JPH04262244A - 光学的測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光学的測定装置に関し
、さらに詳細にいえば、光導波路を通して光を伝播させ
ることにより生じるエバネッセント波成分によって光導
波路の反応面近傍に存在する測定対象物質の光学的特性
の測定を行なう光学的測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からスラブ型光導波路の反応面に予
め抗原、抗体またはハプテンを固定しておき、光導波路
から僅かにしみ出すエバネッセント波成分により光導波
路の反応面における抗原−抗体反応量の測定を行なう免
疫測定方法が知られており、この方法を具体化するため
に、図１６に示すように、スラブ型光導波路６１の一面
に反応槽６２を一体形成し、図示しないレーザ光源から
出射される測定光をダイクロイック・ミラー６３を通し
て光導波路６１に導入し、標識螢光体から放射される螢
光を光導波路６１を通して出射させ、ダイクロイック・
ミラー６３により反射させ、さらに光学的フィルタ６４
を通して検出器６５に入射させるようにしたものが提案
されている（スイス国特許出願明細書第２７９９／８５
−２号および特開昭６３−２７３０４２号公報参照）。

【０００３】上記の構成を採用した場合には、光導波路
６１の表面に予め抗体６６を固定しておき、この抗体６
６に被検液中の抗原６７を受容させ、さらに、受容され
た抗原６７に螢光体で標識された螢光標識抗体６８を受
容させる。即ち、受容される螢光標識抗体６８の量は被
検液中の抗原６７の量に基づいて定まることになる。そ
して、光導波路６１に測定光を導入することにより生じ
るエバネッセント波成分により上記受容された螢光標識
抗体６８の標識螢光体６８ａのみが励起され、螢光を放
射するので、放射される螢光の強度が被検液中の抗原６
７の量に比例することになる。また、この螢光は信号光
として光導波路６１を導波されることになる。

【０００４】したがって、光導波路６１を導波されてき
た螢光のみをダイクロイック・ミラー６３により反射さ
せ、光学フィルタ６４により励起光成分を遮断して検出
器６５に入射させることにより免疫反応の有無、免疫反
応の程度を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１６に示す螢光免疫
測定装置は、信号光としての螢光に対する測定光の干渉
を避けるため等の理由から、スラブ型光導波路６１と一
体に楔形プリズムを形成し、測定光を楔形プリズムに斜
め入射させるようにしているので、プリズムによる収差
の影響を受けてスリット像の結像がぼけてしまうことに
なる。

【０００６】この結果、測定光投影用スリットによる測
定光の絞り込みを一層激しくしなければならず、入射光
量が低下するので、螢光免疫測定の精度が低下してしま
うという不都合がある。さらに詳細に説明すると、結像
のぼけが生じない場合において結像されるスリットが図
１７中に実線で示す大きさであっても、プリズムの収差
による結像のぼけが生じる場合には、例えば、図１７中
に破線で示す大きさのみが測定光として使用できること
になる。したがって、図１７に破線で示す大きさを十分
に大きくして十分な測定光量を確保しようとすれば、測
定光を絞り込むためのスリットをかなり大きくしなけれ
ばならないのでスラブ型光導波路６１に対する測定光の
入射が困難になってしまうという不都合がある。そして
、このような不都合を解消しようとすれば、測定光を絞
り込むためのスリットを十分に小さくすればよいが、こ
の場合には図１７に破線で示す大きさが著しく小さくな
り、測定精度を低下させることになってしまうという不
都合がある。

【０００７】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、プリズムの収差を補正して測定光を絞り
込むためのスリットを十分に大きくでき、および／また
はスリットにより絞り込まれた測定光のスラブ型光導波
路への入射を容易にできる光学的測定装置に関する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、請求項１の光学的測定装置は、測定光投影用スリッ
トを通して導かれた測定光の一部を分岐させ、測定光の
殆どを屈折型結合プリズムに導くビーム・サンプラーが
所定の厚みおよび屈折率を有しているとともに、測定光
の光軸に関して屈折型結合プリズムの入射面と逆方向に
斜交した状態で配置されており、しかも上記ビーム・サ
ンプラーの厚み、屈折率および斜交角度が屈折型結合プ
リズムの収差を補正できるように設定されている。

【０００９】請求項２の光学的測定装置は、測定光投影
用スリットが測定光の光軸に関して斜交した状態で配置
されており、しかも斜交角度がスラブ型光導波路の最も
狭隘箇所にスリット像を結像できるように設定されてい
る。

【００１０】請求項３の光学的測定装置は、測定光の一
部を分岐させ、測定光の殆どを屈折型結合プリズムに導
くビーム・サンプラーに対して測定光を絞り込んだ状態
で入射させる測定光投影用スリットが測定光の光軸に関
して斜交した状態で配置されており、しかも斜交角度が
スラブ型光導波路の最も狭隘箇所にスリット像を結像で
きるように設定されている。

【００１１】請求項４の光学的測定装置は、スラブ型光
導波路の屈折型結合プリズムが円筒面状の入射面を有し
ている。

【００１２】

【作用】請求項１の光学的測定装置であれば、屈折型結
合プリズムを有するスラブ型光導波路に対して屈折型結
合プリズムを通して測定光を導入し、測定光のエバネッ
セント波成分によりスラブ型光導波路の表面近傍の光学
的測定を行ない、光学的測定結果を示す信号光をスラブ
型光導波路を通して出射する場合において、測定光投影
用スリットにより絞り込まれた測定光をビーム・サンプ
ラーに導いて測定光量制御のための分岐光を得るととも
に、残余の測定光を屈折型結合プリズムに入射させる。 この場合において、測定光は屈折型結合プリズムの入射
面に対して斜めに入射するのであるから必然的に収差を
生じることになるが、ビーム・サンプラーによっても収
差を生じ、しかもビーム・サンプラーが、測定光の光軸
に関して屈折型結合プリズムの入射面と逆方向に斜交し
た状態で配置されているとともに、ビーム・サンプラー
の厚み、屈折率および斜交角度が屈折型結合プリズムの
収差を補正できるように設定されているのであるから、
両収差がキャンセルされ、ぼけが著しく少ない状態でス
リット像を結像させることができる。

【００１３】この結果、測定光を絞り込むためのスリッ
トを大きくして十分な測定光量を得ることができ、およ
び／または屈折型結合プリズムへの測定光の導入を容易
にでき、ひいては光学的測定精度を向上できる。

【００１４】請求項２の光学的測定装置であれば、測定
光投影用スリットが測定光の光軸に関して斜交した状態
で配置されており、しかも斜交角度がスラブ型光導波路
の最も狭隘箇所にスリット像を結像できるように設定さ
れているのであるから、スリット像のぼけを解消できる
のみならず、屈折型結合プリズムによるスリット像の結
像位置の倒れをも解消でき、光学的測定精度を一層向上
できる。

【００１５】請求項３の光学的測定装置であれば、屈折
型結合プリズムを有するスラブ型光導波路に対して屈折
型結合プリズムを通して測定光を導入し、測定光のエバ
ネッセント波成分によりスラブ型光導波路の表面近傍の
光学的測定を行ない、光学的測定結果を示す信号光をス
ラブ型光導波路を通して出射する場合において、測定光
投影用スリットにより絞り込まれた測定光をビーム・サ
ンプラーに導いて測定光量制御のための分岐光を得ると
ともに、残余の測定光を屈折型結合プリズムに入射させ
る。この場合において、測定光投影用スリットが、スラ
ブ型光導波路の最も狭隘箇所にスリット像を結像できる
ように測定光の光軸に関して斜交した状態で配置されて
いるのであるから、スリットにより絞り込まれた測定光
の殆どを光学的測定に寄与し得る箇所に結像させること
ができる。

【００１６】この結果、測定光を絞り込むためのスリッ
トを大きくして十分な測定光量を得ることができ、およ
び／または屈折型結合プリズムへの測定光の導入を容易
にでき、ひいては光学的測定精度を向上できる。

【００１７】請求項４の光学的測定装置であれば、屈折
型結合プリズムを有するスラブ型光導波路に対して屈折
型結合プリズムを通して測定光を導入し、測定光のエバ
ネッセント波成分によりスラブ型光導波路の表面近傍の
光学的測定を行ない、光学的測定結果を示す信号光をス
ラブ型光導波路を通して出射する場合において、測定光
投影用スリットにより絞り込まれた測定光をビーム・サ
ンプラーに導いて測定光量制御のための分岐光を得ると
ともに、残余の測定光を屈折型結合プリズムに入射させ
る。この場合において、屈折型結合プリズムが円筒面状
の入射面を有しているのであるから、スリットにより絞
り込まれた測定光の殆どを光学的測定に寄与し得る箇所
に結像させることができる。

【００１８】この結果、測定光を絞り込むためのスリッ
トを大きくして十分な測定光量を得ることができ、およ
び／または屈折型結合プリズムへの測定光の導入を容易
にでき、ひいては光学的測定精度を向上できる。

【００１９】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。

【００２０】図１はこの発明の光学的測定装置の一実施
例としての免疫測定装置を示す概略図であり、ハロゲン
ランプ１から出射される測定光を熱線吸収フィルタ２、
両凸レンズ３および干渉フィルタ４を通して単色化した
状態で測定光投影用スリット５に導き、測定光投影用ス
リット５により絞り込まれた測定光をアクロマート・レ
ンズ６を通してダイクロイック・ミラー７に導いて測定
光の光軸を９０度だけ変化させ、スラブ型光導波路１０
の屈折型結合プリズム１１に所定の入射角度で入射する
。上記スラブ型光導波路１０の少なくとも一面に反応槽
１２を形成し、反応槽に臨む面に抗体１３を固定してい
る。尚、屈折型結合プリズム１１から出射される信号光
をビーム・サンプラー８を通してダイクロイック・ミラ
ー７に導き、ダイクロイック・ミラー７を透過した信号
光を平凸レンズ１４および色ガラス・フィルタ１５を通
して光電子増倍管１６に導く。尚、上記ビーム・サンプ
ラー８により分岐された測定光の一部は光ファイバ１７
により光電子増倍管１６に導かれる。但し、ビーム・サ
ンプラー８により分岐された測定光の一部を直接に光電
子増倍管１６以外の受光素子に導いてもよい。

【００２１】上記ビーム・サンプラー８は、測定光の一
部を分岐させて測定光の光量を検出し、ハロゲンランプ
１からの出射光量を制御して測定光量を一定に保持する
ため、または信号光量測定値の数値補正を行なうため等
に用いられる。したがって、ビーム・サンプラー８は測
定光の光軸に対して斜交されているのであるが、斜交角
度が測定光の光軸に対する屈折型結合プリズム１１の入
射面の斜交角度と逆向きに設定されているとともに、ビ
ーム・サンプラーの屈折率および厚みがそれぞれ所定値
に設定されて、屈折型結合プリズムの収差を補償するよ
うにしている。

【００２２】上記構成の光学的測定装置の作用は次のと
おりである。

【００２３】スラブ型光導波路１０の表面に固定した抗
体１３に被検液中の抗原を受容させ、さらに受容された
抗原に螢光標識抗体を受容させる点は従来の免疫測定装
置と同様である。

【００２４】そして、ハロゲンランプ１を点灯すれば、
測定光が測定光投影用スリット５により絞り込まれ、ダ
イクロイック・ミラー７により光軸が９０度だけ変化さ
れ、ビーム・サンプラー８を透過して屈折型結合プリズ
ム１１に入射される。

【００２５】この場合において、測定光が単に屈折型結
合プリズム１１に入射されれば、プリズムによる収差が
生じない状態においてシャープな結像を生じるように光
学系が設定されているのであるから（図２参照）、プリ
ズム１１による収差が生じることに起因して図３に示す
ように結像がぼけてしまう。

【００２６】しかし、この実施例においては、図３に示
すぼけと逆方向にぼけが生じるように（図４参照）ビー
ム・サンプラー８の斜交角度、屈折率、厚みが設定され
ているのであるから、図３のぼけと図４のぼけとがキャ
ンセルし合って図５に示すようにシャープな結像を達成
できる。

【００２７】したがって、測定光を絞り込むためのスリ
ット５を大きくしても、スリット５により絞り込まれた
測定光の殆どがシャープに結像して十分な測定光量を確
保でき、および／または屈折型結合プリズム１１に対す
る測定光の導入、即ち、測定光に対するスラブ型光導波
路の位置決めを簡単に達成できる。この結果、免疫反応
の有無、免疫反応の程度を高精度に測定できる。

【００２８】

【具体例】図６に示すスラブ型光導波路１０の材質がポ
リメチルメタクリレートであり、厚みが０．７５ｍｍで
あり、波長が５００ｎｍの光に対する屈折率が１．４９
７であり、光導波路軸に対する測定光の光軸の角度が０
度の場合にスラブ型光導波路１０の内部における伝播角
度が６８．２度になるようにするためには、屈折型結合
プリズム１１の頂角が３５度でなければならない。

【００２９】このスラブ型光導波路１０に対してＦ３．
８のレンズを用いて得た収束光を入射した場合の収差を
、理想結像系に対して光線追跡を行なって評価すれば図
７に示すとおりになる。

【００３０】これに対して、材質が石英であり、厚みが
４．１ｍｍであり、屈折率が１．４６３の平板状ビーム
・サンプラー８を光軸に対して４５度傾けて配置した場
合の収差を同様にして評価すれば図８に示すとおりにな
り、屈折型結合プリズム１１に起因する収差を大巾に低
減できていることが分る。

【００３１】このような光学系での収差を解析的に評価
することは極めて困難であるから、光線追跡等の方法に
より評価を行なうことになる。図９は、光軸に対して４
５度傾けて配置された平板状ビーム・サンプラー８を含
む理想結像系による屈折型結合プリズム１１の収差を、
光軸上の物点からの５本の光線を用い、最小錯乱円を求
めてその直径に基づいて評価した結果を示す図であり、
ビーム・サンプラー８の厚みを適切な厚みに設定するこ
とにより、プリズム１１に起因する収差をほぼ完全に補
正できることが分る。図９では厚みが４．１ｍｍの場合
に最良の補正結果が得られている。（尚、図９は光線近
似であるため、回折は全く考慮されていない。）図１０
は厚みが４．１ｍｍのビーム・サンプラー８の光軸に対
する角度を変化させた場合の収差を評価した結果を示す
図であり、角度を４５度に設定した場合に最良の補正結
果が得られ、角度を４５度以上にすると過補正になるこ
とが分る。　　また、収差の補正は、ビーム・サンプラ
ー８の厚みおよび角度に依存するのであるから、角度を
大きくすれば、ビーム・サンプラー８の厚みを薄くする
ことができる。

【００３２】

【実施例２】図１１はこの発明の光学的測定装置の他の
実施例を示す概略図であり、図１の装置と異なる点は、
測定光投影用スリット５を測定光の光軸に対して傾けた
状態で配置した点のみである。

【００３３】この実施例の場合には、図５に示すシャー
プな結像状態において結像位置が傾いていたのを、図１
２に示すようにスラブ型光導波路１０と屈折型結合プリ
ズム１１との最狭隘部に結像するように結像位置を揃え
ることができ、一層良好な光学的測定を達成できる。

【００３４】尚、結像位置の好ましい状態としては、例
えば、入射測定光が屈折型結合プリズム１１・光導波路
１０の端部から最も離れた状態、光導波路１０の第１反
射位置に結像する状態等が例示できる。特に、後者の場
合には、光導波路１０の表面を例えば粗面化して結像状
態を可視化することにより焦点調整等を容易化できる。 　　図１３は厚みが４．１ｍｍのビーム・サンプラー８
の傾きを変化させた場合の結像位置余裕の計算結果を示
す図であり、測定光投影用スリット５を約４５度傾けた
状態において最大の結像位置余裕を与えることが分る。 尚、結像余裕は、測定光の周縁部と光導波路１０の端部
との余裕距離に基づいて算出される値である。

【００３５】この実施例は、測定光の光軸に対して傾い
た状態でビーム・サンプラー８および測定光投影用スリ
ット５を配置しているが、ビーム・サンプラー８が省略
された状態においても適用することが可能であり、この
場合にも、結像位置を揃えることができるのであるから
、かなり良好な光学的測定を達成できる。

【００３６】

【実施例３】図１４はこの発明の光学的測定装置のさら
に他の実施例を示す概略図であり、上記実施例と異なる
点は、屈折型結合プリズム１１ａの入射面１１ｂを円筒
面状にした点のみである。

【００３７】図１５はスリット像の結像を説明する図で
あり、測定光の光軸が光導波路１０の一方の側面と一致
する状態において他方の側面にスリット像を結像させる
ことができる。そして、プリズム１１ａに起因する収差
を大巾に低減できる。また、この場合には測定光の光軸
と反射光の光軸とが一致することを防止できるので、測
定光の光軸と信号光の光軸とが一致する状態で信号光が
出射されることと相俟って信号光と反射光との分離を確
実に達成でき、測定精度を高めることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、屈折型
結合プリズムの収差に起因するぼけを著しく低減した状
態でスリット像を結像させることができるのであるから
、測定光を絞り込むためのスリットを大きくして十分な
測定光量を得ることができ、および／または屈折型結合
プリズムへの測定光の導入を容易にでき、ひいては光学
的測定精度を向上できるという特有の効果を奏する。

【００３９】請求項２の発明は、請求項１の発明の効果
に加え、スリット像の結像位置の倒れをも解消でき、光
学的測定精度を一層向上できるという特有の効果を奏す
る。

【００４０】請求項３の発明は、スリットにより絞り込
まれた測定光の殆どを光学的測定に寄与し得る箇所に結
像させることができるのであるから、測定光を絞り込む
ためのスリットを大きくして十分な測定光量を得ること
ができ、および／または屈折型結合プリズムへの測定光
の導入を容易にでき、ひいては光学的測定精度を向上で
きるという特有の効果を奏する。

【００４１】請求項４の発明は、スリットにより絞り込
まれた測定光の殆どを光学的測定に寄与し得る箇所に結
像させることができるのであるから、測定光を絞り込む
ためのスリットを大きくして十分な測定光量を得ること
ができ、および／または屈折型結合プリズムへの測定光
の導入を容易にでき、ひいては光学的測定精度を向上で
きるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学的測定装置の一実施例としての
免疫測定装置を示す概略図である。

【図２】プリズムが存在しない状態における結像状態を
説明する概略図である。

【図３】プリズムに起因する収差の影響を受けた結像状
態を説明する概略図である。

【図４】ビーム・サンプラーのみに起因する収差の影響
を受けた結像状態を説明する概略図である。

【図５】プリズムとビーム・サンプラーとを併用した状
態における結像状態を説明する概略図である。

【図６】スラブ型光導波路の一例を示す概略図である。

【図７】図６のスラブ型光導波路に対してＦ３．８のレ
ンズを用いて得た収束光を入射した場合の収差を、理想
結像系に対して光線追跡を行なって評価した結果を示す
概略図である。

【図８】平板状ビーム・サンプラーを光軸に対して４５
度傾けて配置した場合の収差を光線追跡を行なって評価
した結果を示す概略図である。

【図９】光軸に対して４５度傾けて配置された平板状ビ
ーム・サンプラーを含む理想結像系による屈折型結合プ
リズムの収差を、最小錯乱円を求めてその直径に基づい
て評価した結果を示す図である。

【図１０】ビーム・サンプラーの光軸に対する角度を変
化させた場合の収差を評価した結果を示す図である。

【図１１】この発明の光学的測定装置の他の実施例を示
す概略図である。

【図１２】図１１の実施例に基づく結像状態を説明する
概略図である。

【図１３】ビーム・サンプラーの傾きを変化させた場合
の結像位置余裕の計算結果を示す図である。

【図１４】この発明の光学的測定装置のさらに他の実施
例を示す概略図である。

【図１５】図１４の実施例に基づく結像状態を説明する
概略図である。

【図１６】免疫測定装置の従来例を示す概略図である。

【図１７】プリズムの収差に起因するぼけによる測定光
の光量の減少を説明する概略図である。

【符号の説明】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　屈折型結合プリズム（１１）を有する
   スラブ型光導波路（１０）に対して屈折型結合プリズム
   （１１）を通して測定光を導入し、測定光のエバネッセ
   ント波成分によりスラブ型光導波路（１０）の表面近傍
   の光学的測定を行ない、光学的測定結果を示す信号光を
   スラブ型光導波路（１０）を通して出射する光学的測定
   装置において、測定光投影用スリット（５）を通して導
   かれた測定光の一部を分岐させ、測定光の殆どを屈折型
   結合プリズム（１１）に導くビーム・サンプラー（８）
   が所定の厚みおよび屈折率を有しているとともに、測定
   光の光軸に関して屈折型結合プリズム（１１）の入射面
   と逆方向に斜交した状態で配置されており、しかも上記
   ビーム・サンプラー（８）の厚み、屈折率および斜交角
   度が屈折型結合プリズム（１１）の収差を補正できるよ
   うに設定されていることを特徴とする光学的測定装置。
2. 【請求項２】　　測定光投影用スリット（５）が測定光
   の光軸に関して斜交した状態で配置されており、しかも
   斜交角度がスラブ型光導波路（１０）の最も狭隘箇所に
   スリット像を結像できるように設定されている請求項１
   に記載の光学的測定装置。
3. 【請求項３】　　屈折型結合プリズム（１１）を有する
   スラブ型光導波路（１０）に対して屈折型結合プリズム
   （１１）を通して測定光を導入し、測定光のエバネッセ
   ント波成分によりスラブ型光導波路（１０）の表面近傍
   の光学的測定を行ない、光学的測定結果を示す信号光を
   スラブ型光導波路（１０）を通して出射する光学的測定
   装置において、測定光を絞り込んだ状態で屈折型結合プ
   リズム（１１）に入射させる測定光投影用スリット（５
   ）が測定光の光軸に関して斜交した状態で配置されてお
   り、しかも斜交角度がスラブ型光導波路（１０）の最も
   狭隘箇所にスリット像を結像できるように設定されてい
   ることを特徴とする光学的測定装置。
4. 【請求項４】　　屈折型結合プリズム（１１ａ）を有す
   るスラブ型光導波路（１０）に対して屈折型結合プリズ
   ム（１１ａ）を通して測定光を導入し、測定光のエバネ
   ッセント波成分によりスラブ型光導波路（１０）の表面
   近傍の光学的測定を行ない、光学的測定結果を示す信号
   光をスラブ型光導波路（１０）を通して出射する光学的
   測定装置において、屈折型結合プリズム（１１ａ）が円
   筒面状の入射面（１１ｂ）を有していることを特徴とす
   る光学的測定装置。