JPWO2004063731A1 - Photodetector - Google Patents
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Abstract
光検出装置は、試料の標識した物質に光を照射するための光を発する半導体光源ユニットと、前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を集光するための集光レンズと、前記照射光により標識物質が励起されて発せられた光を選択的に透過するフィルタと、前記集光レンズを通過した光を検出する光検出器とを有する光検出ユニットと、を有し、前記照射光の光路が前記光検出ユニットの光路とは異なる光路である。A photodetection device includes a semiconductor light source unit that emits light for irradiating a substance labeled with a sample, and a condensing lens for condensing the light emitted by irradiating the labeling substance with the irradiation light. And a light detection unit having a filter that selectively transmits light emitted when the labeling substance is excited by the irradiation light, and a light detector that detects light that has passed through the condenser lens. The optical path of the irradiation light is different from the optical path of the light detection unit.
Description
関連出願
この出願は、２００３年１月１６日に出願された先の日本国特許出願２００３−８３７５と２００３年４月２３日に出願された先の日本国特許出願２００３−１１８３４４とに基づく優先権を主張するものであって、これらの内容はこの出願に取り込まれるものであります。RELATED APPLICATION This application is based on prior Japanese patent application 2003-8375 filed on January 16, 2003 and previous Japanese patent application 2003-118344 filed on April 23, 2003. The content of which is incorporated into this application.
本発明は、ＤＮＡやＤＮＡ等の核酸の解析や抗原抗体反応、たんぱく質の結合反応などの解析に用いられる生物由来物質の検査装置に適用される光検出装置に関する。 The present invention relates to a photodetection device applied to a biological material inspection apparatus used for analysis of DNA, nucleic acids such as DNA, antigen-antibody reaction, protein binding reaction, and the like.
実用化されている主な遺伝子検査方法として、生体試料から核酸を抽出し、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ポリメラーゼ連鎖反応）法やＮＡＳＢＡ（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ−Ｂａｓｅｄ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ：核酸配列に基礎をおいた増幅法）法などを用いて放射性同位元素や、蛍光色素を標識された核酸の増幅を行ってターゲット遺伝子を増幅し、ターゲット遺伝子の塩基配列またはその濃度を測定する方法などが知られている。
遺伝子の発現量の検査や突然変異などの解析には、電気泳動法が用いられている。しかし、電気泳動法は、測定に手間と時間がかかり、また一度に行える測定に制限があるなどの問題点があった。
そこで、最近では、蛍光標識された核酸を複数のキャピラリー内で反応させ、多くの試料を一度に迅速に処理できるキャピラリー電気泳動法が広く用いられている。キャピラリー電気泳動法によれば、従来の電気泳動法を用いた方法に比べて、より短時間で簡便に測定ができる。
さらに、最近になって、同時に複数の遺伝子検査を行うことができるＤＮＡチップを用いた検査方法が新しく開発されている。ＤＮＡチップには、ガラス基板の表面に多数のＤＮＡプローブを固定化するＤＮＡチップや半導体製造工程を応用してシリコンウエハ上の微小な領域に合成した多数のオリゴプローブなどを付着させたＤＮＡチップがある。
上記のようなＤＮＡチップを用いた検査方法では、サンプル中のＤＮＡの塩基配列や発現量を複数、同時に決定できる。また、ＤＮＡチップの応用によって多くの遺伝子発現量や複数の突然変異の解析など、多様な検査を行うことが可能となっている。さらには、ＤＮＡチップを用いて得られたデータから、多くの遺伝子を複数のグループに分類して、発生や分化に伴う遺伝子の変動に関する情報なども得ることができる。
ところが、ＤＮＡチップを用いた遺伝子解析法は、次のような問題を有する。一度に多数の検査を行える利点があるものの、長い検査時間を必要とする。全体を通して検査工程が多く、且つ煩雑な操作が必要であるため、再現性のよい検出結果が得られにくい。
上記のような問題を克服するために、ＤＮＡチップの担体として、再現性がよく、且つ短時間でＤＮＡチップと同様の検査を行うことができる多孔質のフィルタを用いる方法や、ハイブリダイゼーション反応を電気的な力によって行う方法が開発されている（例えば、特表平９−５０４８６４号公報、特表平２０００−５１５２５１号公報および特表平２００１−５０１３０１号公報参照）。
さらに、最近になって、ＤＮＡマイクロアレイを用いた遺伝子検査装置が考えられている。この装置では、ＤＮＡマイクロアレイの反応槽内で起こった反応生成物から発せられた蛍光を用いて遺伝子解析を行う装置である。この装置は、顕微鏡をベースとした装置である。ＤＮＡマイクロアレイの反応槽内で予め蛍光標識された標的核酸と核酸プローブとの間でハイブリダイゼーション反応を起こさせ、この反応によりＤＮＡマイクロアレイに捕捉された蛍光物質からの蛍光信号を取得し、これを基に蛍光画像を得るようにしている。ここで、ＤＮＡマイクロアレイは、反応槽（液体収容部）を有している。
このようなＤＮＡマイクロアレイを用いた遺伝子検査方法では、蛍光物質を効率よく励起して、ＤＮＡマイクロアレイの反応槽内で起こった反応生成物から安定した蛍光を発生させることが、精度の高い遺伝子解析を行う上で極めて重要である。
従来、光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源（この場合は励起光）を用いて蛍光物質に励起光を照射して蛍光物質を励起し、励起された蛍光物質が発する蛍光に対して入射光の波長を選択的に透過するフィルタ手段を通して固体撮像素子で蛍光信号を受光し、この蛍光信号に基づいて蛍光画像を得るようにした装置が提案されている（例えば、特開平１０−１３２７４４号公報参照）。
ＬＥＤからの光をダイクロイックミラー、対物レンズを介して励起光としてウェルに照射し、試料から発光された蛍光を対物レンズ、ダイクロイックミラーを介しピンホールユニットを介して光電子増倍管で検出するようにした装置も提案されている（特開２００２−１１６１４８号公報参照）。
半導体光源を２次元的に配列して面光源としてコンデンサレンズを介して標本を照明し、標本を透過した光を対物レンズに入射するようにした装置、つまり、２次元的に配列した半導体光源からの照明光を光軸に沿って送り、対物レンズの光軸と一致させた状態で、対物レンズに入射し、拡大した画像が得られるようにした装置が提案されている（特公平７−１２２６９４号公報参照）。
半導体励起光源を用いて、対物レンズを介して試料に光を当てて試料内部の蛍光色素を励起し、試料からの蛍光を入射光と同じ光学系を通して光検出器で検出するようにした装置も提案されている（ＵＳＰ６１５４２８２号参照）。
通常、ＬＥＤ光源は蛍光物質を励起するのに十分な量の光強度を有しておらず、蛍光物質より十分な蛍光を発生させることができない。このため、ＬＥＤを光源に用いた場合には、ＣＣＤカメラなどの通常用いられる光検出手段で受光することが困難な場合が多い。従って、蛍光物質を励起するための光源としてＬＥＤ光源を用いる場合は、できる限り出力強度が大きい機種を選択することは勿論のこと、２個以上のＬＥＤを束にして、できるだけ試料面に近づけることや、蛍光物質に十分な励起光が均一に当たるようにすることなどの工夫が必要である。As a main genetic testing method in practical use, nucleic acid is extracted from a biological sample, PCR (Polymerase Chain Reaction) method or NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification: amplification method based on nucleic acid sequence) ) Method is used to amplify a radioisotope or a nucleic acid labeled with a fluorescent dye to amplify the target gene, and measure the base sequence of the target gene or its concentration.
Electrophoresis is used for testing gene expression levels and analyzing mutations. However, the electrophoresis method has problems such as time-consuming and time-consuming measurement, and limitations on measurement that can be performed at one time.
In recent years, therefore, capillary electrophoresis has been widely used in which fluorescently labeled nucleic acids are reacted in a plurality of capillaries and many samples can be rapidly processed at once. According to the capillary electrophoresis method, it is possible to perform measurement more easily in a shorter time than a method using a conventional electrophoresis method.
Furthermore, recently, a test method using a DNA chip capable of performing a plurality of gene tests at the same time has been newly developed. DNA chips include a DNA chip that fixes a large number of DNA probes on the surface of a glass substrate, and a DNA chip in which a large number of oligo probes synthesized on a small area on a silicon wafer are applied by applying a semiconductor manufacturing process. is there.
In the inspection method using a DNA chip as described above, a plurality of DNA base sequences and expression levels in a sample can be determined simultaneously. In addition, various tests such as analysis of many gene expression levels and multiple mutations can be performed by applying a DNA chip. Furthermore, from data obtained using a DNA chip, it is possible to classify many genes into a plurality of groups and to obtain information on gene fluctuations accompanying development and differentiation.
However, the gene analysis method using a DNA chip has the following problems. Although there is an advantage that a large number of inspections can be performed at one time, a long inspection time is required. Since there are many inspection processes throughout and a complicated operation is required, it is difficult to obtain a detection result with good reproducibility.
In order to overcome the above-described problems, a method using a porous filter that can perform the same test as a DNA chip in a short time as a carrier of a DNA chip, and a hybridization reaction are performed. Methods using electric force have been developed (see, for example, JP-T 9-504864, JP-T 2000-515251, and JP-T 2001-501301).
Furthermore, recently, a genetic testing apparatus using a DNA microarray has been considered. In this apparatus, gene analysis is performed using fluorescence emitted from a reaction product generated in a reaction chamber of a DNA microarray. This device is a microscope-based device. In the reaction chamber of the DNA microarray, a hybridization reaction is caused between the target nucleic acid and the nucleic acid probe that have been fluorescently labeled in advance, and the fluorescence signal from the fluorescent substance captured by the DNA microarray is obtained by this reaction. A fluorescent image is obtained. Here, the DNA microarray has a reaction tank (liquid container).
In such a genetic testing method using a DNA microarray, a fluorescent substance is efficiently excited, and stable fluorescence is generated from a reaction product generated in the reaction chamber of the DNA microarray. It is extremely important to do.
Conventionally, an LED (Light Emitting Diode) light source (excitation light in this case) is used as a light source to irradiate the fluorescent material with excitation light to excite the fluorescent material, and the incident light is irradiated with respect to the fluorescence emitted by the excited fluorescent material. An apparatus has been proposed in which a fluorescence signal is received by a solid-state imaging device through filter means that selectively transmits wavelengths, and a fluorescence image is obtained based on the fluorescence signal (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-132744). ).
Light from the LED is irradiated to the well as excitation light via a dichroic mirror and objective lens, and fluorescence emitted from the sample is detected by a photomultiplier tube via a pinhole unit via the objective lens and dichroic mirror. An apparatus has also been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-116148).
From a device in which semiconductor light sources are two-dimensionally arranged to illuminate a specimen through a condenser lens as a surface light source and light transmitted through the specimen is incident on an objective lens, that is, from a two-dimensionally arranged semiconductor light source An apparatus has been proposed in which an illumination image is sent along the optical axis and incident on the objective lens in a state where the illumination light coincides with the optical axis of the objective lens to obtain an enlarged image (Japanese Patent Publication No. 7-122694). No. publication).
Some devices use a semiconductor excitation light source to illuminate the sample through the objective lens to excite the fluorescent dye inside the sample and detect the fluorescence from the sample with a photodetector through the same optical system as the incident light. It has been proposed (see USP 6154282).
Usually, the LED light source does not have a sufficient amount of light intensity to excite the fluorescent material, and cannot generate more fluorescence than the fluorescent material. For this reason, when an LED is used as a light source, it is often difficult to receive light by a commonly used light detection means such as a CCD camera. Therefore, when an LED light source is used as a light source for exciting the fluorescent material, a model having as high an output intensity as possible is selected, and two or more LEDs are bundled so as to be as close to the sample surface as possible. In addition, it is necessary to devise such that sufficient excitation light uniformly strikes the fluorescent material.
本発明の一局面では、十分な光を効率よく照射でき、信頼性の高い蛍光検出を行うことができる光検出装置を提供する。
本発明の一局面に係る光検出装置は、試料の標識した物質を照射するための光を発する半導体光源手段と、前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を集光するための集光レンズと、前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を選択的に透過するフィルタと、前記集光レンズを通過した光を検出する光検出器とを有する光検出手段と、を具備し、前記励起光の光路が前記光検出手段の光路とは異なる光路であることを特徴とする。
本発明の他の局面に係る光検出装置は、試料の標識した物質を照射するための光を発する半導体光源手段と、前記半導体光源手段は、半導体発光素子と、光学素子とを含み、前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を集光するための集光レンズと、前記照射光により標識物質が照射されて発せられた光を選択的に透過するフィルタと、前記集光レンズを通過した光を検出する光検出器とを有する光検出手段と、を具備することを特徴とする。In one aspect of the present invention, a photodetector is provided that can efficiently irradiate sufficient light and perform highly reliable fluorescence detection.
A light detection apparatus according to an aspect of the present invention condenses light emitted by irradiating a labeling substance with the semiconductor light source means that emits light for irradiating a substance labeled with a sample. Light having a condensing lens, a filter that selectively transmits light emitted when the labeling substance is irradiated with the irradiation light, and a light detector that detects the light that has passed through the condensing lens Detecting means, and the optical path of the excitation light is different from the optical path of the light detecting means.
A light detection apparatus according to another aspect of the present invention includes a semiconductor light source unit that emits light for irradiating a substance labeled with a sample, and the semiconductor light source unit includes a semiconductor light emitting element and an optical element, and the irradiation A condensing lens for condensing the light emitted when the labeling substance is irradiated with light, a filter that selectively transmits the light emitted when the labeling substance is irradiated with the irradiation light, and the collecting And a light detecting means having a light detector for detecting light that has passed through the light lens.
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光検査装置の概略構成を示す図。
図２は、第１の実施の形態に用いられるＤＮＡ反応容器の一例の概略構成を示す図。
図３は、第１の実施の形態に用いられるＤＮＡ反応容器の他の例の概略構成を示す図。
図４Ａ及び図４Ｂは、第１の実施の形態の試料上への光の照射を説明するための図。
図５は、第１の実施の形態に係る光検査装置全体を示すブロック図。
図６は、第１の実施の形態の第１の変形例に係るＬＥＤ光源ユニットの概略構成を示す図。
図７は、第１の実施の形態の第２の変形例に係るＬＥＤ光源ユニットの概略構成を示す図。
図８は、第１の実施の形態の第３の変形例に係るＬＥＤ光源ユニットの概略構成を示す図。
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る光検査装置の要部の概略構成を示す図。
図１０は、第２の実施の形態の変形例に係る光検査装置の概略構成を示す図。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る光検査装置の概略構成を示す図。
図１２は、第３の実施の形態に用いられる測定光学系の概略構成を示す図。
図１３は、第３の実施の形態に用いられるＬＥＤ光源ユニット駆動回路を示すブロック図。
図１４は、第３の実施の形態に用いられるＬＥＤ光源駆動回路の概略構成を示す図。
図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る光検査装置の概略構成を示す図。
図１６は、第４の実施の形態の第１の変形例に係る光検査装置の概略構成を示す図。
図１７は、第４の実施の形態の第２の変形例に係る光検査装置の概略構成を示す図。
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る光検査装置の概略構成を示す図。
図１９は、第５の実施の形態の変形例に係る光検査装置の概略構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a DNA reaction vessel used in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of another example of the DNA reaction vessel used in the first embodiment.
4A and 4B are diagrams for explaining light irradiation on the sample according to the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing the entire optical inspection apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of an LED light source unit according to a first modification of the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of an LED light source unit according to a second modification of the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of an LED light source unit according to a third modification of the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of an optical inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a modification of the second embodiment.
11A and 11B are diagrams showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement optical system used in the third embodiment.
FIG. 13 is a block diagram showing an LED light source unit drive circuit used in the third embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of an LED light source driving circuit used in the third embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a first modification of the fourth embodiment.
FIG. 17 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a second modification of the fourth embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a modification of the fifth embodiment.
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。なお、以下の実施の形態においては、励起光を蛍光物質に照射して、蛍光物質からの蛍光を検査する蛍光検出装置について説明するが、標識物質に光を照射し、標識から発せられる散乱光や反射光を検出する検出装置にも適用可能であることはもちろんである（以下、これらを総称して「光検出装置」と称する）。蛍光物質としては、種々の蛍光色素、蛍光ガラス粒子も用いることができる。なお、散乱光や反射光で検出を行う場合の標識物質としては、金属粒子や誘電体粒子を用いる。例えば、金属粒子の他には、銀、白金、シリコンなどの微粒子やラテックス粒子を用いることができる。特に、金、銀、白金などの金属の微粒子は、粒径が１０〜１００ｎｍのものが、運動状態にある粒子の速さが最適となるため、特に好ましい。また、ラテックス粒子は、粒径が０．１〜１μｍのものが、同様に、運動状態にある粒子の速さが最適となるため、特に好ましい。適切な粒径は、粒子の比重とブラウン運動の速さにより決定される。ここで、粒子の運動状態は、例えば、ブラウン運動や振動などがあげられる。
なお、本明細書で使用する「特異的結合物質」とは、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他のタンパク、核酸、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡなどであって、生体由来物質と特異的に結合可能な物質を意味し、プローブと呼ばれる。
また、「生体由来物質」とは、プローブを固相化する基材上の所定の位置に配置された既知の特異的結合物質と特異的に結合する物質であって、生体から抽出、単離等された物質を意味するが、生体から直接抽出されたものだけでなく、これらを化学処理、化学修飾等したものも含まれる。例えば、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他のタンパク、核酸、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡなどの物質である。
「生体由来物質」と「特定結合物質」が特異的に結合するとは、例えば、ＤＮＡやＲＮＡ等で見られる相補的なヌクレオチド配列の間に不安定な二重鎖が形成されるような場合（ハイブリダイゼーション）や、抗原と抗体、ピオチンとアピジン等のように、特定の物質とのみ選択的に反応するきわめて特異性の高い結合を意味する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光検査装置の概略構成を示す図である。本発明の各実施の形態に係る光検査装置は、集光レンズと、試料の保持手段と、光源と、光検出器を有する。
図１において、光検査装置は試料台１を備え、試料台１上には、被検体としてのＤＮＡ反応容器２が載置されている。
図２は、ＤＮＡ反応容器２の具体例としてのＤＮＡスライドガラス反応容器３を示す図である。ＤＮＡスライドガラス反応容器３は、スライドガラス状の反応容器中に配列された試料槽３０１を有する。試料槽３０１の中には、ＤＮＡマイクロアレイ３０２が敷設されている。
上記の構成において、試料槽３０１内に試料溶液（試験サンプル）が注入されると、ＤＮＡマイクロアレイ３０２内で予め蛍光標識された標的核酸と核酸プローブとの間でハイブリダイゼーション反応が生じる。このハイブリダイゼーション反応によりＤＮＡマイクロアレイに捕捉された蛍光物質、例えば蛍光色素物質が蛍光を発する。この場合、反応に寄与しなかった試料溶液は緩衝液と共に洗浄される。
図３は、他のＤＮＡ反応容器４の具体例を示す図である。ＤＮＡ反応容器４は、プラスチック材で形成されている。ＤＮＡ反応容器４には、複数の試料槽４０１が配列されており、試料槽４０１の中にＤＮＡマイクロアレイ４０２が敷設されている。上記の構成において、試料槽４０１内に試料溶液（試験サンプル）が注入されると、ＤＮＡマイクロアレイ４０２内で予め蛍光標識された標的核酸と核酸プローブとの間でハイブリダイゼーション反応が生じる。ハイブリダイゼーション反応によりＤＮＡマイクロアレイに捕捉された蛍光物質、例えば蛍光色素が蛍光を発する。この場合、反応に寄与しなかった試料溶液は緩衝液と共に洗浄される。
試料台１の上方には、集光レンズとして対物レンズ５が配置されている。対物レンズ５は、その光軸５ａが試料槽２０１の中心と一致するように、試料台１面からの垂線上に位置されている。
対物レンズ５は、対物レンズ保持機構６に保持されている。対物レンズ保持機構６は、筒状の保持部材６０１を有している。保持部材６０１の内部には、対物レンズ５の基端部が嵌め込まれている。保持部材６０１の周面には、円周方向に沿って等間隔に複数のネジ穴６０２が形成されている。保持部材６０１の周面が当接するように固定部材６０３が設けられている。固定部材６０３は、図示しない装置本体に固定され、対物レンズ５の光軸方向に沿った長穴６０４が固定部材６０３に形成されている。長穴６０４を介して保持部材６０１周面のネジ穴６０２に位置調整用ネジ６０５がねじ込まれている。位置調整用ネジ６０５のねじ込みを緩めることで、対物レンズ５が保持部材６０１とともに、長穴６０４に沿って光軸５ａ方向に移動する。これにより、フォーカスを調整できる。
対物レンズ５の光軸５ａ上には、対物レンズ５とともに光検出手段を構成するフィルタ７、結像レンズ８および光検出器９が配置されている。フィルタ７は、試料２０２に標識された蛍光物質が励起されて発せられた蛍光を選択的に透過する。結像レンズ８は、フィルタ７で選択された蛍光を光検出器９の検出面に結像する。光検出器９は、検出面に集光された蛍光の強度を検出して、電気信号に変換し、後述するコンピュータ１０に出力する。ここで、結像レンズ８は、素材として通常のレンズに用いられているＢＫ７などのガラスレンズでも良いが、結像レンズ８として、石英ガラス、あるいはプラスチックレンズ、または回折光学素子、液晶レンズなど、通常の可視光に対して集光作用を施すことができる素子や素材を用いることができる。
対物レンズ５の周囲には、半導体光源手段として複数のＬＥＤ光源ユニット１１（例えば、４個のＬＥＤ光源ユニット１１、図１では３個のＬＥＤ光源ユニット１１を図示）が配置されている。
ＬＥＤ光源ユニット１１は、筒状のＬＥＤ光源ホルダー１１０１を有している。ＬＥＤ光源ホルダー１１０１は、その内部に配置されたＬＥＤ光源１１０２を有している。ＬＥＤ光源ホルダー１１０１の内部に配置されたＬＥＤ光源１１０２から発する光の光路上には、バンドパスフィルタ１１０３が配置されている。バンドパスフィルタ１１０３は、ＬＥＤ光源１１０２から発する光の波長域近傍を主に通過させる。
複数のＬＥＤ光源ユニット１１がそれぞれ有するＬＥＤ光源１１０２の発光波長のスペクトル特性は同一である。
ＬＥＤ光源ユニット１１からの光は、試料台１上の試料槽２０１の試料２０２に対して励起光として照射される。この場合、試料２０２に対する各ＬＥＤ光源ユニット１１は、試料２０２面を均一の明るさで照明する位置に取り付けることが必要である。すなわち、試料２０２に照射される光の入射角度に起因して試料２０２面で励起ムラが生じず、一部または全面に立体部分を有する試料２０２に対しても影や励起ムラが生じないように、各ＬＥＤ光源ユニット１１が取り付けられる。
具体的には、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、各ＬＥＤ光源ユニット１１（合計４個）の光の中心軸が、試料２０２面の周縁ａ、ｂ、ｃ、ｄを通り、且つ試料２０２面の略中心軸上の垂直上方または下方の空間位置の１点ｅ（又はｆ）で交差するように、各ＬＥＤ光源ユニット１１の取り付け位置が設定されている。この場合において、試料２０２面で励起ムラが生じないようにできるならば、試料２０２面の中心軸上からずれた位置であっても、試料２０２面の垂直上方または下方の空間位置の１点で交差するように各ＬＥＤ光源ユニット１１の取り付け位置を設定することも可能である。
なお、ＬＥＤ光源ユニット１１から試料台１上の試料２０２に照射される励起光は、試料２０２上面に限らず、試料２０２内部の対物レンズ５の光軸と直交する面に照射する場合も考えられる。
このように構成された光検査装置の主要部は、遮光ボックス１２内に設置され、外部から遮光されている。
図５は、光検査装置全体のブロック図を示している。
図５において、コンピュータ１０は、表示手段としてのモニタ１３を備えている。コンピュータ１０には、図１に記載の装置の主要部を含む蛍光検出ユニット１４と各ＬＥＤ光源ユニット１１を駆動する駆動手段としてのＬＥＤ光源ユニット駆動回路１５とが接続されている。ＬＥＤ光源ユニット駆動回路１５は、コンピュータ１０からの制御指令を受けると、蛍光検出ユニット１４内のＬＥＤ光源ユニット１１のうちから駆動するＬＥＤ光源ユニット１１を決定すると同時に、ＬＥＤ光源ユニット１１の駆動電流の大きさを設定してＬＥＤ光源ユニット１１に駆動電流を供給する。
上記のように構成した実施の形態の動作を説明する。
いま、コンピュータ１０がＬＥＤ光源ユニット駆動回路１５に制御指令を送ると、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路１５は、この時の指令内容に応じて、蛍光検出ユニット１４内のＬＥＤ光源ユニット１１のうちから駆動するＬＥＤ光源ユニット１１を決定し、同時に、ＬＥＤ光源ユニット１１の駆動電流の大きさを決定してＬＥＤ光源ユニット１１に駆動電流を供給する。
ここで、以下の説明においては、蛍光検出ユニット１４内の全て（４個）のＬＥＤ光源ユニット１１が同時に駆動されたものとして説明する。
ＬＥＤ光源１１０２より光が発せられると、バンドパスフィルタ１１０３を通過した所定波長域の光が試料台１上の試料槽２０１の試料２０２に向けて励起光として照射される。
この場合、各ＬＥＤ光源１１０２からの光は、試料２０２面で励起ムラが生じないように、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、それぞれの光の中心軸が、試料２０２面の周縁ａ、ｂ、ｃ、ｄを通り、且つ試料２０２面の略中心軸上の垂直上方（または下方）の空間位置の１点ｅ（又はｆ）で交差するように、各ＬＥＤ光源１１０２が配置されている。
ＬＥＤ光源１１０２が励起光を試料２０２に照射することによって、試料２０２内の蛍光物質が蛍光を発する。この蛍光は、対物レンズ５により集光され、フィルタ７、結像レンズ８を透過して光検出器９の検出面に結像される。光検出器９は、蛍光の強度を検出して、電気信号に変換した後に、当該電気信号をコンピュータ１０に出力する。
コンピュータ１０は、輪郭強調、コントラスト補正、色補正などの画像処理や信号解析などを行い、蛍光画像としてモニタ１３上に表示する。
上記のように、第１の実施の形態では、同一発光波長のスペクトルを有するＬＥＤ光源１１０２を有する複数のＬＥＤ光源ユニット１１（例えば４個のＬＥＤ光源ユニット１１）を対物レンズ５の周囲に並べて配置し、複数のＬＥＤ光源ユニット１１で同時に励起光を試料２０２に照射するようにしたので、試料２０２内の蛍光物質を励起するのに十分な強度の励起光を効率よく得ることができる。
また、複数のＬＥＤ光源１１０２からの光が試料２０２面で均一になるように、それぞれの光の中心軸が、試料２０２面の周縁を通り、且つ試料２０２面の略中心軸上の垂直上方または下方の空間位置の１点で交差するように設定したので、試料２０２面での影や励起ムラを無くすことができ、試料槽２０１内で生成される蛍光物質より安定した蛍光を発生させることができる。
さらに、ＬＥＤ光源１１０２からの光は、対物レンズ５の光軸から所定の角度を持った斜め上方から試料２０２面に向けて照射されるので、試料２０２表面からの鏡面反射光が、そのまま対物レンズ５側の受光用光路を通過して光検出器９にノイズ光として入ることがなく、ノイズ光を低減することができる。
さらに、蛍光物質を励起するための励起光源としてＬＥＤを用いているので、安価で、長寿命で、発熱が少なく、しかも安全である。さらに消費電力も少なくできる。また装置構成を小型で携帯性に富むものにできる。
さらに、ＬＥＤ光源ユニット１１は、ＬＥＤ光源１１０２以外の光学素子として、バンドパスフィルタ１１０３のみを有しているので、構成が簡素であり、組立てや光軸の調整が容易であるばかりでなく、コストの低減にもつながり、有用である。
さらに、ＬＥＤ光源ユニット１１を対物レンズ５の周囲に配置することによって、励起光の光路と蛍光検出のための対物レンズ５を有する光路とを分離しているので、ダイクロイックミラーのような余分な光学素子を設置する必要もなく、この点でも簡単な装置構成にできる。またダイクロイックミラーなどの光学素子がないために、これらの光学素子表面で発生する反射光や散乱光、またこれらの光学素子を光が通過することによって生じる蛍光強度の減衰などが生じないので、光検出器９で検出される光強度の損失を最小限に抑えることができる。しかも、励起光が通る励起用光路と蛍光検出手段の光路が完全に分離されているので、双方の光軸を合わせるための調整が不要であり、装置全体の光軸調整が簡素化できる。従って、これらのことから、常に信頼性の高い蛍光検出を行うことができる。
（第１の変形例）
上述したＬＥＤ光源ユニット１１として、例えば、図６に示すようなＬＥＤ光源ユニット１６を使用することができる。
図６は、第１の実施の形態の第１の変形例に係るＬＥＤ光源ユニット１６の概略構成を示す図である。
ＬＥＤ光源ユニット１６は、筒状のＬＥＤ光源ホルダー１６０１を有している。ＬＥＤ光源ホルダー１６０１は、その内部に配置されたＬＥＤ光源１６０２を有している。また、ＬＥＤ光源ホルダー１６０１の内部に配置されたＬＥＤ光源１６０２から発する光の光路上には、バンドパスフィルタ１６０３、拡散板１６０４、集光レンズ１６０５が配置されている。ここで、バンドパスフィルタ１６０３は、ＬＥＤ光源１６０２から発する光のうち波長域近傍を主に透過させる。拡散板１６０４は、バンドパスフィルタ１６０３を透過したＬＥＤ光源１６０２からの光の強度の不均一性（強度ムラ）を抑えるために使用される。拡散板１６０４として、例えば“すりガラス”や半透明のプラスチック板などが用いられている。集光レンズ１６０５は、拡散板１６０４で拡散された光を集光し、焦点距離で決まる位置に当該拡散光をフォーカスする。この場合、バンドパスフィルタ１６０３と拡散板１６０４の位置は、拡散板１６０４、バンドパスフィルタ１６０３および集光レンズ１６０５の順でもよい。
第１の変形例に係るＬＥＤ光源ユニット１６は、ＬＥＤ光源１６０２から発する光の光路上に集光レンズ１６０５を有するので、試料２０２面に集光ビームを照射することができる。これにより、例えば集光レンズ１６０５のＮＡが０．９以上の大きい集光レンズ１６０５を用いれば、試料２０２面の極めて小さい領域、例えば直径０．５μｍ程度の範囲に、集光させることができ、特定の極めて狭い範囲の励起を行うことができる。また、ＬＥＤ光源１６０２からの励起光が集光ビームとなって、照射断面の面積が小さくなっているので、試料槽２０１の側壁など、試料２０２面以外の部位に励起光が照射され、ノイズ光となって、試料２０２からの蛍光に混入する要因となることを防ぐことができる。さらにＬＥＤ光源１６０２からの励起光を試料２０２面内の１点に集光させるように各ＬＥＤ光源１６０２の方向を調整してやれば、ＬＥＤ光源１６０２からの励起光を試料２０２面の中の所望の特定部分に限定して照射することができる。これにより、効率的にＬＥＤ光源１６０２からの励起光を試料２０２面内の所望の部位に照射することができる。しかも、ＬＥＤ光源１６０２からの励起光が集光されているので、効率良く蛍光物質を励起することができる。また光が拡散していないので、試料２０２面以外の試料槽２０１内の部分、例えば側壁などを含めて光を誤照射することなどを防止することができる。
（第２の変形例）
上述したＬＥＤ光源ユニット１１として、例えば、図７に示すようなＬＥＤ光源ユニット１７を使用することができる。
図７は、第１の実施の形態の第２の変形例に係るＬＥＤ光源ユニット１７の概略構成を示す図である。
ＬＥＤ光源ユニット１７は、筒状のＬＥＤ光源ホルダー１７０１を有している。ＬＥＤ光源ホルダー１７０１は、その内部に配置されたＬＥＤ光源１７０２を有している。また、ＬＥＤ光源ホルダー１７０１の内部に配置されたＬＥＤ光源１７０２から発する光の光路上には、バンドパスフィルタ１７０３、拡散板１７０４、コリメートレンズ１７０５が配置されている。ここで、バンドパスフィルタ１７０３および拡散板１７０４は、図６で説明したものと同様である。また、コリメートレンズ１７０５は、拡散板１７０４で拡散された光を平行な光に変換し、コリメート光を出射する。この場合、バンドパスフィルタ１７０３と拡散板１７０４の位置は、拡散板１７０４、バンドパスフィルタ１７０３およびコリメートレンズ１７０５の順でもよい。
第２の変形例に係るＬＥＤ光源ユニット１７は、ＬＥＤ光源１７０２から発する光の光路上に配置されたコリメートレンズ１７０５を有するので、試料２０２面にムラのないコリメート光を照射することができる。これにより、試料２０２面内の照射位置の特定が行いやすくなり、照射位置をコンピュータ制御により自動調整する上で容易にプログラムを組むことができるとともに、照射面位置とその照度などの予測も立てやすく、有益である。さらに手動により、励起光を照射する位置を設定するような場合においても、試料２０２面内での所望の照射位置に的確に励起光の操作を行うことができる。また、光が拡散していないので、試料２０２面以外の試料槽２０１内の部分、例えば側壁などを含めて光を誤照射することなどを防止することができる。
（第３の変形例）
上述したＬＥＤ光源ユニット１１として、例えば、図８に示すようなＬＥＤ光源ユニット１８を使用することができる。
図８は、第１の実施の形態の第３の変形例に係るＬＥＤ光源ユニット１８の概略構成を示す図である。
ＬＥＤ光源ユニット１８は、筒状のＬＥＤ光源ホルダー１８０１を有している。ＬＥＤ光源ホルダー１８０１は、その内部に配置されたＬＥＤ光源１８０２を有している。また、ＬＥＤ光源ホルダー１８０１の内部に配置されたＬＥＤ光源１８０２から発する光の光路上には、バンドパスフィルタ１８０３、拡散板１８０４が配置されている。ここで、バンドパスフィルタ１８０３および拡散板１８０４は、図６で説明したものと同様である。この場合、バンドパスフィルタ１８０３と拡散板１８０４の位置は、拡散板１８０４、バンドパスフィルタ１８０３の順でもよい。
第３の変形例に係るＬＥＤ光源ユニット１８は、ＬＥＤ光源１８０２から発する光の光路上に配置された拡散板１８０４を有するので、試料２０２面にムラのない拡散光を照射することができる。これにより、試料２０２面全体に渡ってほぼ一様な励起光をムラなく照射することができ、安定した、再現性の優れた蛍光を受光することができる。
なお、これらＬＥＤ光源ユニット１１、１６、１７、１８は、試料２０２や試料槽２０１の大きさや構造などに応じて使い分けることができる。つまり、ＬＥＤ光源ユニット１１、１６、１７、１８は、ＬＥＤ光源にバンドパスフィルタ、レンズ、拡散板などの光学素子を組み合わせて一体化に構成しているので、各ＬＥＤ光源ユニット単位で、励起光を集光したり、コリメート光としたり、拡散光とすることができる。これにより、試料２０２面への励起光のビームパターンをさまざまに制御することが可能であり、多彩な形状の試料槽２０１はもとより、凹凸のある試料にも対応することができる。また、ＬＥＤ光源ユニット１６（１７）として、用途に応じてバンドパスフィルタ１６０３（１７０３）、拡散板１６０４（１７０４）のいずれか一方を用いてもよいし、両方とも使わなくともよい。さらにＬＥＤ光源ユニット１１、１６、１７、１８のバンドパスフィルタ１１０３、１６０３、１７０３、１８０３は、試料として用いる蛍光色素の発光波長のスペクトル領域に応じて、ハイパスフィルタあるいはローパスフィルタとしても良いことは勿論である。集光レンズ１６０５やコリメートレンズ１７０５は素材として通常のレンズに用いられているＢＫ７などのガラスレンズでも良いが、集光レンズ１６０５やコリメートレンズ１７０５として、石英ガラス、あるいはプラスチックレンズ、または回折光学素子、液晶レンズなど、通常の可視光に対して集光作用を施すことができる素子や素材を用いることができる。また、第１の実施の形態では、対物レンズ５周囲に、複数のＬＥＤ光源ユニット１１が配置される場合を述べたが、試料２０２が極めて小さい場合には、図１において対物レンズ５周囲に配置されるＬＥＤ光源ユニット１１を１個のみとすることもできる。このようにしても、上述したと同様な効果を期待できる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、ＬＥＤ光源ユニットの試料面に対する傾き角を変化させて、光の照射角度を調整できるようにした実施の形態である。
図９は、第２の実施の形態の概略構成を示す図である。図９において、対物レンズ２１は、対物レンズ保持機構２２に保持されている。対物レンズ保持機構２２は、筒状の保持部材２２０１を有している。保持部材２２０１の内部に対物レンズ２１が嵌め込まれている。保持部材２２０１の周囲には、半導体光源手段保持部材としてＬＥＤ光源ユニットホルダー２３が設けられている。
ＬＥＤ光源ユニットホルダー２３には、周面方向に沿って均等な間隔で複数（例えば、８〜１２個程度）のＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１が設けられている。これらＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１は、試料台１上の試料２０２面に向かって傾斜して配置されている。傾斜角度は、対物レンズ２１の光軸２１ａに軸に対して４５°〜６０°程度となっている。また、ＬＥＤ光源ユニットホルダー２３の周面には、ＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１に貫通するネジ穴２３０２が設けられている。ネジ穴２３０２は、各ＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１に沿った方向に所定間隔をおいて２個所づつ形成されている。
ＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１には、ＬＥＤ光源ユニット２４が収容されている。ＬＥＤ光源ユニット２４は、筒状のホルダー２４０１を有し、ホルダー２４０１の内部にＬＥＤ光源２４０２が配置されている。そして、このようなＬＥＤ光源ユニット２４は、Ｏリング２５を介在させてＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１に収容されている。この場合、Ｏリング２５は、２個所のネジ穴２３０２の間に位置する。
ＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１には、ＬＥＤ光源ユニット２４のＬＥＤ光源２４０２から発する光の光路上に、バンドパスフィルタ２４０３が配置されている。ここで、バンドパスフィルタ２４０３は、ＬＥＤ光源２４０２から発する光の波長域近傍を主に通過させる。
また、ＬＥＤ光源ユニット２４のホルダー２４０１とバンドパスフィルタ２４０３の間には、スペーサ２６が配置されている。スペーサ２６は、ＬＥＤ光源２４０２とバンドパスフィルタ２４０３の位置決めを行う。スペーサ２６の素材としてはアルミニューム、真鍮などの金属あるいはプラスチックが用いられる。
各ＬＥＤ光源ユニット収納孔２３０１に貫通する２個所のネジ穴２３０２には、位置調整手段としての煽りネジ２７がねじ込まれている。煽りネジ２７は、ＬＥＤ光源ユニット２４のホルダー２４０１側面のＯリング２５を挟んだ２点を押圧する。煽りネジ２７の押圧力をねじ込み量により加減して、試料２０２面に対するＬＥＤ光源ユニット２４の傾き角を変化させることにより、光の照射角度を調整できる。この場合、これら２個の煽りネジ２７により調整されるＬＥＤ光源２４０２から発せられる光の照射角度は、±２〜３°程度となっている。
一方、保持部材２２０１の周面には、円周方向に沿って等間隔に複数のネジ穴２２０２が形成されている。また、保持部材２２０１の周面が当接するように固定部材２２０３が設けられている。固定部材２２０３は、装置本体２８側に固定されており、対物レンズ２１の光軸方向に沿った長穴２２０４が形成されている。そして、長穴２２０４を介して保持部材２２０１周面のネジ穴２２０２に位置調整用ネジ２２０５がねじ込まれている。これにより、位置調整用ネジ２２０５のねじ込みを緩めることで、対物レンズ２１は、保持部材２２０１とともに、長穴２２０４に沿って光軸２１ａ方向に移動する。これにより、フォーカスを調整できる。
上記の構成において、まず、各ＬＥＤ光源ユニット２４のＬＥＤ光源２４０２を点灯し、これらＬＥＤ光源２４０２から発せられる励起光を試料台１上の試料２０２面に照射する。この場合、ＬＥＤ光源２４０２から発せられる光の発光スペクトルは、全て同一である。
この状態で、対物レンズ保持機構２２の位置調整用ネジ２２０５を緩め、対物レンズ２１を保持部材２２０１とともに、光軸２１ａ方向（図示矢印Ａ方向）に移動させることでフォーカス調整を行う。
次に、ＬＥＤ光源ユニットホルダー２３の煽りネジ２７を緩めて、ＬＥＤ光源ユニット２４をＬＥＤ光源２４０２の光軸方向（図示矢印Ｂ方向）に移動させる。これにより、ＬＥＤ光源ユニットホルダー２３の高さ方向の位置調整を行い、試料２０２面上での明るさを調整する。続けて、煽りネジ２７によるねじ込み量を加減して、試料２０２面に対するＬＥＤ光源ユニット２４の傾き角（図示矢印Ｃ方向）を調整することにより、試料２０２に対する光の照射位置の微調整を行う。
このようにして、試料２０２面上での光の明るさを調整するとともに、光の照射角度の微調整を行い、図４Ａ及び図４Ｂで述べたように、それぞれのＬＥＤ光源ユニット２４から発せられる光の中心軸が、試料２０２面の周縁を通り、且つ試料２０２面の略中心軸上の垂直上方または下方の空間位置の１点で交差するように設定する。これにより、試料２０２面をムラなく均一の明るさで照明することができる。
また、こうすることで、試料２０２面の所望する特定の箇所に光を集光させることもできるので、蛍光物質の効率的な励起を行うことができると共に、試料槽２０１の側壁などに励起光が当たり、ノイズ光となることなども極力抑えることができる。
なお、第２の実施の形態では、煽りネジ２７のねじ込み量の調整を手動で行っているが、例えば煽りネジ２７のねじ込み量の調整に相当する箇所にモータを使用し、このモータをコンピュータに連動させて、自動的に操作できるようにしてもよい。また、ＬＥＤ光源ユニット２４は、高さ方向の位置調整および傾き角を少なくとも一方の調整のみできるようにしたものであってもよい。
（変形例）
ところで、試料面をムラなく均一の明るさの光で照明するには、事前にこの状態を確認する必要がある。
図１０は、第２の実施の形態の変形例に係る光検査装置の概略構成を示す図であり、図１と同一部分には、同符号を付している。また、本変形例では、図５で述べた光検査装置のブロック図を援用するものとする。
本変形例では、複数のＬＥＤ光源ユニット１１からの光が照射される試料台１上には、試料槽２０１に代えて光強度検出手段として光検出器３１が配置されている。ここで、光検出器３１としては、固体撮像素子（ＣＣＤカメラやＣＭＯＳセンサー）や撮像管などが用いられる。
光検出器３１は、各ＬＥＤ光源ユニット１１からの光の強度を個別に検出する。光検出器３１の検出出力は、図５で述べたコンピュータ１０に取り込まれる。
コンピュータ１０は、各ＬＥＤ光源ユニット１１からの光の強度に応じた光検出器３１の出力から光強度のバラツキを解析して、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路１５に信号を送り、各ＬＥＤ光源ユニット１１のＬＥＤ光源１１０２に供給する電流を個別に制御する。
本変更例では、各ＬＥＤ光源１１０２に供給する電流の大きさを試料面近傍で得られる光強度に基づいて制御できるので、各ＬＥＤ光源１１０２からの光を同一の明るさに揃えることができ、試料２０２面を均一の明るさで照明することができる。このため、試料２０２面での照明ムラを抑えることができ、試料槽２０１内の蛍光物質をほぼ一様に励起することができ、信頼性の高い蛍光検出を行うことができる。
本変形例では、コンピュータ１０を用いたて各ＬＥＤ光源１１０２に供給する電流の大きさを調整したが、光検出器３１で得られた各ＬＥＤ光源ユニット１１のＬＥＤ光源１１０２からの光の強度に基づいて手動でＬＥＤ光源ユニット駆動回路１５を調整して、ＬＥＤ光源１１０２からの光を同一の明るさに揃え、その後、光検出器３１を取り外し、この位置に試料槽２０１を設置し直すようにしてもよい。
一方、光検出器９に代えて撮像手段（例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳセンサー（共に図示せず）を使用し、試料台１上に試料槽２０１をそのまま載置しておいて、各ＬＥＤ光源ユニット１１のＬＥＤ光源１１０２からの光を試料槽２０１に個別に照射し、試料槽２０１からの蛍光を対物レンズ５、フィルタ７、結像レンズ８をそれぞれ通過させ、撮像手段で撮像し、撮像画像をコンピュータ１０に導きモニタ１３に表示させる。そして、モニタ１３の蛍光画像の各画素の明るさをコンピュータ１０で解析することにより、各ＬＥＤ光源１１０２からの光の強度のバラツキを判断し、この結果に基づいてＬＥＤ光源ユニット駆動回路１５を調整して、それぞれのＬＥＤ光源１１０２に供給する電流を個別に制御するようにもできる。
このようにしても、各ＬＥＤ光源１１０２からの光を同一の明るさに揃えることができるので、試料２０２面での照明ムラを抑えることができ、試料槽２０１内の蛍光物質をほぼ一様に励起することができる。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、ピーク発光波長の異なる２個以上のＬＥＤ光源を用いて複数種類の蛍光色素を励起し、蛍光信号を検出できるようにした実施の形態である。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、第３の実施の形態の概略構成を示す図で、図９と同一部分には、同符号を付している。また、第３の実施の形態では、図５で述べた光検査装置のブロック図を援用するものとする。
ＬＥＤ光源ユニットホルダー２３には、ピーク発光波長の異なる３種類のＬＥＤ光源を有する第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３が装着されている。一般にＬＥＤ光源の発光スペクトルは山型構造となっており、１つのピーク波長を有する。ここでは、例えば、第１のＬＥＤ光源ユニット４１は、発光のピーク波長が４９０ｎｍのＬＥＤ光源が用いられ、第２のＬＥＤ光源ユニット４２は、発光のピーク波長が５２０ｎｍのＬＥＤ光源が用いられ、第３のＬＥＤ光源ユニット４３は、発光のピーク波長が６３０ｎｍのＬＥＤ光源が用いられている。
第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３は、ＬＥＤ光源ユニットホルダー２３周囲に沿って、それぞれ４個ずつ対物レンズ２１を挟んで対称な位置に配置されている。つまり、これらの第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３は、それぞれ発光波長のスペクトル特性の異なるＬＥＤ光源を有しており、これら異なるスペクトル特性を有する第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３を順番にＬＥＤ光源ユニットホルダー２３の周囲に沿って等間隔で配置している。ここでは、第１のＬＥＤ光源ユニット４１、第２のＬＥＤ光源ユニット４１、第３のＬＥＤ光源ユニット４３の順に繰り返し配置されている。また、これら第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３は、対物レンズ２１を挟んで対向する位置に、同一スペクトル特性のものが来るように配置されている。
第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３のそれぞれのＬＥＤ光源の前方に設置されているバンドパスフィルタ（図面では、第１のＬＥＤ光源ユニット４１のＬＥＤ光源４１０１前方に設置されているバンドパスフィルタ４１０２のみ示している）は、それぞれのＬＥＤ光源の発光のピーク波長近傍を最も良く透過させる特性を持つものとなっている。すなわち、第１のＬＥＤ光源ユニット４１のバンドパスフィルタ４１０２は、最も良く透過させる波長が４９０ｎｍ付近に設定され、第２のＬＥＤ光源ユニット４２のバンドパスフィルタは、最も良く透過させる波長が５２０ｎｍ付近に設定され、第３のＬＥＤ光源ユニット４３のバンドパスフィルタは、最も良く透過させる波長が６３０ｎｍ付近に設定されている。
図１２は、このように構成された装置の光検出光学系の概略構成を示すもので、ここでは、上述した３種類の異なる波長をピーク発光波長に持つＬＥＤ光源ユニット４１，４２，４３により試料への励起光を照射する場合を示している。
図１２において、対物レンズ２１上方の光軸上に２個のダイクロイックミラー４５，４６が配置されている。
ダイクロイックミラー４５は、対物レンズ２１の光軸に対して略４５°の方向に反射光が進むように設置されており、蛍光色素ＦＩＴＣのピーク発光波長５２０ｎｍよりも少し長い波長、例えば５５０ｎｍ以下の波長の光を反射し、それよりも長い波長の光を透過させるような透過反射スペクトル特性を有している。また、ダイクロイックミラー４６は、対物レンズ２１の光軸に対して略４５°の方向に反射光が進むように設置されており、蛍光色素Ｃｙ３のピーク発光波長５６５ｎｍよりも少し長い波長、例えば６２０ｎｍ以下の波長の光を反射し、それよりも長い波長の光を透過させるような透過反射スペクトル特性を有している。
そして、ダイクロイックミラー４５の反射光路には、集光レンズ４７を介してＣＣＤカメラ４８が配置されている。また、ダイクロイックミラー４６の反射光路には、集光レンズ４９を介してＣＣＤカメラ５０が配置され、透過光路には、集光レンズ５１を介してＣＣＤカメラ５２が配置されている。
ＣＣＤカメラ４８、５０、５２の出力は、コンピュータ１０に送られる。
上記のような構成において、いま、１つのサンプルに対して、ターゲットＤＮＡを３種類設定し、これらにそれぞれ異なる蛍光色素ＦＩＴＣ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ−ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）、Ｃｙ３、Ｃｙ５を標識する。次に、これらの蛍光色素で標識されたＤＮＡを含んだサンプル溶液を試料槽に滴下し、ＤＮＡハイブリダイゼーションを行わせ、反応に寄与しなかった標識物質を緩衝液（ＰＢＳ（リン酸緩衝液）、ＥＤＴＡ（エチレンジアミンテトラ酢酸二ナトリウム）、ＮａＣｌの混合液：ＰＨ７．４）等で洗浄する。
このようにして取得された試料を図１１Ａ及び図１１Ｂに示す試料台１上にセットする。そして、各ＬＥＤ光源ユニット４１、４２，４３からの励起光を試料槽２０１に照射する。このとき、３種類の異なる波長をピーク発光波長に持つＬＥＤ光源からの光を全て同時に試料２０２面に照射する。
すると、ＤＮＡハイブリダイゼーションによってＤＮＡプローブと反応したサンプルに標識されている蛍光色素から蛍光が発せられ、これらの光は、図１２に示す対物レンズ２１を通過して、ダイクロイックミラー４５に到達する。この場合、蛍光色素ＦＩＴＣによる蛍光はダイクロイックミラー４５で反射され、レンズ４７を通過してＣＣＤカメラ４８に入り、コンピュータ１０に導かれ、ＦＩＴＣによる緑色の蛍光画像として得られる。また、蛍光色素Ｃｙ３による蛍光は、ダイクロイックミラー４５を透過し、ダイクロイックミラー４６で反射され、レンズ４９を通過してＣＣＤカメラ５０に入り、コンピュータ１０に導かれ、Ｃｙ３による橙色の蛍光画像として得られる。さらに蛍光色素Ｃｙ５による蛍光は、ダイクロイックミラー４５、ダイクロイックミラー４６をそれぞれ透過し、レンズ５１を通過してＣＣＤカメラ５２に入り、コンピュータ１０に導かれて、Ｃｙ５による赤色の蛍光画像が得られる。コンピュータ１０では、これらＣＣＤカメラ４８、５０、５２による３種類の蛍光色素からの蛍光画像を合成してモニタ１３上に出力するか、あるいは、３種類の蛍光色素からの蛍光画像を別々にモニタ１３上に表示する。
図１３は、第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３の駆動回路のブロック図を示す。
この場合、第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３の駆動回路として、それぞれＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６が設けられている。第１のＬＥＤ光源ユニット４１には、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４が接続され、第２のＬＥＤ光源ユニット４２には、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５が接続され、第３のＬＥＤ光源ユニット４３には、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６が接続されている。また、これらＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５およびＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６には、共通の電源装置５３が接続され、また、図５で述べたコンピュータ１０が接続されている。
ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６は、共通の電源装置５３より電源の供給を受ける。また、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６は、コンピュータ１０からの指令に基づいて制御され、第１のＬＥＤ光源ユニット４１、第２のＬＥＤ光源ユニット４２、第３のＬＥＤ光源ユニット４３の各ＬＥＤ光源に駆動電流を供給し、３種類の蛍光色素の励起光を発生させる。
この場合、これらの励起光により得られた３種類の蛍光信号は、図１２に示すように、それぞれダイクロイックミラー４５，４６によりＣＣＤカメラ４８、５０、５２に別々に到達し、これらＣＣＤカメラ４８、５０、５２からの画像出力信号がコンピュータ１０に導かれ、画像解析が行われ、３種類の蛍光色素による合成画像が生成され出力される。
図１４は、電源装置５３とＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、５５、５６の具体的な回路構成を示している。
この場合、電源装置５３は、１００Ｖの交流電源５７からの出力を、トランスから構成される変圧回路５８に導びき電圧調整を行う。変圧回路５８からの出力は、ダイオード４個から成るブリッジ整流回路５９に送って全波整流した後、平滑用コンデンサー６０によって平滑化する。平滑化された出力は、ダーリントン接続した２個のパワートランジスタ６１、６２およびＯＰアンプ６３より構成される定電圧回路６４に導びかれ、一定電圧として出力される。この場合、ツェナーダイオード６５の端子電圧を基準電圧にとり、ＯＰアンプ６６や抵抗などの回路素子より構成される可変基準電圧生成回路６７により可変基準電圧を生成している。そして、ＯＰアンプ６３に接続された可変基準抵抗６８の値を変化させることにより、可変基準電圧生成回路６７の可変基準電圧との関係から定電圧回路６４の電圧出力を調整し、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６に対して駆動電流を供給する。つまり、可変基準抵抗６８の値を変化させることによりＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６への駆動電流を同時に調整することができる。ここで、ＦＥＴ（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）７０は、万一、電流がショートした場合に急激な電流がＯＰアンプ６３に流れ、ＯＰアンプ６３を損傷する不測の事態を防ぐ働きを担う。また、電源スイッチ６９により電源オンオフすることができる。電源ステッチ６９は、コンピュータ１０と接続されており、コンピュータ１０によっても、電源入力を調節する。なお、電源スイッチ６９は、手動により切り替えても良い。
このような電源装置５３には、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、５５、５６が並列に接続されている。ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４は、図１１Ａ及び図１１Ｂで述べた４個分の第１のＬＥＤ光源ユニット４１の駆動回路として、可変抵抗７１とスィッチ７２の直列回路が各別に用意されている。同様に、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５５も、４個分の第２のＬＥＤ光源ユニット４２の駆動回路として、可変抵抗７１とスィッチ７２の直列回路が各別に用意され、さらにＬＥＤ光源ユニット駆動回路５６も、４個分の第３のＬＥＤ光源ユニット４３の駆動回路として、可変抵抗７１とスィッチ７２の直列回路が各別に用意されている。
これらＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、５５、５６では、それぞれの可変抵抗７１、７３、７５の抵抗値を調整することにより、第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３のそれぞれのＬＥＤ光源に供給する駆動電流を調節し、その出力光強度を制御することができる。この出力光強度の調節は、手動で行ってもよいし、あるいは電気的にコンピュータで自動調整を行っても良い。これにより、第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３の各ＬＥＤ光源の駆動電流を個別に制御することができる。
また、ＬＥＤ光源ユニット駆動回路５４、５５、５６では、それぞれのスイッチ７２、７４、７６のオンオフを制御することで、第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３のそれぞれのＬＥＤ光源を全て独立に点灯、消灯することができる。これらのオンオフ制御は、コンピュータ制御により、自動的に行っても良いし、手動で操作しても良い。
なお、コンピュータ制御により、可変抵抗７１、７３、７５の抵抗値を調整する場合は、上述の図１０で説明したように第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３の個々のＬＥＤ光源からの光強度を検出し、この検出信号をコンピュータに導き、コンピュータで光強度を解析して、可変抵抗７１、７３、７５の抵抗値を調整する。または、この検出で得られた個々のＬＥＤ光源からの光の強度を基に、手動で可変抵抗７１、７３、７５の抵抗値の調整を行っても良い。これにより、ＤＮＡマイクロアレイの反応槽の内部にほぼ均一にＬＥＤ光源からの光を照射するように調整できる。また試料槽２０１内の所望の箇所へ励起光を集中させることなど、光強度の部分的な加減を行うことができる。さらに、可変抵抗７１、７３、７５は、全てのＬＥＤ光源に流れる駆動電流の大きさを制御することができるので、励起光の強度を一斉に強くしたり、弱くしたりすることができる。これにより、個々の試料に対して、的確な強さの励起光を照射することができ、効率良く蛍光を検出することができる。
従って、このようにすれば、ピーク発光波長の異なる３種類のＬＥＤ光源を有する第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３を用いて３種類の蛍光色素を同時に励起できるようにしたので、これら３種類の蛍光色素からの蛍光画像を取得し、これらを合成したり、個別に表示することができる。
また、第１乃至３のＬＥＤ光源ユニット４１、４２、４３を構成する個々のＬＥＤ光源は、励起する蛍光色素に応じたものの点灯、消灯を簡単に行うことができ、しかも、可変抵抗の可変操作により駆動電流の大きさを個別に調整することもできるので、個々の蛍光色素に対して的確な強さの励起光を照射することができ、効率良く蛍光を検出することができる。
なお、上述の第３の実施の形態では、蛍光色素については３種類としたが、これに限ることなく、２種類でも良いし、４種類以上についても同様な方法で蛍光画像を得ることができる。すなわち、ダイクロイックミラー、レンズ、ＣＣＤカメラを蛍光色素１種類ずつについて、それぞれ対応して追加すれば良い。また、蛍光色素についても実施例で示したＦＩＴＣ、Ｃｙ３、Ｃｙ５に限らず、ローダミン・グリーン（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｇ）、テキサス・レッド（Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ）、ＲＩＴＣ（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ−ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａ）などを用いても良い。
また、ＬＥＤ光源ユニットの数には特に制限はなく、複数のＬＥＤ光源ユニットを複数の駆動回路により個別に制御することができる。また、複数のＬＥＤ光源ユニットの出力波長は、同じでもよく、異なっていても本発明を適用することができる。また、異なるピーク発光波長を持つＬＥＤ光源の光を１種類ずつ試料に照射し、それを異なる波長の数繰り返す構成とすることも可能である。例えば、透過波長の異なるフィルタをセットしたターレット等を用いて、異なる波長のＬＥＤ光源と連動させた切り換えをコンピュータで自動的に行うことも可能である。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、ＬＥＤ光源ユニットから発する光の光路上に反射部材を配置し、光路の光を反射させることで、励起光の光軸角度を、より対物レンズの光軸角度に近付けるようにした実施の形態である。
図１５は、第４の実施の形態の概略構成を示す図で、図１と同一部分には、同符号を付している。
この場合、対物レンズ５の周囲には、半導体光源手段としての複数のＬＥＤ光源ユニット８１（図示例では４個のＬＥＤ光源ユニット８１、うち１個は図示せず）が、対物レンズ５の光軸を中心に放射状に配置されている。
ＬＥＤ光源ユニット８１は、筒状のＬＥＤ光源ホルダー８１０１を有している。ＬＥＤ光源ホルダー８１０１は、その内部に配置されたＬＥＤ光源８１０２を有している。また、ＬＥＤ光源ホルダー８１０１の内部のＬＥＤ光源８１０２から発する光の光路上には、バンドパスフィルタ８１０３、拡散板８１０４、集光レンズ８１０５が配置されている。ここで、バンドパスフィルタ８１０３は、ＬＥＤ光源８１０２から発する光の波長域近傍を主に通過させる。
ＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上には、反射部材として反射板８２がそれぞれ配置されている。反射板８２は、ＬＥＤ光源ユニット８１からの光を反射させ、試料台１上の試料槽２０１の試料２０２に対して励起光として照射する。反射板８２は、同時に、対物レンズ５の光軸に対して励起光の光軸がなす角度θを小さくして、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付けるようにもしている。
ここで、反射板８２のそれぞれの取付位置は、ＬＥＤ光源ユニット８１からの光を反射して試料２０２面に均一の明るさで照射させるとともに、照射される光の入射角度に起因して試料２０２面で励起ムラが生じないように、さらに、一部または全面に立体部分を有する試料２０２に対しても影や励起ムラが生じないように調整されている。
その他については、図１と同様である。
従って、このようにしても、第１の実施の形態と同様な効果を期待することができる。さらに、ＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上に反射板８２が配置され、光路の光を反射させるようにしたので、励起光の光軸角度を対物レンズ５の光軸角度に近付けることができる。このことは、試料２０２面の真上に近いところ（対物レンズ５の観察視野に入らない限界）から励起光を照射できるようになるので、ＬＥＤ光源ユニット８１から反射板８２を介して試料２０２面までの光路の最も短い距離ａと最も長い距離ｂの差を小さなものにできる。これにより、励起光の強度は、光路の距離に反比例することから、試料２０２面上での励起光の強度差を小さくできることになり、試料２０２面を効率的に、均一に励起することができる。
なお、第４の実施の形態についても、第２の実施の形態の変形例および第３の実施の形態で述べるような試料をムラなく均一の明るさの光で照明するための制御方法を採用することができる。
（第１の変形例）
第４の実施の形態では、ＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上に反射部材として反射板８２を配置し、光路の光を反射させるようにしたが、このような方法を用いれば、ＬＥＤ光源ユニット８１の配置の自由度が増すことから、対物レンズ５の周囲に多数のＬＥＤ光源ユニット８１を配置することができる。
図１６は、第４の実施の形態の第１の変形例に係る光検査装置の概略構成を示す図で、図１５と同一部分には、同符号を付している。
対物レンズ５の周囲には、半導体光源手段としての複数個のＬＥＤ光源ユニット８１が多層（図示例では２層）に配置されている。また、これらＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上には、各層のＬＥＤ光源ユニット８１に対応させて反射部材として反射板８２、８２’（図示例では２層に対応）が各別に配置されている。反射板８２、８２’は、各層のＬＥＤ光源ユニット８１からの光を反射させ、試料台１上の試料槽２０１の試料２０２に対して励起光として照射する。
この場合、反射板８２、８２’のそれぞれの取付位置についても、ＬＥＤ光源ユニット８１からの光を反射して試料２０２面に均一の明るさで照射させるとともに、照射される光の入射角度に起因して試料２０２面で励起ムラが生じないように、さらに、一部または全面に立体部分を有する試料２０２に対しても影や励起ムラが生じないように調整されている。
その他については、図１５と同様である。
第４の実施の形態の第１の変形例によれば、反射板８２、８２’を用いて、各層の光源ユニット８１からの光を反射させるようにしたので、各層のＬＥＤ光源ユニット８１の配置する位置の自由度を増すことができる。そして、これらＬＥＤ光源ユニット８１の配置する位置の自由度が増すことにより、第４の実施の形態の場合よりさらに多くのＬＥＤ光源ユニット８１を使用することが可能となる。これにより、試料２０２面を照射するのに必要な光量をより簡単に得ることができるとともに、試料２０２面を光量ムラなく照明することができる。
また、ＬＥＤ光源ユニット８１の数を大幅に増やすことができるので、これらＬＥＤ光源ユニット８１を複数の組に分けて、それぞれの組ごとに発光波長のスペクトル特性の異なるＬＥＤ光源を用いることにより、第３の実施の形態で述べたと同様に複数種類の蛍光色素を励起し、蛍光信号を検出できるようにすることも可能となる。
（第２の変形例）
第４の実施の形態では、ＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上に反射部材として反射板８２を配置し、光路の光を反射させるようにしたが、反射部材としてダイクロイックミラーを用いることができる。
図１７は、第２の変形例の概略構成を示す図で、図１５と同一部分には、同符号を付している。
ＬＥＤ光源ユニット８１は、筒状のＬＥＤ光源ホルダー８１０１の内部に配置されたＬＥＤ光源８１０２を有している。ＬＥＤ光源ホルダー８１０１の内部のＬＥＤ光源８１０２から発する光の光路上には、拡散板８１０４、集光レンズ８１０５が配置され、上述したバンドパスフィルタ８１０３が省略されている。
ＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上には、反射部材としてダイクロイックミラー８３が配置されている。ダイクロイックミラー８３は、ＬＥＤ光源ユニット８１のＬＥＤ光源８１０２から発する光の波長域近傍を主に反射させるような特性を有する。また、ダイクロイックミラー８３は、ＬＥＤ光源ユニット８１からの光を反射し、試料台１上の試料槽２０１の試料２０２に対して励起光として照射する。この場合も、対物レンズ５の光軸に対して励起光の光軸がなす角度を小さくして、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付ける。
その他については、図１５と同様である。
このように反射部材として反射板に代えてダイクロイックミラー８３を用いるようにしても、第４の実施の形態と同様な効果を期待することができる。さらに、ダイクロイックミラー８３として、ＬＥＤ光源ユニット８１のＬＥＤ光源８１０２から発する光の波長域近傍を主に反射させるような特性を有するものを用いることにより、ＬＥＤ光源ユニット８１に内蔵されていたバンドパスフィルタを省略することができる。これによりＬＥＤ光源ユニット８１のコストを引き下げることができ、且つ小型化も実現できるという効果がある。
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態は、ＬＥＤ光源ユニットから発する光の光路上に導光部材を配置し、光路を曲げることで、励起光の光軸角度を、より対物レンズの光軸角度に近付けるようにした実施の形態である。
図１８は、第５の実施の形態の概略構成を示すもので、図１および図１５と同一部分には、同符号を付している。
この場合、対物レンズ５の周囲には、半導体光源手段としての複数（図示例では４個、うち１個は図示せず）のＬＥＤ光源ユニット８１が配置されている。
ＬＥＤ光源ユニット８１は、筒状のＬＥＤ光源ホルダー８１０１を有している。ＬＥＤ光源ホルダー８１０１は、その内部に配置されたＬＥＤ光源８１０２を有している。また、ＬＥＤ光源ホルダー８１０１の内部のＬＥＤ光源８１０２から発する光の光路上には、バンドパスフィルタ８１０３、拡散板８１０４、集光レンズ８１０５が配置されている。ここで、バンドパスフィルタ８１０３は、ＬＥＤ光源８１０２から発する光の波長域近傍を主に通過させる。
これらＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上には、導光部材として、オプチカルファイバ８４の光入射端８４ａが各別に配置されている。オプチカルファイバ８４は、ＬＥＤ光源ユニット８１からの光の光路を自在に曲げることができる。これにより、光出射端８４ｂからの光を試料台１上の試料槽２０１の試料２０２に対して励起光として照射し、同時に、対物レンズ５の光軸に対して励起光の光軸がなす角度を小さくして、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付けることができる。
この場合、これらオプチカルファイバ８４の光出射端８４ｂの位置は、出射光を試料２０２面に均一の明るさで照射させるとともに、照射される光の入射角度に起因して試料２０２面で励起ムラが生じないように、さらに、一部または全面に立体部分を有する試料２０２に対しても影や励起ムラが生じないように調整されている。
その他については、図１および図１５と同様である。
従って、第５の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様な効果を期待することができる。さらに、ＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上に配置されたオプチカルファイバ８４で光路を曲げるようにしたので、励起光の光軸角度を対物レンズの光軸角度に近付けることができる。これにより、第４の実施の形態と同様に、試料２０２面上での励起光の強度差を小さくできることになり、試料２０２面を効率的に、均一に励起することができる。
なお、本実施の形態では、導光部材として、オプチカルファイバ８４を適用した例を述べたが、例えばガラス棒やアクリル材を成形加工したようなものを適用することもできる。
なお、第５の実施の形態についても、第２の実施の形態の変形例および第３の実施の形態で述べるような試料をムラなく均一の明るさの光で照明するための制御方法を適用することができる。
（変形例）
第５の実施の形態では、ＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上に導光部材として、オプチカルファイバ８４を配置し、光路を曲げるようにしたが、このような方法を用いれば、ＬＥＤ光源ユニット８１の配置の自由度が増すことから、対物レンズ５の周囲に多数のＬＥＤ光源ユニット８１を配置することができる。
図１９は、第５の実施の形態の変形例に係る光検査装置の概略構成を示す図で、図１８と同一部分には、同符号を付している。
図１９において、対物レンズ５の周囲には、半導体光源手段としての複数個のＬＥＤ光源ユニット８１が多重（図示例では２重）に配置されている。また、これらＬＥＤ光源ユニット８１から発する光の光路上には、導光部材として、オプチカルファイバ８４の光入射端８４ａが各別に配置されている。オプチカルファイバ８４は、ＬＥＤ光源ユニット８１からの光の光路を自在に曲げることを可能にしたもので、光出射端８４ｂからの光を試料台１上の試料槽２０１の試料２０２に対して励起光として照射する。
本変形例の場合も、オプチカルファイバ８４の光出射端８４ｂの位置は、出射光を試料２０２面に均一の明るさで照射させるとともに、照射される光の入射角度に起因して試料２０２面で励起ムラが生じないように、さらに、一部または全面に立体部分を有する試料２０２に対しても影や励起ムラが生じないように調整されている。
その他については、図１８と同様である。
本変形例では、オプチカルファイバ８４を用いることで、光源ユニット８１からの光の光路を曲げるようにしたので、各ＬＥＤ光源ユニット８１の配置する位置の自由度を増すことができる。ＬＥＤ光源ユニット８１の配置する位置の自由度が増すことにより、第５の実施の形態の場合よりさらに多くのＬＥＤ光源ユニット８１を使用することが可能となる。これにより、試料２０２面を照射するのに必要な光量を簡単に得ることができるとともに、試料２０２面を光量ムラなく照明することができる。
また、ＬＥＤ光源ユニット８１の数を大幅に増やすことができるので、ＬＥＤ光源ユニット８１を複数の組に分けて、それぞれの組ごとに発光波長のスペクトル特性の異なるＬＥＤ光源を用いることにより、第３の実施の形態と同様に複数種類の蛍光色素を励起し、蛍光信号を検出できるようにすることも可能となる。
なお、本変形例でも、導光部材として、オプチカルファイバ８４を適用した例を述べたが、例えばガラス棒やアクリル材を成形加工したようなものを適用することができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した各実施の形態において適用する試料には、ＤＮＡマイクロアレイの一例に限定されず、いわゆるＤＮＡマイクロアレイと呼ばれる反応容器の全てに適用可能である。また、ＤＮＡに限らず、それ以外の種々の生物学的材料を扱う検査や測定に広く適用可能である。
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
本発明の実施の形態によれば、試料の標識した物質に光を照射するための光路と集光レンズを有する蛍光検出手段の光路が分離されているので、ダイクロイックミラーなどの光を減衰させる光学素子を省略でき、検出される光強度の損失を最小限に抑えることができる。
また、本発明の実施の形態によれば、半導体光源手段を集光レンズの周囲に沿って複数個配置し、これらより同時に光を照射するようにしたので、標識物質に光を照射するのに十分な強度の光を効率よく得ることができる。
さらに、本発明の実施の形態によれば、半導体光源手段から発せられる光の方向および集光レンズの光軸に対する傾き方向をそれぞれ調整可能としているので、試料の所望する特定箇所に光を集光させることができ、標識物質への効率的な光の照射を行うことができる。
さらにまた、本発明の実施の形態によれば、試料近傍で得られる光強度に基づいて半導体光源手段への駆動電流を各別に制御できるので、半導体光源手段からの光を同一の明るさに揃えることができ、試料を均一の明るさで照明することができる。
以上述べたように本発明の実施の形態によれば、十分な光を効率よく照射でき、信頼性の高い光検出を行うことができる光検出装置を提供することができる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a fluorescence detection apparatus that inspects fluorescence from a fluorescent substance by irradiating the fluorescent substance with excitation light will be described. However, scattered light emitted from the label by irradiating the label substance with light. Of course, the present invention can also be applied to a detection device that detects reflected light (hereinafter, these are collectively referred to as “light detection device”). Various fluorescent dyes and fluorescent glass particles can also be used as the fluorescent substance. Note that metal particles or dielectric particles are used as a labeling substance in the case of detecting with scattered light or reflected light. For example, in addition to metal particles, fine particles such as silver, platinum, silicon, and latex particles can be used. In particular, fine particles of metal such as gold, silver, platinum, etc., having a particle size of 10 to 100 nm are particularly preferable because the speed of particles in a moving state is optimized. Further, latex particles having a particle diameter of 0.1 to 1 μm are particularly preferable because the speed of particles in a moving state is also optimal. The appropriate particle size is determined by the specific gravity of the particles and the speed of the Brownian motion. Here, examples of the motion state of the particles include Brownian motion and vibration.
As used herein, “specific binding substance” refers to hormones, tumor markers, enzymes, antibodies, antigens, abzymes, other proteins, nucleic acids, cDNA, DNA, RNA, PNA, etc. This means a substance that can specifically bind to the derived substance and is called a probe.
The “biological substance” is a substance that specifically binds to a known specific binding substance arranged at a predetermined position on the substrate on which the probe is immobilized, and is extracted and isolated from the living body. It means the same substance, but it includes not only those extracted directly from the living body but also those obtained by chemical treatment, chemical modification, etc. For example, substances such as hormones, tumor markers, enzymes, antibodies, antigens, abzymes, other proteins, nucleic acids, cDNA, DNA, RNA, PNA and the like.
“Biological substance” and “specific binding substance” specifically bind to each other when, for example, an unstable duplex is formed between complementary nucleotide sequences found in DNA, RNA, etc. ( Hybridization), and a highly specific bond that selectively reacts only with a specific substance, such as an antigen and an antibody, and piotin and apidin.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. The optical inspection apparatus according to each embodiment of the present invention includes a condenser lens, a sample holding means, a light source, and a photodetector.
In FIG. 1, the optical inspection apparatus includes a
FIG. 2 is a view showing a DNA slide glass reaction vessel 3 as a specific example of the
In the above configuration, when a sample solution (test sample) is injected into the
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of another DNA reaction vessel 4. The DNA reaction vessel 4 is made of a plastic material. A plurality of
Above the
The
On the
Around the
The LED
The spectral characteristics of the emission wavelengths of the
Light from the LED
Specifically, as shown in FIGS. 4A and 4B, the central axis of light of each LED light source unit 11 (four in total) passes through the peripheral edges a, b, c, and d of the surface of the
In addition, the excitation light irradiated to the
The main part of the optical inspection apparatus configured as described above is installed in the
FIG. 5 shows a block diagram of the entire optical inspection apparatus.
In FIG. 5, the
The operation of the embodiment configured as described above will be described.
Now, when the
Here, in the following description, it is assumed that all (four) LED
When light is emitted from the
In this case, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the light from each
When the
The
As described above, in the first embodiment, a plurality of LED light source units 11 (for example, four LED light source units 11) having LED
In addition, the central axis of each light passes through the periphery of the
Furthermore, since the light from the
Furthermore, since the LED is used as an excitation light source for exciting the fluorescent material, it is inexpensive, has a long life, generates little heat, and is safe. Furthermore, power consumption can be reduced. In addition, the device configuration can be made small and portable.
Furthermore, since the LED
Furthermore, since the LED
(First modification)
As the LED
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the LED
The LED
Since the LED
(Second modification)
As the LED
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of an LED
The LED
Since the LED
(Third Modification)
As the LED
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of an LED
The LED
Since the LED
The LED
(Second Embodiment)
The second embodiment is an embodiment in which the light irradiation angle can be adjusted by changing the inclination angle of the LED light source unit with respect to the sample surface.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the second embodiment. In FIG. 9, the
The LED light
The LED
A band-
A
In two
On the other hand, a plurality of
In the above configuration, first, the
In this state, the
Next, the
In this way, the brightness of the light on the surface of the
In addition, since light can be condensed at a desired specific location on the surface of the
In the second embodiment, the screwing amount of the turning
(Modification)
By the way, in order to illuminate the sample surface with light of uniform brightness without unevenness, it is necessary to confirm this state in advance.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a modification of the second embodiment, and the same parts as those in FIG. Moreover, in this modification, the block diagram of the optical inspection apparatus described in FIG. 5 is used.
In the present modification, a
The
The
In this modified example, since the magnitude of the current supplied to each
In this modification, the magnitude of the current supplied to each
On the other hand, instead of the
Even in this case, since the light from each
(Third embodiment)
In the third embodiment, a plurality of types of fluorescent dyes are excited using two or more LED light sources having different peak emission wavelengths so that a fluorescent signal can be detected.
FIG. 11A and FIG. 11B are diagrams showing a schematic configuration of the third embodiment, and the same parts as those in FIG. Moreover, in 3rd Embodiment, the block diagram of the optical inspection apparatus described in FIG. 5 shall be used.
The LED light
The first to third LED
Band-pass filters installed in front of the respective LED light sources of the first to third LED
FIG. 12 shows a schematic configuration of the light detection optical system of the apparatus configured as described above. Here, the sample is formed by the LED
In FIG. 12, two
The dichroic mirror 45 is installed so that reflected light travels in a direction of approximately 45 ° with respect to the optical axis of the
A
Outputs from the
In the configuration as described above, three types of target DNA are set for one sample, and different fluorescent dyes FITC (Fluorescein-isothiocynate), Cy3, and Cy5 are labeled respectively. Next, a sample solution containing DNA labeled with these fluorescent dyes is dropped into a sample tank, DNA hybridization is performed, and a labeling substance that does not contribute to the reaction is buffered (PBS (phosphate buffer)) , EDTA (ethylenediaminetetraacetate disodium), NaCl mixed solution: PH 7.4) or the like.
The sample thus obtained is set on the
Then, fluorescence is emitted from the fluorescent dye labeled on the sample reacted with the DNA probe by DNA hybridization, and these lights pass through the
FIG. 13 is a block diagram of a drive circuit for the first to third LED
In this case, an LED light source
The LED light source
In this case, as shown in FIG. 12, the three types of fluorescence signals obtained by these excitation lights separately reach the
FIG. 14 shows a specific circuit configuration of the
In this case, the
LED power source
In these LED light source
Further, the LED light source
When the resistance values of the
Therefore, in this way, since the first to third LED
The individual LED light sources constituting the first to third LED
In the third embodiment described above, three types of fluorescent dyes are used. However, the present invention is not limited to this, and two types of fluorescent dyes may be used, and a fluorescent image can be obtained by the same method for four or more types. . That is, a dichroic mirror, a lens, and a CCD camera may be added correspondingly for each type of fluorescent dye. In addition, the fluorescent dye is not limited to FITC, Cy3, and Cy5 shown in the examples, but rhodamine green (Rhodamine G), Texas red (Texas Red), RITC (Rhodamine B-isothiocia), and the like may be used.
The number of LED light source units is not particularly limited, and a plurality of LED light source units can be individually controlled by a plurality of drive circuits. Further, the output wavelengths of the plurality of LED light source units may be the same or different, and the present invention can be applied. It is also possible to irradiate a sample with light from LED light sources having different peak emission wavelengths one by one and repeat the number of different wavelengths. For example, it is possible to automatically perform switching in conjunction with LED light sources having different wavelengths using a turret or the like in which filters having different transmission wavelengths are set.
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a reflecting member is disposed on the optical path of light emitted from the LED light source unit, and the light in the optical path is reflected, thereby bringing the optical axis angle of the excitation light closer to the optical axis angle of the objective lens. This is the embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of the fourth embodiment, and the same parts as those in FIG.
In this case, around the
The LED
On the optical path of the light emitted from the LED
Here, each mounting position of the reflecting
Others are the same as in FIG.
Accordingly, even in this case, the same effect as that of the first embodiment can be expected. Further, since the reflecting
Note that the fourth embodiment also employs a control method for illuminating a sample with uniform light without unevenness as described in the modification of the second embodiment and the third embodiment. can do.
(First modification)
In the fourth embodiment, the reflecting
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of the optical inspection apparatus according to the first modification of the fourth embodiment, and the same parts as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals.
Around the
In this case, the respective mounting positions of the
Others are the same as in FIG.
According to the first modification of the fourth embodiment, since the light from the
Further, since the number of the LED
(Second modification)
In the fourth embodiment, the reflecting
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of the second modified example, and the same parts as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals.
The LED
On the optical path of light emitted from the LED
Others are the same as in FIG.
Thus, even if the
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, a light guide member is arranged on the optical path of light emitted from the LED light source unit, and the optical path angle is made closer to the optical axis angle of the objective lens by bending the optical path. This is an embodiment.
FIG. 18 shows a schematic configuration of the fifth embodiment, and the same parts as those in FIGS. 1 and 15 are denoted by the same reference numerals.
In this case, a plurality of LED light source units 81 (four in the illustrated example, one of which is not shown) as semiconductor light source means are arranged around the
The LED
On the optical path of the light emitted from these LED
In this case, the positions of the light emitting ends 84b of the
Others are the same as FIG. 1 and FIG.
Therefore, also in the fifth embodiment, the same effect as that in the first embodiment can be expected. Furthermore, since the optical path is bent by the
In this embodiment, an example in which the
Note that the control method for illuminating the sample with light of uniform brightness without any unevenness as described in the modification of the second embodiment and the third embodiment is also applied to the fifth embodiment. can do.
(Modification)
In the fifth embodiment, the
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus according to a modification of the fifth embodiment. The same parts as those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 19, around the
Also in the case of this modification, the position of the
Others are the same as in FIG.
In this modification, since the optical path of the light from the
In addition, since the number of LED
In this modification, the example in which the
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, the sample applied in each of the above-described embodiments is not limited to an example of a DNA microarray, and can be applied to all reaction containers called so-called DNA microarrays. Further, the present invention is not limited to DNA, and can be widely applied to inspections and measurements that handle various other biological materials.
Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
According to the embodiment of the present invention, the optical path for irradiating the substance labeled with the sample and the optical path of the fluorescence detection means having the condenser lens are separated, so that the optical such as dichroic mirror attenuates the light. The element can be omitted, and the loss of detected light intensity can be minimized.
Further, according to the embodiment of the present invention, a plurality of semiconductor light source means are arranged along the periphery of the condenser lens, and light is irradiated simultaneously from these, so that the labeling substance is irradiated with light. Sufficient intensity of light can be obtained efficiently.
Furthermore, according to the embodiment of the present invention, the direction of the light emitted from the semiconductor light source means and the tilt direction with respect to the optical axis of the condensing lens can be adjusted, so that the light is condensed at a desired specific location of the sample. Therefore, efficient irradiation of light to the labeling substance can be performed.
Furthermore, according to the embodiment of the present invention, since the drive current to the semiconductor light source means can be individually controlled based on the light intensity obtained in the vicinity of the sample, the light from the semiconductor light source means is made to have the same brightness. And the sample can be illuminated with uniform brightness.
As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a photodetector that can irradiate sufficient light efficiently and perform highly reliable light detection.
本発明は、十分な光を効率よく照射でき、信頼性の高い光検出を行うことができる光検出装置に関する。 The present invention relates to a photodetection device that can irradiate sufficient light efficiently and perform highly reliable photodetection.
Claims (17)
試料の標識した物質に光を照射するための光を発する半導体光源手段と、
前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を集光するための集光レンズと、前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を選択的に透過するフィルタと、前記集光レンズを通過した光を検出する光検出器とを有する光検出手段と、を具備し、
前記照射光の光路が前記光検出手段の光路とは異なる光路である。The light detection device
A semiconductor light source means for emitting light for irradiating light to the labeled substance of the sample;
A condensing lens for condensing the light emitted when the labeling substance is irradiated with the irradiation light, and a filter that selectively transmits the light emitted when the labeling substance is irradiated with the irradiation light. And a light detection means having a light detector for detecting light that has passed through the condenser lens,
The optical path of the irradiation light is an optical path different from the optical path of the light detection means.
前記集光レンズの周囲に配置され、前記半導体光源手段を前記集光レンズの周囲に保持するとともに、前記半導体光源手段から発せられる光が前記試料に照射されるように前記集光レンズの光軸に対して前記半導体光源手段を所定の角度傾けて保持する半導体光源手段保持手段と、
前記半導体光源保持手段の前記半導体光源手段の保持部位に設けられ、前記半導体光源手段から発せられる光の方向および前記集光レンズの光軸に対する傾き方向の少なくとも一方を調整にする位置調整手段と、をさらに有する。In the photodetection device according to claim 1 or 2,
The optical axis of the condensing lens is disposed around the condensing lens, holds the semiconductor light source means around the condensing lens, and irradiates the sample with light emitted from the semiconductor light source means. Semiconductor light source means holding means for holding the semiconductor light source means at a predetermined angle with respect to
Position adjusting means provided at a holding portion of the semiconductor light source means of the semiconductor light source holding means for adjusting at least one of the direction of light emitted from the semiconductor light source means and the direction of inclination with respect to the optical axis of the condenser lens; It has further.
前記集光レンズの周囲に配置され、前記複数の半導体光源ユニットを前記集光レンズの周囲に保持するとともに、前記複数の半導体光源ユニットから発せられる光が前記試料に照射されるように前記集光レンズの光軸に対して前記複数の半導体光源ユニットを所定の角度傾けて保持する半導体光源手段保持手段と、
前記半導体光源保持手段の前記複数の半導体光源ユニットの保持部位に設けられ、前記複数の半導体光源ユニットから発せられる光の方向および前記集光レンズの光軸に対する傾き方向の少なくとも一方を調整にする位置調整手段と、をさらに有する。The photodetection device according to any one of claims 4 to 6,
The condensing lens is arranged around the condensing lens, holds the plurality of semiconductor light source units around the condensing lens, and condenses the sample so that light emitted from the plurality of semiconductor light source units is irradiated to the sample. Semiconductor light source means holding means for holding the plurality of semiconductor light source units at a predetermined angle with respect to the optical axis of the lens;
A position that is provided at a holding portion of the plurality of semiconductor light source units of the semiconductor light source holding means and adjusts at least one of the direction of light emitted from the plurality of semiconductor light source units and the direction of inclination with respect to the optical axis of the condenser lens. Adjusting means.
前記試料への照射する光の強度を前記試料近傍で検出する光強度検出手段と、
前記半導体光源手段を駆動する駆動電流を供給する駆動手段とを更に具備し、
前記駆動手段は、光強度検出手段で検出された光の強度に基づいて前記半導体光源手段への駆動電流を可変制御する。The photodetection device according to any one of claims 1 to 13,
A light intensity detecting means for detecting the intensity of light irradiated to the sample in the vicinity of the sample;
Drive means for supplying a drive current for driving the semiconductor light source means,
The drive means variably controls the drive current to the semiconductor light source means based on the light intensity detected by the light intensity detection means.
前記試料への照射する光の強度を前記試料近傍で検出する光強度検出手段と、
前記半導体光源手段を駆動する駆動電流を供給する駆動手段を更に具備し、
前記駆動手段は、光強度検出手段で検出された光の強度に基づいて前記半導体光源手段への駆動電流を個々に制御可能にした。The photodetection device according to any one of claims 4 to 9,
A light intensity detecting means for detecting the intensity of light irradiated to the sample in the vicinity of the sample;
Drive means for supplying a drive current for driving the semiconductor light source means;
The drive means can individually control the drive current to the semiconductor light source means based on the light intensity detected by the light intensity detection means.
試料の標識した物質に光を照射するための半導体光源手段と、前記半導体光源手段は、半導体発光素子と、光学素子とを含み、
前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を集光するための集光レンズと、前記照射光により標識物質に光が照射されて発せられた光を選択的に透過するフィルタと、前記集光レンズを通過した光を検出する光検出器とを有する光検出手段と、を具備する。The light detection device
Semiconductor light source means for irradiating light to a labeled substance of the sample, and the semiconductor light source means includes a semiconductor light emitting element and an optical element,
A condensing lens for condensing the light emitted when the labeling substance is irradiated with the irradiation light, and a filter that selectively transmits the light emitted when the labeling substance is irradiated with the irradiation light. And a light detection means having a light detector for detecting light that has passed through the condenser lens.
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