JP2015038539A - Lens element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light collection efficiency and detection accuracy while suppressing an increase in size.SOLUTION: A lens element includes a center part for collecting light emitted radially from a point light source by refraction, and a peripheral part for collecting the light from the point light source by reflection. The center part has an incident side convex surface (28a) having a curved shape convex outward in the optical axis direction, and an emission side convex surface (28b) having a curved shape convex outward in the optical axis direction. The peripheral part has an incident side end face (29a), an outer surface (29b) formed continuously to the incident side end face (29a) and internally reflecting light from the incident side end face (29a), and an emission side end face (29c) for emitting the light internally reflected by the outer surface (29b). At the boundary between the incident side convex surface (28a) in the center part and the incident side end face (29a) of the peripheral part, a recessed boundary part is formed.

Description

この発明は、二次元的に分布する蛍光標識を読み取る蛍光検出装置の対物レンズ等に用いられるレンズ素子に関する。   The present invention relates to a lens element used for an objective lens or the like of a fluorescence detection apparatus that reads fluorescent labels distributed two-dimensionally.

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。   Conventionally, a fluorescence detection system using a fluorescent dye as a labeling substance has been widely used in the fields of biochemistry and molecular biology. By using this fluorescence detection system, it is possible to evaluate gene sequences, gene mutation / polymorphism analysis, protein separation and identification, and the like, which are used for development of drugs and the like.

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。上記電気泳動では、緩衝液等の溶液中に電極を設置しておき、直流電流を流すことによって上記溶液中に電場勾配を生じさせる。このとき、上記溶液中に電荷を有するタンパク質やDNA(Deoxyribonucleic acid:デオキシリボ核酸)やRNA(ribo nucleic acid:リボ核酸)がある場合に、プラス電荷を有する分子は陰極に、マイナス電荷を有する分子は陽極に引き寄せられ、生体分子の分離を行うことができる。   As an evaluation method using a fluorescent label as described above, a method is often used in which biological compounds such as proteins are distributed in a gel by electrophoresis and the distribution of the biological compounds is obtained by fluorescence detection. ing. In the electrophoresis, an electrode is placed in a solution such as a buffer solution, and an electric field gradient is generated in the solution by flowing a direct current. At this time, when there is a charged protein, DNA (Deoxyribonucleic acid: deoxyribonucleic acid) or RNA (ribonucleic acid: ribonucleic acid) in the solution, the positively charged molecule is the cathode, the negatively charged molecule is The biomolecules can be separated by being attracted to the anode.

上記電気泳動を用いた評価方法の一つである二次元電気泳動は、2種類の電気泳動法を組み合わせることによって、ゲル内に生体分子を2次元的に分布させる評価方法であり、プロテオーム解析を行う上で最も有効な方法であると考えられている。   Two-dimensional electrophoresis, which is one of the evaluation methods using electrophoresis, is an evaluation method that distributes biomolecules two-dimensionally in a gel by combining two types of electrophoresis methods. Proteomic analysis It is considered the most effective way to do it.

上記電気泳動の組み合わせとしては、例えば、一次元目としての「個々のタンパク質の等電点の違いを利用する等電点電気泳動」と、二次元目としての「タンパク質の分子量で分離を行うSDS‐PAGE(ドデシル硫酸ナトリウム‐ポリアクリルアミドゲル電気泳動)」との2種類が主に用いられる。こうして分離された上記生体分子としてのタンパク質に対して、蛍光色素は電気泳動前あるいは電気泳動後に付与される。   Examples of the combination of the electrophoresis include, for example, “isoelectric focusing using the difference in isoelectric point of each protein” as the first dimension and “SDS that performs separation based on the molecular weight of the protein” as the second dimension. -PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) "is mainly used. A fluorescent dye is applied to the protein as the biomolecule thus separated before or after electrophoresis.

さらに、上述のようにして作製された上記生体分子(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。   Furthermore, the gel support on which the biomolecules (proteins) prepared as described above are two-dimensionally distributed is irradiated with excitation light, and the generated fluorescence intensity is obtained, and the fluorescence distribution (protein Distribution) Image readers that display images are widely used in the fields of biochemistry and molecular biology.

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。   As a method for maintaining the two-dimensional distribution of the biomolecules, not only the gel is retained in the gel, but also the protein is separated from the gel and then the membrane is separated from the gel using electrophoresis or capillary action. There is also a method of transferring to the surface. In that case, as in the case of image reading using the gel support, the fluorescence distribution on the transfer support, which is the membrane, can be imaged by an image reading device.

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、特開平10‐3134号公報(特許文献1)に開示された画像読み取り装置がある。   As an image reading device that reads a biomolecule distribution image from a gel support or transfer support in which biomolecules are two-dimensionally distributed as described above, an image disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-3134 (Patent Document 1) There is a reader.

上記従来の画像読み取り装置では、中央部に孔が形成されたミラーを主走査方向に移動される光学ヘッドに搭載し、蛍光物質によって標識された変性DNAの電気泳動が記録された転写支持体に対して、光源からの上記蛍光物質の波長に応じた波長のレーザ光(励起光)を上記ミラーの孔を通過させて照射する。そして、上記転写支持体中の蛍光色素が励起されて発せられた蛍光が上記ミラーの上記孔の周囲で反射され、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、ラインバッファに、1ライン分の画像データが記憶される。以下、上記主走査方向に直交する副走査方向に上記光学ヘッドを移動させながら上記動作を繰り返すことにより、画像処理装置によって二次元の可視画像(蛍光画像)を得るようにしている。   In the conventional image reading apparatus, a mirror having a hole in the center is mounted on an optical head moved in the main scanning direction, and a transfer support on which electrophoresis of denatured DNA labeled with a fluorescent substance is recorded is recorded. On the other hand, a laser beam (excitation light) having a wavelength corresponding to the wavelength of the fluorescent material from the light source is irradiated through the hole of the mirror. Then, the fluorescence emitted when the fluorescent dye in the transfer support is excited is reflected around the hole of the mirror, and is detected by being photoelectrically converted by a multiplier. Thus, image data for one line is stored in the line buffer. Hereinafter, by repeating the above operation while moving the optical head in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, a two-dimensional visible image (fluorescent image) is obtained by the image processing apparatus.

上述のように、上記従来の画像読み取り装置においては、ダイクロイックミラーを用いることなく励起光を転写支持体に照射するため、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比して、強い励起エネルギーを上記転写支持体に付与することができ、光電検出される信号(画像情報)のS/Nを向上できる。   As described above, in the conventional image reading apparatus, since excitation light is irradiated to the transfer support without using a dichroic mirror, strong excitation energy is higher than that of a method in which excitation light is irradiated through a dichroic mirror. The S / N of a signal (image information) that can be applied to the transfer support and photoelectrically detected can be improved.

しかしながら、微弱な蛍光を検出するに当たっては、さらなるS/Nの向上が求められる。   However, when detecting weak fluorescence, further improvement in S / N is required.

上記光電検出される信号(画像情報)のS/Nを向上するためには、レーザ光等の励起光の照射によって蛍光色素が励起されて発せられて等方的に広がって出射されるた蛍光をなるべく捕集する必要がある。このように、等方的に広がって出射される光を効率良く集光できるレンズ素子として、再公表WO2008/069143(特許文献2)に開示されたコリメータレンズおよび特開2010‐114044号公報(特許文献3)に開示された光学部材がある。   In order to improve the S / N of the photoelectrically detected signal (image information), the fluorescent dye is excited and emitted by irradiation with excitation light such as laser light, and is emitted in an isotropic manner. It is necessary to collect as much as possible. As described above, as a lens element capable of efficiently condensing light that is isotropically spread and emitted, a collimator lens disclosed in the republished WO2008 / 0669143 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-114044 (Patent Document) There is an optical member disclosed in Document 3).

上記特許文献2に開示されたコリメータレンズにおいては、図10に示すように、入射面は球面であり、出射面は中心側の凸形の楕円面と周囲側の凹形の楕円面との複合面であり、側面は凸形の楕円面である。そして、光源101からの光束は、コリメータレンズ102の入射面である球面102aに略垂直に入射する。そのうち、光軸との成す角が小さい光線は出射面である凸形の楕円面102cで屈折され、平行光束となって出射される。また、光軸との成す角が大きい光線は側面である凸形の楕円面102bで全反射されて第2焦点に集光される。この楕円面102bで全反射されて第2焦点に集光される光束は、出射面である凹形の楕円面102dで屈折され、平行光束となって出射される。   In the collimator lens disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 10, the entrance surface is a spherical surface, and the exit surface is a composite of a convex ellipsoid on the center side and a concave ellipsoid on the peripheral side. The side surface is a convex elliptical surface. The light beam from the light source 101 is incident on the spherical surface 102 a that is the incident surface of the collimator lens 102 substantially perpendicularly. Among them, a light beam having a small angle with the optical axis is refracted by the convex elliptical surface 102c, which is an output surface, and is emitted as a parallel light beam. In addition, a light beam having a large angle with the optical axis is totally reflected by the convex elliptical surface 102b which is the side surface and is collected at the second focal point. The light beam that is totally reflected by the ellipsoidal surface 102b and collected at the second focal point is refracted by the concave ellipsoidal surface 102d that is the emission surface, and is emitted as a parallel light beam.

こうして、光源101から発せられた光束は、コリメータレンズ102によって略平行光に変換される。   Thus, the light beam emitted from the light source 101 is converted into substantially parallel light by the collimator lens 102.

また、上記特許文献3に開示された光学部材においては、図11に示すように、発光部105に対応して延在する入射面106と、入射面106に対向する出射側に一体形成されたシリンドリカルレンズ部107と、入射面106に連続する反射面108とを、有している。そして、直線状の発光部105から放射され光のうち狭角に放射する光をシリンドリカルレンズ部107によって線状に集光させる。また、広角に放射する光を、反射面108の全反射によってシリンドリカルレンズ部107の焦点Fに集光させるようにしている。   Further, in the optical member disclosed in Patent Document 3, as shown in FIG. 11, the incident surface 106 corresponding to the light emitting portion 105 and the emission side facing the incident surface 106 are integrally formed. A cylindrical lens unit 107 and a reflecting surface 108 continuous with the incident surface 106 are provided. Then, the light emitted from the linear light emitting unit 105 and radiated at a narrow angle is condensed linearly by the cylindrical lens unit 107. Further, the light radiated at a wide angle is condensed at the focal point F of the cylindrical lens unit 107 by the total reflection of the reflection surface 108.

このように、上記コリメータレンズおよび上記光学部材の何れにおいても、光源や発光部からの光束のうち光軸との角が大きい光線を側面での全反射によって集光することによって、集光率を高めることを可能にしている。   As described above, in any of the collimator lens and the optical member, the light condensing rate is obtained by condensing the light beam having a large angle with the optical axis from the light source or the light emitting unit by total reflection on the side surface. It is possible to increase.

しかしながら、上記従来のコリメータレンズおよび光学部材には、以下のような問題がある。   However, the conventional collimator lens and the optical member have the following problems.

すなわち、例えば、上記特許文献2に開示されたコリメータレンズの場合には、光源101からの光が入射する入射面全体は、一つの球面102aで構成されている。そして、光源101は、球面102aの中心に位置している。そのため、光源101からの光は球面102aに略垂直に入射することになり、入射面全体に対して一様に入射される。したがって、入射面である球面102aに入射されて出射面である凸形の楕円面102cに至る中央部の光と、入射面である球面102aに入射されて全反射面である凸形の楕円面102bに至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。   That is, for example, in the case of the collimator lens disclosed in Patent Document 2, the entire incident surface on which the light from the light source 101 enters is composed of one spherical surface 102a. The light source 101 is located at the center of the spherical surface 102a. For this reason, the light from the light source 101 enters the spherical surface 102a substantially perpendicularly, and is uniformly incident on the entire incident surface. Therefore, the light at the central part that is incident on the spherical surface 102a that is the incident surface and reaches the convex elliptical surface 102c that is the output surface, and the convex elliptical surface that is incident on the spherical surface 102a that is the incident surface and is the total reflection surface The light in the peripheral part reaching 102b is not clearly separated.

そのため、図10に描かれている球面102aに入射されて凸形の楕円面102cに至る光の光線と、球面102aに入射されて凸形の楕円面102bに至る光の光線との間には、出射面である凹形の楕円面102dで全反射される光が存在することになる。このような楕円面102dで全反射される光は、集光するように想定された光路にはないため迷光となる。特に上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には、上記迷光の存在によって蛍光検出精度が低下してしまうと言う問題がある。   Therefore, there is a gap between the light ray incident on the spherical surface 102a depicted in FIG. 10 and reaching the convex elliptical surface 102c and the light ray incident on the spherical surface 102a and reaching the convex elliptical surface 102b. Thus, there is light that is totally reflected by the concave elliptical surface 102d that is the exit surface. Such light totally reflected by the elliptical surface 102d is stray light because it is not in the optical path assumed to be collected. In particular, when the collimator lens is used in a fluorescence detection apparatus, there is a problem that the fluorescence detection accuracy decreases due to the presence of the stray light.

さらに、上記入射面全体が一つの球面(凹面)102aで構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、出射側の凸形の楕円面102cの曲率を大きくする必要が生じる等の設計上の制約が生ずるという問題や、楕円面102cの焦点距離が大きくなるため、上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には蛍光検出装置が大型化するという問題が発生することになる。   Furthermore, since the entire incident surface is composed of one spherical surface (concave surface) 102a, a light condensing effect on the incident surface cannot be expected. Accordingly, it is necessary to increase the condensing efficiency on the exit side accordingly, and there is a problem that design restrictions such as the need to increase the curvature of the convex elliptical surface 102c on the exit side, and the elliptical surface 102c. Therefore, when the collimator lens is used in the fluorescence detection device, there arises a problem that the fluorescence detection device is enlarged.

上述の問題は、上記特許文献3に開示された光学部材の場合にも同様に発生する。すなわち、発光部105からの光が入射する入射面全体は、一つの平面である入射面106で構成されている。そのため、発光部105からの光は入射面全体に対して略一様に入射される。したがって、入射面106に入射されてシリンドリカルレンズ部107に至る中央部の光と、入射面106に入射されて反射面108に至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。そのため、上記中央部の光と上記周辺部の光との間には、集光するように想定された光路にはないため迷光となる光が存在することになる。   The above problem also occurs in the case of the optical member disclosed in Patent Document 3. That is, the entire incident surface on which the light from the light emitting unit 105 is incident is composed of the incident surface 106 that is a single plane. Therefore, the light from the light emitting unit 105 is incident substantially uniformly on the entire incident surface. Therefore, the light at the central portion that is incident on the incident surface 106 and reaches the cylindrical lens portion 107 and the light at the peripheral portion that is incident on the incident surface 106 and reaches the reflective surface 108 are not clearly separated. For this reason, light that becomes stray light exists between the light at the central portion and the light at the peripheral portion because there is no optical path that is supposed to be condensed.

さらに、上記入射面全体が一つの平面である入射面106で構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、設計上の制約が生ずるという問題や蛍光検出装置が大型化するという問題が発生する。   Further, since the entire incident surface is composed of the incident surface 106 which is a single plane, a light condensing effect on the incident surface cannot be expected. Therefore, it is necessary to increase the condensing efficiency on the output side by that amount, which causes a problem of design restrictions and a problem that the fluorescence detection apparatus is enlarged.

特開平10‐3134号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-3134 再公表WO2008/069143Republished WO2008 / 069143 特開2010‐114044号公報JP 2010-114044 A

そこで、この発明の課題は、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能なレンズ素子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a lens element capable of increasing the light collection efficiency and the detection accuracy while suppressing an increase in size.

上記課題を解決するため、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面と、
上記入射側凸面からの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面と
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面と、
上記入射側端面からの光を内部で反射させる外周面と、
上記外周面で内部反射された光を出射させる出射側端面と
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the lens element of the present invention is
A central portion for condensing the light emitted radially from the point light source by refraction;
A peripheral portion that is adjacent to the periphery of the central portion and collects the light from the point light source by reflection, and the central portion is
While the light from the point light source is incident, the incident side convex surface having a convex curved surface shape toward the outer side in the optical axis direction,
While emitting light from the incident side convex surface, and including an output side convex surface having a curved surface shape convex toward the outside in the optical axis direction,
The above peripheral part is
An incident side end surface on which light from the point light source is incident;
An outer peripheral surface for reflecting the light from the incident side end surface inside;
And an emission side end surface for emitting the light internally reflected by the outer peripheral surface,
A concave boundary is formed at the boundary between the incident-side convex surface at the central portion and the incident-side end surface at the peripheral portion.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記中央部分における上記入射側凸面および上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側凸面から入射した光の光路と上記入射側端面から入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident-side convex surface in the central portion and the incident-side end surface in the peripheral portion are configured such that the optical path of light incident from the incident-side convex surface and the optical path of light incident from the incident-side end surface border the concave boundary portion. Thus, they are separated from each other and do not cross each other.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident-side end surface in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面は外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The outer peripheral surface in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側端面から入射された光を上記外周面に対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident side end face in the peripheral portion has a shape capable of guiding light incident from the incident side end face to the outer peripheral face so as to satisfy the total reflection condition.

以上より明らかなように、この発明のレンズ素子は、光軸を含む中央部分では、入射面を凸形の入射側凸面で構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面で構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の上記出射側凸面の曲率を特に大きくする必要はなく、上記出射側凸面の焦点距離が大きくなって本レンズ素子を搭載するモジュールが大型化することがない。   As is clear from the above, the lens element of the present invention is configured such that, in the central portion including the optical axis, the incident surface is configured with a convex incident-side convex surface, while the output surface is configured with a convex output-side convex surface. The efficiency of light collection can be easily improved. Therefore, it is not necessary to particularly increase the curvature of the exit-side convex surface on the exit side, and the focal length of the exit-side convex surface is increased and the module on which the lens element is mounted does not increase in size.

さらに、上記入射面には、上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界に、凹状の境界部が形成されている。そのために、上記入射側凸面に入射される光と上記入射側端面に入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、上記入射側凸面に入射された光と上記入射側端面に入射された光とが、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至ることを防止でき、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至った光が迷光となることを防止できる。   Furthermore, a concave boundary is formed on the incident surface at the boundary between the incident-side convex surface in the central portion and the incident-side end surface in the peripheral portion. Therefore, the refractive directions of the light incident on the incident-side convex surface and the light incident on the incident-side end surface are completely different, and the central portion and the peripheral portion on the incident surface are clearly separated. Therefore, the light incident on the incident-side convex surface and the light incident on the incident-side end surface can be prevented from reaching the surface between the output-side convex surface and the outer peripheral surface. It is possible to prevent the light reaching the surface between the outer peripheral surfaces from becoming stray light.

すなわち、この発明によれば、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能になるのである。   That is, according to the present invention, it is possible to increase the light collection efficiency and the detection accuracy while suppressing an increase in size.

この発明のレンズ素子が用いられた蛍光検出装置の外観図である。It is an external view of the fluorescence detection apparatus using the lens element of this invention. 図1におけるサンプル台の下部に設置された走査ステージの外観図である。It is an external view of the scanning stage installed in the lower part of the sample stand in FIG. 図2における第2ステージ上に載置される走査モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the scanning module mounted on the 2nd stage in FIG. 図3における対物レンズの断面図である。It is sectional drawing of the objective lens in FIG. 上記対物レンズの具体的形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific shape of the said objective lens. 図3における第1レンズの断面図である。It is sectional drawing of the 1st lens in FIG. 上記第1レンズの具体的形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific shape of the said 1st lens. 図3においてサンプルを二次元電気泳動用基板中に封入した場合の対物レンズからピンホールまでの光線図である。FIG. 4 is a ray diagram from an objective lens to a pinhole when a sample is sealed in a two-dimensional electrophoresis substrate in FIG. 3. 図8においてサンプルを直接載置した場合の光線図である。It is a light ray figure at the time of mounting a sample directly in FIG. 従来のコリメータレンズにおける断面図である。It is sectional drawing in the conventional collimator lens. 従来の光学部材における断面図である。It is sectional drawing in the conventional optical member.

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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

図1は、本実施の形態のレンズ素子が用いられている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)がサンプルとしてセットされる。   FIG. 1 is an external view of a fluorescence detection apparatus in which the lens element of the present embodiment is used. The fluorescence detection apparatus 1 is roughly configured by a main body 2 that forms a casing and a lid 3 that covers an upper surface of the main body 2. A sample table 4 made of glass is provided on the upper surface of the main body 2, and a transfer support such as a gel support or a membrane on which a biological material labeled with a fluorescent material is distributed (both on the sample stand 4). (Not shown) is set as a sample.

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、光照射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。   An optical system is arranged below the sample table 4, and the sample set on the sample table 4 is irradiated with excitation light from below through the sample table 4 by the light irradiation optical system. The fluorescence from the sample passing through the table 4 is detected by the detection optical system. The detection optical system is connected to an external terminal such as a PC (Personal computer) 5 and controls measurement conditions from the PC 5. Further, the PC 5 creates a fluorescence image of the sample based on the detection data, and displays the created fluorescence image or the like on the built-in display screen.

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、基準となる第1ステージ7と第1ステージ7の上に載置された第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。   FIG. 2 shows an external view of the scanning stage 6 installed at the lower part of the sample table 4. The scanning stage 6 includes a first stage 7 serving as a reference and a second stage 8 placed on the first stage 7. A scanning module 9 is placed on the second stage 8. The detection optical system for detecting the fluorescence is stored in the scanning module 9.

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。   The first stage 7 constituting the scanning stage 6 is provided with two guide rails 10a and 10b extending in the first scanning direction and facing each other at a constant interval. The second stage 8 is guided by the guide rail 10a of the first stage 7 and reciprocates in the first scanning direction. The second stage 8 is guided by the guide rail 10b and reciprocates in the first scanning direction. And a second guide member 12 that moves.

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本のガイドレール13a,13bが配設されている。また、上記走査モジュール9は、ガイドレール13aによって案内されて上記第2走査方向に往復動する第1ガイド部材14と、ガイドレール13bによって案内されて上記第2走査方向に往復動する第2ガイド部材15とを有している。   Between the first guide member 11 and the second guide member 12 constituting the second stage 8, the second stage 8 extends in the second scanning direction orthogonal to the first scanning direction and faces each other at a constant interval. Two guide rails 13a and 13b are provided. The scanning module 9 is guided by the guide rail 13a and reciprocates in the second scanning direction, and the second guide is guided by the guide rail 13b and reciprocates in the second scanning direction. Member 15.

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の第1ガイド部材14と第2ガイド部材15とがガイドレール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。   In the scanning method using the scanning stage 6 having the above-described configuration, first, the first guide member 11 and the second guide member 12 of the second stage 8 are guided by the guide rails 10a and 10b and moved in the first scanning direction. Thus, the positioning of the second stage 8 with respect to the first stage 7 is performed. After that, the first guide member 14 and the second guide member 15 of the scanning module 9 are guided by the guide rails 13a and 13b and moved in the second scanning direction, so that the scanning module 9 is positioned with respect to the second stage 8. Done. Thereafter, the above operation is repeated to scan the sample 16 two-dimensionally.

すなわち、本実施の形態においては、上記第1走査方向への移動手段を、ガイドレール10a,10bと第1,第2ガイド部材11,12とで構成し、上記第2走査方向への移動手段を、ガイドレール13a,13bと第1,第2ガイド部材14,15とで構成しているのである。   That is, in the present embodiment, the moving means in the first scanning direction is constituted by the guide rails 10a and 10b and the first and second guide members 11 and 12, and the moving means in the second scanning direction. The guide rails 13a and 13b and the first and second guide members 14 and 15 are configured.

また、具体的な説明は省略するが、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の第1,第2ガイド部材14,15を上記第2走査方向に移動させるためのモータ,駆動ベルト,ボールねじ,歯車,制御基板,電源および配線等の駆動部が設置されている。   Although not described in detail, the first and second guide members 11 and 12 of the second stage 8 are provided below the scanning stage 6 below the sample stage 4 of the main body 2 constituting the casing. In the first scanning direction, motors, drive belts, ball screws, gears, control boards, power supplies, wirings, etc. for moving the first and second guide members 14, 15 of the scanning module 9 in the second scanning direction A drive unit is installed.

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、走査モジュール9内の上部には、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上記レンズ素子としての対物レンズ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から出射されて複数のレンズでなるレンズ群19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反射ミラー20を配置している。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the scanning module 9 placed on the second stage 8. In FIG. 3, an objective lens serving as the lens element for condensing the fluorescence from the sample 16 set on the sample table 4 is located near the sample table (glass) 4 in the upper part of the scanning module 9. 17 is arranged. Furthermore, at a position where the optical axis of the objective lens 17 and the optical axis of the light source 18 for excitation light are orthogonal, excitation light such as laser light emitted from the light source 18 and condensed by a lens group 19 composed of a plurality of lenses. The reflection mirror 20 that reflects the light beam so as to enter the objective lens 17 is disposed.

上記対物レンズ17はレンズホルダ21内に収納されており、レンズホルダ21はステッピングモータ等の駆動部22によって、対物レンズ17の光軸方向に移動可能になっている。こうして、対物レンズ17は、レンズホルダ21と共に上記光軸方向に移動可能になっている。   The objective lens 17 is housed in a lens holder 21, and the lens holder 21 can be moved in the optical axis direction of the objective lens 17 by a drive unit 22 such as a stepping motor. Thus, the objective lens 17 can move in the optical axis direction together with the lens holder 21.

また、上記対物レンズ17の光軸上における反射ミラー20の下方には、反射ミラー20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1レンズ23、励起光カット用の波長フィルタ24、波長フィルタ24を通過した蛍光を集光する第2レンズ25、および、第2レンズ25を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール26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26の下方には、ピンホール26を通過した蛍光を検出する検出器27が配置されている。   Further, below the reflection mirror 20 on the optical axis of the objective lens 17, a first lens 23 for converting fluorescence from the sample 16 collected by the objective lens 17 into parallel light in order from the reflection mirror 20 side, An excitation light cutting wavelength filter 24, a second lens 25 for condensing the fluorescence that has passed through the wavelength filter 24, and a pinhole 26 for cutting off the stray light of the fluorescence that has passed through the second lens 25 are disposed. Further, a detector 27 that detects fluorescence that has passed through the pinhole 26 is disposed below the pinhole 26 on the optical axis of the objective lens 17.

上記構成を有する走査モジュール9において、光源18から出射された励起光は、レンズ群19で集束され、次いで反射ミラー20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、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、反射ミラー20の長手方向(レンズ群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。   In the scanning module 9 having the above-described configuration, the excitation light emitted from the light source 18 is focused by the lens group 19, then reflected by the reflection mirror 20, passes through the objective lens 17 and the sample stage 4, and the lower surface of the sample 16. Focused on one point. In that case, the length of the reflection mirror 20 in the longitudinal direction (direction perpendicular to the optical axis of the lens group 19) is short, the width in the direction perpendicular to the longitudinal direction is narrow, and the excitation light from the light source 18 is the objective light. Only the vicinity of the optical axis of the lens 17 (excitation light transmitting portion) passes therethrough.

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1レンズ23,波長フィルタ24,第2レンズ25およびピンホール26を通過して、検出器27によって検出される。そして、検出器27からの検出信号は、内蔵されるAD変換器(図示せず)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。   The fluorescence is isotropically emitted from the portion of the sample 16 irradiated with the excitation light to the periphery. The component of the emitted fluorescent light that has passed through the sample stage 4 made of glass and entered the objective lens 17 passes through the objective lens 17, the first lens 23, the wavelength filter 24, the second lens 25, and the pinhole 26. Passed and detected by detector 27. The detection signal from the detector 27 is sent to the PC 5 after being subjected to processing such as AD conversion by a built-in AD converter (not shown) or the like. In this way, the fluorescence intensity distribution at each measurement point on the sample 16 is recorded in the internal memory or the like.

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、集束光となって第1レンズ23の方向に導かれる。そして、第1レンズ23によって実質的に光軸と平行な光になるように屈折される。また、第2レンズ25は蛍光を集光する。また、ピンホール26は空間的に迷光をカットするために配置される。尚、励起光カット用の波長フィルタ24は、例えば回転フォルダ(図示せず)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。   Here, as described above, the fluorescence that has passed through the objective lens 17 is guided toward the first lens 23 as focused light. Then, the light is refracted by the first lens 23 so as to be substantially parallel to the optical axis. The second lens 25 condenses the fluorescence. Moreover, the pinhole 26 is arrange | positioned in order to cut a stray light spatially. The excitation light cutting wavelength filter 24 is disposed, for example, in a rotating folder (not shown) or the like, and can be replaced with a filter of another wavelength according to the wavelength of the excitation light.

以下、本願の特徴である上記対物レンズ17に付いて、詳細に説明する。   Hereinafter, the objective lens 17 which is a feature of the present application will be described in detail.

図4は、上記対物レンズ17の縦断面図である。図4から分かるように、対物レンズ17における光軸を含む中央部分は、上記光軸に沿って突出する入射側凸面28aと出射側凸面28bとを含んで、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28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aは、この凸レンズ部28の部分を通過して第1レンズ23に向かって集光される。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the objective lens 17. As can be seen from FIG. 4, the central portion including the optical axis in the objective lens 17 includes an incident-side convex surface 28a and an output-side convex surface 28b protruding along the optical axis, and functions as a normal convex lens (only by refraction). This is a convex lens portion 28 having light deflection. Of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence a having a small emission angle passes through the convex lens portion 28 and is condensed toward the first lens 23.

上記対物レンズ17における出射側凸面28b(凸レンズ部28)の周辺部分は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体29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、凸レンズ部28に入りきらないような放射角度の大きい蛍光bは、筒状体29の入射側端面29aから筒状体29内に入射し、入射側端面29aに連続する外周面29bで全反射されて光軸側に偏向され、外周面29bに間接に連続する出射側端面29cから第1レンズ23に向かって出射される。   A peripheral portion of the exit-side convex surface 28b (convex lens portion 28) of the objective lens 17 is a truncated cone-shaped cylindrical body 29 that opens downward. Of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence b having a large radiation angle that does not enter the convex lens portion 28 enters the cylindrical body 29 from the incident side end face 29 a of the cylindrical body 29, and enters the incident side. The light is totally reflected by the outer peripheral surface 29b continuing to the end surface 29a, deflected to the optical axis side, and emitted toward the first lens 23 from the emission side end surface 29c continuously continuing to the outer peripheral surface 29b.

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28に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体29の外周面29bで全反射させることによって、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27の感度アップを図ることができるのである。   As described above, among the fluorescent light emitted from the sample 16, fluorescent light having a large radiation angle that does not enter the convex lens portion 28 is totally reflected by the outer peripheral surface 29 b of the cylindrical body 29, so that the normal convex lens Light with a large radiation angle that cannot be collected can also be collected. Therefore, the sensitivity of the detector 27 can be increased.

また、本蛍光検出装置1の対物レンズを上記対物レンズ17と同等のNAを通常の凸レンズで実現するよりも、レンズ素子自体をコンパクトに形成することができるのである。   In addition, the lens element itself can be formed more compactly than the objective lens of the fluorescence detection apparatus 1 can be realized by using a normal convex lens having an NA equivalent to that of the objective lens 17.

図5に、上記対物レンズ17の具体的形状の一例を示す。尚、図5に記載の寸法は一例であり、この発明は、図5の寸法に限定されるものではない。ここで、図5中、「R」は曲率半径であり、単位は「mm」である。尚、図5においては、対物レンズ17における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にX軸を取り、上記光軸の方向にY軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部28の入射側凸面28aと上記光軸との交点ではなく、筒状体29の入射側端面29aと外周面29bとの交線を含む平面と上記光軸との交点である。   FIG. 5 shows an example of a specific shape of the objective lens 17. Note that the dimensions shown in FIG. 5 are merely examples, and the present invention is not limited to the dimensions shown in FIG. Here, in FIG. 5, “R” is a radius of curvature, and the unit is “mm”. In FIG. 5, the leading edge of the objective lens 17 on the optical axis on the optical axis is the origin, the X axis is taken in the direction perpendicular to the optical axis, and the Y axis is taken in the direction of the optical axis. Therefore, the origin is not the intersection of the incident-side convex surface 28a of the convex lens portion 28 and the optical axis, but the plane including the intersection line of the incident-side end surface 29a of the cylindrical body 29 and the outer peripheral surface 29b and the optical axis. It is an intersection.

上述したように、上記サンプル16から出射された蛍光のうち放射角度の小さい蛍光aは、対物レンズ17における光軸を含む中央部分(凸レンズ部28)を通過して第1レンズ23に向かって集光される。このように、対物レンズ17の中央部分は、点光源から放射状に放出された光を屈折によって集光するため、凸レンズの形状が望ましい。   As described above, the fluorescence a having a small emission angle out of the fluorescence emitted from the sample 16 passes through the central portion (convex lens portion 28) including the optical axis in the objective lens 17 and is collected toward the first lens 23. To be lighted. As described above, the central portion of the objective lens 17 is preferably a convex lens since the light emitted radially from the point light source is condensed by refraction.

しかしながら、上記特許文献2に開示されているコリメータレンズの場合には、上記凸レンズの形状とは言っても、光軸との成す角が小さい光線を屈折する部分の出射面は凸形状の楕円面102cであるものの、入射側は凹形状の球面102aである。そのため、光軸を含む中央部分は、出射側だけで集光効果を得る必要があり、凸レンズとしての集光能率が低下する。したがって、出射側の凸形の楕円面102cの曲率を大きくする必要が生ずる等の設計上の制約が生ずる。あるいは、出射側の凸形の楕円面102cの焦点距離が大きくなるため、このコリメータレンズレンズを搭載した場合には、走査モジュール9が大型化するなどの問題が発生する。   However, in the case of the collimator lens disclosed in Patent Document 2, the exit surface of the portion that refracts a light beam having a small angle with the optical axis is a convex elliptical surface, even though the shape is the convex lens. Although it is 102c, the incident side is a concave spherical surface 102a. For this reason, the central portion including the optical axis needs to obtain a light collecting effect only on the emission side, and the light collecting efficiency as a convex lens is reduced. Therefore, design restrictions such as the need to increase the curvature of the convex elliptical surface 102c on the output side arise. Or, since the focal length of the convex ellipsoid 102c on the emission side becomes large, when this collimator lens is mounted, there arises a problem that the scanning module 9 is enlarged.

本実施の形態においては、図5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、入射面を矢印「R1」で示すように凸形の入射側凸面28aで構成する。一方、出射面を矢印「R2」で示すように凸形の出射側凸面28bで構成している。このように、レンズ素子17の上記中央部分は、入射面と出射面との両方が凸形面であるため、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面28bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面28bの焦点距離が大きくなって走査モジュール9が大型化することもない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the central portion including the optical axis in the objective lens 17 is configured with a convex incident-side convex surface 28a as shown by an arrow “R1”. On the other hand, the exit surface is constituted by a convex exit-side convex surface 28b as indicated by an arrow “R2”. As described above, since both the entrance surface and the exit surface of the central portion of the lens element 17 are convex surfaces, the light collection efficiency can be easily improved. Therefore, it is not necessary to increase the curvature of the exit-side convex surface 28b on the exit side, and the focal length of the exit-side convex surface 28b on the exit side is not increased and the scanning module 9 is not enlarged.

また、上記サンプル16から出射された蛍光のうちで放射角度の小さい蛍光aを、対物レンズ17における光軸を含む中央部分によって集光する一方、放射角度の大きい蛍光bを、対物レンズ17における周辺部分によって集光する場合に、上記中央部分の入射面に入射された光の光路と上記周辺部分の入射面に入射された光の光路とが、対物レンズ17内において明確に分離されることが望ましい。   Further, among the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence a having a small emission angle is collected by the central portion including the optical axis in the objective lens 17, while the fluorescence b having a large emission angle is collected in the periphery of the objective lens 17. When the light is condensed by the portion, the optical path of the light incident on the incident surface of the central portion and the optical path of the light incident on the incident surface of the peripheral portion may be clearly separated in the objective lens 17. desirable.

しかしながら、上記特許文献2に開示されているコリメータレンズの場合には、球面102aに入射されて凸形の楕円面102cに至る中央部分の光と、球面102aに入射されて凸形の楕円面102bに至る周辺部分の光とが、明確に分離されることがない。そのため、球面102aに入射されて凹形の楕円面102dに至って全反射され、迷光となる光が存在する。   However, in the case of the collimator lens disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, the light at the central part that is incident on the spherical surface 102a and reaches the convex elliptical surface 102c, and the convex elliptical surface 102b that is incident on the spherical surface 102a. It is not clearly separated from the light in the surrounding area. Therefore, there is light that enters the spherical surface 102a, reaches the concave elliptical surface 102d, is totally reflected, and becomes stray light.

本実施の形態においては、図5に示すように、上記対物レンズ17における入射面の形状を、光軸を含む中央部分は矢印「R1」で示すように凸形の入射側凸面28aで構成する一方、上記中央部分の周辺部分(筒状体29)は矢印「R3」で示すように凸形の入射側端面29aで構成している。このように、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが異なる曲面で形成されて、上記中央部分と上記周辺部分との境界には、凹状(谷状)のくびれ部分が形成される。したがって、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the shape of the incident surface of the objective lens 17 is configured by a convex incident-side convex surface 28a as shown by an arrow “R1” at the central portion including the optical axis. On the other hand, the peripheral portion (cylindrical body 29) of the central portion is constituted by a convex incident side end face 29a as indicated by an arrow "R3". In this way, the central portion and the peripheral portion on the incident surface are formed with different curved surfaces, and a concave (valley) constricted portion is formed at the boundary between the central portion and the peripheral portion. Therefore, the central portion and the peripheral portion on the incident surface are clearly separated.

そのため、上記中央部分(凸レンズ部28)の入射側凸面28aに入射される光は、対物レンズ17の光軸側に屈折されるのに対して、上記周辺部分(筒状体29)の入射側端面29aに入射される光は、対物レンズ17の光軸とは反対側に位置する外周面29b側に屈折される。このように、入射側凸面28aに入射される光と入射側端面29aに入射される光との屈折方向か全く異なるために、上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光と上記周辺部分の入射側端面29aに入射された光とが、上記中央部分の出射側凸面28bと上記周辺部分の外周面29bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面28bと外周面29bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できるのである。   Therefore, the light incident on the incident side convex surface 28a of the central portion (convex lens portion 28) is refracted to the optical axis side of the objective lens 17, whereas the incident side of the peripheral portion (tubular body 29). The light incident on the end surface 29 a is refracted toward the outer peripheral surface 29 b located on the side opposite to the optical axis of the objective lens 17. Thus, the light incident on the incident-side convex surface 28a and the light incident on the incident-side end surface 29a are completely different from each other in the refraction direction. The light incident on the incident-side end surface 29a can be prevented from reaching the surface between the exit-side convex surface 28b of the central portion and the outer peripheral surface 29b of the peripheral portion, and the exit-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b It is possible to prevent the light reaching the surface between the two from becoming stray light.

また、上記対物レンズ17の入射面における上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光の光路と、上記周辺部分の入射側端面29aに入射された光の光路とが、対物レンズ17中で互いに交差することがないように、入射側凸面28aおよび入射側端面29aの形状が設定されている。   Further, the optical path of the light incident on the incident-side convex surface 28 a of the central portion on the incident surface of the objective lens 17 and the optical path of the light incident on the incident-side end surface 29 a of the peripheral portion are in the objective lens 17. The shapes of the incident side convex surface 28a and the incident side end surface 29a are set so as not to cross each other.

したがって、上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面28bに至るのに対し、上記周辺部分の入射側端面29aに入射される光の総てが、反射面である外周面29bに至ることになる。その結果、対物レンズ17の入射面に入射されて出射側凸面28bおよび外周面29b以外の面に至る光によって、迷光が発生することなはないのである。   Therefore, all of the light incident on the incident side convex surface 28a of the central portion reaches the convex output side convex surface 28b which is the output surface, whereas the light incident on the incident side end surface 29a of the peripheral portion. All of this reaches the outer peripheral surface 29b which is a reflection surface. As a result, stray light is not generated by light incident on the entrance surface of the objective lens 17 and reaching the surfaces other than the exit-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b.

また、上記対物レンズ17の上記中央部分における出射面は、図5において、矢印「R2」で示すように凸形の出射側凸面28bで構成されている。したがって、対物レンズ17の上記中央部分においては、入射面である入射側凸面28aと出射面である出射側凸面28bとの協働によって、サンプル16から出射された蛍光のうちの放射角度の小さい蛍光aを、効果的に検出器27に向かって集光することができる。   Further, the exit surface at the central portion of the objective lens 17 is constituted by a convex exit-side convex surface 28b as shown by an arrow “R2” in FIG. Therefore, in the central portion of the objective lens 17, the fluorescence having a small emission angle out of the fluorescence emitted from the sample 16 by the cooperation of the incident-side convex surface 28a that is the incident surface and the output-side convex surface 28b that is the output surface. a can be effectively collected toward the detector 27.

また、上記対物レンズ17の上記周辺部分における入射面は、上述したように凸形の入射側端面29aで構成されている。このように、対物レンズ17の入射面は、上記中央部分の凸形の入射側凸面28aと上記周辺部分の凸形の入射側端面29aとが、凹状(谷状)のくびれ部分を境界として、互いに隣接して独立した凸形の形状に構成されている。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、上記周辺部分の入射側端面29aから入射されて外周面29bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、対物レンズ17における外周面29bの光軸方向の長さを短くすることができ、対物レンズ17全体の小型化を図ることが可能になる。   Further, the incident surface in the peripheral portion of the objective lens 17 is constituted by the convex incident side end surface 29a as described above. As described above, the incident surface of the objective lens 17 is formed such that the convex incident side convex surface 28a of the central portion and the convex incident side end surface 29a of the peripheral portion have a concave (valley) constricted portion as a boundary. It is configured in an independent convex shape adjacent to each other. Therefore, the light condensing effect by the convex lens can be given to the incident surface also in the peripheral portion, and the irradiation area of the light incident from the incident side end surface 29a and irradiating the outer peripheral surface 29b can be reduced. . As a result, the length of the outer peripheral surface 29b of the objective lens 17 in the optical axis direction can be shortened, and the entire objective lens 17 can be reduced in size.

また、上記対物レンズ17の周辺部分における反射面は、図5において矢印「R4」で示すように対物レンズ17の外側に向かって凸形の外周面29bで構成している。このように外周面(反射面)29bが外部に向かって凸状であると言うことは、対物レンズ17内の光から見れば外周面29bを凹面鏡と見なすことができ、外周面29bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。   Further, the reflection surface in the peripheral portion of the objective lens 17 is constituted by an outer peripheral surface 29b that is convex toward the outside of the objective lens 17 as indicated by an arrow “R4” in FIG. The fact that the outer peripheral surface (reflection surface) 29b is convex outward in this way means that the outer peripheral surface 29b can be regarded as a concave mirror when viewed from the light in the objective lens 17, and the outer peripheral surface 29b is a concave mirror. In principle, the reflected light can be collected.

すなわち、上記対物レンズ17における上記周辺部分は、凸形の入射側端面29aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面29bによって凹面鏡のように反射させて集光する2段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。   That is, the peripheral portion of the objective lens 17 collects incident light by refracting and collecting the incident light like a convex lens by the convex incident-side end surface 29a, and reflecting it like a concave mirror by the convex outer peripheral surface 29b. It has a two-stage light condensing function. Therefore, the light condensing property can be improved as compared with the case where any one of the light condensing functions is performed alone.

また、上記対物レンズ17の上記周辺部分における入射側端面29aは、当該入射側端面29aから入射された光が外周面29bに対して全反射条件を満たすように入射させるように形成されている。   Further, the incident-side end surface 29a in the peripheral portion of the objective lens 17 is formed so that light incident from the incident-side end surface 29a is incident on the outer peripheral surface 29b so as to satisfy the total reflection condition.

したがって、上記対物レンズ17の上記周辺部分における入射側端面29aから入射された光は、外周面29bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。   Therefore, the light incident from the incident side end face 29a in the peripheral portion of the objective lens 17 is totally reflected by the outer peripheral surface 29b and can travel in the peripheral portion toward the exit surface.

尚、本実施の形態においては、上記周辺部分における筒状体29の外周面29bで、入射側端面29aからの入射光を全反射するようにしている。しかしながら、この発明は全反射に限定されるものではなく、単なる反射でもよい。すなわち、金属反射膜を外周面29bに形成して、上記金属反射膜で反射するようにしてもよい。   In the present embodiment, incident light from the incident side end face 29a is totally reflected by the outer peripheral surface 29b of the cylindrical body 29 in the peripheral portion. However, the present invention is not limited to total reflection, and may be simple reflection. That is, a metal reflection film may be formed on the outer peripheral surface 29b and reflected by the metal reflection film.

次に、上記第1レンズ23について、詳細に説明する。   Next, the first lens 23 will be described in detail.

図6は、上記第1レンズ23の縦断面図を示す。但し、図6(a)は、サンプル16をサンプル台4上に直接載置した場合(以下、「第1の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。さらに、図6(b)は、サンプル16を二次元電気泳動用基板31(図8参照)中に封入してサンプル台4上に載置した場合(以下、「第2の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。   FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the first lens 23. However, FIG. 6A includes a ray diagram of fluorescence when the sample 16 is placed directly on the sample table 4 (hereinafter referred to as “first case”). Further, FIG. 6B shows a case where the sample 16 is enclosed in a two-dimensional electrophoresis substrate 31 (see FIG. 8) and placed on the sample table 4 (hereinafter referred to as “second case”). Includes a fluorescence ray diagram.

図6に示すように、上記第1レンズ23は、互いに対向する二つの平面32a,32bのうちの平面32aに凹曲面32cが形成された凹レンズ部32と、互いに対向する二つの平面33a,33bのうちの平面33bの周囲のみに形成された傾斜部に凸曲面33cが形成された凸レンズ部33とを、凸レンズ部33の平面33aと凹レンズ部32の平面32bとを互いに対向させて積層した構成を有している。   As shown in FIG. 6, the first lens 23 includes a concave lens portion 32 having a concave curved surface 32c formed on a plane 32a of two planes 32a and 32b facing each other, and two planes 33a and 33b facing each other. The convex lens part 33 in which the convex curved surface 33c is formed in the inclined part formed only around the flat surface 33b of the above, and the flat surface 33a of the convex lens part 33 and the flat surface 32b of the concave lens part 32 are laminated to face each other. have.

そして、上記サンプル16から出射された蛍光のうち、対物レンズ17の上記中央部分における凸レンズ部28を通過した蛍光aは、図6に示すように、上記第1の場合も上記第2の場合も、共に、凸レンズ部33における平面33bと、凹レンズ部32における凹曲面32cとを通過するようになっている。   Of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence a that has passed through the convex lens portion 28 in the central portion of the objective lens 17, as shown in FIG. 6, in both the first case and the second case. Both pass through the flat surface 33 b in the convex lens portion 33 and the concave curved surface 32 c in the concave lens portion 32.

これに対して、上記サンプル16から出射された蛍光のうち、対物レンズ17の上記周辺部分における筒状体29で全反射された蛍光bは、上記第1の場合には、図6(a)に示すように、凸レンズ部33における凸曲面33cと、凹レンズ部32における凹曲面32cとを通過するようになっている。また、上記第2の場合には、図6(b)に示すように、凸レンズ部33における平面33bと、凹レンズ部32における凹曲面32cとを通過するようになっている。   On the other hand, of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence b totally reflected by the cylindrical body 29 in the peripheral portion of the objective lens 17 is shown in FIG. 6 (a). As shown in FIG. 4, the convex lens 33 passes through a convex curved surface 33c and a concave curved surface 32c of the concave lens portion 32. In the second case, as shown in FIG. 6 (b), the light passes through a flat surface 33 b in the convex lens portion 33 and a concave curved surface 32 c in the concave lens portion 32.

尚、上記第1レンズ23は、凹レンズ部32と凸レンズ部33とを互いに密着させて単に積層して形成しても良いし、凹レンズ部32と凸レンズ部33とを接着して形成しても良い。あるいは、凹レンズ部32と凸レンズ部33とを一体に構成しても良い。   The first lens 23 may be formed by simply laminating the concave lens portion 32 and the convex lens portion 33 with each other, or may be formed by bonding the concave lens portion 32 and the convex lens portion 33. . Or you may comprise the concave lens part 32 and the convex lens part 33 integrally.

図7に、上記第1レンズ23の具体的形状の一例を示す。尚、図7に記載の寸法は一例であり、この発明は、図7の寸法に限定されるものではない。ここで、図7中、「R」は曲率半径であり、単位は「mm」である。また、有理ベジエ曲線は、図5に示す式の通りである。尚、図7においては、第1レンズ23における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にX軸を取り、上記光軸の方向にY軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部33の平面33bと上記光軸との交点である。   FIG. 7 shows an example of a specific shape of the first lens 23. Note that the dimensions shown in FIG. 7 are examples, and the present invention is not limited to the dimensions shown in FIG. Here, in FIG. 7, “R” is a radius of curvature, and the unit is “mm”. The rational Bezier curve is as shown in FIG. In FIG. 7, the first lens 23 has the leading end on the incident side on the optical axis as the origin, the X axis is taken in the direction perpendicular to the optical axis, and the Y axis is taken in the direction of the optical axis. . Therefore, the origin is the intersection of the plane 33b of the convex lens portion 33 and the optical axis.

上述したように、本実施の形態では、上記第1レンズ23を、平面32aの中心部に凹曲面32cが形成された凹レンズ部32と、平面33bの周囲に凸曲面33cが形成された凸レンズ部33とを有する形状に構成している。そして、図6に示すように、中心部から外側に向かって、平面33bの領域A1および凹曲面32cの領域B1を通る第1領域と、平面33bの領域A2および凹曲面32cの領域B2を通る第2領域と、凸曲面33cの領域A3および凹曲面32cの領域B3を通る第3領域とを設けている。   As described above, in the present embodiment, the first lens 23 is divided into the concave lens portion 32 in which the concave curved surface 32c is formed at the center of the plane 32a, and the convex lens portion in which the convex curved surface 33c is formed around the plane 33b. 33. Then, as shown in FIG. 6, from the center to the outside, the first region passing through the region A1 of the flat surface 33b and the region B1 of the concave curved surface 32c, and the region A2 of the flat surface 33b and the region B2 of the concave curved surface 32c are passed. A second region and a third region passing through the region A3 of the convex curved surface 33c and the region B3 of the concave curved surface 32c are provided.

ここで、上記第1領域および上記第2領域は、凸レンズ部33の平面33bと凹レンズ部32の凹曲面32cを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。また、上記第3領域は、凸レンズ部33の凸曲面33cと凹レンズ部32の凹曲面32cとを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。   Here, the first region and the second region are regions passing through the flat surface 33b of the convex lens portion 33 and the concave curved surface 32c of the concave lens portion 32, and the incident light beam is made parallel by the optical axis and diverges as a total. It is an area to be made. The third region is a region that passes through the convex curved surface 33c of the convex lens portion 33 and the concave curved surface 32c of the concave lens portion 32, and is a region that collimates the incident light beam by the optical axis and collects the light as a total. is there.

そして、上記対物レンズ17で全反射された後の光路が光軸側(中心側)に因りやすい上記「第2の場合」には、対物レンズ17で全反射された蛍光bを、図6(b)に示すように第1レンズ23の上記第2領域に入射させるようにする。その場合、上記第2領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。そのために、図8に示すように、対物レンズ17で全反射された光を集光するようにすれば、第1レンズ23の上記第2領域から出射される蛍光bの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。   Then, in the “second case” where the optical path after being totally reflected by the objective lens 17 is likely to be on the optical axis side (center side), the fluorescence b totally reflected by the objective lens 17 is shown in FIG. As shown in b), the light is incident on the second region of the first lens 23. In this case, the second region is a region for making incident light rays parallel to the optical axis and diverging as a total. For this purpose, as shown in FIG. 8, if the light totally reflected by the objective lens 17 is collected, the light beams of the fluorescence b emitted from the second region of the first lens 23 are substantially the same. It is parallel and substantially parallel to the optical axis.

さらに、上記「第1の場合」には、対物レンズ17で全反射された蛍光bを、図6(a)に示すように第1レンズ23の上記第3領域に入射させるようにする。その場合、上記第3領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。そのため、対物レンズ17で全反射されて第1レンズ23に入射される光を発散するようにすれば、第1レンズ23の上記第3領域から出射される蛍光bの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。   Further, in the “first case”, the fluorescence b totally reflected by the objective lens 17 is made incident on the third region of the first lens 23 as shown in FIG. In this case, the third region is a region that collimates incident light rays by the optical axis and collects the light rays as a total. Therefore, if light that is totally reflected by the objective lens 17 and incident on the first lens 23 is diverged, the light beams of the fluorescence b emitted from the third region of the first lens 23 are substantially parallel to each other. In addition, it is substantially parallel to the optical axis.

ここで、上記対物レンズ17で全反射された光を発散するように第1レンズ23に入射させるには、図9に示すように、対物レンズ17で全反射された光を、第1レンズ23に入射される前に一旦集光させればよい。   Here, in order to make the light totally reflected by the objective lens 17 enter the first lens 23 so as to diverge, the light totally reflected by the objective lens 17 is made to enter the first lens 23 as shown in FIG. It may be once condensed before being incident.

以上のごとく、上記「第2の場合」には、上記対物レンズ17で全反射された光を、集光させつつ、第1レンズ23の上記第2領域に入射できるように、且つ、上記「第1の場合」には、対物レンズ17で全反射された光を、一旦集光させた後に発散させつつ、第1レンズ23の上記第3領域に入射できるように、図5および図7に示すごとく、対物レンズ17における反射面(外周面)29bの角度および形状や全反射光が通過する出射側端面29cの形状と、第1レンズ23の凸曲面33cおよび凹曲面32cの各傾斜角および形状とを設定するのである。   As described above, in the “second case”, the light totally reflected by the objective lens 17 can be incident on the second region of the first lens 23 while being condensed, and the “ In the “first case”, the light totally reflected by the objective lens 17 is once condensed and then diverged while being incident on the third region of the first lens 23 in FIGS. 5 and 7. As shown, the angle and shape of the reflecting surface (outer peripheral surface) 29b of the objective lens 17, the shape of the exit side end surface 29c through which the totally reflected light passes, the inclination angles of the convex curved surface 33c and the concave curved surface 32c of the first lens 23, and The shape is set.

上記サンプル16を上記サンプル台4上に直接載置する上記「第1の場合」と、サンプル16を二次元電気泳動用基板31中に封入してサンプル台4上に載置する上記「第2の場合」とでは、光透過板の厚みが異なるためサンプル16下面の点光源に関する見かけ上の光源の位置が異なる。   The “first case” in which the sample 16 is directly placed on the sample stage 4, and the “second case” in which the sample 16 is enclosed in the two-dimensional electrophoresis substrate 31 and placed on the sample stage 4. In the case of “,” the thickness of the light transmission plate is different, so the apparent light source position with respect to the point light source on the lower surface of the sample 16 is different.

本実施の形態においては、図5および図7に示すように、対物レンズ17および第1レンズ23の形状を設定している。したがって、見かけ上の光源の位置が異なるために対物レンズ17から見かけ上の光源までの距離が異なる場合であっても、対物レンズ17の上記中央部分で屈折された蛍光aおよび上記周辺部分の外周面29bで全反射された蛍光bを、図8および図9に示すように、第1レンズ23から出射される際に光軸に略平行にすることができる。したがって、波長フィルタ24による迷光のカットを精度良く行うことが可能になるのである。   In the present embodiment, the shapes of the objective lens 17 and the first lens 23 are set as shown in FIGS. Accordingly, even if the distance from the objective lens 17 to the apparent light source is different because the position of the apparent light source is different, the fluorescence a refracted at the central portion of the objective lens 17 and the outer periphery of the peripheral portion The fluorescence b totally reflected by the surface 29b can be made substantially parallel to the optical axis when it is emitted from the first lens 23, as shown in FIGS. Therefore, the stray light can be accurately cut by the wavelength filter 24.

以上のごとく、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面28aと、
上記入射側凸面28aからの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面28bと
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面29aと、
上記入射側端面29aに連続して形成されると共に、上記入射側端面29aからの光を内部で反射させる外周面29bと、
上記外周面29bで内部反射された光を出射させる出射側端面29cと
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面28aと上記周辺部分における上記入射側端面29aとの境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴としている。
As described above, the lens element of the present invention is
A central portion for condensing the light emitted radially from the point light source by refraction;
A peripheral portion that is adjacent to the periphery of the central portion and collects the light from the point light source by reflection;
The central part is
The light from the point light source is incident, and the incident-side convex surface 28a having a convex curved surface shape toward the outer side in the optical axis direction,
While emitting light from the incident-side convex surface 28a, and including an output-side convex surface 28b having a curved surface shape convex toward the outside in the optical axis direction,
The above peripheral part is
An incident-side end face 29a on which light from the point light source is incident;
An outer peripheral surface 29b that is formed continuously with the incident side end surface 29a and reflects the light from the incident side end surface 29a inside;
An emission side end face 29c for emitting the light internally reflected by the outer peripheral face 29b,
A concave boundary portion is formed at the boundary between the incident-side convex surface 28a in the central portion and the incident-side end surface 29a in the peripheral portion.

上記構成によれば、光軸を含む中央部分は、入射面を凸形の入射側凸面28aで構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面28bで構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面28bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面28bの焦点距離が大きくなって走査モジュール9が大型化することもない。   According to the above configuration, the central portion including the optical axis has the incident surface formed by the convex incident-side convex surface 28a, and the output surface is formed by the convex output-side convex surface 28b. Can be improved. Therefore, it is not necessary to increase the curvature of the exit-side convex surface 28b on the exit side, and the focal length of the exit-side convex surface 28b on the exit side is not increased and the scanning module 9 is not enlarged.

さらに、上記入射面には、上記中央部分における入射側凸面28aと上記周辺部分における入射側端面29aとの境界に、凹状の境界部が形成されている。そのため、入射側凸面28aに入射される光と入射側端面29aに入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、入射側凸面28aに入射された光と入射側端面29aに入射された光とが、出射側凸面28bと外周面29bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面28bと外周面29bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できる。   Furthermore, a concave boundary is formed on the incident surface at the boundary between the incident-side convex surface 28a in the central portion and the incident-side end surface 29a in the peripheral portion. Therefore, the refraction directions of the light incident on the incident-side convex surface 28a and the light incident on the incident-side end surface 29a are completely different, and the central portion and the peripheral portion on the incident surface are clearly separated. Therefore, the light incident on the incident-side convex surface 28a and the light incident on the incident-side end surface 29a can be prevented from reaching the surface between the outgoing-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b. It is possible to prevent the light reaching the surface between the surface 29b from becoming stray light.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記中央部分における上記入射側凸面28aおよび上記周辺部分における上記入射側端面29aは、上記入射側凸面28aから入射した光の光路と上記入射側端面29aから入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident-side convex surface 28a in the central portion and the incident-side end surface 29a in the peripheral portion are such that the optical path of light incident from the incident-side convex surface 28a and the optical path of light incident from the incident-side end surface 29a are the concave shape. They have shapes that are separated from each other and do not cross each other at the boundary.

この実施の形態によれば、上記入射側凸面28aから入射した光の光路と入射側端面29aから入射した光の光路とは、交差することがない。その結果、上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面28bに至るのに対して、上記周辺部分の入射側端面29aに入射される光の総てが、反射面である外周面29bに至ることになる。   According to this embodiment, the optical path of the light incident from the incident-side convex surface 28a and the optical path of the light incident from the incident-side end surface 29a do not intersect. As a result, all of the light incident on the incident-side convex surface 28a in the central portion reaches the incident-side end surface 29a in the peripheral portion, whereas all of the light reaches the convex outgoing-side convex surface 28b that is the output surface. All of the light that reaches the outer peripheral surface 29b, which is the reflecting surface, reaches.

したがって、上記入射面に入射されて出射側凸面28bおよび外周面29b以外の面に至る光によって、迷光が発生することが防止される。   Therefore, stray light is prevented from being generated by light that is incident on the incident surface and reaches the surfaces other than the exit-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面29aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident-side end surface 29a in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

この実施の形態によれば、上記周辺部分における上記入射側端面29aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、入射側端面29aから入射されて外周面29bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、外周面29bの光軸方向の長さを短くすることができ、レンズ素子17全体の小型化を図ることが可能になる。   According to this embodiment, the incident-side end surface 29a in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward. Therefore, the light condensing effect by the convex lens can be given to the incident surface also in the peripheral portion, and the irradiation area of the light incident from the incident side end surface 29a and irradiating the outer peripheral surface 29b can be reduced. As a result, the length of the outer peripheral surface 29b in the optical axis direction can be shortened, and the entire lens element 17 can be reduced in size.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面29bは、外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The outer peripheral surface 29b in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

この実施の形態によれば、上記外周面(反射面)29bが外部に向かって凸状の曲面形状を有しており、レンズ素子17内の光から見れば凹面鏡と見なすことができる。したがって、外周面29bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。   According to this embodiment, the outer peripheral surface (reflective surface) 29b has a curved surface convex toward the outside, and can be regarded as a concave mirror when viewed from the light in the lens element 17. Therefore, the outer peripheral surface 29b can collect the reflected light by the principle of a concave mirror.

すなわち、上記レンズ素子17における上記周辺部分は、凸形の入射側端面29aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面29bによって凹面鏡のように反射させて集光する2段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。   In other words, the peripheral portion of the lens element 17 collects the incident light by refracting it like a convex lens by the convex incident side end face 29a and further reflecting it like a concave mirror by the convex outer peripheral face 29b. It has a two-stage light condensing function. Therefore, the light condensing property can be improved as compared with the case where any one of the light condensing functions is performed alone.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面29aは、上記入射側端面29aから入射された光を上記外周面29bに対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident side end face 29a in the peripheral portion has a shape capable of guiding the light incident from the incident side end face 29a to the outer peripheral face 29b so as to satisfy the total reflection condition.

この実施の形態によれば、上記入射側端面29aから入射された光は、全反射条件を満たすように外周面29bに対して入射される。したがって、レンズ素子17の上記周辺部分における入射側端面29aから入射された光は、外周面29bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。   According to this embodiment, the light incident from the incident side end surface 29a is incident on the outer peripheral surface 29b so as to satisfy the total reflection condition. Therefore, the light incident from the incident side end face 29a in the peripheral portion of the lens element 17 is totally reflected by the outer peripheral surface 29b and can travel in the peripheral portion toward the exit surface.

1…蛍光検出装置、
4…サンプル台、
5…PC、
6…走査ステージ、
9…走査モジュール、
16…サンプル、
17…対物レンズ、
18…光源、
20…反射ミラー、
23…第1レンズ、
24…波長フィルタ、
25…第2レンズ、
26…ピンホール、
27…検出器、
28,33…凸レンズ部、
28a…入射側凸面、
28b…出射側凸面、
29…筒状体、
29a…入射側端面、
29b…外周面、
29c…出射側端面、
31…二次元電気泳動用基板、
32…凹レンズ部、
32a,32b,33a,33b…平面、
32c…凹曲面、
33c…凸曲面。
1 ... fluorescence detection device,
4 ... Sample stand
5 ... PC,
6 ... Scanning stage,
9 ... Scanning module,
16 ... Sample,
17 ... Objective lens,
18 ... light source,
20 ... reflecting mirror,
23. First lens,
24 ... wavelength filter,
25 ... second lens,
26 ... pinhole,
27. Detector,
28, 33 ... convex lens part,
28a: Incident side convex surface,
28b ... convex surface on the emission side,
29 ... cylindrical body,
29a: incident side end face,
29b ... outer peripheral surface,
29c ... emitting side end face,
31 ... Substrate for two-dimensional electrophoresis,
32 ... concave lens part,
32a, 32b, 33a, 33b ... plane,
32c ... concave curved surface,
33c: Convex curved surface.

この発明は、二次元的に分布する蛍光標識を読み取る蛍光検出装置の対物レンズ等に用いられるレンズ素子に関する。   The present invention relates to a lens element used for an objective lens or the like of a fluorescence detection apparatus that reads fluorescent labels distributed two-dimensionally.

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。   Conventionally, a fluorescence detection system using a fluorescent dye as a labeling substance has been widely used in the fields of biochemistry and molecular biology. By using this fluorescence detection system, it is possible to evaluate gene sequences, gene mutation / polymorphism analysis, protein separation and identification, and the like, which are used for development of drugs and the like.

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。上記電気泳動では、緩衝液等の溶液中に電極を設置しておき、直流電流を流すことによって上記溶液中に電場勾配を生じさせる。このとき、上記溶液中に電荷を有するタンパク質やDNA(Deoxyribonucleic acid:デオキシリボ核酸)やRNA(ribo nucleic acid:リボ核酸)がある場合に、プラス電荷を有する分子は陰極に、マイナス電荷を有する分子は陽極に引き寄せられ、生体分子の分離を行うことができる。   As an evaluation method using a fluorescent label as described above, a method is often used in which biological compounds such as proteins are distributed in a gel by electrophoresis and the distribution of the biological compounds is obtained by fluorescence detection. ing. In the electrophoresis, an electrode is placed in a solution such as a buffer solution, and an electric field gradient is generated in the solution by flowing a direct current. At this time, when there is a charged protein, DNA (Deoxyribonucleic acid: deoxyribonucleic acid) or RNA (ribonucleic acid: ribonucleic acid) in the solution, the positively charged molecule is the cathode, the negatively charged molecule is The biomolecules can be separated by being attracted to the anode.

上記電気泳動を用いた評価方法の一つである二次元電気泳動は、2種類の電気泳動法を組み合わせることによって、ゲル内に生体分子を2次元的に分布させる評価方法であり、プロテオーム解析を行う上で最も有効な方法であると考えられている。   Two-dimensional electrophoresis, which is one of the evaluation methods using electrophoresis, is an evaluation method that distributes biomolecules two-dimensionally in a gel by combining two types of electrophoresis methods. Proteomic analysis It is considered the most effective way to do it.

上記電気泳動の組み合わせとしては、例えば、一次元目としての「個々のタンパク質の等電点の違いを利用する等電点電気泳動」と、二次元目としての「タンパク質の分子量で分離を行うSDS‐PAGE(ドデシル硫酸ナトリウム‐ポリアクリルアミドゲル電気泳動)」との2種類が主に用いられる。こうして分離された上記生体分子としてのタンパク質に対して、蛍光色素は電気泳動前あるいは電気泳動後に付与される。   Examples of the combination of the electrophoresis include, for example, “isoelectric focusing using the difference in isoelectric point of each protein” as the first dimension and “SDS that performs separation based on the molecular weight of the protein” as the second dimension. -PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) "is mainly used. A fluorescent dye is applied to the protein as the biomolecule thus separated before or after electrophoresis.

さらに、上述のようにして作製された上記生体分子(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。   Furthermore, the gel support on which the biomolecules (proteins) prepared as described above are two-dimensionally distributed is irradiated with excitation light, and the generated fluorescence intensity is obtained, and the fluorescence distribution (protein Distribution) Image readers that display images are widely used in the fields of biochemistry and molecular biology.

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。   As a method for maintaining the two-dimensional distribution of the biomolecules, not only the gel is retained in the gel, but also the protein is separated from the gel and then the membrane is separated from the gel using electrophoresis or capillary action. There is also a method of transferring to the surface. In that case, as in the case of image reading using the gel support, the fluorescence distribution on the transfer support, which is the membrane, can be imaged by an image reading device.

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、特開平10‐3134号公報(特許文献1)に開示された画像読み取り装置がある。   As an image reading device that reads a biomolecule distribution image from a gel support or transfer support in which biomolecules are two-dimensionally distributed as described above, an image disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-3134 (Patent Document 1) There is a reader.

上記従来の画像読み取り装置では、中央部に孔が形成されたミラーを主走査方向に移動される光学ヘッドに搭載し、蛍光物質によって標識された変性DNAの電気泳動が記録された転写支持体に対して、光源からの上記蛍光物質の波長に応じた波長のレーザ光(励起光)を上記ミラーの孔を通過させて照射する。そして、上記転写支持体中の蛍光色素が励起されて発せられた蛍光が上記ミラーの上記孔の周囲で反射され、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、ラインバッファに、1ライン分の画像データが記憶される。以下、上記主走査方向に直交する副走査方向に上記光学ヘッドを移動させながら上記動作を繰り返すことにより、画像処理装置によって二次元の可視画像(蛍光画像)を得るようにしている。   In the conventional image reading apparatus, a mirror having a hole in the center is mounted on an optical head moved in the main scanning direction, and a transfer support on which electrophoresis of denatured DNA labeled with a fluorescent substance is recorded is recorded. On the other hand, a laser beam (excitation light) having a wavelength corresponding to the wavelength of the fluorescent material from the light source is irradiated through the hole of the mirror. Then, the fluorescence emitted when the fluorescent dye in the transfer support is excited is reflected around the hole of the mirror, and is detected by being photoelectrically converted by a multiplier. Thus, image data for one line is stored in the line buffer. Hereinafter, by repeating the above operation while moving the optical head in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, a two-dimensional visible image (fluorescent image) is obtained by the image processing apparatus.

上述のように、上記従来の画像読み取り装置においては、ダイクロイックミラーを用いることなく励起光を転写支持体に照射するため、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比して、強い励起エネルギーを上記転写支持体に付与することができ、光電検出される信号(画像情報)のS/Nを向上できる。   As described above, in the conventional image reading apparatus, since excitation light is irradiated to the transfer support without using a dichroic mirror, strong excitation energy is higher than that of a method in which excitation light is irradiated through a dichroic mirror. The S / N of a signal (image information) that can be applied to the transfer support and photoelectrically detected can be improved.

しかしながら、微弱な蛍光を検出するに当たっては、さらなるS/Nの向上が求められる。   However, when detecting weak fluorescence, further improvement in S / N is required.

上記光電検出される信号(画像情報)のS/Nを向上するためには、レーザ光等の励起光の照射によって蛍光色素が励起されて発せられて等方的に広がって出射されるた蛍光をなるべく捕集する必要がある。このように、等方的に広がって出射される光を効率良く集光できるレンズ素子として、再公表WO2008/069143(特許文献2)に開示されたコリメータレンズおよび特開2010‐114044号公報(特許文献3)に開示された光学部材がある。   In order to improve the S / N of the photoelectrically detected signal (image information), the fluorescent dye is excited and emitted by irradiation with excitation light such as laser light, and is emitted in an isotropic manner. It is necessary to collect as much as possible. As described above, as a lens element capable of efficiently condensing light that is isotropically spread and emitted, a collimator lens disclosed in the republished WO2008 / 0669143 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-114044 (Patent Document) There is an optical member disclosed in Document 3).

上記特許文献2に開示されたコリメータレンズにおいては、図10に示すように、入射面は球面であり、出射面は中心側の凸形の楕円面と周囲側の凹形の楕円面との複合面であり、側面は凸形の楕円面である。そして、光源101からの光束は、コリメータレンズ102の入射面である球面102aに略垂直に入射する。そのうち、光軸との成す角が小さい光線は出射面である凸形の楕円面102cで屈折され、平行光束となって出射される。また、光軸との成す角が大きい光線は側面である凸形の楕円面102bで全反射されて第2焦点に集光される。この楕円面102bで全反射されて第2焦点に集光される光束は、出射面である凹形の楕円面102dで屈折され、平行光束となって出射される。   In the collimator lens disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 10, the entrance surface is a spherical surface, and the exit surface is a composite of a convex ellipsoid on the center side and a concave ellipsoid on the peripheral side. The side surface is a convex elliptical surface. The light beam from the light source 101 is incident on the spherical surface 102 a that is the incident surface of the collimator lens 102 substantially perpendicularly. Among them, a light beam having a small angle with the optical axis is refracted by the convex elliptical surface 102c, which is an output surface, and is emitted as a parallel light beam. In addition, a light beam having a large angle with the optical axis is totally reflected by the convex elliptical surface 102b which is the side surface and is collected at the second focal point. The light beam that is totally reflected by the ellipsoidal surface 102b and collected at the second focal point is refracted by the concave ellipsoidal surface 102d that is the emission surface, and is emitted as a parallel light beam.

こうして、光源101から発せられた光束は、コリメータレンズ102によって略平行光に変換される。   Thus, the light beam emitted from the light source 101 is converted into substantially parallel light by the collimator lens 102.

また、上記特許文献3に開示された光学部材においては、図11に示すように、発光部105に対応して延在する入射面106と、入射面106に対向する出射側に一体形成されたシリンドリカルレンズ部107と、入射面106に連続する反射面108とを、有している。そして、直線状の発光部105から放射され光のうち狭角に放射する光をシリンドリカルレンズ部107によって線状に集光させる。また、広角に放射する光を、反射面108の全反射によってシリンドリカルレンズ部107の焦点Fに集光させるようにしている。   Further, in the optical member disclosed in Patent Document 3, as shown in FIG. 11, the incident surface 106 corresponding to the light emitting portion 105 and the emission side facing the incident surface 106 are integrally formed. A cylindrical lens unit 107 and a reflecting surface 108 continuous with the incident surface 106 are provided. Then, the light emitted from the linear light emitting unit 105 and radiated at a narrow angle is condensed linearly by the cylindrical lens unit 107. Further, the light radiated at a wide angle is condensed at the focal point F of the cylindrical lens unit 107 by the total reflection of the reflection surface 108.

このように、上記コリメータレンズおよび上記光学部材の何れにおいても、光源や発光部からの光束のうち光軸との角が大きい光線を側面での全反射によって集光することによって、集光率を高めることを可能にしている。   As described above, in any of the collimator lens and the optical member, the light condensing rate is obtained by condensing the light beam having a large angle with the optical axis from the light source or the light emitting unit by total reflection on the side surface. It is possible to increase.

しかしながら、上記従来のコリメータレンズおよび光学部材には、以下のような問題がある。   However, the conventional collimator lens and the optical member have the following problems.

すなわち、例えば、上記特許文献2に開示されたコリメータレンズの場合には、光源101からの光が入射する入射面全体は、一つの球面102aで構成されている。そして、光源101は、球面102aの中心に位置している。そのため、光源101からの光は球面102aに略垂直に入射することになり、入射面全体に対して一様に入射される。したがって、入射面である球面102aに入射されて出射面である凸形の楕円面102cに至る中央部の光と、入射面である球面102aに入射されて全反射面である凸形の楕円面102bに至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。   That is, for example, in the case of the collimator lens disclosed in Patent Document 2, the entire incident surface on which the light from the light source 101 enters is composed of one spherical surface 102a. The light source 101 is located at the center of the spherical surface 102a. For this reason, the light from the light source 101 enters the spherical surface 102a substantially perpendicularly, and is uniformly incident on the entire incident surface. Therefore, the light at the central part that is incident on the spherical surface 102a that is the incident surface and reaches the convex elliptical surface 102c that is the output surface, and the convex elliptical surface that is incident on the spherical surface 102a that is the incident surface and is the total reflection surface The light in the peripheral part reaching 102b is not clearly separated.

そのため、図10に描かれている球面102aに入射されて凸形の楕円面102cに至る光の光線と、球面102aに入射されて凸形の楕円面102bに至る光の光線との間には、出射面である凹形の楕円面102dで全反射される光が存在することになる。このような楕円面102dで全反射される光は、集光するように想定された光路にはないため迷光となる。特に上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には、上記迷光の存在によって蛍光検出精度が低下してしまうと言う問題がある。   Therefore, there is a gap between the light ray incident on the spherical surface 102a depicted in FIG. 10 and reaching the convex elliptical surface 102c and the light ray incident on the spherical surface 102a and reaching the convex elliptical surface 102b. Thus, there is light that is totally reflected by the concave elliptical surface 102d that is the exit surface. Such light totally reflected by the elliptical surface 102d is stray light because it is not in the optical path assumed to be collected. In particular, when the collimator lens is used in a fluorescence detection apparatus, there is a problem that the fluorescence detection accuracy decreases due to the presence of the stray light.

さらに、上記入射面全体が一つの球面(凹面)102aで構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、出射側の凸形の楕円面102cの曲率を大きくする必要が生じる等の設計上の制約が生ずるという問題や、楕円面102cの焦点距離が大きくなるため、上記コリメータレンズを蛍光検出装置に利用した場合には蛍光検出装置が大型化するという問題が発生することになる。   Furthermore, since the entire incident surface is composed of one spherical surface (concave surface) 102a, a light condensing effect on the incident surface cannot be expected. Accordingly, it is necessary to increase the condensing efficiency on the exit side accordingly, and there is a problem that design restrictions such as the need to increase the curvature of the convex elliptical surface 102c on the exit side, and the elliptical surface 102c. Therefore, when the collimator lens is used in the fluorescence detection device, there arises a problem that the fluorescence detection device is enlarged.

上述の問題は、上記特許文献3に開示された光学部材の場合にも同様に発生する。すなわち、発光部105からの光が入射する入射面全体は、一つの平面である入射面106で構成されている。そのため、発光部105からの光は入射面全体に対して略一様に入射される。したがって、入射面106に入射されてシリンドリカルレンズ部107に至る中央部の光と、入射面106に入射されて反射面108に至る周辺部の光とが、明確に分離されることがない。そのため、上記中央部の光と上記周辺部の光との間には、集光するように想定された光路にはないため迷光となる光が存在することになる。   The above problem also occurs in the case of the optical member disclosed in Patent Document 3. That is, the entire incident surface on which the light from the light emitting unit 105 is incident is composed of the incident surface 106 that is a single plane. Therefore, the light from the light emitting unit 105 is incident substantially uniformly on the entire incident surface. Therefore, the light at the central portion that is incident on the incident surface 106 and reaches the cylindrical lens portion 107 and the light at the peripheral portion that is incident on the incident surface 106 and reaches the reflective surface 108 are not clearly separated. For this reason, light that becomes stray light exists between the light at the central portion and the light at the peripheral portion because there is no optical path that is supposed to be condensed.

さらに、上記入射面全体が一つの平面である入射面106で構成されているため、入射面での集光効果は期待できない。したがって、その分だけ出射側での集光能率を上げる必要があり、設計上の制約が生ずるという問題や蛍光検出装置が大型化するという問題が発生する。   Further, since the entire incident surface is composed of the incident surface 106 which is a single plane, a light condensing effect on the incident surface cannot be expected. Therefore, it is necessary to increase the condensing efficiency on the output side by that amount, which causes a problem of design restrictions and a problem that the fluorescence detection apparatus is enlarged.

特開平10‐3134号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-3134 再公表WO2008/069143Republished WO2008 / 069143 特開2010‐114044号公報JP 2010-114044 A

そこで、この発明の課題は、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能なレンズ素子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a lens element capable of increasing the light collection efficiency and the detection accuracy while suppressing an increase in size.

上記課題を解決するため、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面と、
上記入射側凸面からの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面と
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面と、
上記入射側端面からの光を内部で反射させる外周面と、
上記外周面で内部反射された光を出射させる出射側端面と
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界には、凹状の境界部が形成されており、
上記中央部分における上記出射側凸面と上記周辺部分における上記出射側端面とは、互いに離間して配置されており、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面および上記外周面とは、上記入射側凸面から入射した光の光路と上記入射側端面から入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがなく、且つ上記入射側凸面から入射した光は総て上記中央部分の上記出射側凸面に至る一方、上記入射側端面から入射した光は総て上記周辺部分の上記出射側端面に至るような形状を有していると共に、
上記中央部分における上記出射側凸面と上記周辺部分における上記出射側端面とは、上記出射側凸面から出射した光の光路と上記出射側端面から出射した光の光路とが、互いに交差することがないような形状を有している
ことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the lens element of the present invention is
A central portion for condensing the light emitted radially from the point light source by refraction;
A peripheral portion that is adjacent to the periphery of the central portion and collects the light from the point light source by reflection;
The central part is
While the light from the point light source is incident, the incident side convex surface having a convex curved surface shape toward the outer side in the optical axis direction,
While emitting light from the incident side convex surface, and including an output side convex surface having a curved surface shape convex toward the outside in the optical axis direction,
The above peripheral part is
An incident side end surface on which light from the point light source is incident;
An outer peripheral surface for reflecting the light from the incident side end surface inside;
And an emission side end surface for emitting the light internally reflected by the outer peripheral surface,
At the boundary between the incident-side convex surface in the central portion and the incident-side end surface in the peripheral portion, a concave boundary is formed ,
The exit-side convex surface in the central portion and the exit-side end surface in the peripheral portion are arranged apart from each other,
The incident-side convex surface in the central portion and the incident-side end surface and the outer peripheral surface in the peripheral portion are such that the optical path of light incident from the incident-side convex surface and the optical path of light incident from the incident-side end surface are the concave shapes. The light incident from the incident-side convex surface is not separated and intersected with each other, and all the light incident from the incident-side convex surface reaches the output-side convex surface of the central portion, while the light incident from the incident-side end surface is All have a shape that reaches the exit side end face of the peripheral part,
The exit-side convex surface in the central portion and the exit-side end surface in the peripheral portion are such that the optical path of light exiting from the exit-side convex surface and the optical path of light exiting from the exit-side end surface do not intersect each other. It is characterized by having such a shape .

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident-side end surface in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面は外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The outer peripheral surface in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側端面から入射された光を上記外周面に対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident side end face in the peripheral portion has a shape capable of guiding light incident from the incident side end face to the outer peripheral face so as to satisfy the total reflection condition.

以上より明らかなように、この発明のレンズ素子は、光軸を含む中央部分では、入射面を凸形の入射側凸面で構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面で構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の上記出射側凸面の曲率を特に大きくする必要はなく、上記出射側凸面の焦点距離が大きくなって本レンズ素子を搭載するモジュールが大型化することがない。   As is clear from the above, the lens element of the present invention is configured such that, in the central portion including the optical axis, the incident surface is configured with a convex incident-side convex surface, while the output surface is configured with a convex output-side convex surface. The efficiency of light collection can be easily improved. Therefore, it is not necessary to particularly increase the curvature of the exit-side convex surface on the exit side, and the focal length of the exit-side convex surface is increased and the module on which the lens element is mounted does not increase in size.

さらに、上記入射面には、上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界に、凹状の境界部が形成されている。そのために、上記入射側凸面に入射される光と上記入射側端面に入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、上記入射側凸面に入射された光と上記入射側端面に入射された光とが、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至ることを防止でき、上記出射側凸面と上記外周面との間の面に至った光が迷光となることを防止できる。   Furthermore, a concave boundary is formed on the incident surface at the boundary between the incident-side convex surface in the central portion and the incident-side end surface in the peripheral portion. Therefore, the refractive directions of the light incident on the incident-side convex surface and the light incident on the incident-side end surface are completely different, and the central portion and the peripheral portion on the incident surface are clearly separated. Therefore, the light incident on the incident-side convex surface and the light incident on the incident-side end surface can be prevented from reaching the surface between the output-side convex surface and the outer peripheral surface. It is possible to prevent the light reaching the surface between the outer peripheral surfaces from becoming stray light.

すなわち、この発明によれば、大型化を抑制しつつ集光能率および検出精度を高めることが可能になるのである。   That is, according to the present invention, it is possible to increase the light collection efficiency and the detection accuracy while suppressing an increase in size.

この発明のレンズ素子が用いられた蛍光検出装置の外観図である。It is an external view of the fluorescence detection apparatus using the lens element of this invention. 図1におけるサンプル台の下部に設置された走査ステージの外観図である。It is an external view of the scanning stage installed in the lower part of the sample stand in FIG. 図2における第2ステージ上に載置される走査モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the scanning module mounted on the 2nd stage in FIG. 図3における対物レンズの断面図である。It is sectional drawing of the objective lens in FIG. 上記対物レンズの具体的形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific shape of the said objective lens. 図3における第1レンズの断面図である。It is sectional drawing of the 1st lens in FIG. 上記第1レンズの具体的形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific shape of the said 1st lens. 図3においてサンプルを二次元電気泳動用基板中に封入した場合の対物レンズからピンホールまでの光線図である。FIG. 4 is a ray diagram from an objective lens to a pinhole when a sample is sealed in a two-dimensional electrophoresis substrate in FIG. 3. 図8においてサンプルを直接載置した場合の光線図である。It is a light ray figure at the time of mounting a sample directly in FIG. 従来のコリメータレンズにおける断面図である。It is sectional drawing in the conventional collimator lens. 従来の光学部材における断面図である。It is sectional drawing in the conventional optical member.

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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

図1は、本実施の形態のレンズ素子が用いられている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)がサンプルとしてセットされる。   FIG. 1 is an external view of a fluorescence detection apparatus in which the lens element of the present embodiment is used. The fluorescence detection apparatus 1 is roughly configured by a main body 2 that forms a casing and a lid 3 that covers an upper surface of the main body 2. A sample table 4 made of glass is provided on the upper surface of the main body 2, and a transfer support such as a gel support or a membrane on which a biological material labeled with a fluorescent material is distributed (both on the sample stand 4). (Not shown) is set as a sample.

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、光照射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。   An optical system is arranged below the sample table 4, and the sample set on the sample table 4 is irradiated with excitation light from below through the sample table 4 by the light irradiation optical system. The fluorescence from the sample passing through the table 4 is detected by the detection optical system. The detection optical system is connected to an external terminal such as a PC (Personal computer) 5 and controls measurement conditions from the PC 5. Further, the PC 5 creates a fluorescence image of the sample based on the detection data, and displays the created fluorescence image or the like on the built-in display screen.

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、基準となる第1ステージ7と第1ステージ7の上に載置された第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。   FIG. 2 shows an external view of the scanning stage 6 installed at the lower part of the sample table 4. The scanning stage 6 includes a first stage 7 serving as a reference and a second stage 8 placed on the first stage 7. A scanning module 9 is placed on the second stage 8. The detection optical system for detecting the fluorescence is stored in the scanning module 9.

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。   The first stage 7 constituting the scanning stage 6 is provided with two guide rails 10a and 10b extending in the first scanning direction and facing each other at a constant interval. The second stage 8 is guided by the guide rail 10a of the first stage 7 and reciprocates in the first scanning direction. The second stage 8 is guided by the guide rail 10b and reciprocates in the first scanning direction. And a second guide member 12 that moves.

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本のガイドレール13a,13bが配設されている。また、上記走査モジュール9は、ガイドレール13aによって案内されて上記第2走査方向に往復動する第1ガイド部材14と、ガイドレール13bによって案内されて上記第2走査方向に往復動する第2ガイド部材15とを有している。   Between the first guide member 11 and the second guide member 12 constituting the second stage 8, the second stage 8 extends in the second scanning direction orthogonal to the first scanning direction and faces each other at a constant interval. Two guide rails 13a and 13b are provided. The scanning module 9 is guided by the guide rail 13a and reciprocates in the second scanning direction, and the second guide is guided by the guide rail 13b and reciprocates in the second scanning direction. Member 15.

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の第1ガイド部材14と第2ガイド部材15とがガイドレール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。   In the scanning method using the scanning stage 6 having the above-described configuration, first, the first guide member 11 and the second guide member 12 of the second stage 8 are guided by the guide rails 10a and 10b and moved in the first scanning direction. Thus, the positioning of the second stage 8 with respect to the first stage 7 is performed. After that, the first guide member 14 and the second guide member 15 of the scanning module 9 are guided by the guide rails 13a and 13b and moved in the second scanning direction, so that the scanning module 9 is positioned with respect to the second stage 8. Done. Thereafter, the above operation is repeated to scan the sample 16 two-dimensionally.

すなわち、本実施の形態においては、上記第1走査方向への移動手段を、ガイドレール10a,10bと第1,第2ガイド部材11,12とで構成し、上記第2走査方向への移動手段を、ガイドレール13a,13bと第1,第2ガイド部材14,15とで構成しているのである。   That is, in the present embodiment, the moving means in the first scanning direction is constituted by the guide rails 10a and 10b and the first and second guide members 11 and 12, and the moving means in the second scanning direction. The guide rails 13a and 13b and the first and second guide members 14 and 15 are configured.

また、具体的な説明は省略するが、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の第1,第2ガイド部材14,15を上記第2走査方向に移動させるためのモータ,駆動ベルト,ボールねじ,歯車,制御基板,電源および配線等の駆動部が設置されている。   Although not described in detail, the first and second guide members 11 and 12 of the second stage 8 are provided below the scanning stage 6 below the sample stage 4 of the main body 2 constituting the casing. In the first scanning direction, motors, drive belts, ball screws, gears, control boards, power supplies, wirings, etc. for moving the first and second guide members 14, 15 of the scanning module 9 in the second scanning direction A drive unit is installed.

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、走査モジュール9内の上部には、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上記レンズ素子としての対物レンズ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から出射されて複数のレンズでなるレンズ群19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反射ミラー20を配置している。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the scanning module 9 placed on the second stage 8. In FIG. 3, an objective lens serving as the lens element for condensing the fluorescence from the sample 16 set on the sample table 4 is located near the sample table (glass) 4 in the upper part of the scanning module 9. 17 is arranged. Furthermore, at a position where the optical axis of the objective lens 17 and the optical axis of the light source 18 for excitation light are orthogonal, excitation light such as laser light emitted from the light source 18 and condensed by a lens group 19 composed of a plurality of lenses. The reflection mirror 20 that reflects the light beam so as to enter the objective lens 17 is disposed.

上記対物レンズ17はレンズホルダ21内に収納されており、レンズホルダ21はステッピングモータ等の駆動部22によって、対物レンズ17の光軸方向に移動可能になっている。こうして、対物レンズ17は、レンズホルダ21と共に上記光軸方向に移動可能になっている。   The objective lens 17 is housed in a lens holder 21, and the lens holder 21 can be moved in the optical axis direction of the objective lens 17 by a drive unit 22 such as a stepping motor. Thus, the objective lens 17 can move in the optical axis direction together with the lens holder 21.

また、上記対物レンズ17の光軸上における反射ミラー20の下方には、反射ミラー20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1レンズ23、励起光カット用の波長フィルタ24、波長フィルタ24を通過した蛍光を集光する第2レンズ25、および、第2レンズ25を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール26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26の下方には、ピンホール26を通過した蛍光を検出する検出器27が配置されている。   Further, below the reflection mirror 20 on the optical axis of the objective lens 17, a first lens 23 for converting fluorescence from the sample 16 collected by the objective lens 17 into parallel light in order from the reflection mirror 20 side, An excitation light cutting wavelength filter 24, a second lens 25 for condensing the fluorescence that has passed through the wavelength filter 24, and a pinhole 26 for cutting off the stray light of the fluorescence that has passed through the second lens 25 are disposed. Further, a detector 27 that detects fluorescence that has passed through the pinhole 26 is disposed below the pinhole 26 on the optical axis of the objective lens 17.

上記構成を有する走査モジュール9において、光源18から出射された励起光は、レンズ群19で集束され、次いで反射ミラー20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、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、反射ミラー20の長手方向(レンズ群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。   In the scanning module 9 having the above-described configuration, the excitation light emitted from the light source 18 is focused by the lens group 19, then reflected by the reflection mirror 20, passes through the objective lens 17 and the sample stage 4, and the lower surface of the sample 16. Focused on one point. In that case, the length of the reflection mirror 20 in the longitudinal direction (direction perpendicular to the optical axis of the lens group 19) is short, the width in the direction perpendicular to the longitudinal direction is narrow, and the excitation light from the light source 18 is the objective light. Only the vicinity of the optical axis of the lens 17 (excitation light transmitting portion) passes therethrough.

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1レンズ23,波長フィルタ24,第2レンズ25およびピンホール26を通過して、検出器27によって検出される。そして、検出器27からの検出信号は、内蔵されるAD変換器(図示せず)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。   The fluorescence is isotropically emitted from the portion of the sample 16 irradiated with the excitation light to the periphery. The component of the emitted fluorescent light that has passed through the sample stage 4 made of glass and entered the objective lens 17 passes through the objective lens 17, the first lens 23, the wavelength filter 24, the second lens 25, and the pinhole 26. Passed and detected by detector 27. The detection signal from the detector 27 is sent to the PC 5 after being subjected to processing such as AD conversion by a built-in AD converter (not shown) or the like. In this way, the fluorescence intensity distribution at each measurement point on the sample 16 is recorded in the internal memory or the like.

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、集束光となって第1レンズ23の方向に導かれる。そして、第1レンズ23によって実質的に光軸と平行な光になるように屈折される。また、第2レンズ25は蛍光を集光する。また、ピンホール26は空間的に迷光をカットするために配置される。尚、励起光カット用の波長フィルタ24は、例えば回転フォルダ(図示せず)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。   Here, as described above, the fluorescence that has passed through the objective lens 17 is guided toward the first lens 23 as focused light. Then, the light is refracted by the first lens 23 so as to be substantially parallel to the optical axis. The second lens 25 condenses the fluorescence. Moreover, the pinhole 26 is arrange | positioned in order to cut a stray light spatially. The excitation light cutting wavelength filter 24 is disposed, for example, in a rotating folder (not shown) or the like, and can be replaced with a filter of another wavelength according to the wavelength of the excitation light.

以下、本願の特徴である上記対物レンズ17に付いて、詳細に説明する。   Hereinafter, the objective lens 17 which is a feature of the present application will be described in detail.

図4は、上記対物レンズ17の縦断面図である。図4から分かるように、対物レンズ17における光軸を含む中央部分は、上記光軸に沿って突出する入射側凸面28aと出射側凸面28bとを含んで、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28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aは、この凸レンズ部28の部分を通過して第1レンズ23に向かって集光される。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the objective lens 17. As can be seen from FIG. 4, the central portion including the optical axis in the objective lens 17 includes an incident-side convex surface 28a and an output-side convex surface 28b protruding along the optical axis, and functions as a normal convex lens (only by refraction). This is a convex lens portion 28 having light deflection. Of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence a having a small emission angle passes through the convex lens portion 28 and is condensed toward the first lens 23.

上記対物レンズ17における出射側凸面28b(凸レンズ部28)の周辺部分は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体29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、凸レンズ部28に入りきらないような放射角度の大きい蛍光bは、筒状体29の入射側端面29aから筒状体29内に入射し、入射側端面29aに連続する外周面29bで全反射されて光軸側に偏向され、外周面29bに間接に連続する出射側端面29cから第1レンズ23に向かって出射される。   A peripheral portion of the exit-side convex surface 28b (convex lens portion 28) of the objective lens 17 is a truncated cone-shaped cylindrical body 29 that opens downward. Of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence b having a large radiation angle that does not enter the convex lens portion 28 enters the cylindrical body 29 from the incident side end face 29 a of the cylindrical body 29, and enters the incident side. The light is totally reflected by the outer peripheral surface 29b continuing to the end surface 29a, deflected to the optical axis side, and emitted toward the first lens 23 from the emission side end surface 29c continuously continuing to the outer peripheral surface 29b.

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28に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体29の外周面29bで全反射させることによって、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27の感度アップを図ることができるのである。   As described above, among the fluorescent light emitted from the sample 16, fluorescent light having a large radiation angle that does not enter the convex lens portion 28 is totally reflected by the outer peripheral surface 29 b of the cylindrical body 29, so that the normal convex lens Light with a large radiation angle that cannot be collected can also be collected. Therefore, the sensitivity of the detector 27 can be increased.

また、本蛍光検出装置1の対物レンズを上記対物レンズ17と同等のNAを通常の凸レンズで実現するよりも、レンズ素子自体をコンパクトに形成することができるのである。   In addition, the lens element itself can be formed more compactly than the objective lens of the fluorescence detection apparatus 1 can be realized by using a normal convex lens having an NA equivalent to that of the objective lens 17.

図5に、上記対物レンズ17の具体的形状の一例を示す。尚、図5に記載の寸法は一例であり、この発明は、図5の寸法に限定されるものではない。ここで、図5中、「R」は曲率半径であり、単位は「mm」である。尚、図5においては、対物レンズ17における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にX軸を取り、上記光軸の方向にY軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部28の入射側凸面28aと上記光軸との交点ではなく、筒状体29の入射側端面29aと外周面29bとの交線を含む平面と上記光軸との交点である。   FIG. 5 shows an example of a specific shape of the objective lens 17. Note that the dimensions shown in FIG. 5 are merely examples, and the present invention is not limited to the dimensions shown in FIG. Here, in FIG. 5, “R” is a radius of curvature, and the unit is “mm”. In FIG. 5, the leading edge of the objective lens 17 on the optical axis on the optical axis is the origin, the X axis is taken in the direction perpendicular to the optical axis, and the Y axis is taken in the direction of the optical axis. Therefore, the origin is not the intersection of the incident-side convex surface 28a of the convex lens portion 28 and the optical axis, but the plane including the intersection line of the incident-side end surface 29a of the cylindrical body 29 and the outer peripheral surface 29b and the optical axis. It is an intersection.

上述したように、上記サンプル16から出射された蛍光のうち放射角度の小さい蛍光aは、対物レンズ17における光軸を含む中央部分(凸レンズ部28)を通過して第1レンズ23に向かって集光される。このように、対物レンズ17の中央部分は、点光源から放射状に放出された光を屈折によって集光するため、凸レンズの形状が望ましい。   As described above, the fluorescence a having a small emission angle out of the fluorescence emitted from the sample 16 passes through the central portion (convex lens portion 28) including the optical axis in the objective lens 17 and is collected toward the first lens 23. To be lighted. As described above, the central portion of the objective lens 17 is preferably a convex lens since the light emitted radially from the point light source is condensed by refraction.

しかしながら、上記特許文献2に開示されているコリメータレンズの場合には、上記凸レンズの形状とは言っても、光軸との成す角が小さい光線を屈折する部分の出射面は凸形状の楕円面102cであるものの、入射側は凹形状の球面102aである。そのため、光軸を含む中央部分は、出射側だけで集光効果を得る必要があり、凸レンズとしての集光能率が低下する。したがって、出射側の凸形の楕円面102cの曲率を大きくする必要が生ずる等の設計上の制約が生ずる。あるいは、出射側の凸形の楕円面102cの焦点距離が大きくなるため、このコリメータレンズレンズを搭載した場合には、走査モジュール9が大型化するなどの問題が発生する。   However, in the case of the collimator lens disclosed in Patent Document 2, the exit surface of the portion that refracts a light beam having a small angle with the optical axis is a convex elliptical surface, even though the shape is the convex lens. Although it is 102c, the incident side is a concave spherical surface 102a. For this reason, the central portion including the optical axis needs to obtain a light collecting effect only on the emission side, and the light collecting efficiency as a convex lens is reduced. Therefore, design restrictions such as the need to increase the curvature of the convex elliptical surface 102c on the output side arise. Or, since the focal length of the convex ellipsoid 102c on the emission side becomes large, when this collimator lens is mounted, there arises a problem that the scanning module 9 is enlarged.

本実施の形態においては、図5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、入射面を矢印「R1」で示すように凸形の入射側凸面28aで構成する。一方、出射面を矢印「R2」で示すように凸形の出射側凸面28bで構成している。このように、レンズ素子17の上記中央部分は、入射面と出射面との両方が凸形面であるため、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面28bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面28bの焦点距離が大きくなって走査モジュール9が大型化することもない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the central portion including the optical axis in the objective lens 17 is configured with a convex incident-side convex surface 28a as shown by an arrow “R1”. On the other hand, the exit surface is constituted by a convex exit-side convex surface 28b as indicated by an arrow “R2”. As described above, since both the entrance surface and the exit surface of the central portion of the lens element 17 are convex surfaces, the light collection efficiency can be easily improved. Therefore, it is not necessary to increase the curvature of the exit-side convex surface 28b on the exit side, and the focal length of the exit-side convex surface 28b on the exit side is not increased and the scanning module 9 is not enlarged.

また、上記サンプル16から出射された蛍光のうちで放射角度の小さい蛍光aを、対物レンズ17における光軸を含む中央部分によって集光する一方、放射角度の大きい蛍光bを、対物レンズ17における周辺部分によって集光する場合に、上記中央部分の入射面に入射された光の光路と上記周辺部分の入射面に入射された光の光路とが、対物レンズ17内において明確に分離されることが望ましい。   Further, among the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence a having a small emission angle is collected by the central portion including the optical axis in the objective lens 17, while the fluorescence b having a large emission angle is collected in the periphery of the objective lens 17. When the light is condensed by the portion, the optical path of the light incident on the incident surface of the central portion and the optical path of the light incident on the incident surface of the peripheral portion may be clearly separated in the objective lens 17. desirable.

しかしながら、上記特許文献2に開示されているコリメータレンズの場合には、球面102aに入射されて凸形の楕円面102cに至る中央部分の光と、球面102aに入射されて凸形の楕円面102bに至る周辺部分の光とが、明確に分離されることがない。そのため、球面102aに入射されて凹形の楕円面102dに至って全反射され、迷光となる光が存在する。   However, in the case of the collimator lens disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, the light at the central part that is incident on the spherical surface 102a and reaches the convex elliptical surface 102c, and the convex elliptical surface 102b that is incident on the spherical surface 102a. It is not clearly separated from the light in the surrounding area. Therefore, there is light that enters the spherical surface 102a, reaches the concave elliptical surface 102d, is totally reflected, and becomes stray light.

本実施の形態においては、図5に示すように、上記対物レンズ17における入射面の形状を、光軸を含む中央部分は矢印「R1」で示すように凸形の入射側凸面28aで構成する一方、上記中央部分の周辺部分(筒状体29)は矢印「R3」で示すように凸形の入射側端面29aで構成している。このように、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが異なる曲面で形成されて、上記中央部分と上記周辺部分との境界には、凹状(谷状)のくびれ部分が形成される。したがって、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the shape of the incident surface of the objective lens 17 is configured by a convex incident-side convex surface 28a as shown by an arrow “R1” at the central portion including the optical axis. On the other hand, the peripheral portion (cylindrical body 29) of the central portion is constituted by a convex incident side end face 29a as indicated by an arrow "R3". In this way, the central portion and the peripheral portion on the incident surface are formed with different curved surfaces, and a concave (valley) constricted portion is formed at the boundary between the central portion and the peripheral portion. Therefore, the central portion and the peripheral portion on the incident surface are clearly separated.

そのため、上記中央部分(凸レンズ部28)の入射側凸面28aに入射される光は、対物レンズ17の光軸側に屈折されるのに対して、上記周辺部分(筒状体29)の入射側端面29aに入射される光は、対物レンズ17の光軸とは反対側に位置する外周面29b側に屈折される。このように、入射側凸面28aに入射される光と入射側端面29aに入射される光との屈折方向か全く異なるために、上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光と上記周辺部分の入射側端面29aに入射された光とが、上記中央部分の出射側凸面28bと上記周辺部分の外周面29bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面28bと外周面29bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できるのである。   Therefore, the light incident on the incident side convex surface 28a of the central portion (convex lens portion 28) is refracted to the optical axis side of the objective lens 17, whereas the incident side of the peripheral portion (tubular body 29). The light incident on the end surface 29 a is refracted toward the outer peripheral surface 29 b located on the side opposite to the optical axis of the objective lens 17. Thus, the light incident on the incident-side convex surface 28a and the light incident on the incident-side end surface 29a are completely different from each other in the refraction direction. The light incident on the incident-side end surface 29a can be prevented from reaching the surface between the exit-side convex surface 28b of the central portion and the outer peripheral surface 29b of the peripheral portion, and the exit-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b It is possible to prevent the light reaching the surface between the two from becoming stray light.

また、上記対物レンズ17の入射面における上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光の光路と、上記周辺部分の入射側端面29aに入射された光の光路とが、対物レンズ17中で互いに交差することがないように、入射側凸面28aおよび入射側端面29aの形状が設定されている。   Further, the optical path of the light incident on the incident-side convex surface 28 a of the central portion on the incident surface of the objective lens 17 and the optical path of the light incident on the incident-side end surface 29 a of the peripheral portion are in the objective lens 17. The shapes of the incident side convex surface 28a and the incident side end surface 29a are set so as not to cross each other.

したがって、上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面28bに至るのに対し、上記周辺部分の入射側端面29aに入射される光の総てが、反射面である外周面29bに至ることになる。その結果、対物レンズ17の入射面に入射されて出射側凸面28bおよび外周面29b以外の面に至る光によって、迷光が発生することなはないのである。   Therefore, all of the light incident on the incident side convex surface 28a of the central portion reaches the convex output side convex surface 28b which is the output surface, whereas the light incident on the incident side end surface 29a of the peripheral portion. All of this reaches the outer peripheral surface 29b which is a reflection surface. As a result, stray light is not generated by light incident on the entrance surface of the objective lens 17 and reaching the surfaces other than the exit-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b.

また、上記対物レンズ17の上記中央部分における出射面は、図5において、矢印「R2」で示すように凸形の出射側凸面28bで構成されている。したがって、対物レンズ17の上記中央部分においては、入射面である入射側凸面28aと出射面である出射側凸面28bとの協働によって、サンプル16から出射された蛍光のうちの放射角度の小さい蛍光aを、効果的に検出器27に向かって集光することができる。   Further, the exit surface at the central portion of the objective lens 17 is constituted by a convex exit-side convex surface 28b as shown by an arrow “R2” in FIG. Therefore, in the central portion of the objective lens 17, the fluorescence having a small emission angle out of the fluorescence emitted from the sample 16 by the cooperation of the incident-side convex surface 28a that is the incident surface and the output-side convex surface 28b that is the output surface. a can be effectively collected toward the detector 27.

また、上記対物レンズ17の上記周辺部分における入射面は、上述したように凸形の入射側端面29aで構成されている。このように、対物レンズ17の入射面は、上記中央部分の凸形の入射側凸面28aと上記周辺部分の凸形の入射側端面29aとが、凹状(谷状)のくびれ部分を境界として、互いに隣接して独立した凸形の形状に構成されている。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、上記周辺部分の入射側端面29aから入射されて外周面29bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、対物レンズ17における外周面29bの光軸方向の長さを短くすることができ、対物レンズ17全体の小型化を図ることが可能になる。   Further, the incident surface in the peripheral portion of the objective lens 17 is constituted by the convex incident side end surface 29a as described above. As described above, the incident surface of the objective lens 17 is formed such that the convex incident side convex surface 28a of the central portion and the convex incident side end surface 29a of the peripheral portion have a concave (valley) constricted portion as a boundary. It is configured in an independent convex shape adjacent to each other. Therefore, the light condensing effect by the convex lens can be given to the incident surface also in the peripheral portion, and the irradiation area of the light incident from the incident side end surface 29a and irradiating the outer peripheral surface 29b can be reduced. . As a result, the length of the outer peripheral surface 29b of the objective lens 17 in the optical axis direction can be shortened, and the entire objective lens 17 can be reduced in size.

また、上記対物レンズ17の周辺部分における反射面は、図5において矢印「R4」で示すように対物レンズ17の外側に向かって凸形の外周面29bで構成している。このように外周面(反射面)29bが外部に向かって凸状であると言うことは、対物レンズ17内の光から見れば外周面29bを凹面鏡と見なすことができ、外周面29bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。   Further, the reflection surface in the peripheral portion of the objective lens 17 is constituted by an outer peripheral surface 29b that is convex toward the outside of the objective lens 17 as indicated by an arrow “R4” in FIG. The fact that the outer peripheral surface (reflection surface) 29b is convex outward in this way means that the outer peripheral surface 29b can be regarded as a concave mirror when viewed from the light in the objective lens 17, and the outer peripheral surface 29b is a concave mirror. In principle, the reflected light can be collected.

すなわち、上記対物レンズ17における上記周辺部分は、凸形の入射側端面29aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面29bによって凹面鏡のように反射させて集光する2段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。   That is, the peripheral portion of the objective lens 17 collects incident light by refracting and collecting the incident light like a convex lens by the convex incident-side end surface 29a, and reflecting it like a concave mirror by the convex outer peripheral surface 29b. It has a two-stage light condensing function. Therefore, the light condensing property can be improved as compared with the case where any one of the light condensing functions is performed alone.

また、上記対物レンズ17の上記周辺部分における入射側端面29aは、当該入射側端面29aから入射された光が外周面29bに対して全反射条件を満たすように入射させるように形成されている。   Further, the incident-side end surface 29a in the peripheral portion of the objective lens 17 is formed so that light incident from the incident-side end surface 29a is incident on the outer peripheral surface 29b so as to satisfy the total reflection condition.

したがって、上記対物レンズ17の上記周辺部分における入射側端面29aから入射された光は、外周面29bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。   Therefore, the light incident from the incident side end face 29a in the peripheral portion of the objective lens 17 is totally reflected by the outer peripheral surface 29b and can travel in the peripheral portion toward the exit surface.

尚、本実施の形態においては、上記周辺部分における筒状体29の外周面29bで、入射側端面29aからの入射光を全反射するようにしている。しかしながら、この発明は全反射に限定されるものではなく、単なる反射でもよい。すなわち、金属反射膜を外周面29bに形成して、上記金属反射膜で反射するようにしてもよい。   In the present embodiment, incident light from the incident side end face 29a is totally reflected by the outer peripheral surface 29b of the cylindrical body 29 in the peripheral portion. However, the present invention is not limited to total reflection, and may be simple reflection. That is, a metal reflection film may be formed on the outer peripheral surface 29b and reflected by the metal reflection film.

次に、上記第1レンズ23について、詳細に説明する。   Next, the first lens 23 will be described in detail.

図6は、上記第1レンズ23の縦断面図を示す。但し、図6(a)は、サンプル16をサンプル台4上に直接載置した場合(以下、「第1の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。さらに、図6(b)は、サンプル16を二次元電気泳動用基板31(図8参照)中に封入してサンプル台4上に載置した場合(以下、「第2の場合」という)の蛍光の光線図を含んでいる。   FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the first lens 23. However, FIG. 6A includes a ray diagram of fluorescence when the sample 16 is placed directly on the sample table 4 (hereinafter referred to as “first case”). Further, FIG. 6B shows a case where the sample 16 is enclosed in a two-dimensional electrophoresis substrate 31 (see FIG. 8) and placed on the sample table 4 (hereinafter referred to as “second case”). Includes a fluorescence ray diagram.

図6に示すように、上記第1レンズ23は、互いに対向する二つの平面32a,32bのうちの平面32aに凹曲面32cが形成された凹レンズ部32と、互いに対向する二つの平面33a,33bのうちの平面33bの周囲のみに形成された傾斜部に凸曲面33cが形成された凸レンズ部33とを、凸レンズ部33の平面33aと凹レンズ部32の平面32bとを互いに対向させて積層した構成を有している。   As shown in FIG. 6, the first lens 23 includes a concave lens portion 32 having a concave curved surface 32c formed on a plane 32a of two planes 32a and 32b facing each other, and two planes 33a and 33b facing each other. The convex lens part 33 in which the convex curved surface 33c is formed in the inclined part formed only around the flat surface 33b of the above, and the flat surface 33a of the convex lens part 33 and the flat surface 32b of the concave lens part 32 are laminated to face each other. have.

そして、上記サンプル16から出射された蛍光のうち、対物レンズ17の上記中央部分における凸レンズ部28を通過した蛍光aは、図6に示すように、上記第1の場合も上記第2の場合も、共に、凸レンズ部33における平面33bと、凹レンズ部32における凹曲面32cとを通過するようになっている。   Of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence a that has passed through the convex lens portion 28 in the central portion of the objective lens 17, as shown in FIG. 6, in both the first case and the second case. Both pass through the flat surface 33 b in the convex lens portion 33 and the concave curved surface 32 c in the concave lens portion 32.

これに対して、上記サンプル16から出射された蛍光のうち、対物レンズ17の上記周辺部分における筒状体29で全反射された蛍光bは、上記第1の場合には、図6(a)に示すように、凸レンズ部33における凸曲面33cと、凹レンズ部32における凹曲面32cとを通過するようになっている。また、上記第2の場合には、図6(b)に示すように、凸レンズ部33における平面33bと、凹レンズ部32における凹曲面32cとを通過するようになっている。   On the other hand, of the fluorescence emitted from the sample 16, the fluorescence b totally reflected by the cylindrical body 29 in the peripheral portion of the objective lens 17 is shown in FIG. 6 (a). As shown in FIG. 4, the convex lens 33 passes through a convex curved surface 33c and a concave curved surface 32c of the concave lens portion 32. In the second case, as shown in FIG. 6 (b), the light passes through a flat surface 33 b in the convex lens portion 33 and a concave curved surface 32 c in the concave lens portion 32.

尚、上記第1レンズ23は、凹レンズ部32と凸レンズ部33とを互いに密着させて単に積層して形成しても良いし、凹レンズ部32と凸レンズ部33とを接着して形成しても良い。あるいは、凹レンズ部32と凸レンズ部33とを一体に構成しても良い。   The first lens 23 may be formed by simply laminating the concave lens portion 32 and the convex lens portion 33 with each other, or may be formed by bonding the concave lens portion 32 and the convex lens portion 33. . Or you may comprise the concave lens part 32 and the convex lens part 33 integrally.

図7に、上記第1レンズ23の具体的形状の一例を示す。尚、図7に記載の寸法は一例であり、この発明は、図7の寸法に限定されるものではない。ここで、図7中、「R」は曲率半径であり、単位は「mm」である。また、有理ベジエ曲線は、図5に示す式の通りである。尚、図7においては、第1レンズ23における光軸上の入射側の最先端を原点とし、上記光軸に垂直な方向にX軸を取り、上記光軸の方向にY軸を取っている。したがって、上記原点は、凸レンズ部33の平面33bと上記光軸との交点である。   FIG. 7 shows an example of a specific shape of the first lens 23. Note that the dimensions shown in FIG. 7 are examples, and the present invention is not limited to the dimensions shown in FIG. Here, in FIG. 7, “R” is a radius of curvature, and the unit is “mm”. The rational Bezier curve is as shown in FIG. In FIG. 7, the first lens 23 has the leading end on the incident side on the optical axis as the origin, the X axis is taken in the direction perpendicular to the optical axis, and the Y axis is taken in the direction of the optical axis. . Therefore, the origin is the intersection of the plane 33b of the convex lens portion 33 and the optical axis.

上述したように、本実施の形態では、上記第1レンズ23を、平面32aの中心部に凹曲面32cが形成された凹レンズ部32と、平面33bの周囲に凸曲面33cが形成された凸レンズ部33とを有する形状に構成している。そして、図6に示すように、中心部から外側に向かって、平面33bの領域A1および凹曲面32cの領域B1を通る第1領域と、平面33bの領域A2および凹曲面32cの領域B2を通る第2領域と、凸曲面33cの領域A3および凹曲面32cの領域B3を通る第3領域とを設けている。   As described above, in the present embodiment, the first lens 23 is divided into the concave lens portion 32 in which the concave curved surface 32c is formed at the center of the plane 32a, and the convex lens portion in which the convex curved surface 33c is formed around the plane 33b. 33. Then, as shown in FIG. 6, from the center to the outside, the first region passing through the region A1 of the flat surface 33b and the region B1 of the concave curved surface 32c, and the region A2 of the flat surface 33b and the region B2 of the concave curved surface 32c are passed. A second region and a third region passing through the region A3 of the convex curved surface 33c and the region B3 of the concave curved surface 32c are provided.

ここで、上記第1領域および上記第2領域は、凸レンズ部33の平面33bと凹レンズ部32の凹曲面32cを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。また、上記第3領域は、凸レンズ部33の凸曲面33cと凹レンズ部32の凹曲面32cとを通る領域でなると共に、入射された光束を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。   Here, the first region and the second region are regions passing through the flat surface 33b of the convex lens portion 33 and the concave curved surface 32c of the concave lens portion 32, and the incident light beam is made parallel by the optical axis and diverges as a total. It is an area to be made. The third region is a region that passes through the convex curved surface 33c of the convex lens portion 33 and the concave curved surface 32c of the concave lens portion 32, and is a region that collimates the incident light beam by the optical axis and collects the light as a total. is there.

そして、上記対物レンズ17で全反射された後の光路が光軸側(中心側)に因りやすい上記「第2の場合」には、対物レンズ17で全反射された蛍光bを、図6(b)に示すように第1レンズ23の上記第2領域に入射させるようにする。その場合、上記第2領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして発散させる領域である。そのために、図8に示すように、対物レンズ17で全反射された光を集光するようにすれば、第1レンズ23の上記第2領域から出射される蛍光bの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。   Then, in the “second case” where the optical path after being totally reflected by the objective lens 17 is likely to be on the optical axis side (center side), the fluorescence b totally reflected by the objective lens 17 is shown in FIG. As shown in b), the light is incident on the second region of the first lens 23. In this case, the second region is a region for making incident light rays parallel to the optical axis and diverging as a total. For this purpose, as shown in FIG. 8, if the light totally reflected by the objective lens 17 is collected, the light beams of the fluorescence b emitted from the second region of the first lens 23 are substantially the same. It is parallel and substantially parallel to the optical axis.

さらに、上記「第1の場合」には、対物レンズ17で全反射された蛍光bを、図6(a)に示すように第1レンズ23の上記第3領域に入射させるようにする。その場合、上記第3領域は入射された光線を光軸により平行にし、且つトータルとして集光させる領域である。そのため、対物レンズ17で全反射されて第1レンズ23に入射される光を発散するようにすれば、第1レンズ23の上記第3領域から出射される蛍光bの各光線は、互いに略平行で且つ光軸に対しても略平行になるのである。   Further, in the “first case”, the fluorescence b totally reflected by the objective lens 17 is made incident on the third region of the first lens 23 as shown in FIG. In this case, the third region is a region that collimates incident light rays by the optical axis and collects the light rays as a total. Therefore, if light that is totally reflected by the objective lens 17 and incident on the first lens 23 is diverged, the light beams of the fluorescence b emitted from the third region of the first lens 23 are substantially parallel to each other. In addition, it is substantially parallel to the optical axis.

ここで、上記対物レンズ17で全反射された光を発散するように第1レンズ23に入射させるには、図9に示すように、対物レンズ17で全反射された光を、第1レンズ23に入射される前に一旦集光させればよい。   Here, in order to make the light totally reflected by the objective lens 17 enter the first lens 23 so as to diverge, the light totally reflected by the objective lens 17 is made to enter the first lens 23 as shown in FIG. It may be once condensed before being incident.

以上のごとく、上記「第2の場合」には、上記対物レンズ17で全反射された光を、集光させつつ、第1レンズ23の上記第2領域に入射できるように、且つ、上記「第1の場合」には、対物レンズ17で全反射された光を、一旦集光させた後に発散させつつ、第1レンズ23の上記第3領域に入射できるように、図5および図7に示すごとく、対物レンズ17における反射面(外周面)29bの角度および形状や全反射光が通過する出射側端面29cの形状と、第1レンズ23の凸曲面33cおよび凹曲面32cの各傾斜角および形状とを設定するのである。   As described above, in the “second case”, the light totally reflected by the objective lens 17 can be incident on the second region of the first lens 23 while being condensed, and the “ In the “first case”, the light totally reflected by the objective lens 17 is once condensed and then diverged while being incident on the third region of the first lens 23 in FIGS. 5 and 7. As shown, the angle and shape of the reflecting surface (outer peripheral surface) 29b of the objective lens 17, the shape of the exit side end surface 29c through which the totally reflected light passes, the inclination angles of the convex curved surface 33c and the concave curved surface 32c of the first lens 23, and The shape is set.

上記サンプル16を上記サンプル台4上に直接載置する上記「第1の場合」と、サンプル16を二次元電気泳動用基板31中に封入してサンプル台4上に載置する上記「第2の場合」とでは、光透過板の厚みが異なるためサンプル16下面の点光源に関する見かけ上の光源の位置が異なる。   The “first case” in which the sample 16 is directly placed on the sample stage 4, and the “second case” in which the sample 16 is enclosed in the two-dimensional electrophoresis substrate 31 and placed on the sample stage 4. In the case of “,” the thickness of the light transmission plate is different, so the apparent light source position with respect to the point light source on the lower surface of the sample 16 is different.

本実施の形態においては、図5および図7に示すように、対物レンズ17および第1レンズ23の形状を設定している。したがって、見かけ上の光源の位置が異なるために対物レンズ17から見かけ上の光源までの距離が異なる場合であっても、対物レンズ17の上記中央部分で屈折された蛍光aおよび上記周辺部分の外周面29bで全反射された蛍光bを、図8および図9に示すように、第1レンズ23から出射される際に光軸に略平行にすることができる。したがって、波長フィルタ24による迷光のカットを精度良く行うことが可能になるのである。   In the present embodiment, the shapes of the objective lens 17 and the first lens 23 are set as shown in FIGS. Accordingly, even if the distance from the objective lens 17 to the apparent light source is different because the position of the apparent light source is different, the fluorescence a refracted at the central portion of the objective lens 17 and the outer periphery of the peripheral portion The fluorescence b totally reflected by the surface 29b can be made substantially parallel to the optical axis when it is emitted from the first lens 23, as shown in FIGS. Therefore, the stray light can be accurately cut by the wavelength filter 24.

以上のごとく、この発明のレンズ素子は、
点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面28aと、
上記入射側凸面28aからの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面28bと
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面29aと、
上記入射側端面29aに連続して形成されると共に、上記入射側端面29aからの光を内部で反射させる外周面29bと、
上記外周面29bで内部反射された光を出射させる出射側端面29cと
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面28aと上記周辺部分における上記入射側端面29aとの境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴としている。
As described above, the lens element of the present invention is
A central portion for condensing the light emitted radially from the point light source by refraction;
A peripheral portion that is adjacent to the periphery of the central portion and collects the light from the point light source by reflection;
The central part is
The light from the point light source is incident, and the incident-side convex surface 28a having a convex curved surface shape toward the outer side in the optical axis direction,
While emitting light from the incident-side convex surface 28a, and including an output-side convex surface 28b having a curved surface shape convex toward the outside in the optical axis direction,
The above peripheral part is
An incident-side end face 29a on which light from the point light source is incident;
An outer peripheral surface 29b that is formed continuously with the incident side end surface 29a and reflects the light from the incident side end surface 29a inside;
An emission side end face 29c for emitting the light internally reflected by the outer peripheral face 29b,
A concave boundary portion is formed at the boundary between the incident-side convex surface 28a in the central portion and the incident-side end surface 29a in the peripheral portion.

上記構成によれば、光軸を含む中央部分は、入射面を凸形の入射側凸面28aで構成する一方、出射面を凸形の出射側凸面28bで構成するので、集光の能率を容易に向上させることができる。したがって、出射側の出射側凸面28bの曲率を特に大きくする必要はなく、出射側の出射側凸面28bの焦点距離が大きくなって走査モジュール9が大型化することもない。   According to the above configuration, the central portion including the optical axis has the incident surface formed by the convex incident-side convex surface 28a, and the output surface is formed by the convex output-side convex surface 28b. Can be improved. Therefore, it is not necessary to increase the curvature of the exit-side convex surface 28b on the exit side, and the focal length of the exit-side convex surface 28b on the exit side is not increased and the scanning module 9 is not enlarged.

さらに、上記入射面には、上記中央部分における入射側凸面28aと上記周辺部分における入射側端面29aとの境界に、凹状の境界部が形成されている。そのため、入射側凸面28aに入射される光と入射側端面29aに入射される光との屈折方向が全く異なり、入射面における上記中央部分と上記周辺部分とが明確に分離される。したがって、入射側凸面28aに入射された光と入射側端面29aに入射された光とが、出射側凸面28bと外周面29bとの間の面に至ることを防止でき、出射側凸面28bと外周面29bとの間の面に至った光が迷光となることを防止できる。   Furthermore, a concave boundary is formed on the incident surface at the boundary between the incident-side convex surface 28a in the central portion and the incident-side end surface 29a in the peripheral portion. Therefore, the refraction directions of the light incident on the incident-side convex surface 28a and the light incident on the incident-side end surface 29a are completely different, and the central portion and the peripheral portion on the incident surface are clearly separated. Therefore, the light incident on the incident-side convex surface 28a and the light incident on the incident-side end surface 29a can be prevented from reaching the surface between the outgoing-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b. It is possible to prevent the light reaching the surface between the surface 29b from becoming stray light.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記中央部分における上記入射側凸面28aおよび上記周辺部分における上記入射側端面29aは、上記入射側凸面28aから入射した光の光路と上記入射側端面29aから入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident-side convex surface 28a in the central portion and the incident-side end surface 29a in the peripheral portion are such that the optical path of light incident from the incident-side convex surface 28a and the optical path of light incident from the incident-side end surface 29a are the concave shape. They have shapes that are separated from each other and do not cross each other at the boundary.

この実施の形態によれば、上記入射側凸面28aから入射した光の光路と入射側端面29aから入射した光の光路とは、交差することがない。その結果、上記中央部分の入射側凸面28aに入射された光の総てが、出射面である凸形の出射側凸面28bに至るのに対して、上記周辺部分の入射側端面29aに入射される光の総てが、反射面である外周面29bに至ることになる。   According to this embodiment, the optical path of the light incident from the incident-side convex surface 28a and the optical path of the light incident from the incident-side end surface 29a do not intersect. As a result, all of the light incident on the incident-side convex surface 28a in the central portion reaches the incident-side end surface 29a in the peripheral portion, whereas all of the light reaches the convex outgoing-side convex surface 28b that is the output surface. All of the light that reaches the outer peripheral surface 29b, which is the reflecting surface, reaches.

したがって、上記入射面に入射されて出射側凸面28bおよび外周面29b以外の面に至る光によって、迷光が発生することが防止される。   Therefore, stray light is prevented from being generated by light that is incident on the incident surface and reaches the surfaces other than the exit-side convex surface 28b and the outer peripheral surface 29b.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面29aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident-side end surface 29a in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

この実施の形態によれば、上記周辺部分における上記入射側端面29aは、外側に向かって凸状の曲面形状を有している。したがって、上記周辺部分においても入射面に凸レンズによる集光効果を持たせることができ、入射側端面29aから入射されて外周面29bを照射する光の照射面積を小さくすることができる。その結果、外周面29bの光軸方向の長さを短くすることができ、レンズ素子17全体の小型化を図ることが可能になる。   According to this embodiment, the incident-side end surface 29a in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward. Therefore, the light condensing effect by the convex lens can be given to the incident surface also in the peripheral portion, and the irradiation area of the light incident from the incident side end surface 29a and irradiating the outer peripheral surface 29b can be reduced. As a result, the length of the outer peripheral surface 29b in the optical axis direction can be shortened, and the entire lens element 17 can be reduced in size.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記外周面29bは、外部に向かって凸状の曲面形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The outer peripheral surface 29b in the peripheral portion has a curved surface shape that is convex outward.

この実施の形態によれば、上記外周面(反射面)29bが外部に向かって凸状の曲面形状を有しており、レンズ素子17内の光から見れば凹面鏡と見なすことができる。したがって、外周面29bは凹面鏡の原理で反射光を集光させることができる。   According to this embodiment, the outer peripheral surface (reflective surface) 29b has a curved surface convex toward the outside, and can be regarded as a concave mirror when viewed from the light in the lens element 17. Therefore, the outer peripheral surface 29b can collect the reflected light by the principle of a concave mirror.

すなわち、上記レンズ素子17における上記周辺部分は、凸形の入射側端面29aによって入射光を凸レンズのように屈折させて集光し、さらに凸形の外周面29bによって凹面鏡のように反射させて集光する2段階の集光機能を有している。したがって、何れか一方の集光機能を単独で行う場合に比べて、集光性を向上させることができる。   In other words, the peripheral portion of the lens element 17 collects the incident light by refracting it like a convex lens by the convex incident side end face 29a and further reflecting it like a concave mirror by the convex outer peripheral face 29b. It has a two-stage light condensing function. Therefore, the light condensing property can be improved as compared with the case where any one of the light condensing functions is performed alone.

また、1実施の形態のレンズ素子では、
上記周辺部分における上記入射側端面29aは、上記入射側端面29aから入射された光を上記外周面29bに対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している。
In the lens element of one embodiment,
The incident side end face 29a in the peripheral portion has a shape capable of guiding the light incident from the incident side end face 29a to the outer peripheral face 29b so as to satisfy the total reflection condition.

この実施の形態によれば、上記入射側端面29aから入射された光は、全反射条件を満たすように外周面29bに対して入射される。したがって、レンズ素子17の上記周辺部分における入射側端面29aから入射された光は、外周面29bで全反射されて、上記周辺部分内を出射面に向かって進むことができる。   According to this embodiment, the light incident from the incident side end surface 29a is incident on the outer peripheral surface 29b so as to satisfy the total reflection condition. Therefore, the light incident from the incident side end face 29a in the peripheral portion of the lens element 17 is totally reflected by the outer peripheral surface 29b and can travel in the peripheral portion toward the exit surface.

1…蛍光検出装置、
4…サンプル台、
5…PC、
6…走査ステージ、
9…走査モジュール、
16…サンプル、
17…対物レンズ、
18…光源、
20…反射ミラー、
23…第1レンズ、
24…波長フィルタ、
25…第2レンズ、
26…ピンホール、
27…検出器、
28,33…凸レンズ部、
28a…入射側凸面、
28b…出射側凸面、
29…筒状体、
29a…入射側端面、
29b…外周面、
29c…出射側端面、
31…二次元電気泳動用基板、
32…凹レンズ部、
32a,32b,33a,33b…平面、
32c…凹曲面、
33c…凸曲面。
1 ... fluorescence detection device,
4 ... Sample stand
5 ... PC,
6 ... Scanning stage,
9 ... Scanning module,
16 ... Sample,
17 ... Objective lens,
18 ... light source,
20 ... reflecting mirror,
23. First lens,
24 ... wavelength filter,
25 ... second lens,
26 ... pinhole,
27. Detector,
28, 33 ... convex lens part,
28a: Incident side convex surface,
28b ... convex surface on the emission side,
29 ... cylindrical body,
29a: incident side end face,
29b ... outer peripheral surface,
29c ... emitting side end face,
31 ... Substrate for two-dimensional electrophoresis,
32 ... concave lens part,
32a, 32b, 33a, 33b ... plane,
32c ... concave curved surface,
33c: Convex curved surface.

Claims (5)

点光源から放射状に出射された光を屈折によって集光する中央部分と、
上記中央部分の周辺に隣接すると共に、上記点光源からの光を反射によって集光する周辺部分と
を備え、
上記中央部分は、
上記点光源からの光が入射すると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する入射側凸面と、
上記入射側凸面からの光を出射させると共に、光軸方向外側に向かって凸状の曲面形状を有する出射側凸面と
を含む一方、
上記周辺部分は、
上記点光源からの光が入射する入射側端面と、
上記入射側端面からの光を内部で反射させる外周面と、
上記外周面で内部反射された光を出射させる出射側端面と
を含んでおり、
上記中央部分における上記入射側凸面と上記周辺部分における上記入射側端面との境界には、凹状の境界部が形成されている
ことを特徴とするレンズ素子。
A central portion for condensing the light emitted radially from the point light source by refraction;
A peripheral portion that is adjacent to the periphery of the central portion and collects the light from the point light source by reflection;
The central part is
While the light from the point light source is incident, the incident side convex surface having a convex curved surface shape toward the outer side in the optical axis direction,
While emitting light from the incident side convex surface, and including an output side convex surface having a curved surface shape convex toward the outside in the optical axis direction,
The above peripheral part is
An incident side end surface on which light from the point light source is incident;
An outer peripheral surface for reflecting the light from the incident side end surface inside;
And an emission side end surface for emitting the light internally reflected by the outer peripheral surface,
A lens element, wherein a concave boundary portion is formed at a boundary between the incident-side convex surface at the central portion and the incident-side end surface at the peripheral portion.
請求項1に記載のレンズ素子において、
上記中央部分における上記入射側凸面および上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側凸面から入射した光の光路と上記入射側端面から入射した光の光路とが、上記凹状の境界部を境にして互いに分離されて交差することがないような形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
The lens element according to claim 1, wherein
The incident-side convex surface in the central portion and the incident-side end surface in the peripheral portion are configured such that the optical path of light incident from the incident-side convex surface and the optical path of light incident from the incident-side end surface border the concave boundary portion. The lens element has a shape that is separated from each other and does not cross each other.
請求項1あるいは請求項2に記載のレンズ素子において、
上記周辺部分における上記入射側端面は、外側に向かって凸状の曲面形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
The lens element according to claim 1 or 2,
The lens element according to claim 1, wherein the incident-side end surface of the peripheral portion has a curved surface that is convex outward.
請求項1から請求項3までの何れか一つに記載のレンズ素子において、
上記周辺部分における上記外周面は、外部に向かって凸状の曲面形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
In the lens element according to any one of claims 1 to 3,
The lens element according to claim 1, wherein the outer peripheral surface in the peripheral portion has a curved surface shape convex toward the outside.
請求項1から請求項4までの何れか一つに記載のレンズ素子において、
上記周辺部分における上記入射側端面は、上記入射側端面から入射された光を上記外周面に対して全反射条件を満たすように導くことが可能な形状を有している
ことを特徴とするレンズ素子。
In the lens element according to any one of claims 1 to 4,
The incident-side end surface in the peripheral portion has a shape capable of guiding light incident from the incident-side end surface to the outer peripheral surface so as to satisfy a total reflection condition. element.
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