JP2000241708A - Light-condensing device for emission analysis and emission analysis device - Google Patents

Light-condensing device for emission analysis and emission analysis device

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JP2000241708A
JP2000241708A JP11041242A JP4124299A JP2000241708A JP 2000241708 A JP2000241708 A JP 2000241708A JP 11041242 A JP11041242 A JP 11041242A JP 4124299 A JP4124299 A JP 4124299A JP 2000241708 A JP2000241708 A JP 2000241708A
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JP
Japan
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light
polyhedron
sample
collecting
emitted
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JP11041242A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshinori Hayashi
俊典 林
Norihiko Ishiguro
敬彦 石黒
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a light-condensing device which is same as or smaller than a conventional light-condensing device in size and which does not cause an increase in the production cost by forming such a structure that the light emitted from a sample housed in a housing portion enters a polyhedron and that part of the light entering the polyhedron reaches a reflection plane is then outgoes as condensed light from the light-emitting face. SOLUTION: This device is a polyhedron made of a material which is translucent for the light emitted from a specified material and composed of a light-reflecting face 2 and a translucent face. The light-reflecting face 2 has a curved form with the cross section being almost a part of an ellipse, and has a light-reflecting film 11 formed on the outer face. The light-outgoing face 3 is disposed facing the light- reflecting face 2 and the light reflected by the light-reflecting face 2 enters the face 3 at an angle not larger than the angle of total reflection and outgoes from the polyhedron. A housing part to house a sample or a container holding a sample is formed at one focal point near the light-reflecting face 2 of the two focal points of the ellipse. Part of the light emitted from the sample housed in the housing part and entering the polyhedron reaches the light-reflecting face 2 and then outgoes as condensed light from the light-outgoing face 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に含まれる特
定物質からの蛍光、化学発光、生物発光等の発光を効率
良く集光するための集光素子に関するものである。また
本発明は、該集光素子を含む、試料に含まれる特定物質
からの蛍光、化学発光、生物発光等を検出し、発光量か
ら当該特定物質の定量等の分析を行う発光分析装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light-collecting element for efficiently collecting light such as fluorescence, chemiluminescence, and bioluminescence from a specific substance contained in a sample. The present invention also relates to an emission spectrometer including the light-collecting element, which detects fluorescence, chemiluminescence, bioluminescence, and the like from a specific substance contained in a sample, and performs analysis such as quantification of the specific substance from the amount of luminescence. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】試料に含まれる特定物質からの蛍光、化
学発光、生物発光等の発光は、通常、放射状に放出され
る。これに対して一般の発光分析装置に装備される光検
出素子は、一方向に向いた受光面を一つ有するだけであ
る。このため、放射状に放出される光を光検出素子の受
光面に効率良く集光する集光素子が必要となるが、特に
試料に含まれる特定物質からの発光量が微量である程そ
の必要性は増加する。
2. Description of the Related Art Light emitted from a specific substance contained in a sample, such as fluorescence, chemiluminescence, or bioluminescence, is generally emitted radially. On the other hand, a photodetector provided in a general emission analyzer has only one light receiving surface oriented in one direction. For this reason, a light-collecting element that efficiently condenses the radially emitted light on the light-receiving surface of the light-detecting element is required. In particular, the smaller the amount of light emitted from a specific substance contained in the sample, the more the light-collecting element becomes necessary. Increases.

【0003】従来から用いられてきた集光素子は、光学
レンズや凹面反射鏡等の光学素子や、光ファイバーに代
表される光導波路などである。また、化学発光や生物発
光に対しては、集光素子を使用せずに、光検出素子の受
光面自体を検査試料に近接させる場合もある。
Conventionally used light-collecting elements include optical elements such as optical lenses and concave reflecting mirrors, and optical waveguides represented by optical fibers. For chemiluminescence or bioluminescence, the light-receiving surface of the photodetector may be brought close to the test sample without using a light-collecting element.

【0004】図13は、光学レンズを集光素子として利
用する従来の蛍光分析装置を示すものである。この装置
では、光学フィルター(27)などで波長選別された励
起光を、収束レンズ(26)で光束調製した後、試料容
器中の検査試料に照射し、試料に含まれる特定物質から
の蛍光を、光学レンズで集光し、光学フィルター(2
4)によって光の波長選別を行った後、光検出素子(2
2)で検出する。化学発光や生物発光を分析する場合
は、基本的には励起光源と励起光側の波長選別手段がな
いだけであり、発光の集光素子は同様の形態である。図
13の従来例のように、光学レンズを集光素子として利
用する場合には、試料の一点から光学レンズの有効径に
張る立体角が、集光効率を決定することになる。また図
14は、凹面反射鏡を集光素子として利用する従来の装
置を示すものである。図14の従来例においても、試料
の一点から凹面反射鏡の有効面に張る立体角が、集光効
率を決定することになる。
FIG. 13 shows a conventional fluorescence analyzer using an optical lens as a condensing element. In this apparatus, after the excitation light whose wavelength is selected by an optical filter (27) or the like is adjusted by a converging lens (26), it is irradiated on a test sample in a sample container, and fluorescence from a specific substance contained in the sample is emitted. , Condensing with an optical lens, and an optical filter (2
After performing the wavelength selection of the light according to 4), the light detection element (2)
Detect in 2). When analyzing chemiluminescence or bioluminescence, there is basically no excitation light source and no wavelength selection means on the excitation light side, and the light-emitting light condensing element has the same form. When an optical lens is used as a light-collecting element as in the conventional example of FIG. 13, the solid angle extending from one point of the sample to the effective diameter of the optical lens determines the light-collecting efficiency. FIG. 14 shows a conventional apparatus using a concave reflecting mirror as a light collecting element. Also in the conventional example of FIG. 14, the solid angle extending from one point of the sample to the effective surface of the concave reflecting mirror determines the light collection efficiency.

【0005】図14の従来例の中でも、特に断面が楕円
形の一部となる形状の反射鏡(以下単に楕円形状の凹面
反射鏡という)を利用した集光素子では、大きな集光効
率を期待できる。楕円は、楕円上の点と二つの焦点を結
ぶ線分から成る角度はその楕円上の点を通る法線によっ
て二分されるという幾何学特性を持っており、この性質
を利用する楕円反射鏡は、一つの焦点(第1焦点)から
放射状に発散した光をもう一つの焦点(第2焦点)に集
光することができるからである。
Among the conventional examples shown in FIG. 14, a large light-collecting efficiency is expected especially in a light-collecting element using a reflecting mirror having a cross section that is a part of an elliptical shape (hereinafter simply referred to as an elliptical concave reflecting mirror). it can. An ellipse has the geometric property that an angle consisting of a line segment connecting a point on the ellipse and two focal points is bisected by a normal passing through the point on the ellipse. This is because light radiated from one focal point (first focal point) can be collected at another focal point (second focal point).

【0006】図15は、光ファイバーに代表される光導
波路を集光素子として利用する従来の発光分析装置を示
すものである。この装置では、光導波路の端面の一方を
試料(試料を保持する試料容器)に、他方を光検出素子
(22)に近接配置し、試料からの発光を光検出素子に
伝達する。発の波長選別をする場合には、光導波路と光
検出素子又は試料と光導波路の間に光学フィルターなど
の波長選別素子を介在させる。この例は化学発光や生物
発光を分析する装置であるが、蛍光分析の場合には、励
起光源や励起光側の選別手段が付加されるだけであり、
蛍光の集光素子は同様の形態である。図15の従来例の
ように、光導波路を集光素子として利用する場合には、
試料の一点から光導波路のコア端面に張る立体角又は光
導波路のコア部とクラッド部の屈折率から計算される許
容受光角のうち、小さい方が集光効率を決定することに
なる。
FIG. 15 shows a conventional emission analyzer using an optical waveguide typified by an optical fiber as a condensing element. In this device, one of the end faces of the optical waveguide is disposed on a sample (a sample container holding the sample), and the other is disposed close to a photodetector (22), and light emitted from the sample is transmitted to the photodetector. When wavelength selection is performed, a wavelength selection element such as an optical filter is interposed between the optical waveguide and the photodetector or between the sample and the optical waveguide. This example is a device for analyzing chemiluminescence or bioluminescence, but in the case of fluorescence analysis, only an excitation light source and a means for selecting the excitation light are added,
The fluorescent light collecting element has a similar form. When the optical waveguide is used as a condensing element as in the conventional example of FIG.
The smaller of the solid angle extending from one point of the sample to the core end surface of the optical waveguide or the allowable light receiving angle calculated from the refractive indices of the core portion and the cladding portion of the optical waveguide, determines the light collection efficiency.

【0007】図16は、集光素子を使用せず、光検出素
子の受光面を試料に近接配置して化学発光や生物発光を
分析する従来の装置を示すものである。発光の波長選別
をする場合には、試料と光検出素子の間に光学フィルタ
ー等の波長選別素子を介在させる。図16の従来例にお
いては、試料の一点から光検出素子の受光面に張る立体
角が、集光効率を決定することになる。
FIG. 16 shows a conventional apparatus for analyzing chemiluminescence or bioluminescence by disposing a light-receiving surface of a light-detecting element close to a sample without using a light-collecting element. When wavelength selection of light emission is performed, a wavelength selection element such as an optical filter is interposed between the sample and the light detection element. In the conventional example of FIG. 16, the solid angle extending from one point of the sample to the light receiving surface of the photodetector determines the light collection efficiency.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】一方向に向いた受光面
を有する検出素子で試料に含まれる特定物質からの蛍
光、化学発光、生物発光等の発光を検出する場合、前記
した集光素子には以下の課題がある。
SUMMARY OF THE INVENTION When detecting light emission such as fluorescence, chemiluminescence, bioluminescence, etc. from a specific substance contained in a sample by a detection element having a light receiving surface oriented in one direction, the light-collecting element described above is used. Has the following issues.

【0009】光学レンズ(図13)や凹面反射鏡(図1
4)等の光学素子を利用した場合の集光効率は、試料の
一点から光学素子の有効径に張る立体角で決定される。
また、光導波路を利用した場合(図15)の集光効率
は、試料の一点から光導波路のコア端面に張る立体角又
は光導波路のコア部とクラッド部の屈折率から計算され
る許容受光角のうち、小さい方によって決定される。そ
して集光素子を使用せず、光検出素子の受光面を検査試
料に近接配置して化学発光や生物発光を検出する場合
(図16)の集光効率は、試料の一点から光検出素子の
受光面に張る立体角によって決定される。いずれの場合
であっても、それぞれの集光素子は、試料から見た場合
に一定の方向にしか存在せず、試料からたまたまその方
向に向かって放出された光だけが集光され、光検出素子
の受光面に導かれる。従って、試料に含まれる特定物質
からの蛍光、化学発光、生物発光などのように、放射状
に放出される発光に適用した場合、その一部しか集光、
検出されず、効率的な発光分析は不可能である。特に放
射される発光が微量である場合、分析ができないという
課題がある。例えば免疫測定法において、標識体として
アルカリフォスファターゼ(ALP)が多用されている
が、近年の測定高感度化において、1×10-20mol
以下のALP検出を実現し得る発光分析装置が要求され
ている。ところが従来の集光素子を用いた分析装置で
は、1×10-20molのALPの検出は非常に困難で
あり、仮に検出できたとしても、精度の悪化は避けられ
ないのが現状である。
An optical lens (FIG. 13) and a concave reflecting mirror (FIG. 1)
The light collection efficiency when an optical element such as 4) is used is determined by a solid angle extending from one point of the sample to the effective diameter of the optical element.
When the optical waveguide is used (FIG. 15), the light-collecting efficiency is determined by the solid angle extending from one point of the sample to the core end face of the optical waveguide or the allowable light receiving angle calculated from the refractive indexes of the core and the cladding of the optical waveguide. Is determined by the smaller one. In the case where the light-receiving surface of the light-detecting element is disposed close to the test sample and chemiluminescence or bioluminescence is detected (FIG. 16) without using the light-collecting element, the light-collecting efficiency of the light-detecting element is measured from one point of the sample. It is determined by the solid angle formed on the light receiving surface. In either case, each light-collecting element exists only in a certain direction when viewed from the sample, and only light that happens to be emitted from the sample in that direction is collected, and light detection is performed. The light is guided to the light receiving surface of the element. Therefore, when applied to luminescence emitted radially, such as fluorescence from a specific substance contained in the sample, chemiluminescence, bioluminescence, etc., only a part of the light is collected,
No detection is possible and efficient luminescence analysis is not possible. In particular, when the amount of emitted light is very small, there is a problem that analysis cannot be performed. For example, in the immunoassay method, alkaline phosphatase (ALP) is frequently used as a label, but in recent years, the sensitivity has been increased to 1 × 10 −20 mol.
An emission spectrometer capable of realizing the following ALP detection is required. However, it is extremely difficult to detect 1 × 10 −20 mol of ALP with a conventional analyzer using a light-collecting element, and even if it can be detected, deterioration of accuracy is unavoidable at present.

【0010】このような課題を解決するために、複数の
集光素子を組み合わせて利用することも考えられる。例
えば、光学レンズと凹面反射鏡や光導波路と凹面反射鏡
等を組み合わせて使用することが考えられるが、分析装
置が大型化する等の課題や、分析装置の製造コストが上
昇する等の課題が新たに発生してしまう。
In order to solve such a problem, a combination of a plurality of light-collecting elements may be used. For example, it is conceivable to use a combination of an optical lens and a concave reflecting mirror or a combination of an optical waveguide and a concave reflecting mirror. However, there are problems such as an increase in the size of the analyzer and an increase in the manufacturing cost of the analyzer. Newly occurs.

【0011】前述したように、楕円形状の凹面反射鏡を
利用した集光素子は、集光効率の点では理想的であるた
め、効率的な発光分析を実現し得る可能性を有してい
る。しかし、楕円形状の凹面反射鏡を利用した集光素子
においては、一つの焦点(第1焦点)において放射状に
放出された光は別の焦点(第2焦点)において、やは
り、放射状に集光されてしまう。一方、光検出素子の受
光面は通常一面しかなく、その受光面に向かってきた光
しか検出することはできないため、実際には楕円形状の
凹面反射鏡の持つ効率的な集光力を十分に利用すること
ができないという課題がある。また、楕円形状の凹面反
射鏡を集光素子として利用するためには、試料を反射鏡
で三次元的に囲む必要があるため、分析装置が大型化す
る等の課題や、楕円形状の凹面反射鏡という三次元反射
鏡を製造コストが高いため結果的に分析装置の製造コス
トが上昇する等課題があった。
As described above, a light-collecting element using an elliptical concave reflecting mirror is ideal in terms of light-collecting efficiency, and thus has the possibility of realizing efficient light emission analysis. . However, in a light-collecting element using an elliptical concave reflecting mirror, light emitted radially at one focal point (first focal point) is also radially collected at another focal point (second focal point). Would. On the other hand, the photodetector usually has only one light-receiving surface, and can only detect light traveling toward the light-receiving surface. In fact, the efficient light-gathering power of an elliptical concave reflector is sufficient. There is a problem that it cannot be used. In addition, in order to use an elliptical concave reflecting mirror as a light-collecting element, it is necessary to three-dimensionally surround the sample with a reflecting mirror. Since the manufacturing cost of a three-dimensional reflecting mirror called a mirror is high, there has been a problem that the manufacturing cost of the analyzer increases as a result.

【0012】このように、高感度かつ高精度の発光分析
を実現し得る、小型化可能な発光分析装置を実現するた
めには、試料に含まれる特定物質が放射状に発散する光
の多くを全体として一方向に向かう光束とする集光素子
であって、従来の集光素子と同等又はそれより小さく、
しかも製造コストの上昇を招かないものを提供すること
が、一面しか受光面を持たない光検出素子を用いて高感
度発光分析を行うために要求されている。
As described above, in order to realize a small-sized emission spectrometer capable of realizing high-sensitivity and high-accuracy luminescence analysis, a large amount of light that a specific substance contained in a sample radially diverges is used as a whole. As a light-collecting element to be a light beam going in one direction, equivalent to or smaller than the conventional light-collecting element,
Moreover, it is required to provide a device that does not cause an increase in manufacturing cost in order to perform high-sensitivity emission analysis using a photodetector having only one light receiving surface.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、試料に含まれ
る特定物質が放射状に発散する光の多くを全体として一
方向に向かう光束とする集光素子であって、従来の集光
素子と同等又はそれより小さく、しかも製造コストの上
昇を招かないものを提供すること、かかる集光素子を用
いて高感度かつ高精度の発光分析を実現し得る、小型化
可能な発光分析装置を提供すること、を目的として成さ
れたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a light-collecting element which converts a large amount of light radiated from a specific substance contained in a sample into a light beam as a whole in one direction. To provide a light emission analyzer that is equal to or smaller than that and does not cause an increase in manufacturing cost, and to provide a small-sized light emission analyzer capable of realizing high-sensitivity and high-accuracy light emission analysis using such a light-collecting element. It was done for the purpose.

【0014】即ち、前記目的を達成すべく成された本願
請求項1の発明は、試料に含まれる特定物質からの発光
を集光するための集光素子であって、(a)特定物質か
らの発光に対して透過性の材料で形成された、少なくと
も光反射面と光透過面から構成された多面体であり、
(b)前記光反射面は断面が概ね楕円の一部となる曲面
形状で、外部に光反射膜が形成されており、(c)前記
光出射面は前記光反射面に対向配置されており、前記光
反射面で反射された光が全反射角を越えない角度で入射
し、かつ、多面体外部に出射し得、(d)前記楕円の二
つの焦点のうち光反射面に近い側の焦点に、試料又は試
料を保持した容器を収容する収容部を形成し、(e)前
記収容部に収容された試料から発せられ前記多面体に入
射した光のうち、前記反射面に到達した光が集光した状
態で前記光出射面から出射するようにしたことを特徴と
する集光素子である。
That is, the invention of claim 1 of the present invention, which has been made to achieve the above object, is a light-collecting element for condensing light emitted from a specific substance contained in a sample. A polyhedron formed of at least a light-reflecting surface and a light-transmitting surface, which is formed of a material that transmits light.
(B) the light-reflecting surface has a curved surface shape whose cross section is substantially a part of an ellipse, and a light-reflecting film is formed outside; and (c) the light-emitting surface is arranged to face the light-reflecting surface. The light reflected by the light reflecting surface can enter at an angle not exceeding the total reflection angle and can be emitted outside the polyhedron, and (d) the focal point on the side closer to the light reflecting surface among the two focal points of the ellipse A storage section for storing the sample or a container holding the sample, and (e) collecting, among the light emitted from the sample stored in the storage section and incident on the polyhedron, reaching the reflection surface; A light-collecting element, wherein the light is emitted from the light-emitting surface in a lighted state.

【0015】そして前記目的を達成すべく成された本願
請求項7の発明は、前記した特徴を有する本発明の集光
素子及び該集光素子の光出射面から出射する発光を検出
するための検出素子とを備えることを特徴とする、試料
に含まれる特定物質からの発光を検出し分析するための
装置である。以下、本発明を詳細に説明する。
According to a seventh aspect of the present invention, which is provided to achieve the above object, there is provided a light-collecting element according to the present invention having the above-mentioned features, and a light-emitting element for detecting light emitted from a light exit surface of the light-collecting element. An apparatus for detecting and analyzing luminescence from a specific substance contained in a sample, comprising: a detection element. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0016】本発明の集光素子は、多面体の収容部に収
容された試料に含まれる特定物質又は収容部に収容され
た容器に保持された試料に含まれる特定物質からの発光
(以下単に「発光」ということがある)を集光するため
のものである。収容部は、例えば、多面体に孔を設け、
該孔に試料や容器をを収容するようにすれば良い。本発
明の集光素子では、この収容孔の内面から発光が多面体
の内部に入射する。
The light-collecting device according to the present invention can emit light from a specific substance contained in a sample contained in a polyhedral container or a specific substance contained in a sample contained in a container contained in a container (hereinafter simply referred to as “ Light emission). The housing section, for example, provided a hole in the polyhedron,
What is necessary is just to accommodate a sample and a container in this hole. In the light-collecting element of the present invention, light emission enters the inside of the polyhedron from the inner surface of the accommodation hole.

【0017】本発明の集光素子である多面体は、発光に
対して透過性の材料で形成された、2面以上で構成され
たものであれば制限はない。2面体としては、例えば楕
円球をその長軸と垂直に交わる面で切断した形態のもの
や、楕円球にその内部に向かって凸となる球面を形成し
た形態等を例示できる。3面体としては、例えばその断
面が概ね楕円の一部となる曲面の底部を有する円錐の先
尖部を切断した多面体を例示できる。これら以外にも多
面体は、前記した要件を満たす限り、4面体以上の多面
体であっても良い。
The polyhedron, which is the light-collecting element of the present invention, is not limited as long as it is made of a material transmissive to light emission and composed of two or more surfaces. Examples of the dihedron include a shape obtained by cutting an ellipsoidal sphere at a plane that intersects perpendicularly with the major axis, and a shape obtained by forming a spherical surface protruding toward the inside of the ellipsoidal sphere. As the trihedron, for example, a polyhedron obtained by cutting a pointed portion of a cone having a curved bottom whose cross section becomes a part of an ellipse can be exemplified. Other than these, the polyhedron may be a tetrahedron or more polyhedron as long as the above requirements are satisfied.

【0018】前記多面体は、少なくとも発光を反射する
ための光反射面と、光反射面で反射された光が全反射角
を越えない角度で入射するように光反射面と対向した光
出射面とを有する。光反射面は、任意の断面形状が概ね
楕円の一部となるような曲面形状であり、効率的に光を
反射するために外部に光反射膜が形成される。一方、光
出射面は、そこに入射した光が多面体の外部に出射し得
るような面である。
The polyhedron has at least a light reflecting surface for reflecting light emission, and a light emitting surface facing the light reflecting surface such that the light reflected by the light reflecting surface is incident at an angle not exceeding the total reflection angle. Having. The light reflecting surface has a curved surface shape such that an arbitrary cross-sectional shape is substantially a part of an ellipse, and a light reflecting film is formed outside in order to efficiently reflect light. On the other hand, the light exit surface is a surface on which light incident thereon can exit to the outside of the polyhedron.

【0019】本発明の多面体が2面体である場合、一方
の面は光反射面であり、他の面は光出射面であるが、3
面以上の多面体である場合には、1面以上がそこに入射
した光を光反射面又は光出射面に導く導波路として機能
するするように各面を構成する。
When the polyhedron of the present invention is a dihedron, one surface is a light reflecting surface and the other surface is a light emitting surface.
In the case of a polyhedron having more than surfaces, each surface is configured so that one or more surfaces function as a waveguide for guiding light incident thereon to a light reflecting surface or a light emitting surface.

【0020】前記光反射面は、任意の断面形状が概ね楕
円の一部となるような曲面形状であるため、そこで反射
された光は当該楕円の二つの焦点において集光する。本
発明の多面体では、これら二つの焦点のうち光反射面に
近い側の焦点に前記した収容孔を設ける。これにより、
二つの焦点の一方から発射され多面体内部に入射した発
光は、他の焦点を通過した後又は他の焦点に向かう途中
で光出射面に到達する。また当然のことながら、多面体
に入射した発光の一部は直接光出射面に到達する。そし
て多面体に入射した発光のうち、光反射面又は光出射面
以外の面に到達した発光は、前記したこれら面の導波機
能により、最終的には光出射面に到達する。
Since the light reflecting surface has a curved shape such that an arbitrary cross-sectional shape substantially becomes a part of an ellipse, the light reflected there is collected at two focal points of the ellipse. In the polyhedron of the present invention, the accommodation hole is provided at a focal point closer to the light reflecting surface among the two focal points. This allows
Light emitted from one of the two focal points and entering the inside of the polyhedron arrives at the light exit surface after passing through another focal point or on the way to another focal point. Also, it goes without saying that a part of the light emitted to the polyhedron directly reaches the light emitting surface. Then, of the light emitted to the polyhedron, the light emitted to a surface other than the light reflecting surface or the light emitting surface finally reaches the light emitting surface by the above-described waveguide function of these surfaces.

【0021】このように、本発明の集光素子では、多面
体内部に入射した発光のうち、光反射面での反射を経て
光出射面に到達する発光を集光した状態で光出射面から
多面体外部に出射することができる。
As described above, in the light-collecting device of the present invention, of the light emitted to the inside of the polyhedron, the light that reaches the light-emitting surface via reflection on the light-reflecting surface is condensed from the light-emitting surface to the polyhedron. It can be emitted to the outside.

【0022】本発明の分析装置は、前記した本発明の集
光素子と集光素子である多面体に設けられた収容孔中の
試料を蛍光励起するための励起光源を有する装置であ
る。かかる装置は、集光素子の光出射面から出射する発
光を検出するための検出素子をも有する。
The analyzer of the present invention is an apparatus having the above-described light-collecting element of the present invention and an excitation light source for fluorescently exciting a sample in a receiving hole provided in a polyhedron which is a light-collecting element. Such an apparatus also has a detection element for detecting light emission emitted from the light emission surface of the light collection element.

【0023】検出素子は、集光素子の前記光出射面上又
は該面から離間して配置される。検出素子のメンテナン
ス等を考慮すると、両者を離間して配置することが好ま
しいが、離間配置する場合には平行に配置することによ
り、両者の間に光学フィルター等の光の波長選別手段を
挟むことが可能となる。また両者を離間配置する場合に
は、多面体の光出射面を多面体の外部に向かって凸とな
る曲面としたり、検出素子の受光面面積を光出射面の面
積よりも大面積とすることにより、検出素子上への発光
の集光効率を向上させることが可能である。
The detecting element is arranged on or away from the light emitting surface of the light-collecting element. Considering the maintenance of the detection element, etc., it is preferable to arrange them separately.However, if they are arranged separately, they should be arranged in parallel, so that a wavelength selecting means such as an optical filter is sandwiched between them. Becomes possible. In the case of disposing them separately, the light emitting surface of the polyhedron may be a curved surface that is convex toward the outside of the polyhedron, or the light receiving surface area of the detection element may be larger than the light emitting surface area. It is possible to improve the light collection efficiency of the light emission on the detection element.

【0024】また本発明の分析装置を、例えば蛍光分析
装置等の試料に励起光を照射する必要がある発光分析に
適用する場合には、前記収容孔に収容された試料又は前
記収容孔に収容された容器中の試料を蛍光誘起するため
の励起光源を付加すれば良い。
Further, when the analyzer of the present invention is applied to emission analysis in which a sample such as a fluorescence analyzer needs to be irradiated with excitation light, the sample accommodated in the accommodation hole or the specimen accommodated in the accommodation hole is used. What is necessary is just to add an excitation light source for inducing fluorescence in the sample in the container thus set.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、図面の記載及び実施例に基
づき本発明を詳細に説明するが、これらは本発明の一実
施形態を示すものであり、本発明を限定するものではな
い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings and examples, but these show only one embodiment of the present invention and do not limit the present invention.

【0026】図1は、8面の多面体である本発明の集光
素子の一例を示すものであり、図2は、図1に示した集
光素子の上平面図(a)及び横断面図(b)である。図
中、1は試料を保持する試料容器を収容する収容孔、2
は任意の断面(図2参照)が楕円の一部となる光反射
面、3は光反射面に対向する光出射面、4〜9は多面体
内部に入射した光を反射して光反射面又は光出射面に導
く導波路の機能を有する他の面であり、11は集光素子
の外部に形成した光反射膜である。
FIG. 1 shows an example of the light-collecting element of the present invention which is an eight-sided polyhedron. FIG. 2 is a top plan view (a) and a cross-sectional view of the light-collecting element shown in FIG. (B). In the figure, reference numeral 1 denotes an accommodation hole for accommodating a sample container for holding a sample;
Is a light reflecting surface whose arbitrary cross section (see FIG. 2) is a part of an ellipse, 3 is a light emitting surface facing the light reflecting surface, and 4 to 9 are light reflecting surfaces which reflect light incident inside the polyhedron. This is another surface having the function of a waveguide for guiding to the light emitting surface, and 11 is a light reflection film formed outside the light-collecting element.

【0027】収容孔1は、集光素子に供する試料の量等
を勘案して大きさや深さを適宜決定することができる
が、多面体内部の光路を分断しないよう、可能な限り容
積を小さくすることが好ましい。
The size and depth of the housing hole 1 can be appropriately determined in consideration of the amount of the sample to be provided to the light-collecting element, but the volume is made as small as possible so as not to cut off the optical path inside the polyhedron. Is preferred.

【0028】本例では、光反射面2以外に、光導波路と
して機能する面6及び7の外部にも光反射膜を形成して
いる。光反射膜11は、発光が多面体内部に入射する光
入射面である収容孔1を形成する面と発光が多面体外部
に出射する光出射面以外の全ての面の外部に形成するこ
とができるが、製造コストの低減という点からは、少な
くとも光反射面2の外部に形成すれば良い。図1の例で
面6及び7に光反射膜を形成したのは、図1(b)に示
したように、面6及び7では発光が全反射により光出射
面3に導かれ難いため、ここに光反射面を形成すること
が特に好ましい。なお反射面は、例えば外面へのアルミ
蒸着、銀メッキ等や、外面にアルミ箔を接着することに
より形成することができる。
In this embodiment, in addition to the light reflecting surface 2, a light reflecting film is formed outside the surfaces 6 and 7 functioning as an optical waveguide. The light reflection film 11 can be formed outside all surfaces except the surface forming the accommodation hole 1 which is the light incident surface where light emission enters the inside of the polyhedron and the light exit surface where light emission exits outside the polyhedron. From the viewpoint of reducing the manufacturing cost, it is sufficient to form at least the light reflecting surface 2 outside. In the example of FIG. 1, the light reflecting films are formed on the surfaces 6 and 7 because, as shown in FIG. 1B, the light emission on the surfaces 6 and 7 is hardly guided to the light emitting surface 3 by total reflection. It is particularly preferable to form a light reflecting surface here. The reflecting surface can be formed by, for example, aluminum evaporation or silver plating on the outer surface, or by bonding an aluminum foil to the outer surface.

【0029】本発明の集光素子は、全体として特定物質
からの発光に対して透過性の材料で形成される。かかる
材料としては、例えば、透明ガラス、透明アクリル樹
脂、透明ポリスチレン樹脂等の透明材料の中から、発光
の波長、材料による発光の吸収特性そして多面体を形成
するための加工の容易性等を勘案したうえで適宜選択し
使用すれば良い。加工容易性や廉価性という観点からみ
れば、中でも透明アクリル樹脂は好ましい材料として例
示できる。
The light-collecting element of the present invention is formed of a material that is transparent to light emitted from a specific substance as a whole. As such a material, for example, among transparent materials such as transparent glass, transparent acrylic resin, and transparent polystyrene resin, light emission wavelength, light absorption characteristics of the material, and ease of processing for forming a polyhedron are considered. It is sufficient to select and use as appropriate. From the viewpoint of ease of processing and low cost, a transparent acrylic resin can be exemplified as a preferable material.

【0030】光反射面2は、図2において一実施形態と
しての各部寸法を詳細に示したように、任意断面(面8
に平行な面での断面)が長軸60mm、短軸39.2m
mの楕円形の一部となる曲面形状で、その高さは8mm
である。また図2から容易に理解できるように、光反射
面2の断面は、楕円形の長軸から各20度ずつとなる楕
円の円弧であり、当該楕円の長軸に対称な形状である。
そしてこの光反射面2は、当該長軸上であって、反射面
から各10mm及び50mmの位置に二つの焦点を有し
ている。
The light reflecting surface 2 has an arbitrary cross section (surface 8) as shown in FIG.
The cross section in a plane parallel to is 60 mm long axis and 39.2 m short axis
m is a curved surface that becomes a part of the ellipse, and its height is 8 mm
It is. As can be easily understood from FIG. 2, the cross section of the light reflecting surface 2 is an elliptical arc formed by each 20 degrees from the major axis of the ellipse, and has a shape symmetric to the major axis of the ellipse.
The light reflecting surface 2 has two focal points on the long axis at positions of 10 mm and 50 mm from the reflecting surface, respectively.

【0031】前記二つの焦点のうち、光反射面2に近い
方の焦点(以下第1焦点という)は、円筒形状の収容孔
1の中心と合致し、その内部に位置する。このように、
光反射面の第1焦点は収容孔の内部、より好ましくは収
容孔に実際に試料液を収容した場合にこの試料液中に存
在することが好ましいが、本発明の集光素子ではかかる
構成には限定されず、例えば第1焦点が収容孔の外部
(即ち多面体の内部)であって、収容孔に極めて近い場
所に位置するようにしても良い。また図の例では、多面
体が平板であるために光反射面の第1焦点はその厚み
(8mm)と一致する8mmの線上に連続的に存在する
が、第1焦点を収容孔の内部に存在するように構成する
場合でも、これら全てが収容孔内部に存在させる必要は
ない。例えば図のような構成において、例えば収容孔の
深さを5mm程度とするようなこともできる。
The focal point closer to the light reflecting surface 2 (hereinafter referred to as the first focal point) of the two focal points coincides with the center of the cylindrical housing hole 1 and is located inside the same. in this way,
It is preferable that the first focal point of the light reflecting surface be present in the sample liquid when the sample liquid is actually stored in the storage hole, more preferably in the storage hole. However, the first focal point may be located outside the accommodation hole (that is, inside the polyhedron) and very close to the accommodation hole. In the example shown in the figure, since the polyhedron is a flat plate, the first focal point of the light reflecting surface continuously exists on an 8 mm line corresponding to the thickness (8 mm), but the first focal point exists inside the accommodation hole. It is not necessary that all of them exist inside the accommodation hole even if the configuration is made to perform the above. For example, in the configuration shown in the figure, for example, the depth of the accommodation hole may be set to about 5 mm.

【0032】図の例は、収容孔1に試料を保持した容器
を収容する形態の一実施形態であるが、収容孔1に直接
試料を収容するように構成することもできる。また例え
ば、フロー型試料容器を収容孔に収容することもでき
る。このため、例えば、適当な大きさの収容孔を、その
中心が第1焦点と合致するように多面体に配置したうえ
で、多面体を構成する材料と同一の材料で構成された容
器であって、外形寸法は同一であるが、その内容量のみ
が種々異なる容器を準備し、これに試料を保持したうえ
で収容孔に収容することが例示できる。
The example shown in the figure is an embodiment in which a container holding a sample is accommodated in the accommodation hole 1. However, the sample can be directly accommodated in the accommodation hole 1. Further, for example, a flow type sample container can be accommodated in the accommodation hole. For this reason, for example, a container made of the same material as the material constituting the polyhedron after arranging the accommodation holes of an appropriate size on the polyhedron so that the center thereof coincides with the first focus, For example, it is possible to prepare a container having the same external dimensions but differing only in the content of the container, hold the sample in the container, and then store the sample in the storage hole.

【0033】収容孔への試料又は容器を収容する際に
は、本発明の集光素子による集光効率を向上するため、
試料の液面が収容孔の上面(即ち多面体の上面)とほぼ
等しい高さとなるように収容孔や収容孔に収容する試料
容器の寸法形状、更には分析に供する試料液の量を決定
することが好ましい。
When the sample or the container is accommodated in the accommodation hole, in order to improve the light-collecting efficiency by the light-collecting element of the present invention,
Determining the dimensions of the receiving hole and the sample container to be stored in the receiving hole, and the amount of the sample liquid to be analyzed so that the liquid level of the sample is substantially equal to the upper surface of the receiving hole (that is, the upper surface of the polyhedron). Is preferred.

【0034】図の例では、集光素子である多面体の上面
となる面8の垂直方向に収容孔を形成してあるが、容器
を密閉式としたり、フローセル型の容器を使用するので
あれば、例えば面6や面7に収容孔開口を形成すること
もできる。
In the example shown in the figure, the receiving hole is formed in the direction perpendicular to the surface 8 which is the upper surface of the polyhedron which is the light condensing element. However, if the container is a closed type or a flow cell type container is used, For example, the opening of the accommodation hole can be formed in the surface 6 or the surface 7.

【0035】光出射面3は、光反射面2に対向してお
り、光反射面で反射された光が全反射角を越えない角度
で入射し、多面体外部に出射する。この面は図2から容
易に理解できるように、任意断面(光反射面2において
概ね楕円の一部となる断面を出現させる面、本例の場合
は面8に平行な面での断面)において、前記楕円の長軸
に対称、言い換えれば該楕円の短軸に平行である。
The light exit surface 3 is opposed to the light reflection surface 2, and the light reflected by the light reflection surface enters at an angle not exceeding the total reflection angle and exits outside the polyhedron. As can be easily understood from FIG. 2, this surface has an arbitrary cross-section (a surface in which a cross-section that becomes a part of an ellipse in the light reflection surface 2, in this example, a cross-section in a plane parallel to the surface 8). , Symmetric to the major axis of the ellipse, in other words parallel to the minor axis of the ellipse.

【0036】前記した光反射面2から遠い方の焦点(以
下第2焦点という)は、光出射面3を挟んで光反射面2
の反対側、即ち多面体の外部に位置する。本発明の集光
素子では、このように第2焦点を多面体の外部に位置さ
せること以外に、光出射面3の面上(外表面)に位置さ
せたり、多面体内部に位置させることも可能である。
The focal point farther from the light reflecting surface 2 (hereinafter referred to as a second focal point) is located at the light reflecting surface 2 with the light emitting surface 3 interposed therebetween.
, That is, outside the polyhedron. In the light-collecting element of the present invention, besides positioning the second focal point outside the polyhedron, it is also possible to position the second focal point on the surface (outer surface) of the light exit surface 3 or to position the second focal point inside the polyhedron. is there.

【0037】通常、集光した発光を光検出素子を用いて
検出する場合には、発光をできるだけ狭い範囲に集光さ
せた状態とすることにより光検出素子の受光面面積を小
さくし、更には発光の減衰を防止する上で好ましい。一
方、例えば光学フィルター等の波長選別手段等を装備さ
せる場合には、光検出素子と光出射面の間に当該手段を
配置する必要がある。そこで本発明の分析装置において
は、図2の例のように第2焦点を多面体外部に位置させ
ると共に、光出射面と検出素子を離間配置し、この間に
前記波長選別手段等を挟み込むようにすることが好まし
い。
Normally, when the condensed light emission is detected using a light detection element, the light emission surface area of the light detection element is reduced by condensing the light emission in as narrow a range as possible. It is preferable in preventing light emission from decay. On the other hand, when a wavelength selecting means such as an optical filter is provided, it is necessary to arrange the means between the light detecting element and the light emitting surface. Therefore, in the analyzer according to the present invention, the second focal point is located outside the polyhedron as in the example of FIG. 2, and the light emitting surface and the detecting element are spaced apart from each other, and the wavelength selecting means and the like are interposed therebetween. Is preferred.

【0038】図1に示した本発明の集光素子の一実施形
態について、その各部寸法及び実際の製造工程を図2に
基づき説明する。多面体は厚さ8mmの透明アクリル樹
脂の平板形状であり、8mm厚の板から削りだして成形
した。まず外径φ7.7mmの容器を収容できるよう
に、φ8mmの収容孔を形成してある。収容孔の深さと
形状は、試料容器の内部に200μlの液体試料を入れ
た際に、試料の液面が収容孔の上面とほぼ等しい高さと
なるように決定した。
With respect to the embodiment of the light-collecting device of the present invention shown in FIG. 1, the dimensions of each part and the actual manufacturing process will be described with reference to FIG. The polyhedron was a flat plate of transparent acrylic resin having a thickness of 8 mm, and was formed by shaving from a plate having a thickness of 8 mm. First, an accommodation hole having a diameter of 8 mm is formed so that a container having an outer diameter of 7.7 mm can be accommodated. The depth and shape of the storage hole were determined so that when 200 μl of the liquid sample was placed in the sample container, the liquid level of the sample was almost equal to the upper surface of the storage hole.

【0039】次に、この収容孔を光反射面2と5つの面
(上面8及び下面9を加えると合計7つの面)からなる
面で囲むように切り出した。このとき、光反射面2の第
1焦点が収容孔の中心に位置するようにした。なお、上
記の光反射面2とその他5つの面は、全て平板の上面8
及び下面9に垂直である。また、光出射面3は、8に平
行な面での断面において、光反射面2を一部として含む
楕円の短軸に平行であり、楕円の中心からの距離は12
mmである。
Next, the receiving hole was cut out so as to be surrounded by a surface composed of the light reflecting surface 2 and five surfaces (a total of seven surfaces including the upper surface 8 and the lower surface 9). At this time, the first focal point of the light reflecting surface 2 was located at the center of the receiving hole. The light reflecting surface 2 and the other five surfaces are all flat plate upper surfaces 8.
And the lower surface 9. The light exit surface 3 is parallel to the minor axis of the ellipse partially including the light reflection surface 2 in a cross section parallel to 8, and the distance from the center of the ellipse is 12
mm.

【0040】なお、光出射面3と垂直に接続する側面4
(以下SL1面という)及び側面5(以下SR1面とい
う)は平行で、その感覚は18mmである。また光反射
面2と接続する側面6(以下SL2面という)及び側面
7(以下SR2面という)はそれぞれ楕円の長軸に対し
て20度の角度を成し、上面8に平行な面での断面にお
いて光反射面2を一部として含む楕円の短軸から第1焦
点側に4mm離れた位置で、それぞれSL1面又はSR
1面に接続している。
It should be noted that the side surface 4 connected perpendicularly to the light exit surface 3
(Hereinafter referred to as the SL1 surface) and the side surface 5 (hereinafter referred to as the SR1 surface) are parallel, and the sensation is 18 mm. Further, the side surface 6 (hereinafter, referred to as SL2 surface) and the side surface 7 (hereinafter, referred to as SR2 surface) connected to the light reflection surface 2 form an angle of 20 degrees with the major axis of the ellipse, and are parallel to the upper surface 8. At a position 4 mm away from the short axis of the ellipse partially including the light reflecting surface 2 in the cross section toward the first focal point, the SL1 surface or the SR
Connected to one side.

【0041】前記切り出しの後、各表面をφ10μmの
ダイヤモンド粒子で粗研磨し、更にφ1μm、φ0.3
μm及びφ0.06μmのアルミナ粒子で順次精密研磨
を行って鏡面状に仕上げた。仕上げに光反射面2、SL
2面及びSR2面には、アルミニウム蒸着を施して光反
射膜11を形成した。
After the cutting, each surface was roughly polished with diamond particles of φ10 μm, and further, φ1 μm, φ0.3
Precision polishing was sequentially performed using alumina particles of μm and φ0.06 μm to obtain a mirror finish. Light reflective surface 2 for finishing, SL
The light reflection film 11 was formed on the two surfaces and the SR2 surface by performing aluminum evaporation.

【0042】図3は、請求項6に記載した集光素子の一
実施形態を示す図であり、図4は、図3に示した集光素
子の上断面図(a)及び横断面図(b)である。
FIG. 3 is a view showing an embodiment of the light-collecting device according to the sixth aspect, and FIGS. 4A and 4B are a top sectional view (a) and a cross-sectional view of the light-collecting device shown in FIG. b).

【0043】本例の集光素子では、光出射面3が多面体
の外部に向かって凸となる曲面として形成されている。
図では光出射面3が曲率半径は8.5mmの曲面である
が、このように光出射面を多面体の外側に向かって凸な
曲面とすることで、この集光素子を発光分析装置に装備
した際に、光検出素子の受光面への集光効率を更に向上
することが可能となるのである。
In the light-collecting element of this embodiment, the light exit surface 3 is formed as a curved surface that is convex toward the outside of the polyhedron.
In the figure, the light emitting surface 3 is a curved surface having a radius of curvature of 8.5 mm. By forming the light emitting surface as a curved surface protruding toward the outside of the polyhedron, the light-collecting element is provided in the emission analyzer. In this case, the light collection efficiency on the light receiving surface of the photodetector can be further improved.

【0044】図4は、図1又は図3に示した集光素子の
作用を説明するためのものである。収容孔(光反射面2
の第1焦点)に収容された試料等から放出された発光の
うち、光出射面3に向かった発光はそのまま光出射面3
から多面体の外部に出射する(光路a)。光反射面2に
向かった発光は、光反射面2の外面に形成された光反射
膜により第2焦点に向かって反射され、光出射面3から
多面体の外部に出射する(光路b)。
FIG. 4 illustrates the operation of the light-collecting device shown in FIG. 1 or FIG. Housing hole (light reflection surface 2
Out of the light emitted from the sample or the like accommodated in the first light-emitting surface of the light-emitting surface 3
Out of the polyhedron (optical path a). The light emitted toward the light reflecting surface 2 is reflected toward the second focal point by the light reflecting film formed on the outer surface of the light reflecting surface 2 and is emitted from the light emitting surface 3 to the outside of the polyhedron (optical path b).

【0045】一方、SL1面又はSR1面に向かった発
光は、SL1面及びSR1面への入射角が全反射角を超
えているため全反射して光出射面3に向かい、該面から
多面体外部に出射する(光路c)。SL2面又はSR2
面へ向かった発光は、これら面に形成された光反射膜に
よって反射され、その一部は光反射面2及び他の面での
繰り返し反射により光出射面3へ導かれ、該面から多面
体外部に出射する(光路d)。そして集光素子の上面及
び下面である面8又は9へ向かった発光の多くは、光路
eのように、全反射を繰返しながら光出射面3に導か
れ、該面から多面体外部に出射する。
On the other hand, the light emitted toward the SL1 surface or the SR1 surface is totally reflected and goes to the light emitting surface 3 because the incident angle to the SL1 surface and the SR1 surface exceeds the total reflection angle, and the light is emitted from the surface to the outside of the polyhedron. (Optical path c). SL2 surface or SR2
Light emitted toward the surfaces is reflected by the light reflecting films formed on these surfaces, and a part of the light is guided to the light emitting surface 3 by repeated reflection on the light reflecting surface 2 and other surfaces, from which the polyhedron exterior is exposed. (Optical path d). Most of the light emitted toward the surface 8 or 9, which is the upper surface and the lower surface of the light-collecting element, is guided to the light emitting surface 3 while repeating total reflection, and is emitted from the surface to the outside of the polyhedron, as in the optical path e.

【0046】上記反射の組み合わせも起こり得るが、全
体として、収容孔から射出し、集光素子である多面体内
部に入射した発光は、光出射面3の方向に伝達され、最
終的に光出射面3から多面体外部に出射することにな
る。従って図に示した集光素子では、光検出素子の受光
面を光出射面3上に配置し、両者を密着するか、又は、
受光面の縦横サイズの両方を光出射面3のサイズより充
分大きくしておけば、光出射面3から出射した光のすべ
てを受光面に入射させることができる。
Although a combination of the above-mentioned reflections may occur, the light emitted from the receiving hole and incident on the inside of the polyhedron, which is a light-collecting element, is transmitted in the direction of the light emitting surface 3 as a whole. 3, the light is emitted to the outside of the polyhedron. Therefore, in the light-collecting device shown in the figure, the light-receiving surface of the light-detecting device is arranged on the light-emitting surface 3 and both are brought into close contact with each other, or
If both the vertical and horizontal sizes of the light receiving surface are sufficiently larger than the size of the light emitting surface 3, all of the light emitted from the light emitting surface 3 can be incident on the light receiving surface.

【0047】しかしながら、光検出素子の受光面は、真
空管の内部や保護ケースの内部に収容されていることか
ら、これを光出射面3に密着させることは困難な場合が
多い。このため両者を離間して配置する必要が生じる場
合は、前記したように、光出射面3よりも大面積の光検
出素子(受光面)、特に縦横サイズの両方を光出射面3
のサイズより充分大きくした受光面を使用することが好
ましいが、図3に示したように、光出射面3を、横断面
において多面体内部に向かって凸となる曲面とすること
により、光路fを取った発光について多面体からの出射
の際に中心軸方向への屈折を生じさせ、受光面に入射さ
せて検出効率を上げることができる。
However, since the light receiving surface of the photodetector is housed inside the vacuum tube or inside the protective case, it is often difficult to bring it into close contact with the light emitting surface 3. For this reason, when it is necessary to dispose them both as described above, as described above, a light detection element (light receiving surface) having a larger area than the light emitting surface 3, particularly, both the vertical and horizontal sizes of the light emitting surface 3 are used.
It is preferable to use a light-receiving surface sufficiently larger than the size of the light-emitting surface. However, as shown in FIG. When the emitted light is emitted from the polyhedron, the light is refracted in the direction of the central axis, and is made incident on the light receiving surface to increase the detection efficiency.

【0048】以上のように、図に示した本発明の集光素
子では、任意の断面が概ね楕円の一部となる曲面形状の
柱形状の凹面反射鏡として機能する面と光導波路として
機能する面とを合わせ持つ多面体であるため、放射状に
放出される発光の大部分を全体として光出射面方向に向
かう光束とすることができる、小型かつ製造コストの低
い、高効率の集光素子である。
As described above, in the light-collecting device of the present invention shown in the figure, the surface functioning as a concave reflecting mirror having a columnar shape with an arbitrary cross-section substantially forming a part of an ellipse and functioning as an optical waveguide. Since it is a polyhedron having both surfaces and surfaces, it is a compact, low-cost, high-efficiency light-collecting element that can make the majority of the emitted light emitted radially as a light flux directed toward the light-emitting surface. .

【0049】図5及び図6は、図3に示した本発明の集
光素子を装備した、請求項7の発光分析装置の一実施形
態を示す図である。
FIGS. 5 and 6 are views showing an embodiment of an emission spectrometer according to claim 7 equipped with the light-collecting element of the present invention shown in FIG.

【0050】この例では、光検出素子22として8×2
4mmの受光面23を有するサイドオンタイプの光電子
増倍管と図3に表示した集光素子21を装備し、集光素
子の光出射面と光電子増倍管の受光面が離間して平行に
対向配置されている。
In this example, 8 × 2
A side-on type photomultiplier tube having a light receiving surface 23 of 4 mm and the light condensing element 21 shown in FIG. 3 are provided, and the light emitting surface of the light condensing element and the light receiving surface of the photomultiplier tube are separated and parallel. They are arranged facing each other.

【0051】図3の集光素子の光出射面のサイズは、8
×18mmの平面を基準とした、曲率半径8.5mmの
円柱面であり、光出射面から出射した発光のほとんどは
光電子増倍管の受光面に入射し、検出される。また集光
素子と光検出素子を離間配置しているため、図6に示し
たように、これらの間に光の波長選別手段である光学フ
ィルター24を配置することが可能であり、試料中の特
定物質からの発光について、波長選別を行ったうえで発
光分析を行うことができる。
The size of the light exit surface of the light-collecting device shown in FIG.
It is a cylindrical surface with a radius of curvature of 8.5 mm based on a plane of × 18 mm, and most of the light emitted from the light emitting surface is incident on the light receiving surface of the photomultiplier and detected. Further, since the light-collecting element and the light-detecting element are spaced apart from each other, as shown in FIG. 6, it is possible to arrange the optical filter 24, which is a means for selecting the wavelength of light, between them. Emission analysis can be performed on the emission from the specific substance after wavelength selection.

【0052】図7もまた、図3に示した集光素子を装備
した、請求項7の発光分析装置の一実施形態を示す図で
ある。この例では、光検出素子22として8×24mm
の受光面を有するサイドオンタイプの光電子増倍管と図
3に表示した集光素子21、そして、試料に含まれる特
定物質の蛍光を誘起するための励起光源25、励起光の
収束レンズ26、励起光の波長選別手段27を装備し、
集光素子の光出射面と光電子増倍管の受光面は離間して
平行に対向配置され、これらの間には光の波長選別手段
である光学フィルター24が配置されている。図7の発
光分析装置では、蛍光を誘起する励起光の入射方向が収
容孔の開口上方である例を示しているが、励起光源等を
集光素子の下方に配置することにより、収容孔の底部か
ら励起光を入射することもできる。
FIG. 7 is also a diagram showing an embodiment of an emission spectrometer according to claim 7 equipped with the light-collecting element shown in FIG. In this example, 8 × 24 mm
3, a side-on type photomultiplier tube having a light receiving surface, a condensing element 21 shown in FIG. 3, an excitation light source 25 for inducing fluorescence of a specific substance contained in a sample, a converging lens 26 for excitation light, Equipped with excitation light wavelength selection means 27,
The light emitting surface of the light condensing element and the light receiving surface of the photomultiplier tube are spaced apart and opposed to each other in parallel, and an optical filter 24 serving as light wavelength selecting means is arranged between them. The emission spectrometer of FIG. 7 shows an example in which the incident direction of the excitation light for inducing the fluorescence is above the opening of the accommodation hole. Excitation light can also be incident from the bottom.

【0053】図8は、図3における多面体を一部改良し
た集光素子(a)と、この集光素子を装備し、多面体の
横方向から励起を照射する発光分析装置の一実施形態を
示す図である。かかる構成によれば、例えば、液体クロ
マトグラフィー、フローインジェクション、電気泳動等
のフロー型試料容器や、カラムクロマトグラフィーにお
けるカラム自体等を容器として、本発明の集光素子及び
発光分析装置を適用することができる。
FIG. 8 shows an embodiment of a light-collecting element (a) obtained by partially improving the polyhedron in FIG. 3, and an emission analyzer equipped with the light-collecting element and irradiating excitation from the lateral direction of the polyhedron. FIG. According to such a configuration, for example, the light-collecting element and the emission spectrometer of the present invention can be applied by using a flow-type sample container for liquid chromatography, flow injection, electrophoresis, or the like, or a column itself in column chromatography as a container. Can be.

【0054】図8の例では、具体的に、液体クロマトグ
ラフのフロー型試料容器30を用いて、蛍光分析を実施
する場合の集光素子とこの集光素子を用いた発光分析装
置を例示している。図3の集光素子21における収容孔
をφ8mmの貫通孔とし、更に光反射面2、収容孔及び
SR2面を連絡する外部からの光通過孔28、29を形
成し、光通過孔を通して励起光源25、励起光の収束レ
ンズ26、励起光の波長選別手段27を通過した励起光
が収容孔中の試料を励起し得るようになっている。この
ような構成では、励起光の散乱を可能な限り防止するた
め、励起光の照射方向が蛍光信号の集光方向と垂直とな
るように設計することが好ましい。なおSR2面から励
起光を入射し、光反射面2から出射するような設計変更
も容易である。
FIG. 8 specifically illustrates a light-collecting element for performing fluorescence analysis using a flow type sample container 30 of a liquid chromatograph, and an emission analyzer using the light-collecting element. ing. The accommodation hole in the light condensing element 21 of FIG. 3 is a through hole of φ8 mm, and further, light passing holes 28 and 29 connecting the light reflection surface 2, the accommodation hole and the SR2 surface are formed, and the excitation light source is passed through the light passage hole. The excitation light 25 that has passed through the excitation light converging lens 26 and the excitation light wavelength selecting means 27 can excite the sample in the accommodation hole. In such a configuration, in order to prevent scattering of the excitation light as much as possible, it is preferable to design the irradiation direction of the excitation light so as to be perpendicular to the direction in which the fluorescence signal is collected. It is easy to change the design such that the excitation light enters from the SR2 surface and exits from the light reflection surface 2.

【0055】この例は、蛍光の分析を行うための一実施
形態を示したものであるが、例えば化学発光や生物発光
を検出する場合には、励起光源を配置したり、励起光用
の光通過孔を配置する必要はない。また、液体クロマト
グラフにおけるカラムを試料容器として本発明の集光素
子及び発光分析装置を適用する場合には、図3に示した
集光素子の厚さをカラム長さと同程度とすることもでき
るが、集光素子のサイズ、強いては分析装置のサイズを
小型化し、製造コストを低減するため、分析装置に、例
えば図8に例示した集光素子、励起光源及び光検出素子
等をカラムに沿って移動するための機構を付加し、これ
らを移動させながら分析を実施することが例示できる。
これにより、カラムの軸に沿って分離された各物質を順
次分析することも可能となる。
This example shows an embodiment for performing fluorescence analysis. For example, in the case of detecting chemiluminescence or bioluminescence, an excitation light source is arranged or light for excitation light is used. It is not necessary to arrange a passage hole. Further, when the light-collecting element and the emission spectrometer of the present invention are applied using a column in a liquid chromatograph as a sample container, the thickness of the light-collecting element shown in FIG. 3 can be approximately equal to the column length. However, in order to reduce the size of the light-collecting element, and consequently the size of the analyzer, and to reduce the manufacturing cost, for example, a light-collecting element, an excitation light source, a photodetector, and the like illustrated in FIG. For example, it is possible to add a mechanism for performing the analysis and perform the analysis while moving these.
This also makes it possible to sequentially analyze each substance separated along the axis of the column.

【0056】図9及び図10は、本発明の集光素子の他
の実施形態を示す図である。図中、2は光反射面、3は
光出射面、11は光反射膜をそれぞれ示している。図9
は、図3に示した集光素子におけるSL2面又はSR2
面と光反射面2の間に、更に左右1面ずつ面が加わった
形状の集光素子であり、図10は、図3に示した集光素
子におけるSL2面又はSR2面を省いた形状の集光素
子である。いずれの例も、平板形状であり、多面体の上
面又は下面を構成する面に平行な面での断面において、
光反射面2及び光射出面3の断面は楕円の長軸に対称で
あり、かつ、光反射面の第1焦点は収容孔の内部に存在
する。
FIGS. 9 and 10 show another embodiment of the light-collecting device of the present invention. In the figure, 2 indicates a light reflecting surface, 3 indicates a light emitting surface, and 11 indicates a light reflecting film. FIG.
Is the SL2 surface or SR2 in the light-collecting device shown in FIG.
FIG. 10 shows a light condensing element having a shape in which one surface is added to the left and right surfaces between the light reflecting surface 2 and the light reflecting surface 2. FIG. It is a light collecting element. Both examples have a flat plate shape, and in a cross section in a plane parallel to a plane constituting an upper surface or a lower surface of the polyhedron,
The cross sections of the light reflecting surface 2 and the light emitting surface 3 are symmetric with respect to the major axis of the ellipse, and the first focal point of the light reflecting surface exists inside the receiving hole.

【0057】図11は、請求項2の集光素子、即ち2面
体の集光素子の実施形態を示すための図である。多面体
である本体は、楕円球をその長軸に垂直に交わる面で切
断した形態の2面体である。この例では、切断面が光出
射面3であり、これ以外の曲面2が光反射面である。な
お図には示していないが、曲面2(切断面3以外)には
多面体の外部に光反射膜が形成されている。
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of the light-collecting element of claim 2, that is, a dihedral light-collecting element. The polyhedron main body is a dihedron in a form in which an elliptical sphere is cut at a plane perpendicular to the major axis thereof. In this example, the cut surface is the light emitting surface 3, and the other curved surface 2 is the light reflecting surface. Although not shown in the figure, a light reflecting film is formed on the curved surface 2 (other than the cut surface 3) outside the polyhedron.

【0058】光反射面2は図からも明らかなように断面
が楕円の一部となる曲面形状であり、前記した長軸上に
二つの焦点を有している。これら焦点のうち、光反射面
2に近い側の焦点には、試料又は試料を保持する容器を
収容するための収容孔1が形成されている。
The light reflecting surface 2 has a curved shape whose cross section is a part of an ellipse as is apparent from the figure, and has two focal points on the long axis. Of these focal points, an accommodation hole 1 for accommodating the sample or a container for holding the sample is formed at the focal point closer to the light reflection surface 2.

【0059】図12は、請求項3の集光素子、即ち2面
体の集光素子の他の実施形態を示すための図である。図
11の例では、図10の例における光出射面3が、楕円
球にその内部に向かって凸となる球面3で置き換えられ
ている点である。光出射面である球面3の中心は、光反
射面2が有する二つの焦点のうち、外面から遠い側の焦
点と一致している。このように光出射面3を楕円球の内
部に向かって凸となる球面としたのは、出射面から出射
する発光の集光効率を向上するためである。
FIG. 12 is a view showing another embodiment of the light-collecting device according to the third aspect, that is, a dihedral light-collecting device. 11 is that the light emitting surface 3 in the example of FIG. 10 is replaced by an ellipsoidal sphere 3 which is convex toward the inside. The center of the spherical surface 3 as the light emitting surface coincides with the focal point on the side farther from the outer surface among the two focal points of the light reflecting surface 2. The light emitting surface 3 is formed as a spherical surface that is convex toward the inside of the elliptical sphere in order to improve the light collection efficiency of light emitted from the light emitting surface.

【0060】以上に、実施形態に基づいて本発明の集光
素子を説明したが、かかる実施形態は使用する光検出素
子の受光面サイズや試料の容量、更には集光素子のサイ
ズ等に鑑みるとともに、集光効率の向上を目的を目的と
して適宜設計変更することができる。
As described above, the light-collecting element of the present invention has been described based on the embodiment. In this embodiment, the light-receiving surface size of the photodetector used, the sample capacity, and the size of the light-collecting element are taken into consideration. At the same time, the design can be appropriately changed for the purpose of improving the light collection efficiency.

【0061】集光効率の向上に関して、以下に図3に示
した集光素子に基づき説明する。なお図3とは異なる形
態の集光素子においては、SL1面、SR1面、SL2
面及びSR2面に関する説明を、これらに該当する面と
読み替えることで設計変更を容易にすることが可能であ
る。
The improvement of the light collecting efficiency will be described below based on the light collecting element shown in FIG. In the light-collecting element having a different form from that of FIG.
The design change can be facilitated by reading the description regarding the surface and the SR2 surface as the surface corresponding thereto.

【0062】例えば、光出射面3から多面体外部に出射
した光が光検出素子の受光面の範囲から外れると検出損
失となるため、光出射面3のサイズを光検出素子の受光
面サイズより小さくすることが一般に好ましい。この場
合、光出射面を多面体の外部に向かって凸となる曲面と
する等、光出射面における発光の屈折を考慮することが
特に好ましい。
For example, if the light emitted from the light emitting surface 3 to the outside of the polyhedron deviates from the range of the light receiving surface of the light detecting element, a detection loss occurs. Therefore, the size of the light emitting surface 3 is made smaller than the light receiving surface of the light detecting element. Is generally preferred. In this case, it is particularly preferable to consider the refraction of light emission on the light emitting surface, such as making the light emitting surface a curved surface convex toward the outside of the polyhedron.

【0063】また例えば、発光が光出射面に対して全反
射角を越える角度で入射して全反射すると集光損失とな
るため、第1焦点から発射され、多面体内部に入射後に
光出射面に到達する発光のうち、少なくとも直接光出射
面に到達する光、SL1面或いはSR1面に相当する面
での反射を一回以上経由して光出射面に到達する光、及
び、光反射面での反射を一回経由して到達する光の、光
出射面への入射角が全反射角を超えないよう設計するこ
とが好ましい。
Also, for example, if light emission is incident on the light exit surface at an angle exceeding the total reflection angle and is totally reflected, a condensing loss will occur. Therefore, the light is emitted from the first focal point, enters the inside of the polyhedron, and then strikes the light exit surface. Among the arriving light, at least the light that reaches the light emitting surface directly, the light that reaches the light emitting surface through one or more reflections on the surface corresponding to the SL1 surface or the SR1 surface, and the light that reaches the light reflecting surface. It is preferable that the angle of incidence of the light arriving after one reflection on the light exit surface does not exceed the total reflection angle.

【0064】また例えば、第1焦点から発射され、多面
体内部に入射してSL1面又はSR1面に相当する面に
到達した光は、それぞれの面で全反射するよう設計する
ことが好ましい。これにより、これら面への光反射膜の
形成を不要とすることができる。仮に全反射しない光が
含まれ、しかもその光が光出射面において透過できる角
度であるときは、SL1面及びSR1面に相当する柱面
に光反射膜を形成することが好ましい。
For example, it is preferable that the light emitted from the first focal point, incident on the inside of the polyhedron, and reaches the surface corresponding to the SL1 surface or the SR1 surface is designed to be totally reflected on each surface. This makes it unnecessary to form a light reflection film on these surfaces. If light that does not undergo total reflection is included, and the light has an angle that allows the light to pass through the light exit surface, it is preferable to form a light reflection film on the column surfaces corresponding to the SL1 surface and the SR1 surface.

【0065】そして例えば、光反射面で反射した光がS
L2面又はSR2面に相当する面に入射すると集光損失
につながる。従って、第2焦点と光反射面上の点を結ぶ
線分がSL2面又はSR2面に相当する面にかからない
よう設計することが好ましい。もっとも、光反射面の全
面を集光のための有効面としない場合はこの限りではな
い。更に、光反射面で反射した光が、上記例のように直
接光出射面に到達するよう設計すること以外に、SL1
面又はSR1面に相当する面で一回以上反射した後光出
射面に到達するように設計することもできる。この場
合、SL1面又はSR1面に相当する面での全反射条件
を満たすように設計することが好ましい。
For example, the light reflected on the light reflecting surface is S
When the light is incident on a plane corresponding to the L2 plane or the SR2 plane, a light-collecting loss is caused. Therefore, it is preferable to design so that a line segment connecting the second focal point and a point on the light reflection surface does not cover the surface corresponding to the SL2 surface or the SR2 surface. However, this does not apply when the entire light reflecting surface is not used as an effective surface for condensing light. Further, in addition to the design in which the light reflected by the light reflecting surface directly reaches the light emitting surface as in the above example, SL1
It is also possible to design such that the light is reflected at least once on the surface corresponding to the surface or the SR1 surface and then reaches the light emitting surface. In this case, it is preferable to design so as to satisfy the condition of total reflection on the surface corresponding to the SL1 surface or the SR1 surface.

【0066】なお、SL1面とSR1面に相当する面、
そして光反射面の双方を反射光量の観点から最適化する
ことが困難な場合もある。例えば、SL1面とSR1面
に相当する面について最適化をすると、光反射面での反
射量は最適値よりも減少してしまう。従って、両者の寄
与率の割り振りを、総合的な集光量や全体サイズ等の制
約条件や使用用途などによって決定し、集光素子を設計
することが好ましい。また、図3の例における平板の上
面及び下面を構成する面8、9は全反射伝達を期待する
面であり、両面への光反射膜の形成は必ずしも必要では
ない。
The planes corresponding to the SL1 plane and the SR1 plane,
In some cases, it is difficult to optimize both light reflection surfaces from the viewpoint of the amount of reflected light. For example, when optimization is performed on the surfaces corresponding to the SL1 surface and the SR1 surface, the amount of reflection on the light reflecting surface is smaller than the optimum value. Therefore, it is preferable to design the light-collecting element by deciding the allocation of the contribution rates of the two depending on the constraints such as the total light-collecting amount and the overall size, the intended use, and the like. In addition, the surfaces 8 and 9 constituting the upper and lower surfaces of the flat plate in the example of FIG. 3 are surfaces on which total reflection transmission is expected, and it is not always necessary to form a light reflection film on both surfaces.

【0067】実施例1 図5に示した発光分析装置を用い、アルカリフォスファ
ターゼ(ALP)とアダマンチルメトキシホスホリルフ
ェニルジオキセタン溶液(AMPPD)の反応により生
成する化学発光を分析した。なおAMPPDは、ALP
の作用によりリン酸基を遊離し、分子内電子移動及びジ
オキセタン結合の開裂を経由して励起一重項状態のメチ
ルオキシメタベンゾエートを生成し、470nmをピー
クとする発光を生じる。従って、充分な量のAMPPD
の存在下において発光量を計測することによりALPを
定量することが可能であり、従来から10-19〜10-20
molのALPの検出が可能な化学発光基質として知ら
れている。
Example 1 Chemiluminescence generated by the reaction of alkaline phosphatase (ALP) and adamantyl methoxyphosphoryl phenyl dioxetane solution (AMPPD) was analyzed using the emission spectrometer shown in FIG. AMPPD is ALP
Releases a phosphate group by the action of the compound to generate an excited singlet-state methyloxymetabenzoate via intramolecular electron transfer and cleavage of a dioxetane bond, and emits light having a peak at 470 nm. Therefore, a sufficient amount of AMPPD
It is possible to quantify the ALP by measuring the light emission quantity in the presence of a conventional 10 -19 to 10 -20
It is known as a chemiluminescent substrate capable of detecting mol ALP.

【0068】まず、希釈液として、0.1%BSAを含
有する100mMのTES溶液(pH8.0)を使用
し、各種濃度のALP溶液を調製した。このALP溶液
10μlをポリスチレン製の試料容器に分注し、3.3
×10-4MのAMPPD溶液100μlを加え、15分
間静置の後、図5に表示した発光分析装置で2秒間の化
学発光を計測した。
First, 100 mM TES solution (pH 8.0) containing 0.1% BSA was used as a diluent to prepare ALP solutions of various concentrations. 10 μl of this ALP solution was dispensed into a sample container made of polystyrene, and 3.3
100 μl of a × 10 −4 M AMPPD solution was added, and the mixture was allowed to stand for 15 minutes. Then, the chemiluminescence for 2 seconds was measured by the emission analyzer shown in FIG.

【0069】各種濃度のALP溶液に対して、それぞれ
6回の測定を繰返して求めた平均値をALP分析用の検
量線として図17に示す。なお図17には、比較のた
め、図15及び図16に示した従来の集光素子を用いた
発光分析装置で測定した結果も併せて示した。
FIG. 17 shows the average value obtained by repeating the measurement six times for each of the ALP solutions having various concentrations, as a calibration curve for ALP analysis. Note that FIG. 17 also shows, for comparison, results measured by an emission spectrometer using the conventional light-collecting device shown in FIGS. 15 and 16.

【0070】図17から分かるように、本発明の集光素
子を装備する発光分析装置では、従来の集光装置を装備
した発光分析装置に比較して発光計測量が明らかに増加
しており、集光効率の向上が認められる。また、ALP
の低濃度領域における直線性も向上しており、従来装置
では検出が困難であった1×10-20molのALPの
検出が精度良くできることがわかる。
As can be seen from FIG. 17, in the luminescence analyzer equipped with the light-collecting device of the present invention, the amount of luminescence measurement clearly increases as compared with the luminescence analyzer equipped with the conventional light-collecting device. An improvement in light collection efficiency is observed. Also, ALP
The linearity in the low-concentration region is also improved, and it can be seen that 1 × 10 −20 mol of ALP can be accurately detected, which was difficult to detect with the conventional device.

【0071】実施例2 図7に示した発光分析装置を用い、Eu3+キレートを紫
外線で励起したときに生ずる蛍光を時間分解計測した。
Example 2 Using the emission spectrometer shown in FIG. 7, the fluorescence generated when the Eu 3+ chelate was excited by ultraviolet rays was measured in a time-resolved manner.

【0072】まず、希釈液として市販の溶液(Phar
macia社製、商品名DELFIAシステムのエンハ
ンサー溶液)を使用し、各種濃度のEu3+キレート溶液
を調製した。このEu3+キレート溶液200μlをポリ
スチレン製の試料容器に分注し、図7に示した発光分析
装置で分析した。分析には、励起光源として半値幅1μ
secのパルス光源であるXeフラッシュランプを使用
し、光学フィルターで370nmの光を選別して励起光
とした。集光素子と光検出素子の間に発光の波長選別手
段として560nmのカットオフフィルターを挿入し、
励起光の光検出素子への入射を防止するとともに、61
5nmを中心とするEu3+キレートの蛍光を透過させて
光検出素子により検出した。なお、光検出素子としては
サイドオンタイプの光電子増倍管を使用し、この出力信
号のうち、時間分解計測により励起から400〜800
μsecを選別し、励起光1000パルス分の信号を積
算して、計測値とした。
First, a commercially available solution (Phar
Eucia + chelate solutions of various concentrations were prepared using an enhancer solution (trade name: DELFIA system, manufactured by Macia Corporation). 200 μl of this Eu 3+ chelate solution was dispensed into a polystyrene sample container and analyzed by the emission spectrometer shown in FIG. For the analysis, a half-width of 1μ
Using a Xe flash lamp as a pulse light source for sec, light of 370 nm was selected by an optical filter and used as excitation light. A 560 nm cut-off filter is inserted between the light-collecting element and the light-detecting element as a means for selecting the wavelength of light emission,
In addition to preventing the excitation light from being incident on the photodetector,
The fluorescence of the Eu 3+ chelate centered at 5 nm was transmitted and detected by the photodetector. In addition, a side-on type photomultiplier tube is used as a photodetector, and 400 to 800
μsec was selected, and signals for 1000 pulses of excitation light were integrated to obtain a measured value.

【0073】各種濃度のEu3+キレート溶液に対して、
それぞれ6回の測定を繰返して求めた平均値をEu3+
レート分析用の検量線として図18に示す。なお、図1
8には、比較のため、図13に示したような、集光素子
として光学レンズを用いる装置で測定した結果も併せて
示した。図18から明らかなように、本発明の集光素子
を装備する発光分析装置は、従来の集光素子を装備した
発光分析装置に比較して発光計測量が一桁以上増加して
おり、明らかに、集光効率が向上していることがわか
る。
For Eu 3+ chelate solutions of various concentrations,
The average value obtained by repeating six measurements is shown in FIG. 18 as a calibration curve for Eu 3+ chelate analysis. FIG.
FIG. 8 also shows, for comparison, the results of measurement using an apparatus using an optical lens as a light-collecting element as shown in FIG. As is clear from FIG. 18, the emission spectrometer equipped with the light-collecting element of the present invention has an emission measurement amount increased by one digit or more as compared with the conventional light-emission analyzer equipped with the light-collecting element. In addition, it can be seen that the light collection efficiency has been improved.

【0074】[0074]

【発明の効果】上記のように、本発明の集光素子は、楕
円柱の一部である凹面反射鏡と光導波路の特徴を合わせ
持つ、小型で製造コストの低い集光素子であり、試料に
含まれる特定物質から放射状に放射される発光を光検出
素子の受光面に効率良く伝達することができる。また、
この集光素子を装備する発光分析装置は、従来の分析装
置に比較して発光の検出効率が向上し、目的とする特定
物質の検出下限濃度を下げることができる。
As described above, the light-collecting device of the present invention is a small-sized, low-cost light-collecting device having the features of a concave reflecting mirror, which is a part of an elliptic cylinder, and an optical waveguide. Can be efficiently transmitted to the light-receiving surface of the photodetector element. Also,
An emission spectrometer equipped with this light-collecting element can improve the detection efficiency of luminescence as compared with a conventional analyzer, and can lower the lower detection limit concentration of a target specific substance.

【0075】本発明の集光素子は、試料容器に保持され
た試料等のみならず、液体クロマトグラフ、フローイン
ジェクション分析、電気泳動などのフロー型試料容器、
更には、カラムクロマトグラフ等のカラム自体を試料容
器として適用することが可能であり、これらの分析装置
における検出手段として蛍光、化学発光又は生物発光等
を利用する場合等、幅広い用途に適用できるものであ
る。
The light-collecting device of the present invention can be used not only for a sample or the like held in a sample container, but also for a flow-type sample container for liquid chromatography, flow injection analysis, electrophoresis, etc.
Furthermore, a column itself such as a column chromatograph can be used as a sample container, and can be applied to a wide range of uses, such as when fluorescence, chemiluminescence or bioluminescence is used as a detection means in these analyzers. It is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の集光素子である多面体の実施形態を示
すための図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a polyhedron that is a light-collecting element of the present invention.

【図2】図1に示した多面体の各部寸法等を示すための
図である。
FIG. 2 is a diagram showing dimensions of each part of the polyhedron shown in FIG. 1;

【図3】本発明の集光素子である多面体の他の実施形態
を示すための図である。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the polyhedron that is the light-collecting element of the present invention.

【図4】図3に示した集光素子における、発光の光路を
説明するための図である。
FIG. 4 is a view for explaining an optical path of light emission in the light-collecting device shown in FIG.

【図5】本発明の発光分析装置の実施形態を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of an emission spectrometer of the present invention.

【図6】図5に示した発光分析装置の他の実施形態を示
す図である。
FIG. 6 is a view showing another embodiment of the emission spectrometer shown in FIG. 5;

【図7】本発明の発光分析装置の他の実施形態を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the emission analyzer of the present invention.

【図8】本発明の集光素子である多面体の他の実施形態
(a)とこれを用いた本発明の発光分析装置の他の実施
形態を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment (a) of a polyhedron that is a light-collecting element of the present invention and another embodiment of an emission analyzer of the present invention using the same.

【図9】本発明の集光素子である多面体の他の実施形態
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the polyhedron that is the light-collecting element of the present invention.

【図10】本発明の集光素子である多面体の他の実施形
態を示す図である。
FIG. 10 is a view showing another embodiment of the polyhedron which is the light-collecting element of the present invention.

【図11】本発明の集光素子である2面体の実施形態を
示す図である。
FIG. 11 is a view showing an embodiment of a dihedral body which is a light condensing element of the present invention.

【図12】本発明の集光素子である2面体の他の実施形
態を示す図である。
FIG. 12 is a view showing another embodiment of a dihedral body which is a light condensing element of the present invention.

【図13】光学レンズを使用した従来の発光分析装置の
構成の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional emission analyzer using an optical lens.

【図14】凹面反射鏡を使用した従来の発光分析装置の
構成の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional emission analyzer using a concave reflecting mirror.

【図15】光導波路を使用した従来の発光分析装置の構
成の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional emission analysis device using an optical waveguide.

【図16】光検出素子を試料容器に近接させた従来の発
光分析装置の構成の説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional emission spectrometer in which a photodetector is brought close to a sample container.

【図17】実施例1の結果を示す図である。図中、縦軸
はカウント数を、横軸はALP量をそれぞれ示し、図中
大きな黒四角は本発明の集光素子を用いた場合の、黒三
角は従来の光ファイバー型集光素子を用いた場合の、そ
して小さな黒四角は光検出素子を近接した場合の結果を
それぞれ示す。
FIG. 17 is a diagram showing the results of Example 1. In the figure, the vertical axis shows the count number, and the horizontal axis shows the ALP amount, respectively. The case and the small black square show the result when the photodetector is brought close to the case, respectively.

【図18】実施例2の結果を示す図である。図中、縦軸
はカウント数を、横軸はEu3+量をそれぞれ示し、図中
大きな黒四角は本発明の集光素子を用いた場合のそして
小さな黒四角は従来の光学レンズ型集光素子を用いた場
合の結果をそれぞれ示す。
FIG. 18 is a diagram showing the results of Example 2. In the figure, the vertical axis indicates the count number, and the horizontal axis indicates the Eu 3+ amount. The large black square in the figure indicates the case where the light-collecting element of the present invention is used, and the small black square indicates the conventional optical lens type light-collecting element. The results when the element was used are shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;収容孔、2;光反射面、3;光出射面、4;面(S
L1面)、5;面(SR1面)、6;面(SL2面)、
7;面(SR1面)、8、9;平板の上面又は下面、1
1;光反射膜、21;集光素子、22;光検出素子、2
3;光検出素子の受光面、24;波長選別手段、25;
励起光源、26;励起光の収束レンズ、27;励起光の
波長選別手段、28、29;励起光の光通過孔、30;
フロー型容器
1; accommodation hole; 2; light reflecting surface; 3; light emitting surface; 4; surface (S
L1 plane), 5; plane (SR1 plane), 6; plane (SL2 plane),
7; surface (SR1 surface), 8, 9; upper or lower surface of flat plate, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Light reflection film, 21; Condensing element, 22;
3; the light receiving surface of the photodetector; 24; wavelength selecting means; 25;
Excitation light source, 26; excitation light converging lens, 27; excitation light wavelength selection means, 28, 29; excitation light light passage hole, 30;
Flow type container

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料に含まれる特定物質からの発光を集光
するための集光素子であって、(a)特定物質からの発
光に対して透過性の材料で形成された、少なくとも光反
射面と光透過面から構成された多面体であり、(b)前
記光反射面は断面が概ね楕円の一部となる曲面形状で、
外部に光反射膜が形成されており、(c)前記光出射面
は前記光反射面に対向配置されており、前記光反射面で
反射された光が全反射角を越えない角度で入射し、か
つ、多面体外部に出射し得、(d)前記楕円の二つの焦
点のうち光反射面に近い側の焦点に、試料又は試料を保
持した容器を収容する収容部を形成し、(e)前記収容
部に収容された試料から発せられ前記多面体に入射した
光のうち、前記反射面に到達した光が集光した状態で前
記光出射面から出射するようにした、光集光素子。
1. A light-collecting element for condensing light emitted from a specific substance contained in a sample, comprising: (a) a light-reflective material formed of a material transmissive to light emitted from the specific substance; (B) the light reflecting surface has a curved surface shape whose cross section is substantially a part of an ellipse;
A light reflection film is formed outside, and (c) the light emission surface is disposed to face the light reflection surface, and light reflected by the light reflection surface enters at an angle not exceeding the total reflection angle. And (d) forming an accommodation portion for accommodating a sample or a container holding the sample at a focal point on the side closer to the light reflecting surface among the two focal points of the ellipse, and (e) A light condensing element wherein, of the light emitted from the sample accommodated in the accommodation section and incident on the polyhedron, the light reaching the reflection surface is emitted from the light exit surface in a condensed state.
【請求項2】前記集光素子は、楕円球をその長軸と垂直
に交わる面で切断した形態の2面体であり、該切断面を
前記光出射面とし、他の曲面を前記光反射面とすること
を特徴とする請求項1の集光素子。
2. The light-collecting element is a dihedron in which an elliptical sphere is cut at a plane perpendicular to the major axis thereof, the cut surface being the light-emitting surface, and the other curved surface being the light-reflecting surface. The light-collecting device according to claim 1, wherein
【請求項3】前記集光素子は、楕円球にその内部に向か
って凸となる球面を形成した形態の2面体であり、該球
面を前記光出射面とし、他の曲面を前記光反射面とし、
前記球面の中心が前記楕円球の二つの焦点のうち光反射
面の遠方にある焦点と一致することを特徴とする請求項
1の集光素子。
3. The light-collecting element is a dihedron in which an ellipsoidal sphere is formed with a spherical surface protruding toward the inside thereof, the spherical surface being the light-emitting surface, and another curved surface being the light-reflecting surface. age,
2. The light-collecting device according to claim 1, wherein the center of the spherical surface coincides with a focal point far from the light reflecting surface among the two focal points of the elliptical sphere.
【請求項4】前記集光素子は、3面以上の面を有する多
面体であり、前記光反射面と光出射面以外の面は多面体
内部に入射した光を反射して光反射面又は光出射面に導
く導波路としての機能を有することを特徴とする請求項
1の集光素子。
4. The light-collecting element is a polyhedron having three or more surfaces, and a surface other than the light reflecting surface and the light emitting surface reflects light incident inside the polyhedron to form a light reflecting surface or a light emitting surface. The light-collecting device according to claim 1, wherein the light-collecting device has a function as a waveguide for guiding to a surface.
【請求項5】前記集光素子は、前記光反射面及び光出射
面の断面が楕円の長軸に対して対称となる多面体である
ことを特徴とする請求項1乃至4の集光素子。
5. The light-collecting device according to claim 1, wherein the light-collecting device is a polyhedron in which the cross sections of the light reflecting surface and the light emitting surface are symmetric with respect to the major axis of the ellipse.
【請求項6】前記集光素子は、多面体の外部に向かって
凸となる曲面の光出射面を有する多面体であることを特
徴とする請求項1乃至4の集光素子。
6. The light-collecting device according to claim 1, wherein said light-collecting device is a polyhedron having a curved light-emitting surface protruding toward the outside of the polyhedron.
【請求項7】請求項1の集光素子及び該集光素子の光出
射面から出射する発光を検出するための検出素子とを備
えることを特徴とする、試料に含まれる特定物質からの
発光を検出し分析するための装置
7. A light emission from a specific substance contained in a sample, comprising: the light collection element according to claim 1; and a detection element for detecting light emission emitted from a light emission surface of the light collection element. For detecting and analyzing
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EP3206013A1 (en) 2016-01-31 2017-08-16 ARKRAY, Inc. Analysis tool and analysis device

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