JPWO2010110096A1 - 反応光学測定装置およびその測定方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、反応光学測定装置およびその方法に関し、コンパクトで、信頼性の高い反応光学測定装置および方法を提供することを目的とする。発光物質を含有する反応溶液を収容可能な複数個の液収容部が平面に沿って配列され、各液収容部において温度制御が行われる平面状液収容体と、１または複数個の前記各液収容部の開口部を通して前記平面に垂直方向に放射される発光の主光線を光軸に関し所定入射角で入射させて、前記平面状液収容体から離れた位置にある各結像位置において前記発光による実像を形成する１または複数の凹面鏡素子と、各所定測定位置において、前記各実像からの光を受光する受光部と、を有するように構成する。

Description

本発明は、反応光学測定装置およびその測定方法に関するものである。

近年、特定のＤＮＡ断片を、迅速かつ容易に増幅するＤＮＡ増幅方法として、ポリメラーゼ連鎖反応（polymerase chain reaction: ＰＣＲ）法が、生物関連のあらゆる分野で用いられている。ＰＣＲ法は、鋳型ＤＮＡに相補的な２本のプライマーを設計し、そのプライマーに挟まれた領域を試験管内（in vitro）で複製する方法である。該方法は、鋳型ＤＮＡ、プライマー、ヌクレオチド、耐熱性ＤＮＡポリメラーゼを含む反応溶液を各種温度でインキュベートするという温度サイクルを繰り返すことで指数関数的にＤＮＡを増幅してＰＣＲ産物を得るものである。

１回のサイクルは、鋳型ＤＮＡ、プライマー、ＤＮＡポリメラーゼ、ヌクレオチド及び反応バッファ液が入った容器について、二本鎖のＤＮＡを一本鎖に変性し、一本鎖のＤＮＡにプライマーがアニールし、前記一本鎖に相補的なＤＮＡ断片を２分子にする。次のサイクルで合成されたＤＮＡ断片も鋳型となるので、ｎサイクル後に合成されるＤＮＡ断片は、２^ｎ分子となる。

リアルタイムＰＣＲでは、ＰＣＲでの増幅産物の生成過程をリアルタイムで検出し、解析することによって、より正確な定量を行なうものであり、より正確で迅速な光学的測定を必要とし、そのために、種々の装置が開発されている。

特に、複数個(例えば96個)のウェルを有するマイクロプレートの前記ウェルに、各種のサンプルのＤＮＡ断片を収容してリアルタイムＰＣＲを実行させて、ウェルを1個ずつ逐一測定しながら解析を行う代わりに、前記マイクロプレート内の複数個の前記ウェルを同時に光学的に測定して解析を行うものが開示されている（特許文献１、２）。

そのため、ＰＣＲが行なわれるマイクロプレート等の容器に設けられた全ウェルに対して、励起光を照射し該全ウェルで生じた蛍光を、レンズを用いた物体側および像側テレセントリック光学系を用い、それによって結像した該全ウェルの像をＣＣＤチップ等の変換器を用いてその光量を測定していた（特許文献１、２）。

また、ウェルごとに共通の焦点系をもつ光ファイバ束をウェル内に収容した液面の上方に設け、または該光ファイバ束をウェル列に対応するように設けた光ファイバ束列を移動可能に設けるとともに、該光ファイバ束の一部の光ファイバについては、励起光の照射に用い、他の光ファイバについては、蛍光を受光部に導くために用いたものが考えられる（特許文献３）。

特開２００６−２２６９９８号公報 米国特許第６４９８６９０号 米国特許第６４４８０８９号

しかしながら、前者の場合のようにレンズを用いて全ウェルを結像する場合には、球面収差、こま収差、非点収差または視野の湾曲、および色収差の結像誤差も制御しなければならない点が特許文献１の段落００３４に記載されている。さらに、レンズを用いてテレセントリック光学系を用いようとすると、実際には、特許文献１の段落００３５や特許文献２に示すように、ビーム路内に１つより多いレンズを順に配置した複数要素からなるレンズ設計が必要である点が開示されており、構造が複雑化し、装置規模が拡大しまた製造コストが増大するおそれがあった。さらに、コンパクトな空間で前記収差を抑えて一般に入手可能なＣＣＤチップのような狭い視野に結像させる場合には、ＣＣＤサイズに合わせた光学系が必要となり、1つ以上のミラーや複雑なレンズ群(最低レンズ４枚必要)を必要とするおそれがあった。また、後者の場合には、励起光、蛍光それぞれのファイバへの入射効率が光源から液面までの距離やファイバ入射面の形状精度に依存し、必要とする感度を得るためには、やはり製造コストが増大するおそれがあった。

そこで、本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、その第１の目的は、複雑な光学系や精密な移動機構等を用いずに、簡単な機構を持つにも拘わらず、特に色収差が実質的になく、かつコンパクトで製造コストが安価な反応光学測定装置および光学測定方法を提供することである。第２の目的は、調整が容易で使用しやすい反応光学測定装置および光学測定方法を提供することである。第３の目的は、信頼性の高い反応光学測定装置および光学測定方法を提供することである。

第１の発明は、発光物質を含有する反応溶液を収容可能な複数個の液収容部が平面に沿って配列され、各液収容部において温度制御が行われる平面状液収容体と、1または複数個の前記各液収容部の開口部を通して前記平面に垂直方向に放射される発光の主光線を光軸に関し所定入射角で入射させて、前記平面状液収容体から離れた位置にある各結像位置に前記発光による実像を形成する１または複数の凹面鏡素子と、各所定測定位置において、前記各実像からの光を受光する受光部と、を有する反応光学測定装置である。

ここで、「反応溶液」とは、反応が行われる溶液であって、例えば、ＰＣＲ反応溶液がある。「ＰＣＲ反応溶液」とは、ＰＣＲ反応が行なわれる溶液であって、鋳型ＤＮＡ，プライマー、ＤＮＡポリメラーゼ、ヌクレオチド及び反応バッファ液等である。「発光」には、蛍光、燐光、化学発光等があり、発光が蛍光や燐光の場合には、前記各液収容部内に励起光を照射可能な励起光照射部が必要である。したがって、発光物質としては、蛍光物質、燐光物質、化学発光物質等がある。

「液収容部」とは、液を収容、貯溜、保持可能な部分であって、例えば、ウェル、容器、またはチューブ等がある。「平面状液収容体」とは、前記ウェルが平面状、例えば行列状に配列されたマイクロプレート、前記ウェルが列状または行状に配列されたカートリッジ容器、または、複数のチューブまたは容器が、列状、行状を含む平面状に配列された孔等に挿入して支持されたチューブ支持体または容器支持体がある。さらには、明らかに容器状の形状をしたものに限られず、ＤＮＡチップのようなチップ上にスポット状の液体が、複数配列された窪みに収容されているもの、液体の浸潤可能な浸潤スポット内に浸潤し、または載置された場合も含む。マイクロプレートは、例えば、9mmピッチの96個のウェルが8行×12列に配列されたものである。平面状液収容体は、温度制御の間に、蒸発等を防ぎ、また、光学的測定が可能となるように、前記開口部を閉塞するために、例えば、透明な１枚のシートで、該平面状液収容体に設けられた全ウェル、全チューブまたは全容器を被覆して閉塞するのが好ましい。さらに、反応を行うための所定の温度制御とは別に、前記シートで閉塞した平面状液収容体は、該シートへの内側からの結露を防止して、シートの除去を容易にしかつその透光性を保護するために、前記シートの上から、光の通過が可能で、かつ所定の一定温度で加熱するための各開口部に対応する貫通孔を有する加熱体を上側から前記シートに載置可能となるように設けるのが好ましい。

「凹面鏡素子」は、該素子による実像が、該素子から有限の距離でしかも物体側に結像することができる光学素子であり、主として球面凹面鏡素子と非球面凹面鏡素子がある。１の凹面鏡素子がそこからの発光の主光線を入射させてその実像を結像させることができる範囲は、１または複数の液収容部、または前記平面状液収容体全体である。ここで、１の凹面鏡素子は、好ましくは、n(>1)回の回転対称性をもち（例えば、円形、正方形、長方形等）かつ前記範囲に応じて必要十分な大きさをもつように該素子の反射面を囲む縁部を形成し、光軸をその回転対称軸線に一致させる。

また、発光の主光線を入射させてその実像を結像させることができる前記範囲を１または少数の液収容部のみに限定した凹面鏡素子の１または複数個を光学系に設けることで、凹面鏡素子から液収容部や結像位置までの距離を短縮させて光学系、したがって装置全体をコンパクトにすることができる。

「非球面凹面鏡素子」は、２方向において異なる曲率半径を有する凹面鏡素子をいい、２以上の方向で同一の曲率半径を有する球面凹面鏡素子とは異なる。
「２方向」とは、例えば、互いに直交する、縦方向（サジタル面）及び横方向（メリジオナル面）である。「非球面凹面鏡素子」としては、例えば、トロイダルミラーを用いる。

「所定入射角」とは、各液収容部から垂直方向に放射される前記発光の主光線と、前記凹面鏡素子の光軸とのなす角度であって、該所定入射角は、該凹面鏡素子の曲率半径や、測定対象である前記平面状液収容体の各収容部までの距離、および前記結像位置に基づき、前記平面状液収容体と前記結像位置同士が重ならないように定める。

前記非球面凹面鏡素子として、例えば、トロイダルミラーを用いた場合には、主光線と光軸との間の入射角をθ、トロイダルミラーの横方向（メリジオナル面）の曲率半径をRh，縦方向（サジタル面）の曲率半径をRvとすると、実像の条件、前記平面状液収容体ならびに受光素子の形状、面積等を考慮することで、選択されるべきトロイダルミラーの曲率半径Rh，Rv，入射角θ，平面状液収容体の各液収容部の中心とミラー中心との距離a，各結像位置までの距離b，が定められることになる。球面凹面鏡素子の場合には、Rv＝Rhである。なお、適当な修正処理計算を施すようなプログラムを制御部に導入することによって、種々の凹面鏡素子を用いることができる。

ここで、「リアルタイムＰＣＲ」とは、ＰＣＲによって増幅する核酸（ＤＮＡ）をリアルタイムで蛍光物質を利用してモニタリングする方法をいう。リアルタイムＰＣＲにより、温度サイクルの途中で増幅を観測可能であること、及び定量的な結果が得られるという利点を持つものである。通常蛍光物質を含有する蛍光試薬を用いて行なう方法として、インターカレーション法、ハイブリダイゼーション法、およびＬＵＸ法である。

「インターカレーション法」は、SYBR（登録商標）GREEN I、エチジウムブロマイド 等の蛍光物質が伸長反応の際に、二本鎖ＤＮＡに入り込み、励起光の照射によって蛍光を発する特性を利用してＤＮＡ量を測定する方法である。「ハイブリダイゼーション法」は、ＰＣＲプライマーに加え、蛍光物質で標識したＤＮＡプローブを用いて目的のＰＣＲ産物だけを検出する方法である。すなわち、蛍光で標識したＤＮＡプローブが目的のＰＣＲ産物にハイブリダイゼーションすることで、そのハイブリダイズしたＤＮＡ（量）が検出される。「ＬＵＸ法」は、オリゴ核酸に標識した蛍光物質の蛍光シグナルが、そのオリゴ核酸の形状（配列や一本鎖または二本鎖等）によって影響される性質を利用したものである。実際のリアルタイムＰＣＲでは、１種類の蛍光物質で標識化したＰＣＲプライマー（ＬＵＸプライマー）とそれに対する何も標識化されていないＰＣＲプライマーを用いてリアルタイムＰＣＲを行なう。そのＬＵＸプライマーは、蛍光物質を３'末端付近に標識してあり、５'末端との間でヘアピン構造をとるように設計されている。ＬＵＸプライマーがヘアピン構造をとっている時は消光効果が解かれて蛍光シグナルが増大するようになる。このシグナル増大を測定することによって、ＰＣＲ産物量を測定することができる。

「温度制御」とは、その対象となる液体または容器について、1または2以上の設定された所定温度に、設定された時間維持することを、定められた順序に従って、定められた回数実行することである。該温度制御の指示は、プログラムに基づいて該当する信号を送ることによってなされる。

「温度制御」は、制御の対象となる液体を収容する前記液収容部の温度を、外部からの信号等に基づいて上昇または下降させることができる温度源が設けられたヒートブロックを前記平面状液収容体に設けることによって行い、温度源としては、例えば、ペルチェ素子、ヒータ、冷却装置等がある。

「所定温度」とは、対象となる液体等の物が到達すべき目標とする温度であり、例えば、前記液体に含有するＤＮＡ等の核酸やオリゴヌクレオチド等をＰＣＲ法によって増幅する場合には、設定される所定温度としては、例えば、ＰＣＲ法で行なわれる温度サイクル、すなわち、ＤＮＡの熱変性、アニーリング若しくはハイブリダイゼーション、伸長に各々必要な各温度、約94℃、50℃から60℃の間の温度、例えば、約50℃、および約72℃である。さらに、該所定温度には、例えば、高温度の所定温度から低温度の所定温度への移行の場合に、温度調節器によって、これらの所定温度よりも低い移行促進用温度で冷却を行なうことで、または、低温度の所定温度から高温度の所定温度への移行の際に、これらの所定温度よりもさらに高い移行促進用温度で加熱を行なうことで、移行時間を短縮して1サイクル時間を所定サイクル時間内に収めるための移行促進用温度を含む。「所定時間」は、各温度の維持に必要な時間であって、ＰＣＲ法で用いる試薬や液量、ノズルの形状、素材、大きさ、厚さ等に依存するが、1サイクルで、合計が、例えば、数秒から数10秒、ＰＣＲ法全体としての処理時間は、例えば、約数分から数10分程度である。なお、移行時間をも所定時間に含める。

「測定位置」とは、前記凹面鏡素子によって結像位置上に結像した前記各液収容部の開口部から放射された発光の主光線による各実像からの光を受光部内に取り入れるべき受光部に関する位置、例えば、受光部に設けられた受光素子の受光端や凸レンズ面、ファイバの先端等の受光端の位置であって、前記各結像位置に近接しまたは一致するように設定される。「近接」は、例えば、少なくとも１の前記発光の結像位置を通り、適当に設定した傾斜（例えば光軸に関し前記平面状液収容体と対称的な傾斜）をもつ平面または適当に設定した曲率を持つ曲面、または各発光による各結像位置を含む結像面と接しまたは交差するような平面または曲面上に、前記各結像位置を投影するようにして測定位置を設定する場合である。各測定位置は、各結像位置に一致させるのが測定精度上は好ましい。しかし、各結像位置を通る曲面は複雑な形状であるが、各測定位置を各結像位置に近接するような単純な測定平面または測定曲面上に設けることによって、装置構造を簡単化することができる。なお、各測定位置が各結像位置と一致しない場合には、各測定位置で生ずる収差が、受光部の感度の範囲内、または測定誤差内に含まれるように設定するのが好ましい。

また、各測定位置は、該受光部の前記受光端によって液収容部ごとの結像位置上の実像からの光が入射可能な距離内に設定する。これによって、受光を確実かつ容易に行なうことができることになる。また、実像の倍率または大きさは、受光部の大きさや形状によって定められることになる。したがって、平面状液収容体の大きさ、ピッチ、凹面鏡の大きさ、曲率半径、該平面状液収容体と凹面鏡素子との距離、結像位置、入射角等が定まることになる。

第２の発明は、前記受光部は、前記平面状液収容体の全部またはその一部の各液収容部に対応して、前記凹面鏡素子で反射した発光の主光線を受光可能な受光素子を前記各所定測定位置に設けた反応光学測定装置である。

前記平面状液収容体の全部または一部の各液収容部に対応して、受光素子を前記所定測定位置に設ける場合には、例えば、該所定測定位置として平面状に配置するのが構成を簡単化するためには好ましい。

「受光素子」には、例えば、光電素子が設けられ、１の受光素子は、１の前記液収容部の発光によって生じた主光線を受けるように設けられている。該「光電素子」とは、光電効果を利用した電子素子であって、光電管、光電子増倍管、光導電セル、フォトトランジスタ、フォトダイオード等を含む。

第３の発明は、前記受光素子を前記平面状液収容体の一部の前記液収容部に対応して設けた場合には、該受光素子および前記凹面鏡素子を含む光学系の全部もしくは一部、および前記平面状液収容体の双方、または、光学系の全部もしくは一部および前記平面状収容体のいずれか一方を移動する走査機構を有する反応光学測定装置である。

ここで、「光学系」には、前記凹面鏡素子、受光部、および必要ならば励起光照射部を含む。さらに後述する絞りをも含む。その光学系を動かすか否かは、その光学系が、前記平面状液収容体の全部をカバーしているか否かによって定まる。例えば、凹面鏡素子が前記平面状液収容体の一部のみの実像を結像している場合、励起光照射部が前記平面状液収容体の一部の液収容部のみを照射する場合、または受光部が前記平面状液収容体の一部の液収容部のみの実像を受光する場合には、走査機構によって該当する光学系または平面状液収容体を動かす必要がある。

前記平面状液収容体は、例えば、複数の前記液収容部が行列状に配列されている場合を含む。この場合、平面状液収容体の一部とは、例えば、行列状に配列された液収容部の１個分、数個分、１行分、１列分、数列分、または数行分、さらには、前記行数または列数の約数を用いた数行×数列のような行列の場合がある。

凹面鏡素子、受光素子等を前記平面状液収容体の一部の前記液収容部に対応して設けて前記走査機構を用いて走査する場合には、前記平面状液収容体の一部の液収容部としては、前記平面状液収容体を合同な領域に分割した単位であることが好ましい。そのような例としては、例えば、１個の液収容部、１行の液収容部群または１列の液収容部群、数個、数行または数列の液収容部群、数行×数列の行列状の液収容部群等がある。その場合には、前記一部の液収容部群について、光学系全体または光学系の一部を前記平面状液収容体との間を走査するように移動することによって、前記液収容体全体の測定を行なうことができる。

第４の発明は、前記受光素子を前記平面状液収容体の一部の前記液収容部に対応して設けた場合には、該受光素子および前記凹面鏡素子を含む光学系は一体として形成され、前記平面状液収容体が該光学系に対して移動する走査機構を有する反応光学測定装置である。一体として形成するには、例えば、共通の支持枠や光学系支持板を介して光学系を形成することによって行い、光学系を形成する部品間の相対的移動を不必要とすることができる。

第５の発明は、前記凹面鏡素子は、前記平面状液収容体に設けられた全部もしくは一部の液収容部の開口部を通しての発光による各実像を前記各結像位置に形成する大きさ及び形状を有する反応光学測定装置である。

第６の発明は、光源と、所定種類の波長帯域の励起光を透過することができる所定種類の励起光フィルタと、を設けた励起光照射部を有する反応光学測定装置である。

ここで、「光源」としては、キセノンランプまたはハロゲンランプ等の電球型光源、または照射すべき液収容部数に応じた個数または波長の種類および個数に応じた複数の発光素子、例えば、高輝度ＬＥＤを配列したアレイ状光源、ライン状光源、平面状光源等がある。「所定種類」とは、使用する蛍光や燐光の種類に応じた１または複数種類である。なお、受光部が受光する光の波長を選択するフィルタや前記光源の選択を行なうようにするのがコンパクト化には好ましい。また、「励起光照射部」は、例えば、直接励起光を前記液収容部に照射させる場合（第１および第３の実施の形態）と、一旦、凹面鏡素子で反射させた後、励起光を液収容部に照射させる場合（第２の実施の形態）と、横方向から2色性ミラー等を用いて液収容部に照射させる場合（第２の実施の形態）がある。

直接励起光を液収容部に照射させるその他の場合として、例えば、凹面鏡素子に、該凹面鏡素子がその主光線を入射させてその実像を結像可能な範囲に存在する液収容部の個数および位置に対応させて１または複数の小孔を穿設して、各孔に励起光照射用の光ファイバの端部を設ける場合がある。これによって、凹面鏡素子および励起光照射部を含む光学系を小さく形成して装置全体のコンパクト化および軽量化を図ることができる。

第7の発明は、前記光学系は、光源と、所定種類の波長帯域の励起光を透過することができる所定種類の励起光フィルタとを設けた励起光照射部を含めて一体として形成された反応光学測定装置である。

第８の発明は、前記受光素子は、光電素子と、前記測定位置で各液収容部の実像からの光を該光電素子に入射させる凸レンズを有する反応光学測定装置である。

第９の発明は、前記凹面鏡素子と前記受光部との間に、受光部に対して指定した波長の前記発光を選択して透過させまたは遮断する光学的フィルタを設けた反応光学測定装置である。

「光学的フィルタ」は、各種反応において、量または濃度を測定しようとするＤＮＡ断片等の物質を標識化した種類の光の波長を通過させ、それ以外の波長を持つ光の透過を阻止するためのものである。なお、複数種類の光の波長を出力する標識物質を用いる場合には、複数種類の光学フィルタを設けるようにして、各波長を持つ光を、該光学フィルタを透過させることによって該当する標識物質の存在またはその量を測定することができる。

第１０の発明は、前記凹面鏡素子と前記受光部との間に、開口絞りを設けた反応光学測定装置である。

第１１の発明は、発光物質を含有する反応溶液を、平面に沿って配列した液収容部を有する平面状液収容体の各液収容部に開口部を通して収容する収容工程と、該各液収容部内で温度制御を行なう温度制御工程と、１または複数個の前記各液収容部の開口部を通して前記平面に垂直方向に放射される発光の主光線を光軸に関し所定入射角で１または複数の凹面鏡素子に入射させて、前記平面状液収容体と重ならない位置にある各結像位置上に前記発光による実像を形成する結像工程と、各所定測定位置で発光による各実像からの光を液収容部ごとに受光する受光工程と、を有する反応光学測定方法である。
ここで、発光が蛍光、燐光の場合には、「前記開口部を通して各液収容部内に励起光を照射する照射工程」が、結像工程の前に必要となる。

第１２の発明は、前記受光工程は、前記平面状液収容体の全部またはその一部の前記各液収容部に対応して、１の前記液収容部の開口部を通しての発光を各々受光可能な１または複数の受光素子によって受光し、該受光素子を含む光学系の全部若しくは一部および前記平面状液収容体の双方、または、光学系の全部若しくは一部および前記平面状液収容体のいずれか一方を移動する走査工程を含む反応光学測定方法である。

第１の発明または第１１の発明によれば、凹面鏡素子を用いることによって、平面的な広がりをもつ平面状液収容体に対しても、各液収容部からの主光線を斜めに入射させることによって、該各液収容部からの発光の実像を光学系に対し平面状液収容体側であるが該平面状液収容体と重ならない各結像位置に結像させることができる。したがって、平面状液収容体から結像位置までの距離を該素子によって略折り返すことができるので、装置全体をコンパクトに形成することができる。また、光学系としては主として１の凹面鏡素子のみを設けるだけなので複雑なレンズの組合せを必要とせず、色収差が実質上なく信頼性が高い測定が可能であるとともに、構造を簡単化し製造費用を削減することができる。

なお、各所定測定位置として、前記各結像位置に一致させた場合には、さらに信頼性の高い測定を行なうことができる。一方、各所定測定位置として、前記各結像位置が含まれる曲面に近接するような単純な平面または曲面上に設定した場合には、装置構造を単純化させ、製造費用を削減することができる。

第２の発明または第１２の発明によれば、前記受光部は、各測定位置での実像を、液収容部ごとに確実に受光素子が受光することができるので、液収容部ごとに正確に光量を測定することができる。また、第１の発明または第９の発明において、実像の全部を一斉に各受光素子が受光できるようにした場合には、走査機構を必要としないので機構上の構造が簡単化される。

第３の発明によれば、前記各液収容部に相当する実像の一部に対応するように受光素子を配列した場合には、受光素子の個数を削減するとともに、それに応じて、前記凹面鏡素子の大きさや照射部を構成する発光素子や光源の個数や強度を削減することによって、さらに構造を簡単化し、費用を削減することができることになる。

第４の発明によれば、光学系を一体として設けることができるので装置の構造をコンパクトに形成することができるとともに、精度の良い光学系を提供することができる。

第５の発明によれば、前記凹面鏡素子の全部または一部の液収容部の開口部を通しての発光による実像を前記各結像位置に形成する大きさおよび形状を有するように形成している。したがって、該平面状液収容体の全体の液収容部の実像を結像位置に形成する場合には、結像のための走査が必要なく高速に処理を行なうことができる。平面状液収容体の一部の液収容部の実像を形成することができる場合には、走査することによって全液収容部を結像することができる。

第６の発明によれば、励起光フィルタを設けることによって、複数種類の励起光を容易に照射することができる。

第7の発明によれば、前記光学系は、受光素子および凹面鏡素子のみならず励起光照射部をも一体として形成しているので、装置の構造をさらにコンパクト化することができるとともに、より一層精度の高い光学系を提供することができる。

第８の発明によれば、凸レンズを設けることによって、開口部の実像が広がった位置であっても、確実に集光することができるので、結像位置に対して測定位置を広い範囲内で設定することができる。

第９の発明によれば、受光部に対して、必要な波長帯域を選択することができるので、１の液収容部から種々の目的に応じた測定結果を得ることができる。

第１０の発明によれば、横方向焦点と縦方向焦点との間に開口絞りを設けて物側テレセントリック光学系とすることによって、前記平面状液収容体面が、光軸方向に対して僅かに移動したり傾斜していても、または各液収容部の収容液面の高さに差があるとしてもまたは高さが変化しても像の形状が変化しない。また、絞りの開口面積を小さくすることで、焦点深度を深くすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の内部の１状態を前方向から示す斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の内部の他の状態を前方向から示す斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の内部を後方から示す斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の内部の光学系を後方から示す斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の光路を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の光路を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光学系を示す透視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光学系を示す正面および側面透視図である。 本発明の第２の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置の光路を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光学系の受光部を示す側面概略図および斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の内部の１状態を前方向から示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の内部の他の状態を後方向から示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の内部の光学系を除去した状態で後方向から示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の内部の光学系を拡大して示す側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の内部の光学系の主要部を示す分解斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の内部の光学系の受光部の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る反応光学測定装置の光路を示す図である。

続いて、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施の形態に係る反応光学測定装置としてのリアルタイムＰＣＲ光学測定装置１０の斜視図を示すものであって、図１（Ａ）には、該リアルタイムＰＣＲ光学測定装置１０に設けた引出し１４を開けた場合、図１（Ｂ）は、該引出し１４を閉じた場合を示す。該装置１０は、例えば、高さ約50cm、幅および奥行きは約30cm程度である。

該リアルタイムＰＣＲ光学測定装置１０は、全体として遮光性のある筐体１２内に組み込まれ、発光物質として蛍光物質を含有するＰＣＲ反応溶液を収容可能な複数個（この例では、8行×12列の9mmピッチの行列状に配列された96個）の液収容部としてのウェル２６が、平面に沿って配列され、各ウェル２６においてＰＣＲ法に基づく温度制御が行われる平面状液収容体としてのマイクロプレート２２が前記引出し１４内に設けられている。筐体１２には、外部の電源や通信機器と接続するための端子やＵＳＢ端子が設けられたコネクタ部２０を有する。また、筐体１２には、換気口１８が設けられ、前記引出し１４には、該引出し１４をロックするための左右方向に突出可能なロッキングバー１５およびノブ１６が設けられ、該ノブ１６を手動で90度正逆両方向に回転して、垂直状態および水平状態と切り替えることで、該ロッキングバー１５を出しまたは引っ込めるように切り替わる。

図２は、図１において、前記引出し１４を開けた状態で前記筐体１２を取り外して内部を詳細に示す斜視図である。
該装置１０の前記引出し１４内には、前記蛍光物質を含有するＰＣＲ反応溶液を収容する前記マイクロプレート２２の各ウェル２６に対して、ＰＣＲ法に従った温度制御を行う温度制御器としてのペルチェ素子等を有する板状の加熱用ブロックからなるサーマル・サイクラー３８が前記マイクロプレート２２の下側に設けられている。また、加熱用ブロックの下側には放熱用フィン（図示せず）が設けられ、横側には冷却用ファン４２が、前記引出し１４が閉じられた状態で前記換気口１８から取り入れた外気を前記放熱用フィンに向けて送風して前記マイクロプレート２２を冷却可能となるように設けられている。
なお、便宜上、図２に示すように、前記マイクロプレート２２によって形成される平面の法線方向をＺ軸方向とし、行方向をＸ軸方向、列方向をＹ軸方向とする右手直交系を定義する。

ＰＣＲ法に従った温度制御を行う際には、前記マイクロプレート２２上に各ウェル２６の各開口部を閉塞するための透明シート２７（図６参照）が置かれてマイクロプレート２２の上側に貼着されて取り付けられる。該透明シート２７の上から該透明シート２７の内側への結露を防止するための加熱用蓋２４が前記マイクロプレート２２に対して着脱可能に設けられる。

該加熱用蓋２４は、一定温度に前記透明シート２７を加熱するためのヒータが内蔵されたブロック状部材であって、前記マイクロプレート２２の前記各ウェル２６に対応する位置に96個の貫通孔２８が設けられている。該貫通孔２８には、前記マイクロプレート２２からの主方向に放射する蛍光（発光）が出射可能であるのみならず、後述する励起光照射部としての高輝度ＬＥＤ配列部３２からの励起光が前記各ウェル２６に入射可能である。該加熱用蓋２４は、前記引出し１４を開閉することによって、該引出し１４の両側面４１の上縁部に前方向（Ｙ軸方向）に向かって下降する傾斜４０を設けた直線運動カムとして用い、該カムに従動する機構を該加熱用蓋２４に設ける。これによって該加熱用蓋２４は前後方向（Ｙ軸方向）には移動することなく上下方向（Ｚ軸方向）にのみ移動可能である。前記引出し１４を開くと、前記加熱用蓋２４は上昇して前記マイクロプレート２２から離れ、該引出し１４を閉じると、該加熱用蓋２４が下降して前記マイクロプレート２２の上側に取り付けられることになる。該加熱用蓋２４が取り付けられた際には、該貫通孔２８は、該貫通孔２８を通って前記各ウェル２６に対し前記励起光照射部からの励起光が入射しまたは放射する蛍光が出射可能となるように形成されている。

前記リアルタイムＰＣＲ光学測定装置１０には、光学系が搭載され前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能なＹ移動体３１が設けられている。
該Ｙ移動体３１は、前記筐体１２が取り付けられる側枠板５６の外側に取り付けられたタイミングベルト４８によって前記Ｙ移動体３１の前記光学系支持板４４に取り付けられたアーム４６を介して駆動される。該タイミングベルト４８は、前記側枠板５６の内側に取り付けられたステッピング・モータ５０によって、前記マイクロプレート２２のウェル２６の１行分ずつ、したがって、本例のように96ウェルのマイクロプレート２２の場合には、最初の１行から9mm（δy）ごと順次移動して8行分を走査するように指示により走行駆動される。前記側枠板５６には走査位置検知センサ５２として、４組の発光素子および受光素子が該アーム４６を表裏から挟むように設けられ、前記アーム４６に設けられた前記マイクロプレート２２の各行を示すように穿設した孔５２ａの穿孔位置およびその個数に基づき通過した光の受光状態によってその行位置を識別する。ここで、Ｙ移動体３１、タイミングベルト４８、ステッピング・モータ５０、およびアーム４６、および走査位置検知センサ５２等は前記走査機構に相当する。

図中、符号５４は、モータ駆動用のボードであり、符号５８は、温度制御用のボードであり、符号６０は、前記トロイダルミラー３０等を用いて測定したアナログデータをデジタルデータに変換するためのボードである。

該Ｙ移動体３１には、凹面鏡素子としての１行分の大きさで、反射面を囲む縁部が長方形状に切り出されたトロイダルミラー３０と、前記励起光照射部として、複数の発光素子としての1行分の２種類の波長をもつ高輝度ＬＥＤ３２ａ，３２ｂを交互に並べた前記高輝度ＬＥＤ配列部３２が設けられている。なお、トロイダルミラー３０の詳細については後述する。すなわち、該凹面鏡素子の発光の主光線を入射させてその実像を結像させることができる前記範囲は12個の液収容部としてのウェルである。

これらの光学系の大部分は、該Ｙ移動体３１に設けられた光学系支持板４４に、垂直方向に対して前記所定入射角θの倍の角度で前後方向（Ｙ軸方向）に沿って傾斜させて取り付けられた光学系支持枠３３に沿って取り付けられ、一部の光学系は垂直方向（Ｚ軸方向）に沿って取り付けられる。例えば、迷光から光路を保護するための遮光用筒体３４は、該光学系支持枠３３の傾斜に沿って取り付けられ、遮光用筒体３６は垂直方向に沿って該光学系支持枠３３に取り付けられている。また、高輝度ＬＥＤ配列部３２は励起光が、該貫通孔２８の1行分に入射可能な角度で前後方向（Ｙ軸方向）に傾けて取り付けられ、トロイダルミラー３０は前出の1行分に対応した貫通孔２８の中心軸に対し、前後方向（Ｙ軸方向）に前記所定入射角θの角度で取り付けられている。

図３は、前記リアルタイムＰＣＲ光学測定装置１０の前記引出し１４を閉じるとともに、前記ロッキングバー１５を、取り去った筐体１２に設けられたロッキングホールに向かって突出させて前記引出し１４をロック状態にした場合を示すとともに、さらに前記遮光用筒体３４を除去して、下方にある前記光学的放射フィルタ６２の上側に設けられた開口絞りとしての物体側テレセントリック構築用絞り６１を示すものである。前記引出し１４を閉じると、前記マイクロプレート２２が前記加熱用蓋２４の下側に位置し、該引出し１４の両側面４１の上縁部に設けられた傾斜４０を有する直線運動カムの働きによって、前記加熱用蓋２４が該マイクロプレート２２の上側で下降し、該マイクロプレート２２に設けられた前記透明シート２７を挟むようにして該加熱用蓋２４が該マイクロプレート２２に取り付けられることになる。この状態で、前記マイクロプレート２２の各ウェル２６に対する温度制御がなされ、かつ、蛍光の測定が行なわれることになる。

図４は、前記装置１０を後ろ側から見た斜視図である。
符号４５は、前記光学系からの光がセンサ５２等に影響を及ぼさないように光学系の一部を遮光状態に保つための遮光用覆いであり、前記遮光用筒体３４が内部に貫通するように設けられている。符号６４は、電源モジュールである。

図５は、前記装置１０から、図４において、前記遮光用筒体３４，３６および前記遮光用覆い４５を外して光学系の一部を後方向から露わに示したものである。同図に示すように、前記凹面鏡素子としてのトロイダルミラー３０、該トロイダルミラーに隣接するように取り付けられた高輝度ＬＥＤ配列部３２、前記光学的放射フィルタ６２、および、結像位置７５に一致する測定位置７７（７５）に沿って設けられた前記１行の各液収容部に対応するように設けた12個の受光素子７３としてのレンズ７２および光電素子としてのフォトダイオード７０を有する。

該各受光素子７３は、前記光学系支持枠３３に取り付けられた支持基板７１にブラケット等によって取り付けられている。
図５（Ｂ）は、該図５（Ａ）に示した装置１０に設けられた前記光学系を取り出したものであって、前記凹面鏡素子としての前記トロイダルミラー３０と、前記蛍光を励起させるための２種類の励起光を切り換えて照射することができる前記高輝度ＬＥＤ配列部３２と、前記トロイダルミラー３０と受光素子７３群との間の縦方向焦点および横方向焦点との間の位置であって、光学的放射フィルタ６２よりもトロイダルミラー３０側に設けられた物体側テレセントリック構築用絞り６１と、前記マイクロプレート２２から放射され、前記トロイダルミラー３０によって反射された光から、３種類の波長帯域のみの蛍光を透過させるためにステッピング・モータ６８によって自動的に回転させることで切り換え可能な３種類のフィルタ６６，７４，７６が設けられた前記光学的放射フィルタ６２と、前記トロイダルミラー３０の各結像位置７５が受光素子７３のレンズ７２面と一致するような各測定位置に沿って配列された１行分の12個の前記ウェル２６に対応するように設けられた12個の受光素子７３と（レンズ７２およびフォトダイオード７０）を有するものである。

図６および図７に、9mmピッチの8行×12列のマイクロプレート２２および入射角θ＝12度の場合の具体的なトロイダルミラー３０を含む光学系の配置を示す。該トロイダルミラー３０は、前記平面状液収容体として96個の8行×12列の9mmピッチで配列された液収容部としてのウェル２６の内、1行分の12個のウェル２６の開口部を通して該平面に垂直方向に放射される蛍光の主光線が入射可能で、光軸８０（図６を参照のこと）に関して所定入射角θ=12度で入射させて、前記マイクロプレート２２から離れた１行分の12個の対応する各結像位置７５（図５を参照のこと）に倍率１の蛍光の実像を結像可能な大きさ、例えば，Ｘ軸方向に110mm、Ｙ軸方向に18mmの大きさをもっている。

前記トロイダルミラー３０の光学的中心から前記マイクロプレート２２に収容されている液の液面２３（各ウェル２６には同一量の液体を分注しているので液面の高さは同一である）までの距離ａが290mmである場合の、各ウェル２６からの主光線の蛍光の実像が結ばれる前記各受光素子７３の結像位置７５（測定位置７７と一致）を計算で求めたものを示す。

図６（Ａ）は、前記メリジオナル面（ＺＹ面）で切断したトロイダルミラー３０およびマイクロプレート２２を示す。メリジオナル面で切断したトロイダルミラー３０の幅は18mmであり、主光線であるマイクロプレート２２からの垂直方向に進む光線と該ミラー３０の光軸８０との間の角度、すなわち入射角θが12度であり、横方向の曲率半径Rhは300mmである。

一方、図６（Ｂ）は、前記メリジオナル面と直交する光軸面で切断したトロイダルミラー３０の断面形状および前記トロイダルミラー３０と、前記マイクロプレート２２と、各ウェル中心からの主光線の反射後の経路と、前記液面２３の各々の中心点の結像位置７５の、ＺＸ面へのそれぞれの投影を示す。前記光軸面で切断したトロイダルミラー３０の長さは110mmであり、縦方向の曲率半径Rvは287.03mmである。ＺＸ面に投影された、結像位置７５の半分の6個（残りの半分の6個は光軸８０に関して対称なので省略した）が示されている。また、マイクロプレート２２は12列のウェル２６が9mmピッチで配列されていることが示されている。

すなわち、その結像位置７５は、前記トロイダルミラー３０の光軸８０上の中心点のＺ座標を０とした場合には、本実施例によれば、光軸８０に遠い方から、Ｚ座標として、各々、-256.34mm、-261.43mm、-265.73mm、-268.64mm、-270.91mm、-272.62mmの位置である。

図７は、ＸＹ平面に投影した前記トロイダルミラー３０による1列のウェル２６の結像位置７５およびマイクロプレート２２の位置を示す。本実施例によれば、光軸８０に遠いほうから、Ｘ座標として、各々43.75mm、36.5mm、28.86mm、20.84mm、12.61mm、4.23mmであり、Ｙ座標として、各111.92mm、114.83mm、117.26mm、118.94mm、120.2mm、121.09mmである。したがって、１行の12個の各結像位置７５の位置座標は測定位置７７の位置座標に相当し、光軸８０から遠い位置から（43.75mm、111.92mm、-256.34mm）、（36.5mm、114.83mm、-261.43mm）、（28.86mm、117.26mm、-265.73mm）、（20.84mm、118.94mm、-268.64mm）、（12.61mm、120.2mm、-270.91mm）、（4.23mm、121.09mm、-272.62mm）である。

また、各位置における受光素子７３の軸方向についても図６および図７に示されている。この測定位置は、走査によって、Ｙ軸方向にδｙ（本例の場合には、9mmに相当）ずつ平行移動することによって、Ｙ座標のみが変化するので、第n行（nは1以上8以下の自然数）における測定位置７７は、（43.75mm、111.92mm+(n-1)δｙ、-256.34mm）、（36.5mm、114.83mm+(n-1)δy、-261.43mm）、（28.86mm、117.26mm+(n-1)δｙ、-265.73mm）、（20.84mm、118.94mm+(n-1)δｙ、-268.64mm）、（12.61mm、120.2mm+(n-1)δｙ、-270.91mm）、（4.23mm、121.09mm+(n-1)δｙ、-272.62mm）である。

続いて、図面に基づいて、本実施の形態に係る反応光学測定装置としてのリアルタイムＰＣＲ光学測定装置１０の動作について説明する。
該リアルタイム光学測定装置１０の引出し１４に設けられたノブ１６を90度回転して水平にすることで前記ロッキングバー１５を引っ込めて開閉可能状態にして引出し１４を手動で開ける。すると、該引出し１４の両側面４１が引出し１４の直線運動に連動する直線運動カムとして働き、前記加熱用蓋２４が自動的に上昇して、前記マイクロプレート２２の上側面から脱着し、マイクロプレート２２が前記加熱用蓋２４の直下の位置から引出し１４とともにＹ軸方向に前進して図２に示すような位置にまで達する。

前記マイクロプレート２２の各ウェル２６に、各検体から抽出されたＤＮＡおよび蛍光物質を含有するＰＣＲ反応溶液を96個の各ウェル２６に、別途設けた分注装置等によって所定量のＰＣＲ溶液を等しく分注し、前記透明シート２７を該マイクロプレート２２の上側に帖着して、各ウェル２６の開口部を閉じる。

その後、前記引出し１４を後方向に向かって移動させて引出し１４を閉じた後、前記ノブ１６を90度回転させて前記ロッキングバー１５を外方向に突出させて前記引出し１４を閉じた状態にロックする。

すると、図３に示すように、前記マイクロプレート２２は前記加熱用蓋２４が前記透明シート２７の上側から該マイクロプレート２２に取り付けられることになる。この状態で、該加熱用蓋２４を所定の一定温度にまで加熱することで結露を防止しながら、前記ＰＣＲ法に従った温度制御が、該マイクロプレート２２の下側に設けられたサーマル・サイクラー３８によって行なわれることになる。と同時に、前記光学系による測定を、順次前記マイクロプレート２２に対して、前記ステッピング・モータ５０を駆動することによって、前記Ｙ移動体３１をＹ軸方向に沿って、最も奥の１行から順次手前の１行に向かって9mm移動させては各行上にトライダルミラー３０等のＹ移動体３１に取り付けられた光学系を停止させながら、順次８行分についての光学測定が行なわれる。

図５に示すように、光学測定は、前記加熱用蓋２４の貫通孔２８を通って、マイクロプレート２２の内、最初の１行の12個のウェル２６の開口部を通り前記高輝度ＬＥＤ配列部３２の高輝度ＬＥＤ３２aからの励起光を１行分の12個のウェル２６内に収容されたＰＣＲ反応溶液に対して直接照射する。すると、前記ウェル２６から垂直方向に放射される蛍光の主光線は、前記シート２７および前記加熱用蓋２４の貫通孔２８を通って、前記トロイダルミラー３０によって反射されて、前記物体側テレセントリック構築用絞り６１、前記光学的放射フィルタ６２、前記結像位置７５にある12個の受光素子７３の前記レンズ７２を通過し、前記フォトダイオード７０が受光してそのアナログ量である光量を前記ボード５８により該当するデジタル量の電気信号に変換して、外部に設けた情報処理装置等に送付して、解析が行なわれることになる。最初の１行についての光学測定処理が完了すると、前記Ｙ移動体３１をＹ軸方向に向かって１行分、すなわち9mm移動して停止させ、同様に光学測定を行なって、８行分全部について前記Ｙ移動体をＹ軸方向に移動させることによって走査する。本実施の形態に係る装置によれば、Ｙ軸方向に沿って一定のピッチで光学系を移動することで良いので移動制御が容易である。また、受光素子の個数を削減することができる。

続いて、第２の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置１００について、図８乃至図１１に基づいて説明する。
図８に示すように、該リアルタイムＰＣＲ光学測定装置１００は、前述した第１の実施の形態の場合と同様、前記平面状液収容体としての前記マイクロプレート２２に対して光学測定処理を行なうものである。該リアルタイムＰＣＲ光学測定装置１００は、第１の実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置１０と類似するものであるが、以下、主として異なる点について説明する。

図９に示すように、本実施の形態に係るリアルタイムＰＣＲ光学測定装置１００は、光学系として反射面を囲む縁部が長方形状に切り出されたトロイダルミラー１３０と、励起光照射部としてのキセノンランプまたはハロゲンランプ等の１または複数の光源１３２と、フレネルレンズ１３２ａと、所定の波長の光（この例では２種類の励起光）を選択可能な励起光用フィルタ１３２ｂと、前記トロイダルミラー１３０に入射させて液収容部としての前記ウェル２６内に一斉に励起光を入射させるために該当する波長の光を反射する一方、前記トロイダルミラー１３０からの蛍光を含む波長の光を透過させる２色性ミラー１３２ｃと、３種類の蛍光波長の選択が可能な３種類のフィルタ１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃの選択が可能な光学的放射フィルタ１６２とを有する。また、符号１６１は、開口絞りとしての物体側テレセントリック構築用絞りである。なお、前記マイクロプレート２２から垂直方向に放出される蛍光の主光線に対し、前記トロイダルミラー１３０の光軸となす入射角θは、第１の実施の形態と同様に12度である。すなわち、該凹面鏡素子の発光の主光線を入射させてその実像を結像させることができる前記範囲は、液収容体としてのマイクロプレート２２の全体である。

また、受光部としては、前記平面状液収容体としてのマイクロプレート２２の１行分の12個の受光素子１７３が、前記結像位置１７５（図１０参照）に一致せず、該結像位置１７５に近接する所定の測定平面に平行に設けられた支持基板１７１（図１１参照）の前記測定平面上の所定測定位置１７７に対応する位置に取り付けられている。前記測定平面としては、例えば、Ｙ軸方向に対し前記マイクロプレート２２に形成された平面と光軸を挟んで同一角度となるような傾き、すなわち、2θ＝24°をもたせるとともに、後述する結像位置１７５ａを含む1つの行を通るようにしたような場合がある。また、本実施の形態では、光学系の全体を移動する代わりに、1行分の前記受光素子１７３および該受光素子１７３が取り付けられた支持基板１７１を移動可能に設け、該受光素子１７３以外の光学系であるトロイダルミラー１３０、前記光源１３２、前記フレネルレンズ１３２ａ等は前記マイクロプレート２２等とともに、測定平面に対して静止しているように設ける。この点で光学系全体が一体として前記マイクロプレート２２に対してＹ移動体３１によってＹ軸方向に移動する第１の実施の形態とは相違する。

したがって、本実施の形態に係るＹ移動体としては、光学系の全体が搭載されるのではなく、光学系の前記受光素子１７３が取り付けられた前記支持基板１７１が取り付けられ、前記所定測定平面に平行に、Ｙ軸方向に対し一定の傾斜角度で移動することになり、しかも、前記Ｙ移動体の各移動距離は、マイクロプレート２２の9mmピッチではなく、後述する図１０に示すように、測定平面上の測定位置１７７の行間の距離、すなわち、光軸に近い方の最初の行（各行には12個のウェルが配列されている）から、順次8.7mm、8.53mm、8.61mm、8.79mm、9.08mm、9.48mm、10.02mmの測定平面に沿った距離を移動して停止して測定するという動作を行なうことで8行分の全96個のウェルの測定結果を得ることができることになる。

図１０に示すように、本実施の形態に係るトロイダルミラー１３０は、前述した第１の実施の形態に係るトロイダルミラー３０とは２つの曲率半径Rh、Rvは同じであり、材質についても同じであるが、第１の実施の形態に係るトロイダルミラー３０の大きさが、前述したように前記平面状液収容体としての8行×12行の9mmピッチのマイクロプレート２２の１行分の12個のウェル２６からの垂直方向への蛍光の主光線を一斉に入射して、倍率１で一斉に結像位置に実像を結像することができる大きさ（例えば、Ｘ軸方向に110mm、Ｙ軸方向に18mmの大きさ）をもつのに対して、本実施の形態に係るトロイダルミラー１３０は、該マイクロプレート２２の8行×12列の9mmピッチの96個の全ウェル２６からの垂直方向への蛍光の主光線を一斉に入射して、倍率１で一斉に結像位置に実像を結像することができる大きさ（例えば、Ｘ軸方向に110mm、Ｙ軸方向に80mmの大きさ）をもつ点で相違する。なお、図１０には、結像位置１７５を通る結像曲面が示されている。

図１０は、9mmピッチの8行×12列のマイクロプレート２２、および主光線であるマイクロプレート２２からの垂直方向に進む主光線と該トロイダルミラー１３０の光軸１８０との間の角度、すなわち入射角θ=12度の場合に、具体的なトロイダルミラー１３０、該トロイダルミラー１３０の光学的中心から平面状液収容体に収容されている液の液面２３（全ウェル２６内で同一の高さであるとする）までの距離ａが290mmである場合の、各ウェル２６からの主光線の蛍光の実像が結ばれる結像位置１７５、および測定位置１７７（結像位置と異なり、かつ所定の測定平面に含まれる）を示すものである。ここで、所定測定位置１７７としては、少なくとも１つの前記結像位置１７５ａを通り、前記光軸１８０に関し、Ｙ軸方向において前記マイクロプレート２２と対称的な前記傾斜をもつ平面上に前記結像位置１７５を投影させたものである。これによって、マイクロプレート２２と測定位置１７７または結像位置１７５とを容易に対比することができる。

図１０（Ａ）は、メリジオナル面（ＺＹ面）と直交する光軸面に投影されたトロイダルミラー１３０、結像位置１７５および測定位置１７７の半分の6個（残りの半分の6個は光軸１８０に関して対称なので省略した）を示す。前記光軸面で切断したトロイダルミラー１３０面の長さは、110mmであり、縦方向の曲率半径Rvは287.03mmである。

図１０（Ｂ）は、メリジオナル面（ＺＹ面）で切断したトロイダルミラー１３０およびマイクロプレート２２を示す。メリジオナル面で切断したトロイダルミラー１３０の幅は、80mmであり、横方向の曲率半径Rhは300mmである。
図１０を参照することで、全ウェル２６の各測定位置１７７が前記測定平面上の直交系（ＸＹ座標）で特定することができる。

図１１は、前記受光部に相当する1行分の12個の受光素子１７３と該受光素子１７３が取り付けられている支持基板１７１を示すものである。各受光素子１７３は、図１１（Ａ）に示すように、レンズ１７２と、フォトダイオード１７０が設けられている。該受光素子１７３の位置については、図１０（Ａ）に示すように、隣接する受光素子間の間隔は、該配列の中心から左右方向 (Ｙ軸方向)に6個ずつが、4.4mm，8.85mm，9mm，9.28mm，9.68mm，10.21mmの間隔で取り付けられている。本実施の形態によれば、受光素子のみを移動することで全ウェルの光測定を行なうことができるので、装置規模を縮小することができる。

続いて、第３の実施の形態に係る反応光学測定装置２００について図１２乃至図１９に基づいて説明する。

図１２に示すように、該反応光学測定装置２００は、第１および第２の実施の形態の場合と同様、前記平面状液収容体としての前記マイクロプレート２２２に対して測定処理を行うものである。図１２は、該反応光学測定装置２００の斜視図を示すものであって、図１２（Ａ）には、該反応光学測定装置２００に設けた引出し２１４を開けた場合、図１２（Ｂ）は、該引出し２１４を閉じた場合を示す。該装置は、例えば、高さ約50cm、幅および奥行きは約30cm程度である。

図１２に示すように、該反応光学測定装置２００は、全体として遮光性のある筐体２１２内に組み込まれ、発光物質として蛍光物質を含有する反応溶液を収容可能な複数個(この例では、第１の実施の形態に係る装置と異なり、マトリクス状容器が行と列とが入れ替えられて置かれ、12行×8列の9mmピッチの行列状に配列された96個)の液収容部としてのウェル２２６が平面に沿って配列され、各ウェル２２６において所定の反応工程に基づく温度制御が行われる平面状液収容部としてのマイクロプレート２２２が前記引出し２１４内に設けられている。筐体２１２には、外部の電源や通信機器と接続するための端子やＵＳＢ端子が設けられたコネクタ部２５９(図１４参照)を有する。また、筐体２１２には、マイクロプレート２２２の温度制御用のファンの空気を取り入れる換気口２１８，２１９および、電子回路の冷却用の空気を取り入れる換気口２１３が設けられている。

さらに筐体２１２には、「運転中」等の表示を行なうＬＥＤ２１７が設けられている。前記引出し２１４内部には、該引出しをロックするための左右方向に突出可能なロッキングバー２１５が設けられ、ノブ２１６を手動で90度正逆両方向に回転して、垂直状態および水平状態に切り替えることで、該ロッキングバー２１５を出しまたは引っ込めるように切り替わる。

図１３は、図１２において、前記引出し２１４を開け、後述する光学系保護カバー２６０等（図１４を参照のこと）および前記筐体２１２を取り外した状態で内部を詳細に示す斜視図である。

該装置２００の前記引出し２１４内には、前記蛍光物質を含有する反応溶液を収容する前記マイクロプレート２２２が略角柱状のマイクロプレート収納用窪み２３５内に収納され、該マイクロプレート２２２の各ウェル２２６に対して、所定の反応工程に従った温度制御を行う温度制御器としてのペルチェ素子等を有する板状の加熱用ブロック２３８が前記マイクロプレート２２２の下側に設けられている。また、加熱用ブロック２３８の下側には、冷却用ファン(図示せず)が、前記引出し２１４が閉じられた状態で前記換気口２１８から取り入れた外気を前記放熱用フィンに向けて上向きに送風して前記マイクロプレート２２２を冷却可能となるように設けられている。

なお、便宜上、図１３に示すように、前記マイクロプレート２２２によって形成される平面の法線方向をＺ軸方向とし、行方向をＸ軸方向、列方向をＹ軸方向とする右手直交系を定義する。

反応工程に従った温度制御を行う際には、前記マイクロプレート２２２上に各ウェル２２６の各開口部を閉塞するための透明シート２２１ (図１９参照のこと)がマイクロプレート２２２の上側に貼着されて取り付けられている。該透明シート２２１の内側への結露を防止するための加熱用蓋２２４が前記マイクロプレート２２２に対して着脱可能に設けられている。

該加熱用蓋２２４は、一定温度に前記透明シート２２１を加熱するためにヒータが内蔵されたブロック状部材であって、マイクロプレート２２２の前記各ウェル２２６に対応する位置に96個の貫通孔２２８が設けられている。該貫通孔２２８には、前記マイクロプレート２２２からの主方向に放射する蛍光が出射可能であるのみならず、後述する励起光照射部２３２ (図１６参照のこと)による励起光が前記各ウェル２２６に入射可能である。該加熱用蓋２２４は前記引出し２１４を開閉することによって、該引出し２１４の両側面２４１の上縁部にＺ軸方向に向かって凹むように湾曲した曲面で縁取られた切欠き部２３９を設けた直線運動カムとして用い、該カムに従動する蓋開閉機構２２９（図１５参照のこと）を前記加熱用蓋２２４に設ける。

これによって該加熱用蓋２２４は、前記引出し２１４を開くにつれて、前後方向（Ｙ軸方向）には移動することなく上下方向（Ｚ軸方向）にのみ移動し、最初、前記加熱用蓋２２４は上昇して前記マイクロプレート２２２から離れ、該引出し１４を閉じた状態では、前記加熱用蓋２２４が下降して前記マイクロプレート２２２の上側に取り付けられることになる。該加熱用蓋２２４が取り付けられた際には、該貫通孔２２８は、該貫通孔２２８を通って前記各ウェル２２６に対し前記光照射部からの励起光が入射しかつ放射された蛍光が出射可能となるように形成されている。

前記反応光学測定装置２００には、光学系が搭載されたＹ移動体２３１が前後方向（Ｙ軸方向、列方向）に移動可能に設けられている。
該Ｙ移動体２３１は、前記筐体２１２がその外側に取り付けられるべき２枚の側板２４９の上縁に設けられた２本のレール２２７と、該レール２２７に案内されて摺動可能に取り付けられた４つのガイド部材２２５によって支持されている。

該Ｙ移動体２３１は、側板２４９から内側に張り出して取り付けられたステッピング・モータ２５０、前記筐体２１２がその外側に取り付けられるべき側板２４９に取り付けられ、前記ステッピング・モータ２５０によって回転駆動されるタイミングベルト２５１、該タイミングベルト２５１によって回転駆動されるボール螺子２４８、および該ボール螺子２４８と螺合するナット部が設けられ前記Ｙ移動体２３１の光学系支持板２４４に取り付けられたアーム２５３によって走行駆動される。

すなわち、該Ｙ移動体２３１は、前記ステッピング・モータ２５０等によって、指示に基づいて、Ｙ軸の正逆方向に、前記マイクロプレート２２２のウェル２２６の１行分ずつ、したがって、本例のように96ウェルのマイクロプレート２２２の場合には、最初の1行から9mm（δy）ごと順次移動して12行分を走査可能である。

さらに、前記側板２４９には、走行範囲検知センサ２５２として、２組の発光素子および受光素子が前記アーム２５３に設けられた遮光性の検知用板を表裏から挟むように位置することでそのＹ軸上の両端を検知可能である。

ここで、前記Ｙ移動体２３１、ステッピング・モータ２５０、タイミングベルト２５１、ボール螺子２４８、アーム２５３、走行範囲検知センサ２５２等は、前記走査機構に相当する。

図中、符号２５４は、モータ制御用のボードであり、符号２５８は温度制御用のボードである。符号２５２ａは前記センサ２５２に電力を供給するためのコードである。符号２４７は前記各種ボードに電力を供給するためのコード束を導く配線用孔である。

該Ｙ移動体２３１には、前記光学系支持板２４４により両側から支持され、前記マイクロプレート２２２のウェル２２６の１行分の長さ（Ｘ軸方向に沿った）および幅をもち、反射面を囲む縁部が長方形状に切り出された凹面鏡素子としてのトロイダルミラー２３０と、垂直方向（Ｚ軸方向）に対して所定入射角θの倍の角度で前後方向（Ｙ軸方向）に沿って傾斜させて前記光学系支持板２４４に取り付けられ、迷光から光路を保護するための前記長さおよび幅をもつミラー側遮光用筒体２３４と、前記マイクロプレート２２２のウェル２２６の１行分の長さおよび幅をもつスリット２３６が穿設され前記光学系支持板２４４に支持されたスリット形成板２３７とを有する。符号２７６は、後述するように、前記マイクロプレート照射光源切換え板である。すなわち、該凹面鏡素子の発光の主光線を入射させてその実像を結像させることができる前記範囲は液収容部としての8個のウェルである。

図１４は、前記反応光学測定装置２００について、前記筐体２１２を取り外し、かつ引出し２１４を閉じた状態で後ろ側から見た斜視図である。
ここで、符号２４５は、後述するフォトダイオード２７０が設けられ該フォトダイオード２７０のアナログ信号の取り出し及びデジタル変換用回路基板が設けられた光学系制御基板である。

符号２５５はモータを駆動するモータ駆動用ＩＣであり、符号２５７は電源モジュールであり、符号２５９は、外部の電源や通信機器と接続するための端子やＵＳＢ端子が設けられたコネクタ部である。

図１５は、図１４において、さらに前記Ｙ移動体２３１を除去した斜視図である。
ここで、符号２２９は、前記加熱用蓋２２４を、前記引出し２１４の開閉に応じて上下させるための蓋開閉機構である。

図１６は、Ｙ移動体２３１を詳細に示す断面図である。
符号２６６は、前記ミラー側遮光用筒体２３４と光学的に接続され該筒体２３４と同一の角度で前後方向（Ｙ軸方向に沿って）傾斜させて前記光学系支持板２４４に取り付けられた受光側遮光用筒体である。
前記ミラー側遮光用筒体２３４は、その一端には、前記ミラー２３０の光軸方向に対して前記筒体２３４の傾斜角度が前記各度θとなるようにミラー２３０と接続し、その他端では、前記受光側遮光用筒体２６６と同一の傾斜角度で接続する。該ミラー側遮光用筒体２３４は、該複数種類のフィルタ２６２の中から順次選択されて、前記他端に設置可能なフィルタ２６２と、該フィルタ２６２の位置決め用センサ２６３と、該筒体２３４の外側面に取り付けられ前記複数のフィルタ２６２を前記端部に回転移動させるためのモータ２６９とを有する。

前記受光側遮光用筒体２６６はその一端が前記ミラー側遮光用筒体２３４と光学的に接続し、その他端には、前記光学系制御基板２４５に設けられた前記１行のウェル数に相当する8個のフォトダイオード２７０、凸レンズ２７２ａおよびプリズム２７２ｂが略Ｘ軸方向に沿って設けられている。

前記Ｙ移動体２３１には励起光照射部２３２が設けられている。該励起光照射部２３２は、前記スリット２３６および前記スリット形成板２３７を有し、該スリット形成板２３７の下側には、前記ウェル２２６の個数に相当する複数（この例では8個の）が各々1列状に配列された高輝度ＬＥＤ２４２ａ列および異なる種類の高輝度ＬＥＤ２４３ａ列と、該ＬＥＤ２４２ａ列およびＬＥＤ２４３ａ列を支持するとともに、該ＬＥＤ２４２ａ，２４３ａ列で発生した熱を逃がすための放熱板２４２ｂ，２４３ｂとを有する。

また、該励起光照射部２３２は、前記ＬＥＤ２４２ａ，２４３ｂから放射された光線群のいずれか一方のみを選択して隙間２５６を通って前記マイクロプレート２２２の１行分のウェルに照射する励起光選択機構を有する。該選択機構は一端が軸支された溝付きレバー２４２ｄ，２４３ｄが各々取り付けられて所定角度範囲内で連動し下縁を中心にして回転して前記ＬＥＤ２４２ａ，２４３ａ列からの励起光の前記ウェル２２６への照射を遮蔽可能な前記マイクロプレート２２２のウェル２２６の１行分の長さ以上の長さをもつ切替用壁板２４２ｃ，２４３ｃと、前記レバー２４２ｄ，２４３ｄに各々設けられたピン２４２ｅ，２４３ｅとスライド可能に係合する２つの溝が設けられたリンク棒２７４ａと、該リンク棒２７４ａに設けられたピン２７４ｂとスライド可能に係合する溝をもつクランク軸２７４ｃと、該クランク軸２７４ｃを所定角度正逆両方向に回転駆動するモータ２７４ｄとを有する。

なお、図１６の状態は、高輝度ＬＥＤ２４３ａ列から放射されている励起光を透過させて前記マイクロプレート２２２の１行分の各ウェル２２６に照射する一方、前記高輝度ＬＥＤ２４２ａ列から放射されている励起光を遮蔽した状態を表している。なお、本実施例によれば、高輝度ＬＥＤの光源をオンオフを繰り返すことで、マイクロプレート２２２の各ウェル２２６への励起光の切換えを行なうのではないので、励起光の強度が安定し、かつ低電力で発光が行われる光源ＬＥＤの劣化を防止することができることになる。

図１７（Ａ）は、前記受光側遮光用筒体２６６を分解して示すものであって、扇状凹部形成台２６４と、該扇状凹部形成台２６４を閉塞し光電素子としての受光素子としてのフォトダイオード２７０の受光面が配列されプリズム２７２ｂとの間のスペーサ２６５が設けられた支持基板２７１と、前記フォトダイオード２７０およびそのアナログ信号の取り出し及びデジタル変換用回路が設けられた前記光学系制御基板２４５とを有する。

前記扇状凹部形成台２６４には、前記ミラー側遮光用筒体２３４と光学的に接続する物体側テレセントリック構築用絞り２６１が前記扇状凹部の要の位置に設けられ、該扇状凹部の外周部分には、8個の光学系素子２７２が、各ウェル２２６の実像が8個の各前記フォトダイオード２７０に入射する位置となるように配列されている。

図１７（Ｂ）には、前記光学系素子２７２の拡大斜視図を示す。該光学系素子２７２は、凸レンズ２７２ａおよび９０度プリズム２７２ｂが一体的に設けられており、前記支持基板２７１に配列された受光面（この例では9.1mmの外径をもつ）に各ウェル２２６の実像が形成されるように設けられている。すなわち、該受光面が測定位置２７７であり、結像位置２７５となるように構成している。

図１８は、前記受光面を測定位置２７７および結像位置２７５と一致させるための構成であって、前記受光側遮光用筒体２６６の断面図を示すものであり、前記各光学系素子２７２は、Ｘ軸方向（列方向）に沿っては、その位置は当然異なるが、Ｚ'軸方向とＹ'軸方向についても異なることが示されている（ＸＹＺ右手座標系に対して、Ｘ軸を中心として、２θ回転したＸＹ'Ｚ'右手座標系）。

ここで、前記光学的素子２７２および光電素子としてのフォトダイオード２７０は前記受光素子２７３に相当する。したがって、本実施の形態によれば、前記１行分の8個の各ウェル２２６の実像を前記受光素子２７３の受光面に形成することができるので、精密で信頼性の高い発光の測定を行なうことができる。

図１９は、平面状液収容体としての9mmピッチの12行×8列のマイクロプレート２２２および入射角θ＝15度の場合の具体的なトロイダルミラー２３０を含む光学系の配置を示す。

該トロイダルミラー２３０は、前記平面状液収容体として96個の12行×8列の9mmピッチで配列された液収容部としてのウェル２２６の内、1行分の8個のウェル２２６の開口部を通して該平面に垂直方向（Ｚ軸方向）に放射されるウェル２２６からの主光線が入射可能で、光軸２８０に関して所定入射角θ=15度で入射させて、前記マイクロプレート２２２から離れた1行分の8個の対応する各受光素子２７３の受光面に実像を結像可能な大きさを持っている。

前記トロイダルミラー２３０の光学的中心をＸＹ'Ｚ'座標系の原点（０，０，０）とした場合であって、該トロイダルミラー２３０の光学的中心から前記マイクロプレート２２２に収容されている液の液面２２３（各ウェル２２６には同一量の液体を分注しているので液面の高さは同一である）までの距離ａが250mmである場合の、各ウェル２２６からの主光線の蛍光の実像が結ばれる各受光素子２７３の位置を計算で求めたものを示す。

図１９（Ａ）は、前記メリジオナル面（ＺＹ面）で切断したトロイダルミラー２３０およびマイクロプレート２２２を示す。メリジオナル面で切断した場合には、主光線であるマイクロプレート２２２からの垂直方向に進む光線と該ミラー２３０の光軸２８０（Ｚ軸に対して15度傾斜の光軸面内にある）との間の角度、すなわち入射角θが15度であり、横方向の曲率半径Rhは250mmである。

一方、図１９（Ｂ）は、前記メリジオナル面と直交する光軸面側から見たトロイダルミラー２３０と、各ウェル２２６中心からの主光線の反射後の経路と、前記液面２２３の各々の中心点が結像する受光素子２７３の受光面とのＺ'Ｘ面への投影を示す。なお、受光素子２７３はその半分の４個（残りの半分の４個は光軸２８０に関して対称なので省略下）が示されている。

すなわち、その結像位置を測定位置と一致するように、前記受光素子２７３の受光面に結像させるためには、前記各プリズム２７２ｂの反射面の中心位置のＺ'座標については、光軸２８０に遠い方から、各々、-191.2mm、-195.2mm、-197.8mm、-199.1mmの位置となる。また、Ｘ座標については、光軸２８０から遠い方から、各々、32.2mm、23.4mm、14.1mm、4.7mmの位置となる。

さらに、前記各プリズム２７２ｂの反射面の中心位置のＹ'座標については、光軸２８０の遠い方から、-2.6mm、-1.4mm、-0.5mm、0mmとなる。したがって、1行の8個の各プリズム２７２ｂの反射面の中心位置の座標は、ＸＹ'Ｚ'座標系にあっては、光軸２８０から遠い位置から（32.2mm、-2.6mm、-191.2mm）、（23.4mm、-1.4mm、-195.2mm）、（14.1mm、-0.5mm、-197.8mm）、（4.7mm、0mm、-199.1mm）およびこれらと光軸２８０に関して線対称の位置にある（-32.2mm、-2.6mm、-191.2mm）、（-23.4mm、-1.4mm、-195.2mm）、（-14.1mm、-0.5mm、-197.8mm）、（-4.7mm、0mm、-199.1mm）である。

図１９（Ｃ）は、前記トロイダルミラー２３０の、前記メリジオナル面と直交するＺ軸に対して15度傾斜する光軸面で切断したトロイダルミラー２３０の断面形状を現し、該光軸面で切断したトロイダルミラー２３０の縦方向の曲率半径Rvは、187.5mmである。

続いて、図面に基づいて、本実施の形態に係る反応光学測定装置２００の動作について説明する。
該反応光学測定装置２００の引出し２１４に設けられたノブ２１６を90度回転して水平にすることで前記ロッキングバー２１５を引っ込めて開閉可能状態にして引出し２１４を手動で空ける。すると、該引出し２１４の両側面２４１が引出し２１４の直線運動に連動する直線運動カムとして働き、前記加熱用蓋２２４が自動的に上昇して、前記マイクロプレート２２２の上側面から脱着し、マイクロプレート２２２が前記加熱用蓋２２４の直下の位置から引出し２１４とともにＹ軸方向に前進して図１３の位置にまで達する。

前記マイクロプレート２２２の各ウェル２２６に、各検体から抽出された物質および蛍光物質を含有する反応溶液を96個の各ウェル２２６に、別途設けた分注装置等によって所定量、この例では50μlの試薬を等しく分注し、前記透明シート２２７を該マイクロプレート２２２の上側に貼着して、各ウェル２２６の開口部を閉じる。

その後、前記引出し２１４を後方向に向かって移動させて引出し２１４を閉じた後、前記ノブ２１６を90度回転させて前記ロッキングバー２１５を外方向に突出させて前記引出し２１４を閉じた状態にロックする。

すると、図１４に示すように、前記マイクロプレート２２２は前記加熱用蓋２２４が前記透明シート２２１の上側から該マイクロプレート２２２に取り付けられることになる。この状態で、該加熱用蓋２２４を一定温度にまで加熱することで結露を防止しながら、前記処理内容に従った温度制御が、該マイクロプレート２２２の下側に設けられた加熱用ブロック２３８によって行われることになる。と同時に、前記光学系による測定を、順次前記マイクロプレート２２２に対して、前記ステッピング・モータ２５０を駆動することによって、前記Ｙ移動体２３１をＹ軸方向に沿って、最も奥の１行から順次手前の１行に向かって9mm移動させては各行上に凹面鏡素子としてのトロイダルミラー２３０等のＹ移動体２３１に取り付けられた光学系を停止させながら、順次12行分についての光学測定が行われる。

図１９等に示すように、光学測定は、前記加熱用蓋２２４の貫通孔２２８を通って、マイクロプレート２２２の内、最初の１行の8個のウェル２２６の開口部を通り必要な場合には前記励起光照射部２３２の高輝度ＬＥＤ２４２ａ，２４３ａ列からの励起光を１行分の8個ウェル２２６内に収容された反応溶液に対して直接照射する。

すると、前記ウェル２２６から垂直方向に放射される蛍光の主光線は、前記シート２２７および前記加熱用蓋２２４の貫通孔２２８を通って、前記トロイダルミラー２３０によって反射されて、前記光学的放射フィルタ２６２、前記物体側テレセントリック構築用絞り２６１、ある8個の前記受光素子２７３のレンズ２７２ａおよびプリズム２７２ｂを介して結像位置である受光面を通して前記フォトダイオード２７０が受光してそのアナログ量である光量を前記光学系制御基板２４５の前記制御回路により該当するデジタル量の電気信号に変換して、外部に設けた情報処理装置等に送付して、解析が行われることになる。最初の１行についての光学測定処理が完了すると、前記Ｙ移動体２３１をＹ軸方向に移動させることによって走査する。

本実施の形態に係る装置によれば、Ｙ軸方向に沿って一定のピッチで光学系を移動することで良いので移動制御が容易である。また、受光素子の個数を第１の実施の形態の場合に比較してさらに削減することができる。また、一定ピッチで停止せずに、12行連続で光学測定することも可能であり、この場合12行分の測定時間を短縮することが可能である。

以上説明した各実施の形態は、本発明をより良く理解させる為に具体的に説明したものであって、別形態を制限するものではない。したがって、発明の主旨を変更しない範囲で変更可能である。例えば、前記実施の形態では、前記凹面鏡素子として、主として非球面凹面鏡素子の内トロイダルミラーのみについて説明したが、他の非球面凹面鏡素子を用いることもできる。また、非球面凹面鏡素子ではなく、球面凹面鏡素子を用いることもできる。なお、凹面鏡素子に代えて通常の平面鏡を用いる場合には、前記受光部がその反射光を受光するために新たに凸レンズを導入する必要がある。すると、装置規模が拡大するとともに、部品点数が増加し製造費用が増大するおそれがある。さらに新たに導入した凸レンズに基づく色収差を回避する必要が生ずることになる。

また、マイクロプレートについても8行×12列の9mmピッチの場合についてのみ説明したがこの場合に限定されることなく、種々のマイクロプレート、例えば、16列×24行の4.5mmピッチの場合や、その他12行×16列、6行×8列等の種々のピッチをもつマイクロプレートに対しても適用することができることはいうまでもない。

さらに、走査機構を用いた例のみを説明したが、受光素子を、全ウェル個数分配列することによって走査機構を用いることなく光学測定を行なうことができる。この場合には、走査機構部分なしで済ますことができるので、装置規模を削減するとともに、走査時間を必要としないのでより高速に処理を行なうことができることになる。また、走査機構は、前述したように光学系を動かす場合に限られず、平面状液収容体を動かす場合または双方を動かす場合がある。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、縦方向および横方向、行および列等のような空間的な表示は、例示のみの目的であって、前記構造の空間的方向および位置を制限するものではない。以上の実施の形態では、１個の凹面鏡素子を、発光の主光線を入射させてその実像を結像させることができる前記範囲が複数の液収容部に対して用いた場合のみを説明したが、この場合に限られることはない。凹面鏡素子は複数であっても良く、前記範囲は１の液収容部であっても良い。したがって、例えば、平面状液収容体の液収容部の全個数に相当する数の凹面鏡素子が、各々１の液収容部を前記結像可能な範囲として、各液収容部に応じた位置に配列されたものであっても良い。

本発明は、反応光学測定装置および方法に関し、種々の反応を標識化して光学的に測定することが可能であり、例えば、ＰＣＲによって増幅する核酸（ＤＮＡ）をリアルタイムでモニタリングすることで、得られたＰＣＲ産物の増幅曲線を使って、ＰＣＲの初期鋳型となったＤＮＡ量を求めることができる。特に、生化学分野、農業分野、製剤分野、医療分野、工業分野等の様々な分野で利用可能である。

１０，１００，（２００） リアルタイムＰＣＲ光学測定装置（反応光学測定装置）
２２，２２２ マイクロプレート（平面状液収容体）
３０，１３０，２３０ トロイダルミラー
３１，２３１ Ｙ移動体
７３，１７３，２７３ 受光素子（受光部）
７５，１７５，２７５ 結像位置
７７，１７７，２７７ 測定位置

Claims (12)

1. 発光物質を含有する反応溶液を収容可能な複数個の液収容部が平面に沿って配列され、各液収容部において温度制御が行われる平面状液収容体と、１または複数個の前記各液収容部の開口部を通して前記平面に垂直方向に放射される発光の主光線を光軸に関し所定入射角で入射させて、前記平面状液収容体から離れた位置にある各結像位置において前記発光による実像を形成する１または複数の凹面鏡素子と、各所定測定位置において、前記各実像からの光を受光する受光部と、を有する反応光学測定装置。
2. 前記受光部は、前記平面状液収容体の全部またはその一部の各液収容部に対応して、前記凹面鏡素子で反射した発光の主光線を受光可能な受光素子を前記各所定測定位置に設けた請求項１に記載の反応光学測定装置。
3. 前記受光素子を前記平面状液収容体の一部の前記液収容部に対応して設けた場合には、該受光素子および前記凹面鏡素子を含む光学系の全部もしくは一部および前記平面状液収容体の双方、または、前記光学系の全部若しくは一部および前記平面状液収容体のいずれか一方を移動する走査機構を有する請求項２に記載の反応光学測定装置。
4. 前記受光素子を前記平面状液収容体の一部の前記液収容部に対応して設けた場合には、該受光素子および前記凹面鏡素子を含む光学系は一体として形成され、前記平面状液収容体が該光学系に対して移動する走査機構を有する請求項２に記載の反応光学測定装置。
5. 前記凹面鏡素子は、前記平面状液収容体に設けられた全部もしくは一部の液収容部の開口部を通しての発光による各実像を前記各結像位置に形成する大きさ及び形状を有する請求項１に記載の反応光学測定装置。
6. 光源と、所定種類の波長帯域の励起光を透過することができる所定種類の励起光フィルタと、を設けた励起光照射部を有する請求項１に記載の反応光学測定装置。
7. 前記光学系は、光源と、所定種類の波長帯域の励起光を透過することができる所定種類の励起光フィルタとを設けた励起光照射部を含めて一体として形成された請求項４に記載の反応光学測定装置。
8. 前記受光素子は、光電素子と、前記測定位置で各液収容部の実像からの光を該光電素子に入射させる凸レンズを有する請求項２に記載の反応光学測定装置。
9. 前記凹面鏡素子と前記受光部との間に、受光部に対して指定した波長の発光を選択して透過させまたは遮断する光学的フィルタを設けた請求項１に記載の反応光学測定装置。
10. 前記凹面鏡素子と前記受光部との間に、開口絞りを設けた請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の反応光学測定装置。
11. 発光物質を含有する反応溶液を、平面に沿って配列した液収容部を有する平面状液収容体の各液収容部に開口部を通して収容する収容工程と、該各液収容部内で温度制御を行なう温度制御工程と、１または複数個の前記各液収容部の開口部を通して前記平面に垂直方向に放射される発光の主光線を光軸に関し所定入射角で１または複数の凹面鏡素子に入射させて、前記平面状液収容体と重ならない位置にある各結像位置上に前記発光による実像を形成する結像工程と、各所定測定位置で発光による各実像からの光を液収容部ごとに受光する受光工程と、を有する反応光学測定方法。
12. 前記受光工程は、前記平面状液収容体の全部またはその一部の前記各液収容部に対応して、１の前記液収容部の開口部を通しての発光を各々受光可能な１または複数の受光素子によって受光し、該受光素子を含む光学系の全部若しくは一部および前記平面状液収容体の双方、または、光学系の全部若しくは一部および前記平面状液収容体のいずれか一方を移動する走査工程を含む請求項１１に記載の反応光学測定方法。

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