JP6951870B2 - Optical measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、試料への光照射に応じて該試料において発生する光の強度を計測する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for measuring the intensity of light generated in a sample in response to irradiation of the sample with light.
試料への光の照射に応じて該試料において発生する光の強度を計測することにより、該試料を分析することができる。このような光計測を行う装置は、試料に照射される照射光を出力する光源と、その試料において発生する発生光の強度を検出して検出信号を出力する光検出器と、を備える(特許文献1参照)。 The sample can be analyzed by measuring the intensity of the light generated in the sample in response to the irradiation of the sample with light. An apparatus for performing such light measurement includes a light source that outputs the irradiation light applied to the sample, and a photodetector that detects the intensity of the generated light generated in the sample and outputs a detection signal (patented). Reference 1).
光照射に応じて試料において発生する光は、蛍光、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光(例えば高調波光やラマン散乱光など)である。蛍光の強度を検出することで、試料に含まれる蛍光性物質の濃度を計測することができる。透過光の強度を検出することで、試料の濃度を計測することができる。散乱光の強度を検出することで、試料に含まれる散乱物質の濃度や大きさを計測することができる。また、非線形光学現象により発生する光の強度を検出することで、試料の非線形性を計測することができる。 The light generated in the sample in response to the light irradiation is fluorescence, transmitted light, reflected light, scattered light, or light generated by a non-linear optical phenomenon (for example, harmonic light or Raman scattered light). By detecting the fluorescence intensity, the concentration of the fluorescent substance contained in the sample can be measured. By detecting the intensity of transmitted light, the concentration of the sample can be measured. By detecting the intensity of the scattered light, it is possible to measure the concentration and size of the scattered substance contained in the sample. In addition, the non-linearity of the sample can be measured by detecting the intensity of light generated by the non-linear optical phenomenon.
上記のような光計測装置において試料で発生した光を該試料から光検出器へ導く検出光学系は、一般に一つ又は複数のレンズを含む。レンズを含む検出光学系を用いることにより、発生光を効率よく光検出器の受光面へ導くことができる一方で、光検出器の受光面への照射光の入射を抑制することができるので、発生光の強度をSN比よく検出することができる。しかし、レンズを含む検出光学系は、構成が複雑であること及び組立工数が多いことにより、光計測装置の高価格化の要因となる。 The detection optical system that guides the light generated in the sample from the sample to the photodetector in the above-mentioned optical measuring device generally includes one or a plurality of lenses. By using the detection optical system including the lens, the generated light can be efficiently guided to the light receiving surface of the photodetector, while the incident light of the irradiation light on the light receiving surface of the photodetector can be suppressed. The intensity of the generated light can be detected with a high SN ratio. However, the detection optical system including the lens has a complicated configuration and a large number of man-hours for assembly, which causes an increase in the price of the optical measuring device.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、より簡便に、試料において発生する光の強度を計測することができる光計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical measuring device capable of more easily measuring the intensity of light generated in a sample.
本発明の光計測装置は、試料容器に入れられた試料への光の照射に応じて該試料において発生する光の強度を計測する装置であって、(1) 互いに対向する第1面および第2面ならびにこれらとは別の第3面と、第1面と第2面との間に設けられた第1貫通孔と、第3面と第1貫通孔との間に設けられた第2貫通孔とを有し、第1面の側から第1貫通孔に試料容器が挿入され、その挿入された試料容器の中の試料が第2貫通孔に対向する位置になるように試料容器を位置決めするとともに、試料容器に第1貫通孔の内壁面が熱接触する金属ブロックと、(2) 金属ブロックの第2面の側に設けられ、金属ブロックの第1貫通孔に挿入されて位置決めされた試料容器の中の試料に照射される照射光を第1貫通孔内へ出力する光源と、(3) 金属ブロックの第3面の側に設けられ、金属ブロックの第1貫通孔に挿入されて位置決めされた試料容器の中の試料において照射光の照射に応じて発生する発生光を受光する受光面を有し、第2貫通孔を経て受光面に到達した発生光の強度を検出して検出信号を出力する光検出器と、を備える。 The optical measuring device of the present invention is a device that measures the intensity of light generated in a sample in response to the irradiation of the sample placed in the sample container with (1) the first surface and the first surface facing each other. The second surface, the third surface different from these, the first through hole provided between the first surface and the second surface, and the second through hole provided between the third surface and the first through hole. The sample container has a through hole, and the sample container is inserted into the first through hole from the side of the first surface, and the sample container is placed so that the sample in the inserted sample container faces the second through hole. Along with positioning, a metal block in which the inner wall surface of the first through hole is in thermal contact with the sample container and (2) provided on the side of the second surface of the metal block and inserted into the first through hole of the metal block for positioning. A light source that outputs the irradiation light emitted to the sample in the sample container into the first through hole, and (3) provided on the side of the third surface of the metal block and inserted into the first through hole of the metal block. It has a light receiving surface that receives the generated light generated in response to the irradiation of the irradiation light in the sample in the sample container positioned in the above direction, and detects the intensity of the generated light that reaches the light receiving surface through the second through hole. It includes an optical detector that outputs a detection signal.
本発明の光計測装置は、金属ブロックの第1貫通孔に挿入されて位置決めされた試料容器と光源との間の光路上に設けられ、光源から出力された光のうち特定波長の光を選択的に透過させて試料容器に入射させる第1フィルタを更に備えてもよい。また、本発明の光計測装置は、金属ブロックの第1貫通孔に挿入されて位置決めされた試料容器と光検出器との間の光路上に設けられ、発生光を選択的に透過させて光検出器の受光面に入射させる第2フィルタを更に備えてもよい。第2フィルタは色ガラスフィルタであってもよい。 The optical measuring device of the present invention is provided on the optical path between the light source and the sample container inserted and positioned in the first through hole of the metal block, and selects light of a specific wavelength from the light output from the light source. A first filter may be further provided to allow light to pass through and enter the sample container. Further, the optical measuring device of the present invention is provided on the optical path between the sample container and the photodetector inserted and positioned in the first through hole of the metal block, and selectively transmits the generated light to emit light. A second filter that is incident on the light receiving surface of the detector may be further provided. The second filter may be a colored glass filter.
本発明の光計測装置の一側面では、金属ブロックの第2貫通孔は、光源から出力された照射光が直接に又は試料容器により鏡面反射された後に光検出器の受光面へ向かって伝搬することを制限する位置、径、長さ又は方位とされてもよい。金属ブロックは、第1貫通孔の内壁面での照射光の反射または散乱を抑制して光検出器の受光面へ向かう照射光の伝搬を制限する光トラップ部を第1貫通孔内に有してもよい。金属ブロックは、光検出器の受光面へ向かう照射光の伝搬を遮蔽する遮蔽部を第1貫通孔内に有してもよい。また、光検出器は、光源から試料容器への照射光の光学系の光軸方向に対し受光面の垂線方向が鋭角となるように配置されてもよい。 In one aspect of the photometric device of the present invention, the second through hole of the metal block propagates the irradiation light output from the light source directly or after being specularly reflected by the sample container toward the light receiving surface of the photodetector. It may be a position, diameter, length or orientation that limits this. The metal block has an optical trap portion in the first through hole that suppresses reflection or scattering of the irradiation light on the inner wall surface of the first through hole and limits the propagation of the irradiation light toward the light receiving surface of the photodetector. You may. The metal block may have a shielding portion in the first through hole that shields the propagation of the irradiation light toward the light receiving surface of the photodetector. Further, the photodetector may be arranged so that the perpendicular direction of the light receiving surface is an acute angle with respect to the optical axis direction of the optical system of the irradiation light from the light source to the sample container.
本発明の光計測装置の一側面では、金属ブロックはアルミニウム及びアルミニウム合金のうち少なくとも一方から構成されてもよい。金属ブロックは角柱形状を有してもよい。また、金属ブロックは複数組の第1貫通孔および第2貫通孔を有し、光源は金属ブロックの各第1貫通孔に対して設けられ、光検出器は金属ブロックの各第2貫通孔に対して設けられてもよい。 In one aspect of the optical measuring device of the present invention, the metal block may be composed of at least one of aluminum and an aluminum alloy. The metal block may have a prismatic shape. Further, the metal block has a plurality of sets of first through holes and second through holes, a light source is provided for each first through hole of the metal block, and a photodetector is provided for each second through hole of the metal block. It may be provided for.
本発明の光計測装置は、簡便な構成で、試料において発生する光の強度を計測することができる。 The optical measuring device of the present invention can measure the intensity of light generated in a sample with a simple configuration.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. The present invention is not limited to these examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
本発明の光計測装置は、光が照射された試料において発生する任意の光(蛍光、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光)の強度を計測するものであるが、以下の実施形態では蛍光の強度を計測する場合について説明する。 The optical measuring device of the present invention measures the intensity of arbitrary light (fluorescence, transmitted light, reflected light, scattered light, or light generated by a nonlinear optical phenomenon) generated in a sample irradiated with light. However, in the following embodiment, the case of measuring the fluorescence intensity will be described.
図1は、本実施形態の光計測装置1の全体構成を示す図である。図2は、本実施形態の光計測装置1の金属ブロック50の構成を示す断面図である。図3は、本実施形態の光計測装置1の光学素子保持部60の構成を示す断面図である。光計測装置1は、試料容器2に入れられた試料3への励起光の照射によって発生する蛍光の強度を計測するものである。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the optical measuring device 1 of the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
図1に示されるように、光計測装置1は、光源11、励起光透過フィルタ(第1フィルタ)12、光源駆動回路13、光検出器21、蛍光透過フィルタ(第2フィルタ)22、処理部30、制御部40、入力部41、表示部42、記憶部43、金属ブロック50、光学素子保持部60、温度調整部70および暗箱80を備える。
As shown in FIG. 1, the optical measuring device 1 includes a
光源11は、試料容器2に入れられた試料3を励起し得る波長(または、この波長を含む帯域)の光を出力する。光源11は、例えば、LED(発光ダイオード)、LD(レーザダイオード)またはSLD(スーパールミネッセントダイオード)などである。光源11の光出力側に、光の指向性を高めるためのレンズが設けられてもよい。このレンズは、光源11と一体であってもよいし、光源11とは別体であってもよい。
The
励起光透過フィルタ12は、光源11と光学的に接続され、該光源11から出力される光を入力する。励起光透過フィルタ12は、試料3を励起し得る波長の励起光を選択的に透過させて、その励起光を試料容器2へ出力する。励起光透過フィルタ12の透過波長、すなわち、励起光波長は、試料容器2に入れられた試料3に含まれる蛍光性物質に応じて適切に選択される。励起光透過フィルタ12は、フィルタ特性がよい誘電体多層膜フィルタであってもよいし、色ガラスフィルタであってもよい。なお、励起光透過フィルタ12は、検出される発生光の波長の光を遮断してもよい。
The excitation
光源駆動回路13は、光源11と電気的に接続され、光源11を駆動して所定の照射期間に亘って発光させる。光源11は、制御部40からの指示を受けた光源駆動回路13により駆動されて、試料容器2に照射される照射光(励起光)を出力する。
The light
蛍光透過フィルタ22は、試料容器2に入れられた試料3への励起光の照射に応じて該試料で発生する発生光(蛍光)を選択的に透過させて、その蛍光を光検出器21へ出力する。蛍光透過フィルタ22は、蛍光以外の光(例えば、励起光透過フィルタ12を透過した光)を遮断する。蛍光透過フィルタ22の透過波長は、試料容器2に入れられた試料3に含まれる蛍光性物質に応じて適切に選択される。蛍光透過フィルタ22は、フィルタ特性がよい誘電体多層膜フィルタであってもよいし、色ガラスフィルタであってもよい。
The
光検出器21は、蛍光透過フィルタ22と光学的に接続され、該蛍光透過フィルタ22を透過した蛍光を受光する。光検出器21は、受光した蛍光の強度を検出し、その蛍光強度を示す検出信号を処理部30へ出力する。光検出器21は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードまたは光電子増倍管などである。
The
処理部30は、光検出器21と電気的に接続される入力端子を有する。その入力端子には、光検出器21から出力される検出信号がアナログ値として入力される。処理部30は、光源11が照射光(励起光)を出力している照射期間に入力端子に入力されるアナログ値を入力し、このアナログ値に応じたデジタル値を、試料3において発生する発生光(蛍光)の強度を表す値として制御部40へ出力する。処理部30は、信号変換器31およびAD変換器32を含む。
The
信号変換器31は、光検出器21と電気的に接続される入力端子を有する。その入力端子には、光検出器21から出力される検出信号がアナログ値として入力される。信号変換器31は、光源11が照射光(励起光)を出力している照射期間に入力端子に入力されるアナログ値を入力し、その入力されるアナログ値に応じた電圧値を出力する。信号変換器31は、差動アンプの反転入力端子と出力端子との間に容量部が設けられた積分器の構成とすることができる。また、信号変換器31は、差動アンプの反転入力端子と出力端子との間に抵抗器が設けられた電流電圧変換器の構成としてもよい。これらの例において、差動アンプの非反転入力端子は接地されていてもよい。
The
AD変換器32は、信号変換器31と電気的に接続されており、信号変換器31から出力される電圧値を入力する。AD変換器32は、この入力した電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換し、試料3において発生する発生光(蛍光)の強度を表す値として該デジタル値を出力する。
The
制御部40は、光源駆動回路13と電気的に接続されており、光源駆動回路13を制御することで光源11を所定の照射期間に亘って発光させる。制御部40は、処理部30と電気的に接続されており、処理部30の動作を制御するとともに、処理部30から出力されるデジタル値を入力して、試料3で発生した蛍光の強度を求め、この蛍光強度に基づいて試料3の解析を行う。制御部40は、これらのデジタル値、蛍光強度および解析結果を記憶部43に記憶させる。制御部40は、上記の制御や解析を行うCPUを含み、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートデバイス、マイクロコンピュータ、或いは、クラウドサーバなどのコンピュータである。なお、制御部40と他の構成要素との間の接続は、有線に限らず無線であってもよく、また、ネットワーク通信による接続を含んでいてもよい。
The
入力部41は、制御部40と電気的に接続されており、計測条件、計測開始および計測終了などの入力を受け付ける。入力部41は、例えば、キーボード、マウス、及び/或いはタッチスクリーンなどである。入力部41は、モーメンタリースイッチ或いはオルタネートスイッチのような単純なオン/オフを制御部40に伝えるものでもよい。
The
表示部42は、制御部40と電気的に接続されており、計測条件や計測結果を表示する。表示部42は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、或いは、タッチスクリーンなどである。また、表示部42は、LED等の発光素子の点灯/消灯により表示をするものであってもよい。
The
記憶部43は、制御部40と電気的に接続されており、制御部40から出力された蛍光強度および解析結果などを記憶する。記憶部43は、例えば、内部メモリ及び/或いは外部ストレージなどである。
The
金属ブロック50および光学素子保持部60は、試料容器2、光源11、励起光透過フィルタ12、光検出器21および蛍光透過フィルタ22を保持して、これらの配置を規定するものである。これらについては後に図2および図3を用いて詳細に説明する。
The
温度調整部70は、金属ブロック50の側面に接触して設けられており、金属ブロック50の温度を調整するとともに、この金属ブロック50により保持される試料容器2の中の試料3の温度を調整する。温度調整部70は、例えばヒータ或いはペルチエ素子を含む加熱部と、例えば熱電対、サーミスタ或いは温度計測用ICを含む測温部とからなり、測温部により測定される金属ブロック50の温度が所望範囲となるように加熱部による加熱を行う。温度調整部70の動作は、制御部40により制御されてもよい。
The
暗箱80は、試料容器2、光源11、励起光透過フィルタ12、光検出器21、蛍光透過フィルタ22、金属ブロック50、光学素子保持部60および温度調整部70を内部に配置する。暗箱80の蓋81が開いている状態で、金属ブロック50の上下方向に延在する第1貫通孔に対し試料容器2を挿入したり取り外したりすることが可能である。蓋81が閉じている状態では、外部からの迷光は暗箱80の内部に入射しない。
The
次に、図2を用いて金属ブロック50について説明する。金属ブロック50は、熱伝導性が高い金属からなり、好適にはアルミニウム及びアルミニウム合金のうち少なくとも一方によって構成される。また、金属ブロック50は、銅、銅合金或いはステンレス鋼などから構成されてもよい。金属ブロック50は、概略形状として角柱形状を有する。金属ブロック50は、その角柱において上面である第1面51と、これに対向する下面である第2面52と、これらとは別の側面である第3面53とを有する。
Next, the
金属ブロック50は、第1面51と第2面52との間に設けられた第1貫通孔54を有する。第1貫通孔54は、第1面51側の上側孔55と、テーパ部56と、第2面52側の下側孔57とに区分される。上側孔55の径は軸方向に沿って一定である。下側孔57の径も軸方向に沿って一定であってよい。上側孔55の径は下側孔57の径より小さい。上側孔55は、第1面51の側から試料容器2が挿入され得る径を有する。上側孔55と下側孔57との間にあるテーパ部56の径は、軸方向に沿って単調に変化する。また、金属ブロック50は、第3面53と第1貫通孔54の下側孔57との間に設けられた第2貫通孔58を有する。第2貫通孔58の径は一定であってよい。このような形状を有する金属ブロック50は、金属隗に対し旋盤加工をすることにより第1貫通孔54および第2貫通孔58を形成することで作製することができる。
The
金属ブロック50の第1面51の側から第1貫通孔54に試料容器2が挿入される。挿入される試料容器2の上部は略円柱形状を有する。試料容器2の下部は先端ほど径が細くなる形状であってよい。挿入された試料容器2は、その下部の中の試料3が第2貫通孔58に対向する位置になるように位置決めされる。同時に、試料容器2の上部の略円柱形状を有する部分は、第1貫通孔54の上側孔55の内壁面と熱接触する。
The
なお、上記のような形状を有する試料容器としてマイクロチューブがある。例えば、マイクロチューブの容量は250μLであり、そのマイクロチューブの中に入れられる試料は数μLである。マイクロチューブは透明または乳白色である。乳白色であるマイクロチューブは、表面で励起光を鏡面反射させるだけでなく、励起光を散乱させる。マイクロチューブで散乱した励起光は、強度が小さいので、蛍光透過フィルタ22により十分に遮断することができる。マイクロチューブで鏡面反射した励起光は、散乱した励起光と比べて強度が大きいので、蛍光透過フィルタ22に入射した場合に該蛍光透過フィルタ22により十分に遮断することができず一部が光検出器21の受光面に到達する場合があり、また、該蛍光透過フィルタ22において蛍光が発生して該蛍光が光検出器21の受光面に到達する場合がある。したがって、マイクロチューブで鏡面反射した励起光が蛍光透過フィルタ22に入射しないような構造が好ましい。
There is a microtube as a sample container having the above-mentioned shape. For example, the capacity of a microtube is 250 μL, and the sample placed in the microtube is several μL. The microtube is transparent or milky white. The milky white microtube not only mirror-reflects the excitation light on the surface, but also scatters the excitation light. Since the excitation light scattered by the microtube has low intensity, it can be sufficiently blocked by the
次に、図3を用いて光学素子保持部60について説明する。光学素子保持部60は、例えばポリプラスチックス社のDURACON(ジュラコン、登録商標)等の金属ブロック50よりも熱伝導性が低い樹脂によって構成される。光学素子保持部60は、光源11、励起光透過フィルタ12、光検出器21および蛍光透過フィルタ22を保持して、これらの配置を規定する。光学素子保持部60と金属ブロック50とが互いに組み合わせられることで、光源11から励起光透過フィルタ12、試料容器2および蛍光透過フィルタ22を経て光検出器21に至るまでの測定光学系が構成される。
Next, the optical
光学素子保持部60は、金属ブロック50と組み合わせられ得る形状を有する。光学素子保持部60は、金属ブロック50と組み合わせられた際に金属ブロック50の第1貫通孔54と繋がる第1貫通孔61を有する。光学素子保持部60の第1貫通孔61は、金属ブロック50に近い上側孔62と、金属ブロック50の反対側にある下側孔63とに区分される。上側孔62には励起光透過フィルタ12が嵌め込まれて位置固定される。下側孔63の開口部分には光源11が配置される。
The optical
また、光学素子保持部60は、金属ブロック50と組み合わせられた際に金属ブロック50の第2貫通孔58と繋がる第2貫通孔64を有する。光学素子保持部60の第2貫通孔64は、金属ブロック50に近い内側孔65と、中継孔66と、金属ブロック50の反対側にある外側孔67とに区分される。内側孔65には蛍光透過フィルタ22が嵌め込まれて位置固定される。外側孔67には光検出器21が嵌め込まれて位置固定される。
Further, the optical
このような金属ブロック50および光学素子保持部60の構成により、金属ブロック50の第2面52の側に設けられた光源11は、試料容器2の中の試料3に照射される光を出力する。光源11と試料容器2との間の光路上に設けられた励起光透過フィルタ12は、光源11から出力された光のうち特定波長の励起光を選択的に透過させて試料容器2に入射させる。試料容器2と光検出器21との間の光路上に設けられた蛍光透過フィルタ22は、励起光を選択的に遮断し、蛍光を選択的に透過させて光検出器21の受光面に入射させる。また、金属ブロック50の第3面53の側に設けられた光検出器21は、試料容器2の中の試料3において照射光の照射に応じて発生する蛍光を受光する受光面を有し、金属ブロック50の第2貫通孔58および蛍光透過フィルタ22を経て受光面に到達した蛍光の強度を検出して検出信号を出力する。
Due to the configuration of the
次に、図1〜図3を用いて光計測装置1の動作を説明する。温度調整部70により金属ブロック50が所望範囲の温度とされた後、試料3が中に入れられた試料容器2は、金属ブロック50の第1面51の側から第1貫通孔54の上側孔55に挿入される。この挿入後に、蓋81が閉じられて、外部から暗箱80の内部への迷光の入射が防止される。この挿入により、試料容器2は、試料3が第2貫通孔58に対向する位置になるように位置決めされるとともに、上側孔55の内壁面に熱接触する。上側孔55の内壁面に熱接触した試料容器2の中の試料3は次第に所望範囲の温度となっていく。
Next, the operation of the optical measuring device 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 3. After the temperature of the
光源11から出力された照射光(励起光)は、光学素子保持部60の第1貫通孔61の下側孔63を通過し、第1貫通孔61の上側孔62に嵌め込まれた励起光透過フィルタ12を透過する。励起光透過フィルタ12を透過した励起光は、金属ブロック50の第1貫通孔54の下側孔57を通過して、試料容器2の中の試料3に照射される。試料3への励起光照射に応じて試料3で発生した蛍光の一部は、金属ブロック50の第2貫通孔58を通過し、光学素子保持部60の第2貫通孔64の内側孔65に嵌め込まれた蛍光透過フィルタ22を透過する。蛍光透過フィルタ22を透過した蛍光は、光学素子保持部60の第2貫通孔64の中継孔66を通過し、第2貫通孔64の外側孔67に嵌め込まれた光検出器21により受光される。
The irradiation light (excitation light) output from the
蛍光を検出した光検出器21から出力された検出信号の値(一般には電流値)は、信号変換器31により電圧値に変換され、AD変換器32によりデジタル値に変換される。AD変換器32から出力されたデジタル値は制御部40に入力されて解析され、例えば蛍光強度の時間的変化が表示部42により表示される。
The value of the detection signal (generally the current value) output from the
光源11から試料容器2に到るまでに励起光が通過する光学素子保持部60の第1貫通孔61の下側孔63および金属ブロック50の第1貫通孔54の下側孔57それぞれの大きさは、試料容器2の径と同程度または幾らか大きい程度であってよい。試料3から光検出器21に至るまで蛍光が通過する金属ブロック50の第2貫通孔58および光学素子保持部60の第2貫通孔64の中継孔66それぞれの大きさは、光検出器21の受光面の大きさと同程度(例えば5mm程度)であってよい。金属ブロック50の第2貫通孔58の長さは数mmであってよい。
The size of each of the
以上のように、本実施形態の光計測装置1では、金属ブロック50の第1貫通孔54の上側孔55に試料容器2を挿入することにより、試料容器2の中の試料3が第2貫通孔58に対向する位置になるように試料容器2を位置決めすることができる。これにより、光源11から励起光透過フィルタ12、試料容器2および蛍光透過フィルタ22を経て光検出器21に至るまでの測定光学系が構成される。また、試料容器2から光検出器21に至るまでの蛍光の光学系にはレンズが設けられていない。試料容器2の中の試料3で発生した蛍光は、金属ブロック50の第2貫通孔58を通過し、蛍光透過フィルタ22を透過して、光検出器21により受光される。したがって、本実施形態の光計測装置1は、構成が簡易であり、組立工数が少ないので、簡便で、低価格化が可能な構成とすることができる。
As described above, in the optical measuring device 1 of the present embodiment, by inserting the
本実施形態の光計測装置1では、金属ブロック50の第1貫通孔54の上側孔55に試料容器2を挿入することにより、試料容器2の位置決めをすると同時に、試料容器2を上側孔55の内壁面に熱接触させる。したがって、温度調整部70により金属ブロック50を介して試料容器2の中の試料3の温度を所望範囲とした条件の下で、その試料3において発生する蛍光の強度を検出することができ、また、その蛍光の強度の時間的変化を観察することができる。
In the optical measuring device 1 of the present embodiment, the
励起光透過フィルタ12として色ガラスフィルタを用い、或いは、蛍光透過フィルタ22として色ガラスフィルタを用いることにより、光計測装置1を更に低価格化することができる。
By using a colored glass filter as the excitation
蛍光透過フィルタ22としての色ガラスフィルタは励起光を吸収すると蛍光を発生させる場合があり、その蛍光が光検出器21により受光されるとSN比が悪くなる。この問題に関しては、本実施形態では、金属ブロック50の第2貫通孔58は、光検出器21への光入射方向を規定するコリメート機能を奏し、試料3で発生した蛍光が光検出器21の受光面へ入射することを許容する一方で、光源11から出力されて励起光透過フィルタ12を透過した励起光が直接に又は試料容器2により鏡面反射された後に光検出器21の受光面へ向かって伝搬することを抑制することができる。したがって、蛍光透過フィルタ22として蛍光性を有する色ガラスフィルタを用いた場合であっても、SN比の悪化が抑制される。金属ブロック50の第2貫通孔58は、光源11から出力されて励起光透過フィルタ12を透過した励起光が直接に又は試料容器2により鏡面反射された後に光検出器21の受光面へ向かって伝搬することを制限する位置、径、長さ又は方位とされているのが好ましい。
The colored glass filter as the
励起光透過フィルタ12を透過した励起光が光検出器21の受光面へ向かって伝搬することを抑制する為の構成として、金属ブロック50は、第1貫通孔54の内壁面での励起光の反射または散乱を抑制して光検出器21の受光面へ向かう励起光の伝搬を制限する光トラップ部を第1貫通孔54内に有するのも好ましい。図1に示されるように、金属ブロック50の第1貫通孔54のテーパ部56は、下側孔57から上側孔55へ向かって径が次第に小さくなり、試料容器2との間の間隔が次第に小さくなっていることで、光トラップ部を構成している。これによっても、蛍光透過フィルタ22として蛍光性を有する色ガラスフィルタを用いた場合であっても、SN比の悪化が抑制される。
As a configuration for suppressing the excitation light transmitted through the excitation
図4に示される第1変形例の構成のように、金属ブロック50は、光検出器21の受光面へ向かう励起光の伝搬を遮蔽する遮蔽部59を第1貫通孔54内に有するのも好ましい。遮蔽部59は、第1貫通孔54内であって、第2貫通孔58の下方に設けられる。この遮蔽部59は、光検出器21への光入射方向を規定するコリメート機能を奏し、試料3で発生した蛍光が光検出器21の受光面へ入射することを許容する一方で、励起光透過フィルタ12を透過した励起光が直接に又は試料容器2により鏡面反射された後に光検出器21の受光面へ向かって伝搬することを抑制することができる。これによっても、蛍光透過フィルタ22として蛍光性を有する色ガラスフィルタを用いた場合であっても、SN比の悪化が抑制される。
As in the configuration of the first modification shown in FIG. 4, the
図5に示される第2変形例の構成のように、光検出器21は、光源11から試料容器2への励起光の光学系の光軸方向に対し受光面の垂線方向が鋭角となるように配置されているのも好ましい。このように光検出器21の受光面が傾斜していることにより、励起光透過フィルタ12を透過した励起光が直接に又は試料容器2により鏡面反射された後に光検出器21の受光面へ入射する際の入射角(受光面の垂線に対する角度)が大きくなり、励起光に対する受光感度が低くなる。これによっても、蛍光透過フィルタ22として蛍光性を有する色ガラスフィルタを用いた場合であっても、SN比の悪化が抑制される。
As in the configuration of the second modification shown in FIG. 5, the
次に、図6および図7を用いて本実施形態の光計測装置の他の変形例の構成について説明する。これらの変形例の光計測装置は、複数の試料容器それぞれに入れられた試料において発生する蛍光の強度を並列して計測するものである。以下では、試料容器の個数を3として説明する。 Next, the configuration of another modification of the optical measuring device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The optical measuring device of these modified examples measures the intensity of fluorescence generated in a sample placed in each of a plurality of sample containers in parallel. Hereinafter, the number of sample containers will be described as 3.
図6は、本実施形態の光計測装置1の第3変形例の要部構成を示す図である。第3変形例の光計測装置1Aは、一列に配列された3個の金属ブロック50と、1個の光学素子保持部60Aとを備える。これら3個の金属ブロック50は、図1〜図5を用いて説明したものと同様の構成を有する。光学素子保持部60Aは、各金属ブロック50に対応して3個の第1貫通孔61および3個の第2貫通孔64を有し、各第1貫通孔61に光源11および励起光透過フィルタ12を保持し、各第2貫通孔64に光検出器21および蛍光透過フィルタ22を保持する。なお、図6には、第2貫通孔64、光検出器21および蛍光透過フィルタ22は示されていない。
FIG. 6 is a diagram showing a main configuration of a third modification of the optical measuring device 1 of the present embodiment. The
第3変形例において用いられる暗箱80Aは、各金属ブロック50に対応して設けられた3個の蓋81を有し、また、各金属ブロック50に対応して構成される3個の測定光学系を互いに光学的に分離するための隔壁82を有する。また、各金属ブロック50に対応して3個の温度調整部70が設けられる。なお、図6には温度調整部70は示されていない。
The
図7は、本実施形態の光計測装置1の第4変形例の要部構成を示す図である。図7(a)は横断面図であり、図7(b)は縦断面図である。第4変形例の光計測装置1Bは、1個の金属ブロック50Bと、1個の光学素子保持部60Bとを備える。金属ブロック50Bは、概略六角柱形状を有し、中心軸の周りに等間隔に設けられた3個の第1貫通孔54を有し、また、各第1貫通孔54と側面との間に設けられた3個の第2貫通孔58を有する。図7(a)は、第2貫通孔58が設けられた位置での断面を示す。図7(b)は、図7(a)中に示した一点鎖線の位置での断面を示す。
FIG. 7 is a diagram showing a main configuration of a fourth modification of the optical measuring device 1 of the present embodiment. FIG. 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is a vertical cross-sectional view. The
光学素子保持部60Bは、金属ブロック50Bの各第1貫通孔54に対応して3個の第1貫通孔61を有し、各第1貫通孔61に光源11および励起光透過フィルタ12を保持する。光検出器21および蛍光透過フィルタ22は、金属ブロック50Bの側面側の各第2貫通孔58の開口を覆うように設けられている。
The optical
第4変形例においては、温度調整部70は、1つのみ設けられてもよいし、六角柱形状の金属ブロック50Bの6個の側面のうちの何れか2個以上の面に個別に設けられてもよい。なお、図7には温度調整部70は示されていない。第4変形例の構成では、試料容器2が挿入される3個の第1貫通孔54が六角柱形状の金属ブロック50Bの中心軸の周りに設けられていることから、3個の第1貫通孔54が一列に配列された金属ブロックと比較すると、金属ブロック50Bの熱容量を小さくすることができるので、温度調整部70の消費電力を少なくすることができる。
In the fourth modification, only one
第3変形例および第4変形例では、処理部30は、3個の測定光学系それぞれに対応して個別に設けられてもよいし、3個の測定光学系に対して共通に設けられてもよい。後者の場合、制御部40により制御された光源駆動回路13は、各々の光出力期間が互いに重なることがないように3個の光源11を駆動し、3個の光検出器21から出力される検出信号を共通の入力端子に入力する処理部30は、各光源11の光出力と同期して検出信号値をデジタル値に変換する。
In the third modification and the fourth modification, the
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。光源および光検出器などを含む測定光学系の数は、上記第3変形例および第4変形例では3としたが、2であってもよいし、4以上であってもよい。光が照射された試料において発生する発生光は、上記実施形態では蛍光であるとしたが、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光であってもよい。光源から出力される光のうち特定波長の光を選択的に透過させるフィルタや、試料で発生した光のうち特定波長の光を選択的に透過させるフィルタは、必要に応じて設ければよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. The number of measurement optical systems including a light source, a photodetector, and the like is set to 3 in the third modification and the fourth modification, but may be 2 or 4 or more. The generated light generated in the sample irradiated with light is considered to be fluorescent in the above embodiment, but may be transmitted light, reflected light, scattered light, or light generated by a nonlinear optical phenomenon. A filter that selectively transmits light of a specific wavelength among the light output from the light source and a filter that selectively transmits light of a specific wavelength among the light generated by the sample may be provided as necessary.
1,1A,1B…光計測装置、2…試料容器、3…試料、11…光源、12…励起光透過フィルタ(第1フィルタ)、13…光源駆動回路、21…光検出器、22…蛍光透過フィルタ(第2フィルタ)、30…処理部、31…信号変換器、32…AD変換器、40…制御部、41…入力部、42…表示部、43…記憶部、50,50B…金属ブロック、51…第1面、52…第2面、53…第3面、54…第1貫通孔、55…上側孔、56…テーパ部、57…下側孔、58…第2貫通孔、59…遮蔽部、60,60A,60B…光学素子保持部、61…第1貫通孔、62…上側孔、63…下側孔、64…第2貫通孔、65…内側孔、66…中継孔、67…外側孔、70…温度調整部、80,80A…暗箱、81…蓋、82…隔壁。 1,1A, 1B ... Optical measuring device, 2 ... Sample container, 3 ... Sample, 11 ... Light source, 12 ... Excitation light transmission filter (first filter), 13 ... Light source drive circuit, 21 ... Photodetector, 22 ... Fluorescence Transmission filter (second filter), 30 ... Processing unit, 31 ... Signal converter, 32 ... AD converter, 40 ... Control unit, 41 ... Input unit, 42 ... Display unit, 43 ... Storage unit, 50, 50B ... Metal Block, 51 ... 1st surface, 52 ... 2nd surface, 53 ... 3rd surface, 54 ... 1st through hole, 55 ... upper hole, 56 ... tapered portion, 57 ... lower hole, 58 ... second through hole, 59 ... Shielding part, 60, 60A, 60B ... Optical element holding part, 61 ... First through hole, 62 ... Upper hole, 63 ... Lower hole, 64 ... Second through hole, 65 ... Inner hole, 66 ... Relay hole , 67 ... outer hole, 70 ... temperature control unit, 80, 80A ... dark box, 81 ... lid, 82 ... partition wall.
Claims (10)
互いに対向する第1面および第2面ならびにこれらとは別の第3面と、前記第1面と前記第2面との間に設けられた第1貫通孔と、前記第3面と前記第1貫通孔との間に設けられた第2貫通孔とを有し、前記第1面の側から前記第1貫通孔に前記試料容器が挿入され、その挿入された前記試料容器の中の前記試料が前記第2貫通孔に対向する位置になるように前記試料容器を位置決めするとともに、前記試料容器に前記第1貫通孔の内壁面が熱接触する金属ブロックと、
前記金属ブロックの前記第2面の側に設けられ、前記金属ブロックの前記第1貫通孔に挿入されて位置決めされた前記試料容器の中の前記試料に照射される照射光を前記第1貫通孔内へ出力する光源と、
前記金属ブロックの前記第3面の側に設けられ、前記金属ブロックの前記第1貫通孔に挿入されて位置決めされた前記試料容器の中の前記試料において前記照射光の照射に応じて発生する発生光を受光する受光面を有し、前記第2貫通孔を経て前記受光面に到達した発生光の強度を検出して検出信号を出力する光検出器と、
前記金属ブロックよりも熱伝導性が低い材料によって構成され、前記光源および前記光検出器を保持して配置を規定し、前記金属ブロックと組み合わされて前記光源から前記試料容器を経て前記光検出器に至るまでの測定光学系を構成する光学素子保持部と、
を備える光計測装置。 A device that measures the intensity of light generated in a sample in response to the irradiation of the sample placed in the sample container with light.
The first and second surfaces facing each other, a third surface different from these, a first through hole provided between the first surface and the second surface, and the third surface and the first surface. It has a second through hole provided between the first through hole, the sample container is inserted into the first through hole from the side of the first surface, and the sample container in the inserted sample container is inserted. A metal block in which the sample container is positioned so that the sample faces the second through hole and the inner wall surface of the first through hole is in thermal contact with the sample container.
The first through hole is provided with irradiation light that is provided on the side of the second surface of the metal block and irradiates the sample in the sample container that is inserted into and positioned in the first through hole of the metal block. The light source that outputs inward and
Occurrence that occurs in response to the irradiation of the irradiation light in the sample in the sample container that is provided on the side of the third surface of the metal block and is inserted and positioned in the first through hole of the metal block. A photodetector having a light receiving surface that receives light, detecting the intensity of generated light that has reached the light receiving surface through the second through hole, and outputting a detection signal.
It is composed of a material having a lower thermal conductivity than the metal block, holds and defines the arrangement of the light source and the photodetector, and is combined with the metal block from the light source through the sample container to the photodetector. The optical element holding unit that constitutes the measurement optical system up to
An optical measuring device equipped with.
前記光学素子保持部は前記第1フィルタを保持して配置を規定する、
請求項1に記載の光計測装置。 It is provided on the optical path between the sample container and the light source, which is inserted and positioned in the first through hole of the metal block, and selectively transmits light of a specific wavelength among the light output from the light source. further example Bei the first filter to be incident on the sample container by,
The optical element holding portion holds the first filter and defines the arrangement.
The optical measuring device according to claim 1.
前記光学素子保持部は前記第2フィルタを保持して配置を規定する、
請求項1または2に記載の光計測装置。 The light detector is provided on an optical path between the sample container and the photodetector, which is inserted into and positioned in the first through hole of the metal block, and selectively transmits the generated light. further example Bei the second filter to be incident on the light receiving surface,
The optical element holding portion holds the second filter and defines the arrangement.
The optical measuring device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の光計測装置。 The second filter is a colored glass filter.
The optical measuring device according to claim 3.
前記光トラップ部は、前記金属ブロックの前記第1貫通孔の径が前記第2面の側から前記第1面の側へ向かって次第に小さくなり、前記試料容器と前記第1貫通孔の内壁面との間の間隔が次第に小さくなっていることにより構成される、
請求項1〜4の何れか1項に記載の光計測装置。 The metal block has an optical trap portion that suppresses reflection or scattering of the irradiation light on the inner wall surface of the first through hole and limits the propagation of the irradiation light toward the light receiving surface of the photodetector. possess in the first through hole,
In the optical trap portion, the diameter of the first through hole of the metal block gradually decreases from the side of the second surface toward the side of the first surface, and the inner wall surface of the sample container and the first through hole is gradually reduced. Consists of a gradual decrease in the distance between and
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 4.
前記遮蔽部は、前記金属ブロックの前記第1貫通孔内であって前記第2貫通孔より前記第2面の側に設けられ、前記光検出器への光入射方向を規定するコリメート機能を奏し、前記発生光が前記光検出器の受光面へ入射することを許容する一方で、前記照射光が直接に又は前記試料容器により鏡面反射された後に前記光検出器の受光面へ向かって伝搬することを抑制する、
請求項1〜5の何れか1項に記載の光計測装置。 The metal block, have a shielding portion that shields propagation of the irradiation light directed to the light receiving surface of said photodetector in said first through hole,
The shielding portion is provided in the first through hole of the metal block and on the side of the second surface from the second through hole, and has a collimating function of defining the direction of light incident on the photodetector. While allowing the generated light to enter the light receiving surface of the photodetector, the irradiation light propagates toward the light receiving surface of the photodetector directly or after being specularly reflected by the sample container. Suppress that
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6の何れか1項に記載の光計測装置。 The photodetector is arranged so that the perpendicular direction of the light receiving surface is an acute angle with respect to the optical axis direction of the optical system of the irradiation light from the light source to the sample container.
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1〜7の何れか1項に記載の光計測装置。 The metal block is composed of at least one of aluminum and an aluminum alloy.
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 7.
請求項1〜8の何れか1項に記載の光計測装置。 The metal block has a prismatic shape.
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 8.
前記光源は前記金属ブロックの各第1貫通孔に対して設けられ、
前記光検出器は前記金属ブロックの各第2貫通孔に対して設けられている、
請求項1〜9の何れか1項に記載の光計測装置。 The metal block has a plurality of sets of the first through hole and the second through hole.
The light source is provided for each first through hole of the metal block.
The photodetector is provided for each second through hole of the metal block.
The optical measuring device according to any one of claims 1 to 9.
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