JP4267897B2 - Xenon lamp driving device, light source device, analyzing device, microscope, diagnostic device and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キセノンランプを駆動するキセノンランプ駆動装置、キセノンランプを用いた光源装置、このような光源装置を用いた分析装置、顕微鏡並びに診断装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
キセノンランプ(Xeランプ)は、紫外から近赤外波長域の波長連続な、汎用分光分析用光源、計測用光源として広く用いられている。特に蛍光分光光度計や液体クロマトグラフィー用蛍光検出器など、蛍光測定用の光源には殆ど全てXeランプが使用されている。Xeランプを点灯するためには、点灯開始時に数万ボルトの高電圧パルスをランプのアノード電極とカソード電極間に印加する。そして電極間にスパーク放電を生じさせ、電極間のインピーダンスを瞬間的に低下させて電流経路を形成し、数アンペア以上の定電流を流して直流点灯させる。ここで、電流値はランプの定格によって決まる。
【0003】
図10は従来の直流点灯回路を説明する図である。
【0004】
Xeランプ13を点灯する際には、電源11に含まれる高電圧パルス発生器(スタータ)から高電圧を発生してXeランプ13を点灯させる。その後、Xeランプ13に電源11から一定の電流を流して直流点灯させる。
【0005】
このように従来のXeランプは直流的に駆動させるのが常識であった。しかし、蛍光分光分析を初めとする全ての計測分野において、光源からの放射光を変調させたいという要求が非常に強い。例えば、蛍光分光測定においては、変調光源とロックインアンプなどを組み合わせて、背景光に埋もれた微弱蛍光信号を取得しようとする場合や(例えば、非特許文献1,2参照。)、蛍光位相変調法を用いて試料の蛍光寿命を求めたい場合などが当てはまる(例えば、非特許文献文献3,4参照。)。さらに蛍光分光測定に限らず、吸光分光測定の場合でも信号対雑音比の向上の目的で光源を変調したい場合が多い。光音響分光分析、光熱レンズ・光熱偏向分光分析法などにおいても同様である。
【0006】
上記の変調光源とは目的をやや異とするが、従来例としてパルス点灯タイプのXeランプがフラシュキセノンランプとして市販されている。このようなランプでは、比較的ワット数の低いXeランプをパルス点灯し、繰り返し周波100Hz程度、パルス幅数マイクロ秒のオーダの非常にデユーティ比が小さな状態でスパーク放電させるものである。その応用の殆どは、試料をデルタ関数的に励起して、その後の過渡応答を測定するというものである。本発明者らは、このような目的に対しても、パルス放電キセノンランプに関して、繰り返し周波数KHz程度、パルス幅数ナノ秒のオーダでスパーク放電させるより適切な方式を提案し(例えば、非特許文献5,6,7,8参照。)パルス励起蛍光寿命測定や液体クロマトグラフィー用時間分解蛍光検出器として応用している(例えば、非特許文献9参照。)。しかし、この種の短時間パルス放電タイプのXeランプは、上記の変調光源目的には使用できない。
【0007】
一方、レーザダイオード(LD)、発光ダイオード(LED)は、非常に簡単にパルス点灯が行なえ、また一方で電流変調も行なえる。本発明者らは、LEDのナノ秒パルスを以前から報告しているが、電流変調に関しても、紫外LEDを利用して、位相変調方式蛍光寿命計を提案した(例えば、非特許文献3,4参照。)。しかし、それぞれ、発光波長域の問題や発光パワーの問題がある。現状ではまだ汎用分光計測用光源というまでには到っていない。そのような理由で、Xeランプを任意の周波数で簡便に変調する手法の開発が強く望まれていた。しかし、Xeランプをパルス点灯させることは、点灯開始時の高電圧パルス印加の必要性があることからから原理的に不可能である。したがって直流点灯用のXeランプをバイアス電流を流しながら、直接電流変調できれば良いのであるが、これまでそのような試みは全くなされていない。
【0008】
したがって従来は、通常の直流点灯タイプのXeランプを変調させる目的のため、通常は機械的なチョッパー、音響光学素子、非線形光学結晶を用いた電気光学素子などを用いてランプ放射光の変調を行なっていた。しかし機械的なチョッパーは、チョッパー面上に光源の像を結像し、さらにチョッパー通過後の光束を試料等の目的物に結像する必要があり、装置的に形状が大きくなってしまう(例えば、非特許文献10参照。)。チョッピングの周波数も高々10KHz程度である。また、チョッパーとそのドライバーに加えて紫外波長対応の光学系等、全体としてコストも高くなる。音響光学素子や電気光学素子は外部電気信号によって変調が可能であるが、チョッパーの場合と同様、結像光学系が必要であるといった問題や、紫外波長域での分光透過率の低下の問題がある。また、特に電気光学素子は周辺制御回路や高圧電源等を含めて価格が非常に高くなるという問題もあった。音響光学素子の場合は、電気光学素子の場合ほどではないがやはりシステムが高価複雑になってしまう。さらに、これらはいずれも従来の直流点灯モードと併用、あるいは容易に切り替えて使用するのはシステム構成上かなり繁雑となっていた。
【0009】
【非特許文献1】
佐藤隆宣、須崎寛則、岩田哲郎、山本賢太郎、小竹玉緒、伊永隆史、「マイクロチップを用いた蛍光検出型NO2モニタリング装置」、電気学会誌E、Vol.121-E、No.9、pp.507 - 512、2001.
【0010】
【非特許文献2】
T. Iwata, T. Takasu, T. Miyata, T. Araki, “Combination of a Gated Photomultiplier Tube and a Phase Sensitive Detector for Use in an Intensive Pulsed Background Situation”, Opt. Rev. , Vol.9, No.1, pp.18 - 24, 2002.
【0011】
【非特許文献3】
T. Iwata, T. Kamada, T. Araki, “Phase-Modulation Fluorometer Using an Ultraviolet Light-Emitting Diode,” Opt. Rev. , Vol.7, No.6, pp.495- 498, 2000.
【0012】
【非特許文献4】
T. Iwata, A. Hori, T. Kamada, “Ptoton-Counting Phase-Modulation Fluorometer”, Opt. Rev., Vol.8, No.5, pp.326 - 330, 2001.
【0013】
【非特許文献5】
T. Komatsu, T. Iwata, T. Araki, “Reduction in Time Jitter for Free-Running, Nanosecond-Pulsed, Xe Lamp by Supplementary Illumination with Blue Light-Emitting Diode,” Rev. Sci. Instrum.. , Vol.71, No.4, pp.1621-1626, 2000.
【0014】
【非特許文献6】
岩田哲郎、堀留知徳、小松敏行、荒木勉、「自走放電型ナノ秒Xeパルス白色光源の空間過渡発光特性」、分光研究、Vol.49、No.5、pp.243 - 248、2000.
【0015】
【非特許文献7】
T. Iwata, T. Tanaka, T. Komatsu, T. Araki, “An Externally-Controlled, Nanosecond-Pulsed, Xe Lamp Using a High Voltage Semiconductor Switch, ” Rev. Sci. Instrum., Vol.71, No.11, pp4045 - 4049, 2000.
【0016】
【非特許文献8】
T. Iwata, T. Tanaka, T. Araki, T. Uchida, “Externally-Controlled Nanosecond Xe Discharge Lamp Equipped with a Synchronous High-Voltage Power Supply Using an Automobile Ignition Coil”, Rev. Sci. Instrum. , Vol.73, No.9, pp3165 − 3169, 2002.
【0017】
【非特許文献9】
T. Iwata, J. Koshoubu, Y. Kurosu, T. Araki, “Time-Resolved High-Performance Liquid Chromatography Fluorescence Detector Using a Nanosecond Pulsed Light Source for Detecting Lanthanide-Chelated Compounds, ” J. Chromatogr. A , Vol.859, pp.13-21, 1999.
【0018】
【非特許文献10】
T. Iwata, M. Senda, Y. Kurosu, T. Tsuji, M. Maeda, “Construction of Time-Resolved Fluorescence Detector for Amino Compounds after High Performance Liquid Chromatography Using Europium Chelate,” Anal. Chem., Vol.69, No.10, pp.1861-1865, 1997.
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の課題を解決するために提案されるものであって、キセノンランプの放出する光の強度を変調するキセノンランプ駆動装置、このようなキセノンランプ駆動装置を用いてキセノンランプを駆動する光源装置、このような光源装置を用いた分析装置、顕微鏡並びに診断装置及び方法を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係るキセノンランプ駆動装置は、キセノンランプを駆動するものであって、キセノンランプに電流を供給する電源と、前記電源から前記キセノンランプに一定の電流を供給する第1の回路と、前記電源から前記キセノンランプに一定のバイアス電流と振幅変調された電流を供給する第2の回路と、前記第1及び第2の回路を切り替える切り替え手段と、を有する。
【0021】
好ましくは、前記第2の回路は、前記キセノンランプに供給する電流を制御する電流制御手段を有する。
【0022】
好ましくは、前記電流制御手段は、半導体素子であり、前記半導体素子は、MOSFET、パワートランジスタ又はIGBT(インシュレーテッドギガビットトランジスタ)の少なくとも一つを含む。
【0023】
好ましくは、前記切り替え手段は、機械式スイッチ、電磁リレー又は高圧半導体スイッチである。
【0024】
好ましくは、前記電源は、前記キセノンランプの点灯開始時に所定電圧を発生する機能を有し、前記切り替え手段は、前記点灯開始時には前記第1の回路に切り替える。
【0025】
好ましくは、前記第2の回路は、前記第1の回路に直列に前記電流制御手段を挿入したものである。
【0026】
好ましくは、前記第1の回路は、前記電源から前記キセノンランプに供給する電流を制限する電流制限手段を有し、前記第2の回路は、前記電流制御手段を前記電流制限手段に並列に接続したものである。
【0027】
好ましくは、前記第1の回路は、前記電源から前記キセノンランプに供給される電流を制御する第1の電流制御手段を有し、前記第2の回路は、前記電源から前記キセノンランプに供給される電源を制御する第2の電流制御手段を有する。
【0028】
好ましくは、前記第1および第2の電流制御手段は、半導体スイッチング素子であり、前記半導体スイッチング素子は、MOSFET、パワートランジスタ又はIGBT(インシュレーテッドギガビットトランジスタ)の少なくとも一つを含む。
【0029】
好ましくは、本発明に係るキセノンランプ駆動装置は、キセノンランプを駆動するものであって、キセノンランプに電流を供給する電源と、前記電源の電圧が一定の値を超えると前記電源から前記キセノンランプに電流を供給する第1の回路と、前記電源から前記キセノンランプに一定のバイアス電流と振幅変調された電流を供給する、前記第1の回路と並列に接続された第2の回路と、を有する。
【0030】
好ましくは、前記第2の回路は、前記キセノンランプに供給する電流を制御する電流制御手段を含む。
【0031】
好ましくは、前記電流制御手段は、半導体スイッチング素子であり、MOSFET、パワートランジスタ又はIGBT(インシュレーテッドギガビットトランジスタ)の少なくとも一つを含む。
【0032】
好ましくは、前記電源は、前記キセノンランプの点灯開始時に所定電圧を発生する機能を有する。
【0033】
好ましくは、前記第1の回路は、一定電圧を越えると導通する電圧感知手段を有する。
【0034】
好ましくは、前記電圧感知手段は、サージアブゾーバである。
【0035】
本発明に係る光源装置は、キセノンランプと、前記キセノンランプを駆動する前記いずれか1つの構成のキセノンランプ駆動装置と、を有する。
【0036】
本発明に係る顕微鏡は、前記光源装置から供給された強度を変調された光を用いて試料を観測する。
【0037】
好ましくは、前記光源装置から供給された光で前記試料を落射照明する。
【0038】
本発明に係る診断装置は、組織を診断するものであって、前記光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起する励起手段と、前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定する測定手段と、前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定する判定手段と、を有する。
【0039】
好ましくは、前記励起手段は、強度を正弦波状に変調した光で前記組織を励起し、前記測定手段は、前記寿命を前記正弦波状の強度の光と前記蛍光又は燐光の位相差から算出する。
【0040】
好ましくは、前記判定手段は、前記寿命が閾値を超えると当該組織が腫瘍であると判定する。
【0041】
好ましくは、前記顕微鏡を用い、前記励起手段は、前記光源装置から供給された光で前記試料を前記試料に落射照明することにより励起し、前記測定手段は前記試料の特定部位からの蛍光又は燐光についての前記位相差から当該部位について前記寿命を算出する。
【0042】
本発明に係る診断方法は、組織を診断するものであって、光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起するステップと、前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定するステップと、前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定するステップと、を有する。
【0043】
好ましくは、前記光源装置の供給する光は強度を正弦波状に変調されたものであり、前記寿命は、前記蛍光又は燐光との位相差から算出する。
【0044】
好ましくは、前記蛍光又は燐光の寿命が閾値を超えると当該組織が腫瘍であると判断する。
【0045】
好ましくは、前記顕微鏡を用いて、前記組織の所定部位に前記光源装置から供給された光を照射し、当該部位についての前記位相差から蛍光又は燐光の寿命を算出する。
【0046】
本発明に係る分析装置は、前記光源装置から供給された強度を変調された光を照射することで試料を励起し、前記励起された試料からの蛍光又は燐光を観測し、前記観測の結果に基づいて当該試料を分析する。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るキセノンランプ(以下、Xeランプという。)駆動装置、光源装置、分析装置、顕微鏡並びに診断装置及び方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0048】
本実施の形態では、Xeランプを駆動するXeランプ駆動装置をXeランプと組み合わせた光源装置について説明するが、本発明はXeランプを駆動するXeランプ駆動装置単体でも実現することができる。
【0049】
図1は、第1の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【0050】
第1の実施の形態の光源装置は、電源11と、Xeランプ13と、第1及び第2のスイッチ(切り替え手段)SW1,SW2とを有している。これらの内、電源11、Xeランプ13及び第1のスイッチSW1は、Xeランプ13の点灯開始時又は直流点灯の際に電源11からXeランプ13に電流を供給する第1の回路を構成している。
【0051】
電源11は、Xeランプ13に電流を供給するとともに、Xeランプ13の点灯開始時に高電圧パルスを発生するスタータを備えている。Xeランプ13の点灯開始時には、第1のスイッチSW1をオン、第2のスイッチSW2をオフとして、電源11のスタータからXeランプ13に第1の回路を介して高電圧パルスを印加する。
【0052】
Xeランプ13を直流点灯する際には、同じく第1のスイッチSW1をオン、第2のスイッチSW2をオフとして、電源11からXeランプ13に第1の回路を介して一定の電流を供給する。
【0053】
第1の実施の形態の光源装置は、Nチャンネルの第1のMOSFET(電流制御手段)Q1と、第1乃至第3の抵抗R1,R2,R3と、結合用コンデンサCとを有している。前記電源11及びXeランプ13、第2のスイッチSW2、第1のMOSFET Q1及び第1の抵抗R1は、Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際に電源11からキセノンランプ13に電流を供給する第2の回路を構成している。この第2の回路は、第1の回路の第1のスイッチSW1を第2のスイッチSW2、第1のMOSFET Q1及び第1の抵抗R1で置き換えたものである。第1の抵抗R1は、第1のMOSFET Q1のソース電流を制限している。
【0054】
第1の実施の形態の光源装置は、第1のMOSFET Q1のバイアス電圧を設定する第2及び第3の抵抗R2,R3と、第1のMOSFET Q1に入力信号を結合する結合用コンデンサCを有している。
【0055】
第2及び第3の抵抗R2,R3は、バイアス用電圧源Vbから供給される電圧を分割して第1のMOSFET Q1のゲートに印加するバイアス電圧を設定している。結合用コンデンサCは、入力端子Sに入力された信号の交流成分を第1のMOSFET Q1のゲートに供給している。
【0056】
第1のMOSFET Q1は、第2及び第3の抵抗R2,R3によって設定されたバイアス電圧と結合用コンデンサCから入力された入力端子Sへの入力信号の交流成分の重畳に応じて、バイアス電流及び変調電流をドレイン電流として流すように制御している。
【0057】
ここで、バイアス電流とは、Xeランプ13におけるアークを維持するために必要な例えば数A程度の一定電流である。バイアス電流は、第1乃至第3の抵抗R1,R2,R3の値によって設定される。
【0058】
変調電流とは、Xeランプ13の放出する光の強度を変調する電流である。この変調電流は、入力端子Sに入力された入力信号によって制御される。入力端子Sは、例えば光の強度を変調する所望の周波数の正弦波が入力される。
【0059】
このように、Xeランプ13は、バイアス電流によってアークが維持されつつ、入力端子Sへの入力信号に応じた変調電流によって放出する光の強度が変調される。
【0060】
第1の実施の形態の光源装置において強度を変調した光を放出するまでには、次のような手順が必要である。
【0061】
まず、第1のスイッチSW1をオン、第2のスイッチSW2をオフとし、電源11の備えるスタータからXeランプ13に第1の回路を介して高電圧パルスを供給し、Xeランプ13を点灯させる。スタータによってXeランプ13が点灯した後、Xeランプ13の状態が安定するまで、電源11からXeランプ13に第1の回路を介して一定の電流を供給し、直流点灯を維持する。
【0062】
Xeランプ13の点灯から所定時間が経過してXeランプ13の状態が安定すると、第2のスイッチSW2をオンとした後、第1のスイッチSW1をオフとして、電源11からXeランプ13に第2の回路を介して電流を供給する。第2の回路においては、Xeランプ13に供給される電流は、第1のMOSFET Q1によって制御される。すなわち、Xeランプ13には、第1のMOSFET Q1のドレイン電流としてバイアス電流及び変調電流が供給される。Xeランプ13は、変調電流に応じた強度で変調された光を放出する。
【0063】
第1の実施の形態の光源装置では、Xeランプ13の点灯開始時には、電源11の備えるスタータによってXeランプ13に高電圧パルスが供給されるが、この際には第2のスイッチSW2はオフにされている。したがって、第1のMOSFET Q1が高電圧パルスの印加により破壊される恐れがない。このように、本実施の形態の光源装置においては、Xeランプ13の点灯起動、直流点灯、光の強度を変動させた点灯を安全で確実に実行することができる。
【0064】
図2は、ソース電圧とXeランプ13の光強度の測定結果を示すタイムチャートである。
【0065】
図2(a)はXeランプ13の光強度(任意単位、正負逆転)であり、図2(b)はソース電圧(任意単位)である。横軸は、単位目盛り5μsである。
【0066】
光源装置には、35WタイプのXeランプ13(L2193、浜松フォトニクス)と第1のMOSFET Q1(BUK454−200B, Philips Semiconductors)を用いた。
【0067】
ここでは、入力端子Sに周波数100kHzの信号を入力して電流変調させた場合の第1のMOSFET Q1のソース電圧の波形と、Xeランプ13からの放射光を光電子増倍管(U7400 浜松フォトニクス、50Ω負荷)で受光したオシロスコープの波形を示した。このときの変調度は約25%であった。変調度の最大値は、Xeランプ13が消灯もしくは発光が不安定になる電流値と電源11の最大電流容量によって決まる。第1のMOSFET Q1のゲート電圧と平均ドレイン電流、入力端子Sに印加する正弦波のピーク電圧を最適化すれば、さらに約50%にまで変調度を向上させることができると思われる(日本光学会、Optics Japan 2002、講演要旨集)。
【0068】
図3は、第2の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【0069】
第2の実施の形態の光源装置は、図1に示した第1の実施の光源装置において第1のスイッチSW1と電源11間に抵抗(電流制限手段)を挿入したものである。
【0070】
第2の実施の形態では、電源11、Xeランプ13、第1のスイッチSW1及び抵抗Rが、Xeランプ13の点灯開始時又は直流点灯時に電源11からXeランプ13に電流を供給する第1の回路を構成している。
【0071】
また、前記電源11及びXeランプ13と、第1のスイッチSW1及び抵抗R、第2のスイッチSW2、第1のMOSFET Q1及び第1の抵抗R1の並列回路とが、Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際に電源11からXeランプ13に電流を供給する第2の回路を構成している。すなわち、第2の回路は、第1の回路における第1のスイッチSW1及び抵抗Rに、第2のスイッチSW2、第1のMOSFET Q1及び第1の抵抗R1を並列に接続したものである。
【0072】
第2の実施の形態では、Xeランプ13の点灯開始時又は直流点灯の際には、第1のスイッチSW1をオン、第2のスイッチSW2をオフとして、電源11からXeランプ13に第1の回路を介して電流を供給する。Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際には、第1及び第2のスイッチSW1,SW2をオンにして、電源からXeランプ13に第2の回路を介して電流を供給する。第2の回路においては、Xeランプ13に供給される電流は、第1のMOSFET Q1によって制御される。
【0073】
第2の実施の形態では、第1のスイッチSW1は常に閉じられ、抵抗Rには常時電流が流れている。したがって、抵抗Rを流れる電流と、この抵抗Rに並列接続された第1のMOSFET Q1を流れる電流によりXeランプ13の光の強度が制御される。
【0074】
このように、第2の実施の形態は、抵抗Rと第1のMOSFET Q1の並列回路によって電流を制御しているので並列制御方式といえる。これに対して、第1の実施の形態は、第1のMOSFET Q1でのみ電流を制御しているので直列制御方式といえる。これら並列制御方式と直列制御方式のいずれかを使用するべきかは、第1のMOSFET Q1に流れる電流(オン抵抗)とパワー消費、変調の深さなどを考慮して判断すべきである。
【0075】
図4は、第3の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【0076】
第3の実施の形態の光源装置は、図3に示した第2の実施の形態の光源装置において、第1のスイッチSW1及び抵抗Rに、第3のスイッチSW3、第2のMOSFET(第2の電流制御手段) Q2及び第5の抵抗R5を並列接続したものである。また、第3の実施の形態の光源装置は、第2のMOSFET Q2に印加するバイアス電圧を設定する第6及び第7の抵抗R6,R7も有している。
【0077】
第3の実施の形態では、電源11、Xeランプ13と、第1のスイッチSW1及び抵抗R、第3のスイッチSW3、第2のMOSFET Q2及び第5の抵抗R5の並列回路とが、Xeランプ13の点灯開始時又は直流点灯時に電源11からXeランプ13に電流を供給する第1の回路を構成している。
【0078】
また、前記電源11及びXeランプ13と、第1のスイッチSW1及び抵抗R、第2のスイッチSW2、第1のMOSFET(第1の電流制御手段) Q1及び第1の抵抗R1の並列回路とが、Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際に電源11からXeランプ13に電流を供給する第2の回路を構成している。
【0079】
第3の実施の形態では、Xeランプ13の点灯開始時に第1のスイッチSW1をオン、第2及び第3のスイッチSW2,SW3をオフ、Xeランプ13の直流点灯の際には第1及び第3のスイッチSW1,SW3をオン、第2のスイッチSW2をオフとし、電源11からXeランプ13に第1の回路を介して電流を供給する。
【0080】
ここで、Xeランプ13の点灯開始時に第2及び第3のスイッチSW2,SW3をオフにするのは、第1及び第2のMOSFET Q1,Q2が電源11の備えるスタータによる高電圧パルスによって破損しないようにするためである。
【0081】
Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際には、第1及び第2のスイッチSW1,SW2をオン、第3のスイッチSW3をオフにして、電源からXeランプ13に第2の回路を介して電流を供給する。
【0082】
第3の実施の形態では、Xeランプ13の直流点灯の際に第1の回路を介してXeランプ13に供給する電流を、第2のMOSFET Q2によって制御することができる。すなわち、直流点灯の際には第1及び第3のスイッチSW1,SW3をオンとし、第6及び第7の抵抗R6,R7によって第2のMOSFET Q2のバイアス電圧を設定することにより、第2のMOSFET Q2のドレイン電流を制御することができる。したがって、第1のスイッチSW1及び第1の抵抗R1、第3のスイッチSW3、第2のMOSFET Q2及び第5の抵抗R5の並列回路によって電流が制御される。
【0083】
Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際の制御は、第2の実施の形態と同様である。
【0084】
図5は、第4の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【0085】
第4の実施の形態の光源装置は、図4に示した第3の実施の形態の光源装置に、Xeランプ13が放射した光を検出するフォトダイオード15と、フォトダイオード15から入力された信号を増幅する増幅器17と、増幅器17から入力された信号に基づいて制御を行う制御部19と追加したものである。
【0086】
これらの追加要素を除くと、第4の実施の形態の光源装置は、前述の第3の実施の形態と同様である。ただし、第4の実施の形態においては、Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際に電源11からXeランプ13に電流を供給する第2の回路は、電源11及びXeランプ13と、第1のスイッチSW1及び抵抗R、第2のスイッチSW2、第1のMOSFET Q1及び第1の抵抗R1、第3のスイッチSW3、第2のMOSFET Q2及び第5の抵抗R5の並列回路とによるものである。
【0087】
第4の実施の形態においては、第2のMOSFET Q2のゲート電圧は、フォトダイオード15によって検出されたXeランプ13の光強度に基づいて制御部19によってフィードバック制御されている。
【0088】
制御部19は、Xeランプ13の放出する光の強度が大きいときには第2のMOSFET Q2のゲート電圧を下げてドレイン電流を減少させ、光強度が小さいときには第2のMOSFET Q2のゲート電圧を上げてドレイン電流を増加させる。Xeランプ13の放出する光の強度のフィードバックによる制御は、蛍光分光光度計における励起スペクトルの測定などに適している。
【0089】
図6は、第5の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【0090】
第5の実施の形態の光源装置は、第1の実施の形態の光源装置において、電源11からXeランプ13に至る経路に、コイルL及びコンデンサCからなるLC回路21を切り替えにより挿入可能に設けたものである。
【0091】
第5の実施の形態においては、Xeランプ13の点灯開始時又は直流点灯の際には、第3のスイッチSW3を接点aに、第4のスイッチSW4を接点cに接続する。これによって、電源11の備えるスタータからコイルLのインダクタンスに妨げられることなくXeランプ13に高電圧パルスを供給することができる。
【0092】
一方、Xeランプ13の放出する光の強度を変調する際には第3のスイッチSW3を接点bに、第4のスイッチSW4を接点dに接続する。この場合、直流成分であるバイアス成分は電源11からコイルLを介してXeランプ13に供給され、交流成分の変調電流は、コンデンサCによって電源11をバイパスされる。
【0093】
第5の実施の形態では、Xeランプ13の放出する光の強度を変調する変調電流が電源11をバイパスされるので交流成分の損失が小さい。このような交流成分の損失は周波数が高くなるにつれて大きくなるので、第5の実施の形態は、Xeランプ13の放出する光の強度を高周波で変調する場合に適している。
【0094】
図7は、第6の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【0095】
第6の実施の形態の光源装置は、第2の実施の形態の光源装置において、第1及び第2のスイッチSW1,SW2を取り除き、抵抗Rをサージアブゾーバ(電圧感知手段)SAに置き換えたものである。サージアブゾーバSAは、所定値以上の電圧が印加されると導通する性質を有すし、たとえば大電流容量のツェナーダイオードによって代用することもできる。
【0096】
第6の実施の形態では、Xeランプ13の点灯開始時にXeランプ13に高電圧パルスを印加する際には、サージアブゾーバSAが導通し、電流はサージアブゾーバSAを介して流れる。このため、第1のMOSFET Q1に高電圧パルスが加わって破損の恐れはない。
【0097】
Xeランプ13の直流点灯又はXeランプ13の放出する光の強度を変調する際は、サージアブゾーバ13に印加される電圧は所定電圧以下であり、サージアブゾーバ13は導通せず、電流は第1のMOSFET Q1及び第1の抵抗R1を介して流れる。
【0098】
このように、第7の実施の形態では、第1の実施の形態の光源装置と同等の動作を、第1の実施の形態における第1及び第2のスイッチSW1,SW2の切り替えなしに行うことができ、操作が容易であるとともに動作が確実である。
【0099】
図8は、生体組織診断装置を構成する落射型蛍光顕微鏡の構成を示す図である。
【0100】
落射型蛍光顕微鏡50は、筐体51の内部に、光源52と、コリメータレンズ53と、反射鏡54と、試料ステージ55と、対物レンズ56と、ダイクロイックビームスプリッタ57と、プリズム58と、接眼レンズ59と、光電子増倍管(PMT)60とを有している。
【0101】
落射型蛍光顕微鏡50は、光源装置40から強度が変調された光が供給され、試料を落射照明し、励起された蛍光を観測する。光源装置40から落射型蛍光顕微鏡50に筐体50の横から入射された光は、筐体50内のダイクロイックビームスプリッタ57によって方向を転じられ、対物レンズ56を介して試料ステージ55上の試料を落射照明する。試料は、この照明によって励起され、蛍光を放出する。
【0102】
試料の放出した蛍光は、対物レンズ56、ビームスプリッタ57、プリズム58及び接眼レンズ59を介して像として観測される。また、ビームスプリッタ57を透過した蛍光の一部は、光電子増倍管60によって電気信号として検出される。
【0103】
コリメータレンズ53及び反射鏡54を介して試料ステージ55に入射する光源52からの照明は、試料ステージ55における試料の位置決めなどに用いる。
【0104】
このように位置決めした臨床試料のような試料の特定の部位に光源装置40から供給された強度を変調された光を照射する。そして、この光の照射により励起された蛍光の寿命を測定する。光源装置40からは正弦波状に強度を変調した光が供給され、これに応じて試料からは正弦波状の強度の蛍光が放出される。これらの正弦波間の位相差を測定し、この位相差から蛍光の寿命を算出する。
【0105】
本実施の形態の落射型蛍光顕微鏡50は、構造が簡単で小型であり、取り扱いが容易である。この落射型蛍光顕微鏡50によると、臨床試料などの試料にダメージを与えることなく、試料の蛍光寿命を迅速かつ簡便に測定することができる。
【0106】
生体組織診断装置は、落射型蛍光顕微鏡50の他に、落射型蛍光顕微鏡50に強度を変調された光を供給する前述の光源装置と、前記強度を変調された光とこの光によって励起された蛍光を観測した信号を供給され、これらの信号の位相差から所定のアルゴリズムに基づいて組織の状態を判定するコンピュータを有する。このコンピュータは、生体組織の診断方法として、次に述べるような方法にしたがって組織を判定する。
【0107】
図9は、前記生体組織診断装置を用いた生体組織を診断する診断方法を説明する図である。
【0108】
この診断方法は、前述の光源装置から臨床試料などの組織に正弦波状に強度を変調した光s1を照射する。そして、この光の照射により励起された組織から放出された正弦波状の強度を有する蛍光s2,s3と前記照射した光s1との位相差を測定する。そして、位相差から蛍光の寿命を算出し、この寿命が閾値を超える場合には当該組織は腫瘍であり、閾値を超えない場合には正常であると判定する。
【0109】
より詳細には、以下の通りである。図中の曲線s1は、光源装置から供給された強度が正弦波状の励起光の強度の時間変化を示す。図中の曲線s2,s3は、曲線s1の強度変化を有する励起光によって励起された蛍光の強度の時間変化を示す。
【0110】
腫瘍の識別は、次のように行う。例えば、正常組織の放出する蛍光は曲線s2のように励起光s1に対して遅延が比較的小さいが、腫瘍組織の放出する蛍光は曲線s3のように励起光s1に対して遅延が比較的大きい。前記曲線s3は、曲線s2に対して位相差θだけ遅れている。
【0111】
ここで、励起光の角周波数をωとすると、位相差θと遅延時間τの間には蛍光減衰波形が単一指数関数で表現されると仮定すると、tanθ=ωτの関係がある。したがって、位相差から決まる遅延時間が決まり、この遅延時間に基づいて寿命が得られる。そして、蛍光の寿命が所定の閾値を超える場合に腫瘍であり、超えない場合に正常であると識別する。
【0112】
このように、前記光源から発した強度を変調した光を用いることにより、組織が腫瘍であるか正常であるかを容易に診断することができる。また、この診断に前記落射型蛍光顕微鏡を用いることにより、試料の診断を容易に行うことができる。
【0113】
なお、前述の実施の形態においては、蛍光について説明したが、燐光についても蛍光と同様に本発明を適用することができる。
【0114】
以上のように、本実施の形態によると、紫外から近赤外波長域にわたる安価・簡便な変調Xe光源を実現することができた。本発明者は、従来は不可能と考えられていた、あるいは全く顧みられていなかった、直流点灯用のXeランプの直接電流変調を実現させた。変調回路は極めてシンプル・安価・小型であり、従来の直流点灯用Xeランプに対して、光学系の変更が全くなしに、容易に切り換え、あるいは併用可能であるという優れた特長を有する。
【0115】
本提案の電流変調Xeランプは、次のような装置機器に使用可能である。顕微分光用光源、液体クロマトグラフィー用蛍光検出器、汎用の蛍光分光光度計、可視・紫外吸光分光光度計、光音響用光源、フラシュフォトリシス用連続光源、など。また、変調周波数を高くできれば、位相変調型蛍光寿命計の光源として大きな利用価値がある。
【0116】
なお、本実施の形態は、本発明の具体例を示すものであり、本発明はこれに限定されない。本技術分野の専門化には、本発明の範囲を逸脱することなく、設計変更等が可能であることは明らかであろう。
【0117】
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、キセノンランプの放出する光の強度を変調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図2】ソース電圧とキセノンランプの光強度の測定結果を示すタイムチャートである。
【図3】第2の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図4】第3の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図5】第4の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図6】第5の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図7】第6の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図8】落射型蛍光顕微鏡の構成を示す図である。
【図9】診断方法を説明する図である。
【図10】従来の直流点灯回路を示す図である。
【符号の説明】
11 電源
13 キセノンランプ
C 結合用コンデンサ
Q1 第1のMOSFET
Q2 第2のMOSFET
R 抵抗
R1 第1の抵抗
R2 第2の抵抗
R3 第3の抵抗
S 入力端子
SW1 第1のスイッチ
SW2 第2のスイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a xenon lamp driving device that drives a xenon lamp, a light source device that uses a xenon lamp, an analysis device that uses such a light source device, a microscope, a diagnostic device, and a method.
[0002]
[Prior art]
Xenon lamps (Xe lamps) are widely used as light sources for general-purpose spectroscopic analysis and measurement light sources that have continuous wavelengths from the ultraviolet to the near-infrared wavelength region. In particular, almost all Xe lamps are used as light sources for fluorescence measurement, such as fluorescence spectrophotometers and fluorescence detectors for liquid chromatography. In order to light the Xe lamp, a high voltage pulse of tens of thousands of volts is applied between the anode electrode and the cathode electrode of the lamp at the start of lighting. Then, a spark discharge is generated between the electrodes, the impedance between the electrodes is instantaneously reduced to form a current path, and a constant current of several amperes or more is passed to cause direct current lighting. Here, the current value is determined by the rating of the lamp.
[0003]
FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional DC lighting circuit.
[0004]
When the
[0005]
Thus, it has been common knowledge that the conventional Xe lamp is driven in a direct current. However, in all measurement fields including fluorescence spectroscopic analysis, there is an extremely strong demand for modulating emitted light from a light source. For example, in fluorescence spectrometry, when a weak light signal buried in background light is to be acquired by combining a modulation light source and a lock-in amplifier (for example, see
[0006]
Although the purpose is slightly different from that of the above modulated light source, a pulse lighting type Xe lamp is commercially available as a flash xenon lamp as a conventional example. In such a lamp, a Xe lamp having a relatively low wattage is pulse-lit, and a spark discharge is performed with a very small duty ratio on the order of a repetition frequency of about 100 Hz and a pulse width of several microseconds. Most of its applications are to excite the sample in a delta function and measure the subsequent transient response. For these purposes, the present inventors have proposed a more appropriate method of performing a spark discharge on the order of a repetition rate of about KHz and a pulse width of several nanoseconds for a pulse discharge xenon lamp (for example, non-patent literature). 5, 6, 7, and 8) Applied as a pulse-excited fluorescence lifetime measurement and time-resolved fluorescence detector for liquid chromatography (for example, see Non-Patent Document 9). However, this type of short-time pulse discharge type Xe lamp cannot be used for the purpose of the modulated light source.
[0007]
On the other hand, the laser diode (LD) and the light emitting diode (LED) can be pulsed very easily, and on the other hand, current modulation can also be performed. The present inventors have reported a nanosecond pulse of an LED for a long time, and also proposed a phase modulation type fluorescence lifetime meter using an ultraviolet LED for current modulation (for example,
[0008]
Therefore, in the past, for the purpose of modulating a normal DC lighting type Xe lamp, the lamp radiation light is usually modulated using a mechanical chopper, an acousto-optic element, an electro-optic element using a nonlinear optical crystal, or the like. It was. However, a mechanical chopper needs to form an image of a light source on the chopper surface, and further to form a light beam after passing through the chopper onto an object such as a sample, resulting in a large apparatus shape (for example, , See Non-Patent Document 10.) The frequency of chopping is about 10 KHz at most. In addition to the chopper and its driver, the overall cost of the optical system and the like for ultraviolet wavelengths also increases. Acousto-optic elements and electro-optic elements can be modulated by an external electrical signal. However, as with choppers, there are problems such as the need for an imaging optical system and the problem of reduced spectral transmittance in the ultraviolet wavelength region. is there. In particular, the electro-optic element has a problem that the price including the peripheral control circuit and the high-voltage power supply becomes very high. In the case of acousto-optic elements, the system becomes expensive and complicated, although not as much as in the case of electro-optic elements. Furthermore, it has been quite complicated in terms of the system configuration to use these together with the conventional DC lighting mode or to easily switch between them.
[0009]
[Non-Patent Document 1]
Takanobu Sato, Hironori Susaki, Tetsuro Iwata, Kentaro Yamamoto, Tamao Kotake, Takashi Inaga, `` Fluorescence detection type NO2 monitoring device using microchip '', IEEJ E, Vol.121-E, No.9, pp. 507-512, 2001.
[0010]
[Non-Patent Document 2]
T. Iwata, T. Takasu, T. Miyata, T. Araki, “Combination of a Gated Photomultiplier Tube and a Phase Sensitive Detector for Use in an Intensive Pulsed Background Situation”, Opt. Rev., Vol.9, No.1 , pp.18-24, 2002.
[0011]
[Non-Patent Document 3]
T. Iwata, T. Kamada, T. Araki, “Phase-Modulation Fluorometer Using an Ultraviolet Light-Emitting Diode,” Opt. Rev., Vol.7, No.6, pp.495-498, 2000.
[0012]
[Non-Patent Document 4]
T. Iwata, A. Hori, T. Kamada, “Ptoton-Counting Phase-Modulation Fluorometer”, Opt. Rev., Vol.8, No.5, pp.326-330, 2001.
[0013]
[Non-Patent Document 5]
T. Komatsu, T. Iwata, T. Araki, “Reduction in Time Jitter for Free-Running, Nanosecond-Pulsed, Xe Lamp by Supplementary Illumination with Blue Light-Emitting Diode,” Rev. Sci. Instrum .., Vol. 71 , No.4, pp.1621-1626, 2000.
[0014]
[Non-Patent Document 6]
Tetsuro Iwata, Tomonori Horidome, Toshiyuki Komatsu, Tsutomu Araki, “Spatial Transient Luminescence Characteristics of Self-Propelled Nanosecond Xe Pulsed White Light Source”, Spectroscopic Research, Vol.49, No.5, pp.243-248, 2000.
[0015]
[Non-Patent Document 7]
T. Iwata, T. Tanaka, T. Komatsu, T. Araki, “An Externally-Controlled, Nanosecond-Pulsed, Xe Lamp Using a High Voltage Semiconductor Switch,” Rev. Sci. Instrum., Vol.71, No.11 , pp4045-4049, 2000.
[0016]
[Non-Patent Document 8]
T. Iwata, T. Tanaka, T. Araki, T. Uchida, “Externally-Controlled Nanosecond Xe Discharge Lamp Equipped with a Synchronous High-Voltage Power Supply Using an Automobile Ignition Coil”, Rev. Sci. Instrum. , No.9, pp3165-3169, 2002.
[0017]
[Non-patent document 9]
T. Iwata, J. Koshoubu, Y. Kurosu, T. Araki, “Time-Resolved High-Performance Liquid Chromatography Fluorescence Detector Using a Nanosecond Pulsed Light Source for Detecting Lanthanide-Chelated Compounds,” J. Chromatogr. A, Vol.859 , pp.13-21, 1999.
[0018]
[Non-Patent Document 10]
T. Iwata, M. Senda, Y. Kurosu, T. Tsuji, M. Maeda, “Construction of Time-Resolved Fluorescence Detector for Amino Compounds after High Performance Liquid Chromatography Using Europium Chelate,” Anal. Chem., Vol.69, No. 10, pp.1861-1865, 1997.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and is a xenon lamp driving device that modulates the intensity of light emitted from a xenon lamp, and a xenon lamp is driven using such a xenon lamp driving device. It is an object of the present invention to provide a light source device that performs analysis, an analysis device that uses such a light source device, a microscope, and a diagnostic device and method.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a xenon lamp driving apparatus according to the present invention drives a xenon lamp, and includes a power source that supplies current to the xenon lamp, and a constant current from the power source to the xenon lamp. A first circuit for supplying, a second circuit for supplying a constant bias current and an amplitude-modulated current from the power source to the xenon lamp, and switching means for switching between the first and second circuits. .
[0021]
Preferably, the second circuit includes current control means for controlling a current supplied to the xenon lamp.
[0022]
Preferably, the current control means is a semiconductor element, and the semiconductor element includes at least one of a MOSFET, a power transistor, or an IGBT (insulated gigabit transistor).
[0023]
Preferably, the switching means is a mechanical switch, an electromagnetic relay or a high voltage semiconductor switch.
[0024]
Preferably, the power source has a function of generating a predetermined voltage at the start of lighting of the xenon lamp, and the switching means switches to the first circuit at the start of lighting.
[0025]
Preferably, the second circuit has the current control means inserted in series with the first circuit.
[0026]
Preferably, the first circuit has current limiting means for limiting a current supplied from the power source to the xenon lamp, and the second circuit connects the current control means in parallel with the current limiting means. It is a thing.
[0027]
Preferably, the first circuit includes first current control means for controlling a current supplied from the power source to the xenon lamp, and the second circuit is supplied from the power source to the xenon lamp. Second current control means for controlling the power supply.
[0028]
Preferably, the first and second current control means are semiconductor switching elements, and the semiconductor switching elements include at least one of a MOSFET, a power transistor, or an IGBT (insulated gigabit transistor).
[0029]
Preferably, the xenon lamp driving device according to the present invention drives a xenon lamp, and includes a power source for supplying current to the xenon lamp, and when the voltage of the power source exceeds a certain value, the power source supplies the xenon lamp. And a second circuit connected in parallel with the first circuit for supplying a constant bias current and an amplitude-modulated current from the power source to the xenon lamp. Have.
[0030]
Preferably, the second circuit includes current control means for controlling a current supplied to the xenon lamp.
[0031]
Preferably, the current control means is a semiconductor switching element, and includes at least one of a MOSFET, a power transistor, or an IGBT (insulated gigabit transistor).
[0032]
Preferably, the power source has a function of generating a predetermined voltage at the start of lighting of the xenon lamp.
[0033]
Preferably, the first circuit has voltage sensing means that conducts when a certain voltage is exceeded.
[0034]
Preferably, the voltage sensing means is a surge absorber.
[0035]
The light source device according to the present invention includes a xenon lamp and the xenon lamp driving device having any one of the configurations configured to drive the xenon lamp.
[0036]
The microscope according to the present invention observes a sample using light whose intensity is supplied from the light source device.
[0037]
Preferably, the sample is incidentally illuminated with light supplied from the light source device.
[0038]
A diagnostic apparatus according to the present invention is for diagnosing a tissue, and includes excitation means for exciting a tissue by irradiating light whose intensity is supplied from the light source device, and excitation from the excited tissue. Measuring means for measuring the lifetime of fluorescence or phosphorescence, and determining means for determining the state of the tissue based on the measured lifetime.
[0039]
Preferably, the excitation means excites the tissue with light whose intensity is modulated in a sine wave shape, and the measurement means calculates the lifetime from the phase difference between the light having the sine wave intensity and the fluorescence or phosphorescence.
[0040]
Preferably, the determination means determines that the tissue is a tumor when the lifespan exceeds a threshold value.
[0041]
Preferably, the microscope is used, and the excitation unit excites the sample by incident illumination on the sample with light supplied from the light source device, and the measurement unit emits fluorescence or phosphorescence from a specific part of the sample. The lifetime is calculated for the part from the phase difference for.
[0042]
The diagnostic method according to the present invention is a method for diagnosing a tissue, the step of exciting a tissue by irradiating light whose intensity is supplied from a light source device, and fluorescence or fluorescence from the excited tissue. Measuring a phosphorescence lifetime, and determining a state of the tissue based on the measured lifetime.
[0043]
Preferably, the light supplied from the light source device has an intensity modulated in a sine wave shape, and the lifetime is calculated from a phase difference from the fluorescence or phosphorescence.
[0044]
Preferably, when the lifetime of the fluorescence or phosphorescence exceeds a threshold value, it is determined that the tissue is a tumor.
[0045]
Preferably, using the microscope, a predetermined part of the tissue is irradiated with light supplied from the light source device, and the lifetime of fluorescence or phosphorescence is calculated from the phase difference for the part.
[0046]
The analyzer according to the present invention excites the sample by irradiating the light whose intensity is supplied from the light source device, and observes fluorescence or phosphorescence from the excited sample. Based on the analysis of the sample.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a xenon lamp (hereinafter referred to as Xe lamp) drive device, light source device, analysis device, microscope, diagnostic device and method according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
[0048]
In the present embodiment, a light source device in which an Xe lamp driving device that drives an Xe lamp is combined with an Xe lamp will be described. However, the present invention can also be realized by a single Xe lamp driving device that drives an Xe lamp.
[0049]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the light source device according to the first embodiment.
[0050]
The light source device of the first embodiment includes a
[0051]
The
[0052]
When the
[0053]
The light source device according to the first embodiment includes an N-channel first MOSFET (current control means) Q1, first to third resistors R1, R2, R3, and a coupling capacitor C. . The
[0054]
The light source device of the first embodiment includes second and third resistors R2 and R3 for setting a bias voltage of the first MOSFET Q1, and a coupling capacitor C for coupling an input signal to the first MOSFET Q1. Have.
[0055]
The second and third resistors R2 and R3 set a bias voltage to be applied to the gate of the first MOSFET Q1 by dividing the voltage supplied from the bias voltage source Vb. The coupling capacitor C supplies the AC component of the signal input to the input terminal S to the gate of the first MOSFET Q1.
[0056]
The first MOSFET Q1 has a bias current corresponding to the bias voltage set by the second and third resistors R2 and R3 and the alternating current component of the input signal to the input terminal S input from the coupling capacitor C. The modulation current is controlled to flow as a drain current.
[0057]
Here, the bias current is a constant current of, for example, several A required for maintaining an arc in the
[0058]
The modulation current is a current that modulates the intensity of light emitted from the
[0059]
Thus, the
[0060]
The following procedure is required until light whose intensity is modulated is emitted from the light source device of the first embodiment.
[0061]
First, the first switch SW1 is turned on, the second switch SW2 is turned off, a high voltage pulse is supplied from the starter provided in the
[0062]
When a predetermined time elapses after the
[0063]
In the light source device of the first embodiment, at the start of lighting of the
[0064]
FIG. 2 is a time chart showing measurement results of the source voltage and the light intensity of the
[0065]
2A shows the light intensity (arbitrary unit, positive / negative reversal) of the
[0066]
A 35 W type Xe lamp 13 (L2193, Hamamatsu Photonics) and a first MOSFET Q1 (BUK454-200B, Philips Semiconductors) were used for the light source device.
[0067]
Here, the waveform of the source voltage of the first MOSFET Q1 when a signal having a frequency of 100 kHz is input to the input terminal S and current modulation is performed, and the emitted light from the
[0068]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the light source device according to the second embodiment.
[0069]
The light source device of the second embodiment is obtained by inserting a resistor (current limiting means) between the first switch SW1 and the
[0070]
In the second embodiment, the
[0071]
Further, the light emitted from the
[0072]
In the second embodiment, at the start of lighting of the
[0073]
In the second embodiment, the first switch SW1 is always closed, and a current always flows through the resistor R. Therefore, the light intensity of the
[0074]
Thus, the second embodiment is a parallel control method because the current is controlled by the parallel circuit of the resistor R and the first MOSFET Q1. On the other hand, the first embodiment can be said to be a series control system because the current is controlled only by the first MOSFET Q1. Whether to use the parallel control method or the serial control method should be determined in consideration of the current (on-resistance) flowing through the first MOSFET Q1, the power consumption, the depth of modulation, and the like.
[0075]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the light source device according to the third embodiment.
[0076]
The light source device of the third embodiment is the same as the light source device of the second embodiment shown in FIG. 3 except that the first switch SW1 and the resistor R are connected to the third switch SW3 and the second MOSFET (second MOSFET). Current control means) Q2 and a fifth resistor R5 are connected in parallel. The light source device of the third embodiment also has sixth and seventh resistors R6 and R7 that set a bias voltage to be applied to the second MOSFET Q2.
[0077]
In the third embodiment, the
[0078]
The
[0079]
In the third embodiment, the first switch SW1 is turned on at the start of lighting of the
[0080]
Here, when the lighting of the
[0081]
When the intensity of light emitted from the
[0082]
In the third embodiment, the current supplied to the
[0083]
The control for modulating the intensity of light emitted from the
[0084]
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the light source device according to the fourth embodiment.
[0085]
The light source device according to the fourth embodiment includes a
[0086]
Except for these additional elements, the light source device of the fourth embodiment is the same as that of the above-described third embodiment. However, in the fourth embodiment, the second circuit for supplying a current from the
[0087]
In the fourth embodiment, the gate voltage of the second MOSFET Q2 is feedback controlled by the
[0088]
The
[0089]
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the light source device according to the fifth embodiment.
[0090]
In the light source device of the fifth embodiment, in the light source device of the first embodiment, an
[0091]
In the fifth embodiment, the third switch SW3 is connected to the contact a and the fourth switch SW4 is connected to the contact c when the
[0092]
On the other hand, when modulating the intensity of the light emitted from the
[0093]
In the fifth embodiment, since the modulation current that modulates the intensity of the light emitted from the
[0094]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the light source device according to the sixth embodiment.
[0095]
The light source device of the sixth embodiment is the same as the light source device of the second embodiment except that the first and second switches SW1 and SW2 are removed and the resistor R is replaced by a surge absorber (voltage sensing means) SA. is there. The surge absorber SA has a property of conducting when a voltage of a predetermined value or more is applied, and can be substituted by a zener diode having a large current capacity, for example.
[0096]
In the sixth embodiment, when a high voltage pulse is applied to the
[0097]
When the direct current lighting of the
[0098]
Thus, in the seventh embodiment, an operation equivalent to that of the light source device of the first embodiment is performed without switching the first and second switches SW1 and SW2 in the first embodiment. It is easy to operate and reliable.
[0099]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an epi-illumination type fluorescence microscope that constitutes the biological tissue diagnostic apparatus.
[0100]
An epi-
[0101]
The epi-
[0102]
The fluorescence emitted from the sample is observed as an image through the
[0103]
Illumination from the
[0104]
A specific portion of the sample such as the clinical sample positioned in this way is irradiated with light whose intensity is supplied from the
[0105]
The epi-
[0106]
In addition to the epi-
[0107]
FIG. 9 is a diagram for explaining a diagnostic method for diagnosing a biological tissue using the biological tissue diagnostic apparatus.
[0108]
This diagnostic method irradiates a tissue such as a clinical sample with light s1 whose intensity is sinusoidally modulated from the light source device described above. Then, the phase difference between the fluorescence s2 and s3 having sinusoidal intensity emitted from the tissue excited by the light irradiation and the irradiated light s1 is measured. Then, the fluorescence lifetime is calculated from the phase difference, and when the lifetime exceeds the threshold, the tissue is determined to be a tumor, and when the threshold is not exceeded, it is determined to be normal.
[0109]
More details are as follows. A curve s1 in the figure shows a temporal change in the intensity of the excitation light having a sinusoidal intensity supplied from the light source device. Curves s2 and s3 in the figure show temporal changes in the intensity of fluorescence excited by excitation light having the intensity change of the curve s1.
[0110]
Tumors are identified as follows. For example, the fluorescence emitted from the normal tissue has a relatively small delay with respect to the excitation light s1 as shown by the curve s2, but the fluorescence emitted from the tumor tissue has a relatively large delay with respect to the excitation light s1 as shown by the curve s3. . The curve s3 is delayed by the phase difference θ with respect to the curve s2.
[0111]
Here, assuming that the angular frequency of the excitation light is ω, there is a relationship of tan θ = ωτ between the phase difference θ and the delay time τ, assuming that the fluorescence decay waveform is expressed by a single exponential function. Therefore, the delay time determined from the phase difference is determined, and the lifetime is obtained based on this delay time. Then, it is identified as a tumor when the fluorescence lifetime exceeds a predetermined threshold, and as normal when it does not exceed the predetermined threshold.
[0112]
As described above, by using the light with the modulated intensity emitted from the light source, it is possible to easily diagnose whether the tissue is a tumor or normal. Further, by using the epifluorescence microscope for this diagnosis, the sample can be easily diagnosed.
[0113]
In the above-described embodiment, the fluorescence has been described. However, the present invention can be applied to phosphorescence as well as the fluorescence.
[0114]
As described above, according to the present embodiment, an inexpensive and simple modulated Xe light source ranging from the ultraviolet to the near-infrared wavelength region can be realized. The inventor of the present invention has realized direct current modulation of a Xe lamp for direct current lighting, which has been considered impossible in the past or has not been considered at all. The modulation circuit is extremely simple, inexpensive and compact, and has the excellent feature that it can be easily switched or used together with no change in the optical system compared to the conventional Xe lamp for direct current lighting.
[0115]
The proposed current modulation Xe lamp can be used in the following equipment. Light source for microspectroscopy, fluorescence detector for liquid chromatography, general-purpose fluorescence spectrophotometer, visible / ultraviolet absorption spectrophotometer, photoacoustic light source, continuous light source for flash photolysis, etc. Further, if the modulation frequency can be increased, it has great utility as a light source for a phase modulation type fluorescence lifetime meter.
[0116]
In addition, this Embodiment shows the specific example of this invention, and this invention is not limited to this. It will be apparent to those skilled in the art that design changes can be made without departing from the scope of the invention.
[0117]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the intensity of light emitted from the xenon lamp can be modulated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a light source device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a time chart showing measurement results of source voltage and light intensity of a xenon lamp.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a light source device according to a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a light source device according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a light source device according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a light source device according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a light source device according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an epi-illumination type fluorescence microscope.
FIG. 9 is a diagram illustrating a diagnosis method.
FIG. 10 is a diagram showing a conventional DC lighting circuit.
[Explanation of symbols]
11 Power supply
13 Xenon lamp
C coupling capacitor
Q1 first MOSFET
Q2 Second MOSFET
R resistance
R1 first resistor
R2 second resistance
R3 Third resistance
S input terminal
SW1 first switch
SW2 second switch
Claims (11)
キセノンランプに電流を供給する電源と、
前記電源から前記キセノンランプに一定の電流を供給する第1の回路と、
前記電源から前記キセノンランプに一定のバイアス電流と振幅変調された電流を供給する第2の回路と、
前記第1及び第2の回路を切り替える切り替え手段と、
を有し、
前記第2の回路は、前記キセノンランプに供給する電流を制御する電流制御手段を有し、前記電流制御手段はMOSFETによるものであることを特徴とするキセノンランプ駆動装置。In a xenon lamp driving device for driving a xenon lamp,
A power supply for supplying current to the xenon lamp;
A first circuit for supplying a constant current from the power source to the xenon lamp;
A second circuit for supplying a constant bias current and an amplitude-modulated current from the power source to the xenon lamp;
Switching means for switching between the first and second circuits;
Have
The xenon lamp driving apparatus, wherein the second circuit has current control means for controlling a current supplied to the xenon lamp, and the current control means is a MOSFET .
前記キセノンランプを駆動する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のキセノンランプ駆動装置と、
を有する光源装置。A xenon lamp,
The xenon lamp driving device according to any one of claims 1 to 4 , which drives the xenon lamp;
A light source device.
請求項5記載の光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起する励起手段と、
前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定する測定手段と、
前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする診断装置。In a diagnostic device for diagnosing tissue,
Excitation means for exciting the tissue by irradiating light whose intensity is supplied from the light source device according to claim 5 ;
Measuring means for measuring the lifetime of fluorescence or phosphorescence from the excited tissue;
Determination means for determining the state of the tissue based on the measured lifetime;
A diagnostic apparatus comprising:
請求項5記載の光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起するステップと、
前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定するステップと、
前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定するステップと、
を有することを特徴とする診断方法。In a diagnostic method for diagnosing a tissue,
Exciting the tissue by irradiating the intensity-modulated light supplied from the light source device according to claim 5 ;
Measuring the lifetime of fluorescence or phosphorescence from the excited tissue;
Determining the state of the tissue based on the measured lifetime;
A diagnostic method characterized by comprising:
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