WO2024090068A1 - 蛍光検出装置及び蛍光検出装置用プレート - Google Patents

蛍光検出装置及び蛍光検出装置用プレート Download PDF

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WO2024090068A1
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detection device
fluorescence detection
fluorescence
light
detection mechanism
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PCT/JP2023/033772
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友彦 馬場
直樹 西
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence

Definitions

  • This technology relates to a fluorescence detection device and a plate for the fluorescence detection device.
  • Patent Document 1 discloses a biosensor that detects the fluorescence of a sample using a semiconductor imaging element.
  • Patent Document 1 It is believed that the technology described in Patent Document 1 can be used to detect the fluorescence of a sample. However, the light utilization efficiency of the technology described in Patent Document 1 cannot be said to be sufficiently high, and there is thought to be room for improvement.
  • the main objective of this technology is to provide a fluorescence detection device with high light utilization efficiency.
  • a fluorescence detection device that detects fluorescence from a test object generated by irradiation with excitation light, a microwell array layer having on its upper surface a two-dimensional array of microwells capable of accommodating test specimens; a first detection mechanism provided below the microwell array layer and corresponding to each microwell; solid-state imaging devices provided below the first detection mechanisms and corresponding to the first detection mechanisms; the first detection mechanism includes a first microlens group having a positive power; A fluorescence detection device is provided.
  • the first detection mechanism may include, in order from the microwell side, a first microlens group having positive power and an optical filter that transmits the fluorescent light.
  • the excitation light may be obliquely irradiated onto the top surface of the microwell array layer.
  • the fluorescence detection device may further include a second detection mechanism provided between the first detection mechanism and the solid-state imaging element in correspondence with each of the first detection mechanisms, and the second detection mechanisms may include a second microlens group having positive power.
  • the second detection mechanism may include, in order from the first detection mechanism side, a second microlens group having positive power and a light-shielding film having an opening, and the opening may be positioned corresponding to a focal position of the second microlens group.
  • the solid-state imaging element may have a light-receiving surface for the fluorescence, and the fluorescence reaching the light-receiving surface from the microwell may have an optical axis perpendicular to the light-receiving surface.
  • a combination of one second detection mechanism and one solid-state imaging element arranged in the vertical direction corresponding to one microwell may be arranged in parallel in the horizontal direction.
  • an air layer may be provided between the first detection mechanism and the second detection mechanism.
  • the first microlens group may be a diffractive lens or a metalens.
  • the second microlens group may be a diffractive lens or a metalens.
  • the optical filter may block the excitation light.
  • the diameter of the opening of the light-shielding film may be 0.0003 mm or more and 0.01 mm or less.
  • the focal length of the second microlens group may be not less than 0.0003 mm and not more than 3 mm.
  • the fluorescence detection device may further include a light source that irradiates the excitation light.
  • a microwell array layer having on its upper surface a two-dimensional array of microwells capable of accommodating test specimens; a first detection mechanism provided below the microwell array layer and corresponding to each microwell; the first detection mechanism includes a first microlens group having a positive power; Plates for fluorescence detection devices are also provided.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a flow of fluorescence detection by a microscope.
  • 1 is a schematic diagram showing a cross section of an example of a fluorescence detection device according to the present technology.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a plate for a fluorescence detection device.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a portion indicated by a dashed line in FIG. 3 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a plate for a fluorescence detection device.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of a microwell containing a test specimen.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section of a second detection mechanism.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing light (angle of view: 0°) incident on a second detection mechanism;
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing light (angle of view: 10°) incident on a second detection mechanism.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a solid-state imaging element having a silicon (Si) substrate and a second detection mechanism including a light-shielding film.
  • 1 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device according to a first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device according to a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device according to a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of a simulation when the incident angle of excitation light is 0°.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of a simulation in which the incident angle of excitation light is 30°.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of a simulation in which the incident angle of the excitation light is 33°.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of a simulation when the incident angle of excitation light is 0°.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of a simulation in which the incident angle of excitation light is 30°.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a part of a fluorescence detection device according to a modified example of the third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a fluorescence detection device according to a modified example of the third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a cross section of an example of a fluorescence detection device according to a modified example of the third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a cross section of another example of a fluorescence detection device according to a modified example of the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of an example of a fluorescence detection device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of an example of a fluorescence detection device.
  • FIG. 2 is a first diagram for explaining a method for manufacturing a fluorescence detection device.
  • FIG. 11 is a second diagram for explaining the method for manufacturing the fluorescence detection device.
  • FIG. 11 is a third diagram for explaining the method for manufacturing the fluorescence detection device.
  • FIG. 4 is a fourth diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 5 is a fifth diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 6 is a sixth diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 7 is a seventh diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 8 is an eighth diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 9 is a ninth diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 11 is a second diagram for explaining the method for manufacturing the fluorescence detection device.
  • FIG. 11 is a third diagram for explaining the method for manufacturing the fluorescence detection device.
  • FIG. 10 is a tenth diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 11 is an eleventh diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • FIG. 12 is a twelfth diagram for explaining the manufacturing method of the fluorescence detection device.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing the flow of fluorescence detection using a microscope.
  • horizontally irradiated excitation light L100 (e.g., wavelength 480 nm) is reflected by a mirror and travels upward.
  • the upward-directed excitation light L100 is irradiated onto a sample S (subject under test). Fluorescent molecules in the sample S are excited, and fluorescence is emitted. The emitted fluorescence travels downward while passing through a mirror and a filter.
  • fluorescence L200 e.g., wavelength 530 nm
  • a detection unit D e.g., a sensor
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of an example of a fluorescence detection device 1 according to the present technology.
  • the fluorescence detection device 1 basically has a configuration in which a fluorescence detection device plate 10 and a solid-state imaging device 100 are arranged one above the other.
  • the plate 10 for the fluorescence detection device has a microwell array layer on its upper surface that has a two-dimensional array of microwells capable of accommodating test samples.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the plate 10 for the fluorescence detection device in a plan view. However, microwells are not shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of the portion indicated by the dashed line in FIG. 3. As shown in FIG. 4, a large number of microwells 21 are formed on the upper surface of the plate 10 for the fluorescence detection device. The large number of microwells 21 are arranged in a two-dimensional array.
  • the fluorescence detection device plate 10 further includes a first detection mechanism provided below the microwell array layer in correspondence with each microwell 21.
  • the solid-state imaging device 100 which is provided below the first detection mechanisms, includes solid-state imaging elements provided corresponding to each of the first detection mechanisms.
  • the solid-state imaging elements detect the fluorescence of the specimen generated by irradiation with excitation light. Specifically, the specimen is contained in a microwell 21, and the specimen is irradiated with excitation light. The specimen that receives the excitation light emits fluorescence. Some of the fluorescence travels downward in the fluorescence detection device plate and is ultimately detected by the solid-state imaging elements. In this way, the fluorescence detection device 1 can simultaneously detect the fluorescence of many specimens contained in many microwells 21.
  • the fluorescence detection device 1 uses a solid-state image sensor that has a fast optical response speed and is capable of high-speed recording. Therefore, the fluorescence detection device 1 can instantly detect the fluorescence of the test object.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a plate 10 for a fluorescence detection device. Specifically, FIG. 5 shows a cross section in the thickness direction (direction perpendicular to the surface direction) including one microwell 21. Note that when cross sections are shown in the drawings described below, the cross sections are cross sections in the thickness direction, like FIG. 5.
  • one first detection mechanism 30 is provided below one microwell 21 provided in the microwell array layer 20.
  • one microwell 21 and one first detection mechanism 30 are arranged one above the other.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross section of a microwell 21 containing the specimen S. As shown in FIG. 6, the specimen S is contained in the microwell 21 together with a liquid such as sample liquid LQ. When the specimen S is irradiated with excitation light, it emits fluorescence L1 in all directions.
  • the shape of the microwell 21 in a plan view may be, for example, a circular shape, but is not limited to this.
  • the shape of the bottom surface of the microwell 21 may be, for example, a U-bottom shape, a round bottom shape, or a flat bottom shape, but is not limited to these.
  • the portion in which the specimen is held is not limited to the two-dimensional array of microwells 21. Therefore, in the plate 10 for a fluorescence detection device, the microwell array layer 20 having on its upper surface a two-dimensional array of microwells 21 capable of holding specimens may be replaced with another device.
  • the other device is a device having a specimen holding section capable of holding specimens, and may be, for example, a device having an array of specimen holding sections capable of holding specimens.
  • An array of specimen holding sections is a state in which multiple (particularly a large number) specimen holding sections are regularly arranged, and such an arrangement allows multiple (particularly a large number) specimens to be detected simultaneously.
  • the first detection mechanism 30 includes a first microlens group 31 having positive power.
  • a "microlens group” may be composed of one microlens or two or more microlenses.
  • the first microlens group 31 may be composed of, for example, a diffractive lens or a metalens.
  • the first microlens group 31 has the function of converting divergent light L2, which is part of the fluorescence L1 (see FIG. 6) emitted from the specimen S and passes through the microwell array layer 20, into parallel light L3. As shown in FIG. 5, the divergent light L2 passes through the microwell array layer 20 and travels downward toward the first microlens group 31. The first microlens group 31 converts the divergent light L2 into parallel light L3 by bending the divergent light L2.
  • the parallel light L3 can reach the light receiving surface (not shown) of the solid-state imaging element. Therefore, the parallel light L3 that reaches the light receiving surface of the solid-state imaging element from the microwell 21 has an optical axis perpendicular to the light receiving surface.
  • the plate 10 for the fluorescence detection device is equipped with a first microlens group 31 having positive power, and thus can efficiently guide the fluorescence L1 emitted from the specimen S to the light receiving surface of the solid-state imaging element. This can improve the light utilization efficiency of the fluorescence detection device 1.
  • the first detection mechanism 30 may further include an optical filter that transmits the fluorescence.
  • the first detection mechanism 30 may include, in order from the microwell 21 side (microwell array layer 20 side), a first microlens group 31 having positive power and an optical filter 32 that transmits the fluorescence.
  • the optical filter 32 may be, for example, an optical filter that blocks excitation light, and more specifically, may be an optical filter that blocks excitation light and transmits fluorescence.
  • the optical filter 32 in the first detection mechanism 30, it is possible to prevent excitation light, which is noise, from entering the solid-state imaging element. This makes it possible to increase the signal-to-noise ratio in the fluorescence detection device 1.
  • the plate 10 for the fluorescence detection device may further include a second detection mechanism provided between the first detection mechanism 30 and the solid-state image sensor, corresponding to each of the first detection mechanisms 30. This can further increase the light utilization efficiency of the fluorescence detection device 1.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross section of the second detection mechanism 40.
  • the second detection mechanism 40 shown in FIG. 7 is provided below the first detection mechanism 30.
  • at least one second detection mechanism 40 is provided below one first detection mechanism 30 shown in FIG. 5. That is, the microwell 21 and first detection mechanism 30 shown in FIG. 5 and the second detection mechanism 30 shown in FIG. 7 are arranged one above the other.
  • a solid-state imaging element is provided below the second detection mechanism 40.
  • the number of second detection mechanisms 40 provided corresponding to one microwell 21 and one first detection mechanism 30 may be one or more.
  • the multiple second detection mechanisms 40 are arranged side by side in the horizontal direction (a direction perpendicular to the up-down direction).
  • the second detection mechanism 40 includes a second microlens group 41 having positive power.
  • the second microlens group 41 shown in FIG. 7 is composed of two microlenses 41a and 41b, but the number of microlenses constituting the second microlens group 41 is not limited to this.
  • the second microlens group 41 may be composed of one microlens, or may be composed of two or more microlenses.
  • the second microlens group 41 may be composed of, for example, a diffractive lens or a metalens.
  • the divergent light L2 becomes parallel light L3 in the first detection mechanism 30.
  • the parallel light L3 is refracted in the second microlens group 41 of the second detection mechanism 40.
  • the refracted light L4 that passes through the second microlens group 41 is focused at the focal position F of the second microlens group 41.
  • the "focal position” refers to the composite focal position when the second microlens group 41 is composed of multiple microlenses.
  • the focal length of the second microlens group 41 is, for example, 0.0003 mm or more and 3 mm or less.
  • focal length refers to the composite focal length when the second microlens group 41 is composed of multiple microlenses.
  • the second detection mechanism 40 may include a light-shielding film 42 having an opening 43.
  • the opening 43 is positioned corresponding to the focal position F of the second microlens group 41.
  • the shape of the opening 43 in the light-shielding film 42 in a planar view may be, for example, a circle, a square, or a polygon, but is not limited to these.
  • the diameter of the opening 43 in the light-shielding film 42 is, for example, 0.0003 mm or more and 0.01 mm or less.
  • the "diameter of the opening” refers to the diameter when the shape of the opening 43 in a plan view is circular, and refers to the diameter of the smallest including circle when the shape is other than circular.
  • the diameter of the opening 43 is the diameter of the smallest circle that includes the polygon.
  • FIGs 8 and 9 are schematic diagrams showing light incident on the second detection mechanism 40. Note that in the second detection mechanism 40 shown in Figures 8 and 9, the left side of the figure is the first detection mechanism side (upper side in Figure 7), and the right side of the figure is the solid-state imaging element side (lower side in Figure 7).
  • incident light L11 with a field angle of 0° is shown.
  • the focal position F of the second microlens group 41 is the imaging position of the incident light L11.
  • the fluorescence that has passed through the first microlens group 31 (first detection mechanism 30), the second microlens group 41 (second detection mechanism 40), and the opening 43 in the light-shielding film 42 corresponding to one microwell 21 has an optical axis perpendicular to the light-receiving surface of the solid-state imaging element.
  • incident light L12 with a field angle of 10° is shown.
  • the off-axis rays of incident light L12 are calculated to be shifted from the focal position F of the second microlens group 41.
  • the off-axis rays can be blocked by setting the diameter of the opening 43 of the light-shielding film 42 to a size that can block the off-axis rays. For example, if the off-axis rays of incident light L12 are calculated to be shifted from the focal position F by 0.93 ⁇ m, the off-axis rays can be blocked by positioning an opening 43 with a diameter of 1 ⁇ m to correspond to the focal position F.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a solid-state imaging element having a silicon (Si) substrate, and a second detection mechanism 40 including a light-shielding film 43.
  • the light-shielding film 43 shown in FIG. 10 can be produced during the manufacturing process of the solid-state imaging element, specifically, in a process subsequent to the process of producing the silicon substrate. This allows the solid-state imaging element and the second detection mechanism 40 including the light-shielding film 43 to be produced in a single manufacturing process.
  • the solid-state image sensor is provided below the first detection mechanisms 30 in correspondence with each of the first detection mechanisms 30. If the fluorescence detection device 1 is equipped with second detection mechanisms 40, the solid-state image sensor is provided below the second detection mechanisms 40 in correspondence with each of the second detection mechanisms 40.
  • the solid-state imaging element is provided in a solid-state imaging device 100 shown in FIG. 2.
  • the solid-state imaging device 100 may be, for example, a back-illuminated CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging device, but is not limited to this.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the fluorescence detection device 1 may further include a light source that irradiates excitation light.
  • the fluorescence detection device 1 includes the light source, the excitation light that is irradiated to the specimen contained in the microwell 21 is emitted from the light source.
  • the light source is provided, for example, above the microwell array layer 20.
  • the light source is not an essential component of the fluorescence detection device 1.
  • the light source may be provided, for example, outside the fluorescence detection device 1.
  • the fluorescence detection device 1 may further include a ceramic package 210.
  • the fluorescence detection device plate 10 and the solid-state imaging device 100 are disposed inside the ceramic package 210.
  • the solid-state imaging device 100 is electrically connected to the outside by, for example, wire bonding via wires 220.
  • the specimen S contained in the microwell 21 of the fluorescence detection device 1 may be, for example, a cell, a cell cluster, a microorganism, or a biomolecule.
  • the cells may include animal cells and plant cells.
  • the cell clusters may include spheroids and organoids.
  • the microorganisms may include bacteria such as E. coli, viruses such as coronaviruses, and fungi such as yeast.
  • the biomolecules may include biological macromolecules such as nucleic acids, proteins, and complexes thereof.
  • a chemical or biological label such as a fluorescent dye or fluorescent protein, may be attached to the specimen S.
  • the label to be attached may be appropriately selected by a person skilled in the art.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of the fluorescence detection device 1A according to the first embodiment.
  • the fluorescence detection device 1A comprises, from top to bottom, a microwell array layer 20 having microwells 21 on its upper surface, a first detection mechanism 30, and a second detection mechanism 40.
  • the fluorescence detection device 1A also comprises a solid-state imaging element below the second detection mechanism 40 (not shown). That is, in the fluorescence detection device 1A, a structural unit is formed that includes a combination of one first detection mechanism 30, one second detection mechanism 40, and one solid-state imaging element arranged in the vertical direction corresponding to one microwell 21.
  • the first detection mechanism 30 includes, from above (from the microwell 21 side), a first microlens group 31 with positive power, and an optical filter 32 that blocks excitation light and transmits fluorescence.
  • the second detection mechanism 40 includes, from above (from the first detection mechanism 30 side), a second microlens group 41 with positive power, and a light-shielding film 42 with an opening 43. The opening 43 is positioned to correspond to the focal position of the second microlens group 41.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of the fluorescence detection device 1A according to the first embodiment.
  • FIG. 12 shows a cross section having a wider range in the horizontal direction than the cross section shown in FIG. 11.
  • a plurality of the structural units of FIG. 11 are arranged in parallel in the horizontal direction corresponding to each microwell 21.
  • solid-state imaging elements are provided below the second detection mechanisms 40 and corresponding to each second detection mechanism 40.
  • the light utilization efficiency can be improved by the first microlens group 31 and the second microlens group 41.
  • the signal-to-noise ratio can be improved by the optical filter 32 and the light-shielding film 42.
  • the excitation light L100 is irradiated from above the fluorescence detection device 1A.
  • the excitation light L100 is preferably irradiated from directly above the fluorescence detection device 1A or from diagonally above, more preferably from diagonally above.
  • the excitation light L100 is preferably irradiated vertically or diagonally to the upper surface of the microwell array layer 20, more preferably diagonally to the upper surface of the microwell array layer 20.
  • the angle of incidence of the excitation light L100 is 0°.
  • the angle of incidence of the excitation light L100 is, for example, 10° to 60°, preferably 20° to 40°, more preferably 25° to 35°, and even more preferably 30° to 35°.
  • the angle of incidence of the excitation light is the angle between the direction perpendicular to the surface direction of the microwell array layer 20 and the optical axis of the excitation light.
  • the signal-to-noise ratio in the fluorescence detection device 1A can be further improved.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device 1Aa according to a modified example of the first embodiment.
  • the fluorescence detection device 1Aa according to the modified example differs from the fluorescence detection device 1A according to the first embodiment in that it is provided with multiple second detection mechanisms 40 for one microwell 21, but is otherwise the same as the fluorescence detection device 1A.
  • FIG. 13 shows three second detection mechanisms 40 for one microwell 21, the number of second detection mechanisms 40 is not limited to this and may be more than one.
  • the fluorescence detection device 1Aa comprises, from the top, a microwell array layer 20 having microwells 21 on its upper surface, a first detection mechanism 30, and a second detection mechanism 40.
  • the fluorescence detection device 1Aa also comprises solid-state imaging elements (not shown) provided below the second detection mechanisms 40 in correspondence with each second detection mechanism 40.
  • solid-state imaging elements not shown
  • a structural unit is formed in which a combination of one second detection mechanism 40 and one solid-state imaging element arranged in the vertical direction corresponding to one microwell 21 is arranged in parallel in the horizontal direction. In this way, in the fluorescence detection device 1Aa, multiple second detection mechanisms 40 and multiple solid-state imaging elements are provided for one microwell 21.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device 1Aa according to a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 14 shows a cross section having a wider range in the horizontal direction than the cross section shown in FIG. 13.
  • a plurality of the structural units of FIG. 13 are arranged in parallel in the horizontal direction corresponding to each microwell 21.
  • a solid-state imaging element is provided below the second detection mechanism 40 and corresponding to each second detection mechanism 40.
  • the fluorescence detection device 1Aa is equipped with multiple solid-state imaging elements for one microwell 21. Therefore, the fluorescence detection device 1Aa can detect the fluorescence emitted from the test object in the microwell 21 with higher sensitivity.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device 1B according to the second embodiment.
  • the fluorescence detection device 1B according to the second embodiment differs from the fluorescence detection device 1A according to the first embodiment in that the first detection mechanism 30 does not include an optical filter, but is otherwise the same as the fluorescence detection device 1A.
  • the fluorescence detection device 1B comprises, from top to bottom, a microwell array layer 20 having microwells 21 on its upper surface, a first detection mechanism 30, and a second detection mechanism 40.
  • the fluorescence detection device 1B also comprises a solid-state imaging element below the second detection mechanism 40 (not shown). That is, in the fluorescence detection device 1B, a structural unit is formed that includes a combination of one first detection mechanism 30, one second detection mechanism 40, and one solid-state imaging element arranged in the vertical direction corresponding to one microwell 21.
  • the first detection mechanism 30 includes a first microlens group 31 with positive power and does not include an optical filter.
  • the second detection mechanism 40 includes, from above (from the first detection mechanism 30 side), a second microlens group 41 with positive power and a light-shielding film 42 with an opening 43.
  • the opening 43 is positioned to correspond to the focal position of the second microlens group 41.
  • the fluorescence detection device 1B according to the second embodiment is different from the fluorescence detection device 1A according to the first embodiment in that it does not have an optical filter. Therefore, the fluorescence detection device 1B is more advantageous in terms of manufacturing costs than the fluorescence detection device 1A, but the signal-to-noise ratio may be inferior because the amount of excitation light that reaches the light receiving surface of the solid-state image sensor may increase.
  • the excitation light be irradiated obliquely onto the upper surface of the microwell array layer 20, as explained in "3-1. First embodiment" above.
  • the preferred numerical range of the incidence angle of the excitation light is as described in 3-1. above.
  • Figures 16 to 18 show the results of a simulation when the angles of incidence of the excitation light L100 are 0°, 30°, and 33°, respectively.
  • the solid line X indicates the position where the opening in the light-shielding film 42 is located.
  • the ellipse Y indicates the excitation light that has passed through the opening in the light-shielding film 42.
  • excitation light L100 with an incident angle of 0° is irradiated, part of the excitation light L100 passes through the opening in the light-shielding film 42 and reaches the light-receiving surface of the solid-state imaging element.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device 1C according to the third embodiment.
  • the fluorescence detection device 1C according to the third embodiment differs from the fluorescence detection device 1B according to the second embodiment in that the second detection mechanism 40 does not include a light-shielding film with an opening, but is otherwise the same as the fluorescence detection device 1B.
  • the fluorescence detection device 1C comprises, from top to bottom, a microwell array layer 20 having microwells 21 on its upper surface, a first detection mechanism 30, and a second detection mechanism 40.
  • the fluorescence detection device 1C also comprises a solid-state imaging element below the second detection mechanism 40 (not shown). That is, in the fluorescence detection device 1C, a structural unit is formed that includes a combination of one first detection mechanism 30, one second detection mechanism 40, and one solid-state imaging element arranged in the vertical direction corresponding to one microwell 21.
  • the first detection mechanism 30 of the fluorescence detection device 1C includes a first microlens group 31 with positive power and does not include an optical filter.
  • the second detection mechanism 40 includes a second microlens group 41 with positive power and does not include a light-shielding film with an opening.
  • the fluorescence detection device 1C according to the third embodiment is more advantageous in terms of manufacturing costs than the fluorescence detection device 1A according to the first embodiment and the fluorescence detection device 1B according to the second embodiment, but may have an inferior S/N ratio. This is because the fluorescence detection device 1C does not have an optical filter or light-shielding film for blocking or reducing excitation light, which may increase the amount of excitation light that reaches the light-receiving surface of the solid-state imaging element. However, the fluorescence detection device 1C improves light utilization efficiency by using the first microlens group 31 and the second microlens group 41, so it is possible to detect fluorescence emitted from the test object. For example, the fluorescence detection device 1C may be adopted when prioritizing reduced manufacturing costs over improved S/N ratio.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a cross section of a portion of a fluorescence detection device 1Ca according to a modified example of the third embodiment.
  • the fluorescence detection device 1Ca according to the modified example differs from the fluorescence detection device 1C according to the third embodiment in that it includes a substrate 50 and an air layer 60, but is otherwise the same as the fluorescence detection device 1C.
  • the fluorescence detection device 1Ca comprises, from the top, a microwell array layer 20 having microwells 21 on its upper surface, a first detection mechanism 30, a substrate 50, an air layer 60, and a second detection mechanism 40.
  • the fluorescence detection device 1Ca also comprises a solid-state imaging element below the second detection mechanism 40 (not shown). That is, in the fluorescence detection device 1Ca, a structural unit is formed that corresponds to one microwell 21 and includes a combination of one first detection mechanism 30, a substrate 50, an air layer 60, one second detection mechanism 40, and one solid-state imaging element arranged in the vertical direction.
  • the substrate 50 is a plate-like member for arranging the microwell array layer 20 and the first detection mechanism 30.
  • the substrate 50 may be made of glass, for example.
  • the substrate 50 is provided below the first detection mechanism 30, and more specifically, is provided between the first detection mechanism 30 and the air layer 60.
  • the air layer 60 is a portion where no components are arranged.
  • the air layer 60 is provided below the substrate 50, and more specifically, between the substrate 50 and the second detection mechanism 40.
  • the air layer 60 is formed by arranging the substrate 50 and the second detection mechanism 40 at a distance from each other.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing an example of a fluorescence detection device 1Ca according to a modified example of the third embodiment.
  • the left side of FIG. 21 shows a cross section of a portion of the fluorescence detection device 1Ca.
  • the left side of FIG. 21 shows a cross section having a wider range in the horizontal direction than the cross section shown in FIG. 20.
  • a plurality of the structural units of FIG. 20 are arranged in parallel in the horizontal direction corresponding to each microwell 21.
  • a solid-state imaging element is provided below the second detection mechanism 40 and corresponding to each second detection mechanism 40.
  • fluorescence detection device 1Ca may include, from the top, a microwell array substrate section 110 and a sensor section 120.
  • Microwell array substrate section 110 includes, from the top, a microwell array layer 20, a first detection mechanism 30, and a substrate 50.
  • Sensor section 120 includes, from the top, a second detection mechanism 40 and a solid-state imaging element.
  • An air layer 60 is provided between microwell array substrate section 110 and sensor section 120.
  • fluorescence detection device 1Ca may have a configuration that includes, from the top, a microwell array substrate section 110, an air layer 60, and a sensor section 120.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a cross section of an example of a fluorescence detection device 1Ca relating to a modified example of the third embodiment.
  • the fluorescence detection device 1Ca shown in FIGS. 20 and 21 has, for example, the overall configuration shown in FIG. 22.
  • the fluorescence detection device 1Ca includes a ceramic package 210.
  • the sensor unit 120 is disposed inside the ceramic package 210.
  • the sensor unit 120 is electrically connected to the outside by, for example, wire bonding via a wire 220.
  • the fluorescence detection device 1Ca further includes a holding section 230 that holds the microwell array substrate section 110 at a distance from the sensor section 120. That is, the microwell array substrate section 110 is held at a position above and spaced apart from the sensor section 120 by the holding section 230. This forms an air layer 60 between the microwell array substrate section 110 and the sensor section 120.
  • the microwell array substrate portion 110 can be structured to be separable from the sensor portion 120. This allows the used microwell array substrate portion 110 to be replaced with a new microwell array substrate portion 110 after a series of fluorescence detection operations using the microwell array substrate portion 110 have been completed. Therefore, the components other than the microwell array substrate portion 110 can be used repeatedly.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing a cross section of another example of a fluorescence detection device 1Ca according to a modified example of the third embodiment. Unlike FIG. 22, the fluorescence detection device 1Ca shown in FIG. 23 includes a protective plate portion 240.
  • the protective plate 240 is a plate-shaped member for protecting the sensor section 120.
  • the protective plate 240 may be made of glass, for example.
  • the protective plate 240 is provided between the microwell array substrate section 110 and the sensor section 120. There is a gap between the microwell array substrate section 110 and the protective plate 240, and between the protective plate 240 and the sensor section 120. Therefore, there is an air layer 60 (first air layer) between the microwell array substrate section 110 and the protective plate 240, and there is also an air layer 60 (second air layer) between the protective plate 240 and the sensor section 120. That is, the protective plate 240 in FIG. 23 is provided at a position corresponding to the air layer 60 shown in FIG. 22.
  • Fluorescence detection device 1Ca shown in FIG. 23 includes a holding section 230a.
  • Holding section 230a holds microwell array substrate section 110 and protective plate section 240. More specifically, holding section 230a holds microwell array substrate section 110 at a distance from protective plate section 240, and holds protective plate section 240 at a distance from sensor section 120. In this way, microwell array substrate section 110 is held at a position spaced above protective plate section 240. Also, protective plate section 240 is held at a position spaced above sensor section 120.
  • the configuration of the fluorescence detection device of the present technology is not limited to the configuration of the embodiments and modifications described above.
  • the components in each embodiment and modification may be combined as appropriate as long as no technical contradiction arises.
  • the configuration with the air layer described above in "3-3-1. Modification of the third embodiment i.e., the configuration in which the microwell array substrate portion is replaceable, may be employed in the fluorescence detection device of the first or second embodiment.
  • the fluorescence detection device of the first or second embodiment may comprise, in order from the top, a microwell array substrate section, an air layer, and a sensor section.
  • the microwell array substrate section includes, in order from the top, a microwell array layer and a first detection mechanism.
  • the sensor section includes, in order from the top, a second detection mechanism and a solid-state image sensor. That is, in this case, an air layer is provided between the first detection mechanism and the second detection mechanism.
  • the fluorescence detection device 1 includes a back-illuminated CMOS solid-state imaging device 100.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing a cross section of an example of a fluorescence detection device 1.
  • the fluorescence detection device 1 comprises, from the top, a microwell array layer 20, a first detection mechanism 30, a second detection mechanism 40, and a solid-state imaging device 100.
  • the solid-state imaging device 100 comprises, from the top, a first semiconductor chip portion 122 and a second semiconductor chip portion 126.
  • the first semiconductor chip portion 122 includes a pixel region and a control region.
  • the second semiconductor chip portion 126 includes a logic circuit.
  • the first semiconductor chip portion 122 and the second semiconductor chip portion 126 are stacked vertically while being electrically connected.
  • a semi-finished image sensor i.e., pixel region 123 and control region 124, is formed in the areas that will become the chip portions of the first semiconductor substrate 122b.
  • a photodiode PD that serves as the photoelectric conversion unit of each pixel is formed in the region that will become each chip portion of the first semiconductor substrate 122b, which is made of a silicon substrate.
  • source/drain regions 122d of each pixel transistor are formed in the semiconductor well region 122c.
  • the semiconductor well region 122c is formed by introducing an impurity of a first conductivity type (e.g., p-type).
  • the source/drain regions 122d are formed by introducing an impurity of a second conductivity type (e.g., n-type).
  • the photodiode PD and the source/drain regions 122d of each pixel transistor are formed by ion implantation from the substrate surface.
  • the photodiode PD is formed to have an n-type semiconductor region 122e and a p-type semiconductor region 122f on the substrate surface side.
  • a gate electrode 122g is formed on the surface of the substrate that constitutes the pixel, with a gate insulating film interposed between them.
  • the gate electrode 122g and a pair of source/drain regions 122d form pixel transistors Tr1 and Tr2.
  • two pixel transistors Tr1 and Tr2 are shown to represent the multiple pixel transistors.
  • the pixel transistor Tr1 adjacent to the photodiode PD corresponds to the transfer transistor, and its source/drain region 122d corresponds to the floating diffusion.
  • Each unit pixel is separated by element isolation region 122h.
  • MOS transistors constituting the control circuit are formed on the first semiconductor substrate 122b.
  • the MOS transistors constituting the control region 124 are shown as representatives using MOS transistors Tr3 and Tr4.
  • Each of the MOS transistors Tr3 and Tr4 is formed by an n-type source/drain region 122d and a gate electrode 122g formed via a gate insulating film.
  • a first layer of interlayer insulating film 122i is formed on the first semiconductor substrate 122b. After that, contact holes are formed in the interlayer insulating film 122i, and connecting conductors 122j that connect to desired transistors are formed.
  • a first insulating thin film is formed, for example, from a silicon oxide film, over the entire surface including the top surface of the transistor, and a second insulating thin film that serves as an etching stopper is formed, for example, from a silicon nitride film, and then stacked.
  • the first layer of interlayer insulating film 122i is formed on this second insulating thin film.
  • contact holes of different depths are selectively formed in the first interlayer insulating film 122i up to the second insulating thin film, which serves as an etching stopper.
  • the first insulating thin film and the second insulating thin film, which have the same film thickness in each portion are selectively etched to form contact holes so that they are continuous with each contact hole.
  • connection conductors 122j are embedded in each contact hole.
  • first multilayer wiring layer 122l multiple layers of copper wiring 122k, four layers in this example, are formed via interlayer insulating film 122i to connect to each connection conductor 122j, forming a first multilayer wiring layer 122l.
  • each copper wiring 122k is covered with a barrier metal layer (not shown) to prevent Cu diffusion.
  • the first multilayer wiring layer 122l is formed by alternately forming interlayer insulating film 122i and copper wiring 122k formed via a barrier metal layer.
  • the first multilayer wiring layer 122l is formed of copper wiring 122k, but it is also possible to use metal wiring made of other metal materials.
  • a first semiconductor substrate 122b which has a first multilayer wiring layer 122l on top and is configured with a semi-finished pixel region 123 and control region 124.
  • a logic circuit 125 including a signal processing circuit for processing signals in a semi-finished product is formed in the region that will become each chip portion of a second semiconductor substrate 126m made of silicon, for example. That is, a plurality of MOS transistors that constitute the logic circuit 125 are formed in a p-type semiconductor well region 126n on the surface side of the second semiconductor substrate 126m so as to be separated by an element isolation region 126o.
  • the plurality of MOS transistors are represented by MOS transistors Tr5, Tr6, Tr7, and Tr8.
  • Each of the MOS transistors Tr5, Tr6, Tr7, and Tr8 is formed to have a pair of n-type source/drain regions 126p and a gate electrode 126q formed via a gate insulating film.
  • the logic circuit 125 can be composed of MOS transistors.
  • a first-layer interlayer insulating film 126r is formed on the surface of the second semiconductor substrate 126m. After that, contact holes are formed in the interlayer insulating film 126r, and connecting conductors 126s that connect to the desired transistors are formed.
  • a first insulating thin film e.g., a silicon oxide film
  • a second insulating thin film e.g., a silicon nitride film
  • the first-layer interlayer insulating film 126r is formed on this second insulating thin film.
  • contact holes of different depths are selectively formed in the first interlayer insulating film 126r up to the second insulating thin film, which serves as an etching stopper.
  • the first insulating thin film and the second insulating thin film, which have the same film thickness in each portion are selectively etched to form contact holes so that they are continuous with each contact hole.
  • a connection conductor 126s is embedded in each contact hole.
  • the second multi-layer wiring layer 126t is formed by repeatedly forming the interlayer insulating film 126r and the multiple layers of metal wiring.
  • four layers of copper wiring 126u are formed in the same manner as the formation process of the first multi-layer wiring layer 122l formed on the first semiconductor substrate 122b, and the second multi-layer wiring layer 126t is formed.
  • a warpage correction film 126y is formed on the top of the second multilayer wiring layer 126t to reduce warpage when bonding the first semiconductor substrate 122b and the second semiconductor substrate 126m.
  • a second semiconductor substrate 126m is formed, which has a second multilayer wiring layer 126t on top and a semi-finished logic circuit configured thereon.
  • the first semiconductor substrate 122b and the second semiconductor substrate 126m are bonded together so that the first multi-layer wiring layer 122l and the second multi-layer wiring layer 126t face each other.
  • the bonding is performed, for example, with an adhesive. Alternatively, the bonding may be performed by plasma bonding.
  • the first semiconductor substrate 122b and the second semiconductor substrate 126m which have a multi-layer wiring layer on top of them, are stacked and bonded together to form a laminate 122a made up of two different substrates.
  • the back side of the first semiconductor substrate 122b is ground and polished to thin the first semiconductor substrate 122b. This thinning is performed so that the photodiode PD faces. After thinning, a p-type semiconductor layer (not shown) for dark current suppression is formed on the back side of the photodiode PD.
  • the thickness of the first semiconductor substrate 122b is, for example, about 600 ⁇ m, but is thinned to, for example, about 3 to 5 ⁇ m.
  • the back side of this first semiconductor substrate 122b becomes the light incident surface when configured as a back-illuminated solid-state imaging device.
  • an anti-reflective coating 127 is applied to the silicon surface.
  • tungsten which is the material of the light-shielding film 42, is formed on the photodiode PD to a thickness of, for example, 350 nm, and the surface is polished by the CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and an opening 43 is formed by etching.
  • a light-shielding film groove 128 is formed.
  • the light-shielding film groove 128 is formed by providing an opening by etching from the upper surface of the insulating film formed on the back surface side of the first semiconductor substrate 122b, and is formed to a depth that does not reach the first semiconductor substrate 122b, for example.
  • a tungsten film is formed, and the surface is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • an on-chip lens material is deposited in the pixel array region on the planarization film 131.
  • a resist film for the on-chip lens is formed in the region corresponding to each pixel on the top of the on-chip lens material, and an etching process is performed.
  • a first microlens (on-chip lens) 41a constituting the second microlens group is formed.
  • a SiO 2 layer 132 is formed as shown in Fig. 32.
  • second on-chip lenses (on-chip lenses) 41b shown in Fig. 33 are formed, and a SiO 2 layer 133 shown in Fig. 34 is formed.
  • an optical filter 32 that blocks excitation light and transmits fluorescence is formed on the SiO2 layer 133. Furthermore, in the same manner as described above, the microlenses 31 (on-chip lenses) that constitute the first microlens group are formed, and a SiO2 layer 134 is formed as shown in FIG.
  • microwell array layer material 135 is applied and etched to form the microwells 21.
  • the fluorescence detection device 1 is obtained by a manufacturing method including the above steps. With such a manufacturing method, the fluorescence detection device 1 can be produced through a series of steps including the manufacturing process of a solid-state imaging device. For example, the fluorescence detection device 1 can be produced using existing manufacturing equipment for solid-state imaging devices. This makes it possible to obtain a fluorescence detection device 1 that is inexpensive and has high productivity.
  • a fluorescence detection device that detects fluorescence from a test object generated by irradiation with excitation light, a microwell array layer having on its upper surface a two-dimensional array of microwells capable of accommodating test specimens; a first detection mechanism provided below the microwell array layer and corresponding to each microwell; solid-state imaging devices provided below the first detection mechanisms and corresponding to the first detection mechanisms; the first detection mechanism includes a first microlens group having a positive power; Fluorescence detection device.
  • the first detection mechanism includes, in order from the microwell side, the first microlens group having a positive power; and an optical filter that transmits the fluorescence.
  • the fluorescence detection device according to claim 1 or 2, wherein the excitation light is obliquely irradiated onto the top surface of the microwell array layer.
  • a second detection mechanism provided between the first detection mechanism and the solid-state imaging device in correspondence with each of the first detection mechanisms; The fluorescence detection device according to any one of [1] to [3], wherein the second detection mechanism includes a second microlens group having positive power.
  • the second detection mechanism includes, in order from the first detection mechanism side, the second microlens group having a positive power; a light-shielding film having an opening; The fluorescence detection device according to [4], wherein the opening is disposed corresponding to a focal position of the second microlens group.
  • the solid-state imaging element has a light receiving surface for receiving the fluorescent light
  • the fluorescence detection device according to any one of [1] to [5], wherein the fluorescence reaching the light receiving surface from the microwell has an optical axis perpendicular to the light receiving surface.
  • the fluorescence detection device according to [4] or [5], wherein a combination of one second detection mechanism and one solid-state imaging element arranged in the vertical direction corresponding to one microwell is arranged in parallel in the horizontal direction.
  • an air gap is provided between the first detection mechanism and the second detection mechanism.
  • the fluorescence detection device according to [4] or [5], wherein a focal length of the second microlens group is not less than 0.0003 mm and not more than 3 mm.
  • the fluorescence detection device according to any one of [1] to [13], further comprising a light source that irradiates the excitation light.
  • a microwell array layer having on its upper surface a two-dimensional array of microwells capable of accommodating test specimens; a first detection mechanism provided below the microwell array layer and corresponding to each microwell; the first detection mechanism includes a first microlens group having a positive power; Plate for fluorescence detection device.
  • Fluorescence detection device 10 Plate for fluorescence detection device 20 Microwell array layer 21 Microwell 30 First detection mechanism 31 First microlens group 32 Optical filter 40 Second detection mechanism 41 Second microlens group 42 Light-shielding film 43 Opening 50 Substrate 60 Air layer 100 Solid-state imaging device 110 Microwell array substrate portion 120 Sensor portion 210 Ceramic package 220 Wire 230 Holding portion 240 Protective plate portion

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Abstract

光利用効率の高い蛍光検出装置を提供する。　本技術に係る蛍光検出装置は、励起光の照射により生じた被検物の蛍光を検出する。前記蛍光検出装置は、被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層と、前記マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェルに対応して設けられた第１検出機構と、前記第１検出機構より下方に、各第１検出機構に対応して設けられた固体撮像素子と、を備え、前記第１検出機構は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群を含む。

Description

蛍光検出装置及び蛍光検出装置用プレート
　本技術は、蛍光検出装置及び蛍光検出装置用プレートに関する。
　従来、試料（例えば生体試料）に励起光を照射し、試料から発せられた蛍光を検出する技術が種々提案されている。当該技術において、蛍光の観察手段として顕微鏡が広く用いられている。
　一方、顕微鏡を用いずに蛍光を検出する技術も提案されている。例えば、下記特許文献１には、半導体撮像素子によってサンプルの蛍光を検出するバイオセンサが開示されている。
特表２０２０－５２５７６０号公報
　特許文献１に記載の技術を用いることにより、試料の蛍光を検出することができると考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の技術における光利用効率は、十分に高いといはいえず、改善の余地があると考えられる。
　そこで、本技術は、光利用効率の高い蛍光検出装置を提供することを主目的とする。
　本技術は、
　励起光の照射により生じた被検物の蛍光を検出する蛍光検出装置であり、
　被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層と、
　前記マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェルに対応して設けられた第１検出機構と、
　前記第１検出機構より下方に、各第１検出機構に対応して設けられた固体撮像素子と、を備え、
　前記第１検出機構は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群を含む、
　蛍光検出装置を提供する。
　前記第１検出機構は、前記マイクロウェル側から順に、前記正のパワーを有する第１マイクロレンズ群と、前記蛍光を透過させる光学フィルタと、を含んでいてよい。
　前記励起光は、前記マイクロウェルアレイ層の前記上面に対して斜めに照射されてよい。
　前記蛍光検出装置は、前記第１検出機構と前記固体撮像素子との間に、各第１検出機構に対応して設けられた第２検出機構をさらに備えていてよく、前記第２検出機構は、正のパワーを有する第２マイクロレンズ群を含んでいてよい。
　前記第２検出機構は、前記第１検出機構側から順に、前記正のパワーを有する第２マイクロレンズ群と、開口部を有する遮光膜と、を含んでいてよく、前記開口部は、前記第２マイクロレンズ群の焦点位置に対応して配置されていてよい。
　前記固体撮像素子は、前記蛍光の受光面を有し、前記マイクロウェルから前記受光面に到達した前記蛍光は、前記受光面に対して垂直な光軸を有していてよい。
　前記蛍光検出装置において、１つのマイクロウェルに対応して、上下方向に配置された１つの前記第２検出機構と１つの前記固体撮像素子との組み合わせが、水平方向に複数並設されていてよい。
　前記蛍光検出装置において、前記第１検出機構と前記第２検出機構との間に空気層が設けられていてよい。
　前記第１マイクロレンズ群は、回折レンズ又はメタレンズから構成されていてよい。　前記第２マイクロレンズ群は、回折レンズ又はメタレンズから構成されていてよい。　前記光学フィルタは、前記励起光を遮断するものであってよい。
　前記遮光膜の前記開口部の径は、０．０００３ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下であってよい。
　前記第２マイクロレンズ群の焦点距離は、０．０００３ｍｍ以上３ｍｍ以下であってよい。
　前記蛍光検出装置は、前記励起光を照射する光源をさらに備えていてよい。
　また、本技術は、
　被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層と、
　前記マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェルに対応して設けられた第１検出機構と、を備え、
　前記第１検出機構は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群を含む、
　蛍光検出装置用プレートも提供する。
顕微鏡による蛍光検出の流れを示す模式図である。 本技術に係る蛍光検出装置の一例の断面を示す模式図である。 蛍光検出装置用プレートの平面視における概略図である。 図３において破線で示された部分の平面視における拡大図である。 蛍光検出装置用プレートの一部の断面を示す模式図である。 被検物を収容したマイクロウェルの断面を示す模式図である。 第２検出機構の断面を示す模式図である。 第２検出機構に入射した光（画角０°）を示す模式図である。 第２検出機構に入射した光（画角１０°）を示す模式図である。 シリコン（Ｓｉ）基板を有する固体撮像素子と、遮光膜を含む第２検出機構とを示す模式図である。 第１実施形態に係る蛍光検出装置の一部の断面を示す模式図である。 第１実施形態に係る蛍光検出装置の一部の断面を示す模式図である。 第１実施形態の変形例に係る蛍光検出装置の一部の断面を示す模式図である。 第１実施形態の変形例に係る蛍光検出装置の一部の断面を示す模式図である。 第２実施形態に係る蛍光検出装置の一部の断面を示す模式図である。 励起光の入射角が０°の場合におけるシミュレーションの結果を示す図である。 励起光の入射角が３０°の場合におけるシミュレーションの結果を示す図である。 励起光の入射角が３３°の場合におけるシミュレーションの結果を示す図である。 第３実施形態に係る蛍光検出装置の一部の断面を示す模式図である。 第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置の一部の断面を示す模式図である。 第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置の一例を示す模式図である。 第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置の一例の断面を示す模式図である。 第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置の他の一例の断面を示す模式図である。 蛍光検出装置の一例の断面を示す模式図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第１の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第２の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第３の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第４の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第５の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第６の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第７の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第８の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第９の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第１０の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第１１の図である。 蛍光検出装置の製造方法を説明するための第１２の図である。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態のみに限定されることはない。本技術の説明は以下の順序で行う。
１．従来の蛍光検出方法
２．本技術の蛍光検出装置
２－１．概要
２－２．蛍光検出装置用プレート
２－２－１．蛍光検出装置用プレートの全体構成
２－２－２．マイクロウェルアレイ層
２－２－３．第１検出機構
２－２－３－１．第１マイクロレンズ群
２－２－３－２．光学フィルタ
２－３．第２検出機構
２－３－１．第２マイクロレンズ群
２－３－２．遮光膜
２－４．固体撮像素子
２－５．光源
２－６．他の構成要素
２－７．被検物
３．蛍光検出装置の各実施形態
３－１．第１実施形態
３－１－１．第１実施形態の変形例
３－２．第２実施形態
３－３．第３実施形態
３－３－１．第３実施形態の変形例
４．蛍光検出装置の製造方法
１．従来の蛍光検出方法
　まず、図１を参照して、顕微鏡を用いる従来の蛍光検出方法について説明する。図１は、顕微鏡による蛍光検出の流れを示す模式図である。
　図１に示されるように、水平に照射された励起光Ｌ１００（例えば波長４８０ｎｍ）は、ミラーで反射されて上方へ向かう。上方へ向かった励起光Ｌ１００は、試料Ｓ（被検物）に照射される。試料Ｓ中の蛍光分子が励起され、蛍光が放射される。放射された蛍光は、ミラー及びフィルタを通過しながら下方へ向かう。最終的に、検出部Ｄ（例えばセンサ）に到達した蛍光Ｌ２００（例えば波長５３０ｎｍ）が検出される。顕微鏡で蛍光を観察する際には、例えば、１ｃｍ四方の領域を５×５に分割した領域（０．２ｃｍ四方の領域）を２５ショットで観察する。
　図１のような蛍光検出方法の場合、観察時の視野が狭く、多数の試料から発せられる蛍光を同時に検出することは難しい。
　これに対し、例えば特許文献１に記載の技術を用いることにより、多数の蛍光を同時に検出できると考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、上記で述べたとおり光利用効率の観点から改善の余地があると考えられる。
　次に、本技術について説明する。
２．本技術の蛍光検出装置
２－１．概要
　図２は、本技術に係る蛍光検出装置１の一例の断面を示す模式図である。蛍光検出装置１は、基本的に、蛍光検出装置用プレート１０と固体撮像装置１００とが、上下に配置された構成を有する。
　蛍光検出装置用プレート１０は、被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層を備える。
　図３は、蛍光検出装置用プレート１０の平面視における概略図である。ただし、図３においてマイクロウェルの図示は省略されている。図４は、図３において破線で示された部分の平面視における拡大図である。図４に示されるように、多数のマイクロウェル２１が蛍光検出装置用プレート１０の上面に形成されている。多数のマイクロウェル２１は、二次元アレイ状に並んでいる。
　図示されていないが、蛍光検出装置用プレート１０は、マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェル２１に対応して設けられた第１検出機構をさらに備える。
　第１検出機構より下方に設けられた固体撮像装置１００は、各第１検出機構に対応して設けられた固体撮像素子を含む。固体撮像素子は、励起光の照射により生じた被検物の蛍光を検出する。具体的には、マイクロウェル２１に被検物を収容し、当該被検物に励起光を照射する。励起光を受けた被検物は蛍光を発する。当該蛍光の一部は蛍光検出装置用プレートの下方へと進み、最終的に固体撮像素子によって検出される。このようにして、蛍光検出装置１は、多数のマイクロウェル２１に収容された多数の被検物の蛍光を同時に検出することができる。
　また、蛍光検出装置１においては、光応答速度が速く且つ高速レコーディングに対応可能な固体撮像素子が用いられている。そのため、蛍光検出装置１により、被検物の蛍光を瞬時に検出することができる。
　次に、本技術の蛍光検出装置の構成について詳細に説明する。
２－２．蛍光検出装置用プレート
２－２－１．蛍光検出装置用プレートの全体構成
　図５は、蛍光検出装置用プレート１０の一部の断面を示す模式図である。具体的には、図５は、１つのマイクロウェル２１を含む厚み方向（面方向に直交する方向）の断面である。なお、後述する図面において断面が示されている場合、当該断面は図５と同じく厚み方向の断面である。
　図５に示されるように、蛍光検出装置用プレート１０において、マイクロウェルアレイ層２０に設けられた１つのマイクロウェル２１より下方に、１つの第１検出機構３０が設けられている。すなわち、１つのマイクロウェル２１と１つの第１検出機構３０とは、上下に配置されている。
２－２－２．マイクロウェルアレイ層
　マイクロウェルアレイ層２０に設けられたマイクロウェル２１の内部には、被検物が収容される。図６は、被検物Ｓを収容したマイクロウェル２１の断面を示す模式図である。図６に示されるように、被検物Ｓは、例えばサンプル液ＬＱなどの液体とともに、マイクロウェル２１内に収容される。被検物Ｓは、励起光の照射を受けると、蛍光Ｌ１を全方向に放出する。
　マイクロウェル２１の平面視における形状は、例えば円形状であってよいが、これに限定されない。また、マイクロウェル２１の底面の形状は、例えば、Ｕ底形状、丸底形状、又は平底形状などであってよいが、これらに限定されない。
　なお、本技術において、被検物が収容される部分は、二次元アレイ状のマイクロウェル２１に限定されない。したがって、蛍光検出装置用プレート１０において、被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェル２１を上面に有するマイクロウェルアレイ層２０は、他の器材に代替されてもよい。当該他の器材は、具体的には被検物を収容可能な被検物収容部を有する器材であり、例えば被検物を収容可能なアレイ状の被検物収容部を有する器材であってよい。アレイ状の被検物収容部とは、複数の（特には多数の）被検物収容部が規則的に配置された状態であり、このような配置により複数の（特には多数の）被検物を同時に検出できる。
２－２－３．第１検出機構
２－２－３－１．第１マイクロレンズ群
　再度図５を参照する。第１検出機構３０は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群３１を含む。本明細書において「マイクロレンズ群」は、１枚のマイクロレンズから構成されていてもよく、２枚以上のマイクロレンズから構成されていてもよい。第１マイクロレンズ群３１は、例えば、回折レンズ又はメタレンズから構成されていてよい。
　第１マイクロレンズ群３１は、被検物Ｓから放出された蛍光Ｌ１（図６参照）のうちマイクロウェルアレイ層２０を通過する発散光Ｌ２を、平行光Ｌ３にする機能を有する。図５に示されるように、発散光Ｌ２は、マイクロウェルアレイ層２０を通過して第１マイクロレンズ群３１へと向かって下方へ進む。第１マイクロレンズ群３１は、発散光Ｌ２を屈曲させることにより、発散光Ｌ２を平行光Ｌ３にする。
　平行光Ｌ３は、固体撮像素子の受光面（図示せず）に到達しうる。そのため、マイクロウェル２１から固体撮像素子の受光面に到達する平行光Ｌ３は、受光面に対して垂直な光軸を有する。
　蛍光検出装置用プレート１０は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群３１を備えていることにより、被検物Ｓから放出された蛍光Ｌ１を効率的に固体撮像素子の受光面へと導くことができる。これにより、蛍光検出装置１における光利用効率を高めることができる。
２－２－３－２．光学フィルタ
　図５に示されるように、第１検出機構３０は、蛍光を透過させる光学フィルタをさらに含んでいてよい。具体的には、第１検出機構３０は、マイクロウェル２１側（マイクロウェルアレイ層２０側）から順に、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群３１と、蛍光を透過させる光学フィルタ３２と、を含んでいてよい。
　光学フィルタ３２は、例えば励起光を遮断する光学フィルタであってよく、具体的には励起光を遮断し且つ蛍光を透過させる光学フィルタであってよい。第１検出機構３０が光学フィルタ３２を含むことにより、ノイズである励起光が固体撮像素子に入射することを抑制できる。これにより、蛍光検出装置１におけるＳＮ比を高めることができる。
２－３．第２検出機構
　蛍光検出装置用プレート１０は、第１検出機構３０と固体撮像素子との間に、各第１検出機構３０に対応して設けられた第２検出機構をさらに備えていてよい。これにより、蛍光検出装置１における光利用効率をさらに高めることができる。
　図７は、第２検出機構４０の断面を示す模式図である。蛍光検出装置１において、図７に示される第２検出機構４０は、第１検出機構３０より下方に設けられている。具体的には、少なくとも１つの第２検出機構４０が、図５に示される１つの第１検出機構３０より下方に設けられている。すなわち、図５に示されるマイクロウェル２１及び第１検出機構３０と、図７に示される第２検出機構３０とは、上下に配置されている。そして、第２検出機構４０より下方に、固体撮像素子が設けられている。
　１つのマイクロウェル２１及び１つの第１検出機構３０に対応して設けられる第２検出機構４０の数は、１つであってもよく、複数であってもよい。第２検出機構４０の数が複数である場合、当該複数の第２検出機構４０は、水平方向（上下方向に直交する方向）に並設される。
２－３－１．第２マイクロレンズ群
　図７に示されるように、第２検出機構４０は、正のパワーを有する第２マイクロレンズ群４１を含む。図７に示される第２マイクロレンズ群４１は、２枚のマイクロレンズ４１ａ、４１ｂから構成されているが、第２マイクロレンズ群４１を構成するマイクロレンズの枚数はこれに限定されない。上記で述べたとおり、第２マイクロレンズ群４１は、１枚のマイクロレンズから構成されていてもよく、２枚以上のマイクロレンズから構成されていてもよい。第２マイクロレンズ群４１は、例えば、回折レンズ又はメタレンズから構成されていてよい。
　図５に示されるように、発散光Ｌ２は、第１検出機構３０において平行光Ｌ３となる。図７に示されるように、平行光Ｌ３は、第２検出機構４０の第２マイクロレンズ群４１において屈折される。第２マイクロレンズ群４１を通過した屈折光Ｌ４は、第２マイクロレンズ群４１の焦点位置Ｆに集まる。なお、本明細書において「焦点位置」は、第２マイクロレンズ群４１が複数のマイクロレンズから構成されている場合は合成焦点位置を意味する。
　第２マイクロレンズ群４１の焦点距離は、例えば、０．０００３ｍｍ以上３ｍｍ以下である。なお、本明細書において「焦点距離」は、第２マイクロレンズ群４１が複数のマイクロレンズから構成されている場合は合成焦点距離を意味する。
２－３－２．遮光膜
　図７に示されるように、第２検出機構４０は、開口部４３を有する遮光膜４２を含んでいてよい。第２検出機構４０において、開口部４３は、第２マイクロレンズ群４１の焦点位置Ｆに対応して配置される。開口部４３を有する遮光膜４２を設けることにより、ノイズである不要光及び迷光を低減することができ、且つ、開口部４３の真上の光のみを通して混色を抑制することができる。これにより、蛍光検出装置１におけるＳＮ比をさらに向上させることができる。
　遮光膜４２の開口部４３の平面視における形状は、例えば円形状、正方形状、又は多角形状であってよいが、これらに限定されない。
　遮光膜４２の開口部４３の径は、例えば、０．０００３ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下である。なお、本明細書において「開口部の径」とは、開口部４３の平面視における形状が円形状である場合は直径であり、円形状以外の形状である場合は最小包含円の直径である。例えば、開口部４３の径は、開口部４３の平面形状が多角形状の場合、該多角形を内部に含む最小の円の直径である。
　図８及び図９を参照して、遮光膜４２の機能について説明する。図８及び図９は、第２検出機構４０に入射した光を示す模式図である。なお、図８及び図９に示される第２検出機構４０は、図中左側が第１検出機構側（図７における上側）であり、図中右側が固体撮像素子側（図７における下側）である。
　図８には、画角０°の入射光Ｌ１１が示されている。第２マイクロレンズ群４１の焦点位置Ｆが、入射光Ｌ１１の結像位置である。焦点位置Ｆに対応する位置に遮光膜４２の開口部４３を設けることにより（図７参照）、軸上光線のみを開口部に通すことができる。したがって、マイクロウェル２１から固体撮像素子の受光面に到達する蛍光は、受光面に対して垂直な光軸を有する。より具体的には、１つのマイクロウェル２１に対応する、第１マイクロレンズ群３１（第１検出機構３０）、第２マイクロレンズ群４１（第２検出機構４０）、及び遮光膜４２の開口部４３を通過した蛍光は、固体撮像素子の受光面に対して垂直な光軸を有する。
　図９には、画角１０°の入射光Ｌ１２が示されている。入射光Ｌ１２の軸外光線は、計算上、第２マイクロレンズ群４１の焦点位置Ｆからずれる。この場合、遮光膜４２の開口部４３の径を、上記軸外光線を遮断可能な大きさとすることにより、軸外光線を遮断できる。例えば、入射光Ｌ１２の軸外光線が、焦点位置Ｆから計算上０．９３μｍずれる場合、１μｍ径の開口部４３を焦点位置Ｆに対応するように配置することで、当該軸外光線を遮断できる。
　開口部４３を有する遮光膜４２は、例えば、固体撮像素子の製造過程において作製されうる。図１０は、シリコン（Ｓｉ）基板を有する固体撮像素子と、遮光膜４３を含む第２検出機構４０とを示す模式図である。図１０に示される遮光膜４３は、固体撮像素子の製造過程において作製され、具体的にはシリコン基板の作製工程よりも後の工程において作製されうる。これにより、固体撮像素子と遮光膜４３を含む第２検出機構４０とを、一連の製造工程で作製することができる。
２－４．固体撮像素子
　蛍光検出装置１において、固体撮像素子は、第１検出機構３０より下方に、各第１検出機構３０に対応して設けられている。蛍光検出装置１が第２検出機構４０を備えている場合、固体撮像素子は、第２検出機構４０より下方に、各第２検出機構４０に対応して設けられている。
　固体撮像素子は、図２に示される固体撮像装置１００に設けられている。固体撮像装置１００は、例えば、裏面照射型のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像装置であってよいが、これに限定されない。
２－５．光源
　蛍光検出装置１は、励起光を照射する光源をさらに備えていてよい。蛍光検出装置１が当該光源を備えている場合、マイクロウェル２１に収容された被検物に照射される励起光は、当該光源から発せられる。この場合、光源は、例えばマイクロウェルアレイ層２０の上方に設けられる。
　光源は、蛍光検出装置１の必須の構成要素ではない。光源は、例えば、蛍光検出装置１の外部に設けられていてもよい。
２－６．他の構成要素
　再度図２を参照し、蛍光検出装置１の他の構成要素について説明する。蛍光検出装置１は、セラミックパッケージ２１０をさらに備えていてよい。この場合、蛍光検出装置用プレート１０及び固体撮像装置１００は、セラミックパッケージ２１０の内側に配置される。固体撮像装置１００は、例えばワイヤ２２０を介したワイヤボンディングにより、外部と電気的に接続される。
２－７．被検物
　蛍光検出装置１のマイクロウェル２１に収容される被検物Ｓは、例えば、細胞、細胞塊、微生物、又は生体分子などである。上記細胞には、動物細胞及び植物細胞が含まれうる。上記細胞塊には、スフェロイド及びオルガノイドなどが含まれうる。上記微生物には、大腸菌などの細菌類、コロナウイルスなどのウイルス類、及びイースト菌などの菌類などが含まれうる。上記生体分子には、核酸、タンパク質、及びこれらの複合体などの生物学的高分子が包含されうる。
　被検物Ｓには、必要に応じて、化学的又は生物学的な標識、例えば蛍光色素又は蛍光タンパクなどが取り付けられうる。当該標識によって、取り付けられるべき標識は、当業者により適宜選択されうる。
３．蛍光検出装置の各実施形態
　本技術に従う蛍光検出装置として複数の実施形態が存在する。以下、各実施形態について説明する。
３－１．第１実施形態
　図１１は、第１実施形態に係る蛍光検出装置１Ａの一部の断面を示す模式図である。図１１に示されるように、蛍光検出装置１Ａは、上方から順に、マイクロウェル２１を上面に有するマイクロウェルアレイ層２０と、第１検出機構３０と、第２検出機構４０とを備える。また、蛍光検出装置１Ａは、第２検出機構４０より下方に、固体撮像素子を備える（図示せず）。すなわち、蛍光検出装置１Ａにおいては、１つのマイクロウェル２１に対応して、上下方向に配置された１つの第１検出機構３０と１つの第２検出機構４０と１つの固体撮像素子との組み合わせを含む構成単位が形成されている。
　第１検出機構３０は、上方から（マイクロウェル２１側から）順に、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群３１と、励起光を遮断し且つ蛍光を透過させる光学フィルタ３２と、を含む。第２検出機構４０は、上方から（第１検出機構３０側から）順に、正のパワーを有する第２マイクロレンズ群４１と、開口部４３を有する遮光膜４２とを含む。開口部４３は、第２マイクロレンズ群４１の焦点位置に対応して配置されている。
　図１２は、第１実施形態に係る蛍光検出装置１Ａの一部の断面を示す模式図である。図１２は、図１１に示される断面よりも水平方向に広い範囲の断面を示している。図１２に示されるように、蛍光検出装置１Ａにおいては、各マイクロウェル２１に対応して、図１１の構成単位が水平方向に複数並設されている。図１２に示されていないが、第２検出機構４０より下方に、各第２検出機構４０に対応して固体撮像素子が設けられている。
　蛍光検出装置１Ａによれば、第１マイクロレンズ群３１及び第２マイクロレンズ群４１によって光利用効率が向上されうる。また、光学フィルタ３２及び遮光膜４２によってＳＮ比が向上されうる。
　蛍光検出装置１Ａの上方からは、励起光Ｌ１００が照射される。励起光Ｌ１００は、好ましくは蛍光検出装置１Ａの真上から又は斜め上方から照射され、より好ましくは斜め上方から照射される。具体的には、励起光Ｌ１００は、好ましくは、マイクロウェルアレイ層２０の上面に対して垂直又は斜めに照射され、より好ましくは、マイクロウェルアレイ層２０の上面に対して斜めに照射される。励起光Ｌ１００が垂直に照射される場合、励起光Ｌ１００の入射角は、０°である。励起光Ｌ１００が斜めに照射される場合、励起光Ｌ１００の入射角は、例えば１０°以上６０°以下、好ましくは２０°以上４０°以下、より好ましくは２５°以上３５°以下、さらにより好ましくは３０°以上３５°以下である。なお、励起光の入射角は、マイクロウェルアレイ層２０の面方向に直交する方向と励起光の光軸とがなす角度である。
　励起光Ｌ１００を斜めに照射することにより、固体撮像素子の受光面に到達する励起光Ｌ１００をより低減させることができる。特に、上記で述べた数値範囲の入射角で斜めに照射することにより、固体撮像素子の受光面に到達する励起光Ｌ１００をより効果的に低減させることがきる。なお、励起光Ｌ１００が斜めに照射された場合における励起光低減効果を検証した結果については、下記「３－２．第２実施形態」において説明する。
　上記で述べたように励起光Ｌ１００の入射角を調整してノイズである励起光を低減させることにより、蛍光検出装置１ＡにおけるＳＮ比をさらに向上できる。
３－１－１．第１実施形態の変形例
　図１３は、第１実施形態の変形例に係る蛍光検出装置１Ａａの一部の断面を示す模式図である。変形例に係る蛍光検出装置１Ａａは、１つのマイクロウェル２１に対して複数の第２検出機構４０を備えている点において第１実施形態に係る蛍光検出装置１Ａと異なり、他の点においては蛍光検出装置１Ａと同じである。図１３には、１つのマイクロウェル２１に対して３つの第２検出機構４０が示されているが、第２検出機構４０の数はこれに限定されず、複数であればよい。
　蛍光検出装置１Ａａは、上方から順に、マイクロウェル２１を上面に有するマイクロウェルアレイ層２０と、第１検出機構３０と、第２検出機構４０とを備える。また、蛍光検出装置１Ａａは、第２検出機構４０より下方に、各第２検出機構４０に対応して設けられた固体撮像素子を備える（図示せず）。蛍光検出装置１Ａａにおいては、１つのマイクロウェル２１に対応して、上下方向に配置された１つの第２検出機構４０と１つの固体撮像素子との組み合わせが、水平方向に複数並設されている構成単位が形成されている。このように、蛍光検出装置１Ａａにおいては、１つのマイクロウェル２１に対して、複数の第２検出機構４０と複数の固体撮像素子とが設けられている。
　図１４は、第１実施形態の変形例に係る蛍光検出装置１Ａａの一部の断面を示す模式図である。図１４は、図１３に示される断面よりも水平方向に広い範囲の断面を示している。図１４に示されるように、蛍光検出装置１Ａａにおいては、各マイクロウェル２１に対応して、図１３の構成単位が水平方向に複数並設されている。図１４には示されていないが、第２検出機構４０より下方に、各第２検出機構４０に対応して固体撮像素子が設けられている。
　蛍光検出装置１Ａaは、１つのマイクロウェル２１に対して複数の固体撮像素子を備えている。そのため、蛍光検出装置１Ａａによれば、マイクロウェル２１内の被検物から発せられた蛍光が、より高い感度で検出されうる。
３－２．第２実施形態
　図１５は、第２実施形態に係る蛍光検出装置１Ｂの一部の断面を示す模式図である。第２実施形態に係る蛍光検出装置１Ｂは、第１検出機構３０が光学フィルタを含まない点において第１実施形態に係る蛍光検出装置１Ａと異なり、他の点においては蛍光検出装置１Ａと同じである。
　蛍光検出装置１Ｂは、上方から順に、マイクロウェル２１を上面に有するマイクロウェルアレイ層２０と、第１検出機構３０と、第２検出機構４０とを備える。また、蛍光検出装置１Ｂは、第２検出機構４０より下方に、固体撮像素子を備える（図示せず）。すなわち、蛍光検出装置１Ｂにおいては、１つのマイクロウェル２１に対応して、上下方向に配置された１つの第１検出機構３０と１つの第２検出機構４０と１つの固体撮像素子との組み合わせを含む構成単位が形成されている。
　蛍光検出装置１Ｂにおいて、第１検出機構３０は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群３１を含み、光学フィルタを含まない。第２検出機構４０は、上方から（第１検出機構３０側から）順に、正のパワーを有する第２マイクロレンズ群４１と、開口部４３を有する遮光膜４２とを含む。開口部４３は、第２マイクロレンズ群４１の焦点位置に対応して配置されている。
　第２実施形態に係る蛍光検出装置１Ｂは、第１実施形態に係る蛍光検出装置１Ａと異なり、光学フィルタを備えていない。そのため、蛍光検出装置１Ｂは、蛍光検出装置１Ａに比べて、製造コストの観点から有利であるが、固体撮像素子の受光面に到達する励起光の量が増加しうるためＳＮ比が劣る場合がある。
　固体撮像素子の受光面に到達する励起光を低減させて、ＳＮ比の低下を抑制するために、上記「３－１．第１実施形態」において説明したとおり、励起光がマイクロウェルアレイ層２０の上面に対して斜めに照射されることが好ましい。励起光が斜めに照射される場合、励起光の入射角の好ましい数値範囲は、上記３－１．において述べたとおりである。
　ここで、励起光の入射角と固体撮像素子の受光面に到達する励起光の量との関係を検証したシミュレーションの結果について説明する。当該シミュレーションは、光学フィルタを備えていない蛍光検出装置１Ｂにおいて励起光の入射角を変動させた場合に、固体撮像素子の受光面に到達する励起光の量がどのように変化するかを検証したものである。
　図１６～１８はそれぞれ、励起光Ｌ１００の入射角が０°、３０°、３３°の場合におけるシミュレーションの結果を示す図である。図１６において、実線Ｘは、遮光膜４２の開口部が設けられている位置を示している。楕円Ｙは、遮光膜４２の開口部を通過した励起光を示している。図１６に示されるように、入射角が０°の励起光Ｌ１００を照射すると、励起光Ｌ１００の一部は遮光膜４２の開口部を通過し、固体撮像素子の受光面に到達する。
　図１７に示されるように、入射角が３０°の励起光Ｌ１００を照射すると、励起光Ｌ１００の一部は遮光膜４２の開口部を通過し、固体撮像素子の受光面に到達する。しかしながら、入射角が３０°の場合において開口部を通過する励起光Ｌ１００の量は、入射角が０°の場合と比べて少ない。励起光Ｌ１００を斜めに照射することにより、遮光膜４２によって遮断される励起光Ｌ１００の量が増加するためである。
　図１８に示されるように、入射角が３３°の励起光Ｌ１００を照射すると、励起光Ｌ１００は遮光膜４２で遮断されて、固体撮像素子の受光面に到達しない。
　図１６～１８に示されるシミュレーションの結果から、光学フィルタを備えていない蛍光検出装置１Ｂにおいて励起光Ｌ１００の入射角を調整することにより、遮光膜４２で励起光Ｌ１００を低減又は遮断できることが分かる。この結果から、蛍光検出装置が光学フィルタを備えていない場合であっても、励起光Ｌ１００の入射角の調整により、固体撮像素子の受光面に到達する励起光Ｌ１００の量を低減させて、ＳＮ比低下を抑制できることが分かる。
３－３．第３実施形態
　図１９は、第３実施形態に係る蛍光検出装置１Ｃの一部の断面を示す模式図である。第３実施形態に係る蛍光検出装置１Ｃは、第２検出機構４０が開口部を有する遮光膜を含まない点において第２実施形態に係る蛍光検出装置１Ｂと異なり、他の点においては蛍光検出装置１Ｂと同じである。
　蛍光検出装置１Ｃは、上方から順に、マイクロウェル２１を上面に有するマイクロウェルアレイ層２０と、第１検出機構３０と、第２検出機構４０とを備える。また、蛍光検出装置１Ｃは、第２検出機構４０より下方に、固体撮像素子を備える（図示せず）。すなわち、蛍光検出装置１Ｃにおいては、１つのマイクロウェル２１に対応して、上下方向に配置された１つの第１検出機構３０と１つの第２検出機構４０と１つの固体撮像素子との組み合わせを含む構成単位が形成されている。
　蛍光検出装置１Ｃの第１検出機構３０は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群３１を含み、光学フィルタを含まない。第２検出機構４０は、正のパワーを有する第２マイクロレンズ群４１を含み、開口部を有する遮光膜を含まない。
　第３実施形態に係る蛍光検出装置１Ｃは、第１実施形態に係る蛍光検出装置１Ａ及び第２実施形態に係る蛍光検出装置１Ｂに比べて、製造コストの観点から有利であるが、ＳＮ比が劣る場合がある。蛍光検出装置１Ｃは励起光を遮断又は低減するための光学フィルタ及び遮光膜を備えておらず、固体撮像素子の受光面に到達する励起光の量が増加しうるためである。しかしながら、蛍光検出装置１Ｃは、第１マイクロレズ群３１及び第２マイクロレンズ群４１によって光利用効率を高めているため、被検物から発せられる蛍光は検出可能である。例えば、ＳＮ比向上よりも製造コスト低減を優先させる場合に、蛍光検出装置１Ｃが採用されてよい。
３－３－１．第３実施形態の変形例
　図２０は、第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置１Ｃａの一部の断面を示す模式図である。変形例に係る蛍光検出装置１Ｃａは、基板５０及び空気層６０を含んでいる点において第３実施形態に係る蛍光検出装置１Ｃと異なり、他の点においては蛍光検出装置１Ｃと同じである。
　蛍光検出装置１Ｃａは、上方から順に、マイクロウェル２１を上面に有するマイクロウェルアレイ層２０と、第１検出機構３０と、基板５０と、空気層６０と、第２検出機構４０とを備える。また、蛍光検出装置１Ｃａは、第２検出機構４０より下方に、固体撮像素子を備える（図示せず）。すなわち、蛍光検出装置１Ｃａにおいては、１つのマイクロウェル２１に対応して、上下方向に配置された１つの第１検出機構３０と基板５０と空気層６０と１つの第２検出機構４０と１つの固体撮像素子との組み合わせを含む構成単位が形成されている。
　基板５０は、マイクロウェルアレイ層２０及び第１検出機構３０を配置するための板状の部材である。基板５０は、例えばガラス製であってよい。基板５０は、第１検出機構３０より下方に設けられており、より詳細には、第１検出機構３０と空気層６０との間に設けられている。
　空気層６０は、構成部材が配置されていない部分である。空気層６０は、基板５０より下方に設けられおり、より詳細には、基板５０と第２検出機構４０との間に設けられている。空気層６０は、基板５０と第２検出機構４０とが離隔して配置されることにより形成される。
　図２１は、第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置１Ｃａの一例を示す模式図である。図２１の左側は、蛍光検出装置１Ｃａの一部の断面を示している。図２１の左側は、図２０に示される断面よりも水平方向に広い範囲の断面を示している。図２１の左側に示されるように、蛍光検出装置１Ｃａにおいては、各マイクロウェル２１に対応して、図２０の構成単位が水平方向に複数並設されている。図２１には示されていないが、第２検出機構４０より下方に、各第２検出機構４０に対応して固体撮像素子が設けられている。
　図２１の右側は、蛍光検出装置１Ｃａの構成の一例を示している。図２１の右側に示されるように、蛍光検出装置１Ｃａは、上方から順に、マイクロウェルアレイ基板部１１０とセンサ部１２０とを備えていてよい。マイクロウェルアレイ基板部１１０は、上方から順に、マイクロウェルアレイ層２０と、第１検出機構３０と、基板５０とを含む。センサ部１２０は、上方から順に、第２検出機構４０と、固体撮像素子とを含む。マイクロウェルアレイ基板部１１０とセンサ部１２０との間に空気層６０が設けられている。このように、蛍光検出装置１Ｃａは、上方から順に、マイクロウェルアレイ基板部１１０と、空気層６０と、センサ部１２０とを備える構成を有していてよい。
　図２２は、第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置１Ｃａの一例の断面を示す模式図である。図２０及び図２１に示される蛍光検出装置１Ｃａは、例えば、図２２に示される全体構成を有している。具体的には、蛍光検出装置１Ｃａは、セラミックパッケージ２１０を備えている。センサ部１２０は、セラミックパッケージ２１０の内側に配置される。センサ部１２０は、例えばワイヤ２２０を介したワイヤボンディングにより、外部と電気的に接続される。
　蛍光検出装置１Ｃａは、マイクロウェルアレイ基板部１１０をセンサ部１２０から離隔させて保持する保持部２３０をさらに備えている。すなわち、マイクロウェルアレイ基板部１１０は、保持部２３０により、センサ部１２０から上方に離隔した位置に保持されている。これにより、マイクロウェルアレイ基板部１１０とセンサ部１２０との間に空気層６０が形成されている。
　マイクロウェルアレイ基板部１１０とセンサ部１２０との間に空気層６０を設けることにより、マイクロウェルアレイ基板部１１０をセンサ部１２０から分離可能な構造とすることができる。これにより、マイクロウェルアレイ基板部１１０を使用して一連の蛍光検出作業を終了した後に、使用済みのマイクロウェルアレイ基板部１１０を、新しいマイクロウェルアレイ基板部１１０に取り替えることができる。したがって、マイクロウェルアレイ基板部１１０以外の構成部材を繰り返し使用することができる。
　図２３は、第３実施形態の変形例に係る蛍光検出装置１Ｃａの他の一例の断面を示す模式図である。図２３に示される蛍光検出装置１Ｃａは、図２２と異なり、保護板部２４０を備えている。
　保護板部２４０は、センサ部１２０を保護するための板状の部材である。保護板部２４０は、例えばガラス製であってよい。保護板部２４０は、マイクロウェルアレイ基板部１１０とセンサ部１２０との間に設けられている。マイクロウェルアレイ基板部１１０と保護板部２４０との間、及び、保護板部２４０とセンサ部１２０との間は、それぞれ離隔している。したがって、マイクロウェルアレイ基板部１１０と保護板部２４０との間は空気層６０（第１空気層）であり、保護板部２４０とセンサ部１２０との間も空気層６０（第２空気層）である。すなわち、図２３の保護板部２４０は、図２２に示される空気層６０に対応する位置に設けられている。
　図２３に示される蛍光検出装置１Ｃａは、保持部２３０ａを備えている。保持部２３０ａは、マイクロウェルアレイ基板部１１０と保護板部２４０とを保持する。より詳細には、保持部２３０ａは、マイクロウェルアレイ基板部１１０を保護板部２４０から離隔させて保持し、且つ、保護板部２４０をセンサ部１２０から離隔させて保持する。このようにして、マイクロウェルアレイ基板部１１０は、保護板部２４０から上方に離隔した位置に保持されている。また、保護板部２４０は、センサ部１２０から上方に離隔した位置に保持されている。
　図２３に示されるように保護板部２４０を設けることで、マイクロウェルアレイ基板部１１０の取り替え時にセンサ部１２０が露出することを防止できる。そのため、センサ部１２０を汚染から保護することができる。
　以上、本技術の実施形態及び変形例について説明した。しかしながら、本技術の蛍光検出装置の構成は、上記で説明した実施形態及び変形例の構成に限定されない。各実施形態及び変形例における構成要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせられてよい。
　一例として、上記「３－３－１．第３実施形態の変形例」において説明した空気層を備える構成、すなわち、マイクロウェルアレイ基板部を取り替え可能な構成は、第１実施形態又は第２実施形態の蛍光検出装置において採用されてよい。
　この場合、第１実施形態又は第２実施形態の蛍光検出装置は、上方から順に、マイクロウェルアレイ基板部と、空気層と、センサ部とを備えていてよい。マイクロウェルアレイ基板部は、上方から順に、マイクロウェルアレイ層と第１検出機構とを含む。センサ部は、上方から順に、第２検出機構と固体撮像素子とを含む。すなわち、この場合、第１検出機構と第２検出機構との間に空気層が設けられている。このような構成を採用することにより、マイクロウェルアレイ基板部（マイクロウェルアレイ層及び第１検出機構）を使用の都度取り替えて、マイクロウェルアレイ基板部以外の構成要素（第２検出機構及び固体撮像素子）を繰り返し使用することができる。
４．蛍光検出装置の製造方法
　次に、蛍光検出装置１の製造方法の一例について説明する。ここでは、蛍光検出装置１が裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置１００を含む場合を例に挙げる。
　図２４は、蛍光検出装置１の一例の断面を示す模式図である。蛍光検出装置１は、上方から順に、マイクロウェルアレイ層２０、第１検出機構３０、第２検出機構４０、及び固体撮像装置１００を備えている。固体撮像装置１００は、上方から順に、第１の半導体チップ部１２２及び第２の半導体チップ部１２６を備えている。第１の半導体チップ部１２２は、画素領域と制御領域を含む。第２の半導体チップ部１２６は、ロジック回路を含む。第１の半導体チップ部１２２と第２の半導体チップ部１２６は、電気的に接続された状態で上下に積層されている。
　図２５～３６を参照して、蛍光検出装置１の製造方法を説明する。まず、図２５に示されるように、第１の半導体基板１２２ｂの各チップ部となる領域に、半製品状態のイメージセンサ、すなわち画素領域１２３と制御領域１２４を形成する。
　具体的には、シリコン基板からなる第１の半導体基板１２２ｂの各チップ部となる領域に、各画素の光電変換部となるフォトダイオードＰＤを形成する。また、半導体ウェル領域１２２ｃに各画素トランジスタのソース／ドレイン領域１２２ｄを形成する。半導体ウェル領域１２２ｃは、第１導電型（例えばｐ型）の不純物を導入して形成する。ソース／ドレイン領域１２２ｄは、第２導電型（例えばｎ型）の不純物を導入して形成する。
　フォトダイオードＰＤ及び各画素トランジスタのソース／ドレイン領域１２２ｄは、基板表面からイオン注入で形成する。フォトダイオードＰＤは、ｎ型半導体領域１２２ｅと基板表面側のｐ型半導体領域１２２ｆを有するように形成される。
　画素を構成する基板表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極１２２ｇを形成する。ゲート電極１２２ｇと対のソース／ドレイン領域１２２ｄとにより、画素トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を形成する。図２５では、複数の画素トランジスタを、２つの画素トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２で代表して示している。フォトダイオードＰＤに隣接する画素トランジスタＴｒ１が転送トランジスタに相当し、そのソース／ドレイン領域１２２ｄがフローティングディフュージョンに相当する。
　各単位画素は、素子分離領域１２２ｈで分離される。
　一方、制御領域１２４側では、第１の半導体基板１２２ｂに制御回路を構成するＭＯＳトランジスタを形成する。図２５では、制御領域１２４を構成するＭＯＳトランジスタを、ＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４で代表して示している。各ＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、ｎ型ソース／ドレイン領域１２２ｄと、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極１２２ｇとにより形成される。
　次に、第１の半導体基板１２２ｂ上に、１層目の層間絶縁膜１２２ｉを形成する。その後、層間絶縁膜１２２ｉにコンタクトホールを形成し、所望のトランジスタに接続する接続導体１２２ｊを形成する。高さの異なる接続導体１２２ｊの形成に際しては、トランジスタ上面を含む全面に第１絶縁薄膜を例えばシリコン酸化膜で形成し、エッチングストッパとなる第２絶縁薄膜を例えばシリコン窒化膜で形成して積層する。この第２絶縁薄膜上に１層目の層間絶縁膜１２２ｉを形成する。
　その後、１層目の層間絶縁膜１２２iに、深さの異なるコンタクトホールをエッチングストッパとなる第２絶縁薄膜まで選択的に形成する。次に、各コンタクトホールに連続するように、各部で同じ膜厚の第１絶縁薄膜及び第２絶縁薄膜を選択エッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、各コンタクトホールに接続導体１２２jを埋め込む。
　次に、各接続導体１２２jに接続するように、層間絶縁膜１２２iを介して複数層、本例では４層の銅配線１２２kを形成して第１の多層配線層１２２ｌを形成する。通常、各銅配線１２２kは、Ｃｕ拡散を防止するため図示しないバリアメタル層で覆われる。層間絶縁膜１２２iとバリアメタル層を介して形成される銅配線１２２kとを交互に形成することにより、第１の多層配線層１２２ｌが形成される。本例では、第１の多層配線層１２２ｌを銅配線１２２kで形成する例としたが、その他の金属材料によるメタル配線とすることも可能である。
　これまでの工程で、上部に第１の多層配線層１２２ｌを有し、半製品状態の画素領域１２３及び制御領域１２４が構成された第１の半導体基板１２２bが形成される。
　一方、図２６に示すように、例えばシリコンからなる第２の半導体基板１２６ｍの各チップ部となる領域に、半製品状態の信号処理するための信号処理回路を含むロジック回路１２５を形成する。すなわち、第２の半導体基板１２６ｍの表面側のｐ型の半導体ウェル領域１２６ｎに、素子分離領域１２６ｏで分離されるようにロジック回路１２５を構成する複数のＭＯＳトランジスタを形成する。ここでは、複数のＭＯＳトランジスタを、ＭＯＳトランジスタＴｒ５、Ｔｒ６、Ｔｒ７、Ｔｒ８で代表する。各ＭＯＳトランジスタＴｒ５、Ｔｒ６、Ｔｒ７、Ｔｒ８は、それぞれ１対のｎ型のソース／ドレイン領域１２６pと、ゲート絶縁膜を介して形成したゲート電極１２６qを有するように形成される。ロジック回路１２５は、ＭＯＳトランジスタで構成することができる。
　次に、第２の半導体基板１２６ｍの表面上に、１層目の層間絶縁膜１２６rを形成する。その後、層間絶縁膜１２６rにコンタクトホールを形成し、所望のトランジスタに接続する接続導体１２６sを形成する。高さの異なる接続導体１２６sの形成に際しては、前述と同様に、トランジスタ上面を含む全面に第１絶縁薄膜（例えばシリコン酸化膜）と、エッチングストッパとなる第２絶縁薄膜（例えばシリコン窒化膜）を積層する。この第２絶縁薄膜上に１層目の層間絶縁膜１２６rを形成する。
　そして、１層目の層間絶縁膜１２６rに、深さの異なるコンタクトホールをエッチングストッパとなる第２絶縁薄膜まで選択的に形成する。次に、各コンタクトホールに連続するように、各部で同じ膜厚の第１絶縁薄膜及び第２絶縁薄膜を選択エッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、各コンタクトホールに接続導体１２６sを埋め込む。
　その後、層間絶縁膜１２６rの形成と複数層のメタル配線の形成を繰り返すことにより、第２の多層配線層１２６tを形成する。本例では、第１の半導体基板１２２b上に形成した第１の多層配線層１２２ｌの形成工程と同様にして４層の銅配線１２６uを形成し、第２の多層配線層１２６tが形成される。
　そして、第２の多層配線層１２６ｔ上部には、第１の半導体基板１２２bと第２の半導体基板１２６ｍの貼り合わせの際に反りを軽減するための反り矯正膜１２６yを形成する。
　これまでの工程で、上部に第２の多層配線層１２６tを有し、半製品状態のロジック回路が構成された第２の半導体基板１２６ｍが形成される。
　次に、図２７に示すように、第１の半導体基板１２２bと第２の半導体基板１２６ｍとを、第１の多層配線層１２２ｌと第２の多層配線層１２６tとが向き合うように貼り合わせる。貼り合わせは、例えば接着剤にて行う。この他、プラズマ接合で貼り合わせもよい。そして、上部に多層配線層を有する第１の半導体基板１２２bと第２の半導体基板１２６ｍとが積層して貼り合わされることにより、２つの異種基板からなる積層体１２２ａが形成される。
　次に、第１の半導体基板１２２bの裏面側から研削、研磨して第１の半導体基板１２２bを薄肉化する。この薄肉化は、フォトダイオードＰＤが臨むように行われる。薄肉化した後、フォトダイオードＰＤの裏面に、暗電流抑制のためのｐ型半導体層（図示せず）を形成する。第１の半導体基板１２２bの厚さは例えば６００μｍ程度あるが、例えば３～５μｍ程度まで薄肉化する。この第１の半導体基板１２２bの裏面が裏面照射型の固体撮像装置として構成されたときの、光入射面となる。
　次に、図２８に示すように、シリコン面に反射防止コーティング１２７を施す。その後、フォトダイオードＰＤの上に、遮光膜４２の材料となるタングステンを、例えば３５０ｎｍ厚で形成し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で表面を研磨し、エッチングで開口部４３を形成する。
　次に、図２９に示すように、遮光膜用溝部１２８を形成する。遮光膜用溝部１２８は、第１の半導体基板１２２bの裏面側に形成された絶縁膜上面からエッチングにより開口を設けることで形成し、例えば第１の半導体基板１２２bに達しない深さに形成する。その後、例えば、タングステン膜を形成し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で表面を研磨する。これにより、図３０に示すように遮光膜用溝部のタングステン１２９のみを残存させる。これにより、遮光膜１３０が形成される。その後、図３１に示すように、全面に平坦化膜１３１を形成する。
　次に、平坦化膜１３１上の画素アレイ領域にオンチップレンズ材料を成膜する。その後、オンチップレンズ材料上部の各画素に対応する領域に、オンチップレンズ用のレジスト膜を形成し、エッチング処理を行う。これにより、図３１に示すように、第２マイクロレンズ群を構成する第１のマイクロレンズ（オンチップレンズ）４１ａが形成される。
　次に、第２マイクロレンズ群を構成する第２のマイクロレンズ（オンチップレンズ）を所望の間隔で施すために、図３２に示すようにＳｉＯ２層１３２を形成する。前述と同じように、図３３に示す第２のオンチップレンズ（オンチップレンズ）４１ｂを形成し、図３４に示すＳｉＯ２層１３３を形成する。
　その後、図３５に示すように、ＳｉＯ２層１３３の上に、励起光を遮断し且つ蛍光を透過する光学フィルタ３２を形成する。さらに、前述と同様にして、第１マイクロレンズ群を構成するマイクロレンズ３１（オンチップレンズ）を形成し、図３６に示すようにＳｉＯ２層１３４を形成する。
　次に、マイクロウェルアレイ層の材料１３５を塗布し、エッチングにより、マイクロウェル２１を形成する。
　以上の工程を含む製造方法により、蛍光検出装置１が得られる。このような製造方法によれば、固体撮像装置の製造過程を含む一連の工程により蛍光検出装置１を生産ことができる。例えば、固体撮像装置用の既存の製造設備を利用して蛍光検出装置１を生産することができる。これにより、安価で生産性の高い蛍光検出装置１が得られうる。
　また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
［１］
　励起光の照射により生じた被検物の蛍光を検出する蛍光検出装置であり、
　被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層と、
　前記マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェルに対応して設けられた第１検出機構と、
　前記第１検出機構より下方に、各第１検出機構に対応して設けられた固体撮像素子と、を備え、
　前記第１検出機構は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群を含む、
　蛍光検出装置。
［２］
　前記第１検出機構は、前記マイクロウェル側から順に、
　前記正のパワーを有する第１マイクロレンズ群と、
　前記蛍光を透過させる光学フィルタと、を含む、［１］に記載の蛍光検出装置。
［３］
　前記励起光は、前記マイクロウェルアレイ層の前記上面に対して斜めに照射される、［１］又は［２］に記載の蛍光検出装置。
［４］
　前記第１検出機構と前記固体撮像素子との間に、各第１検出機構に対応して設けられた第２検出機構をさらに備え、
　前記第２検出機構は、正のパワーを有する第２マイクロレンズ群を含む、［１］から［３］のいずれかに記載の蛍光検出装置。
［５］
　前記第２検出機構は、前記第１検出機構側から順に、
　前記正のパワーを有する第２マイクロレンズ群と、
　開口部を有する遮光膜と、を含み、
　前記開口部は、前記第２マイクロレンズ群の焦点位置に対応して配置されている、［４］に記載の蛍光検出装置。
［６］
　前記固体撮像素子は、前記蛍光の受光面を有し、
　前記マイクロウェルから前記受光面に到達した前記蛍光は、前記受光面に対して垂直な光軸を有する、［１］から［５］のいずれかに記載の蛍光検出装置。
［７］
　１つのマイクロウェルに対応して、上下方向に配置された１つの前記第２検出機構と１つの前記固体撮像素子との組み合わせが、水平方向に複数並設されている、［４］又は［５］に記載の蛍光検出装置。
［８］
　前記第１検出機構と前記第２検出機構との間に空気層が設けられている、［４］又は［５］に記載の蛍光検出装置。
［９］
　前記第１マイクロレンズ群は、回折レンズ又はメタレンズから構成されている、［１］から［８］のいずれかに記載の蛍光検出装置。
［１０］
　前記第２マイクロレンズ群は、回折レンズ又はメタレンズから構成されている、［１］から［９］のいずれかに記載の蛍光検出装置。
［１１］
　前記光学フィルタは、前記励起光を遮断する、［２］に記載の蛍光検出装置。
［１２］
　前記遮光膜の前記開口部の径は、０．０００３ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下である、［５］に記載の蛍光検出装置。
［１３］
　前記第２マイクロレンズ群の焦点距離は、０．０００３ｍｍ以上３ｍｍ以下である、［４］又は［５］に記載の蛍光検出装置。
［１４］
　前記励起光を照射する光源をさらに備える、［１］から［１３］のいずれかに記載の蛍光検出装置。
［１５］
　被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層と、
　前記マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェルに対応して設けられた第１検出機構と、を備え、
　前記第１検出機構は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群を含む、
　蛍光検出装置用プレート。
１，１Ａ，１Ａａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｃａ　蛍光検出装置
１０　蛍光検出装置用プレート
２０　マイクロウェルアレイ層
２１　マイクロウェル
３０　第１検出機構
３１　第１マイクロレンズ群
３２　光学フィルタ
４０　第２検出機構
４１　第２マイクロレンズ群
４２　遮光膜
４３　開口部
５０　基板
６０　空気層
１００　固体撮像装置
１１０　マイクロウェルアレイ基板部
１２０　センサ部
２１０　セラミックパッケージ
２２０　ワイヤ
２３０　保持部
２４０　保護板部 

Claims (15)

  1. 　励起光の照射により生じた被検物の蛍光を検出する蛍光検出装置であり、
    　被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層と、
    　前記マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェルに対応して設けられた第１検出機構と、
    　前記第１検出機構より下方に、各第１検出機構に対応して設けられた固体撮像素子と、を備え、
    　前記第１検出機構は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群を含む、
    　蛍光検出装置。
  2. 　前記第１検出機構は、前記マイクロウェル側から順に、
    　前記正のパワーを有する第１マイクロレンズ群と、
    　前記蛍光を透過させる光学フィルタと、を含む、請求項１に記載の蛍光検出装置。
  3. 　前記励起光は、前記マイクロウェルアレイ層の前記上面に対して斜めに照射される、請求項１に記載の蛍光検出装置。
  4. 　前記第１検出機構と前記固体撮像素子との間に、各第１検出機構に対応して設けられた第２検出機構をさらに備え、
    　前記第２検出機構は、正のパワーを有する第２マイクロレンズ群を含む、請求項１に記載の蛍光検出装置。
  5. 　前記第２検出機構は、前記第１検出機構側から順に、
    　前記正のパワーを有する第２マイクロレンズ群と、
    　開口部を有する遮光膜と、を含み、
    　前記開口部は、前記第２マイクロレンズ群の焦点位置に対応して配置されている、請求項４に記載の蛍光検出装置。
  6. 　前記固体撮像素子は、前記蛍光の受光面を有し、
    　前記マイクロウェルから前記受光面に到達した前記蛍光は、前記受光面に対して垂直な光軸を有する、請求項１に記載の蛍光検出装置。
  7. 　１つのマイクロウェルに対応して、上下方向に配置された１つの前記第２検出機構と１つの前記固体撮像素子との組み合わせが、水平方向に複数並設されている、請求項４に記載の蛍光検出装置。
  8. 　前記第１検出機構と前記第２検出機構との間に空気層が設けられている、請求項４に記載の蛍光検出装置。
  9. 　前記第１マイクロレンズ群は、回折レンズ又はメタレンズから構成されている、請求項１に記載の蛍光検出装置。
  10. 　前記第２マイクロレンズ群は、回折レンズ又はメタレンズから構成されている、請求項４に記載の蛍光検出装置。
  11. 　前記光学フィルタは、前記励起光を遮断する、請求項２に記載の蛍光検出装置。
  12. 　前記遮光膜の前記開口部の径は、０．０００３ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下である、請求項５に記載の蛍光検出装置。
  13. 　前記第２マイクロレンズ群の焦点距離は、０．０００３ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項４に記載の蛍光検出装置。
  14. 　前記励起光を照射する光源をさらに備える、請求項１に記載の蛍光検出装置。
  15. 　被検物を収容可能な二次元アレイ状のマイクロウェルを上面に有するマイクロウェルアレイ層と、
    　前記マイクロウェルアレイ層より下方に、各マイクロウェルに対応して設けられた第１検出機構と、を備え、
    　前記第１検出機構は、正のパワーを有する第１マイクロレンズ群を含む、
    　蛍光検出装置用プレート。 
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