JP2004325174A - Fluorescence detector - Google Patents

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JP2004325174A JP2003118345A JP2003118345A JP2004325174A JP 2004325174 A JP2004325174 A JP 2004325174A JP 2003118345 A JP2003118345 A JP 2003118345A JP 2003118345 A JP2003118345 A JP 2003118345A JP 2004325174 A JP2004325174 A JP 2004325174A
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Hisanobu Niimura
寿信 新村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescence detector which efficiently emits sufficient exciting light without any irregularities and reliably detects fluorescence. <P>SOLUTION: The fluorescence detector comprises: a sample base 1 on which a sample 202 is placed; an LED light source unit 11 that emits light to the sample 202 and excites a fluorescent substance contained in the sample 202; and a fluorescence detection means having an objective lens 5 for condensing fluorescence generated by exciting a fluorescent coloring matter substance by the exciting light, a filter 22 for selectively transmitting the fluorescence generated by exciting the fluorescent substance by the exciting light, and a photodetector 24 for detecting the fluorescence passing through the objective lens 5. The sample base 1 and the LED light source unit 11 are relatively, movably provided and light from the LED light source unit 11 is emitted to the sample 202 concurrently with the relative movement. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光を用いて遺伝子の発現レベルや突然変異の有無などを検出する蛍光検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、実用化されている主な遺伝子検査方法には、生体試料から核酸を抽出し、PCR(Polymerase Chain Reaction:ポリメラーゼ連鎖反応)法やNASBA(Nucleic Acid Sequence−Based Amplification:核酸配列に基礎をおいた増幅法)法などを用いて放射性同位元素や、蛍光色素を標識された核酸の増幅を行なってターゲット遺伝子を増幅し、ターゲット遺伝子の塩基配列またはその濃度を測定する方法などが知られている。
【0003】
また、遺伝子の発現量の検査や突然変異などの解析には、電気泳動法が用いられている。しかし、この電気泳動法は、測定に手間と時間がかかり、また一度に行なえる測定に制限があるなどの問題点があった。
【0004】
そこで、最近では、蛍光標識された核酸を複数のキャピラリー内で反応させ、多くの試料を一度に迅速に処理できるキャピラリー電気泳動法が広く用いられるようになっている。このキャピラリー電気泳動法によれば、従来の電気泳動法を用いた方法に比べて、より短時間で簡便に測定が行なえるようになった。
【0005】
さらに、最近になって、同時に複数の遺伝子検査を行なうことができるDNAチップを用いた検査方法が新しく開発されている。ここで、DNAチップは、ガラス基板の表面に多数のDNAプローブを固定化するものや半導体製造工程を応用してシリコンウエハ上の微小な領域に合成した多数のオリゴプローブなどを付着させたものである。
【0006】
このようなDNAチップを用いた検査方法では、サンプル中のDNAの塩基配列や発現量を複数、同時に決定できる。また、DNAチップの応用によって多くの遺伝子発現量や複数の突然変異の解析など、多様な検査を行なうことが可能となっている。さらには、DNAチップを用いて得られたデータから、多くの遺伝子を複数のグループに分類したり、発生や分化に伴う遺伝子の変動に関する情報なども得られるようになっている。
【0007】
ところが、DNAチップを用いた遺伝子解析法は、一度に多数の検査を行える利点があるものの、長い検査時間を必要とし、また全体を通して検査工程が多く、且つ煩雑な操作が必要であるために再現性のよい検出結果が得られにくいという問題があった。
【0008】
そこで、このような問題を克服するために、DNAチップの担体として、再現性がよく、且つ短時間でDNAチップと同様の検査を行うことができる多孔質のフィルターを用いる方法や、ハイブリダイゼーション反応を電気的な力によって行なう方法が開発されている(例えば、特許文献1、特許文献2および特許文献3)。
【0009】
さらに、最近になって、DNAマイクロアレイを用い、このDNAマイクロアレイの反応槽内で起こった反応生成物から発せられた螢光を用いて遺伝子解析を行なう、遺伝子検査装置が考えられている。この装置は、顕微鏡をベースとしたものであって、DNAマイクロアレイの反応槽内で予め蛍光標識された標的核酸と核酸プローブとの間でハイブリダイゼーション反応を起こさせ、この反応によりDNAマイクロアレイに捕捉された蛍光物質からの螢光信号を取得し、これを基に蛍光画像を得るようにしたものである。ここで、DNAマイクロアレイは、試料を収容する微小な反応槽(液体収容部)を多数配置した構造となっている。
【0010】
このようなDNAマイクロアレイを用いた遺伝子検査方法では、蛍光物質を効率よく励起して、DNAマイクロアレイの反応槽内で起こった反応生成物から安定した螢光を発生させることが、精度の高い遺伝子解析を行う上で極めて重要である。
【0011】
従来、光源より蛍光物質に励起光を照射し、蛍光を発生させるようにしたものとして、例えば、特許文献4に開示されるように、LED(Light Emitting Diode)励起光源を用い、このLED励起光源より発せられた励起光により螢光物質を励起し、励起された蛍光物質が発する蛍光に対して、入射光の波長を選択的に透過するフィルタ手段を通して固体撮像素子で螢光信号を受光し、この螢光信号に基づいて螢光画像を得るようにしたものがある。
【0012】
また、特許文献5に開示されるように、LEDからの光をダイクロイックミラー、対物レンズを介して励起光としてウェルに照射し、試料から発光された蛍光を対物レンズ、ダイクロイックミラーを介しピンホールユニットを介して光電子増倍管で検出するようにしたものもある。
【0013】
さらに、特許文献6に開示されるように、半導体光源を2次元的に配列して面光源としてコンデンサレンズを介して標本を照明し、標本を透過した光を対物レンズに入射するようにしたもの、つまり、2次元的に配列した半導体光源からの照明光を光軸に沿って送り、対物レンズの光軸と一致させた状態で、対物レンズに入射し、拡大した画像を得られるようにしたものがある。
【0014】
さらにまた、特許文献6に開示されるように、半導体励起光源を用いて、対物レンズを介して試料に光を当てて試料内部の蛍光色素を励起し、試料からの蛍光を入射光と同じ光学系を通して光検出器で検出するようにしたものもある。
【0015】
【特許文献1】
特表平9−504864号公報
【0016】
【特許文献2】
特表平2000−515251号公報
【0017】
【特許文献3】
特表平2001−501301号公報
【0018】
【特許文献4】
特開平10−132744号公報
【0019】
【特許文献5】
特開2002−116148号公報
【0020】
【特許文献6】
特公平7−122694号公報
【0021】
【特許文献7】
USP6154282号公報
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、LED光源は螢光物質を励起するのに十分な量の光強度を有しておらず、螢光物質より十分な螢光を発生させることができない。このため、CCDカメラなどの通常用いられる光検出手段で受光することが困難な場合が多く、螢光物質を励起するための光源としてLED光源を用いる場合は、できる限り出力強度が大きい機種を選択することは勿論のこと、2個以上のLEDを束にして、できるだけ試料面に近づけ、螢光物質に十分な励起光が均一に当たるようにするなどの工夫が必要である。
【0023】
ところが、特許文献4には、これらを考慮したLED光源からの励起光の螢光物質に対する効果的な照射方法について具体的な記載がない。また、LED光源の一つは、蛍光物質の真下に配置され、このLED光源からの励起光の光軸とカメラレンズの光軸とが一致している。このことは、蛍光物質を透過した励起光の一部が螢光物質から発せられる蛍光と同じ光路を進むことになるため、この励起光が蛍光にノイズ光として混入し、蛍光検出の信頼性の低下を招くという問題を生じる。
【0024】
また、特許文献5、特許文献6および特許文献7のものは、いずれも半導体光源からの照明光の光軸と対物レンズの光軸とが一致している。このため、同じ光路を通過する励起光と蛍光信号光のそれぞれの光路をダイクロイックミラーで分離しているが、励起光の一部がダイクロイックミラーを透過し、蛍光物質から発せられる蛍光が通る光路に混入し、ノイズ光となることがある。また、ダイクロイックミラーは、所望の波長の光の反射と透過を100%の効率で分離することは技術的に不可能であるため、所望の螢光の反射、散乱、透過や吸収による信号光強度の減衰を免れることができない。さらに、励起光と蛍光物質から発せられる蛍光の2つの光路を正確に一致させなくてはならず、光軸の調整に手間と時間を要するという問題もあった。
【0025】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、励起光をムラなく、効率よく照射でき、信頼性の高い蛍光検出を行うことができる蛍光検出装置を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、試料を載置した試料台と、前記試料に光を照射し、該試料に含まれる螢光物質を励起する半導体光源手段と、少なくとも前記励起光により蛍光物質が励起されて発せられた蛍光を集光するための集光レンズ、前記励起光により蛍光物質が励起されて発せられた蛍光を選択的に透過するフィルタおよび前記集光レンズを通過した蛍光を検出する光検出器を有する蛍光検出手段と、を具備し、前記試料台と前記半導体光源手段は、相対的に移動可能に設けられ、該相対的な移動と同時に、前記半導体光源手段からの光を前記試料に照射することを特徴としている。
【0027】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記半導体光源手段は、励起光を発するLED光源とともに、該LED光源から発せられる光の光路上に配置される前記LED光源からの光の波長を選択的に透過させるフィルター、拡散板、レンズのいずれか、またはこれら全てを有することを特徴としている。
【0028】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に沿って回転または往復可能に複数個設けられることを特徴としている。
【0029】
請求項4記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に沿って回転または往復可能に複数個設けられ、これら回転または往復が整数回数行われることを特徴としている。
【0030】
請求項5記載の発明は、請求項3または4記載の発明において、前記半導体光源手段から前記試料への光の照射点は、前記試料の周辺部の照射点を前記試料の中心部の照射点に比べて密に設定することを特徴としている。
【0031】
請求項6記載の発明は、請求項3乃至5のいずれかに記載の発明において、前記半導体光源手段は、発光波長のスペクトル特性が略同一のものからなることを特徴としている。
【0032】
請求項7記載の発明は、請求項3乃至5のいずれかに記載の発明において、前記半導体光源手段は、発光波長のスペクトル特性が異なるものからなることを特徴としている。
【0033】
請求項8記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、前記集光レンズの周囲に、該集光レンズの光軸を中心に回転可能に設けられ、前記半導体光源手段を前記集光レンズの周囲に沿って複数個保持するとともに、前記半導体光源手段から発せられる光が前記試料に照射されるように前記集光レンズの光軸に対して前記半導体光源手段を所定角度傾けて保持する光源保持部材と、前記光源保持部材の前記半導体光源手段の保持部位に設けられ、前記半導体光源手段を、該半導体光源手段から発せられる光の方向および前記集光レンズの光軸に対する傾き方向の少なくとも一方を調整可能にする位置調整手段と、をさらに有することを特徴としている。
【0034】
請求項9記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、前記半導体光源手段に駆動電流を供給する駆動手段を有し、前記光源保持部材は、前記駆動手段からの駆動電流を前記半導体光源手段に供給するための電力供給手段を有することを特徴としている。
【0035】
請求項10記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の発明において、光検出器は、撮像手段からなり、さらに前記光源保持部材の回転位置を検出する位置検出手段を有し、該検出手段の出力により前記撮像手段の光検出に最適な露出時間を決定することを特徴としている。
【0036】
請求項11記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、さらに前記試料への励起光の強度を前記試料近傍で検出する光強度検出手段と、前記半導体光源手段を駆動する駆動電流を供給するとともに、該駆動電流の大きさを制御可能にした駆動手段を有し、光強度検出手段で検出される励起光の強度に基づいて前記駆動手段により前記半導体光源手段への駆動電流を制御可能にしたことを特徴としている。
【0037】
請求項12記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、さらに前記試料への励起光の強度を前記試料近傍で検出する光強度検出手段と、前記半導体光源手段を駆動する駆動電流を供給するとともに、該駆動電流の大きさを制御可能にした駆動手段を有し、光強度検出手段で検出される励起光の強度に基づいて前記駆動手段により前記半導体光源手段への駆動電流を個々に制御可能にしたことを特徴としている。
【0038】
この結果、本発明によれば、試料台と半導体光源手段は、相対的に移動可能に設けられ、この相対的な移動とともに、半導体光源手段からの光を試料に照射するようにしたので、試料の蛍光物質を励起するのに十分な強度の励起光を効率よく得ることができる。
【0039】
また、本発明によれば、半導体光源手段からの光の試料面への照射点を、試料の周辺部については、中心部の照射点に比べて密に設定するようにしたので、半導体光源手段が対物レンズの周囲を回転した時に、試料全面を均一に、ムラなく励起することができる。
【0040】
さらに、本発明によれば、半導体光源手段は、試料全面に対して同時に光を照射する必要がなく、半導体光源手段が対物レンズの周囲を回転することにより試料全面に光を照射するようになるので、最小限の個数の半導体光源手段により試料全面を均一に、効率よく励起することができる。
【0041】
さらに、本発明によれば、励起光が通る励起光用光路と集光レンズを有する蛍光検出手段の光路が分離されているので、ダイクロイックミラーなどの光を減衰させる光学素子を省略でき、検出される光強度の損失を最小限に抑えることができる。
【0042】
さらに、本発明によれば、半導体光源手段から発せられる光の方向および集光レンズの光軸に対する傾き方向をそれぞれ調整可能としているので、試料の所望する特定箇所に光を集光させることができ、蛍光物質の効率的な励起を行なうことができる。
【0043】
さらに、本発明によれば、試料近傍で得られる光強度に基づいて半導体光源手段への駆動電流を各別に制御できるので、半導体光源手段からの光を同一の明るさに揃えることができ、試料を均一の明るさで照明することができる。
【0044】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【0045】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明が適用された顕微鏡構造を基本とした蛍光検査装置の概略構成を示している。
【0046】
図1において、1は試料台で、この試料台1上には、被検体としてDNA反応容器2が載置されている。
【0047】
ここで、図2は、DNA反応容器2の具体例としてのDNAスライドガラス反応容器3を示している。このDNAスライドガラス反応容器3は、スライドガラス状の反応容器中に微小な試料槽301が多数配列され、これら試料槽301の中にDNAマイクロアレイ302が敷設されている。そして、試料槽301内に試料溶液(試験サンプル)が注入されると、DNAマイクロアレイ302内で予め蛍光標識された標的核酸と核酸プローブとの間でハイブリダイゼーション反応が生じ、この反応によりDNAマイクロアレイに捕捉された蛍光物質、例えば蛍光色素物質から螢光を発するようになっている。この場合、反応に寄与しなかった試料溶液は緩衝液と共に洗浄される。
【0048】
また、図3は、他のDNA反応容器4の具体例を示している。このDNA反応容器4は、プラスチック材からなるもので、複数の試料槽401が配列され、これら試料槽401の中にDNAマイクロアレイ402が敷設されている。そして、試料槽401内に試料溶液(試験サンプル)が注入されると、DNAマイクロアレイ402内で予め蛍光標識された標的核酸と核酸プローブとの間でハイブリダイゼーション反応が生じ、この反応によりDNAマイクロアレイに捕捉された蛍光物質、例えば蛍光色素から螢光を発するようになっている。この場合、反応に寄与しなかった試料溶液は緩衝液と共に洗浄される。
【0049】
なお、図1では、説明を簡単にするため、試料台1上には、DNA反応容器2の試料槽201と蛍光物質を含む試料202のみを拡大して示している。
【0050】
試料台1の上方には、集光レンズとして対物レンズ5が配置されている。対物レンズ5は、光軸5aが試料槽201の中心と一致しており、試料台1面からの垂線上に位置されている。
【0051】
一方、6はベースで、このベース6には、円筒状の固定軸7が設けられている。固定軸7は、一方端部にフランジ部701が形成され、このフランジ部701をネジ7aによりベース6に固定されている。
【0052】
固定軸7の中空部に対物レンズ5が保持されている。この場合、対物レンズ5は、光軸5a方向に移動可能になっていて、フォーカス調整することができるようになっている。
【0053】
固定軸7の外周面には、ベアリング8を介して光源保持部材9が回転可能に支持されている。この場合、光源保持部材9は、光軸5aに沿って孔部901が形成され、この孔部901周面をベアリング8を介して固定軸7の外周面に支持されている。また、光源保持部材9は、回転中心が対物レンズ5の光軸5aと一致するようになっている。
【0054】
ベアリング8の下方には、Cリング8bが配置されている。このCリング8bは、ベアリング8の位置決めを行なうものである。また、ベアリング8の上方には、ベアリングスペーサ8aが配置されている。このベアリングスペーサ8aは、固定軸7と光源保持部材9との隙間を埋めるためのものである。
【0055】
光源保持部材9には、周面方向に沿って複数(例えば5個)のLED光源ユニット収納孔902が設けられている。これらLED光源ユニット収納孔902は、試料台1上の試料202面に向かって傾斜して配置されている。この傾斜角度は、対物レンズ5の光軸5aに軸に対して45°〜60°程度となっている。また、光源保持部材9の周面には、LED光源ユニット収納孔902に貫通するネジ穴903が設けられている。このネジ穴903は、光軸5aに直交する水平方向で、LED光源ユニット収納孔902に沿った方向に所定間隔をおいて2個所づつ形成されている。
【0056】
LED光源ユニット収納孔902には、LED光源ユニット11が収容されている。LED光源ユニット11は、筒状のLED光源ホルダー1101を有している。LED光源ホルダー1101は、中空部にLED光源1102が配置されている。
【0057】
このようなLED光源ユニット11は、Oリング12を介在させてLED光源ユニット収納孔902に収容されている。この場合、Oリング12は、2個所のネジ穴903の間に位置するようにする。
【0058】
LED光源ユニット収納孔902には、LED光源ユニット11のLED光源1102から発する光の光路上に、バンドパスフィルター1103が配置されている。ここで、バンドパスフィルター1103は、LED光源1102から発する光の波長域近傍を主に通過させるものである。
【0059】
また、LED光源ユニット11のホルダー1101とバンドパスフィルター1103の間には、スペーサ13が配置されている。スペーサ13は、LED光源1102とバンドパスフィルター1103の位置決めを行うものである。スペーサ13の素材としてはアルミニウム、真鍮などの金属あるいはプラスチックが用いられる。
【0060】
各LED光源ユニット収納孔902に貫通する2個所のネジ穴903には、位置調整手段として煽りネジ14がねじ込まれている。これら煽りネジ14は、LED光源ユニット11のホルダー1101側面のOリング12を挟んだ2点を押圧するもので、これらの押圧力をねじ込み量により加減することで、試料202面に対するLED光源ユニット11の傾き角を変化させ、光の照射角度を調整できるようになっている。この場合、これら2個の煽りネジ14により調整されるLED光源1102から発せられる光の照射角度は、±2〜3°程度となっている。
【0061】
なお、LED光源ユニット11は、それぞれ適用されるLED光源1102の発光波長のスペクトル特性が同一のものからなっている。
【0062】
光源保持部材9の周囲には、タイミングプーリ15が一体に設けられている。タイミングプーリ15は、後述するタイミングベルト18が当接する面に不図示の凹凸部が形成されている。
【0063】
一方、ベース6上には、駆動手段としてのモータ16が設けられている。モータ16には、サーボモータやパルスモータなど回転角制御が可能なものが用いられる。
【0064】
モータ16は、回転軸16aをベース6の下方に突出されている。、回転軸16aの先端には、タイミングプーリ17が設けられている。このタイミングプーリ17も、後述するタイミングベルト18が当接する面に不図示の凹凸部が形成されている。そして、これらタイミングプーリ17と15との間には、回転伝達手段としてのタイミングベルト18が架けられている。タイミングベルト18には、タイミングプーリ17および15にそれぞれ形成された不図示の凹凸に嵌合される不図示の凹凸が形成され、タイミングプーリ15の回転、つまりモータ16の回転をタイミングプーリ17を介して光源保持部材9側に正確に伝えるようになっている。この場合、タイミングベルト18に代えて、ギヤやチェーンなどの回転伝達手段を用いることも可能である。また、ベルトを用いることも可能であるが、すべりが発生する可能性があるので、この場合は、センサ21により光源保持部材9の回転を検出し、回転(または往復)の整数倍から蛍光検出手段の露出を行なうのが好ましい。 ベース6には、固定部材19が設けられている。この固定部材19は、光源保持部材9に近接して対向する対向面19aを有している。対向面19aと光源保持部材9との間に電力供給手段として滑り接点20が設けられている。この滑り接点20は、例えば、光源保持部材9側に設けられる各LED光源ユニット11のLED光源1102のそれぞれの電源用電極(不図示)に対して対向面19a側に設けられた電極(不図示)が常時接触した状態になっていて、光源保持部材9が回転した状態で、後述するLED光源ユニット駆動回路29よりLED光源1102に駆動電流を安定して供給できるようになっている。電力供給手段としては、この他の手段も考えられ、例えば、光源保持部材9側に電磁誘導体を設け、固定部19側から高周波電力を発生し、電磁誘導体側に渦電流を発生させることで電力を送るような非接触方式のものも考えられる。要は、LED光源1102に対して雑音などの混入のない安定した電力を供給できるものであればよい。
【0065】
固定部材19の対向面19aには、検出手段としてセンサ21が設けられている。このセンサ21は、光源保持部材9の回転を検出するもので、光源保持部材9が1回転するごとに出力を発生するようになっている。センサ21は、リミットスイッチと突起を組み合わせたもの、磁石とホール素子を組み合わせたもの、発光ダイオードと受光素子を組み合わせたもの、フォトインタラプタと遮光板を組み合わせたものなど、各種のものが考えられる。
【0066】
対物レンズ5の後側の光軸5a上には、対物レンズ5とともに光検出手段を構成するフィルタ22、結像レンズ23およびCCDカメラで代表される光検出器24が配置されている。フィルタ22は、試料202に含まれる蛍光物質が励起されて発せられた蛍光を選択的に透過するものである。結像レンズ23は、フィルタ22で選択された蛍光を光検出器24の検出面に結像するものである。光検出器(CCDカメラ)24は、撮像面に集光された蛍光の強度を電気信号に変換して後述するコンピューター25に出力するものである。ここで、結像レンズ23については、素材として通常のレンズに用いられているBK7などのガラスレンズでも良いが、石英ガラス、あるいはプラスチックレンズ、または回折光学素子、液晶レンズなど、通常の可視光に対して集光作用を施すことができる素子や素材を用いることができる。
【0067】
ところで、光源保持部材9の各LED光源ユニット11からの光は、試料台1上の試料202に対して励起光として照射される。この場合、試料202に対する各LED光源ユニット11の取付位置は、光源保持部材9を回転させることで、試料202面を均一の明るさで照明することが必要で、試料202に照射される光の入射角度に起因して試料202面で励起ムラが生じないようにするとともに、一部または全面に立体部分を有する試料202に対しても影や励起ムラが生じないようにしている。
【0068】
具体的には、例えば、図4(a)(b)に示すように、LED光源ユニット11を5個用いた場合、それぞれのLED光源ユニット11からの励起光の照射点は、試料202面の半径方向に並ぶように設定される。ここで、#1〜#5のLED光源ユニット11からの光の中心軸が試料202上を貫通する点を照射点a、b、c、d、eとすると、試料202の周辺部にいくほど、#1〜#5のLED光源ユニット11から各照射点a、b、c、d、eまでの距離が長くなり、試料202面の周辺部は、中心部に比べて暗くなる。さらに、試料202面を回転させた場合、照射点の周速度は、中心部ほど遅く、周辺部にいくほど速くなるので、単位長当たりの照明光の照射時間が異なる。そこで、これを補正するために、試料202の周辺部での光の照射点a、b、cについては、中心部の励起光の照射点d、eに比べて密に配置し、光源保持部材9を図示矢印方向に1回転したときに、試料202全面を均一に、励起ムラを生じないようにしている。
【0069】
この場合、試料202全面を均一に、励起ムラが生じないようにできるのであれば、励起光の照射位置a、b、c、d、eを試料202面の半径方向に並ぶように設定する必要はなく、試料202面上にランダムに設定することも可能である。また、図5に示すようにLED光源ユニット11を5個以上、ここでは8個の#1〜#8のLED光源ユニット11を設ける場合は、試料202面上の照射点a、b、c、d、eと光源保持部材9の回転中心を挟んで反対側に#6〜#8のLED光源ユニット11からの光の中心軸が貫通する照射点f、g、hを設定するようにする。こうすれば、光源保持部材9を図示矢印方向に1回転したときに、さらに強い励起光量を確保することができる。
【0070】
このように構成された蛍光検査装置の主要部(螢光検出ユニット)は、不図示の遮光ボックス内に設置され、外部から遮光されている。
【0071】
図6は、蛍光検査装置全体のブロック図を示している。
【0072】
図において、25はコンピューターで、このコンピューター25には、表示手段としてモニタ27が設けられている。コンピューター25には、図1で述べた主要部である螢光検出ユニット28と各LED光源ユニット11を駆動する駆動手段としてLED光源ユニット駆動回路29が接続されている。LED光源ユニット駆動回路29は、コンピューター25からの制御指令を受けると、螢光検出ユニット28内のLED光源ユニット11のうちから駆動するものを決定すると同時に、駆動電流の大きさを設定して供給するようにしている。
【0073】
図7は、#1〜#5のLED光源ユニット11の駆動回路のブロック図を示すものである。
【0074】
この場合、LED光源ユニット駆動回路29には、電源装置53が接続され、また、図6で述べたコンピューター25が接続されている。
【0075】
LED光源ユニット駆動回路29は、電源装置53より電源の供給を受けるようになっている。また、LED光源ユニット駆動回路29は、コンピューター25からの指令に基づいて制御され、#1〜#5のLED光源ユニット11の各LED光源に駆動電流を供給し、励起光を発生させるようになっている。
【0076】
図8は、電源装置53とLED光源ユニット駆動回路29の具体的な回路構成を示している。
【0077】
この場合、電源装置53は、100Vの交流電源57からの出力を、トランスから構成される変圧回路58に導びき電圧調整を行なう。変圧回路58からの出力は、ダイオード4個から成るブリッジ整流回路59に送って全波整流した後、平滑用コンデンサー60によって平滑化する。平滑化された出力は、ダーリントン接続した2個のパワートランジスタ61、62およびOPアンプ63より構成される定電圧回路64に導びかれ、一定電圧として出力される。この場合、ツェナーダイオード65の端子電圧を基準電圧にとり、OPアンプ66や抵抗などの回路素子より構成される可変基準電圧生成回路67により可変基準電圧を生成している。そして、OPアンプ63に接続された可変基準抵抗68の値を変化させることにより、可変基準電圧生成回路67の可変基準電圧との関係から定電圧回路64の電圧出力を調整し、LED光源ユニット駆動回路29に対して駆動電流を供給する。つまり、可変基準抵抗68の値を変化させることによりLED光源ユニット駆動回路29への駆動電流を同時に調整することができる。ここで、FET(field effect transistor:電界効果トランジスタ)70は、万一、電流がショートした場合に急激な電流がOPアンプ63に流れ、このOPアンプ63を損傷する不測の事態を防ぐ働きを担う。また、電源スイッチ69により電源オンオフすることができる。この電源スイッチ69は、コンピューター25と接続されており、コンピューター25によっても、電源入力を調節する。なお、電源スイッチ69は、手動により切り替えても良い。
【0078】
このような電源装置53には、LED光源ユニット駆動回路29が接続されている。LED光源ユニット駆動回路29は、上述した#1〜#5のLED光源ユニット11の駆動回路として、可変抵抗71a(〜71e)とスィッチ72a(〜72e)の直列回路が各別に用意されている。この場合、LED光源ユニット駆動回路29とLED光源ユニット11との間とLED光源ユニット11の接地側には、それぞれ上述した滑り接点20が介在されている。
【0079】
このLED光源ユニット駆動回路29では、それぞれの可変抵抗71a〜71eの抵抗値を調整することにより、#1〜#5のLED光源ユニット11のそれぞれのLED光源に供給する駆動電流を調節し、その出力光強度を制御することができるようになっている。この出力光強度の調節は、手動で行なってもよいし、あるいは電気的にコンピューターで自動調整を行なっても良い。
【0080】
また、LED光源ユニット駆動回路29では、スイッチ72a〜72eのオンオフを制御することで、#1〜#5のLED光源ユニット11のそれぞれのLED光源を全て独立に点灯、消灯することができるようになっている。これらのオンオフ制御は、コンピューター制御により、自動的に行なっても良いし、手動で操作しても良い。
【0081】
なお、コンピューター25の制御により、可変抵抗71a〜71eの抵抗値を調整する場合は、#1〜#5のLED光源ユニット11の個々のLED光源1102からの光の強度を検出し、この検出信号をコンピューターに導き、コンピューターで光強度を解析して、可変抵抗71a〜71eの抵抗値を調整する。または、この検出で得られた個々のLED光源からの光の強度を基に、手動で可変抵抗71a〜71eの抵抗値を調整を行なっても良い。これにより、DNAマイクロアレイの反応槽の内部にほぼ均一に励起光を照射するように調整できる。さらに、可変抵抗71a〜71eは、全てのLED光源に流れる駆動電流の大きさを制御することができるので、励起光の強度を一斉に強くしたり、弱くしたりすることができる。これにより、各種の試料202に対して、的確な強さの励起光を照射することができ、効率良く蛍光を検出することができる。
【0082】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【0083】
まず、固定軸7の中空部に保持されている対物レンズ5を光軸5a方向に移動させてフォーカス調整を行う。
【0084】
次に、各LED光源ユニット11の姿勢調整を行なう。この場合、光源保持部材9の回転を行なわない状態で、LED光源ユニット11のLED光源1102を点灯し、これらLED光源1102から発せられる励起光を試料台1上の試料202面に照射する。この場合、LED光源1102から発せられる光の発光スペクトルは、全てのものが同一となっている。
【0085】
次に、LED光源ユニット収納孔902の煽りネジ14を緩め、LED光源ユニット11をLED光源1102の光軸方向に移動させ、高さ方向の位置調整を行い、試料202面上での明るさを調整する。続けて、煽りネジ14によるねじ込み量を加減して、試料202面に対するLED光源ユニット11の傾き角を調整し、試料202に対する光の照射位置の微調整を行う。
【0086】
このようにして、試料202面上での光の明るさを調整するとともに、光の照射角度の微調整を行い、図4で述べたように#1〜#5のLED光源ユニット11による励起光の照射点a、b、c、d、eが試料202面上の所定位置になるように設定する。
【0087】
次に、コンピューター25よりLED光源ユニット駆動回路29に蛍光検出を行なうための制御指令が送られる。LED光源ユニット駆動回路29は、この指令内容に応じて、螢光検出ユニット28内のLED光源ユニット11のうちから駆動するものを決定し、同時に、駆動電流の大きさを決定する。
【0088】
次に、コンピューター25の制御指令によりモータ16が駆動される。すると、モータ16の回転によりタイミングプーリ17が回転し、タイミングベルト18を介してタイミングプーリ15とともに、光源保持部材9が回転する。
【0089】
この状態で、LED光源ユニット駆動回路29より駆動電流が出力される。この駆動電流は、滑り接点20を介して光源保持部材9の全てのLED光源1102に供給される。LED光源1102より光が発せられると、バンドパスフィルター1103を通って所定波長域の光が選択され、試料202に向けて励起光として照射される。
【0090】
この場合、図4に示すように#1〜#5のLED光源ユニット11は、励起光の照射点a、b、c、d、eが試料202面上の半径方向の所定位置に設定されている。これにより、光源保持部材9が1回転することで、試料202全面に励起光が照射される。
【0091】
この場合、光源保持部材9の回転は、1回転を最小単位として、その整数倍に設定され、試料202全面をムラなく、均一に励起するようにしている。また、光源保持部材9の回転は、1回転ごとセンサ21により検出され、このセンサ21の検出出力により光検出器(CCDカメラ)24での蛍光検出に最適な露出時間が決定される。つまり、光検出器(CCDカメラ)24の露出時間は、光源保持部材9が1回転するのに必要な時間を最小単位として、その整数倍に設定される。
【0092】
このようにして光源保持部材9が回転することにより、#1〜#5のLED光源ユニット11の励起光によって、試料202面が均一にムラなく励起され、試料槽201内の螢光物質から螢光が発せられる。この螢光は、対物レンズ5により集光され、フィルタ22、結像レンズ23を透過してCCDカメラ24の撮像面に結像される。CCDカメラ24は、光源保持部材9の回転数に応じた露光時間で試料202側から発せられる蛍光の強度を検出し、これを電気信号に変換して、コンピューター25に出力する。
【0093】
コンピューター25では、輪郭強調、コントラスト補正、色補正などの画像処理や信号解析などを行ない、蛍光画像としてモニタ27上に表示する。
【0094】
従って、このようにすれば、同一発光波長のスペクトルを有するLED光源1102を有するLED光源ユニット11を複数個(図示例では5個)、対物レンズ5の周囲に沿って回転可能に配置し、これらLED光源ユニット11を回転させながら、LED光源ユニット11からの励起光を試料202面に照射するようにしたので、試料202の蛍光物質を励起するのに十分な強度の励起光を効率よく得ることができる。
【0095】
また、各LED光源ユニット11からの光の試料202面への照射点を、試料202面の周辺部については、中心部の照射点に比べて密に設定することにより、LED光源ユニット11が対物レンズ5の周囲を1回転した時に、試料202全面を均一に、ムラなく励起することができる。
【0096】
さらに、LED光源ユニット11は、試料202全面に対して同時に光を照射する必要がなく、LED光源ユニット11が対物レンズ5周囲を回転することにより試料202全面に光を照射するようになるので、最小限の個数のLED光源ユニット11により試料202全面を均一に、効率よく励起することができる。この場合、LED光源ユニット11の数を増やせばさらに強い励起光量を得ることができる。
【0097】
さらに、LED光源1102からの光は、斜め上方から試料202面に向けて照射されるので、試料202表面からの鏡面反射光が、そのまま対物レンズ5側の受光用光路を通過して、光検出器24にノイズ光として入ることがなく、ノイズ光を低減することができる。
【0098】
さらに、蛍光物質を励起するための励起光源としてLEDを用いているので、安価で、長寿命で、発熱が少なく、しかも安全である。さらに消費電力も少なくできる。また装置構成を小型で携帯性に富むものにできる。
【0099】
さらに、LED光源ユニット11は、LED光源1102以外の光学素子として、バンドパスフィルター1103のみ用いた構成からなっているので、構成が簡素であり、組立てや光軸の調整が容易であるばかりでなく、コストの低減にもつながり、有用である。
【0100】
さらに、LED光源ユニット11を対物レンズ5の周囲に配置し、螢光検出のための対物レンズ5を有する光路と分離しているので、ダイクロイックミラーのような余分な光学素子を設置する必要もなく、この点でも簡単な装置構成にできる。またダイクロイックミラーなどの光学素子がないために、これらの光学素子表面で発生する反射光や散乱光、またこれらの光学素子を光が通過することによって生じる光の吸収による螢光強度の減衰などが生じないので、光検出器24で検出される光強度の損失を最小限に抑えることができ。しかも、励起光が通る励起用光路と蛍光検出手段の光路が完全に分離されているので、双方の光軸を合わせるための調整が不要であり、装置全体の光軸調整が簡素化できる。従って、これらのことから、常に信頼性の高い蛍光検出を行うことができる。
【0101】
なお、上述した実施の形態では、センサ21を用いて光源保持部材9の回転を検出するようにしたが、モータ16として、サーボモータやパルスモータなど回転角制御が可能なものを用い、回転伝達手段として、ギヤなど滑りが全く発生しないものを用いれば、センサ21を省略して、サーボモータやパルスモータの制御情報から光源保持部材9の回転数を検出するとともに、蛍光検出に最適な露出時間を求めることができる。
【0102】
また、上述した実施の形態では、煽りネジ14のねじ込み量の調整を手動で行なっているが、例えば煽りネジ14のねじ込み量の調整に相当する箇所にモータを設け、このモータをコンピューターに連動させて、自動的に調整操作できるようにしてもよい。また、LED光源ユニット11は、高さ方向の位置調整および傾き角を調整の少なくとも一方の調整のみできるようにしたものであってもよい。
【0103】
ここでは、LED光源ユニット11を対物レンズ5の周囲で回転させる場合について説明したが、必ずしも対物レンズ5の周囲を回転させる必要はない。例えば、LED光源への電力の供給のために配線が必要な場合は、対物レンズ5の周囲を往復するような構成としても、照明のむらを減少させることが可能となり、本発明を適用することが可能である。このようなLED光源ユニット11が対物レンズ5の周囲を往復するような構成では、LED光源ユニット11が必ず停止することが必要であるが、この停止の間、照明されていたり、光検出器の露出が行われていると、照明時間や光検出器の露出時間が長くなり不適切となる。また、回転の場合も角速度が所定になっていないと、照明時間や光検出器の露出時間が不適切となる。そこで、これら移転や往復をセンサにより検知し、照明や露出を停止したり、一定の角速度に達してから照明や露出を行い、所定の回転や往復に達したところで、照明や露出を停止する構成とすることも可能である。
【0104】
(変形例1)
上述したLED光源ユニット11については、例えば、図9に示すような構成のものを使用することができる。
【0105】
図9は、上述したLED光源ユニット11と異なるLED光源ユニット31の概略構成を示している。
【0106】
この場合、LED光源ユニット31は、筒状のLED光源ホルダー3101を有している。LED光源ホルダー3101は、中空部にLED光源3102が配置されている。また、LED光源ホルダー3101の中空部のLED光源3102から発する光の光路上には、バンドパスフィルター3103、拡散板3104、集光レンズ3105が配置されている。ここで、バンドパスフィルター3103は、LED光源3102から発する光のうち波長域近傍を主に透過させるものである。拡散板3104は、バンドパスフィルター3103を透過されたLED光源3102からの光の強度の不均一性(強度ムラ)を抑えるためのもので、例えば“すりガラス”や半透明のプラスチックフィルムなどが用いられている。集光レンズ3105は、拡散板3104で拡散された光を集光し、焦点距離で決まる位置にフォーカスするようにしている。この場合、バンドパスフィルター3103と拡散板3104の位置は、拡散板3104、バンドパスフィルター3103および集光レンズ3105の順にしてもよい。
【0107】
このように構成したLED光源ユニット31は、LED光源3102から発する光の光路上に集光レンズ3105が配置されることから、試料202面に集光ビームを照射することができる。これにより、例えば集光レンズ3105として、NAが0.9以上の大きいものを用いれば、試料202面の極めて小さい領域、例えば直径0.5μm程度の範囲に集光させることができる。
【0108】
また、LED光源3102からの励起光が集光ビームとなって、照射断面の面積が小さくなっているので、試料槽201の側壁など、試料202面以外の部位に励起光が照射され、ノイズ光となって、試料202からの螢光に混入する要因となることを防ぐことができる。さらにLED光源3102からの励起光を試料202面内の1点に集光させるように各LED光源3102の方向を調整してやれば、LED光源3102からの励起光を試料202面の中の所望の特定部分に限定して照射することができる。これにより、効率的にLED光源3102からの励起光を試料202面内の所望の部位に照射することができる。しかも、LED光源3102からの励起光が集光されているので、効率良く蛍光物質を励起することができる。また光が拡散していないので、試料202面以外の試料槽201内の部分、例えば側壁などを含めて光を誤照射することなどを防止することができる。
【0109】
(変形例2)
上述したLED光源ユニット11については、例えば、図10に示すような構成のものを使用することができる。
【0110】
図10は、上述したLED光源ユニット11と異なるLED光源ユニット32の概略構成を示している。
【0111】
この場合、LED光源ユニット32は、筒状のLED光源ホルダー3201を有している。LED光源ホルダー3201は、中空部にLED光源3202が配置されている。また、LED光源ホルダー3201の中空部のLED光源3202から発する光の光路上には、バンドパスフィルター3203、拡散板3204、コリメートレンズ3205が配置されている。ここで、バンドパスフィルター3203および拡散板3204については、図9で説明したものと同様である。また、コリメートレンズ3205は、拡散板3204で拡散された光を平行な光に変換し、コリメート光を出射するようにしている。この場合、バンドパスフィルター3203と拡散板3204の位置は、拡散板3204、バンドパスフィルター3203およびコリメートレンズ3205の順にしてもよい。
【0112】
このように構成したLED光源ユニット32は、LED光源3202から発する光の光路上にコリメートレンズ3205が配置されることから、試料202面にムラのないコリメート光を照射することができる。これにより、試料202面内の照射位置の特定が行ないやすくなり、照射位置をコンピューター制御により自動調整する上で容易にプログラムを組むことができるとともに、照射面位置とその照度などの予測も立てやすく、有益である。さらに手動により、励起光を照射する位置を設定するような場合においても、試料202面内での所望の照射位置に的確に励起光の操作を行なうことができる。また、光が拡散していないので、試料202面以外の試料槽201内の部分、例えば側壁などを含めて光を誤照射することなどを防止することができる。
【0113】
(変形例3)
上述したLED光源ユニット11については、例えば、図11に示すような構成のものを使用することができる。
【0114】
図11は、上述したLED光源ユニット11と異なるLED光源ユニット33の概略構成を示している。
【0115】
この場合、LED光源ユニット33は、筒状のLED光源ホルダー3301を有している。LED光源ホルダー3301は、中空部にLED光源3302が配置されている。また、LED光源ホルダー3301の中空部のLED光源3302から発する光の光路上には、バンドパスフィルター3303、拡散板3304が配置されている。ここで、バンドパスフィルター3303および拡散板3304については、図9で説明したものと同様である。この場合、バンドパスフィルター3303と拡散板3304の位置は、拡散板3304、バンドパスフィルター3303の順にしてもよい。
【0116】
このように構成したLED光源ユニット33は、LED光源3302から発する光の光路上に拡散板3304が配置されることから、試料202面にムラのない拡散光を照射することができる。これにより、試料202面全体に渡ってほぼ一様な励起光をムラなく照射することができ、安定した、再現性の優れた蛍光を受光することができる。
【0117】
なお、これらLED光源ユニット11、31、32、33は、試料202や試料槽201の大きさや構造などに応じて使い分けることができる。つまり、LED光源ユニット11、31、32、33は、LED光源にバンドパスフィルター、レンズ、拡散板などの光学素子を組み合わせて一体化に構成したものであるので、各LED光源ユニット単位で、励起光を集光したり、コリメート光としたり、拡散光とすることができ、試料202面への励起光のビームパターンをさまざまに制御することが可能であり、多彩な形状の試料槽201はもとより、凹凸のある試料にも対応することができる。また、LED光源ユニット31(32)については、用途に応じてバンドパスフィルター3103(3203)、拡散板3104(3204)のいずれか一方を用いてもよいし、両方とも使わなくともよい。さらにLED光源ユニット11、31、32、33のバンドパスフィルター1103、3103、3203、3303は、試料として用いる蛍光色素の発光波長のスペクトル領域に応じて、ハイパスフィルターあるいはローパスフィルターとしても良いことは勿論である。さらにまた、集光レンズ3105、コリメートレンズ3205については素材として通常のレンズに用いられているBK7などのガラスレンズでも良いが、石英ガラス、あるいはプラスチックレンズ、または回折光学素子、液晶レンズなど、通常の可視光に対して集光作用を施すことができる素子や素材を用いることができる。また、上述した実施の形態では、対物レンズ5周囲に、複数のLED光源ユニット11が配置される場合を述べたが、試料202が極めて小さい場合は、図1において対物レンズ5周囲に配置されるLED光源ユニット11を1個のみとすることもできる。このようにしても、上述したと同様な効果を期待できる。
【0118】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
【0119】
ところで、試料面をムラなく均一の明るさの光で照明するには、事前にこの状態を確認する必要がある。
【0120】
図12は、第2の実施の形態概略構成を示すもので、図1同一部分には、同符号を付している。
【0121】
この場合、複数のLED光源ユニット11からの光が照射される試料台1上には、試料202に代えて光強度検出手段として光検出器34が配置されている。ここで、光検出器34としては、固体撮像素子(CCDカメラやCMOSセンサー)や撮像管などが用いられる。
【0122】
光検出器34は、各LED光源ユニット11からの光の強度を個別に検出するものである。この光検出器34の検出出力は、図6で述べたコンピューター25に取り込まれる。
【0123】
コンピューター25は、各LED光源ユニット11からの光の強度に応じた光検出器34の出力から光強度のバラツキを解析して、図7に示すLED光源ユニット駆動回路29に信号を送り、各LED光源ユニット11のLED光源1102に供給する電流を個別に制御する。
【0124】
これにより、各LED光源1102に供給する電流の大きさを試料近傍で得られる光強度に基づいて制御できるので、各LED光源1102からの光を同一の明るさに揃えることができ、試料202面を均一の明るさで照明することができる。このため、試料202面での照明ムラをさらに精度よく抑えることができ、試料202の螢光物質をほぼ一様に励起することができ、信頼性の高い蛍光検出を行なうことができる。
【0125】
上述では、コンピューター25を用いたが、光検出器34で得られた各LED光源ユニット11のLED光源1102からの光の強度に基づいて手動でLED光源ユニット駆動回路29を調整して、LED光源1102からの光を同一の明るさに揃え、その後、光検出器34を取り外し、この位置に試料槽201を設置し直すようにしてもよい。
【0126】
一方、光検出器24に代えて撮像手段(例えばCCDカメラやCMOSセンサー(共に図示せず)を使用し、試料台1上に試料槽201をそのまま載置しておいて、各LED光源ユニット11のLED光源1102からの光を試料槽201に個別に照射し、試料槽201からの蛍光を対物レンズ5、フィルター22、結像レンズ23をそれぞれ通過させ、撮像手段で撮像し、コンピューター25に導きモニタ27に表示させる。そして、このモニタ27の蛍光画像の各画素の明るさをコンピューター25で解析することにより、各LED光源1102からの光の強度のバラツキを判断し、この結果に基づいてLED光源ユニット駆動回路29を調整して、それぞれのLED光源1102に供給する電流を個別に制御するようにもできる。
【0127】
このようにしても、各LED光源1102からの光を同一の明るさに揃えることができるので、試料202面での照明ムラを抑えることができ、試料槽201内の螢光物質をほぼ一様に励起することができる。
【0128】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。
【0129】
この第3の実施の形態では、ピーク発光波長の異なる2個以上のLED光源を用いて複数種類の螢光色素を励起し、螢光信号を検出できるようにしている。
【0130】
図13は、第3の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0131】
この場合、光源保持部材9には、ピーク発光波長の異なる3種類のLED光源を有する第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43が装着されている。一般にLED光源の発光スペクトルは山型構造となっており、1つのピーク波長を有する。ここでは、第1のLED光源ユニット41は、発光のピーク波長が490nmのLED光源が用いられ、第2のLED光源ユニット42は、発光のピーク波長が520nmのLED光源が用いられ、第3のLED光源ユニット43は、発光のピーク波長が630nmのLED光源が用いられている。
【0132】
これら第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43は、光源保持部材9周囲に沿って、それぞれ4個ずつ対物レンズ5を挟んで対称な位置に配置されている。つまり、これらの第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43は、それぞれ発光波長のスペクトル特性の異なるLED光源を有しており、これら異なるスペクトル特性の第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43を順番に光源保持部材9の周囲に沿って等間隔で配置している。ここでは、第1のLED光源ユニット41、第2のLED光源ユニット42、第3のLED光源ユニット43の順に繰り返し配置されている。また、これら第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43は、対物レンズ5を挟んで対向する位置に、同一スペクトル特性のものが来るように配置されている。
【0133】
第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43のそれぞれのLED光源の前方に設置されているバンドパスフィルター(図示せず)は、それぞれのLED光源の発光のピーク波長近傍を最も良く透過させる特性を持つものとなっている。すなわち、第1のLED光源ユニット41のバンドパスフィルターは、最も良く透過させる波長が490nmm付近に設定され、第2のLED光源ユニット42のバンドパスフィルターは、最も良く透過させる波長が520nm付近に設定され、第3のLED光源ユニット43のバンドパスフィルターは、最も良く透過させる波長が630nm付近に設定されている。
【0134】
図14は、このように構成された装置の光検出光学系の概略構成を示すもので、ここでは、上述した3種類の異なる波長をピーク発光波長に持つLED光源ユニット41,42,43により試料への励起光を照射する場合を示している。
【0135】
この場合、対物レンズ5上方の光軸上に2個のダイクロイックミラー45,46が配置されている。
【0136】
ダイクロイックミラー45は、対物レンズ5の光軸に対して略45°の方向に反射光が進むように設置されており、螢光色素FITCのピーク発光波長520nmよりも少し長い波長、例えば550nm以下の波長の光を反射し、それよりも長い波長の光を透過させるような透過反射スペクトル特性を有している。また、ダイクロイックミラー46は、対物レンズ5の光軸に対して略45°の方向に反射光が進むように設置されており、螢光色素Cy3のピーク発光波長565nmよりも少し長い波長、例えば620nm以下の波長の光を反射し、それよりも長い波長の光を透過させるような透過反射スペクトル特性を有している。
【0137】
そして、ダイクロイックミラー45の反射光路には、集光レンズ47を介してCCDカメラ48が配置されている。また、ダイクロイックミラー46の反射光路には、集光レンズ49を介してCCDカメラ50が配置され、透過光路には、集光レンズ51を介してCCDカメラ52が配置されている。
【0138】
そして、CCDカメラ48、50、52の出力は、コンピューター25に送られる。
【0139】
このような構成において、いま、1つのサンプルに対して、ターゲットDNAを3種類を設定し、これらにそれぞれ異なる螢光色素FITC(Fluorescein−isothiocyanate)、Cy3、Cy5を標識する。次に、これらの螢光色素で標識されたDNAを含んだサンプル溶液を試料槽に滴下し、DNAハイブリダイゼーションを行なわせ、反応に寄与しなかった標識物質を緩衝液(PBS(リン酸緩衝液)、EDTA(エチレンジアミンテトラ酢酸二ナトリウム)、NaClの混合液:PH7.4)で洗浄する。
【0140】
このようにして取得された試料を試料台1上にセットする。そして、図13に示す光源保持部材9により第1乃至3のLED光源ユニット41、42,43を回転させながら、これら第1乃至3のLED光源ユニット41、42,43からの励起光を試料202に照射する。このとき、3種類の異なる波長をピーク発光波長に持つLED光源からの光を全て同時に試料202面に照射する。
【0141】
すると、DNAハイブリダイゼーションによってDNAマイクロアレイの反応槽に付着したDNAについた螢光色素から螢光が発せられ、これらの光は、図14に示す対物レンズ5を通過して、ダイクロイックミラー45に到達する。この場合、螢光色素FITCによる螢光はダイクロイックミラー45で反射され、レンズ47を通過してCCDカメラ48に入り、コンピューター25に導かれ、FITCによる緑色の螢光画像として得られる。また、螢光色素Cy3による螢光は、ダイクロイックミラー45を透過し、ダイクロイックミラー46で反射され、レンズ49を通過してCCDカメラ50に入り、コンピューター25に導かれ、Cy3による橙色の螢光画像として得られる。さらに螢光色素Cy5による螢光は、ダイクロイックミラー45、ダイクロイックミラー46をそれぞれ透過し、レンズ51を通過してCCDカメラ52に入り、コンピューター25に導かれて、Cy5による赤色の螢光画像が得られる。コンピューター25では、これらCCDカメラ48、50、52による3種類の螢光色素からの螢光画像を合成してモニタ27上に出力するか、あるいは、3種類の螢光色素からの螢光画像を別々にモニタ27上に表示する。
【0142】
図15は、第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43の駆動回路のブロック図を示すものである。
【0143】
この場合、第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43の駆動回路として、それぞれLED光源ユニット駆動回路54、LED光源ユニット駆動回路55、LED光源ユニット駆動回路56が設けられている。第1のLED光源ユニット41には、LED光源ユニット駆動回路54が接続され、第2のLED光源ユニット42には、LED光源ユニット駆動回路55が接続され、第3のLED光源ユニット43には、LED光源ユニット駆動回路56が接続されている。また、これらLED光源ユニット駆動回路54、LED光源ユニット駆動回路55およびLED光源ユニット駆動回路56には、共通の電源装置53が接続され、また、図6で述べたコンピューター25が接続されている。
【0144】
LED光源ユニット駆動回路54、LED光源ユニット駆動回路55、LED光源ユニット駆動回路56は、共通の電源装置53より電源の供給を受けるようになっている。また、LED光源ユニット駆動回路54、LED光源ユニット駆動回路55、LED光源ユニット駆動回路56は、コンピューター25からの指令に基づいて制御され、第1のLED光源ユニット41、第2のLED光源ユニット42、第3のLED光源ユニット43の各LED光源に駆動電流を供給し、3種類の螢光色素の励起光を発生させるようになっている。
【0145】
この場合、これらの励起光により得られた3種類の螢光信号は、図14に示すように、それぞれダイクロイックミラー45,46によりCCDカメラ48、50、52に別々に到達し、これらCCDカメラ48、50、52からの画像出力信号がコンピューター25に導かれ、画像解析が行われ、3種類の螢光色素による合成画像が生成され出力されるようになっている。
【0146】
図16は、電源装置53とLED光源ユニット駆動回路54、55、56の具体的な回路構成を示している。
【0147】
この場合、電源装置53については、上述した図8と同一部分には、同符号を付して説明を省略する。
【0148】
このような電源装置53には、LED光源ユニット駆動回路54、55、56が並列に接続されている。LED光源ユニット駆動回路54は、図13で述べた4個分の第1のLED光源ユニット41の駆動回路として、可変抵抗71とスィッチ72の直列回路が各別に用意されている。同様に、LED光源ユニット駆動回路55も、4個分の第2のLED光源ユニット42の駆動回路として、可変抵抗71とスィッチ72の直列回路が各別に用意され、さらにLED光源ユニット駆動回路56も、4個分の第3のLED光源ユニット43の駆動回路として、可変抵抗71とスィッチ72の直列回路が各別に用意されている。
【0149】
これらLED光源ユニット駆動回路54、55、56では、それぞれの可変抵抗71、73、75の抵抗値を調整することにより、第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43のそれぞれのLED光源に供給する駆動電流を調節し、その出力光強度を制御することができるようになっている。この出力光強度の調節は、手動で行なってもよいし、あるいは電気的にコンピューターで自動調整を行なっても良い。これにより、第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43の各LED光源の駆動電流を個別に制御することができる。
【0150】
また、LED光源ユニット駆動回路54、55、56では、それぞれのスイッチ72、74、76のオンオフを制御することで、第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43のそれぞれのLED光源を全て独立に点灯、消灯することができるようになっている。これらのオンオフ制御は、コンピューター制御により、自動的に行なっても良いし、手動で操作しても良い。
【0151】
なお、コンピューター制御により、可変抵抗71、73、75の抵抗値を調整する場合は、上述の図12で説明したように第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43の個々のLED光源からの光強度を検出し、この検出信号をコンピューター25に導き、コンピューター25で光強度を解析して、可変抵抗71、73、75の抵抗値を調整する。または、この検出で得られた個々のLED光源からの光の強度を基に、手動で可変抵抗71、73、75の抵抗値を調整を行なっても良い。これにより、DNAマイクロアレイの反応槽の内部にほぼ均一にLED光源からの光を照射するように調整できる。また試料槽201内の所望の箇所へ励起光を集中させることなど、光強度の部分的な加減を行なうことができる。さらに、可変抵抗71、73、75は、全てのLED光源に流れる駆動電流の大きさを制御することができるので、励起光の強度を一斉に強くしたり、弱くしたりすることができる。これにより、個々の試料に対して、的確な強さの励起光を照射することができ、効率良く蛍光を検出することができる。
【0152】
従って、このようにすれば、ピーク発光波長の異なる3種類のLED光源を有する第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43を用いて3種類の螢光色素を同時に励起できるようにしたので、これら3種類の螢光色素からの螢光画像を取得し、これらを合成したり、個別に表示することができる。
【0153】
また、第1乃至3のLED光源ユニット41、42、43を構成する個々のLED光源は、励起する螢光色素に応じたものの点灯、消灯を簡単に行うことができ、しかも、可変抵抗の可変操作により駆動電流の大きさを個別に調整することもできるので、個々の螢光色素に対して的確な強さの励起光を照射することができ、効率良く蛍光を検出することができる。
【0154】
なお、上述の第3の実施の形態では、螢光色素については3種類としたが、これに限ることなく、2種類でも良いし、4種類以上についても同様な方法で螢光画像を得ることができる。すなわち、ダイクロイックミラー、レンズ、CCDカメラを螢光色素1種類ずつについて、それぞれ対応して追加すれば良い。また、螢光色素についても実施例で示したFITC、Cy3、Cy5に限らず、ローダミン・グリーン(Rhodamine G)、テキサス・レッド(Texas Red)、RITC(Rhodamine B−isothiocya)などを用いても良い。
【0155】
また、LED光源ユニットの数には特に制限はなく、複数のLED光源ユニットを複数の駆動回路により個別に制御することができる。また、複数のLED光源ユニットの出力波長は、同じでもよく、異なっていても本発明を適用することができる。また、異なるピーク発光波長を持つLED光源の光を1種類ずつ試料に照射し、それぞれ異なる波長の数だけ繰り返す構成とすることも可能である。
【0156】
(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。
【0157】
この第4の実施の形態では、LED光源ユニットから発する光の光路上に反射部材を配置し、光路の光を反射させることで、励起光の光軸角度を、より対物レンズの光軸角度に近付けるようにしている。
【0158】
図17は、第4の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0159】
この場合、対物レンズ5の周囲には、複数個のLED光源ユニット81と、これらLED光源ユニット81に対応させて反射部材としての反射板82を、それぞれ図1で述べた光源保持部材9に保持し、対物レンズ5の光軸5aを中心に回転可能にしている。
【0160】
LED光源ユニット81は、筒状のLED光源ホルダー8101を有している。LED光源ホルダー8101は、中空部にLED光源8102が配置されている。また、LED光源ホルダー8101の中空部のLED光源8102から発する光の光路上には、バンドパスフィルター8103、拡散板8104、集光レンズ8105が配置されている。ここで、バンドパスフィルター8103は、LED光源8102から発する光の波長域近傍を主に通過させるものである。
【0161】
これらLED光源ユニット81から発する光の光路上に、反射板82が各別に配置されている。反射板82は、LED光源ユニット81からの光を反射させ、試料台1上の試料槽201の試料202に対して励起光として照射するもので、同時に、対物レンズ5の光軸に対して励起光の光軸がなす角度θを小さくして、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付けるようにしている。
【0162】
ここで、反射板82のそれぞれの取付位置は、LED光源ユニット81からの光を反射した後のそれぞれの光の試料202上での照射点が図4(a)(b)で述べたと同様に試料202面の半径方向に並ぶように設定されている。
【0163】
その他については、図1と同様である。
【0164】
従って、このようにしても、第1の実施の形態と同様な効果を期待することができる。さらに、LED光源ユニット81から発する光の光路上に反射板82が配置され、光路の光を反射させるようにしたので、励起光の光軸角度を対物レンズ5の光軸角度に近付けることができる。このことは、試料202面の真上に近いところ(対物レンズ5の観察視野に入らない限界)から励起光を照射できるようになるので、LED光源ユニット81から反射板82を介して試料202面までの光路の最も短い距離aと最も長い距離bの差を小さなものにできる。これにより、励起光の強度は、光路の距離に反比例することから、試料202面上での励起光の強度差を小さくできることになり、試料202面を効率的に、均一に励起することができる。
【0165】
なお、この第4の実施の形態についても、第2の実施の形態の変形例および第3の実施の形態で述べるような試料をムラなく均一の明るさの光で照明するための制御方法を採用することができる。
【0166】
(変形例1)
ところで、第4の実施の形態では、LED光源ユニット81から発する光の光路上に反射部材として反射板82を配置し、光路の光を反射させるようにしたが、このような方法を用いれば、LED光源ユニット81の配置の自由度が増すことから、対物レンズ5の周囲に多数のLED光源ユニット81を配置することができる。
【0167】
図18は、変形例1の概略構成を示すもので、図17と同一部分には、同符号を付している。
【0168】
この場合、対物レンズ5の周囲には、半導体光源手段としての複数個のLED光源ユニット81が多層(図示例では2層)に配置されている。また、これらLED光源ユニット81から発する光の光路上には、各層のLED光源ユニット81に対応させて反射部材として反射板82、82’(図示例では2層に対応)が各別に配置されている。そして、これら各層のLED光源ユニット81と反射板82、82’は、図1で述べた光源保持部材9に保持され、対物レンズ5の光軸5aを中心に回転可能にしている。
【0169】
この場合、これら反射板82、82’のそれぞれの取付位置についても、LED光源ユニット81からの光を反射した後のそれぞれの光の試料202上での照射点が図4(a)(b)で述べたと同様に試料202面の半径方向に並ぶように設定されている。
【0170】
その他については、図17と同様である。
【0171】
このようにしても第1の実施の形態と同様な効果を期待することができる。さらに、反射板82、82’を用い、光源ユニット81からの光を反射させるようにしたので、各LED光源ユニット81の配置の自由度を増すことができる。そして、これらLED光源ユニット81の配置の自由度が増すことにより、第4の実施の形態の場合よりさらに多くのLED光源ユニット81を使用することが可能となる。これにより、試料202面をさらに強い励起光をムラなく照射することができる。
【0172】
また、LED光源ユニット81の数を大幅に増やすことができるので、これらLED光源ユニット81を複数の組に分けて、それぞれの組ごとに発光波長のスペクトル特性の異なるLED光源を用いることにより、第3の実施の形態で述べたと同様に複数種類の螢光色素を励起し、螢光信号を検出できるようにすることも可能となる。
【0173】
(変形例2)
一方、第4の実施の形態では、LED光源ユニット81から発する光の光路上に反射部材として反射板82を配置し、光路の光を反射させるようにしたが、反射部材としてダイクロイックミラーを用いることができる。
【0174】
図19は、変形例2の概略構成を示すもので、図17と同一部分には、同符号を付している。
【0175】
この場合、対物レンズ5の周囲には、半導体光源手段としての複数個のLED光源ユニット81と、これらLED光源ユニット81に対応する反射部材としてのダイクロイックミラー83とを、それぞれ図1で述べた光源保持部材9に保持し、対物レンズ5の光軸5aを中心に回転可能にしている。
【0176】
LED光源ホルダー8101の中空部のLED光源8102から発する光の光路上には、拡散板8104、集光レンズ8105が配置され、上述したバンドパスフィルター8103が省略されている。
【0177】
LED光源ユニット81から発する光の光路上には、反射部材としてダイクロイックミラー83が各別に配置されている。ダイクロイックミラー83は、LED光源ユニット81のLED光源8102から発する光の波長域近傍を主に反射させるような特性を有するものである。また、ダイクロイックミラー83は、LED光源ユニット81からの光を反射し、試料台1上の試料槽201の試料202に対して励起光として照射するようにしている。この場合も、対物レンズ5の光軸に対して励起光の光軸がなす角度を小さくして、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付けるようにしている。
【0178】
ここでも、ダイクロイックミラー83のそれぞれの取付位置は、LED光源ユニット81からの光を反射した後のそれぞれの光の試料202上での照射点が図4(a)(b)で述べたと同様に試料202面の半径方向に並ぶように設定されている。
【0179】
その他については、図17と同様である。
【0180】
このように反射部材として反射板に代えてダイクロイックミラー83を用いるようにしても、第4の実施の形態と同様な効果を期待することができる。さらに、ダイクロイックミラー83として、LED光源ユニット81のLED光源8102から発する光の波長域近傍を主に反射させるような特性を有するものを用いることにより、LED光源ユニット81に内蔵されていたバンドパスフィルターを省略することができる。これによりLED光源ユニット81のコストを引き下げることができ、且つ小型化も実現できるという効果がある。
【0181】
(第5の実施の形態)
次に、本発明の第5の実施の形態を説明する。
【0182】
この第5の実施の形態では、LED光源ユニットから発する光の光路上に導光部材を配置し、光路を曲げることで、励起光の光軸角度を、より対物レンズの光軸角度に近付けるようにしている。
【0183】
図20は、第5の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0184】
この場合、対物レンズ5の周囲には、半導体光源手段としての複数個のLED光源ユニット81と、これらLED光源ユニット81に対応させて導光部材としてのオプチカルファイバ84を、それぞれ図1で述べた光源保持部材9に保持し、対物レンズ5の光軸5aを中心に回転可能にしている。
【0185】
LED光源ユニット81は、筒状のLED光源ホルダー8101を有している。LED光源ホルダー8101は、中空部にLED光源8102が配置されている。また、LED光源ホルダー8101の中空部のLED光源8102から発する光の光路上には、バンドパスフィルター8103、拡散板8104、集光レンズ8105が配置されている。ここで、バンドパスフィルター8103は、LED光源8102から発する光の波長域近傍を主に通過させるものである。
【0186】
これらLED光源ユニット81から発する光の光路上に、オプチカルファイバ84の光入射端84aが各別に配置されている。オプチカルファイバ84は、LED光源ユニット81からの光の光路を自在に曲げることを可能にしたもので、光出射端84bからの光を試料台1上の試料槽201の試料202に対して励起光として照射し、同時に、対物レンズ5の光軸に対して励起光の光軸がなす角度を小さくして、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付けるようにしている。
【0187】
オプチカルファイバ84の光出射端84bのそれぞれの取付位置は、光出射端84bから出射される光の試料202上での照射点が図4(a)(b)で述べたと同様に試料202面の半径方向に並ぶように設定されている。
【0188】
その他については、図1と同様である。
【0189】
従って、このようにしても、第1の実施の形態と同様な効果を期待することができる。さらに、LED光源ユニット81から発する光の光路上にオプチカルファイバ84が配置され、光路を曲げるようにしたので、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付けることができる。これにより、第4の実施の形態で述べたと同様にして試料202面上での励起光の強度差を小さくできることになり、試料202面を効率的に、均一に励起することができる。
【0190】
なお、上述では、導光部材として、オプチカルファイバ84を適用した例を述べたが、例えばガラス棒やアクリル材を成形加工したようなものを適用することもできる。
【0191】
なお、この第5の実施の形態についても、第2の実施の形態の変形例および第3の実施の形態で述べるような試料をムラなく均一の明るさの光で照明するための制御方法を適用することができる。
【0192】
(変形例)
ところで、第5の実施の形態では、LED光源ユニット81から発する光の光路上に導光部材として、オプチカルファイバ84を配置し、光路を曲げるようにしたが、このような方法を用いれば、LED光源ユニット81の配置の自由度が増すことから、対物レンズ5の周囲に多数のLED光源ユニット81を配置することができる。
【0193】
図21は、変形例の概略構成を示すもので、図20と同一部分には、同符号を付している。
【0194】
この場合、対物レンズ5の周囲には、半導体光源手段としての複数のLED光源ユニット81が多重(図示例では2重)に配置され、これらLED光源ユニット81に対応する導光部材としてのオプチカルファイバ84とともに、図1で述べた光源保持部材9に保持され、対物レンズ5の光軸5aを中心に回転可能にしている。
【0195】
この場合も、これらこれらオプチカルファイバ84の光出射端84bのそれぞれの取付位置は、光出射端84bから出射される光の試料202上での照射点が図4(a)(b)で述べたと同様に試料202面の半径方向に並ぶように設定されている。
【0196】
その他については、図20と同様である。
【0197】
このようにすれば、オプチカルファイバ84を用いることで、光源ユニット81からの光の光路を曲げるようにしたので、各LED光源ユニット81の配置する位置の自由度を増すことができる。そして、これらLED光源ユニット81の配置する位置の自由度が増すことにより、第5の実施の形態の場合よりさらに多くのLED光源ユニット81を使用することが可能となる。これにより、試料202面を照射するのに必要な光量を簡単に得ることができるとともに、試料202面を光量ムラなく照明することができる。
【0198】
また、LED光源ユニット81の数を大幅に増やすことができるので、これらLED光源ユニット81を複数の組に分けて、それぞれの組ごとに発光波長のスペクトル特性の異なるLED光源を用いることにより、第3の実施の形態で述べたと同様に複数種類の螢光色素を励起し、螢光信号を検出できるようにすることも可能となる。
【0199】
なお、この変形例でも、導光部材として、オプチカルファイバ84を適用した例を述べたが、例えばガラス棒やアクリル材を成形加工したようなものを適用することができる。
【0200】
(第6の実施の形態)
次に、本発明の第6の実施の形態を説明する。
【0201】
上述した実施の形態では、試料台1側を固定し、この試料台1上の試料202に対して複数のLED光源ユニット11を回転可能に設けるようにしたが、この第6の実施の形態では、複数のLED光源ユニット11を固定し、試料台1側を回転可能にするようにしている。
【0202】
図22は、第6の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0203】
この場合、円筒状の固定軸7は、中空部に対物レンズ5を保持するとともに、周面部に、光源保持部材9が一体に設けられている。この光源保持部材9には、複数のLED光源ユニット11が保持されている。
【0204】
一方、対物レンズ5の光軸5a上に配置される試料台1には、回転軸91が接続されている。この回転軸91は、ベアリング92を介してベース93に回転可能に支持されている。また、回転軸91には、タイミングプーリ94が設けられている。
【0205】
ベース93には、駆動手段としてのモータ95が設けられている。モータ95には、サーボモータやパルスモータなど回転角制御が可能なものが用いられる。
【0206】
モータ95は、回転軸95aの先端にタイミングプーリ96が設けられている。そして、これらタイミングプーリ94と96との間には、回転伝達手段としてのタイミングベルト97が架けられている。タイミングベルト97は、タイミングプーリ94および96にそれぞれ形成された不図示の凹凸に嵌合される不図示の凹凸が形成され、モータ95の回転をタイミングプーリ94を介して試料台1側に正確に伝えるようになっている。この場合、タイミングベルト97に代えて、ギヤやチェーンなどの回転伝達手段を用いることも可能である。
【0207】
このようにしても、第1の実施の形態で述べたと同様な条件で、LED光源ユニット11からの励起光を試料202上に照射しながら、試料台1を回転させることにより、試料202全面を均一に、ムラを生じることなく励起することができ、第1の実施の形態と同様な効果を期待できる。また、こうすれば、電力供給手段としての滑り接点20を省略し、LED光源ユニット11を直接ケーブルを用いてLED光源ユニット駆動回路29に接続できるので、雑音などの混入がより少ない安定した電力供給を行なうことができる。
【0208】
なお、上述した実施の形態では、LED光源ユニット11側または試料台1側を回転させるようにしたが、LED光源ユニット11側または試料台1側を所定の回動角度、例えば360°の回動角で往復動作させるようにしてもよい。こうすれば、特に、LED光源ユニット11側を回動させる場合、滑り接点20を省略して、直接ケーブルによりLED光源ユニット11をLED光源ユニット駆動回路29に接続できるので、雑音などの混入がより少ない安定した電力供給を行なうことができる。勿論、この場合、LED光源ユニット11側または試料台1側を直線方向に往復移動させるようにしても、上述したと同様な効果を期待できる。
【0209】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した各実施の形態において適用する試料には、DNAマイクロアレイの一例に限定されず、いわゆるDNAマイクロアレイと呼ばれる反応容器の全てに適用可能である。また、DNAに限らず、それ以外の種々の生物学的材料を扱う検査や測定に広く適用可能である。
【0210】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0211】
なお、上述した実施の形態には、以下の発明も含まれる。
【0212】
(1)前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に沿って複数個配置され、前記試料台は、前記集光レンズの光軸を中心に回転可能に設けられることを特徴としている。
【0213】
(2)前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に複数個配置され、さらに、これら半導体光源手段から発せられる光の光路上に配置され、該光路の光を反射させ前記試料に励起光として照射する反射部材を有することを特徴としている。
【0214】
(3)前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に複数個配置され、さらに、前記半導体光源手段より発する光の波長域近傍を反射させる特性を有し、且つ前記半導体光源手段から発せられる光の光路上に配置され、該光路の光を反射させ前記試料に励起光として照射するダイクロイックミラーを有することを特徴としている。
【0215】
(4)前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に複数個配置され、さらに、前記半導体光源手段から発せられる光の光路に配置され、該光路を曲げて該光路の光を前記試料に励起光として照射する導光部材を有することを特徴としている。
【0216】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、十分な励起光をムラなく、効率よく照射でき、信頼性の高い蛍光検出を行うことができる蛍光検出装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の顕微鏡構造を基本とした蛍光検査装置の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態に用いられるDNA反応容器の一例の概略構成を示す図。
【図3】第1の実施の形態に用いられるDNA反応容器の他の例の概略構成を示す図。
【図4】第1の実施の形態の試料上への励起光の照射を説明するための図。
【図5】第1の実施の形態の試料上への励起光の照射の他の例を説明するための図。
【図6】第1の実施の形態の蛍光検査装置全体を示すブロック図。
【図7】第1の実施の形態に用いられるLED光源ユニット駆動回路を示すブロック図。
【図8】第1の実施の形態に用いられるLED光源駆動回路の概略構成を示す図。
【図9】第1の実施の形態の変形例1としてLED光源ユニットの概略構成を示す図。
【図10】第1の実施の形態の変形例2としてLED光源ユニットの概略構成を示す図。
【図11】第1の実施の形態の変形例3としてLED光源ユニットの概略構成を示す図。
【図12】本発明の第2の実施の形態の蛍光検査装置の要部の概略構成を示す図。
【図13】本発明の第3の実施の形態の蛍光検査装置の概略構成を示す図。
【図14】第3の実施の形態に用いられる測定光学系の概略構成を示す図。
【図15】第3の実施の形態に用いられるLED光源ユニット駆動回路を示すブロック図。
【図16】第3の実施の形態に用いられるLED光源駆動回路の概略構成を示す図。
【図17】本発明の第4の実施の形態の蛍光検査装置の概略構成を示す図。
【図18】第4の実施の形態の変形例1の概略構成を示す図。
【図19】第4の実施の形態の変形例2の概略構成を示す図。
【図20】本発明の第5の実施の形態の蛍光検査装置の概略構成を示す図。
【図21】第5の実施の形態の変形例の概略構成を示す図。
【図22】本発明の第6の実施の形態の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1…試料台、2…DNA反応容器、201…試料槽
202…試料、3…DNAスライドガラス反応容器
301…試料槽、302…DNAマイクロアレイ
4…DNA反応容器、401…試料槽、402…DNAマイクロアレイ
5…対物レンズ、5a…光軸、6…ベース、7…固定軸
701…フランジ部、7a…ネジ、8…ベアリング
8a…ベアリングスペーサ、8b…Cリング、9…光源保持部材
901…孔部、902…LED光源ユニット収納孔、903…ネジ穴
11…LED光源ユニット、1101…LED光源ホルダー
1102…LED光源、1103…バンドパスフィルター
12…Oリング、13…スペーサ、14…煽りネジ、15…タイミングプーリ
16…モータ、16a…モータ回転軸、17…タイミングプーリ
18…タイミングベルト、19…固定部、19a…対向面
20…滑り接点、21…センサ、22…フィルター
23…結像レンズ、24…光検出器、25…コンピューター
27…モニタ、28…螢光検出ユニット
29…LED光源ユニット駆動回路、31…LED光源ユニット
3101…LED光源ホルダー、3102…LED光源
3103…バンドパスフィルター、3104…拡散板
3105…集光レンズ、32…LED光源ユニット
3201…LED光源ホルダー、3202…LED光源
3203…バンドパスフィルター、3204…拡散板
3205…コリメートレンズ、33…LED光源ユニット
3301…LED光源ホルダー、3302…LED光源
3303…バンドパスフィルター、3304…拡散板
34…光検出器、41…第1のLED光源ユニット、42…第2のLED光源ユニット
43…第3のLED光源ユニット、45.46…ダイクロイックミラー
47…集光レンズ、48…CCDカメラ、49…集光レンズ
50…CCDカメラ、51…集光レンズ、52…CCDカメラ
53…電源装置、54…LED光源ユニット駆動回路、
55…LED光源ユニット駆動回路、56…LED光源ユニット駆動回路
57…交流電源、58…変圧回路、59…ブリッジ整流回路
60…平滑用コンデンサー、61.62…パワートランジスタ
63…OPアンプ、64…定電圧回路、65…ツェナーダイオード
66…OPアンプ、67…可変基準電圧生成回路
68…可変基準抵抗、69…電源スイッチ、71a〜71e…可変抵抗
71.73…可変抵抗、72a〜72e…スイッチ
72.74…スイッチ、81…LED光源ユニット、
8101…LED光源ホルダー、8102…LED光源
8103…バンドパスフィルター、8104…拡散板
8105…集光レンズ、82、82’…反射板、83…ダイクロイックミラー
84…オプチカルファイバ、84a…光入射端
84b…光出射端、91…回転軸、92…ベアリング、93…ベース
94…タイミングプーリ、95…モータ、95a…モータ回転軸
96…タイミングプーリ、97…タイミングベルト
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorescence detection device that detects the expression level of a gene, the presence or absence of a mutation, and the like using fluorescence.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, the main methods of gene testing that have been put to practical use include extracting nucleic acids from a biological sample, and using PCR (Polymerase Chain Reaction) or NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification): based on nucleic acid sequences. Amplification method) is used to amplify a target gene by amplifying a nucleic acid labeled with a radioisotope or a fluorescent dye, and measure the base sequence of the target gene or its concentration. .
[0003]
In addition, electrophoresis is used for inspection of gene expression levels and analysis of mutations and the like. However, this electrophoresis method has problems that it takes time and effort for the measurement, and there is a limit to the measurement that can be performed at one time.
[0004]
Therefore, recently, capillary electrophoresis, which allows a fluorescently labeled nucleic acid to react in a plurality of capillaries and rapidly process many samples at once, has been widely used. According to this capillary electrophoresis method, measurement can be performed in a shorter time and more easily than in a method using a conventional electrophoresis method.
[0005]
Furthermore, recently, a testing method using a DNA chip capable of simultaneously performing a plurality of gene tests has been newly developed. Here, a DNA chip is one in which a large number of DNA probes are immobilized on the surface of a glass substrate, or one in which a large number of oligo probes synthesized on a minute area on a silicon wafer by applying a semiconductor manufacturing process are attached. is there.
[0006]
In such an inspection method using a DNA chip, a plurality of base sequences and expression levels of DNA in a sample can be simultaneously determined. Also, various tests such as analysis of a large amount of gene expression and a plurality of mutations can be performed by applying a DNA chip. Further, from data obtained using a DNA chip, many genes can be classified into a plurality of groups, and information on gene fluctuations associated with development and differentiation can be obtained.
[0007]
However, although the gene analysis method using a DNA chip has the advantage that a large number of tests can be performed at one time, it requires a long test time, has many test steps throughout, and requires complicated operations. There is a problem that it is difficult to obtain good detection results.
[0008]
In order to overcome such a problem, a method using a porous filter as a carrier of a DNA chip, which has good reproducibility and can perform the same test as a DNA chip in a short time, or a hybridization reaction (Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3) have been developed.
[0009]
Further, recently, a genetic test apparatus has been proposed which performs a gene analysis using a DNA microarray and fluorescence emitted from a reaction product generated in a reaction vessel of the DNA microarray. This device is based on a microscope, and causes a hybridization reaction between a target nucleic acid and a nucleic acid probe that have been fluorescently labeled in advance in a reaction vessel of a DNA microarray, and the reaction is captured by the DNA microarray. A fluorescent signal is obtained from the fluorescent substance, and a fluorescent image is obtained based on the fluorescent signal. Here, the DNA microarray has a structure in which a number of small reaction vessels (liquid storage sections) for storing a sample are arranged.
[0010]
In such a genetic test method using a DNA microarray, it is necessary to efficiently excite a fluorescent substance to generate stable fluorescence from a reaction product generated in a reaction vessel of the DNA microarray. Is extremely important in doing
[0011]
2. Description of the Related Art Conventionally, an LED (Light Emitting Diode) excitation light source is used, as disclosed in Patent Document 4, for example, as disclosed in Patent Document 4 by irradiating a fluorescent substance with excitation light from a light source. The fluorescent substance is excited by the emitted excitation light, and a fluorescent signal is received by the solid-state imaging device through filter means for selectively transmitting the wavelength of the incident light with respect to the fluorescent light emitted by the excited fluorescent substance, In some cases, a fluorescent image is obtained based on the fluorescent signal.
[0012]
Further, as disclosed in Patent Document 5, light from an LED is irradiated to a well as excitation light via a dichroic mirror and an objective lens, and fluorescence emitted from a sample is emitted from a pinhole unit via an objective lens and a dichroic mirror. There is also a device in which detection is performed by a photomultiplier tube via a photomultiplier.
[0013]
Further, as disclosed in Patent Document 6, semiconductor light sources are two-dimensionally arranged to illuminate a sample via a condenser lens as a surface light source, and light transmitted through the sample is made incident on an objective lens. That is, the illumination light from the two-dimensionally arranged semiconductor light sources is sent along the optical axis, and is incident on the objective lens in a state where it is aligned with the optical axis of the objective lens so that an enlarged image can be obtained. There is something.
[0014]
Furthermore, as disclosed in Patent Document 6, a semiconductor excitation light source is used to irradiate a sample with light through an objective lens to excite a fluorescent dye inside the sample, and to fluoresce the sample with the same optical power as incident light. Some are detected by a photodetector through the system.
[0015]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 9-504864
[0016]
[Patent Document 2]
JP-T-2000-515251
[0017]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 2001-501301
[0018]
[Patent Document 4]
JP-A-10-132744
[0019]
[Patent Document 5]
JP-A-2002-116148
[0020]
[Patent Document 6]
Japanese Patent Publication No. 7-122694
[0021]
[Patent Document 7]
US Pat. No. 6,154,282
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, usually, the LED light source does not have a sufficient light intensity to excite the fluorescent substance, and cannot generate sufficient fluorescence from the fluorescent substance. For this reason, it is often difficult to receive light with commonly used light detecting means such as a CCD camera. When using an LED light source as a light source for exciting a fluorescent substance, select a model with the highest output intensity as much as possible. Needless to say, it is necessary to devise a method of bundling two or more LEDs, bringing them as close to the sample surface as possible, so that a sufficient excitation light is uniformly applied to the fluorescent substance.
[0023]
However, Patent Document 4 does not specifically describe a method for effectively irradiating the fluorescent substance with the excitation light from the LED light source in consideration of the above. One of the LED light sources is disposed directly below the fluorescent substance, and the optical axis of the excitation light from the LED light source and the optical axis of the camera lens coincide with each other. This means that part of the excitation light that has passed through the fluorescent substance travels along the same optical path as the fluorescent light emitted from the fluorescent substance. This causes a problem of lowering.
[0024]
In each of Patent Literature 5, Patent Literature 6, and Patent Literature 7, the optical axis of the illumination light from the semiconductor light source coincides with the optical axis of the objective lens. For this reason, although the respective optical paths of the excitation light and the fluorescence signal light passing through the same optical path are separated by the dichroic mirror, a part of the excitation light passes through the dichroic mirror and passes through the optical path through which the fluorescence emitted from the fluorescent substance passes. It may be mixed and become noise light. In addition, since it is technically impossible for a dichroic mirror to separate the reflection and transmission of light of a desired wavelength with 100% efficiency, the signal light intensity due to the reflection, scattering, transmission and absorption of desired fluorescence Cannot be avoided. Further, two optical paths of the excitation light and the fluorescent light emitted from the fluorescent substance must be accurately matched, and there is a problem that adjustment of the optical axis requires time and effort.
[0025]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a fluorescence detection device that can efficiently irradiate excitation light without unevenness and perform highly reliable fluorescence detection.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a sample stage on which a sample is placed, a semiconductor light source means for irradiating the sample with light and exciting a fluorescent substance contained in the sample, and a fluorescent substance is excited by at least the excitation light. A condensing lens for condensing the emitted and emitted fluorescent light, a filter for exciting the fluorescent substance excited by the excitation light and selectively transmitting the emitted fluorescent light, and a light for detecting the fluorescent light passing through the condensing lens A fluorescence detector having a detector, wherein the sample stage and the semiconductor light source are provided so as to be relatively movable, and simultaneously with the relative movement, light from the semiconductor light source is supplied to the sample. Irradiation is performed.
[0027]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the semiconductor light source means includes an LED light source that emits excitation light and light from the LED light source that is disposed on an optical path of light emitted from the LED light source. , A filter, a diffusion plate, a lens, or all of them, which selectively transmit the above wavelengths.
[0028]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, a plurality of the semiconductor light source units are provided so as to rotate or reciprocate along the periphery of the condenser lens.
[0029]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the plurality of semiconductor light sources are provided so as to be rotatable or reciprocable along the periphery of the condenser lens, and the number of times of rotation or reciprocation is an integer. It is characterized by being performed.
[0030]
According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, the irradiation point of light from the semiconductor light source means to the sample is set such that an irradiation point of a peripheral portion of the sample is an irradiation point of a central portion of the sample. It is characterized in that it is set more densely than.
[0031]
The invention according to claim 6 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 3 to 5, the semiconductor light source means has light emission wavelengths having substantially the same spectral characteristics.
[0032]
The invention according to claim 7 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 3 to 5, the semiconductor light source means has different spectral characteristics of emission wavelength.
[0033]
The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the semiconductor light source means is provided around the condenser lens so as to be rotatable around an optical axis of the condenser lens. Are held along the periphery of the condenser lens, and the semiconductor light source means is set at a predetermined angle with respect to the optical axis of the condenser lens so that light emitted from the semiconductor light source means is irradiated on the sample. A light source holding member that holds the semiconductor light source at an angle, and a light source holding member that is provided at a holding portion of the semiconductor light source means of the light source holding member; And a position adjusting means for adjusting at least one of the inclination directions.
[0034]
According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, there is provided a driving unit for supplying a driving current to the semiconductor light source unit, and the light source holding member is driven by the driving unit. It is characterized by having power supply means for supplying a current to the semiconductor light source means.
[0035]
According to a tenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the photodetector includes an imaging unit, and further includes a position detection unit that detects a rotational position of the light source holding member. The exposure time optimal for the light detection of the imaging means is determined based on the output of the detection means.
[0036]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to tenth aspects, further, the light intensity detecting means for detecting the intensity of the excitation light to the sample near the sample and the semiconductor light source means are driven. A driving means for supplying a driving current to the semiconductor light source means, the driving means having a controllable magnitude of the driving current, based on the intensity of the excitation light detected by the light intensity detecting means. It is characterized in that the drive current can be controlled.
[0037]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to tenth aspects, further, the light intensity detecting means for detecting the intensity of the excitation light to the sample near the sample and the semiconductor light source means are driven. A driving means for supplying a driving current to the semiconductor light source means, the driving means having a controllable magnitude of the driving current, based on the intensity of the excitation light detected by the light intensity detecting means. It is characterized in that the drive current can be individually controlled.
[0038]
As a result, according to the present invention, the sample stage and the semiconductor light source means are provided so as to be relatively movable, and with this relative movement, the light from the semiconductor light source means is irradiated on the sample. Excitation light having an intensity sufficient to excite the fluorescent substance can be efficiently obtained.
[0039]
Further, according to the present invention, the irradiation point of the light from the semiconductor light source means on the sample surface is set densely at the peripheral portion of the sample as compared with the irradiation point at the central portion. When the sample rotates around the objective lens, the entire surface of the sample can be excited uniformly and evenly.
[0040]
Further, according to the present invention, the semiconductor light source does not need to simultaneously irradiate the entire surface of the sample with light, and the semiconductor light source rotates the periphery of the objective lens to irradiate the entire surface of the sample with light. Therefore, the entire surface of the sample can be uniformly and efficiently excited by the minimum number of semiconductor light sources.
[0041]
Furthermore, according to the present invention, since the optical path for the excitation light through which the excitation light passes and the optical path of the fluorescence detecting means having the condensing lens are separated, an optical element such as a dichroic mirror for attenuating the light can be omitted, and the light can be detected. Light intensity loss can be minimized.
[0042]
Furthermore, according to the present invention, since the direction of the light emitted from the semiconductor light source means and the direction of inclination of the condenser lens with respect to the optical axis can be adjusted, light can be condensed at a desired specific portion of the sample. Thus, efficient excitation of the fluorescent substance can be performed.
[0043]
Further, according to the present invention, the drive current to the semiconductor light source means can be individually controlled based on the light intensity obtained near the sample, so that the light from the semiconductor light source means can be adjusted to the same brightness, Can be illuminated with uniform brightness.
[0044]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0045]
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fluorescence inspection apparatus based on a microscope structure to which the present invention is applied.
[0046]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sample stage, on which a DNA reaction container 2 is mounted as a subject.
[0047]
Here, FIG. 2 shows a DNA slide glass reaction container 3 as a specific example of the DNA reaction container 2. The DNA slide glass reaction vessel 3 has a large number of minute sample vessels 301 arranged in a slide glass-like reaction vessel, and a DNA microarray 302 is laid in these sample vessels 301. Then, when a sample solution (test sample) is injected into the sample tank 301, a hybridization reaction occurs between the target nucleic acid and the nucleic acid probe that have been fluorescently labeled in advance in the DNA microarray 302. Fluorescence is emitted from a captured fluorescent substance, for example, a fluorescent dye substance. In this case, the sample solution that has not contributed to the reaction is washed together with the buffer.
[0048]
FIG. 3 shows a specific example of another DNA reaction container 4. The DNA reaction container 4 is made of a plastic material, in which a plurality of sample tanks 401 are arranged, and a DNA microarray 402 is laid in these sample tanks 401. Then, when a sample solution (test sample) is injected into the sample tank 401, a hybridization reaction occurs between the target nucleic acid and the nucleic acid probe that have been fluorescently labeled in advance in the DNA microarray 402, and this reaction causes the DNA microarray Fluorescence is emitted from a captured fluorescent substance, for example, a fluorescent dye. In this case, the sample solution that has not contributed to the reaction is washed together with the buffer.
[0049]
In FIG. 1, only the sample tank 201 of the DNA reaction container 2 and the sample 202 containing a fluorescent substance are shown enlarged on the sample stage 1 for the sake of simplicity.
[0050]
An objective lens 5 is disposed above the sample table 1 as a condenser lens. The objective lens 5 has the optical axis 5a coincident with the center of the sample tank 201, and is located on a perpendicular line from the surface of the sample stage 1.
[0051]
On the other hand, reference numeral 6 denotes a base, on which a cylindrical fixed shaft 7 is provided. The fixed shaft 7 has a flange portion 701 formed at one end, and the flange portion 701 is fixed to the base 6 by a screw 7a.
[0052]
The objective lens 5 is held in a hollow portion of the fixed shaft 7. In this case, the objective lens 5 is movable in the direction of the optical axis 5a, so that the focus can be adjusted.
[0053]
A light source holding member 9 is rotatably supported on the outer peripheral surface of the fixed shaft 7 via a bearing 8. In this case, the light source holding member 9 has a hole 901 formed along the optical axis 5 a, and the peripheral surface of the hole 901 is supported on the outer peripheral surface of the fixed shaft 7 via the bearing 8. The rotation center of the light source holding member 9 coincides with the optical axis 5a of the objective lens 5.
[0054]
Below the bearing 8, a C-ring 8b is arranged. The C ring 8b is for positioning the bearing 8. A bearing spacer 8 a is disposed above the bearing 8. The bearing spacer 8 a is for filling a gap between the fixed shaft 7 and the light source holding member 9.
[0055]
The light source holding member 9 is provided with a plurality of (for example, five) LED light source unit housing holes 902 along the circumferential direction. These LED light source unit storage holes 902 are arranged to be inclined toward the surface of the sample 202 on the sample stage 1. This inclination angle is about 45 ° to 60 ° with respect to the optical axis 5a of the objective lens 5. A screw hole 903 that penetrates the LED light source unit housing hole 902 is provided on the peripheral surface of the light source holding member 9. The screw holes 903 are formed two by two at predetermined intervals in a direction along the LED light source unit housing hole 902 in a horizontal direction orthogonal to the optical axis 5a.
[0056]
The LED light source unit 11 is housed in the LED light source unit housing hole 902. The LED light source unit 11 has a cylindrical LED light source holder 1101. The LED light source 1102 is disposed in the hollow portion of the LED light source holder 1101.
[0057]
Such an LED light source unit 11 is housed in the LED light source unit housing hole 902 with an O-ring 12 interposed. In this case, the O-ring 12 is located between the two screw holes 903.
[0058]
In the LED light source unit housing hole 902, a bandpass filter 1103 is disposed on the optical path of light emitted from the LED light source 1102 of the LED light source unit 11. Here, the bandpass filter 1103 mainly passes near the wavelength range of the light emitted from the LED light source 1102.
[0059]
Further, a spacer 13 is arranged between the holder 1101 of the LED light source unit 11 and the bandpass filter 1103. The spacer 13 positions the LED light source 1102 and the bandpass filter 1103. As a material of the spacer 13, a metal such as aluminum or brass or a plastic is used.
[0060]
In two screw holes 903 penetrating through each LED light source unit housing hole 902, a tilting screw 14 is screwed as a position adjusting means. These tilting screws 14 press two points sandwiching the O-ring 12 on the side of the holder 1101 of the LED light source unit 11. By changing the tilt angle of the light, the light irradiation angle can be adjusted. In this case, the irradiation angle of the light emitted from the LED light source 1102 adjusted by these two tilting screws 14 is about ± 2 to 3 °.
[0061]
The LED light source unit 11 has the same spectral characteristic of the emission wavelength of the LED light source 1102 to which each is applied.
[0062]
A timing pulley 15 is provided integrally around the light source holding member 9. The timing pulley 15 has an uneven portion (not shown) formed on a surface to which a timing belt 18 described later contacts.
[0063]
On the other hand, on the base 6, a motor 16 is provided as a driving means. As the motor 16, a motor capable of controlling the rotation angle such as a servo motor or a pulse motor is used.
[0064]
The motor 16 has a rotating shaft 16 a protruding below the base 6. A timing pulley 17 is provided at the tip of the rotating shaft 16a. The timing pulley 17 also has an uneven portion (not shown) formed on a surface with which a timing belt 18 described later contacts. Further, a timing belt 18 as a rotation transmitting means is stretched between the timing pulleys 17 and 15. The timing belt 18 has irregularities (not shown) fitted to irregularities (not shown) formed on the timing pulleys 17 and 15, respectively. Thus, the light is accurately transmitted to the light source holding member 9 side. In this case, instead of the timing belt 18, a rotation transmitting means such as a gear or a chain can be used. Although a belt can be used, slip may occur. In this case, the rotation of the light source holding member 9 is detected by the sensor 21 and the fluorescence is detected from an integral multiple of the rotation (or reciprocation). Exposure of the means is preferably performed. A fixing member 19 is provided on the base 6. The fixing member 19 has an opposing surface 19 a opposing close to the light source holding member 9. A sliding contact 20 is provided between the facing surface 19a and the light source holding member 9 as power supply means. The sliding contact 20 is, for example, an electrode (not shown) provided on the side facing the power supply electrode (not shown) of the LED light source 1102 of each LED light source unit 11 provided on the light source holding member 9 side (not shown). ) Is in constant contact with the LED light source unit driving circuit 29, which will be described later, so that a driving current can be stably supplied to the LED light source 1102 in a state where the light source holding member 9 is rotated. Other means are also conceivable as the power supply means. For example, an electromagnetic derivative is provided on the light source holding member 9 side, high-frequency power is generated from the fixed portion 19 side, and eddy current is generated on the electromagnetic derivative side. A non-contact type such as sending a message is also conceivable. In short, any device that can supply stable power to the LED light source 1102 without mixing of noise or the like can be used.
[0065]
A sensor 21 is provided on a facing surface 19a of the fixing member 19 as a detecting unit. The sensor 21 detects the rotation of the light source holding member 9, and generates an output every time the light source holding member 9 makes one rotation. The sensor 21 may be of various types, such as a combination of a limit switch and a projection, a combination of a magnet and a Hall element, a combination of a light emitting diode and a light receiving element, and a combination of a photo interrupter and a light shielding plate.
[0066]
On the optical axis 5a on the rear side of the objective lens 5, a filter 22, an imaging lens 23, and a photodetector 24 represented by a CCD camera, which constitute light detection means together with the objective lens 5, are arranged. The filter 22 is for selectively transmitting the fluorescence emitted when the fluorescent substance contained in the sample 202 is excited. The imaging lens 23 forms an image of the fluorescence selected by the filter 22 on the detection surface of the photodetector 24. The photodetector (CCD camera) 24 converts the intensity of the fluorescence collected on the imaging surface into an electric signal and outputs the electric signal to a computer 25 described later. Here, the imaging lens 23 may be a glass lens such as BK7 used for a normal lens as a material, but may be a quartz glass, a plastic lens, or a diffractive optical element, a liquid crystal lens, or the like. An element or a material capable of performing a light condensing action can be used.
[0067]
By the way, the light from each LED light source unit 11 of the light source holding member 9 irradiates the sample 202 on the sample stage 1 as excitation light. In this case, the mounting position of each LED light source unit 11 with respect to the sample 202 needs to illuminate the surface of the sample 202 with uniform brightness by rotating the light source holding member 9. Excitation unevenness is prevented from being caused on the surface of the sample 202 due to the incident angle, and no shadow or uneven excitation is caused on the sample 202 having a three-dimensional portion on a part or the entire surface.
[0068]
Specifically, for example, as shown in FIGS. 4A and 4B, when five LED light source units 11 are used, the irradiation point of the excitation light from each LED light source unit 11 is located on the surface of the sample 202. They are set to be arranged in the radial direction. Here, assuming that the points where the central axes of the light from the LED light source units 11 of # 1 to # 5 penetrate the sample 202 are irradiation points a, b, c, d, and e, as the points approach the periphery of the sample 202, , # 1 to # 5 from the LED light source units 11 to the irradiation points a, b, c, d, and e become longer, and the periphery of the surface of the sample 202 becomes darker than the center. Furthermore, when the surface of the sample 202 is rotated, the peripheral speed of the irradiation point is slower toward the center and faster toward the periphery, so that the irradiation time of the illumination light per unit length is different. Therefore, in order to correct this, the light irradiation points a, b, and c at the peripheral portion of the sample 202 are arranged more densely than the excitation light irradiation points d and e at the central portion, and the light source holding member is provided. When the sample 9 is rotated once in the direction of the arrow in the figure, the entire surface of the sample 202 is made uniform so as to prevent excitation unevenness.
[0069]
In this case, if the entire surface of the sample 202 can be made uniform and no excitation unevenness occurs, the irradiation positions a, b, c, d, and e of the excitation light need to be set so as to be arranged in the radial direction of the surface of the sample 202. However, it is also possible to set randomly on the sample 202 surface. As shown in FIG. 5, when five or more LED light source units 11 are provided, here eight LED light source units 11 # 1 to # 8, irradiation points a, b, c, Irradiation points f, g, and h through which the central axes of the light from the LED light source units # 6 to # 8 penetrate are set on the opposite sides of d and e with respect to the rotation center of the light source holding member 9. In this way, when the light source holding member 9 is rotated once in the direction of the arrow shown in the figure, a stronger excitation light amount can be secured.
[0070]
The main part (fluorescence detection unit) of the fluorescence inspection apparatus thus configured is installed in a light shielding box (not shown) and is shielded from the outside.
[0071]
FIG. 6 shows a block diagram of the entire fluorescence inspection apparatus.
[0072]
In the figure, reference numeral 25 denotes a computer, and the computer 25 is provided with a monitor 27 as display means. An LED light source unit drive circuit 29 is connected to the computer 25 as drive means for driving the fluorescent light detection unit 28 and the LED light source units 11, which are the main components described in FIG. When receiving the control command from the computer 25, the LED light source unit drive circuit 29 determines which of the LED light source units 11 in the fluorescence detection unit 28 is to be driven, and sets and supplies the magnitude of the drive current. I am trying to do it.
[0073]
FIG. 7 is a block diagram of a driving circuit of the LED light source units 11 of # 1 to # 5.
[0074]
In this case, the power supply device 53 is connected to the LED light source unit drive circuit 29, and the computer 25 described in FIG. 6 is connected.
[0075]
The LED light source unit drive circuit 29 receives power from a power supply device 53. The LED light source unit driving circuit 29 is controlled based on a command from the computer 25, supplies a driving current to each of the LED light sources of the LED light source units # 1 to # 5, and generates excitation light. ing.
[0076]
FIG. 8 shows a specific circuit configuration of the power supply device 53 and the LED light source unit drive circuit 29.
[0077]
In this case, the power supply device 53 guides the output from the AC power supply 57 of 100 V to the transformer circuit 58 composed of a transformer to adjust the voltage. The output from the transformer circuit 58 is sent to a bridge rectifier circuit 59 composed of four diodes and full-wave rectified, and then smoothed by a smoothing capacitor 60. The smoothed output is guided to a constant voltage circuit 64 composed of two Darlington-connected power transistors 61 and 62 and an OP amplifier 63, and is output as a constant voltage. In this case, the terminal voltage of the Zener diode 65 is used as a reference voltage, and a variable reference voltage is generated by a variable reference voltage generation circuit 67 including an OP amplifier 66 and a circuit element such as a resistor. By changing the value of the variable reference resistor 68 connected to the OP amplifier 63, the voltage output of the constant voltage circuit 64 is adjusted based on the relationship with the variable reference voltage of the variable reference voltage generation circuit 67, and the LED light source unit is driven. A drive current is supplied to the circuit 29. That is, the drive current to the LED light source unit drive circuit 29 can be simultaneously adjusted by changing the value of the variable reference resistor 68. Here, an FET (field effect transistor: field effect transistor) 70 has a function of preventing an unexpected situation in which an abrupt current flows to the OP amplifier 63 when the current is short-circuited and the OP amplifier 63 is damaged. . The power can be turned on and off by the power switch 69. The power switch 69 is connected to the computer 25, and also controls the power input by the computer 25. The power switch 69 may be manually switched.
[0078]
The LED light source unit drive circuit 29 is connected to such a power supply device 53. In the LED light source unit driving circuit 29, a series circuit of a variable resistor 71a (to 71e) and a switch 72a (to 72e) is separately prepared as a driving circuit of the above-described LED light source units 11 of # 1 to # 5. In this case, the above-mentioned sliding contact 20 is interposed between the LED light source unit drive circuit 29 and the LED light source unit 11 and on the ground side of the LED light source unit 11, respectively.
[0079]
In the LED light source unit drive circuit 29, the drive current supplied to each LED light source of the LED light source units 11 of # 1 to # 5 is adjusted by adjusting the resistance values of the respective variable resistors 71a to 71e. The output light intensity can be controlled. The adjustment of the output light intensity may be performed manually, or may be automatically performed automatically by a computer.
[0080]
The LED light source unit drive circuit 29 controls the on / off of the switches 72a to 72e so that all the LED light sources of the LED light source units # 1 to # 5 can be turned on and off independently. Has become. These on / off controls may be performed automatically by computer control, or may be manually operated.
[0081]
When adjusting the resistance values of the variable resistors 71a to 71e under the control of the computer 25, the intensity of light from the individual LED light sources 1102 of the LED light source units 11 of # 1 to # 5 is detected, and this detection signal is output. Is led to a computer, the light intensity is analyzed by the computer, and the resistance values of the variable resistors 71a to 71e are adjusted. Alternatively, the resistance values of the variable resistors 71a to 71e may be manually adjusted based on the light intensities from the individual LED light sources obtained by this detection. This makes it possible to adjust the inside of the reaction vessel of the DNA microarray so as to irradiate the excitation light almost uniformly. Further, since the variable resistors 71a to 71e can control the magnitude of the drive current flowing through all the LED light sources, it is possible to simultaneously increase or decrease the intensity of the excitation light. Thus, various kinds of samples 202 can be irradiated with excitation light having an appropriate intensity, and fluorescence can be efficiently detected.
[0082]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
[0083]
First, focus adjustment is performed by moving the objective lens 5 held in the hollow portion of the fixed shaft 7 in the direction of the optical axis 5a.
[0084]
Next, the posture of each LED light source unit 11 is adjusted. In this case, the LED light source 1102 of the LED light source unit 11 is turned on without rotating the light source holding member 9, and the excitation light emitted from the LED light source 1102 is irradiated on the surface of the sample 202 on the sample stage 1. In this case, all of the emission spectra of light emitted from the LED light source 1102 are the same.
[0085]
Next, loosen the screw 14 of the LED light source unit housing hole 902, move the LED light source unit 11 in the optical axis direction of the LED light source 1102, adjust the position in the height direction, and reduce the brightness on the surface of the sample 202. adjust. Subsequently, by adjusting the amount of screwing by the tilting screw 14, the inclination angle of the LED light source unit 11 with respect to the surface of the sample 202 is adjusted, and fine adjustment of the light irradiation position on the sample 202 is performed.
[0086]
In this manner, the brightness of the light on the surface of the sample 202 is adjusted, and the light irradiation angle is finely adjusted. As described with reference to FIG. Are set so that the irradiation points a, b, c, d, and e are at predetermined positions on the surface of the sample 202.
[0087]
Next, a control command for performing fluorescence detection is sent from the computer 25 to the LED light source unit drive circuit 29. The LED light source unit drive circuit 29 determines which of the LED light source units 11 in the fluorescence detection unit 28 is to be driven, and at the same time, determines the magnitude of the drive current.
[0088]
Next, the motor 16 is driven by a control command from the computer 25. Then, the timing pulley 17 rotates by the rotation of the motor 16, and the light source holding member 9 rotates together with the timing pulley 15 via the timing belt 18.
[0089]
In this state, a drive current is output from the LED light source unit drive circuit 29. This drive current is supplied to all the LED light sources 1102 of the light source holding member 9 via the sliding contacts 20. When light is emitted from the LED light source 1102, light in a predetermined wavelength range is selected through a band-pass filter 1103, and is radiated toward the sample 202 as excitation light.
[0090]
In this case, as shown in FIG. 4, in the LED light source units # 1 to # 5, the irradiation points a, b, c, d, and e of the excitation light are set at predetermined radial positions on the surface of the sample 202. I have. As a result, the entire surface of the sample 202 is irradiated with the excitation light by one rotation of the light source holding member 9.
[0091]
In this case, the rotation of the light source holding member 9 is set to an integral multiple of one rotation as a minimum unit, so that the entire surface of the sample 202 is uniformly and uniformly excited. The rotation of the light source holding member 9 is detected by the sensor 21 every rotation, and the detection output of the sensor 21 determines the optimal exposure time for the fluorescence detection by the photodetector (CCD camera) 24. That is, the exposure time of the photodetector (CCD camera) 24 is set to an integral multiple of the minimum time required for the light source holding member 9 to make one rotation.
[0092]
By rotating the light source holding member 9 in this manner, the surface of the sample 202 is uniformly and evenly excited by the excitation light of the LED light source units 11 of # 1 to # 5. Light is emitted. The fluorescent light is condensed by the objective lens 5, passes through the filter 22 and the imaging lens 23, and forms an image on the imaging surface of the CCD camera 24. The CCD camera 24 detects the intensity of the fluorescent light emitted from the sample 202 at an exposure time corresponding to the number of rotations of the light source holding member 9, converts this into an electric signal, and outputs it to the computer 25.
[0093]
The computer 25 performs image processing such as contour enhancement, contrast correction, and color correction, performs signal analysis, and the like, and displays the fluorescent image on the monitor 27.
[0094]
Therefore, in this way, a plurality (five in the illustrated example) of the LED light source units 11 having the LED light sources 1102 having the same emission wavelength spectrum are rotatably arranged around the objective lens 5. Since the excitation light from the LED light source unit 11 is applied to the surface of the sample 202 while rotating the LED light source unit 11, efficient excitation light of sufficient intensity to excite the fluorescent substance of the sample 202 can be obtained. Can be.
[0095]
In addition, the irradiation point of the light from each LED light source unit 11 on the surface of the sample 202 is set more densely in the peripheral portion of the surface of the sample 202 than in the central portion, so that the LED light source unit 11 When the periphery of the lens 5 makes one rotation, the entire surface of the sample 202 can be excited uniformly and evenly.
[0096]
Further, the LED light source unit 11 does not need to simultaneously irradiate the entire surface of the sample 202 with light, and the LED light source unit 11 irradiates the entire surface of the sample 202 by rotating the periphery of the objective lens 5. The minimum number of LED light source units 11 can uniformly and efficiently excite the entire surface of the sample 202. In this case, if the number of LED light source units 11 is increased, a stronger excitation light amount can be obtained.
[0097]
Further, since the light from the LED light source 1102 is irradiated from obliquely upward to the surface of the sample 202, the specularly reflected light from the surface of the sample 202 passes through the light receiving optical path on the objective lens 5 side as it is to detect light. The noise light can be reduced without entering the device 24 as noise light.
[0098]
Further, since an LED is used as an excitation light source for exciting a fluorescent substance, it is inexpensive, has a long life, generates little heat, and is safe. Further, power consumption can be reduced. Further, the device configuration can be made compact and highly portable.
[0099]
Further, since the LED light source unit 11 has a configuration using only the band-pass filter 1103 as an optical element other than the LED light source 1102, the configuration is simple, and not only is it easy to assemble and adjust the optical axis, but also easy. It is also useful for reducing the cost.
[0100]
Further, since the LED light source unit 11 is arranged around the objective lens 5 and is separated from the optical path having the objective lens 5 for detecting fluorescence, there is no need to install an extra optical element such as a dichroic mirror. In this regard, a simple device configuration can be achieved. In addition, since there is no optical element such as a dichroic mirror, reflected light and scattered light generated on the surface of these optical elements, and attenuation of fluorescence intensity due to light absorption caused by light passing through these optical elements, etc. Since it does not occur, the loss of the light intensity detected by the photodetector 24 can be minimized. Moreover, since the excitation light path through which the excitation light passes and the light path of the fluorescence detection means are completely separated, adjustment for aligning both optical axes is unnecessary, and the optical axis adjustment of the entire apparatus can be simplified. Therefore, from these, highly reliable fluorescence detection can always be performed.
[0101]
In the above-described embodiment, the rotation of the light source holding member 9 is detected using the sensor 21. However, as the motor 16, a motor such as a servomotor or a pulse motor, which can control the rotation angle, is used. If a device such as a gear that does not cause any slippage is used as the means, the sensor 21 is omitted, the rotation speed of the light source holding member 9 is detected from the control information of the servomotor or the pulse motor, and the optimal exposure time for fluorescence detection is obtained. Can be requested.
[0102]
Also, in the above-described embodiment, the adjustment of the screwing amount of the tilting screw 14 is manually performed. Thus, the adjustment operation may be automatically performed. Further, the LED light source unit 11 may be configured such that at least one of the position adjustment and the inclination angle adjustment in the height direction can be adjusted.
[0103]
Here, the case where the LED light source unit 11 is rotated around the objective lens 5 has been described, but it is not always necessary to rotate around the objective lens 5. For example, when wiring is necessary for supplying power to the LED light source, it is possible to reduce the unevenness of illumination even if it is configured to reciprocate around the objective lens 5, and the present invention can be applied. It is possible. In such a configuration that the LED light source unit 11 reciprocates around the objective lens 5, it is necessary to stop the LED light source unit 11 without fail. If the exposure is performed, the illumination time and the exposure time of the photodetector become long, which is inappropriate. Also, in the case of rotation, if the angular velocity is not set to a predetermined value, the illumination time and the exposure time of the photodetector become inappropriate. Therefore, a configuration in which these shifts and reciprocations are detected by sensors, and illumination and exposure are stopped, or illumination and exposure are performed after reaching a certain angular velocity, and illumination and exposure are stopped when a predetermined rotation or reciprocation is reached is reached. It is also possible.
[0104]
(Modification 1)
As the LED light source unit 11 described above, for example, one having a configuration as shown in FIG. 9 can be used.
[0105]
FIG. 9 shows a schematic configuration of an LED light source unit 31 different from the LED light source unit 11 described above.
[0106]
In this case, the LED light source unit 31 has a cylindrical LED light source holder 3101. The LED light source holder 3101 has an LED light source 3102 disposed in a hollow portion. A bandpass filter 3103, a diffusion plate 3104, and a condenser lens 3105 are arranged on the optical path of light emitted from the LED light source 3102 in the hollow portion of the LED light source holder 3101. Here, the band-pass filter 3103 mainly transmits near the wavelength range of the light emitted from the LED light source 3102. The diffusion plate 3104 is for suppressing the non-uniformity (intensity unevenness) of the intensity of the light from the LED light source 3102 transmitted through the band-pass filter 3103. For example, “frosted glass” or a translucent plastic film is used. ing. The condenser lens 3105 condenses the light diffused by the diffusion plate 3104 and focuses the light on a position determined by the focal length. In this case, the positions of the bandpass filter 3103 and the diffusion plate 3104 may be in the order of the diffusion plate 3104, the bandpass filter 3103, and the condenser lens 3105.
[0107]
In the LED light source unit 31 configured as described above, since the condenser lens 3105 is disposed on the optical path of the light emitted from the LED light source 3102, it is possible to irradiate the surface of the sample 202 with the condenser beam. Thus, for example, if a lens having a large NA of 0.9 or more is used as the condensing lens 3105, light can be condensed in an extremely small region on the surface of the sample 202, for example, in a range of about 0.5 μm in diameter.
[0108]
In addition, since the excitation light from the LED light source 3102 becomes a condensed beam and the area of the irradiation cross section is reduced, the excitation light is applied to a portion other than the surface of the sample 202, such as the side wall of the sample tank 201, and noise light is emitted. As a result, it is possible to prevent the fluorescence from the sample 202 from becoming a factor. Further, if the direction of each LED light source 3102 is adjusted so that the excitation light from the LED light source 3102 is condensed at one point in the surface of the sample 202, the excitation light from the LED light source 3102 can be specified as desired in the surface of the sample 202. Irradiation can be limited to a part. Thus, it is possible to efficiently irradiate the excitation light from the LED light source 3102 to a desired portion on the surface of the sample 202. In addition, since the excitation light from the LED light source 3102 is collected, the fluorescent substance can be efficiently excited. In addition, since light is not diffused, erroneous irradiation of light including portions other than the surface of the sample 202 in the sample tank 201, for example, the side walls and the like can be prevented.
[0109]
(Modification 2)
As the LED light source unit 11 described above, for example, one having a configuration as shown in FIG. 10 can be used.
[0110]
FIG. 10 shows a schematic configuration of an LED light source unit 32 different from the LED light source unit 11 described above.
[0111]
In this case, the LED light source unit 32 has a cylindrical LED light source holder 3201. In the LED light source holder 3201, an LED light source 3202 is arranged in a hollow portion. A bandpass filter 3203, a diffusion plate 3204, and a collimator lens 3205 are arranged on the optical path of light emitted from the LED light source 3202 in the hollow portion of the LED light source holder 3201. Here, the bandpass filter 3203 and the diffusion plate 3204 are the same as those described in FIG. The collimating lens 3205 converts the light diffused by the diffusion plate 3204 into parallel light and emits collimated light. In this case, the positions of the bandpass filter 3203 and the diffusion plate 3204 may be in the order of the diffusion plate 3204, the bandpass filter 3203, and the collimating lens 3205.
[0112]
Since the collimating lens 3205 is arranged on the optical path of the light emitted from the LED light source 3202, the LED light source unit 32 configured as described above can irradiate the surface of the sample 202 with uniform collimated light. This makes it easy to specify the irradiation position in the plane of the sample 202, and it is possible to easily program a program for automatically adjusting the irradiation position by computer control, and to easily predict the irradiation surface position and its illuminance. Is beneficial. Furthermore, even when the position to irradiate the excitation light is manually set, the operation of the excitation light can be accurately performed at a desired irradiation position on the surface of the sample 202. In addition, since light is not diffused, erroneous irradiation of light including portions other than the surface of the sample 202 in the sample tank 201, for example, the side walls and the like can be prevented.
[0113]
(Modification 3)
As the LED light source unit 11 described above, for example, one having a configuration as shown in FIG. 11 can be used.
[0114]
FIG. 11 shows a schematic configuration of an LED light source unit 33 different from the LED light source unit 11 described above.
[0115]
In this case, the LED light source unit 33 has a cylindrical LED light source holder 3301. In the LED light source holder 3301, an LED light source 3302 is arranged in a hollow portion. A bandpass filter 3303 and a diffusion plate 3304 are arranged on the optical path of light emitted from the LED light source 3302 in the hollow portion of the LED light source holder 3301. Here, the bandpass filter 3303 and the diffusion plate 3304 are the same as those described in FIG. In this case, the positions of the bandpass filter 3303 and the diffusion plate 3304 may be in the order of the diffusion plate 3304 and the bandpass filter 3303.
[0116]
In the LED light source unit 33 configured as described above, since the diffusion plate 3304 is arranged on the optical path of the light emitted from the LED light source 3302, it is possible to irradiate the diffuse light without unevenness on the surface of the sample 202. As a result, it is possible to irradiate substantially uniform excitation light evenly over the entire surface of the sample 202, and it is possible to receive stable and excellent fluorescence with excellent reproducibility.
[0117]
In addition, these LED light source units 11, 31, 32, and 33 can be properly used according to the size and structure of the sample 202 and the sample tank 201. That is, since the LED light source units 11, 31, 32, and 33 are integrally configured by combining the LED light sources with optical elements such as a band-pass filter, a lens, and a diffusion plate, excitation is performed for each LED light source unit. Light can be condensed, collimated, or diffused, and the beam pattern of the excitation light on the surface of the sample 202 can be controlled in various ways. It can also be used for a sample having irregularities. Further, for the LED light source unit 31 (32), either one of the bandpass filter 3103 (3203) and the diffusion plate 3104 (3204) may be used, or both may not be used depending on the application. Further, the band-pass filters 1103, 3103, 3203, and 3303 of the LED light source units 11, 31, 32, and 33 may be high-pass filters or low-pass filters depending on the spectral region of the emission wavelength of the fluorescent dye used as the sample. It is. Furthermore, the condenser lens 3105 and the collimator lens 3205 may be glass lenses such as BK7 used as a material as a normal lens, but may be quartz glass, a plastic lens, or a diffractive optical element, a liquid crystal lens, or the like. An element or a material capable of condensing visible light can be used. In the above-described embodiment, the case where the plurality of LED light source units 11 are arranged around the objective lens 5 has been described. However, when the sample 202 is extremely small, it is arranged around the objective lens 5 in FIG. It is also possible to use only one LED light source unit 11. Even in this case, the same effect as described above can be expected.
[0118]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0119]
By the way, in order to illuminate the sample surface with light of uniform brightness without unevenness, it is necessary to confirm this state in advance.
[0120]
FIG. 12 shows a schematic configuration of the second embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0121]
In this case, instead of the sample 202, a photodetector 34 is disposed as a light intensity detecting unit on the sample stage 1 to which light from the plurality of LED light source units 11 is irradiated. Here, as the photodetector 34, a solid-state imaging device (CCD camera or CMOS sensor), an imaging tube, or the like is used.
[0122]
The light detectors 34 individually detect the intensity of light from each LED light source unit 11. The detection output of the photodetector 34 is taken into the computer 25 described with reference to FIG.
[0123]
The computer 25 analyzes the variation of the light intensity from the output of the photodetector 34 according to the intensity of the light from each LED light source unit 11 and sends a signal to the LED light source unit driving circuit 29 shown in FIG. The current supplied to the LED light source 1102 of the light source unit 11 is individually controlled.
[0124]
Accordingly, the magnitude of the current supplied to each LED light source 1102 can be controlled based on the light intensity obtained near the sample, so that the light from each LED light source 1102 can be made to have the same brightness, and the surface of the sample 202 can be controlled. Can be illuminated with uniform brightness. Therefore, illumination unevenness on the surface of the sample 202 can be suppressed with higher accuracy, the fluorescent substance of the sample 202 can be excited almost uniformly, and highly reliable fluorescence detection can be performed.
[0125]
In the above description, the computer 25 was used, but the LED light source unit drive circuit 29 was manually adjusted based on the intensity of light from the LED light source 1102 of each LED light source unit 11 obtained by the photodetector 34, and the LED light source was adjusted. The light from 1102 may be adjusted to the same brightness, then the photodetector 34 may be removed, and the sample tank 201 may be re-installed at this position.
[0126]
On the other hand, an image pickup means (for example, a CCD camera or a CMOS sensor (both not shown)) is used in place of the photodetector 24, and the sample tank 201 is directly mounted on the sample table 1, and each LED light source unit 11 The sample tank 201 is individually irradiated with light from the LED light source 1102, and the fluorescence from the sample tank 201 passes through the objective lens 5, the filter 22, and the imaging lens 23, respectively, is imaged by the imaging means, and guided to the computer 25. The brightness of each pixel of the fluorescent image on the monitor 27 is analyzed by the computer 25 to determine the variation of the light intensity from each LED light source 1102, and the LED is determined based on the result. By adjusting the light source unit drive circuit 29, the current supplied to each LED light source 1102 can be individually controlled.
[0127]
Even in this case, the light from each LED light source 1102 can be adjusted to the same brightness, so that illumination unevenness on the surface of the sample 202 can be suppressed, and the fluorescent substance in the sample tank 201 can be made substantially uniform. Can be excited.
[0128]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0129]
In the third embodiment, two or more LED light sources having different peak emission wavelengths are used to excite a plurality of types of fluorescent dyes so that a fluorescent signal can be detected.
[0130]
FIG. 13 shows a schematic configuration of the third embodiment, and the same parts as those of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0131]
In this case, first to third LED light source units 41, 42, and 43 having three types of LED light sources having different peak emission wavelengths are mounted on the light source holding member 9. Generally, the emission spectrum of an LED light source has a mountain-shaped structure and has one peak wavelength. Here, an LED light source having a peak emission wavelength of 490 nm is used for the first LED light source unit 41, an LED light source having a peak emission wavelength of 520 nm is used for the second LED light source unit 42, and a third LED light source unit is used. As the LED light source unit 43, an LED light source having a peak emission wavelength of 630 nm is used.
[0132]
The first to third LED light source units 41, 42, 43 are arranged at four symmetrical positions along the periphery of the light source holding member 9 with the objective lens 5 interposed therebetween. In other words, these first to third LED light source units 41, 42, and 43 have LED light sources having different spectral characteristics of emission wavelengths, respectively, and the first to third LED light source units 41, 42 having different spectral characteristics. 42 and 43 are arranged at regular intervals along the periphery of the light source holding member 9 in order. Here, the first LED light source unit 41, the second LED light source unit 42, and the third LED light source unit 43 are repeatedly arranged in this order. The first to third LED light source units 41, 42, and 43 are arranged at positions facing each other with the objective lens 5 therebetween so that those having the same spectral characteristics come.
[0133]
A band-pass filter (not shown) installed in front of each LED light source of the first to third LED light source units 41, 42, 43 transmits the vicinity of the peak wavelength of light emission of each LED light source best. It has characteristics. That is, the band-pass filter of the first LED light source unit 41 has a wavelength of the best transmission set at around 490 nm, and the band-pass filter of the second LED light source unit 42 has a wavelength of the best transmission set at around 520 nm. The band-pass filter of the third LED light source unit 43 has a wavelength at which the light is transmitted best is set to around 630 nm.
[0134]
FIG. 14 shows a schematic configuration of a photodetection optical system of the device configured as described above. In this example, the LED light source units 41, 42, and 43 having the above-mentioned three different wavelengths at their peak emission wavelengths use a sample. The case of irradiating the excitation light to is shown.
[0135]
In this case, two dichroic mirrors 45 and 46 are arranged on the optical axis above the objective lens 5.
[0136]
The dichroic mirror 45 is installed so that the reflected light travels in a direction of approximately 45 ° with respect to the optical axis of the objective lens 5, and has a wavelength slightly longer than the peak emission wavelength of the fluorescent dye FITC of 520 nm, for example, 550 nm or less. It has a transmission reflection spectrum characteristic that reflects light of a wavelength and transmits light of a longer wavelength. The dichroic mirror 46 is installed so that the reflected light travels in a direction substantially 45 ° with respect to the optical axis of the objective lens 5, and has a wavelength slightly longer than the peak emission wavelength 565 nm of the fluorescent dye Cy3, for example, 620 nm. It has a transmission reflection spectrum characteristic that reflects light of the following wavelengths and transmits light of a longer wavelength.
[0137]
Further, a CCD camera 48 is disposed on a reflection optical path of the dichroic mirror 45 via a condenser lens 47. In addition, a CCD camera 50 is arranged on a reflection optical path of the dichroic mirror 46 via a condenser lens 49, and a CCD camera 52 is arranged on a transmission optical path via a condenser lens 51.
[0138]
The outputs of the CCD cameras 48, 50, 52 are sent to the computer 25.
[0139]
In such a configuration, three types of target DNAs are set for one sample, and different fluorescent dyes FITC (Fluorescein-isothiocyanate), Cy3, and Cy5 are respectively labeled with these. Next, a sample solution containing DNA labeled with these fluorescent dyes is dropped into a sample tank, DNA hybridization is performed, and the labeling substance that has not contributed to the reaction is removed with a buffer solution (PBS (phosphate buffer solution). ), A mixed solution of EDTA (disodium ethylenediaminetetraacetate) and NaCl: PH 7.4).
[0140]
The sample thus obtained is set on the sample table 1. Then, while rotating the first to third LED light source units 41, 42, 43 by the light source holding member 9 shown in FIG. 13, the excitation light from the first to third LED light source units 41, 42, 43 is supplied to the sample 202. Irradiation. At this time, the light from the LED light source having the three different wavelengths as the peak emission wavelengths is all simultaneously irradiated on the surface of the sample 202.
[0141]
Then, fluorescence is emitted from the fluorescent dye attached to the DNA attached to the reaction tank of the DNA microarray by the DNA hybridization, and the light reaches the dichroic mirror 45 through the objective lens 5 shown in FIG. . In this case, the fluorescence by the fluorescent dye FITC is reflected by the dichroic mirror 45, passes through the lens 47, enters the CCD camera 48, is guided to the computer 25, and is obtained as a green fluorescent image by FITC. Fluorescent light from the fluorescent dye Cy3 passes through the dichroic mirror 45, is reflected by the dichroic mirror 46, passes through the lens 49, enters the CCD camera 50, is guided to the computer 25, and is converted into an orange fluorescent image by Cy3. Is obtained as Further, the fluorescent light from the fluorescent dye Cy5 passes through the dichroic mirror 45 and the dichroic mirror 46, passes through the lens 51, enters the CCD camera 52, and is guided to the computer 25 to obtain a red fluorescent image by Cy5. Can be In the computer 25, the fluorescent images from the three types of fluorescent dyes are synthesized by the CCD cameras 48, 50 and 52 and output to the monitor 27, or the fluorescent images from the three types of fluorescent dyes are output. These are separately displayed on the monitor 27.
[0142]
FIG. 15 is a block diagram of a drive circuit of the first to third LED light source units 41, 42, and 43.
[0143]
In this case, an LED light source unit drive circuit 54, an LED light source unit drive circuit 55, and an LED light source unit drive circuit 56 are provided as drive circuits for the first to third LED light source units 41, 42, and 43, respectively. An LED light source unit drive circuit 54 is connected to the first LED light source unit 41, an LED light source unit drive circuit 55 is connected to the second LED light source unit 42, and a third LED light source unit 43 is The LED light source unit drive circuit 56 is connected. A common power supply 53 is connected to the LED light source unit driving circuit 54, the LED light source unit driving circuit 55, and the LED light source unit driving circuit 56, and the computer 25 described with reference to FIG.
[0144]
The LED light source unit driving circuit 54, the LED light source unit driving circuit 55, and the LED light source unit driving circuit 56 are supplied with power from a common power supply device 53. The LED light source unit driving circuit 54, the LED light source unit driving circuit 55, and the LED light source unit driving circuit 56 are controlled based on a command from the computer 25, and are controlled by the first LED light source unit 41 and the second LED light source unit 42. A driving current is supplied to each LED light source of the third LED light source unit 43 to generate excitation light of three types of fluorescent dyes.
[0145]
In this case, the three kinds of fluorescent signals obtained by these excitation lights reach the CCD cameras 48, 50 and 52 by dichroic mirrors 45 and 46, respectively, as shown in FIG. , 50, and 52 are guided to a computer 25, where image analysis is performed, and a composite image using three types of fluorescent dyes is generated and output.
[0146]
FIG. 16 shows a specific circuit configuration of the power supply device 53 and the LED light source unit drive circuits 54, 55, 56.
[0147]
In this case, with respect to the power supply device 53, the same portions as those in FIG.
[0148]
LED light source unit drive circuits 54, 55, 56 are connected in parallel to such a power supply device 53. In the LED light source unit drive circuit 54, a series circuit of a variable resistor 71 and a switch 72 is separately prepared as a drive circuit of the four first LED light source units 41 described in FIG. Similarly, in the LED light source unit driving circuit 55, a series circuit of a variable resistor 71 and a switch 72 is separately prepared as a driving circuit for the four second LED light source units 42, and the LED light source unit driving circuit 56 is also provided. A series circuit of a variable resistor 71 and a switch 72 is separately prepared as a drive circuit for the four third LED light source units 43.
[0149]
In these LED light source unit driving circuits 54, 55, and 56, the resistance values of the respective variable resistors 71, 73, and 75 are adjusted so that the LED light sources of the first to third LED light source units 41, 42, and 43 are adjusted. The supplied driving current can be adjusted to control the output light intensity. The adjustment of the output light intensity may be performed manually, or may be automatically performed automatically by a computer. Thereby, the drive current of each LED light source of the first to third LED light source units 41, 42, 43 can be individually controlled.
[0150]
The LED light source unit driving circuits 54, 55, and 56 control the on / off of the switches 72, 74, and 76 so that the LED light sources of the first to third LED light source units 41, 42, and 43 are all turned on. It can be turned on and off independently. These on / off controls may be performed automatically by computer control, or may be manually operated.
[0151]
When adjusting the resistance values of the variable resistors 71, 73, and 75 by computer control, the individual LED light sources of the first to third LED light source units 41, 42, and 43 are used as described with reference to FIG. The detection signal is guided to the computer 25, and the computer 25 analyzes the light intensity to adjust the resistance values of the variable resistors 71, 73, and 75. Alternatively, the resistance values of the variable resistors 71, 73, and 75 may be manually adjusted based on the light intensities from the individual LED light sources obtained by this detection. This makes it possible to adjust the light from the LED light source to irradiate the inside of the reaction vessel of the DNA microarray almost uniformly. Further, it is possible to partially adjust the light intensity, for example, by concentrating the excitation light at a desired position in the sample tank 201. Further, the variable resistors 71, 73, and 75 can control the magnitude of the drive current flowing through all the LED light sources, so that the intensity of the excitation light can be increased or decreased all at once. As a result, it is possible to irradiate the excitation light of an appropriate intensity to each sample, and it is possible to efficiently detect the fluorescence.
[0152]
Therefore, in this way, three types of fluorescent dyes can be excited simultaneously using the first to third LED light source units 41, 42, 43 having three types of LED light sources having different peak emission wavelengths. It is possible to acquire fluorescent images from these three types of fluorescent dyes, synthesize them, and display them individually.
[0153]
Also, the individual LED light sources constituting the first to third LED light source units 41, 42, 43 can be easily turned on and off according to the fluorescent dye to be excited. Since the magnitude of the drive current can also be individually adjusted by the operation, it is possible to irradiate each fluorescent dye with excitation light of an appropriate intensity, and it is possible to detect fluorescence efficiently.
[0154]
In the above-described third embodiment, three types of fluorescent dyes are used. However, the present invention is not limited to this, and two types may be used. Can be. That is, a dichroic mirror, a lens, and a CCD camera may be added for each type of fluorescent dye. Also, the fluorescent dye is not limited to FITC, Cy3 and Cy5 shown in the embodiment, but may be Rhodamine green (Rhodamine G), Texas red (Texas Red), RITC (Rhodamine B-isothiocia) or the like. .
[0155]
The number of LED light source units is not particularly limited, and a plurality of LED light source units can be individually controlled by a plurality of drive circuits. The output wavelengths of a plurality of LED light source units may be the same, or the present invention can be applied even if they are different. In addition, it is also possible to irradiate the sample with one kind of light from LED light sources having different peak emission wavelengths, and to repeat the light emission by the number of different wavelengths.
[0156]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0157]
In the fourth embodiment, a reflecting member is arranged on the optical path of light emitted from the LED light source unit, and the light in the optical path is reflected, so that the optical axis angle of the excitation light is more reduced to the optical axis angle of the objective lens. I try to get closer.
[0158]
FIG. 17 shows a schematic configuration of the fourth embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0159]
In this case, around the objective lens 5, a plurality of LED light source units 81 and a reflection plate 82 as a reflection member corresponding to the LED light source units 81 are respectively held by the light source holding members 9 described in FIG. Then, the objective lens 5 is rotatable around the optical axis 5a.
[0160]
The LED light source unit 81 has a cylindrical LED light source holder 8101. The LED light source holder 8101 has an LED light source 8102 disposed in a hollow portion. A bandpass filter 8103, a diffusion plate 8104, and a condenser lens 8105 are arranged on the optical path of light emitted from the LED light source 8102 in the hollow portion of the LED light source holder 8101. Here, the band-pass filter 8103 mainly passes near the wavelength range of the light emitted from the LED light source 8102.
[0161]
On the optical path of light emitted from these LED light source units 81, reflection plates 82 are separately arranged. The reflection plate 82 reflects light from the LED light source unit 81 and irradiates the sample 202 in the sample tank 201 on the sample stage 1 as excitation light, and simultaneously excites the optical axis of the objective lens 5. The angle θ formed by the optical axis of the light is reduced so that the optical axis angle of the excitation light approaches the optical axis angle of the objective lens.
[0162]
Here, the respective mounting positions of the reflection plates 82 are such that the irradiation points on the sample 202 of the respective lights after reflecting the light from the LED light source unit 81 are the same as described in FIGS. 4A and 4B. It is set so as to be arranged in the radial direction of the sample 202 surface.
[0163]
Others are the same as FIG.
[0164]
Therefore, even in this case, the same effect as in the first embodiment can be expected. Further, since the reflection plate 82 is arranged on the optical path of the light emitted from the LED light source unit 81 and reflects the light in the optical path, the optical axis angle of the excitation light can be made closer to the optical axis angle of the objective lens 5. . This makes it possible to irradiate the excitation light from a position immediately above the surface of the sample 202 (a limit that does not enter the observation field of view of the objective lens 5). The difference between the shortest distance “a” and the longest distance “b” of the optical path can be made small. As a result, the intensity of the excitation light is inversely proportional to the distance of the optical path, so that the intensity difference of the excitation light on the surface of the sample 202 can be reduced, and the surface of the sample 202 can be efficiently and uniformly excited. .
[0165]
Also in the fourth embodiment, a control method for illuminating the sample with light of uniform brightness without unevenness as described in the modification of the second embodiment and the third embodiment is described. Can be adopted.
[0166]
(Modification 1)
By the way, in the fourth embodiment, the reflection plate 82 is arranged as a reflection member on the optical path of the light emitted from the LED light source unit 81 so as to reflect the light in the optical path. Since the degree of freedom in the arrangement of the LED light source units 81 is increased, a large number of LED light source units 81 can be arranged around the objective lens 5.
[0167]
FIG. 18 shows a schematic configuration of Modification Example 1, and the same parts as those in FIG. 17 are denoted by the same reference numerals.
[0168]
In this case, a plurality of LED light source units 81 (two layers in the illustrated example) are arranged around the objective lens 5 as semiconductor light source means. On the optical path of light emitted from these LED light source units 81, reflecting plates 82 and 82 '(corresponding to two layers in the illustrated example) are separately arranged as reflecting members corresponding to the LED light source units 81 of each layer. I have. The LED light source unit 81 and the reflection plates 82 and 82 ′ of each layer are held by the light source holding member 9 described with reference to FIG. 1 and are rotatable about the optical axis 5 a of the objective lens 5.
[0169]
In this case, as for the respective mounting positions of the reflection plates 82 and 82 ', the irradiation points on the sample 202 of the respective lights after reflecting the light from the LED light source unit 81 are shown in FIGS. In the same manner as described above, it is set so as to be arranged in the radial direction of the sample 202 surface.
[0170]
Others are the same as FIG.
[0171]
Even in this case, the same effect as in the first embodiment can be expected. Further, since the light from the light source unit 81 is reflected by using the reflection plates 82 and 82 ', the degree of freedom of arrangement of the LED light source units 81 can be increased. By increasing the degree of freedom in the arrangement of these LED light source units 81, it is possible to use more LED light source units 81 than in the case of the fourth embodiment. Thus, the surface of the sample 202 can be evenly irradiated with the stronger excitation light.
[0172]
In addition, since the number of LED light source units 81 can be greatly increased, the LED light source units 81 are divided into a plurality of sets, and the LED light sources having different emission wavelength spectral characteristics are used for each set. As described in the third embodiment, it is possible to excite a plurality of types of fluorescent dyes and detect fluorescent signals.
[0173]
(Modification 2)
On the other hand, in the fourth embodiment, the reflecting plate 82 is arranged as a reflecting member on the optical path of the light emitted from the LED light source unit 81 to reflect the light in the optical path, but a dichroic mirror is used as the reflecting member. Can be.
[0174]
FIG. 19 shows a schematic configuration of Modification Example 2, and the same parts as those in FIG. 17 are denoted by the same reference numerals.
[0175]
In this case, a plurality of LED light source units 81 as semiconductor light source means and a dichroic mirror 83 as a reflecting member corresponding to these LED light source units 81 are provided around the objective lens 5 as the light sources described in FIG. It is held by a holding member 9 and is rotatable about the optical axis 5a of the objective lens 5.
[0176]
On the optical path of the light emitted from the LED light source 8102 in the hollow portion of the LED light source holder 8101, a diffusion plate 8104 and a condenser lens 8105 are arranged, and the above-described bandpass filter 8103 is omitted.
[0177]
On the optical path of light emitted from the LED light source unit 81, dichroic mirrors 83 are separately arranged as reflection members. The dichroic mirror 83 has a characteristic of mainly reflecting near the wavelength range of light emitted from the LED light source 8102 of the LED light source unit 81. The dichroic mirror 83 reflects the light from the LED light source unit 81 and irradiates the sample 202 in the sample tank 201 on the sample stage 1 as excitation light. Also in this case, the angle formed by the optical axis of the excitation light with respect to the optical axis of the objective lens 5 is reduced so that the optical axis angle of the excitation light approaches the optical axis angle of the objective lens.
[0178]
Also in this case, the mounting position of the dichroic mirror 83 is such that the irradiation point on the sample 202 of each light after reflecting the light from the LED light source unit 81 is the same as described in FIGS. 4A and 4B. It is set so as to be arranged in the radial direction of the sample 202 surface.
[0179]
Others are the same as FIG.
[0180]
Even if the dichroic mirror 83 is used as the reflecting member instead of the reflecting plate, the same effect as in the fourth embodiment can be expected. Further, by using a dichroic mirror 83 having a characteristic of mainly reflecting near the wavelength range of light emitted from the LED light source 8102 of the LED light source unit 81, the band-pass filter built in the LED light source unit 81 is used. Can be omitted. Accordingly, there is an effect that the cost of the LED light source unit 81 can be reduced and the size can be reduced.
[0181]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0182]
In the fifth embodiment, the light guide member is arranged on the optical path of the light emitted from the LED light source unit, and the optical path is bent so that the optical axis angle of the excitation light is closer to the optical axis angle of the objective lens. I have to.
[0183]
FIG. 20 shows a schematic configuration of the fifth embodiment, and the same parts as those of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0184]
In this case, a plurality of LED light source units 81 as semiconductor light source means and an optical fiber 84 as a light guide member corresponding to these LED light source units 81 are described in FIG. It is held by a light source holding member 9 and is rotatable about the optical axis 5a of the objective lens 5.
[0185]
The LED light source unit 81 has a cylindrical LED light source holder 8101. The LED light source holder 8101 has an LED light source 8102 disposed in a hollow portion. A bandpass filter 8103, a diffusion plate 8104, and a condenser lens 8105 are arranged on the optical path of light emitted from the LED light source 8102 in the hollow portion of the LED light source holder 8101. Here, the band-pass filter 8103 mainly passes near the wavelength range of the light emitted from the LED light source 8102.
[0186]
On the optical path of the light emitted from these LED light source units 81, the light incident ends 84a of the optical fibers 84 are separately arranged. The optical fiber 84 allows the optical path of the light from the LED light source unit 81 to be freely bent, and converts the light from the light emitting end 84b into the excitation light to the sample 202 in the sample tank 201 on the sample stage 1. At the same time, the angle between the optical axis of the excitation light and the optical axis of the objective lens 5 is reduced so that the optical axis angle of the excitation light approaches the optical axis angle of the objective lens.
[0187]
The mounting position of the light emitting end 84b of the optical fiber 84 is such that the irradiation point of the light emitted from the light emitting end 84b on the sample 202 is on the surface of the sample 202 in the same manner as described with reference to FIGS. They are set to be arranged in the radial direction.
[0188]
Others are the same as FIG.
[0189]
Therefore, even in this case, the same effect as in the first embodiment can be expected. Further, since the optical fiber 84 is arranged on the optical path of the light emitted from the LED light source unit 81 and the optical path is bent, the optical axis angle of the excitation light can be made closer to the optical axis angle of the objective lens. Thus, the intensity difference of the excitation light on the surface of the sample 202 can be reduced in the same manner as described in the fourth embodiment, and the surface of the sample 202 can be efficiently and uniformly excited.
[0190]
In the above description, an example in which the optical fiber 84 is used as the light guide member has been described. However, for example, a member formed by processing a glass rod or an acrylic material may be used.
[0191]
It should be noted that also in the fifth embodiment, a control method for illuminating the sample with light of uniform brightness without unevenness as described in the modification of the second embodiment and the third embodiment is described. Can be applied.
[0192]
(Modification)
By the way, in the fifth embodiment, the optical fiber 84 is arranged as a light guide member on the optical path of the light emitted from the LED light source unit 81 to bend the optical path. Since the degree of freedom in the arrangement of the light source units 81 increases, a large number of LED light source units 81 can be arranged around the objective lens 5.
[0193]
FIG. 21 shows a schematic configuration of a modification, and the same parts as those in FIG. 20 are denoted by the same reference numerals.
[0194]
In this case, a plurality of LED light source units 81 as semiconductor light source means are arranged in a multiplex (double in the illustrated example) around the objective lens 5, and optical fibers as light guide members corresponding to these LED light source units 81 are provided. Along with the light 84, it is held by the light source holding member 9 described in FIG. 1 and is rotatable about the optical axis 5 a of the objective lens 5.
[0195]
Also in this case, the mounting position of each of the light emitting ends 84b of the optical fibers 84 is such that the irradiation point of the light emitted from the light emitting end 84b on the sample 202 is described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). Similarly, it is set so as to be arranged in the radial direction of the sample 202 surface.
[0196]
Others are the same as FIG.
[0197]
In this way, since the optical path of the light from the light source unit 81 is bent by using the optical fiber 84, the degree of freedom of the position where each LED light source unit 81 is arranged can be increased. Then, by increasing the degree of freedom of the position where these LED light source units 81 are arranged, it becomes possible to use more LED light source units 81 than in the case of the fifth embodiment. This makes it possible to easily obtain the amount of light required to irradiate the surface of the sample 202 and to illuminate the surface of the sample 202 without unevenness in the amount of light.
[0198]
In addition, since the number of LED light source units 81 can be greatly increased, the LED light source units 81 are divided into a plurality of sets, and the LED light sources having different emission wavelength spectral characteristics are used for each set. As described in the third embodiment, it is possible to excite a plurality of types of fluorescent dyes and detect fluorescent signals.
[0199]
In this modification, the example in which the optical fiber 84 is used as the light guide member has been described. However, for example, a material obtained by molding a glass rod or an acrylic material can be used.
[0200]
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
[0201]
In the above-described embodiment, the sample stage 1 is fixed, and the plurality of LED light source units 11 are rotatably provided with respect to the sample 202 on the sample stage 1. However, in the sixth embodiment, The plurality of LED light source units 11 are fixed, and the sample stage 1 is rotatable.
[0202]
FIG. 22 shows a schematic configuration of the sixth embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0203]
In this case, the cylindrical fixed shaft 7 holds the objective lens 5 in the hollow portion, and the light source holding member 9 is integrally provided on the peripheral surface portion. The light source holding member 9 holds a plurality of LED light source units 11.
[0204]
On the other hand, a rotating shaft 91 is connected to the sample stage 1 arranged on the optical axis 5a of the objective lens 5. The rotating shaft 91 is rotatably supported by a base 93 via a bearing 92. Further, a timing pulley 94 is provided on the rotating shaft 91.
[0205]
The base 93 is provided with a motor 95 as driving means. As the motor 95, a motor capable of controlling the rotation angle such as a servomotor or a pulse motor is used.
[0206]
In the motor 95, a timing pulley 96 is provided at a tip of a rotating shaft 95a. Further, a timing belt 97 as a rotation transmitting means is stretched between the timing pulleys 94 and 96. The timing belt 97 has irregularities (not shown) fitted to irregularities (not shown) formed on the timing pulleys 94 and 96, respectively, and accurately rotates the motor 95 to the sample stage 1 via the timing pulley 94. I'm going to tell you. In this case, instead of the timing belt 97, a rotation transmitting unit such as a gear or a chain can be used.
[0207]
Also in this case, while irradiating the sample 202 with excitation light from the LED light source unit 11 on the sample 202 under the same conditions as described in the first embodiment, the entire surface of the sample 202 is Excitation can be performed uniformly without causing unevenness, and the same effect as in the first embodiment can be expected. Further, in this case, the sliding contact 20 as the power supply means can be omitted, and the LED light source unit 11 can be directly connected to the LED light source unit drive circuit 29 using a cable. Can be performed.
[0208]
In the above-described embodiment, the LED light source unit 11 or the sample stage 1 is rotated. However, the LED light source unit 11 or the sample stage 1 is rotated at a predetermined rotation angle, for example, 360 °. It may be made to reciprocate at a corner. In this way, especially when rotating the LED light source unit 11 side, the sliding contact 20 can be omitted, and the LED light source unit 11 can be directly connected to the LED light source unit drive circuit 29 by a cable, so that noise and the like are more mixed. Small and stable power supply can be performed. Of course, in this case, even if the LED light source unit 11 side or the sample stage 1 side is reciprocated in the linear direction, the same effect as described above can be expected.
[0209]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified in an implementation stage without departing from the spirit of the invention. For example, the sample applied in each of the above-described embodiments is not limited to an example of a DNA microarray, but can be applied to all reaction vessels called so-called DNA microarrays. In addition, the present invention is widely applicable not only to DNA but also to inspection and measurement using various other biological materials.
[0210]
Further, the embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiments, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the problem described in the column of the effect of the invention can be solved. In the case where the effect described above is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0211]
The embodiments described above include the following inventions.
[0212]
(1) A plurality of the semiconductor light source means are arranged along the periphery of the condenser lens, and the sample stage is provided rotatably around an optical axis of the condenser lens.
[0213]
(2) The plurality of semiconductor light source means are arranged around the condenser lens, and are further arranged on the optical path of light emitted from the semiconductor light source means, and reflect the light on the optical path to cause the sample to emit excitation light. It is characterized by having a reflecting member for irradiating as.
[0214]
(3) A plurality of the semiconductor light source means are arranged around the condenser lens, further have a characteristic of reflecting near the wavelength range of light emitted from the semiconductor light source means, and are emitted from the semiconductor light source means. A dichroic mirror is provided on the optical path of the light, and reflects the light in the optical path to irradiate the sample as excitation light.
[0215]
(4) The plurality of semiconductor light source means are arranged around the condenser lens, and further arranged in the optical path of light emitted from the semiconductor light source means, and the optical path is bent so that the light in the optical path is transmitted to the sample. It is characterized by having a light guide member for irradiating as excitation light.
[0216]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is an object of the present invention to provide a fluorescence detection device that can efficiently irradiate a sufficient excitation light without unevenness and perform highly reliable fluorescence detection.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fluorescence inspection apparatus based on a microscope structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a DNA reaction container used in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of another example of the DNA reaction container used in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining irradiation of excitation light onto a sample according to the first embodiment.
FIG. 5 is a view for explaining another example of irradiation of the sample with excitation light according to the first embodiment;
FIG. 6 is a block diagram showing the entire fluorescence inspection apparatus according to the first embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing an LED light source unit drive circuit used in the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an LED light source driving circuit used in the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an LED light source unit as a first modification of the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an LED light source unit as a second modification of the first embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of an LED light source unit as a third modification of the first embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a main part of a fluorescence inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a fluorescence inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement optical system used in a third embodiment.
FIG. 15 is a block diagram showing an LED light source unit drive circuit used in the third embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of an LED light source driving circuit used in the third embodiment.
FIG. 17 is a diagram illustrating a schematic configuration of a fluorescence inspection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first modification of the fourth embodiment;
FIG. 19 is a diagram illustrating a schematic configuration of a second modification of the fourth embodiment;
FIG. 20 is a diagram illustrating a schematic configuration of a fluorescence inspection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram illustrating a schematic configuration of a modification of the fifth embodiment;
FIG. 22 is a diagram illustrating a schematic configuration according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 1 denotes a sample table, 2 denotes a DNA reaction vessel, 201 denotes a sample tank
202 sample, 3 DNA slide glass reaction vessel
301: sample tank, 302: DNA microarray
4: DNA reaction vessel, 401: sample tank, 402: DNA microarray
5 Objective lens, 5a Optical axis, 6 Base, 7 Fixed axis
701: flange, 7a: screw, 8: bearing
8a: bearing spacer, 8b: C-ring, 9: light source holding member
901: hole, 902: LED light source unit storage hole, 903: screw hole
11 ... LED light source unit, 1101 ... LED light source holder
1102 ... LED light source, 1103 ... Band pass filter
12 O-ring, 13 Spacer, 14 Fan screw, 15 Timing pulley
16 ... motor, 16a ... motor rotating shaft, 17 ... timing pulley
18 timing belt, 19 fixing part, 19a facing surface
20: sliding contact, 21: sensor, 22: filter
23: imaging lens, 24: photodetector, 25: computer
27: Monitor, 28: Fluorescence detection unit
29: LED light source unit driving circuit, 31: LED light source unit
3101: LED light source holder, 3102: LED light source
3103: Bandpass filter, 3104: Diffusion plate
3105: Condensing lens, 32: LED light source unit
3201 ... LED light source holder, 3202 ... LED light source
3203: band pass filter, 3204: diffusion plate
3205: Collimating lens, 33: LED light source unit
3301 ... LED light source holder 3302 ... LED light source
3303: band pass filter, 3304: diffusion plate
34 photodetector 41 41 first LED light source unit 42 42 second LED light source unit
43: Third LED light source unit, 45.46: Dichroic mirror
47: condenser lens, 48: CCD camera, 49: condenser lens
50: CCD camera, 51: condenser lens, 52: CCD camera
53: power supply device, 54: LED light source unit drive circuit,
55: LED light source unit drive circuit, 56: LED light source unit drive circuit
57: AC power supply, 58: Transformer circuit, 59: Bridge rectifier circuit
60: smoothing capacitor, 61.62: power transistor
63: OP amplifier, 64: constant voltage circuit, 65: Zener diode
66 ... OP amplifier, 67 ... variable reference voltage generation circuit
68: variable reference resistor, 69: power switch, 71a to 71e: variable resistor
71.73: Variable resistor, 72a to 72e: Switch
72.74: switch, 81: LED light source unit,
8101: LED light source holder, 8102: LED light source
8103: band-pass filter, 8104: diffusion plate
8105: Condensing lens, 82, 82 ': Reflecting plate, 83: Dichroic mirror
84 optical fiber, 84a light incident end
84b: light emitting end, 91: rotating shaft, 92: bearing, 93: base
94: timing pulley, 95: motor, 95a: motor rotating shaft
96 timing pulley, 97 timing belt

Claims (12)

試料を載置した試料台と、
前記試料に光を照射し、該試料に含まれる螢光物質を励起する半導体光源手段と、
少なくとも前記励起光により蛍光物質が励起されて発せられた蛍光を集光するための集光レンズ、前記励起光により蛍光物質が励起されて発せられた蛍光を選択的に透過するフィルタおよび前記集光レンズを通過した蛍光を検出する光検出器を有する蛍光検出手段と、を具備し、
前記試料台と前記半導体光源手段は、相対的に移動可能に設けられ、該相対的な移動と同時に、前記半導体光源手段からの光を前記試料に照射することを特徴とする螢光検出装置。
A sample stage on which the sample is placed,
A semiconductor light source means for irradiating the sample with light and exciting a fluorescent substance contained in the sample,
A condensing lens for condensing at least the fluorescent light emitted when the fluorescent substance is excited by the excitation light, a filter for selectively transmitting the fluorescent light emitted when the fluorescent substance is excited by the excitation light, and the condensing light And a fluorescence detection unit having a photodetector that detects fluorescence that has passed through the lens,
The fluorescence detection apparatus according to claim 1, wherein the sample stage and the semiconductor light source are provided so as to be relatively movable, and irradiates the sample with light from the semiconductor light source at the same time as the relative movement.
前記半導体光源手段は、励起光を発するLED光源とともに、該LED光源から発せられる光の光路上に配置される前記LED光源からの光の波長を選択的に透過させるフィルター、拡散板、レンズのいずれか、またはこれら全てを有することを特徴とする請求項1記載の螢光検出装置。The semiconductor light source means includes an LED light source that emits excitation light, a filter that selectively transmits a wavelength of light from the LED light source disposed on an optical path of light emitted from the LED light source, a diffusion plate, and a lens. The fluorescence detection device according to claim 1, wherein the fluorescence detection device has all or all of them. 前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に沿って回転または往復可能に複数個設けられることを特徴とする請求項1または2記載の螢光検出装置。3. The fluorescence detecting device according to claim 1, wherein a plurality of said semiconductor light source means are provided so as to be able to rotate or reciprocate along the periphery of said condenser lens. 前記半導体光源手段は、前記集光レンズの周囲に沿って回転または往復可能に複数個設けられ、これら回転または往復が整数回数行われることを特徴とする請求項1または2記載の螢光検出装置。3. The fluorescence detecting apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said semiconductor light source means are provided so as to rotate or reciprocate along the periphery of said condenser lens, and said rotation or reciprocation is performed an integer number of times. . 前記半導体光源手段から前記試料への光の照射点は、前記試料の周辺部の照射点を前記試料の中心部の照射点に比べて密に設定することを特徴とする請求項3または4記載の螢光検出装置。The irradiation point of light from the semiconductor light source means to the sample is set such that an irradiation point at a peripheral portion of the sample is denser than an irradiation point at a central portion of the sample. Fluorescence detector. 前記半導体光源手段は、発光波長のスペクトル特性が略同一のものからなることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の螢光検出装置。6. A fluorescence detecting apparatus according to claim 3, wherein said semiconductor light source means has substantially the same spectral characteristics of emission wavelengths. 前記半導体光源手段は、発光波長のスペクトル特性が異なるものからなることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の螢光検出装置。6. The fluorescence detecting device according to claim 3, wherein said semiconductor light source means has a different emission wavelength spectral characteristic. 前記集光レンズの周囲に、該集光レンズの光軸を中心に回転可能に設けられ、前記半導体光源手段を前記集光レンズの周囲に沿って複数個保持するとともに、前記半導体光源手段から発せられる光が前記試料に照射されるように前記集光レンズの光軸に対して前記半導体光源手段を所定角度傾けて保持する光源保持部材と、
前記光源保持部材の前記半導体光源手段の保持部位に設けられ、前記半導体光源手段を、該半導体光源手段から発せられる光の方向および前記集光レンズの光軸に対する傾き方向の少なくとも一方を調整可能にする位置調整手段と、をさらに有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の蛍光検出装置。
Around the condensing lens, provided rotatably about the optical axis of the condensing lens, and a plurality of the semiconductor light source means are held along the periphery of the condensing lens and emitted from the semiconductor light source means. A light source holding member that holds the semiconductor light source unit at a predetermined angle with respect to the optical axis of the condenser lens so that the sampled light is applied to the sample,
The semiconductor light source unit is provided at a holding portion of the semiconductor light source unit of the light source holding member, and the semiconductor light source unit can adjust at least one of a direction of light emitted from the semiconductor light source unit and a tilt direction with respect to an optical axis of the condenser lens. The fluorescence detection device according to claim 1, further comprising: a position adjustment unit that performs the adjustment.
前記半導体光源手段に駆動電流を供給する駆動手段を有し、前記光源保持部材は、前記駆動手段からの駆動電流を前記半導体光源手段に供給するための電力供給手段を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の蛍光検出装置。The semiconductor light source unit includes a driving unit that supplies a driving current to the semiconductor light source unit, and the light source holding member includes a power supply unit that supplies a driving current from the driving unit to the semiconductor light source unit. Item 10. The fluorescence detection device according to any one of Items 1 to 8. 光検出器は、撮像手段からなり、さらに前記光源保持部材の回転位置を検出する位置検出手段を有し、該検出手段の出力により前記撮像手段の光検出に最適な露出時間を決定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の蛍光検出装置。The light detector includes an image pickup unit, and further has a position detection unit that detects a rotation position of the light source holding member, and determines an optimal exposure time for light detection of the image pickup unit based on an output of the detection unit. The fluorescence detection device according to claim 1, wherein さらに前記試料への励起光の強度を前記試料近傍で検出する光強度検出手段と、前記半導体光源手段を駆動する駆動電流を供給するとともに、該駆動電流の大きさを制御可能にした駆動手段を有し、
光強度検出手段で検出される励起光の強度に基づいて前記駆動手段により前記半導体光源手段への駆動電流を制御可能にしたことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の蛍光検出装置。
Further, a light intensity detecting means for detecting the intensity of the excitation light to the sample in the vicinity of the sample, and a driving means for supplying a driving current for driving the semiconductor light source means and capable of controlling the magnitude of the driving current. Have
11. The fluorescence detection according to claim 1, wherein the driving current can be controlled by the driving unit based on the intensity of the excitation light detected by the light intensity detecting unit. apparatus.
さらに前記試料への励起光の強度を前記試料近傍で検出する光強度検出手段と、前記半導体光源手段を駆動する駆動電流を供給するとともに、該駆動電流の大きさを制御可能にした駆動手段を有し、
光強度検出手段で検出される励起光の強度に基づいて前記駆動手段により前記半導体光源手段への駆動電流を個々に制御可能にしたことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の蛍光検出装置。
Further, a light intensity detecting means for detecting the intensity of the excitation light to the sample in the vicinity of the sample, and a driving means for supplying a driving current for driving the semiconductor light source means and capable of controlling the magnitude of the driving current. Have
11. The device according to claim 1, wherein a driving current to the semiconductor light source unit can be individually controlled by the driving unit based on an intensity of the excitation light detected by the light intensity detecting unit. Fluorescence detector.
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