熱レンズ分光分析システム及び熱レンズ信号補正方法
【課題】 外部環境変化により熱レンズ信号強度が変化しても試料を正確に測定することができる熱レンズ分光分析システム及び熱レンズ信号補正方法を提供する。
【解決手段】 熱レンズ分光分析システム１０は、中に液中試料が注入された溝１を有するマイクロ化学チップ２と、液体試料に光ファイバー５を介して光源ユニット７から伝播された励起光及び検出光を集光して熱レンズ信号を生成する屈折率分布型ロッドレンズ３と、励起光及び検出光の光量と熱レンズ信号強度を検出する光電変換器２２と、熱レンズ信号強度の測定値、（励起光の所定光量／励起光の測定光量）、及び／又は第２の比（検出光の所定光量／検出光の測定光量）を積算することにより熱レンズ信号強度の測定値を補正するパーソナルコンピュータ２５とを備える。
【解決手段】 熱レンズ分光分析システム１０は、中に液中試料が注入された溝１を有するマイクロ化学チップ２と、液体試料に光ファイバー５を介して光源ユニット７から伝播された励起光及び検出光を集光して熱レンズ信号を生成する屈折率分布型ロッドレンズ３と、励起光及び検出光の光量と熱レンズ信号強度を検出する光電変換器２２と、熱レンズ信号強度の測定値、（励起光の所定光量／励起光の測定光量）、及び／又は第２の比（検出光の所定光量／検出光の測定光量）を積算することにより熱レンズ信号強度の測定値を補正するパーソナルコンピュータ２５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱レンズ分光分析システム及び熱レンズ信号補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、化学反応の高速化や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から、化学反
応を微小空間で行うための集積化技術が注目されており、そのため研究が精力的に進めら
れている。
【０００３】
このような集積化技術の１つとして、マイクロ化学チップを用いて、液体試料の混合、
反応、分離、抽出、検出等を行う熱レンズ分光分析システムがある。
【０００４】
例えば、図４に示すように、熱レンズ分光分析システム１０００は、流路内に液中試料が満たされた流路付き板状部材１２０と、流路付き板状部材１２０の上方に配設され、先端にレンズを取り付けたレンズ付き光ファイバー１００と、レンズ付き光ファイバー１００に接続され、流路付き板状部材１２０の流路内の液中試料に励起光を照射すると共に、当該照射された励起光によって液中試料に生成される熱レンズに検出光を照射する光源ユニット１１０と、流路付き板状部材１２０の下方に配設され、励起光によって流路付き板状部材１２０の流路内の液中試料に生成された熱レンズを介して検出光を検出する検出装置１３０とを備える。
【０００５】
レンズ付き光ファイバー１００は、レンズ１０２と、一端がレンズ１０２に接続され、他端が光源ユニット１１０に接続される光ファイバー１０１と、光ファイバー１０１をフェルール１０３を介して固定するスリーブ１０４とから成る。
【０００６】
光源ユニット１１０は、励起光を出力する励起光用光源１０５と、励起光用光源１０５
に接続され、励起光用光源１０５から出力される励起光を変調するモジュレーター１０７と、検出光を出力する検出光用光源１０６と、励起光用光源１０５及び検出光用光源１０６に夫々光ファイバー１１４を介して接続され、且つレンズ付き光ファイバー１００の光ファイバー１０１に接続され、励起光用光源１０５から出力される励起光及び検出光光源１０６から出力される検出光を合波して光ファイバー１０１に合波したこれらの励起光及び検出光を夫々入射させる光合波器１０８とから成る。
【０００７】
流路付き板状部材１２０は、レンズ付き光ファイバー１００側から順に３層に重ねて接着された上部ガラス基板２０１、中部ガラス基板２０２、及び下部ガラス基板２０３から成る。流路付き板状部材１２０の中間層である中部ガラス基板２０２には、熱レンズ分光分析システム１０００により液中試料の混合、攪拌、合成、分離、抽出、及び検出等の操作の際に液中試料を流す流路２０４を有する。
【０００８】
検出装置１３０は、流路付き板状部材１２０の流路２０４に面する位置であって、レ
ンズ付き光ファイバー１００に対向する位置に配設され、合波された励起光及び検出光を
分離して検出光のみを選択的に透過させる波長フィルター４０２と、波長フィルター４０２の下側であって、流路２０４に面する位置に配設された検出光を検出するための光電変
換器４０１と、光電変換器４０１にロックインアンプ４０４を介して接続されたコンピュ
ータ４０５とから成る（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この熱レンズ分光分析システム１０００において、温度変化等の外部環境変化の影響を受けて、励起光用光源１０５及び検出光用光源１０６から出力された励起光及び検出光の光量が変化したり、光合波器１０８の損失が変化したり、熱レンズ分光分析システム１０００が載置されたステージ（不図示）の膨張等に起因して、レンズ１０２と流路付き板状部材１２０との位置ずれやレンズ１０２と光電変換器４０１との位置ずれが発生したりしていた。
【００１０】
これにより、熱レンズを形成するために流路２０４内の液中試料に入射される励起光の光量が変化したり、光電変換器４０１に入射される検出光の光量が変化したりすることがある。
【００１１】
また、熱レンズ分光分析システム１０００によって実行される熱レンズ分光分析法は、通常、アナログ測定であるので、上述した流路２０４内の液中試料に入射される励起光の光量変化及び光電変換器４０１に入射される検出光の光量変化は、最終的に測定される熱レンズ信号の強度変化となって表れ、熱レンズ信号強度測定における再現性が低下していた。
【００１２】
熱レンズ信号強度測定における再現性を高めるために、光源ユニット１１０にペルチェ素子等の電子部品を付加して温度を制御したり、熱レンズ分光分析システム１０００の測定環境を厳密に温度管理したりすることにより、熱レンズ信号強度測定における再現性低下の根本的な原因である温度変化等の外部環境変化を取り除くことが考えられるが、この場合、ペルチェ素子等の電子部品の付加による熱レンズ分光分析システム１０００の大型化及びコスト増大や、測定環境の汎用性欠如等の問題がある。
【００１３】
よって、流路２０４内の液中試料に入射される励起光の光量変化及び光電変換器４０１に入射される検出光の光量変化に応じて熱レンズ信号強度を補正することが考えられる。既に、２つの感光検出器（photo-sensitive detector）を用いて、測定されたレーザー光の光量を補正する輻射熱センサーが開示されている（例えば、特許文献２参照）。この輻射熱センサーのような光ファイバーを使用しない空間光学系においては、光路途中に設置したフィルター等により光を分岐させることができるので、この分岐光の光量に基づいてレーザー光の光量を容易に補正することができる。
【特許文献１】特開２００２−３６５２５２号公報
【特許文献２】米国特許第５５１３００６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、光ファイバーを使用する熱レンズ分光分析システムにおいては、光が光ファイバー内に閉じ込められているので、光を分岐させるには特殊な分岐モジュールが必要となり、分岐光を容易に検出することができない。特に、可視領域光を分岐する分岐モジュールは、分岐モジュール自体が温度変化の影響を受け易く、光の分岐比が変動してしまうものが多い。よって、熱レンズ信号強度を補正するための分岐光検出において、光の分岐比の変化分を検出しているのか、励起光及び検出光の光量変化を検出しているのかを区別することができない。
【００１５】
また、熱レンズ分光分析システムは、励起光及び検出光の２種の光を用いているため、励起光及び検出光の光量を検出するためには少なくとも２つの検出器が必要となり、熱レンズ分光分析システムが大型化してしまう。
【００１６】
また、光合波器１０８の損失を補正するためには、励起光及び検出光が合波した後に光量を検出する必要があるが、光ファイバー内で合波した励起光及び検出光を分離して検出するのは難しい。
【００１７】
本発明の目的は、外部環境変化により熱レンズ信号強度が変化しても試料を正確に測定することができる小型の熱レンズ分光分析システム及び熱レンズ信号補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の熱レンズ分光分析システムは、内部に液体試料が注入された溝を有するチップと、前記液体試料に光伝送経路を介して光源から伝播された励起光及び検出光を集光して熱レンズ信号を生成する対物レンズとを備える熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部と、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出部と、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部は１つの検出器から成ることを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部とは、１つの検出器から成ることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項２又は３記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光のみを透過する励起光透過フィルター及び前記検出光のみを透過する検出光透過フィルターが入れ替え可能に設置された光透過フィルターを備え、前記検出器は前記光透過フィルターを透過した励起光及び検出光の光量を測定することを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記検出器の出力値に基づいて前記熱レンズ信号の強度を補正することを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項５記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記検出器の出力値は電流値であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項５記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記検出器の出力値は電圧値であることを特徴とする。
【００２５】
請求項８記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項７記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記電圧値を測定する音声入力端子を備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項９記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記光伝送経路は光ファイバーであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記対物レンズはロッドレンズであることを特徴とする。
【００２８】
請求項１１記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記熱レンズ信号は高速フーリエ変換処理によって得られることを特徴とする。
【００２９】
請求項１２記載の熱レンズ信号補正方法は、チップにおける溝内部に注入された液体試料に励起光及び検出光を照射することにより生成した熱レンズ信号を補正する熱レンズ信号補正方法において、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定ステップと、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定ステップと、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出ステップと、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１記載の熱レンズ分光分析システム及び請求項１２記載の熱レンズ信号補正方法によれば、測定された熱レンズ信号の強度、励起光の所定光量と測定された励起光の光量との第１の比、検出光の所定光量と測定された検出光の光量との第２の比を積算することにより測定された熱レンズ信号の強度を補正するので、外部環境変化により熱レンズ信号強度が変化しても試料を正確に測定することができる。
【００３１】
請求項２記載の熱レンズ分光分析システムによれば、測定された熱レンズ信号の強度を補正するために用いる、励起光の光量及び検出光の光量を１つの検出器で測定するので、熱レンズ分光分析システムを小型化することができる。
【００３２】
請求項３記載の熱レンズ分光分析システムによれば、励起光の光量及び検出光の光量に加えて、熱レンズ信号の強度を１つの検出器で測定するので、熱レンズ分光分析システムの構造を簡単にして、より小型化することができる。
【００３３】
請求項４記載の熱レンズ分光分析システムによれば、励起光のみを透過するフィルター及び検出光のみを透過するフィルターを入れ替えて励起光の光量及び検出光の光量を測定する機構であるので、検出器の構造を簡単にして熱レンズ分光分析システムをさらに小型化することができると共に、励起光及び検出光の光量変化を確実に測定して熱レンズ信号を確実に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳説する。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態に係る熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。
【００３６】
図１において、熱レンズ分光分析システム１０は、中に液中試料が注入された溝１を有するマイクロ化学チップ２と、溝１の上方においてマイクロ化学チップ２上に所定間隔を介して配設され、後述する光ファイバー５から伝播された光を溝１に集光して熱レンズ信号を生成する円柱状のセルフォック（登録商標）等の屈折率分布型ロッドレンズ３と、屈折率分布型ロッドレンズ３の上方に配設され、屈折率分布型ロッドレンズ３に光を伝播する可視光用シングルモードの光ファイバー５と、光ファイバー５を保持するフェルール４と、屈折率分布型ロッドレンズ３を固定すると共に光ファイバー５をフェルール４を介して固定するスリーブ６と、光ファイバー５に接続され、光ファイバー５を介してマイクロ化学チップ２の溝１内の液中試料に励起光を照射すると共に、当該照射された励起光によって液中試料に生成される熱レンズに検出光を照射する光源ユニット７と、マイクロ化学チップ２の下方に配設され、光源ユニット７から照射された励起光によってマイクロ化学チップ２の溝１内の液中試料に生成された熱レンズを介して検出光を検出する検出装置８とを備える。
【００３７】
マイクロ化学チップ２は、熱レンズ分光分析システム１０により液中試料の混合、攪拌
、合成、分離、抽出、及び検出等の操作の際に液中試料を流す溝１を有している。
【００３８】
マイクロ化学チップ２の材料は耐久性、耐薬品性の面からガラスが望ましく、さらに、
細胞等の生体試料、例えばＤＮＡ解析用としての用途を考慮すると、耐酸性、耐アルカリ
性の高いガラス、具体的には、硼珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラ
ス、及び石英ガラス等が好ましい。しかし、用途を限定することによってプラスチック等
の有機物を用いることもできる。
【００３９】
光源ユニット７は、励起光を出力する励起光用光源１４と、励起光用光源１４に接続さ
れ、励起光用光源１４から出力される例えば波長６５８ｎｍの励起光を例えば１ｋＨｚの周期でＯｎ、Ｏｆｆするように変調する変調器１５と、例えば波長７８５ｎｍの検出光を出力する検出光用光源１６と、励起光用光源１４及び検出光用光源１６に夫々光ファイバー１７，１８を介して接続され、且つ光ファイバー５に接続された、励起光用光源１４から出力される励起光及び検出光光源１６から出力される検出光を合波して光ファイバー５に合波したこれらの励起光及び検出光を夫々入射させる合波器１９とから成る。
【００４０】
光源ユニット７においては、合波器１９の代わりにダイクロイックミラーを用いて励起
光用光源１４から出力される励起光及び検出光用光源１６から出力される検出光を合波し
、光ファイバー５に合波したこれらの励起光及び検出光を入射させてもよい。
【００４１】
検出装置８は、光の一部のみを透過させるピンホール２０ａが形成された透過部材２０と、マイクロ化学チップ２の溝１に面する位置であって、光ファイバー５に対向する位置に配設され、合波された励起光及び検出光を分離して選択的に透過させるフィルター２１と、フィルター２１の下側であって、溝１に面する位置に配設され、励起光及び検出光の光量及び熱レンズ信号強度を検出するための光電変換器（シリコンフォトダイオード）２２（検出器）と、光電変換器２２にＩＶアンプ（電流−電圧変換アンプ）２３及び電圧計２４を介して接続されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２５（熱レンズ信号強度検出補正部）とから成る。電圧計２４はＩＶアンプ２３とＰＣ２５との間に挿入してもよいし、独立してＩＶアンプ２３と接続してもよい。この場合、ＩＶアンプ２３とＰＣ２５は直接接続される。光電変換器２２から得られた信号は、次いで、ＰＣ２５において分析される。
【００４２】
図２は、図１における検出装置の構成を概略的に示す図である。
【００４３】
図２において、フィルター２１は、波長６５８ｎｍの励起光のみを透過するバンド幅２０ｎｍ、直径１２．５ｍｍφの励起光用バンドパスフィルター３０と、波長７８５ｎｍの検出光のみを透過するバンド幅２０ｎｍ、直径１２．５ｍｍφの検出光用バンドパスフィルター３１とを備え、これらのバンドパスフィルター３０，３１は、左右入替方式、回転方式、抜き取り方式等によって入れ替え可能な構成となっている。
【００４４】
なお、熱レンズ信号強度の測定は、検出光用バンドパスフィルター３１が、透過部材２０に形成されたピンホール２０ａに対向する位置に配設された状態（図２）で、ＩＶアンプ２３の出力信号を電圧計２４を介してＰＣ２５に入力させることによって行われる。また、ＰＣ２５への出力信号の入力はＤＡコンバーター（不図示）又は音声入力端子（不図示）を介して行われる。ＰＣ２５に入力された出力信号は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が施されて熱レンズ信号として検出される。
【００４５】
以下、熱レンズ分光分析システム１０における励起光及び検出光の光量変化と熱レンズ信号の強度変化との関係について説明する。
【００４６】
熱レンズ分光分析法では検出対象物質が吸収した光の量を熱レンズ現象を介して測定しているため、熱レンズ信号のみから物質の量（濃度）を直接計算することはできない。そのため、検出対象物質が種々の既知濃度で含まれている種々の試料溶液の熱レンズ信号を測定し、それに基づいて引いた検量線を使用することで、未知濃度の試料溶液に含まれる検出対象物質の濃度を計算することになる。この場合、検量線を引いたときの測定結果との比によって濃度を決定するため、検量線を引いたときと同じ条件で未知濃度の試料溶液の熱レンズ信号を測定することが重要となる。
【００４７】
しかしながら、温度変化等の外的環境変化の影響により、励起光光源及び検出光光源から出力される光量が変化したり、光合波器１０８の損失（励起光及び検出光それぞれにおいて、合波器に入力する光量と出力される光量の比）が変化したり、レンズ１０２、板状部材１２０、及び光電変換器４０１の相対位置がずれたりすることによる熱レンズ信号強度の変動が発生する。このような変動が発生し、検量線を測定したときと異なる条件で未知濃度の試料溶液を測定した場合、熱レンズ信号強度に外的変動要因による変化分が含まれてしまうため、正確な濃度を得ることができない。よって、外的環境変化の影響によって変化した熱レンズ信号強度を、検量線を測定した条件で測定した場合の値へ補正することが必要となる。
【００４８】
図３は、図１の熱レンズ分光分析システム１０における励起光及び検出光の光量変化と熱レンズ信号強度変化との関係を示す図であり、（ａ）は励起光の光量のみが変化した場合における励起光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｂ）は検出光の光量のみが変化した場合における検出光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｃ）は励起光の光量及び検出光の光量が同時に変化した場合における励起光及び検出光の測定強度の積算値と熱レンズ信号強度との関係を示す図である。
【００４９】
図３（ａ）において、縦軸は熱レンズ信号強度（ｍV）を示し、横軸は励起光の測定光量を表すＩＶアンプ２３の出力（第１のＩＶ出力）（Ｖ）を示し、熱レンズ信号強度（ｍV）は第１のＩＶ出力（Ｖ）と比例する。また、図３（ｂ）において、縦軸は熱レンズ信号強度（ｍV）を示し、横軸は検出光の測定光量を表すＩＶアンプ２３の出力（第２のＩＶ出力）（Ｖ）を示し、熱レンズ信号強度（ｍV）は第２のＩＶ出力（Ｖ）と比例する。即ち、励起光及び検出光のうちいずれか１つの光量が変化した場合、熱レンズ信号強度（ｍV）は第１又は第２のＩＶ出力（Ｖ）と比例する。
【００５０】
ここで、励起光又は検出光の光量が変化した場合の熱レンズ信号強度の補正方法を説明する。例えば、検量線を引いたときに用いた励起光の所定光量測定値が２．４Ｖで、未知濃度の試料溶液を測定したときの励起光の光量測定値が２．２Ｖ、熱レンズ信号強度が３．１ｍＶであったとする。この場合、このままの熱レンズ信号強度で検量線に照らし合わすと、得られる濃度は励起光の光量低下分だけ低い値となってしまう。よって、励起光の光量変化分に鑑み、未知試料溶液の熱レンズ信号強度を３．４ｍVに補正する。ここで、３．４ｍＶは、未知濃度の試料溶液での熱レンズ信号強度の測定値に対して、第１の比（励起光の所定光量測定値／励起光の測定光量測定値）を乗じた値、即ち、３．１×（２．４／２．２）より算出された値である。
【００５１】
検出光の光量変化についても同様の方法で、熱レンズ信号強度を補正する。
【００５２】
図３（ｃ）において、縦軸は熱レンズ信号強度（ｍV）を示し、横軸は第１のＩＶ出力（Ｖ）と第２のＩＶ出力（Ｖ）の積算値を示すが、この積算値は熱レンズ信号強度（ｍV）と比例している。即ち、励起光及び検出光の光量が変化した場合、熱レンズ信号強度（ｍV）は第１のＩＶ出力（Ｖ）と第２のＩＶ出力（Ｖ）の積算値と比例している。
【００５３】
一般的に、熱レンズ信号強度は試料に入射する励起光強度又は検出光強度と比例することが知られている。しかしながら、励起光と検出光の光量が同時に変化した場合、それぞれの光量と熱レンズ信号強度との間にどのような関係があるかは分かっていなかった。そこで検討を重ねた結果、図３（ｃ）で示したように、励起光の測定光量強度と検出光の測定光量強度を乗じた値と熱レンズ信号強度が比例していることを見出した。
【００５４】
ここで励起光及び検出光の光量が同時に変化した場合の熱レンズ信号強度の補正方法を説明する。例えば、検量線を引いたときに用いた励起光の所定光量測定値が２．５Ｖ、検出光の所定光量測定値が５．４Ｖ、未知濃度の試料溶液を測定したときの励起光の光量測定値が２．２Ｖ、検出光の光量測定値が４．８Ｖで熱レンズ信号強度が２．７５ｍVであったとする。この場合、このままの熱レンズ信号強度で検量線に照らし合わすと、得られる濃度は励起光及び検出光の光量低下分低い値となってしまう。よって、励起光及び検出光の光量変化分に鑑み、未知濃度の試料溶液の熱レンズ信号強度を３．５ｍVへ補正する。ここで、３．５ｍVは、未知濃度の試料溶液での熱レンズ信号強度の測定値に対して、第１の比（励起光の所定光量測定値／励起光の測定光量測定値）及び第２の比（検出光の所定光量測定値／検出光の測定光量測定値）の積算値を乗じた値、即ち、２．７５×（２．５／２．２）×（５．４／４．８）より算出された値である。
【００５５】
以上の説明では未知濃度の試料を測定したときの励起光及び検出光の光量（測定光量）が、検量線を測定したときの光量（所定光量）よりも低くなった場合を説明したが、測定光量が所定光量よりも高くなった場合も同じ式で同様に計算される。
【００５６】
本実施の形態によれば、熱レンズ信号強度の測定値、第１の比（励起光の所定光量／励起光の測定光量）、及び第２の比（検出光の所定光量／検出光の測定光量）を積算することにより熱レンズ信号強度の測定値を補正するので、外部環境変化により熱レンズ信号強度が変化しても試料を正確に測定することができる。
【００５７】
本実施の形態によれば、励起光及び検出光の光量測定と熱レンズ信号の測定を１つの光電変換器２２（検出器）にて行っているため、熱レンズ分光分析システム１０に必要な検出器は１つだけとなり、熱レンズ分光分析システム１０を簡単にして小型化することができる。また、励起光及び検出光の光量変化を励起光及び検出光が試料を透過した後に測定しているため、光伝送経路である光ファイバーの途中に測定光学系を入れる必要がなく、熱レンズ分光分析システム１０を簡単にして小型化することができると共に、正確に励起光及び検出光の光量変化を測定することができる。
【００５８】
本実施の形態によれば、励起光及び検出光の光量測定をいずれか一方の光のみが透過するバンドパスフィルター３０，３１を用いることで行っているため、熱レンズ分光分析システム１０に用いられている検出装置８に２つのフィルターを入れ替える機構を付加することのみで補正が可能となるので、熱レンズ分光分析システム１０を簡単にして小型化することができる。
【００５９】
本実施の形態では、励起光及び検出光のいずれか一方の光のみを透過するフィルターとしてバンドパスフィルター３０，３１を用いたが、逆に励起光及び検出光のいずれか一方の光のみを遮断するフィルターでもよく、ノッチフィルター、エッジフィルター等を用いてもよい。
【００６０】
本実施の形態では、屈折率分布型ロッドレンズ３が溝１の上方においてマイクロ化学チップ２上に所定間隔を介して配設されているが、これに限定されるものではなく、マイクロ化学チップ２上に載置されていてもよく、またマイクロ化学チップ２上に接着されていてもよい。
【００６１】
本実施の形態では、ＩＶアンプ２３の出力電圧値を電圧計２４により読み取っているが、これに限定されるものではなく、音声入力端子への入力値を測定することによって電圧値を測定してもよい。これにより、電圧計２４をＩＶアンプ２３及びＰＣ間に設置する必要をなくすことができる。
【００６２】
本実施の形態では、透過部材２０が設けられているが、これに限定されるものではなく、透過部材２０が設けられていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図１における検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】図１の熱レンズ分光分析システムにおける励起光及び検出光の光量変化と熱レンズ信号強度変化との関係を示す図であり、（ａ）は励起光の光量のみが変化した場合における励起光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｂ）は検出光の光量のみが変化した場合における検出光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｃ）は励起光の光量及び検出光の光量が同時に変化した場合における励起光及び検出光の測定強度の積算値と熱レンズ信号強度との関係を示す図である。
【図４】従来の熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 溝
２ マイクロ化学チップ
３ 屈折率分布型ロッドレンズ
５ 光ファイバー
７ 光源ユニット
１０ 熱レンズ分光分析システム
２２ 光電変換器
２５ パーソナルコンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱レンズ分光分析システム及び熱レンズ信号補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、化学反応の高速化や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から、化学反
応を微小空間で行うための集積化技術が注目されており、そのため研究が精力的に進めら
れている。
【０００３】
このような集積化技術の１つとして、マイクロ化学チップを用いて、液体試料の混合、
反応、分離、抽出、検出等を行う熱レンズ分光分析システムがある。
【０００４】
例えば、図４に示すように、熱レンズ分光分析システム１０００は、流路内に液中試料が満たされた流路付き板状部材１２０と、流路付き板状部材１２０の上方に配設され、先端にレンズを取り付けたレンズ付き光ファイバー１００と、レンズ付き光ファイバー１００に接続され、流路付き板状部材１２０の流路内の液中試料に励起光を照射すると共に、当該照射された励起光によって液中試料に生成される熱レンズに検出光を照射する光源ユニット１１０と、流路付き板状部材１２０の下方に配設され、励起光によって流路付き板状部材１２０の流路内の液中試料に生成された熱レンズを介して検出光を検出する検出装置１３０とを備える。
【０００５】
レンズ付き光ファイバー１００は、レンズ１０２と、一端がレンズ１０２に接続され、他端が光源ユニット１１０に接続される光ファイバー１０１と、光ファイバー１０１をフェルール１０３を介して固定するスリーブ１０４とから成る。
【０００６】
光源ユニット１１０は、励起光を出力する励起光用光源１０５と、励起光用光源１０５
に接続され、励起光用光源１０５から出力される励起光を変調するモジュレーター１０７と、検出光を出力する検出光用光源１０６と、励起光用光源１０５及び検出光用光源１０６に夫々光ファイバー１１４を介して接続され、且つレンズ付き光ファイバー１００の光ファイバー１０１に接続され、励起光用光源１０５から出力される励起光及び検出光光源１０６から出力される検出光を合波して光ファイバー１０１に合波したこれらの励起光及び検出光を夫々入射させる光合波器１０８とから成る。
【０００７】
流路付き板状部材１２０は、レンズ付き光ファイバー１００側から順に３層に重ねて接着された上部ガラス基板２０１、中部ガラス基板２０２、及び下部ガラス基板２０３から成る。流路付き板状部材１２０の中間層である中部ガラス基板２０２には、熱レンズ分光分析システム１０００により液中試料の混合、攪拌、合成、分離、抽出、及び検出等の操作の際に液中試料を流す流路２０４を有する。
【０００８】
検出装置１３０は、流路付き板状部材１２０の流路２０４に面する位置であって、レ
ンズ付き光ファイバー１００に対向する位置に配設され、合波された励起光及び検出光を
分離して検出光のみを選択的に透過させる波長フィルター４０２と、波長フィルター４０２の下側であって、流路２０４に面する位置に配設された検出光を検出するための光電変
換器４０１と、光電変換器４０１にロックインアンプ４０４を介して接続されたコンピュ
ータ４０５とから成る（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この熱レンズ分光分析システム１０００において、温度変化等の外部環境変化の影響を受けて、励起光用光源１０５及び検出光用光源１０６から出力された励起光及び検出光の光量が変化したり、光合波器１０８の損失が変化したり、熱レンズ分光分析システム１０００が載置されたステージ（不図示）の膨張等に起因して、レンズ１０２と流路付き板状部材１２０との位置ずれやレンズ１０２と光電変換器４０１との位置ずれが発生したりしていた。
【００１０】
これにより、熱レンズを形成するために流路２０４内の液中試料に入射される励起光の光量が変化したり、光電変換器４０１に入射される検出光の光量が変化したりすることがある。
【００１１】
また、熱レンズ分光分析システム１０００によって実行される熱レンズ分光分析法は、通常、アナログ測定であるので、上述した流路２０４内の液中試料に入射される励起光の光量変化及び光電変換器４０１に入射される検出光の光量変化は、最終的に測定される熱レンズ信号の強度変化となって表れ、熱レンズ信号強度測定における再現性が低下していた。
【００１２】
熱レンズ信号強度測定における再現性を高めるために、光源ユニット１１０にペルチェ素子等の電子部品を付加して温度を制御したり、熱レンズ分光分析システム１０００の測定環境を厳密に温度管理したりすることにより、熱レンズ信号強度測定における再現性低下の根本的な原因である温度変化等の外部環境変化を取り除くことが考えられるが、この場合、ペルチェ素子等の電子部品の付加による熱レンズ分光分析システム１０００の大型化及びコスト増大や、測定環境の汎用性欠如等の問題がある。
【００１３】
よって、流路２０４内の液中試料に入射される励起光の光量変化及び光電変換器４０１に入射される検出光の光量変化に応じて熱レンズ信号強度を補正することが考えられる。既に、２つの感光検出器（photo-sensitive detector）を用いて、測定されたレーザー光の光量を補正する輻射熱センサーが開示されている（例えば、特許文献２参照）。この輻射熱センサーのような光ファイバーを使用しない空間光学系においては、光路途中に設置したフィルター等により光を分岐させることができるので、この分岐光の光量に基づいてレーザー光の光量を容易に補正することができる。
【特許文献１】特開２００２−３６５２５２号公報
【特許文献２】米国特許第５５１３００６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、光ファイバーを使用する熱レンズ分光分析システムにおいては、光が光ファイバー内に閉じ込められているので、光を分岐させるには特殊な分岐モジュールが必要となり、分岐光を容易に検出することができない。特に、可視領域光を分岐する分岐モジュールは、分岐モジュール自体が温度変化の影響を受け易く、光の分岐比が変動してしまうものが多い。よって、熱レンズ信号強度を補正するための分岐光検出において、光の分岐比の変化分を検出しているのか、励起光及び検出光の光量変化を検出しているのかを区別することができない。
【００１５】
また、熱レンズ分光分析システムは、励起光及び検出光の２種の光を用いているため、励起光及び検出光の光量を検出するためには少なくとも２つの検出器が必要となり、熱レンズ分光分析システムが大型化してしまう。
【００１６】
また、光合波器１０８の損失を補正するためには、励起光及び検出光が合波した後に光量を検出する必要があるが、光ファイバー内で合波した励起光及び検出光を分離して検出するのは難しい。
【００１７】
本発明の目的は、外部環境変化により熱レンズ信号強度が変化しても試料を正確に測定することができる小型の熱レンズ分光分析システム及び熱レンズ信号補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の熱レンズ分光分析システムは、内部に液体試料が注入された溝を有するチップと、前記液体試料に光伝送経路を介して光源から伝播された励起光及び検出光を集光して熱レンズ信号を生成する対物レンズとを備える熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部と、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出部と、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部は１つの検出器から成ることを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部とは、１つの検出器から成ることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項２又は３記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光のみを透過する励起光透過フィルター及び前記検出光のみを透過する検出光透過フィルターが入れ替え可能に設置された光透過フィルターを備え、前記検出器は前記光透過フィルターを透過した励起光及び検出光の光量を測定することを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記検出器の出力値に基づいて前記熱レンズ信号の強度を補正することを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項５記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記検出器の出力値は電流値であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項５記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記検出器の出力値は電圧値であることを特徴とする。
【００２５】
請求項８記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項７記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記電圧値を測定する音声入力端子を備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項９記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記光伝送経路は光ファイバーであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記対物レンズはロッドレンズであることを特徴とする。
【００２８】
請求項１１記載の熱レンズ分光分析システムは、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システムにおいて、前記熱レンズ信号は高速フーリエ変換処理によって得られることを特徴とする。
【００２９】
請求項１２記載の熱レンズ信号補正方法は、チップにおける溝内部に注入された液体試料に励起光及び検出光を照射することにより生成した熱レンズ信号を補正する熱レンズ信号補正方法において、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定ステップと、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定ステップと、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出ステップと、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１記載の熱レンズ分光分析システム及び請求項１２記載の熱レンズ信号補正方法によれば、測定された熱レンズ信号の強度、励起光の所定光量と測定された励起光の光量との第１の比、検出光の所定光量と測定された検出光の光量との第２の比を積算することにより測定された熱レンズ信号の強度を補正するので、外部環境変化により熱レンズ信号強度が変化しても試料を正確に測定することができる。
【００３１】
請求項２記載の熱レンズ分光分析システムによれば、測定された熱レンズ信号の強度を補正するために用いる、励起光の光量及び検出光の光量を１つの検出器で測定するので、熱レンズ分光分析システムを小型化することができる。
【００３２】
請求項３記載の熱レンズ分光分析システムによれば、励起光の光量及び検出光の光量に加えて、熱レンズ信号の強度を１つの検出器で測定するので、熱レンズ分光分析システムの構造を簡単にして、より小型化することができる。
【００３３】
請求項４記載の熱レンズ分光分析システムによれば、励起光のみを透過するフィルター及び検出光のみを透過するフィルターを入れ替えて励起光の光量及び検出光の光量を測定する機構であるので、検出器の構造を簡単にして熱レンズ分光分析システムをさらに小型化することができると共に、励起光及び検出光の光量変化を確実に測定して熱レンズ信号を確実に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳説する。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態に係る熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。
【００３６】
図１において、熱レンズ分光分析システム１０は、中に液中試料が注入された溝１を有するマイクロ化学チップ２と、溝１の上方においてマイクロ化学チップ２上に所定間隔を介して配設され、後述する光ファイバー５から伝播された光を溝１に集光して熱レンズ信号を生成する円柱状のセルフォック（登録商標）等の屈折率分布型ロッドレンズ３と、屈折率分布型ロッドレンズ３の上方に配設され、屈折率分布型ロッドレンズ３に光を伝播する可視光用シングルモードの光ファイバー５と、光ファイバー５を保持するフェルール４と、屈折率分布型ロッドレンズ３を固定すると共に光ファイバー５をフェルール４を介して固定するスリーブ６と、光ファイバー５に接続され、光ファイバー５を介してマイクロ化学チップ２の溝１内の液中試料に励起光を照射すると共に、当該照射された励起光によって液中試料に生成される熱レンズに検出光を照射する光源ユニット７と、マイクロ化学チップ２の下方に配設され、光源ユニット７から照射された励起光によってマイクロ化学チップ２の溝１内の液中試料に生成された熱レンズを介して検出光を検出する検出装置８とを備える。
【００３７】
マイクロ化学チップ２は、熱レンズ分光分析システム１０により液中試料の混合、攪拌
、合成、分離、抽出、及び検出等の操作の際に液中試料を流す溝１を有している。
【００３８】
マイクロ化学チップ２の材料は耐久性、耐薬品性の面からガラスが望ましく、さらに、
細胞等の生体試料、例えばＤＮＡ解析用としての用途を考慮すると、耐酸性、耐アルカリ
性の高いガラス、具体的には、硼珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラ
ス、及び石英ガラス等が好ましい。しかし、用途を限定することによってプラスチック等
の有機物を用いることもできる。
【００３９】
光源ユニット７は、励起光を出力する励起光用光源１４と、励起光用光源１４に接続さ
れ、励起光用光源１４から出力される例えば波長６５８ｎｍの励起光を例えば１ｋＨｚの周期でＯｎ、Ｏｆｆするように変調する変調器１５と、例えば波長７８５ｎｍの検出光を出力する検出光用光源１６と、励起光用光源１４及び検出光用光源１６に夫々光ファイバー１７，１８を介して接続され、且つ光ファイバー５に接続された、励起光用光源１４から出力される励起光及び検出光光源１６から出力される検出光を合波して光ファイバー５に合波したこれらの励起光及び検出光を夫々入射させる合波器１９とから成る。
【００４０】
光源ユニット７においては、合波器１９の代わりにダイクロイックミラーを用いて励起
光用光源１４から出力される励起光及び検出光用光源１６から出力される検出光を合波し
、光ファイバー５に合波したこれらの励起光及び検出光を入射させてもよい。
【００４１】
検出装置８は、光の一部のみを透過させるピンホール２０ａが形成された透過部材２０と、マイクロ化学チップ２の溝１に面する位置であって、光ファイバー５に対向する位置に配設され、合波された励起光及び検出光を分離して選択的に透過させるフィルター２１と、フィルター２１の下側であって、溝１に面する位置に配設され、励起光及び検出光の光量及び熱レンズ信号強度を検出するための光電変換器（シリコンフォトダイオード）２２（検出器）と、光電変換器２２にＩＶアンプ（電流−電圧変換アンプ）２３及び電圧計２４を介して接続されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２５（熱レンズ信号強度検出補正部）とから成る。電圧計２４はＩＶアンプ２３とＰＣ２５との間に挿入してもよいし、独立してＩＶアンプ２３と接続してもよい。この場合、ＩＶアンプ２３とＰＣ２５は直接接続される。光電変換器２２から得られた信号は、次いで、ＰＣ２５において分析される。
【００４２】
図２は、図１における検出装置の構成を概略的に示す図である。
【００４３】
図２において、フィルター２１は、波長６５８ｎｍの励起光のみを透過するバンド幅２０ｎｍ、直径１２．５ｍｍφの励起光用バンドパスフィルター３０と、波長７８５ｎｍの検出光のみを透過するバンド幅２０ｎｍ、直径１２．５ｍｍφの検出光用バンドパスフィルター３１とを備え、これらのバンドパスフィルター３０，３１は、左右入替方式、回転方式、抜き取り方式等によって入れ替え可能な構成となっている。
【００４４】
なお、熱レンズ信号強度の測定は、検出光用バンドパスフィルター３１が、透過部材２０に形成されたピンホール２０ａに対向する位置に配設された状態（図２）で、ＩＶアンプ２３の出力信号を電圧計２４を介してＰＣ２５に入力させることによって行われる。また、ＰＣ２５への出力信号の入力はＤＡコンバーター（不図示）又は音声入力端子（不図示）を介して行われる。ＰＣ２５に入力された出力信号は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が施されて熱レンズ信号として検出される。
【００４５】
以下、熱レンズ分光分析システム１０における励起光及び検出光の光量変化と熱レンズ信号の強度変化との関係について説明する。
【００４６】
熱レンズ分光分析法では検出対象物質が吸収した光の量を熱レンズ現象を介して測定しているため、熱レンズ信号のみから物質の量（濃度）を直接計算することはできない。そのため、検出対象物質が種々の既知濃度で含まれている種々の試料溶液の熱レンズ信号を測定し、それに基づいて引いた検量線を使用することで、未知濃度の試料溶液に含まれる検出対象物質の濃度を計算することになる。この場合、検量線を引いたときの測定結果との比によって濃度を決定するため、検量線を引いたときと同じ条件で未知濃度の試料溶液の熱レンズ信号を測定することが重要となる。
【００４７】
しかしながら、温度変化等の外的環境変化の影響により、励起光光源及び検出光光源から出力される光量が変化したり、光合波器１０８の損失（励起光及び検出光それぞれにおいて、合波器に入力する光量と出力される光量の比）が変化したり、レンズ１０２、板状部材１２０、及び光電変換器４０１の相対位置がずれたりすることによる熱レンズ信号強度の変動が発生する。このような変動が発生し、検量線を測定したときと異なる条件で未知濃度の試料溶液を測定した場合、熱レンズ信号強度に外的変動要因による変化分が含まれてしまうため、正確な濃度を得ることができない。よって、外的環境変化の影響によって変化した熱レンズ信号強度を、検量線を測定した条件で測定した場合の値へ補正することが必要となる。
【００４８】
図３は、図１の熱レンズ分光分析システム１０における励起光及び検出光の光量変化と熱レンズ信号強度変化との関係を示す図であり、（ａ）は励起光の光量のみが変化した場合における励起光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｂ）は検出光の光量のみが変化した場合における検出光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｃ）は励起光の光量及び検出光の光量が同時に変化した場合における励起光及び検出光の測定強度の積算値と熱レンズ信号強度との関係を示す図である。
【００４９】
図３（ａ）において、縦軸は熱レンズ信号強度（ｍV）を示し、横軸は励起光の測定光量を表すＩＶアンプ２３の出力（第１のＩＶ出力）（Ｖ）を示し、熱レンズ信号強度（ｍV）は第１のＩＶ出力（Ｖ）と比例する。また、図３（ｂ）において、縦軸は熱レンズ信号強度（ｍV）を示し、横軸は検出光の測定光量を表すＩＶアンプ２３の出力（第２のＩＶ出力）（Ｖ）を示し、熱レンズ信号強度（ｍV）は第２のＩＶ出力（Ｖ）と比例する。即ち、励起光及び検出光のうちいずれか１つの光量が変化した場合、熱レンズ信号強度（ｍV）は第１又は第２のＩＶ出力（Ｖ）と比例する。
【００５０】
ここで、励起光又は検出光の光量が変化した場合の熱レンズ信号強度の補正方法を説明する。例えば、検量線を引いたときに用いた励起光の所定光量測定値が２．４Ｖで、未知濃度の試料溶液を測定したときの励起光の光量測定値が２．２Ｖ、熱レンズ信号強度が３．１ｍＶであったとする。この場合、このままの熱レンズ信号強度で検量線に照らし合わすと、得られる濃度は励起光の光量低下分だけ低い値となってしまう。よって、励起光の光量変化分に鑑み、未知試料溶液の熱レンズ信号強度を３．４ｍVに補正する。ここで、３．４ｍＶは、未知濃度の試料溶液での熱レンズ信号強度の測定値に対して、第１の比（励起光の所定光量測定値／励起光の測定光量測定値）を乗じた値、即ち、３．１×（２．４／２．２）より算出された値である。
【００５１】
検出光の光量変化についても同様の方法で、熱レンズ信号強度を補正する。
【００５２】
図３（ｃ）において、縦軸は熱レンズ信号強度（ｍV）を示し、横軸は第１のＩＶ出力（Ｖ）と第２のＩＶ出力（Ｖ）の積算値を示すが、この積算値は熱レンズ信号強度（ｍV）と比例している。即ち、励起光及び検出光の光量が変化した場合、熱レンズ信号強度（ｍV）は第１のＩＶ出力（Ｖ）と第２のＩＶ出力（Ｖ）の積算値と比例している。
【００５３】
一般的に、熱レンズ信号強度は試料に入射する励起光強度又は検出光強度と比例することが知られている。しかしながら、励起光と検出光の光量が同時に変化した場合、それぞれの光量と熱レンズ信号強度との間にどのような関係があるかは分かっていなかった。そこで検討を重ねた結果、図３（ｃ）で示したように、励起光の測定光量強度と検出光の測定光量強度を乗じた値と熱レンズ信号強度が比例していることを見出した。
【００５４】
ここで励起光及び検出光の光量が同時に変化した場合の熱レンズ信号強度の補正方法を説明する。例えば、検量線を引いたときに用いた励起光の所定光量測定値が２．５Ｖ、検出光の所定光量測定値が５．４Ｖ、未知濃度の試料溶液を測定したときの励起光の光量測定値が２．２Ｖ、検出光の光量測定値が４．８Ｖで熱レンズ信号強度が２．７５ｍVであったとする。この場合、このままの熱レンズ信号強度で検量線に照らし合わすと、得られる濃度は励起光及び検出光の光量低下分低い値となってしまう。よって、励起光及び検出光の光量変化分に鑑み、未知濃度の試料溶液の熱レンズ信号強度を３．５ｍVへ補正する。ここで、３．５ｍVは、未知濃度の試料溶液での熱レンズ信号強度の測定値に対して、第１の比（励起光の所定光量測定値／励起光の測定光量測定値）及び第２の比（検出光の所定光量測定値／検出光の測定光量測定値）の積算値を乗じた値、即ち、２．７５×（２．５／２．２）×（５．４／４．８）より算出された値である。
【００５５】
以上の説明では未知濃度の試料を測定したときの励起光及び検出光の光量（測定光量）が、検量線を測定したときの光量（所定光量）よりも低くなった場合を説明したが、測定光量が所定光量よりも高くなった場合も同じ式で同様に計算される。
【００５６】
本実施の形態によれば、熱レンズ信号強度の測定値、第１の比（励起光の所定光量／励起光の測定光量）、及び第２の比（検出光の所定光量／検出光の測定光量）を積算することにより熱レンズ信号強度の測定値を補正するので、外部環境変化により熱レンズ信号強度が変化しても試料を正確に測定することができる。
【００５７】
本実施の形態によれば、励起光及び検出光の光量測定と熱レンズ信号の測定を１つの光電変換器２２（検出器）にて行っているため、熱レンズ分光分析システム１０に必要な検出器は１つだけとなり、熱レンズ分光分析システム１０を簡単にして小型化することができる。また、励起光及び検出光の光量変化を励起光及び検出光が試料を透過した後に測定しているため、光伝送経路である光ファイバーの途中に測定光学系を入れる必要がなく、熱レンズ分光分析システム１０を簡単にして小型化することができると共に、正確に励起光及び検出光の光量変化を測定することができる。
【００５８】
本実施の形態によれば、励起光及び検出光の光量測定をいずれか一方の光のみが透過するバンドパスフィルター３０，３１を用いることで行っているため、熱レンズ分光分析システム１０に用いられている検出装置８に２つのフィルターを入れ替える機構を付加することのみで補正が可能となるので、熱レンズ分光分析システム１０を簡単にして小型化することができる。
【００５９】
本実施の形態では、励起光及び検出光のいずれか一方の光のみを透過するフィルターとしてバンドパスフィルター３０，３１を用いたが、逆に励起光及び検出光のいずれか一方の光のみを遮断するフィルターでもよく、ノッチフィルター、エッジフィルター等を用いてもよい。
【００６０】
本実施の形態では、屈折率分布型ロッドレンズ３が溝１の上方においてマイクロ化学チップ２上に所定間隔を介して配設されているが、これに限定されるものではなく、マイクロ化学チップ２上に載置されていてもよく、またマイクロ化学チップ２上に接着されていてもよい。
【００６１】
本実施の形態では、ＩＶアンプ２３の出力電圧値を電圧計２４により読み取っているが、これに限定されるものではなく、音声入力端子への入力値を測定することによって電圧値を測定してもよい。これにより、電圧計２４をＩＶアンプ２３及びＰＣ間に設置する必要をなくすことができる。
【００６２】
本実施の形態では、透過部材２０が設けられているが、これに限定されるものではなく、透過部材２０が設けられていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図１における検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】図１の熱レンズ分光分析システムにおける励起光及び検出光の光量変化と熱レンズ信号強度変化との関係を示す図であり、（ａ）は励起光の光量のみが変化した場合における励起光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｂ）は検出光の光量のみが変化した場合における検出光測定強度と熱レンズ信号強度との関係を示す図であり、（ｃ）は励起光の光量及び検出光の光量が同時に変化した場合における励起光及び検出光の測定強度の積算値と熱レンズ信号強度との関係を示す図である。
【図４】従来の熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 溝
２ マイクロ化学チップ
３ 屈折率分布型ロッドレンズ
５ 光ファイバー
７ 光源ユニット
１０ 熱レンズ分光分析システム
２２ 光電変換器
２５ パーソナルコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体試料が注入された溝を有するチップと、前記液体試料に光伝送経路を介して光源から伝播された励起光及び検出光を集光して熱レンズ信号を生成する対物レンズとを備える熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部と、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出部と、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正部とを備えることを特徴とする熱レンズ分光分析システム。
【請求項２】
前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部は１つの検出器から成ることを特徴とする請求項１記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項３】
前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部とは、１つの検出器から成ることを特徴とする請求項１記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項４】
前記励起光のみを透過する励起光透過フィルター及び前記検出光のみを透過する検出光透過フィルターが入れ替え可能に設置された光透過フィルターを備え、前記検出器は前記光透過フィルターを透過した励起光及び検出光の光量を測定することを特徴とする請求項２又は３記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項５】
前記検出器の出力値に基づいて前記熱レンズ信号の強度を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項６】
前記検出器の出力値は電流値であることを特徴とする請求項５記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項７】
前記検出器の出力値は電圧値であることを特徴とする請求項５記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項８】
前記電圧値を測定する音声入力端子を備えることを特徴とする請求項７記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項９】
前記光伝送経路は光ファイバーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項１０】
前記対物レンズはロッドレンズであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項１１】
前記熱レンズ信号は高速フーリエ変換処理によって得られることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項１２】
チップにおける溝内部に注入された液体試料に励起光及び検出光を照射することにより生成した熱レンズ信号を補正する熱レンズ信号補正方法において、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定ステップと、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定ステップと、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出ステップと、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正ステップとを備えることを特徴とする熱レンズ信号補正方法。
【請求項１】
内部に液体試料が注入された溝を有するチップと、前記液体試料に光伝送経路を介して光源から伝播された励起光及び検出光を集光して熱レンズ信号を生成する対物レンズとを備える熱レンズ分光分析システムにおいて、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部と、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出部と、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正部とを備えることを特徴とする熱レンズ分光分析システム。
【請求項２】
前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部は１つの検出器から成ることを特徴とする請求項１記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項３】
前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定部と、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定部とは、１つの検出器から成ることを特徴とする請求項１記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項４】
前記励起光のみを透過する励起光透過フィルター及び前記検出光のみを透過する検出光透過フィルターが入れ替え可能に設置された光透過フィルターを備え、前記検出器は前記光透過フィルターを透過した励起光及び検出光の光量を測定することを特徴とする請求項２又は３記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項５】
前記検出器の出力値に基づいて前記熱レンズ信号の強度を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項６】
前記検出器の出力値は電流値であることを特徴とする請求項５記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項７】
前記検出器の出力値は電圧値であることを特徴とする請求項５記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項８】
前記電圧値を測定する音声入力端子を備えることを特徴とする請求項７記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項９】
前記光伝送経路は光ファイバーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項１０】
前記対物レンズはロッドレンズであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項１１】
前記熱レンズ信号は高速フーリエ変換処理によって得られることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱レンズ分光分析システム。
【請求項１２】
チップにおける溝内部に注入された液体試料に励起光及び検出光を照射することにより生成した熱レンズ信号を補正する熱レンズ信号補正方法において、前記励起光及び前記検出光の光量を測定する光量測定ステップと、前記熱レンズ信号の強度を測定する熱レンズ信号強度測定ステップと、前記励起光の所定光量と前記測定された励起光の光量との第１の比、及び前記検出光の所定光量と前記測定された検出光の光量との第２の比を算出する比算出ステップと、前記測定された熱レンズ信号の強度、前記第１の比、及び／又は前記第２の比を積算することにより前記測定された熱レンズ信号の強度を補正する熱レンズ信号強度検出補正ステップとを備えることを特徴とする熱レンズ信号補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３００７２１（Ｐ２００６−３００７２１Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２２６７８（Ｐ２００５−１２２６７８）
【出願日】平成１７年４月２０日（２００５．４．２０）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２０日（２００５．４．２０）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【Ｆターム（参考）】
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