バイオチップ読取装置
【課題】 光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能なバイオチップ読取装置を実現する。
【解決手段】 バイオチップ読取装置において、発散若しくは集光による出射角が狭い角度に制限された任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板と、コヒーレント光を励起光としてマイクロレンズ板に照射する光源と、マイクロレンズ板からの出射光を透過若しくは反射させ、バイオチップで生じた蛍光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、撮影手段と、このダイクロイックミラーで反射若しくは透過された光を撮影手段に集光するレンズと、ダイクロイックミラーと撮影手段との間に設けられたバリアフィルタと、マイクロレンズ板を駆動して複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光をバイオチップの表面に対して走査する駆動手段とを設ける。
【解決手段】 バイオチップ読取装置において、発散若しくは集光による出射角が狭い角度に制限された任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板と、コヒーレント光を励起光としてマイクロレンズ板に照射する光源と、マイクロレンズ板からの出射光を透過若しくは反射させ、バイオチップで生じた蛍光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、撮影手段と、このダイクロイックミラーで反射若しくは透過された光を撮影手段に集光するレンズと、ダイクロイックミラーと撮影手段との間に設けられたバリアフィルタと、マイクロレンズ板を駆動して複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光をバイオチップの表面に対して走査する駆動手段とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡチップやプロテインチップ等のバイオチップ読取装置に関し、特に光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能なバイオチップ読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオチップは、例えば、ＤＮＡチップは数千から数万種類の既知のＤＮＡの断片を基板上にアレイ状に配置したものである。このようなＤＮＡチップに未知のＤＮＡの断片を流した場合に同じ種類のＤＮＡ同士で結合する性質を利用して結合が生じた既知のＤＮＡをバイオチップ読み出し装置を用いて調べることにより、未知のＤＮＡの配列等を特定するものである。
【０００３】
図１７はこのようなバイオチップにおけるハイブリダイゼーションの一例を示す説明図である。図１７中“ＳＢ０１”に示す基板上には図１７中”ＤＮ０１”、”ＤＮ０２”、”ＤＮ０３”、”ＤＮ０４”、”ＤＮ０５”及び”ＤＮ０６”に示す６種類のＤＮＡの断片によるサイトがアレイ状に配置されＤＮＡチップを構成している。
【０００４】
一方、図１７中”ＵＮ０１”は未知のＤＮＡの断片であり、このＤＮＡの断片は図１７中”ＬＭ０１”に示すように蛍光標識が予め付加されている。このような未知のＤＮＡの断片を前述のＤＮＡチップにハイブリダイズさせることにより、配列が相補的なＤＮＡ同士が結合する。
【０００５】
例えば、図１７中”ＣＢ０１”に示すように図１７中”ＵＮ０１”の未知のＤＮＡの断片は図１７中”ＤＮ０１”に示す既知のＤＮＡの断片と結合する。
【０００６】
バイオチップ読取装置を用いてこのようにハイブリダイズされたＤＮＡチップに励起光を照射し、前記蛍光標識で発生する蛍光を検出することにより、既知のＤＮＡの内でどのＤＮＡと結合したかを識別することができる。
【０００７】
例えば、図１７中”ＳＩ０１”に示すようなＤＮＡチップを走査した結果のイメージにおいて、図１７中”ＣＢ０１”が生じた部分のみが蛍光を生じるので図１７中”ＬＤ０１”に示す部分のみから蛍光が検出されることになる。
【０００８】
そして、従来のＤＮＡチップやプロテインチップ等のバイオチップ読取装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１９４３０９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４３１０号公報
【特許文献３】特開２００３−０２８７９９号公報
【特許文献４】特開２００３−０５７５５７号公報
【特許文献５】特開２００４−１３８４２０号公報
【００１０】
図１８はこのような従来のバイオチップ読取装置の一例を示す構成ブロック図である。図１８において１は円形の基板上に複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ板、２は波長に応じて光を透過或いは反射させるダイクロイックミラー、３は複数個のセルがアレイ状に配置されたバイオチップ、４はレンズ、５は特定の波長領域の光の透過を遮断するバリアフィルタ、６はカメラ等の撮影手段、７はマイクロレンズ板１を回転させるモータ等の駆動手段である。
【００１１】
コヒーレント光を出射するレーザ光源等の光源（図示せず。）からの出射光である図１８中”ＥＬ１１”に示す励起光はマイクロレンズ板１に照射され、マイクロレンズ板１に形成されている複数のマイクロレンズで集光された励起光はダイクロイックミラー２を透過してバイオチップ３に集光される。
【００１２】
そして、励起光によりバイオチップ３で生じた蛍光（具体的には、同一種類のＤＮＡの断片が複数個配置されているセルで生じた蛍光）はダイクロイックミラー２で反射され、レンズ４によって当該反射光はバリアフィルタ５を透過して撮影手段６に集光される。
【００１３】
一方、駆動手段７はマイクロレンズ板１を円板の中心軸を中心に回転させることにより、マイクロレンズ板１に形成された複数のマイクロレンズの位置が移動し、これに伴ない複数のマイクロレンズで集光される励起光がバイオチップ３の表面を走査することになる。
【００１４】
例えば、図１９はマイクロレンズ板１の一例を示す平面図であり、図１９に示すようにマイクロレンズ板１には図１９中”ＭＬ２１”に示すように螺旋状にマイクロレンズが配列されており、このような複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ板１を中心軸を中心に回転させることにより、複数のマイクロレンズで集光される励起光がバイオチップ３の表面を走査することになる。（パターンの例としては、例えば、特許第２６６３７６６号や特許第２６９２４１６号の記載されている。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、図１８に示す従来例では、マイクロレンズ板１の正確位置にマイクロレンズを形成し中心軸を正確に設けると共に、駆動手段７であるモータの偏心や撮影手段６であるカメラとの回転同期等が必要であるためコストアップになってしまうといった問題点があった。
【００１６】
また、励起光としてレーザ光源の出射光を用いた場合には、当該レーザ光源の出射光の光分布ムラといった性能のバラツキ、或いは、レンズやダイクロイックミラー等の光学系の汚れや経年変化が、撮影手段６で撮影される映像に直接影響を及ぼしてＳ／Ｎが悪化してしまうといった問題点があった。
【００１７】
例えば、図２０及び図２１はバイオチップ３の代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像及び任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【００１８】
図２０に示すように撮影された画像には、本来、光量が均一な画像であるはずにもかかわらず、レーザ光源の出射光の光分布ムラといった性能のバラツキ、或いは、光学系の汚れや経年変化に起因してムラや干渉縞のような模様が映し出されており、図２０中”ＬＮ３１”に示すライン上の光量分布を示す図２１中”ＣＨ４１”においては、光量の特性曲線は均一な光量ではなくＳ／Ｎが悪化していることが容易に分かる。
これは、光源にレーザ等のコヒーレント光を用いているため、スペックルノイズ等の干渉ノイズが発生し易くなるためである。
従って本発明が解決しようとする課題は、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能なバイオチップ読取装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
バイオチップ読取装置において、
発散若しくは集光による出射角が狭い角度に制限された任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板と、コヒーレント光を励起光として前記マイクロレンズ板に照射する光源と、前記マイクロレンズ板からの出射光を透過若しくは反射させ、バイオチップで生じた蛍光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、撮影手段と、このダイクロイックミラーで反射若しくは透過された光を前記撮影手段に集光するレンズと、前記ダイクロイックミラーと前記撮影手段との間に設けられたバリアフィルタと、前記マイクロレンズ板を駆動して前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光を前記バイオチップの表面に対して走査する駆動手段とを備えたことにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記マイクロレンズ板が、
基板上に凹凸を設けて前記複数のマイクロレンズを形成したことにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記マイクロレンズ板が、
前記基板に前記基板の屈折率とは異なる屈折率の領域を分布させて前記複数のマイクロレンズを形成したことにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記マイクロレンズ板が、
ガラス若しくは樹脂であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２３】
請求項５記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を回転させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を１次元方向、２次元方向或いは３次元方向に移動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２５】
請求項７記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を振動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２６】
請求項８記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズが、
円形であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２７】
請求項９記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズが、
網目状であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズが、
任意の形状であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２９】
請求項１１記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズの出射光の出射角が、
±２０度以内であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００３０】
請求項１２記載の発明は、
請求項８記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズの曲率（Ｒ）と直径（ｄ）の比率（Ｒ／ｄ）が０．１以下であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１及び請求項１２の発明によれば、複数種類の大きさのマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散等による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板を駆動させて複数のマイクロレンズにより集光される励起光でバイオチップの表面を走査することにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るバイオチップ読取装置の一実施例を示す構成ブロック図である。図１において８は円形の基板上に任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板（以下、説明の簡単のためにランダムマイクロレンズ板８と呼ぶ。）、９及び１２はレンズ、１０は波長に応じて光を透過或いは反射させるダイクロイックミラー、１１は複数個のサイトがアレイ状に配置されたバイオチップ、１３は特定の波長領域の光の透過を遮断するバリアフィルタ、１４はカメラ等の撮影手段、１５はランダムマイクロレンズ板８を回転させるモータ等の駆動手段である。
【００３３】
コヒーレント光を出射するレーザ光源等の光源（図示せず。）からの出射光である図１中”ＥＬ５１”に示す励起光はランダムマイクロレンズ板８に照射され、ランダムマイクロレンズ板８に形成されている複数のマイクロレンズで発散されレンズ９に入射される。
【００３４】
レンズ９は発散された励起光を集光し、集光された励起光はダイクロイックミラー１０を透過してバイオチップ１１に集光される。
【００３５】
そして、励起光によりバイオチップ１１で生じた蛍光（具体的には、同一種類のＤＮＡの断片が複数個配置されているセルで生じた蛍光）はダイクロイックミラー１０で反射され、レンズ１２によって当該反射光はバリアフィルタ１３を透過して撮影手段１４に集光される。
【００３６】
一方、駆動手段１５はランダムマイクロレンズ板８を円板の中心軸を中心に回転させることにより、ランダムマイクロレンズ板８に形成された複数のマイクロレンズの位置が移動し、これに伴ない複数のマイクロレンズで発散されレンズ９によって集光される励起光がバイオチップ１１の表面を走査することになる。
【００３７】
例えば、図２はランダムマイクロレンズ板８の一例を示す平面図であり、図２に示すようにランダムマイクロレンズ板８には図２中”ＭＬ６１”、”ＭＬ６２”及び”ＭＬ６３”に示すような大中小の３種類の大きさの円形のマイクロレンズが任意の位置にランダムに形成されている。
【００３８】
なお、図２において作図の都合上、各マイクロレンズは間隔をおいて配置されているが、実際には、各マイクロレンズは互いに接触する状態で配置される。
【００３９】
但し、ランダムマイクロレンズ板８に形成された図２中”ＭＬ６１”、”ＭＬ６２”及び”ＭＬ６３”に示すような大中小の３種類の大きさの円形のマイクロレンズの全ては、発散による出射角が集光用のレンズ９に入射される光量を確保するために狭い角度に制限されている。
【００４０】
例えば、図３はマイクロレンズの出射角の制限を説明する説明図であり、図３中”ＥＬ５１”に示すようランダムマイクロレンズ板８に照射された励起光は、図３中”θ”に示す出射角に制限するように形成される。
【００４１】
このため、図３中”ＯＬ７１”及び”ＯＬ７２”に示すような出射角の出射光が集光用のレンズ９に入射され、図３中”ＯＬ７３”及び”ＯＬ７４”に示すような出射角の光は出射されないように制限される。
【００４２】
また、図４及び図５は実際のランダムマイクロレンズ板８の一例を示す２次元画像及び３次元画像、図６はこのようなランダムマイクロレンズ板に平行なレーザ光を入射して測定された出射角の分布特性の一例を示す特性曲線図である。
【００４３】
例えば、図６中”ＣＨ８１”に示すように測定された出射角の分布特性は回帰分析により図６中”ＣＨ８２”に示すような出射角の分布特性となる。図６中”ＣＨ８２”に示す特性曲線から”１／ｅ２ ”で”１０度”であり、出射角が狭い角度に制限されていることが分かる。
【００４４】
さらに、具体的に出射角を制限する方法を図７、図８及び図９を用いて詳細に説明する。図７は形成されるマイクロレンズが円錐状の場合の出射角制限方法を説明する説明図、図８は形成されるマイクロレンズが球面で凸状の場合の出射角制限方法を説明する説明図、図９は形成されるマイクロレンズが球面で凹状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【００４５】
マイクロレンズが円錐状の場合には、図７においてマイクロレンズからの出射角を”θ”、円錐状のマイクロレンズの傾斜角を”φ”、空気の屈折率を”ｎｏ”、マイクロレンズ板８の屈折率を”ｎ”とした場合、スネルの法則から、
ｉ’＝φ＋θ （１）
sinｉ’＝（ｎ／ｎｏ）sinφ （２）
∴φ＝sin−１((ｎｏ／ｎ)・sinｉ’) （３）
となる。
【００４６】
ここで、例えば、”ｉ’＝１５°”、”ｎ＝１．５”及び”ｎｏ＝１．０”とし、円錐状のマイクロレンズの傾斜角”φ”を、
φ＝sin−１((１／１．５)・sin１５°)
≒９．９° （４）
とすることにより、
θ＝ｉ’−φ＝５．０° （５）
となり、出射角”θ”を狭い角度に制限することができる。
【００４７】
一方、マイクロレンズが球面で凸状若しくは凹状の場合には、図８及び図９においてイクロレンズからの出射角を”θ”、球面のマイクロレンズの直径を”ｄ”、球面のマイクロレンズの焦点距離を”ｆ”、球面のマイクロレンズの曲率半径を”Ｒ”、球面のマイクロレンズの開口数を”ＮＡ”、空気の屈折率を”ｎｏ”、マイクロレンズ板８の屈折率を”ｎ”とした場合、
ｆ＝Ｒ／(ｎ−ｎｏ) （６）
ＮＡ≒ｆ／(ｄ／２)＝２Ｒ／(ｄ・(ｎ−ｎｏ)) （７）
となる。
【００４８】
ここで、例えば、”ｎ＝１．５”及び”ｎｏ＝１．０”とすると、
ＮＡ≒４Ｒ／ｄ （８）
Ｒ／ｄ≒ＮＡ／４ （９）
であるので、”Ｒ／ｄ”を制限することにより、出射角”θ”を狭い角度に制限することができる。
【００４９】
また、球面のマイクロレンズのサグ（でっぱり量）を”Ｓ”とした場合、
Ｓ＝Ｒ−(Ｒ２−（ｄ／２）２)１／２ （１０）
となる。
【００５０】
さらに、平均的な傾斜角を”φ’”を”Ｓ／(ｄ／２)”とすると、
φ’＝Ｓ／(ｄ／２)
＝Ｒ／(ｄ／２)−(Ｒ／(ｄ／２)２−１)１／２ （１１）
となり、やはり、”Ｒ／ｄ”を制限することにより平均傾斜角”φ’”が一意的に決定される。
【００５１】
例えば、”ＮＡ”を”０．４”（θ≒２４度）程度以内ならば、集光用のレンズ９は入手し易い。このとき、
Ｒ／ｄ≒ＮＡ／４＝０．１ （１２）
程度になる。
【００５２】
このように、複数種類の大きさの円形のマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８を回転させて複数のマイクロレンズで集光される励起光でバイオチップ１１の表面を走査することにより照度が平滑化されて光量にムラの無い画像が得られる。
【００５３】
例えば、図１０及び図１１はランダムマイクロレンズ板８を回転させ、バイオチップ１１の代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像及び任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【００５４】
図１０に示すように撮影された画像は光量が均一な画像となり、従来例における図２０に示す画像のように、レーザ光源の出射光の光分布ムラといった性能のバラツキ、或いは、光学系の汚れや経年変化に起因してムラや干渉縞のような模様が映し出されてはいないことが分かる。
【００５５】
また、図１０中”ＬＮ９１”に示すライン上の光量分布を示す図１１中”ＣＨ１０１”においては、光量の特性曲線は均一であり、光源の光分布ムラといった性能のバラツキや光学系の汚れや経年変化に対して柔軟に対応していることが分かる。
【００５６】
さらに、複数種類の大きさの円形のマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８を回転させる場合には、マイクロレンズの形成位置の正確な位置合わせや回転同期が不要になるのでローコスト化を図ることができる。
【００５７】
この結果、複数種類の大きさのマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８を回転させて複数のマイクロレンズにより集光される励起光でバイオチップ１１の表面を走査することにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００５８】
なお、バイオチップの測定に白色光の用は非コヒーレント光を用いれば、レーザのようなノイズはでにくいものの、以下に示すようなバックグラウンドノイズが悪化する。図１に示す実施例では撮影手段１４の前にバリアフィルタ１３を設けている。例えば、図１２及び図１３は光源が白色光源及びレーザ光源の場合の撮影手段１４で受光される光量を説明する説明図である。
【００５９】
バリアフィルタ１３の透過特性が図１２中”ＣＨ１１１”に示すような特性であり、励起光として白色光をバイオチップに照射した場合、励起光は、図１２中”ＣＨ１１２”に示すように裾の広がった波長分布を有することになるので、図１２中”ＢＮ１１１”に示す部分が十分に遮蔽できずバックグラウンドノイズとなってしまう。
【００６０】
これに対して、バリアフィルタ１３の透過特性が図１３中”ＣＨ１２１”に示すような特性であり、励起光としてレーザ光をバイオチップに照射した場合、励起光は、図１３中”ＣＨ１２２”に示すように極めて裾の狭い波長分布を有することになるので、バリアフィルタ１３で図１２中”ＢＮ１１１”に示す部分が十分に遮蔽できてバックグラウンドノイズを低減することが可能になる。
【００６１】
また、図１に示す実施例では、ダイクロイックミラーは励起光を透過させ、バイオチップで発生した蛍光を反射させているが、勿論、その逆で、ダイクロイックミラーは励起光を反射させ、バイオチップで発生した蛍光を透過させるものであっても構わない。
【００６２】
また、図１に示す実施例、具体的には図２に示すランダムマイクロレンズ板８に形成するマイクロレンズの形状に関しては、説明の簡単のため、円形のマイクロレンズを例示しているが、勿論、この形状に何ら限定されるものではない。
【００６３】
図１４及び図１５はランダムマイクロレンズ板８に形成するマイクロレンズの形状の他の例を示す説明図であり、図１４中”ＭＬ１３１”に示す円形のマイクロレンズのみならず、マイクロレンズの形状は、図１４中”ＭＬ１３２”に示すようなシリンドリカル状の形状、多角形の形状、図１４中”ＭＬ１３３”に示すような閉じた自由曲線による形状、図１４中”ＭＬ１３４”に示すような網目状の形状等であっても構わない。言い換えれば、任意の形状で構わない。
【００６４】
さらに、図１５中”ＭＬ１４１”に示すような多数の島を配列したような形状のマイクロレンズであっても構わない。但し、どのような形状にしても、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されている必要性はある。また、マイクロレンズの形状も球形だけではなく、プリズム状やランプ状であっても構わない。
【００６５】
また、複数種類の大きさのマイクロレンズが任意の位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８の材質としてガラスや樹脂等を用いることが可能である。
【００６６】
また、ランダムマイクロレンズ板８に入射される励起光としては、出射光の出射角が狭い角度に制限されている範囲であれば、平行光のみならず、収束光或いは発散光の何れであっても構わない。
【００６７】
また、図１等に示す実施例においては、ランダムマイクロレンズ板８（基板）上に凹凸を設けてマイクロレンズを形成しているが、ランダムマイクロレンズ板８（基板）にランダムマイクロレンズ板８（基板）の本来の屈折率とは異なる屈折率の領域を分布させてマイクロレンズを形成しても構わない。
【００６８】
この場合にも、ランダムマイクロレンズ板８（基板）の本来の屈折率とは異なる屈折率の領域の形状に関しては円形に限定されるものではなく、図１４及び図１５等に示すような任意の形状を用いることが可能である。
【００６９】
また、集光用のレンズ９の焦点位置と、バイオチップ１１までの距離をずらすことにより、言い換えれば、ピントをずらすことにより、ランダムマイクロレンズ板８のランダマイズ効果を向上させても構わない。
【００７０】
また、図１に示す実施例ではランダムマイクロレンズ板８を回転させて複数のマイクロレンズにより集光される励起光でバイオチップ１１の表面を走査させているが、駆動方法としては回転に限定されるものではく、駆動手段によってランダムマイクロレンズ板８をバイオチップ１１に平行な平面上を平行移動させたり等の移動によってバイオチップ１１の表面を走査させても構わない。
【００７１】
さらに、ランダムマイクロレンズ板８の移動方向としてもバイオチップ１１に平行な平面上のみならず、ランダムマイクロレンズ板８とバイオチップ１１との位置合わせは厳密ではないので、ランダムマイクロレンズ板８は任意の移動方向に移動させても構わない。また、ランダムマイクロレンズ板８を振動させても構わない。
【００７２】
また、図１に示す実施例ではランダムマイクロレンズ板８に形成されたマイクロレンズによって励起光を発散させていたが、励起光を一旦集光させた光を用いても構わない。
【００７３】
図１６は励起光を一旦集光させた光を用いる場合を示す説明図である。ランダムマイクロレンズ板８に図１６中”ＲＭ１５１”に示すようなランプ形状の突起物を多数形成して、図１６中”ＥＬ１５１”に示す励起光を集光し、図１６中”ＢＷ１５１”に示すようなビームウェストを形成させた後の励起光をバイオチップに照射させても構わない。この場合、集光用のレンズ９は不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係るバイオチップ読取装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】ランダムマイクロレンズ板の一例を示す平面図である。
【図３】マイクロレンズの出射角の制限を説明する説明図である。
【図４】実際のランダムマイクロレンズ板の一例を示す２次元画像である。
【図５】実際のランダムマイクロレンズ板の一例を示す３次元画像である。
【図６】ランダムマイクロレンズ板の測定された出射角の分布特性を示す特性曲線図である。
【図７】形成されるマイクロレンズが円錐状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【図８】形成されるマイクロレンズが球面で凸状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【図９】形成されるマイクロレンズが球面で凹状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【図１０】ランダムマイクロレンズ板を回転させ、バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像の一例を示す説明図である。
【図１１】ランダムマイクロレンズ板を回転させ、バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【図１２】光源が白色光源の場合の撮影手段で受光される光量を説明する説明図である。
【図１３】光源がレーザ光源の場合の撮影手段で受光される光量を説明する説明図である。
【図１４】ランダムマイクロレンズ板に形成するマイクロレンズの形状の他の例を示す説明図である。
【図１５】ランダムマイクロレンズ板に形成するマイクロレンズの形状の他の例を示す説明図である。
【図１６】励起光を一旦集光させた光を用いる場合を示す説明図である。
【図１７】バイオチップにおけるハイブリダイゼーションの一例を示す説明図である。
【図１８】従来のバイオチップ読取装置の一例を示す構成ブロック図である。
【図１９】マイクロレンズ板の一例を示す平面図である。
【図２０】バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像の一例を示す説明図である。
【図２１】バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ マイクロレンズ板
２，１０ ダイクロイックミラー
３，１１ バイオチップ
４，９，１２ レンズ
５，１３ バリアフィルタ
６，１４ 撮影手段
７，１５ 駆動手段
８ ランダムマイクロレンズ板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡチップやプロテインチップ等のバイオチップ読取装置に関し、特に光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能なバイオチップ読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオチップは、例えば、ＤＮＡチップは数千から数万種類の既知のＤＮＡの断片を基板上にアレイ状に配置したものである。このようなＤＮＡチップに未知のＤＮＡの断片を流した場合に同じ種類のＤＮＡ同士で結合する性質を利用して結合が生じた既知のＤＮＡをバイオチップ読み出し装置を用いて調べることにより、未知のＤＮＡの配列等を特定するものである。
【０００３】
図１７はこのようなバイオチップにおけるハイブリダイゼーションの一例を示す説明図である。図１７中“ＳＢ０１”に示す基板上には図１７中”ＤＮ０１”、”ＤＮ０２”、”ＤＮ０３”、”ＤＮ０４”、”ＤＮ０５”及び”ＤＮ０６”に示す６種類のＤＮＡの断片によるサイトがアレイ状に配置されＤＮＡチップを構成している。
【０００４】
一方、図１７中”ＵＮ０１”は未知のＤＮＡの断片であり、このＤＮＡの断片は図１７中”ＬＭ０１”に示すように蛍光標識が予め付加されている。このような未知のＤＮＡの断片を前述のＤＮＡチップにハイブリダイズさせることにより、配列が相補的なＤＮＡ同士が結合する。
【０００５】
例えば、図１７中”ＣＢ０１”に示すように図１７中”ＵＮ０１”の未知のＤＮＡの断片は図１７中”ＤＮ０１”に示す既知のＤＮＡの断片と結合する。
【０００６】
バイオチップ読取装置を用いてこのようにハイブリダイズされたＤＮＡチップに励起光を照射し、前記蛍光標識で発生する蛍光を検出することにより、既知のＤＮＡの内でどのＤＮＡと結合したかを識別することができる。
【０００７】
例えば、図１７中”ＳＩ０１”に示すようなＤＮＡチップを走査した結果のイメージにおいて、図１７中”ＣＢ０１”が生じた部分のみが蛍光を生じるので図１７中”ＬＤ０１”に示す部分のみから蛍光が検出されることになる。
【０００８】
そして、従来のＤＮＡチップやプロテインチップ等のバイオチップ読取装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１９４３０９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４３１０号公報
【特許文献３】特開２００３−０２８７９９号公報
【特許文献４】特開２００３−０５７５５７号公報
【特許文献５】特開２００４−１３８４２０号公報
【００１０】
図１８はこのような従来のバイオチップ読取装置の一例を示す構成ブロック図である。図１８において１は円形の基板上に複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ板、２は波長に応じて光を透過或いは反射させるダイクロイックミラー、３は複数個のセルがアレイ状に配置されたバイオチップ、４はレンズ、５は特定の波長領域の光の透過を遮断するバリアフィルタ、６はカメラ等の撮影手段、７はマイクロレンズ板１を回転させるモータ等の駆動手段である。
【００１１】
コヒーレント光を出射するレーザ光源等の光源（図示せず。）からの出射光である図１８中”ＥＬ１１”に示す励起光はマイクロレンズ板１に照射され、マイクロレンズ板１に形成されている複数のマイクロレンズで集光された励起光はダイクロイックミラー２を透過してバイオチップ３に集光される。
【００１２】
そして、励起光によりバイオチップ３で生じた蛍光（具体的には、同一種類のＤＮＡの断片が複数個配置されているセルで生じた蛍光）はダイクロイックミラー２で反射され、レンズ４によって当該反射光はバリアフィルタ５を透過して撮影手段６に集光される。
【００１３】
一方、駆動手段７はマイクロレンズ板１を円板の中心軸を中心に回転させることにより、マイクロレンズ板１に形成された複数のマイクロレンズの位置が移動し、これに伴ない複数のマイクロレンズで集光される励起光がバイオチップ３の表面を走査することになる。
【００１４】
例えば、図１９はマイクロレンズ板１の一例を示す平面図であり、図１９に示すようにマイクロレンズ板１には図１９中”ＭＬ２１”に示すように螺旋状にマイクロレンズが配列されており、このような複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ板１を中心軸を中心に回転させることにより、複数のマイクロレンズで集光される励起光がバイオチップ３の表面を走査することになる。（パターンの例としては、例えば、特許第２６６３７６６号や特許第２６９２４１６号の記載されている。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、図１８に示す従来例では、マイクロレンズ板１の正確位置にマイクロレンズを形成し中心軸を正確に設けると共に、駆動手段７であるモータの偏心や撮影手段６であるカメラとの回転同期等が必要であるためコストアップになってしまうといった問題点があった。
【００１６】
また、励起光としてレーザ光源の出射光を用いた場合には、当該レーザ光源の出射光の光分布ムラといった性能のバラツキ、或いは、レンズやダイクロイックミラー等の光学系の汚れや経年変化が、撮影手段６で撮影される映像に直接影響を及ぼしてＳ／Ｎが悪化してしまうといった問題点があった。
【００１７】
例えば、図２０及び図２１はバイオチップ３の代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像及び任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【００１８】
図２０に示すように撮影された画像には、本来、光量が均一な画像であるはずにもかかわらず、レーザ光源の出射光の光分布ムラといった性能のバラツキ、或いは、光学系の汚れや経年変化に起因してムラや干渉縞のような模様が映し出されており、図２０中”ＬＮ３１”に示すライン上の光量分布を示す図２１中”ＣＨ４１”においては、光量の特性曲線は均一な光量ではなくＳ／Ｎが悪化していることが容易に分かる。
これは、光源にレーザ等のコヒーレント光を用いているため、スペックルノイズ等の干渉ノイズが発生し易くなるためである。
従って本発明が解決しようとする課題は、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能なバイオチップ読取装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
バイオチップ読取装置において、
発散若しくは集光による出射角が狭い角度に制限された任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板と、コヒーレント光を励起光として前記マイクロレンズ板に照射する光源と、前記マイクロレンズ板からの出射光を透過若しくは反射させ、バイオチップで生じた蛍光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、撮影手段と、このダイクロイックミラーで反射若しくは透過された光を前記撮影手段に集光するレンズと、前記ダイクロイックミラーと前記撮影手段との間に設けられたバリアフィルタと、前記マイクロレンズ板を駆動して前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光を前記バイオチップの表面に対して走査する駆動手段とを備えたことにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記マイクロレンズ板が、
基板上に凹凸を設けて前記複数のマイクロレンズを形成したことにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記マイクロレンズ板が、
前記基板に前記基板の屈折率とは異なる屈折率の領域を分布させて前記複数のマイクロレンズを形成したことにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記マイクロレンズ板が、
ガラス若しくは樹脂であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２３】
請求項５記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を回転させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を１次元方向、２次元方向或いは３次元方向に移動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２５】
請求項７記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を振動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２６】
請求項８記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズが、
円形であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２７】
請求項９記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズが、
網目状であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズが、
任意の形状であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００２９】
請求項１１記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズの出射光の出射角が、
±２０度以内であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００３０】
請求項１２記載の発明は、
請求項８記載の発明であるバイオチップ読取装置において、
前記複数のマイクロレンズの曲率（Ｒ）と直径（ｄ）の比率（Ｒ／ｄ）が０．１以下であることにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１及び請求項１２の発明によれば、複数種類の大きさのマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散等による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板を駆動させて複数のマイクロレンズにより集光される励起光でバイオチップの表面を走査することにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るバイオチップ読取装置の一実施例を示す構成ブロック図である。図１において８は円形の基板上に任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板（以下、説明の簡単のためにランダムマイクロレンズ板８と呼ぶ。）、９及び１２はレンズ、１０は波長に応じて光を透過或いは反射させるダイクロイックミラー、１１は複数個のサイトがアレイ状に配置されたバイオチップ、１３は特定の波長領域の光の透過を遮断するバリアフィルタ、１４はカメラ等の撮影手段、１５はランダムマイクロレンズ板８を回転させるモータ等の駆動手段である。
【００３３】
コヒーレント光を出射するレーザ光源等の光源（図示せず。）からの出射光である図１中”ＥＬ５１”に示す励起光はランダムマイクロレンズ板８に照射され、ランダムマイクロレンズ板８に形成されている複数のマイクロレンズで発散されレンズ９に入射される。
【００３４】
レンズ９は発散された励起光を集光し、集光された励起光はダイクロイックミラー１０を透過してバイオチップ１１に集光される。
【００３５】
そして、励起光によりバイオチップ１１で生じた蛍光（具体的には、同一種類のＤＮＡの断片が複数個配置されているセルで生じた蛍光）はダイクロイックミラー１０で反射され、レンズ１２によって当該反射光はバリアフィルタ１３を透過して撮影手段１４に集光される。
【００３６】
一方、駆動手段１５はランダムマイクロレンズ板８を円板の中心軸を中心に回転させることにより、ランダムマイクロレンズ板８に形成された複数のマイクロレンズの位置が移動し、これに伴ない複数のマイクロレンズで発散されレンズ９によって集光される励起光がバイオチップ１１の表面を走査することになる。
【００３７】
例えば、図２はランダムマイクロレンズ板８の一例を示す平面図であり、図２に示すようにランダムマイクロレンズ板８には図２中”ＭＬ６１”、”ＭＬ６２”及び”ＭＬ６３”に示すような大中小の３種類の大きさの円形のマイクロレンズが任意の位置にランダムに形成されている。
【００３８】
なお、図２において作図の都合上、各マイクロレンズは間隔をおいて配置されているが、実際には、各マイクロレンズは互いに接触する状態で配置される。
【００３９】
但し、ランダムマイクロレンズ板８に形成された図２中”ＭＬ６１”、”ＭＬ６２”及び”ＭＬ６３”に示すような大中小の３種類の大きさの円形のマイクロレンズの全ては、発散による出射角が集光用のレンズ９に入射される光量を確保するために狭い角度に制限されている。
【００４０】
例えば、図３はマイクロレンズの出射角の制限を説明する説明図であり、図３中”ＥＬ５１”に示すようランダムマイクロレンズ板８に照射された励起光は、図３中”θ”に示す出射角に制限するように形成される。
【００４１】
このため、図３中”ＯＬ７１”及び”ＯＬ７２”に示すような出射角の出射光が集光用のレンズ９に入射され、図３中”ＯＬ７３”及び”ＯＬ７４”に示すような出射角の光は出射されないように制限される。
【００４２】
また、図４及び図５は実際のランダムマイクロレンズ板８の一例を示す２次元画像及び３次元画像、図６はこのようなランダムマイクロレンズ板に平行なレーザ光を入射して測定された出射角の分布特性の一例を示す特性曲線図である。
【００４３】
例えば、図６中”ＣＨ８１”に示すように測定された出射角の分布特性は回帰分析により図６中”ＣＨ８２”に示すような出射角の分布特性となる。図６中”ＣＨ８２”に示す特性曲線から”１／ｅ２ ”で”１０度”であり、出射角が狭い角度に制限されていることが分かる。
【００４４】
さらに、具体的に出射角を制限する方法を図７、図８及び図９を用いて詳細に説明する。図７は形成されるマイクロレンズが円錐状の場合の出射角制限方法を説明する説明図、図８は形成されるマイクロレンズが球面で凸状の場合の出射角制限方法を説明する説明図、図９は形成されるマイクロレンズが球面で凹状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【００４５】
マイクロレンズが円錐状の場合には、図７においてマイクロレンズからの出射角を”θ”、円錐状のマイクロレンズの傾斜角を”φ”、空気の屈折率を”ｎｏ”、マイクロレンズ板８の屈折率を”ｎ”とした場合、スネルの法則から、
ｉ’＝φ＋θ （１）
sinｉ’＝（ｎ／ｎｏ）sinφ （２）
∴φ＝sin−１((ｎｏ／ｎ)・sinｉ’) （３）
となる。
【００４６】
ここで、例えば、”ｉ’＝１５°”、”ｎ＝１．５”及び”ｎｏ＝１．０”とし、円錐状のマイクロレンズの傾斜角”φ”を、
φ＝sin−１((１／１．５)・sin１５°)
≒９．９° （４）
とすることにより、
θ＝ｉ’−φ＝５．０° （５）
となり、出射角”θ”を狭い角度に制限することができる。
【００４７】
一方、マイクロレンズが球面で凸状若しくは凹状の場合には、図８及び図９においてイクロレンズからの出射角を”θ”、球面のマイクロレンズの直径を”ｄ”、球面のマイクロレンズの焦点距離を”ｆ”、球面のマイクロレンズの曲率半径を”Ｒ”、球面のマイクロレンズの開口数を”ＮＡ”、空気の屈折率を”ｎｏ”、マイクロレンズ板８の屈折率を”ｎ”とした場合、
ｆ＝Ｒ／(ｎ−ｎｏ) （６）
ＮＡ≒ｆ／(ｄ／２)＝２Ｒ／(ｄ・(ｎ−ｎｏ)) （７）
となる。
【００４８】
ここで、例えば、”ｎ＝１．５”及び”ｎｏ＝１．０”とすると、
ＮＡ≒４Ｒ／ｄ （８）
Ｒ／ｄ≒ＮＡ／４ （９）
であるので、”Ｒ／ｄ”を制限することにより、出射角”θ”を狭い角度に制限することができる。
【００４９】
また、球面のマイクロレンズのサグ（でっぱり量）を”Ｓ”とした場合、
Ｓ＝Ｒ−(Ｒ２−（ｄ／２）２)１／２ （１０）
となる。
【００５０】
さらに、平均的な傾斜角を”φ’”を”Ｓ／(ｄ／２)”とすると、
φ’＝Ｓ／(ｄ／２)
＝Ｒ／(ｄ／２)−(Ｒ／(ｄ／２)２−１)１／２ （１１）
となり、やはり、”Ｒ／ｄ”を制限することにより平均傾斜角”φ’”が一意的に決定される。
【００５１】
例えば、”ＮＡ”を”０．４”（θ≒２４度）程度以内ならば、集光用のレンズ９は入手し易い。このとき、
Ｒ／ｄ≒ＮＡ／４＝０．１ （１２）
程度になる。
【００５２】
このように、複数種類の大きさの円形のマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８を回転させて複数のマイクロレンズで集光される励起光でバイオチップ１１の表面を走査することにより照度が平滑化されて光量にムラの無い画像が得られる。
【００５３】
例えば、図１０及び図１１はランダムマイクロレンズ板８を回転させ、バイオチップ１１の代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像及び任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【００５４】
図１０に示すように撮影された画像は光量が均一な画像となり、従来例における図２０に示す画像のように、レーザ光源の出射光の光分布ムラといった性能のバラツキ、或いは、光学系の汚れや経年変化に起因してムラや干渉縞のような模様が映し出されてはいないことが分かる。
【００５５】
また、図１０中”ＬＮ９１”に示すライン上の光量分布を示す図１１中”ＣＨ１０１”においては、光量の特性曲線は均一であり、光源の光分布ムラといった性能のバラツキや光学系の汚れや経年変化に対して柔軟に対応していることが分かる。
【００５６】
さらに、複数種類の大きさの円形のマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８を回転させる場合には、マイクロレンズの形成位置の正確な位置合わせや回転同期が不要になるのでローコスト化を図ることができる。
【００５７】
この結果、複数種類の大きさのマイクロレンズが任意の複数位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８を回転させて複数のマイクロレンズにより集光される励起光でバイオチップ１１の表面を走査することにより、光学系の性能のバラツキや光学系の経年変化に対して柔軟に対応可能でコストダウンが可能になる。
【００５８】
なお、バイオチップの測定に白色光の用は非コヒーレント光を用いれば、レーザのようなノイズはでにくいものの、以下に示すようなバックグラウンドノイズが悪化する。図１に示す実施例では撮影手段１４の前にバリアフィルタ１３を設けている。例えば、図１２及び図１３は光源が白色光源及びレーザ光源の場合の撮影手段１４で受光される光量を説明する説明図である。
【００５９】
バリアフィルタ１３の透過特性が図１２中”ＣＨ１１１”に示すような特性であり、励起光として白色光をバイオチップに照射した場合、励起光は、図１２中”ＣＨ１１２”に示すように裾の広がった波長分布を有することになるので、図１２中”ＢＮ１１１”に示す部分が十分に遮蔽できずバックグラウンドノイズとなってしまう。
【００６０】
これに対して、バリアフィルタ１３の透過特性が図１３中”ＣＨ１２１”に示すような特性であり、励起光としてレーザ光をバイオチップに照射した場合、励起光は、図１３中”ＣＨ１２２”に示すように極めて裾の狭い波長分布を有することになるので、バリアフィルタ１３で図１２中”ＢＮ１１１”に示す部分が十分に遮蔽できてバックグラウンドノイズを低減することが可能になる。
【００６１】
また、図１に示す実施例では、ダイクロイックミラーは励起光を透過させ、バイオチップで発生した蛍光を反射させているが、勿論、その逆で、ダイクロイックミラーは励起光を反射させ、バイオチップで発生した蛍光を透過させるものであっても構わない。
【００６２】
また、図１に示す実施例、具体的には図２に示すランダムマイクロレンズ板８に形成するマイクロレンズの形状に関しては、説明の簡単のため、円形のマイクロレンズを例示しているが、勿論、この形状に何ら限定されるものではない。
【００６３】
図１４及び図１５はランダムマイクロレンズ板８に形成するマイクロレンズの形状の他の例を示す説明図であり、図１４中”ＭＬ１３１”に示す円形のマイクロレンズのみならず、マイクロレンズの形状は、図１４中”ＭＬ１３２”に示すようなシリンドリカル状の形状、多角形の形状、図１４中”ＭＬ１３３”に示すような閉じた自由曲線による形状、図１４中”ＭＬ１３４”に示すような網目状の形状等であっても構わない。言い換えれば、任意の形状で構わない。
【００６４】
さらに、図１５中”ＭＬ１４１”に示すような多数の島を配列したような形状のマイクロレンズであっても構わない。但し、どのような形状にしても、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されている必要性はある。また、マイクロレンズの形状も球形だけではなく、プリズム状やランプ状であっても構わない。
【００６５】
また、複数種類の大きさのマイクロレンズが任意の位置にランダムに形成され、全てのマイクロレンズの発散による出射角が狭い角度に制限されているランダムマイクロレンズ板８の材質としてガラスや樹脂等を用いることが可能である。
【００６６】
また、ランダムマイクロレンズ板８に入射される励起光としては、出射光の出射角が狭い角度に制限されている範囲であれば、平行光のみならず、収束光或いは発散光の何れであっても構わない。
【００６７】
また、図１等に示す実施例においては、ランダムマイクロレンズ板８（基板）上に凹凸を設けてマイクロレンズを形成しているが、ランダムマイクロレンズ板８（基板）にランダムマイクロレンズ板８（基板）の本来の屈折率とは異なる屈折率の領域を分布させてマイクロレンズを形成しても構わない。
【００６８】
この場合にも、ランダムマイクロレンズ板８（基板）の本来の屈折率とは異なる屈折率の領域の形状に関しては円形に限定されるものではなく、図１４及び図１５等に示すような任意の形状を用いることが可能である。
【００６９】
また、集光用のレンズ９の焦点位置と、バイオチップ１１までの距離をずらすことにより、言い換えれば、ピントをずらすことにより、ランダムマイクロレンズ板８のランダマイズ効果を向上させても構わない。
【００７０】
また、図１に示す実施例ではランダムマイクロレンズ板８を回転させて複数のマイクロレンズにより集光される励起光でバイオチップ１１の表面を走査させているが、駆動方法としては回転に限定されるものではく、駆動手段によってランダムマイクロレンズ板８をバイオチップ１１に平行な平面上を平行移動させたり等の移動によってバイオチップ１１の表面を走査させても構わない。
【００７１】
さらに、ランダムマイクロレンズ板８の移動方向としてもバイオチップ１１に平行な平面上のみならず、ランダムマイクロレンズ板８とバイオチップ１１との位置合わせは厳密ではないので、ランダムマイクロレンズ板８は任意の移動方向に移動させても構わない。また、ランダムマイクロレンズ板８を振動させても構わない。
【００７２】
また、図１に示す実施例ではランダムマイクロレンズ板８に形成されたマイクロレンズによって励起光を発散させていたが、励起光を一旦集光させた光を用いても構わない。
【００７３】
図１６は励起光を一旦集光させた光を用いる場合を示す説明図である。ランダムマイクロレンズ板８に図１６中”ＲＭ１５１”に示すようなランプ形状の突起物を多数形成して、図１６中”ＥＬ１５１”に示す励起光を集光し、図１６中”ＢＷ１５１”に示すようなビームウェストを形成させた後の励起光をバイオチップに照射させても構わない。この場合、集光用のレンズ９は不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係るバイオチップ読取装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】ランダムマイクロレンズ板の一例を示す平面図である。
【図３】マイクロレンズの出射角の制限を説明する説明図である。
【図４】実際のランダムマイクロレンズ板の一例を示す２次元画像である。
【図５】実際のランダムマイクロレンズ板の一例を示す３次元画像である。
【図６】ランダムマイクロレンズ板の測定された出射角の分布特性を示す特性曲線図である。
【図７】形成されるマイクロレンズが円錐状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【図８】形成されるマイクロレンズが球面で凸状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【図９】形成されるマイクロレンズが球面で凹状の場合の出射角制限方法を説明する説明図である。
【図１０】ランダムマイクロレンズ板を回転させ、バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像の一例を示す説明図である。
【図１１】ランダムマイクロレンズ板を回転させ、バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【図１２】光源が白色光源の場合の撮影手段で受光される光量を説明する説明図である。
【図１３】光源がレーザ光源の場合の撮影手段で受光される光量を説明する説明図である。
【図１４】ランダムマイクロレンズ板に形成するマイクロレンズの形状の他の例を示す説明図である。
【図１５】ランダムマイクロレンズ板に形成するマイクロレンズの形状の他の例を示す説明図である。
【図１６】励起光を一旦集光させた光を用いる場合を示す説明図である。
【図１７】バイオチップにおけるハイブリダイゼーションの一例を示す説明図である。
【図１８】従来のバイオチップ読取装置の一例を示す構成ブロック図である。
【図１９】マイクロレンズ板の一例を示す平面図である。
【図２０】バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の撮影画像の一例を示す説明図である。
【図２１】バイオチップに代わりに励起光に対して一様に蛍光を発する蛍光板を用いた場合の任意の軸方向の光量の分布特性の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ マイクロレンズ板
２，１０ ダイクロイックミラー
３，１１ バイオチップ
４，９，１２ レンズ
５，１３ バリアフィルタ
６，１４ 撮影手段
７，１５ 駆動手段
８ ランダムマイクロレンズ板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオチップ読取装置において、
発散若しくは集光による出射角が狭い角度に制限された任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板と、
コヒーレント光を励起光として前記マイクロレンズ板に照射する光源と、
前記マイクロレンズ板からの出射光を透過若しくは反射させ、バイオチップで生じた蛍光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、
撮影手段と、
このダイクロイックミラーで反射若しくは透過された光を前記撮影手段に集光するレンズと、
前記ダイクロイックミラーと前記撮影手段との間に設けられたバリアフィルタと、
前記マイクロレンズ板を駆動して前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光を前記バイオチップの表面に対して走査する駆動手段と
を備えたことを特徴とするバイオチップ読取装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズ板が、
基板上に凹凸を設けて前記複数のマイクロレンズを形成したことを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズ板が、
前記基板に前記基板の屈折率とは異なる屈折率の領域を分布させて前記複数のマイクロレンズを形成したことを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項４】
前記マイクロレンズ板が、
ガラス若しくは樹脂であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項５】
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を回転させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項６】
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を１次元方向、２次元方向或いは３次元方向に移動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項７】
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を振動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項８】
前記複数のマイクロレンズが、
円形であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項９】
前記複数のマイクロレンズが、
網目状であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項１０】
前記複数のマイクロレンズが、
任意の形状であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項１１】
前記複数のマイクロレンズの出射光の出射角が、
±２０度以内であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項１２】
前記複数のマイクロレンズの曲率（Ｒ）と直径（ｄ）の比率（Ｒ／ｄ）が０．１以下であることを特徴とする
請求項８記載のバイオチップ読取装置。
【請求項１】
バイオチップ読取装置において、
発散若しくは集光による出射角が狭い角度に制限された任意の大きさの複数のマイクロレンズが任意位置に形成されたマイクロレンズ板と、
コヒーレント光を励起光として前記マイクロレンズ板に照射する光源と、
前記マイクロレンズ板からの出射光を透過若しくは反射させ、バイオチップで生じた蛍光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、
撮影手段と、
このダイクロイックミラーで反射若しくは透過された光を前記撮影手段に集光するレンズと、
前記ダイクロイックミラーと前記撮影手段との間に設けられたバリアフィルタと、
前記マイクロレンズ板を駆動して前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光を前記バイオチップの表面に対して走査する駆動手段と
を備えたことを特徴とするバイオチップ読取装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズ板が、
基板上に凹凸を設けて前記複数のマイクロレンズを形成したことを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズ板が、
前記基板に前記基板の屈折率とは異なる屈折率の領域を分布させて前記複数のマイクロレンズを形成したことを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項４】
前記マイクロレンズ板が、
ガラス若しくは樹脂であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項５】
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を回転させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項６】
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を１次元方向、２次元方向或いは３次元方向に移動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項７】
前記駆動手段が、
前記マイクロレンズ板を振動させることにより前記複数のマイクロレンズにより発散若しくは集光される励起光で前記バイオチップの表面を走査させることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ読取装置。
【請求項８】
前記複数のマイクロレンズが、
円形であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項９】
前記複数のマイクロレンズが、
網目状であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項１０】
前記複数のマイクロレンズが、
任意の形状であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項１１】
前記複数のマイクロレンズの出射光の出射角が、
±２０度以内であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバイオチップ読取装置。
【請求項１２】
前記複数のマイクロレンズの曲率（Ｒ）と直径（ｄ）の比率（Ｒ／ｄ）が０．１以下であることを特徴とする
請求項８記載のバイオチップ読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−２３２１３（Ｐ２００６−２３２１３Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０２５４７（Ｐ２００４−２０２５４７）
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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