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JP2013190298A - Sample reading apparatus - Google Patents

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JP2013190298A
JP2013190298A JP2012056221A JP2012056221A JP2013190298A JP 2013190298 A JP2013190298 A JP 2013190298A JP 2012056221 A JP2012056221 A JP 2012056221A JP 2012056221 A JP2012056221 A JP 2012056221A JP 2013190298 A JP2013190298 A JP 2013190298A
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JP
Japan
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sample
biochip
light
optical system
rows
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Pending
Application number
JP2012056221A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taku Kinoshita
卓 木下
Hideo Nakayama
秀生 中山
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten reading time of a sample which is an object to be inspected.SOLUTION: A biochip reading apparatus 10 includes: an excitation light source 12 having a substrate in which a plurality of surface-emitting type semiconductor laser elements arrayed in m rows×n columns are formed; driving means for driving the surface-emitting type semiconductor laser elements; a stage 18 for supporting a biochip BC in which a plurality of samples including a fluorescent label emitting fluorescence when excitation light is emitted to the fluorescent label are planarly arranged; optical systems 14 and 16 for making the biochip emit laser light emitted from the surface-emitting type semiconductor laser elements as the excitation light; and a light-receiving element 24 such as a CCD for converting fluorescence emitted from the sample into an electrical signal.

Description

本発明は、試料読取装置に関する。   The present invention relates to a sample reading device.

遺伝子等の生体解析を行う場合、バイオチップが利用される。バイオチップは、DNA、たんぱく質などのバイオ分子や、これらを有する細胞などの試料(サンプル)を基板上に多数固定したものであり、それぞれDNAチップ、たんぱく質チップ、細胞チップなどと呼ばれている。遺伝子解析において代表的なDNAチップ(遺伝子チップ)は、基板上に、数千ないし数万のプローブ用DNA(一本鎖)を作製し、プローブ用DNAに結合するDNAを蛍光色素などで標識する。このDNAチップに励起光を照射することで、蛍光色素から発せられた蛍光パターンを読取り、DNAの解析が行われる。   A biochip is used when performing biological analysis of genes and the like. A biochip is obtained by immobilizing a large number of biomolecules such as DNA and protein, and samples (samples) such as cells having these on a substrate, and is called a DNA chip, a protein chip, a cell chip, and the like. A typical DNA chip (gene chip) in gene analysis produces several thousand to several tens of thousands of probe DNA (single strand) on a substrate and labels the DNA that binds to the probe DNA with a fluorescent dye or the like. . By irradiating this DNA chip with excitation light, the fluorescence pattern emitted from the fluorescent dye is read, and the DNA is analyzed.

バイオチップ上の蛍光標識を励起するための励起光として、レーザ光を光源とするバイオチップ読取装置が知られている。こうしたバイオチップ読取装置では、光源から発せられたレーザ光を光学系を介してバイオチップ上の所定のセル位置に照射させ、バイオチップから発せられた蛍光を光学系を介して集光させ、集光された光をCCD等の光検出部で検出させている。あるバイオチップ読取装置では、光源とバイオチップの間に、モータによって回転されるマイクロレンズアレイを介在させ、マイクロレンズアレイで絞られた励起光ビームでバイオチップ上を走査させ、光の利用効率を高めている(特許文献1、特許文献2)。また、短時間で多数の試料を測定しかつ安価なバイオセンサを提供するため、基板の一方の面上に複数の試料を取り付け、基板の他方の面上に発光素子と受光素子と取り付けたものもある(特許文献3)。   A biochip reader using a laser beam as a light source is known as excitation light for exciting a fluorescent label on the biochip. In such a biochip reader, a laser beam emitted from a light source is irradiated to a predetermined cell position on the biochip via an optical system, and fluorescence emitted from the biochip is collected via an optical system to be collected. The emitted light is detected by a light detection unit such as a CCD. In a biochip reader, a microlens array rotated by a motor is interposed between a light source and a biochip, and the biochip is scanned with an excitation light beam focused by the microlens array, thereby improving the light utilization efficiency. (Patent Document 1, Patent Document 2). Also, in order to measure a large number of samples in a short time and to provide an inexpensive biosensor, a plurality of samples are mounted on one surface of the substrate, and a light emitting element and a light receiving element are mounted on the other surface of the substrate There is also (patent document 3).

特開2005−181351号公報JP 2005-181351 A 特開2010−139350号公報JP 2010-139350 A 特開2005−77287号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-77287

本発明は、試料の検査時間の短縮を図る試料読取装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a sample reading device that shortens the inspection time of a sample.

請求項1は、m行×n列(m、nは、自然数、但し、mが1のとき、nは2以上であり、nが1のとき、mは2以上である)に配列された複数の面発光型半導体レーザ素子が形成された基板を有する光源と、前記面発光型半導体レーザ素子を駆動する駆動手段と、励起光が照射されたとき蛍光を発する蛍光標識がつけられた試料が平面的に複数配された検査対象を支持する支持手段と、前記面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を励起光として前記検査対象に照射させる光学系と、前記試料から発せられた蛍光を電気信号に変換する光電変換手段と、を有する試料読取装置。
請求項2は、試料読取装置はさらに、前記面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光で前記検査対象上の試料を走査する走査手段を含む、請求項1に記載の試料読取装置。
請求項3は、m行×n列の面発光型半導体レーザ素子が一括点灯されるように前記駆動手段により駆動されたとき、前記走査手段は、m行×n列の発光点を有するレーザ光で前記検査対象上の試料を走査する、請求項1または2に記載の試料読取装置。
請求項4は、前記検査対象上の試料がp行×q列で配列され、m≧qであるとき、前記走査手段は、m行×n列の発光点をp方向に走査する、請求項1ないし3いずれか1つに記載の試料読取装置。
請求項5は、前記検査対象上の試料がp行×q列で配列され、n≧pであるとき、前記走査手段は、m行×n列の発光点をq方向に走査する、請求項1ないし3いずれか1つに記載の試料読取装置。
請求項6は、前記走査手段は、前記面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を入射する回転光学系を含み、前記回転光学系によりレーザ光を反射させることで前記検査対象上の試料が走査される、請求項1ないし5いずれか1つに記載の試料読取装置。
請求項7は、前記光学系は、前記光源と前記回転光学系との間に配されたコリメートレンズと、前記回転光学系から反射された光を入射するfθレンズとを含む、請求項6に記載の試料読取装置。
請求項8は、前記走査手段は、前記支持手段をその平面内で移動させる移動機構を含み、前記支持手段を移動させることで前記検査対象上の試料をレーザ光により走査させる、請求項1ないし5いずれか1つに記載の試料読取装置。
請求項9は、前記光源の基板は、前記検査対象の基板と平行になるように配置され、前記走査手段は、前記光源の基板または前記検査対象の基板のいずれか一方を移動させる、請求項1ないし5いずれか1つに記載の試料読取装置。
請求項10は、前記回転光学系は、ポリゴンミラーである、請求項6に記載の試料読取装置。
請求項11は、前記走査手段は、光を反射しかつ回転可能なミラーが平面的に配列されたディジタル・ミラー・デバイスである、請求項6に記載の試料読取装置。
請求項12は、前記光電変換手段は、前記検査対象上の試料の2次元画像を撮像する撮像素子を含む、請求項1ないし11いずれか1つに記載の試料読取装置。
請求項13は、前記検査対象は、バイオチップである、請求項1ないし12いずれか1つに記載の試料読取装置。
Claim 1 is arranged in m rows × n columns (m and n are natural numbers, provided that when m is 1, n is 2 or more, and when n is 1, m is 2 or more) A light source having a substrate on which a plurality of surface-emitting type semiconductor laser elements are formed, a driving means for driving the surface-emitting type semiconductor laser element, and a sample attached with a fluorescent label that emits fluorescence when irradiated with excitation light. Support means for supporting a plurality of inspection objects arranged in a plane, an optical system for irradiating the inspection object with laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser element as excitation light, and fluorescence emitted from the sample And a photoelectric conversion means for converting the signal into an electrical signal.
2. The sample reading apparatus according to claim 1, wherein the sample reading apparatus further includes a scanning unit that scans the sample on the inspection object with a laser beam emitted from the surface emitting semiconductor laser element.
According to a third aspect of the present invention, when the surface emitting semiconductor laser element of m rows × n columns is driven by the driving means so as to be collectively turned on, the scanning means has a laser beam having a light emitting point of m rows × n columns The sample reading device according to claim 1, wherein the sample on the inspection object is scanned by the scanner.
According to a fourth aspect of the present invention, when the samples on the inspection target are arranged in p rows × q columns and m ≧ q, the scanning unit scans light emission points of m rows × n columns in the p direction. The sample reading device according to any one of 1 to 3.
In a fifth aspect of the present invention, when the samples on the inspection target are arranged in p rows × q columns and n ≧ p, the scanning unit scans light emission points of m rows × n columns in the q direction. The sample reading device according to any one of 1 to 3.
According to a sixth aspect of the present invention, the scanning unit includes a rotating optical system that receives a laser beam emitted from the surface-emitting type semiconductor laser element, and the sample on the inspection object is reflected by the laser beam reflected by the rotating optical system. The sample reading device according to any one of claims 1 to 5, wherein
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical system according to the sixth aspect, the optical system includes a collimating lens disposed between the light source and the rotating optical system, and an fθ lens that receives light reflected from the rotating optical system. The sample reading apparatus described.
According to an eighth aspect of the present invention, the scanning unit includes a moving mechanism that moves the support unit in a plane thereof, and the sample on the inspection object is scanned with a laser beam by moving the support unit. 5. The sample reader according to any one of 5.
The substrate of the light source is disposed so as to be parallel to the substrate to be inspected, and the scanning unit moves either the substrate of the light source or the substrate to be inspected. The sample reading apparatus according to any one of 1 to 5.
The sample reading device according to claim 6, wherein the rotating optical system is a polygon mirror.
11. The sample reading apparatus according to claim 6, wherein the scanning unit is a digital mirror device in which mirrors that reflect light and are rotatable are arranged in a plane.
12. The sample reading device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit includes an image sensor that captures a two-dimensional image of the sample on the inspection target.
In a thirteenth aspect of the present invention, the inspection target is a biochip, as set forth in any one of the first to twelfth aspects.

請求項1、3によれば、単一の面発光型半導体レーザ素子を光源にする場合と比較して、試料の読取時間を短縮することができる。
請求項2、8によれば、m×n個の発光点よりも数の多い試料を読取ることができる。
請求項4、5によれば、走査時間を短縮することができる。
請求項6、7、10、11によれば、検査対象を移動させるよりも、試料読取装置をコンパクトにすることができる。
請求項9によれば、試料読取装置をコンパクトにすることができる。
請求項12によれば、試料の蛍光パターンを撮像することができる。
請求項13によれば、DNA等の解析のための時間を短縮することができる。
According to the first and third aspects, compared with a case where a single surface emitting semiconductor laser element is used as a light source, the reading time of the sample can be shortened.
According to the second and eighth aspects, it is possible to read a sample having a larger number than m × n light emitting points.
According to the fourth and fifth aspects, the scanning time can be shortened.
According to the sixth, seventh, tenth, and eleventh aspects, it is possible to make the sample reading device more compact than to move the inspection object.
According to the ninth aspect, the sample reading device can be made compact.
According to the twelfth aspect, the fluorescence pattern of the sample can be imaged.
According to the thirteenth aspect, the time for analysis of DNA or the like can be shortened.

本発明の第1の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the biochip reader which concerns on 1st Example of this invention. 本発明のバイオチップ読取装置に用いられるVCSELアレイの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the VCSEL array used for the biochip reader of this invention. VCSELアレイを構成するVCSEL素子の典型的な断面図である。It is typical sectional drawing of the VCSEL element which comprises a VCSEL array. バイオチップを搭載するステージを移動することで走査を行う例を説明する図である。It is a figure explaining the example which scans by moving the stage which mounts a biochip. 本発明の第2の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the biochip reader which concerns on 2nd Example of this invention. ディジタル・ミラー・デバイスの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a digital mirror device. 本発明の第3の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the biochip reader which concerns on 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the biochip reader which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第5の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the biochip reader which concerns on the 5th Example of this invention. 本発明の第6の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the biochip reader which concerns on the 6th Example of this invention. 本発明の第7の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the biochip reader which concerns on the 7th Example of this invention.

バイオチップ読取装置の光源にとして、ランプなども用いることはできるが、蛍光標識を励起するためには、特定の波長をカットするためのフィルタなどの光学系が必要となり、コストアップとなる。また、蛍光標識を励起するためにはある程度の光出力が必要であるため、光源にはレーザ光が用いられる。   Although a lamp or the like can be used as the light source of the biochip reader, an optical system such as a filter for cutting a specific wavelength is required to excite the fluorescent label, which increases costs. Further, since a certain level of light output is required to excite the fluorescent label, laser light is used as the light source.

また、バイオチップ上に固定されるセルは、ピッチが数ミクロン〜十数ミクロンで、かつ数万個程度以上配置されることがある。このようにセルが狭ピッチで多数配列されたバイオチップを1本のレーザ光またはレーザビームを用いて走査することは、検査時間の長大化につながる。本発明では、バイオチップのセルのピッチに近い間隔で2次元的または線形に素子を配列することができるレーザアレイを用いる。このようなレーザアレイとしては、面発光型半導体レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:以下では、VCSELと呼ぶ)が適している。   In addition, the cells fixed on the biochip may have a pitch of several microns to several tens of microns and about tens of thousands or more. Scanning a biochip in which a large number of cells are arranged at a narrow pitch in this way using a single laser beam or laser beam leads to an increase in inspection time. In the present invention, a laser array is used in which elements can be arranged two-dimensionally or linearly at intervals close to the cell pitch of the biochip. As such a laser array, a surface emitting semiconductor laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser: hereinafter referred to as VCSEL) is suitable.

バイオチップ上の試料のピッチとVCSELアレイ上の素子のピッチとが近いことは、集光やコリメート(平行化)などの光学系を簡単にできるという利点がある。また、VCSELアレイから出射された複数のレーザ光またはレーザビームを、バイオチップ上の複数のセルに同時に照射することで、一括して複数のセルを励起することができる。また、VCSELアレイの全ての素子を一括して点灯させなくても、順次点灯させていくように駆動することもできる。さらにVCSEL素子のオン・オフの切り換え直接的に行い、特定領域の複数セルを順次励起しても良い。さらに、特定のセルについては照射しないことや、光出力の調整なども、VCSEL素子1個ごとに可能となる。   The fact that the pitch of the sample on the biochip and the pitch of the elements on the VCSEL array are close to each other has an advantage that an optical system such as light collection and collimation (parallelization) can be simplified. In addition, by simultaneously irradiating a plurality of cells on the biochip with a plurality of laser beams or laser beams emitted from the VCSEL array, the plurality of cells can be excited collectively. Further, it is possible to drive so that all the elements of the VCSEL array are sequentially lighted without being lighted all at once. Further, the VCSEL element may be directly switched on / off to sequentially excite a plurality of cells in a specific region. Furthermore, it is possible not to irradiate a specific cell or to adjust the light output for each VCSEL element.

本発明の試料読取装置では、複数のセル(たとえば、数十個〜数千個のセル)への一括照射、または、特定領域の複数セル(数十個〜数千個のセル)に順次照射するような、光源と光学系の組み合わせを可能にする。   In the sample reading device of the present invention, a plurality of cells (for example, several tens to several thousand cells) are collectively irradiated, or a plurality of cells in a specific region (several tens to several thousand cells) are sequentially irradiated. This enables a combination of a light source and an optical system.

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施例に係るバイオチップ読取装置の概略構成を示す図である。本実施例のバイオチップ読取装置10は、励起光としての複数のレーザ光またはレーザビームを出射可能なVCSELアレイを含む励起光源12と、励起光源12から出射された複数のレーザ光Laを平行光にコリメートする光学系14と、光学系14を通過したレーザ光Laを集光し、集光したレーザ光LaによりバイオチップBC上の試料を照射させる集光レンズ16と、バイオチップBCを搭載するステージ18と、バイオチップBCの試料から発せられた蛍光Lbを集光する光学系20と、光学系20からの蛍光Lbを受光素子24に集光する光学系22と、蛍光Lbを受け取り、これを電気信号に変換する受光素子24とを含んで構成される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a biochip reader according to a first embodiment of the present invention. The biochip reader 10 according to the present embodiment includes an excitation light source 12 including a VCSEL array capable of emitting a plurality of laser beams or laser beams as excitation light, and a plurality of laser beams La emitted from the excitation light source 12 as parallel light. The collimating optical system 14, the condensing lens 16 for condensing the laser light La that has passed through the optical system 14, and irradiating the sample on the biochip BC with the condensed laser light La, and the biochip BC are mounted. The stage 18, the optical system 20 that condenses the fluorescence Lb emitted from the sample of the biochip BC, the optical system 22 that condenses the fluorescence Lb from the optical system 20 onto the light receiving element 24, and the fluorescence Lb are received. And a light receiving element 24 for converting the signal into an electric signal.

励起光源12は、m行×n列に配列された複数のVCSEL素子が形成されたVCSELアレイを含む。ここで、m、nは、自然数であり、VCSELアレイは、VCSEL素子が2次元状に配列されたものであってもよいし、VCSEL素子が線形に配列されたものであってもよい。VCSEL素子のピッチや配列は、バイオチップBC上の試料のピッチや配列、ならびに光学系14、16に応じて適宜選択される。また、VCSEL素子が2次元に配列されるとき、その全体の平面形状は、特に制限されるものではなく、矩形状、平行四辺形状もしくは円形状のいずれであってよい。   The excitation light source 12 includes a VCSEL array in which a plurality of VCSEL elements arranged in m rows × n columns are formed. Here, m and n are natural numbers, and the VCSEL array may be a two-dimensional array of VCSEL elements or a linear array of VCSEL elements. The pitch and arrangement of the VCSEL elements are appropriately selected according to the pitch and arrangement of the sample on the biochip BC and the optical systems 14 and 16. When the VCSEL elements are arranged two-dimensionally, the overall planar shape is not particularly limited, and may be any of a rectangular shape, a parallelogram shape, or a circular shape.

図2(A)は、第1の態様のVCSELアレイの平面図である。VCSELアレイ30は、単一の半導体基板32上に複数の発光部をモノリシックに形成して構成される。ここでは、各発光部がメサMによって規定される例を示すが、これ以外にも各発光部は、プロトンイオン等を注入することによってその領域を規定されるようにしてもよい。半導体基板32の表面には、m行×n列に配列された複数の円筒状のメサM(図中、円形で示す)が形成され、各メサMは、一定のピッチ、例えば数μm〜数十μmで形成される。   FIG. 2A is a plan view of the VCSEL array of the first embodiment. The VCSEL array 30 is configured by monolithically forming a plurality of light emitting units on a single semiconductor substrate 32. Here, an example in which each light emitting unit is defined by the mesa M is shown, but other than this, each light emitting unit may have its region defined by injecting proton ions or the like. On the surface of the semiconductor substrate 32, a plurality of cylindrical mesas M (shown by circles in the figure) arranged in m rows × n columns are formed, and each mesa M has a constant pitch, for example, several μm to several It is formed with 10 μm.

第1の態様では、各メサMは、個々の電極配線34によりp側電極36(図中、矩形で示す)に一対一に接続される。また、半導体基板32の裏面には、各メサMに共通のn側電極38(図3(A)を参照)が形成される。p側電極36およびn側電極38に順方向の駆動電流を印加することで、メサMの頂部からは、基板とほぼ垂直方向に単一横モードのレーザ光が出射される。図2(A)に示すVCSELアレイ30では、すべてのVCSEL素子が同時に一括点灯されるように駆動すること、あるいは各VCSEL素子が個別に点灯させるように駆動することのいずれにも対応することができる。   In the first mode, each mesa M is connected to a p-side electrode 36 (shown by a rectangle in the drawing) one-to-one by individual electrode wiring 34. Further, an n-side electrode 38 (see FIG. 3A) common to each mesa M is formed on the back surface of the semiconductor substrate 32. By applying a forward drive current to the p-side electrode 36 and the n-side electrode 38, a single transverse mode laser beam is emitted from the top of the mesa M in a direction substantially perpendicular to the substrate. In the VCSEL array 30 shown in FIG. 2 (A), both VCSEL elements can be driven to be turned on simultaneously, or each VCSEL element can be driven to be turned on individually. it can.

図2(B)は、第2の態様のVCSELアレイの平面図である。このVCSELアレイ30Aでは、各メサは、共通の電極配線34を介してp側電極36が電気的に接続される構成であり、m行×n列の全てのVCSEL素子が同時に点灯される。   FIG. 2B is a plan view of the VCSEL array of the second aspect. In this VCSEL array 30A, each mesa has a configuration in which the p-side electrode 36 is electrically connected through a common electrode wiring 34, and all the VCSEL elements in m rows × n columns are turned on simultaneously.

図3は、典型的なVCSEL素子の断面を示している。図3(A)において、n型のGaAs半導体基板32上に、Al組成を異にするn型のAlGaAs層の対を複数積層した下部分布ブラッグ型反射鏡(Distributed Bragg Reflector、以下、DBRと称す)40、下部スペーサ層と上部スペーサ層との間に量子井戸活性層を含む活性領域42、Al組成を異にするp型のAlGaAs層の対を複数積層した上部DBR44が形成されている。上部DBR44内には、p型のAlAsからなる電流狭窄層46が形成される。また、好ましくは上部DBR44の最上層は、不純物濃度が高いp型のGaAsからなるコンタクト層から構成される。   FIG. 3 shows a cross section of a typical VCSEL device. In FIG. 3A, a distributed Bragg reflector (hereinafter referred to as DBR) in which a plurality of pairs of n-type AlGaAs layers having different Al compositions are stacked on an n-type GaAs semiconductor substrate 32. 40) An active region 42 including a quantum well active layer and an upper DBR 44 in which a plurality of pairs of p-type AlGaAs layers having different Al compositions are stacked are formed between the lower spacer layer and the upper spacer layer. A current confinement layer 46 made of p-type AlAs is formed in the upper DBR 44. Preferably, the uppermost layer of the upper DBR 44 is composed of a contact layer made of p-type GaAs having a high impurity concentration.

半導体層をエッチングすることにより、少なくとも電流狭窄層46に到達するように円筒状メサMが形成され、電流狭窄層46には、メサ側面から選択的に酸化された環状の酸化領域46Aと酸化領域46Aにより囲まれた導電領域46B(非酸化領域)が形成される。好ましくは、導電領域46Bの径は、単一横モード発振のレーザ光が出射される大きさに選択される。メサMの頂部には、上部DBR44と電気的に接続される環状の上部電極48が形成され、中央の開口は、レーザ光の出射窓となる。メサMの底部、側部および頂部の周縁を覆うように層間絶縁膜50が形成され、層間絶縁膜50によって露出された上部電極48は、対応する電極配線34に接続される。また、基板32の裏面には、各VCSEL素子に共通のn側電極38が形成される。   By etching the semiconductor layer, a cylindrical mesa M is formed so as to reach at least the current confinement layer 46. In the current confinement layer 46, an annular oxidized region 46A and an oxidized region selectively oxidized from the mesa side surface are formed. A conductive region 46B (non-oxidized region) surrounded by 46A is formed. Preferably, the diameter of the conductive region 46B is selected so that the laser beam of single transverse mode oscillation is emitted. An annular upper electrode 48 electrically connected to the upper DBR 44 is formed on the top of the mesa M, and the central opening serves as a laser light emission window. An interlayer insulating film 50 is formed so as to cover the bottom, side and top edges of the mesa M, and the upper electrode 48 exposed by the interlayer insulating film 50 is connected to the corresponding electrode wiring 34. An n-side electrode 38 common to the VCSEL elements is formed on the back surface of the substrate 32.

また、図3(B)に示すVCSELアレイでは、n側電極38を基板裏面に形成するのではなく、基板表面に形成するものである。好ましくは、メサMの底部において、下部DBR40が露出するようなコンタクトホールを層間絶縁膜50に形成し、当該コンタクトホールを介してn側電極38と下部DBR40間の電気的接続を行うようにしてもよい。   In the VCSEL array shown in FIG. 3B, the n-side electrode 38 is not formed on the back surface of the substrate, but on the substrate surface. Preferably, a contact hole that exposes the lower DBR 40 is formed in the interlayer insulating film 50 at the bottom of the mesa M, and an electrical connection is made between the n-side electrode 38 and the lower DBR 40 through the contact hole. Also good.

バイオチップBCは、例えば、ガラス、プラスチック等の透明な基板を有し、その基板の表面には、公知のように蛍光標識がつけられた試料(セル)が複数平面的に配列されている。セルは、例えば、インクジェットまたはマイクロスポッタ等により基板上に形成される。   The biochip BC has a transparent substrate made of, for example, glass or plastic, and a plurality of samples (cells) with fluorescent labels are arranged on the surface of the substrate in a known manner. The cell is formed on the substrate by, for example, an ink jet or a micro spotter.

受光素子24は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、CCDセンサ、CMOSセンサであることができる。各VCSEL素子が一括点灯される場合には、バイオチップBC上の試料が2次元的なエリアで照射され、そこから2次元的な蛍光が発せられる。このため、受光素子24は、2次元的な蛍光画像を撮像することができるCCDセンサまたはCMOSセンサであることが望ましい。他方、VCSEL素子が順次点灯されるような場合には、受光素子24は、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができ、その場合、素子の点灯のタイミングに合わせて受光すれば、どのセルの蛍光かを識別することができる。受光素子24で得られた電子信号は、図示しない蛍光パターン解析部へ提供され、そこでDNAの解析が行われる。   The light receiving element 24 can be a photodiode, a phototransistor, a CCD sensor, or a CMOS sensor. When each VCSEL element is turned on collectively, the sample on the biochip BC is irradiated in a two-dimensional area, and two-dimensional fluorescence is emitted therefrom. For this reason, the light receiving element 24 is desirably a CCD sensor or a CMOS sensor capable of capturing a two-dimensional fluorescent image. On the other hand, when the VCSEL elements are sequentially turned on, a photodiode or a phototransistor can be used as the light receiving element 24. In this case, if light is received in accordance with the lighting timing of the element, the fluorescence of which cell Can be identified. The electronic signal obtained by the light receiving element 24 is provided to a fluorescence pattern analysis unit (not shown), where DNA is analyzed.

励起光源12から複数のレーザ光Laが出射されると、複数のレーザ光Laは、光学系14により平行光にされた後、集光レンズ16によってバイオチップBC上の所定の複数のセルを照射する。VCSELアレイから出射された1本のレーザ光は、バイオチップBC上の1つのセル(蛍光標識がつけられた試料)に対応して照射される。従って、m行×n列のVCSEL素子が同時に点灯された場合には、バイオチップBC上のm×n個のセルが一度に照射され、この照射に応答して蛍光Lbが発せられる。以上のような構成により、単一のレーザ光を用いてバイオチップ上の試料を走査するのに比べて、複数のレーザ光による一括照射が可能になり、バイオチップ上の全試料のプロービングにかかる時間を短縮化することができる。   When a plurality of laser beams La are emitted from the excitation light source 12, the plurality of laser beams La are collimated by the optical system 14, and then irradiate a predetermined plurality of cells on the biochip BC by the condenser lens 16. To do. One laser beam emitted from the VCSEL array is irradiated corresponding to one cell (sample with a fluorescent label) on the biochip BC. Therefore, when m rows × n columns of VCSEL elements are simultaneously turned on, m × n cells on the biochip BC are irradiated at once, and fluorescence Lb is emitted in response to the irradiation. Compared to scanning a sample on a biochip using a single laser beam, the configuration as described above enables batch irradiation with a plurality of laser beams, which requires probing of all samples on the biochip. Time can be shortened.

通常、バイオチップBC上には多数のセルが配列されており、セルの数がVCSELアレイの素子の数よりも多い場合には、VCSELアレイから出射された複数のレーザ光を用いてバイオチップ上を走査させる必要がある。この場合の好ましい態様として、図1に示すステージ18を、その面内においてX方向および/またはY方向に移動させることで、走査が行われる。   Usually, a large number of cells are arranged on the biochip BC, and when the number of cells is larger than the number of elements of the VCSEL array, a plurality of laser beams emitted from the VCSEL array are used. Need to be scanned. As a preferable mode in this case, scanning is performed by moving the stage 18 shown in FIG. 1 in the X direction and / or the Y direction within the plane.

図4は、ステージを移動することにより走査を行う例を示している。同図において、MPは、m行×n列のVCSEL素子を一括点灯させたときのマルチスポットの照射領域を示している。ステージ18を−X方向に移動させることで、マルチスポットの照射領域MPによる走査1が行われる。次に、ステージ18を−Yの副走査方向に移動させた後にX方向に移動させることで、走査2が行われる。以後、同様に、バイオチップBC上のすべてのセルが走査されるまで、ステージ18をX、Y方向に移動させる。こうして、バイオチップBC上の全セルが走査されたときの蛍光パターンの画像が受光素子24によって撮像される。なお、ここには詳述しないが、バイオチップ読取装置は、VCSELアレイを駆動する駆動回路、VCSELアレイの駆動に同期させてステージ18を移動させる駆動回路、バイオチップBC上の試料の走査に同期して受光素子24による撮像を制御する制御回路等を含んでおり、これらの回路等を適宜設計することで試料の読取が正確に行われる。   FIG. 4 shows an example in which scanning is performed by moving the stage. In the figure, MP indicates a multi-spot irradiation area when VCSEL elements of m rows × n columns are turned on collectively. By moving the stage 18 in the −X direction, scanning 1 by the multi-spot irradiation area MP is performed. Next, scanning 2 is performed by moving the stage 18 in the X direction after moving in the -Y sub-scanning direction. Thereafter, similarly, the stage 18 is moved in the X and Y directions until all the cells on the biochip BC are scanned. In this way, an image of the fluorescence pattern when all the cells on the biochip BC are scanned is picked up by the light receiving element 24. Although not described in detail here, the biochip reader is synchronized with the drive circuit that drives the VCSEL array, the drive circuit that moves the stage 18 in synchronization with the drive of the VCSEL array, and the scanning of the sample on the biochip BC. Thus, a control circuit for controlling imaging by the light receiving element 24 and the like are included, and the sample is accurately read by appropriately designing these circuits.

次に、本発明の第2の実施例に係るバイオチップ読取装置について説明する。第1の実施例では、ステージを移動させることによりバイオチップ上の走査を行う例を示したが、第2の実施例では、励起光源12からのレーザ光を回転ミラーなどで反射させることによって走査を行うものである。図5は、第2の実施例によるバイオチップ読取装置10Aの概略構成を示し、図1と同一構成については同一参照番号を付している。同図に示すように、励起光源12とバイオチップBCとの間には、ポリゴンミラー25とfθレンズ17が設けられている。VCSELアレイから出射された複数のレーザ光Laは、光学系14によりコリメートされ、ポリゴンミラー25に入射される。ポリゴンミラー25は、図示されないモータによって一定の速度で回転され、入射した光を一定の広がり角で反射する。fθレンズ17は、ポリゴンミラー25からのレーザ光を入射し、その入射角に応じた像高の光でバイオチップBC上を照射する。   Next, a biochip reader according to a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, an example in which scanning on the biochip is performed by moving the stage is shown, but in the second embodiment, scanning is performed by reflecting the laser light from the excitation light source 12 with a rotating mirror or the like. Is to do. FIG. 5 shows a schematic configuration of a biochip reader 10A according to the second embodiment, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. As shown in the figure, a polygon mirror 25 and an fθ lens 17 are provided between the excitation light source 12 and the biochip BC. The plurality of laser beams La emitted from the VCSEL array are collimated by the optical system 14 and are incident on the polygon mirror 25. The polygon mirror 25 is rotated at a constant speed by a motor (not shown), and reflects incident light at a constant spread angle. The fθ lens 17 receives the laser light from the polygon mirror 25 and irradiates the biochip BC with light having an image height corresponding to the incident angle.

VCSELアレイの各素子が一括点灯されるとき、VCSEL素子の発光タイミングを、スキャニング速度を決めるポリゴンミラー25の回転速度に合わせることで、バイオチップBC上の複数のセル領域が照射され、当該複数のセル領域単位でX方向またはY方向に走査される。ポリゴンミラー25による走査を利用することで、バイオチップBCを搭載するステージ18は、X、Y方向のうち少なくともいずれか一方向の移動は不要となる。このため、ステージ18の移動機構が簡易となり、バイオチップ読取装置10Aの小型化、低コスト化を図ることができる。なお、第2の実施例においても、VCSELアレイの各素子を順次点灯駆動しながら、ポリゴンミラー25による走査を行うようにしても良い。   When each element of the VCSEL array is turned on collectively, a plurality of cell regions on the biochip BC are irradiated by matching the light emission timing of the VCSEL element with the rotation speed of the polygon mirror 25 that determines the scanning speed, Scanning is performed in the X direction or Y direction in units of cell regions. By using the scanning by the polygon mirror 25, the stage 18 on which the biochip BC is mounted does not need to move in at least one of the X and Y directions. For this reason, the moving mechanism of the stage 18 is simplified, and the size and cost of the biochip reader 10A can be reduced. Also in the second embodiment, scanning by the polygon mirror 25 may be performed while sequentially driving each element of the VCSEL array.

上記の例では、回転光学系としてポリゴンミラー25を用いたが、これに代えて、DMD(ディジタル・ミラー・デバイス)を用いてもよい。図6は、DMDの一例を示す平面図である。典型的なDMD70は、シリコン基板上に複数のミラー72を2次元アレイ状に配列している。各ミラー72の表面は、鏡として機能し、入射された光を反射する。また、各ミラー72は、例えばヒンジによって回転可能に支持され、1つ1つのミラー72は、例えば±12度(オン・オフ)で傾斜可能であり、ミラーのオン・オフの切替は、ディジタル信号に応じて1秒間に数千回程度行うことができる。
好ましくは、DMD70は、VCSELアレイのm行×n列から発光された各レーザ光を反射できるように、M行×N列のミラー72を備えている。VCSELアレイの素子が一括点灯するように駆動された場合、すべてのレーザ光は、DMD70の各ミラーによって反射されことで、バイオチップBC上の複数のセル領域がその領域単位で走査される。また、VCSELアレイの素子が順次点灯するように駆動される場合には、それに応じてDMD70の対応するミラー72が順次回転され、セルの走査が行われる
In the above example, the polygon mirror 25 is used as the rotating optical system, but a DMD (digital mirror device) may be used instead. FIG. 6 is a plan view showing an example of a DMD. A typical DMD 70 has a plurality of mirrors 72 arranged in a two-dimensional array on a silicon substrate. The surface of each mirror 72 functions as a mirror and reflects incident light. Each mirror 72 is rotatably supported by, for example, a hinge, and each mirror 72 can be tilted, for example, by ± 12 degrees (on / off). Can be performed several thousand times per second.
Preferably, the DMD 70 includes M rows × N columns of mirrors 72 so as to reflect the laser beams emitted from m rows × n columns of the VCSEL array. When the elements of the VCSEL array are driven so as to be turned on collectively, all the laser beams are reflected by the mirrors of the DMD 70 so that a plurality of cell regions on the biochip BC are scanned in units of the regions. In addition, when the elements of the VCSEL array are driven so as to be sequentially turned on, the corresponding mirror 72 of the DMD 70 is sequentially rotated and the cell is scanned.

次に、本発明の第3の実施例に係るバイオチップ読取装置を図7に示す。図中、第1および第2の実施例と同一構成については同一参照番号を付し説明を省略する。第3の実施例のバイオチップ読取装置10Bでは、VCSELアレイがバイオチップBCの短辺の長さ分を照射するとき、ステージ18の移動を不要とするものである。   Next, a biochip reader according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG. In the figure, the same components as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the biochip reader 10B of the third embodiment, the stage 18 does not need to be moved when the VCSEL array irradiates the length of the short side of the biochip BC.

VCSELアレイの発光素子がm行×n列から構成されるとき、バイオチップBC上のセルSが、図7(B)に示すように、p行×q列から構成されるものとする。ここで、VCSEL素子のm行が、セルSのq列に等しいかそれ以上の数であれば、VCSELアレイのマルチスポットのレーザ光をセルのp方向に走査させれば、バイオチップBCの全体のセルp×qが照射される。この走査をポリゴンミラー25またはDMD70によって行うことで、ステージ18は、X方向、Y方向のいずれにも移動させる必要はない。なお、図7に示すように、fθレンズ17の後に、ライン状のミラー26などを設けて、光束の向きを変えて、バイオチップBC上のセルを走査するようにしてもよく、他の光学系もまた、本装置の空間的制限に合わせて適宜自由に配置すればよい。   When the light emitting elements of the VCSEL array are composed of m rows × n columns, the cells S on the biochip BC are composed of p rows × q columns as shown in FIG. 7B. Here, if m rows of VCSEL elements are equal to or greater than the q column of the cell S, the entire biochip BC can be obtained by scanning the multi-spot laser light of the VCSEL array in the p direction of the cell. Cell p × q is irradiated. By performing this scanning with the polygon mirror 25 or the DMD 70, the stage 18 does not need to be moved in either the X direction or the Y direction. As shown in FIG. 7, a line-shaped mirror 26 or the like may be provided after the fθ lens 17 to change the direction of the light beam and scan the cell on the biochip BC. The system may also be freely arranged according to the spatial restrictions of the present apparatus.

次に、本発明の第4の実施例に係るバイオチップ読取装置を図8に示す。図中、第1ないし第3の実施例と同一構成については同一参照番号を付し説明を省略する。第3の実施例のバイオチップ読取装置10Cでは、VCSELアレイの基板をバイオチップBCの基板と平行に、かつ両者が近接して対向するように、励起光源12をステージ18上に取り付ける。このとき、VCSELアレイの素子の配列は、バイオチップBC上のセルの配列と同等かまたは相似である。VCSELアレイから発せられたレーザ光は、バイオチップBCの基板を透過し、その表面の試料に付けられた蛍光標識を励起し、これに応答して蛍光Lbが発せられる。VCSELアレイによる照射領域が、バイオチップBCの全セル領域に対応している場合は、ステージ18の移動機構も、レーザ光のスキャニング機構も不要となる。他方、VCSELアレイの照射領域がバイオチップBCの全セル領域をカバーしきれないときは、ステージ18を移動させることで走査が行われる。この場合にも、単一のレーザ光を用いて走査するときと比較して、走査が著しく高速化され、検査に要する時間が短縮される。第4の実施例においても、VCSELアレイの各素子は、一括点灯されるように駆動されてもよいし、順次点灯されるように駆動されても良い。   Next, a biochip reader according to a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the figure, the same components as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted. In the biochip reader 10C of the third embodiment, the excitation light source 12 is mounted on the stage 18 so that the substrate of the VCSEL array is parallel to the substrate of the biochip BC and both face each other in close proximity. At this time, the arrangement of the elements of the VCSEL array is the same as or similar to the arrangement of the cells on the biochip BC. The laser light emitted from the VCSEL array passes through the substrate of the biochip BC, excites the fluorescent label attached to the sample on the surface, and in response, the fluorescence Lb is emitted. When the irradiation area by the VCSEL array corresponds to the entire cell area of the biochip BC, neither the moving mechanism of the stage 18 nor the scanning mechanism of the laser light is required. On the other hand, when the irradiation area of the VCSEL array cannot cover the entire cell area of the biochip BC, scanning is performed by moving the stage 18. Also in this case, compared with the case where scanning is performed using a single laser beam, scanning is significantly speeded up, and the time required for inspection is shortened. Also in the fourth embodiment, each element of the VCSEL array may be driven so as to be lit up collectively or may be driven so as to be lit up sequentially.

次に、本発明の第5の実施例に係るバイオチップ読取装置を図9に示す。図中、第1ないし第4の実施例と同一構成については同一参照番号を付し説明を省略する。第5の実施例のバイオチップ読取装置10Dでは、励起光源12は、所定の位置に固定され、バイオチップBCがステージ18上に搭載される。ステージ18には、励起光源12からのレーザ光Laを透過するための空間(または透過領域)が形成されており、レーザ光Laは、当該空間を介してバイオチップBCの透明基板の裏面側から入射され、表面に固定された試料の蛍光標識を励起する。本実施例でも、ステージ18は、X方向、Y方向に移動することが可能であり、ステージ18を移動することで、バイオチップBC上の複数のセル領域がレーザ光Laにより走査される。   Next, FIG. 9 shows a biochip reader according to a fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the biochip reader 10D of the fifth embodiment, the excitation light source 12 is fixed at a predetermined position, and the biochip BC is mounted on the stage 18. A space (or a transmission region) for transmitting the laser beam La from the excitation light source 12 is formed on the stage 18, and the laser beam La is transmitted from the back side of the transparent substrate of the biochip BC through the space. The fluorescent label of the sample incident and immobilized on the surface is excited. Also in this embodiment, the stage 18 can move in the X direction and the Y direction, and by moving the stage 18, a plurality of cell regions on the biochip BC are scanned with the laser light La.

次に、本発明の第6の実施例に係るバイオチップ読取装置を図10に示す。図中、第1ないし第5の実施例と同一構成については同一参照番号を付し説明を省略する。第6の実施例に係るバイオチップ読取装置10Eでは、第4の実施例のときと同様に、VCSELアレイの基板をバイオチップBCの基板と平行に、かつ両者が近接して対向するようにし、さらに、CCDカメラ等の2次元撮像素子である受光素子24をバイオチップBCと平行に成るようにVCSELアレイの励起光源22と反対側に取り付ける。CCDカメラの撮像面積は、VCSELアレイの面積と同等かそれ以上とする。また、励起光源12を搭載するステージ18は、X方向、Y方向に移動可能であり、これにより、バイオチップBC上のセルを走査することができるようにする。第6の実施例では、蛍光Lbが通る光学系が不要となり、装置全体をコンパクトにすることができる。さらに、単一のレーザ光を用いる場合と比較して、検査時間を著しく短縮することができる。なお、蛍光Lbは、励起光Laより微弱であることが多く、VCSELアレイは、透明なバイオチップBCの裏側に置くのが好ましいが、VCSELアレイ(励起光源12)と受光素子24の取り付け位置を逆にしても構わない。   Next, FIG. 10 shows a biochip reader according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in the first to fifth embodiments are designated by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the biochip reader 10E according to the sixth embodiment, as in the case of the fourth embodiment, the substrate of the VCSEL array is parallel to the substrate of the biochip BC, and both are close to each other, Further, a light receiving element 24, which is a two-dimensional imaging element such as a CCD camera, is attached to the opposite side of the VCSEL array from the excitation light source 22 so as to be parallel to the biochip BC. The imaging area of the CCD camera is equal to or larger than the area of the VCSEL array. Further, the stage 18 on which the excitation light source 12 is mounted can move in the X direction and the Y direction, so that the cells on the biochip BC can be scanned. In the sixth embodiment, the optical system through which the fluorescence Lb passes becomes unnecessary, and the entire apparatus can be made compact. Further, the inspection time can be remarkably shortened compared with the case where a single laser beam is used. The fluorescence Lb is often weaker than the excitation light La, and the VCSEL array is preferably placed on the back side of the transparent biochip BC. However, the mounting position of the VCSEL array (excitation light source 12) and the light receiving element 24 is determined. The reverse is also acceptable.

次に、本発明の第7の実施例に係るバイオチップ読取装置を図11に示す。第7の実施例に係るバイオチップ読取装置10Fは、励起光源12とバイオチップBCとの間に、コリメートレンズ14を挿入させるものである。好ましくは、コリメートレンズ14は、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイから構成され、マイクロレンズの位置は、VCSEL素子の位置に対応する。VCSEL素子は、基本横モード(シングルモード)のレーザ光を出射するが、シングルモードであってもレーザ光には広がり角がある。このため、コリメートレンズ14により、レーザ光の広がり角を抑制することで、バイオチップBC上に狭ピッチで配列されたセルを対応することができる。   Next, FIG. 11 shows a biochip reader according to a seventh embodiment of the present invention. The biochip reader 10F according to the seventh embodiment is to insert a collimating lens 14 between the excitation light source 12 and the biochip BC. Preferably, the collimating lens 14 includes a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, and the position of the microlens corresponds to the position of the VCSEL element. The VCSEL element emits laser light in a basic transverse mode (single mode), but the laser light has a spread angle even in the single mode. For this reason, by suppressing the spread angle of the laser beam by the collimating lens 14, cells arranged on the biochip BC at a narrow pitch can be handled.

第6および第7の実施例では、ステージ18上の励起光源12を移動させる例を示しているが、図9に示す第5の実施例のように、励起光源12を固定し、バイオチップBCをステージ上に固定することで、バイオチップ側を移動させるようにしてもよい。   In the sixth and seventh embodiments, an example in which the excitation light source 12 on the stage 18 is moved is shown. However, as in the fifth embodiment shown in FIG. 9, the excitation light source 12 is fixed and the biochip BC is fixed. May be moved on the biochip side by fixing on the stage.

上記の各実施例において、VCSEL素子から出射されるレーザ光の波長は、蛍光標識の励起波長に合わせて設定される。さらに励起波長としては、複数種類が混合したVCSELアレイとしても良い。   In each of the above embodiments, the wavelength of the laser light emitted from the VCSEL element is set in accordance with the excitation wavelength of the fluorescent label. Further, the excitation wavelength may be a VCSEL array in which a plurality of types are mixed.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.

10、10A、10B、10C、10D、10E、10F:バイオチップ読取装置
12:励起光源
14:光学系
16:集光レンズ
17:fθレンズ
18:ステージ
20:光学系
22:集光レンズ
24:受光素子
25:ポリゴンミラー
26:ミラー
30、30A:VCSELアレイ
32:半導体基板
34:電極配線
36:p側電極
38:n側電極
70:DMD
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F: Biochip reader 12: Excitation light source 14: Optical system 16: Condensing lens 17: fθ lens 18: Stage 20: Optical system 22: Condensing lens 24: Light reception Element 25: Polygon mirror 26: Mirror 30, 30A: VCSEL array 32: Semiconductor substrate 34: Electrode wiring 36: P-side electrode 38: N-side electrode 70: DMD

Claims (13)

m行×n列(m、nは、自然数、但し、mが1のとき、nは2以上であり、nが1のとき、mは2以上である)に配列された複数の面発光型半導体レーザ素子が形成された基板を有する光源と、
前記面発光型半導体レーザ素子を駆動する駆動手段と、
励起光が照射されたとき蛍光を発する蛍光標識がつけられた試料が平面的に複数配された検査対象を支持する支持手段と、
前記面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を励起光として前記検査対象に照射させる光学系と、
前記試料から発せられた蛍光を電気信号に変換する光電変換手段と、
を有する試料読取装置。
A plurality of surface-emitting types arranged in m rows × n columns (m and n are natural numbers, where n is 2 or more when m is 1 and m is 2 or more when n is 1) A light source having a substrate on which a semiconductor laser element is formed;
Driving means for driving the surface emitting semiconductor laser element;
A supporting means for supporting a test object in which a plurality of samples with a fluorescent label that emits fluorescence when irradiated with excitation light are arranged in a plane;
An optical system for irradiating the inspection object as excitation light with laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser element;
Photoelectric conversion means for converting the fluorescence emitted from the sample into an electrical signal;
A sample reader.
試料読取装置はさらに、前記面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光で前記検査対象上の試料を走査する走査手段を含む、請求項1に記載の試料読取装置。 The sample reading apparatus according to claim 1, further comprising a scanning unit that scans the sample on the inspection target with a laser beam emitted from the surface-emitting type semiconductor laser element. m行×n列の面発光型半導体レーザ素子が一括点灯されるように前記駆動手段により駆動されたとき、前記走査手段は、m行×n列の発光点を有するレーザ光で前記検査対象上の試料を走査する、請求項1または2に記載の試料読取装置。 When the surface emitting semiconductor laser element of m rows × n columns is driven by the driving means so as to be turned on collectively, the scanning means is irradiated with laser light having a light emitting point of m rows × n columns on the inspection target. The sample reader according to claim 1, wherein the sample is scanned. 前記検査対象上の試料がp行×q列で配列され、m≧qであるとき、前記走査手段は、m行×n列の発光点をp方向に走査する、請求項1ないし3いずれか1つに記載の試料読取装置。 4. The scanning device according to claim 1, wherein when the samples on the inspection target are arranged in p rows × q columns and m ≧ q, the scanning unit scans light emission points of m rows × n columns in the p direction. The sample reading apparatus according to one. 前記検査対象上の試料がp行×q列で配列され、n≧pであるとき、前記走査手段は、m行×n列の発光点をq方向に走査する、請求項1ないし3いずれか1つに記載の試料読取装置。 4. The scanning device according to claim 1, wherein when the samples on the inspection target are arranged in p rows × q columns and n ≧ p, the scanning unit scans light emission points of m rows × n columns in the q direction. The sample reading apparatus according to one. 前記走査手段は、前記面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を入射する回転光学系を含み、前記回転光学系によりレーザ光を反射させることで前記検査対象上の試料が走査される、請求項1ないし5いずれか1つに記載の試料読取装置。 The scanning means includes a rotating optical system for entering laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser element, and the sample on the inspection object is scanned by reflecting the laser light by the rotating optical system. The sample reading device according to claim 1. 前記光学系は、前記光源と前記回転光学系との間に配されたコリメートレンズと、前記回転光学系から反射された光を入射するfθレンズとを含む、請求項6に記載の試料読取装置。 The sample reading apparatus according to claim 6, wherein the optical system includes a collimating lens disposed between the light source and the rotating optical system, and an fθ lens that receives light reflected from the rotating optical system. . 前記走査手段は、前記支持手段をその平面内で移動させる移動機構を含み、前記支持手段を移動させることで前記検査対象上の試料をレーザ光により走査させる、請求項1ないし5いずれか1つに記載の試料読取装置。 The scanning unit includes a moving mechanism that moves the support unit in a plane thereof, and the sample on the inspection object is scanned with a laser beam by moving the support unit. 2. The sample reader according to 1. 前記光源の基板は、前記検査対象の基板と平行になるように配置され、前記走査手段は、前記光源の基板または前記検査対象の基板のいずれか一方を移動させる、請求項1ないし5いずれか1つに記載の試料読取装置。 The substrate of the light source is arranged so as to be parallel to the substrate to be inspected, and the scanning unit moves either the substrate of the light source or the substrate to be inspected. The sample reading apparatus according to one. 前記回転光学系は、ポリゴンミラーである、請求項6に記載の試料読取装置。 The sample reading apparatus according to claim 6, wherein the rotating optical system is a polygon mirror. 前記走査手段は、光を反射しかつ回転可能なミラーが平面的に配列されたディジタル・ミラー・デバイスである、請求項6に記載の試料読取装置。 The sample reading apparatus according to claim 6, wherein the scanning unit is a digital mirror device in which mirrors that reflect light and are rotatable are arranged in a plane. 前記光電変換手段は、前記検査対象上の試料の2次元画像を撮像する撮像素子を含む、請求項1ないし11いずれか1つに記載の試料読取装置。 The sample reading device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit includes an image sensor that captures a two-dimensional image of the sample on the inspection target. 前記検査対象は、バイオチップである、請求項1ないし12いずれか1つに記載の試料読取装置。 The sample reader according to claim 1, wherein the inspection target is a biochip.
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