JP2000121559A - Device for reading quantity of light of micro spot - Google Patents
Device for reading quantity of light of micro spotInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、平面上に配列され
ている複数の微小な点を対象として光量を測定する装置
に係り、特に、蛍光物質で標識されたＤＮＡや蛋白質な
どの物質が高密度で微小点として平面上に配列されてい
るバイオチップを対象として、蛍光分析を行うシステム
に好適な微小点光量測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the amount of light with respect to a plurality of minute points arranged on a plane, and particularly to a method for measuring a quantity of a substance such as DNA or protein labeled with a fluorescent substance. The present invention relates to a micropoint light amount measuring apparatus suitable for a system that performs fluorescence analysis on a biochip arranged as microscopic points on a plane as microscopic points in density.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＤＮＡや蛋白質など生体物質の化
学的、物理的物性解析に蛍光を利用する方法が使用され
ているが、この方法では、マーカーとなる蛍光物質で標
識したＤＮＡや蛋白質などの被検体を微小な点(スポッ
ト)として高密度に配列したバイオチップを用い、各ス
ポット毎に微小な光(光点)を照射し、これにより励起さ
れる蛍光の発光量を読取る装置が必要である。なお、こ
のような装置を、ここでは微小点光量読取装置と呼ぶ。2. Description of the Related Art In recent years, a method utilizing fluorescence for analyzing chemical and physical properties of biological substances such as DNA and proteins has been used. In this method, DNA and proteins labeled with a fluorescent substance as a marker are used. A device that irradiates minute light (light spots) for each spot using a biochip in which the specimens are arranged as minute spots (spots) at a high density, and reads the amount of fluorescence emitted by this is necessary. It is. Such an apparatus is referred to as a minute point light amount reading apparatus here.
【０００３】図７及び図８は、従来技術による微小点光
量読取装置の一例を示したもので、この従来技術による
装置は、各微小点に対する光の照射を光点走査(フライ
ングスポットスキャニング：飛点走査)方式により行
い、各微小点からの光の取込みを光ファイバにより行う
ようにしたもので、ここで、図７は光学系を含む機構部
分で、図８は制御系を含む検出部分を示している。FIGS. 7 and 8 show an example of a prior art minute spot light amount reading apparatus. In this prior art apparatus, light irradiation to each minute point is performed by light spot scanning (flying spot scanning: flying spot scanning). (Point scanning) method, and light is taken in from each minute point by an optical fiber. Here, FIG. 7 shows a mechanism portion including an optical system, and FIG. 8 shows a detection portion including a control system. Is shown.
【０００４】まず図７の機構部において、２０はバイオ
チップで、例えば１０ｍｍ×２０ｍｍの方形のガラス板
で作られ、その表面には、蛍光物質により標識したＤＮ
Ａや蛋白質などの被検体が、例えば直径が５０μｍの微
小なスポット２１として、行(Ｘ)方向と列(Ｙ)方向に、
例えば１００μｍの間隔で格子状に配列してある。そし
て、このバイオチップ２０は、チップ送りモータ２２に
より、矢印Ｙ方向に逐次、平行移動されるようになって
いる。First, in the mechanism shown in FIG. 7, reference numeral 20 denotes a biochip, which is made of, for example, a square glass plate of 10 mm × 20 mm, and has on its surface a DN labeled with a fluorescent substance.
A sample such as A or protein is formed as a minute spot 21 having a diameter of, for example, 50 μm in a row (X) direction and a column (Y) direction.
For example, they are arranged in a grid at intervals of 100 μm. The biochip 20 is sequentially translated in the direction of arrow Y by the chip feed motor 22.
【０００５】６は光源となるレーザで、このときマーカ
ーとして使用されている蛍光物質の励起に適した５３２
ｎｍのレーザ光を発生する。そして、このレーザ６から
発生されたレーザ光は、全反射ミラー７０に入射され、
ここで反射されてバイオチップ２０の表面に光点となっ
て導かれるようになっている。全反射ミラー７０は、ミ
ラー回転モータ２３により矢印Ｒ方向に回動され、従っ
て、レーザ光による光点は、このミラー７０の回動に伴
って、図示のように、バイオチップ２０の表面を矢印Ｘ
方向に直線移動してゆく。Reference numeral 6 denotes a laser serving as a light source. The laser 532 is suitable for exciting a fluorescent substance used as a marker at this time.
A laser beam of nm is generated. The laser light generated from the laser 6 is incident on the total reflection mirror 70,
Here, the light is reflected and guided to the surface of the biochip 20 as a light spot. The total reflection mirror 70 is rotated in the direction of the arrow R by the mirror rotation motor 23, so that the light spot of the laser beam is moved along the surface of the biochip 20 with the rotation of the mirror 70 as shown in the figure. X
It moves linearly in the direction.
【０００６】このとき、上記したように、バイオチップ
２０は、チップ送りモータ２２により矢印Ｙ方向に移動
されており、従って、スポット２１は列方向に逐次動い
てゆくことになり、この結果、スポット２１は列単位で
逐次、レーザ光の照射位置にもたらされ、レーザ光点に
よりＸ方向に行単位で走査されてゆくことになる。この
ため、上記したチップ送りモータ２２とミラー回転モー
タ２３は何れもステッピングモータで構成され、マイク
ロプロセッサ(後述)により制御されるようになってい
る。At this time, as described above, the biochip 20 is moved in the direction of the arrow Y by the chip feed motor 22, so that the spots 21 move sequentially in the column direction. Numerals 21 are sequentially brought to the irradiation position of the laser beam in column units, and are scanned by the laser beam spot in the X direction in row units. For this reason, both the above-mentioned chip feed motor 22 and mirror rotation motor 23 are constituted by stepping motors, and are controlled by a microprocessor (described later).
【０００７】７１は光ファイバ集合体で、バイオチップ
２０上に配列してあるスポット２１のそれぞれから発生
される蛍光を取り込む働きをするもので、このため、こ
の光ファイバ集合体７１は、それぞれが２本の光ファイ
バからなる光ファイバ対の集合体で作られていて、それ
ぞれの光ファイバ対の一方の端部は、行方向の１ライン
上に配列されているスポット２１のそれぞれの表面の近
傍に位置するようにして配置され、蛍光の入射端となる
ようにしてある。[0007] Reference numeral 71 denotes an optical fiber assembly which functions to take in fluorescent light generated from each of the spots 21 arranged on the biochip 20. Therefore, each of the optical fiber assemblies 71 One end of each pair of optical fibers is formed in the vicinity of each surface of the spots 21 arranged on one line in the row direction. , So that it becomes the fluorescent light incident end.
【０００８】ここで、光ファイバ集合体７１を構成する
各光ファイバ対の一方はＣＨ１(チャネル１)用で、他方
はＣＨ２(チャネル２)用とする。そして、これらの対を
なす各光ファイバの他方の端部は蛍光の出射端となり、
各々はフィルタ１５とフィルタ１９に向けて配置されて
いる。フィルタ１５はＣＨ１用で、６１５ｎｍ〜６３５
ｎｍの通過波長帯域特性をもち、フィルタ１９はＣＨ２
用で、４９５ｎｍ〜５１５ｎｍの通過波長帯域特性をも
つ。ここで、これらフィルタ１５、１９の通過波長帯域
特性は、マーカーとして用いられている蛍光物質の蛍光
特性に応じて決定されるものである。Here, one of the optical fiber pairs constituting the optical fiber aggregate 71 is used for CH1 (channel 1), and the other is used for CH2 (channel 2). The other end of each pair of optical fibers is an emission end of fluorescence,
Each is arranged toward the filter 15 and the filter 19. The filter 15 is for CH1 and has a wavelength of 615 nm to 635.
The filter 19 has a pass wavelength band characteristic of
And has a pass wavelength band characteristic of 495 nm to 515 nm. Here, the pass wavelength band characteristics of these filters 15 and 19 are determined according to the fluorescent characteristics of the fluorescent substance used as a marker.
【０００９】１２、１６はフォトマル(フォトマルチプ
ライヤ：光電子増倍管)で、光子を検出してＴＴＬレベ
ル(Ｌレベルが０Ｖ、Ｈレベルが２．５Ｖ)のパルスを発
生させる働きをする光センサの一種である。そして、こ
れらフォトマル１２、１６から出力されるパルスの単位
時間当りのパルス数は入射される光子の量に応じて決
り、光子の量が多ければパルス数が多くなり、光子の量
が少なければパルス数も少なくなる。Reference numerals 12 and 16 denote photomultipliers (photomultipliers: photomultiplier tubes) which detect photons and generate light having a TTL level (0 V at L level and 2.5 V at H level). It is a type of sensor. The number of pulses per unit time of the pulses output from the photomultipliers 12 and 16 is determined in accordance with the amount of incident photons. If the amount of photons is large, the number of pulses is large, and if the amount of photons is small, The number of pulses is also reduced.
【００１０】ここで、フォトマル１２はＣＨ１用で、フ
ォトマル１６はＣＨ２用であり、従って、フォトマル１
２から出力されるパルスはＣＨ１のフォトンパルス２４
となり、フォトマル１６のパルスはＣＨ２のフォトンパ
ルス２５となり、図８に示す制御部のカウンタ３０、３
１、３２、３３に供給される。Here, the photomultiplier 12 is for CH1 and the photomultiplier 16 is for CH2.
2 is a photon pulse 24 of CH1.
The pulse of the photomultiplier 16 becomes the photon pulse 25 of CH2, and the counters 30 and 3 of the control unit shown in FIG.
1, 32, and 33.
【００１１】この図８の制御部において、カウンタ３
０、３１はＣＨ１用で、それらのカウント値はメモリ３
４に交互に記憶され、同様に、ＣＨ２用のカウンタ３
２、３３のカウント値はメモリ３６に交互に記憶され
る。このとき、カウンタ制御回路３５は、カウンタ３
０、３１、３２、３３にイネーブル信号とリセット信号
を供給する働きをする。In the control unit shown in FIG.
0 and 31 are for CH1 and their count values are stored in memory 3.
4 and the counter 3 for CH2.
The count values of 2 and 33 are stored in the memory 36 alternately. At this time, the counter control circuit 35
It functions to supply an enable signal and a reset signal to 0, 31, 32, and 33.
【００１２】マイクロプロセッサ３７は制御用のＣＰＵ
で、上記したチップ送りモータ２２とミラー回転モータ
２３を制御するためのチップ送りモータパルス２７とミ
ラー回転モータパルス２６を発生したり、カウンタ制御
回路３５やタイマ回路３８を制御したり、更にはメモリ
３４、３６に記憶されているデータを読み出し、ＳＣＳ
Ｉインタフェースを介して外部に転送する動作などの制
御処理を実行する。A microprocessor 37 is a control CPU.
This generates the chip feed motor pulse 27 and the mirror rotation motor pulse 26 for controlling the chip feed motor 22 and the mirror rotation motor 23, controls the counter control circuit 35 and the timer circuit 38, and furthermore, 34, read the data stored in
Control processing such as an operation of transferring data to the outside via the I interface is executed.
【００１３】タイマ回路３８は、クロック発生回路４１
から出力されるクロックにより動作し、メモリ３４、３
６のライトクロック入力とカウンタ制御回路３５にクロ
ックを出力すると共に、バイオチップ２０の全てのスポ
ット２１からの蛍光を読取った時点で、読み取り終了信
号５４をマイクロプロセッサ３７に供給する働きをす
る。The timer circuit 38 includes a clock generation circuit 41
Operate by the clock output from the
6 and outputs a clock to the counter control circuit 35 and, at the time of reading the fluorescent light from all the spots 21 of the biochip 20, functions to supply a read end signal 54 to the microprocessor 37.
【００１４】パソコン４２はマンマシンインターフェー
ス用で、キーボードやマウスを備えた汎用のパソコン
(パーソナルコンピュータ)で構成され、操作者の意図に
応じてシステムを制御するための読み取り開始命令をマ
イクロプロセッサ３７に送信したり、フォトンパルスの
カウント結果を受信して表示器に表示する働きをする。A personal computer 42 is for a man-machine interface and is a general-purpose personal computer having a keyboard and a mouse.
(Personal Computer), which sends a read start command to the microprocessor 37 to control the system according to the operator's intention, and receives the photon pulse count result and displays it on the display. .
【００１５】次に、この図７と図８に示した従来技術に
よる微小点光量読取装置の動作について説明する。ま
ず、図７の検出部において、レーザ６から出力された波
長５３２ｎｍのレーザ光は、ミラー回転モータ２３によ
り回転されているミラー７０によりバイオチップ２０上
に導かれ、行方向に並んだ各スポット２１の上を走査し
てゆく。そして、レーザ光が或るスポット２１を照射し
たとき、そこに蛍光物質が入っていた場合には、それが
励起され、蛍光が発生する。Next, the operation of the minute point light quantity reading apparatus according to the prior art shown in FIGS. 7 and 8 will be described. First, in the detection unit of FIG. 7, the laser light having a wavelength of 532 nm output from the laser 6 is guided onto the biochip 20 by the mirror 70 rotated by the mirror rotation motor 23, and the spots 21 arranged in the row direction are arranged. Scan over the. Then, when the laser light irradiates a certain spot 21, if a fluorescent substance is contained therein, it is excited and generates fluorescence.
【００１６】ここで、このときの蛍光の波長は、上記し
たように、６２５ｎｍ及び５０５ｎｍになるように、マ
ーカーとなる蛍光物質が選ばれており、光量はスポット
に含まれている蛍光物質の量によって異なったものにな
る。スポット２１に蛍光が現れた場合には、それが光フ
ァイバ７１に入射され、フィルタ１５、フィルタ１９に
導かれ、ここで不要な波長の光が除かれた上でＣＨ１と
ＣＨ２のフォトマル１２、１６にそれぞれに供給され
る。Here, as described above, the fluorescent material serving as a marker is selected so that the wavelength of the fluorescent light is 625 nm and 505 nm, and the light amount is the amount of the fluorescent material contained in the spot. Will be different. When the fluorescent light appears in the spot 21, the fluorescent light is incident on the optical fiber 71 and guided to the filters 15 and 19, where the unnecessary wavelength light is removed. 16 respectively.
【００１７】そこで、これらのフォトマル１２、１６
は、入力された蛍光の光量に応じてパルスの数が異なっ
ているＣＨ１フォトンパルス信号２４とＣＨ２フォトン
パルス信号２５を発生し、図８に示した制御部に供給さ
れる。Accordingly, these photomultipliers 12, 16
Generates a CH1 photon pulse signal 24 and a CH2 photon pulse signal 25 having different numbers of pulses according to the amount of input fluorescent light, and is supplied to the control unit shown in FIG.
【００１８】図８のパソコン４２から読み取り開始命令
が出力されると、これを受信したマイクロプロセッサ３
７は、まずタイマ３８をリセットし、次いでタイマ３８
を起動すると共にミラー回転モータパルス２６を発生さ
せ、行方向に並んだ各ポイント２１に順にレーザ光が照
射されるようにする。そして、カウンタ３０〜３３によ
るフォトンパルス２４、２５のカウントを開始させる。When a reading start command is output from the personal computer 42 shown in FIG.
7 resets the timer 38 first, then
Is activated and a mirror rotation motor pulse 26 is generated so that the laser light is sequentially irradiated to each of the points 21 arranged in the row direction. Then, the counting of the photon pulses 24 and 25 by the counters 30 to 33 is started.
【００１９】この読取り中、フォトマル１２からのＣＨ
１フォトンパルス２４は、カウンタＡ３０とカウンタＢ
３１のカウントクロックに入力されるが、このカウンタ
Ａ、Ｂのイネーブル信号５０、５２は相互に反転されて
いて、これによりカウントが交互に行われるようにして
ある。During this reading, CH from the photomultiplier 12 is read.
One photon pulse 24 is generated by the counter A30 and the counter B
The enable signals 50 and 52 of the counters A and B are mutually inverted, so that counting is performed alternately.
【００２０】すなわち、各ポイント２１に順次番号を付
し、これらを２群に振り分け、一方のカウンタＡ３０
は、(ｎ)番から(ｎ＋２)番、(ｎ＋４)番、……のポイン
トをカウントし、他方のカウンタＢ３１は、(ｎ＋１)番
から(ｎ＋３)番、(ｎ＋５)番、……のポイントをカウン
トするようにしてあるのである。That is, each point 21 is sequentially numbered and assigned to two groups.
Counts the points (n) to (n + 2), (n + 4),..., And the other counter B31 counts the points (n + 1) to (n + 3), (n + 5),. Is to be counted.
【００２１】従って、例えばカウンタＢ３１が(ｎ＋１)
番をカウントしているときは、カウンタＡ３０は(ｎ)番
のカウントを終えて結果を保持したまま停止しているの
で、この間にカウンタＡ３０の(ｎ)番のカウント結果を
メモリ３４に書き込み、その後、カウント結果をリセッ
トし、次の(ｎ＋２)番のカウント待ちとなる動作が交互
に得られることになる。Therefore, for example, when the counter B31 is (n + 1)
When the counter A30 is counting, the counter A30 has finished counting the number (n) and stopped while holding the result. During this time, the count result of the counter A30 (n) was written to the memory 34. Thereafter, the count result is reset, and the operation of waiting for the next (n + 2) th count is obtained alternately.
【００２２】この結果、メモリ３４の書込みによるカウ
ントの抜け落ちが生じないにようにでき、且つ、このと
きメモリ３４には、(ｎ)番、(ｎ＋１)番、(ｎ＋２)番、
(ｎ＋３)番、(ｎ＋４)番、(ｎ＋５)番、……と順番に並
んでカウント結果が記憶されることになる。以上はＣＨ
１での動作について説明したが、ＣＨ２についても同様
である。As a result, it is possible to prevent the count from dropping due to writing in the memory 34, and to store the (n), (n + 1), (n + 2),
The count results are stored in the order of (n + 3), (n + 4), (n + 5),.... The above is CH
1 has been described, but the same applies to CH2.
【００２３】こうして行方向の全部のポイント２１の読
み取りが終わると、タイマ３８は１ライン読み取り終了
信号５４をマイクロプロセッサ３７に出力する。そこ
で、マイクロプロセッサ３７は、まずＣＨ１用のメモリ
３４からデータを読み出してパソコン４２に転送し、次
にＣＨ２用のメモリ３６からデータを読み出し、同じく
パソコン４２に転送する。When reading of all the points 21 in the row direction is completed, the timer 38 outputs a one-line reading end signal 54 to the microprocessor 37. Therefore, the microprocessor 37 first reads data from the memory 34 for CH1 and transfers the data to the personal computer 42, then reads data from the memory 36 for CH2 and transfers the data to the personal computer 42 in the same manner.
【００２４】そして、１行分のデータを読み取った後、
マイクロプロセッサ３７は、チップ送りモータパルス２
７を発生させ、バイオチップ２０のポイント２１の読み
取りを次の行に移させて再び読み取りを開始させ、バイ
オチップ２０の全面を読み取っていく。そして、パソコ
ン４２は、バイオチップ２０全面の読み取りデータが受
信された後、それらのデータを表示面上に表示するので
ある。After reading one line of data,
The microprocessor 37 has a chip feed motor pulse 2
7 is generated, the reading of the point 21 of the biochip 20 is moved to the next line, reading is started again, and the entire surface of the biochip 20 is read. Then, after the read data of the entire surface of the biochip 20 is received, the personal computer 42 displays those data on the display surface.
【００２５】従って、操作者は、パソコン４２を操作
し、その表示面を見ることにより、バイオチップ２０を
対象として、必要なＤＮＡや蛋白質など生体物質の化学
的、物理的物性解析を行うことができる。Therefore, the operator operates the personal computer 42 and looks at the display surface thereof to analyze the chemical and physical properties of the biological material such as DNA or protein required for the biochip 20. it can.
【００２６】[0026]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、平面
上に配置されている複数の微小な点を対象としている点
について充分な配慮がされているとはいえず、以下の問
題があった。まず、従来技術では、光の照射にミラーの
回動(回転)による光点走査方式を用いているため、平面
上に分布している各微小点の全てに対して、均一に正し
く焦点を合わせるのが難しく、光点を小さく絞るのが困
難で、微小点の大きさに対応した分解能の高い光照射が
簡単には得られない。The prior art described above does not give sufficient consideration to the fact that it targets a plurality of minute points arranged on a plane, and has the following problems. . First, in the prior art, a light spot scanning method is used in which light is radiated by turning a mirror (rotation), so that all fine points distributed on a plane are uniformly and correctly focused. It is difficult to reduce the light spot to a small size, and it is not easy to obtain high-resolution light irradiation corresponding to the size of a minute spot.
【００２７】次に、従来技術では、光の取込みに光ファ
イバを用いているため、線走査方向１行当りの微小点の
個数に等しい本数の光ファイバが必要で、コスト面で不
利になる上、各微小点に対する光ファイバの光軸合わせ
に精密な機構と調整を要し、それでも光軸合わせ精度の
保持が難しい。Next, in the prior art, since an optical fiber is used for taking in light, the number of optical fibers equal to the number of minute points per line in the line scanning direction is required, which is disadvantageous in cost. In addition, a precise mechanism and adjustment are required for the optical axis alignment of the optical fiber with respect to each minute point, and it is still difficult to maintain the optical axis alignment accuracy.
【００２８】また、光センサの光電変換部に対する光の
入射位置が各光ファイバ毎に異なってしまうので、光電
変換特性のバラツキによる感度差の発生が免れず、検出
精度の保持が困難である。更に、光ファイバは開口数
(ＮＡ)が小さく、このため微小点からの光の取込みに損
失が多く、信号対雑音比(Ｓ／Ｎ)が低下し易い。Further, since the incident position of light on the photoelectric conversion portion of the optical sensor is different for each optical fiber, the occurrence of a sensitivity difference due to variations in photoelectric conversion characteristics is inevitable, and it is difficult to maintain detection accuracy. Furthermore, the optical fiber has a numerical aperture
(NA) is small, so that there is a large loss in taking in light from a minute point, and the signal-to-noise ratio (S / N) tends to decrease.
【００２９】本発明の目的は、上記した従来技術におけ
る問題点を無くし、簡単な構成で高い検出精度が容易に
得られるようにした微小点光量読取装置を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a minute point light amount reading apparatus which eliminates the above-mentioned problems in the prior art and can easily obtain high detection accuracy with a simple configuration.
【００３０】[0030]
【課題を解決するための手段】上記目的は、平面部材の
表面に配置された複数の微小点を順次選択し、各微小点
からの光を検出するようにした微小点光量読取装置にお
いて、前記平面部材の表面の近傍で該平面部材の表面と
平行な面内に含まれる直線に沿って移動する読取ヘッド
と、前記読取ヘッドに備えられ、前記平面部材の表面か
ら光を取込み、取込んだ光を、前記直線の延長方向を含
む該直線と平行な方向に向かう光路に沿って、前記読取
ヘッドの外部に導き出す光学手段と、前記光路により導
き出された光を前記読取ヘッドの外部で検出する光検出
手段とを設け、前記光検出手段による前記複数の微小点
の各々からの光の検出が、前記読取ヘッドの移動により
順次得られるようにして達成される。An object of the present invention is to provide a micro-point light quantity reading apparatus which sequentially selects a plurality of micro-points arranged on the surface of a plane member and detects light from each of the micro-points. A read head that moves along a straight line included in a plane parallel to the surface of the planar member in the vicinity of the surface of the planar member; and a read head that is provided in the read head and captures light from the surface of the planar member. Optical means for guiding light to the outside of the read head along an optical path directed in a direction parallel to the straight line including an extension direction of the straight line, and detecting light guided by the light path outside the read head. Light detecting means is provided, and the detection of light from each of the plurality of minute points by the light detecting means is achieved in such a manner that the light is sequentially obtained by moving the reading head.
【００３１】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明による微小点光量読
取装置について、図示の実施形態により詳細に説明す
る。図１と図２は本発明の第１の実施形態で、図示のよ
うに、この第１の実施形態では、装置全体が、大別して
光学部１とヘッド駆動部２、チップ移動部３、制御回路
部４、それにデータ表示制御部５で構成されている。ま
ず、図１の光学部１において、７は読取ヘッドで、ダイ
クロイックミラー８と集光レンズ９、それに全反射ミラ
ー１０を備えている。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a minute point light amount reading apparatus according to the present invention. FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention. As shown, in the first embodiment, the entire apparatus is roughly divided into an optical unit 1, a head driving unit 2, a chip moving unit 3, a control unit It comprises a circuit section 4 and a data display control section 5. First, in the optical unit 1 of FIG. 1, reference numeral 7 denotes a reading head, which includes a dichroic mirror 8, a condenser lens 9, and a total reflection mirror 10.
【００３２】そして、この読取ヘッド７は、図示してな
い平行移動機構により保持されていて、ヘッド送りモー
タ８１と、これにより回転駆動されるボールネジからな
るヘッド送り機構２８により、読取ヘッド７の集光レン
ズ９がバイオチップ２０の表面に向かい合うようにし
て、図示の矢印Ｘで示す方向に直線的に往復移動される
ようになっている。The reading head 7 is held by a parallel moving mechanism (not shown), and is collected by a head feeding motor 81 and a head feeding mechanism 28 composed of a ball screw rotated by the head. The optical lens 9 is linearly reciprocated in the direction indicated by the arrow X in the drawing so that the optical lens 9 faces the surface of the biochip 20.
【００３３】そして、この矢印Ｘ方向、すなわち読取ヘ
ッド７の移動方向は、バイオチップ２０の表面と平行
で、且つ、そこに配列してあるスポット２１の行配列方
向と平行になるようにしてある。なお、この図１におい
て、レーザ６とフォトマル１２、１６、フィルタ１５、
１９、バイオチップ２０、スポット２１、それにチップ
送りモータ２２は、図７で説明した従来技術と同じであ
る。The direction of the arrow X, that is, the moving direction of the read head 7 is parallel to the surface of the biochip 20 and parallel to the row arrangement direction of the spots 21 arranged there. . In FIG. 1, the laser 6, the photomultipliers 12, 16, the filter 15,
19, the biochip 20, the spot 21, and the chip feed motor 22 are the same as those in the related art described with reference to FIG.
【００３４】レーザ６から発射された波長５３２ｎｍの
レーザ光は、全反射ミラー８０により、矢印Ｘで示され
ている読取ヘッド７の移動方向と平行にしてある照明光
用の光路Ｌに沿って進路を変えられ、読取ヘッド７のダ
イクロイックミラー８に入射される。このダイクロイッ
クミラー８は５２９ｎｍ〜５３５ｎｍの波長の光は反射
し、５１５ｎｍ以下と６１５ｎｍ以上の波長の光は透過
させるように作られているので、ここで、照明光用の光
路Ｌに沿って入射したレーザ光は図の下側に向けて全反
射され、集光レンズ９に入射される。The laser beam having a wavelength of 532 nm emitted from the laser 6 travels by the total reflection mirror 80 along the optical path L for illumination light which is parallel to the moving direction of the read head 7 indicated by the arrow X. And the light is incident on the dichroic mirror 8 of the reading head 7. The dichroic mirror 8 is formed so as to reflect light having a wavelength of 529 nm to 535 nm and transmit light having a wavelength of 515 nm or less and 615 nm or more. Thus, the dichroic mirror 8 is incident along the optical path L for illumination light. The laser light is totally reflected toward the lower side in the figure and is incident on the condenser lens 9.
【００３５】集光レンズ９は、読取ヘッド７内で、バイ
オチップ２０の表面から、その焦点距離だけ離れて位置
するようにして取り付けてあり、これにより、ダイクロ
イックミラー８で反射されてきたレーザ光を絞り、微小
な光点としてバイオチップ２０の表面に照射する働きを
すると共に、バイオチップ２０の表面からの光を平行光
にするコリメータレンズとしての働きをする。The condensing lens 9 is mounted in the reading head 7 so as to be separated from the surface of the biochip 20 by the focal length, whereby the laser beam reflected by the dichroic mirror 8 is And acts as a small light spot to irradiate the surface of the biochip 20 as a minute light spot, and also functions as a collimator lens that converts light from the surface of the biochip 20 into parallel light.
【００３６】従って、バイオチップ２０の表面で、波長
が５１５ｎｍ以下と６１５ｎｍ以上の光が発生したとき
には、集光レンズ９により平行光にされた光がダイクロ
イックミラー８を図の下側から通過して全反射ミラー１
０に入射され、ここで、レーザ光の照明光用の光路Ｌと
平行になっている検出光用の光路Ｆに進路が変えられ
て、読取ヘッド７から外部に取り出されることになる。Accordingly, when light having a wavelength of 515 nm or less and 615 nm or more is generated on the surface of the biochip 20, the light collimated by the condenser lens 9 passes through the dichroic mirror 8 from the lower side in the figure. Total reflection mirror 1
At this time, the path is changed to an optical path F for detection light which is parallel to an optical path L for laser light illumination light, and is taken out of the reading head 7 to the outside.
【００３７】読取ヘッド７から平行光となって出力さ
れ、検出光用の光路Ｆに沿って進んだ光はダイクロイッ
クミラー１１に入射する。このダイクロイックミラー１
１は、６１５ｎｍ以上の波長の光は透過するが、５１５
ｎｍ以下の波長の光は反射するように作られており、従
って、読取ヘッド７から検出光用の光路Ｆに沿って外部
に出射された光は、ダイクロイックミラー１１を通過し
て、そのままＣＨ１用の光路Ｆ1 に沿って直進する６１
５ｎｍ以上の波長の光と、反射されて直角方向のＣＨ２
用の光路Ｆ2 に進む５１５ｎｍ以下の波長の光とに分け
られる。Light output as parallel light from the reading head 7 and traveling along the optical path F for detection light enters the dichroic mirror 11. This dichroic mirror 1
No. 1 transmits light having a wavelength of 615 nm or more, but 515
The light having a wavelength of nm or less is formed so as to be reflected. Therefore, the light emitted from the reading head 7 to the outside along the optical path F for the detection light passes through the dichroic mirror 11 and is directly used for the CH1. 61 straight along the the optical path F 1
Light having a wavelength of 5 nm or more and reflected CH2
Is divided into a light of a wavelength below 515nm that advances in the optical path F 2 of use.
【００３８】そして、光路Ｆ1 には、波長６１５ｎｍ〜
６３５ｎｍの光だけを透過するフィルタ１５と絞りレン
ズ１４、それにピンホール板１３が設けてあり、光路Ｆ
2 には、波長４９５ｎｍ〜５１５ｎｍの光だけを透過す
るフィルタ１９と絞りレンズ１８、それにピンホール板
１７が設けてある。そして、各ピンホール板１３、１７
は、それぞれ絞りレンズ１４、１８の焦点位置に設けて
あり、これらを透過した光が、ＣＨ１用のフォトマル１
２とＣＨ２用のフォトマル１６にそれぞれ入射されるよ
うになっている。[0038] Then, the optical path F 1 is the wavelength 615nm~
A filter 15 that transmits only light of 635 nm, an aperture lens 14, and a pinhole plate 13 are provided.
2 , a filter 19, an aperture lens 18, and a pinhole plate 17 that transmit only light having a wavelength of 495 nm to 515 nm are provided. And, each pinhole plate 13, 17
Are provided at the focal positions of the aperture lenses 14 and 18, respectively, and the light transmitted therethrough is a photomultiplier 1 for CH1.
2 and the photomultiplier 16 for CH2.
【００３９】ヘッド送りモータ８１はステッピングモー
タで構成され、図２に示す制御回路部４から供給される
ヘッド送りモータパルス２９により動作し、ヘッド送り
機構２８のボールネジを回転駆動することにより、矢印
Ｘで示すように、読取ヘッド７を直線移動させる働きを
する。The head feed motor 81 is constituted by a stepping motor, which is operated by a head feed motor pulse 29 supplied from the control circuit section 4 shown in FIG. As shown by, the read head 7 is moved linearly.
【００４０】ここで、チップ送りモータ２２は、上記し
た従来技術と同じく、チップ送りモータパルス２７によ
り制御され、バイオチップ２０を矢印Ｙ方向(列方向)に
順次移動させる働きをするが、この図１では、バイオチ
ップ２０の移動用として、移動ベルト８３が図示してあ
る。Here, the chip feed motor 22 is controlled by the chip feed motor pulse 27 and functions to sequentially move the biochips 20 in the arrow Y direction (column direction), as in the above-described prior art. In FIG. 1, a moving belt 83 is shown for moving the biochip 20.
【００４１】次に、図２の制御回路部４と、データ表示
制御部５について説明する。まず制御回路部４におい
て、３９、４０はタイマ回路であり、これら以外の他の
構成は、図８の従来技術の場合と同じである。そして、
タイマ回路３９はマイクロプロセッサ３７により制御さ
れ、クロック発生回路４１から供給されるタイマカウン
トクロックをカウントしてヘッド送りモータパルス２９
を発生する働きをする。Next, the control circuit section 4 and the data display control section 5 of FIG. 2 will be described. First, in the control circuit section 4, reference numerals 39 and 40 denote timer circuits, and other configurations are the same as those of the prior art shown in FIG. And
The timer circuit 39 is controlled by the microprocessor 37, counts a timer count clock supplied from the clock generation circuit 41, and counts the head feed motor pulse 29
It works to generate.
【００４２】タイマ回路４０も同じくマイクロプロセッ
サ３７により制御され、タイマ回路３９から出力される
ヘッド送りモータパルス２９をタイマカウントクロック
として動作し、チップ送りモータパルス２７を発生させ
る働きをする。なお、その他の構成要素については、上
記したように、図８の従来技術と同じである。一方、デ
ータ表示制御部５はパソコン４２を備えたものであり、
従って、従来技術と同じ構成で、機能についても、従来
技術とほぼ同じである。The timer circuit 40 is also controlled by the microprocessor 37, and operates using the head feed motor pulse 29 output from the timer circuit 39 as a timer count clock to generate the chip feed motor pulse 27. The other components are the same as in the prior art of FIG. 8 as described above. On the other hand, the data display control unit 5 includes a personal computer 42,
Therefore, the configuration is the same as that of the conventional technology, and the function is almost the same as that of the conventional technology.
【００４３】次に、この実施形態の動作について説明す
る。まず図１において、レーザ６が動作状態にされる
と、ここで発生されたレーザ光はミラー８０により全反
射され、矢印Ｘで示してある読取ヘッド７の移動方向と
同じ方向に向いている照明光用の光路Ｌを進み、読取ヘ
ッド７内のダイクロイックミラー８によって集光レンズ
９に向けて反射され、集光レンズ９で絞られ、その焦点
位置にあるバイオチップ２０の表面に微小な光点となっ
て照射される。Next, the operation of this embodiment will be described. First, in FIG. 1, when the laser 6 is activated, the laser light generated here is totally reflected by the mirror 80 and is directed in the same direction as the moving direction of the reading head 7 indicated by the arrow X. The light travels along the optical path L for light, is reflected by the dichroic mirror 8 in the reading head 7 toward the condenser lens 9, is converged by the condenser lens 9, and has a minute light spot on the surface of the biochip 20 at the focal position. Irradiated as
【００４４】ここで、レーザ６で発生されたレーザ光
は、ほぼ完全な平行光になっており、これが集光レンズ
９により集光されるので、焦点位置では極めて小さい光
点が得られることになり、従って、この実施形態によれ
ば、スポット２１の大きさに対応した極めて小さい光点
による分解能の高い光照射を容易に得ることができる。Here, the laser light generated by the laser 6 is almost perfectly parallel light, which is condensed by the condenser lens 9, so that an extremely small light spot can be obtained at the focal position. Therefore, according to this embodiment, it is possible to easily obtain high-resolution light irradiation by an extremely small light spot corresponding to the size of the spot 21.
【００４５】そして、この微細なレーザ光点により照射
された部分に蛍光物質が存在したときには、その蛍光物
質がレーザ光により励起され、蛍光が発生する。このと
き、蛍光物質がスポット２０に含まれていたものであっ
た場合には、上記したように、発生される蛍光は、波長
が６２５ｎｍと５０５ｎｍの光となるので、レーザ光と
は異なり、ダイクロイックミラー８では反射されず、そ
のまま通過し、且つ、その光量は、レーザ光で照射され
た部分に存在している蛍光物質の量などにより異なった
ものとなる。When a fluorescent substance is present in a portion irradiated by the fine laser light spot, the fluorescent substance is excited by the laser light to generate fluorescence. At this time, if the fluorescent substance is included in the spot 20, the generated fluorescent light has the wavelengths of 625 nm and 505 nm as described above, and therefore, unlike the laser light, it is different from the dichroic light. The light is not reflected by the mirror 8, passes through as it is, and the amount of the light varies depending on the amount of the fluorescent substance existing in the portion irradiated with the laser light.
【００４６】そして、このときレーザ光点で照射された
部分は、上記したように、集光レンズ９の焦点位置にあ
るので、この部分で発生した蛍光は集光レンズ９により
平行光線にされ、ダイクロイックミラー８を透過してミ
ラー１０に到達し、ここで全反射されて検出光用の光路
Ｆに進み、ダイクロイックミラー１１により、ＣＨ１用
の光路Ｆ1 とＣＨ２用の光路Ｆ2 とに分けられ、それぞ
れフォトマル１２とフォトマル１６に入射されるので、
それぞれからフォトンパルス２４、２５が発生される。At this time, since the portion irradiated by the laser beam spot is at the focal position of the condenser lens 9 as described above, the fluorescence generated at this portion is converted into a parallel light by the condenser lens 9, It reaches the mirror 10 passes through the dichroic mirror 8, where it is totally reflected advances in the optical path F of the detection light, the dichroic mirror 11, is divided into the optical path F 2 of the optical path F 1 and a CH2 for CH1 Are incident on the photomultiplier 12 and the photomultiplier 16, respectively.
Photon pulses 24 and 25 are generated from each.
【００４７】そして、この実施形態では、このとき、Ｃ
Ｈ１用の光路Ｆ1 とＣＨ２用の光路Ｆ2 の各々に絞りレ
ンズ１４、１８と、ピンホール板１３、１７が設けてあ
り、絞りレンズ１４、１８で平行光から絞られた焦点位
置にあるピンホール板１３、１７により散乱光が除去さ
れるようになっており、従って、不要光によるノイズを
ほぼ完全に除くことができ、この結果、極めて高いＳ／
Ｎを容易に得ることができる。In this embodiment, at this time, C
Optical path for H1 F 1 and aperture lens 14 and 18 to each of the optical path F 2 for CH2, Yes and pinhole plate 13 and 17 is provided, at the focus position has been squeezed from the parallel light by the lens aperture 14, 18 The scattered light is removed by the pinhole plates 13 and 17, so that noise due to unnecessary light can be almost completely removed, and as a result, extremely high S /
N can be easily obtained.
【００４８】また、レーザ光点により照射されたバイオ
チップ２０の表面からは、レーザ光の一部が反射光とな
って戻ってくるが、上記したように、ダイクロイックミ
ラー８には５２９ｎｍ〜５３５ｎｍの波長の光を反射す
る特性が持たせてあるので、波長が５３２ｎｍのレーザ
光による反射光はダイクロイックミラー８でほとんど反
射されてしまうことになり、従って、光路Ｆにレーザ光
が漏れ込む虞れはほとんど無い。A part of the laser light returns from the surface of the biochip 20 irradiated by the laser light spot as reflected light, but as described above, the dichroic mirror 8 has a wavelength of 529 nm to 535 nm. Since the laser beam has a characteristic of reflecting the light of the wavelength, the reflected light of the laser light having the wavelength of 532 nm is almost reflected by the dichroic mirror 8. Therefore, there is a possibility that the laser light leaks into the optical path F. almost none.
【００４９】更にＣＨ１用の光路Ｆ1 とＣＨ２用の光路
Ｆ2 には、それぞれフィルタ１５、１９が設けてあるの
で、フォトマル１２、１６にレーザ光が紛れ込む虞れは
全く無く、従って、この実施形態によば、この点でも極
めて高いＳ／Ｎを容易に保つことができ、必要とする蛍
光を高精度で検出することができる。Further, since the filters 15 and 19 are provided in the optical path F 1 for CH 1 and the optical path F 2 for CH 2 , there is no possibility that the laser beam may enter the photomultipliers 12 and 16. According to the embodiment, also in this respect, an extremely high S / N can be easily maintained, and required fluorescence can be detected with high accuracy.
【００５０】バイオチップ２０の各スポット２１に対す
る読取ヘッド７の位置決めは、ヘッド送りモータ８１に
よる読取ヘッド７の矢印Ｘ方向(行方向)の移動と、チッ
プ送りモータ２２によるバイオチップ２０の矢印Ｙ方向
(列方向)への移動により遂行され、各スポット２１に対
するレーザ光点の照射と、これによる蛍光の取込みを進
めてゆくことができる。The position of the read head 7 with respect to each spot 21 of the biochip 20 is determined by the movement of the read head 7 in the arrow X direction (row direction) by the head feed motor 81 and the arrow Y direction of the biochip 20 by the chip feed motor 22.
The movement is performed in the (column direction), and the irradiation of each spot 21 with the laser beam spot and the capture of the fluorescent light by this can be advanced.
【００５１】このとき、読取ヘッド７の矢印Ｘ方向の移
動により、光路Ｌと光路Ｆの長さが変化するが、しか
し、これらの光路Ｌ、Ｆでは、レーザ光も蛍光も何れも
平行光にされている。従って、これらの部分で光路長が
変化しても、レーザ光点によるスポット２１の照射状態
と、それによる蛍光の取込み状態には何の変化も生ぜ
ず、全く同じ光学条件による蛍光の検出を安定して得る
ことができる。At this time, the length of the optical path L and the optical path F is changed by the movement of the reading head 7 in the direction of the arrow X. However, in these optical paths L and F, both the laser light and the fluorescent light become parallel light. Have been. Therefore, even if the optical path length changes in these portions, there is no change in the irradiation state of the spot 21 by the laser light spot and the state of taking in the fluorescent light therefrom, and the detection of the fluorescent light under exactly the same optical conditions is stabilized. Can be obtained.
【００５２】次に図２において、パソコン４２から読み
取り開始命令が出力されると、これを受信したマイクロ
プロセッサ３７は、メモリのライト信号出力用タイマ３
８に出力周期と読み取りデータ数を設定し、ヘッド送り
モータパルス発生用のタイマ回路３９と、チップ送りモ
ータパルス発生用タイマ回路４０には出力周期を設定し
する。Next, in FIG. 2, when a read start command is output from the personal computer 42, the microprocessor 37 which has received the command starts the timer 3 for outputting the write signal of the memory.
The output cycle and the number of read data are set to 8, and the output cycle is set to the timer circuit 39 for generating the head feed motor pulse and the timer circuit 40 for generating the chip feed motor pulse.
【００５３】これらの設定処理後、マイクロプロセッサ
３７は、各タイマ回路３８、３９、４０を動作状態に
し、ヘッド送りモータパルス２９とチップ送りモータパ
ルス２７を発生させ、これにより、読取ヘッド７の移動
とバイオチップ２０の移動を開始させる。これにより読
取ヘッド７は順次、バイオチップ２０の各スポット２１
を行方向(Ｘ方向)に走査してゆくいく。After these setting processes, the microprocessor 37 activates each of the timer circuits 38, 39, and 40 to generate the head feed motor pulse 29 and the chip feed motor pulse 27, thereby causing the read head 7 to move. And the movement of the biochip 20 is started. As a result, the reading head 7 sequentially operates the spots 21 on the biochip 20.
Is scanned in the row direction (X direction).
【００５４】このときの光学部１での動作について、更
に詳しく説明すると、レーザ６により発振された５３２
ｎｍのレーザ光は、読み取りヘッド７内部のダイクロイ
ックミラー８によリ９０°反射され、集光レンズ９によ
り絞られてバイオチップ２０の上に焦点を結ぶ。The operation of the optical unit 1 at this time will be described in more detail.
The laser beam of nm is reflected at 90 ° by the dichroic mirror 8 inside the reading head 7, focused by the condenser lens 9 and focused on the biochip 20.
【００５５】読取ヘッド７が何れかのスポット２１の上
に位置したとき、そのスポットが標識されていた場合に
は、その蛍光物質がレーザ光によって励起され、蛍光が
現れる。この蛍光による光は、上記したように、波長が
６２５ｎｍ又は５０５ｎｍになるように蛍光物質が選ば
れており、その発光の強さは蛍光物質の量などにより異
なる。When the reading head 7 is positioned over any of the spots 21 and the spot is marked, the fluorescent substance is excited by the laser light, and fluorescence appears. As described above, a fluorescent substance is selected so that the wavelength of the light is 625 nm or 505 nm, and the intensity of the light emission varies depending on the amount of the fluorescent substance.
【００５６】こうしてスポット２１で蛍光が発生したと
きには、それが集光レンズ９によって平行光にされ、ダ
イクロイックミラー８を透過し、全反射ミラー１０によ
り９０°反射され、光路Ｆに沿って読取ヘッド７から外
に出力されてダイクロイックミラー１１に入射した後、
ここで波長が６２５ｎｍの光は透過してＣＨ１側の光路
Ｆ1 に進み、波長が５０５ｎｍの光は９０°反射してＣ
Ｈ２側の光路Ｆ2 に進む。When the fluorescent light is generated at the spot 21, the light is collimated by the condenser lens 9, transmitted through the dichroic mirror 8, reflected by the total reflection mirror 90 at 90 °, and read along the optical path F. After being output from the outside and entering the dichroic mirror 11,
Here the process proceeds to the optical path F 1 wavelength light 625nm is transmitted through CH1 side, the light of wavelength 505nm and 90 ° reflected C
Proceed to the optical path F 2 of H2 side.
【００５７】そして、各光路Ｆ1、Ｆ2 では、フィルタ
１５、１９によって不要な波長の光が除かれ、絞りレン
ズ１４、１９により平行光から絞られ、ピンホール１
３、１７によって散乱光が除かれてから、それぞれＣＨ
１のフォトマル１２とＣＨ２のフォトマル１６に入力さ
れ、ここで蛍光の強さに応じたパルス密度のＣＨ１フォ
トンパルス信号２４とＣＨフォトンパルス信号２５に変
換され、制御回路部４に出力されることになる。In each of the optical paths F 1 and F 2 , light of an unnecessary wavelength is removed by the filters 15 and 19, and is stopped from the parallel light by the stop lenses 14 and 19.
After the scattered light is removed by 3, 17
1 and the CH2 photomultiplier 16 are converted into a CH1 photon pulse signal 24 and a CH photon pulse signal 25 having a pulse density corresponding to the intensity of the fluorescence, and output to the control circuit unit 4. Will be.
【００５８】次に、このときの制御回路部４での信号制
御処理について、図３のタイムチャートにより説明す
る。いま、行方向に並んだスポット２１について、順に
スポットＡ、スポットＢ、スポットＣ、……とすると、
このときの読取ヘッド７の位置は、図３のＰに示すよう
になる。このヘッド位置Ｐにおいて、、、、……
は、読取ヘッド７の移動区間を順に示したものである。Next, the signal control processing in the control circuit section 4 at this time will be described with reference to the time chart of FIG. Now, assuming that the spots 21 arranged in the row direction are, in order, a spot A, a spot B, a spot C,.
The position of the reading head 7 at this time is as shown in P in FIG. At this head position P,...
Indicates the moving section of the reading head 7 in order.
【００５９】図３に示すように、ヘッド送りモータパル
ス２９が発生されると、これに続いてフォトンパルス２
４、２５のカウントも開始され、ヘッド位置Ｐ上の区間
から順にカウントが行われる。まず、フォトマル１２
から出力されるＣＨ１フォトンパルス２４は、カウンタ
Ａ３０とカウンタＢ３１のカウントクロック入力に供給
される。上記したように、カウンタＡ、Ｂのイネーブル
信号ＡＥＮ、ＢＥＮはそれぞれ反転していて、これによ
り交互にカウントが行われるようになっている。As shown in FIG. 3, when the head feed motor pulse 29 is generated, the photon pulse 2
The counting of 4, 25 is also started, and counting is performed in order from the section on the head position P. First, Photomaru 12
Is supplied to the count clock input of the counter A30 and the counter B31. As described above, the enable signals AEN and BEN of the counters A and B are respectively inverted, so that counting is performed alternately.
【００６０】つまり、この場合、図３に示すように、カ
ウンタＡは区間、、、……でカウントし、カウン
タＢは区間、、、……でカウントする。そしてカ
ウンタＢが区間でカウントしているときは、カウンタ
Ａは区間でのカウント結果を保持して停止しており、
この間に区間のカウント結果をメモリ３４に書き込
み、その後、カウンタをリセットして区間のカウンタ
動作待ちになり、これによりメモリ３４に書き込むとき
でのカウント抜けが生じないようにしているのである。That is, in this case, as shown in FIG. 3, the counter A counts in sections,..., And the counter B counts in sections,. When the counter B counts in the section, the counter A holds the count result in the section and stops.
During this period, the count result of the section is written to the memory 34, and thereafter, the counter is reset to wait for the counter operation of the section, so that the count omission when writing to the memory 34 is prevented.
【００６１】このように、カウンタＡ、Ｂのカウント結
果をメモリ３４に交互に書き込むことにより、、、
、、、、……と連続して順番に、各区間のカウ
ント結果がメモリ３４に記憶されてゆくのである。以上
はＣＨ１についての説明であるが、ＣＨ２についても同
様に動作し、メモリ３６にカウント結果が記憶されてゆ
く。As described above, by alternately writing the count results of the counters A and B in the memory 34,
,...,... Are sequentially stored in the memory 34 in order. The above is the description of CH1, but the same operation is performed for CH2, and the count result is stored in the memory 36.
【００６２】読取ヘッド７による１行分のスポット２１
の走査が終わると、タイマ回路４０からチップ送りモー
タパルス２７が発生され、チップ送りモータ２２により
バイオチップ２０が矢印Ｙ方向に１列分移動され、読取
ヘッド７による次の行の読み取りを開始させ、これによ
り、バイオチップ２０にあるスポット２１の全てが読取
られるようにする。One row of spots 21 by the reading head 7
Is completed, the chip feed motor pulse 27 is generated from the timer circuit 40, the biochip 20 is moved by one column in the arrow Y direction by the chip feed motor 22, and the reading head 7 starts reading the next row. Thus, all the spots 21 on the biochip 20 are read.
【００６３】そして、読取ヘッド７によるバイオチップ
２０の全てのスポット２１からのデータの読取りが終わ
ると、タイマ回路３８から読取終了信号ＥＮＤが出力さ
れ、この信号ＥＮＤがマイクロプロセッサ３７に供給さ
れる。そこで、マイクロプロセッサ３７はタイマ回路３
８、３９、４０の動作を停止させ、読取ヘッド７による
読み取り動作を終了させる。When the reading head 7 finishes reading data from all the spots 21 on the biochip 20, a reading end signal END is output from the timer circuit 38, and this signal END is supplied to the microprocessor 37. Therefore, the microprocessor 37 is connected to the timer circuit 3
The operations of 8, 39 and 40 are stopped, and the reading operation by the reading head 7 is terminated.
【００６４】この後、マイクロプロセッサ３７は、ＣＨ
１用のメモリ３４からデータを読み出し、ＳＣＳＩイン
ターフェースを介してパソコン４２に転送し、次にＣＨ
２用のメモリ３６からデータを読み出し、同じくパソコ
ン４２に転送する。そこで、パソコン４２は、図２に示
すように、これらのデータを表示器上に表示し、これに
より、バイオチップ２０の各スポット２１についての化
学的、物理的物性解析が行えるようにするのである。Thereafter, the microprocessor 37 sets the CH
1 is read out from the memory 34, and transferred to the personal computer 42 through the SCSI interface.
The data is read from the second memory 36 and transferred to the personal computer 42 in the same manner. Therefore, the personal computer 42 displays these data on a display as shown in FIG. 2 so that the chemical and physical properties of each spot 21 of the biochip 20 can be analyzed. .
【００６５】従って、この第１の実施形態によれば、読
取ヘッド７の、バイオチップ２０の表面に平行な直線移
動により、各スポット２１に対するレーザ光の照射が行
われるので、集光レンズ９による焦点位置が変化する虞
れがなく、この結果、常に正確な焦点距離を保つことが
でき、微小な光点によるスポット２１の照射を容易に得
ることができる。Therefore, according to the first embodiment, the laser light is applied to each spot 21 by the linear movement of the reading head 7 parallel to the surface of the biochip 20. There is no danger that the focal position will change. As a result, an accurate focal length can always be maintained, and irradiation of the spot 21 by a minute light spot can be easily obtained.
【００６６】また、このとき、各スポット２１からの光
の取込みに集光レンズ９を用いることができるので、光
ファイバを用いた場合に比して、はるかに大きな開口数
のもとで光の取込みが得られることになり、従って、光
の損失が少なくでき、高い感度で光を検出することがで
き、絞りレンズ１４、１８と、ピンホール板１３、１７
の使用と相俟って、極めて高いＳ／Ｎを容易に得ること
ができる。At this time, the condensing lens 9 can be used to take in light from each spot 21, so that the light can be condensed at a much higher numerical aperture than when an optical fiber is used. It is possible to obtain light, and therefore, light loss can be reduced, light can be detected with high sensitivity, and aperture lenses 14 and 18 and pinhole plates 13 and 17 can be obtained.
In combination with the use of, an extremely high S / N can be easily obtained.
【００６７】次に、本発明の第２の実施形態について、
図４〜図６により説明する。この第２の実施形態は、図
４から明らかなように、表面に渦巻(スパイラル)状に複
数のスポット２１を配列したディスク状(円板形状)のバ
イオチップ、すなわちバイオディスク２０Ｄを対象とし
た装置に、本発明を適用した場合の一実施形態である。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. As is apparent from FIG. 4, the second embodiment is directed to a disk-shaped (disk-shaped) biochip in which a plurality of spots 21 are arranged in a spiral shape on the surface, that is, a biodisk 20D. This is an embodiment in which the present invention is applied to a device.
【００６８】そして、このバイオディスク２０Ｄを、矢
印Ｒで示すように、ディスクモータ２２Ｄにより回転さ
せると共に、ヘッド送りモータ８１により、読取ヘッド
７を矢印Ｄで示すように、バイオディスク２０Ｄの外周
部から中心に向かって直線移動させることにより、渦巻
状に配列されている各スポット２１が順次、読取ヘッド
７により走査されるようにしたものであり、その他の構
成は、図１の第１の実施形態と同じである。Then, the biodisk 20D is rotated by the disk motor 22D as shown by the arrow R, and the reading head 7 is moved from the outer peripheral portion of the biodisk 20D by the head feed motor 81 as shown by the arrow D. By moving linearly toward the center, the spirally arranged spots 21 are sequentially scanned by the reading head 7, and other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. Is the same as
【００６９】ディスクモータ２２Ｄは、図５に示した制
御回路部４から供給されるディスクモータパルス２７Ｄ
により駆動制御されるが、このため、図５の制御回路部
４におけるタイマ回路３９とタイマ回路４０の動作は、
図２の第１の実施形態の場合とは異なり、タイマ回路３
９からディスクモータパルス２７Ｄが出力され、タイマ
回路４０からはヘッド送りモータパルス２９が出力され
るようになっている。The disk motor 22D receives the disk motor pulse 27D supplied from the control circuit 4 shown in FIG.
The driving of the timer circuit 39 and the timer circuit 40 in the control circuit unit 4 in FIG.
Unlike the first embodiment of FIG. 2, the timer circuit 3
9 outputs a disk motor pulse 27D, and the timer circuit 40 outputs a head feed motor pulse 29.
【００７０】また、この結果、これらディスクモータパ
ルス２７Ｄとヘッド送りモータパルス２９の関係も、図
６に示すように、図３の場合とは異なっていて、ヘッド
送りモータパルス２９の方が、ディスクモータパルス２
７Ｄよりもパルス期間が長くなっており、これにより、
バイオディスク２０Ｄの表面に渦巻状に配列されている
各スポット２１が、外側から順次、スポットＡ、スポッ
トＢ、スポットＣ、……と読取ヘッド７により走査され
てゆくようになっている。As a result, the relationship between the disk motor pulse 27D and the head feed motor pulse 29 is also different from that in FIG. 3, as shown in FIG. Motor pulse 2
The pulse duration is longer than 7D,
The spots 21 spirally arranged on the surface of the biodisk 20D are sequentially scanned from the outside by the reading head 7 as spots A, B, C,....
【００７１】なお、その他の構成は、第１の実施形態と
同じであり、制御も同じようにして行われ、従って、こ
の第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同じ作
用効果が得られることは当業者なら自明のことなので、
詳しい説明は割愛する。The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the control is performed in the same manner. Therefore, the second embodiment has the same operation and effect as the first embodiment. It is obvious to those skilled in the art that it can be obtained,
Detailed explanation is omitted.
【００７２】ところで、以上の実施形態では、被検体が
バイオチップで、これにレーザ光を照射して蛍光を励起
し、その蛍光を検出する装置に本発明を適用した場合に
ついて説明したが、本発明は、バイオチップ以外の被検
体にも適用可能であり、さらには、レーザ光の照射の有
無に関らず、平面状に分布する微小点の光量読取りに関
してなら、本発明は、どのような装置としても実施可能
なことは言うまでもない。In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a device which is a biochip, which is irradiated with laser light to excite fluorescence to detect the fluorescence has been described. The present invention is applicable to subjects other than the biochip, and further, regardless of the presence or absence of laser light irradiation, the present invention is applicable to any light amount reading of minute points distributed in a plane. Needless to say, the present invention can be implemented as an apparatus.
【００７３】[0073]
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。第１に、１個の読取ヘッドで読み取るので、光ファ
イバを集合することによる感度誤差が発生せず、また光
ファイバを多数本使用することによるコスト高を免れる
ことができる。また、１個の読取ヘッドの光軸調整だけ
ですむので、製作が容易になる。さらにピンホールが使
用できるので、ノイズの抑圧が充分に得られ、また、集
光レンズが使用できるので、微小な光点による照射が得
られ、高い分解能をもたせることができる。According to the present invention, the following effects can be obtained. First, since the reading is performed by one reading head, no sensitivity error occurs due to the aggregation of the optical fibers, and the cost increase due to the use of many optical fibers can be avoided. In addition, since it is only necessary to adjust the optical axis of one read head, the production becomes easy. Further, since a pinhole can be used, sufficient suppression of noise can be obtained, and since a condensing lens can be used, irradiation with a minute light spot can be obtained, and high resolution can be provided.
【００７４】第２に、光ファイバを使用せず、平行光を
利用しているので、光ファイバを用いたことによる光量
の損失を抑えることができる。また、読取ヘッドがレン
ズとダイクロイックミラー、全反射ミラーだけで小形で
軽量に作れるので、微小点に対する位置決め機構が簡素
化でき、低コストで高速、且つ高精度の読み取りができ
る。Second, since parallel light is used without using an optical fiber, loss of light quantity due to use of an optical fiber can be suppressed. In addition, since the reading head can be made small and lightweight only by using a lens, a dichroic mirror, and a total reflection mirror, the positioning mechanism for minute points can be simplified, and high-speed, high-precision reading can be performed at low cost.
【図１】本発明による微小点光量読取装置の第１の実施
形態における光学系の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical system according to a first embodiment of a minute point light amount reading device according to the present invention.
【図２】本発明の第１の実施形態における制御回路系の
構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control circuit system according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施形態の動作を説明するため
のシーケンス図である。FIG. 3 is a sequence diagram illustrating an operation of the first exemplary embodiment of the present invention.
【図４】本発明による微小点光量読取装置の第２の実施
形態における光学系の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an optical system according to a second embodiment of the minute point light amount reading device according to the present invention.
【図５】本発明の第２の実施形態における制御回路系の
構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a control circuit system according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第２の実施形態の動作を説明するため
のシーケンス図である。FIG. 6 is a sequence diagram for explaining the operation of the second exemplary embodiment of the present invention.
【図７】従来技術による微小点光量読取装置の一例にお
ける光学系の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an optical system in an example of a minute point light amount reading device according to a conventional technique.
【図８】従来技術による微小点光量読取装置の一例にお
ける制御回路系の構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a control circuit system in an example of a minute point light amount reading device according to a conventional technique.
６ レーザ ８、１１ ダイクロイックミラー ９、１４、１８ レンズ １０、８０ 全反射ミラー １２、１６ フォトマル １３、１７ ピンホール板 １５、１９ フィルタ ２０ バイオチップ ２１ スポット(被検体) ２２ ディスクモータ ２３ ヘッド送りモータ ３０、３１、３２、３３ カウンタ ３４、３６ メモリ ３７ マイクロプロセッサ ３８、３９、４０ タイマ回路 ４１ クロック発生回路 ４２ パソコン Reference Signs List 6 laser 8, 11 dichroic mirror 9, 14, 18 lens 10, 80 total reflection mirror 12, 16 photomultiplier 13, 17 pinhole plate 15, 19 filter 20 biochip 21 spot (subject) 22 disk motor 23 head feed motor 30, 31, 32, 33 Counter 34, 36 Memory 37 Microprocessor 38, 39, 40 Timer circuit 41 Clock generation circuit 42 Personal computer
フロントページの続き (72)発明者 臣永 完 東京都小平市御幸町32番地 日立電子株式 会社小金井工場内 (72)発明者 山本 顕次 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウエアエンジニアリング株式会 社内 (72)発明者 百合野 以子 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウエアエンジニアリング株式会 社内 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 BA16 CA03 CA07 DA02 EA01 FA01 GA04 GA07 GB01 GB19 HA01 HA02 HA09 HA15 JA03 KA02 KA09 MA01 2G065 AA04 AA08 AA11 AB04 AB09 AB11 AB26 BA01 BB06 BB22 BB27 CA05 DA08 Continuing on the front page (72) Kan Minaga, Inventor 32 Miyukicho, Kodaira-shi, Tokyo Inside the Koganei Plant of Hitachi Electronics Co., Ltd. Stock Company In-house (72) Inventor Yorino Yoriko 6-81-Oue-cho, Naka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Hitachi Software Engineering Co., Ltd.In-house F-term (reference) HA15 JA03 KA02 KA09 MA01 2G065 AA04 AA08 AA11 AB04 AB09 AB11 AB26 BA01 BB06 BB22 BB27 CA05 DA08
Claims (5)
点を順次選択し、各微小点からの光を検出するようにし
た微小点光量読取装置において、 前記平面部材の表面の近傍で該平面部材の表面と平行な
面内に含まれる直線に沿って移動する読取ヘッドと、 前記読取ヘッドに備えられ、前記平面部材の表面から光
を取込み、取込んだ光を、前記直線の延長方向を含む該
直線と平行な方向に向かう光路に沿って、前記読取ヘッ
ドの外部に導き出す光学手段と、 前記光路により導き出された光を前記読取ヘッドの外部
で検出する光検出手段とを設け、 前記光検出手段による前記複数の微小点の各々からの光
の検出が、前記読取ヘッドの移動により順次得られるよ
うに構成したことを特徴とする微小点光量読取装置。A minute point light reading device for sequentially selecting a plurality of minute points arranged on the surface of the plane member and detecting light from each minute point; A read head that moves along a straight line included in a plane parallel to the surface of the flat member, and is provided in the read head, captures light from the surface of the flat member, and extends the captured light in a direction in which the straight line extends. Optical means for guiding outside the read head along an optical path directed in a direction parallel to the straight line, and light detecting means for detecting light guided by the optical path outside the read head, A minute point light amount reading device, wherein detection of light from each of the plurality of minute points by light detecting means is sequentially obtained by movement of the reading head.
前記光路に平行光として導きだすレンズを備えているこ
とを特徴とする微小点光量読取装置。2. The invention according to claim 1, wherein said optical means takes in light from a surface of said plane member,
A minute point light amount reading device, comprising: a lens that guides the light path as parallel light.
小点を順次選択し、該微小点からの光を検出するように
した微小点光量読取装置において、 前記平面部材の表面の近傍で該平面部材の表面と平行な
面内に含まれる直線に沿って移動する読取ヘッドと、 前記読取ヘッドに備えられ、前記平面部材の表面から光
を取込み、取込んだ光を、前記直線の延長方向を含む該
直線と平行な方向に向かう検出光用の光路に沿って、前
記読取ヘッドの外部に導き出す第１の光学手段と、 前記光路により導き出された光を前記読取ヘッドの外部
で検出する光検出手段と、 前記検出光用の光路と平行な照明光用の光路に沿って前
記読取ヘッドにレーザ光を導入するレーザ光照射手段
と、 前記読取ヘッドに備えられ、前記レーザ光照射手段から
導入されたレーザ光を前記平面部材の表面に照射する第
２の光学手段とを設け、 前記光検出手段による前記複数の微小点の各々からの光
の検出と、前記第２の光学手段による前記複数の微小点
のそれぞれに対するレーザ光の照射とが、前記読取ヘッ
ドの移動により順次得られるように構成したことを特徴
とする微小点光量読取装置。3. A minute point light amount reading device in which a plurality of minute points arranged on a surface of a plane member are sequentially selected and light from the minute point is detected. A read head that moves along a straight line included in a plane parallel to the surface of the flat member, and is provided in the read head, captures light from the surface of the flat member, and extends the captured light by extending the straight line. First optical means for guiding outside the reading head along an optical path for detection light directed in a direction parallel to the straight line including the direction, and detecting light guided by the optical path outside the reading head. A light detection unit; a laser light irradiation unit that introduces laser light to the read head along an illumination light path parallel to the detection light optical path; and Introduced Les Second optical means for irradiating the surface of the plane member with the light; detecting light from each of the plurality of minute points by the light detecting means; and detecting the plurality of minute lights by the second optical means. A minute point light amount reading device, wherein irradiation of laser light to each of the points is sequentially obtained by movement of the reading head.
す格子状に配列されており、 前記光検出手段による前記複数の微小点の各々から発生
される光の検出と、前記第２の光学手段による前記複数
の微小点のそれぞれに対するレーザ光の照射とが、前記
読取ヘッドの前記行方向の移動と、前記平面部材の前記
列方向の移動により順次得られるように構成したことを
特徴とする微小点光量読取装置。4. The invention according to claim 3, wherein the minute points are arranged on the surface of the flat member in a grid pattern in a row direction and a column direction. The detection of the generated light and the irradiation of the plurality of minute points with the laser light by the second optical unit are performed by moving the read head in the row direction and moving the plane member in the column direction. A minute point light amount reading device, which is configured to be sequentially obtained by the following.
れており、 前記光検出手段による前記複数の微小点の各々から発生
される光の検出と、前記第２の光学手段による前記複数
の微小点のそれぞれに対するレーザ光の照射とが、前記
読取ヘッドの前記渦巻の径方向に向かう移動と、前記平
面部材の回転移動により順次得られるように構成したこ
とを特徴とする微小点光量読取装置。5. The invention according to claim 3, wherein the minute points are spirally arranged on the surface of the plane member, and the light detecting means detects light generated from each of the plurality of minute points. And irradiating the laser light to each of the plurality of minute points by the second optical unit so that the read head is moved in the radial direction of the spiral and the rotational movement of the plane member is sequentially obtained. A minute point light quantity reading device characterized by comprising.
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|---|---|---|---|
| JP10292332A JP2000121559A (en) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | Device for reading quantity of light of micro spot |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060926 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070206 |