JP2013185964A

JP2013185964A - Optical system, fluorescence detector, and biochemical analyzer

Info

Publication number: JP2013185964A
Application number: JP2012051367A
Authority: JP
Inventors: Seiji Onishi; 誠司大西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-19

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system, a fluorescence detector, and a biochemical analyzer which can shorten a measurement time while securing the measurement accuracy without being affected by the positional deviation of a measuring object.SOLUTION: An optical system includes an object lens, a waveguide whose incident end is arranged at a focal position of the object lens, and a diaphragm for light quantity adjustment for telecentrically collecting return light from a sample with the object lens. The diaphragm for light quantity adjustment is provided at the incident end, and propagation NA of the waveguide is adjusted to a value for propagation of all return light from the sample in the waveguide.

Description

本発明は、血液等の各種検体を処理チップに封入し、様々な試薬と混合して反応させ生体物質を検出する技術に関する。より詳細には、測定対象の位置ずれに影響されることなく、生体物質の反応を高分解能に解析するための技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for detecting biological substances by enclosing various specimens such as blood in a processing chip, mixing them with various reagents, and reacting them. More specifically, the present invention relates to a technique for analyzing a reaction of a biological substance with high resolution without being affected by a position shift of a measurement target.

蛍光標識をした試料に光源からの照明光を当て、試料から発せられる蛍光を検出する装置として蛍光検出装置が知られている。ウェルは、試料を格納した複数のチャンバを備えている。それぞれの試料はチャンバ内で位置が異なるため、試料毎に試料を格納したチャンバと導波路の端部との距離を制御機構により調整し、蛍光の検出レベルを一定以上に維持している（例えば、特許文献１）。 2. Description of the Related Art A fluorescence detection device is known as a device that applies illumination light from a light source to a fluorescently labeled sample and detects fluorescence emitted from the sample. The well includes a plurality of chambers that store samples. Since each sample has a different position in the chamber, the distance between the chamber storing the sample and the end of the waveguide is adjusted by the control mechanism for each sample, and the fluorescence detection level is maintained above a certain level (for example, Patent Document 1).

特開平１１−２７１２２７号公報JP-A-11-271227

しかしながら、前記従来の構成は、試料の測定に時間がかかるという課題を有していた。すなわち、測定試料をセットする度に制御機構を用いた調整ステップを行って試料の検出レベルを確保するまでの余分な処理時間が必要となる。 However, the conventional configuration has a problem that it takes time to measure a sample. That is, every time a measurement sample is set, an extra processing time is required until an adjustment step using the control mechanism is performed to ensure the detection level of the sample.

そこで、本発明は、このような試料に対する調整時間をなくし測定時間を短縮することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the measurement time by eliminating the adjustment time for such a sample.

従来の課題を解決するために、本発明の光学系は、対物レンズと、対物レンズの焦点位置に入射端を配置した導波路と、試料からの戻り光を対物レンズにてテレセントリックに集光するための光量調整用絞りと、を備え、光量調整用絞りは入射端に備えられており、導波路の伝播ＮＡは、試料からのすべての戻り光を前記導波路内で伝播する値に調整されていることを特徴としたものである。 In order to solve the conventional problems, the optical system of the present invention telecentrically collects the objective lens, the waveguide having the incident end disposed at the focal position of the objective lens, and the return light from the sample by the objective lens. A diaphragm for adjusting the amount of light, and the diaphragm for adjusting the amount of light is provided at the entrance end, and the propagation NA of the waveguide is adjusted to a value that propagates all return light from the sample in the waveguide. It is characterized by being.

また、本発明は、測定チャンバに格納され、照明光を蛍光標識された試料へ照明する照明部と、試料からの蛍光を取得する蛍光取得部と、をさらに備え、照明部からの照明光の照明領域を、測定チャンバの幅よりも大きく設定された蛍光検出装置としてもよい。 The present invention further includes an illumination unit that is stored in the measurement chamber and illuminates the sample that is fluorescently labeled with illumination light, and a fluorescence acquisition unit that acquires fluorescence from the sample, and the illumination unit receives illumination light from the illumination unit. The illumination area may be a fluorescence detection device set larger than the width of the measurement chamber.

また、本発明の蛍光検出装置は、照明光の試料への照明は前記導波路を通ることが好ましい。 In the fluorescence detection apparatus of the present invention, it is preferable that illumination of the illumination light on the sample passes through the waveguide.

また、本発明の蛍光検出装置の光取得部は１つの受光用ファイバであり、受光用ファイバの外周に照明部として複数の照明用ファイバが備えられていることが好ましい。 Moreover, the light acquisition part of the fluorescence detection apparatus of the present invention is a single light receiving fiber, and it is preferable that a plurality of illumination fibers are provided as illumination parts on the outer periphery of the light receiving fiber.

また、本発明は、測定チャンバを複数個備えた測定用チップを保持する回転トイレと、を備え、生体化学分析装置としてもよい。 In addition, the present invention may include a rotary toilet that holds a measurement chip having a plurality of measurement chambers, and may be a biochemical analyzer.

このとき、回転トレイを回転させることで試料を逐次測定することが好ましい。 At this time, it is preferable to measure the sample sequentially by rotating the rotating tray.

さらに、測定チャンバの幅は、前回転トレイの回転方向の幅であることが好ましい。 Furthermore, the width of the measurement chamber is preferably the width in the rotation direction of the front rotating tray.

本発明の蛍光検出装置によれば、蛍光標識された試料に対する調整時間をなくし測定時間を短縮することができる。 According to the fluorescence detection apparatus of the present invention, it is possible to eliminate the adjustment time for the fluorescently labeled sample and shorten the measurement time.

すなわち、測定試料をセットする度に制御機構を用いた調整ステップを行なって試料の検出レベルを確保するまでの余分な処理時間を必要とすることがない。 That is, an extra processing time is not required until an adjustment step using the control mechanism is performed every time a measurement sample is set and a detection level of the sample is ensured.

本発明の実施の形態１における生化学分析装置１０１の概観図Overview of biochemical analyzer 101 in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１における生化学分析装置１０１の内部機構を示した模式図The schematic diagram which showed the internal mechanism of the biochemical analyzer 101 in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１における処理チップ１０２の平面模式図Plane schematic diagram of processing chip 102 in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１における処理チップ１０２を保持した回転トレイ２０２の模式図Schematic diagram of rotating tray 202 holding processing chip 102 in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１における光学部２０６の構成を示す平面模式図Plane schematic diagram showing the configuration of the optical unit 206 according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１における照明光光路を示した模式図The schematic diagram which showed the illumination light optical path in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における蛍光受光光路を示した模式図Schematic diagram showing the fluorescence light receiving optical path in the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態２における光学部２０６の構成を示した平面模式図Plane schematic diagram showing the configuration of the optical unit 206 according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態２における導波路８０４の端部を示した断面模式図Sectional schematic diagram showing the end of waveguide 804 in the second embodiment of the present invention

（実施の形態１）
以下に、本発明の蛍光検出装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 (Embodiment 1)
Embodiments of the fluorescence detection apparatus of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施の形態１における生体化学分析装置１０１の概観図を示す。この生体化学分析装置１０１は、病院や診療所等で生体化学を分析するための装置である。 FIG. 1 shows an overview of a biochemical analyzer 101 according to Embodiment 1 of the present invention. The biochemical analysis apparatus 101 is an apparatus for analyzing biochemistry at a hospital, a clinic, or the like.

処理チップ１０２に血液等の検体を点着した後、生体化学分析装置１０１に設けられた処理チップ投入口１０３から処理チップ１０２をセットし、生体化学分析を行う。生体化学分析装置１０１の前面にタッチパネル１０４を設けており、タッチパネル１０４を用いて測定開始操作および測定中止操作を行う。 After spotting a sample such as blood on the processing chip 102, the processing chip 102 is set from the processing chip insertion port 103 provided in the biochemical analyzer 101, and biochemical analysis is performed. A touch panel 104 is provided on the front surface of the biochemical analyzer 101, and a measurement start operation and a measurement stop operation are performed using the touch panel 104.

図２は、生体化学分析装置１０１の内部機構を示した模式図である。生体化学分析装置１０１は、回転機構２１０、温調部２０４および光学部２０６を含む構成となっている。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal mechanism of the biochemical analyzer 101. The biochemical analyzer 101 includes a rotation mechanism 210, a temperature control unit 204, and an optical unit 206.

円板形状の回転トレイ２０２は、その中心がモータ２０３の軸と接続され、回転機構２１０を構成している。また、後述するように、処理チップ１０２が回転トレイ２０２の裏面に保持されている。 The center of the disc-shaped rotating tray 202 is connected to the shaft of the motor 203 to form a rotating mechanism 210. Further, as will be described later, the processing chip 102 is held on the back surface of the rotating tray 202.

温調部２０４は、内壁に断熱材（図示せず）が設けられ、回転機構２１０の回転トレイ２０２を覆う筐体２１１と、筐体２１１の内部を加温し、測定チャンバ２０１内に格納された混合液体試薬（請求項の「試料」に相当する）を加温するヒータ２０５とを備えている。温調部２０４は、また、温度を測定する温度センサ２０７を備え、筐体２１１の内部の温度を例えば６０℃に制御する。これによって、混合液体試薬の温度制御を行う。 The temperature control unit 204 is provided with a heat insulating material (not shown) on the inner wall, heats the casing 211 that covers the rotating tray 202 of the rotating mechanism 210, and the inside of the casing 211, and is stored in the measurement chamber 201. And a heater 205 for heating the mixed liquid reagent (corresponding to “sample” in claims). The temperature control unit 204 also includes a temperature sensor 207 that measures the temperature, and controls the temperature inside the housing 211 to 60 ° C., for example. Thereby, the temperature of the mixed liquid reagent is controlled.

光学部２０６は、温調部２０４により温度制御された混合液体試薬の光学検出を行なうものである。すなわち、照明光を照明し、蛍光を取得するためのファイバおよび対物レンズが処理チップ１０２の表面１０５側に配置されており、測定チャンバ２０１に格納され
た混合液体試薬へ照明光を照明する。そしてＦＡＭやＦＩＴＣなどの蛍光標識が施されている混合液体試薬からの蛍光を受光することで検体の光学検出を行う。このような光学部２０６は詳細に後で説明する。 The optical unit 206 performs optical detection of the mixed liquid reagent whose temperature is controlled by the temperature control unit 204. That is, a fiber and an objective lens for illuminating illumination light and acquiring fluorescence are arranged on the surface 105 side of the processing chip 102, and illuminate the mixed liquid reagent stored in the measurement chamber 201 with illumination light. The specimen is optically detected by receiving fluorescence from the mixed liquid reagent to which a fluorescent label such as FAM or FITC is applied. The optical unit 206 will be described later in detail.

図３は、処理チップ１０２の平面模式図である。処理チップ１０２は、その１辺が湾曲した厚さ６ｍｍの略長方形となっている。処理チップ１０２の一側面（流路形成面）には、前記の湾曲した一辺に沿うように、深さ２ｍｍ、短手幅３ｍｍ、長手幅５ｍｍの長穴形状のリザーバとなる溝が複数個、本実施例では１２個の溝が、一定の間隔を隔てて連続して形成されている。これらの溝を厚さ０．３ｍｍのアクリルやポリプロピレン等の樹脂製フィルムを覆い被せ、接着することで測定チャンバ２０１が形成される。なお、処理チップ１０２は、ＡＢＳ樹脂や、ポリプロピレン等の樹脂を材料としている。 FIG. 3 is a schematic plan view of the processing chip 102. The processing chip 102 has a substantially rectangular shape with a thickness of 6 mm and curved on one side. On one side surface (flow path forming surface) of the processing chip 102, a plurality of grooves serving as a long-hole shaped reservoir having a depth of 2 mm, a short width of 3 mm, and a long width of 5 mm are formed along the curved side. In the present embodiment, twelve grooves are continuously formed at a constant interval. The measurement chamber 201 is formed by covering and bonding these grooves with a resin film such as acrylic or polypropylene having a thickness of 0.3 mm. The processing chip 102 is made of a resin such as ABS resin or polypropylene.

図４は、処理チップ１０２を保持した回転トレイ２０２の模式図を示す。回転トレイ２０２は、その中心軸４０１を基準とし２枚の処理チップ１０２が対角に配置されている。また、処理チップ１０２は、１２個の測定チャンバ２０１が、中心軸４０１から同じ距離となるように配置されている。さらに、各測定チャンバ２０１の長手方向は、中心軸４０１に向かうように構成されている。別の言い方をすれば、測定チャンバ２０１は、中心軸４０１に対し放射状に配置されている。 FIG. 4 is a schematic diagram of the rotating tray 202 that holds the processing chip 102. The rotating tray 202 has two processing chips 102 arranged diagonally with the central axis 401 as a reference. Further, the processing chip 102 is arranged so that the twelve measurement chambers 201 are at the same distance from the central axis 401. Further, the longitudinal direction of each measurement chamber 201 is configured to be directed toward the central axis 401. In other words, the measurement chambers 201 are arranged radially with respect to the central axis 401.

光学部２０６のファイバからの照明光が照明される軌道４０２上に測定チャンバ２０１が配置されている。そのため、回転トレイ２０２の回転により逐次、照明光が測定チャンバ２０１へ照明され、混合液体試薬からの蛍光が検出される。すなわち、照明光は各測定チャンバ２０１の短手方向を横断するかたちで逐次測定していく。これにより各測定チャンバ２０１に格納された混合液体試薬を解析することが出来る。 The measurement chamber 201 is disposed on the track 402 where the illumination light from the fiber of the optical unit 206 is illuminated. Therefore, the illumination light is sequentially illuminated onto the measurement chamber 201 by the rotation of the rotating tray 202, and the fluorescence from the mixed liquid reagent is detected. That is, the illumination light is sequentially measured in the form of crossing the short direction of each measurement chamber 201. Thereby, the mixed liquid reagent stored in each measurement chamber 201 can be analyzed.

次に、図５を用いて光学部２０６について詳細に説明する。光学部２０６は、照明部２０８、蛍光取得部２０９、ファイバ５０６および対物レンズ５０７から構成される。 Next, the optical unit 206 will be described in detail with reference to FIG. The optical unit 206 includes an illumination unit 208, a fluorescence acquisition unit 209, a fiber 506, and an objective lens 507.

照明部２０８は、光源５０１、コンデンサレンズ５０２、照明用波長フィルタ５０３、ビームスプリッタ５０４および集光レンズ５０５から構成され、これらは光源５０１の光軸上に順に配置されている。光源５０１は、例えば、波長４７０ｎｍのＬＥＤを用いる。光源５０１から照射された照明光は、コンデンサレンズ５０２により平行光束に変換され、照明用波長フィルタ５０３を透過し、ビームスプリッタ５０４を透過または反射した後、集光レンズ５０５にて集光される。ここで、照明用波長フィルタ５０３は、蛍光標識の照明波長を透過し、蛍光波長領域をカットする性質を有している。例えば、波長４３０ｎｍから４９０ｎｍまでの光を透過するバンドパスフィルタを用いる。 The illumination unit 208 includes a light source 501, a condenser lens 502, an illumination wavelength filter 503, a beam splitter 504, and a condenser lens 505, which are sequentially arranged on the optical axis of the light source 501. For example, an LED having a wavelength of 470 nm is used as the light source 501. The illumination light emitted from the light source 501 is converted into a parallel light beam by the condenser lens 502, passes through the illumination wavelength filter 503, passes through or reflects from the beam splitter 504, and then is collected by the condenser lens 505. Here, the illumination wavelength filter 503 has a property of transmitting the illumination wavelength of the fluorescent label and cutting the fluorescence wavelength region. For example, a band pass filter that transmits light having a wavelength of 430 nm to 490 nm is used.

蛍光取得部２０９は、光源５１０、結像レンズ５０９、蛍光検出用波長フィルタ５０８、ビームスプリッタ５０４および集光レンズ５０５から構成され、これらは光源５１０の光軸上に順に配置されている。 The fluorescence acquisition unit 209 includes a light source 510, an imaging lens 509, a fluorescence detection wavelength filter 508, a beam splitter 504, and a condenser lens 505, which are sequentially arranged on the optical axis of the light source 510.

蛍光検出用波長フィルタ５０８は、蛍光波長を透過し、照明波長領域をカットする性質を有している。例えば、波長５１０ｎｍから５６０ｎｍまでの光を透過するバンドパスフィルタを用いる。 The fluorescence detection wavelength filter 508 has a property of transmitting the fluorescence wavelength and cutting the illumination wavelength region. For example, a band pass filter that transmits light with a wavelength of 510 nm to 560 nm is used.

集光レンズ５０５にて集光された照明光は、ファイバ５０６に結合される。さらに、ファイバ５０６を伝播した照明光の照明領域は、対物レンズ５０７にて測定チャンバ２０１に照明される。 The illumination light condensed by the condenser lens 505 is coupled to the fiber 506. Further, the illumination region of the illumination light propagated through the fiber 506 is illuminated on the measurement chamber 201 by the objective lens 507.

照明光により、測定チャンバ２０１内に格納された混合液体試薬から発せられる蛍光は
、対物レンズ５０７によりファイバ５０６に結合され、ファイバ５０６内を伝播した後、集光レンズ５０５を透過する。そして、ビームスプリッタ５０４により反射または透過された後、蛍光取得部２０９にて検出される。詳細には、蛍光検出用波長フィルタ５０８を透過し、結像レンズ５０９にて受光素子５１０に結像される。 The fluorescence emitted from the mixed liquid reagent stored in the measurement chamber 201 by the illumination light is coupled to the fiber 506 by the objective lens 507, propagates through the fiber 506, and then passes through the condenser lens 505. Then, after being reflected or transmitted by the beam splitter 504, it is detected by the fluorescence acquisition unit 209. Specifically, the light passes through the fluorescence detection wavelength filter 508 and is imaged on the light receiving element 510 by the imaging lens 509.

図６は、ファイバ５０６から照明される照明光光路を示した模式図である。照明光は、測定チャンバ２０１の短手幅よりも大きい範囲で照明している。具体的には、ファイバ５０６中心からの照明光の光束６０１は、対物レンズ５０７にて測定チャンバ２０１の短手幅とほぼ同じサイズの平行光束として照明される。また、ファイバ５０６の中心軸から離れた位置からの照射光の光束６０２は、対物レンズ５０７にて屈折された後測定チャンバ２０１の短手幅を超える位置にて照明される。 FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an illumination light optical path illuminated from the fiber 506. The illumination light is illuminated in a range larger than the short width of the measurement chamber 201. Specifically, the illumination light beam 601 from the center of the fiber 506 is illuminated by the objective lens 507 as a parallel light beam having substantially the same size as the short width of the measurement chamber 201. Further, the light beam 602 of the irradiation light from a position away from the central axis of the fiber 506 is illuminated at a position exceeding the short width of the measurement chamber 201 after being refracted by the objective lens 507.

このように、照明光を測定チャンバ２０１の短手幅よりも大きい範囲で照明しているので、照明部２０８と蛍光取得部２０９の各光軸間で相対的な位置ずれが発生した場合でも、蛍光取得領域、つまり測定チャンバ２０１の短手幅全域を十分にカバーするように照明することが可能となる。 As described above, since the illumination light is illuminated in a range larger than the short width of the measurement chamber 201, even when a relative positional shift occurs between the optical axes of the illumination unit 208 and the fluorescence acquisition unit 209, It is possible to illuminate so as to sufficiently cover the fluorescence acquisition region, that is, the entire short width of the measurement chamber 201.

仮に、測定チャンバ２０１の短手幅と等しい範囲で照明した場合は、照明部２０８と蛍光取得部２０９の各光軸間位置ずれ等の要因により、測定チャンバ２０１の短手幅よりも小さい範囲で照明することとなる。 If the illumination is performed in a range equal to the short width of the measurement chamber 201, due to factors such as displacement between the optical axes of the illumination unit 208 and the fluorescence acquisition unit 209, the range is smaller than the short width of the measurement chamber 201. It will be illuminated.

図７は、処理チップ１０２とファイバ５０６の先端付近との間における蛍光受光光路示した模式図である。測定チャンバ２０１の短手幅を外れた処理チップ１０２表面での照明光の反射光線７０２は、対物レンズ５０７にてファイバ５０６入射端５１１面に結合される。同様に測定チャンバ２０１内に格納された混合液体試薬から発せられる蛍光光線７０１（請求項の「戻り光」に相当する）は、対物レンズ５０７にてファイバ５０６入射端５１１面に結合される。ここで、ファイバ５０６の入射端５１１面は、対物レンズ５０７の焦点位置に配置されており、ファイバ５０６直径が開口絞り（請求項の「光量調整絞り」に相当する）の役割を果たすことによりテレセントリックな光学構成（請求項の「光学系」に相当する）となっている。蛍光光線６０１および反射光線７０２を主光線とする任意の立体角の光束がファイバ５０６へ入射することになる。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a fluorescence light receiving optical path between the processing chip 102 and the vicinity of the tip of the fiber 506. A reflected light beam 702 of illumination light on the surface of the processing chip 102 outside the short width of the measurement chamber 201 is coupled to the surface of the fiber 506 incident end 511 by the objective lens 507. Similarly, a fluorescent light beam 701 (corresponding to “return light” in the claims) emitted from the mixed liquid reagent stored in the measurement chamber 201 is coupled to the incident surface 511 of the fiber 506 by the objective lens 507. Here, the incident end 511 surface of the fiber 506 is disposed at the focal position of the objective lens 507, and the diameter of the fiber 506 serves as an aperture stop (corresponding to the “light quantity adjustment stop” in the claims), thereby making it telecentric. The optical configuration (corresponding to the “optical system” in the claims). A light beam having an arbitrary solid angle having the fluorescent light beam 601 and the reflected light beam 702 as chief rays enters the fiber 506.

ファイバ５０６は、コア７０３とその外周にクラッド７０４を配した構成である。所定の入射角（請求項の「伝播ＮＡ」に相当する）以内の光はコア７０３とクラッド７０４の境界面において、クラッド７０４の屈折角θが９０度を越えることで、全反射しながらコア７０３内を伝播することが知られている。 The fiber 506 has a configuration in which a core 703 and a clad 704 are arranged on the outer periphery thereof. The light within a predetermined incident angle (corresponding to “propagation NA” in the claims) is totally reflected at the boundary surface between the core 703 and the clad 704 when the refraction angle θ of the clad 704 exceeds 90 degrees. It is known to propagate inside.

そのため、光軸中心からの蛍光光線７０１の像高L１と光軸中心からの反射光線７０２の像高L２が異なることによって、ファイバ５０６の入射端面５１１への入射角が異なる。これを利用し、蛍光中心波長においてコア７０３とクラッド７０４の屈折率を所定の値となるように構成している。これにより光軸中心から像高L１までの領域、言い換えれば測定チャンバ２０１領域内の蛍光のみ、すなわちすべての蛍光光線７０１をコア７０３内で伝播させ、受光素子５１０にて検出することが可能となる。 Therefore, the incident angle to the incident end face 511 of the fiber 506 differs because the image height L1 of the fluorescent light beam 701 from the optical axis center and the image height L2 of the reflected light beam 702 from the optical axis center are different. Using this, the refractive index of the core 703 and the clad 704 is configured to have a predetermined value at the fluorescence center wavelength. As a result, only the fluorescence in the region from the center of the optical axis to the image height L 1, in other words, the region of the measurement chamber 201, that is, all the fluorescent light rays 701 are propagated in the core 703 and can be detected by the light receiving element 510. .

この時、光軸中心からの像高Ｌ１からファイバ５０６のコア７０３へ入射した光線のコア７０３とクラッド７０４の境界面におけるクラッド７０４の屈折角θは、コア７０３の屈折率ｎ１、クラッド７０４の屈折率ｎ２、対物レンズ５０７の焦点距離ｆを用いて（式１）にて示される。 At this time, the refraction angle θ of the clad 704 at the boundary surface between the core 703 and the clad 704 of the light ray incident on the core 703 of the fiber 506 from the image height L1 from the optical axis center is the refractive index n1 of the core 703 and the refraction of the clad 704. It is expressed by (Equation 1) using the rate n2 and the focal length f of the objective lens 507.

θ＝ｓｉｎ^-1（ｎ１／ｎ２ｘｃｏｓ（ｓｉｎ^-1（１／ｎ１ｘｓｉｎ（ｔａｎ^-1（Ｌ１
／ｆ）））））＞９０度・・・（式１）
例えば、対物レンズ５０７の焦点距を２．５ｍｍ、コア７０３の材質をＰＭＭＡ（屈折率：１．４９）、クラッド７０４の材質をフッ素ポリマー（屈折率：１．４０）とした場合、屈折角θが９０度より大きくなる。すなわち、ファイバ５０６を伝播し、受光素子５１０にて検出される最大の像高Ｌ１は１．５ｍｍとなることから、回転トレイ２０２の円周方向である測定チャンバ２０１の短手幅３ｍｍを基準とする３ｍｍ直径の領域内からの蛍光のみをファイバ５０６にて伝播することができる。 θ = sin ⁻¹ (n1 / n2 × cos (sin ⁻¹ (1 / n1xsin (tan ⁻¹ (L1
/ F))))) >> 90 degrees (Equation 1)
For example, when the focal length of the objective lens 507 is 2.5 mm, the material of the core 703 is PMMA (refractive index: 1.49), and the material of the clad 704 is fluoropolymer (refractive index: 1.40), the refraction angle θ Becomes larger than 90 degrees. That is, since the maximum image height L1 propagating through the fiber 506 and detected by the light receiving element 510 is 1.5 mm, the short width 3 mm of the measurement chamber 201 in the circumferential direction of the rotating tray 202 is used as a reference. Only the fluorescence from within the 3 mm diameter region can propagate through the fiber 506.

このように、対物レンズ５０７の焦点位置にファイバ５０６の入射端５１１面を配したテレセントリック光学系において、ファイバ５０６のコア７０３および、クラッド７０４の屈折率を調整することにより、測定チャンバ２０１領域内の蛍光のみを受光素子５１０にて検出することが可能となる。 In this way, in the telecentric optical system in which the incident end 511 surface of the fiber 506 is arranged at the focal position of the objective lens 507, the refractive index of the core 703 and the cladding 704 of the fiber 506 is adjusted to adjust the refractive index of the measurement chamber 201 region. Only the fluorescence can be detected by the light receiving element 510.

これにより、回転する複数の測定チャンバ２０１からの蛍光を逐次測定する場合、測定対象の測定チャンバ２０１と隣接する測定チャンバ２０１からの蛍光による干渉の影響をなくし、且つテレセントリックな光学系としたことにより位置ずれに対する影響なくしたことにより、検出精度の向上が期待される。 As a result, when the fluorescence from the plurality of rotating measurement chambers 201 is sequentially measured, the influence of interference from the measurement chamber 201 adjacent to the measurement chamber 201 to be measured is eliminated, and a telecentric optical system is provided. Improvement in detection accuracy is expected by eliminating the influence on the positional deviation.

また、照明光の照明領域を短手幅より大きくすることにより、照明部２０８と蛍光取得部２０９の軸ずれによる影響をなくし、測定チャンバ２０１短手方向全域にて発した蛍光を全て検出することができる。 Further, by making the illumination area of the illumination light larger than the short width, the influence of the axial displacement of the illumination unit 208 and the fluorescence acquisition unit 209 is eliminated, and all the fluorescence emitted in the entire short direction of the measurement chamber 201 is detected. Can do.

以上のように、本発明の実施の形態１においては、対物レンズ５０７の焦点位置にファイバ５０６の入射端５１１面を配したテレセン光学系において、ファイバ５０６のコア７０３およびクラッド７０４の屈折率を用いて全反射角を調整することにより測定視野の制限が可能となる。これにより、処理チップ１０２の位置ずれに影響されることなく、測定チャンバ２０１内の蛍光のみを受光素子５１０にて検出することが可能となる。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the refractive index of the core 703 and the cladding 704 of the fiber 506 is used in the telecentric optical system in which the incident end 511 surface of the fiber 506 is arranged at the focal position of the objective lens 507. By adjusting the total reflection angle, the measurement field of view can be limited. Thereby, it is possible to detect only the fluorescence in the measurement chamber 201 by the light receiving element 510 without being affected by the positional deviation of the processing chip 102.

また、本実施の形態１においては、円形の受光領域について説明したが、対物レンズ５０７をトーリックレンズまたはバイコーニックレンズ等の直交する方向で曲率、すなわち焦点距離の異なるレンズを使用してもよい。この場合、ファイバ５０６内で伝播可能な像高が直交方向で異なる楕円の受光領域を形成することが可能となる。つまり、任意の測定チャンバ２０１内全ての蛍光のみを検出することが可能となる。 In the first embodiment, the circular light receiving region has been described. However, the objective lens 507 may be a lens having a different curvature, that is, a focal length in the orthogonal direction, such as a toric lens or a biconic lens. In this case, it is possible to form an elliptical light receiving region in which the image height that can propagate in the fiber 506 is different in the orthogonal direction. That is, it becomes possible to detect only all the fluorescence in the arbitrary measurement chamber 201.

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図８を用いて説明する。光学部８０５は、照明部８０６、蛍光取得部８０７、導波路８０４および対物レンズ５０７から構成される。実施の形態１の構成と主に異なる点は、実施の形態１で用いた１本のファイバ５０６を導波路８０４に置き換えたことである。 (Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The optical unit 805 includes an illumination unit 806, a fluorescence acquisition unit 807, a waveguide 804, and an objective lens 507. The main difference from the configuration of the first embodiment is that one fiber 506 used in the first embodiment is replaced with a waveguide 804.

照明部８０６は、光源５０１、コンデンサレンズ５０２、照明用波長フィルタ５０３および集光レンズ５０５から構成され、これらは光源５０１の光軸上に順に配置されている。光源５０１は、例えば、波長４７０ｎｍのＬＥＤを用いる。 The illumination unit 806 includes a light source 501, a condenser lens 502, an illumination wavelength filter 503, and a condenser lens 505, which are sequentially arranged on the optical axis of the light source 501. For example, an LED having a wavelength of 470 nm is used as the light source 501.

蛍光取得部８０７は、受光素子５１０、結像レンズ５０９、蛍光検出用波長フィルタ５０８およびコリメータレンズ８０３から構成され、これらは受光素子５１０の光軸上に順に配置されている。 The fluorescence acquisition unit 807 includes a light receiving element 510, an imaging lens 509, a fluorescence detection wavelength filter 508, and a collimator lens 803, which are sequentially arranged on the optical axis of the light receiving element 510.

導波路８０４は、複数の照明用ファイバ８０１および単一の受光用ファイバ８０２より構成されている。具体的には、複数の照明用ファイバ８０１の照明光出射端８０８と、１
本の受光用ファイバ８０２の蛍光入射端８０９とを１本に束ね、かつ複数の照明用ファイバ８０１の照明光入射端８１０を１つに束ねた構成とした。 The waveguide 804 includes a plurality of illumination fibers 801 and a single light receiving fiber 802. Specifically, the illumination light exit ends 808 of the plurality of illumination fibers 801, 1
The fluorescence incident ends 809 of the two light receiving fibers 802 are bundled into one, and the illumination light incident ends 810 of the plurality of illumination fibers 801 are bundled into one.

照明部８０６の光源５０１から照射された照明光は、コンデンサレンズ５０２により平行光に変換され、照明用波長フィルタ５０３を透過する。照明用波長フィルタ５０３は、蛍光標識の照明波長を透過し、蛍光波長領域をカットする性質を有している。例えば、波長４３０ｎｍから４９０ｎｍまでの光を透過するバンドパスフィルタを用いる。 The illumination light emitted from the light source 501 of the illumination unit 806 is converted into parallel light by the condenser lens 502 and passes through the illumination wavelength filter 503. The illumination wavelength filter 503 has a property of transmitting the illumination wavelength of the fluorescent label and cutting the fluorescence wavelength region. For example, a band pass filter that transmits light having a wavelength of 430 nm to 490 nm is used.

照明用波長フィルタ５０３を透過した光束は、集光レンズ５０５にて複数の照明用ファイバ８０１に結合される。さらに、複数の照明用ファイバ８０１を伝播した照明光は、対物レンズ５０７にて測定対象となった１つの測定チャンバ２０１を十分にカバーできる範囲で照明される。 The light beam that has passed through the illumination wavelength filter 503 is coupled to a plurality of illumination fibers 801 by a condenser lens 505. Furthermore, the illumination light that has propagated through the plurality of illumination fibers 801 is illuminated by an objective lens 507 within a range that can sufficiently cover one measurement chamber 201 that is a measurement target.

この照明光により、測定チャンバ２０１内に格納された試料から発せられる蛍光は、対物レンズ５０７により受光用ファイバ８０２に結合され、この内部を伝播した後、蛍光取得部８０７にて検出される。詳細には、コリメートレンズ８０３、蛍光検出用波長フィルタ５０８を透過し、結像レンズ５０９にて受光素子５１０に結像される。ここで、蛍光検出用波長フィルタ５０８は、蛍光波長を透過し、照明波長領域をカットする性質を有している。例えば、波長５１０ｎｍから５６０ｎｍまでの光を透過するバンドパスフィルタを用いる。 The fluorescence emitted from the sample stored in the measurement chamber 201 by the illumination light is coupled to the light receiving fiber 802 by the objective lens 507, propagates through the inside, and then detected by the fluorescence acquisition unit 807. More specifically, the light passes through the collimator lens 803 and the fluorescence detection wavelength filter 508, and is imaged on the light receiving element 510 by the imaging lens 509. Here, the fluorescence detection wavelength filter 508 has a property of transmitting the fluorescence wavelength and cutting the illumination wavelength region. For example, a band pass filter that transmits light with a wavelength of 510 nm to 560 nm is used.

図８は、１本の受光用ファイバ８０２を中心にその外周に、これと同径の６本の照明用ファイバ８０１を１本に束ねた導波路８０４の端部を示した断面模式図である。照明用ファイバ８０１が複数本周囲を取り囲むようにして構成されているので、照明の照度が平均化され測定チャンバ２０１に対し均等な照明ができ、測定精度を向上させることができる。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an end portion of a waveguide 804 in which six light-receiving fibers 801 having the same diameter are bundled on the outer periphery around a single light-receiving fiber 802. . Since a plurality of illumination fibers 801 are configured to surround the periphery, the illuminance of the illumination is averaged and the measurement chamber 201 can be evenly illuminated, and the measurement accuracy can be improved.

本発明は、導波路を用いた受光側テレセントリックな光学系にて、測定精度を確保できる点で有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in that measurement accuracy can be secured in a light-receiving side telecentric optical system using a waveguide.

１０１生体化学分析装置
１０２処理チップ
１０３処理チップ投入口
１０４タッチパネル
１０５処理チップの表面
２０１測定チャンバ
２０２回転トレイ
２０３モータ
２０４温調部
２０５ヒータ
２０６光学部
２０７温度センサ
２０８照明部
２０９蛍光取得部
２１０回転機構
２１１筐体
４０１中心軸
４０２軌道
５０１光源
５０２コンデンサレンズ
５０３照明用波長フィルタ
５０４ビームスプリッタ
５０５集光レンズ
５０６ファイバ
５０７対物レンズ
５０８蛍光検出用波長フィルタ
５０９結像レンズ
５１０受光素子
５１１入射端
６０１ファイバ中心からの照明光束
６０２ファイバ中心から離れた位置からの照明光束
７０１蛍光光線
７０２反射光線
７０３コア
７０４クラッド
８０１照明用ファイバ
８０２受光用ファイバ
８０３コリメートレンズ
８０４導波路
８０５光学部
８０６照明部
８０７蛍光取得部
８０８照明光出射端
８０９蛍光入射端
８１０照明光入射端 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Biochemical analyzer 102 Processing chip 103 Processing chip slot 104 Touch panel 105 The surface of a processing chip 201 Measurement chamber 202 Rotating tray 203 Motor 204 Temperature control part 205 Heater 206 Optical part 207 Temperature sensor 208 Illumination part 209 Fluorescence acquisition part 210 Rotation mechanism 211 Housing 401 Central axis 402 Orbit 501 Light source 502 Condenser lens 503 Illumination wavelength filter 504 Beam splitter 505 Condensing lens 506 Fiber 507 Objective lens 508 Fluorescence detection wavelength filter 509 Imaging lens 510 Light receiving element 511 Incident end 601 From fiber center Illumination luminous flux 602 Illumination luminous flux from a position away from the fiber center 701 Fluorescent light 702 Reflected light 703 Core 704 Cladding 801 Illuminating fiber 8 Second light receiving fiber 803 collimating lens 804 waveguide 805 optically unit 806 illuminating unit 807 fluorescence acquisition unit 808 illuminating light emitting end 809 fluorescence incidence end 810 illumination light incident end

Claims

An objective lens;
A waveguide having an incident end disposed at a focal position of the objective lens;
An optical system comprising a light amount adjusting diaphragm for telecentric focusing of return light from the sample with the objective lens,
The light amount adjusting diaphragm is provided at the incident end,
The propagation NA of the waveguide was adjusted to a value that propagates all return light from the sample in the waveguide.
An optical system characterized by that.

An optical system according to claim 1;
An illumination unit that illuminates the sample that is stored in the measurement chamber and fluorescently labeled with illumination light;
A fluorescence acquisition unit comprising a fluorescence acquisition unit for acquiring fluorescence from the sample,
The fluorescence detection apparatus, wherein an illumination area of illumination light from the illumination unit is larger than a width of the measurement chamber.

The fluorescence detection apparatus according to claim 2, wherein illumination of the sample with the illumination light passes through the waveguide.

The fluorescence detection apparatus according to claim 3, wherein the fluorescence acquisition unit is one light receiving fiber, and a plurality of illumination fibers are provided as the illumination unit on an outer periphery of the light receiving fiber.

A fluorescence detection device according to claim 2;
A biochemical analyzer comprising: a rotary toilet for holding a measurement chip having a plurality of measurement chambers.

The biochemical analyzer according to claim 5, wherein the sample is sequentially measured by rotating the rotating tray.

7. The biochemical analyzer according to claim 6, wherein the width of the measurement chamber is a width in the rotation direction of the rotating tray.