JP3675273B2 - Multi-spot light forming method, confocal detection method, fluorescence detection method, and DNA inspection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光から複数のスポットを効率よく形成する方法に関し、更にこの方法を用いて共焦点検出する方法、蛍光検出する方法並びにDNAを検査する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
マルチスポット光を被検出物体に照射し、共焦点検出する方法は円盤上に多数の開口を開けたニッポウディスクを用いている。この方法では円盤全体に光を照射し、開口部を抜けた光が照明光となる。従って光源から出射した光の殆どが開口部以外で遮光され照明に寄与する光エネルギーは光源出射光の数%に止まる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ光源から出射したビームからマルチスポット光を形成する際、出射した光を無駄なくマルチスポット光にしようとすると、例えば1列状に0.4mmのピッチで配列した0.04mm径の50個のマルチスポット光を形成しようとすると、出射したレーザビームを縦横比が1対50の長円状の形状になるよう成形する。この長円状のビームを0.4mmピッチで並ぶマイクロレンズアレイに照射すれば、このレンズ゛の焦点距離が例えば60mmであれば、ほぼ0.04mm径のマルチスポット光が0.4mmピッチで50個得られる。レーザのビームの強度分布はガウス分布であるので、このような方法で形成されたマルチスポット光は50個配列したマルチスポット光の配列の中心付近は明るく、周辺は暗くなってしまう。この中心と周辺のスポットの強度をできるだけ等しくしようとすると、マイクロレンズ50個の幅に比べ入射する長円状のビームの広がりを十分大きくしなければならない。その結果レーザ光源より出射したレーザビームエネルギーの半分以上が無駄になってしまう。
【0004】
本発明の目的は、このような従来のマルチスポット光形成方法における光の利用効率が悪く、マルチスポット光間の強度のばらつきが大きいという課題を解決し、ほぼ均一な強度のマルチスポット光を得る方法及びその装置を提供することにある。
【0005】
更に本発明の目的は、ほぼ均一な強度のマルチスポット光を用いて、共焦点検出、蛍光検出及びDNA検査を行う方法及びその装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、近接したマルチスポット光を得るために、本発明は以下の様な構成にした。
【0007】
即ち、ほぼ同一方向に向かい、隣同士が比較的近接している複数Nのレーザビームを、偏光素子に入射させることにより、この各ビームの2つの互いに直交する偏光成分のビームに分離することにより複数2Nのレーザビームとする。その後、ほぼ同一方向に向かい、隣同士が近接している複数2Nのレーザビームにする。
【0008】
このような2倍の近接するビームを得る具体的方法として、複数Nの近接するレーザビームを、偏光ビームスプリット面と、この偏光ビームスプリット面に平行で、該偏光ビームスプリット面からL1及びL2の距離にある全反射面とを有するマルチスポット光2倍化プリズムで構成された上記偏光素子に入射する。このようにすれば、前記複数の近接するレーザビーム数を2倍の2Nにすることができる。
【0009】
また複数Nの近接するレーザビームを、異方性光学媒体からなる上記偏光素子に入射し、該異方性光学媒体内を各ビームの2つの互いに直交する偏光成分のビームに分離することにより複数2Nのレーザビームとする。このようにすればほぼ同一方向に向かい、隣同士が近接している複数2Nのレーザビームにすることが可能になる。
【0010】
更に上記のようなビームを2倍化する偏光素子を複数M用いることにより2MNのレーザビームを得ることが可能になる。
【0011】
上記1個以上の偏光素子の少なくとも1個に入射する複数Nの近接するレーザビームはそれぞれ収束レーザビームである様にすると、この収束ビームの収束位置で微小マルチスポット光が得られる。この際この収束ビームは複数配列されたレンズにより形成することでマルチスポット光が形成される。
【0012】
また上記収束レーザビームの収束位置に1≦M′≦Mを満たす整数M′に対して2M′N個以上のマルチスポット光収束径程度の開口を並べたマスクを配置し、この開口にマルチスポット光が集光するようにすれば雑音迷光のない純粋な微小マルチスポット光を得ることが可能になる。
【0013】
上記の複数Nのレーザビームはレーザ光源出射ビームもしくは平行ビーム化された半導体レーザのビーム径dに対し、4d以下の隣接間隔ピッチを有する場合でも2倍化することが可能であり、また2倍化して隣接ビーム間隔を更に1/2M′にすることが可能である。即ち平行光束のレーザビームの径dより小さなピッチのマルチスポット光をレンズ系を用いずに形成することができる。
【0014】
上記した複数Nのレーザビームの形成方法として、斜辺が出射面に対しほぼ45度になる断面を有する三角形とこの斜面に接触しこの斜面と平行な全反射面を有する平行四辺形の断面を有する第2のビーム2倍化プリズムを1個以上設ける。このようにすれば例えばN/2個のレーザビームをこの第2のビーム2倍化プリズムにより複数Nのレーザビームを形成できる。
【0015】
更に、上記第2のビーム2倍化プリズムを異なる寸法からなる2種以上のものを用い、これをビームの進行方向から順次大きいものから小さいものにn段のカスケード状に並べビーム数を2n倍化する。即ち最終段のビーム2倍化プリズムの寸法をDとし他とき、この数をN/2、その前の段のビーム2倍化プリズムの寸法を2Dとしその数をN/4、初段の寸法を2n−1Dとし、その数をN/2nとする。このようにすると、N/2n+1個のわずかなビームからN個のレーザビームが得られる。
【0016】
以上説明した方法により、1個又は複数のレーザ光源より出射したレーザビームからマルチスポット光が得られる。しかもビームの2倍化の方法は何れも1ビームを偏光素子やビーム分割プリズムで行っているため、2分化後のビームのエネルギー総和は元のビームエネルギーの92%以上にすることが可能であり、収束ビームを作るレンズやこれら偏光素子の表面での反射ロス等を考慮しても各出射レーザエネルギーを総和した全エネルギーの70%以上がマルチスポット光の合計エネルギーにすることが可能になる。
【0017】
更に上記の光学部品の表面での反射損失を反射防止コート等で行うことにより1個以上のレーザ光源より出射したレーザビームの各出射レーザエネルギーを総和した全エネルギーの90%以上がマルチスポット光の合計エネルギーになる様にできる。
【0018】
ガウス分布のいろいろな場所の部分からマスチスポットを形成する従来の方法に比べ、ビームの分割を容易に均等にでき、マルチスポット光の各スポットエネルギーのばらつきが ±20%以内にすることができる。
【0019】
しかも上記の偏光素子に入射する光の偏光状態を適正化したり、多層膜タイプの偏光ビームスプリッタの膜厚を適正化することにより2倍化されたビームの強度をほぼ等しくすることが可能になり、マルチスポット光の各スポットのエネルギーばらつきが ±10%以内にすることができる。
【0020】
以上説明したレーザビームの2M′倍化により、近接したマルチ微小スポットを形成することが可能になるので、このようにして得られたマルチスポット光を共焦点検出、蛍光検出,あるいはDNA検出等に用いる。これにより、従来不可能であった光の利用効率の高い、またマルチスポット光間のばらつきが小さい検出ができるようになり、その結果高速で高精度の共焦点検出、蛍光検出,あるいはDNA検出等が可能になる。
【0021】
上記した本発明のマルチスポット光形成手段を用いて作られたマルチスポット光を被観測物体に投射し、被検査物体で反射もしくは透過した光を上記投射スポットが 結像する位置に配置したマルチ開口で透過させる。この各開口の透過光をそれぞれ個別に検出する。このようにして共焦点検出することにより光の利用効率が高く、マルチスポット光間のばらつきが少ない共焦点検出が可能になり、高速高精度の共焦点検出が実現する。
【0022】
上記した本発明のマルチスポット光形成手段を用いて作られたマルチスポット光を励起光とし、蛍光体を含む被観測物体に投射する。この励起光により被検査物体で発生した蛍光を励起光から分離し、上記励起光投射スポットで発生する蛍光が結像する位置に検出器を配置することにより各マルチスポット光位置の蛍光を検出する。このようにすることにより、複数の位置に強度の高い励起光を同時に照射することができ、また各スポットのばらつきが小さいので、高速、高精度の蛍光検出が可能になる。
【0023】
上記の蛍光検出において、上記励起光投射スポットで発生する蛍光が結像する位置に配置したマルチ開口で透過させ、各開口の蛍光透過光を個別に検出する検出器を配置する。このようにすることにより励起光で発生する被観測物体以外の蛍光を排除し、信号対雑音比の高い蛍光検出が可能になう。
【0024】
上記した本発明のマルチスポット光形成手段を用いて作られたマルチスポット光を励起光とし、蛍光体を付加したDNAを含む被観測物体に投射する。被観測物体はガラス等の基板の予め決まられた位置に既知のプローブDNAを付着させておき、被検査対象である生体試料から精製増幅したDNAの一端に蛍光物質を付加したターゲットDNAを上記ガラス基板上に流し、プローブDNAの塩基配列に対応するターゲットDNAをハイブリダイズされたものである。この被測定物体にマルチスポット光励起光を照射し、DNAに付加した蛍光体を励起し、蛍光を発生させる。この蛍光を励起光から分離し、上記投射スポットで発生する蛍光が結像する位置に検出器を配置することにより各マルチスポット光位置の蛍光を検出し、検出した位置と検出信号強度からDNAを検査する。
【0025】
上記のDNA検査において、上記励起光投射スポットで発生する蛍光が結像する位置に配置したマルチ開口で透過させ、各開口の蛍光透過光を個別に検出することにより各マルチスポット光位置の蛍光強度を検出することによりDNAを検査することにより更に信号対雑音比の大きなDNA検査ができる。
【0026】
蛍光検出及びDNA検査においては励起光と蛍光の波長が比較的接近する場合が多い。このような場合マルチスポット光を用いると検出及び検査の視野が大きくなり、各マルチスポット励起光で発生する蛍光を検出系に導く途中に挿入する励起光から蛍光を分離する光学系の特性が不十分になる。即ち 結像光学系から検出器に至る途中に投入される波長分離ビームスプリッタや干渉フィルタ等の励起光から蛍光を分離する光学系に入射する蛍光の入射角が各スポットで異なってしまう。その結果マルチスポット光の場所により、遮蔽すべき励起光が洩れてしまい正確な蛍光検出ができなくなる。
上記課題を解決するため上記蛍光を励起光から分離する方法は、波長分離ビームスプリッタを用いると共に、各マルチスポット光励起で発生する蛍光が結像光学系から結像位置に至る各スポットからの蛍光の主光線が互いに平行となるテレセントリック結像光学系にし、該結像光学系と結像位置の間に干渉フィルタ又は及び波長分離ビームスプリッタを挿入する。このようにすれば、どのスポット励起光からの蛍光も干渉フィルタや、波長選択ビームスプリッタに同一の入射角で入射する。この結果どのスポットからの蛍光及び雑音成分となる励起光も同一条件で、従って最適な条件で、それぞれ蛍光を選択し、励起光を除去することができ、励起光漏れの極めて小さい、従ってノイズの極めて少ない蛍光検出ができる。以上の結果、更にこの蛍光検出法を用いて、励起光の反射光強度に対し極めて微弱な強度の蛍光を検出する必要のあるDNA検査を正確に高精度にできるようになる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【0028】
図1は、本発明によるマルチスポット光を得る方法及びその手段の実施形態を示す図である。
【0029】
1つ又は複数のレーザ光源より出射したほぼ平行光であるレーザビームは、後述の方法により数mmピッチの互いに平行な同一方向に向かう複数(図では偶数)N/2本のレーザビーム81となり、N/2個のビーム2倍化プリズム411,412等によりN個のレーザビームになる。ビーム2倍化プリズムは、図1(b)に拡大斜視図が示されているように(但し、図1の(a)と(b)とでは、ビーム2倍化プリズム411と412との配置は、必ずしも1対1に対応していない。)、出射面に対しほぼ45度になる断面を有する三角形とこの斜面に接触しこの斜面と平行な全反射面を有する平行四辺形の断面を持っている。
【0030】
平行四辺形の一辺に入射した光は三角形の斜面のビームスプリット面でほぼ50%は反射し、残りのほぼ50%は透過する。透過した光はそのまま三角形のプリズムを抜け、反射した光は平行四辺形の他の面で全反射し、平行四辺形のプリズムを抜ける。このように三角形及び平行四辺形のプリズムを抜けた光は互いに平行で強度はほぼ等しい。又両光の間隔はPとなる。この結果、ビーム間隔が2Pであるレーザビーム81の半分のビーム間隔Pになっている。
【0031】
このようなビーム2倍化プリズムがN/2個、ピッチ2Pで配列したビーム2倍化プリズムアレイ4により、レーザビーム81はピッチがPで、ほぼ同一方向に向かい、隣同士が近接している複数Nのレーザビーム8となる。この複数Nのレーザビームを後述する偏光素子11に入射させることにより、ほぼ同一方向に向かい、隣同士が近接している複数2Nのレーザビームにする。
【0032】
図2に示すように、偏光素子11は偏光ビームスプリット面110に平行で、この偏光ビームスプリット面110からそれぞれL1及びL2の距離にある全反射面1101と1102を有する透明なプリズム111と112からなる第1のマルチスポット光2倍化プリズムで構成されている。偏光素子11のN本のビームの入射面には図1に拡大図が、図2に断面拡大図が示されているような球面平凸レンズを短冊状に切断した21,22の様な短冊状凸レンズがN個各N本の平行ビームの位置に対応して配置されている。この短冊状凸レンズのアレイ20を透過したビームは図2に示すようにそれぞれ収束光となり、互いに平行に偏光ビームスプリット面に入射する。
【0033】
各ビームは円偏光又はビームスプリット入射面に45度の直線偏光であるので、図2に示すように入射光82のS偏光成分はこの面で反射し、P偏光成分は透過する。図2に示すように反射した収束光822はプリズム111を透過し、ビームスプリット面110に平行な面である1101面に45度の入射角で入射する。1101面で全反射した収束ビーム822′はS偏光であるため再びビームスプリット面110で反射する。反射した収束ビーム822″はプリズム111を透過し、抜ける。
他方P偏光成分はビームスプリット面110を透過した収束ビーム821は、プリズム112を透過し、ビームスプリット面110に平行な面である1102面に45度の入射角で入射する。反射光は全反射収束ビーム821′となりし、再びビームスプリット面110に入射する。入射光はP偏光であるためほぼ100%透過し、この透過光821″はプリズム111を透過し、抜ける。
【0034】
プリズム111と112の全反射面1101と1102はビームスプリット面からそれぞれL1及びL2の距離にある。L1及びL2の値は√2(L2−L1)がN本の平行ビーム8のピッチPの半分であるP/2である。従ってビームスプリット面で分離した光が辺呼応素子を抜けるときには、2つの光がP/2だけシフトする。この結果偏光素子11に入射したピッチPのN個の収束ビームはピッチがP/2で2N本の収束ビームとなって偏光素子11を抜ける。
【0035】
偏光素子11のプリズム111の出射面には図3に示す直径がdのピンホール開口211がピッチP/2で2N個配列したピンホールアレイマスク2があり、収束光はこのピンホールを通過する。2N個のピンホール開口以外の部分は光を遮光するので、収束光以外の雑音となる迷光はこのピンホールアレイマスク2により遮光される。この結果ピンホールアレイマスクを透過した光はピンホール部のみからスポットアレイ光が発する。
【0036】
ピンホールアレイ2を透過した光は隣接スポット毎にPとSの直線偏光になっている。ピンホールアレイ2の直後には1/4波長板3が配置されている。この1/4波長板はその光学軸がP及びSの偏光方向に対し45度になるように設定されている。従って1/4波長板3を透過するPとS偏光の光はそれぞれ右及び左回りの円偏光になる。
【0037】
1/4波長板3を通過した2N個の平行な円偏光のビームは偏光素子12に入射する。偏光素子12は上述の偏光素子11とほぼ同じ構造の偏光ビームスプリッタである。即ちビームスプリット面120でP偏光を透過、S偏光を反射する。またビームスプリット面で反射した後通過するプリズム121の全反射面1201、及び反射した後通過するプリズム122の全反射面1202とビームスプリット面までの距離L1′及びL2′はその値が√2(L2′−L1′)= ±P/4を満たす。このようにすることにより、プリズム12に入射するピッチP/2の2N個の平行ビームはピッチP/4の4N個の互いに平行な発散ビームとなり、プリズム12から出射される。
【0038】
ピンホールアレイマスクにある2N個のスポットから出射する光は偏光素子12により4N個のマルチスポット光がまるでマスク面から出射しているように見える。即ち反射面120、1201,及び1202による鏡像効果により、偏光素子12を透過した側から見れば、4N個のマルチスポット光がマスク2の面にでき、ここから発散光となって出射してくる。
【0039】
一例としてNの数を16、Pを1.6mmとすると、上記実施形態のマルチスポット光の数は64となり、ピッチは0.4mmとなる。後に詳細を説明するが、この光を無限焦点顕微鏡の対物レンズに 結像レンズを介して入射させれば、光学系の倍率を20倍とすれば被検査対象の試料上に2μmのスポットを20μmピッチで64スポット同時に照射することが可能になる。
【0040】
上記図1の実施形態では第2のビーム2倍化プリズムアレイ4にはN/2個のマルチビームを入射させている。Nが8の場合、仮にレーザ光源がHe−Neレーザのように大きな出力でなく、照射光として大きな強度が必要な場合、例えばHe−Neレーザを8本用意し、1.6mmピッチで第2のビーム2倍化プリズムアレイ4に入射するようにすればよい。また半導体レーザを8個用い、それぞれを平行ビームにして、上記のHe−Ne同様にして8本のビームを構成し、第2のビーム2倍化プリズムに入射させればよい。この場合、Pを1.6mmとしたので8個のレーザビームの間隔2Pは3mmとなり、He−Neレーザ光のビーム径1mmに対し大きいため8本のレーザ光源から平行に入射させることが可能である。
【0041】
このようにして第2のビーム2倍化プリズムによりレーザ光源から出射したビームの径dの4倍、即ち4d以下の間隔Pにした状態でも、偏光素子を用いるマルチスポット光形成手段に入射すればその間隔の1/2にでき、また偏光素子を複数n個用いれば1/2nにできる。このように従来困難であった、ビーム径dの4倍以下のピッチで入射する複数Nのレーザビームを2M′N個でピッチP/2M′のマルチビームにし、マルチスポット光に効率よく形成すること、ができるようになった。
【0042】
図4は、本発明によるマルチスポットビーム光を形成するための他の実施形態を示す図であり、1つのレーザ光源を用いて、偏光素子に入射させるN本のマルチビームを形成するものである。例えば、YAGSHGレーザの様に光源の出力が大きい場合には、光源が1個でも十分である。このような場合には、図4に示す様に、図1の4で示した第2のビーム2倍化プリズムの他に、このプリズムの寸法の2倍、4倍、及び8倍のものを計n=4段カスケード状に並べる。
【0043】
即ち、1つの光源から出射した1本のビーム80を8倍の寸法のビーム2倍化プリズム441に入射させ、間隔が8Pの2本のビーム801と802を得る。この2本のビームを4倍の寸法のビーム2倍化プリズム431、432に入射し、4本のピッチ4Pのビーム8011,8012,8021,及び8022を得る。この4本のビームを2倍の寸法のビーム2倍化プリズム421、422,423及び424に入射し、8本のピッチ2Pのビームを得る。これを前述の図1(b)に図示した8個のビーム2倍化プリズム411、412,413、414,415,416,417及び418に入射し、16本のピッチPのビームを得る。このようにすれば1本のレーザ光源から出射した1本のビームから1.6mmピッチの16本のビームが得られる。
【0044】
以上の実施形態で説明した方法により、従来では不可能であった、レーザ光源より出射したレーザビームのエネルギーの70%以上の総エネルギーを有するマルチスポット光を形成することが可能になった。
【0045】
また更に、光学部品の反射防止コートを施したり、ビーム分離の際の損失が小さくなる、多層コートを施したり、ピンホールアレイへの入射光の位置合わせ等を行うことにより、レーザ光源より出射したレーザビームのエネルギーの90%以上の総エネルギーを有するマルチスポット光を形成することが可能になった。
【0046】
更に、上記の実施形態で説明した方法により、従来不可能であったのマルチスポット光の各スポットエネルギーのばらつきを、±20%以内にすることが可能になった。
また更に、ビーム分離の多層コートの条件出しと、製作のコントロールにより、或いは図1(a)の偏光器11と、図1(c)に詳細を示した短冊状凸レンズのアレイ20、ピンホールアレイ2、及び波長板3、及び偏光器12等の光学部品を互いに隣接するものにつて光学接着剤で接着する。このようにすることにより光学部品の表面で反射し干渉することにより発生するビーム強度のばらつきが大幅に少なくなり、マルチスポット光の各スポットエネルギーのばらつきを±10%以内にするマルチスポット光形成が可能になった。
【0047】
なお、上記実施の形態においては、64又は16のマルチスポット光を形成する場合について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、N=2のとき、即ち8以上のマルチスポット光を得る場合に有効である。
【0048】
次に、以上に説明したマルチスポット光の形成方法により得られるビームを、蛍光検出に、特に蛍光検出を用いたDNA検査に応用した例を、図5を用いて説明する。
【0049】
図5において、8001,8002,8003……はレーザ光源であり、図示していないが合計8本のレーザから構成されている。各レーザ光源から出射したビームは数mmの大きさのミラー8011,8012,8013……により約1.6mmのピッチで互いに平行に一方向に向ける。8本のビームは前記した方法により0.4mmピッチで64本のマルチスポット光がマスク面3から出射するように偏光プリズム12から得られる。この64個のマルチスポット光は 結像レンズ61を通り、ミラー63,波長選択ビームスプリッタ70を通過して対物レンズ60を介して、DNAチップ5の検査面51に照射される。
【0050】
DNAチップの表面には、予め所定の位置毎に決められたDNAがプロービングされている。一方生体から精製、増幅して作ったDNAに蛍光体が付加されたターゲットDNAを上記のプローブDNAの上に流すと、プローブDNAとターゲットDNAのそれぞれの塩基配列が対応していればハイブリダイズして、蛍光体の着いたターゲットDNAがプローブDNAに結合する。
ターゲットDNAに付加する蛍光体には種々のものがあるが、本実施形態では蛍光体はHe―Neレーザの633nmの光を吸収し、670nmの蛍光を発する。この蛍光を対物レンズ60で受け、透過光を波長選択ビームスプリッタ70で反射させ検出光学系に導く。波長選択ビームスプリッタ70は633nmを透過し、670nmを反射する多層コートビームスプリッタである。
【0051】
70で反射した蛍光はミラー71で反射し 結像レンズ62を通る。DNAチップ表面の蛍光体に照射した各マルチスポット光から発した蛍光の主光線は 結像レンズ62を通過した後互いに平行に進むように、 結像レンズ62はテレセントリックな光学系になっている。この結果、蛍光の波長の光を反射する波長分離ビームスプリッタにはどのマルチスポット光から来た蛍光も同一の入射角度で入射する。このためどの励起スポットから発した蛍光にもわずかに含まれている雑音成分である633nmの励起光も殆ど反射させずに透過させることができる。即ち波長分離ビームスプリッタ72には励起光の633nmの光がわずかに来ているがその光は透過され蛍光のみが反射し、検出器91,92に向かう。
【0052】
上記の励起光は、DNAチップで反射し、検出器側に向かうが、発生する蛍光の強度に比べ数桁以上強い光である。このため上記のように波長選択ビームスプリッタ70だけでは分離できない特に70には励起光のスポットの位置により70に入射する角度が異なりどのスポットも励起光を同様に除去することが不可能である。これに比べ、 テレセントリックな結像レンズ62と検出器91,92の間に置かれた波長選択ビームスプリッタ72及び73は上記したようにどのスポット位置からの光も同一入射条件で反射させることができる。このような励起光の除去と干渉フィルタ74,75によりほぼ完全に励起光を遮光し蛍光のみを検出器に取り込むことができる。
【0053】
検出器91,92はマルチチャンネルフォトマルであり、それぞれ32個の受光開口を有している。フォトマル91,92の前にある直角ミラーで64この蛍光のスポット像を2つに分離し、ほぼフォトマルの受光開口位置に結像する。フォトマルの受光開口の前にはピンホールアレイがある。このピンホールアレイはDNAチップに照射している2μm径20μmピッチの励起マルチスポット光が対物レンズと結像レンズの倍率Mで 結像する寸法にほぼ等しい開口とピッチを有する。即ち、2Mμm径の開口を持ち20Mピッチを有する。このピッチ20Mはマルチチャンネルフォトマルの受光開口ピッチに等しい。
【0054】
このようにすればマルチスポット光アレイで同時照射し、生じる蛍光を共焦点検出していることになり、信号対雑音比の高い蛍光検出ができる。得られた64個の信号は図示しない回路により増幅され、AD(アナログディジタル)変換器でディジタル情報に変換され図示しないCPU(処理回路)に送られ、照射位置での蛍光強度のデータが保存される。
【0055】
ステージ501,502を駆動し、異なる位置における蛍光強度の検出を上記の方法で順次求めて行く。信号対雑音比の大きな蛍光検出を行うため照射スポットのピッチは照射スポット径の数倍〜数十倍にする。従って検査対象を全面検出するにはxyステージを駆動しマルチスポット光の配列と直角な方向だけでなく、配列の方向にも駆動して検出する。
【0056】
図6は本発明の実施形態の図である。レーザ光源から来た平行ビーム8は円偏光又は紙面に45度の直線偏光である。複数の平行ビーム8の内の1本のビームは、短冊状凸レンズのアレイ20の内の一つのレンズ21に入射し、収束ビームとなり、方解石等の複屈折材料に入射する。常光の偏光成分はそのまま直進し、異常光の偏光成分は屈折する。この偏光素子の厚さはこの常光と異常光の透過の間隔が複数Nからなる入射ビーム光8の配列ピッチPの半分になるように設定されている。この結果偏光器11′を透過後2N個の収束ビームがピッチP/2で平行に進む。
【0057】
各ビームは交互に直線偏光の偏光方向が90度異なっている。この偏光方向に45度の光学軸を持つ1/4波長板もしくは、22.5度の光学軸を持つ1/2波長板3を通すことにより円偏光もしくは紙面に対し ±45度偏光方向を持つ直線偏光を得る。この2N個のビームを偏光器12′に入射する。偏光器12′は厚さが11′の半分の方解石である。この偏光器12′を透過すると4N本の集束ビームがピッチP/4で得られる。
【0058】
この光を先に説明した波長板と同じ波長板3′を通すことにより円偏光又は紙面に45度傾いている直線偏光となる。このマルチビームのピッチと同一でレンズ21とレンズに入射するビーム径で決まる集光径にほぼ等しい開口径を有するマルチ開口アレイからなる板2に入射する。このようにすれば、この開口を透過した光のみからなる雑音の無いマルチスポット光が得られる。
【0059】
図7は、本発明の共焦点検出に用いるマルチスポット光形成方法の実施形態図である。図7と図1の部品番号が同じものは同一物である。1又は複数のレーザ光源より出射したビームを8本の平行なビームにし、第2のビーム2倍化プリズム4により16本の平行ビームにする。この16本の平行ビームを凸レンズアレイ20により収束ビームにする。
【0060】
第1のマルチスポット光2倍化プリズム11と12によりマスク3の開口から実効的に64個のマルチスポット光が出射するようにマルチスポット光2倍化プリズム12より64個のビームが得られる。このマルチスポット光2倍化プリズム12の出射面に1/4波長板3′が貼り付けられており、64のマルチスポット光は円偏光で方解石からなる偏光素子11′に入射する。この偏光子11′、1/4波長板3″、偏光子12″、1/4波長板3′″、偏光子13′、1/4波長板3″″は図6で説明したビーム2分割方法と同じであり、偏光子11′、12″及び13′は方解石の厚さがt、1/2t、1/4tと薄くなっている。またビームが分割されていく方向はy方向である。従って第1のビーム2倍化プリズム11,12によってx方向に64個、方解石のビーム2分割法によってy方向に8個のスポット光が発生し、合計64×8のスポット光が図8に示すように発生する。
【0061】
図9は、上記の64×8個のマルチスポット光を用いる共焦点検出方法を示している。図9の部品の番号と他の図面の番号が同じものは同一物を表している。レーザ光源から出射し、8本のビームを形成する8ビーム光学系800から8本のビームが図7に示す64×8マルチスポット光形成光学系100に入り上記の方法により64×8個の図8に示すマルチスポット光がマスク面3から実効的に出射している。
【0062】
このマルチスポット光をハーフミラー70′、 結像レンズ61及び対物レンズ60により、被測定物5′の表面に縮小投影する。投影されたマルチスポット光は被測定面で反射し、対物レンズ60、 結像レンズ61,ハーフミラー70′を透過し、検出器90′の撮像面の直前に配置された64×8個のピンホールマスク901′面上に 結像し、このピンホールを透過した光は検出器の撮像面に至る。もし被測定物の表面が投影されたマルチスポット光の結像面と一致していれば、ピンホールマスクのピンホールに反射光が結像し、強い検出値が得られる。一致していなければピンホールマスク901′のピンホールには焦点が外れた、広がった光となるため、ピンホール透過光の強度は小さくなる。従って、図9に示すzステージ503′により、被測定物を上下方向に動かしては、上記の検出をしていけば、各スポットの位置における高さを各位置での検出最大強度が得られるz値から求めることができる。
【0063】
上に説明した図9の共焦点検出法では被測定物をxy方向に固定していれば、例えば被測定面上のスポット径が1μmでスポット間隔が8μmであれば、8μm間隔の64×8点の情報しか得られない。そこでxyステージ501′、502″を移動させ順次他の位置の共焦点像を検出していく必要がある。図10は本発明の実施形態を表す図であり、この2次元的な共焦点像を得る方法を示している。図9のxyステージの駆動方向x′、y′と被測定物体に投影するマルチスポット光の配列方向を図10に示すようにわずかにずらしておく。64×8のマルチスポット光の場合にはこの2つの方向のなす角θをtanθが1/8になるようにしておく。このようにすればy′方向にステージを走査するとスポット011と021の間の抜けた位置をスポット012,013…………018の7つのスポットが照射することになり、1μmのスポットが1μmおきに全面走査されることになる。
【0064】
上記の方法を用いると、被測定物体に光強度の大きいマルチスポット光が照射されるため、短時間で64×8のスポット位置を検出することが可能になる。そこで試料をyステージによりy′方向に高速に1走査し、走査後z方向にわずかに動かし、再び走査する動作を繰り返すことにより、順次高速に各高さの共焦点信号を検出していく。このようにして各高さzで得られた各点の2次元強度データから各点で最も強度の大きい高さを求めることにより、高速の共焦点検出法による高さ計測が可能になる。なお、上記の走査の幅をマルチスポット光のピッチpのk倍とすると、x方向の画素数64×8=512、y方向の画素数8kの2次元高さ情報が得られる。
【0065】
【発明の効果】
本発明によりレーザ光源より発したレーザ光を非常に効率よく、無駄なく、マルチスポット光にし、かつ各マルチスポット光のばらつきが非常に少なくできるようになった。この結果このマルチスポット光を用いて高速、高精度の共焦点検出が可能になった。またこのマルチスポット光を用いて高速、高精度の蛍光検出、並びにDNA検査が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるマルチスポット光形成手段の1実施形態の構成を示す正面図。
【図2】本発明によるマルチスポット光形成手段の1実施形態の構成を示す正面図。
【図3】本発明によるマスクの1実施形態を示すマスクの正面図。
【図4】本発明によるマルチスポット光形成手段の1実施形態の構成を示す正面図。
【図5】本発明による蛍光検出およびDNA検査装置の1実施形態の構成を示す斜視図。
【図6】本発明によるマルチスポト形成手段の1実施形態を示す正面図。
【図7】本発明による2次元マルチスポト形成手段の1実施形態を示す正面図。
【図8】本発明による2次元マルチスポット光の配列の1例を示す正面図。
【図9】本発明による共焦点検出装置の1実施形態を示す正面図。
【図10】本発明による共焦点検出のマルチスポット光とステージ走査の関係を示す図。
【符号の説明】
11,12、11′、12′、13′・・・偏光素子 2・・・ピンホールアレイマスク 20・・・レンズアレイ 3、3′・・・波長板 4・・・ビーム2倍化プリズム 5・・・被測定物体 60・・・対物レンズ 61,62・・・結像レンズ 70,71,72,73・・・波長選択ビームスプリッタ 90、91、92・・・検出器 9・・・制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for efficiently forming a plurality of spots from laser light, and further to a method for detecting confocal light using this method, a method for detecting fluorescence, and a method for examining DNA.
[0002]
[Prior art]
A method of irradiating an object to be detected with multi-spot light and detecting a confocal point uses a Nippon disc having a large number of openings on a disk. In this method, the entire disk is irradiated with light, and light passing through the opening becomes illumination light. Therefore, most of the light emitted from the light source is shielded at portions other than the opening, and the light energy contributing to the illumination is only a few percent of the light emitted from the light source.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When forming multi-spot light from a beam emitted from a laser light source and trying to make the emitted light into multi-spot light without waste, for example, 50 rows of 0.04 mm diameter arranged in a row with a pitch of 0.4 mm are used. In order to form multi-spot light, the emitted laser beam is shaped into an oval shape with an aspect ratio of 1:50. When this oval beam is irradiated onto a microlens array arranged at a pitch of 0.4 mm, if the focal length of this lens is, for example, 60 mm, multi-spot light having a diameter of approximately 0.04 mm is 50 at a pitch of 0.4 mm. Can be obtained. Since the intensity distribution of the laser beam is a Gaussian distribution, the multi-spot light formed by such a method is bright in the vicinity of the center of the array of 50 multi-spot lights, and the periphery is dark. In order to make the intensities of the central and peripheral spots as equal as possible, the spread of the incident oval beam must be sufficiently larger than the width of 50 microlenses. As a result, more than half of the energy of the laser beam emitted from the laser light source is wasted.
[0004]
An object of the present invention is to solve the problems that the light use efficiency in such a conventional multi-spot light forming method is poor and the intensity variation between the multi-spot lights is large, and to obtain multi-spot light with almost uniform intensity. It is to provide a method and apparatus thereof.
[0005]
It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for performing confocal detection, fluorescence detection, and DNA inspection using multi-spot light having substantially uniform intensity.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and obtain close multi-spot light, the present invention has the following configuration.
[0007]
That is, a plurality of N laser beams which are directed in substantially the same direction and are adjacent to each other are made incident on a polarizing element, thereby separating the beams into two orthogonally polarized light beams. A plurality of 2N laser beams are used. Thereafter, a plurality of 2N laser beams that are directed in substantially the same direction and are adjacent to each other are formed.
[0008]
As a specific method of obtaining such a double adjacent beam, a plurality of N adjacent laser beams are divided into a polarization beam splitting plane, parallel to the polarization beam splitting plane, and L1 and L2 from the polarization beam splitting plane. The light is incident on the polarizing element including a multi-spot light doubling prism having a total reflection surface at a distance. In this way, the number of the adjacent laser beams can be doubled to 2N.
[0009]
A plurality of N adjacent laser beams are incident on the polarizing element made of an anisotropic optical medium, and the inside of the anisotropic optical medium is separated into two mutually orthogonal polarization component beams. A 2N laser beam is used. In this way, it is possible to obtain a plurality of 2N laser beams that are directed substantially in the same direction and are adjacent to each other.
[0010]
Further, by using a plurality of M polarizing elements for doubling the beam as described above, 2 M N laser beams can be obtained.
[0011]
When a plurality of N adjacent laser beams incident on at least one of the one or more polarizing elements are converged laser beams, a minute multi-spot light can be obtained at the converged position of the converged beam. At this time, this convergent beam is formed by a plurality of lenses arranged to form multi-spot light.
[0012]
In addition, the convergence position of the convergent laser beam is 2 for an integer M ′ that satisfies 1 ≦ M ′ ≦ M. M ' It is possible to obtain pure micro multi-spot light free from noise stray light by arranging a mask in which openings of about N or more multi-spot light convergence diameters are arranged and concentrating the multi-spot light on this opening. Become.
[0013]
The above-mentioned multiple N laser beams can be doubled even when they have an adjacent interval pitch of 4d or less with respect to the beam diameter d of the laser light source emitted beam or the parallel laser beam. To reduce the adjacent beam spacing by half M ' It is possible to That is, multi-spot light having a pitch smaller than the diameter d of the laser beam of the parallel light beam can be formed without using a lens system.
[0014]
As a method for forming the plurality of N laser beams, the triangle has a cross section whose hypotenuse is approximately 45 degrees with respect to the emission surface, and a parallelogram cross section having a total reflection surface in contact with and parallel to the slope. One or more second beam doubling prisms are provided. In this way, for example, N / 2 laser beams can be formed into a plurality of N laser beams by the second beam doubling prism.
[0015]
Further, two or more types of the second beam doubling prisms having different dimensions are used, and these are arranged in an n-stage cascade from the largest to the smallest in the beam traveling direction, and the number of beams is set to 2. n Double. That is, when the dimension of the beam doubling prism at the last stage is D, this number is N / 2, the dimension of the beam doubling prism at the preceding stage is 2D, the number is N / 4, and the dimension at the first stage is 2 n-1 D and the number is N / 2 n And In this way, N / 2 n + 1 N laser beams can be obtained from the small number of beams.
[0016]
By the method described above, multi-spot light can be obtained from a laser beam emitted from one or a plurality of laser light sources. Moreover, since all the beam doubling methods use one beam by a polarizing element or a beam splitting prism, the total energy of the beam after bisection can be 92% or more of the original beam energy. Even when taking into account the lens for forming the convergent beam and the reflection loss on the surfaces of these polarizing elements, 70% or more of the total energy of the emitted laser energy can be made the total energy of the multi-spot light.
[0017]
Furthermore, by performing reflection loss on the surface of the optical component with an anti-reflection coating or the like, 90% or more of the total energy of the laser beams emitted from one or more laser light sources is added to the multi-spot light. Can be total energy.
[0018]
Compared with the conventional method of forming a mast spot from various parts of the Gaussian distribution, the beam can be divided easily and the variation of each spot energy of the multi-spot light can be within ± 20%. .
[0019]
Moreover, the intensity of the doubled beam can be made substantially equal by optimizing the polarization state of the light incident on the polarizing element or by optimizing the film thickness of the multilayer type polarizing beam splitter. The energy variation of each spot of the multi-spot light can be made within ± 10%.
[0020]
2 of the laser beam explained above M ' By doubling, it becomes possible to form multi-spots that are close to each other, and thus the multi-spot light thus obtained is used for confocal detection, fluorescence detection, DNA detection, or the like. This makes it possible to perform detection with high light utilization efficiency and small variation between multi-spot lights, which has been impossible in the past. As a result, high-speed, high-precision confocal detection, fluorescence detection, DNA detection, etc. Is possible.
[0021]
A multi-aperture which projects the multi-spot light produced using the multi-spot light forming means of the present invention described above onto the object to be observed, and arranges the light reflected or transmitted by the object to be inspected at the position where the projection spot forms an image. Make it transparent. The transmitted light of each opening is individually detected. By performing confocal detection in this way, it is possible to perform confocal detection with high light utilization efficiency and little variation between multi-spot lights, thereby realizing high-speed and high-precision confocal detection.
[0022]
The multi-spot light produced by using the above-described multi-spot light forming means of the present invention is used as excitation light and projected onto an observation object including a phosphor. The fluorescence generated in the object to be inspected by the excitation light is separated from the excitation light, and the fluorescence at each multi-spot light position is detected by arranging a detector at the position where the fluorescence generated in the excitation light projection spot forms an image. . By doing so, it is possible to irradiate a plurality of positions with high-intensity excitation light at the same time, and since the variation of each spot is small, high-speed and high-precision fluorescence detection becomes possible.
[0023]
In the fluorescence detection described above, a detector that transmits the fluorescence generated at the excitation light projection spot through a multi-aperture disposed at a position where an image is formed and individually detects the fluorescence transmitted light of each aperture is disposed. In this way, fluorescence other than the observed object generated by the excitation light is eliminated, and fluorescence detection with a high signal-to-noise ratio becomes possible.
[0024]
The multi-spot light produced by using the above-described multi-spot light forming means of the present invention is used as excitation light and projected onto an object to be observed including DNA to which a phosphor is added. The object to be observed has a known probe DNA attached to a predetermined position on a substrate such as glass, and the target DNA obtained by adding a fluorescent substance to one end of DNA purified and amplified from a biological sample to be inspected is added to the glass. A target DNA corresponding to the base sequence of the probe DNA is hybridized on a substrate. The object to be measured is irradiated with multi-spot light excitation light to excite the phosphor added to the DNA to generate fluorescence. This fluorescence is separated from the excitation light, and the fluorescence at each multi-spot light position is detected by placing a detector at the position where the fluorescence generated at the projection spot forms an image, and DNA is detected from the detected position and the detected signal intensity. inspect.
[0025]
In the above DNA inspection, the fluorescence generated at the excitation light projection spot is transmitted through a multi-aperture disposed at a position where an image is formed, and the fluorescence intensity at each multi-spot light position is detected by individually detecting the fluorescence transmitted light at each aperture. By testing the DNA by detecting the DNA, a DNA test with a larger signal-to-noise ratio can be performed.
[0026]
In fluorescence detection and DNA inspection, the wavelengths of excitation light and fluorescence are often relatively close. In such a case, if multi-spot light is used, the field of view of detection and inspection becomes large, and the characteristics of the optical system that separates fluorescence from excitation light inserted in the middle of guiding fluorescence generated by each multi-spot excitation light to the detection system are poor. It will be enough. That is, the incident angle of the fluorescence incident on the optical system that separates the fluorescence from the excitation light such as a wavelength separation beam splitter or an interference filter that is input on the way from the imaging optical system to the detector is different for each spot. As a result, the excitation light to be shielded leaks depending on the location of the multi-spot light, and accurate fluorescence detection cannot be performed.
In order to solve the above problems, the method of separating the fluorescence from the excitation light uses a wavelength separation beam splitter, and the fluorescence generated by the excitation of each multi-spot light causes the fluorescence from each spot from the imaging optical system to the imaging position. A telecentric imaging optical system in which chief rays are parallel to each other is inserted, and an interference filter or a wavelength separation beam splitter is inserted between the imaging optical system and the imaging position. In this way, the fluorescence from any spot excitation light enters the interference filter or the wavelength selective beam splitter at the same incident angle. As a result, the excitation light that becomes the fluorescence and noise components from any spot can be selected under the same conditions, and therefore under the optimum conditions, respectively, and the excitation light can be removed, and the leakage of the excitation light is extremely small. Very little fluorescence detection is possible. As a result of the above, further using this fluorescence detection method, it is possible to accurately and accurately perform a DNA test that needs to detect fluorescence with a very weak intensity with respect to the reflected light intensity of the excitation light.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples of the present invention will be described below.
[0028]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a method and means for obtaining multi-spot light according to the present invention.
[0029]
The laser beam which is substantially parallel light emitted from one or a plurality of laser light sources becomes a plurality of (even number in the figure) N / 2 laser beams 81 directed in the same direction parallel to each other with a pitch of several mm by the method described later. N / 2 beams are doubled by N / 2
[0030]
About 50% of the light incident on one side of the parallelogram is reflected by the beam split surface of the triangular slope, and the remaining 50% is transmitted. The transmitted light passes through the triangular prism as it is, and the reflected light is totally reflected by the other surface of the parallelogram and passes through the parallelogram prism. In this way, the lights that pass through the triangular and parallelogram prisms are parallel to each other and have substantially the same intensity. The distance between the two lights is P. As a result, the beam interval P is half that of the laser beam 81 having a beam interval of 2P.
[0031]
With the beam doubling
[0032]
As shown in FIG. 2, the polarizing element 11 is parallel to the polarizing
[0033]
Since each beam is circularly polarized light or linearly polarized light of 45 degrees on the incident plane of the beam split, as shown in FIG. 2, the S-polarized component of the
On the other hand, the
[0034]
Total reflection surfaces 1101 and 1102 of
[0035]
On the exit surface of the prism 111 of the polarizing element 11, there is a
[0036]
The light transmitted through the
[0037]
The 2N parallel circularly polarized beams that have passed through the quarter-
[0038]
The light emitted from the 2N spots on the pinhole array mask appears as if 4N multi-spot lights are emitted from the mask surface by the
[0039]
As an example, if the number of N is 16 and P is 1.6 mm, the number of multi-spot lights in the above embodiment is 64 and the pitch is 0.4 mm. As will be described in detail later, if this light is incident on an objective lens of an infinite focus microscope through an imaging lens, a 2 μm spot is formed on the sample to be inspected by 20 μm if the magnification of the optical system is 20 times. It is possible to irradiate 64 spots simultaneously at a pitch.
[0040]
In the embodiment shown in FIG. 1, N / 2 multi-beams are incident on the second beam doubling
[0041]
In this way, even if the distance P is 4 times the diameter d of the beam emitted from the laser light source by the second beam doubling prism, that is, the interval P is 4d or less, the light is incident on the multi-spot light forming means using the polarizing element. The interval can be halved, and if a plurality of n polarizing elements are used, ½ n Can be. As described above, 2 N laser beams incident at a pitch of 4 times or less the beam diameter d, which has been difficult in the past, are obtained. M ' N pitches P / 2 M ' The multi-beam can be formed efficiently into multi-spot light.
[0042]
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment for forming multi-spot beam light according to the present invention, in which N multi-beams incident on a polarizing element are formed using one laser light source. . For example, when the output of the light source is large, such as a YAGSHHG laser, even one light source is sufficient. In such a case, as shown in FIG. 4, in addition to the second beam doubling prism shown at 4 in FIG. A total of n = 4 stages are arranged in cascade.
[0043]
That is, one
[0044]
The method described in the above embodiment makes it possible to form multi-spot light having a total energy of 70% or more of the energy of the laser beam emitted from the laser light source, which has been impossible in the past.
[0045]
Furthermore, it is emitted from the laser light source by applying an anti-reflection coating for optical components, reducing loss during beam separation, applying a multilayer coating, or aligning incident light to the pinhole array, etc. It has become possible to form multi-spot light having a total energy of 90% or more of the energy of the laser beam.
[0046]
Further, the method described in the above embodiment makes it possible to make the variation of each spot energy of multi-spot light within ± 20%, which was impossible in the past.
Furthermore, the condition of the multi-layer coating for beam separation and the production control, or the polarizer 11 in FIG. 1 (a), the strip-shaped
[0047]
In the above embodiment, the case of forming 64 or 16 multi-spot lights has been described. However, the present invention is not limited to these, and when N = 2, that is, eight or more multi-spot lights. It is effective when obtaining.
[0048]
Next, an example in which the beam obtained by the multi-spot light forming method described above is applied to fluorescence detection, particularly to DNA inspection using fluorescence detection, will be described with reference to FIG.
[0049]
In FIG. 5,
[0050]
On the surface of the DNA chip, DNA predetermined for each predetermined position is probed. On the other hand, when a target DNA having a fluorescent substance added to DNA purified and amplified from a living body is flowed on the above probe DNA, it hybridizes if the base sequences of the probe DNA and target DNA correspond to each other. Thus, the target DNA to which the phosphor is attached binds to the probe DNA.
There are various kinds of phosphors to be added to the target DNA. In this embodiment, the phosphor absorbs light of 633 nm from a He—Ne laser and emits fluorescence of 670 nm. The fluorescence is received by the
[0051]
The fluorescence reflected by 70 is reflected by the
[0052]
The excitation light is reflected by the DNA chip and travels toward the detector side, but is several orders of magnitude stronger than the intensity of the generated fluorescence. Therefore, as described above, it is impossible to separate the light only by the wavelength
[0053]
The detectors 91 and 92 are multi-channel photomultipliers, each having 32 light receiving apertures. The 64 spot images of the fluorescence are separated into two by a right angle mirror in front of the photomultipliers 91 and 92, and are formed almost at the photomultiplier opening position. There is a pinhole array in front of the photomultiplier aperture. This pinhole array has openings and pitches substantially equal to the dimensions at which the excitation multi-spot light having a diameter of 2 μm and a diameter of 20 μm irradiating the DNA chip is imaged at a magnification M of the objective lens and the imaging lens. That is, it has an opening with a diameter of 2M μm and a 20M pitch. This pitch 20M is equal to the light receiving aperture pitch of the multichannel photomultiplier.
[0054]
By doing so, the multi-spot light array is simultaneously irradiated and the resulting fluorescence is confocally detected, so that fluorescence detection with a high signal-to-noise ratio can be performed. The obtained 64 signals are amplified by a circuit (not shown), converted into digital information by an AD (analog / digital) converter, sent to a CPU (processing circuit) (not shown), and fluorescence intensity data at the irradiation position is stored. The
[0055]
The
[0056]
FIG. 6 is a diagram of an embodiment of the present invention. The
[0057]
Each beam is alternately 90 degrees different in the polarization direction of linearly polarized light. By passing a quarter-wave plate having an optical axis of 45 degrees in this polarization direction or a half-
[0058]
By passing this light through the same wave plate 3 'as the wave plate described above, it becomes circularly polarized light or linearly polarized light tilted 45 degrees to the paper surface. The light beam is incident on the
[0059]
FIG. 7 is an embodiment diagram of a multi-spot light forming method used for confocal detection according to the present invention. 7 and FIG. 1 having the same part number are the same. The beams emitted from one or a plurality of laser light sources are converted into eight parallel beams, and the second
[0060]
64 beams are obtained from the multi-spot
[0061]
FIG. 9 shows a confocal detection method using the above 64 × 8 multi-spot lights. Components having the same component numbers in FIG. 9 and other drawings represent the same thing. Eight beams are emitted from a laser light source and form eight beams from an eight-beam
[0062]
The multi-spot light is reduced and projected onto the surface of the object to be measured 5 ′ by the
[0063]
In the confocal detection method of FIG. 9 described above, if the object to be measured is fixed in the xy direction, for example, if the spot diameter on the surface to be measured is 1 μm and the spot interval is 8 μm, 64 × 8 with 8 μm intervals. Only point information can be obtained. Accordingly, it is necessary to move the xy stages 501 ′ and 502 ″ to sequentially detect confocal images at other positions. FIG. 10 shows an embodiment of the present invention, and this two-dimensional confocal image. The driving directions x ′ and y ′ of the xy stage in FIG. 9 and the arrangement direction of the multi-spot light projected onto the object to be measured are slightly shifted as shown in FIG. In the case of multi-spot light, the angle θ formed by these two directions is set so that tan θ is 1/8, so that when the stage is scanned in the y ′ direction, the gap between the
[0064]
When the above method is used, since the multi-spot light having a high light intensity is irradiated onto the object to be measured, it is possible to detect a 64 × 8 spot position in a short time. Therefore, the sample is scanned at a high speed in the y ′ direction by the y stage, moved slightly in the z direction after scanning, and the scanning operation is repeated again, so that confocal signals of each height are sequentially detected at a high speed. Thus, by obtaining the highest intensity at each point from the two-dimensional intensity data of each point obtained at each height z, the height can be measured by the high-speed confocal detection method. If the scanning width is k times the pitch p of the multi-spot light, two-dimensional height information with the number of pixels in the x direction of 64 × 8 = 512 and the number of pixels in the y direction of 8k is obtained.
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, the laser light emitted from the laser light source can be converted into multi-spot light very efficiently and without waste, and variation in each multi-spot light can be extremely reduced. As a result, high-speed and high-precision confocal detection can be performed using the multi-spot light. Further, this multi-spot light can be used for high-speed and high-accuracy fluorescence detection and DNA inspection.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a configuration of an embodiment of a multi-spot light forming unit according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a configuration of an embodiment of a multi-spot light forming unit according to the present invention.
FIG. 3 is a front view of a mask showing one embodiment of a mask according to the present invention.
FIG. 4 is a front view showing a configuration of an embodiment of a multi-spot light forming unit according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of one embodiment of a fluorescence detection and DNA testing apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a front view showing an embodiment of multi-spot forming means according to the present invention.
FIG. 7 is a front view showing an embodiment of a two-dimensional multi-spot forming unit according to the present invention.
FIG. 8 is a front view showing an example of an array of two-dimensional multi-spot light according to the present invention.
FIG. 9 is a front view showing an embodiment of a confocal detection device according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between multi-spot light for confocal detection and stage scanning according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11, 12, 11 ', 12', 13 '...
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