JPH0324443A - ルミネッセンス物質の蛍光検出装置 - Google Patents

ルミネッセンス物質の蛍光検出装置

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JPH0324443A
JPH0324443A JP2149722A JP14972290A JPH0324443A JP H0324443 A JPH0324443 A JP H0324443A JP 2149722 A JP2149722 A JP 2149722A JP 14972290 A JP14972290 A JP 14972290A JP H0324443 A JPH0324443 A JP H0324443A
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fluorescence
luminescent material
response
output signal
sample
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JP2149722A
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Richard E Williams
リチャード　アーネスト　ウイリアムズ
Mark L Daniel
マーク　ラマー　ダニエル
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的にはルミネッセンス物質の蛍光を検出す
るための装置に係わり、さらに詳細には交流電源Ｈ置を
使用するこのような装置に関する。
「従来の技術］ 多くの環境に於で物品の殺薗が非常に重要である。病院
や医療ＩＭ設では各種の医療器具を、外科手術や殺菌環
境で使用する前に殺菌しなければならない。また食品ザ
ービス分野では、台所用具や調理器具の殺菌に注意を払
い、後で使用する人々が感染する可能性を防止しなけれ
ばならない。
通常殺菌されるべきＢ置、器具または材料といったもの
は、殺菌を効果的にするため、相互に関係のあるパラメ
ータ、例えば時間、虐度、蒸気、乾燥加熱、例えば酸化
エチレン）Ｊスといったような化学物質または故国線壜
といった必要な条件を満たさなければならない。殺菌工
程はもしＬそれが残っていたら殺菌対象を汚染するはず
の生きたＩＩＩｌ菌を殺すためのものである。摂氏１２
１度から１３２度の蒸気殺菌ではその殺菌時間は摂氏１
３２度での３分から摂氏１２１度での３０分の範囲であ
り、摂氏３０度から５６度の酸化エチレン殺菌ではその
殺菌時間は摂氏６５｛ｇでの１時間から摂氏３０度での
４時間の範囲である。乾燥加熱殺菌は典型的には摂氏１
８０度で２時間で・ある。
多くの環境に於で、殺菌が完全になされることは非常に
重要なので、しばしば殺菌監視器が使用される。典型的
には小型のバイアル（ガラス瓶）、またはその他の容器
を殺菌装置の中に挿入し、殺菌工程の完全度をチェック
している。バイアルには生きた細菌が入れられていて、
殺菌工程にさらされた後急速に或長するように、培養材
および環境が整えられている。
次にバイアルは培養ＩｆｆＪ間経過後、細菌の或長をチ
ェックされる。培養によって殺菌工程を生き残った全て
の細菌は検出可能なレベルまで成長する。細菌が生き残
っていたことは殺菌工程が不完全であったことを示して
いる。
生きた細菌を適切に検出するため、典型的には培養基質
をバイアルに添加して、生きた細菌が反応して基質の色
を変化さじるようにしている。
通常は色変化の読み取りや分析は人の目で観察するとい
った手動でなされている。しかしながらある種の殺菌諒
視工程では、潜在的にルミネツセンス性を有する基質物
質をバイアルに添加し生きた細菌をこれと反応させるよ
うにしている。好適な反応期間の後でバイアルを蛍光線
、典型的には紫外線波長領域の光、に当てると裸眼では
見ることの出来ない蛍光が可視光に励起される。バイア
ルが励起用蛍光線に当てられた際に可視光が出現すると
、これは殺菌が不完全であったことを示し、生きた細菌
成長に必要な時間が幾分短くて済むのでさらに自動化さ
れた蛍光検出器が利用できる。
ざらに迅速に殺菌工程の完全さを判定するためには、バ
イアル内のルミネッセンス性培ｒｔ　Ｉ．４質からの蛍
光を非常に低いレベル、ほぼ０．１ピコワットで検出す
る必要がある。
不幸にして、通常使用されている紫外線源は紫外線源の
各々の端に配置されているひとつまたは複数の陰極部に
於けるガスイオン化のために非常に不安定である傾向が
ある。さらに局部的な加熱の変化および放則電子流変動
が原因で紫外線光源（ランプ）出力に、電源電圧周波数
の独立に変化する多数の高調波が含まれでしまう。仝休
として波形の山と谷の比率は同様に変動する。低域フィ
ルタを備えた直流結合増幅器を使用してこれらの変動を
除去する事は容認できないがそれは、直流ドリフト場が
被測定信号のレベルを簡単に超えてしまうためである。
これらの問題点を解決する試みとして、紫外線源を光学
的または電気的にチョツビングして信岩の交流搬送波を
得るようにした検出器もある。このような交流搬送波二
重チャンネル装置でしばしば使用され、これは較正され
た基準値を供給する強度比較チャンネルを備えている。
これとは別にいくつかの検出器は直流ドリフトの短期間
安定性に立脚しており、ドリフト値を基準値を読み込み
そのすぐ後で基準値と信号とを比較して補正するように
したものもある。
しかしながら、二重チ一？ンネルを使用した騙合や試利
の測定が阜準値測定とは別の時刻に行われた場合にはさ
らに問題が存在する。測定される信弓が非常に小さいた
め二重チャンネル間の構成部品、たとえそれが高価で整
合の取れた部品であったとしても、特性の微少な違いへ
５測定時刻の違いは被測定信号を完全に「埋没」させて
しまう結果となる。その結果は測定値が不正確なものと
なってしまう。測定に含まれる固有の不正確さを補償す
るためには、「成長」明間を延長し（または短縮せず）
細菌がもし存在するｌ．＜　’３　Ｉｉｇ実に検川でき
るようにしな（ノればならない。
先行の合衆国特許にこのような装置がいくつか公開され
ているが、それらの全ては上記のひとつまたはいくつか
の問題を含んでいる。
ミューラーに付与された合衆国特許第４．００６，３６
０号には生物分子を取り聞んだ染色粒子が適当な刺激の
もとに発する蛍光発光を決定づ゛るための装置ならびに
方法が記載されている。この装置および方法は染料粒子
の励起状態の残像時間の違いに立脚している。励振放躬
を急速に「オンｊおよび「オフ」と繰り返した後蛍光放
躬の監視を行う。照射された試料からの光は光学的帯域
フィルタを通過しその後、従来式の、例えば光’ｄＸ増
幅器のような光電装置で監視される。
ランダに付与された合衆国特許第４．６２６，６８４号
には、蛍光測定を迅速に行うための８『クが記戟されて
いる。この装置の電子回路は二重チャンネル方式を使用
している。一方のチャンネルは試料の蛍光を検出する。
もう一方のチャンネルは基準値の蛍光を検出する。背只
環境の影響を考慮するために、「背景」基準蛍光が試料
信弓から引き算される。しかしながら、基準値が効果的
に相殺されるためには二重チャンネルが完全に整合をと
られている必要がある。
ノーラーに付与された合衆国特許第４，６６８．８６８
号には生物試料に対する蛍光免疫分析を実行する蛍光検
出器が公開されている。試料からの光エネルギーは光電
素子を励起するために使用されている。温度補償は第二
光電素子によってなされるがここからは光励振が除去さ
れる。押しボタン式校正器もまた用意されていで、光電
素子から零入力信号が観測された際のバイアス電圧を供
給するために使用されている。ノーラーの装置の最大の
欠点は基準信号を欠いていることである。励振放射強度
の変動が大きく影響するため、明瞭に知覚できる可視光
出力は大きく変動する。
ギフオードその他に付与された合衆国特許第４，７５０
．８３７号には基準光源を備えた蛍光メータが公開され
ている。装置は一対の励振光パルスの間に離れて配置さ
れた一対の基準光パルス使用している。装置は一対の基
準光パルスを使用しこれらは一対の励振光パルスの間に
一定の間隔を置いて配置されている。次にマイクロプロ
セッサがこれら四つの電気パルスを読み取り、最終的な
収束を計樟する。この装置は非常に複雉であり複数の励
振バルス及び一対の基準パルスを使用するのみならず、
その結果を計算する！こめにマイク１コプロセッサまで
も使用している。
［発明の目的と要約］ 本発明は改良された蛍光検出器を提供する。蛍光励振／
７Ｘ　１１に応じてル共ネツセンス物質から発生される
可視光の正確な分析を行うことに依って、殺菌が完全に
行われたことの迅速でかつ正ｒＩｌｉナ判定が行える。
本発明による検出器は、いままで一日またはそれ以上か
かつていた、いわゆる「成艮」に必要な待ち時間をやく
１５分にまで知縮でさる３，おそらく本発明による検出
器によって持ら時間をさらに短くすることも可能であろ
う。
本発明によるひとつの実施例に於で、整合のとられてい
ない部品で構成された二重チＶンネルが内包している問
題は単一チャンネルを使用することで解決されている。
基準値検定は試料検定用光ダイオードと背中合わせに結
合されるかまたは、直接オフセットを生じあうように接
続された光ダイオードによってなされており、通常光ダ
イオードは置光物質に対して応答するものである。背中
合わけの構成では全ての判定が単一チャンネルで行える
ため二重チャンネルは不用となる。
本発明の別の実施例では、光源強度変動の問題は直流ド
リフトを除去するためのＡＣ結合と、電源周波数の第一
・高調波、すなわち標準の６０ヘルツ電源では１２０ヘ
ルツ、を使用することに依って解決されている。第一高
訓波は電源の基本周波数の変動またはより高次の高調波
と比較して比較的安定であることがわかっている。
本発明の別の実施例では、電源電圧変動の問題は最終的
な測定出力と電源から直接取り出した信弓とを比較する
ことに依って解決されている。
従ってひとつの実施例に於で、本発明は励振波長に依っ
て励起され蛍光波長領域の蛍光を発する試料ルミネッセ
ンス物質の蛍光検出装置を提供している。装置は基準ル
ミネツセンス物質と、交流電圧源に結合され電源周波数
で動作するように適合され試斜ルミネッセンス物質と基
準ルミネッセンス物質とをはほ励振波長で刺激するよう
に配置された放電ランプとを使用している。第一応答機
構は試料ルミネッセンス物質に対してほぼ蛍光波長で応
答するように構成されており、これによって蛍光波長に
於ける試料ルミネツヒンス物質から受信された電磁エネ
ルギーの関数である第一・の電気的応答信号を提供する
。第二応答機構は埜準ルミネッセンス物質に対してほぼ
蛍光波長で応答するように構成されており、これによっ
て蛍光波長に於ける基準ルミネッセンス物質から受信さ
れた電磁エネルギーの関数である第二の電気的応答信号
を提供する。第一応答機構および第二応答機構は第一の
電気的応答イΔ号が第二の電気的応答信丹と相殺し合っ
て組合せ出力信号を作り出すように構成されている。帯
域フィルタが組合吐出力信号に結合されており、電源周
波数のほぼ二倍の優位信号を通道させてフィルタ出力信
号とするように選定されている。位相検出器が帯域フィ
ルタに結合されておりフィルタ出力信号の位相を検出し
フィルタ出力信号が第一の位相の時は第一応答信号を発
生し、フィルタ出力信号が第二の位相の時には第二応答
信ｑを発生する。ひとつの表示器が位相検出器に結合さ
れており、第一応答信号または第二応答信号の少なくと
もひとつの関数として試わｌルミネッセンス物質の蛍光
状態を表示する。
別の実施例では本発明は、励振波長に依って励起され蛍
光波長領域の蛍光を発する試籾ルミネツセンス物質の蛍
光検出装置を提供している。堪準ルミネッセンス物質が
使用されている。放電ランプは交流電圧源に結合され電
源周波数で動作するように適合され試料ルミネッセンス
物質と基準ルミネッセンス物質とをほぼ励振波長で刺激
するように配直されている。第一応答機構は試料ルミネ
ッセンス物質に対してほぼ蛍光波長で応答するように構
成されており、これによって蛍光波長に於ける試料ルミ
ネツセンス物質から受信された電磁エネルギーの関数で
ある第一の電気的応答信号を提供する。第二応答機構は
基準ルミネツセンス物質に対し゛Ｃほぽ蛍光波長で応答
するように構成されており、これによって蛍光波長に於
【ノる基準ルミネッセンス物質から受信された′市磁エ
ネルギーの関数である第二の電気的応答信号を提供する
。第一応答機構および第二応答機構は第一の電気的応答
信号が第二の電気的応答信号と相殺し合って組合せ出力
信号を作り出すように構成されている。位相変換機構が
第一および第二光ダイオードに結合されており、光ダイ
オードの強度変動を位相変動に変換し位相出力信号を発
生する。
位相検出器が位相出力信号に結合されておりフィルタ出
力信号の位相を検出しフィルタ出力信号が第一の位相の
時は第一応答信号を発生し、フィルタ出力信号が第二の
位相の時には第二応答｛ｒ＜　＝を発生する。ひとつの
表示器が位相検出器に結合されており、第一応答信号ま
たは第二応答信号の少なくともひとつの関数として試料
ルミネッレンス物質の蛍光状態を表示する。
これとは別の実施例では本発明は、励振波長に依って励
起され蛍光波長領域の！１２光を発する試料ルミネッセ
ンス物質の蛍光検出装置を提供している。基準ルミネッ
センス物質が使用されている。
放電ランプは交流電圧源に結合され電源周波数で動作す
るように適合され試料ルミネッセンス物質と基準ルミネ
ッセンス物質とをほぼ励振波長で刺激するように配圃さ
れている。第一応答機構は試料ルミネッセンス物質に対
してほぼ堂光波長で応答するように構成されており、こ
れによって蛍光波長に、於ける試料ルミネッセンス物質
から受信された電磁エネルギーの関数である第一の電気
的応答信号を提供する。第二応答機構は基準ルミネツヒ
ンス物質に対してほぼ蛍光波長で応答するように構成さ
れており、これによって蛍光波長に於（ノる基準ルミネ
ッセンス物質から受信されたｆｆ磁エネルギーの関数で
ある第二の電気的応答信号を提供する。第一応答機構お
よび第二応答機構は第一の電気的応答信号が第二の電気
的応答信号と相殺し合って組合せ出力信号を作り出ずよ
うに構成されている。ひとつの表示器が第一応答機構お
よび第二応答機構に結合されており、組合せ出力信号に
応答して組合せ出力信号に｝ｊづいた試料ルミネッセン
ス物質の蛍光状態を表示する。
さらに別の実施例では本発明は、励振波長に依って励起
され蛍光波長領域の蛍光を発する試料ルミネッセンス物
質の蛍光検出装謂を提供している。放電ランプは交流電
圧源に結合され電源周波数で動作するように適合され試
料ルミネッセンス物質と基準ルミネッセンス物質とをは
ほ励振波長で刺激するように配置されている。ひとつの
光ダイオードが試料ルミネッセンス物質に応呑して光ダ
イオード出力信弓を発生するように配置されている。帯
域フィルタが光ダイオード出力信号に結合されており、
これは電源周波数のほぼ二倍の周波数の優位信号を通過
させるように選定されておりフィルタ出力信号を発生す
る。ひとつの表示器が帯域フィルタに結合されでおりフ
ィルタ出力に応じてフィルタ出力信号に基づいた試料ル
ミネッセンス物質の蛍光状態を表示する。
第一応答機構および第二応答機構はそれぞれ光電圧モー
ドで動作する第一および第二光ダイオードであって互い
に背中合わしに結合されたちのが考案されている。
位相検出器は交流電源に結合されるように構成された整
流器であって整流出力を発生し、加算機構が帯域フィル
タと整流器とに接続されていて、フィルタ出力信号と整
流出力とを加算した加算信号を出力し、比較的大きな強
度の加算信号は第一応答を示し比較的小さな強度の加算
信号は第二応答を示すように考案されている。
位相検出忍はまた加算機構と表示器との間に結合された
交流電圧を電源どする比較器を有し、これは加算信号強
度の大きさと交流電源電圧強度の大きさどを比較し第一
応答信号を電源電圧強度の大きさの関数として発生する
ように考案されている。
試料ルミネッセンス物質の蛍光が予め定められた閾値を
超えたことを検出しざらに試料ル互ネツセンス物質、基
準ルミネツセンス物質、第一または第二光ダイオードま
たは放電ランプに結合され、試料ルミネッセンス物質が
予め定められた閾鉋の蛍光を発光したことを装置が測定
したときに、第一および第二光ダイオードの出力バラン
スをとるための調整機構を有する装置が考案されている
。
さらに帯域増幅器と位相検出器との間に結合され、フィ
ルタ出力信号の位相を調整し、試料ルミネッセンス物質
が予め定められた閾値の蛍光を発光したことを装置が測
定した時点で、光ダイオード出力信号と整流信号とを最
大にするための位相遅れ器を有する装置が考案されてい
る。
さらに試料ルミネッセンス物質の蛍光が予め定められた
閾値を超えたことを検出しさらに試料ルミネッセンス物
質、基準ルミネッセンス物質、第一または第二光ダイオ
ードまたは放電ランプに結合され、試料ルミネッセンス
物質が予め定められた閾値の蛍光を発光したことを測定
したとき調幣機構を有する装δが考案されている。
さらに別の実施例では本発明はまた、励振波長に依って
励起され蛍光波長領域の蛍光を発する試料ルミネッセン
ス物質の蛍光検出装置を提供している。放電ランプは交
流電圧源に結合され電源周波数で動作するように適合さ
れ試料ルミネッセンス物質と基準ルミネッセンス物質と
をほぼ励振波長で刺′ｖ！Ｊｉｌ１′るように配置され
ている。光電モードで動作するひとつの光ダイオードが
試料ルミネッセンス物質に応答して光ダイオード出力信
号を発生するように配置されている。光ダイオードに結
合された比較器は光ダイオード出力信号強度の大きさと
交流電源電斤強度の大きざとを比較し第一応答信号を電
ｉｔ！電圧強度の大ぎざの関数として発生する。ひとつ
の表示器が電源電圧比較器に結合されており光ダイオー
ド出力信号に応じて光ダイオード出力信号に基づいた試
料ルミネッセンス物質の蛍光状態を表示する。
本発明の上記の長所、構成および動作は、以下の記述お
よび添付図面からさらに明かとなろう。
［実施例］ 第１図は本発明による装置１０を示しており、これは試
料ルミネッセンス物質１２の蛍光を測定するために用い
られるものである。試料ルミネッセンス物質１２は生き
た細菌に付加されて小さなパイルに入れられ培養装置の
中に挿入されている。
パイルには培養材と殺菌工程の後で急速な成長が行える
環境とが用意されている。殺菌工程が完全であれば高温
の殺菌環境が細菌を殺してしまうはずである、その細菌
とは殺菌が完全でなかった場合には殺菌された器具を汚
染するはずのものである。しかしながら殺菌工程で生き
た細菌が殺し尽くされなかった場合には、若干の細菌が
残り本発明による装ｉｉ！１２１０はこれらの細菌に付
加された残留試料ルミネッセンス物質１２の蛍光を検出
できる。蛍光レベルが予め決められた量を超えた場合は
殺菌が失敗したことを示している。
試料ルミネッセンス物質１２の種類は、細菌または酵素
または物質代謝副生物によって引き起こされる蛍光を発
つるように変化を受ける特性のものであり、装置１０で
使用できるものであるが、この例はマーサー、フォルツ
Ｊ３よびウッドストンに付与された合衆国特許明細書番
号第０７／２７７，３０５号「殺菌サイクルの迅速な効
果判定法および生物学的指標の迅速な読み取りＪ１９８
８年１１月２９日付、で本特許と同一の受託者に譲渡さ
れた特許に記戟されている。典型的には、試料ルミネッ
センス物質１２は特定のまたはいくつかの蛍光波長で励
起されるものである。
典型的には紫外線ランプである放電ランプ１４は、好適
に試料ルミネッセンス物質１２を有しているパイルを直
接励起するように配置されている。
放電ランブ１４は蛍光波長で動作するように設計されて
おり、試料ルミネツセンス物質１２を励起し可視光領域
の波長を発生する。放電ランプ１４は、プラグ１６で示
された典型的には６０ヘルツの電源である交流電圧源か
ら給電されている。放電ランブ１４はまた、好適に基準
ルミネツセンス物質１８を直接励起するように配置され
ている。
使用可能な放電ランブ１４の例は、いくつかの製造者か
ら購入可能であり良く知られているｒＢＬＪ蛍光ランプ
シリーズである。提案された放電ランブ１４はＦ４Ｔ５
ＢＬＢランプであり、多くの製造者から購入可能である
。
好適に光電モードで動作する。第一光ダイオード２２は
試料ルミネッセンス物質１２の蛍光を受光する位置に配
置されている。好適に光電モードで動作する第二光ダイ
オード２４は７３　Ｑルミネッセンス物質１８の蛍光を
受光する位置に配置されている。付加仕様として、第一
レンズ２６を試料ルミネッセンス物質１２と第一光ダイ
オード２２との間に配置し、蛍光の照準を改善すること
も可能である。同様に付加仕様として第二レンズ２８を
基準ルミネッセンス物質１８と第二光ダイオード２４と
の間に配置することも可能である。さらにレンズ２６お
よびレンズ２８にフィルタを選択し例えば赤色光や赤外
線の様な長い波長の光を選択的に除去し外乱となる電磁
放躬を排除することもできる。必要に応じて遮蔽３０を
用意し放電ランブ１４が第一光ダイオード２２または第
二光ダイオード２４を直接刺激するのを防止するように
することもできる。
第一光ダイオード２２は試料ルミネッセンス物質１２か
ら放射される蛍光の波長範囲のうちの可視光に反応する
ように設計されている。同様に第二光ダイオード２４は
基準ルミネッセンス物質から放銅される堂光の波長範囲
のうちの可視光に反応するように設計されている。提案
された動作モードでは装置１０は蛍光が予め定められた
値を超えているか否かの検出を行うように設計されてい
るので、第一光ダイオード２２の電気的特性と第二光ダ
イオード２４の電気的特性との整合をとることは要求さ
れていない。もつとも特性が概ね似かよっていることは
、装置を出力の広範なレンジに対して線形とするうえて
好適であるが、閾値判定装置としては予想される閾値付
近で特性の調整が出来るだけで十分である。従って第一
および第二光ダイオード（２２および２４）の整合がと
られている必要は全く無い。提案された実施例に於で第
一光ダイオード２２としては実際の光ダイオードが使用
されているが、第二光ダイオード２４としては光ダイオ
ードとして作動する光トランジスタが使川されている。
光トランジスタを用いる理由は、本質的に廉価であるこ
ととその計測値が閾値に於ける両者の特性をぴったりと
整合させるための調整に使用されることを仮定している
ためである。提出された第一光ダイオード２２はユナイ
テッド・ディテクタ・テクノ口・ジ社製のＳＤ−０４１
−１　２−１　２−２１　１であり、提出された第二光
ダイオード２４（実際には光ダイオードとして動作する
光トランジスタ）はジエネラルエレクトリック社製の１
１４Ｎ２である。これらの素子が光ダイオード、光トラ
ンジスタまたはその他のものであることは特に重要なこ
とではなく、これらがルミネッセンス物質の蛍光の内の
可視光に反応し、それらに応じた電気的出力を発生する
ものであれば何でもよい。引き出される電気的応答は素
子の両端または素子の出力にかかる電圧であるのが好ま
しい。
試料ルミネッセンス物質１２は生きた細菌を含んだパイ
ルの中に入れられているが、塁準ルミネッセンス物質１
８としてはこのように手の込んだ物質は必要ない。提出
された実施例に於いては、基準ルミネッセンス物質１８
は例えばカード板状の物質片であり、この上に放電ラン
ブ１４の紫外線に応答して試料ルミネッセンス物質１２
の蛍光スペクトルと同様な可視光を発生する塗料が塗ら
れている。
第一光ダイオード２２と第二光ダイオード２４の電気的
特性は特に重要ではないが、本発明のひとつの特徴とし
てこれらの素子の電気的接続方法は非常に重要である。
第一光ダイオード２２と第二光ダイオード２４とは電気
的に「背中合わせ」で結合されており、すなわち接地線
に対して直列にかつ逆向きに接続されており、光ダイオ
ード（２２または２４）のひとつが発生する電圧がもう
一方の光ダイオード〈それぞれ２４または２２）によっ
て直接オフセットがかけられるように接続されている。
発生される電圧が互いに相手側のオフセットとなるため
に、両方の光ダイオード〈２２および２４〉を接続した
両端に、最終的に現れる電圧はそれぞれの光ダイオード
２２および２４にかかる電圧の差となる。実際提案され
ている装Ｆｆ１０ではふたつの光ダイオードの合成電圧
出力は閾値条件でほぼ零となるように調整されている。
装置１０は先に述べたように光ダイオード２４（これは
基準ルミネッセンス物質１８を測定している〉の出力を
変化させることに依って調整される。第二光ダイオード
２４の電気出力は基準ルミネッセンス物質１８との物理
的な距離を変化させたり、ダイオードに入躬する光線を
部分的に遮光したり、分圧抵抗器を付加することに依っ
て調整できる。これは調整ネジまたはスラッグ等、基準
ルミネッセンス物￥ｉ１８の量を第二光ダイオード２４
に対して変化さ仕るもので実現できる。しかしながら一
度位置を固定されたり、調整をなされた基準ルミネッセ
ンス物質１８は安定したルミネッセンス値を提供するの
でこれに対して本発明による装置１ｏの閾値決定がなさ
れる。
第一光ダイオード２２と第二光ダイオード２４の電気的
特性の整合はとられていないが、閾値表示の他に蛍光の
実測定値が要求されたとしても蛍光の限定された範囲に
対してなら装置１０が満足に性能を発揮すること｛よ期
持できる。
第１図に示すように光ダイオード２２および２４は「背
中合わせ」で結合されているので、光ダイオ゜−ド２２
および２４は相殺電流を発生し線３２上の８値条件に於
ける合成零電圧〈接地電位に対し〉は放電ランブ１４で
発生される紫外線の強度に無関係となる。
本発明の提出された実施例に於いては、単一の放電ラン
プ１４を使用し試料ルミネツセンス物質１２と基準ルミ
ネッセンス物質１８の両方を同時に励起しているが、本
発明の全ての長所を亮受する目的としては、甲一放電ラ
ンプの使用は必ずしも必要ではない。分割式放電ランプ
（放電ランプ１４に類似）もルミネツセンス物質（１２
および１８）を刺激するために使用できる。各々の放電
ランプの発生する放躬レベルが違ったとしても、この変
化は先に議論した調整手順で補正できる。
各々の放電ランプは好適に同一の電源装置に接続されて
いる。従って放電ランプに対する電源出力の変動は同一
となり、ｔｌ１電放躬出力レベルに対して同様の変化を
生じる。
光ダイオード２２および２４は先にも述べたように１背
中合わせ」で接続されている。その他の接続方法もまた
考えられている。本発明のひとつの実施例にｒｆ！４づ
るこの様なその他の接続方法は第一光ダイオード２２の
電気的応答が第二光ダイオード２４の電気的応答と反対
となるものでなければならない、すなわち言葉を代えれ
ば試籾ルミネッセンス物質１２によって引き起こされる
電気的応答は基準ルミネッセンス物質１８によって弓き
起こされる電気的応答と反対でな１ノればなら４ｉいと
いうものである。閾値条件に於いてはこの結果電気的応
答は相殺されて組合せ出力信号３２は合成されて零とな
る。光ダイオード２２および２４を「背中合わせ」に接
続することにより組合せ出力信号３２に対して単一の増
幅ヂレンネルが使用できる。単一の増幅チャンネルしか
必要どしないので、二重増幅チレンネルに特有の部品１
４性の不整合による測定精度の低下や二重チャンネル間
での部品特性の整合をとるために必要な費用とかが無く
なる。
装置１０の閾値条件に於いて、二つの光ダイオードから
の組合せ出力信号３２は、電気的応答を逆にしているた
め極端に小さくなる。もしも試料ルミネッセンス物買１
２から発生される電気的応答が基準ルミネッセンス物質
１８から発生される本気的応答よりも僅かに大きいとき
には、殺菌が不完全であったために試料パイル内に許容
沿以上の細菌が含まれている場合の蛍光が存在する事を
示しているので、組合『出力信号３２は僅かに正（また
は接続の状態に依っては負）となる。これとは反対に試
料ルミネツセンス物質１２から発生される電気的応答が
基準ルミネツセンス物質１８から発生される電気的応答
よりも僅かに小さいときは、殺菌が適切であったため試
料パイル内には許容κ以下の細菌しか含まれていない場
合の蛍光が存在している事を示しているので、組合せ出
力信号３２は僅かに負（または接続の状態に依っては正
）となる。
閾値条件近傍での組合せ出力信号３２の強度は非常に小
さいため、かなり増幅しなければならない。非常に微細
な強度が含まれているため、一般的に直流ドリフトは信
号を埋没させてしまいその結果閾値がランダムに変動す
ることと等価となる。
この結果検出が不安定となり不正ｒＮな結果しか得られ
なくなってしまう。より標準的なＤＣ結合の代わりにＡ
Ｃ結合を行えば直流ドリフトの問題は解決されるが、悲
しいかな、検出された低レベル信号は相変わらず埋没し
てしまう。
本発明のひとつの特徴として、この問題は組合せ出力信
号３２の位相検出を使用することにより解決されている
。箒一光ダイオード２２と２４とは反対向きに接続され
ているため、ひとつの光ダイオードからの電気的出力が
組合仕出力信号３２を支配する場合にはひとつの位相と
なり、反対にもう一方の光ダイオードが組合せ出力信号
３２を支配する場合にはこれど反射の位相となる。従−
）て組合せ出力信号３２の位相を判定づ゛る検出器はど
ちらのルミネッセンス物質（１２または１８）がより多
くの蛍光を発しているかを決定でぎるので、試料ルミネ
ツセンス物質が閾値量以［の蛍光を発しているか否かの
判定が行える。実際、組合せ出力信号３２の位相がどち
らであるかを知る必要はなく、ただ単に試料ルミネツセ
ンス物質１２を装置１０に挿入している状態と試料ルミ
ネツセンス物質１２を装置１０から取り出した状態とを
比較して、その時に組合せ出力信号３２の位相が変化す
るか否かを知るだけで十分である。もしも仲人に際して
組合仕出力信号３２の位相が変化しない場合は、基準ル
ミネッセンス物質１８からの電気的出力信号のほうが相
変わらず勝っているので、基準ルミネツセンス物質１８
からの蛍光が試料ルミネッセンス物質１２からの蛍光よ
り多いため殺菌工程は合格となる。しかしながら挿入に
際して組合吐出力信弓３２の位相が変化するときは、試
料ルミネッセンス物質１２からの電気的出力信号が勝っ
ているので、試料ルミネツセンス物質１２からの蛍光が
基準ルミネッセンス物質１８からの蛍光より多く殺菌工
程は不合格となる。
本発明の提出された実施例に於いて、組合せ出力信号３
２の位相（ま位相が既知の信号、すなわち電源電圧信号
の位相と比較される。従って試料ルミネッセンス物質１
２が装置１０に挿入されたり取り出された際の位相変化
を監視する必要は無い。
装置は組合せ出力信号３２の位相が試料ルミネッセンス
物質１２の蛍光が多い状態か、基準ルミネッセンス物質
１８の蛍光が多い状態かのどちらと適合するかの判断を
行える。
組合せ出力信号３２は演鋒増幅器３４で増幅される。一
般にどの様な増幅回路でも使用できるが本発明のひとつ
の特徴として、演算増幅器３４は１２０ヘルツ帯域増幅
器、たとえばモトローラの３４００２の一部分を使用し
たものである。通常放電ランプ１４として使用される型
の蛍光ランプは、典型的には６０ヘルツの電源周波数で
振動している交流電流電源に接続されている。経験的に
蛍光ランプは電源周波数の二倍（第二高調波）の変調成
分、この場合１２０ヘルツ、を非常に多く発生すること
が知られている。また経験的に第二高調波は非常に安定
であることも知られている。
実際第二高調波は電源周波数のいくつかの高調波の中で
も最も安定な成分である。基本成分、すなわち６０ヘル
ツ成分はどれだけの基本分が存在するか制御出来ないの
で本質的に使用できない。蛍光ランプのフィラメントの
違いにより蛍光ランプの一方の端がもう一方の端より多
くイオン化すると、その結果利用可能な塁本成分のはを
極端に変動させてしまう。実際、仮に蛍光ランプのフィ
ラメントが完全に整合をとられていたとしたら、これら
は互いに相殺しあって基本（６０ヘルツ）成分は完全に
無くなるであろう。しかしながら第二高調波が塁本的に
安定なのは、蛍光ランプの各々の端のフィラメントが第
二高調波を発生しこれは蛍光ランプの反対側から発生さ
れる第二高調波を相殺しないためである。しかしながら
より高い高調波は位相および強度に於いて本質的に不安
定であるが、それは蛍光ランプ内でのプラズマ事象に大
きく依存している。
演算増幅器３４を使用することに依って装置１０の段は
全ての直流ドリフトを除去するために交流減結合とする
ことも出来る。
演算増幅器３４からの出力位相は次にプラグ１６からの
電源電圧の位相と比較される。１２０へルツ（実際に電
源周波数の：侶）発生器３６が直接電′ｍ電圧源〈ブラ
グ１６から）に結合されている。１２０ヘルツ発生器３
６の簡単な提出された例は一般的に利用可能な仝波整流
器である。フエイズロックトループら使用でぎる。従っ
て１２０ヘルツ発生器３６の出力は位相を固定された基
準信号を供給するのでこれに対して演算増幅器３４から
の出力が比較できる。二つの信号は加停器３８に供給さ
れここで演算増幅器３４からの出力が１２０ヘルツ発生
器からの出力に加えられる。加輝された際に一方の位相
条件では信号は互いに強め合い、反対の位相条件では信
８はηいに反允し合うので、加算器３８の出力は位相比
較に対応−ケる強度を表わしている。加ｔＩ器３８は１
２０ヘルツ発生器と連携して演算増幅器３４の出力に含
まれる位相情報を強度情報に変換する働きをする。
提出された実施例に於いて加算器３８は七トローラの３
４００２の一部を使用している。
句加仕様として位相遅れ器４０を演算増幅器３４の出力
と加算器３８の入力との間に挿入できる。
位相遅れ器４０は演算増幅器３４からの出力信号を１２
０ヘルツ発生器３６からの電気的基準信号と同期させる
ために用いられる。演算増幅器３４ｋ＝【よ本質的に位
相遅れが存在する（それは１２０ヘルツの′ＷＩ域フィ
ルタを含むため）また１２０ヘルツ発生器３６内にもい
くらかの位相遅れが存在する。加算器３８に出現する信
号が確実に互いに反弁したり強調しあうために、両方の
信号をオシロス］一ブで確認しながら反発Ｊ３よび強調
状態が得られるように位相遅れ器４ｏを調整づる必蛭が
ある。興型的には位相遅れ器４０は抵抗器とキャパシタ
とからなる回路網で構成されている。提出された実施例
に於いて、位相遅れ器４０は１０キ１］オームの直列抵
抗器と４７マイクロファラッドの分路キャパシタとで構
成されている。
強度情報を有する加輝器３８からの出力は、直接包絡検
出器４２に供給される。包絡検出器４２は信弓の包絡、
ずなわち信号のピーク、を検出し信号が閾＋ｔｆｉ　（
固有に定められている）に達したときに出力を供給する
。包絡検出器４２としては一般的に利用できる多くの良
く知られた包絡検出器のどれでも良いが、ひとつの実施
例としてはダイオード式ピーク検出器と低減フィルタの
組合せＣもかまわない。提出された実施例では包絡検出
器４２は一対の１　Ｎ　４　１　４　Ｂダイオードと′
１０１目オーム抵抗器と２．２マイクロファラッドのキ
ャパシタとで構成された低減フィルタとで形或されてい
る。好適に２．２マイクロファラッドであるキャパシタ
４４は包絡検出器４２の出力に残留刀る交流成分を除去
する。キャパシタ４４はまた包絡検出器４２の低減フィ
ルタの一部も構成している。
本発明のひとつの実施例に依れば、包絡検出器４２から
の出力は次に比較４４６に供給され、ここで信号強度を
電源泪圧強度に基づくレベルを４３する信号と比較する
。１２０ヘルツ発生器３６の出力に接続されたダイオー
ド４８は電源からのゝｒ波整流された信１１を供給する
。この半波撃流された信号はもちろん、交流電源雷ｊ−
〔に直接比例しｌこ直流威分を有している、，妖抗器５
０および５２ｉよ電圧分割器として作動し、比較器４６
で比較するのに適正なレベルの信号を供給する。提出さ
れた実施例に於いて、比較器４６はモ］ヘローラの３４
００２の一部を使用している。キャパシタ５４は残昭す
る交流成分を除去する．抵抗ｉ１！！７５０および５２
、比較器４６を適正に選択することにより包絡検出器４
２からの信号と電ｍ電圧の強度とを比較することができ
る。包絡検出器の出力は事実上電源電圧変動によって変
動し得るので、比較鼎４６はこれらの変動を除去できる
。比較器４６としては多くの良く知られている比較器の
いずれで６良いが、提出された実施例ではヒステリシス
を有するＦＥＴ　（電界効果トランジスタ）入力演算増
幅器を使用している。抵抗器５０および５２は必要な測
定園値に於ける比較バランスを作り出すように好適に選
定されており、その値はそれぞれ１メグオームと２００
キロオームである。
提出された実施例では、ひとつのモト〔１−ラ製３４０
０２回路で、演算増幅Ｖ５ｉ３４、加算器３８および比
較器４６の働きをしている。
比較器４６からの出力は試料ルミネッセンス物質１２か
ら検出された蛍光檜に依存しており、表示器を駆動する
ために使用されている。提出された実施例に於いて、表
示器５６は単に電灯であって、試料ルミネッセンス物質
１２の蛍光が殺菌が不合格であるか合格であるかを示す
閾値を、超えているか否かを表示する。その他の表示器
、例えばメータ、デイジタル式表示または音声式警報ら
使用できる。
このように装１１１０は本発明のいくつかの特徴、すな
わち試料および基準光ダイオードの「背中合わせ」接続
をした単一チャンネルの使用、位相比較のための１２０
ヘルツ成分の使用、および出力の電源電汗強度との比較
を用いて構成されている。
従ってここに、ルミネッセンス物質の蛍光を検出するた
めの新規な装置が示され記述されたことが理解されよう
。しかしながら本発明の詳細に対して多くの変更、改変
および形式の代用が、本技術分野に精通の技術者により
添付の請求項に記載された発明の範囲から逸脱すること
なくなされることは容易に認識され理解されることであ
ろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に基づく装置のブロック図表現である。 ［符号の説明］ １２・・・試料ルミネッセンス物質 １４・・・ｔＪＩｉ電ランプ １６・・・プラグ １８・・・基準ルミネッセンス物質 ２２・・・第一光ダイオード ２４・・・第二光ダイオード ２６・・・第一レンズ ２８・・・第二レンズ ３０・・・遮光板 ３４・・・演輝増幅器 ３８・・・加痺器 ４６・・・比較器 ５６・・・表示器

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）励振波長に依って励起され蛍光波長領域の蛍光を
    発する試料ルミネッセンス物質の蛍光を検出するための
    装置であつて； 基準ルミネッセンス物質と； 交流電圧源に結合され電源周波数で動作するように適合
    され前記試料ルミネッセンス物質と前記基準ルミネッセ
    ンス物質とをほぼ前記励振波長で刺激するように配置さ
    れている放電ランプと；前記試料ルミネッセンス物質に
    対してほぼ前記蛍光波長で応答するように構成され、前
    記蛍光波長に於ける前記試料ルミネッセンス物質から受
    信された電磁エネルギーの関数である第一の電気的応答
    信号を提供する第一の応答装置と； 前記基準ルミネッセンス物質に対してほぼ前記蛍光波長
    で応答するように構成され、前記蛍光波長に於ける前記
    基準ルミネッセンス物質から受信された電磁エネルギー
    の関数である第二の電気的応答信号を提供する第二の応
    答装置と；それに前記第一応答信号および第二応答信号
    の少なくともひとつの関数として前記試料ルミネッセン
    ス物質の前記蛍光状態を表示するための表示器とを有す
    る前記装置に於いて； 前記第一応答装置および第二応答装置は前記第一の電気
    的応答信号が前記第二の電気的応答信号と相殺し合って
    組合せ出力信号を作り出すように構成されており；さら
    に前記組合せ出力信号に結合され前記電源周波数の約二
    倍の周波数の信号を優先的に通過させるように選定され
    フィルタ出力信号を出力する帯域フィルタ；および前記
    帯域フィルタに結合され前記フィルタ出力信号の位相を
    検出し、前記フィルタ出力信号が第一位相の時は第一応
    答信号を発生し、前記フィルタ出力信号が第二位相の時
    は第二応答信号を発生する位相検出器とを有することを
    特徴とする前記蛍光検出装置。
  2. （２）請求項第１項記載の蛍光検出装置に於いて、前記
    第一応答装置および前記第二応答装置が光電モードで動
    作する第一および第二光ダイオードを有し、前記第一お
    よび第二光ダイオードが背中合わせに結合されているこ
    とを特徴とする前記蛍光検出装置。
  3. （３）請求項第２項記載の蛍光検出装置に於いて、前記
    位相検出器が；前記交流電源に結合されるように適合さ
    れ整流出力を発生する整流器と；前記帯域フィルタと前
    記整流器とに結合され前記フィルタ出力信号と前記整流
    出力とを加算する加算器とで構成され、前記加算信号強
    度が比較的大きな場合は前記第一応答を示し、前記加算
    信号が比較的小さな場合は前記第二応答を記すことを特
    徴とする前記蛍光検出装置。
  4. （４）励振波長に依って励起され蛍光波長領域の蛍光を
    発する試料ルミネッセンス物質の蛍光を検出するための
    装置であつて： 基準ルミネッセンス物質と； 交流電圧源に結合され電源周波数で動作するように適合
    され前記試料ルミネッセンス物質と前記基準ルミネッセ
    ンス物質とをほぼ前記励振波長で刺激するように配置さ
    れている放電ランプと；前記試料ルミネッセンス物質に
    対してほぼ前記蛍光波長で応答するように構成され、前
    記蛍光波長に於ける前記試料ルミネッセンス物質から受
    信された電磁エネルギーの関数である第一の電気的応答
    信号を提供する第一の応答装置と； 前記基準ルミネッセンス物質に対してほぼ前記蛍光波長
    で応答するように構成され、前記蛍光波長に於ける前記
    基準ルミネッセンス物質から受信された電磁エネルギー
    の関数である第二の電気的応答信号を提供する第二の応
    答装置と；それに前記第一応答信号および第二応答信号
    の少なくともひとつの関数として前記試料ルミネッセン
    ス物質の前記蛍光状態を表示するための表示器とを有す
    る前記装置に於いて； 前記第一応答装置および前記第二応答装置は前記第一の
    電気的応答信号が前記第二の電気的応答信号と相殺し合
    って組合せ出力信号を作り出すように構成されており；
    さらに前記第一および第二光ダイオードに結合され前記
    光ダイオード出力の強度変化を位相変化に変換し位相出
    力信号を発生する位相変換装置と；前記位相出力信号に
    結合され前記フィルタ出力信号の位相を検出し前記フィ
    ルタ出力が第一位相の時には第一応答信号を発生し、前
    記フィルタ出力信号が第二位相の時には第二応答信号を
    発生する位相検出器とを有することを特徴とする前記蛍
    光検出装置。
  5. （５）請求項第４項記載の蛍光検出装置に於いて、前記
    第一応答装置および前記第二応答装置が光電モードで動
    作する第一および第二光ダイオードを有し、前記第一お
    よび第二光ダイオードが背中合わせに結合されているこ
    とを特徴とする前記蛍光検出装置。
  6. （６）請求項第４項記載の蛍光検出装置に於いて、前記
    位相検出器が：前記交流電源に結合されるように適合さ
    れ整流出力を発生する整流器と：前記位相変換器と前記
    整流器とに結合され前記フィルタ出力信号と前記整流出
    力とを加算する加算器とで構成され、前記加算信号強度
    が比較的大きな場合は前記第一応答を示し、前記加算信
    号が比較的小さな場合は前記第二応答を記すことを特徴
    とする前記蛍光検出装置。
  7. （７）励振波長に依って励起され蛍光波長領域の蛍光を
    発する試料ルミネッセンス物質の蛍光を検出するための
    装置であって； 基準ルミネツセンス物質と； 交流電圧源に結合されるように適合され前記試料ルミネ
    ッセンス物質と前記基準ルミネッセンス物質とをほぼ前
    記励振波長で刺激するように配置されている放電ランプ
    と； 前記試料ルミネッセンス物質に対してほぼ前記蛍光波長
    で応答するように構成され、前記蛍光波長に於ける前記
    試料ルミネッセンス物質から受信された電磁エネルギー
    の関数である第一の電気的応答信号を提供する第一の応
    答装置と； 前記基準ルミネッセンス物質に対してほぼ前記蛍光波長
    で応答するように構成され、前記蛍光波長に於ける前記
    基準ルミネッセンス物質から受信された電磁エネルギー
    の関数である第二の電気的応答信号を提供する第二の応
    答装置と；それに前記第一応答装置と前記第二応答装置
    とに結合され、前記組合せ出力信号に応答して前記試料
    物質の蛍光を表示するための表示器とを有する前記装置
    に於いて； 前記第一応答装置および前記第二応答装置は前記第一の
    電気的応答信号が前記第二の電気的応答信号と相殺し合
    って前記表示器で使用するための組合せ出力信号を作り
    出すように構成されていることを特徴とする前記蛍光検
    出装置。
  8. （８）励振波長に依って励起され蛍光波長領域の蛍光を
    発する試料ルミネッセンス物質の蛍光を検出するための
    装置であつて； 交流電圧源に結合され電源周波数で動作するように適合
    され前記試料ルミネッセンス物質と前記基準ルミネッセ
    ンス物質とをほぼ前記励振波長で刺激するように配置さ
    れている放電ランプと；前記試料ルミネッセンス物質に
    応答するように配置され、光ダイオード出力信号を発生
    する光ダイオードと；それに 前記試料ルミネッセンス物質の蛍光を表示するための表
    示器とを有する前記装置に於いて；前記光ダイオード出
    力信号に結合され前記電源周波数の約二倍の周波数の信
    号を優先的に通過させるように選定され、前記表示器で
    使用されるフィルタ出力信号を出力する帯域フィルタを
    有することを特徴とする前記蛍光検出装置。
  9. （９）励振波長に依つて励起され蛍光波長領域の蛍光を
    発する試料ルミネッセンス物質の蛍光を検出するための
    装置であつて； 交流電圧源に結合され電源周波数で動作するように適合
    され前記試料ルミネッセンス物質と前記基準ルミネッセ
    ンス物質とをほぼ前記励振波長で刺激するように配置さ
    れている放電ランプと；前記試料ルミネッセンス物質に
    応答するように配置され光電モードで動作し、光ダイオ
    ード出力信号を発生する光ダイオードと；それに 前記光ダイオード出力信号に応答し、前記光ダイオード
    出力信号に基づいた前記試料ルミネッセンス物質の蛍光
    を表示するための表示器とを有する前記装置に於いて； 前記光ダイオード出力信号に結合され前記光ダイオード
    出力信号強度の大きさと、前記交流電源の電圧強度の大
    きさとを比較し、前記電圧強度の大きさの関数として前
    記表示器で使用される応答信号を発生する比較器を有す
    ることを特徴とする前記蛍光検出装置。
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