行光束２２を等倍に結像する。５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍの平行光束２２は結像レンズ２３によって，それぞれ集光束２４，２５，２６となる。ここで，６００ｎｍの平行光束２２を基準として，各集光レンズ１８と対応する各結像レンズ２３の間隔（光路長）をｇ＝５ｍｍとする。このとき，ｆ＝２ｍｍに対して，−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ＝２．７５ｍｍとなり，式（１）が満足され，相対検出光量は９６％（＞５０％）となる。また，０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ＝０．２４ｍｍとなり，式（２）が満足され，クロストーク信号強度比が０．４％（＜２５％）となる。さらに，結像レンズアレイから２ｍｍ離れた位置に１個の共通２次元ＣＣＤのセンサ面２７を結像レンズアレイと平行に設置し，各発光１６の波長分散像４７を検出する。
【００５３】
図７（ｃ）は２次元ＣＣＤで検出される画像５１を示しており，各発光１６の各波長分散像４７が１ｍｍ間隔で配列している。各波長分散像４７には，５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍの集光束２４，２５，２６の結像スポット４８，４９，５０が含まれる。波長分散の方向と発光点アレイの方向は垂直であるため，各発光の波長分散像は互いに重なることなく，独立に検出される。ＣＣＤの画素サイズを０．０５ｍｍ角とすると，約２０ｎｍ／画素の波長分解能が得られる。また，各発光点１５は等倍で結像されるため，波長分散されない場合の結像サイズは０．０５ｍｍ，すなわち画素サイズと等しい。つまり，結像サイズが波長分解能を低下させることはない。４色検出を行う場合，各ピーク波長は，５００〜７００ｎｍの範囲で，間隔が２０〜３０ｎｍである場合が多い。したがって，各ピーク波長はＣＣＤ上で間隔が１画素以上となり，識別可能である。
【００５４】
各発光点に対応する波長分散像，すなわち波長分散スペクトルの時間変化を分析することによって，４色の蛍光強度の時間変化を求め，塩基種の順番，すなわち塩基配列を決定する。５００〜７００ｎｍの波長分散像の長さは０．５ｍｍ程度であるため，２次元ＣＣＤのセンサ面のサイズは，発光点アレイ方向に５ｍｍ以上，波長分散方向に１ｍｍ以上あれば十分である。
【００５５】
以上の蛍光検出装置の全体サイズは，キャピラリの長軸方向の幅が５ｍｍ，配列平面と垂直方向の幅が１０ｍｍ，発光点アレイ方向の幅が５ｍｍで規定される直方体の体積（２５０ｍｍ２）よりも小さい。すなわち，特許文献１の場合と比較して，蛍光検出装置の全体サイズを１／６，４００倍に小型化できる。また，用いる光学素子はいずれも微細であるため，大幅な低コスト化が可能である。さらに，本蛍光検出装置による各発光の多色検出感度は高く，かつ均一であり，多色識別精度は高く，クロストークも低い。上記の実施例では発光点の数がｎ＝４であったが，数に限りはなく，数が増えても同様の効果を発揮することができる。透過型の回折格子の代わりに分散プリズムを用いても良い。また，以上では，複数のキャピラリを用いた電気泳動によるＤＮＡシーケンス，４色蛍光検出を対象としていたが，本発明の対象はキャピラリ，ＤＮＡシーケンス，４色蛍光検出のいずれにも限定されるものではなく，複数の発光点からの発光を多色検出する場合のすべてを対象としている。
【００５６】
以上では，図７（ｂ）に示すように，波長分散に伴い，各平行光束の光路が配列平面の法線から傾いている。このため，２次元ＣＣＤを配列平面に対して傾ける必要があるため，場合により，他の要素と立体障害を生じることがある。図７（ｂ）に示すように，ＣＣＤのセンサ面は，波長分散方向の幅が１ｍｍ以上あれば良く，これが立体障害を引き起こす可能性は低いが，ＣＣＤの回路基板や筐体（いずれも図７に示さず）が立体障害を引き起こす可能性がある。例えば，図７の場合で，ＣＣＤの全体の波長分散方向の幅が２７ｍｍを超えると（センサ面は波長分散方向の幅の中央に位置すると仮定），ＣＣＤとキャピラリの配列平面が衝突する。このような問題を回避するためには，キャピラリの配列平面とＣＣＤのセンサ面を平行に配置するのが良い。
【００５７】
これを実現するため，図８のように低分散プリズム９７を透過型回折格子２１の後段に配置することによって，透過型回折格子２１を透過した各平行光束２２の進行方向と逆向きに屈折させ，低分散プリズム９７を透過した各平行光束２２の進行方向が配列平面と垂直になるようにする。低分散プリズム９７の材質には，分散の小さいガラスを用いる。例えば，ガラス材がＳＫ１６（ｎｄ＝１．６２，νｄ＝６０．３），頂角５０°の低分散プリズムの一辺を，配列平面と平行に，透過型回折格子２１に近接させて配置する。このとき，波長６００ｎｍの平行光束は，低分散プリズム９７に３６．９°の入射角で一辺から入射し，他辺から５０°の出射角で，つまり配列平面と垂直方向に出射する。各集光レンズ１８と対応する各結像レンズ２３の間の光路長はｇ＝５ｍｍのままとし，相対検出光量，クロストーク信号強度比は上記と同じとする。したがって，図７と同等の多色検出性能を有しながら，２次元ＣＣＤのセンサ面２７とキャピラリ１の配列平面を平行にすることができ，２次元ＣＣＤと配列平面の立体障害を回避できる。このような構成は，蛍光検出装置を小型化すればするほど有効である。ここでは，透過型回折格子２１の後段に低分散プリズム９７を配置したが，他の位置に配置しても構わない。波長分散素子として回折格子の代わりに分散プリズムを用いる場合は，分散プリズムと低分散プリズムを組み合わせた直視プリズムとすれば良い。
【００５８】
図９は，発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，共通凹面反射型回折格子，及び集光レンズの光軸に垂直に配置されたセンサにより多色検出する装置構成例を示す模式図である。図９（ａ）はレーザ照射位置における各キャピラリの長軸に垂直な断面を示し，図９（ｂ）は任意の一つのキャピラリの長軸に平行な断面を示す。
【００５９】
図９に示すように，共通透過型回折格子の代わりに共通凹面反射型回折格子３８を用いれば，回折格子が結像レンズの役割を兼ねるため，個別結像レンズアレイを省くことができ，蛍光検出装置の一層の小型化が可能である。ここでも，２次元センサのセンサ面２７とキャピラリの配列平面を平行になるように配置し，小型化に伴う立体障害を回避することができる。波長分散の方向は，上記と同様に，キャピラリの長軸方向と一致させる。各集光レンズ１８は，焦点距離ｆ＝２ｍｍ，有効径Ｄ＝１ｍｍ，間隔ｐ＝１ｍｍは上記と同じであるが，各集光レンズ１８と凹面反射型回折格子３８の距離はｇ＝２ｍｍ，凹面反射型回折格子３８の焦点距離はｆ’＝４ｍｍとする。このとき，相対検出光量は９８％に向上し，クロストーク信号強度比が０．１％に低減される。しかし，このままでは，結像レンズ（凹面反射型回折格子３８）が共通化されているため，各平行光束１９が同じ位置に結像され各発光１６の波長分散像が２次元センサ上で一致するので，各発光１６を独立に多色検出することができなくなる。ここでは，この課題を解決するため，個別集光レンズアレイ１７の各集光レンズ１８の光軸を平行から互いにずらすことにより，各平行光束１９の結像位置をずらす。
【００６０】
例えば，図９（ａ）に示すように，１点鎖線で示す各集光レンズ１８の光軸と実線で示す配列平面の法線のなす角度を，θ１＝３°，θ２＝１°，θ３＝−１°，θ４＝−３°のように，互いに２°ずつずらし，各平行光束１９が放射状に広がるようにする。ただし，各集光レンズ１８の各焦点位置は各発光点１５からずれないように配置する。このとき，各発光の結像位置は互いに０．１４ｍｍの距離だけ離れ，この距離は各発光の結像サイズ０．１ｍｍ（像倍率が２倍となるため）よりも大きいため，各発光を独立に多色検出することが可能となる。
【００６１】
図７のように，レーザビーム１１を複数のキャピラリ１の配列平面の側方より照射する場合，各キャピラリの界面におけるレーザ反射によって，各キャピラリのレーザ照射強度が，レーザビーム１１の入射側（図７（ａ）の右側）から出射側（図７（ａ）の左側）に向かって徐々に低下する。したがって，集光レンズ１８以降の蛍光検出装置が各発光点１５について同等の効率を有していたとしても，得られる蛍光検出強度，あるいは感度は，レーザビーム照射の後段のキャピラリ１（図７（ａ）の左側）ほど低くなる場合がある。このような不均一を解消するため，各集光レンズ１８の集光効率を発光点１５毎に変化させることが有効である。例えば，レーザビーム１１の入射側の集光レンズ１８の有効径を小さく，レーザビーム１１の出射側の集光レンズ１８の有効径を大きくすることは有効である。
【００６２】
［実施例２］
図１０は，発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，共通ダイクロイックミラーセット，及びセンサにより多色検出する装置構成例を示す模式図である。図１０（ａ）はレーザ照射位置における各キャピラリの長軸に垂直な断面を示し，図１０（ｂ）は任意の一つのキャピラリの長軸に平行な断面を示す。また，図１０（ｃ）は２次元センサで検出される画像を示す。
【００６３】
図１０に示すように，外径０．３６ｍｍ，内径０．０５ｍｍの４本のキャピラリ１のレーザ照射位置を間隔ｐ＝０．５ｍｍで同一平面上に配列し，径０．０５ｍｍに絞ったレーザビーム１１を配列平面側方より照射することで，数ｎ＝４個，有効径ｄ＝０．０５ｍｍの発光点１５が間隔ｐ＝０．５ｍｍで配列する発光点アレイを得る。ここで，レーザビーム１１の波長は５０５ｎｍ，４色の蛍光（発光極大波長）は，Ａ蛍光（５４０ｎｍ），Ｂ蛍光（５７０ｎｍ），Ｃ蛍光（６００ｎｍ），及びＤ蛍光（６３０ｎｍ）とする。発光点アレイの全幅はＷ＝ｐ＊（ｎ−１）＝１．５ｍｍである。焦点距離ｆ＝１ｍｍ，有効径Ｄ＝０．４ｍｍの４個の集光レンズ１８が間隔ｐ＝０．５ｍｍで配列する個別集光レンズアレイ１７を，各集光レンズ１８の焦点位置と各発光点１５が一致するように，また各集光レンズ１８の光軸が配列平面と垂直になるように設置し，各発光点１５からの発光をそれぞれ集光して平行光束１９とする。
【００６４】
次に，各平行光束１９を，光軸方向に直列に配列された１組の共通ダイクロイックミラーセットに並列に入射させる。ダイクロイックミラーセットは，ロングパスフィルタ５６，Ａダイクロイックミラー３９，Ｂダイクロイックミラー４１，Ｃダイクロイックミラー４３，及びＤダイクロイックミラー４５の５点の要素で構成され，各要素はそれぞれ１個ずつであり，それぞれが各発光点について共通かつ並列に用いられる。ロングパスフィルタ５６は，配列平面と平行に，各集光レンズ１８から０．５ｍｍの距離の位置に配置する。各ダイクロイックミラー３９，４１，４３，４５は，キャピラリの長軸と平行に１ｍｍ間隔で配置し，それぞれ法線が配列平面に対して４５°傾くように配置する。また，Ａダイクロイックミラー３９の中心を各集光レンズから１ｍｍの距離（ロングパスフィルタ５６から０．５ｍｍの距離）の位置に配置する。各要素のサイズは，発光点アレイの配列方向の有効径がＤＭ１＝３ｍｍ，これと直交方向の有効径がＤＭ２＝１．４ｍｍ（ロングパスフィルタのみＤＭ２＝１ｍｍ）である。
【００６５】
各平行光束１９を，最初にロングパスフィルタ５６に垂直に並列に入射させ，５２０ｎｍ以下の光をカットし，特にレーザビームの波長である５０５ｎｍを大幅にカットする。ロングパスフィルタ５６を透過した各平行光束を，次にＡダイクロイックミラー３９に４５°で並列に入射させ，５３０〜５５０ｎｍの光を透過させ，５６０ｎｍ以上の光を反射させる。Ａダイクロイックミラー３９の透過光である５３０〜５５０ｎｍの各平行光束をＡ平行光束４０と呼び，主にＡ蛍光（極大発光波長５４０ｎｍ）の検出に用いる。Ａダイクロイックミラー３９の反射光である各平行光束を，次にＢダイクロイックミラー４１に４５°で並列に入射させ，５６０〜５８０ｎｍの光を反射させ，５９０ｎｍ以上の光を透過させる。Ｂダイクロイックミラー４１の反射光である５６０〜５８０ｎｍの各平行光束をＢ平行光束４２と呼び，主にＢ蛍光（極大発光波長５７０ｎｍ）の検出に用いる。
【００６６】
Ｂダイクロイックミラー４１の透過光である各平行光束を，次にＣダイクロイックミラー４３に４５°で並列に入射させ，５９０〜６１０ｎｍの光を反射させ，６２０ｎｍ以上の光を透過させる。Ｃダイクロイックミラー４３の反射光である５９０〜６１０ｎｍの各平行光束をＣ平行光束４４と呼び，主にＣ蛍光（極大発光波長６００ｎｍ）の検出に用いる。Ｃダイクロイックミラー４３の透過光である各平行光束を，次にＤダイクロイックミラー４５に４５°で並列に入射させ，６２０〜６４０ｎｍの光を反射させ，６５０ｎｍ以上の光を透過させる（図１０に示さず）。Ｄダイクロイックミラー４５の反射光である６２０〜６４０ｎｍの平行光束をＤ平行光束４６と呼び，主にＤ蛍光（極大発光波長６３０ｎｍ）の検出に用いる。４個の各発光点に対応する４組の各平行光束４０，４２，４４，４６はいずれも，配列平面と垂直方向に進行する。なお，Ｄダイクロイックミラー４５は全反射ミラーで置き換えても良い。
【００６７】
続いて，共通２次元ＣＣＤのセンサ面２７を配列平面と平行に，各集光レンズから２ｍｍの距離（各ダイクロイックミラー３９，４１，４３，４５の中心から１ｍｍの距離）の位置に配置し，４組の各平行光束４０，４２，４４，４６を結像させずにセンサ面２７に並列に入射させる。図１０（ｃ）に示す２次元ＣＣＤで撮像した画像５１上には，平行光束４０，４２，４４，４６に対応するスポット５２，５３，５４，５５がそれぞれ４組，合計１６個のスポットが形成される。各スポットは，径０．４ｍｍ，発光点アレイ方向に０．５ｍｍ間隔，キャピラリ長軸方向に１ｍｍ間隔で格子状に配列され，それぞれが独立に検出される。したがって，２次元ＣＣＤのセンサ面２７のサイズは，発光点アレイ方向に３ｍｍ以上，キャピラリ長軸方向に５ｍｍ以上あれば十分である。このとき，最も光路長の長いＤ平行光束４６を基準とすると，各集光レンズ１８とセンサ面２７の距離はｇ＝５ｍｍである。ｆ＝１ｍｍに対して，−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ＝１ｍｍとなり，式（１）が満足され，相対検出光量は５１％（＞５０％）となる。また，０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ＝０．４８ｍｍとなり，式（２）が満足され，クロストーク信号強度比が０．１％（＜２５％）となる。各発光点に対応する４個のスポットの強度の時間変化を分析することによって，４色の蛍光強度の時間変化を求め，塩基種の順番，すなわち塩基配列を決定する。
【００６８】
以上の蛍光検出装置の全体サイズは，キャピラリの長軸方向の幅が５ｍｍ，配列平面と垂直方向の幅が５ｍｍ，発光点アレイ方向の幅が３ｍｍで規定される直方体の体積（７５ｍｍ２）よりも小さい。すなわち，特許文献１の場合と比較して，蛍光検出装置の全体サイズを１／２１，０００倍に小型化できる。また，用いる光学素子はいずれも微細であるため，大幅な低コスト化が可能である。さらに，本蛍光検出装置による各発光の多色検出感度は高く，かつ均一であり，多色識別精度は高く，クロストークも低い。上記の実施例では発光点の数がｎ＝４であったが，数に限りはなく，数が増えても同様の効果を発揮することができる。ダイクロイックミラーセットを用いて多色検出を行う他の効果は，特許文献１や実施例１で用いる回折格子の場合と比較して，実効的な検出光量が多いことである。回折格子を用いる場合は波長分散に活用できる回折効率は５０％程度であるのに対して，ダイクロイックミラーセットを用いる場合は殆どロスがないため，実効的には，上記の相対検出光量の２倍程度の光量を得ることができる。
【００６９】
図１１は，発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，共通ダイクロイックミラーセット，及びセンサにより，波長分散の場合と同等に多色検出する装置構成例を示す断面模式図である。
【００７０】
図１１は，上記の共通ダイクロイックミラーセットを発展させたものである。ダイクロイックミラーセットは，光軸方向に順番に配列されたロングパスフィルタ５６，ダイクロイックミラー５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１の９点の要素で構成される。ダイクロイックミラー５７は，５２０〜５４０ｎｍの平行光束５８を透過させ，５４０ｎｍ以上の光を反射させる。ダイクロイックミラー５９は，５４０〜５６０ｎｍの平行光束６０を反射させ，５６０ｎｍ以上の光を透過させる。ダイクロイックミラー６１は，５６０〜５８０ｎｍの平行光束６２を反射させ，５８０ｎｍ以上の光を透過させる。ダイクロイックミラー６３は，５８０〜６００ｎｍの平行光束６４を反射させ，６００ｎｍ以上の光を透過させる。ダイクロイックミラー６５は，６００〜６２０ｎｍの平行光束６６を反射させ，６２０ｎｍ以上の光を透過させる。ダイクロイックミラー６７は，６２０〜６４０ｎｍの平行光束６８を反射させ，６４０ｎｍ以上の光を透過させる。ダイクロイックミラー６９は，６４０〜６６０ｎｍの平行光束７０を反射させ，６６０ｎｍ以上の光を透過させる。ダイクロイックミラー７１は，６６０〜６８０ｎｍの平行光束７２を反射させ，６８０ｎｍ以上の光を透過させる。
【００７１】
以上により，１つの発光点１５からの発光がセンサ面２７上に８個のスポットを形成し，これらの強度は５２０〜６８０ｎｍの範囲の２０ｎｍ幅の発光スペクトルを与える。このような構成にすることにより，用いる蛍光体の種類に応じてダイクロイックミラーを設計し直す必要がなくなり，５２０〜６８０ｎｍの範囲の任意の蛍光を高感度，高精度に検出することが可能となる。各発光を分割するスポットの数，分割する波長幅は，上記の実施例に限らず，任意に設定できることは言うまでもない。
【００７２】
［実施例３］
図１２は，発光点アレイからの発光を，個別集光レンズ，及びカラーセンサにより多色検出する装置構成例を示す断面模式図である。図１２（ａ）はレーザ照射位置における各キャピラリの長軸に垂直な断面を示し，図１０（ｂ）は２次元センサで検出される画像を示す。本実施例は，２次元センサ，例えば２次元ＣＣＤにカラーセンサ面７３を用いる例である。
【００７３】
各発光点１５からロングパスフィルタ５６までは，実施例２の図１０と同じ構成である。図１２（ａ）に示すように，ロングパスフィルタ５６を透過した各平行光束は直接，２次元ＣＣＤのカラーセンサ面７３に入射される。各集光レンズ１８とカラーセンサ面７３の距離はｇ＝１ｍｍとする。このとき，ｆ＝１ｍｍに対して，−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ＝１．１ｍｍとなり，式（１）が満足され，相対検出光量は６１％（＞５０％）となる。また，０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ＝０．１０ｍｍとなり，式（２）が満足され，クロストーク信号強度比が０．０％（＜２５％）となる。
【００７４】
図１２（ｂ）に示すように，カラーセンサ面７３の像７４上には，各平行光束によるスポット７５が形成される。各スポット７５は，径Ｄ＝０．４ｍｍ，発光点アレイ方向に０．５ｍｍ間隔で配列され，それぞれが独立に検出される。図１２（ｂ）の拡大図に模式的に示すように，カラーセンサ面７３は，主にＡ蛍光（極大発光波長５４０ｎｍ）を検出するＡ画素７６，主にＢ蛍光（極大発光波長５７０ｎｍ）を検出するＢ画素７７，主にＣ蛍光（極大発光波長６００ｎｍ）を検出するＣ画素７８，主にＤ蛍光（極大発光波長６３０ｎｍ）を検出するＤ画素７９の４種類の画素がそれぞれ多数個，規則正しく配列して構成されている。各画素７６，７７，７８，７９のサイズはいずれもＳ＝０．０５ｍｍであり，Ｓ＜Ｄを満たす。このとき，各スポット７５は約８０個の画素で検出され，１種類の画素あたり約２０画素で検出される。このように，各種類の画素について，多数個の画素が各スポット７５を検出することによって，各発光点１５からの発光の多色検出を精度良く行うことができる。例えば，各種類の画素と，スポットの相対位置が変動したとしても問題にならない。あるいは，スポット内の光強度分布が不均一であったとしても，各色を均等に検出できる。
【００７５】
以上の蛍光検出装置の全体サイズは，キャピラリの長軸方向の幅が３ｍｍ，配列平面と垂直方向の幅が２ｍｍ，発光点アレイ方向の幅が３ｍｍで規定される直方体の体積（１８ｍｍ２）よりも小さい。すなわち，特許文献１の場合と比較して，蛍光検出装置の全体サイズを１／８９，０００倍に小型化できる。また，用いる光学素子はいずれも微細であるため，大幅な低コスト化が可能である。さらに，本蛍光検出装置による各発光の多色検出感度は高く，かつ均一であり，多色識別精度は高く，クロストークも低い。上記の実施例では発光点の数がｎ＝４であったが，数に限りはなく，数が増えても同様の効果を発揮することができる。ただし，上記のようなカラーセンサを用いる場合は，センサ面に入射する光量の利用効率は１／４に低下する。回折格子を用いる実施例１の回折効率５０％程度の場合と比較すると，実効的な効率は約半分となる。しかしながら，装置構成は非常に単純であり，一層の小型化が可能である。
【００７６】
センサ面の入射する光量の利用効率を向上するためには，各色を検出する素子が図１２のようにセンサ面と平行に配列するカラーセンサではなく，センサ面に垂直に配列するカラーセンサを用いることが有効である。この場合は必ずしもＳ＜Ｄを満たす必要はない。
【００７７】
［実施例４］
本発明の実装上の課題のひとつは，各発光点と各集光レンズの位置合わせを如何に精度良く，簡便に行うかである。本実施例は，複数のキャピラリについて，これを実現する手段を示すものである。
【００７８】
図１３は，複数のキャピラリと，複数のキャピラリを配列するＶ溝アレイと，個別集光レンズアレイとを一体化したデバイスの構成例を示す断面模式図である。図１３（ａ）はレーザ照射位置における各キャピラリの長軸に垂直な断面を示し，図１３（ｂ）はレーザ照射位置ではない個所における各キャピラリの長軸に垂直な断面を示し，図１３（ｃ）は任意の一つのキャピラリの長軸に平行な断面を示す。図１３（ａ）は図１３（ｃ）のＡ−Ａ断面に相当し，図１３（ｂ）は図１３（ｃ）のＢ−Ｂ断面に相当する。
【００７９】
図１３に示すデバイスは，複数のキャピラリ１からなるキャピラリアレイと，サブデバイス８０を含む。サブデバイス８０は，複数のＶ溝８１が間隔ｐで配列したＶ溝アレイと，複数の集光レンズ１８が間隔ｐで配列した集光レンズアレイが同一デバイスに形成されたものであり，各Ｖ溝８１と各集光レンズ１８の中心軸を一致させてある。複数のキャピラリ１をそれぞれＶ溝８１に押し当てることによって，簡便に，複数のキャピラリ１を所定の間隔ｐで同一平面上に配列させることができる。また，各キャピラリ１のレーザビーム１１の照射位置である各発光点１５と，各集光レンズ１８の焦点が一致するように，サブデバイス８０における各Ｖ溝８１と各集光レンズ１８の相対位置を調整しておく。これにより，発光点１５からの発光が集光レンズ１８によって平行光束１９に変換される。
【００８０】
図１３（ａ）に示すように，発光点１５におけるキャピラリ１の断面には，サブデバイス８０の集光レンズ１８が存在し，Ｖ溝８１が存在しない。一方，図１３（ｂ）に示すように，発光点１５の両脇におけるキャピラリ１の断面には，サブデバイス８０の集光レンズ１８が存在せず，Ｖ溝８１が存在する。図１３（ｃ）はキャピラリ１の長軸方向の断面を示し，サブデバイス８０の中央に集光レンズ１８が存在し，その両脇にＶ溝８１が存在している。これは，Ｖ溝８１によるキャピラリ１の高精度な位置合わせを実現しつつ，発光点１５からの発光の検出をＶ溝８１が邪魔をしないようにする工夫である。以上のようなサブデバイス８０を予め作成しておけば，複数のキャピラリ１をそれぞれ各Ｖ溝８１に押し付けるだけで，各発光点１５と各集光レンズ１８の高精度な位置合わせを簡便に行うことが可能となる。本実施例は，実施例１〜３のいずれの構成とも組み合わせることができる。Ｖ溝アレイと集光レンズアレイを一体化したサブデバイス８０は，射出成形やインプリントのような加工法で一体成形することが可能であり，低コストに量産も可能である。もちろん，Ｖ溝８１と集光レンズ１８を別々に作製してから結合させることでサブデバイス８０を完成させても良い。
【００８１】
サブデバイスはＶ溝アレイが無い場合も有効である。例えば，サブデバイスのキャピラリ配列側の表面をＶ溝アレイではなく，平面としても良い。複数のキャピラリの配列間隔は別の手段によって調整する必要があるが，各キャピラリをサブデバイスの上記平面に押し付けることによって，各キャピラリと各集光レンズの距離，すなわち各発光点と各集光レンズの距離を制御することは可能である。あるいは，Ｖ溝ではなくても，キャピラリの位置を制御するための構造物をサブデバイスに設ければ良い。
【００８２】
各集光レンズ１８の，発光点アレイ方向の焦点距離ｆ１と，キャピラリの長軸方向の焦点距離ｆ２とするとき，以上の実施例ではｆ１＝ｆ２としていたが，ｆ１≠ｆ２とすることも有効である。キャピラリ１は円筒形状をしているため，発光点アレイ方向にレンズ作用を持つが，長軸方向にはレンズ作用を持たない。したがって，発光点１５からの発光を集光レンズ１８で効率良く集光するためには，上記のキャピラリのレンズ作用の方向による違いをキャンセルすることが有効であり，そのためにはｆ１≠ｆ２とすれば良い。これは，各集光レンズ１８を非球面とすることで簡単に実現できる。また，各集光レンズ１８をフレネルレンズとすることによって，レンズの厚みを低減し，蛍光検出装置をさらに小型化することも可能である。フレネルレンズの利用は，ｆ１＝ｆ２の場合も，もちろん有効である。
【００８３】
図１４は，複数のキャピラリにそれぞれ個別集光レンズを接着したデバイスの構成例を示す断面模式図である。図１４（ａ）はレーザ照射位置における各キャピラリの長軸に垂直な断面を示し，図１４（ｃ）は任意の一つのキャピラリの長軸に平行な断面を示す。ここでは，各発光点と各集光レンズの位置合わせを精度良く，簡便に行う他の方法を示す。
【００８４】
個別集光レンズ１８を各キャピラリ１に接着し，各集光レンズ１８の焦点と各キャピラリ１の発光点１５が一致するようにする。図１４では，球状の集光レンズ１８を用いているが，もちろん他の形状の集光レンズでも構わない。各集光レンズ１８の各キャピラリ１への接着は，複数のキャピラリの同一平面上への配列が終わってから行う方が望ましい。これは，複数のキャピラリ１の配列工程で，複数の集光レンズ１８が同一平面上に並ばなかったり，複数の集光レンズ１８の光軸が互いに平行でなくなったりすることを避けられる効果を生む。また，上記の接着が終了した状態のキャピラリアレイをユーザに供給することによって，キャピラリアレイの搬送工程，蛍光検出装置への設置工程等で，各発光点１５と各集光レンズ１８の相対位置が所定の位置からずれることを防ぐことができる。
【００８５】
［実施例５］
図１５は，マルチチャンネルを有するマイクロチップと個別集光レンズアレイが一体化したデバイスの構成例を示す断面模式図である。本実施例は，複数のキャピラリではなく，マイクロチップ８６に設けられた複数のチャンネル８２，すなわちチャンネルアレイを対象とする。
【００８６】
図示の例のマイクロチップ８６は，表面に複数の角型の４個の溝が形成されたチャンネル基板８３と，表面が平面である平面基板８４を，それぞれの表面を対向させて張り合わせて作製される。チャンネル基板８３と平面基板８４の境界を張り合わせ面８５と呼ぶ。上記の４個の溝は，張り合わせ面８５で仕切られることによって，４個のチャンネル８２を形成する。これらのチャンネル８２は，径０．０５ｍｍであり，間隔ｐ＝０．５ｍｍで同一平面上に配列する。本実施例では，複数のチャンネルの配列平面を，単に配列平面と呼ぶ。径０．０５ｍｍに絞ったレーザビーム１１を配列平面側方より照射することで，数ｎ＝４個，有効径ｄ＝０．０５ｍｍの発光点１５が間隔ｐ＝０．５ｍｍで配列する発光点アレイを得る。発光点アレイの全幅はＷ＝ｐ＊（ｎ−１）＝１．５ｍｍである。本実施例では，さらに，チャンネル基板８３の溝が形成された表面と反対側の裏面に４個の個別集光レンズ１８を形成する。これらの集光レンズ１８は，間隔ｐ＝０．５ｍｍで配列平面と平行に，各光軸が配列平面と垂直になるように配列され，かつ各焦点が各発光点と一致するようにする。
【００８７】
チャンネル基板８３を射出成形やインプリントで作製すれば，表面に溝，裏面に集光レンズ１８を，それぞれの相対位置を上記の通りに精度良く合わせながら低コストに加工することが可能である。ここでは，集光レンズ１８の焦点距離ｆ＝１ｍｍ，有効径Ｄ＝０．４ｍｍとする。集光レンズ１８によって各発光点１５からの発光をそれぞれ集光して平行光束１９とする。それ以降は，これまで説明した，いずれの実施例の蛍光検出装置とも組み合わせることができる。各チャンネル８２を用いて，上記の実施例と同様に電気泳動によるＤＮＡシーケンスを行っても良いし，その他のアプリケーションに適用しても構わない。いずれの場合にも，４個の発光点からの発光を，従来と比較して大幅に小型化された蛍光検出装置を用いて，低クロストークかつ高感度に多色検出できる。
【００８８】
次に，マイクロチップ８６を用いた，より具体的な実施例を説明する。
【００８９】
図１６は，マルチチャンネルを有するマイクロチップと個別集光レンズアレイが一体化したデバイスと個別ＬＥＤ照明による発光点アレイからの発光を，共通ダイクロイックミラーセット，及びセンサにより多色検出する装置構成例を示す断面模式図である。図１６（ａ）はマイクロチップの上面模式図，図１６（ｂ）は任意の１個のチャンネルを側面から見た断面模式図，図１６（ｃ）は，蛍光標識されてチャンネル内部を流れる液滴と発光点の関係を示す説明図である。
【００９０】
図１６（ａ）の上面模式図に示すように，図示の例のマイクロチップ８６には，径０．１ｍｍ，長さ５０ｍｍの１０個のチャンネル８２が，間隔ｐ＝２ｍｍで，平行かつ同一平面上に配列している。各チャンネル８２の両端には，フロー入口８７とフロー出口８８が形成されている。各チャンネル８２の中央に発光点１５が位置している。
【００９１】
図１６（ｂ）に示すように，これまでの実施例と異なり，本実施例では，励起光としてレーザビームの代わりにＬＥＤ光を用い，落射蛍光検出の光学系を採用する。また，ＬＥＤ光源９０は，チャンネル８２毎に個別に準備する。個別ＬＥＤ光源９０から発振した中心波長５０５ｎｍのＬＥＤ光は，焦点距離５ｍｍの個別コリメートレンズ９１によりＬＥＤ平行光束９２とされた後，共通ＬＥＤダイクロイックミラー８９に４５°の入射角で並列に入射して反射され，配列平面に向かって垂直に進む。ＬＥＤダイクロイックミラー８９の中心は，各集光レンズ１８から１ｍｍの距離の位置に配置する。次に，各ＬＥＤ平行光束９２は，焦点距離ｆ＝１ｍｍ，有効径Ｄ＝１ｍｍの個別集光レンズ１８によって各発光点１５の位置にそれぞれ集光される。このとき，ＬＥＤ光の集光サイズは径０．０５ｍｍとなるため，発光点のサイズもｄ＝０．０５ｍｍとなり，チャンネル８２の径０．１ｍｍよりも小さくすることができる。これはクロストークを低減する上で有利となる。
【００９２】
各発光点１５からの発光は，同一の個別集光レンズ１８によりそれぞれ平行光束１９とされ，共通ＬＥＤダイクロイックミラー８９に４５°の入射角で並列に入射し，ＬＥＤ光はＬＥＤダイクロイックミラー８９でそれぞれ反射してＬＥＤ光源９０の方向に進み，蛍光はＬＥＤダイクロイックミラー８９をそれぞれ透過する。以降の，Ａダイクロイックミラー３９，Ｂダイクロイックミラー４１，Ｃダイクロイックミラー４３，及びＤダイクロイックミラー４５の各要素を各発光点について共通かつ並列に用い，Ａ蛍光，Ｂ蛍光，Ｃ蛍光，及びＤ蛍光を検出する点は実施例２と同等である。実施例２と異なる点は，Ａダイクロイックミラー３９の中心と各集光レンズ１８の距離が２ｍｍであること，各ダイクロイックミラー３９，４１，４３，４５の発光点アレイの配列方向の有効径がＤＭ１＝２５ｍｍであることである。このとき，各集光レンズ１８とセンサ面２７の距離はｇ＝６ｍｍである。ｆ＝１ｍｍに対して，−０．２０＊（ｄ／Ｄ）＊ｇ＋２．８＊Ｄ＝２．７４ｍｍとなり，式（１）が満足され，相対検出光量は３６２％（＞５０％）となる。また，０．９５＊（ｄ／ｐ）＊ｇ＝０．１４ｍｍとなり，式（２）が満足され，クロストーク信号強度比が０．０％（＜２５％）となる。
【００９３】
本実施例では，上記のマイクロチップ８６及び蛍光検出装置をデジタルＰＣＲの測定に用いる。デジタルＰＣＲでは，オイル中に多数の液滴（エマルジョン）を形成し，各液滴にターゲットのＤＮＡ分子が０個か１個だけ含まれるようにする。この状態でＰＣＲを行い，ターゲットが存在して増幅された場合に蛍光を発光するようにする。ひとつひとつの液滴の蛍光発光の有無を調べることによって，元のサンプル中に存在したターゲットの分子数を高精度に定量する。さらに，４色の蛍光検出を行うことによって，４種類のターゲットについて，独立にデジタルＰＣＲを行うことが可能である。デジタルＰＣＲの課題の一つはスループットの向上であり，多数の液滴の高スループットな多色検出が重要である。図１６（ｃ）は，チャンネル８２の内部を，オイルとともに，Ａ蛍光，Ｂ蛍光，Ｃ蛍光，及びＤ蛍光で標識された４種類の液滴９３，９４，９５，９６がフローし，発光点１５を横切る際に励起を受けて各蛍光を発光する構成を示している。従来は，１個のチャンネルを用いた１色検出によりデジタルＰＣＲの測定を行っていたが，本実施例では，１０個のチャンネルを用いた４色検出によりデジタルＰＣＲの測定を行えるため，スループットは４０倍となる。しかも，マイクロチップ８６及び蛍光検出装置は非常に小型であり，低コストに製造可能である。
【００９４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１  キャピラリ
１０  レーザ光源
１１  レーザビーム
１２  レーザ照射位置
１５  発光点
１７  集光レンズアレイ
１８  集光レンズ
２０  ロングパスフィルタ
２１  透過型回折格子
２３  結像レンズ
２７  センサ面
２８  センサ領域
３８  凹面反射型回折格子
３９  Ａダイクロイックミラー
４１  Ｂダイクロイックミラー
４３  Ｃダイクロイックミラー
４５  Ｄダイクロイックミラー
４７  波長分散像
５６  ロングパスフィルタ
７３  カラーセンサ面
８０  サブデバイス
８１  Ｖ溝
８２  チャンネル
８３  チャンネル基板
８４  平面基板
８６  マイクロチップ
９０  ＬＥＤ光源
９１  コリメートレンズ
９７  低分散プリズム
【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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【図１５】
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【図１６】
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