JP2653722B2 - 免疫試験装置用光学式読取ヘッド - Google Patents
免疫試験装置用光学式読取ヘッドInfo
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、蛍光計に関し、特に、免疫試験装置におけ
る２重チャネル紫外線可視蛍光光度計用の経済的でしか
も高度に効果的な光学装置と、これに関連する蛍光分光
学的方法とに関する。
る２重チャネル紫外線可視蛍光光度計用の経済的でしか
も高度に効果的な光学装置と、これに関連する蛍光分光
学的方法とに関する。
蛍光計は、血液その他の生物学的流体の臨床分析に広
く用いられるようになってきている。通常は、蛍光光度
計には、流体サンプル、すなわち蛍光染料または標識物
質を含有するサンプルに第１波長の光エネルギを照射し
て、そのサンプルからもっと長い波長の蛍光を発光せし
めるための光学装置が用いられる。蛍光の発光強度は、
被検査サンプル中のある物質の存在または量を示す。こ
のような生物学的流体サンプルの吸収および発射する光
量は低レベルのものであるので、通常の蛍光光度計は、
信頼性のある試験結果を達成するために、高出力紫外光
源および光電子増倍管の一方または双方を備えている。
く用いられるようになってきている。通常は、蛍光光度
計には、流体サンプル、すなわち蛍光染料または標識物
質を含有するサンプルに第１波長の光エネルギを照射し
て、そのサンプルからもっと長い波長の蛍光を発光せし
めるための光学装置が用いられる。蛍光の発光強度は、
被検査サンプル中のある物質の存在または量を示す。こ
のような生物学的流体サンプルの吸収および発射する光
量は低レベルのものであるので、通常の蛍光光度計は、
信頼性のある試験結果を達成するために、高出力紫外光
源および光電子増倍管の一方または双方を備えている。
キセノンアークランプまたはレーザのような高出力紫
外光源は、高価であるだけでなく、過度に発熱し、被検
体に不可逆的損傷を与え、雑音を生じ、蛍光標識物質を
漂白し、複雑かつ高価な制御装置を必要とする欠点を有
する。本技術分野においては、経済的なタングステンハ
ロゲンランプのような比較的低レベルの紫外線出力を有
する広帯域光源を用い、そのランプ出力を紫外線透過帯
域フィルタによってフィルタすることは周知であるが、
それによって得られるフィルタされた放射は、低レベル
すぎて、サンプルから放出される蛍光は検出困難とな
る。これまで、蛍光検出の困難性は、サンプルが放出す
る低レベルの蛍光を検出するための極めて感度の高い光
電子増倍管の使用によってのみ対処されてきた。放射の
検出は、光子が教えられるような低レベルにおいても可
能であるが、光電子増倍管は高価な上に破損しやすく、
また比較的に複雑な制御回路を必要とする。
外光源は、高価であるだけでなく、過度に発熱し、被検
体に不可逆的損傷を与え、雑音を生じ、蛍光標識物質を
漂白し、複雑かつ高価な制御装置を必要とする欠点を有
する。本技術分野においては、経済的なタングステンハ
ロゲンランプのような比較的低レベルの紫外線出力を有
する広帯域光源を用い、そのランプ出力を紫外線透過帯
域フィルタによってフィルタすることは周知であるが、
それによって得られるフィルタされた放射は、低レベル
すぎて、サンプルから放出される蛍光は検出困難とな
る。これまで、蛍光検出の困難性は、サンプルが放出す
る低レベルの蛍光を検出するための極めて感度の高い光
電子増倍管の使用によってのみ対処されてきた。放射の
検出は、光子が教えられるような低レベルにおいても可
能であるが、光電子増倍管は高価な上に破損しやすく、
また比較的に複雑な制御回路を必要とする。
以上の説明からわかるように、高レベルの紫外線出力
を有する光源および光電子増倍管を必要とせずに所望の
分析をなしうる、改良された光学的蛍光光度計装置が要
望される。
を有する光源および光電子増倍管を必要とせずに所望の
分析をなしうる、改良された光学的蛍光光度計装置が要
望される。
発明の要約 本発明は、低価格のコンポーネントを用いて信頼性の
ある２重チャネル蛍光分析を行ないうる、蛍光光度計用
光学装置を提供する。
ある２重チャネル蛍光分析を行ないうる、蛍光光度計用
光学装置を提供する。
本発明の実施例においては、比較的に低レベルの紫外
線出力を有するタングステンハロゲン励起光源と、蛍光
分析において見られる低レベルのサンプル発射光を検出
するための固体光検出器とを用いた、励起光路と発射光
路とを有する、経済的でしかも高度に効果的な２重チャ
ネル蛍光計が提供される。これらの成分により信頼性の
ある結果を得ることができるのは、励起光路と発射光路
とに紫外領域において約90％の透過率を有する光学装置
を用いてスループットを最大化し、また固体素子回路と
共に、固体素子光検出器および増幅器に関連する暗信号
を完全に補償するように光阻止および光通過領域の双方
を有するフィルタ車を用いているからである。
線出力を有するタングステンハロゲン励起光源と、蛍光
分析において見られる低レベルのサンプル発射光を検出
するための固体光検出器とを用いた、励起光路と発射光
路とを有する、経済的でしかも高度に効果的な２重チャ
ネル蛍光計が提供される。これらの成分により信頼性の
ある結果を得ることができるのは、励起光路と発射光路
とに紫外領域において約90％の透過率を有する光学装置
を用いてスループットを最大化し、また固体素子回路と
共に、固体素子光検出器および増幅器に関連する暗信号
を完全に補償するように光阻止および光通過領域の双方
を有するフィルタ車を用いているからである。
本発明の装置を実際に用いる場合は、血清などの生物
学的流体を含むサンプルホルダすなわち試験要素が、本
光学装置の読取ポートの上方に置かれ、タングステンハ
ロゲン光源から生じて励起光路の帯域フィルタによりフ
ィルタされた照明がサンプルホルダの前面に集束せしめ
られて、サンプル内の特定の被検成分、または蛍光染料
または標識物質をして、蛍光を発せしめる。放出された
蛍光は、発光帯域フィルタを通して送られ、光検出器上
に集束せしめられる。本光学装置はまた、タングステン
ハロゲン光源からの照明を受け、光源出力の変動を補償
するのに使用される信号を発生するための参照光検出器
をも含む。
学的流体を含むサンプルホルダすなわち試験要素が、本
光学装置の読取ポートの上方に置かれ、タングステンハ
ロゲン光源から生じて励起光路の帯域フィルタによりフ
ィルタされた照明がサンプルホルダの前面に集束せしめ
られて、サンプル内の特定の被検成分、または蛍光染料
または標識物質をして、蛍光を発せしめる。放出された
蛍光は、発光帯域フィルタを通して送られ、光検出器上
に集束せしめられる。本光学装置はまた、タングステン
ハロゲン光源からの照明を受け、光源出力の変動を補償
するのに使用される信号を発生するための参照光検出器
をも含む。
励起および発光帯域フィルタは、フィルタ車上に、直
径の反対側の整合フィルタ対として担持されている。こ
のフィルタ車は、さらに直径の反対側の１対の不透明面
をも含む。このフィルタ車が１つの位置にあるときは、
帯域フィルタの対の励起および発光フィルタは、同時に
装置の励起光路および発光光路に沿って配置される。フ
ィルタ車がもう１つの位置にあるときは、励起光路およ
び発光光路の双方は、成分ドリフトを示す光検出器／増
幅器暗信号を得るために、不透明領域により同時に阻止
される。
径の反対側の整合フィルタ対として担持されている。こ
のフィルタ車は、さらに直径の反対側の１対の不透明面
をも含む。このフィルタ車が１つの位置にあるときは、
帯域フィルタの対の励起および発光フィルタは、同時に
装置の励起光路および発光光路に沿って配置される。フ
ィルタ車がもう１つの位置にあるときは、励起光路およ
び発光光路の双方は、成分ドリフトを示す光検出器／増
幅器暗信号を得るために、不透明領域により同時に阻止
される。
主および参照光検出器のそれぞれからの出力信号は、
固体素子回路によって増幅され、変換され、ディジタル
化されて、処理され、被検物質の濃度を示す測定が行な
われる。この処理は、４つの相次ぐ光検出器信号、すな
わち参照光検出器の暗信号、参照光検出器の励起信号、
主光検出器の発光信号、および主光検出器の暗信号に基
づくアルゴリズムを用いて行なわれる。このアルゴリズ
ムによって行なわれる測定は、使用される被検要素の特
定の種類に基いて、マイクロプロセッサにより異なった
取扱いを受ける。
固体素子回路によって増幅され、変換され、ディジタル
化されて、処理され、被検物質の濃度を示す測定が行な
われる。この処理は、４つの相次ぐ光検出器信号、すな
わち参照光検出器の暗信号、参照光検出器の励起信号、
主光検出器の発光信号、および主光検出器の暗信号に基
づくアルゴリズムを用いて行なわれる。このアルゴリズ
ムによって行なわれる測定は、使用される被検要素の特
定の種類に基いて、マイクロプロセッサにより異なった
取扱いを受ける。
従って、本発明は、経済的でしかも信頼性のある多重
チャネル蛍光光度計用光学装置を提供することを主たる
目的とする。本発明のもう１つの目的は、免疫試験装置
に用いるのに特に適した、そのような光学装置を提供す
ることである。本発明のさらにもう１つの目的は、固体
光検出器および回路を、そのような光検出器／増幅器に
固有な雑音および暗信号を補償するようにして使用する
ことである。本発明の他の諸目的および適用範囲は、添
付図面を参照しつつ行なわれる以下の詳細な説明によっ
て明らかにされる。添付図面においては、同一部品は同
一参照符号によって指示されている。
チャネル蛍光光度計用光学装置を提供することを主たる
目的とする。本発明のもう１つの目的は、免疫試験装置
に用いるのに特に適した、そのような光学装置を提供す
ることである。本発明のさらにもう１つの目的は、固体
光検出器および回路を、そのような光検出器／増幅器に
固有な雑音および暗信号を補償するようにして使用する
ことである。本発明の他の諸目的および適用範囲は、添
付図面を参照しつつ行なわれる以下の詳細な説明によっ
て明らかにされる。添付図面においては、同一部品は同
一参照符号によって指示されている。
図面の簡単な説明 本発明の装置の新しい諸特徴は、その構成および動作
方法の双方について、また上記以外の諸目的および諸利
点について、ここに詳述され、添付図面を参照しつつ行
なわれる実施例に関する以下の説明によって明らかにさ
れる。添付図面において、 第１図は、本発明の光学装置を示す部分断面図であ
り、 第２図は、本光学装置のフィルタ車を示す縮小底面図
であり、 第３図は、本光学装置の放射エネルギー処理の状況を
示す概略断面図であり、 第4A図−第4C図は、帯域フィルタの第１対の使用中に
おけるフィルタ車の逐次位置を示す縮小平面図であり、 第5A図−第5C図は、帯域フィルタの第２の対の使用中
におけるフィルタ車の逐次位置を示す縮小平面図であ
り、 第６図は、本光学装置の固体素子回路の概略的ブロッ
ク図であり、 第７図は、通常のタングステンハロゲン光源のスペク
トル出力を示すグラフであり、 第８図は、光電子増倍管と、ホトダイオード／増幅器
の組合せと、のSN比を比較したグラフである。
方法の双方について、また上記以外の諸目的および諸利
点について、ここに詳述され、添付図面を参照しつつ行
なわれる実施例に関する以下の説明によって明らかにさ
れる。添付図面において、 第１図は、本発明の光学装置を示す部分断面図であ
り、 第２図は、本光学装置のフィルタ車を示す縮小底面図
であり、 第３図は、本光学装置の放射エネルギー処理の状況を
示す概略断面図であり、 第4A図−第4C図は、帯域フィルタの第１対の使用中に
おけるフィルタ車の逐次位置を示す縮小平面図であり、 第5A図−第5C図は、帯域フィルタの第２の対の使用中
におけるフィルタ車の逐次位置を示す縮小平面図であ
り、 第６図は、本光学装置の固体素子回路の概略的ブロッ
ク図であり、 第７図は、通常のタングステンハロゲン光源のスペク
トル出力を示すグラフであり、 第８図は、光電子増倍管と、ホトダイオード／増幅器
の組合せと、のSN比を比較したグラフである。
実施例の詳細な説明 第１図において、全般に参照番号10で示されている本
発明の光学装置は、主要成分として、全般に参照番号12
で示された光モジュールすなわちヘッドと、固体素子処
理および制御装置14と、を含む。光モジュール12は、通
常Ｅに置かれる生物学的サンプルの読取りを行ない、位
置Ｅは、図示されていないこの装置の他成分から遮光さ
れている。
発明の光学装置は、主要成分として、全般に参照番号12
で示された光モジュールすなわちヘッドと、固体素子処
理および制御装置14と、を含む。光モジュール12は、通
常Ｅに置かれる生物学的サンプルの読取りを行ない、位
置Ｅは、図示されていないこの装置の他成分から遮光さ
れている。
光モジュール12は、下部ハウジング部18に対し遮光的
に固定連結された上部ハウジング部16を含む。フィルタ
車20は、上部ハウジング部16の対応する円筒形空洞22内
に回転自在に支持されている。
に固定連結された上部ハウジング部16を含む。フィルタ
車20は、上部ハウジング部16の対応する円筒形空洞22内
に回転自在に支持されている。
フィルタ車20が第１図に示された位置にある時は、光
軸Ｘを有する励起光路が、上部ハウジング部16の第１長
方形孔24と、フィルタ車20の第２長方形孔26と、下部ハ
ウジング部18の第３長方形孔28と、によって画定され
る。それぞれの孔24,26,28は、実質的に同じ寸法を有
し、励起光軸Ｘと同軸をなす。同様にして、光軸Ｍを有
する発光光路は、上部ハウジング部16の第１長方形孔30
と、フィルタ車20の第２長方形孔32と、下部ハウジング
部18の第３長方形孔34と、によって形成される。それぞ
れの長方形孔30,32,34は、実質的に同じ寸法を有し、発
光光軸Ｍと同軸をなす。
軸Ｘを有する励起光路が、上部ハウジング部16の第１長
方形孔24と、フィルタ車20の第２長方形孔26と、下部ハ
ウジング部18の第３長方形孔28と、によって画定され
る。それぞれの孔24,26,28は、実質的に同じ寸法を有
し、励起光軸Ｘと同軸をなす。同様にして、光軸Ｍを有
する発光光路は、上部ハウジング部16の第１長方形孔30
と、フィルタ車20の第２長方形孔32と、下部ハウジング
部18の第３長方形孔34と、によって形成される。それぞ
れの長方形孔30,32,34は、実質的に同じ寸法を有し、発
光光軸Ｍと同軸をなす。
非球面光学レンズ36,38,40,42はそれぞれ、長方形孔2
4,28,30,34のそれぞれの内部にこれらの孔の縦軸に垂直
に取付けられている。第１の対をなす励起および発光帯
域フィルタ44および46は、フィルタ車20の円筒孔26およ
び32内に、それぞれ励起および発光光軸ＸおよびＭに対
して垂直に支持されている。中心部に小さい長方形の穴
50を有する長方形の不透明部材48は、長方形孔28の内部
に、励起光軸Ｘに対して垂直に取付けられている。
4,28,30,34のそれぞれの内部にこれらの孔の縦軸に垂直
に取付けられている。第１の対をなす励起および発光帯
域フィルタ44および46は、フィルタ車20の円筒孔26およ
び32内に、それぞれ励起および発光光軸ＸおよびＭに対
して垂直に支持されている。中心部に小さい長方形の穴
50を有する長方形の不透明部材48は、長方形孔28の内部
に、励起光軸Ｘに対して垂直に取付けられている。
下部ハウジング部18の長方形孔28の下端部付近には、
前部屈折凸面54と、後部平鏡面56とを有する、反射およ
び集束要素52が存在する。要素52は、励起光軸Ｘに対し
45゜の角をなして置かれる。下部ハウジング部18は、交
換可能なタングステンハロゲン電球および一体的反射器
ユニット58を、放射エネルギーを光軸Ｔに沿って、励起
光軸Ｘに対し直角をなし、かつ集束および反射要素52の
後部平表面56に対し45゜をなして供給するように支持す
る。
前部屈折凸面54と、後部平鏡面56とを有する、反射およ
び集束要素52が存在する。要素52は、励起光軸Ｘに対し
45゜の角をなして置かれる。下部ハウジング部18は、交
換可能なタングステンハロゲン電球および一体的反射器
ユニット58を、放射エネルギーを光軸Ｔに沿って、励起
光軸Ｘに対し直角をなし、かつ集束および反射要素52の
後部平表面56に対し45゜をなして供給するように支持す
る。
上部ハウジング部16は、長方形孔30の近くの、長方形
孔24の反対側に光トラップ60を含む。孔24および30およ
び光トラップ60は、それらの上端部において相交わり、
上部ハウジング部16の頂部表面に大きい開口すなわち読
取ポート62を形成する。
孔24の反対側に光トラップ60を含む。孔24および30およ
び光トラップ60は、それらの上端部において相交わり、
上部ハウジング部16の頂部表面に大きい開口すなわち読
取ポート62を形成する。
フィルタ車20は、励起路光軸Ｘと発光光軸Ｍとの間の
45゜の角Ａ（第３図）を二等分する軸線Ｗの回りに回転
しうるように、軸64上に取付けられている。軸64は、上
部および下部ハウジング部16および18内に通常のように
回転自在に軸受けされ、２方向性ステッパモータ66によ
って回転駆動される。
45゜の角Ａ（第３図）を二等分する軸線Ｗの回りに回転
しうるように、軸64上に取付けられている。軸64は、上
部および下部ハウジング部16および18内に通常のように
回転自在に軸受けされ、２方向性ステッパモータ66によ
って回転駆動される。
フィルタ車20はさらに、上部および下部の円筒形フラ
ンジ68（第１図および第２図）および70（第１図、第４
図、第５図）を有し、これらのフランジはそれぞれ、上
部および下部ハウジング部16および18内の対応する円筒
形凹部72および74に収容されている。円筒形のフランジ
68,70,および凹部72,74は、励起および発射光路を光学
的に分離し、フィルタされない照明がフィルタ車20の周
囲に洩れないようにする光バッフル構造またはラビリン
スを形成する。
ンジ68（第１図および第２図）および70（第１図、第４
図、第５図）を有し、これらのフランジはそれぞれ、上
部および下部ハウジング部16および18内の対応する円筒
形凹部72および74に収容されている。円筒形のフランジ
68,70,および凹部72,74は、励起および発射光路を光学
的に分離し、フィルタされない照明がフィルタ車20の周
囲に洩れないようにする光バッフル構造またはラビリン
スを形成する。
光学装置10はさらに、主光検出器76および参照光検出
器78を含み、これらはそれぞれシリコンホトダイオード
のような通常の光検出器である。双方の光検出器は、ハ
ウジング部18内に形成された空洞内の、読取ヘッドの発
光光路端部に着座した共通回路板73上に取付けられてい
る。光検出器76は、遮光部材75により、発光光路から遮
光されている。参照光検出器78は、継手84によってハウ
ジング18に連結された光ファイバ86を経て励起光路の遠
隔部から光を受ける。遮光部材77は、光ファイバ86から
の迷走光が主光検出器76に入るのを防止する。
器78を含み、これらはそれぞれシリコンホトダイオード
のような通常の光検出器である。双方の光検出器は、ハ
ウジング部18内に形成された空洞内の、読取ヘッドの発
光光路端部に着座した共通回路板73上に取付けられてい
る。光検出器76は、遮光部材75により、発光光路から遮
光されている。参照光検出器78は、継手84によってハウ
ジング18に連結された光ファイバ86を経て励起光路の遠
隔部から光を受ける。遮光部材77は、光ファイバ86から
の迷走光が主光検出器76に入るのを防止する。
光検出器76および78からの出力は、それぞれ線路90お
よび92を経て制御装置14へ送られるが、これらの線路は
便宜上単一線路93に組合わされ、板73が着座している空
洞上に置かれたカバープレート79の単一孔91を貫通す
る。このようにして、双方の光検出器は迷走光信号から
絶縁され、いくらかでも同じ環境に置かれる。さらに、
カバープレート79は、好ましくは光検出器に対する金属
性包囲の一部をなし、それらを電磁妨害から絶縁するも
のとする。
よび92を経て制御装置14へ送られるが、これらの線路は
便宜上単一線路93に組合わされ、板73が着座している空
洞上に置かれたカバープレート79の単一孔91を貫通す
る。このようにして、双方の光検出器は迷走光信号から
絶縁され、いくらかでも同じ環境に置かれる。さらに、
カバープレート79は、好ましくは光検出器に対する金属
性包囲の一部をなし、それらを電磁妨害から絶縁するも
のとする。
制御および処理のための固体素子回路14（その実施例
は第６図に詳細に示されている）は、光検出器76および
78の出力をそれぞれ線路90および92を経て受ける。固体
素子回路14は、線路96を経てステッパモータ66へ制御信
号を送り、また、光源58は線路94を経て電源95に接続さ
れている。光学式表示装置またはプリンタなどの出力装
置98は、固体素子回路14から線路100を経て供給された
濃度レベルを出力する。
は第６図に詳細に示されている）は、光検出器76および
78の出力をそれぞれ線路90および92を経て受ける。固体
素子回路14は、線路96を経てステッパモータ66へ制御信
号を送り、また、光源58は線路94を経て電源95に接続さ
れている。光学式表示装置またはプリンタなどの出力装
置98は、固体素子回路14から線路100を経て供給された
濃度レベルを出力する。
第２図に示されているように、フィルタ車20（鎖線で
表わされている）は、励起および発光帯域フィルタ44お
よび46（第１図）の対だけでなく、第２の対の帯域フィ
ルタ102および104と、直径の反対側にある１対の不透明
領域または挿入部材106および108と、をも含む。帯域フ
ィルタ44,46,102,104は実線で示されているが、フィル
タ車20の残余部分は鎖線で示され、それによってそれぞ
れの帯域フィルタがフィルタ車の外周から軸64の基部に
向かって下方へ傾斜していることが明示されている。フ
ィルタ車20自体はほぼ円柱状の設計のものであるが、そ
れぞれの帯域フィルタ44,46,102,104は、軸線Ｗの回り
に、実質的に転倒円錐状経路内を回転する。第１図およ
び第３図に示されている実施例においては、励起光路と
発光光路とは、45゜前後の鋭角Ａをなして交わる。それ
ぞれの帯域フィルタにより画定される表面に対応する転
倒円錐の頂角は、135゜前後である。従って、それぞれ
の帯域フィルタの上部および下部の平表面は、励起およ
び発射光路またはブランチのそれぞれのコリメートされ
た光に対し垂直な方向を有する。それぞれの帯域フィル
タ44,46,102,104のフィルタ作用の性質は、フィルタさ
れるべき照明の入射角によって変化するので、フィルタ
を光路に対して垂直になるようにして、光がコリメート
されている光路部分に置くことにより、中心波長のずれ
を最小化する。
表わされている）は、励起および発光帯域フィルタ44お
よび46（第１図）の対だけでなく、第２の対の帯域フィ
ルタ102および104と、直径の反対側にある１対の不透明
領域または挿入部材106および108と、をも含む。帯域フ
ィルタ44,46,102,104は実線で示されているが、フィル
タ車20の残余部分は鎖線で示され、それによってそれぞ
れの帯域フィルタがフィルタ車の外周から軸64の基部に
向かって下方へ傾斜していることが明示されている。フ
ィルタ車20自体はほぼ円柱状の設計のものであるが、そ
れぞれの帯域フィルタ44,46,102,104は、軸線Ｗの回り
に、実質的に転倒円錐状経路内を回転する。第１図およ
び第３図に示されている実施例においては、励起光路と
発光光路とは、45゜前後の鋭角Ａをなして交わる。それ
ぞれの帯域フィルタにより画定される表面に対応する転
倒円錐の頂角は、135゜前後である。従って、それぞれ
の帯域フィルタの上部および下部の平表面は、励起およ
び発射光路またはブランチのそれぞれのコリメートされ
た光に対し垂直な方向を有する。それぞれの帯域フィル
タ44,46,102,104のフィルタ作用の性質は、フィルタさ
れるべき照明の入射角によって変化するので、フィルタ
を光路に対して垂直になるようにして、光がコリメート
されている光路部分に置くことにより、中心波長のずれ
を最小化する。
実施例においては、それぞれの帯域フィルタ44および
46は、全体がSchottの吸収ガラスによって作られてお
り、励起フィルタ44は360nmを中心とする狭い帯域幅の
光を通過せしめ、中間濃度の蒸着コーティングを有する
発射フィルタ46は450nmを中心とする狭い帯域幅の光を
通過せしめる。同じ実施例において、励起および発射帯
域フィルタ102および104は、吸収ガラスと６空洞の蒸着
光帯域フィルタとのフィルタパックとして通常のように
構成され、吸収ガラスは主として高域フィルタとして用
いられ、また帯域空洞は特定の帯域通過およびシャープ
カットオフのために用いられる。励起フィルタ102は、5
45nmと555nmとの間の狭い帯域幅内の光を通過せしめる
ように、また発光帯域フィルタ104は、約575nmから585n
mまでの狭い帯域幅内の波長を有する光を通過せしめる
ように、設計されている。好ましくは、直径の反対側の
不透明領域106および108は、単に、フィルタ車20のフィ
ルタ44,102および46,104のそれぞれの間の不透明部分に
より画定される。しかし、不透明面106および108は、フ
ィルタ車20の円筒孔内の帯域フィルタとほとんど同様に
配置された不透明挿入部材とすることもできる。同じ実
施例において、タングステンハロゲン電球および反射器
ユニット58は、安価に市販されている35ワットのタング
ステンハロゲン電球および一体的反射器である。一体的
反射器は、通常のように働いて、電球のフィラメントか
ら後方へ送られた放射の方向を逆転せしめ、電球フィラ
メントからの直接放射に加わる実質的にコリメートされ
たビームを形成し、それによってランプの出力が最も効
率的に利用されるようにすると共に、赤外線を透過させ
ることにより装置から熱を除去する。第７図に示されて
いるように、このようなタングステンハロゲン電球は、
紫外および可視放射出力の双方を発生する。このランプ
の出力スペクトルは、光出力を予測し最適化するため
に、プランクの黒体公式を用いて計算されうる。
46は、全体がSchottの吸収ガラスによって作られてお
り、励起フィルタ44は360nmを中心とする狭い帯域幅の
光を通過せしめ、中間濃度の蒸着コーティングを有する
発射フィルタ46は450nmを中心とする狭い帯域幅の光を
通過せしめる。同じ実施例において、励起および発射帯
域フィルタ102および104は、吸収ガラスと６空洞の蒸着
光帯域フィルタとのフィルタパックとして通常のように
構成され、吸収ガラスは主として高域フィルタとして用
いられ、また帯域空洞は特定の帯域通過およびシャープ
カットオフのために用いられる。励起フィルタ102は、5
45nmと555nmとの間の狭い帯域幅内の光を通過せしめる
ように、また発光帯域フィルタ104は、約575nmから585n
mまでの狭い帯域幅内の波長を有する光を通過せしめる
ように、設計されている。好ましくは、直径の反対側の
不透明領域106および108は、単に、フィルタ車20のフィ
ルタ44,102および46,104のそれぞれの間の不透明部分に
より画定される。しかし、不透明面106および108は、フ
ィルタ車20の円筒孔内の帯域フィルタとほとんど同様に
配置された不透明挿入部材とすることもできる。同じ実
施例において、タングステンハロゲン電球および反射器
ユニット58は、安価に市販されている35ワットのタング
ステンハロゲン電球および一体的反射器である。一体的
反射器は、通常のように働いて、電球のフィラメントか
ら後方へ送られた放射の方向を逆転せしめ、電球フィラ
メントからの直接放射に加わる実質的にコリメートされ
たビームを形成し、それによってランプの出力が最も効
率的に利用されるようにすると共に、赤外線を透過させ
ることにより装置から熱を除去する。第７図に示されて
いるように、このようなタングステンハロゲン電球は、
紫外および可視放射出力の双方を発生する。このランプ
の出力スペクトルは、光出力を予測し最適化するため
に、プランクの黒体公式を用いて計算されうる。
第３図において、ランプおよび反射器結合体58からの
紫外および可視放射合成出力Ｏは、反射および屈折部材
52によって折曲げられ、また同時に集束せしめられて穴
50上に達する。照明された穴50は、分析のための目標を
なし、１対の非球面レンズ38および36により、試験要素
すなわちサンプルＥの信号層と一致する平面上へ写像さ
れる。非球面レンズ38は、穴50を通過した紫外および可
視放射を集めてコリメートし、それを帯域フィルタ44の
下部平表面へ垂直に送る。それによって、励起帯域フィ
ルタ44のフィルタ能力は最大化される。フィルタ44は、
390nmまたはそれより大きい波長を有する実質的に全て
の放射の通過を阻止し、360nmを中心とする狭い帯域幅
の放射Ｕを通過せしめ、そのピーク透過率は約370nmに
ある。非球面レンズ36は放射Ｕを集め、試験要素Ｅの信
号層と一致する点Ｐに集束せしめる。集束せしめられた
励起放射Ｐは、鏡様の放射Ｊを生じ、反射光および蛍光
Ｈを拡散する。
紫外および可視放射合成出力Ｏは、反射および屈折部材
52によって折曲げられ、また同時に集束せしめられて穴
50上に達する。照明された穴50は、分析のための目標を
なし、１対の非球面レンズ38および36により、試験要素
すなわちサンプルＥの信号層と一致する平面上へ写像さ
れる。非球面レンズ38は、穴50を通過した紫外および可
視放射を集めてコリメートし、それを帯域フィルタ44の
下部平表面へ垂直に送る。それによって、励起帯域フィ
ルタ44のフィルタ能力は最大化される。フィルタ44は、
390nmまたはそれより大きい波長を有する実質的に全て
の放射の通過を阻止し、360nmを中心とする狭い帯域幅
の放射Ｕを通過せしめ、そのピーク透過率は約370nmに
ある。非球面レンズ36は放射Ｕを集め、試験要素Ｅの信
号層と一致する点Ｐに集束せしめる。集束せしめられた
励起放射Ｐは、鏡様の放射Ｊを生じ、反射光および蛍光
Ｈを拡散する。
反射光制御を最適化し、必要な空間を少なくするため
に、非球面レンズ36,38,40,42は、長方形状に削られ、
または切られて、試験要素Ｅに向けられた励起光が、あ
まりに小さい傾斜角Ｂをもたないようにされ、最も低く
投射される光線が試験要素の平面に対し約37゜をなし、
鏡様に反射された光の最も低い光線の角Ｃが約33゜をな
すようにされる。試験要素Ｅから放出される拡散蛍光の
検出のために、励起光路は試験要素Ｅの平面に対し45゜
の方向に向けられ、発光または検出光路は試験要素の平
面に対して垂直に置かれ、光トラップ60は鏡様に反射さ
れた放射Ｊを捕えて吸収するように配置されている。さ
らに、ハウジング部16および18の内部表面、およびフィ
ルタ車20（帯域フィルタは除外する）の全表面は、スプ
リアス光を消去するために陽極処理され、無光沢の黒色
に彩色される。
に、非球面レンズ36,38,40,42は、長方形状に削られ、
または切られて、試験要素Ｅに向けられた励起光が、あ
まりに小さい傾斜角Ｂをもたないようにされ、最も低く
投射される光線が試験要素の平面に対し約37゜をなし、
鏡様に反射された光の最も低い光線の角Ｃが約33゜をな
すようにされる。試験要素Ｅから放出される拡散蛍光の
検出のために、励起光路は試験要素Ｅの平面に対し45゜
の方向に向けられ、発光または検出光路は試験要素の平
面に対して垂直に置かれ、光トラップ60は鏡様に反射さ
れた放射Ｊを捕えて吸収するように配置されている。さ
らに、ハウジング部16および18の内部表面、およびフィ
ルタ車20（帯域フィルタは除外する）の全表面は、スプ
リアス光を消去するために陽極処理され、無光沢の黒色
に彩色される。
非球面レンズ40は、試験要素Ｅからの拡散反射光およ
び蛍光Ｈを集めてコリメートする。集光レンズ40は、レ
ンズ全体がサンプル要素表面からの鏡様の反射光Ｊを受
けないように切られている。
び蛍光Ｈを集めてコリメートする。集光レンズ40は、レ
ンズ全体がサンプル要素表面からの鏡様の反射光Ｊを受
けないように切られている。
発射フィルタ46は、拡散蛍光Ｖは通過せしめるが、集
光路内へ入る可能性のある拡散的に反射した励起波長お
よび鏡様反射成分Ｊは排除または阻止する。実施例にお
いては、発射帯域フィルタ46は全体的にSchottの吸収ガ
ラスで作られており、このフィルタ46は425nmより小さ
い全ての波長を阻止し、450nmを中心とする波長をもっ
た狭い帯域幅の光を通過せしめ、そのピーク透過率は約
470nmにある。励起および発光帯域フィルタ44および46
は、励起および発光波長間の適切な分離のための帯域通
過および吸収すなわち「阻止」特性を有するように選択
される。定量的に測定すると、フィルタ44および46の
「阻止」率すなわち入射白色光対透過光の比は10-8であ
る。
光路内へ入る可能性のある拡散的に反射した励起波長お
よび鏡様反射成分Ｊは排除または阻止する。実施例にお
いては、発射帯域フィルタ46は全体的にSchottの吸収ガ
ラスで作られており、このフィルタ46は425nmより小さ
い全ての波長を阻止し、450nmを中心とする波長をもっ
た狭い帯域幅の光を通過せしめ、そのピーク透過率は約
470nmにある。励起および発光帯域フィルタ44および46
は、励起および発光波長間の適切な分離のための帯域通
過および吸収すなわち「阻止」特性を有するように選択
される。定量的に測定すると、フィルタ44および46の
「阻止」率すなわち入射白色光対透過光の比は10-8であ
る。
帯域フィルタ46を透過した拡散蛍光Ｖは、非球面レン
ズ42により集光されて光検出器76上へ集束せしめられ
る。スペクトルの紫外領域内にある対象波長において信
号を最大化するために、全ての非球面レンズ36,38,40,4
2は、対象波長において高度の透過性を有する光学プラ
スチックなどの光学材料で作られる。例えば、Rohm and
HaasのUVT100アクリル樹脂により形成された市販のレ
ンズは、所望の透過率を有する。経済上、これらのレン
ズはそれぞれ同一構造のものとされ、通常設計のものと
される。
ズ42により集光されて光検出器76上へ集束せしめられ
る。スペクトルの紫外領域内にある対象波長において信
号を最大化するために、全ての非球面レンズ36,38,40,4
2は、対象波長において高度の透過性を有する光学プラ
スチックなどの光学材料で作られる。例えば、Rohm and
HaasのUVT100アクリル樹脂により形成された市販のレ
ンズは、所望の透過率を有する。経済上、これらのレン
ズはそれぞれ同一構造のものとされ、通常設計のものと
される。
タングステン電球58の出力波長または強度の双方の変
化を考慮して読みを正規化するために、励起フィルタ44
の下流位置に光ファイバピックオフ88を配置し、フィル
タされた励起光の一部を参照光検出器78へ供給する。従
って、参照検出器78の出力信号は励起光の特性に対応
し、電球出力の変動を補償するための信号処理アルゴリ
ズムに使用される。
化を考慮して読みを正規化するために、励起フィルタ44
の下流位置に光ファイバピックオフ88を配置し、フィル
タされた励起光の一部を参照光検出器78へ供給する。従
って、参照検出器78の出力信号は励起光の特性に対応
し、電球出力の変動を補償するための信号処理アルゴリ
ズムに使用される。
第4A図−第4C図は、第１整合対の帯域フィルタ44およ
び46を用いる蛍光分析測定サイクル中における、フィル
タ車20の３つの逐次位置を示す。第5A図−第5C図は、第
２の対の帯域フィルタ102および104を用いる分析中にお
ける、フィルタ車20の３つの逐次位置を示す。第4A図−
第4C図および第5A図−第5C図のシーケンスの双方におけ
る、フィルタ車20の第１および第３位置は同じである。
換言すれば、いずれの対の帯域フィルタが用いられるか
に関係なく、それぞれの測定サイクルの開始時と終了時
には、フィルタ車20は同じ位置にある。第4A図、第4C
図、第5A図、第5C図に示されているように、フィルタ車
20は、測定サイクルの開始時および終了時には、不透明
表面106が励起光路を阻止し、不透明表面108の発射光路
を阻止する位置にある。第4B図に示された位置をとるた
めには、フィルタ車20はステッパモータ66により反時計
回りに回転せしめられる。第4B図に示された位置におい
ては、励起帯域フィルタ44は励起光路内にあり、発光帯
域フィルタ46は発光光路内にある（第１図−第３図）。
フィルタ車20は、第4B図に示された位置から第4C図に示
された位置へは、フィルタ車を時計回りの方向へ60゜回
転させるようにモータ66を駆動することによって移動せ
しめられる。第5A図および第5C図は、第4A図および第4C
図におけると同じ位置にあるフィルタ車20を示す。フィ
ルタ車20は、第5B図に示された位置へは、ステッパモー
タ66をしてフィルタ車を時計回りに60゜回転せしめるこ
とによって移動せしめられる。第5B図に示された位置に
おいては、励起帯域フィルタ102が励起光路内に位置
し、発射帯域フィルタ104が発光光路内に位置する。第4
A図−第4C図および第5A図−第5C図のそれぞれにおける
矢印Ｏは、集光およびコリメートレンズ38から供給され
るコリメートされた紫外および可視放射の組合せを表わ
す。第4B図における矢印Ｖは、フィルタ46を通過して、
レンズ42により主光検出器76（第３図）上に集光かつ集
束せしめられるべき発射放射を表わす。矢印Ｚは、帯域
フィルタ104を通過して、非球面レンズ42により主光検
出器76上に集光かつ集束せしめられるべき放射エネルギ
ーを表わす。
び46を用いる蛍光分析測定サイクル中における、フィル
タ車20の３つの逐次位置を示す。第5A図−第5C図は、第
２の対の帯域フィルタ102および104を用いる分析中にお
ける、フィルタ車20の３つの逐次位置を示す。第4A図−
第4C図および第5A図−第5C図のシーケンスの双方におけ
る、フィルタ車20の第１および第３位置は同じである。
換言すれば、いずれの対の帯域フィルタが用いられるか
に関係なく、それぞれの測定サイクルの開始時と終了時
には、フィルタ車20は同じ位置にある。第4A図、第4C
図、第5A図、第5C図に示されているように、フィルタ車
20は、測定サイクルの開始時および終了時には、不透明
表面106が励起光路を阻止し、不透明表面108の発射光路
を阻止する位置にある。第4B図に示された位置をとるた
めには、フィルタ車20はステッパモータ66により反時計
回りに回転せしめられる。第4B図に示された位置におい
ては、励起帯域フィルタ44は励起光路内にあり、発光帯
域フィルタ46は発光光路内にある（第１図−第３図）。
フィルタ車20は、第4B図に示された位置から第4C図に示
された位置へは、フィルタ車を時計回りの方向へ60゜回
転させるようにモータ66を駆動することによって移動せ
しめられる。第5A図および第5C図は、第4A図および第4C
図におけると同じ位置にあるフィルタ車20を示す。フィ
ルタ車20は、第5B図に示された位置へは、ステッパモー
タ66をしてフィルタ車を時計回りに60゜回転せしめるこ
とによって移動せしめられる。第5B図に示された位置に
おいては、励起帯域フィルタ102が励起光路内に位置
し、発射帯域フィルタ104が発光光路内に位置する。第4
A図−第4C図および第5A図−第5C図のそれぞれにおける
矢印Ｏは、集光およびコリメートレンズ38から供給され
るコリメートされた紫外および可視放射の組合せを表わ
す。第4B図における矢印Ｖは、フィルタ46を通過して、
レンズ42により主光検出器76（第３図）上に集光かつ集
束せしめられるべき発射放射を表わす。矢印Ｚは、帯域
フィルタ104を通過して、非球面レンズ42により主光検
出器76上に集光かつ集束せしめられるべき放射エネルギ
ーを表わす。
第６図に示されているように、第１図の制御および処
理のための固体素子回路14は、１対の電流−電圧変換器
110および112と、プログラム可能スイッチ114と、プロ
グラム自在利得116と、２重傾斜アナログ−ディジタル
変換器118と、マイクロプロセッサ120と、を含む。一般
に、本発明による蛍光分光過程においては、それぞれの
光検出器76および78からの電流信号Sc,Dc（主チャネル
信号）およびFc,Rc（参照チャネル信号）はそれぞれ、
変換器、例えばトランスインピーダンス増幅器110およ
び112を通過することにより、電圧信号Sv,Dv,Fv,Rvに増
幅され変換される。プログラム可能スイッチ114は、一
時に電圧信号Sv,Dv,Fv,Rvの１つを、1xから128xまでの
範囲内の２の累乗から選択されうる増幅率を有するプラ
グラム可能利得増幅器116へ供給し、利得出力gFv,gRv,G
Sv,GDvを発生せしめる。それぞれのホトダイオードに対
する利得は、主ホトダイオード76に対してはＧ、参照ホ
トダイオード78に対してはｇであり、これらは別々に選
択される。プログラム可能利得116からのそれぞれの出
力gFv,gRv,GSv,GDvは、逐次２重傾斜A/D変換器118へ供
給されて、それぞれのディジタル信号F,R,S,Dに変換さ
れる。２重傾斜変換器118は、例えば、信号により700ms
の間充電されるキャパシタを含む。この時間の後、キャ
パシタは特定値まで放電せしめられる。この放電に要す
る時間は、精確にカウントされる。この正確なカウント
の値は、アナログ入力信号に対応するディジタル値を表
わす。ディジタル値F,R,S,Dは、一時に１つがマイクロ
プロセッサ120へ送られ、データ整理を受ける。
理のための固体素子回路14は、１対の電流−電圧変換器
110および112と、プログラム可能スイッチ114と、プロ
グラム自在利得116と、２重傾斜アナログ−ディジタル
変換器118と、マイクロプロセッサ120と、を含む。一般
に、本発明による蛍光分光過程においては、それぞれの
光検出器76および78からの電流信号Sc,Dc（主チャネル
信号）およびFc,Rc（参照チャネル信号）はそれぞれ、
変換器、例えばトランスインピーダンス増幅器110およ
び112を通過することにより、電圧信号Sv,Dv,Fv,Rvに増
幅され変換される。プログラム可能スイッチ114は、一
時に電圧信号Sv,Dv,Fv,Rvの１つを、1xから128xまでの
範囲内の２の累乗から選択されうる増幅率を有するプラ
グラム可能利得増幅器116へ供給し、利得出力gFv,gRv,G
Sv,GDvを発生せしめる。それぞれのホトダイオードに対
する利得は、主ホトダイオード76に対してはＧ、参照ホ
トダイオード78に対してはｇであり、これらは別々に選
択される。プログラム可能利得116からのそれぞれの出
力gFv,gRv,GSv,GDvは、逐次２重傾斜A/D変換器118へ供
給されて、それぞれのディジタル信号F,R,S,Dに変換さ
れる。２重傾斜変換器118は、例えば、信号により700ms
の間充電されるキャパシタを含む。この時間の後、キャ
パシタは特定値まで放電せしめられる。この放電に要す
る時間は、精確にカウントされる。この正確なカウント
の値は、アナログ入力信号に対応するディジタル値を表
わす。ディジタル値F,R,S,Dは、一時に１つがマイクロ
プロセッサ120へ送られ、データ整理を受ける。
さらに詳述すると、再び第4A図−第4C図において、１
対の帯域フィルタ44および46を用いる蛍光測定サイクル
は、フィルタ車が第4A図に示された位置にある時開始さ
れる。この位置においては、不透明領域106は励起照明
の通過を阻止するので、参照チャネル78から生じた電流
信号Fcは、参照チャネル光検出器および増幅器の暗信号
を表わす。次に、マイクロプロセッサ120がステッパモ
ータ66を駆動し、それによってフィルタ車20は第4B図に
示された位置をとる。この位置においては、励起および
発光帯域フィルタ44および46は、励起および発光光路内
にある。従って、参照光検出器78は、参照チャネルの励
起信号と暗信号との和に相当する電流信号Rcを発生し、
主光検出器76は、主チャネルの発射信号と暗信号との和
を表わす電流信号Scを発生する。次に、マイクロプロセ
ッサ120がステッパモータ66を駆動し、それによってフ
ィルタ車20を第4C図に示された位置へ回転させる。この
位置においては、不透明領域108は発光光路に沿っての
照明の通過を阻止するので、主光検出器76の電流出力Dc
は、主チャネルの暗信号に相当する。このサイクルは、
帯域フィルタ44および46に関連するそれぞれの測定点に
おいて、４つのホトダイオード電流信号Fc,Rc,Sc,Dcの
発生のために繰返されるのであるが、第5A図−第5C図に
示されたフィルタ車位置を用いる同様のサイクルは、帯
域フィルタ対102および104を用いるそれぞれの測定点に
おいて行なわれる。単一信号が変換されるそれぞれの測
定サイクルの開始は、直前のサイクルの250ms内に行な
われ、それによって雑音および長期ドリフトの効果が最
小化される。
対の帯域フィルタ44および46を用いる蛍光測定サイクル
は、フィルタ車が第4A図に示された位置にある時開始さ
れる。この位置においては、不透明領域106は励起照明
の通過を阻止するので、参照チャネル78から生じた電流
信号Fcは、参照チャネル光検出器および増幅器の暗信号
を表わす。次に、マイクロプロセッサ120がステッパモ
ータ66を駆動し、それによってフィルタ車20は第4B図に
示された位置をとる。この位置においては、励起および
発光帯域フィルタ44および46は、励起および発光光路内
にある。従って、参照光検出器78は、参照チャネルの励
起信号と暗信号との和に相当する電流信号Rcを発生し、
主光検出器76は、主チャネルの発射信号と暗信号との和
を表わす電流信号Scを発生する。次に、マイクロプロセ
ッサ120がステッパモータ66を駆動し、それによってフ
ィルタ車20を第4C図に示された位置へ回転させる。この
位置においては、不透明領域108は発光光路に沿っての
照明の通過を阻止するので、主光検出器76の電流出力Dc
は、主チャネルの暗信号に相当する。このサイクルは、
帯域フィルタ44および46に関連するそれぞれの測定点に
おいて、４つのホトダイオード電流信号Fc,Rc,Sc,Dcの
発生のために繰返されるのであるが、第5A図−第5C図に
示されたフィルタ車位置を用いる同様のサイクルは、帯
域フィルタ対102および104を用いるそれぞれの測定点に
おいて行なわれる。単一信号が変換されるそれぞれの測
定サイクルの開始は、直前のサイクルの250ms内に行な
われ、それによって雑音および長期ドリフトの効果が最
小化される。
マイクロプロセッサ120においては、データ整理によ
り蛍光測定値はＮ＝（Ｓ−Ｄ）／（Ｒ−Ｆ）Ｇとなる。
ただし、Ｓは主チャネル発射信号であり、Ｄは主チャネ
ル暗信号であり、Ｒは参照すなわちファイバチャネルの
励起信号であり、Ｆは参照すなわちファイバチャネルの
暗信号であり、Ｇは主検出器チャネルの利得である。
り蛍光測定値はＮ＝（Ｓ−Ｄ）／（Ｒ−Ｆ）Ｇとなる。
ただし、Ｓは主チャネル発射信号であり、Ｄは主チャネ
ル暗信号であり、Ｒは参照すなわちファイバチャネルの
励起信号であり、Ｆは参照すなわちファイバチャネルの
暗信号であり、Ｇは主検出器チャネルの利得である。
本発明の光学装置10は、多重層（MTM）または毛細管
（CAP）形試験要素のいずれかを用いて抗原または抗体
の濃度を決定するための免疫試験装置内の蛍光計として
用いるのに特に適している。毛細管形試験要素は、励起
波長とは約90nmだけ波長の異なる拡散性蛍光信号を発生
する。励起放射に応答して、多重層および毛細管形試験
要素のそれぞれは、ランベルト光源のように作用し、ラ
ンベルトの法則に対する服従性が被測定試験要素の特性
による拡散蛍光信号を発生する。
（CAP）形試験要素のいずれかを用いて抗原または抗体
の濃度を決定するための免疫試験装置内の蛍光計として
用いるのに特に適している。毛細管形試験要素は、励起
波長とは約90nmだけ波長の異なる拡散性蛍光信号を発生
する。励起放射に応答して、多重層および毛細管形試験
要素のそれぞれは、ランベルト光源のように作用し、ラ
ンベルトの法則に対する服従性が被測定試験要素の特性
による拡散蛍光信号を発生する。
共役の、蛍光ラベルを付与された抗体、抗原、等が励
起されて、存在する被分析物の濃度と逆関係をなして変
化する出力信号を発射する多重層競合形試験要素を分析
する時には、この多重層試験要素は、この試験要素に流
体サンプルが加えられる前に、不透明面106および108お
よび対の帯域フィルタ102および104（第5A図−第5C図）
を用いる最初の蛍光測定サイクルを受け、それによって
乾式蛍光測定が行なわれる。次に、流体サンプルが多重
試験要素に対して加えられ、この湿式試験要素が同じ蛍
光測定サイクル（第5A図−第5C図）を用いて読取られ
る。湿式測定値を最初の乾式測定値によって除算するこ
とにより正規化された多重層試験要素の測定値が得ら
れ、この測定値を校正曲線に合わせることによって対応
する被分析物の濃度が得られる。従って、多重層試験要
素（MTM）を分析する時は、信号による差異は生じな
い。流体サンプル自体から生じるバックグラウンド蛍光
は、試験要素の前面付近の蛍光団から発生する主蛍光信
号と比較するとわずかなので、このバックグラウンド蛍
光は無視されうる。例えば、血清から発生する、要素読
取り波長における蛍光信号は、極めて低レベルのもので
あり、試験要素の読取層における血清の体積は極めて小
さいので、血清のバックグラウンド蛍光への寄与は無視
されうる。
起されて、存在する被分析物の濃度と逆関係をなして変
化する出力信号を発射する多重層競合形試験要素を分析
する時には、この多重層試験要素は、この試験要素に流
体サンプルが加えられる前に、不透明面106および108お
よび対の帯域フィルタ102および104（第5A図−第5C図）
を用いる最初の蛍光測定サイクルを受け、それによって
乾式蛍光測定が行なわれる。次に、流体サンプルが多重
試験要素に対して加えられ、この湿式試験要素が同じ蛍
光測定サイクル（第5A図−第5C図）を用いて読取られ
る。湿式測定値を最初の乾式測定値によって除算するこ
とにより正規化された多重層試験要素の測定値が得ら
れ、この測定値を校正曲線に合わせることによって対応
する被分析物の濃度が得られる。従って、多重層試験要
素（MTM）を分析する時は、信号による差異は生じな
い。流体サンプル自体から生じるバックグラウンド蛍光
は、試験要素の前面付近の蛍光団から発生する主蛍光信
号と比較するとわずかなので、このバックグラウンド蛍
光は無視されうる。例えば、血清から発生する、要素読
取り波長における蛍光信号は、極めて低レベルのもので
あり、試験要素の読取層における血清の体積は極めて小
さいので、血清のバックグラウンド蛍光への寄与は無視
されうる。
酵素の量を測定して被験種の濃度を決定する。毛細管
形試験要素（CAP）の分析においては、帯域フィルタ44
および46（第4A図−第4C図）を用いて行なわれる蛍光測
定に影響を及ぼさないロードミンなどの新しい蛍光団
が、試験要素に加えられる。この新しい蛍光団は、好ま
しくは試験要素の基質に添加される。しかし、この新し
い蛍光団は、流体サンプルに添加することもできる。蛍
光測定は、所定時間、例えば2 1/2分間遅延せしめら
れ、周知のように、この時間の後には蛍光測定値は、固
定された直線的割合で変化している。この遅延に続い
て、不透明領域106および108および帯域フィルタ44およ
び46（第4A図−第4C図）を用い、多重測定が、１分間隔
などの、固定間隔で行なわれ、これらの測定値の傾斜が
決定される。次に、不透明面106および108および帯域フ
ィルタ102,104（第5A図−第5C図）を用いて、新しい蛍
光団の蛍光測定が行なわれ、この新しい蛍光団の測定値
で最初の４つの測定値が除算されて、正規化された傾斜
値が得られる。この正規化された傾斜値は、検査されて
いる被分析物の濃度と、所定の校正曲線を通じて関係し
ている。流体サンプル自体から生じるバックグラウンド
蛍光信号は無視できるほど小さい。
形試験要素（CAP）の分析においては、帯域フィルタ44
および46（第4A図−第4C図）を用いて行なわれる蛍光測
定に影響を及ぼさないロードミンなどの新しい蛍光団
が、試験要素に加えられる。この新しい蛍光団は、好ま
しくは試験要素の基質に添加される。しかし、この新し
い蛍光団は、流体サンプルに添加することもできる。蛍
光測定は、所定時間、例えば2 1/2分間遅延せしめら
れ、周知のように、この時間の後には蛍光測定値は、固
定された直線的割合で変化している。この遅延に続い
て、不透明領域106および108および帯域フィルタ44およ
び46（第4A図−第4C図）を用い、多重測定が、１分間隔
などの、固定間隔で行なわれ、これらの測定値の傾斜が
決定される。次に、不透明面106および108および帯域フ
ィルタ102,104（第5A図−第5C図）を用いて、新しい蛍
光団の蛍光測定が行なわれ、この新しい蛍光団の測定値
で最初の４つの測定値が除算されて、正規化された傾斜
値が得られる。この正規化された傾斜値は、検査されて
いる被分析物の濃度と、所定の校正曲線を通じて関係し
ている。流体サンプル自体から生じるバックグラウンド
蛍光信号は無視できるほど小さい。
上述の測定のほかに、例えばMTMまたはCAP試験を用い
た比率検査が、所定の、または少くとも決定可能な、間
隔で、一連の読取りを行なうことによって、行なわれ
る。
た比率検査が、所定の、または少くとも決定可能な、間
隔で、一連の読取りを行なうことによって、行なわれ
る。
図示されてはいないが、マイクロプロセッサ120は、
参照光検出器78の出力信号を監視し、ステッパモータ66
の回転を追跡することによって、フィルタ車の位置を監
視する。さらに、マイクロプロセッサ120は、試験要素
の形式、フィルタ車の位置、等の他の入力を、他のホト
インタラプタ、近接スイッチなどの通常のセンサ素子か
ら受け、あるいは装置の使用者から、キーボード、数字
キーパッド、またはタッチスクリーンを経て与えられる
ディジタル入力を受けるようになっている。このような
入力装置は、光学装置、蛍光計、または分析装置の一部
をなす。
参照光検出器78の出力信号を監視し、ステッパモータ66
の回転を追跡することによって、フィルタ車の位置を監
視する。さらに、マイクロプロセッサ120は、試験要素
の形式、フィルタ車の位置、等の他の入力を、他のホト
インタラプタ、近接スイッチなどの通常のセンサ素子か
ら受け、あるいは装置の使用者から、キーボード、数字
キーパッド、またはタッチスクリーンを経て与えられる
ディジタル入力を受けるようになっている。このような
入力装置は、光学装置、蛍光計、または分析装置の一部
をなす。
次の方程式が成立するものとする： Ｐ（ｓ）＝Ｐ（ａ）×Ｔ（ｌ）２×Ｔ（ｆ）×Ω／（４
π） ただし、Ｐ（ｓ）はスライドまたは試験要素上におけ
る電力であり、 Ｐ（ａ）は、光化学領域におけるランプの出力電力
（5mW MTM、14mW CAP）であり、 Ｔ（ｌ）は、非球面レンズの透過率（0.90）であり、 Ｔ（ｆ）は、励起フィルタの透過率（0.50 MTM、0.30
CAP）であり、 Ωは、レンズの集光立体角（0.3）である。
π） ただし、Ｐ（ｓ）はスライドまたは試験要素上におけ
る電力であり、 Ｐ（ａ）は、光化学領域におけるランプの出力電力
（5mW MTM、14mW CAP）であり、 Ｔ（ｌ）は、非球面レンズの透過率（0.90）であり、 Ｔ（ｆ）は、励起フィルタの透過率（0.50 MTM、0.30
CAP）であり、 Ωは、レンズの集光立体角（0.3）である。
本発明の実施例の光学装置は、MTM試験においてはＰ
（ｓ）〜550μＷを与え、CAP試験においてはＰ（ｓ）〜
81μＷを与える。
（ｓ）〜550μＷを与え、CAP試験においてはＰ（ｓ）〜
81μＷを与える。
さらに、MTM試験要素の最小出力はＰ（ｅ）〜Ｐ
（ｓ）×1E−６であり、CAP試験要素においてはＰ
（ｅ）〜Ｐ（ｓ）×1E−４であるものとする。
（ｓ）×1E−６であり、CAP試験要素においてはＰ
（ｅ）〜Ｐ（ｓ）×1E−４であるものとする。
ただし、Ｐ（ｅ）は発光信号である。そのとき、同じ
実施例の光学装置の主光検出器上における電力は、次の
ようになる： Ｐ（ｄ）＝Ｐ（ｅ）×Ｔ（ｌ）２×Ｔ（f2）×Ω／（４
π） ただし、Ｐ（ｄ）は、検出器上における電力であり、 Ｔ（f2）は、発光フィルタの透過率（0.50 MTM、0.08
CAP）である。
実施例の光学装置の主光検出器上における電力は、次の
ようになる： Ｐ（ｄ）＝Ｐ（ｅ）×Ｔ（ｌ）２×Ｔ（f2）×Ω／（４
π） ただし、Ｐ（ｄ）は、検出器上における電力であり、 Ｔ（f2）は、発光フィルタの透過率（0.50 MTM、0.08
CAP）である。
以上の方程式を用いると、MTM試験によって生ぜしめ
られる主光検出器上における最小電力は、Ｐ（ｄ）〜5E
−12W（５ピコワット）となり、CAP試験によるものはＰ
（ｄ）〜7E−11W（70ピコワット）となる。
られる主光検出器上における最小電力は、Ｐ（ｄ）〜5E
−12W（５ピコワット）となり、CAP試験によるものはＰ
（ｄ）〜7E−11W（70ピコワット）となる。
以上の値により、本検出器回路は理論上の動作によっ
て、５ピコワットの信号の場合は〜400/1のSN比（S/N）
を与え、70ピコワットの信号の場合は〜5000/1のS/Nを
与える。
て、５ピコワットの信号の場合は〜400/1のSN比（S/N）
を与え、70ピコワットの信号の場合は〜5000/1のS/Nを
与える。
第８図に示されているように、同じタイミングパラメ
ータを仮定すると、本発明の主光検出器76のような通常
のシリコンホトダイオードのSN比は、約７ピコワットか
ら3,000ピコワットまでの信号領域においては、通常の
光電子増倍管（PMT）のSN比に等しいか、それより大で
ある。蛍光光度計の技術においては従来、低レベルの紫
外光発生源を用いる場合に生じる低レベルのサンプル蛍
光を検出するために光電子増倍管を使用してきたが、本
発明の光学装置においてはタングステンハロゲン電球お
よび固体素子検出器が有利に用いられる。これが可能に
なる理由は、本光学装置が約７ピコワットから3000ピコ
ワットまでの発光信号を与えるからである。この比較的
高レベルの発光信号は、ホトダイオード76におけるSN比
を十分以上のものにする。従って、本発明の光学装置に
おける、固体素子光検出器および低価格の低紫外出力光
源の使用により、試験結果の信頼性の低下を生じない低
価格な光学装置が提供される。
ータを仮定すると、本発明の主光検出器76のような通常
のシリコンホトダイオードのSN比は、約７ピコワットか
ら3,000ピコワットまでの信号領域においては、通常の
光電子増倍管（PMT）のSN比に等しいか、それより大で
ある。蛍光光度計の技術においては従来、低レベルの紫
外光発生源を用いる場合に生じる低レベルのサンプル蛍
光を検出するために光電子増倍管を使用してきたが、本
発明の光学装置においてはタングステンハロゲン電球お
よび固体素子検出器が有利に用いられる。これが可能に
なる理由は、本光学装置が約７ピコワットから3000ピコ
ワットまでの発光信号を与えるからである。この比較的
高レベルの発光信号は、ホトダイオード76におけるSN比
を十分以上のものにする。従って、本発明の光学装置に
おける、固体素子光検出器および低価格の低紫外出力光
源の使用により、試験結果の信頼性の低下を生じない低
価格な光学装置が提供される。
多重層試験要素の使用に関連して期待される信号領域
は、約４ピコワットから3000ピコワットまでの範囲であ
る。毛細管形の試験要素を使用する場合に期待される信
号領域は、約100ピコワットから3000ピコワットまでの
範囲である。MTMおよびCAP信号領域の相違の理由の一部
は、多重層要素における蛍光は標識付き抗原または抗体
の有無によるが、毛細管要素における蛍光は酵素増幅か
ら生じるためである。
は、約４ピコワットから3000ピコワットまでの範囲であ
る。毛細管形の試験要素を使用する場合に期待される信
号領域は、約100ピコワットから3000ピコワットまでの
範囲である。MTMおよびCAP信号領域の相違の理由の一部
は、多重層要素における蛍光は標識付き抗原または抗体
の有無によるが、毛細管要素における蛍光は酵素増幅か
ら生じるためである。
このように、本発明により、蛍光計に使用される極め
て効果的な光学装置が提供され、この装置によれば、な
かんずく前述の諸目的が完全に達成される。説明された
実施例に対しては、本発明から逸脱することなく改変お
よび／または変更を行ないうる。例えば、説明された実
施例においては、帯域フィルタの２つの対を有するフィ
ルタ車が用いられたが、帯域フィルタのもっと多数また
は少数の対を有するフィルタ車も用いられうる。
て効果的な光学装置が提供され、この装置によれば、な
かんずく前述の諸目的が完全に達成される。説明された
実施例に対しては、本発明から逸脱することなく改変お
よび／または変更を行ないうる。例えば、説明された実
施例においては、帯域フィルタの２つの対を有するフィ
ルタ車が用いられたが、帯域フィルタのもっと多数また
は少数の対を有するフィルタ車も用いられうる。
さらに、本技術分野に精通した者ならば、以上の説明
および添付図面から明らかなように、本発明から逸脱す
ることなく、その他の改変および／または変更を行なう
ことができるはずである。従って、以上の説明および添
付図面は単に実施例を説明するためのものであり、限定
的なものではないこと、および本発明の真の精神および
範囲は請求の範囲によって定められるものであること、
を強調しておかなくてはならない。
および添付図面から明らかなように、本発明から逸脱す
ることなく、その他の改変および／または変更を行なう
ことができるはずである。従って、以上の説明および添
付図面は単に実施例を説明するためのものであり、限定
的なものではないこと、および本発明の真の精神および
範囲は請求の範囲によって定められるものであること、
を強調しておかなくてはならない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファントン，スチーブン ディー. アメリカ合衆国01940 マサチューセッ ツ州，リンフィールド，グラント ロー ド 11 (72)発明者 ミラー，ブルース イー. アメリカ合衆国02135 マサチューセッ ツ州，ブライトン，パースシャー ロー ド 66 (56)参考文献 特開 昭63−286750（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−501593（ＪＰ，Ａ)
Claims (12)
- 【請求項１】第１波長帯域内の励起エネルギーによって
流体サンプルを照射し、該サンプルから放出された第２
波長帯域内の放射エネルギーの量を決定し、該放出され
た放射の量を前記流体サンプル中の被検査成分の濃度に
関連せしめることによって、該流体サンプル中の該成分
の濃度を分析するのに用いられる光学装置であって、 外部表面と、励起および発光光路を画定する１対の通路
と、を有するハウジングであって、該励起及び発光光路
が前記外部表面付近で交わって該ハウジング内に読取り
ポートを画定する該ハウジングと、 該ハウジングに対し回転しうるように軸受けされた実質
的に円柱状のフィルタ車であって、励起および発光フィ
ルタの少なくとも１つの対を支持し、かつそれぞれの前
記光路に沿っての光の通過を阻止するに十分な大きさの
前記フィルタ車のほぼ径上で対向する不透明領域を有し
ており、前記フィルタ車が少なくとも第１および第２動
作位置を有し、該第１位置においては前記少なくとも１
つの対の前記励起および発射フィルタのそれぞれが前記
励起および発光光路のそれぞれの中に配置されており、
前記第２位置においては前記励起および発光光路のそれ
ぞれが前記不透明領域により阻止されている、前記フィ
ルタ車と、 前記励起および発光光路を互いから光学的に絶縁する手
段であって、前記フィルタ車と前記ハウジングとの間の
光バッフル手段を含む該絶縁手段と、 を含む光学装置。 - 【請求項２】第１短波長帯域内の励起エネルギーによっ
て流体サンプルを照射し、該サンプルから放出された第
２長波長帯域内の蛍光放射エネルギーの量を決定し、該
放出された蛍光放射の量を前記流体サンプル中の被検査
成分の濃度に関連せしめることによって、該流体サンプ
ル中の該成分の濃度を分析するようになっている蛍光光
度計装置に用いられる光学装置であって、 外部表面と、励起および発光光路を画定する１対の通路
と、を有するハウジングであって、該励起及び発光光路
が前記外部表面付近で交わって該ハウジング内に読取り
ポートを画定する該ハウジングと、 該ハウジングに対し回転しうるように軸受けされた実質
的に円柱状のフィルタ車であって、励起および発光フィ
ルタの少なくとも１つの対を支持し、かつそれぞれの前
記光路に沿っての光の通過を阻止するに十分な大きさの
前記フィルタ車のほぼ径上で対向する不透明領域を有し
ており、前記フィルタ車が少なくとも第１および第２動
作位置を有し、該第１位置においては前記少なくとも１
つの対の前記励起および発光フィルタのそれぞれが前記
励起および発光光路のそれぞれの中に配置されており、
前記第２位置においては前記励起および発光光路のそれ
ぞれが前記不透明領域により阻止されている、前記フィ
ルタ車と、 前記励起および発光光路を互いから光学的に絶縁する手
段であって、前記フィルタ車と前記ハウジングとの間の
光バッフル手段を含む該絶縁手段と、 を含む光学装置。 - 【請求項３】前記蛍光光度計装置が２重チャンネル蛍光
光度計として動作し、前記励起および発光帯域フィルタ
の２つの対を含み、それによって他方の該対が前記励起
および発光光路内に配置される第３位置を前記フィルタ
車が有している、請求項２記載の光学装置。 - 【請求項４】紫外および可視光を前記励起光路へ供給す
るタングステンハロゲン励起光源手段をさらに含む、請
求項３記載の光学装置。 - 【請求項５】前記励起および発光光路がそれぞれ紫外光
に対する高度に透過性を有する光通過光学手段を含む、
請求項４記載の光学装置。 - 【請求項６】前記光バッフル手段が少なくとも１つの円
周状ラビリンスを含む、請求項２記載の光学装置。 - 【請求項７】前記ラビリンスが、前記フィルタ車から延
長する少なくとも１つの円筒形フランジと、該フランジ
を収容するための前記ハウジングの対応凹部とを含む、
請求項６記載の光学装置。 - 【請求項８】前記蛍光計装置が、１つまたはそれ以上の
試験要素の前部表面の蛍光分光により血清その他の生物
学的流体サンプルの免疫試験を行いうる免疫試験装置を
含み、該装置が試験要素を前記ハウジングの前記読取ポ
ートの上部の分析位置に支持する手段を含む、請求項２
記載の光学装置。 - 【請求項９】前記励起および発光光路の各々の光通過光
学手段は前記帯域フィルタの領域でコリメートされた光
を供給する一対の間隔をおいて互いに反対方向に向けら
れた非球面レンズより成る、請求項５記載の光学装置。 - 【請求項１０】前記非球面レンズは紫外光に対し高度に
通過性を有する光学プラスチック材料で形成される、請
求項９記載の光学装置。 - 【請求項１１】前記励起および発光光路が鋭角をなして
交わり、前記絶縁手段が、該励起および発光光路の該交
わりの近くに、鏡様に反射された励起照射を吸収するた
めの光トラップを含む、請求項10記載の光学装置。 - 【請求項１２】前記フィルタ車が前記第１位置にある時
前記サンプルから発射される蛍光と暗信号との和を示す
出力を受けかつ発生し、該フィルタ車が前記第２位置に
ある時該暗信号のみを発生するための主光検出器と、 前記フィルタ車が前記第１位置にある時前記タングステ
ンハロゲン光源手段から供給される励起照明を示す出力
信号を受けかつ発生し、また該フィルタ車が前記第２位
置にある時雑音および暗信号出力を発生するための参照
光検出器と、 前記参照光検出器が前記励起光路から遠隔の位置に配置
され、前記光学装置がさらに、該励起光路内における前
記励起フィルタの下流位置に置かれてフィルタされた励
起光を受け、この光を前記参照光検出器へ供給するため
の光ファイバピックオフと、をさらに含み、 前記主および参照光検出器のそれぞれがホトダイオード
である、請求項11記載の光学装置。
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