JP2016099231A - 微小粒子検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホルダの位置ずれ量に基づいて、ディスク上の正確な読み取り位置を判定する。【解決手段】微小粒子検出装置は、光検出光学系(３)で検出された光の強度であって、ディスク(５)に封入された検体(６)中の微小粒子からの光の強度に基づいて、上記微小粒子を検出する検出部(２０)を備え、上記検出部(２０)は、位置ずれ量算出部(２０)により求められたホルダ(１５)における回転軸(１４)の位置ずれ量と、回転位置検出部(１７)により検出された上記ホルダ(１５)の基準マーカーの回転位置とに基づいて、上記ディスク(５)上における上記微小粒子の検出位置に対して補正を行い、上記補正後の検出位置と上記補正前の検出位置に係る光の強度との対応付を行う。【選択図】図１

Description

この発明は、微小粒子検出装置に関する。

従来より、微小粒子検出装置として、液体中またはメンブレンやスライドガラス上に展開された微小粒子に光を照射し、上記微小粒子から発生する蛍光あるいは散乱光を検出して、粒子の計数または性状検査を行うものがある。ここで、上記微小粒子としては、無機粒子、微生物、細胞、血液中の赤血球、白血球、血小板、血管内皮細胞、上記組織の微小細胞片等が含まれる。そして、上記微小粒子は、液体中にある場合には微小粒子懸濁液となる。

上記微小粒子の検出方法としては、フローサイトメーターが一般的である。

上記フローサイトメーターにおいては、上記微小粒子の懸濁液を毛細管にシース液と共に流す。そして、上記毛細管の一部にレーザー光を照射し、上記微小粒子に光が当たった時に生ずる散乱光あるいは蛍光を検出することによって、粒子の種類や粒子の大きさを分類する。例えば、特定の粒子と結合する蛍光試薬で粒子を標識することによって、蛍光を発する粒子の数を計数して上記特定の粒子のみを計数することができる。

しかしながら、サブミクロンの粒子から発せられる散乱光の強度を定量的にまで測定可能なフローサイトメーターは、装置が大型であって高価なシステムとなっている。

また、一般的に、上記フローサイトメーターにおいては、フロー機構等の複雑な機構が必要であり、メンテナンス性の悪化やコスト上昇の原因となっている。

上記フローサイトメーター以外の粒子の検出方法として、上記フロー機構を用いずに、微小粒子が二次元的に分布する所定の範囲を撮像して、撮像画像の情報から微小粒子の数を係数し、さらには種類や大きさを判定する方法がある。この方法では、撮像画像を用いて粒子の検出や分析を行うことから、上記フローサイトメーターに対してイメージサイトメーターと呼ばれる。

上記イメージサイトメーターにおける画像化方法としては、ある程度の視野範囲を有する顕微鏡とデジタルカメラとから成る撮像装置を用いて、光源および上記撮像装置を固定した状態で視野範囲の二次元領域を撮像する方法と、光学ヘッドを二次元的にスキャンしながら散乱光または蛍光を検出して、スキャン領域の粒子を画像化する方法とがある。

上記顕微鏡とデジタルカメラとによる撮像の場合には、１μｍ以上の粒子では高精度な画像測定が可能であるが、サブミクロンの粒子を測定する場合には、高倍率な対物レンズを有する顕微鏡と高感度な(つまり、低ノイズでダイナミックレンジの幅が広い)デジタルカメラとが必要になるので、非常に高価なシステムとなる。また、サブミクロン粒子の場合、光の波長と粒子のサイズとが同等になるので回折限界によって結像性能が低下し、粒子サイズの正確な判定が困難になる。

さらに、上記顕微鏡として蛍光顕微鏡システムを用いれば、容易に粒子を検出することが可能である。ところが、同様に、サブミクロン粒子の場合に光の波長と粒子のサイズとが同等になるので、粒子サイズの正確な判定ができない。

一方、上記レーザーを有する光学ヘッドをスキャンしながら散乱光または蛍光を検出するシステムにおいては、レーザー光を粒子に集光して照射し、粒子から発生する散乱光または蛍光を検出しながら、上記レーザー光を搭載した光学ヘッドを二次元的に走査して画像化する。

このように、上記光学ヘッドを上記サンプルに対して相対的にスキャンしながら光を検出するシステムにおいては、サブミクロンの粒子を検出する場合、レーザー光の照射スポット径は、粒子サイズと同等かそれ以上に大きくなる。そのために、二次元スキャンの結果得られる画像は、粒子の一つ一つが解像された画像になってはいないので、画像から直接粒子の大きさを計測することは困難である。ところが、上記レーザー光の照射スポットが粒子サイズよりも大きくても、粒子サイズによって粒子から生じる散乱光強度が異なるので、散乱光の強さから粒子径を判定することは可能である。その理由は、粒子径と散乱光強度とに相関があるためである。

その場合、散乱光を高感度に検出する検出器(低ノイズで広ダイナミックレンジな検出器)とレーザー光源とが必要になるが、高倍率な対物レンズを有する顕微鏡と高感度なデジタルカメラとを用いるシステムに比較して、安価なシステム構成が可能である。

しかしながら、上記従来の光学ヘッドをサンプルに対して相対的にスキャンしながら光を検出するシステムにおいては、以下のような問題がある。

すなわち、上記二次元スキャンを行ってサンプルからの散乱光を検出するシステムにおいては、検出の感度や分解能を高めるためには照射スポットを集光させて小さくする必要がある。ＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)やランプ光源では十分に集光できないため、レーザー光源を用いる必要がある。上記レーザー光源の場合、半導体レーザーが小型で安価であり、有利である。ところが、波長帯によっては、高価になる場合や、上記半導体レーザーと比較して体積が大きい固体レーザーしか得られない場合がある。そのために、波長帯によっては高価なシステムになる場合がある。

また、上記二次元スキャンを行うシステムにおいては、サンプルまたは光学ヘッドを二次元走査する必要があり、サンプルまたは光学ヘッドの往復動作における加減速の時間が必要となる。そのために、スキャン間隔が細かくなった場合には走査時間が長大になるという問題がある。

そこで、このような二次元スキャンを行うシステムの問題点を解消するために、特開２００２‐３１０８８６号公報(特許文献１)に開示されたディスクサイトメトリーによる分析装置が提案されている。

特許文献１においては、細胞,菌体,ウイルス,ＤＮＡ,ミトコンドリア等の粒子様物質を含む検体を板状のサンプル容器内に注入する。そして、上記サンプル容器を遠心してサンプル容器内に粒子様物質の分布を形成せしめ、プレパラートを得る。その後、上記プレパラートである上記サンプル容器に対してレーザ光を照射および走査して、粒子様物質から得られる蛍光強度,散乱光強度,散乱固体数のうちの少なくとも何れか１組のデータを分析データとして取得するようにしている。

すなわち、上記特許文献１では、遠心分離法とフローサイトメトリーのような蛍光標識法とを組み合わせることによって、画像取得機能と細胞等の標本化機能とを併せ持った分析装置を構成している。

そして、この分析装置においては、試料を、円形のディスク(円盤)状のサンプル容器に重層し、ある時間ある回転数で遠心した後、ある勾配に従って並んだ粒子様物質等を、サンプル容器を回転させながら半径方向にレーザ照射によるスキャンを行い、蛍光強度と散乱光強度と個数とを分析情報として取り込むようにしている。また、目的に応じて、共焦点レーザ顕微鏡の光学系によって、センサからのディスクの位置情報に基づいて、その位置での画像情報を取得するようにしている。尚、上記検出位置の情報は、上記サンプル容器の端面に刻まれた凹凸により読み取っている。

しかしながら、上記特許文献１に開示されたディスクサイトメトリーによる分析装置においては、以下のような問題がある。

すなわち、実際に測定を行うに際して、上記サンプル容器の回転手段として用いられるスピンドルモーター等のベアリングによる回転非同期の軸ブレがあり、上記サンプル容器の端面に刻まれた凹凸によって読み取る検出位置に、ずれが生ずるという問題がある。

したがって、上記サンプル容器を高速で回転させ、レーザーを含む可動ユニットを半径方向に移動させて、二次元方向に相対的にスキャンを行う際に、検出位置を判定する必要がある場合に、毎回同じ回転角度で測定を行っていても、本来読み取りたい検出位置で測定できておらず、測定結果に誤差が生じて、測定の精度や再現性を低下させるという問題がある。

上記回転非同期の軸ブレを低減させる手段として、流体動圧軸受けを用いたモーター等もあるが、一般に高速に回転させる必要がある。その他の手段としては、エアベアリングを用いたモーターもある。しかしながら、何れも高価で大型なモーターとなってしまう等の問題がある。

特開２００２‐３１０８８６号公報

そこで、この発明の課題は、微小粒子を含む検体が封入されたディスクを収容して回転するホルダの位置ずれ量に基づいて、上記ディスク上における正確な読み取り位置を判定する微小粒子検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の微小粒子検出装置は、
微小粒子を含む検体が封入されるディスクと、
上記ディスクを収容すると共に、回転軸の周りに回転して上記ディスクを上記回転軸の周りに回転させるディスク状のホルダと、
光源から出射された光を、上記ディスクにおける上記検体に対して照射する照射光学系と、
上記光の照射によって上記検体中の上記微小粒子から発せられた光を検出する光検出光学系と、
上記光検出光学系によって検出された上記微小粒子からの光の強度に基づいて、上記微小粒子を検出する検出部と、
上記ホルダにおける外周部に設けられた基準マーカーの回転位置を検出する回転位置検出部と、
上記ホルダの端面に対向して配置されると共に、上記端面までの距離を検出する距離センサと、
上記距離センサによって検出された上記ホルダの端面までの距離に基づいて、上記ホルダにおける上記回転軸の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
を備え、
上記検出部は、上記位置ずれ量算出部によって求められた上記回転軸の位置ずれ量と、上記回転位置検出部により検出された上記基準マーカーの回転位置とに基づいて、上記ディスク上における上記微小粒子の検出位置に対して補正を行い、上記補正後の検出位置と上記補正前の検出位置に係る光の強度との対応付を行うようになっている
ことを特徴としている。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記距離センサは、上記ホルダの端面に対向した異なる位置に複数配置されている。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記基準マーカーは、上記ホルダの端面に設けられており、
上記回転位置検出部は、上記ホルダの端面に対向して配置されており、
上記位置ずれ量算出部は、
上記回転軸が正常な位置にある理想状態のホルダにおける上記基準マーカーの回転位置を理想回転位置として記憶し、
上記回転位置検出部によって検出された基準マーカーの回転位置における上記理想回転位置からのずれ量を、上記回転軸の位置ずれ量として算出し、
上記基準マーカーの回転位置に基づく上記回転軸の位置ずれ量と、上記ホルダの端面までの距離に基づく上記回転軸の位置ずれ量とに基づいて、上記回転軸の位置ずれ量を算出する
ようになっている。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記理想回転位置は、等速回転する上記ホルダの基準マーカーの回転位置を複数回検出し、この検出された複数回の回転位置を平均して求められる。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記ホルダの端面に対向して配置された上記距離センサを第１の距離センサとし、
上記ホルダの側面に対向して配置されると共に、上記側面までの距離を検出する第２の距離センサと、
上記第２の距離センサにより検出された上記ホルダの上記側面までの距離に基づいて、上記ホルダの垂直方向の面振れ量を算出する面振れ量算出部と、
を備えている。

以上より明らかなように、この発明の微小粒子検出装置は、上記検出部によって、上記ホルダにおける上記回転軸の位置ずれ量と、上記ホルダの外周部に設けられた上記基準マーカーの回転位置とに基づいて、上記ディスク上における上記微小粒子の検出位置に対して補正を行い、上記補正後の検出位置と上記補正前の検出位置に係る光の強度との対応付を行うようにしている。したがって、上記ホルダの位置ずれによる上記ディスク上の上記検出位置のずれへの影響を軽減し、上記ディスク上における正確な読み取り位置を判定することができる。

すなわち、この発明によれば、上記ディスク上におけるより正確な読み取り位置情報に基づいて、高精度に上記微小粒子の検出を行うことが可能になる。

この発明の微小粒子検出装置における概略構成を示す図である。 ホルダとディスクとエンコーダヘッドと距離センサとを示す平面図である。 回転軸の一方向へのずれを例示する図である。 図２とは異なるエンコーダヘッドと距離センサとを示す平面図である。 回転軸の二軸方向へのずれを例示する図である。 ホルダの面振れ量検出系の構成を示す概略図である。 モーター付属のエンコーダを用いる場合の距離センサを示す平面図である。 付属のエンコーダを有するスピンドルモータの概略構成図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の微小粒子検出装置の概略構成を示す図である。この微小粒子検出装置は、検体が封入されたディスクと、ディスクを回転させる回転駆動系と、散乱光を検出する光検出光学系と、上記検出光学系を半径方向に駆動させる駆動機構とから、概略構成されている。
図１において、１は光源装置、２は対物レンズ、３は検出装置である。光源装置１と対物レンズ２と検出装置３は、枠体内に収納されて光学モジュール４を構成している。そして、光学モジュール４の上方には対物レンズ２に対向して円形のディスク５が配置され、ディスク５内には例えば蛍光物質によって標識された微小粒子が分布する懸濁液やゲル支持体やメンブレン等の転写支持体が検体６として封入されている。

上記光学モジュール４の光源装置１には、光源としての半導体レーザー７(例えば赤色レーザダイオード等)が設けられており、半導体レーザー７の光軸上には、半導体レーザー７からのレーザー光を平行光化するレンズ８を配置している。ここで、半導体レーザー７およびレンズ８は、一つのケース内に収納されて上記照射光学系の一例である光源装置１を構成している。さらに、上記半導体レーザー７の光軸上には、レンズ８で平行光化された光を、対物レンズ２側に向かうように反射させるミラー９を配置している。

ここで、詳述はしないが、上記対物レンズ２はレンズホルダ(図示せず)に格納されており、ステッピングモータ等の駆動部(図示せず)によって光軸方向に移動されて、焦点位置を変更可能になっている。

また、図１において、上記対物レンズ２の光軸上には、ミラー９側から順に、対物レンズ２によって集光された検体６からの散乱光をさらに集光する集光レンズ１０、集光レンズ１０を通過した散乱光を減光するＮＤ(減光)フィルタ１１、および、ＮＤフィルタ１１を通過した散乱光の迷光をカットするアパーチャ１２が配置されている。さらに、アパーチャ１２の後段には、アパーチャ１２を通過した散乱光を検出する光電子増倍管(ＰＭＴ)等の検出素子を含む検出器１３が配置されている。ここで、アパーチャ１２および検出器１３は、一つのケース内に収納されて上記光検出光学系の一例である検出装置３を構成している。

尚、上記構成においては、上記光検出光学系を散乱光を検出する検出装置３のみとしているが、対物レンズ２の光軸上におけるミラー９の直下に、検体６からの蛍光を透過する一方、散乱光を反射するダイクロイックミラーを設け、このダイクロイックミラーを透過した蛍光を検出する検出装置を追加することも可能である。さらに、ダイクロイックミラーを追加して、上記検出装置を３つ以上としても良い。

尚、この発明で言うところの「散乱光」とは、半導体レーザー７から出射された光が検体６の照射箇所から周囲に等方的に散乱された光であり、出射光と同じ波長の光である。これに対し、「蛍光」とは、半導体レーザー７から出射された光が検体６を照射して微小粒子を標識している蛍光物質を励起し、検体６の照射箇所から周囲に等方的に散乱された蛍光であり、出射光とは異なる波長の光である。

尚、上記構成においては、上記光源装置１には、唯一つの半導体レーザー７のみを搭載しているが、第２の半導体レーザーを搭載して、複数の光源としても差し支えない。

上記ディスク５は透明に且つ円形に構成されており、回転軸１４に固定された円形の皿状(ディスク状)のホルダ１５に収容されて、回転軸１４に対して固定されている。回転軸１４は、上記回転駆動系の一例としてのスピンドルモータ１６で回転可能になっている。これに対し、光学モジュール４は、ディスク５が成す円板の半径方向に、上記駆動機構によって段階的に移動可能になっている。尚、光学モジュール４の上記駆動機構については特に限定するものではない。例えば、光学モジュール４の枠体を、ステッピングモータ等で上記半径方向に往復動されるタイミングベルト等により、上記半径方向に配設されたガイドレールで案内されて、移行可能に構成する。

上記ディスク５は、上述したように、円形に形成されている。そして、ディスク５が一回転する毎に、光学モジュール４は１ステップ移動するように設定するのである。但し、円板状のディスク５について、上述の動作をディスク５を連続回転させながら行うには、ディスク５に一定幅を有して半径方向に延在する帯状の非検出領域を設定し、対物レンズ２からの励起光のスポットが上記非検出領域を移動する間に光学モジュール４を１ステップ移動させる必要がある。

尚、得られた蛍光画像を解析する際に支障がなければ、ディスク５を連続回転させながら、光学モジュール４を連続的に移動させて、螺旋状に走査するようにしても構わない。

上記構成において、光検出を行う際には、上記ディスク５を回転させながら光学モジュール４をディスク５の半径方向に移動させて、検体６内の微小粒子からの散乱光の検出を行う。

上記ディスク５は、透明体で形成されたホルダ１５に収容される。ホルダ１５の端面１５aには、微細な凹凸が刻まれてなるエンコーダリング(図示せず)が固着されている。ディスク５は、ホルダ１５に対して取り外しが容易に設置されており、必要に応じて検体６の交換が可能になっている。ホルダ１５の外周囲における端面１５aの対向位置には、上記エンコーダリングの凹凸を読み取るためのエンコーダヘッド１７が上記エンコーダリングに対向して配置されている。

また、少なくとも１個の距離センサ１８が、上記ホルダ１５の端面１５aに対向して配置されている。図２は、ホルダ１５に収容されたディスク５と、ホルダ１５の周囲に配置されたエンコーダヘッド１７および距離センサ１８とを示す平面図である。図２に示すように、距離センサ１８は、ディスク５に関してエンコーダヘッド１７とは反対側に、一つ配置されている。本実施の形態においては、一個の距離センサ１８が配置される場合について説明する。

以下、上記散乱光を検出する散乱光検出の場合について説明する。

上記散乱光検出においては、上記ディスク５を収容しているホルダ１５を回転させながら、光学モジュール４を半径方向に動かし、検出器１３で上記散乱光を検出する(読み取る)。さらに、検出器１３で光電変換された信号がＡＤ変換器１９でＡＤ変換され、ＰＣ（パーソナルコンピュータ)等で構成される信号処理装置２０で画像化して粒子有無や大きさを検出する。すなわち、本実施の形態においては、上記検出部を信号処理装置２０で構成するのである。

尚、この発明は、上記散乱光に限定されるものではなく、蛍光や燐光等の、検体６から発せられる光であれば何れの種類の光であっても検出対象とすることは可能である。

上記エンコーダヘッド１７は、上記回転位置検出部の一例であり、上記エンコーダリングに刻まれた微細な凹凸を読み取ることによって、ホルダ１５の回転位置を判定する。そして、判定結果を、信号処理装置２０に出力する。そうすると、信号処理装置２０は、エンコーダヘッド１７によって判定された回転位置に基づいて、光学モジュール４による現在の回転方向の読み取り位置の情報である回転位置情報を算出する。

ここで、上記「回転位置」は特に限定されるものではなく、例えば、上記エンコーダリングにおける予め設定された特定の形状の凸部を基準マーカーとし、この基準マーカーが基準位置を通過してからエンコーダヘッド１７により検出されるまでの「上記エンコーダリングにおける凸部の検出本数」または「時間」等の情報で表される。

以下、上記信号処理装置２０によって行われる光学モジュール４による読み取り位置情報の割り出し方法について説明する。

上記距離センサ１８は、具体的にはレーザー光源(図示せず)および受光器(図示せず)で構成されている。そして、ホルダ１５の端面１５aで反射された上記レーザー光源からのレーザー光を上記受光器で受光することにより、レーザー光の往復時間または上記受光器の受光位置に基づいてホルダ１５と距離センサ１８との間の距離を測定する。そして、測定結果を信号処理装置２０に出力する。但し、距離センサ１８の具体的構成は、上述の構成限定されるものではなく、ホルダ１５と距離センサ１８との間の距離を測定できる構成であれば何れのような構成であっても差し支えない。

上記信号処理装置２０は、ホルダ１５と距離センサ１８との間の距離が、ホルダ１５が正常位置にある場合の距離よりも短い、または長いことを検知することにより、距離センサ１８とホルダ１５の回転軸１４とを結ぶ一方向(Ｙ軸方向)への回転軸１４のずれ量を算出する。すなわち、信号処理装置２０は、上記位置ずれ量算出部としても機能するのである。

例として、図３においては、上記回転軸１４の上記一方向へのずれによって、距離センサ１８とホルダ１５の端面１５aとの間の距離が、ホルダ１５が正常位置にある場合の距離よりも短い場合を示している。尚、破線で示す１５‐1,１５a‐1,１４‐1は、夫々正常位置におけるホルダ,ホルダの端面,ホルダの回転軸を示す。

さらに、上記信号処理装置２０は、上記算出されたホルダ１５の回転軸１４の上記一方向へのずれ量に基づいて、エンコーダヘッド１７によって判定された回転位置に基づく光学モジュール４による上記回転位置情報において、半径方向の読み取り位置情報に対して補正を行うのである。例えば、図３において、ディスク５上において、光学モジュール４による読み取り位置情報ｐは、ｐ(θ,ｙ1)であるとする。また、回転軸１４の上記一方向へのずれ量はｙ0であるとする。その場合には、補正後の読み取り位置情報Ｐを、Ｐ(θ，ｙ1−ｙ0)とするのである。ここで、「θ」は、上記回転位置情報であり、任意の上記基準位置(例えば、光学モジュール４の走査開始位置)から回転位置までの角度である。

こうすることによって、上記距離センサ１８によって検出される上記一方向への位置ずれ量に基づいて、ディスク５上におけるより精度の高い読み取り位置情報を生成することができるのである。

尚、本実施の形態における散乱光検出の流れは、以下のようになる。

上記エンコーダヘッド１７によって、ディスク５における予め設定された設定位置を検出すると、上記設定位置を表す信号を信号処理装置２０に出力する。そうすると、信号処理装置２０の制御により、光源装置１の半導体レーザー７から上記出力信号に同期してレーザー光が照射される。そして、検体６中の微小粒子から発生された散乱光のうち、対物レンズ２に再入射した後方散乱光成分が、集光レンズ１０,ＮＤフィルタ１１およびアパーチャ１２を通過して、検出器１３に導かれる。さらに、検出器１３による光電変換の結果得られた電気信号が、ＡＤ変換器１９によるＡＤ変換等の処理が施された後に信号処理装置２０へ送出される。

上記ディスク５を回転させ、光学モジュール４を走査させながら上述の検出処理を行うことにより、信号処理装置２０によって各読み取り位置での散乱光強度が画像情報として記録される。最後に、信号処理装置２０によって、測定したホルダ１５の回転軸１４の上記一方向へのずれ量に基づいて、ディスク５上における光学モジュール４による読み取り位置情報に対して補正を行い、補正後の読み取り位置情報と、上記画像情報における各補正前の読み取り位置に記録された散乱光強度のデータとの対応付けを行う。

上述の結果、上記ホルダ１５の回転軸１４のずれによる上記読み取り位置のずれの影響を軽減し、より正確な読み取り位置情報に基づいて高精度に散乱光の検出を行うことができるのである。

尚、上述したように、上記説明においては、上記検出装置３による散乱光の検出を例に挙げて説明しているが、蛍光等の他の光を検出する場合も同様の処理で高精度に検出を行うことができるのである。

・第２実施の形態
本実施の形態は、上記ホルダ１５の回転軸１４における二方向へのずれ量の検出に関する。

図４は、本実施の形態におけるホルダ１５に収容されたディスク５と、ホルダ１５の周囲に配置されたエンコーダヘッド１７および距離センサとを示す平面図である。

上記第１実施の形態においては、１個の距離センサ１８がホルダ１５の端面１５aに対向して配置された場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記の第１実施の形態に限定されるものではない。

本実施の形態においては、上記ディスク５に関してエンコーダヘッド１７とは反対側に配置され距離センサ１８に加えて、他の距離センサ１９を設けている。この２個の距離センサ１８,２１は、夫々ホルダ１５の端面１５aに対向して配置されている。ここで、距離センサ２１は、距離センサ１８からのホルダ１５の回転軸１４に対する角度を９０°ずらせて(直交させて)配置されている。

本実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合とは異なり、２個の距離センサ１８,２１を用いて、夫々の距離センサ１８,２１の検出方向であるＸ軸およびＹ軸の二軸方向におけるホルダ１５の回転軸１４のずれ量を測定することができる。

したがって、本実施の形態においては、例えば、上記距離センサ１８による回転軸１４のＹ軸方向へのずれ量ｙ0と、距離センサ２１による回転軸１４のＸ軸方向へのずれ量ｘ0との合成ずれ量Ａ0とその上記基準位置からの角度(θ＋π/４)とに基づいて、光学モジュール４による読み取り位置情報に対して上記第１実施の形態の場合と同様にして補正を行うことができる。

こうして、二軸方向へのホルダ１５の回転軸１４のずれ量に基づいて光学モジュール４による読み取り位置情報を補正することにより、一軸方向のずれ量に基づいて補正する上記第１実施の形態の場合よりも、精度の高い読み取り位置情報を生成することができるのである。

尚、本実施の形態においては、２個の距離センサ１８,２１のホルダ１５の回転軸１４に対する配置角度を９０°に設定しているが、９０°に限定されるものではない。但し、光学モジュール４による読み取り位置情報に対する補正時の演算を考慮すると９０°であることが望ましい。

・第３実施の形態
本実施の形態は、１個の距離センサを用いた上記ホルダ１５の回転軸１４における二方向へのずれ量の検出に関する。

本実施の形態においては、図５に示すように、一つの距離センサ１８が、ディスク５に関してエンコーダヘッド１７とは反対側に配置されている。そして、距離センサ１８は、上記第１実施の形態の場合と同様に、距離センサ１８とホルダ１５の回転軸１４とを結ぶ一方向への回転軸１４のずれ量を測定する。

さらに、本実施の形態においては、上記エンコーダヘッド１７で検出されるホルダ１５の回転位置のずれ量に基づいて、後述の方法を用いて、エンコーダヘッド１７と距離センサ１８とを結ぶ方向と直交する方向へのホルダ１５の回転軸１４のずれ量を判定するのである。

すなわち、上記エンコーダヘッド１７と距離センサ１８とを結ぶ方向と直交する方向にホルダ１５の回転軸１４がずれている場合に、上記ずれが無い理想状態に対して、回転軸１４の上記ずれによるホルダ１５の位置ずれ量に応じて、エンコーダヘッド１７で検出される回転位置にずれが生ずる。したがって、上記理想状態においてエンコーダヘッド１７で検出される回転位置が判明していれば、上記理想状態における回転位置と、実際にエンコーダヘッド１７で検出される回転位置を比べることによって、エンコーダヘッド１７と距離センサ１８とを結ぶ方向と直交する方向へのホルダ１５の回転軸１４のずれ量を判定することができる。

上記理想状態における回転位置を求める方法の一例として、次のような方法がある。すなわち、スピンドルモータ１６により測定対象のホルダ１５を一定の速度で回転させる。そして、エンコーダヘッド１７によって、一定速度で回転しているホルダ１５の回転位置を測定して記録する。上記ずれが無い理想状態のホルダの場合には、測定される回転位置は、一定速度でのホルダ１５の回転に起因して完全に周期的であり、且つ一定の回転速度となる。しかしながら、現実には、ホルダ１５の回転軸１４の回転周期に非同期的なぶれの影響によって、上記回転周期に同期しない回転角度のずれが生ずる。そこで、複数回転分の回転位置を平均化することによって非同期的なぶれの影響を除去するこができ、結果的に上記理想状態での回転位置を推定することができる。こうして推定された上記理想状態における回転位置の情報を記録しておく。

同様に、上記理想状態における上記距離センサ１８とホルダ１５との距離の情報も記録しておく。

そして、実際に上記エンコーダヘッド１７によって測定される回転位置と、上記記録された回転位置とのずれ量を算出することによって、エンコーダヘッド１７と距離センサ１８とを結ぶ方向と直交する方向へのホルダ１５の回転軸１４のずれ量を測定することができるのである。

以下、上述のようにして判定されたエンコーダヘッド１７と距離センサ１８とを結ぶＹ軸方向(図５(a)参照)と、このＹ軸方向に直交するＸ軸方向とへのホルダ１５の回転軸１４のずれ量に基づいて、図５に示すように、ホルダ１５の回転軸１４のずれの状態を分類する。

(ａ) Ｘ軸方向に回転軸１４のずれがある場合
図５(a)に示すように、上記距離センサ１８とホルダ１５との間の距離が、上記ずれが無い理想状態の場合よりも所定距離を下回る距離だけ長くなり、エンコーダヘッド１７によって検出される回転位置に上記理想状態に対して所定距離以上のずれが生ずる。

そこで、上述した上記基準マーカーの回転位置情報が上記理想状態時に比べて大きいか小さいかによって、回転軸１４のずれ方向がＸ軸方向の「＋」側と「−」側との何れ側であるかを判別する。その場合、回転軸１４のずれ方向がＸ軸方向のみの場合には、距離センサ１８による検出値とエンコーダヘッド１７による検出値とには相関がある。そのために、回転軸１４のＹ軸方向へのずれ量が微小の場合には無視することができる。これに対し、回転軸１４のＸ軸方向のずれ量については、エンコーダヘッド１７による上記基準マーカー２２の検出位置ｂが上記理想状態時の基準マーカー２２‐1の検出位置ｂ0に対してずれるので、測定対象のホルダ１５上において、基準マーカー２２の検出位置ｂの上記理想状態時の検出位置ｂ0(記憶値)からのずれ量によって、近似的に求めることができるのである。

(ｂ) Ｙ軸方向に回転軸１４のずれがある場合
図５(b)に示すように、上記距離センサ１８とホルダ１５との間の距離が、上記ずれが無い理想状態の場合よりも上記所定距離以上の距離だけ短くまたは長くなり、エンコーダヘッド１７によって検出される回転位置には上記理想状態に対してずれは生じない。

この場合、上記ホルダ１５の回転軸１４はＹ軸方向のみにずれることになる。そこで、上記理想状態時における距離センサ１８の検出値を記憶しておく。そして、微小粒子検出時における距離センサ１８の検出値と上記記憶している上記理想状態時における距離センサ１８の検出値との比較により、回転軸１４のＹ軸方向へのずれ量を求めることができるのである。

(ｃ) Ｘ軸方向とＹ軸方向とに回転軸１４のずれがある場合
図５(c)に示すように、上記距離センサ１８とホルダ１５との間の距離が、上記ずれが無い理想状態の場合よりも上記所定距離以上の距離だけ短くまたは長くなり、エンコーダヘッド１７によって検出される回転位置が上記理想状態に対して上記所定距離以上のずれが生ずる。

先ず、上述した上記基準マーカー２２の回転位置情報が上記理想状態時に比べて大きいか小さいかによって、回転軸１４のずれ方向がＸ軸方向の「＋」側と「−」側との何れ側であるかを判別する。その場合、距離センサ１８による検出値とエンコーダヘッド１７による検出値とには相関はない。そこで、距離センサ１８によるホルダ１５との距離の上記理想状態時の距離からのずれ量によって、回転軸１４のＹ軸方向へのずれ量を求めることができる。これに対し、回転軸１４のＸ軸方向のずれ量については、測定対象のホルダ１５上において、基準マーカー２２の検出位置ｂの上記理想状態時の検出位置ｂ0(記憶値)からのずれ量によって、近似的に求めることができるのである。

以上のようにして、上記ホルダ１５の回転軸１４のずれの状態に応じて、ホルダ１５の回転軸１４における二軸方向のずれ量が検出される。そうすると、検出された二軸方向への回転軸１４のずれ量に基づいて、ディスク５上における光学モジュール４による読み取り位置情報を、上記第１実施の形態または上記第２実施の形態のようにして補正する。こうして、精度の高い読み取り位置情報を生成することができるのである。

尚、本実施の形態においては、上記距離センサ１８をディスク５に関してエンコーダヘッド１７とは反対側に配置しているが、この発明はこれに限定されるものではない。しかしながら、ディスク５に関してエンコーダヘッド１７とは反対側に配置することが望ましい。

・第４実施の形態
本実施の形態は、距離センサを用いた上記ホルダ１５の垂直方向の面振れ量の検出に関する。

図６は、本実施の形態における上記ホルダ１５に関する位置ずれ検出系の構成を示す概略図である。ディスク５はホルダ１５に収容されている。ホルダ１５の端面１５aには上記エンコーダリング(図示せず)が固着されている。そして、ホルダ１５の周囲における端面１５aの対向位置には、上記エンコーダリングの凹凸を読み取るためのエンコーダヘッド１７が配置されている。また、第１の距離センサ１８が、ホルダ１５の端面１５aに対向してエンコーダヘッド１７の反対側に配置されている。さらに、第２の距離センサ２３が、ホルダ１５の上記側面の一例である底面１５bに対向して配置されている。

上記ディスク５の重量が増加するに連れて、ディスク５の面に垂直方向の面振れが発生する。そして、発生した面振れが許容量を超えると、対物レンズ２の焦点距離が合わず、微小粒子の検出結果に誤差が生じることが想定される。

本実施の形態においては、上述の対策として、図６に示すように、ホルダ１５の端面１５aに対向する位置に配置された第１の距離センサ１８以外に、ホルダ１５の底面１５bに対向する位置に第２の距離センサ２３を配置している。尚、第２の距離センサ２３は、第１の距離センサ１８と同様に、レーザー光源(図示せず)および受光器(図示せず)で構成されている。

そして、上記本実施形態においては、上記第２の距離センサ２３によって、ホルダ１５の底面１５bまで距離を測定して信号処理装置２０に出力する。そして、信号処理装置２０によって、ホルダ１５の垂直方向の面振れ量を計測する。こうして、信号処理装置２０によって、随時、ホルダ１５の面振れ量を監視するのである。すなわち、信号処理装置２０は、上記面振れ量算出部としても機能するのである。

そして、上記面振れ量が予め設定された許容量を超える場合は、信号処理装置２０は、面振れ修正装置２４に対して制御信号を出力し、ホルダ１５の面振れを修正させてディスク５の面における垂直方向のブレ量を軽減させるのである。

・第５実施の形態
本実施の形態は、モーター付属のエンコーダを用いたホルダ１５の回転位置検出に関する。

上記各実施の形態においては、ディスク５を収容するホルダ１５の端面１５aに設けられた上記エンコーダリングと、上記エンコーダリングに対向して配置されたエンコーダヘッド１７とで、エンコーダシステムを構成している。

しかしながら、上記ホルダ１５に上記エンコーダリングを設けることができない場合がある。そのような場合には、上記スピンドルモータに付属している回転制御用のエンコーダを使用してもよい。

図７は、本実施の形態におけるホルダ１５に収容されたディスク５と、ホルダ１５の周囲に配置された距離センサ１８,２１を示す平面図である。また、図８は、図７におけるホルダ１５を回転させるスピンドルモータ２５の概略構成図である。

図７に示す２つの距離センサ１８,２１は、上記第２実施の形態において、図４に示す２個の距離センサ１８,２１の場合と同様に、ホルダ１５の回転軸１４に対する角度を９０°ずらして(直交させて)配置されている。２個の距離センサ１８,２１を用いて、夫々の距離センサ１８,２１の検出方向である二軸方向におけるホルダ１５の回転軸１４のずれ量を測定することができる。

図８に示す上記スピンドルモータ２５には、回転制御用のエンコーダシステム２６が予め設けられている。そこで、本実施の形態においては、スピンドルモータ２５に付属しているエンコーダシステム２６を、ホルダ１５の回転位置検出用に使用するのである。その場合には、エンコーダ信号を信号処理装置２０内に設けられた位相同期回路(図示せず)で逓倍し、逓倍されたエンコーダ信号に同期して上記回転位置の取得を行うようにすれば、高精細な画像を取得することができる。

尚、上記第１実施の形態〜上記第４実施の形態においては、上記エンコーダリングをホルダ１５の端面１５aに設けると共に、上記エンコーダリングの情報を読み取るエンコーダヘッド１７を端面１５a対向させて配置している。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではない。例えば、上記エンコーダリングをホルダ１５の外周部底面に設ける。そして、エンコーダヘッドを上記エンコーダリングに対向させて、つまりホルダ１５の外周部底面に対向させて配置しても構わない。要は、ホルダ１５の外周部であって回転で位置変動が無い箇所に、位置変動が生じないように上記エンコーダリングを設ければよいのである。

以下、この発明を纏めると、この発明の微小粒子検出装置は、
微小粒子を含む検体６が封入されるディスク５と、
上記ディスク５を収容すると共に、回転軸１４の周りに回転して上記ディスク５を上記回転軸１４の周りに回転させるディスク状のホルダ１５と、
光源７から出射された光を、上記ディスク５における上記検体６に対して照射する照射光学系１と、
上記光の照射によって上記検体６中の上記微小粒子から発せられた光を検出する光検出光学系３と、
上記光検出光学系３によって検出された上記微小粒子からの光の強度に基づいて、上記微小粒子を検出する検出部２０と、
上記ホルダ１５における外周部に設けられた基準マーカー２２の回転位置を検出する回転位置検出部１７と、
上記ホルダ１５の端面１５aに対向して配置されると共に、上記端面１５aまでの距離を検出する距離センサ１８,２１と、
上記距離センサ１８,２１によって検出された上記ホルダ１５の端面１５aまでの距離に基づいて、上記ホルダ１５における上記回転軸１４の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部２０と、
を備え、
上記検出部２０は、上記位置ずれ量算出部２０によって求められた上記回転軸１４の位置ずれ量と、上記回転位置検出部１７により検出された上記基準マーカー２２の回転位置とに基づいて、上記ディスク５上における上記微小粒子の検出位置に対して補正を行い、上記補正後の検出位置と上記補正前の検出位置に係る光の強度との対応付を行うようになっている
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記検出部２０によって、上記ホルダ１５における回転軸１４の位置ずれ量と、上記ホルダ１５の外周部に設けられた上記基準マーカー２２の回転位置とに基づいて、上記ディスク５上における上記微小粒子の検出位置に対して補正を行い、上記補正後の検出位置と上記補正前の検出位置に係る光の強度との対応付を行うようにしている。したがって、上記ホルダ１５における回転軸１４の位置ずれによる上記ディスク５上の上記検出位置のずれへの影響を軽減し、上記ディスク５上における正確な読み取り位置を判定することができる。

すなわち、この発明によれば、上記ディスク５上におけるより正確な読み取り位置情報に基づいて、高精度に上記微小粒子の検出を行うことが可能になる。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記距離センサ１８,２１は、上記ホルダ１５の端面１５aに対向した異なる位置に複数配置されている。

この実施の形態によれば、上記ホルダ１５における上記回転軸１４の多方向への位置ずれ量を検出することができる。したがって、一方向への位置ずれ量を検出する場合に比して、上記ホルダ１５における上記回転軸１４の位置ずれ量を正確に求めることができ、上記ディスク５上におけるより精度の高い読み取り位置の判定を行うことが可能になる。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記基準マーカー２２は、上記ホルダ１５の端面１５aに設けられており、
上記回転位置検出部１７は、上記ホルダ１５の端面１５aに対向して配置されており、
上記位置ずれ量算出部２０は、
上記回転軸１４が正常な位置にある理想状態のホルダ１５における上記基準マーカー２２の回転位置を理想回転位置として記憶し、
上記回転位置検出部１７によって検出された基準マーカー２２の回転位置における上記理想回転位置からのずれ量を、上記回転軸１４の位置ずれ量として算出し、
上記基準マーカー２２の回転位置に基づく上記回転軸１４の位置ずれ量と、上記ホルダ１５の端面１５aまでの距離に基づく上記回転軸１４の位置ずれ量とに基づいて、上記回転軸１４の位置ずれ量を算出する
ようになっている。

この実施の形態によれば、上記回転位置検出部１７による上記基準マーカー２２の回転位置のずれ量を上記ホルダ１５の回転軸１４の位置ずれ量とし、上記距離センサ１８と上記ホルダ１５との間の距離に基づく上記回転軸１４の位置ずれ量とに基づいて、上記回転軸１４の位置ずれ量を算出するので、上記回転位置検出部１７を上記距離センサとして機能させることができる。したがって、上記距離センサ１８を増やすことなく、上記ホルダ１５における上記回転軸１４の位置ずれ量を正確に求めることができる。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記理想回転位置は、等速回転する上記ホルダ１５の基準マーカー２２の回転位置を複数回検出し、この検出された複数回の回転位置を平均して求められる。

この実施の形態によれば、上記回転軸１４が正常な位置にある理想状態のホルダ１５における上記基準マーカー２２の回転位置である理想回転位置を、等速回転する上記ホルダ１５の基準マーカー２２の回転位置から求めるので、上記理想回転位置を求めるために理想状態のホルダ１５を用意する必要がなく、通常のホルダ１５を用いて容易に上記理想回転位置を求めることができる。

また、一実施の形態の微小粒子検出装置では、
上記ホルダ１５の端面１５aに対向して配置された上記距離センサ１８,２１を第１の距離センサとし、
上記ホルダ１５の側面に対向して配置されると共に、上記側面までの距離を検出する第２の距離センサ２３と、
上記第２の距離センサ２３により検出された上記ホルダ１５の上記側面までの距離に基づいて、上記ホルダ１５の垂直方向の面振れ量を算出する面振れ量算出部２０と、
を備えている。

この実施の形態によれば、上記ホルダ１５の垂直方向の面振れ量を算出できるので、この算出された上記ホルダ１５の垂直方向の面振れ量に基づいて上記ホルダ１５の垂直方向の面振れを修正して、さらに高精度な上記微小粒子の検出を行うことが可能になる。

１…光源装置
２…対物レンズ
３…検出装置
４…光学モジュール
５…ディスク
６…検体
７…半導体レーザー
８…レンズ
９…ミラー
１０…集光レンズ
１１…ＮＤフィルタ
１２…アパーチャ
１３…検出器
１４,１４‐1…回転軸
１５,１５‐1…ホルダ
１５a,１５a‐1…ホルダの端面
１５b…ホルダの底面
１６,２５…スピンドルモータ
１７…エンコーダヘッド
１８,２１…距離センサ(第１の距離センサ)
１９…ＡＤ変換器
２０…信号処理装置
２２,２２‐1…基準マーカー
２３…第２の距離センサ
２４…面振れ修正装置
２６…エンコーダシステム

Claims (5)

1. 微小粒子を含む検体が封入されるディスクと、
   上記ディスクを収容すると共に、回転軸の周りに回転して上記ディスクを上記回転軸の周りに回転させるディスク状のホルダと、
   光源から出射された光を、上記ディスクにおける上記検体に対して照射する照射光学系と、
   上記光の照射によって上記検体中の上記微小粒子から発せられた光を検出する光検出光学系と、
   上記光検出光学系によって検出された上記微小粒子からの光の強度に基づいて、上記微小粒子を検出する検出部と、
   上記ホルダにおける外周部に設けられた基準マーカーの回転位置を検出する回転位置検出部と、
   上記ホルダの端面に対向して配置されると共に、上記端面までの距離を検出する距離センサと、
   上記距離センサによって検出された上記ホルダの端面までの距離に基づいて、上記ホルダにおける上記回転軸の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
   を備え、
   上記検出部は、上記位置ずれ量算出部によって求められた上記回転軸の位置ずれ量と、上記回転位置検出部により検出された上記基準マーカーの回転位置とに基づいて、上記ディスク上における上記微小粒子の検出位置に対して補正を行い、上記補正後の検出位置と上記補正前の検出位置に係る光の強度との対応付を行うようになっている
   ことを特徴とする微小粒子検出装置。
2. 請求項１に記載の微小粒子検出装置において、
   上記距離センサは、上記ホルダの端面に対向した異なる位置に複数配置されている
   ことを特徴とする微小粒子検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の微小粒子検出装置において、
   上記基準マーカーは、上記ホルダの端面に設けられており、
   上記回転位置検出部は、上記ホルダの端面に対向して配置されており、
   上記位置ずれ量算出部は、
   上記回転軸が正常な位置にある理想状態のホルダにおける上記基準マーカーの回転位置を理想回転位置として記憶し、
   上記回転位置検出部によって検出された基準マーカーの回転位置における上記理想回転位置からのずれ量を、上記回転軸の位置ずれ量として算出し、
   上記基準マーカーの回転位置に基づく上記回転軸の位置ずれ量と、上記ホルダの端面までの距離に基づく上記回転軸の位置ずれ量とに基づいて、上記回転軸の位置ずれ量を算出する
   ようになっている
   ことを特徴とする微小粒子検出装置。
4. 請求項３に記載の微小粒子検出装置において、
   上記理想回転位置は、等速回転する上記ホルダの基準マーカーの回転位置を複数回検出し、この検出された複数回の回転位置を平均して求められる
   ことを特徴とする微小粒子検出装置。
5. 請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の微小粒子検出装置において、
   上記ホルダの端面に対向して配置された上記距離センサを第１の距離センサとし、
   上記ホルダの側面に対向して配置されると共に、上記側面までの距離を検出する第２の距離センサと、
   上記第２の距離センサにより検出された上記ホルダの上記側面までの距離に基づいて、上記ホルダの垂直方向の面振れ量を算出する面振れ量算出部と、
   を備えた
   ことを特徴とする微小粒子検出装置。

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