JP5297887B2 - 蛍光分析用光分波検出器及び蛍光検出システム - Google Patents

Description

本発明は、蛍光分析用光分波検出器及びこれを備えた蛍光検出システム関する。

マイクロウエルやマイクロ化学チップ、マイクロキャピラリ等、微小領域にある微量の物質の検出には、熱レンズ分光分析法や蛍光分光分析法等の光学的測定方法が多く用いられている。

蛍光分光分析では、所定波長の光を試料に照射し、試料が発する蛍光を測定することで、試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する。このような蛍光検出のためのシステムとして、図６に示される構成を備えた蛍光検出システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この蛍光検出システムでは、光源９１から出射された所定波長の光（励起光）は、光ファイバ９５（第１光伝送路）を通して分波器９２へ伝送され、続いて分波器９２において光ファイバ９６（第２光伝送路）へ伝送された後、光ファイバ９６の先端に取り付けられたプローブ９４から試料９９に向けて出射される。この励起光の照射によって試料が発した蛍光は、プローブ９４によって受光され、光ファイバ９６によって分波器９２に伝送された後、光ファイバ９７（第３光伝送路）を通して検出器９３へ伝送され、検出器９３において電気信号に変換される。

図６の蛍光検出システムで用いられている分波器の概略構造を図７に示す。分波器９２は、分波フィルタ８１を挟んで配置された２つのレンズ８２，８３と、光ファイバ９５，９６を保持し、レンズ８２側に配置された第１キャピラリ８４と、光ファイバ９７を保持し、レンズ８３側に配置された第２キャピラリ８５とが、筒状の保持部材８６に保持された構造を有している。

光源９１で発生させた励起光は、光ファイバ９５からレンズ８２へ出射され、レンズ８２を透過し、分波フィルタ８１で反射され、レンズ８２を透過して光ファイバ９６へ入射する。また、試料９９で発生した蛍光は、光ファイバ９６を伝搬してレンズ８２へ出射され、レンズ８２と分波フィルタ８１を透過してレンズ８３へ入射し、レンズ８３を透過して光ファイバ９７へ入射し、光ファイバ９７を伝搬し、検出器９３へ導かれる。

特開２００５−３０８３０号公報

しかしながら、光ファイバには最小巻き半径があり、一定径未満に巻くことができないため、使用される光ファイバの数が多いと、装置の占有スペースが広くなる。そのため、光ファイバの使用数をできる限り少なくすることが好ましい。また、光ファイバが折れないように、装置を取り扱う必要があるため、装置の取り回し（取り扱い）を容易に行うことができるようにする観点からも、光ファイバの使用数をできる限り少なくすることが好ましい。さらに、図７に示される構造の分波器９２には、部品点数が多く、組み立てに時間を要するため、製品コストが高くなるという問題がある。

本発明の目的は、小型で、部品点数が少なく、組み立ての容易な蛍光分析用光分波検出器と、この蛍光分析用光分波検出器を備えた蛍光検出システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の蛍光分析用光分波検出器は、第１の光伝送路を通して受光した励起光を第２の光伝送路へ出射し、前記第２の光伝送路から出射された前記励起光によって発生する蛍光を前記第２の光伝送路を通して受光し、前記蛍光を検出する蛍光分析用光分波検出器であって、前記第１の光伝送路を伝搬した前記励起光と前記第２の光伝送路を伝搬した前記蛍光とを同じ面で受光する第１のレンズと、前記第１のレンズを透過した前記励起光と前記蛍光とを受光し、前記励起光を反射すると共に前記蛍光を透過させる誘電体多層膜から成る第１の波長選択部材と、前記第１の波長選択部材を透過した蛍光を直接に受光する光電変換素子と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項１記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記第１の光伝送路と前記第２の光伝送路はそれぞれ、光ファイバ及び／又は光導波路であることを特徴とする。

請求項３記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項１又は２記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記第１の光伝送路と前記第２の光伝送路は、前記第１のレンズの近傍において前記第１のレンズの光軸と平行であることを特徴とする。

請求項４記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記第１の波長選択部材と前記光電変換素子との間に配置された第２のレンズを備えることを特徴とする。

請求項５記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項４記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記第２のレンズと前記光電変換素子との間に配置された第２の波長選択部材を備えることを特徴とする。

請求項６記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項４又は５記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記第２のレンズを透過した前記蛍光が前記光電変換素子に焦点を結ぶように、前記第２のレンズと前記光電変換素子とが配置されていることを特徴とする。

請求項７記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項４又は５記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記光電変換素子の前記第２のレンズ側に配置されたピンホールを有する遮光部材を備えることを特徴とする。

請求項８記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項７記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記ピンホールの位置に蛍光が焦点を結ぶように前記第２のレンズと前記遮光部材とが配置されていることを特徴とする。

請求項９記載の蛍光分析用光分波検出器は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の蛍光分析用光分波検出器において、前記第１のレンズ及び前記第１の波長選択部材を保持する第１の筒状部材と、前記光電変換素子を保持する保持部材と、前記保持部材に取り付けられた第２の筒状部材と、を備え、前記第１の筒状部材が前記第２の筒状部材へ嵌入された構造を有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、請求項１０記載の蛍光検出システムは、上記請求項１〜９のいずれか１項に規定される蛍光分析用光分波検出器と、前記励起光を出射する励起光光源と、前記励起光光源と前記蛍光分析用光分波検出器とを接続する前記第１の光伝送路と、前記励起光を試料に照射すると共に前記試料で発生する蛍光を受光するプローブと、前記プローブと前記蛍光分析用光分波検出器とを接続する前記第２の光伝送路と、を備えることを特徴とする。

請求項１記載の蛍光分析用光分波検出器及び請求項１０記載の蛍光検知システムによれば、部品点数が少ないため、装置を小型化することができる。また、部品点数が少なくなることによって装置の製造工数も少なくなるため、部品コストと製造コストを下げることが可能になり、こうして製品コストを下げることができる。さらに、部品点数が少なくなることで装置の組み立てが容易となる。また、蛍光分析用光分波検出器は、光分波を行う部分と蛍光検出を行う部分とが一体化されており、これらの間に光伝送のための光ファイバ等の導波路が不要なため、装置の取り扱いが容易となる。

請求項２記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、蛍光分析用光分波検出器の構造を簡単にすることができ、光学系の設計も容易となる。

請求項３記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、蛍光分析用光分波検出器における励起光の導波を簡単かつコンパクトな構成により高い効率で行うことができる。また、波長選択部材を通過した励起光と蛍光との分離を容易に行うことができるようになる。

請求項４記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、第２のレンズによって蛍光を集光して、光電変換素子に入射させることができるため、蛍光の検出感度を高めることができる。また、受光面積の小さい光電変換素子の使用が可能となるので、装置の小型化や低コスト化を促進することができる。

請求項５記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、蛍光測定の際に励起光に起因して検出されるノイズ光を効率よく除去して、蛍光の検出感度を高めることができる。

請求項６記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、蛍光の検出感度をさらに高めることができる。

請求項７記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、蛍光測定の際に励起光に起因して検出されるノイズ光を効率よく除去して、蛍光の検出感度を高めることができる。

請求項８記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、蛍光を効率よく集光することができるので、蛍光の検出感度をさらに高めることができる。

請求項９記載の蛍光分析用光分波検出器によれば、構成部品の光軸合わせを容易に行うことができる。これにより、光電変換素子における蛍光の検出感度を最大限に高めた光学系を簡単に実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る蛍光分析用光分波検出器を備えた蛍光検出システムの概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る蛍光分析用光分波検出器の概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る蛍光分析用光分波検出器の概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る蛍光分析用光分波検出器の概略断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る蛍光分析用光分波検出器の概略断面図である。 従来の蛍光検出システムの概略構成を示す図である。 図６の蛍光検出システムに用いられる分波器の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る蛍光分析用光分波検出器（以下「光分波検出器」と記す）を備えた蛍光検出システムの概略構成を示す図である。

蛍光検出システム１００は、光分波検出器１０と、励起光光源１１と、プローブ１２と、光分波検出器１０と励起光光源１１とを接続する第１の光伝送路である光ファイバ１３と、光分波検出器１０とプローブ１２とを接続する第２の光伝送路である光ファイバ１４とを備えている。

励起光光源１１は、測定対象である蛍光分析用チップ２０に照射するための励起光を出射するものであり、例えば、主波長：λ₁＝４７０ｎｍの光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）又はＬＤ（半導体レーザダイオード）等が好適に用いられる。励起光光源１１から出力される励起光は、４８０ｎｍまでの波長の光を透過する短波長透過型フィルタ（図示せず）を通してレンズ（図示せず）に入射し、このレンズでフォーカスされて光ファイバ１３へ入射した後、光ファイバ１３を伝搬して光分波検出器１０へと導かれる。光ファイバ１３には、主波長：λ₁＝４７０ｎｍの励起光を低損失で伝搬させることができるように、石英製又は石英ガラス製の光ファイバが好適に用いられる。

光分波検出器１０の詳細な構造については後に説明する。光ファイバ１３を伝搬した励起光は、光分波検出器１０内において光ファイバ１４へ導かれ、光ファイバ１４を伝搬してプローブ１２へと導かれた後、プローブ１２から出射され、試料台２１に載置された蛍光分析用チップ２０に照射される。光ファイバ１４には、光ファイバ１３と同様に、石英製又は石英ガラス製の光ファイバが好適に用いられる。

プローブ１２は、光ファイバ１４の先端部を保持するフェルール２５と、光ファイバ１４と光学的に接続されたレンズ２６と、フェルール２５とレンズ２６とを固定する筒状の固定部材２７から構成されており、例えば、光ファイバ１４の端面に等倍像が結像する１：１結合系の構造を有している。光ファイバ１４とレンズ２６の光軸は高い精度で合わせられており、励起光はレンズ２６から出射される。

プローブ１２から照射された励起光の反射光（以下単に「反射光」という）と、励起光によって蛍光分析用チップ２０が発した蛍光は、レンズ２６によって集光されて光ファイバ１４へ入射し、光ファイバ１４を伝搬して光分波検出器１０へ導かれる。光分波検出器１０において蛍光は電気信号へと変換され、一方、反射光の一部は電気信号へと変換され（後述する「ベース信号」となる）、他部は主に光ファイバ１３へ戻る。

試料台２１は、プローブ１２に対して相対的に移動して、蛍光分析用チップ２０を位置決めする移動機構（図示せず）を備えている。なお、プローブ１２が試料台２１に対して相対的に移動する構成としてもよい。

蛍光検出システム１００では、光ファイバ１３，１４を用いて、励起光と蛍光の伝搬を行っているが、光ファイバ１３，１４に代えて、光導波路を用いた構成としてもよい。

次に、光分波検出器１０の構造について詳細に説明する。図２は分波検出器の構造を示す断面図である。

光分波検出器１０は、光ファイバ１３，１４を保持するキャピラリ３１と、光ファイバ１３，１４と光学的に接続されたレンズ３２と、レンズ３２から出射する光を波長分離する波長選択部材３３と、波長選択部材３３を透過した光（蛍光、励起光及び反射光のうちで波長選択部材３３を透過した光）を受光する光電変換素子３４と、光電変換素子３４を保持する保持部材３５と、キャピラリ３１とレンズ３２とを保持する筒状部材３６とを備えている。

キャピラリ３１としては、例えば、市販されているホウ珪酸ガラス等からなるガラス製のものを用いることができる。キャピラリ３１において光ファイバ１３，１４を保持する各穴部は、以下に説明するレンズ３２の性質を踏まえて、キャピラリ３１の長さ方向と平行になっており、これにより光軸合わせが容易となっている。

光分波検出器１０では、キャピラリ３１が光ファイバ１３，１４を平行に保持する構造となっているため、光ファイバ１３を伝搬した励起光と光ファイバ１４を伝搬した蛍光は、レンズ３２の同じ面からレンズ３２に入射する。そこで、光ファイバ１３から光ファイバ１４への励起光の導入、励起光と蛍光との分波を行うために、レンズ３２としては、その中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズが用いられる。

屈折率分布型円柱状ロッドレンズは、入射面と出射面の両端面を光軸方向に直角方向の平面とすることができるため、製造（加工）が容易である。また、屈折率分布型円柱状ロッドレンズは、筒状部材３６に容易に格納することができるため、保持（組み立て）が容易である。図２に示されるように、レンズ３２の外径とキャピラリ３１の外径とを同じにすることで、キャピラリ３１とレンズ３２とを共に筒状部材３６に収容することができ、簡単に光分波検出器１０を組み立てることができる。

前述したように、光ファイバ１３，１４はキャピラリ３１においてキャピラリ３１の長さ方向と平行になっている。そのため、キャピラリ３１とレンズ３２とが共に筒状部材３６に収容されると、光ファイバ１３，１４はレンズ３２の近傍においてレンズ３２の光軸と平行に配置される。このように、光分波検出器１０は、レンズ３２と光ファイバ１３，１４との光軸合わせを簡単に行うことができる構造となっている。

光ファイバ１３から出射してレンズ３２の一方の端面［キャピラリ３１側端面（以下「左端」という）］に入射した励起光は、レンズ３２の屈折率勾配にしたがってレンズ３２内を進み、レンズ３２の他方の端面［波長選択部材３３側端面（以下「右端」という）］の中央部へ進み、その殆どは波長選択部材３３によって反射された後に、光ファイバ１４に向けてレンズ３２の屈折率勾配にしたがってレンズ３２内を進み、光ファイバ１４に入射する。

このとき、波長選択部材３３で反射した励起光を光ファイバ１４に効率よく入射させるために、励起光が波長選択部材３３へ平行に入射するように、光学系を設計することが好ましい。

一方、プローブ１２から光ファイバ１４を伝搬してきた反射光と蛍光は、レンズ３２の左端からレンズ３２に入射し、レンズ３２の屈折率勾配にしたがってレンズ３２内を進み、レンズ３２の右端に達した後、蛍光は波長選択部材３３を透過して光電変換素子３４へと導かれ、また、反射光の殆どは波長選択部材３３によって反射される。

波長選択部材３３は、このような励起光及び反射光の反射と蛍光の透過を行う性質を有する。ここで、励起光の主波長λ₁と蛍光の主波長λ₂との間には、一般的に“λ₁＜λ₂”の関係が成り立つため、波長選択部材３３のカットオフ波長λはλ₁より大きくλ₂より小さいことが必要である。よって、波長選択部材３３としては、所謂、ロングパスフィルタが用いられる。

波長選択部材３３は、具体的には、屈折率の低いSiO₂等から成る層と屈折率の高いTiO₂，ZrO₂，Ta₂O₅等から成る層とが多層に積層された誘電体多層膜であって、その透過特性としては、波長λ₁の光の透過率は−２０ｄＢ（約１％）以下であって、波長λ₂の光の透過率は−３ｄＢ以上（９７〜５０％）であることが好ましく、波長λ₁の光の透過率は−３０ｄＢ以下であることがより好ましく、−３５ｄＢ以下であることがさらに好ましい。

波長選択部材３３は、ガラス基板に波長選択部材３３を形成し、そのガラス基板をレンズ３２に樹脂接着剤等を用いて固定することにより配置してもよい、レンズ３２の右端面に直接にスパッタ法等により形成してもよい。図２には、波長選択部材３３が形成されたガラス基板（図示せず）が筒状部材３６に保持された形態が例示されている。励起光が波長選択部材３３の法線に対して±５度で入射するように光学系を設計することで、波長選択部材３３で反射した励起光を光ファイバ１４により効率よく入射させることができる。

このように、光ファイバ１３，１４を平行に保持するキャピラリ３１と、屈折率分布型円柱状ロッドレンズであるレンズ３２と、波長選択部材３３とを組み合わせることにより、光分波検出器１０をコンパクトに構成することができ、また、光ファイバ１３から光ファイバ１４への励起光の導入、反射光と蛍光との分波を確実に行うことができる。

光分波検出器１０では、波長選択部材３３と光電変換素子３４とが近接して配置されており、これにより、波長選択部材３３を透過した蛍光が光電変換素子３４に直接に受光されるようになっている。ここで、「直接に」とは、光導波路や光ファイバ等のような全反射を繰り返しながら光を一定方向に導く部材が介在していないことを指す。波長選択部材３３と光電変換素子３４との間の具体的な間隔（距離）は、光分波検出器１０を構成する各種部品の形状（大きさ）に依存するが、例えば、１ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、波長選択部材３３と光電変換素子３４とは、透光性の樹脂接着剤で固定されていてもよい。

光電変換素子３４としては、Si-PD、Si-APD（Si-Avalanche Photodiode）、フォトマル等が用いられるが、小型化の為には、Si-PD、Si-APDを用いることが望ましい。光電変換素子３４で得られた電気信号（電流）は、電線（図示せず）によりアンプ（図示せず）に入力され、アンプで電圧信号に変換される。この電圧信号に基づいて蛍光検出、すなわち、蛍光分析用チップ２０に含まれる蛍光発光物質の定性分析や定量分析を行うことができる。

なお、波長選択部材３３を透過した励起光及び反射光も光電変換素子３４に受光され、電気信号（以下「ベース信号」という）に変換される。そのため、検出された蛍光に起因する電気信号は、光電変換素子３４で得られた全電気信号からベース信号を減ずることによって求められる。ベース信号としては、蛍光を発することのない疑似試料に対して励起光を照射した結果として得られる電気信号を用いることができる。蛍光検出精度を高める観点から、疑似試料としては蛍光分析用チップ２０と反射条件が同等のものを用いることが好ましく、また、光電変換素子３４は、励起光の主波長λ₁での感度が小さいことが好ましい。

保持部材３５は、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属からなる。筒状部材３６には、例えば、ステンレス等の金属が用いられる。

筒状部材３６は、主にレンズ３２を保持する第１筒部３６ａと、主にキャピラリ３１を保持する第２筒部３６ｂとで構成されている。第１筒部３６ａと保持部材３５とは、波長選択部材３３を透過した光が外部に漏れないように、例えば、樹脂接着剤を用いて固定されている。第１筒部３６ａと第２筒部３６ｂとは、樹脂接着剤で固定されていてもよいし、一方が雄ネジで他方が雌ネジとなっており、互いに螺合させることで直円筒となる構造になっていてもよい。筒状部材３６は、第１筒部３６ａと第２筒部３６ｂとに分離していない一体の部材で構成されていてもよい。

レンズ３２は、その長さ方向端の一部が第１筒部３６ａの端面から突出するように第１筒部３６ａに収容されている。一方、第２筒部３６ｂにおいてキャピラリ３１は、レンズ３２における第１筒部３６ａからの突出部を収容することができるように、第２筒部３６ｂに位置決めされて収容されている。

キャピラリ３１を収容した第２筒部３６ｂが、第１筒部３６ａから突出したレンズ３２の一部を収容するように、樹脂接着剤を用いて第２筒部３６ｂを第１筒部３６ａに固定することにより、容易に光ファイバ１３，１４（キャピラリ３１）とレンズ３２の位置及び光軸を合わせながら、光分波検出器１０を組み立てることができる。

上記の通りに構成された光分波検出器１０は、図６及び図７に示した従来の分波器９２及び検出器９３のセットと比較して部品点数が少なく、これにより小型化が実現されると共に、部品コストを下げることができる。また、部品点数が少ないために製造工数を減らして、簡単に製造することができるようになり、製造コストを下げることができる。こうして、製品コストを大きく下げることができる。さらに、図６に示す従来の蛍光検出システムのように、分波器９２と検出器９３との間に光伝送路としての光ファイバ９７等が不要なため、装置の取り扱いが容易となる。

［第２の実施の形態］
図３は第２の実施の形態に係る光分波検出器の概略断面図である。図３に示す光分波検出器１０Ａの構成部品において、図２に示した光分波検出器１０と同じ機能を有する構成部品については、同じ符号を付してその説明を省略することとする。

光分波検出器１０Ａは、第１の実施の形態に係る光分波検出器１０の構成部品に加えてさらに、長さ方向の一端が波長選択部材３３と光学的に接続され、長さ方向の他端が光電変換素子３４と対面するように筒状部材３６に配置されたレンズ４１（第２のレンズ）を備えている。なお、光分波検出器１０Ａでは、波長選択部材３３がレンズ４１の左端に直接に形成された構造となっている。

光分波検出器１０Ａでも、第１の実施の形態に係る光分波検出器１０と同様に、波長選択部材３３で反射した励起光を光ファイバ１４により効率よく入射させるために、励起光を波長選択部材３３の法線に対して±５度で入射させることが望ましい。この場合、蛍光も波長選択部材３３の法線に対して±５度で入射するようになる。

このような構造となっている場合、光分波検出器１０では、波長選択部材３３を透過した蛍光を逃がさず検出するために、換言すれば検出感度を高めるために、受光面積の広い光電変換素子３４を用いることが好ましい。

これに対して光分波検出器１０Ａでは、レンズ４１として、レンズ３２（第１のレンズ）と同様の屈折率分布型円柱状ロッドレンズを用いて、波長選択部材３３を透過した蛍光を集光し、光電変換素子３４に照射する。これにより、光電変換素子３４へ効率よく蛍光を照射することができるようになり、検出感度を高めることができる。また、受光面積の小さい光電変換素子３４を用いることができるようになるため、光電変換素子３４に係る部品コストを低減することができる。

光分波検出器１０Ａでは、保持部材３５に筒状部材４２（第２の筒状部材）が固定され、筒状部材４２に筒状部材３６（第１の筒状部材）が挿入、保持された構造となっている。筒状部材４２は、その長さ方向が光電変換素子３４の受光面と直交するように、かつ、その径方向中心が光電変換素子３４の受光面の中心と一致するように、保持部材３５に固定されている。

筒状部材３６，４２どうしの位置決めと固定は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、筒状部材３６を筒状部材４２に対して一定長さ挿入した状態で、光電変換素子３４に蛍光を検出させながら筒状部材３６，４２を相対的に抜き差しし、光電変換素子３４の感度が最大となる位置、つまりレンズ４１の焦点位置に光電変換素子３４の受光面が配置された状態となる位置を求める。次いで、筒状部材３６，４２どうしを、筒状部材３６の側面と筒状部材４２の露出端面とが交差する部分において、樹脂接着剤やハンダ等で固定する。

このように、光分波検出器１０Ａでは、筒状部材３６，４２を相対的に可動に嵌め合わせた構造とすることにより、光軸方向の位置調整を簡単に行うことができるようになっている。

なお、光分波検出器１０Ａでは、測定対象物質によって波長の異なる蛍光が発生する事態に対応すべく、１つの光電変換素子３４を用いて異なる波長の蛍光を測定することができるように、筒状部材３６，４２どうしを着脱可能な嵌合構造（例えば、筒状部材３６が筒状部材４２に摩擦保持される構造）として、分波特性の異なる分波器部（レンズ３２，４１、波長選択部材３３、筒状部材３６）を、適宜、使用可能とすることも好ましい。

［第３の実施の形態］
図４は第３の実施の形態に係る光分波検出器の概略断面図である。図４に示す光分波検出器１０Ｂの構成部品において、図３に示した光分波検出器１０Ａと同じ機能を有する構成部品については、同じ符号を付してその説明を省略することとする。

光分波検出器１０Ｂは、第２の実施の形態に係る光分波検出器１０Ａにおけるレンズ４１と光電変換素子３４との間に、波長選択部材４３（第２の波長選択部材）が配置された構造を有している。この波長選択部材４３は、波長選択部材３３（第１の波長選択部材）を透過した励起光及び反射光（ベース信号となる励起光）と、波長選択部材３３の外側を経由して（回り込んで）到達した励起光及び反射光（蛍光検出におけるノイズ光）をカットするフィルタである。

例えば、波長選択部材３３として、波長が４９０ｎｍ以下の光を反射し、波長が５００ｎｍ以上の光を透過するロングパスフィルタを用いた場合、波長選択部材４３としては、波長が５００ｎｍ以下の光を反射し、波長が５１５ｎｍ以上の光を透過するロングパスフィルタを用いることができる。

波長選択部材４３を用いることによって、蛍光検出時にベース信号として検出されることとなる光を減らし、また、ベース信号に含まれることとなるノイズ光を減らして、蛍光の検出感度を高めることができる。

［第４の実施の形態］
図５は第４の実施の形態に係る光分波検出器の概略断面図である。図５に示す光分波検出器１０Ｃの構成部品において、図３に示した光分波検出器１０Ａと同じ機能を有する構成部品については、同じ符号を付してその説明を省略することとする。

光分波検出器１０Ｃは、第２の実施の形態に係る光分波検出器１０Ａにおけるレンズ４１と光電変換素子３４との間に、ピンホール（孔部）を有するリング状の遮光部材４４が配置された構造を有している。

この遮光部材４４は、レンズ４１で集光される光以外の光を光電変換素子３４に入らないようにする機能を有する。つまり、遮光部材４４はノイズ光（波長選択部材３３の外側を経由して到達した励起光）をカットする。

遮光部材４４がこのような機能を有する理由は、次の通りである。すなわち、光ファイバ１３を出射する光には、励起光光源１１として用いられる光源の種類にもよるが、一定範囲の波長の光が含まれる。例えば、励起光光源１１にＬＥＤを用いた場合には、励起光には、測定対象物質に蛍光を発生させることができる波長の光以外に測定対象物質から発生する蛍光と同じ波長の光が僅かながら含まれる。この蛍光と同じ波長の光は波長選択部材３３を透過する。一方、光ファイバ１４を出射する光は、測定対象物質が発した蛍光の他に、励起光の反射光が含まれる。

これら光ファイバ１３を出射する光のレンズ４１の右端（光電変換素子３４側端面）における焦点位置と、光ファイバ１４を出射する光のレンズ４１の右端における焦点位置は、光軸垂直方向において異なる。これは、光ファイバ１３，１４の光出射位置が光軸垂直方向で異なっているために、これに対応して焦点位置も光軸垂直方向で異なるためである。そこで、光ファイバ１４を出射した光の光路に、より好ましくは蛍光の焦点位置に、ピンホールが位置するように遮光部材４４を配置することで、光ファイバ１４を出射した蛍光をピンホールで通過させると共に、光ファイバ１３を出射した光を遮光部材４４でカットすることができる。

なお、光分波検出器１０Ｂが具備する波長選択部材４３と、光分波検出器１０Ｃが具備する遮光部材４４とを併用することにより、より効果的にノイズ光をカットし、蛍光の検出感度を高めることができる。この場合、遮光部材４４を光電変換素子３４側に配置することが望ましい。遮光部材４４は、主に光ファイバ１３から出射した励起光に起因するノイズ光をカットし、波長選択部材４３は主に光ファイバ１４から出射した光に含まれる反射光に起因するノイズ光をカットする。

次に本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

《蛍光検出システムの構成》
作製した蛍光検出システムの構成要素（部品）を以下に記す。各構成要素には、上記説明に合わせて各構成要素に図１〜５に対応する符号を付している。なお、励起光光源１１では、ＬＥＤの出力励起光をレンズとフィルタ（波長４８０ｎｍまでを透過）を介して光ファイバ１３へ導波している。プローブ１２は、光ファイバ１４の端面に等倍像が結像する１：１結合系の構造となっている。

［励起光光源１１関連］
・ＬＥＤ：型番＝ＮＳＰＢ３００Ｂ、主波長λ₁＝４７０ｎｍ、日亜化学工業（製）
・光ファイバ１３，１４：石英製（ＳＩ２００／２５０（ＮＡ＝０．２２）、コア径＝０．２ｍｍ）
［プローブ１２関連］
・レンズ２６：型番＝ＳＬＷ１８、０．２５ピッチ（波長４８０ｎｍでの測定値）、日本板硝子（製）
［光分波検出器１０関連］
・キャピラリ３１：外径＝１．８ｍｍφ、二軸平行孔、日本電気硝子（製）
・（第１の）レンズ３２：型番＝ＳＬＷ１８、０．２５ピッチ（波長４８０ｎｍでの測定値）、日本板硝子（製）
・（第１の）波長選択部材３３：ロングパスフィルタ（反射域＝波長４９０ｎｍ以下、透過域＝波長５００ｎｍ以上）
・光電変換素子３４：型番＝Ｓ５３４３、浜松ホトニクス（製）
・（第１の）筒状部材３６：内径＝１．８ｍｍφ、外径＝２．５ｍｍφ、ＳＵＳ製
［光分波検出器１０Ａ関連］
・（第２の）レンズ４１：型番＝ＳＬＷ１８、０．１６ピッチ（波長４８０ｎｍでの測定値）、日本板硝子（製）
・（第２の）筒状部材４２：内径＝２．５ｍｍφ、外径＝４．０ｍｍφ、ＳＵＳ製
［光分波検出器１０Ｂ関連］
・（第２の）波長選択部材４３：ロングパスフィルタ（反射域＝波長５００ｎｍ以下、透過域＝波長５１５ｎｍ以上）
［光分波検出器１０Ｃ関連］
・遮光部材４４：厚さ＝０．２ｍｍ、ピンホール径＝０．２ｍｍφ、外径：１．８ｍｍφ。

《測定対象試料》
蛍光を発生する試料としてＦＩＴＣ（fluorescein isothiocyanate）水溶液（溶液濃度：１００μｍｏｌ／Ｌ（マイクロモル／リットル））を用いた。このＦＩＴＣで発生する蛍光の主波長λ₂は５２０ｎｍである。

《試験結果》
試験結果を表１に示す。表１に示す「実施例１」は図２に示される光分波検出器１０と同等構造を有し、「実施例２」は図３に示される光分波検出器１０Ａと同等構造を有し、「実施例３」は図４に示される光分波検出器１０Ｂと同等構造を有し、「実施例４」は図５に示される光分波検出器１０Ｃと同等構造を有し、「実施例５」は図３に示される光分波検出器１０Ａの構成要素に加えて、図４，５に示される光分波検出器１０Ｂ，１０Ｃの特徴的な構成要素である波長選択部材４３と遮光部材４４の両方を備えた構造を有している。

表１のベース信号は、蛍光物質を含まないブランク水溶液に対する測定結果を示している。表１には、複数回同一のブランク試料に対してベース信号（ノイズ光を含む）の測定を行うことで、ベース信号のばらつきを調べた結果を併記している。蛍光の信号強度は、測定対象試料に対して行った測定値（蛍光とベース信号を含む）からベース信号を減じることで求めている。

実施例１−５の全てで蛍光の測定が可能であることが確認されている。蛍光測定の感度は、Ｓ／Ｎ比の影響を大きく受け、Ｓ／Ｎ比の大きい構造の方が、検出感度は高い。このような観点から実施例１−５を対比すると、以下のことがわかる。

蛍光を集光しない実施例１と蛍光を集光する実施例２とを比較すると、実施例２では、波長選択部材３３を透過した蛍光のみならず、波長選択部材３３を透過した励起光及び反射光も集光されるために、ベース信号の値そのものが大きくなり、ばらつきも大きくなる傾向があることがわかる。しかし、検出される蛍光の量に対して波長選択部材３３を透過した励起光及び反射光の量が少なければ、これらの光を集光して光電変換素子３４に受光させることで、結果的にＳ／Ｎ比が向上することがわかる。

実施例２と実施例３とを比較すると、ベース信号の原因となる光をカットする（第２の）波長選択部材４３を備えた実施例３の構造とすることで、Ｓ／Ｎ比を向上させることができるということがわかる。さらに実施例４の結果に示されるように、遮光部材４４を用いることで、ベース信号の原因となる光のカットを極めて良好に行うことができ、Ｓ／Ｎ比を飛躍的に向上させることができるということがわかる。実施例５の結果に示されるように、（第２の）波長選択部材４３と遮光部材４４とを併用することで、さらにＳ／Ｎ比を向上させることができるということがわかる。

このように、実施例１−５によれば、蛍光を集光して光電変換素子３４へ入射させながら、ベース信号の原因となる光のカットを確実に行うことができる構造とすることで、検出感度を高めることができるということが確認された。

１０ （蛍光分析用）光分波検出器
１１ 励起光光源
１２ プローブ
１３ 光ファイバ（第１の光伝送路）
１４ 光ファイバ（第２の光伝送路）
２０ 蛍光分析用チップ
２１ 試料台
３１ キャピラリ
３２ レンズ（第１のレンズ）
３３ 波長選択部材（第１の波長選択部材）
３４ 光電変換素子
３５ 保持部材
３６ 筒状部材（第１の筒状部材）
４１ レンズ（第２のレンズ）
４２ 筒状部材（第２の筒状部材）
４３ 波長選択部材（第２の波長選択部材）
４４ 遮光部材
１００ 蛍光検出システム

Claims (10)

1. 第１の光伝送路を通して受光した励起光を第２の光伝送路へ出射し、前記第２の光伝送路から出射された前記励起光によって発生する蛍光を前記第２の光伝送路を通して受光し、前記蛍光を検出する蛍光分析用光分波検出器であって、
   前記第１の光伝送路を伝搬した前記励起光と前記第２の光伝送路を伝搬した前記蛍光とを同じ面で受光する第１のレンズと、
   前記第１のレンズを透過した前記励起光と前記蛍光とを受光し、前記励起光を反射すると共に前記蛍光を透過させる誘電体多層膜から成る第１の波長選択部材と、
   前記第１の波長選択部材を透過した蛍光を直接に受光する光電変換素子と、を備えることを特徴とする蛍光分析用光分波検出器。
2. 前記第１の光伝送路と前記第２の光伝送路はそれぞれ、光ファイバ及び／又は光導波路であることを特徴とする請求項１記載の蛍光分析用光分波検出器。
3. 前記第１の光伝送路と前記第２の光伝送路は、前記第１のレンズの近傍において前記第１のレンズの光軸と平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光分析用光分波検出器。
4. 前記第１の波長選択部材と前記光電変換素子との間に配置された第２のレンズを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光分析用光分波検出器。
5. 前記第２のレンズと前記光電変換素子との間に配置された第２の波長選択部材を備えることを特徴とする請求項４記載の蛍光分析用光分波検出器。
6. 前記第２のレンズを透過した前記蛍光が前記光電変換素子に焦点を結ぶように、前記第２のレンズと前記光電変換素子とが配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載の蛍光分析用光分波検出器。
7. 前記光電変換素子の前記第２のレンズ側に配置された、ピンホールを有する遮光部材を備えることを特徴とする請求項４又は５記載の蛍光分析用光分波検出器。
8. 前記ピンホールの位置に蛍光が焦点を結ぶように前記第２のレンズと前記遮光部材とが配置されていることを特徴とする請求項７記載の蛍光分析用光分波検出器。
9. 前記第１のレンズ及び前記第１の波長選択部材を保持する第１の筒状部材と、
   前記光電変換素子を保持する保持部材と、
   前記保持部材に取り付けられた第２の筒状部材と、を備え、
   前記第１の筒状部材が前記第２の筒状部材へ嵌入された構造を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蛍光分析用光分波検出器。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に規定される蛍光分析用光分波検出器と、
    前記励起光を出射する励起光光源と、
    前記励起光光源と前記蛍光分析用光分波検出器とを接続する前記第１の光伝送路と、
    前記励起光を試料に照射すると共に前記試料で発生する蛍光を受光するプローブと、
    前記プローブと前記蛍光分析用光分波検出器とを接続する前記第２の光伝送路と、を備えることを特徴とする蛍光検出システム。