JP2005345378A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で、試料への光の照射により変化の生じた微弱な蛍光等の有無を簡便に表示可能で、かつ安価な光検出装置を提供すること。
【解決手段】 マイクロプレートリーダ１は、励起光１０を各被測定対象領域４へ供給する１つの発光部５と、各被測定対象領域４から出射される蛍光１１を受ける１つの受光部６とを備え、発光部５と受光部６は同一のガラス製の導光体３０の先端部３０ａに形成された反射面７上の同一位置にある。発光部５と受光部６を複数の被測定対象領域４内で走査するＸＹステージ２０を備える。また、マイクロプレートリーダ１は、各被測定対象領域４から出射される蛍光１１が検出されると、視認可能な光量の可視光１２を放射する表示部８を備え、この可視光１２によって蛍光１１が有ることを表示する。表示部８は、発光部５及び受光部６に対して複数の被測定対象領域４とは反対側でかつ発光部５及び受光部６に近接した位置に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸収（吸光）や蛍光等、試料への光の照射により変化の生じた微弱な光を検出し、検出した蛍光等の有無を表示する光検出装置に関する。

従来、励起光等を被測定対象物である試料に照射して、試料からの励起発光や蛍光を検出し、或いは試料からの反射光／散乱光を検出して吸収（吸光）等の変化を検出し、試料の定性分析や定量分析を行うのに用いる光検出装置として、蛍光顕微鏡やマイクロプレートリーダ等がある。

このような光検出装置として、試料をマイクロプレートに形成された複数のウェルに収容して、各ウェル内の試料を被測定対象領域とし、マイクロプレート全体に特定波長の励起光を照射し、各試料からの蛍光等をイメージとして捉え、マイクロプレート全体を一括して画像処理して表示するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この光検出装置では、蛍光顕微鏡光学系の観察位置に、複数のウェル内に試料が収容されたマイクロプレート（ウェルプレート）全体を撮像する集積冷却ＣＣＤカメラが配置され、このＣＣＤカメラで撮像したマイクロププレート全体の画像データをコンピュータに取り込んでディスプレイで表示させる。また、この光検出装置は、例えば大きな検査室のような場所で、決められたマイクロプレートに対して大量に測定するような場合を前提としている。
特表２００１−５０５６５４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術では、測定系全体が複雑で大型となるとともに、マイクロプレート全体の画像データをコンピュータにより画像処理した上で、各試料からの蛍光等の有無をディスプレイ上にしか表示させることができない。そのため、この従来技術では、持ち運びが容易な可搬型の光検出装置を作るのが甚だ困難であり、マイクロプレート上の試料を目視しながら、各試料からの蛍光等の有無を表示するのが難しく、そして、価格も非常に高価であった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものである。その目的は、小型で、試料への光の照射により変化の生じた微弱な蛍光等の有無を簡便に表示可能で、かつ安価な光検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、被測定対象物がそれぞれ収容された複数の被測定対象領域の各々に励起光を照射し、各被測定対象領域から出射される被検出光を検出する光検出装置において、前記励起光を前記各被測定対象領域へ供給する発光部と前記被検出光を受ける受光部とが前記被測定対象領域の大きさよりも小さい距離に近接して配置され、前記発光部及び前記受光部を前記複数の被測定対象領域内で、前記複数の被測定対象領域に対して相対的に走査する走査手段と、前記各被測定対象領域から出射される被検出光が検出されると、視認可能な光を放射する表示部とを備え、前記表示部を、前記発光部及び前記受光部に対して前記被測定対象領域とは反対側でかつ前記発光部及び前記受光部に近接した位置に配置したことを要旨とする。

これによれば、被測定対象領域の大きさよりも小さい距離に近接して配置された発光部及び受光部を、走査手段により複数の被測定対象領域内で、複数の被測定対象領域に対して相対的に走査することにより、各被測定対象領域に発光部から励起光を順に供給し、各被測定対象領域からの被検出光を受光部を介して検出することができる。また、各被測定対象領域から出射される被検出光が検出されると、表示部から視認可能な光が発光部及び受光部に対して被測定対象領域とは反対側へ放射されるので、この視認可能な光により被検出光の有ることを知ることができる。これにより、被検出光の有無を簡便に表示可能である。

また、複数の被測定対象領域に対して、発光部と受光部を設けるだけの構成で良いため、上記従来技術のように、多数のライトガイドの容積が非常に大きくなって装置が非常に大きくなったり、多数のライトガイドを実装するのが困難になるといった不具合の発生が無くなる。このため、小型で、試料への光の照射により変化の生じた微弱な蛍光等の有無を簡便に表示可能で、かつ安価な光検出装置を実現することができる。

なお、ここにいう「発光部」は、励起光を出射する光源と、光源から出射される励起光を反射して各被測定対象領域へ供給する反射部とを含む意味で用いる。また、「受光部」は、各被測定対象領域から出射される被検出光を受光する受光素子と、その被検出光を受光素子へ向けて反射する反射部とを含む意味で用いる。また、「表示部」は、視認可能な光を出射する光源と、その光源から出射される視認可能な光を反射して発光部及び受光部に対して被測定対象領域とは反対側へ放射する反射部とを含む意味で用いる。そして、「被検出光」は、励起光が照射された被測定対象領域から出射される蛍光や励起発光、反射光／散乱光等の光を意味する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光検出装置において、前記発光部及び前記受光部は、ガラス製の光照射用導光体の先端部をその中心軸に対して斜めに研磨した反射面上の反射部でそれぞれ構成され、前記表示部は、ガラス製の表示用導光体の先端部をその中心軸に対して斜めに研磨した反射面上の反射部で構成されており、前記光照射用導光体と前記表示用導光体は、前記視認可能な光が前記表示部から放射される方向と、前記励起光が前記発光部から放射される方向とが互いに逆向きになるように配置されていることを要旨とする。

これによれば、発光部及び受光部は、ガラス製の光照射用導光体の先端部をその中心軸に対して斜めに研磨した反射面上の反射部でそれぞれ構成されているので、その光照射用導光体の先端部に別途光源や受光素子を設ける必要がなく、光照射用導光体に電気配線が不要となる。また、表示部は、ガラス製の表示用導光体の先端部をその中心軸に対して斜めに研磨した反射面上の反射部で構成されているので、その表示用導光体の先端部に別途光源を設ける必要がなく、表示用導光体に電気配線が不要となる。その結果、信頼性が向上し、装置寿命が向上する。また、光照射用導光体と表示用導光体は、視認可能な光が表示部から放射される方向と、蛍光が発光部から放射される方向とが互いに逆向きになるように配置されているので、視認可能な光が各被測定対象領域から出射される被検出光に干渉して被検出光の測定精度が低下するのを抑制することができる。さらに、２つの導光体の先端部を斜めに研磨したことにより、光路が折り返されるため、装置の薄型化が図れる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光検出装置において、前記発光部及び前記受光部は、同一のガラス製の光照射用導光体の先端部に形成された前記反射面上の同一位置にあることを特徴を要旨とする。

これによれば、発光部及び受光部は、同一のガラス製の光照射用導光体の先端部に形成
された反射面上の同一位置にあるので、複数の被測定対象領域に対して１本の光照射用導光体を用い、その光照射用導光体の先端部を研磨して反射面を形成するだけで良い。これにより、被測定対象領域が増えても、光照射用導光体等を増やしたりする必要が無い。そのため、汎用性が高く、安価でコンパクトな光検出装置を実現することができる。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の光検出装置において、前記励起光を発する発光手段と、前記被検出光を検出する受光手段と、前記発光手段からの励起光を前記光照射用導光体内に基端部側から入射させるとともに、前記基端部から出射する前記被検出光を前記受光手段に入射させる光学系と、前記視認可能な光として視認可能な光量の可視光を出射し、前記可視光を前記表示用導光体にその基端部側から入射させる可視光出射手段とを更に備えることを要旨とする。

これによれば、発光手段から発せられて基端部側から光照射用導光体内に導入される励起光は反射面上の発光部を介して各被測定対象領域へ供給されるとともに、各被測定対象領域からの被検出光は反射面上の受光部を介して光照射用導光体内に導入され、光照射用導光体により伝搬され基端部側から出射して受光手段に入射する。このため、各被測定対象領域からの被検出光を高精度に検出することができる。

また、各被測定対象領域から出射される被検出光が検出されると、可視光出射手段は、視認可能な光として視認可能な光量の可視光を出射し、その可視光を表示用導光体にその基端部側から入射させるので、表示用導光体内を伝搬した可視光がその先端部に設けた表示部から放射される。この可視光により被検出光の有ることを知ることができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の光検出装置において、前記光学系は、前記発光手段からの前記励起光を透過させるとともに、前記光照射用導光体の基端部から出射される光のうち、前記励起光とは波長の異なる前記被検出光のみを反射させる分波手段を含むことを要旨とする。

これによれば、波長の異なる励起光と被検出光に対して同じ光学系を用いることができるので、光学系の構成が簡単になり、より安価な光検出装置を実現することができる。
請求項６に係る発明は、請求項２〜５のいずれ１つに記載の光検出装置において、前記複数の被測定対象領域は基板上に１次元或いは２次元に配置されており、前記走査手段は、前記基板を固定とした状態で、前記発光部及び前記受光部を、前記複数の被測定対象領域内で１次元或いは２次元に機械的に走査することを要旨とする。

これによれば、発光部及び受光部を走査手段により複数の被測定対象領域内で１次元或いは２次元に機械的に走査することで、複数の被測定対象領域の各々に励起光を供給し、各被測定対象領域からの被検出光を検出することができる。そのため、汎用性が高く、安価でコンパクトな光検出装置を実現することができる。また、走査手段は、基板を固定とした状態で、発光部及び受光部を機械的に走査するので、各被測定対象領域内の被測定対象物が振動や衝撃等で他の被測定対象領域へ移動したりするのを抑制できる。これにより、測定の信頼性を確保できる。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の光検出装置において、前記走査手段は、前記光照射用導光体及び前記表示用導光体の各基端部側が固定された移動テーブルを含み、前記移動テーブルを、前記複数の被測定対象領域を含むＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成したＸＹステージであることを要旨とする。

これによれば、ＸＹステージにより移動テーブルを、複数の被測定対象領域を含むＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に移動させることにより、発光部及び受光部を複数の被測定対
象領域内で１次元或いは２次元に機械的に走査することができる。

請求項８に係る発明は、請求項３に記載の光検出装置において、前記複数の被測定対象領域は基板上に２次元に配置されており、前記発光部及び前記受光部が先端部に形成された１つの光照射用導光体と前記表示部が先端部に形成された１つの表示用導光体からなる１組の導光体が、前記複数の被測定対象領域の列数と同数組設けられていることを要旨とする。

これによれば、１つの光照射用導光体と１つの表示用導光体からなる１組の導光体が、複数の被測定対象領域の列数と同数組設けられているので、複数の光照射用導光体の各発光部及び受光部を、走査手段により複数の被測定対象領域内で第１行目から最終行まで順に一方向に走査することで、全ての被測定対象領域に対する測定が完了する。これにより、走査手段の構成が簡単になり、コストをさらに低減できるとともに、全ての被測定対象領域に対する測定時間を短縮することができる。

請求項９に係る発明は、請求項４〜８のいずれか１つに記載の光検出装置において、前記被検出光を検出する前記受光手段の出力値が所定の閾値以上と判断されたとき、前記可視光出射手段を動作させて前記視認可能な光量の可視光を出射させる制御手段を更に含むことを要旨とする。

これによれば、各被測定対象領域からの被検出光を検出し、受光手段の出力値が所定の閾値以上と判断されたとき、制御手段により可視光出射手段を動作させて視認可能な光量の可視光が可視光出射手段から出射され、その可視光が表示部から放射されるので、その可視光により被検出光が有ることを作業者が知ることができる。

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の光検出装置において、複数の被測定対象領域の隣接する被測定対象領域間には、前記発光部及び受光部を前記走査手段により測定済みの被測定対象領域から次の被測定対象領域へ移動させる間に、前記可視光出射手段を前記可視光を出射する動作状態から非動作状態へリセットするのに十分な大きさの被測定対象物の無い領域がそれぞれ存在することを要旨とする。

これによれば、発光部及び受光部を走査手段により測定済みの被測定対象領域から次の被測定対象領域へ移動させるまでの間に、発光部及び受光部は被測定対象領域の無い領域を通ることで、受光手段の出力値が閾値未満になり、可視光出射手段を非動作状態に確実にリセットすることができる。これにより、各被測定対象領域において受光手段の出力値が所定の閾値以上となるような被検出光が検出される毎に、可視光出射手段から可視光を出射させることができるので、測定の信頼性が向上する。

以上説明したように、本発明によれば、小型で、試料への光の照射により変化の生じた微弱な蛍光等の有無を簡便に表示可能で、かつ安価な光検出装置を実現できる。

以下、本発明の光検出装置をマイクロプレートリーダに具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
[第１実施形態]
第１実施形態に係るマイクロプレートリーダを図１〜図７に基づいて説明する。

図１は第１実施形態に係るマイクロプレートリーダ１の概略構成を示す斜視図であり、図２はマイクロプレートリーダ１で用いるガラス製の導光体とマイクロプレートの関係を
示す側面図である。

光検出装置としてのマイクロプレートリーダ１は、被測定対象物である試料がそれぞれ収容された複数の被測定対象領域の各々に励起光を照射し、各被測定対象領域から出射される微弱な被検出光を検出し、検出した被検出光の有無を表示する。

マイクロプレートリーダ１は、被検出光として、例えば、試料からの励起発光や蛍光を検出し、或いは試料からの反射光／散乱光を検出する。そして、検出した励起発光や蛍光に基づき、或いは検出した反射光／散乱光から得られる吸収（吸光）等の変化に基づき、試料の定性分析や定量分析を行う。なお、本例では、被検出光は蛍光である。

図１に示すように、試料は、基板としてのマイクロプレート２上に２次元に配置された複数のウェル３にそれぞれ収容される。図１において、符号「４」は、試料が複数のウェル３にそれぞれ収容された複数の被測定対象領域である。

このマイクロプレートリーダ１は、図１及び図２に示すように、励起光１０を各被測定対象領域４へ供給する１つの発光部５と、各被測定対象領域４から出射される被検出光としての蛍光１１を受ける１つの受光部６とを備え、発光部５と受光部６とが１つの被測定対象領域４の大きさよりも小さい距離に近接して配置されている。また、マイクロプレートリーダ１は、発光部５と受光部６を複数の被測定対象領域４内で、複数の被測定対象領域４に対して相対的に走査する走査手段としてのＸＹステージ２０を備える。

また、マイクロプレートリーダ１は、各被測定対象領域４から出射される蛍光１１が検出されると、視認可能な光として視認可能な光量の可視光１２を放射する表示部８を備え、この可視光１２によって蛍光１１が有ることを表示する。表示部８は、発光部５及び受光部６に対して複数の被測定対象領域４とは反対側でかつ発光部５及び受光部６に近接した位置に配置されている。

本例では、発光部５と受光部６は、同一のガラス製の導光体（光照射用導光体）３０の先端部３０ａを斜めに研磨した反射面７上の反射部でそれぞれ構成されている。ガラス製の導光体３０は光ファイバで構成されている。反射面７は、導光体３０の先端部３０ａをコア中心軸（中心軸）３０ｃに対して４５°の角度で斜めに研磨して形成されている（図２参照）。このように、本例では、１組の発光部５及び受光部６が、同一のガラス製の導光体３０の先端部３０ａに形成された反射面７上の同一位置にある。そのため、図２では、符号「５」に括弧書きして符号「６」を記すことで、発光部５及び受光部６が反射面７上の同一位置にあること、つまり同一の反射部であることを示している。

表示部８は、ガラス製の導光体（表示用導光体）３１の先端部３１ａを、そのコア中心軸（中心軸）３１ｃに対して斜めに研磨した反射面９上の反射部で構成されている。その反射面９は、導光体３１の先端部３１ａをコア中心軸３１ｃに対して４５°の角度で斜めに研磨して形成されている（図２参照）。そして、導光体３１は、反射面９上の表示部８から放射される可視光１２の放射方向（図２で上方向）が、導光体３０の反射面７上の発光部５から放射される励起光１０の放射方向（図２で下方向）とは逆向きになるように、導光体３０上に接着剤などで固定されている。

このように本例では、２つの導光体３０，３１はそれぞれ同じ角度で斜めに研磨された反射面７，９を有する同じ構成の光ファイバで構成されている。そして、２つの導光体３０，３１は、表示部８から放射される可視光１２の放射方向と発光部５から放射される励起光１０の放射方向とが互いに逆向きでかつ一致するように、一体化されている。

マイクロプレートリーダ１は、図１及び図３に示すように、励起光１０を発する発光手段としての光源４１と、蛍光１１を検出する受光手段としての検出器４２と、光源４１からの励起光１０を導光体３０内にその基端部３０ｂ側から入射させるとともに、基端部３０ｂから出射する蛍光１１を検出器４２に入射させる光学系５０とを備えている。光源４１は、ヘリウムネオン（ＨｅＮｅ）レーザ等のレーザ光源で構成されている。また、検出器４２は、フォトダイード等の受光素子で構成されている。

光学系５０は、図３に示すように、光源４１からの励起光１０を透過させるとともに、導光体３０の基端部３０ｂから出射される光のうち、励起光１０とは波長の異なる蛍光１１のみを反射させる分波手段としての波長多重素子（ビームスプリッタ）４３を備える。

さらに、光学系５０は、光源４１からの励起光１０を波長多重素子４３を介して導光体３０の基端部３０ｂに結合させる球レンズ４４と、基端部３０ｂから出射されて波長多重素子４３で反射される蛍光１１を検出器４２に集光する集光レンズ４５と、フィルタ４６とを備える。フィルタ４６は、励起光１０が検出器４２に入射しないように励起光１０をカットする。なお、図１では、球レンズ４４と集光レンズ４５の図示を省略してある。

また、マイクロプレートリーダ１は、視認可能な光として視認可能な光量の可視光１２を出射し、導光体３１にその基端部３１ｂ側から入射させる可視光出射手段としての発光素子４７を更に備える。この発光素子４７はＬＥＤで構成されている。発光素子４７と導光体３１の基端部３１ｂとの間には、発光素子４７が動作状態になって出射される可視光１２を透過させるとともに、蛍光１１等、可視光１２以外の波長の光を遮断する被検出光カット用のフィルタ４８が配置されている。これにより、蛍光１１等、可視光１２以外の波長の光がフィルタ４８によりカットされて発光素子４７へ入射しないようになっている。

次に、光源４１の駆動回路及び発光素子４７の発光制御回路を含む電気的構成について、図４を参照して説明する。
マイクロプレートリーダ１は、発振器５１と、この発振器５１を駆動制御して光源４１から励起光１０を出射させるＣＰＵ５２と、検出器４２の出力信号を増幅する増幅器５３と、検出器４２の出力信号（電流信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５４とを備える。

ＣＰＵ５２は、検出器４２の出力信号の大きさ（検出器４２の出力値）に応じて発光素子４７の発光、非発光を制御するデジタル信号を出力する。例えば、ＣＰＵ５２は、増幅器５３で増幅された検出器４２の出力信号をＡ／Ｄ変換器５４でデジタル信号に変換した値（検出器４２の出力値）が所定の閾値以上と判断されると、発光素子４７を動作状態にして可視光１２を発光させるためのオン信号（デジタル信号）を出力するようになっている。また、ＣＰＵ５２は、検出器４２の出力値が所定の閾値未満と判断されると、発光素子４７を非動作状態にして可視光１２を非発光にするためのオフ信号（デジタル信号）を出力するようになっている。

さらに、マイクロプレートリーダ１は、検出器４２の出力値に応じてＣＰＵ５２から出力されるオン信号をアナログ電圧信号に変換するＤ／Ａ変換器５５と、このＤ／Ａ変換器５５から出力されるアナログ電圧信号を増幅する増幅器５６とを備える。

なお、ＣＰＵ５２が、蛍光（被検出光）を検出する検出器（受光手段）４２の出力値が所定の閾値以上と判断されたとき、可視光出射手段としての発光素子４７を動作させて視認可能な光量の可視光１２を出射させる制御手段に相当する。

光学系５０の波長多重素子４３は、図１に示すように、ＸＹステージ２０の移動テーブル２１上に固定されている。波長多重素子４３以外の光学系５０の各構成部材、発光素子４７及びフィルタ４８は、移動テーブル２１上に固定して設けられた保持部材（図示省略）により保持されている。

ＸＹステージ２０は、図５に示すように、移動テーブル２１と、この移動テーブル２１をＹ軸方向に摺動可能に支持するＹテーブル２２と、このＹテーブル２２をＸ軸方向に摺動可能に支持するＸテーブル２３とを備える。Ｘテーブル２３には、Ｘ方向モータ２４と、Ｘ軸方向に延びるねじ軸２５とが設けられており、Ｘ方向モータ２４によりねじ軸２５を回転させると、Ｙテーブル２２がＸテーブル２３上でＸ軸方向に摺動するように構成されている。また、Ｙテーブル２２には、Ｙ方向モータ２６と、Ｙ軸方向に延びるねじ軸（図示省略）とが設けられており、Ｙ方向モータ２６によりそのねじ軸を回転させると、移動テーブル２１がＹテーブル２２上でＹ軸方向に摺動するように構成されている。

さらに、発光部５と受光部６を複数の被測定対象領域４を含むＸＹ平面内で走査する走査手段として、ＸＹステージ２０の他に、移動テーブル２１のＸＹ座標位置を検出するエンコーダ２７と、ＣＰＵ５２と、モータドライバ２８，２９とが設けられている（図６参照）。ＣＰＵ５２は、エンコーダ２７で検出した移動テーブル２１のＸＹ座標位置を表わす位置信号に応じたモータ制御信号をモータドライバ２８，２９へそれぞれ出力してＸ方向モータ２４及びＹ方向モータ２６をそれぞれ駆動制御するようになっている。例えば、ＣＰＵ５２は、発光部５と受光部６を、図１に示すマイクロプレート２上に２次元に配置された複数の被測定対象領域４の第１行第１列から最終行最終列までの領域内で、マトリクス状に順次に走査するように、Ｘ方向モータ２４及びＹ方向モータ２６をそれぞれ駆動制御するようになっている。

導光体３０の基端部３０ｂは、例えば、移動テーブル２１上に固定された一対の支持部材（図示省略）間に挟持されている。この導光体３０上に、導光体３１が上述したような位置関係で固定されている。

さらに、マイクロプレートリーダ１には、図７に示すような構成を有するマイクロプレート２を使用するのが好ましい。このマイクロプレート２では、複数の被測定対象領域４の隣接する２つの被測定対象領域４，４間には、被測定対象物の無い領域４０がそれぞれ存在する。この領域４０は、発光部５及び受光部６を前記走査手段により測定済みの被測定対象領域４から次の被測定対象領域４へ移動させる間に、発光素子４７を可視光１２を出射する動作状態から非動作状態へリセットするのに十分な大きさを有する。本例では、複数の被測定対象領域４の間には、例えば各被測定対象領域４間の距離（ピッチ）Ｐ１の０．１倍以上の被測定対象物の無い領域４０がそれぞれ存在する。すなわち、被測定対象物の無い領域４０の大きさＰ２は、Ｐ２≧０．１Ｐ１を満たしている。

このような構成を有するマイクロプレートリーダ１では、光源４１から出射される特定波長の励起光１０は、球レンズ４４により集光され、波長多重素子４３を透過して導光体３０の基端部３０ｂに結合し、導光体３０内に導入される。この励起光１０は、導光体３０によって伝搬されてその先端部３０ａ側へ進み、反射面７上の発光部５で反射されて導光体３０のコア中心軸３０ｃに垂直な下方へ出射され、複数の被測定対象領域４の１つに入射する（図１参照）。 励起光１０が入射した被測定対象領域４の試料から発せられる蛍光１１は、導光体３０の反射面７上の受光部６で反射されて導光体３０内に導入され、導光体３０によって伝搬されてその基端部３０ｂ側へ進み、基端部３０ｂから出射される。基端部３０ｂから出射された蛍光１１は、波長多重素子４３で反射されフィルタ４６を透過し、集光レンズ４５により集光されて検出器４２に入射する。検出器４２からは、入射した蛍光１１の光強度に応じた出力信号が得られ、この出力信号に基づいて試料の定性
分析や定量分析がなされる。

また、検出器４２の出力信号は、増幅器５３により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５４でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ５２に入力される。ＣＰＵ５２は、Ａ／Ｄ変換器５４から出力されるデジタル信号の値（検出器４２の出力値）を所定の閾値と比較し、その出力値が閾値以上の場合には、発光素子４７を発光させるためのオン信号をＤ／Ａ変換器５５へ出力する。Ｄ／Ａ変換器５５は、そのオン信号をアナログ電圧信号に変換する。このアナログ電圧信号は増幅器５６で増幅され、この増幅されたアナログ電圧信号により発光素子４７が動作状態となって可視光１２を発光する。

この可視光１２は、フィルタ４８を透過して導光体３１の基端部３１ｂに結合し、導光体３１内に導入される。この可視光１２は、導光体３１によって伝搬されてその先端部３１ａ側へ進み、反射面９上の表示部８で反射されて導光体３１のコア中心軸３１ｃに垂直な上方へ出射される（図１参照）。こうして表示部８からコア中心軸３１ｃに垂直な上方へ放射される可視光１２によって、作業者はいま励起光１０が照射されている１つの被測定対象領域４からの蛍光１１が検出されていること、つまり蛍光１１の有ることを知ることができる。

一方、検出器４２の出力値が所定の閾値未満の場合には、ＣＰＵ５２は発光素子４７を非動作状態にして可視光１２を非発光にするためのオフ信号を出力するので、発光素子４７からは可視光１２が出射されず、したがって表示部８からは可視光１２は放射されない。これにより、作業者はいま励起光１０が照射されている１つの被測定対象領域４からの蛍光１１が検出されていないこと、つまり蛍光１１の無いことを知ることができる。

導光体３０が上記走査手段により機械的に走査されることで、マイクロプレート２上に２次元に配置された複数の被測定対象領域４の第１行第１列から最終行最終列までが、発光部５と受光部６でマトリクス状に順次に走査される。これにより、全ての被測定対象領域４の各試料から発せられる蛍光１１の光強度に応じた出力信号が検出器４２から得られる。これらの出力信号に基づいてマイクロプレート２上に有る全ての試料についての定性分析や定量分析がなされるとともに、全ての被測定対象領域４について蛍光１１の有無が表示部８から放射される可視光１２の有無により表示される。

（蛍光色素と励起光の関係）
光源４１は、例えば、複数のウェル３にそれぞれ収容する試料の染色に蛍光色素Ｃｙ３を使用する場合、波長が５３２ｎｍの励起光１０を出力するＹＡＧレーザを用いる。この場合、試料は、波長が５７０ｎｍの蛍光１１を発する。

また、光源４１は、例えば、試料の染色に蛍光色素Ｃｙ５を使用する場合、波長が６３３ｎｍの励起光１０を出力するヘリウムネオン（ＨｅＮｅ）レーザを用いる。この場合、試料は、波長が６７０ｎｍの蛍光１１を発する。

以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○被測定対象領域４の大きさよりも小さい距離に近接して配置された発光部５及び受光部６を、ＸＹステージ２０を含む走査手段により複数の被測定対象領域４内で、複数の被測定対象領域４に対して相対的に走査する。これにより、各被測定対象領域４に発光部５から励起光１０を順に供給し、各被測定対象領域４からの蛍光１１を受光部６を介して検出することができる。また、各被測定対象領域４から出射される蛍光１１が検出されると、表示部８から視認可能な光量の可視光１２が発光部５及び受光部６に対して被測定対象領域４とは反対側へ放射されるので、この可視光１２により微弱な蛍光１１の有ることを知ることができる。これにより、蛍光１１の有無を可視光１２により簡便に表示すること
ができる。

また、複数の被測定対象領域４に対して、１つの発光部５と１つの受光部６を設けるだけの構成で良いため、上記従来技術のように、多数のライトガイドの容積が非常に大きくなって装置が非常に大きくなったり、多数のライトガイドを実装するのが困難になるといった不具合の発生が無くなる。このため、小型で安価な光検出装置が得られる。したがって、小型で、試料への光の照射により変化の生じた微弱な蛍光等の有無を簡便に表示可能で、かつ安価なマイクロプレートリーダ１を実現することができる。

○発光部５及び受光部６は、ガラス製の導光体（光照射用導光体）３０の先端部３０ａをそのコア中心軸３０ｃに対して斜めに研磨した反射面７上の反射部でそれぞれ構成されているので、その導光体３０の先端部３０ａに別途光源や受光素子を設ける必要がなく、導光体３０に電気配線が不要となる。また、表示部８は、ガラス製の導光体（表示用導光体）３１の先端部３１ａをそのコア中心軸３１ｃに対して斜めに研磨した反射面９上の反射部で構成されているので、その導光体３１の先端部３１ａに別途光源を設ける必要がなく、導光体３１に電気配線が不要となる。その結果、信頼性が向上し、装置寿命が向上する。

○導光体３０と導光体３１は、表示部８から可視光１２が放射される方向と、発光部５から励起光１０が放射される方向とが互いに逆向きになるように配置されているので、可視光１２が各被測定対象領域４から出射される蛍光１１に干渉して蛍光１１の測定精度が低下するのを抑制することができる。

○発光部５及び受光部６は、同一のガラス製の導光体３０の先端部３０ａに形成された反射面７上の同一位置にあるので、複数の被測定対象領域４に対して１本の導光体３０を用い、その導光体３０の先端部３０ａを研磨して反射面７を形成するだけで良い。これにより、被測定対象領域４が増えても、導光体３０等を増やしたりする必要が無い。そのため、汎用性が高く、安価でコンパクトなマイクロプレートリーダ１を実現することができる。

○光源４１から発せられて基端部３０ｂ側から導光体３０内に導入される励起光１０は、反射面７上の発光部５を介して各被測定対象領域４へ供給される。各被測定対象領域４からの蛍光１１は反射面７上の受光部６を介して導光体３０内に導入され、導光体３０により伝搬され基端部３０ｂ側から出射し、波長多重素子４３及びフィルタ４６を介して検出器４２に入射する。このため、各被測定対象領域４からの蛍光１１を高精度に検出することができる。

○各被測定対象領域４から出射される蛍光１１が検出されると、発光素子４７は、視認可能な光として視認可能な光量の可視光１２を出射し、その可視光１２を導光体３１にその基端部３１ｂ側から入射させるので、導光体３１内を伝搬した可視光１２がその先端部３１ａに設けた表示部８から放射される。この可視光１２により蛍光１１の有ることを知ることができる。

○光学系５０は、光源４１からの励起光１０を透過させるとともに、導光体３０の基端部３０ｂから出射される光のうち、励起光１０とは波長の異なる蛍光１１のみを反射させる波長多重素子４３を含むので、波長の異なる励起光１０と蛍光１１に対して同じ光学系５０を用いることができる。このため、光学系５０の構成が簡単になり、より安価なマイクロプレートリーダ１を実現することができる。

○複数の被測定対象領域４はマイクロプレート（基板）２上に２次元に配置されており
、ＸＹステージ２０を含む走査手段は、マイクロプレート２を固定とした状態で、発光部５及び受光部６を、複数の被測定対象領域４内で２次元に機械的に走査する。これにより、発光部５及び受光部６を走査手段により複数の被測定対象領域４内で２次元に機械的に走査することで、複数の被測定対象領域４の各々に励起光１０を順に供給し、各被測定対象領域４からの被検出光を検出することができる。そのため、汎用性が高く、安価でコンパクトなマイクロプレートリーダ１を実現することができる。

○走査手段は、マイクロプレート２を固定とした状態で、発光部５及び受光部６を機械的に走査するので、各被測定対象領域４内の試料（被測定対象物）が振動や衝撃等で他の被測定対象領域４へ移動したりするのを抑制できる。これにより、測定の信頼性を確保できる。

○走査手段は、導光体３０及び導光体３１の各基端部３０ｂ，３１ｂ側が固定された移動テーブル２１を備え、この移動テーブル２１を、複数の被測定対象領域４を含むＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成したＸＹステージ２０を含む構成としている。これにより、ＸＹステージ２０により移動テーブル２１を、複数の被測定対象領域４を含むＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に移動させることにより、発光部５及び受光部６を複数の被測定対象領域４内で２次元に機械的に走査することができる。

○蛍光１１を検出する検出器４２の出力値が所定の閾値以上と判断されたとき、発光素子４７を動作させて視認可能な光量の可視光１２を出射させるＣＰＵ５２を備える。これにより、各被測定対象領域４からの蛍光１１を検出器４２で検出し、検出器４２の出力値が所定の閾値以上と判断されたとき、ＣＰＵ５２により発光素子４７を動作させて可視光１２が発光素子４７から出射される。その可視光１２が導光体３１の表示部８から放射されるので、その可視光１２により蛍光１１が有ることを作業者が知ることができる。

○本例のマイクロプレートリーダ１において図７に示す構成のマイクロプレート２を用いるのが好ましい。このマイクロプレート２では、上述したように、複数の被測定対象領域４の間には、例えば各被測定対象領域４間の距離Ｐ１の０．１倍以上の被測定対象物の無い領域４０がそれぞれ存在する。これにより、発光部５及び受光部６を走査手段により測定済みの被測定対象領域４から次の被測定対象領域４へ移動させるまでの間に、発光部５及び受光部６は被測定対象領域の無い領域４０を通ることで、検出器４２の出力値が閾値未満になり、発光素子４７をＣＰＵ５２により非動作状態に確実にリセットすることができる。このため、各被測定対象領域４において検出器４２の出力値が所定の閾値以上となるような蛍光１１が検出される毎に、発光素子４７を動作状態にして可視光１２を出射させることができるので、測定の信頼性が向上する。

○ガラス製の導光体３０，３１上には、検出器（受光素子）、光源（発光素子）、電気配線等の部品がないため、組立が容易である。したがって、装置の組立が容易で、量産化に適した構成を実現できる。

[第２実施形態]
第２実施形態に係るマイクロプレートリーダ１を図８（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。

上記第１実施形態に係るマイクロプレートリーダ１では、発光部５及び受光部６は、同一のガラス製の導光体３０の先端部３０ａに形成された反射面７上の同一位置にある。これに対して、本実施形態に係るマイクロプレートリーダ１では、ガラス製の導光体３０に代えて２つのガラス製の導光体１３０，１３１を用いている。また、上記発光部５に相当する発光部１３５を導光体１３０の先端部１３０ａに形成された反射面１３７上の反射部
とし、上記受光部６に相当する受光部１３６を導光体１３１の先端部１３１ａに形成された反射面１３８上の反射部としている。

また、発光部１３５と受光部１３６とが１つの被測定対象領域４の大きさよりも小さい距離に近接して配置されている。つまり、発光部１３５と交わる垂直線Ａと、受光部１３６を交わる垂直線Ｂとの距離Ｃは、１つの被測定対象領域４の大きさＤよりも小さくなっている。なお、導光体１３０，１３１は、上記導光体３０と同様にそれぞれ光ファイバで構成されており、接着剤等により固定されている。

そして、上記第１実施形態と同様の導光体３１が、表示部８からの可視光１２の放射方向が発光部１３５からの励起光１０の放射方向と逆向きでかつ一致するように、導光体１３０上に接着剤等により固定されている。その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

以上のように構成された第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、小型で、試料への光の照射により変化の生じた微弱な蛍光等の有無を簡便に表示可能で、かつ安価なマイクロプレートリーダ１を実現することができる。

[第３実施形態]
第３実施形態に係るマイクロプレートリーダ１Ａを図９（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。

図９（ａ）は本例のマイクロプレートリーダ１Ａにおける導光体部分とマイクロプレート２Ａを示す平面図であり、図９（ｂ）はマイクロプレートリーダ１Ａによる測定状態を示す平面図である。

本例で用いるマイクロプレート２Ａ上には、例えば６行×７列の２次元に配置された複数のウェル３Ａが形成されている。図９（ａ）において、符号「４Ａ」は、試料が複数のウェル３Ａにそれぞれ収容された複数の被測定対象領域である。

本例のマイクロプレートリーダ１Ａは、発光部５及び受光部６が先端部３０ａに形成された１つの導光体（光照射用導光体）３０と表示部８が先端部３１ａに形成された１つの導光体（表示用導光体）３１からなる１組の導光体が、複数の被測定対象領域４Ａの列数（本例では７列）と同数組設けられている点に特徴がある。

図９（ｂ）における斜線部は、導光体３１の表示部８から可視光１２が放射されている状態を示している。同図では。５つの導光体３１の各表示部８から可視光１２が放射されている様子を示している。

なお、図９（ａ），（ｂ）では、７つの導光体３１の下側に導光体３０がそれぞれ固定されているので、符号「３１」に括弧書きして符号「３０」を記すことで、７つの導光体３１の下側に導光体３０がそれぞれあることを示している。

以上のように構成された第３実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する、「小型で、試料への光の照射により変化の生じた微弱な蛍光等の有無を簡便に表示可能で、かつ安価なマイクロプレートリーダ１を実現することができる」という作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。

○１つの導光体（光照射用導光体）３０と１つの導光体（表示用導光体）３１からなる１組の導光体が、複数の被測定対象領域４Ａの列数と同数組設けられている。このため、
複数の（７つの）導光体３０の各発光部５及び受光部６を、走査手段により複数の被測定対象領域４Ａ内で第１行目から最終行まで順に一方向に走査することで、全ての被測定対象領域４Ａに対する測定が完了する。これにより、走査手段としては、図５に示すＸＹステージ２０に代えて、同図に示す移動テーブル２１をＸ軸方向に摺動可能に支持するＸテーブルのみを有する簡単な構成の１軸駆動機構で済む。これにより、コストをさらに低減することができ、より安価なマイクロプレートリーダ１Ａを実現することができる。

○１回の測定で１行分の７個の被測定対象領域４Ａについて測定できるので、全ての被測定対象領域４Ａに対する測定時間を短縮することができる。これにより、高効率で測定が可能なマイクロプレートリーダ１Ａを実現することができる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記第１実施形態では、複数の被測定対象領域４の各々に励起光１０を照射し、各被測定対象領域４から出射される蛍光１１を被検出光として検出するマイクロプレートリーダ１について一例として説明したが、本発明は、このようなマイクロプレートリーダに限定されない。例えば、本発明は、被検出光として、試料からの励起発光或いは試料からの反射光／散乱光を検出し、検出した励起発光や、反射光／散乱光から得られる吸収（吸光）等の変化に基づき、試料の定性分析や定量分析を行うマイクロプレートリーダにも広く適用可能である。

・上記第１実施形態では、発光部５及び受光部６を、同一のガラス製の導光体３０の先端部３０ａに形成された反射面７上の反射部でそれぞれ構成した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、導光体３０に代えて細長い棒状の振動体を用い、この振動体の先端部に発光部としての光源と、受光部としての検出器（受光素子）を設けた構成にも本発明は適用可能である。この場合、振動体上には、光源及び検出器にそれぞれ接続される電気配線が設置される。

・上記各実施形態では、ガラス製の導光体３０，３１，１３０，１３１をコアとクラッドとからなる光ファイバで構成したが、ガラス製の導光体は中空構造の導光体であっても良い。この場合、使用波長域が大きく拡大するという利点が得られる。

・上記各実施形態では、導光体としてガラス製の導光体３０，，３１，１３０，１３１を用いているが、導光体として透明な樹脂製の導光体を用いても良い。
・上記第１実施形態において、光学系５０、図４及び図６に示すＣＰＵ等を含む電子回路、導光体３０，３１の各基端部３０ｂ，３１ｂを支持する支持部材等を一体化して１つのモジュールとし、このモジュールを移動テーブル２１上に固定するように構成しても良い。これと同様の構成は、上記第２及び第３実施形態においても採り得る。このような構成により、組立が容易になり、量産化に適した構成を実現できる。

・上記第１実施形態において、導光体３０，３１の各先端部３０ａ，３１ａを駆動手段（図示省略）によりＹ軸方向に電磁駆動により振動させながら、発光部５及び受光部６をＸＹステージ２０を含む走査手段により複数の被測定対象領域４内で２次元に機械的に走査するように構成しても良い。

第１実施形態に係るマイクロプレートリーダの概略構成を示す斜視図。 図１のマイクロプレートリーダで用いる２つの導光体とマイクロプレートの関係を示す側面図。 図１のマイクロプレートリーダで用いる光学系の概略構成を示す平面図。 図１のマイクロプレートリーダにおける光源の駆動回路及び発光素子の発光制御回路を示すブロック図。 図１のマイクロプレートリーダで用いるＸＹステージを示す斜視図。 図５のＸＹステージの駆動回路を示すブロック図。 図１のマイクロプレートリーダで用いるマイクロプレートの一部を示す平面図。 （ａ）は第２実施形態に係るマイクロプレートリーダで用いる３つの導光体を示す側面図、（ｂ）は発光部及び受光部の間隔と被測定対象領域の大きさの関係を示す説明図。 （ａ）は第３実施形態に係るマイクロプレートリーダにおける導光体部分とマイクロプレートを示す平面図、（ｂ）は同マイクロプレートリーダによる測定状態を示す平面図。

符号の説明

Ｃ，Ｐ１…距離、Ｄ，Ｐ２…大きさ、１，１Ａ…光検出装置としてのマイクロプレートリーダ、２，２Ａ…基板としてのマイクロプレート、３，３Ａ…ウェル、４，４Ａ…被測定対象領域、５，１３５…発光部、６，１３６…受光部、７，９，１３７，１３８…反射面、８…表示部、１０…励起光、１１…被検出光としての蛍光、１２…可視光、２０…ＸＹステージ、２１…移動テーブル、３０，３１，１３０，１３１…導光体、３０ａ，３１ａ，１３０ａ，１３１ａ…先端部、３０ｂ，３１ｂ…基端部、４０…被測定対象領域の無い領域、４１…発光手段としての光源、４２…受光手段としての検出器、４３…分波手段としての波長多重素子、５０…光学系。

Claims (10)

1. 被測定対象物がそれぞれ収容された複数の被測定対象領域の各々に励起光を照射し、各被測定対象領域から出射される被検出光を検出する光検出装置において、
   前記励起光を前記各被測定対象領域へ供給する発光部と前記被検出光を受ける受光部とが前記被測定対象領域の大きさよりも小さい距離に近接して配置され、
   前記発光部及び前記受光部を前記複数の被測定対象領域内で、前記複数の被測定対象領域に対して相対的に走査する走査手段と、
   前記各被測定対象領域から出射される被検出光が検出されると、視認可能な光を放射する表示部とを備え、
   前記表示部を、前記発光部及び前記受光部に対して前記被測定対象領域とは反対側でかつ前記発光部及び前記受光部に近接した位置に配置したことを特徴とする光検出装置。
2. 請求項１に記載の光検出装置において、
   前記発光部及び前記受光部は、ガラス製の光照射用導光体の先端部をその中心軸に対して斜めに研磨した反射面上の反射部でそれぞれ構成され、前記表示部は、ガラス製の表示用導光体の先端部をその中心軸に対して斜めに研磨した反射面上の反射部で構成されており、前記光照射用導光体と前記表示用導光体は、前記視認可能な光が前記表示部から放射される方向と、前記励起光が前記発光部から放射される方向とが互いに逆向きになるように配置されていることを特徴とする光検出装置。
3. 請求項２に記載の光検出装置において、
   前記発光部及び前記受光部は、同一のガラス製の光照射用導光体の先端部に形成された前記反射面上の同一位置にあることを特徴とする光検出装置。
4. 請求項２又は３に記載の光検出装置において、
   前記励起光を発する発光手段と、前記被検出光を検出する受光手段と、前記発光手段からの励起光を前記光照射用導光体内に基端部側から入射させるとともに、前記基端部から出射する前記被検出光を前記受光手段に入射させる光学系と、前記視認可能な光として視認可能な光量の可視光を出射し、前記可視光を前記表示用導光体にその基端部側から入射させる可視光出射手段とを更に備えることを特徴とする光検出装置。
5. 請求項４に記載の光検出装置において、
   前記光学系は、前記発光手段からの前記励起光を透過させるとともに、前記光照射用導光体の基端部から出射される光のうち、前記励起光とは波長の異なる前記被検出光のみを反射させる分波手段を含むことを特徴とする光検出装置。
6. 請求項２〜５のいずれ１つに記載の光検出装置において、
   前記複数の被測定対象領域は基板上に１次元或いは２次元に配置されており、
   前記走査手段は、前記基板を固定とした状態で、前記発光部及び前記受光部を、前記複数の被測定対象領域内で１次元或いは２次元に機械的に走査することを特徴とする光検出装置。
7. 請求項６に記載の光検出装置において、
   前記走査手段は、前記光照射用導光体及び前記表示用導光体の各基端部側が固定された移動テーブルを含み、前記移動テーブルを、前記複数の被測定対象領域を含むＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成したＸＹステージであることを特徴とする光検出装置。
8. 請求項３に記載の光検出装置において、
   前記複数の被測定対象領域は基板上に２次元に配置されており、前記発光部及び前記受光部が先端部に形成された１つの光照射用導光体と前記表示部が先端部に形成された１つの表示用導光体からなる１組の導光体が、前記複数の被測定対象領域の列数と同数組設けられていることを特徴とする光検出装置。
9. 請求項４〜８のいずれか１つに記載の光検出装置において、
   前記被検出光を検出する前記受光手段の出力値が所定の閾値以上と判断されたとき、前記可視光出射手段を動作させて前記視認可能な光量の可視光を出射させる制御手段を更に含むことを特徴とする光検出装置。
10. 請求項９に記載の光検出装置において、
    複数の被測定対象領域の隣接する被測定対象領域間には、前記発光部及び受光部を前記走査手段により測定済みの被測定対象領域から次の被測定対象領域へ移動させる間に、前記可視光出射手段を前記可視光を出射する動作状態から非動作状態へリセットするのに十分な大きさの被測定対象物の無い領域がそれぞれ存在することを特徴とする光検出装置。

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