JP2003004636A - 二次元微弱放射検出装置 - Google Patents
二次元微弱放射検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二次元的な微弱な放射を高速、かつ高精度で
検出できるようにする。 【解決手段】 微弱光検出装置４０は、レーザ照射ユニ
ット４２によってＤＮＡチップ４６にレーザビーム５０
を照射し、蛍光を放射させる。ＤＮＡチップ４６からの
蛍光は、検出ユニット５２の検出部５６に入射する。検
出部５６は、ＤＮＡチップ４６のセルに対応して複数の
検出トランジスタを配置した検出モジュールを有する。
検出部５６は、入射した蛍光（光子）を光電変換して電
子を放出し、この電子を増幅して検出モジュールに入射
させる。検出トランジスタは、アダマール行列に基づい
て切り替えて動作させられる。データ処理ユニット５４
は、検出部５６の出力信号を読み取ってアダマール逆変
換を行い、信号を出力した検出トランジスタを特定す
る。
検出できるようにする。 【解決手段】 微弱光検出装置４０は、レーザ照射ユニ
ット４２によってＤＮＡチップ４６にレーザビーム５０
を照射し、蛍光を放射させる。ＤＮＡチップ４６からの
蛍光は、検出ユニット５２の検出部５６に入射する。検
出部５６は、ＤＮＡチップ４６のセルに対応して複数の
検出トランジスタを配置した検出モジュールを有する。
検出部５６は、入射した蛍光（光子）を光電変換して電
子を放出し、この電子を増幅して検出モジュールに入射
させる。検出トランジスタは、アダマール行列に基づい
て切り替えて動作させられる。データ処理ユニット５４
は、検出部５６の出力信号を読み取ってアダマール逆変
換を行い、信号を出力した検出トランジスタを特定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次元的に放射さ
れる微弱な電磁波や粒子線を検出する二次元微弱放射検
出装置に関する。
れる微弱な電磁波や粒子線を検出する二次元微弱放射検
出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、病気の予防や診断を有効に行うた
めに、ＤＮＡチップによるハイブリッド形成法が注目さ
れている。これは、ＤＮＡの特定部位の断片（セル）を
ガラス基板の上にマトリックス状に配置したものであ
る。そして、ＤＮＡチップは、検査対象の人から採取し
た血液などの検体に蛍光物質を添加して検体のＤＮＡを
標識化し、この検体とＤＮＡチップ上のセルとを接触さ
せてハイブリダイゼージョンを行い、検査対象者が特定
の病気に係る遺伝子を有するか否かを判定する、などに
用いられる。
めに、ＤＮＡチップによるハイブリッド形成法が注目さ
れている。これは、ＤＮＡの特定部位の断片（セル）を
ガラス基板の上にマトリックス状に配置したものであ
る。そして、ＤＮＡチップは、検査対象の人から採取し
た血液などの検体に蛍光物質を添加して検体のＤＮＡを
標識化し、この検体とＤＮＡチップ上のセルとを接触さ
せてハイブリダイゼージョンを行い、検査対象者が特定
の病気に係る遺伝子を有するか否かを判定する、などに
用いられる。
【０００３】従来、検体中のＤＮＡがＤＮＡチップのど
のセルとハイブリッドを形成したかを検知する場合、図
１１に示したようなＤＮＡチップリーダと称する装置を
用いて行っている。このＤＮＡチップリーダ１０は、い
わゆる共焦点方式となっていて、図示しない検査ステー
ジ上に配置したＤＮＡチップ（試料）１２にレーザ光を
照射するレーザ光源１４を備えている。レーザ光源１４
の下方には、集光レンズ１６とピンホール１８とが直列
に配置してあって、レーザ光源１４の出射したレーザビ
ーム２０を絞るようになっている。
のセルとハイブリッドを形成したかを検知する場合、図
１１に示したようなＤＮＡチップリーダと称する装置を
用いて行っている。このＤＮＡチップリーダ１０は、い
わゆる共焦点方式となっていて、図示しない検査ステー
ジ上に配置したＤＮＡチップ（試料）１２にレーザ光を
照射するレーザ光源１４を備えている。レーザ光源１４
の下方には、集光レンズ１６とピンホール１８とが直列
に配置してあって、レーザ光源１４の出射したレーザビ
ーム２０を絞るようになっている。
【０００４】ピンホール１８を通過したレーザビーム２
０は、ＤＮＡチップ１２から放射された蛍光とレーザビ
ーム２０とを分離するためのダイクロイックミラー２２
を透過したのち、コリメートレンズ２４によって平行光
にされる。コリメートレンズ２４によって平行光となっ
たレーザビーム２０は、一対のガルバノミラー２６、２
８によって反射されたのち、対物レンズ３０に入射し、
ＤＮＡチップ１２上に収束してセルに照射される。ガル
バノミラー２６、２８は、レーザビーム２０をＤＮＡチ
ップ１２の面に沿って走査するためのもので、例えばガ
ルバノミラー２６を回転させるとレーザビーム２０がＤ
ＮＡチップ１２の面上をＸ方向に移動し、ガルバノミラ
ー２８を回転させるとレーザビーム２０がＹ方向に移動
する。従って、ガルバノミラー２６、２８の回転を制御
することにより、ＤＮＡチップ１２にマトリックス状に
配置した任意のセルにレーザビーム２０を照射すること
ができる。
０は、ＤＮＡチップ１２から放射された蛍光とレーザビ
ーム２０とを分離するためのダイクロイックミラー２２
を透過したのち、コリメートレンズ２４によって平行光
にされる。コリメートレンズ２４によって平行光となっ
たレーザビーム２０は、一対のガルバノミラー２６、２
８によって反射されたのち、対物レンズ３０に入射し、
ＤＮＡチップ１２上に収束してセルに照射される。ガル
バノミラー２６、２８は、レーザビーム２０をＤＮＡチ
ップ１２の面に沿って走査するためのもので、例えばガ
ルバノミラー２６を回転させるとレーザビーム２０がＤ
ＮＡチップ１２の面上をＸ方向に移動し、ガルバノミラ
ー２８を回転させるとレーザビーム２０がＹ方向に移動
する。従って、ガルバノミラー２６、２８の回転を制御
することにより、ＤＮＡチップ１２にマトリックス状に
配置した任意のセルにレーザビーム２０を照射すること
ができる。
【０００５】ＤＮＡチップ１２のセルは、蛍光物質によ
って標識化された検体中のＤＮＡとハイブリッドを形成
すると、レーザビーム２０が照射されると蛍光を発す
る。このセルから放射された蛍光は、対物レンズ３０、
ガルバノミラー２８、２６、コリメートレンズ２４を介
してダイクロイックミラー２２に入射する。そして、ダ
イクロイックミラー２２は、入射した蛍光のみを選択的
に９０度偏向し、ピンホール３２を介して光電子倍増管
３４に入射する。光電子倍増管３４は、入射した蛍光に
よって光電子を生成し、それを増幅して電圧パルスとし
て出力する。従って、光電子倍増管３４の出力を監視す
ることにより、ＤＮＡチップ１２のどのセルが蛍光を放
射したか、すなわち検体中にどのセルとハイブリッドを
形成する遺伝子が含まれているかを知ることができる。
って標識化された検体中のＤＮＡとハイブリッドを形成
すると、レーザビーム２０が照射されると蛍光を発す
る。このセルから放射された蛍光は、対物レンズ３０、
ガルバノミラー２８、２６、コリメートレンズ２４を介
してダイクロイックミラー２２に入射する。そして、ダ
イクロイックミラー２２は、入射した蛍光のみを選択的
に９０度偏向し、ピンホール３２を介して光電子倍増管
３４に入射する。光電子倍増管３４は、入射した蛍光に
よって光電子を生成し、それを増幅して電圧パルスとし
て出力する。従って、光電子倍増管３４の出力を監視す
ることにより、ＤＮＡチップ１２のどのセルが蛍光を放
射したか、すなわち検体中にどのセルとハイブリッドを
形成する遺伝子が含まれているかを知ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のＤＮＡチップリーダ１０は、レーザビーム２０をステ
ップ状に移動させてＤＮＡチップ１２の面を走査する必
要がある。このため、Ｎ×Ｎ個のセルをマトリックス状
に配置したＤＮＡチップ１２の面に沿ってレーザビーム
２０を走査すると、Ｎの数が１００〜１０００（セル数
が１万個〜１００万個）と大きくなると、走査時間が指
数関数的に増大し、セルの情報を読み取るのに多大な時
間を必要とする。このため、複数の光電子倍増管３４を
平面的に配置し、ＤＮＡチップ１２の全体にレーザビー
ムを照射し、各光電子倍増管３４の出力パルスを並列的
に読み出して二次元情報を得る試みもあるが、光電子倍
増管３４は高価であるとともに、大きな設置スペースを
必要とするために現実的でない。
のＤＮＡチップリーダ１０は、レーザビーム２０をステ
ップ状に移動させてＤＮＡチップ１２の面を走査する必
要がある。このため、Ｎ×Ｎ個のセルをマトリックス状
に配置したＤＮＡチップ１２の面に沿ってレーザビーム
２０を走査すると、Ｎの数が１００〜１０００（セル数
が１万個〜１００万個）と大きくなると、走査時間が指
数関数的に増大し、セルの情報を読み取るのに多大な時
間を必要とする。このため、複数の光電子倍増管３４を
平面的に配置し、ＤＮＡチップ１２の全体にレーザビー
ムを照射し、各光電子倍増管３４の出力パルスを並列的
に読み出して二次元情報を得る試みもあるが、光電子倍
増管３４は高価であるとともに、大きな設置スペースを
必要とするために現実的でない。
【０００７】また、ＤＮＡチップ１２のハイブリッドを
形成したセルの位置を二次元的に得るために、ＣＣＤ方
式光子計数ビデオカメラを用いることが考えられる。こ
のＣＣＤ光子計数ビデオカメラは、入射した光子を光電
変換して光電子を発生させ、この光電子を多数のキャピ
ラリー（毛細管）からなるマイクロチャンネルプレート
（ＭＣＰ）と称する二次電子倍増管によって、各キャピ
ラリー（チャンネル）ごとに電子数を増幅し、これを再
び蛍光体に入射して電子→光変換し、変換した光をＣＣ
Ｄビデオカメラで受信するようになっている。しかし、
このＣＣＤ方式光子計数ビデオカメラを用いる場合、次
のような課題がある。
形成したセルの位置を二次元的に得るために、ＣＣＤ方
式光子計数ビデオカメラを用いることが考えられる。こ
のＣＣＤ光子計数ビデオカメラは、入射した光子を光電
変換して光電子を発生させ、この光電子を多数のキャピ
ラリー（毛細管）からなるマイクロチャンネルプレート
（ＭＣＰ）と称する二次電子倍増管によって、各キャピ
ラリー（チャンネル）ごとに電子数を増幅し、これを再
び蛍光体に入射して電子→光変換し、変換した光をＣＣ
Ｄビデオカメラで受信するようになっている。しかし、
このＣＣＤ方式光子計数ビデオカメラを用いる場合、次
のような課題がある。
【０００８】ＣＣＤビデオカメラからの信号に対して光
子計数モードの処理を行う。すなわち、ＣＣＤビデオカ
メラの各画素（ピクセル）に相当するＣＣＤ素子の出力
信号を２値化し、単位時間当りの出力信号（入射した光
子の数）を計数する。しかし、ＣＣＤビデオカメラの各
素子に対する出力信号の読み出しは、せいぜい１００回
／ｓ程度である。
子計数モードの処理を行う。すなわち、ＣＣＤビデオカ
メラの各画素（ピクセル）に相当するＣＣＤ素子の出力
信号を２値化し、単位時間当りの出力信号（入射した光
子の数）を計数する。しかし、ＣＣＤビデオカメラの各
素子に対する出力信号の読み出しは、せいぜい１００回
／ｓ程度である。
【０００９】一方、ＤＮＡチップ１２のセルから発生す
る蛍光は極めて微弱であって、ＭＣＰの各チャンネル
（キャピラリー）には、光子が希にしか入射しない。し
かも、ＭＣＰからＣＣＤ素子に入射する電子のパルスの
持続時間は、０．１〜１０ｎｓと桁外れに短い。このた
め、ＣＣＤビデオカメラの各素子は、希にしかこない入
射光子に対応した電子のパルスを、電子のパルス持続時
間に比べて１０6 〜１０ 8 倍も長い、信号の読み出し周
期となる１０ｍｓ程度の間積分することになる。ところ
が、ＣＣＤには暗電流というノイズがあり、このノイズ
も読み出し周期の間積分されることになり、パルスのＳ
／Ｎが１０6 〜１０8 以上ないと検出システムが実現で
きないという非現実的なこととなる。
る蛍光は極めて微弱であって、ＭＣＰの各チャンネル
（キャピラリー）には、光子が希にしか入射しない。し
かも、ＭＣＰからＣＣＤ素子に入射する電子のパルスの
持続時間は、０．１〜１０ｎｓと桁外れに短い。このた
め、ＣＣＤビデオカメラの各素子は、希にしかこない入
射光子に対応した電子のパルスを、電子のパルス持続時
間に比べて１０6 〜１０ 8 倍も長い、信号の読み出し周
期となる１０ｍｓ程度の間積分することになる。ところ
が、ＣＣＤには暗電流というノイズがあり、このノイズ
も読み出し周期の間積分されることになり、パルスのＳ
／Ｎが１０6 〜１０8 以上ないと検出システムが実現で
きないという非現実的なこととなる。
【００１０】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、二次元的な微弱な放射を高速、
かつ高精度で検出できるようにすることを目的としてい
る。また、本発明は、微弱な放射に基づいた二次元カラ
ー画像を容易に得られるようにすることを目的としてい
る。
ためになされたもので、二次元的な微弱な放射を高速、
かつ高精度で検出できるようにすることを目的としてい
る。また、本発明は、微弱な放射に基づいた二次元カラ
ー画像を容易に得られるようにすることを目的としてい
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る二次元微弱放射検出装置は、光子の
入射によって電子を放出する光電変換部と、この光電変
換部に対面配置されて光電変換部が放出した電子を増幅
する電子増幅部が複数設けられた増幅モジュールと、こ
の増幅モジュールを構成している前記各電子増幅部に対
応して設けられ、電子増幅部からの電子が入射する電子
検出部が複数設けられた検出モジュールと、この検出モ
ジュールを構成している前記各電子検出部を直交変調パ
ターンに基づいて作動させる動作制御部と、この動作制
御部の制御信号と前記各電子検出部の出力信号とに基づ
いて、前記光電変換部に入射した前記光子の位置を求め
る光入射位置演算部と、を有することを特徴としてい
る。
めに、本発明に係る二次元微弱放射検出装置は、光子の
入射によって電子を放出する光電変換部と、この光電変
換部に対面配置されて光電変換部が放出した電子を増幅
する電子増幅部が複数設けられた増幅モジュールと、こ
の増幅モジュールを構成している前記各電子増幅部に対
応して設けられ、電子増幅部からの電子が入射する電子
検出部が複数設けられた検出モジュールと、この検出モ
ジュールを構成している前記各電子検出部を直交変調パ
ターンに基づいて作動させる動作制御部と、この動作制
御部の制御信号と前記各電子検出部の出力信号とに基づ
いて、前記光電変換部に入射した前記光子の位置を求め
る光入射位置演算部と、を有することを特徴としてい
る。
【００１２】また、本発明に係る二次元微弱放射検出装
置は、光子の入射によって電子を放出する光電変換部
と、この光電変換部に対面配置されて光電変換部が放出
した電子を増幅する電子増幅部が複数設けられた増幅モ
ジュールと、この増幅モジュールを構成している前記各
電子増幅部に対応して設けられ、電子増幅部からの電子
が入射する電子検出部が複数設けられた検出モジュール
と、この検出モジュールを構成している前記各電子検出
部を直交変調パターンに基づいて作動させる動作制御部
と、この動作制御部の制御信号と前記各電子検出部の出
力信号とに基づいて、前記光電変換部に入射した前記光
子の位置を求める光入射位置演算部と、前記各電子検出
部の出力信号の大きさに基づいて前記光子のエネルギー
を求め、予め与えられた色信号に変換する波長演算部
と、を有することを特徴としている。
置は、光子の入射によって電子を放出する光電変換部
と、この光電変換部に対面配置されて光電変換部が放出
した電子を増幅する電子増幅部が複数設けられた増幅モ
ジュールと、この増幅モジュールを構成している前記各
電子増幅部に対応して設けられ、電子増幅部からの電子
が入射する電子検出部が複数設けられた検出モジュール
と、この検出モジュールを構成している前記各電子検出
部を直交変調パターンに基づいて作動させる動作制御部
と、この動作制御部の制御信号と前記各電子検出部の出
力信号とに基づいて、前記光電変換部に入射した前記光
子の位置を求める光入射位置演算部と、前記各電子検出
部の出力信号の大きさに基づいて前記光子のエネルギー
を求め、予め与えられた色信号に変換する波長演算部
と、を有することを特徴としている。
【００１３】波長演算部は、前記電子検出部の出力信号
の出力頻度に基づいて出力信号の大きさを求めて前記色
信号に変換するように構成することができる。また、光
電変換部の前面に、電磁波または粒子線の入射によって
光子を放出する発光部を設けてもよい。
の出力頻度に基づいて出力信号の大きさを求めて前記色
信号に変換するように構成することができる。また、光
電変換部の前面に、電磁波または粒子線の入射によって
光子を放出する発光部を設けてもよい。
【００１４】
【作用】上記のごとく構成した本発明は、微弱な放射に
よる光子が光電変換部によって光電子に変換され、この
光電子（電子）が増幅モジュールにおいて数を増幅され
たのち、検出モジュールに入射する。検出モジュール
は、増幅モジュールの複数の電子増幅部に対応して電子
検出部が設けてあって、これらの電子検出部が直交変調
パターン（例えば、２値直交変調パターンであるアダマ
ール行列の各行に対応するパターン）に従って作動され
る。従って、常にｎ×ｎ個の電子検出部の１／４から出
力信号（データ）が得られる。そして、この得られた出
力信号について、光入射位置演算部において得られたデ
ータの逆変換（例えば、アダマール逆変換）を行うこと
により、出力信号を出力した電子検出部を特定すること
ができ、光電変換部に入射した光子の位置を求めること
ができる。従って、二次元の微弱な放射を高速、かつ高
精度で二次元的に検出することができ、微弱な放射によ
る二次元映像を得ることができる。
よる光子が光電変換部によって光電子に変換され、この
光電子（電子）が増幅モジュールにおいて数を増幅され
たのち、検出モジュールに入射する。検出モジュール
は、増幅モジュールの複数の電子増幅部に対応して電子
検出部が設けてあって、これらの電子検出部が直交変調
パターン（例えば、２値直交変調パターンであるアダマ
ール行列の各行に対応するパターン）に従って作動され
る。従って、常にｎ×ｎ個の電子検出部の１／４から出
力信号（データ）が得られる。そして、この得られた出
力信号について、光入射位置演算部において得られたデ
ータの逆変換（例えば、アダマール逆変換）を行うこと
により、出力信号を出力した電子検出部を特定すること
ができ、光電変換部に入射した光子の位置を求めること
ができる。従って、二次元の微弱な放射を高速、かつ高
精度で二次元的に検出することができ、微弱な放射によ
る二次元映像を得ることができる。
【００１５】また、本発明においては、電子検出部の出
力信号の大きさに基づいて入射した光子のエネルギーを
求め、このエネルギーに対応して予め与えられている色
信号に変換するようになっているため、複数の波長の光
に基づく光子が入力した場合に、二次元的に求めた微弱
放射の画像を通常のカラー画像とすることが可能で、二
次元微弱放射の状態をより容易に認識、理解することが
できる。また、カラーの暗視カメラなどを容易に形成す
ることができる。
力信号の大きさに基づいて入射した光子のエネルギーを
求め、このエネルギーに対応して予め与えられている色
信号に変換するようになっているため、複数の波長の光
に基づく光子が入力した場合に、二次元的に求めた微弱
放射の画像を通常のカラー画像とすることが可能で、二
次元微弱放射の状態をより容易に認識、理解することが
できる。また、カラーの暗視カメラなどを容易に形成す
ることができる。
【００１６】電子検出部の出力信号の大きさは、電子検
出部が出力する出力信号の頻度に基づいて求めるように
すると、計測の揺らぎによる誤りを避けることができ、
検出すべき出力信号の大きさを容易、確実に求めること
ができる。そして、光電変換部の前面に、電磁波または
粒子線の入射によって光子を放出する発光部を設ける
と、微弱なＸ線やガンマ線、α線などの検出が可能とな
る。
出部が出力する出力信号の頻度に基づいて求めるように
すると、計測の揺らぎによる誤りを避けることができ、
検出すべき出力信号の大きさを容易、確実に求めること
ができる。そして、光電変換部の前面に、電磁波または
粒子線の入射によって光子を放出する発光部を設ける
と、微弱なＸ線やガンマ線、α線などの検出が可能とな
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明に係る二次元微弱放射検出
装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に
説明する。図１は、本発明に係る二次元微弱放射検出装
置の実施形態の概略ブロック図であって、ＤＮＡチップ
リーダに適用した例を示したものである。図１におい
て、二次元微弱放射検出装置である微弱光検出装置４０
は、レーザ照射ユニット４２を有している。このレーザ
照射ユニット４２は、検査ステージ４４の上に配置した
試料となるＤＮＡチップ４６にレンズ系４８を介してレ
ーザビーム５０を照射できるようにしてある。また、微
弱光検出装置４０は、検査ステージ４４の上方に配設し
た検出ユニット５２と、この検出ユニット５２の出力信
号に基づいハイブリッドを形成したＤＮＡチップ４６内
のセルの位置などを求める信号処理ユニット５４を備え
ている。
装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に
説明する。図１は、本発明に係る二次元微弱放射検出装
置の実施形態の概略ブロック図であって、ＤＮＡチップ
リーダに適用した例を示したものである。図１におい
て、二次元微弱放射検出装置である微弱光検出装置４０
は、レーザ照射ユニット４２を有している。このレーザ
照射ユニット４２は、検査ステージ４４の上に配置した
試料となるＤＮＡチップ４６にレンズ系４８を介してレ
ーザビーム５０を照射できるようにしてある。また、微
弱光検出装置４０は、検査ステージ４４の上方に配設し
た検出ユニット５２と、この検出ユニット５２の出力信
号に基づいハイブリッドを形成したＤＮＡチップ４６内
のセルの位置などを求める信号処理ユニット５４を備え
ている。
【００１８】検出ユニット５２は、詳細を後述するよう
に、微弱な光を検出する複数のマイクロキャピラリーを
備えた検出部５６と、この検出部５６を作動させる動作
制御部５８とからなっている。また、信号処理ユニット
５４は、検出部５６の出力信号を読み込むデータ読取り
部６０を有する。さらに、信号処理ユニット５４には、
データ読取り部６０の出力側に接続した振幅検出部６
２、振幅検出部６２の出力側に設けた計数部６４、計数
部６４からの信号が入力する画像作成部６８、画像作成
部６８の出力側の設けた出力部７０を有している。そし
て、画像作成部６８は、その作用を後述する画像演算部
６８ａとスペクトル作成部８６ｂとから形成してある。
また、出力部７０には、出力装置となっている表示装置
７０やプリンタ７２、外部記憶装置７４などが接続され
ている。
に、微弱な光を検出する複数のマイクロキャピラリーを
備えた検出部５６と、この検出部５６を作動させる動作
制御部５８とからなっている。また、信号処理ユニット
５４は、検出部５６の出力信号を読み込むデータ読取り
部６０を有する。さらに、信号処理ユニット５４には、
データ読取り部６０の出力側に接続した振幅検出部６
２、振幅検出部６２の出力側に設けた計数部６４、計数
部６４からの信号が入力する画像作成部６８、画像作成
部６８の出力側の設けた出力部７０を有している。そし
て、画像作成部６８は、その作用を後述する画像演算部
６８ａとスペクトル作成部８６ｂとから形成してある。
また、出力部７０には、出力装置となっている表示装置
７０やプリンタ７２、外部記憶装置７４などが接続され
ている。
【００１９】検出ユニット５２の検出部５６は、図２に
示したように、レンズ８０、光電変換部８２、増幅モジ
ュールとなるマイクロチャンネルプレート８４、検出モ
ジュール８６を備えていて、レンズ８０が検出窓となっ
ている。そして、検出部５６は、図３に示したように、
レーザビーム５０や外来光を遮蔽する遮光容器５６ａが
設けてあって、この遮光容器５６ａの前端面にレンズ８
０が取り付けてある。さらに、遮光容器５６ａ内には、
レンズ８０の後方に光電変換部８２、マイクロチャンネ
ルプレート８４、検出モジュール８６をこの順に配置し
てある。これらの光電変換部８２、マイクロチャンネル
プレート８４、検出モジュール８６は、超高速フォトカ
ウンティング方式の二次元受信器５６ｂを構成してい
る。また、レンズ８０と二次元受信器５６ｂとの間に
は、光学フィルタ５６ｃが配置してある。この光学フィ
ルタ５６ｃは、レーザ光の周波数帯域を遮断するととも
に、蛍光に対応した周波数帯域の光を選択的に透過して
二次元受信器５６ｂに入射させるようになっている。
示したように、レンズ８０、光電変換部８２、増幅モジ
ュールとなるマイクロチャンネルプレート８４、検出モ
ジュール８６を備えていて、レンズ８０が検出窓となっ
ている。そして、検出部５６は、図３に示したように、
レーザビーム５０や外来光を遮蔽する遮光容器５６ａが
設けてあって、この遮光容器５６ａの前端面にレンズ８
０が取り付けてある。さらに、遮光容器５６ａ内には、
レンズ８０の後方に光電変換部８２、マイクロチャンネ
ルプレート８４、検出モジュール８６をこの順に配置し
てある。これらの光電変換部８２、マイクロチャンネル
プレート８４、検出モジュール８６は、超高速フォトカ
ウンティング方式の二次元受信器５６ｂを構成してい
る。また、レンズ８０と二次元受信器５６ｂとの間に
は、光学フィルタ５６ｃが配置してある。この光学フィ
ルタ５６ｃは、レーザ光の周波数帯域を遮断するととも
に、蛍光に対応した周波数帯域の光を選択的に透過して
二次元受信器５６ｂに入射させるようになっている。
【００２０】二次元受光器５６ｂは、図４に示したよう
に、真空容器５６ｄを有していて、真空容器５６ｄの前
面に光電変換部８２が取り付けてある。そして、マイク
ロチャンネルプレート８４と検出モジュール８６とは、
真空容器５６ｄの内部に配設してある。また、二次元受
信器５６ｂは、光電変換部８２とマイクロチャンネルプ
レート８４と検出モジュール８６とが相互に密接するよ
うに配置してある。
に、真空容器５６ｄを有していて、真空容器５６ｄの前
面に光電変換部８２が取り付けてある。そして、マイク
ロチャンネルプレート８４と検出モジュール８６とは、
真空容器５６ｄの内部に配設してある。また、二次元受
信器５６ｂは、光電変換部８２とマイクロチャンネルプ
レート８４と検出モジュール８６とが相互に密接するよ
うに配置してある。
【００２１】検出部５６は、レンズ８０がＤＮＡチップ
４６と対面するように配置される。そして、レンズ８０
は、ＤＮＡチップ４６のセルが放射する微弱放射である
微弱光な蛍光（入射光）を光電変換部８２上に結像させ
る。そして、光電変換部８２は、レンズ８０と光学フィ
ルタ５６ｃとを透過した蛍光（光子）が８８入射する
と、電子（光電子）９０を放出する。また、光電変換部
８２が放出した電子９０は、詳細を後述するマイクロチ
ャンネルプレート８４において数が１０7 〜１０ 7 倍程
度に増幅され、増幅電子９２となって検出モジュール８
６に入射し、検出モジュール８６によって検出される。
４６と対面するように配置される。そして、レンズ８０
は、ＤＮＡチップ４６のセルが放射する微弱放射である
微弱光な蛍光（入射光）を光電変換部８２上に結像させ
る。そして、光電変換部８２は、レンズ８０と光学フィ
ルタ５６ｃとを透過した蛍光（光子）が８８入射する
と、電子（光電子）９０を放出する。また、光電変換部
８２が放出した電子９０は、詳細を後述するマイクロチ
ャンネルプレート８４において数が１０7 〜１０ 7 倍程
度に増幅され、増幅電子９２となって検出モジュール８
６に入射し、検出モジュール８６によって検出される。
【００２２】マイクロチャンネルプレート８４は、二次
電子倍増管である複数のマイクロキャピラリー９４を、
ＤＮＡチップ４６のセルに対応させてマトリックス状に
配設した構造を有している。マイクロチャンネルプレー
ト８４を構成しているマイクロキャピラリー９４は、図
５に示したように、直径が６μｍ、長さが１ｃｍ程度の
加速管９６と、この加速管９６の両端に設けたカソード
９８、アノード１００からなっている。そして、マイク
ロキャピラリー９４は、カソード９８とアノード１００
とが直流電源１０２に接続され、１０００〜１００００
Ｖの直流高電圧がカソード９８とアノード１００との間
に印加してある。このため、カソード９８側から加速管
９６内に入射した電子９０は、カソード９８とアノード
１００との間に印加してある高電圧によって加速され、
加速管９６の内壁に衝突するたびに二次電子を生じて雪
崩的に数が増幅され、増幅電子９２としてアノード１０
０側から出射される。
電子倍増管である複数のマイクロキャピラリー９４を、
ＤＮＡチップ４６のセルに対応させてマトリックス状に
配設した構造を有している。マイクロチャンネルプレー
ト８４を構成しているマイクロキャピラリー９４は、図
５に示したように、直径が６μｍ、長さが１ｃｍ程度の
加速管９６と、この加速管９６の両端に設けたカソード
９８、アノード１００からなっている。そして、マイク
ロキャピラリー９４は、カソード９８とアノード１００
とが直流電源１０２に接続され、１０００〜１００００
Ｖの直流高電圧がカソード９８とアノード１００との間
に印加してある。このため、カソード９８側から加速管
９６内に入射した電子９０は、カソード９８とアノード
１００との間に印加してある高電圧によって加速され、
加速管９６の内壁に衝突するたびに二次電子を生じて雪
崩的に数が増幅され、増幅電子９２としてアノード１０
０側から出射される。
【００２３】検出モジュール８６は、図６に示したよう
になっている。すなわち、検出モジュール８６は、実施
形態の場合、ＭＯＳトランジスタからなる複数の検出ト
ランジスタ１０４（１０４ij）と、ＭＯＳトランジスタ
からなる複数の読み出しトランジスタ１０６（１０６
ａ、１０６ｂ、１０６ｃ……… ）とを備えている。検
出トランジスタ１０４ij（ｉ＝１、２、３、………ｎ、
ｊ＝１、２、３、………ｎ）は、マイクロチャンネルプ
レート８４を構成しているマイクロキャピラリー９４に
対応してｎ×ｎ個がマトリックス状に配置してある。ま
た、読み出しトランジスタ１０６は、マトリックス状に
配置した検出トランジスタ１０４の各列に対応してｎ個
設けてある。
になっている。すなわち、検出モジュール８６は、実施
形態の場合、ＭＯＳトランジスタからなる複数の検出ト
ランジスタ１０４（１０４ij）と、ＭＯＳトランジスタ
からなる複数の読み出しトランジスタ１０６（１０６
ａ、１０６ｂ、１０６ｃ……… ）とを備えている。検
出トランジスタ１０４ij（ｉ＝１、２、３、………ｎ、
ｊ＝１、２、３、………ｎ）は、マイクロチャンネルプ
レート８４を構成しているマイクロキャピラリー９４に
対応してｎ×ｎ個がマトリックス状に配置してある。ま
た、読み出しトランジスタ１０６は、マトリックス状に
配置した検出トランジスタ１０４の各列に対応してｎ個
設けてある。
【００２４】検出トランジスタ１０４は、各行ごとにゲ
ートがゲート制御線１０８（１０８ａ、１０８ｂ、１０
８ｃ、………）に接続され、これらのゲート制御線１０
８が動作制御部５８を構成しているゲート切替回路１１
０に接続してある。また、検出トランジスタ１０４は、
ドレインが各列ごとにデータ線１１２（１１２ａ、１１
２ｂ、１１２ｃ、………）を介して読み出しトランジス
タ１０６のソースに接続してある。そして、各読み出し
トランジスタ１０６は、ドレインが信号処理ユニット５
４のデータ読取り部６０に接続してあり、それぞれのゲ
ートが対応する読み出し線１１４（１１４ａ、１１４
ｂ、１１４ｃ、………）に接続してある。また、検出ト
ランジスタ１０４のソースには、マイクロキャピラリー
９４の出力側に対面して設けた検出電極１２０が接続し
てある。
ートがゲート制御線１０８（１０８ａ、１０８ｂ、１０
８ｃ、………）に接続され、これらのゲート制御線１０
８が動作制御部５８を構成しているゲート切替回路１１
０に接続してある。また、検出トランジスタ１０４は、
ドレインが各列ごとにデータ線１１２（１１２ａ、１１
２ｂ、１１２ｃ、………）を介して読み出しトランジス
タ１０６のソースに接続してある。そして、各読み出し
トランジスタ１０６は、ドレインが信号処理ユニット５
４のデータ読取り部６０に接続してあり、それぞれのゲ
ートが対応する読み出し線１１４（１１４ａ、１１４
ｂ、１１４ｃ、………）に接続してある。また、検出ト
ランジスタ１０４のソースには、マイクロキャピラリー
９４の出力側に対面して設けた検出電極１２０が接続し
てある。
【００２５】各読み出し線１１４は、動作制御部５８を
構成している読み出し線切替回路１１６に接続してあ
る。動作制御部５８は、ゲート切替回路１１０、読み出
し線切替回路１１６、切替制御部１１８などから構成し
てある。そして、切替制御部１１８は、詳細を後述する
ように、２値直交変調パターン（直交変調パターン）に
基づいて切替制御信号を生成し、この切替制御信号をゲ
ート切替回路１１０と読み出し線切替回路１１６とに与
え、各検出トランジスタ１０４を直交変調パターンに基
づいて切替動作させるようになっている。
構成している読み出し線切替回路１１６に接続してあ
る。動作制御部５８は、ゲート切替回路１１０、読み出
し線切替回路１１６、切替制御部１１８などから構成し
てある。そして、切替制御部１１８は、詳細を後述する
ように、２値直交変調パターン（直交変調パターン）に
基づいて切替制御信号を生成し、この切替制御信号をゲ
ート切替回路１１０と読み出し線切替回路１１６とに与
え、各検出トランジスタ１０４を直交変調パターンに基
づいて切替動作させるようになっている。
【００２６】このように構成した実施形態に係る微弱光
検出装置４０の作用は、次のとおりである。まず、図示
しない検体とハイブリッドを形成させたＤＮＡチップ４
６を検査ステージ４４の上に配置し、レーザ照射ユニッ
ト４２によってレーザビーム５０をＤＮＡチップ４６の
全体に照射する。ＤＮＡチップ４６のセルが蛍光物質に
よって標識されている検体のＤＮＡとハイブリッドを形
成していると、そのセルから蛍光が放射される。この蛍
光（光子）は、検査ステージ４４の上方に設けた検査ユ
ニット５２の検出部５６に入射する。
検出装置４０の作用は、次のとおりである。まず、図示
しない検体とハイブリッドを形成させたＤＮＡチップ４
６を検査ステージ４４の上に配置し、レーザ照射ユニッ
ト４２によってレーザビーム５０をＤＮＡチップ４６の
全体に照射する。ＤＮＡチップ４６のセルが蛍光物質に
よって標識されている検体のＤＮＡとハイブリッドを形
成していると、そのセルから蛍光が放射される。この蛍
光（光子）は、検査ステージ４４の上方に設けた検査ユ
ニット５２の検出部５６に入射する。
【００２７】検出部５６に入射した光子８８は、図２に
示したように、レンズ８０を透過して光電変換部８２に
よって電子（光電子）９０に変換される。そして、電子
９０は、マイクロチャンネルプレート８４を構成してい
るマイクロキャピラリー９４の増幅管９６に入射する
（図５参照）。電子９０は、増幅管９６に入ると、増幅
管９６の両端に印加されている高圧直流電圧によって加
速され、加速管９６の内壁に多数回衝突して二次電子を
生成し、個数が１０6 〜１０7 倍程度に増幅される。こ
の増幅電子９２は、検出モジュール８６の検出電極１２
０に入射し、検出電極１２０を帯電させる。従って、検
出トランジスタ１０４を順次切り替えて動作させること
により、どの検出トランジスタ１０４の検出電極１２０
に増幅電子９２が入射したかを知ることができる。
示したように、レンズ８０を透過して光電変換部８２に
よって電子（光電子）９０に変換される。そして、電子
９０は、マイクロチャンネルプレート８４を構成してい
るマイクロキャピラリー９４の増幅管９６に入射する
（図５参照）。電子９０は、増幅管９６に入ると、増幅
管９６の両端に印加されている高圧直流電圧によって加
速され、加速管９６の内壁に多数回衝突して二次電子を
生成し、個数が１０6 〜１０7 倍程度に増幅される。こ
の増幅電子９２は、検出モジュール８６の検出電極１２
０に入射し、検出電極１２０を帯電させる。従って、検
出トランジスタ１０４を順次切り替えて動作させること
により、どの検出トランジスタ１０４の検出電極１２０
に増幅電子９２が入射したかを知ることができる。
【００２８】ところで、ＤＮＡチップ４６のセルが放射
する蛍光は、極めて微弱であって、マイクロチャンネル
プレート８４の各マイクロキャピラリー９４には、光電
変換により生成された電子９０が希にしか入射しない。
すなわち、検出モジュール８６の各検出電極１２０に
は、増幅電子９２が希にしか入射しない。このため、ゲ
ート１チャンネル（１つのゲート制御線１０８）、読み
出し１チャンネル（１つの読み出し線１１４）を選択し
てデータを読み出す場合、図７（ａ）に示したように、
データ読取り部６０は、まばらにしか検出パルス１２２
を出力しない。しかも、ゲート制御線１０８と読み出し
線１１４とを順次切り替えるためにｎ×ｎ回の切り替え
が必要で、ｎの数が１００〜１０００（セル数が１万個
〜１００万個）となると、多大な読み出し時間を必要と
する。
する蛍光は、極めて微弱であって、マイクロチャンネル
プレート８４の各マイクロキャピラリー９４には、光電
変換により生成された電子９０が希にしか入射しない。
すなわち、検出モジュール８６の各検出電極１２０に
は、増幅電子９２が希にしか入射しない。このため、ゲ
ート１チャンネル（１つのゲート制御線１０８）、読み
出し１チャンネル（１つの読み出し線１１４）を選択し
てデータを読み出す場合、図７（ａ）に示したように、
データ読取り部６０は、まばらにしか検出パルス１２２
を出力しない。しかも、ゲート制御線１０８と読み出し
線１１４とを順次切り替えるためにｎ×ｎ回の切り替え
が必要で、ｎの数が１００〜１０００（セル数が１万個
〜１００万個）となると、多大な読み出し時間を必要と
する。
【００２９】そこで、複数のゲート制御線１０８と複数
の読み出し線１１４とを選択して複数の検出トランジス
タ１０４を同時に駆動すると、各データ線１１２には、
図７（ｂ）に示したように、検出トランジスタ１０４を
個々に駆動したときより多くのパルス１２４が得られ
る。そして、データ読取り部６０は、これらを合成した
パルスを出力するため、同図（ｃ）に示したように、時
系列における検出パルス１２２の密度を高くすることが
できる。しかし、このままでは、どの検出トランジスタ
１０４の出力によって得られた検出パルス１２２である
かを知ることができず、ＤＮＡチップ４６のどのセルが
ハイブリッドを形成しているかを特定することができな
い。このため、この実施形態においては、直交変調パタ
ーンに基づいた駆動信号を生成して検出トランジスタ１
０４を駆動するようにしている。
の読み出し線１１４とを選択して複数の検出トランジス
タ１０４を同時に駆動すると、各データ線１１２には、
図７（ｂ）に示したように、検出トランジスタ１０４を
個々に駆動したときより多くのパルス１２４が得られ
る。そして、データ読取り部６０は、これらを合成した
パルスを出力するため、同図（ｃ）に示したように、時
系列における検出パルス１２２の密度を高くすることが
できる。しかし、このままでは、どの検出トランジスタ
１０４の出力によって得られた検出パルス１２２である
かを知ることができず、ＤＮＡチップ４６のどのセルが
ハイブリッドを形成しているかを特定することができな
い。このため、この実施形態においては、直交変調パタ
ーンに基づいた駆動信号を生成して検出トランジスタ１
０４を駆動するようにしている。
【００３０】以上に述べてきた直交変調パターンとして
は、２値直交変調パターンであるアダマール行列の各行
に対応した変調パターンが適している。アダマール行列
は、要素が「＋１」と「−１」とからなっていて、対角
線に沿って対象位置にある要素が同じである対称行列と
なっている。例えば、一次のアダマール行列Ｈ(1) を具
体的に書くと、
は、２値直交変調パターンであるアダマール行列の各行
に対応した変調パターンが適している。アダマール行列
は、要素が「＋１」と「−１」とからなっていて、対角
線に沿って対象位置にある要素が同じである対称行列と
なっている。例えば、一次のアダマール行列Ｈ(1) を具
体的に書くと、
【数１】
のようになる。また、二次、三次のアダマール行列Ｈ
(2) 、Ｈ(3) は、数式２、数式３のように書くことがで
きる。
(2) 、Ｈ(3) は、数式２、数式３のように書くことがで
きる。
【数２】
【数３】
【００３１】すなわち、アダマール行列は、一般的に次
の漸化式によって定義することができる。
の漸化式によって定義することができる。
【数４】
ただし、数式４において、ｋは次数を示す。
【００３２】そこで、実施形態においては、検出ユニッ
ト５２の動作制御部５８を構成している切替制御部１１
８が、スイッチをオンにする場合を「＋１」、スイッチ
をオフにする場合を「−１」に対応したアダマール行列
に基づいて、検出トランジスタ１０４の切替動作信号を
作成し、切替制御信号としてゲート切替回路１１０と読
み出し線切替回路１１６とに与える。例えば、検出モジ
ュール８６が８×８個の検出トランジスタ１０４で構成
した場合、検出トランジスタ１０４の動作信号は図８の
ようになる。この図８において斜線を施した部分が動作
電圧を与えられてオンとなる＋１に相当し、白抜きの部
分がオフである−１に相当している。
ト５２の動作制御部５８を構成している切替制御部１１
８が、スイッチをオンにする場合を「＋１」、スイッチ
をオフにする場合を「−１」に対応したアダマール行列
に基づいて、検出トランジスタ１０４の切替動作信号を
作成し、切替制御信号としてゲート切替回路１１０と読
み出し線切替回路１１６とに与える。例えば、検出モジ
ュール８６が８×８個の検出トランジスタ１０４で構成
した場合、検出トランジスタ１０４の動作信号は図８の
ようになる。この図８において斜線を施した部分が動作
電圧を与えられてオンとなる＋１に相当し、白抜きの部
分がオフである−１に相当している。
【００３３】すなわち、切替制御部１１８は、ゲート切
替回路１１０にアダマール行列に従った切替制御信号を
与え、ゲート制御線１０８を介して各検出トランジスタ
１０４のゲートにアダマール行列に従ってゲート電圧を
切り替えて印加するとともに、読み出し線切替回路１１
６にアダマール行列に基づいた切替信号を与えて読み出
しトランジスタ１０６をアダマール行列に従って切り替
えて動作させる。例えば、検出トランジスタ１０４が８
×８個である場合、切替制御部１１８は、アダマール行
列に基づいて図８の下部に示したｎ個の変調モードを生
成し、ゲート切替回路１１０に図８の下部右側に示した
０次の動作信号（切替信号）を与え、すべてのゲート制
御線１０８をゲート電源に接続し、すべての検出トラン
ジスタ１０４のゲートにゲート電圧を印加するととも
に、読み出し線切替回路１１６に図８の下部左側の０次
から７次の切替信号を与え、読み出しトランジスタ１０
６をアダマール行列に基づいて順次切り替えて駆動す
る。
替回路１１０にアダマール行列に従った切替制御信号を
与え、ゲート制御線１０８を介して各検出トランジスタ
１０４のゲートにアダマール行列に従ってゲート電圧を
切り替えて印加するとともに、読み出し線切替回路１１
６にアダマール行列に基づいた切替信号を与えて読み出
しトランジスタ１０６をアダマール行列に従って切り替
えて動作させる。例えば、検出トランジスタ１０４が８
×８個である場合、切替制御部１１８は、アダマール行
列に基づいて図８の下部に示したｎ個の変調モードを生
成し、ゲート切替回路１１０に図８の下部右側に示した
０次の動作信号（切替信号）を与え、すべてのゲート制
御線１０８をゲート電源に接続し、すべての検出トラン
ジスタ１０４のゲートにゲート電圧を印加するととも
に、読み出し線切替回路１１６に図８の下部左側の０次
から７次の切替信号を与え、読み出しトランジスタ１０
６をアダマール行列に基づいて順次切り替えて駆動す
る。
【００３４】そして、切替制御部１１８は、読み出しト
ランジスタ１０６に対して０次から７次までの切り替え
が終了したならば、ゲート切替回路１１０に１次の駆動
信号を与え、第１行、第３行、第５行、第７行のゲート
制御線１０８ａに接続した検出トランジスタ１０４のゲ
ートに電圧を印加し、この状態で読み出しトランジスタ
１０６を０次から７次まで切り替える。このようにし
て、切替制御部１１８は、検出トランジスタ１０４のゲ
ートに対して印加する電圧を、０次から７次まで順に切
り替えるごとに、読み出しトランジスタ１０６を０次か
ら７次まで切り替える。これにより、検出トランジスタ
１０４は、常に半分がゲート電圧を印加され、半分のデ
ータ線１１２がオン状態となり、全体の１／４の検出ト
ランジスタ１０４から出力信号がデータ読取り部６０に
入力する。
ランジスタ１０６に対して０次から７次までの切り替え
が終了したならば、ゲート切替回路１１０に１次の駆動
信号を与え、第１行、第３行、第５行、第７行のゲート
制御線１０８ａに接続した検出トランジスタ１０４のゲ
ートに電圧を印加し、この状態で読み出しトランジスタ
１０６を０次から７次まで切り替える。このようにし
て、切替制御部１１８は、検出トランジスタ１０４のゲ
ートに対して印加する電圧を、０次から７次まで順に切
り替えるごとに、読み出しトランジスタ１０６を０次か
ら７次まで切り替える。これにより、検出トランジスタ
１０４は、常に半分がゲート電圧を印加され、半分のデ
ータ線１１２がオン状態となり、全体の１／４の検出ト
ランジスタ１０４から出力信号がデータ読取り部６０に
入力する。
【００３５】データ読取り部６０は、検出トランジスタ
１０４の出力信号として入力する電流を電圧に変換して
増幅し、図６に示したような出力パルス１３０を電圧と
して出力する。この出力パルス１３０は、図１に示した
ように、信号処理ユニット５４の振幅検出部６２に入力
される。なお、データ読取り部６０の出力パルス１３０
は、Ａ／Ｄ変換するようにしてもよい。
１０４の出力信号として入力する電流を電圧に変換して
増幅し、図６に示したような出力パルス１３０を電圧と
して出力する。この出力パルス１３０は、図１に示した
ように、信号処理ユニット５４の振幅検出部６２に入力
される。なお、データ読取り部６０の出力パルス１３０
は、Ａ／Ｄ変換するようにしてもよい。
【００３６】検出トランジスタ１０４のゲートをアダマ
ール行列に基づいて切り替えて電圧を印加し、読み出し
トランジスタ１０６をアダマール行列によって切り替え
て動作させた場合、データ読取り部６０の出力するパル
ス１３０（アダマール行列に基づいて変調したデータ）
から、アダマール逆変換をすることにより復調すること
により、パルス１３０を出力した検出トランジスタ１０
４を求めることができる。すなわち、ゲート制御線１０
８を行、読み出し線１１４（データ線１１２）を列とす
る頻度データ行列を考えた場合、この行方向と列方向と
にアダマール逆変換（二次元アダマール逆変換）を行う
ことにより、任意に選択した１つのゲート制御線１０８
と１つの読み出し線１１４との組み合わせによる検出ト
ランジスタ１０４を特定することができる。従って、画
像演算部６８ａは、詳細を後述するように入射位置演算
部となっていて、計数部６４の係数値に基づいてアダマ
ール逆変換をすることにより、増幅電子９２が入射した
検出トランジスタ１０４を求めることができ、光電子９
０が入力したマイクロキャピラリー９４を特定すること
ができ、光電変換部８２のどの位置に光子８８が入射し
たかを知ることができる。よって、ＤＮＡチップ４６の
どのセルが蛍光を放射したかを知ることができる。
ール行列に基づいて切り替えて電圧を印加し、読み出し
トランジスタ１０６をアダマール行列によって切り替え
て動作させた場合、データ読取り部６０の出力するパル
ス１３０（アダマール行列に基づいて変調したデータ）
から、アダマール逆変換をすることにより復調すること
により、パルス１３０を出力した検出トランジスタ１０
４を求めることができる。すなわち、ゲート制御線１０
８を行、読み出し線１１４（データ線１１２）を列とす
る頻度データ行列を考えた場合、この行方向と列方向と
にアダマール逆変換（二次元アダマール逆変換）を行う
ことにより、任意に選択した１つのゲート制御線１０８
と１つの読み出し線１１４との組み合わせによる検出ト
ランジスタ１０４を特定することができる。従って、画
像演算部６８ａは、詳細を後述するように入射位置演算
部となっていて、計数部６４の係数値に基づいてアダマ
ール逆変換をすることにより、増幅電子９２が入射した
検出トランジスタ１０４を求めることができ、光電子９
０が入力したマイクロキャピラリー９４を特定すること
ができ、光電変換部８２のどの位置に光子８８が入射し
たかを知ることができる。よって、ＤＮＡチップ４６の
どのセルが蛍光を放射したかを知ることができる。
【００３７】信号処理ユニット５４の振幅検出部６２
は、データ読取り部６０の出力するパルス１３０を振幅
（電圧の大きさ）を求めて計数部６４に入力する。すな
わち、ＤＮＡチップ４６のセルに結合させる図示しない
検体に複数の蛍光物質が添加してある場合、セルがハイ
ブリッドを形成すると、ＤＮＡチップ４６からは複数の
蛍光が放射される。蛍光物質の放射する蛍光は、その蛍
光物質に特有の波長を有する。従って、蛍光物質が異な
ると、異なる波長の蛍光が放射され、光電変換部８２に
入射する光子８８のエネルギーがそれぞれ異なる。この
ため、光電変換部８２において生成される電子（光電
子）９０は、入射した光子８８のエネルギーの違いによ
って運動エネルギーが異なり、波長の短い蛍光が入射す
るとより運動エネルギーの大きな電子９０が生成され
る。そして、より運動エネルギーの大きな電子９０がマ
イクロキャピラリー９４に入射すると、より多くの二次
電子が生成され、増幅電子９２の数が多くなる。従っ
て、波長の短い蛍光による光子８８に基づく電子９０が
入射したマイクロキャピラリー９４に対応した検出トラ
ンジスタ１０４の出力が大きくなり、データ読取り部６
０の出力するパルス１３０の大きさとなる振幅（パルス
１３０の高さ）がより大きくなる。つまり、データ読取
り部６０の出力パルス１３０は、ＤＮＡチップ６０が複
数の蛍光を放射する場合、図９に示したように振幅の異
なったものとなる。
は、データ読取り部６０の出力するパルス１３０を振幅
（電圧の大きさ）を求めて計数部６４に入力する。すな
わち、ＤＮＡチップ４６のセルに結合させる図示しない
検体に複数の蛍光物質が添加してある場合、セルがハイ
ブリッドを形成すると、ＤＮＡチップ４６からは複数の
蛍光が放射される。蛍光物質の放射する蛍光は、その蛍
光物質に特有の波長を有する。従って、蛍光物質が異な
ると、異なる波長の蛍光が放射され、光電変換部８２に
入射する光子８８のエネルギーがそれぞれ異なる。この
ため、光電変換部８２において生成される電子（光電
子）９０は、入射した光子８８のエネルギーの違いによ
って運動エネルギーが異なり、波長の短い蛍光が入射す
るとより運動エネルギーの大きな電子９０が生成され
る。そして、より運動エネルギーの大きな電子９０がマ
イクロキャピラリー９４に入射すると、より多くの二次
電子が生成され、増幅電子９２の数が多くなる。従っ
て、波長の短い蛍光による光子８８に基づく電子９０が
入射したマイクロキャピラリー９４に対応した検出トラ
ンジスタ１０４の出力が大きくなり、データ読取り部６
０の出力するパルス１３０の大きさとなる振幅（パルス
１３０の高さ）がより大きくなる。つまり、データ読取
り部６０の出力パルス１３０は、ＤＮＡチップ６０が複
数の蛍光を放射する場合、図９に示したように振幅の異
なったものとなる。
【００３８】計数部６４は、動作制御部５８の切替制御
部１１８が読み出し線切替回路１１６に切替制御信号を
出力するのに同期して振幅検出部６２の出力信号を読み
込み、振幅検出部６２の求めた振幅ごとにデータ読取り
部６０の出力するパルス１３０を計数し、画像作成部６
８の画像演算部６８ａ入力する。入射位置演算部である
画像演算部６８ａは、計数部６４の出力した係数値を図
示しない内部メモリに、データの読み出しのモードに対
応させてパルス１３０の大きさごとに記憶する。そし
て、画像演算部６８ａは、アダマール行列に基づいた変
調モードによるデータの読み出しが終了すると、内部メ
モリに記憶した計数部６４からの係数値を読み出し、こ
のデータを予め与えられている演算式によってアダマー
ル逆変換する。これにより、上記したように画像演算部
６８ａは、ピクセルとなる信号を出力した検出トランジ
スタ１０４、すなわち電子（光電子）９０の入射したマ
イクロキャピラリー９４の位置を求め、蛍光を放射した
ＤＮＡチップ４６内のセルを特定するとともに、各セル
ごとにデータ読取り部６０の出力パルス１３０の大きさ
（振幅の大きさ）について頻度を求める。
部１１８が読み出し線切替回路１１６に切替制御信号を
出力するのに同期して振幅検出部６２の出力信号を読み
込み、振幅検出部６２の求めた振幅ごとにデータ読取り
部６０の出力するパルス１３０を計数し、画像作成部６
８の画像演算部６８ａ入力する。入射位置演算部である
画像演算部６８ａは、計数部６４の出力した係数値を図
示しない内部メモリに、データの読み出しのモードに対
応させてパルス１３０の大きさごとに記憶する。そし
て、画像演算部６８ａは、アダマール行列に基づいた変
調モードによるデータの読み出しが終了すると、内部メ
モリに記憶した計数部６４からの係数値を読み出し、こ
のデータを予め与えられている演算式によってアダマー
ル逆変換する。これにより、上記したように画像演算部
６８ａは、ピクセルとなる信号を出力した検出トランジ
スタ１０４、すなわち電子（光電子）９０の入射したマ
イクロキャピラリー９４の位置を求め、蛍光を放射した
ＤＮＡチップ４６内のセルを特定するとともに、各セル
ごとにデータ読取り部６０の出力パルス１３０の大きさ
（振幅の大きさ）について頻度を求める。
【００３９】そして、画像作成部６８を構成しているス
ペクトル作成部６８ａは、画像演算部６８ａが求めた出
力パルス１３０の振幅ごとの頻度（パルス数）を読み出
し、図１０に示したように、ピクセルごとの出力パルス
１３０についてのエネルギースペクトルを作成する。さ
らにスペクトル作成部６８ａは、作成したエネルギース
ペクトルに基づいて、検出ユニット５２に入射した光子
のエネルギー（蛍光の波長）を求める。すなわち、スペ
クトル作成部６８ｂは、予め与えられている蛍光の波長
とデータ読取り部６０の出力パルス１３０の振幅との関
係から、図１０のパルス頻度の極大値ａ、ｂ、ｃに相当
する蛍光の波長λ1 、λ2 、λ3 を求めるとともに、波
長λに対して予め与えられている色を選択して色信号に
変換する。このとき、波長変換部６８ｂは、図１０のパ
ルス数（頻度）の大きさによって色の濃さ（色信号の大
きさ）を変えるようになっている。そして、スペクトル
作成部６８ｂの出力した色信号は、出力部７０を介して
表示装置７２などに出力される。これにより、ＤＮＡチ
ップ４６のハイブリッドを形成しているセルが二次元の
通常のカラー画像として表示される。これにより、二次
元的に放射される蛍光などの微弱な放射を高速に、高精
度で検出することができ、また微弱な放射による二次元
画像が得られる。なお、波長λが０の部分に相当するピ
ークｄは、ノイズに相当する。
ペクトル作成部６８ａは、画像演算部６８ａが求めた出
力パルス１３０の振幅ごとの頻度（パルス数）を読み出
し、図１０に示したように、ピクセルごとの出力パルス
１３０についてのエネルギースペクトルを作成する。さ
らにスペクトル作成部６８ａは、作成したエネルギース
ペクトルに基づいて、検出ユニット５２に入射した光子
のエネルギー（蛍光の波長）を求める。すなわち、スペ
クトル作成部６８ｂは、予め与えられている蛍光の波長
とデータ読取り部６０の出力パルス１３０の振幅との関
係から、図１０のパルス頻度の極大値ａ、ｂ、ｃに相当
する蛍光の波長λ1 、λ2 、λ3 を求めるとともに、波
長λに対して予め与えられている色を選択して色信号に
変換する。このとき、波長変換部６８ｂは、図１０のパ
ルス数（頻度）の大きさによって色の濃さ（色信号の大
きさ）を変えるようになっている。そして、スペクトル
作成部６８ｂの出力した色信号は、出力部７０を介して
表示装置７２などに出力される。これにより、ＤＮＡチ
ップ４６のハイブリッドを形成しているセルが二次元の
通常のカラー画像として表示される。これにより、二次
元的に放射される蛍光などの微弱な放射を高速に、高精
度で検出することができ、また微弱な放射による二次元
画像が得られる。なお、波長λが０の部分に相当するピ
ークｄは、ノイズに相当する。
【００４０】なお、前記実施形態においては、検出部５
６がレンズ８０、光電変換部８２、マイクロチャンネル
プレート８４、検出モジュール８６によって構成した場
合について説明したが、レンズ８０の前面にシンチレー
タのような発光部を設けてもよい。このように発光部を
設けると、例えばＸ線やγ線、電子線、α線などの非常
に微弱な電磁波や粒子線を二次元的に検出することがで
き、映像化することができる。
６がレンズ８０、光電変換部８２、マイクロチャンネル
プレート８４、検出モジュール８６によって構成した場
合について説明したが、レンズ８０の前面にシンチレー
タのような発光部を設けてもよい。このように発光部を
設けると、例えばＸ線やγ線、電子線、α線などの非常
に微弱な電磁波や粒子線を二次元的に検出することがで
き、映像化することができる。
【００４１】また、上記に説明した実施形態は、本発明
の一態様の説明であって、これに限定されるものではな
い。例えば、前記実施形態においては、ＤＮＡチップ４
６のハイブリッドを形成したセルの検出に適用する場合
について説明したが、カラーの暗視カメラとして使用す
ることができる。
の一態様の説明であって、これに限定されるものではな
い。例えば、前記実施形態においては、ＤＮＡチップ４
６のハイブリッドを形成したセルの検出に適用する場合
について説明したが、カラーの暗視カメラとして使用す
ることができる。
【００４２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、検出モジュールを構成している複数の電子検出部を
直交変調パターン（例えば、２値直交変調パターンであ
るアダマール行列の各行に相当するパターン）に従って
動作させ、常にｎ×ｎ個の電子検出部の１／４から出力
信号（データ）を得、この得られた出力信号について、
入射位置演算部においてデータの逆変換を行うことによ
り、出力信号を出力した電子検出部を特定することがで
き、光電変換部に入射した光子の位置を求めることがで
きる。従って、二次元の微弱な放射を高速、かつ高精度
で二次元的に検出することができ、微弱な放射による二
次元映像を得ることができる。
ば、検出モジュールを構成している複数の電子検出部を
直交変調パターン（例えば、２値直交変調パターンであ
るアダマール行列の各行に相当するパターン）に従って
動作させ、常にｎ×ｎ個の電子検出部の１／４から出力
信号（データ）を得、この得られた出力信号について、
入射位置演算部においてデータの逆変換を行うことによ
り、出力信号を出力した電子検出部を特定することがで
き、光電変換部に入射した光子の位置を求めることがで
きる。従って、二次元の微弱な放射を高速、かつ高精度
で二次元的に検出することができ、微弱な放射による二
次元映像を得ることができる。
【００４３】また、本発明においては、電子検出部の出
力信号の大きさに基づいて入射した光子のエネルギーを
求め、このエネルギーに対応して予め与えられている色
信号に変換するようになっているため、複数の波長の光
に基づく光子が入力した場合に、二次元的に求めた微弱
放射の画像を通常のカラー画像とすることが可能で、二
次元微弱放射の状態をより容易に認識、理解することが
できる。
力信号の大きさに基づいて入射した光子のエネルギーを
求め、このエネルギーに対応して予め与えられている色
信号に変換するようになっているため、複数の波長の光
に基づく光子が入力した場合に、二次元的に求めた微弱
放射の画像を通常のカラー画像とすることが可能で、二
次元微弱放射の状態をより容易に認識、理解することが
できる。
【００４４】そして、本発明は、電子検出部の出力信号
の大きさを、電子検出部が出力する出力信号の頻度に基
づいて求めるようにしており、計測の揺らぎによる誤り
を避けることができ、検出すべき出力信号の大きさを容
易、確実に求めることができる。また、光電変換部の前
面に、電磁波または粒子線の入射によって光子を放出す
る発光部を設けているため、微弱なＸ線やガンマ線、α
線などの検出が可能となる。
の大きさを、電子検出部が出力する出力信号の頻度に基
づいて求めるようにしており、計測の揺らぎによる誤り
を避けることができ、検出すべき出力信号の大きさを容
易、確実に求めることができる。また、光電変換部の前
面に、電磁波または粒子線の入射によって光子を放出す
る発光部を設けているため、微弱なＸ線やガンマ線、α
線などの検出が可能となる。
【図１】本発明の実施の形態に係る二次元微弱放射検出
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
【図２】実施の形態に係る検出部の詳細説明図である。
【図３】実施の形態に係る検出部の概略を示す斜視図で
ある。
ある。
【図４】実施の形態に係る検出部を構成している二次元
受信器を説明する斜視図である。
受信器を説明する斜視図である。
【図５】実施の形態に係るマイクロキャピラリーの詳細
説明図である。
説明図である。
【図６】実施の形態に係る検出モジュールの詳細説明図
である。
である。
【図７】実施の形態に係るデータ読取り部の出力パルス
の状態を説明する図である。
の状態を説明する図である。
【図８】実施の形態に係る検出モジュールの動作を制御
する方法の説明図である。
する方法の説明図である。
【図９】実施の形態に係るデータ読取り部の出力する出
力パルスの説明図である。
力パルスの説明図である。
【図１０】実施の形態に係るデータ読取り部の出力パル
スに基づくエネルギースペクトルの説明図である。
スに基づくエネルギースペクトルの説明図である。
【図１１】従来のＤＮＡチップリーダの説明図である。
４０………二次元微弱放射検出装置（微弱光検出装
置）、４２………レーザ照射ユニット、４６………ＤＮ
Ａチップ、５２………検出ユニット、５４………信号処
理ユニット、５６………検出部、５８………動作制御
部、６０………データ読取り部、６２………振幅検出
部、６４………計数部、６６………光入射位置演算部、
６８………画像作成部、６８ａ………入射位置演算部
（画像演算部）、６８ｂ………波長演算部（スペクトル
作成部）、８２………光電変換部、８４………増幅モジ
ュール（マイクロチャンネルプレート）、８６………検
出モジュール、９４………マイクロキャピラリー、１０
４11、１０４12、１０４13、１０４21………検出トラン
ジスタ、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ………読み出し
トランジスタ、１２０………検出電極。
置）、４２………レーザ照射ユニット、４６………ＤＮ
Ａチップ、５２………検出ユニット、５４………信号処
理ユニット、５６………検出部、５８………動作制御
部、６０………データ読取り部、６２………振幅検出
部、６４………計数部、６６………光入射位置演算部、
６８………画像作成部、６８ａ………入射位置演算部
（画像演算部）、６８ｂ………波長演算部（スペクトル
作成部）、８２………光電変換部、８４………増幅モジ
ュール（マイクロチャンネルプレート）、８６………検
出モジュール、９４………マイクロキャピラリー、１０
４11、１０４12、１０４13、１０４21………検出トラン
ジスタ、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ………読み出し
トランジスタ、１２０………検出電極。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｔ 1/28 Ｇ０１Ｔ 1/28 ４Ｍ１１８
1/29 1/29 Ｄ ５Ｂ０４７
Ｇ０６Ｔ 1/00 ４２０ Ｇ０６Ｔ 1/00 ４２０Ａ ５Ｃ０２４
Ｇ２１Ｋ 4/00 Ｇ２１Ｋ 4/00 Ａ
Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｈ０４Ｎ 5/32
Ｈ０４Ｎ 5/32 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ
Ｆターム(参考） 2F065 AA03 DD02 DD04 DD06 FF04
GG04 JJ00 LL21 LL26 MM03
PP12 QQ03 QQ24 QQ31
2G043 AA03 BA16 DA02 DA06 EA01
GA08 GB01 HA01 JA02 KA09
LA02 LA03 NA01 NA06
2G065 AA04 AB04 AB09 AB19 BA07
BA18 BA34 BC03 BC11 BC13
BC27 BC33 BD01 DA08
2G083 AA02 AA04 AA09 AA10 BB04
BB05 CC02 CC10 DD17 DD18
EE03 EE10
2G088 EE01 EE27 EE30 FF02 FF04
FF05 FF06 GG19 GG20 GG28
JJ05 KK05 KK32 LL15 LL18
MM01 MM04
4M118 AA01 AB01 AB10 BA14 FA06
GA10 GD03 GD07 GD20 HA40
5B047 AA17 AB02 BA02 BB04 BC11
BC14 CA04
5C024 AX11 AX16 CX41 DX01 EX42
EX51 GX02 GX09 GY31 HX50
Claims (4)
- 【請求項１】 光子の入射によって電子を放出する光電
変換部と、 この光電変換部に対面配置されて光電変換部が放出した
電子を増幅する電子増幅部が複数設けられた増幅モジュ
ールと、 この増幅モジュールを構成している前記各電子増幅部に
対応して設けられ、電子増幅部からの電子が入射する電
子検出部が複数設けられた検出モジュールと、 この検出モジュールを構成している前記各電子検出部を
直交変調パターンに基づいて作動させる動作制御部と、 この動作制御部の制御信号と前記各電子検出部の出力信
号とに基づいて、前記光電変換部に入射した前記光子の
位置を求める光入射位置演算部と、 を有することを特徴とする二次元微弱放射検出装置。 - 【請求項２】 光子の入射によって電子を放出する光電
変換部と、 この光電変換部に対面配置されて光電変換部が放出した
電子を増幅する電子増幅部が複数設けられた増幅モジュ
ールと、 この増幅モジュールを構成している前記各電子増幅部に
対応して設けられ、電子増幅部からの電子が入射する電
子検出部が複数設けられた検出モジュールと、 この検出モジュールを構成している前記各電子検出部を
直交変調パターンに基づいて作動させる動作制御部と、 この動作制御部の制御信号と前記各電子検出部の出力信
号とに基づいて、前記光電変換部に入射した前記光子の
位置を求める光入射位置演算部と、 前記各電子検出部の出力信号の大きさに基づいて前記光
子のエネルギーを求め、予め与えられた色信号に変換す
る波長演算部と、 を有することを特徴とする二次元微弱放射検出部。 - 【請求項３】 請求項２に記載の二次元微弱放射検出装
置において、 前記波長演算部は、前記電子検出部の出力信号の出力頻
度に基づいて出力信号の大きさを求めて前記色信号に変
換することを特徴とする二次元微弱放射検出装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１に記載の
二次元微弱放射検出装置において、 前記光電変換部の前面に、電磁波または粒子線の入射に
よって光子を放出する発光部が設けてあることを特徴と
する二次元微弱放射検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001188301A JP4554112B2 (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | 二次元微弱放射検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001188301A JP4554112B2 (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | 二次元微弱放射検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004636A true JP2003004636A (ja) | 2003-01-08 |
| JP4554112B2 JP4554112B2 (ja) | 2010-09-29 |
Family
ID=19027428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001188301A Expired - Fee Related JP4554112B2 (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | 二次元微弱放射検出装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4554112B2 (ja) |
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-
2001
- 2001-06-21 JP JP2001188301A patent/JP4554112B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2013535162A (ja) * | 2010-06-29 | 2013-09-09 | エクセリタス テクノロジーズ シンガポール プライヴェート リミテッド | 多重化センサアレイ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4554112B2 (ja) | 2010-09-29 |
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