(57)【要約】  ＤＮＡチップ１の基板２上に配置した検体３から励起された蛍光４０を検出するための光検出装置１０は、照射光２５を第１光導波路２１で導光して第１レンズ２２で集光して、検体３に照射する照射光学系１１と、蛍光４０を第２レンズ３２で第２光導波路３１の導入側端面３１Ｃに集光して測定器３３に導光するための受光光学系１２とを有し、照射光学系１１と受光光学系１２は別々の導光経路であり、受光光学系１２は、受光光学系１２の第２光導波路３１の導入側端面３１Ｃには、検体３に結ぶ焦点と同じ焦点を結ぶ共焦点光学系を構成している。
2007091530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の基板上の検体から励起された光を検出するための光検出装置であって、
照射光を第１光導波路で導光して第１レンズで集光して、前記測定対象の前記検体に照射する照射光学系と、
前記検体から励起された光を第2レンズで第２光導波路の導入側端面に集光して測定器
に導光するための受光光学系とを有し、前記照射光学系と前記受光光学系は別々の導光経路であり、
前記受光光学系は、前記受光光学系の前記第２光導波路の前記導入側端面には前記検体に結ぶ焦点と同じ焦点を結ぶ共焦点光学系を構成していることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記測定対象が設置された設置平面に垂直な平面において、前記照射光学系の第１光学軸を含む第１平面と、前記受光光学系の第２光学軸を含む第２平面とが、同一平面上にないことを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記測定対象が設置された設置平面に垂直な軸に対して、前記照射光学系の第１光学軸中心および前記受光光学系の第２光学軸中心がそれぞれ任意の角度をもって設置されることにより、前記照射光学系から照射された光が前記測定対象の基板上で正反射した光を、前記受光光学系が受光しない、または受光されにくいことを特徴とする請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記測定対象が設置された設置平面に垂直な軸と、前記照射光学系の第１光学軸中心との成す角度が、１０度以上６０度以下となることを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記測定対象が設置された設置平面に垂直な軸と、前記受光光学系の第２光学軸中心との成す角度が、１０度以上８０度以下となることを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記照射光学系の集光面の大きさは、測定する検体１スポット領域の５分の１以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記照射光学系の前記第１光導波路における前記照射光の導入側端面には、ＧＲＩＮレンズが配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記受光光学系の前記第２レンズの開口数が、前記第２光導波路の開口数よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記受光光学系のモードフィールド径（ＭＦＤ）が調整可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
回転体を有し、基板上に検体を配置した測定対象を前記回転体に設置した状態で前記回転体を回転する測定対象回転部と、
前記回転体上の前記測定対象の前記検体に照射光を照射して前記検体から励起された蛍光を検出して読み取るための請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の光検出装置と、
前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って、前記光検出装置ないし照射スポットが直線的に移動できる機構と、を備えることを特徴とする測定対象読取装置。
【請求項１１】
複数の前記光検出装置を有していることを特徴とする請求項１０に記載の測定対象読取装置。
【請求項１２】
複数の前記光検出装置は、前記測定対象回転部の回転中心を中心として反対の位置に配置されており、しかも複数の前記光検出装置は、互いに異なる波長の光を用いることを特徴とする請求項１１に記載の測定対象読取装置。
【請求項１３】
複数の前記光検出装置は、前記回転体を回転しながら前記測定対象を螺旋形状に検出して前記測定対象の検出データを取得する際に、前記取得した前記測定対象の検出データは、前記螺旋形状から縦横方向の行列形状に割り振って変換することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つの項に記載の測定対象読取装置。
【請求項１４】
前記測定対象の検出サンプリング速度を、前記回転体の外周部での前記測定対象の測定時には速くし、前記回転体の内周部での前記測定対象の測定時には遅くして、徐々に速度を変更することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つの項に記載の測定対象読取装置。
【請求項１５】
前記回転体の回転速度を、前記回転体の外周部での前記測定対象の測定時には遅くし、前記回転体の内周部での前記測定対象の測定時には速くして、徐々に速度を変更することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つの項に記載の測定対象読取装置。
【請求項１６】
前記照射光学系における前記光の焦点距離を変更して、前記検体の検出データを複数回取得することを特徴とする請求項１０または１１に記載の測定対象読取装置。
【請求項１７】
前記回転体である円板上に、同じまたは違う種類の複数のチップを着脱可能に固定して、前記複数のチップを測定することを特徴とする請求項１０に記載の測定対象読取装置。
【請求項１８】
前記複数のチップを同時に解析することを特徴とする請求項１７に記載の測定対象読取装置。
【請求項１９】
前記複数のチップの解析結果を総合的に解析することを特徴とする請求項１８に記載の測定対象読取装置。
【請求項２０】
前記複数のチップは、前処理方法が異なるものが含まれることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１つの項に記載の測定対象読取装置。
【請求項２１】
前記複数のチップとして、遺伝子発現量解析チップとゲノム解析チップを配置することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１つの項に記載の測定対象読取装置。
【請求項２２】
前記測定対象が配置された設置平面に垂直な軸と、前記照射光学系の第１光学軸中心が任意の角度をもって配置されながら、前記測定対象へのスポット形状が円形になることを特徴とする請求項４に記載の光検出装置。
【請求項２３】
前記スポット形状の非円率が、２０％以下であることを特徴とする請求項２２に記載の光検出装置。
【請求項２４】
円形状のスポットを形成するために、シリンドリカルレンズを使うことを特徴とする請求項２２に記載の光検出装置。
【請求項２５】
前記光検出装置が、前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って直線的に移動し、さらに前記光検出器が前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って往復移動して検出することを特徴とする請求項１２に記載の測定対象読取装置。
【請求項２６】
前記光検出装置が前記往復移動する際に、往路と復路では移動する速度が違うことを特徴とする請求項２５に記載の測定対象読取装置。
【請求項２７】
前記回転体の回転している際に、前記光検出装置が、測定する周と測定しない周を設け、前記測定しない周において前記チップの測定データをメモリから解析装置に転送し、次の前記測定しない周までに前記測定データを解析することを特徴とする請求項１３に記載の測定対象読取装置。
【請求項２８】
前記解析される前記チップの数が、単数または複数であることを特徴とする請求項２７に記載の測定対象読取装置。
【請求項２９】
前記照射光学系が前記チップに対して光の焦点位置を合わせる際に、前記チップの上面を基準とすることを特徴とする請求項１７に記載の測定対象読取装置。
【請求項３０】
測定対象の基板上の検体から励起された光を検出するための光検出装置を有する測定対象読取装置であって、
照射光を第１光導波路で導光して第１レンズで集光して、前記測定対象の前記検体に照射する照射光学系と、
前記検体から励起された光を第2レンズで第２光導波路の導入側端面に集光して測定器
に導光するための受光光学系とを有し、前記照射光学系と前記受光光学系は別々の導光経路であり、
前記受光光学系は、前記受光光学系の前記第２光導波路の前記導入側端面には前記検体に結ぶ焦点と同じ焦点を結ぶ共焦点光学系を構成しており、
回転体を有し、前記測定対象を前記回転体に設置した状態で前記回転体を回転する測定対象回転部と、
前記回転体上の前記測定対象の前記検体に前記照射光を照射して前記検体から励起された蛍光を検出して読み取るための前記光検出装置と、
前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って、前記光検出装置ないし照射スポットが直線的に移動できる機構と、を備えることを特徴とする測定対象読取装置。
【請求項３１】
前記照射光学系と前記受光光学系が共焦点光学系の相対位置を維持したまま一緒に移動することを特徴とする、請求項１０に記載の測定対象読取装置。
【請求項３２】
前記着脱可能な前記チップにおいて、前記検体の行・列の配列が前記回転体の半径方向に対して平行または垂直となるように配置されることを特徴とする、請求項１７に記載の測定対象読取装置。
【請求項３３】
前記着脱可能な前記チップにおいて、前記検体が配置されている平面の形状がおよそ長方形または正方形であることを特徴とする、請求項３２に記載の測定対象読取装置。
【請求項３４】
複数の前記光検出装置は、前記回転体を回転しながら前記測定対象を螺旋形状に検出して前記測定対象の検出データを取得する際に、前記取得した前記測定対象の検出データは、前記螺旋形状から縦横方向の行列形状に割り振って変換することを特徴とする請求項３０に記載の測定対象読取装置。
【請求項３５】
前記測定対象の検出サンプリング速度を、前記回転体の外周部での前記測定対象の測定時には速くし、前記回転体の内周部での前記測定対象の測定時には遅くして、徐々に速度を変更することを特徴とする請求項３０に記載の測定対象読取装置。
【請求項３６】
前記回転体の回転速度を、前記回転体の外周部での前記測定対象の測定時には遅くし、前記回転体の内周部での前記測定対象の測定時には速くして、徐々に速度を変更することを特徴とする請求項３０に記載の測定対象読取装置。
【請求項３７】
前記照射光学系における前記光の焦点距離を変更して、前記検体の検出データを複数回取得することを特徴とする請求項３０に記載の測定対象読取装置。
【請求項３８】
前記回転体である円板上に、同じまたは違う種類の複数のチップを着脱可能に固定して、前記複数のチップを測定することを特徴とする請求項３０に記載の測定対象読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体から励起される光（例えば蛍光）を読み取るための光検出装置および光検出装置を備えた測定対象読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体高分子に関する研究は、臨床検査、創薬や環境・食品検査分野への展開等様々な対象に対して行われているが、この生体高分子が持つ情報を高感度で解析するための検出装置が、ますます重視されている。【０００３】
従来の検出装置は、測定対象の基板に検体に対して光を当てることで、検体の蛍光色素が発光する蛍光を受光する。例えばレーザ光を試料台上の検体の反応領域に当てて、その反応領域からの反射光を光検出器により検出する構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、従来の光による基板測定装置は、位置が固定されている光学系と、回転駆動ステージと水平駆動ステージを有している。この光学系から測定対象となる基板上の検体に対して光を当てることで、光学系は検体の蛍光色素が発光する蛍光を受光する。【０００５】
この基板は回転駆動ステージに置かれていて、この回転駆動ステージがモータにより回転するとともに、水平駆動ステージが、回転駆動ステージとモータとを一体的に直線移動する。これにより、位置の固定された光学系と回転駆動ステージ上の基板との相対的な移動を発生して、光学系が基板の検体に対して光を照射してその検体からの光を受光する構造のものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３０９１９号公報
【特許文献２】特開２０００―３０４６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光検出装置を使用すると、光検出器は反応領域からの光を単に受光する構造なので、測定に不要である蛍光以外の余計な反射光まで受光してしまい、検体の持つ情報が正確に得られないという課題があった。【０００７】
また、従来の基板測定装置では、水平駆動ステージが、回転駆動ステージとこの回転駆動ステージを回転するためのモータ等を一体的に移動する構造なので、回転駆動ステージが回転しながらしかも水平方向に直線移動されることから、回転駆動ステージの回転状態に水平移動動作が加わって振動が生じやすくなり、回転駆動ステージ上の基板の検体を精度良く測定することができなくなるおそれがある。【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解消するために、検体からの余計な反射光を回避して正確に高感度で効率良く検体から励起された蛍光を読み取ることができる光検出装置と、精度良くしかも高速で効率良く測定対象の基板上に配置された検体を読み取ることができる測定対象読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解消するために、本発明の光検出装置は、測定対象の基板上の検体から励起された光を検出するための光検出装置であって、
照射光を第１光導波路で導光して第１レンズで集光して、前記測定対象の前記検体に照射する照射光学系と、
前記検体から励起された光を第2レンズで第２光導波路の導入側端面に集光して測定器
に導光するための受光光学系とを有し、前記照射光学系と前記受光光学系は別々の導光経路であり、前記受光光学系は、前記受光光学系の前記第２光導波路の前記導入側端面には前記検体に結ぶ焦点と同じ焦点を結ぶ共焦点光学系を構成していることを特徴とする。【００１０】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記測定対象が設置された設置平面に垂直な平面において、前記照射光学系の第１光学軸を含む第１平面と、前記受光光学系の第２光学軸を含む第２平面とが、同一平面上にないことを特徴とする。【００１１】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記照射光学系と前記受光光学系は、それぞれ前記測定対象が設置された設置平面に垂直な平面から任意の角度をもたせて設置され、前記照射光学系から照射された光が測定対象の基板上で正反射した光を、前記受光光学系が受光しないことを特徴とする。【００１２】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記測定対象が設置された設置平面に垂直な軸と、前記照射光学系の第１光学軸中心との成す角度が、１０度以上６０度以下となることを特徴とする。【００１３】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記測定対象が設置された設置平面に垂直な軸と、前記受光光学系の第２光学軸中心との成す角度が、１０度以上８０度以下となることを特徴とする。【００１４】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記照射光学系の集光面の大きさは、測定する検体１スポット領域の５分の１以下であることを特徴とする。【００１５】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記照射光学系の前記第１光導波路における前記照射光の導入側端面には、ＧＲＩＮレンズが配置されていることを特徴とする。【００１６】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記受光光学系の前記第２レンズの開口数が、前記第２光導波路の開口数よりも大きいことを特徴とする。【００１７】
本発明の光検出装置は、好ましくは前記受光光学系のモードフィールド径（ＭＦＤ）が調整可能であることを特徴とする。【００１８】
本発明の測定対象読取装置は、回転体を有し、基板上に検体を配置した測定対象を前記回転体に設置した状態で前記回転体を回転する測定対象回転部と、
前記回転体上の前記測定対象の前記検体に照射光を照射して前記検体から励起された蛍光等を検出して読み取るための光検出装置と、
前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って、前記光検出装置ないし照射スポットが直線的に移動できる機構と、を備えることを特徴とする。【００１９】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは複数の前記光検出装置を有していることを特徴とする。【００２０】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは複数の前記光検出装置が、前記測定対象回転部の回転中心を中心として反対の位置に配置されており、しかも複数の前記光検出装置は、互いに異なる波長の光を用いることを特徴とする。【００２１】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは複数の前記光検出装置が、前記回転体を回転しながら前記測定対象を螺旋形状に検出して前記測定対象の検出データを取得する際に、前記取得した前記測定対象の検出データを、前記螺旋形状から縦横方向の行列形状に割り振って変換することを特徴とする。【００２２】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記測定対象の検出サンプリング速度を、前記回転体の外周部での前記測定対象の測定時には速くし、前記回転体の内周部での前記測定対象の測定時には遅くして、徐々に速度を変更することを特徴とする。【００２３】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記回転体の回転速度を、前記回転体の外周部での前記測定対象の測定時には遅くし、前記回転体の内周部での前記測定対象の測定時には速くして、徐々に速度を変更することを特徴とする。【００２４】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記照射光学系における前記光の焦点距離を変更して、前記検体の検出データを複数回取得することを特徴とする。【００２５】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記回転体である円板上に、同じまたは違う種類の複数のチップを着脱可能に固定して、前記複数のチップを測定することを特徴とする。【００２６】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記複数のチップを同時に解析することを特徴とする。【００２７】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記複数のチップの解析結果を総合的に解析することを特徴とする。【００２８】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記複数のチップは、前処理方法が異なるものが含まれることを特徴とする。【００２９】
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記複数のチップとして、遺伝子発現量解析チップとゲノム解析チップを配置することを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記測定対象が配置された設置平面に垂直な軸と、前記照射光学系の第１光学軸中心が任意の角度をもって配置されながら、前記測定対象へのスポット形状が円形になることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記スポット形状の非円率が、２０％以下であることを特徴とする。
本発明の光検出装置は、好ましくは前記円形状のスポットを形成するために、シリンドリカルレンズを使うことを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記光検出装置が、前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って直線的に移動し、さらに前記光検出器が前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って往復移動して検出することを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記光検出装置が前記往復移動する際に、往路と復路では移動する速度が違うことを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記回転体の回転している際に、前記光検出装置が、測定する周と測定しない周を設け、前記測定しない周において前記チップの測定データをメモリから解析装置に転送し、次の前記測定しない周までに前記測定データを解析することを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記解析される前記チップの数が、単数または複数であることを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記照射光学系が前記チップに対して光の焦点位置を合わせる際に、前記チップの上面を基準とすることを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、測定対象の基板上の検体から励起された光を検出するための光検出装置を有する測定対象読取装置であって、
照射光を第１光導波路で導光して第１レンズで集光して、前記測定対象の前記検体に照射する照射光学系と、
前記検体から励起された光を第2レンズで第２光導波路の導入側端面に集光して測定器
に導光するための受光光学系とを有し、前記照射光学系と前記受光光学系は別々の導光経路であり、
前記受光光学系は、前記受光光学系の前記第２光導波路の前記導入側端面には前記検体に結ぶ焦点と同じ焦点を結ぶ共焦点光学系を構成しており、
回転体を有し、前記測定対象を前記回転体に設置した状態で前記回転体を回転する測定対象回転部と、
前記回転体上の前記測定対象の前記検体に前記照射光を照射して前記検体から励起された蛍光を検出して読み取るための前記光検出装置と、
前記回転体の中心近傍に向かう方向またはその反対方向に沿って、前記光検出装置ないし照射スポットが直線的に移動できる機構と、を備えることを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記照射光学系と前記受光光学系が共焦点光学系の相対位置を維持したまま一緒に移動することを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記着脱可能な前記チップにおいて、前記検体の行・列の配列が前記回転体の半径方向に対して平行または垂直となるように配置されることを特徴とする。
本発明の測定対象読取装置は、好ましくは前記着脱可能な前記チップにおいて、前記検体が配置されている平面の形状がおよそ長方形または正方形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の蛍光検出装置によれば、検体からの余計な反射光を回避して正確に高感度で効率良く検体から励起された蛍光等の光を読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の光検出装置の好ましい実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光検出装置の光学系の要素をより詳しく示し、共焦点光学式の受光光学系の構成例を示す図である。
【図３】測定対象であるＤＮＡチップを示す斜視図である。
【図４】本発明の光検出装置の好ましい実施形態を備える測定対象読取装置の好ましい例を示す斜視図である。
【図５】図４の測定対象読取装置の好ましい例における回転体と、検体の配置例を示す平面図である。
【図６】照射光と反射光の関係を模式的に示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の光検出装置の別の実施形態を示す図である。
【図１０】円形状のスポット形状部分と、比較例である楕円形状のスポット形状部分を示す図である。
【図１１】複数の光検出装置がＤＮＡチップに対して往復移動している様子を示す図である。
【図１２】ＤＮＡチップの測定データを転送する例と比較例を示す図である。
【図１３】ＤＮＡチップの基準面を設定するための部材を示す図である。
【図１４】ＤＮＡチップに段差があった場合の測定の例を示す図である。
【図１５】第２光学軸を軸として第２レンズと第２光ファイバの開口数に応じた角度θの範囲を受光する様子を示す図である。
【図１６】検体の行・列の配列が前記回転体の半径方向に対して平行または垂直となるように配置される様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      ＤＮＡチップ（測定対象の一例）
１Ａ    チップ（測定対象の一例）
１Ｂ    チップ（測定対象の一例）
２      基板
３      検体
１０    光検出装置
１１    照射光学系
１２    受光光学系
２１    第１光ファイバ（第１光導波路）
２２    第１レンズ
２３    ＧＲＩＮレンズ
２４    レーザ光源
２５    照射光
２６    筒部材
２７    導入レンズ
３１    第２光ファイバ（第２光導波路）
３２    第２レンズ
３３    光検出器（測定器の一例）
３４    フィルタ
４０    検体から励起された蛍光
４１    反射光（ノイズ）
５１    第１光学軸
５２    第２光学軸
１００  測定対象読取装置
１２０  測定対象回転部
１３０  駆動部
１４１  第１アクチュエータ
１４２  第２アクチュエータ
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら、本発明の光検出装置の好ましい実施形態を説明する。【００３４】
図１は、本発明の光検出装置の好ましい実施形態の構成を示す斜視図である。図２は、図１の光検出装置の光学系の要素をより詳しく示す図である。【００３５】
図１に示すように、光検出装置１０は、測定対象である例えばＤＮＡチップ１の基板２に配置された検体から励起された蛍光等の光を光学的に読み取るための装置である。【００３６】
図１の光検出装置１０は、照射光学系１１と、受光光学系１２とを有しており、照射光学系１１と受光光学系１２は、別々の導光経路となっている。【００３７】
照射光学系１１は、第１光導波路としての第１光ファイバ２１と、第１レンズ２２と、ＧＲＩＮレンズ２３と、レーザ光源２４と、導入レンズ２７を有している。第１光ファイバ２１は、光の導入側端面２１Ｃと光の射出側端面２１Ｄを有している。【００３８】
図１のレーザ光源２４は、例えば波長が５３２ｎｍの緑色レーザ光又は波長が６３５ｎｍの赤色レーザ光を照射光２５として発生することができる。レーザ光源２４が発生する照射光２５は、導入レンズ２７とＧＲＩＮレンズ２３を通じて第１光ファイバ２１の光の導入側端面２１Ｃのコア２１Ｐに入射される。ＧＲＩＮレンズ２３は、屈折率が放射状に徐々に傾斜をもつ筒状のレンズである。第１光ファイバ２１Ｃへの入射条件（スポット径、照射角度）は通常第１光ファイバ２１固有の開口数・コア径により限定されるが、第１光ファイバ２１Ｃの手前にＧＲＩＮレンズ２３を利用することで、第１光ファイバ２１ではなくＧＲＩＮレンズ２３により入射条件が決まる。そのため第１光ファイバ２１のコア径が照射光２５を入射しきれないほど小さくても、ＧＲＩＮレンズ２３に入射可能であれば第１光ファイバ２１へも入射するこができるため、照射光２５を第１光ファイバ２１の光の導入側端面２１Ｃのコア２１Ｐに確実に入射することができる。【００３９】
図１の第１光ファイバ２１はホルダ２１Ｆを有しており、このホルダ２１Ｆは、第１光ファイバ２１の光の射出側端面２１Ｄ側に、筒部材２６を有している。筒部材２６の一端部はホルダ２１Ｆに固定されており、筒部材２６の他端部は開口部分２１Ｇである。【００４０】
筒部材２６の開口部分２１Ｇには、第１レンズ２２が配置されている。この第１レンズ２２は、２枚のレンズ体２２Ａ，２２Ｂを有しており、レンズ体２２Ａ，２２Ｂは、第１光ファイバ２１の光の射出側端面２１Ｄから射出される照射光２５をコリメートした後に絞って、照射光２５を所定の照射径にする。第１レンズ２２により絞られた所定の照射径を有する照射光２５は、図２に示すＤＮＡチップ１の基板２上の検体に照射される。【００４１】
次に、図１の受光光学系１２は、第２光導波路としての第２光ファイバ３１と、第2レ
ンズ３２と、光検出器３３と、フィルタ３４を有している。【００４２】
光検出器３３は、例えばフォトマルチプライヤ（光電子増倍管）を採用することができる。光検出器３３としてフォトマルチプライヤを用いることにより、蛍光４０を高感度に確実に受光して光信号―電気信号変換できる。【００４３】
図１の受光用の第２光ファイバ３１は、蛍光４０の導入側端面３１Ｃと射出側端面３１Ｄを有している。第２光ファイバ３１はホルダ３１Ｆを有しており、このホルダ３１Ｆは、第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃ側に、筒部材３６を有している。筒部材３６の一端部はホルダ３１Ｆに固定されており、筒部材２６の他端部は開口部分３１Ｇである。【００４４】
筒部材３６の開口部分３１Ｇには、第２レンズ３２が配置されている。この第１レンズ３２は、２枚のレンズ体３２Ａ，３２Ｂを有しており、レンズ体３２Ａ，３２Ｂは、検体の蛍光色素から発光される蛍光４０をコリメートした後に絞って、絞った蛍光４０は第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃのコア３１Ｌに焦点を結ぶようになっている。【００４５】
図１に示す筒部材２６は、第１光ファイバ２１の光の射出側端面２１Ｄと第１レンズ２２に対して外乱光が入射しないように光を遮断しているとともに、第１レンズ２２とホルダ２１Ｆを機械的に連結している。筒部材３６は、第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃと第２レンズ３２に対して外乱光が入射しないように光を遮断しているとともに、第２レンズ３２とホルダ３１Ｆを機械的に連結している。【００４６】
図２は、共焦点光学式の受光光学系１２の構成例を示している。【００４７】
図２では、上述した第１レンズ２２と、第１光ファイバ２１と、第２レンズ３２と、第２光ファイバ３１と、そしてＤＮＡチップ１を示しているが、ホルダ２１Ｆと筒部材２６の図示とホルダ３１Ｆと筒部材３６の図示は図の簡単化のために省略している。【００４８】
図２に示すように、図１に示す照射光２５が検体のターゲット領域３Ｔにおいて蛍光色素から蛍光４０が発光すると、その蛍光４０は第２レンズ３２を介して第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃにおいて第２光ファイバ３１のコア３１Ｌに対して共焦点を結ぶ。【００４９】
第２光ファイバ３１の構造は、コア３１Ｌと、その周りにあるクラッド３１Ｍと、クラッド３１Ｍの周囲を覆っている被覆（図示を省略している）とからなる。【００５０】
第２光ファイバ３１に対して、このコア３１Ｌを用いて蛍光４０の導入を行うので、コア３１Ｌは、通常使用されるいわゆる共焦点方式の光学系の受光側に用いられるピンホールを有する光学部材を別途設けなくても、ピンホールの役目を果たすことができる。すなわち、図１の受光光学系１２の第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃのコア３１Ｌが、共焦点光学系のピンホールの役割を果たしていて、ターゲット領域３Ｔとコア３１Ｌが、第２レンズ３２を介して同じ焦点を結ぶ。図２に示すノイズである反射光４１，４３は、コア３１Ｌに入射しないので、焦点以外からのノイズをカットでき、蛍光４０を検出する際に高感度化が実現できる。【００５１】
図２に示すように、もしＤＮＡチップ１の上であってターゲット領域３Ｔの付近に異物Ｂが存在していた場合でも、第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃのコア３１Ｌは、異物Ｂからの反射光による影響は受けない。この異物Ｂからの反射光による影響は受けない理由としては、図２では、異物Ｂからの反射光４１は、破線で示しており、この反射光４１は第２レンズ３２を通過した後にはコア３１Ｌではなくクラッド３１Ｍに入射するからである。【００５２】
また、ターゲット領域３Ｔ以外の基板２の部分４２で反射した反射光４３は、第２レンズ３２を通過した後には、同様にコア３１Ｌではなくクラッド３１Ｍに入射するので、第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃのコア３１Ｌはこの反射光４３により影響を受けることがない。【００５３】
このように、第２光ファイバ３１の光の導入側端面３１Ｃのコア３１Ｌは、ＤＮＡチップ１のターゲット領域３Ｔから励起された蛍光４０だけを、図１に示す光検出器３３に導くことができる。【００５４】
図１に示す解析装置５０は、例えばコンピュータであり、光検出器３３からの蛍光情報に基づいて、ＤＮＡチップ１の検体の解析を行う。【００５５】
図１に示すように、上述した照射光学系１１と受光光学系１２は、別々の導光経路となっているのであるが、この照射光学系１１の第１光学軸５１と、受光光学系１２の第１光学軸５１と、そしてＤＮＡチップ１の設置平面５３と、の位置関係について説明する。【００５６】
照射光学系１１からの照射光２５は、例えばＤＮＡチップ１表面で反射する反射光４１が発生する場合がある。受光光学系１２がこの反射光４１を受けるとノイズとなり感度が低下するため、これを避けて導光経路を分けるために照射光学系１１と受光光学系１２は設置平面５３に垂直な軸Ｌに対してそれぞれβ、αの傾きをもつ。【００５７】
図１に示すＤＮＡチップ１は設置平面５３の上に設置されている。この設置平面５３に垂直な平面において、照射光学系１１の第１光学軸５１を含む第１平面と、受光光学系１２の第２光学軸５２を含む第２平面とは、同一平面上にない。【００５８】
図１および図６に示すように、照射光学系１１の第１光学軸５１は設置平面５３に垂直な軸Ｌに対して角度βをもっている。この第１光学軸５１を通る照射光２５による反射光４１は、軸Ｌに対してほぼ対称なβの角度をもった反射光４Ａと、検体３Ａの表面の状態によって、例えばγの角度をもった反射光４Ｂが発生する。しかしこの反射光４Ａも４Ｂも照射光学系１１を通り設置平面５３に対して垂直な第１平面上に発生するため、受光光学系１２を第１平面と同一平面上にない第２平面とすることで、例えば励起光によるノイズ等の悪影響を抑え、受光信号の特徴に合わせて受光することが可能となる。【００５９】
設置平面５３に垂直な軸Ｌと、照射光学系１１の第１光学軸５１との成す角度βが、好ましくは１０度以上６０度以下となっている。設置平面５３に垂直な軸Ｌと、受光光学系１２の第２光学軸５２との成す角度αが、好ましくは１０度以上８０度以下となっている。例えば、図１の例では、角度αは３７度であり、角度βは３９度である。【００６０】
設置平面５３に垂直な軸Ｌと、照射光学系１１の第１光学軸５１との成す角度βを０度または０度近傍に設定した場合、例えば照射光学系１１の筒部材２６などに反射光が当たることによってその付近に乱反射などが発生し、これによる影響がノイズとなって感度を低下させる可能性がある。これらの影響を回避するためには、角度βは１０度以上設けることが望ましい。
また照射光学系１１の第１光学軸５１との成す角度βを設けると、例えば図１４に示すようにＤＮＡチップ１に段差があった場合、設置平面５３に垂直な軸Ｌ方向における照射光学系１１とＤＮＡチップ１との相対的な距離関係に位置変動δが発生するため、照射光学系１１によってＤＮＡチップ１に照射されるスポット中心位置が目的の位置からずれ、結果として分解能が低下する。スポット中心位置のずれはδ×tanβであらわされ、tanβに比例して大きくなるため、角度βがあまり大きくなると、位置変動δによる影響を大きく受けるという点で好ましくない。特にβが６０度付近を超えると、tanβの値が２程度となりこの影響が無視できなくなるため、角度βは６０度以下とすることが望ましい。【００６１】
照射光学系１１から照射される光は、例えば図６のようにＤＮＡチップ１上の検体３Ａによって角度γをもった反射光４Ｂが発生するが、この反射光４Ｂは照射光学系１１の第１光学軸５１に対して検体３Ａの照射面の法線に対称な位置に発生するため、検体３Ａの形状によっては照射光学系１１の第１光学軸５１を含む第１平面内すべての範囲に発生する可能性がある。したがって、照射光学系１１の第１光学軸５１を含む第１平面内の蛍光信号を受光した場合、蛍光信号に対してノイズとなる反射光を受光する可能性があり好ましくない。
以上のことから、受光光学系１２は図１５に示すように第２光学軸５２を軸として第２レンズ３２と第２光ファイバ３１の開口数に応じた角度θの範囲を受光することができ、感度を上げるためにはこの受光範囲が広いことが望ましいが、受光範囲として照射光学系１１の第１光学軸５１を含む第１平面を含まないことが望ましい。これを満たすためには、設置平面５３に垂直な軸Ｌと、受光光学系１２の第１光学軸５２との成す角度αを設けて、かつ受光範囲θを照射光学系１１の第１光学軸５１を含む第１平面を含まないように制限する必要がある。このとき、受光範囲θは２×α度未満に制限されるため、最低限の受光範囲を確保するためには角度αが最低でも１０度以上とすることが望ましい。
しかし、図１５に示すように受光範囲θは構造的に測定対象であるＤＮＡチップ１に接触しないように、（９０−α）×２度未満に制限されるため、逆に受光光学系１２の第２光学軸５２との成す角度αが大きくなりすぎても感度の低下につながるため好ましくない。実際には例えば図１における第２レンズ３２やこれを保持する筒部材３６などもＤＮＡチップ１への接触を避ける必要があることからさらに角度が制限されるため、十分な受光範囲θを確保するためには、角度αは６０度以下とすることが望ましい。【００６２】
図１と図２に示す照射光学系１１からの照射光２５が、ターゲット領域３Ｔに集光する際の集光面の大きさ（照射径）は、ＤＮＡチップ１においてスポットされた検体３の１つのスポット領域に対して５分の１以下であることで、十分な分解能を得ることが可能となる。また好ましくは、照射径が所定分解能以下とする。図１の実施形態では、照射径は例えば５μｍである。例えば検体３がスポットされている１つの範囲が１００μｍのときには照射径がその５分の１の２０μｍ以下が望ましく、照射径が２０μｍより大きくなると、スポット径に対して十分な分解能が得られにくいという点で好ましくない。また例えば所定の分解能を５μｍとしたときは、照射径を５μｍより大きくすると、測定範囲外からも蛍光情報を受けてしまうためにノイズとなるため、照射径は５μｍ以下とすることが望ましい。【００６３】
照射光学系１１の第１光ファイバ２１のモードフィールド径（ＭＦＤ；Mode Field Diameter）が、好ましくは照射光２５がターゲット領域３Ｔに集光する集光面の大きさ（照
射径）の３倍以下とする。モードフィールド径とは、第１光ファイバ２１のコア３１Ｌと、クラッド３１Ｍの一部に照射光２５が通るが、コア３１Ｌと、クラッド３１Ｍの一部を含む光の伝播領域の直径のことをいう。モードフィールド径が、目的とする照射径よりも大きい場合、目的とする照射径を実現するには像倍率を変える必要があり、そのためには第１レンズ２２Ｂからターゲット領域３Ｔまでの距離に対して、第１光ファイバ２１の出射側端面２１Ｄと第１レンズ２２Ａまでの距離を像倍率に応じて変更する必要がある。例えばモードフィールド径が目的とする照射径の２倍の場合、第１レンズ２２Ｂからターゲット領域３Ｔまでの距離を一定とすると、第１光ファイバ２１の出射側端面２１Ｄと第１レンズ２２Ａまでの距離を２倍とする必要がある。光路が長くなれば長くなるほど収差が大きくなる傾向にあるため、モードフィールド径は目的とする照射径の３倍以下程度とすることが望ましく、逆に３倍よりも大きくなると収差がかなり大きくなるという点で好ましくない。【００６４】
図１の照射光学系１１の第１光ファイバ２１における光の導入側端面２１Ｃ側にはＧＲＩＮレンズ２３が配置されているので、レーザ光源２４からの照射光２５が第１光ファイバ２１における光の導入側端面２１Ｃに入射する際の入射効率を高くすることができる。【００６５】
受光光学系１２の第２レンズ３２と第２光ファイバ３１の開口数は大きいほどよく、蛍光４０の受光角度が広くなり感度の高い測定が可能となる。受光光学系１２の第２レンズ３２の開口数を第２光ファイバ３１の開口数以上とすることで、光ファイバ３１の開口数を最大限に発揮できるため好ましい。さらに好ましくは第２レンズ３２および第２光ファイバ３１の開口数は０．３以上とし、それによって蛍光４０を確実に受光することができる。また、例えば第２光ファイバ３１の種類を交換することで、受光光学系１２の第２光ファイバ３１のモードフィールド径（ＭＦＤ）を変更すれば、蛍光４０の受光感度や焦点深度が自由に変更できる。【００６６】
ここで、図３を参照して、測定対象であるＤＮＡチップ１について説明する。【００６７】
ＤＮＡチップ１は、ＤＮＡマイクロアレイとも呼ばれており、スライドガラスのような基板２の上には複数の検体３が配置して固定されている。この例では検体３は、ＤＮＡ断片であり、各検体３は蛍光色素により標識されている。このＤＮＡチップ１は、半導体技術を利用して作製されたアフィメトリクス型や、ピンスポットを有するスタンフォード型のものがある。【００６８】
次に、上述した光検出装置１０による検体の蛍光を含む光検出方法について説明する。【００６９】
図１に示すように、設置平面５３の上には、ＤＮＡチップ１が置かれる。レーザ光源２４が照射光２５を第１光ファイバ２１の光の導入側端面２１Ｃに入射される。照射光２５は、第１光ファイバ２１を通じて導光されて、光の射出端面２１Ｄから射出されて、第１レンズ２２により焦点が絞られて、図２に示すターゲット領域３Ｔに照射される。照射光２５は、検体３のターゲット領域３Ｔにおいて蛍光を励起する。検体３から発生した蛍光４０は、受光光学系１２の第２レンズ３２により集光されて共焦点光学式でコア３１Ｌに入射される。これにより、ターゲット領域３Ｔとコア３１Ｌが、第２レンズ３２を介して同じ焦点を結ぶ。図２に示すノイズである反射光４１，４３は、コア３１Ｌに入射しないので、焦点以外からのノイズをカットでき、蛍光４０を検出する際に高感度化が実現できる。【００７０】
入射された蛍光４０は、第２光ファイバ３１を通って光検出器３３により検出されることにより、解析装置５０は検体からの蛍光に基づいて、検体の解析を行う。【００７１】
このように、上述した光検出装置１０では、照射光学系１１は、光を第１光導波路で導光して第１レンズ２２で集光して、測定対象に照射する構造である。受光光学系１２は、検体から励起された蛍光を第2レンズ３２で第２光導波路の端面に集光して測定器に導光
する構造である。受光光学系１２の第２光導波路の端面が、共焦点光学系のピンホールの役割を果たしている。光検出装置１０は、検体からの余計な反射光を回避して正確に高感度で効率良く検体から励起された蛍光等を読み取ることができる。【００７２】
次に、上述した光検出装置１０を適用した測定対象読取装置について、図４と図５を参照しながら説明する。【００７３】
図４に示す測定対象読取装置１００には、好ましい例として２台の光検出装置１０が用いられている。２台の光検出装置１０は、第１光検出装置１０Ａと第２蛍光を含む光検出装置１０Ｂであり、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは上述した光検出装置１０と同じ構造のものであるので、その説明を用いることにする。【００７４】
図４の測定対象読取装置１００は、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂと、測定対象回転部１２０とを有している。【００７５】
測定対象回転部１２０は、回転体（ディスク）としての回転板１２１と、電動モータなどの駆動部１３０を有する。駆動部１３０の駆動制御は、例えば図１に示す解析装置５０からの指令信号に基づいて行う。測定対象回転部１２０は、測定対象である複数個のＤＮＡチップ１を回転板１２１に設置して固定した状態で回転板１２１を回転する。駆動部１３０の出力軸１３３は、回転板１２１の中心に連結されている。回転板１２１は、出力軸１３３の回転中心軸１３４を中心として、回転板１２１は例えば矢印１３５で示す方向に連続回転できるようになっている。【００７６】
図４の第１光検出装置１０Ａは、第１アクチュエータ１４１の作動により、回転板１２１の半径方向Ｒに沿って往復移動可能であり、第２蛍光光検出装置１０Ｂは、第２アクチュエータ１４２の作動により、回転板１２１の半径方向Ｒに沿って往復移動可能である。【００７７】
第１アクチュエータ１４１は、例えば第１光検出装置１０Ａを半径方向Ｒに沿って直線的に機械的に案内するガイド部と、第１光検出装置１０Ａをガイド部に沿って移動させる直線駆動モータにより構成されている。同様に、第２アクチュエータ１４２は、例えば第２光検出装置１０Ｂを半径方向Ｒに沿って直線的に機械的に案内するガイド部と、第２光検出装置１０Ｂをガイド部に沿って移動させる直線駆動モータにより構成されている。【００７８】
しかも、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、回転中心軸１３４近傍を中心として反対位置に配置されている。第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、第１アクチュエータ１４１と第２アクチュエータ１４２の作動により、互いに同期して回転中心軸１３４近傍に向かうように移動（スキャン）し、または逆に互いに回転中心軸１３４近傍から離れる方向に移動（スキャン）する。このとき、第一検出装置１０Ａおよび第２検出装置１０Ｂは、それぞれにおいて照射光学系１１と受光光学系１２が共焦点光学系の相対位置を維持したまま移動する。【００７９】
図４の第１光検出装置１０Ａのレーザ光源２４と第２光検出装置１０Ｂのレーザ光源２４は、互いに異なる波長の照射光２５を発生する。例えば第１光検出装置１０Ａのレーザ光源２４は、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ光を発生し、第２光検出装置１０Ｂのレーザ光源２４は、波長が６３５ｎｍの赤色レーザ光を発生する。【００８０】
次に、上述した光検出装置１０を備える測定対象読取装置１００を用いた測定対象の検体読取方法について説明する。【００８１】
図４と図５に示す回転板１２１の上には、複数のＤＮＡチップ１を設置する。この際に、複数の各ＤＮＡチップ１の長手方向は、例えば回転板１２１の円周方向に沿って配列される。図５では、図面の簡単化のために、一例として２つのＤＮＡチップ１が図示されている。回転板１２１を回転する前に、例えば透過型センサが、回転板１２１の小さな穴を検出することにより、回転板１２１の原点位置を取得して解析装置に情報として与えておくことができる。【００８２】
図４に示す駆動部１３０が回転板１２１を回転するとともに、図４の第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂが、例えば図５に示す回転板１２１の最外周位置Ｐ１から最内周位置Ｐ２に向かって直線的に同期して移動する。これにより、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは回転体１２１の上の各ＤＮＡチップ１に対して相対的に移動して、第１光検出装置１０Ａの照射光学系１１は、緑色の照射光２５を検体のターゲット領域３Ｔに照射して、第２光検出装置１０Ｂの照射光学系１１は、赤色の照射光２５を検体のターゲット領域３Ｔに照射する。【００８３】
緑色の照射光２５を検体のターゲット領域に照射し、赤色の照射光２５を検体のターゲット領域に照射することにより、検体のターゲット領域３Ｔの蛍光色素が発光する。発光色素の発光は、図１の光検出器３３により受光して解析装置５０に信号を送ることにより、解析装置５０は、蛍光強度の比から検体の解析を行う。【００８４】
このように、複数のＤＮＡチップ１に対して、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂが同時にスキャンされる。回転体１２１の回転は、駆動部１３０の駆動により連続回転する。そして、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂはそれぞれアクチュエータ１４１，１４２を用いて回転体１２１に対して直線的にスキャンできる。【００８５】
図４の第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、回転体１２１と駆動部１３０の重量に比べて軽く、回転体１２１の半径方向Ｒに沿って直線的にスキャンすることが容易であり、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂのスキャンには自由度がある。測定対象読取装置１００は、回転板１２１の複数のＤＮＡチップ１の検体を、高速でしかも低騒音で読み取ることができる。また、回転板１２１は、回転させるだけであり、例えばＤＮＡチップ１を載せたテーブルをＸＹ方向に移動する方式に比べて、回転板１２１を直線移動せずにすむので、小型化が可能であり、省スペース化が図れる。【００８６】
本発明の実施形態に対する比較例として、光学系の位置が固定されており、１つの大型の駆動装置が、回転体を直線移動しかつ回転体を連続回転させる構造のものに比べて、本発明の実施形態は、高速で低振動で測定対象の検体の読取方法が実施できる。つまり、比較例において回転体を連続回転しながらしかも回転体を光学系に対して直線的に移動すると、回転体自体の回転と直線移動により回転体には振動が生じやすくなる。【００８７】
また、別の比較例としては、光学系の照射光学系が照射する光が、Ｘ方向と、Ｘ方向に直交するＹ方向に移動する構造のものでは、蛍光検出が低速になってしまい、しかも振動が発生し易い。【００８８】
図４の第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、照射光学系１１と受光光学系１２が完全に分離されている。照射光２５は筒部材２６により遮光されており、また蛍光４０は筒部材３６により遮光されているので、相互に影響を与えることがない。また、受光光学系１２は、共焦点方式を採用しているので、異物からの反射光等のノイズが、第２光ファイバ３１のコア３１Ｌに入射することがないので、受光光学系１２ではノイズを回避できる。【００８９】
図４の第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、回転体１２１の上の複数個のＤＮＡチップ１について同じ検出範囲を、好ましくは回転体１２１の回転数が２５回転以内になるように検出する。これにより、照射光学系１１は、異なる波長を同じ検体に照射でき、異なる波長により同じ検体からの蛍光を確実に検知して、異なる蛍光の比により、検体の性質を読み取ることができる。【００９０】
第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、回転体１２１の上の複数個のＤＮＡチップ１について螺旋形状に検出して検出データを取得する際に、取得した複数個のＤＮＡチップ１についての検出データは、例えば螺旋形状から縦横方向の行列形状に割り振って変換することができる。割り振りは近傍の平均値をとってもよいし、最大値または最小値をとってもよい。これにより、ＤＮＡチップ１上に配列されている複数の検体の配列に対応して、検出データを配列できる。【００９１】
図４の回転体１２１の上の複数個のＤＮＡチップ１に対する検出サンプリング速度は、回転体１２１の外周部側におけるＤＮＡチップ１の検体の測定時には速くし、回転体１２１の内周部側におけるＤＮＡチップ１の検体の測定時には遅くして、回転体１２１の回転中心軸から半径方向に沿った距離に応じて、徐々に速度を変更することができる。これにより、各ＤＮＡチップ１内の各検体の測定間隔を均等に保つことができる。【００９２】
回転体１２１の回転速度は、回転体１２１の外周部側におけるＤＮＡチップ１の検体の測定時には遅くし、回転体１２１の内周部側におけるＤＮＡチップ１の検体の測定時には速くして、徐々に速度を変更することができる。これにより、各ＤＮＡチップ１内の各検体の測定間隔を均等に保つことができる。【００９３】
照射光学系１１では、照射光２５の焦点距離をＺ１〜Ｚｎまで変更して、検体の検出データを複数回（ｎ回）取得することができる。この場合には、照明光学系１１を第１光学軸５１に沿って移動することにより、検体のターゲット領域から各焦点距離に応じて取得した検体のデータから検体の最適なデータを抽出することができる。【００９４】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲お逸脱しない範囲で、種々の変形例を採用することができる。【００９５】
例えば、上述した例では図３に示すＤＮＡチップ１の検体３は、ＤＮＡ断片である。しかし、ＤＮＡチップ１の検体３は、ＤＮＡ断片以外に例えばＲＮＡ断片であっても良い。【００９６】
図４に示す第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、１つのアクチュエータにより、直線移動させる構造にしても良い。第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂは、回転中心軸１３４を中心として反対方向に配置されており、第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂのそれぞれのスキャン方向は、ディスク状の回転板１２１の直径方向に沿っているが、これに限らず第１光検出装置１０Ａと第２光検出装置１０Ｂの回転１２１に対する位置は、任意に選択できる。【００９７】
光検出装置の台数は、図４と図５に示す２台に限らず、３台以上配置しても良い。【００９８】
各光検出装置の照射光学系が発生する照射光の波長は、実施形態の緑と赤の波長に限定されず、任意に選択できる。【００９９】
本発明の測定対象読取装置の実施形態では、例えば図７に示すように、回転体である回転板（円板ともいう）１２１の上に、同じまたは違う種類の複数のチップ１Ａ，１Ｂを着脱可能に固定して、前記複数のチップ１Ａ，１Ｂを測定するようにしても良い。これらの複数のチップ１Ａ，１Ｂは、回転板１２１と着脱可能であるため、それぞれ前処理方法が異なるようにしても良い。これにより、同じ種類だけでなく、異なる種類のチップ１Ａ，１Ｂを固定して測定することができる。【０１００】
複数のチップ１Ａ，１Ｂとして、遺伝子発現量解析チップとゲノム解析チップを配置することができ、測定対象読取装置は、遺伝子発現量解析チップとゲノム解析チップを同時に解析することができる。これにより、遺伝子発現量解析とゲノム解析が同時に行える。【０１０１】
遺伝子発現量解析チップとゲノム解析チップの解析結果を総合的に解析することができる。例えば、図８は、遺伝子発現量解析とゲノム解析結果を解析した例を示す。ゲノムの解析結果はある程度の精度を持っているが、ゲノム解析結果には、多くの情報を含んでいるためにデータのばらつきがある。そのゲノム解析結果に対応した遺伝子の発現量解析結果を組み合わせることにより、精度を向上させることができる。【０１０２】
図８において、ゲノム解析（染色体異常解析）では、例えば染色体１の一部である染色体１Ａでは若干のコピー数異常がみられる。しかしこの部分に含まれる遺伝子の発現量解析では良好な結果が得られており、この結果を総合すると、染色体異常解析のみの危険度分析よりも実際の危険度は安全側であることがわかる。また例えば染色体３の一部である染色体３Ｂでは明らかなコピー異常がみられる。この部分に含まれる遺伝子の発現量解析では悪いデータが得られており、この結果を総合すると、染色体異常解析のみの危険度分析よりも実際の危険度はより危険側であることがわかる。【０１０３】
以上のように、複数種類の解析を基にして総合的に結果を解析して導き出すことで、精度の高い診断が可能となる。しかも、遺伝子発現量解析チップとゲノム解析チップを同時に測定して解析することで、患者のサンプルを取り違えるのを防ぐことが可能である。【０１０４】
本発明の別の実施形態を説明する。
図９（Ａ）は、光検出装置において、
照射光学系１１が生じる照射ビーム２５が照射角度をもっていながら、測定対象であるＤＮＡチップ１へのスポット形状部分２５Ｓが円形に形成されている例を示している。図９（Ｂ）は、スポット形状部分２５Ｓの円形状を示す図９（Ａ）におけるＢ―Ｂ断面図である。図９（Ｃ）は、照射ビーム２５の楕円形状を示す図９（Ａ）におけるＣ―Ｃ断面図である。【０１０５】
図９（Ａ）に示す照射ビーム２５は、例えばシリンドリカルレンズ２０１０を使うことで、図９（Ｃ）に示すような楕円形状の照射ビーム２５を形成して、ＤＮＡチップ１に対して図９（Ｂ）に示すような円形状のスポット形状部分２５Ｓを形成することができる。この場合における照射ビーム２５の照射角度（入射角度α）は、１０＜α＜６０°である。
このように、円形状のスポット形状部分２５Ｓを形成してＤＮＡチップ１の照射面１Ｋに対して照射することで、次のようなメリットがある。
図１０（Ａ）は、受光光学系の光検出器のピクセル９５０Ｐと、各ピクセル９５０Ｐにスキャンされた円形状のスポット形状部分２５Ｓを示している。図１０（Ｂ）は、比較例として、ピクセル９５０Ｐとそれぞれにスキャンされた楕円形状のスポット形状部分２５Ｔを示している。
図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）を比較してみると、図９の単一の照射光学系１１において、円形状のスポット形状部分２５Ｓは、楕円形のスポット形状部分２５Ｔに比べて、画像化をした時にピクセル９５０Ｐの正方形形状に対して均等な照射をすることができる。
例えば、図１０（Ａ）では、円形状のスポット形状部分２５Ｓの面積は、ピクセル９５０Ｐの面積に対して、（円周率／４）で表され約７９％であるが、図１０（Ｂ）では、楕円形状のスポット形状部分２５Ｔの面積は、ピクセル９５０Ｐの面積に対して、約（ｂ／ａ×７９％）であり、小さくなってしまう。ここで、ｂは楕円形状のスポット形状部分２５Ｔの短軸長さであり、ａは楕円形状のスポット形状部分２５Ｔの長軸長さである。【０１０６】
このスポット形状部分２５Ｓの非円率が、２０％以下であることが好ましい。この非円率とは、スポット領域の最小外接円と最大内接円の直径の差を標準的なスポット径に対して百分率で表した値であり、真円からのゆがみを表す。楕円形状のスポットについても本定義に当てはめて考えることができる。
ピクセル内の値を正確に示すためにはピクセル外へのスポットは好ましくなく、スポット領域の最小外接円の直径が正方形形状のピクセルの一辺以下であることが好ましい。このときに最もピクセル内の面積を広く照射できる形状は真円であり、ピクセルに対して約７９％の照射面積となるが、非円率が２０％となると照射面積は最小で約５０％となってしまう。したがって非円率が２０％を超えるとピクセル内の値を半分以上反映することができなくなる可能性があるため好ましくない。【０１０７】
図１１は、複数の光検出装置１０Ａ，１０Ｂが回転板１２１に対して配置されており、各光検出装置１０Ａ，１０Ｂはそれぞれアクチュエータ１４１により回転体１２１の中心近傍に向かう方向またはその反対方向Ｒに沿って直線的に移動する。しかも各光検出装置１０Ａ，１０Ｂが回転体１２１の中心近傍に向かう方向またはその反対方向Ｒに沿って往復移動してＤＮＡチップ１を検出できるようになっている。回転板１２１はモータ１３０の駆動により例えば矢印１３５に沿って連続回転する。これにより、複数の光検出装置１０Ａ，１０Ｂが複数の測定対象であるＤＮＡチップ１を効率よく複数回検出することが可能となり、検出結果の補完によって信頼性を向上させることができる。
このように、光検出装置１０Ａ，１０Ｂが回転体１２１の中心近傍に向かう方向またはその反対方向Ｒに沿って往復移動する際には、往路Ｒ―１と復路Ｒ―２では、各光検出装置１０Ａ，１０Ｂが移動する速度を変えることができる。例えばＤＮＡチップ１を往路Ｒ−１では高速に移動しておおまかに検出し、復路Ｒ−２では低速に移動して細かく検出することができる。往路Ｒ−１の結果はデータ量が少ないため、容易にデータ処理をすることができ、この処理結果から必要な部分のみ復路Ｒ−２の結果を引用することで効率のよいデータ処理が可能となる。
また、往路、復路それぞれの移動中に速度を変えてもよい。例えば往路Ｒ−１の結果から、復路Ｒ−２では必要な部分だけを低速で移動して検出することもできる。このとき必要な部分の決定は往路Ｒ−１の終了後に手動で決めてもよいが、制御により自動認識で決めてもよい。これによって、必要なデータのみを詳細に取り出すことができるため、効率のよい測定やデータ処理が可能となる。【０１０８】
また、例えば図４に示す測定対象読取装置１００では、回転板１２１の回転している際に、光検出装置１０Ａ，１０Ｂが、測定する周と測定しない周を設け、測定しない周においてチップの測定データをメモリから解析装置に転送し、次の測定しない周までに測定データを解析することができる。
図１２は、測定対象読取装置１００が測定する際の測定データの処理の一例を示している。図１２では、例えば図１１に示す光検出装置１０Ａ，１０Ｂが、連続回転している回転板１２１における測定する周ＸＲ１と測定しない周ＸＲ２を設け、測定する周ＸＲ１においておよそ一周分の測定データＤＴをメモリ６６６に記憶し、測定しない周ＸＲ２においてメモリ６６６から解析装置５０に転送し、次の測定しない周ＸＲ２までに測定データＤＴを解析する例を示している。図１２では、測定対象読取装置１００に対する比較例として、別の測定対象読取装置１０００Ｈが測定する際の測定データの処理の一例を並べて示している。【０１０９】
図１２における比較例の測定対象読取装置１０００Ｈでは、測定データＤＨは、すべてメモリ６６６に記憶される。しかし測定データＤＨの容量は画像化におけるピクセルの分解能の二乗に比例して大きくなるため、測定対象読取装置１０００Ｈはメモリ６６６の記憶容量によって画像化時の分解能が制限されるという問題が生じる。
これに対し、測定対象読取装置１００では、図４に示す回転板１２１が回転している際に、光検出装置１０Ａ，１０Ｂが、ＤＮＡチップ１を測定する周ＸＲ１と測定しない周ＸＲ２を設けており、測定する周ＸＲ１で得られたおよそ一周分のデータＤＴはメモリ６６６に記憶され、次の測定しない周ＸＲ２で解析装置５０に転送される。したがって、メモリ６６６に記憶する容量は比較して少なくすむため、高分解能な画像化データの取得でもメモリ６６６の容量にはほとんど制限されない。
また測定対象読取装置１００では測定しない周ＸＲ２を設けることによって、測定がすべて終了するまでの時間がおよそ倍となるが、測定しない周ＸＲ２のうち転送にかかる時間を除いた残りの時間については画像化処理に使用することができるため、特に画像化処理の合計時間が測定時間の合計時間よりも長くかかる場合は、効率的に処理を行うことが可能となり、高速化が実現できる。
また実施例としては、測定しない周ＸＲ２に行われる作業を、測定する周ＸＲ１内で行ってもよい。例えば測定する周ＸＲ１において、測定対象であるＤＮＡチップ１を検出している時間付近はメモリ６６６に記憶し、検出していない時間のみを利用して測定しない周ＸＲ２と同様にメモリ６６６から解析装置５０へ転送し、画像化処理を行うことでも同様の効果を得ることができる。
図１２における解析装置５０で解析されるＤＮＡチップ１の数は、単数であっても複数であってもよい。【０１１０】
図１３は、測定対象読取装置１００の照射光学系１１がＤＮＡチップ１に対して光の焦点位置を合わせる際に、チップ１の上面２２２を基準とすることを示している。
図１３において、基準面設定用の部材１４６０は、ＤＮＡチップ１をはめ込んで保持するための部材であり、段差部１４７０を有している。
段差部１４７０は、長方形状の開口部１４８０を形成している。回転板１２１には、好ましくは開口孔１６９０が形成されている。例えば、ＤＮＡチップ１は、回転板１２１の開口孔１６９０から入れて、段差部１４７０にはめ込んで、ＤＮＡチップ１の上面２２２を基準面１４９０に対して押し付ける。
これにより、各ＤＮＡチップ１の厚みＴＴに誤差があっても、回転板１２１の搭載面１５００に対するＤＮＡチップ１の上面２２２の位置が一定にできる。従って、測定対象読取装置１００の照射光学系１１がＤＮＡチップ１に対して光の焦点位置を合わせる際に、チップ１の上面２２２を基準として照射光２５を当てることができるので、測定精度を上げることができる。【０１１１】
図１６は、検体の行および列の配列が前記回転体の半径方向に対して平行または垂直となるように配置される様子を示している。
一般的なＤＮＡチップは検体３が配置されている平面の形状がおよそ長方形または正方形をしている。多くは約１インチ×約３インチの長方形であり、角が取れていたりする場合もあるが全体的にみておよそ長方形または正方形を成している。
このような一般的なＤＮＡチップには、複数の検体３はＤＮＡチップ１上にどの検体であるかがわかるように整然と配列されている。図１６に示すようにＤＮＡチップ１の一辺に対して平行または垂直に配列されている。検体３は多くはＤＮＡチップ１Ａのように行・列が配列されるが、例えばＤＮＡチップ１Ｂのようにオフセットされて配置されても同様に考えられる。
測定対象読取装置１００は、検体３の行・列の配列が、回転円板１２１の半径方向Ｒに対してほぼ平行またはほぼ垂直となるように配置された回転円板１２１から着脱可能なＤＮＡチップ１を測定するように構成されており、例えば検体３が配置される平面の形状が円板形状であるＤＮＡチップや、円周方向に例えば螺旋状に配置されたような特殊なチップだけではなく、世間に多く存在する一般的なＤＮＡチップを測定することが可能な構成としている。【０１１２】
本発明は、遺伝子、免疫系、タンパク質、アミノ酸、糖類の生体高分子に関する検査、解析、分析が要求される分野、例えば工学分野、食品、農産、水産加工等の農学全般、薬学分野、衛生、保健、免疫、疫病、遺伝等の医学分野、化学もしくは生物学等の理学分野等、あらゆる分野に適用できる。
【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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【国際調査報告】
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