DE112016007594B3 - LIGHT EMITTING DETECTION DEVICE - Google Patents

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Takashi Anazawa
Motohiro Yamazaki
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Abstract

Lichtemissionsdetektionsvorrichtung, umfassend:eine Kondensorlinsenanordnung (8), in der M Kondensorlinsen (2) zur jeweiligen Bündelung von Licht angeordnet sind, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung (7) emittiert wird, in welcher M lichtemittierende Punkte (1) angeordnet sind, um M Lichtstrahlen zu bilden, wobei M ≥ 2,ein optisches Element (43), das die M Lichtstrahlen ablenkt, um M abgelenkte Lichtstrahlen zu erzeugen, undmindestens einen Sensor (11), auf welchen die M Lichtstrahlen parallel einfallen, wobei, wennd ein Mittelwert der effektiven Durchmesser der M lichtemittierenden Punkte ist,f ein Mittelwert der Brennweiten der M Kondensorlinsen ist,p ein Mittelwert der Zwischenabstände der M Kondensorlinsen ist, undg ein Mittelwert der maximalen optischen Weglängen zwischen den M Kondensorlinsen und einer Endfläche des optischen Elements, auf der die M Lichtstrahlen einfallen, ist,d, f, p und g die folgende Beziehung erfüllen:f≥1/((2*p)/(1.27*d)+1)*g.A light emission detection device comprising: a condenser lens array (8) in which M condenser lenses (2) are arranged for respectively converging light emitted from a light emitting point array (7) in which M light emitting points (1) are arranged to generate M light beams where M ≥ 2, an optical element (43) which deflects the M light beams to generate M deflected light beams, and at least one sensor (11) on which the M light beams are incident in parallel, where, if an average value of the effective Is the diameter of the M light emitting points, f is an average value of the focal lengths of the M condenser lenses, p is an average value of the intermediate distances of the M condenser lenses, and g is an average value of the maximum optical path lengths between the M condenser lenses and an end face of the optical element on which the M light rays occur, is, d, f, p and g satisfy the following relation: f≥1 / ((2 * p) / (1.27 * d) +1) * g.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung, die eine Vielzahl von Kanälen, die in einer Vielzahl von Kapillaren oder in einem Mikrochip vorgesehen sind, mit Licht wie z.B. von einem Laserstrahl oder einer Lampe bestrahlt und Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Streulicht, Durchlicht usw., das von einer in der Kapillare oder im Kanal befindlichen Substanz emittiert wird, mit hoher Empfindlichkeit erkennt.The present invention relates to a detection device that a plurality of channels, which are provided in a plurality of capillaries or in a microchip, irradiated with light such as from a laser beam or a lamp and fluorescence, phosphorescence, scattered light, transmitted light, etc., from a substance located in the capillary or in the channel is emitted, detects with high sensitivity.

Stand der TechnikState of the art

Ein DNA-Sequenzer mit Kapillaranordnung (Kapillar-Array), der Basensequenzen verschiedener DNA-Proben in Einzelkapillaren gemeinsam entschlüsselt, indem er unter Verwendung der Vielzahl von Kapillaren (Glaskapillaren mit einem Außendurchmesser von 100 µm bis 400 µm und einem Innendurchmesser von 25 µm bis 100 µm), die mit einem Trennmedium gefüllt sind, in Parallelverarbeitung eine elektrophoretische Analyse durchführt, ist weitverbreitet. Dieser Mechanismus wird als nächstes beschrieben. Ein Polyimid-Beschichtungsfilm wird auf einer Außenfläche einer handelsüblichen Kapillare gebildet, um Flexibilität zu erhalten. Bestimmte Teile der elektrophoretischen Länge jeder Kapillare, zum Beispiel an einer Position, die etwa 30 cm vom jeweiligen Probeneinspritzende der Kapillare entfernt ist, werden derart angeordnet, dass sie mit entferntem Beschichtungsfilm Seite an Seite auf derselben Ebene liegen. Dann wird die Kapillaranordnungsebene von einer Seite aus mit einem Laserstrahl bestrahlt, um die Vielzahl von Kapillaren gleichzeitig mit dem Laserstrahl zu bestrahlen. Nachstehend kann die Kapillaranordnungsebene in der vorliegenden Beschreibung auch einfach als Anordnungsebene bezeichnet werden. Beim Durchlauf eines Laserstrahls wird die fluoreszenzmarkierte DNA, die in jeder der obigen Kapillaren elektrophoretisch migriert, durch Laserbestrahlung angeregt und emittiert eine Fluoreszenz. Hier wird die DNA je nach endständiger Basenart A, C, G oder T mit fluoreszierenden Substanzen in vier Farben markiert. Dadurch werden die Laserbestrahlungspositionen der jeweiligen Kapillaren zu lichtemittierenden Punkten, und eine Vielzahl von lichtemittierenden Punkten ist in Abständen von p auf einer Geraden angeordnet. Im Folgenden wird dies als lichtemittierende Punkteanordnung bezeichnet. Wenn M die Zahl der lichtemittierenden Punkte (Zahl der Kapillaren) ist, entspricht die Gesamtbreite AW der lichtemittierenden Punkteanordnung AW=p*(M-1). Zum Beispiel bei p=0,36 mm und M=24 ist AW=8,28 mm. Eine Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung erkennt die jeweiligen Lichtstrahlen, die von der lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert werden, gemeinsam, während sie die Lichtstrahlen spektroskopisch trennt. Eine Konfiguration des Systems ist in JP-A-2007-171214 (PTL 1) dargestellt.A DNA sequencer with a capillary arrangement (capillary array) that decodes base sequences of different DNA samples in single capillaries together by using the large number of capillaries (glass capillaries with an outer diameter of 100 µm to 400 µm and an inner diameter of 25 µm to 100 µm), which are filled with a separating medium and carry out an electrophoretic analysis in parallel processing, is widespread. This mechanism is described next. A polyimide coating film is formed on an outer surface of a commercially available capillary in order to obtain flexibility. Certain portions of the electrophoretic length of each capillary, for example at a position about 30 cm from the respective sample injection end of the capillary, are arranged so that they lie side by side on the same plane with the coating film removed. Then, the capillary arrangement plane is irradiated with a laser beam from one side to irradiate the plurality of capillaries with the laser beam simultaneously. In the following description, the capillary arrangement plane can also be referred to simply as the arrangement plane. When a laser beam is passed through, the fluorescence-labeled DNA, which electrophoretically migrates in each of the above capillaries, is excited by laser irradiation and emits fluorescence. Here the DNA is marked with fluorescent substances in four colors, depending on the terminal type of base A, C, G or T. Thereby, the laser irradiation positions of the respective capillaries become light emitting points, and a plurality of light emitting points are arranged at intervals of p on a straight line. In the following, this is referred to as a light emitting point arrangement. When M is the number of light-emitting points (number of capillaries), the total width AW corresponds to the light-emitting point array AW = p * (M-1). For example, if p = 0.36 mm and M = 24, AW = 8.28 mm. A fluorescence detection device recognizes the respective light beams, which are emitted from the light-emitting dot array, together while it spectroscopically separates the light beams. A configuration of the system is in JP-A-2007-171214 (PTL 1).

Zuerst werden die jeweiligen emittierten Lichtstrahlen durch eine gemeinsame Kondensorlinse in parallele Lichtstrahlen umgewandelt. Im Folgenden wird der Ausdruck „gemeinsam“ im Sinne einer M-zu-1-Entsprechung mit der Bedeutung verwendet, dass ein optisches Element für eine Vielzahl von lichtemittierenden Punkten (M lichtemittierende Punkte) vorgesehen ist. Dagegen wird der Ausdruck „einzeln“ im Sinne einer 1-zu-1-Entsprechung mit der Bedeutung verwendet, dass ein optisches Element für einen lichtemittierenden Punkt verwendet wird. Hier muss AW<f und AW<D1 sein, wobei f1 die Brennweite und D1 ein effektiver Durchmesser der gemeinsamen Kondensorlinse ist. Die Kondensorlinse ist zum Beispiel eine Kameralinse mit fl=50 mm and D1=36 mm. Dann durchlaufen die parallelen Lichtstrahlen ein Langpassfilter, um eine Wellenlänge des Laserstrahls zu filtern, und durchlaufen dann ein gemeinsames Transmissions-Beugungsgitter, um in Richtung der Längsachse jeder Kapillare, das heißt, in der Richtung orthogonal sowohl zur Anordnungsrichtung dem lichtemittierenden Punkteanordnung als auch zur optischen Achse der gemeinsamen Kondensorlinse einer Wellenlängendispersion unterzogen zu werden. Wenn DG der effektive Durchmesser des gemeinsamen Transmissions-Beugungsgitters ist, muss D1≤DG sein, damit eine Detektionsleistung nicht zurückbleibt. Zum Beispiel DG=50 mm. Dann wird das Bild der jeweiligen parallelen Lichtstrahlen durch die gemeinsame Abbildungslinse auf dem zweidimensionalen Sensor abgebildet. Wenn f2 die Brennweite der gemeinsamen Abbildungslinse und D2 der effektive Durchmesser ist, muss hier D1≤D2 sein, damit die Detektionsleistung nicht zurückgeht. Die Abbildungslinse ist zum Beispiel eine Kameralinse mit f2=50 mm, D2=36 mm. Dem Obigen gemäß ist es möglich, Wellenlängendispersionsspektren der jeweiligen Lichtstrahlen, die von der lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert werden, gemeinsam zu erfassen. Schließlich wird eine zeitliche Änderung jeweiliger Wellenlängendispersionsspektren analysiert, um eine zeitliche Änderung der Intensität der Fluoreszenz in vier Farben zu erhalten und die Sequenz von Basenarten, das heißt, die Basensequenz zu bestimmen.First, the respective emitted light beams are converted into parallel light beams by a common condenser lens. In the following, the term “jointly” is used in the sense of an M-to-1 correspondence with the meaning that an optical element is provided for a plurality of light-emitting points (M light-emitting points). In contrast, the term “individually” is used in the sense of a 1-to-1 correspondence with the meaning that an optical element is used for a light-emitting point. Here AW <f and AW <D1, where f1 is the focal length and D1 is an effective diameter of the common condenser lens. The condenser lens is, for example, a camera lens with fl = 50 mm and D1 = 36 mm. Then the parallel light beams pass through a long-pass filter to filter a wavelength of the laser beam, and then pass through a common transmission diffraction grating in the direction of the longitudinal axis of each capillary, that is, in the direction orthogonal to both the arrangement direction of the light-emitting point arrangement and the optical Axis of the common condenser lens to be subjected to wavelength dispersion. If DG is the effective diameter of the common transmission diffraction grating, then D1 DG in order not to lag behind in detection performance. For example DG = 50 mm. Then the image of the respective parallel light beams is imaged on the two-dimensional sensor through the common imaging lens. If f2 is the focal length of the common imaging lens and D2 is the effective diameter, D1 D2 must be here so that the detection performance does not decrease. The imaging lens is, for example, a camera lens with f2 = 50 mm, D2 = 36 mm. According to the above, it is possible to collectively acquire wavelength dispersion spectra of the respective light beams emitted from the light emitting dot array. Finally, a change over time of respective wavelength dispersion spectra is analyzed in order to obtain a change over time in the intensity of fluorescence in four colors and to determine the sequence of types of bases, that is, the base sequence.

Ein weiteres Mittel zum gleichzeitigen Erfassen von Fluoreszenz in vier Farben ist in NPL 1 dargestellt. Zuerst wird ein von einer lichtemittierenden Fläche emittierter Lichtstrahl durch eine Kondensorlinse (hier ein Objektiv) in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt. Hier gilt AW<f und AW<D, wobei AW die Gesamtbreite der lichtemittierenden Fläche ist, f die Brennweite des Objektivs ist und D der effektive Durchmesser ist. Das verwendete Objektiv ist ein UPLSAP0 60X W, ein Produkt von Olympus, und AW=0.44 mm, fl=3 mm und D1=20 mm. Dann wird der parallele Lichtstrahl durch einen Satz aus drei Arten von dichroischen Spiegeln in vier parallele Lichtstrahlen in vier Farben aufgeteilt. Anschließend werden durch einen Satz von vier Abbildungslinsen Bilder jeweiliger paralleler Lichtstrahlen auf vier zweidimensionalen Sensoren erzeugt. Hier muss D1≤D2 sein, damit die Detektionsleistung nicht zurückgeht, wobei D2 der effektive Durchmesser jeder Abbildungslinse ist. Dem Obigen gemäß ist es möglich, vier Teilbilder der lichtemittierenden Fläche in vier Farben gemeinsam zu erfassen.Another means of detecting fluorescence in four colors at the same time is shown in NPL 1. First, a light beam emitted from a light-emitting surface is converted into a parallel light beam by a condenser lens (here an objective). Here, AW <f and AW <D, where AW is the total width of the light-emitting surface, f is the focal length of the lens and D is the effective diameter. The The lens used is a UPLSAP0 60X W, a product of Olympus, and AW = 0.44 mm, fl = 3 mm and D1 = 20 mm. Then, the parallel light beam is divided into four parallel light beams of four colors by a set of three kinds of dichroic mirrors. Then, through a set of four imaging lenses, images of respective parallel light beams are generated on four two-dimensional sensors. Here, D1 D2 must be so that the detection performance does not decrease, where D2 is the effective diameter of each imaging lens. According to the above, it is possible to collectively capture four partial images of the light-emitting surface in four colors.

Ein weiteres Mittel zum gleichzeitigen Erfassen von Lichtstrahlen, die von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert werden, wird in JP-A-2011-59095 (PTL 2) dargestellt. Zuerst werden jeweilige Lichtstrahlen, die von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert werden, durch eine Kondensorlinsenanordnung in einzelne parallele Lichtstrahlen umgewandelt. Wenn p der Abstand zwischen den lichtemittierenden Punkten ist und M die Anzahl der lichtemittierenden Punkte ist, ist hier AW=p*(M-1) die Gesamtbreite der lichtemittierenden Punkteanordnung. Wenn D der effektive Durchmesser jeder Kondensorlinse ist, ist D<AW. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der in PTL 1 und NPL 1. Mit Dl<p kann eine Kondensorlinsenanordnung bereitgestellt werden, in welcher die jeweiligen Kondensorlinsen auf einer Geraden liegen. Dann fallen die jeweiligen parallelen Lichtstrahlen auf jeweilige Einzelsensoren der Sensoranordnung ein. Dem Obigen gemäß ist es möglich, die Intensitäten von Lichtstrahlen, die von der lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert werden, gemeinsam zu erfassen.
Die Druckschrift JP 2011-59095 A offenbart eine Lichtdetektionsvorrichtung mit einem der vorliegenden Erfindung ähnlichen Aufbau und verringertem Platz- und Energieverbrauch. In der Druckschrift JP 2001-124736 A wird zudem eine Kapillarelektrophorese-Einrichtung mit ebenfalls ähnlichem Aufbau beschrieben. Vorrichtungen zur Multiplex-Kapillarelektrophorese mit mehrfachen Separationskanälen sind in DE 10 2006 058 575 A1 , WO 2004/017 061 A1 , US 5 324 401 A , US 5 790 727 A , US 5 582 705 A , US 6 531 044 B1 , US 6 191 425 B1 , US 2003/0 116 436 A1 und JP 2001-264 293 A beschrieben, wobei in der Vorrichtung der WO 2004/017 061 A1 das Licht nochmals auf getrennten Wegen jeweils nur die Kanalwände und die Kanalwände und das Kanalinnere durchquert. Weitere lichtdetektionsbasierte Analysevorrichtungen für biologische Proben sind in US 7 029 628 B2 , EP 1 932 594 A1 , US 3 916 197 A und insbesondere auch US 5 312 535 A zur Kapillarelektrophorese offenbart.
Another means for simultaneously detecting light beams emitted from a light emitting dot array is shown in FIG JP-A-2011-59095 (PTL 2). First, respective light beams emitted from a light emitting dot array are converted into individual parallel light beams by a condenser lens array. Here, when p is the distance between the light emitting points and M is the number of the light emitting points, AW = p * (M-1) is the total width of the light emitting point array. If D is the effective diameter of each condenser lens, then D <AW. This configuration differs from that in PTL 1 and NPL 1. With Dl <p, a condenser lens arrangement can be provided in which the respective condenser lenses lie on a straight line. Then the respective parallel light beams are incident on respective individual sensors of the sensor arrangement. According to the above, it is possible to collectively detect the intensities of light beams emitted from the light emitting dot array.
The pamphlet JP 2011-59095 A discloses a light detection device with a structure similar to the present invention and reduced space and energy consumption. In the pamphlet JP 2001-124736 A a capillary electrophoresis device with a similar structure is also described. Devices for multiplex capillary electrophoresis with multiple separation channels are in DE 10 2006 058 575 A1 , WO 2004/017 061 A1 , U.S. 5,324,401 A , U.S. 5,790,727 A , U.S. 5 582 705 A , US 6 531 044 B1 , US 6 191 425 B1 , US 2003/0 116 436 A1 and JP 2001-264 293 A described, wherein in the device of WO 2004/017 061 A1 the light again only traverses the canal walls and the canal walls and the interior of the canal on separate paths. Further light detection-based analysis devices for biological samples are in US 7 029 628 B2 , EP 1 932 594 A1 , U.S. 3,916,197 A and especially too U.S. 5,312,535 A for capillary electrophoresis disclosed.

Liste der BezugsliteraturList of reference literature

PatentliteraturPatent literature

  • PTL 1: JP-A-2007-171214 PTL 1: JP-A-2007-171214
  • PTL 2: JP-A-2011-59095 PTL 2: JP-A-2011-59095

Nicht-PatentliteraturNon-patent literature

NPTL 1: Rev Sei Instrum, 2011 Feb; 82(2):023701.NPTL 1: Rev Sci Instrum, 2011 Feb; 82 (2): 023701.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Die lichtemittierende Detektionsvorrichtung von PTL 1 weist eine hohe Lichtbündelungsleistung (Lichtbündelungsleistung der gemeinsamen Kondensorlinse) und eine hohe Detektionsleistung (Gesamtnutzungsgrad des emittierten Lichts, das auf der Basis der Lichtbündelungsleistung, der Durchlässigkeit des Langpassfilters, der Beugungsleistung des Beugungsgitters usw. zur Fluoreszenzerkennung durch den Sensor beiträgt) der von den lichtemittierenden Punkten emittierten Lichtstrahlen und zudem eine hohe spektroskopische Genauigkeit des Beugungsgitters auf. Die Bündelungsleistung kann durch die Blendenzahl F der gemeinsamen Kondensorlinse ausgedrückt werden und ist proportional zu 1/F2. Bei einer Kameralinse mit f1 = 50 mm und D1 = 36 mm zum Beispiel ist die Blendenzahl F=f1/D1=1,4, und die Lichtemissionserkennung kann mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden. Da die Lichtstrahlen, die von den lichtemittierenden Punkten emittiert werden, zudem mit einer gemeinsamen Abbildungslinse abgebildet und von einem zweidimensionalen Sensor erkannt werden, vermischen sich die emittierten Lichtstrahlen nicht miteinander. Das heißt, die emittierten Lichtstrahlen können mit geringem Übersprechen voneinander unabhängig erkannt werden. Das Merkmal der obigen hohen Empfindlichkeit und des geringen Übersprechens ist auf diesem technischen Gebiet besonders wichtig, um Spurmengen eines zu messenden Gegenstands genau zu erkennen oder eine Vielzahl verschiedener zu messender Gegenstände gleichzeitig und unabhängig voneinander zu erkennen. Die vorliegende lichtemittierende Detektionsvorrichtung hat jedoch zwei gemeinsame Linsen und weist eine Beziehung auf, in welcher AW<f and AW<D1<D2. Wenn AW konstant ist, besteht daher ein Problem, dass die Gesamtgröße des Systems sehr groß ist und die Herstellungskosten des Systems hoch sind. Zum Beispiel wird in einem Fall, in welchem die Kameralinse mit f1=f2=50 mm, D1=D2=36 mm verwendet wird, die Gesamtgröße der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung größer als das Volumen einer Säule (1,6*106 mm3) mit einem Durchmesser von 100 mm und der Höhe von 200 mm. In der vorliegenden Beschreibung entspricht eine Gesamtgröße der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung einem Volumen, das von einem lichtemittierenden Punkt bis zu einem Sensor vom optischen System eingenommen wird, und ein Volumen, das vom Sensor selbst eingenommen wird, ist in der Gesamtgröße nicht enthalten. AW<<f1 und AW<<D1 ist nicht möglich (da für diese Einstellung eine enorme Kameralinse erforderlich wäre), und damit besteht ein Problem, dass die Detektionsleistung des lichtemittierenden Punkts, der von der optischen Achse entfernt ist (des lichtemittierenden Punkts, der in der Nähe eines Endes der lichtemittierenden Punkteanordnung liegt), im Vergleich zur Detektionsleistung des lichtemittierenden Punkts in der Nähe der optischen Achse (des lichtemittierenden Punkts, der in der Mitte der lichtemittierenden Punkteanordnung liegt) abnimmt und unter den lichtemittierenden Punkten eine Schwankung der Detektionsempfindlichkeit auftritt.The light emitting detection device of PTL 1 has a high light condensing performance (light condensing performance of the common condenser lens) and high detection performance (total efficiency of emitted light which contributes to fluorescence detection by the sensor based on the light condensing performance, the permeability of the long-pass filter, the diffraction performance of the diffraction grating, etc. ) of the light rays emitted by the light-emitting points and also a high spectroscopic accuracy of the diffraction grating. The focusing power can be expressed by the f-number F of the common condenser lens and is proportional to 1 / F 2 . For example, in the case of a camera lens with f1 = 50 mm and D1 = 36 mm, the f-number is F = f1 / D1 = 1.4, and the light emission detection can be performed with high sensitivity. Since the light beams emitted from the light-emitting points are also imaged with a common imaging lens and recognized by a two-dimensional sensor, the emitted light beams do not mix with one another. That is, the emitted light beams can be recognized independently of one another with little crosstalk. The feature of the above high sensitivity and low crosstalk is particularly important in this technical field in order to accurately detect trace amounts of an object to be measured or to detect a plurality of different objects to be measured simultaneously and independently of each other. The present However, the light emitting detection device has two common lenses and has a relationship in which AW <f and AW <D1 <D2. Therefore, when AW is constant, there is a problem that the overall size of the system is very large and the manufacturing cost of the system is high. For example, in a case where the camera lens is used with f1 = f2 = 50 mm, D1 = D2 = 36 mm, the total size of the light emitting detection device becomes larger than the volume of one column ( 1 , 6 * 10 6 mm 3 ) with a diameter of 100 mm and the height of 200 mm. In the present specification, a total size of the light emitting detection device corresponds to a volume occupied by the optical system from a light emitting point to a sensor, and a volume occupied by the sensor itself is not included in the total size. AW << f1 and AW << D1 are not possible (because this setting would require an enormous camera lens), and there is a problem that the detection performance of the light-emitting point that is away from the optical axis (the light-emitting point that is near one end of the light-emitting dot array), decreases in comparison with the detection performance of the light-emitting point near the optical axis (the light-emitting point located in the center of the light-emitting dot array), and fluctuation in detection sensitivity occurs among the light-emitting dots.

Bisher wurden jedoch keine Mittel zum Lösen dieser Probleme realisiert, das heißt, Mittel zur Miniaturisierung und Kostensenkung eines Systems, das Lichtstrahlen in vier Farben, die von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert werden, erkennt und gleichzeitig unterscheidet, und zur Verringerung einer Schwankung der Detektionsempfindlichkeit der jeweiligen emittierten Lichtstrahlen wurden noch nicht realisiert. Die Miniaturisierung der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung würde es ermöglichen, DNA-Sequenzer mit Kapillar-Array auf einer kleinen Fläche zu installieren oder zu transportieren. Alternativ dazu kann die Benutzerfreundlichkeit der Vorrichtung erhöht werden. Auch die Zahl der Komponenten in der Detektionsvorrichtung würde reduziert, oder die Größe jeder Komponente würde verkleinert, um dadurch die Herstellungskosten der Vorrichtung zu senken. Ferner würde die Schwankung der Detektionsempfindlichkeit der jeweiligen lichtemittierenden Punkte reduziert, um dadurch einen quantitativen Vergleich von Proben zu ermöglichen, die in den jeweiligen Kapillaren analysiert werden, und einen Dynamikbereich und eine Gesamtdetektionsempfindlichkeit der lichtemittierenden Punkteanordnung zu verbessern. Dadurch kann der DNA-Sequenzer mit Kapillar-Array weiter verbreitet und eingesetzt werden.However, no means for solving these problems has been realized heretofore, that is, means for miniaturizing and reducing the cost of a system that detects and simultaneously discriminates light beams of four colors emitted from a light emitting dot array and for reducing fluctuation in detection sensitivity of each emitted light rays have not yet been realized. The miniaturization of the light-emitting detection device would make it possible to install or transport DNA sequencers with capillary arrays in a small area. Alternatively, the user-friendliness of the device can be increased. The number of components in the detection device would also be reduced, or the size of each component would be reduced, thereby lowering the manufacturing cost of the device. Further, the fluctuation in the detection sensitivity of the respective light emitting points would be reduced, thereby enabling quantitative comparison of samples analyzed in the respective capillaries and improving a dynamic range and an overall detection sensitivity of the light emitting point array. This means that the DNA sequencer with capillary array can be used more widely and used.

Die Verwendung der in NPL 1 beschriebenen lichtemittierenden Detektionsvorrichtung kann auf ähnliche Weise die gleichzeitige Fluoreszenzerkennung der von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittierten Lichtstrahlen in vier Farben ermöglichen. Doch da die in NPL 1 verwendete Objektivlinse eine Gesamtbreite AW=0,44 mm hat, kann zum Beispiel nur ein Teil der Gesamtbreite (= 8,28 mm) der lichtemittierenden Punkteanordnung erkannt werden. Wie beim DNA-Sequenzer mit Kapillar-Array werden eine gemeinsame Kondensorlinse und vier gemeinsame Abbildungslinsen verwendet, statt eine Objektivlinse und vier. Wenn DM der effektive Durchmesser der drei Arten von dichroischen Spiegeln ist, sind die dichroischen Spiegel in diesem Fall so angeordnet, dass sie in Bezug auf die parallelen Lichtstrahlen um 45° geneigt sind. Damit die Detektionsleistung nicht zurückbleibt, ist √2*D1 ≤ DM erforderlich. Zum Beispiel DM=71 mm. Selbst, wenn keine vier zweidimensionalen Sensoren vorhanden sind, ist die Gesamtgröße der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung größer als bei PTL 1, und die Herstellungskosten steigen dementsprechend. Darüber hinaus ist der Raum, der von vier zweidimensionalen Sensoren eingenommen wird, groß, und die dadurch verursachten Kosten sind sehr hoch. Das Problem der Empfindlichkeitsschwankung unter lichtemittierenden Punkten bleibt ebenfalls ungelöst.The use of the light-emitting detection device described in NPL 1 can similarly enable the simultaneous fluorescence detection of the light beams in four colors emitted by a light-emitting point array. However, since the objective lens used in NPL 1 has a total width AW = 0.44 mm, for example only part of the total width (= 8.28 mm) of the light-emitting dot arrangement can be recognized. As with the capillary array DNA sequencer, one common condenser lens and four common imaging lenses are used instead of one objective lens and four. In this case, when DM is the effective diameter of the three kinds of dichroic mirrors, the dichroic mirrors are arranged to be inclined by 45 degrees with respect to the parallel rays of light. In order that the detection performance does not lag behind, √2 * D1 ≤ DM is required. For example DM = 71 mm. Even if there are no four two-dimensional sensors, the overall size of the light emitting detection device is larger than that of PTL 1, and the manufacturing cost increases accordingly. In addition, the space occupied by four two-dimensional sensors is large and the cost involved is very high. The problem of sensitivity fluctuation among light emitting points also remains unsolved.

Bei Verwendung der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, die in PTL 2 offenbart wird, ist es dagegen möglich, die Größe der Vorrichtung zu verkleinern, da D1 < AW. In einem Fall, in welchem von der lichtemittierenden Punkteanordnung emittiertes Licht zur Erkennung durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, wie in dieser Literatur, ist es schwierig, sowohl eine hohe Empfindlichkeitsleistung als auch eine geringe Übersprechleistung zu erhalten, da beide miteinander in einem Zielkonflikt stehen. In PTL 2 wurden keine Diskussionen oder Überlegungen zu diesen Problemen und zu deren Lösung angestellt. Diese Probleme werden im Folgenden im Detail beschrieben.On the other hand, when using the light emitting detection device disclosed in PTL 2, it is possible to downsize the device because D1 <AW. In a case where light emitted from the light emitting dot array is converged for detection by a condenser lens array as in this literature, it is difficult to obtain both high sensitivity performance and low crosstalk performance because both are in conflict with each other. In PTL 2 there was no discussion or reflection on these problems and how to solve them. These problems are described in detail below.

Wie oben beschrieben, kann die Lichtbündelungsleistung durch F = f/D ausgedrückt werden (die Lichtbündelüngsleistung ist proportional zu 1/F2), wobei f die Brennweite jeder Kondensorlinse und D ein effektiver Durchmesser ist. Wenn hier angenommen wird, dass D konstant ist, scheint die Lichtbündelungsleistung mit kleiner werdender Brennweite f, das heißt, je näher der lichtemittierende Punkt und die Kondensorlinse beieinander liegen, zu steigen. Dies ist richtig, wenn der lichtemittierende Punkt eine unendlich kleine Größe hat, aber nicht unbedingt, wenn der lichtemittierende Punkt eine endlich kleine Größe hat. Wenn der Durchmesser des lichtemittierenden Punkts als d definiert wird, bedeutet die unendlich kleine Größe einen Fall, bei dem d << f oder d ≈ 0, und die endlich kleine Größe bedeutet einen Fall, bei dem d > 0. In der Praxis entspricht die endlich kleine Größe einem Fall, bei dem d ≥ 0,01 mm. Im Folgenden wird in der vorliegenden Erfindung ein Fall betrachtet, in welchem die Größe des lichtemittierenden Punkts endlich ist. Wenn die Mitte des lichtemittierenden Punkts in der Fokuslage der Linse liegt, wird das von der Mitte des lichtemittierenden Punkts emittierte Licht von der Linse in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, und der Lichtstrahl breitet sich in eine Richtung parallel zur optischen Achse entlang der optischen Achse der Linse aus. Licht, das vom Ende des lichtemittierenden Punkts emittiert wird, wird dagegen von der Kondensorlinse in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, und der Lichtstrahl breitet sich in eine Richtung aus, die einen Winkel θ=tan-1(d/2/f) zur optischen Achse der Linse bildet. Das heißt, diese Lichtstrahlen entfernen sich von der Linse. Wenn also eine Lichtemission erkannt wird, indem ein Sensor mit der Größe des parallelen Lichtstrahls, der von der Mitte des lichtemittierenden Punkts emittiert wird, an einer Position auf der optischen Achse der Linse angeordnet ist, die in einem bestimmten Abstand von der Linse liegt (oder einem Teil eines Flächensensors zugewiesen ist), kann das gesamte Licht, das von der Mitte des lichtemittierenden Punkts emittiert wird, erkannt werden. Im Gegensatz dazu kann nur ein Teil des Lichts, das vom Ende des lichtemittierenden Punkts emittiert wird, erkannt werden. Da der Winkel θ mit zunehmender Brennweite f abnimmt, nimmt der Anteil der erkennbaren Lichtemission zu.As described above, the light converging power can be expressed by F = f / D (the light converging power is proportional to 1 / F 2 ), where f is the focal length of each condenser lens and D is an effective diameter. If it is assumed here that D is constant, the light condensing power appears to increase as the focal length f becomes smaller, that is, the closer the light emitting point and the condenser lens are to each other. This is true when the light emitting point is an infinitely small size, but not necessarily when the light emitting point is a finitely small size. If the diameter of the light emitting point is defined as d, the infinitely small size means a case where d << f or d ≈ 0, and the finitely small size means a case where d> 0. In practice, the finitely small size corresponds to a case where d ≥ 0.01 mm. In the following, a case in which the size of the light emitting point is finite is considered in the present invention. When the center of the light emitting point is in the focal position of the lens, the light emitted from the center of the light emitting point is converted into a parallel light beam by the lens, and the light beam propagates in a direction parallel to the optical axis along the optical axis of the lens out. On the other hand, light emitted from the end of the light emitting point is converted into a parallel light beam by the condenser lens, and the light beam propagates in a direction having an angle θ = tan -1 (d / 2 / f) with the optical axis the lens forms. That is, these rays of light move away from the lens. So, when light emission is detected by placing a sensor the size of the parallel light beam emitted from the center of the light emitting point at a position on the optical axis of the lens that is a certain distance from the lens (or assigned to part of an area sensor), all of the light emitted from the center of the light emitting point can be detected. In contrast, only part of the light emitted from the end of the light emitting point can be recognized. Since the angle θ decreases with increasing focal length f, the proportion of detectable light emission increases.

Aus dem Obigen ist zu ersehen, dass es unter bestimmten Aspekten besser ist, f klein einzustellen, während es unter anderen Aspekten besser ist, f groß einzustellen, um die Lichtbündelungsleistung zu erhöhen und eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten, weshalb zwischen diesen Aspekten ein Zielkonflikt besteht. Bisher wurden jedoch keine Studien über den optimalen Wert für f zum Erhalt einer hohen Empfindlichkeit angestellt, auch nicht in PTL 2. Wie im Folgenden beschrieben, wurde in der vorliegenden Erfindung als Ergebnis der Durchführung dieser Studie unter praktischen Bedingungen herausgefunden, dass die Gesamtlichtbündelungsleistung sich mit kleiner werdender f erhöht. Dies deutet darauf hin, dass die Wirkung der Verkleinerung der Brennweite f auf die Erhöhung der Detektionslichtmenge des von der Mitte des lichtemittierenden Punkts emittierten Lichts größer ist als die Wirkung der Vergrößerung der Brennweite f auf die Erhöhung der Detektionslichtmenge des vom Ende des lichtemittierenden Punkts emittierten Lichts.From the above it can be seen that under certain aspects it is better to set f small, while under other aspects it is better to set f large in order to increase the light bundling power and to obtain a high sensitivity, which is why there is a trade-off between these aspects . However, studies on the optimal value of f for obtaining high sensitivity have not yet been made, even in PTL 2. As described below, in the present invention, as a result of carrying out this study under practical conditions, it was found that the total light condensing performance is related the smaller the f increases. This suggests that the effect of decreasing the focal length f on increasing the amount of detection light of the light emitted from the center of the light emitting point is greater than the effect of increasing the focal length f on increasing the amount of detection light of the light emitted from the end of the light emitting point .

Für das Übersprechen muss die Diskussion dagegen von der obigen Lichtbündelungsleistung getrennt geführt werden. Da der Winkel θ zunimmt, wenn f abnimmt, nimmt der Anteil des vom Ende des lichtemittierenden Punkts emittierten Lichts, der von einem benachbarten Sensor (oder einen Bereich, dem einem Teil eines Flächensensors zugewiesen ist), der angeordnet ist, um das vom benachbarten lichtemittierenden Punkt emittierte Licht zu erfassen, zu, weshalb das Übersprechen bei Erkennung des vom benachbarten lichtemittierenden Punkt emittierten Lichts zunimmt. Das heißt, es wurde festgestellt, dass zwischen dem Aspekt der Verringerung von f zur Erhöhung der Lichtbündelungsleistung und dem Aspekt der Vergrößerung von f zum Erhalt einer hohen Empfindlichkeit ein Zielkonflikt besteht. Bisher wurde jedoch keine Studie darüber durchgeführt, welche f optimal ist, um eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen miteinander zu vereinbaren, auch nicht in PTL 2.For crosstalk, however, the discussion must be conducted separately from the above light bundling power. Since the angle θ increases as f decreases, the proportion of light emitted from the end of the light emitting point that is from an adjacent sensor (or an area assigned to part of an area sensor) located around that from the adjacent light emitting point increases To detect light emitted from the point, therefore, the crosstalk increases when the light emitted from the adjacent light-emitting point is detected. That is, it has been found that there is a conflict between the aspect of decreasing f to increase the light converging performance and the aspect of increasing f to obtain high sensitivity. So far, however, no study has been carried out on which f is optimal to reconcile high sensitivity and low crosstalk, not even in PTL 2.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Die lichtemittierende Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen definiert. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.The light emitting detection device according to the present invention is defined in the independent claims. Further advantageous designs are described in the dependent claims.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention

Der vorliegenden Erfindung gemäß ist es möglich, die Vorrichtung, die von der lichtemittierenden Punkteanordnung emittiertes Licht mit hoher Empfindlichkeit und geringem Übersprechen erkennt, zu miniaturisieren und die Gesamtgröße verschiedener Vorrichtungen, die das System verwenden, zu verkleinern. Dadurch ist es möglich, den Platzbedarf der Vorrichtungen zu verringern, das System oder die Vorrichtungen zu transportieren und die Bedienbarkeit der Geräte zu verbessern. Die Zahl der Komponenten, aus denen die Vorrichtung besteht, wird reduziert, und die Komponente selbst wird miniaturisiert, wodurch es möglich ist, die Herstellungskosten zu senken.According to the present invention, it is possible to miniaturize the device which detects light emitted from the light emitting dot array with high sensitivity and little crosstalk, and to reduce the overall size of various devices using the system. This makes it possible to reduce the space required by the devices, to transport the system or devices, and to improve the operability of the devices. The number of components composing the device is reduced and the component itself is miniaturized, making it possible to reduce the manufacturing cost.

Weitere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen gehen aus der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen hervor.Other problems, configurations and effects will be apparent from the description of the following embodiments.

FigurenlisteFigure list

  • [1] 1 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, in welcher Licht, das von einem lichtemittierenden Punkt emittiert wird, durch eine Kondensorlinse gebündelt wird, um einen Lichtstrahl zu ergeben.[ 1 ] 1 Fig. 13 is a schematic representation of a configuration in which light emitted from a light emitting point is converged by a condenser lens to give a light beam.
  • [2] 2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer optische Weglänge g von einer Kondensorlinse zu einem Sensor und einer relativen Detektionslichtmenge darstellt, wobei die Brennweite f der Kondensorlinse als Parameter verwendet wird.[ 2 ] 2 Fig. 13 is a diagram showing a relationship between an optical path length g from a condenser lens to a sensor and a relative amount of detection light using the focal length f of the condenser lens as a parameter.
  • [3] 3 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, in welcher Licht, das von zwei benachbarten lichtemittierenden Punkten emittiert wird, jeweils durch die Kondensorlinse gebündelt wird, um separate Lichtstrahlen zu ergeben.[ 3 ] 3 Fig. 13 is a schematic illustration of a configuration in which light emitted from two adjacent light emitting points is each converged by the condenser lens to give separate light beams.
  • [4] 4 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration, in welcher Licht, das von zwei benachbarten lichtemittierenden Punkten emittiert wird, jeweils durch die Kondensorlinse gebündelt wird, um einen gemischten Lichtstrahl zu ergeben.[ 4th ] 4th Fig. 13 is a schematic illustration of a configuration in which light emitted from two adjacent light emitting points is each converged by the condenser lens to give a mixed light beam.
  • [5] 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer optischen Weglänge g von der Kondensorlinse zum Sensor und der Brennweite f der Kondensorlinse darstellt, die die Bedingungen einer hohen Empfindlichkeit und eines geringen Übersprechens erfüllt.[ 5 ] 5 Fig. 13 is a diagram showing a relationship between an optical path length g from the condenser lens to the sensor and the focal length f of the condenser lens which satisfies the conditions of high sensitivity and low crosstalk.
  • [6] 6 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher Licht, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, wobei das gebündelte Licht parallel auf einen Farbsensor einfällt, um erkannt zu werden.[ 6th ] 6th Fig. 13 is a schematic diagram of a light-emitting detection device in which light emitted from a light-emitting dot array is converged by a condenser lens assembly, the converged light being incident in parallel on a color sensor to be detected.
  • [7] 7 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher Licht, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, die Lichtstrahlen mit einer dichroischen Anordnung parallel in verschiedene Wellenlängenbänder aufgeteilt werden und parallel auf einen Sensor einfallen.[ 7th ] 7th Fig. 13 is a schematic representation of a light-emitting detection device in which light emitted from a light-emitting dot array is each bundled by a condenser lens array, the light beams are split into different wavelength bands in parallel with a dichroic array and are incident on a sensor in parallel.
  • [8] 8 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher Licht, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, an den Lichtstrahlen mit einem Wellenlängendispersionselement eine parallele Wellenlängendispersion durchgeführt wird und mit einer Abbildungslinsenanordnung ein jeweiliges Bild erzeugt wird.[ 8th ] 8th Fig. 13 is a schematic representation of a light-emitting detection device in which light emitted from a light-emitting dot array is converged by a condenser lens array, parallel wavelength dispersion is performed on the light rays with a wavelength dispersion element, and a respective image is generated with an imaging lens array.
  • [9] 9 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher Licht, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, die Lichtstrahlen mit einem optischen Element parallel abgelenkt werden und parallel auf einen Sensor einfallen.[ 9 ] 9 Fig. 13 is a schematic representation of a light-emitting detection device in which light emitted from a light-emitting dot array is each converged by a condenser lens array, the light beams are deflected in parallel with an optical element and are incident on a sensor in parallel.
  • [10] 10 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher Licht, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, die Lichtstrahlen mit einer Lichtleitfaseranordnung parallel abgelenkt werden und die von der Lichtleitfaseranordnung emittierten Lichtstrahlen parallel auf einen Sensor einfallen.[ 10 ] 10 Fig. 13 is a schematic representation of a light-emitting detection device in which light emitted from a light-emitting point array is each bundled by a condenser lens array, the light beams are deflected in parallel with an optical fiber array, and the light beams emitted by the optical fiber array are incident in parallel on a sensor.
  • [11] 11 ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines DNA-Sequenzers mit Kapillaranordnung (Kapillar-Array) zeigt.[ 11 ] 11 Fig. 13 is a schematic diagram showing a configuration example of a capillary array DNA sequencer.
  • [12] 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer dichroischen Anordnung zeigt, in welcher Lichtstrahlen, die parallel auf die dichroische Anordnung einfallen, in einer vertikalen Richtung geteilt werden, und die das Ergebnis der Berechnung paralleler Lichtstrahlen mit maximaler teilbarer Breite zeigt.[ 12th ] 12th Fig. 13 is a diagram showing an example of dichroic arrangement in which light rays incident in parallel on the dichroic arrangement are split in a vertical direction, and showing the result of calculating parallel light rays of maximum divisible width.
  • [13] 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer dichroischen Anordnung zeigt, in welcher Lichtstrahlen, die vertikal auf die dichroische Anordnung einfallen, in der gleichen Richtung geteilt werden, und die das Ergebnis der Berechnung paralleler Lichtstrahlen mit maximaler teilbarer Breite zeigt.[ 13th ] 13th Fig. 13 is a diagram showing an example of a dichroic arrangement in which light rays incident vertically on the dichroic arrangement incident, divided in the same direction, and which shows the result of calculating parallel rays of light with maximum divisible width.
  • [14] 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer kompakt gemachten dichroischen Anordnung zeigt, in welcher Lichtstrahlen, die vertikal auf die dichroische Anordnung einfallen, in der gleichen Richtung geteilt werden, und die das Ergebnis der Berechnung paralleler Lichtstrahlen mit maximaler teilbarer Breite zeigt.[ 14th ] 14th Fig. 13 is a diagram showing an example of a compacted dichroic array in which light rays vertically incident on the dichroic array are split in the same direction, and showing the result of calculating parallel light rays with the maximum divisible width.
  • [15] 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer kompakt gemachten und stufenartig versetzten dichroischen Anordnung zeigt, in welcher Lichtstrahlen, die vertikal auf die dichroische Anordnung einfallen, in der gleichen Richtung geteilt werden, und die das Ergebnis der Berechnung paralleler Lichtstrahlen mit maximaler teilbarer Breite zeigt.[ 15th ] 15th Fig. 13 is a diagram showing an example of compacted and staggered dichroic array in which light rays vertically incident on the dichroic array are split in the same direction, and showing the result of calculating parallel light rays of maximum divisible width.
  • [16] 16 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines besten Ausführungsmodus der dichroischen Anordnung darstellt, der eine optische Weglänge verkürzt und eine Öffnungsweite vergrößert.[ 16 ] 16 Fig. 13 is a diagram showing a configuration of a best mode of embodiment of the dichroic array that shortens an optical path length and increases an opening width.
  • [17] 17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Dicke β eines dichroischen Spiegels und einem Abstand x der dichroischen Anordnung darstellt, wobei eine optische Weglänge einer dichroischen Anordnung Lmax oder weniger und eine Öffnungsweite Wmin oder mehr entspricht.[ 17th ] 17th Fig. 13 is a diagram showing the relationship between a thickness β of a dichroic mirror and a dichroic array pitch x, where an optical path length corresponds to a dichroic array L max or less and an opening width W min or more.
  • [18] 18 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Abstand x der dichroischen Anordnung, einer Öffnungsweite W und einer Änderung der optischen Weglänge ΔL darstellt.[ 18th ] 18th Fig. 13 is a diagram showing a relationship among a dichroic array distance x, an opening width W and a change in optical path length ΔL.
  • [19] 19 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem stufenartigen Versatz y und z einer dichroischen Anordnung und einer Öffnungsweite W darstellt.[ 19th ] 19th FIG. 13 is a diagram showing a relationship between the step-like displacements y and z of a dichroic arrangement and an opening width W. FIG.
  • [20] 20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer dichroischen Anordnung zeigt, in welcher Lichtstrahlen, die vertikal auf die dichroische Anordnung einfallen, in der gleichen Richtung geteilt werden, wobei ein dichroischer Spiegel der vertikalen Richtung gegenüber um mehr als 45° geneigt ist, und das ein Ergebnis der Berechnung eines parallelen Lichtstrahls mit maximaler teilbarer Breite darstellt.[ 20th ] 20th Fig. 13 is a diagram showing an example of a dichroic arrangement in which light rays vertically incident on the dichroic arrangement are split in the same direction with a dichroic mirror inclined more than 45 degrees from the vertical direction, and a Represents the result of the calculation of a parallel light beam with a maximum divisible width.
  • [21] 21 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Neigung θ0 eines dichroischen Spiegels und einer Öffnungsweite W einer dichroischen Anordnung darstellt.[ 21 ] 21 Fig. 13 is a diagram showing a relationship between an inclination θ 0 of a dichroic mirror and an opening width W of a dichroic array.
  • [22] 22 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher jeweils ein Teil des Lichts, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, durch eine Lochblendenanordnung durchgelassen wird, das durchgelassene Licht jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird und das Licht parallel auf einen Sensor einfällt.[ 22nd ] 22nd 13 is a schematic representation of a light-emitting detection device in which a portion of the light emitted by a light-emitting dot arrangement is transmitted through a pinhole arrangement, the transmitted light is in each case bundled by a condenser lens arrangement and the light is incident in parallel on a sensor.
  • [23] 23 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher jeweils ein Teil des Lichts, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, die in kleineren Abständen angeordnet ist als die Kondensorlinsenanordnung, durch eine Lochblendenanordnung durchgelassen wird, das durchgelassene Licht jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird und parallel auf einen Sensor einfällt.[ 23 ] 23 Fig. 13 is a schematic representation of a light-emitting detection device, in which a portion of the light emitted from a light-emitting dot array which is arranged at smaller intervals than the condenser lens array is transmitted through a pinhole arrangement, the transmitted light is bundled in each case by a condenser lens arrangement, and is incident on a sensor in parallel.
  • [24] 24 ist eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, in welcher jeweils ein Teil des Lichts, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, durch eine Lochblendenanordnung durchgelassen wird, das durchgelassene Licht jeweils durch eine Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, um Lichtstrahlen zu bilden, die Lichtstrahlen mit einer dichroischen Anordnung parallel in verschiedene Wellenlängenbänder aufgeteilt werden und parallel auf einen Sensor einfallen.[ 24 ] 24 Fig. 13 is a schematic representation of a light-emitting detection device, in which a portion of the light emitted from a light-emitting dot array is transmitted through a pinhole array, the transmitted light is each converged by a condenser lens array to form light rays, the light rays having a dichroic Arrangement can be divided into different wavelength bands in parallel and incident on a sensor in parallel.
  • [25] 25 ist eine schematische Darstellung der Abbildung eines lichtemittierenden Bereichs durch eine lichtemittierende Detektionsvorrichtung, die eine Lochblendenanordnung, eine Kondensorlinsenanordnung und einen Abtastmechanismus umfasst.[ 25th ] 25th Figure 3 is a schematic illustration of the imaging of a light emitting area by a light emitting detection device comprising a pinhole assembly, a condenser lens assembly, and a scanning mechanism.
  • [26] 26 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Vorrichtung zeigt, in welcher eine V-Nut-Anordnung mit einer Vielzahl von Kapillaren und eine einzelne Kondensorlinsenanordnung integriert sind.[ 26th ] 26th Fig. 13 is a schematic sectional view showing a configuration example of an apparatus in which a V-groove arrangement having a plurality of capillaries and a single condenser lens arrangement are integrated.
  • [27] 27 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Vorrichtung zeigt, in welcher eine V-Nut-Anordnung mit einer Vielzahl von Kapillaren, eine Lochblendenanordnung und eine einzelne Kondensorlinsenanordnung integriert sind.[ 27 ] 27 Fig. 13 is a schematic sectional view showing a configuration example of an apparatus in which a V-groove assembly having a plurality of capillaries, a pinhole assembly, and a single condenser lens assembly are integrated.
  • [28] 28 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer lichtundurchlässigen Vorrichtung, in welcher eine V-Nut-Anordnung mit einer Vielzahl von Kapillaren und eine Lochblendenanordnung integriert sind, in Verbindung mit einer Vorrichtung zeigt, in welcher eine einzelne Kondensorlinsenanordnung integriert ist.[ 28 ] 28 Fig. 13 is a schematic sectional view showing a configuration example of an opaque device in which a V-groove assembly having a plurality of capillaries and a pinhole assembly are integrated, in connection with a device in which a single condenser lens assembly is integrated.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine optische Achse eines optischen Systems enthält, das von einem lichtemittierenden Punkt 1 emittiertes Licht unter Verwendung einer Kondensorlinse 2 bündelt und durch einen in einem bestimmten Abstand zur Kondensorlinse angeordneten Sensor erkennt. In der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe „lichtemittierender Punkt“ und „emittiertes Licht“ häufig verwendet, was jedoch nicht unbedingt besagt, dass die Fluoreszenz, Phosphoreszenz usw. von der zu erkennenden Substanz selbst emittiert wird, sondern oft Streulicht ist, das vom Detektionsgegenstand erzeugt wird, wenn er mit Licht bestrahlt wird, oder Durchlicht, das vom Detektionsgegenstand durchgelassen wird, weshalb es zusammenfassend als vom lichtemittierenden Punkt emittiertes Licht bezeichnet wird. 1 Fig. 13 is a schematic sectional view including an optical axis of an optical system extending from a light emitting point 1 emitted light using a condenser lens 2 bundles and detects it by a sensor arranged at a certain distance from the condenser lens. In the present invention, the terms “light emitting point” and “emitted light” are used frequently, but this does not necessarily mean that the fluorescence, phosphorescence, etc. is emitted from the substance to be detected itself, but is often scattered light generated by the detection object will when it is irradiated with light, or transmitted light transmitted by the detection object, which is why it is collectively referred to as light emitted from the light emitting point.

„d“ wird als der Durchmesser des lichtemittierenden Punkts 1 definiert, „f“ als die Brennweite der Kondensorlinse 2, „D“ als der effektive Durchmesser der Kondensorlinse 2, „D“ als der Durchmesser eines Erkennungsbereichs des Sensors, und „g“ als der optische Abstand (optische Weglänge) zwischen der Kondensorlinse 2 und dem Sensor. Wenn der Abstand zwischen dem lichtemittierenden Punkt 1 und der Kondensorlinse 2 auf f eingestellt ist, d.h., wenn der Mittelpunkt des lichtemittierenden Punkts 1 in der Fokuslage der Kondensorlinse 2 liegt, bildet das Licht, das vom Mittelpunkt des lichtemittierenden Punkts 1 emittiert wird, durch die Kondensorlinse 2 einen parallelen Lichtstrahl 3, der einen Durchmesser D hat und sich in Richtung der optischen Achse ausbreitet. Im Sensor, der an einer Position angeordnet ist, der um den optische Weglänge g von der Kondensorlinse 2 entfernt ist, erzeugt der parallele Lichtstrahl 3 einen Lichtpunkt 4 mit einem Durchmesser D. 1 zeigt den lichtemittierenden Punkt 1 auf einer Unterseite des optischen Systems, in Richtung der optischen Achse gesehen, und den Lichtpunkt 4 sowie einen Lichtpunkt 5 (weiter unten beschrieben) auf dessen Oberseite, in Richtung der optischen Achse gesehen. Dagegen wird das Licht, das von einem linken Ende des lichtemittierenden Punkts 1 emittiert wird, durch die Kondensorlinse 2 in einen parallelen Lichtstrahl 3' umgewandelt, der einem Durchmesser D hat und sich in Richtung eines Winkels θ zur optischen Achse ausbreitet. Im Sensor erzeugt der parallele Lichtstrahl 3' den Lichtpunkt 5 mit einem Durchmesser D."D" is used as the diameter of the light emitting point 1 defines "f" as the focal length of the condenser lens 2 , "D" as the effective diameter of the condenser lens 2 , “D” as the diameter of a detection area of the sensor, and “g” as the optical distance (optical path length) between the condenser lens 2 and the sensor. When the distance between the light emitting point 1 and the condenser lens 2 is set to f, that is, when the center of the light emitting point 1 in the focal position of the condenser lens 2 forms the light emanating from the center of the light emitting point 1 is emitted through the condenser lens 2 a parallel beam of light 3 , which has a diameter D and spreads in the direction of the optical axis. In the sensor, which is arranged at a position which is the optical path length g from the condenser lens 2 is away, generates the parallel beam of light 3 a point of light 4th with a diameter D. 1 shows the light emitting point 1 on an underside of the optical system, seen in the direction of the optical axis, and the light point 4th as well as a point of light 5 (described below) on its upper side, seen in the direction of the optical axis. On the other hand, the light emitted from a left end of the light emitting point 1 is emitted through the condenser lens 2 into a parallel beam of light 3 ' which has a diameter D and propagates in the direction of an angle θ to the optical axis. The parallel light beam is generated in the sensor 3 ' the point of light 5 with a diameter D.

Die Lichtbündelungsleistung des Lichts, das vom Mittelpunkt des lichtemittierenden Punkts 1 emittiert wird, ist proportional zu 1/F2, wobei F eine Blendenzahl F der Kondensorlinse 2 bezeichnet. Wenn D konstant ist, ist die Lichtbündelungsleistung umso höher, je kleiner die Brennweite f ist, da F = f/D. Andererseits verschiebt sich der Lichtpunkt 5 des vom linken Ende des lichtemittierenden Punkts 1 emittierten Lichts vom Erkennungsbereich des Sensors nach rechts. Das heißt, der Lichtpunkt 4 wird vollständig erkannt, der Lichtpunkt 5 wird jedoch in einem Maß erkannt, in dem der Lichtpunkt 5 den Lichtpunkt 4 überlappt. Mit größer werdendem Überlappungsbereich nimmt die Menge des Lichts zu, das über den gesamten Bereich des lichtemittierenden Punkts hinweg zu erkennen ist. Aus diesem Grund ist der Winkel θ des parallelen Lichtstrahls 3' zur optischen Achse bevorzugt klein. Da θ = tan-1(d/2/f), ist es besser, wenn die Brennweite f klein ist, wenn d konstant ist. Wie oben beschrieben, ist es zur Erhöhung der Detektionslichtmenge des lichtemittieren-den Punkts 1 unter bestimmten Aspekten besser, wenn f klein ist, während es unter anderen Aspekten besser ist, wenn f groß ist. Obwohl zwischen diesen Aspekten ein Zielkonflikt besteht, wurde bisher noch keine Studien über den optimalen Bereich von f durchgeführt. Die Bedingungen von f und g zur Erhöhung der Detektionslichtmenge des lichtemittierenden Punkts 1 werden daher im Folgenden erläutert.The condensing power of light emitted from the center of the light emitting point 1 is proportional to 1 / F 2 , where F is a f-number F of the condenser lens 2 designated. If D is constant, the smaller the focal length f, the higher the light condensing power, since F = f / D. On the other hand, the point of light shifts 5 that of the left end of the light emitting point 1 emitted light from the detection area of the sensor to the right. That is, the point of light 4th is fully recognized, the point of light 5 however, it is recognized to the extent that the point of light 5 the point of light 4th overlaps. As the overlap area increases, the amount of light that can be seen over the entire area of the light emitting point increases. For this reason, the angle θ of the parallel light beam is 3 ' preferably small to the optical axis. Since θ = tan -1 (d / 2 / f), it is better if the focal length f is small when d is constant. As described above, it is to increase the amount of detection light from the light emitting point 1 under certain aspects better if f is small, while under other aspects it is better if f is large. Although there is a trade-off between these aspects, no studies on the optimal range of f have been performed. The conditions of f and g for increasing the amount of detection light from the light emitting point 1 are therefore explained below.

Zur Bewertung der Detektionslichtmenge wird die in 3 der PTL 1 dargestellte Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung als Referenz genommen. In einer typischen Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung ist die Brennweite f1 einer gemeinsamen Kondensorlinse f1 = 50 mm, und der effektive Durchmesser D1 ist D1 ≤ 25 mm. Die Blendenzahl F der Linse ist F = f1/D1 ≤ 2,0. Wenn bei Verwendung einer Kondensorlinse mit F0=2,0 Licht, das von einem lichtemittierenden Punkt unendlich kleiner Größe emittiert und an einem Brennpunkt der Linse fokussiert wird, von der Linse in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt wird und der parallele Lichtstrahl vom Sensor verlustfrei erkannt wird, wird eine Detektionslichtmenge dabei als Bezugswert (100 %) genommen. Im Folgenden wird die Detektionslichtmenge für jeden lichtemittierenden Punkt unendlich kleiner Größe durch eine relative Detektionslichtmenge relativ zum Bezugswert bewertet. Es wird angenommen, dass der lichtemittierende Punkt, der eine endlich kleine Größe mit einem mittleren effektiven Durchmesser d hat, aus einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten besteht, die jeweils eine unendlich kleine Größe haben. In der vorliegenden Patentschrift wird ein „lichtemittierender Punkt mit endlich kleiner Größe“ einfach als „lichtemittierender Punkt“ bezeichnet, und ein „lichtemittierende Punkt mit unendlich kleiner Größe“ wird stets als „lichtemittierender Punkt mit unendlich kleiner Größe“ bezeichnet. Die relative Detektionslichtmenge des lichtemittierenden Punkts ist als Mittelwert der relativen Detektionslichtmengen einer großen Zahl von lichtemittierenden Punkten mit unendlich kleiner Größe festgelegt, aus denen der lichtemittierende Punkt besteht. Im obigen Beispiel wird die Lichtbündelungsleistung zum Beispiel (F0/F)2=2,0 Mal erhöht, wenn die Kondensorlinse durch eine mit F= 1,4 ersetzt wird, und daher entspricht die Detektionslichtmenge des lichtemittierenden Punkts mit unendlich kleiner Größe 200 %. Hier wird angenommen, dass die Gesamtlichtmenge, die vom lichtemittierenden Punkt in alle Richtungen emittiert wird, konstant ist, und dass die Leuchtdichte im Inneren des lichtemittierenden Punkts räumlich einheitlich ist. Im vorliegenden Beispiel einer typischen Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung ist der Abstand zwischen den lichtemittierenden Punkten der lichtemittierenden Punkteanordnung p=0,36 mm, die Anzahl der lichtemittierenden Punkte M=24, und die Gesamtbreite der lichtemittierenden Punkteanordnung AW=p*(M-1)-8,28 mm. Da der lichtemittierende Punkt in der Mitte der lichtemittierenden Punkteanordnung in der Nähe des Brennpunkts der Linse liegt, beträgt die relative Detektionslichtmenge des lichtemittierenden Punkts nahezu 100 %. Und da der lichtemittierende Punkt an beiden Enden der lichtemittierenden Punkteanordnung vom Brennpunkt der Linse entfernt liegt, nimmt die relative Detektionslichtmenge des lichtemittierenden Punkts auf ca. 50 % ab. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die relative Detektionslichtmenge jedes lichtemittierenden Punkts auf mehr als 50 % zu erhöhen, sodass die Detektionsempfindlichkeit jedes lichtemittierenden Punkts mindestens der des Stands der Technik entspricht.The in 3 the fluorescence detection device shown in PTL 1 is taken as a reference. In a typical fluorescence detection device, the focal length f1 of a common condenser lens is f1 = 50 mm, and the effective diameter D1 is D1 25 mm. The f-number F of the lens is F = f1 / D1 2.0. If, when using a condenser lens with F 0 = 2.0, light emitted from a light-emitting point of infinitely small size and focused at a focal point of the lens is converted by the lens into a parallel light beam and the parallel light beam is detected by the sensor without loss , an amount of detection light is taken as a reference value (100%). In the following, the amount of detection light for each light-emitting point of infinitely small size is evaluated by a relative amount of detection light relative to the reference value. It is assumed that the light-emitting point, which has a finitely small size with a mean effective diameter d, is composed of a plurality of light-emitting points each having an infinitely small size. In this patent specification, a “light-emitting point of finitely small size” is simply referred to as a “light-emitting point”, and a “light-emitting point of infinitely small size” is always referred to as “light-emitting point of infinitely small size”. The relative detection light amount of the light emitting point is set as an average of the relative detection light amounts of a large number of light emitting points of infinitely small size that make up the light emitting point. In the above example, for example, the light condensing power is increased (F 0 / F) 2 = 2.0 times when the condenser lens is replaced with one with F = 1.4, and therefore the detection light amount of the light emitting point of infinitely small size is 200% . Here, it is assumed that the total amount of light emitted in all directions from the light-emitting point is constant, and that the luminance inside the light-emitting point is spatially uniform. In the present example of a typical fluorescence detection device, the distance between the light-emitting points of the light-emitting point arrangement is p = 0.36 mm, the number of light-emitting points M = 24, and the total width of the light-emitting point arrangement AW = p * (M-1) - 8.28 mm. Since the light-emitting point is located in the center of the light-emitting point array near the focal point of the lens, the relative amount of detection light from the light-emitting point is almost 100%. And there the light emitting point at both ends of the light emitting point array is away from the focal point of the lens, the relative amount of detection light from the light emitting point decreases to about 50%. The present invention aims to increase the relative detection light amount of each light emitting point to more than 50% so that the detection sensitivity of each light emitting point is at least as high as that of the prior art.

2 ist ein Diagramm, das die Berechnungsergebnisse einer Beziehung zwischen g und einer relativen Detektionslichtmenge veranschaulicht, wobei in der in 1 dargestellten Konfiguration f als Parameter verwendet wird. Hier ist der mittlere effektive Durchmesser des lichtemittierenden Punkts 1 auf d=0,05 mm eingestellt. Der effektive Durchmesser der einzelnen Kondensorlinse 2 wurde auf D=0,5 mm eingestellt. Die relative Detektionslichtmenge wurde unter Berücksichtigung der Helligkeit der Linse F = f/0,05 berechnet. Der lichtemittierende Punkt 1 mit dem effektiven Durchmesser d=0,05 mm setzt sich aus etwa 500 lichtemittierenden Punkten unendlich kleiner Größe zusammen, die in Abständen von 0,1 µm angeordnet sind, und die relative Detektionslichtmenge für jeden lichtemittierenden Punkt mit unendlich kleiner Größe wird wie in 1 auf der Basis des Überlappungsflächenverhältnisses des Lichtpunkts 4 und des Lichtpunkts 5 berechnet. Die relative Detektionslichtmenge des lichtemittierenden Punkts 1 ergibt sich durch Mittelung der relativen Detektionslichtmengen aller lichtemittierenden Punkte unendlich kleiner Größe. Als Ergebnis wurde, wie in 2 dargestellt, zunächst herausgefunden, dass die relative Detektionslichtmenge umso größer ist, je kleiner f oder je kleiner g ist. Dies deutet darauf hin, dass die Wirkung der Verkleinerung von f zur Erhöhung der relativen Detektionslichtmenge eines lichtemittierenden Punkts unendlich kleiner Größe, der im Zentrum des lichtemittierenden Punkts 1 liegt, größer ist als die Wirkung der Vergrößerung von f zur Erhöhung des Überlappungsflächenverhältnisses. Dies deutet auch darauf hin, dass die Wirkung der Verkleinerung von g zur Erhöhung des Überlappungsflächenverhältnisses bei jedem Brennpunkt f groß ist. 2 FIG. 13 is a diagram illustrating the calculation results of a relationship between g and a relative detection light amount, wherein in FIG 1 configuration f shown is used as a parameter. Here is the mean effective diameter of the light emitting point 1 set to d = 0.05 mm. The effective diameter of each condenser lens 2 was set to D = 0.5 mm. The relative amount of detection light was calculated taking into account the brightness of the lens F = f / 0.05. The light emitting point 1 with the effective diameter d = 0.05 mm is composed of about 500 light-emitting points of infinitely small size arranged at intervals of 0.1 µm, and the relative amount of detection light for each light-emitting point of infinitely small size becomes as in FIG 1 based on the overlap area ratio of the light spot 4th and the point of light 5 calculated. The relative amount of detected light from the light emitting point 1 is obtained by averaging the relative amounts of detection light of all light-emitting points of infinitely small size. As a result, as in 2 first found out that the relative detection light quantity is greater, the smaller f or the smaller g. This suggests that the effect of decreasing f is to increase the relative amount of detection light from a light-emitting point of infinitely small size, that at the center of the light-emitting point 1 is greater than the effect of increasing f to increase the overlap area ratio. This also suggests that the effect of decreasing g to increase the overlap area ratio at each focal point f is large.

In 1 und 2 ist das Zentrum des lichtemittierenden Punkts 1 am Brennpunkt der Kondensorlinse 2 angeordnet, und das Licht wird in einem parallelen Lichtstrahl emittiert. Die vorliegende Erfindung funktioniert auch unter diesen Bedingungen zufriedenstellend, wie jedoch im Folgenden im Detail beschrieben, hat sich herausgestellt, dass eine bessere Bedingung, um eine hohe Empfindlichkeit mit einem geringen Übersprechen zu vereinbaren, ist, wenn das Zentrum des lichtemittierenden Punkts 1 leicht vom Brennpunkt der Kondensorlinse 2 versetzt ist und das emittierte Licht in einen leicht eingeschränkten Lichtstrahl 6 umgewandelt wird. Das heißt, als optimale Bedingung hat sich erwiesen, wenn das Bild des lichtemittierenden Punkts 1 an der Sensorposition, das heißt, an einer Position der optischen Weglänge g von der Kondensorlinse 2 abgebildet wird, da der Durchmesser des lichtemittierenden Punkts 1 minimiert werden kann.In 1 and 2 is the center of the light emitting point 1 at the focal point of the condenser lens 2 arranged, and the light is emitted in a parallel beam of light. The present invention also functions satisfactorily under these conditions, but as will be described in detail below, it has been found that a better condition for reconciling high sensitivity with low crosstalk is when the center of the light-emitting point 1 slightly from the focal point of the condenser lens 2 is offset and the emitted light is converted into a slightly restricted light beam 6. That is, the optimum condition has been found to be when the image of the light emitting point 1 at the sensor position, that is, at a position of the optical path length g from the condenser lens 2 is mapped as the diameter of the light emitting point 1 can be minimized.

3 ist eine Schnittansicht mit der optischen Achse des optischen Systems, das mit den einzelnen Kondensorlinsen 2 jeweils Licht bündelt, das von zwei benachbarten lichtemittierenden Punkten 1 emittiert wird, und jeweils an der Sensorposition Bilder 7 erhält, die Bilder der lichtemittierenden Punkte 1 sind. In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „Bild des lichtemittierenden Punkts“ nicht unbedingt ein Bild, auf welches das vom lichtemittierenden Punkt emittierte Licht fokussiert wird, sondern allgemein einen Querschnitt an einer bestimmten Position eines Lichtstrahls des vom lichtemittierenden Punkt emittierten und gebündelten Lichts. Der Durchmesser des lichtemittierenden Punkts 1 ist als „d“ definiert, die Brennweite der Kondensorlinse 2 als „f“, der effektive Durchmesser der Kondensorlinse 2 ist als „D“, der Abstand zwischen den lichtemittierenden Punkten 1 und ein Abstand zwischen den Kondensorlinsen 2 als „p“, der Durchmesser des Erkennungsbereichs des Sensors als „D“, der optische Abstand (optische Weglänge) zwischen den Kondensorlinsen 2 und dem Sensor als „g“, und der Durchmesser des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts an der Sensorposition als „d‟. Wenn der Abstand zwischen dem lichtemittierenden Punkt 1 und der Kondensorlinse 2 eingestellt ist und das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht durch die Kondensorlinse 2 auf die Sensorposition fokussiert wird, ist der Durchmesser d' des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts minimiert. 3 Fig. 3 is a sectional view with the optical axis of the optical system that includes each condenser lens 2 each bundles light from two adjacent light-emitting points 1 is emitted, and in each case images at the sensor position 7th receives the images of the light emitting points 1 are. In the present invention, the term "image of the light emitting point" does not necessarily mean an image on which the light emitted from the light emitting point is focused, but generally a cross section at a certain position of a light beam of the light emitted and converged from the light emitting point. The diameter of the light emitting point 1 is defined as "d", the focal length of the condenser lens 2 as "f", the effective diameter of the condenser lens 2 is as "D", the distance between the light emitting points 1 and a distance between the condenser lenses 2 as “p”, the diameter of the detection area of the sensor as “D”, the optical distance (optical path length) between the condenser lenses 2 and the sensor as "g", and the diameter of the image 7th of the light emitting point at the sensor position as "d". When the distance between the light emitting point 1 and the condenser lens 2 is set and that from the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 focused on the sensor position is the diameter d 'of the image 7th of the light emitting point is minimized.

Da die Bildvergrößerung wie folgt ausgedrückt wird: M = ( g f ) / f ,

Figure DE112016007594B3_0002
ist der Durchmesser d' des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts dabei wie folgt: D ' m * d = ( g f ) / f * d
Figure DE112016007594B3_0003
Since the image magnification is expressed as follows: M. = ( G - f ) / f ,
Figure DE112016007594B3_0002
is the diameter d 'of the image 7th of the light-emitting point as follows: D. ' m * d = ( G - f ) / f * d
Figure DE112016007594B3_0003

Hier drückt Gleichung (2) ein Gleichheitszeichen aus, wenn das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht durch die Kondensorlinse 2 an der Sensorposition fokussiert wird, und andernfalls drückt sie ein Ungleichheitszeichen aus. 3 stellt den lichtemittierenden Punkt 1 auf einer Unterseite des optischen Systems dar, in Richtung der optischen Achse gesehen, und das Bild 7 des lichtemittierenden Punkts auf seiner Oberseite, in Richtung der optischen Achse gesehen. Die vorliegende Erfindung funktioniert zufriedenstellend, wenn g ≥ 2*f, das heißt, wenn m ≥ 1. Bevorzugt wird eine gute Bedingung erhalten, wenn m ≥ 5 oder m ≥ 10. Dies deshalb, wie aus 2 zu ersehen, weil es notwendig ist, die Brennweite „f“ auf die mm-Ebene zu reduzieren, um die relative Detektionslichtmenge zu erhöhen, es aber physikalisch schwierig ist, die optische Weglänge „g“ so sehr zu reduzieren.Here, equation (2) expresses an equal sign when that from the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 is focused at the sensor position, otherwise it expresses an inequality sign. 3 represents the light emitting point 1 on a bottom of the optical System, seen in the direction of the optical axis, and the image 7th of the light emitting point on its upper side, viewed in the direction of the optical axis. The present invention works satisfactorily when g 2 * f, that is, when m 1. Preferably, a good condition is obtained when m 5 or m 10. Therefore, as shown in FIG 2 seen because it is necessary to reduce the focal length “f” to the mm plane in order to increase the relative amount of detection light, but it is physically difficult to reduce the optical path length “g” so much.

In jeder der Zeichnungen dieser Patentschrift sind der lichtemittierenden Punkt 1 und das Bild 7 des lichtemittierenden Punkts jeweils kreisförmig dargestellt, sie können aber in Wirklichkeit andere Formen haben, ohne auf die Kreisform eingeschränkt zu sein. Allgemeinen sind der Durchmesser d des lichtemittierenden Punkts 1 und der Durchmesser d' des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts jeweils Breiten in einer Anordnungsrichtung des lichtemittierenden Punkts 1 und des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts. Ferner können, wie weiter unten beschrieben, in einer selben lichtemittierenden Detektionsvorrichtung mehrere optische Abstände (optische Weglängen) zwischen der Kondensorlinse 2 und dem Sensor vorhanden sein. In diesem Fall können die obigen Gleichungen (1) und (2) und die folgenden Gleichungen (3) bis (18) aufgestellt werden, wenn angenommen wird, dass der optische Abstand zwischen der Kondensorlinse 2 und dem Sensor allgemein auf eine optische Weglänge „s“ eingestellt ist und der Maximalwert von s auf die optische Weglänge g eingestellt ist. Der Grund dafür wird im Folgenden beschrieben. Wenn der optische Abstand zwischen der Kondensorlinse 2 und dem Sensor durch eine Variable s dargestellt wird, gilt 0 ≤ s ≤ g, wobei g der Maximalwert ist. Dabei ist der Durchmesser d'(s) des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts bei jeder Variablen s kleiner als das größere von d'(s=0)=D und d'(s=g)=d'. Das heißt, wenn D ≥ d', d'(s) ≤ D; und wenn D ≤ d', d'(s) ≤ d'. Im ersten Fall tritt kein Übersprechen auf, und wenn im zweiten Fall das Kriterium des Übersprechens mit s = g erfüllt ist, bedeutet dies, dass das gleiche Kriterium selbst erfüllt werden kann, wenn 0 ≤ s ≤ g. Andererseits ist die relative Detektionslichtmenge unabhängig von der optischen Weglänge „s“ konstant.In each of the drawings of this specification are the light emitting point 1 and the picture 7th of the light-emitting point are each shown as circular, but they can actually have other shapes without being limited to the circular shape. Generally, d is the diameter of the light emitting point 1 and the diameter d 'of the image 7th of the light emitting point are widths in a direction of arranging the light emitting point, respectively 1 and the picture 7th of the light emitting point. Furthermore, as described further below, a plurality of optical distances (optical path lengths) between the condenser lens can be used in the same light-emitting detection device 2 and the sensor. In this case, the above equations (1) and (2) and the following equations (3) to (18) can be established assuming that the optical distance between the condenser lens 2 and the sensor is generally set to an optical path length "s" and the maximum value of s is set to the optical path length g. The reason for this is described below. When the optical distance between the condenser lens 2 and is represented to the sensor by a variable s, then 0 ≤ s ≤ g, where g is the maximum value. Where is the diameter d '(s) of the image 7th of the light emitting point for each variable s is smaller than the larger of d '(s = 0) = D and d' (s = g) = d '. That is, if D ≥ d ', d' (s) ≤ D; and if D ≤ d ', d' (s) ≤ d '. In the first case, no crosstalk occurs, and if in the second case the criterion of crosstalk is met with s = g, this means that the same criterion itself can be met if 0 s g. On the other hand, the relative amount of detected light is constant regardless of the optical path length "s".

In der Beschreibung hat die Kondensorlinse 2 im Wesentlichen eine Kreisform mit einem effektiven Durchmesser D als Durchmesser, was aber nicht notwendig ist. Allgemein gibt der effektive Durchmesser D der Kondensorlinse 2 die Anordnungsrichtung des lichtemittierenden Punkts 1 und eine Breite der Kondensorlinse 2 in der Anordnungsrichtung an, und eine Breite in einer Richtung orthogonal zur Anordnungsrichtung ist nicht darauf beschränkt. Die Kondensorlinse 2 kann kreisförmig, elliptisch, quadratisch, rechteckig oder anders geformt sein. In der obigen Erläuterung kann der Durchmesser d'(s=0)=D des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts als ein Durchmesser in der Anordnungsrichtung des lichtemittierenden Punkts 1 und der Anordnungsrichtung der Kondensorlinse 2 betrachtet werden. Der Durchmesser des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts in der Richtung orthogonal zur Anordnungsrichtung trägt unabhängig davon, wie groß er ist, nicht zum Übersprechen bei. Wenn g groß genug ist, ist d'(s=g)=d' für D irrelevant. Daher werden die Bedingungen der folgenden Gleichungen (13) bis (18) bezüglich des Übersprechens unabhängig von der Breite der Kondensorlinse 2 in der Richtung orthogonal zur Anordnungsrichtung festgelegt. Wenn die Breite der Kondensorlinse 2 in der Richtung orthogonal zur Anordnungsrichtung größer ist als der effektive Durchmesser D, kann die Blendenzahl F dagegen kleiner als F=f/D sein, das heißt, die Lichtbündelungsleistung kann erhöht werden. In diesem Fall können die Bedingungen der folgenden Gleichungen (3) bis (12) bezüglich der Empfindlichkeit eine noch höhere relative Detektionslichtmenge und Empfindlichkeit ergeben.In the description, the condenser lens has 2 essentially a circular shape with an effective diameter D as the diameter, but this is not necessary. In general, there is the effective diameter D of the condenser lens 2 the arrangement direction of the light emitting point 1 and a width of the condenser lens 2 in the arrangement direction, and a width in a direction orthogonal to the arrangement direction is not limited to this. The condenser lens 2 can be circular, elliptical, square, rectangular, or otherwise shaped. In the above explanation, the diameter d '(s = 0) = D of the image 7th of the light emitting point as a diameter in the arranging direction of the light emitting point 1 and the arrangement direction of the condenser lens 2 to be viewed as. The diameter of the image 7th of the light emitting point in the direction orthogonal to the arrangement direction does not contribute to crosstalk regardless of how large it is. If g is large enough, d '(s = g) = d' is irrelevant to D. Therefore, the crosstalk conditions of the following equations (13) to (18) become independent of the width of the condenser lens 2 set in the direction orthogonal to the arrangement direction. When the width of the condenser lens 2 in the direction orthogonal to the arrangement direction is larger than the effective diameter D, on the other hand, the f-number F can be smaller than F = f / D, that is, the light condensing power can be increased. In this case, the conditions of the following equations (3) to (12) in terms of sensitivity can give an even higher relative detection light amount and sensitivity.

Zunächst werden die Bedingungen für den Erhalt einer hohen Empfindlichkeit betrachtet. Die Lichtbündelungsleistung des vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierten Lichts durch die Kondensorlinse 2 kann durch die Blendenzahl F der Kondensorlinse 2 und F=f/D ausgedrückt werden. Um die relative Detektionslichtmenge von 50 % oder mehr zu erreichen, kann es notwendig sein, F ≤ 2,8 einzustellen, das heißt, f ≤ 2.8*D. Andererseits erfüllt die folgende Gleichung die Bedingung, dass die relative Detektionslichtmenge 50 % oder mehr beträgt, da es notwendig ist, p ≥ D einzustellen, um die Kondensorlinsenanordnung zu konfigurieren. F 2,8 * p

Figure DE112016007594B3_0004
First, the conditions for obtaining high sensitivity will be considered. The light condensing power of the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 can be determined by the f-number F of the condenser lens 2 and F = f / D can be expressed. In order to achieve the relative detection light amount of 50% or more, it may be necessary to set F 2.8, that is, f 2.8 * D. On the other hand, the following equation satisfies the condition that the relative amount of detection light is 50% or more because it is necessary to set p D in order to configure the condenser lens assembly. F. 2.8 * p
Figure DE112016007594B3_0004

Dementsprechend wird die relative Detektionslichtmenge unter den Bedingungen F ≤ 2,0, 1,4, 1,0 und 0,7, das heißt, den folgenden Gleichungen (4), (5), (6) und (7), auf 100 % oder mehr, 200 % oder mehr, 400 % oder mehr und 800 % oder mehr eingestellt. F 2,0 * p

Figure DE112016007594B3_0005
F 1,4 * p
Figure DE112016007594B3_0006
F 1,0 * p
Figure DE112016007594B3_0007
F 0,7 * p
Figure DE112016007594B3_0008
Accordingly, the relative detection light amount becomes 100 under the conditions of F 2.0, 1.4, 1.0 and 0.7, that is, the following equations (4), (5), (6) and (7) % or more, 200% or more, 400% or more, and 800% or more. F. 2.0 * p
Figure DE112016007594B3_0005
F. 1.4 * p
Figure DE112016007594B3_0006
F. 1.0 * p
Figure DE112016007594B3_0007
F. 0.7 * p
Figure DE112016007594B3_0008

Die obigen Gleichungen (3) bis (7) sind erfüllt, wenn der Abstand zwischen dem lichtemittierenden Punkt 1 und der Kondensorlinse 2 durch f genähert werden kann, kann aber wie folgt genauer ausgedrückt werden. Da f2/(g-f)+f der Abstand zwischen dem lichtemittierenden Punkt 1 und der Kondensorlinse 2 ist, wenn das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht durch die Kondensorlinse 2 auf die optische Weglänge g fokussiert wird, kann die effektive Blendenzahl F der Kondensorlinse 2 als F'=(f2/(g-f)+f)/D ausgedrückt werden. Dementsprechend wird die relative Detektionslichtmenge unter den genauen Bedingungen der folgenden Gleichungen (8), (9), (10), (11), und (12) auf 50 %, 100 % oder mehr, 200 % oder mehr, 400 % oder mehr und 800 % oder mehr eingestellt. F ( 1 / ( 2,8 * p ) + 1 / g ) 1

Figure DE112016007594B3_0009
F ( 1 / ( 2,0 * p ) + 1 / g ) 1
Figure DE112016007594B3_0010
F ( 1 / ( 1,4 * p ) + 1 / g ) 1
Figure DE112016007594B3_0011
F ( 1 / ( 1,0 * p ) + 1 / g ) 1
Figure DE112016007594B3_0012
F ( 1 / ( 0,7 * p ) + 1 / g ) 1
Figure DE112016007594B3_0013
The above equations (3) to (7) are satisfied when the distance between the light emitting point 1 and the condenser lens 2 can be approximated by f, but can be expressed more precisely as follows. Since f2 / (gf) + f is the distance between the light emitting point 1 and the condenser lens 2 is if that from the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 is focused on the optical path length g, the effective f-number F of the condenser lens 2 can be expressed as F '= (f2 / (gf) + f) / D. Accordingly, under the precise conditions of the following equations (8), (9), (10), (11), and (12), the relative detection light amount becomes 50%, 100% or more, 200% or more, 400% or more and set 800% or more. F. ( 1 / ( 2.8 * p ) + 1 / G ) - 1
Figure DE112016007594B3_0009
F. ( 1 / ( 2.0 * p ) + 1 / G ) - 1
Figure DE112016007594B3_0010
F. ( 1 / ( 1.4 * p ) + 1 / G ) - 1
Figure DE112016007594B3_0011
F. ( 1 / ( 1.0 * p ) + 1 / G ) - 1
Figure DE112016007594B3_0012
F. ( 1 / ( 0.7 * p ) + 1 / G ) - 1
Figure DE112016007594B3_0013

Als nächstes werden Bedingungen für den Erhalt eines geringen Übersprechens betrachtet. Wenn die Bilder 7 der benachbarten lichtemittierenden Punkte 1 sich nicht gegenseitig überlappen, wie in 3 dargestellt, liegt kein Übersprechen vor. Wenn die Bilder 7 benachbarter lichtemittierender Punkte 1 sich jedoch wie in 4 gezeigt überlappen, tritt ein Übersprechen auf. Nachstehend wird das Übersprechen durch ein Verhältnis X der Überlappungsfläche des Bilds 7 benachbarter lichtemittierender Punkte zur Fläche des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts in 4 ausgedrückt. Das Übersprechen wird unter den folgenden Bedingungen auf X oder weniger eingestellt: X = 1 / * ( cos 1 ( V 2 / 2 1 ) sin ( cos 1 ( V 2 / 2 1 ) ) )

Figure DE112016007594B3_0014
V 12 * p/d'
Figure DE112016007594B3_0015
Conditions for obtaining low crosstalk will next be considered. If the pictures 7th of the neighboring light emitting points 1 do not overlap each other, as in 3 shown, there is no crosstalk. If the pictures 7th adjacent light emitting points 1 however, as in 4th overlap as shown, crosstalk occurs. In the following, the crosstalk is represented by a ratio X of the overlapping area of the image 7th adjacent light emitting points to the surface of the image 7th of the light emitting point in 4th expressed. The crosstalk is set to X or less under the following conditions: X = 1 / * ( cos - 1 ( V 2 / 2 - 1 ) - sin ( cos - 1 ( V 2 / 2 - 1 ) ) )
Figure DE112016007594B3_0014
V 12th * p / d '
Figure DE112016007594B3_0015

Wenn Gleichung (14) anhand von Gleichung (2) umgewandelt wird, kann sie wie folgt ausgedrückt werden: F 1/ ( ( 2 * p ) / ( V * d ) + 1 ) * g

Figure DE112016007594B3_0016
When equation (14) is converted from equation (2), it can be expressed as follows: F. 1/ ( ( 2 * p ) / ( V * d ) + 1 ) * G
Figure DE112016007594B3_0016

Um die Erkennung des Lichts durchzuführen, das vom zu erkennenden lichtemittierenden Punkt 1 emittiert wird, ohne durch Licht beeinflusst zu werden, dass von den beiderseits benachbarten lichtemittierenden Punkten 1 emittiert wird, muss der Abstand zwischen den zwei Bildern 7 des lichtemittierenden Punkts in 4 mindestens größer sein als der Radius (oder die Hälfte des Durchmessers) des Bilds des lichtemittierenden Punkts. Wenn Gleichung (13) und (14) X = 0,39 (39%) und V = 1 ergeben, kann Gleichung (15) wie folgt ausgedrückt werden: F 1/ ( 2 * p / d + 1 ) * g

Figure DE112016007594B3_0017
To perform the detection of the light, that from the light emitting point to be detected 1 is emitted without being influenced by light that from the light-emitting points adjacent on both sides 1 must be the distance between the two images 7th of the light emitting point in 4th be at least greater than the radius (or half the diameter) of the image of the light emitting point. When equations (13) and (14) give X = 0.39 (39%) and V = 1, equation (15) can be expressed as follows: F. 1/ ( 2 * p / d + 1 ) * G
Figure DE112016007594B3_0017

Um das von einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten 1 emittierte Licht effektiver und unabhängiger zu erkennen, ist es wünschenswert, das Gesamtverhältnis des Übersprechens von beiden Seiten auf 50 % oder weniger einzustellen. Wenn die Gleichungen (13) und (14) X = 0,25 (25 %) und V = 1,27 ergeben, kann die Gleichung (15) zu diesem Zweck wie folgt ausgedrückt werden: F 1 / ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * g

Figure DE112016007594B3_0018
To that of a multitude of light emitting points 1 To detect emitted light more effectively and independently, it is desirable to set the total crosstalk ratio from both sides to 50% or less. For this purpose, if equations (13) and (14) give X = 0.25 (25%) and V = 1.27, equation (15) can be expressed as follows: F. 1 / ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * G
Figure DE112016007594B3_0018

Bevorzugt wird das Übersprechen auf 0 % eingestellt. Wenn die Gleichungen (13) und (14) X = 0 (0 %) und V = 2 ergeben, kann die Gleichung (15) zu diesem Zweck wie folgt ausgedrückt werden: F 1 / ( p / d + 1 ) * g

Figure DE112016007594B3_0019
The crosstalk is preferably set to 0%. For this purpose, when equations (13) and (14) give X = 0 (0%) and V = 2, equation (15) can be expressed as follows: F. 1 / ( p / d + 1 ) * G
Figure DE112016007594B3_0019

Wie oben beschrieben, ist es möglich, eine gewünschte relative Detektionslichtmenge und Empfindlichkeit zu erhalten, indem g und f so gewählt werden, dass für das gegebene p und d eine der Gleichungen (3) bis (12) erfüllt wird. Andererseits ist es möglich, ein gewünschtes Übersprechen zu erhalten, indem g und f so gewählt werden, dass für das gegebene p und d eine der Gleichungen (16) bis (18) erfüllt wird. Das heißt, es ist möglich, sowohl die relative Detektionslichtmenge als auch das Übersprechen, die miteinander im Zielkonflikt stehen, auf dem gewünschten Niveau zu erhalten, indem g und f so gewählt werden, dass eine der Gleichungen (3) bis (12) und eine der Gleichungen (16) bis (18) erfüllt werden.As described above, it is possible to obtain a desired relative detection light amount and sensitivity by selecting g and f such that one of equations (3) to (12) is satisfied for given p and d. On the other hand, it is possible to obtain a desired crosstalk by choosing g and f such that one of the equations (16) to (18) is satisfied for the given p and d. That is, it is possible to maintain both the relative detection light amount and the crosstalk, which are in conflict with each other, at the desired level by selecting g and f such that one of equations (3) to (12) and one of equations (16) to (18) are satisfied.

5 stellt die Gleichungen (3) bis (12) und (16) bis (18) mit einer horizontalen Achse g und einer vertikalen Achse f für den Fall p = 1 mm und d = 0,05 mm als typisches Beispiel dar. Die an den Kurven oder Geraden dargestellten Zahlen geben Grenzlinien der entsprechenden Gleichungen an, ein Symbol ↓(Pfeil nach unten) gibt einen Bereich unterhalb der Grenzlinie an, und ein Symbol ↑ (Pfeil nach oben) gibt einen Bereich oberhalb der Grenzlinie an. Um zum Beispiel zu erreichen, dass die Gleichung (3) die Bedingung erfüllt, dass die relative Detektionslichtmenge 50 % oder mehr beträgt, können g und f im Bereich unterhalb der Geraden ↓(3) in 5 liegen. Um dagegen zu erreichen, dass Gleichung (17) die Bedingung erfüllt, dass das Übersprechen 25 % oder weniger beträgt, können g und f im Bereich oberhalb der Geraden ↑(17) in 5 liegen. Das heißt, um die relative Detektionslichtmenge auf 50 % oder mehr und das Übersprechen auf 25 % oder weniger einzustellen, dürfen g und f im Bereich unterhalb der Geraden ↓(3) in 5 und im Bereich oberhalb der Geraden ↑(17) in 5 liegen. 5 represents the equations (3) to (12) and (16) to (18) with a horizontal axis g and a vertical axis f for the case p = 1 mm and d = 0.05 mm as a typical example Numbers shown in curves or straight lines indicate boundary lines of the corresponding equations, a symbol ↓ (arrow downward) indicates an area below the boundary line, and a symbol ↑ (arrow upward) indicates an area above the boundary line. For example, in order to make the equation (3) satisfy the condition that the relative detection light amount is 50% or more, g and f can be set in the range below the straight line ↓ (3) in 5 lie. On the other hand, in order to ensure that equation (17) fulfills the condition that the crosstalk is 25% or less, g and f can be used in the area above the straight line ↑ (17) in 5 lie. That is, in order to set the relative detection light amount to 50% or more and the crosstalk to 25% or less, g and f are allowed in the area below the straight line ↓ (3) in 5 and in the area above the straight line ↑ (17) in 5 lie.

Wie aus den Größenordnungen von g und f hervorgeht, ist die lichtemittierende Detektionsvorrichtung mit den in 5 dargestellten g und f dadurch gekennzeichnet, dass durch eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen nicht nur die Leistung erhöht, sondern auch die Größe der Vorrichtung im Vergleich zur Detektionsvorrichtung in PTL 1 und NPTL 1 um 1 bis 3 Größenordnungen verringert werden kann. Wie aus dem Obigen zu ersehen ist, werden die Bereiche von g und f, welche die Bedingungen einer hohen Empfindlichkeit und eines geringen Übersprechens erfüllen, umso schmaler, je kleiner p ist und je größer d ist, wobei eine Verkleinerung der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung unvermeidlich ist. Umgekehrt werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung umso nützlicher, je kleiner p ist und je größer d ist, und ihr Vorteil gegenüber dem herkömmlichen Verfahren wird erheblich. Insbesondere im Fall von p ≤ 20 mm und bevorzugt p ≤ 10 mm werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung besonders nützlich. Ferner werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung im Fall von d ≥ 0,005 mm und bevorzugt d ≥ 0,01 mm besonders nützlich.As can be seen from the orders of magnitude of g and f, the light-emitting detection device with the in 5 g and f shown, characterized in that through a high sensitivity and a low crosstalk not only increases the power, but also the size of the device compared to the detection device in PTL 1 and NPTL 1 can be reduced by 1 to 3 orders of magnitude. As can be seen from the above, the areas of g and f which satisfy the conditions of high sensitivity and low crosstalk become narrower the smaller p is and the larger d is, and downsizing of the detection light-emitting device is inevitable. Conversely, the smaller p is and the larger d is, the more useful the features of the present invention become, and its advantage over the conventional method becomes significant. In particular, in the case of p 20 mm and preferably p 10 10 mm, the features of the present invention become particularly useful. Further, the features of the present invention become particularly useful in the case of d 0.005 mm, and preferably d 0.01 mm.

Als nächstes wird ein Verfahren zur Durchführung einer Mehrfarbenerkennung auf der Basis der obigen Bedingungen beschrieben. Ein Farbsensor ist an der Position des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts in 3 oder 4 derart angeordnet, dass die Sensorfläche senkrecht zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 steht, d.h., die Sensorfläche ist parallel zur Anordnungsebene des lichtemittierenden Punkte 1 und zur Anordnungsebene der Kondensorlinsen 2. Hier ist der Farbsensor so konfiguriert, dass zwei oder mehr Arten von Pixeln vorgesehen sind, die in der Lage sind, mindestens zwei Arten von Licht mit verschiedenen Wellenlängen zu unterscheiden und zu erkennen. Der gebräuchlichste Farbsensor ist ein Farbsensor, der in Digitalkameras für Endverbraucher eingesetzt wird. Im Farbsensor sind drei Pixelarten zur Unterscheidung der drei Farben R, G und B, das heißt, Rot, Grün und Blau, zweidimensional angeordnet. Ein derartiger gewöhnlicher Farbsensor kann auch in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In den letzten Jahren haben gewöhnliche Farbsensoren eine hohe Empfindlichkeit erreicht und können auch auf diesem technischen Gebiet eingesetzt werden. Der obige Farbsensor ist am besten zur Unterscheidung von drei Farben geeignet, kann jedoch anhand des Intensitätsverhältnisses der drei Pixelarten auch vier oder mehr Farben unterscheiden, wie das bei Digitalkameras der Fall ist. Daher ist es möglich, die Detektionsvorrichtung mit der oben beschriebenen Farbkamera auf einen DNA-Sequenzer anzuwenden, der eine Vierfarberkennung durchführt.Next, a description will be given of a method of performing multicolor recognition based on the above conditions. A color sensor is at the position of the picture 7th of the light emitting point in 3 or 4th arranged such that the sensor surface is perpendicular to the optical axis of the condenser lens 2 stands, that is, the sensor surface is parallel to the plane of arrangement of the light-emitting point 1 and to the plane of arrangement of the condenser lenses 2 . Here, the color sensor is configured to provide two or more kinds of pixels capable of distinguishing and recognizing at least two kinds of light having different wavelengths. The most common color sensor is a color sensor used in consumer digital cameras. In the color sensor, three types of pixels are arranged two-dimensionally to distinguish the three colors R, G and B, that is, red, green and blue. Such an ordinary color sensor can also be used in the present invention. In recent years, ordinary color sensors have achieved high sensitivity and can also be used in this technical field. The above color sensor is best for distinguishing three colors, but it can also distinguish four or more colors based on the intensity ratio of the three types of pixels, such as which is the case with digital cameras. Therefore, it is possible to apply the detection device with the above-described color camera to a DNA sequencer that performs four-color recognition.

Um eine genaue Farbunterscheidung des vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierten Lichts durchzuführen, ist es jedoch effektiv, den Durchmesser d' des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts größer als die Größe jeder Pixelart zu machen. Dies deshalb, weil es möglich ist, den Einfluss einer Schwankung der relativen Lage des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts und dem Pixel zu vermeiden, indem die Lichtemission für jeden lichtemittierenden Punkt 1 und für jede Pixelart mit einer Vielzahl von Pixeln erfasst wird. Unter den geeigneten Bedingungen der vorliegenden Erfindung, die in Gleichung (3) bis (12) und (16) bis (18) angegeben sind, wird m > 1 in Gleichung (1), das heißt, d' > d in Gleichung (2) oft erfüllt, und daher ist es einfach, die obigen Bedingungen zu erfüllen. Da die Anordnungsebene des lichtemittierenden Punkts 1 und die Anordnungsebene der Kondensorlinse 2 parallel zur Sensorfläche sind, ist es zudem möglich, die Sensorfläche der Anordnungsebene der Kondensorlinse 2 anzunähern und die Bedingungen der Gleichungen (3) bis (12) und (16) bis (18) leicht einzuhalten.To be able to distinguish the exact color from the light emitting point 1 however, it is effective to determine the diameter d 'of the image 7th of the light emitting point larger than the size of each type of pixel. This is because it is possible to suppress the influence of a fluctuation in the relative position of the image 7th of the light emitting point and the pixel to be avoided by reducing the light emission for each light emitting point 1 and is detected with a plurality of pixels for each kind of pixel. Under the appropriate conditions of the present invention given in equations (3) through (12) and (16) through (18), m> 1 in equation (1), that is, d '> d in equation (2) ) is often met, and therefore it is easy to meet the above conditions. Because the plane of arrangement of the light emitting point 1 and the plane of arrangement of the condenser lens 2 are parallel to the sensor surface, it is also possible, the sensor surface of the plane of arrangement of the condenser lens 2 and the conditions of equations (3) to (12) and (16) to (18) can be easily met.

In jüngster Zeit sind Farbsensoren kommerziell erhältlich, die vier Pixelarten mit IR (Infrarot) zusätzlich zu R, G und B aufweisen, und es ist effektiv, solch einen Farbsensor zur Vierfarberkennung in einem DNA-Sequenzer zu verwenden. Die verschiedenen Pixelarten können auf derselben Ebene oder in einer Richtung senkrecht zur Sensorfläche angeordnet sein. Wie oben beschrieben, ist die Anwendung des bereits in der Praxis eingesetzten Farbsensors auf die vorliegende Erfindung effektiv, um die Entwicklungskosten niedrig zu halten. Es versteht sich, dass es effektiv ist, die Zahl der Pixelarten des Farbsensors und die Eigenschaften der Farbe, die von jeder Pixelart unterschieden wird, dem Verwendungszweck entsprechend anzupassen.Recently, color sensors having four kinds of pixels with IR (infrared) in addition to R, G and B are commercially available, and it is effective to use such a color sensor for four-color recognition in a DNA sequencer. The different types of pixels can be arranged on the same plane or in a direction perpendicular to the sensor surface. As described above, the application of the practically used color sensor to the present invention is effective to keep the development cost down. It goes without saying that it is effective to adjust the number of kinds of pixels of the color sensor and the characteristics of color differentiated from each kind of pixels according to the purpose of use.

6 stellt ein Beispiel einer Mehrfarben-Detektionsvorrichtung dar, die einen Farbsensor verwendet. 6(a) zeigt die Mehrfarben-Detektionsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zur Ebene, die jede optischen Achse der Kondensorlinsen 2 enthält, und 6(b) stellt ein vom zweidimensionalen Farbsensor 11 erfasstes Bild 12 dar. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in welchem vier Farben erkannt werden. 6th Fig. 10 illustrates an example of a multicolor detection device using a color sensor. 6 (a) Figure 8 shows the multicolor detection device in a direction perpendicular to the plane defining each optical axis of the condenser lenses 2 contains, and 6 (b) represents one of the two-dimensional color sensor 11 captured image 12. Here, an example is described in which four colors are recognized.

Wie in 6(a) dargestellt, wird das von den jeweiligen licht emittierenden Punkten 1 emittierte Licht von einer einzelnen Kondensorlinse 2 gebündelt, um einen Lichtstrahl 9 zu bilden, von einem gemeinsamen Langpassfilter 10 parallel durchgelassen und fällt auf einen herkömmlichen zweidimensionalen Farbsensor 11 parallel ein. Der Langpassfilter 10 dient dazu, Anregungslicht wie zum Beispiel Licht mit einer Wellenlänge, die die Mehrfarbenerkennung behindert, zu sperren. Wie in 6(b) dargestellt, werden auf einem Bild 12 des zweidimensionalen Farbsensors 11 Bilder 7 des von den jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 emittierten Lichts erzeugt. Der zweidimensionale Farbsensor 11 umfasst zum Beispiel vier Pixelarten einschließlich eines A-Pixels 13, das hauptsächlich A-Lichtemission erkennt, eines B-Pixels 14, das hauptsächlich B-Lichtemission erkennt, eines C-Pixels 15, das hauptsächlich C-Lichtemission erkennt, und eines D-Pixels 16, das hauptsächlich D-Lichtemission erkennt, wobei die vier Pixelarten jeweils regelmäßig in einer Vielzahl angeordnet sind. Die Größe jedes Pixels 13, 14, 15 und 16 ist S=0,05 mm. Wenn d = 0,05 mm, f = 1 mm und g = 10 mm sind und die lichtemittierenden Punkte 1 auf den zweidimensionalen Farbsensor fokussiert sind, ergibt sich nach Gleichung (1) m = 9 und nach Gleichung (2) d' = 0,45 mm. Das heißt, S < d' wird erfüllt, und das Bild 7 des lichtemittierenden Punkts wird mit etwa 64 Pixeln und mit etwa 16 Pixeln pro Pixelart erkannt.As in 6 (a) is shown by the respective light-emitting points 1 emitted light from a single condenser lens 2 bundled to form a light beam 9, transmitted in parallel by a common long-pass filter 10 and incident on a conventional two-dimensional color sensor 11 parallel one. The long-pass filter 10 is used to block excitation light such as light with a wavelength that hinders multicolor recognition. As in 6 (b) are shown on an image 12 of the two-dimensional color sensor 11 images 7th of the respective light emitting points 1 emitted light generated. The two-dimensional color sensor 11 includes, for example, four kinds of pixels including an A pixel 13 which mainly detects A light emission, a B pixel 14 which mainly detects B light emission, a C pixel 15 which mainly detects C light emission, and a D pixel 16, which detects mainly D light emission, the four kinds of pixels each regularly arranged in a plurality. The size of each pixel 13, 14, 15 and 16 is S = 0.05 mm. When d = 0.05mm, f = 1mm and g = 10mm and the light emitting points 1 are focused on the two-dimensional color sensor, according to equation (1) m = 9 and according to equation (2) d '= 0.45 mm. That is, S <d 'is satisfied, and the image 7th of the light emitting point is recognized with about 64 pixels and about 16 pixels per kind of pixel.

Auf diese Weise ist es möglich, vier Farben des vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierten Lichts genau zu erkennen, indem die jeweiligen Bilder 7 des lichtemittierenden Punkts von einer Vielzahl von Pixeln jeder Art erfasst werden. Selbst wenn zum Beispiel die relative Lage zwischen Pixeln jeder Art und dem Bild 7 des lichtemittierenden Punkts schwankt, ist das unerheblich. Alternativ dazu kann jede der Farben einheitlich und stabil erkannt werden, selbst wenn die Verteilung der Lichtintensität im Bild 7 des lichtemittierenden Punkts uneinheitlich ist. In Mehrfarben-Detektionsvorrichtung, die in 6 dargestellt ist, erfüllen der Durchmesser d jedes lichtemittierenden Punkts 1, der Abstand p zwischen den jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 und zwischen den jeweiligen Kondensorlinsen 2, die Brennweite f und der effektive Durchmesser D jeder Kondensorlinse 2 und die optische Weglänge g zwischen jeder Kondensorlinse 2 und dem Sensor 11 eine der Gleichungen (3) bis (7), der Gleichungen (8) bis (12) und der Gleichungen (16) bis (18), die vorbestimmte hohe Empfindlichkeit und das geringe Übersprechen werden erreicht, und die Größe und die Kosten der Detektionsvorrichtung werden reduziert.In this way it is possible to have four colors of the light emitting point 1 The light emitted can be identified precisely by looking at the respective images 7th of the light emitting point can be captured by a plurality of pixels of each type. Even if, for example, the relative position between pixels of each type and the image 7th of the light emitting point fluctuates, it does not matter. Alternatively, each of the colors can be recognized uniformly and stably even if the distribution of light intensity in the image 7th of the light emitting point is non-uniform. In multicolor detection device, which in 6th as shown, meet the diameter d of each light emitting point 1 , the distance p between the respective light emitting points 1 and between the respective condenser lenses 2 , the focal length f and the effective diameter D of each condenser lens 2 and the optical path length g between each condenser lens 2 and the sensor 11 any of the equations (3) to (7), the equations (8) to (12) and the equations (16) to (18), the predetermined high sensitivity and the low crosstalk are achieved, and the size and cost of the detection device are reduced.

Bei Verwendung eines Farbsensors, in welchem mehrere Pixelarten auf derselben Ebene angeordnet sind, wie in 6 dargestellt, besteht jedoch das Problem, dass die Ausnutzung des einfallenden Lichts gering ist. Wenn zum Beispiel, wie in 6 dargestellt, vier Farben von einem Farbsensor unterschieden werden, in welchem vier Pixelarten angeordnet sind, wird die Ausnutzung des einfallenden Lichts auf 1/4 oder weniger reduziert. Dies kann sich für die Durchführung einer Lichtemissionsdetektion mit erhöhter Empfindlichkeit als problematisch erweisen. Die Ausnutzung des einfallenden Lichts kann durch Verwendung eines Farbsensors erhöht werden, in welchem mehrere Pixelarten in der Richtung senkrecht zur Sensorfläche angeordnet sind, doch ein derartiger Farbsensor wird allgemein noch nicht eingesetzt. Daher wird im Folgenden ein weiteres Mehrfarben-Detektionsverfahren mit hoher Ausnutzung des einfallenden Lichts vorgeschlagen.When using a color sensor in which several types of pixels are arranged on the same plane, as in 6th shown, however, there is a problem that the utilization of the incident light is poor. For example, as in 6th When four colors are distinguished by a color sensor in which four kinds of pixels are arranged, the utilization of incident light becomes 1/4 or less reduced. This can prove problematic for performing light emission detection with increased sensitivity. The utilization of the incident light can be increased by using a color sensor in which a plurality of types of pixels are arranged in the direction perpendicular to the sensor surface, but such a color sensor is not generally used yet. Therefore, a further multicolor detection method with high utilization of the incident light is proposed in the following.

Ein Weg, die Ausnutzung des einfallenden Lichts zu erhöhen, ist die Verwendung eines oder mehrerer dichroischer Spiegel. Ein dichroischer Spiegel weist einen mehrlagigen Film auf, der auf einer Frontfläche mindestens einer Seite eines transparenten Substrats wie zum Beispiel Glas gebildet ist, um aus Licht, das allgemein bei 45° einfällt, reflektiertes Licht und durchgelassenes Licht mit verschiedenen Wellenlängenbändern zu machen, wodurch sowohl das reflektierte Licht als auch das durchgelassene Licht genutzt werden, um den Wirkungsgrad des einfallenden Lichts zu erhöhen. Allgemein ist es mit einem dichroischen Spiegel möglich, maximal zwei Farben zu erkennen, durch Kombination von zwei Arten von dichroischen Spiegeln maximal drei Farben zu erkennen, und dementsprechend durch Kombination von N Arten von dichroischen Spiegeln maximal (n+1) Farben zu erkennen. Zusätzlich zu den obigen dichroischen Spiegeln wird oft ein Bandpassfilter, ein Farbglasfilter oder ein Totalreflexionsspiegel in Kombination verwendet. Bei digitalen Videokameras für Endverbraucher werden drei Arten von dichroischen Spiegeln miteinander kombiniert, und eine Dreifarbenerkennung wird mit drei CCDs durchgeführt. Darüber hinaus ist NPTL 1 ein Beispiel, in welchem drei Arten von dichroischen Spiegeln kombiniert werden und die eine Vierfarbenerkennung mit vier CCDs durchgeführt wird. Wie oben beschrieben, werden bei Verwendung des dichroischen Spiegels häufig mehrere Sensoren verwendet, da das reflektierte Licht und das durchgelassene Licht verschiedene Richtungen aufweisen. Dies steht mit der Reduktion der Größe und der Kosten der Detektionsvorrichtung, die eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, im Widerspruch.One way to increase the utilization of the incident light is to use one or more dichroic mirrors. A dichroic mirror has a multilayer film formed on a front surface of at least one side of a transparent substrate such as glass to make reflected light and transmitted light having different wavelength bands from light generally incident at 45 °, thereby making both The reflected light as well as the transmitted light can be used to increase the efficiency of the incident light. In general, it is possible with a dichroic mirror to recognize a maximum of two colors, to recognize a maximum of three colors by combining two types of dichroic mirrors, and accordingly to recognize a maximum of (n + 1) colors by combining N types of dichroic mirrors. In addition to the above dichroic mirrors, a band pass filter, a color glass filter or a total reflection mirror is often used in combination. In consumer digital video cameras, three types of dichroic mirrors are combined and three-color recognition is performed with three CCDs. In addition, it is NPTL 1 an example in which three kinds of dichroic mirrors are combined and four-color recognition is performed with four CCDs. As described above, when the dichroic mirror is used, multiple sensors are often used because the reflected light and the transmitted light have different directions. This is in conflict with the reduction in size and cost of the detection device which is an object of the present invention.

7 stellt ein Beispiel einer Mehrfarben-Detektionsvorrichtung dar, in der diese Probleme gelöst wurden. 7(a) zeigt die Mehrfarben-Detektionsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die die jeweiligen optischen Achsen der Kondensorlinsen 2 enthält, 7(b) zeigt einen Querschnitt der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit der optischen Achse einer Kondensorlinse 2 und senkrecht zur Anordnungsrichtung der Kondensorlinsenanordnung, und 7(c) zeigt ein Bild 29, das von einem zweidimensionalen Sensor 30 erkannt wird. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in welchem vier Farben erkannt werden. 7th illustrates an example of a multicolor detection device in which these problems have been solved. 7 (a) Fig. 13 shows the multicolor detection device in a direction perpendicular to a plane defining the respective optical axes of the condenser lenses 2 contains, 7 (b) Fig. 10 shows a cross section of the multicolor detection device with the optical axis of a condenser lens 2 and perpendicular to the direction of arrangement of the condenser lens arrangement, and 7 (c) Figure 29 shows an image taken by a two-dimensional sensor 30th is recognized. Here is an example in which four colors are recognized.

So wird zum Beispiel Licht, das von jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 von vier lichtemittierenden Punkteanordnungen emittiert wird, jeweils durch die einzelne Kondensorlinse 2 gebündelt und durch das gemeinsame Langpassfilter 10 als paralleler Lichtstrahl 9 durchgelassen. Dies entspricht 6. Hier wird eine dichroische Anordnung verwendet, in der vier Arten von gemeinsamen dichroischen Spiegeln 17, 18, 19 und 20 nebeneinander angeordnet sind, wie in 7(b) dargestellt. Die Lichtstrahlen 9 fallen parallel auf die jeweiligen dichroischen Spiegel 17 bis 20 ein, werden in der Richtung senkrecht zur Richtung der lichtemittierenden Punkteanordnung in vier Lichtstrahlen 21, 22, 23 und 24 aufgeteilt, und die vier Lichtstrahlen breiten sich in der gleichen Richtung wie der Lichtstrahl 9 aus, das heißt, in Richtung der optischen Achse der Kondensorlinse 2, und fallen parallel auf einen gemeinsamen zweidimensionalen Sensor 30 ein, um Bilder 25, 26, 27 und 28 der lichtemittierenden Punkte zu ergeben. Hier kann der dichroische Spiegel 20 durch einen Totalreflexionsspiegel ersetzt werden, wird aber der Einfachheit halber als dichroischer Spiegel 28 bezeichnet.For example, light emitted from respective light-emitting points 1 is emitted from four light emitting dot arrays, each through the single condenser lens 2 bundled and transmitted through the common long-pass filter 10 as a parallel light beam 9. This matches with 6th . Here, a dichroic arrangement is used in which four kinds of common dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20 are arranged side by side, as in FIG 7 (b) shown. The light beams 9 are incident in parallel on the respective dichroic mirrors 17 to 20, are split into four light beams 21, 22, 23 and 24 in the direction perpendicular to the direction of the light emitting dot array, and the four light beams propagate in the same direction as the light beam 9, that is, in the direction of the optical axis of the condenser lens 2 , and fall in parallel on a common two-dimensional sensor 30th to give images 25, 26, 27 and 28 of the light emitting points. Here the dichroic mirror 20 can be replaced by a total reflection mirror, but is referred to as dichroic mirror 28 for the sake of simplicity.

Wie in 7(c) dargestellt, werden auf dem Bild 29 des zweidimensionalen Sensors 30 sechzehn Bilder 25 bis 28 von lichtemittierenden Punkten, die durch Vierteilung des von vier lichtemittierenden Punkten 1 emittierten Lichts erhalten wurden, gemeinsam beobachtet. Hier ist unter den Lichtstrahlen 9 ein Lichtstrahl, der vom dichroischen Spiegel 17 durchgelassen wird, ein Lichtstrahl 21, ein Lichtstrahl, der von den dichroischen Spiegeln 17 und 18 reflektiert wird, ist ein Lichtstrahl 26, ein Lichtstrahl, der vom dichroischen Spiegel 17 reflektiert wird, vom dichroischen Spiegel 18 durchgelassen wird und vom dichroischen Spiegel 19 reflektiert wird, ist ein Lichtstrahl 23, und ein Lichtstrahl, der vom dichroischen Spiegel 17 reflektiert wird, von den dichroischen Spiegeln 18 und 19 durchgelassen wird und vom dichroischen Spiegel 20 reflektiert wird, ist ein Lichtstrahl 24. Durch Auslegung und Regelung der Transmissions- und Reflexionseigenschaften des Langpassfilters 10 und der dichroischen Spiegel 17 bis 20 hat der Lichtstrahl 21 hauptsächlich eine Fluoreszenzkomponente A, der Lichtstrahl 22 hauptsächlich eine Fluoreszenzkomponente B, der Lichtstrahl 23 hauptsächlich eine Fluoreszenzkomponente D und der Lichtstrahl 24 hauptsächlich eine Fluoreszenzkomponente D, und die Fluoreszenz A, B, C und D kann durch Erkennung der Intensität der Bilder 25, 26, 27 und 28 der lichtemittierenden Punkte erkannt werden.As in 7 (c) are shown on the image 29 of the two-dimensional sensor 30th sixteen images 25 through 28 of light emitting points obtained by dividing that of four light emitting points into four 1 emitted light were observed together. Here, among the light beams 9, a light beam transmitted from the dichroic mirror 17 is a light beam 21, a light beam reflected from the dichroic mirrors 17 and 18 is a light beam 26, a light beam reflected from the dichroic mirror 17 , transmitted by the dichroic mirror 18 and reflected by the dichroic mirror 19 is a light beam 23, and a light beam reflected by the dichroic mirror 17, transmitted by the dichroic mirrors 18 and 19 and reflected by the dichroic mirror 20 is a light beam 24. By designing and regulating the transmission and reflection properties of the long-pass filter 10 and the dichroic mirrors 17 to 20, the light beam 21 has mainly a fluorescence component A, the light beam 22 mainly a fluorescence component B, the light beam 23 mainly a fluorescence component D and the light beam 24 mainly a fluorescence component D, and the fluorescence A, B, C and D can be recognized by recognizing the intensity of the images 25, 26, 27 and 28 of the light emitting points.

Obwohl die Wellenlängenbänder der Lichtstrahlen 21, 22, 23 und 24 beliebig ausgelegt werden können, sind die dichroischen Spiegel 17 bis 20 leicht zu konzipieren, wenn diese Lichtstrahlen in der Reihenfolge der Wellenlängen angeordnet sind. Das heißt, die Reihenfolge kann eine Zentralwellenlänge der A-Fluoreszenz > eine Zentralwellenlänge der B-Fluoreszenz > eine Zentralwellenlänge der C-Fluoreszenz > eine Zentralwellenlänge der D-Fluoreszenz, oder eine Zentralwellenlänge der A-Fluoreszenz < eine Zentralwellenlänge der B-Fluoreszenz < eine Zentralwellenlänge der C-Fluoreszenz < eine Zentralwellenlänge der D-Fluoreszenz sein. Obwohl dies in 7 nicht dargestellt ist, ist an mindestens einer Position der Lichtstrahlen 21, 22, 23 und 24 ein Bandpassfilter oder ein Farbglasfilter mit anderen Spektraleigenschaften angeordnet, und es ist effektiv, die Spektraleigenschaften der dichroischen Spiegel 17 bis 20 zu ergänzen oder zu verbessern. Obwohl dies in 7 nicht dargestellt ist, ist es zudem effektiv, Bestrahlungslicht wie z.B. Anregungslicht vorzusehen, um den lichtemittierenden Punkt 1 zum Leuchten zu bringen. Wenn solch ein Bestrahlungslicht aus einer Richtung senkrecht zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 emittiert wird, ohne die Kondensorlinse 2 zu verwenden, kann das Verhältnis des Bestrahlungslichts, das durch die Kondensorlinse 2 auf den Sensor einfällt, verringert werden, was hinsichtlich der Empfindlichkeit vorteilhaft ist. Ferner ist anstelle des Langpassfilters 10 ein dichroischer Spiegel angeordnet, der anders als die dichroischen Spiegel 17 bis 20 ist, und nachdem das Bestrahlungslicht durch den obigen dichroischen Spiegel reflektiert wurde, wird es durch die Kondensorlinse 2 fokussiert und auf den lichtemittierenden Punkt 1 gestrahlt; und es ist effektiv, eine sogenannte Konfiguration zur „Einfallslichtemissionserkennung“ anzuwenden, bei der das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht durch die Kondensorlinse 2 gebündelt, vom dichroischen Spiegel durchgelassen und dann durch eine Mehrfarben-Detektionsvorrichtung wie die in 7 dargestellte erkannt wird.Although the wavelength bands of the light beams 21, 22, 23 and 24 can be designed arbitrarily, the dichroic mirrors 17 to 20 are easy to design when these light beams are in the order of Wavelengths are arranged. That is, the order may be a central wavelength of A fluorescence> a central wavelength of B fluorescence> a central wavelength of C fluorescence> a central wavelength of D fluorescence, or a central wavelength of A fluorescence <a central wavelength of B fluorescence <a Central wavelength of C fluorescence <be a central wavelength of D fluorescence. Although this is in 7th not shown, a band pass filter or a color glass filter having other spectral characteristics is arranged at at least one position of the light beams 21, 22, 23 and 24, and it is effective to supplement or improve the spectral characteristics of the dichroic mirrors 17 to 20. Although this is in 7th not shown, it is also effective to provide irradiation light such as excitation light around the light emitting point 1 to shine. When such irradiation light comes from a direction perpendicular to the optical axis of the condenser lens 2 is emitted without the condenser lens 2 can use the ratio of the irradiation light passing through the condenser lens 2 incident on the sensor can be reduced, which is advantageous in terms of sensitivity. Further, instead of the long pass filter 10, a dichroic mirror other than the dichroic mirrors 17 to 20 is arranged, and after the irradiation light is reflected by the above dichroic mirror, it becomes through the condenser lens 2 focused and on the light emitting point 1 blasted; and it is effective to adopt a so-called configuration for "incident light emission detection" using that from the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 bundled, transmitted by the dichroic mirror and then passed through a multicolor detection device such as that in 7th is recognized.

In der in 7 dargestellten Mehrfarben-Detektionsvorrichtung erfüllen der Durchmesser d jedes lichtemittierenden Punkts 1, der Abstand p zwischen den jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 und zwischen den jeweiligen Kondensorlinsen 2, die Brennweite f und der effektive Durchmesser D jeder Kondensorlinse 2 und der optische Abstand g zwischen jeder Kondensorlinse 2 und dem Sensor 30 eine der Gleichungen (3) bis (7), der Gleichungen (8) bis (12) und der Gleichungen (16) bis (18), und daher werden die vorbestimmte hohe Empfindlichkeit und das geringe Übersprechen erreicht, und die Größe und die Kosten der Detektionsvorrichtung werden reduziert. Die folgenden Merkmale (1) bis (10) fassen die Merkmale zur Reduzierung der Größe und der Kosten der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit der in 7 dargestellten dichroischen Anordnung zusammen. Nicht jedes dieser Merkmale muss erfüllt sein, und es ist schon effektiv, wenn einige davon erfüllt werden.

  1. (1) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung werden M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von jedem lichtemittierenden Punkt emittierte Licht durch die Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, in N Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängenanteilen aufgeteilt, die alle in der gleichen Richtung verlaufen.
  2. (2) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung werden M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von jedem lichtemittierenden Punkt emittierte Licht durch die Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, in N Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängenanteilen aufgeteilt, die alle in Richtung der optischen Achse der jeweiligen Kondensorlinse verlaufen.
  3. (3) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung werden M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von jedem lichtemittierenden Punkt emittierte Licht durch die Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, in verschiedene Wellenlängenanteile aufgeteilt, und die Richtung des aufgeteilten Lichts ist senkrecht zur Anordnungsrichtung der lichtemittierenden Punkteanordnung und der Kondensorlinsenanordnung.
  4. (4) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung werden M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von jedem lichtemittierenden Punkt emittierte Licht durch die Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, in verschiedene Wellenlängenanteile aufgeteilt, und die Richtung der Aufteilung ist senkrecht zur optischen Achse jeder Kondensorlinse.
  5. (5) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung werden M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von jedem lichtemittierenden Punkt emittierte Licht durch die Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, durch N dichroische Spiegel in verschiedene Wellenlängenanteile aufgeteilt, und die N dichroischen Spiegel sind in einer Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung der lichtemittierenden Punkteanordnung und der Kondensorlinsenanordnung angeordnet.
  6. (6) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung werden M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von jedem lichtemittierenden Punkt emittierte Licht durch die Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, durch N dichroische Spiegel in verschiedene Wellenlängenanteile aufgeteilt, und die N dichroischen Spiegel sind in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse jeder Kondensorlinse angeordnet.
  7. (7) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung werden M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von jedem lichtemittierenden Punkt emittierte Licht durch die Kondensorlinsenanordnung gebündelt wird, in N verschiedene Wellenlängenanteile aufgeteilt, um (MxN) Lichtstrahlen zu erhalten, die direkt auf den Sensor einfallen, ohne erneut gebündelt zu werden.
  8. (8) Für M lichtemittierende Punkte der lichtemittierenden Punkteanordnung ist die optische Achse jeder Kondensorlinse der Kondensorlinsenanordnung zum Bündeln des von jedem lichtemittierenden Punkt emittierten Lichts senkrecht zur Sensorfläche angeordnet.
  9. (9) N verschiedene Arten von dichroischen Spiegeln sind vorgesehen, und jeder der N verschiedenen Arten von dichroischen Spiegeln besteht aus einem Einzelelement. M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von M lichtemittierenden Punkten der lichtemittierenden Punkteanordnung emittierte Licht einzeln gebündelt wird, fallen parallel auf die jeweiligen dichroischen Spiegel ein.
  10. (10) M Lichtstrahlen, die erhalten werden, indem das von M lichtemittierenden Punkten der lichtemittierenden Punkteanordnung emittierte Licht einzeln gebündelt wird, werden in N verschiedene Wellenlängenkomponenten aufgeteilt, um (MxN) Lichtstrahlen zu erhalten, die parallel auf den Einzelsensor einfallen.
In the in 7th The multicolor detection device shown here meet the diameter d of each light emitting point 1 , the distance p between the respective light emitting points 1 and between the respective condenser lenses 2 , the focal length f and the effective diameter D of each condenser lens 2 and the optical distance g between each condenser lens 2 and the sensor 30th any of the equations (3) to (7), the equations (8) to (12) and the equations (16) to (18), and therefore the predetermined high sensitivity and low crosstalk, and the size and cost, are achieved the detection device are reduced. The following features ( 1 ) to (10) summarize the features for reducing the size and cost of the multicolor detection device with the in 7th illustrated dichroic arrangement together. Not all of these characteristics have to be fulfilled, and it is already effective if some of them are fulfilled.
  1. (1) For M light emitting points of the light emitting dot array, M light beams obtained by converging the light emitted from each light emitting point by the condenser lens array are divided into N light beams having different wavelength components, all of which travel in the same direction.
  2. (2) For M light-emitting points of the light-emitting point array, M light beams obtained by converging the light emitted from each light-emitting point by the condenser lens assembly are divided into N light beams having different wavelength components, all in the direction of the optical axis of the respective condenser lens run away.
  3. (3) For M light emitting points of the light emitting dot array, M light beams obtained by converging the light emitted from each light emitting point by the condenser lens array are divided into different wavelength components, and the direction of the split light is perpendicular to the arranging direction of the light emitting dot array and the condenser lens assembly.
  4. (4) For M light emitting points of the light emitting point array, M light rays obtained by converging the light emitted from each light emitting point by the condenser lens array are divided into different wavelength components, and the direction of division is perpendicular to the optical axis of each condenser lens.
  5. (5) For M light emitting points of the light emitting dot array, M light rays obtained by converging the light emitted from each light emitting point by the condenser lens array are divided into different wavelengths by N dichroic mirrors, and the N dichroic mirrors are in one direction arranged perpendicular to the direction of arrangement of the light-emitting point arrangement and the condenser lens arrangement.
  6. (6) For M light emitting points of the light emitting dot array, M light rays obtained by converging the light emitted from each light emitting point by the condenser lens array are divided into different wavelengths by N dichroic mirrors, and the N dichroic mirrors are in one direction arranged perpendicular to the optical axis of each condenser lens.
  7. (7) For M light emitting points of the light emitting point array, M light rays obtained by converging the light emitted from each light emitting point by the condenser lens array are divided into N different wavelength components to obtain (MxN) light rays that are directly incident on the Collapse sensor without being rebundled.
  8. (8) For M light emitting points of the light emitting point array, the optical axis of each condenser lens of the condenser lens array for converging the light emitted from each light emitting point is arranged perpendicular to the sensor surface.
  9. (9) N different types of dichroic mirrors are provided, and each of the N different types of dichroic mirrors is composed of a single element. M light rays obtained by individually converging the light emitted from M light emitting points of the light emitting point array are incident in parallel on the respective dichroic mirrors.
  10. (10) M light beams obtained by individually converging the light emitted from M light emitting points of the light emitting dot array are divided into N different wavelength components to obtain (MxN) light beams incident in parallel on the single sensor.

Das Obige bezieht sich auf den Fall, dass die jeweiligen Lichtstrahlen, die durch Bündelung des von der lichtemittierenden Punkteanordnung emittierten Lichts durch jeweilige Kondensorlinsen der Kondensorlinsenanordnung erhalten werden, direkt auf den Sensor einfallen, ohne durch eine andere Linse als den Kondensorlinsen erneut gebündelt zu werden. Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in welchem die jeweiligen Lichtstrahlen, die durch Bündelung des von der lichtemittierenden Punkteanordnung emittierten Lichts durch jeweilige Kondensorlinsen der Kondensorlinsenanordnung erhalten werden, direkt auf den Sensor einfallen, nachdem sie durch eine andere Linse als die Kondensorlinsen erneut gebündelt wurden. Nachstehend wird eine Linse zur erneuten Bündelung jedes Lichtstrahls als „Re-Kondensorlinse“ bezeichnet.The above relates to the case that the respective light beams obtained by converging the light emitted from the light emitting point array by respective condenser lenses of the condenser lens assembly are directly incident on the sensor without being re-bundled by a lens other than the condenser lens. The following describes a case in which the respective light beams obtained by converging the light emitted from the light emitting dot array by respective condenser lenses of the condenser lens assembly are directly incident on the sensor after being re-converged by a lens other than the condenser lenses. In the following, a lens for re-focusing each light beam is referred to as a “re-condenser lens”.

In der Ableitung der Gleichungen (1) bis (18) ist der optische Abstand zwischen der Kondensorlinse und dem Sensor als g definiert, doch bei Verwendung der Re-Kondensorlinse können die Gleichungen (1) bis (18) als Bedingungen für eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen verwendet werden, wenn g der optische Abstand zwischen der Re-Kondensorlinse und dem Sensor ist. Das heißt, in 3 oder 4 kann die Position des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts als eine Position der Re-Kondensorlinse betrachtet werden, ist aber nicht die Position des Sensors. Denn wenn die Bedingungen für eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen an der Position der Re-Kondensorlinse nicht erfüllt werden (z.B., wenn die Überlappung der benachbarten Lichtstrahlen zu groß ist), wird die Leistung, was die hohe Empfindlichkeit und das geringe Übersprechen anbetrifft, hinter der Re-Kondensorlinse unabhängig von der Konfiguration nicht verbessert. An der Position des optischen Abstands g von der Kondensorlinse sind die gleiche Zahl von Re-Kondensorlinsen wie Kondensorlinsen in einem Abstand p so ausgerichtet, dass die optischen Achsen der gepaarten Kondensorlinsen und Re-Kondensorlinsen übereinstimmen. Wenn „D“ der effektive Durchmesser der Re-Kondensorlinse ist, was dem effektiven Durchmesser der Kondensorlinse entspricht, kann der auf die Re-Kondensorlinse zurückzuführende Verlust der Detektionslichtmenge verhindert werden, und eine Re-Kondensorlinsenanordnung kann konfiguriert werden. Der Sensor ist an einer Position angeordnet, die hinter der Re-Kondensorlinse liegt, und die optische Weglänge von der Kondensorlinse ist größer als g. Daraus ist zu ersehen, dass die Bedingungen zur Realisierung einer hohen Empfindlichkeit und eines geringen Übersprechens in 3 oder 4 auch bei Verwendung der Re-Kondensorlinse gegeben sind.In the derivation of equations (1) to (18), the optical distance between the condenser lens and the sensor is defined as g, but when the re-condenser lens is used, equations (1) to (18) can be used as conditions for high sensitivity and low crosstalk can be used when g is the optical distance between the re-condenser lens and the sensor. That is, in 3 or 4th can change the position of the picture 7th of the light emitting point can be regarded as a position of the re-condenser lens, but it is not the position of the sensor. Because if the conditions for high sensitivity and low crosstalk are not met at the position of the re-condenser lens (e.g. when the overlap of the adjacent light beams is too great), the performance in terms of high sensitivity and low crosstalk will be behind the re-condenser lens irrespective of the configuration not improved. At the position of the optical distance g from the condenser lens, the same number of re-condenser lenses as condenser lenses are aligned at a distance p so that the optical axes of the paired condenser lenses and re-condenser lenses coincide. When “D” is the effective diameter of the re-condenser lens, which is the effective diameter of the condenser lens, the loss of the amount of detection light due to the re-condenser lens can be prevented, and a re-condenser lens assembly can be configured. The sensor is located at a position that is behind the re-condenser lens, and the optical path length from the condenser lens is greater than g. It can be seen from this that the conditions for realizing high sensitivity and low crosstalk in 3 or 4th are also given when using the re-condenser lens.

8 ist eine schematische Darstellung einer Mehrfarben-Detektionsvorrichtung, die ein Wellenlängendispersionselement und eine Re-Kondensorlinsenanordnung verwendet. 8(a) ist eine schematische Darstellung der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene gesehen, die jede optische Achse der Kondensorlinsen 2 enthält, 8(b) ist eine schematische Querschnittsansicht der Mehrfarben- Detektionsvorrichtung, die optische Achsen einer Kondensorlinse 2 und einer gepaarten Re-Kondensorlinse 33 enthält und senkrecht zur Anordnungsrichtung der Kondensorlinsenanordnung und der Re-Kondensorlinsenanordnung ist, und 8(c) zeigt ein von einem zweidimensionalen Sensor 37 erkanntes Bild 42. Hier ist ein Beispiel für die Durchführung einer Dreifarbenerkennung dargestellt. 8th Fig. 3 is a schematic illustration of a multicolor detection device employing a wavelength dispersion element and a re-condenser lens assembly. 8 (a) Figure 13 is a schematic representation of the multicolor detection device viewed in a direction perpendicular to a plane defining each optical axis of the condenser lenses 2 contains, 8 (b) Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of the multicolor detection device showing the optical axes of a condenser lens 2 and a paired re-condenser lens 33 and is perpendicular to the direction of arrangement of the condenser lens arrangement and the re-condenser lens arrangement, and 8 (c) shows one of a two-dimensional sensor 37 recognized image 42. Here is an example of the implementation of a three-color recognition.

Wie in 8(a) dargestellt, wird das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht durch die Kondensorlinse 2 gebündelt und vom Langpassfilter 10 als Lichtstrahl 9 durchgelassen. Diese Vorgänge sind die gleichen wie in 6. Danach fallen die jeweiligen Lichtstrahlen 9, wie in 8(b) dargestellt, parallel auf ein gemeinsames Transmissions-Beugungsgitter 31 ein, das ein Wellenlängendispersionselement ist, um in einer Richtung senkrecht zur Richtung der lichtemittierenden Punkteanordnung einer Wellenlängendispersion unterzogen zu werden, durch die Re-Kondensorlinse 33 erneut gebündelt zu werden und auf den zweidimensionalen Sensor 37 einzufallen. Hier zeigen Lichtstrahlen 34, 35 und 36 Lichtstrahlen mit Zentralwellenlängen der A-, B- und C-Fluoreszenz an. Wie in 8(c) dargestellt, kann auf dem Bild 42 des zweidimensionalen Sensors 37 ein wellenlängendispergiertes Bild 41 des von jedem lichtemittierenden Punkt 1 emittierten Lichts erhalten werden. Hier zeigen Bilder 38, 39 und 40 im wellenlängendispergierten Bild 41 jeweils Bilder der Lichtstrahlen mit der Zentralwellenlänge der A-, B- und C-Fluoreszenz an.As in 8 (a) is represented by the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 bundled and transmitted by the long-pass filter 10 as a light beam 9. These operations are the same as in 6th . Thereafter, the respective light rays 9 fall as in FIG 8 (b) shown, parallel to a common transmission diffraction grating 31 a, which is a wavelength dispersion element to be subjected to wavelength dispersion in a direction perpendicular to the direction of the light emitting dot array, by the re-condenser lens 33 to be bundled again and onto the two-dimensional sensor 37 to invade. Here, light rays 34, 35 and 36 show light rays with central wavelengths the A, B and C fluorescence. As in 8 (c) can be shown on the image 42 of the two-dimensional sensor 37 a wavelength dispersed image 41 des from each light emitting point 1 emitted light can be obtained. Here pictures 38, 39 and 40 show in the wavelength-dispersed image 41 displays images of the light rays with the central wavelengths of A, B and C fluorescence, respectively.

In der in 8 dargestellten Mehrfarben-Detektionsvorrichtung erfüllen der Durchmesser d jedes lichtemittierenden Punkts 1, der Abstand p zwischen den jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 und zwischen den jeweiligen Kondensorlinsen 2, die Brennweite f und der effektive Durchmesser D jeder Kondensorlinse 2 und die optische Weglänge g jeder Kondensorlinse 2 und jeder Re-Kondensorlinse 33 eine der Gleichungen (3) bis (7), der Gleichungen (8) bis (12) und der Gleichungen (16) bis (18), und daher werden die vorbestimmte hohe Empfindlichkeit und das geringe Übersprechen erreicht, und die Größe und die Kosten der Detektionsvorrichtung werden reduziert.In the in 8th The multicolor detection device shown here meet the diameter d of each light emitting point 1 , the distance p between the respective light emitting points 1 and between the respective condenser lenses 2 , the focal length f and the effective diameter D of each condenser lens 2 and the optical path length g of each condenser lens 2 and any re-condenser lens 33 any of the equations (3) to (7), the equations (8) to (12) and the equations (16) to (18), and therefore the predetermined high sensitivity and low crosstalk, and the size and cost, are achieved the detection device are reduced.

8 zeigt, dass es bei Verwendung der Re-Kondensorlinse besser ist, für den optischen Abstand g der Kondensorlinse und der Re-Kondensorlinse eine der Gleichungen (3) bis (7), der Gleichungen (8) bis (12) und der Gleichungen (16) bis (18) zu erfüllen. Dementsprechend ist es effektiv, eine der Gleichungen (3) bis (7), der Gleichungen (8) bis (12) und der Gleichungen (16) bis (18) zu erfüllen, indem das optische Element, das den jeweiligen Lichtstrahlen erlaubt, in verschiedene Richtungen zu verlaufen, oder das optische Element zur Vergrößerung des Abstands zwischen den jeweiligen Lichtstrahlen an der Position angeordnet wird, an welcher der optische Abstand von der Kondensorlinse zur jeweiligen Bündelung des Lichts, das von den jeweiligen lichtemittierenden Punkten der lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, um Lichtstrahlen zu bilden, gleich g ist. 8th shows that, when using the re-condenser lens, it is better to use one of equations (3) to (7), equations (8) to (12) and equations (16) for the optical distance g of the condenser lens and the re-condenser lens ) to (18). Accordingly, it is effective to satisfy any one of the equations (3) to (7), the equations (8) to (12), and the equations (16) to (18) by inserting the optical element that allows the respective light beams in to run in different directions, or the optical element for increasing the distance between the respective light beams is arranged at the position at which the optical distance from the condenser lens for converging the light emitted from the respective light-emitting points of the light-emitting point array by Forming rays of light is equal to g.

Zum Beispiel ist in 9 als optisches Element ein Prisma 43 hinter dem Langpassfilter 10 in 6 angeordnet, wobei die jeweiligen Lichtstrahlen 9 parallel auf einen gemeinsamen zweidimensionalen Farbsensor 11 einfallen, nachdem sie in verschiedenen Richtungen verlaufen sind, und erkannt werden. 9(a) zeigt die Mehrfarben-Detektionsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die jede optische Achse der Kondensorlinsen 2 enthält, und 9(b) stellt ein vom zweidimensionalen Farbsensor 11 erkanntes Bild 12 dar. Das Prisma 43 ändert die Brechungsrichtung und einem Brechungswinkel der Einfallsposition jedes Lichtstrahls 9 entsprechend und vergrößert den Abstand zwischen jedem Lichtstrahl 44 nach der Brechung. Angenommen, der optische Abstand zwischen der Kondensorlinse 2 und dem Prisma 43 ist g, dann werden die Gleichungen (1) bis (18) direkt zu Bedingungen für eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen. Da der Abstand zwischen den Bildern 45 der lichtemittierenden Punkte auf dem Bild 12 des zweidimensionalen Farbsensors 11 im Vergleich zum Fall von 6 erhöht ist, ist es möglich, eine Zunahme des Übersprechens hinter dem Prisma 43 zu vermeiden und das von den jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 emittierte Licht leicht voneinander zu unterscheiden. Da der Abstand zwischen den Bildern 45 der lichtemittierenden Punkte groß ist, ist es nicht notwendig, dass der Sensor ein gemeinsamer zweidimensionaler Farbsensor ist, wie in 9 dargestellt, und jeder Lichtstrahl 44 kann auch von einem einzelnen Farbsensor erkannt werden. Wenn das Prisma 43 auf die Konfiguration von 7 angewandt wird, kann das Prisma 43 zwischen dem Langpassfilter 10 und der dichroischen Anordnung angeordnet sein. Da die optische Weglänge zwischen der Kondensorlinse 2 und dem Prisma 43 kleiner gemacht werden kann als die optische Weglänge zwischen der Kondensorlinse 2 und dem zweidimensionalen Sensor 30, wird die Bedingung für ein geringes Übersprechen noch leichter erfüllt. Obwohl sich der Abstand in der Lichtstrahl-Teilungsrichtung der Bilder 25 bis 28 der lichtemittierenden Punkte in 7(c) nicht ändert, wird das Übersprechen leicht reduziert, da der Abstand in der Richtung der lichtemittierenden Punkteanordnung sich erhöht.For example, in 9 a prism as the optical element 43 behind the long pass filter 10 in 6th arranged, the respective light beams 9 parallel to a common two-dimensional color sensor 11 come in after going in different directions and be recognized. 9 (a) Figure 10 shows the multicolor detection device in a direction perpendicular to a plane defining each optical axis of the condenser lenses 2 contains, and 9 (b) represents one of the two-dimensional color sensor 11 recognized image 12. The prism 43 changes the direction of refraction and a refraction angle according to the position of incidence of each light beam 9 and increases the distance between each light beam 44 after the refraction. Assume the optical distance between the condenser lens 2 and the prism 43 if g, then equations (1) to (18) directly become conditions for high sensitivity and low crosstalk. Because the distance between the pictures 45 of the light emitting points on the image 12 of the two-dimensional color sensor 11 compared to the case of 6th is increased, it is possible to see an increase in crosstalk behind the prism 43 to avoid and that from the respective light-emitting points 1 emitted light can be easily distinguished from one another. Because the distance between the pictures 45 of the light emitting points is large, it is not necessary that the sensor be a common two-dimensional color sensor as in FIG 9 and each light beam 44 can also be detected by a single color sensor. When the prism 43 on the configuration of 7th is applied, the prism can 43 be arranged between the long pass filter 10 and the dichroic arrangement. Because the optical path length between the condenser lens 2 and the prism 43 can be made smaller than the optical path length between the condenser lens 2 and the two-dimensional sensor 30th , the condition for low crosstalk is more easily met. Although the distance in the light beam dividing direction of the images 25 to 28 of the light emitting points in 7 (c) does not change, the crosstalk is slightly reduced as the distance in the direction of the light emitting dot array increases.

Wie oben beschrieben, wird die Konfiguration der Vorrichtung durch gemeinsame Verwendung des dichroitischen Spiegels, des Filters, des Totalreflexionsspiegels, des Beugungsgitters und des Sensors für die Vielzahl der lichtemittierenden Punkte vereinfacht, und die Implementierung wird erleichtert. Zudem wird die Gesamtgröße der Detektionsvorrichtung reduziert. Ferner sind die Detektionseffizienz und die spektroskopische Genauigkeit der obigen Konfiguration gemäß für jeden lichtemittierenden Punkt gleich, und Schwankungen der Empfindlichkeit und Farbunterscheidung können reduziert werden.As described above, by sharing the dichroic mirror, the filter, the total reflection mirror, the diffraction grating and the sensor for the plurality of light emitting points, the configuration of the device is simplified and the implementation is facilitated. In addition, the overall size of the detection device is reduced. Further, according to the above configuration, the detection efficiency and the spectroscopic accuracy are the same for each light emitting point, and fluctuations in sensitivity and color discrimination can be reduced.

10 zeigt ein Beispiel, in welchem hinter dem Langpassfilter 10 in 6 als optisches Element eine Lichtleitfaser 46 angeordnet ist. Der Lichtstrahl 9 fällt auf Einfallenden der jeweiligen Lichtleitfasern 46 ein und wird von deren lichtemittierenden Enden mit erhöhtem Zwischenabstand emittiert, und die emittierten Lichtstrahlen 47 fallen parallel auf einen gemeinsamen zweidimensionalen Farbsensor 11 ein und werden erkannt. 10(a) zeigt die Mehrfarben-Detektionsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die jede optischen Achse der Kondensorlinse 2 enthält, und 10(b) stellt ein vom zweidimensionalen Farbsensor 11 erkanntes Bild 12 dar. 10 shows an example in which behind the long pass filter 10 in 6th an optical fiber 46 is arranged as the optical element. The light beam 9 is incident on incident ends of the respective optical fibers 46 and is emitted from their light-emitting ends with an increased spacing, and the emitted light beams 47 are incident in parallel on a common two-dimensional color sensor 11 one and are recognized. 10 (a) Figure 13 shows the multicolor detection device in a direction perpendicular to a plane defining each optical axis of the condenser lens 2 contains, and 10 (b) represents one of the two-dimensional color sensor 11 recognized image 12.

Wenn der optische Abstand zwischen der Kondensorlinse 2 und dem Einfallende der Lichtleitfaser 46 gleich g ist, werden die Gleichungen (1) bis (18) direkt zu Bedingungen für eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen. Da der Abstand zwischen den Bildern 48 der lichtemittierenden Punkte auf dem Bild 12 des zweidimensionalen Farbsensors 11 im Vergleich zum Fall von 6 erhöht ist, ist es zudem möglich, eine Zunahme des Übersprechens hinter der Lichtleitfaser 46 zu vermeiden und das von den jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 emittierte Licht leicht voneinander zu unterscheiden. Da der Abstand zwischen den Bildern 48 der lichtemittierenden Punkte groß ist, ist es nicht notwendig, dass der Sensor ein gemeinsamer zweidimensionaler Farbsensor ist, wie in 10 dargestellt, und jeder Lichtstrahl 47 kann auch von einem einzelnen Farbsensor erkannt werden. Wenn die Lichtleitfaser 46 auf die Konfiguration von 7 angewandt wird, kann das Einfallende der Lichtleitfaser 46 an der Position des zweidimensionalen Sensors 30 in 7 angeordnet sein, das heißt, hinter der dichroischen Anordnung. Ferner kann die Lichtleitfaser 46 allen Bildern 25 bis 28 der lichtemittierenden Punkte in 7(c) entsprechen. Dadurch ist es möglich, den Abstand und die Anordnung der Bilder 25 bis 28 der lichtemittierenden Punkte beliebig festzulegen, und daher ist es einfach, das einzelne Bild mit einem einzelnen Sensor zu erkennen oder mit einem gewünschten eindimensionalen oder zweidimensionalen Sensor zu erkennen.When the optical distance between the condenser lens 2 and the incident end of the optical fiber 46 is g, equations (1) to (18) directly become conditions for high sensitivity and low crosstalk. Because the distance between the pictures 48 of the light emitting points on the image 12 of the two-dimensional color sensor 11 compared to the case of 6th is increased, it is also possible to avoid an increase in crosstalk behind the optical fiber 46 and that from the respective light emitting points 1 emitted light can be easily distinguished from one another. Because the distance between the pictures 48 of the light emitting points is large, it is not necessary that the sensor be a common two-dimensional color sensor as in FIG 10 and each light beam 47 can also be detected by a single color sensor. When the optical fiber 46 is set to the configuration of 7th is applied, the incident end of the optical fiber 46 may be at the position of the two-dimensional sensor 30th in 7th be arranged, that is, behind the dichroic arrangement. Furthermore, the optical fiber 46 can all images 25 to 28 of the light emitting points in 7 (c) correspond. This makes it possible to arbitrarily set the spacing and arrangement of the images 25 to 28 of the light emitting points, and therefore it is easy to recognize the individual image with a single sensor or with a desired one-dimensional or two-dimensional sensor.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.Embodiments of the present invention are described below.

[Ausführungsform 1][Embodiment 1]

11 ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines DNA-Sequenzers mit einer Kapillaranordnung zeigt. Eine Analyseprozedur wird nun auf 11 Bezug nehmend beschrieben. Zuerst wird das Probeneinspritzende 50 einer Vielzahl von Kapillaren 49 (in 11 sind vier Kapillaren 49 dargestellt) in eine kathodenseitige Pufferlösung 60 eingetaucht, und das Probenausspülende 51 wird über einen Polymerblock 55 in eine anodenseitige Pufferlösung 61 eingetaucht. Ein Ventil 57 des Pumpenblocks 55 wird geschlossen, eine Polymerlösung im Inneren des Pumpenblocks 55 wird durch eine mit dem Pumpenblock 55 verbundene Spritze 56 unter Druck gesetzt, und die Polymerlösung wird vom Probenausspülende 51 aus in Richtung des Probeneinspritzendes 50 in die jeweiligen Kapillaren 49 gefüllt. Dann wird das Ventil 57 geöffnet, und verschiedene Proben werden von den Probeneinspritzenden 50 aus in die jeweiligen Kapillaren 49 eingespritzt, worauf mit einer Stromquelle 62 eine Hochspannung zwischen einer Kathodenelektrode 58 und einer Anodenelektrode 59 angelegt wird, wodurch die Kapillarelektrophorese beginnt. DNAs, die mit fluoreszierenden Substanzen in vier Farben markiert sind, migrieren elektrophoretisch vom Probeneinspritzende 50 zum Probenausspülende 51. 11 Fig. 13 is a schematic diagram showing a configuration example of a DNA sequencer having a capillary arrangement. An analysis procedure is now on 11 Described with reference. First, the sample injection end 50 becomes a plurality of capillaries 49 (in 11 are four capillaries 49 shown) is immersed in a cathode-side buffer solution 60, and the sample rinsing device 51 is immersed via a polymer block 55 in an anode-side buffer solution 61. A valve 57 of the pump block 55 is closed, a polymer solution inside the pump block 55 is pressurized through a syringe 56 connected to the pump block 55, and the polymer solution is from the sample rinsing end 51 towards the sample injection end 50 into the respective capillaries 49 filled. Then, the valve 57 is opened, and various samples are fed into the respective capillaries from the sample injection ends 50 49 injected, whereupon with a power source 62 a high voltage is applied between a cathode electrode 58 and an anode electrode 59, whereby the capillary electrophoresis begins. DNAs marked with fluorescent substances in four colors migrate electrophoretically from the sample injection end 50 to the sample flush end 51.

Ein Teil einer Beschichtung jeder Kapillare 49 an einer Position (Laser-Bestrahlungsposition 52) in einer festen Entfernung vom Probeneinspritzende 50, wo die DNAs in jeder Kapillare 49 elektrophoretisch migrieren, wird entfernt, sodass die Laser-Bestrahlungspositionen 52 der Kapillaren 49 auf derselben Ebene (Anordnungsebene) liegen und gleichzeitig von einem Laserstrahl 54 bestrahlt werden, der von einer Laserlichtquelle 53 oszilliert, durch eine Linse fokussiert und entlang der Anordnungsebene von einer Seite der Anordnungsebene aus eingeleitet wird. Die durch die fluoreszierenden Substanzen in vier Farben markierten DNAs migrieren elektrophoretisch in jeder Kapillare 49 und vibrieren und fluoreszieren, wenn sie die Laser-Bestrahlungsposition 52 durchlaufen. Licht, das vom Inneren jeder Kapillare 49 emittiert wird, bildet eine lichtemittierende Punkteanordnung, und jedes emittierte Licht wird aus einer Richtung senkrecht zur Anordnungsebene (Richtung senkrecht zu einer Papieroberfläche in 11) von der in 6 bis 10 dargestellten Mehrfarben-Detektionsvorrichtung erkannt.Part of a coating on each capillary 49 at a position (laser irradiation position 52) a fixed distance from the sample injection end 50 where the DNAs in each capillary 49 migrate electrophoretically, is removed so that the laser irradiation positions 52 of the capillaries 49 lie on the same plane (arrangement plane) and are simultaneously irradiated by a laser beam 54 from a laser light source 53 is oscillated, focused by a lens and initiated along the plane of arrangement from one side of the plane of arrangement. The DNAs marked in four colors by the fluorescent substances migrate electrophoretically in each capillary 49 and vibrate and fluoresce as they pass through the laser irradiation position 52. Light emanating from the inside of each capillary 49 is emitted forms a light-emitting dot array, and each emitted light is emitted from a direction perpendicular to the plane of arrangement (direction perpendicular to a paper surface in 11 ) from the in 6th to 10 shown multicolor detection device detected.

In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall im Detail beschrieben, in welchem die Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit einer dichroischen Anordnung für den in 11 dargestellten Kapillar-DNA-Sequenzer verwendet wird. Die Laserbestrahlungspositionen 52 der vier Kapillaren 49 mit einem Außendurchmesser von 0,36 mm und einem Innendurchmesser von 0,05 mm sind in derselben Ebene mit einem Zwischenabstand von p=1 mm angeordnet, und der auf einen Durchmesser von 0,05 mm verengte Laserstrahl 54 wird auf einer Seite einer Anordnungsebene bestrahlt, wodurch eine lichtemittierende Punkteanordnung erhalten wird, in der vier (M=4) der lichtemittierenden Punkte 1 mit einem effektiven Durchmesser von d=0,05 mm im Abstand von p=1 mm angeordnet sind. Hier stimmt der effektive Durchmesser des lichtemittierenden Punkts mit dem Innendurchmesser der Kapillare überein. Hier war die Wellenlänge des Laserstrahls 54 auf 505 nm eingestellt, und die Fluoreszenz der vier Farben (maximale Wellenlänge der Lichtemission) waren die A-Fluoreszenz (540 nm), die B-Fluoreszenz (570 nm), die C-Fluoreszenz (600 nm) und die D-Fluoreszenz (630 nm). Die Gesamtbreite der lichtemittierenden Punkteanordnung war auf W=p*(M-1)=3 mm eingestellt. Das von jedem lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht wird jeweils von jeder Kondensorlinse 2 einer Kondensorlinsenanordnung 8 gebündelt, in welcher vier Kondensorlinsen 2 mit einer Brennweite von f=1,5 mm und einem effektiven Durchmesser D=1 mm in Abständen von p=1 mm angeordnet sind. Die oben genannten d, p, f und D sind für die lichtemittierenden Punkte und die Kondensorlinsen im Wesentlichen gleich, müssen aber nicht unbedingt gleich sein. In diesem Fall sind d, p, f und D Mittelwerte einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten und der Kondensorlinsen.In the present embodiment, a case will be described in detail in which the multicolor detection device having a dichroic arrangement for the in 11 capillary DNA sequencer shown is used. The laser irradiation positions 52 of the four capillaries 49 with an outer diameter of 0.36 mm and an inner diameter of 0.05 mm are arranged in the same plane with an interval of p = 1 mm, and the laser beam 54 narrowed to a diameter of 0.05 mm is irradiated on one side of an arrangement plane whereby a light emitting dot arrangement is obtained in which four (M = 4) of the light emitting dots 1 with an effective diameter of d = 0.05 mm are arranged at a distance of p = 1 mm. Here the effective diameter of the light-emitting point corresponds to the inner diameter of the capillary. Here, the wavelength of the laser beam 54 was set to 505 nm, and the fluorescence of four colors (maximum wavelength of light emission) were A fluorescence (540 nm), B fluorescence (570 nm), C fluorescence (600 nm ) and the D fluorescence (630 nm). The total width of the light emitting dot array was set to W = p * (M-1) = 3 mm. That from every light emitting point 1 emitted light is respectively from each condenser lens 2 a condenser lens assembly 8th bundled in which four condenser lenses 2 with a focal length of f = 1.5 mm and one effective diameter D = 1 mm are arranged at intervals of p = 1 mm. The above d, p, f, and D are substantially the same for the light emitting points and the condenser lenses, but do not necessarily have to be the same. In this case, d, p, f and D are average values of a plurality of light emitting points and the condenser lenses.

12 ist ein Querschnitt einer Mehrfarben-Detektionsvorrichtung, der die optische Achse einer Kondensorlinse 2 enthält, die senkrecht zur Anordnungsrichtung der Kondensorlinsenanordnung 8 steht. Doch 12 unterscheidet sich von 7 darin, dass die optische Achse jeder Kondensorlinse 2 und eine Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls nach der Teilung durch die dichroische Anordnung vertikal sind, das heißt, die optische Achse jeder Kondensorlinse 2 ist parallel zu einer Sensorfläche des zweidimensionalen Sensors 30. Ansonsten entspricht sie 7. Der lichtemittierende Punkt 1 ist in 12 ausgelassen. 12th Figure 3 is a cross section of a multicolor detection device showing the optical axis of a condenser lens 2 contains, which is perpendicular to the direction of arrangement of the condenser lens arrangement 8th stands. But 12th differs from 7th in that the optical axis of each condenser lens 2 and a traveling direction of the light beam after being divided by the dichroic array is vertical, that is, the optical axis of each condenser lens 2 is parallel to a sensor surface of the two-dimensional sensor 30th . Otherwise it corresponds 7th . The light emitting point 1 is in 12th left out.

Das Langpassfilter 10 mit einer Breite α=5 mm, einer Dicke β=1 mm und einer Tiefe γ=5 mm ist an einer Position in einem Abstand von 3 mm zur Kondensorlinse 2 so angeordnet, dass eine Normale dazu und die optische Achse der Kondensorlinse 2 parallel zueinander sind. Ferner sind die dichroischen Spiegel 17, 18, 19 und 20 mit einer mehrlagigen oder einlagigen Schicht auf einer unteren rechten Frontfläche eines Quarzsubstrats (Brechungsindex n0=1,46) gebildet und in Abständen von 5 mm so angeordnet, dass ihre Normale um 45 Grad zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 geneigt ist. Das Quarzsubstrat hat eine Breite α=5 mm, eine Dicke β=1 mm und eine Tiefe γ=5 mm. Der dichroische Spiegel 20 kann wie in 7 durch einen Totalreflexionsspiegel ersetzt werden. 12 stellt sowohl im Langpassfilter 10 als auch in den dichroischen Spiegeln 17 bis 20 eine Seitenfläche von α×β dar, und γ ist in einer Richtung senkrecht zur Papieroberfläche. Ferner ist in auf einer linken oberen Frontfläche der dichroischen Spiegel 17, 18 und 19 eine Antireflexionsschicht gebildet, um Reflexionsverluste zu verringern. Zudem ist auf allen Seitenflächen der dichroischen Spiegel 17, 18, 19 und 20 eine Lichtabschirmungsschicht gebildet, um das Eindringen von Licht zu verhindern und unerwünschtes Streulicht zu vermeiden. Ein rechtes Ende des dichroischen Spiegels 17 ist an einer Position in einem Abstand von 5 mm zur Kondensorlinse 2 (das heißt, an einer Position in einem Abstand von 2 mm zum Langpassfilter 10) angeordnet. Die oberen und unteren Enden der dichroischen Spiegel 17, 18, 19 und 20 sind jeweils in derselben Ebene angeordnet. Der zweidimensionale Sensor 30 ist in einem Abstand von 5 mm zu den unteren Enden der dichroischen Spiegel 17, 18, 19 und 20 angeordnet. Alle Elemente des optischen Systems sind in der Luft angeordnet. Die Anordnung in Luft erfolgt zur Verbesserung der Spektralleistung des dichroischen Spiegels.The long pass filter 10 with a width α = 5 mm, a thickness β = 1 mm and a depth γ = 5 mm is at a position at a distance of 3 mm from the condenser lens 2 arranged so that a normal to it and the optical axis of the condenser lens 2 are parallel to each other. Further, the dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20 are formed with a multilayer or a single layer on a lower right front surface of a quartz substrate (refractive index n 0 = 1.46) and are arranged at intervals of 5 mm so that their normal by 45 degrees to the optical axis of the condenser lens 2 is inclined. The quartz substrate has a width α = 5 mm, a thickness β = 1 mm and a depth γ = 5 mm. The dichroic mirror 20 can as in 7th be replaced by a total reflection mirror. 12th represents a side surface of α × β in both the long pass filter 10 and the dichroic mirrors 17 to 20, and γ is in a direction perpendicular to the paper surface. Furthermore, an anti-reflection layer is formed on a left upper front surface of the dichroic mirrors 17, 18 and 19 in order to reduce reflection loss. In addition, a light shielding layer is formed on all side surfaces of the dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20 in order to prevent the penetration of light and to avoid undesired stray light. A right end of the dichroic mirror 17 is at a position spaced 5 mm from the condenser lens 2 (that is, at a position 2 mm from the long pass filter 10). The upper and lower ends of the dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20 are each arranged in the same plane. The two-dimensional sensor 30th is arranged at a distance of 5 mm from the lower ends of the dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20. All elements of the optical system are arranged in the air. The arrangement in air is done to improve the spectral performance of the dichroic mirror.

Elf Lichtstrahlelemente 65, die in 12 dargestellt sind, zeigen, dass die obige dichroische Anordnung dazu ausgelegt ist, einfallende parallele Lichtstrahlen in vier Lichtstrahlen zu teilen, und dies bei einer maximalen Breite der Lichtstrahlen, und stellen das Ergebnis der Berechnung ihres optischen Wegs anhand der Reflexions- und Brechungsgesetze dar. Nachstehend wird die maximale Breite des Lichtstrahls als Öffnungsweite 63 der dichroischen Anordnung bezeichnet, und eine Größe davon wird durch W ausgedrückt. Die Öffnungsweite stellt die maximale Breite des Lichtstrahls dar, bei welcher der einfallende Lichtstrahl auf geeignete Weise durch die dichroische Anordnung geteilt werden kann. Die Öffnungsweite W unterscheidet sich allgemein von einer Breite d'(s) des Lichtstrahls, der durch Bündelung des vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierten Lichts durch die Kondensorlinse 2 in der optischen Weglänge s der Kondensorlinse 2 erhalten wird. Außerdem ist d'(s) die reale Breite eines Lichtstrahls, und W stellt einen Maximalwert der Breite des Lichtstrahls dar, der von der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung unter einer gegebenen Bedingung akzeptiert werden kann. Das heißt, es ist wünschenswert, dass W≥d'(s) so eingestellt wird, dass eine Lichtmenge des durch die Kondensorlinse 2 gebündelten Lichtstrahls ohne Lichtmengenverlust geteilt wird. Zudem ist es wünschenswert, dass W größer ist, weil dadurch die Toleranz einer Abweichung zwischen einer Mittelachse des durch die Kondensorlinse 2 gebündelten Lichtstrahls und einer Mittelachse der Öffnungsweite 63 gegenüber erhöht wird. Die elf Lichtstrahlelemente 65, die sich von der Kondensorlinse 2 nach links ausbreiten, sind so angeordnet, dass sie innerhalb der Öffnungsweite 63 des Lichtstrahls einen gleichen Zwischenabstand haben und parallel zueinander verlaufen.Eleven light beam elements 65 shown in 12th show that the above dichroic arrangement is designed to split incident parallel light beams into four light beams with a maximum width of the light beams, and represent the result of calculating their optical path from the laws of reflection and refraction the maximum width of the light beam is referred to as the opening 63 of the dichroic array, and a size thereof is expressed by W. The opening width represents the maximum width of the light beam at which the incident light beam can be divided in a suitable manner by the dichroic arrangement. The opening width W generally differs from a width d '(s) of the light beam obtained by focusing the point from the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 in the optical path length s of the condenser lens 2 is obtained. In addition, d '(s) is the real width of a light beam, and W represents a maximum value of the width of the light beam that can be accepted by the multicolor detection device under a given condition. That is, it is desirable that W≥d '(s) is set so that an amount of light passes through the condenser lens 2 bundled light beam is divided without loss of light quantity. In addition, it is desirable that W is larger because it reduces the tolerance of a deviation between a central axis of the through the condenser lens 2 bundled light beam and a central axis of the opening width 63 is increased compared to. The eleven light beam elements 65 extending from the condenser lens 2 spread to the left, are arranged so that they have the same spacing within the opening width 63 of the light beam and run parallel to one another.

Wie in 12 dargestellt, werden die jeweiligen Lichtstrahlelemente 65 bei jedem Durchlauf der jeweiligen dichroischen Spiegel 17 bis 19 durch interne Brechung nach oben hin parallelverschoben. Um diesen Einfluss zu reduzieren, sind die optische Achse der Kondensorlinse 2 und die Mitte des von der Kondensorlinse emittierten Lichtstrahlelements unterhalb einer Mitte einer unteren rechten Frontfläche des dichroischen Spiegels 17 angeordnet. Die optische Weglänge s, die ein optischer Abstand zwischen der Kondensorlinse 2 und dem zweidimensionalen Sensor 30 ist, ist jedoch bei den vier geteilten Lichtstrahlen verschieden, wie aus 12 zu ersehen ist. Der Lichtstrahl, der die dichroischen Spiegel 17 bis 19 durchläuft und vom dichroischen Spiegel 20 reflektiert wird, weist den längsten optischen Weg 64 auf. Wenn zwischen der Kondensorlinse und dem Sensor mehrere optische Wege vorhanden sind, wurde bisher die längste optische Weglänge 64 darunter als optische Weglänge der Lichtdetektionsvorrichtung definiert, und deren Länge wurde als g ausgedrückt. In der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung, die in 12 dargestellt ist, wurde die Öffnungsweite 63 als W=2,1 mm berechnet, und die optische Weglänge 64 als g=29 mm. Die obigen W und g sind für die lichtemittierenden Punkte und die Kondensorlinsen im Wesentlichen gleich, müssen aber nicht unbedingt gleich sein. In diesem Fall sind W und g Mittelwerte einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten und der Kondensorlinsen.As in 12th As shown, the respective light beam elements 65 are displaced in parallel upwards by internal refraction with each passage through the respective dichroic mirrors 17 to 19. To reduce this influence, the optical axis of the condenser lens are 2 and the center of the light beam element emitted from the condenser lens is located below a center of a lower right front surface of the dichroic mirror 17. The optical path length s, which is an optical distance between the condenser lens 2 and the two-dimensional sensor 30th is, however, is different in the four split light beams, as in 12th can be seen. The light beam which passes through the dichroic mirrors 17 to 19 and is reflected by the dichroic mirror 20 has the longest optical path 64. When there are multiple optical paths between the condenser lens and the sensor, the longest optical path length has been 64 below defined as the optical path length of the light detecting device, and the length thereof was expressed as g. In the multicolor detection device shown in 12th is shown, the opening width 63 was calculated as W = 2.1 mm, and the optical path length 64 as g = 29 mm. The above W and g are substantially the same for the light emitting points and the condenser lenses, but do not necessarily have to be the same. In this case, W and g are average values of a plurality of light emitting points and the condenser lenses.

Ein optischer Abstand zwischen dem lichtemittierenden Punkt 1 und der Kondensorlinse 2 mit einer Brennweite von f=1,5 mm ist auf etwa 1,58 mm eingestellt. Dies bewirkt, dass das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht in einem optischen Abstand g=29 mm von der Kondensorlinse 2 abgebildet wird, mit einer Bildvergrößerung von m = 18,3 nach Gleichung (1) und einem Durchmesser d'= 0,92 mm des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts 1 mit einem Durchmesser von d = 0,05 mm nach Gleichung (2).
Da der effektive Durchmesser D=1 mm der Kondensorlinse größer ist als der Durchmesser d', ist die optische Weglänge s von der Kondensorlinse als d'(s)≤1 mm eingestellt, und d'(s) ≤W=2,1 mm, bezogen auf ist 0 mm≤s≤29 mm. Dadurch kann der Lichtstrahl, der durch die dichroischen Spiegel 17 bis 20 in vier Lichtstrahlen aufgeteilt wird, den zweidimensionalen Sensor 30 verlustfrei erreichen.
An optical distance between the light emitting point 1 and the condenser lens 2 with a focal length of f = 1.5 mm is set to about 1.58 mm. This causes the from the light emitting point 1 emitted light at an optical distance g = 29 mm from the condenser lens 2 is shown, with an image magnification of m = 18.3 according to equation (1) and a diameter d '= 0.92 mm of the image 7th of the light emitting point 1 with a diameter of d = 0.05 mm according to equation (2).
Since the effective diameter D = 1 mm of the condenser lens is larger than the diameter d ', the optical path length s from the condenser lens is set as d' (s) ≤ 1 mm, and d '(s) W = 2.1 mm , based on is 0 mm≤s≤29 mm. Thereby, the light beam, which is split into four light beams by the dichroic mirrors 17 to 20, can use the two-dimensional sensor 30th Achieve lossless.

In der oben beschriebenen Mehrfarben-Detektionsvorrichtung werden die Gleichungen (4), (9) und (18) erfüllt, und es wurde festgestellt, dass eine relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine genaue relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine hohe Empfindlichkeit mit 0 % Übersprechen und die Bedingung des geringen Übersprechens erreicht werden können. Eine Größe der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung wird durch die Gesamtbreite AW=3 mm der lichtemittierenden Punkteanordnung bestimmt und kann, wie in 12 dargestellt, kleiner als ein Volumen (668 mm2) eines rechteckigen Parallelepipeds sein, das eine Breite von 24,2 mm in Richtung einer optischen Achse der Kondensorlinse 2 und eine Breite von 9,2 mm in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 und der lichtemittierenden Punkteanordnung hat. Das heißt, im Vergleich zu dem Fall, der in PTL 1 offenbart wird, kann eine Gesamtgröße des Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung auf das 1/2,400-fache verkleinert werden. Da alle verwendeten optischen Elemente fein sind, sind große Kosteneinsparungen möglich. Obige m und d' sind für die lichtemittierenden Punkte und die Kondensorlinsen im Wesentlichen gleich, müssen aber nicht unbedingt gleich sein. In diesem Fall sind m und d' Mittelwerte einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten und der Kondensorlinsen.In the multicolor detection apparatus described above, equations (4), (9) and (18) are satisfied, and it was found that a relative detection light amount larger than 100%, an accurate relative detection light amount larger than 100%, high sensitivity with 0% crosstalk and the low crosstalk condition can be achieved. A size of the multicolor detection device is determined by the total width AW = 3 mm of the light emitting dot array and can be, as shown in FIG 12th shown to be smaller than a volume (668 mm 2 ) of a rectangular parallelepiped having a width of 24.2 mm in the direction of an optical axis of the condenser lens 2 and a width of 9.2 mm in a direction perpendicular to the optical axis of the condenser lens 2 and the light emitting dot array. That is, compared with the case disclosed in PTL 1, a total size of the fluorescence detection device can be reduced to 1 / 2,400 times. Since all the optical elements used are fine, great cost savings are possible. The above m and d 'are essentially the same for the light emitting points and the condenser lenses, but do not necessarily have to be the same. In this case, m and d 'are average values of a plurality of light emitting points and the condenser lenses.

[Ausführungsform 2][Embodiment 2]

In der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung von Ausführungsform 1, die in 12 dargestellt ist, sind die Anordnungsrichtungen der dichroischen Anordnung, der Kondensorlinsenanordnung und der lichtemittierenden Punkteanordnung alle parallel zur Sensorfläche des zweidimensionalen Sensors 30, weshalb dazwischen keine Interferenzen auftreten. Da die Anordnungsebenen der jeweiligen Kapillaren 49 der Kapillaranordnung senkrecht zur Sensorfläche des zweidimensionalen Sensors 30 stehen, weist diese Vorrichtungskonfiguration einen Nachteil auf, dass dazwischen eine Interferenz auftreten kann. Die vorliegende Ausführungsform stellt daher eine Mehrfarben-Detektionsvorrichtung bereit, um den obigen Nachteil zu beheben.In the multicolor detection device of embodiment 1 , in the 12th is shown, the arrangement directions of the dichroic arrangement, the condenser lens arrangement and the light-emitting point arrangement are all parallel to the sensor surface of the two-dimensional sensor 30th , so there is no interference in between. Since the planes of arrangement of the respective capillaries 49 the capillary arrangement perpendicular to the sensor surface of the two-dimensional sensor 30th this device configuration has a disadvantage that interference may occur therebetween. The present embodiment therefore provides a multicolor detection device in order to solve the above disadvantage.

Im Kapillar-DNA-Sequenzer gleichen die Konfigurationen von der Kapillaranordnung bis zur Kondensorlinsenanordnung denen von Ausführungsform 1, und die Konfiguration von 12 wird durch eine Konfiguration von 13 ersetzt. 13 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Mehrfarben-Detektionsvorrichtung schematisch darstellt. Das Querschnittsdiagramm enthält eine optische Achse einer Kondensorlinse 2, und deren Papierebene steht senkrecht zur Anordnungsrichtung der Kondensorlinsenanordnung 8, und die optische Achse jeder Kondensorlinse 2 ist parallel zu einer Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls nach der Teilung, das heißt, die optische Achse jeder Kondensorlinse 2 und die Sensorfläche des zweidimensionalen Sensors 30 stehen senkrecht zueinander, was 7 entspricht. Das Langpassfilter 10 mit einer Breite α=5 mm, einer Dicke β=1 mm und einer Tiefe γ=5 mm ist an einer Position in einem Abstand von 3 mm von der Kondensorlinse 2 so angeordnet, dass eine Normale dazu und die optische Achse der Kondensorlinse 2 parallel zueinander sind. Ferner ist der dichroische Spiegel 17 mit einer mehrlagigen Schicht auf einer oberen Frontfläche eines Quarzsubstrats (Brechungsindex n0=1,46) mit einer Breite α=5 mm, einer Dicke β=1 mm und einer Tiefe γ=5 mm gebildet, und die dichroischen Spiegel 18, 19 und 20 mit der mehrlagigen oder einlagigen Schicht, die auf einer unteren rechten Frontfläche davon gebildet ist, sind in Abständen von 5 mm so angeordnet, dass ihre Normale zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 in Abständen von 5 mm um 45 Grad geneigt ist. Zudem ist auf allen Seitenflächen der dichroischen Spiegel 17, 18, 19 und 20 eine Lichtabschirmungsschicht gebildet, um das Eindringen von Licht zu verhindern und unerwünschtes Streulicht zu vermeiden.In the capillary DNA sequencer, the configurations from the capillary array to the condenser lens array are the same as in the embodiment 1 , and the configuration of 12th is made possible by a configuration of 13th replaced. 13th Fig. 13 is a cross-sectional diagram schematically showing a multicolor detection device. The cross-sectional diagram includes an optical axis of a condenser lens 2 , and its paper plane is perpendicular to the direction of arrangement of the condenser lens arrangement 8th , and the optical axis of each condenser lens 2 is parallel to a traveling direction of the light beam after division, that is, the optical axis of each condenser lens 2 and the sensor area of the two-dimensional sensor 30th stand perpendicular to each other what 7th corresponds to. The long pass filter 10 having a width α = 5 mm, a thickness β = 1 mm and a depth γ = 5 mm is at a position at a distance of 3 mm from the condenser lens 2 arranged so that a normal to it and the optical axis of the condenser lens 2 are parallel to each other. Further, the dichroic mirror 17 is formed with a multilayer film on an upper front surface of a quartz substrate (refractive index n 0 = 1.46) with a width α = 5 mm, a thickness β = 1 mm and a depth γ = 5 mm, and the dichroic mirrors 18, 19 and 20 with the multilayer or single layer formed on a lower right front surface thereof are arranged at intervals of 5 mm so that their normal to the optical axis of the condenser lens 2 is inclined at 45 degrees at 5 mm intervals. In addition, a light shielding layer is formed on all side surfaces of the dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20 in order to prevent the penetration of light and to avoid undesired stray light.

Ein oberes Ende des dichroischen Spiegels 17 ist in einem Abstand von 5 mm zur Kondensorlinse 2 angeordnet. Die oberen und unteren Enden der dichroischen Spiegel 17, 18, 19 und 20 sind jeweils auf derselben Ebene angeordnet. Der zweidimensionale Sensor 30 ist in einem Abstand von 5 mm zu den unteren Enden der dichroischen Spiegel 17, 18, 19 und 20 angeordnet. Wie in 12 sind elf Lichtstrahlelemente 65 dargestellt. Als Ergebnis wird in der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung, die in 13 dargestellt ist, die Öffnungsweite 63 als W=1,7 mm berechnet, und die optische Weglänge 64 als g=28 mm, wodurch die gleiche Leistung wie in 12 erreicht werden kann.An upper end of the dichroic mirror 17 is at a distance of 5 mm from the condenser lens 2 arranged. The upper and lower ends of the dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20 are up, respectively arranged on the same level. The two-dimensional sensor 30th is arranged at a distance of 5 mm from the lower ends of the dichroic mirrors 17, 18, 19 and 20. As in 12th eleven light beam elements 65 are shown. As a result, in the multicolor detection device disclosed in 13th is shown, the aperture width 63 is calculated as W = 1.7 mm, and the optical path length 64 as g = 28 mm, whereby the same performance as in 12th can be reached.

Ein optischer Abstand zwischen dem lichtemittierenden Punkt 1 und der Kondensorlinse 2 ist auf etwa 1,58 mm eingestellt. Dies bewirkt, dass das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht in einem optischen Abstand g=28 mm von der Kondensorlinse 2 abgebildet wird, mit einer Bildvergrößerung von m=17.7 und einem Durchmesser des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts von d'=0,88 mm. Da der effektive Durchmesser D=1 mm der Kondensorlinse größer ist als der Durchmesser d', wird der optische Abstand s von der Kondensorlinse 2 als d'(s)≤1 mm eingestellt, und d'(s)≤W=1,7 mm in Bezug auf 0 mm≤s≤28 mm. Dadurch kann der Lichtstrahl, der durch die dichroischen Spiegel 17 bis 20 in vier Lichtstrahlen aufgeteilt wird, den zweidimensionalen Sensor 30 verlustfrei erreichen.An optical distance between the light emitting point 1 and the condenser lens 2 is set to about 1.58 mm. This causes the from the light emitting point 1 emitted light at an optical distance g = 28 mm from the condenser lens 2 with an image magnification of m = 17.7 and a diameter of the image 7th of the light emitting point of d '= 0.88 mm. Since the effective diameter D = 1 mm of the condenser lens is larger than the diameter d ', the optical distance s from the condenser lens becomes 2 set as d '(s) ≤1mm, and d' (s) ≤W = 1.7mm with respect to 0mm≤s≤28mm. Thereby, the light beam, which is split into four light beams by the dichroic mirrors 17 to 20, can use the two-dimensional sensor 30th Achieve lossless.

In der oben beschriebenen Mehrfarben-Detektionsvorrichtung werden die Gleichungen (4), (9) und (18) erfüllt, und es wurde festgestellt, dass eine relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine genaue relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine hohe Empfindlichkeit mit 0 % Übersprechen und die Bedingung des geringen Übersprechens erreicht werden können. Eine Größe der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung wird durch die Gesamtbreite AW=3 mm der lichtemittierenden Punkteanordnung bestimmt und kann, wie in 13 dargestellt, kleiner als ein Volumen (818 mm2) eines rechteckigen Parallelepipeds sein, das eine Breite von 14,2 mm in Richtung einer optischen Achse der Kondensorlinse 2 und eine Breite von 19,2 mm in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 und der lichtemittierenden Punkteanordnung hat. Das heißt, im Vergleich zu dem Fall, der in PTL 1 offenbart wird, kann eine Gesamtgröße des Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung auf das 1/2,000-fache verkleinert werden. Da alle verwendeten optischen Elemente fein sind, sind große Kosteneinsparungen möglich.In the multicolor detection apparatus described above, equations (4), (9) and (18) are satisfied, and it was found that a relative detection light amount larger than 100%, an accurate relative detection light amount larger than 100%, high sensitivity with 0% crosstalk and the low crosstalk condition can be achieved. A size of the multicolor detection device is determined by the total width AW = 3 mm of the light emitting dot array and can be, as shown in FIG 13th shown to be smaller than a volume (818 mm 2 ) of a rectangular parallelepiped having a width of 14.2 mm in the direction of an optical axis of the condenser lens 2 and a width of 19.2 mm in a direction perpendicular to the optical axis of the condenser lens 2 and the light emitting dot array. That is, compared with the case disclosed in PTL 1, a total size of the fluorescence detection device can be reduced to 1 / 2,000 times. Since all the optical elements used are fine, great cost savings are possible.

Da in der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung, die in 13 dargestellt ist, die Anordnungsrichtungen der dichroischen Anordnung, der Kondensorlinsenanordnung, der lichtemittierenden Punkteanordnung und die Anordnungsebene des Kapillaranordnung alle parallel zur Sensorfläche des zweidimensionalen Sensors 30 sind, tritt zwischen diesen keine Interferenz auf, sodass deren Implementierung einfach wird.Since in the multicolor detection device disclosed in 13th the arrangement directions of the dichroic arrangement, the condenser lens arrangement, the light-emitting point arrangement and the arrangement plane of the capillary arrangement are all parallel to the sensor surface of the two-dimensional sensor 30th there is no interference between them, so that their implementation becomes easy.

[Ausführungsform 3][Embodiment 3]

Der Innendurchmesser jeder Kapillare 49, das heißt, der Durchmesser des lichtemittierenden Punkts 1 war in den Ausführungsformen 1 und 2 auf d=0,05 mm eingestellt. Hier wurde eine Vergrößerung dieser Bedingung auf d=0,075 mm untersucht. Unter Verwendung der in 13 dargestellten Mehrfarben-Detektionsvorrichtung wurde das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht so abgebildet, dass eine Bildvergrößerung auf m=17,7 und der Durchmesser des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts bei einem optischen Abstand g=28 mm auf d'=1,33 mm eingestellt war. Da der effektive Durchmesser D=1 mm der Kondensorlinse größer ist als der Durchmesser d', ist die optische Weglänge s von der Kondensorlinse 2 als d'(s) ≤1,33 mm eingestellt, und d'(s) ≤W=1,7 mm in Bezug auf 0 mm≤s≤28 mm. Dadurch kann der Lichtstrahl, der durch die dichroischen Spiegel 17 bis 20 in vier Lichtstrahlen aufgeteilt wird, wie in 13 den zweidimensionalen Sensor 30 verlustfrei erreichen.The inside diameter of each capillary 49 , that is, the diameter of the light emitting point 1 was in the embodiments 1 and 2 set to d = 0.05 mm. Here an enlargement of this condition to d = 0.075 mm was examined. Using the in 13th The multicolor detection device shown was that of the light emitting point 1 emitted light mapped so that an image magnification to m = 17.7 and the diameter of the image 7th of the light emitting point was set to d '= 1.33 mm at an optical distance g = 28 mm. Since the effective diameter D = 1 mm of the condenser lens is larger than the diameter d ', the optical path length is s from the condenser lens 2 set as d '(s) ≤1.33mm, and d' (s) ≤W = 1.7mm with respect to 0mm≤s≤28mm. Thereby, the light beam which is split into four light beams by the dichroic mirrors 17 to 20, as shown in FIG 13th the two-dimensional sensor 30th Achieve lossless.

Es wurde festgestellt, dass die Gleichungen (4) und (9) in der obigen Mehrfarben-Detektionsvorrichtung auf die gleiche Weise erfüllt werden wie in 13. Gleichung (18) wird jedoch nicht erfüllt, und Gleichung (17) wird erfüllt. Demnach kann eine relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine genaue relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine hohe Empfindlichkeit mit 25 % oder weniger Übersprechen und ein geringes Übersprechen erreicht werden, woraus zu ersehen ist, dass das Übersprechen schlechter ist als in 13. In der vorliegenden Ausführungsform kann das Übersprechen weiter verringert werden, indem die optische Weglänge g verkürzt wird, wodurch die Bildvergrößerung m und der Durchmesser d' des Bilds 7 reduziert werden. Um die optische Weglänge g zu verkürzen, gilt es als effektiv, die Größe und die Anordnungsabstände der jeweiligen dichroischen Spiegel 17 bis 20 zu reduzieren.It was found that equations (4) and (9) are satisfied in the above multicolor detection device in the same manner as in FIG 13th . However, equation (18) is not satisfied and equation (17) is satisfied. Accordingly, a relative detection light amount greater than 100%, an accurate relative detection light amount greater than 100%, high sensitivity with 25% or less crosstalk, and low crosstalk can be achieved, from which it can be seen that the crosstalk is worse than in FIG 13th . In the present embodiment, the crosstalk can be further reduced by shortening the optical path length g, thereby increasing the image magnification m and the diameter d 'of the image 7th be reduced. In order to shorten the optical path length g, it is considered effective to reduce the size and the spacing of the respective dichroic mirrors 17 to 20.

Bezug nehmend auf 14, wurde bezüglich des Langpassfilters 10 und der dichroischen Spiegel 17 bis 20 in den Bedingungen von 13 die Breite α, die Dicke β und die Tiefe γ von α = 5 mm, β = 1 mm und γ = 5 mm auf α = 2,5 mm, β = 1 mm und γ = 5 mm reduziert. Die Anordnungsabstände der jeweiligen dichroischen Spiegel 17 bis 20 wurden von x = 5 mm auf x = 2,5 mm reduziert.Referring to 14th , has been made regarding the long pass filter 10 and the dichroic mirrors 17 to 20 in the conditions of 13th the width α, the thickness β and the depth γ are reduced from α = 5 mm, β = 1 mm and γ = 5 mm to α = 2.5 mm, β = 1 mm and γ = 5 mm. The spacing between the respective dichroic mirrors 17 to 20 was reduced from x = 5 mm to x = 2.5 mm.

In diesem Fall stimmt die Position eines linken Endes des dichroischen Spiegels 17 in einer seitlichen Richtung (Richtung senkrecht zur optischen Achse der Kondensorlinse 2) in 14 mit der Position eines rechten Endes des dichroischen Spiegels 18 überein. Auf gleiche Weise stimmen eine Position eines linken Endes des dichroischen Spiegels 18 in einer seitlichen Richtung mit einer Position eines rechten Endes des dichroischen Spiegels 19 und einer Position eines linken Endes des dichroischen Spiegels 19 in einer seitlichen Richtung mit einer Position eines rechten Endes des dichroischen Spiegels 20 überein. Ansonsten gleichen die Bedingungen denen in 13. 14 ist im gleichen Maßstab gezeichnet wie 13.In this case, the position of a left end of the dichroic mirror 17 is correct in a lateral direction (direction perpendicular to the optical axis of the condenser lens 2 ) in 14th coincides with the position of a right end of the dichroic mirror 18. Similarly, a position of a left end of the dichroic mirror 18 in a lateral direction coincides with a position of a right end of the dichroic mirror 19 and a position of a left end of the dichroic mirror 19 in a lateral direction corresponds to a position of a right end of the dichroic mirror 20 match. Otherwise the conditions are the same as in 13th . 14th is drawn to the same scale as 13th .

Dadurch kann die optische Weglänge 64 von g=28 mm auf g=19 mm verkürzt werden. Demnach wird die Bildvergrößerung nach Gleichung (1) zu m=11,7 und der Durchmesser des Bilds des lichtemittierenden Punkts nach Gleichung (2) wird zu d'=0,88 mm, und die Gleichungen (4), (9) und (18) werden erfüllt. Das heißt, die relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, die genaue relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine hohe Empfindlichkeit mit 0 % Übersprechen und ein geringes Übersprechen können erreicht werden. Es ist jedoch zu ersehen, dass die Öffnungsweite 63 von B=1,7 mm auf W=0,03 mm stark reduziert wurde. Das heißt, es hat sich herausgestellt, dass es für das durch die Kondensorlinse 2 gebündelte emittierte Licht unmöglich ist, den zweidimensionalen Sensor 30 verlustfrei zu erreichen. Genauer gesagt, da ein relatives Verhältnis der Dicke β1=mm jedes dichroischen Spiegels mit abnehmender Größe jedes dichroischen Spiegels und mit abnehmendem Zwischenabstand zunimmt, kann ein Einfluss der Lichtstrahlen, die bei jedem Durchlauf der dichroischen Spiegel durch interne Brechung nach oben parallelverschoben werden, nicht ignoriert werden.As a result, the optical path length 64 can be shortened from g = 28 mm to g = 19 mm. Accordingly, the image magnification according to equation (1) becomes m = 11.7 and the diameter of the image of the light emitting point according to equation (2) becomes d '= 0.88 mm, and equations (4), (9) and ( 18) are met. That is, the relative detection light amount greater than 100%, the precise relative detection light amount greater than 100%, high sensitivity with 0% crosstalk, and low crosstalk can be achieved. It can be seen, however, that the opening width 63 has been greatly reduced from B = 1.7 mm to W = 0.03 mm. That is, it has been found to be there for that through the condenser lens 2 bundled emitted light is impossible to use the two-dimensional sensor 30th to achieve without loss. Specifically, since a relative ratio of the thickness β1 = mm of each dichroic mirror increases as the size of each dichroic mirror decreases and the spacing between them decreases, an influence of the light rays which are parallel-displaced upward by internal refraction each time the dichroic mirrors pass through cannot be ignored become.

Um diesen Einfluss zu überwinden, wird die Anordnung der dichroischen Spiegel 17 bis 20 daher von einer Anordnung auf derselben Ebene zu einer stufenartigen Anordnung umgeändert, wie in 15 dargestellt. Das heißt, die relativen Positionen der dichroischen Spiegel 17 bis 20 in Richtung der optischen Achse der Kondensorlinse 2 wurden der Parallelverschiebung entsprechend von der Anordnung auf einer selben Ebene abgeändert. Im Folgenden wird der Unterschied im Vergleich zu 14 beschrieben. Zunächst wird das obere Ende des dichroischen Spiegels 17 an einer Position in einem Abstand von 6,3 mm zur Kondensorlinse 2 angeordnet. Dann wird das untere Ende des dichroischen Spiegels 18 im Vergleich zum unteren Ende des dichroischen Spiegels 17 zu einer Seite hin versetzt, die einer Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls entgegengesetzt ist, der den dichroischen Spiegel 17 durchläuft, das heißt, um y=0,7 mm in 15. Als nächstes wird das untere Ende des dichroischen Spiegels 19 im Vergleich zum unteren Ende des dichroischen Spiegels 18 zu einer Seite hin versetzt, die einer Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls entgegengesetzt ist, der vom dichroischen Spiegel 18 reflektiert wird, das heißt, um z=0,3 mm in 15. Schließlich wird das untere Ende des dichroischen Spiegels 20 im Vergleich zum unteren Ende des dichroischen Spiegels 19 zu einer Seite hin versetzt, die einer Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls entgegengesetzt ist, der vom dichroischen Spiegel 19 reflektiert wird, das heißt, um z=0,3 mm in 15.In order to overcome this influence, the arrangement of the dichroic mirrors 17 to 20 is therefore changed from an arrangement on the same plane to a step-like arrangement as in FIG 15th shown. That is, the relative positions of the dichroic mirrors 17 to 20 in the direction of the optical axis of the condenser lens 2 were modified according to the parallel displacement from the arrangement on the same plane. The following is the difference compared to 14th described. First, the upper end of the dichroic mirror 17 is placed at a position 6.3 mm from the condenser lens 2 arranged. Then, the lower end of the dichroic mirror 18 is displaced to a side opposite to a direction of propagation of a light beam passing through the dichroic mirror 17, that is, by y = 0.7 mm in comparison with the lower end of the dichroic mirror 17 15th . Next, the lower end of the dichroic mirror 19 is displaced to a side opposite to a traveling direction of a light beam reflected by the dichroic mirror 18, that is, by z = 0.3, compared to the lower end of the dichroic mirror 18 mm in 15th . Finally, the lower end of the dichroic mirror 20 is displaced to a side opposite to a direction of propagation of a light beam reflected by the dichroic mirror 19, that is, by z = 0.3 mm, compared to the lower end of the dichroic mirror 19 in 15th .

Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Öffnungsweite 63 von W=0,03 mm in 14 auf W=1,3 mm stark erweitert werden konnte. Da andererseits die optische Weglänge 64 im Vergleich zu 14 auf g=21 mm leicht zugenommen hat, ergibt sich nach Gleichung (1) eine Bildvergrößerung von m=13 und nach Gleichung (2) ein Durchmesser des Bilds 7 des lichtemittierenden Punkts von d'=0,98 mm. Da der effektive Durchmesser D=1 mm der Kondensorlinse größer ist als d', ist die optische Weglänge s von der Kondensorlinse auf d'(s)≤1 mm eingestellt, und d'(s)≤W=1,3 mm in Bezug auf 0 mm≤s≤21 mm. Dadurch kann der Lichtstrahl, der durch die dichroischen Spiegel 17 bis 20 in vier Lichtstrahlen aufgeteilt wird, den zweidimensionalen Sensor 30 verlustfrei erreichen.As a result, it was found that the opening width 63 of W = 0.03 mm in 14th could be expanded to W = 1.3 mm. On the other hand, since the optical path length is 64 compared to 14th has increased slightly to g = 21 mm, equation (1) gives an image magnification of m = 13 and equation (2) a diameter of the image 7th of the light emitting point of d '= 0.98 mm. Since the effective diameter D = 1 mm of the condenser lens is larger than d ', the optical path length s from the condenser lens is set to d' (s) 1 mm, and d '(s) W = 1.3 mm in relation to 0 mm≤s≤21 mm. Thereby, the light beam, which is split into four light beams by the dichroic mirrors 17 to 20, can use the two-dimensional sensor 30th Achieve lossless.

In der oben beschriebenen Mehrfarben-Detektionsvorrichtung werden die Gleichungen (4), (9) und (18) auf die gleiche Weise wie in 14 erfüllt, und es wurde festgestellt, dass eine relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine genaue relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine hohe Empfindlichkeit mit 0 % Übersprechen und die Bedingung des geringen Übersprechens erreicht werden können. Eine Größe der Mehrfarben-Detektionsvorrichtung wird durch die Gesamtbreite AW=3 mm der lichtemittierenden Punkteanordnung bestimmt und kann, wie in 15 dargestellt, kleiner sein als ein Volumen (414 mm2) eines rechteckigen Parallelepipeds, das eine Breite 13,8 mm in Richtung einer optischen Achse der Kondensorlinse 2 und eine Breite 10 mm in einer vertikalen Richtung zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 und der lichtemittierenden Punkteanordnung hat. Das heißt, im Vergleich zu dem Fall, der in PTL 1 offenbart wird, kann eine Gesamtgröße des Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung auf das 1/3,900-fache verkleinert werden. Da alle verwendeten optischen Elemente fein sind, sind große Kosteneinsparungen möglich.In the multicolor detection device described above, equations (4), (9) and (18) are expressed in the same manner as in FIG 14th is satisfied, and it has been found that a relative detection light amount greater than 100%, an accurate relative detection light amount greater than 100%, high sensitivity with 0% crosstalk, and the low crosstalk condition can be achieved. A size of the multicolor detection device is determined by the total width AW = 3 mm of the light emitting dot array and can be, as shown in FIG 15th shown to be smaller than a volume (414 mm 2 ) of a rectangular parallelepiped having a width of 13.8 mm in the direction of an optical axis of the condenser lens 2 and a width of 10 mm in a vertical direction to the optical axis of the condenser lens 2 and the light emitting dot array. That is, compared with the case disclosed in PTL 1, a total size of the fluorescence detection device can be reduced to 1/3,900 times. Since all the optical elements used are fine, great cost savings are possible.

[Ausführungsform 4][Embodiment 4]

Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsformen hervorgeht, ist es wichtig, dass die Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit der dichroischen Anordnung eine Vergrößerung der Öffnungsweite W und eine Verkürzung der optischen Weglänge g erreicht, die in einem in einem Zielkonflikt miteinander stehen. Aufgrund der Miniaturisierung der Vorrichtung war es jedoch schwer, beides miteinander zu vereinbaren. Die Anpassung des Abordnungsabstands x der dichroischen Anordnung und des stufenartigen Versatzes y und z, die in Ausführungsform 3 dargestellt sind, sind effektive Möglichkeiten, um das oben beschriebene Problem zu lösen. In Ausführungsform 4 wurden der Anordnungsabstand und die stufenartig versetzte Anordnung verallgemeinert, und es wurde eine allgemeine Lösung abgeleitet, um die Vergrößerung der Öffnungsweite W und die Verkürzung der optischen Weglänge g miteinander zu vereinbaren. Ein wesentliches Merkmal der dichroischen Spiegelanordnung in der vorliegenden Erfindung ist, dass die Dicke β des dichroischen Spiegels berücksichtigt wird. Im Stand der Technik ist die Größe eines dichroischen Spiegels (α und γ) groß genug. Daher muss die Dicke β nicht berücksichtigt werden. Wenn sie jedoch miniaturisiert werden, ist es wichtig, sie unter Berücksichtigung der Dicke β anzuordnen. Insbesondere, wenn jeder dichroische Spiegel nicht in der Luft, sondern in einem Glasmaterial installiert ist, spricht nichts dagegen, eine Dicke β von β=0 anzunehmen.As is apparent from the above-described embodiments, it is important that the multicolor detection device with the dichroic arrangement achieve an enlargement of the opening width W and a shortening of the optical path length g, which are in conflict with each other. However, due to the miniaturization of the device, it was difficult to reconcile the two. The adaptation of the arrangement distance x of the dichroic arrangement and the step-like offset y and z, which in embodiment 3 are effective ways to solve the problem described above. In embodiment 4th the arrangement distance and the staggered arrangement were generalized, and a general solution was derived in order to reconcile the enlargement of the opening width W and the shortening of the optical path length g. An essential feature of the dichroic mirror arrangement in the present invention is that the thickness β of the dichroic mirror is taken into account. In the prior art, the size of a dichroic mirror (α and γ) is large enough. Therefore, the thickness β does not have to be considered. However, when they are miniaturized, it is important to arrange them in consideration of the thickness β. In particular, if each dichroic mirror is not installed in the air but in a glass material, there is nothing to prevent the assumption of a thickness β of β = 0.

16 ist ein Querschnittsdiagramm, das die Mehrfarben-Detektionsvorrichtung schematisch darstellt. Das Querschnittsdiagramm enthält eine optische Achse einer Kondensorlinse 2, die senkrecht zur Anordnungsrichtung der Kondensorlinsenanordnung 8 steht. Ferner stellt 16 eine Konfiguration einer Mehrfarben-Detektionsvorrichtung dar, wenn bei einer gegebenen Breite α und Dicke β des dichroischen Spiegels die Öffnungsweite W maximiert wurde und die optische Weglänge g minimiert wurde. Die Kondensorlinse 2, das Langpassfilter 10 und der zweidimensionale Sensor 30 wurden in 15 ausgelassen. 16 Fig. 13 is a cross-sectional diagram schematically showing the multicolor detection device. The cross-sectional diagram includes an optical axis of a condenser lens 2 which are perpendicular to the direction of arrangement of the condenser lens arrangement 8th stands. Further provides 16 represents a configuration of a multicolor detection device when, for a given width α and thickness β of the dichroic mirror, the opening width W has been maximized and the optical path length g has been minimized. The condenser lens 2 , the long pass filter 10 and the two-dimensional sensor 30th were in 15th left out.

Wie in 16 dargestellt, wiederholt ein von oben nach unten einfallender Lichtstrahl 70 mit der Öffnungsweite W die Reflexion und den Durchgang durch dichroische Spiegel M(1), M(2), M(3)... und M(N), um Lichtstrahlen F(1), F(2), F(3)... und F(N) zu ergeben, die von oben nach unten emittiert werden. Die Zahl der dichroischen Spiegel, das heißt, die Teilungszahl des Lichtstrahls 70 ist im Beispiel von 16 vier, in der vorliegenden Ausführungsform wurde die Zahl jedoch als N (N≥2) verallgemeinert. Der N-te dichroische Spiegel M(N) kann zudem durch einen Totalreflexionsspiegel ersetzt werden. Vorstehend, wie in 12 bis 15 dargestellt, wurde die optische Weglänge g der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung als die optische Weglänge des optischen Wegs von der Kondensorlinse 2 zum Sensor 30 mit der maximalen Länge definiert. Im Folgenden wird, wie in 16 dargestellt, eine optische Weglänge L der dichroischen Spiegelanordnung als Teil der optischen Weglänge g im optischen Weg mit der längsten Länge (der optische Weg vom Lichtstrahl 70 zum Lichtstrahl F(N)) als eine optische Weglänge von einer Position auf gleicher Höhe wie das oberste Ende (das oberste Ende des dichroischen Spiegels M(N)) der dichroischen Spiegelanordnung auf der optischen Achse des Lichtstrahls 70 bis zu einer Position auf gleicher Höhe wie das unterste Ende (das unterste Ende des dichroischen Spiegels M(1)) der dichroischen Spiegelanordnung auf einer optischen Achse des Lichtstrahls F(N) definiert.As in 16 shown, a light beam 70 incident from top to bottom with the opening width W repeats the reflection and the passage through dichroic mirrors M (1), M (2), M (3) ... and M (N) in order to generate light beams F ( 1), F (2), F (3) ... and F (N), which are emitted from top to bottom. The number of dichroic mirrors, that is, the division number of the light beam 70 is in the example of FIG 16 four, but in the present embodiment the number has been generalized as N (N≥2). The Nth dichroic mirror M (N) can also be replaced by a total reflection mirror. Above, as in 12th to 15th As shown, the optical path length g of the light emitting detection device was taken as the optical path length of the optical path from the condenser lens 2 to the sensor 30th defined with the maximum length. In the following, as in 16 shown, an optical path length L of the dichroic mirror assembly as part of the optical path length g in the optical path with the longest length (the optical path from light beam 70 to light beam F (N)) as an optical path length from a position at the same level as the top end (the uppermost end of the dichroic mirror M (N)) of the dichroic mirror arrangement on the optical axis of the light beam 70 to a position at the same level as the lowermost end (the lowermost end of the dichroic mirror M (1)) of the dichroic mirror arrangement on a optical axis of the light beam F (N) is defined.

Jeder dichroische Spiegel weist auf mindestens einer Frontfläche eines transparenten Substrats eine optische Beschichtung mit einem Brechungsindex no auf und ist in einem Abstand x in Luft angeordnet. Für jeden dichroischen Spiegel in 16 ist ein Normalvektor von einer linken Frontfläche in eine linke obere Richtung definiert. Jeder dichroische Spiegel ist so eingestellt, dass jeder Normalvektor gegenüber einer Richtung entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 70 (Richtung von unten nach oben in 16) um einen Winkel θ0 (0≤θ0≤90°) geneigt ist. 16 veranschaulicht θ0=45°, doch in der vorliegenden Ausführungsform kann θ0 auf einen beliebigen Winkel von 0°≤θ0≤90° eingestellt sein. Wie oben beschrieben, sind die dichroischen Spiegel M(1) bis M(N) etwa parallel zueinander in etwa gleichen Abständen angeordnet. Ferner ist das untere Ende des dichroischen Spiegels M(2) derart angeordnet, dass es in Bezug auf das untere Ende des dichroischen Spiegels M(1) um y nach oben versetzt ist, das heißt, um y in eine Richtung, die entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls F(1) ist. Zudem ist das untere Ende des dichroischen Spiegels M(3) derart angeordnet, dass es in Bezug auf das untere Ende des dichroischen Spiegels M(2) um z nach oben versetzt ist, das heißt, um z in eine Richtung, die entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls F(2) ist. Dementsprechend ist auf der Basis von 3≤n≤N das untere Ende des dichroischen Spiegels M(n) so angeordnet, dass es in Bezug auf das untere Ende des dichroischen Spiegels M(n-1) um z nach oben versetzt ist, das heißt, um z in eine Richtung, die entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls F(n-1) ist.Each dichroic mirror has an optical coating with a refractive index no on at least one front surface of a transparent substrate and is arranged at a distance x in air. For every dichroic mirror in 16 is defined a normal vector from a left front surface in a left upper direction. Each dichroic mirror is set in such a way that each normal vector is opposite to a direction opposite to the direction of propagation of the light beam 70 (direction from bottom to top in 16 ) is inclined by an angle θ 0 ( 0 0 90 °). 16 illustrates θ 0 = 45 °, but in the present embodiment, θ 0 can be set to any angle of 0 ° 0 90 °. As described above, the dichroic mirrors M (1) to M (N) are arranged approximately parallel to one another at approximately equal intervals. Furthermore, the lower end of the dichroic mirror M (2) is arranged such that it is offset upward by y with respect to the lower end of the dichroic mirror M (1), that is, by y in a direction opposite to the direction of propagation of the light beam F (1). In addition, the lower end of the dichroic mirror M (3) is arranged such that it is offset upward by z with respect to the lower end of the dichroic mirror M (2), that is, by z in a direction opposite to the direction of propagation of the light beam F (2). Accordingly, on the basis of 3 n N, the lower end of the dichroic mirror M (n) is arranged to be offset upward by z with respect to the lower end of the dichroic mirror M (n-1), that is , by z in a direction opposite to the direction of propagation of the light beam F (n-1).

Dabei ist der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf einer Einfallfläche des dichroischen Spiegels M (1) θ0, und der Brechungswinkel θ1 des Lichtstrahls auf der Einfallfläche (obere linke Frontfläche) des dichroischen Spiegels M (1) wie folgt: θ 1 = sin 1 ( 1 / n 0 * sin θ 0 )

Figure DE112016007594B3_0020
Here, the angle of incidence of the light beam on an incidence surface of the dichroic mirror M (1) is θ 0 , and the angle of refraction θ 1 of the light beam on the incidence surface (upper left front surface) of the dichroic mirror M (1) is as follows: θ 1 = sin - 1 ( 1 / n 0 * sin θ 0 )
Figure DE112016007594B3_0020

Zudem ist der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf eine Einfallfläche (untere rechte Frontfläche) der dichroischen Spiegel M(2) bis M(N) 90°-θ0, und der Brechungswinkel θ2 des Lichtstrahls auf der Einfallfläche Fläche der dichroischen Spiegel M(2) bis M(N) ist wie folgt: θ 2 = sin 1 ( 1 / n 0 * sin ( 90 ° θ 0 ) )

Figure DE112016007594B3_0021
In addition, the angle of incidence of the light beam on an incidence surface (lower right front surface) of the dichroic mirrors M (2) to M (N) is 90 ° -θ 0 , and the angle of refraction θ 2 of the light beam on the incidence surface of the dichroic mirrors M (2) to M (N) is as follows: θ 2 = sin - 1 ( 1 / n 0 * sin ( 90 ° - θ 0 ) )
Figure DE112016007594B3_0021

Das rechte Ende des Lichtstrahls 70 ist als rechtes Lichtstrahlende 66 mit einer gestrichelten Linie dargestellt, und ein linkes Ende davon ist als linkes Lichtstrahlende 67 mit einer Strichpunktlinie dargestellt. Die gestrichelte Linie und die Strichpunktlinie stellen das rechte Ende und das linke Ende der Lichtstrahlen F(1), F(2), F(3), ... und F(N) dar.The right end of the light beam 70 is shown as the right light beam end 66 with a dashed line, and a left end thereof is shown as the left light beam end 67 with a dot-dash line. The dashed line and the chain line represent the right end and the left end of the light rays F (1), F (2), F (3), ... and F (N).

Im Folgenden werden zwei Bedingungen für den besten Ausführungsmodus zur Maximierung der Öffnungsweite W und Minimierung der optische Weglänge L Bezug nehmend auf 16 beschrieben. Die erste Bedingung ist, dass das rechte Ende 66 des Lichtstrahls die linke Endecke 69 der dichroischen Spiegel M(1), M(2),... und M(N-1), die in 16 als dreieckige Marken dargestellt ist, oder deren Nachbarschaft durchläuft. Die zweite Bedingung ist, dass das linke Ende 67 des Lichtstrahls die untere Endecke 68 des dichroischen Spiegels M(1) und die linke Endecke 69 des dichroischen Spiegels M(2), ... und M(N-1), die in 16 als kreisförmige Marken dargestellt ist, oder deren Nachbarschaft durchläuft. Den oben genannten Bedingungen gemäß wird aus der geometrischen Beziehung in 16 die folgende relationale Gleichung abgeleitet.
Zunächst ist der Abstand x zwischen den dichroischen Spiegeln M(1) bis M(N) im besten Ausführungsmodus wie folgt: X = x 0 = cos θ 0 * α + sin θ 0 * β

Figure DE112016007594B3_0022
In the following, two conditions for the best mode of execution for maximizing the opening width W and minimizing the optical path length L are referred to 16 described. The first condition is that the right end 66 of the light beam meets the left end corner 69 of the dichroic mirrors M (1), M (2), ... and M (N-1) shown in 16 is shown as triangular marks, or passes through their neighborhood. The second condition is that the left end 67 of the light beam must meet the lower end corner 68 of the dichroic mirror M (1) and the left end corner 69 of the dichroic mirror M (2), ... and M (N-1) shown in FIG 16 is shown as circular marks, or passes through their neighborhood. According to the above conditions, the geometric relationship in 16 derived the following relational equation.
First of all, the distance x between the dichroic mirrors M (1) to M (N) in the best execution mode is as follows: X = x 0 = cos θ 0 * α + sin θ 0 * β
Figure DE112016007594B3_0022

Die Öffnungsweite W im besten Ausführungsmodus ist wie folgt: W = W 0 = a w * α + b w * β

Figure DE112016007594B3_0023
The opening width W in the best execution mode is as follows: W. = W. 0 = a w * α + b w * β
Figure DE112016007594B3_0023

Hierbei ist: a w = cos θ 0

Figure DE112016007594B3_0024
b w = cos θ 0 * tan θ 1
Figure DE112016007594B3_0025
Where: a w = cos θ 0
Figure DE112016007594B3_0024
b w = - cos θ 0 * tan θ 1
Figure DE112016007594B3_0025

Ferner ist die optische Weglänge L im besten Ausführungsmodus wie folgt: L = L 0 = a L * α + b L * β

Figure DE112016007594B3_0026
Furthermore, in the best mode, the optical path length L is as follows: L. = L. 0 = a L. * α + b L. * β
Figure DE112016007594B3_0026

Hierbei ist: a L ( N 1 ) * cos θ 0 + sin θ 0

Figure DE112016007594B3_0027
b L ( N 2 ) / cos θ 0 * ( 2 * sin ( 90 ° θ 0 θ 2 ) + 1 sin ( θ 0 + θ 2 ) ) + ( N 2 ) * sin θ 0 + 2 * cos θ 0
Figure DE112016007594B3_0028
Where: a L. ( N - 1 ) * cos θ 0 + sin θ 0
Figure DE112016007594B3_0027
b L. ( N - 2 ) / cos θ 0 * ( 2 * sin ( 90 ° - θ 0 - θ 2 ) + 1 - sin ( θ 0 + θ 2 ) ) + ( N - 2 ) * sin θ 0 + 2 * cos θ 0
Figure DE112016007594B3_0028

Die stufenartigen Versätze y und z jedes dichroischen Spiegels M(1) bis M(N) im besten Ausführungsmodus sind wie folgt: Y = y 0 = cos θ 0 * β

Figure DE112016007594B3_0029
z = z 0 = sin ( 90 ° θ 0 θ 2 ) / cos θ 2 * β
Figure DE112016007594B3_0030
The step-like offsets y and z of each dichroic mirror M (1) through M (N) in the best mode are as follows: Y = y 0 = cos θ 0 * β
Figure DE112016007594B3_0029
z = z 0 = sin ( 90 ° - θ 0 - θ 2 ) / cos θ 2 * β
Figure DE112016007594B3_0030

Wie oben beschrieben, sind x0, W0, L0, y0 und z0 alle mit α und β korreliert.As described above, x 0 , W 0 , L 0 , y 0, and z 0 are all correlated with α and β.

Die obigen α, β, n0, θ0, x und z sind unter den dichroischen Spiegeln und dem Totalreflexionsspiegel im Wesentlichen gleich, müssen aber nicht unbedingt gleich sein. In diesem Fall sind α, β, n0, θ0, x und z Mittelwerte einer Vielzahl von dichroischen Spiegeln.The above α, β, n 0 , θ 0 , x and z are essentially the same among the dichroic mirrors and the total reflection mirror, but they do not necessarily have to be the same. In this case, α, β, n 0 , θ 0 , x and z are mean values of a plurality of dichroic mirrors.

Durch inverses Lösen des Obigen können α, β und x zum Erhalt eines Minimalwerts Wmin einer angestrebten Öffnungsweite abgeleitet werden. Aus W0≥Wmin und Gleichung (22) ergibt sich (hier bester Ausführungsmodus im Falle eines Gleichheitszeichens): α b w / a w * β + 1 / a w * W min

Figure DE112016007594B3_0031
By inversely solving the above, α, β and x can be derived to obtain a minimum value Wmin of a target opening width. From W 0 ≥W min and equation (22) results (here best execution mode in the case of an equal sign): α - b w / a w * β + 1 / a w * W. min
Figure DE112016007594B3_0031

Nach Gleichung (21) ergibt sich (hier bester Ausführungsmodus im Falle eines Gleichheitszeichens): x ( sin θ 0 b w / a w * cos θ 0 ) * β + 1 / a w * cos θ 0 * W min

Figure DE112016007594B3_0032
According to equation (21) results (here best execution mode in the case of an equal sign): x ( sin θ 0 - b w / a w * cos θ 0 ) * β + 1 / a w * cos θ 0 * W. min
Figure DE112016007594B3_0032

α, β und x zur Erhalt eines Maximalwerts Lmax einer angestrebten optischen Weglänge kann auf gleiche Weise abgeleitet werden. Nach Gleichung (25) ergibt sich (hier bester Ausführungsmodus im Falle eines Gleichheitszeichens): α b L / a L * β + 1 / a L * L max

Figure DE112016007594B3_0033
α, β and x for obtaining a maximum value L max of an aimed optical path length can be derived in the same way. According to equation (25) results (here best execution mode in the case of an equal sign): α - b L. / a L. * β + 1 / a L. * L. Max
Figure DE112016007594B3_0033

Nach Gleichung (21) ergibt sich (hier bester Modus im Falle eines Gleichheitszeichens). x ( sin θ 0 b L / a L * cos θ 0 ) * β + 1 / a L * cos θ 0 * L max

Figure DE112016007594B3_0034
Equation (21) gives (here the best mode in the case of an equal sign). x ( sin θ 0 - b L. / a L. * cos θ 0 ) * β + 1 / a L. * cos θ 0 * L. Max
Figure DE112016007594B3_0034

Wmin und Lmax sind unter den lichtemittierenden Punkten und den Kondensorlinsen im Wesentlichen gleich, müssen aber nicht unbedingt gleich sein. In diesem Fall sind Wmin und Lmax Mittelwerte der Vielzahl von lichtemittierenden Punkten und Kondensorlinsen.W min and L max are substantially the same among the light emitting points and the condenser lenses, but do not necessarily have to be the same. In this case, W min and L max are average values of the plurality of light emitting points and condenser lenses.

zeigt zum Beispiel für einen Fall mit N=4, n0=1.46 und θ0=45° einen Bereich, in welchem die Gleichungen (31) und (33) erfüllt werden, mit einer horizontalen Achse β und einer vertikalen Achse x. Die Parameter sind auf Wmin=0,5, 1, 2, 3 und 4 mm, Lmax=5, 10, 20, 30 und 40 mm eingestellt. ↑ gibt einen Bereich oberhalb einer Geraden an, und ↓ gibt Bereich unterhalb einer Geraden an. Um zum Beispiel Wmin = 0.5 mm und Lmax = 20 mm zu erreichen, können ↓ und x in 17 in einem Bereich oberhalb der Geraden für ↑Wmin = 0.5 und ein Bereich unterhalb der Geraden für ↓Lmax = 20 gewählt werden. For example, for a case with N = 4, n 0 = 1.46 and θ 0 = 45 °, FIG. 13 shows a range in which equations (31) and (33) are satisfied, with a horizontal axis β and a vertical axis x. The parameters are set to W min = 0.5, 1, 2, 3 and 4 mm, L max = 5, 10, 20, 30 and 40 mm. ↑ indicates an area above a straight line, and ↓ indicates an area below a straight line. For example, to achieve W min = 0.5 mm and L max = 20 mm, ↓ and x in 17th in an area above the straight line for ↑ W min = 0.5 and an area below the straight line for ↓ L max = 20.

Wenn für einen Durchmesser d eines gegebenen lichtemittierenden Punkts und einen Abstand p einer gegebenen lichtemittierenden Punkteanordnung die Brennweite f der Kondensorlinse und die optische Weglänge g der Kondensorlinse und des Sensors so gewählt werden, dass die Bedingungen für eine hohe Empfindlichkeit in einer der Gleichungen (3) bis (7) oder (8) bis (12) erfüllt sind, und wenn die Gleichungen (31) und (33) durch Wmin=d' und Lmax=g erfüllt sind, kann mit einer dichroischen Anordnung eine kompakte Mehrfarben-Detektionsvorrichtung konfiguriert werden, die eine hohe Empfindlichkeit hat. Hier ist d'=(g-f)/f*d Gleichung (2) entsprechend ausgedrückt. Wenn dementsprechend für einen Durchmesser d eines gegebenen lichtemittierenden Punkts und einen Abstand p einer gegebenen lichtemittierenden Punkteanordnung eine Brennweite f der Kondensorlinse und eine optische Weglänge g der Kondensorlinse und des Sensors gewählt werden, die beide die Bedingungen für ein geringes Übersprechen einer der Gleichungen (6) bis (18) erfüllen, und die Gleichungen (31) und (33) durch Wmin=d' und Lmax=g erfüllt werden, kann mit der dichroischen Anordnung eine kompakte Mehrfarben-Detektionsvorrichtung bereitgestellt werden, die ein geringes Übersprechen aufweist. Wenn zudem eine Brennweite f der Kondensorlinse und eine optische Weglänge g der Kondensorlinse und des Sensors gewählt werden, die beide die Bedingungen für eine hohe Empfindlichkeit einer der Gleichungen (3) bis (7) oder (8) bis (12) erfüllen und die Bedingungen für ein geringes Übersprechen einer der Gleichungen (6) bis (18) erfüllen, und die Gleichungen (31) und (33) durch Wmin=d' und Lmax=g erfüllt werden, kann mit der dichroischen Anordnung die kompakte Mehrfarben-Detektionsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen aufweist.If, for a diameter d of a given light-emitting point and a distance p of a given light-emitting point arrangement, the focal length f of the condenser lens and the optical path length g of the condenser lens and the sensor are chosen so that the conditions for high sensitivity in one of the equations (3) to (7) or (8) to (12) are satisfied, and when the equations (31) and (33) are satisfied by W min = d 'and L max = g, a compact multicolor detection device can be obtained with a dichroic arrangement configured which has high sensitivity. Here, d '= (gf) / f * d is expressed according to equation (2). Accordingly, if a focal length f of the condenser lens and an optical path length g of the condenser lens and the sensor are chosen for a diameter d of a given light-emitting point and a distance p of a given light-emitting point arrangement, both the conditions for low crosstalk of one of the equations (6) to (18) and equations (31) and (33) are satisfied by W min = d 'and L max = g, the dichroic arrangement can provide a compact multicolor detection device which has little crosstalk. In addition, when a focal length f of the condenser lens and an optical path length g of the condenser lens and the sensor are selected, both of which satisfy the conditions for high sensitivity of one of the equations (3) to (7) or (8) to (12) and the conditions satisfy one of the equations (6) to (18) for a low crosstalk, and the equations (31) and (33) can be satisfied by Wmin = d 'and L max = g, with the dichroic arrangement, the compact multicolor detection device can be provided, which has a high sensitivity and a low crosstalk.

Wenn zum Beispiel für d=0,05 mm, p=1 mm, f=1,5 mm, D=1 mm, g=29 mm in Ausführungsform 1 N=4, n0=1,46, θ0=45°, β=1 mm, x=5 mm eingestellt wird, werden alle Gleichungen (4), (9), (18), (31), (31) und (33) erfüllt, und es wird eine kompakte Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit einer dichroischen Anordnung erhalten, die eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen aufweist.For example, if for d = 0.05 mm, p = 1 mm, f = 1.5 mm, D = 1 mm, g = 29 mm in embodiment 1, N = 4, n 0 = 1.46, θ 0 = 45 °, β = 1 mm, x = 5 mm is set, all of equations (4), (9), (18), (31), (31) and (33) are satisfied and a compact multicolor detection device becomes obtained with a dichroic arrangement that has high sensitivity and low crosstalk.

Als nächstes wird der Abstand x zwischen den dichroischen Spiegeln M(1) bis M(N) im Detail erläutert. Im besten Ausführungsmodus kann es wünschenswert sein, x0 in Gleichung (21) wie oben beschrieben einzustellen. Im Folgenden wird im Detail beschrieben, wie viel Abweichung vom besten Ausführungsmodus zulässig ist, um die Wirkung zu erhalten. Eine durchgezogene Linie in 18 ist das Ergebnis der Berechnung einer Beziehung zwischen dem Abstand x und der Öffnungsweite W der dichroischen Spiegel 17 und 18 in 15. Allgemein besteht die Möglichkeit, dass die Gesamtöffnungsweite W mit zunehmender Gesamtzahl N der dichroischen Spiegel kleiner als das obige Ergebnis wird. In diesem Fall wird jedoch N=2 als Indikator bewertet. 15 stellt eine Bedingung x=x0=2,5 mm dar, die anhand von Gleichung (21) für θ0=45° und β=1 mm berechnet wurde. In diesem Fall ist die Öffnungsweite bei W=1,3 mm maximal, wie in 18 gezeigt. Bei x<x0, nimmt W proportional zu |x-x0| ab, und bei x=1,6 mm ist W=0 mm. Bei x>x0 ist W dagegen W=1,3 mm und konstant. Eine gestrichelte Linie in 18 stellt eine Beziehung zwischen dem Abstand x und einer Änderung ΔL der optischen Weglänge L in 15 dar. Für x=x0=2,5 mm wurde hier ΔL=0 mm eingestellt und auf gleicher Höhe wie W=1,3 mm angezeigt. Ferner wurden Skalen einer vertikalen Achse von W (linke Seite) und einer vertikalen Achse (rechte Seite) von ΔL nebeneinandergestellt, und die vertikale Achse von ΔL wurde vertikal umgekehrt. Allgemein besteht die Möglichkeit, dass ΔL mit zunehmender Gesamtzahl N der dichroischen Spiegel größer als das obige Ergebnis wird, in diesem Fall wurde jedoch N=2 als Indikator bewertet. Ferner versteht es sich, dass ΔL proportional zu x ansteigt.Next, the distance x between the dichroic mirrors M (1) to M (N) will be explained in detail. In the best mode of implementation, it may be desirable to adjust x 0 in equation (21) as described above. The following describes in detail how much deviation from the best mode of execution is allowed to get the effect. A solid line in 18th is the result of calculating a relationship between the distance x and the opening width W of the dichroic mirrors 17 and 18 in FIG 15th . In general, there is a possibility that the total opening width W becomes smaller than the above result as the total number N of dichroic mirrors increases. In this case, however, N = 2 is rated as an indicator. 15th represents a condition x = x 0 = 2.5 mm, which was calculated using equation (21) for θ 0 = 45 ° and β = 1 mm. In this case, the opening width is maximal at W = 1.3 mm, as in 18th shown. For x <x 0 , W increases proportionally | xx 0 | from, and at x = 1.6 mm, W = 0 mm. If x> x 0 , however, W is W = 1.3 mm and constant. Dashed line in 18th represents a relationship between the distance x and a change ΔL in the optical path length L in 15th For x = x 0 = 2.5 mm, ΔL = 0 mm was set here and displayed at the same height as W = 1.3 mm. Further, scales of a vertical axis of W (left side) and a vertical axis (right side) of ΔL were juxtaposed, and the vertical axis of ΔL was vertically inverted. In general, there is a possibility that ΔL becomes larger than the above result as the total number N of dichroic mirrors increases, but in this case N = 2 was evaluated as an indicator. It is also understood that ΔL increases proportionally to x.

Aus 18 ist zu ersehen, dass eine Anstiegsrate von W gegenüber x in 1,6 mm≤x≤2,5 mm und eine Anstiegsrate von ΔL gegenüber x in 2,5 min≤x ungefähr die gleiche Steigung haben, und die Steigung ist etwa 1. Mit anderen Worten, es ist zu ersehen, dass die Leistung in jedem Fall proportional zu |x - x0| schlechter wird. Demgegenüber wird β im Stand der Technik nicht berücksichtigt und entspricht β = 0 mm. Wenn dabei der Abstand x0 in Gleichung (21) im Fall einer äquivalenten Anordnung auf x=1,8 mm eingestellt wird, ergibt sich 18 entsprechend W=0,4 mm. Aus dem Obigen geht hervor, dass 1,8 mm≤x≤3.2 mm wünschenswert ist, um eine Leistung zu erhalten, die der des Stands der Technik entspricht oder besser ist. Allgemein wird der Anordnungsabstand x zwischen dem dichroischen Spiegel M(n) und M(n-1), der in 16 als 2≤n≤N angegeben ist, wie folgt ausgedrückt: cos θ 0 * α cos θ 0 * β + 2 * sin θ 0 * β

Figure DE112016007594B3_0035
Out 18th it can be seen that a rate of increase of W versus x in 1.6 mm x 2.5 mm and a rate of increase of ΔL versus x in 2.5 min x have approximately the same slope, and the slope is about 1. In other words, it can be seen that the power is proportional to | x - x 0 | gets worse. In contrast, β is not taken into account in the prior art and corresponds to β = 0 mm. At this time, if the distance x 0 in equation (21) is set to x = 1.8 mm in the case of an equivalent arrangement, the result is 18th corresponding to W = 0.4 mm. From the above, it can be seen that 1.8 mm x 3.2 mm is desirable in order to obtain performance equal to or better than the prior art. In general, the arrangement distance x between the dichroic mirror M (n) and M (n-1) shown in FIG 16 is specified as 2≤n≤N, expressed as follows: cos θ 0 * α cos θ 0 * β + 2 * sin θ 0 * β
Figure DE112016007594B3_0035

Dadurch kann die Öffnungsweite W vergrößert und die optische Weglänge L verkleinert werden.As a result, the opening width W can be enlarged and the optical path length L can be reduced.

Als nächstes wird der stufenartige Versatz y und z zwischen den dichroischen Spiegeln M(1) bis M(N) im Detail erläutert. Wie oben beschrieben, kann es im besten Ausführungsmodus wünschenswert sein, Yo und Zo in Gleichung (28) und (29) einzustellen, doch im Folgenden wird im Detail untersucht, im welchem Maße es zulässig ist, von der besten Ausführungsmodus, um die Wirkung der stufenartig versetzten Anordnung zu erhalten.Next, the step-like displacements y and z between the dichroic mirrors M (1) to M (N) will be explained in detail. As described above, in the best mode of execution it may be desirable to set Yo and Zo in equations (28) and (29), but the following examines in detail to what extent it is permissible to use the best mode of execution to have the effect of the to get staggered arrangement.

19(a) ist ein Ergebnis der Berechnung einer Beziehung zwischen dem stufenartigen Versatz y und der Öffnungsweite W der dichroischen Spiegel 17 und 18 in 15. Allgemein besteht die Möglichkeit, dass die Gesamtöffnungsweite W mit zunehmender Gesamtzahl N der dichroischen Spiegel kleiner wird als das obige Ergebnis, doch in diesem Fall wurde N=2 als Indikator bewertet. 15 stellt eine Bedingung y=y0=0,7 mm dar, die für θ0=45° und β=1 mm anhand von Gleichung (28) berechnet wurde, doch in diesem Fall, wie in 19(a) gezeigt, ist die Öffnungsweite bei W=1,3 mm maximal. Außerdem nimmt W proportional zu |y-y0| ab. Bei y=0 mm und 1,4 mm wird W zu W=0,6 mm, und bei y=-0,7 mm und 2,1 mm wird W zu W=0 mm. Hier zeigt ein negatives y den stufenartigen Versatz in eine entgegengesetzte Richtung zu 15 an. Demnach wurde festgestellt, dass die Wirkung des stufenartigen Versatzes durch Einstellen von 0 mm≤y≤1,4 mm erreicht wird. 19 (a) FIG. 13 is a result of calculating a relationship between the stepped offset y and the opening width W of the dichroic mirrors 17 and 18 in FIG 15th . In general, there is a possibility that the total aperture W becomes smaller than the above result as the total number N of dichroic mirrors increases, but in this case, N = 2 was evaluated as an indicator. 15th represents a condition y = y 0 = 0.7 mm calculated for θ 0 = 45 ° and β = 1 mm from equation (28), but in this case as in 19 (a) shown, the opening width is maximum at W = 1.3 mm. In addition, W increases proportionally | yy 0 | from. At y = 0 mm and 1.4 mm, W becomes W = 0.6 mm, and at y = -0.7 mm and 2.1 mm, W becomes W = 0 mm. Here a negative y indicates the step-like offset in an opposite direction to 15th at. Accordingly, it was found that the effect of the step-like displacement is achieved by setting 0 mm y y 1.4 mm.

Dementsprechend ist 19(a) das Ergebnis der Berechnung einer Beziehung zwischen einem stufenartigen Versatz z und der Öffnungsweite W der dichroischen Spiegel 18 und 19 in 15. 15 stellt eine Bedingung z=z0=0,3 mm dar, die für θ0=45° and β=1 mm anhand von Gleichung (29) berechnet wurde, doch in diesem Fall, wie in 19(b) dargestellt, ist die Öffnungsweite bei W=1,3 mm maximal. Außerdem nimmt W proportional zu |z-z0| ab. Bei z=0 mm und 0,6 mm wird W zu W=1 mm, und bei y=-1,1 und 1,7 mm zu W=0 mm. Ein negatives z zeigt hier den stufenartigen Versatz in eine entgegengesetzte Richtung zu 15 an. Demnach wurde festgestellt, dass die Wirkung des stufenartigen Versatzes durch Einstellen von z auf 0 mm≤z≤0,6 mm erreicht wird. Das Obige wird wie im Folgenden beschrieben verallgemeinert. In 16 wird ein Ende einer Ausbreitungsseite eines geteilten Lichtstrahls des dichroischen Spiegels M(2) dem Ende der Ausbreitungsseite des geteilten Lichtstrahls des dichroischen Spiegels M(1) gegenüber um y entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des geteilten Lichtstrahls versetzt, wobei y wie folgt eingestellt wird: 0 y 2 * cos θ 0 * β

Figure DE112016007594B3_0036
Accordingly is 19 (a) the result of calculating a relationship between a stepped offset z and the opening width W of the dichroic mirrors 18 and 19 in 15th . 15th represents a condition z = z 0 = 0.3 mm, which was calculated for θ 0 = 45 ° and β = 1 mm from equation (29), but in this case as in 19 (b) shown, the opening width is maximum at W = 1.3 mm. also W increases proportionally | zz 0 | from. At z = 0 mm and 0.6 mm, W becomes W = 1 mm, and at y = -1.1 and 1.7 mm, W = 0 mm. A negative z here shows the step-like offset in an opposite direction 15th at. Accordingly, it was found that the effect of the stepped offset is achieved by setting z to 0 mm z 0.6 mm. The above is generalized as described below. In 16 an end of a propagation side of a split light beam of the dichroic mirror M (2) opposite to the end of the propagation side of the split light beam of the dichroic mirror M (1) is displaced by y opposite to the propagation direction of the split light beam, where y is set as follows: 0 y 2 * cos θ 0 * β
Figure DE112016007594B3_0036

Dadurch kann die Öffnungsweite W vergrößert und die optische Weglänge L verkleinert werden.As a result, the opening width W can be enlarged and the optical path length L can be reduced.

Ferner wird im Falle von 3≤n≤N das Ende der Ausbreitungsseite des geteilten Lichtstrahls des dichroischen Spiegels M(n) dem Ende der Ausbreitungsseite des geteilten Lichtstrahls des dichroischen Spiegels M(n-1) gegenüber um z entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des geteilten Lichtstrahls versetzt, wobei z wie folgt eingestellt wird: 0 z 2 * sin ( 90 ° θ 0 θ 2 ) / cos θ 2 * β

Figure DE112016007594B3_0037
Further, in the case of 3≤n≤N, the end of the propagation side of the split light beam of the dichroic mirror M (n) is offset from the end of the propagation side of the split light beam of the dichroic mirror M (n-1) by z opposite to the propagation direction of the split light beam , where z is set as follows: 0 z 2 * sin ( 90 ° - θ 0 - θ 2 ) / cos θ 2 * β
Figure DE112016007594B3_0037

Dadurch kann die Öffnungsweite W vergrößert und die optische Weglänge L verkleinert werden.As a result, the opening width W can be enlarged and the optical path length L can be reduced.

Wie oben beschrieben, stellen 15 und 16 die Konfiguration dar, in welcher die optische Achse der Kondensorlinse und die Ausbreitungsrichtung des geteilten Lichtstrahls parallel zueinander sind. Wenn die optische Achse der Kondensorlinse und die Ausbreitungsrichtung des geteilten Lichtstrahls dagegen vertikal sind, wie in 12 dargestellt, wird bei 2≤n≤N das Ende der Ausbreitungsseite des geteilten Lichtstrahls des dichroischen Spiegels M(n) dem Ende der Ausbreitungsseite des geteilten Lichtstrahls des dichroischen Spiegels M(n-1) gegenüber um z entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des geteilten Lichtstrahls versetzt. Dadurch kann die Öffnungsweite W vergrößert und die optische Weglänge L verkleinert werden.Set as described above 15th and 16 represents the configuration in which the optical axis of the condenser lens and the traveling direction of the split light beam are parallel to each other. On the other hand, when the optical axis of the condenser lens and the direction of propagation of the split light beam are vertical, as in FIG 12th If 2≤n≤N, the end of the propagation side of the split light beam of the dichroic mirror M (n) is offset by z opposite to the propagation direction of the split light beam compared to the end of the propagation side of the split light beam of the dichroic mirror M (n-1). As a result, the opening width W can be enlarged and the optical path length L can be reduced.

[Ausführungsform 5][Embodiment 5]

In den Ausführungsformen 3 und 4 erfolgt die Vergrößerung der Öffnungsweite W der dichroischen Anordnung und die Verkürzung der optischen Weglänge L durch stufenartig versetzte Anordnung einer Vielzahl von dichroischen Spiegeln. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, um eine Vergrößerung der Öffnungsweite W und Verkürzung der optischen Weglänge L ohne stufenartig versetzte Anordnung zu erreichen, das heißt, wenn eine Vielzahl von dichroischen Spiegeln auf derselben Ebene angeordnet sind, das heißt, wenn die Enden der Ausbreitungsseite des geteilten Lichtstrahls der jeweiligen dichroischen Spiegel auf derselben Ebene liegen.In embodiments 3 and 4, the opening width W of the dichroic arrangement is enlarged and the optical path length L is shortened by arranging a large number of dichroic mirrors in a step-like manner. In the present embodiment, a method is proposed to increase the opening width W and shorten the optical path length L without staggered arrangement, that is, when a plurality of dichroic mirrors are arranged on the same plane, that is, when the ends of the Propagation side of the split light beam of the respective dichroic mirror lie on the same plane.

14 von Ausführungsform 3 stellt das Ergebnis bei θ0=45° dar, während 20 das Ergebnis bei θ0=50° darstellt. Die anderen Bedingungen sind bei 14 und 20 gleich, und in 14 und 20 sind die dichroischen Spiegel 17 bis 20 in beiden Fällen auf derselben Ebene angeordnet. Dennoch wurde festgestellt, dass die Öffnungsweite in 14 nur W=0,03 mm beträgt, während die Öffnungsweite in 20 auf signifikante Weise auf W=0,9 mm erhöht wird. Hier hat sich die maximale optische Weglänge zwischen 14 und 20 nicht geändert und ist auf L=19 mm eingestellt. Demnach ist die Bildvergrößerung ähnlich wie in 14 m=11,7, und der Durchmesser des Bilds des lichtemittierenden Punkts ist d'=0,88 mm, und Gleichung (18) sowie die Gleichungen (4) und (9) werden erfüllt. Daher ist die relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, die genaue relative Detektionslichtmenge größer als 100 %, eine hohe Empfindlichkeit mit 0 % Übersprechen und die Bedingung des geringen Übersprechens werden erreicht. 14th of Embodiment 3 represents the result at θ 0 = 45 ° while 20th represents the result at θ 0 = 50 °. The other conditions are at 14th and 20th same, and in 14th and 20th the dichroic mirrors 17 to 20 are arranged on the same plane in both cases. Nevertheless, it was found that the opening width in 14th is only W = 0.03 mm, while the opening width in 20th is increased in a significant way to W = 0.9 mm. Here is the maximum optical path length between 14th and 20th not changed and is set to L = 19 mm. Accordingly, the image magnification is similar to that in 14th m = 11.7, and the diameter of the light emitting point image is d '= 0.88 mm, and equation (18) and equations (4) and (9) are satisfied. Therefore, the relative detection light amount is greater than 100%, the accurate relative detection light amount is greater than 100%, high sensitivity with 0% crosstalk, and the low crosstalk condition are achieved.

Im Folgenden wird der Grund für das Erreichen der oben genannten Wirkungen beschrieben. Wie in 14 dargestellt, breitet sich der Lichtstrahl im Falle von θ0=45° im Raum zwischen den verschiedenen dichroischen Spiegeln in einer horizontalen Richtung nach links aus, während er sich im Inneren jedes dichroischen Spiegels in eine linke obere Richtung ausbreitet, wodurch der Lichtstrahl bei jedem Durchlauf eines dichroischen Spiegels stufenweise nach oben versetzt wird, was die Öffnungsweite W begrenzt. Im Falle von θ0=50°≥45° in 20 dagegen breitet sich der Lichtstrahl im Raum zwischen den verschiedenen dichroischen Spiegeln in eine linke untere Richtung aus. Da der Lichtstrahl sich im Inneren der jeweiligen dichroischen Spiegel in eine linke obere Richtung ausbreitet, werden beide Richtungen kompensiert, und der vertikale Versatz des Lichtstrahls bei jedem Durchlauf eines dichroischen Spiegels wird unterdrückt, wodurch die Öffnungsweite W vergrößert wird. Deshalb kann es wünschenswert sein, θ0 größer einzustellen als 45°, wobei es für die Maximierung der Öffnungsweite W einen Optimalwert gibt.The following describes the reason why the above effects are achieved. As in 14th shown, the light beam in the case of θ 0 = 45 ° in the space between the various dichroic mirrors propagates in a horizontal direction to the left, while inside each dichroic mirror it propagates in a left upper direction, whereby the light beam with each pass a dichroic mirror is gradually moved upwards, which limits the opening width W. In the case of θ 0 = 50 ° ≥45 ° in 20th on the other hand, the light beam spreads in the space between the different dichroic mirrors in a lower left direction. Since the light beam propagates inside the respective dichroic mirror in a left upper direction, both directions are compensated and the vertical displacement of the light beam with each pass through a dichroic mirror is suppressed, whereby the Opening width W is increased. Therefore, it may be desirable to set θ 0 greater than 45 °, there being an optimum value for maximizing the opening width W.

21 zeigt ein Ergebnis der Berechnung von W, wenn θ0 unter den in 14 und 20 dargestellten Bedingungen geändert wird. Es wurde festgestellt, dass W von θ0=45° an zunimmt, bei θ0=52° einen Maximalwert von 0,92 mm erreicht und dann bei θ0=57° auf einen Wert von etwa null abfällt. Das heißt, es wurde festgestellt, dass W bei 45°≤θ0≤57° vergrößert werden kann. 21 FIG. 10 shows a result of calculation of W when θ 0 is among those in 14th and 20th conditions shown is changed. It was found that W increases from θ 0 = 45 °, reaches a maximum value of 0.92 mm at θ 0 = 52 ° and then drops to a value of approximately zero at θ 0 = 57 °. That is, it has been found that W can be increased at 45 ° 0 57 57 °.

Im Folgenden wird eine Verallgemeinerung in Bezug auf das Obige beschrieben. Die folgenden Gleichungen wurden auf gleiche Weise wie in 16 aus einer geometrischen Beziehung in 20 abgeleitet. Der Brechungswinkel θ1 des Lichtstrahls auf der Einfallfläche des dichroischen Spiegels M(1) ist wie in Gleichung (19), und der Brechungswinkel θ2 des Lichtstrahls auf der Einfallfläche der dichroischen Spiegel M(2) bis M(N-1) ist wie in Gleichung (20). Ein Versatz S↓ nach unten des Lichtstrahls, der sich im Raum zwischen verschiedenen dichroischen Spiegeln in eine linke untere linke Richtung ausbreitet, wird wie folgt dargestellt. S = tan ( 2 * θ 0 90 ° ) tan θ 0 / ( tan θ 0 tan ( 2 * θ 0 90 ° ) ) * ( x β / cos ( 90 ° θ 0 ) )

Figure DE112016007594B3_0038
The following describes a generalization with respect to the above. The following equations were made in the same manner as in 16 from a geometric relationship in 20th derived. The angle of refraction θ 1 of the light beam on the incidence surface of the dichroic mirror M (1) is as in equation (19), and the angle of refraction θ 2 of the light beam on the incidence surface of the dichroic mirrors M (2) to M (N-1) is as in equation (20). A downward offset S ↓ of the light beam, which propagates in the space between different dichroic mirrors in a left lower left direction, is represented as follows. S. = tan ( 2 * θ 0 - 90 ° ) tan θ 0 / ( tan θ 0 - tan ( 2 * θ 0 - 90 ° ) ) * ( x - β / cos ( 90 ° - θ 0 ) )
Figure DE112016007594B3_0038

Ein Versatz S↑ nach oben des Lichtstrahls, der sich im Inneren der jeweiligen dichroischen Spiegel in eine linke obere Richtung ausbreitet, wird wie folgt ausgedrückt: S = 1 / cos θ 2 * β * sin ( 90 ° θ 0 θ 2 )

Figure DE112016007594B3_0039
An offset S ↑ upwards of the light beam, which propagates inside the respective dichroic mirror in a left upper direction, is expressed as follows: S. = 1 / cos θ 2 * β * sin ( 90 ° - θ 0 - θ 2 )
Figure DE112016007594B3_0039

Hier gibt β die Dicke jedes dichroischen Spiegels an, und x gibt den Abstand zwischen den dichroischen Spiegeln an. Um S↓ und S↑ zu kompensieren, ist S↓=S↑ wünschenswert, wie in 20 dargestellt. Hier ist θ0 im besten Ausführungsmodus als θ0(BM) angegeben.Here, β indicates the thickness of each dichroic mirror and x indicates the distance between the dichroic mirrors. To compensate for S ↓ and S ↑, S ↓ = S ↑ is desirable, as in 20th shown. Here, θ 0 is given as θ 0 (BM) in the best mode of execution.

Wenn die Gleichungen (37) und (38) auf β=1 mm und x=2,5 mm angewandt werden, was die Bedingungen in 20 sind, ergibt sich θ0(BM)=50°. Das heißt, die in 20 dargestellte Konfiguration ist die Konfiguration im besten Ausführungsmodus. 21 gemäß ist W jedoch bei θ0=52° maximal, was um 2° größer ist als das obige θ0(BM). Das zeigt, das W etwas größer sein kann, wenn θ0 etwas größer ist als θ0(BM), das heißt, S↓ etwas größer als S↑ ist und der Lichtstrahl sich stufenweise in die untere linke Richtung ausbreitet.When equations (37) and (38) are applied to β = 1 mm and x = 2.5 mm, the conditions in 20th θ 0 (BM) = 50 °. That is, the in 20th The configuration shown is the configuration in best mode of execution. 21 according to, however, W is maximal at θ 0 = 52 °, which is 2 ° greater than the above θ 0 (BM). This shows that W can be slightly larger if θ 0 is slightly larger than θ 0 (BM), that is, S ↓ is slightly larger than S ↑ and the light beam spreads gradually in the lower left direction.

Wie oben beschrieben, wird eine Bedingung für eine signifikante Vergrößerung von W dem herkömmlichen Standard θ0=45° gegenüber wie folgt ausgedrückt: 45 ° θ 0 2 * θ 0 ( BM ) 45 °

Figure DE112016007594B3_0040
As described above, a condition for a significant increase in W from the conventional standard θ 0 = 45 ° is expressed as follows: 45 ° θ 0 2 * θ 0 ( BM ) - 45 °
Figure DE112016007594B3_0040

Unter Berücksichtigung der Abweichung von 2° wird eine genauere Bedingung wie folgt ausgedrückt: 45 ° θ 0 2 * θ 0 ( BM ) 43 °

Figure DE112016007594B3_0041
Taking into account the deviation of 2 °, a more precise condition is expressed as follows: 45 ° θ 0 2 * θ 0 ( BM ) - 43 °
Figure DE112016007594B3_0041

[Ausführungsform 6][Embodiment 6]

22 ist eine schematische Darstellung der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, wenn in der Konfiguration von 6 eine Größe ihres lichtemittierenden Punkts relativ groß ist. Der Durchmesser eines lichtemittierenden Punkts 71 ist d=0,5 mm und der Abstand p=1 mm, womit die Größe des lichtemittierenden Punkts um eine Stelle größer ist als in Ausführungsform 1. Der lichtemittierende Punkt 71 besteht jeweils aus einer kubischen Reaktionszelle von 0,5 mm×0,5 mm×0,5 mm, wobei die Chemolumineszenz durch eine interne chemische Reaktion erzeugt wird. Zeitliche Änderungen der Wellenlänge der Chemolumineszenz und ihrer Intensität wurden für jeden lichtemittierenden Punkt 71 gemessen, um eine Probe zu analysieren, die in jede Reaktionszelle eingebracht ist. Die Brennweite der Kondensorlinse 2 ist f=1 mm, der effektive Durchmesser ist D=1 mm, der Zwischenabstand ist p=1 mm und der optische Abstand zwischen der Kondensorlinse 2 und dem zweidimensionalen Farbsensor 11 ist g=10 mm. Was die Anordnungsrichtung der lichtemittierenden Punkte 71 und der Kondensorlinsen 2 anbetrifft, können die lichtemittierenden Punkte 71 und die Kondensorlinsen 2 in einer seitlichen Richtung angeordnet sein, wie in 22(a) dargestellt, können aber auch in gleichen Abständen in einer Richtung vertikal zur Papierebene von 22(a) angeordnet sein. Da in der vorliegenden Ausführungsform keine Anregungslichtquelle benötigt wird, entfällt das in 6 dargestellte Langpassfilter 10. 22nd FIG. 13 is a schematic illustration of the light emitting detection device when in the configuration of FIG 6th a size of its light emitting point is relatively large. The diameter of a light emitting point 71 is d = 0.5 mm and the distance p = 1 mm, whereby the size of the light-emitting point is one place larger than in the embodiment 1 . The light emitting point 71 each consists of a cubic reaction cell of 0.5 mm × 0.5 mm × 0.5 mm, the chemiluminescence being generated by an internal chemical reaction. Changes with time in the wavelength of chemiluminescence and its intensity were recorded for each light-emitting point 71 measured to analyze a sample placed in each reaction cell. The focal length of the condenser lens 2 is f = 1 mm, the effective diameter is D = 1 mm, the distance between them is p = 1 mm and the optical distance between the condenser lens 2 and the two-dimensional color sensor 11 is g = 10 mm. As for the arrangement direction of the light emitting points 71 and the condenser lenses 2 As for the light emitting points 71 and the condenser lenses 2 be arranged in a lateral direction, as in FIG 22 (a) shown, but can also be in the same Distances in a direction vertical to the plane of the paper of 22 (a) be arranged. Since no excitation light source is required in the present embodiment, this is omitted in FIG 6th shown long pass filter 10.

Wenn der lichtemittierende Punkt 71 auf einer Sensorfläche des zweidimensionalen Farbsensors 11 abgebildet wird, wie in 22(a) dargestellt, sind nach Gleichung (1) m=9 und nach Gleichung (2) d'= 4,5 mm eingestellt. In diesem Fall werden die Gleichungen (6) und (10) erfüllt, die relative Detektionslichtmenge ist größer als 400 %, und die genaue relative Detektionslichtmenge ist größer als 200 %. Andererseits ist das Übersprechen zwischen verschiedenen lichtemittierenden Punkten 71 dem in 22(a) dargestellten Lichtstrahlen 9 signifikant groß, und keine der Gleichungen (16) bis (18) wird erfüllt.When the light emitting point 71 on a sensor surface of the two-dimensional color sensor 11 is mapped as in 22 (a) are set according to equation (1) m = 9 and according to equation (2) d '= 4.5 mm. In this case, the equations (6) and (10) are satisfied, the relative amount of detection light is larger than 400%, and the precise relative amount of detection light is larger than 200%. On the other hand, there is crosstalk between different light emitting points 71 the in 22 (a) light rays 9 shown are significantly large, and none of the equations (16) to (18) are satisfied.

Wie in 22(b) dargestellt, ist in der Mitte jeder Kondensorlinse 2 eine Lochblendenanordnung 73 angeordnet, die jeweilige Lochblenden 72 aufweist, die jedem lichtemittierenden Punkt 71 entsprechen. Der Durchmesser d0 jeder Lochblende 72 ist auf d0≤d eingestellt, hier d0=0.1 mm. Ein Abstand zwischen den jeweiligen Lochblenden ist auf p=1 mm eingestellt. Was die Anordnungsrichtung der Lochblenden anbetrifft, können die Lochblenden in einer seitlichen Richtung angeordnet sein, die in 22(b) dargestellt ist, können aber auch in gleichen Abständen in einer Richtung vertikal zur Papieroberfläche in 22(a) angeordnet sein. Hier wird anstelle des lichtemittierenden Punkts 71 die Lochblende 72 als lichtemittierender Punkt betrachtet. Wenn die Lochblenden 72 auf einer Sensorfläche des zweidimensionalen Farbsensors 11 abgebildet werden, um ein Lochblendenbild 74 zu ergeben, wie in 22(b) dargestellt, ist der Durchmesser des Lochblendenbilds 74 Gleichung (2) entsprechend auf d'=0,9 mm eingestellt. In diesem Fall wird Gleichung (18) erfüllt, sodass das Übersprechen auf 0 % eingestellt werden kann. In diesem Fall werden die Gleichungen (6) und (10) erfüllt, und die relative Detektionslichtmenge ist größer als 400 %, und die genaue relative Detektionslichtmenge ist größer als 200 %. Die obigen Werte beziehen sich jedoch auf eine Gesamtlichtmenge, die durch die Lochblende 72 geht, und sind kleiner als die, die sich auf eine vom lichtemittierenden Punkt 71 in 22(a) emittierte Gesamtlichtmenge beziehen.As in 22 (b) is in the center of each condenser lens 2 arranged a pinhole arrangement 73, the respective pinhole 72 having each light emitting point 71 correspond. The diameter d 0 of each pinhole 72 is set to d 0 ≤d, here d 0 = 0.1 mm. A distance between the respective perforated diaphragms is set to p = 1 mm. As for the arrangement direction of the pinhole diaphragms, the pinhole diaphragms can be arranged in a lateral direction shown in FIG 22 (b) is shown, but can also be at equal intervals in a direction vertical to the paper surface in 22 (a) be arranged. Here, instead of the light emitting point 71 the pinhole 72 considered as a light emitting point. When the pinhole 72 on a sensor surface of the two-dimensional color sensor 11 can be mapped to a pinhole image 74 to yield, as in 22 (b) is the diameter of the pinhole image 74 Equation (2) is set to d '= 0.9 mm accordingly. In this case, equation (18) is satisfied, so that the crosstalk can be set to 0%. In this case, the equations (6) and (10) are satisfied, and the relative amount of detection light is larger than 400%, and the precise relative amount of detection light is larger than 200%. However, the above values relate to a total amount of light that passes through the pinhole 72 goes, and are smaller than those that focus on one from the light-emitting point 71 in 22 (a) refer to the total amount of light emitted.

23 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels, das auf eine 22(b) entsprechende Detektionsvorrichtung angewandt wird. Wie in 23(a) dargestellt, ist der Durchmesser eines lichtemittierenden Punkts 75 d=0,01 mm, und ein Abstand ist p'=0,1 mm. Ferner ist eine Brennweite der Kondensorlinse 2 f=1 mm, ein effektiver Durchmesser D=1 mm und ein Abstand p=1. Mit anderen Worten, im Unterschied zur oben beschriebenen Ausführungsform ist der Abstand zwischen den lichtemittierenden Punkten anders als der Abstand zwischen den Kondensorlinsen, in diesem Beispiel ist p'<p. Die lichtemittierenden Punkte 75 und die Kondensorlinsen 2 können auch in einer Richtung senkrecht zur Papieroberfläche in 23(a) in gleichen Abständen angeordnet sein. Wenn der lichtemittierende Punkt 75 auf einer Sensorfläche des zweidimensionalen Farbsensors 11 abgebildet wird, nimmt das Übersprechen weiter zu, da Licht, das von einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten 75 in einem größeren Bereich als in 22(a) emittiert wird, durch die jeweiligen Kondensorlinsen 2 gebündelt wird. 23 Figure 3 is a schematic representation of another example based on a 22 (b) corresponding detection device is applied. As in 23 (a) is the diameter of a light emitting point 75 d = 0.01 mm, and a distance is p '= 0.1 mm. Further is a focal length of the condenser lens 2 f = 1 mm, an effective diameter D = 1 mm and a distance p = 1. In other words, in contrast to the embodiment described above, the distance between the light-emitting points is different from the distance between the condenser lenses, in this example p '<p. The light emitting points 75 and the condenser lenses 2 can also be in a direction perpendicular to the paper surface 23 (a) be arranged at equal intervals. When the light emitting point 75 on a sensor surface of the two-dimensional color sensor 11 is imaged, the crosstalk continues to increase as light emits from a plurality of light emitting points 75 in a larger area than in 22 (a) is emitted through the respective condenser lenses 2 is bundled.

Daher ist, wie in 23(b) dargestellt, eine Lochblendenanordnung 73 mit jeweiligen Lochblenden 72 zwischen dem lichtemittierenden Punkt 75 und der entsprechenden Kondensorlinse 2 angeordnet. Die jeweiligen Lochblenden 72 sind jeweils mit entsprechenden Kondensorlinsen 2 ausgerichtet. Der Durchmesser do jeder Lochblende 72 ist d0≤d, und hier d0=0,1 mm. Ein Abstand zwischen den jeweiligen Stiftlöchern ist p=1 mm. Was die Anordnungsrichtung der Lochblenden anbetrifft, können die Lochblenden auch in einer Richtung senkrecht zu einer Papierebene von 23(b) in gleichen Abständen angeordnet sein. Hier sind die lichtemittierende Punkteanordnung und die Lochblendenanordnung 73 nahe genug aneinander angeordnet, damit jeder lichtemittierende Punkt 75 und jede Lochblende 72 gemeinsam auf der Sensorfläche des zweidimensionalen Farbsensors 11 abgebildet werden, wodurch jeweils ein Bild 76 des lichtemittierenden Punkts und ein Lochblendenbild 74 erzeugt werden. Der Durchmesser des Lochblendenbilds 74 ist Gleichung (2) entsprechend auf 0,9 mm eingestellt, und das Übersprechen zwischen den verschiedenen Lochblendenbildern 74 ist auf 0 % eingestellt, was 22(b) entspricht. Andererseits bündelt jede Kondensorlinse 2 Licht, das von mehreren (im Durchschnitt zwei) lichtemittierenden Punkten 75 über jede Lochblende 72 emittiert wird, um auf der Sensorfläche des zweidimensionalen Farbsensors 11 im Inneren jedes Lochblendenbilds 74 die Bilder 76 der lichtemittierenden Punkte zu erzeugen. Da der Durchmesser jedes Bilds 76 der lichtemittierenden Punkte auf 0,09 mm eingestellt ist und ein Abstand auf 0,9 mm eingestellt ist, tritt zwischen den verschiedenen Bildern 76 der lichtemittierenden Punkte kein Übersprechen auf.Hence, as in 23 (b) shown, a pinhole arrangement 73 with respective pinholes 72 between the light emitting point 75 and the corresponding condenser lens 2 arranged. The respective pinhole diaphragms 72 are each with corresponding condenser lenses 2 aligned. The diameter do of each pinhole 72 if d 0 ≤d, and here d 0 = 0.1 mm. A distance between the respective pin holes is p = 1 mm. As far as the arrangement direction of the pinhole diaphragms is concerned, the pinhole diaphragms can also be in a direction perpendicular to a plane of the paper 23 (b) be arranged at equal intervals. Here, the light emitting point array and the pinhole array 73 are arranged close enough to each other that each light emitting point is 75 and every pinhole 72 together on the sensor surface of the two-dimensional color sensor 11 can be mapped, creating one image each 76 of the light emitting point and a pinhole image 74 be generated. The diameter of the pinhole image 74 Equation (2) is set to 0.9 mm accordingly, and the crosstalk between the various pinhole images 74 is set to 0% what 22 (b) corresponds to. On the other hand, each condenser lens focuses 2 Light emitted from several (on average two) light emitting points 75 over each pinhole 72 is emitted to on the sensor surface of the two-dimensional color sensor 11 inside each pinhole image 74 the pictures 76 of the light emitting points. Because the diameter of each picture 76 of the light emitting points is set to 0.09 mm and a distance is set to 0.9 mm, occurs between the different images 76 the light-emitting points do not show any crosstalk.

23(b) stellt eine Konfiguration dar, in welcher es möglich ist, Licht, das von lichtemittierenden Punkten emittiert wird, die in engeren Abständen angeordnet sind als die Kondensorlinsen, mit hoher Empfindlichkeit und geringem Übersprechen in mehreren Farben zu erkennen. Diese Konfiguration kann jedoch nur einen Teil der lichtemittierenden Punkte von der Vielzahl von lichtemittierenden Punkten erkennen. Im Fall von 23(b) werden im Durchschnitt nur zwei von zehn lichtemittierenden Punkten erkannt. Daher können alle lichtemittierenden Punkte, wie in 23(b) dargestellt, zum Beispiel durch aufeinanderfolgendes Verschieben der relativen Position einer lichtemittierenden Punkteanordnung und einer hinter der Lochblende 73 liegenden Detektionsvorrichtung in der Pfeilrichtung erkannt werden, das heißt, durch Abtasten der zu erkennenden lichtemittierenden Punkte unter einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten. 23 (b) Fig. 10 illustrates a configuration in which it is possible to detect light emitted from light emitting points that are spaced closer than the condenser lenses with high sensitivity and little crosstalk in multiple colors. However, this configuration can only recognize a part of the light emitting points among the plurality of light emitting points. In case of 23 (b) only two out of ten light-emitting points are recognized on average. Therefore, all of the light emitting points as shown in 23 (b) can be detected, for example, by successively shifting the relative position of a light-emitting point arrangement and a detection device located behind the pinhole 73 in the direction of the arrow, that is, by scanning the light-emitting points to be detected among a plurality of light-emitting points.

Im Obigen wurde eine Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit einem zweidimensionalen Farbsensor verwendet. Alternativ dazu kann jedoch eine Detektionsvorrichtung mit einem zweidimensionalen monochromen Sensor anstelle des zweidimensionalen Farbsensors verwendet werden. Auch eine Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit einer dichroischen Anordnung, wie in 7 gezeigt, kann verwendet werden.In the above, a multicolor detection device with a two-dimensional color sensor was used. Alternatively, however, a detection device with a two-dimensional monochrome sensor can be used instead of the two-dimensional color sensor. Also, a multicolor detection device with a dichroic arrangement as shown in FIG 7th shown can be used.

24(a) ist eine schematische Darstellung, die Beispiele für eine in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Mehrfarben-Detektionsvorrichtung mit einer dichroischen Anordnung darstellt, und ist eine Konfiguration, die durch Kombination von 7(b) und 23(a) erhalten wird. In 24(a) weisen die Laserstrahlen 21, 22, 23 und 24 jeweils unterschiedliche optische Weglängen auf. Wenn eines der Bilder 25, 26, 27 und 28 der entsprechenden lichtemittierenden Punkte auf der Sensorfläche des zweidimensionalen Sensors 30 abgebildet wird, wird daher kein anderes Bild lichtemittierender Punkte auf der Sensorfläche abgebildet, was zu einem leichten Unschärfezustand führt. Da in 7 ein lichtemittierender Punkt 75 durch eine Kondensorlinse 2 gebündelt wird und vier Bilder 25, 26, 27 und 28 des lichtemittierenden Punkts erhalten werden, verursacht der obige Unschärfezustand kein Übersprechen. Da andererseits in 24(a) eine Vielzahl von lichtemittierenden Punkten 75 durch eine Kondensorlinse 2 gebündelt und für jeden lichtemittierenden Punkt vier geteilte Bilder 25, 26, 27 und 28 des lichtemittierenden Punkts erhalten werden, überlappt sich die Vielzahl von Bildern 76 der lichtemittierenden Punkte im Inneren des Lochblendenbilds 74 aufgrund des obigen Unschärfezustands, was zu Übersprechen führt. 24 (a) FIG. 13 is a schematic diagram showing examples of a multicolor detection device having a dichroic arrangement used in the present embodiment, and is a configuration obtained by combining 7 (b) and 23 (a) is obtained. In 24 (a) the laser beams 21, 22, 23 and 24 each have different optical path lengths. If one of the images 25, 26, 27 and 28 of the corresponding light-emitting points on the sensor surface of the two-dimensional sensor 30th is imaged, therefore, no other image of light emitting points is imaged on the sensor surface, resulting in a slight blurring state. There in 7th a light emitting point 75 through a condenser lens 2 is converged and four images 25, 26, 27 and 28 of the light emitting point are obtained, the above blurring condition does not cause crosstalk. On the other hand, since in 24 (a) a variety of light emitting points 75 through a condenser lens 2 are converged and four divided images 25, 26, 27 and 28 of the light emitting point are obtained for each light emitting point, the plurality of images are overlapped 76 of the light-emitting points inside the pinhole image 74 due to the above unsharp condition, which leads to crosstalk.

Wie in 24(b) dargestellt, sind optische Weglängen-Einstellelemente 77, 78 und 79 jeweils unterschiedlicher Länge in die optischen Wege der Lichtstrahlen 21, 22 und 23 eingefügt, und die optischen Weglängen der Laserstrahlen 21, 22, 23 und 24, die durch einen optischen Abstand zwischen der Kondensorlinse 2 und dem zweidimensionalen Sensor 30 definiert werden, sind annähernd gleich. Das optische Weglängen-Einstellelement besteht aus einem transparenten Material, dessen Brechungsindex größer als 1 ist. In einem Material mit einem Brechungsindex von 2 ist die optische Weglänge zum Beispiel 2 Mal größer als in der Luft, auch wenn sie räumlich gleich ist. Der obigen Konfiguration gemäß ist es möglich, die Bilder 25, 26, 27 und 28 der lichtemittierenden Punkte gleichzeitig auf der Sensorfläche des zweidimensionalen Sensors 30 abzubilden, wodurch der Unschärfezustand und das durch diesen verursachte Übersprechen verhindert werden.As in 24 (b) shown, optical path length adjusting members 77, 78 and 79 of different lengths are inserted into the optical paths of the light beams 21, 22 and 23, and the optical path lengths of the laser beams 21, 22, 23 and 24 determined by an optical distance between the condenser lens 2 and the two-dimensional sensor 30th are approximately the same. The optical path length setting element consists of a transparent material whose refractive index is greater than 1. For example, in a material with a refractive index of 2, the optical path length is 2 times greater than in air, even if it is spatially the same. According to the above configuration, it is possible to simultaneously display the images 25, 26, 27 and 28 of the light emitting points on the sensor surface of the two-dimensional sensor 30th image, thereby preventing the blurring state and the crosstalk caused by it.

Wie oben beschrieben, ordnet die lichtemittierende Punkteanordnung einen Erkennungsgegenstand in etwa gleichen Abständen an, doch der Erkennungsgegenstand kann auch in einer eindimensionalem, zweidimensionalen oder dreidimensionalen lichtemittierenden Verteilung angeordnet sein. Ferner kann ein bildgebendes Verfahren angewandt werden, indem eine ursprüngliche lichtemittierende Verteilung unter Verwendung einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung wie in 23(b) aus dem Erkennungsergebnis rekonstruiert wird. 25 veranschaulicht Beispiele für bildgebende Verfahren.As described above, the light emitting dot array arranges a detection object at approximately equal intervals, but the detection object may be arranged in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional light-emitting distribution. Further, an imaging method can be applied by taking an original light-emitting distribution using a light-emitting detection device as in FIG 23 (b) is reconstructed from the recognition result. 25th illustrates examples of imaging techniques.

Wie in 25(a) dargestellt, ist eine lichtemittierende Verteilung 80 in einer zweidimensionalen Form verteilt. Hier wird als Beispiel ein Fall gezeigt, in welchem die lichtemittierende Verteilung 80 ein Zeichen „α“ darstellt. Ferner ist die Lochblendenanordnung 73 parallel zur lichtemittierenden Punkteverteilung 80 und nahe daran angeordnet. 25(a) stellt auf schematische Weise eine Lagebeziehung und ein Größenverhältnis einer Vielzahl von Lochblenden 72, die in der Lochblendenanordnung 73 enthalten sind, und der lichtemittierenden Punkteverteilung 80 dar. Hier sind 3×3=9 Lochblenden 72 in gleichen Abständen zweidimensional angeordnet. Da die lichtemittierende Punkteverteilung 80 und jede Lochblende 72 nahe genug zusammen liegen, wird Licht, das von einem Teil der lichtemittierenden Punkteverteilung 80 emittiert wird, der sich mit einer Lochblende 72 von 25(a) überlappt, von einer lichtemittierenden Detektionsvorrichtung wie in 23(b) durch jede Lochblende 72 erkannt.As in 25 (a) shown is a light emitting distribution 80 distributed in a two-dimensional form. Here, as an example, there is shown a case where the light emitting distribution 80 represents a character "α". Furthermore, the pinhole arrangement 73 is parallel to the light-emitting point distribution 80 and located close to it. 25 (a) represents in a schematic manner a positional relationship and a size ratio of a plurality of pinhole diaphragms 72 contained in the pinhole assembly 73 and the light emitting point distribution 80 Here are 3 × 3 = 9 pinhole diaphragms 72 arranged two-dimensionally at equal intervals. Since the light-emitting point distribution 80 and every pinhole 72 Are close enough together, light will come from part of the light-emitting point distribution 80 is emitted, which is with a pinhole 72 of 25 (a) overlapped by a light emitting detection device as in FIG 23 (b) through each pinhole 72 recognized.

25(b) zeigt 9 Lochblendenbilder 74, die Bilder von 9 Lochblenden 72 sind, die vom zweidimensionalen Farbsensor 11 abgebildet werden, und 9 Teilbilder 81 der lichtemittierenden Punkteverteilung, die Teilbilder der durch 9 Lochblenden 72 erkannten lichtemittierenden Punkteverteilung 80 sind. Wie in den bisherigen Ausführungsformen wird jedes Loch 72 vergrößert abgebildet, und da ein Abstand des Lochs 72 und ein Abstand des Lochbilds 74 gleich sind, wird das Abstand der benachbarten Lochbilder 74 wie in 25(b) dargestellt verengt, wobei das gegenseitige Übersprechen 0 % betrug. Da jedes Teilbild 81 der lichtemittierenden Punkteverteilung in einem entsprechenden Lochblendenbild 74 untergebracht ist, liegt das gegenseitige Übersprechen ebenfalls bei 0 %. 25 (b) shows 9 pinhole images 74 who have favourited pictures of 9 pinholes 72 are those from the two-dimensional color sensor 11 and 9 partial images 81 of the light-emitting point distribution, the partial images of the through 9 pinhole diaphragms 72 recognized light-emitting point distribution 80 are. As in previous embodiments, each hole 72 shown enlarged, and there is a distance of the hole 72 and a spacing of the hole pattern 74 are the same, the distance between the neighboring hole patterns will be 74 as in 25 (b) shown narrowed, the mutual crosstalk was 0%. Since each sub-image 81 of the light-emitting point distribution in a corresponding pinhole image 74 is accommodated, the mutual crosstalk is also at 0%.

25(c) stellt die relative Lage der lichtemittierenden Punkteverteilung 80 und der Lochblendenanordnung 73 von Bild 25(a) dar, nachdem sie in seitlicher Richtung verschoben wurden. Jede Lochblende 72 liegt im Vergleich zu Bild 25(a) über einem anderen Teil der lichtemittierenden Punkteverteilung 80. Von diesen überlappten Teilen emittiertes Licht wird jeweils wie in 25(d) gezeigt abgebildet und erkannt. Die Bilderfassung wird wiederholt, indem die relative Lage der lichtemittierenden Punkteverteilung 80 und der Lochblendenanordnung 73 sequenziell (das heißt, der Reihe nach) in der Quer- und Längsrichtung verschoben wird, wodurch es möglich ist, den Abbildungsprozess eines Gesamtbilds der lichtemittierenden Punkteverteilung 80 durchzuführen. Wenn die relative Lage der lichtemittierenden Punkteverteilung 80 und des zweidimensionalen Farbsensors 11 dabei festgelegt ist, kann das Gesamtbild der lichtemittierenden Punkteverteilung 80 auch ohne Durchführung einer Bildverarbeitung abgebildet werden. 25 (c) represents the relative position of the light-emitting point distribution 80 and pinhole assembly 73 of Fig. 25 (a) after being slid in a lateral direction. Any pinhole 72 compared to Fig. 25 (a) lies over a different part of the light-emitting point distribution 80 . Light emitted from these overlapped parts is as shown in FIG 25 (d) shown mapped and recognized. The image acquisition is repeated by changing the relative position of the light-emitting point distribution 80 and the pinhole array 73 is sequentially (that is, sequentially) shifted in the lateral and longitudinal directions, thereby making it possible to enhance the imaging process of an overall image of the light-emitting point distribution 80 perform. When the relative position of the light-emitting point distribution 80 and the two-dimensional color sensor 11 is set, the overall picture of the light-emitting point distribution 80 can also be mapped without performing image processing.

[Ausführungsform 7][Embodiment 7]

Eine der Aufgaben bei der Implementierung der Erfindung ist die genaue und einfache Ausrichtung jedes lichtemittierenden Punkts mit jeder Kondensorlinse. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Verfahren, um dies für eine Vielzahl von Kapillaren zu realisieren.One of the objects in implementing the invention is to accurately and easily align each light emitting point with each condenser lens. The present embodiment shows a method for realizing this for a large number of capillaries.

26 ist ein Querschnittsdiagramm, das auf schematische Weise Konfigurationsbeispiele einer Vorrichtung 86 zeigt, in welcher eine Vielzahl von Kapillaren 49, ein V-Nut-Anordnung zum Anordnen der Vielzahl von Kapillaren 49 und die Kondensorlinsenanordnung 8 integriert sind. 26(a) zeigt einen Querschnitt senkrecht zu einer Längsachse jeder Kapillare 49 an einer Bestrahlungsposition des Laserstrahls 54; 26(b) zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse jeder Kapillare 49 an einer anderen Position als der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 54; und 26(c) zeigt einen Querschnitt, der eine Längsachse einer Einzelkapillare enthält. 26(a) entspricht einem Querschnitt entlang der Linie A-A von 26(c), und 26(b) entspricht einem Querschnitt entlang der Linie B-B von 26(c). 26th Fig. 13 is a cross-sectional diagram schematically showing configuration examples of an apparatus 86 in which a plurality of capillaries 49 , a V-groove arrangement for arranging the plurality of capillaries 49 and the condenser lens assembly 8th are integrated. 26 (a) Figure 10 shows a cross section perpendicular to a longitudinal axis of each capillary 49 at an irradiation position of the laser beam 54; 26 (b) Figure 10 shows a cross section perpendicular to the longitudinal axis of each capillary 49 at a position other than the irradiation position of the laser beam 54; and 26 (c) Figure 11 shows a cross section containing a longitudinal axis of a single capillary. 26 (a) corresponds to a cross section along the line AA of 26 (c) , and 26 (b) corresponds to a cross section along the line BB of 26 (c) .

Die in 26 dargestellte Vorrichtung 86 umfasst die Kapillaranordnung mit einer Vielzahl von Kapillaren 49 und eine Teilvorrichtung 85. Die Teilvorrichtung 85 ist mit einer V-Nut-Anordnungsvorrichtung 84, die ein Teil ist, das die V-Nut-Anordnung enthält, in der eine Vielzahl von V-Nuten 82 in einem Abstand p angeordnet sind, und mit einer Kondensorlinsen-Anordnungsvorrichtung 83 integriert, die ein Teil ist, das die Kondensorlinsenanordnung 8 enthält, in der eine Vielzahl Kondensorlinsen 2 in einem Abstand p angeordnet sind. In 26(a) stimmt die Mittelachse jedes lichtemittierenden Punkts 1, jeder V-Nut 82 und jeder Kondensorlinse 2 miteinander überein. Die Vielzahl von Kapillaren 49 können einfach auf derselben Ebene im vorbestimmten Abstand p angeordnet werden, indem die Vielzahl von Kapillaren 49 gegen die V-Nuten 82 gedrückt werden. Ferner ist eine Struktur der Teilvorrichtung 85 so eingestellt, dass jeder lichtemittierende Punkt 1, der die Bestrahlungsposition jeder Kapillare 49 durch den Laserstrahls 54 ist, und jede Kondensorlinse 2 sich in einem gewünschten Abstand zueinander befinden. Das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht wird daher wie gewünscht durch die Kondensorlinse 2 gebündelt.In the 26th The illustrated device 86 comprises the capillary arrangement with a plurality of capillaries 49 and a dividing device 85. The dividing device 85 is with a V-groove arranging device 84 which is a part including the V-groove arrangement in which a plurality of V-grooves 82 are arranged at a pitch p, and with a condenser lens arrangement device 83 which is a part that makes up the condenser lens assembly 8th contains, in which a variety of condenser lenses 2 are arranged at a distance p. In 26 (a) the central axis of each light emitting point is correct 1 , each V-groove 82 and each condenser lens 2 coincide with each other. The multitude of capillaries 49 can easily be arranged on the same plane at the predetermined distance p by the plurality of capillaries 49 pressed against the V-grooves 82. Further, a structure of the dividing device 85 is set so that each light emitting point 1 showing the irradiation position of each capillary 49 through the laser beam 54, and each condenser lens 2 are at a desired distance from each other. That from the light emitting point 1 emitted light is therefore passed through the condenser lens as desired 2 bundled.

Wie in 26(a) dargestellt, ist im Querschnitt der Kapillare 49 am lichtemittierenden Punkt 1 die Kondensorlinse 2 der Teilvorrichtung 85 vorhanden, und die V-Nut 82 ist nicht vorhanden. Wie in 26(b) dargestellt, ist im Querschnitt der Kapillare 49 beiderseits des lichtemittierenden Punkts 1 die Kondensorlinse 2 der Teilvorrichtung 83 nicht vorhanden, und die V-Nut 82 ist vorhanden. 26(c) zeigt einen Querschnitt in Richtung der Längsachse der Kapillare 49, die Kondensorlinse 2 liegt in der Mitte der Teilvorrichtung 85, und die V-Nuten 82 liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Kondensorlinse 2. Je nach Konfiguration ist es vorteilhaft, durch die V-Nut 82 nicht nur die hochpräzise Ausrichtung der Kapillaren 49 zu ermöglichen, sondern auch zu verhindern, dass die Erkennung des vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierten Lichts durch die V-Nut 82 gestört wird. Wenn eine wie oben beschriebene Teilvorrichtung 85 im Voraus angefertigt wird, kann eine hochpräzise Ausrichtung zwischen den jeweiligen lichtemittierenden Punkten 1 und den jeweiligen Kondensorlinsen 2 auf einfache Weise erreicht werden, indem die Vielzahl von Kapillaren 49 gegen die jeweiligen V-Nuten 82 gedrückt werden.As in 26 (a) is shown in the cross section of the capillary 49 at the light emitting point 1 the condenser lens 2 of the dividing device 85 is present, and the V-groove 82 is not present. As in 26 (b) is shown in the cross section of the capillary 49 on either side of the light emitting point 1 the condenser lens 2 the dividing device 83 does not exist, and the V-groove 82 is present. 26 (c) shows a cross section in the direction of the longitudinal axis of the capillary 49 who have favourited the condenser lens 2 is in the center of divider 85 and V-grooves 82 are on opposite sides of the condenser lens 2 . Depending on the configuration, it is advantageous not only for the high-precision alignment of the capillaries due to the V-groove 82 49 to enable but also to prevent the detection of the light emitting point 1 emitted light is disturbed by the V-groove 82. If a dividing device 85 as described above is prepared in advance, high-precision alignment between the respective light emitting points can be achieved 1 and the respective condenser lenses 2 can be easily achieved by using the multitude of capillaries 49 are pressed against the respective V-grooves 82.

Die vorliegende Ausführungsform kann mit der Konfiguration jeder der obigen Ausführungsformen kombiniert werden. Die Teilvorrichtung 85, in welcher die V-Nut-Anordnungsvorrichtung 84 und die Kondensorlinsen-Anordnungsvorrichtung 83 miteinander integriert sind, kann durch Fertigungsprozesse wie Spritzgießen und Einprägen integral geformt werden, was die Massenfertigung zu geringen Kosten ermöglicht. Zudem können die V-Nut-Anordnungsvorrichtung 84 und die Kondensorlinsen-Anordnungsvorrichtung 83 auch separat hergestellt und dann miteinander verbunden werden, um die Teilvorrichtung 85 zu ergänzen.The present embodiment can be combined with the configuration of any of the above embodiments. The dividing device 85, in which the V-groove arrangement device 84 and the condenser lens arrangement device 83 are integrated with each other can be integrally molded by manufacturing processes such as injection molding and embossing, which enables mass production at low cost. In addition can use the V-Groove Placement Device 84 and the condenser lens arrangement device 83 can also be manufactured separately and then connected to one another in order to complete the dividing device 85.

Die Teilvorrichtung ist auch effektiv, wenn keine V-Nut-Anordnung vorhanden ist. Zum Beispiel kann eine Oberfläche der Teilvorrichtung auf der Seite der Kapillarenanordnung flach sein, ohne eine V-Nut-Anordnung aufzuweisen. Obwohl dann die Anordnungsabstände der Vielzahl von Kapillaren durch andere Mittel eingestellt werden müssen, ist es möglich, einen Abstand zwischen jeder Kapillare und jeder Kondensorlinse, das heißt, einen Abstand zwischen jedem lichtemittierenden Punkt und jeder Kondensorlinse zu regeln, indem jede Kapillare gegen die obige flache Fläche der Teilvorrichtung gedrückt wird. Alternativ dazu kann in der Teilvorrichtung eine Struktur zum Einstellen der Position der Kapillare vorgesehen sein, auch wenn die V-Nut nicht vorgesehen ist.The dividing device is also effective in the absence of a V-groove arrangement. For example, a surface of the divider on the capillary array side may be flat without having a V-groove arrangement. Then, although the arrangement pitches of the plurality of capillaries must be adjusted by other means, it is possible to regulate a distance between each capillary and each condenser lens, that is, a distance between each light emitting point and each condenser lens by keeping each capillary against the above flat Surface of the dividing device is pressed. Alternatively, a structure for adjusting the position of the capillary can be provided in the sub-device, even if the V-groove is not provided.

Wenn die Brennweite jeder Kondensorlinse 2 in einer Richtung parallel zur Anordnungsrichtung der lichtemittierenden Punkteanordnung als f1 definiert wird und deren Brennweite in einer vertikalen Richtung als f2 definiert wird, werden f1 und f2 in den obigen Ausführungsformen als f=fl=f2 eingestellt. Doch es kann auch effektiv sein, f1 und f2 als f1≠f2 einzustellen. Zum Beispiel ist es effektiv, wenn der lichtemittierenden Punkt 1 sich wie in der vorliegenden Ausführungsform im Inneren der Kapillare 49 befindet. Da die Kapillare 49 eine zylindrische Form hat, weist die Kapillare 49 in einer Anordnungsrichtung der lichtemittierenden Punkteanordnung eine Linsenwirkung auf, in Richtung ihrer Längsachse 49 weist die Kapillare jedoch keine Linsenwirkung auf. Um vom lichtemittierenden Punkt 1 emittiertes Licht mit der Kondensorlinse 2 effizient zu bündeln, ist es daher effektiv, den richtungsabhängigen Unterschied in der Linsenwirkung der Kapillare 49 aufzuheben, und dazu ist es wünschenswert, f1 und f2 als f1≠f2 einzustellen, genauer gesagt, fl<f2. Dies lässt sich einfach erreichen, indem der Oberfläche der jeweiligen Kondensorlinsen 2 eine sphärische Form verliehen wird. Ferner kann die Dicke der Linse reduziert werden, und die Fluoreszenz-Detektionsvorrichtung kann weiter miniaturisiert werden, indem jede Kondensorlinse 2 als Fresnellinse verwendet wird. Die Verwendung der Fresnellinse ist auch bei der Einstellung fl=f2 effektiv.When the focal length of each condenser lens 2 in a direction parallel to the arrangement direction of the light emitting dot array is defined as f1 and the focal length of which in a vertical direction is defined as f2, f1 and f2 are set as f = fl = f2 in the above embodiments. But it can also be effective to set f1 and f2 as f1 ≠ f2. For example, it is effective when the light emitting point 1 as in the present embodiment in the interior of the capillary 49 is located. Because the capillary 49 has a cylindrical shape, has the capillary 49 in a direction of arrangement of the light-emitting point arrangement on a lens effect, in the direction of its longitudinal axis 49 however, the capillary has no lens effect. To from the light emitting point 1 emitted light with the condenser lens 2 To focus efficiently, it is therefore effective to detect the directional difference in the lens action of the capillary 49 to be canceled, and to this end, it is desirable to set f1 and f2 as f1 ≠ f2, more precisely, fl <f2. This can be achieved simply by removing the surface of the respective condenser lenses 2 a spherical shape is given. Further, the thickness of the lens can be reduced and the fluorescence detection device can be further miniaturized by adding each condenser lens 2 is used as a Fresnel lens. The use of the Fresnel lens is also effective when setting fl = f2.

27 stellt eine Konfiguration dar, in welcher zwischen der lichtemittierenden Punkteanordnung und der Kondensorlinsenanordnung 8 in 26 die Lochblendenanordnung 73 hinzugefügt wurde. Das heißt, die Lochblendenanordnung 73 ist zwischen der V-Nut-Anordnungsvorrichtung 84 und der Kondensorlinsen-Anordnungsvorrichtung 83 angeordnet, und jede oben beschriebenen Konfigurationen wird als Teilvorrichtung 86 verwendet. Die Lochblende 72, die in 22(b) dargestellt ist, schränkt durch ihr Vorhandensein eine Lichtmenge des vom lichtemittierenden Punkt 71 emittierten und von der Kondensorlinse 2 gebündelten Lichts ein. Im Fall der in 27 dargestellten Lochblende 72 dagegen ist der Durchmesser do jeder Lochblende 72 größer als der Durchmesser d des lichtemittierenden Punkts 1 (d0≥d), sodass die Lichtmenge des vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierten und von der Kondensorlinse 2 gebündelten Lichts nicht durch ihr Vorhandensein eingeschränkt wird, wie in 27(a) gezeigt. Während die Lochblende 72 von 22(b) effektiv dazu dient, den Durchmesser des lichtemittierenden Punkts 71 zu verringern, dient die Lochblende 72 von 27 dazu, die Bündelung anderen Lichts als dem, das von dem lichtemittierenden Punkt 1 emittiert wird, welchem die Kondensorlinse 2 entspricht, zu vermeiden. Zum Beispiel ist es möglich, zu verhindern, dass Streulicht vom Laserstrahl 54, das beim Bestrahlen der Kapillare mit dem Laserstrahl 54 auf einer Außenfläche jeder Kapillare 49 entsteht, durch die Kondensorlinse 2 gebündelt wird und den Sensor erreicht, oder es zu reduzieren. Oder Licht, das von einem benachbarten lichtemittierenden Punkt 1 emittiert wird, kann durch die Kondensorlinse 2 derart gebündelt werden, dass es den Sensor nicht erreicht oder reduziert wird. Dadurch ist es möglich, vom lichtemittierenden Punkt 1 emittiertes Licht mit hoher Empfindlichkeit zu erkennen. 27 Fig. 10 illustrates a configuration in which between the light emitting dot array and the condenser lens array 8th in 26th the pinhole assembly 73 was added. That is, the pinhole assembly 73 is between the V-groove locator 84 and the condenser lens assembly device 83 and any of the configurations described above is used as the subdevice 86. The pinhole 72 , in the 22 (b) is shown restricts an amount of light from the light emitting point by its presence 71 emitted and from the condenser lens 2 bundled light. In the case of the in 27 illustrated pinhole 72 on the other hand, the diameter do of each pinhole is 72 larger than the diameter d of the light emitting point 1 (d 0 ≥d) so that the amount of light from the light emitting point 1 emitted and from the condenser lens 2 focused light is not restricted by its presence, as in 27 (a) shown. While the pinhole 72 of 22 (b) effectively serves to determine the diameter of the light emitting point 71 the pinhole is used to reduce this 72 of 27 in addition, the bundling of light other than that from the light-emitting point 1 is emitted to which the condenser lens 2 corresponds to avoid. For example, it is possible to prevent scattered light from the laser beam 54 generated when irradiating the capillary with the laser beam 54 on an outer surface of each capillary 49 arises through the condenser lens 2 is bundled and reaches the sensor, or to reduce it. Or light coming from an adjacent light emitting point 1 can be emitted through the condenser lens 2 be bundled in such a way that it does not reach the sensor or is reduced. This makes it possible from the light emitting point 1 detect emitted light with high sensitivity.

Um zu verhindern, dass unnötiges Licht den Sensor erreicht, ist es auch effektiv, zwischen dem lichtemittierenden Punkt und dem Sensor ein Farbglasfilter anzuordnen. Das Farbglasfilter kann mit der Lochblende kombiniert werden, oder nur eines davon kann verwendet werden. Der Lichtstrahl des unnötigen Lichts, das von der Kondensorlinse 2 gebündelt wird, breitet sich zur optischen Achse der Kondensorlinse 2 (d.h. der optischen Achse des Lichtstrahls, zu welchem das vom lichtemittierenden Punkt 1 emittierte Licht durch die Kondensorlinse 2 gebündelt wird) geneigt aus, weshalb es schwierig ist, den Lichtstrahl durch das Langpassfilter oder den dichroischen Spiegel zu sperren (da die Kondensorlinse 2 dazu ausgelegt ist, vom lichtemittierenden Punkt 1 emittiertes Licht zu einem Lichtstrahl zu bündeln). Zudem kann das Farbglasfilter eine äquivalente Filterleistung entfalten, auch wenn der Einfallswinkel des Lichts unterschiedlich ist, wodurch die obige Wirkung erhalten wird.In order to prevent unnecessary light from reaching the sensor, it is also effective to place a colored glass filter between the light emitting point and the sensor. The colored glass filter can be combined with the pinhole, or just one of them can be used. The ray of unnecessary light emitted by the condenser lens 2 is bundled, spreads to the optical axis of the condenser lens 2 (ie the optical axis of the light beam to which that from the light emitting point 1 emitted light through the condenser lens 2 is inclined), which makes it difficult to block the light beam by the long-pass filter or dichroic mirror (because the condenser lens 2 is designed to be from the light emitting point 1 to bundle emitted light into a light beam). In addition, the color glass filter can display an equivalent filter performance even if the angle of incidence of the light is different, whereby the above effect is obtained.

28 stellt eine andere Konfiguration zum Erhalt der gleichen Wirkung wie in 27 dar. Die Kondensorlinsen-Anordnungsvorrichtung 83, die Bestandteil der Teilvorrichtung 85 ist, besteht aus einem transparenten Material wie einem Glasmaterial und einem Harzmaterial, wie oben beschrieben. Die V-Nut-Anordnungsvorrichtung 84 dagegen besteht aus einem undurchsichtigen Material. Die Lochblenden 87, die Durchgangslöcher sind, sind jeweils an einer Position angeordnet, die sich mit der optischen Achse jeder Kondensorlinse 2 des V-Nut-Anordnungsvorrichtung 84 schneidet, sodass die V-Nut-Anordnungsvorrichtung 84 als Lochblendenanordnung dient. Dieser Konfiguration gemäß ist es möglich, die Teilvorrichtung 85 noch einfacher herzustellen als im Fall von 27. 28 represents a different configuration to obtain the same effect as in 27 The condenser lens assembly device 83 , which is part of the dividing device 85, is made of a transparent material such as a glass material and a resin material, as described above. The V-groove Placement device 84 on the other hand consists of an opaque material. The pinholes 87 , which are through holes, are each arranged at a position coincident with the optical axis of each condenser lens 2 of the V-Groove Placement Device 84 cuts so the V-groove locator 84 serves as a pinhole arrangement. According to this configuration, it is possible to manufacture the dividing device 85 more easily than in the case of FIG 27 .

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen, sondern soll im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken, die im Wesen und Umfang der beigefügten Ansprüche liegen. Obwohl Ausführungsformen zum Beispiel im Detail beschrieben wurden, um die vorliegende Erfindung auf leicht verständliche Weise zu beschreiben, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Konfigurationen beschränkt ist. Ferner kann ein Teil einer Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und die Konfiguration einer anderen Ausführungsform kann zur Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner ist es möglich, in Bezug auf einen Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform andere Konfigurationen hinzuzufügen, zu streichen und zu ersetzen.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but on the contrary is intended to cover various modifications and equivalent arrangements falling within the spirit and scope of the appended claims. For example, while embodiments have been described in detail in order to describe the present invention in an easily understood manner, it should be understood that the invention is not limited to the disclosed configurations. Further, a part of a configuration of a certain embodiment can be replaced with a configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Further, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.

Die Erfindung kann weiterhin durch die folgenden Aspekte charakterisiert werden. Ein erster Aspekt ist eine lichtemittierende Detektionsvorrichtung, umfassend: eine Kondensorlinsenanordnung, die mit M Kondensorlinsen zur jeweiligen Bündelung von Licht angeordnet ist, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung emittiert wird, in welcher M lichtemittierende Punkte angeordnet sind, um einen Lichtstrahl zu bilden, wobei M ≥ 2; mindestens einen Sensor, auf welchen die M Lichtstrahlen parallel einfallen, ohne erneut gebündelt zu werden, wobei wenn d ein Mittelwert des effektiven Durchmessers der M lichtemittierenden Punkte ist, f ein Mittelwert der Brennweite der M Kondensorlinsen ist, p ein Mittelwert des Zwischenabstands der M Kondensorlinsen p ist, und g ein Mittelwert der maximalen optischen Weglänge zwischen den M Kondensorlinsen und dem Sensor ist, d, f, p und g eine bestimmte Beziehung erfüllen, die so vorbestimmt ist, dass die M Lichtemissionen mit geringem Übersprechen oder hoher Empfindlichkeit erkannt werden können.The invention can be further characterized by the following aspects. A first aspect is a light emitting detection device comprising: a condenser lens array arranged with M condenser lenses for respectively converging light emitted from a light emitting point array in which M light emitting points are arranged to form a light beam, where M ≥ 2; at least one sensor on which the M light rays are incident in parallel without being bundled again, where if d is an average value of the effective diameter of the M light-emitting points, f is an average value of the focal length of the M condenser lenses, p is an average value of the intermediate distance of the M condenser lenses p is, and g is an average value of the maximum optical path length between the M condenser lenses and the sensor, d, f, p and g satisfy a certain relationship which is predetermined so that the M light emissions can be detected with little crosstalk or high sensitivity .

Nach einem weiteren zweiten Aspekt kann die lichtemittierende Detektionsvorrichtung außerdem eine Lochblendenanordnung mit M Lochblenden, die derart angeordnet sind, dass sie mit den M Kondensorlinsen ausgerichtet sind, umfassen, wobei die M lichtemittierenden Punkte durch Lichtemission eines Teils mindestens eines lichtemittierenden Bereichs gebildet werden.According to a further second aspect, the light-emitting detection device can furthermore comprise a pinhole arrangement with M pinholes which are arranged such that they are aligned with the M condenser lenses, the M light-emitting points being formed by light emission of a part of at least one light-emitting region.

Nach einem dritten Aspekt kann die lichtemittierende Detektionsvorrichtung außerdem ein optisches Element, das die M Lichtstrahlen ablenkt, um abgelenkte Lichtstrahlen zu erzeugen, oder ein optisches Element, das die M Lichtstrahlen jeweils erneut bündelt, um erneut gebündelte Lichtstrahlen zu erzeugen, umfassen, wobei die M abgelenkten Lichtstrahlen oder die M erneut gebündelten Lichtstrahlen parallel auf den Sensor einfallen.According to a third aspect, the light-emitting detection device may further comprise an optical element that deflects the M light beams to generate deflected light beams, or an optical element that refocuses the M light beams each time to generate refocused light beams, the M deflected light beams or the M re-bundled light beams fall parallel to the sensor.

Nach vierten bis siebten Aspekten kann für die lichtemittierende Detektionsvorrichtung eine der folgenden Beziehung erfüllt sein: f 1 / ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * g ,

Figure DE112016007594B3_0042
f 1 / ( p / d + 1 ) * g ,
Figure DE112016007594B3_0043
f 2 * p
Figure DE112016007594B3_0044
oder f p .
Figure DE112016007594B3_0045
According to fourth to seventh aspects, one of the following relationships can be satisfied for the light emitting detection device: f 1 / ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * G ,
Figure DE112016007594B3_0042
f 1 / ( p / d + 1 ) * G ,
Figure DE112016007594B3_0043
f 2 * p
Figure DE112016007594B3_0044
or f p .
Figure DE112016007594B3_0045

Nach einem achten Aspekt kann die lichtemittierende Detektionsvorrichtung außerdem eine dichroische Spiegelanordnung, in welcher eine Vielzahl N von dichroischen Spiegeln in der numerischen Reihenfolge 1, 2, ..., N, wobei N ≥ 2, in einer ersten Richtung optisch zwischen der Kondensorlinsenanordnung und dem Sensor angeordnet sind, umfassen, wobei Normalvektoren an Frontflächen der N dichroischen Spiegel durch eine Summe aus einer positiven Komponente in der ersten Richtung und einer negativen Komponente in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung gebildet werden, die N Normalvektoren im Wesentlichen parallel zueinander sind, die optischen Achsen der M Kondensorlinsen im Wesentlichen parallel zur zweiten Richtung sind, und eine Anordnungsrichtung der M Kondensorlinsen im Wesentlichen parallel zu einer dritten Richtung senkrecht sowohl zur ersten als auch zur zweiten Richtung ist.According to an eighth aspect, the light-emitting detection device can also include a dichroic mirror array in which a plurality N of dichroic mirrors in the numerical order 1, 2, ..., N, where N ≥ 2, in a first direction optically between the condenser lens array and the Sensor are arranged, include, wherein normal vectors on front surfaces of the N dichroic mirrors are formed by a sum of a positive component in the first direction and a negative component in a second direction perpendicular to the first direction, the N normal vectors essentially are parallel to each other, the optical axes of the M condenser lenses are substantially parallel to the second direction, and an arrangement direction of the M condenser lenses is substantially parallel to a third direction perpendicular to both the first and second directions.

Nach einem neunten Aspekt können bei der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung die M Lichtstrahlen entlang der zweiten Richtung parallel auf die dichroische Spiegelanordnung einfallen, ein geteilter Lichtstrahl, der in der ersten Richtung durch Teilen der M Lichtstrahlen in N verschiedene Lichtstrahlen erhalten wird, von der dichroischen Spiegelanordnung entlang der zweiten Richtung emittiert werden, und die (MxN) geteilten Lichtstrahlen parallel auf den Sensor einfallen und gemeinsam erkannt werden.According to a ninth aspect, in the light emitting detection device, the M light beams can be incident on the dichroic mirror array in parallel along the second direction, a split light beam obtained in the first direction by dividing the M light beams into N different light beams from the dichroic mirror array along the second direction are emitted, and the (MxN) split light beams are incident on the sensor in parallel and are recognized together.

Nach einem zehnten Aspekt können bei der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung, wenn D ein Mittelwert des effektiven Durchmessers der M Kondensorlinsen ist, θ0 ein Mittelwert der Winkel ist, die zwischen den N Normalvektoren und einer Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung gebildet werden, wobei 0 ≤ θ0 ≤ 90°, no ein Mittelwert des Brechungsindexes der Grundmaterialien der N dichroischen Spiegel ist, α ein Mittelwert der Breite der Grundmaterialien der N dichroischen Spiegel ist, β ein Mittelwert der Dicke der Grundmaterialien der N dichroischen Spiegel ist, x ein Mittelwert des Zwischenabstands der N dichroischen Spiegel ist, und yz ein Mittelwert der Entfernungen ist, um welche ein Ende in der zweiten Richtung des n.ten dichroischen Spiegels einem Ende in der zweiten Richtung des n-1.ten dichroischen Spiegels gegenüber in eine Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung verschoben ist, wobei 2 ≤ n ≤ N, d, f, D, p, g, θ0, N, no, α, β, x, and yz eine bestimmte Beziehung erfüllen, die so vorbestimmt ist, dass die M Lichtemissionen mit den dichroischen Spiegeln erkannt werden können.According to a tenth aspect, in the light emitting detection device, when D is an average value of the effective diameter of the M condenser lenses, θ 0 is an average value of the angles formed between the N normal vectors and a direction opposite to the second direction, where 0 θ 0 ≤ 90 °, no is an average value of the refractive index of the base materials of the N dichroic mirrors, α is an average value of the width of the base materials of the N dichroic mirrors, β is an average value of the thickness of the base materials of the N dichroic mirrors, x is an average value of the intermediate distance of the N. dichroic mirror, and yz is an average of the distances by which an end in the second direction of the nth dichroic mirror is displaced in a direction opposite to the second direction opposite to an end in the second direction of the n-1st dichroic mirror , where 2 ≤ n ≤ N, d, f, D, p, g, θ 0 , N, no, α, β, x, and yz have a certain relationship meet which is predetermined so that the M light emissions can be recognized with the dichroic mirrors.

Nach einem elften und einem zwölften Aspekt können bei der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung mit θ1 = sin-1(1/n0*sinθ0), θ2 = sin-1(1/n0*sin(90°-θ0)), aw = cosθ0, bw = -cosθ0*tanθ1, aL = (N-1)*cosθ0+sinθ0, bL = (N-2)/cosθo*(2*sin(90°-θ02)+1-sin(θ02))+(N-2)*sinθ0+2*cosθ0, und d' = (g-f)/f*d, die folgenden Beziehungen erfüllt sein: ( sin θ 0 b w / a w * cos θ 0 ) * β + cos θ 0 / a w * D x ,

Figure DE112016007594B3_0046
und ( sin θ 0 b w / a w * cos θ 0 ) * β + cos θ 0 / aW * d' x ( sin θ 0 b L / a L * cos θ 0 ) * β+ cos θ 0 / a L * g
Figure DE112016007594B3_0047
und/oder die folgende Beziehung erfolgt sein: 0 yz 2 * sin ( 90 ° θ 0 θ 2 ) / cos θ 2 * β .
Figure DE112016007594B3_0048
According to an eleventh and a twelfth aspect, in the light emitting detection device with θ 1 = sin -1 (1 / n 0 * sinθ 0 ), θ 2 = sin -1 (1 / n 0 * sin (90 ° -θ 0 )) , aw = cosθ 0 , bw = -cosθ 0 * tanθ 1 , a L = (N-1) * cosθ 0 + sinθ 0 , b L = (N-2) / cosθo * (2 * sin (90 ° -θ 02 ) + 1-sin (θ 0 + θ 2 )) + (N-2) * sinθ 0 + 2 * cosθ 0 , and d '= (gf) / f * d, the following relationships are satisfied: ( sin θ 0 - b w / a w * cos θ 0 ) * β + cos θ 0 / a w * D. x ,
Figure DE112016007594B3_0046
and ( sin θ 0 - b w / a w * cos θ 0 ) * β + cos θ 0 / aW * d ' x ( sin θ 0 - b L. / a L. * cos θ 0 ) * β + cos θ 0 / a L. * G
Figure DE112016007594B3_0047
and / or the following relationship has occurred: 0 Y Z 2 * sin ( 90 ° - θ 0 - θ 2 ) / cos θ 2 * β .
Figure DE112016007594B3_0048

Nach einem dreizehnten und einem vierzehnten Aspekt können darüber hinaus die folgenden Beziehungen wenn n = 2,0 yz 2 * cos θ 0 * β ,

Figure DE112016007594B3_0049
und wenn  3 n N ,   0 yz 2 * sin ( 90 ° θ 0 θ 2 ) / cos θ 2 * β
Figure DE112016007594B3_0050
oder die folgende Beziehung erfüllt sein: cos θ 0 * α x cos θ 0 * α + 2 * sin θ 0 * β .
Figure DE112016007594B3_0051
According to a thirteenth and a fourteenth aspect, the following relationships can also be found if n = 2.0 Y Z 2 * cos θ 0 * β ,
Figure DE112016007594B3_0049
and if 3 n N , 0 Y Z 2 * sin ( 90 ° - θ 0 - θ 2 ) / cos θ 2 * β
Figure DE112016007594B3_0050
or the following relationship may be met: cos θ 0 * α x cos θ 0 * α + 2 * sin θ 0 * β .
Figure DE112016007594B3_0051

Nach einem fünfzehnten Aspekt kann bei der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung ein optisches Weglängen-Einstellelement in einem optischen Weg mindestens eines Teils der (MxN) geteilten Lichtstrahlen vorgesehen sein.According to a fifteenth aspect, in the light emitting detection device, an optical path length adjusting member may be provided in an optical path of at least part of the (MxN) split light beams.

Nach einem sechzehnten Aspekt können bei der lichtemittierende Detektionsvorrichtung die M Kondensorlinsen in einer Ebene parallel zu einer Sensorfläche des Sensors zweidimensional angeordnet sein.According to a sixteenth aspect, in the light-emitting detection device, the M condenser lenses can be arranged two-dimensionally in a plane parallel to a sensor surface of the sensor.

Nach einem siebzehnten Aspekt kann bei der lichtemittierenden Detektionsvorrichtung der Sensor ein Farbsensor sein, in welchem mehrere Arten von Pixeln zur Unterscheidung verschiedener Wellenlängenbänder angeordnet sind.According to a seventeenth aspect, in the light emitting detection device, the sensor may be a color sensor in which plural kinds of pixels are arranged to distinguish different wavelength bands.

Nach einem achtzehnten Aspekt kann die lichtemittierende Detektionsvorrichtung außerdem einen Mechanismus umfassen, der mindestens eine relative Lage der Kondensorlinsenanordnung in Bezug auf die M lichtemittierenden Punkte verschiebt.According to an eighteenth aspect, the light-emitting detection device can further comprise a mechanism that displaces at least one relative position of the condenser lens arrangement with respect to the M light-emitting points.

Nach einem neunzehnten Aspekt kann die Erfindung eine Vorrichtung betreffen, in welcher eine V-Nut-Anordnung mit einer Vielzahl von V-Nuten und eine Kondensorlinsenanordnung mit einer Vielzahl von Kondensorlinsen integriert sind, wobei die V-Nut-Anordnung und die Kondensorlinsenanordnung in gleichen Abständen angeordnet sind.According to a nineteenth aspect, the invention can relate to an apparatus in which a V-groove arrangement having a plurality of V-grooves and a condenser lens arrangement having a plurality of condenser lenses are integrated, the V-groove arrangement and the condenser lens arrangement being equally spaced are arranged.

Nach einem zwanzigsten Aspekt können bei einer solchen Vorrichtung eine Lochblendenanordnung mit einer Vielzahl von Lochblenden zwischen der V-Nut-Anordnung und der Kondensorlinsenanordnung vorgesehen sein, und die V-Nut-Anordnung, die Kondensorlinsenanordnung und die Lochblendenanordnung in gleichen Abständen angeordnet sein.According to a twentieth aspect, in such an apparatus, a pinhole assembly having a plurality of pinholes may be provided between the V-groove assembly and the condenser lens assembly, and the V-groove assembly, the condenser lens assembly and the pinhole assembly may be equally spaced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
lichtemittierender Punktlight emitting point
22
KondensorlinseCondenser lens
3, 3'3, 3 '
paralleler Lichtstrahlparallel beam of light
4, 54, 5
LichtpunktPoint of light
77th
lichtemittierende Punkteanordnunglight-emitting point arrangement
88th
KondensorlinsenanordnungCondenser lens assembly
1111
zweidimensionaler Farbsensortwo-dimensional color sensor
17 - 2017-20
dichroischer Spiegeldichroic mirror
3030th
zweidimensionaler Sensortwo-dimensional sensor
3131
Transmissions-BeugungsgitterTransmission diffraction grating
3333
Re-KondensorlinseRe-condenser lens
3737
zweidimensionaler Sensortwo-dimensional sensor
4141
wellenlängendispergiertes Bildwavelength dispersed image
4343
Prismaprism
45, 4845, 48
Bild des lichtemittierenden PunktsImage of the light emitting point
4949
Kapillarecapillary
5353
LaserlichtquelleLaser light source
7171
lichtemittierender Punktlight emitting point
7272
LochblendePinhole
7474
LochblendenbildPinhole image
7575
lichtemittierender Punktlight emitting point
7676
lichtemittierende Punkteanordnunglight-emitting point arrangement
77 - 7977-79
optisches Weglängen-Einstellelementoptical path length adjustment element
8080
lichtemittierende Verteilunglight emitting distribution
8383
Kondensorlinsen-AnordnungsvorrichtungCondenser lens placement device
8484
V-Nut-AnordnungsvorrichtungV-groove placement device
8787
LochblendePinhole

Claims (12)

Lichtemissionsdetektionsvorrichtung, umfassend: eine Kondensorlinsenanordnung (8), in der M Kondensorlinsen (2) zur jeweiligen Bündelung von Licht angeordnet sind, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung (7) emittiert wird, in welcher M lichtemittierende Punkte (1) angeordnet sind, um M Lichtstrahlen zu bilden, wobei M ≥ 2, ein optisches Element (43), das die M Lichtstrahlen ablenkt, um M abgelenkte Lichtstrahlen zu erzeugen, und mindestens einen Sensor (11), auf welchen die M Lichtstrahlen parallel einfallen, wobei, wenn d ein Mittelwert der effektiven Durchmesser der M lichtemittierenden Punkte ist, f ein Mittelwert der Brennweiten der M Kondensorlinsen ist, p ein Mittelwert der Zwischenabstände der M Kondensorlinsen ist, und g ein Mittelwert der maximalen optischen Weglängen zwischen den M Kondensorlinsen und einer Endfläche des optischen Elements, auf der die M Lichtstrahlen einfallen, ist, d, f, p und g die folgende Beziehung erfüllen: f 1/ ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * g .
Figure DE112016007594B3_0052
A light emission detection device comprising: a condenser lens array (8) in which M condenser lenses (2) are arranged for respectively converging light emitted from a light emitting point array (7) in which M light emitting points (1) are arranged to generate M light beams to form, where M ≥ 2, an optical element (43) which deflects the M light beams to generate M deflected light beams, and at least one sensor (11) on which the M light beams are incident in parallel, where if d is an average is the effective diameter of the M light emitting points, f is an average value of the focal lengths of the M condenser lenses, p is an average value of the intermediate distances of the M condenser lenses, and g is an average value of the maximum optical path lengths between the M condenser lenses and an end face of the optical element on which the M rays of light are incident, d, f, p and g satisfy the following relationship: f 1/ ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * G .
Figure DE112016007594B3_0052
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: f 1 / ( p / d + 1 ) * g .
Figure DE112016007594B3_0053
Light emission detection device according to Claim 1 , where the following relationship is met: f 1 / ( p / d + 1 ) * G .
Figure DE112016007594B3_0053
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: f 2 * p
Figure DE112016007594B3_0054
Light emission detection device according to Claim 1 or 2 , where the following relationship is met: f 2 * p
Figure DE112016007594B3_0054
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: f p .
Figure DE112016007594B3_0055
Light emission detection device according to one of the Claims 1 to 3 , where the following relationship is met: f p .
Figure DE112016007594B3_0055
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem umfassend: eine Lochblendenanordnung (73), in der M Lochblenden (72) angeordnet und mit den M Kondensorlinsen (2) ausgerichtet sind, wobei die M lichtemittierenden Punkte (71) durch Lichtemissionen eines Teils mindestens eines lichtemittierenden Bereichs gebildet werden.Light emission detection device according to one of the Claims 1 to 4th , further comprising: a pinhole assembly (73) in which M pinholes (72) are disposed and aligned with the M condenser lenses (2), the M light emitting points (71) being formed by light emission from a portion of at least one light emitting area. Lichtemissionsdetektionsvorrichtung, umfassend: eine Kondensorlinsenanordnung (8), in der M Kondensorlinsen (2) zur jeweiligen Bündelung von Licht angeordnet sind, das von einer lichtemittierenden Punkteanordnung (7) emittiert wird, in welcher M lichtemittierende Punkte (1) angeordnet sind, um M Lichtstrahlen zu bilden, wobei M ≥ 2, eine Re-Kondensorlinsenanordnung, in der M Re-Kondensorlinsen (33) zur jeweiligen erneuten Bündelung der M Lichtstrahlen, angeordnet sind, um erneut gebündelte Lichtstrahlen zu bilden; mindestens einen Sensor (11), auf welchen die M erneut gebündelten Lichtstrahlen parallel einfallen, wobei, wenn d ein Mittelwert der effektiven Durchmesser der M lichtemittierenden Punkte ist, f ein Mittelwert der Brennweiten der M Kondensorlinsen ist, p ein Mittelwert der Zwischenabstände der M Kondensorlinsen ist, und g ein Mittelwert der maximalen optischen Weglängen zwischen den M Kondensorlinsen und den M Re-Kondensorlinsen ist, d, f, p und g die folgende Beziehung erfüllen: f 1/ ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * g .
Figure DE112016007594B3_0056
A light emission detection device comprising: a condenser lens array (8) in which M condenser lenses (2) are arranged for respectively converging light emitted from a light emitting point array (7) in which M light emitting points (1) are arranged to generate M light beams to form, wherein M ≥ 2, a re-condenser lens arrangement in which M re-condenser lenses (33) are arranged for the respective re-bundling of the M light beams, in order to form re-bundled light beams; at least one sensor (11) on which the M re-bundled light beams are incident in parallel, where, if d is an average value of the effective diameter of the M light-emitting points, f is an average value of the focal lengths of the M condenser lenses, p is an average value of the intermediate distances of the M condenser lenses and g is an average of the maximum optical path lengths between the M condenser lenses and the M Re condenser lenses, d, f, p and g satisfy the following relationship: f 1/ ( ( 2 * p ) / ( 1.27 * d ) + 1 ) * G .
Figure DE112016007594B3_0056
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: f 1/ ( p/d + 1 ) * g .
Figure DE112016007594B3_0057
Light emission detection device according to Claim 6 , where the following relationship is met: f 1/ ( p / d + 1 ) * G .
Figure DE112016007594B3_0057
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: f 2 * p .
Figure DE112016007594B3_0058
Light emission detection device according to Claim 6 or 7th , where the following relationship is met: f 2 * p .
Figure DE112016007594B3_0058
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: f p .
Figure DE112016007594B3_0059
Light emission detection device according to one of the Claims 6 to 8th , where the following relationship is met: f p .
Figure DE112016007594B3_0059
Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, außerdem umfassend: eine Lochblendenanordnung (73), in der M Lochblenden (72) angeordnet und mit den M Kondensorlinsen (2) ausgerichtet sind, wobei die M lichtemittierenden Punkte (71) durch Lichtemissionen eines Teils mindestens eines lichtemittierenden Bereichs gebildet werden.Light emission detection device according to one of the Claims 6 to 9 , further comprising: a pinhole assembly (73) in which M pinholes (72) are disposed and aligned with the M condenser lenses (2), the M light emitting points (71) being formed by light emission from a portion of at least one light emitting area. Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, außerdem umfassend: eine Kapillaranordnung mit mehreren auf einer Ebene ausgerichteten Kapillaren (49) und eine Vorrichtung (85) zum Halten der Kapillaranordnung, wobei die lichtemittierende Punkteanordnung (7) aus einzelnen lichtemittierenden Punkten aus der Kapillaranordnung (49) gebildet ist und die Kondensorlinsenanordnung (8) in die Vorrichtung (85) integriert ist.Light emission detection device according to one of the Claims 1 to 10 , further comprising: a capillary arrangement with a plurality of capillaries (49) aligned on a plane and a device (85) for holding the capillary arrangement, the light-emitting point arrangement (7) being formed from individual light-emitting points from the capillary arrangement (49) and the condenser lens arrangement ( 8) is integrated into the device (85). Lichtemissionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 11, außerdem umfassend: eine Lochblendenanordnung (73), die zwischen der Kapillaranordnung und der Kondensorlinsenanordnung (8) angeordnet ist und in der M Lochblenden (72) vorgesehen sind, die an den M Kondensorlinsen (2) ausgerichtet sind.Light emission detection device according to Claim 11 , further comprising: a pinhole arrangement (73) which is arranged between the capillary arrangement and the condenser lens arrangement (8) and in which M pinholes (72) are provided which are aligned with the M condenser lenses (2).
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