WO2015025880A1 - 光検出装置 - Google Patents
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Abstract
光検出装置は、光源(7)と励起光学系と検出光学系とを含むと共に、第1サンプリング方向とこれと交差する第2サンプリング方向とに、透明ステージ(5)を相対的に二次元走査する光学モジュール(4)を備え、上記第1サンプリング方向への走査長は上記第2サンプリング方向への走査長よりも長く、上記検出光学系のデータサンプリング部は、上記第2サンプリング方向に走査を行う場合には第2サンプリング間隔の距離で行う一方、上記第1サンプリング方向に走査を行う場合には、上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さい上記第1サンプリング間隔の距離で行い、上記励起光学系のアパーチャ(10)は、上記光源(7)からの励起光のスポット形状の上記第1サンプリング方向のサイズを上記第2サンプリング方向のサイズよりも小さく設定する。
Description
この発明は、光検出装置に関する。
従来より、微小粒子検出装置として、液体中あるいはメンブレンやスライドガラス上に展開された微小粒子に光を照射し、上記微小粒子から発生する蛍光あるいは散乱光を検出して、粒子の計数あるいは性状検査を行うものがある。ここで、上記微小粒子としては、無機粒子、微生物、細胞、血液中の赤血球、白血球、血小板、血管内皮細胞、上記組織の微小細胞片や血液中のマイクロパーティクル等が含まれる。そして、上記微小粒子は、液体中にある場合には微小粒子懸濁液となる。
上記微小粒子の検出方法としては、フローサイトメーターが一般的である。このフローサイトメーターにおいては、上記微小粒子の懸濁液を毛細管にシース液と共に流す。そして、上記毛細管の一部にレーザー光を照射し、上記微小粒子に光が当たった時に生ずる散乱光あるいは蛍光を検出することによって、粒子の種類や粒子の大きさを分類する。例えば、特定の粒子と結合する蛍光試薬で粒子を標識することによって、蛍光を発する粒子の数を計数して上記特定の粒子のみを計数することができる。このフローサイトメーターでは、サブミクロンから10μm程度の粒子の検出が可能であり、高精度な検出が可能である。
しかしながら、上記サブミクロンの粒子まで測定可能なフローサイトメーターでは、装置が大型であって高価なシステムとなっている。
一方、粒子の検出方法として、粒子の画像を測定し、画像の情報から粒子の種類や大きさを判定する方法がある。この方法は、画像を用いて粒子の検出や分析を行うことから、上記フローサイトメーターに対して、イメージサイトメーターと呼ばれることがある。画像化方法として、顕微鏡とデジタルカメラとによる撮像や、光学ヘッドを二次元的にスキャンしながら散乱光あるいは蛍光を検出し、画像化する方法がある。
上記顕微鏡とデジタルカメラとによる撮像の場合には、1μm以上の粒子では高精度な画像測定が可能であるが、サブミクロンの粒子を測定する場合には、高倍率な対物レンズを有する顕微鏡と高感度な(つまり、低ノイズでダイナミックレンジの幅が広い)デジタルカメラとが必要になるので、非常に高価なシステムとなる。また、サブミクロン粒子の場合、光の波長と粒子のサイズとが同等になるので回折限界によって結像性能が低下し、粒子サイズの正確な判定が困難になる。
さらに、上記顕微鏡として蛍光顕微鏡システムを用いれば、容易に粒子を検出することが可能である。ところが、同様に、サブミクロン粒子の場合に光の波長と粒子のサイズとが同等になるので、粒子サイズの正確な判定ができない。また、微小粒子からの蛍光は微弱なため、高感度なデジタルカメラが必要となる。
これに対して、光学ヘッドをスキャンしながら散乱光あるいは蛍光を検出するシステムにおいては、光学ヘッドからレーザー光を粒子に集光して照射し、粒子から発生する散乱光あるいは蛍光を検出しながら、上記光学ヘッドを二次元的に走査して画像化する。
このような光学ヘッドをスキャンしながら光を検出するシステムとして、特許第3928846号公報(特許文献1)に開示された共焦点光学系を備えたスキャナがある。
上記特許文献1に開示された共焦点光学系を備えたスキャナにおいては、レーザー励起光源から出射されたレーザー光は、コリメータレンズで平行光にされた後、光学ヘッド内の穴明きミラーの穴および第1レンズを通過して、X方向とY方向とに移動可能なサンプルステージにセットされたサンプル上に入射する。そして、サンプルが蛍光サンプルの場合は、レーザー光によって蛍光物質が励起されて蛍光が発せられ、蓄積性蛍光体シートの場合は、レーザー光によって輝尽性蛍光体が励起されて輝尽光が発せられる。こうして、上記サンプルから発せられた光は、上記第1レンズによって平行光にされ、上記穴明きミラーの穴の周囲で反射され、第2レンズによって集光される。そして、第2レンズの焦点位置に設けられた共焦点切換部材を通過してフォトマルチプライアによって光電的に検出されて、アナログデータが生成されるようになっている。
このように、上記光学ヘッドを上記サンプルに対して相対的にスキャンしながら光を検出するシステムにおいては、サブミクロンの粒子を検出する場合、レーザー光の照射スポット径は、粒子サイズと同等かそれ以上に大きくなる。そのために、二次元スキャンの結果得られる画像は、粒子の一つ一つが解像された画像になっていないので、画像から直接粒子の大きさを計測することは困難である。ところが、上記レーザー光の照射スポットが粒子サイズよりも大きくても、粒子サイズによって粒子から生じる散乱光強度が異なるので、散乱光の強さから粒子径を判定することは可能である。その理由は、粒子径と散乱光強度とに相関があるためである。
その場合、散乱光を高感度に検出する検出器(低ノイズで広ダイナミックレンジな検出器)とレーザー光源とが必要になるが、高倍率な対物レンズを有する顕微鏡と高感度なデジタルカメラとを用いるシステムに比較して、安価なシステム構成が可能である。
しかしながら、上記従来の光学ヘッドをサンプルに対して相対的にスキャンしながら光を検出するシステムにおいては、以下のような問題がある。
すなわち、上記二次元スキャンを行ってサンプルからの散乱光を検出するシステムにおいては、粒子径が小さくなるほど、上記二次元スキャンのスキャンピッチを小さくして測定する必要がある。その理由は、粒子径よりもスキャンピッチが大きい場合には、粒子を読み飛ばしてしまう可能性があるためである。しかしながら、測定ピッチ(スキャンピッチ)が小さくなるほど、測定時間が長時間になるという新たな問題が生ずる。
また、レーザー光の照射スポット径を粒子サイズよりも大きくすれば、粒子の読み飛ばしは生じない。しかしながら、散乱光強度が弱くなって粒子サイズを誤ってしまう可能性があるという問題がある。
ところが、上記特許文献1に開示された共焦点光学系を備えたスキャナは、一般的な蛍光イメージングシステムであり、微粒子を検出することを目的ともしていない。したがって、上記特許文献1においては、粒子径が小さいためスキャンピッチを小さくした場合の問題点や、レーザー光の照射スポット径を大きくした場合の問題点については、一切述べられてはいない。
そこで、この発明の課題は、粒子の読み飛ばしがなく、粒子からの散乱光強度を高速に且つ高精度に検出することができる光検出装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の光検出装置は、
検出対象物が載置されると共に、光透過性を有する透明ステージと、
光源から出射された励起光を上記検出対象物に照射する励起光学系と、
上記励起光の照射によって上記透明ステージに載置された上記検出対象物の検出面から発せられた光を検出する検出光学系と、
上記検出光学系に含まれる共に、上記検出された光の強度を予め定められた設定間隔でサンプリングするデータサンプリング部と、
上記光源と上記励起光学系と上記検出光学系とを含むと共に、上記データサンプリング部による第1サンプリング方向とこの第1サンプリング方向に交差する第2サンプリング方向とに、上記透明ステージを相対的に二次元走査を行う光学モジュールと
を備え、
上記光学モジュールにおける上記第1サンプリング方向への走査長は、上記第2サンプリング方向への走査長よりも長くなっており、
上記データサンプリング部は、上記光学モジュールが上記第1サンプリング方向に走査を行っている場合には、第1サンプリング間隔で上記サンプリングを行う一方、上記第2サンプリング方向に走査を行っている場合には、上記第1サンプリング間隔とは異なる第2サンプリング間隔で上記サンプリングを行うようになっており、
上記励起光学系は、上記検出対象物を照射する上記励起光のスポット形状を設定するアパーチャを含んでおり、
上記第1サンプリング間隔の距離は、上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さく設定されており、
上記アパーチャで設定される上記励起光のスポットの形状は、上記第1サンプリング方向のスポットサイズが、上記第2サンプリング方向のスポットサイズよりも小さく設定されている
ことを特徴としている。
検出対象物が載置されると共に、光透過性を有する透明ステージと、
光源から出射された励起光を上記検出対象物に照射する励起光学系と、
上記励起光の照射によって上記透明ステージに載置された上記検出対象物の検出面から発せられた光を検出する検出光学系と、
上記検出光学系に含まれる共に、上記検出された光の強度を予め定められた設定間隔でサンプリングするデータサンプリング部と、
上記光源と上記励起光学系と上記検出光学系とを含むと共に、上記データサンプリング部による第1サンプリング方向とこの第1サンプリング方向に交差する第2サンプリング方向とに、上記透明ステージを相対的に二次元走査を行う光学モジュールと
を備え、
上記光学モジュールにおける上記第1サンプリング方向への走査長は、上記第2サンプリング方向への走査長よりも長くなっており、
上記データサンプリング部は、上記光学モジュールが上記第1サンプリング方向に走査を行っている場合には、第1サンプリング間隔で上記サンプリングを行う一方、上記第2サンプリング方向に走査を行っている場合には、上記第1サンプリング間隔とは異なる第2サンプリング間隔で上記サンプリングを行うようになっており、
上記励起光学系は、上記検出対象物を照射する上記励起光のスポット形状を設定するアパーチャを含んでおり、
上記第1サンプリング間隔の距離は、上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さく設定されており、
上記アパーチャで設定される上記励起光のスポットの形状は、上記第1サンプリング方向のスポットサイズが、上記第2サンプリング方向のスポットサイズよりも小さく設定されている
ことを特徴としている。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記第1サンプリング間隔の距離に対する上記第2サンプリング間隔の距離の比の値は2以上であり、
上記励起光のスポットにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズに対する上記第2サンプリング方向へのスポットサイズの比の値は2以上である。
上記第1サンプリング間隔の距離に対する上記第2サンプリング間隔の距離の比の値は2以上であり、
上記励起光のスポットにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズに対する上記第2サンプリング方向へのスポットサイズの比の値は2以上である。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記検出対象物には、上記励起光の照射によって光を発する微小粒子が二次元的に拡散されており、
上記微小粒子のサイズは、上記検出対象物上に形成される上記励起光のスポットにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズよりも小さく、
上記検出光学系は、上記検出対象物に拡散されている上記微小粒子から発せられた光を検出することによって、上記微小粒子を検出するようになっている。
上記検出対象物には、上記励起光の照射によって光を発する微小粒子が二次元的に拡散されており、
上記微小粒子のサイズは、上記検出対象物上に形成される上記励起光のスポットにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズよりも小さく、
上記検出光学系は、上記検出対象物に拡散されている上記微小粒子から発せられた光を検出することによって、上記微小粒子を検出するようになっている。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記光学モジュールを、上記透明ステージに対して、上記第1サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュールを、上記透明ステージに対して、上記第1サンプリング方向に略直交する上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
上記光学モジュールを、上記透明ステージに対して、上記第1サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュールを、上記透明ステージに対して、上記第1サンプリング方向に略直交する上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記第1サンプリング方向は円周方向である一方、上記第2サンプリング方向は上記円周の半径方向であり、
上記透明ステージを、上記円周の中心を中心として、上記光学モジュールに対して相対的に回転動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュールを、上記透明ステージに対して、上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
上記第1サンプリング方向は円周方向である一方、上記第2サンプリング方向は上記円周の半径方向であり、
上記透明ステージを、上記円周の中心を中心として、上記光学モジュールに対して相対的に回転動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュールを、上記透明ステージに対して、上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
以上より明らかなように、この発明の光検出装置は、長走査方向であるので短くできる上記第1サンプリング方向での第1サンプリング間隔の距離を、短走査方向であるので短くできない上記第2サンプリング方向での上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さく設定している。こうして、トータルとして高速に且つ高精度に、検出光強度を得るためのサンプリングを可能にできる。
さらに、上記光源からの励起光の上記検出対象物上におけるスポットの形状を、上記第1サンプリング方向のスポットサイズが、上記第2サンプリング方向のスポットサイズよりも小さくなるように設定している。つまり、サンプリング間隔が狭い方向にはサイズが小さく、サンプリング間隔が広い方向にはサイズが大きく設定している。こうして、短走査方向である上記第2サンプリング方向において、上記第2サンプリング間隔の距離を小さくできないことによる上記検出対象物の検出面から発せられる微小粒子等からの光の見落としの増加を低減し、両方向への走査時における上記検出面から発せられた光の検出速度を高め、且つさらに検出精度を高めることができる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
・第1実施の形態
図1および図2は、本実施の形態の光検出装置における概略構成を示す図である。尚、図1は全体を示す斜視図であり、図2は光学モジュールの断面概略図である。
図1および図2は、本実施の形態の光検出装置における概略構成を示す図である。尚、図1は全体を示す斜視図であり、図2は光学モジュールの断面概略図である。
図1において、1は光源装置であり、2は対物レンズであり、3は検出装置である。光源装置1と対物レンズ2と検出装置3とは、枠体内に収納されて上記光学モジュール4を構成している。そして、光学モジュール4の上方には対物レンズ2に対向して上記透明ステージとしてのガラスステージ5が配置され、ガラスステージ5上には例えば蛍光物質によって標識された微小粒子が分布する懸濁液やゲル支持体やメンブレン等の転写支持体がサンプル(検出対象物)6としてセットされている。
ここで、上記ガラスステージ5は矩形を成しており、長辺方向である第1走査方向と、第1走査方向に直交する短辺方向である第2走査方向との、二次元方向に走査するように構成されている。その場合における走査方法については、特に限定するものではない。要は、ガラスステージ5を上記第1走査方向に往復動作をさせる第1動作部と、上記第2走査方向に往復動作をさせる第2動作部とを備えていれば良いのである。あるいは、光学モジュール4側を二次元方向に走査してもよい。
上記光学モジュール4の光源装置1には、光源としての半導体レーザー7が設けられており、対物レンズ2の光軸と半導体レーザー7の光軸とが直交する位置には、半導体レーザー7から出射されて第1レンズ8,スポットサイズ調整レンズ9およびアパーチャ10で集光されたレーザー光を、対物レンズ2に入射するように反射させるプリズム11を配置している。尚、半導体レーザー7,第1レンズ8,スポットサイズ調整レンズ9,アパーチャ10,プリズム11および対物レンズ2によって上記励起光学系を構成している。そのうち、半導体レーザー7,第1レンズ8,スポットサイズ調整レンズ9およびアパーチャ10は、一つのケース内に収納されて光源装置1を構成している。
ここで、詳述はしないが、上記対物レンズ2はレンズホルダ(図示せず)に格納されており、ステッピングモータ等の駆動部(図示せず)によって光軸方向に移動されて、焦点位置を変更可能になっている。また、スポットサイズ調整レンズ9はレンズホルダ(図示せず)に格納されており、駆動部(図示せず)によって光軸方向に移動されて、スポットサイズを調整可能になっている。
また、図2において、上記対物レンズ2の光軸上におけるプリズム11の下方には、プリズム11側から順に、対物レンズ2によって集光されて平行光に変換れたサンプル6からの蛍光を減光するND(減光)フィルタ12、NDフィルタ12を通過した蛍光を集光する第2レンズ13、および、第2レンズ13を通過した蛍光の迷光をカットするピンホール14が配置されている。さらに、対物レンズ2の光軸上におけるピンホール14の下方には、ピンホール14を通過した蛍光を検出する光電子増倍管(PMT)等の検出素子を含む検出器15が配置されている。尚、対物レンズ2,NDフィルタ12,第2レンズ13,ピンホール14および検出器15によって上記検出光学系を構成している。そのうち、ピンホール14および検出器15は、一つのケース内に収納されて検出装置3を構成している。
上記構成を有する光学モジュール4では、半導体レーザー7から出射された励起光は、第1レンズ8,スポットサイズ調整レンズ9およびアパーチャ10で収束され、次いでプリズム11によって反射されて、対物レンズ2およびガラスステージ5を通過して、サンプル6における下面上の一点に集光される。その場合、プリズム11の長手方向(水平方向)の長さは短く、上記長手方向に直交する方向の幅は狭くなっており、半導体レーザー7からの励起光は対物レンズ2の光軸付近(励起光透過部)のみを通過するようになっている。
上記蛍光は、サンプル6における上記励起光が照射された部分から周囲に等方的に出射される。そして、出射された蛍光のうちのガラスで成るガラスステージ5を透過して対物レンズ2に入射した成分が、対物レンズ2,NDフィルタ12,第2レンズ13およびピンホール14を通過して、検出器15によって検出される。そして、検出器15で検出された信号は、内蔵されるAD変換器等によってAD変換等の処理が施された後に、PC(パーソナルコンピュータ)等へ送出される。こうして、サンプル6上の各測定点での蛍光強度の分布が内部メモリ等に記録される。
以下、上述したように、上記励起光が照射された部分から周囲に等方的に散乱された蛍光のうち対物レンズ2を通過した光を、単に散乱光と言う場合がある。
尚、減光用のNDフィルタ12は、図1に示すように、例えば回転フォルダ16に配置されて、蛍光の光量に応じて他の減光量のフィルタと交換可能になっている。また、ピンホール14は、迷光や検出面以外からの散乱光を除去する効果がある。例えば、サンプル6の裏面(上面)で発生した蛍光は、上記裏面が対物レンズ2の焦点位置からずれているので、対物レンズ2の後段に続く光学系によってピンポール14の位置では広がった光となる。このような迷光は、効率よくピンポールを透過することができず、ピンホール14によって除去される。
図2に示すように、上記対物レンズ2における光軸を含む中央部分は、通常の凸レンズの機能(屈折のみで光を偏向)を有する凸レンズ部2aとなっている。そして、半導体レーザー7から出射されてプリズム11で反射された励起光は、この凸レンズ部2aの部分を通過してサンプル6に向かって収束される。また、サンプル6から出射された蛍光のうちの放射角度が小さい蛍光は、この凸レンズ部2aの部分を通過して検出器15に向かって集光される。
上記対物レンズ2における凸レンズ部2aの周囲は、下方に向かって開いた円錐台形の筒状体2bとなっている。そして、サンプル6から出射された蛍光のうちの、凸レンズ部2aに入りきらないような放射角度の大きい蛍光は、筒状体2bの上端面から筒状体2b内に入射し、筒状体2bの外周面で全反射されて光軸側に偏向され、筒状体2bの内周面および下端面から検出器15に向かって出射される。
以上のごとく、上記サンプル6から出射された蛍光のうち、凸レンズ部2aに入りきらないような放射角度の大きい蛍光を、筒状体2bの外周面で全反射させることにより、通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる。そのため、検出器15の感度アップを図ることができるのである。
本実施の形態のごとく、上記サンプル6における下面上の励起光が集光された部分から周囲に等方的に散乱した蛍光(散乱光)を、サンプル6における上記励起光の照射側から検出することを、「後方散乱光検出」と称する。
上述したように、本実施の形態においては、上記光学モジュール4を固定して、サンプル6を載せたガラスステージ5を二次元方向に走査させて、散乱光強度の分布画像を読取る構成になっている。
このように、上記光学モジュール4に対してガラスステージ5を相対的に第1走査方向(長辺方向)と第2走査方向(短辺方向)とに交互に二次元走査した場合に、図3に示すように、サンプル6上には、対物レンズ2によって励起光の集光点の走査軌跡が描かれる。この走査軌跡は、間隔を空けて矢印方向に往復動する直線a,b,cと、直線aの先端部と直線bの根元部とを矢印方向につなぐ直線dと、直線bの先端部と直線cの根元部とを矢印方向につなぐ直線eとが、連続して繰り返して構成されている。
こうして上記サンプル6上を二次元走査を行った際に、直線cの走査軌跡の位置に微小粒子17が位置していた場合に、直線の走査軌跡c上の領域18を走査中に検出器15で検出されるアナログデータ(本来の散乱光強度)は、図4に示す曲線19のようになる。ところが、検出器15では、上述したように、内蔵される上記データサンプリング部としてのAD変換器等によってAD変換の処理が施される。したがって、検出器15から上記PCに入力される検出データ(検出された散乱光強度)は、図4に示す曲線19上に○で示す離散値となる。その場合、上記AD変換器のデータ取得間隔(サンプリング間隔の距離)が微小粒子17の直径に略等しいために、データ取得点(測定点)が曲線19のピークからずれる場合がある。その場合には、検出器15のディジタル検出値は、本来の散乱光強度を示すことができない。
この場合、上記ディジタル散乱光強度によって粒子の有無、つまり粒子の数や位置を計測する場合は問題が少ないが、ディジタル散乱光強度によって粒子径を計測する場合は、上記ディジタル散乱光強度の不正確さは直ちに粒子径の不正確さとなり、大きな問合となる。
図5は、図3の状態から上記第2走査方向へのスキャンピッチを狭くした状態での走査軌跡を示す。この場合には、上記第2走査方向へのスキャンピッチが狭くなっているために、微粒子17を上記第1走査方向への直線の走査軌跡fと直線の走査軌跡gとの2回スキャンすることができ、画像の精度が高くなる。そのために、ディジタル散乱光強度によって粒子径を計測する場合に、粒子径を誤る可能性を低減することができる。
しかしながら、上記第2走査方向へのスキャン数が増加する分、走査に時間が掛かるという欠点がある。
図6は、図3の状態から上記第1走査方向への走査時の上記AD変換器によるデータのサンプリング間隔を狭くした状態での走査軌跡を示す。この場合の走査軌跡は図3に示す走査軌跡と同じである。但し、図7に示す曲線19上に○で示す検出器15からの検出データ(散乱光強度)は、上記AD変換器のサンプリング間隔を狭くした分だけ数が増えている。そのために、○で示す測定値に基づく「検出された散乱光強度」は、曲線19で示すアナログ測定値に基づく「本来の散乱光強度」と略近い値になっており、図3よりも正確な測定が可能になる。
この場合には、上記PCで得られる生データ画像は、検出器15の上記AD変換によるデータサンプリング間隔を画像上では同じ長さとして表現されるため、図6における単位時間当たりのデータ取得間隔の図3における単位時間当たりのデータ取得間隔に対する増加率だけ、上記第1走査方向へ伸ばされた画像となる。そこで、上記PCでは、上記第1走査方向への長さを上記増加率の分だけ縮小する補正を行う必要がある。
ところで、上記サンプル6中の微小粒子17からの蛍光の強度は、主として微小粒子17に対する励起光の当たり方に依存する。そして、微小粒子17から散乱される蛍光の強度を強くするには、上記励起光を小さいスポットに絞って狭いエリアに強い励起光が照射される必要がある。また、上記第2走査方向へのスキャンは、隣接する励起光の領域が一部重なるように少しずつずらしながら行う。
この時に、上記微小粒子17からの蛍光の強度がばらつく理由は、励起光のスポット領域の中には強度分布があり、最も光強度が最も強いスポットの中心に粒子17が位置しないと蛍光の強度が落ちてしまい、粒子17を正しく捉えられないからである。微小粒子17からの蛍光がばらつく問題を解消するには、検出器15によるサンプリング間隔を短くすることによって、励起光スポットの略中心に粒子17が位置する機会を増やす必要がある。
ここで、上記第1走査方向へのサンプリング間隔は、検出器15における上記AD変換器の回路構成で設定可能である。これに対して、上記第2走査方向へのサンプリング間隔は、ガラスステージ5の第2走査方向への移動で設定される。その場合、ガラスステージ5の第2走査方向への移動間隔(スキャンピッチ)は、ガラスステージ5の移動機構が関係するために、簡単には変更することができない。これに対し、検出器15におけるAD変換の間隔はAD変換器の回路構成と駆動プログラムによって設定可能であり、比較的簡単である。
別の見方をすれば、上記ガラスステージ5のような平面ステージを二次元走査する場合は、上記第1走査方向のように長辺方向への長走査方向と、上記第2走査方向のように短辺方向への短走査方向とに、走査方向が分かれる。そして、上記長走査方向の走査では、一回の走査距離が長いために、短いサンプリング間隔で長距離を連続的に高速走査することが容易である。これに対して、上記短走査方向の走査では、一回の走査距離が短いために、上述のような高速走査が困難である。
そこで、本実施の形態においては、上記長走査方向である上記第1走査方向の方が、サンプリング間隔を短くし易いために、上記第2走査方向(短走査方向)の第2サンプリング間隔の距離(スキャンピッチ)を必要最小限の分解能が得られる長さにし、上記第1走査方向(長走査方向)の第1サンプリング間隔の距離を上記第2サンプリング間隔の距離よりも短くすることによって、トータルとして高速且つ高精度な散乱光強度画像を得るためのサンプリングを可能にするのである。
但し、それだけでは上記第2走査方向(短走査方向)への微小粒子17の見逃しを減少することができない。そこで、この問題に対しては、サンプル6の下面上を照射する半導体レーザー7からの励起光のスポットサイズを、上記第2走査方向への長さが上記第1走査方向への長さよりも長くなるように設定するようにしている。
上記半導体レーザー7からの励起光スポットの形状設定は、光源装置1におけるスポットサイズ調整レンズ9の後段であるアパーチャ10によって行う。アパーチャ10に設ける光透過孔の形状を、ガラスステージ5の短辺方向、つまりプリズム11の長手方向を長軸方向とする楕円とするのである。図8に、図6と同じ走査軌跡上に記載された励起光のスポットを示す。尚、スポット20aは、アパーチャ10を用いた場合であり、上記第2走査方向への長さが上記第1走査方向への長さよりも長い楕円形となっている。スポット20bは、アパーチャ10を用いない場合であり、円形である。
このように、上記半導体レーザー7からの励起光のサンプル6上でのスポット形状を、上記第2走査方向(短走査方向)への長さが上記第1走査方向(長走査方向)への長さよりも長い楕円形とすることによって、直線の走査軌跡上から上記第2走査方向に中心位置が多少ずれた粒子があっても、当該粒子は上記励起光によって照射されるため、微小粒子17からの散乱光の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、上記第2走査方向(短走査方向)のサンプリング間隔を必要最小限の分解能が得られる長さにしたことによる上記第2走査方向への微小粒子17の見逃しを、減少することができるのである。
すなわち、本実施の形態によれば、上記第1走査方向(長走査方向)には、上記サンプリング間隔を短くする一方、上記第2走査方向(短走査方向)には、上記励起光スポットのサイズを大きくすることによって、両方向への走査時における微小粒子17からの散乱光の検出速度を高め、且つ検出精度を高めることができるのである。したがって、粒子の読み飛ばしがなく、正確な散乱光強度を高速に測定することができるのである。
因みに、上記第1走査方向(長走査方向)と上記第2走査方向(短走査方向)との両方に、上記励行のスポットのサイズを大きくした場合には、全体としてスポットサイズが大きくなり過ぎる。その結果、上記励起光の強度が薄まり、散乱蛍光強度が低下して粒子径の計測値が不正確になってしまうのである。
尚、上記第2走査方向(短走査方向)への走査時には、上記ガラスステージ5を相対的に第2走査方向にスキャンピッチだけ移動する毎に上記AD変換器によるサンプリングが行われ、移動中には行われない。したがって、上記第2走査方向(短走査方向)へのスキャンピッチを、同方向へのサンプリング間隔と言うことができる。
そこで、本実施の形態においては、上記第1走査方向(長走査方向)への第1サンプリング間隔(距離)に対する上記第2走査方向(短走査方向)への第2サンプリング間隔(距離)の比を2以上とし、且つ上記励起光のサンプル6上でのスポットにおける上記第1走査方向へのサイズに対する上記第2走査方向へのサイズの比を2以上とすることが、微小粒子17からの散乱光の検出速度を高め、且つ検出精度を高めるという効果を、明確に得ることができるので望ましい。
また、検出対象物であるサンプル6は、上記光源である半導体レーザー7からの光照射によって蛍光を散乱する微小粒子17が二次元的に拡散された懸濁液やゲル支持体や転写支持体であって、微小粒子17のサイズが上記励起光のサンプル6上でのスポットの上記第1走査方向(長走査方向)へのサイズよりも小さいことが、微小粒子17の上記第1走査方向(長走査方向)への見逃しを防止することができるので望ましい。
・第2実施の形態
上述したフローサイトメーターのごとく、上記微小粒子にレーザー光が当たった場合には散乱光が生ずる。そして、その散乱光のうち、レーザー光の進行方向に対して低角度に散乱する前方散乱光が、その強度が上記微小粒子の表面積に比例するために上記微小粒子の大きさを示すため、上記微小粒子の大きさの測定に上記前方散乱光が用いられている。
上述したフローサイトメーターのごとく、上記微小粒子にレーザー光が当たった場合には散乱光が生ずる。そして、その散乱光のうち、レーザー光の進行方向に対して低角度に散乱する前方散乱光が、その強度が上記微小粒子の表面積に比例するために上記微小粒子の大きさを示すため、上記微小粒子の大きさの測定に上記前方散乱光が用いられている。
本実施の形態は、上記前方散乱光を用いて粒子径を計測するものである。
図9は、本実施の形態の光検出装置における光学モジュールの概略構成を示す。尚、図9に示す光学モジュール21は、上記第1実施の形態において図2に示す光学モジュール4とほぼ同じ構成を有しており、図2に示す光学モジュール4と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
図9において、サンプル6における光学モジュール21側とは反対側に、サンプル6から距離をおいて対物レンズ2の光軸からやや離れた位置に、半導体レーザー7から出射されて対物レンズ2の凸レンズ部2aで収束された励起光(レーザー光)の進行方向に対して低角度で上記励起光の進行方向に散乱する前方散乱光を検出するための検出器22が設置されている。以下、この検出器22を第2検出器22と称し、上記PMTを含む検出器15は第1検出器15と称する。尚、第2検出器22は、フォトダイオードと低ノイズアンプとで構成されている。
本実施の形態のごとく、上記サンプル6における下面上の励起光が集光された部分から周囲に等方的に散乱した蛍光を、サンプル6における上記励起光の照射側とは反対側から検出することを、「前方散乱光検出」と称する。
上記構成において、半導体レーザー7から出射された励起光は、第1レンズ8,スポットサイズ調整レンズ9およびアパーチャ10で収束され、次いでプリズム11によって反射されて、対物レンズ2の凸レンズ部2aおよびガラスステージ5を通過して、サンプル6における下面上の一点に集光される。
そして、上記サンプル6下面上における上記励起光が照射された部分から周囲に等方的に出射された蛍光のうち、サンプル6内を透過して、対物レンズ2の光軸に対して上記低角度で出射された前方散乱光23が、第2検出器22によって検出される。そして、第2検出器22で検出された信号はAD変換されて、上記PC(あるいは第1検出器15用の上記PCとは異なるPC)等へ送出される。
その際に、上記ガラスステージ5が二次元走査を行って、サンプル6上の各測定点での蛍光強度の分布が得られる。
尚、その場合において、上記第1実施の形態の場合と同様に、上記第2走査方向(短走査方向)の第2サンプリング間隔の距離を必要最小限の分解能が得られる長さに設定し、上記第1走査方向(長走査方向)の第1サンプリング間隔の距離を上記第2サンプリング間隔の距離よりも短く設定することによって、トータルとして高速且つ高精度な散乱光強度画像を得るためのサンプリングを可能にする。さらに、サンプル6の下面上を照射する半導体レーザー7からの励起光のスポットサイズを、光源装置1のアパーチャ10で、上記第2走査方向への長さが上記第1走査方向への長さよりも長くなるように設定することによって、上記第2走査方向への微小粒子の見逃しを減少する。
こうして、両方向への走査時における微小粒子からの散乱光の検出速度を高め、且つ検出精度を高めるのである。
・第3実施の形態
上述したように、「前方散乱光検出」によって上記微小粒子の大きさを測定することができる。しかしながら、「前方散乱光検出」の場合には、上記サンプル6から出射された蛍光のうち、凸レンズ部2aと筒状体2bとを有する対物レンズ2によって通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる「後方散乱光検出」の場合に比して、第2検出器22の感度の点で不利である。
上述したように、「前方散乱光検出」によって上記微小粒子の大きさを測定することができる。しかしながら、「前方散乱光検出」の場合には、上記サンプル6から出射された蛍光のうち、凸レンズ部2aと筒状体2bとを有する対物レンズ2によって通常の凸レンズでは集光できないような大きな放射角度の光をも集めることができる「後方散乱光検出」の場合に比して、第2検出器22の感度の点で不利である。
そこで、本実施の形態においては、上記「前方散乱光検出」と「後方散乱光検出」とを併用し、検出器の感度の点で不利な前方散乱光を微粒子の種類および位置の検出に用い、検出器の感度の点で有利な後方散乱光を微粒子の大きさの検出に用いるのである。
図10は、本実施の形態の光検出装置における光学モジュールの概略構成を示す。尚、図10に示す光学モジュール25は、上記第1実施の形態において図2に示す光学モジュール4および上記第2実施の形態において図9に示す光学モジュール21とほぼ同じ構成を有しており、図2に示す光学モジュール4および図9に示す光学モジュール21と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
図10において、光源装置1には、半導体レーザー(第1半導体レーザー)7に加えて、第1半導体レーザー7から出射されるレーザー光の第1波長とは異なる、第2波長のレーザー光を出射する第2半導体レーザー26を配置している。さらに、第2半導体レーザー26からのレーザー光を平行光化する第3レンズ27を配置している。そして、第1半導体レーザー7の光軸と第2半導体レーザー26の光軸との交差位置には、第1波長のレーザー光を透過する一方、第2波長のレーザー光を反射するダイクロイックミラー28を配置している。
さらに、上記サンプル6として、少なくとも2種の微小粒子が混在するサンプルを、第1蛍光試薬と第2蛍光試薬とで標識したものを用いる。ここで、上記第1蛍光試薬は、例えば、何れか一方の種類の微小粒子とのみ結合すると共に、上記第1波長のレーザー光に励起される特定の蛍光試薬である。また、上記第2蛍光試薬は、他方の種類の微小粒子とのみ結合すると共に、上記第2波長のレーザー光に励起される上記第1蛍光試薬とは異なる特定の蛍光試薬である。
上記構成において、上記ガラスステージ5上に、上述のように2種の微小粒子が混在するサンプル6がセットされる。そして、先ず第1半導体レーザー7が駆動される。そうすると、上記第2実施の形態の場合と同様にして、第1半導体レーザー7から出射された第1波長の励起光は、プリズム11で反射され、対物レンズ2の凸レンズ部2aで集光されて、サンプル6における下面上の一点に集光される。そして、上記サンプル6下面上における上記励起光が照射された部分において、第1蛍光試薬で標識された微粒子が励起されて等方的に出射された第1蛍光のうち、前方散乱光23が第2検出器22によって検出される。そして、第2検出器22で検出された信号はAD変換されて上記PC等へ送出される。こうして得られた蛍光画像に基づいて、サンプル6内の微粒子の上記一方の種類とその粒子の位置とが検出される。
これと同時に、上記第1実施の形態の場合と同様にして、上記サンプル6下面上における上記励起光が照射された部分において等方的に出射された上記第1蛍光のうち、対物レンズ2に入射した後方散乱光が、第1検出器15で検出される。そして、第1検出器15で検出された信号はAD変換されて上記PC等へ送出される。こうして得られた蛍光画像に基づいて、サンプル6内の上記一方の種類の微粒子の粒子径が検出される。
次に、上記第2半導体レーザー26が駆動される。そうすると、第2半導体レーザー26から出射された第2波長の励起光は、ダイクロイックミラー28で反射されてプリズム11に至る、以下、上述のようにして、第2蛍光の前方散乱光によって、サンプル6内の微粒子の上記他方の種類とその粒子の位置とが検出される。さらに、第2蛍光の後方散乱光によって、サンプル6内の上記他方の種類の微粒子の粒子径が検出される。
その場合においても、上記第2走査方向(短走査方向)の第2サンプリング間隔の距離を必要最小限の分解能が得られる長さにし、上記第1走査方向(長走査方向)の第1サンプリング間隔の距離を上記第2サンプリング間隔の距離よりも短くしている。さらに、サンプル6の下面上を照射する上記励起光のスポットサイズを、上記第2走査方向への長さが上記第1走査方向への長さよりも長くなるように設定している。したがって、両方向への走査時における微小粒子からの散乱光の検出速度を高め、且つ検出精度を高めることができる。
すなわち、この実施の形態によれば、サンプル6内の微粒子の種類およびその位置と粒子径とを、同時に、迅速且つ高精度に取得することができるのである。
尚、本実施の形態においては、上記サンプル6の微小粒子を2種類の微小粒子に分類する場合を例示しているが、3種類の以上の微小粒子に分類する場合でも同様である。
・第4実施の形態
上記各実施の形態においては、矩形を成す上記ガラスステージ5を、上記第1走査方向(長走査方向)と上記第2走査方向(短走査方向)との二次元方向に走査するように構成している。
上記各実施の形態においては、矩形を成す上記ガラスステージ5を、上記第1走査方向(長走査方向)と上記第2走査方向(短走査方向)との二次元方向に走査するように構成している。
これに対して、本実施の形態は、広幅のドーナツ状あるいは広幅の円弧状のサンプルを用いる場合であって、ガラスステージを円形に成して回転するように構成すると共に、光学モジュールを上記回転方向と直交する方向に移動するように構成して、サンプルにおける一回の走査距離が長い円周方向を上記第1走査方向(長走査方向)とする一方、サンプルにおける一回の走査距離が短い半径方向を上記第2走査方向(短走査方向)とするものである。
図11は、本実施の形態の光検出装置におけるガラスステージおよび光学モジュールの概略構成を示す。尚、図11に示す光学モジュール31は、上記第1実施の形態において図2に示す光学モジュール4と略同じ構成を有しており、図2に示す光学モジュール4と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
図11において、ガラスステージ32は円形に構成されており、中心軸33がスピンドルモータ34で回転可能になっている。これに対し、光学モジュール31は、ガラスステージ32が成す円板の半径方向に、段階的に移動可能になっている。尚、光学モジュール31の移動方法については特に限定するものではない。例えば、光学モジュール31の枠体を、ステッピングモータ等で上記半径方向に往復動されるタイミングベルト等により、上記半径方向に配設されたガイドレールで案内されて、移行可能に構成する。
尚、本実施の形態においては、上記ガラスステージ32を円形に構成しているが、必ずしも円形に限定されるものではない。支障なく回転可能な形状であれば差し支えない。
サンプル35は、上述したように、円板状,ドーナツ状あるいは円弧状に形成されている。そして、円周方向を上記第1走査方向(長走査方向)とする一方、サンプルの半径方向を上記第2走査方向(短走査方向)とするのである。すなわち、ガラスステージ32が一回転する毎に、光学モジュール31は1ステップ移動するように設定するのである。但し、円板状あるいはドーナツ状のサンプル35について、上述の動作を、ガラスステージ32を連続回転させながら行うには、ガラスステージ32に一定幅を有して半径方向に延在する帯状の非検出領域を設定し、対物レンズ2からの励起光のスポットが上記非検出領域を移動する間に光学モジュール31を1ステップ移動させる必要がある。また、複数の円弧状のサンプル35の場合には、対物レンズ2からの励起光のスポットがサンプルとサンプルとの間を移動する間に光学モジュール31を1ステップ移動させればよい。
尚、得られた蛍光画像を解析する際に支障がなければ、ガラスステージ32を連続回転させながら、光学モジュール31を連続的に移動させて、螺旋状に走査するようにしても構わない。
ところで、本実施の形態の場合にも、上記第1実施の形態~上記第3実施の形態の場合と同様に、上記第2走査方向(短走査方向→半径方向)の第2サンプリング間隔の距離を必要最小限の分解能が得られる長さに設定すると共に、上記第1走査方向(長走査方向→円周方向)の第1サンプリング間隔の距離を上記第2サンプリング間隔の距離よりも短く設定している。さらに、サンプル35の下面上を照射する上記励起光のスポットサイズを、上記第2走査方向へ、つまり半径方向への長さが、上記第1走査方向へ、つまり円周方向への長さよりも長くなるように設定している。したがって、両方向への走査時における微小粒子からの散乱光の検出速度を高め、且つ検出精度を高めることができるのである。
このように、本実施の形態においては、平面の透明ステージを二次元走査する場合における一方の方向への走査を回転動作によって行うようにすると共に、二つの走査駆動をガラスステージ32と光学モジュール31とに分担して行うようにしている。したがって、ガラスステージ32あるいは光学モジュール31のみに対して二つの走査駆動を行う場合に比して、CD(コンパクトディスク)プレーヤーのディスクとピックアップとの駆動機構をアレンジすればよく、簡素化を図ることができる。
尚、本実施の形態においても、上記第3実施の形態の場合と同様に、上記前方散乱光を検出するための検出器を備えて、上記前方散乱光に基づいて、サンプル35内の微粒子の位置マップを検出可能に構成することが可能である。さらに加えて、複数の波長の光源と上記ダイクロイックミラーとを備えて、サンプル35内の微粒子の種類を検出可能に構成することも可能である。
また、上記各実施の形態においては、光源として半導体レーザーを用いているが、小型で安価なLED(発光ダイオード)を用いてもよい。その場合には、光検出装置を安価に構成することが可能になる。
また、上記第3実施の形態および上記第4実施の形態において、上記前方散乱光および上記後方散乱光を用いてサンプル内の微粒子の種類およびその位置と粒子径とを検出する場合に、単一の半導体レーザー7から出射された励起光がサンプル6,35における下面上の集光された部分から周囲に等方的に散乱した蛍光のうち、上記前方散乱光と後方散乱光とを分離して検出するようにしている。
しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、サンプル6,35における光学モジュール4,31側とは反対側に、微粒子の種類およびその位置を検出するための第2の光源を、微粒子の粒径を検出するための第1の光源(半導体レーザー7)とは独立して設けても差し支えない。その場合に、上記種類およびその位置を検出するための検出器が受光する光は、上記第2の光源からの上記前方散乱光に限らず、正反射光や拡散反射光であってもよく、上記微粒子の種類およびその位置を精度良く検出可能な光であれば差し支えない。
また、上記第2の光源として、LEDを用いても良い。
以上のごとく、この発明の光検出装置は、
検出対象物6,35が載置されると共に、光透過性を有する透明ステージ5,32と、
光源7,26から出射された励起光を上記検出対象物6,35に照射する励起光学系と、
上記励起光の照射によって上記透明ステージ5,32に載置された上記検出対象物6,35の検出面から発せられた光を検出する検出光学系と、
上記検出光学系に含まれる共に、上記検出された光の強度を予め定められた設定間隔でサンプリングするデータサンプリング部と、
上記光源7,26と上記励起光学系と上記検出光学系とを含むと共に、上記データサンプリング部による第1サンプリング方向とこの第1サンプリング方向に交差する第2サンプリング方向とに、上記透明ステージ5,32を相対的に二次元走査を行う光学モジュール4,21,25,31と
を備え、
上記光学モジュール4,21,25,31における上記第1サンプリング方向への走査長は、上記第2サンプリング方向への走査長よりも長くなっており、
上記データサンプリング部は、上記光学モジュール4,21,25,31が上記第1サンプリング方向に走査を行っている場合には、第1サンプリング間隔で上記サンプリングを行う一方、上記第2サンプリング方向に走査を行っている場合には、上記第1サンプリング間隔とは異なる第2サンプリング間隔で上記サンプリングを行うようになっており、
上記励起光学系は、上記検出対象物6,35を照射する上記励起光のスポット形状を設定するアパーチャ10を含んでおり、
上記第1サンプリング間隔の距離は、上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さく設定されており、
上記アパーチャ10で設定される上記励起光のスポット20aの形状は、上記第1サンプリング方向のスポットサイズが、上記第2サンプリング方向のスポットサイズよりも小さく設定されている
ことを特徴としている。
検出対象物6,35が載置されると共に、光透過性を有する透明ステージ5,32と、
光源7,26から出射された励起光を上記検出対象物6,35に照射する励起光学系と、
上記励起光の照射によって上記透明ステージ5,32に載置された上記検出対象物6,35の検出面から発せられた光を検出する検出光学系と、
上記検出光学系に含まれる共に、上記検出された光の強度を予め定められた設定間隔でサンプリングするデータサンプリング部と、
上記光源7,26と上記励起光学系と上記検出光学系とを含むと共に、上記データサンプリング部による第1サンプリング方向とこの第1サンプリング方向に交差する第2サンプリング方向とに、上記透明ステージ5,32を相対的に二次元走査を行う光学モジュール4,21,25,31と
を備え、
上記光学モジュール4,21,25,31における上記第1サンプリング方向への走査長は、上記第2サンプリング方向への走査長よりも長くなっており、
上記データサンプリング部は、上記光学モジュール4,21,25,31が上記第1サンプリング方向に走査を行っている場合には、第1サンプリング間隔で上記サンプリングを行う一方、上記第2サンプリング方向に走査を行っている場合には、上記第1サンプリング間隔とは異なる第2サンプリング間隔で上記サンプリングを行うようになっており、
上記励起光学系は、上記検出対象物6,35を照射する上記励起光のスポット形状を設定するアパーチャ10を含んでおり、
上記第1サンプリング間隔の距離は、上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さく設定されており、
上記アパーチャ10で設定される上記励起光のスポット20aの形状は、上記第1サンプリング方向のスポットサイズが、上記第2サンプリング方向のスポットサイズよりも小さく設定されている
ことを特徴としている。
平面である上記透明ステージ5,32を二次元走査する場合、短走査方向と長走査方向とに分かれる。そのうちの上記長走査方向は、一回の走査距離が長いために短いサンプリング間隔で長距離を連続的に高速走査することが容易である。これに対し、上記短走査方向は、一回の走査距離が短いため、上述のような高速走査は困難である。
上記構成によれば、上記第1サンプリング方向を上記長走査方向とする一方、上記第2サンプリング方向を上記短走査方向とする。そして、上記長走査方向であるので短くできる上記第1サンプリング方向での上記第1サンプリング間隔の距離を、上記短走査方向であるので短くできない上記第2サンプリング方向での上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さく設定している。こうして、トータルとして高速に且つ高精度に、検出光強度を得るためのサンプリングを可能にすることができる。
さらに、上記光源7,26からの励起光の上記検出対象物6,35上におけるスポット20aの形状を、上記第1サンプリング方向のスポットサイズが、上記第2サンプリング方向のスポットサイズよりも小さく設定している。つまり、サンプリング間隔が狭い方向にはサイズが小さく、サンプリング間隔が広い方向にはサイズが大きく設定されている。したがって、短走査方向である上記第2サンプリング方向において、上記第2サンプリング間隔の距離を短くできないことによる上記検出対象物6,35の検出面から発せられる微小粒子等からの光の見落としの増加を低減し、さらなる高検出精度を図ることができる。
すなわち、この発明によれば、両方向への走査時における上記検出対象物6,35の検出面から発せられた光の検出速度を高め、且つ検出精度を高めることが可能になるのである。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記第1サンプリング間隔の距離に対する上記第2サンプリング間隔の距離の比の値は2以上であり、
上記励起光のスポット20aにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズに対する上記第2サンプリング方向へのスポットサイズの比の値は2以上である。
上記第1サンプリング間隔の距離に対する上記第2サンプリング間隔の距離の比の値は2以上であり、
上記励起光のスポット20aにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズに対する上記第2サンプリング方向へのスポットサイズの比の値は2以上である。
この実施の形態によれば、上記第1サンプリング間隔の距離に対する上記第2サンプリング間隔の距離の比の値を2以上とし、上記励起光のスポット20aにおける上記第1サンプリング方向へのサイズに対する上記第2サンプリング方向へのサイズの比の値を2以上としている。こうして、上記検出対象物6,35の検出面から発せられた光を検出する際に、検出速度を高め、且つ検出精度を高めるという効果を、明確に得ることができる。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記検出対象物6,35には、上記励起光の照射によって光を発する微小粒子17が二次元的に拡散されており、
上記微小粒子17のサイズは、上記検出対象物6,35上に形成される上記励起光のスポット20aにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズよりも小さく、
上記検出光学系は、上記検出対象物6,35に拡散されている上記微小粒子17から発せられた光を検出することによって、上記微小粒子17を検出するようになっている。
上記検出対象物6,35には、上記励起光の照射によって光を発する微小粒子17が二次元的に拡散されており、
上記微小粒子17のサイズは、上記検出対象物6,35上に形成される上記励起光のスポット20aにおける上記第1サンプリング方向へのスポットサイズよりも小さく、
上記検出光学系は、上記検出対象物6,35に拡散されている上記微小粒子17から発せられた光を検出することによって、上記微小粒子17を検出するようになっている。
この実施の形態によれば、上記検出対象物6,35に拡散されている上記微小粒子17を検出する場合において、上記微小粒子17のサイズが上記励起光のスポット20aにおける上記第1サンプリング方向へのサイズよりも小さいので、上記第1サンプリング方向への走査時における上記微小粒子17の見逃しを防止して高い検出精度を呈することができる。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記光学モジュール4,21,25を、上記透明ステージ5に対して、上記第1サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュール4,21,25を、上記透明ステージ5に対して、上記第1サンプリング方向に略直交する上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
上記光学モジュール4,21,25を、上記透明ステージ5に対して、上記第1サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュール4,21,25を、上記透明ステージ5に対して、上記第1サンプリング方向に略直交する上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
この実施の形態によれば、上記光学モジュール4,21,25あるいは上記透明ステージ5を、略直交する二つのサンプリング方向に、互いに相対的に走査する光検出装置において、上記両サンプリング方向への走査時における上記検出対象物6の検出面から発せられた光の検出速度を高め、且つ検出精度を高めることを可能にする。
また、一実施の形態の光検出装置では、
上記第1サンプリング方向は円周方向である一方、上記第2サンプリング方向は上記円周の半径方向であり、
上記透明ステージ32を、上記円周の中心を中心として、上記光学モジュール31に対して相対的に回転動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュール31を、上記透明ステージ32に対して、上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
上記第1サンプリング方向は円周方向である一方、上記第2サンプリング方向は上記円周の半径方向であり、
上記透明ステージ32を、上記円周の中心を中心として、上記光学モジュール31に対して相対的に回転動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュール31を、上記透明ステージ32に対して、上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えている。
この実施の形態によれば、平面の透明ステージ32を二次元走査する場合における一方の方向への走査を回転動作によって行うようにすると共に、上記一方と他方との両方向への二つの走査駆動を透明ステージ32と光学モジュール31とで分担して行うようにしている。したがって、透明ステージ32あるいは光学モジュール31のみに対して二つの走査駆動を行う場合に比較して、走査駆動の動作部における構造の簡素化を図ることができる。
1…光源装置、
2…対物レンズ、
3…検出装置、
4,21,25,31…光学モジュール、
5,32…ガラスステージ、
6,35…サンプル、
7…半導体レーザー(第1半導体レーザー)、
8…第1レンズ、
9…スポットサイズ調整レンズ、
10…アパーチャ、
11…プリズム、
12…NDフィルタ、
13…第2レンズ、
14…ピンホール、
15…検出器(第1検出器)、
16…回転フォルダ、
17…微小粒子、
19…アナログデータを示す曲線、
20a…アパーチャを用いた励起光のスポット、
20b…アパーチャを用いない励起光のスポット、
22…第2検出器、
23…前方散乱光、
26…第2半導体レーザー、
27…第3レンズ、
28…ダイクロイックミラー、
33…ガラスステージの中心軸、
34…スピンドルモータ。
2…対物レンズ、
3…検出装置、
4,21,25,31…光学モジュール、
5,32…ガラスステージ、
6,35…サンプル、
7…半導体レーザー(第1半導体レーザー)、
8…第1レンズ、
9…スポットサイズ調整レンズ、
10…アパーチャ、
11…プリズム、
12…NDフィルタ、
13…第2レンズ、
14…ピンホール、
15…検出器(第1検出器)、
16…回転フォルダ、
17…微小粒子、
19…アナログデータを示す曲線、
20a…アパーチャを用いた励起光のスポット、
20b…アパーチャを用いない励起光のスポット、
22…第2検出器、
23…前方散乱光、
26…第2半導体レーザー、
27…第3レンズ、
28…ダイクロイックミラー、
33…ガラスステージの中心軸、
34…スピンドルモータ。
Claims (5)
- 検出対象物(6,35)が載置されると共に、光透過性を有する透明ステージ(5,32)と、
光源(7,26)から出射された励起光を上記検出対象物(6,35)に照射する励起光学系と、
上記励起光の照射によって上記透明ステージ(5,32)に載置された上記検出対象物(6,35)の検出面から発せられた光を検出する検出光学系と、
上記検出光学系に含まれる共に、上記検出された光の強度を予め定められた設定間隔でサンプリングするデータサンプリング部と、
上記光源(7,26)と上記励起光学系と上記検出光学系とを含むと共に、上記データサンプリング部による第1サンプリング方向とこの第1サンプリング方向に交差する第2サンプリング方向とに、上記透明ステージ(5,32)を相対的に二次元走査を行う光学モジュール(4,21,25,31)と
を備え、
上記光学モジュール(4,21,25,31)における上記第1サンプリング方向への走査長は、上記第2サンプリング方向への走査長よりも長くなっており、
上記データサンプリング部は、上記光学モジュール(4,21,25,31)が上記第1サンプリング方向に走査を行っている場合には、第1サンプリング間隔で上記サンプリングを行う一方、上記第2サンプリング方向に走査を行っている場合には、上記第1サンプリング間隔とは異なる第2サンプリング間隔で上記サンプリングを行うようになっており、
上記励起光学系は、上記検出対象物(6,35)を照射する上記励起光のスポット形状を設定するアパーチャ(10)を含んでおり、
上記第1サンプリング間隔の距離は、上記第2サンプリング間隔の距離よりも小さく設定されており、
上記アパーチャ(10)で設定される上記励起光のスポット(20a)の形状は、上記第1サンプリング方向のスポットサイズが、上記第2サンプリング方向のスポットサイズよりも小さく設定されている
ことを特徴とする光検出装置。 - 請求項1に記載の光検出装置において、
上記第1サンプリング間隔の距離に対する上記第2サンプリング間隔の距離の比の値は2以上であり、
上記励起光のスポット(20a)における上記第1サンプリング方向へのスポットサイズに対する上記第2サンプリング方向へのスポットサイズの比の値は2以上である
ことを特徴とする光検出装置。 - 請求項1あるいは請求項2に記載の光検出装置において、
上記検出対象物(6,35)には、上記励起光の照射によって光を発する微小粒子(17)が二次元的に拡散されており、
上記微小粒子(17)のサイズは、上記検出対象物(6,35)上に形成される上記励起光のスポット(20a)における上記第1サンプリング方向へのスポットサイズよりも小さく、
上記検出光学系は、上記検出対象物(6,35)に拡散されている上記微小粒子(17)から発せられた光を検出することによって、上記微小粒子(17)を検出するようになっている
ことを特徴とする光検出装置。 - 請求項1から請求項3の何れか一つに記載の光検出装置において、
上記光学モジュール(4,21,25)を、上記透明ステージ(5)に対して、上記第1サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュール(4,21,25)を、上記透明ステージ(5)に対して、上記第1サンプリング方向に略直交する上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えたことを特徴とする光検出装置。 - 請求項1から請求項3の何れか一つに記載の光検出装置において、
上記第1サンプリング方向は円周方向である一方、上記第2サンプリング方向は上記円周の半径方向であり、
上記透明ステージ(32)を、上記円周の中心を中心として、上記光学モジュール(31)に対して相対的に回転動作をさせる第1動作部と、
上記光学モジュール(31)を、上記透明ステージ(32)に対して、上記第2サンプリング方向に相対的に往復動作をさせる第2動作部と、
を備えたことを特徴とする光検出装置。
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2013
- 2013-08-23 JP JP2013173772A patent/JP5760054B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-08-20 WO PCT/JP2014/071753 patent/WO2015025880A1/ja active Application Filing
- 2014-08-20 EP EP14838153.6A patent/EP2980563A4/en not_active Withdrawn
- 2014-08-20 US US14/766,801 patent/US9528924B2/en not_active Expired - Fee Related
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