JP2024107867A - 蛍光計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】試料から発生した蛍光を効率良く検出することができる蛍光計測装置を提供する。【解決手段】蛍光計測装置1は、試料が配置される配置部2と、配置部2に配置された試料に励起光L1を照射する光源3と、配置部2を保持しているホルダ4と、ホルダ4に取り付けられた支持体5と、Z軸方向において配置部2と向かい合うように支持体5によって支持されており、励起光L1の照射によって試料で発生した蛍光L2を分光する分光素子6と、分光素子6によって分光された蛍光L2を検出する検出器9と、を備える。分光素子6は、Z軸方向において互いの距離が可変である一対のミラー部を含む波長可変ファブリペロー干渉フィルタである。支持体5は、分光素子6と電気的に接続された配線52を含む。【選択図】図1
Description
本発明は、蛍光計測装置に関する。
励起光の照射に応じて試料から発生した蛍光を、波長可変ファブリペロー干渉フィルタを介して検出することにより、試料を分析する蛍光計測装置が知られている(例えば、特許文献1)。波長可変ファブリペロー干渉フィルタを備える蛍光計測装置によれば、蛍光に含まれる特定の波長データを取得したり蛍光のスペクトルデータを取得したりすることができる。
しかしながら、一般的に、波長可変ファブリペロー干渉フィルタの光通過部の大きさは小さいため、試料から発生した蛍光の多くが波長可変ファブリペロー干渉フィルタにおける光通過部以外の部分によって遮られてしまい、蛍光の検出を効率良く行うことができない場合がある。
本発明は、試料から発生した蛍光を効率良く検出することができる蛍光計測装置を提供することを目的とする。
本発明の蛍光計測装置は、[1]「試料が配置される配置部と、前記配置部に配置された前記試料に励起光を照射する光源と、前記配置部を保持しているホルダと、前記ホルダに取り付けられた支持体と、所定方向において前記配置部と向かい合うように前記支持体によって支持されており、前記励起光の照射によって前記試料で発生した蛍光を分光する分光素子と、前記分光素子によって分光された前記蛍光を検出する検出器と、を備え、前記分光素子は、前記所定方向において互いの距離が可変である一対のミラー部を含む波長可変ファブリペロー干渉フィルタであり、前記支持体は、前記分光素子と電気的に接続された配線を含む、蛍光計測装置」である。
上記[1]に記載の蛍光計測装置では、試料が配置される配置部がホルダによって保持されており、ホルダに取り付けられた支持体によって分光素子が支持されている。これにより、分光素子を配置部に近接して配置することができ、試料から発生した蛍光を分光素子の光通過部に効率良く入射させることができる。例えば、分光素子が配置部に近接して配置されることにより、試料から発生した蛍光が分光素子における光通過部以外の部分によって遮られることが抑制され、効率良く蛍光を検出することができる。また、上記[1]に記載の蛍光計測装置では、分光素子が波長可変ファブリペロー干渉フィルタであり、分光素子を支持する支持体が分光素子と電気的に接続された配線を含んでいる。これにより、分光素子が配置部に近接した状態を維持しつつ分光素子を適切に制御し得る構成を実現することができる。よって、上記[1]に記載の蛍光計測装置によれば、試料から発生した蛍光を効率良く検出することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[2]「前記ホルダは、前記試料で発生した前記蛍光が通過する第1光通過部を有し、前記分光素子は、前記所定方向から見た場合に前記第1光通過部と重なるように配置されている、上記[1]に記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[2]に記載の蛍光計測装置によれば、試料で発生して第1光通過部を通過した蛍光を分光素子に適切に入射させることができる。
本発明の蛍光計測装置は、[3]「前記第1光通過部は、前記ホルダに形成された開口部であり、前記分光素子は、前記開口部内に配置されている、上記[2]に記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[3]に記載の蛍光計測装置によれば、分光素子が配置部に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光を分光素子に効率良く入射させることができる。また、分光素子がホルダの開口部内に配置されていることにより、蛍光計測装置をコンパクトに構成することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[4]「スペーサを更に備え、前記支持体は、前記ホルダに対して前記配置部とは反対側に配置されており、前記スペーサは、前記ホルダと前記支持体との間に配置されており、前記ホルダ及び前記支持体のそれぞれと面接触している、上記[1]~[3]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[4]に記載の蛍光計測装置によれば、スペーサによって、分光素子の平行度、及び分光素子と試料との距離を適切に調整することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[5]「前記ホルダは、前記支持体側の第1表面を有し、前記分光素子は、前記試料で発生した前記蛍光が入射する光入射面を有し、前記所定方向における前記第1表面から前記光入射面までの距離は、前記所定方向から見た場合の前記分光素子の幅よりも小さい、上記[1]~[4]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[5]に記載の蛍光計測装置によれば、分光素子が配置部に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光を分光素子に効率良く入射させることができる。
本発明の蛍光計測装置は、[6]「前記分光素子は、前記光入射面が前記第1表面に接触するように配置されている、上記[5]に記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[6]に記載の蛍光計測装置では、当該[6]に記載の蛍光計測装置によれば、分光素子が配置部に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光を分光素子に効率良く入射させることができる。
本発明の蛍光計測装置は、[7]「前記ホルダは、前記配置部側の第2表面を有し、前記所定方向における前記第2表面から前記光入射面までの距離は、前記所定方向から見た場合の前記分光素子の幅よりも小さい、上記[5]又は[6]に記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[7]に記載の蛍光計測装置によれば、分光素子が配置部に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光を分光素子に効率良く入射させることができる。
本発明の蛍光計測装置は、[8]「前記検出器は、前記支持体に対して前記配置部側に位置するように前記支持体によって支持されている、上記[1]~[7]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[8]に記載の蛍光計測装置によれば、蛍光計測装置をコンパクトに構成することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[9]「前記検出器は、前記支持体と前記分光素子との間に配置されている、上記[1]~[8]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[9]に記載の蛍光計測装置によれば、蛍光計測装置をよりコンパクトに構成することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[10]「前記配置部と前記分光素子との間に配置されたアパーチャを有するアパーチャ部を更に備える、上記[1]~[9]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[10]に記載の蛍光計測装置によれば、分光素子に迷光が入射するのを抑制することができる。また、分光素子に入射する蛍光の入射角がアパーチャ部によって制限されるため、例えば、アパーチャの中心軸に対してより平行に近い蛍光のみを分光素子に入射させることができる。これにより、分光素子の消光比を向上させることができる。
本発明の蛍光計測装置は、[11]「前記分光素子は、所定の波長の光が通過する第2光通過部を有し、前記試料に照射される前記励起光のスポット径は、前記所定方向から見た場合の前記第2光通過部の幅よりも小さい、上記[1]~[10]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[11]に記載の蛍光計測装置によれば、試料に対して励起光が必要以上に照射されるのを防ぐことができ、試料の劣化を抑制することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[12]「前記分光素子は、ワイヤボンディングによって前記配線と電気的に接続されている、上記[1]~[11]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[12]に記載の蛍光計測装置によれば、分光素子の設計自由度を向上することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[13]「前記分光素子は、バンプによって前記配線と電気的に接続されている、上記[1]~[11]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[13]に記載の蛍光計測装置によれば、支持体において、分光素子との電気的な接続を確保するための領域を省スペース化することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[14]「前記分光素子は、前記一対のミラー部を収容しているパッケージを更に含む、上記[1]~[11]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[14]に記載の蛍光計測装置によれば、湿気又はパーティクル等から一対のミラー部を保護することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[15]「前記分光素子は、ワイヤボンディングによって前記配線と電気的に接続されている、上記[14]に記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[15]に記載の蛍光計測装置によれば、分光素子の設計自由度を向上することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[16]「前記分光素子は、バンプによって前記配線と電気的に接続されている、上記[14]に記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[16]に記載の蛍光計測装置によれば、支持体において、分光素子との電気的な接続を確保するための領域を省スペース化することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[17]「前記分光素子を収容しているパッケージを更に備える、上記[1]~[13]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[17]に記載の蛍光計測装置によれば、湿気又はパーティクル等から分光素子を保護することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[18]「前記パッケージは、開口を有するキャップと、前記開口を塞ぐステムと、前記ステムを貫通するリードピンと、を有し、前記分光素子は、前記キャップ内において前記ステム上に配置されており、前記リードピンのうち前記キャップ内に配置された部分と電気的に接続されており、前記リードピンのうち前記キャップ外に配置された部分は、前記配線と電気的に接続されている、上記[17]に記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[18]に記載の蛍光計測装置によれば、湿気又はパーティクル等から分光素子を保護することができる。
本発明の蛍光計測装置は、[19]「前記配置部は、前記試料が内部に配置されるマイクロ流路プレート、又は前記試料が内部に配置されるチューブ容器である、上記[1]~[18]のいずれか一つに記載の蛍光計測装置」であってもよい。当該[19]に記載の蛍光計測装置によれば、試料の(蛍光)分光分析を好適に行うことができる。
本発明によれば、試料から発生した蛍光を効率良く検出することができる蛍光計測装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第1実施形態]
[蛍光計測装置の構成]
[第1実施形態]
[蛍光計測装置の構成]
図1に示されるように、蛍光計測装置1は、配置部2と、光源3と、ホルダ4と、支持体5と、分光素子6と、スペーサ7と、レンズ8と、検出器9とを備えている。配置部2には、蛍光計測装置1によって分析される試料が配置される。図1では、試料の図示を省略している。本実施形態では、配置部2はマイクロ流路プレートである。マイクロ流路プレートの表面には微細な凹部(流路)が形成されており、当該凹部の内部に試料が配置される。マイクロ流路プレートは、光透過性を有する材料(例えば、プラスチック、ガラス等)により形成されている。
光源3は、配置部2に配置された試料に励起光L1を照射する。励起光L1は、試料を励起し得る波長の光である。光源3は、例えば、LED(Light Emitting Diode)、LD(Laser Diode)、SLD(Super Luminescent Diode)又はランプ等である。試料は、励起光L1の照射に応じて蛍光L2を発生させる。
ホルダ4は、配置部2を保持している。ホルダ4は、Z軸方向(所定方向)に厚さを有する板状に形成されている。以下、Z軸方向に垂直な一方向をX軸方向とし、X軸方向及びZ軸方向に垂直な方向をY軸方向とする。ホルダ4の厚さは、例えば2mm以上20mm以下であってもよい。ホルダ4は、Z軸方向において互いに対向する表面4a,4bを有している。表面(第2表面)4a及び表面(第1表面)4bは、Z軸方向に垂直な平坦面である。表面4aには配置部2が配置されており、表面4bにはスペーサ7が配置されている。ホルダ4は、試料で発生した蛍光L2が通過する光通過部(第1光通過部)41を有している。光通過部41は、ホルダ4に形成された開口部である。光通過部41は、ホルダ4の表面4a及び表面4bに開口している。光通過部41は、Z軸方向に平行な中心線を有する円柱状の空間を画定している。
支持体5は、ホルダ4に対して配置部2とは反対側に配置されており、分光素子6を支持している。支持体5は、ホルダ4に取り付けられている。「支持体5がホルダ4に取り付けられている」とは、支持体5が他の要素を介さずにホルダ4に直接的に取り付けられている場合だけでなく、支持体5が他の要素を介してホルダ4に間接的に取り付けられている場合を含む。本実施形態では、支持体5は、スペーサ7を介してホルダ4の表面4bに間接的に取り付けられている。
支持体5は、Z軸方向に厚さを有する配線基板である。支持体5は、互いに対向する表面5a,5bを有している。表面5a及び表面5bは、Z軸方向に垂直な平坦面である。表面5aは、ホルダ4の表面4bと向かい合っている。表面5aの中央部分には分光素子6が配置されている。支持体5は、分光素子6によって分光された蛍光L2が通過する光通過部51を有している。光通過部51は、支持体5に形成された開口部である。光通過部51は、支持体5の表面5a及び表面5bに開口している。光通過部51は、Z軸方向に平行な中心線を有する円柱状の空間を画定している。光通過部51は、Z軸方向から見た場合に光通過部41と重なっている。Z軸方向から見た場合に、光通過部51の外縁は、光通過部41の外縁の内側に位置している。つまり、Z軸方向から見た場合に、光通過部51は光通過部41よりも小さく形成されている。支持体5は、複数の配線52を含んでいる。各配線52の一端は、表面5aにおいて露出しており、分光素子6と電気的に接続されている。各配線52の他端は、表面5bにおいて露出しており、例えば外部機器(不図示)と電気的に接続されている。Z方向から見た場合に、各配線52の他端は、分光素子6と重なっていない。
分光素子6は、試料で発生した蛍光L2を分光する波長可変ファブリペロー干渉フィルタである。波長可変ファブリペロー干渉フィルタとは、通過する光の波長が変更可能となるように構成された分光素子である。分光素子6は、Z軸方向に厚さを有する矩形板状の素子である。分光素子6は、Z軸方向において配置部2と向かい合うように支持体5によって支持されている。分光素子6は、Z軸方向から見た場合にホルダ4の光通過部41と重なるように配置されている。これにより、試料で発生した蛍光L2は、光通過部41を通過して分光素子6の光入射面6aに入射する。光入射面6aは、分光素子6における配置部2側の表面である。分光素子6は、蛍光L2に含まれる所定の波長の光を選択的に通過させる。「所定の波長」とは、後述する検出器9によって検出される蛍光L2の波長である。分光素子6によって分光された蛍光L2(分光素子6を通過した蛍光L2)は、支持体5の光通過部51及びレンズ8を通過して検出器9に入射する。
Z軸方向におけるホルダ4の表面4bから光入射面6aまでの距離D1は、Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅よりも小さい。Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅とは、Z軸方向から見た場合の分光素子6の最大幅である。この例では、分光素子6は矩形板状の素子であるため、分光素子6の最大幅は、Z軸方向から見た場合の分光素子6の外縁の対角線の長さである。表面4bから光入射面6aまでの距離D1は、例えば0.01mm以上1mm以下であってもよい。Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅は、例えば2mm以上22mm以下であってもよい。また、Z軸方向におけるホルダ4の表面4aから光入射面6aまでの距離D2は、Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅よりも小さい。表面4aから光入射面6aまでの距離D2は、例えば2.01mm以上21mm以下であってもよい。分光素子6の詳細な構成については図2を参照して後述する。
スペーサ7は、ホルダ4と支持体5との間に配置されている。スペーサ7は、Z軸方向から見た場合に分光素子6を包囲するように環状に連続して形成されている。スペーサ7が環状に連続した一つの部材から構成されていることにより、分光素子6に迷光が入射するのを抑制することができる。スペーサ7は、Z軸方向に厚さを有している。スペーサ7の厚さは、例えば0.5mm以上3mm以下であってもよい。スペーサ7は、ホルダ4の表面4b及び支持体5の表面5aのそれぞれと面接触している。具体的には、スペーサ7は、Z軸方向において互いに対向する表面7a,7bを有しており、表面7aが表面4bと面接触し、表面7bが表面5aと面接触している。表面7a及び表面7bは、Z軸方向に垂直な平坦面である。これにより、ホルダ4がスペーサ7を介して表面5a上に配置された場合に、支持体5に対してホルダ4が平行に配置される。ホルダ4と支持体5との間には、スペーサ7によって空間が形成されており、当該空間に分光素子6が配置されている。スペーサ7は、ホルダ4と支持体5との間の距離を規定している。換言すると、スペーサ7は、ホルダ4によって保持された配置部2と支持体5によって支持された分光素子6との間の距離を規定している。スペーサ7は、ビス又は接着剤によってホルダ4及び支持体5に固定されていてもよい。
レンズ8は、Z軸方向から見た場合に支持体5の光通過部51と重なっている。レンズ8は、支持体5の光通過部51を通過した蛍光L2を集光する。レンズ8によって集光された蛍光L2は、検出器9に入射する。レンズ8は、一つ又は複数のレンズにより構成されていてもよい。
検出器9は、分光素子6によって分光された蛍光L2を検出する。検出器9は、蛍光L2を電気信号に変換する受光部を含んでいる。受光部は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、又は光電子増倍管等である。受光部によって変換された電気信号は試料の分析に使用される。
[分光素子の構成]
[分光素子の構成]
図1及び図2を参照して分光素子6の詳細な構成について説明する。図2に示されるように、分光素子6は、所定の波長の光が通過する光通過部(第2光通過部)61を有している。光通過部61は、所定の波長の光に対して一定の割合(例えば90%)以上の光透過率を有している。すなわち、光通過部61は、検出対象である蛍光L2に対して所望の透過特性が得られる領域である。光通過部61は、Z軸方向に平行な中心線を有する円柱状の領域である。Z軸方向から見た場合の光通過部61の直径(分光素子6の有効径)は、例えば2mm以上8mm以下であってもよい。Z軸方向から見た場合に、光通過部61の中心は、分光素子6の中心に一致している。Z軸方向から見た場合に、光通過部61は、支持体5の光通過部51と重なっている。Z軸方向から見た場合の光通過部61の幅は、光源3から試料に照射される励起光L1のスポット径よりも大きい。すなわち、励起光L1のスポット径は、Z軸方向から見た場合の光通過部61の幅よりも小さい。Z軸方向から見た場合の光通過部61の幅とは、光通過部61の最大幅であり、この例では光通過部61の直径である。
分光素子6は、固定基板62,63と、可動基板64と、フレーム65と、固定電極66と、可動電極67と、端子68,69とを有している。固定基板62,63、可動基板64、及びフレーム65のそれぞれは、例えばホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス又は石英ガラスにより形成されている。
固定基板62は、Z軸方向に厚さを有する基板である。固定基板62は、Z軸方向において互いに対向する表面62a,62bを有している。表面62aには、反射防止膜621が形成されている。反射防止膜621は、例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)若しくは五酸化タンタル(Ta2O5)等により形成された単層膜、又はこれらの材料により形成された積層膜であってもよい。反射防止膜621における表面62aとは反対側の表面は、分光素子6の光入射面6aを構成している。固定基板62は、表面62bに開口する凹部622を有している。凹部622は、Z軸方向から見た場合に表面62bの外縁に沿って環状に延びている。表面62bにおける凹部622が形成されていない領域には、固定反射膜623が形成されている。固定反射膜623は、表面62bと貼り合わされている。固定反射膜623は、例えば、銀(Ag)により形成された金属膜、又は銀を含む合金により形成された合金膜である。固定反射膜623のうち光通過部61に対応する部分は、ミラー部601として機能する。凹部622には、固定基板62とフレーム65とを互いに接続する接続部624が形成されている。接続部624は、チタンタングステン(TiW)層625、及び共晶接合層626が凹部622の底面にこの順で積層されることにより構成されている。共晶接合層626は、例えば金錫(AuSn)合金により形成されている。接続部624は、Z軸方向から見た場合に凹部622の底面に沿って環状に形成されている。
固定基板63は、Z軸方向に厚さを有する基板である。固定基板63は、固定基板62と支持体5との間に配置されている。固定基板63は、Z軸方向において互いに対向する表面63a,63bを有している。表面63aは固定基板62の表面62bと向かい合っており、表面63bは支持体5の表面5aと向かい合っている。表面63aには、固定基板63とフレーム65とを互いに接続する接続部631が形成されている。接続部631は、チタンタングステン層632、金(Au)層633及び共晶接合層634が表面63aにこの順で積層されることにより構成されている。共晶接合層634は、例えば金錫(AuSn)合金により形成されている。接続部631は、Z軸方向から見た場合に固定基板63の外縁に沿って環状に形成されている。
可動基板64は、Z軸方向に厚さを有する基板である。可動基板64は、固定基板62と固定基板63との間に配置されている。可動基板64は、Z軸方向から見た場合に分光素子6の中央部分に配置されている。可動基板64は、Z軸方向において互いに対向する表面64a,64bを有している。表面64aは固定基板62の表面62bと向かい合っており、表面64bは固定基板63の表面63aと向かい合っている。表面64aには、可動反射膜641が形成されている。可動反射膜641は、表面64aと貼り合わされている。可動反射膜641は、例えば、銀(Ag)により形成された金属膜、又は銀を含む合金により形成された合金膜である。可動反射膜641のうち光通過部61に対応する部分は、ミラー部602として機能する。ミラー部602は、ミラー部601と向かい合っている。ミラー部602とミラー部601との間にはスペーサ603が配置されている。スペーサ603は、ミラー部601とミラー部602との間に空隙(エアギャップ)Sを形成し、ミラー部601とミラー部602とが互いに接触することを防止している。表面64bには、反射防止膜642が形成されている。反射防止膜642は、例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)若しくは五酸化タンタル(Ta2O5)等により形成された単層膜、又はこれらの材料により形成された積層膜であってもよい。
フレーム65は、Z軸方向から見た場合に可動基板64を包囲するように環状に形成されている。フレーム65は、固定基板62と固定基板63との間に配置されている。フレーム65は、Z軸方向において互いに対向する表面65a,65bを有している。表面65aは、固定基板62に形成された凹部622の底面と向かい合っている。表面65bは、固定基板63の表面63aと向かい合っている。フレーム65は、接続部624によって固定基板62に固定され、接続部631によって固定基板63に固定されている。
固定電極66は、固定基板63の表面63aに形成されている。固定電極66は、Z軸方向から見た場合に光通過部61を包囲するように環状に形成されている。固定電極66は、チタンタングステン層661、金層662及びニッケル(Ni)層663が表面63aにこの順に積層されることにより構成されている。
可動電極67は、可動基板64の表面64b及びフレーム65の表面65bにわたって形成されている。可動電極67は、Z軸方向から見た場合に光通過部61を包囲するように環状に形成されている。可動電極67は、互いに大きさの異なる複数のターンを有しており、螺旋状のバネを構成している。複数のターンのうち、内側に位置するターンは表面64bに接続されており、外側に位置するターンは表面65bに接続されている。内側に位置するターンは、外側に位置するターンよりも固定基板62から離れて位置している。これにより、可動電極67に復元力が生じ、当該復元力によって可動基板64が固定基板62に向かって付勢されている。可動電極67は、固定電極66と向かい合っている。可動電極67は、例えばシリコン(Si)により形成されている。
端子68は、固定基板63の表面63bに形成されている。端子68は、Z軸方向から見た場合に光通過部61を包囲するように環状に形成されている。端子68は、チタンタングステン層681及び金層682が表面63bにこの順に積層されて構成されている。固定基板63には、Z軸方向において端子68と重なる位置に複数のTGV(Through Glass Via)が形成されている。各TGVの内部には配線635が形成されている。各配線635は、例えばタングステン(W)により形成されている。各配線635の一端は端子68に接続されており、他端は固定電極66に接続されている。これにより、端子68は、配線635を介して固定電極66と電気的に接続されている。
端子69は、固定基板63の表面63bに形成されている。端子69は、チタンタングステン層691及び金層692が表面63bにこの順に積層されて構成されている。固定基板63には、Z軸方向において端子69と重なる位置にTGVが形成されている。TGVの内部には配線636が形成されている。配線636は、例えばタングステン(W)により形成されている。配線636の一端は端子69に接続されており、他端は接続部631に接続されている。端子69は、配線636及び接続部631を介して可動電極67と電気的に接続されている。
分光素子6は、一対のミラー部601,602を収容しているパッケージ60を含んでいる。この例では、パッケージ60は、固定基板62,63、フレーム65、及び接続部624,631により構成されている。パッケージ60は、一対のミラー部601,602が収容された空間を気密に封止している。分光素子6は、チップサイズパッケージとして構成されている。
分光素子6は、端子68,69が支持体5側に位置するように、支持体5の表面5a上に配置されている。この場合、端子68,69が支持体5とは反対側に位置するように分光素子6が配置される場合と比べて、一対のミラー部601,602が配置部2に近接して位置する。これにより、試料から発生した蛍光L2が効率良くミラー部601,602に入射する。
蛍光計測装置1は、複数のバンプ610を備えている。各バンプ610は、端子68,69と表面5aとの間に配置されている。分光素子6(端子68,69)は、バンプ610によって支持体5に形成された配線52と電気的に接続されている。各バンプ610は、例えば半田により形成されている。
以上のように構成された分光素子6では、端子68,69を介して固定電極66及び可動電極67に電圧が印加されることで固定電極66と可動電極67との間に電位差が発生し、当該電位差に応じた静電気力が固定電極66と可動電極67との間に発生する。固定電極66と可動電極67との間に静電気力が発生することで、ミラー部602がミラー部601から離れる方向に移動しミラー部601とミラー部602との間の距離が大きくなる。
このように、分光素子6では、Z軸方向において互いに向かい合っている一対のミラー部601,602が、互いの距離が可変である一対のミラー部として機能する。ここで、分光素子6を通過する光の波長は、ミラー部601とミラー部602との間の距離に依存する。固定電極66及び可動電極67に印加する電圧(固定電極66と可動電極67との間に発生する電位差)を調整することで、ミラー部601とミラー部602との間の距離が変動する。したがって、固定電極66及び可動電極67に印加する電圧を調整することで、分光素子6を通過する蛍光L2の波長を選択することができる。
[作用及び効果]
[作用及び効果]
蛍光計測装置1では、試料が配置される配置部2がホルダ4によって保持されており、ホルダ4に取り付けられた支持体5によって分光素子6が支持されている。これにより、分光素子6を配置部2に近接して配置することができ、試料から発生した蛍光L2を分光素子6の光通過部61に効率良く入射させることができる。例えば、分光素子6が配置部2に近接して配置されることにより、試料から発生した蛍光L2が分光素子6における光通過部61以外の部分によって遮られることが抑制され、効率良く蛍光L2を検出することができる。また、蛍光計測装置1では、分光素子6が波長可変ファブリペロー干渉フィルタであり、分光素子6を支持する支持体5が分光素子6と電気的に接続された配線52を含んでいる。これにより、分光素子6が配置部2に近接した状態を維持しつつ分光素子6を適切に制御し得る構成を実現することができる。よって、蛍光計測装置1によれば、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。
蛍光計測装置1では、ホルダ4が、試料で発生した蛍光L2が通過する光通過部41を有し、分光素子6が、Z軸方向から見た場合に光通過部41と重なるように配置されている。これにより、試料で発生して光通過部41を通過した蛍光L2を分光素子6に適切に入射させることができる。
蛍光計測装置1は、スペーサ7を備えている。蛍光計測装置1では、支持体5が、ホルダ4に対して配置部2とは反対側に配置されており、スペーサ7が、ホルダ4と支持体5との間に配置されており、ホルダ4及び支持体5のそれぞれと面接触している。これにより、スペーサ7によって、分光素子6の平行度、及び分光素子6と試料との距離を適切に調整することができる。
蛍光計測装置1では、ホルダ4が、支持体5側の表面4bを有し、分光素子6が、試料で発生した蛍光L2が入射する光入射面6aを有し、Z軸方向における表面4bから光入射面6aまでの距離D1が、Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅よりも小さい。これにより、分光素子6が配置部2に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光L2を分光素子6に効率良く入射させることができる。
蛍光計測装置1では、ホルダ4が、配置部2側の表面4aを有し、Z軸方向における表面4aから光入射面6aまでの距離D2が、Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅よりも小さい。これにより、分光素子6が配置部2に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光L2を分光素子6に効率良く入射させることができる。
蛍光計測装置1では、分光素子6が、所定の波長の光が通過する光通過部61を有し、試料に照射される励起光L1のスポット径が、Z軸方向から見た場合の光通過部61の幅よりも小さい。これにより、試料に対して励起光L1が必要以上に照射されるのを防ぐことができ、試料の劣化を抑制することができる。
蛍光計測装置1では、分光素子6が、バンプ610によって配線52と電気的に接続されている。これにより、支持体5において、分光素子6との電気的な接続を確保するための領域を省スペース化することができる。
蛍光計測装置1では、分光素子6は、一対のミラー部601,602を収容しているパッケージ60を含んでいる。これにより、湿気又はパーティクル等から一対のミラー部601,602を保護することができる。
蛍光計測装置1では、配置部2が、試料が内部に配置されるマイクロ流路プレートである。これにより、試料の(蛍光)分光分析を好適に行うことができる。
[第2実施形態]
[第2実施形態]
図3は、第2実施形態に係る蛍光計測装置1Aの拡大断面図である。本実施形態では、分光素子6は、端子68,69が支持体5とは反対側に位置するように、支持体5の表面5a上に配置されている。本実施形態では、固定基板63の表面63bが光入射面6aを構成している。したがって、試料から発生した蛍光L2は、固定基板63から固定基板62に向かって分光素子6を通過する。
蛍光計測装置1Aは、複数のワイヤ200を備えている。ワイヤ200は、分光素子6と支持体5の配線52とを接続するボンディングワイヤである。各ワイヤ200の一端は、分光素子6の端子68又は端子69に接続されており、各ワイヤ200の他端は、配線52に接続されている。すなわち、本実施形態では、分光素子6がワイヤボンディングによって配線52と電気的に接続されている。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、分光素子6が、ワイヤボンディングによって配線52と電気的に接続されている。これにより、分光素子6の設計自由度を向上することができる。
[第3実施形態]
[第3実施形態]
図4は、第3実施形態に係る蛍光計測装置1Bの拡大断面図である。第2実施形態と同様に、本実施形態では、分光素子6は、端子68,69が支持体5とは反対側に位置するように、支持体5の表面5a上に配置されている。また、分光素子6がワイヤ200によって支持体5の配線52と電気的に接続されている。
一方で本実施形態では、検出器9が、支持体5に対して分光素子6側(配置部2側)に位置するように支持体5によって支持されている。検出器9は、支持体5と分光素子6との間に配置されている。検出器9は、Z軸方向に厚さを有する矩形板状の素子であり、Z軸方向に垂直な表面9aを有している。本実施形態では、分光素子6は固定基板62を有しておらず、分光素子6のフレーム65は固定基板62を介さずに検出器9に接続されている。具体的には、表面9aとフレーム65の表面65aとの間に、検出器9とフレーム65とを互いに接続する接続部627が形成されている。接続部627は、例えば金錫(AuSn)合金により形成された共晶接合層である。表面9aにおける接続部627が形成されていない領域には、固定反射膜623が形成されている。固定反射膜623のうち光通過部61に対応する部分は、ミラー部601として機能する。本実施形態では、固定基板63、フレーム65、検出器9、及び接続部627,631がパッケージ60を構成している。パッケージ60は、一対のミラー部601,602を収容している。パッケージ60は、一対のミラー部601,602が収容された空間を気密に封止している。
検出器9は、受光部91を有している。受光部91は、検出器9の表面9a側に受光面91aを有している。受光面91aは、表面9aの中央部分に位置しており、表面9aの一部を構成している。検出器9は、受光面91aが支持体5とは反対側を向くように支持体5の表面5a上に配置されている。受光面91aは、Z軸方向において分光素子6の光通過部61と重なっている。これにより、光通過部61を通過した蛍光L2が受光面91aに入射する。
検出器9は、複数の端子92を有している。各端子92は、検出器9の表面9aに形成されており、検出器9が有する配線(不図示)と電気的に接続されている。また、蛍光計測装置1Bは、複数のワイヤ201を備えている。ワイヤ201は、検出器9で発生した電気信号を出力するためのボンディングワイヤである。各ワイヤ201の一端は対応する端子92に接続されており、各ワイヤ201の他端は対応する支持体5の配線52に接続されている。すなわち、検出器9は、ワイヤボンディングによって配線52と電気的に接続されている。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、検出器9が、支持体5に対して配置部2側に位置するように支持体5によって支持されており、支持体5と分光素子6との間に配置されている。これにより、蛍光計測装置1Bをコンパクトに構成することができる。
蛍光計測装置1Bは、図5に示される第1変形例のように構成されていてもよい。本変形例では、蛍光計測装置1Bは、樹脂部材202を更に備えている。樹脂部材202は、ワイヤ200,201を覆うように、支持体5の表面5a上に配置されている。Z軸方向から見た場合に、樹脂部材202は、分光素子6の光通過部61と重ならないように分光素子6の外縁に沿って配置されている。樹脂部材202は、励起光L1に対する蛍光発光強度が小さい材料により形成されている。これにより、例えば試料に照射された励起光L1の一部(散乱光等)が樹脂部材202に入射した場合であっても、樹脂部材202で発生した蛍光が迷光として検出器9の受光部91に入射するのを抑制することができる。樹脂部材202で発生する蛍光量は、蛍光L2に対して1/10以下の強度であることが好ましい。
本変形例によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本変形例では、蛍光計測装置1Bが、ワイヤ200,201を覆う樹脂部材202を備えている。これにより、物理的な外力等からワイヤ200,201を保護することができる。
蛍光計測装置1Bは、図6に示される第2変形例のように構成されていてもよい。本変形例では、蛍光計測装置1Bは、基板210を更に備えている。基板210は、Z軸方向に厚さを有する配線基板である。基板210は、検出器9と支持体5との間に配置されている。基板210は、互いに対向する表面210a,210bを有している。表面210a及び表面210bは、Z軸方向に垂直な平坦面である。表面210a上には、検出器9及び分光素子6が配置されている。表面210bは、支持体5の表面5aと向かい合っている。
基板210には、それぞれが表面210a及び表面210bに開口する複数の貫通孔が形成されている。各貫通孔の内部には配線211が形成されている。各配線211の一端は対応するワイヤ200又はワイヤ201に接続されている。表面210bと表面5aとの間には、複数のバンプ212が配置されている。各バンプ212は、対応する配線211の他端と対応する支持体5の配線52とを接続している。分光素子6は、ワイヤ200、配線211及びバンプ212を介して配線52と電気的に接続されている。検出器9は、ワイヤ201、配線211及びバンプ212を介して配線52と電気的に接続されている。
本変形例では、蛍光計測装置1Bは、封止材220を更に備えている。封止材220は、分光素子6、検出器9、及びワイヤ200,201を覆うように、基板210の表面210a上に配置されている。この例では、封止材220は、分光素子6を収容するパッケージを構成している。すなわち、本変形例では、基板210上にパッケージングされたチップ(分光素子6)が配置されている。したがって、蛍光計測装置1Bは、COB(Chip On Board)パッケージ構造を有している。
Z軸方向から見た場合に、封止材220は、分光素子6の全体を覆っており、光通過部61と重なっている。封止材220は、蛍光L2を透過する材料により形成されている。したがって、試料で発生した蛍光L2は、封止材220を透過して光通過部61へと入射することができる。励起光L1が封止材220に入射することにより封止材220で発生した蛍光が迷光として検出器9の受光部91に入射することを抑制する観点から、封止材220は、励起光L1の入射によって蛍光が発生しない、又は蛍光が発生し難い材料により形成されていることが好ましい。
本変形例によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本変形例では、蛍光計測装置1Bが、分光素子6、検出器9、及びワイヤ200,201を覆う封止材220を備えている。これにより、物理的な外力等から分光素子6、検出器9、及びワイヤ200,201を保護することができる。
[第4実施形態]
[第4実施形態]
図7は、第4実施形態に係る蛍光計測装置1Cの拡大断面図である。蛍光計測装置1Cは、分光素子6を収容しているパッケージ300を備えている。パッケージ300は、分光素子6が収容された空間を気密に封止している。パッケージ300は、底壁部310と、側壁部320と、窓部330と、封止材331と、窓部340と、封止材341とを有している。
底壁部310は、Z軸方向に厚さを有する板状に形成されている。底壁部310は、Z軸方向において互いに対向する表面310a,310bを有している。表面310a及び表面310bは、Z軸方向に垂直な平坦面である。底壁部310は、試料で発生した蛍光L2が通過する光通過部311を有している。光通過部311は、底壁部310に形成された開口部である。光通過部311は、底壁部310の表面310a及び表面310bに開口している。光通過部311は、Z軸方向に平行な中心線を有する円柱状の空間を画定している。表面310aにはダイボンド樹脂312を介して分光素子6が配置されている。分光素子6は、Z軸方向から見た場合に光通過部311と重なるように配置されている。ダイボンド樹脂312は、分光素子6を底壁部310に固定している。底壁部310は、例えばセラミックにより形成されている。
底壁部310は、複数の配線313を含んでいる。各配線313の一端は、表面310aにおいて底壁部310の外部に露出しており、各配線313の他端は、表面310bにおいて底壁部310の外部に露出している。各配線313の一端は対応するワイヤ314を介して分光素子6と電気的に接続されており、各配線313の他端は対応するバンプ315を介して支持体5の配線52と電気的に接続されている。各バンプ315は、例えば半田により形成されている。
側壁部320は、底壁部310の表面310aの外縁に沿って、底壁部310と一体に形成されている。側壁部320は、Z軸方向から見た場合に分光素子6を包囲するように環状に形成されている。側壁部320は、底壁部310とは反対側の端面320aを有している。側壁部320は、底壁部310と同じ材料(例えばセラミック)により形成されていてもよい。
窓部330は、Z軸方向に厚さを有する板状に形成されている。窓部330は、封止材331を介して側壁部320の端面320a上に配置されている。窓部330は、Z軸方向から見た場合に光通過部311と重なるように配置されている。封止材331は、窓部330を側壁部320に固定すると共に、窓部330と端面320aとの間を封止している。窓部330は、例えばホウケイ酸ガラスにより形成されている。
窓部340は、Z軸方向に厚さを有する板状に形成されている。窓部340は、封止材341を介して底壁部310の表面310b上に配置されている。窓部340は、Z軸方向から見た場合に光通過部311と重なるように配置されている。封止材341は、窓部340を底壁部310に固定すると共に、窓部340と表面310bとの間を封止している。窓部340における底壁部310とは反対側の部分は、支持体5の光通過部51の内部に配置されている。窓部340は、例えばホウケイ酸ガラスにより形成されている。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、蛍光計測装置1Cが、分光素子6を収容しているパッケージ300を備えている。これにより、湿気又はパーティクル等から分光素子6を保護することができる。
[第5実施形態]
[第5実施形態]
図8は、第5実施形態に係る蛍光計測装置1Dの拡大断面図である。蛍光計測装置1Dは、分光素子6を収容しているパッケージ400を備えている。パッケージ400は、分光素子6が収容された空間を気密に封止している。パッケージ400は、底壁部410と、側壁部420と、窓部430と、封止材431とを有している。
底壁部410は、Z軸方向に厚さを有する板状に形成されている。底壁部410は、Z軸方向において互いに対向する表面410a,410bを有している。表面410a及び表面410bは、Z軸方向に垂直な平坦面である。表面410aにはダイボンド樹脂412を介して検出器9が配置されている。ダイボンド樹脂412は、検出器9を底壁部410に固定している。底壁部410は、例えばセラミックにより形成されている。本実施形態では、分光素子6は、検出器9上に位置しており、検出器9と共に集積チップを構成している。
底壁部410は、複数の配線413を含んでいる。各配線413の一端は、表面410aにおいて底壁部410の外部に露出しており、各配線413の他端は、表面410bにおいて底壁部410の外部に露出している。各配線413の一端は対応するワイヤ414を介して分光素子6と電気的に接続されており、各配線413の他端は対応するバンプ415を介して支持体5の配線52と電気的に接続されている。各バンプ415は、例えば半田により形成されている。
側壁部420は、底壁部410の表面410aの外縁に沿って、底壁部410と一体に形成されている。側壁部420は、Z軸方向から見た場合に分光素子6を包囲するように環状に形成されている。側壁部420は、底壁部410とは反対側の端面420aを有している。側壁部420は、底壁部410と同じ材料(例えばセラミック)により形成されていてもよい。
窓部430は、Z軸方向に厚さを有する板状に形成されている。窓部430は、封止材431を介して側壁部420の端面420a上に配置されている。窓部430は、Z軸方向から見た場合に分光素子6と重なるように配置されている。封止材431は、窓部430を側壁部420に固定すると共に、窓部430と端面420aとの間を封止している。窓部430は、例えばホウケイ酸ガラスにより形成されている。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、蛍光計測装置1Dが、分光素子6を収容しているパッケージ400を備えている。これにより、湿気又はパーティクル等から分光素子6を保護することができる。
蛍光計測装置1Dは、図9に示される変形例のように構成されていてもよい。本変形例では、分光素子6及び検出器9は、互いに別体として形成されており、集積チップを構成していない。また、蛍光計測装置1Dは、スペーサ440を更に備えている。スペーサ440は、底壁部410の表面410a上に配置されている。スペーサ440は、Z軸方向から見た場合に分光素子6を包囲するように環状に形成されている。スペーサ440は、Z軸方向に厚さを有している。スペーサ440の厚さは、Z軸方向における検出器9の厚さよりも大きい。分光素子6は、スペーサ440上に配置されている。分光素子6と検出器9との間には空隙が形成されている。
本変形例によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本変形例では、蛍光計測装置1Dが、分光素子6を収容しているパッケージ400を備えている。これにより、湿気又はパーティクル等から分光素子6を保護することができる。さらに、本変形例では、蛍光計測装置1Dがスペーサ440を備えており、分光素子6がスペーサ440上に配置されている。これにより、分光素子6を配置部2に近接して配置することができ、試料から発生した蛍光L2を分光素子6の光通過部61に効率良く入射させることができる。
[第6実施形態]
[第6実施形態]
図10は、第5実施形態に係る蛍光計測装置1Eの拡大断面図である。蛍光計測装置1Eは、分光素子6を収容しているパッケージ500を備えている。パッケージ500は、分光素子6が収容された空間を気密に封止している。パッケージ500は、キャップ510と、ステム520と、複数のリードピン530と、窓部540とを有するCANパッケージである。
キャップ510は、側壁511及び天壁512を含んでいる。側壁511及び天壁512は、金属材料によって一体に形成されている。天壁512は、筒状の側壁511の一方の開口を塞ぐように、側壁511と一体に形成されている。天壁512には、光通過部513が形成されている。光通過部513は、天壁512の内面512a及び外面512bに開口する開口部である。光通過部513は、Z軸方向から見た場合に分光素子6の光通過部61と重なっている。
ステム520は、支持体5の表面5a上に配置されている。ステム520は、金属材料によって形成されている。ステム520は、筒状の側壁511の他方の開口511aを塞ぐように、側壁511に気密に接合されている。ステム520の内面520aには検出器9が配置されている。本実施形態では、分光素子6は、検出器9上に位置しており、検出器9と共に集積チップを構成している。すなわち、分光素子6は、キャップ510内においてステム520上に配置されている。
複数のリードピン530は、ステム520に固定されている。各リードピン530は、絶縁部材521によってステム520との間の電気的絶縁性及び気密性が確保された状態で、ステム520を貫通している。各リードピン530のうちキャップ510内に配置された部分は、ワイヤ532を介して分光素子6と電気的に接続されている。支持体5には、表面5a及び表面5bに開口する複数の貫通孔53が形成されている。各リードピン530のうちキャップ510外に配置された部分は、対応する貫通孔53に挿通されている。各リードピン530は、貫通孔53内に配置された半田533によって支持体5の配線52と電気的に接続されている。
窓部540は、Z軸方向に厚さを有する板状に形成されている。窓部540は、封止材541を介して天壁512の内面512a上に配置されている。窓部540は、Z軸方向から見た場合に天壁512の光通過部513及び分光素子6の光通過部61と重なるように配置されている。封止材541は、窓部540を天壁512に固定すると共に、窓部540と内面512aとの間を封止している。窓部540は、例えばホウケイ酸ガラスにより形成されている。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、パッケージ500が、開口511aを有するキャップ510と、開口511aを塞ぐステム520と、ステム520を貫通するリードピン530とを有している。分光素子6が、キャップ510内においてステム520上に配置されており、リードピン530のうちキャップ510内に配置された部分と電気的に接続されている。リードピン530のうちキャップ外に配置された部分は、支持体5の配線52と電気的に接続されている。これにより、湿気又はパーティクル等から分光素子6を保護することができる。
蛍光計測装置1Eは、図11に示される変形例のように構成されていてもよい。本変形例では、分光素子6及び検出器9は、互いに別体として形成されており、集積チップを構成していない。また、蛍光計測装置1Eは、スペーサ550を更に備えている。スペーサ550は、ステム520の内面520a上に配置されている。スペーサ550は、Z軸方向から見た場合に分光素子6を包囲するように環状に形成されている。スペーサ550は、Z軸方向に厚さを有している。スペーサ550の厚さは、Z軸方向における検出器9の厚さよりも大きい。分光素子6は、スペーサ550上に配置されている。分光素子6と検出器9との間には空隙が形成されている。
本変形例によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本変形例では、蛍光計測装置1Eが、分光素子6を収容しているパッケージ500を備えている。これにより、湿気又はパーティクル等から分光素子6を保護することができる。さらに、本変形例では、蛍光計測装置1Eがスペーサ550を備えており、分光素子6がスペーサ550上に配置されている。これにより、分光素子6を配置部2に近接して配置することができ、試料から発生した蛍光L2を分光素子6の光通過部61に効率良く入射させることができる。
[第7実施形態]
[第7実施形態]
図12は、第7実施形態に係る蛍光計測装置1Fの断面図である。蛍光計測装置1Fは、蛍光計測装置1と異なり、スペーサ7を備えていない。本実施形態では、分光素子6は、光入射面6aがホルダ4の表面4bに接触するように支持体5によって支持されている。すなわち、Z軸方向におけるホルダ4の表面4bから光入射面6aまでの距離D1(図1を参照)は、ゼロであり、Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅よりも小さい。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、分光素子6が、光入射面6aがホルダ4の表面4bに接触するように配置されている。これにより、分光素子6が配置部2に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光L2を分光素子6に効率良く入射させることができる。
[第8実施形態]
[第8実施形態]
図13は、第8実施形態に係る蛍光計測装置1Gの断面図である。蛍光計測装置1Gは、蛍光計測装置1と異なり、スペーサ7を備えていない。本実施形態では、ホルダ4は、スペーサ7を介することなく支持体5の表面5a上に配置されている。ホルダ4の表面4bは、支持体5の表面5aと面接触している。支持体5は、他の要素を介さずにホルダ4に直接的に取り付けられている。
本実施形態では、分光素子6は、ホルダ4の光通過部(開口部)41内に配置されている。ホルダ4は、Z軸方向から見た場合に分光素子6を包囲するように環状に形成されている。Z軸方向から見た場合に、光通過部41の外縁(ホルダ4の内縁)は、分光素子6の外縁よりも外側に位置している。本実施形態では、光通過部41は、試料で発生した蛍光L2を通過させる光通過部としてだけではなく、分光素子6を収容する収容部としても機能する。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、分光素子6が、光通過部41内に配置されている。これにより、分光素子6が配置部2に対して近接して配置されるため、試料で発生した蛍光L2を分光素子6に効率良く入射させることができる。また、分光素子6がホルダ4の光通過部41内に配置されていることにより、蛍光計測装置1Gをコンパクトに構成することができる。
[第9実施形態]
[第9実施形態]
図14は、第9実施形態に係る蛍光計測装置1Hの断面図である。蛍光計測装置1Hは、アパーチャ710を有するアパーチャ部700を更に備えている。アパーチャ部700は、配置部2と分光素子6との間に配置されている。アパーチャ部700は、Z軸方向に厚さを有する板状に形成されている。アパーチャ710は、アパーチャ部700に形成された開口部であり、試料で発生した蛍光L2が通過する光通過部として機能する。アパーチャ710は、Z軸方向から見た場合にホルダ4の光通過部41及び分光素子6の光通過部51と重なるように配置されている。Z軸方向から見た場合に、アパーチャ710の外縁は、光通過部41の外縁の内側に位置している。すなわち、Z軸方向から見た場合のアパーチャ710の大きさは、Z軸方向から見た場合の光通過部41の大きさよりも小さい。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、蛍光計測装置1Hが、配置部2と分光素子6との間に配置されたアパーチャ710を有するアパーチャ部700を更に備えている。これにより、分光素子6に迷光が入射するのを抑制することができる。さらに、分光素子6に入射する蛍光L2の入射角がアパーチャ部700によって制限されるため、アパーチャ710の中心軸(Z軸方向に沿う軸)に対してより平行に近い蛍光L2のみを分光素子6に入射させることができる。これにより、分光素子6の消光比を向上(例えば最大化)させることができる。
[第10実施形態]
[第10実施形態]
図15は、第10実施形態に係る蛍光計測装置1Kの断面図である。蛍光計測装置1Kは、試料が内部に配置されるチューブ容器を配置部20として備えている。配置部20は、X軸方向に沿って延在している。配置部20の一方の端部21は、先端側ほど縮径するテーパ状に形成されている。端部21の先端は閉塞されている。配置部20の他方の端部22は開口を有しており、当該開口から配置部20の内部へと試料が収容可能となっている。試料が収容された後に、端部22の開口はキャップ等によって塞がれてもよい。配置部20は、ホルダ4によって保持されている。本実施形態では、配置部20の側面20aは、ホルダ4の表面4aに接触している。配置部20は、光透過性を有する材料(例えば、プラスチック、ガラス等)により形成されている。光源3は、配置部20内に配置された試料に対して端部21側から励起光L1を照射する。図15では、試料の図示を省略している。蛍光計測装置1Kは、配置部20(チューブ容器)の延在方向が鉛直方向に沿うように(X軸方向が鉛直方向に一致するように)配置されてもよいし、当該延在方向が鉛直方向と交差する方向に沿うように配置されていてもよい。また、本実施形態では、光源3から試料に入射する励起光L1の入射方向は、X軸方向に沿っており、試料と検出器9とを結ぶ検出光軸(この例ではZ軸方向に沿う軸)に対して垂直である。
本実施形態によっても、第1実施形態と同様に、試料から発生した蛍光L2を効率良く検出することができる。また、本実施形態では、配置部20が、試料が内部に配置されるチューブ容器である。これにより、試料の(蛍光)分光分析を好適に行うことができる。
[変形例]
[変形例]
本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されない。例えば、ホルダ4の光通過部41が光透過性を有する材料で埋められていたり、光学素子(例えば、レンズ、フィルタ等)が光通過部41内に配置されていたりしてもよい。すなわち、光通過部41が光透過部としてホルダ4に形成されていてもよい。同様に、支持体5の光通過部51が光透過性を有する材料で埋められていたり、光学素子(例えば、レンズ、フィルタ等)が光通過部51内に配置されていたりしてもよい。すなわち、光通過部51が光透過部として支持体5に形成されていてもよい。また、第1実施形態では、図1に示されるように、外部機器等と接続される各配線52の他端は支持体5の表面5b側から取り出されていたが、各配線52の他端は支持体5の表面5a側から取り出されていてもよい。
蛍光計測装置1は、光源3と配置部2との間に配置されて光源3からの励起光L1を集光するレンズを備えていてもよい。励起光L1を集光するレンズは、一つ又は複数のレンズにより構成されていてもよい。蛍光計測装置1は、レンズ8を備えていなくてもよい。蛍光計測装置1は、複数の光源3を備えていてもよい。この場合、複数の光源3は、互いに異なる波長の励起光L1を出射可能であってもよい。蛍光計測装置1が複数の光源3を備えている場合、次のような利点がある。まず、試料に照射される励起光L1の波長を、瞬時に切り替えることができる。また、励起光L1及び蛍光L2の波長について任意の組み合わせを実現し得る。例えば、青色の励起光L1の照射によって緑色の蛍光L2を発生させる色素と、緑色の励起光L1の照射によって赤色の蛍光L2を発生させる色素とを容易且つ高速に観察することが可能となる。また、検出波長を任意に変更することが可能であるため、試料中に複数の蛍光色素が存在する場合、最適波長の選択やスペクトル演算において有利である。さらに、励起光L1のモニタリングを行い、励起光L1の強度ゆらぎを補正してより正確に定量を行うことができる。
上記実施形態及び変形例では、スペーサ7は、環状に連続した一つの部材から構成されていたが、互いに別体である複数の部材から構成されていてもよい。例えば、スペーサ7は、Z軸方向から見た場合にそれぞれが所定方向に沿って延在し、分光素子6を挟むように配置された二つの部材から構成されていてもよい。スペーサ7が互いに別体である複数の部材から構成されている場合、動作する分光素子6の熱を効率良く排出することができる。スペーサ7は、ホルダ4及び支持体5のそれぞれと面接触していなくてもよい。スペーサ7とホルダ4との間、及びスペーサ7と支持体5との間には他の要素(例えば接着剤)が配置されていてもよい。
Z軸方向におけるホルダ4の表面4bから光入射面6aまでの距離D1は、Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅以上であってもよい。Z軸方向におけるホルダ4の表面4aから光入射面6aまでの距離D2は、Z軸方向から見た場合の分光素子6の幅以上であってもよい。
分光素子6は、矩形板状以外の形状(例えば円形板状等)を有していてもよい。光通過部41、光通過部51、光通過部61、光通過部311及びアパーチャ710のそれぞれの形状及びサイズは、上述した内容に限定されない。Z軸方向から見た場合に、光通過部41、光通過部51、光通過部61、光通過部311及びアパーチャ710のそれぞれの外縁は、円形状以外の形状(例えば矩形状等)を有していてもよい。Z軸方向から見た場合に、光通過部41の外縁は、光通過部51の外縁の内側に位置していてもよい。Z軸方向から見た場合に、アパーチャ710の外縁は、光通過部41の外縁の外側に位置していてもよい。光通過部41、光通過部51、光通過部61及び光通過部311のそれぞれのサイズ及び形状を適切に設計することで、分光素子6又は検出器9に迷光が入射するのを抑制することができる。
上記実施形態及び変形例では、分光素子6が一対のミラー部601,602を収容しているパッケージ60を含んでいたが、分光素子6はそのようなパッケージを含んでいなくてもよい。この場合、蛍光計測装置は、分光素子6とは別の構成として一対のミラー部601,602を収容しているパッケージを備えていてもよい。具体的には、蛍光計測装置は、図7に示されるパッケージ300等のような分光素子6全体を収容するパッケージを備えていてもよい。
試料が配置される配置部2,20の形状は限定されない。例えば、配置部2は、溝が形成されていない平坦なプレート(例えばスライドガラス等)であってもよい。
光源3から配置部2に配置された試料に入射する励起光L1の入射方向は限定されない。例えば、図15に示される第10実施形態での励起光L1の入射方向は、X軸方向に沿っており、試料と検出器9とを結ぶ検出光軸(Z軸方向)に対して垂直であったが、励起光L1の入射方向は、X軸方向に対して傾斜していてもよい。なお、蛍光L2の検出を効率良く行う観点では、励起光L1の入射方向が検出光軸に対して平行である場合と比べて、励起光L1の入射方向が検出光軸に対して垂直である場合の方が好ましい。また、光源3の数を複数とした場合、励起光L1の入射方向を検出光軸(Z軸方向)に対して傾斜させることにより、複数の光源3を容易に配置することができる。また、図15に示される第10実施形態において、配置部20(チューブ容器)の端部22の開口が光透過性を有するキャップにより塞がれている場合、光源3は、配置部20内に配置された試料に対して端部22側から励起光L1を照射してもよい。
分光素子6は、一対のミラー部601,602のそれぞれが基板と貼り合わされている波長可変ファブリペロー干渉フィルタであったが、分光素子は、一方のミラー部が基板に貼り合わされていない(メンブレン構造を有している)波長可変ファブリペロー干渉フィルタであってもよい。図16を参照して、メンブレン構造を有している波長可変ファブリペロー干渉フィルタ(分光素子10)について説明する。
図16に示されるように、分光素子10は、Z軸方向を厚さ方向とする基板11を備えている。基板11の材料は、例えば、シリコン、石英、ガラス等である。なお、基板11が可視光を透過しない材料(例えばシリコン)で形成されている場合、基板11における光通過部(第2光通過部)10aに対応する部分に開口部が形成される。基板11は、一対の表面11a,11bを有している。一対の表面11a,11bは、Z軸方向において互いに対向している。基板11の表面11aには、第1積層構造12が積層されている。基板11の表面11bには、第2積層構造13が積層されている。
第1積層構造12は、反射防止層121、第1積層体122、中間層123及び第2積層体124を含んでいる。反射防止層121、第1積層体122、中間層123及び第2積層体124は、この順序で基板11の表面11a上に積層されている。第1積層体122と第2積層体124との間には、枠状の中間層123によって空隙(エアギャップ)Sが形成されている。基板11の材料がシリコンである場合、反射防止層121及び中間層123のそれぞれの材料は、例えば、酸化シリコン等である。中間層123の厚さは、例えば、設計中心波長の1/2の整数倍である。なお、中間層123の厚さは、必要に応じて、設計中心波長の1/2の整数倍よりも大きくされてもよい。
第1積層体122のうち光通過部(第2光通過部)10aに対応する部分は、ミラー部14として機能する。ミラー部14は、反射防止層121を介して基板11に支持されている。一例として、第1積層体122は、複数の酸化チタン(TiO2)層と複数の二酸化ケイ素(SiO2)層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。ミラー部14を構成する各層の光学厚さは、例えば、設計中心波長の1/4の整数倍である。
第2積層体124のうち光通過部10aに対応する部分は、ミラー部15として機能する。ミラー部15は、反射防止層121、第1積層体122及び中間層123を介して基板11に支持されており、空隙Sを介してミラー部14と向かい合っている。一例として、第2積層体124は、複数の酸化チタン(TiO2)層と複数の二酸化ケイ素(SiO2)層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。ミラー部15を構成する各層の光学厚さは、例えば、設計中心波長の1/4の整数倍である。なお、第2積層体124のうち空隙Sに対応する部分には、ミラー部15の機能に実質的に影響を与えない程度に、複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、エッチングによって中間層123の一部を除去することで空隙Sを形成する際に用いられたものである。
ミラー部14には、第1電極125及び第2電極126が形成されている。第1電極125は、Z軸方向から見た場合に光通過部10aを包囲している。第2電極126は、Z軸方向から見た場合に光通過部10aと重なっている。Z軸方向から見た場合における第2電極126の形状は、Z軸方向から見た場合における光通過部10aの形状と略同一である。第1電極125及び第2電極126のそれぞれは、ポリシリコン層の一部分に不純物をドープして当該一部分を低抵抗化することで形成されている。
ミラー部15には、第3電極127が形成されている。第3電極127は、空隙Sを介して第1電極125及び第2電極126と向かい合っている。第3電極127は、ポリシリコン層の一部分に不純物をドープして当該一部分を低抵抗化することで形成されている。一例として、第2電極126と第3電極127との間の距離は、第1電極125と第3電極127との間の距離と略同一である。
第1積層構造12には、光通過部10aを挟むように一対の端子16が設けられている。各端子16は、基板11とは反対側に開口し且つ第1積層体122に至るように第2積層体124及び中間層123に形成された貫通孔内に配置されている。各端子16は、配線125aを介して第1電極125と電気的に接続されている。
第1積層構造12には、光通過部10aを挟むように一対の端子17が設けられている。各端子17は、基板11とは反対側に開口し且つ中間層123に至るように第2積層体124及び中間層123に形成された貫通孔内に配置されている。各端子17は、配線126aを介して第2電極126と電気的に接続されていると共に、配線127aを介して第3電極127と電気的に接続されている。なお、一対の端子17が光通過部10aを挟んでいる方向は、一対の端子16が光通過部10aを挟んでいる方向に垂直な方向である。
第1積層体122には、一対のトレンチ122aが形成されている。各トレンチ122aは、配線126aのうち各端子17からZ軸方向に延在している部分を包囲するように、環状に延在している。各トレンチ122aは、第1電極125と配線126aとを電気的に絶縁している。第1積層体122には、トレンチ122bが形成されている。トレンチ122bは、第1電極125の内縁に沿って環状に延在している。トレンチ122bは、第1電極125と第2電極126とを電気的に絶縁している。各トレンチ122a,122b内の領域は、絶縁材料で埋められていてもよいし、空隙であってもよい。
第2積層体124には、一対のトレンチ124aが形成されている。各トレンチ124aは、各端子16を包囲するように環状に延在している。各トレンチ124aは、各端子16と第3電極127とを電気的に絶縁している。各トレンチ124a内の領域は、絶縁材料で埋められていてもよいし、空隙であってもよい。
第2積層構造13は、反射防止層131、第3積層体132、中間層133及び第4積層体134を含んでいる。反射防止層131、第3積層体132、中間層133及び第4積層体134は、この順序で基板11の表面11bに積層されている。反射防止層131及び中間層133は、それぞれ、反射防止層121及び中間層123と同様の構成を有している。第3積層体132及び第4積層体134は、それぞれ、基板11を基準として第1積層体122及び第2積層体124と対称の積層構造を有している。反射防止層131、第3積層体132、中間層133及び第4積層体134は、基板11の反りを抑制する機能を有している。
第3積層体132、中間層133及び第4積層体134には、光通過部10aを含むように開口部18が形成されている。開口部18は、Z軸方向から見た場合に光通過部10aと重なっている。Z軸方向から見た場合における開口部18の形状は、Z軸方向から見た場合における光通過部10aの形状と略同一である。つまり、開口部18の中心線は、光通過部10aの中心線に一致している。開口部18は、基板11とは反対側に開口しており、反射防止層131に至っている。
第4積層体134における基板11とは反対側の表面には、遮光層135が形成されている。遮光層135の材料は、例えば、アルミニウム等である。遮光層135の表面及び開口部18の内面には、保護層136が形成されている。保護層136の材料は、例えば、酸化アルミニウム等である。なお、保護層136の厚さを100nm以下(好ましくは、30nm程度)にすることで、保護層136による光学的な影響を無視することができる。
以上のように構成された分光素子10では、複数の端子16,17を介して第1電極125及び第3電極127に電圧が印加されることで第1電極125と第3電極127との間に電位差が発生すると、当該電位差に応じた静電気力が第1電極125と第3電極127との間に発生する。第1電極125と第3電極127との間に静電気力が発生することでミラー部14にミラー部15が引き付けられ、ミラー部14とミラー部15との間の距離が調整される。このとき、第3電極127と同電位である第2電極126が補償電極として機能し、光通過部10aにおいてミラー部15が平坦に保たれる。
このように、分光素子10では、Z軸方向において互いに向かい合っている一対のミラー部14,15が、互いの距離が可変である一対のミラー部として機能する。ここで、分光素子10を通過する光の波長は、ミラー部14とミラー部15との間の距離に依存する。したがって、第1電極125及び第3電極127に印加する電圧(第1電極125と第3電極127との間に発生する電位差)を調整することで、分光素子10を通過する蛍光L2の波長を選択することができる。
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1K…蛍光計測装置、2,20…配置部、3…光源、4…ホルダ、4a…表面(第2表面)、4b…表面(第1表面)、5…支持体、6,10…分光素子、6a…光入射面、7,440,550…スペーサ、9…検出器、14,15,601,602…ミラー部、41…光通過部(第1光通過部)、52…配線、60,300,400,500…パッケージ、10a,61…光通過部(第2光通過部)、212,315,415,610…バンプ、510…キャップ、511a…開口、520…ステム、530…リードピン、700…アパーチャ部、710…アパーチャ。
Claims (19)
- 試料が配置される配置部と、
前記配置部に配置された前記試料に励起光を照射する光源と、
前記配置部を保持しているホルダと、
前記ホルダに取り付けられた支持体と、
所定方向において前記配置部と向かい合うように前記支持体によって支持されており、前記励起光の照射によって前記試料で発生した蛍光を分光する分光素子と、
前記分光素子によって分光された前記蛍光を検出する検出器と、を備え、
前記分光素子は、前記所定方向において互いの距離が可変である一対のミラー部を含む波長可変ファブリペロー干渉フィルタであり、
前記支持体は、前記分光素子と電気的に接続された配線を含む、蛍光計測装置。 - 前記ホルダは、前記試料で発生した前記蛍光が通過する第1光通過部を有し、
前記分光素子は、前記所定方向から見た場合に前記第1光通過部と重なるように配置されている、請求項1に記載の蛍光計測装置。 - 前記第1光通過部は、前記ホルダに形成された開口部であり、
前記分光素子は、前記開口部内に配置されている、請求項2に記載の蛍光計測装置。 - スペーサを更に備え、
前記支持体は、前記ホルダに対して前記配置部とは反対側に配置されており、
前記スペーサは、前記ホルダと前記支持体との間に配置されており、前記ホルダ及び前記支持体のそれぞれと面接触している、請求項1に記載の蛍光計測装置。 - 前記ホルダは、前記支持体側の第1表面を有し、
前記分光素子は、前記試料で発生した前記蛍光が入射する光入射面を有し、
前記所定方向における前記第1表面から前記光入射面までの距離は、前記所定方向から見た場合の前記分光素子の幅よりも小さい、請求項1に記載の蛍光計測装置。 - 前記分光素子は、前記光入射面が前記第1表面に接触するように配置されている、請求項5に記載の蛍光計測装置。
- 前記ホルダは、前記配置部側の第2表面を有し、
前記所定方向における前記第2表面から前記光入射面までの距離は、前記所定方向から見た場合の前記分光素子の幅よりも小さい、請求項5に記載の蛍光計測装置。 - 前記検出器は、前記支持体に対して前記配置部側に位置するように前記支持体によって支持されている、請求項1に記載の蛍光計測装置。
- 前記検出器は、前記支持体と前記分光素子との間に配置されている、請求項1に記載の蛍光計測装置。
- 前記配置部と前記分光素子との間に配置されたアパーチャを有するアパーチャ部を更に備える、請求項1に記載の蛍光計測装置。
- 前記分光素子は、所定の波長の光が通過する第2光通過部を有し、
前記試料に照射される前記励起光のスポット径は、前記所定方向から見た場合の前記第2光通過部の幅よりも小さい、請求項1に記載の蛍光計測装置。 - 前記分光素子は、ワイヤボンディングによって前記配線と電気的に接続されている、請求項1に記載の蛍光計測装置。
- 前記分光素子は、バンプによって前記配線と電気的に接続されている、請求項1に記載の蛍光計測装置。
- 前記分光素子は、前記一対のミラー部を収容しているパッケージを更に含む、請求項1に記載の蛍光計測装置。
- 前記分光素子は、ワイヤボンディングによって前記配線と電気的に接続されている、請求項14に記載の蛍光計測装置。
- 前記分光素子は、バンプによって前記配線と電気的に接続されている、請求項14に記載の蛍光計測装置。
- 前記分光素子を収容しているパッケージを更に備える、請求項1に記載の蛍光計測装置。
- 前記パッケージは、開口を有するキャップと、前記開口を塞ぐステムと、前記ステムを貫通するリードピンと、を有し、
前記分光素子は、前記キャップ内において前記ステム上に配置されており、前記リードピンのうち前記キャップ内に配置された部分と電気的に接続されており、
前記リードピンのうち前記キャップ外に配置された部分は、前記配線と電気的に接続されている、請求項17に記載の蛍光計測装置。 - 前記配置部は、前記試料が内部に配置されるマイクロ流路プレート、又は前記試料が内部に配置されるチューブ容器である、請求項1に記載の蛍光計測装置。
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