DE102018216213A1

DE102018216213A1 - Lichtmesseinrichtung und Lichtmessverfahren

Info

Publication number: DE102018216213A1
Application number: DE102018216213.1A
Authority: DE
Inventors: Tsuneyuki Urakami; Hiroshi Tsuchiya; Mitsuharu Miwa
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2019-03-28
Also published as: JP2019060637A; JP6920943B2; CN109557059A

Abstract

Eine Lichtmesseinrichtung 1 beinhaltet eine Bestrahlungseinheit 10, eine Detektionsdiode 20 und eine Verarbeitungseinheit 30. Die Lichtquelle 11 gibt einen Bestrahlungslichtstrahl λeiner Spitzenwellenlänge, die aus den drei Spitzenwellenlängen λbis λausgewählt ist, über Bestrahlungsperioden, die zueinander unterschiedlich sind, aus. Die Detektionseinheit 20 beinhaltet Fotodetektoren 21bis 21, die in Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den Bestrahlungslichtstrahlen λbis λvorgesehen sind. Die Verarbeitungseinheit 30 weist einen Eingangsanschluss zum gemeinsamen Eingeben von Detektionssignalen auf, die aus den Fotodetektoren 21als Analogwerte ausgegeben werden, gibt den an dem Eingangsanschluss eingegebenen Analogwert in der Bestrahlungsperiode, während welcher die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λausgibt, ein und gibt einen Digitalwert entsprechend dem Analogwert als einen Wert, welcher die Intensität des erzeugten Lichtstrahls repräsentiert, der in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls λerzeugt wird, aus. Somit werden eine Einrichtung und ein Verfahren, die fähig sind, die Intensität von in einer Probe erzeugtem Licht einfacher zu messen, realisiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zum Messen von Lichtintensität, das in einer Probe in Reaktion auf, auf die Probe gestrahltes Licht erzeugt wird.
Verwandter Stand der Technik
Eine Probe kann analysiert werden, indem die Lichtintensität gemessen wird, die in der Probe in Antwort auf die Bestrahlung von Licht auf die Probe erzeugt wird. Eine Einrichtung zum Durchführen der Lichtmessung beinhaltet eine Lichtquelle zum Ausgeben von Bestrahlungslicht, mit welchem die Probe bestrahlt wird, einen Fotodetektor zum Detektieren der Intensität erzeugten Lichts, das in der Probe erzeugt ist, und Ausgeben eines Detektionssignals, und eine Verarbeitungseinheit zum Ausgeben eines Digitalwerts entsprechend einem Wert (Analogwert) des Detektionssignals (siehe Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-257901).
In einer Probe in Reaktion auf Lichtbestrahlung erzeugtes Licht ist Fluoreszenz, Streulicht oder Licht, das durch ein nicht-lineares optisches Phänomen (beispielsweise harmonisches Licht, Raman-Streulicht oder dergleichen) erzeugt wird. Eine Konzentration eines in der Probe enthaltenen Fluoreszenzmaterials kann gemessen werden durch Detektieren der Intensität der Fluoreszenz. Eine Konzentration und eine Größe eines streuenden Materials, das in der Probe enthalten ist, kann durch Detektieren der Intensität des Streulichts gemessen werden. Weiter kann die Nichtlinearität der Probe durch Detektieren der Intensität des Lichts gemessen werden, welches durch das nicht-lineare optische Phänomen erzeugt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Fall des Messens von Intensität von Licht, das in einer Probe erzeugt wird, wenn die Probe jeweils mit Bestrahlungslichtstrahlen einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen bestrahlt wird, ist es notwendig, die obigen Einrichtungen einschließlich der Lichtquelle, des Fotodetektors und der Verarbeitungseinheit in so vielen wie den Spitzenwellenlängen des Bestrahlungslichtes vorzubereiten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die leichter die Intensität von Licht, das in einer Probe bei Bestrahlung der Probe mit jeder der Bestrahlungslichtquellen einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen erzeugt wird, messen kann.
Eine Lichtmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Messen der Intensität von Licht, das in einer Probe in Reaktion auf Lichtbestrahlung auf die Probe erzeugt wird, und beinhaltet (1) eine Bestrahlungseinheit, die eine Lichtquelle zum Ausgeben eines Bestrahlungslichtstrahls von irgendeiner Spitzenwellenlänge, die aus einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählt wird, zum Bestrahlen der Probe mit Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen, die aus der Lichtquelle ausgegeben werden, über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden beinhaltet; (2) eine Detektionseinheit, die eine Vielzahl von in Eins-zu-Eins-Entsprechung zur Vielzahl von Spitzenwellenlängen vorgesehenen Fotodetektoren zum Empfangen, durch jeden Fotodetektor, eines in einer anderen Richtung als der Bestrahlungsrichtung des Bestrahlungslichtstrahls in den in der Probe erzeugten erzeugten Licht in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der entsprechenden Spitzenwellenlänge emittierten erzeugten Lichtstrahls, Detektieren der Intensität des empfangenen, erzeugten Lichtstrahls und Ausgeben eines Detektionssignals beinhaltet; und (3) eine Verarbeitungseinheit mit einem Eingangsanschluss zum gemeinsamen Eingeben der Detektionssignale, die jeweils aus der Vielzahl von Fotodetektoren als Analogwerte ausgegeben werden, zum Eingeben des am Eingangsanschluss in der Bestrahlungsperiode eingegebenen analogen Werts, während welcher die Lichtquelle den Bestrahlungslichtstrahl jeder Spitzenwellenlänge ausgibt, und Ausgeben eines Digitalwerts entsprechend dem Analogwert als einem Wert, welcher die Intensität des erzeugten Laserstrahls repräsentiert, das in der Probe erzeugt wird, in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der Spitzenwellenlänge.
Ein Lichtmessverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen der Intensität von Licht, das in einer Probe in Reaktion auf Lichtbestrahlung auf die Probe erzeugt wird, und beinhaltet (1) einen Lichtbestrahlungsschritt, durch eine, eine Lichtquelle zum Ausgeben eines Bestrahlungslichtstrahls irgendeiner Spitzenwellenlänge, die aus einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählt ist, beinhaltenden Bestrahlungseinheit, des Bestrahlens der Probe mit Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen, die aus der Lichtquelle ausgegeben werden, über Bestrahlungsperioden, die sich voneinander unterscheiden; (2) einen Lichtdetektionsschritt, durch eine Detektionseinheit, die eine Vielzahl von in Eins-zu-Eins-Entsprechung zur Vielzahl von Spitzenwellenlängen vorgesehenen Fotodetektoren beinhaltet, des Empfangens, durch jeden Fotodetektor, eines in einer anderen Richtung als der Bestrahlungsrichtung des Bestrahlungslichtstrahls in dem, in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der entsprechenden Spitzenwellenlänge erzeugten, erzeugten Lichts emittierten, erzeugten Lichtstrahls, Detektierens der Intensität des empfangenen, erzeugten Lichtstrahls und Ausgebens eines Detektionssignals; und (3) einen Signalverarbeitungsschritt, durch eine Verarbeitungseinheit, die einen Eingangsanschluss zum gemeinsamen Eingeben der Detektionssignale aufweist, die jeweils aus der Vielzahl von Fotodetektoren als analoge Werte ausgegeben werden, des Eingebens des am Eingangsanschluss in der Bestrahlungsperiode, während welcher die Lichtquelle den Bestrahlungslichtstrahl jeder Spitzenwellenlänge ausgibt, eingegebenen Analogwerts, und Ausgebens eines Digitalwerts entsprechend dem Analogwert als einem Wert, welcher die Intensität des erzeugten Lichtstrahls repräsentiert, der in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der Spitzenwellenlänge erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, leichter die Intensität von Licht zu messen, das in der Probe erzeugt wird, wenn die Probe mit jedem von Bestrahlungslichtstrahlen der Vielzahl von Spitzenwellenlängen bestrahlt wird.
Die vorliegende Erfindung wird aus der untenstehend gegebenen, detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden werden, die lediglich illustrativ angegeben sind und nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend anzusehen sind.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung ersichtlicher werden. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifischen Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur illustrativ angegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Geists und Schutzumfangs der Erfindung Fachleuten auf dem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung ersichtlich sein werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Lichtmesseinrichtung 1 einer Ausführungsform illustriert.
2 ist ein Diagramm, das eine Hauptteil-Konfiguration der Lichtmesseinrichtung 1 der Ausführungsform illustriert.
3 ist ein Timing-Diagramm, das ein Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 der Ausführungsform illustriert.
4 ist ein Timing-Diagramm, das ein anderes Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 der Ausführungsform illustriert.
5 ist ein Diagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel eines Signalwandlers 31 einer Verarbeitungseinheit 30 illustriert.
6 ist ein Diagramm, das noch ein anderes Konfigurationsbeispiel des Signalwandlers 31 der Verarbeitungseinheit 30 illustriert.
7 ist ein Timing-Diagramm, das ein Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 illustriert, wenn ein Signalwandler 31B verwendet wird.
8 ist ein Diagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Verarbeitungseinheit 30 illustriert.
9 ist ein Timing-Diagramm, das ein Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 illustriert, wenn eine Verarbeitungseinheit 30A verwendet wird.
10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Modifikation eines optischen Messsystems illustriert.
11 ist eine Längsschnittsicht, die eine Konfiguration eines bevorzugten Beispiels des optischen Messsystems illustriert.
12 ist eine Längsschnittansicht, die eine Konfiguration eines Metallblocks 50 im optischen Messsystem illustriert, das in 11 illustriert ist.
13 ist eine Längsschnittansicht, die eine Konfiguration eines optischen Elementhaltebereichs 60 in dem in 11 illustrierten optischen Messsystem illustriert.
14 ist eine Querschnittsansicht des in 11 illustrierten optischen Messsystems.
15 ist eine Längsschnittansicht, die eine Konfiguration einer ersten Modifikation des optischen Messsystems illustriert.
16 ist eine Längsschnittansicht, die eine Konfiguration einer zweiten Modifikation des optischen Messsystems illustriert.
17 ist eine Perspektivansicht, die ein erstes Konfigurationsbeispiel einer Lichtquelle 11 illustriert.
18 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 illustriert.
19 ist eine Querschnittsansicht, die ein drittes Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 illustriert.
20 ist eine Perspektivansicht, die ein Filterrad 96 illustriert, das im dritten Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden dieselben Elemente durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und wird eine redundante Beschreibung weggelassen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Eine Lichtmesseinrichtung oder ein Lichtmessverfahren, die unten beschrieben sind, wird zum Messen der Intensität von Licht bereitgestellt, das in einer Probe erzeugt wird, in Reaktion auf das Bestrahlen jeder von Strahlungslichtstrahlen einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen, aber in der nachfolgenden Ausführungsform wird die Anzahl von Spitzenwellenlängen als 3 beschrieben. n, das unten erscheint, ist eine Ganzzahl von 1 oder mehr und 3 oder weniger.
Weiter misst die Lichtmesseinrichtung oder das Lichtmessverfahren, die unten beschrieben sind, die Intensität von Licht, das in einer mit einem Licht (Fluoreszenz, Streulicht, oder durch ein nichtlineares optisches Phänomen erzeugtes Licht) bestrahlten Probe erzeugt wird, aber in der nachfolgenden Ausführungsform wird der Fall des Messens der Intensität von Fluoreszenz beschrieben. Weiter wird angenommen, dass drei Typen von Fluoreszenzmaterial in der Probe enthalten sind.
1 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Lichtmesseinrichtung 1 einer Ausführungsform illustriert. 2 ist ein Diagramm, das eine Hauptteil-Konfiguration der Lichtmesseinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform illustriert. Die Lichtmesseinrichtung 1 misst die Intensität von Fluoreszenz, welche durch Bestrahlen einer Probe erzeugt wird, die in einem Probenbehälter 2 platziert ist, mit Anregungslicht, und beinhaltet eine Bestrahlungseinheit 10, eine Detektionseinheit 20, eine Verarbeitungseinheit 30, eine Steuereinheit 40, eine Eingabeeinheit 41, eine Anzeigeeinheit 42 und eine Speichereinheit 43.
Die Bestrahlungseinheit 10 beinhaltet eine Lichtquelle 11, einen Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 und eine Lichtquellen-Antriebsschaltung 13. Die Lichtquelle 11 gibt einen Bestrahlungslichtstrahl (Anregungslicht) irgendeiner Spitzenwellenlänge λ_η , die aus drei Spitzenwellenlängen λ₁ bis λ₃ ausgewählt sind, aus. Der Bestrahlungslichtstrahl der Spitzenwellenlänge λ_η (nachfolgend manchmal als „Bestrahlungslichtstrahl λ_n “ bezeichnet), kann selektiv ein n-tes fluoreszentes Material aus den drei Typen von in der Probe enthaltenen Fluoreszenzmaterialien anregen. Eine Linse zum Verbessern der Direktivität von Licht kann auf der Lichtausgangsseite der Lichtquelle 11 vorgesehen sein. Die Linse kann mit der Lichtquelle 11 integral sein oder kann ein von der Lichtquelle 11 separater Körper sein.
Der Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 ist optisch mit der Lichtquelle 11 gekoppelt und gibt aus der Lichtquelle 11 ausgegebenes Licht ein. Der Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 sendet selektiv die Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ zum Anregen der Fluoreszenzmaterialien, die in der Probe enthalten sind, und gibt die Bestrahlungslichtstrahlen an den Probenbehälter 2 aus. Die Übertragungswellenlänge, das heißt die Anregungslicht-Wellenlänge des Anregungslicht-Transmissionsfilters 12 wird angemessen ausgewählt, entsprechend den in der, in dem Probenbehälter 2 platzierten Probe enthaltenen Fluoreszenzmaterialien. Der Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 kann ein dielektrischer Mehrschichtfilmfilter mit guten Filter-Charakteristiken oder ein Farbglasfilter sein. Der Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 kann Licht einer Wellenlänge eines erzeugten Lichtstrahls (Fluoreszenz), der zu detektieren ist, blockieren. Hier kann der Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 weggelassen werden. Weiter wird ein spezifisches Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 später beschrieben.
Die Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 ist elektrisch mit der Lichtquelle 11 gekoppelt und treibt die Lichtquelle 11 an, Licht zu emittieren. Die Lichtquelle 11 wird durch die Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 angetrieben, die eine Anweisung aus der Steuereinheit 40 empfängt und die Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ zum Strahlen des Probenbehälters 2 über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden ausgibt. Somit gibt die Lichtquelle 11 keinen Bestrahlungslichtstrahl einer anderen Spitzenwellenlänge in einer Periode aus, während welcher der Bestrahlungslichtstrahl einer Spitzenwellenlänge von den Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ ausgegeben wird. Die Bestrahlungseinheit 10 bestrahlt die Probe mit den Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen, die aus der Lichtquelle 11 ausgegeben werden, über die zueinander unterschiedlichen Bestrahlungsperioden.
Die Detektionseinheit 20 beinhaltet Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ und Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₁ bis 22₃ , die in Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ vorgesehen sind. Hier sind aus Gründen der Bequemlichkeit der Illustration die Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₁ bis 22₃ in 2 (nicht illustrierten).
Jeder Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n sendet selektiv die in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung der Probe, platziert im Probenbehälter 2, mit dem Bestrahlungslichtstrahl λ_η erzeugte Fluoreszenz (erzeugter Lichtstrahl) und gibt die Fluoreszenz an diesen entsprechenden Fotodetektor 21_n aus. Jeder Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n blockiert anderes Licht als die Fluoreszenz (beispielsweise durch den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 übertragenes Licht). Die Transmissionswellenlänge jedes Fluoreszenz-Transmissionsfilters 22_n wird angemessen anhand des n-ten fluoreszenten Materials von den drei Typen von fluoreszenten Materialien, die in der im Probenbehälter 2 platzierten Probe enthalten sind, ausgewählt. Jeder Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n kann ein dielektrischer Mehrschichtfilmfilter mit guten Filter-Charakteristiken sein oder kann ein Farbglasfilter sein. Weiter kann jeder Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n weggelassen werden.
Jeder Fotodetektor 21_n ist optisch mit dem entsprechenden Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n gekoppelt und empfängt die über den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n übertragene Fluoreszenz. Jeder Fotodetektor 21_n detektiert die Intensität empfangener Fluoreszenz und gibt ein Detektionssignal, welches die Fluoreszenz-Intensität anzeigt, an die Verarbeitungseinheit 30 aus. Jeder Fotodetektor 21_n dient beispielsweise eine Fotodiode, eine Lawinen-Fotodiode oder eine Foto-Multiplier-Röhre. Jede Detektionsdiode 20 empfängt den erzeugten Lichtstrahl, der in einer anderen Richtung als der Bestrahlungsrichtung des Bestrahlungslichtstrahls in dem erzeugten Licht emittiert wird, das in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des entsprechenden Bestrahlungslichtstrahls λ_η durch jeden Fotodetektor 21_n erzeugt wird, detektiert die Intensität des empfangenen, erzeugten Lichtstrahls und gibt ein Detektionssignal aus.
Das optische Messsystem, das die Lichtquelle 11, den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, den Probenbehälter 2, die Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₁ bis 22₃ und die Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ beinhaltet, ist innerhalb eines dunklen Kastens angeordnet, so dass Streulicht von der Außenseite nicht einfällt.
Die Verarbeitungseinheit 30 weist einen elektrisch mit den Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ gekoppelten Eingangsanschluss auf. Die jeweils aus den Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ ausgegebenen Detektionssignale werden gemeinsam am Eingangsanschluss als Analogwerte eingegeben. Die Verarbeitungseinheit 30 gibt den an dem Eingangsanschluss in der Bestrahlungsperiode eingegebenen Analogwert, während welcher die Lichtquelle 11 der Bestrahlungseinheit 10 den Bestrahlungslichtstrahl λ_n ausgibt, ein und gibt einen Digitalwert entsprechend dem Analogwert an die Steuereinheit 40 als einen Wert aus, der die Intensität des erzeugten Lichtstrahls (Fluoreszenz) repräsentiert, der in der mit dem Bestrahlungslichtstrahl λ_n bestrahlten Probe erzeugt wird. Details der Verarbeitungseinheit 30 werden später beschrieben.
Die Steuereinheit 40 ist elektrisch mit der Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 verbunden und steuert die Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 so, dass die Lichtquelle 11 jeden Bestrahlungslichtstrahl λ_n über die vorbestimmte Bestrahlungsperiode emittiert. Die Steuereinheit 40 ist elektrisch mit der Verarbeitungseinheit 30 gekoppelt, steuert den Betrieb der Verarbeitungseinheit 30 und gibt weiter den Digitalwert, der aus der Verarbeitungseinheit 30 ausgegeben ist, ein, bestimmt die Intensität der in jeder Probe erzeugten Fluoreszenz und analysiert die Probe, basierend auf der Intensität der Fluoreszenz. Die Steuereinheit 40 speichert den Digitalwert, die Fluoreszenz-Intensität und das Analyseergebnis in der Speichereinheit 43.
Die Steuereinheit 40 beinhaltet eine CPU, welche die obige Steuerung und Analyse durchführt und ist beispielsweise ein Computer, wie etwa ein persönlicher Computer, eine Smart-Device, ein Mikrocomputer oder ein Cloud-Server. Hier ist die Verbindung zwischen der Steuereinheit 40 und anderen Komponenten nicht auf verdrahtete Verbindung beschränkt, sondern kann Funkverbindung sein und kann auch eine Verbindung durch Netzwerk-Kommunikation beinhalten.
Die Steuereinheit 40 erzeugt ein Synchronisationssignal, welches die Bestrahlungsperiode jedes Bestrahlungslichtstrahls λ_n aus der Lichtquelle 11 der Bestrahlungseinheit 10 angibt, und gibt das Synchronisationssignal an sowohl die Bestrahlungseinheit 10 als auch die Verarbeitungseinheit 30 aus. Die Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 der Bestrahlungseinheit 10 veranlasst die Lichtquelle 11, die entsprechenden Bestrahlungslichtstrahlen λ_n über die zueinander unterschiedlichen Bestrahlungsperioden auszugeben, basierend auf dem aus der Steuereinheit 40 ausgegebenen Synchronisationssignal. Die Verarbeitungseinheit 30 führt Umwandlungsverarbeitung aus dem Analogwert zum Digitalwert durch, basierend auf dem aus der Steuereinheit 40 ausgegebenen Synchronisationssignal.
Das Synchronisationssignal kann ein periodisches Taktsignal sein oder kann ein Auslösersignal sein, welches direkt jedes Betriebs-Timing anweist. Wenn das Synchronisationssignal ein Taktsignal ist, zählt jede der Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 und der Verarbeitungseinheit 30 Impulse des Taktsignals und bestimmt jeden Betriebszeitpunkt in Reaktion auf das Erreichen eines vorbestimmten Zählwerts. Hier mag es sein, dass das Synchronisationssignal nicht aus der Steuereinheit 40 ausgegeben wird und das Signal kann durch irgendeine von der Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 und der Verarbeitungseinheit 30 erzeugt werden und an die andere ausgegeben werden.
Die Eingabeeinheit 41 ist elektrisch mit der Steuereinheit 40 gekoppelt und empfängt die Eingabe, wie etwa eine Messbedingung, einen Messstart und ein Messende. Die Eingabeeinheit 41 ist beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, ein Touch-Bildschirm oder dergleichen. Die Eingabeeinheit 41 kann eine Einheit sein, die einfach EIN/AUS an die Steuereinheit 40 sendet, wie etwa einen Taster oder einen Wechselschalter.
Die Anzeigeeinheit 42 ist elektrisch mit der Steuereinheit 40 gekoppelt und zeigt die Messbedingung und das Messergebnis an. Die Anzeigeeinheit 42 ist beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, eine organische EL-Anzeige, ein Touch-Bildschirm oder dergleichen. Weiter kann die Anzeigeeinheit 42 die Anzeige durch Ein/Aus-Schalten von Licht emittierenden Elementen wie LEDs durchführen.
Die Speichereinheit 43 ist elektrisch mit der Steuereinheit 40 gekoppelt und speichert die Fluoreszenz-Intensität und das Analyseergebnis, ausgegeben aus der Steuereinheit 40. Die Speichereinheit 43 ist beispielsweise ein interner Speicher oder ein externer Speicher.
Als Nächstes wird die Hauptteil-Konfiguration der Lichtmesseinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass jeder Fotodetektor 21_n eine Fotodiode ist. Eine Kathode jedes Fotodetektors 21_n wird auf Erdungspotential eingestellt und eine Anode jedes Fotodetektors 21_n wird gemein gemacht. Jeder Fotodetektor 21_n erzeugt Ladungen in Reaktion auf das Einfallen von Licht und gibt einen Strom entsprechend den Ladungen als ein Detektionssignal aus der Anode an die Verarbeitungseinheit 30 aus. Eine Menge an Ladungen, die pro Zeiteinheit in jedem Fotodetektor 21_n erzeugt wird, ist ein Stromwert (Analogwert) entsprechend der Intensität des empfangenen Lichts.
Die Verarbeitungseinheit 30 beinhaltet einen Signalwandler 31 und einen AD-Wandler 33. Der Signalwandler 31 weist einen Eingangsanschluss T auf, der elektrisch mit der Anode jeder der Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ gekoppelt ist. Stromwerte (Detektionssignale), die jeweils aus den Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ ausgegeben werden, werden gemeinsam am Eingangsanschluss T als Analogwerte eingegeben. Der Signalwandler 31 gibt einen Analogwert, der am Eingangsanschluss T eingegeben ist, in der Bestrahlungsperiode, während welcher die Lichtquelle 11 der Bestrahlungseinheit 10 jeden Bestrahlungslichtstrahl λ_n ausgibt, ein und gibt einen Spannungswert entsprechend dem eingegebenen Analogwert aus.
Der AD-Wandler 33 ist elektrisch mit dem Signalwandler 31 gekoppelt und nimmt den aus dem Signalwandler 31 ausgegebenen Spannungswert entgegen. Der AD-Wandler 33 wandelt den Eingangsspannungswert (Analogwert) in einen Digitalwert um und gibt den Digitalwert als einen Wert aus, der die Intensität des erzeugten Lichtstrahls (Fluoreszenz) repräsentiert, der in der Probe erzeugt wird, die mit jedem Bestrahlungslichtstrahl λ_n , der aus der Lichtquelle 11 ausgegeben ist, bestrahlt wird.
Wie in 2 illustriert, kann der Signalwandler 31 als ein Integrator konfiguriert sein, der einen Verstärker 311, einen Kapazitätsanteil 312 und einen Schalter 313 enthält. Der Verstärker 311 weist einen invertierenden Eingangsanschluss, einen nicht invertierenden Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Verstärkers 311 wird auf das Erdepotential eingestellt. Der invertierende Eingangsanschluss des Verstärkers 311 ist elektrisch mit den Anoden der jeweiligen Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ der Detektionseinheit 20 gekoppelt. Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 ist elektrisch mit einer Probenhalteschaltung 331 des AD-Wandlers 33 gekoppelt. Der Kapazitätsanteil 312 und der Schalter 313 sind parallel miteinander verbunden und sind zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 vorgesehen.
Im Signalwandler 31, wenn der Schalter 313 in einem Ein-Zustand ist, wird die Ladungsakkumulation des Kapazitätsanteils 312 initialisiert und wird der Spannungswert des Ausgangsanschlusses des Verstärkers 311 auch initialisiert. Wenn der Schalter 313 in einem Aus-Zustand ist, werden Ladungen im Kapazitätsanteil 312, basierend auf dem an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 eingegebenen Detektionssignal akkumuliert und wird der, den Betrag von in dem Kapazitätsanteil 312 akkumulierten Ladungen entsprechender Spannungswert aus dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 ausgegeben. Der Spannungswert, der aus dem Verstärker 311 ausgegeben wird, wird durch die Probenhalteschaltung 331 des AD-Wandlers 33 gehalten. Der durch die Probenhalteschaltung 331 gehaltene Spannungswert wird an den AD-Wandler 33 ausgegeben und in das Digitalsignal durch den AD-Wandler 33 umgewandelt.
Hier kann es sein, dass die Probenhalteschaltung nicht im AD-Wandler 33 enthalten ist. In diesem Fall ist die Probenhalteschaltung elektrisch mit dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 bzw. dem AD-Wandler 33 gekoppelt. Die Hochsensitivitäts-Lichtdetektion kann durchgeführt werden, indem die Länge der Lade-Akkumulierungsperiode und der Kapazitätswert des Kapazitätsanteils 312 im Signalwandler 31 mit der obigen Integrator-Konfiguration angemessen eingestellt wird.
Als Nächstes wird das Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform und das Lichtmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Lichtmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Lichtmesseinrichtung 1, um die in der Probe durch Bestrahlung jedes Bestrahlungslichtstrahls λ_n auf die in dem Probenbehälter 2 platzierte Probe erzeugte Fluoreszenzintensität zu messen.
3 ist ein Timing-Diagramm, das das Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform illustriert. Der Betrieb wird basierend auf dem aus der Steuereinheit 40 im Synchronisationsschritt ausgegebenen Synchronisationssignal durchgeführt. In 3 sind die jeweiligen Ausgaben der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ aus der Lichtquelle 11, die jeweiligen Ausgaben der Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ , die Ausgabe des Signalwandlers 31 und die Ausgabe der Probenhalteschaltung 331 in Reihenfolge ab oben illustriert. Weiter, obwohl der Betrieb für zwei Zyklen in 3 illustriert ist, gilt dasselbe für die nachfolgenden Zyklen.
Im Lichtbestrahlungsschritt gibt die Lichtquelle 11 einen Bestrahlungslichtstrahl λ₁ in einer Periode T₁₁ (Zeit t₁₀ bis t₁₂ ) aus, gibt die Lichtquelle 11 einen Bestrahlungslichtstrahl λ₂ in einer Periode T₁₂ (Zeit t₁₂ bis t₁₄ ) nachfolgend der Periode T₁₁ aus, und gibt die Lichtquelle 11 einen Bestrahlungslichtstrahl λ₃ in einer Periode T₁₃ (Zeit t₁₄ bis t₂₀ ) nachfolgend der Periode T₁₂ aus. Weiter gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₁ in einer Periode T₂₁ (Zeit t₂₀ bis t₂₂ ) nachfolgend der Periode T₁₃ aus, gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₂ in einer Periode T₂₂ (Zeit t₂₂ bis t₂₄ ) nachfolgend der Periode T₂₁ aus und gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₃ in einer Periode T₂₃ (Zeit t₂₄ bis t₃₀ ) nachfolgend der Periode T₂₂ aus. Die Perioden T₁₁ , T₁₂ , T₁₃ , T₂₁ , T₂₂ und T₂₃ überlappen nicht miteinander. Auf diese Weise gibt die Lichtquelle 11 die Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ über die zueinander unterschiedlichen Bestrahlungsperioden aus.
Im Lichtdetektionsschritt empfangen die Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ die erzeugten Lichtstrahlen (Fluoreszenz) über zueinander unterschiedliche Perioden und geben Detektionssignale von Werten entsprechend den Intensitäten der empfangenen Lichtstrahlen aus. Das heißt, das der Fotodetektor 21₁ die Fluoreszenz in der Periode T₁₁ empfängt, der Fotodetektor 21₂ die Fluoreszenz in der Periode T₁₂ empfängt und der Fotodetektor 21₃ die Fluoreszenz in der Periode T₁₃ empfängt. Weiter empfängt der Fotodetektor 21₁ die Fluoreszenz in der Periode T₂₁ , empfängt der Fotodetektor 21₂ die Fluoreszenz in der Periode T₂₂ und empfängt der Fotodetektor 21₃ die Fluoreszenz in der Periode P₂₃ . Die jeweils aus den Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ ausgegebenen Detektionssignale werden gemeinsam am Eingangsanschluss T des Signalwandlers 31 (dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311) eingegeben.
Im Signalverarbeitungsschritt ist am Anfang jeder der Perioden T₁₁ , T₁₂ , T₁₃ , T₂₁ , T₂₂ und T₂₃ der Schalter 313 des Signalwandlers 31 in einem Ein-Zustand, wird die Ladungsakkumulation im Kapazitätsteil 312 initialisiert, und wird auch der Spannungswert des Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 initialisiert. Nach der Initialisierung ist der Schalter 313 des Signalwandlers 31 in einem Aus-Zustand, werden Ladungen im Kapazitätsteil 312, basierend auf dem an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 eingegebenen Detektionssignal akkumuliert und wird ein Spannungswert entsprechend dem Betrag von in dem Kapazitätsteil 312 akkumulierten Ladungen aus dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 ausgegeben (Signalumwandlungsschritt) . In jeder der Perioden T₁₁ , T₁₂ , T₁₃ , T₂₁ , T₂₂ und T₂₃ entspricht die wachsende Geschwindigkeit des Spannungswerts, der aus dem Signalwandler 31 ausgegeben wird, dem Wert des am Eingangsanschluss T des Signalwandlers 31 eingegebenen Detektionssignal und entspricht der Fluoreszenz-Intensität, die durch jeden Fotodetektor empfangen wird.
Am Ende jeder der Perioden T₁₁ , T₁₂ , T₁₃ , T₂₁ , T₂₂ und T₂₃ wird der aus dem Signalwandler 31 ausgegebene Spannungswert (Analogwert) durch die Probenhalteschaltung 331 des AD-Wandlers 33 gehalten und wird aus der Probenhalteschaltung 331 über einen gewissen Zeitraum hin ausgegeben. Dann wird der Wert durch den AD-Wandler 33 in einen Digitalwert umgewandelt und wird der Digitalwert aus dem AD-Wandler 33 ausgegeben (AD-Umwandlungsschritt). Der aus dem AD-Wandler 33 ausgegebene Digitalwert wird an die Steuereinheit 40 übertragen.
Jede der Perioden T₁₁ , T₁₂ , T₁₃ , T₂₁ , T₂₂ und T₂₃ kann eine Periode sein, während welcher ein Anstieg beim aus dem Signalwandler 31 ausgegebenen Spannungswert mit ausreichendem SN-Verhältnis beobachtet werden kann, beispielsweise vorzugsweise 1 Millisekunde bis 1 Minute. Wenn beispielsweise jede Periode 3 Sekunden beträgt, wird die Messzeit eines Zyklus, in welchem die Messung durchgeführt wird, einmal für alle 3 Proben, 9 Sekunden.
In den Perioden T₁₁ und T₂₁ , während welchen die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₁ ausgibt, wenn Fluoreszenz durch ein erstes in der in dem Probenbehälter 2 platzierten Probe enthaltenen Fluoreszenzmaterial erzeugt wird, wird ein aus dem Fotodetektor 21₁ , der die Fluoreszenz empfängt, ausgegebenes Detektionssignal an der Verarbeitungseinheit 30 eingegeben und wird der Wert des Detektionssignals in einen Digitalwert umgewandelt. In den Perioden T₁₂ und T₂₂ , während welchen die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₂ ausgibt, wenn Fluoreszenz durch ein in der, in dem Probenbehälter 2 platzierten Probe enthaltenes zweites Fluoreszenzmaterial erzeugt wird, wird ein aus dem, die Fluoreszenz empfangenen Fotodetektor 21₂ ausgegebenes Detektionssignal an der Verarbeitungseinheit 30 eingegeben und wird der Wert des Detektionssignals in einen Digitalwert umgewandelt. Weiter wird in den Perioden T₁₃ und T₂₃ , während welchen die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₃ ausgibt, wenn Fluoreszenz durch ein in der, in dem Probenbehälter 2 platzierten Probe enthaltenes drittes Fluoreszenzmaterial erzeugt wird, ein aus dem die Fluoreszenz empfangenden Fotodetektor 21₃ ausgegebenes Detektionssignal an der Verarbeitungseinheit 30 eingegeben und wird der Wert des Detektionssignals in einen Digitalwert umgewandelt.
Die Signalverarbeitung der den Signalwandler 31 und den A/D-Wandler 33 enthaltenden Verarbeitungseinheit 30 wird synchron mit den Ausgaben der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ der Lichtquelle 11 durchgeführt. Durch Steuern der Ausgaben der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ der Lichtquelle 11 und der Signalverarbeitung der Verarbeitungseinheit 30 synchron zueinander kann die Steuereinheit 40 wissen, welches fluoreszente Material der drei Typen fluoreszenter Materialien in der Probe die Fluoreszenz erzeugt, deren Intensität durch den aus der Verarbeitungseinheit 30 ausgegebenen Digitalwert repräsentiert wird. Daher ist es möglich, die Intensität von Licht, das in jedem der drei Typen von fluoreszenten Materialien in der Probe erzeugt wird, zu messen. Weiter, da nur eine Verarbeitungseinheit 30 für die drei Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ vorgesehen ist, kann die Einrichtungs-Konfiguration vereinfacht werden.
4 ist ein Timing-Diagramm, das ein anderes Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform illustriert. Dieser Betrieb wird auch basierend auf dem aus der Steuereinheit 40 ausgegebenen Synchronisationssignal durchgeführt. In 4 sind die jeweiligen Ausgaben der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ aus der Lichtquelle 11, die jeweiligen Ausgaben der Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ , die Ausgabe des Signalwandlers 31 und die Ausgabe des AD-Wandlers 33 in der Reihenfolge ab oben illustriert. Weiter, obwohl die Operation für zwei Zyklen in 4 illustriert ist, gilt dasselbe für die nachfolgenden Zyklen.
Die Lichtquelle 11 gibt einen Bestrahlungslichtstrahl λ₁ in einer Periode T₁₁ (Zeit t₁₀ bis t₁₁ ) aus, die Lichtquelle 11 gibt einen Bestrahlungslichtstrahl λ₂ in einer Periode T₁₂ (Zeit t₁₂ bis t₁₃ ) nachfolgend der Periode T₁₁ aus, und die Lichtquelle 11 gibt einen Bestrahlungslichtstrahl λ₃ in einer Periode T₁₃ (Zeit t₁₄ bis t₁₅ ) nach der Periode T₁₂ aus. Weiter gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₁ in einer Periode T₂₁ (Zeit t₂₀ bis t₂₁ ) nachfolgend der Periode T₁₃ aus, gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₂ in einer Periode T₂₂ (Zeit t₂₂ bis t₂₃ ) nachfolgend der Periode T₂₁ aus und gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₃ in einer Periode T₂₃ (Zeit t₂₄ bis t₂₅ ) nachfolgend der Periode T₂₂ aus. Die Perioden T₁₁ , T₁₂ , T₁₃ , T₂₁ , T₂₂ und T₂₃ überlappen nicht miteinander. Auf diese Weise gibt die Lichtquelle 11 die Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ über die zueinander unterschiedlichen Bestrahlungsperioden aus.
In diesem Betriebsbeispiel gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl (Anregungslicht) nicht in einer Warteperiode (Zeit t₁₁ bis t₁₂ ) zwischen der Bestrahlungsperiode T₁₁ und der nächsten Bestrahlungsperiode T₁₂ , einer Warteperiode (Zeit t₁₃ bis t₁₄ ) zwischen der Bestrahlungsperiode T₁₂ und der nächsten Bestrahlungsperiode T₁₃ , einer Warteperiode (Zeit t₁₅ bis t₂₀ ) zwischen der Bestrahlungsperiode T₁₃ und der nächsten Bestrahlungsperiode T₂₁ , einer Warteperiode (Zeit t₂₁ bis t₂₂ ) zwischen der Bestrahlungsperiode T₂₁ und der nächsten Bestrahlungsperiode T₂₂ , einer Warteperiode (Zeit t₂₃ bis t₂₄ ) zwischen der Bestrahlungsperiode T₂₂ und der nächsten Bestrahlungsperiode T₂₃ , und einer Warteperiode (Zeit t₂₅ bis t₃₀ ) zwischen der Bestrahlungsperiode T₂₃ und der nächsten Bestrahlungsperiode aus. In diesen Warteperioden wird der aus dem A/D-Wandler 33 ausgegebene Digitalwert an die Steuereinheit 40 übertragen.
In diesem Betriebsbeispiel, beispielsweise nachdem die Periode T₁₁ (Zeit t₁₀ bis t₁₁ ), während welcher die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₁ ausgibt, abgeschlossen worden ist, selbst falls die verzögerte Fluoreszenz aus der Probe erzeugt wird, geht die Erzeugung der verzögerten Fluoreszenz während der Wartungsziel (Zeit t₁₁ bis t₁₂ ) verloren und daher gibt es keinen Einfluss auf die Detektion der in der Probe durch Bestrahlung mit dem Bestrahlungslichtstrahl λ₂ aus der Lichtquelle 11 in der nächsten Periode T₁₂ (Zeit t₁₂ bis t₁₃ ) erzeugten Fluoreszenz.
Als Nächstes wird ein anderes Konfigurationsbeispiel im Signalwandler 31 der Verarbeitungseinheit 30 und ein anderes Konfigurationsbeispiel der Verarbeitungseinheit 30 beschrieben.
5 ist ein Diagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel des Signalwandlers 31 der Verarbeitungseinheit 30 illustriert. Ein Signalwandler 31A eines in 5 illustrierten anderen Konfigurationsbeispiels ist eine Konfiguration eines Integrators, der einen Verstärker 311, einen Kapazitätsanteil 312 und Schalter 314 bis 318 enthält. Der Verstärker 311 weist einen invertierenden Eingangsanschluss, einen nicht invertierenden Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Verstärkers 311 wird auf das Erdungspotential eingestellt. Der Schalter 314 ist zwischen den Anoden der jeweiligen Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ der Detektionseinheit 20 und dem invertierten Eingangsanschluss des Verstärkers 311 vorgesehen. Der Schalter 315 ist zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 vorgesehen. Ein Ende des Kapazitätsteils 312 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 verbunden. Das andere Ende des Kapazitätsanteils 312 ist mit dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 über den Schalter 316 verbunden und ein Referenzpotential Vref wird über den Schalter 317 eingegeben. Der Schalter 318 ist zwischen dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 und der Probenhalteschaltung 331 vorgesehen.
In dem Signalwandler 31A, wenn die Schalter 314 und 316 in einem Aus-Zustand sind und die Schalter 315 und 317 in einem Ein-Zustand sind, wird eine Spannung zwischen beiden Enden des Kapazitätsanteils 312 auf Vref initialisiert. Wenn die Schalter 314 und 316 in einem Ein-Zustand sind und die Schalter 315 und 317 in einem Aus-Zustand sind, werden Ladungen im Kapazitätsanteil 312 akkumuliert, basierend auf dem an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 eingegebenen Detektionssignal und wird ein Spannungswert entsprechend dem Betrag an in dem Kapazitätsanteil 312 akkumulierten Ladungen aus dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 ausgegeben. Wenn der Schalter 314 ausgeschaltet ist, wird die Akkumulierung von Ladungen im Kapazitätsanteil 312 abgeschlossen. Wenn der Schalter 318 in einem Ein-Zustand ist, wird der aus dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 ausgegebene Spannungswert durch die Probenhalteschaltung 331 gehalten und wird aus der Probenhalteschaltung 331 über einen vorbestimmten Zeitraum an den AD-Wandler 33 ausgegeben.
6 ist ein Diagramm, das noch ein anderes Konfigurationsbeispiel des Signalwandlers 31 der Verarbeitungseinheit 30 illustriert. Ein Signalwandler 31B noch eines anderen Konfigurationsbeispiels, das in 6 illustriert ist, ist eine Konfiguration eines, einen Verstärker 311 und einen Widerstand 319 enthaltenden Stromspannungswandlers. Der Verstärker 311 hat einen invertierenden Eingangsanschluss, einen nicht invertierenden Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Verstärkers 311 wird auf Erdungspotential eingestellt. Der Widerstand 319 ist zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 vorgesehen. Im Signalwandler 31B wird ein Spannungswert entsprechend einem Stromwert eines an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 eingegebenen Detektionssignals aus dem Ausgangsanschluss ausgegeben.
7 ist ein Timing-Diagramm, das ein Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 illustriert, wenn der Signalwandler 31B verwendet wird. Dieser Betrieb wird auch basierend auf dem aus der Steuereinheit 40 ausgegebenen Synchronisationssignal durchgeführt. In 7 sind die jeweiligen Ausgaben der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ aus der Lichtquelle 11, die jeweiligen Ausgaben der Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ , die Ausgabe des Signalwandlers 31B und die Ausgabe der Probenhalteschaltung 331 in der Reihenfolge ab oben illustriert. Weiter, obwohl der Betrieb für zwei Zyklen in 7 illustriert ist, gilt Dasselbe für die nachfolgenden Zyklen.
Die Ausgabe jedes der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ aus der Lichtquelle 11 und die Ausgabe jedes der Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ im in 7 illustrierten Betriebsbeispiel sind die gleichen wie jene in dem in 3 illustrierten Betriebsbeispiel. Im in 7 illustrierten Betriebsbeispiel entspricht in jeder der Perioden T₁₁ , T₁₂ , T₁₃ , T₂₁ , T₂₂ und T₂₃ der aus dem Ausgangsanschluss des Signalwandlers 31B ausgegebene Spannungswert dem Stromwert des an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 des Signalwandlers 31B eingegebenen Detektionssignals. In jeder Periode, wenn der Eingangsstromwert des Signalwandlers 31B konstant ist, ist auch der Ausgangsspannungswert des Signalwandlers 31B konstant. In diesem Fall wird der aus dem Signalwandler 31B zu einem beliebigen Timing innerhalb jeder Periode ausgegebene Spannungswert (Analogwert) durch die Probenhalteschaltung 331 gehalten und wird aus der Probenhalteschaltung 331 einen gewissen Zeitraum lang an den A/D-Wandler 33 ausgegeben. Danach wird der aus der Probenhalteschaltung 331 ausgegebene Spannungswert in den Digitalwert durch den A/D-Wandler 33 umgewandelt und wird der Digitalwert aus dem A/D-Wandler 33 ausgegeben. Der aus dem A/D-Wandler 33 ausgegebene Digitalwert wird an die Steuereinheit 40 übertragen.
8 ist ein Diagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Verarbeitungseinheit 30 illustriert. Eine Verarbeitungseinheit 30A eines in 8 illustrierten anderen Konfigurationsbeispiels beinhaltet einen Signalwandler 31, einen Signalwandler 32, einen A/D-Wandler 33, einen Schalter 34 und einen Schalter 35.
Ähnlich zu dem in 2 illustrierten, weist der Signalwandler 31 eine Konfiguration eines, einen Verstärker 311, einen Kapazitätsanteil 312 und einen Schalter 313 enthaltenden Integrators auf. Ähnlich weist auch der Signalwandler 32 eine Konfiguration eines, einen Verstärker 321, einen Kapazitätsanteil 322 und einen Schalter 323 enthaltenden Integrators auf.
Der Schalter 34 wählt entweder den Eingangsanschluss T1 des Signalwandlers 31 (den invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311) oder den Eingangsanschluss T2 des Signalwandlers 32 (des invertierenden Eingangsanschlusses des Verstärkers 321) und verbindet elektrisch den ausgewählten Eingangsanschluss mit der Anode jedes der Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ der Detektionseinheit 20. Der Schalter 35 wählt entweder den Ausgangsanschluss des Signalwandlers 31 (den Ausgangsanschluss des Verstärkers 311) oder den Ausgangsanschluss des Signalwandlers 32 (den Ausgangsanschluss des Verstärkers 321) aus und verbindet elektrisch den ausgewählten Ausgangsanschluss mit der Probenhalteschaltung 331. Die Verbindungzustände des Schalters 34 und des Schalters 35 werden durch die Steuereinheit 40 gesteuert.
9 ist ein Timing-Diagramm, das ein Betriebsbeispiel der Lichtmesseinrichtung 1 illustriert, wenn die Verarbeitungseinheit 30A verwendet wird. Der Betrieb wird auch basierend auf dem aus der Steuereinheit 40 ausgegebenen Synchronisationssignal durchgeführt. In 9 sind die jeweiligen Ausgaben der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ aus der Lichtquelle 11, der Verbindungzustand des Schalters 34, der Verbindungzustand des Schalters 35, der Betrieb des Signalwandlers 31, der Betrieb des Signalwandlers 32 und der Betrieb des AD-Wandlers 33 in dieser Reihenfolge ab oben illustriert.
In der Periode T₁₁ (Zeit t₁₀ bis t₁₂ ) gibt die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₁ aus, empfängt der Fotodetektor 21₁ Fluoreszenz und verbindet der Schalter 34 den Eingangsanschluss T1 des Signalwandlers 31 mit jedem Fotodetektor 21_n . Am Anfang der Periode T₁₁ ist der Schalter 313 des Signalwandlers 31 in einem Ein-Zustand, wird die Ladungs-Akkumulierung des Kapazitätsanteils 312 initialisiert und wird auch der Spannungswert des Ausgangsanschlusses des Verstärkers 311 initialisiert. Nach der Initialisierung ist der Schalter 313 des Signalwandlers 31 in einem Aus-Zustand, werden Ladungen in dem Kapazitätsanteil 312, basierend auf dem an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 eingegebenen Detektionssignal akkumuliert und wird ein Spannungswert entsprechend dem Betrag an in dem Kapazitätsanteil 312 akkumulierten Ladungen aus dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 ausgegeben.
In der Periode T₁₂ (Zeit t₁₂ bis t₁₄ ) nachfolgend der Periode T₁₁ , ist der Eingangsanschluss T1 des Signalwandlers 31 von jedem Fotodetektor 21_n durch den Schalter 24 getrennt und wird der Ausgangsspannungswert des Signalwandlers 31 bestimmt. Weiter wird in der Periode T₁₂ der Ausgangsanschluss des Signalwandlers 31 mit der Probenhalteschaltung 331 durch den Schalter 35 verbunden und wird der Ausgangsspannungswert des Signalwandlers 31 durch die Probenhalteschaltung 331 gehalten. In der Periode T₁₂ wird eine A/D-Umwandlungsverarbeitung durch den A/D-Wandler 33 durchgeführt und wird ein Digitalwert an die Steuereinheit 40 ausgegeben. Der zu dieser Zeit ausgegebene Digitalwert entspricht dem Detektionssignalwert des Fotodetektors Stromdetektionseinheit 21₁ .
Weiter gibt in der Periode T₁₂ die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₂ aus, empfängt der Fotodetektor Stromdetektionseinheit 21₂ Fluoreszenz und verbindet der Schalter 34 den Eingangsanschluss T₂ des Signalwandlers 32 mit jedem Fotodetektor 21_n . Am Anfang der Periode T₁₂ ist der Schalter 323 des Signalwandlers 32 in einem Ein-Zustand, wird die Ladungs-Akkumulation im Kapazitätsanteil 322 initialisiert und wird der Spannungswert des Ausgangsanschlusses des Verstärkers 321 auch initialisiert. Nach der Initialisierung ist der Schalter 323 des Signalwandlers 32 in einem Aus-Zustand, werden Ladungen im Kapazitätsanteil 322, basierend auf dem an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 321 eingegebenen Detektionssignal akkumuliert und wird ein Spannungswert entsprechend dem Betrag an in dem Kapazitätsanteil 322 akkumulierten Ladungen aus dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 321 ausgegeben.
In der Periode T₁₃ (t₁₄ bis t₂₀ ) nachfolgend der Periode T₁₂ wird der Eingangsanschluss T2 des Signalwandlers 32 von jedem Fotodetektor 21_n durch den Schalter 34 getrennt und wird der Ausgangsspannungswert des Signalwandlers 32 bestimmt. Weiter wird in der Periode T₁₃ der Ausgangsanschluss des Signalwandlers 32 mit der Probenhalteschaltung 331 durch den Schalter 35 verbunden und wird der Ausgangsspannungswert des Signalwandlers 32 durch die Probenhalteschaltung 331 gehalten. In der Periode T₁₃ wird eine A/D-Umwandlungsverarbeitung durch den A/D-Wandler 33 durchgeführt und wird ein Digitalwert an die Steuereinheit 40 ausgegeben. Der Digitalwert, der zu dieser Zeit ausgegeben wird, entspricht dem Detektionssignalwert des Fotodetektors 21₂ .
Weiter gibt in der Periode T₁₃ die Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ₃ aus, empfängt der Fotodetektor 21₃ Fluoreszenz und verbindet der Schalter 34 den Eingangsanschluss T1 des Signalwandlers 31 mit jedem Fotodetektor 21_n . Am Anfang der Periode T₁₃ ist der Schalter 313 des Signalwandlers 31 in einem Ein-Zustand, wird die Ladungs-Akkumulierung im Kapazitätsanteil 312 initialisiert und wird auch der Spannungswert des Ausgangsanschlusses des Verstärkers 311 initialisiert. Nach der Initialisierung ist der Schalter 313 des Signalwandlers 31 in einem Aus-Zustand, werden Ladungen in dem Kapazitätsanteil 312, basierend auf dem an dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 311 eingegebenen Detektionssignal akkumuliert und wird ein Spannungswert entsprechend der Menge an in dem Kapazitätsanteil 312 akkumulierten Ladungen aus dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 311 ausgegeben.
In der Periode T₂₁ (Zeit t₂₀ bis t₂₂ ) nachfolgend der Periode T₁₃ wird der Eingangsanschluss T1 des Signalwandlers 31 von jedem Fotodetektor 21_n durch den Schalter 34 getrennt und wird der Ausgangsspannungswert des Signalwandlers 31 bestimmt. Weiter wird in der Periode T₂₁ der Ausgangsanschluss des Signalwandlers 31 mit der Probenhalteschaltung 331 durch den Schalter 35 verbunden und wird der Ausgangsspannungswert des Signalwandlers 31 durch die Probenhalteschaltung 331 gehalten. In der Periode T₂₁ wird eine A/D-Umwandlungsverarbeitung durch den A/D-Wandler 33 durchgeführt und wird ein Digitalwert an die Steuereinheit 40 ausgegeben. Der zu dieser Zeit ausgegebene Digitalwert entspricht dem Digital-Signalwert des Fotodetektors 21₃ .
Dasselbe gilt für die nachfolgenden Operationen. In diesem Konfigurationsbeispiel geben die zwei Signalwandler 31 und 32 abwechselnd die Detektionssignale synchron mit den Bestrahlungsperioden der entsprechenden Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ der Lichtquelle 11 ein und führen eine Ladungs-Akkumulation durch. In der Periode, in der ein Signalwandler das Detektionssignal annimmt und die Ladungs-Akkumulation durchführt, wandelt der A/D-Wandler 33 den ausgegebenen Spannungswert des anderen Signalwandlers, welcher die Ladungs-Akkumulation in der vorigen Periode durchgeführt hat, in ein Digitalsignal um und gibt den Digitalwert aus. Daher, während der Ausgangsspannungswert eines der Signalwandler in ein Digitalsignal durch den A/D-Wandler 33 umgewandelt wird, kann die Ladungs-Akkumulation durch den anderen Signalwandler durchgeführt werden.
Die Anordnung und Konfiguration der Lichtquelle, des Probenbehälters, des Fotodetektors und der anderen optischen Komponenten in dem optischen Messsystem sind nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der Bestrahlungslichtstrahl aus der Lichtquelle zum Probenbehälter durch einen Lichtleiter geführt werden oder kann der erzeugte Lichtstrahl aus dem Probenbehälter zum Fotodetektor durch einen Lichtleiter geführt werden.
Weiter, wie in 10 illustriert, können in dem optischen Messsystem, welches die Lichtquelle 11, den Fotodetektor 21_n und dergleichen beinhaltet, Linsen 23_n und 24_n zusätzlich zum Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n zwischen dem Probenbehälter 2 und dem Fotodetektor 21_n vorgesehen sein. Der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n ist vorzugsweise zwischen der Linse 23_n und der Linse 24_n vorgesehen. In diesem Konfigurationsbeispiel, da die Linsen 23_n und 24_n zum selektiven Führen der in der Probe erzeugten Fluoreszenz zum Fotodetektor 21_n vorgesehen sind, ist es möglich, den erzeugten Lichtstrahl effizient zur Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n zu führen und ist es weiter möglich, zu verhindern, dass das Anregungslicht oder Streulicht desselben die Lichtempfangsoberfläche des Fotodetektors 21_n betritt, und daher kann die Intensität des erzeugten Lichtstrahls mit einem hohen SN-Verhältnis detektiert werden.
Hier sind im, die Linsen wie in 10 illustriert beinhaltenden optischen Messsystem die komplizierte Konfiguration und eine große Anzahl von Montageschritten der Faktor des Erhöhens des Preises der Lichtmesseinrichtung. Daher wird es bevorzugt, die Konfiguration eines optischen Messsystems wie unten illustriert anzunehmen.
11 ist eine Längsschnittansicht, die eine Konfiguration eines bevorzugten Beispiels des optischen Messsystems illustriert. Eine dunkle Box 80 ist in 11 auch illustriert. 12 ist eine Längsschnittansicht, die eine Konfiguration eines Metallblocks 50 in dem in 11 illustrierten optischen Messsystem illustriert. 13 ist eine Längsschnittansicht, die eine Konfiguration eines Optikelement-Haltebereichs 60 im in 11 illustrierten optischen Messsystem illustriert.
Der Metallblock 50 und der Optikelement-Haltebereich 60 halten den Probenbehälter 2, die Lichtquelle 11, den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, die Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ und die Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₁ bis 22₃ und Definieren dieser Anordnungen. Die Dunkelbox 80 ordnet den Probenbehälter 2, die Lichtquelle 11, den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, die Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ , die Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₁ bis 22₃ , den Metallblocks 50 und den Optikelement-Haltebereich 60 darin an. In einem Zustand, in welchem ein Deckel 81 der Dunkelbox 80 geöffnet ist, ist es möglich, den Probenbehälter 2 mit einem ersten Durchgangsloch, das sich in einer vertikalen Richtung des Metallblocks 50 erstreckt, einzuführen und zu entfernen. In einem Zustand, in welchem der Deckel 81 geschlossen ist, dringt kein Streulicht von außerhalb in das Innere der Dunkelbox 80 ein.
Der in 12 illustrierte Metallblock 50 ist aus einem Metall gefertigt, das hohe thermische Leitfähigkeit aufweist und ist vorzugsweise aus Aluminium oder/und einer Aluminiumlegierung hergestellt. Weiter kann der Metallblock 50 aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Edelstahl oder dergleichen hergestellt sein. Der Metallblock 50 weist eine prismatische Form als allgemeine Form auf.
Der Metallblock 50 weist eine erste Oberfläche 51 auf, welche eine obere Oberfläche der prismatischen Form ist, eine zweite Oberfläche 52, die eine untere Oberfläche entgegengesetzt dazu ist und eine dritte Oberfläche 53, die eine andere Seitenoberfläche ist. Wenn die allgemeine Form des Metallblocks 50 die prismatische Form ist, gibt es zumindest drei dritte Oberflächen 53, die Seitenoberflächen sind. Falls beispielsweise die allgemeine Form des Metallblocks 50 eine viereckige Prismenform ist, gibt es vier dritte Oberflächen 53, die Seitenflächen sind.
Der Metallblock 50 weist ein zwischen der ersten Oberfläche 51 und der zweiten Oberfläche 52 vorgesehenes erstes Durchgangsloch 54 auf. Das erste Durchgangsloch 54 ist ein in ein oberes Loch 55 auf Seite der ersten Oberfläche 51, einen Zustand zulaufenden Bereich 56 und ein unteres Loch 57 auf Seite der zweiten Oberfläche 52 unterteilt. Der Durchmesser des oberen Lochs 55 ist längs der Achsenrichtung konstant. Der Durchmesser des unteren Lochs 57 kann auch längs der Achsenrichtung konstant sein. Der Durchmesser des oberen Lochs 55 ist kleiner als der Durchmesser des unteren Lochs 57. Das obere Loch 55 weist einen Durchmesser so auf, dass der Probenbehälter 2 aus der Seite der ersten Oberfläche 51 eingeführt werden kann. Der Durchmesser des zulaufenden Bereichs 56 zwischen dem oberen Loch 55 und dem unteren Loch 57 ändert sich monoton längs der Achsenrichtung.
Weiter weist der Metallblock 50 zweite Durchgangslöcher 58₁ bis 58₃ auf, welche zwischen den dritten Oberflächen 53 und dem unteren Loch 57 des ersten Durchgangslochs 54 vorgesehen sind. Der Durchmesser jeden zweiten Durchgangslochs 58_n kann konstant sein. Der Metallblock 50 mit einer solchen Form kann hergestellt werden, indem das erste Durchgangsloch 54 und die zweiten Durchgangslöcher 58₁ bis 58₃ gebildet werden durch Durchführen einer Drehbank-Verarbeitung an einem Metallblock.
Der Probenbehälter 2 wird in das erste Durchgangsloch 54 von der Seite der ersten Oberfläche 51 des Metallblocks 50 aus eingeführt. Der obere Bereich des Probenbehälters 2, der einzuführen ist, weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Der untere Bereich des Probenbehälters 2 kann eine solche Form aufweisen, dass dessen Durchmesser zur Spitze hin abnimmt. Der eingeführte Probenbehälter 2 wird so positioniert, dass die Probe 3 im unteren Bereich desselben gegenüberliegend jedem zweiten Durchgangsloch 58_n positioniert wird. Zur gleichen Zeit steht ein Bereich des oberen Bereichs des Probenbehälters 2 mit der im Wesentlichen zylindrischen Form in thermischen Kontakt mit einer inneren Wandoberfläche des oberen Lochs 55 des ersten Durchgangslochs 54.
Hier gibt es einen Mikrotubus als Probenbehälter, der die obige Form aufweist. Beispielsweise ist das Volumen des Mikrotubus 250 µL und beträgt die in dem Mikrotubus platzierte Probe mehrere µL. Der Mikrotubus ist transparent oder milchig weiß. Der milchig weiße Mikrotubus streut das Anregungslicht wie auch Spiegelreflektion des Anregungslichts auf der Oberfläche.
Da das durch den Mikrotubus gestreute Anregungslicht eine niedrige Intensität hat, kann es durch den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n ausreichen blockiert werden. Das durch den Mikrotubus spiegelreflektierte Anregungslicht ist stärker als das gestreute Anregungslicht und daher kann im Falle des Eindringens in den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n ein Teil des Lichts, der nicht ausreichend durch den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n blockiert werden kann, die Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n erreichen und wird weiter Fluoreszenz in dem Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n erzeugt und kann die Fluoreszenz die Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n erreichen. Daher wird es bevorzugt, dass das durch den Mikrotubus spiegelreflektierte Anregungslicht nicht auf den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n einfällt.
Der in 13 illustrierte Optikelement-Haltebereich 60 wird aus einem Polymer gefertigt, das eine thermische Leitfähigkeit niedriger als diejenige des Metallblocks 50 aufweist, wie etwa DURACON (registriertes Warenzeichen) der Polyplastics Co., Ltd. Der Optikelement-Haltebereich 60 hält die Lichtquelle 11, den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, die Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ und die Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₁ bis 22₃ und definiert diese Anordnungen. Durch Kombinieren des Optikelement-Haltebereichs 60 und des Metallblocks 50 wird das optische Messsystem aus der Lichtquelle 11 zum Fotodetektor 21_n durch den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, den Probenbehälter 2 und den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n gebildet.
Der Optikelement-Haltebereich 60 weist eine Form auf, die mit dem Metallblock 50 kombiniert werden kann. Der Optikelement-Haltebereich 60 weist ein erstes Durchgangsloch 61 auf, das mit dem ersten Durchgangsloch 54 des Metallblocks 50 verbunden ist, wenn mit dem Metallblock 50 kombiniert. Das erste Durchgangsloch 61 des Optikelement-Haltebereichs 60 ist in ein oberes Loch 62 nahe dem Metallblock 50 und ein unteres Loch 63 auf der entgegengesetzten Seite zum Metallblock 50 unterteilt. Der Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 ist in das obere Loch 62 eingefügt und in der Position fixiert. Die Lichtquelle 11 ist in der Öffnung des unteren Loches 63 angeordnet.
Weiter weist der Optikelement-Haltebereich 60 ein zweites Durchgangsloch 64_n auf, das mit dem zweiten Durchgangsloch 58_n des Metallblocks 50 verbunden ist, wenn mit dem Metallblock 50 kombiniert. Das Durchgangsloch 64_n des Optikelement-Haltebereichs 60 ist in ein inneres Loch 65_n nahe am Metallblock 50, ein Relais-Loch 66_n und ein äußeres Loch 67_n auf der entgegengesetzten Seite des Metallblocks 50 unterteilt. Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n ist in das innere Loch 65 eingefügt und in seiner Position fixiert. Der Fotodetektor 21_n ist in das äußere Loch 67_n eingeführt und in seiner Position fixiert.
Mit einer solchen Konfiguration des Metallblocks 50 und des Optikelement-Haltebereichs 60 gibt die auf der Seite der zweiten Oberfläche 52 des Metallblocks 50 vorgesehene Lichtquelle 11 den Bestrahlungslichtstrahl λ_η , der aus den Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ ausgewählt ist, zum Bestrahlen der Probe 3 im Probenbehälter 2 aus. Der Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, der auf dem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle 11 und dem Probenbehälter 2 vorgesehen ist, sendet selektiv Anregungslicht einer spezifischen Wellenlänge in der Lichtausgabe aus der Lichtquelle 11 und macht, dass Anregungslicht auf den Probenbehälter 2 einfällt.
Der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n , der auf dem optischen Pfad zwischen dem Probenbehälter 2 und dem Fotodetektor 21_n vorgesehen ist, blockt selektiv das Anregungslicht und lässt die Fluoreszenz selektiv passieren, so dass sie die Lichtempfangsoberfläche des Fotodetektors 21_n betritt. Weiter weist der auf der dritten Oberfläche 53-Seite des Metallblocks 50 vorgesehene Fotodetektor 21_n die Lichtempfangsoberfläche zum Aufnehmen von in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls in der Probe 3 des Probenbehälters 2 erzeugte Fluoreszenz auf, detektiert die Intensität der die Lichtaufnahmeoberfläche durch das zweite Durchgangsloch 58_n des Metallblocks 50 und des Fluoreszenz-Transmissionsfilters 22_n erreichenden Fluoreszenz und gibt ein Detektionssignal aus.
14 ist eine quer laufende Schnittansicht des in 11 illustrierten optischen Messsystems. 14 illustriert einen Querschnitt an einer Position, an welcher die zweiten Durchgangslöcher 58_n des Metallblocks 50 und die zweiten Durchgangslöcher 64_n des Optikelement-Haltebereichs 60 vorgesehen sind. Weiter weist in 14 der Metallblock 50 eine im Wesentlichen rechteckige Prismaform auf.
Das zweite Durchgangsloch 58₁ , der Fotodetektor 21₁ und der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₁ zum Detektieren der durch die Bestrahlung der Probe 3 mit dem Bestrahlungslichtstrahl λ₁ erzeugten Fluoreszenz sind auf der ersten Oberflächenseite von den vier Seitenoberflächen des Metallblocks 50 vorgesehen. Das zweite Durchgangsloch 58₂ , der Fotodetektor 21₂ und der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₂ zum Detektieren der durch die Bestrahlung der Probe 3 mit dem Bestrahlungslichtstrahl λ₂ erzeugten Fluoreszenz sind auf der zweiten Seitenoberfläche vorgesehen. Das zweite Durchgangsloch 58₃ , der Fotodetektor 21₃ und der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22₃ zum Detektieren der durch die Bestrahlung der Probe 3 mit Bestrahlungslichtstrahl λ₃ erzeugten Fluoreszenz sind auf der dritten Seitenoberfläche vorgesehen.
Weiter ist eine Temperaturjustiereinheit 70 in Kontakt mit der vierten Seitenoberfläche des Metallblocks 50 vorgesehen. Die Temperaturjustiereinheit 70 justiert die Temperatur des Metallblocks 50 und justiert die Temperatur der Probe 3 im Probenbehälter 2, welcher durch den Metallblock 50 gehalten wird. Die Temperaturjustiereinheit 70 beinhaltet beispielsweise eine Heizeinheit einschließlich einer Heizers oder eines Peltier-Elements und eine Temperaturmesseinheit, die beispielsweise ein Thermoelement, einen Thermistor oder einen Temperaturmess-IC enthält, und das Heizen wird durch die Heizeinheit so durchgeführt, dass die Temperatur des Metallblocks 50, welche durch die Temperaturmesseinheit gemessen wird, innerhalb eines gewünschten Bereichs fällt. Der Betrieb der Temperaturjustiereinheit 70 kann durch die Steuereinheit 40 gesteuert werden.
Als Nächstes wird der Betrieb in dem Fall der in 11 bis 14 illustrierten Konfiguration beschrieben. Nachdem die Temperatur des Metallblocks 50 auf einen gewünschten Bereich durch die Temperaturjustiereinheit 70 justiert ist, wird der Probenbehälter 2, in welchem die Probe 3 platziert ist, in das obere Loch 55 des ersten Durchgangslochs 54 von der Seite der ersten Oberfläche 51 des Metallblocks 50 aus eingeführt. Nach der Einführung wird der Deckel 81 geschlossen und es wird verhindert, dass von außen Streulicht in das Innere der Dunkelbox 80 eindringt. Aufgrund dieser Einführung wird der Probenbehälter 2 so positioniert, dass die Probe 3 zu den zweiten Drehungslöchern 58₁ bis 58₃ hinweist und in thermischen Kontakt mit der inneren Wandoberfläche des oberen Lochs 55 steht. Die Probe 3 im Probenbehälter 2, die in thermischem Kontakt mit der inneren Wandoberfläche des oberen Lochs 55 steht, erreicht graduell die Temperatur in dem gewünschten Bereich.
Der aus den Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ ausgewählte und aus der Lichtquelle 11 ausgegebene Bestrahlungslichtstrahl λ_n passiert das untere Loch 63 des ersten Durchgangslochs 61 des Optikelement-Haltebereichs 60 und transmittiert durch den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, der im oberen Loch 62 des ersten Durchgangslochs 61 eingepasst ist. Das den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 transmittierende Anregungslicht passiert das untere Loch 57 des ersten Durchgangslochs 54 des Metallblocks 50 und die Probe 3 im Probenbehälter 2 wird bestrahlt.
Ein Teil der in der Probe 3 in Reaktion auf die Bestrahlung der Probe 3 mit dem Anregungslicht erzeugte Fluoreszenz passiert das zweite Durchgangsloch 58_n des Metallblocks 50 und transmittiert durch den in das innere Loch 65_n des zweiten Durchgangslochs 64_n des Optikelement-Haltebereichs 60 eingepassten Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n . Die den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n transmittierende Fluoreszenz passiert das Relais-Loch 66_n des zweiten Durchgangslochs 64_n des Optikelement-Haltebereich 60 und wird durch den in dem äußeren Loch 67_n des zweiten Durchgangslochs 64_n eingepassten Fotodetektor 21_n aufgenommen.
Die Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ werden jeweils aus der Lichtquelle 11 über die zueinander unterschiedlichen Bestrahlungsperioden ausgegeben. Die Ausgabe jedes der Bestrahlungslichtstrahlen λ₁ bis λ₃ aus der Lichtquelle 11 und die Verarbeitung der aus den Fotodetektoren 21₁ bis 21₃ ausgegebenen Detektionssignale sind die gleichen wie oben beschrieben.
Hier kann die Größe jedes vom unteren Loch 62 des ersten Durchgangslochs 61 des Optikelement-Haltebereichs 60 und dem unteren Loch 67 des ersten Signalkabels 54 des Metallblocks 50, durch welchen das Anregungslicht aus der Lichtquelle 11 zum Probenbehälter 2 hin passiert, größer als der Durchmesser des Probenbehälters 2 sein oder kann etwas größer sein. Die Größe jedes des zweiten Durchgangslochs 58_n des Metallblocks 50 und des Relais-Lochs 66_n des zweiten Durchgangslochs 64_n des Optikelement-Haltebereichs 60, durch welche Fluoreszenz aus der passierbar 3 zum Fotodetektor 21_n passiert, können etwa die gleiche wie die Größe (beispielsweise etwa 5 mm) der Lichtempfangsoberfläche des Fotodetektors 21_n sein. Die Länge des zweiten Durchgangslochs 58_n des Metallblocks 50 kann mehrere mm betragen.
Wie oben beschrieben, wird in der in 11 bis 14 illustrierten Konfiguration der Probenbehälter 2 in das obere Loch 55 des ersten Durchgangslochs 54 des Metallblocks 50 eingeführt und es ist somit möglich, den Probenbehälter 2 so zu positionieren, dass die Probe 3 im Probenbehälter 2 zum Durchgangsloch 58_n weist. Daher wird das optische Messsystem von der Lichtquelle 11 über den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12, den Probenbehälter 2 und den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n bis zum Fotodetektor 21_n gebildet. Weiter ist keine Linse in dem optischen Fluoreszenzsystem ab dem Probenbehälter 2 bis zum Fotodetektor 21_n vorgesehen. Die in der Probe 3 im Probenbehälter 2 erzeugte Fluoreszenz passiert das zweite Durchgangsloch 58_n des Metallblocks 50, passiert den Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n und wird durch den Fotodetektor 21_n aufgenommen. Daher, da die Konfiguration einfach ist und die Anzahl von Montageschritten klein ist, ist es einfach und möglich, den Preise zu reduzieren.
In dieser Konfiguration ist der Probenbehälter 2 positioniert durch Einführen des Probenbehälters 2 in das obere Loch 55 des ersten Durchgangslochs 54 des Metallblocks 50 und simultan wird der Probenbehälter 2 in thermischen Kontakt mit der inneren Wandoberfläche des oberen Lochs 55 gebracht. Daher kann die Intensität von in der Probe 3 erzeugter Fluoreszenz unter der Bedingung detektiert werden, dass die Temperatur der Probe 3 im Probenbehälter 2 in einem gewünschten Bereich ist, durch den Metallblock 50 durch die Temperaturjustiereinheit 70, und es ist auch möglich, die zeitliche Änderung bei der Intensität der Fluoreszenz zu beobachten.
Indem ein Farbglasfilter als Anregungslicht des Transmissionsfilters 12 verwendet wird oder ein Farbglasfilter als der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n verwendet wird, kann die Lichtmesseinrichtung 1 weiter im Preis reduziert werden.
Der Farbglasfilter als der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n kann Fluoreszenz erzeugen, wenn er das Anregungslicht absorbiert, und wenn die Fluoreszenz durch den Fotodetektor 21_n aufgenommen wird, verschlechtert sich das SN-Verhältnis.
In Reaktion auf dieses Problem stellt das zweite Durchgangsloch 58_n des Metallblocks 50 eine kollimierende Funktion zum Definieren einer Lichteinfallsrichtung dem Fotodetektor 21_n bereit und gestattet der in der Probe 3 erzeugten Fluoreszenz, auf die Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n einzufallen und andererseits ist es möglich, zu verhindern, dass das aus der Lichtquelle 11 ausgegebene und über den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 transmittierte Anregungslicht sich zur Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n direkt oder nach Spiegelreflektion durch den Probenbehälter 2 ausbreitet. Daher, selbst wenn ein Farbglasfilter mit Fluoreszenz als der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n verwendet wird, wird die Beeinträchtigung des SN-Verhältnisses reduziert. Das zweite Durchgangsloch 58_n des Metallblocks 50 wird vorzugsweise auf eine Position, einen Durchmesser und eine Länge oder eine Richtung eingestellt, welche die Ausbreitung des aus der Lichtquelle 11 ausgegebenen und durch den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 transmittierten Anregungslicht, direkt oder nach Spiegelreflektion durch den Probenbehälter 2 zur Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n , beschränkt.
Als Konfiguration zum Unterdrücken der Ausbreitung des durch den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 transmittierten Anregungslichts zur Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n beinhaltet der Metallblock 50 vorzugsweise im ersten Durchgangsloch 54 einen Lichtfallenbereich, der die Ausbreitung des Anregungslichts zur Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n durch Unterdrücken der Reflektion oder Streuung des Anregungslichts auf der Innenwandoberfläche des ersten Durchgangslochs 54 beschränkt. Wie in 11 illustriert, bildet der zulaufende Bereich 56 des ersten Durchgangslochs 54 des Metallblocks 50 den Lichtfallenbereich, so dass der Durchmesser graduell vom unteren Loch 57 zum oberen Loch 55 abnimmt und das Intervall mit dem Probenbehälter 2 graduell abnimmt. Daher, selbst wenn ein Farbglasfilter mit Fluoreszenz als der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n verwendet wird, wird die Beeinträchtigung des SN-Verhältnisses reduziert.
Wie bei der Konfiguration der ersten Modifikation eines in 15 illustrierten optischen Messsystems wird es auch bevorzugt, dass der Metallblock 50 einen Abschirmbereich 59_n im ersten Durchgangsloch 54_n zum Abschirmen der Ausbreitung des Anregungslichts zur Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n aufweist. Der Abschirmbereich 59_n ist im ersten Durchgangsloch 54 und unter dem zweiten Durchgangsloch 58_n vorgesehen. Der Abschirmbereich 59_n stellt eine kollimierende Funktion zum Definieren einer Lichteinfallsrichtung am Fotodetektor 21_n bereit und gestattet der in der Probe 3 erzeugten Fluoreszenz, auf die Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n einzufallen, und andererseits ist es möglich, zu verhindern, dass das durch den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 transmittierte Anregungslicht sich zur Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n direkt oder nach Spiegelreflektion durch den Probenbehälter 2 ausbreitet. Daher, selbst wenn ein Farbglasfilter mit Fluoreszenz als der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n verwendet wird, wird die Beeinträchtigung des SN-Verhältnisses reduziert.
Wie in der Konfiguration einer zweiten Modifikation eines in 16 illustrierten optischen Messsystem wird es auch bevorzugt, dass der Fotodetektor 21_n so angeordnet ist, dass die rechtwinklige Richtung der Lichtaufnahmeoberfläche ein spitzer Winkel in Bezug auf die optische Achsenrichtung des optischen Systems des Anregungslichts aus der Lichtquelle 11 an den Probenbehälter 2 ist. Da die Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n wie oben beschrieben geneigt ist, ist der Einfallswinkel (der Winkel in Bezug auf die rechtwinklige Linie der Lichtaufnahmeoberfläche), wenn das durch den Anregungslicht-Transmissionsfilter 12 transmittierte Anregungslicht auf die Lichtaufnahmeoberfläche des Fotodetektors 21_n direkt oder nach Spiegelreflektor durch den Probenbehälter 2 einfällt, groß ist und ist die Lichtintensität an Anregungslicht niedrig. Daher, selbst wenn ein Farbglasfilter mit Fluoreszenz als der Fluoreszenz-Transmissionsfilter 22_n verwendet wird, wird die Beeinträchtigung des SN-Verhältnisses reduziert.
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 beschrieben.
17 ist eine Perspektivansicht, die ein erstes Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 illustriert. Die Lichtquelle 11A des ersten Konfigurationsbeispiels weist eine Konfiguration auf, in der drei Licht emittierenden Elemente 91₁ bis 91₃ flip-chip-montiert auf einem Substrat 90 sind. Jedes Licht emittierende Element 91_n kann den Bestrahlungslichtstrahl λ_n ausgeben. Jedes Licht emittierende Element 91_n ist beispielsweise eine Licht emittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode (LD). Ein Elektrodenanschluss jedes Licht emittierenden Elements 91_n ist elektrisch mit einer Verdrahtungsleitung W_n1 auf dem Substrat 90 gekoppelt. Der andere Elektrodenanschluss jedes Licht emittierenden Elements 91_n ist elektrisch mit einer Verdrahtungsleitung W_n2 auf dem Substrat 90 gekoppelt. Auf dem Substrat 90 wird bevorzugt, dass eine Distanz zwischen den drei Licht emittierenden Elementen 91₁ bis 91₃ kurz ist und kann die Distanz beispielsweise auf ein mm oder weniger eingestellt werden.
Die durch die Steuereinheit 40 gesteuerte Lichtquellen-Antriebsschaltung 13 wählt eines von einem Verdrahtungs-Set W₁₁ und W₁₂ , einem Verdrahtungs-Set W₂₁ und W₂₂ und einem Verdrahtungs-Set W₃₁ und W₃₂ aus und veranlasst, das ein Antriebsstrom zwischen den ausgewählten Verdrahtungsleitungen W_n1 und W_n2 fließt, so dass der Bestrahlungslichtstrahl λ_n aus dem mit den Verdrahtungsleitungen W_n1 und W_n2 verbundenen Licht emittierenden Elementen 91_n ausgegeben werden kann.
Vorzugsweise wird eine Linse auf der Lichtausgabeseite der Lichtquelle 11A vorgesehen, um so die Licht emittierenden Elemente 91₁ bis 91₃ abzudecken und kann Divergenz des Bestrahlungslichtstrahls λ_n durch die Linse unterdrückt werden. Diese Linse wird beispielsweise mit einem Polymer gegossen und kann mit dem Substrat 90 und den Licht emittierenden Elementen 91₁ bis 91₃ integral sein, oder kann von diesen getrennt sein.
18 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 illustriert. Die Lichtquelle 11B des zweiten Konfigurationsbeispiels weist eine Konfiguration auf, in welcher Licht emittierende Elemente 92₁ bis 92₃ und ein dichroitische Spiegel 93₁ bis 93₂ durch das Lichtemissionselement-Haltebauteil 94 gehalten werden. Jedes Licht emittierende Element 92_n kann einen Bestrahlungslichtstrahl λ_n ausgeben. Jedes Licht emittierende Element 92_n ist beispielsweise eine Licht emittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode (LD).
Das Lichtemissionselement-Haltebauteil 94 weist ein Durchgangsloch 94₁ auf. Das Lichtemissionselement 92₁ ist in ein Ende des Durchgangslochs 94₁ eingepasst und ein Bestrahlungslichtstrahl wird aus dem anderen Ende des Durchgangslochs 94₁ ausgegeben. Weiter weist das Lichtemissionselement-Haltebauteil 94 Durchgangslöcher 94₂ und 94₃ auf, die sich von der Seitenoberfläche zum Durchgangsloch 94₁ erstrecken. Das Licht emittierenden Element 92₂ wird in das Durchgangsloch 94₂ eingepasst und der dichroitische Spiegel 93₁ wird an einer Position angeordnet, an welcher das Durchgangsloch 94₂ und das Durchgangsloch 94₁ sich schneiden. Das Licht emittierende Element 92₃ ist in das Durchgangsloch 94₃ eingepasst und der dichroitische Spiegel 93₂ ist an einer Position angeordnet, an welcher das Durchgangsloch 94₃ und das Durchgangsloch 94₁ sich schneiden.
Der dichroitische Spiegel 93₁ sendet den Bestrahlungslichtstrahl λ₁ , der aus dem Licht emittierenden Element 92_^1 ausgegeben wird, und reflektiert den Bestrahlungslichtstrahl λ₂ , der aus dem Licht emittierenden Element 92₂ ausgegeben wird. Der dichroitische Spiegel 93₂ sendet den Bestrahlungslichtstrahl λ₁ oder den Bestrahlungslichtstrahl λ₂ , die aus dem dichroitischen Spiegel 93₁ eintreffen, und reflektiert den aus dem Licht emittierenden Element 92₃ ausgegebenen Bestrahlungslichtstrahl λ₃ . Dann wird jeder Bestrahlungslichtstrahl λ_n aus den Durchgangsloch 94₁ nach außen ausgegeben.
19 ist eine Querschnittsansicht, die ein drittes Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 illustriert. 20 ist eine Perspektivansicht, die ein Filterrad 96 illustriert, das im dritten Konfigurationsbeispiel der Lichtquelle 11 verwendet wird. Die Lichtquelle 11C des dritten Konfigurationsbeispiels beinhaltet ein Licht emittierendes Element 95, ein Filterrad 96 und einen Schrittmotor 98. Das Licht emittierende Element 95 gibt Breitbandweißlicht λ_w aus und kann beispielsweise eine Super-Lumineszenzdiode (SLD) sein. Das Filterrad 96 weist eine im wesentlichen Scheibenform auf. Das Filterrad 96 ist mit dem Schrittmotor 98 durch eine Drehwelle 99 verbunden und frei um das Zentrum durch den Schrittmotor 98 rotierbar.
Filter 97₁ bis 97₈ sind auf einen Umfang einer festen Distanz ab der Zentrumsposition der Rotation des Filterrads 96 vorgesehen. Jeder der Filter 97₁ bis 97₈ weist eine zueinander unterschiedliche Transmissions-Charakteristik auf. Jeder der Filter 97₁ bis 97₈ kann weißes Licht λ_w , das aus dem Licht emittierenden Element 95 ausgegeben wird, aufnehmen und kann den Bestrahlungslichtstrahl λ_n mit einen Spektrum entsprechend der Transmissions-Charakteristik ausgeben. In der Lichtquelle 11C wird die Rotation des Schrittmotors 98 durch die Steuereinheit 40 gesteuert, so dass das weiße Licht λ_w an einem der Filter 97₁ bis 97₈ aufgenommen wird und der Bestrahlungslichtstrahl λ_n aus dem Filter ausgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform und Konfigurationsbeispiel beschränkt, und verschiedene Modifikationen sind möglich. Beispielsweise ist die Anzahl von Bestrahlungslichtstrahlen und die Anzahl von Fotodetektoren in der obigen Ausführungsform 3, kann aber 2 sein oder kann 4 oder mehr sein.
Der erzeugte Lichtstrahl, der in der mit Licht bestrahlten Probe erzeugt wird, ist Fluoreszenz in der obigen Ausführungsform, aber kann Streulicht sein oder Licht sein, das durch ein nicht-lineares optisches Phänomen erzeugt wird. Ein Filter, der selektiv Licht einer spezifischen Wellenlänge in der Lichtausgabe aus der Lichtquelle transmittiert, oder ein Filter, der selektiv Licht einer spezifischen Wellenlänge in dem in der Probe erzeugten Licht transmittiert, kann nach Bedarf bereitgestellt werden.
Verschiedene andere Konfigurationsbeispiele der Lichtquelle 11 sind möglich. Beispielsweise kann die Lichtquelle 11 eine wellenlängen-variable Lichtquelle sein, in der die Ausgangs-Lichtwellenlänge variabel und justierbar ist. Beispielsweise kann als die wellenlängen-variable Lichtquelle ein Halbleiterlicht-Emissionselement, das zum Emittieren von Licht in einem breiten Band in der Lage ist, auf einem optischen Pfad in einem externen Resonator angeordnet werden und kann der externe Resonator eine Oszillations-Wellenlängenjustierfunktion aufweisen.
Die Lichtmesseinrichtung gemäß der obigen Ausführungsform ist eine Einrichtung zum Messen der Intensität von Licht, das in einer Probe in Reaktion auf Lichtbestrahlung auf die Probe erzeugt wird, und beinhaltet (1) eine Bestrahlungseinheit, die eine Lichtquelle zum Ausgeben eines Bestrahlungslichtstrahls einer Spitzenwellenlänge, die aus einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählt ist, beinhaltet, zum Bestrahlen der Probe mit Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen, die aus der Lichtquelle ausgegeben werden, über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden; (2) eine Detektionseinheit, die eine Vielzahl von Fotodetektoren beinhaltet, die in Eins-zu-Eins-Korrespondenz zur Vielzahl von Spitzenwellenlängen vorgesehen sind, zum Empfangen, durch jeden Fotodetektor, eines erzeugten Lichtstrahls, der in einer anderen Richtung als der Bestrahlungsrichtung des Bestrahlungslichtstrahls in dem erzeugten Licht emittiert wird, das in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der entsprechenden Spitzenwellenlänge erzeugt wird, Detektieren der Intensität des empfangenen erzeugten Lichtstrahls und Ausgeben eines Detektionssignals; und (3) eine Verarbeitungseinheit, die einen Eingabeanschluss zum gemeinsamen Eingeben der Detektionssignale aufweist, die jeweils aus der Vielzahl von Fotodetektoren als Analogwerte ausgegeben werden, zum Entgegennehmen des an dem Eingangsanschluss in der Bestrahlungsperiode, während welcher die Lichtquelle den Bestrahlungslichtstrahl jeder Spitzenwellenlänge ausgibt, eingegebenen Analogwerts, und Ausgeben eines Digitalwerts entsprechend dem Analogwert als einen Wert, welcher die Intensität des erzeugten Lichtstrahls repräsentiert, der in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der Spitzenwellenlänge erzeugt wird.
In der obigen Lichtmesseinrichtung kann die Bestrahlungseinheit die Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen über die zueinander unterschiedlichen Bestrahlungsperioden aus der Lichtquelle ausgeben, basierend auf einem Synchronisationssignal, welches die Bestrahlungsperioden der Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen angibt, und die Verarbeitungseinheit kann eine Umwandlungsverarbeitung aus dem Analogwert zum Digitalwert durchführen, basierend auf dem Synchronisationssignal. Weiter kann die obige Lichtmesseinrichtung des Weiteren eine Steuereinheit zum Ausgeben des Synchronisationssignals an die Bestrahlungseinheit und die Verarbeitungseinheit beinhalten.
In der obigen Lichtmesseinrichtung kann die Verarbeitungseinheit einen Signalwandler zum Ausgeben eines Spannungswerts entsprechend einem Wert des an dem Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignals und einen A/D-Wandler zum Umwandeln des aus dem Signalwandler ausgegebenen Spannungswerts in das Digitalsignal und Ausgeben des Digitalwertes beinhalten. Weiter kann in der obigen Lichtmesseinrichtung der Signalwandler einen Integrator beinhalten, der einen Kapazitätsanteil zum Akkumulieren von Ladungen aufweist, basierend auf dem an dem Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignal, und zum Ausgeben des Spannungswerts entsprechend dem akkumulierten Ladungsbetrag. Weiter beinhaltet der Signalwandler einen ersten Integrator und einen zweiten Integrator als den Integrator und der erste Integrator und der zweite Integrator können abwechselnd die Detektionssignale synchron mit den Bestrahlungsperioden der jeweiligen Bestrahlungslichtstrahlen der Vielzahl von Spitzenwellenlängen aufnehmen.
In der obigen Lichtmesseinrichtung kann die Bestrahlungseinheit die Lichtquelle beinhalten, die eine Vielzahl von Licht emittierenden Elementen aufweist, mit zueinander unterschiedlichen Ausgabelicht-Spitzenwellenlängen und kann den Bestrahlungslichtstrahl aus einem der aus der Vielzahl von Licht emittierenden Elementen ausgewähltem Licht emittierenden Element ausgeben, und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl bestrahlen. Weiter kann in der obigen Lichtmesseinrichtung die Bestrahlungseinheit die Lichtquelle beinhalten, deren Ausgangslicht-Wellenlänge variabel ist, kann den Bestrahlungslichtstrahl einer aus der Vielzahl von Spitzenwellenlängen aus der Lichtquelle ausgewählten Spitzenwellenlänge ausgeben und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl bestrahlen.
Das Lichtmessverfahren gemäß der obigen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Messen der Intensität von in einer Probe erzeugtem Licht in Reaktion auf Lichtbestrahlung auf die Probe und beinhaltet (1) einen Lichtbestrahlungsschritt, durch eine, eine Lichtquelle zum Ausgeben eines Bestrahlungslichtstrahls einer aus einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählten Spitzenwellenlänge beinhaltende Bestrahlungseinheit, des Bestrahlens der Probe mit Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen, die aus der Lichtquelle über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden ausgegeben werden; (2) einen Lichtdetektionsschritt, durch eine, eine Vielzahl von in Eins-zu-Eins-Entsprechung zur Vielzahl von Spitzenwellenlängen vorgesehenen Vielzahl von Fotodetektoren beinhaltenden Detektionseinheit, des Empfangens, durch jeden Fotodetektor, eines erzeugten Lichtstrahls, der in einer anderen Richtung als der Bestrahlungsrichtung des Bestrahlungslichtstrahls im erzeugten Licht emittiert wird, das in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der entsprechenden Spitzenwellenlänge erzeugt wird, Detektierens der Intensität des empfangenen, erzeugten Lichtstrahls, und Ausgebens eines Detektionssignals; und (3) einen Signalverarbeitungsschritt, durch eine Verarbeitungseinheit, die einen Eingabeanschluss zum gemeinsamen Eingeben der jeweils aus der Vielzahl von Fotodetektoren ausgegebenen Detektionssignal als Analogwerten aufweist, des Eingebens des am Eingangsanschluss in der Bestrahlungsperiode, während welcher die Lichtquelle des im Bestrahlungslichtstrahls jeder Spitzenwellenlänge ausgibt, eingegeben wird, und Ausgebens eines Digitalwerts entsprechend dem Analogwert als einem Wert, der die Intensität des erzeugten Lichtstrahls repräsentiert, der in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der Spitzenwellenlänge erzeugt wird.
Im obigen Lichtmessverfahren können im Lichtbestrahlungsschritt die Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden aus der Lichtquelle ausgegeben werden, basierend auf einem Synchronisationssignal, welches die Bestrahlungsperioden der Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen angibt, und im Signalverarbeitungsschritt kann eine Umwandlungsverarbeitung aus dem Analogwert zu dem Digitalwert basierend auf dem Synchronisationssignal durchgeführt werden. Weiter kann das obige Lichtmessverfahren des Weiteren einen Synchronisationsschritt des Ausgebens des Synchronisationssignals an die Bestrahlungseinheit und die Verarbeitungseinheit beinhalten.
Im obigen Lichtmessverfahren kann der Signalverarbeitungsschritt einen Signalumwandlungsschritt des Ausgebens eines Spannungswerts entsprechend einem Wert des an dem Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignal und einen A/D-Wandlungsschritt des Umwandelns des ausgegebenen Spannungswerts in den Digitalwert und Ausgeben des Digitalwerts beinhalten. Weiter kann im obigen Lichtmessverfahren im Lichtumwandlungsschritt ein Integrator verwendet werden, um Ladungen zu akkumulieren, basierend auf dem am Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignal und den Spannungswerten entsprechend der akkumulierten Ladungsmenge auszugeben. Weiter kann im Signalumwandlungsschritt eine Ladungsakkumulierung abwechselnd synchron mit den Bestrahlungsperioden der entsprechenden Bestrahlungslichtstrahlen der Vielzahl von Spitzenwellenlängen durch Verwenden zweier Integratoren als dem Integrator durchgeführt werden.
Im obigen Lichtmessverfahren kann im Lichtbestrahlungsschritt die Lichtquelle, die eine Vielzahl von Licht emittierenden Elementen mit zueinander unterschiedlichen Ausgangslichtspitzenwellen aufweist, verwendet werden, um den Bestrahlungslichtstrahl aus einem der Licht emittierenden Elemente auszugeben, das aus der Vielzahl von Licht emittierenden Elementen ausgewählt wird, und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl zu bestrahlen. Weiter kann im obigen Lichtmessverfahren im Lichtbestrahlungsschritt die Lichtquelle, deren Ausgangswellenlänge variabel ist, verwendet werden, um den Bestrahlungslichtstrahl irgendeiner Spitzenwellenlänge, die aus der Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählt ist, aus der Lichtquelle auszugeben, und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl bestrahlen.
Weiter kann in der obigen Lichtmesseinrichtung und dem Lichtmessverfahren das erzeugte Licht Fluoreszenz, Streulicht oder Licht, das durch ein nicht-lineares optisches Phänomen erzeugt wird, sein.
Als andere Konfiguration ist die Lichtmesseinrichtung eine Einrichtung zum Messen der Intensität von Licht, das in einer Probe in Reaktion auf Lichtbestrahlung auf die Probe, die in einem Probenbehälter platziert ist, erzeugt wird, und beinhaltet (1) einen Metallblock, der eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche zueinander gegenüberliegend und eine dazu unterschiedliche dritte Oberfläche beinhaltet, ein erstes Durchgangsloch, das zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche vorgesehen ist und ein zweites Durchgangsloch, das zwischen der dritten Oberfläche und dem ersten Durchgangsloch vorgesehen ist, wobei der Probenbehälter in das erste Durchgangsloch von der Seite der ersten Oberfläche eingeführt wird, der Probenbehälter so positioniert wird, dass die Probe im eingeführten Probenbehälter positioniert ist, zum zweiten Durchgangsloch zu weisen, und eine innere Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs in thermischem Kontakt zum Probenbehälter steht; (2) eine Lichtquelle, die auf der Seite der zweiten Oberfläche des Metallblocks vorgesehen ist und Bestrahlungslicht, mit welchem die Probe im in das erste Durchgangsloch des Metallblocks eingeführten und positionierten Probenbehälter bestrahlt wird, zum Inneren des ersten Durchgangslochs hin ausgibt; und (3) einen Fotodetektor, welcher auf einer Seite der dritten Oberfläche des Metallblocks vorgesehen ist, mit einer Lichtempfangsoberfläche zum Aufnehmen von erzeugtem Licht, das in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichts in der Probe im Probenbehälter erzeugt wird, der im ersten Durchgangsloch des Metallblocks eingeführt und positioniert ist, Detektieren der Intensität des erzeugten Lichts, welches die Lichtaufnahmeoberfläche durch das zweite Durchgangsloch erreicht, und Ausgeben eines Detektionssignals.
Weiter kann in der Lichtmesseinrichtung der Metallblock eine Vielzahl von dritten Oberflächen beinhalten und kann eine Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern beinhalten, welche zwischen der Vielzahl von dritten Oberflächen und dem ersten Durchgangsloch vorgesehen ist, kann die Lichtquelle einen Bestrahlungslichtstrahl irgendeiner Spitzenwellenlänge ausgeben, welche aus der Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählt ist, und kann der Fotodetektor in einem der Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern in einer Eins-zu-Eins-Korrespondenz zur Vielzahl von Spitzenwellenlängen vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung kann als eine Einrichtung und ein Verfahren verwendet werden, die leichter die Intensität von Licht messen können, das in einer Probe bei Bestrahlung der Probe mit jedem Bestrahlungslichtstrahl einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen erzeugt wird.
Aus der so beschriebenen Erfindung wird es ersichtlich sein, dass die Erfindung in vielen Weisen variiert werden kann. Solche Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Geist und Schutzumfang der Erfindung verstanden werden und alle solche Modifikationen, die Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich wären, sollen zum Einschluss innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche beabsichtigt sein.

Claims

Lichtmesseinrichtung zum Messen der Intensität von Licht, das in einer Probe in Reaktion auf Lichtbestrahlung auf die Probe erzeugt wird, wobei die Einrichtung beinhaltet: eine Bestrahlungseinheit, die eine Lichtquelle zum Ausgeben eines Bestrahlungslichtstrahls einer Spitzenwellenlänge, die aus einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählt ist, beinhaltet, zum Bestrahlen der Probe mit Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen, die aus der Lichtquelle ausgegeben werden, über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden; eine Detektionseinheit, die eine Vielzahl von Fotodetektoren beinhaltet, die in Eins-zu-Eins-Korrespondenz zur Vielzahl von Spitzenwellenlängen vorgesehen sind, zum Empfangen, durch jeden Fotodetektor, eines erzeugten Lichtstrahls, der in einer anderen Richtung als der Bestrahlungsrichtung des Bestrahlungslichtstrahls in dem erzeugten Licht emittiert wird, das in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der entsprechenden Spitzenwellenlänge erzeugt wird, Detektieren der Intensität des empfangenen erzeugten Lichtstrahls und Ausgeben eines Detektionssignals; und eine Verarbeitungseinheit, die einen Eingangsanschluss zum gemeinsamen Eingeben der Detektionssignale aufweist, die jeweils aus der Vielzahl von Fotodetektoren als Analogwerte ausgegeben werden, zum Entgegennehmen des an dem Eingangsanschluss in der Bestrahlungsperiode, während welcher die Lichtquelle den Bestrahlungslichtstrahl jeder Spitzenwellenlänge ausgibt, eingegebenen Analogwerts, und Ausgeben eines Digitalwerts entsprechend dem Analogwert als einen Wert, welcher die Intensität des erzeugten Lichtstrahls repräsentiert, der in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der Spitzenwellenlänge erzeugt wird.
Lichtmesseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Bestrahlungseinheit die Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen über die zueinander unterschiedlichen Bestrahlungsperioden aus der Lichtquelle ausgibt, basierend auf einem Synchronisationssignal, welches die Bestrahlungsperioden der Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen angibt, und die Verarbeitungseinheit eine Umwandlungsverarbeitung aus dem Analogwert zum Digitalwert durchführt, basierend auf dem Synchronisationssignal.
Lichtmesseinrichtung gemäß Anspruch 2, weiter umfassend eine Steuereinheit zum Ausgeben des Synchronisationssignals an die Bestrahlungseinheit und die Verarbeitungseinheit.
Lichtmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungseinheit einen Signalwandler zum Ausgeben eines Spannungswerts entsprechend einem Wert des an dem Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignals und einen A/D-Wandler zum Umwandeln des aus dem Signalwandler ausgegebenen Spannungswerts in das Digitalsignal und Ausgeben des Digitalwertes beinhaltet.
Lichtmesseinrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Signalwandler einen Integrator beinhaltet, der einen Kapazitätsanteil zum Akkumulieren von Ladungen, basierend auf dem an dem Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignal, und zum Ausgeben des Spannungswerts entsprechend dem akkumulierten Ladungsbetrag, aufweist.
Lichtmesseinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Signalwandler einen ersten Integrator und einen zweiten Integrator als den Integrator beinhaltet, und der erste Integrator und der zweite Integrator abwechselnd die Detektionssignale synchron mit den Bestrahlungsperioden der jeweiligen Bestrahlungslichtstrahlen der Vielzahl von Spitzenwellenlängen aufnehmen.
Lichtmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bestrahlungseinheit die Lichtquelle beinhaltet, die eine Vielzahl von Licht emittierenden Elementen aufweist, mit zueinander unterschiedlichen Ausgabelicht-Spitzenwellenlängen den Bestrahlungslichtstrahl aus einem der aus der Vielzahl von Licht emittierenden Elementen ausgewähltem Licht emittierenden Element ausgibt, und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl bestrahlt.
Lichtmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bestrahlungseinheit die Lichtquelle beinhaltet, deren Ausgangslicht-Wellenlänge variabel ist, den Bestrahlungslichtstrahl einer aus der Vielzahl von Spitzenwellenlängen aus der Lichtquelle ausgewählten Spitzenwellenlänge ausgibt, und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl bestrahlt.
Lichtmessverfahren zum Messen der Intensität von in einer Probe erzeugtem Licht in Reaktion auf Lichtbestrahlung auf die Probe, wobei das Verfahren umfasst: einen Lichtbestrahlungsschritt, durch eine, eine Lichtquelle zum Ausgeben eines Bestrahlungslichtstrahls einer aus einer Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählten Spitzenwellenlänge beinhaltende Bestrahlungseinheit, des Bestrahlens der Probe mit Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen, die aus der Lichtquelle über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden ausgegeben werden; einen Lichtdetektionsschritt, durch eine, eine Vielzahl von in Eins-zu-Eins-Entsprechung zur Vielzahl von Spitzenwellenlängen vorgesehenen Vielzahl von Fotodetektoren beinhaltenden Detektionseinheit, des Empfangens, durch jeden Fotodetektor, eines erzeugten Lichtstrahls, der in einer anderen Richtung als der Bestrahlungsrichtung des Bestrahlungslichtstrahls im erzeugten Licht emittiert wird, das in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der entsprechenden Spitzenwellenlänge erzeugt wird, Detektierens der Intensität des empfangenen, erzeugten Lichtstrahls, und Ausgebens eines Detektionssignals; und einen Signalverarbeitungsschritt, durch eine Verarbeitungseinheit, die einen Eingabeanschluss zum gemeinsamen Eingeben der jeweils aus der Vielzahl von Fotodetektoren ausgegebenen Detektionssignal als Analogwerte aufweist, des Eingebens des am Eingangsanschluss in der Bestrahlungsperiode, während welcher die Lichtquelle des im Bestrahlungslichtstrahls jeder Spitzenwellenlänge ausgibt, eingegeben wird, und Ausgebens eines Digitalwerts entsprechend dem Analogwert als einem Wert, der die Intensität des erzeugten Lichtstrahls repräsentiert, der in der Probe in Reaktion auf die Bestrahlung des Bestrahlungslichtstrahls der Spitzenwellenlänge erzeugt wird.
Lichtmessverfahren gemäß Anspruch 9, wobei im Lichtbestrahlungsschritt die Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen über zueinander unterschiedliche Bestrahlungsperioden aus der Lichtquelle ausgegeben werden, basierend auf einem Synchronisationssignal, welches die Bestrahlungsperioden der Bestrahlungslichtstrahlen der jeweiligen Spitzenwellenlängen angibt, und im Signalverarbeitungsschritt eine Umwandlungsverarbeitung aus dem Analogwert zu dem Digitalwert basierend auf dem Synchronisationssignal durchgeführt wird.
Lichtmessverfahren gemäß Anspruch 10, weiter umfassend einen Synchronisationsschritt des Ausgebens des Synchronisationssignals an die Bestrahlungseinheit und die Verarbeitungseinheit.
Lichtmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Signalverarbeitungsschritt einen Signalumwandlungsschritt des Ausgebens eines Spannungswerts entsprechend einem Wert des an dem Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignal und einen A/D-Wandlungsschritt des Umwandelns des ausgegebenen Spannungswerts in den Digitalwert und Ausgeben des Digitalwerts beinhaltet.
Lichtmessverfahren gemäß Anspruch 12, wobei im Lichtumwandlungsschritt ein Integrator verwendet wird, um Ladungen zu akkumulieren, basierend auf dem am Eingangsanschluss eingegebenen Detektionssignal, und den Spannungswert, entsprechend der akkumulierten Ladungsmenge, auszugeben.
Lichtmessverfahren gemäß Anspruch 13, wobei im Signalumwandlungsschritt eine Ladungsakkumulierung abwechselnd synchron mit den Bestrahlungsperioden der entsprechenden Bestrahlungslichtstrahlen der Vielzahl von Spitzenwellenlängen durch Verwenden zweier Integratoren als dem Integrator durchgeführt wird.
Lichtmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei im Lichtbestrahlungsschritt die Lichtquelle, die eine Vielzahl von Licht emittierenden Elementen mit zueinander unterschiedlichen Ausgangslichtspitzenwellen aufweist, verwendet wird, um den Bestrahlungslichtstrahl aus einem der Licht emittierenden Elemente auszugeben, das aus der Vielzahl von Licht emittierenden Elementen ausgewählt wird, und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl zu bestrahlen.
Lichtmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei im Lichtbestrahlungsschritt die Lichtquelle, deren Ausgangswellenlänge variabel ist, verwendet wird, um den Bestrahlungslichtstrahl irgendeiner Spitzenwellenlänge, die aus der Vielzahl von Spitzenwellenlängen ausgewählt ist, aus der Lichtquelle auszugeben, und die Probe mit dem Bestrahlungslichtstrahl zu bestrahlen.
Lichtmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei das erzeugte Licht Fluoreszenz, Streulicht oder Licht, das durch ein nicht-lineares optisches Phänomen erzeugt wird, ist.