JP4807758B2 - サンプルによって光信号に誘起される位相ずれを測定する方法および装置 - Google Patents
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Description
=A1*A2*cos((ω1+ω2)*t+φ2)−A1*A2*cos((ω2−ω1)*t+φ2)
f−df
2)基準測定の場合に、サンプル回路で受け取られた信号と、基準回路で受け取られた信号との間の位相遅れを求める。
3)2つの結果を互いから差し引く。
LEDドライバおよび測定LED
φm1+Δφm1
LEDドライバおよび基準LED
φr1+Δφr1
測定分岐検出器チェーン
φsd+Δφsd
基準分岐検出器チェーン
φrd+Δφrd
フルオロフォアによって導入される位相遅れは次のとおりである。
φf1
フルオロフォアに対する位相測定によって次式(測定LEDによる励起、測定分岐の位相−基準分岐の位相)が与えられる。
φm1+Δφm1+φf1+φsd+Δφsd−(φm1+Δφm1+φrd+Δφrd)
これは次式まで縮小可能である。
φf1+φsd+Δφsd−φrd−Δφrd
それぞれの基準位相測定によって次式(基準LEDによる励起、測定分岐の位相−基準分岐の位相)が与えられる。
φr1+Δφr1+φsd+Δφsd−(φr1+Δφr1+φrd+Δφrd)
これは次式まで縮小可能である。
φsd+Δφsd−φrd−Δφrd
フルオロフォアによって誘起された位相遅れは、フルオロフォア測定値および基準測定値を差し引いて計算される。
φf1+φsd+Δφsd−φrd−Δφrd−(φsd+Δφsd−φrd−Δφrd)
=φf1
電子回路によって誘起される一定の位相オフセットおよびドリフトがキャンセルされることがわかる。
検体の濃度は、信号処理および制御装置29によって、あらかじめ計算された較正曲線に基づいて計算される。結果は、数値でディスプレイ67に表示される。
Claims (60)
- サンプルによって光信号に誘起される位相ずれを測定する装置であって、
サンプル位置を含む測定光路に沿って光信号を発する第1の光源、および、ダミー測定光路に沿って光信号を発する第2の光源であって、交互に動作するように構成された第1および第2の光源と、
前記測定光路および前記ダミー測定光路から前記光信号を受け取る測定電子回路であって、前記測定電子回路が、前記測定光路および前記ダミー測定光路のそれぞれから受け取る前記光信号の位相をそれぞれ表す出力を、別々のタイミングで与えるように構成され、運用時には、前記サンプル位置にあるサンプルによって、前記測定光路内の光に位相ずれが誘起され、それによって、前記測定光路から受け取った、前記第1の光源の光の位相が、前記第1の光源から発せられた光の位相と異なっているところの測定電子回路と、
前記第1および第2の光源から発せられた前記光信号の位相を表す信号を受け取る基準電子回路と、
前記第1の光源に応答する前記測定電子回路の出力によって示される光の位相と、前記基準電子回路によって示される光の位相とを比較して、前記第1の測定された位相差を示す出力を与え、そして、前記第2の光源に応答する測定電子回路の出力によって示される光の位相と、前記基準電子回路によって示される光の位相とを比較して、第2の測定された位相差を示す出力を与える回路と、
前記サンプルによって前記第1の光源の光に誘起された位相ずれの改善された測定値を取得するために、前記第2の測定された位相差に基づく補正を前記第1の測定された位相差に適用して、前記測定電子回路および基準電子回路によって誘起された位相変化に起因する、前記第1の測定された位相差の誤差を修正する回路と
を備える装置。 - 前記第1の光源がさらに、基準光路に沿って光信号を発し、前記第2の光源がさらに、ダミー基準光路に沿って光信号を発し、前記基準電子回路がさらに、前記基準光路および前記ダミー基準光路からの前記光信号を受け取る手段を備え、前記基準電子回路が、前記基準光路および前記ダミー基準光路のそれぞれから受け取る前記光信号の位相をそれぞれ表す出力を、別々のタイミングで与えるように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記測定光路がビームスプリッタを含み、前記ビームスプリッタが、前記第1の光源から光を受け取り、前記光を前記サンプル位置に向かって反射し、前記サンプル位置から発せられた、運用時の蛍光発光を受け取り、前記蛍光発光を前記測定電子回路に伝達する、請求項1または2に記載の装置。
- 前記測定光路が、前記サンプル位置において第1の蛍光性サンプルを励起するのに好適な光の波長を選択するように構成された励起フィルタと、前記サンプル位置からの蛍光発光の波長を選択するのに好適な発光フィルタとを備える、請求項1または2に記載の装置。
- 発振器が前記第1および第2の光源のそれぞれと結合され、発振強度の光信号を発生させる、請求項1から4のいずれか1つに記載の装置。
- 前記発振器から出力される信号が、滑らかな励起パルスの形である、請求項5に記載の装置。
- 発振強度の光信号を発生させるために前記第1および第2の光源のそれぞれに供給される駆動電流が、直接デジタル合成によって生成される、請求項1から6のいずれか1つに記載の装置。
- 前記ダミー測定光路が前記ビームスプリッタを含み、前記ビームスプリッタが、前記第2の光源から光を受け取り、前記光を前記サンプル位置に向かって反射し、前記サンプル位置から反射された前記光を受け取り、前記光を前記測定電子回路に伝達するように構成される、請求項3から7のいずれか1つに記載の装置。
- 前記ダミー測定光路が、前記サンプル位置からの蛍光発光の波長と同等の光の波長を選択する前記発光フィルタをさらに含む、請求項8に記載の装置。
- 前記第2の光源からの光が、前記ビームスプリッタによって受け取られず、前記測定電子回路に直接誘導される、請求項3から7のいずれか1つに記載の装置。
- 前記ダミー測定光路が、前記第2の光源から発せられる光の強度を低減する電気−光学アッテネータをさらに備える、請求項10に記載の装置。
- 前記ダミー測定光路内の光が、前記第1の蛍光性サンプルを励起するのに好適な光の波長を含まない、請求項1から11のいずれか1つに記載の装置。
- 前記第1および第2の光源から発せられた光の波長が同じであり、前記ダミー測定光路が、前記第1の蛍光性サンプルを励起するのに好適な波長の光を除去するフィルタをさらに備える、請求項1から12のいずれか1つに記載の装置。
- 前記第1の光源および前記第2の光源が異なる波長の光を発し、前記第2の光源から発せられた前記光が、前記蛍光性サンプルを励起するのに好適な波長を含まない、請求項1から10のいずれか1つに記載の装置。
- 前記ダミー測定光路が前記ビームスプリッタを含み、前記ビームスプリッタが、前記第2の光源から光を受け取り、前記光を前記サンプル位置に向かって反射し、運用時に、前記サンプル位置から発せられた蛍光光を受け取り、前記蛍光光を前記測定回路に伝達するように構成される、請求項3から7のいずれか1つに記載の装置。
- 前記ダミー測定光路が、前記サンプル位置において第2の蛍光性サンプルを励起するのに好適な光の波長を選択するように構成された励起フィルタと、前記サンプル位置からの蛍光発光の波長を選択するのに好適な発光フィルタとを備える、請求項15に記載の装置。
- 前記第1の蛍光性サンプルを励起するのに必要な光の波長が、前記第2の蛍光性サンプルを励起するのに必要な光の波長と異なる、請求項15または16のいずれか1つに記載の装置。
- 前記測定電子回路が、前記測定光路および前記ダミー測定光路から光信号を受け取る光電気変換器を備え、前記光電気変換器が、前記光電気変換器を照らす光の強度に対応する電気信号を出力する、請求項1から17のいずれか1つに記載の装置。
- 前記光電気変換器が光電子増倍管であって、前記光電子増倍管が、バイアス電圧を供給されて、前記アバランシェフォトダイオードを照らす光の強度に対応する電気信号を増強する、請求項18に記載の装置。
- 前記サンプル回路の前記光電気変換器がアバランシェフォトダイオードであって、前記アバランシェフォトダイオードが、バイアス電圧を供給されて、前記アバランシェフォトダイオードを照らす光の強度に対応する電気信号を増強する、請求項18に記載の装置。
- 前記第1および第2の光源からの光を、それぞれ前記基準光路および前記ダミー基準光路に沿って前記基準回路の光電気変換器まで誘導する手段が設けられている、請求項1から20のいずれか1つに記載の装置。
- 前記基準回路の前記光電気変換器がフォトダイオードである、請求項21に記載の装置。
- 前記測定回路および前記基準回路のそれぞれで処理された信号を変調して、前記処理された信号の位相を表す出力を発生させる電子回路をさらに備える、請求項1から22のいずれか1つに記載の装置。
- 前記測定回路および前記基準回路のそれぞれにおける信号を変調する前記電子回路が、前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれにおいてミキサを備え、各ミキサが追加の発振器と結合される、請求項23に記載の装置。
- 0.1から103メガヘルツの変調された周波数を有する信号が、前記追加の発振器から出力され、前記測定回路および前記基準回路のそれぞれにおける信号と、それぞれの前記ミキサ手段によって混合され、前記各光源から出力される光の変調された周波数が、前記変調された周波数と、量にして102から105ヘルツ(ヘテロダイン検出)だけ異なる、請求項24に記載の装置。
- 前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれがさらにバンドパスフィルタを備え、前記測定電子回路および前記基準電子回路の前記各ミキサからの出力の高周波成分が、前記バンドパスフィルタによって除去される、請求項25に記載の装置。
- 各光源から出力される光の変調された周波数と同じ変調された周波数を有する信号が、前記追加の発振器から出力され、前記測定回路および前記基準回路のそれぞれにおける信号と、それぞれの前記ミキサ手段(ホモダイン検出)によって混合される、請求項24に記載の装置。
- 各光源から出力された前記光の変調された周波数が10ヘルツから105ヘルツである、請求項1から23のいずれか1つに記載の装置。
- 前記測定電子回路および基準電子回路のそれぞれの前記光電気変換器が、電圧出力を発生させる増幅器に電気信号を出力するように構成され、それぞれの前記ミキサが、前記電圧出力と、前記追加の発振器からの変調された周波数の信号とを受け取って、前記入力間の周波数差を表すビート周波数出力を発生させるように構成され、前記出力が、前記光電気変換器で受け取られた前記光の位相を表す、請求項24から28のいずれか1つに記載の装置。
- 前記測定回路および前記基準回路のそれぞれの前記ミキサに所定の周波数を与える前記追加の発振器が電圧制御水晶発振器である、請求項24から29のいずれか1つに記載の装置。
- 前記測定回路および前記基準回路のそれぞれの前記ミキサに対する所定の周波数が直接デジタル合成によって生成される、請求項24から30のいずれか1つに記載の装置。
- 前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれの前記バンドパスフィルタが、それぞれ、各ミキサから出力されるビート周波数を受け取って、それぞれの信号のノイズを低減するように構成される、請求項24から31のいずれか1つに記載の装置。
- 前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれが、前記バンドパスフィルタからのフィルタリングされた信号を増幅する増幅器と、前記増幅された信号をデジタイズするアナログデジタル変換器とをさらに備える、請求項32に記載の装置。
- 前記測定回路および前記基準回路のそれぞれからのデジタイズ出力を受け取る信号処理および制御装置が提供され、前記信号処理および制御装置が、前記第1および第2の光源のそれぞれの動作中に受け取られたデジタイズ信号を比較する回路と、前記サンプルによって誘起された位相変化を計算する回路とをさらに備える、請求項33に記載の装置。
- 前記計算の結果がディスプレイに出力される、請求項34に記載の装置。
- 前記信号処理および制御装置が、前記第1および第2の光源の交互動作を制御するように構成される、請求項34または35に記載の装置。
- 前記信号処理および制御装置が、前記追加の発振器の周波数を制御するように構成される、請求項34から36のいずれか1つに記載の装置。
- 前記信号処理および制御装置が、前記アバランシェフォトダイオードに供給されるバイアス電圧を制御するように構成される、請求項34から37のいずれか1つに記載の装置。
- 異なる2つ以上の周波数で変調された光が前記第1および第2の光源のそれぞれから交互に発生して連続的に出力され、さらなる計算が可能になる、請求項1から38のいずれか1つに記載の装置。
- グルコース測定システムで用いる場合に、前記サンプルが、前記サンプル内に存在するグルコースの濃度によって変調されることが可能な蛍光特性を有する、請求項1から39のいずれか1つに記載の装置。
- サンプルによって光信号に誘起される位相ずれを測定する方法であって、
サンプル位置を含む測定光路に沿って第1の光信号を発するステップと、
ダミー測定光路に沿って第2の光信号を発するステップとを含み、前記第1および第2の光信号が交互に発せられ、
測定電子回路において前記測定光路および前記ダミー測定光路から光信号を受け取るステップと、
測定光路およびダミー測定光路のそれぞれから受け取る光信号の位相をそれぞれ表す出力を、前記測定電子回路から、別々のタイミングで与えるステップと、
基準電子回路において、前記第1および第2の光信号の位相を表す信号を受け取るステップと、
前記第1の光信号に対する応答として前記測定電子回路の出力によって示される光の位相と、前記基準電子回路によって示される光の位相とを比較するステップと、
前記第1の測定された位相差を表す出力を与えるステップと、
前記第2の光信号に対する応答として前記測定電子回路の出力によって示される光の位相と、前記基準電子回路によって示される光の位相とを比較するステップと、
第2の測定された位相差を表す出力を与えるステップと、
前記サンプルによって前記第1の光源の光に誘起された位相ずれの改善された測定値を取得するために、前記第2の測定された位相差に基づく補正を前記第1の測定された位相差に適用して、前記測定電子回路および前記基準電子回路によって誘起された位相変化に起因する、前記第1の測定された位相差の誤差を修正するステップと
を含む方法。 - 付加的に、前記第1の光信号を基準光路に沿って発し、前記第2の光信号をダミー基準光路に沿って発するステップと、
前記基準電子回路において、前記基準光路および前記ダミー基準光路からの前記光信号を受け取るステップと、
前記基準光路および前記ダミー基準光路から受け取った前記光信号のそれぞれの位相をそれぞれ表す信号を、別々のタイミングで前記基準電子回路から出力するステップとをさらに含む、請求項41に記載の方法。 - 前記第1の光信号として、前記サンプル位置における第1の蛍光性サンプルを励起するのに好適な波長の光を選択するステップと、
前記サンプル位置から発せられる蛍光光の波長を選択するステップとをさらに含む、請求項41または42に記載の方法。 - 発振強度の第1および第2の光信号を発生させるステップをさらに含む、請求項41から43のいずれか1つに記載の方法。
- 直接デジタル合成によって駆動電流を生成するステップと、
前記駆動電流を第1および第2の光源にそれぞれ供給することによって、発振強度の前記第1および第2の光信号を発生させるステップとをさらに含む、請求項44に記載の方法。 - 前記ダミー測定光路に沿って発せられた前記第1の光信号をビームスプリッタで受け取るステップと、
前記光を前記サンプル位置に向かって反射させるステップと、
前記光を前記測定回路に伝達するステップと
をさらに含む、請求項41から45のいずれか1つに記載の方法。 - 前記サンプル位置から発せられた蛍光光の波長と同等の光の波長を選択するステップをさらに含む、請求項46に記載の方法。
- 前記第2の光信号を前記第2の光源から前記測定回路に直接誘導するステップをさらに含む、請求項41から45のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2の光源から発せられた光の強度を低減するステップをさらに含む、請求項48に記載の方法。
- 前記測定電子回路において受け取った前記光信号を、前記光信号の強度に対応する電気信号に変換するステップと、
前記電気信号を出力するステップと
をさらに含む、請求項41から49のいずれか1つに記載の方法。 - 前記第1および第2の光信号を、それぞれ前記第1および第2の光源から、前記基準光路および前記ダミー基準光路に沿って、前記基準回路の光電気変換器まで誘導するステップをさらに含む、請求項41から50のいずれか1つに記載の方法。
- 前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれで処理された信号を変調して、前記処理された信号の位相を表す出力を発生させるステップをさらに含む、請求項41から51のいずれか1つに記載の方法。
- 変調された周波数が0.1メガヘルツから103メガヘルツである信号を追加の発振器から出力するステップと、
前記変調された信号を、前記測定回路および前記基準回路のそれぞれにおいて処理された前記信号と、それぞれのミキサを用いて結合するステップと
をさらに含む、請求項41から52のいずれか1つに記載の方法。 - 前記測定電子回路および前記基準電子回路の前記ミキサのそれぞれの出力の高周波成分をバンドパスフィルタで除去するステップをさらに含む、請求項53に記載の方法。
- 前記第1および第2の光信号の変調された周波数と同じ変調された周波数を有する信号を出力するステップと、
前記変調信号を、前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれにおいて処理される前記信号と、それぞれのミキサを用いて結合するステップと
をさらに含む、請求項41から52のいずれか1つに記載の方法。 - 前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれからの電気信号を、電圧出力を発生させる増幅器に出力するステップと、
前記電圧出力と、前記追加の発振器からの変調された周波数の前記信号とを、それぞれの前記ミキサで受け取るステップと、
その後に、前記入力間の周波数差を表すビート周波数を発生させるステップと
をさらに含む、請求項53から55のいずれか1つに記載の方法。 - 前記測定電子回路および前記基準電子回路のそれぞれの前記バンドパスフィルタにおいて、各ミキサからの前記ビート周波数出力を受け取って、それぞれの信号の中のノイズを低減するステップをさらに含む、請求項56に記載の方法。
- 前記バンドパスフィルタからの前記フィルタリングされた信号を増幅するステップと、
前記増幅された信号をデジタイズするステップとをさらに含む、請求項57に記載の方法。 - 前記第1および第2の光源のそれぞれの動作時に生成された、前記デジタイズされた信号を比較するステップと、
前記サンプルによって誘起された位相変化を計算するステップと
をさらに含む、請求項57に記載の方法。 - 前記計算の結果をディスプレイに出力するステップをさらに含む、請求項59に記載の方法。
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