JP6474992B2 - 光検出ユニット - Google Patents

Description

本発明は、平面型の光電子増倍管を含む光検出ユニットに関する。

特許文献１には、光検出ユニットが開示されている。この光検出ユニットでは、フレキシブル配線基板が接続された光電子増倍管が遮光ケース内に収容されている。

特開２０１４−１６４８１４号公報

ところで、光検出ユニットのような光学装置では、光の波長を選択し、所望の光学特性を発揮することが望ましいが、光学装置に対して、光の波長を選択するための光学部品やその固定部材などがさらに追加されることで、その取り扱いが煩雑になってしまう場合があった。

そこで、本発明は、所望の光学特性を発揮しつつ、容易な取り扱いが可能な光検出ユニットを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る光検出ユニットは、第１の面板、第１の面板と対向する第２の面板、および第１の面板と第２の面板との間に配置された枠状の側壁により構成された真空筐体に、光電面、電子増倍部および陽極部が収容されると共に光電面へ光を導くための光入射窓部が設けられており、第１の面板または第２の面板に配置された電子増倍部が第１の面板または第２の面板に沿った方向に進行する電子をカスケード増倍する光電子増倍管と、光電子増倍管と電気的に接続され、光電子増倍管を駆動する駆動基板と、光入射窓部に対応する第１の光導入部を有し、光電子増倍管および駆動基板を収容するケースと、ケースに収容されると共に、第１の光導入部と光入射窓部の間を結ぶ第１の光軸上に配置された第１の波長選択部と、を備える。

この光検出ユニットでは、第１の光導入部からケース内に光が導入される。ケース内に導かれた光は、第１の光導入部に対応する光入射窓部から光電子増倍管内へ導かれて、光電面に入射する。ここで、ケース内には、第１の光導入部から光入射窓部までの間に第１の光軸が形成され、この第１の光軸上には、第１の波長選択部が配置されている。この構成によれば、第１の光導入部からケース内に導かれた光は、光電子増倍管へ到達するまでの間に第１の波長選択部を通過するので、第１の波長選択部に対応する波長の光が選択される。従って、光検出ユニットは所望の光学特性を発揮することが可能になる。そして、第１の波長選択部は、光電子増倍管および駆動基板とともにケース内に収容されている。従って、光検出ユニットは容易に取り扱うことができる。

また、光検出ユニットは、第１の光導入部および第１の波長選択部の間に配置され、第１の光軸と交差するダイクロイックミラーを更に備えていてもよい。この構成によれば、ケース内のダイクロイックミラーが、所定波長の光を反射し、所定波長以外の波長を有する光を透過するので、第１の光軸及び第１の光軸とは別の方向に延びた光軸を形成することが可能になる。ケース内に複数の光軸が形成されるので、それぞれの光軸に所定の機能を持たせることが可能になる。従って、光検出ユニットによれば、所望の光学特性を発揮すると共に取り扱いが容易な測定系を得ることができる。

また、光検出ユニットは、ダイクロイックミラーを保持するミラー保持面と、第１の光軸と交差する第１の開口部と、を有する第１の保持部を更に備え、第１の保持部、第１の波長選択部、光電子増倍管、および駆動基板は、第１の光軸の方向に沿ってこの順に配置されていてもよい。この第１の保持部によれば、第１の光軸を妨げることなく、ダイクロイックミラーを保持することができる。そして、第１の保持部、第１の波長選択部、光電子増倍管、および駆動基板が第１の光軸の方向に沿って配置された積み重ね構造によれば、ケースの収容効率を高めることができる。

また、光検出ユニットは、第１の光軸と交差する第２の開口部を有し、第１の保持部と第１の波長選択部との間に配置された緩衝部を更に備えていてもよい。この緩衝部によれば、ケースの外部から加えられる振動や衝撃から第１の波長選択部を保護することができる。また、緩衝部によれば、第２の開口部を通る光のみを通過させ、第２の開口部を通らない光を遮蔽する。従って、光電子増倍管に入射するノイズ光を低減することができる。

また、光検出ユニットは、第１の波長選択部が嵌め込まれる嵌め込み部と、第１の光軸と交差する第３の開口部と、を有する第２の保持部を更に備えていてもよい。この第２の保持部によれば、第１の波長選択部を確実に保持することができる。また、第２の保持部によれば、第３の開口部を通る光のみを通過させ、第３の開口部を通らない光を遮蔽する。従って、光電子増倍管に入射するノイズ光を更に低減することができる。

また、光検出ユニットは、第１の光軸の方向に沿って貫通すると共に光電子増倍管を収容する収容部を有する第３の保持部を更に備え、ケースは、第１の光導入部を有するケース底部と、ケース底部に対向するケース蓋部とを有し、ケース底部とケース蓋部との間には、第１の保持部、緩衝部、第２の保持部および第３の保持部がこの順に配置されていてもよい。この第３の保持部によれば、光電子増倍管を確実に保持することができる。また、第１の保持部、緩衝部、第２の保持部および第３の保持部による積層構造によれば、第１の波長選択部とダイクロイックミラーの破損を抑制しつつ、これらをケースに対して確実に固定することができる。

また、第１の光軸の方向に沿った第３の保持部の高さは、第１の光軸の方向に沿った光電子増倍管の高さよりも大きくされてもよい。この第３の保持部によれば、第３の保持部に収容された光電子増倍管が第３の保持部からはみ出ることがない。従って、光電子増倍管を好適に保護することができる。

また、駆動基板は、第１の光軸の方向から見て収容部を塞ぐように配置されていてもよい。この構成によれば、収容部へのノイズ光の侵入が防止される。従って、収容部に収容された光電子増倍管へのノイズ光の侵入を抑制することができる。

また、光検出ユニットは、第１の光軸と交差する第２の光軸上に配置された第２の波長選択部を更に備えていてもよい。この第２の波長選択部によれば、第２の光軸を進行する光から、所定波長の光を選択することができる。

また、第２の波長選択部は、ケースのケース底部と、緩衝部とに挟まれていてもよい。この構成によれば、第２の波長選択部を保護しつつ、第２の波長選択部をケースに対して確実に固定することができる。

また、光検出ユニットは、駆動基板とケースのケース蓋部との間に形成された充填部を更に備えていてもよい。この充填部によれば、駆動基板を電気的に安定して動作させることができる。

本発明の一形態に係る光検出ユニットによれば、所望の光学特性を発揮しつつ、容易な取り扱いが可能な光検出ユニットが提供される。

図１は、本発明の一形態に係る光検出ユニットの斜視図である。 図２は、光検出ユニットの構造を分解して示す斜視図である。 図３は、光検出ユニットの断面図である。 図４は、光電子増倍管の構造を分解して示す斜視図である。 図５は、変形例に係る光検出ユニットの断面図である。 図６は、光検出ユニットを利用したマイクロ流体蛍光検出器を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、光検出ユニット１は、光源２から出射された励起光Ｌ１を測定対象物３に照射し、照射によって発生する蛍光Ｌ２を検出する。光検出ユニット１は、光検出部４、フレキシブル配線基板６が接続された駆動基板７（図２参照）を備えている。フレキシブル配線基板６は、一端に駆動基板７が接続され、他端に電気回路部（不図示）が接続されている。電気回路部には、例えば光検出部４への供給電圧を分圧するための抵抗素子等を備えた分圧回路などが搭載されている。なお、分圧回路は発熱体であるため、分圧回路の熱の影響を避けるために、光検出部４は分圧回路から離間させることが好ましい。特に、光検出部４は、後述するように平面型の光電子増倍管を有しているので、光電面等の、高温による影響を受けやすい構成が平面部に近接するために、より発熱の影響を受けやすい。そのため、本実施形態の光検出ユニット１のように、光検出部４と発熱量の多い電気回路部とを離間させることで、光検出ユニット１の動作をより安定させることができる。

図２に示されるように、光検出部４は、遮光ケース（ケース）８と、光電子増倍管９（PhotoMultiplier Tube：PMT）と、第１の光学フィルタ（第１の波長選択部）１１と、第２の光学フィルタ（第２の波長選択部）１２と、を有する。

遮光ケース８は、その内部空間に駆動基板７と光電子増倍管９と第１の光学フィルタ１１と第２の光学フィルタ１２とを収容する。遮光ケース８は、光電子増倍管９、第１の光学フィルタ１１、第２の光学フィルタ１２の間における相対的な位置を保持する。相対的な位置関係が保持された、光電子増倍管９、第１の光学フィルタ１１、第２の光学フィルタ１２等は、第１の光軸Ｐ１を有する光学系を構成する。また、遮光ケース８は、光学系に侵入するノイズ光を遮蔽する。

遮光ケース８は、高い電気絶縁性と高い遮光性を有する黒色樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂）で構成され、その外形は直方体状を呈している。なお、遮光ケース８は、電気的な絶縁処理を施した金属製の筐体であってもよい。例えば、遮光ケース８は、アルマイト膜を形成したアルミケースであってもよい。遮光ケース８は、ケース蓋（ケース蓋部）１３と、ケース枠１４と、ケース底（ケース底部）１６とを有する。ケース蓋１３の角部およびケース枠１４の角部には、貫通孔１７が形成されている。ケース底１６の角部には、貫通孔１７に対応するようにネジ穴１８が形成されている。これら貫通孔１７とネジ穴１８にネジがねじ込まれることによって、ケース蓋１３がケース枠１４を介してケース底１６に対して固定される。

図３に示されるように、ケース底１６は、第１の光導入部２１と第２の光導入部２２とを有する。第２の光導入部２２は、第２の光軸Ｐ２を構成する。第２の光軸Ｐ２は、光源２から出射された励起光Ｌ１のためのものである。第２の光導入部２２は、ケース底１６の前面２３から、前後方向に沿って延びた開口である。第２の光導入部２２には、光源２が取り付けられている。光源２は、測定対象物３に照射される励起光Ｌ１を提供する励起光源である。第１の光導入部２１は、第１の光軸Ｐ１を構成する。第１の光導入部２１は、励起光Ｌ１を遮光ケース８の外部に出射すると共に、測定対象物３の蛍光Ｌ２を遮光ケース８に導入するためのものである。第１の光導入部２１は、ケース底１６の底面２４から高さ方向に沿って延びた開口である。つまり、第１の光軸Ｐ１と第２の光軸Ｐ２とは互いに交差し、本実施形態においては略直交する。

第２の光軸Ｐ２上には、第２の光学フィルタ１２が配置されている。光源２から出射される光が、様々な波長を含む光である場合、第２の光学フィルタ１２は、その光から所定波長を有する光のみを透過する。すなわち、第２の光学フィルタ１２は、励起光Ｌ１の波長を選択する。第２の光学フィルタ１２を透過した光は、所定波長を有する励起光Ｌ１である。

第１の光軸Ｐ１上には、ダイクロイックミラー２６が配置されている。ダイクロイックミラー２６は、所定波長を有する光を反射し、所定波長以外の波長を有する光を透過することにより、光源２と協働して、第２の光軸Ｐ２を有する光学系を構成する。具体的には、ダイクロイックミラー２６は、所定波長を有する励起光Ｌ１を反射し、第１の光導入部２１へ導く。また、ダイクロイックミラー２６は、第１の光導入部２１から導入された蛍光Ｌ２を透過し、光電子増倍管９へ導く。ダイクロイックミラー２６は、励起光Ｌ１の進行方向を変換するために、第２の光軸Ｐ２に対して４５度傾くように配置されている。ダイクロイックミラー２６をこのような姿勢に保持するために、光検出ユニット１は、ミラー保持体（第１の保持部）２７を有する。なお、第２の光学フィルタ１２のみで、光源２から出射される光を所定波長を有する励起光Ｌ１とするのに限らず、第２の光学フィルタ１２とダイクロイックミラー２６の両者の波長選択特性を利用して、光源２から出射される光を所定波長を有する励起光Ｌ１としてもよい。この場合、ダイクロイックミラー２６を経て初めて所定波長を有する励起光Ｌ１となる。

ミラー保持体２７は、高い電気絶縁性と高い遮光性を有する黒色樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂）で構成された部材であって、ダイクロイックミラー２６を第２の光軸Ｐ２に対して傾けて保持するためのものである。ミラー保持体２７は、第１の光軸Ｐ１上に配置されると共に、第２の光軸Ｐ２の延長線上に配置されている。また、ミラー保持体２７は、ケース底１６の収容部２８に嵌め込まれている。すなわち、ミラー保持体２７の底面は、ケース底１６と接触している。ミラー保持体２７は、略直方体状の形状を呈すると共に、一対のミラー保持面２９と、一対のミラー保持体２７の間に形成された第１の開口部３１とを有する（図２参照）。ミラー保持面２９は、ミラー保持体２７の前端側に形成され、第２の光軸Ｐ２に対して４５度だけ傾いている。ダイクロイックミラー２６は、ミラー保持面２９と、ミラー保持面２９と対向してケース底１６に形成され、同様の傾斜角度を有する一対の傾斜面２０との間に挟み込まれることで固定される。第１の開口部３１は、第１の光軸Ｐ１と交差するように（ミラー保持体２７が第１の光軸Ｐ１を妨げないように）形成されている。

ミラー保持体２７上には、遮光性のゴムシート（緩衝部）３２が配置されている。ゴムシート３２は、遮光ケース８の外部から与えられる振動や衝撃から光電子増倍管９、第１の光学フィルタ１１などを保護する緩衝材として機能するとともに、光電子増倍管９、第１の光学フィルタ１１へのノイズ光の入射を抑制する。ゴムシート３２は、第１の光軸Ｐ１の方向から見て、ミラー保持体２７と第２の光学フィルタ１２とを覆うように配置されている。ゴムシート３２は、第１の光軸Ｐ１と交差している。ゴムシート３２における第１の光軸Ｐ１と交差する位置には、アパーチャ（第２の開口部）３３が形成されている。すなわち、アパーチャ３３は、第１の光導入部２１およびダイクロイックミラー２６の上に形成されている。

ゴムシート３２上には、第１の光学フィルタ１１が配置されている。第１の光学フィルタ１１は、第１の光軸Ｐ１上に配置されている。第１の光学フィルタ１１は、第１の光軸Ｐ１を進行する蛍光Ｌ２に含まれ得るノイズ光といった検出対象となる波長以外の波長をカットする。すなわち、第１の光学フィルタ１１は、第１の光軸Ｐ１を進行する光から所定波長の光のみを透過する。第１の光学フィルタ１１は、いわゆるノイズカットフィルタとしての機能を有する。

第１の光学フィルタ１１は、フィルタ保持体（第２の保持部）３４に取り付けられている。フィルタ保持体３４は、高い電気絶縁性と高い遮光性を有する黒色樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂）で構成された板状の形状を呈し、嵌め込み部３６と、アパーチャ（第３の開口部）３７とを有する。嵌め込み部３６は、ゴムシート３２と接触する底面に形成されている。嵌め込み部３６は、第１の光軸Ｐ１に沿った方向から見て、第１の光学フィルタ１１に対応する凹状の形状を呈する。すなわち、嵌め込み部３６は、がたつきを生じさせることなく、第１の光学フィルタ１１を収容可能な形状を呈し、嵌め込み部３６とゴムシート３２とで挟まれることで第１の光学フィルタ１１が固定される。嵌め込み部３６の底面（凹状部の底面）には、アパーチャ３７が形成されている。アパーチャ３７は、第１の光軸Ｐ１上に配置されている。すなわち、アパーチャ３７は、第１の光導入部２１、ダイクロイックミラー２６、アパーチャ３３および第１の光学フィルタ１１の上に配置されている。

フィルタ保持体３４上には、光電子増倍管９が配置されている。図４に示されるように、光電子増倍管９は、透過型の光電面を有する平面型の光電子増倍管であって、上側フレーム（第２の面板）１０１と、側壁フレーム（側壁）１０２と、上側フレーム１０１に対して側壁フレーム１０２を挟んで対向する下側フレーム（第１の面板）１０３により構成された真空筐体１０４を有する。真空筐体１０４は、平面部分を構成する辺や径などの寸法（本実施形態においては上側フレーム１０１および下側フレーム１０３の長手側および短手側の長さ）よりも、その高さ（厚さ）が小さい、扁平形状を有しており、その内部空間（真空領域）も同様の形状を有する。この光電子増倍管９は、光電面への光の入射方向と、電子増倍部での電子の増倍方向が交差する電子管である。つまり、光電子増倍管９は、下側フレーム１０３が構成する平面と交わる方向から光が入射されると、光電面から放出された光電子が電子増倍部に入射し、下側フレーム１０３が構成する平面の面方向に二次電子をカスケード増幅し、陽極部から信号を取り出す電子管である。

なお、以下の説明においては、電子増倍方向に沿って、電子増倍路（電子増倍チャネル）の上流側（光電面側）を“一方側”とし、下流側（陽極部側）を“他方側”とする。引き続いて、光電子増倍管９の各構成要素について詳細に説明する。

上側フレーム１０１は、矩形平板状の絶縁性のセラミックスを主材料とする配線基板１０６を基材として構成されている。このような配線基板としては、微細な配線設計が可能で、かつ表裏の配線パターンを自由に設計できるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）等を用いた多層配線基板が用いられる。配線基板１０６には、主面１０６ａと主面１０６ｂとの間を貫通する複数の導電性端子２０１Ａ〜２０１Ｄが設けられている。導電性端子２０１Ａ〜２０１Ｄは、外部からの給電や信号の取り出しを行うものであり、側壁フレーム１０２、後述する光電面１０７、集束電極１０８、壁状電極１０９、電子増倍部１１１および陽極１１２と電気的に接続されている。導電性端子２０１Ａは側壁フレーム１０２の給電用として、導電性端子２０１Ｂは、光電面１０７、集束電極１０８および壁状電極１０９の給電用として、導電性端子２０１Ｃは、電子増倍部１１１の給電用として、導電性端子２０１Ｄは、陽極１１２の給電および信号取り出し用として、それぞれ設けられている。これらの導電性端子２０１Ａ〜２０１Ｄは、配線基板１０６の内面（真空側面）であって、外面（筐体外側面）である主面１０６ｂに対して対向する絶縁性の主面０１６ａ上の導電膜や導電性端子と相互に接続されている。また、導電性端子２０１Ａ〜２０１Ｄは、導電性端子と側壁フレーム１０２、光電面１０７、集束電極１０８、壁状電極１０９、電子増倍部１１１および陽極１１２に接続されている。なお、上側フレーム１０１は、導電性端子２０１を設けた多層配線基板に限定されない。上側フレーム１０１は、外部からの給電や信号の取り出しを行う導電性端子が貫通して設けられた、ガラス基板等の絶縁材料からなる板状部材でもよい。

側壁フレーム１０２は、矩形平板状のシリコン基板１１３を基材として構成されている。側壁フレーム１０２には、貫通部３０１が形成されている。貫通部３０１は、シリコン基板１１３の主面１１３ａと主面１１３ｂに向かって、枠状の側壁部３０２に囲まれている。この貫通部３０１はその開口が矩形であって、その外周はシリコン基板１１３の外周に沿うように形成されている。

この貫通部３０１内には、一方側から他方側に向かって、壁状電極１０９、集束電極１０８、電子増倍部１１１および陽極１１２が配置されている。これらの壁状電極１０９、集束電極１０８、電子増倍部１１１および陽極１１２は、シリコン基板１１３をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工等によって加工することにより形成されている。

壁状電極１０９は、後述するガラス基板１１４の主面１１４ａと正対する方向から見て、後述する光電面１０７を取り囲むように形成された枠状の電極である。また、集束電極１０８は、光電面１０７から放出された光電子を集束して電子増倍部１１１へと導くための電極であり、光電面１０７と電子増倍部１１１との間に設けられている。

電子増倍部１１１は、光電面１０７から陽極１１２に向う電子増倍方向に沿って異なる電位に設定されるＮ段（Ｎは２以上の整数）のダイノード（電子増倍部）から構成されており、各段を跨って電子増倍方向に伸びる、複数の電子増倍路（電子増倍チャネル）を有する。また、陽極１１２は光電面１０７とともに電子増倍部１１１を挟む位置に配置される。

これら壁状電極１０９、集束電極１０８、電子増倍部１１１および陽極１１２は、それぞれ、下側フレーム１０３に陽極接合、拡散接合、更には低融点金属（例えばインジウム）等の封止材を用いた接合等によって固定されており、これにより該下側フレーム１０３上に二次元的に配置される。

下側フレーム１０３は、矩形平板状の透光性部材であってガラス基板１１４を基材として構成されている。このガラス基板１１４は、絶縁材料であるガラスによって配線基板１０６の主面１０６ａに対向し、真空筐体１０４の内面（真空側面）である主面１１４ａを形成する。主面１１４ａ上における、側壁フレーム１０２の貫通部３０１に対向する部位（側壁部３０２との接合領域以外の部位）であって、陽極１１２側と反対側の端部には、透過型光電面である光電面１０７が形成されている。そして、真空筐体１０４の外面（筐体外側面）となる主面１１４ｂにおいて、光電面１０７と対向する領域を、光入射窓（光入射窓部）１１６とする。光入射窓１１６は、主面１１４ｂに垂直な方向、つまり、光電子増倍管９への光入射方向から見て、光電面１０７と対向するような入射光透過性領域であり、光電面１０７は、光入射窓１１６を透過した光に対して光電変換を行う。また、主面１１４ａ上の電子増倍部１１１および陽極１１２が搭載される部位には、増倍電子の主面１１４ａへの入射を防止するための、複数の矩形状の窪み部１１７が形成されている。電子増倍部１１１を構成する複数段のダイノードおよび陽極１１２は、複数の窪み部１１７の間の平面部である中間部１１８上に配置される。

図３に示されるように、光電子増倍管９はＰＭＴ保持体（第３の保持部）３８に取り付けられている。ＰＭＴ保持体３８は、枠状の形状を呈し、ＰＭＴ収容部（収容部）３９を有する。ＰＭＴ収容部３９は、第１の光軸Ｐ１に沿った方向から見て、光電子増倍管９の外形に対応する内形形状を呈する。すなわち、ＰＭＴ収容部３９は、がたつきを生じさせることなく、光電子増倍管９を収容可能な形状を呈する。

駆動基板７は、ＰＭＴ保持体３８のＰＭＴ収容部３９を覆うように配置されている。具体的には、駆動基板７の面積は、ＰＭＴ収容部３９の開口面積よりも大きい。そして、駆動基板７の４個の辺部のそれぞれは、ＰＭＴ収容部３９を取り囲むＰＭＴ保持体３８のそれぞれの辺部に対して接触している。

フレキシブル配線基板６は、主に分圧回路から光電子増倍管９に対して給電するための配線を含んだ薄膜状の構造物であって、屈曲可能な可撓性を有する。当該配線は透光性の絶縁性樹脂で覆われている。フレキシブル配線基板６の配線は、具体的には、高圧ケーブルを介して分圧回路に供給された高電圧を、分圧回路の複数の分圧用電気素子（抵抗素子）が分圧し、その分圧した電圧を、光電子増倍管９の電子増倍部１１１の各段等へ供給するための配線を含む。フレキシブル配線基板６は、遮光ケース８の側面に設けられた貫通孔を介して、遮光ケース８の内部空間まで導かれている。

これら駆動基板７と光電子増倍管９とＰＭＴ保持体３８とは、まず、駆動基板７と接続された光電子増倍管９がＰＭＴ保持体３８に嵌め込まれる。その後、ＰＭＴ保持体３８に対して、駆動基板７が接着剤より固定される。なお、駆動基板７とケース蓋１３との間に形成される空間には、絶縁性樹脂からなるポッティング材が充填された充填部４０が形成されてもよい。この充填部４０によれば、遮光性や湿気の侵入による影響を抑制することができる。その際、ＰＭＴ保持体３８のＰＭＴ収容部３９が駆動基板７で覆われていれば、ポッティング材がＰＭＴ収容部３９に入り込み、光入射面等を覆うことが抑制される。従って、このポッティング材によれば、光検出ユニット１の駆動基板７を電気的に安定して動作させることができる。

上述した第２の光学フィルタ１２とミラー保持体２７とは、ケース底１６に保持されている。ケース底１６は、第２の光学フィルタ１２のための収容部４１と、ミラー保持体２７のための収容部２８とを有する。収容部４１は、第２の光学フィルタ１２を嵌め込み可能な溝状を呈している。収容部２８は、凹状の形状を呈し、ミラー保持体２７の後端面、両側面、および底面に当接している。

ケース枠１４は、フィルタ保持体３４およびＰＭＴ保持体３８のための収容部４３を有する。収容部４３は、第１の光軸Ｐ１の方向から見て矩形状を呈している。この収容部４３の形状は、フィルタ保持体３４およびＰＭＴ保持体３８の外形形状と対応している。すなわち、フィルタ保持体３４はＰＭＴ保持体３８と同じ外形形状を有する。従って、ケース枠１４によれば、ケース底１６とＰＭＴ保持体３８との位置関係が保持される。

図２に示されるように、ケース底１６は、収容部２８上に形成された凹状を呈する位置決め部４４を有する。位置決め部４４は、底面４６と、底面４６を囲む壁部４７とを有する。壁部４７は、底面４６から立設し、内側面４７ａと上面４７ｂとを含む（図３参照）。

図３に示されるように、ケース枠１４は、底面４８と、底面４８から立設する差込部４９を有する。ケース底１６の内側面４７ａは、ケース枠１４の差込部４９の側壁に当接している。この当接により、ケース枠１４に保持された光電子増倍管９および第１の光学フィルタ１１と、ケース底１６に保持されたダイクロイックミラー２６および第１の光導入部２１との間において、第１の光軸Ｐ１と直交する平面に沿った位置合わせがなされる。従って、ケース枠１４とケース底１６とフィルタ保持体３４とＰＭＴ保持体３８とによれば、互いの位置関係を高精度且つ容易に組み立てることができる。

また、ケース底１６の上面４７ｂは、ケース枠１４の底面４８に当接している。一方、ケース底１６の底面４６と、ケース枠１４の差込部４９との間には、隙間が形成される。更に、フィルタ保持体３４は、差込部４９よりも僅かに突出するようにケース枠１４に対して取り付けられている。ケース底１６においてミラー保持体２７上に配置されたゴムシート３２は、底面よりも僅かに突出している。この構成により、ケース底１６の上面４７ｂがケース枠１４の底面４８に当接するように、ケース枠１４をケース底１６に取り付けた時、フィルタ保持体３４およびＰＭＴ保持体３８が位置決めされることで、アパーチャ３７と光電面１０７とが位置合わせされる。

光検出ユニット１は、光電子増倍管９と、光電子増倍管９と電気的に接続され、光電子増倍管９を駆動する駆動基板７と、光入射窓１１６に対応する第１の光導入部２１を有し、光電子増倍管９および駆動基板７の一端部を収容する遮光ケース８と、遮光ケース８に収容されると共に、第１の光導入部２１と光入射窓１１６の間を結ぶ第１の光軸Ｐ１上に配置された第１の光学フィルタ１１と、を備える。この光検出ユニット１では、第１の光導入部２１から遮光ケース８内に蛍光Ｌ２が導入される。遮光ケース８内に導かれた蛍光Ｌ２は、第１の光導入部２１に対応する光入射窓１１６から光電子増倍管９内へ導かれて、光電面１０７に入射する。ここで、遮光ケース８内には、第１の光導入部２１から光入射窓１１６までの間に第１の光軸Ｐ１が形成され、この第１の光軸Ｐ１上には、第１の光学フィルタ１１が配置されている。この構成によれば、第１の光導入部２１から遮光ケース８内に導かれた蛍光Ｌ２は、光電子増倍管９へ到達するまでの間に第１の光学フィルタ１１を通過するので、光検出ユニット１は所望の光学特性を発揮することが可能になる。そして、第１の光学フィルタ１１は、光電子増倍管９、駆動基板７とともに遮光ケース８内に収容されている。従って、光検出ユニット１は容易に取り扱うことができる。

また、光検出ユニット１は、第１の光導入部２１および第１の光学フィルタ１１の間に配置され、第１の光軸Ｐ１と交差するダイクロイックミラー２６を更に備えている。この構成によれば、遮光ケース８内に収容されたダイクロイックミラー２６が、所定波長を有する励起光Ｌ１を反射し、所定波長以外の波長を有する蛍光Ｌ２を透過するので、第１の光軸Ｐ１及び第２の光軸Ｐ２を形成することが可能になる。そうすると、遮光ケース８内に複数の光軸が形成されるので、それぞれの光軸に所定の機能を持たせるよう、それぞれの光軸上に第１の光学フィルタ１１及び第２の光学フィルタ１２を配置することが可能になる。従って、光検出ユニット１によれば、所望の光学特性を発揮しつつ一層の小型化が可能であると共に取り扱いが容易な測定系を得ることができる。更に、光検出ユニット１が小型化されると、光学系の光軸長が短くなる。従って、励起光および測定光のケラレによる損失を低減することができる。

また、光検出ユニット１は、ダイクロイックミラー２６を保持するミラー保持体２７と、第１の光軸Ｐ１と交差する第１の開口部３１と、を有するミラー保持体２７を更に備え、ミラー保持体２７、第１の光学フィルタ１１、光電子増倍管９、および駆動基板７は、第１の光軸Ｐ１の方向に沿ってこの順に配置されている。このミラー保持体２７によれば、第１の光軸Ｐ１を妨げることなく、ダイクロイックミラー２６を良好に保持することができる。そして、ミラー保持体２７、第１の光学フィルタ１１、光電子増倍管９、および駆動基板７が第１の光軸Ｐ１の方向に沿って配置された構成によれば、遮光ケース８の収容効率を高めることができる。

また、光検出ユニット１は、第１の光軸Ｐ１と交差するアパーチャ３３を有し、ミラー保持体２７と第１の光学フィルタ１１との間に配置されたゴムシート３２を更に備えている。このゴムシート３２によれば、遮光ケース８の外部から加えられる振動や衝撃から第１の光学フィルタ１１を保護することができる。また、ゴムシート３２によれば、第１の光軸Ｐ１と交差するアパーチャ３３を通る光のみを通過させ、アパーチャ３３を通らない光を遮蔽する。従って、光電子増倍管９に入射するノイズ光を低減することができる。

また、光検出ユニット１は、第１の光学フィルタ１１が嵌め込まれる嵌め込み部３６と、第１の光軸Ｐ１と交差するアパーチャ３７と、を有するフィルタ保持体３４を更に備えている。このフィルタ保持体３４によれば、第１の光学フィルタ１１を確実に保持することができる。また、フィルタ保持体３４よれば、アパーチャ３７を通る光のみを通過させ、アパーチャ３７を通らない光を遮蔽する。従って、光電子増倍管９に入射するノイズ光を低減することができる。

また、光検出ユニット１は、第１の光軸Ｐ１の方向に沿って貫通すると共に光電子増倍管９を収容するＰＭＴ収容部３９を有するＰＭＴ保持体３８を更に備え、遮光ケース８は、第１の光導入部２１を有するケース底１６と、ケース底１６に対向するケース蓋１３とを有し、ケース底１６とケース蓋１３との間には、ミラー保持体２７、ゴムシート３２、フィルタ保持体３４およびＰＭＴ保持体３８がこの順に配置されている。このＰＭＴ保持体３８によれば、光電子増倍管９を確実に保持することができる。また、ミラー保持体２７、ゴムシート３２、フィルタ保持体３４およびＰＭＴ保持体３８による積層構造によれば、第１の光学フィルタ１１とダイクロイックミラー２６の破損を抑制しつつ、これらを遮光ケース８に対して確実に固定することができる。

また、第１の光軸Ｐ１の方向に沿ったＰＭＴ保持体３８の高さは、第１の光軸Ｐ１の方向に沿った光電子増倍管９の高さよりも大きくされている。このＰＭＴ保持体３８によれば、ＰＭＴ保持体３８に収容された光電子増倍管９がＰＭＴ保持体３８からはみ出ることがない。従って、光電子増倍管９を好適に保護することができる。

また、駆動基板７は、第１の光軸Ｐ１の方向から見てＰＭＴ収容部３９を塞ぐように配置されていている。この構成によれば、ＰＭＴ収容部３９へのノイズ光の侵入が防止される。従って、ＰＭＴ収容部３９に収容された光電子増倍管９へのノイズ光の侵入を抑制することができる。

また、光検出ユニット１は、第２の光軸Ｐ２上に配置された第２の光学フィルタ１２を更に備えている。この第２の光学フィルタ１２によれば、第２の光軸Ｐ２を進行する蛍光Ｌ２から測定対象となる波長を選択することができる。

また、第２の光学フィルタ１２は、遮光ケース８のケース底１６と、ゴムシート３２とに挟まれている。この構成によれば、第２の光学フィルタ１２を保護しつつ、第２の光学フィルタ１２を遮光ケース８に対して確実に固定することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、図５に示されるように、光検出ユニット１Ａにおいて、第１の波長選択部は、光電子増倍管９の光入射側面に形成された誘電体多層膜５１としてもよい。この構成によれば、第１の波長選択部を保持する独立した部材（例えば、フィルタ保持体３４）が不要となり、光検出ユニット１の構成を簡易にし、且つ小型化にすることができる。この誘電体多層膜５１は、光電子増倍管９の光入射側面全体に形成されていてもよいし、少なくとも光電面１０７への光入射窓１１６となる部分に形成されていればよい。

また、光検出ユニット１は、光源２から出射される光が単色光である場合や、ノイズ光の侵入を無視し得る場合には、第２の光学フィルタ１２を省略してもよい。この構成によれば、光検出ユニット１の構成を簡易にすることができる。

また、光検出ユニット１は、第２の光軸Ｐ２上に配置された別の光学部品を備えていてもよい。例えば、光検出ユニット１は、光源２と第２の光学フィルタ１２との間に配置されたコリメート用レンズや、シリンドリカルレンズを備えていてもよい。この構成によれば、励起光Ｌ１の拡散を抑制して、励起光Ｌ１を効率よく測定対象物３に照射することができる。

また、光検出ユニット１は、第１の光軸Ｐ１上に配置された別の光学部品を備えていてもよい。例えば、光検出ユニット１は、ダイクロイックミラー２６と、第１の光導入部２１との間に配置された集光用レンズやシリンドリカルレンズを備えていてもよい。この構成によれば、励起光Ｌ１の拡散を抑制して、励起光Ｌ１を効率よく測定対象物３に照射することができるとともに、蛍光Ｌ２を効率よく検出することができる。

また、測定対象物３が自家発光している場合には、光検出ユニット１は、光源２、第２の光学フィルタ１２、およびダイクロイックミラー２６を省略することもできる。

光検出ユニット１Ｂは、図６に示されるように、バイオセンサーであるマイクロ流路蛍光検出装置９０に適用することができる。マイクロ流路蛍光検出装置９０は、蛍光を発するように処理された検体を含む流体をマイクロ流路９１内に流通させ、光検出ユニット１Ｂを利用して、マイクロ流路９１内の流動する流体から検体を検出する。

１，１Ａ，１Ｂ…光検出ユニット、２…光源、３…測定対象物、４…光検出部、６…フレキシブル配線基板、７…駆動基板、８…遮光ケース、９…光電子増倍管、１１…第１の光学フィルタ（第１の波長選択部）、１２…第２の光学フィルタ（第２の波長選択部）、１３…ケース蓋（ケース蓋部）、１４…ケース枠、１６…ケース底（ケース底部）、２１…第１の光導入部、２２…第２の光導入部、２６…ダイクロイックミラー、２７…ミラー保持体（第１の保持部）、２９…ミラー保持面、３１…第１の開口部、３２…ゴムシート（緩衝部）、３３…アパーチャ（第２の開口部）、３４…フィルタ保持体（第２の保持部）、３６…嵌め込み部、３７…アパーチャ（第３の開口部）、３８…ＰＭＴ保持体（第３の保持部）、３９…ＰＭＴ収容部（収容部）、４０…充填部、５１…誘電体多層膜、９０…マイクロ流路蛍光検出装置、１０１…上側フレーム（第２の面板）、１０２…側壁フレーム（側壁）、１０３…下側フレーム（第１の面板）、１０４…真空筐体、１０７…光電面、１１１…電子増倍部、１１２…陽極、１１６…光入射窓（光入射窓部）、Ｌ１…励起光、Ｌ２…蛍光、Ｐ１…第１の光軸、Ｐ２…第２の光軸。

Claims (8)

1. 第１の面板、前記第１の面板と対向する第２の面板、および前記第１の面板と前記第２の面板との間に配置された枠状の側壁により構成された真空筐体に、光電面、電子増倍部および陽極部が収容されると共に前記光電面へ光を導くための光入射窓部が設けられており、前記第１の面板または前記第２の面板に配置された前記電子増倍部が前記第１の面板または前記第２の面板に沿った方向に進行する電子をカスケード増倍する光電子増倍管と、
   前記光電子増倍管と電気的に接続され、前記光電子増倍管を駆動する駆動基板と、
   前記光入射窓部に対応する第１の光導入部を有し、前記光電子増倍管および前記駆動基板を収容するケースと、
   前記ケースに収容されると共に、前記第１の光導入部と前記光入射窓部の間を結ぶ第１の光軸上に配置された第１の波長選択部と、
   前記第１の光導入部および前記第１の波長選択部の間に配置され、前記第１の光軸と交差するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーを保持するミラー保持面と、前記第１の光軸と交差する第１の開口部と、を有する第１の保持部と、
   前記第１の光軸と交差する第２の開口部を有し、前記第１の保持部と前記第１の波長選択部との間に配置された緩衝部と、を備え、
   前記第１の保持部、前記第１の波長選択部、前記光電子増倍管、および前記駆動基板は、前記第１の光軸の方向に沿ってこの順に配置されている、光検出ユニット。
2. 前記第１の波長選択部が嵌め込まれる嵌め込み部と、前記第１の光軸と交差する第３の開口部と、を有する第２の保持部を更に備えた、請求項１記載の光検出ユニット。
3. 前記第１の光軸の方向に沿って貫通すると共に前記光電子増倍管を収容する収容部を有する第３の保持部を更に備え、
   前記ケースは、前記第１の光導入部を有するケース底部と、前記ケース底部に対向するケース蓋部とを有し、
   前記ケース底部と前記ケース蓋部との間には、前記第１の保持部、前記緩衝部、前記第２の保持部および前記第３の保持部がこの順に配置されている、請求項２記載の光検出ユニット。
4. 前記第１の光軸の方向に沿った前記第３の保持部の高さは、前記第１の光軸の方向に沿った前記光電子増倍管の高さよりも大きい、請求項３記載の光検出ユニット。
5. 前記駆動基板は、前記第１の光軸の方向から見て前記収容部を塞ぐように配置されている、請求項３又は４記載の光検出ユニット。
6. 前記第１の光軸と交差する第２の光軸上に配置された第２の波長選択部を更に備えた、請求項５記載の光検出ユニット。
7. 前記第２の波長選択部は、前記ケースのケース底部と、前記緩衝部とに挟まれている、請求項６記載の光検出ユニット。
8. 前記駆動基板と前記ケースのケース蓋部との間に形成された充填部を更に備えた、請求項１〜７の何れか一項記載の光検出ユニット。

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