JP2003526767A - Wide-area light detection system - Google Patents

Wide-area light detection system

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JP2003526767A
JP2003526767A JP2000532708A JP2000532708A JP2003526767A JP 2003526767 A JP2003526767 A JP 2003526767A JP 2000532708 A JP2000532708 A JP 2000532708A JP 2000532708 A JP2000532708 A JP 2000532708A JP 2003526767 A JP2003526767 A JP 2003526767A
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Japan
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light
detector
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amount
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JP2000532708A
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Japanese (ja)
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ダグラス・エヌ・モドリン
デイヴィッド・ピー・スタンボ
リック・ブイ・ステルメイシャー
Original Assignee
エルジェイエル・バイオシステムズ・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、広範囲光検出システムに関するものである。いくつかの実施形態においては、このシステムは、幅広い強度範囲にわたって高精度でもって光を検出し得るような装置および方法を備えている。他の実施形態においては、このシステムは、検出光の強度に応じて検出範囲のスケールを自動的に切り換え、これにより、検出を改良し得るような装置および方法を備えている。さらに他の実施形態においては、このシステムは、特に連続した試料の分析への応用に際して、向上した速度でもって光を検出することができるような装置および方法を備えている。 (57) [Summary] The present invention relates to a wide-area light detection system. In some embodiments, the system includes devices and methods that can detect light with high accuracy over a wide range of intensities. In other embodiments, the system includes devices and methods that automatically switch the scale of the detection range in response to the intensity of the detected light, thereby improving detection. In yet another embodiment, the system includes an apparatus and method that can detect light at an increased speed, particularly in applications to the analysis of continuous samples.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本出願は、1998年4月17日付けで出願された米国特許出願第09/06
2,472号、1998年9月24日付けで出願された米国特許出願第09/1
60,533号、1998年10月30日付けで出願されたPCT出願第US9
8/23095号、1999年1月25日付けで出願されたPCT出願第US9
9/01656号、の継続出願であり、これらの優先権を主張するものである。
これら出願は、参考のためここに組み込まれる。
This application is related to U.S. patent application Ser. No. 09/06, filed April 17, 1998.
No. 2,472, US patent application Ser. No. 09/1 filed Sep. 24, 1998
No. 60,533, PCT application No. US9 filed on October 30, 1998
8/23095, PCT application No. US9 filed on January 25, 1999
It is a continuation application of 9/01656, which claims these priorities.
These applications are incorporated herein by reference.

【0002】 本出願は、1998年2月20日付けで出願された米国特許予備出願第60/
075,414号、1998年4月17日付けで出願された米国特許予備出願第
60/082,253号、1998年9月18日付けで出願された米国特許予備
出願第60/100,951号、に基づくものであり、米国特許法第119条に
よりこれら出願の権利を主張するものである。これら出願は、参考のためここに
組み込まれる。
This application is based on US Patent Preliminary Application No. 60 / filed on Feb. 20, 1998.
075,414, US Patent Preliminary Application No. 60 / 082,253, filed April 17, 1998, and US Patent Preliminary Application No. 60 / 100,951, filed September 18, 1998. , And claims the rights of these applications under 35 USC 119. These applications are incorporated herein by reference.

【0003】 本出願には、参考のため、PAUL HOROWITZ & WINFIELD HILL, THE ART OF ELECTRONICS (1980) および JOSEPH R. LAKOWICZ, PRINCIPLES OF FLUORESCENCE
SPECTROSCOPY (1983) という文献が組み込まれる。
For reference purposes, this application includes PAUL HOROWITZ & WINFIELD HILL, THE ART OF ELECTRONICS (1980) and JOSEPH R. LAKOWICZ, PRINCIPLES OF FLUORESCENCE.
The document SPECTROSCOPY (1983) is incorporated.

【0004】 本発明は、光検出に関するものである。より詳細には、本発明は、広範囲光検
出システムに関するものである。
The present invention relates to light detection. More specifically, the present invention relates to a wide range photo detection system.

【0005】[0005]

【従来の技術】[Prior art]

光検出を含むシステムは、様々な分野において使用される。特に、光検出およ
びその後の解析を含むシステムは、発光分析や吸光分析といったような光スペク
トル分析を行うに際して使用される。これら分析を使用することによって、分子
系の構成要素や性質を特性づけることができる。最近では、これら分析は、薬剤
候補化合物を認識するための高処理速度スクリーニング法において使用される。
光スペクトル分析には、蛍光偏光法(FP)、蛍光共鳴エネルギー変換法(FR
ET)、蛍光寿命法(FLT)、蛍光による総内部反射(TIR)、蛍光相関分
光法(FCS)、光ブリーチ後における蛍光回復法(FRAP)、および、これ
ら手法を燐光に関して行うもの、等がある。光スペクトル分析には、吸光分析も
ある。
Systems that include light detection are used in a variety of fields. In particular, systems involving photodetection and subsequent analysis are used in performing optical spectral analysis such as emission and absorption analysis. These analyzes can be used to characterize the components and properties of molecular systems. Recently, these analyzes have been used in high throughput screening methods to recognize drug candidate compounds.
For optical spectrum analysis, fluorescence polarization method (FP), fluorescence resonance energy conversion method (FR)
ET), fluorescence lifetime method (FLT), total internal reflection by fluorescence (TIR), fluorescence correlation spectroscopy (FCS), fluorescence recovery method after light bleaching (FRAP), and those methods that perform phosphorescence. is there. Optical spectrum analysis also includes absorption spectroscopy.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

うまくないことに、光検出システムには、多くの欠点がある。すなわち、この
ようなシステムは、範囲が制限されていることである。つまり、このようなシス
テムは、比較的狭い強度範囲内でしか正確に光を検出することができない。また
、このようなシステムにおいては、検出範囲が変更可能とされている場合、検出
範囲の変更のために、使用者が手動で操作する場合が多い。また、このようなシ
ステムは、離散検出またはアナログ検出のいずれかに制限される。そのため、こ
のようなシステムにおいては、個々の量子すなわちフォトンを離散的にカウント
したり、あるいは、そのような量子に対応したアナログ値を積分したりする。し
かしながら、両方を行うことはできない。また、このようなシステムは、測定を
行うに際して、かなりの時間を必要とする。これら欠点は、個別的にまたは組み
合わせて起こるものであって、1日あたりに数十回や数百回や数千回の測定を行
う必要があるような高処理速度型スクリーニングの分野においては、特に深刻で
ある。
Unfortunately, photodetection systems have many drawbacks. That is, such systems are limited in range. That is, such a system can only accurately detect light within a relatively narrow intensity range. Further, in such a system, when the detection range is changeable, the user often operates manually to change the detection range. Also, such systems are limited to either discrete or analog detection. Therefore, in such a system, individual quanta, that is, photons are discretely counted, or an analog value corresponding to such quanta is integrated. However, you cannot do both. Also, such systems require a significant amount of time to make measurements. These drawbacks occur individually or in combination, and in the field of high-throughput screening in which tens, hundreds, or thousands of measurements must be performed per day, Especially serious.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本発明は、広範囲光検出システムを提供するものである。いくつかの実施形態
においては、このシステムは、幅広い強度範囲にわたって高精度でもって光を検
出し得るような装置および方法を備えている。他の実施形態においては、このシ
ステムは、検出光の強度に応じて検出範囲のスケールを自動的に切り換え、これ
により、検出を改良し得るような装置および方法を備えている。さらに他の実施
形態においては、このシステムは、特に連続した試料の分析への応用に際して、
向上した速度でもって光を検出することができるような装置および方法を備えて
いる。
The present invention provides a wide range light detection system. In some embodiments, the system comprises an apparatus and method that can detect light with high accuracy over a wide intensity range. In another embodiment, the system comprises a device and method that automatically switches the scale of the detection range depending on the intensity of the detected light, thereby improving detection. In yet another embodiment, the system has particular application in the analysis of serial samples.
An apparatus and method is provided that allows light to be detected with increased speed.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

本発明の特質は、添付図面および好ましい実施形態に関しての以下の詳細な説
明を勘案することにより、明瞭に理解されるであろう。
The features of the present invention will be clearly understood in view of the accompanying drawings and the following detailed description of the preferred embodiments.

【0009】 図1は、蛍光的にラベル付けされた分子を概略的に示す図であって、分子の再
配向が蛍光偏光にどのようにして影響を与えるかが示されている。 図2は、周波数ドメインにおける時間的測定を示す概略的なグラフであって、
位相角度(位相)φと復調因子(変調)Mとの定義を示している。 図3は、本発明による光検出装置を概略的に示す図である。 図4は、図3に示す装置の一部を概略的に示す斜視図である。 図5は、図3の装置における光ルミネッセンスに関しての光学部材を概略的に
示す図である。 図6は、図3の装置における化学ルミネッセンスに関しての光学部材を概略的
に示す図である。 図7は、装置のためのハウジングの一部を示す部分展開図である。 図8は、本発明による代替可能な光検出装置を概略的に示す図である。 図9は、本発明による光検出デバイスを示すブロック図である。 図10は、本発明による代替可能な光検出デバイスを示すブロック図である。 図11は、図9および図10のデバイスにおける積分器と同様の積分器を概略
的に示す図であるものの、付加的な自動的スケール切換機構が設けられている。 図12および図13は、図3〜図6に示す装置のためのデジタルカウント回路
の非線形性を示す応答曲線を示すグラフである。 図14は、図3〜図6に示す装置のためのアナログカウント回路における積分
用キャパシタの飽和特性を示す応答曲線を示すグラフである。 図15は、図3〜図6に示す装置において比較器とともに使用されるアナログ
カウント回路の飽和特性を示す応答曲線を示すグラフである。
FIG. 1 is a schematic diagram of fluorescently labeled molecules, showing how molecular reorientation affects fluorescence polarization. FIG. 2 is a schematic graph showing temporal measurements in the frequency domain,
The definition of the phase angle (phase) φ and the demodulation factor (modulation) M is shown. FIG. 3 is a diagram schematically showing a photodetector according to the present invention. FIG. 4 is a perspective view schematically showing a part of the device shown in FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing an optical member for photoluminescence in the device of FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing an optical member for chemiluminescence in the apparatus shown in FIG. FIG. 7 is a partial exploded view showing a portion of a housing for the device. FIG. 8 is a schematic view of an alternative photo-detecting device according to the present invention. FIG. 9 is a block diagram showing a photo detection device according to the present invention. FIG. 10 is a block diagram showing an alternative photodetection device according to the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram of an integrator similar to that of the devices of FIGS. 9 and 10, but with an additional automatic scale switching mechanism. 12 and 13 are graphs showing response curves showing the non-linearity of a digital counting circuit for the device shown in FIGS. FIG. 14 is a graph showing a response curve showing the saturation characteristic of the integrating capacitor in the analog counting circuit for the device shown in FIGS. FIG. 15 is a graph showing a response curve showing the saturation characteristic of the analog counting circuit used together with the comparator in the devices shown in FIGS.

【0010】 本発明は、後述のように、光を検出するための装置および方法を提供するもの
である。明瞭化のために、本発明に関しての以下の説明は、次の3個の部分に分
割されている。すなわち、(1)発光分析の概要、(2)発光装置についての説
明、(3)検出方法、に分割されている。
The present invention provides an apparatus and method for detecting light, as described below. For clarity, the following description of the invention is divided into the following three parts. That is, it is divided into (1) outline of emission analysis, (2) description of light emitting device, and (3) detection method.

【0011】 1.発光分析の概要 発光分析においては、発光分析対象物からの発光を使用して、分析対象物の性
質や環境を研究する。また、分析対象物を含んでの、結合反応、酵素活性、等を
研究する。この意味で、分析対象物は、分析の焦点をなす他の材料すなわちター
ゲット物質に関しての情報をもたらす報告者として機能することができる。発光
としては、強度や偏光や寿命等といったような様々な発光形態を使用することが
できる。また、発光分析においては、時間に依存しない(定常状態での)および
/または時間に依存した(時間的な)発光の性質を使用することができる。定常
状態分析は、通常、時間的分析よりも簡便であるものの、得られる情報量は少な
い。
1. Outline of luminescence analysis In luminescence analysis, the luminescence from the luminescence analyte is used to study the properties and environment of the analyte. In addition, we will study the binding reaction, enzyme activity, etc., including the analyte. In this sense, the analyte can act as a reporter providing information about other materials or target substances that are the focus of the analysis. As the light emission, various light emission forms such as intensity, polarization and life can be used. Also, in luminescence analysis, the properties of time-independent (steady-state) and / or time-dependent (temporal) luminescence can be used. Steady-state analysis is usually simpler than temporal analysis, but provides less information.

【0012】 [強度分析] 発光強度分析においては、複合体からの発光の強度(または、発光量)を観測
する。発光強度は、消光係数、量子効率、複合体中の発光性分析対象物の数、等
に依存する。これら物理量は、消光物質やエネルギー変換パートナーの近接度合
いや効率といったような、分析対象物の置かれた環境等に依存する。よって、発
光強度分析は、様々な応用の中でも、結合反応を研究するために使用される。
[Intensity Analysis] In the emission intensity analysis, the intensity of emission (or the amount of emission) from the complex is observed. The emission intensity depends on the extinction coefficient, the quantum efficiency, the number of luminescent analytes in the complex, etc. These physical quantities depend on the environment in which the analyte is placed, such as the proximity and efficiency of the quencher and energy conversion partner. Thus, emission intensity analysis is used to study binding reactions, among other applications.

【0013】 [偏光分析] 発光偏光分析においては、偏光光が吸収されたり発光されたりする。典型的に
は、偏光分析を使用することにより、分子回転が研究される。(偏光とは、光の
電界方向を意味している。この電界方向は、通常、光の伝搬方向とは垂直である
。)
[Polarization Analysis] In emission polarization analysis, polarized light is absorbed or emitted. Molecular rotation is typically studied by using polarimetry. (Polarized light means the electric field direction of light. This electric field direction is usually perpendicular to the light propagation direction.)

【0014】 図1は、発光偏光が分子回転によって影響を受ける様子を概略的に示している
。発光偏光分析においては、複合体32内の特定の分子30は、1つまたは複数
の発光物質によってラベル付けされている。複合体には、偏光した励起光が照射
される。偏光励起光は、好ましくは、励起光の分極に対して平行な向きとされて
いる吸収ダイポールを有した発光物質を励起する。その後、複合体に対して、偏
光された励起光が照射される。励起光は、励起光の偏光に対して平行とされてる
吸収ダイポールを有した発光物質を優先的に励起する。このような分子は、発光
ダイポールに対して平行に偏光された光を優先的に放出することによって減衰す
る。発光全体のうちの偏光の程度は、発光寿命τと称される発光励起と発光との
間の時間間隔における分子再配向の程度に依存する。分子再配向の程度は、再配
向分子の発光寿命やサイズや形状や環境に依存する。よって、発光偏光分析を使
用することにより、結合反応や酵素活性度や他の量を定量分析することができる
。特に、分子は、分子サイズに比例する回転相関時間τrot による拡散を介して
回転する。よって、発光寿命時間内においては、比較的大きな分子は、それほど
再配向することはない。そのため、発光全体は、比較的偏光度合いが大きい。こ
れに対し、同じ時間間隔であっても、比較的小さな分子であれば、再配向の程度
が大きく、そのため、発光全体は、比較的偏光度合いが小さい。
FIG. 1 schematically shows how the emission polarization is affected by molecular rotation. In emission polarization analysis, a particular molecule 30 within complex 32 is labeled with one or more luminescent materials. The complex is irradiated with polarized excitation light. The polarized excitation light preferably excites a luminescent material having an absorbing dipole oriented parallel to the polarization of the excitation light. Thereafter, the composite is irradiated with polarized excitation light. Excitation light preferentially excites a luminescent material having an absorption dipole that is parallel to the polarization of the excitation light. Such molecules are attenuated by preferentially emitting light polarized parallel to the emitting dipole. The degree of polarization of the total emission depends on the degree of molecular reorientation in the time interval between emission excitation and emission, called emission lifetime τ. The degree of molecular reorientation depends on the emission lifetime, size, shape and environment of the reorientated molecule. Thus, emission polarization analysis can be used to quantitatively analyze binding reactions, enzyme activity and other quantities. In particular, the molecule rotates through diffusion with a rotational correlation time τ rot that is proportional to the molecular size. Thus, within the emission lifetime, relatively large molecules are less likely to reorient. Therefore, the entire light emission has a relatively large degree of polarization. On the other hand, even at the same time interval, if the molecule is relatively small, the degree of reorientation is large, and therefore, the entire emission has a relatively small degree of polarization.

【0015】 偏光と強度との間の関係は、次の式1によって表される。[0015]   The relationship between polarization and intensity is represented by Equation 1 below.

【数1】 ここで、Pは偏光であり、I‖は励起光の偏光に対して平行な発光強度であり、
I⊥は励起光の偏光に対して垂直な発光強度である。励起と発光との間にわずか
の回転しかない場合には、I‖が比較的大きくI⊥が比較的小さくなり、Pが1
に近づく(Pは、たとえ回転がない場合であっても1よりも小さいものである。
例えば、Pは、吸収ダイポールと発光ダイポールとが平行でなければ、1よりも
小さい。)。これとは逆に、励起と発光との間にかなり大きな回転が存在する場
合には、I‖がI⊥と同等となり、Pが0に近づく。偏光は、ミリP単位(10
00×P)で報告されることが多い。Pが0〜1の範囲であることから、ミリP
単位の場合には、0〜1000の範囲にわたって変化する。
[Equation 1] Here, P is the polarized light, I ∥ is the emission intensity parallel to the polarization of the excitation light,
I⊥ is the emission intensity perpendicular to the polarization of the excitation light. If there is only a slight rotation between the excitation and the emission, then I.parallel. Is relatively large and I ..
(P is less than 1 even if there is no rotation.
For example, P is less than 1 if the absorbing and emitting dipoles are not parallel. ). Conversely, if there is a significant rotation between excitation and emission, then I / | will be equal to I /, and P will approach zero. Polarization is in millimeter P units (10
It is often reported as 00 × P). Since P is in the range of 0 to 1, millimeter P
Units vary over the range 0-1000.

【0016】 また、偏光は、例えば異方性といったような他の同等の物理量によっても記述
することができる。異方性と強度との関係は、次の式2によって表される。
Polarization can also be described by other equivalent physical quantities such as anisotropy. The relationship between anisotropy and strength is expressed by the following Equation 2.

【数2】 ここで、rは、異方性である。偏光と異方性とは、同じ情報を含んでいる。しか
しながら、異方性は、1つ以上の発光物質を含有しているシステムを、より単純
に表現することができる。以下の説明や請求範囲においては、これら用語を互換
的に使用する。これら用語の一方に対しての一般表現は、他方に関しての一般表
現をも包含することを理解されたい。
[Equation 2] Here, r is anisotropic. Polarization and anisotropy contain the same information. However, anisotropy can more simply represent a system containing one or more luminescent materials. In the following description and claims, these terms are used interchangeably. It is to be understood that a general expression for one of these terms also includes a general expression for the other.

【0017】 偏光と回転との関係は、Perrin式をなす次の式3によって表される。[0017]   The relationship between the polarization and the rotation is expressed by the following Equation 3 which is a Perrin equation.

【数3】 ここで、P0 は、分子移動がない場合の偏光(真性偏光)であり、τは、上述の
発光寿命(減衰率の逆数)であり、τrot は、上述の回転相関時間(回転速度の
逆数)である。
[Equation 3] Here, P 0 is the polarized light when there is no molecular movement (intrinsic polarized light), τ is the emission lifetime (the reciprocal of the decay rate), and τ rot is the rotational correlation time (the rotational speed Reciprocal).

【0018】 Perrin式は、発光寿命と回転相関時間とが同等である場合に発光偏光分析が最
も敏感であることを示している。回転相関時間は、分子量に比例するものであり
、(球状分子においては)分子量が2400(参考までに単位を付すとすれば2
400ダルトン)増えるごとに、約1ナノ秒ずつ増大する。例えば発光寿命がほ
ぼ4ナノ秒であるようなフルオレセインといったような寿命の短い発光物質の場
合には、発光偏光分析は、約40,000(40,000ダルトン)よりも小さ
な分子量に対して、最も敏感となる。例えば発光寿命がほぼ400ナノ秒である
ようなRu(bpy)2dcbpy(ルテニウム,2,2’−ジピリジル,4,
4’−ジカルボニル−2,2’−ジビピリジン)といったような寿命の長いプロ
ーブの場合には、発光偏光分析は、約70,000(70,000ダルトン)〜
4,000,000(4,000,000ダルトン)という分子量に対して、最
も敏感となる。
The Perrin equation shows that emission polarimetry is most sensitive when the emission lifetime and rotational correlation time are equivalent. The rotation correlation time is proportional to the molecular weight, and the molecular weight (for spherical molecules) is 2400 (2 for the reference unit).
Every 400 Daltons), it increases by about 1 nanosecond. For short-lived luminescent materials, such as fluorescein, which has an emission lifetime of approximately 4 nanoseconds, emission polarimetry is most useful for molecular weights below about 40,000 (40,000 daltons). Be sensitive. For example, Ru (bpy) 2dcbpy (ruthenium, 2,2'-dipyridyl, 4,4) having an emission lifetime of about 400 nanoseconds.
In the case of long-lived probes such as 4'-dicarbonyl-2,2'-dibipyridine), emission polarimetry is about 70,000 (70,000 daltons)
It is most sensitive to a molecular weight of 4,000,000 (4,000,000 Daltons).

【0019】 [時間的分析] 時間的分析においては、ルミネッセンス発光の時間変化を測定する。時間的分
析は、時間ドメインにおいて、または、周波数ドメインにおいて、行うことがで
きる。両方とも、機能的には等価である。時間ドメインにおける測定においては
、発光の時間変化が直接的に観測される。様々な手順が可能ではあるけれども、
典型的には、発光性分析対象物を含有した複合体に対して、光の短いパルスを照
射し、結果として得られる発光の強度の時間変化を観測する。単純な分子の場合
には、発光は、通常、単一の指数関数に従って減衰する。
[Temporal Analysis] In the temporal analysis, the time change of luminescence emission is measured. The temporal analysis can be done in the time domain or in the frequency domain. Both are functionally equivalent. In the measurement in the time domain, the time change of light emission is directly observed. Although various procedures are possible,
Typically, the complex containing the luminescent analyte is irradiated with a short pulse of light and the resulting change in luminescence intensity over time is observed. In the case of simple molecules, the emission usually decays according to a single exponential function.

【0020】 周波数ドメインにおける測定においては、周波数空間内において、発光の時間
変化が間接的に観測される。典型的には、複合体に対して、単一変調周波数fに
おいて強度が正弦的に変調されているような光を照射する。ただし、他の手法(
例えば、時間ドメインにおけるデータを周波数ドメインへと変換する)を使用す
ることもできる。結果として得られる発光強度は、励起光と同じ周波数で変調さ
れている。しかしながら、発光は、励起光よりも、位相角度(位相)φだけ遅延
しており、発光強度は、励起光強度と比較して、復調因子(変調)Mだけ復調さ
れている。
In the measurement in the frequency domain, the time change of light emission is indirectly observed in the frequency space. Typically, the composite is illuminated with light whose intensity is sinusoidally modulated at a single modulation frequency f. However, other methods (
For example, transforming data in the time domain into the frequency domain) can be used. The resulting emission intensity is modulated at the same frequency as the excitation light. However, the light emission is delayed from the excitation light by the phase angle (phase) φ, and the emission intensity is demodulated by the demodulation factor (modulation) M as compared with the excitation light intensity.

【0021】 図2は、単一周波数における周波数ドメインでの実験に関しての、発光と励起
との関係を示している。位相φは、励起と発光との間の位相差である。変調Mは
、発光におけるAC強度とDC強度との比の、励起光におけるAC強度とDC強
度との比に対しての、比である。位相および変調は、次式4,5によって、発光
寿命τと関係づけられている。
FIG. 2 shows the relationship between emission and excitation for experiments in the frequency domain at a single frequency. Phase φ is the phase difference between excitation and emission. Modulation M is the ratio of the ratio of the AC intensity and the DC intensity of the emitted light to the ratio of the AC intensity and the DC intensity of the excitation light. The phase and the modulation are related to the emission lifetime τ by the following equations 4 and 5.

【数4】 [Equation 4]

【数5】 ここで、ωは、変調の角周波数であり、変調周波数と2πとの積に等しい。最大
感度においては、変調角周波数は、おおよそ発光寿命の逆数である。高処理速度
型のスクリーニングにおける寿命は、1ナノ秒よりも小さな値から10マイクロ
秒よりも大きな値にまでわたって変化する。したがって、高処理速度型のスクリ
ーニングのための器具は、20kHz〜200MHzという変調周波数をカバー
し得るべきである。
[Equation 5] Here, ω is the angular frequency of modulation and is equal to the product of the modulation frequency and 2π. At maximum sensitivity, the modulation angular frequency is approximately the reciprocal of the emission lifetime. Lifetime in high throughput screening varies from less than 1 nanosecond to greater than 10 microseconds. Therefore, an instrument for high throughput screening should be able to cover modulation frequencies of 20 kHz to 200 MHz.

【0022】 2.発光装置についての説明 図3〜図6は、複合体内の分析対象物から放出される光を検出するための装置
90を示している。装置90は、(1)複合体を支持するためのステージと、(
2)複合体に対して光を供給するための1つまたは複数の光源と、(3)複合体
から伝達された光を受領して受領光を信号へと変換するための1つまたは複数の
検出器と、(4)光源と複合体と検出器との間にわたって光を導くための第1お
よび第2光学的リレー構造と、(5)検出器からの信号を解析するためのプロセ
ッサと、を具備している。一般に、本発明においては、これら構成要素の部分集
合が使用される。
2. Description of Light Emitting Device FIGS. 3-6 show an apparatus 90 for detecting light emitted from an analyte within a complex. The device 90 includes (1) a stage for supporting the complex, and
2) one or more light sources for supplying light to the complex, and (3) one or more light sources for receiving the light transmitted from the complex and converting the received light into a signal. A detector, (4) first and second optical relay structures for directing light between the light source, the complex and the detector, and (5) a processor for analyzing the signal from the detector. It is equipped with. In general, a subset of these components is used in the present invention.

【0023】 装置90は、限定するものではないが上述の分析といったような、様々な発光
分析や吸光分析を行うために使用することができる。一般に、このような分析に
おいては、原子または分子の励起電子状態からの発光であるルミネッセンス発光
を検出する。ルミネッセンス発光とは、一般に、白熱発光を除くすべての種類の
発光を指しており、光ルミネッセンス、化学ルミネッセンス、電気化学ルミネッ
センス、等を包含している。蛍光と燐光とを包含している光ルミネッセンスにお
いては、励起電子状態が、電磁放射の吸収によって形成される。生体ルミネッセ
ンスを包含している化学ルミネッセンスにおいては、励起電子状態は、化学エネ
ルギーの変換によって形成される。電気化学ルミネッセンスにおいては、励起電
子状態は、電気化学プロセスを通して生成される。
The device 90 can be used to perform a variety of emission and absorption analyses, such as, but not limited to, the analyzes described above. Generally, in such analyses, luminescence emission, which is the emission from an excited electronic state of an atom or molecule, is detected. Luminescent light emission generally refers to all types of light emission except incandescent light emission, and includes photoluminescence, chemiluminescence, electrochemiluminescence, and the like. In photoluminescence involving fluorescence and phosphorescence, excited electronic states are formed by absorption of electromagnetic radiation. In chemiluminescence including bioluminescence, excited electronic states are formed by the conversion of chemical energy. In electrochemiluminescence, excited electronic states are created through electrochemical processes.

【0024】 光学システムの構成要素は、アナライザが支持する各分析に対しての感度とダ
イナミックレンジとを最適化するようにして、選択される。この目的のために、
本来的にルミネッセンス発光の小さな光学要素が選択される。加えて、いくつか
の構成要素は、様々なモードにおいて共有される。これに対し、他の要素は、特
定のモードに対して固有のものとされる。例えば、発光強度モードおよび定常状
態発光偏光モードにおいては、光源が共有される。これに対し、時間的な発光モ
ードにおいては、固有の光源が使用される。また、化学発光モードにおいては、
光源を使用しない。同様に、光ルミネッセンスモードと化学ルミネッセンスモー
ドとにおいては、互いに異なる検出器を使用する。
The components of the optical system are selected to optimize sensitivity and dynamic range for each analysis supported by the analyzer. For this purpose,
An optical element that inherently has low luminescence emission is selected. In addition, some components are shared in various modes. On the other hand, other elements are specific to a particular mode. For example, in the emission intensity mode and the steady-state emission polarization mode, the light source is shared. On the other hand, in the temporal emission mode, a unique light source is used. In the chemiluminescence mode,
No light source is used. Similarly, different detectors are used in the photoluminescence mode and the chemiluminescence mode.

【0025】 この項の残部は、5個の部分に分割されている。すなわち、(1)光ルミネッ
センス光学系、(2)化学ルミネッセンス光学系、(3)ハウジング、(4)代
替装置、(5)方法論、に分割されている。
The remainder of this term is divided into five parts. That is, it is divided into (1) photoluminescence optical system, (2) chemiluminescence optical system, (3) housing, (4) alternative device, and (5) methodology.

【0026】 [光ルミネッセンス光学系] この実施形態においては、装置90は、連続型の光源100と、時間変調光源
102と、を備えている。装置90は、4つの光源のための光源スロット103
a〜103dを備えている。ただし、光源スロットの数、および、光源の数は、
他の数とすることもできる。光源スロット103a〜103dは、各光源の少な
くとも一部を被覆して放射や爆発からの保護をもたらすためのハウジングとして
機能する。光ルミネッセンス光学系における光の伝達方向は、矢印によって示さ
れている。
[Photoluminescence Optical System] In this embodiment, the device 90 includes a continuous light source 100 and a time-modulated light source 102. The device 90 includes a light source slot 103 for four light sources.
a to 103d. However, the number of light source slots and the number of light sources are
Other numbers are possible. The light source slots 103a-103d function as a housing for covering at least a portion of each light source to provide protection from radiation and explosion. The direction of light transmission in the photoluminescence optical system is indicated by an arrow.

【0027】 連続型光源100は、発光強度分析および定常状態発光偏光分析のための光を
もたらす。連続型光源100は、ランプや、レーザーや、レーザーダイオードや
、発光ダイオード、等とすることができる。好ましい連続型光源としては、例え
ば ILC Technology 社から入手可能な Model LX175F CERMAXキセノンランプとい
ったような、強度が大きくかつ色温度の大きなキセノンアークランプがある。色
温度とは、光源の色度と同じ色度の黒体放射体が動作する単位をケルビンとした
絶対温度のことである。色温度の大きなランプは、色温度の小さなランプよりも
、より多くの光を生成する。色温度の大きなランプは、多くの発光物質が吸収を
起こすような可視波長範囲や紫外波長範囲に向けてあるいはそれら波長範囲内に
、最大出力をシフトさせることができる。好ましい連続型光源は、5600ケル
ビンという色温度を有している。これは、タングステンフィラメント光源におけ
る約3000ケルビンという色温度をはるかに超えるものである。好ましい光源
は、フラッシュ型光源よりも単位時間あたりにより多くの光をもたらす。これに
より、感度が増大するとともに、読取時間が減少する。装置90は、光源によっ
て生成された光の強度を変更することなく複合体に対する入射光強度を変更し得
るよう構成された変調機構を備えることができる。
Continuous light source 100 provides light for emission intensity analysis and steady state emission polarization analysis. The continuous light source 100 can be a lamp, a laser, a laser diode, a light emitting diode, or the like. A preferred continuous light source is a high intensity, high color temperature xenon arc lamp, such as the Model LX175F CERMAX xenon lamp available from ILC Technology. The color temperature is an absolute temperature in which a unit in which a black body radiator having the same chromaticity as that of a light source operates is Kelvin. Lamps with a high color temperature produce more light than lamps with a low color temperature. A lamp having a large color temperature can shift its maximum output toward or within a visible wavelength range or an ultraviolet wavelength range where many luminescent materials absorb. A preferred continuous light source has a color temperature of 5600 Kelvin. This is well above the color temperature of about 3000 Kelvin in a tungsten filament light source. Preferred light sources provide more light per unit time than flash-type light sources. This increases sensitivity and reduces reading time. The device 90 can include a modulation mechanism configured to change the incident light intensity on the composite without changing the intensity of the light generated by the light source.

【0028】 時間変調型光源102は、例えば発光寿命や時間的発光偏光分析といったよう
な時間的な発光分析のための光をもたらす。好ましい時間変調型光源としては、
例えば EG&G Electro-Optics社から入手可能な Model FX-l 160 キセノンフラッ
シュランプといったような、キセノンフラッシュランプがある。好ましい光源は
、信号検出前に短い時間間隔でもって光の『フラッシュ』を生成するものであっ
て、時間ドメインにおける測定に対して特に好適である。他の時間変調型光源に
は、パルス型レーザーや、ポッケルスセルまたはカーセル等の機構を使用して外
部的に強度を変調し得るものとされた連続型ランプ、がある。後者の光源は、周
波数ドメインにおける測定に対して特に好適である。
The time-modulated light source 102 provides light for temporal emission analysis such as emission lifetime or temporal emission polarization analysis. As a preferable time-modulated light source,
There are xenon flash lamps, such as the Model FX-l 160 xenon flash lamps available from EG & G Electro-Optics. A preferred light source is one that produces a "flash" of light with a short time interval before signal detection, which is particularly suitable for measurements in the time domain. Other time-modulated light sources include pulsed lasers and continuous lamps whose intensity can be externally modulated using a mechanism such as a Pockels cell or Kersel. The latter light source is particularly suitable for measurements in the frequency domain.

【0029】 装置90においては、連続型光源100と時間変調型光源102とは、多色の
かつ非偏光型のかつ非コヒーレントな光を生成する。連続型光源100は、実質
的に連続型の発光を生成する。一方、時間変調型の光源102は、時間変調され
た発光を生成する。これら光源からの光は、修正を加えることなく試料に対して
供給することができる。あるいは、これら光源からの光に対してフィルタリング
を行って、強度やスペクトルや偏光や他の性質を変更した上で、試料に対して供
給することができる。
In the device 90, the continuous light source 100 and the time-modulated light source 102 generate polychromatic, non-polarized, and non-coherent light. Continuous light source 100 produces substantially continuous light emission. On the other hand, the time-modulated light source 102 generates time-modulated light emission. Light from these sources can be delivered to the sample without modification. Alternatively, the light from these light sources can be filtered to modify the intensity, spectrum, polarization, and other properties before being delivered to the sample.

【0030】 光源によって生成された光は、励起光用の光学経路を通って試験サイトへと導
かれる。そのような光は、1つまたは複数の『スペクトルフィルタ』を通すこと
ができる。スペクトルフィルタは、一般に、試料に対して供給される光スペクト
ルを変更するための任意の機構を備えたものである。スペクトルとは、光の波長
分布のことである。スペクトルフィルタを使用することにより、多くの色の光を
有してなる白色光または多色光を、1色の光を有したまたはほんの数色の光だけ
を有した赤色光や青色光や緑色光やあるいは他の実質的な単色光へと、変換する
ことができる。装置90においては、励起光干渉フィルタ104によって、スペ
クトルが変更される。フィルタ104は、予め選択された波長を有した光を選択
的に透過させ、かつ、他の波長の光を選択的に吸収する。簡単化のために、励起
光干渉フィルタ104は、励起光用フィルタホイール106内に収容することが
できる。フィルタホイール106は、予め選択されたフィルタを光学経路内へと
回転させることによって、励起光スペクトルを変更することができる。スペクト
ルフィルタは、波長によって光を空間的に分割することもできる。そのような例
としては、回折格子や、モノクロメーターや、プリズムがある。
The light generated by the light source is guided to the test site through the optical path for the excitation light. Such light can be passed through one or more "spectral filters." Spectral filters are generally equipped with any mechanism for altering the light spectrum delivered to the sample. A spectrum is a wavelength distribution of light. By using a spectral filter, white light or polychromatic light having many colors of light can be converted into red light, blue light or green light having one color or only a few colors of light. Alternatively, it can be converted to other substantially monochromatic light. In the device 90, the spectrum is changed by the excitation light interference filter 104. The filter 104 selectively transmits light having a preselected wavelength and selectively absorbs light having another wavelength. For simplicity, the pump light interference filter 104 may be housed within the pump light filter wheel 106. The filter wheel 106 can change the excitation light spectrum by rotating a preselected filter into the optical path. Spectral filters can also spatially split light by wavelength. Examples of such include diffraction gratings, monochromators, and prisms.

【0031】 スペクトルフィルタは、単一波長の光だけを出力するような、ある種のレーザ
ーといったような単色光(『単一色の』)光源に対しては、不要である。したが
って、励起光用フィルタホイール106は、いくつかの光源スロット103a、
103bの光学経路に設置することができ、他の光源スロット103c、103
dの光学経路には設置しなくても良い。
Spectral filters are not needed for monochromatic (“monochromatic”) light sources, such as some lasers, that output only light of a single wavelength. Therefore, the excitation light filter wheel 106 includes several light source slots 103a,
Can be installed in the optical path of 103b, and other light source slots 103c, 103
It may not be installed in the optical path of d.

【0032】 光は、次に、励起光用光学シャトル(すなわち、スイッチ)108を通る。励
起光用光学シャトル108は、適切な光源の前に励起光用光ファイバケーブル1
10a、110bを位置させるものであり、上側光学ヘッド112aおよび下側
光学ヘッド112bのそれぞれに対して光を導く。両光学ヘッドは、検査容積内
に光を導くために、また、検査容積から伝達された光を受領するために、様々な
光学系を備えている。光は、水がホースを通って導かれるのと全く同様に、光フ
ァイバケーブルを通って導かれる。光ファイバケーブルは、光をコーナーに向け
るために、また、装置の不透明部材を迂回させるために、容易に使用することが
できる。さらに、光ファイバケーブルは、より一様な強度分布でもって光をもた
らす。好ましい光ファイバケーブルは、自動発光が小さい溶融シリコンケーブル
である。これら利点があるものの、光は、例えばミラーといったような他の機構
を使用して光学ヘッドへと導くこともできる。
The light then passes through an excitation light optical shuttle (ie, switch) 108. The pump light optical shuttle 108 includes a pump light optical fiber cable 1 in front of a suitable light source.
10a and 110b are positioned and guide light to the upper optical head 112a and the lower optical head 112b. Both optical heads are equipped with various optics for directing light into the examination volume and for receiving light transmitted from the examination volume. Light is guided through fiber optic cables just as water is guided through hoses. Fiber optic cables can be easily used to direct light to corners and to bypass opaque members of the device. Further, fiber optic cables provide light with a more uniform intensity distribution. The preferred fiber optic cable is a fused silicon cable with low self-luminous. Despite these advantages, light can also be directed to the optical head using other mechanisms such as mirrors.

【0033】 光学ヘッドへと到達した光は、1つまたは複数の励起光用『偏光フィルタ』を
通る。励起光用偏光フィルタは、一般に、光の偏光を変え得る任意の機構を備え
ている。励起光用偏光フィルタは、上側光学ヘッドおよび下側光学ヘッドの一方
または双方に備えることができる。装置90においては、偏光は、励起光用偏光
子114によって変えることができる。この励起光用偏光子114は、上側光学
系112aにおいてのみ設けられている。励起光用偏光子114は、s−偏光光
だけを通過させるs−偏光子Sと、p−偏光光だけを通過させるp−偏光子Pと
、実質的にすべての光を通過させるブランクOと、を備えることができる。励起
光用偏光子114は、標準的なスイッチングシステムすなわち強誘電性液晶ディ
スプレイ(LCD)における偏光スイッチングシステムを備えることもできる。
そのようなシステムは、機械的なスイッチよりも、より高速でありかつより経済
的である。励起光用偏光子114は、偏光分析における信号雑音比を向上させる
ために、同期検出機能付きの連続モードLCD偏光回転器を備えることもできる
。励起光用偏光子114は、ある種のレーザーといったような、本来的に偏光光
を生成するような光源内に設置することもできる。
The light reaching the optical head passes through one or more “polarizing filters” for excitation light. The excitation light polarization filter generally has an arbitrary mechanism capable of changing the polarization of light. The polarization filter for excitation light can be provided in one or both of the upper optical head and the lower optical head. In the device 90, the polarization can be changed by the excitation light polarizer 114. The excitation light polarizer 114 is provided only in the upper optical system 112a. The excitation light polarizer 114 includes an s-polarizer S that allows only s-polarized light to pass, a p-polarizer P that allows only p-polarized light to pass, and a blank O that allows substantially all light to pass. , Can be provided. The pump light polarizer 114 may also comprise a standard switching system, ie a polarization switching system in a ferroelectric liquid crystal display (LCD).
Such systems are faster and more economical than mechanical switches. The pump light polarizer 114 may also include a continuous mode LCD polarization rotator with sync detection to improve the signal to noise ratio in polarization analysis. The excitation light polarizer 114 can also be installed in a light source that inherently produces polarized light, such as some lasers.

【0034】 一方または双方の光学ヘッドにおける光は、励起光用『共焦光学部材』を通る
ことができる。励起光用共焦光学部材は、一般に、『検査容積』内に光を焦点合
わせするための任意の機構を備えたものである。装置90においては、共焦光学
部材は、1組のレンズ117a〜117cと、図5に示すように検査容積に対し
て共役な仮想面内に配置された励起光用開口116と、を備えている。開口11
6は、開口として直接的に形成することもでき、また、光ファイバケーブルの端
部として間接的に形成することもできる。レンズ117a、117bは、開口1
16の像を、試料上に投影する。これにより、試料のうちの、予め選択された検
査容積だけが照射される。
Light in one or both optical heads can pass through the “confocal optical member” for excitation light. A confocal optical member for excitation light generally comprises any mechanism for focusing light within the "test volume". In the apparatus 90, the confocal optical member includes a set of lenses 117a to 117c and an excitation light aperture 116 arranged in an imaginary plane conjugate with the examination volume as shown in FIG. There is. Opening 11
6 can be formed directly as an opening or indirectly as the end of a fiber optic cable. The lenses 117a and 117b have the aperture 1
Sixteen images are projected on the sample. This illuminates only the preselected test volume of the sample.

【0035】 両光学ヘッドを通る光は、反射されてビームスプリッタ118を透過する。ビ
ームスプリッタ118は、反射光を複合体120へと導き、また、透過光を光モ
ニタ122に対して導く。反射光および透過光の双方は、ビームスプリッタ11
8と複合体120との間において動作可能に配置されているレンズ117bを通
る。
Light passing through both optical heads is reflected and passes through the beam splitter 118. Beam splitter 118 directs the reflected light to composite 120 and the transmitted light to optical monitor 122. Both the reflected light and the transmitted light are reflected by the beam splitter 11
8 and the composite 120 through a lens 117b operatively arranged.

【0036】 ビームスプリッタ118を使用することにより、励起光は、試料と光モニタと
に向けて導かれ、発光は、検出器に向けて導かれる。ビームスプリッタが交換可
能なものであることにより、ビームスプリッタは、様々な分析モードに応じてま
た様々な複合体に応じて、最適化することができる。多数のまたは多種類の発光
分子の研究に際しては、ビームスプリッタは、幅広い波長の光に適合し得るもの
である必要がある。この場合、波長にかかわらず入射光の半分を反射しかつ入射
光の半分を透過させるような『50:50』のビームスプリッタが、最適である
。そのようなビームスプリッタは、多くのタイプの分子と共に使用することがで
き、大部分の励起光を複合体上に導くとともに、大部分の発光を検出器に対して
透過させる。1つまたは少しの関連発光分子の研究に際しては、ビームスプリッ
タは、限られた波長領域の光に適合し得るだけで十分である。この場合、『二色
性』または『多色性』のビームスプリッタが、最適である。そのようなビームス
プリッタは、適切な組をなす分子に対しての遮断周波数を有するように構成する
ことができ、励起光および背景光の大部分または実質的にすべてを反射し、発光
の大部分または実質的にすべてを透過させる。これは、ビームスプリッタの反射
率および透過率を、波長に応じて変化させることができることにより、可能であ
る。
By using the beam splitter 118, the excitation light is directed towards the sample and the optical monitor and the emission is directed towards the detector. The interchangeability of the beam splitter allows the beam splitter to be optimized for different analysis modes and for different complexes. In the study of many or many types of luminescent molecules, the beam splitter needs to be compatible with a wide range of wavelengths of light. In this case, a "50:50" beam splitter that reflects half of the incident light and transmits half of the incident light regardless of wavelength is optimal. Such beamsplitters can be used with many types of molecules, directing most of the excitation light onto the complex and transmitting most of the emission to the detector. For the study of one or a few related luminescent molecules, it is sufficient for the beam splitter to be compatible with light in a limited wavelength range. In this case, a “dichroic” or “polychromatic” beam splitter is optimal. Such a beam splitter can be configured to have a cutoff frequency for the appropriate set of molecules, reflecting most or substantially all of the excitation and background light and most of the emission. Or it makes virtually everything transparent. This is possible because the reflectivity and transmissivity of the beam splitter can be changed depending on the wavelength.

【0037】 光モニタを使用することにより、光源によってもたらされた光の強度に生じた
擾乱が補正される。このような補正は、検出器によって測定された発光強度の対
応倍と光モニタによって測定された励起光強度との比としての検出強度を報告す
ることにより、行われる。光モニタは、また、光源が停止したときに、使用者に
警告を発するようプログラムしておくことができる。好ましい光モニタは、自動
発光の小さな石英ウィンドウを有したシリコンフォトダイオードである。
The use of the light monitor corrects for disturbances in the intensity of the light introduced by the light source. Such a correction is made by reporting the detected intensity as a ratio of the corresponding multiple of the emission intensity measured by the detector and the excitation light intensity measured by the optical monitor. The light monitor can also be programmed to alert the user when the light source shuts down. A preferred optical monitor is a silicon photodiode with a self-illuminating small quartz window.

【0038】 複合体(すなわち、試料)120は、ステージ123によって支持されている
試料ホルダ内に保持することができる。複合体は、化合物、混合物、表面、溶液
、エマルジョン、懸濁液、セルクラスタ、発酵クラスタ、セル、組織、分泌物、
および/または、それらの派生物および/または抽出物、とすることができる。
複合体の分析においては、そのような複合体中における発光分析対象物の存在、
濃度、物理的性質(相互作用を含む)を測定する。試料ホルダは、マイクロプレ
ート、バイオチップ、あるいは、公知のフォーマットとされた任意配列の試料と
することができる。装置90においては、好ましい試料ホルダは、各複合体を保
持するための複数のマイクロプレート井戸126を有しているマイクロプレート
124である。複合体は、分析に応じて、単一のマイクロプレート井戸に入れる
ことも、あるいは、複数のマイクロプレート井戸に入れることも、できる。例え
ば携帯型の分析器といったようないくつかの実施形態においては、ステージは、
器具と一体化することができる。
The composite (ie, sample) 120 can be held in a sample holder supported by a stage 123. Complexes are compounds, mixtures, surfaces, solutions, emulsions, suspensions, cell clusters, fermentation clusters, cells, tissues, secretions,
And / or their derivatives and / or extracts.
In the analysis of complexes, the presence of the luminescent analyte in such complexes,
Measure concentration and physical properties (including interactions). The sample holder can be a microplate, a biochip, or a sample of arbitrary sequence in a known format. In device 90, the preferred sample holder is a microplate 124 having a plurality of microplate wells 126 for holding each complex. The complex can be in a single microplate well or in multiple microplate wells, depending on the analysis. In some embodiments, such as a handheld analyzer, the stage is
It can be integrated with the instrument.

【0039】 検査容積は、典型的には、砂時計形状とされていて、円錐角度は約25°であ
り、最小直径は0.1mm〜2.0mmとされている。96個の井戸を有したマ
イクロプレートおよび384個の井戸を有したマイクロプレートの場合には、好
ましい最小直径は、約1.5mmである。1536個の井戸を有したマイクロプ
レートの場合には、好ましい最小直径は、約1.0mmである。試料容器のサイ
ズおよび形状は、検査容積のサイズおよび形状に適合することができる。
The examination volume is typically hourglass shaped with a cone angle of about 25 ° and a minimum diameter of 0.1 mm to 2.0 mm. For 96 well and 384 well microplates, the preferred minimum diameter is about 1.5 mm. For a microplate with 1536 wells, the preferred minimum diameter is about 1.0 mm. The size and shape of the sample container can be adapted to the size and shape of the test volume.

【0040】 検査容積の位置は、信号雑音比を最適化しかつ信号背景比を最適化し得るよう
、複合体内において精度良く移動させることができる。例えば、検査容積は、試
料ホルダ内の壁から離れたところに移動させることができる。これにより、壁に
固定されて不動化された発光材料に起因した偽の信号を低減させることができて
、信号雑音比が最適化され、信号背景比が最適化される。装置90においては、
光学経路に垂直なものとされたX、Y平面内における位置は、複合体を支持して
いるステージを移動させることにより制御され、光学経路に平行なものとされた
Z軸に沿った位置は、図3および図4に示すようなZ軸調節機構を使用して光学
ヘッドを移動させることにより制御される。しかしながら、検査容積を、適切な
複合体位置に対して位置合わせし得るような任意の機構を使用することができる
The position of the examination volume can be precisely moved within the complex so as to optimize the signal to noise ratio and the signal to background ratio. For example, the test volume can be moved away from the wall within the sample holder. This makes it possible to reduce spurious signals due to the light-emitting material that is immobilized on the wall and immobilized, and optimizes the signal-noise ratio and the signal-background ratio. In device 90,
The position in the X, Y plane, perpendicular to the optical path, is controlled by moving the stage supporting the complex, and the position along the Z-axis, parallel to the optical path, is , Is controlled by moving the optical head using a Z-axis adjustment mechanism as shown in FIGS. However, any mechanism capable of aligning the test volume to the appropriate composite location can be used.

【0041】 上側光学系と下側光学系とを組み合わせることによって、分析どうしの次のよ
うな組合せが可能とされる。すなわち、(1)上側から照射して、上側において
検出すること、あるいは、(2)上側から照射して、下側において検出すること
、あるいは、(3)下側から照射して、上側において検出すること、あるいは、
(4)下側から照射して、下側において検出すること。同じ側から照射と検出を
行う方式(1)および(4)は、『エピ』モードと称され、発光分析において好
まれる。反対側において照射と検出を行う方式(2)および(3)は、『トラン
ス』モードと称され、吸光分析において好まれる。装置90においては、エピモ
ードが支持されている。そのため、励起光と発光とは、光学ヘッド内の同じ経路
を移動する。ただし、移動の向きは、互いに逆向きであって逆平行である。しか
しながら、トランスモードを支持することもでき、吸光分析の場合には実質的に
そのようにされる。一般に、上側光学系は、上面開放型の試料ホルダに関して使
用することができ、一方、下側光学系は、例えばガラス底や薄いプラスチック底
といったような光学的に透明な底を有した試料ホルダに関してのみ使用すること
ができる。
By combining the upper optical system and the lower optical system, the following combinations of analyzes are possible. That is, (1) irradiation from the upper side and detection on the upper side, or (2) irradiation from the upper side and detection on the lower side, or (3) irradiation from the lower side and detection on the upper side. Or
(4) Irradiate from the lower side and detect on the lower side. The methods (1) and (4) in which irradiation and detection are performed from the same side are referred to as “epi” mode and are preferred in emission analysis. The methods (2) and (3) of irradiating and detecting on the opposite side are referred to as "trans" mode and are preferred in absorption spectroscopy. The epi mode is supported in the device 90. Therefore, the excitation light and the light emission move along the same path in the optical head. However, the directions of movement are opposite to each other and antiparallel. However, it is also possible to support the trans mode, which is substantially the case in the case of absorption spectroscopy. In general, the upper optics can be used with open top sample holders, while the lower optics can be used with sample holders that have an optically transparent bottom, such as a glass bottom or a thin plastic bottom. Can only be used.

【0042】 複合体からは、光は、多方向に放出される。放出光の一部が、検出器に向けて
の発光経路を通ることとなる。発光は、レンズ117cを通り、さらに、発光用
開口131および/または発光用偏光子132を通る。装置90においては、発
光用開口は、検査容積と共役な仮想面内に配置されており、検査容積からの光を
実質的に排他的に透過させる。装置90においては、上側光学系および下側光学
系の両発光用開口は、関連する(対応する)励起光用開口と同じサイズとされて
いる。ただし、他のサイズとすることもできる。発光用偏光子は、上側光学ヘッ
ド112aに関してのみ、設けられている。発光用開口および発光用偏光子は、
それぞれ対応する励起光用のものと実質的に同様のものである。発光用偏光子1
32は、本質的に光の偏光を検出するための検出器の場合には検出器内に包含さ
せることができる。
Light is emitted from the complex in multiple directions. Some of the emitted light will pass through the emission path towards the detector. The light emission passes through the lens 117c, and further passes through the light emitting aperture 131 and / or the light emitting polarizer 132. In the device 90, the light-emission aperture is arranged in an imaginary plane that is conjugate with the examination volume and allows light from the examination volume to be substantially exclusively transmitted. In device 90, both the upper and lower optics emission apertures are sized the same as the associated (corresponding) excitation light apertures. However, other sizes are possible. The light emitting polarizer is provided only for the upper optical head 112a. The light emitting aperture and the light emitting polarizer are
Each is substantially the same as that for the corresponding excitation light. Light emitting polarizer 1
32 may be included in the detector in the case of a detector essentially for detecting the polarization of light.

【0043】 励起光用偏光子114および発光用偏光子132は、ある種の背景信号を排除
するために、非偏光分析において一緒に使用することができる。試料ホルダから
の発光、および、試料ホルダに付着した発光性分子からの発光は、偏光している
ものと考えられる。というのは、これら分子の回転移動度が妨げられているはず
であるからである。そのような偏光した背景信号は、励起光用偏光子と発光用偏
光子とを『クロスさせること』によりすなわち透過軸回りに互いに90°の角度
をなすように配置することにより、除去することができる。上述のように、その
ような偏光した背景信号は、また、検査容積を、試料ホルダの壁から遠ざけるこ
とによっても、低減させることができる。信号レベルを増大させるために、ビー
ムスプリッタ118は、ある偏光光は反射し他の偏光光は透過させるように、最
適化されているべきである。この方法は、分析対象をなす発光性分子が比較的偏
光度合いの小さな光を放出する場合に、有効である。これは、溶液内の小さな発
光性分子の場合に当てはまる。
Excitation light polarizer 114 and emission polarizer 132 can be used together in non-polarization analysis to eliminate certain background signals. It is considered that the light emitted from the sample holder and the light emitted from the light emitting molecule attached to the sample holder are polarized. Because the rotational mobility of these molecules should be hindered. Such a polarized background signal can be removed by "crossing" the excitation light polarizer and the emission light polarizer, that is, by arranging them so that they form an angle of 90 ° around the transmission axis. it can. As mentioned above, such a polarized background signal can also be reduced by moving the test volume away from the sample holder wall. In order to increase the signal level, the beam splitter 118 should be optimized to reflect some polarized light and transmit other polarized light. This method is effective when the luminescent molecule to be analyzed emits light having a relatively small degree of polarization. This is the case for small luminescent molecules in solution.

【0044】 光は、次に、発光用光ファイバケーブル134a、134bを通り、発光用光
学シャトル(すなわち、スイッチ)136のところへと到達する。このシャトル
は、適切な発光用光ファイバケーブルを、適切な検出器の前方に位置させる。装
置90においては、これら部材は、対応する励起光用の部材と実質的に同様のも
のとされている。ただし、他の機構のものを使用することもできる。
The light then travels through the light emitting fiber optic cables 134 a, 134 b to the light emitting optical shuttle (ie, switch) 136. This shuttle positions the appropriate emitting fiber optic cable in front of the appropriate detector. In the device 90, these members are substantially similar to the corresponding members for excitation light. However, those of other mechanisms can also be used.

【0045】 光ファイバケーブルを出た光は、1つまたは複数の発光用『強度フィルタ』を
通ることができる。強度フィルタは、一般に、光強度を減少させ得るような任意
の機構を備えたものである。強度は、単位面積あたりかつ単位時間あたりの光量
で表される。装置90においては、強度は、発光用中性密度フィルタ138によ
って変更される。発光用中性密度フィルタ138は、波長に実質的に無関係に光
を吸収し、吸収したエネルギーを熱として放出する。発光用中性密度フィルタ1
38は、大部分の入射光を吸収する高密度フィルタHと、いくらかの入射光を吸
収する中間密度フィルタMと、実質的に入射光を吸収しないブランクOと、を備
えることができる。これらフィルタは、手作業で交換することができる。あるい
は、フィルタホイールといったような他の交換方法を使用することもできる。強
度フィルタは、吸収することなく、光の一部を、試料からは遠いところへと逸ら
すことができる。この例としては、いくらかの光をある経路に沿って導くととも
に他の光を他の経路に沿って反射させるビームスプリッタや、回折によって光を
様々な経路へと偏向させるポッケルスセルがある。
Light exiting the fiber optic cable may pass through one or more emission “intensity filters”. The intensity filter is generally provided with any mechanism capable of reducing the light intensity. The intensity is represented by the amount of light per unit area and per unit time. In the device 90, the intensity is modified by the neutral density filter for emission 138. The neutral density filter for light emission 138 absorbs light substantially irrespective of the wavelength and emits the absorbed energy as heat. Neutral density filter for light emission 1
38 may comprise a high density filter H that absorbs most of the incident light, an intermediate density filter M that absorbs some of the incident light, and a blank O that does not substantially absorb the incident light. These filters can be replaced manually. Alternatively, other replacement methods such as filter wheels can be used. The intensity filter can divert some of the light away from the sample without absorbing it. Examples of this are beam splitters that direct some light along one path and reflect other light along the other path, and Pockels cells that deflect light into various paths by diffraction.

【0046】 光は、次に、発光用干渉フィルタ140を通る。発光用干渉フィルタ140は
、発光用フィルタホイール142内に収容することができる。装置90において
は、これら部材は、対応する励起光用の部材と実質的に同様のものとされている
。ただし、他の機構のものを使用することもできる。発光用干渉フィルタは、反
射や散乱といったような様々な機構を介して発光用経路内へと入ってくる漂遊励
起光を遮断する。もし遮断を行わないと、そのような漂遊励起光が検出されてし
まい、発光として誤認されることとなってしまって、信号背景比を低減させてし
まう。発光用干渉フィルタは、関連する励起光よりも発光の方が長い波長を有し
ていることから、発光と励起光とを区別することができる。発光は、典型的には
、200〜2000nmという波長を有している。
The light then passes through the emission interference filter 140. The emission interference filter 140 can be housed within the emission filter wheel 142. In the device 90, these members are substantially similar to the corresponding members for excitation light. However, those of other mechanisms can also be used. The emission interference filter blocks stray excitation light entering the emission path through various mechanisms such as reflection and scattering. If the blocking is not performed, such stray excitation light will be detected and will be mistakenly recognized as light emission, and the signal background ratio will be reduced. Since the interference filter for light emission has a longer wavelength of light emission than the related excitation light, it is possible to distinguish the emission light from the excitation light. The emitted light typically has a wavelength of 200-2000 nm.

【0047】 この明細書中において例示されるスペクトルフィルタや強度フィルタや偏光フ
ィルタや他のフィルタの相対位置は、本発明の精神を逸脱することなく変更する
ことができる。例えば、強度フィルタのように、ここではある光学経路内におい
てのみ使用されているフィルタは、他の光学経路において使用することもできる
。加えて、偏光フィルタのように、ここでは上側または下側光学系の一方におい
てのみ使用されているフィルタは、他方の光学系において使用することもでき、
あるいは、双方の光学系において使用することもできる。特定の実験に際しての
複数のフィルタの最適配置および組合せは、分析モードや複合体や他の要因に依
存して決められるものである。
The relative positions of the spectral filters, intensity filters, polarization filters and other filters exemplified in this specification can be changed without departing from the spirit of the invention. For example, filters such as intensity filters that are used here only within one optical path may be used in other optical paths. In addition, filters, such as polarization filters, which are used here only in one of the upper or lower optics, can also be used in the other optics,
Alternatively, it can be used in both optical systems. The optimal placement and combination of filters for a particular experiment will depend on the mode of analysis, the complex, and other factors.

【0048】 光は、最後に、検出器へと到達する。検出器は、吸光分析および発光分析にお
いて使用される。装置90においては、すべての発光モードからの光を検出する
ある1つの発光検出器144が設けられている。好ましい検出器は、光増倍管(
PMT)である。装置90においては、4つの検出器のための検出スロット14
5a〜145dが設けられている。ただし、検出スロットの数や検出器の数は、
他の数とすることもできる。
The light finally reaches the detector. The detector is used in absorption and emission analysis. In device 90, there is one emission detector 144 that detects light from all emission modes. A preferred detector is a photomultiplier (
PMT). In device 90, detection slots 14 for four detectors
5a to 145d are provided. However, the number of detection slots and the number of detectors are
Other numbers are possible.

【0049】 より一般的には、検出器は、検出された光によるエネルギーを、特にプロセッ
サといったような装置によって処理することができる信号へと変換し得るような
任意の機構を備えている。適切な検出器としては、光増倍管、アバランシェ型フ
ォトダイオード、電荷結合素子(CCDs)、強化されたCCDs、等がある。
検出器や光源や分析モードに応じて、そのような検出器は、様々な検出モードで
使用することができる。そのような検出モードには、後述のように、(1)離散
(例えば、フォトンカウント)モード、(2)アナログ(例えば、電流積分)モ
ード、および/または、(3)撮像モード、等がある。
More generally, the detector comprises any mechanism capable of converting the energy of the detected light into a signal that can be processed by a device such as a processor in particular. Suitable detectors include photomultipliers, avalanche photodiodes, charge coupled devices (CCDs), enhanced CCDs, and the like.
Depending on the detector, the light source and the mode of analysis, such a detector can be used in various detection modes. Such detection modes include (1) discrete (eg, photon count) mode, (2) analog (eg, current integration) mode, and / or (3) imaging mode, etc., as described below. .

【0050】 [化学ルミネッセンス光学系] 図3,4,6は、アナライザ50の化学ルミネッセンス光学系を示している。
化学ルミネッセンスが、光吸収の後に起こるものではなく化学事象の後に起こる
ものであることにより、化学ルミネッセンス光学系は、光源や例えばの励起用光
学部材を必要とはしない。そうではなく、化学ルミネッセンス光学系は、選択さ
れた発光光学要素だけを必要とする。アナライザ50においては、隔離されたレ
ンズ無しタイプの化学ルミネッセンス光学系が使用されており、この光学系は、
化学ルミネッセンスの検出に対して感度が最大であるように最適化されている。
[Chemiluminescence Optical System] FIGS. 3, 4, and 6 show a chemiluminescence optical system of the analyzer 50.
Chemiluminescence optics do not require a light source or, for example, excitation optics, because chemiluminescence occurs after a chemical event rather than after light absorption. Instead, chemiluminescent optics require only selected luminescent optical elements. In the analyzer 50, an isolated lensless type chemiluminescence optical system is used.
It is optimized for maximum sensitivity for chemiluminescence detection.

【0051】 一般に、化学ルミネッセンス光学系の構成要素は、光ルミネッセンス光学系に
おける対応部材と同一に機能し、同じ警告等を受ける。また、化学ルミネッセン
ス光学系は、例えば電気化学ルミネッセンスといったような、照射が不要な他の
分析モードに対しても使用することができる。
In general, the constituent elements of the chemiluminescence optical system function in the same way as the corresponding members in the photoluminescence optical system, and receive the same warning and the like. The chemiluminescence optical system can also be used for other analysis modes that do not require irradiation, such as electrochemiluminescence.

【0052】 化学ルミネッセンス光学経路は、試料容器126内に保持された化学発光性複
合体120を起点としている。複合体および試料容器は、光ルミネッセンス光学
系において使用されている複合体および試料容器と同様のものである。しかしな
がら、複合体の分析においては、光によって誘起された光ルミネッセンスによっ
てではなく、複合体内の発光性化学反応によって生成された光の強度を測定する
。化学ルミネッセンスの類似例は、ホタルの白熱光である。
The chemiluminescence optical path starts from the chemiluminescent complex 120 held in the sample container 126. The complex and sample container are similar to the complex and sample container used in photoluminescence optics. However, in the analysis of the complex, the intensity of the light produced by the luminescent chemical reaction within the complex is measured rather than by the photoluminescence induced by the light. A similar example of chemiluminescence is the incandescent glow of fireflies.

【0053】 化学ルミネッセンス光は、典型的には、複合体から全方向に向けて放出される
。ただし、大部分の光は、容器壁によって吸収されたり反射されたりすることと
なる。光のうちの、井戸の上面から放出される一部が、図3に示すような化学ル
ミネッセンスヘッド150を使用して収集され、化学ルミネッセンス用光学経路
を通って、検出器へと導かれる。化学ルミネッセンス光学系を通しての光の伝達
方向は、矢印によって示されている。
Chemiluminescent light is typically emitted from the complex in all directions. However, most of the light will be absorbed or reflected by the container wall. A portion of the light emitted from the top surface of the well is collected using a chemiluminescent head 150 as shown in FIG. 3 and directed through a chemiluminescent optical path to a detector. The direction of light transmission through the chemiluminescent optics is indicated by the arrow.

【0054】 化学ルミネッセンス用光学ヘッドは、複合体内の検査容積から伝達された光の
ための非共焦機構を備えている。検査容積から検出を行うことにより、隣接して
いる井戸から採取されたものである『クロストーク』に起因する光が化学ルミネ
ッセンス信号に寄与してしまうことが、低減される。非共焦機構は、化学ルミネ
ッセンス用バッフル152を備えている。バッフル152には、他の井戸からの
光を吸収したり反射したりするための凹凸153が形成されている。また、非共
焦機構は、化学ルミネッセンス用開口154を備えており、開口154は、検査
容積に対しての検出をさらに制限する。
The chemiluminescent optical head comprises a non-confocal mechanism for the light transmitted from the examination volume within the complex. The detection from the test volume reduces the contribution of light due to "crosstalk", which is taken from adjacent wells, to the chemiluminescence signal. The non-confocal mechanism includes a chemiluminescence baffle 152. The baffle 152 is formed with unevenness 153 for absorbing and reflecting light from other wells. The non-confocal mechanism also includes a chemiluminescent aperture 154, which further limits detection to the examination volume.

【0055】 次に、光は、化学ルミネッセンス用光ファイバケーブル156を通る。この光
ファイバケーブル156は、複合体からの光を検出器に向けて導き得るような任
意の適切な機構に置き換えることもできる。光ファイバケーブル156は、光ル
ミネッセンス光学系における励起光用光ファイバケーブル110a、110bや
発光用光ファイバケーブル134a、134bと同様のものである。光ファイバ
ケーブル156は、流体を充填することができる透明開口端を有した管腔を備え
ることができる。この管腔により、光ファイバは、マイクロプレート井戸からの
ルミネッセンスの伝達と、マイクロプレート井戸内への流体の供給と、の双方を
行うことができる。光ファイバの光学的性質に対してのこのような管腔の効果は
、光ファイバの屈折率に適合した屈折率を有した透明流体を使用することによっ
て最小化することができる。
Next, the light passes through the chemiluminescence optical fiber cable 156. The fiber optic cable 156 can be replaced with any suitable mechanism that can direct the light from the composite towards a detector. The optical fiber cable 156 is similar to the excitation light optical fiber cables 110a and 110b and the light emission optical fiber cables 134a and 134b in the photoluminescence optical system. The fiber optic cable 156 can include a lumen with a transparent open end that can be filled with fluid. This lumen allows the optical fiber to both transmit luminescence from the microplate well and supply fluid into the microplate well. The effect of such a lumen on the optical properties of an optical fiber can be minimized by using a transparent fluid with an index matching that of the optical fiber.

【0056】 次に、光は、1つまたは複数の化学ルミネッセンス用強度フィルタを通る。強
度フィルタは、一般に、光強度を減少させ得るような任意の機構を備えたもので
ある。アナライザ50においては、強度は、化学ルミネッセンス用中性密度フィ
ルタ158によって変更される。必要であれば、光は、他のフィルタを通ること
ができる。
The light then passes through one or more chemiluminescent intensity filters. The intensity filter is generally provided with any mechanism capable of reducing the light intensity. In the analyzer 50, the intensity is changed by the chemiluminescence neutral density filter 158. If desired, the light can pass through other filters.

【0057】 光は、最後に、検出器へと到達する。検出器は、光を、アナライザ50によっ
て処理することができるような信号へと、変換する。アナライザ50においては
、1つの化学ルミネッセンス用検出器160が設けられている。この検出器16
0は、化学ルミネッセンスにおいて最も多く生成されるタイプのものである青色
/緑色の光の検出を最適化し得るよう、選択することができる。好ましい検出器
は、化学ルミネッセンス波長(400〜500nm)において量子効率が大きく
かつダークカウントが小さいように選択された、光増倍管である。
The light finally reaches the detector. The detector converts the light into a signal that can be processed by the analyzer 50. In the analyzer 50, one chemiluminescence detector 160 is provided. This detector 16
0 can be chosen to optimize the detection of blue / green light, which is the most abundant type of chemiluminescence. A preferred detector is a photomultiplier tube selected for high quantum efficiency and low dark count at chemiluminescent wavelengths (400-500 nm).

【0058】 [ハウジング] 図7は、図3〜図6の装置のための、ハウジング150と他の付属品とを示し
ている。ハウジング150は、実質的に装置を内包しており、連続型でありかつ
色温度の大きなキセノンアークランプの周囲に2つの保護層を形成している(光
源スロット103a〜103dと協働して)。ハウジング150は、自動試料導
入や、自動的な光源切換や自動的な検出器切換が可能なものであって、さらに、
キセノンアークランプや他のシステム構成部材から、操作者を保護するものであ
る。
Housing FIG. 7 shows a housing 150 and other accessories for the device of FIGS. The housing 150 substantially contains the device, is continuous, and forms two protective layers around the xenon arc lamp having a large color temperature (in cooperation with the light source slots 103a to 103d). . The housing 150 is capable of automatic sample introduction, automatic light source switching, and automatic detector switching.
It protects the operator from the xenon arc lamp and other system components.

【0059】 [代替装置] 図8は、複合体162内の分析対象物からの発光を検出するための代替可能な
装置160を示している。装置160は、装置90の実質部分を具備するもので
あって、光ファイバによって連結された光学ヘッド164と、励起光用フィルタ
166と、発光用フィルタ168と、2色性ビームスプリッタ170と、試料位
置制御および焦点合わせ制御のための機構と、を具備している。しかしながら、
装置160は、代替可能な光源172と、代替可能な試料用検出器(「S」検出
器)174と、代替可能な参照用検出器(「R」検出器)176と、代替可能な
検出用電子回路系178と、を具備することができる。図8においては、代替可
能な部材172〜178は、装置90の外部に図示されているけれども、必要に
応じて、これら部材を装置90のハウジング150内に組み込むことは容易であ
る。
Alternative Device FIG. 8 shows an alternative device 160 for detecting the luminescence from the analytes within the complex 162. The device 160 includes a substantial part of the device 90, and includes an optical head 164 connected by an optical fiber, an excitation light filter 166, an emission filter 168, a dichroic beam splitter 170, and a sample. A mechanism for position control and focusing control. However,
Device 160 includes an alternative light source 172, an alternative sample detector (“S” detector) 174, an alternative reference detector (“R” detector) 176, and an alternative detection detector. And electronic circuitry 178. Although the replaceable members 172-178 are shown external to the device 90 in FIG. 8, it is easy to incorporate them into the housing 150 of the device 90 if desired.

【0060】 装置160は、例えばLED光源を使用してとかレーザーダイオード光源を使
用してとかいった具合に様々な方法で、発光を励起することができる。例えば、
青色光を吸収する分析対象物に対しては、NICHIA社による高輝度青色LED(型
番 NSPB500; Mountvlle,ペンシルバニア州)を使用して励起することができる。
このLEDは、幅広いスペクトル領域にわたる励起光を生成する。そのため、典
型的には、励起光用フィルタ166が使用されて、スペクトルの中の赤色帯が遮
蔽される。レーザーダイオードによって分析対象物を励起する場合には、励起光
用フィルタは、不要である。
The device 160 can excite emission in a variety of ways, such as using an LED light source or a laser diode light source. For example,
For blue light absorbing analytes, a high brightness blue LED from NICHIA (Model NSPB500; Mountvlle, PA) can be used to excite.
This LED produces excitation light over a wide spectral range. Therefore, the excitation light filter 166 is typically used to block the red band in the spectrum. If the laser diode excites the analyte, the excitation light filter is not necessary.

【0061】 装置160は、発光を検出することができ、検出した発光を様々な方法で信号
に変換することができる。発光は、試料側PMT174を使用して検出すること
ができる。PMT174は、ISS社によるゲイン変調型PMT(Champaign,イ
リノイ州)とすることができる。高周波発光は、ヘテロダインと称される技法を
使用して低周波信号へと、周波数低減変換することができる。低周波信号の位相
および変調度は、例えば STANFORD RESEARCH SYSTEMS社によるロックインアンプ
(型番 SR830; Sunnyvale,カリフォルニア州)といったようなロックインアンプ
180を使用して決定することができる。ロックインアンプ180は、光源17
2の変調周波数へと、位相ロックループ182を使用して位相ロックすることが
できる。光源のドリフトを補正するために、光源172の出力は、参照側PMT
176を使用して観測することができる。参照側PMT176は、HAMAMATSU 社
によるPMT(型番 H6780; Bridgewater,ニュージャージー州)とすることがで
きる。参照側PMT176が高周波信号に応答できるものである場合には、ヘテ
ロダインステップは、外部ミキサー184を使用して行うことができる。参照側
PMT176の位相および変調度は、ロックインアンプ180によって得ること
ができ、試料側PMT174からの信号を規格化するために使用することができ
る。
The device 160 can detect the emitted light and can convert the detected emitted light into a signal in various ways. Luminescence can be detected using the sample-side PMT174. The PMT 174 can be a gain modulation PMT (Champaign, IL) from ISS. High frequency emission can be frequency down converted to a low frequency signal using a technique called heterodyne. The phase and modulation of the low frequency signal can be determined using a lock-in amplifier 180, such as a lock-in amplifier (model number SR830; Sunnyvale, CA) from STANFORD RESEARCH SYSTEMS. The lock-in amplifier 180 uses the light source 17
Phase lock loop 182 may be used to phase lock to a modulation frequency of two. In order to correct the drift of the light source, the output of the light source 172 is the reference PMT.
It can be observed using 176. The reference-side PMT 176 can be a PMT (model number H6780; Bridgewater, NJ) from HAMAMATSU. If the reference PMT 176 is capable of responding to high frequency signals, the heterodyne step can be performed using the external mixer 184. The phase and modulation of reference PMT 176 can be obtained by lock-in amplifier 180 and can be used to normalize the signal from sample PMT 174.

【0062】 コンピュータまたはプロセッサが、外部部材も含めて、装置を制御する。コン
ピュータは、また、試料の取扱いおよびデータ収集を制御する。一般に、位相お
よび変調度に関するデータは、分析対象物の寿命にとって適切であるような1つ
または複数の周波数において収集される。場合によっては、位相および変調度は
、1つまたはいくつかの周波数において測定され、コンピュータまたはプロセッ
サによって処理されて、検出された背景信号の低減に供される。
A computer or processor controls the device, including external components. The computer also controls sample handling and data collection. Generally, phase and modulation depth data are collected at one or more frequencies as appropriate for the lifetime of the analyte. In some cases, the phase and the degree of modulation are measured at one or several frequencies and processed by a computer or processor to serve to reduce the detected background signal.

【0063】 [方法論] 装置90と装置160との双方は、様々な定常状態分析や様々な時間的発光分
析を行うために使用することができる。定常状態分析においては、連続型光源を
使用した一定照射のもとに、発光を測定する。時間的偏光分析においては、連続
型光源を適切に強度変調しつつ使用することにより、あるいは、時間によって変
化する光源を使用することによって、時間の関数として発光を測定する。
Methodology Both device 90 and device 160 can be used to perform various steady state analyzes and various temporal emission analyses. In steady state analysis, luminescence is measured under constant irradiation using a continuous light source. In temporal polarization analysis, luminescence is measured as a function of time by using a continuous light source with appropriate intensity modulation or by using a time varying light source.

【0064】 強度分析は、複合体から放出された発光の強度を観測することによって行うこ
とができる。
Intensity analysis can be performed by observing the intensity of luminescence emitted from the complex.

【0065】 偏光分析は、以下のようにして行うことができる。連続型光源からの励起光は
、励起光用フィルタと低発光性の光ファイバケーブルと励起光用偏光フィルタと
を通して、導くことができる。その後、励起光は、ビームスプリッタへと導かれ
る。ビームスプリッタにいては、大部分の光が複合体に向けて反射され、励起光
のうちの残りのわずかな光が、光モニタ内へと導かれる。複合体からの発光は、
ビームスプリッタへと戻され、他の低発光性光ファイバケーブルと発光用フィル
タと偏光フィルタ(SまたはPの向きとされている)とを通って導かれ、最終的
には、光増倍管174によって検出される。各複合体に対して、2つの測定が行
われる。1つの測定は、励起光用偏光子と発光用偏光子とを互いに向きを揃えた
状態で行われ、他の測定は、励起光用偏光子と発光用偏光子とを互いに向きをク
ロスさせた状態で行われる。各偏光子は、静的なものとも動的なものともするこ
とができ、各偏光子は、S向きともP向きともすることができる。ただし、典型
的には、励起光用偏光子がS向きにセットされる。
Polarization analysis can be performed as follows. Excitation light from the continuous light source can be guided through the excitation light filter, the low-emission optical fiber cable, and the excitation light polarization filter. Then, the excitation light is guided to the beam splitter. At the beam splitter, most of the light is reflected back into the composite, and the remaining small portion of the pump light is directed into the optical monitor. The emission from the complex is
It is returned to the beam splitter, guided through another low-emission optical fiber cable, an emission filter, and a polarization filter (in the S or P direction), and finally, a photomultiplier tube 174. Detected by. Two measurements are made for each complex. One measurement was performed with the excitation light polarizer and the emission polarizer aligned with each other, and the other measurement was with the excitation light polarizer and the emission polarizer crossed with each other. Done in the state. Each polarizer can be static or dynamic, and each polarizer can be in the S or P orientation. However, typically, the excitation light polarizer is set in the S direction.

【0066】 FRET、FLT、TIR、FCS、FRAPといったような他の発光分析や
、それらの燐光モードでの分析は、PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY
と題する上記文献に記載されており当業者には周知の手順を使用して行うことが
できる。
Other emission analyzes such as FRET, FLT, TIR, FCS, FRAP and their analysis in phosphorescence mode are described in PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY
Can be carried out using procedures described in the above-mentioned document entitled, and known to those skilled in the art.

【0067】 3.検出モード 図9は、本発明による光検出デバイス200を概略的に示すブロック図である
。この実施形態においては、複合体204からの光202は、適切な光学系20
6を介して検出器208へと導かれる。光学系206および検出器208は、図
3〜図8に例示されていて上述した形態も含めて、様々な形態とすることができ
る。一般に、検出器208は、光を受領する入力209と、受領光に対応した出
力210と、を有している。出力210は、電流信号や電圧信号といったような
様々な形態とすることができる。検出器によって受領される光の強度に応じて、
出力は、個々のフォトンに対応した離散パルスとすることができ、あるいは、入
力光に比例したアナログ電圧またはアナログ電流とすることができる。
3. Detection Mode FIG. 9 is a block diagram schematically showing a photo detection device 200 according to the present invention. In this embodiment, the light 202 from the composite 204 is directed to the appropriate optics 20.
It is led to the detector 208 via 6. The optical system 206 and the detector 208 can take various forms, including the forms illustrated in FIGS. 3-8 and described above. In general, the detector 208 has an input 209 that receives light and an output 210 that corresponds to the received light. The output 210 can be in various forms such as a current signal or a voltage signal. Depending on the intensity of the light received by the detector,
The output can be discrete pulses corresponding to individual photons, or it can be an analog voltage or current proportional to the input light.

【0068】 デバイス200においては、出力210は、セレクタスイッチ212を通して
導かれる。セレクタスイッチ212は、パルス(フォトン)カウンタ214やア
ナログ積分器216といったような様々な検出要素に向けて、出力の経路を選択
する。セレクタスイッチ212は、手動型のものとすることができ、この場合に
は、使用者が複数の検出要素の中から適切なものを選択することができる。これ
に代えて、セレクタスイッチ212は、受動的なものとすることができ、この場
合には、光強度や分析タイプ等に基づいて、双方の検出要素を使い分けることが
できる。受動的セレクタスイッチは、スイッチ212を取り外し、検出器の出力
側とパルスカウンタ214との間にキャパシタ218を接続しさらに検出器の出
力側とアナログ積分器216との間にインダクタ220を接続することにより、
形成することができる。キャパシタ218は、パルスカウンタ214に向けて、
出力210のうちのAC成分を通過させ、一方、インダクタ220は、アナログ
積分器216に向けて、出力210のうちのDC成分を通過させる。キャパシタ
218の典型的なキャパシタンスは、1〜10ナノファラッドであり、インダク
タ220の典型的なインダクタンスは、0.1〜1マイクロヘンリーである。他
の変形例としては、セレクタスイッチは、固体電子スイッチやリレーといったよ
うな電子制御型のスイッチングデバイスとすることができる。この場合には、予
期される光レベルまたは測定光レベルに応じてスイッチを自動制御することがで
きる。
In device 200, output 210 is directed through selector switch 212. The selector switch 212 selects an output path toward various detection elements such as a pulse (photon) counter 214 and an analog integrator 216. The selector switch 212 can be of the manual type, in which case the user can select the appropriate one from the plurality of detection elements. Alternatively, the selector switch 212 may be passive, in which case both detection elements may be used based on light intensity, analysis type, etc. The passive selector switch removes the switch 212 and connects a capacitor 218 between the detector output and the pulse counter 214 and an inductor 220 between the detector output and the analog integrator 216. Due to
Can be formed. The capacitor 218 is connected to the pulse counter 214,
The AC component of output 210 is passed, while inductor 220 passes the DC component of output 210 toward analog integrator 216. The typical capacitance of the capacitor 218 is 1-10 nanofarads and the typical inductance of the inductor 220 is 0.1-1 microHenry. In another variation, the selector switch can be an electronically controlled switching device such as a solid state electronic switch or relay. In this case, the switch can be automatically controlled according to the expected light level or the measured light level.

【0069】 パルスカウンタ214は、離散型アキュムレータまたは離散型積分器として使
用され、検出光内におけるフォトン数をカウントすることによって検出光を観測
またはサンプリングすることができる。典型的には、検出器は、各検出フォトン
に対応した出力を生成するものが選択される。例えば、光増倍管(PMTs)は
、PMT内のフォトカソードに衝突する各フォトンに対して電流パルスを生成す
る。検出器からの離散型出力は、サンプリング時間または積分時間にわたって集
計され、検出光の量が、カウント数とか1秒あたりのカウント数とか相対的蛍光
単位(RFUs)等という単位で、関連出力ポート222から出力される、これ
ら結果は、蛍光の場合には上述のような参照用検出器を使用することにより、光
源強度の擾乱を補正することができる。
The pulse counter 214 is used as a discrete accumulator or a discrete integrator, and can detect or sample the detection light by counting the number of photons in the detection light. Typically, detectors are selected that produce an output corresponding to each detected photon. For example, photomultiplier tubes (PMTs) generate a current pulse for each photon that strikes the photocathode in the PMT. The discrete output from the detector is aggregated over the sampling or integration time and the amount of detected light is measured in units such as counts, counts per second, relative fluorescence units (RFUs), etc., and associated output ports 222. These results, which are output from, can be corrected for the source intensity perturbations by using a reference detector as described above in the case of fluorescence.

【0070】 アナログ積分器216は、アナログ積分器として使用され、検出器の出力に対
応した信号を生成することによって検出光を観測することができる。例えば、P
MTまたは他の検出器からの電流パルスは、電子回路内のキャパシタ224また
は他の貯蔵部材を使用して貯蔵する(積分する)ことができる。キャパシタが充
電されるにつれて、キャパシタのアナログ電圧値が、積分時間にわたってPMT
によって収集されたフォトン数に比例して増大する。典型的なキャパシタンスは
、0.22〜100ナノファラッドの範囲である。典型的なキャパシタは、ドリ
フト誤差を最小化するために、リークの小さなポリスチレンおよびポリエステル
キャパシタである。アナログ積分器からの結果は、通常、RFUsという単位で
報告される。しかしながら、本発明においては、カウント数や1秒あたりのカウ
ント数といった単位で報告することもできる。必要であれば、これら結果も、ま
た、参照用検出器を使用して補正することができる。
The analog integrator 216 is used as an analog integrator, and can detect the detected light by generating a signal corresponding to the output of the detector. For example, P
Current pulses from MT or other detectors can be stored (integrated) using capacitors 224 or other storage members in the electronic circuit. As the capacitor charges, the analog voltage value of the capacitor will change to PMT over the integration time.
Increase in proportion to the number of photons collected by. Typical capacitances range from 0.22 to 100 nanofarads. Typical capacitors are low leak polystyrene and polyester capacitors to minimize drift errors. Results from analog integrators are usually reported in units of RFUs. However, in the present invention, it is possible to report in units such as the number of counts and the number of counts per second. If desired, these results can also be corrected using a reference detector.

【0071】 キャパシタ224のサイズは、検出精度および検出範囲を最適化し得るよう、
手動でまたは自動で、選択されるべきである。一般に、最小のキャパシタの場合
に、最大の精度が得られる。また、最大のキャパシタの場合に、最大の検出範囲
が得られる。キャパシタの評価は、1秒あたりのカウント数ではなく、合計カウ
ント数によって決定される。なぜなら、合計カウント数またはアナログ対応部材
によって飽和が決定されるからである。連続型光源の場合には、合計カウント数
は、積分時間にわたっての、1秒あたりのカウント数の積分によって与えられる
。フラッシュランプの場合には、合計カウント数は、1フラッシュあたりのカウ
ント数とフラッシュ数との積によって与えられる。一般に、キャパシタは、各サ
ンプリング時間の前に、リセット226を使用してゼロとされる。キャパシタは
、各サンプリング時には、全容量の1/2〜3/4へと充電される。この場合、
全容量の2/3への充電が好ましい値である。融通性を増大させるために、装置
は、様々な容量を有した複数のキャパシタまたは他の貯蔵部材を備えることがで
きる。これに代えて、検出器出力と積分器入力との間に、増幅器や減衰器を、選
択的に配置することができる。これにより、検出器出力のスケールを、予想され
る光強度に対して貯蔵部材の容量を超えることなく積分し得る範囲へと、調節す
ることができる。出力は、増幅器や減衰器のそれぞれによって引き起こされる増
幅効果や減衰効果を考慮して、スケール調整することができる。
The size of the capacitor 224 is such that the detection accuracy and the detection range can be optimized.
Should be selected manually or automatically. In general, maximum accuracy is obtained with the smallest capacitors. Also, the largest detection range is obtained with the largest capacitors. The rating of the capacitor is determined by the total counts, not the counts per second. This is because saturation is determined by the total count or analog counterpart. In the case of a continuous light source, the total counts are given by the integration of the counts per second over the integration time. In the case of a flash lamp, the total number of counts is given by the product of the number of counts per flash and the number of flashes. Generally, the capacitors are zeroed using reset 226 before each sampling time. The capacitor is charged to 1/2 to 3/4 of its full capacity at each sampling. in this case,
Charging to 2/3 of full capacity is the preferred value. To increase flexibility, the device can include multiple capacitors or other storage members with varying capacities. Alternatively, an amplifier or attenuator can be selectively placed between the detector output and the integrator input. This allows the scale of the detector output to be adjusted to the range over which the expected light intensity can be integrated without exceeding the capacity of the storage member. The output can be scaled to account for amplification and attenuation effects caused by the amplifier and attenuator, respectively.

【0072】 積分器からの出力信号は、範囲観測デバイス228へと供給される。範囲観測
デバイス228は、差動アンプまたは比較器229の形態とされたしきい値検出
デバイスを備えることができる。比較器229は、+側入力230と、−側入力
232と、出力234と、を有している。+側入力230は、積分器からの出力
信号に対して接続されている。−側入力232は、典型的には電圧参照値とされ
るフルスケール参照値236に対して接続されている。参照値は、例えば電圧分
割器として構成されたポテンショメータを使用することによって、所定範囲にわ
たって調節可能とすることができる。参照値は、例えばツェナーダイオードを使
用することによって、特定の値に固定することもできる。−側入力232におけ
る電圧値が+側入力230における電圧値を超えている場合には、比較器の出力
は、小さい。しかしながら、積分器からの出力信号電圧値が参照電圧値236を
超える場合には、比較器の出力は、大きくなる。よって、比較器の出力を観測す
ることにより、参照値を超えているかどうかをさらに参照値をいつ超えたのかを
、検出することができる。積分器の出力信号は、他のデジタル回路や他のアナロ
グ回路を使用することによって他の方法によっても観測することができる。
The output signal from the integrator is provided to range observing device 228. Range observing device 228 may include a threshold detecting device in the form of a differential amplifier or comparator 229. The comparator 229 has a + side input 230, a − side input 232, and an output 234. The + side input 230 is connected to the output signal from the integrator. The-side input 232 is connected to a full scale reference value 236, which is typically a voltage reference value. The reference value can be adjustable over a range, for example by using a potentiometer configured as a voltage divider. The reference value can also be fixed at a specific value, for example by using a Zener diode. If the voltage value at the-side input 232 exceeds the voltage value at the + side input 230, the output of the comparator is low. However, when the output signal voltage value from the integrator exceeds the reference voltage value 236, the output of the comparator becomes large. Therefore, by observing the output of the comparator, it is possible to detect whether or not the reference value is exceeded and further when the reference value is exceeded. The output signal of the integrator can also be observed in other ways by using other digital circuits or other analog circuits.

【0073】 検出のタイミングは、1つまたは複数のタイマー238とシステムコントロー
ラ240とを使用することによって、試料からの光を検出する前に、システムコ
ントローラ240は、タイマー238をゼロとすることができ、さらに、トリガ
ーコントローラ242およびリセット226を使用することにより、アナログ積
分器216をゼロとすることができる。サンプリング時間の完了後には、システ
ムコントローラ240は、アナログからデジタルへのコンバータ244を使用し
てアナログ積分器216内に貯蔵された積分信号を処理することができ、さらに
、関連する出力ポート246を使用してデータおよびサンプリング時間を出力す
ることができる。当然のことながら、データ収集のためのアナログ積分器を形成
し得る他の機構およびデータ収集後にアナログ積分器からのデータを出力し得る
他の機構を、使用することもできる。
The timing of the detection may be by using one or more timers 238 and the system controller 240 to allow the system controller 240 to zero the timer 238 prior to detecting light from the sample. Moreover, the analog integrator 216 can be zeroed by using the trigger controller 242 and the reset 226. After completion of the sampling time, the system controller 240 can use the analog-to-digital converter 244 to process the integrated signal stored in the analog integrator 216 and also use the associated output port 246. Then, the data and the sampling time can be output. Of course, other mechanisms that can form an analog integrator for data collection and that output data from the analog integrator after data collection can also be used.

【0074】 図10は、本発明による代替可能な光検出デバイス300を概略的に示すブロ
ック図である。デバイス300は、いくつかの相違点を除いては、図9のデバイ
ス200と同様のものである。第1の相違点は、デバイス200におけるセレク
タスイッチ212が、デバイス300においては、高速入力アンプ312へと置
き換えられていることである。高速入力アンプ312は、DCから0.5または
1GHzのACにかけての正確な信号応答を有するべきである。これにより、パ
ルスカウンタ314とアナログ積分器316とを同時に使用することができる。
第2の相違点は、デバイス200の場合と異なり、デバイス300においては、
パルスカウンタからの出力が、システムコントローラ340へと接続されている
ことである。これらの相違点により、デバイス200の場合と比べて、デバイス
300の場合には範囲が広がることとなる。その理由は、デバイス300である
と、受領光のレベルに応じておよび/またはシステムコントローラの命令に応じ
て、パルスカウンタとアナログ積分器との間を自動的にスイッチングまたは選択
することができるからである。
FIG. 10 is a block diagram schematically showing an alternative photo-detecting device 300 according to the present invention. Device 300 is similar to device 200 of FIG. 9 except for a few differences. The first difference is that the selector switch 212 in the device 200 is replaced with the high-speed input amplifier 312 in the device 300. The high speed input amplifier 312 should have an accurate signal response from DC to 0.5 or 1 GHz AC. This allows the pulse counter 314 and the analog integrator 316 to be used simultaneously.
The second difference is that in the device 300, unlike the case of the device 200,
The output from the pulse counter is connected to the system controller 340. Due to these differences, the range is expanded in the case of the device 300 as compared with the case of the device 200. The reason is that the device 300 can automatically switch or select between the pulse counter and the analog integrator depending on the level of received light and / or in response to a command from the system controller. is there.

【0075】 デバイス200,300におけるサンプリング時間または読取時間は、少なく
とも2つの方法によって決定することができる。第1に、システムコントローラ
および/またはタイマーによって決定されたときに、デバイスに対して、所定時
間(固定時間)にわたっての検出器出力の積分を行うよう指示することができる
。第2に、比較器とフルスケール参照値とによって決定されたときに、デバイス
に対して、所定積分信号(固定積分信号)が得られるまでにわたっての検出器出
力の積分を行うよう指示することができる。
The sampling time or reading time in the device 200, 300 can be determined by at least two methods. First, when determined by the system controller and / or timer, the device can be instructed to integrate the detector output over a predetermined time (fixed time). Second, it can instruct the device, when determined by the comparator and the full-scale reference value, to integrate the detector output until a predetermined integrated signal (fixed integrated signal) is obtained. it can.

【0076】 時間固定検出モードと信号量固定検出モードとを使用することによって、オー
バーフローの保護をもたらすことができるとともに、離散型またはアナログ型検
出器だけの場合に利用可能な範囲を超えたダイナミックレンジへと拡大すること
ができる。アナログ検出においては、PMTまたは他の検出器がたとえ飽和しな
かったにしても、サンプリング時間の完了前に積分用キャパシタまたは他の貯蔵
部材がフルスケール値に到達した場合には、情報が失われてしまう。これは、ア
ナログカウントのための電子回路が、各キャパシタ設定のためのフルスケールカ
ウントを超える信号に応答できないからである。標準的なアナログ検出において
は、飽和レベルよりも明るいような各試料は、同一のフルスケールという結果を
示すこととなる。
The use of fixed-time detection mode and fixed-amount signal detection mode can provide overflow protection as well as a dynamic range beyond what is available only with discrete or analog detectors. Can be expanded to. In analog detection, information is lost if the integrating capacitor or other storage member reaches its full-scale value before the completion of the sampling time, even if the PMT or other detector did not saturate. Will end up. This is because the electronics for analog counting cannot respond to signals that exceed the full-scale count for each capacitor setting. In standard analog detection, each sample that appears brighter than the saturation level will give the same full scale result.

【0077】 本発明においては、サンプリング時間全体にわたっての積分信号がキャパシタ
の貯蔵容量を実質的に超える場合であっても、検出光の強度を決定することがで
きる。光強度は、単位時間あたりの光量として表現することができる。本発明に
おいては、貯蔵部材を完全充電するために必要な時間が、比較器に対して動作可
能に関連したタイマーによって測定される。よって、キャパシタがサンプリング
時間に完了前に完全充電された場合でも、キャパシタの貯蔵容量と検出器によっ
て検出された光量とを関係づけ、サンプリング時間内に対しての充電時間の比率
でもって光量を割算することにより、強度を決定することができる。サンプリン
グ時間内でキャパシタが完全充電されなかった場合には、強度は、実際の充電量
とサンプリング時間とを使用することによって、決定することができる。
In the present invention, the intensity of the detection light can be determined even when the integrated signal over the entire sampling time substantially exceeds the storage capacity of the capacitor. The light intensity can be expressed as the amount of light per unit time. In the present invention, the time required to fully charge the storage member is measured by a timer operatively associated with the comparator. Therefore, even when the capacitor is fully charged before the sampling time is completed, the storage capacity of the capacitor is related to the light amount detected by the detector, and the light amount is divided by the ratio of the charging time to the sampling time. The intensity can be determined by calculation. If the capacitor is not fully charged within the sampling time, the strength can be determined by using the actual charge and the sampling time.

【0078】 また、時間固定検出モードと信号量固定検出モードとを使用することによって
、読取時間を短縮することができるとともに、アンダーフローの保護をもたらす
ことができる。一般に、光学分析は、フォトンノイズ(PN)やピペッティング
誤差(PE)等といったような様々な誤差源によって影響を受ける。このような
誤差源によって影響を受けた光学分析結果に関連した変動係数(CV)は、次式
6によって表すことができる。
By using the time fixed detection mode and the signal amount fixed detection mode, the reading time can be shortened and underflow can be protected. In general, optical analysis is affected by various sources of error such as photon noise (PN), pipetting error (PE), and so on. The coefficient of variation (CV) related to the optical analysis result affected by such an error source can be expressed by the following equation 6.

【数6】 ここで、CV(PN)は、(検出フォトン数)-0.5であり、CV(PE)は、典
型的には、1〜5%の範囲のものである。よって、ピペッティング誤差によって
制限された結果を得るためには、CV(PN)を約0.5〜1%にまで減少させ
得るほどに十分なフォトンを収集することだけが必要である。このノイズレベル
は、10,000〜20,000個のフォトンの収集に対応している。多くの分
析においては、この程度の数のフォトンを収集することにより、良好な結果を得
ることができる。例えば、蛍光偏光分析においては、ミリポイズ(mP)を単位
としたときの偏光ノイズは、式7によって与えられる。
[Equation 6] Here, CV (PN) is (the number of detected photons) -0.5 , and CV (PE) is typically in the range of 1 to 5%. Thus, in order to obtain results limited by pipetting error, it is only necessary to collect enough photons so that the CV (PN) can be reduced to about 0.5-1%. This noise level corresponds to a collection of 10,000-20,000 photons. For many analyses, collecting this number of photons can give good results. For example, in fluorescence polarization analysis, the polarization noise in units of millipoise (mP) is given by equation 7.

【数7】 一般に、偏光分析においては、少なくとも約5,000個のフォトンを収集する
ことに対応して、10mPよりも小さな偏光ノイズであることを必要とする。
[Equation 7] Generally, polarization analysis requires less than 10 mP of polarization noise, corresponding to collecting at least about 5,000 photons.

【0079】 読取時間は、読取時間を信号強度の関数として変化させることを可能とするこ
とによって、短縮することができる。この場合には、試料は、検出光の量によっ
て制限されないような結果を得るのに十分な長さでもって解析される。離散型検
出においては、パルスカウンタは、所定数のパルスすなわちしきい値をなす数の
パルスがカウントされるところまでだけ、パルスをカウントするよう構成するこ
とができる。アナログ検出においては、アナログ積分器は、予め設定されたしき
い値が得られるまで検出器出力を積分するように構成することができる。ここで
、しきい値は、所定光量の収集に対応した値とされる。より詳細には、積分器を
ゼロとし、比較器を起動させ得るだけの検出器電流が積分されるまでに必要な時
間を、測定することができる。積分時間は、収集されたフォトンの数を表現して
おり、よって、信号レベルを表現している。
The read time can be shortened by allowing the read time to vary as a function of signal strength. In this case, the sample is analyzed long enough to obtain results that are not limited by the amount of detected light. In discrete detection, the pulse counter can be configured to count pulses only up to a predetermined number of pulses, or a threshold number of pulses. In analog detection, the analog integrator can be configured to integrate the detector output until a preset threshold is obtained. Here, the threshold value is a value corresponding to the collection of a predetermined light amount. More specifically, the integrator can be zeroed and the time required to integrate the detector current enough to trigger the comparator can be measured. The integration time describes the number of photons collected and thus the signal level.

【0080】 比較器の起動のために必要とされる積分検出器電流は、電子ゲインやしきい値
電圧や積分キャパシタ等を変更することにより、変えることができる。比較器起
動値のこのような変化は、収集可能なフォトン数の変化に対応することとなる(
および、関連する信号雑音比の変化に対応することとなる)。収集されるフォト
ン数を増大させるためには、より大きなキャパシタ、および/または、より小さ
なゲインを使用することができる。逆に、収集されるフォトン数を減少させるた
めには、より小さなキャパシタ、および/または、より短い読取時間を使用する
ことができる。
The integral detector current required to activate the comparator can be changed by changing the electronic gain, threshold voltage, integrating capacitor, etc. Such changes in the comparator activation value will correspond to changes in the number of photons that can be collected (
And will respond to changes in the associated signal-to-noise ratio). Larger capacitors and / or smaller gains can be used to increase the number of photons collected. Conversely, smaller capacitors and / or shorter read times can be used to reduce the number of photons collected.

【0081】 一般に、試料が明るければ、所望量の光(フォトン数)を獲得するまでの時間
が短く、試料が暗ければ、所望量の光(フォトン数)を獲得するまでの時間が長
い。予設定された時間限度内にすなわち限界時間内に所望数のフォトンを収集で
きないほど試料が暗ければ、アンダーフローが起こる。この場合、測定は、『時
間切れ』となってしまい、積分器電圧がアナログからデジタルへのコンバーター
によって測定される、あるいは、積分器電圧がゼロにセットされる、あるいは、
積分器電圧がアンダーフロー状態を示す他の適切な値にセットされる。これに代
えて、アナログ積分とフォトンカウントとが同時に行われる場合には、フォトン
カウントモードにおいて決定されるカウンタ出力を使用して、強度を決定するこ
とができる。
In general, if the sample is bright, it takes a short time to acquire a desired amount of light (the number of photons), and if the sample is dark, the time to acquire the desired amount of light (the number of photons) is long. Underflow occurs if the sample is so dark that it does not collect the desired number of photons within a preset time limit, ie within the time limit. In this case, the measurement will be "timed out" and the integrator voltage will be measured by an analog-to-digital converter, or the integrator voltage will be set to zero, or
The integrator voltage is set to some other suitable value indicating an underflow condition. Alternatively, if analog integration and photon counting are performed simultaneously, the counter output determined in the photon counting mode can be used to determine the intensity.

【0082】 表I は、読取時間が1個の試料あたり100ミリ秒から1ミリ秒へと減少する
と仮定して、可変読取を使用した場合に可能な読取時間の減少を示している。読
取時間の減少は、多数の試料を解析しなければならない場合には、重要となる。
例えば、高処理速度型スクリーニングへの応用に際しては、試料は、それぞれが
96個のまたは384個のまたは1536個の試料を収容するマイクロプレート
内に、収容することができる。さらに、高処理速度型スクリーニングへの応用に
おいては、典型的には、そのようなマイクロプレートを多数解析する必要がある
Table I shows the possible reduction in read time using variable read, assuming the read time is reduced from 100 ms to 1 ms per sample. Reducing read time is important when large numbers of samples have to be analyzed.
For example, for high throughput screening applications, the samples can be contained in microplates, each containing 96 or 384 or 1536 samples. Furthermore, high throughput screening applications typically require the analysis of large numbers of such microplates.

【表1】 [Table 1]

【0083】 マイクロプレート1枚あたりの読取時間は、試料ごとの読取時間が減少するこ
とにより、表I に示すように減少する。これに代えて、場合によっては、マイク
ロプレート1枚あたりの読取時間は、試料ごとの読取時間とは無関係に、一定に
維持することもできる。マイクロプレートの分析と、固定時間間隔で行われる他
のプロセスと、が組み合わされている場合には、後者の態様の方が有効である。
The reading time per microplate decreases as shown in Table I as the reading time for each sample decreases. Alternatively, in some cases, the read time per microplate can be kept constant, independent of the read time for each sample. The latter aspect is more effective when the analysis of the microplate is combined with other processes performed at fixed time intervals.

【0084】 図11は、図9および図10に示す積分部分と同様の積分部分を概略的に示す
図であり、相違点は、付加的な自動的スケール切換機構が設けられていることで
ある。
FIG. 11 is a diagram schematically showing an integration part similar to the integration part shown in FIGS. 9 and 10, and the difference is that an additional automatic scale switching mechanism is provided. .

【0085】 PMTからの信号出力は、プリアンプに対して供給される。プリアンプは、P
MTからの電流出力を、電圧出力へと変換する。上述のように、このプリアンプ
は、DCからラジオ波ACまでにわたって良好な性能を有しているべきである。
The signal output from the PMT is supplied to the preamplifier. The preamplifier is P
The current output from MT is converted to a voltage output. As mentioned above, this preamplifier should have good performance from DC to radio frequency AC.

【0086】 プリアンプからの出力は、多数の積分デバイスへと並列的に供給される。ある
1つの積分デバイスは、最小フォトン強度に対して有効であるようなフォトンカ
ウンタである。他の積分デバイスは、互いに実質的に同一構成を有しておりかつ
積分キャパシタのサイズが互いに相異しているような4つのアナログ積分器であ
る。特に、最初の3個のアナログ積分器の各々は、後段の積分器のキャパシタよ
りも約1桁だけ小さいキャパシタンスのキャパシタを備えている。
The output from the preamplifier is fed in parallel to multiple integrating devices. One integrating device is a photon counter such that it is effective for minimum photon intensity. The other integrating device is four analog integrators having substantially the same configuration as each other and different integrating capacitor sizes. In particular, each of the first three analog integrators comprises a capacitor having a capacitance that is about an order of magnitude less than the capacitor of the latter integrator.

【0087】 各積分デバイスの出力は、識別部分に対して供給される。識別部分は、図示の
ように、予選択された高電圧VHと予選択された低電圧VLとの間の出力電圧を観
測する。各積分デバイスに対しての個々の識別部分の出力を使用することによっ
て、当該積分デバイスに対応したカウンタをトリガー(起動)することができる
。各積分デバイスに対してのカウンタは、個々の積分デバイスからの出力がVL
を超えた時点でカウントを開始し、個々の積分デバイスからの出力がVH を超え
た時点でカウントを停止する。よって、カウンタを使用することによって、それ
ぞれ関連する積分デバイスを飽和させるのに必要な時間を決定することができる
。よって、中間強度の信号に対しては、最小範囲の積分デバイスが飽和するのに
必要な時間は、サンプリング時間全体と比較すれば、短いものである。次に大き
な範囲の積分デバイスが飽和するのに必要な時間は、おおよそ1桁分だけ長いも
のである。最大範囲の積分デバイスは、実際、中間強度の信号の場合には、特定
のサンプリング時間では飽和することがない。
The output of each integrating device is provided to the identification part. The identification portion observes the output voltage between the preselected high voltage V H and the preselected low voltage V L as shown. By using the output of the individual identification portion for each integrating device, the counter corresponding to that integrating device can be triggered. The counter for each integrating device is such that the output from each integrating device is V L.
The count is started when the value exceeds V H , and the count is stopped when the output from the individual integrating device exceeds V H. Thus, the counters can be used to determine the time required to saturate each associated integrating device. Thus, for a medium intensity signal, the time required for the minimum range integrating device to saturate is short compared to the total sampling time. The time required for the next larger range of integrating devices to saturate is approximately an order of magnitude longer. The maximum range integrating device does not actually saturate at a particular sampling time for medium strength signals.

【0088】 所定のサンプリング時間に対して光強度を計算する際には、通常、最近飽和し
たあるいは飽和に近かった積分デバイスの出力を選択することが好ましい。その
ような積分デバイスからの信号は、あるいは場合によっては、飽和のために要し
た時間は、強度の計算にとっては、最も正確なデータをもたらす。
When calculating the light intensity for a given sampling time, it is usually preferable to select the output of the most recently saturated or near-saturated integrating device. The signal from such an integrating device, or in some cases, the time taken for saturation, provides the most accurate data for intensity calculations.

【0089】 このシステムの利点は、飽和を起こした積分デバイスの中で最も大きな範囲に
対応した積分デバイスが飽和するのに要した時間だけに基づいて、常に強度値を
計算できることである。強度値の計算は、飽和に要したフォトン数を飽和に要し
た時間で割算することによって行うことができる。いずれのアナログ積分デバイ
スも飽和しなかった場合には、カウンタからの積分信号を使用することができる
。これに代えて、飽和には達していないものの飽和に最も近づいた積分デバイス
のアナログ値を、アナログからデジタルへとコンバーターを使用して測定し、こ
の測定値から強度を計算することができる。
The advantage of this system is that the intensity values can always be calculated based only on the time it takes for the integrating device corresponding to the largest range of saturated integrating devices to saturate. The intensity value can be calculated by dividing the number of photons required for saturation by the time required for saturation. If neither analog integrator device saturates, the integrated signal from the counter can be used. Alternatively, the analog value of the integrator device, which has not reached saturation but is closest to saturation, can be measured using an analog-to-digital converter and the intensity can be calculated from this measurement.

【0090】 測定可能な強度範囲をさらに拡大するために、PMTと並列に、付加的なタイ
プの検出器(例えば、フォトダイオード)を使用することができる。フォトダイ
オードからの出力は、上述のものと同様の一連のアナログ積分器に対して供給す
ることができる。この場合、PMTによって正確に測定可能な強度を超えたとし
ても、フォトダイオードが適性範囲内にある。
Additional types of detectors (eg, photodiodes) can be used in parallel with the PMT to further extend the measurable intensity range. The output from the photodiode can be fed to a series of analog integrators similar to those described above. In this case, the photodiode is within the proper range even if the intensity that can be accurately measured by the PMT is exceeded.

【0091】 上述のように、サンプリング時間は、所定数のフォトンが収集された時に使用
者が所望すれば、早々に終了することができる。終了は、積分デバイスによって
測定されたものとして対応する積分信号が得られた時点で、行われる。
As mentioned above, the sampling time can be ended prematurely if desired by the user when a predetermined number of photons have been collected. Termination occurs when the corresponding integrated signal is obtained as measured by the integrating device.

【0092】 図12および図13は、図3〜図6に示す装置のためのデジタルカウント回路
の非線形性を示す応答曲線である。図12は、光ルミネッセンス光学系を使用し
て生成されたものであって、1.5×106 カウント/秒において10%の非線
形性を示しており、2×106 カウント/秒において15%の非線形性を示して
おり、2.5×106 カウント/秒において23%の非線形性を示しており、3
×106 カウント/秒において27%の非線形性を示している。図13は、化学
ルミネッセンス光学系を使用して生成されたものであって、2×106 カウント
/秒において5%の非線形性を示しており、3×106 カウント/秒において1
0%の非線形性を示しており、4×106 カウント/秒において20%の非線形
性を示している。
12 and 13 are response curves showing the non-linearity of the digital counting circuit for the device shown in FIGS. FIG. 12 was generated using photoluminescence optics and shows 10% non-linearity at 1.5 × 10 6 counts / second and 15% at 2 × 10 6 counts / second. The non-linearity of 3% is shown at 2.5 × 10 6 counts / second, and the non-linearity of 3% is shown.
It shows a non-linearity of 27% at × 10 6 counts / second. FIG. 13 was generated using chemiluminescence optics and shows 5% non-linearity at 2 × 10 6 counts / second and 1 at 3 × 10 6 counts / second.
It shows 0% non-linearity and 20% non-linearity at 4 × 10 6 counts / sec.

【0093】 図14は、図3〜図6に示す装置のためのアナログカウント回路における積分
キャパシタの飽和特性を示す応答曲線である。これら曲線は、100ミリ秒とい
うサンプリング時間を使用して生成されたものである。データは、比較的大きな
キャパシタ(感度0)と比較的小さなキャパシタ(感度2)とを含む3つのキャ
パシタに対して示されている。大きなキャパシタは、小さなキャパシタよりも、
より大きな光強度において飽和する。最大キャパシタに関する応答は、10×1
6 カウント/秒までは線形である。これは、デジタルカウント回路の場合より
も約10倍大きなものである。
FIG. 14 is a response curve showing the saturation characteristic of the integrating capacitor in the analog counting circuit for the device shown in FIGS. These curves were generated using a sampling time of 100 ms. Data is shown for three capacitors, including a relatively large capacitor (sensitivity 0) and a relatively small capacitor (sensitivity 2). Large capacitors are better than small capacitors
Saturates at higher light intensity. The response for the maximum capacitor is 10 × 1
It is linear up to 0 6 counts / second. This is about 10 times larger than that of the digital count circuit.

【0094】 図15は、比較器を使用した場合のアナログカウント回路における飽和特性を
示す応答曲線である。図15は、図14の場合と同じ装置および同じ試料および
100ミリ秒という同じサンプリング時間を使用して生成されたものである。応
答は、少なくとも感度0〜3に対応したキャパシタについては、約1×109
ウント/秒までは線形である。
FIG. 15 is a response curve showing the saturation characteristic in the analog count circuit when the comparator is used. FIG. 15 was produced using the same equipment and the same sample as in FIG. 14 and the same sampling time of 100 ms. The response is linear up to about 1 × 10 9 counts / second, at least for capacitors corresponding to sensitivities 0-3.

【0095】 表IIは、分析や光源(使用する場合)や検出器や光強度に応じて、適切なカウ
ント方法や単位を選択するに際してのガイドラインを示している。このようなガ
イドラインは、図3〜6および図9に示す実施形態についてだけ適用される。と
いうのは、個別の化学ルミネッセンス光学系および光ルミネッセンス光学系を仮
定しているからであり、また、フォトンカウントとアナログ積分とが選択可能で
あることを仮定しているからであり、さらに、アナログ検出の場合には比較器の
有無を選択可能であると仮定しているからである。
Table II provides guidelines for selecting an appropriate counting method and unit depending on the analysis, light source (when used), detector and light intensity. Such guidelines apply only for the embodiments shown in FIGS. 3-6 and 9. Because it assumes separate chemiluminescence and photoluminescence optics, and because it is assumed that photon counting and analog integration are selectable, and that analog This is because it is assumed that the presence or absence of the comparator can be selected in the case of detection.

【表2】 [Table 2]

【0096】 離散型(フォトン)カウントは、非常に小さな信号レベルでの感度に対しての
ダイナミックレンジを犠牲にする。飽和(〜1×106 カウント/秒)は、検出
器およびカウント回路がフォトンを受領する速度によって決定される。この方法
は、化学ルミネッセンスにおける低強度検出や時間的発光分析等に関して最適に
使用される。
Discrete (photon) counting sacrifices dynamic range for sensitivity at very small signal levels. Saturation (˜1 × 10 6 counts / sec) is determined by the rate at which the detector and counting circuits receive photons. This method is optimally used for low intensity detection in chemiluminescence, temporal emission analysis and the like.

【0097】 アナログカウント(PMT電流積分)においては、低強度信号レベルにおける
感度と、ダイナミックレンジの拡大と、が交換関係(反比例の関係)にある。飽
和は、離散型カウントの場合よりも、ずっと大きなカウント速度(約0.5〜1
×109 カウント/秒)において起こる。通常、積分可能な最大信号は、積分キ
ャパシタのサイズによって決定される。この方法は、フラッシュランプを使用し
て行われる発光強度分析および発光偏光分析等に関して最適に使用される。
In the analog count (PMT current integration), the sensitivity at the low intensity signal level and the expansion of the dynamic range have an exchange relationship (inverse proportion relationship). Saturation has a much higher count rate (about 0.5 to 1) than discrete counts.
X 10 9 counts / sec). Usually, the maximum integrable signal is determined by the size of the integrating capacitor. This method is optimally used for emission intensity analysis and emission polarization analysis performed using a flash lamp.

【0098】 比較器を使用したカウント(アナログ+フルスケールまでの時間測定)におい
ては、単一の装置設定でもって、低信号レベルにおける感度と、最大のダイナミ
ックレンジと、が交換関係にある。飽和は、アナログカウントの場合と同様であ
る。アナログカウントだけの場合と比較して、キャパシタが完全充電されたにし
てもキャパシタがフルスケールに到達するまでの時間を自動的に測定することに
より、大きな信号レベルであっても『比較器』回路が検出を行う。この方法は、
連続ランプを使用して行われる発光強度分析および発光偏光分析における低強度
分析やダイナミックレンジ読取に関して最適に使用される。
In counting using a comparator (analog + time measurement to full scale), sensitivity at low signal level and maximum dynamic range are in a trade-off relationship with a single device setting. Saturation is similar to analog counts. Compared with the case of analog count only, even if the capacitor is fully charged, it automatically measures the time it takes for the capacitor to reach full scale. Will detect. This method
It is best used for low intensity analysis and dynamic range readings in emission intensity and emission polarization analysis performed using a continuous lamp.

【0099】 本発明につき好ましい実施形態を例示して説明したけれども、ここで開示し例
示した本発明のいくつかの特定の実施形態は、様々な変更が可能であることによ
り、本発明を制限するものとして捉えるべきものではない。本出願人は、本発明
の主題を、ここに開示された様々な構成要素や特徴点や機能や特性の新規かつ非
自明な組合せおよび部分的組合せとして捉えている。開示された実施形態のうち
の単一の特徴点や機能や部材や特性は、本質ではない。添付の請求範囲は、その
ような特徴点や機能や構成要素や特性の、新規かつ非自明と思われる種々の組合
せおよび部分的組合せを規定している。現存の請求範囲を補正することによって
、あるいは、この出願や関連出願において新規な請求範囲を提示することによっ
て、他の組合せや他の部分的組合せを主張することができる。そのような請求範
囲は、当初請求範囲よりも広いとか狭いとかあるいは同じであるとかにかかわら
ず、本出願人による発明の主題内に包含されるものと見なされる。
While the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, several specific embodiments of the invention disclosed and illustrated herein limit the invention by virtue of various modifications. It should not be regarded as a thing. Applicants view the subject matter of the invention as novel and nonobvious combinations and subcombinations of the various components, features, functions, and characteristics disclosed herein. No single feature, function, member or characteristic of the disclosed embodiment is essential. The accompanying claims define various novel and nonobvious combinations and subcombinations of such features, functions, components and characteristics. Other combinations and sub-combinations can be claimed by amending existing claims or by presenting new claims in this or a related application. Such claims, whether broader, narrower, or the same as the original claims, are considered to be encompassed within the subject matter of Applicants' invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 蛍光的にラベル付けされた分子を概略的に示す図であって、分子
の再配向が蛍光偏光にどのようにして影響を与えるかが示されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of fluorescently labeled molecules, showing how the reorientation of the molecules affects fluorescence polarization.

【図2】 周波数ドメインにおける時間的測定を示す概略的なグラフであっ
て、位相角度(位相)φと復調因子(変調)Mとの定義を示している。
FIG. 2 is a schematic graph showing temporal measurements in the frequency domain, showing the definitions of phase angle (phase) φ and demodulation factor (modulation) M.

【図3】 本発明による光検出装置を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a photo-detecting device according to the present invention.

【図4】 図3に示す装置の一部を概略的に示す斜視図である。4 is a perspective view schematically showing a part of the apparatus shown in FIG.

【図5】 図3の装置における光ルミネッセンスに関しての光学部材を概略
的に示す図である。
5 is a diagram schematically showing an optical member for photoluminescence in the device of FIG.

【図6】 図3の装置における化学ルミネッセンスに関しての光学部材を概
略的に示す図である。
6 is a diagram schematically showing an optical member for chemiluminescence in the apparatus of FIG.

【図7】 装置のためのハウジングの一部を示す部分展開図である。FIG. 7 is a partial exploded view showing a portion of a housing for the device.

【図8】 本発明による代替可能な光検出装置を概略的に示す図である。FIG. 8 is a schematic view of an alternative photo-detecting device according to the present invention.

【図9】 本発明による光検出デバイスを示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a photo detection device according to the present invention.

【図10】 本発明による代替可能な光検出デバイスを示すブロック図であ
る。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an alternative photodetection device according to the present invention.

【図11】 図9および図10のデバイスにおける積分器と同様の積分器を
概略的に示す図であるものの、付加的な自動的スケール切換機構が設けられてい
る。
FIG. 11 is a schematic diagram of an integrator similar to that in the device of FIGS. 9 and 10, but with an additional automatic scale switching mechanism.

【図12】 図3〜図6に示す装置のためのデジタルカウント回路の非線形
性を示す応答曲線を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a response curve showing the non-linearity of a digital counting circuit for the device shown in FIGS.

【図13】 図3〜図6に示す装置のためのデジタルカウント回路の非線形
性を示す応答曲線を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a response curve showing the non-linearity of a digital counting circuit for the device shown in FIGS.

【図14】 図3〜図6に示す装置のためのアナログカウント回路における
積分用キャパシタの飽和特性を示す応答曲線を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a response curve showing a saturation characteristic of an integrating capacitor in an analog counting circuit for the device shown in FIGS. 3 to 6;

【図15】 図3〜図6に示す装置において比較器とともに使用されるアナ
ログカウント回路の飽和特性を示す応答曲線を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing a response curve showing a saturation characteristic of an analog counting circuit used together with a comparator in the device shown in FIGS. 3 to 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

144 検出器 160 検出器 174 検出器 176 検出器 200 光検出デバイス 208 検出器 214 パルスカウンタ 216 アナログ積分器 228 範囲観測デバイス 238 タイマー 240 システムコントローラ 300 光検出デバイス 314 パルスカウンタ 316 アナログ積分器 340 システムコントローラ 144 detector 160 detector 174 detector 176 detector 200 photo detection device 208 detector 214 pulse counter 216 Analog integrator 228 Range observation device 238 timer 240 system controller 300 photo detection device 314 pulse counter 316 Analog integrator 340 system controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 09/062,472 (32)優先日 平成10年4月17日(1998.4.17) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 60/100,951 (32)優先日 平成10年9月18日(1998.9.18) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 09/160,533 (32)優先日 平成10年9月24日(1998.9.24) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 PCT/US98/23095 (32)優先日 平成10年10月30日(1998.10.30) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 PCT/US99/01656 (32)優先日 平成11年1月25日(1999.1.25) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 デイヴィッド・ピー・スタンボ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94002・ベルモント・シックスス・アヴェ ニュ・1561 (72)発明者 リック・ブイ・ステルメイシャー アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 95132・サン・ホセ・ドライウッド・レー ン・3155 Fターム(参考) 2G043 AA01 DA02 DA05 DA06 EA01 EA06 EA13 FA03 GA08 GB18 HA05 HA07 HA09 JA02 KA01 KA02 KA03 KA07 KA09 LA01 LA02 MA04 NA01 NA04 NA14─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (31) Priority claim number 09 / 062,472 (32) Priority date April 17, 1998 (April 17, 1998) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number 60 / 100,951 (32) Priority date September 18, 1998 (September 18, 1998) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number 09 / 160,533 (32) Priority date September 24, 1998 (September 24, 1998) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number PCT / US98 / 23095 (32) Priority date October 30, 1998 (October 30, 1998) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number PCT / US99 / 01656 (32) Priority date January 25, 1999 (January 25, 1999) (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM , AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM) , AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, D K, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM , HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, L T, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX , NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, U A, UG, US, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor David Pee Stambo             United States, California,             94002 Belmont Sixth Ave             New 1561 (72) Inventor Rick Buoy Stelmeisha             United States, California,             95132 San Jose Drywood Ray             3155 F-term (reference) 2G043 AA01 DA02 DA05 DA06 EA01                       EA06 EA13 FA03 GA08 GB18                       HA05 HA07 HA09 JA02 KA01                       KA02 KA03 KA07 KA09 LA01                       LA02 MA04 NA01 NA04 NA14

Claims (41)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光強度を観測するためのデバイスであって、 光を検出し得るように構成された検出器と; 該検出器に対して動作可能に接続されているとともに、サンプリング時間中に
おける前記検出器からの出力の積分に相当する積分値を生成し得るよう構成され
た、積分器と; 少なくとも前記積分値が予選択可能な値に到達するまでは、前記サンプリング
時間中における積分時間を測定し得るよう構成されたタイマーと; 前記積分値に基づいて光強度を計算し得るよう構成されたアナライザと; を具備してなり、 前記積分値が前記サンプリング時間内に前記予選択可能な値に到達しなかった
場合には、前記アナライザは、前記積分値と前記サンプリング時間とを使用して
光強度を計算するよう機能し、 前記積分値が前記サンプリング時間内に前記予選択可能な値に到達した場合に
は、前記アナライザは、前記予選択可能な値に到達する前に測定された前記積分
時間を使用して光強度を計算するよう機能することを特徴とするデバイス。
1. A device for observing light intensity, comprising a detector configured to detect light; operably connected to the detector and during a sampling time. An integrator configured to generate an integral value corresponding to the integral of the output from the detector; and an integration time during the sampling time at least until the integral value reaches a preselectable value. A timer configured to be measurable; an analyzer configured to calculate light intensity based on the integrated value; wherein the integrated value is the preselectable value within the sampling time If not, the analyzer functions to calculate the light intensity using the integrated value and the sampling time, the integrated value being at the sampling time. If the preselectable value is reached within, the analyzer is operable to calculate the light intensity using the integration time measured before reaching the preselectable value. Characterized device.
【請求項2】 請求項1記載のデバイスにおいて、 前記検出器は、光増倍管、フォトダイオード、アバランシェ型フォトダイオー
ド、および、電荷結合素子からなるグループの中から選択されたものであること
を特徴とするデバイス。
2. The device of claim 1, wherein the detector is selected from the group consisting of photomultiplier tubes, photodiodes, avalanche photodiodes, and charge coupled devices. Characterized device.
【請求項3】 請求項1記載のデバイスにおいて、 さらに、前記検出器と前記積分器との間に配置されて前記検出器のスケールを
調節するためのアンプを具備していることを特徴とするデバイス。
3. The device according to claim 1, further comprising an amplifier arranged between the detector and the integrator for adjusting the scale of the detector. device.
【請求項4】 請求項1記載のデバイスにおいて、 前記積分器は、離散型のものであって、検出光の量子に対応した、前記検出器
からのパルスをカウントすることにより、前記積分値を生成することを特徴とす
るデバイス。
4. The device according to claim 1, wherein the integrator is of a discrete type, and the integrated value is calculated by counting pulses from the detector corresponding to the quantum of detected light. A device characterized by producing.
【請求項5】 請求項1記載のデバイスにおいて、 前記積分器は、アナログ型のものであって、検出光の量に対応した充電量でも
って積分キャパシタを充電することにより、前記積分値を生成することを特徴と
するデバイス。
5. The device according to claim 1, wherein the integrator is of an analog type, and the integration value is generated by charging an integration capacitor with a charge amount corresponding to the amount of detected light. A device characterized by:
【請求項6】 請求項5記載のデバイスにおいて、 前記積分器は、実質的に互いに異なる容量を有した複数の積分キャパシタを備
え、 前記予選択可能な値に等しい積分値を生成するのに必要な検出光量が、前記複
数の積分キャパシタの中の特定の1個を選択することにより選択可能とされてい
ることを特徴とするデバイス。
6. The device of claim 5, wherein the integrator comprises a plurality of integrating capacitors having capacitances that are substantially different from each other and is required to produce an integrated value equal to the preselectable value. A device having a different amount of detected light can be selected by selecting a specific one of the plurality of integration capacitors.
【請求項7】 請求項5記載のデバイスにおいて、 前記積分器は、さらに、前記検出器からのパルスを検出光の量子に対応した分
だけカウントすることにより信号を積分する離散型積分器を備え、 前記デバイスは、検出光の量に応じて、前記離散型積分器と前記アナログ型積
分器とを切り換えることを特徴とするデバイス。
7. The device according to claim 5, wherein the integrator further comprises a discrete integrator that integrates a signal by counting pulses from the detector by an amount corresponding to a quantum of detected light. The device switches between the discrete integrator and the analog integrator according to the amount of detected light.
【請求項8】 請求項1記載のデバイスにおいて、 前記積分器は、デジタル型のものであって、前記サンプリング時間中において
は複数の離散タイミングでもって前記検出器の出力をデジタル的に測定して集計
することにより、前記積分値を生成することを特徴とするデバイス。
8. The device according to claim 1, wherein the integrator is of a digital type, and the output of the detector is digitally measured at a plurality of discrete timings during the sampling time. A device which generates the integrated value by totaling.
【請求項9】 請求項1記載のデバイスにおいて、 さらに、前記検出器に対して並列的にかつ同時動作可能に接続された複数の積
分器を具備し、 各積分器は、前記サンプリング時間中における前記検出器の出力の積分に比例
する積分値を生成し得るよう構成され、 前記積分値と前記検出光の量との間の比例関係が、様々な積分器に対して実質
的に互いに異なるものとされていることを特徴とするデバイス。
9. The device of claim 1, further comprising a plurality of integrators connected in parallel and simultaneously operable to the detector, each integrator during the sampling time. Configured to generate an integral value proportional to the integral of the output of the detector, wherein the proportional relationship between the integral value and the amount of detected light is substantially different for different integrators. A device characterized by being said to be.
【請求項10】 請求項1記載のデバイスにおいて、 周期的時間間隔でもって複数の試料からの光を順次的に検出し得るよう構成さ
れていることを特徴とするデバイス。
10. The device of claim 1, wherein the device is configured to sequentially detect light from a plurality of samples at periodic time intervals.
【請求項11】 請求項1記載のデバイスにおいて、 複数の試料からの光を順次的に検出し得るよう構成され、 試料から順次的に光を検出する場合の各開始タイミングどうしの時間間隔が可
変とされており、 該可変時間間隔は、前記積分信号が前記サンプリング時間内に前記予選択可能
な値を超える場合には、短いものとされることを特徴とするデバイス。
11. The device according to claim 1, which is configured to sequentially detect light from a plurality of samples, and the time interval between start timings in the case of sequentially detecting light from the samples is variable. The device is characterized in that the variable time interval is short if the integrated signal exceeds the preselectable value within the sampling time.
【請求項12】 請求項1記載のデバイスにおいて、 さらに、試料上に光を導き得るよう構成された第1光源を具備し、 前記検出器は、前記試料からの光を検出し得るよう構成されていることを特徴
とするデバイス。
12. The device of claim 1, further comprising a first light source configured to direct light onto a sample, the detector being configured to detect light from the sample. A device characterized by being.
【請求項13】 請求項12記載のデバイスにおいて、 前記第1光源は、偏光光を生成することができ、 前記検出器は、前記試料からの光の偏光に対して感受性を有したものであるこ
とを特徴とするデバイス。
13. The device of claim 12, wherein the first light source is capable of producing polarized light and the detector is sensitive to the polarization of light from the sample. A device characterized by the above.
【請求項14】 請求項1記載のデバイスにおいて、 前記光の波長が、200nm〜2000nmであることを特徴とするデバイス
14. The device according to claim 1, wherein the wavelength of the light is 200 nm to 2000 nm.
【請求項15】 請求項1記載のデバイスにおいて、 前記アナライザは、単位時間あたりのカウント数、および、単位時間あたりの
相対発光単位からなるグループの中から選択された単位でもって、強度を報告す
ることができることを特徴とするデバイス。
15. The device of claim 1, wherein the analyzer reports the intensity in units selected from the group consisting of counts per unit time and relative emission units per unit time. A device characterized by being able to.
【請求項16】 請求項1記載のデバイスにおいて、 さらに、試料ホルダを支持し得るよう構成されたステージを具備し、 前記試料ホルダは、複数の個別の試料位置を有していることを特徴とするデバ
イス。
16. The device of claim 1, further comprising a stage configured to support a sample holder, the sample holder having a plurality of individual sample positions. Device to do.
【請求項17】 光強度を観測するためのデバイスであって、 光を検出し得るように構成された検出器と; 該検出器に対して動作可能に接続されているとともに、サンプリング時間中に
前記検出器によって受領される全部の光に対応したアキュムレータ信号を生成し
得るよう構成された、アキュムレータであって、この場合、前記アキュムレータ
信号には、関連する所定しきい値が設けられているような、アキュムレータと; 該アキュムレータに関連して設けられ、光強度を計算するためのアナライザと
; を具備してなり、 前記アキュムレータ信号が前記サンプリング時間内に前記所定しきい値に到達
した場合には、前記アナライザは、少なくとも部分的には、前記アキュムレータ
信号が前記所定しきい値に到達した時点までの到達時間に基づいて光強度を計算
することを特徴とするデバイス。
17. A device for observing light intensity, said detector being configured to detect light; operably connected to said detector and during a sampling time. An accumulator configured to generate an accumulator signal corresponding to all the light received by the detector, wherein the accumulator signal is provided with an associated predetermined threshold value. An accumulator; an analyzer provided in association with the accumulator for calculating the light intensity; and, wherein the accumulator signal reaches the predetermined threshold value within the sampling time, , The analyzer is, at least in part, the arrival time until the accumulator signal reaches the predetermined threshold. Device characterized by calculating a light intensity Zui.
【請求項18】 請求項17記載のデバイスにおいて、 前記サンプリング時間内に前記所定しきい値に到達しなかった場合には、前記
アナライザは、少なくとも部分的には、前記アキュムレータ信号に基づいて光強
度を計算することを特徴とするデバイス。
18. The device of claim 17, wherein if the predetermined threshold is not reached within the sampling time, the analyzer is based, at least in part, on the light intensity based on the accumulator signal. A device characterized by calculating.
【請求項19】 光をサンプリングするためのデバイスであって、 光を受領する入力と受領光に対応した出力とを有する検出器と; 該検出器に対して接続されているとともに、前記検出器の出力の積分に相当し
た積分信号を生成し得るよう構成された、積分器と; 前記サンプリング時間の終了時に前記積分信号が所定値よりも小さい場合には
、前記積分信号と前記サンプリング時間の初期値とを使用して、前記サンプリン
グ時に前記検出器によって受領された光の量を計算し、また、前記サンプリング
時間内に前記積分信号が所定値に到達した場合には、前記所定値と該所定値に到
達するのに要した時間とを使用して、前記サンプリング時に前記検出器によって
受領された光の量を計算するよう構成された、プロセッサと; を具備していることを特徴とするデバイス。
19. A device for sampling light, said detector having an input for receiving light and an output corresponding to the received light; said detector being connected to said detector and said detector. An integrator configured to generate an integrated signal corresponding to integration of an output of the integrated signal; and, if the integrated signal is smaller than a predetermined value at the end of the sampling time, Value is used to calculate the amount of light received by the detector at the time of the sampling, and if the integrated signal reaches a predetermined value within the sampling time, the predetermined value and the predetermined value. A processor configured to calculate the amount of light received by the detector at the time of sampling using the time taken to reach the value; Device, wherein the door.
【請求項20】 請求項19記載のデバイスにおいて、 さらに、複数の個別の試料位置を有している試料ホルダを支持し得るよう構成
されたステージを具備し、 一連のサンプリング時間の各々においてつまり関連する各試料位置において、
前記検出器は、前記サンプリング時間内に当該試料位置から放出される光を受領
し、 前記積分信号がサンプリング時間内に所定量に到達したときには、次なる試料
位置への移動が引き起こされることを特徴とするデバイス。
20. The device of claim 19, further comprising a stage configured to support a sample holder having a plurality of individual sample locations, ie associated with each of a series of sampling times. At each sample position
The detector receives the light emitted from the sample position within the sampling time, and when the integrated signal reaches a predetermined amount within the sampling time, the movement to the next sample position is caused. And the device to be.
【請求項21】 サンプリング時間内に検出器によって受領した光量を決定
するためのシステムであって、 前記検出器は、受領した光の関数としての出力を生成するものである場合にお
いて、 前記検出器の前記出力に対して動作可能に接続されているとともに、前記サン
プリング時間内に受領した光量が第1所定量未満である場合には、前記サンプリ
ング時間内に前記検出器によって受領された光量に比例するような第1積分信号
を、前記サンプリング時間中に生成し得るよう構成された、第1積分デバイスと
; 前記検出器の前記出力に対して動作可能に接続されているとともに、前記サン
プリング時間内に受領した光量が、前記第1所定量の少なくとも数倍の大きさと
された第2所定量未満である場合には、前記サンプリング時間内に前記検出器に
よって受領された光量に比例するような第2積分信号を、前記サンプリング時間
中に生成し得るよう構成された、第2積分デバイスと; 前記第1積分デバイスおよび前記第2積分デバイスに対して接続されていると
ともに、前記検出器が受領した光量の決定に際して、前記積分信号として表現さ
れている前記サンプリング時間内に受領した光量に応じて、前記両積分信号のう
ちの一方を自動的に選択し得るよう構成された、範囲選択システムと; を具備していることを特徴とするシステム。
21. A system for determining the amount of light received by a detector within a sampling time, wherein the detector produces an output as a function of received light. Is operably connected to the output of and is proportional to the amount of light received by the detector within the sampling time if the amount of light received during the sampling time is less than a first predetermined amount. A first integration device configured to generate a first integration signal during the sampling time; and operatively connected to the output of the detector and within the sampling time. If the amount of light received by is less than a second predetermined amount that is at least several times larger than the first predetermined amount, the A second integrating device configured to generate a second integrating signal during the sampling time that is proportional to the amount of light received by the detector; and for the first integrating device and the second integrating device. When the light amount received by the detector is determined, one of the two integrated signals is automatically determined according to the light amount received within the sampling time expressed as the integrated signal. A range selection system configured to be selectable;
【請求項22】 請求項21記載のシステムにおいて、 前記範囲選択システムは、少なくとも部分的には、前記サンプリング時間内に
おける前記第1積分信号が前記第1所定量を超えているかどうかに応じて、前記
両積分信号からの選択を行うことを特徴とするシステム。
22. The system of claim 21, wherein the range selection system is, at least in part, dependent on whether the first integrated signal within the sampling time exceeds the first predetermined amount. A system for selecting from the two integrated signals.
【請求項23】 請求項21記載のシステムにおいて、 前記第1積分デバイスは、前記検出器によって受領されたフォトンに対応した
前記検出器の前記出力からのパルスを離散的にカウントすることを特徴とするシ
ステム。
23. The system of claim 21, wherein the first integrating device discretely counts pulses from the output of the detector that correspond to photons received by the detector. System to do.
【請求項24】 請求項21記載のシステムにおいて、 前記第1積分デバイスは、前記検出器の前記出力に対応したアナログ積分を行
うことによって前記第1積分信号を生成することを特徴とするシステム。
24. The system of claim 21, wherein the first integrating device produces the first integrated signal by performing analog integration corresponding to the output of the detector.
【請求項25】 請求項21記載のシステムにおいて、 さらに、前記検出器の前記出力に対して動作可能に接続されているとともに、
前記サンプリング時間内に受領した光量が、前記第2所定量の少なくとも数倍の
大きさとされた第3所定量未満である場合には、前記サンプリング時間内に前記
検出器によって受領された光量に比例するような第3積分信号を、前記サンプリ
ング時間中に生成し得るよう構成された、第3積分デバイスを具備していること
を特徴とするシステム。
25. The system of claim 21, further comprising operably connected to the output of the detector,
Proportional to the amount of light received by the detector during the sampling time if the amount of light received during the sampling time is less than a third predetermined amount that is at least several times greater than the second predetermined amount A system comprising a third integrating device configured to generate a third integrating signal as described above during the sampling time.
【請求項26】 請求項21記載のシステムにおいて、 さらに、前記第1積分デバイスに関連して設けられるとともに、前記第1積分
信号が第1しきい値に到達するのに要した時間を測定し得るよう構成されたタイ
マーを具備していることを特徴とするシステム。
26. The system of claim 21, further comprising: providing a time associated with the first integrating device to reach the first threshold of the first integrating signal. A system comprising a timer configured to obtain.
【請求項27】 光強度を観測するためのデバイスであって、 光を受領するための入力を有しかつ受領光に対応した出力を生成し得るよう構
成された検出器と; 該検出器に対して動作可能に接続されているとともに、サンプリング時間が予
選択可能な値よりも短い場合には、前記サンプリング時間中における前記検出器
からの出力の積分に相当する積分信号を前記サンプリング時間内に生成し得るよ
う構成された、積分器と; を具備してなり、 前記積分信号が前記サンプリング時間内に前記予選択可能な値に到達した場合
には、前記積分器は、しきい値と該しきい値に到達するまでに要した時間とを使
用して光強度を決定し、 前記積分信号が前記予選択可能時間内に前記しきい値に到達しなかった場合に
は、前記積分器は、前記積分信号と前記サンプリング時間の長さとを使用して光
強度を決定することを特徴とするデバイス。
27. A device for observing light intensity, the detector having an input for receiving light and configured to produce an output corresponding to the received light; If the sampling time is shorter than the preselectable value, the integrated signal corresponding to the integration of the output from the detector during the sampling time is set within the sampling time. An integrator configured to generate; when the integrated signal reaches the preselectable value within the sampling time, the integrator is configured to generate a threshold and The time taken to reach the threshold is used to determine the light intensity, and if the integrated signal does not reach the threshold within the preselectable time, the integrator , The integrated signal Device characterized by determining the light intensity by using the length of the serial sampling period.
【請求項28】 光を検出するためのデバイスであって、 光を検出し得るとともに検出光を代理する出力を生成し得るよう構成された検
出器と; 該検出器の前記出力に対応した信号に基づいて、前記検出光の合計量を計算し
得るよう構成された、アナログデータ収集デバイスと; 前記検出器の前記出力に対応した信号に基づいて、前記検出光の合計量を計算
し得るよう構成された、離散型データ収集デバイスと; 予選択可能な判断基準に基づいて、前記アナログデバイスと前記離散型デバイ
スとを選択し得るよう構成されたシステムコントローラと; を具備していることを特徴とするデバイス。
28. A device for detecting light, the detector being capable of detecting light and generating an output representative of the detected light; and a signal corresponding to the output of the detector. An analog data acquisition device configured to calculate a total amount of the detected light based on; and to calculate a total amount of the detected light based on a signal corresponding to the output of the detector A discrete data acquisition device configured; a system controller configured to select the analog device and the discrete device based on a preselectable criterion. And the device to be.
【請求項29】 請求項28記載のデバイスにおいて、 さらに、少なくとも2つの光源を具備しており、 前記判断基準が、光源種類によるものであることを特徴とするデバイス。29. The device of claim 28,   Furthermore, it has at least two light sources,   A device characterized in that the criterion is based on a light source type. 【請求項30】 請求項28記載のデバイスにおいて、 前記判断基準が、検出光の量によるものであることを特徴とするデバイス。30. The device of claim 28,   The device, wherein the criterion is based on the amount of detected light. 【請求項31】 請求項28記載のデバイスにおいて、 前記判断基準が、検出光の強度によるものであることを特徴とするデバイス。31. The device of claim 28,   A device characterized in that the criterion is based on the intensity of detected light. 【請求項32】 請求項31記載のデバイスにおいて、 前記アナログデバイスを使用することにより、前記光量が前記しきい値を超え
たかどうかを決定することを特徴とするデバイス。
32. The device of claim 31, wherein the analog device is used to determine if the amount of light exceeds the threshold value.
【請求項33】 請求項31記載のデバイスにおいて、 前記離散型デバイスを使用することにより、前記光量が前記しきい値を超えた
かどうかを決定することを特徴とするデバイス。
33. The device of claim 31, wherein the discrete device is used to determine if the amount of light exceeds the threshold value.
【請求項34】 請求項28記載のデバイスにおいて、 検出光の量がしきい値を超えている場合には、アナログプロセッサを使用して
光量を自動的に決定することを特徴とするデバイス。
34. The device according to claim 28, wherein when the amount of detected light exceeds a threshold value, an analog processor is used to automatically determine the amount of light.
【請求項35】 一連の複合体からの光を検出するためのデバイスであって
、 検査サイトに複合体を支持するためのステージと; 前記複合体の順次的な分析のために、前記複合体を順次移動させて前記検査サ
イトに見当合わせされた位置へと自動的に位置合わせする自動位置合わせデバイ
スと; 検出器と; 前記複合体からの光を前記検出器に向けて導くためのリレー構造であって、こ
れにより、前記検出器が前記複合体からの光を検出し該検出光を使用して該検出
光に対応した信号を生成する、ようにするためのリレー構造と; 生成された前記信号内の情報を使用することによって、前記複合体から伝達さ
れてきた光の量を定量分析するアナライザであって、該アナライザが実質的に連
続的な様式で光量の定量分析を行うアナログモードと、前記アナライザが前記検
出光の量子に対応したパルスをカウントすることによって光量の定量分析を行う
離散モードと、を選択可能とされたアナライザと; を具備していることを特徴とするデバイス。
35. A device for detecting light from a series of complexes, comprising a stage for supporting the complexes at a test site; said complex for sequential analysis of said complex. An automatic alignment device for automatically aligning the light beams from the complex to a position registered at the inspection site; a detector; and a relay structure for guiding light from the complex toward the detector. A relay structure for causing the detector to detect light from the complex and use the detected light to generate a signal corresponding to the detected light; An analyzer for quantitatively analyzing the amount of light transmitted from the complex by using the information in the signal, wherein the analyzer performs a quantitative analysis of the amount of light in a substantially continuous manner. When Device characterized in that it comprises a; the analyzer and discrete mode for quantitative analysis of the amount of light by counting the pulses corresponding to the quantum of the detection light, and a is a selectable analyzer.
【請求項36】 請求項35記載のデバイスにおいて、 前記ステージは、マイクロプレートを支持し得るよう構成されており、 前記複合体は、前記マイクロプレート内に形成された井戸内に保持されること
を特徴とするデバイス。
36. The device of claim 35, wherein the stage is configured to support a microplate, the complex being retained in a well formed in the microplate. Characterized device.
【請求項37】 請求項35記載のデバイスにおいて、 前記複合体は、バイオチップ上の連続的なサイトに配置されることを特徴とす
るデバイス。
37. The device of claim 35, wherein the complex is located at successive sites on a biochip.
【請求項38】 請求項35記載のデバイスにおいて、 前記複合体は、ゲルに沿った連続的な位置に保持されることを特徴とするデバ
イス。
38. The device of claim 35, wherein the composite is held in continuous position along the gel.
【請求項39】 光を測定するための方法であって、 サンプリング時間中に検出器に対して入射するフォトンを検出し; 前記サンプリング時間中に検出される累積フォトン数を代理するデータを収集
し; 前記サンプリング時間中に検出された前記累積フォトン数の所定しきい値への
到達と、前記サンプリング時間として所定時間の経過と、のいずれかが起こった
時点で前記サンプリング時間を終了させる; ことを特徴とする方法。
39. A method for measuring light, the method comprising: detecting photons incident on a detector during a sampling time; collecting data representative of the cumulative number of photons detected during the sampling time. Terminating the sampling time at the time when any one of the reaching of a predetermined threshold value of the cumulative number of photons detected during the sampling time and the lapse of a predetermined time as the sampling time occurs; How to characterize.
【請求項40】 光源の強度を測定するための方法であって、 前記光源から検出器上に入射するフォトンを検出し; 前記サンプリング時間中に前記検出器上に入射する累積フォトン数が第1範囲
値未満である場合には、前記累積フォトン数に比例した第1積分信号を生成し; 前記第1積分信号の生成と同時に、前記サンプリング時間中に前記検出器上に
入射する累積フォトン数が、前記第1範囲値よりも少なくとも1桁大きいような
第2範囲値未満である場合には、前記累積フォトン数に比例した第2積分信号を
生成し; 検出光の強度の計算に際して使用するために、前記サンプリング時間中に前記
検出器上に入射する累積フォトン数が前記第1範囲値を超えたかどうかに応じて
、前記両積分信号のうちのどちらかを選択し; 選択された積分信号を使用することによって、検出光の強度を計算する; ことを特徴とする方法。
40. A method for measuring the intensity of a light source, the method comprising: detecting photons incident on the detector from the light source; wherein a cumulative number of photons incident on the detector during the sampling time is a first. If it is less than the range value, a first integrated signal proportional to the cumulative number of photons is generated; at the same time as the generation of the first integrated signal, the cumulative number of photons incident on the detector during the sampling time is A second integral signal proportional to the cumulative number of photons when the second range value is smaller than the first range value by at least one digit; for use in calculating the intensity of the detected light And selecting one of the two integrated signals depending on whether the cumulative number of photons incident on the detector during the sampling time exceeds the first range value; By using the signals to calculate the intensity of the detected light; wherein the.
【請求項41】 請求項40記載の方法において、 さらに、前記第1および第2積分信号の生成と同時に、前記サンプリング時間
中に前記検出器上に入射する累積フォトン数が、前記第2範囲値よりも少なくと
も1桁大きいような第3範囲値未満である場合には、前記累積フォトン数に比例
した第3積分信号を生成することを特徴とする方法。
41. The method of claim 40, wherein the cumulative number of photons incident on the detector during the sampling time is the second range value at the same time as the generation of the first and second integrated signals. A third integrated signal proportional to the cumulative number of photons is generated when the third range value is smaller than the third range value by at least one digit.
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