CN100462713C - 荧光测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及应用了能测定对应于周期性地照射在被测定物上的激励脉冲分量而从该被测定物发出的荧光分量的CCD摄影机的荧光测定装置。该荧光测定装置至少备有CCD、以及控制部。上述CCD包括对从被测定物发出的荧光分量进行光电变换的光电变换元件；以及蓄积·输送由光电变换元件进行了光电变换的电荷用的电荷蓄积元件。上述控制部输出：除去由光电变换元件进行了光电变换的电荷用的电子快门信号、将该进行了光电变换的电荷读出给电荷蓄积元件用的读出信号、以及依次输送该读出的电荷用的输送信号。特别是控制部对应于激励脉冲分量的发生而输出电子快门信号；对应于电子快门信号的输出而输出读出信号；而且，每输出规定次数的读出信号则输出输送信号。

Description

荧光测定装置
技术领域
本发明涉及周期性地将多个激励脉冲分量照射在被测定物上，测定对应于这些激励脉冲分量从被测定物发出的荧光分量的荧光测定装置。
背景技术
荧光测定装置是一种将周期性发生的多个激励脉冲分量照射在被测定物上，测定对应于这些激励脉冲分量从该被测定物发出的荧光分量的装置。例如特开昭59-104519号公报中记载的荧光测定装置包括：高速扫描摄影机、取出条纹管的荧光面上的拖尾图像的取样单元、以及对该取出的拖尾图像进行光电变换并进行倍增的图像增强器。
本发明者研究了现有的荧光测定装置，结果发现了以下课题。即，现有的荧光测定装置利用图像增强器，使从周期性发生的荧光分量获得的输出信号倍增。这是因为如果各荧光分量微弱，则难以通过一次测量进行准确的测定，所以有必要扩大输出信号的动态范围。另外，由于各荧光分量的波形是非线性的，所以与此相对应，现有的荧光测定装置使用高速扫描摄影机和取样单元。因此，迄今希望不使用高速扫描摄影机，而使用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)，更简便地进行荧光测定。
发明内容
本发明就是为了解决上述的课题而完成的，目的在于提供一种具有利用CCD测定对应于周期性照射的激励脉冲分量而从被测定物发出的荧光分量用的结构的荧光测定装置。
发明者们对以1～2msec为周期将多个激励脉冲分量照射在被测定物上，用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)测定对应于该激励脉冲分量分别从该被测定物发出的荧光分量的可能性进行了各种研究。图1A～图1I是说明这些研究中的一例用的时序图。CCD利用光电二极管(PD)这样的光电变换元件，对所接受的荧光分量进行光电变换，利用垂直输送元件或水平输送元件这样的电荷蓄积元件，输送所获得的电荷。为了测定对应于以周期1～2msec照射的激励脉冲分量的荧光分量，有必要使输送上述光电变换元件进行光电变换的上述电荷蓄积元件蓄积的电荷的周期为1～2msec。
另外，图1A表示激励脉冲分量，图1B是荧光分量、图1C是电子快门信号、图1D是读出信号、图1E是光电二极管(PD)的电荷量、图1F是垂直元件的蓄积电荷量、图1G是水平元件的输送信号、图1H是垂直元件的输送信号、图1I是全部数据的读出等各自的时序图。另外，在图1C、图1G及图1H中，期间T表示定期地反复进行各信号的输出的期间。
可是，如图1A～1I所示，虽然能以周期1～2msec进行光电变换和对电荷蓄积元件的电荷放出，但发现了在该周期内进行到电荷输送是非常困难的。另外，还发现了如果每一次发生荧光都进行对应于荧光分量的电荷的发出·输送，则包含对光电变换元件蓄积的电荷有意义的电平的噪声。本发明是基于这些见解而完成的。
本发明的荧光测定装置是测定分别对应于照射在被测定物上的激励脉冲分量而从该被测定物发出的荧光分量的荧光测定装置，备有光电变换元件、电荷蓄积元件、以及控制部。上述光电变换元件对分别对应于激励脉冲分量而从被测定物发出的荧光分量进行光电变换。上述电荷蓄积元件蓄积由光电变换元件进行了光电变换的电荷，输送该蓄积的电荷。上述控制部输出：用于除去由光电变换元件进行了光电变换的电荷的电子快门信号、用于向电荷蓄积元件读出该进行了光电变换的电荷的读出信号、以及用于依次输送该读出的电荷的输送信号。特别是上述控制部对应于激励光中包含的脉冲分量的发生，而输出电子快门信号；对应于该电子快门信号的输出，而输出读出信号；而且，读出信号的输出至少每进行两次以上，才输出输送信号。
如果采用本发明的荧光测定装置，则上述控制部每当发生激励脉冲分量时，便输出电子快门信号，对应于该电子快门信号的输出，而输出读出信号。因此，能测定对应于各激励脉冲分量的荧光分量。另外，上述控制部由于读出信号的输出至少每进行两次以上，才输出输送信号，所以能集中测量多次的荧光分量。
另外，在本发明的荧光测定装置中，激励脉冲分量及荧光分量优选实质上分别是同—波形及同一周期。因为如果荧光分量实质上分别是同一周期，则能容易地特定每规定时间内的荧光的发生次数，能简便地取得与电子快门信号的同步。另外，如果荧光分量实质上分别是同一波形，则容易测定各荧光分量各自的同一波形部分。
在本发明的荧光测定装置中，上述控制部优选输出电子快门信号及读出信号，以便能测定荧光分量各自的同一波形部分。如果测定荧光分量各自的同一波形部分，则通过用测定的荧光分量的分量数进行除法运算，能求得对应于这些部分的电荷。
另外，在本发明的荧光测定装置中，上述控制部优选在直至发出荧光分量的期间，连续地输出电子快门信号及输送信号。如果直至发出荧光分量、即直至测定开始，输出电子快门信号及输送信号，则能防止不需要的电荷蓄积在光电变换元件及电荷蓄积元件中。
另外，在本发明的荧光测定装置中，上述电荷蓄积元件也可以包括：从光电变换元件直接接收电荷的第一电荷蓄积元件；以及从该第一电荷蓄积元件接收电荷的第二电荷蓄积元件。这时，上述控制部优选每输出规定次数的读出信号，将输送信号输出给第一电荷蓄积元件，另一方面，继续将输送信号输出给第二电荷蓄积元件。因为通过输送信号被连续地输出给第二电荷蓄积元件，能有效地降低第二电荷蓄积元件上的不需要的电荷的蓄积。
另外，通过以下的详细说明及附图，能更充分地理解本发明的各实施例。这些实施例只是为了举例而给出的，不能认为是限定本发明的例子。
另外，本发明的另外的应用范围，从以下的详细说明中就会明白了。可是，详细的说明及特定的事例虽然是表示本发明的优选实施例，但只是为了举例而给出的，本领域的人员根据该详细的说明，自然会明白本发明的思想及范围内的各种变形及改进。
附图说明
图1A～图1I是用于说明本发明的研究过程的时序图。
图2是表示包括本发明的荧光测定装置的测定系统的结构图。
图3是表示图2中示出的CCD的结构图。
图4A～图4I是用于说明本发明的荧光测定装置的工作的时序图。
具体实施方式
以下，用图2、图3、以及图4A～图4I详细说明本发明的荧光测定装置的一个实施例。另外，在附图的说明中，同一部位、同一要素标以同一标记，省略重复的说明。
图2是表示包括本发明的荧光测定装置的测定系统的结构图。该图2中示出的测定系统由相当于本发明的荧光测定装置的CCD摄影机10、激光光源30、以及触发脉冲(trigger)发生装置20构成。CCD摄影机10包括CCD101、CCD驱动电路102、以及微机103。另外，由CCD驱动电路102及微机103构成该荧光测定装置的控制部100。
CCD101是根据来自CCD驱动电路102的指示信号，测定从被测定物40发出的荧光分量60的内部元件型的CCD。具体地说，如图3所示，CCD101包括光电二极管(光电变换元件)101a、垂直输送元件(第一电荷蓄积元件)101b、水平输送元件(第二电荷蓄积元件)101c。
光电二极管101a是根据受光量蓄积电荷的部分，在基板上排列多个，以便形成必要的受光面。光电二极管101a一旦从CCD驱动电路102输入了电子快门信号，便除去所蓄积的电荷，一旦从CCD驱动电路102输入了读出信号，便使所蓄积的电荷移动到垂直输送元件101b中。
作为第一电荷蓄积元件的垂直输送元件101b分别对应于光电二极管101a设置。垂直输送元件101b蓄积从关联的光电二极管101a移动来的电荷，根据需要，将该电荷输送给相邻的垂直输送元件101b。更具体地说，各垂直输送元件101b如果从CCD驱动电路102输入了输送信号，便依次将分别蓄积的电荷输送给水平输送元件101c一侧的垂直输送元件101b。与水平输送元件101c相邻的垂直输送元件101b将输送来的电荷输送给该水平输送元件101c。
水平输送元件101c与互相输送电荷的一列垂直输送元件101b组对应地设置。水平输送元件101c蓄积从关联的垂直输送元件101b列输送的电荷，将该电荷输送给相邻的水平输送元件101c。另外，最后通过从蓄积电荷的终端的水平输送元件101c读出该电荷，能读出光电二极管101a进行了光电变换的全部数据。
CCD驱动电路102根据来自微机103的指示，将上述的电子快门信号、读出信号、以及输送信号输出给CCD101。
微机103根据来自触发脉冲发生装置20的触发脉冲信号，将输出上述的电子快门信号、读出信号、以及输送信号用的指示信号输出给CCD驱动电路102。更具体地说，从触发脉冲信号、以及指定相对于该触发脉冲信号的CCD101的曝光延迟时间的曝光延迟动作，算出输出电子快门信号、读出信号、以及输送信号的时序，输出给该CCD驱动电路102。另外，由这些CCD驱动电路102及微机103构成控制部100。
触发脉冲发生装置20将触发脉冲信号输出给激光光源30及微机103。激光光源30根据该触发脉冲信号，将激励脉冲分量50照射在被测定物40上。如已经说明的那样，被测定物40对应于激励脉冲分量50，发出荧光分量60，CCD摄影机10测定这些荧光分量60。
其次，用图4A～图4I所示的时序，说明CCD摄影机10的测定动作。另外，图4A是激励脉冲分量、图4B是荧光分量、图4C是电子快门信号、图4D是读出信号、图4E是光电二极管(PD)的电荷量、图4F是垂直元件的蓄积电荷量、图4G是水平元件的输送信号、图4H是垂直元件的输送信号、图4I是全部数据的读出等各自的时序图。另外，在图4C、图4G及图4H中，期间T表示定期地反复进行各信号的输出的期间。
根据来自触发脉冲发生装置20的触发脉冲信号，激励脉冲分量50从图2中的激光光源30照射在被测定物40上(参照图4A)。调整触发脉冲信号，以便该激励脉冲分量50的间隔为1～2msec。对应于被照射的激励脉冲分量50，从被测定物40发出荧光分量60(参照图4B)。这些荧光分量60是对应于被测定物40的性状发出的光分量，如图4B所示，一般呈非线性波形。
通过被输入微机103的曝光延迟操作，指定对应于触发脉冲信号的电子快门信号的输出延迟时间D、从电子快门信号的输出至读出信号的输出的延迟时间W。考虑荧光分量60对激励脉冲分量50的延迟，该输出延迟时间D及延迟时间W能任意地设定为10μ sec～400μ sec之间。即，任意地设定输出延迟时间D及延迟时间W，能任意地设定荧光分量60的波形的曝光部分(图4B中的斜线部分)，能形成荧光分量60各自的光谱。
另外，如图4C所示，电子快门信号除了曝光时间以外，定期地从CCD驱动电路102输出给CCD101。即，在图4C中的期间T中，定期地反复输出电子快门信号。电子快门信号是用于除去蓄积在CCD101的光电二极管101a中的电荷的信号，所以能降低对光电二极管101a的不必要的电荷的蓄积(参照图4E)。
在输出延迟时间W期间内，在光电二极管101a中，进行了光电变换的蓄积电荷Δq随着读出信号的输出(参照图4C)而转移到垂直输送元件101b中。在该实施例中，进行t次激励脉冲分量50的发生，由光电二极管101a进行了光电变换的蓄积电荷Δq被t次转移到垂直输送元件101b中。该t次运算后，如果输送信号被输出给垂直输送元件101b，则各垂直输送元件101b依次将蓄积的电荷(Δq×t)输送给相邻的垂直输送元件101b(参照图4F)。该输送的电荷被输送给水平输送元件101c，再输送给相邻的水平输送元件101c，进行读出。该读出的电荷是t次的蓄积电荷Δq，所以通过用运算次数t进行除法运算，能获得一个相应于对应激励脉冲分量50的荧光分量60的电荷Δq。
对水平输送元件101c的输送信号一直定期地从CCD驱动电路102输出。即，在图4G中的期间T内，定期地输出输送信号。该输送信号是用于输送蓄积在水平输送元件101c中的电荷的信号，所以能降低对各水平输送元件101c的不必要的电荷的蓄积。
另外，在输入了触发脉冲信号之前，定期地从CCD驱动电路102输出对垂直输送元件101b的输送信号。即，图4H中的期间T内，定期地输出输送信号。该输送信号是输送蓄积在垂直输送元件101b中的电荷用的信号，所以能降低对各垂直输送元件101b的不必要的电荷的蓄积。
控制部100中包括的微机103和CCD驱动电路102每发生激励脉冲分量50时，便输出电子快门信号，对应于该电子快门信号的输出，而输出读出信号。因此，能测量对应于各激励脉冲分量50的荧光分量60。另外，微机103及CCD驱动电路102每输出读出信号的规定次数则输出输送信号，所以能集中测量规定次数的荧光分量。
在该实施例中，发生激励脉冲分量50，以便荧光分量60实质上分别为同一波形及周期。由于荧光分量60实质上分别为同一周期，所以能容易地特定每规定时间内的荧光发生次数。另外，由于荧光分量60实质上分别是同一波形，所以容易在各荧光分量间测定对应的同一波形部分。
另外，作为控制部100的微机103及CCD驱动电路102，为了能测定荧光分量60的波形各自的同一波形部分，对应于触发脉冲信号算出输出延迟时间D及延迟时间W，输出电子快门信号及读出信号。因此，能容易地测定多次(t)的荧光分量各自的同一波形部分，通过将该测定结果的和(Δq×t)除以规定次数(t)，能算出对应于进行测定的波形部分的电荷Δq。
另外，本发明的荧光测定装置不限定于上述的实施例，能进行各种变形。这样的变形不能认为脱离了本发明的思想及范围，对于所有的本领域人员来说显而易见的改进都包括在以下的权利要求中。
工业上利用的可能性
如上所述如果采用本发明，则由于控制部分别对应于照射被测定物的激励脉冲分量，输出电子快门信号，对应于该电子快门信号的输出，而输出读出信号，所以能测量对应于各激励脉冲分量的荧光分量。另外，控制部按照每输出规定次数的读出信号，则输出输送信号，所以可集中测量该规定次数的荧光分量。因此，可获得能用CCD测定对应于激励脉冲分量从被测定物发出的荧光分量的荧光测定装置。

Claims (5)

1.一种荧光测定装置，其特征在于，它是将多个激励脉冲分量照射在被测定物上，测定分别对应于这些激励脉冲分量而从该被测定物发出的荧光分量的荧光测定装置，具有：
对从所述被测定物发出的荧光分量进行光电变换的光电变换元件；
蓄积由所述光电变换元件进行了光电变换的电荷，输送该蓄积的电荷的电荷蓄积元件；以及
输出用于除去由所述光电变换元件进行了光电变换的电荷的电子快门信号、用于将该进行了光电变换的电荷读出给所述电荷蓄积元件的读出信号、以及用于依次输送该读出的电荷的输送信号的控制部，
所述控制部对应于所述激励光中含有的脉冲分量的发生而输出所述电子快门信号，对应于该电子快门信号的输出而输出所述读出信号，而且，所述读出信号的输出至少每进行两次以上，才输出所述输送信号。
2.根据权利要求1所述的荧光测定装置，其特征在于，
所述激励脉冲分量实质上分别是同一波形及同一周期，而且，所述荧光分量实质上分别是同一波形及同一周期。
3.根据权利要求2所述的荧光测定装置，其特征在于，
所述电子快门信号和所述读出信号，以能够测定所述荧光分量各自的同一波形部分的方式被输出。
4.根据权利要求1所述的荧光测定装置，其特征在于，
所述控制部在直至发出所述荧光分量的期间，连续地输出所述电子快门信号和所述输送信号。
5.根据权利要求1所述的荧光测定装置，其特征在于，
所述电荷蓄积元件包括从所述光电变换元件直接接收电荷的第一电荷蓄积元件；以及从该第一电荷蓄积元件接收电荷的第二电荷蓄积元件，而且，
所述控制部每输出规定次数的所述读出信号，则将所述输送信号输出给所述第一电荷蓄积元件，另一方面，继续将所述输送信号输出给所述第二电荷蓄积元件。
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