JP2014066687A - 蛍光検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】検出光学系の重量増加が無く、光源に揺らぎがあっても正確な蛍光画像を得る。
【解決手段】励起光を出射する光源と、上記励起光により検出対象物から発せられた蛍光を検出する検出光学系とを含むと共に、第1走査方向と第2走査方向との二次元走査を行う走査モジュール(9)と、走査モジュール(9)に設けられて、上記光源からの励起光の一部を分岐させて当該走査モジュールの外部に導く光分岐素子と、上記光分岐素子によって走査モジュール(9)の外部に導かれた励起光を検出する光検出部(37)とを備えている。こうして、上記検出光学系の複雑化,大型化に伴う重量増加を無くして、上記検出対象物からの蛍光の強度を精度よく補正することができる。したがって、上記光源に出力変動が生じても正確な蛍光画像を測定することが可能になる。
【選択図】図4
【解決手段】励起光を出射する光源と、上記励起光により検出対象物から発せられた蛍光を検出する検出光学系とを含むと共に、第1走査方向と第2走査方向との二次元走査を行う走査モジュール(9)と、走査モジュール(9)に設けられて、上記光源からの励起光の一部を分岐させて当該走査モジュールの外部に導く光分岐素子と、上記光分岐素子によって走査モジュール(9)の外部に導かれた励起光を検出する光検出部(37)とを備えている。こうして、上記検出光学系の複雑化,大型化に伴う重量増加を無くして、上記検出対象物からの蛍光の強度を精度よく補正することができる。したがって、上記光源に出力変動が生じても正確な蛍光画像を測定することが可能になる。
【選択図】図4
Description
この発明は、蛍光検出装置に関する。
従来より、生化学分野や分子生物学分野において、蛍光色素を標識物質として利用した蛍光検出システムが広く用いられている。この蛍光検出システムを用いることによって、遺伝子配列,遺伝子の変異・多型解析,タンパク質の分離および同定等の評価を行うことができ、薬等の開発に利用されている。
上述のような蛍光標識を利用した評価方法としては、電気泳動によってタンパク質等の生物学的化合物をゲル内に分布させ、その生物学的化合物の分布を蛍光検出により取得するという方法がよく用いられている。
さらに、作製された生体分子(タンパク質)が二次元的に分布されたゲル支持体に励起光を照射し、発生した蛍光強度を取得して、それに基づいて蛍光分布(タンパク質分布)画像を表示させる画像読取装置が、生化学や分子生物学の分野で広く普及している。
また、上記生体分子の二次元分布を保持する方法としては、上記ゲル内に保持するだけではなく、上記ゲル内にタンパク質を分離させた後に、電気泳動や毛細管現象を利用して上記ゲルからメンブレンに転写させる方法も行われる。その場合には、上記ゲル支持体を用いた画像読取の場合と同様に、上記メンブレンである転写支持体上の蛍光分布を画像読取装置によって画像化することができる。
上述したような生体分子が二次元的に分布されたゲル支持体や転写支持体から生体分子分布画像を読み取る画像読取装置として、特開2002‐199166号公報(特許文献1)に開示された双方走査スキャナがある。
この双方走査スキャナにおいては、中央部に穴が形成された穴明きミラーを光学ヘッドに搭載し、蛍光色素によって標識された生体由来物質が分布すると共に、二次元方向に移動可能なサンプルステージにセットされた被走査体に対して、レーザ光源からの上記蛍光色素を励起する波長帯域のレーザ光(励起光)をミラーで上方に反射し、上記穴明きミラーの穴を通過させた後、レンズで集光して照射する。そして、上記被走査体中の蛍光色素が励起されて発せられた蛍光が上記穴明きミラーの上記穴の周囲で反射され、フォトマルチプライヤによって光電変換されて検出される。こうして、対応する画像信号として読み取られて、二次元の可視画像(蛍光画像)を得るようにしている。
ところで、上述のような蛍光画像形成用のレーザ光源として、小型,高効率,安価,軽量なDPSS(半導体励起固体)レーザが使用される。しかしながら、DPSSレーザは、環境温度の変動によって光出力がドリフトする。その場合のドリフト周期は、数分から数十分の周期となる。
一般に、蛍光イメージャで測定されるサンプルのサイズは、大きいものでA4からA3程度のサイズに及ぶ。このような、大型のサンプルの全面を走査して蛍光画像を測定する場合に、走査開始から走査終了までには15分〜20分程度の時間がかかる。その間に、DPSSレーザの出力は変動するので、本来の蛍光画像のコントストは異なるコントラストの蛍光画像が得られるという問題がある。
ところが、上記双方走査スキャナは、レーザ光源を二次元走査させる構成ではなく、被走査体がセットされるサンプルステージを走査させる構成になっている。したがって、レーザ光源を走査させる必要がないため、光源の強度揺らぎが少ない比較的大型のレーザ光源を使用できる。したがって、DPSSレーザの場合のような出力変動は発生しない。また、レーザ光源における強度の揺らぎの補正に関する記載もない。
また、蛍光被写体から蛍光を検出して被写体画像を形成する際に、画像中のノイズを除去する画像形成装置として、特開2008‐203138号公報(特許文献2)に開示された蛍光検出装置がある。
この蛍光検出装置においては、蛍光被写体を照明する光源からの光の出力を計測する光出力計測手段による計測結果に基づいて、演算手段でノイズ画像を撮影するための蓄積時間を演算する。そして、上記演算された蓄積時間でノイズ画像を撮影し、補正手段によって、蛍光を検出して形成した撮影画像を上記ノイズ画像を用い補正するようにしている。
しかしながら、上記蛍光検出装置においては、蛍光検出光学系にシャッター手段や光出力計測手段を設ける必要があり、蛍光検出光学系が複雑化,大型化して重量増加となる。上記特許文献2に開示された従来の蛍光検出装置においては、サンプルはカセットトレイに載せられて搬送ステージで搬送されるので、蛍光検出光学系の重量増加は特に問題にはならない。しかしながら、静止しているサンプルに対して蛍光検出光学系が二次元走査を行ってサンプルからの蛍光を検出する場合には、上記二次元走査部の重量増加は高速スキャンを不可能にすると言う問題がある。
そこで、この発明の課題は、蛍光検出光学系の複雑化,大型化に伴う重量増加が無く、DPSSレーザに出力変動が生じても正確な蛍光画像を測定できる蛍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、この発明の蛍光検出装置は、
蛍光物質を励起する励起光を出射する光源と、上記励起光の照射に基づいて検出対象物から発せられた蛍光を検出する検出光学系とを含むと共に、第1走査方向とこの第1走査方向に略直交する第2走査方向との二次元走査を行う走査モジュールと、
上記走査モジュールに設けられると共に、上記光源から出射された励起光の一部を分岐させて当該走査モジュールの外部に導く光分岐素子と、
上記光分岐素子によって上記走査モジュールの外部に導かれた励起光を検出する光検出部と
を備えたことを特徴としている。
蛍光物質を励起する励起光を出射する光源と、上記励起光の照射に基づいて検出対象物から発せられた蛍光を検出する検出光学系とを含むと共に、第1走査方向とこの第1走査方向に略直交する第2走査方向との二次元走査を行う走査モジュールと、
上記走査モジュールに設けられると共に、上記光源から出射された励起光の一部を分岐させて当該走査モジュールの外部に導く光分岐素子と、
上記光分岐素子によって上記走査モジュールの外部に導かれた励起光を検出する光検出部と
を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、走査モジュールの光分岐素子によって当該走査モジュールの外部に導かれた光源からの励起光の一部を、光検出部で検出するようにしている。したがって、検出対象物からの蛍光の強度を上記励起光の強度に基づいて補正することが可能になる。
その場合、上記光検出部を上記走査モジュールの外部に設けているので、上記走査モジュールにおける検出光学系の複雑化,大型化に伴う重量増加を無くして、上記検出対象物からの蛍光の強度を精度よく補正することができる。したがって、上記光源に出力変動が生じても正確な蛍光画像を測定することが可能になる。
また、1実施の形態の蛍光検出装置では、
上記光検出部によって検出された上記励起光の強度に基づいて、上記検出光学系で検出された上記検出対象物からの蛍光の強度を補正する光強度補正部を備えている。
上記光検出部によって検出された上記励起光の強度に基づいて、上記検出光学系で検出された上記検出対象物からの蛍光の強度を補正する光強度補正部を備えている。
この実施の形態によれば、上記光検出部で検出された上記励起光の強度に基づいて、光強度補正部によって、上記検出光学系で検出された上記検出対象物からの蛍光の強度を補正するので、上記走査モジュールによる上記二次元走査中に、上記検出対象物からの蛍光の強度を上記励起光の強度に基づいて補正することができる。
したがって、上記走査モジュールの光源がDPSSレーザである場合に、数分から数十分の周期で光出力が10%〜20%増減する揺らぎに起因して、上記検出対象物からの蛍光の強度に生ずる揺らぎを、上記DPSSレーザからの励起光の強度に基づいて補正することができる。
また、1実施の形態の蛍光検出装置では、
上記光検出部は、一方向に2分割されてなる2つの部分受光部を含んでいる。
上記光検出部は、一方向に2分割されてなる2つの部分受光部を含んでいる。
この実施の形態によれば、上記光検出部を、一方向に分割された2つの部分受光部を含んで構成している。したがって、上記2つの部分受光部での受光量を比較することによって、上記走査モジュールにおける上記光検出部の分割方向と略直交する方向への傾きを検知することが可能になる。
また、1実施の形態の蛍光検出装置では、
上記光検出部における上記2つの部分受光部により検出された上記励起光の強度に基づいて、上記走査モジュールの傾きを検出する傾き検出部を備えている。
上記光検出部における上記2つの部分受光部により検出された上記励起光の強度に基づいて、上記走査モジュールの傾きを検出する傾き検出部を備えている。
上記光分岐素子から上記光検出部までの距離を長く取ることによって、例えば、上記走査モジュールが、上記光検出部における上記2つの部分受光部のうちの一方側に傾く場合には、上記光分岐素子からの光の上記光検出部への入射位置も上記一方の部分受光部側にずれことになり、上記走査モジュールの傾きを高精度に測定することができる。
この実施の形態によれば、上記2つの部分受光部により検出された上記励起光の強度に基づいて、上記走査モジュールの傾きを検出する傾き検出部を備えているので、上記傾き検出部によって、上記2つの部分受光部による検出光の強度を比較することによって、上記走査モジュールにおける上記光検出部の分割方向と略直交する方向への傾きを、定量的に検出することができる。
また、1実施の形態の蛍光検出装置では、
上記走査モジュールを、基準台の面方向上記第2走査方向に往復動可能に支持する上部支持部と、
上記基準台に設置されると共に、上記上部支持部を、上記基準台の面方向上記第1走査方向に往復動可能に支持する下部支持部と
を備え、
上記光分岐素子により上記走査モジュールの外部に導かれる上記励起光の進行方向は、上記第2走査方向であり、
上記光検出部は、上記上部支持部に取り付けられると共に、上記走査モジュールの上記第2走査方向への走査線上に位置している。
上記走査モジュールを、基準台の面方向上記第2走査方向に往復動可能に支持する上部支持部と、
上記基準台に設置されると共に、上記上部支持部を、上記基準台の面方向上記第1走査方向に往復動可能に支持する下部支持部と
を備え、
上記光分岐素子により上記走査モジュールの外部に導かれる上記励起光の進行方向は、上記第2走査方向であり、
上記光検出部は、上記上部支持部に取り付けられると共に、上記走査モジュールの上記第2走査方向への走査線上に位置している。
この実施の形態によれば、上記光分岐素子によって上記走査モジュールの外部に導かれる上記励起光の進行方向を、上記走査モジュールが往復動する上記第2走査方向としている。したがって、上記光分岐素子から上記光検出部までの距離を長くして、上記走査モジュールの傾きを高精度に測定することができる。
さらに、上記光検出部を、上記走査モジュールと共に上記第1走査方向に移動する上記上部支持部に取り付けている。したがって、上記走査モジュールの上記光分岐素子からの分岐光は、上記走査モジュールの走査位置に拘わらず常に上記光検出部に入射される。そのために、上記走査モジュールにおける上記二次元走査中の何れの時点でも、上記光検出部によって上記光源からの上記励起光の光強度を測定することができる。
すなわち、上記構成によれば、上記走査モジュールにおける上記二次元走査中の何れの時点であっても、上記検出対象物からの蛍光の強度を上記励起光の強度に基づいて補正すること、あるいは、上記走査モジュールにおける上記光検出部の分割方向と略直交する方向への傾きを検出することが可能になる。
また、1実施の形態の蛍光検出装置では、
上記光検出部の2分割方向は、上記第1走査方向、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向の2方向うちの、少なくとも何れか一つの方向である。
上記光検出部の2分割方向は、上記第1走査方向、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向の2方向うちの、少なくとも何れか一つの方向である。
この実施の形態によれば、上記走査モジュールにおける上記第1走査方向と略直交する垂直方向への傾き、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向と略直交する上記第1走査方向への傾きうちの、少なくとも何れか一つの方向への傾きを検出することができる。
また、1実施の形態の蛍光検出装置では、
上記光検出部の2分割方向は、上記第1走査方向、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向の2方向であり、
上記光分岐素子と上記光検出部の間に、上記光分岐素子からの光ビームの断面形状を、上記第1走査方向および上記第2走査方向に垂直な方向への幅と、上記第1走査方向への幅とが異なる楕円形に成形する光ビーム成形素子を備えている。
上記光検出部の2分割方向は、上記第1走査方向、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向の2方向であり、
上記光分岐素子と上記光検出部の間に、上記光分岐素子からの光ビームの断面形状を、上記第1走査方向および上記第2走査方向に垂直な方向への幅と、上記第1走査方向への幅とが異なる楕円形に成形する光ビーム成形素子を備えている。
この実施の形態によれば、上記光分岐素子と上記光検出部との間に設置された光ビーム成形素子によって、上記光分岐素子からの光ビームの断面形状を、上記第1走査方向および上記第2走査方向に垂直な方向への幅と、上記第1走査方向への幅とが異なる楕円形に成形するようにしている。したがって、上記第1走査方向、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向の2方向に四分割された上記光検出部で、上記楕円形に成形された光ビームを受光することにより、上記四分割された各部分受光部での受光量を比較することによって、上記走査モジュールにおける上記光分岐素子からの分岐光の進行方向を軸とした捩れによる傾きを検出することができる。
また、1実施の形態の蛍光検出装置では、
上記光分岐素子によって上記走査モジュールの外部に導かれた励起光の光路上に、この励起光の一部を反射して異なる方向に導く第2の光分岐素子と、
上記第2の光分岐素子によって導かれた励起光を検出する第2の光検出部と
を備えている。
上記光分岐素子によって上記走査モジュールの外部に導かれた励起光の光路上に、この励起光の一部を反射して異なる方向に導く第2の光分岐素子と、
上記第2の光分岐素子によって導かれた励起光を検出する第2の光検出部と
を備えている。
この実施の形態によれば、受光面が互いに直交する2つの上記光検出部を用いることによって、上記走査モジュールの傾きをさらに高精度に検出することができる。
以上より明らかなように、この発明の蛍光検出装置は、走査モジュールの光分岐素子によって当該走査モジュールの外部に導かれた光源からの励起光の一部を、光検出部で検出するので、上記光源からの上記励起光の照射に基づいて検出対象物から発せられた蛍光の強度を、上記光検出部で検出された励起光の強度に基づいて補正することが可能になる。
その場合、上記光検出部を上記走査モジュールの外部に設けているので、上記走査モジュールにおける検出光学系の複雑化,大型化に伴う重量増加を無くして、上記検出対象物からの蛍光の強度を精度よく補正することができる。したがって、上記光源に出力変動が生じても正確な蛍光画像を測定することが可能になる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の蛍光検出装置における外観図である。本蛍光検出装置1は、筺体を成す本体2と、本体2の上面を覆う蓋体3とで、大まかに構成されている。本体2の上面には、ガラスでなるサンプル台4が設けられており、サンプル台4上には例えば蛍光物質によって標識された生体由来物質が分布するゲル支持体やメンブレン等の転写支持体(共に図示せず)がサンプル(検出対象物)としてセットされる。
図1は、本実施の形態の蛍光検出装置における外観図である。本蛍光検出装置1は、筺体を成す本体2と、本体2の上面を覆う蓋体3とで、大まかに構成されている。本体2の上面には、ガラスでなるサンプル台4が設けられており、サンプル台4上には例えば蛍光物質によって標識された生体由来物質が分布するゲル支持体やメンブレン等の転写支持体(共に図示せず)がサンプル(検出対象物)としてセットされる。
そして、上記サンプル台4の下側には光学系が配置されており、サンプル台4上にセットされたサンプルに対して、励起光学系によってサンプル台4を通して下方から励起光を照射し、サンプル台4を透過してくる上記サンプルからの蛍光を検出光学系によって検出する。上記検出光学系はPC(Personal computer:パーソナルコンピュータ)5等の外部端末と接続されており、PC5から測定条件の制御等を行う。さらに、PC5によって、検出データに基づいてサンプルの蛍光画像を作成し、内蔵する表示画面に上記作成した蛍光画像等を表示する。
図2は、上記サンプル台4の下部に設置された走査ステージ6の外観図を示す。この走査ステージ6は、基準となる基準台14上に設置された上記下部支持部としての第1ステージ7と、第1ステージ7の上に載置された上記上部支持部としての第2ステージ8とで構成されている。そして、第2ステージ8の上に走査モジュール9が載置されている。上記蛍光を検出する上記検出光学系は走査モジュール9の中に格納されている。
上記走査ステージ6を構成する第1ステージ7には、第1走査方向に延在すると共に、一定の間隔で互いに対向する2本のガイドレール10a,10bが配設されている。また、第2ステージ8は、第1ステージ7のガイドレール10aによって案内されて上記第1走査方向に往復動する第1ガイド部材11と、ガイドレール10bによって案内されて上記第1走査方向に往復動する第2ガイド部材12とを有している。
上記第2ステージ8を構成する第1ガイド部材11と第2ガイド部材12との間には、上記第1走査方向に直交する第2走査方向に延在すると共に、一定の間隔で互いに対向する2本のガイドシャフト13a,13bが配設されている。また、走査モジュール9には、ガイドシャフト13a,13bが挿通される孔が設けられている。そして、走査モジュール9は、ガイドシャフト13a,13bによって案内されて上記第2走査方向に往復動するようになっている。
上記構成を有する走査ステージ6による走査方法は、先ず、上記第2ステージ8の第1ガイド部材11と第2ガイド部材12とがガイドレール10a,10bによって案内されて上記第1走査方向に移動して、第2ステージ8の第1ステージ7に対する位置決めが行われる。そうした後に、走査モジュール9がガイドシャフト13a,13bによって案内されて上記第2走査方向に移動して、走査モジュール9の第2ステージ8に対する位置決めが行われる。以後、上記動作を繰り返すことによって、サンプル16上を二次元に走査するのである。
また、上記筺体を成す本体2のサンプル台4下部における走査ステージ6よりも更に下側には、第2ステージ8の第1,第2ガイド部材11,12を上記第1走査方向に、走査モジュール9を上記第2走査方向に移動させるためのモータ,タイミングベルト,ボールねじ,歯車,制御基板,電源および配線等の走査装置が設置されている。
図3は、上記第2ステージ8の上に載置される走査モジュール9の概略構成を示す縦断面図である。
図3において、上記走査モジュール9の上部には、サンプル台(ガラス)4の近傍に位置して、サンプル台4上にセットされたサンプル16からの蛍光を集光する対物レンズ17を配置している。さらに、対物レンズ17の光軸と励起光の光源18の光軸とが直交する位置には、光源18から出射されて第1レンズ19およびスポットサイズ調整レンズ20で集光されたレーザ光等の励起光を対物レンズ17に入射するように反射させるプリズム21を配置している。尚、光源18,第1レンズ19,スポットサイズ調整レンズ20,プリズム21および対物レンズ17によって励起光学系を構成している。
ここで、上記対物レンズ17はレンズホルダ27に格納されており、ステッピングモータ等の駆動部29によって光軸方向に移動されて、焦点位置を変更可能になっている。また、スポットサイズ調整レンズ20はレンズホルダ28に格納されており、駆動部30によって光軸方向に移動されて、スポットサイズを調整可能になっている。
また、図3において、上記対物レンズ17の光軸上におけるプリズム21の下方には、プリズム21側から順に、対物レンズ17によって集光されたサンプル16からの蛍光を平行光に変換する第2レンズ22、励起光カット用の波長フィルタ23、波長フィルタ23を通過した蛍光を集光する第3レンズ24、および、第3レンズ24を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール25が配置されている。さらに、対物レンズ17の光軸上におけるピンホール25の下方には、ピンホール25を通過した蛍光を検出する検出器26が配置されている。尚、第2レンズ22,波長フィルタ23,第3レンズ24,ピンホール25および検出器26によって検出光学系を構成している。
上記構成を有する走査モジュール9では、光源18から出射された励起光は、第1レンズ19およびスポットサイズ調整レンズ20で収束され、次いでプリズム21によって反射されて、対物レンズ17およびサンプル台4を通過して、サンプル16における下面上の一点に集光される。その場合、プリズム21の長手方向(第1レンズ19の光軸に直交する方向)の長さは短く、上記長手方向に直交する方向の幅は狭くなっており、光源18からの励起光は対物レンズ17の光軸付近(励起光透過部)のみを通過するようになっている。
上記蛍光は、サンプル16における上記励起光が照射された部分から周囲に等方的に出射される。そして、出射された蛍光のうちのガラスで成るサンプル台4を透過して対物レンズ17に入射した成分が、対物レンズ17,第2レンズ22,波長フィルタ23,第3レンズ24およびピンホール25を通過して、検出器26によって検出される。そして、検出器26で検出された信号は、内蔵されるAD変換器等によってAD変換等の処理が施された後に、PC5へ送出される。こうして、サンプル16上の各測定点での蛍光強度の分布が内部メモリ等に記録される。
ここで、上述したように、上記対物レンズ17を通過した蛍光は、収束光となって第2レンズ22の方向に導かれる。そして、第2レンズ22によって実質的に平行光になるように屈折される。また、第3レンズ24は蛍光を集光する。また、ピンホール25は空間的に迷光や検出面以外からの蛍光をカットするために配置される。例えば、サンプル16の上面で発生した蛍光は、対物レンズ17の焦点位置からずれているので、対物レンズ17の後段に続く上記検出光学系によってピンポール25の位置では広がった光となり、効率よくピンポールを透過することができないのである。尚、励起光カット用の波長フィルタ23は、例えば回転フォルダ等に配置されて、励起光の波長に応じて他の波長のフィルタと交換可能になっている。
図3に示すように、上記対物レンズ17における光軸を含む中央部分は、通常の凸レンズの機能(屈折のみで光を偏向)を有する凸レンズ部31となっている。そして、サンプル16から出射された蛍光のうち、放射角度の小さい蛍光は、この凸レンズ部31の部分を通過して検出器26に向かって集光される。
上記対物レンズ17における凸レンズ部31の周囲は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体32となっている。そして、サンプル16から出射された蛍光のうちの、凸レンズ部31に入りきらないような放射角度の大きい蛍光は、筒状体32の上端面から筒状体32内に入射し、筒状体32の外周面で全反射されて光軸側に偏向され、筒状体32の下端面から検出器26に向かって出射される。
以上のごとく、上記サンプル16から出射された蛍光のうち、凸レンズ部31に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体32の外周面で全反射させることにより、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる。そのため、検出器26の感度アップを図ることができるのである。
ところで、上記光源18として、上記DPSSレーザを用いている。このDPSSレーザは、小型で可視領域において様々な波長で発振可能であるので、工業用途や理化学用途にしばしば用いられる。その原理は、半導体レーザダイオーから発振される励起レーザ光で固体レーザ媒質を励起し、この固体レーザ媒質から赤外レーザ光を発振させる。発振された赤外レーザ光に基づいて非線形光学結晶で第二高調波発生を起こさせて可視域の波長のレーザ光を発生させるものである。
上記固体レーザ媒質は、上記半導体レーザダイオーから励起レーザ光を吸収して上記赤外レーザ光を発振する。その場合に、キャビティ内に上記吸収による熱が発生する。そして、放熱が良くない環境下では固体レーザ媒質が膨張して光路がズレてしまい、可視光のレーザ出力に揺らぎが生ずる。
また、室温の変化や他の機器からの熱によって環境温度が変わると、レーザの放熱状態に影響し、レーザ出力がドリフトする。このような、環境温度の変化によるレーザの出力変動は、数分から数十分という比較的長周期の揺らぎとなる。
上記DPSSレーザには、ドライバ(図示せず)を介して電流が注入される。DPSSレーザにおける上記半導体レーザダイオードの出射側端面とは反対側の端面には、フォトダイオード(図示せず)が設置されており、上記半導体レーザダイオードの出力を検出可能になっている。そして、オートパワーコントロール(APC)では、検出した上記半導体レーザダイオードの出力を上記ドライバにフィードバックして、上記半導体レーザダイオードの出力が一定になるように制御している。
図14に、上記DPSSレーザの光出力と経過時間との関係を示す。DPSSレーザに電流が注入されてから2分〜3分の間は、上記半導体レーザダイオードおよび上記固体レーザ媒質と放熱部材とDPSSレーザの筐体との温度が変動し、上述のフィードバック制御が安定しないためにDPSSレーザの光出力は激しく変動する。そして、一定時間経過後に出力は安定するが、環境温度の変化により光出力に長周期の揺らぎが生じる。その場合に、上記APCのフィードバック制御によって上記半導体レーザダイオードの出力は安定するのであるが、上記固体レーザ媒質および上記非線形光学結晶は上記フィードバック制御が行われないので、上記非線形光学結晶から出力される可視レーザ光には上述のような揺らぎが生ずるのである。
上述したように、上記励起光の光源18として、小型,高効率,安価,軽量な上記DPSSレーザが用いられている。こうすることによって、走査モジュール9が小型で軽量になり、高速走査を可能にしている。
高速走査中には、上記走査モジュール9の移動に伴って上記DPSSレーザを用いた光源18も移動するので、DPSSレーザの環境温度が変化しやすい。また、本蛍光検出装置には発熱源が存在する。例えば、走査ステージ6を駆動する上記走査装置のモータや、走査モジュール9に搭載されているレンズ17,20を駆動するステッピングモータおよび波長フィルタ23を切り替えるモータや、制御基板や、DPSSレーザ用の上記ドライバ等がある。
これらの環境温度変化要因によって、本蛍光検出装置1の筺体を成す本体2内の環境温度は刻一刻と変化している。これに伴ってDPSSレーザの光出力も変動する。
本蛍光検出装置1で測定されるサンプル16のサイズは、大きいものでA4からA3程度のサイズに及ぶ。このような大型のサンプル16の全面を走査して蛍光画像を得る場合に、走査開始から走査終了までには15分〜20分程度の時間が掛かる。その間に、DPSSレーザの光出力は数分〜数十分の周期で変動するため、本来の蛍光画像のコントラストとは異なるコントラストの蛍光画像が得られることになってしまう。
そこで、本実施の形態においては、図2に示すように、上記第2ステージ8を構成する第1ガイド部材11と第2ガイド部材12との少なくとも何れか一方(本実施の形態では第2ガイド部材12)に、フォトダイオードユニット35を設けている。
図4は、図2におけるA‐A'矢視断面図である。図2および図4に示すように、上記フォトダイオードユニット35は、矩形を成す板状体でなるフォトダイオード取付部材36と、フォトダイオード取付部材36に取り付けられた上記光検出部としてのフォトダイオード37とを、含んでいる。
図2および図4に示すように、上記フォトダイオード取付部材36の一側面下部は第2ガイド部材12の内側面に取り付けられている。したがって、フォトダイオード取付部材36の他側面は、第1走査方向に延在している。そして、上記他側面には、受光面を第1ガイド部材11側に向けてフォトダイオード37が取り付けられている。
また、図3に示すように、上記走査モジュール9内において、光源18から出射されたレーザ光等の励起光を対物レンズ17側に反射させるプリズム21の直上(プリズム21と対物レンズ17との間)には、プリズム21に密着して上記光分岐素子としてのビームスプリッタ38が設けられている。ビームスプリッタ38は、光源18からx方向(第1走査方向)に出射された励起光の一部を、例えば、図5に示すように、光源18の光軸に直交するy方向(第2走査方向)に出射させる。そして、y方向に出射された一部の励起光が、フォトダイオード37によって検出される。
ここで、上記ビームスプリッタ38は、プリズム21と一体化されて構成されていても一向に構わない。
図6に示すように、上記第2ガイド部材12に取り付けられたフォトダイオード37はz軸に沿って2分割されて、上記部分受光部としての部分フォトダイオード37aと部分フォトダイオード37bとで構成されている。そして、走査モジュール9が正常な姿勢を保っている場合には、ビームスプリッタ38から出射された一部の励起光のスポット39が、部分フォトダイオード37aと部分フォトダイオード37bとに略均等に入射されるようになっている。
こうして、上記部分フォトダイオード37aと部分フォトダイオード37bとによって検出された光源18の光量は、例えばPC5のメモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶される。
ここで、上記フォトダイオード37による上記一部の励起光の検出には、以下の2つの目的がある。
(1)第1の目的
上記光源18からの励起光強度のモニター
上述したように、本蛍光検出装置1で測定されるサンプル16のサイズがA4からA3程度のサイズに及ぶ。このような大型のサンプル16の全面を走査して蛍光画像を得る場合に、走査開始から走査終了までには15分〜20分程度の時間が掛かる。その間に、光源18であるDPSSレーザの光出力は数分〜数十分の周期で変動するため、本来の蛍光画像のコントラストとは異なるコントラストの蛍光画像が得られることになってしまう。
上記光源18からの励起光強度のモニター
上述したように、本蛍光検出装置1で測定されるサンプル16のサイズがA4からA3程度のサイズに及ぶ。このような大型のサンプル16の全面を走査して蛍光画像を得る場合に、走査開始から走査終了までには15分〜20分程度の時間が掛かる。その間に、光源18であるDPSSレーザの光出力は数分〜数十分の周期で変動するため、本来の蛍光画像のコントラストとは異なるコントラストの蛍光画像が得られることになってしまう。
上記サンプル16からの蛍光強度は励起光強度とタンパク質量とに比例するため、励起光強度の変化はタンパク質の定量評価を行う際には大きな問題になる。そこで、本実施の形態においては、PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、上記メモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶された部分フォトダイオード37aの光量aと部分フォトダイオード37bの光量bとを加算してトータル光量(=a+b)を算出し、このトータル光量を監視する。
そして、上記トータル光量の変動が、予め設定された設定範囲を超えると、PC5によって、上記メモリにサンプル16からの蛍光強度に対応付けて記憶された上記励起光のトータル光量に基づいて、サンプル16からの蛍光強度を規格化して、光源18の光出力の変動分をキャンセルする。すなわち、本実施の形態においては、PC5を上記光強度補正部として機能させるのである。
その場合における上記サンプル16からの蛍光強度の規格化の方法については、特に限定するものではない。一番簡便な方法としては、フォトダイオード37で受光されたトータル光量に基づいて光源18から出力された励起光の総光量を推定する。そして、この推定光量が1となるように割算を行う方法がある。
上記光源18である上記DPSSレーザの光強度が一定であるならば、フォトダイオード37で受光されたトータル光量も一定になる。しかしながら、上記DPSSレーザの光強度が変動する場合には、フォトダイオード37で受光されたトータル光量も変動する。その場合に、サンプル16に対する励起光である上記DPSSレーザの光強度と、測定領域である上記時間間隔あるいは走査モジュール9の一往復間におけるサンプル16からの蛍光強度とが比例すれのであれば、単純にサンプル16からの蛍光強度を上記推定光量で割ることによって、サンプル16からの蛍光強度における上記DPSSレーザの光強度変動分を補正(キャンセル)することができる。
これに対し、上記DPSSレーザの光強度とサンプル16からの蛍光強度とが比例しない場合には、上記DPSSレーザの光強度と上記蛍光強度との関係を表す関数に応じて上記推定光量と上記蛍光強度との何れか一方に補正を行った後に、上述の割り算を行うことによって、サンプル16からの蛍光強度における上記DPSSレーザの光強度変動分を補正(キャンセル)することができる。
また、上記測定領域である上記時間間隔あるいは走査モジュール9の一往復毎に上記DPSSレーザの光強度のオフセット量が異なる場合には、上記測定領域毎に上記推定光量から上記オフセット分を差し引いた値で、サンプル16からの蛍光強度を割ることによって、上記補正を行うことができる。
その場合、上記走査モジュール9が上記第1走査方向に移動しても、フォトダイオード37は、走査モジュール9と共に上記第1走査方向に移動する第2ステージ8(第2ガイド部材12)に取り付けられているので、必ず上記第2走査方向の走査線上に位置している。
そのため、上記走査モジュール9による上記第1走査方向への走査位置に拘わらず、常時フォトダイオード37によって光源18からの上記励起光の光強度を測定することができる。したがって、走査モジュール9による上記二次元走査中に、サンプル16からの蛍光の強度を上記励起光の強度に基づいて補正することが可能になる。
(2)第2の目的
上記走査モジュール9の傾き検出
上述したように、上記走査モジュール9は、ガイドシャフト13a,13bによって案内されて、上記走査装置によって上記第2走査方向に往復動するようになっている。したがって、2本のガイドシャフト13a,13bに案内されて高速走査する走査モジュール9には、軸受(図示せず)のがた付きや、ガイドシャフト13a,13bの平行度の影響や、上記走査装置による牽引位置と走査モジュール9の重心位置とのずれ等に起因して、図7に示すように、往路と復路とでx‐y面内で回転による姿勢変化が生じる。但し、図7(a)は図2におけるA‐A'矢視断面図である。また、図7(b)は、走査モジュール9およびガイドシャフト13a,13bの平面図である。図7(a)および図7(b)において、例えば、往路時の走査モジュール9を破線で示し、復路時の走査モジュール9を実線で示している。
上記走査モジュール9の傾き検出
上述したように、上記走査モジュール9は、ガイドシャフト13a,13bによって案内されて、上記走査装置によって上記第2走査方向に往復動するようになっている。したがって、2本のガイドシャフト13a,13bに案内されて高速走査する走査モジュール9には、軸受(図示せず)のがた付きや、ガイドシャフト13a,13bの平行度の影響や、上記走査装置による牽引位置と走査モジュール9の重心位置とのずれ等に起因して、図7に示すように、往路と復路とでx‐y面内で回転による姿勢変化が生じる。但し、図7(a)は図2におけるA‐A'矢視断面図である。また、図7(b)は、走査モジュール9およびガイドシャフト13a,13bの平面図である。図7(a)および図7(b)において、例えば、往路時の走査モジュール9を破線で示し、復路時の走査モジュール9を実線で示している。
このような、往路と復路とにおける上記走査モジュール9のx‐y面内で回転による姿勢変化は、ビームスプリッタ38から出射された一部の励起光のスポット39の位置ずれとなって現れる。例えば、往路時の場合には、図7(a)に破線のスポット39aで示すように、部分フォトダイオード37aと部分フォトダイオード37bとで入射面積が略均等になる。これに対して、往路時の場合には、図7(b)に実線のスポット39bで示すように、部分フォトダイオード37bの入射面積が部分フォトダイオード37aの入射面積よりも大きくなる。
そこで、本実施の形態においては、PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、上記メモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶された部分フォトダイオード37aの光量aから部分フォトダイオード37bの光量bを差し引いて差光量(=a−b)を算出することによって、走査モジュール9のx‐y面内での傾き量を定量的に検出するのである。
したがって、上記差光量を監視することによって、上記走査モジュール9のx‐y面内での傾きの発生を検知し、走査モジュール9のx‐y面内での傾きに起因するサンプル16からの蛍光のスポットの位置ずれを、上記差光量に基づいて補正することができる。例えば、走査モジュール9におけるx‐y面内での揺動の中心と対物レンズ17の光軸との距離と、上記中心からフォトダイオード37までの距離と、励起光のスポット39の位置ずれ(上記差光量)とに基づいて、対物レンズ17のx‐y面内での上記第1走査方向への位置ずれを求めることによって、補正することが可能になる。すなわち、本実施の形態においては、PC5を上記傾き検出部部として機能させるのである。
ここで、上述の説明は、上記走査モジュール9の往路と復路とでのx‐y面内での姿勢変化を例に挙げて行っている。しかしながら、これに止まらず、経年変化による軸受の摩耗によって生じる傾き量の変化をも検出できるので、傾き量にあった適切な補正量を付与することができる。
また、上記走査モジュール9のx‐y面内での傾き量が、予め設定された設定範囲を超えた場合には部材交換が必要になる。上記差光量は、部材交換の時期の検知方法としても使用できる。
尚、本実施の形態においては、上記フォトダイオード37を、図6に示すようにz軸に沿って2分割している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、x軸に沿って2分割することも可能である。その場合には、走査モジュール9におけるx軸方向と略直交するz軸方向(垂直方向)への傾きを検出可能になる。
以上のごとく、本実施の形態における蛍光検出装置においては、蛍光物質を励起する励起光を出射する光源18と、上記励起光の照射に基づいてサンプル16から発せられた蛍光を検出する検出光学系とを含むと共に、第1走査方向(x方向)とこの第1走査方向に略直交する第2走査方向(y方向)との二次元走査を行う走査モジュール9を備えている。また、走査モジュール9に、光源18から出射された励起光の一部を分岐させて走査モジュール9の外部に導くビームスプリッタ38を設けている。
そして、上記ビームスプリッタ38によって走査モジュール9の外部に導かれた励起光をフォトダイオード37で検出し、PC5によって、上記検出された励起光の強度に基づいて、上記検出光学系で検出されたサンプル16からの蛍光の強度を補正するようにしている。
したがって、上記走査モジュール9による上記二次元走査中に、サンプル16からの蛍光の強度をフォトダイオード37で検出された励起光の強度に基づいて補正することができる。
その場合、上記フォトダイオード37を走査モジュール9の外部に設けているので、走査モジュール9における上記検出光学系の複雑化,大型化に伴う重量増加を無くし、且つサンプル16からの蛍光の強度を精度よく補正することができる。したがって、光源18に出力変動が生じても正確な蛍光画像を測定することができる。
すなわち、上記走査モジュール9の光源18が上記DPSSレーザである場合に、数分から数十分の周期で光出力が10%〜20%増減する揺らぎに起因して、サンプル16からの蛍光の強度に生ずる揺らぎを、上記DPSSレーザからの励起光の強度に基づいて補正することができるのである。
さらに、上記フォトダイオード37を、一方向に2分割してなる2つの部分フォトダイオード37a,37bで構成すると共に、PC5によって、2つの部分フォトダイオード37a,37bで検出された上記励起光の強度に基づいて、走査モジュール9の傾きを検出するようにしている。
上記ビームスプリッタ38からフォトダイオード37までの距離を長くすることによって、例えば、走査モジュール9が、フォトダイオード37における2つの部分フォトダイオード37a,37bのうちの一方側に傾く場合には、ビームスプリッタ38からの分岐光のフォトダイオード37への入射位置も上記一方の部分フォトダイオード側にずれことになり、走査モジュール9の傾きを高精度に測定することができる。
したがって、上記PC5によって、2つの部分フォトダイオード37a,37bでの受光量を比較することにより、走査モジュール9に関するフォトダイオード37の分割方向と略直交する方向への傾きを、定量的に検出することができるのである。
さらに、上記走査モジュール9を、第2ステージ8によって上記第2走査方向に往復動可能に支持し、且つ第2ステージ8の第1,第2ガイド部材11,12を、第1ステージ7によって上記第1走査方向に往復動可能に支持している。そして、ビームスプリッタ38によって走査モジュール9の外部に導かれる上記励起光の進行方向を、上記第2走査方向とし、フォトダイオード37を、第2ガイド部材12に取り付けると共に、走査モジュール9の上記第2走査方向への走査線上に位置させている。
したがって、上記ビームスプリッタ38からの上記励起光の進行方向を走査モジュール9が往復動する上記第2走査方向とすることによって、ビームスプリッタ38からフォトダイオード37までの距離を長くして、走査モジュール9の傾きを高精度に測定することができる。
また、上記フォトダイオード37を、走査モジュール9と共に上記第1走査方向に移動する第2ガイド部材12に取り付けている。したがって、走査モジュール9におけるビームスプリッタ38からの分岐光は、走査モジュール9の走査位置に拘わらず常にフォトダイオード37に入射される。そのために、走査モジュール9における上記二次元走査中の何れの時点でも、フォトダイオード37によって光源18からの励起光の光強度を測定することができる。
すなわち、上記走査モジュール9における上記二次元走査中の何れの時点であっても、サンプル16からの蛍光の強度をフォトダイオード37で測定された励起光の強度に基づいて補正すること、あるいは、走査モジュール9におけるフォトダイオード37の分割方向と略直交する方向への傾きを検出することが可能になる。
さらに、上記フォトダイオード37の2分割方向を、上記第1走査方向(x軸方向)、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向(z軸方向)の2方向うちの、少なくとも何れか一つの方向としている。したがって、PC5によって、走査モジュール9における上記第1走査方向と略直交する垂直方向(z軸方向)への傾き、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向と略直交する上記第1走査方向(x軸方向)への傾きうちの、少なくとも何れか一つの方向への傾きを検出することができる。
・第2実施の形態
本実施の形態の蛍光検出装置における外観図は、上記第1実施の形態の場合における図1と同様である。また、走査ステージの外観図も、上記第1実施の形態の場合における図2と同様である。また、走査モジュールの縦断面図も、上記第1実施の形態の場合における図3と同様である。そこで、以下においては、上記第1実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して説明を行う。
本実施の形態の蛍光検出装置における外観図は、上記第1実施の形態の場合における図1と同様である。また、走査ステージの外観図も、上記第1実施の形態の場合における図2と同様である。また、走査モジュールの縦断面図も、上記第1実施の形態の場合における図3と同様である。そこで、以下においては、上記第1実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して説明を行う。
上記第1実施の形態の場合においては、図4に示す走査ステージの断面図において、第2ガイド部材12にフォトダイオード37を取り付けている。これに対して、本実施の形態は、さらに、図8に示すように、ビームスプリッタ38からフォトダイオード37への光軸上に、ビームスプリッタ38とは異なる上記第2の光分岐素子としてのビームスプリッタ40を設置している。以下、ビームスプリッタ38を第1ビームスプリッタ38と称し、ビームスプリッタ40を第2ビームスプリッタ40と称する。尚、図8(a)は図2におけるA‐A'矢視断面図に相当する。また、図8(b)は、走査モジュール9およびガイドシャフト13a,13bの平面図である。
上記第2ビームスプリッタ40は、第1ビームスプリッタ38からy方向(第2走査方向)に出射された励起光の一部を、図8(b)に示すように、第1ビームスプリッタ38の光軸に直交するx方向(第1走査方向)に出射させる。そして、x方向に出射された一部の励起光の光軸上に、矩形を成す板状体でなるフォトダイオード取付部材42と、フォトダイオード取付部材42に取り付けられた上記第2の光検出部としてのフォトダイオード43とを含むフォトダイオードユニット41を設けている。以下、フォトダイオード37を第1フォトダイオード37と称し、フォトダイオード43を第2フォトダイオード43と称する。
上記構成において、上記走査モジュール9の第1ビームスプリッタ38からy方向(第2走査方向)に出射された一部の励起光のうち、一部は第2ビームスプリッタ40を透過して第1フォトダイオード37に入射される。また、残りは第2ビームスプリッタ40で反射されて第2フォトダイオード43に入射されるのである。
図9に示すように、上記第2ガイド部材12に取り付けられた第1フォトダイオード37はz軸に沿って2分割され、部分第1フォトダイオード37aと部分第2フォトダイオード37bとで構成されている。そして、走査モジュール9がx‐y面内で正常な姿勢を保っている場合には、第2ビームスプリッタ40を透過した励起光のスポット44が、部分第1フォトダイオード37aと部分第1フォトダイオード37bとに略均等に入射されるようになっている。
また、図10に示すように、上記第2フォトダイオード43はy軸に沿って2分割されて、上記部分受光部としての部分第2フォトダイオード43aと部分第2フォトダイオード43bとで構成されている。そして、走査モジュール9がx‐z面内で正常な姿勢を保っている場合には、第2ビームスプリッタ40で反射された励起光のスポット45が、部分第2フォトダイオード43aと部分第2フォトダイオード43bとに略均等に入射されるようになっている。
こうして、上記部分第1フォトダイオード37aと部分第1フォトダイオード37bとによって検出された光源18からの一部の光量と、部分第2フォトダイオード43aと部分第2フォトダイオード43bとによって検出された光源18からの一部の光量とは、例えばPC5のメモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶される。
上述のように、上記第1フォトダイオード37は、上記第1実施の形態におけるフォトダイオード37と同じ構成を有している。したがって、PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、上記メモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶された部分第1フォトダイオード37aの光量aから部分第1フォトダイオード37bの光量bを差し引いて差光量(=a−b)を算出することによって、走査モジュール9のx‐y面内での傾き量を定量的に検出することができる。
また、上記第2フォトダイオード43はy軸に沿って2分割されている。したがって、PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、上記メモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶された部分第2フォトダイオード43aの光量cから部分第2フォトダイオード43bの光量dを差し引いて差光量(=c−d)を算出することによって、走査モジュール9のx‐z面内での傾き量を定量的に検出することができる。
すなわち、本実施の形態においては、上記PC5を上記傾き検出部部として機能させるのである。
また、上記第1フォトダイオード37の光量と第2フォトダイオード43の光量とを加え合わせた光量は、走査モジュール9のビームスプリッタ38から出射された励起光の光量となる。そこで、PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、上記メモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶された部分第1フォトダイオード37aの光量aと部分第1フォトダイオード37bの光量bと部分第2フォトダイオード43aの光量cと部分第2フォトダイオード43bの光量dとを加算してトータル光量(=a+b+c+d)を算出し、このトータル光量を監視する。
そして、上記トータル光量の変動が、予め設定された設定範囲を超えると、PC5によって、上記メモリにサンプル16からの蛍光強度に対応付けて記憶された上記励起光のトータル光量を基準として、サンプル16からの蛍光強度を規格化して、光源18の光出力の変動分をキャンセルする。すなわち、本実施の形態においても、PC5を上記光強度補正部として機能させるのである。
また、上記第1実施の形態の場合と同様に、経年変化による軸受の摩耗によって生じる傾き量の変化をも検出することができる。さらに、上記差光量を、部材交換の時期の検知方法として使用できる。
以上のごとく、本実施の形態における蛍光検出装置においては、上記第1ビームスプリッタ38によってy方向(第2走査方向)に向かって走査モジュール9の外部に導かれた励起光の光路上に、この励起光の一部を反射してx方向(第1走査方向)に導く第2ビームスプリッタ40を配置している。そして、第2フォトダイオード43で、第2ビームスプリッタ40によって導かれた励起光を検出するようにしている。
したがって、受光面が互いに直交する2つのフォトダイオード37,43を用いることによって、PC5によって、走査モジュール9におけるx‐y面内での傾き量とx‐z面内での傾き量とを定量的に検出することができる。すなわち、上記走査モジュール9の傾きを、さらに高精度に検出することができるのである。
・第3実施の形態
本実施の形態の蛍光検出装置における外観図は、上記第1実施の形態の場合における図1と同様である。また、走査ステージの外観図も、上記第1実施の形態の場合における図2と同様である。また、走査モジュールの縦断面図も、上記第1実施の形態の場合における図3と同様である。そこで、以下においては、上記第1実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して説明を行う。
本実施の形態の蛍光検出装置における外観図は、上記第1実施の形態の場合における図1と同様である。また、走査ステージの外観図も、上記第1実施の形態の場合における図2と同様である。また、走査モジュールの縦断面図も、上記第1実施の形態の場合における図3と同様である。そこで、以下においては、上記第1実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して説明を行う。
上記第1実施の形態の場合においては、図4に示す走査ステージの断面図において、第2ガイド部材12にz軸に沿って2分割されたフォトダイオード37を取り付けている。これに対し、本実施の形態においては、図11および図12に示すように、第2ガイド部材12に、z軸およびx軸に沿って4分割された上記光検出部としてのフォトダイオード52をフォトダイオード取付部材36に取り付けて成る、フォトダイオードユニット51を設けている。
また、本実施の形態においては、図13に示すように、上記ビームスプリッタ38からフォトダイオード52への光軸上に、上記光ビーム成形素子としてのシリンドリカルレンズ53をその軸の方向がx軸方向(上記第1走査方向)になるように設置している。このシリンドリカルレンズ53は、ビームスプリッタ38からの光ビームの断面形状を、略円形から、z軸方向への幅とx軸方向への幅とが異なる楕円形に成形する。そして、走査モジュール9が正常な姿勢を保っている場合には、シリンドリカルレンズ53から入射された楕円形のスポット54の中心がフォトダイオード52の中央に位置し、且つ楕円形のスポット54の長軸がx軸方向になるようになっている。
そして、上記部分受光部としての部分フォトダイオード52aと、部分フォトダイオード52bと、部分フォトダイオード52cと、部分フォトダイオード52dと、によって検出された光源18からの一部の光量は、例えばPC5のメモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶される。
したがって、上記PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、上記メモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶された部分フォトダイオード52aの光量aと、部分フォトダイオード52bの光量bと、部分フォトダイオード52cの光量cと、部分フォトダイオード52dの光量dとを加算してトータル光量(=a+b+c+d)を算出し、このトータル光量を監視する。
そして、上記トータル光量の変動が、予め設定された設定範囲を超えると、PC5によって、上記メモリにサンプル16からの蛍光強度に対応付けて記憶された上記励起光のトータル光量に基づいて、サンプル16からの蛍光強度を規格化して、光源18の光出力の変動分をキャンセルするようになっている。すなわち、本実施の形態においても、PC5を上記光強度補正部として機能させるのである。
さらに、上記PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、上記メモリにサンプル16からの蛍光の強度と対応付けて記憶されている部分フォトダイオード52aの光量aと部分フォトダイオード52bの光量bとの加算値(a+b)から、部分フォトダイオード52cの光量cと部分フォトダイオード52dの光量dとの加算値(c+d)を差し引いて差光量(=(a+b)−(c+d))を算出することによって、走査モジュール9のy‐z面内での傾き量を定量的に検出することができる。
また、上記PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、部分フォトダイオード52aの光量aと部分フォトダイオード52cの光量cとの加算値(a+c)から、部分フォトダイオード52bの光量bと部分フォトダイオード52dの光量dとの加算値(b+d)を差し引いて差光量(=(a+c)−(b+d))を算出することによって、走査モジュール9のx‐y面内での傾き量を定量的に検出することができる。
また、上記走査モジュール92対して、ビームスプリッタ38の光軸を中心として捩れが発生した場合には、図12に示すように、楕円形のスポット54がフォトダイオード52の中央を中心として回転する。その場合には、PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、部分フォトダイオード52aの光量aと部分フォトダイオード52dの光量dとの加算値(a+d)から、部分フォトダイオード52bの光量bと部分フォトダイオード52cの光量cとの加算値(b+c)を差し引いて差光量(=(a+d)−(b+c))を算出することによって、走査モジュール9の捩れ量を定量的に検出することができる。
また、上記PC5によって、予め、走査モジュール9が正常な姿勢を保っている場合における各部分フォトダイオード52a〜52dの光量aO〜dOを、上記メモリに基準光量として記憶しておく。そして、PC5によって、常にあるいは適切な時間間隔で、各部分フォトダイオード52a〜52dの光量a〜dを上記メモリから読み出して、基準光量aO〜dOと比較することによって、総ての方向への傾きや捩れを定量的に検出することが可能になる。
すなわち、本実施の形態においても、PC5を上記傾き検出部として機能させるのである。
また、上記第1,第2実施の形態の場合と同様に、経年変化による軸受の摩耗によって生じる傾き量の変化をも検出することができる。さらに、上記各種差光量を、部材交換の時期の検知方法として使用できる。
以上のごとく、本実施の形態における蛍光検出装置においては、上記フォトダイオード52の2分割方向を、上記第1走査方向(x方向)、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向(z方向)の2方向としている。そして、ビームスプリッタ38とフォトダイオード52との間に、ビームスプリッタ38からの光ビームの断面形状を、上記第1走査方向および上記第2走査方向に垂直な方向(z軸方向)への幅と、上記第1走査方向(x軸方向)への幅とが異なる楕円形に成形するシリンドリカルレンズ53を備えている。
したがって、上記x方向と上記z方向とに4分割されたフォトダイオード52で上記楕円形に成形された光ビームを受光することにより、PC5によって、各部分フォトダイオード52a〜52dでの受光量を比較することによって、走査モジュール9におけるビームスプリッタ38からの分岐光の進行方向を軸とした捩れによる傾きを検出することができる。
1…蛍光検出装置、
4…サンプル台、
5…PC、
6…走査ステージ、
7…第1ステージ、
8…第2ステージ、
9…走査モジュール、
11…第1ガイド部材、
12…第2ガイド部材、
16…サンプル、
17…対物レンズ、
18…光源、
26…検出器、
37,52…フォトダイオード(第1フォトダイオード)、
37a,37b…部分フォトダイオード(部分第1フォトダイオード)、
38…ビームスプリッタ(第1ビームスプリッタ)、
39,44,45,54…励起光スポット、
40…第2ビームスプリッタ、
43…第2フォトダイオード、
43a,43b…部分第2フォトダイオード、
52a,52b,52c,52d…部分フォトダイオード、
53…シリンドリカルレンズ。
4…サンプル台、
5…PC、
6…走査ステージ、
7…第1ステージ、
8…第2ステージ、
9…走査モジュール、
11…第1ガイド部材、
12…第2ガイド部材、
16…サンプル、
17…対物レンズ、
18…光源、
26…検出器、
37,52…フォトダイオード(第1フォトダイオード)、
37a,37b…部分フォトダイオード(部分第1フォトダイオード)、
38…ビームスプリッタ(第1ビームスプリッタ)、
39,44,45,54…励起光スポット、
40…第2ビームスプリッタ、
43…第2フォトダイオード、
43a,43b…部分第2フォトダイオード、
52a,52b,52c,52d…部分フォトダイオード、
53…シリンドリカルレンズ。
Claims (8)
- 蛍光物質を励起する励起光を出射する光源と、上記励起光の照射に基づいて検出対象物から発せられた蛍光を検出する検出光学系とを含むと共に、第1走査方向とこの第1走査方向に略直交する第2走査方向との二次元走査を行う走査モジュールと、
上記走査モジュールに設けられると共に、上記光源から出射された励起光の一部を分岐させて当該走査モジュールの外部に導く光分岐素子と、
上記光分岐素子によって上記走査モジュールの外部に導かれた励起光を検出する光検出部と
を備えたことを特徴とする蛍光検出装置。 - 請求項1に記載の蛍光検出装置において、
上記光検出部によって検出された上記励起光の強度に基づいて、上記検出光学系で検出された上記検出対象物からの蛍光の強度を補正する光強度補正部を備えた
ことを特徴とする蛍光検出装置。 - 請求項1あるいは請求項2に記載の蛍光検出装置において、
上記光検出部は、一方向に2分割されてなる2つの部分受光部を含んでいる
ことを特徴とする蛍光検出装置。 - 請求項3に記載の蛍光検出装置において、
上記光検出部における上記2つの部分受光部により検出された上記励起光の強度に基づいて、上記走査モジュールの傾きを検出する傾き検出部を備えた
ことを特徴とする蛍光検出装置。 - 請求項3あるいは請求項4に記載の蛍光検出装置において、
上記走査モジュールを、基準台の面方向上記第2走査方向に往復動可能に支持する上部支持部と、
上記基準台に設置されると共に、上記上部支持部を、上記基準台の面方向上記第1走査方向に往復動可能に支持する下部支持部と
を備え、
上記光分岐素子により上記走査モジュールの外部に導かれる上記励起光の進行方向は、上記第2走査方向であり、
上記光検出部は、上記上部支持部に取り付けられると共に、上記走査モジュールの上記第2走査方向への走査線上に位置している
ことを特徴とする蛍光検出装置。 - 請求項5に記載の蛍光検出装置において、
上記光検出部の2分割方向は、上記第1走査方向、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向の2方向うちの、少なくとも何れか一つの方向である
ことを特徴とする蛍光検出装置。 - 請求項6に記載の蛍光検出装置において、
上記光検出部の2分割方向は、上記第1走査方向、および、上記第1走査方向と上記第2走査方向とに垂直な方向の2方向であり、
上記光分岐素子と上記光検出部の間に、上記光分岐素子からの光ビームの断面形状を、上記第1走査方向および上記第2走査方向に垂直な方向への幅と、上記第1走査方向への幅とが異なる楕円形に成形する光ビーム成形素子を備えた
ことを特徴とする蛍光検出装置。 - 請求項4から請求項7の何れか一つに記載の蛍光検出装置において、
上記光分岐素子によって上記走査モジュールの外部に導かれた励起光の光路上に、この励起光の一部を反射して異なる方向に導く第2の光分岐素子と、
上記第2の光分岐素子によって導かれた励起光を検出する第2の光検出部と
を備えたことを特徴とする蛍光検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012214203A JP2014066687A (ja) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 蛍光検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012214203A JP2014066687A (ja) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 蛍光検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014066687A true JP2014066687A (ja) | 2014-04-17 |
Family
ID=50743231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012214203A Pending JP2014066687A (ja) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 蛍光検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014066687A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105424601A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-23 | 佛山市南海区欧谱曼迪科技有限责任公司 | 一种手持式共聚焦皮肤显微方法和装置 |
WO2018078967A1 (ja) * | 2016-10-27 | 2018-05-03 | シャープ株式会社 | 蛍光検査システム、分子検査方法及び蛍光検査方法 |
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-
2012
- 2012-09-27 JP JP2012214203A patent/JP2014066687A/ja active Pending
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