JP2002365251A

JP2002365251A - マイクロ化学システム

Info

Publication number: JP2002365251A
Application number: JP2001172406A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamaguchi; 山口　　淳; Akihiko Hattori; 明彦服部; Takehiko Kitamori; 武彦北森
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-18
Also published as: WO2002101370A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ユーザの作業効率を向上できるマイクロ化学
システムを提供する。【解決手段】マイクロ化学システム１は、冶具２０，
２６及び回転軸２１から構成される回動機構に配された
入射光学系と検出器５１とを備える。回転軸２１に片持
ちに設けられた冶具２０にはロッドレンズ１０が貫通し
て固定されており、ロッドレンズ１０の下方には板状部
材３０が配置されており、板状部材３０の下方には、板
状部材３０に収められた試料を透過した出力光を検出す
る光電変換器５１が回転軸２１に片持ちに設けられた冶
具２６の先端に配設されており、冶具２０，２６を回動
して位置を変え、板状部材３０の各所に収めた試料を透
過した出力光を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に励起光を集
光照射して熱レンズを形成するとともに検出光を照射し
て、試料を透過した検出光の偏向にともなう強度の変化
を測定するマイクロ化学システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、化学反応を微小空間で行うた
めの集積化技術が、化学反応の高速性、微小量での反
応、オンサイト分析等の観点から注目され、世界的に精
力的に研究が進められている。

【０００３】化学反応の集積化技術の１つとしてのガラ
ス基板等を用いたマイクロ化学システムは、小さなガラ
ス基板等に作製した微細な流路の中で試料の混合、反
応、分離、抽出、検出等の全ての機能を発揮できること
を目指したものである。マイクロ化学システムで行う反
応の例にはジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応
があり、抽出や分離の例には溶媒抽出、電気泳動分離、
カラム分離などがある。

【０００４】上記機能のうち分離のみを目的としたもの
の例に、特開平８−１７８８９７号公報で提案されてい
る電気泳動装置がある。この電気泳動装置は、極微量の
タンパクや核酸等を分析する装置であり、互いに接合さ
れた２枚のガラス基板からなる流路付き板状部材を備え
ている。この部材は板状であるので、断面が円形又は角
形のガラスキャピラリチューブに比べて破損しにくく、
取扱いが容易である。

【０００５】マイクロ化学システムにおいては、試料の
量が微量であるので、高度な検出方法が必須であるが、
微細な流路の液中試料の光吸収によって発生する熱レン
ズ効果を利用した光熱変換分光分析法が確立されること
により、実用化の道が開かれた。

【０００６】光熱変換分光分析法は、試料に光を集光照
射したときに試料中の溶質の光吸収に起因して放出され
る熱エネルギーによって溶媒が局所的に温度上昇して屈
折率が変化し、その結果、熱レンズが形成されるという
光熱変換効果を利用する分析方法である。

【０００７】図６は、熱レンズの原理の説明図である。

【０００８】図６において、顕微鏡の対物レンズを介し
て励起光を極微小試料に集光照射すると光熱変換効果が
誘起される。多くの物質では温度上昇に伴い屈折率が小
さくなる。したがって、励起光が集光照射された試料
は、温度上昇の度合いが大きい集光中心に近付くほど屈
折率の低下が大きく、熱拡散によって温度上昇の度合い
が小さい周辺部に近付くほど屈折率の低下が小さい。光
学的にはこの屈折率の分布はちょうど凹レンズと同じ効
果を持つので、この効果を熱レンズ効果と呼び、効果の
大きさ、即ち凹レンズの度数は試料の光吸収度に比例す
る。また、屈折率が温度に比例して大きくなる場合は逆
に、凸レンズと同じ効果が生じる。

【０００９】このように、上記光熱変換分光分析法は、
熱の拡散、即ち屈折率変化を観察するものであるので、
極微小試料の濃度を検出するのに適している。

【００１０】上記光熱変換分光分析法を実行するマイク
ロ化学システムとしては、例えば特開平１０−２３２２
１０号公報に記載された光熱変換分光分析装置が提案さ
れている。

【００１１】従来のマイクロ化学システムにおいては、
流路付き板状部材は、顕微鏡の対物レンズの下方に配置
され、励起光源から出力された所定波長の励起光は、顕
微鏡に入射し、この顕微鏡の対物レンズにより流路付き
板状部材の分析用流路内の試料に集光照射される。この
集光照射の集光照射位置を中心として熱レンズが形成さ
れる。

【００１２】一方、検出光源から出力され、波長が励起
光と異なる検出光は、顕微鏡に入射し、顕微鏡から出射
される検出光は、励起光によって試料に形成された熱レ
ンズに集光照射され、試料を透過して発散又は集光す
る。この試料から発散又は集光して出射された光は信号
光となり、その信号光は、集光レンズ及びフィルタ、又
はフィルタのみを経て検出器により検出される。この検
出器により検出された信号光の強度は、試料において形
成された熱レンズに応じたものになる。

【００１３】このように、上記の光熱変換分光分析装置
においては、熱レンズは励起光の集光照射位置（以下、
焦点位置と記す。）に形成され、且つ形成された熱レン
ズの屈折率の変化は、波長が励起光と異なる検出光によ
り検出される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光熱変換分光分析装置は、光源、測定部や検出部（光電
変換部）の光学系等の構成が複雑であるために、大型で
可搬性に欠けていた。このため、この光熱変換分光分析
装置を利用して分析などを行う場合、場所や装置の操作
が限定されるという問題があり、延いては、ユーザの作
業効率が悪いという問題がある。

【００１５】特に、光学系に顕微鏡を利用する場合、流
路付き板状部材に対して顕微鏡用対物レンズが大きいの
で装置の小型化を妨げていた。

【００１６】また、試料の測定位置を変更しようとする
場合は、試料を載せているステージを移動させる必要が
あった。試料が流路付き板状部材の流路内に有る場合
は、ステージの移動によって流れが乱されてしまう。こ
のため、試料を安定して測定するためには、移動したス
テージをしばらく放置して、流路中の流れの乱れが収ま
るまで待たねばならずユーザの作業効率が悪いという問
題もある。

【００１７】また、光熱変換分光分析装置においては励
起光の焦点位置と検出光の焦点位置とが異なっているこ
とを必要とする。

【００１８】図７は、励起光の光軸方向（Ｚ方向）に関
する熱レンズの形成位置と検出光の焦点位置の説明図で
あり、（ａ）は、対物レンズが色収差をもつ場合を示
し、（ｂ）は、対物レンズが色収差をもたない場合を示
す。

【００１９】対物レンズ１３０が色収差をもつ場合は、
図７（ａ）に示すように、熱レンズ１３１は、励起光の
焦点位置１３２に形成されると共に、検出光の焦点位置
１３３はΔＬだけ励起光の焦点位置１３２からずれるの
で、この検出光により熱レンズ１３１の屈折率の変化を
検出光の焦点距離の変化として検出できる。一方、対物
レンズ１３０が色収差をもたない場合は、図７（ｂ）に
示すように、検出光の焦点位置１３３は、励起光の焦点
位置１３２に形成される熱レンズ１３１の位置とほぼ一
致し、その結果、検出光は、熱レンズ１３１によって偏
向することはなく、熱レンズ１３１の屈折率の変化を検
出することができない。

【００２０】ところが、顕微鏡の対物レンズは、通常、
色収差をもたないように製造されているので、上記の理
由により、検出光の焦点位置１３３は、励起光の焦点位
置１３２に形成される熱レンズ１３１の位置とほぼ一致
し（図７（ｂ））、熱レンズ１３１の屈折率の変化を検
出できない。このため、測定の度に、熱レンズが形成さ
れる位置を、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、
検出光の焦点位置１３３からずらしたり、図９に示すよ
うに、図示しないレンズを用いて検出光を若干の角度を
つけて入射させることにより検出光の焦点位置１３３を
熱レンズ１３１からずらしたりしなければならず、この
点でもユーザの作業効率が悪いという問題がある。

【００２１】本発明の目的は、ユーザの作業効率を向上
できるマイクロ化学システムを提供することにあり、さ
らに、小型化ができるマイクロ化学システムを提供する
ことにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のマイクロ化学システムは、分析対象
物を収容する板状部材と、所定波長の励起光を出力する
励起光光源と、波長が前記励起光と異なる検出光を出力
する検出光光源と、前記励起光と前記検出光を同軸的に
前記分析対象物に入射させる入射光学系と、前記分析対
象物からの出力光を検出する検出器とを備えるマイクロ
化学システムにおいて、前記板状部材は、前記入射光学
系と前記検出器との間に両者から分離して配置されたこ
とを特徴とする。

【００２３】請求項１記載のマイクロ化学システムによ
れば、板状部材は、入射光学系と検出器との間に両者か
ら分離して配置されているので、測定位置の変更が容易
であり、ユーザの作業効率を向上できる。

【００２４】請求項２記載のマイクロ化学システムは、
請求項１記載のマイクロ化学システムにおいて、回転軸
を有し、前記入射光学系及び前記検出器の相対位置を維
持しつつ前記入射光学系及び前記検出器を前記回転軸を
中心に回動させる回動機構を備えることを特徴とする。

【００２５】請求項２記載のマイクロ化学システムによ
れば、入射光学系及び検出器の相対位置を維持しつつ入
射光学系及び検出器を回転軸を中心に回動させるので、
測定位置を変更する際に板状部材を移動させる必要がな
く迅速に測定でき、もって、ユーザの作業効率をさらに
向上できるとともに、異なる測定点での測定ができるマ
イクロ化学システムとしては小型化できることとなる。

【００２６】請求項３記載のマイクロ化学システムは、
請求項２記載のマイクロ化学システムにおいて、前記入
射光学系は、前記回転軸の延びる方向の中心軸線に一致
する中心軸線光路と、該中心軸線光路を進行してきた光
を既定の角度で反射する、前記回転軸とともに回転する
第１の反射手段と、該第１の反射手段によって反射され
た光を前記検出器に向けて反射する第２の反射手段とを
備えることを特徴とする。

【００２７】請求項４記載のマイクロ化学システムは、
請求項１記載のマイクロ化学システムにおいて、前記入
射光学系及び前記検出器の相対位置を維持しつつ該入射
光学系及び該検出器を前記板状部材の板面に平行に移動
させる平行移動機構を備えることを特徴とする。

【００２８】請求項４記載のマイクロ化学システムによ
れば、平行移動機構が入射光学系及び検出器の相対位置
を維持しつつ入射光学系及び検出器を板状部材の板面に
平行に移動させるので、測定位置を変更する際に板状部
材を移動させる必要がなく迅速に測定でき、もって、ユ
ーザの作業効率をさらに向上できるとともに入射光学系
及び検出器の相対位置を調整する機構が不要であり、マ
イクロ化学システムを小型化できる。

【００２９】請求項５記載のマイクロ化学システムは、
請求項４記載のマイクロ化学システムにおいて、前記入
射光学系は、前記検出器に向けて光を反射する反射手段
と、該反射手段によって反射された光の光路上に配置さ
れたレンズとを有し、前記平行移動機構は、前記板面に
平行に延びる案内部材と、少なくとも前記反射手段及び
前記レンズ並びに前記検出器が固定された、前記案内部
材に案内される可動部材とを備えることを特徴とする。

【００３０】請求項６記載のマイクロ化学システムは、
請求項１記載のマイクロ化学システムにおいて、前記入
射光学系は、少なくとも前記検出器に向けて光を反射す
る反射手段及び該反射手段によって反射された反射光の
光路上に配置されたレンズから成る複数組の入射ユニッ
トと、前記反射手段の各々に向けて反射光の光路を変更
する光路変更手段とを備えることを特徴とする。

【００３１】請求項６記載のマイクロ化学システムによ
れば、入射光学系は、少なくとも検出器に向けて光を反
射する反射手段及び該反射手段によって反射された反射
光の光路上に配置されたレンズから成る複数組の入射ユ
ニットと、反射手段の各々に向けて反射光の光路を変更
する光路変更手段とを備えるので、光路変更手段によっ
て所望の入射ユニットに光を向けることによって、異な
る測定点での測定が迅速に行え、もってユーザの作業効
率をさらに向上できるとともに、異なる測定点での測定
ができるマイクロ化学システムとしては小型化できる。

【００３２】請求項７記載のマイクロ化学システムは、
請求項６記載のマイクロ化学システムにおいて、前記光
路変更手段は、反射角度を変えることによって前記反射
光の光路を変更することを特徴とする。

【００３３】請求項８記載のマイクロ化学システムは、
請求項６記載のマイクロ化学システムにおいて、前記光
路変更手段は、入射して来る光の光路に並行に移動する
ことによって前記反射光の光路を変更することを特徴と
する。

【００３４】請求項９記載のマイクロ化学システムは、
請求項請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロ
化学システムにおいて、前記入射光学系は、屈折率分布
型レンズを備えることを特徴とする。

【００３５】請求項９記載のマイクロ化学システムによ
れば、入射光学系は、屈折率分布型レンズを備えている
ので、通常のレンズを備えたものと比較してレンズの占
める空間が相当に小さく、もって、マイクロ化学システ
ムをさらに小型化できる。

【００３６】請求項１０記載のマイクロ化学システム
は、請求項請求項５乃至８のいずれか１項に記載のマイ
クロ化学システムにおいて、前記レンズは屈折率分布型
レンズであることを特徴とする。

【００３７】請求項１０記載のマイクロ化学システムに
よれば、レンズは、屈折率分布型レンズであるので、通
常のレンズを備えたものと比較してレンズの占める空間
が相当に小さく、もって、マイクロ化学システムをさら
に小型化できる。

【００３８】請求項１１記載のマイクロ化学システム
は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のマイクロ
化学システムにおいて、前記板状部材は、前記分析対象
物を収納する流路を少なくとも１つ備えることを特徴と
する。

【００３９】請求項１１記載のマイクロ化学システムに
よれば、板状部材は、分析対象物を収納する流路を少な
くとも１つ備えるので、流路上に異なる測定点を容易に
設定でき、もって、ユーザの作業効率をより一層に向上
できる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
マイクロ化学システムの構成を図面を参照しながら説明
する。

【００４１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
マイクロ化学システムの概略構成を示す模式図である。

【００４２】マイクロ化学システム１は、所定波長の励
起光を出力する励起光光源４１、波長が励起光とは異な
る検出光を出力する検出光光源４２、試料（分析対象
物）を収容する板状部材３０、励起光と検出光とを同軸
的に試料に入射させる入射光学系、試料からの出力光を
検出する検出器５１から構成される。これらのうち、入
射光学系と検出器５１とは、後述する冶具２０，２６及
び回転軸２１から構成される回動機構に配されている。

【００４３】励起光源４１から出力された励起光の光路
上には励起光を変調するためのチョッパー４３が配置さ
れている。このチョッパー４３よりも励起光の進行方向
下流にはダイクロイックミラー４４が配置されている。
このダイクロイックミラー４４には検出光光源４２から
出力された検出光と励起光とが入射して、両者は同軸の
光（以下、同軸光という。）になる。

【００４４】同軸光の光路上にはミラー２３が配置され
ている。このミラー２３によって進行方向を変えられた
同軸光の光路は、後述する回転軸２１の延びる方向の中
心軸線に一致する。この回転軸２１は一端（図面上、下
端）に連結されたモータ２２によって回転する。他端側
（図面上、上端側）にはミラー２４（第１の反射手段）
が設けられている。

【００４５】このミラー２４の下方には冶具２０が回転
軸２１に片持ちに設けられている。冶具２０は回転軸２
１の延びる方向に直交する方向に延びており、先端部近
傍には屈折率分布型のロッドレンズ１０が貫通して固定
されている。ロッドレンズ１０よりも更に先端寄りの上
面にはミラー２５（第２の反射手段）が配設されてい
る。ミラー２５はロッドレンズ１０の上方に位置してお
り、ミラー２４によって進行方向を変えられた同軸光
は、ミラー２５によって再び進行方向を変えられてロッ
ドレンズ１０を通過する。

【００４６】ロッドレンズ１０は、中心から周辺に向か
って屈折率が連続的に変化する円柱状透明体から成り
（例えば、特公昭６３−６３５０２号公報）、例えばガ
ラス又はプラスチックによって製造される。

【００４７】このロッドレンズ１０は、中心軸から半径
方向にｒの距離の位置における屈折率ｎ（ｒ）が、軸上
屈折率をｎ₀、２乗分布定数をｇとして、近似的にｒに
関する２次方程式ｎ（ｒ）＝ｎ₀｛１−（ｇ²／２）・ｒ²｝で表わされる集束性光伝送体として知られている。

【００４８】ロッドレンズ１０は、その長さｚ₀を０＜
ｚ₀＜π／２ｇの範囲内で選ぶとき、その結像特性は、
両端面が平坦でありながら通常の凸レンズと同じであ
り、平行入射光線によって出射端より、ｓ₀＝ｃｏｔ（ｇｚ₀）／ｎ₀ｇの位置に焦点が作られる。

【００４９】また、ロッドレンズ１０は、例えば、以下
の方法で製造される。

【００５０】即ち、モル百分率でＳｉＯ₂：５７〜６３
％、Ｂ₂Ｏ₃：１７〜２３％、Ｎａ₂Ｏ：５〜１７％、Ｔ
ｌ₂Ｏ：３〜１５％を主成分とするガラスでロッドを成
形した後、このガラスロッドを硝酸カリウム塩等のイオ
ン交換媒体中で処理してガラス中のタリウムイオン及び
ナトリウムイオンと媒体中のカリウムイオンとをイオン
交換して、ガラスロッド内に中心から周辺に向けて連続
的に低減する屈折率分布を与える。

【００５１】ロッドレンズ１０は、励起光の焦点位置に
対して検出光の焦点位置がわずかにΔＬだけずれるよう
に設定され（図７（ａ））。

【００５２】Ｉｃは、共焦点長（ｎｍ）として、Ｉｃ＝
π・（ｄ／２）²／λ₁で計算される。ここで、ｄは、ｄ
＝１．２２×λ₁／ＮＡで計算されるエアリーディスク
であり、λ₁は、励起光の波長（ｎｍ）、ＮＡは、ロッ
ドレンズ１０の開口数である。

【００５３】上記ΔＬ値は測定する試料（分析対象物）
の厚みによって変化する。共焦点長よりも厚みが薄い試
料を測定する場合は、ΔＬ＝√３・Ｉｃであることが最
も好ましい。

【００５４】例えば、ＮＡ＝０．４６、λ₁＝４８８ｎ
ｍ、λ₂＝６３２．８ｎｍにおけるずれΔＬの値と信号
強度との関係は、ΔＬ＝４．６７μｍのときの信号強度
を１００とした場合の相対比係数値で表すと、図２に示
すようになり、ΔＬ＝４．６７μｍのときに信号強度が
最大となる。これにより、ロットレンズ１０は、この場
合、その最適焦点位置のずれΔＬが４．６７μｍになる
ように設計するのが好ましいことが分かる。このΔＬの
値は、検出光の焦点位置と励起光の焦点位置との差を表
わしているので、検出光の焦点距離が励起光の焦点距離
よりも長い場合であっても、短い場合であってもよい。

【００５５】ロッドレンズ１０は、その両端面が平面で
あるので、光軸を試料に合わせることが容易である。ま
た、円柱状であるので冶具２０に容易に取りつけること
ができる。

【００５６】さらに、ロッドレンズ１０は顕微鏡用対物
レンズよりもかなり小さいので、マイクロ化学システム
１を小型化できる。

【００５７】また、屈折率分布型レンズは適度な色収差
を有しているので、ロッドレンズ１０のみで励起光及び
検出光双方の焦点位置をずらすことができる。したがっ
て、複数のレンズを配置する必要がなく、この点からも
ロッドレンズ１０はマイクロ化学システム１の小型化に
貢献できる。

【００５８】このロッドレンズ１０の下方には板状部材
３０が冶具２０に平行に配置されている。この板状部材
３０は３層に重ねられたガラス基板３１，３２，３３か
ら構成されている。中間のガラス基板３２には試料の混
合、攪拌、合成、分離、抽出、検出等に用いられる流路
３４が形成されている。

【００５９】板状部材３０の材料は、耐久性及び耐薬品
性の点からガラスが望ましいが、用途を限定すればプラ
スチック等の有機物であってもよい。

【００６０】試料が、例えばＤＮＡ解析を目的とした細
胞等の生体試料である場合は、ガラスの中でも耐酸性及
び耐アルカリ性の高いガラスが好ましい。具体的には、
硼珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガ
ラス、石英ガラス等である。

【００６１】ロッドレンズ１０を通過した同軸光の光路
上で板状部材３０の下方には、板状部材３０に収められ
た試料を透過した同軸光（出力光）を構成する励起光と
検出光を分離して検出光のみを選択的に透過させる波長
フィルタ５２が配置されている。この波長フィルタ５２
の下方には光電変換器５１が配置されている。これら光
電変換器５１と波長フィルタ５２とは回転軸２１に片持
ちに設けられた冶具２６の先端部に配設されている。冶
具２６も冶具２０と同様に回転軸２１の延びる方向に直
交する方向に延びており、かつ、冶具２６は冶具２０に
平行な位置に配されている。これにより、入射光学系の
ミラー２４，２５及びロッドレンズ１０と検出器とは回
転軸に対する位置を不動のままに、互いの相対位置を維
持しつつ共通の回転軸２１を中心に自在に回動できる。

【００６２】これにより、板状部材３０の流路３４中の
試料を透過した検出光を検出することができる。この検
出光を受光した光電変換器５１によって得られた信号
は、チョッパー４３に同期させてＳ／Ｎ比を向上させる
ためにロックインアンプ５３に送られた後にコンピュー
タ５４によって解析される。信号強度が弱い場合は、光
電変換器５１とロックインアンプ５３との間にプリアン
プを挿入してもよい。また、出力光の一部のみを透過さ
せるためのピンホールを光電変換器５１の前に配置して
もよい。

【００６３】なお、測定点が所定の場所に決まっている
場合は、光電変換器５１と波長フィルタ５２とをロッド
レンズ１０等とともに回動するのではなく、測定点毎に
光電変換器５１と波長フィルタ５２とのセットを設けて
もよい。

【００６４】また、ミラー２３，２４，２５に代えて夫
々プリズムを使用してもよい。

【００６５】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ
化学システムによれば、ロッドレンズ１０を移動させる
ので測定点を変更する際に試料を移動させる必要がな
い。このため、試料を移動させる場合のように流体中の
試料に流れの乱れが生じない。したがって、流れの乱れ
が収まるまで待つ必要がなく、迅速な測定ができるので
ユーザの作業効率が向上する。

【００６６】励起光と検出光とから成る同軸光を試料に
照射するためのロッドレンズ１０と、このロッドレンズ
１０に同軸光を導くためのミラー２５とが冶具２０に固
定されて１つの回動機構を構成しているので、この回動
機構と光源４１，４２とを分離することによって光学系
を簡易にでき、延いてはマイクロ化学システム全体を小
型化できる。

【００６７】なお、光源４１，４２を冶具２０に固定し
てもよく、この場合は、同軸光とロッドレンズ１０との
光軸が固定されるので、温度変化等の環境変化に対して
光軸がずれにくいという利点がある。

【００６８】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る
マイクロ化学システムの概略構成を示す模式図である。

【００６９】図３において、マイクロ化学システム２の
構成部材のうち図１に示したマイクロ化学システム１と
同一の構成部材には同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００７０】マイクロ化学システム２は入射光学系及び
検出器５１の相対位置を維持しつつ板状部材３０の板面
に平行に移動させる平行移動機構を備えている。この平
行移動機構は板状部材３０の上方に板状部材３０に平行
に配置されたステージ６１（案内部材）とこのステージ
６１に案内されて板状部材３０に平行に移動するキャリ
ヤー６２（可動部材）とから構成されている。

【００７１】キャリヤー６２は板状部材３０の上方に位
置する上端部と板状部材３０の下方に位置する下端部を
有している。上端部にはロッドレンズ１０とミラー２５
とを備えたユニット６０が装着されている。ミラー２５
は同軸光をロッドレンズ１０を通して光電変換器５１に
入射させる姿勢に固定されている。下端部には光電変換
器５１と波長フィルタ５２とが装着されている。ミラー
２５を介してロッドレンズ１０に同軸光を導くためのミ
ラー２４がステージ６１の一端部の上方に配置されてい
る。このミラー２４は、反射後の同軸光がステージ６１
に平行に進行してミラー２５に達する角度に固定されて
いる。

【００７２】上記のように構成された本発明の第２の実
施の形態に係るマイクロ化学システムによれば、ミラー
２４に反射された後の同軸光の光路とユニット６０の移
動方向とが平行で不変なので、同軸光とミラー２５及び
ロッドレンズ１０との光学配置が常に一定となる。した
がって、ミラー２５の調整が不要であり、同軸光は常に
ロッドレンズ１０及び光電変換器５１に導かれる。ま
た、光軸を調整する機構が不要なのでマイクロ化学シス
テム２を小型化できる。

【００７３】また、同軸光の光路が板状部材３０に平行
なので、ユニット６０が移動してもロッドレンズ１０と
板状基板３０の流路３４との距離は一定である。したが
って、測定点毎に焦点を合わせる必要がなく、ユーザの
作業効率がよい。

【００７４】なお、測定点が所定の場所に決まっている
場合は、光電変換器５１と波長フィルタ５２とをロッド
レンズ１０等とともに平行移動するのではなく、測定点
毎に光電変換器５１と波長フィルタ５２とのセットを設
けてもよい。また、アレイ状光電変換器を配設してもよ
い。

【００７５】図４は、本発明の第３の実施の形態に係る
マイクロ化学システムの概略構成を示す模式図である。
図４において、マイクロ化学システム３の構成部材のう
ち図１に示したマイクロ化学システム１と同一の構成部
材には同一の符号を付して説明を省略する。

【００７６】マイクロ化学システム３は板状部材３０の
上方に同軸光の光路を後述する入射ユニット７０に向か
うように変更するミラー２４（光路変更手段）が配置さ
れている。ミラー２４は反射面の角度を変えるように回
転できる。

【００７７】ミラー２４と板状部材３０との間には、ロ
ッドレンズ１０とミラー２５とを備えた複数個の入射ユ
ニット７０が配設されている。入射ユニット７０は板状
部材３０の各測定点ごとに各測定点の上に配置されてお
り、ロッドレンズ１０の光軸が測定点を通過している。
各ミラー２５はミラー２４から進行して来る同軸光の光
路をロッドレンズ１０の光軸に一致させるように配置さ
れている。したがって、ミラー２５の角度は入射ユニッ
ト７０毎に異なっている。

【００７８】ロッドレンズ１０を通過した同軸光は測定
点を通過する。測定点を通過した出力光を検出するため
に、波長フィルタ５２と光電変換器５１とが板状部材３
０の下方に配設されている。光電変換器５１は測定点毎
に配置されている。光電変換器５１はアレイ状光電変換
器でもよい。

【００７９】本発明の第３の実施の形態によれば、複数
のロッドレンズ１０を試料上に配置してあるので、異な
る測定点での測定が迅速に行え、もってユーザの作業効
率の向上を実現できる。なお、ロッドレンズ１０は非常
に小型であるので、試料上に複数の配置をしてもマイク
ロ化学システム３の小型化に反することはない。

【００８０】なお、同軸光を各入射ユニット７０に向け
るために、ミラー２４を該ミラー２４に入射する光の光
路に並行に移動するようにしてもよい。また、ミラーに
代えてプリズムを使用してもよい。

【００８１】また、各ロッドレンズ１０ごとに励起光及
び検出光の光源を設けてもよい。

【００８２】図５は、本発明の第４の実施の形態に係る
マイクロ化学システムの概略構成を示す模式図である。

【００８３】図５において、マイクロ化学システム５の
構成部材のうち、上記したマイクロ化学システムと同種
の構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。

【００８４】マイクロ化学システム５には、上記の各種
マイクロ化学システムと同様に入射光学系と光電変換器
５１との間にそれらと分離した板状部材３０が配されて
いる。この板状部材３０は冶具２７上に配置されてい
る。板状部材３０の下方には光電変換器５１がプリアン
プ５０とロックインアンプ５３を介してコンピュータ５
４に接続されている。

【００８５】一方、板状部材３０の上方には、冶具２０
の先端部に取り付けられた屈折率分布型のプレイナーレ
ンズ８０が位置している。

【００８６】プレイナーレンズ８０は、球欠状（球から
切り取った部分の形状）を有しており、その平坦面８０
ａは、ガラス基板８１の上面８１ａと同一面上にある。
プレイナーレンズ８０は、レンズの中心に向かって屈折
率が大きくなっている。この屈折率の勾配は、ガラス基
板８１中のナトリウムイオンをタリウムイオン及びカリ
ウムイオンと置換するイオン交換法によって形成するこ
とができる。

【００８７】イオン交換は、上面８１ａのうちプレイナ
ーレンズ８０を形成する部分を除いて金属膜を被覆して
マスキングして硝酸タリウム及び硝酸カリウムの溶媒塩
に浸漬することによって行われる。プレイナーレンズ８
０の屈折率の分布は、上記のロッドレンズ１０の屈折率
の分布と同様である。

【００８８】このような屈折率分布型プレイナーレンズ
を用いる場合は、レンズがガラス基板に一体に作成され
るので、取付や保持が容易である。また、レンズの端面
がガラス基板の表面と同一平面内にあって、この平面と
レンズの光軸とは直交している。このため、レンズの光
軸を同軸光の光路に合わせることが容易である。

【００８９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１記
載のマイクロ化学システムによれば、板状部材は、入射
光学系と検出器との間に両者から分離して配置されてい
るので、測定位置の変更が容易であり、ユーザの作業効
率を向上できる。

【００９０】請求項２及び３記載のマイクロ化学システ
ムによれば、入射光学系及び検出器の相対位置を維持し
つつ入射光学系及び検出器を回転軸を中心に回動させる
ので、測定位置を変更する際に板状部材を移動させる必
要がなく迅速に測定でき、もって、ユーザの作業効率を
さらに向上できるとともに異なる測定点での測定ができ
るマイクロ化学システムとしては小型化できることとな
る。

【００９１】請求項４及び５記載のマイクロ化学システ
ムによれば、平行移動機構が入射光学系及び検出器の相
対位置を維持しつつ入射光学系及び検出器を板状部材の
板面に平行に移動させるので、測定位置を変更する際に
板状部材を移動させる必要がなく迅速に測定でき、もっ
て、ユーザの作業効率をさらに向上できるとともに入射
光学系及び検出器の相対位置を調整する機構が不要であ
り、マイクロ化学システムを小型化できる。

【００９２】請求項６，７、及び８記載のマイクロ化学
システムによれば、入射光学系は、少なくとも検出器に
向けて光を反射する反射手段及び該反射手段によって反
射された反射光の光路上に配置されたレンズから成る複
数組の入射ユニットと、反射手段の各々に向けて反射光
の光路を変更する光路変更手段とを備えるので、異なる
測定点での測定が迅速に行え、もってユーザの作業効率
の向上できるとともに、異なる測定点での測定ができる
マイクロ化学システムとしては小型化できる。

【００９３】請求項９記載のマイクロ化学システムによ
れば、入射光学系は、屈折率分布型レンズを備えている
ので、通常のレンズを備えたものと比較してレンズの占
める空間が相当に小さく、もって、マイクロ化学システ
ムをさらに小型化できる。

【００９４】請求項１０記載のマイクロ化学システムに
よれば、レンズは、屈折率分布型レンズであるので、通
常のレンズを備えたものと比較してレンズの占める空間
が相当に小さく、もって、マイクロ化学システムをさら
に小型化できる。

【００９５】請求項１１記載のマイクロ化学システムに
よれば、板状部材は、分析対象物を収納する流路を少な
くとも１つ備えるので、流路上に異なる測定点を容易に
設定でき、もって、ユーザの作業効率をより一層に向上
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ化学
システムの概略構成を示す模式図である。

【図２】図１におけるロッドレンズ１０の最適焦点位置
のずれΔＬに対する信号強度の変化の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ化学
システムの概略構成を示す模式図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ化学
システムの概略構成を示す模式図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係るマイクロ化学
システムの概略構成を示す模式図である。

【図６】熱レンズの原理の説明図である。

【図７】励起光の光軸方向（Ｚ方向）に関する熱レンズ
の形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）
は、対物レンズが色収差をもつ場合を示し、（ｂ）は、
対物レンズが色収差をもたない場合を示す。

【図８】従来のマイクロ化学システムにおける熱レンズ
の屈折率の変化を検出する方法の説明図であり、（ａ）
は、熱レンズを対物レンズの焦点位置の前方に形成する
場合を示し、（ｂ）は、熱レンズを対物レンズの焦点位
置の後方に形成する場合を示す。

【図９】従来のマイクロ化学システムにおける熱レンズ
の屈折率の変化を検出する方法の説明図であり、検出光
をダイバージングレンズを用いて広げる場合を示す。

【符号の説明】

１，２，３マイクロ化学システム１０ロッドレンズ２１回転軸２４，２５ミラー３０板状部材４１励起光光源４２検出光光源５１光電変換器６１ステージ６２キャリヤー７０入射ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部明彦大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号日本板硝子株式会社内 (72)発明者北森武彦東京都文京区本郷２丁目32番地２−304 Ｆターム(参考） 2G040 AB07 AB08 BA24 CA12 CA23 EA06 EA11 EB02 EC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分析対象物を収容する板状部材と、所定
波長の励起光を出力する励起光光源と、波長が前記励起
光と異なる検出光を出力する検出光光源と、前記励起光
と前記検出光を同軸的に前記分析対象物に入射させる入
射光学系と、前記分析対象物からの出力光を検出する検
出器とを備えるマイクロ化学システムにおいて、前記板状部材は、前記入射光学系と前記検出器との間に
両者から分離して配置されたことを特徴とするマイクロ
化学システム。
【請求項２】回転軸を有し、前記入射光学系及び前記
検出器の相対位置を維持しつつ前記入射光学系及び前記
検出器を前記回転軸を中心に回動させる回動機構を備え
ることを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学システ
ム。
【請求項３】前記入射光学系は、前記回転軸の延びる
方向の中心軸線に一致する中心軸線光路と、該中心軸線
光路を進行してきた光を既定の角度で反射する、前記回
転軸とともに回転する第１の反射手段と、該第１の反射
手段によって反射された光を前記検出器に向けて反射す
る第２の反射手段とを備えることを特徴とする請求項２
記載のマイクロ化学システム。
【請求項４】前記入射光学系及び前記検出器の相対位
置を維持しつつ該入射光学系及び該検出器を前記板状部
材の板面に平行に移動させる平行移動機構を備えること
を特徴とする請求項１記載のマイクロ化学システム。
【請求項５】前記入射光学系は、前記検出器に向けて
光を反射する反射手段と、該反射手段によって反射され
た光の光路上に配置されたレンズとを有し、前記平行移
動機構は、前記板面に平行に延びる案内部材と、少なく
とも前記反射手段及び前記レンズ並びに前記検出器が固
定された、前記案内部材に案内される可動部材とを備え
ることを特徴とする請求項４記載のマイクロ化学システ
ム。
【請求項６】前記入射光学系は、少なくとも前記検出
器に向けて光を反射する反射手段及び該反射手段によっ
て反射された反射光の光路上に配置されたレンズから成
る複数組の入射ユニットと、前記反射手段の各々に向け
て反射光の光路を変更する光路変更手段とを備えること
を特徴とする請求項１記載のマイクロ化学システム。
【請求項７】前記光路変更手段は、反射角度を変える
ことによって前記反射光の光路を変更することを特徴と
する請求項６記載のマイクロ化学システム。
【請求項８】前記光路変更手段は、入射して来る光の
光路に並行に移動することによって前記反射光の光路を
変更することを特徴とする請求項６記載のマイクロ化学
システム。
【請求項９】前記入射光学系は、屈折率分布型レンズ
を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
項に記載のマイクロ化学システム。
【請求項１０】前記レンズは、屈折率分布型レンズで
あることを特徴とする請求項請求項５乃至８のいずれか
１項に記載のマイクロ化学システム。
【請求項１１】前記板状部材は、前記分析対象物を収
納する流路を少なくとも１つ備えることを特徴とする請
求項１乃至１０のいずれか１項に記載のマイクロ化学シ
ステム。