撮像装置、生体高分子分析チップ及び分析支援装置
【課題】 低感度であっても蛍光を検知することができる撮像装置を提供すること。
【解決手段】 生体高分子分析チップ１は、透明基板１７と、透明基板１７上においてダブルゲートトランジスタ２０を二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイス３と、固体撮像デバイス３の受光面上に成膜された反射防止膜３５と、反射防止膜３５の表面上においてマトリクス状に点在したスポット６０，６０，…と、を具備する。
【解決手段】 生体高分子分析チップ１は、透明基板１７と、透明基板１７上においてダブルゲートトランジスタ２０を二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイス３と、固体撮像デバイス３の受光面上に成膜された反射防止膜３５と、反射防止膜３５の表面上においてマトリクス状に点在したスポット６０，６０，…と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光感度の高い撮像装置に関し、特に生体高分子分析チップに有用な撮像装置に関し、その撮像装置を用いた生体高分子分析チップ及び分析支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な生物種のタンパク質の機能を特定するために、遺伝子の発現解析を行っている。遺伝子の発現解析とは、細胞で発現している遺伝子を同定することであり、具体的には、遺伝子をコードするＤＮＡから転写されているｍＲＮＡを同定することを含む。
【０００３】
遺伝子の発現解析のためにＤＮＡマイクロアレイ及びその読取装置が開発されている。ＤＮＡマイクロアレイは、プローブとなる既知の塩基配列のＤＮＡをスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである（例えば特許文献１参照）。ここで、既知の塩基配列のＤＮＡとしては、検体において既知のｍＲＮＡと同一、またはその一部と同一の塩基配列のｃＤＮＡが用いられる。ＤＮＡマイクロアレイ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。
【０００４】
まず、既知の塩基配列を有した複数種類のｃＤＮＡ（以下、プローブＤＮＡという）をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたＤＮＡマイクロアレイを準備する。次に、検体からｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いてｍＲＮＡと相補的なｃＤＮＡを合成し、このｃＤＮＡに蛍光物質で標識したサンプルＤＮＡを作成する。
【０００５】
次に、サンプルＤＮＡをＤＮＡマイクロアレイ上に添加すると、ｃＤＮＡの塩基配列が相補的なサンプルＤＮＡがハイブリダイゼーションによってＤＮＡマイクロアレイ上に固定される。つまり、サンプルＤＮＡが複数種類のプローブＤＮＡのうち塩基配列が相補的なプローブＤＮＡとのみ結合して、二本鎖が生じる。一方、サンプルＤＮＡは、相補性を有しないプローブＤＮＡとは結合しないので洗浄する際にＤＮＡマイクロアレイから除去される。このためサンプルＤＮＡが結合したプローブＤＮＡの位置のみから蛍光物質による蛍光を検出することが可能になる。
【０００６】
次いで、ＤＮＡマイクロアレイを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、励起光レーザーの照射点をＤＮＡマイクロアレイに対して二次元的に移動し、それと共に集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってＤＮＡマイクロアレイを二次元走査し、励起光レーザー光が蛍光物質に入射されることにより発した蛍光を集光レンズでフォトマルチプライヤーに集光させ、蛍光強度をフォトマルチプライヤーで計測し、二次元走査によってＤＮＡマイクロアレイの面内の蛍光強度分布を計測するようになっている。これにより、ＤＮＡマイクロアレイ上の蛍光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で蛍光強度が大きい部分には、サンプルＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有したプローブＤＮＡが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって検体中で転写されているｍＲＮＡの塩基配列を特定することができる。
【特許文献１】特開２０００−１３１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のこのようなフォトセンサは感度が高い方が好ましいが、ＤＮＡマイクロアレイは異なる塩基配列の遺伝子に対応するｃＤＮＡを固定担体上にそれぞれスポットするため、各スポットの径が小さくなってしまい、十分な感度を得にくいといった問題を抱えていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、感度の良好な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を備えることを特徴とする撮像装置である。
【００１０】
このような構造にすることで固体撮像デバイスの受光面での光の反射を抑制できるので固体撮像デバイスに到達する光の量を増大することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記固体撮像デバイスが、二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子と、これら光電変換素子を被覆した透明な保護膜と、を有するとともに前記保護膜の表面を受光面としたことを特徴とする撮像装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の撮像装置であって、
前記固体撮像デバイス上に、所定の波長域の光を吸収するフィルタが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、生体高分子分析チップであって、
固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の生体高分子分析チップであって、
前記生体高分子の特性に応じて結合された生体高分子に付着される蛍光標識を励起する励起光を遮光する励起光フィルタが設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、分析支援装置において、固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
前記スポットに対して励起光を照射する光源と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
以上の生体高分子分析チップを用いる際には、蛍光標識されたサンプルを反射防止膜上に添加する。そうすると、サンプルが特異的な（例えば、相補的な）スポットには結合し、特異的でないスポットには結合しない。そのため、固体撮像デバイスの受光面に向けて励起光を照射した状態で固体撮像デバイスで撮像を行えば、サンプルに結合したスポットが付いた部分では蛍光により明るくなり、サンプルに結合したスポットが付いていない部分では暗くなる。
【００１７】
このように、励起光による走査を行わずとも固体撮像デバイスで撮像を行うだけで、二次元の画像が得られ、得られた画像からサンプルの分析を行うことができる。固体撮像デバイスの受光面に成膜された反射防止膜上にスポットが点在しているから、レンズ等の光学系が無くとも固体撮像デバイスで鮮明な像を得ることができる。
【００１８】
また、固体撮像デバイスの受光面に成膜された反射防止膜上にスポットが点在しているから、固体撮像デバイスの受光面にスポットが点在しているから、スポットから発した光が殆ど減衰せずに固体撮像デバイスの受光面に入射する。従って、固体撮像デバイスの感度が高くなくても済む。
【００１９】
また、固体撮像デバイスの受光面上に反射防止膜が成膜されているから、サンプルと結合したスポットから発した光が反射防止膜を介して固体撮像デバイスの受光面を透過する透過率が非常に向上する。そのため、固体撮像デバイスの感度が低くても、固体撮像デバイスで鮮明な像を得ることができる。つまり、サンプルに結合したスポットから固体撮像デバイスの受光面に入射する光量が増え、サンプルに結合したスポットの明るさと、サンプルに結合していないスポットの明るさの差が大きくなるので、固体撮像デバイスでコントラストの高い像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、固体撮像デバイスの受光面に反射防止膜が成膜されているから、反射防止膜を介して固体撮像デバイスの受光面を透過する光の透過率が向上する。そのため、固体撮像デバイスの感度が低くても、固体撮像デバイスで鮮明な像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００２２】
〔１〕生体高分子分析チップの全体構成
図１は、本発明を適用した実施形態における生体高分子分析チップ１の概略平面図であり、図２は、図１の生体高分子分析チップ１を厚さ方向に切断した切断面IIを矢印方向に見た断面図である。
【００２３】
この生体高分子分析チップ１は、透明基板１７と、画素としての光電変換素子を透明基板１７上に二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイス３と、固体撮像デバイス３の受光面上に成膜された反射防止膜（ＡＲ（Anti-Reflection）コート）３５と、反射防止膜３５の表面上において二次元アレイ状に点在したスポット６０，６０，…と、を具備する。固体撮像デバイス３の受光面に反射防止膜３５を成膜したものが、本発明の撮像装置を適用した実施形態の撮像装置である。
【００２４】
〔２〕固体撮像デバイス
図１〜図４を用いて固体撮像デバイス３について詳細に説明する。ここで、図３は、固体撮像デバイス３の画素である光電変換素子の電極構造を示した平面図であり、図４は、図３における固体撮像デバイス３の光電変換素子を厚さ方向に切断した切断面IIを矢印方向に見た断面図である。
この固体撮像デバイス３は透明基板１７上に設けられている。透明基板１７は、光を透過する性質（以下、光透過性という。）を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート、ＰＭＭＡ等といったプラスチック基板である。
【００２５】
この固体撮像デバイス３においては、光電変換素子としてダブルゲート型電界効果トランジスタ（以下、ダブルゲートトランジスタという。）２０が利用され、複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が透明基板１７上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列され、これらダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が保護絶縁膜３１によってまとめて被覆されている。
【００２６】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…は何れも、受光部である半導体膜２３と、ボトムゲート絶縁膜２２を挟んで半導体膜２３の下に形成されたボトムゲート電極２１と、トップゲート絶縁膜２９を挟んで半導体膜２３の上に形成されたトップゲート電極３０と、半導体膜２３の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜２５と、半導体膜２３の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜２６と、不純物半導体膜２５に重なったソース電極２７と、不純物半導体膜２５に重なったドレイン電極２８と、を備え、半導体膜２３において受光した光量に従ったレベルの電気信号に変換するものである。
【００２７】
ボトムゲート電極２１は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに透明基板１７上に形成されている。また、透明基板１７上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれのボトムゲート電極２１が共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２８】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１，４１，…はボトムゲート絶縁膜２２によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜２２は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜２２は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる。
【００２９】
ボトムゲート絶縁膜２２上には、複数の半導体膜２３がマトリクス状に配列するよう形成されている。半導体膜２３は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立して形成されており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０においてボトムゲート電極２１に対して対向配置され、ボトムゲート電極２１との間にボトムゲート絶縁膜２２を挟んでいる。半導体膜２３は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。
【００３０】
半導体膜２３上には、チャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３の中央部上に形成されている。チャネル保護膜２４は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３の界面を保護するものである。半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜２３側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜２４側には電子が発生する。
【００３１】
半導体膜２３の一端部上には、不純物半導体膜２５が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されており、半導体膜２３の他端部上には、不純物半導体膜２６が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜２５，２６は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００３２】
不純物半導体膜２５上には、ソース電極２７が形成され、不純物半導体膜２６上には、ドレイン電極２８が形成されている。ソース電極２７及びドレイン電極２８はダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。縦方向に延在する複数本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…がボトムゲート絶縁膜２２上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体に形成されており、縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体に形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００３３】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…は、トップゲート絶縁膜２９によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜２９は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜２９は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３４】
トップゲート絶縁膜２９上には、複数のトップゲート電極３０がダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。トップゲート電極３０は、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３に対して対向配置され、半導体膜２３との間にトップゲート絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜２９上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン４４，４４，…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３０が共通のトップゲートライン４４と一体に形成されている。トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４は、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
【００３５】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４，４４，…は保護絶縁膜３１によってまとめて被覆され、保護絶縁膜３１は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜３１は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３６】
以上のように構成された固体撮像デバイス３は、保護絶縁膜３１の表面を受光面としており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３において受光した光量を電気信号に変換するように設けられている。
【００３７】
〔３〕反射防止膜
反射防止膜３５は、固体撮像デバイス３の受光面（保護絶縁膜３１の表面）上に成膜されている。反射防止膜３５は、単層構造であっても良いし、複層（多層）構造であっても良い。
【００３８】
〔３−１〕反射防止膜単体
反射防止膜３５のみが設けられ、励起光フィルタが設けられていない場合、生体高分子分析チップ１の下面側、つまり透明基板１７の下方に配置され、後述する蛍光物質６３を励起する波長域の光を、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…間を介してスポット６０，６０，…に照射する面光源が配置されている。この面光源は、光源自体が平面形状であってもよく、また直線状の光源と平面形状の導光板とのセットであってもよい。
後述する、スポット６０を構成する一本鎖プローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションを引き起こしたサンプルＤＮＡ６２に付着した蛍光物質６３が励起光によって発する蛍光６４が矢印方向に向かって反射防止膜３５の表面に到達するまで伝搬する媒体（例えば空気或いはサンプルＤＮＡ６２を電気泳動させるための溶液、溶媒）の相の屈折率をｎhybとし、保護絶縁膜３１の屈折率をｎprotとすると、反射防止膜３５の無反射条件、つまりθ１＝０°としたときに、反射防止膜３５の屈折率ｎARが次式（１）を満たすような反射防止膜３５が好ましい。
【数１】
【００３９】
また、反射防止膜３５の光学膜厚（膜厚×屈折率）は、固体撮像デバイス３で受光する蛍光の強度が最も大きい波長（ピーク波長）の４分の１に等しい方が好ましい。したがって、固体撮像デバイス３で受光する光のピーク波長をλ〔μｍ〕とした場合、反射防止膜３５の膜厚ｄAR〔μｍ〕が次式（２）を満たしていることが好ましい。
【数２】
【００４０】
例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎhyb＝１．０、ｎprot＝１．８７のとき、ｎAR＝１．３７、ｄAR＝１００．５ｎｍとなる。
【００４１】
反射防止膜３５が式（１）・（２）を満たすように設けられていれば、後述するサンプルＤＮＡ６２が一本鎖プローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションされたスポット６０において、生体高分子分析チップ１の下面に位置する光源の光が入射されることによって標識化された蛍光物質６３が発する蛍光６４が上から反射防止膜３５に入射した場合、反射防止膜３５の表面における光学的干渉作用によって反射防止膜３５において殆ど反射せず、非常に高い透過率で反射防止膜３５及び保護絶縁膜３１を透過し、ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３に入射する。
【００４２】
そして、蛍光６４は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離できる。屈折率がｎhybの相から伝搬された光が反射防止膜３５の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ12P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ12Sは、それぞれ次式（３）、（４）を満たしている。
【数３】
【数４】
【００４３】
上記θ1は、屈折率がｎhybの相から伝搬された光が反射防止膜３５の相に入射されるときの入射角であり、上記θ2は反射防止膜３５の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射されるときの入射角である。
【００４４】
また、反射防止膜３５の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ23P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ23Sは、それぞれ次式（５）、（６）を満たしている。
【数５】
【数６】
【００４５】
上記θ3は反射防止膜３５の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射角θ2で入射したときの屈折角である。
そして、Ｐ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSは、それぞれ次式（７）、（８）を満たしている。
【数７】
【数８】
【００４６】
図５は比較例として反射防止膜３５が設けられていない生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを式（７）、（８）に基づいて示し、図６は反射防止膜３５が設けられている生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示している。なお、ｎhyb＝１．０、ｎprot＝１．８７、ｎAR＝１．３７として計算している。
【００４７】
このように、反射防止膜３５がない場合、ハイブリダイゼーションによって放射状に発する蛍光６４のうち、相対的に保護絶縁膜３１に到達する光強度の強い入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が８％を越えてしまい、当該範囲での透過光量は、総光量の９０％程度になってしまうためダブルゲートトランジスタ２０の受光感度が低くなってしまうが、反射防止膜３５が設けられていると、入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が低く、当該範囲での透過光量は、総光量の１００％近くに達するのでダブルゲートトランジスタ２０の受光感度を向上することが出来る。
【００４８】
なお、反射防止膜３５が例えば、励起光として特に紫外線を遮蔽する性質を有するものであっても良い。
【００４９】
〔３−２〕反射防止膜及び励起光フィルタ積層構造
図７に示すように、保護絶縁膜３１上に形成され、励起光を選択的に遮光するＳｉＯ2又はＴｉＯ2等の励起光フィルタ３６と、励起光フィルタ３６上に形成された反射防止膜３５との積層構造をλ／４波長板として機能させた場合、生体高分子分析チップ１の上面側、つまりスポット６０，６０，…の上方に配置され、蛍光物質６３を励起する波長域の光を、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…間を介さずに直接スポット６０，６０，…に照射する面光源が配置されている。この面光源は、光源自体が平面形状であってもよく、また直線状の光源と平面形状の導光板とのセットであってもよい。
反射防止膜３５の上方に位置し、蛍光６４が矢印方向に向かって反射防止膜３５の表面に到達するまで伝搬する媒体（例えば空気或いはサンプルＤＮＡ６２を電気泳動させるための溶液、溶媒）の相の屈折率をｎhybとし、保護絶縁膜３１の屈折率をｎprotとすると、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６での無反射条件、つまり入射角θ１＝０°としたときに、励起光フィルタ３６の屈折率ｎFLT及び反射防止膜３５の屈折率ｎARが次式（９）を満たすことが好ましい。
【数９】
【００５０】
また、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６の光学膜厚は、固体撮像デバイス３で受光する蛍光の波長の４分の１に等しい。すなわち、固体撮像デバイス３で受光する光の波長をλ〔μｍ〕とした場合、励起光フィルタ３６の膜厚ｄFLT〔μｍ〕が次式（１０）を満たし、反射防止膜３５の膜厚ｄAR〔μｍ〕が次式（１１）を満たすことが好ましい。
【数１０】
【数１１】
【００５１】
例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎhyb＝１．０、ｎAR＝１．７０、ｎFLT＝２．３２、ｎprot＝１．８７のとき、ｄFLT＝５９．２７ｎｍ、ｄAR＝８１．０５ｎｍとなる。
【００５２】
反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が式（９）・（１０）・（１１）を満たすように設けられていれば、光源から蛍光物質６３を励起する光がスポット６０，６０，…に照射されると、後述するサンプルＤＮＡ６２が一本鎖プローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションされたスポット６０では、生体高分子分析チップ１の下面に位置する光源の光が入射されることによって標識化された蛍光物質６３が発する蛍光６４及び光源からの励起光が上から反射防止膜３５に入射した場合、反射防止膜３５の各界面における光学的干渉作用によって反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６において反射が抑制され、非常に高い透過率で反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６を透過し、ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３に入射する。
【００５３】
そして、蛍光６４は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離できる。屈折率がｎARの反射防止膜３５の相から伝搬された光が励起光フィルタ３６の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ23P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ23Sは、それぞれ次式（１２）、（１３）を満たしている。
【数１２】
【数１３】
【００５４】
上記θ2は、屈折率がｎhybの相から伝搬された光が反射防止膜３５の相に入射されるときの入射角であり、上記θ3は励起光フィルタ３６の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射されるときの入射角である。
【００５５】
また、励起光フィルタ３６の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ23P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ23Sは、それぞれ次式（５）、（６）を満たしている。
【数１４】
【数１５】
【００５６】
上記θ4は励起光フィルタ３６の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射角θ3で入射したときの屈折角である。
【００５７】
そして、励起光フィルタ３６の相と保護絶縁膜３１の相との界面におけるＰ偏光エネルギー反射率Ｒ23P、Ｓ偏光エネルギー反射率Ｒ23Sは、それぞれ次式（１６）、（１７）を満たしている。
【数１６】
【数１７】
【００５８】
反射防止膜３５の相と励起光フィルタ３６との界面、及び励起光フィルタ３６の相と保護絶縁膜３１の相との界面を合成した仮想的な境界面におけるｐ偏光振幅反射率ｒ234P、ｓ偏光振幅反射率ｒ234Sは、次式（１８）、（１９）を満たしている。
【数１８】
【数１９】
【００５９】
屈折率がｎhybの相と反射防止膜３５の相との界面、反射防止膜３５の相と励起光フィルタ３６との界面、及び励起光フィルタ３６の相と保護絶縁膜３１の相との界面を合成した仮想的な境界面におけるＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSは、それぞれ次式（２０）、（２１）を満たしている。
【数２０】
【数２１】
【００６０】
ここで、φ3Pは上記仮想的な境界面におけるｐ偏光位相角、φ3Sは上記仮想的な境界面におけるｓ偏光位相角であり、次式（２２）、（２３）を満たしている。
【数２２】
【数２３】
【００６１】
図８は比較例として励起光フィルタ３６のみで反射防止膜３５が設けられていない生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを式（２０）、（２１）に基づいて示し、図９は反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が設けられている生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示している。なお、ｎhyb＝１．０、ｎAR＝１．７０、ｎFLT＝２．３２、ｎprot＝１．８７として計算している。
【００６２】
このように、励起光フィルタ３６のみの場合、ハイブリダイゼーションによって放射状に発する蛍光６４のうち、相対的に保護絶縁膜３１に到達する光強度の強い入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が２０％を越えてしまい、当該範囲での透過光量は総光量の８０％未満になってしまうため、ダブルゲートトランジスタ２０の受光感度が低くなってしまうが、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が設けられていると、入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が低く、当該範囲での透過光量は、総光量の１００％近くに達するのでダブルゲートトランジスタ２０の受光感度を向上することが出来る。
このとき、光源からの励起光は、反射防止膜３５を透過することになるが励起光フィルタ３６に吸収されてしまうので、ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３にはほとんど到達しない。このため、ダブルゲートトランジスタ２０でのＳ／Ｎ比（蛍光６４の受光量／励起光の受光量）を高くすることが可能となる。
【００６３】
なお、反射防止膜３５が励起光フィルタ３６同様に、励起光として特に紫外線を遮蔽する性質を有するものであっても良い。
【００６４】
また、図１０に示すように、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が交互に繰り返すよう積層した多層膜であっても良い。この場合でも、反射防止膜３５が励起光フィルタ３６と同様に、励起光として特に紫外線を遮蔽する性質を有するものであっても良い。
【００６５】
〔４〕スポット
次に、スポット６０について説明する。図１、図２、図４に示すように、複数種のスポット６０，６０，…が互いに離間して、マトリクス状となって反射防止膜３５の表面上に配列されている。１つのスポット６０は一本鎖プローブＤＮＡ６１が多数集まった群集であり、１つのスポット６０に含まれる多数の一本鎖プローブＤＮＡ６１は同じ塩基配列（ヌクレオチド配列）を有する。また、スポット６０ごとに一本鎖プローブＤＮＡ６１の塩基配列が異なる配列となっている。一本鎖プローブＤＮＡ６１としては、検体において既知のｍＲＮＡの塩基配列、またはその一部と同一の、あるいは相補的な塩基配列のＤＮＡが用いられる。
【００６６】
１つのスポット６０につき１つのダブルゲートトランジスタ２０が重なるように、スポット６０，６０，…が配列されている。なお、１つのスポット６０につき隣り合う幾つかのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が重なっても良いが、この場合には何れのスポット６０でも重なったダブルゲートトランジスタ２０の数が同じである。
【００６７】
〔５〕ＤＮＡ分析方法及び分析支援装置
次に、生体高分子分析チップ１を用いたＤＮＡ分析方法について説明する。
【００６８】
生体高分子分析チップ１を分析支援装置にセッティングして生体高分子分析チップ１を用いるので、まず分析支援装置について図１１、図１２を用いて説明する。図１１は、分析支援装置７０の回路構成を示したブロック図であり、図１２は、分析支援装置７０に生体高分子分析チップ１をセッティングした場合の側面図である。図１２において、生体高分子分析チップ１は破断して示されている。
【００６９】
分析支援装置７０は、生体高分子分析チップ１がセッティングされる分析台７１と、この分析台７１に対して着脱できる生体高分子分析チップ１と、固体撮像デバイス３の受光面の上から受光面に向けて励起光を照射する励起光照射装置７２と、固体撮像デバイス３を駆動するトップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６と、励起光照射装置７２、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６を制御するコントローラ７３と、コントローラ７３から出力された信号により出力（表示又はプリント）を行う出力装置７７と、を備える。
【００７０】
生体高分子分析チップ１が分析台７１にセッティングされた場合には、固体撮像デバイス３のトップゲートライン４４，４４，…がトップゲートドライバ７４の端子にそれぞれ接続されるようになっている。同様に、固体撮像デバイス３のボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ７５の端子にそれぞれ接続されるようになっており、固体撮像デバイス３のドレインライン４３，４３，…がドレインドライバ７６の端子にそれぞれ接続されるようになっている。また、生体高分子分析チップ１が分析台７１にセッティングされた場合、固体撮像デバイス３のソースライン４２，４２，…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン４２，４２，…が接地されるようになっている。
【００７１】
励起光照射装置７２は分析台７１に対向しており、分析台７１に生体高分子分析チップ１が搭載された場合に、励起光照射装置７２から面状に出射した励起光が生体高分子分析チップ１に照射されるようになっている。励起光照射装置７２が照射する励起光は紫外線波長域の光である。なお、励起光照射装置７２は、出射する励起光の波長域を可変可能に設けられていても良い。
【００７２】
出力装置７７はプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。
【００７３】
トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６は、協同して固体撮像デバイス３を駆動するものである。トップゲートドライバ７４は、シフトレジスタである。つまり、図１３に示すように、トップゲートドライバ７４はトップゲートライン４４，４４，…にリセットパルスを順次出力するようになっている。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルである。一方、トップゲートドライバ７４は、リセットパルスを出力しない時にローレベルの−２０〔Ｖ〕の電位をそれぞれのトップゲートライン４４に印加するようになっている。
【００７４】
ボトムゲートドライバ７５は、シフトレジスタである。つまり、図１３に示すように、ボトムゲートライン４１，４１，…にリードパルスを順次出力するようになっている。リードパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のハイレベルであり、リードパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。
【００７５】
トップゲートドライバ７４が何れかの行のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後にキャリア蓄積期間を経てボトムゲートドライバ７５が同じ行のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ７４及びボトムゲートドライバ７５が出力信号をシフトする。つまり、各行では、リードパルスが出力されるタイミングは、リセットパルスが出力されるタイミングより遅れている。また、何れかの行のトップゲートライン４４へのリセットパルスの入力が開始してから、同じ行のボトムゲートライン４１へのリードパルスの入力が終了するまでの期間は、その行の選択期間である。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルであり、リセットパルスが出力されていない時のレベルは−２０〔Ｖ〕のローレベルである。
【００７６】
図１３に示すように、ドレインドライバ７６は、それぞれの行の選択期間において、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力するようになっている。プリチャージパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のハイレベルであり、プリチャージパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。また、ドレインドライバ７６は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅してコントローラ７３に出力するようになっている。
【００７７】
コントローラ７３は励起光照射装置７２を点灯させる機能を有する。また、コントローラ７３は、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に固体撮像デバイス３の駆動動作を行わせる機能を有する。また、コントローラ７３はドレインドライバ７６から入力した電気信号をＡ／Ｄ変換することで、固体撮像デバイス３の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして取得する機能を有する。また、コントローラ７３は入力した二次元の画像データ画像データに従った画像を出力装置７７に出力させる機能を有する。
【００７８】
生体高分子分析チップ１及び分析支援装置７０の動作並びにＤＮＡの分析方法（同定方法）について説明する。
まず、作業者が検体からｃＤＮＡを採取して、場合によってＰＣＲ増幅を行い、得られたＤＮＡに蛍光物質６３を結合させ、ＤＮＡを蛍光物質６３で標識する。蛍光物質６３は、分析支援装置の励起光照射装置から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光（但し、反射防止膜３５によって反射が防止される波長の光）を発するものを選択するが、蛍光物質６３としては、例えばＣｙＤｙｅのＣｙ２（アマシャム社製）がある。得られたＤＮＡは、溶液中に含まれている。以下では、このＤＮＡをサンプルＤＮＡ６２という。
【００７９】
次いで、作業者が、サンプルＤＮＡ６２を含有した溶液を固体撮像デバイス３の受光面に塗布する。ここで、固体撮像デバイス３の受光面にサンプルＤＮＡ６２を分布させるために、サンプルＤＮＡ６２を電気泳動させても良い。なお、サンプルＤＮＡ６２を含有した溶液をスポット６０，６０，…に順次又は同時に滴下しても良い。このとき、サンプルＤＮＡが一本鎖となるようにサンプルＤＮＡを含有した溶液は加熱されている。
【００８０】
その後、プローブＤＮＡ６１とサンプルＤＮＡ６２とがハイブリダイゼーションを引き起こすように、生体高分子分析チップ１を所定の温度に冷却する。これにより、スポット６０，６０，…のなかにサンプルＤＮＡ６２と相補的なプローブＤＮＡ６１があれば、これとハイブリダイズする。一方、スポット６０，６０，…のなかにサンプルＤＮＡ６２と相補的なものがなければ、サンプルＤＮＡ６２はどのスポット６０，６０，…にも結合しない。
【００８１】
その後、固体撮像デバイス３の受光面に塗布したサンプルＤＮＡ６２のうちハイブリダイゼーションしなかったものは洗い流す。
【００８２】
次いで、作業者が固体撮像デバイス３を分析台７１にセッティングし、励起光照射装置７２を固体撮像デバイス３の受光面に対向させ、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６をコントローラ７３に接続する。
【００８３】
その後、コントローラ７３を起動すると、コントローラ７３が励起光照射装置７２を制御して励起光照射装置７２を点灯させると、励起光照射装置７２から固体撮像デバイス３の受光面に向けて励起光が出射する。
【００８４】
サンプルＤＮＡ６２が標識されているので、スポット６０，６０，…のうちサンプルＤＮＡ６２とハイブリダイゼーションしたスポット６０からは蛍光（主に可視光波長域）が発し、サンプルＤＮＡ６２と結合しなかったスポット６０からは蛍光が発しない。そのため、サンプルＤＮＡ６２と結合したスポット６０に対応したダブルゲートトランジスタ２０には高強度の蛍光が入射し、サンプルＤＮＡ６２と結合していないスポット６０に対応したダブルゲートトランジスタ２０には殆ど蛍光が入射しない。固体撮像デバイス３の受光面にスポット６０，６０，…が固定されているため、サンプルＤＮＡ６２と結合したスポット６０から発した蛍光はあまり減衰せずに、そのスポット６０に対応したダブルゲートトランジスタ２０に入射して電子−正孔対を発生させる。従って、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…の感度が低くても、十分に強度を検知することができる。
【００８５】
その後、励起光照射装置７２が点灯した状態で、コントローラ７３がトップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６を制御することにより、固体撮像デバイス３に撮像動作を行わせる。これにより、固体撮像デバイス３がダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれで光強度又は光量を検知し、受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして取得する。コントローラ７３は、固体撮像デバイス３で取得された画像データを入力し、その画像を出力装置７７に出力する。そして、コントローラの処理が終了する。
【００８６】
作業者は、出力装置７７により出力された画像データからハイブリダイゼーションの有無を確認し、ハイブリダイゼーションが起きていればプローブＤＮＡ６１の塩基配列からサンプルＤＮＡの塩基配列を特定する。即ち、サンプルＤＮＡの塩基配列は、画像の中でハイブリダイゼーションによって蛍光を発した画素に重なったスポット６０と相補的な配列であるので、出力された画像データ中のどの部分が蛍光を発したかによって検体中で発現している遺伝子を特定することができる。
【００８７】
ここで、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６による固体撮像デバイス３の動作について説明する。
トップゲートドライバ７４が１行目のトップゲートライン４４から最終行目のトップゲートライン４４へと順次リセットパルスを出力し、ボトムゲートドライバ７５がボトムゲートライン４１，４１，４１，…に順次リードパルスを出力する。その際、ドレインドライバ７６が各行でリセットパルスが出力されているリセット期間と各行でリードパルスが出力されている期間との間に、プリチャージパルスを全てのドレインライン４３，４３，…に出力する。
【００８８】
ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０の動作について詳細に説明する。図１０に示すように、トップゲートドライバ７４がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力すると、ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになる。ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになっている間（この期間をリセット期間という。）、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０では、半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積されたキャリア（ここでは、正孔である。）が、トップゲート電極３０の電圧により反発して吐出される。
【００８９】
次に、トップゲートドライバ７４がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力することを終了する。ｉ行目のトップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから、ｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスが出力されるまでの間（この期間をキャリア蓄積期間という。）、光量に従った量の電子−正孔対が半導体膜２３内で生成されるが、そのうちの正孔がトップゲート電極３０の電界により半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
【００９０】
次に、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ７６が全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力する。プリチャージパルスが出力されている間（プリチャージ期間という。）では、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０においては、トップゲート電極３０に印加されている電位が−２０〔Ｖ〕であり、ボトムゲート電極２１に印加されている電位が±０〔Ｖ〕であるため、たとえ半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積された正孔の電荷だけではゲート−ソース間電位が低いので半導体膜２３にはチャネルが形成されず、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流は流れない。プリチャージ期間において、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流が流れないため、ドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスによってｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０のドレイン電極２８に電荷がチャージされる。
【００９１】
次に、ドレインドライバ７６がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ７５がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。ボトムゲートドライバ７５がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力している間（この期間を、リード期間という。）では、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０のボトムゲート電極２１に＋１０〔Ｖ〕の電位が印加されているため、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０がオン状態になる。
【００９２】
リード期間においては、キャリア蓄積期間において蓄積されたキャリアがトップゲート電極３０の負電界を緩和するように働くため、ボトムゲート電極２１の正電界により半導体膜２３にｎチャネルが形成されて、ドレイン電極２８からソース電極２７に電流が流れるようになる。従って、リード期間では、ドレインライン４３，４３，…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００９３】
ここで、キャリア蓄積期間において半導体膜２３に入射した光量が多くなるにつれて、蓄積されるキャリアも多くなり、蓄積されるキャリアが多くなるにつれて、リード期間においてドレイン電極２８からソース電極２７に流れる電流のレベルも大きくなる。従って、リード期間におけるドレインライン４３，４３，…の電圧の変化傾向は、キャリア蓄積期間で半導体膜２３に入射した光量に深く関連する。そして、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ７６を介して、リード期間が開始してから所定の時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出してＡ／Ｄ変換する。これにより、光の強度に換算される。なお、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ７６を介して、所定の閾値電圧に至るまでの時間を検出しても良い。この場合でも、光の強度に換算される。また、図１０では、トップゲートドライバ７４の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、ボトムゲートドライバ７５のｉ行目のリードパルスが立ち下がってからであるが、これに限らず、トップゲートドライバ７４の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、トップゲートドライバ７４のｉ行目のリセットパルスの立ち下がり直後からボトムゲートドライバ７５のｉ行目のリードパルスの立ち下がりまでの間であってもよい。ただし、（ｉ＋１）行目のダブルゲートトランジスタ２０のためにドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスの出力は、ボトムゲートドライバ７５のｉ行目のリードパルスの立ち下がり以降になるように設定されている。
【００９４】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、全ての行の各ダブルゲートトランジスタ２０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、生体高分子分析チップ１上の光の強度分布が画像として取得される。そして、光強度分布を表した画像は、コントローラに入力される。
【００９５】
以上のように、本実施形態によれば、固体撮像デバイス３の受光面上に成膜された反射防止膜３５上にスポット６０，６０，…が点在しているから、走査を行わずとも固体撮像デバイス３で撮像を行うだけで二次元の画像が得られる。更に、分析支援装置７０にレンズを設けなくとも、固体撮像デバイス３で鮮明な像を得ることができるので、分析支援装置７０の小型化を図ることができる。更に、スポット６０から発した光が殆ど減衰せずに固体撮像デバイス３の受光面に入射するので、固体撮像デバイス３の感度が高くなくても済む。
【００９６】
また、固体撮像デバイス３の受光面に反射防止膜３５が成膜され、その反射防止膜３５は界面における干渉作用によって反射を防止するものであるから、反射防止膜３５における蛍光の透過率が非常に向上する。そのため、固体撮像デバイス３の蛍光感度が低くても、固体撮像デバイス３で鮮明な像を得ることができる。つまり、サンプルＤＮＡ６２に結合したプローブＤＮＡ６１があるスポット６０からダブルゲートトランジスタ２０に入射する蛍光量が増え、サンプルＤＮＡ６２に結合したスポット６０での受光量と、結合していないスポット６０での受光量の差が大きくなるので、固体撮像デバイス３でコントラスト比の高い像を得ることができる。
【００９７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。以下、生体高分子分析チップ１の変形例について説明する。
【００９８】
〔変形例１〕
上記実施形態では励起光照射装置７２が分析台７１の上に設置され、反射防止膜３５の上方から反射防止膜３５に向けて励起光を照射するようになっている。それに対して、図１４に示すように、励起光照射装置７２を分析台７１に設置しても良い。この場合、固体撮像デバイス３の裏面を励起光照射装置７２の向けて生体高分子分析チップ１をセッティングし、励起光照射装置７２によって励起光が固体撮像デバイス３の下から固体撮像デバイス３の裏面向けて照射される。固体撮像デバイス３はボトムゲート電極２１、ボトムゲートライン４１、ソース電極２７、ソースライン４２、ドレイン電極２８、ドレインライン４３の部分を除いて光透過性であるから、励起光がダブルゲートトランジスタ２０，２０，…の間において固体撮像デバイス３の受光面から上へ出射する。また、この場合、励起光フィルタ３６を設けず且つ反射防止膜３５が励起光遮蔽性を有さないようにする。
【００９９】
〔変形例２〕
上記実施形態では、光電変換素子としてダブルゲートトランジスタ２０，２０，…を画素として用いた固体撮像デバイス３を用いているが、別の種類の光電変換素子を画素として用いた固体撮像デバイスを生体高分子分析チップに用いても良い。例えば、フォトダイオードを画素として用いたＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等といった固体撮像デバイスを用いても良い。ＣＣＤイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲には、フォトダイオードで光電変換された電気信号を転送するための垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤが形成されている。ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲にはフォトダイオードで光電変換された電気信号を増幅するためのＣＭＯＳ回路が設けられている。ＣＣＤイメージセンサであっても、ＣＭＯＳイメージセンサであっても、その受光面に反射防止膜３５と同様の反射防止膜を成膜し、その反射防止膜上に複数種のスポットを点着させる。
【０１００】
〔変形例３〕
上記実施形態では、スポット６０が既知の塩基配列の一本鎖ＤＮＡからなるものであるが、その他の既知の生体高分子、例えば、既知のアミノ酸配列のペプチドやタンパク質、既知の細胞等からなるものを用いてもよい。
【０１０１】
〔変形例４〕
上記実施形態では、励起光照射装置７２から発する励起光を紫外線とし、励起光によってサンプルＤＮＡ６２から発する蛍光を可視光としたが、このような光の波長域に限定されない。但し、励起光照射装置７２から発する励起光がサンプルＤＮＡ６２に結合させた標識物質を励起させる波長域の光であること、励起光によって標識物質から発した光の波長域が励起光の波長域と異なることが必要である。また、固体撮像デバイス３が標識物質から発した光に対して感度を示すことが必要であり、反射防止膜３５はその光の反射を防止するような光学膜厚に設計されている必要がある。
また、上記実施形態では、蛍光物質６３から発する蛍光強度を計測したが、蛍光物質の代わりに化学発光物質を標識物質として用い、発光強度を計測してもよい。この場合には、励起光照射装置が不要となる。ただし、固体撮像デバイス３が化学発光物質から発した光に対して感度を示すことが必要である。
【０１０２】
〔変形例５〕
また、上記実施形態では、コントローラ７３が固体撮像デバイス３から入力した画像データに従った画像を出力装置７７に出力し、作業者が出力された画像データからサンプルＤＮＡ６２の配列を特定したが、コントローラ７３がサンプルＤＮＡ６２の配列を特定しても良い。すなわち、コントローラが、特徴抽出処理によって画像データ中のどの部分の蛍光強度が高いかを特定し、蛍光強度が高い部分に対応するスポット６０を特定し、その特定したスポット６０に相補的な塩基配列を出力装置から出力する。
【０１０３】
〔変形例６〕
また上記実施形態では、生体高分子分析チップとして用いたが、受光面に指を接触させて、指の指紋に沿った凹凸により変位する光の出射量を検知する指紋センサとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態における生体高分子分析チップ１の概略平面図である。
【図２】図１の切断面IIに沿った断面図である。
【図３】固体撮像デバイス３の１つの画素の平面図である。
【図４】図３の切断面IVに沿った断面図である。
【図５】比較例での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図６】本発明での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図７】固体撮像デバイス３の表層の断面図である。
【図８】比較例での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図９】本発明での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図１０】他の固体撮像デバイス３の表層の断面図である。
【図１１】分析支援装置７０の回路構成を示したブロック図である。
【図１２】分析支援装置７０の概略側面図である。
【図１３】ドライバによって固体撮像デバイス３に出力される電気信号のレベルの推移を示したタイミングチャートである。
【図１４】別例の分析支援装置７０Ａの概略側面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ … 生体高分子分析チップ
３ … 固体撮像デバイス
３５ … 反射防止膜
６０ … スポット
６１ … 一本鎖プローブＤＮＡ（生体高分子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光感度の高い撮像装置に関し、特に生体高分子分析チップに有用な撮像装置に関し、その撮像装置を用いた生体高分子分析チップ及び分析支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な生物種のタンパク質の機能を特定するために、遺伝子の発現解析を行っている。遺伝子の発現解析とは、細胞で発現している遺伝子を同定することであり、具体的には、遺伝子をコードするＤＮＡから転写されているｍＲＮＡを同定することを含む。
【０００３】
遺伝子の発現解析のためにＤＮＡマイクロアレイ及びその読取装置が開発されている。ＤＮＡマイクロアレイは、プローブとなる既知の塩基配列のＤＮＡをスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである（例えば特許文献１参照）。ここで、既知の塩基配列のＤＮＡとしては、検体において既知のｍＲＮＡと同一、またはその一部と同一の塩基配列のｃＤＮＡが用いられる。ＤＮＡマイクロアレイ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。
【０００４】
まず、既知の塩基配列を有した複数種類のｃＤＮＡ（以下、プローブＤＮＡという）をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたＤＮＡマイクロアレイを準備する。次に、検体からｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いてｍＲＮＡと相補的なｃＤＮＡを合成し、このｃＤＮＡに蛍光物質で標識したサンプルＤＮＡを作成する。
【０００５】
次に、サンプルＤＮＡをＤＮＡマイクロアレイ上に添加すると、ｃＤＮＡの塩基配列が相補的なサンプルＤＮＡがハイブリダイゼーションによってＤＮＡマイクロアレイ上に固定される。つまり、サンプルＤＮＡが複数種類のプローブＤＮＡのうち塩基配列が相補的なプローブＤＮＡとのみ結合して、二本鎖が生じる。一方、サンプルＤＮＡは、相補性を有しないプローブＤＮＡとは結合しないので洗浄する際にＤＮＡマイクロアレイから除去される。このためサンプルＤＮＡが結合したプローブＤＮＡの位置のみから蛍光物質による蛍光を検出することが可能になる。
【０００６】
次いで、ＤＮＡマイクロアレイを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、励起光レーザーの照射点をＤＮＡマイクロアレイに対して二次元的に移動し、それと共に集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってＤＮＡマイクロアレイを二次元走査し、励起光レーザー光が蛍光物質に入射されることにより発した蛍光を集光レンズでフォトマルチプライヤーに集光させ、蛍光強度をフォトマルチプライヤーで計測し、二次元走査によってＤＮＡマイクロアレイの面内の蛍光強度分布を計測するようになっている。これにより、ＤＮＡマイクロアレイ上の蛍光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で蛍光強度が大きい部分には、サンプルＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有したプローブＤＮＡが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって検体中で転写されているｍＲＮＡの塩基配列を特定することができる。
【特許文献１】特開２０００−１３１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のこのようなフォトセンサは感度が高い方が好ましいが、ＤＮＡマイクロアレイは異なる塩基配列の遺伝子に対応するｃＤＮＡを固定担体上にそれぞれスポットするため、各スポットの径が小さくなってしまい、十分な感度を得にくいといった問題を抱えていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、感度の良好な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を備えることを特徴とする撮像装置である。
【００１０】
このような構造にすることで固体撮像デバイスの受光面での光の反射を抑制できるので固体撮像デバイスに到達する光の量を増大することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記固体撮像デバイスが、二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子と、これら光電変換素子を被覆した透明な保護膜と、を有するとともに前記保護膜の表面を受光面としたことを特徴とする撮像装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の撮像装置であって、
前記固体撮像デバイス上に、所定の波長域の光を吸収するフィルタが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、生体高分子分析チップであって、
固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の生体高分子分析チップであって、
前記生体高分子の特性に応じて結合された生体高分子に付着される蛍光標識を励起する励起光を遮光する励起光フィルタが設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、分析支援装置において、固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
前記スポットに対して励起光を照射する光源と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
以上の生体高分子分析チップを用いる際には、蛍光標識されたサンプルを反射防止膜上に添加する。そうすると、サンプルが特異的な（例えば、相補的な）スポットには結合し、特異的でないスポットには結合しない。そのため、固体撮像デバイスの受光面に向けて励起光を照射した状態で固体撮像デバイスで撮像を行えば、サンプルに結合したスポットが付いた部分では蛍光により明るくなり、サンプルに結合したスポットが付いていない部分では暗くなる。
【００１７】
このように、励起光による走査を行わずとも固体撮像デバイスで撮像を行うだけで、二次元の画像が得られ、得られた画像からサンプルの分析を行うことができる。固体撮像デバイスの受光面に成膜された反射防止膜上にスポットが点在しているから、レンズ等の光学系が無くとも固体撮像デバイスで鮮明な像を得ることができる。
【００１８】
また、固体撮像デバイスの受光面に成膜された反射防止膜上にスポットが点在しているから、固体撮像デバイスの受光面にスポットが点在しているから、スポットから発した光が殆ど減衰せずに固体撮像デバイスの受光面に入射する。従って、固体撮像デバイスの感度が高くなくても済む。
【００１９】
また、固体撮像デバイスの受光面上に反射防止膜が成膜されているから、サンプルと結合したスポットから発した光が反射防止膜を介して固体撮像デバイスの受光面を透過する透過率が非常に向上する。そのため、固体撮像デバイスの感度が低くても、固体撮像デバイスで鮮明な像を得ることができる。つまり、サンプルに結合したスポットから固体撮像デバイスの受光面に入射する光量が増え、サンプルに結合したスポットの明るさと、サンプルに結合していないスポットの明るさの差が大きくなるので、固体撮像デバイスでコントラストの高い像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、固体撮像デバイスの受光面に反射防止膜が成膜されているから、反射防止膜を介して固体撮像デバイスの受光面を透過する光の透過率が向上する。そのため、固体撮像デバイスの感度が低くても、固体撮像デバイスで鮮明な像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００２２】
〔１〕生体高分子分析チップの全体構成
図１は、本発明を適用した実施形態における生体高分子分析チップ１の概略平面図であり、図２は、図１の生体高分子分析チップ１を厚さ方向に切断した切断面IIを矢印方向に見た断面図である。
【００２３】
この生体高分子分析チップ１は、透明基板１７と、画素としての光電変換素子を透明基板１７上に二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイス３と、固体撮像デバイス３の受光面上に成膜された反射防止膜（ＡＲ（Anti-Reflection）コート）３５と、反射防止膜３５の表面上において二次元アレイ状に点在したスポット６０，６０，…と、を具備する。固体撮像デバイス３の受光面に反射防止膜３５を成膜したものが、本発明の撮像装置を適用した実施形態の撮像装置である。
【００２４】
〔２〕固体撮像デバイス
図１〜図４を用いて固体撮像デバイス３について詳細に説明する。ここで、図３は、固体撮像デバイス３の画素である光電変換素子の電極構造を示した平面図であり、図４は、図３における固体撮像デバイス３の光電変換素子を厚さ方向に切断した切断面IIを矢印方向に見た断面図である。
この固体撮像デバイス３は透明基板１７上に設けられている。透明基板１７は、光を透過する性質（以下、光透過性という。）を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート、ＰＭＭＡ等といったプラスチック基板である。
【００２５】
この固体撮像デバイス３においては、光電変換素子としてダブルゲート型電界効果トランジスタ（以下、ダブルゲートトランジスタという。）２０が利用され、複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が透明基板１７上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列され、これらダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が保護絶縁膜３１によってまとめて被覆されている。
【００２６】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…は何れも、受光部である半導体膜２３と、ボトムゲート絶縁膜２２を挟んで半導体膜２３の下に形成されたボトムゲート電極２１と、トップゲート絶縁膜２９を挟んで半導体膜２３の上に形成されたトップゲート電極３０と、半導体膜２３の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜２５と、半導体膜２３の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜２６と、不純物半導体膜２５に重なったソース電極２７と、不純物半導体膜２５に重なったドレイン電極２８と、を備え、半導体膜２３において受光した光量に従ったレベルの電気信号に変換するものである。
【００２７】
ボトムゲート電極２１は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに透明基板１７上に形成されている。また、透明基板１７上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれのボトムゲート電極２１が共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２８】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１，４１，…はボトムゲート絶縁膜２２によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜２２は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜２２は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる。
【００２９】
ボトムゲート絶縁膜２２上には、複数の半導体膜２３がマトリクス状に配列するよう形成されている。半導体膜２３は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立して形成されており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０においてボトムゲート電極２１に対して対向配置され、ボトムゲート電極２１との間にボトムゲート絶縁膜２２を挟んでいる。半導体膜２３は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。
【００３０】
半導体膜２３上には、チャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３の中央部上に形成されている。チャネル保護膜２４は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３の界面を保護するものである。半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜２３側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜２４側には電子が発生する。
【００３１】
半導体膜２３の一端部上には、不純物半導体膜２５が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されており、半導体膜２３の他端部上には、不純物半導体膜２６が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜２５，２６は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００３２】
不純物半導体膜２５上には、ソース電極２７が形成され、不純物半導体膜２６上には、ドレイン電極２８が形成されている。ソース電極２７及びドレイン電極２８はダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。縦方向に延在する複数本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…がボトムゲート絶縁膜２２上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体に形成されており、縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体に形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００３３】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…は、トップゲート絶縁膜２９によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜２９は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜２９は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３４】
トップゲート絶縁膜２９上には、複数のトップゲート電極３０がダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。トップゲート電極３０は、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３に対して対向配置され、半導体膜２３との間にトップゲート絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜２９上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン４４，４４，…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３０が共通のトップゲートライン４４と一体に形成されている。トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４は、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
【００３５】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４，４４，…は保護絶縁膜３１によってまとめて被覆され、保護絶縁膜３１は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜３１は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３６】
以上のように構成された固体撮像デバイス３は、保護絶縁膜３１の表面を受光面としており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３において受光した光量を電気信号に変換するように設けられている。
【００３７】
〔３〕反射防止膜
反射防止膜３５は、固体撮像デバイス３の受光面（保護絶縁膜３１の表面）上に成膜されている。反射防止膜３５は、単層構造であっても良いし、複層（多層）構造であっても良い。
【００３８】
〔３−１〕反射防止膜単体
反射防止膜３５のみが設けられ、励起光フィルタが設けられていない場合、生体高分子分析チップ１の下面側、つまり透明基板１７の下方に配置され、後述する蛍光物質６３を励起する波長域の光を、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…間を介してスポット６０，６０，…に照射する面光源が配置されている。この面光源は、光源自体が平面形状であってもよく、また直線状の光源と平面形状の導光板とのセットであってもよい。
後述する、スポット６０を構成する一本鎖プローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションを引き起こしたサンプルＤＮＡ６２に付着した蛍光物質６３が励起光によって発する蛍光６４が矢印方向に向かって反射防止膜３５の表面に到達するまで伝搬する媒体（例えば空気或いはサンプルＤＮＡ６２を電気泳動させるための溶液、溶媒）の相の屈折率をｎhybとし、保護絶縁膜３１の屈折率をｎprotとすると、反射防止膜３５の無反射条件、つまりθ１＝０°としたときに、反射防止膜３５の屈折率ｎARが次式（１）を満たすような反射防止膜３５が好ましい。
【数１】
【００３９】
また、反射防止膜３５の光学膜厚（膜厚×屈折率）は、固体撮像デバイス３で受光する蛍光の強度が最も大きい波長（ピーク波長）の４分の１に等しい方が好ましい。したがって、固体撮像デバイス３で受光する光のピーク波長をλ〔μｍ〕とした場合、反射防止膜３５の膜厚ｄAR〔μｍ〕が次式（２）を満たしていることが好ましい。
【数２】
【００４０】
例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎhyb＝１．０、ｎprot＝１．８７のとき、ｎAR＝１．３７、ｄAR＝１００．５ｎｍとなる。
【００４１】
反射防止膜３５が式（１）・（２）を満たすように設けられていれば、後述するサンプルＤＮＡ６２が一本鎖プローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションされたスポット６０において、生体高分子分析チップ１の下面に位置する光源の光が入射されることによって標識化された蛍光物質６３が発する蛍光６４が上から反射防止膜３５に入射した場合、反射防止膜３５の表面における光学的干渉作用によって反射防止膜３５において殆ど反射せず、非常に高い透過率で反射防止膜３５及び保護絶縁膜３１を透過し、ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３に入射する。
【００４２】
そして、蛍光６４は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離できる。屈折率がｎhybの相から伝搬された光が反射防止膜３５の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ12P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ12Sは、それぞれ次式（３）、（４）を満たしている。
【数３】
【数４】
【００４３】
上記θ1は、屈折率がｎhybの相から伝搬された光が反射防止膜３５の相に入射されるときの入射角であり、上記θ2は反射防止膜３５の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射されるときの入射角である。
【００４４】
また、反射防止膜３５の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ23P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ23Sは、それぞれ次式（５）、（６）を満たしている。
【数５】
【数６】
【００４５】
上記θ3は反射防止膜３５の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射角θ2で入射したときの屈折角である。
そして、Ｐ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSは、それぞれ次式（７）、（８）を満たしている。
【数７】
【数８】
【００４６】
図５は比較例として反射防止膜３５が設けられていない生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを式（７）、（８）に基づいて示し、図６は反射防止膜３５が設けられている生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示している。なお、ｎhyb＝１．０、ｎprot＝１．８７、ｎAR＝１．３７として計算している。
【００４７】
このように、反射防止膜３５がない場合、ハイブリダイゼーションによって放射状に発する蛍光６４のうち、相対的に保護絶縁膜３１に到達する光強度の強い入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が８％を越えてしまい、当該範囲での透過光量は、総光量の９０％程度になってしまうためダブルゲートトランジスタ２０の受光感度が低くなってしまうが、反射防止膜３５が設けられていると、入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が低く、当該範囲での透過光量は、総光量の１００％近くに達するのでダブルゲートトランジスタ２０の受光感度を向上することが出来る。
【００４８】
なお、反射防止膜３５が例えば、励起光として特に紫外線を遮蔽する性質を有するものであっても良い。
【００４９】
〔３−２〕反射防止膜及び励起光フィルタ積層構造
図７に示すように、保護絶縁膜３１上に形成され、励起光を選択的に遮光するＳｉＯ2又はＴｉＯ2等の励起光フィルタ３６と、励起光フィルタ３６上に形成された反射防止膜３５との積層構造をλ／４波長板として機能させた場合、生体高分子分析チップ１の上面側、つまりスポット６０，６０，…の上方に配置され、蛍光物質６３を励起する波長域の光を、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…間を介さずに直接スポット６０，６０，…に照射する面光源が配置されている。この面光源は、光源自体が平面形状であってもよく、また直線状の光源と平面形状の導光板とのセットであってもよい。
反射防止膜３５の上方に位置し、蛍光６４が矢印方向に向かって反射防止膜３５の表面に到達するまで伝搬する媒体（例えば空気或いはサンプルＤＮＡ６２を電気泳動させるための溶液、溶媒）の相の屈折率をｎhybとし、保護絶縁膜３１の屈折率をｎprotとすると、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６での無反射条件、つまり入射角θ１＝０°としたときに、励起光フィルタ３６の屈折率ｎFLT及び反射防止膜３５の屈折率ｎARが次式（９）を満たすことが好ましい。
【数９】
【００５０】
また、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６の光学膜厚は、固体撮像デバイス３で受光する蛍光の波長の４分の１に等しい。すなわち、固体撮像デバイス３で受光する光の波長をλ〔μｍ〕とした場合、励起光フィルタ３６の膜厚ｄFLT〔μｍ〕が次式（１０）を満たし、反射防止膜３５の膜厚ｄAR〔μｍ〕が次式（１１）を満たすことが好ましい。
【数１０】
【数１１】
【００５１】
例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎhyb＝１．０、ｎAR＝１．７０、ｎFLT＝２．３２、ｎprot＝１．８７のとき、ｄFLT＝５９．２７ｎｍ、ｄAR＝８１．０５ｎｍとなる。
【００５２】
反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が式（９）・（１０）・（１１）を満たすように設けられていれば、光源から蛍光物質６３を励起する光がスポット６０，６０，…に照射されると、後述するサンプルＤＮＡ６２が一本鎖プローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションされたスポット６０では、生体高分子分析チップ１の下面に位置する光源の光が入射されることによって標識化された蛍光物質６３が発する蛍光６４及び光源からの励起光が上から反射防止膜３５に入射した場合、反射防止膜３５の各界面における光学的干渉作用によって反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６において反射が抑制され、非常に高い透過率で反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６を透過し、ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３に入射する。
【００５３】
そして、蛍光６４は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離できる。屈折率がｎARの反射防止膜３５の相から伝搬された光が励起光フィルタ３６の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ23P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ23Sは、それぞれ次式（１２）、（１３）を満たしている。
【数１２】
【数１３】
【００５４】
上記θ2は、屈折率がｎhybの相から伝搬された光が反射防止膜３５の相に入射されるときの入射角であり、上記θ3は励起光フィルタ３６の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射されるときの入射角である。
【００５５】
また、励起光フィルタ３６の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相との界面で反射するときのＰ偏光振幅反射率ｒ23P、Ｓ偏光振幅反射率ｒ23Sは、それぞれ次式（５）、（６）を満たしている。
【数１４】
【数１５】
【００５６】
上記θ4は励起光フィルタ３６の相から伝搬された光が保護絶縁膜３１の相に入射角θ3で入射したときの屈折角である。
【００５７】
そして、励起光フィルタ３６の相と保護絶縁膜３１の相との界面におけるＰ偏光エネルギー反射率Ｒ23P、Ｓ偏光エネルギー反射率Ｒ23Sは、それぞれ次式（１６）、（１７）を満たしている。
【数１６】
【数１７】
【００５８】
反射防止膜３５の相と励起光フィルタ３６との界面、及び励起光フィルタ３６の相と保護絶縁膜３１の相との界面を合成した仮想的な境界面におけるｐ偏光振幅反射率ｒ234P、ｓ偏光振幅反射率ｒ234Sは、次式（１８）、（１９）を満たしている。
【数１８】
【数１９】
【００５９】
屈折率がｎhybの相と反射防止膜３５の相との界面、反射防止膜３５の相と励起光フィルタ３６との界面、及び励起光フィルタ３６の相と保護絶縁膜３１の相との界面を合成した仮想的な境界面におけるＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSは、それぞれ次式（２０）、（２１）を満たしている。
【数２０】
【数２１】
【００６０】
ここで、φ3Pは上記仮想的な境界面におけるｐ偏光位相角、φ3Sは上記仮想的な境界面におけるｓ偏光位相角であり、次式（２２）、（２３）を満たしている。
【数２２】
【数２３】
【００６１】
図８は比較例として励起光フィルタ３６のみで反射防止膜３５が設けられていない生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを式（２０）、（２１）に基づいて示し、図９は反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が設けられている生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示している。なお、ｎhyb＝１．０、ｎAR＝１．７０、ｎFLT＝２．３２、ｎprot＝１．８７として計算している。
【００６２】
このように、励起光フィルタ３６のみの場合、ハイブリダイゼーションによって放射状に発する蛍光６４のうち、相対的に保護絶縁膜３１に到達する光強度の強い入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が２０％を越えてしまい、当該範囲での透過光量は総光量の８０％未満になってしまうため、ダブルゲートトランジスタ２０の受光感度が低くなってしまうが、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が設けられていると、入射角０°〜４０°の間の蛍光６４の保護絶縁膜３１の界面での反射率が低く、当該範囲での透過光量は、総光量の１００％近くに達するのでダブルゲートトランジスタ２０の受光感度を向上することが出来る。
このとき、光源からの励起光は、反射防止膜３５を透過することになるが励起光フィルタ３６に吸収されてしまうので、ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３にはほとんど到達しない。このため、ダブルゲートトランジスタ２０でのＳ／Ｎ比（蛍光６４の受光量／励起光の受光量）を高くすることが可能となる。
【００６３】
なお、反射防止膜３５が励起光フィルタ３６同様に、励起光として特に紫外線を遮蔽する性質を有するものであっても良い。
【００６４】
また、図１０に示すように、反射防止膜３５及び励起光フィルタ３６が交互に繰り返すよう積層した多層膜であっても良い。この場合でも、反射防止膜３５が励起光フィルタ３６と同様に、励起光として特に紫外線を遮蔽する性質を有するものであっても良い。
【００６５】
〔４〕スポット
次に、スポット６０について説明する。図１、図２、図４に示すように、複数種のスポット６０，６０，…が互いに離間して、マトリクス状となって反射防止膜３５の表面上に配列されている。１つのスポット６０は一本鎖プローブＤＮＡ６１が多数集まった群集であり、１つのスポット６０に含まれる多数の一本鎖プローブＤＮＡ６１は同じ塩基配列（ヌクレオチド配列）を有する。また、スポット６０ごとに一本鎖プローブＤＮＡ６１の塩基配列が異なる配列となっている。一本鎖プローブＤＮＡ６１としては、検体において既知のｍＲＮＡの塩基配列、またはその一部と同一の、あるいは相補的な塩基配列のＤＮＡが用いられる。
【００６６】
１つのスポット６０につき１つのダブルゲートトランジスタ２０が重なるように、スポット６０，６０，…が配列されている。なお、１つのスポット６０につき隣り合う幾つかのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が重なっても良いが、この場合には何れのスポット６０でも重なったダブルゲートトランジスタ２０の数が同じである。
【００６７】
〔５〕ＤＮＡ分析方法及び分析支援装置
次に、生体高分子分析チップ１を用いたＤＮＡ分析方法について説明する。
【００６８】
生体高分子分析チップ１を分析支援装置にセッティングして生体高分子分析チップ１を用いるので、まず分析支援装置について図１１、図１２を用いて説明する。図１１は、分析支援装置７０の回路構成を示したブロック図であり、図１２は、分析支援装置７０に生体高分子分析チップ１をセッティングした場合の側面図である。図１２において、生体高分子分析チップ１は破断して示されている。
【００６９】
分析支援装置７０は、生体高分子分析チップ１がセッティングされる分析台７１と、この分析台７１に対して着脱できる生体高分子分析チップ１と、固体撮像デバイス３の受光面の上から受光面に向けて励起光を照射する励起光照射装置７２と、固体撮像デバイス３を駆動するトップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６と、励起光照射装置７２、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６を制御するコントローラ７３と、コントローラ７３から出力された信号により出力（表示又はプリント）を行う出力装置７７と、を備える。
【００７０】
生体高分子分析チップ１が分析台７１にセッティングされた場合には、固体撮像デバイス３のトップゲートライン４４，４４，…がトップゲートドライバ７４の端子にそれぞれ接続されるようになっている。同様に、固体撮像デバイス３のボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ７５の端子にそれぞれ接続されるようになっており、固体撮像デバイス３のドレインライン４３，４３，…がドレインドライバ７６の端子にそれぞれ接続されるようになっている。また、生体高分子分析チップ１が分析台７１にセッティングされた場合、固体撮像デバイス３のソースライン４２，４２，…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン４２，４２，…が接地されるようになっている。
【００７１】
励起光照射装置７２は分析台７１に対向しており、分析台７１に生体高分子分析チップ１が搭載された場合に、励起光照射装置７２から面状に出射した励起光が生体高分子分析チップ１に照射されるようになっている。励起光照射装置７２が照射する励起光は紫外線波長域の光である。なお、励起光照射装置７２は、出射する励起光の波長域を可変可能に設けられていても良い。
【００７２】
出力装置７７はプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。
【００７３】
トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６は、協同して固体撮像デバイス３を駆動するものである。トップゲートドライバ７４は、シフトレジスタである。つまり、図１３に示すように、トップゲートドライバ７４はトップゲートライン４４，４４，…にリセットパルスを順次出力するようになっている。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルである。一方、トップゲートドライバ７４は、リセットパルスを出力しない時にローレベルの−２０〔Ｖ〕の電位をそれぞれのトップゲートライン４４に印加するようになっている。
【００７４】
ボトムゲートドライバ７５は、シフトレジスタである。つまり、図１３に示すように、ボトムゲートライン４１，４１，…にリードパルスを順次出力するようになっている。リードパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のハイレベルであり、リードパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。
【００７５】
トップゲートドライバ７４が何れかの行のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後にキャリア蓄積期間を経てボトムゲートドライバ７５が同じ行のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ７４及びボトムゲートドライバ７５が出力信号をシフトする。つまり、各行では、リードパルスが出力されるタイミングは、リセットパルスが出力されるタイミングより遅れている。また、何れかの行のトップゲートライン４４へのリセットパルスの入力が開始してから、同じ行のボトムゲートライン４１へのリードパルスの入力が終了するまでの期間は、その行の選択期間である。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルであり、リセットパルスが出力されていない時のレベルは−２０〔Ｖ〕のローレベルである。
【００７６】
図１３に示すように、ドレインドライバ７６は、それぞれの行の選択期間において、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力するようになっている。プリチャージパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のハイレベルであり、プリチャージパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。また、ドレインドライバ７６は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅してコントローラ７３に出力するようになっている。
【００７７】
コントローラ７３は励起光照射装置７２を点灯させる機能を有する。また、コントローラ７３は、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に固体撮像デバイス３の駆動動作を行わせる機能を有する。また、コントローラ７３はドレインドライバ７６から入力した電気信号をＡ／Ｄ変換することで、固体撮像デバイス３の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして取得する機能を有する。また、コントローラ７３は入力した二次元の画像データ画像データに従った画像を出力装置７７に出力させる機能を有する。
【００７８】
生体高分子分析チップ１及び分析支援装置７０の動作並びにＤＮＡの分析方法（同定方法）について説明する。
まず、作業者が検体からｃＤＮＡを採取して、場合によってＰＣＲ増幅を行い、得られたＤＮＡに蛍光物質６３を結合させ、ＤＮＡを蛍光物質６３で標識する。蛍光物質６３は、分析支援装置の励起光照射装置から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光（但し、反射防止膜３５によって反射が防止される波長の光）を発するものを選択するが、蛍光物質６３としては、例えばＣｙＤｙｅのＣｙ２（アマシャム社製）がある。得られたＤＮＡは、溶液中に含まれている。以下では、このＤＮＡをサンプルＤＮＡ６２という。
【００７９】
次いで、作業者が、サンプルＤＮＡ６２を含有した溶液を固体撮像デバイス３の受光面に塗布する。ここで、固体撮像デバイス３の受光面にサンプルＤＮＡ６２を分布させるために、サンプルＤＮＡ６２を電気泳動させても良い。なお、サンプルＤＮＡ６２を含有した溶液をスポット６０，６０，…に順次又は同時に滴下しても良い。このとき、サンプルＤＮＡが一本鎖となるようにサンプルＤＮＡを含有した溶液は加熱されている。
【００８０】
その後、プローブＤＮＡ６１とサンプルＤＮＡ６２とがハイブリダイゼーションを引き起こすように、生体高分子分析チップ１を所定の温度に冷却する。これにより、スポット６０，６０，…のなかにサンプルＤＮＡ６２と相補的なプローブＤＮＡ６１があれば、これとハイブリダイズする。一方、スポット６０，６０，…のなかにサンプルＤＮＡ６２と相補的なものがなければ、サンプルＤＮＡ６２はどのスポット６０，６０，…にも結合しない。
【００８１】
その後、固体撮像デバイス３の受光面に塗布したサンプルＤＮＡ６２のうちハイブリダイゼーションしなかったものは洗い流す。
【００８２】
次いで、作業者が固体撮像デバイス３を分析台７１にセッティングし、励起光照射装置７２を固体撮像デバイス３の受光面に対向させ、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６をコントローラ７３に接続する。
【００８３】
その後、コントローラ７３を起動すると、コントローラ７３が励起光照射装置７２を制御して励起光照射装置７２を点灯させると、励起光照射装置７２から固体撮像デバイス３の受光面に向けて励起光が出射する。
【００８４】
サンプルＤＮＡ６２が標識されているので、スポット６０，６０，…のうちサンプルＤＮＡ６２とハイブリダイゼーションしたスポット６０からは蛍光（主に可視光波長域）が発し、サンプルＤＮＡ６２と結合しなかったスポット６０からは蛍光が発しない。そのため、サンプルＤＮＡ６２と結合したスポット６０に対応したダブルゲートトランジスタ２０には高強度の蛍光が入射し、サンプルＤＮＡ６２と結合していないスポット６０に対応したダブルゲートトランジスタ２０には殆ど蛍光が入射しない。固体撮像デバイス３の受光面にスポット６０，６０，…が固定されているため、サンプルＤＮＡ６２と結合したスポット６０から発した蛍光はあまり減衰せずに、そのスポット６０に対応したダブルゲートトランジスタ２０に入射して電子−正孔対を発生させる。従って、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…の感度が低くても、十分に強度を検知することができる。
【００８５】
その後、励起光照射装置７２が点灯した状態で、コントローラ７３がトップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６を制御することにより、固体撮像デバイス３に撮像動作を行わせる。これにより、固体撮像デバイス３がダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれで光強度又は光量を検知し、受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして取得する。コントローラ７３は、固体撮像デバイス３で取得された画像データを入力し、その画像を出力装置７７に出力する。そして、コントローラの処理が終了する。
【００８６】
作業者は、出力装置７７により出力された画像データからハイブリダイゼーションの有無を確認し、ハイブリダイゼーションが起きていればプローブＤＮＡ６１の塩基配列からサンプルＤＮＡの塩基配列を特定する。即ち、サンプルＤＮＡの塩基配列は、画像の中でハイブリダイゼーションによって蛍光を発した画素に重なったスポット６０と相補的な配列であるので、出力された画像データ中のどの部分が蛍光を発したかによって検体中で発現している遺伝子を特定することができる。
【００８７】
ここで、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６による固体撮像デバイス３の動作について説明する。
トップゲートドライバ７４が１行目のトップゲートライン４４から最終行目のトップゲートライン４４へと順次リセットパルスを出力し、ボトムゲートドライバ７５がボトムゲートライン４１，４１，４１，…に順次リードパルスを出力する。その際、ドレインドライバ７６が各行でリセットパルスが出力されているリセット期間と各行でリードパルスが出力されている期間との間に、プリチャージパルスを全てのドレインライン４３，４３，…に出力する。
【００８８】
ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０の動作について詳細に説明する。図１０に示すように、トップゲートドライバ７４がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力すると、ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになる。ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになっている間（この期間をリセット期間という。）、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０では、半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積されたキャリア（ここでは、正孔である。）が、トップゲート電極３０の電圧により反発して吐出される。
【００８９】
次に、トップゲートドライバ７４がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力することを終了する。ｉ行目のトップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから、ｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスが出力されるまでの間（この期間をキャリア蓄積期間という。）、光量に従った量の電子−正孔対が半導体膜２３内で生成されるが、そのうちの正孔がトップゲート電極３０の電界により半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
【００９０】
次に、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ７６が全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力する。プリチャージパルスが出力されている間（プリチャージ期間という。）では、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０においては、トップゲート電極３０に印加されている電位が−２０〔Ｖ〕であり、ボトムゲート電極２１に印加されている電位が±０〔Ｖ〕であるため、たとえ半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積された正孔の電荷だけではゲート−ソース間電位が低いので半導体膜２３にはチャネルが形成されず、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流は流れない。プリチャージ期間において、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流が流れないため、ドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスによってｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０のドレイン電極２８に電荷がチャージされる。
【００９１】
次に、ドレインドライバ７６がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ７５がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。ボトムゲートドライバ７５がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力している間（この期間を、リード期間という。）では、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０のボトムゲート電極２１に＋１０〔Ｖ〕の電位が印加されているため、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０がオン状態になる。
【００９２】
リード期間においては、キャリア蓄積期間において蓄積されたキャリアがトップゲート電極３０の負電界を緩和するように働くため、ボトムゲート電極２１の正電界により半導体膜２３にｎチャネルが形成されて、ドレイン電極２８からソース電極２７に電流が流れるようになる。従って、リード期間では、ドレインライン４３，４３，…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００９３】
ここで、キャリア蓄積期間において半導体膜２３に入射した光量が多くなるにつれて、蓄積されるキャリアも多くなり、蓄積されるキャリアが多くなるにつれて、リード期間においてドレイン電極２８からソース電極２７に流れる電流のレベルも大きくなる。従って、リード期間におけるドレインライン４３，４３，…の電圧の変化傾向は、キャリア蓄積期間で半導体膜２３に入射した光量に深く関連する。そして、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ７６を介して、リード期間が開始してから所定の時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出してＡ／Ｄ変換する。これにより、光の強度に換算される。なお、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ７６を介して、所定の閾値電圧に至るまでの時間を検出しても良い。この場合でも、光の強度に換算される。また、図１０では、トップゲートドライバ７４の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、ボトムゲートドライバ７５のｉ行目のリードパルスが立ち下がってからであるが、これに限らず、トップゲートドライバ７４の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、トップゲートドライバ７４のｉ行目のリセットパルスの立ち下がり直後からボトムゲートドライバ７５のｉ行目のリードパルスの立ち下がりまでの間であってもよい。ただし、（ｉ＋１）行目のダブルゲートトランジスタ２０のためにドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスの出力は、ボトムゲートドライバ７５のｉ行目のリードパルスの立ち下がり以降になるように設定されている。
【００９４】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、全ての行の各ダブルゲートトランジスタ２０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、生体高分子分析チップ１上の光の強度分布が画像として取得される。そして、光強度分布を表した画像は、コントローラに入力される。
【００９５】
以上のように、本実施形態によれば、固体撮像デバイス３の受光面上に成膜された反射防止膜３５上にスポット６０，６０，…が点在しているから、走査を行わずとも固体撮像デバイス３で撮像を行うだけで二次元の画像が得られる。更に、分析支援装置７０にレンズを設けなくとも、固体撮像デバイス３で鮮明な像を得ることができるので、分析支援装置７０の小型化を図ることができる。更に、スポット６０から発した光が殆ど減衰せずに固体撮像デバイス３の受光面に入射するので、固体撮像デバイス３の感度が高くなくても済む。
【００９６】
また、固体撮像デバイス３の受光面に反射防止膜３５が成膜され、その反射防止膜３５は界面における干渉作用によって反射を防止するものであるから、反射防止膜３５における蛍光の透過率が非常に向上する。そのため、固体撮像デバイス３の蛍光感度が低くても、固体撮像デバイス３で鮮明な像を得ることができる。つまり、サンプルＤＮＡ６２に結合したプローブＤＮＡ６１があるスポット６０からダブルゲートトランジスタ２０に入射する蛍光量が増え、サンプルＤＮＡ６２に結合したスポット６０での受光量と、結合していないスポット６０での受光量の差が大きくなるので、固体撮像デバイス３でコントラスト比の高い像を得ることができる。
【００９７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。以下、生体高分子分析チップ１の変形例について説明する。
【００９８】
〔変形例１〕
上記実施形態では励起光照射装置７２が分析台７１の上に設置され、反射防止膜３５の上方から反射防止膜３５に向けて励起光を照射するようになっている。それに対して、図１４に示すように、励起光照射装置７２を分析台７１に設置しても良い。この場合、固体撮像デバイス３の裏面を励起光照射装置７２の向けて生体高分子分析チップ１をセッティングし、励起光照射装置７２によって励起光が固体撮像デバイス３の下から固体撮像デバイス３の裏面向けて照射される。固体撮像デバイス３はボトムゲート電極２１、ボトムゲートライン４１、ソース電極２７、ソースライン４２、ドレイン電極２８、ドレインライン４３の部分を除いて光透過性であるから、励起光がダブルゲートトランジスタ２０，２０，…の間において固体撮像デバイス３の受光面から上へ出射する。また、この場合、励起光フィルタ３６を設けず且つ反射防止膜３５が励起光遮蔽性を有さないようにする。
【００９９】
〔変形例２〕
上記実施形態では、光電変換素子としてダブルゲートトランジスタ２０，２０，…を画素として用いた固体撮像デバイス３を用いているが、別の種類の光電変換素子を画素として用いた固体撮像デバイスを生体高分子分析チップに用いても良い。例えば、フォトダイオードを画素として用いたＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等といった固体撮像デバイスを用いても良い。ＣＣＤイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲には、フォトダイオードで光電変換された電気信号を転送するための垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤが形成されている。ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲にはフォトダイオードで光電変換された電気信号を増幅するためのＣＭＯＳ回路が設けられている。ＣＣＤイメージセンサであっても、ＣＭＯＳイメージセンサであっても、その受光面に反射防止膜３５と同様の反射防止膜を成膜し、その反射防止膜上に複数種のスポットを点着させる。
【０１００】
〔変形例３〕
上記実施形態では、スポット６０が既知の塩基配列の一本鎖ＤＮＡからなるものであるが、その他の既知の生体高分子、例えば、既知のアミノ酸配列のペプチドやタンパク質、既知の細胞等からなるものを用いてもよい。
【０１０１】
〔変形例４〕
上記実施形態では、励起光照射装置７２から発する励起光を紫外線とし、励起光によってサンプルＤＮＡ６２から発する蛍光を可視光としたが、このような光の波長域に限定されない。但し、励起光照射装置７２から発する励起光がサンプルＤＮＡ６２に結合させた標識物質を励起させる波長域の光であること、励起光によって標識物質から発した光の波長域が励起光の波長域と異なることが必要である。また、固体撮像デバイス３が標識物質から発した光に対して感度を示すことが必要であり、反射防止膜３５はその光の反射を防止するような光学膜厚に設計されている必要がある。
また、上記実施形態では、蛍光物質６３から発する蛍光強度を計測したが、蛍光物質の代わりに化学発光物質を標識物質として用い、発光強度を計測してもよい。この場合には、励起光照射装置が不要となる。ただし、固体撮像デバイス３が化学発光物質から発した光に対して感度を示すことが必要である。
【０１０２】
〔変形例５〕
また、上記実施形態では、コントローラ７３が固体撮像デバイス３から入力した画像データに従った画像を出力装置７７に出力し、作業者が出力された画像データからサンプルＤＮＡ６２の配列を特定したが、コントローラ７３がサンプルＤＮＡ６２の配列を特定しても良い。すなわち、コントローラが、特徴抽出処理によって画像データ中のどの部分の蛍光強度が高いかを特定し、蛍光強度が高い部分に対応するスポット６０を特定し、その特定したスポット６０に相補的な塩基配列を出力装置から出力する。
【０１０３】
〔変形例６〕
また上記実施形態では、生体高分子分析チップとして用いたが、受光面に指を接触させて、指の指紋に沿った凹凸により変位する光の出射量を検知する指紋センサとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態における生体高分子分析チップ１の概略平面図である。
【図２】図１の切断面IIに沿った断面図である。
【図３】固体撮像デバイス３の１つの画素の平面図である。
【図４】図３の切断面IVに沿った断面図である。
【図５】比較例での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図６】本発明での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図７】固体撮像デバイス３の表層の断面図である。
【図８】比較例での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図９】本発明での生体高分子分析チップ１でのＰ偏光エネルギー反射率ＲP、Ｓ偏光エネルギー反射率ＲSを示したグラフである。
【図１０】他の固体撮像デバイス３の表層の断面図である。
【図１１】分析支援装置７０の回路構成を示したブロック図である。
【図１２】分析支援装置７０の概略側面図である。
【図１３】ドライバによって固体撮像デバイス３に出力される電気信号のレベルの推移を示したタイミングチャートである。
【図１４】別例の分析支援装置７０Ａの概略側面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ … 生体高分子分析チップ
３ … 固体撮像デバイス
３５ … 反射防止膜
６０ … スポット
６１ … 一本鎖プローブＤＮＡ（生体高分子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像デバイスが、二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子と、これら光電変換素子を被覆した透明な保護膜と、を有するとともに前記保護膜の表面を受光面としたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像デバイス上に、所定の波長域の光を吸収するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
を備えることを特徴とする生体高分子分析チップ。
【請求項５】
前記生体高分子の特性に応じて結合された生体高分子に付着される蛍光標識を励起する励起光を遮光する励起光フィルタが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項６】
固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
前記スポットに対して励起光を照射する光源と、
を備えることを特徴とする分析支援装置。
【請求項１】
固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像デバイスが、二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子と、これら光電変換素子を被覆した透明な保護膜と、を有するとともに前記保護膜の表面を受光面としたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像デバイス上に、所定の波長域の光を吸収するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
を備えることを特徴とする生体高分子分析チップ。
【請求項５】
前記生体高分子の特性に応じて結合された生体高分子に付着される蛍光標識を励起する励起光を遮光する励起光フィルタが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項６】
固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面に成膜され、光の反射を防止する反射防止膜と、を有する撮像装置と、
生体高分子が前記反射防止膜上に点在した複数種のスポットと、
前記スポットに対して励起光を照射する光源と、
を備えることを特徴とする分析支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−３０１６２（Ｐ２００６−３０１６２Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７９５７（Ｐ２００５−３７９５７）
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]