WO2005124321A1 - 測定装置 - Google Patents

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WO2005124321A1
WO2005124321A1 PCT/JP2005/011293 JP2005011293W WO2005124321A1 WO 2005124321 A1 WO2005124321 A1 WO 2005124321A1 JP 2005011293 W JP2005011293 W JP 2005011293W WO 2005124321 A1 WO2005124321 A1 WO 2005124321A1
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objective lens
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Kenya Okazaki
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Olympus Corporation
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    • G02B21/0064—Optical details of the image generation multi-spectral or wavelength-selective arrangements, e.g. wavelength fan-out, chromatic profiling
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    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence

Definitions

  • the present invention is directed to irradiating a sample with light and performing fluorescence correlation spectroscopy (FCS) or the like for analyzing the intensity fluctuation of fluorescence emitted from a labeled fluorescent substance in the sample.
  • FCS fluorescence correlation spectroscopy
  • the present invention relates to a measuring device, and particularly to a measuring device provided with an aim detection device for focusing a sample on incident light.
  • the basic technology of the present invention is a technology related to fluorescence correlation spectroscopy using a laser based on a confocal optical microscope.
  • fluorescence correlation spectroscopy proteins and colloid particles labeled with a fluorescent substance are suspended in a solution in the field of view of a confocal optical microscope, and laser light is applied to the suspension to excite the fluorescent substance. It analyzes the fluctuation of the fluorescence intensity based on the Brownian motion of a fine substance to determine the autocorrelation function, and measures the number of target particles and the translational diffusion velocity.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-502608 discloses a technique based on a confocal optical microscope, which irradiates a fluorescently labeled sample on a sample stage with laser light and analyzes the intensity fluctuation of the fluorescence emitted from the sample.
  • a method and an apparatus for obtaining statistical properties such as the translational diffusion coefficient of fluorescent molecules and interaction between molecules are disclosed.
  • a sample storage container called a microplate is often used. If a microplate is used, many samples can be accommodated separately in a plurality of wells accommodating samples on the microplate at a time, and each can be measured separately. Further, since a very small amount of sample at the microliter level can be measured, there is an advantage that it is not necessary to prepare a large amount of sample.
  • fluorescence correlation spectroscopy the bottom of a microplate is made of transparent glass or the like, and an objective lens is placed below the microplate.
  • the bottom surface position of the microplate is detected using the measurement optical system as it is.
  • the light from the light source is collected and irradiated from the bottom of the microplate, and the condensing position on the optical axis of the incident light is moved little by little along the optical axis and directly reflected from the bottom of the microplate.
  • the intensity of the reflected light is measured, the position on the optical axis where the peak is detected is determined as the bottom surface position of the microplate, and the focus position in the microplate is set based on this positional information. I have.
  • reflected light having a light source power is received by a CCD power camera, and a spot position on a light receiving surface is detected to determine a bottom surface position of the plate.
  • the focus position of the light source is adjusted in accordance with.
  • the shift of the focus position of the sample is detected from the shift of the light spot position of the light source received by the differential diode on the light receiving surface. Based on the above, the sample stage is moved along the optical axis and controlled so that the light spot of the light source always coincides with the sample surface.
  • the method described in Japanese Patent Publication No. 02-59963 is for adjusting the focus position of the observation optical system to the position of light on the sample by the focus position detection optical system. It is necessary that the light of the position detection optical system be observed on the sample. Therefore, in the case of a liquid sample, it is difficult to apply the light of the focus position detecting optical system to the liquid sample because it cannot form an image on the liquid sample.
  • the present invention has been made in view of a powerful situation, and has a measurement device provided with an aim detection device that can quickly focus on a sample and can be applied to a liquid sample.
  • the purpose is to provide.
  • the immersion medium measuring device irradiates a sample contained in a container with light emitted from a light source, detects light emitted from the sample, and detects the physical and physical properties of the sample.
  • a measuring optical system for measuring the sample and a position detecting optical system for detecting a position of a bottom surface of the container are provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a two-divided light receiving element.
  • FIG. 3A is a view showing a light beam reflection state corresponding to a distance between an objective lens and a microplate.
  • FIG. 3B is a view showing a light beam reflection state corresponding to the distance between the objective lens and the microplate.
  • FIG. 3C is a diagram showing a light beam reflection state corresponding to the distance between the objective lens and the microplate.
  • FIG. 4A is a diagram showing a light condensing position on a two-segment light receiving element.
  • FIG. 4B is a diagram showing a light condensing position on a two-segment light receiving element.
  • FIG. 4C is a diagram showing a light condensing position on a two-segment light receiving element.
  • ⁇ 6] is a diagram showing the aim detection value.
  • FIG. 7 is a diagram showing a result of the operation.
  • FIG. 8 A diagram showing a configuration of a measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a view showing a light beam corresponding to an interval between an objective lens and a microplate.
  • FIG. 9B is a view showing a light beam corresponding to the distance between the objective lens and the microplate.
  • FIG. 9C is a view showing a light beam corresponding to the distance between the objective lens and the microplate.
  • FIG. 10A is a view showing the state of irradiation on a pinhole.
  • FIG. 10B is a view showing an irradiation state of a pinhole.
  • FIG. 10C is a view showing an irradiation state of a pinhole.
  • FIG. 11 is a diagram showing outputs of two photodetectors.
  • [13A] A diagram showing the shape of an aim detection light beam.
  • FIG. 13B is a diagram showing the shape of a light beam for aim detection.
  • FIG. 13C illustrates a shape of an aim detection light beam.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a positional relationship between an aiming optical system and a measuring optical system.
  • FIG. 15A is a diagram showing a reflection state of a light beam and an irradiation state on a two-divided light receiving element corresponding to a distance between an aiming optical system and a microplate.
  • FIG. 15B is a diagram showing a reflection state of a light beam corresponding to a distance between the aiming optical system and the microplate, and an irradiation state on a two-divided light receiving element.
  • FIG. 15C is a diagram showing a reflection state of a light beam corresponding to a distance between the aiming optical system and the microplate, and an irradiation state on a two-divided light receiving element.
  • a position detection operation for detecting a predetermined position is executed, and then, based on the result, a position adjustment operation for adjusting a focus position is executed. Focusing was performed by a series of operations. Therefore, if the device can be configured so that the position adjustment operation is executed by executing the position detection operation among these operations, the focusing operation can be quickly performed.
  • the position adjustment operation cannot be performed by directly detecting the reflected light from the liquid sample.
  • the position of the container that stores the liquid sample cannot be adjusted. If the apparatus can be configured so as to execute the position adjustment operation on the liquid sample as a result of the detection, the focusing operation can be quickly performed on the liquid sample as well.
  • the condensing optical system refers to an optical system having a function of condensing a light beam using a lens.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a measuring device according to a first embodiment of the present invention.
  • the aim detection optical system and the measurement optical system are configured as separate optical paths.
  • an argon laser having a wavelength of 488 nm is used as the light source 1.
  • This argon laser acts as excitation light for exciting the sample.
  • the measuring beam emitted from the light source 1 becomes parallel light whose beam diameter has been expanded by the beam expander 2.
  • the measurement beam is reflected by the dike mirror 3 and passes through the filter 18 and the dichroic beam splitter 17. Then, the light is focused by the objective lens 4.
  • An objective lens driving mechanism 30 is provided around the objective lens 4.
  • the objective lens driving mechanism 30 holds the objective lens 4 and moves the objective lens 4 along the optical axis manually or by a controller 35. Can be moved. Thus, the focusing position of the measurement beam can be adjusted.
  • the focused measurement beam passes through the bottom surface of the microplate 5 and focuses on the sample solution in the well.
  • the focus position is 10 / zm upward from the bottom surface of the well of the microplate 5, that is, from the upper bottom surface of the microplate 5.
  • a sample 6 labeled with a fluorescent substance is accommodated in the well of the microplate 5 and emits fluorescence when excited by the measurement beam.
  • the fluorescent substance for example, rhodamine 'darin (RhG) is used.
  • the dichroic beam splitter 17 has a property of transmitting the measurement beam and the fluorescence
  • the filter 18 has a property of blocking a laser beam for aiming detection described later.
  • the fluorescent light transmits through the dichroic mirror 3, transmits through the filter 7 that transmits only the fluorescent light, and is collected by the condenser lens 8 in the plane of the pinhole 40.
  • the fluorescence from which noise light generated in the well by the pinhole 40 has been removed is received by the photodetector 9 disposed behind the pinhole 40 and converted into a measurement signal.
  • the aiming detection light beam emitted from the aiming detection laser 10 having polarization characteristics is converted into parallel light by the collimating lens 11, and the light beam of half of the cross section is cut off by the shielding plate 12 arranged in the optical path. It is shaded. At this time, the cross section of the light beam is substantially semicircular.
  • the other half of the light beam is reflected by the polarizing beam splitter 13, condensed by the lens 14, passes through the relay lens 15, and is converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the 1Z4 wavelength plate 16.
  • This light beam is reflected by the dichroic beam splitter 17, and is condensed by the objective lens 4 on the upper bottom surface of the microphone port plate 5.
  • This light beam is reflected by the upper bottom surface of the microplate 5, passes through the objective lens 4, and is reflected by the dichroic beam splitter 17 .
  • the circularly polarized light is also converted into linearly polarized light.
  • the light beam that has passed through the polarizing beam splitter 13 is condensed by a lens 20 and received by a two-segment light receiving element 21 arranged at the focus position. Then, based on the output of the two-divided light receiving element 21, the controller 35 drives the objective lens driving mechanism 30 to move the objective lens 4 along the optical axis.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the two-segment light receiving element 21.
  • the two-divided light receiving element 21 includes two photoelectric conversion elements 21a and 21b having the same material strength and the same shape. Next, the position on the two-divided light receiving element 21 where the light beam condensed by the lens 20 is irradiated will be described.
  • FIGS. 3A, 3B, and 3C are views showing reflection states of a light beam corresponding to the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • FIG. 3A, 3B, and 3C are views showing reflection states of a light beam corresponding to the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • the reflected light beam passes through a position symmetric with respect to the center axis of the objective lens 4, as shown in FIG. 3B. I do.
  • the reflected light beam approaches the center of the objective lens 4 as shown in FIG. Pass through the position. If the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 is larger than a predetermined value, the reflected light beam moves away from the center of the objective lens 4 as shown in FIG. 3C. Pass through the position.
  • FIGS. 4A, 4B, and 4C are diagrams showing light-condensing positions on the two-divided light-receiving element 21 depending on the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • FIG. 4A, 4B, and 4C are diagrams showing light-condensing positions on the two-divided light-receiving element 21 depending on the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • the reflected light beams irradiate the photoelectric conversion elements 21a and 21b evenly.
  • the reflected light beam irradiates the photoelectric conversion element 21a more.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 is closer than a predetermined value, as shown in FIG. 4A, more irradiation is performed on the photoelectric conversion element 21b.
  • the light beam on the two-segment light receiving element 21 is large due to the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the It should be noted that the size changes.
  • FIG. 5 is a diagram showing the outputs A and B of the two photoelectric conversion elements 21a and 21b when the objective lens 4 is moved in the optical axis direction.
  • the output A and the output B are equal, but as the distance (Z) increases, the output A increases, and the distance A further increases. As (Z) spreads, only the output A is output, and as the light beam departs from the photoelectric conversion element 21a, the output A decreases.
  • the output B can be similarly explained.
  • the controller 35 calculates an aim detection value (A ⁇ B) Z (A + B) shown in FIG. 6 from the signals of the outputs A and B. Then, the objective lens drive mechanism 30 is operated to move the objective lens 4 in the optical axis direction, and feedback control is performed so that the aim detection value becomes a value corresponding to the deviation amount D.
  • This aim detection value indicates the distance between the objective lens 4 and the upper bottom surface of the microplate 5. By this operation, the distance between the objective lens 4 and the upper bottom surface of the microplate 5 is controlled to be a predetermined value.
  • FIG. 7 shows the result of the above operation.
  • the focus position (X) of the laser for aim detection is located on the upper bottom surface of the microplate 5.
  • the in-focus position (Y) of the measuring laser is located above the in-focus position (X) of the aiming detection laser by a shift amount D along the optical axis. That is, the focus position (X) of the aiming detection laser and the focus position (Y) of the measurement laser are adjusted so as to be shifted in advance along the optical axis by an amount D.
  • the deviation D can be adjusted to an appropriate value depending on the amount of the sample to be measured, the type of the microplate 5, and the like.
  • an electrical offset is applied to the aiming detection value “(A ⁇ B) Z (A + B)” shown in FIG. 6, and the controller 35 adjusts the offset aiming value. It controls the detection value to be 0. Then, the electric offset amount is input from an external setting device (not shown).
  • the controller 35 controls the aim detection value “(A ⁇ B) Z (A + B)” shown in FIG. Is what you do. Then, the offset value that is the control target value is input from an external setting device (not shown).
  • the third adjustment method is configured so that the wavelength of the detection light for aiming and the wavelength of the light for measurement are different. For example, when an infrared laser beam is used as the aim detection light, the focus position between the aim detection light and the measurement light is different due to the chromatic aberration of the objective lens 4, and the difference between the positions can be used as the shift amount D.
  • the fourth adjustment method is a method of adjusting an optical system.
  • the shift amount D can be adjusted by moving the condenser lens 14 along the optical axis in the aim detection optical system. This is because the focusing position along the optical axis of the aim detection light beam can be changed by moving the condenser lens 14. Therefore, a mechanism that allows the condenser lens 14 to move along the optical axis may be provided to adjust the shift amount D.
  • the relay lens 15 shown in FIG. 1 may be moved along the optical axis instead of moving the condenser lens 14 along the optical axis.
  • the fifth adjustment method is a method of adjusting the optical system in the same manner, but adjusts the light condensing position in the microplate 5 and then adjusts the position of the two-division light receiving element 21 which is the light receiving position. Adjust.
  • the light-condensing position is adjusted by inputting light that is more divergent or converged than the collimated state to the objective lens 4.
  • the aim detection laser 10 and the collimating lens 11 may be moved in a direction relatively away from each other. This has the same effect as moving the relay lens 15 and the condenser lens 14 in a direction relatively away from each other.
  • the light receiving position is adjusted to a position corresponding to the shift amount D adjusted at the focusing position.
  • the adjustment of the light receiving position is performed by moving the lens 20 and the two-segment light receiving element 21 relatively closer to each other in accordance with the shift amount D.
  • the adjustment of the condensing position and the adjustment of the light receiving position may be performed manually or may be automatically performed.
  • software may be created so that the light collecting position and the light receiving position are adjusted in the above-described manner, and the position driving device may be operated.
  • the amount of deviation D is adjusted within the sample solution 10 ⁇ m above the bottom surface of the microplate 5.
  • an argon laser with a wavelength of 488 nm.
  • a helium neon laser with a wavelength of 633 nm.
  • the aim detection light source for example, an infrared semiconductor laser having a wavelength of 780 nm is used.
  • the aim detection light source does not need to be infrared light, and may be, for example, long wavelength visible light.
  • the aim detection light source does not need to be a laser, and an LED may be used. If LEDs are used, the device can be manufactured small and inexpensively. When an LED is used, light can be used efficiently by inserting a polarizing plate between the collimating lens 11 and the polarizing beam splitter 13.
  • the aim detection light beam emitted from the aim detection laser 10 is shielded by a shielding plate 12 arranged in the optical path so that a half of the luminous flux of its cross section is blocked.
  • the cross section of the light beam is substantially semicircular.
  • the shielding plate 12 since the light near the central axis of the light beam has a high intensity, there is a possibility that the influence of diffraction by the shielding plate 12 may occur. That is, of the semicircular cross-sections, (1) light near the center of the original circle and (2) light near the center line of the original circle are easily affected by diffraction. Hope to do so.
  • FIGS. 13A, 13B, 13C, and 13D are diagrams showing the shape of the aim detection light beam.
  • the shielding plate 12 is moved to a position where light is further shielded from the center line. As a result, it is possible to eliminate the influence of diffraction due to strong light near the central axis.
  • the shape of the shielding plate 12 is further changed to shield light near the central axis.
  • the shape of the shielding plate 12 may be a triangular shape as shown in FIG. 13C or a square shape as shown in FIG. 13D.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a measuring device according to a second embodiment of the present invention.
  • the measuring apparatus according to the second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the optical system for aim detection. Therefore, the same portions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description is omitted.
  • the aim detection light beam emitted from the aim detection laser 10 is condensed by the beam expander 23 and then expanded again, reflected by the polarization beam splitter 13 and reflected by the lens 24. Becomes parallel light. Then, the linearly polarized light is The light is converted into circularly polarized light and reflected by the dichroic beam splitter 17.
  • the light reflected by the dichroic beam splitter 17 passes through the objective lens 4, is collected, and is irradiated on the microplate 5.
  • the light reflected by the upper bottom surface of the microplate 5 passes through the objective lens 4 again, is converted into a parallel light beam, and is reflected by the dichroic beam splitter 17.
  • the light passes through the 1Z4 wavelength plate 16, is converted from circularly polarized light into linearly polarized light, and reaches the lens 24.
  • the reflected light condensed by the lens 24 passes through the polarization beam splitter 13 and is split into two traveling directions by the beam splitter 25.
  • One light passes through a pinhole 26 provided on the optical axis ahead of the focus point Q, and is received by a photodetector 27. From the photodetector 27, an electric signal A corresponding to the intensity of the received light is output. The other light beam passes through a pinhole 28 disposed on the optical axis behind the focus point Q, and is received by another photodetector 29. From the photodetector 29, an electric signal B corresponding to the received light intensity is obtained as an output signal.
  • FIGS. 9A, 9B, and 9C are diagrams showing light fluxes corresponding to the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • FIG. 9A, 9B, and 9C are diagrams showing light fluxes corresponding to the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 is a predetermined value (focal length)
  • the light passes through the objective lens 4 and becomes a parallel light beam as shown in FIG. 9B.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 is smaller than a predetermined value
  • the light beam diverges after passing through the objective lens 4 as shown in FIG. 9A.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microphone port plate 5 is larger than a predetermined value, the light flux converges after passing through the objective lens 4, as shown in FIG. 9C.
  • FIGS. 10A, 10B, and 10C are views showing irradiation states on the pinholes 26 and 28 corresponding to the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • FIG. 10A, 10B, and 10C are views showing irradiation states on the pinholes 26 and 28 corresponding to the distance between the objective lens 4 and the microplate 5.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 is a predetermined value, as shown in FIG. 10B, the light beam incident on the lens 24 is focused on the focus point Q, and Irradiate detectors 27 and 29 evenly.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 becomes smaller than a predetermined value, as shown in FIG.
  • the light is condensed on the pinhole 28 and irradiated more on the photodetector 29.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 is more than a predetermined value, the light beam incident on the lens 24 is focused on the pinhole 26 as shown in FIG. 10C. Then, more light is irradiated by the photodetector 27.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the outputs A and B of the two photodetectors 27 and 29 when the objective lens 4 is moved in the optical axis direction.
  • Output A is equal to output B, but output A increases as the interval increases, and output A continues to saturate as the interval increases, and then output A decreases.
  • Output B can be explained similarly.
  • the controller 35 uses the signals of the outputs A and B to detect the aim detection value (A-B) Z (A + B
  • the objective lens driving mechanism 30 is operated to move the objective lens 4 in the optical axis direction, and feedback control is performed so that the aim detection value becomes a set value corresponding to the deviation amount D.
  • the distance between the objective lens 4 and the bottom surface of the microplate 5 is controlled to be a predetermined value.
  • the focus position (X) of the aiming detection laser and the focus position (Y) of the measurement laser are set along the optical axis. It is adjusted in advance so that it is shifted by the amount D.
  • the displacement D can be adjusted by moving the lens 24 along the optical axis.
  • the measuring apparatus is different from the first embodiment in that the configuration of the aiming optical system is not a focusing optical system. Therefore, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the positional relationship between the aiming optical system and the measuring optical system.
  • FIG. 14 shows the vicinity of the objective lens 4 and the microplate 5 in an enlarged manner.
  • the aiming optical system includes a light source 41, a lens 42, and a two-divided light receiving element 45. Note that
  • the light source 41, the lens 42, and the two-piece light receiving element 45 are integrated with the objective lens 4 and are not shown.
  • the aim detection light beam emitted from the aim detection light source 41 is converted into parallel light by the lens 42 and applied to the lower bottom surface of the microplate 5. Then, the reflected light is input to a two-segment light receiving element 45 having two light receiving surfaces.
  • FIGS. 15A, 15B, and 15C are diagrams showing the reflection state of the light beam and the irradiation state on the two-divided light receiving element corresponding to the distance between the aiming optical system and the microplate 5.
  • FIG. 15A, 15B, and 15C are diagrams showing the reflection state of the light beam and the irradiation state on the two-divided light receiving element corresponding to the distance between the aiming optical system and the microplate 5.
  • the reflected light beam is equally distributed to the light receiving elements 45a and 45b of the two-part light receiving element. Irradiation.
  • the reflected light beam passes through the light receiving element 45a of the two-segment light receiving element. Irradiate a lot.
  • the reflected light beam is more supplied to the light receiving element 45b of the two-part light receiving element. Irradiate.
  • the aim detection value (A ⁇ B) Z (A + B) is calculated from the outputs A and B of the light receiving elements 45a and 45b.
  • the objective lens drive mechanism 30 is operated to move the aiming optical system and the objective lens 4 in the optical axis direction, and feedback control is performed so that the aiming detection value becomes a specified value (for example, 0).
  • the distance between the aiming optical system and the lower bottom surface of the microplate 5 is controlled to be a predetermined value.
  • the focus position of the measuring optical system (not shown) can be controlled to a predetermined position in the well.
  • the aim detection light beam may be applied to the upper bottom surface of the microplate 5.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the required effect can be obtained if the 1Z4 wavelength plate 16 in FIG. 1 is provided between the polarization beam splitter 13 and the dichroic beam splitter 17, without being provided after the lens 15.
  • the condensing lens 14 is arranged in the common light path for light emission and light reception in FIG. 1, but between the collimating lens 11 and the polarization beam splitter 13 for light emission, and the polarization beam for light reception.
  • Splitter 1 It may be installed separately between 3 and the lens 20.
  • the two-division light receiving elements 21 and 45 can be replaced with position sensors (PSD: Position Sensitive Detector) to directly measure the position where the light beam is irradiated.
  • PSD Position Sensitive Detector
  • one type of measuring laser is used in each of the above embodiments, a plurality of measuring lasers are used.
  • a measuring device having a plurality of light projecting systems and light receiving systems may be configured.
  • the same effect can be obtained by setting the focus position of the focus detection laser not on the upper bottom surface of the microplate but on the lower bottom surface of the microplate 5.
  • the focus following operation is performed when changing the measurement target level. During the measurement, the focus following operation may be stopped.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and may be modified by modifying its constituent elements without departing from the scope of the invention at the stage of implementation.
  • Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
  • the present invention can be widely used in the industry for manufacturing a measurement device provided with an aim detection device that can quickly focus on a sample and can be applied to a liquid sample.

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Abstract

　容器（５）に収容された試料に光源（１０）から発せられた光を照射し、試料から発せられる光を検出し、試料の物理的、あるいは化学的な特性を測定する測定装置において、試料を測定するための測定用光学系と、容器の底面の位置を検出するための位置検出用光学系とを備えた測定装置である。

Description

明 細 書
測定装置
技術分野
[0001] 本発明は試料に光を照射し、試料内の標識した蛍光物質から発せられる螢光の強 度ゆらぎを解析する蛍光相関分光解析（Fluorescence Correlation Spectroscopy: FC S)などを実行するための測定装置に関し、特に試料に入射光のフォーカスを結ばせ るための照準検出装置を備えた測定装置に関する。
背景技術
[0002] 本発明の基本となる技術は共焦点光学顕微鏡をベースとしたレーザを用いた螢光 相関分光解析法に関する技術である。蛍光相関分光法では共焦点光学顕微鏡の視 野の中で、蛍光物質で標識されたタンパク質やコロイド粒子などを溶液中に浮遊させ 、これにレーザ光を照射して蛍光物質を励起し、これらの微細物質のブラウン運動に 基づく蛍光強度のゆらぎを解析して自己相関関数を求め、対象とする微粒子の数や 並進拡散速度などを測定する。
[0003] 例えば、特表 11— 502608号公報には共焦点光学顕微鏡をベースに、試料ステ ージ上で蛍光標識された試料にレーザ光を照射し、試料から発せられる蛍光の強度 ゆらぎを解析し、螢光分子の並進拡散係数などの統計的な性質や分子間の相互作 用などを求める方法及び装置について開示されている。
[0004] また、 US6, 071, 748号公報では、蛍光物質を含む試料内にレーザ光を集光照 射して蛍光物質を励起し、試料力 発せられる蛍光の強度や寿命などを測定する装 置について開示している。
[0005] ところで、試料にレーザ光を照射して蛍光物質を励起し、試料から発せられる蛍光 の強度のゆらぎを解析する方法では、マイクロプレートと呼ばれる試料収容容器が良 く用いられている。マイクロプレートを用いれば、一度に多くの試料をマイクロプレート 上の試料を収容する複数のゥエル内に別々に収容し、それぞれ別々に測定すること ができる。また、マイクロリットルレベルの極めて少量の試料を測定することができるの で、多量の試料を準備する必要がな 、と 、う利点がある。 [0006] 蛍光相関分光測定では、マイクロプレートの底面を透明のガラスなどで構成し、対 物レンズをマイクロプレートの下に設置して、光源からの光をマイクロプレートの下方 力 マイクロプレートの底面を通してゥエル内に収容された試料に照射することで分 子の挙動測定が行なわれる。底面が透明なマイクロプレートを用いると、試料から発 せられる蛍光などの光信号を励起光学系を用いて測定することができるため、測定 装置が複雑にならず、装置構成上都合が良い。
[0007] 一方、マイクロプレートの底面カゝら直接光をゥエル内の試料に集光照射する場合、 入射光のフォーカス位置を精度良く制御して、試料に確実に光が当たるように調整し なくてはならない。しかし、集光レンズとして高倍率の対物レンズを用いるため焦点深 度が極めて浅くなり、フォーカス位置を精度良く調整するためには熟練が必要とされ ていた。
[0008] 一方、このような問題を解決するための提案がいくつか行なわれている。
[0009] 特表 2002— 541430号公報に記載された技術では、測定用光学系をそのまま用 いて、マイクロプレートの底面位置の検出を行なっている。即ち、光源からの光を集 光してマイクロプレートの底面から照射し、入射光の光軸上の集光位置を少しずつ光 軸に沿って移動させ、マイクロプレートの底面から直接反射してくる反射光の強度を 測定して、これのピークが検出される光軸上の位置をマイクロプレートの底面位置と 判断し、この位置情報を基に、マイクロプレートのゥヱル内のフォーカス位置を設定し ている。
[0010] 特表 2002— 542480号公報に記載された技術では、光源力もの反射光を CCD力 メラで受光し、受光面でのスポット位置を検出してプレートの底面位置などを判定し、 これに合わせて光源のフォーカス位置調整を行なっている。
[0011] 特公平 02— 59963号公報に記載された技術では、試料の合焦位置のずれを差動 ダイオードで受光される光源の光スポット位置の受光面上の位置ずれから感知し、こ れを基に試料ステージを光軸に沿って移動させ、常に光源の光スポットが試料面に 一致するように制御して 、る。
発明の開示
[0012] しかしながら、特表 2002— 541430号公報に記載された方法では、正確な位置で の測定を行なうためには、測定を行なうゥエルを替えるごとに、改めてマイクロプレート の光軸上の底面位置検出を行ない、その結果に基づいて集光レンズの光軸方向の 移動調整を実施しなければならない。従って、多数のゥエルがあるマイクロプレートを 測定する際には手間と時間がかかる。特にマイクロプレートに歪みやたわみがある場 合には、頻繁に測定容器の底面位置検出と移動調整を行わなければならず、多くの 時間と手間を要するという問題があった。
[0013] 特表 2002— 542480号公報に記載された方法では、光の光軸上の底面位置を検 出しているが、常にその測定結果をフィードバックしてフォーカス位置を制御している わけではない。従って、測定を行なうゥエルを替えるごとに、改めてマイクロプレートの 光軸上の底面位置検出を行ない、その結果に基づいて集光レンズの光軸方向の移 動調整を実施しなければならない。従って、多数のゥエルがあるマイクロプレートを測 定する際には手間と時間がかかる。
[0014] 特公平 02— 59963号公報に記載された方法は、合焦位置検出用光学系による試 料上の光の位置に、観察用光学系のフォーカス位置を合わせるものであるため、合 焦位置検出用光学系の光が試料上で観測されることが必要である。従って、液体試 料を対象とした場合には、合焦位置検出用光学系の光は液体試料に結像できな 、 ため、適用することは困難である。
[0015] 本発明は、力かる事情に鑑みてなされたものであって、迅速に試料に合焦すること ができ、液体試料に対しても適用することのできる照準検出装置を備えた測定装置 を提供することを目的とする。
[0016] 本発明の実施形態に係る液浸媒質の測定装置は、容器に収容された試料に光源 から発せられた光を照射し、前記試料から発せられる光を検出し、試料の物理的、あ るいは化学的な特性を測定する測定装置にお 、て、前記試料を測定するための測 定用光学系と、前記容器の底面の位置を検出するための位置検出用光学系とを備 図面の簡単な説明
[0017] [図 1]本発明に係る第 1の実施の形態の測定装置の構成を示す図。
[図 2]2分割受光素子の構成を示す図。 [図 3A]対物レンズとマイクロプレートとの間隔に対応した光ビームの反射状況を示す 図。
[図 3B]対物レンズとマイクロプレートとの間隔に対応した光ビームの反射状況を示す 図。
[図 3C]対物レンズとマイクロプレートとの間隔に対応した光ビームの反射状況を示す 図。
[図 4A]2分割受光素子上の集光位置を示す図。
[図 4B]2分割受光素子上の集光位置を示す図。
[図 4C]2分割受光素子上の集光位置を示す図。
圆 5]2個の光電変換素子の出力を示す図。
圆 6]照準検出値を示す図。
[図 7]動作の結果を示す図。
圆 8]本発明に係る第 2の実施の形態の測定装置の構成を示す図。
[図 9A]対物レンズとマイクロプレートとの間隔に対応した光束を示す図。
[図 9B]対物レンズとマイクロプレートとの間隔に対応した光束を示す図。
[図 9C]対物レンズとマイクロプレートとの間隔に対応した光束を示す図。
[図 10A]ピンホールに対する照射状況を示す図。
[図 10B]ピンホールに対する照射状況を示す図。
[図 10C]ピンホールに対する照射状況を示す図。
[図 11]2個の光検出器の出力を示す図。
圆 12]照準検出値を示す図。
圆 13A]照準検出用光ビームの形状を示す図。
圆 13B]照準検出用光ビームの形状を示す図。
圆 13C]照準検出用光ビームの形状を示す図。
圆 13D]照準検出用光ビームの形状を示す図。
[図 14]照準用光学系と測定用光学系の位置関係を説明する図。
[図 15A]照準光学系とマイクロプレートとの間隔に対応した光ビームの反射状況と 2分 割受光素子上の照射状況を示す図。 [図 15B]照準光学系とマイクロプレートとの間隔に対応した光ビームの反射状況と 2分 割受光素子上の照射状況を示す図。
[図 15C]照準光学系とマイクロプレートとの間隔に対応した光ビームの反射状況と 2分 割受光素子上の照射状況を示す図。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 本発明の基本的な考え方について説明する。
[0019] 従来の技術では、上述のように、まず所定位置を検出する位置検出動作を実行し、 続、てその結果に基づ 、て合焦位置を調整する位置調整動作を実行し、この一連 の動作によって合焦を行っていた。従って、この動作の内、位置検出動作を実行する ことで、結果として位置調整動作が実行されるように装置を構成することができれば、 合焦動作の迅速ィ匕を図ることが可能となる。
[0020] また、液体試料を測定対象とする場合、液体試料からの反射光を直接検出して位 置調整動作を行うことはできな ヽが、その液体試料を収納して ヽる容器の位置を検 出することで、結果として液体試料に対する位置調整動作が実行されるように装置を 構成することができれば、液体試料に対しても合焦動作の迅速ィ匕を図ることが可能と なる。
[0021] 以下、この考え方に基づいて構成した各実施の形態について説明する。
[0022] なお、本発明において、集光光学系とはレンズを用いて光束を集光させる機能を具 備した光学系のことである。
[0023] [第 1の実施の形態]
図 1は、本発明に係る第 1の実施の形態の測定装置の構成を示す図である。この測 定装置では、照準検出用光学系と測定用光学系とが別光路として構成されている。
[0024] 先ず、測定用光学系の構成と動作について説明する。
[0025] 光源 1には、波長 488nmのアルゴンレーザを用いる。このアルゴンレーザは試料を 励起するための励起光として作用する。光源 1から出射された測定用ビームはビーム ェクスパンダ 2によりビーム直径が拡大された平行光となる。測定用ビームはダイク口 イツクミラー 3により反射され、フィルター 18とダイクロイツクビームスプリッタ 17とを透 過する。そして、対物レンズ 4により集光される。 [0026] 対物レンズ 4の周囲には対物レンズ駆動機構 30が設置されており、対物レンズ駆 動機構 30は対物レンズ 4を保持すると共に、手動またはコントローラ 35により対物レ ンズ 4を光軸に沿って移動させることができる。これによつて、測定用ビームの集光（ フォーカス)位置を調整することができる。
[0027] 集光された測定用ビームは、マイクロプレート 5の底面を通過してゥエル内試料溶液 中にフォーカスを結ぶ。このフォーカス位置はマイクロプレート 5のゥエルの底面、即 ち、マイクロプレート 5の上部底面から上方に 10 /z mとなっている。マイクロプレート 5 のゥエル内には蛍光物質で標識された試料 6が収容されており、測定用ビームにより 励起されて蛍光を発する。蛍光物質としては、例えばローダミン 'ダリ—ン (RhG)が 用いられる。
[0028] ゥエル内に収容された試料より発せられた蛍光は再び対物レンズ 4を介して、ダイク ロイックビームスプリッタ 17とフィルター 18を透過する。ここで、ダイクロイツクビームス プリッタ 17は測定用ビームと蛍光とを透過する特性を有し、フィルター 18は、後述す る照準検出用レーザ光を遮断する特性を有している。
[0029] そして、蛍光は、ダイクロイツクミラー 3を透過し、蛍光のみを透過するフィルター 7を 透過し、集光レンズ 8によりピンホール 40の面内に集光される。ピンホール 40によつ てゥエル内で発生したノイズ光が除去された蛍光は、ピンホール 40の後方に配設さ れた光検出器 9で受光されて測定信号に変換される。
[0030] 次に、照準検出用光学系の構成と動作について説明する。
[0031] 偏光特性を有する照準検出用レーザ 10から出射された照準検出用光ビームはコリ メートレンズ 11により平行光となり、光路中に配置された遮蔽版 12によって、その断 面の半分の光束が遮光される。このとき、光束の断面はほぼ半円形となっている。残 り半分の光束は偏光ビームスプリッタ 13で反射され、レンズ 14によって集光された後 、リレーレンズ 15を通過し、 1Z4波長板 16によって、直線偏光から円偏光に変換さ れる。
[0032] この光ビームはダイクロイツクビームスプリッタ 17で反射され、対物レンズ 4によりマ イク口プレート 5の上部底面に集光する。この光ビームはマイクロプレート 5の上部底 面で反射し、対物レンズ 4を透過して、ダイクロイツクビームスプリッタ 17で反射される 。そして、光ビームは 1Z4波長板 16を通過する際に円偏光力も直線偏光に変換さ れ、レンズ 15で集光された後、レンズ 14により再び平行光とされ、偏光ビームスプリツ タ 13を透過する。偏光ビームスプリッタ 13を通過した光束はレンズ 20により集光され 、そのフォーカス位置に配置された 2分割受光素子 21で受光する。そして、 2分割受 光素子 21の出力に基づいてコントローラ 35が、対物レンズ駆動機構 30を駆動して、 対物レンズ 4を光軸に沿って移動させる。
[0033] 図 2は、 2分割受光素子 21の構成を示す図である。 2分割受光素子 21は、同じ材 質力 成る同じ形状の 2つの光電変換素子 21a、 21bを備えている。次に、レンズ 20 により集光された光束が、 2分割受光素子 21上のどの位置に照射されるかについて 説明する。
[0034] 図 3A, 3B, 3Cは、対物レンズ 4とマイクロプレート 5との間隔に対応した光ビームの 反射状況を示す図である。
[0035] 対物レンズ 4とマイクロプレート 5の上部底面との間隔が所定の値である場合には、 図 3Bに示すように、反射した光ビームは対物レンズ 4の中心軸に対称な位置を通過 する。し力し、対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値よりも近づ いている場合には、図 3Aに示すように、反射した光ビームは対物レンズ 4の中心に 近づいた位置を通過する。また、対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が 所定の値よりも離れている場合には、図 3Cに示すように、反射した光ビームは対物レ ンズ 4の中心から遠ざ力る位置を通過する。
[0036] 図 4A, 4B, 4Cは、対物レンズ 4とマイクロプレート 5との間隔による、 2分割受光素 子 21上の集光位置を示す図である。
[0037] 対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値である場合には、図 4B に示すように、反射した光ビームは光電変換素子 21aと 21bに均等に照射する。しか し、対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値よりも離れる場合には 、図 4Cに示すように、反射した光ビームは光電変換素子 21aにより多く照射する。ま た、対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値よりも近づく場合には 、図 4Aに示すように、光電変換素子 21bにより多く照射する。なお、対物レンズ 4とマ イク口プレート 5の上部底面との間隔によって、 2分割受光素子 21上の光ビームは大 きさが変化する点に留意する必要がある。
[0038] 図 5は、対物レンズ 4を光軸方向に移動させた場合の 2個の光電変換素子 21a、 21 bの出力 A、 Bを示す図である。
[0039] 対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値である場合には、出力 Aと出力 Bとは等しいが、間隔 (Z)が広がるにつれて出力 Aが大きくなり、さらに間隔（ Z)が広がるにつれて出力 Aのみが出力され、光ビームが光電変換素子 21aから外れ るにつれて出力 Aが減少する。出力 Bについても同様に説明することができる。
[0040] コントローラ 35は、出力 A、 Bの信号から図 6に示す照準検出値 (A— B)Z(A+B) を演算する。そして、対物レンズ駆動機構 30を作動させて対物レンズ 4を光軸方向に 移動させ、照準検出値がずれ量 Dに対応する値になるようにフィードバック制御を行 う。この照準検出値は対物レンズ 4とマイクロプレート 5の上部底面との間隔を示して いる。この動作によって対物レンズ 4とマイクロプレート 5の上部底面との間隔が所定 の値になるように制御される。
[0041] 以上の動作の結果を図 7に示す。図 7に示すように照準検出用レーザの合焦位置（ X)はマイクロプレート 5の上部底面上に位置する。このとき、測定用レーザの合焦位 置 (Y)は、照準検出用レーザの合焦位置 (X)から、ずれ量 Dだけ光軸に沿って上方 に位置している。即ち、照準検出用レーザの合焦位置 (X)と測定用レーザの合焦位 置 (Y)は光軸に沿って予め量 Dだけずれるように調整されて 、る。
[0042] 次に、ずれ量 Dの調整方法について説明する。このずれ量 Dは、測定しょうとする 試料の量、マイクロプレート 5の種類などによって適正な値に調整できることが望まし い。
[0043] 第 1の調整方法は、図 6に示す照準検出値「(A— B)Z(A+B)」に電気的なオフ セットをカ卩え、コントローラ 35が、そのオフセットされた照準検出値を 0とするように制 御するものである。そして、その電気的なオフセット量は外部の設定器 (不図示)から 入力する。
[0044] 第 2の調整方法は、図 6に示す照準検出値「(A— B)Z(A+B)」に対して、コント口 ーラ 35が、オフセットされた値になるように制御するものである。そして、その制御目 標値であるオフセットされた値は外部の設定器 (不図示)から入力する。 [0045] 第 3の調整方法は、照準用検出光の波長と測定用光の波長とが異なるように構成 する。例えば、照準検出光に赤外レーザ光を用いると、対物レンズ 4の色収差により 照準検出光と測定光との合焦位置が異なるため、この位置の異なりをずれ量 Dとする ことができる。
[0046] 第 4の調整方法は、光学系を調整する方法である。ずれ量 Dは、照準検出用光学 系において、集光レンズ 14を光軸に沿って移動させることで調整することができる。 集光レンズ 14を移動することによって、照準検出用光ビームの光軸に沿っての合焦 位置を変化させることができるからである。そこで、集光レンズ 14が光軸に沿って移 動できる機構を設け、ずれ量 Dを調整しても良い。また、ずれ量 Dの調整は集光レン ズ 14を光軸に沿って移動させる代わりに図 1に示すリレーレンズ 15を同じく光軸に沿 つて移動させても良い。
[0047] 第 5の調整方法は、同じく光学系を調整する方法であるが、マイクロプレート 5内の 集光位置を調整し、その後に受光位置である 2分割受光素子 21の位置をそれに合 わせて調整する。
[0048] 先ず集光位置の調整は、対物レンズ 4に対してコリメート状態よりも発散あるいは収 束した光を入射することで行う。例えば、収束した光を入射するためには、照準検出 用レーザ 10とコリメートレンズ 11とを相対的に離れる方向に動かせば良い。これは、 リレーレンズ 15と集光レンズ 14を相対的に離れる方向に動かすことと同様の効果を 生ずる。
[0049] 次に、集光位置で調整したずれ量 Dに対応した位置に受光位置の調整を行う。受 光位置の調整は、上述の場合では、レンズ 20と 2分割受光素子 21を相対的にずれ 量 Dに対応して近づけることにより行う。
[0050] なお、この集光位置の調整と受光位置の調整は、手動で操作しても良ぐまた自動 で調整するように構成しても良い。例えば、ずれ量 Dを入力すると、上述の要領で集 光位置の調整と受光位置の調整を行うようにソフトウェアを作成し、位置駆動装置を 動作しても良い。
[0051] なお、本実施の形態では、ずれ量 Dはマイクロプレート 5の上部底面から 10 μ m上 方の試料溶液内として調整している。測定用レーザには、波長 488nmのアルゴンレ 一ザ、あるいは波長 633nmのヘリウムネオン'レーザを用いる。照準検出用光源に は、例えば波長 780nmの赤外半導体レーザを用いる。しかし、照準検出用光源は、 赤外光である必要は無ぐ例えば長波長の可視光であっても良い。また照準検出用 光源は、レーザである必要は無く LEDを用いても良い。 LEDを使用すれば装置を小 型、安価に製造することができる。 LEDを使用する場合は、コリメートレンズ 11と偏光 ビームスプリッタ 13との間に偏光板を入れることで効率的に光を利用することができ る。
[0052] また、本実施の形態では、照準検出用レーザ 10から出射された照準検出用光ビー ムは、光路中に配置された遮蔽版 12によって、その断面の半分の光束が遮光されて 、光束の断面はほぼ半円形となっている。しかし、光ビームの中心軸付近の光は強 度が強いため遮蔽板 12による回折の影響が生ずる可能性がある。即ち、半円形の 断面の内、（1)元の円形の中心付近の光、（2)元の円形の中心線付近の光、は回折 の影響を受け易 、ため、この影響が生じな 、ようにすることが望ま 、。
[0053] 図 13A, 13B, 13C, 13Dは、照準検出用光ビームの形状を示す図である。
[0054] 上述の問題を解決するために、図 13Aでは、遮蔽板 12を中心線よりもさらに遮光 する位置に移動して配置している。これによつて、中心軸付近の強度の強い光による 回折の影響を除去することができる。図 13Bでは、さらに遮蔽板 12の形状を変えて、 中心軸付近の光を遮蔽している。なお、遮蔽板 12の形状は、図 13Cのように三角形 状でも良ぐ図 13Dのように四角形状であっても良い。
[0055] [第 2の実施の形態]
図 8は、本発明に係る第 2の実施の形態の測定装置の構成を示す図である。第 2の 実施の形態に係る測定装置は、照準検出用光学系の構成が第 1の実施の形態と異 なっている。従って、第 1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、詳細 の説明は省略する。
[0056] 次に、照準検出光学系の構成と動作について説明する。
[0057] 照準検出用レーザ 10から出射された照準検出用光ビームは、ビームェクスパンダ 23によってー且集光された後、再び光束を拡大し、偏光ビームスプリッタ 13で反射さ れ、レンズ 24によって平行光となる。そして、 1/4波長板 16によって直線偏光から 円偏光へ変換され、ダイクロイツクビームスプリッタ 17で反射される。
[0058] ダイクロイツクビームスプリッタ 17で反射された光は、対物レンズ 4を通過して集光さ れ、マイクロプレート 5に照射される。マイクロプレート 5の上部底面で反射した光は再 び対物レンズ 4を通過して、平行光束に変換され、ダイクロイツクビームスプリッタ 17 で反射される。そして、光は 1Z4波長板 16を通過して円偏光から直線偏光に変換さ れ、レンズ 24に到達する。レンズ 24で集光された反射光は偏光ビームスプリッタ 13 を通過し、ビームスプリッタ 25により進行方向を 2方向に分離される。
[0059] 一方の光はフォーカス点 Qよりも光軸上前方に設置されたピンホール 26を通過し、 光検出器 27で受光される。光検出器 27からは、受光された光強度に応じた電気信 号 Aが出力される。もう一方の光束はフォーカス点 Qよりも光軸上後方に配置された ピンホール 28を通過し、別の光検出器 29で受光される。光検出器 29からは、受光さ れた光強度に応じた電気信号 Bが出力信号として得られる。
[0060] 次に、レンズ 24により集光された光束力 ピンホール 26、 28に対してどのように照 射されるかにつ!/、て説明する。
[0061] 図 9A, 9B, 9Cは、対物レンズ 4とマイクロプレート 5との間隔に対応した光束を示 す図である。
[0062] 対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値 (焦点距離)である場合 には、図 9Bに示すように、対物レンズ 4を通過後は平行光束となる。しかし、対物レン ズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値よりも近づいている場合には、図 9 Aに示すように、対物レンズ 4を通過後は発散する光束となる。また、対物レンズ 4とマ イク口プレート 5の底面との間隔が所定の値よりも離れている場合には、図 9Cに示す ように、対物レンズ 4を通過後は収束する光束となる。
[0063] 図 10A, 10B, 10Cは、対物レンズ 4とマイクロプレート 5との間隔に対応した、ピン ホール 26、 28に対する照射状況を示す図である。
[0064] 対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値である場合には、図 10 Bに示すように、レンズ 24に入射した光ビームはフォーカス点 Qに集光し、光検出器 27、 29に均等に照射する。しかし、対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔 が所定の値よりも近づく場合には、図 10Aに示すように、レンズ 24に入射した光ビー ムはピンホール 28に集光し、光検出器 29により多く照射する。また、対物レンズ 4と マイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値よりも遠ざ力る場合には、図 10Cに示 すように、レンズ 24に入射した光ビームはピンホール 26に集光し、光検出器 27によ り多く照射する。
[0065] 図 11は、対物レンズ 4を光軸方向に移動させた場合の 2個の光検出器 27、 29の出 力 A、 Bを示す図である。
[0066] 対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の値である場合には、出力
Aと出力 Bとは等しいが、間隔が広がるにつれて出力 Aが大きくなり、さらに間隔が広 力 ¾につれて出力 Aは飽和状態が継続し、その後、出力 Aが減少する。出力 Bにつ いても同様に説明することができる。
[0067] コントローラ 35は、出力 A、 Bの信号から図 12に示す照準検出値 (A— B)Z(A+B
)を演算する。そして、対物レンズ駆動機構 30を作動させて対物レンズ 4を光軸方向 に移動させ、照準検出値がずれ量 Dに対応する設定値になるようにフィードバック制 御を行う。この動作によって対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定 の値になるように制御される。
[0068] 第 2の実施の形態では、第 1の実施の形態と同様に、照準検出用レーザの合焦位 置 (X)と測定用レーザの合焦位置 (Y)が光軸に沿って予め量 Dだけずれるように調 整されている。このずれ量 Dはレンズ 24を光軸に沿って移動させることで調整するこ とがでさる。
[0069] [第 3の実施の形態]
第 3の実施の形態に係る測定装置は、照準用光学系の構成が集光光学系でない 点が第 1の実施形態と異なっている。従って、第 1の実施の形態と同一の部分には同 一の符号を付して、詳細の説明は省略する。
[0070] 図 14は、照準用光学系と測定用光学系の位置関係を説明する図である。図 14で は、対物レンズ 4とマイクロプレート 5近傍を拡大して示して 、る。
[0071] 照準光学系は、光源 41、レンズ 42及び 2分割受光素子 45で構成されている。なお
、光源 41、レンズ 42及び 2分割受光素子 45は、対物レンズ 4と一体化され、図示しな
V、対物レンズ駆動機構 30によって駆動されて図中の上下 (Z)方向に移動可能であ る。照準検出用の光源 41から出射された照準検出用光ビームは、レンズ 42によって 平行光となって、マイクロプレート 5の下部底面に照射される。そして、その反射光は 、 2つの受光面をもつ 2分割受光素子 45に入力する。
[0072] 図 15A, 15B, 15Cは、照準光学系とマイクロプレート 5との間隔に対応した光ビー ムの反射状況と 2分割受光素子上の照射状況を示す図である。
[0073] 対物レンズ 4とマイクロプレート 5の上部底面との間隔が所定の値である場合には、 図 15Bに示すように、反射した光ビームは 2分割受光素子の受光素子 45a、 45bに 均等に照射する。しかし、対物レンズ 4とマイクロプレート 5の底面との間隔が所定の 値よりも近づいている場合には、図 15Aに示すように、反射した光ビームは 2分割受 光素子の受光素子 45aをより多く照射する。また、対物レンズ 4とマイクロプレート 5の 底面との間隔が所定の値よりも離れている場合には、図 15Cに示すように、反射した 光ビームは 2分割受光素子の受光素子 45bをより多く照射する。
[0074] そこで第 1の実施の形態の図 6で示したように、受光素子 45a、 45bの出力 A、 Bか ら照準検出値 (A— B)Z(A+B)を演算する。そして、対物レンズ駆動機構 30を作 動させて照準光学系及び対物レンズ 4を光軸方向に移動させ、照準検出値が規定 値 (例えば 0)になるようにフィードバック制御を行う。この動作によって照準光学系と マイクロプレート 5の下部底面との間隔が所定の値になるように制御される。この結果 、測定用光学系（不図示)の合焦位置をゥエル内の所定位置に制御することができる 。なお、照準検出用光ビームは、マイクロプレート 5の上部底面に照射されるようにし ても良い。
[0075] 検出用光ビームをマイクロプレート 5の下部底面に反射させるときは、上部底面の 反射光の影響を受けないようにレイアウトすることが望ましい。これは、上部底面に反 射させるときも同様である。
[0076] なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されることはない。例えば、図 1の 1 Z4波長板 16は、レンズ 15の後に設けなくとも、偏光ビームスプリッタ 13とダイクロイ ックビームスプリッタ 17の間に設ければ所要の効果を得ることができる。また、集光レ ンズ 14は、図 1では投光、受光の共通光路に配置してあるが、投光用としてはコリメ 一トレンズ 11と偏光ビームスプリッタ 13との間、受光用としては偏光ビームスプリッタ 1 3とレンズ 20との間に別々に設置させても良い。
[0077] また 2分割受光素子 21、 45はポジションセンサ（PSD: Position Sensitive Detector) に置き換え、光ビームが照射されている位置を直接測定することもできる。また測定 用レーザは上述の各実施の形態では 1種類であるが、複数の測定用レーザを用いて
、複数の投光系、受光系を持つ測定装置を構成しても良い。
[0078] また、合焦検出用レーザの合焦位置をマイクロプレートの上部底面ではなくマイクロ プレート 5の下部底面に設定しても同様の効果が得られる。
[0079] 更に、測定動作と対物レンズの光軸方向の移動動作である合焦追従動作とを同時 に行なうことが好ましくない場合は、測定対象ゥエルを変更する際に合焦追従動作を 行ない、測定中は合焦追従動作を停止させてもよい。
[0080] なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階で はその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。また、上記実施 形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成 できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除して もよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
産業上の利用可能性
[0081] 本発明は迅速に試料に合焦することができ、液体試料に対しても適用することので きる照準検出装置を備えた測定装置を製造する産業に広く利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 容器に収容された試料に光源から発せられた光を照射し、前記試料から発せられ る光を検出し、試料の物理的、あるいは化学的な特性を測定する測定装置において 前記試料を測定するための測定用光学系と、
前記容器の底面の位置を検出するための位置検出用光学系と
を備えたことを特徴とする測定装置。
[2] 前記測定用光学系の測定対象と前記位置検出用光学系の検出対象が一致しない ことを特徴とする請求項 1に記載の測定装置。
[3] 前記容器の底面の位置と前記測定用光学系の測定位置との相対位置が変化した ときに、位置検出用光学系の出力に応じて、前記容器の底面の位置と前記測定用光 学系の測定位置との相対距離を所定値に制御する制御手段を備えたことを特徴とす る請求項 1または 2に記載の測定装置。
[4] 前記所定値を可変とすることを特徴とする請求項 3に記載の測定装置。
[5] 前記位置検出用光学系の光源はレーザ、あるいは LEDであることを特徴とする請 求項 1乃至 4の内いずれか 1項に記載の測定装置。
[6] 前記測定用光学系の光源から発する光の波長と前記位置検出用光学系の光源か ら発する光の波長とは異なることを特徴とする請求項 1乃至 4の内いずれか 1項に記 載の測定装置。
[7] 前記容器はマイクロプレートであることを特徴とする請求項 1乃至 4の内いずれか 1 項に記載の測定装置。
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