JP3387783B2 - スキャナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平板状の試料から
の微弱に発光する発光パターンの読み取りを受光側で走
査して行うスキャナ装置に関し、特に、蛍光法と化学発
光法の双方の分析方法からの試料の発光パターンを共に
読み取ることができるスキャナ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、生体高分子の蛋白質、核酸の
分画や構造解析には、ゲル電気泳動法による分析手法が
多く用いられる。ゲル電気泳動法では、電気泳動により
試料の分子量の重さに応じて、泳動距離が異なるという
原理を用いて分析を行う。この分析法によると、微量な
試料を適切に分析できる。このため、このゲル電気泳動
法が用いられる場合は、一般的には、取得できる試料の
量が限られている場合が多い。したがって、その場合、
その分析処理では、特に、確実な高い検出感度が要求さ
れる。

【０００３】したがって、従来において、入手できる試
料の量が少ない場合には、確実性を重要視して、分析す
る対象の試料を放射性同位体で標識し、ゲルに試料を注
入して電気泳動を行った後、そのゲルをＸ線フィルムな
どに貼り付けて露光し、そのＸ線フィルムに転写された
放射性同位体による露光のパターンを読み取ることによ
り、試料の電気泳動パターンとして読み取っていた。

【０００４】しかしながら、放射性同位体は危険であ
り、その取扱いを厳重に管理しなくてはならない。その
ため、近年では、蛍光や化学発光を用いた高感度検出方
式（蛍光法，化学発光法）が開発されるに至っている。
また、これらの手法は、ＤＮＡの塩基配列決定やサザン
ブロッティング、ウェスタンブロッティング、ノーザン
ブロッティングなど各種の実験に使用される。

【０００５】蛍光法は、電気泳動を完了した後、蛍光物
質で標識した試料にレーザー光を照射して蛍光物質を励
起させ、その蛍光物質から発する蛍光の強度分布を測定
することにより、試料の電気泳動パターンを決定する方
法である。電気泳動した試料の蛍光パターンを読み取る
装置として、例えば、特公平８−３４８１号公報（米国
特許第５，０６９，７６９号明細書）に開示されている
ものが参照できる。

【０００６】また、化学発光法による発光パターンの読
み取り法に関して、これまでに開発された例としては、
「C.Martin, L.Bresnick, R.-R.Juo.J.C.Voyta, and I.
Bronstein 1991:Improved Chemiluminescent DNA Seque
ncing: Bio Techniques 8:pp.110〜113」などがある。

【０００７】化学発光法による電気泳動パターンの読み
取りは、通常、電気泳動を完了した後、発光に関与する
酵素を標識したプローブなどをハイブリダイゼーション
することによって、対象とする試料の発光パターンを特
異的に発光させる。そして、発光した発光パターンのフ
ィルムへの露光は、発光状態にある試料を転写したメン
ブレンを、高感度フィルムに密着させて、遮光ケース内
に置き、発光に対応して露光時間を調節しながら１０〜
３０分程度実施する。

【０００８】なお、ここで用いられる高感度フィルムと
しては、例えば、放射性同位体用のＸ線フィルムなどが
使用可能である。感光したフィルムは、現像した後、目
視によるパターンの解析や、そのフィルムをカメラまた
はイメージスキャナなどの画像取り込み装置を用いて各
種画像ソフトにより解析を行うようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これまでの
蛍光パターン読み取り装置は、蛍光法による試料分析の
ための専用の装置であり、化学発光法による発光パター
ン読み取りでは、マニュアル操作を伴うため、特に、専
用の読み取り装置は開発されていない。また、蛍光法と
化学発光法の両方の分析方法による試料を高感度に読み
取ることができる装置は、これまでに開発されていな
い。

【００１０】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、本発明の目的は、蛍光法と化学
発光法の双方の分析方法からの試料の発光パターンを共
に読み取ることができるスキャナ装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、本発明のスキャナ装置は、平板状で発光する
試料の発光パターンまたは平板状に展開された試料の蛍
光物質を励起して発光する発光パターンを走査して読み
取るラインセンサを用いるスキャナ装置であって、レー
ザ光の発光をオンまたはオフとできる光源と、試料に対
して発光したレーザ光を走査して照射するレーザ光走査
装置と、読み取り対象の試料を載置するステージと、前
記試料の発光パターンの光を受光する位置を一次元的に
集光するラインセンサと、前記ステージとラインセンサ
を相対的に移動させる移動機構と、前記光源をオフと
し、前記ラインセンサにより集光された試料の発光パタ
ーンを走査して受光し、受光が検出できれば、そのまま
受光し、読み取り開始から所定時間の間、受光が検出さ
れないと前記光源をオンとし、前記ラインセンサにより
集光された試料の発光パターンを走査して受光し、受光
した光信号を電気信号に変換する受光部走査装置と、前
記受光部走査装置からの電気信号をディジタル信号に変
換してデータ処理を行うデータ処理装置とを備えること
を特徴とする。

【００１２】このような特徴を有する本発明のスキャナ
装置においては、蛍光法と化学発光法の双方の分析方法
からの試料の発光パターンを共に読みとることができる
ようにするため、読み取り開始時には、まず、光源をオ
フとし、ラインセンサにより集光された試料の発光パタ
ーンを走査して受光し、受光が検出できれば、そのまま
受光し、また、読み取り開始から所定時間の間、受光が
検出されないと光源をオンとし、ラインセンサにより集
光された試料の発光パターンを走査して受光するように
構成する。これにより、例えば、化学発光法のような平
板状で発光する試料の発光パターンを読み取る場合に
は、ステージに、読み取り対象の試料を載置し、ライン
センサにより前記試料の発光パターンの光を受光する位
置（発光位置）を一次元的に集光するが、この場合に
は、光源はオンとされないで読み取られる。発光パター
ンを２次元的に読み取るため、移動機構により、ステー
ジとラインセンサを相対的に移動させる。そして、受光
部走査装置により、前記ラインセンサにより集光された
試料の発光パターンを走査して受光し、受光した光信号
を電気信号に変換する。データ処理装置が、前記受光部
走査装置からの電気信号をディジタル信号に変換してデ
ータ処理を行う。また、蛍光法による試料の発光パター
ンが読み取られる場合には、光源がオンとされて、読み
取りが行われる。

【００１３】ここでは、ラインセンサにより試料の発光
パターンの光を受光する位置を一次元的に集光するの
で、受光部走査装置が、ラインセンサにより集光された
試料の発光パターンを走査して受光し、受光した光信号
を電気信号に変換する。これにより、蛍光法による試料
の蛍光パターンであっても、また、化学発光法による発
光パターンであっても、発光パターンの光の発光位置を
一次元的に走査して集光を行うので、平面上で発光する
試料の発光パターンをそのまま読み取ることができる。

【００１４】蛍光法のような試料の蛍光物質から発光す
る発光パターンを読み取る場合に対しては、試料の蛍光
物質をレーザ光により励起させるため、光源がオンとさ
れ、レーザ光走査機構により光源からのレーザ光を走査
し、試料の蛍光物質にレーザ光を照射し、蛍光物質を励
起させ、励起された蛍光物質から発光する発光パターン
を、前記ラインセンサにより読み取る。この場合におい
ても、ラインセンサにより前記試料の発光パターンの光
の発光位置を一次元的に集光し、受光部走査装置によ
り、ラインセンサにより集光された試料の発光パターン
を走査して受光し、受光した光信号を電気信号に変換す
る。そして、２次元的に発光パターンを読み取るため、
移動機構が、ステージとラインセンサを相対的に移動さ
せる。データ処理装置が、受光部走査装置からの電気信
号をディジタル信号に変換してデータ処理を行う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する場合の形
態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明
のスキャナ装置の要部の構成を説明する図である。図１
において、１は光源、２は振動ミラー、３はミラードラ
イバ、４は照射部走査制御装置、５はステージに載せら
れた平板状の試料、６は試料の発光パターンの光の発光
位置を一次元的な走査ラインで集光するラインセンサ、
７は受光部走査装置、８はデータ処理装置である。

【００１６】光源１は、蛍光物質を励起するレーザ光を
発光するレーザ光源である。光源１からのレーザ光は、
振動ミラー２により反射されて試料５の表面に照射され
る。振動ミラー２はミラードライバ３により駆動され
る。ミラードライバ３は照射部走査制御装置４により制
御される。

【００１７】照射部走査制御装置４、ミラードライバ
３、振動ミラー２、および光源１から構成されるレーザ
光の光照射系は、化学発光法のような平板状で発光する
試料の発光パターンを読み取る場合には、オフ状態とさ
れ、使用されない。しかし、蛍光法のような試料の蛍光
物質から発光する発光パターンを読み取る場合に対して
は、試料の中の蛍光物質をレーザ光により励起させるた
め、照射部走査制御装置４の制御によって、ミラードラ
イバ３を駆動し、振動ミラー２の反射方向を制御して、
光源１からのレーザ光を走査して、試料５の表面にレー
ザ光を照射する。これにより、電気泳動された試料５の
中の蛍光物質を励起させる。

【００１８】レーザ光の照射により、励起された蛍光物
質から蛍光が発光するが、その発光パターンを、後述す
るように、ラインセンサ６および受光部走査装置７によ
り、ラインセンサ６において蛍光パターンの光の発光位
置を一次元の走査ラインで集光し、その発光位置を走査
して読み取りを行う。つまり、ここでの読み取り動作
は、化学発光法による試料の発光パターンのように、試
料自体が発光する発光パターンを読み取る場合であって
も、レーザ光の光照射系を用い、励起された蛍光物質か
ら発光する試料の発光パターンを読み取る場合であって
も同様である。

【００１９】次に、発光パターンの読み取り走査系につ
いて説明する。電気泳動ゲル５ａがガラスプレート５
ｂ，５ｃに挾まれた読み取り対象の試料５が、ステージ
（図示せず）に載置されて、コンソールパネルから読み
取り動作の開始指示が与えられると、移動機構（図示せ
ず）がステージ上の試料５の読み取り位置をラインセン
サ６上で相対的に移動させる。ラインセンサ６からは、
試料５の発光パターンの光が一次元的な走査ラインで集
光され、受光部走査装置７が、ラインセンサ６により走
査ラインで集光された試料５からの発光パターンの光を
走査して受光し、内部に設けられた光電変換器により、
受光した光信号を電気信号に変換する。そして、データ
処理装置８が、変換された電気信号をディジタル信号に
変換してデータ処理を行う。この場合に、２次元的に発
光パターンを読み取るため、移動機構が試料５の載置さ
れたステージとラインセンサ６を相対的に移動させる。

【００２０】ここでは、受光部走査装置７がラインセン
サ６による走査ラインで集光される発光パターンを走査
して受光する。つまり、発光パターンの受光側での制御
によって（ラインセンサ６および受光部走査装置７によ
り）発光パターンの光の発光位置を一次元的に走査して
集光を行うので、化学発光法のような平面上で発光する
試料５の発光パターンであっても、蛍光法のような試料
の蛍光物質を励起して発光させた発光パターンであって
も、同様にそのまま読み取ることができる。

【００２１】図２は、２次元ＣＣＤ撮像素子を用いる場
合のラインセンサおよび受光部走査装置の構成例を説明
する図であり、図３は、２次元ＣＣＤ撮像素子を用いる
場合のラインセンサの構造を説明する斜視図である。ま
た、図４は、ラインセンサの一次元の走査ラインの位置
を２次元ＣＣＤ撮像素子の読み取り位置の配列に変換す
る場合の対応関係テーブルを説明する図である。次に、
これらの図を参照して説明する。

【００２２】図２に示すように、試料が載置されるステ
ージ（試料台）２０の下側に、光ファイバ束で構成され
るラインセンサ２１が設けられており、ラインセンサ２
１により一次元の走査ラインでの集光が行われ、受光部
走査装置２２により読み取り走査が行われる。その場合
に、受光部走査装置２２としては、２次元ＣＣＤ撮像素
子２３が用いられる。ラインセンサ２１の構造は、図３
に示すように、光ファイバ束３０の一方端が、試料台側
３１で試料から放出する蛍光を一次元の走査ラインで集
光できるように一列に並べられており、光ファイバ束３
０の他方端が、受光部走査装置２２に接続される受光部
側３２で、光電変換器の受光デバイス（２次元ＣＣＤ撮
像素子２３）の受光部の形状に合うような形（矩形状）
に光ファイバ束が束ねられている。

【００２３】したがって、ラインセンサ２１における走
査ライン上の光入射位置の画素の位置と光出射位置の画
素の位置との対応関係（光ファイバ１本毎の光入射口と
光出射口）は、図４（ａ）に示すような関係になる。こ
れらの対応関係は、図４（ｂ）に示すように、対応関係
テーブル４０に対応関係データとして設定しておき、そ
の対応関係データに基づき、データ処理装置による信号
処理の中で、２次元ＣＣＤ撮像素子２３により受光した
各々の画素の位置関係を一次元の走査ラインにおける画
素の位置関係に戻す。

【００２４】つまり、図３に示すように、２次元ＣＣＤ
撮像素子２３の受光部に対向する受光部側３２と試料台
側３１のセンサ部分をつなぐ光ファイバ束の配列構造
は、図４（ａ）に示すように、その入射側が、一次元配
列Ａ（１）〜Ａ（ａ）となるように、光ファイバ束を一
列にａ本並置し、出射側が、２次元配列Ｂ（１，１）〜
Ｂ（ｘ，ｙ）となるように、２次元ＣＣＤ撮像素子の受
光面の形に合わせて、縦ｘ本，横ｙ本の矩形の形状に束
ねられて構成されている。これにより、ラインセンサ２
１の光ファイバ束から出てくる光は、２次元ＣＣＤ撮像
素子の受光面に入力され、２次元ＣＣＤ撮像素子２３か
ら発光パターンの走査ラインの光量が読み取られる。読
み取られた光量のアナログ信号値は、ディジタル信号に
変換されてデータ処理される。このデータ処理の中で、
２次元ＣＣＤ撮像素子から読み取られた光量の２次元パ
ターンが、前述したように対応関係テーブル４０の対応
関係データに基づいて、一次元の走査ラインのデータに
戻される。

【００２５】ラインセンサ２１における光ファイバ束の
各光ファイバの配列の並び方は、一次元配列Ａ（１）〜
Ａ（ａ）の部分列が、厳密に２次元配列Ｂ（１，１）〜
Ｂ（ｘ，ｙ）の横方向または縦方向の部分列に対応して
いなくてもよい。つまり、その場合、読み取り開始時
に、蛍光法による試料を読み取るための光照射系を用い
て、レーザ光を走査ラインに沿って走査することによ
り、各画素位置のテスト走査を行い、一次元配列Ａ
（１）〜Ａ（ａ）の走査ラインの位置と、２次元配列Ｂ
（１，１）〜Ｂ（ｘ，ｙ）の走査ラインの位置との対応
関係を読み取り、その対応関係を対応関係データとし
て、対応関係テーブル４０に登録する。そして、その
後、登録した対応関係テーブル４０の対応関係データを
用いて、読み取り動作を開始する。

【００２６】試料から得られる発光パターンの光の位置
を決定する方法は、蛍光法または化学発光法による試料
からの発光パターンの種類によって、次のように異な
る。すなわち、蛍光法の場合は、蛍光物質を励起させる
レーザ光の走査位置を、振動ミラーの回転角度やレーザ
光を照射し始めた時間から求め、それに対応させて試料
の走査ラインの１ラインの発光パターンを求める。

【００２７】また、化学発光法の場合には、入射側と２
次元ＣＣＤ撮像素子の受光側での画素の対応関係は、次
のようにして求められる。初期設定動作として、ライン
センサ２１の入射側の光ファイバに片側から順に光を当
てていき、そのとき信号が得られた２次元ＣＣＤ撮像素
子の受光側の画素との対応関係を、対応関係データとし
て対応関係テーブル４０に登録する。実際の試料では、
この対応関係テーブル４０の対応関係データに基づい
て、２次元ＣＣＤ撮像素子から得られる発光パターンを
変換し、試料の走査ラインの１ラインの発光パターンを
決定する。

【００２８】これにより、ラインセンサ２１を介して、
２次元ＣＣＤ撮像素子によって各々の画素の位置の光量
が読み取られ、試料の各画素に対応するラインセンサ２
１の走査ライン上の画素の強度が求められ、試料からの
蛍光の発光パターンが決定される。このようにして、試
料からの発光パターンの読み取りが行われるが、この発
光パターンの読み取り動作は、蛍光法および化学発光法
のどちらの場合も同じであり、レーザ光源による光照射
を使うか使わないかによって、すなわち、レーザ光の光
照射系をＯＮ／ＯＦＦすることにより、蛍光法および化
学発光法のどちらの読み取りでも行える構成となってい
る。

【００２９】次に、受光素子として、高感度のフォトマ
ルチプライヤ（ＰＭＴ）を用いる場合について説明す
る。図５は、フォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）を用いる
場合のラインセンサおよび受光部走査装置の構成を説明
する図であり、図６は、フォトマルチプライヤ（ＰＭ
Ｔ）を用いる場合のラインセンサの構造を説明する図で
ある。また、図７は、受光部走査装置の駆動機構の構成
を説明する図であり、図８は、集光部の構成を説明する
図である。これらの図を参照して説明する。

【００３０】図５において、５０はステージ（試料
台）、５１は光ファイバ束からなるラインセンサ、５２
はスリットを設けた回転板からなる受光部走査装置、５
３は回転板のスリットを通った光を集光する集光部、５
４は光電変換素子のフォトマルチプライヤ、５５は回転
板、５６はスリット、５７は位置センサである。

【００３１】ラインセンサ５１は、図５に示すように、
光ファイバ束が、ステージ５０の側で、試料から放出す
る蛍光を一次元の走査ラインで集光できるように一列に
並べられ、反対側の受光部走査装置５２の側で、光ファ
イバ束が円弧状に並べられて構成されている。すなわ
ち、受光部走査装置５２の側で、受光部走査装置５２の
回転板５５のスリット５６の位置に対応するように、回
転板５５の円周に沿って並べられている（図６）。受光
部走査装置５２は、スリット５６が設けられた回転板５
５と、回転板５５を回転駆動するステッピングモータ
（６４：図７）、スリットの回転位置を検知する位置セ
ンサ５７から構成されている。この回転板５５を、後述
するようにステッピングモータにより、走査ラインの読
み取りに対応して回転させ、スリット５６を抜けた光を
受光して、走査ラインの走査が行われる。

【００３２】ステージ５０に載せられた試料の蛍光パタ
ーンの読み取りを行う場合、ラインセンサ５１の光ファ
イバ束によって、試料の発光パターンの走査ラインの光
を受光部走査装置５２に導き、受光部走査装置５２の回
転板５５を回転させることにより走査して受光する。す
なわち、回転板５５のスリット５６を通ってきた光を選
択的に受光し、更に、集光部５３を通して光電変換素子
のフォトマルチプライヤ５４に導く。

【００３３】フォトマルチプライヤ５４では、受光した
光量に応じて電気信号に変換して出力する。出力された
電気信号は、デジタル信号に変換してデータ処理を行
う。この場合、受光した光量に応じたデジタル信号は、
受光部走査装置５２における回転板の回転角を基にし
て、走査ラインの一次元の情報に対応させ、走査ライン
の１ラインの発光パターンを決定する。

【００３４】これにより、前述した２次元ＣＣＤ撮像素
子を用いる場合と同様に、化学発光法および蛍光法のい
ずれによる試料の発光パターンであっても、レーザ光源
による光照射を使うか使わないかによって、すなわち、
レーザ光の光照射系をＯＮ／ＯＦＦすることにより、そ
れぞれの試料の発光パターンの読み取りが行える構成と
なっている。

【００３５】ラインセンサ５１の構造について、更に詳
細に説明する。高感度のフォトマルチプライヤ（ＰＭ
Ｔ）を用いる場合においても、試料の発光パターンから
の光を効率よく集光し、その発光位置を走査して受光す
るため、図６に示すように、ラインセンサ５１の構造で
は、ステージ５０の側では、試料から放出する蛍光を一
次元の走査ラインで集光できるように光ファイバ束が一
列に並べられ、受光部走査装置５２の側では、光ファイ
バ束が回転板の円弧に沿って、その円周上に並べられ
る。その場合、光ファイバ束の配列は、図６の下部側の
部分拡大図に示すように、回転板の側で円周上に並べる
際、できるだけ各々の光ファイバが密に円弧上に位置す
るように、つまり光ファイバ束の配列の円周が小さくな
るように、光ファイバの奇数番目を下段に、偶数番目を
上段にと交互に並べられている。

【００３６】受光部走査装置５２の回転板の駆動機構の
構造では、図７に示すように、ラインセンサ５１の下部
側に、回転板５５を回転駆動するステッピングモータ６
４が配置される。図７は、回転板の機械部分の構造を横
から見たものを示している。回転板５５は、回転軸６３
を介して直接にステッピングモータ６４に接続されてお
り、ステッピングモータ６４により回転駆動される。ま
た、前述したように、スリット５６を設けた回転板５５
は、スリット５６の回転位置を知るために、位置センサ
５７が、回転板５５の側部に設けられている。

【００３７】位置センサ５７の位置をスリット５６が通
過したタイミングに基づいて、ステッピングモータ６４
を制御して、回転板５５の回転角度を制御し、スリット
５６の同周上の位置を制御し、ラインセンサ５１の走査
ラインの走査を行い、発光パターンの読み取りを行う。
そして、試料の走査ラインの１ラインの発光パターンを
求める。

【００３８】図８は、集光部の構成を説明する図であ
る。集光部５３は、前述したように、受光部走査装置５
２により走査されて受光した光を集光して、光電変換素
子のフォトマルチプライヤ５４に導く光学部品により構
成される。例えば、図８に示すように、レンズ６５で構
成され、回転板５５のスリットを抜けてきた光を、レン
ズ６５により集光してフォトマルチプライヤ５４に導
く。このレンズ６５に替えて、後述するように、光ファ
イバ束でも同様に利用できる（図１２（ｂ））。

【００３９】図９はスキャナ装置の電気系統の構成を示
すブロック図である。電気系統の構成は、図９に示すよ
うに、スキャナ装置の制御処理を実行するためのマイク
ロプロセッサ（ＣＰＵ）１５０，制御ソフトウェアを格
納しておくためのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１５
２，一時的なデータの保存やその他のデータ処理のため
のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１５１，受光部走
査装置１５４，照射部走査制御装置１５５，振動ミラー
を駆動するミラードライバ１５６，受光した光信号を電
気信号に変換した信号をディジタルデータにアナログデ
ィジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ１５７，受光
部や光源の強度ムラなどを含めた光学測定系の固定した
ズレを補正するためのシェーディング補正回路１５８、
読み取り対象が蛍光法の試料の発光パターンであるかま
たは化学発光法による試料の発光パターンであるかに対
応してレーザ光源のオン・オフを制御す光源制御装置１
５９，外部のデータ処理装置１６０とのインタフェース
制御を行うＳＣＳＩコントローラ１５３などから構成さ
れている。

【００４０】電気系統の動作の概略を説明する。電源を
投入すると、まず、装置各部のイニシャライズを行い、
イニシャライズの処理が終了した後、試料の発光パター
ンの読み取りを行う。ここでのイニシャライズの処理内
容としては、例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）
１５２およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１５１
のチェック、レーザ光源をオン・オフしての光源および
受光部走査装置の動作チェック、インタフェース制御を
行うＳＣＳＩコントローラ５３のインタフェース部のイ
ニシャライズ、駆動系の動作チェックなどの処理を行
う。

【００４１】イニシャライズ処理が完了すると、ホスト
（データ処理装置１６０）側からのコマンド待ち状態と
なる。ユーザの操作指示で、読み取り指示コマンドなど
が入った場合には、そのコマンド処理を実行して、再
度、コマンド待ち状態に戻る。

【００４２】読み取り対象の試料の自動判別を行う場合
には、例えば、読み取り指示コマンドが入力された場
合、レーザ光源をオフとし、受光部走査装置による所定
時間の間の試料からの発光の検出動作の後、読み取り対
象の試料が発光していないことを検出すると、蛍光法に
よる試料の発光パターンの読み取りとするため、光源制
御装置１５９を制御して、レーザ光源をオンとする。そ
して、更に、試料の蛍光物質を励起するためのレーザ光
を走査して照射するため、照射部走査制御装置１５５を
起動し、ミラードライバ１５６を制御して振動ミラーを
駆動する。

【００４３】ここでのレーザ光を走査して照射する走査
タイミングは、受光部走査装置が、照射部走査制御装置
によるレーザ光を照射する光照射位置の走査タイミング
と、ラインセンサによる試料の発光パターンの光を受光
する受光位置の走査タイミングとは、所定の位相差を設
けて走査タイミングの制御を行う。受光位置の走査タイ
ミングを遅らせる位相差の調整により、蛍光法による試
料の発光パターンを受光する場合において、直接的なレ
ーザ光の励起光による背景ノイズを避けて、受光部走査
装置による発光パターンを受光することができる。

【００４４】また、化学発光法による試料の発光パター
ンの読み取りの場合には、受光部走査装置により最初か
ら試料の発光による光が検出されるので、光源制御装置
１５９を制御して、レーザ光を発光する光源をオフとし
たまま、読み取りを開始する。読み取りを開始すると、
受光部走査装置１５４の制御により主走査を行い、図示
しない移動機構を制御して副走査を行う。そして、主走
査によりラインセンサの走査ラインの１ラインごとのデ
ータを取得しながら、例えば、シェーディング補正回路
５８によるシェーディングの補正処理を施して、データ
処理装置１６０に、ＳＣＳＩコントローラ１５３のイン
タフェースを通して送出する。１ラインのデータを送出
した後、移動機構を制御して副走査を行い、次のライン
の読み取りを開始する。

【００４５】次に、本発明のスキャナ装置の変形例につ
いて説明する。前述したように、本発明のスキャナ装置
においては、受光部走査装置の制御により、発光パター
ンの読み取りの走査を行い、蛍光法による試料の発光パ
ターンおよび化学発光法による試料の発光パターンのい
ずれの試料の発光パターンであって読み取れるように構
成しているが、蛍光法による試料の発光パターンの読み
取りでは、照射部走査制御装置の制御により、レーザ光
源の照射光の走査制御が必須となる。

【００４６】したがって、この場合に限っては、つま
り、蛍光法による試料の発光パターンの読み取りに限っ
ては、受光部走査装置の制御を行うことなく、照射部走
査制御装置の制御のみによって、読み取りが実行できる
ように変形できる。

【００４７】次に、このような変形例について説明す
る。この場合の変形例においては、受光部走査装置は走
査ラインの走査の制御を行うことなく、受光した発光パ
ターンの光量の全てを光電変換素子に導くように変形さ
れる。光電変換素子として２次元ＣＣＤ撮像素子を用い
る場合には、ラインセンサから得られた光量を全て加え
て検出するようにすればよい。

【００４８】また、受光素子として高感度のフォトマル
チプライヤ（ＰＭＴ）を用いる場合には、受光部走査装
置の回転板の形状を変形し、回転板の回転角を所定位置
に固定することにより、ラインセンサから得られた光量
を全てフォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）に導くようにす
る。

【００４９】図１０は、本発明の変形例の受光部走査装
置の回転板を示す図である。図１０において、７２は回
転板、７４はスリット、７５は位置センサ、７６は切り
欠き部である。回転板７２は、その円周の１／３が切り
欠き部７６となっており、残りの部分よりも半径が小さ
くなっている。また、この円周の１／３が切り欠き部７
６に対応して、前述したラインセンサ５１の光ファイバ
束からの光導出口は、円周の１／３に設けるように構成
する。つまり、回転板７２が、図１０（ａ）に示すよう
な回転角の位置にある場合、ラインセンサ５１の光ファ
イバ束からの光が、その円周の１／３が切り欠き部７６
を通して、全て集光部を介してフォトマルチプライヤ
（ＰＭＴ）に導くように構成される。

【００５０】また、このように円周の１／３に設ける切
り欠き部７６が、回転板７２の回転によるスリット７４
における走査に影響を与えないように、切り欠き部７６
とスリット７４の位置関係は、互いに１２０°ずつ離れ
た関係に設けられる。これにより、回転板７２の回転に
より、スリット７４から走査ラインの走査位置の光信号
が得られている時は、円周の１／３の切り欠き部７６は
影響を与えない。

【００５１】回転板７２が右回りにより走査ラインの走
査を行うとすると、図１０（ｂ）に示すように、走査ラ
インの走査開始位置に、スリット７４がある場合におい
て、円周の１／３の切り欠き部７６は影響を与えないよ
うになっており、また、走査ラインの走査開始位置か
ら、更に、右回りに１２０°回転した走査ラインの走査
終了位置にスリット７４がある場合においても、円周の
１／３の切り欠き部７６は影響を与えないようになって
いる。

【００５２】すなわち、蛍光法による試料の発光パター
ンを読み取る場合には、回転板７２を、図１０（ａ）に
示すような状態で静止させる。この状態では、ラインセ
ンサの光ファイバ束が正面から全て見えるようになって
おり、試料の走査ラインの１ラインからの全ての光が受
光できる。このとき、レーザ光源をオンとして、照射部
走査制御装置の制御により、レーザ光を照射して、励起
させた蛍光を読み取ることができる。試料の発光パター
ンの光の位置は、振動ミラーの回転角度（照射部走査制
御装置の制御信号）から求められる。

【００５３】また、化学発光法による試料の発光パター
ンを読み取る場合には、ラインセンサの走査ライン上か
ら一部分の光を選択的に受光するため、回板板７２を回
転させる。回転板７２には、切り欠き部７６の終点から
１２０°のところにスリット７４が入っており、スリッ
ト７２で走査ライン上の一部分の光を選択して受光す
る。選択された光がライン上のどの位置に当たるかは、
回転板７２の回転角（ステッピングモータの回転角）に
よって求められる。なお、回転板７２の基準位置は、位
置センサ８５によって求められる。

【００５４】図１１は、変形例のフォトマルチプライヤ
（ＰＭＴ）を用いる場合のラインセンサおよび受光部走
査装置の構成を説明する図である。図１１において、７
３は回転板、７４はスリット、７５は位置センサ、７６
は円周１／３の切り欠き部、８０はステージ（試料
台）、８１は光ファイバ束からなるラインセンサ、８２
はスリットおよび切り欠き部を設けた回転板からなる受
光部走査装置、８３は回転板のスリットおよび切り欠き
部を通った光を集光する集光部、８４は光電変換素子の
フォトマルチプライヤである。

【００５５】ラインセンサ８１は、図５に示すように、
光ファイバ束が、ステージ８０の側で、試料から放出す
る蛍光を一次元の走査ラインで集光できるように一列に
並べられ、反対側の受光部走査装置８２の側では、光フ
ァイバ束が回転板７３の円周の１／３の円弧状に並べら
れて構成されている。すなわち、受光部走査装置８２の
側では、受光部走査装置８２の回転板７３のスリット７
４および切り欠き部７６の位置に対応するように、回転
板７３の円周の１／３の円弧状に並べられている。受光
部走査装置８２には、更に、回転板７３を回転駆動する
ステッピングモータ、スリットの回転位置を検知する位
置センサ７５から構成されている。この回転板７３が、
ステッピングモータにより、走査ラインの読み取りに対
応して回転させ、スリット７４を抜けた光を受光して、
走査ラインの走査が行われる。

【００５６】ステージ８０に載せられた試料の発光パタ
ーンの読み取りを行う場合、ラインセンサ８１の光ファ
イバ束によって、試料の発光パターンの走査ラインの光
を受光部走査装置８２に導き、受光部走査装置８２の回
転板７３を回転することにより走査して受光する。回転
板７３の回転により、回転板７３のスリット７４を通っ
てきた光を選択的に受光し、更に、集光部８３を通して
光電変換素子のフォトマルチプライヤ８４に導く。

【００５７】フォトマルチプライヤ８４では、受光した
光量に応じて電気信号に変換して出力する。出力された
電気信号は、デジタル信号に変換してデータ処理を行
う。この場合、受光した光量に応じたデジタル信号は、
受光部走査装置８２における回転板の回転角を基にし
て、走査ラインの一次元の情報に対応させ、走査ライン
の１ラインの発光パターンを決定する。

【００５８】図１２は、集光部の構造を示す図である。
ここでの集光部は、前述したように、受光部走査装置８
２により走査されて受光した光を、光電変換素子のフォ
トマルチプライヤ８４に導く光学部品により構成され
る。この場合、例えば、図１２（ａ）に示すように、レ
ンズ８５により集光して、フォトマルチプライヤ８４に
導く構成を利用するか、または、図１２（ｂ）に示すよ
うに、光ファイバ束８６により集光して、フォトマルチ
プライヤ８４に導く構成が利用できる。

【００５９】図１２（ｂ）に示すように、光ファイバ束
８６を用いて集光する構成では、前述したラインセンサ
８１の光ファイバに対応させて、光ファイバ束８６の光
入射側を、受光部走査装置８２の回転板を挟んで向き合
うように配置し、その他端の光出射側は、フォトマルチ
プライヤ８４の光入射口の大きさに合わせて束ねる。こ
の場合、回転板を通った光は光ファイバ８６によって受
光され、光ファイバ束８６の内を伝わってフォトマルチ
プライヤ８４まで導かれる。

【００６０】このように、変形例のスキャナ装置におい
ては、蛍光法による試料の発光パターンを読み取る場
合、その読み取り位置の走査系の制御を、受光部走査装
置を用いることなく、受光部走査装置の回転板を固定し
ておき、レーザ光源の光照射系の制御を行えるように構
成できる。

【００６１】つまり、変形例のスキャナ装置において
は、受光部走査装置８２の回転板７３には、円周の１／
３の切り欠き部７６を設けているので、切り欠き部７６
の位置が、ラインセンサ８１の光出射口に位置するよう
に、回転板７３を適当な位置で静止させることにより、
走査ラインの１ライン全体から放出される光を一度に受
光できるようになる。したがって、この状態で、蛍光法
による試料の発光パターンを読み取ることができる。こ
の場合には、振動ミラーの回転角と光の位置を対応さ
せ、発光パターンを決定する。

【００６２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のスキャ
ナ装置によると、化学発光などの微弱な光を手軽なスキ
ャナ方式で効率的に受光しパターンを可視化できる。ま
た、本発明は、発光源からの光に密着して光ファイバで
集光するため、光のロスが少なくてすむという利点があ
る。また、高価な受光素子を大量に使わずにすむため、
コスト面でも改良されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスキャナ装置の要部の構成を説明す
る図、

【図２】 ２次元ＣＣＤ撮像素子を用いる場合のライン
センサおよび受光部走査装置の構成例を説明する図、

【図３】 ２次元ＣＣＤ撮像素子を用いる場合のライン
センサの構造を説明する斜視図、

【図４】 ラインセンサの一次元の走査ラインの位置を
２次元ＣＣＤ撮像素子の読み取り位置の配列に変換する
場合の対応関係テーブルを説明する図、

【図５】 フォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）を用いる場
合のラインセンサおよび受光部走査装置の構成を説明す
る図、

【図６】 フォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）を用いる場
合のラインセンサの構造を説明する図、

【図７】 受光部走査装置の駆動機構の構成を説明する
図、

【図８】 集光部の構成を説明する図、

【図９】 スキャナ装置の電気系統の構成を示すブロッ
ク図、

【図１０】 本発明の変形例の受光部走査装置の回転板
を示す図、

【図１１】 変形例のフォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）
を用いる場合のラインセンサおよび受光部走査装置の構
成を説明する図、

【図１２】 変形例の集光部の構成を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１…光源、 ２…振動ミラー、 ３…ミラードライバ、 ４…照射部走査制御装置、 ５…平板状の試料、 ６…ラインセンサ、 ７…受光部走査装置、 ８…データ処理装置、 ２０…ステージ（試料台）、 ２１…ラインセンサ、 ２２…受光部走査装置、 ２３…２次元ＣＣＤ撮像素子、 ３０…光ファイバ束、 ３１…試料台側、 ３２…受光部側、 ４０…対応関係テーブル、 ５０…ステージ（試料台）、 ５１…ラインセンサ、 ５２…受光部走査装置、 ５３…集光部、 ５４…フォトマルチプライヤ、 ５５…回転板、 ５６…スリット、 ５７…位置センサ、 ６３…回転軸、 ６４…ステッピングモータ、 ６５…レンズ、 ７２…回転板、 ７４…スリット、 ７５…位置センサ、 ７６…切り欠き部、 ８０…ステージ（試料台）、 ８１…ラインセンサ、 ８２…受光部走査装置、 ８３…集光部、 ８４…フォトマルチプライヤ、 ８５…レンズ、 ８６…光ファイバ束、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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７−271962（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−97327（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−223261（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−105834（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/447 G01N 21/62 - 21/74 G06T 1/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状で発光する試料の発光パターンまた
   は平板状に展開された試料の蛍光物質を励起して発光す
   る発光パターンを走査して読み取るラインセンサを用い
   るスキャナ装置であって、 レーザ光の発光をオンまたはオフとできる光源と、 試料に対して発光したレーザ光を走査して照射するレー
   ザ光走査装置と、 読み取り対象の試料を載置するステージと、 前記試料の発光パターンの光を受光する位置を一次元的
   に集光するラインセンサと、 前記ステージとラインセンサを相対的に移動させる移動
   機構と、前記光源をオフとし、前記ラインセンサにより集光され
   た試料の発光パターンを走査して受光し、受光が検出で
   きれば、そのまま受光し、読み取り開始から所定時間の
   間、受光が検出されないと前記光源をオンとし、 前記ラ
   インセンサにより集光された試料の発光パターンを走査
   して受光し、受光した光信号を電気信号に変換する受光
   部走査装置と、 前記受光部走査装置からの電気信号をディジタル信号に
   変換してデータ処理を行うデータ処理装置とを備えるこ
   とを特徴とするスキャナ装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のスキャナ装置において、 前記受光部走査装置は、レーザ光走査装置によるレーザ
   光を照射する光照射位置の走査タイミングと、ラインセ
   ンサによる試料の発光パターンの光を受光する受光位置
   の走査タイミングとは、所定の位相差を設けて走査タイ
   ミングの制御を行うことを特徴とするスキャナ装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のスキャナ装置において、 ラインセンサは、光入射口を走査ライン上に並べ、光出
   射口を使用する光電変換器の受光部の形状に合わせた形
   に束ねた光ファイバ束であり、前記光出射口において、
   前記受光部走査装置により走査されて受光されることを
   特徴とするスキャナ装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載のスキャナ装置において、 前記受光部走査装置は２次元ＣＣＤ撮像素子であり、前
   記ラインセンサの光出射口の形状は矩形であることを特
   徴とするスキャナ装置。
5. 【請求項５】請求項３に記載のスキャナ装置において、 前記受光部走査装置における光電変換器は光電子増倍管
   であり、前記ラインセンサの光出射口の形状は円弧状で
   あり、機械的なシャッタ機構により走査を行うことを特
   徴とするスキャナ装置。
6. 【請求項６】請求項１に記載のスキャナ装置において、 前記受光部走査装置からの電気信号をディジタル信号に
   変換し、ディジタル信号に対するデータ処理で受光した
   試料の発光パターンの発光強度の分布を一次元情報とし
   て得ることを特徴とするスキャナ装置。
7. 【請求項７】請求項３に記載のスキャナ装置において、 前記受光部走査装置はＣＣＤ撮像素子であり、走査ライ
   ン上に並べた光ファイバの位置とＣＣＤ撮像素子の各画
   素の位置関係を、読み取り開始前に光源をオンとしてレ
   ーザ光を走査ラインに沿って走査し受光された位置から
   求めて対応関係テーブルに登録した当該対応関係テーブ
   ルにより変換して発光パターンの画像イメージを決定す
   ることを特徴とするスキャナ装置。