(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＩＦ分析を簡単に高感度で測定でき、且つ光熱変換分光分析を同時且つ簡単に測定することができる蛍光分析用光合分波器、蛍光分析用光学モジュール、蛍光分析装置、蛍光・光熱変換分光分析装置、及び蛍光分析用チップを提供する。【解決手段】蛍光分析装置としてのマイクロ化学システム１００は、蛍光分析用光学モジュール１００ａと、励起光を蛍光分析用チップ２０内部の流路２０４内の試料溶液に集光するプローブ５０と、蛍光分析用チップ２０を載置する試料台２１とを備える。蛍光分析用光学モジュール１００ａは、主波長λ1の励起光を出射する励起光用光源５３と、蛍光分析用光合分波器５６と、主波長λ2の蛍光を受光する検出器５４と、光ファイバ１０６と、光ファイバ１０７と、光ファイバ１０８とを備える。試料溶液を流す流路２０４は金属反射膜２０５で被覆されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主波長λ１の励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を分析する蛍光分析装置に用いられる蛍光分析用光合分波器であって、
前記励起光及び前記蛍光を受光する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部と、前記波長選択材料部を透過した蛍光を受光する第２のレンズとを備えることを特徴とする蛍光分析用光合分波器。
【請求項２】
前記誘電体多層膜は、カットオフ波長が前記主波長λ１と前記主波長λ２の間にあるロングパスフィルタであることを特徴とする請求項１記載の蛍光分析用光合分波器。
【請求項３】
前記波長選択材料部に対する前記主波長λ１の光の透過率は−３０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光分析用光合分波器。
【請求項４】
前記波長選択材料部に対する前記試料から発生する前記主波長λ２の光の透過率は−３ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蛍光分析用光合分波器。
【請求項５】
前記第１及び第２のレンズは、夫々中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光分析用光合分波器。
【請求項６】
前記第１のレンズ、前記波長選択材料部、及び前記第２のレンズが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蛍光分析用光合分波器。
【請求項７】
主波長λ１の励起光を出射する励起光用光源と、
プローブ又は光コネクタを介して前記励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を合分波する蛍光分析用光合分波器と、
前記蛍光分析用光合分波器を透過した蛍光を受光する検出器と、
前記励起光用光源と前記蛍光分析用光合分波器を接続する第１の光伝送路と、前記プローブ又は前記光コネクタを前記蛍光分析用光合分波器に接続する第２の光伝送路と、
前記検出器及び前記蛍光分析用光合分波器を接続する第３の光伝送路とを備えることを特徴とする蛍光分析用光学モジュール。
【請求項８】
前記蛍光分析用光合分波器は、前記励起光及び前記蛍光を受光する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部とを備え、
前記第１の光伝送路の光軸は、前記波長選択材料部への前記励起光の入射角度が略５度以下となるように、前記第１のレンズの光軸中心からオフセットしていることを特徴とする請求項７記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項９】
前記第１〜第３の光伝送路は、全て光ファイバーからなることを特徴とする請求項７又は８記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１０】
前記光ファイバがシングルモードファイバであることを特徴とする請求項９記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１１】
前記プローブは他の光コネクタが接続された第４の光伝送路を有し、前記他の光コネクターは前記光コネクタに接続されるように構成されていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１２】
前記励起光用光源は、光変調機構を備えることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１３】
前記光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であることを特徴とする請求項１２記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１４】
前記ロックイン変調回路は、前記励起光用光源の光変調を矩形波で行うことを特徴とする請求項１３記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１５】
前記励起光用光源と前記蛍光分析用光合分波器の間に光アイソレーターを設けたことを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１６】
前記蛍光分析用光合分波器と前記検出器の間に前記主波長λ１の光を透過しないエッジフィルタを設けたことを特徴とする請求項１５記載の蛍光分析用光学モジュール。
【請求項１７】
請求項７乃至１６のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュールと、
前記試料を流すための流路を有する板状部材を載置する試料台と、
前記試料台と前記蛍光分析用光学モジュールの少なくとも１つを相対的に移動させて位置決めする移動機構とを備えることを特徴とする蛍光分析装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の蛍光分析装置と、
主波長λ３の検出光を出射する検出光用光源と、
前記励起光により前記試料中に生じる熱レンズを透過した前記検出光の光熱変換信号強度を検出する光電変換器と、
第３のレンズと誘電多層膜から成る他の波長選択材料部と第４のレンズとをこの順に配置した光熱変換分光分析用光合分波器と、
前記光熱変換分光分析用光合分波器を前記検出光用光源と接続する第５の光伝送路とを備えると共に、
光熱変換分光分析用光合分波器を前記第３の光伝送路の中間に配置する蛍光・光熱変換分光分析装置であって、
前記光熱変換分光分析用光合分波器は、前記検出光用光源からの検出光を前記第３のレンズで受光し、
前記他の波長選択材料部を透過した蛍光を前記第４のレンズを経て前記検出器で受光することを特徴とする蛍光・光熱変換分光分析装置。
【請求項１９】
前記主波長λ３は、λ１＜λ２＜λ３という関係を満足することを特徴とする請求項１８記載の蛍光・光熱変換分光分析装置。
【請求項２０】
前記主波長λ３と前記主波長λ２の差が５０ｎｍ〜５００ｎｍであって、前記主波長λ１及び前記主波長λ３の前記熱レンズ内での色収差が夫々２０〜２００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１９記載の蛍光・光熱変換分光分析装置。
【請求項２１】
前記検出光用光源は、光変調機構を備えることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の蛍光・光熱変換分光分析装置。
【請求項２２】
前記光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であることを特徴とする請求項２１記載の蛍光・光熱変換分光分析装置。
【請求項２３】
試料を流す流路を有する板状部材を備える蛍光分析用チップであって、所定波長を有する励起光をレンズを介して前記流路中の試料に照射する照射手段と、前記流路中の試料からの出力光を検出する検出手段とを備えるマイクロ化学システムに配置される蛍光分析用チップにおいて、
前記流路又はその近傍に反射ミラーを有し、前記検出手段は前記反射ミラーにより反射され、且つ前記レンズで集光された蛍光を含む前記出力光を前記レンズを介して検出することを特徴とする蛍光分析用チップ。
【請求項２４】
前記流路は、前記励起光入射面が平面であり、前記励起光入射面以外の面が曲面であることを特徴とする請求項２３記載の蛍光分析用チップ。
【請求項２５】
前記反射ミラーは、前記レンズを介して前記励起光が集光される位置に前記蛍光を集光することを特徴とする請求項２４記載の蛍光分析用チップ。
【請求項２６】
前記反射ミラーは金属膜であることを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の蛍光分析用チップ。
【請求項２７】
前記板状部材は、前記流路を構成する溝を有する第１の板状部材と、当該第１の板状部材の溝側表面に接着された第２の板状部材とから成り、前記第１の板状部材の前記溝側表面の裏面に前記反射ミラーを有することを特徴とする請求項２３記載の蛍光分析用チップ。
【請求項２８】
前記板状部材は、前記流路を構成するスリットを有する第１の板状部材と、当該第１の板状部材の両面に接着された２枚の第２の板状部材とから成り、前記スリットの表面及び、前記第２の板状部材うち、前記第１の板状部材のスリット側表面の裏面に接着されたものと前記第１の板状部材との間に前記反射ミラーを有することを特徴とする請求項２３記載の蛍光分析用チップ。
【請求項２９】
前記板状部材は、前記試料を電気泳動させるための切り分け用流路と前記切り分け用流路と交差する分離用流路とを備え、且つ前記分離用流路において前記試料から発する前記蛍光を外部に取り出す領域に前記反射ミラーを備えることを特徴とする請求項２３乃至２８のいずれか１項に記載の蛍光分析用チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光分析用光合分波器、蛍光分析用光学モジュール、蛍光分析装置、蛍光・光熱変換分光分析装置、及び蛍光分析用チップに関し、特に、レーザ誘起蛍光分析法及び光熱変換分光分析を実行する蛍光分析用光合分波器、蛍光分析用光学モジュール、蛍光分析装置、蛍光・光熱変換分光分析装置、及び蛍光分析用チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ化学システムは、キャピラリチューブや蛍光分析用チップを用いて微量のサンプルを高感度に検出・分析するためのものである。例えば、蛍光分析用チップには、微量の試料を含む溶液（試料溶液）が流れる微細な流路が設けられており、この流路は、分岐路や合流路、さらには蛇行路のような種々の形状のものがある。
【０００３】
上記高感度な検出方法として、従来より光熱変換分光分析やレーザ誘起蛍光（ＬＩＦ：Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）分析が知られている。このＬＩＦ分析は、レーザにより対象蛍光分子を電子励起させ、それらが基底準位に落ちる際に発生する蛍光を測定する方法であり、エネルギー準位間の共鳴遷移を利用するため、その励起の確率は大きく、極めて高感度の検出が可能とするものである。
【０００４】
例えば、従来技術として、小さなガラス基板等に形成した微細な流路内を流れる試料に、その流路底面からレンズを介して励起光を集光照射することにより、その試料が発する蛍光を流路側面方向から検出するものが開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
さらに、上記従来技術におけるマイクロ化学システムの問題点、即ち、光源、測定部や検出部（光電変換部）の光学系等の構成が複雑であり、大型で可搬性に欠け、場所や装置の操作が限定され、ひいては、ユーザの作業効率が悪いという問題を解決する従来技術として、小さなガラス基板等の流路内を流れる試料に、その流路上面からレンズを介して励起光を集光照射し、その試料が発する蛍光を上記流路上面のレンズによって検出器に導光することによりＬＩＦ分析を行う際のマイクロ化学システム全体の大きさをコンパクトにしたものが開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２１４１９４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３１２８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、励起光をレンズに導光し、且つレンズを介して蛍光を導光するため、ダイクロイックミラーを励起光の光軸から４５度に傾けてマイクロ化学システムに配置するため、試料から出力される光がＰ偏光及びＳ偏光の波長特性の違いから、反射波長帯と透過波長帯の境が広がり、蛍光の以外の光が検出器に入り、ＬＩＦ分析を精度よく行うことができないおそれがあった。
【０００８】
また、流路内を流れる試料は蛍光を等方的に発するので、上述のような構成でＬＩＦ分析を行う場合、検出器側に発せられた蛍光しか検出できなかった。このため、弱い蛍光を発する物質の分析同定には限界があった。
【０００９】
また、上記ＬＩＦ分析と光熱変換分光分析の両方が可能なマイクロ化学システムがないため、夫々別のシステムをそろえなければならないといった問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ＬＩＦ分析を簡単に高感度で測定でき、且つ光熱変換分光分析を同時且つ簡単に測定することができる蛍光分析用光合分波器、蛍光分析用光学モジュール、蛍光分析装置、蛍光・光熱変換分光分析装置、及び蛍光分析用チップを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の蛍光分析用光合分波器は、主波長λ１の励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を分析する蛍光分析装置に用いられる蛍光分析用光合分波器であって、前記励起光及び前記蛍光を受光する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部と、前記波長選択材料部を透過した蛍光を受光する第２のレンズとを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の蛍光分析用光合分波器によれば、主波長λ１の励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を分析する蛍光分析装置に用いられる蛍光分析用光合分波器であって、励起光及び蛍光を受光する第１のレンズと、この第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部と、この波長選択材料部を透過した蛍光を受光する第２のレンズとを備えるので、試料から発光する蛍光強度に比較して相対的に光強度が大きい励起光を効果的に阻止でき、蛍光の検出の際のノイズを低減することができ、ＬＩＦ分析を簡単に高感度で測定できる。
【００１３】
請求項２記載の蛍光分析用光合分波器は、請求項１記載の蛍光分析用光合分波器において、前記誘電体多層膜は、カットオフ波長が前記主波長λ１と前記主波長λ２の間にあるロングパスフィルタであることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の蛍光分析用光合分波器によれば、誘電体多層膜は、カットオフ波長が主波長λ１と主波長λ２の間にあるロングパスフィルタであるので、波長選択材料部を透過し蛍光用の検出器に到達することにより蛍光測定のノイズ原因となる励起光の透過損失を効果的に大きくすることができると同時に、波長選択材料部で反射され、試料に照射される励起光の光量を確保することができる。
【００１５】
請求項３記載の蛍光分析用光合分波器は、請求項１又は２記載の蛍光分析用光合分波器において、前記波長選択材料部に対する前記主波長λ１の光の透過率は−３０ｄＢ以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の蛍光分析用光合分波器によれば、波長選択材料部に対する主波長λ１の光の透過率は−３０ｄＢ以下であるので、誘電体多層膜の膜積層数が少なくても、蛍光分析用光合分波器内を励起光が透過することを確実に防止することができ、λ２の測定・検出ノイズレベルを効果的に低下させることができる。
【００１７】
請求項４記載の蛍光分析用光合分波器は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蛍光分析用光合分波器において、前記波長選択材料部に対する前記試料から発生する前記主波長λ２の光の透過率は−３ｄＢ以上であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の蛍光分析用光合分波器によれば、波長選択材料部に対する試料から発生する主波長λ２の光の透過率は−３ｄＢ以上であるので、蛍光分析用光合分波器内を透過する蛍光の検出信号強度を確保することができる。
【００１９】
請求項５記載の蛍光分析用光合分波器は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光分析用光合分波器において、前記第１及び第２のレンズは、夫々中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズであることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の蛍光分析用光合分波器によれば、第１及び第２のレンズは、夫々中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズであるので、入射面と出射面の２端面が光軸方向に直角方向の平面であり、レンズの結合等の組立が容易とすることができ、また円柱状であるため、シリンダー状保持具に容易に格納でき、光軸合わせが容易とすることができる。
【００２１】
請求項６記載の蛍光分析用光合分波器は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蛍光分析用光合分波器において、前記第１のレンズ、前記波長選択材料部、及び前記第２のレンズが一体的に構成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の蛍光分析用光合分波器によれば、第１のレンズ、波長選択材料部、及び第２のレンズが一体的に構成されているので、蛍光分析用光合分波器を貼り合わせ構造とすることができ、コンパクト化できる。
【００２３】
上述の目的を達成するために、請求項７記載の蛍光分析用光学モジュールは、主波長λ１の励起光を出射する励起光用光源と、プローブ又は光コネクタを介して前記励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を合分波する蛍光分析用光合分波器と、前記蛍光分析用光合分波器を透過した蛍光を受光する検出器と、前記励起光用光源と前記蛍光分析用光合分波器を接続する第１の光伝送路と、前記プローブ又は前記光コネクタを前記蛍光分析用光合分波器に接続する第２の光伝送路と、前記検出器及び前記蛍光分析用光合分波器を接続する第３の光伝送路とを備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、主波長λ１の励起光を出射する励起光用光源と、プローブ又は光コネクタを介して励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を合分波する蛍光分析用光合分波器と、蛍光分析用光合分波器を透過した蛍光を受光する検出器と、励起光用光源と蛍光分析用光合分波器を接続する第１の光伝送路と、プローブ又は光コネクタを蛍光分析用光合分波器に接続する第２の光伝送路と、検出器及び蛍光分析用光合分波器を接続する第３の光伝送路とを備えるので、第２の光伝送路により励起光を試料に導くと共に試料からの蛍光を光合分波器に導くことができ、蛍光分析用光学モジュール全体を小スペース化することができる。
【００２５】
請求項８記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項７記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記蛍光分析用光合分波器は、前記励起光及び前記蛍光を受光する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部とを備え、前記第１の光伝送路の光軸は、前記波長選択材料部への前記励起光の入射角度が略５度以下となるように、前記第１のレンズの光軸中心からオフセットしていることを特徴とする。
【００２６】
請求項８記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、蛍光分析用光合分波器は、励起光及び蛍光を受光する第１のレンズと、この第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部とを備え、第１の光伝送路の光軸は、波長選択材料部への励起光の入射角度が略５度以下となるように、第１のレンズの光軸中心からオフセットしているので、励起光を波長選択材料部に４５度の入射角度で入射させる従来の光学系に比べて、励起光の入射角度を極めて小さくすることができ、Ｐ波Ｓ波の混合した励起光に対して透過の漏れを小さくすることができる。
【００２７】
請求項９記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項７又は８記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記第１〜第３の光伝送路は、全て光ファイバーからなることを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、第１〜第３の光伝送路は、全て光ファイバーからなるので、蛍光分析用光学モジュールを簡潔、小型化することができる。
【００２９】
請求項１０記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項９記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記光ファイバがシングルモードファイバであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１１記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記プローブは他の光コネクタが接続された第４の光伝送路を有し、前記他の光コネクターは前記光コネクタに接続されるように構成されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１１記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、プローブは他の光コネクタが接続された第４の光伝送路を有し、他の光コネクターは上記光コネクタに接続されるように構成されているので、簡潔な光学系を構築することができる。
【００３２】
請求項１２記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記励起光用光源は、光変調機構を備えることを特徴とする。
【００３３】
請求項１２記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、励起光用光源は、光変調機構を備えるので、検出感度を上げることができる。
【００３４】
請求項１３記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項１２記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であることを特徴とする。
【００３５】
請求項１３記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であるので、確実に検出感度を上げることができる。
【００３６】
請求項１４記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項１３記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記ロックイン変調回路は、前記励起光用光源の光変調を矩形波で行うことを特徴とする。
【００３７】
請求項１４記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、ロックイン変調回路は、励起光用光源の光変調を矩形波で行うので、より測定精度を上げることができる。
【００３８】
請求項１５記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記励起光用光源と前記蛍光分析用光合分波器の間に光アイソレーターを設けたことを特徴とする。
【００３９】
請求項１５記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、励起光用光源と蛍光分析用光合分波器の間に光アイソレーターを設けたので、励起光用光源に戻り励起光が入ることを防止することができる。
【００４０】
請求項１６記載の蛍光分析用光学モジュールは、請求項１５記載の蛍光分析用光学モジュールにおいて、前記蛍光分析用光合分波器と前記検出器の間に前記主波長λ１の光を透過しないエッジフィルタを設けたことを特徴とする。
【００４１】
請求項１６記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、蛍光分析用光合分波器と検出器の間に主波長λ１の光を透過しないエッジフィルタを設けたので、励起光用光源から出射される光が検出手段に入射するのを確実に遮断することができる。
【００４２】
請求項１７記載の蛍光分析装置は、請求項７乃至１６のいずれか１項に記載の蛍光分析用光学モジュールと、前記試料を流すための流路を有する板状部材を載置する試料台と、前記試料台と前記蛍光分析用光学モジュールの少なくとも１つを相対的に移動させて位置決めする移動機構とを備えることを特徴とする。
【００４３】
上述の目的を達成するために、請求項１８記載の蛍光・光熱変換分光分析装置は、請求項１７記載の蛍光分析装置と、主波長λ３の検出光を出射する検出光用光源と、前記励起光により前記試料中に生じる熱レンズを透過した前記検出光の光熱変換信号強度を検出する光電変換器と、第３のレンズと誘電多層膜から成る他の波長選択材料部と第４のレンズとをこの順に配置した光熱変換分光分析用光合分波器と、前記光熱変換分光分析用光合分波器を前記検出光用光源と接続する第５の光伝送路とを備えると共に、光熱変換分光分析用光合分波器を前記第３の光伝送路の中間に配置する蛍光・光熱変換分光分析装置であって、前記光熱変換分光分析用光合分波器は、前記検出光用光源からの検出光を前記第３のレンズで受光し、前記他の波長選択材料部を透過した蛍光を前記第４のレンズを経て前記検出器で受光することを特徴とする。
【００４４】
請求項１８記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、上記蛍光分析装置と、主波長λ３の検出光を出射する検出光用光源と、励起光により試料中に生じる熱レンズを透過した検出光の光熱変換信号強度を検出する光電変換器と、第３のレンズと誘電多層膜から成る他の波長選択材料部と第４のレンズとをこの順に配置した光熱変換分光分析用光合分波器と、光熱変換分光分析用光合分波器を検出光用光源と接続する第５の光伝送路とを備えると共に、光熱変換分光分析用光合分波器を第３の光伝送路の中間に配置する蛍光・光熱変換分光分析装置であって、光熱変換分光分析用光合分波器は、検出光用光源からの検出光を第３のレンズで受光し、他の波長選択材料部を透過した蛍光を第４のレンズを経て検出器で受光するので、蛍光測定に用いられる励起光用光源を試料に照射することで、蛍光分析と光熱変換分光分析とを同時に測定することができる。
【００４５】
請求項１９記載の蛍光・光熱変換分光分析装置は、請求項１８記載の蛍光・光熱変換分光分析装置において、前記主波長λ３は、λ１＜λ２＜λ３という関係を満足することを特徴とする。
【００４６】
請求項１９記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、主波長λ３は、λ１＜λ２＜λ３という関係を満足するので、光合分波器による検出光の分岐制御を確実に行うことができる。
【００４７】
請求項２０記載の蛍光・光熱変換分光分析装置は、請求項１９記載の蛍光・光熱変換分光分析装置において、前記主波長λ３と前記主波長λ２の差が５０ｎｍ〜５００ｎｍであって、前記主波長λ１及び前記主波長λ３の前記熱レンズ内での色収差が夫々２０〜２００ｎｍの範囲であることを特徴とする。
【００４８】
請求項２１記載の蛍光・光熱変換分光分析装置は、請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の蛍光・光熱変換分光分析装置において、前記検出光用光源は、光変調機構を備えることを特徴とする。
【００４９】
請求項２１記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、検出光用光源は、光変調機構を備えるので、検出光用光源に戻り検出光が入ることを防止することができる。
【００５０】
請求項２２記載の蛍光・光熱変換分光分析装置は、請求項２１記載の蛍光兼光熱変換分光分析装置において、前記光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であることを特徴とする。
【００５１】
請求項２２記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であるので、光及び電気ノイズがあっても光量を安定させることができる。
【００５２】
上述の目的を達成するために、請求項２３記載の蛍光分析用チップにおいて、試料を流す流路を有する板状部材を備える蛍光分析用チップであって、励起光をレンズを介して前記流路中の試料に照射する照射手段と、前記流路中の試料からの出力光を検出する検出手段とを備えるマイクロ化学システムに配置される蛍光分析用チップにおいて、前記流路又はその近傍に反射ミラーを有し、前記検出手段は前記反射ミラーにより反射され、且つ前記レンズで集光された蛍光を含む前記出力光を前記レンズを介して検出することを特徴とする。
【００５３】
請求項２３記載の蛍光分析用チップによれば、励起光をレンズを介して照射し、出力光を検出するための試料を流す流路又はその近傍に反射ミラーを有する板状部材を備え、この反射ミラーにより反射され、且つレンズで集光された蛍光を含む上述の出力光をレンズを介して検出するので、ＬＩＦ分析を簡単に高感度で測定できる。
【００５４】
請求項２４記載の蛍光分析用チップは、請求項２３記載の蛍光分析用チップにおいて、前記流路は、前記励起光入射面が平面であり、前記励起光入射面以外の面が曲面であることを特徴とする。
【００５５】
請求項２４記載の蛍光分析用チップによれば、流路は励起光入射面が平面であり、励起光入射面以外の面が曲面であるので、これに反射ミラーを流路中の試料から発光された蛍光を集光するコンデンサレンズとすることができ、ＬＩＦ分析をより高感度で測定できる。
【００５６】
請求項２５記載の蛍光分析用チップは、請求項２４記載の蛍光分析用チップにおいて、前記反射ミラーは、前記レンズを介して前記励起光が集光される位置に前記蛍光を集光することを特徴とする。
【００５７】
請求項２５記載の蛍光分析用チップによれば、反射ミラーは、レンズを介して励起光が集光される位置に蛍光を集光するので、レンズにこの集光された蛍光が確実に入射する結果、さらに高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。
【００５８】
請求項２６記載の蛍光分析用チップは、請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の蛍光分析用チップにおいて、前記反射ミラーは金属膜であることを特徴とする。
【００５９】
請求項２６記載の蛍光分析用チップによれば、反射ミラーは金属膜であるので、可視域の広い波長範囲で反射率を高くすることができ、さらに高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。
【００６０】
請求項２７記載の蛍光分析用チップは、請求項２３記載の蛍光分析用チップにおいて、前記板状部材は、前記流路を構成する溝を有する第１の板状部材と、当該第１の板状部材の溝側表面に接着された第２の板状部材とから成り、前記第１の板状部材の前記溝側表面の裏面に前記反射ミラーを有することを特徴とする。
【００６１】
請求項２７記載の蛍光分析用チップによれば、板状部材は、流路を構成する溝を有する第１の板状部材と、この第１の板状部材の溝側表面に接着された第２の板状部材とから成り、第１の板状部材の溝側表面の裏面に反射ミラーを有するので、流路中の試料から発光された蛍光を励起光が照射されるレンズを介して確実に検出することができるので、ＬＩＦ分析をより高感度で測定できる。
【００６２】
請求項２８記載の蛍光分析用チップは、請求項２３記載の蛍光分析用チップにおいて、前記板状部材は、前記流路を構成するスリットを有する第１の板状部材と、当該第１の板状部材の両面に接着された２枚の第２の板状部材とから成り、前記スリットの表面及び、前記第２の板状部材うち、前記第１の板状部材のスリット側表面の裏面に接着されたものと前記第１の板状部材との間に前記反射ミラーを有することを特徴とする。
【００６３】
請求項２８記載の蛍光分析用チップによれば、板状部材は、流路を構成するスリットを有する第１の板状部材と、この第１の板状部材の両面に接着された２枚の第２の板状部材とから成り、スリットの表面及び、第２の板状部材うち、第１の板状部材のスリット側表面の裏面に接着されたものと第１の板状部材との間に反射ミラーを有するので、流路中の試料から発光された蛍光を励起光が照射されるレンズを介して確実に検出することができるので、ＬＩＦ分析をより高感度で測定できる。
【００６４】
請求項２９記載の蛍光分析用チップは、請求項２３乃至２８のいずれか１項に記載の蛍光分析用チップにおいて、前記板状部材は、前記試料を電気泳動させるための切り分け用流路と前記切り分け用流路と交差する分離用流路とを備え、且つ前記分離用流路において前記試料から発する前記蛍光を外部に取り出す領域に前記反射ミラーを備えることを特徴とする。
【００６５】
請求項２９記載の蛍光分析用チップによれば、板状部材は、試料を電気泳動させるための切り分け用流路とこの切り分け用流路と交差する分離用流路とを備え、且つ分離用流路において試料から発する蛍光を外部に取り出す領域に反射ミラーを備えるので、電気泳動による分離スペクトルの分解能を向上させることができる。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳説する。
【００６７】
図１は、本発明の実施の形態に係る蛍光分析装置としてのマイクロ化学システムの概略構成を示す図である。
【００６８】
図１において、マイクロ化学システム１００は、蛍光分析用光学モジュール１００ａと、励起光を蛍光分析用チップ２０内部の流路２０４内の試料溶液に集光するレンズ付き光ファイバ（以下「プローブ」という。）５０と、蛍光分析用チップ２０を載置する試料台２１とを備える。
【００６９】
試料台２１は、プローブ５０に対し相対的に移動して試料の位置決めする不図示の移動機構を備える。尚、本発明の実施の形態では試料台２１が移動機構を備えるものとしたが、試料の位置決めを行うことができればこれに限定されるものでなく、プローブ５０も試料台２１に対し相対的に移動する移動機構を備えてもよい。
【００７０】
蛍光分析用光学モジュール１００ａは、主波長λ１の励起光を出射する励起光用光源５３と、励起光をプローブを介して照射することにより試料から発生した主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を分析する蛍光分析装置に用いられる蛍光分析用光合分波器５６と、この蛍光を受光する検出器５４と、励起光用光源５３及び蛍光分析用光合分波器５６を接続する光ファイバ１０６（第１の光伝送路）と、プローブ５０及び蛍光分析用光合分波器５６を接続する光ファイバ１０７（第２の光伝送路）と、検出器５４及び蛍光分析用光合分波器５６を接続する光ファイバ１０８（第３の光伝送路）とを備える。蛍光分析用光学モジュール１００ａをこのような構成とすることにより、光ファイバ１０７により励起光を試料に導くと共に試料からの蛍光を蛍光分析用光合分波器５６に導くことができ、蛍光分析用光学モジュール全体を小スペース化することができる。
【００７１】
光ファイバ１０７は、蛍光分析用光合分波器５６とは直接接続されているが、プローブ５０とはコネクタを介して着脱可能に接続されている。即ち、光ファイバ１０７は先端にコネクタ５９ａを有しており、このコネクタ５９ａがプローブ５０の光ファイバ１０３がその先端に有するコネクタ５９ｂと接続することにより、プローブ５０と蛍光分析用光合分波器５６とが接続される。これにより、簡潔な光学系を構築することができる。
【００７２】
また、光ファイバ１０６は、出力端５２ａ側からの入射する光の損失が３０ｄＢ以上と大きいアイソレータ５２を有してもよい。これにより、蛍光分析用光合分波器５６からの戻り励起光λ１が励起光用光源５３に入ることを防止することができる。
【００７３】
また、光ファイバ１０８は、λ１＜λ’＜  λ２である波長λ’をカットオフ波長とするエッジフィルタ５７を有してもよい。これにより、検出器５４に励起光が入ることを確実に防止しつつ流路２０４中の試料の発する蛍光を導光することができるので、ＬＩＦ分析をより高感度に測定できる。
【００７４】
このように、蛍光分析用光学モジュール１００ａは、このモジュールを構成する上述の機器間において光を伝送するために光ファイバを用いるので、このモジュールを簡潔、小型化することができる。
【００７５】
プローブ５０は、一端をコネクタ５９ｂと接続するシングルモードの光ファイバ１０３と、光ファイバ１０３の他端の先端部を保持するフェルール１０４と、光ファイバ１０３の上記先端部に接続された照射レンズ４０と、フェルール１０４と照射レンズ４０を固定するチューブ１０５とから成る。また、照射レンズ４０は、ロッドレンズから成る。
【００７６】
励起光用光源５３は、ロックイン変調回路１０９と接続されており、このロックイン変調回路１０９によりｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインが行われる。これにより確実に検出感度を上げることができる。
【００７７】
また、ロックイン変調回路１０９は矩形波で励起光用光源５３の光変調を行う。これにより、より測定精度を上げることができる。
【００７８】
尚、本発明の実施の形態ではロックイン変調回路１０９が用いられていたが、検出感度をあげることができる光変調機構であればこれに限定されるものではない。
【００７９】
また、図１においては蛍光分析用光合分波器５６とプローブ５０はコネクタ５９ａ，５９ｂにより着脱可能に接続されていたが、これに限定されることはなく、例えば、蛍光分析用光合分波器５６とプローブ５０とが光ファイバを介して直接接続されていてもよいし、融着により接続されていてもよい。
【００８０】
図２は、図１における蛍光分析用チップ２０の概略模式図である。
【００８１】
図２において、蛍光分析用チップ２０は、２層に重ねて接着されたガラス基板２０１，２０２から成る。ガラス基板２０２には混合、捜絆、合成、分離、抽出、検出等の際に試料を流す上記流路２０４が形成されている。
【００８２】
この流路２０４は、エッチングにより曲面に形成されたものであって、アルミニウム、クロム、ニッケル、パラジウム等の膜から成る金属反射膜２０５により被覆されている。これにより、流路２０４中の試料から発光された蛍光を集光するコンデンサレンズとなり、高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。また、この蛍光が集光する位置が励起光の焦点位置となるように、流路２０４の形状及び金属反射膜２０５の被覆を行うと、プローブ５０に集光された蛍光が確実に入射し、さらに高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。
【００８３】
この被覆は具体的には、ガラス基板２０２の表面のうち、流路２０４が形成された表面２０２ａに真空成膜法又はスパッタリング等でアルミニウムやパラジウム等を成膜した後、フォトレジストを塗布し、フォトマスクを流路２０４上に配置して露光、現像、エッチング、フォトレジスト剥離を行うものである。これにより、流路２０４が微細なものであっても確実に金属反射膜２０５を被覆することができる。
【００８４】
また、蛍光分析用チップ２０の材料は耐久性、耐薬品性の面からガラスが望ましく、さらに、細胞等の生体試料、例えばＤＮＡ解析用としての用途を考慮すると、耐酸性、耐アルカリ性の高いガラス、具体的には、ホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、石英ガラス等が好ましい。しかし、用途を限定することによってプラスチック等の有機物を用いることができる。
【００８５】
さらに、ガラス基板２０１，２０２同士を接着させる接着剤には、例えば、紫外線硬化型、熱硬化型、２液硬化型のアクリル系、エポキシ系の有機接着剤、及び無機接着剤等がある。また、熱融着によってガラス基板２０１，２０２同士を融着させてもよい。
【００８６】
また、金属反射膜２０５を流路２０４に被覆するのでなく、ガラス基板２０２の表面２０２ａの裏側の表面２０２ｂに、流路２０４に照射されガラス基板２０２を透過した光が全て反射するように金属反射膜２０５を蒸着してもよい（図３）。これにより、高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。
【００８７】
また、蛍光分析用チップ２０を流路２０４の形状のスリット２０４ａを有するガラス基板２０３ａを２枚のガラス基板２０３ｂ，２０３ｃにより挟着したものとし、スリット２０４ａ表面に金属反射膜２０５を蒸着法等により被覆すると共に、ガラス基板２０３ｃの表面のうちガラス基板２０３ａと接着する表面とに金属反射膜２０５を被覆するようにしてもよい（図４）。これらの形態によっても同様に高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。
【００８８】
尚、本発明の実施の形態では、上述のように金属反射膜２０５の被覆がなされた蛍光分析用チップ２０が用いられているが、検出される蛍光は微弱になるものの金属反射膜２０５を被覆していない蛍光分析用チップ２０ａを使用しても、ＬＩＦ分析を行うことは可能である。
【００８９】
図５は、図１における蛍光分析用光合分波器５６の概略断面模式図である。
【００９０】
図５において、蛍光分析用光合分波器５６は、その出力端５６ａ，５６ｂ側から順にロッドレンズ５００（第１のレンズ）と、その上に蒸着されたフィルタ５０１（波長選択材料部：フィルタオンレンズタイプ）と、フィルタ５０１に接着剤により固定されたロッドレンズ５０２（第２のレンズ）とを直列に配置したものから成り、これらは一体的に構成されている。これにより、蛍光分析用光合分波器５６を貼り合わせ構造とすることができ、コンパクト化できる。また、フィルタ５０１をガラス基板上に形成し、このガラス基板をロッドレンズ５００とロッドレンズ５０２の間に配置させてもよい。
【００９１】
フィルタ５０１は、屈折率の低いＳｉＯ２等から成る層（Ｌ）と屈折率の高いＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５等から成る層（Ｈ）が多層に積層された誘電体多層膜であって、蛍光分析用光合分波器５６の出力端５６ａ，５６ｂのいずれか一方から入射されるカットオフ波長λ（λ１＜λ＜λ２）より短波長の光の透過率は−３０ｄＢ以下（０．１％）であって、λより長波長の光の透過率は−３ｄＢ以上（９７〜５０％）であるいわゆるロングパスフィルタである。これにより、励起光用光源５３から出射される光が検出器５４に入射するのを確実に遮断することができる。
【００９２】
従って、出力端５６ａから入射される主波長がλ１である励起光は、フィルタ５０１に対する透過率が−３０ｄＢ以下となるため、フィルタ５０１で反射して他方の出力端５６ｂに導光される。これにより、蛍光分析用光合分波器５６内を励起光が透過することを確実に防止することができ、λ２の測定・検出ノイズレベルを効果的に低下させることができる。
【００９３】
一方、プローブ５０を介して出力端５６ｂに導光される光は、上記金属反射膜２０５により反射された、上記主波長がλ１の励起光と、試料から生じる主波長がλ２の蛍光である。これらの光のうち、励起光は上述の励起光用光源５３からの励起光と同様にフィルタ５０１で反射されて出力端５６ａに導光されるが、蛍光は、フィルタ５０１に対する透過率が−３ｄＢ以上となるため、フィルタ５０１を透過して入力端５６ｃに導光される。これにより、蛍光分析用光合分波器５６内を透過する蛍光の検出信号強度を確保することができる。このフィルタ５０１はフォログラフでもよい。
【００９４】
すなわち、蛍光分析用光合分波器５６で用いるフィルタ５０１を短波長側をカットし長波長側をパスするロングパスフィルタとすることにより、フィルタ５０１を透過し検出器５４に到達することにより蛍光測定のノイズ原因となる励起光の透過損失を効果的に大きくすることができると同時に、フィルタ５０１で反射され、試料に照射される励起光の光量を確保することができる。
【００９５】
ロッドレンズ５００，５０２は、中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズである。これにより、入射面と出射面の２端面が光軸方向に直角方向の平面であり、レンズの結合等の組立が容易にできる。また、ロッドレンズ５００，５０２は、円柱状であるため、シリンダー状保持具に容易に格納でき、光軸合わせが容易とすることができる。
【００９６】
上記構成を蛍光分析用光合分波器５６が備えることにより、励起光が検出手段に入り、検出のノイズの原因となるのを効果的に防止して、蛍光を検出手段に導光することができる。
【００９７】
また、図６に示すように、フィルタ５０１は、導光される光の入射角θ（図６（ａ））が大きいほど、自然光を構成するＰ波とＳ波のカットオフ波長近傍の透過率に差がでるため（図６（ｂ），図６（ｃ））、自然光の反射波長帯と透過波長帯の境が広がるという特性があるが、図５に示すように出力端５６ａ，５６ｂから導光される光の入射角は略５度以下となるように構成されているため、Ｐ波Ｓ波の混合した励起光に対して透過の漏れを小さくすることができる。すなわち、試料から発光する蛍光強度に比較して相対的に光強度が大きい励起光がフィルタ５０１を透過するのを効果的に阻止でき、蛍光の検出の際のノイズを低減することができる。
【００９８】
特に、図７に示すように、励起光の主波長λ１と蛍光の主波長λ２の間の波長域が狭い場合に励起光を確実にカットすることができ蛍光検出特性を確実に上げることができる。
【００９９】
このように、フィルタ５０１はロングパスフィルタを用いるのが最も望ましい。以下その理由として、他の波長選択フィルタをフィルタ５０１に使用した場合に生じる問題を説明する。
【０１００】
波長選択フィルタは、上述のロングパスフィルタの他、図８に示すように、一定の波長帯の光のみを透過するバンドパスフィルタや、ロングパスフィルタとは逆にカットオフ波長λより長波長の光の透過率が−３０ｄＢ〜−５０ｄＢであって、λより短波長の光の透過率は−３ｄＢ以上（９７〜５０％）であるショートパスフィルタが知られている。
【０１０１】
ここで、バンドパスフィルタをフィルタ５０１に使用すると、図８（ｂ）に示すように、ブロードな発光スペクトルとなる試料からの蛍光７０２のすべてを透過しなくてはならず、コスト面、技術面からその作成は困難である結果、測定感度が落ちるという問題がある。
【０１０２】
一方、ショートパスフィルタを使用すると、フィルタ５０１を透過する側にプローブ５０を設置し、プローブ５０を反射する側に検出器５４を設置するという構成となるが、図８（ｃ）に示すように、戻り励起光に対するショートパスフィルタの透過率（８０５）は−２０ｄＢ（約１％）以上もあり、検出器５４へ戻り励起光が入射するおそれがあるという問題がある。
【０１０３】
次に、本発明の実施の形態に係る蛍光・光熱変換分光分析装置について説明する。
【０１０４】
図９は、本発明の実施の形態に係る蛍光・光熱変換分光分析装置としてのマイクロ化学システムの概略構成を示す図である。
【０１０５】
図９において、マイクロ化学システム１００’は、マイクロ化学システム１００の変形例であり、蛍光分析装置として機能するだけでなく、光熱変換信号強度を測定する光熱変換分光分析装置としても機能する。また、本変形例の構成は基本的にマイクロ化学システム１００と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
図９において、マイクロ化学システム１００’は、マイクロ化学システム１００の有する構成の他、蛍光分析用チップ２０の代わりに金属反射膜２０５が被覆されていない蛍光分析用チップ２０ａを使用する。また、マイクロ化学システム１００’は、波長λ３の検出光を照射する検出光用光源５８と、マイクロ化学システム用チップ２０ａからの出力光を受光する受光部５４ａと、光熱変換分光分析用光合分波器５５とを備える。また、光熱変換分光分析用光合分波器５５は、蛍光分析用光合分波器５６と同様に第３のレンズの入力端５５ａ，５５ｂと第４のレンズの出力端５５ｃとを有する。これらのレンズの間に設けられた選択波長材料部を構成する誘電体多層膜は、第３のレンズから入射した検出光用光源の波長λ３を反射し、試料から発生した蛍光の主波長（λ２＜λ３）を透過するフィルタ（ショートーパスフィルタ）が、微弱な蛍光からノイズの少ない信号を得るので好ましい。
【０１０７】
さらに、光熱変換分光分析用光合分波器５５は、入力端５５ａ，５５ｂに各々蛍光分析用光合分波器５６の入力端５６ｃ、検出光用光源５８に光ファイバにより接続され、その反対側の出力端５５ｃに検出器５４が光ファイバにより接続される。
【０１０８】
ここで、検出光の主波長λ３は、試料が検出光の照射によっても蛍光を発したり、熱レンズを形成したりすることを防ぐため、一般に励起光の主波長λ１より長波長に設定されるが、本発明の実施の形態においてはさらに、検出光の主波長λ３は、蛍光の主波長λ２より長波長となるように設定する。具体的には、λ３とλ２の差が５０ｎｍ〜５００ｎｍであって、λ１とλ３の熱レンズ内での色収差が２０〜２００ｎｍの範囲とする。これにより、蛍光分析用光合分波器５６による検出光の分岐制御を確実に行うことができる。
【０１０９】
受光部５４ａは、検出光のみを選択的に濾波する波長フィルタ４０２及び波長フィルタ４０２により濾波された検出光の光量を検出する光電変換器４０１と、光電変換器４０１と変調器１０９に接続され、光電変換器４０１からの信号を変調器１０９と同期させるロックインアンプ４０３と、この信号を解析するコンピュータ４０４とから成る。コンピュータ４０４は、ロックインアンプ４０３に接続されている。この変調器１０９は、検出光をｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行う。これにより、光及び電気ノイズがあっても光量を安定させることができる。
【０１１０】
また、プローブ５０は、蛍光分析用チップ２０ａ内部の流路２０４内の試料溶液に励起光用光源５３からの励起光だけでなく、検出光用光源５８からの検出光も集光するが、蛍光分析用チップ２０ａには金属反射膜２０５がないため、熱レンズ形成前後で照射される検出光は蛍光分析用チップ２０ａ内を透過する。一方、試料から蛍光が発生する場合、蛍光は等方的に試料から発するものであるため、プローブ５０は、蛍光を蛍光分析用光合分波器５６に導光する。
【０１１１】
受光部５４ａは、蛍光分析用チップ２０ａに対してプローブ５０と反対側の位置に配され、蛍光分析用チップ２０ａ内を透過する励起光及び検出光から波長フィルタ４０２により検出光のみを選択的に濾波し、光電変換器４０１によりこの濾波された検出光の光量を検出し、その検出信号をロックインアンプ４０３に送信する。
【０１１２】
光熱変換分光分析用光合分波器５５は、入力端５５ａ，５５ｂに蛍光分析用光合分波器５６の入力端５６ｃと検出光用光源付光ファイバにより接続され、その反対側の出力端５５ｃに検出器５４が光ファイバにより接続される。
【０１１３】
次に、図１のマイクロ化学システム１００を用いた電気泳動による分離スペクトルの測定装置について説明する。
【０１１４】
図１０は、図１における蛍光分析用チップ２０の構造を示す概略図であり、（ａ）は、蛍光分析用チップ２０を構成する板状部材の斜視図を示し、（ｂ）は、蛍光分析用チップ２０のＡ−Ａ面に沿った断面図を示す。
【０１１５】
図１０において、蛍光分析用チップ９００は、一方の面（以下、「接合面９０４」という。）に三又に分岐した０．３±０．２ｍｍ幅の切り出し用流路９０１と、切り出し用流路９０１に接続する分離分析用流路９０２が形成されたベースプレート９００ｂと、ベースプレート９００ｂの接合面９０４に接合されたカバープレート９００ａとを備える。カバープレート９００ａは、切り出し用流路９０１及び分離分析用流路９０２の対応位置に試料注入・排出用の貫通穴９０５を４つ有する。
【０１１６】
分離分析用流路９０２は、アルミニウムから成る金属反射膜９０３が被覆されている分析部９０６を有し、上述のプローブ５０により主波長が６５８ｎｍの励起光と、主波長が７８０ｎｍの検出光とがこの分析部９０６内に集光される。
【０１１７】
このようなチップ構成とすることにより、電気泳動による分離スペクトルの分解能を向上させることができる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載の蛍光分析用光合分波器によれば、主波長λ１の励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を分析する蛍光分析装置に用いられる蛍光分析用光合分波器であって、励起光及び蛍光を受光する第１のレンズと、この第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部と、この波長選択材料部を透過した蛍光を受光する第２のレンズとを備えるので、試料から発光する蛍光強度に比較して相対的に光強度が大きい励起光を効果的に阻止でき、蛍光の検出の際のノイズを低減することができ、ＬＩＦ分析を簡単に高感度で測定できる。
【０１１９】
請求項２記載の蛍光分析用光合分波器によれば、誘電体多層膜は、カットオフ波長が主波長λ１と主波長λ２の間にあるロングパスフィルタであるので、波長選択材料部を透過し蛍光用の検出器に到達することにより蛍光測定のノイズ原因となる励起光の透過損失を効果的に大きくすることができると同時に、波長選択材料部で反射され、試料に照射される励起光の光量を確保することができる。
【０１２０】
請求項３記載の蛍光分析用光合分波器によれば、波長選択材料部に対する主波長λ１の光の透過率は−３０ｄＢ以下であるので、誘電体多層膜の膜積層数が少なくても、蛍光分析用光合分波器内を励起光が透過することを確実に防止することができ、λ２の測定・検出ノイズレベルを効果的に低下させることができる。
【０１２１】
請求項４記載の蛍光分析用光合分波器によれば、波長選択材料部に対する試料から発生する主波長λ２の光の透過率は−３ｄＢ以上であるので、蛍光分析用光合分波器内を透過する蛍光の検出信号強度を確保することができる。
【０１２２】
請求項５記載の蛍光分析用光合分波器によれば、第１及び第２のレンズは、夫々中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズであるので、入射面と出射面の２端面が光軸方向に直角方向の平面であり、レンズの結合等の組立が容易とすることができ、また円柱状であるため、シリンダー状保持具に容易に格納でき、光軸合わせが容易とすることができる。
【０１２３】
請求項６記載の蛍光分析用光合分波器によれば、第１のレンズ、波長選択材料部、及び第２のレンズが一体的に構成されているので、蛍光分析用光合分波器を貼り合わせ構造とすることができ、コンパクト化できる。
【０１２４】
以上詳細に説明したように、請求項７記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、主波長λ１の励起光を出射する励起光用光源と、プローブ又は光コネクタを介して励起光が照射された試料から発生する主波長λ２の蛍光（λ２＞λ１）を合分波する蛍光分析用光合分波器と、蛍光分析用光合分波器を透過した蛍光を受光する検出器と、励起光用光源と蛍光分析用光合分波器を接続する第１の光伝送路と、プローブ又は光コネクタを蛍光分析用光合分波器に接続する第２の光伝送路と、検出器及び蛍光分析用光合分波器を接続する第３の光伝送路とを備えるので、第２の光伝送路により励起光を試料に導くと共に試料からの蛍光を光合分波器に導くことができ、蛍光分析用光学モジュール全体を小スペース化することができる。
【０１２５】
請求項８記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、蛍光分析用光合分波器は、励起光及び蛍光を受光する第１のレンズと、この第１のレンズを透過した励起光及び蛍光を受光する誘電体多層膜から成る波長選択材料部とを備え、第１の光伝送路の光軸は、波長選択材料部への励起光の入射角度が略５度以下となるように、第１のレンズの光軸中心からオフセットしているので、励起光を波長選択材料部に４５度の入射角度で入射させる従来の光学系に比べて、励起光の入射角度を極めて小さくすることができ、Ｐ波Ｓ波の混合した励起光に対して透過の漏れを小さくすることができる。
【０１２６】
請求項９記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、第１〜第３の光伝送路は、全て光ファイバーからなるので、蛍光分析用光学モジュールを簡潔、小型化することができる。
【０１２７】
請求項１１記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、プローブは他の光コネクタが接続された第４の光伝送路を有し、他の光コネクターは上記光コネクタに接続されるように構成されているので、簡潔な光学系を構築することができる。
【０１２８】
請求項１２記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、励起光用光源は、光変調機構を備えるので、検出感度を上げることができる。
【０１２９】
請求項１３記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であるので、確実に検出感度を上げることができる。
【０１３０】
請求項１４記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、ロックイン変調回路は、励起光用光源の光変調を矩形波で行うので、より測定精度を上げることができる。
【０１３１】
請求項１５記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、励起光用光源と蛍光分析用光合分波器の間に光アイソレーターを設けたので、励起光用光源に戻り励起光が入ることを防止することができる。
【０１３２】
請求項１６記載の蛍光分析用光学モジュールによれば、蛍光分析用光合分波器と検出器の間に主波長λ１の光を透過しないエッジフィルタを設けたので、励起光用光源から出射される光が検出手段に入射するのを確実に遮断することができる。
【０１３３】
以上詳細に説明したように、請求項１８記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、上記蛍光分析装置と、主波長λ３の検出光を出射する検出光用光源と、励起光により試料中に生じる熱レンズを透過した検出光の光熱変換信号強度を検出する光電変換器と、第３のレンズと誘電多層膜から成る他の波長選択材料部と第４のレンズとをこの順に配置した光熱変換分光分析用光合分波器と、光熱変換分光分析用光合分波器を検出光用光源と接続する第５の光伝送路とを備えると共に、光熱変換分光分析用光合分波器を第３の光伝送路の中間に配置する蛍光・光熱変換分光分析装置であって、光熱変換分光分析用光合分波器は、検出光用光源からの検出光を第３のレンズで受光し、他の波長選択材料部を透過した蛍光を第４のレンズを経て検出器で受光するので、蛍光測定に用いられる励起光用光源を試料に照射することで、蛍光分析と光熱変換分光分析とを同時に測定することができる。
【０１３４】
請求項１９記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、主波長λ３は、λ１＜λ２＜λ３という関係を満足するので、光合分波器による検出光の分岐制御を確実に行うことができる。
【０１３５】
請求項２１記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、検出光用光源は、光変調機構を備えるので、検出光用光源に戻り検出光が入ることを防止することができる。
【０１３６】
請求項２２記載の蛍光・光熱変換分光分析装置によれば、光変調機構は、ｌ００Ｈｚ以上１０ＫＨｚ以下のロックインを行うロックイン変調回路であるので、光及び電気ノイズがあっても光量を安定させることができる。
【０１３７】
以上詳細に説明したように、請求項２３記載の蛍光分析用チップによれば、励起光をレンズを介して照射し、出力光を検出するための試料を流す流路又はその近傍に反射ミラーを有する板状部材を備え、この反射ミラーにより反射され、且つレンズで集光された蛍光を含む上述の出力光をレンズを介して検出するので、ＬＩＦ分析を簡単に高感度で測定できる。
【０１３８】
請求項２４記載の蛍光分析用チップによれば、流路は励起光入射面が平面であり、励起光入射面以外の面が曲面であるので、これに反射ミラーを流路中の試料から発光された蛍光を集光するコンデンサレンズとすることができ、ＬＩＦ分析をより高感度で測定できる。
【０１３９】
請求項２５記載の蛍光分析用チップによれば、反射ミラーは、レンズを介して励起光が集光される位置に蛍光を集光するので、レンズにこの集光された蛍光が確実に入射する結果、さらに高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。
【０１４０】
請求項２６記載の蛍光分析用チップによれば、反射ミラーは金属膜であるので、可視域の広い波長範囲で反射率を高くすることができ、さらに高感度のＬＩＦ分析を行うことができる。
【０１４１】
請求項２７記載の蛍光分析用チップによれば、板状部材は、流路を構成する溝を有する第１の板状部材と、この第１の板状部材の溝側表面に接着された第２の板状部材とから成り、第１の板状部材の溝側表面の裏面に反射ミラーを有するので、流路中の試料から発光された蛍光を励起光が照射されるレンズを介して確実に検出することができるので、ＬＩＦ分析をより高感度で測定できる。
【０１４２】
請求項２８記載の蛍光分析用チップによれば、板状部材は、流路を構成するスリットを有する第１の板状部材と、この第１の板状部材の両面に接着された２枚の第２の板状部材とから成り、スリットの表面及び、第２の板状部材うち、第１の板状部材のスリット側表面の裏面に接着されたものと第１の板状部材との間に反射ミラーを有するので、流路中の試料から発光された蛍光を励起光が照射されるレンズを介して確実に検出することができるので、ＬＩＦ分析をより高感度で測定できる。
【０１４３】
請求項２９記載の蛍光分析用チップによれば、板状部材は、試料を電気泳動させるための切り分け用流路とこの切り分け用流路と交差する分離用流路とを備え、且つ分離用流路において試料から発する蛍光を外部に取り出す領域に反射ミラーを備えるので、電気泳動による分離スペクトルの分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る蛍光分析装置としてのマイクロ化学システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１における蛍光分析用チップ２０の概略模式図である。
【図３】図１における蛍光分析用チップ２０の変形例の概略模式図である。
【図４】図１における蛍光分析用チップ２０の変形例の概略模式図である。
【図５】図１における蛍光分析用光合分波器５６の概略断面模式図である。
【図６】フィルタ５０１の光の透過特性を説明する図であり、（ａ）はフィルタ５０１へ光が入射するときの模式図を示し、（ｂ）は入射角度が４５度のときのＰ波及びＳ波の透過率と波長の関係を示し、（ｃ）は入射角度が０度のときのＰ波及びＳ波の透過率と波長の関係を示す。
【図７】励起光及び蛍光のスペクトルとフィルタ５０１の透過特性を示すグラフある。
【図８】フィルタ５０１の透過特性を示す図であり、（ａ）はロングパスフィルタの場合を示し、（ｂ）はバンドパスフィルタの場合を示し、（ｃ）はショートパスフィルタの場合を示す。
【図９】本発明の実施の形態に係る蛍光・光熱変換分光分析装置としてのマイクロ化学システムの概略構成を示す図である。
【図１０】図１における蛍光分析用チップ２０の構造を示す概略図であり、（ａ）は、蛍光分析用チップ２０を構成する板状部材の斜視図を示し、（ｂ）は、蛍光分析用チップ２０のＡ−Ａ面に沿った断面図を示す。
【符号の説明】
１００  マイクロ化学システム
２０，２０ａ  蛍光分析用チップ
２０４  流路
２０５  金属反射膜
５０  プローブ（レンズ付きファイバ）
５２  アイソレータ
５３  励起光用光源
５４  検出器
５５  光熱変換分光分析用光合分波器
５６  蛍光分析用光合分波器
５７  エッジフィルタ
５８  検出光用光源
【図１】
2005030830.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005030830.tif 000006
【図５】
2005030830.tif 000007
【図６】
2005030830.tif 000008
【図７】
2005030830.tif 000009
【図８】
2005030830.tif 000010
【図９】
2005030830.tif 000011
【図１０】
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