JP2640704B2 - Fluorescent pattern reader - Google Patents

Fluorescent pattern reader

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JP2640704B2
JP2640704B2 JP3359608A JP35960891A JP2640704B2 JP 2640704 B2 JP2640704 B2 JP 2640704B2 JP 3359608 A JP3359608 A JP 3359608A JP 35960891 A JP35960891 A JP 35960891A JP 2640704 B2 JP2640704 B2 JP 2640704B2
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electrophoresis
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義隆 中村
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、蛍光パターン読み取り
装置に関し、特に、多様な厚みの読み取り試料および多
様な光学的屈折率の読み取り試料に対し、光走査系の光
軸のズレを検出し自動補正することにより、蛍光の読み
取り感度を改善する蛍光パターン読み取り装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorescent pattern reading apparatus, and more particularly to a fluorescent pattern reading apparatus for detecting a displacement of an optical axis of an optical scanning system for a sample having various thicknesses and a sample having various optical refractive indexes. The present invention relates to a fluorescence pattern reading device that improves fluorescence reading sensitivity by making corrections.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に遺伝病診断などを含む種々の遺伝
子構造解析,アミノ酸などのタンパク質の構造解析を行
うために、放射性アイソトープによる電気泳動分析法が
用いられる。このような電気泳動分析法は、放射性同位
体で標識または置換された試料の断片に対してゲルを用
いて電気泳動を行い、電気泳動で展開された試料の断片
の分布パターンの解析を行うことにより、試料の分析を
行う方法である。
2. Description of the Related Art In general, electrophoretic analysis using radioactive isotopes is used to analyze various gene structures including diagnosis of genetic diseases and structural analysis of proteins such as amino acids. In such an electrophoretic analysis method, a fragment of a sample labeled or substituted with a radioisotope is subjected to electrophoresis using a gel, and the distribution pattern of the fragment of the sample developed by electrophoresis is analyzed. Is a method of analyzing a sample by

【0003】電気泳動パターンを読み取り分析する例と
して遺伝病診断を例に説明する。ヒトゲノムDNAは、
約3×109の塩基対から成り立っている。その塩基配
列はヒト集団を通しておおよそ一定であるが、細かくみ
ると個体間にバラツキが存在する。このようなDNA配
列上のバラツキは、DNAの多型と呼ばれている。DN
Aの多型は、遺伝子領域にも非遺伝子領域にも見られる
が遺伝子領域の多型はその表現形式であるタンパク質の
多型として現われることが多い。血液型,組識適合性抗
原などや人種間における皮膚の色,毛の色の相違など、
ヒト集団にみられるいろいろな多様性は、この多型に由
来している。DNA多型は、ヒトが進化上で生物種とし
て成立した時点から現在までに、ヒト集団の生殖細胞D
NAに生じた変異が集団の中に蓄積したものである。こ
のような変異がヒトの存在にとって重要な機能を持つ部
位に生じ、その結果として生ずる表現型が、何らかの病
的状態を示すものを「遺伝病」と呼んでいる。ヒト集団
には、3,000種を超える遺伝病が存在するといわれてい
る。
As an example of reading and analyzing an electrophoresis pattern, a diagnosis of a genetic disease will be described as an example. Human genomic DNA is
Consists of about 3 × 10 9 base pairs. Although its nucleotide sequence is approximately constant throughout the human population, there are variations among individuals when viewed in detail. Such variation in the DNA sequence is called a DNA polymorphism. DN
The polymorphism of A can be found in both the gene region and the non-gene region, but the polymorphism in the gene region often appears as a polymorphism of a protein that is its expression form. Such as blood type, tissue-compatible antigen, and skin color and hair color difference between races.
The various varieties found in the human population derive from this polymorphism. DNA polymorphisms are defined as the germline D
Mutations in NA have accumulated in the population. Such mutations occur at sites with functions important to the presence of humans, and the resulting phenotype, which indicates some pathological condition, is called a "genetic disease". It is said that more than 3,000 genetic diseases exist in the human population.

【0004】遺伝病の病因はDNA上に生じた異変であ
るが、それが病気として認識されるまでには、DNA→
mRNA→タンパク質→表現型(病気)の諸段階があ
る。病気としての診断は、普通最後のレベルで行なわれ
るが、上記の流れが単純な直線関係にあれば、診断をタ
ンパク質やDNAのレベルで行うことが可能となる。
[0004] The etiology of a genetic disease is an abnormality that occurs on DNA, but by the time it is recognized as a disease, DNA →
There are various stages of mRNA → protein → phenotype (disease). Diagnosis as a disease is usually performed at the last level, but if the above-mentioned flow has a simple linear relationship, diagnosis can be performed at the protein or DNA level.

【0005】DNA診断の基礎となる手法は、Southern
ブロッティングと呼ばれるものである。この手法は基本
的には、以下のステップに分けられる。 (ステップ1)試料DNAの抽出、 (ステップ2)DNAの制限酵素による分解、 (ステップ3)ゲル電気泳動を用いたDNAの分子量に
よる分画、 (ステップ4)分画されたDNAの薄膜フィルタへの移
行、 (ステップ5)予じめ用意したプローブDNA(検出し
たい遺伝子と相同配列を持つDNAをアイソトープなど
で標識したもの)との混成体の形成(ハイブリダイゼー
ション)、 (ステップ6)オートラジオグラフィーによる混成体の
検出、 以上の6ステップである。第4ステップの薄膜フィルタ
には、ナイロンメンブレンまたはニトロセルロースメン
ブレンなどが用いられる。
[0005] The technique underlying DNA diagnosis is Southern.
This is called blotting. This method is basically divided into the following steps. (Step 1) Extraction of sample DNA, (Step 2) Decomposition of DNA by restriction enzyme, (Step 3) Fractionation by molecular weight of DNA using gel electrophoresis, (Step 4) To a thin film filter of fractionated DNA (Step 5) Formation of a hybrid (hybridization) with a previously prepared probe DNA (a DNA having a sequence homologous to the gene to be detected is labeled with an isotope), (Step 6) Autoradiography Detection of hybrids by the above six steps. A nylon membrane or a nitrocellulose membrane is used for the thin film filter in the fourth step.

【0006】遺伝病を対象とする場合は、試料DNA抽
出のための臓器は問わない。通常の場合は、数ミリリッ
トルの末梢血から白血球を分離し、そこからDNAを抽
出する。ステップ1からステップ6では通常5日程度の
日数を必要とする。遺伝病診断では、上記のステップに
基づき、正常体の分画パターンを得てそれらを比較す
る。同一パターンである場合は、正常と判定される。
[0006] In the case of a genetic disease, the organ for extracting the sample DNA is not limited. Usually, leukocytes are separated from a few milliliters of peripheral blood and DNA is extracted therefrom. Steps 1 to 6 usually require about 5 days. In the diagnosis of a genetic disease, based on the above steps, fractionation patterns of normal bodies are obtained and compared. If the patterns are the same, it is determined that the pattern is normal.

【0007】最近、安全性などの問題から放射性アイソ
トープに替えて蛍光色素で標識したプローブを用いて、
その蛍光色素を励起し、電気泳動パターンの読み取りを
行う試みが試行されている。遺伝病診断やDNAの塩基
配列決定などは、試料の量が10-15molオーダ前後であ
るため、放射性アイソトープ並みの信号対雑音比を等価
的に得るには、高度な光学技術と信号処理技術を必要と
する。
[0007] Recently, a probe labeled with a fluorescent dye has been used instead of a radioactive isotope for safety and other problems.
Attempts have been made to excite the fluorescent dye and read an electrophoretic pattern. In the diagnosis of genetic diseases and the determination of the base sequence of DNA, the amount of sample is on the order of 10 -15 mol. To obtain a signal-to-noise ratio equivalent to that of a radioactive isotope, advanced optical and signal processing techniques are required. Need.

【0008】微少な試料を蛍光標識して検出する装置と
して特開昭61−62843号公報に記載された電気泳
動装置がある。次に、このような蛍光検出法による電気
泳動装置について具体的に説明する。
As an apparatus for detecting a minute sample by fluorescent labeling, there is an electrophoresis apparatus described in JP-A-61-62843. Next, an electrophoresis apparatus using such a fluorescence detection method will be specifically described.

【0009】図15は従来における蛍光式電気泳動装置
の外観斜視図である。図15を参照して説明すると、電
気泳動装置は、試料の電気泳動を行い、蛍光の分布を計
測する泳動計測装置51と、計測したデータを基にデー
タ処理を行うデータ処理装置52と、それらを相互接続
するケーブル53から構成されている。泳動計測装置5
1には扉51aを開いてDNA断片の電気泳動を行うベ
ースとなるゲルの注入を行い、更に電気泳動を行う試料
を所定量だけ注入する。扉51aを閉じて、操作表示パ
ネル51bの泳動開始スイッチを押すと電気泳動が開始
される。電気泳動が開始されると、泳動計測装置51で
は、操作表示パネル51bにあるモニタに動作状態が表
示される。泳動計測装置51により計測されたデータ
は、データ処理装置52に転送され、予めプログラムさ
れている所定のデータ処理が行われる。なお、データ処
理装置52は、計算機本体54と、利用者からの指令な
どを入力するためのキーボード55と、処理状態や結果
を表示するディスプレイ装置56と、データ処理の結果
を記録するプリンタ57から構成されている。
FIG. 15 is an external perspective view of a conventional fluorescent electrophoresis apparatus. Referring to FIG. 15, the electrophoresis apparatus includes: an electrophoresis measurement apparatus 51 that performs electrophoresis of a sample and measures the distribution of fluorescence; a data processing apparatus 52 that performs data processing based on the measured data; Are connected to each other. Electrophoresis measuring device 5
In 1, a door 51 a is opened to inject a gel serving as a base for performing electrophoresis of DNA fragments, and a predetermined amount of a sample to be subjected to electrophoresis is further injected. When the door 51a is closed and the electrophoresis start switch on the operation display panel 51b is pressed, electrophoresis starts. When the electrophoresis is started, the operation state of the electrophoresis measurement device 51 is displayed on a monitor provided on the operation display panel 51b. The data measured by the electrophoresis measurement device 51 is transferred to the data processing device 52, and predetermined data processing programmed in advance is performed. The data processing device 52 includes a computer main body 54, a keyboard 55 for inputting a command from a user, a display device 56 for displaying a processing state and a result, and a printer 57 for recording a result of the data processing. It is configured.

【0010】図16は、泳動計測装置の内部の構成を示
すブロック図である。泳動計測装置(51;図15)の
構成は、図16に示すように、電気泳動装置部63およ
び信号処理装置部64から構成されており、これらの2
つの部分がまとめられて、泳動計測装置を構成してい
る。この電気泳動装置部63は、電気泳動を行う泳動部
5と、泳動部5に電圧を印加するための第1電極2aお
よび第2電極2bと、泳動部5および各電極2a,2b
を支えるための支持板3と、泳動部5に電圧を印加する
ための電気泳動用電源装置4と、蛍光物質を励起するた
めの光を発光する光源11と、光源11からの光を導く
ための光ファイバ12と、蛍光物質から発生した蛍光1
3を集光して受光する光学系の集光器14と、特定波長
の光を選択的に通す光学フィルタ15と、受光した光を
電気信号に変換するための光センサ16から構成されて
いる。また、信号処理装置部64は、光センサ16から
の電気信号を受けて増幅する増幅器17と、電気信号の
アナログ信号をディジタルデータに変換するアナログ・
ディジタル変換回路18と、ディジタル変換したデータ
に対して加算平均処理等の前処理を行う信号処理部19
と、前処理したデータを外部のデータ処理装置へ送出す
るインタフェース処理を行うインタフェース20と、電
気泳動装置部および信号処理系の全体を制御するための
制御回路10とから構成されている。この信号処理装置
64から出力されるディジタル信号OUTは、データ処
理装置(52;図15)に送られ、解析処理などのデー
タ処理が行われる。
FIG. 16 is a block diagram showing the internal configuration of the electrophoresis measuring device. As shown in FIG. 16, the configuration of the electrophoresis measurement device (51; FIG. 15) includes an electrophoresis device section 63 and a signal processing device section 64.
The two parts are put together to form a migration measuring device. The electrophoresis device section 63 includes an electrophoresis section 5 for performing electrophoresis, a first electrode 2a and a second electrode 2b for applying a voltage to the electrophoresis section 5, an electrophoresis section 5 and the electrodes 2a and 2b.
A support plate 3 for supporting the light, an electrophoresis power supply 4 for applying a voltage to the electrophoresis section 5, a light source 11 for emitting light for exciting a fluorescent substance, and a light source for guiding light from the light source 11. Optical fiber 12 and fluorescent light 1 generated from a fluorescent substance
It is composed of a light collector 14 of an optical system that collects and receives the light 3, an optical filter 15 that selectively passes light of a specific wavelength, and an optical sensor 16 that converts the received light into an electric signal. . The signal processing unit 64 includes an amplifier 17 that receives and amplifies the electric signal from the optical sensor 16 and an analog / digital converter that converts an analog signal of the electric signal into digital data.
A digital conversion circuit 18; and a signal processing unit 19 for performing preprocessing such as averaging processing on the digitally converted data.
And an interface 20 for performing an interface process for sending preprocessed data to an external data processing device, and a control circuit 10 for controlling the entire electrophoretic device and the signal processing system. The digital signal OUT output from the signal processing device 64 is sent to a data processing device (52; FIG. 15), where data processing such as analysis processing is performed.

【0011】次に、このように構成された電気泳動装置
の動作を説明する。図15および図16を参照する。泳
動計測装置51にある扉51aを開き、内部にある泳動
部5にゲルを注入し、更に蛍光物質で標識したDNA断
片の試料を注入する。操作パネル51bのスイッチを操
作して、電気泳動開始を指示すると、電気泳動用電源装
置4からの電圧が電極2a,2bにより泳動部5に供給
されて電気泳動が開始される。電気泳動によって、蛍光
物質で標識された試料は、例えば、図19に示すよう
に、それぞれの試料のレーン71,72,73,74に
おいて、電気泳動され、試料に含まれる分子の分子量毎
に集まり、それぞれにバンド66を作る。分子量の軽い
分子ほど泳動速度が速いため、同一時間内に泳動される
距離は大きい。これらのバンド66の検出は、図17
(A)に示すように、光源からの光を光ファイバ12に
通して光路61上でゲルを照射することにより、ゲル中
でバンド66に集まっている標識の蛍光物質に蛍光13
を発生させ、蛍光13を検出する。
Next, the operation of the electrophoresis apparatus thus configured will be described. Please refer to FIG. 15 and FIG. The door 51a of the electrophoresis measurement device 51 is opened, a gel is injected into the electrophoresis section 5 inside, and a sample of a DNA fragment labeled with a fluorescent substance is further injected. When a switch on the operation panel 51b is operated to instruct the start of electrophoresis, a voltage from the electrophoresis power supply 4 is supplied to the electrophoresis section 5 by the electrodes 2a and 2b, and electrophoresis is started. A sample labeled with a fluorescent substance by electrophoresis is subjected to electrophoresis in lanes 71, 72, 73, and 74 of each sample as shown in FIG. 19, and is collected for each molecular weight of molecules contained in the sample. , And make a band 66 for each. Lighter molecules have a higher migration speed, so that the migration distance in the same time is longer. The detection of these bands 66 is shown in FIG.
As shown in (A), the light from the light source passes through the optical fiber 12 and irradiates the gel on the optical path 61, so that the fluorescent substance of the label collected in the band 66 in the gel becomes fluorescent 13.
Is generated, and the fluorescence 13 is detected.

【0012】ここで発光する蛍光13は、蛍光物質の吸
光係数,量子効率,励起光の強度などによるが、バンド
当り、10-16mol程度と非常に微量な量しか蛍光物質が
含まれていないため、非常に微弱な光となる。例えば、
蛍光物質として、フルオレセインイソチオシアネート
(Fluorescein Isothiocyanate)を使用した場合につい
て説明すると、フルオレセインイソチオシアネートによ
る励起光の励起波長のピーク値が490nmであり、蛍光
波長のピーク値が520nmである。また、モル蛍光係数
は、7×104mol-1・cm-1であり、量子効率は0.65程
度である。
The fluorescent light 13 emitted here depends on the extinction coefficient, quantum efficiency, excitation light intensity and the like of the fluorescent substance, but contains only a very small amount of about 10 -16 mol per band. Therefore, it becomes very weak light. For example,
Explaining the case where fluorescein isothiocyanate is used as the fluorescent substance, the peak value of the excitation wavelength of the excitation light by fluorescein isothiocyanate is 490 nm, and the peak value of the fluorescence wavelength is 520 nm. The molar fluorescence coefficient is 7 × 10 4 mol −1 · cm −1 , and the quantum efficiency is about 0.65.

【0013】1バンド内に10-16molの蛍光物質が存在
する場合、励起光に波長488nmの出力1mWのアルゴン
イオンレーザを使用した場合を想定して計算すると、ゲ
ルの厚みなどで異なるが、発生する蛍光の光量は、10
10個/Sオーダの蛍光の光子しか発生しない。したがっ
て、非常に微弱な蛍光を感度よく検出しなければならな
い。
When a fluorescent substance of 10 -16 mol is present in one band, calculation is performed on the assumption that an argon ion laser having a wavelength of 488 nm and an output of 1 mW is used as excitation light. The amount of generated fluorescence is 10
Only 10 / S fluorescent light photons are generated. Therefore, very weak fluorescence must be detected with high sensitivity.

【0014】泳動部5は、その正面図が図17(A)
に、その縦断面図が図17(B)に示されるように、ポ
リアクリルアミドなどのゲル5aと、該ゲル5aを両側
から狭んで支えるためのガラスの支持板5b,5cから
構成されている。泳動部5のゲル5aに上部から例えば
DNA断片の試料を注入し、第1の電極2aおよび第2
の電極2b(図16)に泳動電圧を印加して、電気泳動
を行いながら、光源から照射された光、例えばレーザ光
を光ファイバ12からゲル5a中の光路61を通して、
光路61上の蛍光物質を照射する。これにより、光路6
1上に存在する蛍光物質が励起されて蛍光13を発す
る。蛍光13はレンズの組合せで構成された光学系の集
光器14に到達し、集光された後に光学フィルタ15で
所望の蛍光波長が選択されて、一次元の光センサ16に
おいて電気信号に変換される。光センサ16では、微弱
な光を効率よく電気信号に変換するため、イメージイン
テンシファイアなどを用いて、104〜105倍に光増幅
し、その画像をCCDの一次元光センサなどで電気信号
に変換する。光センサ16により変換された電気信号
は、増幅器17により所望レベルの信号に増幅され、ア
ナログ・ディジタル変換回路18によりアナログ信号か
らディジタル信号に変換されて、信号処理部19へ送ら
れる。信号処理部19では、信号対雑音比(S/N比)
を向上させるために加算平均処理等の信号処理が行われ
る。このようにして信号処理されたディジタル信号のデ
ータは、インタフェース20により、データ処理装置5
2に送出される。
The front view of the electrophoresis section 5 is shown in FIG.
As shown in FIG. 17 (B), the vertical cross-sectional view is composed of a gel 5a such as polyacrylamide and glass supporting plates 5b and 5c for narrowly supporting the gel 5a from both sides. A sample of, for example, a DNA fragment is injected from above into the gel 5a of the electrophoresis section 5, and the first electrode 2a and the second
By applying a migration voltage to the electrode 2b (FIG. 16) and performing electrophoresis, the light emitted from the light source, for example, a laser beam, passes from the optical fiber 12 through the optical path 61 in the gel 5a.
The fluorescent material on the optical path 61 is irradiated. Thereby, the optical path 6
The fluorescent substance existing on 1 is excited to emit fluorescent light 13. The fluorescent light 13 reaches a light collector 14 of an optical system composed of a combination of lenses, and after being collected, a desired fluorescent wavelength is selected by an optical filter 15 and converted into an electric signal by a one-dimensional optical sensor 16. Is done. In the optical sensor 16, in order to efficiently convert weak light into an electric signal, the light is amplified by a factor of 10 4 to 10 5 using an image intensifier or the like, and the image is electrically amplified by a CCD one-dimensional optical sensor or the like. Convert to a signal. The electric signal converted by the optical sensor 16 is amplified to a signal of a desired level by an amplifier 17, converted from an analog signal to a digital signal by an analog / digital conversion circuit 18, and sent to a signal processing unit 19. In the signal processing unit 19, the signal-to-noise ratio (S / N ratio)
Signal processing such as averaging processing is performed in order to improve. The digital signal data processed in this manner is transmitted to the data processing device 5 by the interface 20.
2 is sent.

【0015】図18(A)および図18(B)は、泳動
計測装置51から送出されるDNA断片の蛍光強度パタ
ーン信号の例を説明する図である。例えば、図18
(A)に示されるように、電気泳動が行われた泳動部5
に対して光路61上でレーザ光が照射されると、光路6
1上に存在するゲルの蛍光物質が励起されて、蛍光を発
するので、この蛍光を、レーン毎に所定の検出位置で電
気泳動方向62の方向に時間の経過と共に検出する。こ
れにより、各レーンのバンド66が光路61上の位置を
通過する時に、蛍光が検出されることになり、1つのレ
ーンにおける蛍光強度のパターン信号が、図18(B)
に示すように、検出される。このため、バンド66が光
路61上の位置を通過するときに、蛍光強度のピークが
得られる。したがって、図18(B)に示す蛍光強度パ
ターン信号は、電気泳動方向62の方向におけるバンド
66の蛍光強度パターン信号となっている。
FIGS. 18A and 18B are diagrams illustrating an example of a fluorescence intensity pattern signal of a DNA fragment sent from the electrophoresis measurement device 51. FIG. For example, FIG.
(A) As shown in FIG.
Is irradiated on the optical path 61 with laser light, the optical path 6
Since the fluorescent substance of the gel existing on 1 is excited and emits fluorescence, this fluorescence is detected in a predetermined detection position for each lane in the direction of electrophoresis 62 over time. Thus, when the band 66 of each lane passes through the position on the optical path 61, the fluorescence is detected, and the pattern signal of the fluorescence intensity in one lane is shown in FIG.
Is detected as shown in FIG. Therefore, when the band 66 passes through the position on the optical path 61, a peak of the fluorescence intensity is obtained. Therefore, the fluorescence intensity pattern signal shown in FIG. 18B is a fluorescence intensity pattern signal of the band 66 in the electrophoresis direction 62.

【0016】データ処理装置52では、計算機本体54
により泳動計測装置51から送出されるDNA断片の蛍
光強度パターン信号のデータを受けて、蛍光強度パター
ンのデータから分子量の比較やDNAの塩基配列を決定
するデータ処理を行う。データ処理を行い決定された塩
基等の並びは、記号化して出力され、ディスプレイ装置
56により画面表示され、またはプリンタ57により印
刷出力される。
In the data processing device 52, a computer main body 54
Receives the data of the fluorescence intensity pattern signal of the DNA fragment transmitted from the electrophoresis measurement device 51, and performs data processing for comparing the molecular weight and determining the DNA base sequence from the data of the fluorescence intensity pattern. The arrangement of bases and the like determined by performing the data processing is symbolized and output, displayed on the screen by the display device 56, or printed out by the printer 57.

【0017】以上の例では試料の標識法として蛍光色素
を用いる装置例を示したが、他の例として、同様に蛍光
色素で標識し、電気泳動を行った後に、電気泳動パター
ンによる蛍光パターンを読み取る装置が特開平1−16
7649号公報に開示されている。この他の例の装置
は、前述したような電気泳動を行いながら同時に読み取
り部を通過する蛍光パターンの分布を読み取るタイプと
は異なり、電気泳動を終了してから泳動部全体の蛍光パ
ターンを読み取るタイプとなっている。
In the above example, an example of an apparatus using a fluorescent dye as a sample labeling method has been described. However, as another example, after similarly labeling with a fluorescent dye and performing electrophoresis, a fluorescent pattern based on the electrophoretic pattern is obtained. A reading device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-16.
No. 7649. The apparatus of this other example is different from the type that reads the distribution of the fluorescent pattern that simultaneously passes through the reading unit while performing the electrophoresis as described above, and is a type that reads the fluorescent pattern of the entire migration unit after the electrophoresis is completed. It has become.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな電気泳動を終了してから泳動部全体の蛍光パターン
を読み取るタイプでは、様々な試料を読み取ることが可
能である。読み取る試料には、例えば、ゲルに注入した
DNAとメンブレンフィルタ転写したDNAとに大きく
分けられる。
By the way, with the type in which the fluorescence pattern of the entire electrophoresis section is read after the electrophoresis is completed as described above, various samples can be read. Samples to be read are roughly divided into, for example, DNA injected into a gel and DNA transferred to a membrane filter.

【0019】ゲルとメンブレンフィルタでは、光学的屈
折率が異なる。また、実験手法によりゲルの種類や厚み
も異なる。このように試料によって光学的屈折率や厚み
の相違があるため、励起光を照射してから発光した蛍光
が集光レンズを通って、受光部入口で焦点を結ぶまでの
光軸がずれてしまう。更に、ゲルのガラス支持体の厚み
のバラツキや光学的屈折率の相違によっても、光軸がず
れてしまう。これらの光軸のずれにより、検出すベき蛍
光が受光部入口の外側で焦点を結んでしまい、光センサ
に届く光量が減少する。このため、蛍光パターンの検出
感度の低下を招くという問題を有している。
The gel and the membrane filter have different optical refractive indices. Also, the type and thickness of the gel differ depending on the experimental method. Since there is a difference in optical refractive index and thickness depending on the sample in this way, the optical axis from the irradiation of the excitation light to the emission of the fluorescent light passing through the condenser lens and being focused at the entrance of the light receiving unit is shifted. . Further, the optical axis is also shifted due to the variation in the thickness of the gel glass support or the difference in the optical refractive index. Due to these optical axis shifts, the fluorescence to be detected is focused outside the entrance of the light receiving unit, and the amount of light reaching the optical sensor decreases. Therefore, there is a problem that the detection sensitivity of the fluorescent pattern is reduced.

【0020】本発明の目的は、多様な厚みの読み取り試
料および多様な光学的屈折率の読み取り試料に対し、光
走査系の光軸のズレを検出し自動補正することにより、
蛍光の読み取り感度を改善する蛍光パターン読み取り装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to detect and automatically correct the deviation of the optical axis of an optical scanning system for reading samples of various thicknesses and reading samples of various optical refractive indices.
It is an object of the present invention to provide a fluorescence pattern reading device that improves the fluorescence reading sensitivity.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蛍光パターン読み取り装置は、試料を電気
泳動して展開した後の試料を標識している蛍光物質を励
起して蛍光を発光させ、発光する蛍光パターンを読み取
る泳動パターン読み取り装置において、泳動パターンの
蛍光物質を励起させる照射光を発光する光源と、光源か
らの照射光を所定の光軸に沿って走査しゲルの厚み方向
に照射する光走査機構と、照射光の光軸とは異なる方向
に受光面を設定して受光経路の空間的位置関係により泳
動パターンの蛍光を読み取り面の散乱光から分離して受
光する受光部と、受光部で受光した光信号の光電変換を
行い電気信号を出力する光電変換部と、光電変換部から
の電気信号に対して照射光の走査と対応して積分動作を
行って増幅し順次に泳動パターンから蛍光の電気信号を
出力する増幅器と、増幅器からの電気信号を光軸検出信
号として受けて照射光の光軸の補正を行う光軸補正部と
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fluorescent pattern reader of the present invention emits fluorescence by exciting a fluorescent substance labeling a sample after electrophoresis and development of the sample. In a migration pattern reading device that reads a fluorescent pattern that emits light, a light source that emits irradiation light that excites the fluorescent substance of the migration pattern, and scans the irradiation light from the light source along a predetermined optical axis in the thickness direction of the gel. A light scanning mechanism for irradiating, and a light receiving unit for setting a light receiving surface in a direction different from the optical axis of the irradiation light and separating and receiving the fluorescence of the migration pattern from the scattered light on the reading surface according to the spatial positional relationship of the light receiving path A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts an optical signal received by the light receiving unit and outputs an electric signal; and performs an integration operation on the electric signal from the photoelectric conversion unit in correspondence with scanning of irradiation light to amplify and sequentially perform An amplifier for outputting an electric signal of the fluorescence from the dynamic pattern, characterized by comprising an optical axis correcting unit that performs electrical signal to correct the optical axis of the irradiation light by receiving an optical axis detection signal from the amplifier.

【0022】[0022]

【作用】本発明の蛍光パターン読み取り装置において、
光源は泳動パターンの蛍光物質を励起させる照射光を発
光する。光走査機構が光源からの照射光を所定の光軸に
沿って走査しゲルの厚み方向に照射すると、受光部が照
射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定して受光経路
の空間的位置関係により泳動パターンの蛍光を読み取り
面の散乱光から分離して受光する。光電変換部は、受光
部で受光した光信号の光電変換を行って電気信号を出力
する。そして、増幅器が、光電変換部からの電気信号に
対して照射光の走査と対応して積分動作を行って増幅
し、順次に泳動パターンから蛍光の電気信号を出力す
る。ここでは、更に、光軸補正部が備えられる。
According to the fluorescent pattern reading apparatus of the present invention,
The light source emits irradiation light for exciting the fluorescent substance in the migration pattern. When the light scanning mechanism scans the irradiation light from the light source along the predetermined optical axis and irradiates the gel in the thickness direction, the light receiving unit sets the light receiving surface in a direction different from the optical axis of the irradiation light, and sets a space for the light receiving path. The fluorescence of the migration pattern is separated from the scattered light on the reading surface and received according to the positional relationship. The photoelectric conversion unit performs photoelectric conversion of an optical signal received by the light receiving unit and outputs an electric signal. Then, the amplifier performs an integration operation on the electric signal from the photoelectric conversion unit in correspondence with the scanning of the irradiation light, amplifies the electric signal, and sequentially outputs a fluorescent electric signal from the migration pattern. Here, an optical axis correction unit is further provided.

【0023】光軸補正部は、増幅器からの電気信号を光
軸検出信号として受けて照射光の光軸の補正を行う。光
軸補正部が行う照射光の光軸の補正は、多様な厚みの読
み取り試料および多様な光学的屈折率の読み取り試料に
対して、光軸のズレを感知して、光走査系の光軸を補正
する光軸補正である。このため、光軸補正部は、例え
ば、光源からの照射光の光軸を変化させる折り返しミラ
ーと、折り返しミラーの角度を変化させる光軸補正用ア
クチュエータと、アクチュエータを駆動制御するアクチ
ュエータドライバと、アクチェエータドライバに駆動制
御信号を与える制御回路とを備える。光軸補正用アクチ
ェエータは、例えば、セラミックアクチュエータであ
り、制御回路は、フィードバック制御回路であり、増幅
器からの電気信号を光軸検出信号として受け、該光軸検
出信号の強度が極値となる方向に、アクチェエータドラ
イバへの駆動制御信号を発生する。
The optical axis correction unit receives the electric signal from the amplifier as an optical axis detection signal and corrects the optical axis of the irradiation light. The correction of the optical axis of the irradiation light performed by the optical axis correction unit is performed by detecting the deviation of the optical axis with respect to the read samples having various thicknesses and the read samples having various optical refractive indexes, and detecting the optical axis of the optical scanning system. Is an optical axis correction for correcting For this reason, the optical axis correction unit includes, for example, a folding mirror that changes the optical axis of irradiation light from a light source, an optical axis correction actuator that changes the angle of the folding mirror, an actuator driver that drives and controls the actuator, and an actuator. And a control circuit for supplying a drive control signal to the chain driver. The optical axis correction actuator is, for example, a ceramic actuator, and the control circuit is a feedback control circuit, which receives an electric signal from the amplifier as an optical axis detection signal, and in which the intensity of the optical axis detection signal becomes an extreme value. Then, a drive control signal to the actuator driver is generated.

【0024】これにより、読み取る泳動パターンの蛍光
検出では、試料面から発光してくる蛍光の受光量が最大
となる角度位置に折り返しミラーの光軸が設定され、感
度良く試料からの蛍光を読み取ることができる。したが
って、試料ごとの厚みや光学的屈折率の相違による試料
面からの焦光レンズまでの光学的距離の相違を補正で
き、高感度で蛍光パターンを読み取ることができる。
Thus, in the fluorescence detection of the migration pattern to be read, the optical axis of the folding mirror is set at an angle position where the amount of the fluorescence emitted from the sample surface is maximized, and the fluorescence from the sample can be read with high sensitivity. Can be. Therefore, the difference in the optical distance from the sample surface to the focal lens due to the difference in the thickness and the optical refractive index of each sample can be corrected, and the fluorescent pattern can be read with high sensitivity.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体
的に説明する。図1は本発明の一実施例にかかる蛍光パ
ターン読み取り装置の全体構成を説明する概略図であ
り、図2は蛍光パターン読み取り装置の計測部本体に装
着する泳動部の装着位置を説明する図である。図1に示
すように、蛍光パターン読み取り装置は、電気泳動ユニ
ット1と読み取りユニット6とが分離されて全体の装置
が構成される。電気泳動ユニット1は、電気泳動を行う
ベースとなるゲルと該ゲルをガラス板などで挟み込んで
支持するゲル支持体とからなる泳動部ユニット5と、泳
動部ユニット5が装着され該泳動部ユニット(以下では
泳動部と略称する)5に電気泳動電圧を加える第1電極
2aおよび第2電極2bと、第1電極2aおよび第2電
極2bを支えると共に泳動部5を支える支持板3と、電
気泳動電圧を供給する電気泳動用電源装置4とから構成
される。泳動部5は、前述したように、電気泳動を行う
試料を展開するベースとなるポリアクリルアミドなどの
ゲルと、該ゲルを両側から挟んで支持するガラス板のゲ
ル支持体とから構成される(前述した図17(A)およ
び図17(B)参照)
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a fluorescent pattern reading device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a mounting position of an electrophoresis unit mounted on a measurement unit main body of the fluorescent pattern reading device. is there. As shown in FIG. 1, the fluorescent pattern reading device has an electrophoresis unit 1 and a reading unit 6 which are separated from each other to constitute the entire device. The electrophoresis unit 1 includes a migration unit 5 including a gel serving as a base for performing electrophoresis and a gel support for supporting the gel by sandwiching the gel with a glass plate or the like; A first electrode 2a and a second electrode 2b for applying an electrophoretic voltage to the electrophoresis section 5; a support plate 3 supporting the first electrode 2a and the second electrode 2b and supporting the electrophoresis section 5; And an electrophoresis power supply 4 for supplying a voltage. As described above, the electrophoresis section 5 is composed of a gel such as polyacrylamide as a base on which a sample to be subjected to electrophoresis is developed, and a gel support of a glass plate which supports the gel with the gel sandwiched from both sides (described above). (See FIGS. 17A and 17B)

【0026】電気泳動ユニット1において、泳動部5が
装着され、泳動部5のゲルの上部から電気泳動するDN
Aフラグメントなどの断片化した試料が供給され、電気
泳動用電源装置4から第1電極2aおよび第2電極2b
に泳動電圧が印加され、電気泳動が行われる。電気泳動
ユニット1で電気泳動を行った後の泳動部5は、電気泳
動ユニット1から取り外し、次に、読み取りユニット6
に装着し、電気泳動パターンの読み取りを行う。
In the electrophoresis unit 1, the electrophoresis unit 5 is mounted, and the DN that electrophoreses from the upper part of the gel of the electrophoresis unit 5.
A fragmented sample such as an A fragment is supplied, and the first electrode 2a and the second electrode 2b are supplied from the power supply device 4 for electrophoresis.
Is applied with electrophoresis to perform electrophoresis. After the electrophoresis in the electrophoresis unit 1, the electrophoresis unit 5 is detached from the electrophoresis unit 1, and then the reading unit 6
And read the electrophoresis pattern.

【0027】読み取りユニット6は、電気泳動ユニット
1で電気泳動を行った泳動部5をそのままの状態で(ま
たは泳動部5からゲルのみを取り出したゲルの状態で)
計測部本体7に装着して、電気泳動パターンを読み取っ
て、データ処理を行う。読み取りユニット6は、図1に
示すように、計測部本体7を主要部として構成され、デ
ータ処理装置8およびイメージプリンタ9等が付加され
て構成される。データ処理装置8およびイメージプリン
タ9は、計測部本体7で読み取った電気泳動パターンの
イメージデータに対して、データ処理,イメージ処理,
判定処理などを行い、読み取った電気泳動パターンデー
タを加工して出力する。計測部本体7には、図2に示す
ように、電気泳動ユニット1において既に電気泳動を行
った泳動部(ゲルおよびゲル支持体からなる泳動部ユニ
ット)5を装着して読み取る読取り台7cが、本体上部
の蓋7aの直下に設けられている。
The reading unit 6 keeps the electrophoresis unit 5 that has performed electrophoresis in the electrophoresis unit 1 as it is (or in a gel state where only the gel is taken out of the electrophoresis unit 5).
It is mounted on the measuring section main body 7, reads an electrophoresis pattern, and performs data processing. As shown in FIG. 1, the reading unit 6 is configured with a measuring unit main body 7 as a main part, and is configured by adding a data processing device 8, an image printer 9, and the like. The data processing device 8 and the image printer 9 perform data processing, image processing, and image processing on the electrophoresis pattern image data read by the measurement unit main body 7.
A determination process is performed, and the read electrophoresis pattern data is processed and output. As shown in FIG. 2, the measuring unit main body 7 includes a reading table 7 c to which an electrophoresis unit (electrophoresis unit unit including a gel and a gel support) 5 that has already electrophoresed in the electrophoresis unit 1 is mounted and read. It is provided directly below the lid 7a at the top of the main body.

【0028】電気泳動ユニット1から取り外した泳動部
5は、計測部本体7において、計測部本体上部の蓋7a
を開けて読み取り台7cに装着される。読み取り台7c
に泳動部5の読み取り対象のゲルを装着した後、蓋7a
を閉じて、計測部本体7の操作表示パネル7bの読み取
り開始スイッチを押下すると、計測部本体7が泳動部5
のゲルの電気泳動パターンの読み取りを開始する。電気
泳動パターンの読み取りが開始されると、計測部本体7
に内蔵する点光源からの照射光の走査が開始され、装着
した泳動部5のゲルに励起光を照射し、蛍光物質を励起
させ、これにより発光した蛍光を受光して、蛍光物質の
分布のパターンを計測する。データ処理装置8は、計測
部本体7で計測した読み取りデータを基にデータ処理を
行い、また、計測部本体7の制御を行う。データ処理さ
れたデータは、イメージプリンタ9により出力されて可
視化される。このイメージプリンタでは、各試料に対し
て泳動パターンを区別して泳動パターンを印刷する。
The electrophoresis section 5 removed from the electrophoresis unit 1 is attached to the lid 7a of the upper section of the measurement section main body in the measurement section main body 7.
Is opened and attached to the reading table 7c. Reading stand 7c
After the gel to be read by the electrophoresis unit 5 is attached to the
Is closed and the reading start switch on the operation display panel 7b of the measuring section main body 7 is pressed, the measuring section main body 7
Start reading the electrophoresis pattern of the gel. When the reading of the electrophoresis pattern is started, the measurement unit body 7
The scanning of the irradiation light from the point light source built in is started, the excitation light is irradiated on the gel of the mounted electrophoresis section 5 to excite the fluorescent substance, and the emitted fluorescent light is received, and the distribution of the fluorescent substance distribution is Measure the pattern. The data processing device 8 performs data processing based on the read data measured by the measuring section main body 7 and controls the measuring section main body 7. The processed data is output and visualized by the image printer 9. In this image printer, a migration pattern is printed on each sample while distinguishing the migration pattern.

【0029】蛍光パターン読み取り装置を用いて、試料
の電気泳動分析を行う場合、前述したように、まず、電
気泳動ユニット1を用いて、蛍光色素(蛍光物質)によ
り標識した試料(DNAフラグメント)の電気泳動を行
う。約5時間位の所定時間の電気泳動の終了後、泳動部
5を電気泳動ユニット1から取り外す。取り外した泳動
部5のゲルは、そのままの泳動部5の状態で、あるいは
ゲル支持体のガラスを外した状態で、読み取りユニット
6の計測部本体7の上部の蓋7aを開き、内部の読み取
り台7cの上部に載置する。そして、蓋7aを閉じて、
読み取りユニットへのセットが完了する。このとき、電
気泳動を行ったゲルが蛍光色素で標識されていない試料
の場合には、この段階において、試料に対して、蛍光色
素をつける処理を施すようにしてもよい。また、このと
き、ゲルの乾燥等の処理も行う。
When performing electrophoretic analysis of a sample using a fluorescent pattern reader, as described above, first, the sample (DNA fragment) labeled with a fluorescent dye (fluorescent substance) is used by using the electrophoresis unit 1. Perform electrophoresis. After completion of the electrophoresis for a predetermined time of about 5 hours, the electrophoresis section 5 is detached from the electrophoresis unit 1. With the gel of the electrophoresis unit 5 removed, with the electrophoresis unit 5 as it is or with the glass of the gel support removed, open the upper lid 7a of the measurement unit main body 7 of the reading unit 6, and open the internal reading table. 7c. Then, close the lid 7a,
The setting to the reading unit is completed. At this time, if the gel on which the electrophoresis has been performed is a sample that is not labeled with a fluorescent dye, a process of applying a fluorescent dye to the sample may be performed at this stage. At this time, processing such as drying of the gel is also performed.

【0030】次に、電気泳動パターンの読み取り開始を
指示する操作を行う。読み取り開始の操作は、操作表示
パネル7bの読み取り開始スイッチの押圧操作の開始指
示により、またはデータ処理装置8からの読み取り開始
指示により行う。データ処理装置8によって読み取り動
作を開始する場合には、計測部本体7における泳動部ユ
ニットの装着状態が制御信号線を通してデータ処理装置
8の側に送られ、その状態を確認してデータ処理装置8
が計測部本体7の読み取りユニット部の動作を制御して
行う。この場合には、動作時の読み取り速度などのパラ
メータ設定を予めデータ処理装置8の側に登録しておく
ことにより、読み取り開始の操作が自動的に行われるの
で、操作者のスイッチ操作負担が軽減される。
Next, an operation for instructing the start of reading the electrophoresis pattern is performed. The reading start operation is performed according to a start instruction of a pressing operation of a reading start switch of the operation display panel 7b or a reading start instruction from the data processing device 8. When the reading operation is started by the data processing device 8, the mounting state of the electrophoresis unit in the measuring unit main body 7 is sent to the data processing device 8 through a control signal line, and the state is confirmed.
Controls the operation of the reading unit of the measuring unit body 7. In this case, the parameter setting such as the reading speed at the time of operation is registered in the data processing device 8 in advance, so that the reading start operation is performed automatically, so that the burden on the switch operation of the operator is reduced. Is done.

【0031】読み取られた蛍光色素の分布データは、デ
ータ処理装置8に送られる。データ処理装置8では、蛍
光強度のピーク検出処理,泳動距離を求める処理など予
めプログラムしてある所望の処理を行う。データ処理し
た結果のデータは、必要に応じてイメージプリンタ9に
より、蛍光強度を濃淡画像で印刷出力し、または蛍光強
度を等高線形式または色や濃度で区分けした画像として
印刷出力する。蛍光強度に応じた濃淡画像で印刷出力し
た画像は、従来から用いられている放射性物質で標識し
て電気泳動を行った放射性X線フィルム像と同様な画像
となる。また、必要に応じて、データ処理を行った結果
データは、磁気的または光学的記録装置にディジタルデ
ータとして記憶される。
The read distribution data of the fluorescent dye is sent to the data processing device 8. The data processing device 8 performs desired processing that is programmed in advance, such as processing for detecting the peak of the fluorescence intensity and processing for obtaining the migration distance. The data resulting from the data processing is printed out by the image printer 9 as a necessity, in the form of a gray-scale image of the fluorescence intensity, or printed out as an image in which the fluorescence intensity is divided into contour lines or colors or densities. An image printed and output as a gray-scale image corresponding to the fluorescence intensity is an image similar to a radioactive X-ray film image obtained by labeling with a conventionally used radioactive substance and performing electrophoresis. If necessary, the data resulting from the data processing is stored as digital data in a magnetic or optical recording device.

【0032】図3は光軸補正機構部を含む計測部本体の
主要部の構成を示すブロック図である。図4は自動光軸
補正を行う光軸補正機構の機構部の概略構成を説明する
図であり、また、図5は光軸補正機構の機構部のアクチ
ェエータの構成を説明する図である。計測部本体7に
は、図3のブロック図の上部側に示されているように、
照射光の光軸補正を行う光軸補正機構40が設けられて
いる。図4に示す光軸補正機構の機構部の概略構成図
は、図3に示す光軸補正機構40の機構部の光学系の一
部の構造の縦断面図となっている。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the main part of the measuring section main body including the optical axis correcting mechanism section. FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a mechanism of an optical axis correction mechanism that performs automatic optical axis correction, and FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an actuator of the mechanism of the optical axis correction mechanism. As shown in the upper part of the block diagram of FIG.
An optical axis correction mechanism 40 that performs optical axis correction of irradiation light is provided. The schematic configuration diagram of the mechanical part of the optical axis correction mechanism shown in FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a part of the structure of the optical system of the mechanical part of the optical axis correction mechanism 40 shown in FIG.

【0033】まず、図3を参照して、蛍光パターン読み
取りを行う計測部本体7における全体の動作の流れを説
明する。計測部本体において、電気泳動後の泳動パター
ンを標識している蛍光物質を励起するためのレーザビー
ム31は、光源21から発光され、ミラードライバ30
で駆動される振動ミラー22により、図の右左方向にス
キャンされながら、光軸補正機構40の折り返しミラー
44に照射される。この折り返しミラー44は、照射光
(レーザビーム)の光軸補正の動作時に、折り返しミラ
ー44に取り付けられたアクチュエータ41が駆動さ
れ、折り返しミラー44を変位させて、レーザビーム3
1の光軸を図面の表裏方向に変化させ、ゲル5からの泳
動パターンの蛍光の受光感度が最適な感度となる位置に
折り返しミラー44の変位の位置決めを行う。これによ
り、振動ミラー22でスキャンされたレーザビーム31
は、光軸補正のために変位された折り返しミラー44に
よって反射された後、泳動部5のゲルの厚み方向に照射
される。
First, with reference to FIG. 3, the flow of the whole operation in the measuring section main body 7 for reading the fluorescent pattern will be described. In the measurement unit main body, a laser beam 31 for exciting a fluorescent substance that labels a migration pattern after electrophoresis is emitted from a light source 21 and a mirror driver 30 is emitted.
The light is irradiated onto the turning mirror 44 of the optical axis correction mechanism 40 while being scanned in the right and left directions in FIG. During the operation of correcting the optical axis of the irradiation light (laser beam), the folding mirror 44 is driven by the actuator 41 attached to the folding mirror 44 to displace the folding mirror 44 so that the laser beam 3
The optical axis 1 is changed in the front and back direction of the drawing, and the displacement of the return mirror 44 is positioned at a position where the sensitivity of receiving the fluorescence of the electrophoresis pattern from the gel 5 becomes optimal. Thereby, the laser beam 31 scanned by the vibrating mirror 22
Is reflected by the folding mirror 44 displaced for optical axis correction, and then irradiated in the thickness direction of the gel of the electrophoresis unit 5.

【0034】即ち、光源21からのレーザビーム31
は、振動ミラー22により図面の左右方向にスキャンさ
れるように反射され、折り返しミラー44によって更に
反射されて、読み取り対象の泳動部5のゲルに照射され
る。レーザビーム31を一回スキャンするごとに、泳動
部5に対して、レーザビーム31のスキャン方向とは垂
直の方向、つまり、図面の表裏方向にレーザビームを移
動させることにより、泳動部5の全体を読み取ることが
できる。このサブスキャン方向の移動は、読み取り台7
cに載置された泳動部5を読み取り駆動機構により移動
させることにより行う(図2)。また、泳動部5のレー
ザビーム31が照射される照射面と反対の側には、ゲル
を透過したレーザビーム31が、迷光として悪影響を与
えないように光トラップ32が設けられてる。
That is, the laser beam 31 from the light source 21
Is reflected by the oscillating mirror 22 so as to be scanned in the horizontal direction of the drawing, further reflected by the folding mirror 44, and irradiates the gel of the migration unit 5 to be read. Each time the laser beam 31 is scanned once, the entirety of the electrophoresis unit 5 is moved by moving the laser beam relative to the electrophoresis unit 5 in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam 31, that is, in the front and back directions in the drawing. Can be read. The movement in the sub-scan direction is performed by the reading table 7.
This is carried out by moving the electrophoresis section 5 placed on c by a reading drive mechanism (FIG. 2). Further, an optical trap 32 is provided on the opposite side of the irradiation surface of the electrophoresis unit 5 from which the laser beam 31 is irradiated, so that the laser beam 31 transmitted through the gel does not adversely affect the stray light.

【0039】振動ミラー22によりスキャンされたレー
ザビーム31のスポット光の照射により、泳動部5のゲ
ルから発光する蛍光13を集光器23を通して受光す
る。集光器23は蛍光13を受光するため受光経路の光
軸が泳動部5を照射するスポット光の光軸とは異なるよ
うに、また、光学レンズ系により受光経路の光学経路の
空間的位置関係を定めて光学経路を構成し、泳動部5の
照射面から発する散乱光からの検出感度を高めて、蛍光
13を受光する。集光器23で受光され集光された蛍光
13は、更に集光レンズ,光学フィルタ,光電子増倍管
によって構成される光電変換部24により光電変換さ
れ、電気信号に変換される。変換された電気信号は増幅
器25に入力される。そして、増幅器25によって増幅
された電気信号が、アナログ・ディジタル変換器(以
下、A/D変換器と略称する)26に入力され、ディジ
タルデータに変換される。ディジタルデータに変換され
た検出信号は、メモリ28に記憶され、メモリ28に記
憶されたデータがインタフェース29を通して、データ
処理装置8に送られる。このような一連の信号処理の全
体制御は制御回路27によって行われる。
The irradiation of the spot light of the laser beam 31 scanned by the vibrating mirror 22 causes the fluorescence 13 emitted from the gel of the electrophoresis section 5 to be received through the condenser 23. The condenser 23 receives the fluorescent light 13 so that the optical axis of the light receiving path is different from the optical axis of the spot light illuminating the electrophoresis unit 5 and the spatial positional relationship of the optical path of the light receiving path is determined by an optical lens system. , An optical path is configured, the detection sensitivity from the scattered light emitted from the irradiation surface of the electrophoresis unit 5 is increased, and the fluorescence 13 is received. The fluorescent light 13 received and collected by the light collector 23 is further photoelectrically converted by a photoelectric conversion unit 24 including a condenser lens, an optical filter, and a photomultiplier, and is converted into an electric signal. The converted electric signal is input to the amplifier 25. Then, the electric signal amplified by the amplifier 25 is input to an analog / digital converter (hereinafter abbreviated as A / D converter) 26 and converted into digital data. The detection signal converted into digital data is stored in the memory 28, and the data stored in the memory 28 is sent to the data processing device 8 through the interface 29. The overall control of such a series of signal processing is performed by the control circuit 27.

【0039】次に、光軸補正機構40の動作を、図4を
参照して更に説明する。図4は光軸補正機構40の光学
系を中心としてその概略構成を示している。ここでの蛍
光パターン読み取り装置においては、泳動部5のゲル5
aをガラス板(ガラム支持板5b,読み取り台7cのガ
ラス板など)ごとに読み取る構成としているので、ガラ
スの厚さの違い、ゲルの厚みが均一でないこと、また、
使用するゲルの厚みや屈折率の違いなどにより、光学的
な距離が試料ごとに異なることになる。このため、集光
器23により受光される蛍光13の焦点位置がずれ、試
料ごとに受光光量に違いが生ずる。このため、ここでの
光軸補正機構40の動作により、アクチュータ41によ
り折り返しミラー44を変位させて、泳動部5のゲル5
aに照射されるレーザビームの照射位置を、図4に示す
ように、左右方向にずらすことにより、折り返しミラー
44から集光器23までの光軸45を最適な位置に補正
して、ゲル5aからの蛍光13を安定的に受光するよう
に自動光軸補正を行う。
Next, the operation of the optical axis correcting mechanism 40 will be further described with reference to FIG. FIG. 4 shows a schematic configuration of the optical axis correction mechanism 40 centering on the optical system. In the fluorescence pattern reading device here, the gel 5 of the electrophoresis section 5 is used.
Since a is read for each glass plate (such as the glass support plate 5b and the glass plate of the reading table 7c), the difference in the thickness of the glass and the unevenness in the gel thickness are also considered.
The optical distance differs for each sample depending on the thickness of the gel used, the difference in the refractive index, and the like. For this reason, the focus position of the fluorescent light 13 received by the light collector 23 shifts, and the amount of received light differs for each sample. For this reason, by the operation of the optical axis correcting mechanism 40 here, the folding mirror 44 is displaced by the actuator 41 and the gel 5 of the electrophoresis section 5 is displaced.
As shown in FIG. 4, the irradiation position of the laser beam irradiated on the laser beam a is shifted in the left-right direction, so that the optical axis 45 from the return mirror 44 to the condenser 23 is corrected to an optimum position, and the gel 5 a Automatic optical axis correction is performed so as to stably receive the fluorescent light 13 from the camera.

【0040】光軸補正には、光学系における通常の光学
技術が利用できる。例えば、光の回折現象を利用した音
響光学素子を用いて補正する方法や、その他のアクチュ
エータを利用した方法が用いられる。この実施例におい
ては、折り返しミラー44を圧電セラミック素子による
アクチュエータ41で制御する方法を用いる。
For optical axis correction, ordinary optical techniques in an optical system can be used. For example, a correction method using an acousto-optic element using a light diffraction phenomenon or a method using another actuator is used. In this embodiment, a method in which the folding mirror 44 is controlled by the actuator 41 using a piezoelectric ceramic element is used.

【0041】再び、図3を参照して、アクチュエータ4
1を駆動する制御系についての説明を行う。ゲルから発
生する蛍光13は集光器23により受光されて集光さ
れ、光電変換部24により電気信号に変換され、増幅器
25により増幅され、更にA/D変換器26によりディ
ジタルデータに変換されるので、光軸補正の制御信号を
発生する検出信号としてはこのディジタルデータを用い
る。すなわち、検出された蛍光強度に比例したディジタ
ルデータを光軸検出信号として用い、検出される信号強
度が最大となるようにフィードバックループの制御系を
構成する。この制御系の処理は制御回路27を構成して
いるマクロコンピュータが一連の制御信号の処理を行っ
て、アクチュエータ制御回路43に制御信号を送出する
ことによって、制御動作が行なわれる。アクチュエータ
制御回路43は、アクチュエータドライバ42に対して
制御信号を送り、アクチュエータドライバ42はアクチ
ュータ41を駆動する。アクチュエータ41には折り返
しミラー44が取り付けられており、アクチュエータ4
1がアクチュエータドライバ42によって駆動される
と、折り返しミラー44の反射角度が変位する。折り返
しミラー44の微小の変位によって、泳動部5に照射さ
れるレーザビームの光軸が変化する。光軸の変化は、光
軸検出信号の大きさが最も大きくなるように制御され
る。
Referring again to FIG.
1 will be described. The fluorescent light 13 generated from the gel is received and collected by a light collector 23, converted into an electric signal by a photoelectric converter 24, amplified by an amplifier 25, and further converted into digital data by an A / D converter 26. Therefore, this digital data is used as a detection signal for generating a control signal for optical axis correction. That is, digital data proportional to the detected fluorescence intensity is used as an optical axis detection signal, and a feedback loop control system is configured so that the detected signal intensity is maximized. In the processing of this control system, a macro computer constituting the control circuit 27 performs a series of control signal processing and sends a control signal to the actuator control circuit 43, whereby a control operation is performed. The actuator control circuit 43 sends a control signal to the actuator driver 42, and the actuator driver 42 drives the actuator 41. A folding mirror 44 is attached to the actuator 41.
When 1 is driven by the actuator driver 42, the reflection angle of the return mirror 44 is displaced. The optical axis of the laser beam applied to the electrophoresis unit 5 changes due to the minute displacement of the folding mirror 44. The change in the optical axis is controlled so that the magnitude of the optical axis detection signal is maximized.

【0042】折り返しミラー44を変位させるアクチュ
エータの制御動作では、まず、泳動部5のゲルを読み取
るに当たって、レーザビームをスキャンさせ、一回スキ
ャンする毎に、アクチュエータ41への印加電圧を変え
て、折り返しミラー44を変位させる。スキャンする毎
に光電変換部24から検出される電気信号の大きさのデ
ータを、増幅器25,A/D変換器26,メモリ28を
介して受け取り、逐次比較して、電気信号の大きさが最
大となるときのアクチュエータ40の印加電圧を記憶し
ておく。電気信号の大きさが最大となる時のアクチュエ
ータへの印加電圧を発生する制御信号を、折り返しミラ
ー44の最適な位置とする基準制御信号とする。アクチ
ュエータの印加電圧を変化させる場合、まず、その可変
幅とステップ幅を設定する。最初は、印加電圧の可変幅
とステップ幅を大きく設定して、電気信号が高い印加電
圧の値を大まかにつかむ。そして、次に得られた印加電
圧の値を基準に設定して、可変幅とステップ幅とを小さ
く設定して、印加電圧を決定する。このようにして決定
された印加電圧をアクチュエータ41に供給するこによ
り、照射光となるレーザビーム31の光軸補正の制御が
行なわれる。
In the control operation of the actuator for displacing the folding mirror 44, first, when the gel of the electrophoresis section 5 is read, a laser beam is scanned, and the voltage applied to the actuator 41 is changed every time scanning is performed. The mirror 44 is displaced. The data of the magnitude of the electric signal detected from the photoelectric conversion unit 24 every time scanning is performed is received via the amplifier 25, the A / D converter 26, and the memory 28, and is sequentially compared. The voltage applied to the actuator 40 when? A control signal for generating a voltage applied to the actuator when the magnitude of the electric signal is maximum is used as a reference control signal for setting the optimum position of the folding mirror 44. When changing the voltage applied to the actuator, first, the variable width and the step width are set. First, the variable width and the step width of the applied voltage are set to be large, and the value of the applied voltage at which the electric signal is high is roughly grasped. Then, the value of the applied voltage obtained next is set as a reference, the variable width and the step width are set small, and the applied voltage is determined. By supplying the applied voltage determined in this manner to the actuator 41, the control of the optical axis correction of the laser beam 31 as the irradiation light is performed.

【0043】次に、光軸補正機構40のアクチュエータ
41について説明する。図5を参照すると、光軸補正機
構の機構部の折り返しミラー44を取り付けたアクチュ
エータ41の構造が示されている。主要部を構成するア
クチュエータ41には、図5に示すように、圧電材料の
2枚の圧電セラミックス板41a,41bを張り合わせ
た構造の圧電型のアクチュエータが用いられる。ここで
の圧電型のアクチュエータ41は、バイモルフ型アクチ
ュエータと呼ばれるものであり、バイモルフ型アクチュ
エータは、2枚のセラミック板を接着剤で貼り合わせる
という簡易な作成方法に加え、変位拡大率も大きい特徴
がある。基本的には、長さ方向に伸縮する圧電セラミッ
クス板を2枚貼り合わせた構造であり、一方が伸びたと
き、他方が縮み、全体として屈曲変位を起こす。応答周
波数を高くし、駆動力の発生力を大きくとるためには、
セラミック板41a,41bの間にシムと呼ばれる弾性
板41cを挾み込んだ構造とする。この弾性板41cと
しては、燐青銅板などが用いられる。屈曲させる動作
は、シム(弾性板)41cをマイナス極とし、2枚のセ
ラミック板41a,41bをプラス極として電界を印加
する。印加されたアクチュエータ40の屈曲変位によ
り、アクチュエータ41を取り付けた折り返しミラー4
4が変位させられる。
Next, the actuator 41 of the optical axis correcting mechanism 40 will be described. Referring to FIG. 5, there is shown a structure of an actuator 41 to which a folding mirror 44 of a mechanism of the optical axis correcting mechanism is attached. As the actuator 41 constituting the main part, as shown in FIG. 5, a piezoelectric actuator having a structure in which two piezoelectric ceramic plates 41a and 41b made of a piezoelectric material are bonded to each other is used. The piezoelectric type actuator 41 here is called a bimorph type actuator. The bimorph type actuator is characterized by a large displacement enlargement ratio in addition to a simple manufacturing method of bonding two ceramic plates with an adhesive. is there. Basically, it has a structure in which two piezoelectric ceramic plates that expand and contract in the length direction are bonded together, and when one expands, the other contracts, causing a bending displacement as a whole. To increase the response frequency and generate the driving force,
An elastic plate 41c called a shim is sandwiched between the ceramic plates 41a and 41b. As the elastic plate 41c, a phosphor bronze plate or the like is used. In the bending operation, an electric field is applied using the shim (elastic plate) 41c as a negative pole and the two ceramic plates 41a and 41b as positive poles. The bending mirror 4 to which the actuator 41 is attached is formed by the applied bending displacement of the actuator 40.
4 are displaced.

【0043】このように、光軸補正機構40の機構部
は、折り返しミラー44のミラー面の裏側にアクチュエ
ータ41の2枚のセラミック板41a,41bに挾まれ
たシム41cの端部を取り付け、折り返しミラー44を
取り付けていない側のアクチュエータ41の端面を固定
する。また、ここでのシム41cはU字型に曲げられて
いる。これにより、シムを曲げないで折り返しミラー4
4を取り付けるよりも、更に大きな変位量を得られるよ
うになる。アクチュエータ41の駆動制御に関しては、
印加電圧の可変スピードとレーザビームの31のスキャ
ンスピードとを同期させるようにする。
As described above, the mechanical portion of the optical axis correcting mechanism 40 has the end of the shim 41c sandwiched between the two ceramic plates 41a and 41b of the actuator 41 attached to the back side of the mirror surface of the folding mirror 44, and is folded back. The end face of the actuator 41 on which the mirror 44 is not attached is fixed. The shim 41c here is bent in a U-shape. This allows the mirror 4 to be folded without bending the shim.
4, a larger displacement can be obtained. Regarding the drive control of the actuator 41,
The variable speed of the applied voltage and the scan speed of the laser beam 31 are synchronized.

【0044】次にレーザビームを泳動部5のゲルの照射
面に照射する光走査機構について説明する。図6は、振
動ミラーを用いてゲル面をレーザビームでスキャンする
光走査機構を説明する図であり、図7は振動ミラーの回
転角とレーザビームのスポット光の移動距離の関係を説
明する図である。ここでの光走査機構では、泳動部5
と、光源21,振動ミラー22との配置位置が、図6に
示すような位置関係にあるため、例えば、振動ミラー2
2がミラードライバ30により等角速度で振動するよう
に駆動された場合、泳動部5においては、両端部での光
スポットの移動速度が中央部(X=0)の付近よりも速
くなる。そのため、泳動部5の試料から検出される蛍光
の検出感度は、中央部と端部とでは差が生ずることにな
る。これに対して、この実施例では、泳動部5のゲル上
でレーザのスポット光の移動速度が等速となるように、
振動ミラーを駆動する速度を補正制御する。すなわち、
スポット光の位置Xに対するミラーの角度θの関係は、
図7に示すような関係となっており、振動ミラーの回転
中心と泳動部5の中央部との距離Zを用いると、ミラー
角度θは次式で表される。 θ=arctan(X/Z) ここで、Zは振動ミラー22の回転中心から泳動部5の
ゲルまでの距離であり、Xは振動ミラー22の回転中心
から泳動部5のゲルの面に垂線を下ろした点を原点とす
るゲルの面方向の距離である。
Next, an optical scanning mechanism for irradiating the laser irradiation surface of the electrophoresis section 5 with the laser beam will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating an optical scanning mechanism that scans the gel surface with a laser beam using a vibrating mirror, and FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the rotation angle of the vibrating mirror and the moving distance of the spot light of the laser beam. It is. In the optical scanning mechanism here, the electrophoresis section 5
And the arrangement positions of the light source 21 and the vibrating mirror 22 are in a positional relationship as shown in FIG.
When the mirror 2 is driven by the mirror driver 30 so as to vibrate at a constant angular velocity, the moving speed of the light spot at both ends of the electrophoresis unit 5 is faster than that near the center (X = 0). Therefore, the detection sensitivity of the fluorescence detected from the sample of the electrophoresis unit 5 is different between the center and the end. On the other hand, in the present embodiment, the moving speed of the laser spot light on the gel of the
The speed of driving the oscillating mirror is corrected and controlled. That is,
The relationship of the mirror angle θ to the spot light position X is
The relationship is as shown in FIG. 7. When the distance Z between the center of rotation of the vibrating mirror and the center of the electrophoresis unit 5 is used, the mirror angle θ is expressed by the following equation. θ = arctan (X / Z) where Z is the distance from the rotation center of the vibrating mirror 22 to the gel of the migrating unit 5, and X is the perpendicular from the rotation center of the vibrating mirror 22 to the gel surface of the migrating unit 5. This is the distance in the plane direction of the gel with the lowered point as the origin.

【0045】なお、この種の光走査機構における回転角
と移動距離との間の関係を補正する方法としては、fθ
レンズを用いる方法があるが、fθレンズは高価であ
り、fθレンズを装着するため装置が重くなるので、こ
こでは、光走査機構の振動ミラー回転角と移動距離との
間の補正を、ミラードライバ30に振動ミラー22の回
転角速度を可変制御する制御回路を備え、振動ミラー2
2の回転駆動速度を補正制御することにより行う。
As a method for correcting the relationship between the rotation angle and the moving distance in this type of optical scanning mechanism, fθ
Although there is a method using a lens, the fθ lens is expensive and the apparatus becomes heavy because the fθ lens is mounted. Therefore, here, the correction between the rotation angle of the vibration mirror and the moving distance of the optical scanning mechanism is performed by a mirror driver. 30 is provided with a control circuit for variably controlling the rotational angular velocity of the vibrating mirror 22;
This is performed by correcting and controlling the rotational drive speed of No. 2.

【0046】図8は、振動ミラーを回転駆動制御するミ
ラードライバの制御回路の要部構成を示すブロック図で
ある。振動ミラーのアクチュエータとしてはガルバメー
タスキャナを用いており、振動ミラーの回転角制御は、
回転角対応に比例した電圧を印加することによって制御
する。ゲルの照射面においてレーザビームのスポット光
が等速で移動するためには、照射面の距離Xと時間tが
比例関係となるように制御すればよい。振動ミラーの回
転角θとスポット光の移動距離Xとの関係は、図7に示
すような関係となっているので、図7のグラフの横軸を
時間軸、縦軸を電圧軸に対応させた電圧波形の信号を発
生させ、これを振動ミラーを駆動する駆動制御信号とす
る。このような駆動制御信号の発生は、ミラードライバ
30における制御回路により行い、発生した駆動制御信
号を振動ミラー22のアクチュエータに供給して、振動
ミラー22の駆動制御を行う。
FIG. 8 is a block diagram showing a main configuration of a control circuit of a mirror driver for controlling the rotational driving of the oscillating mirror. The galvanometer scanner is used as the actuator of the oscillating mirror.
Control is performed by applying a voltage proportional to the rotation angle. In order for the spot light of the laser beam to move at a constant speed on the irradiation surface of the gel, the distance X of the irradiation surface and the time t may be controlled so as to be in a proportional relationship. Since the relationship between the rotation angle θ of the vibrating mirror and the moving distance X of the spot light is as shown in FIG. 7, the horizontal axis of the graph in FIG. 7 corresponds to the time axis, and the vertical axis corresponds to the voltage axis. A signal having the generated voltage waveform is generated, and this is used as a drive control signal for driving the vibrating mirror. The generation of such a drive control signal is performed by a control circuit in the mirror driver 30, and the generated drive control signal is supplied to the actuator of the vibration mirror 22 to control the drive of the vibration mirror 22.

【0047】ミラードライバ30は、図7に示すよう
に、関数波形を記憶した読み出し専用メモリ30aと、
読み出した関数データを電圧信号に変換するデジタル・
アナログ変換回路30bと、変換された電圧信号を増幅
して駆動制御信号として出力するドライバ30cと、メ
モリに対し時系列的に読み出しアドレスを与えるカウン
タ30dと、カウンタにクロック信号を与える発振回路
30eとから構成されている。
As shown in FIG. 7, the mirror driver 30 includes a read-only memory 30a storing function waveforms,
A digital converter that converts the read function data into a voltage signal
An analog conversion circuit 30b, a driver 30c for amplifying the converted voltage signal and outputting it as a drive control signal, a counter 30d for providing a read address to the memory in time series, and an oscillation circuit 30e for providing a clock signal to the counter. It is composed of

【0048】計測部本体の制御回路27からの指示によ
り、発振回路30eが動作し、発振回路30eからのク
ロック信号がカウンタ30dに入力され、カウンタ30
dはクロック信号をカウントし、読み出し専用メモリ3
0aに供給する読み出しアドレスを時系列的に発生す
る。カウンタ30dから順次に発生される読み出しアド
レスが時系列的に読み出し専用メモリ30aに供給され
ると、読み出し専用メモリ30aからは予め記憶されて
いる関数データが順次に読み出される。読み出し専用メ
モリ30aには、予め振動ミラーの回転角に関する関数
データ(図7)が書き込んであり、このような関数デー
タが時系列的に読み出される。この例では関数データの
ビット数は、12ビットとしている。読み出された関数
データは、ディジタル・アナログ変換回路30bにおい
て振動ミラーの回転角を制御するアナログ信号の電圧信
号に変換される。この電圧信号は、ドライバ30cにお
いてステップ状のノイズをフィルタリングで除去し、更
に電力増幅して、駆動制御信号として、振動ミラー22
に供給される。これにより、泳動部におけるレーザビー
ムのスポット光の移動速度(スキャン速度)が一定とな
るような所望の回転角速度で振動ミラーを振動させるこ
とができる。
The oscillation circuit 30e operates according to an instruction from the control circuit 27 of the measuring section main body, and a clock signal from the oscillation circuit 30e is input to the counter 30d.
d counts the clock signal, and the read only memory 3
A read address to be supplied to 0a is generated in time series. When the read addresses sequentially generated from the counter 30d are supplied in time series to the read-only memory 30a, function data stored in advance is sequentially read from the read-only memory 30a. Function data (FIG. 7) relating to the rotation angle of the oscillating mirror is written in advance in the read-only memory 30a, and such function data is read out in a time-series manner. In this example, the number of bits of the function data is 12 bits. The read function data is converted into a voltage signal of an analog signal for controlling the rotation angle of the oscillating mirror in the digital / analog conversion circuit 30b. This voltage signal removes step-like noise by filtering in the driver 30c, further amplifies the power, and provides a drive control signal as a drive control signal.
Supplied to Thus, the vibrating mirror can be vibrated at a desired rotation angular velocity such that the moving speed (scan speed) of the spot light of the laser beam in the electrophoresis unit is constant.

【0049】また、ここでのスキャン速度は、対数的に
ほぼ等分となるように0.5Hz,1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20
Hz,50Hz,100Hz,および200Hzの各速度で可変できるよ
うにな構成となっている。これは、電気泳動する試料に
標識した蛍光物質の量や蛍光物質の量子効率の差に応じ
て、読み取り速度を変えられるようにし、効率的に読み
取りを行うためである。この場合のスキャン速度の指定
は、操作表示パネル7bまたはデータ処理装置8から指
定する。制御回路27からミラードライバ30に対し、
スキャン速度の指示データが送られると、カウンタ30
dおよび発振回路30eを制御して、所望のスキャン速
度で振動ミラー22を駆動させる。
The scan speed here is set to be 0.5 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz so as to be approximately equally logarithmic.
The configuration is such that it can be varied at each speed of Hz, 50 Hz, 100 Hz, and 200 Hz. This is because the reading speed can be changed in accordance with the amount of the fluorescent substance labeled on the sample to be electrophoresed or the difference in the quantum efficiency of the fluorescent substance, so that the reading can be performed efficiently. In this case, the scanning speed is specified from the operation display panel 7b or the data processing device 8. From the control circuit 27 to the mirror driver 30,
When the scan speed instruction data is sent, the counter 30
By controlling d and the oscillation circuit 30e, the oscillating mirror 22 is driven at a desired scanning speed.

【0050】このようにして、振動ミラー22の駆動制
御により、光源21からのレーザビームがスキャンさ
れ、泳動部5においては一定速度で移動するスポット光
として照射される。これにより、レーザ光の照射光によ
り照射された部分にある泳動部5のゲルの蛍光物質が励
起され、蛍光13を発する(図3)。
As described above, the laser beam from the light source 21 is scanned by the driving control of the vibrating mirror 22, and is radiated in the electrophoresis unit 5 as spot light moving at a constant speed. As a result, the fluorescent substance of the gel of the electrophoresis section 5 in the portion irradiated by the irradiation light of the laser light is excited, and emits fluorescence 13 (FIG. 3).

【0051】図9は、ゲルから発生する蛍光を受光する
ための集光器および光電変換部の要部の構成を光路を中
心に示す図である。前述したように、泳動部のゲル5a
は、ガラスのゲル支持体5b,5cに挾まれて支持され
ている。ここでのゲル支持体5b,5cとしては、この
例の泳動部5の場合、ゲル支持体5b,5cに蛍光の比
較的少ない硼素硅酸ガラスを使用している。この他に、
ゲル支持体5b,5cとしては、石英ガラスや各種光学
ガラスなどが利用できる。
FIG. 9 is a view showing the configuration of the main part of the light collector for receiving the fluorescence generated from the gel and the photoelectric conversion unit, focusing on the optical path. As described above, the gel 5a of the electrophoresis section
Are supported between glass gel supports 5b and 5c. Here, as the gel supports 5b and 5c, in the case of the electrophoresis section 5 of this example, borosilicate glass having relatively little fluorescence is used for the gel supports 5b and 5c. In addition,
As the gel supports 5b and 5c, quartz glass or various optical glasses can be used.

【0052】泳動部5では、スキャンされ移動するレー
ザビーム31の照射光が照射されると、このレーザビー
ム31の照射光はゲル支持体5c,ゲル5aおよびゲル
支持体5bを厚み方向に透過し、ゲル5aに到達する。
ゲル5aにおいてはその厚み方向にレーザビーム31の
光が進行する。ゲル支持板5b,5cおよびゲル5aの
厚みは、それぞれ約5mmおよび約0.35mmとなってお
り、ゲル支持板5b,5cおよびゲル5aの厚み方向に
照射されるレーザビーム31の光は、泳動部5のどの位
置においてもゲルに到達する光の強度は概ね等しい。ま
た、ゲル5aおよびゲル支持体5b,5cの光入射面で
発生する光散乱によるレーザビーム31の広がり,強度
減少も、厚み方向に面に対し垂直に励起光を入射してい
るため、大幅に少なくなる。なお、ゲル5aを透過した
レーザビーム31は、迷光として悪影響を与えないよう
に光トラップ32に入り減衰させられる。
In the electrophoresis section 5, when the irradiation light of the scanned and moving laser beam 31 is applied, the irradiation light of the laser beam 31 passes through the gel supports 5c, 5a and 5b in the thickness direction. , Reaches the gel 5a.
In the gel 5a, the light of the laser beam 31 travels in the thickness direction. The thicknesses of the gel support plates 5b, 5c and the gel 5a are about 5 mm and about 0.35 mm, respectively, and the light of the laser beam 31 applied in the thickness direction of the gel support plates 5b, 5c and the gel 5a The intensity of the light reaching the gel at any position of the part 5 is substantially equal. In addition, the spread and decrease in intensity of the laser beam 31 due to light scattering generated on the light incident surfaces of the gel 5a and the gel supports 5b and 5c are greatly reduced because the excitation light is incident perpendicularly to the surface in the thickness direction. Less. The laser beam 31 that has passed through the gel 5a enters the optical trap 32 and is attenuated so as not to adversely affect as stray light.

【0053】このように、レーザビーム31がスキャン
されることによって、照射光がゲル5aに照射され、こ
の照射光(蛍光の励起光)の光照射によりゲル5a内から
発生する蛍光は、励起光自体による散乱光などと共に集
光器23で集光される。ゲル支持体5b,5cにおいて
発生する散乱光は、図7に示すように光学経路を構成す
ることにより、受光経路の空間的位置関係により幾何光
学的に分離され、ゲルからの蛍光のみが取り出されて光
電変換部24に送られる。光電変換部24においては、
ゲル内において発生する散乱光と蛍光とが光学フィルタ
を用いて分離され、光電子増倍管により微弱な蛍光が電
気信号に変換される。集光器23の光学経路の構成は、
図9に示すように、光入射口を1つにまとめた光ファイ
バアレイ23bにより、光電変換器24に導入される。
As described above, the scanning of the laser beam 31 irradiates the irradiation light onto the gel 5a, and the fluorescence generated from inside the gel 5a by the irradiation of the irradiation light (fluorescence excitation light) is converted into the excitation light. The light is collected by the light collector 23 together with the scattered light by itself. The scattered light generated in the gel supports 5b and 5c is geometrically and optically separated by forming an optical path as shown in FIG. 7 and spatially positional relationship of the light receiving path, and only the fluorescence from the gel is extracted. And sent to the photoelectric conversion unit 24. In the photoelectric conversion unit 24,
The scattered light and the fluorescence generated in the gel are separated using an optical filter, and the weak fluorescence is converted into an electric signal by the photomultiplier. The configuration of the optical path of the condenser 23 is as follows.
As shown in FIG. 9, the light is introduced into the photoelectric converter 24 by the optical fiber array 23b in which the light entrances are integrated into one.

【0054】集光器23および光電変換部24における
光学系の構成を図9により説明すると、集光器23は、
図9に示すように、泳動部5のゲル5aからの蛍光およ
びゲル支持体5b,5cから発生する励起光の散乱光
を、シリンドリカルレンズ23aで受けて集光するよう
に光学経路が構成されている。
The configuration of the optical system in the condenser 23 and the photoelectric conversion unit 24 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 9, an optical path is configured so that the fluorescence from the gel 5a of the electrophoresis section 5 and the scattered light of the excitation light generated from the gel supports 5b and 5c are received by the cylindrical lens 23a and collected. I have.

【0055】図9を参照すると、泳動部5からの蛍光1
3およびゲル支持体5b,5cから発生する励起光の散
乱光は、シリンドリカルレンズ23aに到達して、散乱
光および蛍光が、図示するように、シリンドリカルレン
ズ23aによりその反対側において結像する。図中のA
点は、ゲル5aからの蛍光およびゲル5aから発生する
励起光の散乱光に対する焦点である。また、ゲル支持体
5b,5cの光入射面の表面において発生する励起光の
散乱光の場合、例えば、ゲル支持体5cの表面からの散
乱光の場合、図中のA′点に結像する。ここで光ファイ
バアレイ23bは、光の入射口をゲル5aからの蛍光の
みを受光するように、その結像点Aの位置に配設するこ
とで、受光経路の空間的位置関係により幾何光学的に、
蛍光をゲル支持体からの散乱光と分離する。
Referring to FIG. 9, the fluorescence 1
The scattered light of the excitation light generated from 3 and the gel supports 5b and 5c reaches the cylindrical lens 23a, and the scattered light and the fluorescent light are imaged on the opposite side by the cylindrical lens 23a as shown in the figure. A in the figure
The point is the focus for the fluorescence from the gel 5a and the scattered light of the excitation light generated from the gel 5a. In the case of the scattered light of the excitation light generated on the surfaces of the light incident surfaces of the gel supports 5b and 5c, for example, in the case of the scattered light from the surface of the gel support 5c, an image is formed at point A 'in the figure. . Here, the optical fiber array 23b is disposed at the position of the image forming point A so that only the fluorescence from the gel 5a is received at the entrance of the light, so that the optical fiber array 23b has a geometrical optical relationship due to the spatial positional relationship of the light receiving path. To
The fluorescence is separated from the scattered light from the gel support.

【0056】このように、励起光を厚み方向に照射する
方法は、ゲルとゲル支持体であるガラスとの屈折率が
1.4〜1.5前後と比較的近いこと、およびゲルとゲル
支持体のガラスの境界面が非常に密着していることによ
り、この境界面において発生する散乱光は非常に少な
い。したがって、A点で受光する光は、ゲル5aの表面
において発生する励起光の散乱光も少なくなっており、
ゲル5aの内部からの蛍光のみが大きく受光される。
As described above, the method of irradiating the excitation light in the thickness direction is such that the refractive index between the gel and the glass as the gel support is relatively close to about 1.4 to 1.5, and the gel and the gel support are used. Due to the close contact of the body glass interface, very little scattered light is generated at this interface. Therefore, the light received at the point A has less scattered light of the excitation light generated on the surface of the gel 5a,
Only the fluorescence from the inside of the gel 5a is largely received.

【0057】ところで、ゲル支持体5b,5cのいずれ
か、またはゲル支持体の双方を取り外して、ゲル5aに
対して直接に励起光としての照射光をスキャンさせる場
合には、上述のようなゲル支持体であるガラス表面から
発生する量とほぼ同じの量の散乱光がゲル表面から発生
する可能性があるが、この場合には、計測部本体の読み
取り台(7c;図2)の載置ガラスの厚み分により、上
述したようなゲル支持体のガラスの厚み分と同様な効果
があるので、検出感度が低下することなく、ゲル面から
の蛍光を確実に検出できる。なお、ゲル支持体5b,5
cのいずれかまたは双方を取り外した場合には、この時
点において、ゲル5aに対して色素を着色する処理など
を行う。特に、ゲル支持体5b,5cの取り除きが必要
のない場合には、ゲル支持体5b,5cをつけたままの
状態で、ゲル5aの読み取りを行う方が信号対雑音比を
向上させられる。
When one of the gel supports 5b and 5c or both of the gel supports is removed and the irradiation light as excitation light is directly scanned on the gel 5a, the gel as described above is used. There is a possibility that almost the same amount of scattered light as the amount generated from the glass surface as the support is generated from the gel surface. In this case, the reading table (7c; FIG. 2) of the measurement unit main body is placed. Since the thickness of the glass has the same effect as the thickness of the glass of the gel support as described above, the fluorescence from the gel surface can be reliably detected without lowering the detection sensitivity. The gel supports 5b, 5
When one or both of c is removed, at this point, a treatment for coloring the gel 5a with a dye or the like is performed. In particular, when it is not necessary to remove the gel supports 5b and 5c, reading the gel 5a with the gel supports 5b and 5c attached can improve the signal-to-noise ratio.

【0058】なお、ここでの集光器23の構成において
は、シリンドカルレンズ23aは、1つしか用いていな
いが、レーザビームの走査面に対称な位置や、更には試
料の反対側などにシリンドルカルレンズを載置するよう
にしてもよい。特に、検出するべき蛍光の発光量が不足
している場合には、例えば、蛍光を発生するゲルの走査
線を取り囲む4方向にシリンドルカルレンズと光ファィ
バアレイを載置し、微弱に発光する蛍光を集光すること
で検出光量を増加させるようにする。その場合には、対
向するシリンドリカルレンズの表面反射が互いに影響を
受けないように光軸をずらすなどの対処が有効である。
In the configuration of the condenser 23, only one cylindrical lens 23a is used. However, the position is symmetrical with respect to the scanning plane of the laser beam, and further, the opposite side of the sample. A cylindrical lens may be mounted on the camera. In particular, when the amount of fluorescence to be detected is insufficient, for example, a cylindrical lens and an optical fiber array are placed in four directions surrounding a scanning line of the gel that generates fluorescence, and the fluorescence that emits weakly is set. Is condensed to increase the amount of detected light. In that case, it is effective to shift the optical axis so that the surface reflections of the opposed cylindrical lenses are not affected by each other.

【0059】光ファイバアレイの入射口(A点)により
集光された蛍光は、ファィバアレイ23の光ファイバ内
に導かれて、各々に光ファイバが束ねられた光出射口か
ら光電変換部24に供給される。光電変換部24に入力
された蛍光は、第1のレンズ24a,絞り24b,第2
のレンズ24cを用いて平行成分のみを取り出し、光学
フィルタ24dに入射される。そして、光学フィルタ2
4dにより散乱光の成分を除いて、更に第3レンズ24
eで集光して、光電子増倍管24fに導き、検出された
蛍光を電気信号に変換する。
The fluorescent light collected by the entrance (point A) of the optical fiber array is guided into the optical fibers of the fiber array 23 and supplied to the photoelectric conversion unit 24 from the light exits where the optical fibers are bundled. Is done. The fluorescence input to the photoelectric conversion unit 24 is transmitted to the first lens 24a, the aperture 24b, and the second lens 24a.
Only the parallel component is extracted using the lens 24c, and is incident on the optical filter 24d. And the optical filter 2
4d, the scattered light component is removed, and the third lens 24
The light is condensed by e, guided to the photomultiplier tube 24f, and the detected fluorescence is converted into an electric signal.

【0060】このように、光電変換部24では、光学フ
ィルタ24dの波長分離性を向上させるために入射する
光を第2のレンズにより平行光成分のみとし、光学フィ
ルタ24dに直角に入射させる。そして、光学フィルタ
24dによりゲル内において発生する励起光の散乱光を
分離して、信号対雑音比を向上させ第3のレンズ24e
で集光して光電子増倍管24fに導く。
As described above, in the photoelectric conversion unit 24, only the parallel light component is incident on the optical filter 24d by the second lens in order to improve the wavelength separation of the optical filter 24d, and the light is incident on the optical filter 24d at right angles. Then, the scattered light of the excitation light generated in the gel is separated by the optical filter 24d to improve the signal-to-noise ratio.
And the light is guided to the photomultiplier tube 24f.

【0061】このようにして蛍光が受光されて集光さ
れ、光学フィルタにより散乱光が除去された後、光電子
増倍管24fに導かれた蛍光は、光電子増倍管24fに
より電気信号に変換され、変換された電気信号は増幅器
25に入力される。そして、増幅器25において、微弱
な信号が積分回路を含む増幅段で十分に増幅される。
After the fluorescent light is received and condensed as described above, and the scattered light is removed by the optical filter, the fluorescent light guided to the photomultiplier tube 24f is converted into an electric signal by the photomultiplier tube 24f. The converted electric signal is input to the amplifier 25. Then, in the amplifier 25, the weak signal is sufficiently amplified by the amplification stage including the integration circuit.

【0062】図10は、積分回路を含む増幅器の構成を
示す回路図である。この増幅器25には、図10に示す
ように、前段に演算増幅器25aで構成される積分回路
が設けられ、次段に演算増幅器25bで構成される出力
増幅回路が備えられて、積分増幅段を構成している。光
電子増倍管24fからの電気信号は、演算増幅器25a
に入力される。演算増幅器25aはコンデンサ25cお
よび積分動作を制御するスイッチ25dと共に積分回路
を構成しており、積分回路の出力は、後続する演算増幅
器25bに入力され、外付抵抗で決まるゲインでの増幅
を行い、次に続くアナログデジタル変換回路に送られ
る。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of an amplifier including an integrating circuit. As shown in FIG. 10, the amplifier 25 is provided with an integrating circuit composed of an operational amplifier 25a at the preceding stage and an output amplifier circuit composed of an operational amplifier 25b at the next stage. Make up. The electric signal from the photomultiplier tube 24f is supplied to an operational amplifier 25a.
Is input to The operational amplifier 25a constitutes an integrating circuit together with the capacitor 25c and the switch 25d for controlling the integrating operation. The output of the integrating circuit is input to the following operational amplifier 25b and is amplified by a gain determined by an external resistor. It is sent to the next analog-to-digital conversion circuit.

【0063】このように構成される積分回路を含む増幅
器25における動作を、図11のタイミングチャートを
参照して説明する。光電子増倍管24fの出力は非常に
大きな出力インピーダンスを有するため、ほぼ電流源と
見なすことができる。演算増幅器25aには、FET
(電界効果トランジスタ)入力型の高入力インピーダン
スのものが用いられており、スイッチ25dがオフ状態
になっていると、光電子増倍管24fの出力電流ip
は、そのまま全部がコンデンサ25cを流れる電流とな
る。この電流により演算増幅器25aの出力電圧は、図
11に示すように、ランプ関数状の出力となる。ここで
の積分動作では、1画素に相当する時間だけ積分し、ア
ナログ・ディジタル変換回路26内にある標本化回路が
S/Hクロックのタイミングに合せてサンプリングし
て、そのままホールドし、アナログ・デジタル変換回路
26においてデジタル信号に変換する。
The operation of the amplifier 25 including the integrating circuit configured as described above will be described with reference to the timing chart of FIG. Since the output of the photomultiplier tube 24f has a very large output impedance, it can be almost regarded as a current source. The operational amplifier 25a has an FET
(Field effect transistor) An input type high input impedance is used, and when the switch 25d is turned off, the output current ip of the photomultiplier tube 24f is output.
Becomes the current flowing through the capacitor 25c as it is. With this current, the output voltage of the operational amplifier 25a becomes a ramp function output as shown in FIG. In this integration operation, integration is performed for a time corresponding to one pixel, and a sampling circuit in the analog-to-digital conversion circuit 26 performs sampling in accordance with the timing of the S / H clock, and holds it as it is. The conversion circuit 26 converts the signal into a digital signal.

【0064】ホールドされた後は、スイッチ25dに加
えるC/D制御信号であるC/Dクロックをアクティブ
にすることにより、コンデンサ25cに蓄積した電荷を
放電する。以下、同様にして、このような1画素に相当
する時間だけの積分動作を繰り返す。このような演算増
幅器による積分回路を用いる増幅段は、抵抗とコンデン
サのみからなる疑似的な積分回路とは異なり、光電子増
倍管24fからの電荷は、ほぼ完全に積分することがで
きる。このため、高い信号対雑音比を得ることができ
る。また、積分時間についても、スイッチ25dに対す
るC/D制御信号のC/Dクロックを変えることで任意
に変えることができる。このため、総合的に微弱信号を
増幅する増幅度の調整が容易に行える。この例の場合に
は、図6に示したミラードライバ30のスキャン動作と
同期させることにより、読み取り試料の面積の大きさに
合せて制御することが可能であり、読み取りの無駄時間
をなくすことができる。また、試料からの蛍光の強度に
合せて、照射光(励起光)のスキャン速度と受光側の増
幅器の積分時間を自由に設定できるため、非常にフレキ
シブルな装置を構成することができる。
After being held, the charge stored in the capacitor 25c is discharged by activating the C / D clock which is the C / D control signal applied to the switch 25d. Hereinafter, similarly, the integration operation for such a time corresponding to one pixel is repeated. An amplification stage using an integration circuit using such an operational amplifier differs from a pseudo integration circuit consisting only of a resistor and a capacitor, in that the charge from the photomultiplier tube 24f can be almost completely integrated. Therefore, a high signal-to-noise ratio can be obtained. Also, the integration time can be arbitrarily changed by changing the C / D clock of the C / D control signal for the switch 25d. Therefore, it is possible to easily adjust the degree of amplification for amplifying the weak signal comprehensively. In the case of this example, by synchronizing with the scanning operation of the mirror driver 30 shown in FIG. 6, it is possible to control according to the size of the area of the sample to be read, and it is possible to eliminate unnecessary reading time. it can. Further, since the scan speed of the irradiation light (excitation light) and the integration time of the amplifier on the light receiving side can be freely set in accordance with the intensity of the fluorescence from the sample, a very flexible apparatus can be configured.

【0065】このように、増幅器25(図3)で増幅さ
れた電気信号は、次のアナログ・デジタル変換回路26
に入力されて、デジタルデータに変換される。デジタル
データに変換された蛍光検出信号は、メモリ28に記憶
され、メモリ28に記憶されたデータがインタフェース
回路29を通してデータ処理装置8に送られる。このよ
うな一連の信号処理の全体の制御は、制御回路27が行
う。
As described above, the electric signal amplified by the amplifier 25 (FIG. 3) is transmitted to the next analog / digital conversion circuit 26.
And converted into digital data. The fluorescence detection signal converted into digital data is stored in the memory 28, and the data stored in the memory 28 is sent to the data processing device 8 through the interface circuit 29. The control circuit 27 performs overall control of such a series of signal processing.

【0066】次に、本実施例の蛍光パターン読み取り装
置における構成要素の変形例について説明する。前述の
光軸補正機構40におけるアクチュエータ41の他の例
について説明する。図12に、光軸補正機構におけるア
クチュエータの他の構成例を示す。他の構成例によるア
クチュエータ46は、図12に示すように、2つのセラ
ミック板46a,46bの間に挾み込む弾性板のシム4
6cがフラットになっている構造のアクチュエータであ
る。光軸補正機構40の機構部は、折り返しミラー44
の裏側から側部方向にアクチュエータ46を取り付けた
構造となっており、アクチュエータ46に印加する電圧
による逆圧電効果により、印加電圧に比例した歪を生じ
させ、この歪を生じさせる効果を駆動力として利用し、
折り返しミラー44を変位させる。前述の実施例で説明
したアクチュエータ41(図5)のように、シム41c
をU字型に曲げるタイプでは、大きな変位量を得られる
ようになるが、印加電圧に比例させて正確に変位量の制
御を行うことが困難になる場合がある。これに対して、
この他の構成例による圧電アクチュータ46ではシム4
6cを曲げないで折り返しミラー44を取り付ける。こ
れにより、圧電アクチュータ46を用いる光軸補正機構
では、印加電圧に比例させて正確に変位量の制御を行う
ことが可能となる。また、折り返しミラー44を変位さ
せる駆動力を得るためのアクチュエータとして、圧電ア
クチュエータを用いる場合、応答性を良好にするため、
駆動力が不足する場合には、2つの圧電アクチュエータ
を用いて、折り返しミラー44を変位させる駆動力を得
るような構成としてもよい。
Next, a description will be given of a modification of the components in the fluorescent pattern reading apparatus of the present embodiment. Another example of the actuator 41 in the optical axis correction mechanism 40 will be described. FIG. 12 shows another configuration example of the actuator in the optical axis correction mechanism. As shown in FIG. 12, an actuator 46 according to another configuration example has an elastic shim 4 sandwiched between two ceramic plates 46a and 46b.
6c is an actuator having a flat structure. The mechanism of the optical axis correction mechanism 40 includes a folding mirror 44.
The actuator 46 is attached in the side direction from the back side of the actuator. The inverse piezoelectric effect of the voltage applied to the actuator 46 causes a distortion proportional to the applied voltage, and the effect of the distortion is used as a driving force. Use
The folding mirror 44 is displaced. As with the actuator 41 (FIG. 5) described in the previous embodiment, the shim 41c
A large displacement can be obtained in the type in which the displacement is bent into a U-shape, but it may be difficult to accurately control the displacement in proportion to the applied voltage. On the contrary,
In the piezoelectric actuator 46 according to the other configuration example, the shim 4
The folding mirror 44 is attached without bending 6c. Accordingly, in the optical axis correction mechanism using the piezoelectric actuator 46, it is possible to accurately control the displacement amount in proportion to the applied voltage. When a piezoelectric actuator is used as an actuator for obtaining a driving force for displacing the folding mirror 44, in order to improve the response,
When the driving force is insufficient, a configuration may be employed in which two piezoelectric actuators are used to obtain a driving force for displacing the folding mirror 44.

【0067】図13は、2つの圧電アクチュエータを用
いて構成した光軸補正機構の機構部の別の他の構成例を
示す図である。この構成例による2つのアクチュエータ
は、図12に示したアクチュエータ46と同様に、2つ
のセラミック板の間に挾み込む弾性板のシムがフラット
になっている構造のアクチュエータである。光軸補正機
構が、折り返しミラー44に複数個のアクチュエータ4
6を取り付けた構成の機構部では、折り返しミラー44
の変位の左右のバランスがとれるように、夫々のアクチ
ュエータ46が同じ変位および同じ周波数で駆動するよ
うにしなければならないが、比較的小さなアクチュエー
タで大きな駆動力を得ることができる。
FIG. 13 is a diagram showing another example of the structure of the optical axis correcting mechanism constituted by using two piezoelectric actuators. The two actuators according to this configuration example are actuators having a structure in which the shim of an elastic plate sandwiched between two ceramic plates is flat like the actuator 46 shown in FIG. The optical axis correcting mechanism includes a plurality of actuators 4
In the mechanical section having the structure in which the mirror 6 is attached,
Each actuator 46 must be driven at the same displacement and the same frequency so as to balance the left and right of the displacement of the actuator, but a large driving force can be obtained with a relatively small actuator.

【0068】また、図14に示す更に別の構成例では、
4つの圧電アクチュエータを用いて光軸補正機構の機構
部を構成する。この構成例による4つのアクチュエータ
は、2つのセラミック板の間に挾み込む弾性板のシムが
U字型に曲げられている構造のアクチュエータ47を用
いて構成する。このような折り返しミラー44に4個の
アクチュエータ47を取り付けた構成の機構部では、折
り返しミラー44の変位の前後左右のバランスがとれる
ように、夫々のアクチュエータ47を駆動するようにし
なければならないが、比較的小さなアクチュエータで大
きな駆動力を得ることができ、また、夫々のアクチュエ
ータ47の印加電圧を個別に調整することによって、折
り返しミラー44の変位を細かく調整することができ
る。
Further, in still another configuration example shown in FIG.
The mechanism of the optical axis correction mechanism is constituted by using the four piezoelectric actuators. The four actuators according to this configuration example are configured using an actuator 47 having a structure in which a shim of an elastic plate sandwiched between two ceramic plates is bent in a U-shape. In such a mechanism unit in which four actuators 47 are attached to the folding mirror 44, it is necessary to drive each actuator 47 so that the displacement of the folding mirror 44 can be balanced in the front-rear and left-right directions. A large driving force can be obtained with a relatively small actuator, and the displacement of the folding mirror 44 can be finely adjusted by individually adjusting the voltage applied to each actuator 47.

【0069】次に、更に別の光軸補正機構の変形例につ
いて説明する。図5で説明した光軸補正機構の全体の光
軸補正制御系では、集光器23によって蛍光を受光し、
その最適な検出位置からの光軸のずれを補正するフィー
ドバック制御を行うが、この場合、例えば、その集光器
23の側を移動させることにより光軸の補正を行う光軸
補正機構とするようにしてもよい。すなわち、泳動部5
に照射されるレーザビームの光軸補正がアクチュエータ
41による折り返しミラー44の変位により補正できな
い場合、集光器23で受光される蛍光の焦点位置は集光
器23における受光面位置Bからはずれてしまう。この
ため、ここでは集光器23の側を直接動かす駆動機構を
設けることにより光軸45を補正する。例えば、集光器
23にアクチュエータを取り付けることによって、集光
器23が受光すべき蛍光をより多く検出する方向に変位
させる。また、集光器23におけるシリンドリカルレン
ズ23aの向き,配設位置を変位させるようにしてもよ
い。また、集光器23における受光面位置Bを移動させ
るようにしてもよい。いずれの場合にも、受光すべき蛍
光をより多く検出するような方向,位置に、フィードバ
ック制御により変位させる。また、このような集光器2
3を変位させるアクチュエータ制御方法に関しては、前
述したような折り返しミラーを変位させる場合と同様な
制御方法が用いられる。なお、音響光学素子を用いる場
合は、ガルバノメータスキャナと光源との間に入れ、ガ
ルバノメータスキャナミラーに対するレーザビームの入
射角を変えることにより同様な効果が得られることは言
うまでもない。
Next, another modification of the optical axis correcting mechanism will be described. In the overall optical axis correction control system of the optical axis correction mechanism described with reference to FIG.
Feedback control for correcting the deviation of the optical axis from the optimal detection position is performed. In this case, for example, an optical axis correction mechanism that corrects the optical axis by moving the side of the light collector 23 is used. It may be. That is, the electrophoresis section 5
If the optical axis of the laser beam applied to the mirror cannot be corrected due to the displacement of the mirror 44 by the actuator 41, the focus position of the fluorescent light received by the collector 23 deviates from the light receiving surface position B of the collector 23. . For this reason, here, the optical axis 45 is corrected by providing a drive mechanism for directly moving the light collector 23 side. For example, by attaching an actuator to the condenser 23, the condenser 23 is displaced in a direction to detect more fluorescence to be received. Further, the direction and arrangement position of the cylindrical lens 23a in the condenser 23 may be changed. Further, the light receiving surface position B of the light collector 23 may be moved. In either case, the feedback control is performed to displace the direction and the position where more fluorescence to be received is detected. In addition, such a light collector 2
Regarding the actuator control method for displacing the mirror 3, the same control method as that for displacing the folding mirror as described above is used. When an acousto-optic device is used, it goes without saying that a similar effect can be obtained by inserting the acousto-optic device between the galvanometer scanner and the light source and changing the angle of incidence of the laser beam on the galvanometer scanner mirror.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の蛍光式
電気泳動パターン装置によれば、自動的に蛍光の検出感
度が最適となる光軸位置を設定して、泳動パターンの蛍
光の読み取りを行うことができるため、試料の厚みや光
学的屈折率を気にせず、様々な試料を高感度で読み取る
ことができる。
As described above, according to the fluorescent electrophoresis pattern apparatus of the present invention, the optical axis position at which the fluorescence detection sensitivity is optimized is automatically set, and the fluorescence of the migration pattern is read. Therefore, various samples can be read with high sensitivity without regard to the thickness and optical refractive index of the sample.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は本発明の一実施例にかかる蛍光式電気泳
動パターン読み取り装置の全体の構成を説明する概略構
成図、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating the overall configuration of a fluorescent electrophoresis pattern reader according to one embodiment of the present invention;

【図2】図2は計測部本体に装着する泳動部ユニットの
装着位置を説明する図、
FIG. 2 is a diagram illustrating a mounting position of an electrophoresis unit mounted on a measurement unit main body;

【図3】図3は光軸補正機構を含む計測部本体の主要部
の構成を示すブロック図、
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a main part of a measurement unit main body including an optical axis correction mechanism;

【図4】図4は自動光軸補正を行う光軸補正機構の機構
部の概略構成を説明する図、
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a mechanism of an optical axis correction mechanism that performs automatic optical axis correction;

【図5】図5は光軸補正機構の機構部のアクチェエータ
の構成を説明する図、
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an actuator of a mechanism of the optical axis correction mechanism.

【図6】図6は振動ミラーを用いてゲル面をレーザビー
ムでスキャンする光走査機構を説明する図、
FIG. 6 is a diagram illustrating an optical scanning mechanism that scans a gel surface with a laser beam using a vibrating mirror;

【図7】図7は振動ミラーの回転角とレーザビームのス
ポット光の移動距離の関係を説明する図、
FIG. 7 is a view for explaining a relationship between a rotation angle of a vibrating mirror and a moving distance of a spot light of a laser beam;

【図8】図8は振動ミラーを回転駆動制御するミラード
ライバの制御回路の要部構成を示すブロック図、
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a main part of a control circuit of a mirror driver that rotationally controls a vibration mirror;

【図9】図9は集光器および光電変換部の光学系の詳細
な構成を示す図、
FIG. 9 is a diagram showing a detailed configuration of an optical system of a condenser and a photoelectric conversion unit;

【図10】図10は積分回路を含む増幅器の回路構成を
示す回路図、
FIG. 10 is a circuit diagram showing a circuit configuration of an amplifier including an integrating circuit;

【図11】図11は増幅器の読み取り動作のタイミング
を示すタイムチャート、
FIG. 11 is a time chart showing the timing of the read operation of the amplifier;

【図12】図12は光軸補正機構におけるアクチュエー
タの他の構成例を示す図、
FIG. 12 is a diagram showing another configuration example of the actuator in the optical axis correction mechanism.

【図13】図13は2つの圧電アクチュエータを用いて
構成した光軸補正機構の機構部の別の他の構成例を示す
図、
FIG. 13 is a diagram showing another example of the configuration of the mechanism of the optical axis correction mechanism configured by using two piezoelectric actuators;

【図14】図14は4つの圧電アクチュエータを用いて
構成した光軸補正機構の機構部の別の他の構成例を示す
図、
FIG. 14 is a diagram showing another example of the structure of the mechanism of the optical axis correction mechanism configured using four piezoelectric actuators;

【図15】図15は従来の蛍光式電気泳動装置の外観を
示す斜視図、
FIG. 15 is a perspective view showing the appearance of a conventional fluorescent electrophoresis apparatus,

【図16】図16は泳動計測装置の内部の構成を示すブ
ロック図、
FIG. 16 is a block diagram showing an internal configuration of the electrophoresis measurement device;

【図17】図17(A)および図17(B)は夫々蛍光
法による電気泳動パターン検出の動作原理を示す泳動部
の正面図および縦断面図、
FIGS. 17A and 17B are a front view and a longitudinal sectional view of an electrophoresis section showing an operation principle of electrophoresis pattern detection by a fluorescence method, respectively.

【図18】図18(A)および図18(B)は泳動計測
装置から送出されるDNA断片の蛍光強度パターン信号
の例を説明する図、
18 (A) and 18 (B) are diagrams illustrating an example of a fluorescence intensity pattern signal of a DNA fragment sent from the electrophoresis measurement device,

【図19】図19は電気泳動を行ったDNA断片の分布
例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an example of the distribution of DNA fragments subjected to electrophoresis.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電気泳動ユニット 2a…第1電極 2b…第2電極 3…支持板 4…電気泳動用電源装置 5…泳動部ユニット(泳動部) 6…読み取りユニット 7…計測部本体 8…データ処理装置 9…イメージプリンタ 10…制御回路 11…光源 12…光ファイバ 13…蛍光 14…集光器 15…光学フィルタ 16…光センサ 17…増幅器 18…アナログ・ディジタル変換回路 19…信号処理部 20…インタフェース 21…光源 22…振動ミラー 23…集光器 24…光電変換部 25…増幅器 26…アナログ・ディジタル変換回路 27…制御回路 28…記憶回路 29…インタフェース 30…ミラードライバ 31…レーザビーム 32…光トラップ 40…光軸補正機構部 41…アクチュエータ 42…アクチュエータドライバ 43…アクチュエータ制御回路 44…折り返しミラー 46…アクチュエータ 47…アクチュエータ 51…泳動計測装置 51a…扉 52…データ処理装置 53…ケーブル 54…計算機本体 55…キーボード 56…ディスプレイ 57…プリンタ 63…電気泳動部装置 64…信号処理装置 61…光路 62…走査線 66…バンド 71,72,73,74…レーン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrophoresis unit 2a ... 1st electrode 2b ... 2nd electrode 3 ... Support plate 4 ... Power supply device for electrophoresis 5 ... Electrophoresis unit (electrophoresis unit) 6 ... Reading unit 7 ... Measurement unit main body 8 ... Data processor 9 ... Image Printer 10 ... Control Circuit 11 ... Light Source 12 ... Optical Fiber 13 ... Fluorescence 14 ... Condenser 15 ... Optical Filter 16 ... Optical Sensor 17 ... Amplifier 18 ... Analog / Digital Conversion Circuit 19 ... Signal Processing Unit 20 ... Interface 21 ... Light source 22 Vibrating mirror 23 Condenser 24 Photoelectric conversion unit 25 Amplifier 26 Analog-to-digital conversion circuit 27 Control circuit 28 Storage circuit 29 Interface 30 Mirror driver 31 Laser beam 32 Optical trap 40 Optical axis correction mechanism 41 41 Actuator 42 Actuator driver 43 Actuator Data control circuit 44 ... Folding mirror 46 ... Actuator 47 ... Actuator 51 ... Migration measurement device 51a ... Door 52 ... Data processing device 53 ... Cable 54 ... Computer body 55 ... Keyboard 56 ... Display 57 ... Printer 63 ... Electrophoresis unit 64 ... Signal processing device 61: optical path 62: scanning line 66: band 71, 72, 73, 74: lane.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤宮 仁 神奈川県横浜市中区尾上町6丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株 式会社内 (72)発明者 奈須 永典 神奈川県横浜市中区尾上町6丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株 式会社内 (56)参考文献 特開 平4−36652(JP,A) 特開 平2−203255(JP,A) 特開 昭61−3043(JP,A) 特開 昭56−122945(JP,A) 特開 平3−10147(JP,A) 特開 昭63−313035(JP,A) 特開 平2−105042(JP,A) 特開 昭63−109370(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Jin Fujimiya 6-81 Onoecho, Naka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Within Hitachi Software Engineering Co., Ltd. No. 81, Hitachi Software Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-4-36652 (JP, A) JP-A-2-203255 (JP, A) JP-A-61-3043 (JP, A) JP-A-56-122945 (JP, A) JP-A-3-10147 (JP, A) JP-A-63-313035 (JP, A) JP-A-2-105042 (JP, A) JP-A-63-109370 (JP) , A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料を電気泳動して展開した後の試料を
標識している蛍光物質を励起して蛍光を発光させ、発光
する蛍光パターンを読み取る泳動パターン読み取り装置
において、泳動パターンの蛍光物質を励起させる照射光
を発光する光源と、光源からの照射光を所定の光軸に沿
って走査しゲルの厚み方向に照射する光走査機構と、照
射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定して受光経路
の空間的位置関係により泳動パターンの蛍光を読み取り
面の散乱光から分離して受光する受光部と、受光部で受
光した光信号の光電変換を行い電気信号を出力する光電
変換部と、光電変換部からの電気信号に対して照射光の
走査と対応して積分動作を行って増幅し順次に泳動パタ
ーンから蛍光の電気信号を出力する増幅器と、増幅器か
らの電気信号を光軸検出信号として受けて照射光の光軸
の補正を行う光軸補正部とを備えたことを特徴とする蛍
光パターン読み取り装置。
1. An electrophoresis pattern reading apparatus which excites a fluorescent substance labeling a sample after electrophoresis and development of the sample to emit fluorescence, and reads a fluorescent pattern to emit light, wherein the fluorescent substance of the electrophoretic pattern is A light source that emits irradiation light to be excited, a light scanning mechanism that scans irradiation light from the light source along a predetermined optical axis and irradiates the gel in the thickness direction, and a light receiving surface in a direction different from the optical axis of the irradiation light. A light-receiving unit that separates and receives the fluorescence of the migration pattern from the scattered light on the reading surface according to the spatial positional relationship of the light-receiving path, and a photoelectric conversion that photoelectrically converts the optical signal received by the light-receiving unit and outputs an electric signal Unit, an amplifier that performs an integration operation corresponding to the scanning of the irradiation light with respect to the electric signal from the photoelectric conversion unit, amplifies and sequentially outputs a fluorescent electric signal from the migration pattern, and an electric signal from the amplifier. axis An optical axis correction unit that receives the detection signal and corrects the optical axis of the irradiation light.
【請求項2】 前記光軸補正部は、光源からの照射光の
光軸を変化させる折り返しミラーと、折り返しミラーの
角度を変化させる光軸補正用のアクチュエータと、アク
チュエータを駆動するアクチュエータドライバと、アク
チェエータドライバに駆動制御信号を与える制御回路か
ら構成される光軸補正機構を含むことを特徴とする請求
項1に記載の蛍光パターン読み取り装置。
2. The optical axis correction unit includes: a folding mirror that changes an optical axis of irradiation light from a light source; an actuator for correcting an optical axis that changes an angle of the folding mirror; an actuator driver that drives the actuator; 2. The fluorescent pattern reading device according to claim 1, further comprising an optical axis correction mechanism including a control circuit for providing a drive control signal to an actuator driver.
【請求項3】 前記光軸補正用のアクチェエータは、セ
ラミックアクチュエータであり、制御回路は増幅器から
の電気信号を光軸検出信号として受け、該光軸検出信号
の大きさが極値となる方向に、アクチェエータドライバ
への駆動制御信号を発生するフィードバック制御回路で
あることを特徴とする請求項2に記載の蛍光パターン読
み取り装置。
3. The actuator for optical axis correction is a ceramic actuator, and the control circuit receives an electric signal from an amplifier as an optical axis detection signal, and the control circuit receives the electric signal from the amplifier in a direction in which the magnitude of the optical axis detection signal becomes an extreme value. 3. The fluorescence pattern reading device according to claim 2, wherein the device is a feedback control circuit that generates a drive control signal to an actuator driver.
【請求項4】 前記光軸補正用のアクチェエータは、複
数個のセラミックアクチュエータであり、複数個のセラ
ミックアクチュエータが1つの折り返しミラーの光軸反
射角を変位させる駆動系を構成することを特徴とする請
求項2に記載の蛍光パターン読み取り装置。
4. The optical axis correcting actuator comprises a plurality of ceramic actuators, and the plurality of ceramic actuators constitute a drive system for displacing an optical axis reflection angle of one folding mirror. The fluorescence pattern reading device according to claim 2.
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