JPH07167777A - 多ビームによる光度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の分析部を有する分析板に配置された複
数個の試料保持部に収納されている分析試料の光学的特
性を測定する為の測定装置を提供する。 【構成】 複数個の試料保持部４０を通して光検知手段
に光を伝達する光源手段１２と、光検知手段からの出力
を分析し試料の光密度を決定する手段５０と、試料保持
部のそれぞれと対応して設けられている、複数の光検知
手段４４と、試料保持部に対して、測定作を実行する以
前に、該分析板に対して振動的な変位動作を繰り返し与
える混合動作を与える手段５４と、試料保持部に関連す
る光検知手段の信号を動的に分析する手段５０とから構
成される測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本特許出願は、「微量分析用高速ソリッド
ステート多ビーム光度計」と題した１９８５年９月３０
日付の米国特許出願第７８２，６３５号の関連出願であ
り、該特許出願第７８２，６３５号は１９８４年４月５
日付の米国特許出願第５９７，１３５号の関連出願であ
り、該特許出願第５９７，１３５号は１９８４年３月１
日付の米国特許出願第５８５，５３４号の関連出願であ
る。

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に半透明な箇所の
濃度測定を行うための光度測定装置に関する。特に本発
明は、終了点測定技術または動的測定技術を使用して、
複数の半透明試料の光学濃度を測定することにより、該
試料の内容を分析する自動走査装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】流体試料または他の半透明試料の光透過
率を決定することにより該試料内に存在する物質を検出
し測定する技術および装置については、各種のものが市
販されている。特に、多くの光度測定装置は、複数の流
体試料または他の半透明試料について格別の分析を同時
に実行する性能を有している。これら装置では、一般に
「マイクロプレート」を使用して複数の試料を取り扱
う。この「マイクロプレート」は、標準的な井戸の配列
（８×１２）を有し、これら井戸は光を透過させる材料
で作られている。マイクロプレートの井戸に収容される
半透明試料の光学濃度は、該試料に光を透過させ、その
光を従来の光検出手段で受信し、受信した光の減衰を決
定することにより測定される。

【０００４】このマイクロプレートは、酸素連鎖免疫吸
着剤分析（ＥＬＩＳＡ）技術で広く使用されている。こ
の技術は、学術研究、生物工学、および臨床検査におい
て、広範囲の物質や生物細胞を検出し計量する際に使用
される。このような分析においては、標識酵素（アルカ
リホスファターゼ等）の分子がマイクロプレートの各井
戸の底部および側面の一部に沈着される。各井戸は、分
析物質を含有する試料と直接にまたは間接に、あらかじ
め相互反応させられる。マイクロプレートの各井戸の標
識酵素分子の数は、分析試料中の分析物質の濃度の関数
である。したがって、標識酵素の活動を決定することに
より、分析物質の検出または計量ができる。

【０００５】液相の酵素の活動を決定するにあたり、研
究および臨床の応用分野では、現在、動的分析を使用し
ている。この動的分析は、酵素物質の過剰な存在下にお
いて酵素が触発する発色性反応を測定する。この動的分
析が「終了点分析」に比較して幾つかの利点を有してい
ることは良く知られている。終了点分析では、酵素と発
色性物質とを一定時間にわたって反応させ、その後、酵
素の反応を抑制してから光学濃度測定を１回行う。一
方、動的分析では、複数の測定を初期反応期間（一般に
直線的）内に行い、各測定間の時間は必然的に短い（一
般に３０秒以下）。動的分析を使用することにより、
（ａ）初期の光学濃度の差、（ｂ）物質濃度から独立性
の喪失、に起因する誤差が実質的に防止される。

【０００６】現在入手できるマイクロプレート用の自動
光学濃度測定装置は、複数の井戸を有するマイクロプレ
ートを機械的に移動させるか、または光学系を機械的に
移動させることにより、複数の独立した試料収容箇所に
収容されている試料を順次に分析する。このように機械
的に移動させる必要があるため、マイクロプレートのす
べての井戸の透過率を測定する時間が厳しく制限されて
しまい、大規模な動的分析は、サンプリング時間がかが
り過ぎるため、これを実行することができない。このよ
うな理由もあって、従来装置による酵素連鎖免疫吸着剤
分析では、終了点分析が行われている。

【０００７】マイクロプレートと光学系との相対的移動
をせずに複数の試料収容箇所を順次に測定できる測定方
式は、Ｗｅｒｔｚ等による米国特許第４，４０８，５３
４号に開示されている。この米国特許は、光ファイバ伝
送手段を利用することにより、単一の光源を順次に複数
の光ファイバに結合させ、この複数の光ファイバが光源
の光を測定箇所まで伝送するという方式を開示してい
る。しかし、この米国特許に説明されている装置は、光
源からの光を複数の光ファイバに結合させるために極め
て効率の悪い装置を使用しており、このため酵素反応の
動的測定においては各種の問題が生ずる。例えば、前記
米国特許の装置は、高出力の光源を必要とするが、この
高強度の光は試料収容箇所における化学反応に悪影響を
及ぼす。これは、測定装置の動作温度を不均一に上昇さ
せ、各井戸における反応率を各様に変化させてしまうた
めである。また、装置が非常に複雑であり、試料収容箇
所を通過した光を受信する光検出器の発生する信号レベ
ルが大きく変動する。このため、測定装置の信号増幅器
は、その増幅ダイナミックレンジ全体を効率的に利用で
きない。

【０００８】従来のマイクロプレート測定装置の他の限
界としては、底部フィルタ付マイクロプレートを使用し
て行う酵素連鎖免疫吸着剤分析において、有効な定量測
定ができないことである。基本的な問題は、マイクロプ
レート内の各井戸の空間に対する初期光学濃度が各々異
なっているため、終了点測定を行うと誤差が著しく大き
くなることである。ただし、動的分析はこのような問題
の影響を受けない。

【０００９】従来のマイクロプレート測定装置の他の問
題点としては、発色反応を動的に分析する場合、発色生
成物の再分布が不安定であるため、誤差が発生すること
である。これは、動的分析中における、試料の水性相の
相間離隔または制御不能な団塊移動が原因である。つま
り、酵素連鎖免疫吸着剤分析の場合、酵素はマイクロプ
レートの井戸の底部および側面の一部のプラスチック表
面に結合するが、この結合した酵素は、攪拌されていな
い水性層と相互作用する。これにより、一般に、酵素反
応の発色生成物の局所的相間離隔が発生される。これ
は、発色生成物の局所的濃度が高いためである。この相
間離隔により、定量化できない誤差が発生し、動的測定
に非直線性が導入されてしまう。発色生成物が真の溶液
状態にあっても、水性相の不安定な団塊移動により、密
集する生成物の再分布が不均一となり、定量化できない
誤差が発生する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
比較的短時間の間に多数の測定を正確に行うことのでき
る、複数箇所の動的濃度分析用または終了点濃度分析用
の自動光度測定装置を提供することである。本発明の他
の目的は、比較的低出力の単一光源を使用し、周囲温度
の低減と長寿命とを実現する光度測定装置を提供するこ
とである。

【００１１】本発明の他の目的は、検出信号の処理精度
を容易に制御できる光度測定装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、複数箇所の分析を連続的に行
うにあたり、マイクロプレートと光学系とを機械的に相
対移動させる必要のない光度測定装置を提供することで
ある。

【００１２】本発明の他の目的は、動的分析を実行で
き、底部フィルタ付マイクロプレートにおける酵素反応
の定量測定を可能にする光度測定装置を提供することで
ある。本発明の他の目的は、発色反応する試料における
色分布を著しく促進し、該発色反応における発色生成物
の不均一な分布に起因する測定誤差を排除する光度測定
装置を提供することである。

【００１３】本発明の他の目的は、効率的、経済的であ
って容易に使用できる光度測定装置を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の前記目的は、本
発明に基づく光度測定装置により達成される。該装置
は、光アッセンブリを含んでいる。この光アッセンブリ
は、変調光の単一光源と、所望帯域の波長だけを通過さ
せるフィルタアッセンブリと、光源からの光を適切に集
束させる光学系とを備える。光源からの光は、効率的な
光分配手段を介して、複数の光伝送手段に受信され、こ
の複数の光伝送手段により、試料プレート上に配置され
た複数の試料収容箇所に各別に伝送される。前記光伝送
手段は、複数の光ファイバからなり、これら光ファイバ
は光ファイバ分配器の軸を中心として均等に分布されて
いる。光源からの平行光を前記分配器に配置された複数
の光ファイバの各々に順次結合させるため、光ファイバ
ロータが設けられる。この光ファイバロータは、一度に
複数の試料収容箇所の１箇所だけを光源に効果的に接続
する。

【００１５】試料プレートの井戸を通過した光は、該試
料プレートの井戸に１対１で対応配置された各別の光検
出器によって受信される。独立の光検出器と光源とを接
続する基準ファイバが設けられ、これが基準光信号を提
供する。この基準光信号と、他の光検出器からの信号出
力に基づく検出信号とが比較される。次に光検出器から
の出力信号は、ランプ劣化および光検出器への温度影響
などの装置条件の変化に起因する変動を、低減または除
去される。光検出器からの信号は、特別の回路構成によ
って適切に多重化され処理される。この特別の回路構成
は、信号処理精度の制御を可能にする。該信号処理は、
信号の瞬時の強さと、装置の初期化における基準測定値
とに基づいて行われる。複数の光ファイバを適切に配列
して各試料収容箇所を迅速にサンプルし、その結果検出
される信号を処理することにより各種の透過率測定値が
外部的に与えられるが、これらは従来のデジタル信号処
理装置の制御下で実行される。

【００１６】発色反応に起因する色の分布を促進するた
め、試料井戸内での反応物質の自動攪拌を行う。この攪
拌は、動的測定の各サンプリング期間において測定を行
う前に実行される。このような構成により、化学反応に
起因する発色生成物の均一な分布が確保され、反応物質
の均一性が促進され、透過率の測定精度が向上し、装置
全体の効率が向上する。また、攪拌により、酵素の基質
溶液に対するpH平衡率が上昇する。例えば、酵素連続免
疫吸着剤分析では、洗浄溶液（一般にpH７）により、固
定した酵素を洗浄してから、基質溶液を加える。基質溶
液のpHが洗浄溶液のpHと著しく異なる場合（例えば、一
般に使用される基質溶液であるアルカリホスファターゼ
はpH９またはpH１０である）、酵素のpH平衡が遅いた
め、発色反応において遅相が生ずる。反応剤を自動攪拌
することにより、pH平衡が促進され、遅相が著しく減少
する。

【００１７】本発明の他の目的、特徴、および利点は、
以下に添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】

【実施例】好適実施例に基づき本発明を説明するが、本
発明はこれら好適実施例に限定されるものではない。本
発明は、特許請求の範囲内において、すべての変更形
態、代替構成、および類似構成を含むものである。図１
は、本発明の実施例に基づく動的測定装置１０を示す概
略図である。装置１０は、微細に集束された反射光を検
査箇所または分析箇所に結合させるための光アッセンブ
リ１２を含む。この光アッセンブリ１２は、均一な集束
反射光の単一光源１４を備える。この光源１４は、好適
実施例において、タングステン水晶球を有するものであ
り、約３００〜９００ナノメータの範囲の波長の光を発
生する。光源１４の出力は、チョッパ１６を通され、こ
こで固定周波数で変調される。この固定周波数は、好適
実施例において８００Hzである。

【００１９】チョッパ１６からの変調光は、レンズ１８
によって平行光にされ、フィルタ円板１９に向かう。フ
ィルタ円板１９は、選択された波長と帯域幅とを有する
光を抽出するが、この選択は試料が光吸収を呈するよう
な波長に対応して行われる。フィルタ円板１９を通過し
た光は、レンズ２０を通過する。このレンズ２０は、平
行光を受け取り、これを微細点２２に集束させる。この
微細点２２からの光は、選択されたファイバに結合さ
れ、複数の分析箇所に伝送される。

【００２０】動的測定装置１０は、効率が高く、しかも
構造が簡単な光結合および伝送機構を使用している。図
１に示すように、光アッセンブリ１２を出る平行光は、
光結合手段に向かう。この手段は、円筒形ロータ２４を
含んでいる。該ロータ２４は、その軸を中心として回転
し、正確に位置決めされる。また、ロータ２４は、光フ
ァイバ２６を具備する。光ファイバ２６は入力端２８を
有し、この入力端２８は、ロータ２４の中心に位置し、
かつ光アッセンブリ１２からの出力光の焦点２２と一致
している。一方、光ファイバ２６の出力端３０は、ロー
タ２４の縁部に位置している。このためロータ２４が回
転すると、光ファイバの入力端２８は光アッセンブリ１
２に対して静止したままだが、出力端３０は円形軌跡上
を移動する。したがって、ロータ２４は、光アッセンブ
リ１２からの光を、複数の光伝送手段の選択された一つ
に効率的に結合することができる。これら光伝送手段は
前記光を、対応する分析箇所に伝送するものである。

【００２１】ロータ２４内の光ファイバ２６からの出力
光は複数の光ファイバ３４を有する光ファイバ分配器３
２によって受信される。これら光ファイバ３４の入力端
は、円形に配列されている。この円形配列の半径は、ロ
ータ２４の光ファイバ２６の出力端の位置と同一半径で
ある。従って、ロータ２４がその軸を中心として位置決
め回転されると、光ファイバ２６の出力端は、分配器３
２の光ファイバ３４と順次整合される。光ファイバ３４
は、分配器３２の出力側において、光ファイバ束３６を
形成し、光ファイバマニホルド３８に至る。このマニホ
ルド３８は、各光ファイバ３４を後述の各分析箇所に整
合させる。

【００２２】ロータ２４は、適当なステッパ駆動または
制御可能変位手段によって位置決め回転される。このた
め、焦点２２からの平行光は、光ファイバ束３６の各光
ファイバに順次向かうようになる。前記光ファイバ結合
構成は、光アッセンブリ１２からの光を、分配器３２内
の各光ファイバ３４に結合させるものであるが、この構
成の伝送効率が良いので、この構成を使用することによ
り大きな便宜が得られる。つまり、光ファイバ２６は、
光源１４からの実質的にすべての平行光を、選択された
光ファイバ３４に確実に結合する。この時光ファイバ２
６の両端の結合点において、光の拡散はほとんど発生し
ない。光源１４からの光は、ロータ２４を介して、光フ
ァイバ３４の選択された１本だけに結合され、この選択
された１本に隣接する光ファイバへの好ましくない光結
合は極めて少ない。このように、高効率の結合が行われ
るため、比較的低い出力の単一光源が使用可能である。
これは、光源から放射される光の大部分が、測定箇所ま
で伝達されるためである。

【００２３】図１に示す光源は、好適形態であるが、均
一な強度と所望の波長範囲を有する光を提供できるもの
であれば、いかなる単一のまたは複数の光源を使用して
も良い。これに関連し、光度測定の代替方式を図８〜１
３に基づいて後述する。この代替方式においては、複数
の光源が順次動作される。測定箇所において、光ファイ
バマニホルド３８の各光ファイバ３４から放射される光
は、レンズ配列４２を通り、試料プレート４０上の対応
する各分析箇所に向かう。レンズ配列４２はマニホルド
３８と試料プレート４０との間に配置される。試料プレ
ート４０は、一連の井戸を有する従来のマイクロプレー
トである。この一連の井戸は、通常、８列からなり、各
列は１２の井戸を有しているため、合計９６の井戸があ
る。試料プレート４０の取付け場所は、ファンなどでそ
の周囲温度を制御し、等温条件下に置くことが好まし
い。これは、試料プレートについて温度勾配があると、
試料箇所ごとに反応率が異なり、このため精度が低下す
るので、これを防止する上で重要である。

【００２４】光検出器４４は、検出器ボード４６上に設
けられ、試料プレート４０上に配置された井戸の各位置
に一致するような形状に配列される。第２のレンズ配列
４８は、試料プレート４０の下に配置され、試料プレー
ト４０の各井戸を通過した光を集束させる。レンズ配列
４２および４８は、従来のタイプのものであり、間隙
（図示せず）を有している。この間隙は、各レンズに光
を向けさせ、隣接のレンズへの光の拡散を少なくさせる
機能を果す。試料プレート４０、または少なくとも試料
プレート内の各井戸の底部は、半透明または透明とす
る。これにより、光は、光ファイバマニホルド３８内の
特定の光ファイバに結合され、対応する試料井戸に平行
入射され、該井戸とその内容物とを透過し、レンズ配列
４８内に配置された対応する集束レンズを通過し、試料
井戸の直下に配置された対応する光検出器４４に到達す
ることができる。

【００２５】各光検出器４４は、それに対応する試料井
戸を通過した光の強度を検出し、その光強度に比例する
電気出力信号を発生する。検出器ボード４６上に設けら
れた各光検出器４４は、それぞれが同様の方法で機能
し、各光検出器に照射される光の強度の変化に比例する
信号を提供する。光強度は、サンプル中における化学反
応の進展に応じ、またサンプルの成分変化に応じて、サ
ンプルの透過率が変化することにより変化する。光検出
器４４からの電気信号は、分析および表示装置５０に送
られる。この装置５０は、受信した信号を処理し、試料
プレート４０の複数の井戸に含まれる各試料の透過率ま
たは光学濃度を外部的に表示する。

【００２６】図１に示す測定装置は、１本の基準ファイ
バ５２を含んでいる。この基準ファイバ５２は、焦点２
２に隣接して配置され、光源１４が起動される毎に、つ
まり試料箇所のいずれかが検査される毎に、連続的に光
を受信する。基準ファイバ５２の出力端から放射される
光は、空気または空の試料井戸を介して、検出器ボード
４６上の別個の光検出器４５に結合され、基準光検出器
信号を提供する。この基準信号の意味については、詳細
を後述する。

【００２７】光ファイバ分配器３２は、ホームファイバ
と称する１本の光ファイバを有する。このホームファイ
バは、ロータ２４に対する分配器３２の現在の位置を決
定するための基準として働く。ホームファイバの機能の
詳細は後述する。測定しようとする試料中には発色反応
が発生するが、これに起因する色の均一な分布を促進す
るため、図１に示す測定装置には、試料プレート４０の
複数の井戸内に収容される化学溶液を攪拌するための手
段が設けられる。つまり、図１に示すように、試料プレ
ート４０は、攪拌機構５４に取り付けられる。この攪拌
機構５４は、試料プレート４０を振動させ、試料井戸に
収容された化学溶液を完全に混合させる。

【００２８】従来のマイクロプレート測定により酵素連
続免疫吸着剤分析物の動的分析を行う場合、発色反応の
進展とともに発生される色の分布が、試料井戸の幅方向
に均一でないという一般的な問題があった。化学濃度の
動的測定は、試料井戸の中心部分を通過する光の透過を
利用するので、例えば試料井戸の壁や角に色が発達する
ことに起因する色の不均一分布は、光透過率の測定精度
を著しく低下させる。サンプル中の色分布が不均一であ
れば、各井戸において同様の化学反応が発生していても
各井戸の測定値がばらつくことになり、透過率測定の信
頼性が失われる。

【００２９】従来の測定技術には、読取り前にマイクロ
プレートを手動で振動させることを提案しているものも
ある。しかし、動的に測定される光学濃度は、本来なら
ば時間に対して直線的に変化するが、反応が進展するに
つれて色が任意に拡散するため、予測できない非再生の
変化をする。つまり、試料の透過率は、該試料中で発展
する不均一な色の分布に依存するようになる。この非再
生の変化は、動的測定サイクルの当初においてマイクロ
プレートを振動させても克服することはできない。これ
は、測定前に反応が抑制される従来の終了点測定とは異
なり、動的測定では、反応の進行が抑制されないまま、
光学濃度の測定が行われるためである。反応の進展に伴
い色の発生が持続するので、当初に振動を与えることに
よってある程度の直線性が得られても、反応溶液の全体
にわたって色の均一分布を提供するには不十分であり、
測定精度は低くなる。

【００３０】本発明に基づき、動的測定サイクル中の複
数の読取りにおいて、各読取りの直前に反応物質を攪拌
すると、化学反応か進展している試料全体にわたって、
発生した色の均一分布が確保され、測定精度が著しく向
上することが発見された。図１に示す実施例において、
色の均一分布は、各測定前にマイクロプレート全体を振
動させることによって実現される。この振動により、各
試料井戸内の反応物質が攪拌され、酵素反応による色素
生成物の局所的分離は防止される。このようにして、試
料井戸内の試料の透過率の変動は、動的測定サイクルの
全体にわたり、時間に対してほぼ線形に維持される。

【００３１】図１に示す実施例において、試料プレート
４０は、攪拌機構５４に接続される。この攪拌機構５４
は、所望周期の穏やかな振動を試料プレート４０に与え
るためのモータ構成を具備する。好適実施例に基づき、
攪拌機構５４は、試料プレートの位置を制御するために
使用される可逆モータを利用し、このモータを所望振動
率において両方向に繰り返し回転させることによって、
試料プレートを振動させる。約２０Hzの周波数において
約１／１６インチの距離にわたって試料プレートを振動
させると、満足すべき結果が得られる。本測定装置は、
各読取り前に試料プレートを振動させるようにプログラ
ムされている。この振動の後でかつ読取りの前に、短い
時間遅延が置かれる。これは、試料中の反応溶液を鎮静
させるためである。この遅延時間は、攪拌過程に発生す
る波動に起因する反射や屈折により、読取りに誤差が発
生することを防止するものである。代表的な時間間隔と
しては、攪拌について３秒間、遅延について１秒間であ
る。

【００３２】攪拌は必ずしも機械的手段によって実現す
る必要はなく、均一な色分布を実現する目的が達成され
れば良いわけである。超音波振動などの他の適当な攪拌
手段を使用することもできる。これら手段は、所望効率
や反応物質の成分などに応じて使用される。また、試料
プレートの振動運動は、試料プレートの平面に平行な横
運動や回転運動に限らず、試料の漏出が防止されるので
あれば、縦振動（上下運動）を使用することもできる。

【００３３】図２は、光ファイバマニホルド３８の詳細
と、該マニホルドの下面上の各光ファイバの配置とを示
す。本実施例は、９６の検査箇所または１２×８列に配
置された井戸を有する従来のマイクロプレートに収容さ
れた試料を、順次に分析するように設計されている。し
たがって、図２に示すように、光ファイバマニホルド３
８は合計９６本の光ファイバを有する。これら光ファイ
バは、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの８列に配列さ
れ、各列は１２本の光ファイバを有し、例えばＡ列は、
Ａ１，Ａ２，Ａ３〜Ａ１２の１２本の光ファイバを有す
る。

【００３４】マニホルド３８には、基準ファイバ５２の
出力端と、ホームファイバの出力端とが配置されてい
る。Ａ〜Ｈの１２列の配置と、隣接する光ファイバ間の
間隙の配置とは、分析に使用される試料プレート内の試
料箇所の配置と正確に対応する。このため、特定の光フ
ァイバを通過した光は、それに対応する試料井戸に直接
に平行入射され、その試料を透過し、対応する光検出器
に至り、この光検出器に入射した光の強度に比例する大
きさを有する電気信号を発生させる。

【００３５】図３は、光ファイバ分配器３２を示す概略
図であり、光ファイバマニホルド３８内に配置された各
光ファイバの入力端が円形に配列されていることを示
す。この図に示すように、分配器３２は、光ファイバマ
ニホルド３８内に配置された９８本の光ファイバの各入
力端を有している。これら９８本の光ファイバは、分配
器３２に円形に配列されている。ホームファイバの入力
端は、光ファイバ列の最初のＡ列に先行する場所に位置
する。３個の不透明点が、ホームファイバと最初のファ
イバＡ１との間に位置する。このファイバＡ１は、最初
に分析される試料箇所に対応する。前記不透明点は、下
記するように、新しい分析過程の開始時に参照される。

【００３６】図４は、光検出器４４が発生した信号を分
析するために使用する処理回路構成を示すブロック図で
ある。図示の実施例において、検出器ボード４６は、実
際には９８個の光検出器を有しており、このうち９６個
は試料プレート４０（図１）の９６の試料箇所に対応
し、１個は基準ファイバ５２からの光を受信するもので
あり、残りの１個はホームファイバからの光を受信する
ものである。単一の光ファイバが光基準機能とホーム基
準機能との両方を果す場合は、基準検出器は一つだけで
良い。各試料箇所についての９６個の光検出器が発生す
る信号は、電流／電圧変換器１１０によって、それら信
号に対応する電圧に変換される。次に、これら信号は、
帯域限定用低域フィルタ１１１から、マルチプレクサ１
１２に通される。マルチプレクサ１１２は、９６の信号
のうち所望の一つをあらかじめプログラムした順序に従
って制御選択し、選択された信号はこの後さらに分析さ
れる。

【００３７】基準ファイバ５２からの光とホームファイ
バからの光に応じて発生された信号は、それぞれ、電流
／電圧変換器１１３および１１４によって等価の電圧に
変換され、帯域限定用低域フィルタ１１５および１１６
を通される。マルチプレクサ１１２の出力と、二つの低
域フィルタ１１５および１１６の出力とは、第２のマル
チプレクサ１１８に送られ、ここでこれら三つの出力の
うち一つが制御選択され、選択された信号はこの後さら
に分析される。

【００３８】ホームファイバは、光ファイバ分配器３２
に対しての、ロータ２４内の光ファイバ２６の角度位置
を決定するための適切な手段を提供する。つまり、ホー
ムファイバは、ロータ２４の正確な位置決めを確実に行
い、結合用光ファイバ２６からの出力光を分配器３２内
の適切な光ファイバに向かわせ、一連の分析過程を開始
させる働きをする。ホームファイバに入る光は、すべて
専用のホーム光検出器４４に直接伝送されるため、この
ホーム光検出器４４の出力にピーク信号が存在すれば、
ロータ２４はいわゆるホーム位置に位置されていること
になり、この位置において結合用光ファイバ２６はホー
ムファイバと整列する。

【００３９】新しい分析を開始する毎に、本測定装置
は、まずロータ２４をホーム位置に位置させる。これを
実行するため、ホーム光検出器の出力をモニタしなが
ら、このホーム光検出器からピーク出力信号が検出され
るまで、ロータ２４を回転させる。第１の光ファイバＡ
１に対するホームファイバの位置は既知の関数であるた
め（本実施例においては、３個の不透明点によって分離
されている）、ホーム位置の決定に続いての結合用ファ
イバ２６とファイバＡ１との整合は、ロータ２４を連続
する３位置分だけ移動させることにより容易に実行され
る。

【００４０】基準ファイバ５２は、較正手段として働
き、これによって、検出された光強度の各測定値間の差
だけが試料の透過率の分析に使用されるため、光源の出
力光の変動や装置の変動の影響が除去される。つまり、
分析を実行する毎に、基準ファイバによって発生される
信号が、読取りサイクルの開始前に測定される。次に、
各分析箇所についての光検出器が発生するすべての信号
は、基準ファイバが最初に発生した信号に比較して測定
される。このように、試料箇所において発生する化学反
応の結果としての液体試料の透過率の実際の変化だけが
測定される。光源の寿命が尽きるまでにはその光強度が
変化するが、その変化に起因する光強度の局所的な差異
や、光源やその他装置が安定する前に行われた読取りな
どは無視される。

【００４１】ホームファイバは、それに対応する光検出
器に直接結合されるため、このホームファイバを基準光
読取り源として使用することができ、前記したように、
光ファイバ分配器３２に対して光ファイバロータ２４の
位置決めを行うための基準を提供することに加えて、基
準ファイバのすべての機能を効果的に提供することがで
きる。

【００４２】図４にもどり、マルチプレクサ１１８によ
って選択された信号は、従来の帯域フィルタ１１９を通
される。この帯域フィルタ１１９は、チョッパ１６がそ
れを通過する光を変調する周波数（例えば８００Hz）を
ほぼ中心とする合理的な大きさの帯域を有する。帯域フ
ィルタ１１９の帯域幅は、試料プレートにおいて行われ
る高速読取りの結果として引き起こされる信号安定時間
のばらつきを十分に収容する程度の大きさに選択する。
フィルタ１１９からの帯域制限された出力は、可変ゲイ
ン増幅器１２０に送られる。この増幅器の機能は後述す
る。

【００４３】増幅器１２０の出力は、２方向スイッチ１
２２に送られる。このスイッチ１２２は、通常は閉位置
にあり、増幅器１２０から処理回路の後続部分への電気
的な直接接続を提供する。２方向スイッチ１２２が開位
置を取ると、測定装置の前記部分は、切り離され、スイ
ッチ１２２は、事実上の短絡を実現し、処理回路構成の
残余部分によってのみ発生された信号の測定を行うよう
に働く。このため、スイッチ１２２は、暗電流を決定す
るための手段として働く。この暗電流は、光が光ファイ
バ分配器３２を全く通過しない場合に、処理回路構成を
流れるものである。この暗電流の測定は、２方向スイッ
チ１２２の以前の部分からの雑音や歪の影響を受けな
い。これは、暗電流を測定する処理回路構成の部分が、
測定回路構成の他の部分から完全に分離されているため
である。回路が光源から分離されている間にこのような
読取りを行う意味については、後述する。

【００４４】２方向スイッチ１２２からの出力信号は、
高域フィルタ１２４を通過する。この高域フィルタ１２
４は、低域フィルタ１１１，１１５，１１６とともに、
処理回路構成に対して第２の帯域特性を提供する。高域
フィルタ１２４の出力は、位相検出器１２６に送られ
る。この位相検出器１２６は、光源チョッパ１６からの
基準入力と低域フィルタ１２８とともに、チョッパ１６
の変調効果に起因する交流に対応する直流信号を抽出す
る機能を果す。つまり、位相検出器１２６は、検出器ボ
ート４６からの交流出力信号の負の部分を、チョッパ１
６が提供するタイミング入力に基づき反転させる。この
結果としての信号の平均値は、交流信号に等価の直流を
表す。この平均値を抽出するため、位相検出器１２６の
出力は、低域フィルタ１２８を通される。

【００４５】低域フィルタ１２８からの出力信号は、第
２の可変ゲイン増幅器１３０に送られる。この増幅器
は、一連の良好なゲイン設定を提供するための高精度増
幅器である。可変ゲイン増幅器１３０は第１の可変ゲイ
ン増幅器１２０と関連して、本発明の処理回路構成に制
御可能な精度と高いダイナミックレンジとを与えるが、
これについては後述する。増幅器１３０の出力は、低域
フィルタ１３２を通され、ＡＤ変換器１３４に送られ
る。ＡＤ変換器１３４は、増幅されたアナログ信号をそ
れに対応するデジタル信号に変換する働きをする。ＡＤ
変換器１３４が発生するデジタル信号は、従来のデジタ
ルマイクロプロセッサ装置に送られる。このマイクロプ
ロセッサ装置は、一連の数学的計算と比較とを行い、所
定のアルゴリズムに基づいて、試料の光学濃度を決定す
る。また、マイクロプロセッサ装置は、複数の試験箇所
の順次走査と、異なる多重化配置と、関連するすべての
処理回路構成との制御を行う。

【００４６】本発明の特徴の一つに基づき、本測定装置
は、ＡＤ変換器のダイナミックレンジを効果的に増加さ
せることによって、より効率的にかつ経済的にできる。
前記ＡＤ変換器は、光検出器が発生した各種信号を処理
した値を定義するアナログ信号を表すために使用されて
いる。可変ゲイン増幅器１２０および１３０は、処理さ
れた信号が増幅される範囲を調整するが、これは、信号
が広い増幅範囲を越えて変化する場合にも、ＡＤ変換器
の量子化レベルの主要部分が、その基本的なダイナミッ
クレンジを越えずに使用されるような方法で行われる。
これら増幅器の実際の動作は、図１に示すＡＤ変換器１
３４が１２ビットの容量、つまり量子化出力レベルが０
〜４０９５の範囲の４０９６であることを想定して説明
する。光源から放射される光がフィルタ円板１９によっ
て抽出される際、光の波長が変化するのに伴い、光の強
度も変化する。これは、ある光ファイバから他の光ファ
イバへの光伝達特性の変化、光検出器自体の周波数応答
特性の変化、および試料中の化学変化による透過率の変
化とともに、広範囲にわたって振幅が変化する信号を発
生させる。

【００４７】最大振幅を有する信号が、ＡＤ変換器の範
囲を越える出力値とならないようにするために、従来は
低ゲイン増幅器を使用していた。しかし、このような構
成における欠点は、光検出器が受信した光の強度が比較
的弱い検出信号を発生する場合、前記低ゲイン増幅器は
低レベルのデジタル出力を発生するため、ＡＤ変換器の
ダイナミックレンジの使用が極めて非効率的になること
であった。このような場合、従来は高ビット処理性能を
有するＡＤ変換器を使用することによって装置をグレー
ドアップして対処していたが、これは装置全体のコスト
を著しく高めてしまう。

【００４８】本発明に基づき、可変ゲイン増幅器１２０
および１３０は、まず、非常に低いゲイン設定で入力信
号を処理する。この結果のデジタル出力は、ＡＤ変換器
出力の最大値と比較され、最大ゲインが決定され、この
最大ゲインに対して入力信号がＡＤ変換器の最大デジタ
ル出力値を越えずに処理される。例えば、入力信号が初
期ゲイン設定（通常は１）において約５０カウントのＡ
Ｄ変換器出力を発生した場合、本装置はこのカウント値
とＡＤ変換器の最大カウント数値（１２ビットＡＤ変換
器の場合４０９５）とを比較し、信号が安全に増幅され
る範囲を決定するため、デジタル出力は最大カウント値
に入る。

【００４９】約１０％の安全率をこのダイナミックレン
ジ処理に取り入れる。これは、前記比較を、ＡＤ変換器
の最大出力値に基づいて行うのではなく、その最大出力
の約９０％と比較することによって実現される。１２ビ
ットＡＤ変換器については、実際の５０カウントは、安
全率を見込んだ最大出力である３６８６カウントに分割
され、約７４の所望増幅係数が得られる。この決定が行
われた後、可変ゲイン増幅器のゲイン設定が調整され、
所望ゲイン係数への近似が行われる。したがって、前記
構成により、光検出器が発生する信号の相対強度の変化
に関わりなく、測定装置のダイナミックレンジの最大使
用が可能となる。

【００５０】本発明に基づき、第１の可変ゲイン増幅器
１２０のゲインＧ１は、空間を伝送される光から得られ
る信号に基づき調整される。一方、第２の可変ゲイン増
幅器１３０のゲインＧ２は、試料箇所の光検出器から得
られる信号に基づき調整される。可変ゲイン増幅器につ
いてのゲイン設定調整の実際の動作順序と、測定装置全
体の動作方法とを、図５を参照して説明する。図５は、
本発明の装置に基づく代表的な順次走査に使用される一
般的な動作順序を示すフローチャートである。この順序
は、ステップ１５０から開始され、ここで動的読取りサ
イクル内において行われる読取り回数、攪拌時間、攪拌
後の遅延時間などの各種装置変数が初期化される。ステ
ップ１５２において、空の各試料井戸を読み取ることに
より、空間較正が行われる。空間較正段階において行わ
れる測定は、第２の可変ゲイン増幅器１３０について単
一のゲインＧ２を設定して行われ、第１の可変ゲイン増
幅器１２０のゲインＧ１は、ＡＤ変換器の最大ダイナミ
ックレンジについて最適化される。空間較正ステップ１
５２において実行される各種段階と測定との詳細は、後
述する。

【００５１】空間較正ステップ１５２の次には、ステッ
プ１５４が実行され、ここで動的読取りサイクルが、ス
テップ１５０で測定装置に与えられた初期化データに基
づき開始される。この動的読取りサイクルにおいては、
攪拌と遅延と読取りとが実行され、これらは、あらかじ
めプログラムされた不連続の時間間隔のそれぞれにおい
て行われる。この各時間間隔においては、特定の測定試
料について、光学濃度の読取りが行われる。従来の終了
点分析の場合は、読取りサイクルにおいて、単一の時間
間隔においてのみ、前記段階が実行される。

【００５２】ステップ１５６は、一連の３段階のステッ
プを含んでおり、攪拌ステップ１５８から始まる。この
攪拌ステップ中に、試料プレートは所定の時間にわたっ
て振動される。次に、ステップ１６０において、鎮静段
階が所定の遅延時間において実行され、この時間の間、
振動機構は停止し、試料プレートのすべての試料井戸内
の反応物質は、所定の時間間隔にわたって鎮静化され、
次に実際の信号読取りが行われる。ステップ１６２にお
いて、測定装置は、試料プレートのすべての井戸につい
て、透過率の読取りを行う。このステップでは、第２の
可変ゲイン増幅器１３０のゲイン設定Ｇ２の最適化が行
われるとともに、第１の可変ゲイン増幅器１２０のゲイ
ン設定Ｇ１は、空間較正中に決定された最適値に維持さ
れる。読取りステップ１６２の手順の詳細は後述する。
読取りステップ１６２の後に、ステップ１６４におい
て、装置が所定の動的読取りサイクルを完了したかどう
かの検査が行われる。ステップ１６４の結果がＮＯであ
れば、ステップ１６６は動的読取りサイクルを継続させ
る。測定装置は、動的読取りサイクルの所定の時間間隔
の各々において、攪拌段階とそれに伴う遅延過程と読取
り過程とが実行されるまで読取り段階１５６を繰り返
す。ステップ１６４において、各所定の時間間隔におけ
る読取りが完了されると、測定装置は停止される。これ
によって、動的読取りサイクルの終了となる。

【００５３】前記に説明した読取りサイクルは、試料箇
所における光学濃度を計算するための必要な各種光読取
りを得るために、図示の光度測定装置によって実行され
るものである。図１に示す分析および表示装置の一部を
形成するマイクロプロセッサ装置は、読取りサイクルの
進行に伴なって得られたデータを処理し、これら試料箇
所についての光学濃度を後述するような所定のアルゴリ
ズムに基づいて計算し、かつ所望測定を遂行するための
時間間隔を計算するものである。

【００５４】下記の定義および符号を使用し、空間較正
と読取り段階とにおいて、本発明の測定装置が実行する
各種動作を説明する。 ＯＤｎ：与えられた試料井戸の計算光学濃度（ｎは１〜
９６まで変化し、マイクロプレートのＡ〜Ｈの８列の各
列に沿って配置される各１２個の試料井戸の各々を指定
する）。 Ｗｎ：反応試料を収容するための与えられた試料井戸に
対応する光検出器の出力信号。

【００５５】Ｇ１：第１の可変ゲイン増幅器１２０の調
整可能ゲイン（１，２，４，８，１６，３２，６４，１
２８を含む乗算係数によって制御可能）。 Ｇ２：第２の可変ゲイン増幅器１３０の調整可能ゲイン
（１，１０，１００を含む乗算係数によって制御可
能）。 Ｄｎ：与えられた試料井戸についての図４に示す２方向
スイッチ１２２の開位置おける暗電流の読取り値。この
読取り値は、第１のゲイン設定Ｇ１を１とし、対応する
信号出力Ｗｎを得るために使用したと同じ第２のゲイン
設定Ｇ２で得られるものである。

【００５６】Ｗ．ＡＩＲｎ：与えられた試料井戸の空間
較正における信号読取りであり、第２の可変ゲイン増幅
器のゲイン設定をＧ２＝１として得られる。 Ｄａｉｒ：第２のゲイン設定をＧ２＝１として得られる
空間較正の暗電流の読取り値。 Ｌ．ＲＥＦａｉｒ：第２のゲイン設定をＧ２＝１として
空間較正中に得られる基準信号の読取り値。

【００５７】Ｌ．ＲＥＦｒｅａｄ：第２の可変ゲイン設
定をＧ２＝１として読取りサイクルの開始時に得られる
基準信号。 Ｄｒｅａｄ：読取りサイクルの開始時に得られる暗電流
の読取り値。 図６は、図５に示す空間較正段階に含まれる動作の順序
を示すフローチャートである。最初のステップ２００に
おいて、測定装置は、ロータ２４をホーム位置に位置さ
せる。これは、該ロータを順次に変位させ、ホーム光検
出器の出力からピーク信号が検出される位置まで移動さ
せることにより行われる。この段階において、第１およ
び第２の可変ゲイン増幅器１２０，１３０のゲイン設定
は１にされる。

【００５８】空間較正順序における次の段階は、ステッ
プ２０２であり、ここで測定装置は、基準ファイバ用の
光検出器またはホームファイバ用の光検出器に切換を行
い、光基準信号Ｌ．ＲＥＦａｉｒを測定する。この読取
りは、第２の可変ゲイン増幅器のゲインＧ２を１とし、
第１の可変ゲイン増幅器のゲインＧ１をＡＤ変換器１３
４の出力において最大カウント値が得られるように最適
化して（前記したように安全率調整したダイナミックレ
ンジの手順に従い）測定される。また、ステップ２０２
において、測定された基準信号値Ｌ．ＲＥＦａｉｒと最
適化された第１のゲイン設定Ｇ１Ｌ．ａｉｒとは、マイ
クロプロセッサ装置のメモリに格納され、光学濃度の計
算に使用される。

【００５９】次のステップ２０４において、ロータはホ
ーム位置に対して所定の位置数だけ変位され、光ファイ
バ分配器３２上の不透明点Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の一つに対
応する位置まで移動される。好適実施例に基づき、ロー
タはホーム位置に対して２個の位置分だけ変位され、不
透明点Ｘ２に対応する位置に静止する。この位置におい
て、前記不透明点は、結合用光ファイバ２６から光ファ
イバマニホルド３２内のすべての光ファイバへの光の結
合を阻止し、光源から光検出器を遮断する。

【００６０】次のステップ２０６において、２方向スイ
ッチ１２２が起動され、暗電流がＤａｉｒ読み取られ
る。この時、第１と第２のゲインＧ１，Ｇ２は１に設定
される。暗電流Ｄａｉｒの読取り値は、図４において２
方向スイッチ１２２の後に続く処理回路構成の部分内に
流れる残留電流を代表するものである。この値は、各試
料井戸の信号読取り値から減算され、指定の時間におけ
る試料井戸についての透過率の実際の値を表すようにな
る。また、ステップ２０６においては、測定された暗電
流の読取り値Ｄａｉｒが装置のメモリに格納され、光学
濃度の計算に使用される。

【００６１】この段階において、測定装置は、各試料井
戸の空間較正読取りを実行する準備が整う。したがっ
て、ステップ２０８において、ロータ２４は、試料プレ
ートの最初の試料井戸に対応する位置Ａ１まで進み、試
料井戸Ａ１に対応する光検出器がＯＮされる。次のステ
ップ２１０において、試料井戸Ａ１についての空間較正
信号値Ｗ．ＡＩＲｎが読み取られる。この時、第２可変
ゲイン増幅器のゲインＧ２は１に設定され、第１可変ゲ
イン増幅器のゲインＧ１は、値Ｇ１Ａ１に最適化され
る。このＧ１Ａ１は、ＡＤ変換器の定格ダイナミックレ
ンジを越えない範囲における、安全率を考慮したＡＤ変
換器の最大出力を得られるようなゲイン設定値を表す。
ステップ２１０の終了時に、測定された信号読取りＷ．
ＡＩＲｎ（本例ではｎ＝Ａ１）と最適化ゲイン設定Ｇ１
Ａ１とがメモリに格納される。

【００６２】ステップ２１２において、マイクロプロセ
ッサ装置は、試料プレート上の９６個の試料井戸の各々
において、空間較正が実施されたかどうかを検査する。
ステップ２１２がＮＯであれば、ステップ２１４は、空
間較正ステップ２１０に戻る前に、後続の試料井戸に対
応する位置へロータを進ませる。ステップ２１２がＹＥ
Ｓ、つまり９６箇所の試料井戸において空間較正が実行
されていれば、ステップ２１６において空間較正順序の
終了となる。空間較正順序の全体は、試料プレートが退
避した位置、つまり光検出器ボードから離された位置で
行われるため、光ファイバマニホルド３８からの光は、
光検出器に直接伝送される。

【００６３】図７は、測定装置による読取り段階の動作
順序を示すフローチャートである。ある試料プレートに
対して実際の読取りを行う前に、測定装置は、試料プレ
ートを退避位置にしたままで、空間較正段階を実行する
点に注意する必要がある。読取りを行う先立って、試料
プレートを前進させ、読取り段階の準備を整える。図７
のステップ３００は読取り段階の開始であり、ここで測
定装置はロータをホーム位置に位置させる。このため、
ホームファイバ用の光検出器からの信号は、処理回路構
成によって追跡されるが、この時、第１および第２の可
変ゲイン増幅器のゲインＧ１，Ｇ２は共に１に設定され
る。

【００６４】次にステップ３０２に進む。ここで基準信
号の測定が行われる。つまり、測定装置は、基準ファイ
バに対応する光検出器（ホームファイバが基準ファイバ
の機能を兼ねる場合は該ホームファイバに対応する光検
出器）への切換を行い、光基準信号Ｌ．ＲＥＦｒｅａｄ
を測定する。この時、Ｇ２は１であり、Ｇ１は前記した
ダイナミックレンジ手順に基づいて最大値Ｇ１Ｌ．ａｉ
ｒに最適化される。ステップ３０２の一部として、測定
されたＬ，ＲＥＦｒｅａｄの値は装置のメモリに格納さ
れ、光学濃度の計算に使用される。

【００６５】次のステップ３０４において、ロータ２４
は、指定された数の位置分だけ変位され、光ファイバ分
配器３２上の３個の不透明点Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の一つに
位置される。本例では、ロータ２４は、ホーム位置に対
して２個の位置分だけ移動され、第２の不透明点Ｘ２に
位置される。次のステップ３０６において、２方向スイ
ッチ１２２が起動され、一連の暗電流Ｄａｉｒ．ｘが測
定される。この時、第１の可変ゲインＧ１は、１に設定
される。第２の可変ゲイン増幅器のＧ２の可能なゲイン
設定（本例では１，１０，１００）の各々において１回
の読取りが行われる。測定されたＤａｉｒ．ｘの値は、
ステップ３０６の一部として装置のメモリに格納され
る。

【００６６】次のステップ３０８において、ロータ２４
は、最初の試料井戸の位置Ａ１に進む。また、装置は、
最初の試料井戸Ａ１に対応する光検出器への切換を行
い、実際の順次読取りサイクルを開始する。次のステッ
プ３１０では、所定の時間間隔Ｔ１にわたって攪拌機構
が起動され、前記したように均一な色分布が促進され
る。

【００６７】ステップ３１０の攪拌段階に続いて、ステ
ップ３１２の鎮静段階となる。この鎮静段階の間、攪拌
機構は停止され、装置は時間間隔Ｔ２にわたって静止
し、攪拌された試料が鎮静化されて、透過率読取りの準
備が整えられる。ステップ３１０の攪拌段階は、光ファ
イバマニホルドと光検出器ボードとの間において試料プ
レートを移動させ、振動させる。したがって、前記鎮静
段階は、試料プレートを攪拌位置から読取り位置に移動
させる間の時間に実行される。攪拌段階とそれに続く試
料プレート内の反応試料の鎮静段階が終了すると、直ち
に光学濃度の読取りが行われる。

【００６８】ステップ３１４において、最初の試料井戸
Ａ１についての信号ＷＡｎの測定が行われる。この時、
Ｇ１は図６のステップ２１０において空間較正の一部と
して決定され格納されたゲイン値Ｇ１Ａ１に設定され、
Ｇ２は最初１に設定され、次に図２に示すＡＤ変換器か
ら安全調整された最大出力が発生されるような値に最適
化される。また、ステップ３１４の一部として、測定さ
れた信号値ＷＡ１は、装置メモリに格納され、該試料井
戸についての光学濃度の計算に使用される。

【００６９】次のステップ３１６において、マイクロプ
ロセッサ装置は、９６個の試料井戸のすべてについて信
号読取りが行われたかを検査する。ステップ３１６がＮ
Ｏであれば、マイクロプロセッサ装置は、ロータを次の
試料井戸に対応する位置まで進ませる。同時に、処理回
路構成は、選択された試料井戸に対応する光検出器をモ
ニタするように切り換わる。次にステップ３１０に戻
り、攪拌、鎮静、および読取りステップ３１０，３１
２，３１４が再度実行される。これら３ステップは、ス
テップ３１６がＹＥＳとなり、試料井戸のすべての信号
読取りが完了するまで繰り返される。これにより、ステ
ップ３２０において読取りサイクルの終了となる。

【００７０】前記説明により、ｎによって表される与え
られた試料井戸について、第１の可変ゲイン増幅器１２
０のゲインＧ１ｎは、空間較正段階中に各列に決定さ
れ、次に動的読取りサイクル中、この値が一定に維持さ
れることが分る。Ｇ１の値は、次の空間較正段階まで調
整されない。第２の可変ゲイン増幅器１３０のゲインＧ
２ｎは、空間較正および光基準読取りについて１に設定
されるため、第２増幅器１３０のダイナミックレンジ
は、実際の透過率読取りが行われる場合にのみ使用さ
れ、空間較正読取りには使用されない。

【００７１】図６および図７に関連して定義し説明した
光学パラメータが、与えられた試料井戸について、測定
装置によって得られると、この試料井戸に収容される反
応試料の光学濃度ＯＤｎの計算が次のように行われる。 OD_n ＝LOG₁₀ 〔（W.AIR _n −D _air ）／（W _n −D _n ）＊ （L.REF _read−D _read）／（L.REF _air −D _air ）＊ （G2_n ）〕 上記式は、３個の独立した量の積の対数値を表す。第１
の量（Ｗ．ＡＩＲｎ−Ｄａｉｒ）／（Ｗｎ−Ｄｎ）は、
（１）試料が無い場合（１）試料がある場合の、与えら
れた試料井戸についての調整された信号読取り値の比率
である。マイクロプロセッサ装置の処理回路が測定した
すべての読取り値は、ＡＤ変換器が発生するオフセット
電圧またはその他のシステムのオフセットおよびドリフ
トについて調整される。この時、対応する暗電流の読取
り値が考慮される。これら調整は、ＯＤｎについての前
記式に示した通りである。例えば、信号読取り値Ｗ．Ａ
ＩＲｎは、対応する暗電流の読取り値のＤａｉｒを減算
することによって、暗電流効果に対して正規化される。
同様に、この信号読取り値Ｗｎは、対応する暗電流読取
り値Ｄｎを減算することによって調整される。

【００７２】第２の量（Ｌ．ＲＥＦｒｅａｄ−Ｄｒｅａ
ｄ）／（Ｌ．ＲＥＦａｉｒ−Ｄａｉｒ）は、空間較正段
階および読取り段階に得られる、与えられた試料井戸に
ついての光基準読取り値の比率である。これら二つの読
取り値は、やはり対応する暗電流読取り値に基づいて正
規化される。上記式の第３の量（Ｇ２ｎ）は、前記した
ダイナミックレンジ手順の効果を考慮したものである。
つまり、この量は、処理回路構成による信号読取り値の
増幅効果を中性化する。

【００７３】動的読取りサイクル中に測定されたパラメ
ータに前記式を適用すると、高精度の光学濃度測定が行
える。これは、前記式が、装置オフセット電圧による影
響と、光強度における局所的差異に起因する影響と、あ
る動的読取りサイクルから別のサイクルへの測定条件の
影響と、一つの試料井戸から別の試料井戸への測定条件
の影響とを考慮しているためである。

【００７４】本発明の他の特徴に基づき、光学濃度読取
り値の計算に必要な対数の演算は、ルックアップテーブ
ルの形式でマイクロプロセッサ装置に必要なすべての対
数値を記憶させ、処理回路構成のデジタル出力を指標と
して使用し、適切な対数値を検索することによって実行
できる。従来の装置では、光検出器ボードの光検出器の
出力信号は、対数増幅器に送られ、ここで該出力信号の
対数値を得ていた。この技術は、多くの問題と限度とを
持っている。これは、対数増幅器のオフセットゲインに
ついて、常に装置を調整する必要があるためである。ま
た、演算装置の温度ドリフトを正確に追跡し、適切に補
償して、演算の精度を維持する必要もある。本発明によ
れば、対数値の演算は、実質的により高精度で行われ、
装置のパラメータとは独立に得られる。これは、マイク
ロプロセッサ装置のメモリに、装置が必要とするすべて
の対数値を記憶させ、光学濃度の読取り値を計算するこ
とによって実現される。

【００７５】つまり、前記ルックアップテーブルは、図
４に示す装置のＡＤ変換器について、出力量子化レベル
の各々に対応する対数値を有している。例えば、１２ビ
ットＡＤ変換器の場合、可能な量子化レベルは、０〜４
０９５の範囲である。つまり、４０９６個の異なる値が
あることになり、ある信号が検出され、処理され、デジ
タル化されると、これらの値のいずれかを持つようにな
る。４０９６個の値の各々に対応する対数値は、対数ル
ックアップテーブルに格納される。このテーブルは、マ
イクロプロセッサ装置のＲＯＭ部分に収容される。対数
ルックアップテーブルは、ＡＤ変換器からのデジタル出
力がルックアップテーブルに格納されている対応する対
数値を指示するためのアドレスまたは指標となるような
方法で定義される。

【００７６】ルックアップテーブルは、マイクロプロセ
ッサ装置のメモリ内に格納されるため、光学濃度の演算
は、デジタル出力を使用し、ルックアップテーブルに格
納されている対応する対数値を抽出し、簡単に数学的減
算を実行することにより、容易に行える。本発明の他の
特徴では、光検出器ボード上の複数の光検出器から特定
の光検出器を選択する過程が容易に実行される。これ
は、光検出器について階層平行アドレッシング方法を使
用して実現される。つまり、光検出器は選択された数の
ブロックに分割され、各ブロックは、複数の光検出器を
有する。各ブロック内の対応する光検出器は、平行に接
続される。例えば、第１のブロックの第１の光検出器が
アドレスされると、測定装置は自動的に残余のブロック
の第１の光検出器をアドレスする。

【００７７】例えば９６個の井戸を有するマイクロプレ
ートを考えると、光検出器ボードは、９７個の光検出器
を備える（試料井戸用の９６個と、ホーム基準および光
基準用の１個）。本発明の好適実施例に基づき、９６個
の試料井戸用光検出器は、１６個毎のブロックに分割さ
れる。第１のブロックは光検出器Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ
４，Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４を備え、第２のブロックは
光検出器Ａ５〜Ａ８，Ｂ５〜Ｂ８，Ｃ５〜Ｃ８，Ｄ５〜
Ｄ８を備え、第３のブロックは光検出器Ａ９〜Ａ１２，
Ｂ９〜Ｂ１２，Ｃ９〜Ｃ１２，Ｄ９〜Ｄ１２を備え、第
４のブロックは光検出器Ｅ１〜Ｅ４，Ｆ１〜Ｆ４，Ｇ１
〜Ｇ４，Ｈ１〜Ｈ４を備え、第５のブロックは光検出器
Ｅ５〜Ｅ８，Ｆ５〜Ｆ８，Ｇ５〜Ｇ８，Ｈ５〜Ｈ８を備
え、第６のブロックは光検出器Ｅ９〜Ｅ１２，Ｆ９〜Ｆ
１２，Ｇ９〜Ｇ１２，Ｈ９〜Ｈ１２を備える。このよう
なブロック構成において、すべてのブロックの第１の光
検出器、すなわちＡ１，Ａ５，Ａ９，Ｅ１，Ｅ５，Ｅ９
は、平行に接続され、他の残余の光検出器も同様の方法
で接続される。

【００７８】各光検出器へのアドレッシングは、極めて
単純化される。これは、同一アドレスが６個の光検出器
のいずれの選択についても適用されるためである。各回
毎に６個の光検出器がＯＮされても、実際にモニタされ
るのはその内の一つである。各ブロック内の光検出器
は、光検出器ボード上で十分に間隔を置かれているた
め、所望の光検出器がブロック内の他の５個の光検出器
からの散乱光に影響されることはない。

【００７９】図８〜図１４に基づき、複数箇所マイクロ
分析用の高速ソリッドステート多重ビーム光度測定装置
の好適実施例を説明する。この装置は、短時間のうちに
多数の読取りを実行でき、これを光学系、マイクロプレ
ート、または複数箇所の分析試料を機械的に移動させず
に実行できるものである。多数の光源が配置されるた
め、各別の光源が各試料井戸または試料箇所を照射す
る。少なくとも一つのモノリシック光検出器を使用し、
異なる複数の分析箇所から来る光が、前記光検出器の表
面上の異なる複数の箇所において検出できるようにす
る。光源は順次にＯＮされるため、一度に一つの光源だ
けが光の放射を行う。光検出器が検出する信号は、この
時にＯＮされた光源の下にある特定の試料井戸に対応し
ている。

【００８０】好適実施例において、９６個の発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）が、マイクロプレート上の９６個の井
戸、またはマイクロプレートフィルタの９６個の試料箇
所の上に配列される。少なくとも１個のシリコン光検出
器が、マイクロプレートまたはフィルタの下に配置され
る。この光検出器は、マイクロプレート上の複数の井戸
の面積に対応するような面積を有している。光検出器の
最上層に接続ラインがはんだ付けされる。これらライン
は、試料箇所の間の領域に対応して十字形に配置され、
光を妨げないようにする。

【００８１】大型の光検出器を使用すると、ノイズが大
きくなるという問題がある。このノイズは、多くの特性
によって克服できる。明るいＬＥＤを使用すれば、ノイ
ズに対する信号の強さは増加する。主なノイズ信号は、
６０Hzのラインパワー信号である。このノイズ信号の影
響は、各井戸につき１０回の読取りを行い、各読取りを
６０Hzの位相空間において前の読取りから３６°に同期
させて行うことにより対処できる。この１０回の読取り
について、読取り間の時間は次の通りである。

【００８２】（１０ｎ＋１）／６００秒 ここで、ｎは整数である。このため、１回の読取りで出
会う６０Hzノイズは、１０回の読取りを平均すると、逆
位相における他の読取りで出会うノイズによって相殺さ
れる。ノイズは、光源を常にＯＮにしておくのではな
く、ＬＥＤを高い周期で順次ＯＮすることによって減少
できる。次にフィルタを使用して、ＬＥＤ順次ＯＮの周
期以上の周波数で発生するノイズを除去する。測定は、
ＬＥＤのＯＮ状態およびＯＦＦ状態の両方について、こ
の高い周波数で実行される。ＯＦＦ状態での測定は、順
次ＯＮ周期よりも低い周波数における装置内のノイズに
対応する基準レベルを与える。ＯＦＦ状態での測定は、
ＯＮ状態での測定の直後に行われるため、ノイズレベル
は、両状態においてほぼ同一であり、相殺される。

【００８３】ＬＥＤと大型の光検出器とを使用する上で
の欠点は、両者の特性が温度によって変動することであ
る。これら特性は、数分間に変化し得る。タングステン
光源と小型光検出器とを使用する装置では、同じ程度の
大きさの変動問題は生じない。この変動問題は、次のス
テップによって克服できる。まず、試料を挿入せずに読
取りを行い、ＬＥＤと光検出器との間の空間を通る光伝
送に対応する光信号値を得る。この直後に、マイクロプ
レートに、水（ブランクプレート）、緩衝剤、または化
学反応が行われる他の基礎溶液を満たして、第２の測定
を行う。または、ブランクフィルタについて第２の測定
を行う。これにより、ブランク光信号レベルが得られ
る。この信号レベルは、ブランクプレートを通過する光
伝送に対応する。化学試料の順次読取りにおいて、各読
取りの直前に、空間を通しての第２の読取りを行う。次
に、化学試料の読取り値とブランク読取り値とを比較
し、さらに二つの空間読取り値間の差を調整する。空間
を通しての読取り値における差は、温度に起因する光検
出器およびＬＥＤの特性の変動によるものである。空間
読取り値を使用すれば、各試料の前にブランク読取りを
挿入する必要がなくなる。

【００８４】図８は、本発明に基づく多重ビーム光度測
定装置の好適実施例を示す斜視図である。光学測定装置
６０は、下記に詳細を説明する回路基板７０と、モノリ
シック光検出器８０と、ＬＥＤ配列９０と、引出しタイ
プの試料ホルダ１００とを備える。マイクロプレートま
たは試料プレート１４０は、通常、不透明マスク１６０
内に配置される。この不透明マスク１６０は、試料プレ
ート１４０の井戸壁を隔離する一方、光が各試料井戸の
頂部から底部へまたはその逆方向へ通過できるようにす
る。このアッセンブリは、試料ホルダ１００の開口容器
１８０内に置かれる。この測定装置は、試料ホルダ１０
０を閉位置に戻すと、マイクロスイッチが起動され、試
料の測定ができることを示す。

【００８５】図９は、マスク１６０内に挿入され、光検
出器８０とＬＥＤ配列９０との間に配置される試料プレ
ート井戸の側断面図である。図示していないが、マイク
ロプレート構成フィルタをホルダ１００内に配置して測
定を行うこともできる。このホルダ１００は、各試料箇
所を互いに隔離するとともに、光が各試料箇所を通過す
ることを可能にする。

【００８６】図１０は、本発明に基づく電子制御回路構
成を示すブロック図である。中央処理装置（ＣＰＵ）４
００は、この回路の制御を行い、点灯される各ＬＥＤに
対して、データバス４２０上にデータ信号をデコーダ４
４０および４６０に送る。デコードされた信号は、バス
４８０および５２０の適切なラインを介して電流駆動ア
レイ５００と電流シンクアレイ５４０とにそれぞれ送ら
れる。また、この信号は駆動バス５６０とシンクバス６
００とを経由して、ＬＥＤアレイ９０中の特定のＬＥＤ
を起動する。光は、試料１４０を通過して光検出器８０
に至る。光検出器８０からの信号は、電流／電圧変換器
６６０と、サンプルおよび保持回路６８０と、ＡＤ変換
器７００と、データバス７２０とを通過して、ＣＰＵ４
００に戻り、そこで分析される。

【００８７】ＣＰＵ４００は、標準的なＣＰＵボードで
あり、マイクロプロセッサと、ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）とを有
し、例えばマイクロシステムズ５３２３等である。これ
を動作させ、特定のＬＥＤがＯＮされると、このＬＥＤ
に対応するデジタルコードがデータバス４２０に沿って
デコーダ４４０および４６０に伝送される。デコーダ４
４０は、点灯されるべきＬＥＤの正しい縦列を指示する
データ部分をデコードし、電流駆動アレイ５００に至る
データバス４８０の適切なラインを通電する。デコーダ
４６０は、点灯すべきＬＥＤの適切な横列に対応するデ
ータ部分をデコードし、電流シンクアレイ５４０に接続
されたデータバス５２０のデータラインを通電する。次
に、電流は、電流駆動バス５６０の適切なラインを通過
し、８ｘ１２のＬＥＤアレイ９０％の適切なダイオード
を通過し、シンクバス６００の通電されたラインを通
り、電流シンクアレイ５４０の対応する電流シンクに至
る。

【００８８】ＬＥＤアレイ９０内の特定のＬＥＤからの
光は、試料トレイ１４０内の井戸を通過し、光検出器８
０によって検出される。光検出器８０が発生する電流
は、電流／電圧変換器６６０によって電圧に変換され
る。サンプルおよび保持回路６８０は、このアナログ電
圧レベルを、ＣＰＵ４００が制御する時間間隔において
サンプルする。このアナログ値は、ＡＤ変換器７００に
よってデジタル値に変換され、バス７２０に沿ってＣＰ
Ｕ４００に送られる。ＣＰＵ４００からのデータは、プ
リンタ７４０に送ることができる。

【００８９】ＣＰＵ４００は、動作プログラムによって
制御される。このプログラムは、データの分析、プリン
ト、およびＬＥＤを点灯するためのデコーダ４４０また
は４６０への伝送のタイミングを決定する。ライン７６
０上のソフトウエアクロックは、ＬＥＤの点灯タイミン
グを指示する。このソフトウエアクロックのタイミング
は、６０Hzラインノイズに対して変動する。これは、読
取りを行うためにプログラムが中断された場合、これに
伴う動作を実行させるプログラムのステップ数が同一で
ないためである。この変動を避けるために、ソフトウエ
アクロック７６０は、ゲート８００においてハードウエ
アクロック７８０によってゲートされる。したがって、
各ＬＥＤの点灯の絶対時間は、正確に制御される。ゲー
ト８００の出力は、デコーダ４４０および４６０のクロ
ック入力に結合される。

【００９０】光検出器８０は、方形のシリコンセルであ
り、頂部がＮドープ材料からなり、底部がＰドープ材料
からなる。Ｎドープ層は、光を通過させ得る程度に薄
い。正孔および電子の拡散によるシリコンセルの自然の
逆バイアスが、本発明の目的にとって十分なものである
ため、逆バイアス電圧は印加されない。Ｎドープ領域の
抵抗のため、Ｎドープ層の頂部に、はんだラインの格子
を十字形に横切らせる。これらラインは、マイクロプレ
ートの井戸の間に配置され、ＬＥＤから伝送される光が
該ラインによって阻止されないようにする。

【００９１】電流駆動アレイ５００は、定電流源８２０
から電流の供給を受ける。電流量は、所望量と、各ＬＥ
Ｄが放射する光の強さとに対応して設定できる。図１１
および図１２は、図１０に示すブロック図の一部を示す
詳細回路図である。図１２に示す回路は、８ｘ１２のＬ
ＥＤアレイと同一の回路基板に位置させることが好まし
い。図１１に示す回路は、ＬＥＤアレイから離れた別個
の基板に配置できる。図１１において、電流／電圧（Ｉ
／Ｖ）変換器６６０は、図１０に示す光検出器８０に結
合されて使用される。抵抗器８４０と、コンデンサ８５
０とは、光検出器８０からの信号の高周波フィルタを提
供するように調整することができる。Ｉ／Ｖ変換器６６
０の出力電圧信号は、サンプルおよび保持回路６８０に
加えられる。このサンプルおよび保持回路６８０のサン
プリングおよび保持機能は、トリガ入力８６０によって
起動される。このトリガ入力８６０は、図１０に示すＣ
ＰＵ４００へのバス８８０のデータラインの１本から発
生される。サンプルおよび保持回路６８０の出力９００
は、ＡＤ変換器７００への入力として提供される。ＡＤ
変換器７００が受容できる最大電圧は、１０ボルトであ
る。Ｉ／Ｖ変換器６６０の抵抗器８４０は調整可能であ
り、光検出器８０からの検出が予測される最大信号が１
０ボルトをやや下回るような電圧を発生させるようにす
ることができる。

【００９２】ＡＤ変換器７００のデジタル出力は、デー
タバス９２０に現われる。データバス９２０は、ＡＤ変
換器７００からのデジタル値をＣＰＵ４００に与える働
きをするとともに、ＣＰＵ４００からデコーダ４４０お
よび４６０へのデータを通過させる。ＣＰＵ４００がデ
コーダ４４０および４６０にデータを伝送する場合、Ａ
Ｄ変換器７００のトライステート出力は、高インピーダ
ンス状態となる。ＡＤ変換器７００の出力は、チップイ
ネーブル信号９４０によって制御される。ＡＤ変換器７
００からのデジタル出力は、２個の８ビットバイトから
なる。バイトアドレス／短サイクル入力ＡＯ上のデジタ
ル信号は、最初に、ＡＤ変換器７００の出力の第１バイ
トを起動し次に第２バイトを起動する。このため、ＡＤ
変換器７００の１個以上の出力が各データラインに結合
される。デコーダ９６０は、イネーブル信号９８０を図
１２のデコーダ４４０および４６０に与える。この信号
は、また、同期回路８００へのソフトウエアクロック入
力としても働く。同期回路８００の出力は抑止信号１０
００である。

【００９３】図１２において、データ信号Ｄ０〜Ｄ６
は、デコーダ４４０および４６０への入力である。定電
流電源８２０は、電流駆動５００からＬＥＤアレイ９０
への電流を提供する。ＬＥＤアレイ９０は、電流シンク
５４０に結合される。電流シンク５４０は、開コレクタ
出力を有するインバータである。特定のＬＥＤが選択さ
れると、７ビットのデジタルコードがデータラインＤ０
〜Ｄ６に現われる。イネーブル信号が供給され、抑止信
号が除去されると、デコーダ４４０は、１本の出力ライ
ンを起動させ、デコーダ４６０も１本の出力ラインを起
動させる。デコーダ４４０が起動したラインは、電流駆
動トランジスタ５００の一つを切り換える。電流駆動ト
ランジスタ５００は、電流源８２０からの電流を、例Ａ
〜Ｈのうち１列のＬＥＤすべてに供給する。デコーダ４
６０が起動したラインは、インバータ５４０の一つを低
出力状態にＯＮし、これによって、列１〜１２のうち選
択されたものを接地させる。これにより、電流は、列Ａ
〜Ｈの選択された１列のＬＥＤのうちの選択された１個
を流れる。

【００９４】図１１に示すフロントパネルディスプレイ
１２０は、「準備完了」、「負荷」、電力ＯＮ表示ラン
プ、「ブランク設定」、「プレート準備完了」、および
「光学濃度（ＯＤ）範囲」のスイッチを有する。これら
のスイッチおよびランプは、下記するようにＣＰＵから
の信号によって制御される。図１０および図１１に示す
回路の動作を図１３のタイミング図に基づき説明する。
サンプルおよび保持のトリガ信号は図１１に示す信号８
６であり、デコーダ抑止信号は図１１および図１２に示
す信号１０００であり、ＡＤチップイネーブル信号は、
図１１に示す信号９４０である。各試料について２回の
独立した読取りが行われる。そのうち１回は、ＬＥＤが
ＯＮで行われ他の１回はＬＥＤがＯＦＦで行われる。透
過率レベルは、これらＯＮとＯＦＦの読取り値の差であ
る。ＯＮとＯＦＦの読取りの順序を各別に示す。

【００９５】９６個のＬＥＤは順次に通電され、６０Hz
のラインノイズ信号の等間隔の位相位置にわたって、そ
の読取り順序が１０回繰り返される。ライン８６０上の
サンプルおよび保持トリガ信号は、２５０ms毎に１個の
パルスを発生する。このパルスは、ＣＰＵにおいて、水
晶発振器からのハードウエアクロックによって発生され
る。デコーダ抑止信号は、ハードウエアクロックとソフ
トウエアクロックとの組み合わせによって発生される。
ソフトウエアクロック信号は、ＣＰＵプログラムの動作
が割込可能である場合に、ＣＰＵプログラムにおける割
込信号の後に発生される。この時の時間量は、プログラ
ム動作の状態によって、４〜２０クロック周期の間で変
化する。このようなソフトウエアクロック信号がライン
９８０に発生されると、この信号は同期回路８００にお
いてハードウエアクロックと組み合わされ、時間１０４
において、デコーダ抑止信号上に下方に向かうパルスを
発生させる。これによって、前記したように特定のＬＥ
ＤがＯＮされる。

【００９６】サンプルおよび保持回路６８０は、時間１
０６において、サンプリングを許可される。このサンプ
リングは、時間１０８において保持される。この保持時
間は、ＬＥＤをＯＮする時間１０４を越えて遅延され
る。これにより、信号はＩ／Ｖ変換器６６０を通過して
処理され、抵抗器８４０とコンデンサ８５０とを通して
フィルタされる。ＡＤ変換器７００のトライステート出
力は時間１１０において許可され、２個のチップイネー
ブルパルス１１２の制御下でデータが２バイトにおいて
読み出される。

【００９７】同様に、ＬＥＤがＯＦＦされた場合、サン
プルを記録するための動作順序が、時間１１４において
抑止信号が再び現われると共に開始され、デコーダの割
込が禁止され、ＬＥＤをＯＦＦさせるために電流駆動へ
の通電が停止される。これによって、サンプル、保持、
ＡＤ変換器の始動、ＡＤ変換器の信号の読出しの動作が
続く。

【００９８】第１回目のＯＮ／ＯＦＦ読取りについて、
９６個のＬＥＤの各々が１０回にわたって前記のような
ＯＮ／ＯＦＦ読取りを順次実行され、次に同様にして第
２回目のＯＮ／ＯＦＦ読取りが行われ、このようにして
読取りが続行される。主なノイズ信号は、６０Hzライン
電圧であるため、これら１０回の読取りは、６０Hzサイ
クルの位相の異なる位置に沿って等間隔に配置される。
このため、第１回目の読取りは、最初の６０Hzサイクル
の立ち上り端に沿って行われ、残りの９５個のＬＥＤの
読取りが順次行われ、第２回目の読取りは、対応する後
の６０Hzサイクル上の高い点において行われる。ＬＥＤ
がＯＮの読取りとＬＥＤがＯＦＦの読取りとに時間差が
あるため、実際に６０Hzノイズ信号によって変化する接
地電圧または基準電圧は、わずかに移動するので、誤差
が発生する。この移動は、６０Hzサイクルの一部におい
て行われる読取りについてはわずかに上向きであり、６
０Hzサイクルの他の部分で行われる読取りについてはや
や下向きである。このため、６０Hzサイクルにわたる読
取りを等間隔にすることにより、１０回の読取りにおけ
る誤差は、平均値を取ることにより相殺される。

【００９９】測定用マイクロプレートまたはブランク用
マイクロプレートを挿入する前に、引出し１０を抜き出
して、ＬＥＤと光検出器との間を空間として測定を行
い、これの終了後、フロントパネル１２０の「負荷」の
指示灯が点灯される。試料を収容したマイクロプレート
の測定を行う前に、時間ゼロ（ｔ＝０）において、水ま
たは反応剤などの基準流体を収容したマイクロプレート
を挿入し、ブランク測定またはｔ＝０の測定を行う。プ
レートが挿入され、装置が「ブランク設定」または「測
定」スイッチに対して応答可能になると、「準備完了」
指示灯が点灯する。プリンタ７４０上の読みは、「光学
濃度（ＯＤ）範囲」のスイッチによる制御に応じて、数
桁の数字または一桁の数字となる。

【０１００】ブランク値が決定され、引出し１０が完全
に抜き出されると、試料プレートを引出しに収めること
ができる。引出し１０を再び挿入する直前に、ＬＥＤと
光検出器との間の空間が再度測定される。試料プレート
の各井戸によって異なる光信号の値は、ブランクプレー
トについての値と比較され、空間測定における変動が調
整される。このためブランクプレートは、初期において
挿入し、数時間または数日間にわたって行われる試料測
定について、再度挿入する必要はない。このような時間
期間にわたる温度に対してのＬＥＤおよび光検出器のド
リフトの調整は、ブランクプレート挿入直前の空間測定
と、特定の試料プレート挿入直前の空間測定とを比較す
ることにより行われる。

【０１０１】図１４は、マイクロプレート測定装置の動
作を制御するためのオンボードソフトウエアプログラム
を示すフローチャートである。プレート測定装置は、ま
ず、ＯＮされ、ソフトウエアによる準備機能が実行され
る（ステップＡ）。次に操作者は、引出し１０を抜き出
す。すると「引出し外」の状態が検出され（ステップ
Ｂ）、ＬＥＤが走査され（ステップＣ）、空間を通過し
て伝送される光に対応する一連の光信号の値が発生され
る（ステップＤ）。これらの値は、メモリ内のテーブル
３に格納される。

【０１０２】引出し１０が再び挿入されると（ステップ
Ｅ）、フロントパネルスイッチが検査され、引出しがブ
ランクプレートを収容しているかどうかが確認される
（ステップＦ）。ブランクプレートについて、ＬＥＤが
走査され（ステップＧ）、光信号値がメモリ内のテーブ
ル１に格納される（ステップＨ）。次にテーブル３の空
間値が他のテーブル２に転送され（ステップＩ）、テー
ブル１の値を発生したブランクプレートの測定の時間に
近い一連の空間測定値が提供される。引出し１０が外に
ある間、空間測定は連続的に実行され、プレートを収容
した引出し１０が挿入される前に、テーブル３は連続的
に更新される。

【０１０３】引出し１０が挿入され、「ブランク設定」
スイッチが投入されていなければ、フロントパネルスイ
ッチが検査されて試料の測定を行うかどうかが決定され
る（ステップＪ）。「測定」スイッチが投入されると、
ＬＥＤが走査され（ステップＫ）、メモリ中のテーブル
４に透過率の値が格納される（ステップＬ）。次に試料
についての光学濃度が計算され（ステップＭ）、印刷さ
れる（ステップＮ）。

【０１０４】光学濃度（ＯＤ）の計算は、次の式に基づ
いて実行される。 ＯＤｎ＝ｌｏｇ（ｎ１）（ｎ３）／（ｎ４）（ｎ２） ここで、テーブルＸ中のｎ番目の光信号の値はｎＸであ
り、箇所ｎにおける試料の光学濃度は、ＯＤｎである。
各ＬＥＤは、前記したように、第１番目のＬＥＤから始
まって、９６番目のＬＥＤまで走査される。６０Hzサイ
クルの位相にわたる等間隔において、１０回の測定が繰
り返される。前記した計算に使用される最終的な光信号
の値は、１０の信号の合計または差として与えられる。
前記式から分るように、光学濃度は、ブランク値を、空
間測定における差についての調整を行った試料値で除算
したものの対数である。

【０１０５】図１４に示すフローチャートに基づく光信
号の測定は、ＣＰＵ４００内のマイクロプロセッサへの
割込信号によって開始される。この割込信号によって開
始された測定の間に、ＣＰＵ内のプログラムは、データ
を計算し、テーブルの一つにデータを転送し、プリンタ
上にデータを印刷することができる。実際の測定は、割
込信号の指示に従って、これら機能の間にはさまれて行
われる。割込信号は、プログラム動作を中断させるの
で、割込信号の後にいくつかのステップが必要となる。
これは、メモリにデータを移動させることによってまた
はステップを完了させることによってプログラム中の位
置を基本的に保持するためである。このため、割込信号
の開始とＬＥＤの測定との間の時間は、変化する（一般
に、４〜２０クロックサイクルだけ変化する）。これが
測定におけるジッタを発生させることを防止するため、
割込は、測定が行われると予測される時間の少なくとも
２０クロックサイクル前に与えられ、図３および図４に
示すように、同期ゲート８００において、実際のタイム
クロックとの論理積が取られる。これにより、６０Hzノ
イズ信号の位相に対する各測定の位置が確実に精密に制
御される。

【０１０６】制御パネル１２０のスイッチを手動で操作
する代りに、測定装置の動作を、測定装置に結合された
マイクロコンピュータ等の他のコンピュータで制御する
こともできる。このような主コンピュータを付属させる
ことにより、このコンピュータがスイッチの操作を代行
する。前記した高速ソリッドステート多重ビーム光度測
定装置は、試料またはそのホルダを移動させずに、約２
秒以下で、固定支持された複数箇所の分析試料の透過率
を、高い信頼性を持って測定する性能をもっている。こ
れは、固定支持された複数の分析箇所の面積に少なくと
も等しい面積を有する少なくとも１個のモノリシック光
検出器を使用することによって実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に基づく光度測定装置に示す概
略図、

【図２】図２は、光ファイバ分配器を示す図であり、光
源からの光を複数の光ファイバの各々に結合させるため
の指定位置を示す図、

【図３】図３は、光ファイバマニホルド内における、試
料収容箇所に対応する各光ファイバの配置を示す図、

【図４】図４は、本発明に基づく処理回路構成の概略を
示すブロック図、

【図５】図５は、図１に示す測定装置による試料プレー
トの一般的な順次走査における動作順序を示すフローチ
ャート、

【図６】図６は、空間較正段階の一部として本測定装置
が実行する動作順序を示すフローチャート、

【図７】図７は、試料プレートの測定を実行する際の動
作順序を示すフローチャート、

【図８】図８は、本発明に基づく多ビーム光度測定装置
の好適実施例を示す斜視図、

【図９】図９は、図８に示す光度測定装置のＬＥＤ配列
と光検出器との間に挿入されるマイクロプレートの井戸
の断面を示す側面図、

【図１０】図１０は、図８に示す光度測定装置用の電子
制御回路構成を示すブロック図、

【図１１】図１１は、図１０に示す制御解離構成の一部
を示す回路図、

【図１２】図１２は、図１０に示す制御解離構成の一部
を示す回路図、

【図１３】図１３は、図１１および図１２に示す回路の
一部についてのタイミング図、および

【図１４】図１４は、図１０に示す制御回路を制御する
ためのコンピュータプログラムを示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１０…動的測定装置 １２…光アッセンブリ １４…単一光源 １６…チョッパ １８，２０…レンズ １９…フィルタ円板 ２４…ロータ ２６…光ファイバ ３２…分配器 ３４…光ファイバ ３６…光ファイバ束 ３８…光ファイバマニホルド ４０…資料プレート ４２，４８…レンズ配列 ４４…光検出器 ４６…検出器ボード ５０…分析および表示装置 ５２…基準ファイバ ５４…攪拌機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジリアン エム．ハンフリーズ アメリカ合衆国，カリフォルニア 94022, ロス アルトス，ハーリントン コート 460 (72)発明者 ビオラ ティー．クン アメリカ合衆国，カリフォルニア 94025, メンロ パーク，レモン ストリート 1055 (72)発明者 マイケル エム．レイシー アメリカ合衆国，カリフォルニア 95005, ベン ローモンド，レイルロード アベニ ュ 330 (72)発明者 ジョン ウォーレス パース アメリカ合衆国，ノース カロライナ 27107，ウィンストン−セーレム，カスケ イド アベニュ 29

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の分析部を有する分析板に配置され
   た複数個の試料保持部に収納されている分析試料の光学
   的特性を測定する為の測定装置で有って、該測定装置
   は、 該光検知手段に対して光を伝達する為に、一つ若しくは
   それ以上の数の当該試料保持部に対して光を供給する一
   つの光源手段と、 該光検知手段からの出力を分析して該分析部に於ける分
   析試料の光密度を決定し且つ指示する手段と、 光検出手段上に設けられていると共に、当該分析板との
   関係に於いて、当該光が該試料保持部のそれぞれを介し
   て垂直に伝達され、該試料保持部のそれぞれと対応して
   設けられている、受光された光に応答して信号を出力す
   る、光検知部により受光される様な関係に配置されてい
   る複数の光検知手段と、 所定の試料保持部に対して、一連の測定に於けるそれぞ
   れの操作を実行する以前の、各々の測定操作と測定操作
   との間の時間間隔が３０秒を越えない様に、予め定めら
   れた時間間隔の間、該分析板に対して振動的な変位動作
   を繰り返し与えることにより当該各分析試料に繰り返し
   的で且つ同時的な混合動作を与える手段と、 当該所定の試料保持部に関連する光検知手段の信号を動
   的に分析する手段とを含んでおり、更に該光源手段は、
   複数の光伝達手段のそれぞれに光を供給する複数個の光
   放射素子で構成されており、且つ該測定は、複数の試料
   保持部に於ける選択された１つ若しくは複数の試料に対
   して実行されるものである事を特徴とする測定装置。
2. 【請求項２】 該光源は、３００ｎｍから８００ｎｍの
   範囲の波長を持つ光を供給する事を特徴とする特許請求
   範囲第１項記載の装置。
3. 【請求項３】 該光伝達送手段は、光伝送ファイバーと
   該光結合手段とから構成されており、該光結合手段は、
   その入力端部に実質的に該光の全てを受光して、それを
   出力端部に伝送する光学的ロータと、複数本の該光伝送
   ファイバーのそれぞれが該光学的ロータの出力端部から
   出力される該光と選択的に結合されうる様な方法で配置
   されている複数個の光伝送ファイバーを含んでいる光学
   的ファイバー分配手段とを含んでおり、且つ該光学的ロ
   ータは、該光が、該光源と隣接して配置されている該光
   伝送ファイバーの何れかとの間で結合せしめられ、それ
   によって、該光が隣接して配置されている該試料保持部
   の分析試料と該光源との間で結合される様な方法で変位
   しうる様に構成されている事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の装置。
4. 【請求項４】 該装置は更に、予め定められた規格で該
   光源からの光を変調する為の手段と、該試料保持部に照
   射させる為の該光源から出力される所望の波長を持つ光
   を、フィルタする手段とを含んでいる事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の装置。
5. 【請求項５】 当該光検知手段からの出力を分析する分
   析手段は、分析を行う為に所望の光検知手段からのアナ
   ログ出力信号を順次に選択する手段、該アナログ信号を
   対応するデジタル値に変換する手段、該アナログ／デジ
   タル変換手段のダイナミックレンジの実質的部分を使用
   出来る様な方法で、該アナログ信号を増幅する手段、該
   デジタル化された値に対応して予め計算された値を格納
   しておき、当該デジタル化された値を受けて該デジタル
   値のそれぞれに応答して、予め計算され、且つ格納され
   ている値の中から該デジタル値に対応する値を検索する
   手段、及び該検索された値を演算して該試料の光学的密
   度を計算する演算処理手段とから構成されている事を特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
6. 【請求項６】 当該光検知手段からの出力を分析する分
   析手段は、分析を行う為に所望の光検知手段からのアナ
   ログ出力信号を順次に選択する手段、該アナログ信号を
   対応するデジタル値に変換する手段、該アナログ／デジ
   タル変換手段のダイナミックレンジの実質的部分を使用
   出来る様な方法で、該アナログ信号を増幅する手段、該
   デジタル化された値に対応して予め計算された値を格納
   しておき、当該デジタル化された値を受けて該デジタル
   値のそれぞれに応答して、予め計算され、且つ格納され
   ている値の中から該デジタル値に対応する値を検索する
   手段、及び該検索された値を演算して該試料の光学的密
   度を計算する演算処理手段とから構成されている事を特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。
7. 【請求項７】 当該光検知手段からの出力を分析する分
   析手段は、更に予め定められた割合で変調されたアナロ
   グ信号の部分を分析する手段を含んでいる事を特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の装置。
8. 【請求項８】 該増幅手段は、更に、該アナログ信号を
   受信し、増幅された出力信号を発生させる増幅手段と、
   該増幅された出力信号に応答して該アナログ／デジタル
   変換手段により供給されるデジタル値を該アナログ／デ
   ジタル変換手段の予想される最大値と比較する為の手段
   と、該増幅手段の利得を該アナログ／デジタル変換手段
   の予想される最大値を越えない範囲で最大の利得となる
   様に調整する手段とを含んでいる事を特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の装置。
9. 【請求項９】 該増幅手段は、試料が無い場合に、光信
   号に応答して設定された利得を有している第１の増幅手
   段と、分析試料を透過した光信号に応答して設定された
   利得を有している第２の増幅手段とを含んでいる事を特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の装置。
10. 【請求項１０】 該分配手段は、又該分配手段に対する
    該ロータの相対位置関係を調整する為の手段として作用
    するホーム光検知手段に対して、該光源からの光を直接
    結合させる第１の基準光ファイバーを含んでいる事を特
    徴とする特許請求の範囲第３項記載の装置。
11. 【請求項１１】 当該光源からの光出力に於ける変動の
    要因を除去する為の調整手段が基準光検知手段に結合さ
    れている事を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の装
    置。
12. 【請求項１２】 該分配器は、更に該光が該光伝達手段
    に結合されない様にする手段を含んでおり、そして該光
    検知手段の出力を分析する該分析手段は、該光伝送手段
    に結合される光が存在しない場合に、該光検知手段から
    の出力信号を測定する為の手段を含んでいる事を特徴と
    する特許請求の範囲第３項記載の装置。
13. 【請求項１３】 該装置は、更に該光検出板に関連し
    て、該分析板を前進させたり戻したりする為の駆動手段
    を含んでいる事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の装置。
14. 【請求項１４】 該駆動手段は、更に該分析板に混合動
    作を与える様に作用するものである事を特徴とする特許
    請求の範囲第１３項記載の装置。
15. 【請求項１５】 当該測定装置は更に、当該選択された
    試料保持部を通して垂直に伝達された光を受光し、該選
    択された試料保持部を通して透過し且つ受光された光に
    応答して出力信号を供給する為の光検知手段と、 当該選択された試料保持部内に保持されている溶液を完
    全に混合させるに十分な方法を用いて、該複数の分析部
    を有する分析板に対して、一連の測定に於けるそれぞれ
    の操作を実行する以前の、各々の測定操作と測定操作と
    の間の時間間隔が３０秒を越えない様に予め定められた
    時間間隔の間、振動的な混合動作を繰り返し与える手段
    と、 当該所定の試料保持部に関連する光検知手段の出力信号
    を動的に分析する手段とを含んでいる事を特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の装置。
16. 【請求項１６】 該分析板は８×１２のマトリックス状
    に配列された９６個のウェルマイクロプレートを含んで
    いる事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
17. 【請求項１７】 該複数個の試料保持部は、９６個の試
    料保持部で構成されている事を特徴とする特許請求の範
    囲第１６項記載の装置。
18. 【請求項１８】 当該装置は、複数の分析部を有する分
    析板に配置された複数個の試料保持部について光透過率
    を２秒以内で測定する事を特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の装置。