JP2007024604A - Fluorescence measuring instrument and fluorescence measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光測定装置及び蛍光測定方法に関するものである。 The present invention relates to a fluorescence measuring apparatus and a fluorescence measuring method.
DNAチップ等のように、複数の試料から発生する蛍光を測定する蛍光測定装置として、例えば特許文献1に記載された光学的読み取り装置、あるいは特許文献2に記載された光測定装置などがある。特許文献1に記載された光学的読み取り装置では、複数の試料それぞれに対して、時間を異ならせて励起光を供給して蛍光を発生させ、1つの光検出装置で発生した蛍光を検出している。 As a fluorescence measuring device that measures fluorescence generated from a plurality of samples, such as a DNA chip, there is an optical reading device described in Patent Document 1, for example, or a light measuring device described in Patent Document 2. In the optical reading device described in Patent Literature 1, excitation light is supplied to each of a plurality of samples at different times to generate fluorescence, and fluorescence generated by one light detection device is detected. Yes.
特許文献2に記載された光測定装置では、測定する試料を移動させて励起光の供給領域を変えることによって、複数の試料全体に対して励起光を供給し、蛍光を測定している。
しかし、特許文献1に記載された光学的読み取り装置においては、試料ごとに複数回に分けて励起光を供給することによって複数の試料を測定しているため、試料の数が多くなるのに比例して、測定に長時間を要してしまう。 However, in the optical reading device described in Patent Document 1, since a plurality of samples are measured by supplying excitation light in a plurality of times for each sample, it is proportional to an increase in the number of samples. Therefore, it takes a long time to measure.
一方、特許文献2には、CCDカメラを用いて複数の試料から発生する蛍光を同時に測定する方法が記載されている。しかし、複数の試料から発生する蛍光をCCDを用いて同時に測定する場合、各試料ごとにCCDの画素群(または画素)を対応させて蛍光を測定する際に、近隣の異なる試料に対応すべき画素群(または画素)にも光が及び、近隣の異なる試料の測定に影響を及ぼしてしまうクロストークの問題が発生する。クロストークの問題は、CCDカメラを用いた場合のみならず、他の光検出器、例えば光電子増倍管を用いた場合においても発生する。特許文献2では、クロストークを抑制することについて、検討がなされていない。 On the other hand, Patent Document 2 describes a method of simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples using a CCD camera. However, when simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples using a CCD, when measuring the fluorescence by associating a CCD pixel group (or pixel) with each sample, it should correspond to different neighboring samples. The pixel group (or pixel) is also exposed to light, and the problem of crosstalk that affects the measurement of different neighboring samples occurs. The problem of crosstalk occurs not only when a CCD camera is used, but also when other photodetectors such as photomultiplier tubes are used. Patent Document 2 does not discuss the suppression of crosstalk.
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定するに際し、クロストークの発生を抑制することができる蛍光測定装置及び蛍光測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a fluorescence measuring apparatus and a fluorescence measuring method capable of suppressing the occurrence of crosstalk when simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples. The purpose is to do.
このような目的を達成するために、本発明による蛍光測定装置は、励起光源を有し、励起光源から出力される励起光を複数の試料それぞれに対して供給する励起光供給手段と、複数の試料から放出される蛍光を検出する光検出手段と、複数の試料それぞれから放出され、光検出手段で検出された蛍光の光量が、所定の蛍光閾値を超えているか否か弁別する弁別手段と、弁別手段で光量が蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光の光量を、当該蛍光を放出した試料に供給された励起光の光量に基づき算出するための処理を行う演算手段と、弁別手段において光量が蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光を放出した試料への励起光の供給を中止するとともに、弁別手段において光量が蛍光閾値を超えていないと弁別された蛍光を放出した試料に供給する前記励起光の光量を増大する励起光制御手段と、を備えていることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a fluorescence measuring apparatus according to the present invention includes an excitation light source, excitation light supply means for supplying excitation light output from the excitation light source to each of a plurality of samples, and a plurality of A light detection means for detecting fluorescence emitted from the sample, and a discrimination means for discriminating whether or not the amount of fluorescence emitted from each of the plurality of samples and detected by the light detection means exceeds a predetermined fluorescence threshold value; In the discriminating means, the calculating means for performing processing for calculating the light quantity of the fluorescence discriminated as having exceeded the fluorescence threshold by the discrimination means based on the light quantity of the excitation light supplied to the sample that has emitted the fluorescence Discontinue the supply of excitation light to the sample that has emitted the fluorescence that has been discriminated if the light quantity exceeds the fluorescence threshold, and the sample that has emitted the fluorescence that has been discriminated if the light quantity does not exceed the fluorescence threshold by the discrimination means It characterized in that it and a pumping light controlling means for increasing the amount of the excitation light to be fed.
この蛍光測定装置では、複数の試料それぞれに対して励起光を供給し、各試料から放出された蛍光の光量(以下、単に蛍光量という)を、複数の試料それぞれに供給した励起光の光量(以下、単に励起光量という)に基づいて算出している。したがって、複数の試料から放出された蛍光を同時に測定することができ、測定に要する時間を短縮することが可能となる。なお、ここでいう光量とは、光のエネルギー量をいう。また、この蛍光測定装置は、弁別手段において蛍光量が所定の蛍光閾値を超えているか否かの弁別を行い、蛍光閾値を超えているものについてのみ、演算手段で励起光量に基づき蛍光量を算出している。また、蛍光量が蛍光閾値を超えている試料に対しては励起光の供給が中止され、蛍光量が蛍光閾値を超えていない試料に対してのみ、継続して蛍光量が測定されることとなる。したがって、隣り合っている試料から発生する蛍光の光量の差が大きい場合であっても、クロストークの発生を抑制することが可能となる。このように、この蛍光測定装置は、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定するに際し、クロストークの発生を抑制することが可能である。また、蛍光量が蛍光閾値を超えていない試料に対しては、供給される励起光の光量を増大している。そのため、微弱な蛍光量も、クロストークの影響を抑制しつつ測定することが可能である。また、こうして微弱な蛍光までクロストークの影響を抑制しつつ測定できることから、装置が測定できる感度幅(ダイナミックレンジ)を大きくすることが可能となる。 In this fluorescence measurement apparatus, excitation light is supplied to each of a plurality of samples, and the amount of fluorescence emitted from each sample (hereinafter simply referred to as fluorescence amount) is changed to the amount of excitation light supplied to each of the plurality of samples ( Hereinafter, the calculation is simply based on the excitation light amount. Therefore, fluorescence emitted from a plurality of samples can be measured at the same time, and the time required for measurement can be shortened. In addition, the light quantity here means the amount of energy of light. In addition, this fluorescence measuring device discriminates whether or not the fluorescence amount exceeds a predetermined fluorescence threshold value in the discrimination means, and calculates the fluorescence amount based on the excitation light amount only for those exceeding the fluorescence threshold value by the calculation means. is doing. In addition, the supply of excitation light is stopped for samples whose fluorescence amount exceeds the fluorescence threshold, and the fluorescence amount is continuously measured only for samples whose fluorescence amount does not exceed the fluorescence threshold. Become. Therefore, even when there is a large difference in the amount of fluorescent light generated from adjacent samples, it is possible to suppress the occurrence of crosstalk. Thus, this fluorescence measuring apparatus can suppress the occurrence of crosstalk when simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples. For the sample whose fluorescence amount does not exceed the fluorescence threshold, the amount of excitation light supplied is increased. Therefore, it is possible to measure a weak fluorescence amount while suppressing the influence of crosstalk. In addition, since it is possible to measure even weak fluorescence while suppressing the influence of crosstalk, the sensitivity range (dynamic range) that can be measured by the apparatus can be increased.
励起光制御手段は、例えば、励起光源に供給する電力を変化させることによって、励起光の光量を増大してもよい。また、例えば、励起光源は複数であって、少なくとも複数の試料と1対1に対応しており、励起光制御手段は、励起光源に供給する電力を変化させ、励起光源からの励起光の出力を中止することによって、励起光の供給を中止してもよい。 The excitation light control means may increase the amount of excitation light, for example, by changing the power supplied to the excitation light source. In addition, for example, there are a plurality of excitation light sources, which correspond to at least a plurality of samples on a one-to-one basis, and the excitation light control means changes the power supplied to the excitation light source and outputs the excitation light from the excitation light source. The supply of excitation light may be stopped by canceling.
あるいは、例えば、励起光源から出力される励起光に対して変調を与える光変調手段をさらに有し、光変調手段において励起光の強度を変調することにより、励起光の光量を増大してもよい。また、例えば、励起光源から出力される励起光に対して変調を与える光変調手段をさらに有し、光変調手段において励起光の強度を変調することにより、複数の試料への励起光の供給を中止してもよい。 Alternatively, for example, a light modulation unit that modulates the excitation light output from the excitation light source may further be provided, and the light intensity of the excitation light may be increased by modulating the intensity of the excitation light in the light modulation unit. . In addition, for example, it further includes a light modulation unit that modulates the excitation light output from the excitation light source, and the excitation light is supplied to a plurality of samples by modulating the intensity of the excitation light in the light modulation unit. You may cancel.
例えば、複数の試料は2次元に配列されていてもよい。この場合であっても、複数の試料から放出される蛍光について、クロストークの発生を抑制しつつ、同時に測定することができる。 For example, the plurality of samples may be arranged two-dimensionally. Even in this case, fluorescence emitted from a plurality of samples can be measured simultaneously while suppressing the occurrence of crosstalk.
励起光源は、半導体発光素子であることが好ましい。半導体発光素子を適用することによって、励起光量の制御が容易となり、加えて装置の小型化、さらには消費電力の低減が可能となる。 The excitation light source is preferably a semiconductor light emitting element. By applying the semiconductor light emitting element, the amount of excitation light can be easily controlled, and in addition, the apparatus can be downsized and the power consumption can be reduced.
励起光供給手段は、励起光を励起光源から複数の試料それぞれへと導く導光部をさらに有することが好ましい。この場合、複数の試料それぞれに励起光を容易に供給できる。 The excitation light supply means preferably further includes a light guide that guides the excitation light from the excitation light source to each of the plurality of samples. In this case, excitation light can be easily supplied to each of the plurality of samples.
光検出手段は、固体撮像素子であることが好ましい。この場合、多数の試料から発生する蛍光を同時に測定することが可能である。 The light detection means is preferably a solid-state image sensor. In this case, it is possible to simultaneously measure fluorescence generated from a large number of samples.
演算手段は、弁別手段で光量が蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光の光量を、当該蛍光を放出した試料に供給された励起光の光量で割ることで、蛍光の光量を算出してもよい。励起光の供給量を変化させたとしても、複数の試料から発生する蛍光について測定することが容易にできる。 The calculation means calculates the amount of fluorescence by dividing the amount of fluorescence discriminated as having exceeded the fluorescence threshold by the discrimination means by the amount of excitation light supplied to the sample that has emitted the fluorescence. Also good. Even if the supply amount of excitation light is changed, it is possible to easily measure the fluorescence generated from a plurality of samples.
また、本発明による蛍光測定方法は、励起光源から出力される励起光を複数の試料それぞれに対して供給する励起光供給ステップと、複数の試料から放出される蛍光を検出する光検出ステップと、複数の試料それぞれから放出され、光検出ステップで検出された蛍光の光量が、所定の蛍光閾値を超えているか否か弁別する弁別ステップと、弁別手段で光量が蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光の光量を、当該蛍光を放出した試料に供給された励起光の光量に基づき算出するための処理を行う演算ステップと、弁別ステップにおいて光量が蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光を放出した試料への励起光の供給を中止する供給中止ステップと、弁別ステップにおいて光量が蛍光閾値を超えていないと弁別された蛍光を放出した試料に供給する励起光の光量を増大する励起光量増大ステップと、を備えることを特徴とする。 The fluorescence measurement method according to the present invention includes an excitation light supply step for supplying excitation light output from an excitation light source to each of a plurality of samples, a light detection step for detecting fluorescence emitted from the plurality of samples, A discrimination step for discriminating whether or not the amount of fluorescence emitted from each of the plurality of samples and detected in the light detection step exceeds a predetermined fluorescence threshold, and discriminating if the amount of light exceeds the fluorescence threshold by the discrimination means And calculating the amount of fluorescent light based on the amount of excitation light supplied to the sample that has emitted the fluorescent light, and the fluorescence discriminated as having exceeded the fluorescence threshold in the discrimination step. Supply to the sample that emitted the fluorescence that was discriminated if the light intensity did not exceed the fluorescence threshold in the supply stop step and the discrimination step to stop supplying the excitation light to the released sample An excitation light amount increasing step of increasing the amount of excitation light that, characterized in that it comprises a.
この蛍光測定方法では、複数の試料それぞれに対して励起光を供給し、各試料から放出された蛍光の光量を、複数の試料それぞれに供給した励起光の光量に基づいて算出している。したがって、複数の試料から放出された蛍光を同時に測定することができ、測定に要する時間を短縮することが可能となる。また、この蛍光測定方法は、弁別ステップにおいて蛍光量が蛍光閾値を超えているか否かの弁別を行い、蛍光閾値を超えているものについてのみ、演算ステップで蛍光量を算出している。また、蛍光量が蛍光閾値を超えている試料に対しては励起光の供給が中止され、蛍光量が蛍光閾値を超えていない試料に対してのみ、継続して蛍光量が測定されることとなる。したがって、隣り合っている試料から発生する蛍光の光量の差が大きい場合であっても、クロストークの発生を抑制することが可能となる。このように、この蛍光測定方法は、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定するに際し、クロストークの発生を抑制することが可能である。また、蛍光量が蛍光閾値を超えていない試料に対しては、供給する励起光の光量を増大している。そのため、微弱な蛍光量も、クロストークの影響を抑制しつつ測定することが可能である。また、こうして微弱な蛍光までクロストークの影響を抑制しつつ測定できることから、この測定方法によって測定できる感度幅(ダイナミックレンジ)を大きくすることが可能となる。なお、各ステップの順番は適宜入れ替えてもよい。 In this fluorescence measurement method, excitation light is supplied to each of a plurality of samples, and the amount of fluorescence emitted from each sample is calculated based on the amount of excitation light supplied to each of the plurality of samples. Therefore, fluorescence emitted from a plurality of samples can be measured at the same time, and the time required for measurement can be shortened. Further, in this fluorescence measurement method, it is discriminated whether or not the fluorescence amount exceeds the fluorescence threshold value in the discrimination step, and only the fluorescence amount exceeding the fluorescence threshold value is calculated in the calculation step. In addition, the supply of excitation light is stopped for samples whose fluorescence amount exceeds the fluorescence threshold, and the fluorescence amount is continuously measured only for samples whose fluorescence amount does not exceed the fluorescence threshold. Become. Therefore, even when there is a large difference in the amount of fluorescent light generated from adjacent samples, it is possible to suppress the occurrence of crosstalk. Thus, this fluorescence measurement method can suppress the occurrence of crosstalk when simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples. In addition, the amount of excitation light to be supplied is increased for samples whose fluorescence amount does not exceed the fluorescence threshold. Therefore, it is possible to measure a weak fluorescence amount while suppressing the influence of crosstalk. In addition, since it is possible to perform measurement while suppressing the influence of crosstalk up to weak fluorescence, the sensitivity range (dynamic range) that can be measured by this measurement method can be increased. Note that the order of each step may be changed as appropriate.
本発明によれば、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定するに際し、クロストークの発生を抑制することができる蛍光測定装置及び蛍光測定方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fluorescence measuring apparatus and a fluorescence measuring method capable of suppressing the occurrence of crosstalk when simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples.
以下、図面とともに、本発明による蛍光測定装置及び蛍光測定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。 Hereinafter, preferred embodiments of a fluorescence measuring apparatus and a fluorescence measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る蛍光測定装置について概略的に示す構成図である。本実施形態による蛍光測定装置1は、図1に示すように、励起光を複数の試料それぞれに対して供給する励起光供給部10と、複数の試料から放出される蛍光を検出する光検出部20と、複数の試料に供給する励起光を制御するタイミング制御器32と、蛍光の光量が蛍光閾値を超えているか否か弁別する弁別部40と、蛍光量を算出するための処理を行う演算部50とを備えている。ここで、光量とは、光のエネルギー量をいう。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a fluorescence measuring apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fluorescence measuring apparatus 1 according to the present embodiment includes an excitation
本実施形態における励起光供給部10は、複数の半導体発光素子(LED)11と、LEDパワーコントローラ12と、光ファイバ13とを含んでいる。図2に、蛍光測定装置1によって蛍光が測定される複数の試料S1と、半導体発光素子11と、光ファイバ13との関係を示す。複数の試料S1は、測定のためプレートP1上に配置されている。プレートP1はマイクロタイタプレートであり、プレートP1の一方の主面上には、複数のウェルが2次元アレイ状に形成されている。複数の試料S1はそれぞれ、プレートP1上の各ウェル内に収納されている。なお、ウェルの数は試料S1と同数もしくは多くてもよいが、本実施形態においてはウェルの数は試料S1の数と同数とする。
The excitation
複数の半導体発光素子11は、複数の試料S1それぞれに励起光を供給する励起光源として機能する。また、各半導体発光素子11が複数の試料S1それぞれと1対1に対応するよう、複数の半導体発光素子11はプレートP1に形成された複数のウェルと同じように2次元アレイ状に配置されている。なお、半導体発光素子11の数は試料S1と少なくとも1対1に対応していればよく、試料S1の数と同じあるいはそれより多くてもよい。
The plurality of semiconductor
LEDパワーコントローラ12は、後述のタイミング制御器32からの指示に基づき、複数の半導体発光素子11のそれぞれに供給する電力を、各個に独立して制御することが可能となっている。LEDパワーコントローラ12において、半導体発光素子11に供給する電力が変化させられると、励起光の光量が変えられる。
The
光ファイバ13は、複数であり、複数の試料S1(ウェル)と同数である。各光ファイバ13は、図2に示すように、励起光を各半導体発光素子11から各試料S1へと導く導光部として機能する。光ファイバ13を通じて励起光が供給されることによって、各試料S1は蛍光を放出する。
There are a plurality of
再び図1に戻って、蛍光測定装置1の説明を続ける。光検出部20は、複数の試料S1から放出された蛍光を検出する。本実施形態における光検出部20は、CCDカメラ21と、カメラコントローラ22と、A/D変換器23とを含んでいる。CCDカメラ21の受光面には、複数の試料S1から放出された蛍光による蛍光像が形成される。蛍光像は、CCDカメラ21において電気信号に変換され、蛍光が検出される。ここで、複数の試料S1は2次元アレイ状に配置されているため、蛍光像は2次元画像として検出される。
Returning to FIG. 1 again, the description of the fluorescence measuring apparatus 1 will be continued. The
CCDカメラ21とカメラコントローラ22は、信号線で接続されている。カメラコントローラ22は、CCDカメラ21の動作を制御する。
The
CCDカメラ21で得られた電気信号は、A/D変換器23に送られる。A/D変換器23は、アナログ信号である電気信号に対してA/D変換を行い、デジタル信号であるビデオ信号を生成する。A/D変換器23は、光検出部20で検出された蛍光の光量を示すビデオ信号をビデオ信号レベル検出器31へ出力する。
The electrical signal obtained by the
ビデオ信号レベル検出器31において、ビデオ信号閾値TL1が設定されている。ビデオ信号レベル検出器31は、ビデオ信号のレベルがビデオ信号閾値TL1を超えている場合、タイミング制御器32に対して信号を送る。
In the video
タイミング制御器32は、ビデオ信号レベル検出器31からの信号を受けて、LEDパワーコントローラ12に対し半導体発光素子11に供給する電力についての指示信号(例えば、供給電力を一定にする指示信号など)を送る。タイミング制御器32は、後述するように励起光制御手段として機能するとともに、本実施形態においては、蛍光測定装置1を構成する各部からの出力を入力とし、入力値に応じて他の部へ指示信号を出力するような制御手段としても機能する。
The
本実施形態における弁別部40は、画像処理器41と、ドットエリア加算器42と、蛍光量弁別器43とを含んでいる。画像処理器41は、ビデオ信号レベル検出器31から出力されるビデオ信号を入力として取り込み、蓄積するフレームメモリを含む。画像処理器41のフレームメモリでは、蓄積されたビデオ信号を画像データとして記憶している。画像処理器41は、フレームメモリにおいて記憶されている画像データを、ドットエリア加算器42に出力する。また、画像処理器41は、ビデオ信号レベル検出器31からのビデオ信号の取り込みが終わると、タイミング制御器32に対し取り込み終了信号を送る。
The discriminating
ドットエリア加算器42は、画像処理器41のフレームメモリにおいて記憶されている画像データを入力とする。ドットエリア加算器42は、取り込み終了信号を受けたタイミング制御器32からの指示信号を受け、画像データから、各ドットエリア内の画素データを加算したドットエリア加算値を求める。ここで、ドットエリアとは、各試料S1を含む、プレートP1に形成されたウェル部分に相当する画像データ上のエリアをいう。ドットエリア加算値とは、各ドットエリア内にある全ての画素データを加算した値をいう。したがって、ドットエリア加算値とは、このドットエリア加算値が求められたドットエリアに対応するプレートP1のウェル部分に収納された試料S1から放出された蛍光の光量に相当する。
The
ドットエリア加算器42は、こうして得られた各ドットエリア加算値を、2次元アレイ状に配列された半導体発光素子11のアドレスと対応させて、蛍光量弁別器43に出力する。ここで、半導体発光素子11のアドレスとは、2次元アレイ状に配置された半導体発光素子11の位置を、例えば列数及び行数で指し示して特定するポインタである。また、ドットエリア加算値と対応する半導体発光素子11のアドレスとは、このドットエリア加算値を求めたドットエリアに対応する試料S1に、励起光を供給している半導体発光素子11のアドレスをいう。
The
蛍光量弁別器43は、ドットメモリを含んでいる。蛍光量弁別器43は、半導体発光素子11のアドレスと対応をとりつつ、ドットエリア加算器42から出力されたドットエリア加算値をドットメモリに記憶する。
The
また、蛍光量弁別器43において、蛍光閾値TL2が設定されている。蛍光量弁別器43は、タイミング制御器32からの指示信号を受け、ドットメモリに記憶されている各ドットエリア加算値が蛍光閾値TL2を超えているか否か弁別する。蛍光量弁別器43は、蛍光閾値TL2を超えるドットエリア加算値を、このドットエリア加算値に対応する半導体発光素子11のアドレスとともに、演算部50に出力する。
In the
本実施形態における演算部50は、割り算器51と、光検出モニタ52と、A/D変換器53とを含む。光検出モニタ52は、光ファイバ13Aと結合された1つの半導体発光素子11から出力される励起光を、光ファイバ13Aを通じて検出することにより、半導体発光素子11から試料S1に供給される励起光を検出する。光検出モニタ52は、例えば光電子倍増管などである。光検出モニタ52は、検出した励起光に応じた電気信号をA/D変換器53に出力する。A/D変換器53は、アナログ信号である電気信号を、デジタル信号である励起光量データに変換し、割り算器51に出力する。
The
割り算器51は、タイミング制御器32からの指示信号を受け、蛍光量弁別器43でドットエリア加算値が蛍光閾値TL2を超えていると弁別された蛍光の光量を、当該蛍光を放出した試料S1に供給された励起光の光量に基づき算出する。そのためにまず、割り算器51は、蛍光量弁別器43から出力されるドットエリア加算値及び半導体発光素子11のアドレスと、A/D変換器53から出力される励起光量データとを入力とする。割り算器51は、ドットエリア加算値を試料S1に供給された励起光の光量である励起光量データで割ることによって、励起光の光量に基づいて算出された蛍光の光量である補正蛍光量を算出する。割り算器51は、算出された補正蛍光量と、各補正蛍光量に対応する半導体発光素子11のアドレスとを、記憶装置60に出力する。ここで、補正蛍光量に対応する半導体発光素子11のアドレスとは、この補正蛍光量を求める際に用いられたドットエリア加算値に対応する半導体発光素子11のアドレスをいう。
The
記憶装置60は、割り算器51からの出力である補正蛍光量と、各補正蛍光量に対応する各半導体発光素子11のアドレスとを入力とする。記憶装置60はメモリを含み、このメモリに補正蛍光量を半導体発光素子11のアドレスと対応させて記憶する。
The
割り算器51から出力される補正蛍光量をすべてメモリに記憶した後、記憶装置60は、補正蛍光量と対応させて記憶した半導体発光素子11のアドレス、及び終了信号をタイミング制御器32に対して出力する。
After all of the corrected fluorescence amount output from the
これを受けてタイミング制御器32は、記憶装置60から出力されたアドレスに対応する半導体発光素子11への電力の供給を中止するよう、LEDパワーコントローラ12に対して指示信号を出力する。すなわち、タイミング制御器32は、弁別部40において光量が蛍光閾値TL2を超えていると判断された蛍光を放出した試料S1への励起光の供給を中止する指示信号を、LEDパワーコントローラ12に対して出力する。この指示信号を受けて、LEDパワーコントローラ12は、該当する試料S1に励起光を供給している半導体発光素子11に供給する電力を変化させて、励起光の出力を中止する。
In response to this, the
タイミング制御器32はさらに、記憶装置60から出力されたアドレスとは異なるアドレスの半導体発光素子11への電力の供給を増大するよう、LEDパワーコントローラ12に対して指示信号を出力する。すなわち、タイミング制御器32は、弁別部40において光量が蛍光閾値TL2を超えていないと判断された蛍光を放出した試料S1に供給する励起光の光量を増大させる指示信号を、LEDパワーコントローラ12に対して出力する。この指示信号を受けて、LEDパワーコントローラ12は、該当する試料S1に励起光を供給している半導体発光素子11に供給する電力を変化させ、励起光の光量を増大させる。このように、タイミング制御器32は、励起光制御手段として機能する。
The
次に、蛍光測定装置1を用いた蛍光測定方法について説明する。まず最初に、ビデオ信号レベル検出器31においてビデオ信号閾値TL1が、蛍光量弁別器43において蛍光閾値TL2が、それぞれ設定される。ビデオ信号閾値TL1は、蛍光を捉えたビデオ信号が、光検出部20において飽和レベルを超えないようにするために設定される閾値である。そのため、ビデオ信号閾値TL1は、最大ビデオ信号レベルの80〜90%の値に設定される。
Next, a fluorescence measurement method using the fluorescence measurement device 1 will be described. First, the video signal threshold TL1 is set in the video
一方、蛍光閾値TL2は、ドットエリア加算値を複数個同時に取り込んでも、互いにクロストークが影響しない程度のドットエリア加算値だけを取り込むための閾値である。したがって、蛍光閾値TL2は、最大ドットエリア加算値の1/4〜1/8程度の低い値に設定される。 On the other hand, the fluorescence threshold value TL2 is a threshold value for capturing only dot area addition values that do not affect crosstalk even when a plurality of dot area addition values are simultaneously acquired. Therefore, the fluorescence threshold TL2 is set to a low value of about 1/4 to 1/8 of the maximum dot area addition value.
ビデオ信号閾値TL1及び蛍光閾値TL2の設定後、タイミング制御器32からの指示信号を受け、LEDパワーコントローラ12は半導体発光素子11に対し、供給量を増大させながら電力を供給し始める。これにより、半導体発光素子11から発せられる励起光が、光量を増大させながら複数の試料S1それぞれに対し供給されることとなる(励起光供給ステップ)。なお、この際、少なくとも各半導体発光素子11の光量の増大量が、より好ましくは各半導体発光素子11の光量がいずれも等しい状態を維持するように電力を供給するのが好ましい。また、半導体発光素子11は必ずしもその全てを点灯する必要はなく、試料S1に対応する領域のみ点灯しても良い。
After setting the video signal threshold value TL1 and the fluorescence threshold value TL2, in response to an instruction signal from the
試料S1は、供給された励起光で励起され、蛍光を放出する。放出された蛍光は、光検出部20のCCDカメラ21で検出される(光検出ステップ)。蛍光は、CCDカメラ21で蛍光像が撮像され、電気信号に変換されることで検出される。CCDカメラ21から出力された電気信号は、A/D変換器23でデジタル信号であるビデオ信号に変換される。
The sample S1 is excited by the supplied excitation light and emits fluorescence. The emitted fluorescence is detected by the
ビデオ信号は、ビデオ信号レベル検出器31に入力される。ビデオ信号レベル検出器31において、入力されたビデオ信号とビデオ信号閾値TL1とが比較される。ビデオ信号がビデオ信号閾値TL1を超えている場合、ビデオ信号レベル検出器31は、タイミング制御器32に対し信号を送る。この信号を受けて、タイミング制御器32は励起光の光量を一定にするため、LEDパワーコントローラ12に対し半導体発光素子11への供給電力の上昇を停止し、供給電力を一定にするよう指示信号を送る。
The video signal is input to the video
また、ビデオ信号がビデオ信号閾値TL1を超えている場合、ビデオ信号レベル検出器31は、タイミング制御器32に対し信号を送ると同時に、画像処理器41に対しビデオ信号を出力する。ビデオ信号レベル検出器31から出力されたビデオ信号が画像処理器41に取り込まれ、画像処理器41に含まれるフレームメモリに蓄積されることによって、画像データが生成される。
If the video signal exceeds the video signal threshold TL1, the video
ビデオ信号の蓄積が終了すると、取り込み終了信号が画像処理器41からタイミング制御器32に対して出力される。これを受けて、タイミング制御器32からドットエリア加算器42に対し、画像データを画像処理器41から入力し、画像データのドットエリア内の画素データを加算してドットエリア加算値を求め、半導体発光素子11のアドレスと対応させて蛍光量弁別器43に出力する、という指示信号が出力される。
When the accumulation of the video signal is completed, a capture end signal is output from the
この指示信号を受けて、ドットエリア加算器42において、画像データのドットエリア内にある全ての画素データが加算される。ドットエリア内の画素データを加算する方法について、図3及び図4を用いて、詳細に説明する。
In response to this instruction signal, the
図3(a)は光検出部20で検出された蛍光の光量の一部を試料の配置と対応させて示すグラフであり、図3(b)は画像処理器41によって生成された画像データの図である。図3(a)に示すように、試料S1ごとに発生する蛍光の光量が異なる。その結果、図3(b)に示すように、複数の試料S1それぞれを含む画像データのドットエリアDAでは、そこに含まれる信号量が異なり、蛍光の光量を表す濃淡が異なる。図3(b)では、蛍光の光量が大きいほど、ドットエリアを濃く表している。
FIG. 3A is a graph showing a part of the amount of fluorescence detected by the
図4は、拡大して表示した1つのドットエリアDAについて、このドットエリアDAを横切る水平ビデオラインVL1〜VL8上の輝度信号を表す図である。各ドットエリア内にある全ての画素データを加算した値であるドットエリア加算値は、ドットエリア加算器42において以下のようにして求められる。すなわち、1つのドットエリアDA内を横切る水平ビデオラインVL2〜VL7上の輝度信号のうち、ドットエリアDA内にある輝度信号をすべて加算することにより求められる。ドットエリア加算器42では、すべてのドットエリアDAについて、それぞれ蛍光の光量に相当するドットエリア加算値が求められる。なお、各ドットエリアは複数の試料S1それぞれと1対1で対応しているので、各ドットエリア加算値は各試料S1に励起光を供給する各半導体発光素子11と対応して求められる。したがって、各ドットエリア加算値は、対応する半導体発光素子11のアドレスを伴う。
FIG. 4 is a diagram showing luminance signals on the horizontal video lines VL1 to VL8 crossing the dot area DA for one dot area DA displayed in an enlarged manner. A dot area addition value, which is a value obtained by adding all the pixel data in each dot area, is obtained by the
再び図1に戻って、本実施形態に係る蛍光測定方法の説明を続ける。ドットエリア加算器42で求められたドットエリア加算値は、対応する半導体発光素子11のアドレスと関連づけて、蛍光量弁別器43に入力され、蛍光量弁別器43に含まれるドットメモリに記憶される。その後、蛍光量弁別器43において、各ドットエリア加算値と蛍光閾値TL2とが比較され、蛍光閾値TL2を超えているドットエリア加算値だけが割り算器51に出力される(弁別ステップ)。
Returning to FIG. 1 again, the description of the fluorescence measurement method according to the present embodiment will be continued. The dot area addition value obtained by the
割り算器51には、上記のドットエリア加算値の他、光検出モニタ52で検出された励起光の光量である励起光量データがA/D変換器53から入力される。タイミング制御器32からの指示信号を受け、割り算器51では、蛍光量弁別器43でドットエリア加算値が蛍光閾値TL2を超えていると弁別された蛍光の光量が、当該蛍光を放出した試料S1に供給された励起光の光量に基づき算出される(演算ステップ)。このように励起光の光量に基づいて算出される蛍光の光量である補正蛍光量は、具体的には、割り算器51においてドットエリア加算値を励起光量データで割ることにより求められる。
In addition to the dot area addition value described above, excitation light amount data that is the light amount of excitation light detected by the
こうして求められた補正蛍光量は、対応する半導体発光素子11のアドレスと関連づけて、記憶装置60に入力され、記憶装置60に含まれるメモリに記憶される。その後、終了信号とともに、蛍光閾値TL2を超えていると判断されたドットエリア加算値に対応する半導体発光素子11の全アドレスが、記憶装置60からタイミング制御器32へ出力される。
The corrected fluorescence amount thus obtained is input to the
タイミング制御器32は、弁別ステップにおいて蛍光閾値TL2を超えていると弁別されたドットエリア加算値に対応する半導体発光素子11から試料S1への励起光の供給を中止するよう、LEDパワーコントローラ12に対し指示信号を出力する。LEDパワーコントローラ12は、この指示信号を受け、該当する半導体発光素子11への電力の供給を中止する。これにより、弁別ステップにおいて光量が蛍光閾値TL2を超えていると弁別された蛍光を放出した試料S1への励起光の供給が中止される(供給中止ステップ)。
The
さらに、タイミング制御器32は、弁別ステップにおいて蛍光閾値TL2を超えていないと弁別されたドットエリア加算値に対応する半導体発光素子11から試料S1への励起光の供給を増大するよう、LEDパワーコントローラ12に対し指示信号を出力する。この指示信号を受け、LEDパワーコントローラ12は、光検出部20で検出される蛍光の光量を示すビデオ信号がビデオ信号閾値TL1を超えるまで半導体発光素子11への電力の供給を増大していく。こうして、弁別ステップにおいて光量が蛍光閾値TL2を超えていないと弁別された蛍光を放出した試料S1に供給する励起光の光量が増大される(励起光量増大ステップ)。
Furthermore, the
その後、上記の励起光供給ステップから励起光量増大ステップまでの一連のステップが、LEDパワーコントローラ12の出力が最大になるまで繰り返される。LEDパワーコントローラ12の出力が最大になった時点で、タイミング制御器32から蛍光量弁別器43に指示信号が送られる。この指示信号を受けて、蛍光量弁別器43に設定された蛍光閾値TL2の値は0に設定される。これにより、すべてのドットエリア加算値が割り算器51に入力され、蛍光閾値TL2以下の微弱な蛍光しか放出しないような試料S1に関しての測定が行われる。このようにして、すべての試料S1からの蛍光について補正蛍光量が求められる。このようにして求められた補正蛍光量はその後、記憶装置60に入力され、記憶装置60に含まれるメモリに記憶される。こうして、複数の試料S1から放出される蛍光の測定が終了する。なお、本実施形態における補正蛍光量は相対的な値であるので、予め実際の蛍光量と補正蛍光量とを対応させたテーブルと照らし合わせたり、実際の蛍光量に換算可能な式を求めておき、それを適用することによって実際の蛍光量を求めても良い。
Thereafter, a series of steps from the excitation light supply step to the excitation light amount increase step is repeated until the output of the
図5を参照して、励起光供給ステップから励起光量増大ステップまでの一連のステップを繰り返すことにより、複数の試料S1から放出される蛍光が測定されることについて説明する。図5は、蛍光閾値TL2を超えるドットエリア加算値(蛍光量)を示す試料に対する励起光の供給を中止し、蛍光閾値TL2を超えないドットエリア加算値(蛍光量)を示す試料に対する励起光の光量を増大して、継続してドットエリア加算値(蛍光量)を求める方法を模式的に説明するための図である。 With reference to FIG. 5, a description will be given of measuring fluorescence emitted from a plurality of samples S <b> 1 by repeating a series of steps from the excitation light supply step to the excitation light amount increase step. FIG. 5 shows that the excitation light supply to the sample showing the dot area addition value (fluorescence amount) exceeding the fluorescence threshold TL2 is stopped, and the excitation light for the sample showing the dot area addition value (fluorescence amount) not exceeding the fluorescence threshold TL2 It is a figure for demonstrating typically the method to increase a light quantity and to obtain | require a dot area addition value (fluorescence amount) continuously.
図5(a)は、12のドットエリアDA1〜DA12におけるドットエリア加算値を示す。一点鎖線は蛍光閾値TL2を表しており、ドットエリアDA1、DA3、DA4、DA6、DA8、DA10、DA12におけるドットエリア加算値が蛍光閾値TL2を超えている。 FIG. 5A shows dot area addition values in 12 dot areas DA1 to DA12. The alternate long and short dash line represents the fluorescence threshold value TL2, and the dot area addition value in the dot areas DA1, DA3, DA4, DA6, DA8, DA10, and DA12 exceeds the fluorescence threshold value TL2.
図5(b)は、蛍光閾値TL2を超えるドットエリア加算値を示していたドットエリアDA1、DA3、DA4、DA6、DA8、DA10、DA12に対応する試料S1への励起光の供給を中止したときのドットエリア加算値を示す。励起光の供給が中止された試料S1に対応するドットエリアにおけるドットエリア加算値は0を示す。 FIG. 5B shows the case where the supply of the excitation light to the sample S1 corresponding to the dot areas DA1, DA3, DA4, DA6, DA8, DA10, DA12, which has shown the dot area addition value exceeding the fluorescence threshold TL2, is stopped. Indicates the dot area addition value. The dot area addition value in the dot area corresponding to the sample S1 for which the supply of excitation light is stopped indicates 0.
図5(c)は、ドットエリアDA2、DA5、DA7、DA9、DA11に対応する試料S1に供給する励起光の光量を増大したときのドットエリア加算値を示す。一点鎖線は蛍光閾値TL2を表しており、ドットエリアDA2、DA5、DA9におけるドットエリア加算値が蛍光閾値TL2を超えている。 FIG. 5C shows dot area addition values when the amount of excitation light supplied to the sample S1 corresponding to the dot areas DA2, DA5, DA7, DA9, and DA11 is increased. The alternate long and short dash line represents the fluorescence threshold TL2, and the dot area addition value in the dot areas DA2, DA5, DA9 exceeds the fluorescence threshold TL2.
図5(d)は、蛍光閾値TL2を超えるドットエリア加算値を示していたドットエリアDA2、DA5、DA9に対応する試料S1への励起光の供給を中止したときのドットエリア加算値を示す。励起光の供給が中止された試料S1に対応するドットエリアにおけるドットエリア加算値は0を示す。 FIG. 5D shows dot area addition values when the supply of excitation light to the sample S1 corresponding to the dot areas DA2, DA5, and DA9, which has shown dot area addition values exceeding the fluorescence threshold TL2, is stopped. The dot area addition value in the dot area corresponding to the sample S1 for which the supply of excitation light is stopped indicates 0.
図5(e)は、ドットエリアDA7、DA11に対応する試料S1に供給する励起光の光量を増大したときのドットエリア加算値を示す。一点鎖線は蛍光閾値TL2を表しており、ドットエリアDA7、DA11におけるドットエリア加算値は蛍光閾値TL2を超えている。これにより、12つのドットエリアDA1〜DA12すべてのドットエリア加算値、すなわち蛍光の光量が求められる。 FIG. 5E shows dot area addition values when the amount of excitation light supplied to the sample S1 corresponding to the dot areas DA7 and DA11 is increased. The alternate long and short dash line represents the fluorescence threshold TL2, and the dot area addition value in the dot areas DA7 and DA11 exceeds the fluorescence threshold TL2. Thereby, the dot area addition value of all the 12 dot areas DA1 to DA12, that is, the amount of fluorescence is obtained.
次に、本実施形態に係る蛍光測定装置及び蛍光測定方法の効果について説明する。蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、複数の試料S1それぞれに対して励起光を供給し、各試料から放出された蛍光の光量を、複数の試料S1それぞれに供給した励起光の光量に基づいて各々算出している。したがって、複数の試料S1から放出された蛍光を同時に測定することができ、測定に要する時間を短縮することが可能となる。 Next, the effect of the fluorescence measuring apparatus and the fluorescence measuring method according to the present embodiment will be described. In the fluorescence measurement device 1 and the fluorescence measurement method according to the present embodiment, excitation light is supplied to each of the plurality of samples S1, and the amount of fluorescence emitted from each sample is supplied to each of the plurality of samples S1. Each is calculated based on the amount of light. Therefore, the fluorescence emitted from the plurality of samples S1 can be measured at the same time, and the time required for the measurement can be shortened.
また、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法は、弁別部40の蛍光量弁別器43において、ドットエリア加算値(蛍光量)が蛍光閾値TL2を超えているか否かの弁別を行い、蛍光閾値TL2を超えているものについてのみ、割り算器51で補正蛍光量を算出している。また、ドットエリア加算値(蛍光量)が蛍光閾値TL2を超えている試料S1に対する励起光の供給は中止され、ドットエリア加算値が蛍光閾値TL2を超えていない試料S1に対してのみ、継続して蛍光量が測定される。したがって、実際に小さい蛍光量を測定する際には、大きい蛍光量を示す試料への励起光の供給は中止されている。そのため、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、ある試料S1の蛍光が近接の別の試料S1のための測定領域に及んで影響を及ぼすクロストークの発生を抑制することができ、クロストークの影響の小さい蛍光量データを取得することが可能となる。
Further, in the fluorescence measurement device 1 and the fluorescence measurement method according to the present embodiment, the
特に、隣り合っている試料S1から発生する蛍光量の差が大きい場合(蛍光量において試料S1>試料S1‘とする)、クロストークの影響により、小さい蛍光量を示す試料S1‘の正確な測定がより難しくなる。何故なら、試料S1の蛍光が試料S1‘の検出領域にも及び、試料S1‘の本来の蛍光量に加算されてしまうことが起こり得るからである。しかし、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、小さい蛍光量の測定時には、大きい蛍光量を示す試料への励起光の供給は中止されているため、クロストークによる問題の発生は大幅に抑制される。 In particular, when the difference in the amount of fluorescence generated from the adjacent sample S1 is large (sample S1> sample S1 ′ in the fluorescence amount), accurate measurement of the sample S1 ′ showing a small fluorescence amount due to the influence of crosstalk. Becomes more difficult. This is because the fluorescence of the sample S1 may reach the detection region of the sample S1 ′ and be added to the original fluorescence amount of the sample S1 ′. However, in the fluorescence measurement device 1 and the fluorescence measurement method according to the present embodiment, when measuring a small amount of fluorescence, the supply of excitation light to a sample exhibiting a large amount of fluorescence is stopped. It is greatly suppressed.
このように、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法は、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定するに際し、クロストークの発生を抑制することが可能である。 As described above, the fluorescence measurement device 1 and the fluorescence measurement method according to the present embodiment can suppress the occurrence of crosstalk when simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples.
また、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、ドットエリア加算値(蛍光量)が蛍光閾値TL2を超えていない試料S1に供給する励起光の光量を増大して、再度ドットエリア加算値(蛍光量)を測定している。そのため、一律な光量で励起光を供給した場合には強い蛍光によって隠れてしまう微弱な蛍光しか放出できないような試料、あるいはその励起光量では蛍光が放出されないような試料についても、その蛍光量を、クロストークによる影響を抑えつつ測定することが可能となる。 Further, in the fluorescence measurement device 1 and the fluorescence measurement method according to the present embodiment, the dot area addition value (fluorescence amount) is increased by increasing the amount of excitation light supplied to the sample S1 that does not exceed the fluorescence threshold value TL2, and the dot area again. The added value (fluorescence amount) is measured. Therefore, when the excitation light is supplied with a uniform amount of light, even for a sample that can only emit weak fluorescence that is hidden by strong fluorescence, or for a sample that does not emit fluorescence with that excitation light amount, Measurement can be performed while suppressing the influence of crosstalk.
また、上記したように、微弱な蛍光までクロストークによる影響を抑えつつ測定できることから、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法によって測定できる感度幅(ダイナミックレンジ)は著しく大きくなる。特に、CCDカメラ21による蛍光の検出では、CCDの各ピクセルの容量が小さいため、ダイナミックレンジが小さくなってしまうのが一般的である。しかし、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、蛍光の検出にCCDカメラを用いても、相対的に微弱な蛍光については励起光の供給量を増大して測定を行っているため、ダイナミックレンジを大きくすることが可能である。
Moreover, as described above, even weak fluorescence can be measured while suppressing the influence of crosstalk, the sensitivity width (dynamic range) that can be measured by the fluorescence measurement device 1 and the fluorescence measurement method according to the present embodiment is significantly increased. In particular, in the detection of fluorescence by the
また、このように、蛍光測定装置1及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、冷却CCDなどを用いることなく、ダイナミックレンジを大きくできる。そのため、装置のコスト及び測定に必要なコストを低減することが可能である。 As described above, in the fluorescence measurement device 1 and the fluorescence measurement method according to this embodiment, the dynamic range can be increased without using a cooling CCD or the like. Therefore, it is possible to reduce the cost of the apparatus and the cost required for measurement.
励起光制御手段として機能するタイミング制御器32は、個々の半導体発光素子11に供給する電力を変化させることによって、励起光の供給量を増大させている。例えば、このようにして励起光の供給量を増大させることができる。
The
励起光源である半導体発光素子11は複数であって、複数の試料S1と1対1に対応している。また、励起光制御手段として機能するタイミング制御器32は、個々の半導体発光素子11からの励起光の出力を中止するようLEDパワーコントローラ12に対して指示信号を出し、これにより試料S1に対する励起光の供給が中止される。例えば、このようにして励起光の供給を中止することができる。
There are a plurality of semiconductor
また、複数の試料S1は2次元に配列されている。蛍光測定装置1では、このような場合でも、クロストークの発生を抑制しつつ、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定することができる。 Further, the plurality of samples S1 are two-dimensionally arranged. Even in such a case, the fluorescence measuring apparatus 1 can simultaneously measure fluorescence generated from a plurality of samples while suppressing the occurrence of crosstalk.
蛍光測定装置1では、励起光源として半導体発光素子11を用いている。そのため、励起光量の制御が容易となり、加えて装置の小型化、さらには消費電力の低減などが可能となる。
In the fluorescence measuring apparatus 1, a semiconductor
また、励起光供給部10は、励起光を半導体発光素子11から複数の試料S1へと導く導光部として機能する光ファイバ13を有する。そのため、複数の試料S1それぞれに対し、容易に励起光を供給することができる。
In addition, the excitation
光検出部20は、固体撮像素子であるCCDカメラ21を備える。したがって、蛍光測定装置1では、多数の試料から発生する蛍光を同時に測定することを容易に行える。
The
蛍光測定装置1では、蛍光閾値TL2を超えていると弁別されたドットエリア加算値(蛍光量)を、対応する試料S1に供給された励起光量データ(励起光の光量)で割ることにより、補正蛍光量を算出している。そのため、供給された励起光の光量が異なる試料の蛍光についても、励起光量で規格化された補正蛍光量によって、容易に比較、検討等することができる。 In the fluorescence measuring apparatus 1, correction is performed by dividing the dot area addition value (fluorescence amount) discriminated as exceeding the fluorescence threshold TL2 by the excitation light amount data (excitation light amount) supplied to the corresponding sample S1. The amount of fluorescence is calculated. Therefore, the fluorescence of samples with different amounts of supplied excitation light can be easily compared and examined by the corrected amount of fluorescence standardized with the amount of excitation light.
なお、個々の半導体発光素子11の発光効率、及び光量を増大させるときの増大度合いをより正確にそろえるため、初期補正処理及び中間補正処理を行ってもよい。
In addition, in order to align the luminous efficiency of each semiconductor
初期補正の一例として、取得した蛍光データの処理による補正がある。例えば、プレートP1に形成されたウェルすべてに標準の試料を入れ、全試料から発生した蛍光について、ドットエリア加算器42でドットエリア加算値を求め、これを校正値とする。これにより、すべてのドットエリアに対して校正値を有することになり、この校正値をもとに補正を行うことができる。
As an example of initial correction, there is correction by processing of acquired fluorescence data. For example, a standard sample is placed in all the wells formed on the plate P1, and the
初期補正の他の例として、励起光源の光量による補正がある。例えば、プレートP1に形成されたウェルすべてに標準の試料を入れ、すべての試料から発生した蛍光について、ドットエリア加算器42でドットエリア加算値を求める。タイミング制御器32は、これらのドットエリア加算値がすべて同じ値となるような大きさの電力を半導体発光素子11に供給するようLEDパワーコントローラ12に指示を出す。この指示を受け、半導体発光素子11に供給される電力が調整される。
As another example of the initial correction, there is correction based on the light amount of the excitation light source. For example, a standard sample is put in all the wells formed on the plate P1, and the
また、中間補正の一例として、例えば、複数の半導体発光素子11のうちの1つの半導体発光素子11から発せられた励起光を、光検出モニタ52で検出、測定する。そして、その値を、他の半導体発光素子11から発せられる励起光と同じであるとして、校正値として用いることにより、補正が行われる。本実施形態に係る蛍光測定装置では、この中間補正の手法を採用している。
As an example of the intermediate correction, for example, excitation light emitted from one of the plurality of semiconductor
また、中間補正を行わなくても、初期補正を行った上で、半導体発光素子11から試料S1に供給される励起光の光量を、供給電力によってではなく、パルス光発振のON/OFF比で変化させることにより対応してもよい。この場合、半導体発光素子11すべてが同じ光量変化をするため、中間補正を行うのと同じ効果が得られる。
Further, without performing intermediate correction, after performing initial correction, the amount of excitation light supplied from the semiconductor
(第2実施形態)
図6及び図7を参照して、第2実施形態に係る蛍光測定装置の構成について説明する。第2実施形態に係る蛍光測定装置は、励起光源に供給する電力の供給を中止することによって励起光の供給を中止するのではなく、光変調部で励起光の強度を変調することによって励起光の供給を中止する点で、第1実施形態に係る蛍光測定装置と相違する。
(Second Embodiment)
With reference to FIG.6 and FIG.7, the structure of the fluorescence measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. The fluorescence measurement apparatus according to the second embodiment does not stop the supply of excitation light by stopping the supply of power supplied to the excitation light source, but instead modulates the excitation light by modulating the intensity of the excitation light by the light modulation unit. Is different from the fluorescence measuring apparatus according to the first embodiment in that the supply of the light is stopped.
図6は、第2実施形態に係る蛍光測定装置について概略的に示す構成図である。本実施形態による蛍光測定装置70は、図6に示すように、励起光を複数の試料それぞれに対して供給する励起光供給部80と、励起光に対して変調を与える光変調部85と、複数の試料から放出される蛍光を検出する光検出部90と、複数の試料に供給する励起光を制御するタイミング制御部102と、蛍光の光量が蛍光閾値を超えているか否か弁別する弁別部110と、補正蛍光量を算出する演算部120とを備えている。
FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a fluorescence measuring apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the
本実施形態における励起光供給部80は、励起光源パネル81と、励起光源駆動回路82とを含んでいる。また、本実施形態における光変調部85は、液晶パネル86と、液晶パネル駆動回路87とを含んでいる。図7に、蛍光測定装置1によって蛍光が測定されるゲル状の試料S2と、励起光源パネル81と、液晶パネル86との関係を示す。ゲル状の試料S2は、測定のため、プレートP2の一方の主面上に拡げられている。プレートP2は、液晶パネル86の上に載置される。励起光源パネル81は励起光源駆動回路82によって駆動され、ゲル状の試料S2に励起光を供給する。励起光源パネル81から発せられる励起光の光量は、励起光源駆動回路82を駆動することによって変化する。
The excitation
液晶パネル86は、液晶パネル駆動回路87によってONあるいはOFFされることにより、励起光の強度を変調する。具体的には、ピクセルをONすることで、対応する試料S2の領域に対して励起光を供給することができ、ピクセルをOFFすることで、対応する試料S2の領域に対して励起光の供給を中止することができる。このように、液晶パネル86及び液晶パネル駆動回路87は、励起光に対して変調を与える光変調部85として機能する。
The
また、本実施形態においては、液晶パネル86のピクセルごとに、試料S2の複数の領域に1対1に対応する。したがって、励起光供給部80は、複数の試料に相当する試料S2の複数の領域それぞれに励起光を供給することができる。なお、複数ピクセルを一単位として、試料S2の複数の領域と1対1に対応させても良い。
In the present embodiment, each pixel of the
再び図6に戻って、蛍光測定装置70の説明を続ける。光検出部90は、試料S2の複数の領域から放出された蛍光を検出する。本実施形態における光検出部90は、CCDカメラ91と、カメラコントローラ92と、A/D変換器93とを含んでいる。CCDカメラ91で蛍光を検出することによって得られた電気信号は、A/D変換器93に送られ、ビデオ信号が生成される。A/D変換器93は、光検出部90で検出された蛍光の光量を示すビデオ信号をビデオ信号レベル検出器101へ出力する。
Returning to FIG. 6 again, the description of the
ビデオ信号レベル検出器101には、ビデオ信号閾値TL1が設定されている。ビデオ信号レベル検出器101は、ビデオ信号のレベルがビデオ信号閾値TL1を超えている場合、タイミング制御器102に対して信号を送る。
In the video
タイミング制御器102は、ビデオ信号レベル検出器101からの信号を受けて、励起光源駆動回路82に対し励起光源パネル81に供給する電力についての指示信号(例えば、供給電力を一定にする指示信号等)を送る。タイミング制御器102は、後述するように励起光制御手段として機能するとともに、本実施形態においては、蛍光測定装置1を構成する各部からの出力を入力とし、入力値に応じて他の部へ指示信号を出力する制御手段としても機能する。
The
本実施形態における弁別部110は、画像処理器111と、ビデオ信号弁別器112とを含んでいる。画像処理器111は、ビデオ信号レベル検出器101から出力されるビデオ信号を入力として取り込み、蓄積するフレームメモリを含む。画像処理器111のフレームメモリでは、蓄積されたビデオ信号を画像データとして記憶している。画像処理器111は、フレームメモリにおいて記憶されている画像データを、ビデオ信号弁別器112に出力する。また、画像処理器111は、ビデオ信号レベル検出器101からのビデオ信号の取り込みが終わると、タイミング制御器102に対し取り込み終了信号を送る。
The discriminating
ビデオ信号弁別器112において、蛍光閾値TL2が設定されている。ビデオ信号弁別器112は、タイミング制御器102からの指示信号を受け、画像データにおける液晶パネル86の各ピクセルに対応するデータ(以下、単にピクセルデータという)が蛍光閾値TL2を超えているか否か弁別する。ビデオ信号弁別器112は、蛍光閾値TL2を超えるピクセルデータを、このピクセルデータに対応するCCDカメラ91の画素のアドレスとともに、演算部120に出力する。ここで、CCDカメラの画素のアドレスとは、CCDカメラ21において2次元アレイ状に配置されている画素の位置を、例えば列数及び行数で特定するポインタである。なお、ピクセルデータは、液晶パネルの各ピクセルに対応するデータに限らず、画像データにおける所望の単位領域に対応するデータでもよい。したがって、例えば、液晶パネルの複数のピクセルに対応するデータでもよい。
In the
なお、本実施形態においては、液晶パネル86のピクセル数と、CCDカメラ91の画素数とは、同じ数である。さらに、液晶パネル86の各ピクセルと、CCDカメラ91の各画素とは光学的に被写体面と結像面との関係に相当する。したがって、液晶パネル86の各ピクセルとCCDカメラ91の各画素とは、1対1で対応する。また、本実施形態においては、液晶パネル86の各ピクセルと試料S2の各領域とは1対1で対応しているため、試料S2の各領域とCCDカメラ91の各画素とは、1対1で対応しているといえる。ただし、必ずしも各要素単位(液晶パネル86における各ピクセル、CCDカメラ91における各画素、試料S2における各領域)の数が同じである必要はなく、少なくとも試料S2に対応するために必要な数以上あれば良い。また、試料S2の所望の単位領域に対して、複数のピクセル及び画素が対応しても良い。
In the present embodiment, the number of pixels of the
本実施形態における演算部120は、割り算器121と、光検出モニタ122と、A/D変換器123とを含む。励起光源パネル81から試料S2の各領域に供給する励起光は、例えばミラー等を含む光学系によって光検出モニタ122に導かれ、光検出モニタ122で検出される。光検出モニタ122は、検出した励起光に応じた電気信号をA/D変換器123に出力する。A/D変換器123は、アナログ信号である電気信号を、デジタル信号である励起光量データに変換し、割り算器121に出力する。
The
割り算器121は、タイミング制御器102からの指示信号を受け、ビデオ信号弁別器112でピクセルデータが蛍光閾値TL2を超えていると弁別された蛍光の光量を、当該蛍光を放出した試料S2の領域に供給された励起光の光量に基づき算出する。そのためにまず、割り算器121は、ビデオ信号弁別器112から出力されるピクセルデータ及びCCDカメラ91の画素のアドレスと、A/D変換器123から出力される励起光量データとを入力とする。割り算器121は、ピクセルデータを、試料S2の該当領域に供給された励起光の光量である励起光量データで割ることによって、励起光の光量に基づいて算出された蛍光の光量である補正蛍光量を算出する。割り算器121は、算出された補正蛍光量と、各補正蛍光量に対応するCCDカメラ91の画素のアドレスとを出力する。ここで、各補正蛍光量に対応するCCDカメラ91の画素のアドレスとは、各補正蛍光量を求める際に用いられたピクセルデータに対応するCCDカメラ91の画素のアドレスをいう。
The
記憶装置130は、割り算器121からの出力である補正蛍光量と、各補正蛍光量に対応するCCDカメラ91の画素のアドレスとを入力とする。記憶装置130はメモリを含み、このメモリに補正蛍光量をCCDカメラ91の画素のアドレスと対応させて記憶する。
The
割り算器121から出力される補正蛍光量をすべてメモリに記憶した後、記憶装置130は、終了信号、及び補正蛍光量と対応させて記憶したCCDカメラ91の画素のアドレスをタイミング制御器102に出力する。
After all the corrected fluorescence amount output from the
これを受けてタイミング制御器102は、記憶装置130から出力されたCCDカメラ91の画素のアドレスに対応する液晶パネル86のピクセルにおいて励起光の強度を変調することにより、励起光の供給を中止するよう液晶パネル駆動回路87に対して指示信号を出力する。すなわち、タイミング制御器102は、弁別部110において光量が蛍光閾値TL2を超えていると判断された蛍光を放出した試料S2の該当領域への励起光の供給を中止するため、記憶装置130から出力されたCCDカメラ91の画素のアドレスに対応する液晶パネル86のピクセルをOFFにする指示信号を、液晶パネル駆動回路87に対して出力する。この指示信号を受けて、液晶パネル駆動回路87は、該当する液晶パネル86のピクセルをOFFにし、試料S2の該当領域への励起光の供給を中止する。なお、上記したように、液晶パネル86の各ピクセルとCCDカメラ91の各画素とは1対1で対応するため、CCDカメラ91の画素のアドレスを指定することによって対応する液晶パネル86のピクセルを指定することができる。
In response to this, the
タイミング制御器102はさらに、励起光の光量を増大するため、励起光源駆動回路82に対して、励起光源パネル81に供給する電力を変化、すなわち増大するよう、指示信号を出力する。記憶装置130から出力されたCCDカメラ91の画素のアドレスに対応する液晶パネル86のピクセルはOFFになっているため、記憶装置130から出力されたCCDカメラ91の画素のアドレスとは異なるアドレスに対応する液晶パネル86のピクセルを通じて供給される励起光が増大されて、試料S2に供給されることとなる。その結果、弁別部110において光量が蛍光閾値TL2を超えていないと判断された蛍光を放出した試料S2の領域に供給される励起光の光量が増大されることとなる。このように、液晶パネル86及び液晶パネル駆動回路87は光変調部85として、また、タイミング制御器102は励起光制御手段として機能する。
Further, the
次に、蛍光測定装置70を用いた蛍光測定方法について説明する。まず最初に、ビデオ信号レベル検出器101においてビデオ信号閾値TL1が、ビデオ信号弁別器112において蛍光閾値TL2が、それぞれ設定される。ビデオ信号閾値TL1は、蛍光を捉えたビデオ信号が、光検出部20において飽和レベルを超えないようにするために設定される閾値である。そのため、ビデオ信号閾値TL1は、最大ビデオ信号レベルの80〜90%の値に設定される。
Next, a fluorescence measurement method using the
一方、蛍光閾値TL2は、取り込むビデオ信号について、S/N比を損なわない程度のデータとしての最低レベルを保証するために設定される閾値である。したがって、蛍光閾値TL2は、最大ビデオ信号の1/4〜1/8程度の低い値に設定される。 On the other hand, the fluorescence threshold value TL2 is a threshold value set to guarantee a minimum level as data that does not impair the S / N ratio for the video signal to be captured. Therefore, the fluorescence threshold TL2 is set to a low value of about 1/4 to 1/8 of the maximum video signal.
ビデオ信号閾値TL1及び蛍光閾値TL2の設定後、タイミング制御器102からの指示信号を受け、励起光源駆動回路82は励起光源パネル81に対し、供給量を増大させながら電力を供給し始める。また、液晶パネル駆動回路87により、液晶パネル86の全ピクセルがONにされる。これにより、励起光源パネル81から発せられる励起光が、光量を増大させながら、複数の試料である試料S2の複数の領域それぞれに対し供給されることとなる(励起光供給ステップ)。なお、液晶パネル86のピクセルは必ずしもその全てをONにする必要はなく、試料S2に対応する領域のみをONにするようにしても良い。
After setting the video signal threshold value TL1 and the fluorescence threshold value TL2, upon receiving an instruction signal from the
試料S2は、供給される励起光に応じて蛍光を放出する。放出された蛍光は、光検出部90のCCDカメラ91で検出される(光検出ステップ)。蛍光は、CCDカメラ91で撮像された後、A/D変換器93でデジタル信号であるビデオ信号に変換される。
The sample S2 emits fluorescence according to the supplied excitation light. The emitted fluorescence is detected by the
ビデオ信号は、ビデオ信号レベル検出器101に入力される。ビデオ信号レベル検出器101において、入力されたビデオ信号とビデオ信号閾値TL1とが比較される。ビデオ信号がビデオ信号閾値TL1を超えている場合、ビデオ信号レベル検出器101は、タイミング制御器102に対し信号を送る。この信号を受けて、タイミング制御器102は励起光の光量を一定にするため、励起光源駆動回路82に対し励起光源パネル81への供給電力の上昇を停止し、供給電力を一定にするよう指示信号を送る。
The video signal is input to the video
また、ビデオ信号がビデオ信号閾値TL1を超えている場合、ビデオ信号レベル検出器101は、タイミング制御器102に対し信号を送ると同時に、画像処理器111に対しビデオ信号を出力する。出力されたビデオ信号が画像処理器111で取り込まれ、画像処理器111に含まれるフレームメモリに蓄積されることによって、画像データが生成される。図8は、画像処理器111で生成される画像データを模式的に表す図である。
If the video signal exceeds the video signal threshold TL1, the video
ビデオ信号の蓄積が終了すると、取り込み終了信号が画像処理器111からタイミング制御器102に対して出力される。これを受けて、タイミング制御器102からビデオ信号弁別器112に対し、画像データを画像処理器111から入力し、画像データの各ピクセル(画素)のデータと蛍光閾値TL2とを比較し、蛍光閾値TL2よりも大きなピクセルデータのみ割り算器121に出力する、という指示信号が出力される。
When the accumulation of the video signal is completed, a capture end signal is output from the
この指示信号を受けて、ビデオ信号弁別器112は、ピクセルデータが蛍光閾値TL2を超えているか否か弁別し、蛍光閾値TL2を超えているピクセルデータだけを割り算器121に出力する(弁別ステップ)。
In response to this instruction signal, the
割り算器121には、上記のピクセルデータの他、光検出モニタ122で検出された励起光の光量である励起光量データがA/D変換器123から入力される。タイミング制御器102からの指示信号を受け、割り算器121では、ビデオ信号弁別器112でピクセルデータが蛍光閾値TL2を超えていると弁別された蛍光の光量が、当該蛍光を放出した試料S2の領域に供給された励起光の光量に基づき算出される(演算ステップ)。このように励起光の光量に基づいて算出される蛍光の光量である補正蛍光量は、具体的には、ピクセルデータを励起光量データで割ることにより求められる。
In addition to the pixel data described above, excitation light amount data that is the amount of excitation light detected by the
こうして求められた補正蛍光量は、対応するCCDカメラ91の画素のアドレスと関連づけて、記憶装置130に入力され、記憶装置130に含まれるメモリに記憶される。その後、終了信号とともに、蛍光閾値TL2を超えていると判断されたピクセルデータに対応するCCDカメラ91の画素の全アドレスが、記憶装置130からタイミング制御器102へ出力される。
The corrected fluorescence amount thus obtained is input to the
タイミング制御器102は、弁別ステップにおいて蛍光閾値TL2を超えていると弁別されたピクセルデータに対応する液晶パネル86のピクセルをOFFにし、試料S2の該当領域へ励起光を供給することを中止するよう、液晶パネル駆動回路87に対し指示信号を出力する。液晶パネル駆動回路87は、この指示信号を受け、液晶パネル86の該当するピクセルをOFFにする。これにより、弁別ステップにおいて光量が蛍光閾値TL2を超えていると弁別された蛍光を放出した試料S2の領域への励起光の供給が中止される(供給中止ステップ)。
The
さらに、タイミング制御器102は、弁別ステップにおいて蛍光閾値TL2を超えていないと弁別されたピクセルデータに対応する試料S2の領域へ供給される励起光の光量を増大するため、励起光源駆動回路82に対し指示信号を出力する。この指示信号を受け、励起光源駆動回路82は、光検出部90で検出される蛍光の光量を示すビデオ信号がビデオ信号閾値TL1を超えるまで励起光源パネル81の出力を上げる。蛍光閾値TL2を超えていると弁別された蛍光を放出した試料S2の領域に対応する液晶パネル86のピクセルはOFFになっているため、弁別ステップにおいて光量が蛍光閾値TL2を超えていないと弁別された蛍光を放出した試料S2の領域に供給される励起光の光量が増大される(励起光量増大ステップ)。
Further, the
その後、上記の励起光供給ステップから励起光量増大ステップまでの一連のステップが、励起光源駆動回路82の出力が最大になるまで繰り返される。励起光源駆動回路82の出力が最大になった時点で、タイミング制御器102からビデオ信号弁別器112に指示信号が送られる。この指示信号を受けて、ビデオ信号弁別器112に設定された蛍光閾値TL2の値は0に設定される。これにより、すべてのピクセルデータが割り算器121に入力され、蛍光閾値TL2以下の微弱な蛍光しか放出しないような試料S2に関しての測定が行われる。このようにして、試料S2のすべての領域からの蛍光について補正蛍光量が求められる。このようにして求められた補正蛍光量はその後、記憶装置130に入力され、記憶装置130に含まれるメモリに記憶される。こうして、試料S2の複数の領域から放出される蛍光の測定が終了する。なお、本実施形態における補正蛍光量は相対的な値であるので、予め実際の蛍光量と補正蛍光量とを対応させたテーブルと照らし合わせたり、実際の蛍光量に換算可能な式を求めておき、それを適用することによって実際の蛍光量を求めても良い。
Thereafter, a series of steps from the excitation light supply step to the excitation light amount increase step is repeated until the output of the excitation light
図9を参照して、励起光供給ステップから励起光量増大ステップまでの一連のステップを繰り返すことにより、試料S2の複数の領域から放出される蛍光が測定されることについて説明する。図9は、蛍光閾値TL2を超える蛍光量を示す試料の領域に対する励起光の供給を中止し、蛍光閾値TL2を超えない蛍光量を示す試料の領域に対する励起光量を増大して、継続して蛍光量を求める方法を、光検出部90で検出されるビデオ信号によって模式的に説明する図である。
With reference to FIG. 9, it will be described that fluorescence emitted from a plurality of regions of the sample S2 is measured by repeating a series of steps from the excitation light supply step to the excitation light amount increase step. FIG. 9 shows that the supply of excitation light to the sample region showing the fluorescence amount exceeding the fluorescence threshold TL2 is stopped, the excitation light amount for the sample region showing the fluorescence amount not exceeding the fluorescence threshold TL2 is increased, and the fluorescence continues. It is a figure which illustrates typically the method of calculating | requiring quantity with the video signal detected by the
図9(a)は、図8のI−I’線上に相当する部分のビデオ信号を表す。一点鎖線は蛍光閾値TL2を表している。微小部分R2、R4におけるビデオ信号が蛍光閾値TL2を超えている。微小部分R1、R3、R5におけるビデオ信号が蛍光閾値TL2を超えていない。 FIG. 9A shows a video signal of a portion corresponding to the line I-I ′ in FIG. 8. The alternate long and short dash line represents the fluorescence threshold TL2. Video signals in the minute portions R2 and R4 exceed the fluorescence threshold TL2. The video signals in the minute portions R1, R3, R5 do not exceed the fluorescence threshold TL2.
図9(b)は、蛍光閾値TL2を超えるビデオ信号を示していた微小部分R2、R4に対応する試料S2の領域への励起光の供給を中止したときのビデオ信号を示す。励起光の供給が中止された試料S2の領域に対応する微小部分におけるビデオ信号は0を示す。 FIG. 9B shows a video signal when the supply of excitation light to the region of the sample S2 corresponding to the minute portions R2 and R4 that have shown the video signal exceeding the fluorescence threshold TL2 is stopped. The video signal in the minute portion corresponding to the region of the sample S2 where the supply of the excitation light is stopped indicates 0.
図9(c)は、微小部分R1、R3、R5に対応する試料S2の領域に供給する励起光の光量を増大したときのビデオ信号を示す。一点鎖線は蛍光閾値TL2を表している。微小部分R12、R31、R33、R51におけるビデオ信号が蛍光閾値TL2を超えている。微小部分R11、R32、R52におけるビデオ信号が蛍光閾値TL2を超えていない。 FIG. 9C shows a video signal when the amount of excitation light supplied to the region of the sample S2 corresponding to the minute portions R1, R3, and R5 is increased. The alternate long and short dash line represents the fluorescence threshold TL2. The video signals in the minute portions R12, R31, R33, and R51 exceed the fluorescence threshold value TL2. The video signals in the minute portions R11, R32, R52 do not exceed the fluorescence threshold TL2.
図9(d)は、蛍光閾値TL2を超えるビデオ信号を示していた微小部分R12、R31、R33、R51に対応する試料S2の領域への励起光の供給を中止したときのビデオ信号を示す。励起光の供給が中止された試料S2の領域に対応する微小部分におけるビデオ信号は0を示す。 FIG. 9D shows a video signal when supply of excitation light to the region of the sample S2 corresponding to the minute portions R12, R31, R33, and R51 that has shown the video signal exceeding the fluorescence threshold TL2 is stopped. The video signal in the minute portion corresponding to the region of the sample S2 where the supply of the excitation light is stopped indicates 0.
図9(e)は、微小部分R11、R32、R52に対応する試料S2の領域に供給する励起光の光量を増大したときのビデオ信号を示す。一点鎖線は蛍光閾値TL2を表している。微小部分R112、R32、R521におけるビデオ信号は蛍光閾値TL2を超えている。微小部分R111、R522におけるビデオ信号は蛍光閾値TL2を超えていない。 FIG. 9E shows a video signal when the amount of excitation light supplied to the region of the sample S2 corresponding to the minute portions R11, R32, and R52 is increased. The alternate long and short dash line represents the fluorescence threshold TL2. The video signals in the minute portions R112, R32, and R521 exceed the fluorescence threshold TL2. The video signals in the minute portions R111 and R522 do not exceed the fluorescence threshold value TL2.
次に、本実施形態に係る蛍光測定装置及び蛍光測定方法の効果について説明する。蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、試料S2の複数の領域それぞれに対して励起光を供給し、各領域から放出された蛍光の光量を、複数の領域それぞれに供給した励起光の光量に基づいて各々算出している。したがって、試料S2の複数の領域から放出された蛍光を同時に測定することができ、測定に要する時間を短縮することが可能となる。
Next, the effect of the fluorescence measuring apparatus and the fluorescence measuring method according to the present embodiment will be described. In the
また、蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法は、蛍光閾値TL2を超えているピクセルデータ(蛍光量)についてのみ、割り算器121で補正蛍光量を算出している。また、ピクセルデータが蛍光閾値TL2を超えている試料S2の領域に対する励起光の供給が中止された後、ピクセルデータが蛍光閾値TL2を超えていない試料S2の領域に対して蛍光量が継続して測定される。したがって、実際に小さい蛍光量を測定する際には、大きい蛍光量を示す試料の領域への励起光の供給は中止されている。そのため、蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、クロストークの発生を抑制することができ、クロストークの影響の小さい蛍光量データを取得することが可能となる。
Further, in the
特に、試料S2の隣り合っている領域から発生する蛍光量の差が大きい場合であっても、蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、小さい蛍光量の測定時には、大きい蛍光量を示す試料の領域への励起光の供給は中止されているため、クロストークによる問題の発生は大幅に抑制される。
In particular, even when the difference in the amount of fluorescence generated from the adjacent region of the sample S2 is large, the
このように、蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法は、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定するに際し、クロストークの発生を抑制することが可能である。
As described above, the
また、蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、ピクセルデータ(蛍光量)が蛍光閾値TL2を超えていない試料S2の領域に対して励起光の光量を増大してから、再度蛍光を測定している。そのため、強い蛍光によって隠れてしまうような微弱な蛍光しか放出できないような試料、あるいは増大前の励起光量では蛍光が放出されないような試料についても、その蛍光量をクロストークによる影響を抑えつつ測定することが可能となる。
Further, in the
また、上記したように、微弱な蛍光までクロストークによる影響を抑えつつ測定できることから、蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法によって測定できる感度幅(ダイナミックレンジ)は大きくなる。また、このように、蛍光測定装置70及び本実施形態に係る蛍光測定方法では、冷却CCDなどを用いることなく、ダイナミックレンジを大きくできる。そのため、装置のコストを低減することが可能である。
Moreover, as described above, even weak fluorescence can be measured while suppressing the influence of crosstalk, so the sensitivity width (dynamic range) that can be measured by the
蛍光測定装置70では、液晶パネル駆動回路87によって液晶パネル86の各ピクセルをONあるいはOFFして励起光の強度の変調を行っている。すなわち、ONになっている液晶パネル86のピクセルに対応する試料S2の領域には、励起光が供給され、OFFになっているピクセルに対応する試料S2の領域には、励起光が供給されない。例えば、このように、光変調部として機能する液晶パネル86及び液晶パネル駆動回路87によって、励起光の供給を中止することが実現される。
In the
光検出部90は、固体撮像素子であるCCDカメラ91を備える。したがって、蛍光測定装置70では、多数の試料から発生する蛍光を同時に測定することを容易に行える。
The
蛍光測定装置70では、蛍光閾値TL2を超えていると弁別されたピクセルデータ(蛍光量)を、対応する試料S2の領域に供給された励起光量データ(励起光の光量)で割ることにより、補正蛍光量を算出している。そのため、供給された励起光の光量が異なる試料の蛍光についても、励起光量で規格化された補正蛍光量によって、容易に比較、検討等することができる。
In the
なお、光変調部は、液晶パネルに限らず、例えばDMD(Digital Micromirror Device)などを有していてもよく、単純なシャッタ構造でもよい。また、光変調部で励起光の強度を変調することにより、励起光の光量を増大させてもよい。この場合、励起光源の出力を一定にしても良いし、励起光源の出力の強度調整とあわせることにより、より細かい制御を行っても良い。 The light modulation unit is not limited to the liquid crystal panel, and may include, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) or a simple shutter structure. Moreover, you may increase the light quantity of excitation light by modulating the intensity | strength of excitation light in a light modulation part. In this case, the output of the excitation light source may be constant, or finer control may be performed by adjusting the output intensity of the excitation light source.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光検出部が備える固体撮像素子は、CCDカメラに限らず、MOSや複数検出域を有する光電子増倍管であってもよい。また、複数の試料は、2次元アレイ状に配置されていなくてもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the solid-state imaging device included in the light detection unit is not limited to a CCD camera, and may be a MOS or a photomultiplier tube having a plurality of detection areas. The plurality of samples may not be arranged in a two-dimensional array.
また、励起光源(半導体発光素子、励起光源パネル等)をパルス点灯させ、そのデューティ比を変えることで、励起光量を増大させてもよい。また、励起光量を増大させる量は、ビデオ信号閾値TL1を基準として決定する方法に限らず、例えば、予め設定された倍数だけ励起光源の出力を上げることで対応してもよい。 Alternatively, the excitation light amount (semiconductor light emitting element, excitation light source panel, etc.) may be lit in pulses and the duty ratio may be changed to increase the excitation light amount. Further, the amount by which the excitation light amount is increased is not limited to the method of determining with reference to the video signal threshold value TL1, but may be dealt with by increasing the output of the excitation light source by a preset multiple, for example.
また、演算部50、120における補正蛍光量の算出を、蛍光量を表すデータ(例えば、ドットエリア加算値、ピクセルデータ等)を励起光量を表すデータで割る以外の方法で行ってもよい。例えば、予めデータが分かっている標準試料を同時に測定し、そのデータと照らし合わせても良い。また、補正蛍光量の算出を演算部50、120では行わず、例えば、演算部50、120では励起光量と蛍光量とを出力し、他のコンピュータ等で補正蛍光量を算出してもよい。また、補正蛍光量の算出は、蛍光量が蛍光閾値TL2を超えているか否かの弁別をするたびに行わず、例えば、一部又はすべての試料について蛍光量を取得し検出し終えてから、その一部又はすべての試料についてまとめて補正蛍光量を算出してもよい。あるいは、例えば、他の試料からの蛍光の検出と並行して、補正蛍光量の算出処理を行ってもよい。
The calculation of the corrected fluorescence amount in the
また、測定が終了した試料(または試料の領域)に対しては、励起光の照射を遮断することに加え、当該試料(または試料の当該領域)に対応した検出側でのデータ取得も中止しても良い。この場合、検出器での制御だけでなく、データ処理部での制御によりデータ取得を中止しても良い。 In addition to blocking the excitation light irradiation for the sample (or sample region) for which measurement has been completed, the acquisition of data on the detection side corresponding to the sample (or sample region) is also stopped. May be. In this case, the data acquisition may be stopped not only by the control by the detector but also by the control by the data processing unit.
本発明は、複数の試料から発生する蛍光を同時に測定するに際し、クロストークの発生を抑制することができる蛍光測定装置及び蛍光測定方法として利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a fluorescence measuring apparatus and a fluorescence measuring method that can suppress the occurrence of crosstalk when simultaneously measuring fluorescence generated from a plurality of samples.
1、70…蛍光測定装置、10、80…励起光供給部、11…半導体発光素子、12…LEDパワーコントローラ、13、13A…光ファイバ、20、90…光検出部、21、91…CCDカメラ、22、92…カメラコントローラ、23、93…A/D変換器、31、101…ビデオ信号レベル検出器、32、102…タイミング制御器、40、110…弁別器、41、111…画像処理器、42…ドットエリア加算器、43…蛍光量弁別器、50、120…演算部、51、121…割り算器、52、122…光検出モニタ、53、123…A/D変換器、60、130…記憶装置、81…励起光源パネル、82…励起光源駆動回路、85…光変調部、86…液晶パネル、87…液晶パネル駆動回路、112…ビデオ信号弁別器、S1、S2…試料、P1、P2…プレート
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記複数の試料から放出される蛍光を検出する光検出手段と、
前記複数の試料それぞれから放出され、前記光検出手段で検出された前記蛍光の光量が、所定の蛍光閾値を超えているか否か弁別する弁別手段と、
前記弁別手段で光量が前記蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光の光量を、当該蛍光を放出した試料に供給された前記励起光の光量に基づき算出するための処理を行う演算手段と、
前記弁別手段において光量が前記蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光を放出した前記試料への前記励起光の供給を中止するとともに、前記弁別手段において光量が前記蛍光閾値を超えていないと弁別された蛍光を放出した試料に供給する前記励起光の光量を増大する励起光制御手段と、を備えていることを特徴とする蛍光測定装置。 An excitation light supply unit that has an excitation light source and supplies excitation light output from the excitation light source to each of a plurality of samples;
Light detection means for detecting fluorescence emitted from the plurality of samples;
Discrimination means for discriminating whether or not the amount of fluorescence emitted from each of the plurality of samples and detected by the light detection means exceeds a predetermined fluorescence threshold;
An arithmetic means for performing processing for calculating the light quantity of the fluorescence discriminated as having exceeded the fluorescence threshold by the discrimination means based on the light quantity of the excitation light supplied to the sample that has emitted the fluorescence;
Discontinuing the supply of the excitation light to the sample that has emitted the distinguished fluorescence when the light quantity exceeds the fluorescence threshold in the discrimination means, and discriminating that the light quantity does not exceed the fluorescence threshold in the discrimination means And an excitation light control means for increasing the amount of the excitation light supplied to the sample that has emitted the emitted fluorescence.
前記励起光制御手段は、前記励起光源に供給する電力を変化させ、前記励起光源からの前記励起光の出力を中止することによって、前記励起光の供給を中止することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蛍光測定装置。 The excitation light source is a plurality, and at least one-to-one correspondence with the plurality of samples,
The pumping light control unit changes the power supplied to the pumping light source, and stops the pumping light supply by stopping the output of the pumping light from the pumping light source. Or the fluorescence measuring apparatus of Claim 2.
前記複数の試料から放出される蛍光を検出する光検出ステップと、
前記複数の試料それぞれから放出され、前記光検出ステップで検出された前記蛍光の光量が、所定の蛍光閾値を超えているか否か弁別する弁別ステップと、
前記弁別ステップで光量が前記蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光の光量を、当該蛍光を放出した試料に供給された前記励起光の光量に基づき算出するための処理を行う演算ステップと、
前記弁別ステップにおいて光量が前記蛍光閾値を超えていると弁別された蛍光を放出した前記試料への前記励起光の供給を中止する供給中止ステップと、
前記弁別ステップにおいて光量が前記蛍光閾値を超えていないと弁別された蛍光を放出した試料に供給する前記励起光の光量を増大する励起光量増大ステップと、を含むことを特徴とする蛍光測定方法。
An excitation light supply step of supplying excitation light output from the excitation light source to each of a plurality of samples;
A light detection step of detecting fluorescence emitted from the plurality of samples;
A discrimination step for discriminating whether or not the amount of fluorescence emitted from each of the plurality of samples and detected in the light detection step exceeds a predetermined fluorescence threshold;
A calculation step for performing a process for calculating the amount of fluorescence discriminated as having exceeded the fluorescence threshold in the discrimination step based on the amount of excitation light supplied to the sample that has emitted the fluorescence;
A supply stopping step of stopping the supply of the excitation light to the sample that has emitted the fluorescence that has been discriminated when the light quantity exceeds the fluorescence threshold in the discrimination step;
A fluorescence measurement method comprising: an excitation light quantity increasing step for increasing the light quantity of the excitation light supplied to the sample that has emitted the fluorescence that has been discriminated if the light quantity does not exceed the fluorescence threshold value in the discrimination step.
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