CN117581090A - 多毛细管电泳装置 - Google Patents

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Abstract

在分别对从多根毛细管发出的荧光进行分光并使用图像传感器一并进行荧光测量的装置中，将投影有各荧光的规定波段成分的图像传感器上的合并区域的像素数设为Bm，将硬合并的像素数设为Bh，将软合并的像素数设为Bs，设为Bm＝Bh×Bs，在将Bm＝Bh＝Bs＝1的情况下测量的综合噪声设为N，将读出噪声设为Nr，将暗电流噪声设为Nd，将散粒噪声设为Ns时，以Bm、Bh、Bs、N、Nr、Nd及Ns满足规定的关系的方式进行控制，由此实现高灵敏度且高动态范围的荧光测量。

Description

多毛细管电泳装置
技术领域
本公开涉及多毛细管电泳装置。
背景技术
广泛使用如下的毛细管电泳装置：在单个或多个毛细管中填充电解质溶液或含有高分子凝胶或聚合物的电解质溶液等电泳分离介质，进行电泳分析。分析对象从低分子到蛋白质、核酸等高分子范围广泛。另外，在测量模式中，有将灯光照射到各毛细管的吸光点，检测分析对象通过吸光点时产生的灯光的吸收的模式，或者将激光照射到各毛细管的发光点，检测分析对象通过发光点时产生的荧光或散射光的模式等多个。以下，以DNA分析用毛细管电泳装置为例进行详细说明。
在DNA分析用毛细管电泳装置中，通过向在同一平面上排列E根(E为1以上的整数)毛细管的部位一并照射激光束，形成在直线上排列的E个发光点。用G种(G为1以上的整数)荧光体标记的DNA片段通过电泳而通过发光点时，通过激光束照射激发荧光体，发出荧光。由于这些G种荧光体具有相互不同的荧光光谱，因此通过对荧光进行分光测量，能够确定通过发光点的荧光体的种类。即，在DNA分析用毛细管电泳装置中，对从排列在直线上的E个发光点发出的荧光进行分光测量，进而测量其时间变化。为了实现该目的，在DNA分析用毛细管电泳装置中具备以下那样的多色检测光学系统。从E个发光点发出的荧光一并被第一照相机透镜准直，在通过长通滤光片(long pass filter)激光波长的光被截止之后，通过透射型衍射光栅进行波长分散，通过第二照相机透镜在图像传感器上成像。作为图像传感器，可以使用CCD、CMOS或其他种类的器件。在此，波长分散的方向是与各毛细管的长轴平行的方向、即与各发光点所排列的方向垂直的方向。因此，在图像传感器上，来自各发光点的荧光的波长分散像相互不混合而相互平行地排列。因此，能够独立地对来自各发光点的荧光进行分光测量。另外，以图像传感器的像素的二维格子状排列的一方的轴与波长分散方向平行、另一方的轴与发光点的排列方向平行的方式配置图像传感器。其结果，沿着各波长分散像的像素排列的强度分布赋予荧光光谱。通过以恒定的曝光时间进行基于图像传感器的E个波长分散像的一并拍摄，并以恒定的时间间隔连续地进行该一并拍摄，能够一边对来自E个发光点的荧光进行分光分析，一边分析它们的时间序列变化。
将各波长分散像分割为F个波段(以下称为区间(bin))，对由属于各个区间的多个像素接收到的荧光强度进行累计。将这样进行累计称为合并(binning)。这被称为F色检测。各波段的波长宽度可以为1nm、10nm、100nm，可以任意设定。另外，在F个波段中，各波段波长宽度也可以不同。通常，为了一边识别G种荧光体一边进行定量，需要F≥G。针对时间序列的各时刻，对F色检测结果实施颜色转换，能够取得G种荧光体各自的单独的荧光强度、即G种荧光体各自的浓度。在本公开中，将与各荧光体的浓度成比例的荧光强度、即各荧光体各自的单独的荧光强度简称为浓度。
对于发光点P(e)(e＝1，2，…，E)，分别在区间W(f)(f＝1，2，…，F)中检测荧光体D(g)(g＝1，2，…，G)的发光荧光。在任意时刻，将发光点P(e)处的荧光体D(g)的浓度设为Z(g)，将在关于发光点P(e)的区间W(f)中累计的信号强度设为X(f)。在此，将以信号强度X(f)为要素的F行1列的向量设为X，将以浓度Z(g)为要素的G行1列的向量设为Z，将以Y(f)(g)为要素的F行G列的矩阵设为Y，下式(1)～式(4)成立。式(1)～式(4)是(f)和(g)的关系式，但不是(e)的关系式，而是针对各发光点P(e)分别独立地成立。在F＝1的单色检测的情况下，通过F≥G，G＝1，X、Y、Z都不是向量和矩阵。
[数式1]
X＝Y×Z (1)
[数式2]
[数式3]
[数式4]
在此，F行G列的矩阵Y的元素Y(f)(g)表示由于光谱串扰而在区间W(f)中检测出荧光体D(g)的发光荧光的信号强度比率。通过使任意一种荧光体D(g0)单独进行荧光发光，能够决定矩阵Y的1列要素Y(f)(g0)(f＝1，2，…，F)。在此，严格地控制荧光体D(g0)的浓度通常是困难的，因此，如果将1列要素Y(f)(g0)标准化，则是便利的。例如，可以将F个要素中的最大的要素设为1，用相对于最大值的比率来表示其他要素。或者，可以以F个要素的合计为1的方式决定各要素的比率。即，可以成为下述式(5)。
[数式5]
然后，通过对G种荧光体D(g)全部单独进行上述工序，能够决定矩阵Y的全部列。矩阵Y仅由荧光体D(g)以及不同的区间W(f)的特性决定，在电泳分析的过程中不变化。另外，只要固定光学系统、荧光体D(g)、区间W(f)等条件，对于不同的电泳分析，矩阵Y也保持恒定。因此，关于各发光点，各时刻的荧光体D(g)的浓度Z(g)根据各时刻的区间W(f)的信号强度X(f)，通过下面的式(6)求出。
[数式6]
Z＝Y-×X (6)
在此，Y-是G行F列的Y的一般逆矩阵，通过Y-＝(YT×Y)-1×YT)来求出。在矩阵Y为F＝G的正方矩阵的情况下，Y-与逆矩阵Y-1相等。将式(6)的运算称为颜色转换或光谱串扰消除。式(1)是表示未知的G种荧光体的浓度与已知的F色荧光强度的关系的联立方程式，式(6)相当于求出其解。因此，一般而言，如上所述，需要F≥G的条件。假设F＜G，则无法唯一地求出解(即，由于可能存在多个解)，因此无法如式(6)那样执行颜色转换。
也可以使用不使用波长分散的多色检测光学系统。例如，在专利文献1中，从E个发光点发出的荧光分别被E个透镜单独准直，通过长通滤光片激光波长的光被截止之后，通过F个分色镜阵列分割成F个波段的光束，在图像传感器上成像。在此，分割的方向是与各毛细管的长轴平行的方向、即与各发光点所排列的方向垂直的方向。因此，在图像传感器上，E×F个的多色分割像相互不混合而二维状地排列。因此，能够独立地对来自各发光点的荧光进行分光测量。另外，以图像传感器的像素的二维格子状排列的一方的轴与分割方向平行、另一方的轴与发光点排列方向平行的方式配置图像传感器。通过以恒定的曝光时间进行基于图像传感器的E×F个的分割像的一并拍摄，并以恒定的时间间隔连续进行该一并拍摄，能够一边对来自E个发光点的荧光进行分光分析，一边分析它们的时间序列变化。对各发光点的F个分割像的每一个受光的多个像素的荧光强度进行累计。与基于波长分散的多色检测光学系统同样地，将累计的像素区域称为区间，将这样的累计称为合并。在此，也可以存在各分割像中的不包含在任意的区间中的区域。其他也与基于波长分散的多色检测光学系统相同，式(1)～式(6)也同样成立。以下，对使用基于波长分散的多色检测光学系统的情况进行研究，但对于使用了不使用如上所述的波长分散的多色检测光学系统的情况也能够同样地进行研究。
如上所述，区间W(f)的信号强度X(f)是对构成区间W(f)的各个像素的信号强度进行累计(合并)而得到的。将构成区间W(f)的像素数设为Bm(f)。Bm(f)是1以上的整数。这里，在将构成区间W(f)的像素j的信号强度设为Q(j)(j＝1，2，…，Bm(f))时，区间W(f)的信号强度X(f)由下述式(7)表示。
[数式7]
在此的累计法(合并方法)中有硬合并(hard binning)和软合并(soft binning)。其中，式(7)在两个合并方法中是共通的。硬合并是如下方法：在图像传感器上对在Bm(f)个像素中蓄积的电荷进行合计后，转换为电压，进行AD转换，由此得到信号强度X(f)。另一方面，软合并是如下的方法：通过在电路上或计算机上对Bm(f)个像素的信号值进行合计而得到信号强度X(f)。例如，软合并是如下的方法：通过将在图像传感器上蓄积于各像素的电荷转换为电压，将AD转换而得到的数字数据在计算机上进行累计而得到信号强度X(f)。如后所述，也能够将硬合并与软合并组合而得到信号强度X(f)。通常，已知与软合并相比，在硬合并中，能够减少读出噪声，能够提高灵敏度，因此适用于高灵敏度测量。特别是在测量微弱光时，硬合并是极其有利的方法。另外，与软合并相比，在硬合并中，能够缩短读出区间W(f)的信号强度X(f)的时间，因此适用于高速拍摄。另一方面，已知与软合并相比，在硬合并中，来自发光点的发光量的饱和水平降低，因此动态范围缩小。因此，通过将硬合并切换为软合并，能够扩大动态范围，但同时存在检测灵敏度降低的课题。在目前市售的DNA分析用毛细管电泳装置中，灵敏度比动态范围更重要，因此不是通过软合并，而是通过硬合并来求出信号强度X(f)。然而，近年来，在DNA分析用毛细管电泳装置中，要求兼顾灵敏度和动态范围。为了实现这一点，如以下所示，开发了各种现有技术。
在专利文献2中，不是如上述那样使基于图像传感器的拍摄中的曝光时间恒定，而是交替地反复长的曝光时间和短的曝光时间。在来自发光点的发光量恒定的条件下，在长曝光时间，图像传感器接收更多的荧光，因此灵敏度提高。相反，在短曝光时间内，由于接收更少的荧光，因此灵敏度降低，但来自发光点的发光量的饱和水平增大。即，长曝光时间作为高灵敏度模式发挥功能，短曝光时间作为低灵敏度模式发挥功能。在来自发光点的发光量小的情况下，在低灵敏度模式下无法检测发光荧光，但在高灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。另一方面，在来自发光点的发光量大的情况下，在高灵敏度模式下发光荧光超过饱和水平，因此无法良好地测量发光荧光，但在低灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。因此，通过组合高灵敏度模式和低灵敏度模式，与单一模式(例如，高灵敏度模式和低灵敏度模式中的任一模式)的情况不同，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。
在专利文献3中，在上述多色检测光学系统中加入非对称的像分割元件，使来自各发光点的发光荧光分为强荧光强度的波长分散像(以下称为强分割像)和弱荧光强度的波长分散像(以下称为弱分割像)而成像，并同时测量这些波长分散像。对双方的波长分散像设定上述的区间。在来自发光点的发光量恒定的条件下，在强分割像中，图像传感器的对应的区间接收更多的荧光，因此灵敏度提高。相反，在弱分割像中，由于接收更少的荧光，因此灵敏度降低，但来自发光点的发光量的饱和水平增大。即，强分割像作为高灵敏度模式发挥功能，弱分割像作为低灵敏度模式发挥功能。在来自发光点的发光量小的情况下，在低灵敏度模式下无法检测发光荧光，但在高灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。另一方面，在来自发光点的发光量大的情况下，在高灵敏度模式下发光荧光超过饱和水平，因此无法良好地测量发光荧光，但在低灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。因此，通过组合高灵敏度模式和低灵敏度模式，与单一模式(例如，高灵敏度模式和低灵敏度模式中的任一模式)的情况不同，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。
在专利文献4中，不是如上述那样仅通过硬合并来取得区间W(f)的信号强度X(f)，而是适当切换硬合并和软合并来取得区间W(f)的信号强度X(f)。基于上述的硬合并与软合并的特性，硬合并作为高灵敏度模式发挥功能，软合并作为低灵敏度模式发挥功能。在来自发光点的发光量小的情况下，在低灵敏度模式下无法检测发光荧光，但在高灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。另一方面，在来自发光点的发光量大的情况下，在高灵敏度模式下发光荧光超过饱和水平，因此无法良好地测量发光荧光，但在低灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。因此，通过组合高灵敏度模式和低灵敏度模式，与单一模式(例如，高灵敏度模式和低灵敏度模式中的任一模式)的情况不同，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。
在专利文献5中，不是如上述那样固定区间W(f)而是使区间W(f)适当变化。具体而言，在F个信号强度X(f)(f＝1，2，…，F)均未超过饱和水平的情况下，与上述同样地设定区间W(f)(f＝1，2，…，F)(以下，称为全部硬合并)，在任意一个信号强度超过饱和水平的情况下，将对应的区间W(f)置换为零而使其无效化(以下，称为部分硬合并)。例如，在区间W(f0)超过饱和水平的情况下，将式(3)的矩阵Y的f0行的要素Y(f0)(g)(g＝1，2，…，G)全部设为零。在来自发光点的发光量恒定的条件下，在全部硬合并中，由于区间整体接收更多的荧光，因此灵敏度提高。相反，在部分硬合并中，由于区间整体接收更少的荧光，因此灵敏度降低，但来自发光点的发光量的饱和水平增大。即，全部硬合并作为高灵敏度模式发挥功能，部分硬合并作为低灵敏度模式发挥功能。在来自发光点的发光量小的情况下，在低灵敏度模式下无法检测发光荧光，但在高灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。另一方面，在来自发光点的发光量大的情况下，在高灵敏度模式下发光荧光超过饱和水平，因此无法良好地测量发光荧光，但在低灵敏度模式下能够良好地测量发光荧光。因此，通过组合高灵敏度模式和低灵敏度模式，与单一模式(例如，高灵敏度模式和低灵敏度模式中的任一模式)的情况不同，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。
以上所示的专利文献2～专利文献5均通过组合高灵敏度模式和低灵敏度模式，在维持高灵敏度的同时实现高动态范围。在两种模式的组合方式中，虽然存在交替地切换模式、或者根据测量出的信号适当地切换模式或同时实施两种模式等差异，但基本的特征是共通的。另外，该方法不仅在DNA分析用毛细管电泳装置中有效，而且在使用单个或多个毛细管进行电泳、利用图像传感器或线传感器分别识别多种荧光体所发出的荧光、多种散射体所散射的散射光或多种吸收体所吸收的吸光的同时进行测量的分析方法及分析装置的整体中都是有效的。
另一方面，在大量的用于智能手机的数码相机等市售的数码相机中，通过组合高灵敏度模式和低灵敏度模式，能够在维持高灵敏度的同时实现高动态范围。通常，被称为HDR(High Dynamic Range，高动态范围)拍摄。典型地，与专利文献2同样地，在高灵敏度模式下以长曝光时间进行拍摄，在低灵敏度模式下以短曝光时间进行拍摄，通过将这些图像组合来合成高动态范围的图像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6820907号
专利文献2：日本专利第4823522号
专利文献3：日本专利第6286028号
专利文献4：日本专利第6093274号
专利文献5：美国专利第10902593号
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献2～专利文献5所示的通过组合高灵敏度模式和低灵敏度模式来兼顾高灵敏度和高动态范围的方法在测量对象为单一的荧光体(G＝1)的情况下发挥功能。或者，在即使测量对象为多个荧光体(G≥2)但不需要识别它们的情况下，本方法也发挥功能。但是，如以下所示，通过本发明人等的详细研究而明确了在测量对象为多个荧光体(G≥2)并识别它们进行分析的情况下，不发挥功能。
作为最简单的例子，设想以下情况。E＝1，将1根毛细管作为测量对象。F＝2，用两个区间W(1)和区间W(2)测量从毛细管上的发光点发出的荧光的波长分散像，进行2色检测。G＝2，测量对象为荧光体D(1)和荧光体D(2)。由于荧光体D(1)和荧光体D(2)的荧光光谱的不同，荧光体D(1)的发光荧光在区间W(1)和区间W(2)中被测量为3：2，荧光体D(2)的发光荧光在区间W(1)和区间W(2)中被测量为2：3。在高灵敏度模式下，能够测量区间W(1)的荧光强度和区间W(2)的荧光强度分别为10～100的范围，在低灵敏度模式下，能够测量区间W(1)的荧光强度和区间W(2)的荧光强度分别为100～1000的范围。低灵敏度模式通过将高灵敏度模式的曝光时间设为1/10倍来实现。在此，荧光强度均为任意单位。但是，为了使高灵敏度模式下的测量结果与低灵敏度模式下的测量结果一致，将低灵敏度模式下的测量信号在计算机上设为10倍。此时，高灵敏度模式和低灵敏度模式各自的动态范围不过是1位(10～100和100～1000)，但通过组合这些模式，能够期待在维持灵敏度(检测下限＝10)的同时将动态范围扩大到2位(10～1000)。
首先，在荧光体D(1)的发光荧光强度为50、荧光体D(2)的发光荧光强度为0时，在高灵敏度模式下，区间W(1)的测量荧光强度为30，区间W(2)的测量荧光强度为20，在低灵敏度模式下，区间W(1)的测量荧光强度为0，区间W(2)的测量荧光强度为0。此时，通过实施颜色转换，荧光体D(1)在高灵敏度模式下被测量为发光荧光强度50，但在低灵敏度模式下由于是检测下限以下所以不被测量(被测量为发光荧光强度0)。当然，荧光体D(2)的发光荧光在任一模式下都不被测量(被测量为发光荧光强度0)。
接着，在荧光体D(1)的发光荧光强度为500、荧光体D(2)的发光荧光强度为0时，在高灵敏度模式下，区间W(1)和区间W(2)的测量荧光强度均为饱和，在低灵敏度模式下，区间W(1)的测量荧光强度为300，区间W(2)的测量荧光强度为200。此时，荧光体D(1)在高灵敏度模式下由于区间W(1)与区间W(2)饱和而无法测量(发光荧光强度不明)，但通过实施颜色转换，在低灵敏度模式下测量为发光荧光强度500。荧光体D(2)在高灵敏度模式下由于区间W(1)与区间W(2)饱和而无法测量(发光荧光强度不明)，在低灵敏度模式下不被测量(测量为发光荧光强度0)。
与此相对，在荧光体D(1)的发光荧光强度为500、荧光体D(2)的发光荧光强度为50时，在高灵敏度模式下，区间W(1)和区间W(2)的测量荧光强度均为饱和，在低灵敏度模式下，区间W(1)的测量荧光强度为300，区间W(2)的测量荧光强度为200。此时，荧光体D(1)在高灵敏度模式下由于区间W(1)与区间W(2)饱和而无法测量(发光荧光强度不明)，但通过实施颜色转换，在低灵敏度模式下测量为发光荧光强度500。荧光体D(2)在高灵敏度模式下由于区间W(1)与区间W(2)饱和而无法测量(发光荧光强度不明)，在低灵敏度模式下不被测量(测量为发光荧光强度0)。
如上所述，在荧光体D(1)的发光荧光强度为500时，在荧光体D(2)的发光荧光强度为0的情况和50的情况下成为相同的测量结果，无法识别两者。通常，在荧光体D(1)的发光荧光强度为100～1000时，若荧光体D(2)的发光荧光强度为10～100，则无法测量荧光体D(2)。同样地，在荧光体D(2)的发光荧光强度为100～1000时，若荧光体D(1)的发光荧光强度为10～100，则无法测量荧光体D(1)。即，在测量对象仅为荧光体D(1)或荧光体D(2)中的任一方的情况下，能够测量发光荧光强度10～1000，但在测量对象为荧光体D(1)和荧光体D(2)的情况下，只能测量发光荧光强度100～1000(或发光荧光强度10～100)。因此，通过组合专利文献2～专利文献5所示的高灵敏度模式和低灵敏度模式，兼顾高灵敏度和高动态范围的方法在测量对象为单一的荧光体(G＝1)的情况下发挥功能，但在测量对象为多个荧光体(G≥2)并识别它们进行分析的情况下不发挥功能。
另一方面，在搭载于智能手机的数码相机的HDR的情况下，多种多样的发光体、吸光体及散射体成为测量对象，因此能够成为G≥2的状态。但是，通常不会识别并分析这些测量对象。例如，在用数码相机拍摄容纳有黄色的车的风景的情况下，识别为黄色的光入射到图像传感器上的车的像的位置的像素，车的颜色为黄色。但是，不会分解该黄色的光来自怎样的发光体、吸收体、散射体的组合并测量各自的构成比率。例如，不会识别黄色光是合成红色光和绿色光而得的光还是纯粹的黄色光。即，在搭载于数码相机的HDR的情况下，虽然能够成为G≥2的状态，但由于不识别并分析多个测量对象，因此动态范围的扩大不会受到阻碍。
因此，在本公开中，提出在以DNA分析用毛细管电泳装置为首，使用单个或多个毛细管进行电泳，通过图像传感器或线传感器分别识别多种荧光体所发出的荧光、多种散射体所散射的散射光或多种吸收体所吸收的吸光并进行测量的分析方法和分析装置中，兼顾高灵敏度和高动态范围的方法。提出不是如专利文献2～专利文献5那样组合高灵敏度模式和低灵敏度模式的方法，而是以单一模式实现的方法。
用于解决课题的手段
具体而言，在本公开的多毛细管电泳装置中，将通过填充于毛细管的电泳分离介质的组成、样品的组成、激光束的波长以及强度、多色检测光学系统的构成、曝光时间、区间的设定、图像传感器的种类以及温度等的控制而测量的噪声的组成设定为预先决定的条件，使构成区间W(f)的像素数Bm(f)以及区间W(f)所包含的软合并的像素数Bs(f)分别收敛在预先确定的最佳范围内，由此能够兼顾高灵敏度和高动态范围。
根据本说明书的描述、附图，明确了与本公开相关联的进一步的特征。另外，本公开的方式通过要素、多种要素的组合以及以后的详细记述和附加的技术方案的方式来实现。本说明书的记述只不过是典型的例示，在任何意义上并不限定本公开的技术方案或应用例。
发明效果
根据本公开，在以DNA分析用毛细管电泳装置为首，使用单个或多个毛细管进行电泳，通过图像传感器或线传感器分别识别多种荧光体所发出的荧光、多种散射体所散射的散射光或多种吸收体所吸收的吸光并进行测量的分析方法及分析装置中，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。由此，能够在不进行浓度调整的情况下对广泛的浓度范围的样品进行分析。或者，能够对包含浓度大不相同的多个成分的样品进行分析。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而明确。
附图说明
图1是多毛细管电泳装置的结构图。
图2A是表示基于波长分散的多色检测光学系统的结构例的图。
图2B是由图像传感器拍摄的图像的示意图。
图3是波长分散像的放大图。
图4是表示波长分散像的放大图及其周边的像素结构的图。
图5是表示波长分散像的放大图周边的像素结构的图。
图6是表示波长分散像的放大图周边的区间结构的图。
图7是表示波长分散像的放大图周边的硬合并结构的图。
图8是表示波长分散像的放大图周边的其他硬合并结构的图。
图9是表示波长分散像的放大图周边的其他硬合并结构的图。
图10是表示波长分散像的放大图周边的其他硬合并结构的图。
图11A是表示硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图11B是表示硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图11C是表示硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图12A是表示软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图12B是表示软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图12C是表示软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图13A是表示软合并率与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图13B是表示软合并率与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图13C是表示软合并率与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图14A是表示其他条件下的硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图14B是表示其他条件下的硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图14C是表示其他条件下的硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图15A是表示其他条件下的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图15B是表示其他条件下的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图15C是表示其他条件下的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图16A是表示其他条件下的硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图16B是表示其他条件下的硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图16C是表示其他条件下的硬合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图17A是表示满足高灵敏度条件和高动态范围条件的散粒噪声比与软合并像素数的关系的图。
图17B是表示满足高灵敏度条件和高动态范围条件的散粒噪声比与软合并像素数的关系的图。
图17C是表示满足第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件的合并像素数与软合并率的关系的图。
图17D是表示满足第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件的合并像素数与软合并率的关系的图。
图17E是表示满足第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件的合并像素数与软合并率的关系的图。
图17F是表示满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件的合并像素数与软合并率的关系的图。
图17G是表示满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件的合并像素数与软合并率的关系的图。
图17H是表示满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件的合并像素数与软合并率的关系的图。
图18A是表示考虑了空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图18B是表示考虑了空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图18C是表示考虑了空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图18D是表示考虑了空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图18E是表示考虑了空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图18F是表示考虑了空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图19A是表示考虑了其他条件下的空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图19B是表示考虑了其他条件下的空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图19C是表示考虑了其他条件下的空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图19D是表示考虑了其他条件下的空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图19E是表示考虑了其他条件下的空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
图19F是表示考虑了其他条件下的空间串扰的软合并像素数与检测下限、检测上限、动态范围的关系的图。
具体实施方式
＜灵敏度和动态范围的分析＞
以上述DNA分析用毛细管电泳装置为例，对本公开的实施方式进行说明。在本装置中，关于各发光点的区间W(f)(f＝1、2、…、F)分别设计为以恒定的曝光时间测量波长分散像中的所希望的特定的波段的荧光(例如，区间W(1)被设计为测量500～510nm的波段的荧光，区间W(2)被设计为测量510～520nm的波段的荧光等)。在此，也可以在各波长分散像中存在不包含于任意的区间的区域(像素)。或者，根据后述的合并条件，也可以在多个区间中包含相同的区域(像素)。即，不同的多个区间也可以在图像传感器上相互重复。另一方面，根据多色检测光学系统的结构，能够使从各发光点发出的荧光的波长分散像或特定波段的荧光的波长分散像的尺寸及形状变化。例如，通过使第二照相机透镜的焦距比第一照相机透镜的焦距长(或者短)，能够扩大(或者缩小)各波长分散像(在两焦距相等时成为等倍成像)。另外，通过增大(或者减小)透射型衍射光栅的光栅频率，能够扩大(或者缩小)图像传感器上的波长分散距离。即，根据多色检测光学系统的结构，能够使从发光点发出的特定波段的荧光在图像传感器上的像的尺寸和形状变化。而且，通过使用1个像素的尺寸大(或者小)的图像传感器，能够增大(或者减小)波长分散像上的每1个像素的波长宽度。如上所述，通过控制多色检测光学系统的结构，能够使投影有区间W(f)的特定波段的荧光的像的图像传感器上的像素区域和像素数Bm(f)变化。这样的研究迄今为止没有进行，是本公开独自的研究。以下，为了简单，省略了区间W(f)以及像素数Bm(f)的(f)，但意义相同。
在本公开中，能够使用像素排列成二维状的任意的图像传感器。作为代表性的例子，可以使用CCD图像传感器或CMOS图像传感器。另外，无论以后说明的合并条件如何，都能够使用将根据照射到这些图像传感器的各像素的光量而蓄积的电荷量转换为数字信号的任意的AD转换。通常，如果使用的AD转换的位数小，则数字信号的分辨率或精度变得不充分，动态范围有可能变小。另一方面，若AD转换的位数大，则能够提高数字信号的分辨率或者精度，但AD转换所需的时间变长，因此难以进行高速分析。另外，若AD转换的位数变大，则存在图像传感器及控制板的功耗变高，而且它们的制造成本变高的问题。在本公开中，如以下说明的那样，提出通过使合并条件最优化来提高分析的灵敏度和动态范围的方法。这意味着通过最优化合并条件，能够提高数字信号的分辨率或者精度。因此，通过使用本方法，能够克服AD转换的位数较小导致的上述缺点，同时能够享受上述优点。作为用于各种分析的图像传感器的AD转换的位数，通常大多使用16位以上。与此相对，根据本公开，能够一边使用14位以下的AD转换，一边兼顾分析的灵敏度和动态范围。另外，能够一边使用12位以下的AD转换、以及10位以下的AD转换，一边兼顾分析的灵敏度和动态范围，进行高速分析，进而能够降低图像传感器以及控制板的功耗以及制造成本。
如上所述，对区间W的像素数Bm的信号进行累计的合并方法存在硬合并和软合并。在区间W的区域内，存在Bs个硬合并区域，将各个硬合并区域的像素数设为Bh。此时，软合并的像素数为Bs，Bm＝Bh×Bs成立。即，软合并的像素数Bs不限于表示区间W中的物理像素的数量，表示关于区间W从图像传感器输出的像素信息的数量(读出次数)。另外，1≤Bh≤Bm、1≤Bs≤Bm，Bh和Bs均为整数。这里，假定Bs个硬合并区域分别由相等的像素数Bh构成。通常，Bs个硬合并区域也可以由不同的像素数构成，在该情况下，将Bs个硬合并区域的像素数的平均值设为Bh。另外，在该情况下，像素数Bh不一定是整数。以下所示的数式等在该情况下也成立。但是，以下，只要没有特别说明，则假定Bs个硬合并区域分别由相等的像素数Bh构成的情况。
基于以上内容，进行噪声分析和灵敏度分析。以后，对于任意的一个区间W成立。使用了图像传感器的光测量中的噪声被分类为读出噪声、暗电流噪声、散粒噪声这3种。除此之外，在如毛细管电泳那样进行样品的分析的情况下，也存在来自样品的样品噪声，但在此忽略样品噪声。设想以恒定的曝光时间反复进行基于图像传感器的拍摄。将1个像素的读出噪声设为Nr，将1个像素的暗电流噪声设为Nd，将从发光点发光而在区间W中测量的背景光的散粒噪声设为Ns。在此，背景光是指从发光点发光而测量的光中减去作为测量对象的荧光而得到的光。以上的噪声不依赖于合并方法，因此即使变更合并方法也不变化。此时，在将区间W的像素数设为Bm、将区间W的硬合并的像素数设为Bh、将区间W的软合并的像素数设为Bs、设为Bm＝Bh×Bs时，在区间W中累计的信号强度X的综合噪声N由式(8)表示。
[数式8]
N2＝Bs×Nr 2+Bh×Bs×Nd 2+Ns 2 (8)
在Bm＝Bh＝Bs＝1时，即在区间W由单一像素构成时，综合噪声如众所周知的那样成为三种噪声的平方之和的平方根(root)。然而，当不是Bm＝Bh＝Bs＝1时，如式(8)所示，对各噪声分别乘以固有的系数。首先，每次从图像传感器读出一次数据时将读出噪声相加。因此，即使硬合并的像素数Bh为几个，也对每1处的硬合并区域将读出噪声相加。因此，在式(8)的Nr 2的项中，乘以相当于“硬合并区域的数量”＝“读出次数”的软合并的像素数Bs，但不乘以与读出次数无关的硬合并的像素数Bh。接着，不管是硬合并还是软合并，以合并的像素的数量将暗电流噪声相加。因此，在式(8)的Nd 2的项中，乘以Bh和Bs这两者。最后，散粒噪声是从发光点发出并内含于所测量的光中的噪声，因此不论是硬合并还是软合并，与合并无关。例如，在从发光点发出的特定波段的光入射到Bm＝Bh＝Bs＝1的1个像素的情况下和入射到Bm＝Bh×Bs＝10×10＝100的100个像素的情况下，合计的光量及内含的噪声也应该相同。因此，在式(8)的Ns 2的项中，均未乘以Bh和Bs。
另一个重要的点是，如上所述，与区间W的像素数Bm无关，在区间W内合计的特定的波段的光量恒定，即信号S恒定。在此，信号S表示从测量对象发光并以恒定的曝光时间测量的特定的波段的光量。如以上那样，将区间W的累计信号X的综合噪声N以及信号S与区间W的像素数Bm、其中的硬合并的像素数Bh以及软合并的像素数Bs的关系公式化是通过本公开而首次完成的。
这里，暗电流噪声比b由式(9)表示。
[数式9]
b＝Nd/Nr (9)
另外，散粒噪声比c由式(10)表示。
[数式10]
c＝Ns/Nr (10)
此时，式(8)由下式(11)表示。
[数式11]
N2＝(Bs+b2×Bh×Bs+c2)×Nr 2＝(Bs+b2×Bm+c2)×Nr 2 (11)
由式(8)及式(11)可知，在Bm＝Bh＝Bs＝1时，综合噪声最小，S/N最大，成为最高灵敏度。在区间W累计的信号强度X的S/N根据式(11)由下式(12)表示。
[数式12]
这里，如上所述，S表示在区间W内累计得到的恒定的光量。当然，这样将S/N公式化是通过本公开而首次完成的。在此，若将成为S/N＝3的光量S设为区间W的检测下限LLOD，则检测下限LLOD由下述式(13)表示。
[数式13]
接着，进行动态范围分析。若将图像传感器的每1像素的饱和光量设为M，则区间W的饱和光量成为Bs×M。即，饱和光量与读出次数、即软合并的像素数Bs成比例地增大，但与硬合并的像素数Bh无关。这是因为，无论硬合并的像素数如何，实施了硬合并的阶段的饱和光量为M。但是，根据图像传感器的种类，有时实施硬合并而读出的饱和光量设定为大于每1像素的饱和光量，该情况并不限于此。例如，有时水平移位寄存器或求和门(summing gate)的饱和电荷量被设定为比CCD的垂直移位寄存器的饱和电荷量大到k＝1～10倍左右。若将实施硬合并并读出时的饱和光量相对于每1像素的饱和光量的比率的最大值设为饱和光量比k(k≥1)，则在Bh＝1时，区间W的饱和光量成为Bs×M，在1＜Bh＜k时，区间W的饱和光量成为Bh×Bs×M，在k≤Bh时，区间W的饱和光量成为k×Bs×M。因此，对以上一般化，将区间W的饱和光量设为α×Bs×M。将α称为饱和光量系数。在此，在Bh＝1时α＝1，在1＜Bh＜k时α＝Bh，在k≤Bh时α＝k。但是，在饱和光量比为k＝1的情况下，不依赖于硬合并的像素数Bh，而α＝1。这些也适用于以后所示的包含α的所有数式。但是，通常k不是整数，因此也可以用最接近k的整数置换以上的k。区间W的检测上限ULOD与区间W的饱和光量相同，由下述式(14)表示。
[数式14]
ULOD＝Bs·α·M (14)
此时，动态范围DR由ULOD/LLOD表示，由式(15)表示。
[数式15]
同样地，在将图像传感器的AD转换的位数设为BN时，数字信号的分辨率提高为Bs×BN，伴随Bs，精度提高。
＜高灵敏度和高动态范围的条件＞
如上所述，在(Bm＝)Bh＝Bs＝1时灵敏度最高。然而，通常难以依赖于多色检测光学系统的结构而设为Bh＝Bs＝1。因此，与Bh＝Bs＝1的情况相比，重要的是不显著降低灵敏度。为了得到实用的灵敏度，需要得到在Bh＝Bs＝1时得到的S/N的1/3以上的S/N，将为此的条件作为第一高灵敏度条件。第一高灵敏度条件根据式(12)由式(16)表示。
[数式16]
Bs≤(9-Bm)·b2+8·c2+9 (16)
在此，在Bh＝1时，式(16)如式(17)那样表示。
[数式17]
另外，在Bs＝1时，式(16)如式(18)那样表示。
[数式18]
而且，为了得到更实用的灵敏度，需要得到在Bh＝Bs＝1时得到的S/N的2/3以上的S/N，将为此的条件设为第二高灵敏度条件。第二高灵敏度条件根据式(12)由式(19)表示。
[数式19]
/>
在此，在Bh＝1时，式(19)如式(20)那样表示。
[数式20]
另外，在Bs＝1时，式(19)如式(21)那样表示。
[数式21]
另一方面，通过对多色检测光学系统的结构、以及区间、硬合并以及软合并的设定下工夫，与Bh＝Bs＝1的情况相比，能够扩大动态范围DR。为了得到实用的动态范围DR，需要得到在Bh＝Bs＝1时得到的动态范围DR的3倍以上的动态范围DR，将为此的条件设为第一高动态范围条件。第一高动态范围条件根据式(15)，由式(22)表示。
[数式22]
在此，在Bh＝1时，式(22)如式(23)那样表示。另外，在Bs＝1时，式(22)无解。
[数式23]
而且，为了得到更实用的动态范围DR，需要得到在Bh＝Bs＝1时得到的动态范围DR的10倍以上的动态范围DR，将为此的条件设为第二高动态范围条件。第二高动态范围条件根据式(15)，由式(24)表示。
[数式24]
在此，在Bh＝1时，式(24)如式(25)那样表示。另外，在Bs＝1时，式(24)无解。
[数式25]
通过满足以上的高灵敏度条件中的任一个和高动态范围条件中的任一个这两者，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。例如，通过满足式(16)和式(22)，即，满足下式(26)，满足第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件。
[数式26]
或者，通过满足式(19)和式(24)，即，满足下式(27)，来满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。
[数式27]
当然，即使满足式(16)和式(24)双方，或者满足式(19)和式(22)双方，也能够得到效果。但是，根据暗电流噪声比b、散粒噪声比c以及像素数Bm的条件，有时不存在满足这两者的解。
在以上的式(16)～式(27)中，示出了用于得到高灵敏度或高动态范围的Bh及Bs的优选的范围，但与此同时，需要满足“1≤Bh≤Bm且Bh为整数”、“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”及“Bm＝Bh×Bs”。
接着，对Bh＝1的情况进行研究。式(8)如以下的式(28)那样变形。
[数式28]
N2＝Bs×(Nr 2+Nd 2)+Ns 2 (28)
在此，如式(29)那样定义1个像素的读出噪声和暗电流噪声的混合噪声Nx。
[数式29]
Nx 2＝Nr 2+Nd 2 (29)
另外，式(30)表示散粒噪声混合比a。
[数式30]
a＝Ns/Nx (30)
在此，a2如式(31)所示。
[数式31]
此时，式(28)如式(32)那样变形。
[数式32]
N2＝(Bs+a2)×Nx 2 (32)
因此，式(12)的S/N由式(33)表示。
[数式33]
另外，式(15)的动态范围DR用式(34)表示。
[数式34]
此时，式(17)的第一高灵敏度条件由式(35)表示。
[数式35]
Bs≤9+8·a2 (35)
另外，式(20)的第二高灵敏度条件由式(36)表示。
[数式36]
/>
另一方面，式(23)的第一高动态范围条件由式(37)表示。
[数式37]
另外，式(25)的第二高动态范围条件由式(38)表示。
[数式38]
＜区间的整合＞
以上，研究了针对从一个发光点发光的荧光的不同波段的荧光成分进行测量的F个区间W(f＝1，2，…，F)的每一个，得到高灵敏度和高动态范围的条件。各区间W(f)的信号强度X(f)(f＝1，2，…，F)是按照式(7)对构成区间W(f)的各个像素的信号强度进行累计而得到的。另外，得到的信号强度X(f)构成式(2)的X，通过式(6)的运算(颜色转换)，导出G种荧光体的浓度Z(g)(g＝1，2，…，G)。式(6)表示浓度Z(g)是信号强度X(1)、X(2)、…、X(F)的线性结合、即浓度Z(g)是信号强度X(1)、X(2)、…、X(F)的某种的累计。另外，在相对于荧光体D(g)的发光，信号强度X(1)、X(2)、…、X(F)中的多个信号强度表示相互接近的值的情况下，它们的信号强度由式(6)同等地累计。因此，与研究基于各个区间W(f)(或者各个像素)得到高灵敏度以及高动态范围的条件相比，研究基于组合了多个区间W(f)(或者多个像素)的整合区间WW得到高灵敏度以及高动态范围的条件是更适当的情况。在该情况下，有时也将整合区间WW简称为区间W。下面讨论用于将哪个区间W(f)(或哪个像素)组合到整合区间WW中的区间整合方法。另外，也可以将相同的区间W(f)分别组合到与不同的多个荧光体相关的整合区间WW中。
式(3)的矩阵Y的g列的要素Y(1)(g)、Y(2)(g)、…、Y(F)(g)分别表示荧光体D(g)的发光对各区间W(f)的信号强度X(1)、X(2)、…、X(F)有贡献的比率。这些要素按照式(5)以合计成为1的方式被标准化，但在此，以这些要素的最大值成为1的方式进行标准化。将此时的各要素表述为[Y(1)(g)]、[Y(2)(g)]、…、[Y(F)(g)]。
在第一区间整合方法中，在关于各荧光体D(g)设为[Y(f1)(g)]＝1时，仅将区间W(f1)组合到整合区间WW。这是沿用不导入目前为止的整合区间WW的方法的方法。但是，与此前不同，对于[Y(f0)(g)]≠1的任意的区间W(f0)，无需研究得到高灵敏度和高动态范围的条件。
在第二区间整合方法中，在关于各荧光体D(g)设为[Y(fj)(g)]≥0.9(j＝1，2，…，J)时，将区间W(fj)(j＝1，2，…，J)组合到整合区间WW中。同样地，对于[Y(f0)(g)]＜0.9的任意的区间W(f0)，无需研究得到高灵敏度及高动态范围的条件。
在第三区间整合方法中，在关于各荧光体D(g)设为[Y(fj)(g)]≥0.8(j＝1，2，…，J)时，将区间W(fj)(j＝1，2，…，J)组合到整合区间WW中。同样地，关于[Y(f0)(g)]＜0.8的任意的区间W(f0)，无需研究得到高灵敏度及高动态范围的条件。
在第四区间整合方法中，在关于各荧光体D(g)设为[Y(fj)(g)]≥0.5(j＝1，2，…，J)时，将区间W(fj)(j＝1、2、…、J)组合到整合区间WW。同样地，对于[Y(f0)(g)]＜0.5的任意的区间W(f0)，无需研究得到高灵敏度及高动态范围的条件。即，在第一区间整合方法～第四区间整合方法中，从对荧光体D(g)的发光的信号强度X(1)、X(2)、…、X(F)作出贡献的比率较高的区间W(f)起依次组合到整合区间WW中。
与此相对，在第五区间整合方法中，针对各荧光体D(g)，将所有的区间W(f)(f＝1，2，…，F)组合到整合区间WW中。即使采用以上的第一区间整合方法～第五区间整合方法中的任一方法，对于所采用的整合区间WW，为了兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件而导出的式(8)～式(38)也直接成立即可。即，将整合区间WW虚拟地视为一个区间，将构成整合区间WW的像素数设为Bm，将整合区间WW所包含的(多个)硬合并区域的像素数的平均值设为Bh，将整合区间WW的软合并的像素数设为Bs，设为Bm＝Bh×Bs，与此前同样地兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。以下，对第五区间整合方法进行上述说明。
关于各发光点P(e)(e＝1，2，…，E)的每一个，将区间W(f)(f＝1，2，…，F)的像素数设为Bm(f)，将区间W(f)的硬合并的像素数设为Bh(f)，将区间W(f)的软合并的像素数设为Bs(f)。与此前相同，Bm(f)＝Bh(f)×Bs(f)，1≤Bh(f)≤Bm(f)，1≤Bs(f)≤Bm(f)，Bh(f)和Bs(f)均为整数。若假设在整合了区间W(1)、W(2)、…、W(F)而得的整合区间WW中累计的信号强度XX，则将式(11)变形，用式(39)表示该综合噪声N。
[数式39]
在此，暗电流噪声比b、散粒噪声比c、读出噪声Nr分别是与此前相同的定义，是相同的值。若将在整合区间WW测量的光量的合计设为信号S，则将式(12)变形，整合区间WW中的S/N由式(40)表示。
[数式40]
另外，若将成为S/N＝3的光量S设为整合区间WW的检测下限LLOD，则将式(13)变形，由式(41)表示。
[数式41]
并且，将式(14)变形，区间WW的检测上限ULOD、即区间WW的饱和光量由式(42)表示。
[数式42]
在此，饱和光量系数α、每一像素的饱和光量M分别是与此前相同的定义，是相同的值。此时，动态范围DR由ULOD/LLOD表示，将式(15)变形，由式(43)表示。
[数式43]
在此，重新如以下那样定义式(44)～式(47)，从而式(8)～式(38)直接成立。实际上，如果使用式(44)～式(47)，则式(11)和式(39)、式(12)和式(40)、式(13)和式(41)、式(14)和式(42)、式(15)和式(43)分别成为相同的数式。这些仅为示例，其他数式也相同。即，在将多个区间W(f)(或者多个像素)的集合作为一个整合区间WW的情况下，整合区间WW满足高灵敏度条件以及高动态范围条件的各条件通过定义式(44)～式(47)，由式(8)～式(38)表示。
[数式44]
Bm(f)＝Bh(f)×Bs(f) (44)
[数式45]
[数式46]
[数式47]
关于第一区间整合方法～第四区间整合方法，也只是区间W(f)(f＝1、2、…、F)的累计范围变化，如果与其相应地变更式(44)～式(47)的累计范围，则式(8)～式(38)直接成立。
＜曝光时间的考虑＞
以上，对于以恒定的曝光时间反复进行基于图像传感器的荧光测量的情况，进行灵敏度和动态范围的分析，明确了用于兼顾高灵敏度和高动态范围的条件。在本研究中，通过进一步控制曝光时间，容易进一步兼顾高灵敏度和高动态范围，扩大优选条件的范围。通常，若缩短曝光时间，则能够在不使更强的发光强度饱和的情况下进行测量，因此能够增大区间W的检测上限ULOD。另一方面，若缩短曝光时间，则读取次数增加，因此噪声增大，区间W的检测下限LLOD也增大。或者，如果在缩短曝光时间的同时不增加读取次数，则测量的信号降低，因此检测下限LLOD仍然增大。即，如果缩短曝光时间，则灵敏度降低，根据情况，动态范围也有可能降低。因此，通过不是简单地缩短曝光时间，而是设定为最佳的曝光时间，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。
将目前为止作为前提的恒定的曝光时间设为标准曝光时间T。将标准曝光时间T等分割为分割数μ个的缩短曝光时间t。或者，将标准曝光时间T扩大为1/μ倍的延长曝光时间t。在此，假设来自图像传感器的数据读出时间为零，没有分割所产生的时间损失，则标准曝光时间T由式(48)表示。
[数式48]
T＝μ×t (48)
μ为正，但不一定必须为整数。μ≥1时，T≥t，因此t表示缩短曝光时间。在0＜μ＜1时，T＜t，因此t表示延长曝光时间。以后，即使μ≥1，即使0＜μ＜1也成立，但为了简单，将t称为缩短曝光时间。在μ≥1的情况下，通过用计算机对在缩短曝光时间t测量出的信号进行μ次累计，能够得到与在标准曝光时间T测量出的信号相等的信号。在此，将单位曝光时间中的1个像素的读出噪声设为nr，将1个像素的暗电流噪声设为nd，将从发光点发光而在区间W测量的背景光的散粒噪声设为ns。而且，单位曝光时间中的暗电流噪声比b0由式(49)表示。
[数式49]
b0＝nd/nr (49)
同样地，式(50)表示单位曝光时间的散粒噪声比c0。
[数式50]
c0＝ns/nr (50)
此时，缩短曝光时间t的1个像素的读出噪声成为nr，1个像素的暗电流噪声成为t×nd＝t×b0×nr，在区间W测量的全部发光的散粒噪声成为t0.5×ns＝t0.5×c0×nr，因此，将式(8)和式(11)变形，区间W的缩短曝光时间t的综合噪声n由式(51)表示。
[数式51]
n2＝Bs×nr 2+Bh×Bs×t2×nd 2+t×ns 2＝(Bs+t2×b0 2×Bm+t×c0 2)×nr 2 (51)
与此相对，标准曝光时间T中的1个像素的读出噪声成为Nr＝nr，1像素的暗电流噪声成为Nd＝T×nd，在区间W测量的全部发光的散粒噪声成为Ns＝T0.5×ns。此时，暗电流噪声比b由式(52)表示。
[数式52]
b＝Nd/Nr＝T×b0 (52)
另外，散粒噪声比c由式(53)表示。
[数式53]
因此，对于用计算机对关于区间W在缩短曝光时间t测量到的信号进行μ次累计而得到的相当于标准曝光时间T的信号的综合噪声N，将式(8)及式(11)变形，由式(54)表示。
[数式54]
由此，将式(12)变形，区间W的S/N由式(55)表示。
[数式55]
因此，将式(13)变形，区间W的检测下限LLOD由式(56)表示。
[数式56]
/>
另一方面，将式(14)变形，区间W的检测上限ULOD由式(57)表示。
[数式57]
ULOD＝μ·Bs·α·M (57)
因此，将式(15)变形，动态范围DR由式(58)表示。
[数式58]
基于以上内容，明确了通过控制曝光时间，兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件的条件。在此，将在标准曝光时间T中设为Bh＝Bs＝1的情况下的S/N及DR设为比较对象。关于第一高灵敏度条件，将式(16)变形，由式(59)表示。
[数式59]
另外，关于Bh＝1时的第一高灵敏度条件，将式(17)变形，由式(60)表示。
[数式60]
而且，关于Bs＝1时的第一高灵敏度条件，将式(18)变形，由式(61)表示。
[数式61]
关于第二高灵敏度条件，将式(19)变形，由式(62)表示。
[数式62]
另外，关于Bh＝1时的第二高灵敏度条件，将式(20)变形，由式(63)表示。
[数式63]
而且，关于Bs＝1时的第二高灵敏度条件，将式(21)变形，由式(64)表示。
[数式64]
另一方面，关于第一高动态范围条件，将式(22)变形，由式(65)表示。
[数式65]
另外，关于Bh＝1时的第一高动态范围条件，将式(23)变形，由式(66)表示。
[数式66]
将式(24)变形，第二高动态范围条件由式(67)表示。
[数式67]
与上述同样地，通过适当组合以上的式(59)～式(67)，导出用于兼顾高灵敏度和高动态范围的噪声条件和合并条件。
＜高动态范围条件的变形＞
以上，尽管研究了第一高动态范围条件和第二高动态范围条件，但是除了这些条件之外，规定动态范围的绝对值的方法在实际应用中是非常有效的。在目前市售的DNA分析用毛细管电泳装置中，动态范围DR为1000左右，应用范围受到限定。为了获得实用的动态范围并扩大应用范围，需要3000以上的动态范围DR，将为此的条件设为第三高动态范围条件。第三高动态范围条件由式(68)表示。
[数式68]
DR≥3000 (68)
例如，在以上所示的式(15)、式(34)、式(43)、式(58)以及以后所示的式(81)、式(85)中，在式(68)成立时，满足第三高动态范围条件。另外，为了得到更实用的动态范围DR，进一步扩大应用范围，需要10000以上的动态范围DR，将为此的条件设为第四高动态范围条件。第四高动态范围条件由式(69)表示。
[数式69]
DR≥10000 (69)
例如，在以上所示的式(15)、式(34)、式(43)、式(58)以及以后所示的式(81)、式(85)中，在式(69)成立时，满足第四高动态范围条件。
[实施例1]
图1是作为分析装置的一例的多毛细管电泳装置的结构图。多毛细管电泳装置被广泛用作进行DNA测序和DNA片段解析的分析装置。多毛细管电泳装置具备毛细管1、阴极4、阳极5、阴极侧缓冲液6、阳极侧缓冲液7、电源8、泵体(pump block)9、阀10、注射器11、激光光源12、多色检测光学系统15以及计算机100。计算机100控制多毛细管电泳装置的整体的动作。计算机100具备用户接口，能够设定后述的合并条件。另外，计算机100通过执行存储在未图示的存储器中的程序，分析由多色检测光学系统15检测出的荧光的时间序列数据，分析DNA测序的样品。
在本实施例中，使用E＝4根毛细管1，在各毛细管1中实施不同样品的DNA测序。各毛细管1的外径为360μm，内径为50μm。DNA测序的样品由G＝4种荧光体标记的DNA片段构成。
通过以下的(1)～(6)的工序，执行1次分析会话(session)。
(1)首先，将E＝4根毛细管1的样品注入端2浸渍于阴极侧缓冲液6，将样品溶出端3经由聚合物块(polymer block)9浸渍于阳极侧缓冲液7。
(2)接着，关闭泵体9的阀10，通过下压与泵体9连接的注射器11的活塞，对内部的聚合物溶液Ω1加压，将聚合物溶液Ω1从样品溶出端3向样品注入端2填充到各毛细管1的内部。
(3)接着，打开阀10，从样品注入端2向各毛细管1电场注入不同的样品后，通过电源8向阴极4与阳极5之间施加高电压，由此开始毛细管电泳。使由G＝4种荧光体标记的DNA片段从样品注入端2向样品溶出端3电泳。
(4)并行地，将各毛细管1的从样品注入端2电泳恒定距离的位置作为发光点14，将从激光光源12振荡出的输出5mW、波长505nm的激光束13一并照射至各发光点14。在此，将发光点14附近的各毛细管1的覆盖物预先除去，将发光点14附近的各毛细管1排列在同一平面上，将激光束13缩小至左右后，从上述的排列平面的侧方沿着排列平面导入。
(5)然后，使由G＝4种荧光体标记的DNA片段在各毛细管1的内部进行电泳，在通过发光点14时，通过激光束13的照射而激发标记的各荧光体，使荧光发光，即，使G＝4种荧光体从E＝4个发光点14进行荧光发光，伴随电泳，各自的荧光强度时刻变化。
(6)最后，通过多色检测光学系统15测量从各发光点14发出的荧光，通过计算机100对得到的时间序列数据进行分析，由此进行注入到各毛细管1的样品的DNA测序。在此，各发光点14的尺寸和形状由于各毛细管1的内径为50μm、激光束的直径为50μm，因此为50μm见方。多色检测光学系统15在图1中位于各发光点14的里侧。
图2A是表示多色检测光学系统15的结构例的图。图2A是从4根毛细管1的排列平面的侧方、即图1中激光光源12的方向描绘多色检测光学系统15的图。多色检测光学系统15具备第一照相机透镜16、长通滤光片17、透射型衍射光栅18、第二照相机透镜19以及图像传感器20。
利用焦距f1＝50mm的第一照相机透镜16对从发光点14发出的荧光22进行准直，利用长通滤光片17将激光波长505nm的光截止后，通过光栅频率N＝600根/mm的透射型衍射光栅18进行波长分散，利用焦距f2＝50mm的第二照相机透镜19在图像传感器20上以等倍进行成像。在本实施例中，作为图像传感器20，使用了像素尺寸24μm见方的CCD。图像传感器20的饱和光量比为k＝1。在此，波长分散的方向设为与各毛细管1的长轴平行的方向、即与各发光点14所排列的方向垂直的方向。但是，如图2A所示，多色检测光学系统15的光轴21向透射型衍射光栅18的一次衍射光的方向弯折。准直后的荧光22的不同的波长成分如分散荧光23、24、25那样被波长分散。
图2B是由图像传感器20拍摄到的图像26的示意图。图2B表示来自E＝4个发光点14的发光的波长分散像27。在图像传感器20上，来自各发光点14的荧光22的波长分散像27相互不混合而相互平行地排列。因此，能够独立地对来自各发光点14的荧光22进行分光测量。另外，以使图像传感器20的像素的二维格子状排列的一方的轴与波长分散方向平行、另一方的轴与发光点排列方向平行的方式配置图像传感器20。在图2B中，纵向为波长分散方向，横向为发光点排列方向。其结果，沿着各波长分散像27的像素排列的强度分布赋予了荧光22的荧光光谱。以下，对同时测量的多个波长分散像27中的一个波长分散像27的分析方法进行说明，但对其他波长分散像27也适用同样的分析方法。
通常，波长λ(nm)的分散角θ使用光栅频率N(1/mm)由式(70)表示。
[数式70]
θ＝sin-1(N·λ·10-6) (70)
每1nm波长的分散角由式(71)给出。
[数式71]
此时，图像传感器20上的每1nm波长的分散距离(mm)根据式(70)及式(71)，由式(72)给出。
[数式72]
在本实施例中，若在式(72)中设为N＝600根/mm，f2＝50mm，则λ＝600nm的光的每1nm的图像传感器20上的分散距离为0.032mm、即32μm。图像传感器20的像素尺寸为24μm，因此得到了0.75nm/像素的波长分辨率。
将波长分散像27的520～700nm的180nm宽度的波长区域作为测量对象，将该波长区域等间隔地分成20个9nm宽度的波段，分别设定为F＝20个的区间W(f)(f＝1，2，…，20)。波长分辨率为0.75nm/像素，因此9nm宽度的波段的光被波长分散方向的12个像素接收。另外，50μm见方的发光点14等倍成像，像素尺寸为24μm见方，因此9nm宽度的波段的光被发光点排列方向的3个像素接收。因此，作为合并条件，将各区间W(f)设为在波长分散方向上12个像素、发光点排列方向的3个像素的区域，将构成各区间W(f)的像素数设为Bm＝12×3＝36个。另外，在各区间W(f)中，将硬合并的像素数设为Bh＝36个，将软合并的像素数设为Bs＝1个。本实施例中使用的图像传感器的像素尺寸为24μm见方，因此上述的区间W(f)的图像传感器上的尺寸为0.288mm×0.072mm。
图3表示图2B的图像26中的一个波长分散像27的上端部分的放大图。以后的图4～图10用同一标尺表示与图3相同的区域。都仅示出了图像传感器20取得的图像26的仅仅一部分。图4表示该区域的像素28的结构。图5是在图4中将波长分散像27设为非显示的图。在横向上描绘了5个像素，在纵向上描绘了35个像素的合计175个像素28。图6是对于图5用粗线追加了区间W(f)的区域的图，示出了区间W(1)、区间W(2)以及区间W(3)的一部分。根据上述的合并条件，各区间W(f)由在发光点排列方向(横向)上3个像素、波长分散方向(纵向)上12个像素的Bm＝12×3＝36个像素28构成。图7是按照上述的合并条件对图6以灰色以及斜线追记了硬合并区域7-1的图。各区间W(f)由软合并的像素数Bs＝1个的、由Bh＝36个像素28构成的硬合并区域7-1构成。
另一方面，图8～图10分别表示与上述的合并条件不同的合并条件。在图8中，各区间W(f)由软合并的像素数Bs＝12个的、由Bh＝3个像素28构成的硬合并区域8-1～8-12构成。在图9中，各区间W(f)由软合并的像素数Bs＝36个的、由Bh＝1个像素28构成的硬合并区域9-1～9-36构成。在图8以及9中，构成各区间W(f)的多个硬合并区域各自的像素数Bh是固定的(在图8中，Bh＝3，在图9中Bh＝1)，如图10的例子所示，不一定必须是固定的。在图10中，各区间W(f)由软合并的像素数Bs＝8个的、由Bh＝4个、5个、6个、5个、4个、6个、5个以及1个像素28构成的硬合并区域10-1～10-8构成。在这样的情况下，将构成多个硬合并区域的像素数的平均值设为Bh。在图10的情况下，设为Bh＝(4+5+6+5+4+6+5+1)/8＝36/8＝4.5。
图7～图10表示关于Bm＝36的区间W(f)的4种合并条件，但它们不过是一例，也能够设定为其他各种合并条件。另外，构成区间W(f)的像素28的数量也不限定于Bm＝36，能够设定为任意的值。
以上那样的合并条件的设定通过软件或固件来进行，因此能够调查现状的合并条件。但是，在假设该设定值不明的情况下，也能够调查现状的合并条件。例如，假设仅能够参照作为区间W(f)的信号强度的X(f)的情况、或者仅能够参照荧光体D(g)的浓度Z(g)的情况。通过使光入射到各个像素，并且使入射的光强度变化，能够调查信号强度X(f)或浓度Z(g)对各像素的入射光量的响应。作为使光入射到各个像素的手段，有使激光束变细而入射到图像传感器的方法、从非常小的发光点发出单一波长的光并在图像传感器上成像的方法等。由此，能够将各像素分类为各区间W(f)，能够确定各区间W(f)的像素数Bm。另外，根据使光入射的像素的数量增加为2个像素、3个像素时的信号强度X(f)或浓度Z(g)的响应，能够确定各区间W(f)的硬合并的像素数Bh、软合并的像素数Bs。当然，也可以通过其他手段来调查合并条件。根据以上的结果，能够判定现状的合并条件在兼顾高灵敏度和高动态范围方面是否适当，根据需要变更为适当的合并条件。
以曝光时间100ms、采样间隔150ms反复进行基于图像传感器20的拍摄。在各时刻求出在区间W(f)累计的信号强度X(f)(f＝1，2，…，20)，由此针对各时刻求出了式(2)所示的20行1列的矩阵X。另外，预先求出式(3)所示的20行4列的矩阵Y。然后，通过式(6)，针对各时刻求出式(4)所示的4行1列的矩阵Z。即，求出了G＝4种荧光体的浓度Z(g)(c＝1、2、3、4)的时间变化。通过解析得到的时间序列数据，进行注入到各毛细管1的样品的DNA测序。
进行以上的测量条件和图7所示的Bm＝36、Bh＝36、Bs＝1的合并条件下的图像传感器的噪声分析。噪声组成在各区间W(f)中没有差异。在光完全不入射到图像传感器的状态下，即在式(8)中Ns＝0计数的条件下进行与上述同样的测量，求出信号强度X(f)的时间序列数据的标准偏差。在本申请中使用的“计数(count)”是图像传感器进行数字输出的信号强度的单位。
另外，使曝光时间在0ms～1000ms的范围内阶段性地变化，同样地求出标准偏差。绘制相对于曝光时间的标准偏差，求出近似曲线，结果纵轴截距为1.5计数。此时，每个W(f)的读出噪声成为上述近似曲线的纵轴截距、即曝光时间0ms时的标准偏差。另一方面，每个区间W(f)的读出噪声通过式(8)的右边第一项Bs×Nr 2的平方根给出。因此，在本条件下，由于Bs＝1，因此求出1个像素的读出噪声为Nr＝1.5计数。
接着，求出曝光时间100ms时的上述近似曲线的值为1.55计数。此时，式(8)的左边为N2＝1.552，右边的第一项成为Bs×Nr 2＝1.52，右边的第三项成为Ns 2＝0，因此，给出每个区间W(f)的暗电流噪声的右边第二项成为Bh×Bs×Nd 2＝1.552-1.52＝0.392。在本条件下，由于Bh＝36、Bs＝1，因此求出1个像素的暗电流噪声为Nd＝0.065计数。
最后，使光入射到图像传感器，求出电泳分析时的背景光的标准偏差、即综合噪声为N＝1.6计数。此时，式(8)的左边为N2＝1.62，右边的第一项成为Bs×Nr 2＝1.52，右边的第二项成为Bh×Bs×Nd 2＝0.392，因此，给出每个区间W(f)的散粒噪声的右边的第三项成为Ns 2＝1.62-1.52-0.392＝0.402。即，求出从发光点发出并在区间W(f)测量的背景光的散粒噪声为Ns＝0.40计数。根据以上，求出式(9)的暗电流噪声比为b＝0.043，求出式(10)的散粒噪声比为c＝0.27。
关于以上，调查了灵敏度和动态范围的性能。若将b＝0.043、c＝0.27代入式(18)及“1≤Bh≤Bm”，则成为Bh≤36，因此本条件(Bh＝36，Bs＝1)满足第一高灵敏度条件。另外，若将b＝0.043、c＝0.27代入式(21)以及“1≤Bh≤Bm”，则成为Bh≤36，因此本条件(Bh＝36，Bs＝1)也满足第二高灵敏度条件。另一方面，由于Bs＝1，因此本条件第一高动态范围条件和第二高动态范围条件均不满足。即，明确了在本条件下，无法兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。以上，图像传感器20的饱和光量比为k＝1，因此设α＝1。
以上，使用使曝光时间变化的手段导出表示噪声组成的Nr、b及c，但即使在无法使曝光时间变化的情况下也能够求出噪声组成。可知各区间W(f)的散粒噪声与入射到区间W(f)的光量的平方根成比例。因此，能够通过改变入射光量来控制散粒噪声。因此，如果相对于散粒噪声比的平方c2绘制区间W(f)的信号强度X(f)的综合噪声的平方N2，则通过式(11)，得到斜率为Nr 2、纵轴截距为(Bs+b2×Bm)的直线，能够导出Nr和暗电流噪声比b。另外，能够根据实际的测量条件下的综合噪声N和上述直线导出实际的测量条件下的散粒噪声比c。
＜各条件的变更＞
因此，研究了通过合并条件的变更，具体而言，通过在固定多色检测光学系统的设定及Bm＝36的同时使硬合并的像素数Bh与软合并的像素数Bs变化，能否兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。若将Bm＝36、b＝0.043、c＝0.27代入式(16)及“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”，则成为Bs≤9。另外，若将Bm＝36、b＝0.043、c＝0.27代入式(22)及“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”，则成为Bs≥9。因此，通过设为Bh＝4、Bs＝9的条件，满足式(26)，满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件。另一方面，若将Bm＝36、b＝0.043、c＝0.27代入式(19)及“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”，则成为Bs≤2。另外，若将Bm＝36、b＝0.043、c＝0.27代入式(24)及“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”，则无解。因此，不满足式(27)，不满足第二高灵敏度条件及第二高动态范围条件。
接着，进行测量条件的变更。将填充于毛细管1的分离介质从聚合物溶液Ω1变更为聚合物溶液Ω2，使激光束的输出从5mW增大至20mW。在该条件下进行与上述同样的噪声分析，结果噪声组成变化。另外，噪声组成根据区间W(f)而不同。区间W(20)的综合噪声为最小的N＝4计数，区间W(10)的综合噪声为最大的N＝16计数。在任一情况下，1个像素的读出噪声为Nr＝1.5计数，1个像素的暗电流噪声为Nd＝0.065计数而不变化。根据以上可知，从发光点发光而在区间W(f)中测量的背景光的散粒噪声在区间W(20)中Ns＝3.7计数，在区间W(10)中上升到Ns＝16计数。即，在各区间W(f)中，Nr和Nd固定，但Ns在3.7～16计数的范围内变化。其结果，式(9)的暗电流噪声比为b＝0.043，式(10)的散粒噪声比在c＝2.5～10.7的范围内变化。
若将它们代入式(18)以及“1≤Bh≤Bm”，则相对于c＝2.5～10.7的任意的散粒噪声比c成为Bh≤36，因此本条件(Bh＝36，Bs＝1)满足第一高灵敏度条件。另外，若将它们代入式(21)以及“1≤Bh≤Bm”，则相对于c＝2.5～10.7的任意的散粒噪声比c成为Bh≤36，因此本条件(Bh＝36，Bs＝1)也满足第二高灵敏度条件。另一方面，由于Bs＝1，因此本条件不满足第一高动态范围条件和第二高动态范围条件的任一个。即，明确了在本条件下，无法兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。以上，图像传感器20的饱和光量比为k＝1，因此设α＝1。另一方面，图像传感器的每1像素的饱和光量为M＝65000。在c＝2.5时，根据式(15)，DR＝5340。因此，根据式(68)和式(69)可知，本条件满足第三高动态范围条件，但不满足第四高动态范围条件。与此相对，在c＝10.7时，根据式(15)，DR＝1344。因此，根据式(68)和式(69)可知，本条件均不满足第三高动态范围条件和第四高动态范围条件。
接着，与上述同样地，研究了通过固定多色检测光学系统的设定以及Bm＝Bh×Bs＝36的同时，使硬合并的像素数Bh和软合并的像素数Bs变化，能否兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。在此，硬合并的像素数Bh为整数。首先，将散粒噪声比设为c＝2.5。若将Bm＝36、b＝0.043代入式(16)及式(19)，则在“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”的条件下，分别成为Bs≤36及Bs≤10。另外，若将Bm＝36、b＝0.043代入式(22)及式(24)，则在“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”的条件下分别成为Bs≥4及Bs≥19。
以上总结如下。在(Bh，Bs)为(36，1)、(18，2)或(12，3)的情况下，满足第二高灵敏度条件。在(Bh，Bs)为(9，4)、(6，6)或(4，9)的情况下，满足第二高灵敏度条件和第一高动态范围条件。在(Bh，Bs)为(3，12)或(2，18)的情况下，满足第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件。并且，在(Bh，Bs)为(1，36)的情况下，满足第一高灵敏度条件和第二高动态范围条件。因此，不存在满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件的解。另一方面，根据式(15)、式(68)及式(69)可知，在(Bh，Bs)为(18，2)、(12，3)、(9，4)、(6，6)、(4，9)、(3，12)、(2，18)及(1，36)的任一情况下，均满足第三高动态范围条件及第四高动态范围条件这两者。
接着，将散粒噪声比设为c＝10.7。若将Bm＝36、b＝0.043代入式(16)及式(19)，则在“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”的条件下，均成为Bs≤36。另外，若将Bm＝36、b＝0.043代入式(22)及式(24)，则在“1≤Bs≤Bm且Bs为整数”的条件下，分别成为Bs≥3及Bs≥11。以上总结如下。在(Bh，Bs)为(36，1)或(18，2)的情况下，满足第二高灵敏度条件。在(Bh，Bs)为(12，3)、(9，4)、(6，6)或(4，9)的情况下，满足第二高灵敏度条件及第一高动态范围条件。在(Bh，Bs)为(3，12)、(2，18)或(1，36)的情况下，满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。以上，图像传感器20的饱和光量比为k＝1，因此设α＝1。另外，图7表示(Bh，Bs)为(36，1)的情况，图8表示(Bh，Bs)为(3，12)的情况，图9表示(Bh，Bs)为(1，36)的情况。如上所述，有时存在多个高灵敏度条件及高动态范围条件分别以相同水准满足的解。在这样的情况下，若从多个解中选择硬合并的像素数Bh大的解，则在能够提高来自图像传感器的数据读出速度方面是有利的。另一方面，根据式(15)、式(68)及式(69)可知，在(Bh，Bs)为(12，3)、(9，4)及(6，6)的任一情况下，均满足第三高动态范围条件，但不满足第四高动态范围条件。另外，可知在(Bh，Bs)为(4，9)、(3，12)、(2，18)及(1，36)的任一情况下，均满足第三高动态范围条件及第四高动态范围条件这两者。
如上所述，明确了通过对合并条件下工夫，能够兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。但是，根据以暗电流噪声比b、散粒噪声比c为代表的噪声的组成，满足高灵敏度条件以及高动态范围条件的合并条件发生变化。根据噪声组成，有时合并条件变宽，有时也不存在成为解的合并条件。
＜饱和光量比的变更＞
接着，对于从饱和光量比为k＝1的图像传感器20更换为k＝3的图像传感器20的情况，同样地调查了灵敏度和动态范围的性能。在此，硬合并的像素数Bh为正整数，在Bh＝1时α＝1，在Bh＝2时α＝2，在Bh≥3时α＝3。以下，设1≤Bs≤Bm且Bs为整数。
首先，对Bm＝36、b＝0.043、c＝0.27的情况进行了研究。在式(16)及式(19)中不包含α，因此高灵敏度条件与k＝1的情况没有变化。即，通过设为Bs≤9，满足第一高灵敏度条件，通过设为Bs≤2，满足第二高灵敏度条件。与此相对，在式(22)及式(24)中包含α，因此高动态范围条件从k＝1的情况变化。在Bh＝1的情况下，α＝1，根据式(22)，成为Bs≥9。在Bh＝2的情况下，α＝2，根据式(22)，成为Bs≥3。在Bh≥3的情况下，α＝3，根据式(22)，成为Bs≥1。因此，(Bh，Bs)为(1，36)、(2，18)、(3，12)、(4，9)、(6，6)、(9，4)、(12，3)、(18，2)及(36，1)的所有组合成为第一高动态范围条件的解。
另一方面，在Bh＝1的情况下，α＝1，根据式(24)，成为Bs≥36。在Bh＝2的情况下，α＝2，根据式(24)，成为Bs≥24。在Bh≥3的情况下，α＝3，根据式(24)，成为Bs≥11。因此，(Bh，Bs)为(1，36)及(3，12)的组合成为第二高动态范围条件的解。根据以上内容，通过将(Bh，Bs)设为(4，9)、(6，6)、(9，4)、(12，3)、(18，2)及(36，1)中的任一个，满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件。另外，发现不存在同时满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件的合并条件。
接着，对Bm＝36、b＝0.043、c＝2.5的情况进行了研究。在式(16)及式(19)中不包含α，因此高灵敏度条件与k＝1的情况没有变化。即，通过设为Bs≤6，满足第一高灵敏度条件，通过设为Bs≤10，满足第二高灵敏度条件。与此相对，在式(22)及式(24)中包含α，因此高动态范围条件从k＝1的情况变化。在Bh＝1的情况下，α＝1，根据式(22)，成为Bs≥4。在Bh＝2的情况下，α＝2，根据式(22)，成为Bs≥2。在Bh≥3的情况下，α＝3，根据式(22)，成为Bs≥1。因此，(Bh，Bs)为(1，36)、(2，18)、(3，12)、(4，9)、(6，6)、(9，4)、(12，3)、(18，2)及(36，1)的所有组合成为第一高动态范围条件的解。
另一方面，在Bh＝1的情况下，α＝1，根据式(24)，成为Bs≥18。在Bh＝2的情况下，α＝2，根据式(24)，成为Bs≥7。在Bh≥3的情况下，α＝3，根据式(24)，成为Bs≥4。因此，(Bh，Bs)为(1，36)，(2，18)，(3，12)，(4，9)，(6，6)，(9，4)的组合成为第二高动态范围条件的解。根据以上内容，通过将(Bh，Bs)设为(1，36)、(2，18)、(3，12)、(4，9)、(6，6)、(9，4)、(12，3)、(18，2)及(36，1)中的任一个，满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件。另外，通过将(Bh，Bs)设为(4，9)、(6，6)、(9，4)中的任一个，满足第二高灵敏度条件及第二高动态范围条件。
最后，对Bm＝36、b＝0.043、c＝10.7的情况进行了研究。在式(16)及式(19)中不包含α，因此高灵敏度条件与k＝1的情况没有变化。即，通过设为Bs≤36，第一高灵敏度条件和第二高灵敏度条件均被满足。与此相对，在式(22)及式(24)中包含α，因此高动态范围条件从k＝1的情况变化。在Bh＝1的情况下，α＝1，根据式(22)，成为Bs≥3。在Bh＝2的情况下，α＝2，根据式(22)，成为Bs≥2。在Bh≥3的情况下，α＝3，根据式(22)，成为Bs≥1。因此，(Bh，Bs)为(1，36)、(2，18)、(3，12)、(4，9)、(6，6)、(9，4)、(12，3)、(18，2)及(36，1)的所有组合成为第一高动态范围条件的解。
另一方面，在Bh＝1的情况下，α＝1，根据式(24)，成为Bs≥11。在Bh＝2的情况下，α＝2，根据式(24)，成为Bs≥6。在Bh≥3的情况下，α＝3，根据式(24)，成为Bs≥4。因此，(Bh，Bs)为(1，36)，(2，18)，(3，12)，(4，9)，(6，6)和(9，4)的组合成为第二高动态范围条件的解。根据以上内容，通过将(Bh，Bs)设为(1，36)、(2，18)、(3，12)、(4，9)、(6，6)、(9，4)、(12，3)、(18，2)及(36，1)中的任一个，满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件。另外，通过将(Bh，Bs)设为(1，36)、(2，18)、(3，12)、(4，9)、(6，6)及(9，4)中的任一个，满足第二高灵敏度条件及第二高动态范围条件。如上所述，可知通过将饱和光量比从k＝1变更为k＝3，兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件的合并条件的范围扩大，更容易得到效果。
在本实施例中，发现了兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件的噪声条件和合并条件。然而，在与动态范围相比更重视灵敏度的情况下，有时也最好将作为原来的条件的(Bh，Bs)返回到(36，1)。因此，在相同的多毛细管电泳装置中，根据用途分开使用与高动态范围相比更重视高灵敏度的模式以及兼顾高灵敏度和高动态范围的模式，即能够从多个合并条件中选择适当的合并条件是有效的。用户可以使用用户界面从多个合并条件中选择期望的合并条件。或者，即使用户不是有意识地选择合并条件，软件能够从多个合并条件中选择适当的合并条件也是有效的。
＜图像传感器的变更＞
这次，在由上述的＜基本条件＞确定的条件下，将图像传感器从CCD变更为像素尺寸为3.63μm见方的CMOS。CCD的AD转换为BN＝16位，相对于此，CMOS的AD转换为BN＝12位。在此，由于未改变多色检测光学系统的设定，因此，区间W(1)～W(20)分别作为测量对象的波段的光的像在图像传感器上的尺寸保持为0.288mm×0.072mm。因此，为了各区间W(f)分别将相同波段的光设为测量对象，将构成各区间W(f)的像素数设为Bm＝79×20＝1580个。即，与之前相比，将区间W(f)的像素数增加到40倍以上。另外，由于CMOS无法执行硬合并，因此在各区间W(f)中，将硬合并的像素数设为Bh＝1个，将软合并的像素数设为Bs＝1580个。另外，由于饱和光量比为k＝1，因此设α＝1。CMOS的AD转换不过是BN＝12位，但由于Bs＝1580，所以数字信号的分辨率成为Bs×BN＝1580×12位＝23位，实质上得到远远超过16位的分辨率。
在上述条件下进行噪声分析的结果，1个像素的读出噪声为Nr＝1.06计数，暗电流噪声比为b＝0.21，散粒噪声比为c＝10。此时，满足第一高灵敏度条件的合并条件根据式(17)，成为Bs≤775。另外，满足第二高灵敏度条件的合并条件根据式(20)，是Bs≤121。另一方面，满足第一高动态范围条件的合并条件根据式(23)，是Bs≥3。而且，满足第二高动态范围条件的合并条件根据式(25)，是Bs≥11。由上可知，上述的Bm＝Bs＝1580的条件均满足第一高动态范围条件及第二高动态范围条件，但均不满足第一高灵敏度条件及第二高灵敏度条件。
因此，与上述的＜各条件的变更＞同样地，不变更多色检测光学系统的设定而进行了测量条件的变更。其结果，进行了噪声分析，结果1个像素的读出噪声为Nr＝1.06计数，暗电流噪声比b＝0.21，没有变化，但散粒噪声比增大到c＝24～52。在此，c＝24在区间W(20)得到，c＝52在区间W(10)得到。
首先，在散粒噪声比为c＝24时，满足第一高灵敏度条件的合并条件根据式(17)，是Bs≤4422。另外，满足第二高灵敏度条件的合并条件根据式(20)，是Bs≤652。另一方面，满足第一高动态范围条件的合并条件根据式(23)，是Bs≥3。而且，满足第二高动态范围条件的合并条件根据式(25)，是Bs≥11。由上可知，上述的Bm＝Bs＝1580的条件均满足第一高动态范围条件及第二高动态范围条件，也满足第一高灵敏度条件，但不满足第二高灵敏度条件。
接着，在散粒噪声比为c＝52时，满足第一高灵敏度条件的合并条件根据式(17)，是Bs≤21571。另外，满足第二高灵敏度条件的合并条件根据式(20)，是Bs≤3312。另一方面，满足第一高动态范围条件的合并条件根据式(23)，是Bs≥3。而且，满足第二高动态范围条件的合并条件根据式(25)，是Bs≥10。由上可知，上述的Bm＝Bs＝1580的条件满足第一高灵敏度条件、第二高灵敏度条件、第一高动态范围条件及第二高动态范围条件的全部。
如上所述，可知通过将噪声组成设为适当的条件，能够在使用相同的合并条件的同时，兼顾高灵敏度和高动态范围。即，可知根据噪声条件，既有能够兼顾高灵敏度和高动态范围的情况，相反有时也无法兼顾高灵敏度和高动态范围。
＜多色检测光学系统的结构的变更＞
研究了通过变更＜基本条件＞所记载的多色检测光学系统的结构来兼顾高灵敏度和高动态范围。图像传感器是像素尺寸为3.63μm见方的CMOS。另外，由于饱和光量比为k＝1，因此设α＝1。首先，将多色检测光学系统中使用的透射型衍射光栅的光栅频率从N＝600根/mm变更为N＝200根/mm。此时，根据式(72)，图像传感器上的每1nm的分散距离为10μm，因此，区间W(1)～W(20)设为测量对象的9nm宽度的波段的光的像的尺寸为0.10mm×0.072mm。即，将各区间W(f)在波长分散方向设为25个像素，在发光点排列方法设为20个像素，Bm＝25×20＝500。另外，将硬合并的像素数设为Bh＝1，将软合并的像素数设为Bs＝500。在不从＜基本条件＞变更测量条件的情况下，1个像素的读出噪声为Nr＝1.06计数，暗电流噪声比为b＝0.21，散粒噪声比为c＝10。即，第一高灵敏度条件为Bs≤775，第二高灵敏度条件为Bs≤121，第一高动态范围条件为Bs≥3，第二高动态范围条件为Bs≥11。因此，Bh＝1、Bs＝500的合并条件满足第一高灵敏度条件、第一高动态范围条件和第二高动态范围条件。如上所述，通过在相同的测量条件下变更多色检测光学系统的结构，能够兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。
接着，研究了通过对上述多色检测光学系统的结构的变更进一步施加变更来更适当地兼顾高灵敏度和高动态范围。具体而言，除了将多色检测光学系统中使用的透射型衍射光栅的光栅频率从N＝600根/mm变更为N＝200根/mm以外，还将第二照相机透镜的焦距从f2＝50mm变更为f2＝25mm。此时，来自发光点的发光的波长分散像成为1/2倍的缩小成像。因此，根据式(72)，图像传感器上的每1nm的分散距离为5μm，不进行波长分散的情况下的50μm见方的发光点的成像尺寸为25μm见方。由此，区间W(1)～W(20)设为测量对象的9nm宽度的波段的光的像的尺寸为0.045mm×0.025mm。即，将各区间W(f)在波长分散方向设为12个像素，在发光点排列方法设为7个像素，Bm＝12×7＝84。另外，将硬合并的像素数设为Bh＝1，将软合并的像素数设为Bs＝84。此时，在不从＜基本条件＞变更测量条件的情况下，若1个像素的读出噪声为Nr＝1.06计数、暗电流噪声比为b＝0.21、散粒噪声比为c＝10，则满足第一高灵敏度条件、第二高灵敏度条件、第一高动态范围条件及第二高动态范围条件的全部。由上可知，通过在相同的测量条件下变更多色检测光学系统的结构，能够兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件，能够扩大能够兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件的范围。
[实施例2]
在本实施例中，通过将实施例1的研究内容一般化，系统地明确兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件的条件。在实施例1中，主要(除了实施例1的＜多色检测光学系统的结构的变更＞)研究了一边固定区间W的像素数Bm一边使硬合并的像素数Bh和软合并的像素数Bs变化。与此相对，在本实施例中，研究不仅改变硬合并的像素数Bh和软合并的像素数Bs，还改变像素数Bm。在此，Bm的变化通过控制多色检测光学系统的结构，使投影有区间W成为对象的特定波段的荧光的像的图像传感器上的像素区域变化来进行。
另外，在实施例1中，通过变更测量条件，不仅使噪声的组成变化，还使1个像素的综合噪声的大小也变化。与此相对，在本实施例中，为了避免1个像素的综合噪声的大小的变化的影响，通过测量条件的变更，一边将1个像素的综合噪声的大小保持为恒定，一边变更噪声的组成。在本实施例的研究中，使用了式(11)、式(13)、式(14)及式(15)。但是，由于图像传感器的饱和光量比为k＝1，因此设α＝1。另外，在式(11)中设Bh＝Bs＝1的情况下的综合噪声在N＝1计数时恒定。而且，将图像传感器的每1像素的饱和光量设为M＝10000计数。以下，省略作为噪声及光量的单位的计数。
图11A～11C用虚线表示在Bs＝1的条件下求出针对硬合并的像素数Bh的变化的检测下限LLOD、检测上限ULOD以及动态范围DR的结果。在此，检测下限LLOD用三角标记表示，检测上限ULOD用方形标记表示，DR用圆形标记表示。另外，在图11A中设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图11B中设定为b＝0.1、c＝0的噪声组成，在图11C中设定为b＝1、c＝0的噪声组成。在各个图表的右侧用表示出了满足第一高灵敏度条件、第二高灵敏度条件、第一高动态范围条件(表述为“第一高DR条件”)和第二高动态范围条件(表述为“第二高DR条件”)的合并条件。在此，第一高灵敏度条件由式(18)求出，第二高灵敏度条件由式(21)求出。另外，在不存在解时表述为“-”。
首先，在图11A的b＝0、c＝0的情况下，检测下限LLOD、检测上限ULOD以及它们的比即动态范围DR均不依赖于硬合并的像素数Bh而恒定，即成为与Bh＝1的情况相同的检测下限LLOD＝3、检测上限ULOD＝10000以及动态范围DR＝3333。b＝0、c＝0意味着综合噪声仅由读出噪声构成，因此即使硬合并的像素数Bh增加，综合噪声也不会变化，检测下限LLOD不变化。因此，对于任意的硬合并的像素数Bh，满足第一高灵敏度条件和第二高灵敏度条件。在图11A中，根据图表的标尺，将满足两个条件的合并条件表述为Bh≤105。另外，即使硬合并的像素数Bh增加，由于硬合并后的饱和光量仍为M＝10000，因此检测上限ULOD也没有变化。因此，不存在满足高动态范围条件的合并条件的解。
接着，在图11B的b＝0.1、c＝0的情况下，随着硬合并的像素数Bh增加，暗电流噪声增加，因此综合噪声增加，检测下限LLOD也增加。但是，Bh＝1时的检测下限LLOD、检测上限ULOD以及动态范围DR分别与图11A的值相同。其结果，如表所示，根据式(18)通过设为Bh≤809而满足第一高灵敏度条件，根据式(21)通过设为Bh≤127而满足第二高灵敏度条件。
另外，在图11C的b＝1、c＝0的情况下，检测下限LLOD相对于硬合并的像素数Bh的增加率进一步上升，大致按照斜率1/2的直线而增加。关于这点能够如下那样进行说明。由式(13)可知，若c＝0，暗电流噪声比b充分变大，则检测下限LLOD与硬合并的像素数Bh的平方根成比例地增加。此时，图11是双对数图表，因此，硬合并的像素数Bh与检测下限LLOD成为斜率1/2的直线关系。其结果，如表所示，根据式(18)通过设为Bh≤17而满足第一高灵敏度条件，根据式(21)通过设为Bh≤4而满足第二高灵敏度条件。与此相对，根据式(14)，与暗电流噪声比b和散粒噪声比c以及硬合并的像素数Bh无关，饱和光量保持M＝10000不变，因此图11B和图11C的检测上限ULOD与图11A相比没有变化。
如上所述，当暗电流噪声比b变大时，动态范围DR相对于硬合并的像素数Bh减少。如双对数图表的图11C所示，若暗电流噪声比b充分变大，则硬合并的像素数Bh和动态范围DR成为斜率-1/2的直线关系。因此，不存在满足高动态范围条件的合并条件的解。由以上可知，在图11的条件下，无法兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。
图12A～12C用实线表示在Bh＝1的条件下求出针对软合并的像素数Bs的变化的检测下限LLOD、检测上限ULOD以及动态范围DR的结果。在此，检测下限LLOD用三角标记表示，检测上限ULOD用方形标记表示，动态范围DR用圆形标记表示。与图11A～11C相同，在图12A中设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图12B中设定为b＝0.1、c＝0的噪声组成，在图12C中设定为b＝1、c＝0的噪声组成，结果，图12A、图12B以及图12C均成为相同的结果。在Bs＝1的情况下，与图11A～11C中的Bh＝1的情况同样地，检测下限LLOD＝3、检测上限ULOD＝10000以及动态范围DR＝3333。与此相对，根据式(13)，在c＝0时，与b无关地，检测下限LLOD与软合并的像素数Bs的平方根成比例地增加。因此，如双对数图表的图12A～12C所示，软合并的像素数Bs与检测下限LLOD成为斜率1/2的直线关系。此时，如表所示，可知根据式(17)通过设为Bs≤9而满足第一高灵敏度条件，根据式(20)通过设为Bs≤2而满足第二高灵敏度条件。另一方面，根据式(14)，与暗电流噪声比b和散粒噪声比c无关地，检测上限ULOD与软合并的像素数Bs成比例地增加。因此，如双对数图表的图12A～12C所示，软合并的像素数Bs与检测上限ULOD成为斜率1的直线关系。
根据以上内容，与暗电流噪声比b和散粒噪声比c无关地，动态范围DR与软合并的像素数Bs的平方根成比例地增大。如双对数图表的图12A～12C所示，软合并的像素数Bs和动态范围DR成为斜率1/2的直线关系。此时，可知根据式(23)及式(25)，如表所示，通过设为9≤Bs来满足第一高动态范围条件，通过设为100≤Bs来满足第二高动态范围条件。由以上可知，如式(26)所示，通过设为Bs＝9，能够兼顾第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件。但是，如式(27)所示，判明了在图12A～12C的条件下，无法兼顾第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。
在图11A～11C中，在Bs＝1的条件下使硬合并的像素数Bh(＝Bm)变化，在图12A～12C中，在Bh＝1的条件下使软合并的像素数Bs(＝Bm)变化，与此相对，在图13A～13C中，固定区间的像素区域，具体而言，在Bm＝100的条件下，一边保持Bm＝Bh×Bs，一边使硬合并的像素数Bh和软合并的像素数Bs这两者变化。但是，硬合并的像素数Bh和软合并的像素数Bs均为正整数。与图11A～11C、图12A～12C相同，在图13A中，设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图13B中，设定为b＝0.1、c＝0的噪声组成，在图13C中，设定为b＝1、c＝的噪声组成，用三角标记表示此时的检测下限LLOD，用方形标记表示此时的检测上限ULOD，用圆形标记表示此时的动态范围DR，并分别用单点划线表示。检测下限LLOD由式(13)求出，检测上限ULOD由式(14)求出，动态范围DR由它们的比求得。横轴均以软合并率Bs/Bm表示。在此，在(Bh，Bs)为(100，1)时Bs/Bm为1％，(50，2)时为2％，(20，5)时为5％，(10，10)时为10％，(5，20)时为20％，(2，50)时为50％，(1，100)时为100％，对这些合并条件进行描绘。Bs/Bm＝1％表示与图11中的Bh＝100相同的结果，Bs/Bm＝100％表示与图12中的Bs＝100相同的结果，Bs/Bm＝2％～50％表示它们之间的结果。满足高灵敏度条件和高动态范围条件的合并条件与图12的结果相同，但用Bs/Bm的范围示出。通过设为Bs/Bm＝9％，能够兼顾第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件，但在图13的条件下，判明不能兼顾第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。此外，在图13中，作为一例，在Bm＝100＝102的条件下进行了研究，但当然能够对Bm＝100～105的任意像素数Bm进行同样的研究。
在图11～图13中，进行了在c＝0的条件下使暗电流噪声比b变化的情况下的研究，但在以后所示的图14～图16中，进行了在b＝0的条件下使散粒噪声比c变化的情况下的研究。图14A～14C与图11同样，用虚线表示在Bs＝1的条件下，针对硬合并的像素数Bh的变化求出检测下限LLOD、检测上限ULOD及动态范围DR的结果。在图14A中设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图14B中设定为b＝0、c＝2.5的噪声组成，在图14C中设定为b＝0、c＝10的噪声组成，结果图14A、图14B以及图14C均成为相同的结果。另外，检测下限LLOD、检测上限ULOD以及动态范围DR均不依赖于硬合并的像素数Bh而恒定，即成为与Bh＝1的情况相同的检测下限LLOD＝3、检测上限ULOD＝10000以及动态范围DR＝3333。该结果与图11A的结果相同。这是因为，如式(13)所示，在b＝0的条件下，检测下限LLOD不依赖于硬合并的像素数Bh。另外，如式(14)所示，无论暗电流噪声比b和散粒噪声比c的条件如何，检测上限ULOD都不依赖于Bh。因此，对于任意的硬合并的像素数Bh，满足第一高灵敏度条件和第二高灵敏度条件，与图11A同样地，将满足两个条件的合并条件表述为Bh≤105。另外，不存在满足高动态范围条件的合并条件的解。由以上可知，在图14A～14C的条件下，无法兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。
图15A～15C用实线表示在Bh＝1的条件下求出针对软合并的像素数Bs的变化的检测下限LLOD、检测上限ULOD以及动态范围DR的结果。与图14A～14C同样地，在图15A中设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图15B中设定为b＝0、c＝2.5的噪声组成，在图15C中设定为b＝0、c＝10的噪声组成。图15A的条件和结果与图12A的条件和结果相同。即，根据式(17)通过设为Bs≤9来满足第一高灵敏度条件，根据式(20)通过设为Bs≤2来满足第二高灵敏度条件。另外，根据式(23)通过设为9≤Bs来满足第一高动态范围条件，根据式(25)通过设为100≤Bs来满足第二高动态范围条件。因此，判明了通过设为Bs＝9，能够兼顾第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件，但不能兼顾第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。
与图15A的结果相比，在图15B中检测下限LLOD下降，在图15C中检测下限LLOD进一步下降。这是因为，如式(13)所示，当散粒噪声比c变大时，读出噪声和暗电流噪声的贡献率降低，软合并的像素数Bs对综合噪声的贡献降低。从图15A、图15B以及图15C的比较可知，检测上限ULOD不会根据散粒噪声比c而变化，因此动态范围DR提高了检测下限LLOD降低的量。
在图15B中，根据式(17)通过设为Bs≤59来满足第一高灵敏度条件，根据式(20)通过设为Bs≤10来满足第二高灵敏度条件。另外，根据式(23)通过设为4≤Bs来满足第一高动态范围条件，根据式(25)通过设为19≤Bs来满足第二高动态范围条件。因此，通过设为4≤Bs≤59，能够兼顾第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件。可知该合并条件的范围与图15A的情况相比扩大，有利于兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。然而，判明了不能兼顾第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。但是，通过设为4≤Bs≤10，能够兼顾第二高灵敏度条件和第一高动态范围条件。或者，通过设为19≤Bs≤59，能够兼顾第一高灵敏度条件和第二高动态范围条件。
另一方面，在图15C中，根据式(17)通过设为Bs≤809来满足第一高灵敏度条件，根据式(20)通过设为Bs≤127来满足第二高灵敏度条件。另外，根据式(23)通过设为3≤Bs来满足第一高动态范围条件，根据式(25)通过设为11≤Bs来满足第二高动态范围条件。因此，通过设为3≤Bs≤809，能够兼顾第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件。并且，通过设为11≤Bs≤127，能够兼顾第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。另外，通过设为3≤Bs≤127，能够兼顾第二高灵敏度条件和第一高动态范围条件。或者，通过设为11≤Bs≤809，能够兼顾第一高灵敏度条件和第二高动态范围条件。即，可知与图15A相比图15B、与图15B相比图15C将散粒噪声比c设定为较大的值，由此能够在兼顾高灵敏度和高动态范围方面提供优选的条件。
在图14A～14C中，在Bs＝1的条件下使硬合并的像素数Bh(＝Bm)变化，在图15A～15C中，在Bh＝1的条件下使Bs(＝Bm)变化，与此相对，在图16A～16C中，与图13A～13C同样地，固定区间的像素区域，具体而言，在Bm＝100的条件下，一边保持Bm＝Bh×Bs，一边使硬合并的像素数Bh和软合并的像素数Bs双方变化。但是，硬合并的像素数Bh和软合并的像素数Bs均为正整数。与图14、图15同样地，在图16A中，设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图16B中，设定为b＝0、c＝2.5的噪声组成，在图16C中，设定为b＝0、c＝10的噪声组成，用三角标记表示此时的检测下限LLOD，用方形标记表示此时的检测上限ULOD，用圆形标记表示此时的动态范围DR，分别用单点划线表示。检测下限LLOD由式(13)求出，检测上限ULOD由式(14)求出，动态范围DR由它们的比求得。横轴均以软合并率Bs/Bm表示。与图13A～13C同样地，在(Bh，Bs)为(100，1)时Bs/Bm为1％，(50，2)时为2％，(20，5)时为5％，(10，10)时为10％，(5，20)时为20％，(2，50)时为50％，(1，100)时为100％，对这些合并条件进行描绘。Bs/Bm＝1％表示与图14A～14C中的Bh＝100相同的结果，Bs/Bm＝100％表示与图15A～15C中的Bs＝100相同的结果，Bs/Bm＝2％～50％表示它们之间的结果。在图16A、图16B以及图16C中满足的高灵敏度条件以及高动态范围条件与图15A、图15B以及图15C分别相同。但是，在图15C中，第一高灵敏度条件为Bs≤809，第二高灵敏度条件为Bs≤127，但在图16中，Bs≤100，因此在图16C中将满足第一高灵敏度条件和第二高灵敏度条件的合并条件分别表述为Bs/Bm≤100％。此外，在图16A～16C中，作为一例，在Bm＝100＝102的条件下进行了研究，但当然能够对Bm＝100～105的任意的Bm进行同样的研究。
由以上的研究可知，为了兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件，散粒噪声比c是重要的因素。在图14～图16中，仅对c＝0、2.5以及10的情况进行了研究，但在图17A以及17B中，更详细地研究了散粒噪声比c对高灵敏度条件以及高动态范围条件的影响。图17A表示相对于散粒噪声比c的、满足第一高灵敏度条件的软合并的像素数Bs的条件以及满足第一高动态范围条件的软合并的像素数Bs的条件。另外，图17B表示对于散粒噪声比c的、满足第二高灵敏度条件的软合并的像素数Bs的条件以及满足第二高动态范围条件的软合并的像素数Bs的条件。在任一图表中，圆形标记的曲线的下侧区域是高灵敏度条件，三角标记的曲线的上侧区域是高动态范围条件。因此，在由这些曲线夹着的区域中兼顾高灵敏度条件和高动态范围条件。根据图17A可知，为了兼顾第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件，c≥0即可，至少Bs＝9即可。这与图12、图15A的结果相同。然而，在解只有Bs＝9的条件下，软合并的像素数Bs的允许范围窄，难以实现。一般而言，成为解的范围越宽，越容易实现，越容易得到效果。
因此，从图17A提取成为解的软合并的像素数Bs的范围成为30像素以上的条件A、以及成为解的软合并的像素数Bs的范围成为100像素以上的条件B。根据图17A可知，条件A为c≥1.75，至少4≤Bs≤34即可。另外，可知条件B为c≥3.43，至少3≤Bs≤103即可。另一方面，根据图17B可知，为了兼顾第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件，c≥3.15即可，至少Bs＝15即可。相反，可知在c＜3.15的情况下不存在解。对于图17B也同样地求出条件A和条件B。根据图17B可知，条件A为c≥5.61，至少12≤Bs≤42即可。另外，可知条件B为c≥9.31，至少11≤Bs≤111即可。
图17C～17E以及图17F～17H分别是将图17A以及17B中的研究进一步一般化的图。在图17A以及图17B中，明确了在Bh＝1的条件下，满足高灵敏度条件以及高动态范围条件的散粒噪声比c与软合并的像素数Bs的关系。与此相对，在图17C～17E及图17F～17H中，明确了Bm、硬合并的像素数Bh、软合并的像素数Bs均不固定，满足高灵敏度条件及高动态范围条件的Bm与Bs/Bm(＝1/Bh)的关系。即使在图13及图16中也使用的软合并率Bs/Bm是软合并的像素数相对于区间W的像素数的比率，由于Bm＝Bh×Bs，因此也能够表示为Bs/Bm＝1/Bh。
图17C～17E表示满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件的合并条件。在图17C中，设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图17D中，设定为b＝0、c＝2.5的噪声组成，在图17E中，设定为b＝0、c＝10的噪声组成。由于虚线的下侧满足第一高灵敏度条件，实线的上侧满足第一高动态范围条件，所以由两条直线夹着的区域满足第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件两者。但是，实际上不存在Bs/Bm超过100％的情况。因此，图17C的粗线部、图17D以及图17E的灰色阴影的部分给出了兼顾第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件的合并条件。与图17A的结果同样地，随着散粒噪声比c的增大，允许的合并条件的区域、范围扩大。例如，在Bs/Bm＝100％、即Bh＝1、Bs＝Bm的情况下，在c＝0时，设为Bs＝9，在c＝2.5时，设为4≤Bs≤59，在c＝10时，设为3≤Bs≤809，由此满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件。这些也从图15A～15C、图16A～16C以及图17A读取。但是，从图17C～17E也能够读取其他丰富的信息。例如，在Bs/Bm＝50％、即Bh＝2、Bs＝1/2×Bm的情况下，在c＝0时设为Bs＝18，在c＝2.5时设为7≤Bs≤118，在c＝10时设为7≤Bs≤1618，由此满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件。或者，在Bs/Bm＝33.33％、即Bh＝3、Bs＝1/3×Bm的情况下，在c＝0时设为Bs＝27，在c＝2.5时设为11≤Bs≤177，在c＝10时设为10≤Bs≤2427，由此满足第一高灵敏度条件和第一高动态范围条件。而且，此时如果设α＝k＝3，则在c＝0时为3≤Bs≤27，在c＝2.5时为3≤Bs≤177，在c＝10时为3≤Bs≤2427，由此满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件，能够扩大允许的合并条件的范围。
另一方面，图17F～17H表示满足第二高灵敏度条件及第二高动态范围条件的合并条件。在图17F中设定为b＝0、c＝0的噪声组成，在图17G中设定为b＝0、c＝2.5的噪声组成，在图17H中设定为b＝0、c＝10的噪声组成。由于虚线的下侧满足第二高灵敏度条件，实线的上侧满足第二高动态范围条件，所以由两条直线夹着的区域满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件两者。在图17F和图17G中，显然不存在解。与此相对，图17H的灰色阴影的部分给出了兼顾第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件的合并条件。与图16A～16C以及图17B的结果同样地，随着散粒噪声比c的增大，允许的合并条件的区域、范围扩大。在Bs/Bm＝100％、即Bh＝1、Bs＝Bm的情况下，在c＝10时，通过设为11≤Bs≤127而满足第二高灵敏度条件及第二高动态范围条件。这些也从图15A～15C以及图17B读取。但是，从图17F～17H也能够读取其他丰富的信息。例如，在Bs/Bm＝50％、即Bh＝2、Bs＝1/2*Bm的情况下，在c＝10时通过设为21≤Bs≤254而满足第二高灵敏度条件和第二高动态范围条件。或者，在Bs/Bm＝33.33％、即Bh＝3、Bs＝1/3×Bm的情况下，在c＝10时，通过设为32≤Bs≤381而满足第二高灵敏度条件及第二高动态范围条件。而且，此时若α＝k＝3，则在c＝10时，通过设为11≤Bs≤381，满足第二高灵敏度条件及第二高动态范围条件，能够扩大允许的合并条件的范围。
如以上所示，根据多色检测光学系统的结构、噪声组成以及合并条件，所得到的灵敏度以及动态范围发生变化。因此，在给定的条件下，根据想要得到怎样的灵敏度或者动态范围来切换合并条件是有效的。例如，在优先灵敏度的情况和优先动态范围的情况下，最佳的合并条件不同。在多毛细管电泳装置中，如果能够从多个合并条件中选择期望的合并条件，则对于用户来说是便利的。
[实施例3]
通过以上提出的本公开的各种方法，能够兼顾高灵敏度和高动态范围。然而，显然存在未必得到所期待的灵敏度和动态范围的情况。因此，本发明人们进行了详细的研究，结果发现，存在于多色检测光学系统中的空间串扰是原因。以下，对新明确的本课题进行详细说明。
如[背景技术]中所述，多色检测光学系统由多个光学部件构成。即使是一个照相机透镜，也是多个透镜的组合透镜。为了抑制这些光学部件的表面的光反射，有时在表面实施防反射涂层，但尽管如此，也无法使光反射为零。在多色检测光学系统的内部，若在多个光学部件之间产生荧光的多重反射，则有时在图像传感器上产生重影或光斑等伪像，与进行荧光发光的发光点的本来的真实影像重叠地进行测量。在此，在真实影像中还包含从发光点发出的荧光的波长分散像。发光点的伪像的大小一般比发光点的真实影像的大小大，对图像传感器上的较大范围产生影响。例如，发光点A的伪像不仅与发光点A的真实影像重叠，还能够与发光点B的真实影像重叠，因此从发光点A向发光点B产生空间串扰。然而，由于伪像的强度远小于真实影像的强度，因此伪像的存在不一定是问题。在真实影像的强度小时，伪像的强度进一步变小，成为检测下限以下，因此不会成为问题。在真实影像的强度大时，伪像的强度超过检测下限，可能成为问题。因此，随着图像传感器的荧光测量的动态范围变大，本课题显著化的可能性提高。本公开的主要目的是兼顾高灵敏度和高动态范围，因此效果越大，越有可能面临本课题。即，本公开的实现高灵敏度和高动态范围的兼顾的方法有可能因空间串扰而不发挥功能。这是在本公开中明确的新的课题。
到目前为止，式(1)～式(6)针对各发光点单独成立，但在考虑空间串扰的情况下，需要将这些式子扩展并如下表现。在发光点P(e)(e＝1，2，…，E)的各个点中，发出荧光体D(e，g)(e＝1，2，…，E，以及，g＝1，2，…，G)的荧光，测量在所有的区间W(e，f)(e＝1，2，…，E，以及，f＝1，2，…，F)接收到的荧光。在任意时刻，将发光点P(e)处的荧光体D(e，g)的浓度设为Z(e，g)，将关于发光点P(e’)的区间W(e’，f)的信号强度设为X(e’，f)。在此，将以信号强度X(e’，f)为要素的(E×F)行1列的向量设为X，将以浓度Z(e，g)为要素的(E×G)行1列的向量设为Z，将以Y(e’，f)(e，g)为要素的(E×F)行(E×G)列的矩阵设为Y，对应于式(1)～式(6)，以下的式(73)～式(78)成立。
[数式73]
X＝Y×Z (73)
[数式74]
[数式75]
[数式76]
[数式77]
[数式78]
Z＝Y-×X (78)
在此，(E×F)行(E×G)列的矩阵Y的元素Y(e’，f)(e，g)表示：(i)在e’＝e的情况下，由于针对相同的发光点的光谱串扰，发光点P(e)处的荧光体D(e，g)的发光荧光在关于发光点P(e)的区间W(e，f)中被检测到的信号强度比率，(ii)在e’≠e的情况下，由于针对不同的发光点的空间串扰，发光点P(e)处的荧光体D(e，g)的发光荧光在关于发光点P(e’)的区间W(e’，f)中被检测到的信号强度比率。在任意一个发光点P(e0)处，通过使任意一种荧光体D(e0，g0)单独进行荧光发光，能够决定矩阵Y的各列Y(e，f)(e0，g0)(e＝1，2，…，E，以及f＝1，2，…，F)。式(77)以矩阵Y的各列Y(e，f)(e0，g0)的(E×F)个要素的合计为1的方式进行标准化。如上所述，矩阵Y的各列Y(e，f)(e0，g0)的(E×F)个要素中，e＝e0的F个要素表示光谱串扰比率，e≠e0的((E-1)×F)个要素表示空间串扰比率。前者的光谱串扰比率与式(3)的矩阵Y的1列要素Y(f)(g0)的F个要素相同。但是，标准化条件在式(5)和式(77)中不同。通常，空间串扰比率《光谱串扰比率，但有时不能将空间串扰比率视为是零。相反，在能够将所有的空间串扰比率视为零的情况下，式(73)～式(78)与式(1)～式(6)相同。
将由矩阵Y的e’≠e的元素Y(e’，f)(e，g)表示的空间串扰比率中的最大值称为最大空间串扰比率XR2＝Y(em’，fm’)(em，gm)。来自发光点P(em)的荧光体D(em，gm)的发光以最大空间串扰比率XR2在发光点P(em’)的区间W(em’，fm’)被测量。即，假设在区间W(em’，fm’)中得到最大的空间串扰。将区间W(em’，fm’)的像素数设为Bm’，将硬合并的像素数设为Bh’，将软合并的像素数设为Bs’。将1个像素的读出噪声设为Nr，将1个像素的暗电流噪声设为Nd，将在从所有的发光点发光的状态下在区间W(em’，fm’)测量的背景光的散粒噪声设为Ns’，将暗电流噪声比设为b，将散粒噪声比设为c’，将饱和光量系数设为α。此时，关于区间W(em’，fm’)的检测下限LLOD、检测上限ULOD和动态范围DR，分别将式(13)、式(14)和式(15)变形，由式(79)、式(80)和式(81)表示。
[数式79]
[数式80]
ULOD＝Bs′·α·M (80)
[数式81]
另一方面，将由矩阵Y的元素Y(em，fm)(em，gm)表示的光谱串扰比率中的最大值称为最大光谱串扰比率XR1＝Y(em，fm)(em，gm)。来自发光点P(em)的荧光体D(em，gm)的发光在最大光谱串扰比率XR1下在发光点P(em)的区间W(em，fm)中被测量。即，假设在区间(em，fm)中得到最大的光谱串扰。将区间W(em，fm)的像素数设为Bm，将硬合并的像素数设为Bh，将软合并的像素数设为Bs。将1个像素的读出噪声设为Nr，将1个像素的暗电流噪声设为Nd，将从所有发光点发光并在区间W(em，fm)测量的背景光的散粒噪声设为Ns，将暗电流噪声比设为b，将散粒噪声比设为c，将饱和光量系数设为α。此时，区间W(em，fm)的检测下限LLOD、检测上限ULOD和动态范围DR分别由式(13)、式(14)和式(15)表示。
根据以上，若基于来自发光点P(em)的荧光体D(em，gm)的发光，将因空间串扰测量的最大的信号强度相对于因光谱串扰测量的最大的信号强度的比率称为串扰率XR，则用XR＝XR2/XR1表示。串扰率XR与如下的最大值也一致：在发光点P(em)中仅荧光体D(em，gm)发光时，通过式(6)的颜色转换导出的、发光点P(em’)处的荧光体D(em’，gm’)的浓度Z(em’，gm’)的信号强度相对于发光点P(em)处的荧光体D(em，gm)的浓度Z(em，gm)的信号强度的比率的最大值。即，串扰率XR能够从颜色转换的前后的任一个导出，是表示空间串扰的影响的指标。
在此，设想通过来自发光点P(em)的荧光体D(em，gm)的发光，在区间W(em，fm)中测量检测上限ULOD的光量的状态。此时，在发光点P(em’)的区间W(em’，fm’)测量出的最大的空间串扰的光量是对由式(14)表示的饱和光量ULOD乘以串扰率XR而得到的。为了在不受空间串扰的影响的情况下实现高灵敏度和高动态范围，只要上述的最大空间串扰的光量小于式(79)的检测下限LLOD即可，该条件由式(82)表示。
[数式82]
以后，通过使发光点P(em)的合并条件和发光点P(em’)的合并条件和噪声条件一致，设为Bm’＝Bm、Bh’＝Bh、Bs’＝Bs、Ns’＝Ns、c’＝c。此时，式(82)由式(83)表示。
[数式83]
另外，式(79)、式(73)、式(81)分别被置换为式(13)、式(14)、式(15)。式(83)的右边是由式(15)表示的动态范围DR的倒数。通过兼顾上述式(83)和此前提出的高灵敏度条件和高动态范围条件、例如式(26)或式(27)，能够避免空间串扰的影响，兼顾高灵敏度和高动态范围。
相反，在不满足式(83)时，式(13)由以下的式(84)置换。
[数式84]
LLOD＝XR·Bs·α·M (84)
即，无论合并条件及噪声条件如何，检测下限LLOD都由串扰率XR决定。此时，检测上限ULOD保持为式(14)，因此动态范围DR用式(85)表示。
[数式85]
因此，动态范围DR也与合并条件及噪声条件无关，由串扰率XR决定。
由以上可知，显然将串扰率XR抑制得较低对于兼顾高灵敏度和高动态范围是重要的。图18A～18F示出了以图15C为基准调查了使串扰率XR变化时的、针对软合并的像素数Bs的检测下限LLOD、检测上限ULOD、动态范围DR的变化的结果。图18A表示XR＝0的情况，是与图15C相同的结果。与此相对，图18B表示XR＝10-6的情况，图18C表示XR＝10-5的情况，图18D表示XR＝10-4的情况，图18E表示XR＝10-3的情况，图18F表示XR＝10-2的情况。在各图中，检测上限ULOD是共用的值，另一方面，关于检测下限LLOD以及动态范围DR，在满足式(83)时是与图18A相同的值，但在不满足式(83)时表示按照式(84)以及式(85)的值。根据图18可知，随着串扰率XR增加，动态范围DR的上限值根据式(85)降低，因此通过增加软合并的像素数Bs来增大动态范围DR的效果有限。根据图18A～18F的结果可知，为了满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件，需要设为XR≤10-4。
在图18A～18F中，Bh＝Bs＝1时的综合噪声为N＝1且恒定。与此相对，在图19A～19F中，将Bh＝Bs＝1时的综合噪声变更为N＝10且恒定的条件，除此以外的条件与图18相同。在图19A中，与图18A相比，综合噪声上升了一位，因此检测下限LLOD整体上升一位，动态范围DR降低一位。在图19B～图19F中，可知与图18B～图18F同样地，通过增加软合并的像素数Bs来增大动态范围DR的效果有限，但在更宽的范围的动态范围DR中得到了效果。例如，根据图19A～19F的结果可知，为了满足第一高灵敏度条件及第一高动态范围条件，需要设为XR≤10-3。该串扰率XR的范围比图18A～18F宽1位。在图19A～19F中，调查了使综合噪声上升1位的影响，但取而代之，通过使1个像素的饱和光量M降低1位，也能够得到与图19A～19F同样的效果。以上，也能够从式(83)的右边的分子的噪声、分母中包含饱和光量来理解。
如上所述，为了兼顾高灵敏度和高动态范围，除了式(8)～式(67)所示的高灵敏度条件和高动态范围条件以外，将串扰率抑制得低是重要的。为了降低串扰率，有几种手段。对照相机透镜的构成透镜的表面实施反射率低的防反射涂层是基本的手段，但仅仅如此，有时不充分。在多色检测光学系统的各光学部件的表面也同样地实施防反射涂层是重要的。例如，对透射型衍射光栅的入射出射面、特别是未实施刻线的一侧的表面实施防反射涂层是有效的。另外，在图像传感器的表面、特别是图像传感器的玻璃制的窗的入射出射面未实施防反射涂层的情况较多，因此在此实施防反射涂层是非常有效的。
或者，在数据处理中降低串扰也是有效的。在由式(6)表示的颜色转换中，由于没有考虑空间串扰，因此在空间串扰显著存在的情况下，其影响直接反映在结果中。与此相对，在式(78)中考虑了空间串扰，因此能够通过式(78)来降低空间串扰的影响。即，式(78)是除了以往的颜色转换即光谱串扰的消除以外，一并进行空间串扰的消除的方法。因此，由XR＝XR2/XR1导出的空间串扰率即使实施式(78)也没有变化。但是，若将由式(78)导出的、在发光点P(em)中仅荧光体D(em，gm)发光时发光点P(em’)处的荧光体D(em’，gm’)的浓度Z(em’，gm’)的信号强度相对于发光点P(em)处的荧光体D(em，gm)的浓度Z(em，gm)的信号强度的比率的最大值的比例设为串扰率XR，则该串扰率XR通过式(78)降低。这样，通过在式(78)的数据处理中降低空间串扰，能够实现作为本公开的目的的高灵敏度和高动态范围的兼顾。
[变形例]
本公开不限于上述的实施方式，包括各种变形例。例如，上述的实施方式是为了容易理解地说明本公开而详细说明的实施方式，不一定需要具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的一部分置换为其他实施方式的结构。另外，也能够对某实施方式的结构增加其他实施方式的结构。另外，关于各实施方式的结构的一部分，也能够追加、删除或置换其他实施方式的结构的一部分。
附图标记说明
1…毛细管
2…样品注入端
3…样品溶出端
4…阴极
5…阳极
6…阴极侧缓冲液
7…阳极侧缓冲液
8…电源
9…泵体
10…阀
11…注射器
12…激光光源
13…激光束
14…发光点
15…多色检测光学系统
16…第一照相机透镜
17…长通滤光片
18…透射型衍射光栅
19…第二照相机透镜
20…图像传感器
21…光轴
22…荧光
23、24、25…分散荧光
26…图像
27…波长分散像
28…像素
W(1)…区间1
W(2)…区间2
W(3)…区间3
7-1…Bh＝36的硬合并区域
8-1～8-12…Bh＝3的硬合并区域
9-1～9-36…Bh＝1的硬合并区域
10-1…Bh＝4的硬合并区域
10-2…Bh＝5的硬合并区域
10-3…Bh＝6的硬合并区域
10-4…Bh＝5的硬合并区域
10-5…Bh＝4的硬合并区域
10-6…Bh＝6的硬合并区域
10-7…Bh＝5的硬合并区域
10-8…Bh＝1的硬合并区域
Bh…硬合并的像素数
Bs…软合并的像素数
b…暗电流噪声比
c…散粒噪声比
LLOD…检测下限
ULOD…检测上限
DR…动态范围
Bs/Bm…软合并比
N…1个像素的综合噪声
XR…串扰率。

Claims (20)

1.一种多毛细管电泳装置，其特征在于，
所述多毛细管电泳装置具备：
E根毛细管，其被导入含有由G种荧光体标记的成分的E种样品并同时进行电泳，其中，G≥2，E≥2；
光源，其对配置于所述E根毛细管的同一平面的被测量部照射激光束；以及
光学系统，其接收利用所述激光束激发通过所述被测量部的所述荧光体而发出的荧光，
所述光学系统具有：
分光元件，其将从所述E根毛细管发出的所述荧光分别分光为F种规定的波段，其中，F≥2且F≥G；以及
图像传感器，其多个像素被排列成二维状，在不同的区域接收E×F个分光后的所述荧光，
所述图像传感器构成为：在E×F个所述区域的各个区域中，设定用于测量所述受光量的区间区域，通过以规定的曝光时间和规定的时间间隔连续地测量E×F个所述区间区域中的所述受光量，取得E×F个荧光强度的时间序列数据，
在E×F个所述区间区域中的任一个区间区域中，
将所述区间区域的像素数设为Bm个，其中，Bm≥1，
所述区间区域被分割为Bs个硬合并区域，其中，Bs≥1，
将所述硬合并区域的平均像素数设为Bh个，其中，Bh≥1，
将所述区间区域的软合并的像素数设为Bs个，
设Bm＝Bh×Bs，
将实施硬合并而读出的饱和光量相对于所述图像传感器的每1像素的饱和光量的最大值的比率设为饱和光量比k，其中，k≥1，
将饱和光量系数α设为Bh＝1时α＝1、1＜Bh＜k时α＝Bh、k≤Bh时α＝k，
针对Bm＝Bh＝Bs＝1的情况，
将所述荧光强度的时间序列数据的综合噪声分类为所述图像传感器的读出噪声、图像传感器的暗电流噪声及背景光的散粒噪声这3种成分，
将所述综合噪声设为N，将所述读出噪声设为Nr，将所述暗电流噪声设为Nd，将所述散粒噪声设为Ns，
将暗电流噪声比设为b＝Nd/Nr，将散粒噪声比设为c＝Ns/Nr，此时，
Bm、Bh、Bs、k、α、b、c满足规定的关系。
2.根据权利要求1所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
满足如下的数式：
[数式1]
3.根据权利要求2所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
Bh＝1，
满足如下的数式：
[数式2]
4.根据权利要求1所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
满足如下的数式：
[数式3]
5.根据权利要求4所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
Bh＝1，
满足如下的数式：
[数式4]
6.根据权利要求1所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
满足c≥2.5、Bh＝1、4≤Bs≤59。
7.根据权利要求1所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
满足c≥10、Bh＝1、3≤Bs≤809。
8.根据权利要求7所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
满足c≥10、Bh＝1、11≤Bs≤127。
9.一种多毛细管电泳装置，其特征在于，
所述多毛细管电泳装置具备：
E根毛细管，其被导入含有由G种荧光体标记的成分的E种样品并同时进行电泳，其中，G≥2，E≥2；
光源，其对配置于所述E根毛细管的同一平面的被测量部照射激光束；以及
光学系统，其接收利用所述激光束激发通过所述被测量部的所述荧光体而发出的荧光，
所述光学系统具有：
分光元件，其将从所述E根毛细管发出的所述荧光分别分光为F种规定的波段，其中，F≥2且F≥G；以及
图像传感器，其多个像素被排列成二维状，在不同的区域接收E×F个分光后的所述荧光，
在所述图像传感器中假设，
在E×F个所述区域的各个区域中，设定用于测量所述受光量的区间区域，
在所述E根毛细管中的任意1根毛细管中，在所述G种荧光体中的任意一种荧光体发出荧光时，
对对应的F个所述区间区域的所述受光量进行使最大值为1的标准化，由此导出F个标准化受光量，
将具有所述F个标准化受光量中的、0.5以上的所述标准化受光量的所述区间区域的集合设为整合区间区域，
通过以规定的曝光时间和规定的时间间隔连续地测量所述整合区间区域中的受光量，取得所述整合区间区域的荧光强度的时间序列数据，
将所述整合区间区域的像素数设为Bm，其中，Bm≥1，
所述整合区间区域被分割为Bs个硬合并区域，其中，Bs≥1，
将所述硬合并区域的平均像素数设为Bh个，其中，Bh≥1，
将所述整合区间区域的软合并的像素数设为Bs个，
设Bm＝Bh×Bs，
将实施硬合并而读出的饱和光量相对于所述图像传感器的每1像素的饱和光量的最大值的比率设为饱和光量比k，其中，k≥1，
将饱和光量系数α设为Bh＝1时α＝1、1＜Bh＜k时α＝Bh、k≤Bh时α＝k，
针对Bm＝Bh＝Bs＝1的情况，
将所述荧光强度的时间序列数据的综合噪声分类为图像传感器的读出噪声、图像传感器的暗电流噪声及背景光的散粒噪声这3种成分，
将所述综合噪声设为N，将所述读出噪声设为Nr，将所述暗电流噪声设为Nd，将所述散粒噪声设为Ns，
将暗电流噪声比设为b＝Nd/Nr，将散粒噪声比设为c＝Ns/Nr，此时，
Bm、Bh、Bs、k、α、b、c满足规定的关系。
10.根据权利要求9所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
满足如下的数式：
[数式5]
11.根据权利要求10所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
Bh＝1，
满足如下的数式：
[数式6]
12.根据权利要求9所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
满足如下的数式：
[数式7]
13.根据权利要求12所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
Bh＝1，
满足如下的数式：
[数式8]
14.一种多毛细管电泳装置，其特征在于，
所述多毛细管电泳装置具备：
E根毛细管，其被导入含有由G种荧光体标记的成分的E种样品并同时进行电泳，其中，G≥2，E≥2；
光源，其对配置于所述E根毛细管的同一平面的被测量部照射激光束；以及
光学系统，其接收利用所述激光束激发通过所述被测量部的所述荧光体而发出的荧光，
所述光学系统具有：
分光元件，其将从所述E根毛细管发出的所述荧光分别分光为F种规定的波段，其中，F≥2且F≥G；以及
图像传感器，其多个像素被排列成二维状，在不同的区域接收E×F个分光后的所述荧光，
所述图像传感器构成为：
在E×F个所述区域的各个区域中，设定用于测量所述受光量的区间区域，
通过以规定的曝光时间和规定的时间间隔连续地测量E×F个所述区间区域中的所述受光量，取得E×F个荧光强度的时间序列数据，
根据所述E×F个荧光强度的时间序列数据，通过计算导出所述G种荧光体的浓度的时间序列数据，
在E根所述毛细管的任意1根毛细管中，在G种所述荧光体中的任意一种荧光体发出荧光时，
将通过所述计算导出的所述1根毛细管以外的任一个所述毛细管中的任一种所述荧光体的浓度相对于通过所述计算导出的所述1根毛细管中的一种所述荧光体的浓度的最大值的比率设为XR，
在E×F个所述区间区域中的任一个区间区域中，
将所述区间区域的像素数设为Bm，其中，Bm≥1，
所述区间区域被分割为Bs个硬合并区域，其中，Bs≥1，
将所述硬合并区域的平均像素数设为Bh个，其中，Bh≥1，
将所述区间区域的软合并的像素数设为Bs个，
设Bm＝Bh×Bs，
将实施硬合并而读出的饱和光量相对于所述图像传感器的每1像素的饱和光量的最大值的比率设为饱和光量比k，其中，k≥1，
将饱和光量系数α设为Bh＝1时α＝1、1＜Bh＜k时α＝Bh、k≤Bh时α＝k，
针对Bm＝Bh＝Bs＝1的情况，
将所述荧光强度时间序列数据的综合噪声分类为图像传感器的读出噪声、图像传感器的暗电流噪声及背景光的散粒噪声这3种成分，
将所述综合噪声设为N，将所述读出噪声设为Nr，将所述暗电流噪声设为Nd，将所述散粒噪声设为Ns，
将暗电流噪声比设为b＝Nd/Nr，将散粒噪声比设为c＝Ns/Nr，此时，
XR、Bm、Bh、Bs、k、α、b、c满足规定的关系。
15.根据权利要求14所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
XR≤10-3，
满足如下的数式：
[数式9]
16.根据权利要求15所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
Bh＝1，
满足如下的数式：
[数式10]
17.根据权利要求14所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
XR≤10-3，
满足如下的数式：
[数式11]
18.根据权利要求17所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
Bh＝1，
满足如下的数式：
[数式12]
19.一种多毛细管电泳装置，其特征在于，
所述多毛细管电泳装置具备：
E根毛细管，其被导入含有由G种荧光体标记的成分的E种样品并同时进行电泳，其中，G≥2，E≥2；
光源，其对配置于所述E根毛细管的同一平面的被测量部照射激光束；
光学系统，其接收利用所述激光束激发通过所述被测量部的所述荧光体而发出的荧光；以及
计算机，其进行装置的控制，
所述光学系统具有：
分光元件，其将从所述E根毛细管发出的所述荧光分别分光为F种规定的波段，其中，F≥2且F≥G；以及
图像传感器，其多个像素被排列成二维状，在不同的区域接收E×F个分光后的所述荧光，
所述图像传感器构成为：在E×F个所述区域的各个区域中，设定用于测量所述受光量的区间区域，通过以规定的曝光时间和规定的时间间隔连续地测量E×F个所述区间区域中的所述受光量，取得E×F个荧光强度的时间序列数据，
在E×F个所述区间区域中的任一个区间区域中，
将所述区间区域的像素数设为Bm个，其中，Bm≥1，
所述区间区域被分割为Bs个硬合并区域，其中，Bs≥1，
将所述硬合并区域的平均像素数设为Bh个，其中，Bh≥1，
将所述区间区域的软合并的像素数设为Bs个，
设Bm＝Bh×Bs，
将实施硬合并而读出的饱和光量相对于所述图像传感器的每1像素的饱和光量的最大值的比率设为饱和光量比k，其中，k≥1，
将饱和光量系数α设为Bh＝1时α＝1、1＜Bh＜k时α＝Bh、k≤Bh时α＝k，
针对Bm＝Bh＝Bs＝1的情况，
将所述荧光强度的时间序列数据的综合噪声分类为所述图像传感器的读出噪声、图像传感器的暗电流噪声及背景光的散粒噪声这3种成分，
将所述综合噪声设为N，将所述读出噪声设为Nr，将所述暗电流噪声设为Nd，将所述散粒噪声设为Ns，
将暗电流噪声比设为b＝Nd/Nr，将散粒噪声比设为c＝Ns/Nr，此时，
具有Bm、Bh、Bs、k、α、b、c满足的多种规定关系，
所述计算机构成为能够从所述多种规定关系中选择希望的规定关系。
20.根据权利要求19所述的多毛细管电泳装置，其特征在于，
所述计算机具备用于选择所述希望的规定关系的用户界面。
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