JP2003270179A

JP2003270179A - マイクロ化学システム

Info

Publication number: JP2003270179A
Application number: JP2002066989A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamaguchi; 山口　　淳; Masami Kitano; 雅巳北野; Akihiko Hattori; 明彦服部
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ユーザーの作業効率を向上できるとともに小
型のマイクロ化学システムを提供する。【解決手段】マイクロ化学システムは、励起光及び検
出光を誘導する誘導光学系と、検出するための試料を流
す流路付き板状部材２０と、流路付き板状部材２０の流
路２０４の下方の検出位置で検出光を検出する光電変換
器４０１と、励起光及び検出光の焦点位置を確認するた
めのＬ字型顕微鏡５０を備え、検出位置に在る光電変換
器４０１を配置機構６０によってＬ字型顕微鏡５０と入
れ替え、Ｌ字型顕微鏡５０を用いて励起光及び検出光の
焦点位置を確認する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光熱変換分光分析
方法を実行するマイクロ化学システムに関し、特に試料
に照射された励起光及び検出光の焦点位置を確認するた
めの機構を有するマイクロ化学システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、化学反応を微小空間で行うた
めの集積化技術が、化学反応の高速性や微少量の試料で
の反応、オンサイト分析等の観点から注目されており、
世界的に精力的に研究が進められている。

【０００３】化学反応の集積化技術の１つとして小さな
ガラス基板等に形成した微細な流路の中で液中試料の混
合、反応、分離、抽出、検出等を行う所謂マイクロ化学
システムがある。このマイクロ化学システムで行われる
反応の例として、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗
体反応などがあり、抽出、分離の例として溶媒抽出、電
気泳動分離、カラム分離などがある。マイクロ化学シス
テムは、分離だけを目的としたような単一の機能のみを
果たすように用いられても良く、また複数の機能を果た
すように用いられても良い。

【０００４】上記の機能のうち、分離のみを目的とした
ものとして、極微量のタンパク質や核酸等を分析する電
気泳動装置が提案されている（例えば、特開平８−１７
８８９７号公報）。これは互いに接合された２枚のガラ
ス基板からなる流路付き板状部材を備えている。この部
材は板状であるので、断面が円形または角形のガラスキ
ャピラリーチューブに比べて破損しにくく、取り扱いが
容易である。

【０００５】これらのマイクロ化学システムでは試料の
量が微量であるので、高感度な検出方法が必須である。
この高感度な検出方法として、微細な流路内の液中試料
が光を吸収することにより発生する熱レンズ効果を利用
した光熱変換分析法が確立されている。これによりマイ
クロ化学システムの実用化の道が開かれている。

【０００６】試料に光を集光照射すると試料中の溶質が
光を吸収するとともに熱エネルギーが放出される。この
熱エネルギーによって溶媒が局所的に温度上昇すると屈
折率が変化して熱レンズが形成される（光熱変換効
果）。光熱変換分光分析方法はこの光熱変換効果を利用
するものである。

【０００７】図３は、熱レンズの原理の説明図である。

【０００８】図３において、対物レンズを介して励起光
を極微小な試料に集光照射すると光熱変換効果が誘起さ
れる。励起光が集光照射された試料は、集光中心が最も
高温であり、集光中心に近づくほど温度上昇の度合が大
きい。一方、集光中心から離れるにつれて熱拡散のため
に温度上昇の度合は小さくなる。多くの物質では温度上
昇に伴い屈折率が小さくなるので、集光中心に近づくほ
ど屈折率が小さくなる度合が大きく、逆に集光中心から
離れるほど屈折率が小さくなる度合は小さい。この屈折
率の分布は光学的には正に凹レンズと同じ効果を有する
ので、この効果を熱レンズ効果と呼ぶ。この熱レンズ効
果の大きさ、即ち凹レンズの度数は試料の光吸収度に比
例する。なお、屈折率が温度に比例して大きくなる場合
は凸レンズと同じ熱レンズ効果が生じる。

【０００９】このように、光熱変換分光分析法は、熱の
拡散、即ち屈折率の変化を測定するものであるので、極
微少量の試料濃度を検出するのに適している。

【００１０】上記光熱変換分光分析法を実行する光熱変
換分光分析装置としては、例えば特開平１０−２３２２
１０号公報によって提案されたものがある。

【００１１】従来の光熱変換分光分析装置においては、
流路付き板状部材が顕微鏡の対物レンズの下方に配置さ
れており、励起光源から出力された所定波長の励起光が
顕微鏡に入射して、この顕微鏡の対物レンズにより流路
付き板状部材の流路内の試料に集光照射される。これに
より、集光照射位置を中心として熱レンズが形成され
る。

【００１２】一方、検出光源からは波長が励起光と異な
る検出光が出力され、顕微鏡に入射し、顕微鏡から出射
される検出光は、励起光により試料に形成された熱レン
ズに集光照射され、試料を透過して発散または集光す
る。この試料から発散又は集光して出射された光は信号
光となり、その信号光は、集光レンズ及びフィルタ双方
またはフィルタのみを経て検出器により検出される。こ
の検出器に検出された信号光の強度は、試料において形
成された熱レンズに応じたものになる。なお、検出光は
励起光と同一の波長でもよく、また励起光が検出光を兼
ねることもできる。

【００１３】このように、上記光熱変換分光分析装置に
おいては、熱レンズは励起光の焦点位置に形成され、且
つ形成された熱レンズの屈折率変化は、検出光により検
出される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】一般的に光熱変換分光
分析装置では、微量な試料の測定点を明確にするために
励起光及び検出光の焦点が試料のどこに位置するかを確
認する必要がある。そこでそのための光学系として光学
顕微鏡を使用し、その光学顕微鏡に励起光及び検出光の
光源、光学顕微鏡の対物レンズへ励起光及び検出光を導
くための光学系、測定部や検出部（光電変換部）の光学
系等を複雑にシステムアップしているので大型であり、
可搬性に欠けている。このため、光熱変換分光分析装置
を使用して分析を行ったり、化学反応を扱ったりする際
には、場所や操作が限定されるという問題がある。

【００１５】また、上述のような光熱変換分光分析装置
は励起光及び検出光を空間光として試料まで導いている
ので、光源、ミラー、レンズ等の光学系の各部品を堅固
な定盤の上に固定することによって、それらが測定中に
動くことを防止する必要がある。さらに、温度等の環境
の変化によって励起光及び検出光の光軸がずれた場合
に、そのずれを調整するための治具が必要である。これ
らも、光熱変換分光分析装置が大型化して、可搬性を欠
く原因になっている。

【００１６】また、光熱変換分光分析方法を用いるマイ
クロ化学システムにおいては、多くの場合に励起光の焦
点位置が検出光の焦点位置と異なっていることが必要と
なる。図４は、励起光の光軸方向（Ｚ方向）における熱
レンズの形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、
（ａ）は対物レンズが色収差をもつ場合を示し、（ｂ）
は対物レンズが色収差を持たない場合を示す。

【００１７】対物レンズ１３０が色収差を持つ場合は、
図４（ａ）に示すように、励起光の焦点位置１３２に熱
レンズ１３１が形成されると共に、検出光の焦点位置１
３３はΔＬだけ励起光の焦点位置１３２からずれるの
で、この検出光により熱レンズ１３１の屈折率の変化を
検出光の焦点距離の変化として検出することができる。
一方、対物レンズ１３０が色収差を有さない場合は、図
４（ｂ）に示すように、検出光の焦点位置１３３は、励
起光の焦点位置１３２に形成される熱レンズ１３１の位
置とほぼ一致する。この結果、検出光の光路には熱レン
ズ１３１による変化がなく、熱レンズ１３１の屈折率の
変化が検出できない。

【００１８】しかしながら、顕微鏡の対物レンズは、通
常、色収差をもたないように製造されているので、上記
の理由により、検出光の焦点位置１３３は、励起光の焦
点位置１３２に形成される熱レンズ１３１の位置とほぼ
一致する（図４（ｂ））。したがって、上記のように熱
レンズ１３１の屈折率の変化は検出できない。このため
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、測定の度に、熱レ
ンズ１３１が形成される試料の位置を、検出光の焦点位
置１３３からずらしたり、図６に示すように、不図示の
レンズを用いて検出光を若干に発散させ又は集光させて
から対物レンズ１３０に入射させることによって検出光
の焦点位置１３３を熱レンズ１３１からずらしたりしな
ければならず、ユーザの作業効率が悪いという問題があ
る。

【００１９】本発明の目的は、ユーザーの作業効率を向
上できるとともに小型のマイクロ化学システムを提供す
ることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のマイクロ化学システムは、励起光を
出力する励起光光源と、検出光を出力する検出光光源
と、前記励起光及び前記検出光を合わせて導く誘導光学
系と、該誘導光学系によって導かれた前記励起光及び前
記検出光を試料に照射する照射レンズと、前記励起光の
照射を受けた試料によって生成される熱レンズを透過し
た前記検出光を検出する検出手段とを備えるマイクロ化
学システムにおいて、試料に照射された前記励起光及び
前記検出光の焦点位置確認手段を備え、該焦点位置確認
手段は前記誘導光学系に前記照射レンズを含た光学系と
は別の光学系を構成することを特徴とする。

【００２１】請求項１記載のマイクロ化学システムによ
れば、焦点位置確認手段が誘導光学系に照射レンズを含
めた光学系とは別の光学系を構成するので、励起光系を
最適化できるとともに誘導光学系に前記照射レンズを含
めた光学系を操作することなく速やかに励起光及び検出
光の焦点位置を確認できるうえ、焦点位置が所望の位置
にないときは焦点位置を確認しながら誘導光学系に照射
レンズを含めた光学系を操作して焦点位置を調整でき、
もってユーザーの作業効率を向上できるとともにマイク
ロ化学システムを小型化できる。

【００２２】請求項２記載のマイクロ化学システムは、
請求項１記載のマイクロ化学システムにおいて、前記検
出手段が検出光を検出する際に位置する検出位置に前記
検出手段と入れ替えて前記焦点位置確認手段を配置させ
る第１の配置機構を備えることを特徴とする。

【００２３】請求項２記載のマイクロ化学システムによ
れば、第１の配置機構によって焦点位置確認手段は検出
位置に検出手段と入れ替えることができるので、焦点位
置の確認が正確にできるとともに、焦点位置確認手段及
び検出手段双方の光学系を単純化でき、もってマイクロ
化学システムを小型化できる。

【００２４】請求項３記載のマイクロ化学システムは、
請求項１記載のマイクロ化学システムにおいて、前記照
射レンズが前記励起光及び前記検出光を試料に照射する
際に位置する照射位置に前記照射レンズと入れ替えて前
記焦点位置確認手段を配置させる第２の配置機構を備え
ることを特徴とする。

【００２５】請求項３記載のマイクロ化学システムによ
れば、第２の配置機構によって焦点位置確認手段は照射
位置に照射レンズと入れ替えることができるので、励起
光及び検出光の焦点が試料のどの部分に照射されている
かを確認できるとともに、焦点位置確認手段の光学系及
び照射レンズを含む誘導光学系を単純化でき、もってマ
イクロ化学システムを小型化できる。

【００２６】請求項４記載のマイクロ化学システムは、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ化学シ
ステムにおいて、前記焦点位置確認手段は前記励起光及
び前記検出光の焦点位置を確認するための対物レンズを
通過した光を反射光学系によって誘導するＬ字型顕微鏡
であることを特徴とする。

【００２７】請求項４記載のマイクロ化学システムによ
れば、焦点位置確認手段は対物レンズを通過した光を反
射光学系によって誘導するので、試料の下方向から焦点
位置を確認する場合であっても試料の下方に大きな空間
を必要とせず、装置をさらに小型化できる。

【００２８】請求項５記載のマイクロ化学システムは、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロ化学シ
ステムにおいて、前記誘導光学系は光ファイバーである
ことを特徴とする。

【００２９】請求項５記載のマイクロ化学システムによ
れば、誘導光学系に光ファイバーが使用されているの
で、誘導光学系で合わされた励起光と検出光は常に同軸
になる。このため、励起光の光軸と検出光の光軸とを調
整する必要がなく、ユーザーの作業効率を向上できる。
また、光軸を調整する装置が不用なのでマイクロ化学シ
ステムをより一層に小型化できる。

【００３０】請求項６記載のマイクロ化学システムは、
請求項５記載のマイクロ化学システムにおいて、前記照
射レンズは前記光ファイバーの端部に固定されたことを
特徴とする。

【００３１】請求項６記載のマイクロ化学システムによ
れば、照射レンズは励起光及び検出光を伝搬する光ファ
イバーの端部に固定されているので、励起光、検出光、
及び照射レンズの全ての光軸が固定される。したがっ
て、光軸の調整が不要であり、ユーザ上の作業効率がよ
り向上する。また、光軸調整用の治具等が不用であるの
で、マイクロ化学システムを一層に小型化できる。

【００３２】請求項７記載のマイクロ化学システムは、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロ化学シ
ステムにおいて、前記誘導光学系は光導波路であること
を特徴とする。

【００３３】請求項７記載のマイクロ化学システムによ
れば、励起光及び検出光を照射レンズに導く誘導光学系
に光導波路が使用されているので、誘導光学系で合わさ
れた励起光と検出光は常に同軸となる。このため、励起
光と検出光との光軸を調整する必要がなく、ユーザーの
作業効率をさらに向上できる。また、光軸を調整する装
置が不用なのでマイクロ化学システムをますます小型化
できる。

【００３４】請求項８記載のマイクロ化学システムは、
請求項７記載のマイクロ化学システムにおいて、前記照
射レンズは前記光導波路の端部に固定されたことを特徴
とする。

【００３５】請求項８記載のマイクロ化学システムによ
れば、照射レンズが励起光及び検出光を伝搬する光導波
路の端部に固定されているので、励起光、検出光、及び
照射レンズの全ての光軸が固定される。したがって、光
軸の調整が不要であり、ユーザーの作業効率がより向上
する。また、光軸調整用の治具等が不用であるので、マ
イクロ化学システムを一層小型化できる。

【００３６】請求項９記載のマイクロ化学システムは、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロ化学シ
ステムにおいて、前記検出光の周波数と前記励起光の周
波数とは異なり、前記照射レンズは色収差を有するレン
ズであることを特徴とする。

【００３７】請求項９記載のマイクロ化学システムによ
れば、検出光の周波数と励起光の周波数とは異なり、照
射レンズは色収差を有するレンズであるので、外部の光
学系を用いることなく励起光と検出光の焦点位置をずら
せることができ、これにより、マイクロ化学システムを
さらに小型化できる。

【００３８】請求項１０記載のマイクロ化学システム
は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロ化
学システムにおいて、前記照射レンズは屈折率分布型レ
ンズであることを特徴とする。

【００３９】請求項１０記載のマイクロ化学システムに
よれば、照射レンズは屈折率分布型レンズであるので、
照射レンズを小型にできる。これによってマイクロ化学
システム自体をますます小型化できる。

【００４０】請求項１１記載のマイクロ化学システム
は、請求項１０記載のマイクロ化学システムにおいて、
前記屈折率分布型レンズがロッドレンズであることを特
徴とする。

【００４１】請求項１１記載のマイクロ化学システムに
よれば、屈折率分布型レンズがロッドレンズであるの
で、光ファイバー又は光導波路の光軸とロッドレンズの
光軸とを容易に合わせることができるとともに保持が容
易である。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
マイクロ化学システムを図面を参照しながら詳細に説明
する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。

【００４３】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
マイクロ化学システムの概略構成を示す概略図である。

【００４４】図１において、先端にレンズを取り付けた
光ファイバー１０（以下レンズ付き光ファイバー１０）
は、励起光及び検出光をシングルモードで伝搬する光フ
ァイバー１０２、屈折率分布型ロッドレンズ１０１、光
ファイバー１０２の外径を屈折率分布型ロッドレンズ１
０１の外径と同一にするためのフエルール１０３を有し
ている。屈折率分布型ロッドレンズ１０１と光ファイバ
ー１０２とはチューブ１０４によって固定されている。
光ファイバー１０２と屈折率分布型ロッドレンズ１０１
とは密着させてもよいし、両者の間に隙間を設けてもよ
い。

【００４５】屈折率分布型のロッドレンズ１０１は、中
心から周辺に向かって屈折率が連続的に変化する円柱状
の透明なレンズであり、中心軸から半径方向でｒの距離
の位置における屈折率ｎ（ｒ）が、軸上屈折率をｎ₀、
２乗分布定数をｇとして、近似的にｒに関する２次方程
式ｎ（ｒ）＝ｎ₀｛１−（ｇ²／２）・ｒ²｝で表される集束性光伝送体として知られている。

【００４６】ロッドレンズ１０１は、その長さｚ₀を０
＜ｚ₀＜π／２ｇの範囲内で選ぶとき、その結像性は、
通常の凸レンズと同じであり、平行入射光線によって出
射端面よりＳ₀＝ｃｏｔ（ｇｚ₀）／ｎ₀ｇの位置に焦点が作られる。

【００４７】このようなロッドレンズ１０１は、例えば
以下のような方法によって製造される。

【００４８】即ち、モル百分率でＳｉＯ₂：５７〜６３
％、Ｂ₂０₃：１７〜２３％、Ｎａ₂０：５〜１７％、Ｔ
１₂Ｏ：３〜１５％を主成分とするガラスでロッドを形
成した後、このガラスロッドを硝酸カリウム塩等のイオ
ン交換媒体中で処理し、ガラス中のタリウムイオン及び
ナトリウムイオンとイオン交換媒体中のカリウムイオン
とをイオン交換する。これにより、ガラスロッドの中心
から周縁に向けて屈折率が連続的に低減する屈折率分布
型ロッドレンズを得られる。

【００４９】屈折率分布型ロッドレンズ１０１はその形
状が円柱状であり、底面が平面であるので、光ファイバ
ー端面に容易に取り付けられるとともに、レンズの光軸
を光ファイバーの光軸に対して容易に合わせることがで
きる。また、円柱状であるので、屈折率分布型ロッドレ
ンズ１０１を光ファイバーに取り付ける際に治具を用い
る場合はレンズ１０１の保持が容易である。

【００５０】光ファイバーをシングルモードとしたの
は、光熱変換分光分析方法を利用して試料中の微量な溶
質を検出する場合、励起光をできるだけ小さく絞り、光
熱変換に利用されるエネルギーを高くするととともに、
励起光によって生成する熱レンズが収差の少ないレンズ
になることが望ましいからである。

【００５１】熱レンズを生成させるために用いる励起光
はガウス分布を有していることが望ましい。これは、シ
ングルモードの光ファイバーから出射される光は常にガ
ウス分布になるが、ガウス分布を有する励起光は、その
焦点を小さくするのに適しているからである。また、励
起光によって生成された熱レンズが小さい場合に、この
熱レンズを透過する検出光をできるだけ多くするために
は、検出光もできる限り小さく絞ることが望ましい。こ
のためにも、光ファイバーは励起光及び検出光をシング
ルモードで伝搬するものが好ましい。

【００５２】なお、光ファイバーは励起光及び検出光を
透過させるものであればどのようなものでも使用できる
が、マルチモード光ファイバーを使用した場合は、出射
光がガウス分布にならない上に、光ファイバーの曲がり
具合等の種々の条件によって出射パターンが変化するの
で、必ずしも安定な出射光が得られない。このため、微
量な溶質の測定が困難になるとともに測定値が安定しな
い場合がある。したがって、上述のように光ファイバー
はシングルモードのものが好ましい。

【００５３】レンズ付き光ファイバー１０は、励起光の
焦点位置に対して検出光の焦点位置が僅かにΔＬだけず
れるように設定されている。

【００５４】共焦点長（ｎｍ）をＩｃとすると、Ｉｃ
は、Ｉｃ＝π・（ｄ／２）²／λ₁で計算される。ここ
で、ｄはｄ＝１．２２×λ₁／ＮＡで計算されるエアリ
ーディスクであり、λ₁は励起光の波長（ｎｍ）、ＮＡ
は照射レンズの開口数である。光ファイバーを用いる場
合は、光ファイバーの出射光の開口数が小さいため、大
きな開口数を有する照射レンズを用いるときは光ファイ
バーの開口数を用いて計算する必要がある。

【００５５】上記ΔＬの値は、測定する試料の厚みによ
って変化する。共焦点長より薄い試料を測定する場合
は、上記ΔＬの値は、ΔＬ＝√３・Ｉｃであることが最
も好ましい。

【００５６】このΔＬの値は、検出光の焦点位置と励起
光の焦点位置との差を表しているので、検出光の焦点距
離が励起光の焦点距離よりも長い場合も短い場合も同じ
結果になる。

【００５７】光ファイバーの他方端には、励起光用光源
１０５、検出光用光源１０６、励起光を変調するための
変調器１０７、光ファイバーに入射させた励起光と検出
光とを合波するための２波長合波素子１０８が配設され
ている。励起光と検出光とは、２波長合波素子１０８を
用いずにダイクロイックミラー等を用いて光ファイバー
の外部で同軸にしてから光ファイバー１０２に入射させ
てもよい。

【００５８】検出するための試料を流す流路付き板状部
材２０は、３層に重ねられると共に互いに接着されたガ
ラス基板２０１、２０２、２０３から成り、ガラス基板
２０２には混合、攪拌、合成、分離、抽出、検出等に用
いられる流路２０４が形成されている。

【００５９】この流路付き板状部材２０の材料は耐久
性、耐薬品性の面からガラスが望ましく、細胞等の生体
試料、例えばＤＮＡ解析用としての用途を考慮すると、
耐酸性、耐アルカリ性の高いガラス、具体的には、硼珪
酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラ
ス、石英ガラス等が好ましい。しかし、用途を限定する
ことによってプラスチック等の有機物を用いることがで
きる。

【００６０】ガラス基板２０１、２０２、２０３同士を
接着させる接着剤には、例えば、紫外線硬化型、熱硬化
型、２液硬化型のアクリル系、エポキシ系の有機接着
剤、及び無機接着剤等がある。また、熱融着によってガ
ラス基板２０１〜２０３同士を融着させてもよい。

【００６１】レンズ付き光ファイバー１０は、流路付き
板状部材２０の流路２０４に面して位置するように治具
３０にて固定されている。

【００６２】流路２０４に面する位置において、レンズ
付き光ファイバー１０に対向する位置には、流路２０４
を透過した検出光を流路２０４の下方の検出位置で検出
するための光電変換器４０１、励起光と検出光とを分離
して検出光のみを選択的に透過させる波長フィルタ４０
２が配設されている。光電変換器４０１よりも検出光の
光路の上流位置に、検出光の一部のみを選択的に透過さ
せるためのピンホールを配置してもよい。光電変換器４
０１から得られた信号は、励起光を変調するために用い
られた変調器１０７と同期させるためにロックインアン
プ４０３に送られ、その後コンピューター４０４で解析
される。

【００６３】光電変換器４０１及び波長フィルタ４０２
は配置機構６０（第１の配置機構）によって矢印Ａ方向
に往復動できる。配置機構６０は矢印Ａ方向に延びるレ
ール６０１とこのレール６０１の上を移動可能な移動ス
テージ６０２とを備えている。移動ステージ６０２には
上記の光電変換器４０１及び波長フィルタ４０２を支持
する支柱６０４と後述するＬ字型顕微鏡５０を支持する
支柱６０３との下端部が固定されている。

【００６４】支柱６０３に支持されたＬ字型顕微鏡５０
は、対物レンズ５０１とこの対物レンズ５０１から入射
した光の方向を９０°変えるためのミラー５０２、鏡筒
５０３、この鏡筒５０３を介してミラー５０２とは反対
側に配設されたＣＣＤカメラ５０４を備え、このＣＣＤ
カメラ５０４にはＣＣＤカメラ５０４に結像された像を
表示するためのモニター５０５が接続されている。

【００６５】対物レンズ５０１の光軸は、対物レンズ５
０１が上記検出位置に位置するときに流路２０４を透過
する検出光の光路の方向に一致する。

【００６６】レンズ付き光ファイバー１０より照射され
た励起光及び検出光の焦点が、流路２０４のどの部分に
位置しているかを確認する際には、光電変換器４０１の
検出位置にＬ字型顕微鏡５０を移動させ、流路２０４を
拡大してモニター５０５に表示させ、焦点がどこに位置
しているかを確認すればよい。尚、ミラー５０２の代わ
りにプリズムを用いてもよい。

【００６７】このようにＬ字型顕微鏡５０と光電変換器
４０１を入れ換える機構は上記のように構造が簡単で小
型化しやすく、また位置再現性を高くすることも容易な
ため、ミラーやプリズム等の光学系を用いて光を顕微鏡
及び光電変換器に振り分ける構造よりも小型化及び測定
の安定性向上に適している。

【００６８】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ
化学システムによれば、流路ならびに励起光及び検出光
の焦点位置を確認する光学系に、励起光及び検出光を照
射するレンズと異なる光学系を用いたことによって、照
射光学系ならびに確認光学系に最適な光学系を採用する
ことが可能となり、装置の小型化とともにユーザーの作
業効率が向上する。

【００６９】流路２０４並びに励起光及び検出光の焦点
位置を確認するために用いられるＬ字型顕微鏡５０はそ
のＬ字型の形状によって、流路付き板状部材２０の下部
から確認する場合においても、流路付き板状部材２０の
下側に大きな空間を必要とせず、マイクロ化学システム
を小型化することができる。

【００７０】ロッドレンズ１０１は、励起光及び検出光
を伝搬する光ファイバー１０２の先端に取り付けられて
いるので、測定毎に励起光と検出光との光軸及びロッド
レンズ１０１の光軸を調整する必要が無い上に、光軸を
合わせるための治具及び堅固な定盤が不要であり、もっ
て、マイクロ化学システムを小型化できる。また、測定
に用いる溝のディメンジョンに適した色収差量を有する
屈折率分布型ロッドレンズ１０１を使用することによ
り、高感度な測定が可能になる。

【００７１】ロッドレンズ１０１の励起光の焦点位置
は、流路付き板状部材２０の流路２０４の中に位置する
必要がある。ロッドレンズ１０１は流路付き板状部材２
０に接触している必要はないが、接触している場合は板
状部材２０の上部ガラス板２０１の厚みでロッドレンズ
１０１の焦点距離を調整できる。上部ガラス板２０１の
厚みが足りない場合は、ロッドレンズ１０１と上部ガラ
ス板２０１との間に焦点距離を調整するためのスペーサ
ーを入れてもよい。これらの場合は焦点距離の調整も不
要となるため、マイクロ化学システムをさらに小型化で
きる。

【００７２】光ファイバーの先端を球形等に加工してレ
ンズにした場合、光ファイバーの先端にレンズを取り付
けなくても励起光及び検出光を絞ることが可能である
が、この場合、色収差がほとんどないために励起光と検
出光の焦点位置がほぼ同じになる。このため、熱レンズ
の信号がほとんど検出されないという問題がある。ま
た、光ファイバー先端の加工によるレンズは収差が大き
いので、励起光ならびに検出光の焦点が大きいという問
題もある。したがって、本実施の形態では光ファイバー
１０２の先端にロッドレンズ１０１が取り付けられてい
る。

【００７３】図２は、本発明の第２の実施の形態に係る
マイクロ化学システムの概略構成を示す概略図である。

【００７４】図２において、第２の実施の形態に係るマ
イクロ化学システムは、第１の実施の形態に係るマイク
ロ化学システムと同じ構成部材には同一の符合を付して
説明を省略する。第２の実施の形態では、励起光と検出
光とを同軸で照射レンズ１０１まで導く誘導光学系とし
て光ファイバーの代わりに光導波路を用いる点、流路２
０４ならびに励起光及び検出光の焦点位置を確認するＬ
字型頭微鏡５０が流路付き板状部材２０の上方に配置さ
れ、焦点位置の確認の際はレンズ付き光ファイバー１０
と入れ替わる点で第１の実施の形態に係るマイクロ化学
システムとは異なっている。

【００７５】図２において、励起光及び検出光をシング
ルモードで伝搬する光導波路１２０は、基板７０の上に
形成されている。光導波路１２０を形成する方法はどの
ような方法でもよいが、例えば、火炎加水分解法があ
る。火炎加水分解法では、例えば四塩化シリコンと四塩
化ゲルマニウムの火炎加水分解により基板７０の表面に
下クラッド用及びコア用の２層のガラス微粒子層を堆積
させ、高温加熱により微粒子層を透明ガラス層に改質す
る。次いで、フォトリングラフィ及び反応性エッチング
により回路パターンを有するコア部を形成する。この
後、上クラッドを四塩化シリコンの火炎加水分解により
形成する。この方法で光導波路を形成した例としては、
例えばＪ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈ．Ｖ０１．１
７（５）７７１（１９９９）の文献がある。上記におい
て、基板７０とコア部分の屈折率が適当な値を有してい
る場合は、下クラッドを形成させなくてもよい。

【００７６】光導波路１２０の一方の先端は、プリズム
１２１に向けられている。光導波路１２０の先端は、プ
リズム１２１に接触させても良い。光導波路１２０の先
端からプリズム１２１に入射した励起光及び検出光は、
プリズム１２１の内部において、図２の下向きに進行方
向を変えられる。進行方向を変えられた励起光及び検出
光がプリズム１２１から出射する面には、屈折率分布型
ロッドレンズ１０１の端面が接触している。励起光の焦
点距離を調整するため、プリズム１２１とロッドレンズ
１０１とを離して設置しても良い。ロッドレンズ１０１
の端面は、板状部材２０１の表面と同一の面であっても
よい。

【００７７】基板７０には、流路２０４並びに励起光及
び検出光の焦点位置を確認するためのＬ字型顕微鏡５０
が設置されている。配置機構８０（第２の配置機構）に
よって基板７０を動かすことで、ロッドレンズ１０１と
Ｌ字型顕微鏡５０とを入れ換えることができる。

【００７８】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ
化学システムによれば、流路ならびに励起光及び検出光
の焦点位置を確認する光学系に、励起光及び検出光を照
射するレンズと異なる光学系を用いたことによって、照
射光学系ならびに確認のための光学系に最適な光学系を
採用することが可能になり、装置の小型化とともにユー
ザーの作業効率が向上する。

【００７９】ロッドレンズ１０１は、励起光及び検出光
を伝搬する光導波路１２０の先端に取り付けられている
ので、測定毎に励起光と検出光との光軸及びロッドレン
ズ１０１の光軸を調整する必要が無い上に、光軸を合わ
せるための治具及び堅固な定盤が不用であり、もって、
マイクロ化学システムを小型化できる。また、測定する
ために用いる溝のディメンジョンに適した色収差量を有
する屈折率分布型ロッドレンズ１０１を使用すること
で、高感度な測定が可能となる。

【００８０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１記
載のマイクロ化学システムによれば、焦点位置確認手段
が誘導光学系に照射レンズを含めた光学系とは別の光学
系を構成するので、両光学系を最適化できるとともに誘
導光学系に前記照射レンズを含めた光学系を操作するこ
となく速やかに励起光及び検出光の焦点位置を確認でき
るうえ、焦点位置が所望の位置にないときは焦点位置を
確認しながら誘導光学系に照射レンズを含めた光学系を
操作して焦点位置を調整でき、もってユーザーの作業効
率を向上できるとともにマイクロ化学システムを小型化
できる。

【００８１】請求項２記載のマイクロ化学システムによ
れば、第１の配置機構によって焦点位置確認手段は検出
位置に検出手段と入れ替えることができるので、焦点位
置の確認が正確にできるとともに、焦点位置確認手段及
び検出手段双方の光学系を単純化でき、もってマイクロ
化学システムを小型化できる。

【００８２】請求項３記載のマイクロ化学システムによ
れば、第２の配置機構によって焦点位置確認手段は照射
位置に照射レンズと入れ替えることができるので、励起
光及び検出光の焦点が試料のどの部分に照射されている
かを確認できるとともに、焦点位置確認手段の光学系及
び照射レンズを含む誘導光学系を単純化でき、もってマ
イクロ化学システムを小型化できる。

【００８３】請求項４記載のマイクロ化学システムによ
れば、焦点位置確認手段は対物レンズを通過した光を反
射光学系によって誘導するので、試料の下方向から焦点
位置を確認する場合であっても試料の下方に大きな空間
を必要とせず、装置をさらに小型化できる。

【００８４】請求項５記載のマイクロ化学システムによ
れば、誘導光学系に光ファイバーが使用されているの
で、誘導光学系で合わされた励起光と検出光は常に同軸
になる。このため、励起光の光軸と検出光の光軸とを調
整する必要がなく、ユーザーの作業効率を向上できる。
また、光軸を調整する装置が不用なのでマイクロ化学シ
ステムをより一層に小型化できる。

【００８５】請求項６記載のマイクロ化学システムによ
れば、照射レンズは励起光及び検出光を伝搬する光ファ
イバーの端部に固定されているので、励起光、検出光、
及び照射レンズの全ての光軸が固定される。したがっ
て、光軸の調整が不要であり、ユーザ上の作業効率がよ
り向上する。また、光軸調整用の治具等が不用であるの
で、マイクロ化学システムを一層に小型化できる。

【００８６】請求項７記載のマイクロ化学システムによ
れば、励起光及び検出光を照射レンズに導く誘導光学系
に光導波路が使用されているので、誘導光学系で合わさ
れた励起光と検出光は常に同軸となる。このため、励起
光と検出光との光軸を調整する必要がなく、ユーザーの
作業効率をさらに向上できる。また、光軸を調整する装
置が不用なのでマイクロ化学システムをますます小型化
できる。

【００８７】請求項８記載のマイクロ化学システムによ
れば、照射レンズが励起光及び検出光を伝搬する光導波
路の端部に固定されているので、励起光、検出光、及び
照射レンズの全ての光軸が固定される。したがって、光
軸の調整が不要であり、ユーザーの作業効率がより向上
する。また、光軸調整用の治具等が不用であるので、マ
イクロ化学システムを一層小型化できる。

【００８８】請求項９記載のマイクロ化学システムによ
れば、検出光の周波数と励起光の周波数とは異なり、照
射レンズは色収差を有するレンズであるので、外部の光
学系を用いることなく励起光と検出光の焦点位置をずら
せることができ、これにより、マイクロ化学システムを
さらに小型化できる。

【００８９】請求項１０記載のマイクロ化学システムに
よれば、照射レンズは屈折率分布型レンズであるので、
照射レンズを小型にできる。これによってマイクロ化学
システム自体をますます小型化できる。

【００９０】請求項１１記載のマイクロ化学システムに
よれば、屈折率分布型レンズがロッドレンズであるの
で、光ファイバー又は光導波路の光軸とロッドレンズの
光軸とを容易に合わせることができるとともに保持が容
易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施あ形態に係るマイクロ化学
システムの概略構成を示す概略図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ化学
システムの概略構成を示す概略図である。

【図３】熱レンズの原理の説明図である。

【図４】励起光の光軸（Ｚ軸方向）に関する熱レンズの
形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）
は、対物レンズが色収差をもつ場合を示し、（ｂ）は、
対物レンズが色収差をもたない場合を示す。

【図５】励起光の光軸（Ｚ軸方向）に関する熱レンズの
形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）
は、熱レンズが検出光の焦点位置よりも対物レンズ側に
形成する場合、（ｂ）は、熱レンズが検出光の焦点位置
よりも遠方側に形成する場合を示す。

【図６】従来の光熱変換分析装置における熱レンズの屈
折率の変化を検出する方法の説明図であり、検出光を光
路の途中に凹レンズを入れて発散光とし、励起光の焦点
距離位置よりも遠方に焦点位置がくるようにした場合を
示す。

【符号の説明】

１０光ファイバー２０流路付き板状部材３０治具５０Ｌ字型顕微鏡６０配置機構７０基板８０配置機構１０１屈折率分布型ロッドレンズ１０２光ファイバー１０３フエルール１０４チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部明彦大阪府大阪市中央区北浜四丁目７番28号日本板硝子株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA19 CC00 DD02 DD06 FF04 HH13 HH15 JJ03 JJ09 JJ26 LL02 LL08 LL12 LL20 PP01 PP24 SS02 SS13 2G040 AA02 AB07 CA12 CA23 ZA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光を出力する励起光光源と、検出光
を出力する検出光光源と、前記励起光及び前記検出光を
合わせて導く誘導光学系と、該誘導光学系によって導か
れた前記励起光及び前記検出光を試料に照射する照射レ
ンズと、前記励起光の照射を受けた試料によって生成さ
れる熱レンズを透過した前記検出光を検出する検出手段
とを備えるマイクロ化学システムにおいて、試料に照射された前記励起光及び前記検出光の焦点位置
を確認するための焦点位置確認手段を備え、該焦点位置
確認手段は前記誘導光学系に前記照射レンズを含た光学
系とは別の光学系を構成することを特徴とするマイクロ
化学システム。
【請求項２】前記検出手段が検出光を検出する際に位
置する検出位置に前記検出手段と入れ替えて前記焦点位
置確認手段を配置させる第１の配置機構を備えることを
特徴とする請求項１記載のマイクロ化学システム。
【請求項３】前記照射レンズが前記励起光及び前記検
出光を試料に照射する際に位置する照射位置に前記照射
レンズと入れ替えて前記焦点位置確認手段を配置させる
第２の配置機構を備えることを特徴とする請求項１記載
のマイクロ化学システム。
【請求項４】前記焦点位置確認手段は前記励起光及び
前記検出光の焦点位置を確認するための対物レンズを通
過した光を反射光学系によって誘導するＬ字型顕微鏡で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に
記載のマイクロ化学システム。
【請求項５】前記誘導光学系は光ファイバーであるこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
マイクロ化学システム。
【請求項６】前記照射レンズは前記光ファイバーの端
部に固定されたことを特徴とする請求項５記載のマイク
ロ化学システム。
【請求項７】前記誘導光学系は光導波路であることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイ
クロ化学システム。
【請求項８】前記照射レンズは前記光導波路の端部に
固定されたことを特徴とする請求項７記載のマイクロ化
学システム。
【請求項９】前記検出光の周波数と前記励起光の周波
数とは異なり、前記照射レンズは色収差を有するレンズ
であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項
に記載のマイクロ化学システム。
【請求項１０】前記照射レンズは屈折率分布型レンズ
であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項
に記載のマイクロ化学システム。
【請求項１１】前記屈折率分布型レンズはロッドレン
ズであることを特徴とする請求項１０記載のマイクロ化
学システム。