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WO2004038350A1 - 光源ユニット、受光ユニット及びこれらを用いたマルチチャンネル光検出装置 - Google Patents

光源ユニット、受光ユニット及びこれらを用いたマルチチャンネル光検出装置 Download PDF

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WO2004038350A1
WO2004038350A1 PCT/JP2003/013517 JP0313517W WO2004038350A1 WO 2004038350 A1 WO2004038350 A1 WO 2004038350A1 JP 0313517 W JP0313517 W JP 0313517W WO 2004038350 A1 WO2004038350 A1 WO 2004038350A1
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WO
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light
light receiving
dichroic mirrors
emitting elements
light emitting
Prior art date
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PCT/JP2003/013517
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English (en)
French (fr)
Inventor
Noriaki Furusato
Atsushi Murakami
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Arkray Inc
Original Assignee
Arkray Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to AU2003277517A priority patent/AU2003277517A1/en
Priority to EP03809453A priority patent/EP1560007A4/en
Priority to US10/532,795 priority patent/US7304723B2/en
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Definitions

  • the present invention relates to a light source unit, a light receiving unit, and a multi-channel light detection device using the same, and for example, relates to a multi-channel light detection device used for genetic diagnosis.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional multi-channel photodetector.
  • the multi-channel photodetector shown in Fig. 5 controls the temperature of the sample mixed with the fluorescent dye to amplify the gene, then irradiates the sample with light, and receives the excited fluorescence. This is a device that performs analysis.
  • the multi-channel photodetector mainly includes a reaction unit 41, a light source unit 42, and a light receiving unit 43. In FIG. 5, components other than these are omitted.
  • reaction unit 41 a sample mixed with a reaction reagent or a fluorescent dye Ingredients have been added. Further, the reaction unit 41 is provided with a temperature control system (not shown) for performing the above-described gene amplification method.
  • the light source unit 42 includes LEDs 44 a to 44 d which emit light of different wavelengths. For this reason, the light source unit 42 can change the wavelength of emitted light according to the fluorescent dye mixed with the sample.
  • the light source unit 42 includes filter sets 47a to 47d that transmit only light of a specific wavelength, and focusing lenses 46a to 46d.
  • the light source unit 42 has a dichroic light source so that light emitted from each LED (44a to 44d) passes through the lens 49 and the emission window 50 provided in the housing 45 and enters the reaction unit 41. It also has 48a-48e.
  • LEDs 44a to 44d, filter sets 47a to 47d, focusing lenses 46a to 46d, and dichroic mirrors 48a to 48e emit from each LED (44a to 44d). It is arranged in the housing 45 so that the energy of the emitted light becomes constant.
  • the light receiving unit 43 is provided with four light receiving elements 51a to 51d because the wavelength of the excited fluorescence varies depending on the type of the fluorescent dye.
  • the light receiving unit 43 includes, for each light receiving element (51a to 51d), a set of filters 52a to 52d that transmits only light of a specific wavelength, and lenses 53a to 53d. ing.
  • the light receiving unit 43 includes dichroic mirrors 54a to 54e. For this reason, the light emitted from the reaction unit 41 and passing through the entrance window 57 and the lens 56 provided in the housing 55 is transmitted or reflected through some dichroic mirrors according to the wavelength, and Incident on the receiving element (51a to 51d).
  • the gene can be detected by selecting a wavelength corresponding to the fluorescent dye to be used.
  • the number of diagnostic items further increases due to the development of genetic analysis technology in the future, and as a result, a fluorescent dye mixed with a sample may be added. Furthermore, the development of new fluorescent dyes in the future may increase the number of fluorescent dyes that can be used in genetic diagnosis. In such a case, the multi-channel photodetector is required to be able to irradiate light of a wavelength corresponding to a newly used fluorescent dye.
  • the multi-channel photodetector shown in Fig. 5 is also used for fluorescence measurement using fluorescent dyes other than gene detection.In this case, too, light with a wavelength corresponding to the newly used fluorescent dye can be irradiated. Is required.
  • the multi-channel photodetector shown in FIG. 5 has the advantage that the energy of light emitted from the light source unit 42 can be kept constant, but the LEDs 44 a to 44 d and the filter set 47 a to 47 d, focusing lenses 46 a to 46 d and dichroic mirrors 48 a to 48 e are arranged in a complicated manner.
  • the number of dichroic mirrors necessary for emitting light from the light source unit 42 is structurally larger than the number of wavelengths.
  • the number of dichroic mirrors required to guide the light incident on the light receiving unit 43 to each light receiving element is also greater than the number of wavelengths. Therefore, the multi-channel photodetector shown in FIG. 5 has a problem that it is difficult to reduce the cost.
  • An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a light source unit capable of easily adding or removing a light emitting element, a light receiving unit capable of easily adding or removing a light receiving element, and a multi-channel light detection using these. 0 every time equipment is provided. Disclosure of the invention
  • a light source unit is a light source unit that emits a plurality of lights having different wavelengths on the same optical path, and includes a plurality of light emitting elements and a wavelength range of light that can be reflected. Respectively have at least a plurality of dichroic mirrors, the number of the plurality of dichroic mirrors is the same as the number of the plurality of light emitting elements, and the plurality of light emitting elements have an emission direction of each light emitting element.
  • the plurality of dichroic mirrors can reflect one of the outgoing lights emitted from the plurality of light-emitting elements, and the dichroic mirrors are opposite to each other. It is characterized in that the light is arranged to pass through the same optical path in the same direction.
  • a light receiving unit is a light receiving unit that receives a plurality of incident lights having different wavelengths incident on the same optical path, and is capable of reflecting a plurality of light receiving elements. At least a plurality of dichroic mirrors each having a different wavelength range of light, wherein the number of the plurality of dichroic mirrors is the same as the number of the plurality of light receiving elements.
  • the light receiving surfaces of the respective light receiving elements are arranged to be parallel to each other, and the plurality of dichroic mirrors are arranged such that the incident light is According to another feature of the present invention, the light receiving element is arranged so as to be reflected by any one of the dichroic mirrors and enter one of the plurality of light receiving elements in accordance with the wavelength.
  • a multi-channel photodetector comprises: a reaction vessel; a light source unit that emits a plurality of lights having different wavelengths through the same optical path to enter the reaction vessel; At least a light receiving unit for receiving light emitted from the inside of the container, wherein the light source unit includes a plurality of light emitting elements and a plurality of emission dichroic mirrors each having a different wavelength range of light that can be reflected.
  • the number of the plurality of emission dichroic mirrors is the same as the number of the plurality of light-emitting elements, and the plurality of light-emitting elements are arranged such that the emission directions of the respective light-emitting elements are parallel to each other;
  • the plurality of output dichroic mirrors can be configured such that each output dichroic mirror can reflect one of the light emitted from the plurality of light emitting elements.
  • the reflected light of the dichroic mirror is arranged so as to pass through the same optical path in the same direction.
  • the light receiving unit includes a plurality of light receiving elements and a light receiving element having a different number of wavelength ranges of light that can be reflected.
  • At least a dichroic mirror wherein the number of the plurality of light receiving dichroic mirrors is the same as the number of the plurality of light receiving elements, and the light receiving surfaces of the plurality of light receiving elements are parallel to each other.
  • the plurality of light receiving dichroic mirrors are arranged such that light emitted from the inside of the reaction vessel is reflected by any one of the light receiving dichroic mirrors according to the wavelength thereof. Are arranged so as to be incident on one of the light receiving elements.
  • the wavelengths of the light emitted from the plurality of light emitting elements are different from each other, and the plurality of light emitting elements are arranged in the order of the wavelength of the emitted light.
  • the plurality of light emitting elements are arranged in the order of the wavelength of the emitted light.
  • a mixture containing at least a sample to be measured and a fluorescent dye can be added to the inside of the reaction vessel.
  • the light emitted from the inside of the reaction vessel is the fluorescence of the fluorescent dye excited by the light emitted from the light source unit.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an external appearance of an example of a light source unit, a light receiving unit, and a multi-channel light detection device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an internal configuration of the light source unit, the light receiving unit, and the multi-channel photodetector shown in FIG.
  • FIG. 3 is a side view showing the internal configuration of the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a side view showing the internal configuration of the light receiving unit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional multi-channel photodetector. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of an example of a light source unit, a light receiving unit, and a multi-channel photodetector according to the present invention.
  • the multi-channel photodetector has at least a reaction vessel 1, a light source unit 2, and a light receiving unit 3.
  • the multi-channel photodetector shown in the example of Fig. 1 is used for genetic diagnosis This device can irradiate a sample to which the gene amplification method has been applied with light, as described later, and can receive fluorescence excited by the irradiated light.
  • other components constituting the multi-channel photodetector are omitted.
  • the multi-channel photodetector shown in the example of FIG. 1 is also used for fluorescence measurement using a fluorescent dye other than gene diagnosis.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an internal configuration of the light source unit, the light receiving unit, and the multi-channel optical detection device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a side view showing the internal configuration of the light source unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a side view showing the internal configuration of the light receiving unit shown in FIG.
  • the reaction vessel 1 As shown in the example of FIG. 2, the reaction container 1 includes a transparent container 12 and a storage case 11 for storing the transparent container 12.
  • the transparent container 12 is formed in a columnar shape, and has a circular cross section.
  • a mixture 13 containing a sample, a reagent, a fluorescent dye, and the like to be subjected to genetic diagnosis is added to the transparent container 12.
  • the storage case 11 is provided with a heating means such as a heater for performing a gene amplification method represented by, for example, a PCR method. Therefore, when the gene is amplified by the gene amplification method, the light is emitted from the light source unit 2 to the reaction vessel 1 to excite the fluorescent dye, and the light is emitted from the inside of the reaction vessel 1. .
  • the light receiving unit 3 receives the emitted light.
  • the storage case 11 (reaction vessel 1) has an entrance window 14 for allowing light emitted from the light source unit 2 to enter the interior of the transparent vessel 12, and a transparent window 14.
  • An emission window 15 for emitting light emitted from the inside of the container 12 to the outside is provided.
  • the positions of the entrance window 14 and the exit window 15 are not particularly limited, and may be any of the upper surface, the lower surface, and the side surface of the storage case 11.
  • the entrance window 14 and the exit window 15 face the circular section as shown in FIG. It can be said that it is preferable to provide at the position (side surface). This is because light having a large energy can be guided to the light receiving unit 3 by adopting such an embodiment since light reflection is repeated on the inner surface in a portion having a circular cross-sectional shape.
  • the shape of the transparent container 12 is not particularly limited. However, as shown in FIG. 2, if light is incident from the side and light is extracted from the side, the cross-sectional shape is circular as described above. It is preferably a shape having a portion, for example, a columnar shape. Furthermore, in the present invention, the configuration of the reaction vessel 1 is not particularly limited. For example, a mode in which a light-shielding film is provided in a region other than the regions serving as the entrance window 14 and the exit window 15 on the surface of the transparent container 12 may be adopted.
  • the light source unit 2 has at least light emitting elements 21 a to 21 d and the same number of dichroic mirrors 22 2 a to 22 d for emission. ing.
  • the light emitting elements 21a to 21d have different wavelengths of emitted light, and the emission directions of the light emitting elements are parallel in the order of the wavelength of the emitted light. It is arranged so that it becomes. Specifically, the wavelength of the light emitted from the light emitting elements 21a, 21b, 21c, and 21d increases in this order.
  • the output dichroic mirrors 22 a to 22d has the characteristic of reflecting only light of a wavelength equal to or less than a specific wavelength (high pass), and the range of wavelengths of light that can be reflected is different.
  • the maximum wavelength of the light that can be reflected increases in the order of the emission dichroic mirrors 22a, 22b, 22c, and 22d.
  • the output dichroic mirrors 22a to 22d can reflect one of the light emitted from the plurality of light emitting elements by each of the output dichroic mirrors. They are arranged so as to pass through the same optical path 26 in the same direction.
  • the exit dichroic mirrors 22 a to 22 d are arranged in parallel with the light emitting elements 21 a to 2 Id arranged in parallel, with the reflection surfaces parallel to each other.
  • 23 a to 23 d are lenses for condensing the light emitted from the light emitting elements 21 a to 21 d.
  • Reference numeral 24 denotes a lens for condensing the light reflected by the output dichroic mirrors 22a to 22d.
  • Reference numeral 25 denotes a total reflection mirror for guiding the light reflected by the output dichroic mirrors 22 a to 22 d to the output window 15 of the reaction vessel 1.
  • the light source unit 2 can emit a plurality of lights having different wavelengths through the same optical path and enter the reaction vessel 1. Further, according to the light source unit 2, the arrangement of the light emitting elements and the dichroic mirror can be simplified as compared with the light source unit used in the conventional multi-channel photodetector. For this reason, as shown in FIG. 3, it is possible to easily add or remove a light emitting element according to the fluorescent dye to be used. Furthermore, since the number of light emitting elements and the number of dichroic mirrors for emission can be made the same, cost can be reduced as compared with the conventional case.
  • the light emitting element having a shorter wavelength of emitted light is arranged closer to the reaction vessel 1, and the optical path length of the emitted light is shorter as the light has a shorter wavelength. Therefore, if the light source unit 2 is used, the wavelength Irrespective of the size, the energy of light incident on the reaction vessel 1 is kept substantially constant.
  • the number of light emitting elements is not limited to the example shown above.
  • the number of light emitting elements may be determined according to the fluorescent dye used in genetic diagnosis. For example, when five types of fluorescent dyes are used in genetic diagnosis and the excitation peak wavelength of each fluorescent dye is different, the number of light emitting elements is five. In addition, even if five types of fluorescent dyes are used in gene diagnosis, they are not used at the same time, and if there is one having the same excitation peak wavelength, the number of light emitting elements may be five or less. Note that the number of dichroic mirrors for emission is the same as the number of light emitting elements.
  • the wavelength of the light emitted from the light emitting element is determined according to the excitation peak wavelength of a general fluorescent dye used in fluorescence measurement. Therefore, a light emitting device is selected according to a required wavelength. For example, when the fluorescent dyes described in Table 1 below are used in genetic diagnosis, a light emitting diode semiconductor laser that emits light of the wavelengths shown in Table 2 below as the light emitting elements 21a to 21d Is used.
  • the light emitting element is not limited to the above light emitting diode or semiconductor laser.
  • the wavelength of light emitted from each light emitting element may be the same.
  • the emission dichroic mirrors 22a to 22d shown in FIGS. 2 and 3 have wavelengths in the range shown in Table 3 below.
  • a dichroic mirror that reflects the light from the light source is used.
  • the light source unit according to the present invention may be configured to include a light quantity monitor for monitoring the light quantity of the emitted light.
  • a light quantity monitor for monitoring the light quantity of the emitted light.
  • the mounting position of the light quantity monitor is not particularly limited as long as it is in the optical path between the emission dichroic mirror 22 a and the reaction vessel 1.
  • the light receiving unit 3 includes at least the light receiving elements 31a to 31d and the same number of light receiving dichroic mirrors 32a to 32d. I have.
  • the light receiving elements 31a to 31d are arranged such that the light receiving surfaces of the light receiving elements are parallel.
  • the light receiving dichroic mirrors 32a to 32d have a (low-pass) characteristic of reflecting only light of a specific wavelength or more. The range of possible light wavelengths is different.
  • the minimum wavelength of light that can be reflected decreases in the order of the light receiving dichroic mirrors 32a, 32b, 32c, and 32d.
  • the light receiving dichroic mirrors 32a to 32d receive light emitted from the inside of the reaction vessel 1 by being reflected by any one of the light receiving dichroic mirrors according to the wavelength. It is arranged so as to be incident on one of the elements 31a to 31d. In the examples of FIGS. 2 and 4, the light receiving dichroic mirrors 32a to 32d are arranged along the light receiving elements 31a to 31d arranged in parallel with the reflecting surfaces parallel to each other. Have been
  • reference numerals 33a to 33d denote lenses for condensing the light reflected by the light receiving dichroic mirrors 32a to 32d.
  • Reference numeral 34 denotes a lens for condensing light emitted from the inside of the reaction vessel 1 through the emission window 15.
  • Reference numeral 35 denotes a total reflection mirror for guiding the light emitted from the inside of the reaction vessel to the light receiving unit.
  • the light receiving unit 3 according to the present invention can receive a plurality of incident lights having different wavelengths incident on the same optical path. Further, according to the light receiving unit 3 according to the present invention, the arrangement of the light receiving element and the dichroic mirror can be simplified as compared with the light receiving unit used in the conventional multi-channel photodetector. For this reason, as shown in FIG. 4, it is possible to easily add or remove the light receiving element according to the fluorescent dye to be used. Furthermore, since the number of light receiving elements and the number of light receiving dichroic mirrors can be made the same, cost can be reduced as compared with the conventional case.
  • the minimum wavelength of light that can be reflected is large.
  • the dichroic mirror for light reception is arranged closer to the reaction vessel 1, and the optical path length of the incident light is longer for light having a shorter wavelength.
  • the number of light receiving elements and the number of light receiving dichroic mirrors are not limited to the examples described above.
  • the number of light receiving elements and the number of light receiving dichroic mirrors may be determined according to a general fluorescent dye used in fluorescence measurement, similarly to the number of light emitting elements.
  • the range of the wavelength of the light that can be reflected by the light receiving dichroic mirror is set according to the fluorescent pigment used in the genetic diagnosis.
  • the fluorescent dyes described in Table 1 above are used in gene diagnosis
  • the light receiving dichroic mirrors 32a to 32d shown in FIGS. 2 and 4 have wavelengths in the range shown in Table 4 below.
  • a dichroic mirror that reflects the light of the above is used.
  • the light receiving unit according to the present invention may have a light amount monitor for monitoring the light amount of incident light, similarly to the light source unit.
  • a light amount monitor for monitoring the light amount of incident light
  • an abnormality in the reaction vessel for example, contamination of the inside of the reaction vessel, etc.
  • the mounting position of the light amount monitor 1 may be in the optical path between the light receiving dichroic mirror 32a and the reaction vessel 1, and is not particularly limited.
  • the internal structure of the light source unit and the light-receiving unit can be made simpler while ensuring the same performance as that of the conventional multichannel photodetector. And can be. Therefore, it is possible to easily cope with a case where the number of fluorescent dyes used increases.
  • the present invention is not limited to this example. is not.
  • the light source unit, the light receiving unit, and the multi-channel photodetector according to the present invention can be applied to immunoassay and conventional absorbance measurement. Industrial applicability
  • the light source unit according to the present invention it is possible to easily add or remove a light emitting element, and according to the light receiving unit according to the present invention, it is possible to easily add or remove a light receiving element.

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Abstract

反応容器１と、出射光の波長が異なる発光素子２１ａ～２１ｄ及び反射可能な光の波長の範囲が異なる出射用ダイクロイックミラー２２ａ～２２ｄで構成した光源ユニット２と、受光素子３１ａ～３１ｄ及び反射可能な光の波長の範囲が異なる受光用ダイクロイックミラー３２ａ～３２ｄで構成した受光ユニット３とを用いる。発光素子は出射方向が平行となるよう配置し、出射用ダイクロイックミラーは反射光が同一の光路を同一方向に通過するように配置する。受光素子は受光面が平行となるよう配置し、受光用ダイクロイックミラーは反応容器１からの放出光が波長に応じて反射されて受光素子に入射するよう配置する。

Description

明 細 書 光源ュニット、 受光ュニット及びこれらを用いたマルチチャンネル光 検出装置 技術分野
本発明は、 光源ユニット、 受光ユニット及びこれらを用いたマルチチ ヤンネル光検出装置に関し、 例えば遺伝子診断に用いられるマルチチヤ ンネル光検出装置に関する。 背景技術
近年、 遺伝子解析技術の進展により、 遺伝子診断による疾患の原因究 明や発症の予測が盛んに行われている。 遺伝子診断では、 P C R (Polymerase Chain Reaction) 法に代表される種々の遺伝子増幅方法 が利用され、 ターゲットとなる遺伝子の検出が行われる。
遺伝子の検出には、 例えば、 特表 20 02— 5 1 5 602号公報 （第 2 3— 40頁、 第 1図〜第 9図参照） に開示されたマルチチャンネル光 検出装置が用いられる。 図 5は、 従来のマルチチャンネル光検出装置の 構成を概略的に示す図である。 図 5に示すマルチチャンネル光検出装置 は、 蛍光色素と混合された試料に温度制御をかけて遺伝子を増幅し、 そ の後、 試料に光を照射し、 これによつて励起された蛍光を受光して分析 を行う装置である。
図 5に示すように、 マルチチャンネル光検出装置は、 主に、 反応ュニ ット 41と、 光源ユニット 42と、 受光ユニット 43とで構成されてい る。 図 5では、 これら以外の構成部材については省略している。
反応ュニット 41の内部には、 反応試薬や蛍光色素等と混合された試 料が添加されている。 また、 反応ユニット 41には、 上述した遺伝子増 幅方法を実施するための温度制御システム （図示せず） が取り付けられ ている。
光源ュニット 42は、 出射する波長がそれぞれ異なる L ED 44 a〜 44 dを備えている。 このため、 光源ユニット 42は、 試料に混合する 蛍光色素に応じて、 出射する光の波長を変えることができる。 また、 光 源ュニット 42は、 特定の波長の光のみを透過させるフィルターセット 47 a〜47 dと、 集光用のレンズ 46 a~46 dとを備えている。
また、 光源ユニット 42は、 各 LED (44 a〜44 d) から出射し た光が、 レンズ 49とハウジング 45に設けられた出射窓 50とを通過 して反応ュニット 41に入射するように、 ダイクロイツクミラ一 48 a 〜48 eも備えている。 更に、 LED 44 a〜44 d、 フィルターセッ ト 47 a〜47 d、 集光用のレンズ 46 a〜46 d及びダイクロイツク ミラー 48 a〜 48 eは、 各 LED (44 a〜44 d) から出射した光 のエネルギーが一定となるように、 ハウジング 45に配置されている。 受光ュニッ卜 43は、 蛍光色素の種類によって励起される蛍光の波長 が異なることから、 四つの受光素子 5 1 a〜 5 1 dを備えている。 また、 受光ュニット 43は、 受光素子 （ 5 1 a〜 5 1 d) 毎に、 特定の波長の 光のみを透過させるフィルタ一セット 52 a〜52 dと、 レンズ 5 3 a 〜 53 dとを備えている。
更に、 受光ユニット 43は、 ダイクロイツクミラー 54 a〜54 eを 備えている。 このため、 反応ユニット 41から出射され、 且つ、 ハウジ ング 5 5に設けられた入射窓 57とレンズ 56とを通過した光は、 波長 に応じて幾つかのダイクロイツクミラーを透過又は反射し、 対応する受 光素子 （5 1 a〜5 1 d) に入射する。
このように、 図 5に示すマルチチャンネル光検出装置では、 波長の異 なる光を出射でき、 又波長の異なる光を受光できるため、 使用される蛍 光色素に対応した波長を選択して、 遺伝子の検出を行うことができる。
ところで、 遺伝子診断においては、 今後の遺伝子解析技術の進展によ つて更に診断項目が増加し、 これによつて試料に混合される蛍光色素が 追加される場合がある。 更に、 今後の新たな蛍光色素の開発によって、 遺伝子診断で使用できる蛍光色素が増加する場合もある。 このような場 合、 マルチチャンネル光検出装置においては、 新たに使用される蛍光色 素に対応した波長の光を照射できることが求められる。
また、 図 5に示すマルチチャンネル光検出装置は、 遺伝子の検出以外 の蛍光色素を用いた蛍光測定にも用いられるが、 この場合も新たに使用 される蛍光色素に対応した波長の光を照射できることが求められる。 しかしながら、 上記図 5に示したマルチチャンネル光検出装置におい ては、 光源ュニット 4 2から照射される光のエネルギーを一定とできる 利点はあるが、 L E D 4 4 a〜4 4 d、 フィルターセット 4 7 a〜 4 7 d、 集光用のレンズ 4 6 a〜4 6 d及びダイクロイツクミラー 4 8 a〜 4 8 eは、 複雑に配置されている。
このため、 L E Dを追加することが構造的に困難であると言え、 使用 される蛍光色素が新たに追加された場合に対応できないという問題があ る。 更に、 このことは受光ユニット 4 3についても言える。
また、 上記図 5に示したマルチチャンネル光検出装置では、 構造上、 光源ュニット 4 2から光を出射するために必要なダイクロイツクミラ一 の数は、 波長の数よりも多くなつてしまう。 同様に、 受光ユニット 4 3 に入射した光を各受光素子に導くために必要なダイクロイツクミラーの 数も、 波長の数より多くなつてしまう。 このため、 上記図 5に示したマ ルチチャンネル光検出装置では、 コストの低減を図るのが難しいという 問題がある。 本発明の目的は、 上記問題を解決し、 発光素子の追加や取り外しが容 易に行える光源ュニット、 受光素子の追加や取り外しが容易に行える受 光ュニッ卜、 及びこれらを用いたマルチチャンネル光検出装置を提供す しとにあ 0。 発明の開示
上記目的を達成するために本発明にかかる光源ュニットは、 波長の異 なる複数の光を同一の光路で出射する光源ュニットであって、 複数の発 光素子と、 反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複数のダイク口 イツクミラーとを少なくとも有し、 前記複敎のダイクロイツクミラ一の 数は前記複数の発光素子の数と同数であり、 前記複数の発光素子は、 各 発光素子の出射方向が平行となるように配置されており、 前記複数のダ ィクロイツクミラーは、 各ダイクロイツクミラーが前記複数の発光素子 から出射される出射光の一つを反射でき、 各ダイクロイツクミラーの反 射光が同一の光路を同一方向に通過するように配置されていることを特 徴とする。
上記本発明にかかる光源ュニットにおいては、 前記複数の発光素子が 出射する光の波長が、 それぞれ異なっており、 前記複数の発光素子が、 前記出射する光の波長の順に、 配置されているのが好ましい態様で.ある。 また、 上記目的を達成するために本発明にかかる受光ユニットは、 同 一の光路で入射される波長の異なる複数の入射光を受光する受光ュニッ トであって、 複数の受光素子と、 反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ 異なる複数のダイクロイツクミラーとを少なくとも有し、 前記複数のダ ィクロイツクミラーの数は前記複数の受光素子の数と同数であり、 前記 複数の受光素子は、 各受光素子の受光面が互いに平行となるように配置 されており、 前記複数のダイクロイツクミラーは、 前記入射光が、 その 波長に応じて、 いずれか一つのダイクロイツクミラーで反射されて前記 複数の受光素子の一つに入射するように配置されていることを特徴とす る。
更に、 上記目的を達成するために本発明にかかるマルチチャンネル光 検出装置は、 反応容器と、 波長の異なる複数の光を同一の光路で出射し て前記反応容器に入射させる光源ュニットと、 前記反応容器の内部から 放出される光を受光する受光ュニットとを少なくとも有し、 前記光源ュ ニットは、 複数の発光素子と、 反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異 なる複数の出射用ダイクロイツクミラーとを少なくとも有し、 前記複数 の出射用ダイクロイックミラーの数は前記複数の発光素子の数と同数で あり、 前記複数の発光素子は、 各発光素子の出射方向が平行となるよう に配置され、 前記複数の出射用ダイクロイツクミラーは、 各出射用ダイ クロイックミラーが前記複数の発光素子から出射される光の一つを反射 でき、 各出射用ダイクロイツクミラーの反射光が同一の光路を同一方向 に通過するように配置されており、 前記受光ユニットは、 複数の受光素 子と、 反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる 数の受光用ダイク ロイックミラ一とを少なくとも有し、 前記複数の受光用ダイクロイック ミラーの数は前記複数の受光素子の数と同数であり、 前記複数の受光素 子は、 各受光素子の受光面が互いに平行となるように配置され、 前記複 数の受光用ダイクロイツクミラーは、 前記反応容器の内部から放出され る光が、 その波長に応じて、 いずれか一つの受光用ダイクロイツクミラ —で反射されて前記複数の受光素子の一つに入射するように配置されて いることを特徴とする。
上記本発明にかかるマルチチヤンネル光検出装置においては、 前記複 数の発光素子が出射する光の波長が、 それぞれ異なっており、 前記複数 の発光素子が、 前記出射する光の波長の順に、 配置されているのが好ま しい態様である。
更に、 上記本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置においては、 前記反応容器の内部に、 測定対象となる試料と蛍光色素とを少なくとも 含む混合物を添加できる。 この場合、 前記反応容器の内部から放出され る光は、 前記光源ユニットから出射された光によって励起された前記蛍 光色素の蛍光である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明にかかる光源ュニット、 受光ュニット及びマルチチヤ ンネル光検出装置の一例の外観を概略的に示す斜視図である。
図 2は、 図 1に示す光源ユニット、 受光ユニット及びマルチチャンネ ル光検出装置の内部構成を概略的に示す斜視図である。
図 3は、 図 2に示す光源ュニットの内部構成を示す側面図である。 図 4は、 図 2に示す受光ュニッ卜の内部構成を示す側面図である。 図 5は、 従来のマルチチャンネル光検出装置の構成を概略的に示す図 である。 発明を実施するための最良の形態
(実施の形態 1 )
以下、 本発明にかかる光源ユニット、 受光ユニット及びマルチチャン ネル光検出装置の一例について、 図 1〜図 4に基づいて説明する。 図 1 は、 本発明にかかる光源ユニット、 受光ユニット及びマルチチャンネル 光検出装置の一例の外観を概略的に示す斜視図である。
図 1の例に示すように、 マルチチャンネル光検出装置は、 反応容器 1 と、 光源ユニット 2と、 受光ユニット 3とを少なくとも有している。 図 1の例に示すマルチチャンネル光検出装置は、 遺伝子診断に用いられる 装置であり、 後述するように、 遺伝子増幅方法が適用された試料に光を 照射でき、 この照射した光によって励起された蛍光を受光することがで きる。 なお、 図 1では、 マルチチャンネル光検出装置を構成するこれら 以外の構成要素については省略している。 また、 図 1の例に示すマルチ チャンネル光検出装置は、 遺伝子診断以外の蛍光色素を用いる蛍光測定 にも用いられる。
以下に、 図 1に示すマルチチャンネル光検出装置を構成する反応容器 1、 光源ユニット 2及び受光ユニット 3の構成について説明する。 図 2 は、 図 1に示す光源ユニット、 受光ユニット及びマルチチャンネル光検 出装置の内部構成を概略的に示す斜視図である。 図 3は、 図 2に示す光 源ユニットの内部構成を示す側面図である。 図 4は、 図 2に示す受光ュ ニットの内部構成を示す側面図である。
先ず反応容器 1について説明する。 図 2の例に示すように、 反応容器 1は、 透明容器 1 2と、 透明容器 1 2を収納する収納ケース 1 1とで構 成されている。 図 2の例では、 透明容器 1 2は円柱状に形成されており、 断面形状が円形の部分を有している。 透明容器 1 2には、 遺伝子診断の 対象となる試料、 試薬及び蛍光色素等を含む混合物 1 3が添加されてい る。
また、 図示していないが、 収納ケース 1 1には、 例えば P C R法に代 表される遺伝子増幅方法を実施するためのヒー夕等の加熱手段が設けら れている。 このため、 遺伝子増幅方法を実施して遺伝子が増幅した場合 は、 光源ユニット 2から反応容器 1へ光を出射することにより、 蛍光色 素が励起され、 反応容器 1の内部から光が放出される。 受光ユニット 3 では、 この放出された光が受光される。
更に、 収納ケース 1 1 (反応容器 1 ) には、 光源ユニット 2から出射 された光を透明容器 1 2の内部に入射させるための入射窓 1 4と、 透明 容器 1 2の内部から放出される光を外部に出射するための出射窓 1 5と が設けられている。 なお、 入射窓 1 4及び出射窓 1 5の位置は特に限定 されるものではなく、 収納ケース 1 1の上面、 下面及び側面のいずれで あっても良い。
但し、 透明容器 1 2が、 断面形状が円形の部分を有している場合は、 図 2に示すように、 入射窓 1 4及び出射窓 1 5は、 断面形状が円形の部 分と対向する位置 （側面） に設けるのが好ましいといえる。 これは断面 形状が円形の部分では内面で光の反射が繰り返されるため、 このような 態様とすることにより、 エネルギーの大きい光を受光ュニット 3へと導 くことができるからである。
また、 透明容器 1 2の形状は、 特に限定されるものではないが、 図 2 に示すように側面から光を入射させ、 側面から光を取り出すのであれば、 上述のように、 断面形状が円形の部分を有する形状、 例えば円柱状であ るのが好ましい。 更に、 本発明においては、 反応容器 1の構成は特に限 定されるものではない。 例えば、 透明容器 1 2の表面における入射窓 1 4及び出射窓 1 5となる領域以外の領域に遮光膜を設けた態様としても 良い。
次に、 光源ユニット 2について説明する。 図 2及び図 3の例に示すよ うに、 光源ュニット 2は、 発光素子 2 1 a〜2 1 dと、 これと同数の出 射用ダイクロイツクミラー 2 2 a〜 2 2 dとを少なくとも有している。 図 2及び図 3の例では、 発光素子 2 1 a〜2 1 dは、 出射する光の波 長がそれぞれ異なっており、 出射する光の波長の順に、 各発光素子の出 射方向が平行となるように配匱されている。 具体的には、 発光素子 2 1 a、 2 1 b、 2 1 c、 2 1 dの順で出射する光の波長が大きくなつてい る。
また、 図 2及び図 3の例では、 出射用ダイクロイツクミラー 2 2 a〜 2 2 dは、 特定波長以下の波長の光だけを反射する （ハイパス） 特性を 備えており、 反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なっている。 出射 用ダイクロイツクミラー 2 2 a、 2 2 b , 2 2 c、 2 2 dの順で、 反射 可能な光の最大波長が大きくなつている。
更に、 出射用ダイクロイツクミラー 2 2 a〜2 2 dは、 各出射用ダイ クロイツクミラーが複数の発光素子から出射される光の一つを反射でき、 各出射用ダイクロイツクミラーの反射光が同一の光路 2 6を同一方向に 通過するように配置されている。 図 2及び図 3の例では、 出射用ダイク 口イツクミラー 2 2 a〜 2 2 dは、 並列に配置された発光素子 2 1 a〜 2 I dの並びに沿って、 反射面が互いに平行な状態で配列されている。 図 2及び図 3において、 2 3 a〜2 3 dは、 発光素子 2 1 a〜 2 1 d から出射された光を集光するためのレンズである。 2 4は出射用ダイク ロイックミラ一 2 2 a〜 2 2 dで反射された光を集光するためのレンズ である。 2 5は、 出射用ダイクロイツクミラー 2 2 a〜 2 2 dで反射さ れた光を反応容器 1の出射窓 1 5に導くための全反射ミラ一である。
このような構成により、 光源ユニット 2は、 波長の異なる複数の光を 同一の光路で出射して反応容器 1に入射させることができる。 また、 光 源ュニッ卜 2によれば、 従来のマルチチャンネル光検出装置で用いられ る光源ュニットに比べて、 発光素子やダイクロイツクミラーの配置を単 純とできる。 このため、 図 3に示すように、 使用する蛍光色素に合わせ て発光素子の追加や取り外しを容易に行うことができる。 更に、 発光素 子の数と出射用ダイクロイックミラーの数とを同一とできるため、 従来 に比べてコストの低減を図ることができる。
更に、 図 2及び図 3に示す例では、 出射する光の波長が短い発光素子 ほど反応容器 1の近くに配置されており、 出射光の光路長は波長が短い 光ほど短くなつている。 このため、 光源ユニット 2を用いれば、 波長の 大きさに拘わらず、 反応容器 1に入射する光のエネルギーを略一定とで さる。
本発明にかかる光源ュニッ卜において、 発光素子の数は上記に示した 例に限定されるものではない。 発光素子の数は、 遺伝子診断で使用され る蛍光色素に応じて決定すれば良い。 例えば、 遺伝子診断で使用される 蛍光色素が 5種類であり、 各蛍光色素の励起ピーク波長が異なっている 場合は、 発光素子の数は 5つである。 また、 遺伝子診断で使用される蛍 光色素が 5種類でも、 これらが同時に使用されず、 又同じ励起ピーク波 長のものがある場合は、 発光素子の数は 5つ以下であっても良い。 なお、 出射用ダイクロイツクミラーは、 発光素子の数と同数である。
また、 本発明にかかる光源ユニットにおいては、 発光素子から出射さ れる光の波長は、 蛍光測定で用いられる一般的な蛍光色素の励起ピーク 波長に応じて決定される。 このため、 必要とされる波長に応じて、 発光 素子が選択される。 例えば、 下記の表 1に記載の蛍光色素が遺伝子診断 において用いられる場合は、 発光素子 2 1 a〜2 1 dとして下記の表 2 に記載の波長の光を出射する発光ダイォ一ドゃ半導体レーザが用いられ る。
なお、 本発明においては、 発光素子は上記の発光ダイオードや半導体 レーザに限定されるものではない。 これら以外の発光素子、 例えばキセ ノンランプやハロゲンランプ等であっても良い。 また、 各発光素子が出 射する光の波長はそれぞれ同一であっても良い。
(表 1 )
蛍光色素名 FAM JOE TAMRA ROX
励起ピーク波長
4 7 0 5 0 0 5 3 0 5 6 0
[nm]
蛍光ピーク波長
5 2 0 5 5 0 5 8 0 6 1 0
[nm] (表 2 )
Figure imgf000013_0001
上記表 2に示す波長の光を出射する発光素子が用いられる場合は、 図 2及び図 3に示す出射用ダイクロイツクミラー 2 2 a〜 2 2 dとしては、 下記の表 3に示す範囲の波長の光を反射するダイクロイツクミラーが用 いられる。
(表 3 )
Figure imgf000013_0002
また、 本発明にかかる光源ユニットは、 出射光の光量をモニターする ための光量モニターを備えた態様としても良い。 この場合、 光量モニタ 一によるモニター結果から、 発光素子の劣化や、 周囲の温度変化による 発光素子への影響を監視することができるので、 遺伝子診断の精度を高 めることができる。 なお、 光量モニターの取り付け位置は、 図 2及び図 3の例では、 出射用ダイクロイツクミラー 2 2 aと反応容器 1との間の 光路中であれば良く、 特に限定されない。
次に、 本発明にかかる受光ュニット 3について説明する。 図 2及び図
4の例に示すように、 本発明にかかる受光ユニット 3は、 受光素子 3 1 a〜3 1 dと、 これと同数の受光用ダイクロイックミラ一 3 2 a〜 3 2 dとを少なくとも有している。 受光素子 3 1 a〜 3 1 dは、 各受光素子 の受光面が平行となるように配置されている。 受光用ダイクロイツクミラー 3 2 a〜3 2 dは、 出射用ダイクロイツ クミラー 2 2 a〜2 2 dと異なり、 特定波長以上の波長の光だけを反射 する （ローパス） 特性を備えており、 反射可能な光の波長の範囲がそれ ぞれ異なっている。 図 2及び図 4の例では、 受光用ダイクロイツクミラ 一 3 2 a、 3 2 b、 3 2 c、 3 2 dの順で、 反射可能な光の最小波長が 小さくなっている。
また、 受光用ダイクロイツクミラー 3 2 a〜 3 2 dは、 反応容器 1の 内部から放出される光が、 その波長に応じて、 いずれか一つの受光用ダ ィクロイツクミラーで反射されて受光素子 3 1 a〜3 1 dの一つに入射 するように配置されている。 図 2及び図 4の例では、 受光用ダイクロイ ックミラー 3 2 a〜 3 2 dは、 並列に配置された受光素子 3 1 a〜3 1 dの並びに沿って、 反射面が互いに平行な状態で配列されている
図 2及び図 4において、 3 3 a〜 3 3 dは、 受光用ダイクロイツクミ ラー 3 2 a〜 3 2 dで反射された光を集光するためのレンズである。 3 4は反応容器 1の内部から出射窓 1 5を介して放出された光を集光する ためのレンズである。 3 5は、 反応容器内部から放出された光を受光ュ ニットに導くための全反射ミラーである。
このような構成により、 本発明にかかる受光ユニット 3は、 同一の光 路で入射される波長の異なる複数の入射光を受光することができる。 ま た、 本発明にかかる受光ユニット 3によれば、 従来のマルチチャンネル 光検出装置で用いられる受光ュニットに比べて、 受光素子やダイクロイ ックミラ一の配置を単純とできる。 このため、 図 4に示すように、 使用 する蛍光色素に合わせて受光素子の追加や取り外しを容易に行うことが できる。 更に、 受光素子の数と受光用ダイクロイツクミラーの数とを同 一とできるため、 従来に比べてコストの低減を図ることができる。
更に、 図 2及び図 4に示す例では、 反射可能な光の最小波長が大きい 受光用ダイクロイックミラーほど、 反応容器 1の近くに配置されており、 入射光の光路長は波長が短い光ほど長くなつている。
本発明にかかる受光ュニッ卜において、 受光素子及び受光用ダイク口 イツクミラーの数は上記に示した例に限定されるものではない。 受光素 子及び受光用ダイクロイツクミラーの数も、 発光素子の数と同様に、 蛍 光測定で使用される一般的な蛍光色素に応じて決定すれば良い。
また、 本発明にかかる受光ユニットにおいて、 受光用ダイクロイツク ミラーが反射可能な光の波長の範囲は、 遺伝子診断で使用される蛍光色 素に応じて設定される。 例えば、 上記の表 1に記載の蛍光色素が遺伝子 診断において用いられる場合は、 図 2及び図 4に示す受光用ダイクロイ ックミラー 3 2 a〜3 2 dとしては、 下記の表 4に示す範囲の波長の光 を反射するダイクロイックミラ一が用いられる。
(表 4 )
Figure imgf000015_0001
また、 本発明にかかる受光ユニットも、 光源ユニットと同様に、 入射 光の光量をモニターするための光量モニターを備えた態様としても良い。 この場合、 光量モニターによるモニタ一結果から、 反応容器における異 常 （例えば反応容器内部への異物の混入等） を監視することができるの で、 遺伝子診断の精度を高めることができる。 なお、 光量モニタ一の取 り付け位置は、 図 2及び図 4の例では、 受光用ダイクロイツクミラー 3 2 aと反応容器 1との間の光路中であれば良く、 特に限定されない。 このように、 本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置によれば、 従来のマルチチャンネル光検出装置と同等の性能を確保しつつ、 これよ りも光源ュニッ卜及び受光ュニットの内部構造を簡単なものとできる。 このため、 使用する蛍光色素が増加する場合に対しても簡単に対応する ことができる。
なお、 上記の例においては、 本発明にかかる光源ユニット、 受光ュ二 ット及びマルチチャンネル光検出装置を遺伝子診断で用いる場合につい て説明しているが、 本発明はこの例に限定されるものではない。 例えば、 本発明にかかる光源ュニット、 受光ュニット及びマルチチャンネル光検 出装置は、 免疫測定や従来からの吸光度測定にも適用することができる。 産業上の利用可能性
以上のように本発明にかかる光源ュニットによれば、 発光素子の追加 や取り外しを容易に行なうことができ、 又本発明にかかる受光ュニット によれば、 受光素子の追加や取り外しを容易に行なうことができる。 こ のため、 本発明にかかるマルチチャンネル光検出装置を用いれば、 遺伝 子解析技術の進展によつて診断項目が増加した場合や、 新たな蛍光色素 が開発された場合に対応できる。 また、 部品点数を従来よりも少なくす ることができるため、 コストの低減を図ることもできる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 波長の異なる複数の光を同一の光路で出射する光源ュニットであつ て、 複数の発光素子と、 反射可能な光の波長の範囲がそれぞれ異なる複 数のダイクロイツクミラーとを少なくとも有し、
前記複数のダイクロイツクミラ一の数は前記複数の発光素子の数と同 数であり、
前記複数の発光素子は、 各発光素子の出射方向が平行となるように配 置されており、
前記複数のダイクロイツクミラ一は、 各ダイクロイツクミラーが前記 複数の発光素子から出射される出射光の一つを反射でき、 各ダイクロイ ックミラーの反射光が同一の光路を同一方向に通過するように配置され ている光源ュニット。
2 . 前記複数の発光素子が出射する光の波長が、 それぞれ異なっており、 前記複数の発光素子が、 前記出射する光の波長の順に、 配置されている 請求の範囲 1記載の光源ュニット。
3 . 同一の光路で入射される波長の異なる複数の入射光を受光する受光 ユニットであって、 複数の受光素子と、 反射可能な光の波長の範囲がそ れぞれ異なる複数のダイクロイックミラーとを少なくとも有し、
前記複数のダイクロイツクミラーの数は前記複数の受光素子の数と同 数であり、
前記複数の受光素子は、 各受光素子の受光面が互いに平行となるよう に配置されており、
前記複数のダイクロイツクミラーは、 前記入射光が、 その波長に応じ て、 いずれか一つのダイクロイツクミラーで反射されて前記複数の受光 素子の一つに入射するように配置されている受光ュニット。
4 . 反応容器と、 波長の異なる複数の光を同一の光路で出射して前記反 応容器に入射させる光源ュニットと、 前記反応容器の内部から放出され る光を受光する受光ュニットとを少なくとも有し、
前記光源ユニットは、 複数の発光素子と、 反射可能な光の波長の範囲 がそれぞれ異なる複数の出射用ダイクロイックミラーとを少なくとも有 し、 前記複数の出射用ダイクロイツクミラーの数は前記複数の発光素子 の数と同数であり、 前記複数の発光素子は、 各発光素子の出射方向が平 行となるように配置され、 前記複数の出射用ダイクロイツクミラーは、 各出射用ダイクロイツクミラーが前記複数の発光素子から出射される光 の一つを反射でき、 各出射用ダイクロイツクミラーの反射光が同一の光 路を同一方向に通過するように配置されており、
前記受光ユニットは、 複数の受光素子と、 反射可能な光の波長の範囲 がそれぞれ異なる複数の受光用ダイクロイツクミラーとを少なくとも有 し、 前記複数の受光用ダイクロイツクミラーの数は前記複数の受光素子 の数と同数であり、 前記複数の受光素子は、 各受光素子の受光面が互い に平行となるように配置され、 前記複数の受光用ダイクロイツクミラ一 は、 前記反応容器の内部から放出される光が、 その波長に応じて、 いず れか一つの受光用ダイクロイツクミラーで反射されて前記複数の受光素 子の一つに入射するように配置されているマルチチャンネル光検出装置。
5 . 前記複数の発光素子が出射する光の波長が、 それぞれ異なっており、 前記複数の発光素子が、 前記出射する光の波長の順に、 配置されている 請求の範囲 4記載のマルチチャンネル光検出装置。
6 . 前記反応容器の内部に、 測定対象となる試料と蛍光色素とを少なく とも含む混合物が添加されており、
前記反応容器の内部から放出される光が、 前記光源ユニットから出射 された光によって励起された前記蛍光色素の蛍光である請求の範囲 4記 載のマルチチヤンネル光検出装置。
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