JP6082108B2 - Optical signal detection circuit and measurement device - Google Patents

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Description

本発明は、光信号検出回路に関し、特に複数チャンネルの光信号を検出する光信号検出回路に関する。   The present invention relates to an optical signal detection circuit, and more particularly to an optical signal detection circuit that detects optical signals of a plurality of channels.

近年、光計測技術を応用した遺伝子解析装置や各種の診断装置の開発が盛んに行なわれている。例えば、特許文献1には、遺伝子多型、特にSNP(一塩基多型)を検出し、病気罹患率の診断や、投与薬剤の種類と効果および副作用との関係などの診断を行なう装置が示されており、そこでは測定試料に2種類の励起光を照射し、その結果として試料から発生した蛍光を検出する方法が示されている。   In recent years, gene analysis devices and various diagnostic devices applying optical measurement technology have been actively developed. For example, Patent Document 1 discloses an apparatus that detects genetic polymorphism, particularly SNP (single nucleotide polymorphism), and diagnoses disease morbidity and diagnoses the relationship between the type of drug administered, effects, and side effects. Here, there is shown a method of irradiating a measurement sample with two types of excitation light and detecting fluorescence generated from the sample as a result.

図1は、特許文献1に開示された蛍光検出部の構成を説明するための図である。図1に示す蛍光検出部64は、励起光照射部と蛍光受光部を備えた2台の光学ユニット90A,90Bを備えており、これら2台の光学ユニットは励起光の波長と受光する蛍光の波長が互いに異なるように設定されている。光学ユニット90Aは、励起光源としてLED92aを備え、その発光を励起光として測定試料が入った反応容器41の底面に集光して照射する一対のレンズ94a、96aとダイクロイックミラー98aを備えている。また、光学ユニット90Bは、励起光源としてLED92bを備え、その発光を励起光として反応容器41の底面に集光して照射する一対のレンズ94b、96bとダイクロイックミラー98bを備えている。ダイクロイックミラー98a,98bは励起光を反射し、かつ試料から発生する蛍光を透過させるように波長特性が設定されている。ダイクロイックミラー98a,98bを透過した蛍光は、集光レンズ102a,102bにより光ファイバ103a,103bに入射させられ、共通の光検出器105に導かれる。この蛍光検出部64では、LED92aと92bを交互に点灯させ、LED92a又は92bの点灯中に光検出器105による蛍光検出を行なっている。   FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a fluorescence detection unit disclosed in Patent Document 1. In FIG. The fluorescence detection unit 64 shown in FIG. 1 includes two optical units 90A and 90B each having an excitation light irradiating unit and a fluorescence light receiving unit, and these two optical units have the wavelength of excitation light and the fluorescence received. The wavelengths are set to be different from each other. The optical unit 90A includes an LED 92a as an excitation light source, and includes a pair of lenses 94a and 96a and a dichroic mirror 98a that collects and emits the emitted light as excitation light to the bottom surface of the reaction vessel 41 containing the measurement sample. The optical unit 90B includes an LED 92b as an excitation light source, and includes a pair of lenses 94b and 96b and a dichroic mirror 98b that collects and emits the emitted light as excitation light on the bottom surface of the reaction vessel 41. The dichroic mirrors 98a and 98b have wavelength characteristics so as to reflect excitation light and transmit fluorescence generated from the sample. The fluorescence transmitted through the dichroic mirrors 98 a and 98 b is incident on the optical fibers 103 a and 103 b by the condenser lenses 102 a and 102 b and guided to the common photodetector 105. In the fluorescence detection unit 64, the LEDs 92a and 92b are alternately turned on, and the light detection by the photodetector 105 is performed while the LEDs 92a or 92b are turned on.

また、特許文献2には、生体の頭部に照射した光の透過光を検出することで、大脳の血流情報、即ち血液のヘモグロビン濃度の相対変化を計測する方法が示されている。図2、3は、特許文献2に開示された生体光計測装置の構成を説明するための図である。この生体光計測装置は、図2に示す第1組の照射プローブ11aおよび検出プローブ11bと、第2組の照射プローブおよび検出プローブ(図示せず)を備える。図2では、第1組の照射プローブ11aおよび検出プローブ11bに関する信号変調回路および信号検出回路を示しているが、第2組の照射プローブおよび検出プローブについても同様の回路が設けられる。   Patent Document 2 discloses a method of measuring relative changes in cerebral blood flow information, that is, blood hemoglobin concentration, by detecting transmitted light of light irradiated on the head of a living body. 2 and 3 are diagrams for explaining the configuration of the biological light measurement device disclosed in Patent Document 2. FIG. This biological light measurement apparatus includes a first set of irradiation probes 11a and detection probes 11b shown in FIG. 2, and a second set of irradiation probes and detection probes (not shown). In FIG. 2, the signal modulation circuit and the signal detection circuit related to the first set of irradiation probes 11a and detection probes 11b are shown, but similar circuits are also provided for the second set of irradiation probes and detection probes.

この生体光計測装置は、光源として半導体レーザ2を使用する。半導体レーザ2は、レーザ駆動回路3によって矩形波状に強度変調された光を放射する。レーザ駆動回路3には、発振器4により変調周波数が印加される。放射された光は照射用光ファイバ18aおよび照射プローブ11aを介して被検体5の頭部に照射され、被検体5を透過した光は検出プローブ11bおよび検出用ファイバ18bを介して検出器6に送られる。検出器6で電流に変換された検出信号は、ロックイン処理部7(図3参照)に送られる。このロックイン処理部7は、増幅器13、アナログスイッチ14、低域カットフィルタ部15、AD変換器16及びロックイン演算部17を有している。   This biological light measurement apparatus uses a semiconductor laser 2 as a light source. The semiconductor laser 2 emits light whose intensity has been modulated into a rectangular wave by the laser driving circuit 3. A modulation frequency is applied to the laser driving circuit 3 by an oscillator 4. The emitted light is irradiated to the head of the subject 5 through the irradiation optical fiber 18a and the irradiation probe 11a, and the light transmitted through the subject 5 is sent to the detector 6 through the detection probe 11b and the detection fiber 18b. Sent. The detection signal converted into current by the detector 6 is sent to the lock-in processing unit 7 (see FIG. 3). The lock-in processing unit 7 includes an amplifier 13, an analog switch 14, a low-frequency cut filter unit 15, an AD converter 16, and a lock-in calculation unit 17.

パルス発生器19は、第1組の光源と第2組の光源を交互にオン・オフするためのパルス信号を発生する。このパルス信号と発振器4からの変調信号はアンドゲート20に入力され、アンドゲート20からの出力は、レーザ駆動回路3に入力される。これにより、レーザ駆動回路3は、パルス発生器19で発生されたパルスに同期して半導体レーザ2のオン・オフを行なう。また、パルス発生器19からのパルス信号は、アナログスイッチ14にも入力される。これにより、アナログスイッチ14は、パルス発生器19で発生されたパルスに同期して低域カットフィルタ部15への信号の入力のオン・オフを行なう。   The pulse generator 19 generates a pulse signal for alternately turning on and off the first set of light sources and the second set of light sources. The pulse signal and the modulation signal from the oscillator 4 are input to the AND gate 20, and the output from the AND gate 20 is input to the laser driving circuit 3. As a result, the laser drive circuit 3 turns the semiconductor laser 2 on and off in synchronization with the pulse generated by the pulse generator 19. The pulse signal from the pulse generator 19 is also input to the analog switch 14. As a result, the analog switch 14 turns on / off the signal input to the low-frequency cut filter unit 15 in synchronization with the pulse generated by the pulse generator 19.

図3に示すように、低域カットフィルタ部15を通過した信号は、AD変換器16でデジタル信号に変換され、ロックイン演算部17に入力される。ロックイン演算部17は、光源の変調周波数と同じ周波数を参照信号として、参照信号と同期した信号の検出を行なう。以上の動作によって、被検体5の頭部を透過した第1組、第2組の光信号を交互に検出することができる。   As shown in FIG. 3, the signal that has passed through the low-frequency cut filter unit 15 is converted into a digital signal by the AD converter 16 and input to the lock-in calculation unit 17. The lock-in calculation unit 17 detects a signal synchronized with the reference signal using the same frequency as the modulation frequency of the light source as a reference signal. By the above operation, the first set and the second set of optical signals transmitted through the head of the subject 5 can be detected alternately.

上記の2つの例では、波長の異なる2組の光信号の検出を行なっているが、いずれも2組の光信号を交互に(時分割的に)検出している。つまり、図1に示す例では、光検出器105が共通となっているため、2台の光学ユニット90A,90Bからの蛍光信号を区別するために時分割的な検出手法がとられている。また図2に示す例では、検出器6は第1組と第2組とで別々であるが、一方の組の検出プローブが他の組の照射プローブからの照射光による透過光を検出してしまう可能性があるため、図1に示す例と同様に時分割的な検出手法がとられている。   In the above two examples, two sets of optical signals having different wavelengths are detected, but both sets of optical signals are detected alternately (in a time division manner). That is, in the example shown in FIG. 1, since the photodetector 105 is common, a time-division detection method is used to distinguish the fluorescence signals from the two optical units 90A and 90B. In the example shown in FIG. 2, the detectors 6 are separate for the first set and the second set, but one set of detection probes detects transmitted light from the irradiation light from the other set of irradiation probes. Therefore, a time-division detection method is used as in the example shown in FIG.

特開2006−271347号公報JP 2006-271347 A 特開2009−424号公報JP 2009-424 A

図4は、従来技術に係る生体光計測装置の課題を説明するための図である。上記特許文献2に係る生体光計測装置では、図4に示すように、第1組の光源は変調周波数f1で変調されながら一定期間毎にオン・オフされ、第2組の光源は変調周波数f2で変調されながら、第1組の光源とは反対のタイミングでオン・オフされる。   FIG. 4 is a diagram for explaining a problem of the biological light measurement device according to the related art. In the biological light measurement apparatus according to Patent Document 2, as shown in FIG. 4, the first set of light sources is turned on / off at regular intervals while being modulated at the modulation frequency f1, and the second set of light sources is modulated at the modulation frequency f2. Is turned on / off at the opposite timing to the first set of light sources.

そして、第1組、第2組の検出器6で受光された光信号は、それぞれ最終的にロックイン演算部17で処理されて直流電圧信号に変換されて出力される。この検出信号は、図4に示すようにそれぞれの光源がオンの期間のみ出力される(通常ロックイン演算では平均化処理が行なわれるため、検出信号の立ち上がりおよび立ち下がりは、図4に示すように指数関数的な変化となるのが普通である)。従って、図4に示すように第1組、第2組の検出信号はそれぞれ不連続であり、且つ第1組、第2組の検出タイミングには時間的なずれが発生している。これは、第1組と第2組の検出動作を交互に行う時分割的な検出手法をとっているために生じた問題である。検出する組の数がさらに多い場合、各組の検出されない期間(光源がオフの期間)や検出タイミングの時間的なずれは、さらに大きくなる。特に検出タイミングのずれは、検出信号の時間的変化の観測が重要である場合、全ての組の検出信号が同時に得られないことが問題となる場合がある。   The optical signals received by the first set and the second set of detectors 6 are finally processed by the lock-in calculation unit 17 and converted into DC voltage signals, which are output. This detection signal is output only when each light source is on as shown in FIG. 4 (since normalization is performed in the normal lock-in calculation, the rise and fall of the detection signal are as shown in FIG. Is usually an exponential change). Therefore, as shown in FIG. 4, the detection signals of the first set and the second set are discontinuous, and there is a time lag between the detection timings of the first set and the second set. This is a problem caused by taking a time-division detection method in which the first set and the second set of detection operations are alternately performed. When the number of sets to be detected is larger, the period in which each set is not detected (period in which the light source is off) and the time lag in detection timing are further increased. In particular, a shift in detection timing may cause a problem that not all sets of detection signals can be obtained simultaneously when it is important to observe temporal changes in detection signals.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数チャンネルの光信号を検出する光信号検出回路において、各チャンネルの検出信号を連続的に得ることができるとともに、全てのチャンネルの検出信号を同時に得ることができる技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an optical signal detection circuit for detecting optical signals of a plurality of channels, which can continuously obtain detection signals of each channel and all channels. It is an object of the present invention to provide a technique capable of simultaneously obtaining the detection signals.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光信号検出回路は、複数チャンネルの光信号を検出する光信号検出回路であって、各チャンネルごとに設けられた光源と、複数の光源に対し点滅パルスを1パルスずつ順番に供給するパルス発生回路と、光源からの光信号に対する応答光信号を光電変換する光検出器と、各チャンネルごとに設けられたスイッチであって、点滅パルスに同期してスイッチングされることにより光検出器の出力信号から各チャンネルに対応する信号を抽出するスイッチと、各チャンネルごとに設けられ、各スイッチの出力信号を直流信号に変換する直流変換回路とを備える。   In order to solve the above problems, an optical signal detection circuit according to an aspect of the present invention is an optical signal detection circuit that detects optical signals of a plurality of channels, and includes a light source provided for each channel and a plurality of light sources. In contrast, a pulse generation circuit that sequentially supplies blinking pulses one by one, a photodetector that photoelectrically converts a response light signal from the light source, and a switch provided for each channel, synchronized with the blinking pulse And a switch that extracts a signal corresponding to each channel from the output signal of the photodetector by being switched, and a DC conversion circuit that is provided for each channel and converts the output signal of each switch into a DC signal. .

光検出器とスイッチとの間に設けられた、外光成分を検出する外光成分検出回路と、光検出器の出力信号から外光成分を差し引く減算回路とをさらに備えてもよい。   An external light component detection circuit for detecting an external light component and a subtracting circuit for subtracting the external light component from the output signal of the photodetector may be further provided between the light detector and the switch.

パルス発生回路は、点滅パルスとは異なるタイミングで外光検出用パルスを発生し、外光成分検出回路は、外光検出用パルスを用いて外光成分を検出するサンプル&ホールド回路を備えてもよい。   The pulse generation circuit generates an external light detection pulse at a timing different from the blinking pulse, and the external light component detection circuit includes a sample and hold circuit that detects the external light component using the external light detection pulse. Good.

外光成分検出回路は、光検出器のショット雑音を除去するローパスフィルタをさらに備えてもよい。   The external light component detection circuit may further include a low-pass filter that removes shot noise of the photodetector.

直流変換回路は、スイッチの出力信号から直流成分を除去するハイパスフィルタと、点滅パルスのオン・オフのタイミングに合わせて反転増幅動作と非反転増幅動作とを切り替えることでハイパスフィルタの出力信号を直流信号に変換する反転・非反転アンプと、を備えてもよい。   The DC converter circuit converts the output signal of the high-pass filter to DC by switching between an inverting amplification operation and a non-inverting amplification operation in accordance with the on / off timing of the blinking pulse, and a high-pass filter that removes the DC component from the switch output signal. And an inverting / non-inverting amplifier that converts the signal into a signal.

パルス発生回路は、点滅パルス間に時間間隔を設けてもよい。   The pulse generation circuit may provide a time interval between blinking pulses.

本発明の別の態様は、計測装置である。この計測装置は、上述の光信号検出回路と、光源からの光信号を被検出物に照射するとともに、被検出物からの応答光信号を検出して光検出器に出力するプローブとを備える。   Another aspect of the present invention is a measurement device. This measuring apparatus includes the above-described optical signal detection circuit, and a probe that irradiates an optical signal from a light source onto an object to be detected, and detects a response optical signal from the object to be detected and outputs it to the optical detector.

プローブは、複数チャンネルに関して共通であってもよい。あるいは、各チャンネルごとに別々の前記プローブを備えてもよい。   The probe may be common for multiple channels. Alternatively, a separate probe may be provided for each channel.

各チャンネルごとに、光源からプローブに光信号を導光する第1光ファイバと、プローブから光検出器に応答光信号を導光する第2光ファイバとを備えてもよい。光検出器は、複数チャンネルに関して共通であってもよい。   A first optical fiber that guides an optical signal from the light source to the probe and a second optical fiber that guides a response optical signal from the probe to the photodetector may be provided for each channel. The photodetector may be common for multiple channels.

本発明のさらに別の態様もまた、計測装置である。この計測装置は、上述の光信号検出回路と、光源からの光信号を被検出物に照射する照射プローブと、被検出物からの応答光信号を検出して光検出器に出力する検出プローブとを備えてもよい。   Yet another embodiment of the present invention is also a measurement device. This measuring apparatus includes the above-described optical signal detection circuit, an irradiation probe that irradiates an object with an optical signal from a light source, and a detection probe that detects a response optical signal from the object to be detected and outputs it to a photodetector. May be provided.

本発明によれば、複数チャンネルの光信号を検出する光信号検出回路において、各チャンネルの検出信号を連続的に得ることができるとともに、全てのチャンネルの検出信号を同時に得ることができる。   According to the present invention, in an optical signal detection circuit that detects optical signals of a plurality of channels, detection signals for each channel can be obtained continuously, and detection signals for all channels can be obtained simultaneously.

特許文献1に開示された蛍光検出部の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the fluorescence detection part disclosed by patent document 1. FIG. 特許文献2に開示された生体光計測装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the biological light measuring device disclosed by patent document 2. FIG. 特許文献2に開示された生体光計測装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the biological light measuring device disclosed by patent document 2. FIG. 従来技術に係る生体光計測装置の課題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the subject of the biological light measuring device which concerns on a prior art. 本実施形態に係る光信号検出回路を適用した蛍光検出装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fluorescence detection apparatus to which the optical signal detection circuit which concerns on this embodiment is applied. 信号検出回路の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a signal detection circuit. 各チャンネルの光源の発光タイミングと、それらによって第1チャンネルの第1IVアンプに発生する出力信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the light emission timing of the light source of each channel, and the waveform of the output signal which generate | occur | produces in 1st IV amplifier of a 1st channel by them. 第1チャンネルの蛍光信号抽出後の信号処理の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the signal processing after the fluorescence signal extraction of the 1st channel. 本発明の第1実施例に係る光信号検出回路を適用した蛍光検出装置を示す図である。It is a figure which shows the fluorescence detection apparatus to which the optical signal detection circuit based on 1st Example of this invention is applied. 第1実施例における点滅パルスおよび外光検出用パルスの波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the blinking pulse and external light detection pulse in 1st Example. 上記の色素混合液を測定試料とした時のステップ応答波形を示す図である。It is a figure which shows a step response waveform when using said pigment | dye liquid mixture as a measurement sample. 変形例に係る蛍光検出装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fluorescence detection apparatus which concerns on a modification. 別の変形例に係る蛍光検出装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fluorescence detection apparatus which concerns on another modification. 本発明の第2実施例に係る光信号検出回路を適用した蛍光検出装置を示す図である。It is a figure which shows the fluorescence detection apparatus to which the optical signal detection circuit based on 2nd Example of this invention is applied.

以下、本発明の実施形態に係る光信号検出回路について説明する。本実施形態に係る光信号検出回路は、複数チャンネルの光信号検出に用いることができるが、ここでは3チャンネルの光信号を検出する場合を例にとって説明する。本実施形態の光信号検出回路は、時分割的な検出手法が必要とされる様々な光信号検出に対して用いることができ、特定の光学系だけに使用を限定されるものではないが、ここでは蛍光検出装置に光信号検出回路を適用した場合について説明する。   Hereinafter, an optical signal detection circuit according to an embodiment of the present invention will be described. The optical signal detection circuit according to the present embodiment can be used for detecting optical signals of a plurality of channels. Here, a case where an optical signal of three channels is detected will be described as an example. The optical signal detection circuit of the present embodiment can be used for various optical signal detections that require a time-division detection method, and is not limited to a specific optical system, Here, a case where an optical signal detection circuit is applied to the fluorescence detection device will be described.

図5は、本実施形態に係る光信号検出回路530を適用した蛍光検出装置500を説明するための図である。蛍光検出装置500は、被検出物としての試料501に対して励起光を照射し、該照射により試料501から発生した蛍光を検出するものである。   FIG. 5 is a diagram for explaining a fluorescence detection apparatus 500 to which the optical signal detection circuit 530 according to the present embodiment is applied. The fluorescence detection apparatus 500 irradiates a sample 501 as an object to be detected with excitation light and detects fluorescence generated from the sample 501 by the irradiation.

図5に示すように、蛍光検出装置500は、3つの蛍光検出用光学ユニット(第1チャンネル用の第1蛍光検出用光学ユニットCH1、第2チャンネル用の第2蛍光検出用光学ユニットCH2、および第3チャンネル用の第3蛍光検出用光学ユニットCH3)と、パルス発生回路520と、プローブ522とを備える。   As shown in FIG. 5, the fluorescence detection apparatus 500 includes three fluorescence detection optical units (a first fluorescence detection optical unit CH1 for the first channel, a second fluorescence detection optical unit CH2 for the second channel, and A third fluorescence detecting optical unit CH3 for the third channel; a pulse generating circuit 520; and a probe 522.

第1蛍光検出用光学ユニットCH1は、第1光源502aと、第1光源駆動回路503aと、第1光合分波器504aと、第1光検出器505aと、第1信号検出回路506aと、第1励起光用光ファイバ512aと、第1導光用光ファイバ513aと、第1蛍光用光ファイバ514aとを備える。第1信号検出回路506aは、第1IVアンプ(電流-電圧変換アンプ)507aと、第1外光検出回路508aと、第1減算回路509aと、第1アナログスイッチ510aと、第1直流変換回路511aとを備える。   The first fluorescence detection optical unit CH1 includes a first light source 502a, a first light source drive circuit 503a, a first optical multiplexer / demultiplexer 504a, a first photodetector 505a, a first signal detection circuit 506a, The optical fiber 512a for 1st excitation light, the optical fiber 513a for 1st light guide, and the optical fiber 514a for 1st fluorescence are provided. The first signal detection circuit 506a includes a first IV amplifier (current-voltage conversion amplifier) 507a, a first external light detection circuit 508a, a first subtraction circuit 509a, a first analog switch 510a, and a first DC conversion circuit 511a. With.

第2蛍光検出用光学ユニットCH2は、第2光源502bと、第2光源駆動回路503bと、第2光合分波器504bと、第2光検出器505bと、第2信号検出回路506bと、第2励起光用光ファイバ512bと、第2導光用光ファイバ513bと、第2蛍光用光ファイバ514bとを備える。第2信号検出回路506bは、第2IVアンプ507bと、第2外光検出回路508bと、第2減算回路509bと、第2アナログスイッチ510bと、第2直流変換回路511bとを備える。   The second fluorescence detection optical unit CH2 includes a second light source 502b, a second light source drive circuit 503b, a second optical multiplexer / demultiplexer 504b, a second photodetector 505b, a second signal detection circuit 506b, The optical fiber 512b for 2 excitation light, the optical fiber 513b for 2nd light guide, and the optical fiber 514b for 2nd fluorescence are provided. The second signal detection circuit 506b includes a second IV amplifier 507b, a second external light detection circuit 508b, a second subtraction circuit 509b, a second analog switch 510b, and a second DC conversion circuit 511b.

第3蛍光検出用光学ユニットCH3は、第3光源502cと、第3光源駆動回路503cと、第3光合分波器504cと、第3光検出器505cと、第3信号検出回路506cと、第3励起光用光ファイバ512cと、第3導光用光ファイバ513cと、第3蛍光用光ファイバ514cとを備える。第3信号検出回路506cは、第3IVアンプ507cと、第3外光検出回路508cと、第3減算回路509cと、第3アナログスイッチ510cと、第3直流変換回路511cとを備える。   The third fluorescence detection optical unit CH3 includes a third light source 502c, a third light source drive circuit 503c, a third optical multiplexer / demultiplexer 504c, a third photodetector 505c, a third signal detection circuit 506c, The optical fiber 512c for 3 excitation light, the optical fiber 513c for 3rd light guide, and the optical fiber 514c for 3rd fluorescence are provided. The third signal detection circuit 506c includes a third IV amplifier 507c, a third external light detection circuit 508c, a third subtraction circuit 509c, a third analog switch 510c, and a third DC conversion circuit 511c.

本実施形態に係る光信号検出回路530は、各チャンネルの光源、光源駆動回路、光検出器および信号検出回路と、パルス発生回路520とから構成される。   The optical signal detection circuit 530 according to the present embodiment includes a light source for each channel, a light source driving circuit, a photodetector and a signal detection circuit, and a pulse generation circuit 520.

第1〜第3蛍光検出用光学ユニットCH1〜CH3は同様の構成を有するので、ここでは代表して第1蛍光検出用光学ユニットCH1の構成を説明する。第1光源502aおよび第1光源駆動回路503aは、第1蛍光検出用光学ユニットCH1の光源部を構成している。第1光源駆動回路503aは、パルス発生回路520から一定の周期で第1点滅パルスCL1を受信し、該第1点滅パルスに基づいて第1光源502aを駆動するための駆動パルスを第1光源502aに出力する。第1光源502aは、第1光源駆動回路503aからの駆動パルスに基づいて主波長λ1aの第1励起光を出射する。第1光源502aには、LEDや半導体レーザ等を用いることができる。   Since the first to third fluorescence detection optical units CH1 to CH3 have the same configuration, the configuration of the first fluorescence detection optical unit CH1 will be described as a representative here. The first light source 502a and the first light source driving circuit 503a constitute a light source part of the first fluorescence detection optical unit CH1. The first light source driving circuit 503a receives the first blinking pulse CL1 from the pulse generation circuit 520 at a constant cycle, and uses the first light source 502a to drive the first light source 502a based on the first blinking pulse. Output to. The first light source 502a emits the first excitation light having the main wavelength λ1a based on the drive pulse from the first light source drive circuit 503a. For the first light source 502a, an LED, a semiconductor laser, or the like can be used.

第1光源502aから出射された第1励起光は、第1励起光用光ファイバ512aを介して第1光合分波器504aに導かれる。第1光合分波器504aとしては、例えば特開2005−30830号公報に記載されたものを用いることができる。第1光合分波器504aに入射した第1励起光は、第1光合分波器504a内において第1導光用光ファイバ513aに導かれ、該第1導光用光ファイバ513aを介してプローブ522に導かれる。   The first pumping light emitted from the first light source 502a is guided to the first optical multiplexer / demultiplexer 504a through the first pumping light optical fiber 512a. As the 1st optical multiplexer / demultiplexer 504a, what was described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-30830 can be used, for example. The first excitation light incident on the first optical multiplexer / demultiplexer 504a is guided to the first light guiding optical fiber 513a in the first optical multiplexer / demultiplexer 504a, and probed through the first light guiding optical fiber 513a. 522.

プローブ522は、第1導光用光ファイバ513aの先端部から出射された第1励起光を集光する集光レンズを備える。集光レンズとしては、例えばロッドレンズを用いることができる。第1励起光は、この集光レンズを介して試料501に照射される。第1励起光の照射によって試料501から発生した主波長λ1b(λ1b>λ1a)の蛍光(「第1蛍光」と呼ぶ)は、前記集光レンズにより集光され、第1導光用光ファイバ513aを第1励起光とは逆方向に伝搬し、第1光合分波器504aに入射する。第1光合分波器504aに入射した第1蛍光は、第1光合分波器504a内において第1蛍光用光ファイバ514aに導かれ、該第1蛍光用光ファイバ514aを介して第1光検出器505aに入射する。   The probe 522 includes a condensing lens that condenses the first excitation light emitted from the distal end portion of the first light guiding optical fiber 513a. As the condenser lens, for example, a rod lens can be used. The first excitation light is applied to the sample 501 through this condenser lens. Fluorescence (referred to as “first fluorescence”) having a dominant wavelength λ1b (λ1b> λ1a) generated from the sample 501 by irradiation with the first excitation light is collected by the condenser lens, and the first light guiding optical fiber 513a. Is propagated in the direction opposite to that of the first excitation light and is incident on the first optical multiplexer / demultiplexer 504a. The first fluorescence incident on the first optical multiplexer / demultiplexer 504a is guided to the first fluorescence optical fiber 514a in the first optical multiplexer / demultiplexer 504a, and the first optical detection is performed via the first fluorescence optical fiber 514a. Is incident on the container 505a.

第1光検出器505aは、入射した蛍光を電流に変換(光電変換)し、該電流信号を第1信号検出回路506aに出力する。第1光検出器505aとしては、フォトダイオード(PD)、アバランシェ・フォトダイオード(APD)、光電子増倍管等を用いることができる。第1信号検出回路506aは、入力された信号から第1蛍光に対応する信号のみ抽出し、該信号を直流信号に変換して出力する。第1信号検出回路506aの詳細な構成については後述する。   The first photodetector 505a converts the incident fluorescence into a current (photoelectric conversion), and outputs the current signal to the first signal detection circuit 506a. As the first photodetector 505a, a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), a photomultiplier tube, or the like can be used. The first signal detection circuit 506a extracts only a signal corresponding to the first fluorescence from the input signal, converts the signal into a DC signal, and outputs the DC signal. The detailed configuration of the first signal detection circuit 506a will be described later.

蛍光検出装置500において、第1蛍光検出用光学ユニットCH1の第1光源502aからは主波長λ1aの第1励起光が出射され、第2蛍光検出用光学ユニットCH2の第2光源502bからは主波長λ2aの第2励起光が出射され、第3蛍光検出用光学ユニットCH3の第3光源502cからは主波長λ3aの第3励起光が出射される。主波長λ1a、λ2aおよびλ3aは、互いに異なる波長である。第1励起光を伝搬する第1導光用光ファイバ513a、第2励起光を伝搬する第2導光用光ファイバ513b、および第3励起光を伝搬する第3導光用光ファイバ513cは、共通の1つのプローブ522にまとめられ、第1〜第3励起光はプローブ522に備えられた共通の集光レンズを通して試料501に照射される。このような蛍光検出用プローブの構造は、例えば特開2009−36538号公報に記載されたものを用いることができる。   In the fluorescence detection apparatus 500, the first excitation light having the dominant wavelength λ1a is emitted from the first light source 502a of the first fluorescence detection optical unit CH1, and the dominant wavelength is emitted from the second light source 502b of the second fluorescence detection optical unit CH2. The second excitation light of λ2a is emitted, and the third excitation light of the main wavelength λ3a is emitted from the third light source 502c of the third fluorescence detection optical unit CH3. The main wavelengths λ1a, λ2a, and λ3a are different from each other. The first light guiding optical fiber 513a that propagates the first excitation light, the second light guiding optical fiber 513b that propagates the second excitation light, and the third light guiding optical fiber 513c that propagates the third excitation light, The sample 501 is irradiated to the sample 501 through the common condenser lens provided in the probe 522. As the structure of such a fluorescence detection probe, for example, the one described in JP-A-2009-36538 can be used.

試料501は、3色の励起光のそれぞれに対応した蛍光を発生する。すなわち、試料501は、主波長λ1aの第1励起光の照射を受けて主波長λ1b(λ1b>λ1a)の第1蛍光を発生し、主波長λ2aの第2励起光の照射を受けて主波長λ2b(λ2b>λ2a)の第2蛍光を発生し、主波長λ3aの第3励起光の照射を受けて主波長λ3b(λ3b>λ3a)の第3蛍光を発生する。このような複数色の蛍光を発生する試料としては、例えば複数の蛍光色素で標識されたDNA組成物が挙げられる。   The sample 501 generates fluorescence corresponding to each of the three colors of excitation light. That is, the sample 501 receives the first excitation light having the main wavelength λ1a to generate the first fluorescence having the main wavelength λ1b (λ1b> λ1a), and receives the second excitation light having the main wavelength λ2a. The second fluorescence of λ2b (λ2b> λ2a) is generated, and the third fluorescence of the main wavelength λ3b (λ3b> λ3a) is generated by receiving the third excitation light of the main wavelength λ3a. Examples of such a sample that generates multiple colors of fluorescence include a DNA composition labeled with a plurality of fluorescent dyes.

蛍光検出装置500において、第1光合分波器504aは、主波長λ1bの第1蛍光を第1蛍光用光ファイバ514aに導くよう構成され、第2光合分波器504bは、主波長λ2bの第2蛍光を第2蛍光用光ファイバ514bに導くよう構成され、第3光合分波器504cは、主波長λ3bの第3蛍光を第3蛍光用光ファイバ514cに導くよう構成されている。従って、第1〜第3光検出器505a〜505cには、それぞれλ1b、λ2b、λ3bを主波長とする蛍光が入射する。   In the fluorescence detection apparatus 500, the first optical multiplexer / demultiplexer 504a is configured to guide the first fluorescence having the main wavelength λ1b to the first optical fiber 514a for fluorescence, and the second optical multiplexer / demultiplexer 504b is the first optical multiplexer / demultiplexer 504b having the first wavelength λ2b. The second fluorescence is configured to guide the second fluorescence optical fiber 514b, and the third optical multiplexer / demultiplexer 504c is configured to guide the third fluorescence having the main wavelength λ3b to the third fluorescence optical fiber 514c. Accordingly, fluorescences having λ1b, λ2b, and λ3b as main wavelengths are incident on the first to third photodetectors 505a to 505c, respectively.

ここで、あるチャンネルの励起光の波長帯域と他のチャンネルの蛍光の波長帯域に少なくとも部分的に重なりがある場合、あるチャンネルの光検出器に他のチャンネルの励起光が入射する可能性がある。例えば第2チャンネルの第2励起光の波長帯域と第1チャンネルの第1蛍光の波長帯域に少なくとも部分的に重なりがある場合、プローブ522の集光レンズの端面や試料501の表面等で一部反射した第2チャンネルの第2励起光が第1チャンネルの第1光検出器505aに入射する可能性がある。従って、本来検出すべき蛍光と不要な励起光とを分離する必要がある。   Here, when there is at least a partial overlap between the wavelength band of the excitation light of one channel and the wavelength band of the fluorescence of the other channel, there is a possibility that the excitation light of the other channel enters the photodetector of one channel. . For example, when there is at least partial overlap between the wavelength band of the second excitation light of the second channel and the wavelength band of the first fluorescence of the first channel, a part of the surface of the condensing lens of the probe 522, the surface of the sample 501, etc. The reflected second excitation light of the second channel may be incident on the first photodetector 505a of the first channel. Therefore, it is necessary to separate fluorescence that should be detected from unnecessary excitation light.

図6は、信号検出回路の構成を説明するための図である。ここでは、第1チャンネルの第1信号検出回路506aを示しているが、他の2つのチャンネルの信号検出回路も基本的に同じ構成である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the signal detection circuit. Here, the first signal detection circuit 506a of the first channel is shown, but the signal detection circuits of the other two channels basically have the same configuration.

上述したように、第1信号検出回路506aは、第1IVアンプ507aと、第1外光検出回路508aと、第1減算回路509aと、第1アナログスイッチ510aと、第1直流変換回路511aとを備える。   As described above, the first signal detection circuit 506a includes the first IV amplifier 507a, the first external light detection circuit 508a, the first subtraction circuit 509a, the first analog switch 510a, and the first DC conversion circuit 511a. Prepare.

図6に示すように、第1外光検出回路508aは、抵抗Rと、サンプル&ホールド回路600とから構成される。サンプル&ホールド回路600は、スイッチ601と、コンデンサ602と、バッファアンプ603とから構成される。抵抗Rの一方の端子は第1IVアンプ507aの出力端子に接続され、他方の端子はスイッチ601の一方の端子に接続される。スイッチ601の他方の端子はコンデンサ602の一方の端子が接続され、コンデンサ602の他方の端子は接地される。また、スイッチ601の他方の端子はバッファアンプ603の入力端子に接続される。スイッチ601は、パルス発生回路520(図5参照)からの外光検出用パルスCL4によりオン・オフを制御される。   As shown in FIG. 6, the first external light detection circuit 508 a includes a resistor R and a sample and hold circuit 600. The sample and hold circuit 600 includes a switch 601, a capacitor 602, and a buffer amplifier 603. One terminal of the resistor R is connected to the output terminal of the first IV amplifier 507a, and the other terminal is connected to one terminal of the switch 601. The other terminal of the switch 601 is connected to one terminal of a capacitor 602, and the other terminal of the capacitor 602 is grounded. The other terminal of the switch 601 is connected to the input terminal of the buffer amplifier 603. The switch 601 is controlled to be turned on / off by an external light detection pulse CL4 from a pulse generation circuit 520 (see FIG. 5).

第1減算回路509aは、オペアンプから構成される。第1減算回路509aの2つの入力端子には、第1IVアンプ507aの出力端子と、サンプル&ホールド回路600の出力、すなわちバッファアンプ603の出力端子が接続され、前記第1IVアンプ507aの出力信号から前記サンプル&ホールド回路600の出力信号が差し引かれる。   The first subtraction circuit 509a is composed of an operational amplifier. The two input terminals of the first subtracting circuit 509a are connected to the output terminal of the first IV amplifier 507a and the output of the sample & hold circuit 600, that is, the output terminal of the buffer amplifier 603. From the output signal of the first IV amplifier 507a, The output signal of the sample and hold circuit 600 is subtracted.

第1減算回路509aの出力端子は、第1アナログスイッチ510aの一方の入力端子Aに接続される。第1アナログスイッチ510aの他方の入力端子Bは接地される。第1アナログスイッチ510aは、パルス発生回路520からの第1点滅パルスCL1に同期して入力端子AとBとが切り替えられる。   The output terminal of the first subtraction circuit 509a is connected to one input terminal A of the first analog switch 510a. The other input terminal B of the first analog switch 510a is grounded. The first analog switch 510a switches between the input terminals A and B in synchronization with the first blinking pulse CL1 from the pulse generation circuit 520.

図6に示すように、第1直流変換回路511aは、ハイパスフィルタ(HPF)604と、反転・非反転アンプ(反転増幅動作と非反転増幅動作を切り替え可能なアンプ)605と、ローパスフィルタ(LPF)609から構成される。反転・非反転アンプ605は、反転アンプ606と、非反転アンプ607と、スイッチ608から構成される。ハイパスフィルタ604の入力端子には第1アナログスイッチ510aの出力端子が接続される。ハイパスフィルタ604の出力端子は、反転アンプ606の入力端子と非反転アンプ607の入力端子に接続される。反転アンプ606の出力端子はスイッチ608の一方の入力端子に接続され、非反転アンプ607の出力端子はスイッチ608の他方の入力端子に接続される。スイッチ608の出力端子はローパスフィルタ609に接続される。スイッチ608は、パルス発生回路520からの第1点滅パルスCL1に同期してオン・オフを制御される。そして、ローパスフィルタ609の出力端子から、第1信号検出回路506aの出力信号が出力される。   As shown in FIG. 6, the first DC conversion circuit 511a includes a high-pass filter (HPF) 604, an inverting / non-inverting amplifier (an amplifier capable of switching between inverting amplification operation and non-inverting amplification operation) 605, and a low-pass filter (LPF). 609). The inverting / non-inverting amplifier 605 includes an inverting amplifier 606, a non-inverting amplifier 607, and a switch 608. The output terminal of the first analog switch 510 a is connected to the input terminal of the high pass filter 604. The output terminal of the high pass filter 604 is connected to the input terminal of the inverting amplifier 606 and the input terminal of the non-inverting amplifier 607. The output terminal of the inverting amplifier 606 is connected to one input terminal of the switch 608, and the output terminal of the non-inverting amplifier 607 is connected to the other input terminal of the switch 608. The output terminal of the switch 608 is connected to the low pass filter 609. The switch 608 is controlled to be turned on / off in synchronization with the first blinking pulse CL1 from the pulse generation circuit 520. The output signal of the first signal detection circuit 506a is output from the output terminal of the low-pass filter 609.

図7は、各チャンネルの光源の発光タイミングと、それらによって第1チャンネルの第1IVアンプに発生する出力信号の波形を示す。本実施形態では、パルス発生回路520は、3つの光源に対し点滅パルスを1パルスずつ順番に供給することで、3つの光源を1パルスずつ順番に点滅(オン・オフ)させる。すなわち、まず第1光源502aに対して第1点滅パルスCL1を供給して第1励起光を1パルス出射させ、その後第2光源502bに対して第2点滅パルスCL2を供給して第2励起光を1パルス出射させ、その後第3光源502cに対して第3点滅パルスCL3を供給して第3励起光を1パルス出射させる。   FIG. 7 shows the light emission timing of the light source of each channel and the waveform of the output signal generated by the first IV amplifier of the first channel. In the present embodiment, the pulse generation circuit 520 causes the three light sources to blink (on / off) sequentially one pulse at a time by sequentially supplying blinking pulses to the three light sources one by one. That is, first, the first blinking pulse CL1 is supplied to the first light source 502a to emit one pulse of the first excitation light, and then the second blinking pulse CL2 is supplied to the second light source 502b to supply the second excitation light. Is emitted, and then the third blinking pulse CL3 is supplied to the third light source 502c to emit one pulse of the third excitation light.

外光検出用パルスCL4は、各光検出器で受光した光信号および各IVアンプの出力信号の中に含まれる外光成分を検出するために用いる。なお、ここでは外光成分と表現しているが、この中には光検出器の暗電流やIVアンプのオフセット信号等、いわゆるベースラインの発生要因となる成分も含まれる。外光検出用パルスCL4は、第1点滅パルスCL1、第2点滅パルスCL2および第3点滅パルスCL3とは異なるタイミングで発生される。すなわち、外光検出用パルスCL4は、第1点滅パルスCL1、第2点滅パルスCL2および第3点滅パルスCL3全てオフとなっている期間にオンされる。なお、第1点滅パルスCL1、第2点滅パルスCL2、第3点滅パルスCL3および外光検出用パルスCL4は、同じ周期を有する。   The external light detection pulse CL4 is used to detect an external light component included in the optical signal received by each photodetector and the output signal of each IV amplifier. Here, although expressed as an external light component, this includes components that cause a so-called baseline, such as a dark current of a photodetector and an offset signal of an IV amplifier. The external light detection pulse CL4 is generated at a timing different from that of the first flashing pulse CL1, the second flashing pulse CL2, and the third flashing pulse CL3. That is, the external light detection pulse CL4 is turned on during a period in which the first blinking pulse CL1, the second blinking pulse CL2, and the third blinking pulse CL3 are all off. The first flashing pulse CL1, the second flashing pulse CL2, the third flashing pulse CL3, and the external light detection pulse CL4 have the same cycle.

図7に示すように、第1チャンネルの第1IVアンプ507aの出力信号は、第1励起光によって発生した第1蛍光、第2励起光の反射光、第3励起光の反射光、および外光成分が合成されたものになっている。ただし、励起光の反射光は、第1蛍光の波長帯域と重なる部分が無い場合は第1光合分波器504aでカットされてしまうため、必ずしも第2励起光と第3励起光の反射光の両方ともが現れるとは限らない。   As shown in FIG. 7, the output signal of the first channel first IV amplifier 507a includes first fluorescence generated by the first excitation light, reflected light of the second excitation light, reflected light of the third excitation light, and external light. The ingredients are synthesized. However, since the reflected light of the excitation light is cut by the first optical multiplexer / demultiplexer 504a when there is no portion overlapping the wavelength band of the first fluorescence, the reflected light of the second excitation light and the third excitation light is not necessarily reflected. Both do not always appear.

図6に示すように、第1IVアンプ507aの出力信号は二手に分けられ、一方はサンプル&ホールド回路600に送られて外光成分の検出が行なわれる。サンプル&ホールド回路600では、外光検出用パルスCL4がオンの期間はコンデンサCに信号の電荷が蓄えられ(サンプル)、外光検出用パルスCL4がオフの期間はその電荷が保持(ホールド)される。外光検出用パルスCL4がオンの期間の信号は、全ての光源が消灯しているため外光成分のみとなり、したがってサンプル&ホールド回路600の出力には外光成分が抽出された信号が現れることになる。外光成分は一定強度の場合に限らず、光源の点滅周期と比べて十分ゆっくりした周期で変動している場合でも検出可能である。通常、外光を受光した第1光検出器505aの出力には外光強度に応じたショットノイズ(一種のホワイトノイズ)が含まれているが、サンプル&ホールド回路600のコンデンサCと、サンプル&ホールド回路600直前の抵抗Rとで構成されるローパスフィルタでノイズが除去されることによって、外光成分の平均的な挙動を検出することができる。仮にR=0Ωとしてノイズ除去を行なわない場合、コンデンサCの両端にはノイズ電圧がそのまま現れるため、ホールドされる電圧レベル(外光検出用パルスCL4がオンからオフに切り替わった瞬間の電圧レベル)が外光検出用パルスCL4の周期毎に大きくばらつき、結果として検出される外光成分には大きなノイズが含まれる場合がある。   As shown in FIG. 6, the output signal of the first IV amplifier 507a is divided into two, and one is sent to the sample and hold circuit 600 to detect the external light component. In the sample and hold circuit 600, the charge of the signal is stored in the capacitor C (sample) while the external light detection pulse CL4 is on, and the charge is held (held) while the external light detection pulse CL4 is off. The The signal during the period when the external light detection pulse CL4 is on is only the external light component because all the light sources are extinguished. Therefore, the signal from which the external light component is extracted appears at the output of the sample and hold circuit 600. become. The external light component can be detected not only when the intensity is constant, but also when the external light component fluctuates at a sufficiently slow period as compared with the blinking period of the light source. Normally, the output of the first photodetector 505a that has received external light includes shot noise (a type of white noise) corresponding to the intensity of external light, but the capacitor C of the sample & hold circuit 600 and the sample & By removing noise with a low-pass filter including the resistor R immediately before the hold circuit 600, it is possible to detect the average behavior of the external light component. If R = 0Ω and noise removal is not performed, the noise voltage appears as it is at both ends of the capacitor C. Therefore, the held voltage level (the voltage level at the moment when the external light detection pulse CL4 is switched from on to off) is set. The external light detection pulse CL4 may vary greatly every period, and the external light component detected as a result may include large noise.

サンプル&ホールド回路600で検出された外光成分は、次の第1減算回路509aにおいて元の第1IVアンプ507aの出力信号から差し引かれる。続く第1アナログスイッチ510aは、第1光源502aの第1点滅パルスCL1に同期してスイッチングされることにより、第1減算回路509aの出力信号から、第1チャンネルに対応する第1蛍光のみを抽出する。すなわち、第1点滅パルスCL1がオンの期間には第1アナログスイッチ510aは入力端子Aに切り替えられ、第1蛍光が抽出されて後段の回路に出力される。一方、第1点滅パルスCL1がオフの期間には第1アナログスイッチ510aは入力端子Bに切り替えられて接地されるので、後段の回路には接地電位が出力される。ここまでの動作で、蛍光信号の振幅情報を失うことなく、外光成分の除去および他のチャンネルの信号との分離が行なわれている。   The external light component detected by the sample and hold circuit 600 is subtracted from the output signal of the original first IV amplifier 507a in the next first subtraction circuit 509a. The subsequent first analog switch 510a extracts only the first fluorescence corresponding to the first channel from the output signal of the first subtracting circuit 509a by switching in synchronization with the first blinking pulse CL1 of the first light source 502a. To do. That is, during the period when the first blinking pulse CL1 is on, the first analog switch 510a is switched to the input terminal A, and the first fluorescence is extracted and output to the subsequent circuit. On the other hand, since the first analog switch 510a is switched to the input terminal B and grounded while the first blinking pulse CL1 is off, the ground potential is output to the subsequent circuit. With the operation so far, the external light component is removed and separated from the signals of other channels without losing the amplitude information of the fluorescence signal.

なお外光成分を、ここで行なった方法ではなく、例えば第1IVアンプ507aの出力信号をそのままハイパスフィルタに通すことによって除去しようとした場合や、あるいは先にチャンネル間の信号分離を行ない、その後にハイパスフィルタで除去しようとした場合には、その時点で蛍光信号の振幅情報が失われてしまうため、正しい信号検出を行なうことができない。   The external light component is not the method performed here, for example, when the output signal of the first IV amplifier 507a is passed through the high-pass filter as it is or when the signal separation between the channels is performed first, and then When the high-pass filter is used for removal, the amplitude information of the fluorescence signal is lost at that time, and thus correct signal detection cannot be performed.

図8は、第1チャンネルの蛍光信号抽出後の信号処理の様子を示す。第1アナログスイッチ510aで抽出されたパルス状の信号は、第1直流変換回路511aにて直流信号に変換される。第1直流変換回路511aは、上述したように、ハイパスフィルタ(HPF)604と、反転・非反転アンプ605と、ローパスフィルタ(LPF)609から構成される。   FIG. 8 shows a state of signal processing after extraction of the fluorescence signal of the first channel. The pulse signal extracted by the first analog switch 510a is converted into a DC signal by the first DC conversion circuit 511a. As described above, the first DC conversion circuit 511a includes the high-pass filter (HPF) 604, the inverting / non-inverting amplifier 605, and the low-pass filter (LPF) 609.

第1アナログスイッチ510aからの出力信号は、ハイパスフィルタ604で直流成分が除去された後、反転・非反転アンプ605において第1点滅パルスCL1のオン・オフのタイミングに合わせて信号増幅が行なわれる。図8に示すように、第1点滅パルスCL1のデューティ比xがx=a/(a+b)で表わされるとすると、第1点滅パルスCL1がオンの時は非反転アンプ607によって+1倍に、第1点滅パルスCL1がオフの時は反転アンプ606によって−(1−x)/x倍(デューティ比が25%の場合は−3倍)に増幅され、結果として信号が直流に変換されることになる。なお、ここでは説明を分かりやすくするために、反転・非反転アンプ605は、反転アンプ606と非反転アンプ607の2つのアンプ、およびスイッチ608から構成されるものとしているが、同じ機能を有する回路は、1つのオペアンプとスイッチだけでも構成することができる。この場合、第1点滅パルスCL1でスイッチをオン・オフすることによって、1つのオペアンプの動作を非反転増幅動作あるいは反転増幅動作に切り替えることになる(この場合のスイッチの接続位置は、図6のスイッチ608の接続位置とは若干異なるが、ここでは説明は省略する。)   The output signal from the first analog switch 510a is subjected to signal amplification in accordance with the ON / OFF timing of the first blinking pulse CL1 in the inverting / non-inverting amplifier 605 after the DC component is removed by the high-pass filter 604. As shown in FIG. 8, when the duty ratio x of the first blinking pulse CL1 is expressed by x = a / (a + b), when the first blinking pulse CL1 is on, the non-inverting amplifier 607 increases it to +1 times. When one blinking pulse CL1 is off, it is amplified-(1-x) / x times (-3 times when the duty ratio is 25%) by the inverting amplifier 606, and as a result, the signal is converted to DC. Become. Here, in order to make the explanation easy to understand, the inverting / non-inverting amplifier 605 is composed of two amplifiers of an inverting amplifier 606 and a non-inverting amplifier 607 and a switch 608, but a circuit having the same function. Can be configured with only one operational amplifier and switch. In this case, the operation of one operational amplifier is switched to the non-inverting amplification operation or the inverting amplification operation by turning on / off the switch with the first blinking pulse CL1 (the connection position of the switch in this case is shown in FIG. 6). (This is slightly different from the connection position of the switch 608, but the description is omitted here.)

反転・非反転アンプ605において直流に変換された信号は、ローパスフィルタ609によってノイズが除去された後、最終的な出力が得られる。   The signal converted into direct current by the inverting / non-inverting amplifier 605 is subjected to noise removal by the low-pass filter 609, and a final output is obtained.

以上が、第1チャンネルの第1信号検出回路506aの動作説明である。第2チャンネルの第2信号検出回路506bと第3チャンネルの第3信号検出回路506cについても、基本的な動作は第1チャンネルの第1信号検出回路506aと同様であり、異なるのは、減算回路後段のアナログスイッチと反転・非反転アンプの切り替えスイッチが各チャンネルの点滅パルス(第2点滅パルスCL2、第3点滅パルスCL3)に同期して動作する、すなわち各チャンネルの点滅パルスのオン・オフのタイミングで動作する点だけである。外光成分の検出については、全てのチャンネルの光源がオフとなる期間に、全てのチャンネルで同時に行なわれる。   The above is the description of the operation of the first signal detection circuit 506a of the first channel. The basic operation of the second signal detection circuit 506b of the second channel and the third signal detection circuit 506c of the third channel is the same as that of the first signal detection circuit 506a of the first channel. The latter-stage analog switch and inverting / non-inverting amplifier changeover switch operate in synchronization with the flashing pulse of each channel (second flashing pulse CL2, third flashing pulse CL3), that is, the flashing pulse of each channel is turned on / off. It is only a point that operates at timing. The detection of the external light component is performed simultaneously on all the channels during the period when the light sources of all the channels are turned off.

本実施形態の信号検出回路はアナログ回路のみで構成することができるため、安価な光信号検出回路530、ひいては蛍光検出装置500を実現できる。   Since the signal detection circuit of the present embodiment can be configured only with an analog circuit, an inexpensive optical signal detection circuit 530 and, in turn, a fluorescence detection device 500 can be realized.

本実施形態に係る光信号検出回路530において、出力信号の応答時間は検出回路最終段のローパスフィルタ609の応答時間、つまり信号の平均化時間によって決定される。通常は、点滅パルスの数十パルス分、あるいはそれ以上のパルス数に相当する時間だけ平均化が行なわれる。この平均化処理は、図4に示したように、上述の特許文献2の光計測装置でも同様である。しかしながら、特許文献2の光計測装置では、1つのチャンネルの平均化処理が終わった後に他のチャンネルの平均化処理が行なわれるため、各チャンネルの出力信号の間には数十パルス分、あるいはそれ以上のパルス数の分だけの時間差が発生している。これに対し本実施形態では、各チャンネルの発光タイミングには1パルス分のずれしか無いため、各チャンネルの出力信号の間には1パルス分の時間差しか発生せず、実質的に全てのチャンネルの出力信号は同時に出力されると考えてよい(後述の実施例において実測結果を示す)。このように、全てのチャンネルにおいて同時進行的に信号処理されるため、特許文献2に開示された光計測装置と比べて検出時間を短くすることができる。また、外光成分の検出が全てのチャンネルで同時に行なわれるため、さらに検出時間を短くすることができる。   In the optical signal detection circuit 530 according to the present embodiment, the response time of the output signal is determined by the response time of the low-pass filter 609 at the final stage of the detection circuit, that is, the signal averaging time. Usually, averaging is performed for a time corresponding to the number of pulses of several tens of blinking pulses or more. As shown in FIG. 4, this averaging process is the same for the optical measurement device of Patent Document 2 described above. However, in the optical measurement device of Patent Document 2, since the averaging process for one channel is performed after the averaging process for one channel is completed, there are several tens of pulses or more between the output signals of each channel. A time difference corresponding to the number of pulses is generated. On the other hand, in this embodiment, since the light emission timing of each channel has a shift of only one pulse, only a time difference of one pulse occurs between the output signals of each channel, and substantially all channels have the same time. It can be considered that the output signals are output at the same time (measurement results are shown in the examples described later). As described above, since signal processing is simultaneously performed in all channels, the detection time can be shortened as compared with the optical measurement device disclosed in Patent Document 2. Further, since the detection of the external light component is simultaneously performed in all channels, the detection time can be further shortened.

さらに、本実施形態に係る光信号検出回路530では、各チャンネルの出力信号は連続的に出力されるため、図4に示す従来例のように各チャンネルの出力信号が不連続になるということが無い。   Furthermore, in the optical signal detection circuit 530 according to the present embodiment, since the output signals of each channel are continuously output, the output signals of each channel are discontinuous as in the conventional example shown in FIG. No.

また、図4に示す従来例においては以下のような問題がある。この従来例において検出する組の数をNとした場合、全ての組を各1回ずつ検出するために必要な時間は、1組だけ検出する場合のN倍となる。特に、各組の検出のオン・オフの切り替わりの度に発生する立ち上がり時間と立ち下がり時間は無駄な時間となる。あるいは、これとは逆に、全組を1回ずつ検出するのに掛かるトータルの時間を、1組だけ検出する場合の検出時間と同じにするために各組の検出時間を1/Nにした場合、一般的に検出精度が低下する。   Further, the conventional example shown in FIG. 4 has the following problems. When the number of groups to be detected in this conventional example is N, the time required to detect all the groups once each is N times that when only one group is detected. In particular, the rise time and fall time that occur each time the detection of each set is switched on and off is wasted time. Or, conversely, in order to make the total time required to detect all the sets one at a time to be the same as the detection time when only one set is detected, the detection time of each set is set to 1 / N. In this case, the detection accuracy generally decreases.

このような問題を解決するために、本実施形態に係る光信号検出回路530では、各チャンネルの点滅パルスの周期を、検出するチャンネルが1つだけの場合の点滅パルスの周期と同じにし、さらに検出回路最終段のローパスフィルタの応答時間を、検出するチャンネルが1つだけの場合と同じにする。また、光源(励起光)の出力パワーのピーク値を、点滅パルスのデューティ比が小さくなった分だけ増加させる。例えば、3チャンネル検出時の点滅パルスのデューティ比を25%とした場合、検出するチャンネルが1つだけの場合の点滅パルスのデューティ比は通常50%であるため、点滅パルスのデューティ比を25%とした場合における光源(励起光)の出力パワーのピーク値は、点滅パルスのデューティ比を50%とした場合よりも増加させることができる(この場合、典型的には出力パワーのピーク値を2倍に増加できるが、使用する光源によっては多少異なる場合がある)。   In order to solve such a problem, in the optical signal detection circuit 530 according to the present embodiment, the cycle of the blinking pulse of each channel is set to be the same as the cycle of the blinking pulse when only one channel is detected. The response time of the low-pass filter at the final stage of the detection circuit is made the same as when only one channel is detected. Further, the peak value of the output power of the light source (excitation light) is increased by the amount by which the duty ratio of the blinking pulse is reduced. For example, if the duty ratio of the blinking pulse when detecting three channels is 25%, the duty ratio of the blinking pulse is usually 50% when only one channel is detected, so the duty ratio of the blinking pulse is 25%. In this case, the peak value of the output power of the light source (excitation light) can be increased as compared with the case where the duty ratio of the blinking pulse is 50% (in this case, the peak value of the output power is typically 2). But can be slightly different depending on the light source used).

これは以下の理由による。各チャンネルの点滅パルスの周期を、検出するチャンネルが1つだけの場合の点滅パルスの周期と同じにし、さらに検出回路最終段のローパスフィルタの応答時間を、検出するチャンネルが1つだけの場合と同じにすると、出力信号の応答時間は両者で同じとなる。一方、点滅パルスのデューティ比が小さくなると通常は検出精度が低下するが、光源(励起光)の出力パワーのピーク値を点滅パルスのデューティ比が小さくなった分だけ増加させることができるため、検出するチャンネルが1つだけの場合と同等の検出精度で検出できる、あるいは検出精度の低下を最小限に抑えることができる。   This is due to the following reason. The period of the blinking pulse of each channel is the same as the period of the blinking pulse when only one channel is detected, and the response time of the low-pass filter at the final stage of the detection circuit is the same as when only one channel is detected. If they are the same, the response time of the output signal is the same for both. On the other hand, when the duty ratio of the blinking pulse decreases, the detection accuracy usually decreases, but the peak value of the output power of the light source (excitation light) can be increased by the amount of decrease in the duty ratio of the blinking pulse. Detection can be performed with the same detection accuracy as when only one channel is used, or a decrease in detection accuracy can be minimized.

次に、本発明の実施例について説明する。図9は、本発明の第1実施例に係る光信号検出回路を適用した蛍光検出装置を示す。図9に示す第1実施例において、図5に示す実施形態と同一又は対応する構成要素については同一の符号を付すとともに、対応する説明は適宜省略する。   Next, examples of the present invention will be described. FIG. 9 shows a fluorescence detection apparatus to which the optical signal detection circuit according to the first embodiment of the present invention is applied. In the first example shown in FIG. 9, the same or corresponding components as those in the embodiment shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the corresponding descriptions are omitted as appropriate.

図9に示す蛍光検出装置500は3チャンネルの蛍光検出装置であり、その全体構成は図5に示す実施形態と基本的に同じである。第1チャンネルの第1光源502aは青色LEDであり、第1励起光の主波長は470nmである。第2チャンネルの第2光源502bは緑色LEDであり、第2励起光の主波長は530nmである。第3チャンネルの第3光源502cは赤色LEDであり、第3励起光の主波長は630nmである。また、第1蛍光の主波長は530nmであり、第2蛍光の主波長は630nmであり、第3蛍光の主波長は680nmである。各チャンネルの光検出器にはPD(フォトダイオード)を用いた。   The fluorescence detection apparatus 500 shown in FIG. 9 is a three-channel fluorescence detection apparatus, and the overall configuration is basically the same as that of the embodiment shown in FIG. The first light source 502a of the first channel is a blue LED, and the main wavelength of the first excitation light is 470 nm. The second light source 502b of the second channel is a green LED, and the main wavelength of the second excitation light is 530 nm. The third light source 502c of the third channel is a red LED, and the main wavelength of the third excitation light is 630 nm. The dominant wavelength of the first fluorescence is 530 nm, the dominant wavelength of the second fluorescence is 630 nm, and the dominant wavelength of the third fluorescence is 680 nm. PD (photodiode) was used for the photodetector of each channel.

各チャンネルの信号検出回路506a,506b,506cは、図5および図6と同様の構成である。IVアンプには低ノイズタイプのオペアンプを用いたが、必要に応じて任意のアンプを用いることができる。外光成分検出回路のサンプル&ホールド回路を構成する素子には、汎用のアナログスイッチとコンデンサC、そしてバッファアンプとして汎用のオペアンプを用いた。バッファアンプには任意のアンプを用いることができるが、低オフセット電圧および低オフセット電流のオペアンプが望ましい。サンプル&ホールド回路のコンデンサCと同回路直前の抵抗Rとで構成されるローパスフィルタの時定数τ(=R×C)は10msに設定した。   The signal detection circuits 506a, 506b, and 506c for each channel have the same configuration as that shown in FIGS. Although a low noise type operational amplifier is used as the IV amplifier, any amplifier can be used as necessary. As elements constituting the sample and hold circuit of the external light component detection circuit, a general-purpose analog switch and capacitor C, and a general-purpose operational amplifier as a buffer amplifier were used. Although any amplifier can be used as the buffer amplifier, an operational amplifier having a low offset voltage and a low offset current is desirable. The time constant τ (= R × C) of the low-pass filter constituted by the capacitor C of the sample and hold circuit and the resistor R immediately before the circuit was set to 10 ms.

減算回路には汎用のオペアンプを用いたが、低オフセット電圧および低オフセット電流タイプのオペアンプの使用が望ましい。アナログスイッチは汎用タイプを使用した。ハイパスフィルタは抵抗RとコンデンサCで構成し、時定数τ(=R×C)は15msに設定した。直流変換回路の反転・非反転アンプには汎用のオペアンプを用いたが、低オフセット電圧および低オフセット電流タイプのオペアンプの使用が望ましい。最後のローパスフィルタは、汎用のオペアンプ、抵抗R、およびコンデンサCによって構成される4次のベッセル型ローパスフィルタとした。このローパスフィルタは信号検出回路の応答時間を決定するが、ステップ応答における応答時間(ここでは、ステップ状の入力信号を加えてから出力信号が最終値の90%のレベルに達するまでの時間とした)は約0.18sである。   Although a general-purpose operational amplifier is used for the subtraction circuit, it is desirable to use a low offset voltage and low offset current type operational amplifier. The analog switch used was a general-purpose type. The high-pass filter is composed of a resistor R and a capacitor C, and the time constant τ (= R × C) is set to 15 ms. A general-purpose operational amplifier is used as the inverting / non-inverting amplifier of the DC conversion circuit, but it is desirable to use a low offset voltage and low offset current type operational amplifier. The last low-pass filter was a fourth-order Bessel type low-pass filter composed of a general-purpose operational amplifier, a resistor R, and a capacitor C. This low-pass filter determines the response time of the signal detection circuit. The response time in the step response (here, the time from when the step-like input signal is added until the output signal reaches the level of 90% of the final value) ) Is about 0.18 s.

図10は、第1実施例における点滅パルスおよび外光検出用パルスの波形を示す。各パルスの周期は約9.09ms(周波数110Hz)、デューティ比は約15%である。各パルスのオン・オフのタイミングは図10に示す通りである。パルス間には図示のような時間間隔を設けているが、これはIVアンプの応答の時間遅れによって各チャンネルの信号間に重なりが発生することを避けるためである。パルス間隔は、IVアンプの出力信号波形を観測することによって、実験的に決定することができる。なお、パルスの周期は全ての点滅パルスおよび外光検出用パルスで同じ値に設定する必要があるが、パルスのオン時間(あるいはデューティ比)やパルス間隔は必ずしも同じ値にする必要は無い。各LEDの出力パワーは、使用した素子の仕様にしたがって決定し、具体的にはデューティ比50%(1チャンネル検出時のデューティ比)の場合の約1.7倍に設定した。   FIG. 10 shows waveforms of the blinking pulse and the external light detection pulse in the first embodiment. The period of each pulse is about 9.09 ms (frequency 110 Hz), and the duty ratio is about 15%. The on / off timing of each pulse is as shown in FIG. A time interval as shown in the figure is provided between the pulses, in order to avoid an overlap between signals of each channel due to a time delay of the response of the IV amplifier. The pulse interval can be determined experimentally by observing the output signal waveform of the IV amplifier. The pulse period needs to be set to the same value for all the blinking pulses and the external light detection pulse, but the pulse ON time (or duty ratio) and the pulse interval do not necessarily have to be the same value. The output power of each LED was determined according to the specifications of the element used, and specifically, was set to about 1.7 times that in the case of a duty ratio of 50% (duty ratio at the time of detecting one channel).

以下、第1実施例に係る3チャンネルの蛍光検出装置500の信号検出性能を示す。ここでは、測定試料として3種類の蛍光色素、FITC(青励起用)、Resorufin(緑励起用)およびCy5(赤励起用)を任意の濃度で混ぜ合わせた混合液を用いた。   The signal detection performance of the three-channel fluorescence detection apparatus 500 according to the first embodiment will be described below. Here, a mixed liquid in which three kinds of fluorescent dyes, FITC (for blue excitation), Resorufin (for green excitation) and Cy5 (for red excitation) were mixed at an arbitrary concentration was used as a measurement sample.

図11は、上記の3色素混合液を測定試料とした時のステップ応答波形を示す。これは、図10に示すパルスを印加し始めた時間をゼロとし、そこからの各チャンネルの出力信号変化を測定したものである。図示のように、全てのチャンネルの検出信号が、約0.18sの応答時間で同時に、かつ連続的に出力されていることが分かる。   FIG. 11 shows a step response waveform when the above three-dye mixed solution is used as a measurement sample. This is obtained by measuring the change in the output signal of each channel from the time when the pulse shown in FIG. As shown in the figure, it can be seen that the detection signals of all the channels are output simultaneously and continuously with a response time of about 0.18 s.

次に、1つのチャンネルだけを検出する場合と3チャンネルを同時に検出する場合の検出精度を比較した。1チャンネルだけの検出を行なう際には、図9の蛍光検出装置500において、第1チャンネルの点滅パルスCL1のデューティ比を50%、LED出力パワーを3チャンネル検出時の約1/1.7に設定するとともに、第2チャンネルおよび第3チャンネルが動作しないように、LED点滅パルスCL2とCL3をオフにした状態で測定した。その結果、同じ試料を測定した場合、3チャンネル同時検出時の出力信号のSN比は、1チャンネル検出時と比べて僅か12%程度低いだけであり、ほぼ同等の検出性能を示した。   Next, the detection accuracy was compared when detecting only one channel and when detecting three channels simultaneously. When detecting only one channel, in the fluorescence detection apparatus 500 of FIG. 9, the duty ratio of the blinking pulse CL1 of the first channel is 50%, and the LED output power is about 1 / 1.7 when three channels are detected. Measurement was performed with the LED blinking pulses CL2 and CL3 turned off so that the second channel and the third channel would not operate. As a result, when the same sample was measured, the signal-to-noise ratio of the output signal at the time of simultaneous detection of 3 channels was only about 12% lower than that at the time of detection of 1 channel, indicating substantially the same detection performance.

以上のように、第1実施例は、各チャンネルの検出信号が連続的に得られ、かつ全てのチャンネルの検出信号が同時に得られるという利点を有する。また、3チャンネルを同時に検出する場合の検出精度を、同じ検出時間で1つのチャンネルだけを検出する場合の検出精度とほぼ同等にすることができる。   As described above, the first embodiment has the advantage that the detection signals for each channel can be obtained continuously and the detection signals for all channels can be obtained simultaneously. In addition, the detection accuracy when detecting three channels simultaneously can be made substantially equal to the detection accuracy when only one channel is detected in the same detection time.

上述の第1実施例では各チャンネルの光源としてLEDを用いたが、LEDに代えて半導体レーザ等を用いてもよい。また、第1実施例では各チャンネルの光検出器としてPDを用いたが、PDに代えてアバランシェ・フォトダイオード(APD)、光電子増倍管(PMT)等を用いてもよい。   In the first embodiment described above, an LED is used as the light source of each channel, but a semiconductor laser or the like may be used instead of the LED. In the first embodiment, the PD is used as the photodetector for each channel, but an avalanche photodiode (APD), a photomultiplier tube (PMT), or the like may be used instead of the PD.

第1実施例では、光検出器(PD)の後段にIVアンプを設けたが、光検出器の中にIVアンプが組み込まれている場合はIVアンプを別途設ける必要は無い。   In the first embodiment, the IV amplifier is provided after the photodetector (PD). However, when the IV amplifier is incorporated in the photodetector, it is not necessary to separately provide the IV amplifier.

第1実施例では、外光成分検出回路としてサンプル&ホールド回路とローパスフィルタで構成される回路を示したが、ADコンバータ等によるサンプリング回路を用いてもよい。   In the first embodiment, a circuit including a sample and hold circuit and a low-pass filter is shown as the external light component detection circuit. However, a sampling circuit such as an AD converter may be used.

なお、暗室等、外光成分が無視できる環境で測定する場合には、外光成分検出回路および減算回路は省略することができる。   In the case where measurement is performed in an environment where external light components can be ignored, such as in a dark room, the external light component detection circuit and the subtraction circuit can be omitted.

第1実施例では3チャンネルの光信号を検出する場合を説明したが、検出するチャンネル数には特に制限は無い。   In the first embodiment, the case of detecting optical signals of three channels has been described, but the number of detected channels is not particularly limited.

図12は、変形例に係る蛍光検出装置500を説明するための図である。図12において、信号検出回路等の図示は省略されている。図9に示す第1実施例では3チャンネルのプローブ522は共通であったが、図12の本変形例に示すように、各チャンネルごとに別々のプローブを備えてもよい。すなわち、第1チャンネルが第1プローブ522aを備え、第2チャンネルが第2プローブ522bを備え、第3チャンネルが第3プローブ522cを備える構成としてもよい。なお、第1プローブ522a、第2プローブ522b、第3プローブ522cによって測定される箇所が図12のように試料上の同一点である場合だけでなく、測定箇所が離れていても各チャンネルの励起光が相互に影響を及ぼす場合には、本実施例の光信号検出回路は有効である。   FIG. 12 is a diagram for explaining a fluorescence detection apparatus 500 according to a modification. In FIG. 12, the signal detection circuit and the like are not shown. Although the three-channel probe 522 is common in the first embodiment shown in FIG. 9, a separate probe may be provided for each channel as shown in this modification of FIG. That is, the first channel may include the first probe 522a, the second channel may include the second probe 522b, and the third channel may include the third probe 522c. It should be noted that excitation of each channel is possible not only when the points measured by the first probe 522a, the second probe 522b, and the third probe 522c are the same point on the sample as shown in FIG. When light influences each other, the optical signal detection circuit of this embodiment is effective.

図13は、別の変形例に係る蛍光検出装置500を説明するための図である。図13において、信号検出回路等の図示は省略されている。また、図13では1チャンネルの蛍光検出用光学ユニットのみ図示している。図9に示す第1実施例では、各チャンネルは1本の光ファイバを用いて励起光と蛍光を導光しているが、励起光と蛍光を別々の光ファイバで導光する構成としてもよい。すなわち、本変形例では、光源502からプローブ522に励起光を励起光導光用光ファイバ513_1で導光し、プローブ522から光検出器505に蛍光を蛍光導光用光ファイバ513_2で導光している。この場合、光源502と励起光導光用光ファイバ513_1との間に励起光用フィルタ504_1を設け、蛍光導光用光ファイバ513_2と光検出器505との間に蛍光用フィルタ504_2を設けることが好ましい。   FIG. 13 is a diagram for explaining a fluorescence detection apparatus 500 according to another modification. In FIG. 13, the signal detection circuit and the like are not shown. In FIG. 13, only a single-channel fluorescence detection optical unit is shown. In the first embodiment shown in FIG. 9, each channel guides excitation light and fluorescence using a single optical fiber, but it may be configured to guide excitation light and fluorescence using separate optical fibers. . That is, in this modification, excitation light is guided from the light source 502 to the probe 522 by the excitation light guiding optical fiber 513_1, and fluorescence is guided from the probe 522 to the photodetector 505 by the fluorescence guiding optical fiber 513_2. Yes. In this case, it is preferable to provide the excitation light filter 504_1 between the light source 502 and the excitation light guiding optical fiber 513_1, and to provide the fluorescence filter 504_2 between the fluorescence guiding optical fiber 513_2 and the photodetector 505. .

第1実施例に係る光信号検出回路530は、被検出物に光信号を照射し、該被検出物からの応答光信号を検出する方式の光計測装置であれば、蛍光検出装置だけでなく、様々な装置に適用することができる。例えば、第1実施例に係る光信号検出回路530は、図2に示すような生体の頭部に照射した光の透過光を検出する装置にも用いることができる。さらには、第1実施例に係る光信号検出回路530は、遺伝子解析装置等の生体関連計測装置に限られず、様々な多チャンネル光計測装置に適用することができる。   The optical signal detection circuit 530 according to the first embodiment is not limited to the fluorescence detection device as long as it is an optical measurement device that irradiates the detection target with the optical signal and detects the response optical signal from the detection target. It can be applied to various devices. For example, the optical signal detection circuit 530 according to the first embodiment can also be used in a device that detects transmitted light of light irradiated on the head of a living body as shown in FIG. Furthermore, the optical signal detection circuit 530 according to the first embodiment is not limited to a living body related measuring device such as a gene analyzer, and can be applied to various multichannel optical measuring devices.

透過光を検出する光計測装置においては、光源からの光信号を被検出物に照射する照射プローブと、該被検出物からの応答光信号を検出して光検出器に出力する検出プローブと、を別々に設けてもよい。   In the optical measurement device that detects transmitted light, an irradiation probe that irradiates a detection object with an optical signal from a light source, a detection probe that detects a response light signal from the detection object and outputs the response light signal to the photodetector, May be provided separately.

図14は、本発明の第2実施例に係る光信号検出回路を適用した蛍光検出装置を示す。図14に示す第2実施例において、図5に示す実施形態と同一又は対応する構成要素については同一の符号を付すとともに、対応する説明は適宜省略する。   FIG. 14 shows a fluorescence detection apparatus to which the optical signal detection circuit according to the second embodiment of the present invention is applied. In the second example illustrated in FIG. 14, the same or corresponding components as those in the embodiment illustrated in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the corresponding description is omitted as appropriate.

図14に示す蛍光検出装置500もまた、図9に示す第1実施例と同様に3チャンネルの蛍光検出装置である。本第2実施例では、各チャンネルのプローブ(第1プローブ522a、第2プローブ522b、第3プローブ522c)が独立となっており、光検出器505(ここではPMT(光電子増倍管)を使用)が全チャンネルで共通となっている。   Similarly to the first embodiment shown in FIG. 9, the fluorescence detection apparatus 500 shown in FIG. 14 is also a three-channel fluorescence detection apparatus. In the second embodiment, the probes (first probe 522a, second probe 522b, and third probe 522c) of each channel are independent, and a photodetector 505 (here, PMT (photomultiplier tube) is used). ) Is common to all channels.

測定する試料が各チャンネル別々の場合(第1試料501a、第2試料501b、第3試料501c)、あるいは同一の場合でもプローブの設置間隔に距離があって励起光の反射が相互に影響しない場合等は、蛍光を検出する光検出器505を共通化できる。また、信号検出回路506についても、IVアンプ507から減算回路509までを全チャンネルで共通化できる。   When the sample to be measured is different for each channel (the first sample 501a, the second sample 501b, the third sample 501c), or even when they are the same, there is a distance between the probes and the reflection of the excitation light does not affect each other. Can share a photodetector 505 that detects fluorescence. In the signal detection circuit 506, the IV amplifier 507 to the subtraction circuit 509 can be shared by all channels.

各チャンネルの励起光および蛍光の主波長、信号検出回路の構成については図9に示す第1実施例と同じである。また、点滅パルスおよび外光検出用パルスの波形も図10に示す第1実施例のものと同じである。さらに、各チャンネルのLEDの出力パワーも第1実施例と同じにした。   The main wavelengths of excitation light and fluorescence of each channel and the configuration of the signal detection circuit are the same as those in the first embodiment shown in FIG. The waveforms of the blinking pulse and the external light detection pulse are the same as those of the first embodiment shown in FIG. Furthermore, the output power of the LED of each channel was also made the same as in the first embodiment.

このような構成で、第1実施例と同様にステップ応答の測定を行なった結果、第1実施例の測定結果(図11参照)と同様の結果が得られた。   With such a configuration, the step response was measured in the same manner as in the first example. As a result, the same result as the measurement result in the first example (see FIG. 11) was obtained.

また、第1実施例と同様に、1つのチャンネルだけを検出する場合と3チャンネルを同時に検出する場合の検出精度を比較した結果、第1実施例と同様に、3チャンネル同時検出時の出力信号のSN比は、1チャンネル検出時とほぼ同等であった。   Similarly to the first embodiment, as a result of comparing the detection accuracy when detecting only one channel and when detecting three channels at the same time, as in the first embodiment, the output signal at the time of simultaneous detection of three channels. The S / N ratio was almost the same as when one channel was detected.

本第2実施例では、上述の第1実施例において説明した利点に加えて以下の利点を有する。本第2実施例では、光検出器505および信号検出回路506の一部を全チャンネルにおいて共通化している。従って、蛍光検出装置500の低コスト化および小型化を図ることができる。特にPMT(光電子増倍管)のような高価な光検出器を使う場合には大きなコスト削減ができる。   The second embodiment has the following advantages in addition to the advantages described in the first embodiment. In the second embodiment, a part of the photodetector 505 and the signal detection circuit 506 is shared by all channels. Accordingly, the cost and size of the fluorescence detection device 500 can be reduced. In particular, when an expensive photodetector such as a PMT (photomultiplier tube) is used, the cost can be greatly reduced.

本第2実施例でも第1実施例と同様の変形例が適用できる。ここでは、第1実施例と異なる点のみを記載する。共通の光検出器505としては、PMTに代えて、フォトダイオード(PD)、アバランシェ・フォトダイオード(APD)等を用いてもよい。   A modification similar to that of the first embodiment can be applied to the second embodiment. Here, only differences from the first embodiment will be described. As the common photodetector 505, a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), or the like may be used instead of the PMT.

また、励起光および蛍光の主波長は、それぞれ全チャンネルで同じであってもよい。また、各チャンネルの蛍光検出用光学ユニットは、図13のように励起光導光用光ファイバと蛍光導光用光ファイバが別々となったタイプのものを用いてもよい。   Further, the main wavelengths of excitation light and fluorescence may be the same for all channels. Further, as the fluorescence detection optical unit of each channel, a type in which the excitation light guiding optical fiber and the fluorescence guiding optical fiber are separated as shown in FIG. 13 may be used.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.

CH1 第1蛍光検出用光学ユニット、 CH2 第2蛍光検出用光学ユニット、 CH3 第3蛍光検出用光学ユニット、 500 蛍光検出装置、 501 試料、 505 光検出器、 506a 第1信号検出回路、 506b 第2信号検出回路、 506c 第3信号検出回路、 520 パルス発生回路、 522 プローブ、 530 光信号検出回路、 600 サンプル&ホールド回路、 603 バッファアンプ、 604 ハイパスフィルタ、 605 反転・非反転アンプ、 609 ローパスフィルタ。   CH1 first fluorescence detection optical unit, CH2 second fluorescence detection optical unit, CH3 third fluorescence detection optical unit, 500 fluorescence detection device, 501 sample, 505 photodetector, 506a first signal detection circuit, 506b second Signal detection circuit, 506c third signal detection circuit, 520 pulse generation circuit, 522 probe, 530 optical signal detection circuit, 600 sample & hold circuit, 603 buffer amplifier, 604 high-pass filter, 605 inverting / non-inverting amplifier, 609 low-pass filter.

本発明は、例えば遺伝子解析装置等の光計測装置に利用できる。   The present invention can be used for an optical measuring device such as a gene analyzer.

Claims (11)

複数チャンネルの光信号を検出する光信号検出回路であって、
各チャンネルごとに設けられた光源と、
複数の前記光源に対し点滅パルスを1パルスずつ順番に供給するパルス発生回路と、
前記光源からの光信号に対する応答光信号を光電変換する光検出器と、
各チャンネルごとに設けられたスイッチであって、前記点滅パルスに同期してスイッチングされることにより前記光検出器の出力信号から各チャンネルに対応する信号を抽出するスイッチと、
各チャンネルごとに設けられ、各スイッチの出力信号を直流信号に変換する直流変換回路と、
を備え
前記直流変換回路は、前記スイッチの出力信号から直流成分を除去するハイパスフィルタと、点滅パルスのオン・オフのタイミングに合わせて反転増幅動作と非反転増幅動作とを切り替えることで前記ハイパスフィルタの出力信号を直流信号に変換する反転・非反転アンプと、を備えることを特徴とする光信号検出回路。
An optical signal detection circuit for detecting an optical signal of a plurality of channels,
A light source provided for each channel;
A pulse generation circuit for sequentially supplying blinking pulses one by one to the plurality of light sources;
A photodetector that photoelectrically converts a response optical signal to the optical signal from the light source;
A switch provided for each channel, wherein the switch extracts the signal corresponding to each channel from the output signal of the photodetector by switching in synchronization with the blinking pulse;
DC conversion circuit that is provided for each channel and converts the output signal of each switch into a DC signal;
Equipped with a,
The DC conversion circuit includes a high-pass filter that removes a DC component from the output signal of the switch, and an output of the high-pass filter by switching between an inverting amplification operation and a non-inverting amplification operation in accordance with the on / off timing of the blinking pulse. optical signal detecting circuit according to claim Rukoto includes inverting and non-inverting amplifier that converts a signal into a DC signal.
前記光検出器と前記スイッチとの間に設けられた、外光成分を検出する外光成分検出回路と、
前記光検出器の出力信号から前記外光成分を差し引く減算回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光信号検出回路。
An external light component detection circuit for detecting an external light component provided between the photodetector and the switch;
A subtracting circuit for subtracting the external light component from the output signal of the photodetector;
The optical signal detection circuit according to claim 1, further comprising:
前記パルス発生回路は、前記点滅パルスとは異なるタイミングで外光検出用パルスを発生し、
前記外光成分検出回路は、前記外光検出用パルスを用いて前記外光成分を検出するサンプル&ホールド回路を備えることを特徴とする請求項2に記載の光信号検出回路。
The pulse generation circuit generates an external light detection pulse at a timing different from the blinking pulse,
The optical signal detection circuit according to claim 2, wherein the external light component detection circuit includes a sample and hold circuit that detects the external light component using the external light detection pulse.
前記外光成分検出回路は、前記光検出器のショット雑音を除去するローパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の光信号検出回路。   The optical signal detection circuit according to claim 3, wherein the external light component detection circuit further includes a low-pass filter that removes shot noise of the photodetector. 前記パルス発生回路は、前記点滅パルス間に時間間隔を設けることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の光信号検出回路。 Said pulse generating circuit, the optical signal detecting circuit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that providing a time interval between the flashing pulses. 請求項1からのいずれかに記載の光信号検出回路と、
前記光源からの光信号を被検出物に照射するとともに、前記被検出物からの応答光信号を検出して前記光検出器に出力するプローブと、
を備えることを特徴とする計測装置。
An optical signal detection circuit according to any one of claims 1 to 5 ,
A probe that irradiates a detection object with a light signal from the light source, detects a response light signal from the detection object, and outputs the response light signal to the light detector;
A measuring device comprising:
前記プローブは、複数チャンネルに関して共通であることを特徴とする請求項に記載の計測装置。 The measurement apparatus according to claim 6 , wherein the probe is common to a plurality of channels. 各チャンネルごとに別々の前記プローブを備えることを特徴とする請求項に記載の計測装置。 The measurement apparatus according to claim 6 , wherein the probe is provided separately for each channel. 各チャンネルごとに、前記光源から前記プローブに光信号を導光する第1光ファイバと、前記プローブから前記光検出器に応答光信号を導光する第2光ファイバとを備えることを特徴とする請求項に記載の計測装置。 Each channel includes a first optical fiber that guides an optical signal from the light source to the probe, and a second optical fiber that guides a response optical signal from the probe to the photodetector. The measuring device according to claim 8 . 前記光検出器は、複数チャンネルに関して共通であることを特徴とする請求項またはに記載の計測装置。 The photodetector, the measurement apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that a common for multiple channels. 請求項1からのいずれかに記載の光信号検出回路と、
前記光源からの光信号を被検出物に照射する照射プローブと、
前記被検出物からの応答光信号を検出して前記光検出器に出力する検出プローブと、
を備えることを特徴とする計測装置。
An optical signal detection circuit according to any one of claims 1 to 5 ,
An irradiation probe for irradiating an object with an optical signal from the light source;
A detection probe for detecting a response light signal from the object to be detected and outputting it to the photodetector;
A measuring device comprising:
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