JP5575159B2 - 蛍光情報読み取り装置および蛍光情報読み取り方法 - Google Patents

蛍光情報読み取り装置および蛍光情報読み取り方法 Download PDF

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Description

この発明は、二次元的に分布する蛍光標識を読み取る蛍光情報読み取り装置および蛍光情報読み取り方法に関する。
従来より、生化学分野や分子生物学分野において、蛍光色素を標識物質として利用した蛍光検出システムが広く用いられている。この蛍光検出システムを用いることによって、遺伝子配列,遺伝子の変異・多型解析,タンパク質の分離および同定等の評価を行うことができ、薬等の開発に利用されている。
上述のような蛍光標識を利用した評価方法としては、電気泳動によってタンパク質等の生物学的化合物をゲル内に分布させ、その生物学的化合物の分布を蛍光検出により取得するという方法がよく用いられている。上記電気泳動では、緩衝液等の溶液中に電極を設置しておき、直流電流を流すことによって上記溶液中に電場勾配を生じさせる。このとき、上記溶液中に電荷を有するタンパク質やＤＮＡ(Deoxyribonucleic acid：デオキシリボ核酸)やＲＮＡ(ribo nucleic acid：リボ核酸)がある場合に、プラス電荷を有する分子は陰極に、マイナス電荷を有する分子は陽極に引き寄せられ、生体分子の分離を行うことができる。
上記電気泳動を用いた評価方法の一つである二次元電気泳動は、２種類の電気泳動法を組み合わせることによって、ゲル内に生体分子を２次元的に分布させる評価方法であり、プロテオーム解析を行う上で最も有効な方法であると考えられている。
上記電気泳動の組み合わせとしては、例えば、一次元目としての「個々のタンパク質の等電点の違いを利用する等電点電気泳動」と、二次元目としての「タンパク質の分子量で分離を行うＳＤＳ‐ＰＡＧＥ(ドデシル硫酸ナトリウム‐ポリアクリルアミドゲル電気泳動)」との２種類が主に用いられる。こうして分離された上記生体分子としてのタンパク質に対して、蛍光色素は電気泳動前あるいは電気泳動後に付与される。
さらに、上述のようにして作製された上記生体分子(タンパク質)が二次元的に分布されたゲル支持体に励起光を照射し、発生した蛍光強度を取得して、それに基づいて蛍光分布(タンパク質分布)画像を表示させる画像読取装置が、生化学や分子生物学の分野で広く普及している。
また、上記生体分子の二次元分布を保持する方法としては、上記ゲル内に保持するだけではなく、上記ゲル内にタンパク質を分離させた後に、電気泳動や毛細管現象を利用して上記ゲルからメンブレンに転写させる方法も行われる。その場合には、上記ゲル支持体を用いた画像読取の場合と同様に、上記メンブレンである転写支持体上の蛍光分布を画像読取装置によって画像化することができる。
上述したような生体分子が二次元的に分布されたゲル支持体や転写支持体から生体分子分布画像を読み取る画像読取装置として、特開平１０‐３１３４号公報(特許文献１)に開示された画像読み取り装置がある。
上記従来の画像読み取り装置では、中央部に孔が形成されたミラーを主走査方向に移動される光学ヘッドに搭載し、蛍光物質によって標識された変性ＤＮＡの電気泳動が記録された転写支持体に対して、光源からの上記蛍光物質の波長に応じた波長のレーザ光(励起光)を上記ミラーの孔を通過させて照射する。そして、上記転写支持体中の蛍光色素が励起されて発せられた蛍光が上記ミラーの上記孔の周囲で反射され、マルチプライヤによって光電変換されて検出される。こうして、ラインバッファに、１ライン分の画像データが記憶される。以下、上記主走査方向に直交する副走査方向に上記光学ヘッドを移動させながら上記動作を繰り返すことにより、画像処理装置によって二次元の可視画像(蛍光画像)を得るようにしている。
上述のように、上記従来の画像読み取り装置においては、ダイクロイックミラーを用いることなく励起光を転写支持体に照射するため、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比して、強い励起エネルギーを上記転写支持体に付与することができ、光電検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上できる。
しかしながら、微弱な蛍光を検出するに当たっては、さらなるＳ/Ｎの向上が求められる。そこで、上記従来の画像読み取り装置よりもさらに検出信号のＳ/Ｎを向上させた光学式ヘッド方式の画像読取装置として、特開２０００‐１６２１２６号公報(特許文献２)に開示された画像情報読取装置がある。
この画像情報読取装置においては、中央部に孔が形成されたミラーを主走査方向に移動される光学ヘッドに搭載し、蛍光色素で標識された生体由来物質が分布する転写支持体に対して、レーザ光源からの上記蛍光色素を励起する波長のレーザ光を、上記ミラーの孔を通過させて上方に照射する。そして、上記転写支持体中の蛍光色素が励起されて下方に発せられた蛍光が上記ミラーに至る。一方、上記転写支持体の上方に出射された蛍光は凹面鏡の内面で反射されて下方に向かい、上記転写支持体を透過して、上記光学ヘッドにおける上記ミラーに至る。こうして、上記ミラーに至った両蛍光は上記ミラーの上記孔の周囲で反射され、マルチプライヤによって光電変換されて検出される。こうして、ラインバッファに、１ライン分の画像データが記憶される。以下、上記主走査方向に直交する副走査方向に上記光学ヘッドを移動させながら上記動作を繰り返すことにより、画像処理装置によって二次元の可視画像(蛍光画像)を得るようにしている。
こうして、上記マルチプライヤによって検出される蛍光の光量を増大して、光電検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上することができる。
しかしながら、上記従来の画像情報読取装置には、以下のような問題がある。
すなわち、上記転写支持体の上方に配置された上記凹面鏡も、上記光学ヘッドの上記主捜査方向および上記副走査方向への移動と同期して同じ方向に移動させる必要があり、上記凹面鏡の移動機構が複雑になるという問題がある。
また、上記蛍光は上記転写支持体から広い角度で出射されるため、上記蛍光を効率よく検出するには広い角度で出射された蛍光を上記マルチプライヤに集光する必要がある。ここで、広角度で放出される蛍光をなるべく高効率に捕集する方法としては、高いＮＡ(開口数：numerical aperture)の対物レンズを使用する方法があるが、レンズ素子が大型化してしまう。
その場合には、蛍光を捕集する対物レンズの大型化に伴って、蛍光を上記マルチプライヤまで導く間に設置される反射ミラー,レーザ光カットフィルターおよび集光レンズ等の光学素子も大型化する。そのため、光学ヘッドを含む光学系を走査させる画像読取装置では、光学素子の大型化に伴って全体のサイズが大きくなるという問題がある。特に、上記マルチプライヤを含む検出系の全体を上記光学ヘッドに搭載して走査させる場合には、走査部の重量が重くなり、高速で走査することができなくなることが懸念される。
また、使用する光学素子が大型化することにより、波長フィルター等の数や重さやサイズに制限が生じ、高機能化が図り難くなるという問題もある。
特開平１０‐３１３４号公報 特開２０００‐１６２１２６号公報
そこで、この発明の課題は、対物レンズの大型化を抑制しつつ蛍光の集光効率を高め、高感度な光学式ヘッド方式の蛍光情報読み取り装置および蛍光情報読み取り方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の蛍光情報読み取り装置は、
蛍光を励起する励起光を読み取り対象物に照射する光源部と、
上記光源部からの上記励起光を透過させると共に、上記励起光の照射に基づいて上記読み取り対象物から発せられた蛍光を集光する対物レンズ素子と、
上記対物レンズ素子によって集光された蛍光を実質的に平行光に変換するレンズと、
上記レンズからの実質的に平行な蛍光が入射されると共に、上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光する波長フィルタと、
上記波長フィルタからの蛍光を検出する光検出素子と
を備え、
上記対物レンズ素子は、
屈折によって光を集光する中央部分と、この中央部分の周辺に位置して全反射によって光を集光する周辺部分とを含んで構成されており、
上記中央部分の少なくとも一部は、上記励起光を透過させる励起光透過部となっている
ことを特徴としている。
上記構成によれば、上記読み取り対象物からの蛍光を集光する対物レンズ素子は、屈折によって光を集光する通常の凸レンズに相当する中央部分の外周に、全反射によって光を集光する周辺部分を有している。したがって、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができ、集光光率を高めて上記光検出素子による感度アップを図ることができる。そのため、上記従来の画像情報読取装置のように、上記読み取り対象物の上方に出射された蛍光を下方に反射するための凹面鏡を設ける必要がなく、蛍光を検出するための光学系を簡素にすることができる。
さらに、本蛍光情報読み取り装置の対物レンズとして上記対物レンズ素子と同等のＮＡを有する凸レンズを用いる場合に比して、上記対物レンズ素子の直径を小さくすることができる。また、上記対物レンズ素子は、上記読み取り対象物からの蛍光を集光して上記レンズに入射するので、上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子の直径を小さくすることができ、検出光学系をコンパクトにできる。
さらに、上記対物レンズ素子における上記中央部分の少なくとも一部は、上記励起光を透過させる励起光透過部となっている。そのために、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比して、強い励起エネルギーを上記読み取り対象物に付与することができ、上記光検出素子で検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上することができる。
さらに、上記対物レンズ素子によって集光された蛍光を、上記レンズで実質的に平行光に変換して、波長フィルタに入射するようにしている。したがって、カットオフが急峻なフィルタを用いる場合でも、波長フィルタの効果が減少することを防止できる。
また、１実施の形態の蛍光情報読み取り装置では、
上記読み取り対象物に対して相対的に移動可能な走査機構によって駆動されて、上記読み取り対象物上を二次元に走査する走査モジュールを備え、
上記光源部,上記対物レンズ素子,上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子は、上記走査モジュール内に収納されている。
この実施の形態によれば、上記読み取り対象物上を二次元に走査する走査モジュール内に収納される上記光源部,上記対物レンズ素子,上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子は、コンパクトに構成されている。したがって、これらを収納する上記走査モジュールも小型・軽量にすることができ、延いては上記走査モジュールを駆動する走査機構の簡素化を図って高速走査を可能にできる。
また、１実施の形態の蛍光情報読み取り装置では、
上記対物レンズ素子は、光軸に対して同心円状の形状を有しており、
上記光軸は、上記励起光透過部の少なくとも一部を通過している。
この実施の形態によれば、光軸に対して同心円状の形状を有する上記対物レンズ素子における上記光軸の周囲に、上記励起光透過部を設けることができる。したがって、上記励起光を、上記対物レンズ素子の中央部分に対して略垂直に入射させることができ、上記励起光の入射を簡単に行うことができる。
また、１実施の形態の蛍光情報読み取り装置では、
上記読み取り対象物は、光透過性を有するサンプル台上に積載され、
上記光源部,上記対物レンズ素子,上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子は、上記サンプル台における上記読み取り対象物が積載される面とは反対側の面に対向して配置されており、
上記光検出素子は、上記読み取り対象物から発せられた蛍光を上記サンプル台を介して検出するようになっている。
この実施の形態によれば、上記読み取り対象物を上記サンプル台上にそのまま積載すればよく、上記読み取り対象物のセットアップを容易にすることができる。さらに、上記対物レンズ素子,上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子をコンパクトにできるので、上記読み取り対象物から上記サンプル台を介して上記対物レンズ素子までの距離が遠くなることに起因する上記検出光学系の大型化を抑制することができる。
また、この発明の蛍光情報読み取り方法は、
光源部から、蛍光を励起する励起光を出射し、
上記光源部からの励起光を、屈折によって光を集光する中央部分とこの中央部分の周辺に位置して全反射によって光を集光する周辺部分とを有する対物レンズ素子における上記中央部分の励起光透過部を透過させて、読み取り対象物に照射し、
上記励起光の照射に基づいて上記読み取り対象物から発せられた蛍光を、上記対物レンズ素子における上記中央部分および上記周辺部分で集光し、
レンズによって、上記対物レンズ素子で集光された蛍光を実質的に平行光に変換し、
波長フィルタによって、上記レンズで変換された実質的に平行な蛍光から上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光し、
光検出素子によって、上記波長フィルタからの蛍光を検出する
ことを特徴としている。
上記構成によれば、上記この発明の蛍光情報読み取り装置の場合と同様に、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができ、集光光率を高めて上記光検出素子による感度アップを図ることができる。さらに、上記対物レンズ素子の直径を小さくでき、上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子を含む検出光学系をコンパクトにできる。さらに、上記光検出素子で検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上することができる。さらに、カットオフが急峻なフィルタを用いる場合でも、波長フィルタの効果が減少することを防止できる。
以上より明らかなように、この発明の蛍光情報読み取り装置および蛍光情報読み取り方法によれば、上記読み取り対象物からの蛍光を集光する対物レンズ素子は、屈折によって光を集光する通常の凸レンズに相当する中央部分の外周に、全反射によって光を集光する周辺部分を有している。したがって、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができ、集光光率を高めて上記光検出素子による感度アップを図ることができる。
さらに、上記対物レンズ素子と同等のＮＡを有する凸レンズを用いる場合に比して、上記対物レンズ素子の直径を小さくできる。また、上記対物レンズ素子は上記蛍光を集光して上記レンズに入射するので、上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子を含む検出光学系をコンパクトにできる。
さらに、上記対物レンズ素子における上記中央部分の少なくとも一部を励起光透過部としているので、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比べて強い励起エネルギーを上記読み取り対象物に付与することができ、上記光検出素子で検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上することができる。
この発明の蛍光情報読み取り装置における外観図である。 図１におけるサンプル台の下部に設置された走査ステージの外観図である。 図２における第２ステージ上に載置される走査モジュールの断面図である。 図３における対物レンズの斜視図である。 上記対物レンズの断面図である。 図３における対物レンズから第３レンズまでの蛍光の光線図である。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の蛍光情報読み取り装置における外観図である。本蛍光情報読み取り装置１は、筺体を成す本体２と、本体２の上面を覆う蓋体３とで、大まかに構成されている。本体２の上面には、ガラスでなるサンプル台４が設けられており、サンプル台４上には例えば蛍光物質によって標識された生体由来物質が分布するゲル支持体やメンブレン等の転写支持体(共に図示せず)がサンプルとしてセットされる。
そして、上記サンプル台４の下側には光学系が配置されており、サンプル台４上にセットされたサンプルに対して、光照射光学系によってサンプル台４を通して下方から励起光を照射し、サンプル台４を透過してくるサンプルからの蛍光を検出光学系によって検出する。上記検出光学系はＰＣ(Personal computer：パーソナルコンピュータ)５等の外部端末と接続されており、ＰＣ５から測定条件の制御等を行う。さらに、ＰＣ５によって、検出データに基づいてサンプルの蛍光画像を作成し、内蔵する表示画面に上記作成した蛍光画像等を表示する。
図２は、上記サンプル台４の下部に設置された走査ステージ６の外観図を示す。この走査ステージ６は、基準となる第１ステージ７と第１ステージ７の上に載置された第２ステージ８とで構成されている。そして、第２ステージ８の上に走査モジュール９が載置されている。上記蛍光を検出する上記検出光学系は走査モジュール９の中に格納されている。
上記走査ステージ６を構成する第１ステージ７には、第１走査方向に延在すると共に、一定の間隔で互いに対向する２本のガイドレール１０a,１０bが配設されている。また、第２ステージ８は、第１ステージ７のガイドレール１０aによって案内されて上記第１走査方向に往復動する第１ガイド部材１１と、ガイドレール１０bによって案内されて上記第１走査方向に往復動する第２ガイド部材１２とを有している。
上記第２ステージ８を構成する第１ガイド部材１１と第２ガイド部材１２との間には、上記第１走査方向に直交する第２走査方向に延在すると共に、一定の間隔で互いに対向する２本のガイドレール１３a,１３bが配設されている。また、上記走査モジュール９は、ガイドレール１３aによって案内されて上記第２走査方向に往復動する第１ガイド部材１４と、ガイドレール１３bによって案内されて上記第２走査方向に往復動する第２ガイド部材１５とを有している。
上記構成を有する走査ステージ６による走査方法は、先ず、上記第２ステージ８の第１ガイド部材１１と第２ガイド部材１２とがガイドレール１０a,１０bによって案内されて上記第１走査方向に移動して、第２ステージ８の第１ステージ７に対する位置決めが行われる。そうした後に、走査モジュール９の第１ガイド部材１４と第２ガイド部材１５とがガイドレール１３a,１３bによって案内されて上記第２走査方向に移動して、走査モジュール９の第２ステージ８に対する位置決めが行われる。以後、上記動作を繰り返すことによって、サンプル１６上を二次元に走査するのである。
すなわち、本実施の形態においては、上記第１走査方向への移動手段を、ガイドレール１０a,１０bと第１,第２ガイド部材１１,１２とで構成し、上記第２走査方向への移動手段を、ガイドレール１３a,１３bと第１,第２ガイド部材１４,１５とで構成しているのである。
また、具体的な説明は省略するが、上記筺体を成す本体２のサンプル台４下部における走査ステージ６よりも更に下側には、第２ステージ８の第１,第２ガイド部材１１,１２を上記第１走査方向に、走査モジュール９の第１,第２ガイド部材１４,１５を上記第２走査方向に移動させるためのモータ,駆動ベルト,ボールねじ,歯車,制御基板,電源および配線等の駆動部が設置されている。
すなわち、本実施の形態においては、上記走査ステージ６および上記駆動部によって、特許請求の範囲における上記走査機構を構成しているのである。
図３は、上記第２ステージ８の上に載置される走査モジュール９の概略構成を示す縦断面図である。図３において、走査モジュール９の上部には、サンプル台(ガラス)４の近傍に位置して、サンプル台４上にセットされたサンプル１６からの蛍光を集光する対物レンズ１７を配置している。さらに、対物レンズ１７の光軸と励起光の光源１８の光軸とが直交する位置には、光源１８から出射されて第１レンズ１９で集光されたレーザ光等の励起光を対物レンズ１７に入射するように反射させるプリズム２０を配置している。
また、上記対物レンズ１７の光軸上におけるプリズム２０の下方には、プリズム２０側から順に、対物レンズ１７によって集光されたサンプル１６からの蛍光を平行光にする第２レンズ２１、励起光カット用の波長フィルタ２２、波長フィルタ２２を通過した蛍光を集光する第３レンズ２３、および、第３レンズ２３を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール２４が配置されている。さらに、対物レンズ１７の光軸上におけるピンホール２４の下方には、ピンホール２４を通過した蛍光を検出する検出器２５が配置されている。
上記構成を有する走査モジュール９では、光源１８から出射された励起光は、第１レンズ１９で収束され、次いでプリズム２０によって反射されて、対物レンズ１７およびサンプル台４を通過して、サンプル１６における下面上の一点に集光される。その場合、プリズム２０の長手方向(第１レンズ１９の光軸に直交する方向)の長さは短く、上記長手方向に直交する方向の幅は狭くなっており、光源１８からの励起光は対物レンズ１７の光軸付近(励起光透過部)のみを通過するようになっている。
すなわち、本実施の形態においては、上記光源１８,第１レンズ１９およびプリズム２０によって、特許請求の範囲における上記光源部を構成しているのである。
上記蛍光は、サンプル１６における上記励起光が照射された部分から周囲に等方的に出射される。そして、出射された蛍光のうちのガラスで成るサンプル台４を透過して対物レンズ１７に入射した成分が、対物レンズ１７,第２レンズ２１,波長フィルタ２２,第３レンズ２３およびピンホール２４を通過して、検出器２５によって検出される。そして、検出器２５で検出された信号は、内蔵されるＡＤ変換器等によってＡＤ変換等の処理が施された後に、ＰＣ５へ送出される。こうして、サンプル１６上の各測定点での蛍光強度の分布が内部メモリ等に記録される。
ここで、上述したように、上記対物レンズ１７を通過した蛍光は、収束光となって第２レンズ２１の方向に導かれる。そして、第２レンズ２１によって実質的に平行光になるように屈折される。また、第３レンズ２３は蛍光を集光する。また、ピンホール２４は空間的に迷光をカットするために配置される。尚、励起光カット用の波長フィルタ２２は、例えば回転フォルダ(図示せず)等に配置されて、励起光の波長に応じて他の波長のフィルタと交換可能になっている。
以下、本願の特徴である上記対物レンズ１７に付いて、詳細に説明する。
図４は、上記対物レンズ１７の斜視図を示す。但し、図４(a)は、プリズム２０側から見た斜視図である。さらに、図４(b)は、サンプル台４側から見た斜視図である。また、図５は、対物レンズ１７の縦断面図である。
図４および図５から分かるように、上記対物レンズ１７は灰皿を伏せたような形状を有している。そして、光軸を含む中央部分は、上記光軸に沿って球面状に突出する上凸面２６aと下凸面２６bとを含んで、通常の凸レンズの機能(屈折のみで光を偏向)を有する凸レンズ部２６となっている。そして、図５に示すように、サンプル１６から出射された蛍光のうち、放射角度の小さい蛍光ａは、この凸レンズ部２６の部分を通過して検出器２５に向かって集光される。
上記対物レンズ１７における下凸面２６b(凸レンズ部２６)の周囲は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体２７となっている。そして、サンプル１６から出射された蛍光のうち、凸レンズ部２６に入りきらないような放射角度の大きい蛍光ｂは、筒状体２７の上端面２７aから筒状体２７内に入射し、筒状体２７の外周面２７bで全反射されて光軸側に偏向され、筒状体２７の下端面２７cから検出器２５に向かって出射される。
すなわち、本実施の形態においては、上記凸レンズ部２６で特許請求の範囲における上記中央部分を構成し、筒状体２７で上記周辺部分を構成しているのである。
以上のごとく、上記サンプル１６から出射された蛍光のうち、凸レンズ部２６に入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体２７の外周面２７bで全反射させることによって、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる。そのため、検出器２５の感度アップを図ることができるのである。
また、本蛍光情報読み取り装置１の対物レンズを上記対物レンズ１７と同等のＮＡを通常の凸レンズで実現するよりも、レンズ素子自体をコンパクトに形成することができる。
また、図６には、上記サンプル１６から発せられて対物レンズ１７から第３レンズ２３までを通過する蛍光の光線図を示す。図６において、波長フィルタ２２としてカットオフが急峻な干渉フィルターを用いるため、波長フィルタ２２への入射光を平行光にする必要がある。そこで、対物レンズ１７を通過して集光された蛍光を、第２レンズ２１によって平行光に近い状態にして波長フィルタ２２へ入射するようにしている。ここで、対物レンズ１７によって平行光にすることも可能ではある。しかしながら、その場合には、蛍光のビーム径が大きくなってしまい、第２レンズ２１以下の光学素子の大型化を招くことになる。
したがって、上述したような、中央部分に凸レンズ部２６を有すると共に、凸レンズ部２６の周囲に円錐台形の筒状体２７を有する対物レンズ１７を用いることによって、第２レンズ２１,波長フィルタ２２および第３レンズ２３の各光学素子の小型化を図ることができ、走査モジュール９の小型・軽量化を図ることができるのである。
また、上記波長フィルタ２２を上記回転フォルダに配置した場合には、波長フィルタ２２の小型化を図ることによって、波長フィルタ２２の搭載数を増やすことができ、測定可能な蛍光試薬の種類を増やすことが可能になる
ここで、中央部分に凸レンズ部を有すると共に、凸レンズ部の周囲に円錐台形の筒状体を有するレンズは、特開２００７‐２６６１８０号公報およびＷＯ２００８/０６９１４３号公報に開示されている。しかしながら、これらの特許文献は、何れも、ＬＥＤ等の発光素子からの光を前方に指向性よく出射させる発光素子用レンズに関するものであり、これに類似するレンズを対物レンズとして蛍光情報読み取り装置に用いる点や、上記レンズを対物レンズとして使用することによって蛍光情報読み取り装置の光学素子を小型化する点については一切開示も示唆もされてはいない。
以上のごとく、本実施の形態においては、筺体を成す本体２の上面にはガラスでなるサンプル台４が設けられており、サンプル台４上には蛍光物質によって標識された生体由来物質が分布するゲル支持体や転写支持体等がサンプル１６としてセットされる。そして、サンプル台４の下部に設置された走査ステージ６によって第１走査方向と第２走査方向とに移動して二次元走査を行う走査モジュール９には、光源１８,第１レンズ１９,プリズム２０および対物レンズ１７でなる光照射光学系を配置している。この対物レンズ１７は、光源１８から出射されて第１レンズ１９で集光され、プリズム２０で反射された励起光を透過させて、サンプル１６を照射する。そして、サンプル１６からの蛍光を集光する。
さらに、上記走査モジュール９には、対物レンズ１７で集光された蛍光を実質的に平行光にする第２レンズ２１、励起光カット用の波長フィルタ２２、蛍光を集光する第３レンズ２３、迷光をカットするピンホール２４、および、蛍光を検出する検出器２５でなる検出光学系が、一体に収納されている。
そして、上記対物レンズ１７を、中央部分に凸レンズ部２６を有すると共に、凸レンズ部２６の周囲に円錐台形の筒状体２７を有するように構成している。したがって、サンプル１６から出射された蛍光のうち、凸レンズ部２６に入りきらないような放射角度の大きい蛍光ｂを、筒状体２７の外周面２７bで全反射させて集光することができ、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる。その結果、上記蛍光の集光率を高めることができ、対物レンズ１７の光軸上に配置されたプリズム２０で遮られて検出器２５によって検出されない蛍光の存在によるＳ/Ｎの低下を防止して、高感度な蛍光情報読み取り装置を実現することができる。
したがって、本実施の形態によれば、上記従来の画像情報読取装置のように、サンプル１６の上方に出射された蛍光を下方に反射するための上記凹面鏡を設ける必要がなく、走査モジュール９の移動と同期して上記凹面鏡を同じ方向に移動させる必要がない。そのために、上記二次元走査の走査機構が複雑になることはないのである。
さらに、上記大きな放射角度の蛍光ｂを高いＮＡの通常の凸レンズで集光する場合よりも対物レンズ１７を小型に構成することができる。また、対物レンズ１７は、サンプル１６からの蛍光を集光して第２レンズ２１に入射するので、蛍光を検出器２５に導く光路上に設置される第２レンズ２１,波長フィルタ２２および第３レンズ２３等の光学素子をも小型にすることが可能になる。
また、上記対物レンズ１７,第２レンズ２１,波長フィルタ２２および第３レンズ２３等の光学素子を小型にすることにより、上記光照射光学系および上記検出光学系を搭載している走査モジュール９の重量を軽くすることができる。したがって、上記走査機構の構成を簡素化すると共に、軽量化を図って、走査モジュール９の高速走査を可能にすることができる。したがって、サンプル１６における異なる複数の位置での二次元の蛍光分布を高速に検出することが可能になる。
また、上記対物レンズ１７は、図４および図５に示すように、上記光軸となる中心軸に関して対象性を有する同心円状の平面形状を有している。そして、この中心軸と、プリズム２０で反射された上記励起光が透過する光路の少なくとも一部とが、重複するようになっている。そのため、ダイクロイックミラーを通して励起光を照射する方式に比して、強い励起エネルギーをサンプル１６に付与することができ、検出器２５で光電検出される信号(画像情報)のＳ/Ｎを向上することができる。
また、上記サンプル１６は光透過性のサンプル台４上にセットされ、蛍光を検出する検出器２５を含む走査モジュール９はサンプル台４におけるサンプル１６のセット面とは反対側の面に対向して配置されている。そして、検出器２５は、サンプル１６からの蛍光をサンプル台４を介して検出するようにしている。したがって、二次元のサンプル１６をサンプル台４上にベタ置きすればよく、サンプル１６のセットアップを容易にすることができる。さらに、蛍光の検出器２５を励起光の光源１８とサンプル台４に対して同じ側に配置することができ、光源１８を走査モジュール９に設置して、光学系全体のサイズを小型に構成することが可能になる。
尚、上記実施の形態においては、１つの光源１８からの励起光をサンプル１６に照射するようにしているが、光源を複数設けて、サンプル１６上の生体由来物質を標識している蛍光物質の波長に応じて、波長の異なる励起光を切り換え照射するようにしても差し支えない。
また、上記励起光カット用の波長フィルタ２２を回転ホルダ等に配置して、励起光の波長に応じて他の波長フィルタと交換可能にしている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、複数の波長フィルタを進退可能に積層して、励起光の波長に応じて目的の波長のフィルタを進出させるようにすることもできる。
１…蛍光情報読み取り装置、
２…本体、
４…サンプル台、
５…ＰＣ、
６…走査ステージ、
７…第１ステージ、
８…第２ステージ、
９…走査モジュール、
１０a,１０b,１３a,１３b…ガイドレール、
１１,１４…第１ガイド部材、
１２,１５…第２ガイド部材、
１６…サンプル、
１７…対物レンズ、
１８…光源、
１９…第１レンズ、
２０…プリズム、
２１…第２レンズ、
２２…波長フィルタ、
２３…第３レンズ、
２４…ピンホール、
２５…検出器、
２６…凸レンズ部、
２６a…上凸面、
２６b…下凸面、
２７…筒状体。

Claims (5)

  1. 蛍光を励起する励起光を読み取り対象物に照射する光源部と、
    上記光源部からの上記励起光を透過させると共に、上記励起光の照射に基づいて上記読み取り対象物から発せられた蛍光を集光する対物レンズ素子と、
    上記対物レンズ素子によって集光された蛍光を実質的に平行光に変換するレンズと、
    上記レンズからの実質的に平行な蛍光が入射されると共に、上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光する波長フィルタと、
    上記波長フィルタからの蛍光を検出する光検出素子と
    を備え、
    上記対物レンズ素子は、
    屈折によって光を集光する中央部分と、この中央部分の周辺に位置して全反射によって光を集光する周辺部分とを含んで構成されており、
    上記中央部分の少なくとも一部は、上記励起光を透過させる励起光透過部となっている
    ことを特徴とする蛍光情報読み取り装置。
  2. 請求項１に記載の蛍光情報読み取り装置において、
    上記読み取り対象物に対して相対的に移動可能な走査機構によって駆動されて、上記読み取り対象物上を二次元に走査する走査モジュールを備え、
    上記光源部,上記対物レンズ素子,上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子は、上記走査モジュール内に収納されている
    ことを特徴とする蛍光情報読み取り装置。
  3. 請求項１あるいは請求項２に記載の蛍光情報読み取り装置において、
    上記対物レンズ素子は、光軸に対して同心円状の形状を有しており、
    上記光軸は、上記励起光透過部の少なくとも一部を通過している
    ことを特徴とする蛍光情報読み取り装置。
  4. 請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の蛍光情報読み取り装置において、
    上記読み取り対象物は、光透過性を有するサンプル台上に積載され、
    上記光源部,上記対物レンズ素子,上記レンズ,上記波長フィルタおよび上記光検出素子は、上記サンプル台における上記読み取り対象物が積載される面とは反対側の面に対向して配置されており、
    上記光検出素子は、上記読み取り対象物から発せられた蛍光を上記サンプル台を介して検出するようになっている
    ことを特徴とする蛍光情報読み取り装置。
  5. 光源部から、蛍光を励起する励起光を出射し、
    上記光源部からの励起光を、屈折によって光を集光する中央部分とこの中央部分の周辺に位置して全反射によって光を集光する周辺部分とを有する対物レンズ素子における上記中央部分の励起光透過部を透過させて、読み取り対象物に照射し、
    上記励起光の照射に基づいて上記読み取り対象物から発せられた蛍光を、上記対物レンズ素子における上記中央部分および上記周辺部分で集光し、
    レンズによって、上記対物レンズ素子で集光された蛍光を実質的に平行光に変換し、
    波長フィルタによって、上記レンズで変換された実質的に平行な蛍光から上記励起光の波長と同等の波長成分の光を減光し、
    光検出素子によって、上記波長フィルタからの蛍光を検出する
    ことを特徴とする蛍光情報読み取り方法。
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