JP3697007B2

JP3697007B2 - マルチタイタープレート分析装置

Info

Publication number: JP3697007B2
Application number: JP02691697A
Authority: JP
Inventors: 守行伊藤
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: JPH10221242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明なマルチタイタープレートの複数の被測定セル内の液体試料等に検査光を照射し、各試料からの透過光や蛍光を検出することにより各試料の光学的特性を分析するマルチタイタープレート分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチタイタープレート分析装置は、プラスチック製の透明なプレート本体の表面に複数個の被測定セルが形成されたいわゆるマルチタイタープレートを使用する。そして、各被測定セル内に注入される液体試料や半透明試料のぞれぞれに検査光を照射し、各試料から出射される検査光を検出し、この検査光と、この検査光と同一の光源から出射される参照光とに基づいて、各試料について吸光度等の光学的な特性が得られる。
【０００３】
このようなマルチタイタープレート分析装置としては、例えば実公平６−３４６７６号公報に開示されるものがある。この分析装置は、屈曲した回転光ファイバが内部に設けられた回転ドラムを有しており、この回転ドラムをモータ等により回転させることで、回転光ファイバの出射端を、円周状に配列した複数の検査用光ファイバ及び参照用光ファイバの各入射端面に順次対向させ、光源からの光を検査光及び参照光として各検査用光ファイバ及び参照用光ファイバに順次入射させる。
【０００４】
一方、試料によっては、光源から発生する熱により測定誤差が生じやすいことが知られており、この観点からすると、光源として熱を発生しないフラッシュランプを用いることが好ましい。
【０００５】
このようなフラッシュランプを光源とした分析装置として、特開平８−８２５９４号公報に開示されるものがある。この分析装置は、レンズ、ミラー等の複数の光学素子により光学系を構成し、フラッシュランプからの光をこの光学系を介してマルチタイタープレートの各被測定セルに照射させている。ところが、フラッシュランプは、その発光毎に光量、発光の空間分布パターンが変動するため、フラッシュランプの発光毎に参照光を検出し、この参照光と試料から出射される検査光とを対比して校正する必要がある。このため、この分析装置は、光学系中のハーフミラーにより、光源からの光を分岐させ、この分岐光をさらに複数の光学素子を用いて参照光として検出させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実公平６−３４６７６号公報に開示されるマルチタイタープレート分析装置は、モータ等の機械的な動作により回転ドラムを回転させているので、回転光ファイバの出射端と、各検査用光ファイバ及び参照用光ファイバの各入射端面とを対向させる際に、回転光ファイバの光軸と、各検査用光ファイバ及び参照用光ファイバの各光軸とを正確に合わせることが困難である。この結果、各検査用光ファイバと参照用光ファイバとに入射する光強度同士が等しくならず、十分に高い測定精度が得られないという問題があった。
【０００７】
また、特開平８−８２５９４号公報に開示されるマルチタイタープレート分析装置は、フラッシュランプの発光毎に、参照光を検出すべく全体として複数の光学素子で光学系が構成されるため、構造が複雑となっており、光軸合せ等の調整に手間がかかる。
【０００８】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、測定精度の高い簡単な構造をもったマルチタイタープレート分析装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、透明なマルチタイタープレートの複数の被測定セル内の各試料に検査光を照射するマルチタイタープレート分析装置において、フラッシュランプと、フラッシュランプからの光を受容し、均一光を出射する光均一ロッドと、均一光を複数の検査光に分配し、各検査光をマルチタイタープレートの各被測定セルに伝送する複数の検査用光ファイバと、均一光を参照光として伝送する参照用光ファイバとからなる光ファイバ群と、検査用光ファイバの出射端面とマルチタイタープレートとの間に配置され、一本の検査用光ファイバからの検査光を通過させる通過スリットを有すると共に、通過スリットが各出射端面に対向配置するように移動可能となっている遮光部材と、マルチタイタープレートからの光及び参照用光ファイバからの参照光を検出する光検出手段と、被測定セルが各検査用光ファイバの出射端面と対向するようにマルチタイタープレートを移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このマルチタイタープレート分析装置によれば、フラッシュランプからの光を光ファイバ群の各検査用光ファイバを通して検査光として出射し、光ファイバ群の参照用光ファイバを通して参照光として出射するにあたって、フラッシュランプからの光が光均一ロッドにより均一光となって光ファイバ群の入射端面に入射される。このため、検査用光ファイバから出射される検査光および参照用光ファイバから出射される参照光の光強度が等しくなる。また、遮光部材の移動により通過スリットが移動されて検査用光ファイバの出射端面が通過スリットと対向すると、その対向する検査用光ファイバからの検査光が通過スリットを通ってマルチタイタープレートの被測定セル内の試料に照射され、他の検査用光ファイバからの検査光は遮光部材により遮光される。このため、被測定セルにおけるクロストークの防止が図られる。更に、移動手段により、マルチタイタープレートの各被測定セルが検査用光ファイバの出射端面に対向するようにマルチタイタープレートを移動させることができるため、マルチタイタープレートの任意の被測定セルについて測定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるマルチタイタープレート分析装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、いわゆるタワータイプのマルチタイタープレート分析装置１の全体を示す側面図である。同図に示すように、マルチタイタープレート分析装置（以下、分析装置という）１は、光源装置４０を有し、この光源装置４０は、キセノン・フラッシュランプ２と、その上部に設けられるトリガソケット５とで構成され、このフラッシュランプ２とトリガソケット５とは互いに電気的に接続されている。フラッシュランプ２は、トリガソケット５から供給される所定周期のトリガ信号に対応してこれと同じ周期でフラッシュ光を発するものであり、例えば反射ミラー内蔵タイプのフラッシュランプ２を用いることができる。このフラッシュランプ２は、中空状の透明なバルブ３内に反射ミラー６を有し、この反射ミラー６により発光点４からのフラッシュ光を集光させながら下方に反射するものである。また、フラッシュランプ２の下方には、特定波長の光を選択する平板状の波長選択フィルタ７が配置されている。
【００１３】
また、波長選択フィルタ７の下方には、下方に向けて延びる光均一ロッド８が設けられ、その入射端面８ａは、反射ミラー６の焦点位置に配置されている。光均一ロッド８は、例えば円形断面をもつ棒状の石英ガラスで形成されている。石英ガラスで形成したのは、分光測定等を行う際に紫外線領域の光も透過し得るようにするためである。この光均一ロッド８は、発光毎に変動する空間分布パターンをもったフラッシュ光を、発光毎に均一な光強度をもった光として出射させるためのものである。
【００１４】
また、この光均一ロッド８の下方には光ファイバ群９が設けられている。この光ファイバ群９は、例えば８本の検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈと、１本の参照用光ファイバ９Ｉとからなり、各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈ及び参照用光ファイバ９Ｉの各一端は、角筒形状のスリーブ１０により束ねられた状態で光均一ロッド８の出射端面８ｂに対向配置されている。なお、各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈ又は参照用光ファイバ９Ｉとしては、例えばコア径１．２ｍｍ、クラッド径１．５ｍｍの光ファイバが用いられる。
【００１５】
ここで、図２に示すように、各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈ及び参照用光ファイバ９Ｉの各一端は３列３行に配列され、この入射端面群１２ａ〜１２ｉと光均一ロッド８の円形の出射端面８ｂとが接合されている。光均一ロッド８の出射端面８ｂは、それが入射端面群１２ａ〜１２ｉと接合された状態において、光ファイバ群９の各入射端面１２ａ〜１２ｉの各コア部１３ａ〜１３ｉが完全に覆われる程度の大きさ（例えば、直径８ｍｍ）を有し、これにより光均一ロッド８から出射される均一光を各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈ及び参照用光ファイバ９Ｉ内に導入している。
【００１６】
そして、図１及び図３に示すように、各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各他端は、一列に配列されてボックス状の測定室１１の上面１１ａに差し込まれ、参照用光ファイバ９Ｉの他端は、測定室１１の上面１１ａにおいて、各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの他端群と列をなす位置に差し込まれている。
【００１７】
図３に示すように、測定室１１は、その内部にマルチタイタープレート１４を有している。マルチタイタープレート１４は、ポリスチレン等の透明なプラスチック材料からなるプレート本体１５の上面１５ａに複数の被測定セル１６を形成して構成され、プレート本体１５の上面１５ａには、例えば８列１２行で計９６個の被測定セル１６が配列され、各被測定セル１６内には、測定すべき液体試料や半透明試料等が注入されている。また、マルチタイタープレート１４は、各被測定セル１６からの光を通過させる開口部１７ａが形成された可動支持プレート１７により支持され、この可動支持プレート１７は、プレート移動モータやボールねじ等からなる移動手段（図示せず）により図３のＹ方向に移動可能となっている。なお、可動支持プレート１７は、図４に示すように制御装置３０により制御可能となっている。すなわち、可動支持プレート１７は、制御装置３０に電気的に接続されたプレート移動モータの駆動により図３のＹ方向での移動が可能となっている。
【００１８】
図４に示すように、マルチタイタープレート１４は、９６個の被測定セル１６のうち、行方向（図４のＸ方向）に沿って並設する選択された被測定セル１６ａ〜１６ｈ（以下、選択セルという）が、測定室１１の上面１１ａから突出する各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの出射端面１８ａ〜１８ｈに対向配置されている。
【００１９】
また、マルチタイタープレート１４の下方には、光検出手段として、複数のシリコンフォトダイオード１９ａ〜１９ｈが設けられ、各シリコンフォトダイオード１９ａ〜１９ｈは、各選択セル１６ａ〜１６ｈに対して検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各出射端面１８ａ〜１８ｈの反対側に配置されている。一方、測定室１１の上面１１ａから突出する参照用光ファイバ９Ｉの出射端は、その出射端面１８ｉが、光検出手段としてのシリコンフォトダイオード１９ｉに対向配置されている。
【００２０】
また、マルチタイタープレート１４と検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各出射端面１８ａ〜１８ｈとの間には、遮光部材としての回転遮光板２０が設けられ、この回転遮光板２０は、その回転中心Ｏから垂直上方に延びる回転シャフト２２を介して、測定室１１の外部に設けられた回転モータ２３に接続されている。
【００２１】
ここで、図４及び図５に示すように、回転遮光板２０には、一本の検査用光ファイバ９から出射される検査光を通過させる通過スリット２１が形成されている。図５に示すように、例えば通過スリット２１は、中心角θを同じにした半径ｒ₁の円弧２１ａと半径ｒ₂の円弧２１ｂとの間の領域で形成され、例えば、通過スリット２１は、直径１５０ｍｍの回転遮光板２０に対し検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各出射端面１８ａ〜１８ｈを９ｍｍ間隔で配列させた場合に、半径ｒ₁＝５０ｍｍ、半径ｒ₂＝７０ｍｍ、中心角θ＝９°で決定される大きさを有している。この場合、回転遮光板２０は、通過スリット２１の円弧２１ａにより描かれる二点鎖線で示す軌跡３１ａと通過スリット２１の円弧２１ｂにより描かれる図５の二点鎖線で示す軌跡３１ｂとの間の領域３２に、検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各出射端面１８ａ〜１８ｈが対向する位置に配置される。
【００２２】
また、図１及び図４に示すように、回転モータ２３は、例えばトリガソケット５に電気的に接続された制御装置３０により、トリガソケット５からフラッシュランプ２に与えられるトリガ信号の周期に同期してその回転動作の制御が可能となっている。
【００２３】
なお、図６に示すように、マルチタイタープレート１４の各選択セル１６ａ〜１６ｈ内の各試料に平行光を照射させるために、各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各出射端面１８ａ〜１８ｈとシリコンフォトダイオード１９ａ〜１９ｉとの間には、一対の凸レンズ２６，２９が設けられている。凸レンズ２６は、回転遮光板２０とマルチタイタープレート１４との間に配置されるレンズホルダ２４の円柱状開口部２５ａ〜２５ｈ内にそれぞれ取り付けられ、一方、凸レンズ２９は、可動支持プレート１７とシリコンフォトダイオード１９ａ〜１９ｉとの間に配置されるレンズホルダ２７の円柱状開口部２８ａ〜２８ｈ内にそれぞれ取り付けられている。
【００２４】
また、正確なキャリブレーションを行うために、レンズホルダ２４，２７にも、それぞれ一対の凸レンズ２６ｉ，２９ｉが設けられ、これらは、それぞれレンズホルダ２４，２７の円柱状開口部２５ｉ，２８ｉ内に取り付けられている。なお、より正確なキャリブレーションを行うためには、凸レンズ２６ｉと凸レンズ２９ｉとの間には、空のセル又は検査すべき試料のバックグラウンドとなる溶液を注入したセルを配置することがより好ましい。
【００２５】
また、図６に示すように、レンズホルダ２７の上部には、円柱状開口部２８ａ〜２８ｈを塞ぐように石英ガラス板３３が貼り付けられ、これにより各円柱状開口部２８ａ〜２８ｉ内の各凸レンズ２９ａ〜２９ｈの汚れやゴミの付着を防止している。
【００２６】
次に、前述したマルチタイタープレート分析装置１の作用について図７のフローチャートを参照して説明する。
【００２７】
まず、１２行あるマルチタイタープレートの第１行に、検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの出射端面１８ａ〜１８ｈを合わせる（Ｓ１）。そして、回転モータ２３を作動させて、回転遮光板２０の通過スリット２１を検査用光ファイバ９Ａとマルチタイタープレート１４の第１列の選択セル１６ａとの間に配置する（Ｓ２）。この状態でフラッシュランプ２を点灯する（Ｓ３）と、フラッシュランプ２からの光は、波長選択フィルタ７を通して光均一ロッド８に入射され、この光均一ロッド８において、空間的に不均一な強度分布をもった入射光は、入射端面８ａから出射端面８ｂまでの間で外部との境界で反射が繰り返されることにより、出射端面８ｂ全体にわたって均一な強度分布をもった均一光となって出射され、この均一光が光ファイバ群９の検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈ及び参照用光ファイバ９Ｉに入射される。
【００２８】
このため、検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈから出射される検査光及び参照用光ファイバ９Ｉから出射される参照光間において、フラッシュランプ２からの不均一な空間強度分布をもった光に起因する強度差がほとんど生じなくなり、検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈ及び参照用光ファイバ９Ｉのそれぞれからほぼ等しい強度の光が出射される。このように、試料の光学特性を分析する場合に簡単な構造で測定精度を向上させることができる。
【００２９】
そして、検査用光ファイバ９Ａから出射される検査光は、回転遮光板２０の通過スリット２１を通ってマルチタイタープレート１４の選択セル１６内の試料に入射し、この試料からの光がシリコンフォトダイオード１９ａで検出される。一方、参照用光ファイバ９Ｉから出射される参照光は、直接シリコンフォトダイオード１９ｉで検出される。そして、各シリコンフォトダイオード１９ａ，１９ｉで検出された光強度がデータとして読み込まれ、試料の光学特性の算出が行われる（Ｓ４）。このとき、他の検査用光ファイバ９Ｂ〜９Ｈから出射される検査光は回転遮光板２０により遮光され、選択セル１６ａ内に照射されることがない。このため、選択セル１６ａにおけるクロストークの防止が図られる。
【００３０】
次に、フラッシュランプ２の次の発光に合わせて、回転モータ２３を作動させて、通過スリット２１を検査用光ファイバ９Ｂの出射端面１８ｂと、第１行における第２列の選択セル１６ｂとの間に配置し、フラッシュランプ２を点灯させて選択セル１６ｂについてのデータの読み込みを行う。このようにして第１行の残りの第３列〜第８列の６個の選択セル１６ｃ〜１６ｈについても、通過スリット２１を順次第１行の第３列〜第８列の選択セル１６ｃ〜１６ｈに合わせることにより、各選択セル１６ｃ〜１６ｈ内の試料について順次測定を行う（Ｓ５）。
【００３１】
以上のように第１行のすべての列について測定したならば、Ｓ１からＳ５までの操作を第２行〜第１２行についても順次行い、マルチタイタープレート１４の全ての行について測定したならば、そのマルチタイタープレート１４についての測定を終了する（Ｓ６）。
【００３２】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。マルチタイタープレート１４として、８列１２行の被測定セル１６を有するものを使用したが、４列６行、２列３行、５列８行のものにも適用することができる。
【００３３】
また、フラッシュランプとして、反射ミラー内蔵タイプのフラッシュランプ２を用いたが、反射ミラーを内蔵しないタイプのフラッシュランプを用いることもできる。この場合、発光点４からの光は、波長選択フィルタ７、及び図示しない集光レンズを介して、集光されながら光均一ロッド８の入射端面８ａに入射されることとなる。
【００３４】
更に、光均一ロッドとしては、円形断面のものが用いられているが、断面が多角形（例えば、四角形、五角形、六角形）のものであってもよく、この場合でも円形断面の光均一ロッドを用いた場合と同様な効果が得られる。
【００３５】
更にまた、遮光部材として、回転遮光板２０を用いたが、直線的に移動する遮光板を用いてもよい。この場合でも、通過スリット２１を各検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各出射端面１８ａ〜１８ｈに順次対向させることができる。
【００３６】
また、通過スリット２１の形状や大きさも前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば円形の通過スリットを軌跡３１ａと軌跡３１ｂとの間の領域３２に形成するようにしてもよい。
【００３７】
更に、検査用光ファイバ９Ａ〜９Ｈの各出射端面１８ａ〜１８ｉの配列は、前述の実施形態の場合のように一列に配列するものに限定されず、如何なるものであってもよい。
【００３８】
更にまた、回転モータ２３の回転動作は、前述の実施形態の場合のようにフラッシュランプ２の断続的な発光に同期する必要はなく、フラッシュランプ２の発光に対して非同期としてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によるマルチタイタープレート分析装置は、光ファイバ群の検査用光ファイバからの検査光及び参照用光ファイバからの参照光を光均一ロッドにより相互に等しい強度で出射させることができ、試料の光学特性を分析する場合に、簡単な構造で測定精度を向上させることができる。また、マルチタイタープレートの被測定セルに複数の検査光を照射する場合に、複数の検査用光ファイバからの検査光のうち一本の検査用光ファイバからの検査光については、通過スリットを通して被測定セル内の試料に照射させ、他の検査用光ファイバからの検査光については、遮光部材により遮光するようにしているので、被測定セルにおけるクロストークを防止することができる。更に、マルチタイタープレートは、移動手段により移動可能となっているため、任意の被測定セル内の試料について測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマルチタイタープレート分析装置の好適な実施形態を示す側面図である。
【図２】検査用光ファイバ及び参照用光ファイバの各入射端面を示す側面図である。
【図３】測定室の上面を示す平面図である。
【図４】測定室の内部を示す断面図である。
【図５】回転遮光板を示す平面図である。
【図６】測定室の内部を示す拡大断面図である。
【図７】マルチタイタープレート分析装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…マルチタイタープレート分析装置、２…フラッシュランプ、８…光均一ロッド、９…光ファイバ群、９Ａ〜９Ｈ…検査用光ファイバ、９Ｉ…参照用光ファイバ、１４…マルチタイタープレート、１５…プレート本体、１６…被測定セル、１７…可動支持プレート（移動手段）、１８ａ〜１８ｈ…出射端面、１９ａ〜１９ｉ…シリコンフォトダイオード（光検出手段）、２０…回転遮光板（遮光部材）、２１…通過スリット。

Claims

透明なマルチタイタープレートの複数の被測定セル内の各試料に検査光を照射するマルチタイタープレート分析装置において、
フラッシュランプと、
前記フラッシュランプからの光を受容し、均一光を出射する光均一ロッドと、
前記均一光を前記複数の検査光に分配し、前記各検査光を前記マルチタイタープレートの前記各被測定セルに伝送する複数の検査用光ファイバと、前記均一光を参照光として伝送する参照用光ファイバとからなる光ファイバ群と、
前記検査用光ファイバの出射端面と前記マルチタイタープレートとの間に配置され、一本の前記検査用光ファイバからの前記検査光を通過させる通過スリットを有すると共に、前記通過スリットが前記各出射端面に対向配置するように移動可能となっている遮光部材と、
前記マルチタイタープレートからの光及び前記参照用光ファイバからの前記参照光を検出する光検出手段と、
前記被測定セルが前記各検査用光ファイバの出射端面と対向するように前記マルチタイタープレートを移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とするマルチタイタープレート分析装置。