JPS62115348A - Device and method of measuring luminous intensity by multiple beam - Google Patents
Device and method of measuring luminous intensity by multiple beamInfo
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- JPS62115348A JPS62115348A JP22851286A JP22851286A JPS62115348A JP S62115348 A JPS62115348 A JP S62115348A JP 22851286 A JP22851286 A JP 22851286A JP 22851286 A JP22851286 A JP 22851286A JP S62115348 A JPS62115348 A JP S62115348A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
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
願筒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
順第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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This patent application is a companion application to U.S. patent application Ser. Application No. 782.635 is a related application of U.S. Patent Application No. 597.135, dated April 5, 1984, which is a related application of U.S. Patent Application No. 597.135, dated March 1, 1984. This is a related application of No. 534.
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。The present invention generally relates to a photometric measuring device for measuring the density of a semi-transparent area. More particularly, the present invention relates to automatic scanning devices for analyzing the contents of a plurality of translucent samples by measuring their optical density using endpoint or dynamic measurement techniques.
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/)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各別の分析を同時に実行する性
能を有している。A variety of techniques and devices are commercially available for detecting and measuring substances present in a fluid sample or other translucent sample by determining its optical transmittance/). In particular, many photometric devices have the ability to simultaneously perform separate analyzes on multiple fluid samples or other translucent samples.
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汲う。この「マイクロプレート」は
、標準的な井戸の配列(8x 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
料に光を通過させ、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。These devices commonly use "microplates" to collect multiple samples. This "microplate" has a standard array of wells (8 x 12), which are made of a material that is transparent to light. The optical density of a translucent sample contained in the wells of a microplate is measured by passing light through the sample, receiving the light with conventional light detection means, and determining the attenuation of the received light.
このマイクロプレートは、酸素連鎖免疫吸着剤分析(E
LISA)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1−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。This microplate is suitable for oxygen-linked immunosorbent analysis (E
widely used in LISA) technology. This technology is used in academic research, biotechnology, and clinical testing to detect and quantify a wide range of substances and biological cells. In such an analysis, molecules of a labeled enzyme (such as alkaline phosphatase) are deposited on the bottom and part of the sides of each well of the microplate 1-. Each well is pre-interacted, directly or indirectly, with a sample containing an analyte. The number of labeled enzyme molecules in each well of the microplate is a function of the concentration of analyte in the analysis sample. Therefore, by determining the activity of the labeled enzyme, the analyte can be detected or quantified.
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。In determining the activity of enzymes in the liquid phase, research and clinical applications currently use dynamic analysis. This kinetic analysis measures the chromogenic reaction triggered by an enzyme in the presence of an excess of enzymatic material. It is well known that this dynamic analysis has several advantages over "endpoint analysis".
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
)物質濃度からの独立性の喪失、に起因する誤差が実質
的に防止される。In end point analysis, an enzyme and a color-forming substance are allowed to react for a certain period of time, and then the enzyme reaction is inhibited and optical density measurement is performed once. In dynamic analysis, on the other hand, multiple measurements are taken within an initial reaction period (generally linear), and the time between each measurement is necessarily short (generally 30 seconds or less). By using dynamic analysis, (a) the initial optical density difference, (b
) errors due to loss of independence from substance concentration are substantially prevented.
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かり過ぎるため
、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。Currently available automatic optical density measurement devices for microplates accommodate multiple independent sample storage locations by mechanically moving a microplate with multiple wells or by mechanically moving an optical system. Analyze the samples in sequence. This need for mechanical movement severely limits the time to measure the permeability of all wells in the microplate, and large-scale dynamic analyzes require too much sampling time. cannot be executed. For these reasons, end point analysis is performed in enzyme-linked immunosorbent analysis using conventional equipment.
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、Wer
tz等による米国特許第4.4013.534号に開示
されている。この米国特許は、光フアイバ伝送手段を利
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。Wer is a measurement method that can sequentially measure multiple sample storage locations without relative movement between the microplate and the optical system.
No. 4,4013,534 to tz et al. This U.S. patent discloses a method in which a single light source is sequentially coupled to a plurality of optical fibers by utilizing optical fiber transmission means, and the plurality of optical fibers transmit light from the light source to a measurement point. ing. but,
The apparatus described in this patent uses extremely inefficient equipment to couple light from a light source into multiple optical fibers, which poses various problems for dynamic measurements of enzyme reactions. arise. For example, the device of the above-mentioned US patent requires a high power light source, and this high intensity light adversely affects chemical reactions at the sample receiving site. This is because the operating temperature of the measuring device is raised non-uniformly and the reaction rate in each well is varied. Furthermore, the apparatus is very complex, and the signal level generated by the photodetector that receives the light that has passed through the sample storage area fluctuates greatly. For this reason, the signal amplifier of the measurement device cannot efficiently utilize its entire amplification dynamic range.
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。Other limitations of conventional microplate measurement devices include:
In enzyme-linked immunosorbent analysis performed using microplates with bottom filters, effective quantitative measurements cannot be made. The basic problem is that the initial optical density for each well space in the microplate is different, so that endpoint measurements are subject to significant errors.
ただし、動的分析はこのような問題の影響を受けない。However, dynamic analysis is not susceptible to such problems.
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、撹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。Another problem with conventional microplate measurement devices is that when dynamically analyzing a color reaction, the redistribution of the color product is unstable, leading to errors. This is due to phase separation or uncontrolled lump movement of the aqueous phase of the sample during dynamic analysis. That is, in the case of enzyme-linked immunosorbent analysis, the enzyme binds to some plastic surfaces at the bottom and sides of the wells of the microplate, but this bound enzyme interacts with the unstirred aqueous layer. This generally produces local phase separation of the colored products of the enzymatic reaction.
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。This is due to the high local concentration of color product. This phase separation causes unquantifiable errors and introduces nonlinearity into the dynamic measurements.
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。Even when the colored product is in true solution, unstable agglomeration of the aqueous phase results in non-uniform redistribution of the compacted product, leading to unquantifiable errors.
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。The main object of the present invention is to provide an automatic photometric device for dynamic concentration analysis or end point concentration analysis at multiple locations, which is capable of accurately performing a large number of measurements in a relatively short period of time. be.
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。Another object of the present invention is to provide a photometric measurement device that uses a single light source of relatively low power and provides reduced ambient temperature and long life.
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。Another object of the present invention is to provide a photometric measurement device that can easily control the processing accuracy of detection signals.
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
。Another object of the present invention is to provide a photometric measuring device that does not require mechanical relative movement between a microplate and an optical system when continuously analyzing multiple locations.
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。Another object of the invention is to provide a photometric device capable of performing dynamic analysis and allowing quantitative measurement of enzymatic reactions in microplates with bottom filters.
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。Another object of the present invention is to provide a photometric measuring device which significantly enhances the color distribution in a sample undergoing a color reaction and eliminates measurement errors due to non-uniform distribution of color products in the color reaction.
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。Another object of the invention is to provide a photometric measurement device that is efficient, economical and easy to use.
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
。この先アッセンブリは、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アイバ分配器の軸を中心と
して均等に分布されている。The above objects of the invention are achieved by a photometric device according to the invention. The device includes an optical assembly. The forward assembly includes a single light source of modulated light, a filter assembly that passes only a desired band of wavelengths, and an optical system that appropriately focuses the light from the light source. Light from a light source is received by a plurality of light transmission means via an efficient light distribution means, and is separately transmitted by the plurality of light transmission means to a plurality of sample storage locations arranged on a sample plate. Ru. The optical transmission means consists of a plurality of optical fibers, which are evenly distributed around the axis of the optical fiber distributor.
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、光フアイバロータ
が設けられる。この光フアイバロータは、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。An optical fiber rotor is provided to sequentially couple parallel light from the light source to each of the plurality of optical fibers disposed in the distributor. This fiber optic rotor effectively connects only one of the multiple sample receiving locations to the light source at a time.
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l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
B下で実行される。The light passing through the wells of the sample plate is received by separate photodetectors arranged in one-to-one correspondence with the wells of the sample plate. A reference fiber is provided that connects the independent photodetector and the light source and provides a reference optical signal. This reference optical signal is compared with detection signals based on signal outputs from other photodetectors. The output signal from the photodetector is then reduced or eliminated from variations due to changes in equipment conditions such as lamp degradation and temperature effects on the photodetector. The signals from the photodetectors are appropriately multiplexed and processed by special circuitry. This special circuit configuration allows control of signal processing accuracy. The signal processing is performed on the basis of the instantaneous strength of the signal and reference measurements at the initialization of the device. Various transmittance measurements are provided externally by suitably arranging multiple optical fibers to quickly sample each specimen site and processing the resulting detected signals, which are not possible using conventional digital It is executed under the control B of the signal processing device.
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。この撹拌は、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
pl+平衡率が上昇する。例えば、酵素連鎖免疫吸着剤
分析では、洗浄溶液(一般にρ117)により、固定し
た酵素を洗浄してから、基質溶液を加える。Automatic stirring of the reactants in the sample wells is performed to promote color distribution resulting from the color reaction. This stirring is performed before taking measurements in each sampling period of dynamic measurements. Such a configuration ensures uniform distribution of color products resulting from chemical reactions, promotes uniformity of reactants, improves transmittance measurement accuracy, and improves overall device efficiency. Furthermore, stirring increases the pl+ equilibrium ratio of the enzyme to the substrate solution. For example, in enzyme-linked immunosorbent assays, the immobilized enzyme is washed with a wash solution (typically ρ117) before the substrate solution is added.
基質溶液のpHが洗浄溶液のp)l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p119またはpHlO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。If the pH of the substrate solution is significantly different from the p)l of the wash solution (e.g., the commonly used substrate solution, alkaline phosphatase, is p119 or pHlO), there will be a slow phase in the color reaction due to the slow pH equilibration of the enzyme. arise. Automatic stirring of the reactants promotes pH equilibrium and significantly reduces slow phases.
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。Other objects, features and advantages of the invention will be explained in detail below with reference to the accompanying drawings.
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。Although the present invention will be described based on preferred embodiments, the present invention is not limited to these preferred embodiments.
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。The invention includes all modifications, alternative constructions, and analogous constructions that come within the scope of the appended claims.
第1図は、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IJ 12は、
均一な集束反射光の単一光源14を備える。この光源1
4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800)1zである。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a dynamic measurement device 10 according to an embodiment of the invention. Apparatus 10 includes an optical assembly 12 for coupling finely focused reflected light to an examination or analysis site. This optical assembly IJ 12 is
A single light source 14 of uniformly focused reflected light is provided. This light source 1
4, which in the preferred embodiment has a tungsten crystal ball, produces light at a wavelength in the range of approximately 300-900 nanometers. The output of light source 14 is passed through chopper 16 where it is modulated at a fixed frequency. This fixed frequency is 800)1z in the preferred embodiment.
チョッパ16からの変調光は、レンズ1日によって平行
光にされ、フィルタ円板19に向かう。The modulated light from the chopper 16 is made into parallel light by the lens 1, and is directed toward the filter disk 19.
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、
平行光を受は取り、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る。The filter disk 19 extracts light having a selected wavelength and bandwidth, the selection being made corresponding to the wavelength at which the sample exhibits optical absorption. The light that has passed through the filter disk 19 passes through the lens 20. This lens 20 is
It receives parallel light and focuses it on a fine point 22. Light from this fine point 22 is coupled into selected fibers and transmitted to multiple analysis locations.
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。The dynamic measurement device 10 uses an optical coupling and transmission mechanism that is highly efficient and simple in construction.
第1図に示すように、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2
4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2
8を有し、この入力端28は、ロータ24の中心に位置
し、かつ光アンセンブリ12からの出力光の焦点22と
一敗している。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12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
。As shown in FIG. 1, collimated light exiting optical assembly 12 is directed to optical coupling means. This means consists of a cylindrical rotor 2
Contains 4. The rotor 24 rotates about its axis and is accurately positioned. Further, the rotor 24 is
An optical fiber 26 is provided. The optical fiber 26 is the input end 2
8, the input end 28 of which is located at the center of the rotor 24 and converges with the focal point 22 of the output light from the optical assembly 12. On the other hand, the output end 30 of the optical fiber 26 is
It is located at the edge of the rotor 24. Therefore, the rotor 24
As the optical fiber rotates, the input end 28 of the optical fiber remains stationary with respect to the optical assembly 12, but the output end 30 moves in a circular trajectory. Thus, rotor 24 can efficiently couple light from optical assembly 12 to a selected one of a plurality of optical transmission means. These light transmission means transmit the light to corresponding analysis points.
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を有する光フアイバ分配器32によって受
信される。これら光フアイバ340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1決め回転される
と、光ファイバ26の出力端は、分配器32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3
2の出力側において、光ファイバ束36を形成し、光フ
アイバマニホルド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。Output light from optical fiber 26 within rotor 24 is received by optical fiber splitter 32 having a plurality of optical fibers 34. The input ends of these optical fibers 340 are arranged in a circle. The radius of this circular array is the same radius as the position of the output end of the optical fiber 26 of the rotor 24. Thus, as the rotor 24 is rotated for positioning about its axis, the output end of the optical fiber 26 is sequentially aligned with the optical fiber 34 of the distributor 32. The optical fiber 34 connects to the distributor 3
On the output side of 2, an optical fiber bundle 36 is formed leading to an optical fiber manifold 38. This manifold 38 is
Each optical fiber 34 is aligned with each analysis location described below.
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。The rotor 24 is positioned and rotated by a suitable stepper drive or controllable displacement means. For this reason, the focal point 22
The parallel light from the optical fiber bundle 36 is directed sequentially to each optical fiber of the optical fiber bundle 36.
前記光フアイバ結合構成は、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。The optical fiber coupling configuration couples the light from the optical assembly 12 to each optical fiber 34 in the distributor 32, and since the transmission efficiency of this configuration is high, the use of this configuration provides great convenience. is obtained. In other words,
Optical fiber 26 reliably couples substantially all collimated light from light source 14 to a selected optical fiber 34.
この時光ファイバ26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。At this time, almost no light diffusion occurs at the coupling points at both ends of the optical fiber 26. Light from light source 14 is coupled through rotor 24 to only a selected one of optical fibers 34, with very little undesired optical coupling to optical fibers adjacent to the selected one. In this way, a single light source of relatively low power can be used because of the highly efficient coupling. This is because most of the light emitted from the light source is transmitted to the measurement location.
第1図に示す光源は、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第8〜13図に基づ
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。Although the light source shown in FIG. 1 is a preferred form, any light source that can provide light with uniform intensity and a desired wavelength range may be used.
Any single or multiple light sources may be used. In this connection, alternative methods of photometric measurement will be described below with reference to FIGS. 8-13. In this alternative, multiple light sources are operated sequentially.
測定箇所において、光フアイバマニホルド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。At the measurement location, light emitted from each optical fiber 34 of fiber optic manifold 38 passes through lens array 42 to a respective analysis location on sample plate 40 .
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。Lens array 42 is positioned between manifold 38 and sample plate 40.
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の取付は場所は、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。Sample plate 40 is a conventional microplate with a series of wells. This series of wells typically consists of 8 rows, each row having 12 wells, for a total of 96 wells. The sample plate 40 is preferably mounted at a location under isothermal conditions, with the ambient temperature controlled using a fan or the like. This is important in order to prevent a temperature gradient on the sample plate, since the reaction rate will vary depending on the sample location, which will reduce accuracy.
光検出器44は、検出器ボード46上に設けられ、試料
プレー1−40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ii1遇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、光フアイバマニホルド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。The photodetectors 44 are provided on a detector board 46 and arranged in a shape that corresponds to each position of the wells placed on the sample plate 1-40. A second lens array 48 is positioned below the sample plate 40 and focuses the light onto each well of the sample plate 40. Lens arrays 42 and 48 are of conventional type and include gaps (not shown). This gap serves to direct light to each lens and reduce the spread of light to adjacent lenses. The sample plate 40, or at least the bottom of each well within the sample plate, is translucent or transparent. The light is thereby coupled into a particular optical fiber within the fiber optic manifold 38 and paralleled into the corresponding sample well;
It can be transmitted through the well and its contents, through a corresponding focusing lens located in lens array 48, and to a corresponding photodetector 44 located directly below the sample well.
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1−40
の複数の井戸に含まれる各試料の透過率または光学4度
を外部的に表示する。Each photodetector 44 detects the intensity of light passing through its corresponding sample well and generates an electrical output signal proportional to the light intensity. Each photodetector 44 on detector board 46 functions in a similar manner, providing a signal that is proportional to changes in the intensity of light impinging on each photodetector. The light intensity changes as the transmittance of the sample changes in accordance with the progress of chemical reactions in the sample and in accordance with changes in the components of the sample. The electrical signal from photodetector 44 is sent to analysis and display device 50. This device 50 processes the received signals and processes the sample play 1-40.
The transmittance or optical 4 degrees of each sample contained in the plurality of wells is externally displayed.
第1図に示す測定装置は、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22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
。The measuring device shown in FIG. 1 includes one reference fiber 52. The measuring device shown in FIG. This reference fiber 52 is placed adjacent to the focal point 22 and continuously receives light each time the light source 14 is activated, ie each time any of the sample locations are examined. Light emitted from the output end of reference fiber 52 is coupled through the air or empty sample well to a separate photodetector 45 on detector board 46 to provide a reference photodetector signal. The meaning of this reference signal will be described in detail later.
光フアイバ分配器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。The optical fiber distributor 32 has one optical fiber called the home fiber. This home fiber serves as a reference for determining the current position of distributor 32 relative to rotor 24. The details of the home fiber function will be described later.
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、第1図に
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、第1図に示すように、試料プレート40は、
撹拌機構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。A color reaction occurs in the sample to be measured, and in order to promote uniform distribution of color caused by this reaction, the measuring device shown in FIG. Means are provided for stirring the chemical solution. That is, as shown in FIG. 1, the sample plate 40 is
It is attached to the stirring mechanism 54. This stirring mechanism 54 is
The sample plate 40 is vibrated to thoroughly mix the chemical solutions contained in the sample wells.
従来のマイクロプレート測定により酵素連鎖免疫吸着剤
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かつあだ。光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。When performing dynamic analysis of enzyme-linked immunosorbent analytes using conventional microplate measurements, a common problem and problem is that the color distribution generated as the color reaction develops is not uniform across the width of the sample well. . Dynamic measurement of optical density is
Since the transmission of light passing through the central portion of the sample well is utilized, non-uniform distribution of color, for example due to color development on the walls or corners of the sample well, significantly reduces the accuracy of the measurement of light transmittance. If the color distribution in the sample is non-uniform, the measured values for each well will vary even if the same chemical reaction is occurring in each well, and the reliability of the transmittance measurement will be lost.
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。Some conventional measurement techniques suggest manually shaking the microplate before reading. However, dynamically measured optical density, which originally varies linearly with time, undergoes unpredictable and non-reproducible changes because the color diffuses arbitrarily as the reaction progresses.
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である程
度の直線性が得られても、反応?8 ?&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。That is, the transmittance of the sample becomes dependent on the non-uniform color distribution that develops in the sample. This non-regenerative change is
This cannot be overcome by vibrating the microplate at the beginning of the dynamic measurement cycle. This is because, unlike conventional end point measurement in which the reaction is suppressed before measurement, in dynamic measurement the optical density is measured while the progress of the reaction is not suppressed. Color continues to be generated as the reaction progresses, so even if some degree of linearity is achieved by applying vibration at the beginning, the reaction will continue. 8? It is insufficient to provide a uniform distribution of color throughout &, resulting in low measurement accuracy.
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
反応が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。第1図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。In accordance with the present invention, in multiple readings during a dynamic measurement cycle, stirring the reactants immediately before each reading ensures uniform distribution of the color developed throughout the sample where the chemical reaction is progressing, ensuring measurement accuracy. was found to be significantly improved. In the embodiment shown in FIG. 1, a uniform distribution of color is achieved by shaking the entire microplate before each measurement. This vibration agitates the reactants in each sample well and prevents local separation of dye products due to enzymatic reactions. In this way, the variation in the transmittance of the sample within the sample well is maintained approximately linear with time throughout the dynamic measurement cycle.
第1図に示す実施例において、試料プレート40は、撹
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5
4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2011zの周波数において約17
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。In the embodiment shown in FIG. 1, sample plate 40 is connected to a stirring mechanism 54. In the embodiment shown in FIG. This stirring mechanism 54 includes a motor configuration for applying gentle vibrations of a desired period to the sample plate 40. Based on the preferred embodiment, the stirring mechanism 5
4 utilizes a reversible motor used to control the position of the sample plate and vibrates the sample plate by repeatedly rotating this motor in both directions at a desired rate of vibration. Approximately 17 at a frequency of approximately 2011z
Vibrating the sample plate over a distance of 16 inches gives satisfactory results. The measuring device is programmed to vibrate the sample plate before each reading. A short time delay is placed after this oscillation and before reading. This is to calm down the reaction solution in the sample.
この遅延時間は、撹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。This delay time prevents errors in reading from occurring due to reflection or refraction caused by waves generated during the stirring process. Typical time intervals are 3 seconds for agitation and 1 second for delay.
攪拌は必ずしも機械的手段によって実行する必要はなく
、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。Stirring does not necessarily have to be performed by mechanical means, as long as the purpose of achieving uniform color distribution is achieved. Other suitable agitation means such as ultrasonic vibrations may also be used. These means are used depending on the desired efficiency, the composition of the reactants, etc. Furthermore, the vibratory motion of the sample plate is not limited to horizontal motion parallel to the plane of the sample plate or rotational motion; longitudinal vibration (vertical motion) can also be used as long as leakage of the sample is prevented.
第2図は、光フアイバマニホルド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12z8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、
第2図に示すように、光フアイバマニホルド38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
。FIG. 2 shows details of the fiber optic manifold 38 and the placement of each optical fiber on the underside of the manifold. This example is designed to sequentially analyze samples contained in a conventional microplate with 96 test sites or wells arranged in 12x8 columns. therefore,
As shown in FIG. 2, fiber optic manifold 38 has a total of 96 optical fibers. These optical fibers are 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、At、A2
.A3−A12の12本の光ファイバを有する。They are arranged in 8 rows of B, C, D, E, F, G, H, and each row has 12 optical fibers. For example, row A has 12 optical fibers.
.. It has 12 optical fibers from A3 to A12.
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1
2列の配置と、隣接する光フア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。The output end of the reference fiber 52 and the output end of the home fiber are arranged in the manifold 38 . 1 of A-H
The arrangement of the two rows and the arrangement of the gaps between adjacent optical fibers correspond exactly to the arrangement of the sample locations in the sample plate used for analysis. Therefore, the light that has passed through a particular optical fiber is directly parallel incident on the corresponding sample well, transmitted through the sample, and reaches the corresponding photodetector, where the intensity of the light incident on this photodetector is Generating an electrical signal having a proportional magnitude.
第3図は、光フアイバ分配器32を示す概略図であり、
光フアイバマニホルド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、光フアイバマニホルド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、光フア
イバ列の最初のA列に先行する場所に位置する。FIG. 3 is a schematic diagram showing an optical fiber distributor 32,
The input ends of each optical fiber disposed within optical fiber manifold 38 are shown arranged in a circular manner. As shown in this figure, the distributor 32 is connected to a fiber optic manifold 38.
Each input end of 98 optical fibers is disposed within the optical fiber. These 98 optical fibers are arranged in a circle in the distributor 32. The input end of the home fiber is located at a location preceding the first A row of optical fiber rows.
3個の不透明点が、ホームファイバと最初のファイバA
1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。Three opaque points connect the home fiber and the first fiber A
It is located between 1 and 1. This fiber A1 corresponds to the sample location to be analyzed first. The opacity point is referenced at the start of a new analysis process, as described below.
第4図は、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 (第1図)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。FIG. 4 is a block diagram illustrating the processing circuitry used to analyze the signal generated by photodetector 44. In the illustrated embodiment, detector board 46 actually includes 98
Of these, 96 photodetectors correspond to the 96 sample locations on the sample plate 40 (Fig. 1), one receives light from the reference fiber 52, and the remaining One of them receives light from the home fiber.
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11O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112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。If a single optical fiber serves both optical reference and home reference functions, only one reference detector is required. The signals generated by the 96 photodetectors for each sample location are converted to voltages corresponding to the signals by current/voltage converter 11O. These signals are then passed from band-limiting low-pass filter 111 to multiplexer 112 . Multiplexer 112 controls selection of a desired one of the 96 signals according to a preprogrammed order, and the selected signal is then further analyzed.
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。The signals generated in response to the light from the reference fiber 52 and the light from the home fiber are converted into equivalent voltages by current/voltage converters 113 and 114, respectively, and passed through band-limiting low-pass filters 115 and 116. be done.
マルチプレクサ112の出力と、二つの低域フィルタ1
15および116の出力とは、第2のマルチプレクサ1
18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
。The output of the multiplexer 112 and the two low-pass filters 1
15 and 116 are the outputs of the second multiplexer 1
18, where one of these three outputs is controlled and selected, and the selected signal is then further analyzed.
ホームファイバは、光フアイバ分配器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。The home fiber is connected to the optical fiber distributor 32.
A suitable means for determining the angular position of optical fiber 26 within rotor 24 is provided. In other words, the home fiber serves to ensure accurate positioning of the rotor 24, to direct the output light from the coupling optical fiber 26 to the appropriate optical fiber in the distributor 32, and to initiate the analytical sequence. .
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。Since all light entering the home fiber is transmitted directly to a dedicated home photodetector 44, this home photodetector 44
If a peak signal is present in the output of the rotor 24, the rotor 24 is located at the so-called home position, and in this position the coupling optical fiber 26 is aligned with the home fiber.
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2
4を回転させる。第1の光ファイバAI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AI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。Each time a new analysis is started, the measuring device first positions the rotor 24 in the home position. To do this,
While monitoring the output of the home photodetector, rotate the rotor 2 until a peak output signal is detected from this home photodetector.
Rotate 4. Since the position of the home fiber with respect to the first optical fiber AI is a known function (in this example, separated by three opaque points), the coupling fiber 26 and Alignment with fiber AI is easily accomplished by moving rotor 24 three consecutive positions.
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、読取リ
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。The reference fiber 52 acts as a calibration means, whereby only the difference between each measurement of the detected light intensity is used to analyze the transmittance of the sample, thereby accounting for variations in the light output of the light source and variations in the instrument. The effect is removed. That is, each time an analysis is performed, the signal generated by the reference fiber is measured before the start of the read cycle. All signals generated by the photodetector for each analysis site are then measured relative to the signal originally generated by the reference fiber.
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。In this way, only the actual change in the transmittance of the liquid sample as a result of the chemical reaction occurring at the sample location is measured. Over the life of a light source, its light intensity will change, but local differences in light intensity due to these changes and readings taken before the light source or other equipment has stabilized are ignored.
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、光フアイバ分
配器32に対して光フアイバロータ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。Since the home fiber is directly coupled to its corresponding photodetector, the home fiber can be used as a reference optical readout source, and as described above, the fiber rotor 24 is connected to the fiber splitter 32. In addition to providing a reference for positioning, all functions of a reference fiber can be effectively provided.
第4図にもどり、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800 Hz)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。Returning to FIG. 4, the signal selected by multiplexer 118 is passed through a conventional bandpass filter 119. This bandpass filter 119 has a reasonably sized band approximately centered at the frequency at which chopper 16 modulates the light passing through it (eg, 800 Hz). The bandwidth of bandpass filter 119 is selected to be large enough to accommodate variations in signal settling time caused as a result of the high speed readings performed on the sample plate. The band limited output from filter 119 is sent to variable gain amplifier 120. The function of this amplifier will be described later.
増幅器120の出力は、2方向スイツチ122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方向スイツチ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、光が光フアイバ分配器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方向スイツチ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0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。The output of amplifier 120 is sent to a two-way switch 122. This switch 122 is normally in the closed position and provides a direct electrical connection from the amplifier 120 to a subsequent portion of the processing circuit. When the two-way switch 122 assumes the open position,
Said part of the measuring device is disconnected and the switch 122 serves to effect a virtual short circuit and to take measurements only of the signal generated by the remaining part of the processing circuitry. The switch 122 therefore serves as a means for determining the dark current, which is the amount of light that passes through the fiber optic splitter 32.
If the signal does not pass through at all, it flows through the processing circuitry. This dark current measurement is not affected by noise or distortion from previous parts of the two-way switch 122. This is because the part of the processing circuitry that measures the dark current is completely isolated from the rest of the measurement circuitry. It makes sense to take such readings while the circuit is isolated from the light source. This will be discussed later.
2方向スイツチ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124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12
4の出力は、位相検出器126に送られる。The output signal from two-way switch 122 passes through high pass filter 124. This high-pass filter 124, together with the low-pass filters 111, 115, 116, provides a second band characteristic for the processing circuitry. High pass filter 12
The output of 4 is sent to phase detector 126.
この位相ネ★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
ド46からの交流出力信号の負の部分を、チョッパ16
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。This phase extractor 126, together with the reference input from the light source chopper 16 and the low pass filter 128, functions to extract a DC signal corresponding to the AC due to the modulation effect of the chopper 16. That is, the phase detector 126 directs the negative portion of the AC output signal from the detector board 46 to the chopper 16.
is inverted based on the timing input provided by . The average value of this resulting signal represents the DC equivalent of an AC signal. To extract this average value, the output of phase detector 126 is passed through a low pass filter 128.
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B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ア出力は、低域フィルタ13
2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。The output signal from low pass filter 128 is sent to a second variable gain amplifier 130. This amplifier is a precision amplifier to provide a good range of gain settings. The variable gain amplifier 130 is the first variable gain amplifier 120
In conjunction with this, the processing circuitry of the present invention provides controllable precision and high dynamic range, as will be discussed below. The output of the amplifier 130 is passed through the low-pass filter 13.
2 and sent to the AD converter 134. The AD converter 134 functions to convert the amplified analog signal into a corresponding digital signal. The digital signal generated by AD converter 134 is sent to a conventional digital microprocessor device. The microprocessor device performs a series of mathematical calculations and comparisons to determine the optical density of the sample based on a predetermined algorithm. The microprocessor device also performs sequential scanning of multiple test locations;
Provides control of different multiplexing arrangements and all associated processing circuitry.
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AI)変
喚器は、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、第1図に示すAD変喚器134が1
2ビツトの容量、つまり量子化出力レベルが0〜409
5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
。Based on one of the features of the invention, the measuring device can be made more efficient and economical by effectively increasing the dynamic range of the AD converter. The AI) converter is used to represent an analog signal that defines the processed value of the various signals generated by the photodetector. Variable gain amplifiers 120 and 130 adjust the range over which the processed signal is amplified, since a significant portion of the quantization level of the AD converter also changes over a wide amplification range. , done in such a way that it is used without exceeding its fundamental dynamic range. The actual operation of these amplifiers is that the AD converter 134 shown in FIG.
2-bit capacity, that is, the quantization output level is 0 to 409
The explanation will be made assuming that the number is 4096 in the range of 5. When the light emitted from the light source is extracted by the filter disk 19, as the wavelength of the light changes, the intensity of the light also changes. This is a signal that varies in amplitude over a wide range, along with changes in the light transmission properties from one optical fiber to another, changes in the frequency response characteristics of the photodetector itself, and changes in transmittance due to chemical changes in the sample. to occur.
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
ジタル出力を発生ずるため、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、従来は高い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。In order to prevent the signal with the maximum amplitude from having an output value that exceeds the range of the AD converter, a low gain amplifier is conventionally used. However, a drawback of such a configuration is that when the intensity of the light received by the photodetector generates a relatively weak detection signal, the low gain amplifier generates a low level digital output, which reduces the dynamic output of the AD converter. This resulted in extremely inefficient use of the microwave. In such cases, ADs with high bit processing performance have conventionally been used.
This problem has been addressed by upgrading the equipment by using a converter, but this significantly increases the cost of the entire equipment.
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。In accordance with the present invention, variable gain amplifiers 120 and 130
First, process the input signal at a very low gain setting. The resulting digital output is compared with the maximum value of the AD converter output to determine the maximum gain for which the input signal is processed without exceeding the maximum digital output value of the AD converter.
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AD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ビツト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内に入る。For example, if the input signal produces an AD converter output of approximately 50 counts at the initial gain setting (usually 1), the device will output this count value and the maximum count value of the AD converter (4095 for a 12-bit AD converter). ) and
The digital output falls within the maximum count value to determine the range within which the signal can be safely amplified.
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ピッ1−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7
4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。A safety factor of approximately 10% is incorporated into this dynamic range processing. This is achieved by not basing the comparison on the maximum output value of the AD converter, but comparing it with approximately 90% of its maximum output. For a 12-pin 1-AD converter, the actual 50 counts are divided into 3686 counts, which is the maximum output considering the safety factor, which is approximately 7
A desired amplification factor of 4 is obtained. After this decision has been made,
The gain settings of the variable gain amplifier are adjusted to approximate the desired gain factor. The configuration therefore allows maximum use of the dynamic range of the measuring device, regardless of changes in the relative strength of the signals generated by the photodetector.
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、第5図を参照して説明する。According to the invention, the gain G1 of the first variable gain amplifier 120 is adjusted based on the signal obtained from the light transmitted through space. On the other hand, the gain G2 of the second variable gain amplifier 130 is adjusted based on the signal obtained from the photodetector at the sample location. The actual operating sequence of gain setting adjustment for the variable gain amplifier and the operating method of the entire measuring device will be explained with reference to FIG.
第5図は、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ヂャートである
。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152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。FIG. 5 is a flowchart illustrating the general sequence of operations used in a typical sequential scan based on the apparatus of the present invention. The sequence begins at step 150, where various device variables are initialized, such as the number of reads performed within a dynamic read cycle, the agitation time, and the post-agitation delay time. Spatial calibration is performed at step 152 by reading each empty sample well. The measurements made during the spatial calibration stage are performed using the second variable gain amplifier 130.
The gain G1 of the first variable gain amplifier 120 is optimized for the maximum dynamic range of the AD converter. Details of the various steps and measurements performed in the spatial calibration step 152 are discussed below.
空間較正ステップ152の次には、ステップ154が実
行され、ここで動的読取リサイクルが、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、撹拌と遅延と
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。Spatial calibration step 152 is followed by step 154, where dynamic read recycling is performed in step 150.
The measurement is started based on the initialization data given to the measuring device. In this dynamic read cycle, agitation, delay, and reading are performed at each discrete preprogrammed time interval.
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、読取リサイクルにおいて、単一の時間間隔において
のみ、前記段階が実行される。In each of these time intervals, for a particular measurement sample,
An optical density reading is taken. For conventional endpoint analysis, the steps are performed only in a single time interval during a read cycle.
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。Step 156 includes a series of three steps, beginning with an agitation step 158. During this stirring step, the sample plate is vibrated for a predetermined period of time. Next, in step 160, a settling phase is performed for a predetermined delay time during which the vibration mechanism is stopped and the reactants in all sample wells of the sample plate are allowed to settle for a predetermined time interval. , then the actual signal reading is performed. In step 162, the measurement device takes transmission readings for all wells of the sample plate. In this step, the gain setting G2 of the second variable gain amplifier 130 is optimized, while the gain setting G1 of the first variable gain amplifier 120 is maintained at the optimal value determined during spatial calibration. Details of the procedure of reading step 162 will be described later.
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リ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、撹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。After the read step 162, a check is made in step 164 as to whether the device has completed a predetermined dynamic read cycle. If the result of step 164 is No, step 166 continues the dynamic read cycle. The measurement device repeats the reading step 156 at each predetermined time interval of the dynamic reading cycle until the stirring step and the associated delay step and reading step are performed.
In step 164, the measurement device is stopped once the readings at each predetermined time interval are completed. This marks the end of the dynamic read cycle.
前記に説明した読取リサイクルは、試料箇所における光
学濃度を計算するために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
。第1図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、読取リ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。The read recycling described above is performed by the illustrated photometric device to obtain the various optical readings necessary to calculate the optical density at a sample location. A microprocessor device, forming part of the analysis and display device shown in FIG. It calculates based on an algorithm and calculates the time interval for performing the desired measurement.
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。The following definitions and symbols will be used to describe the various operations performed by the measuring device of the invention during the spatial calibration and reading stages.
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)。ODn: Calculated optical density of a given sample well (n is 1
~96, designating each of the 12 sample wells each placed along each of the eight columns A-H of the microplate).
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。Wn: the output signal of the photodetector corresponding to a given sample well for containing the reaction sample.
G1:第1の可変ゲイン増幅器120の調整可能ゲイン
(1、2、4、8,16,32,64,128を含む乗
算係数によって制御可能)。G1: Adjustable gain of the first variable gain amplifier 120 (controllable by multiplication factors including 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128).
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)
。G2: Adjustable gain of second variable gain amplifier 130 (controllable by multiplication factor including 1, 10, 100)
.
Dn:与えられた試料井戸についての第4図に示す2方
向スイツチ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。Dn: Dark current reading in the open position of two-way switch 122 shown in FIG. 4 for a given sample well. This reading is obtained with the first gain setting G1 equal to 1 and the same second gain setting G2 used to obtain the corresponding signal output Wn.
W、AlRn :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。W, AlRn: Signal reading in spatial calibration of a given sample well, obtained with the gain setting of the second variable gain amplifier G2=1.
Dair :第2のゲイン設定を02=1として得られ
る空間較正の暗電流の読取り値。Dair: Spatial calibration dark current reading obtained with second gain setting 02=1.
L、REFair :第2のゲイン設定を02=1とし
て空間較正中に得られる基準信号の読取り値。L, REFair: Reference signal reading obtained during spatial calibration with second gain setting 02=1.
L、REFread :第2の可変ゲイン設定を02
=1として読取リサイクルの開始時に得られる基準信号
。L, REFread: Set the second variable gain setting to 02
Reference signal obtained at the start of read recycling as =1.
Dread :読取リサイクルの開始時に得られる暗
電流の読取り値。Dread: Dark current reading taken at the beginning of a read cycle.
第6図は、第5図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20
0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。FIG. 6 is a flowchart illustrating the sequence of operations involved in the spatial calibration step shown in FIG. first step 20
At 0, the measuring device positions the rotor 24 in the home position. This is done by sequentially displacing the rotor to a position where a peak signal is detected from the output of the home photodetector. At this stage, the first
And the gain settings of the second variable gain amplifiers 120 and 130 are set to 1.
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Hに切換を行い、光基準信
号り、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134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り、REFairと最適化された第
1のゲイン設定G I L、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。The next step in the spatial calibration sequence is step 202, where the measurement device switches to the photodetector H for the reference fiber or the photodetector H for the home fiber and measures the optical reference signal REFair. This reading is performed by setting the gain G2 of the second variable gain amplifier to 1 and optimizing the gain G1 of the first variable gain amplifier to obtain the maximum count value at the output of the AD converter 134 (as described above). (following a safety factor adjusted dynamic range procedure). Also, in step 202, the measured reference signal value REFair and the optimized first gain setting G I L, air are stored in the memory of the microprocessor device and used to calculate the optical density. .
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、光フアイバ分配器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から光フアイバマニホル
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。In the next step 204, the rotor is displaced a predetermined number of positions relative to the home position and the fiber optic distributor 32
Upper opaque point X1. X2. It is moved to a position corresponding to one of X3. According to the preferred embodiment, the rotor is displaced two positions relative to the home position and comes to rest at a position corresponding to the opaque point X2. In this position, the opacity point prevents the coupling of light from the coupling optical fiber 26 to all optical fibers in the fiber optic manifold 32;
Isolate the photodetector from the light source.
次のステップ206において、2方向スイツチ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Gl、G2は1に設定される。暗電流
Dairの読取り値は、第4図において2方向スイツチ
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。In the next step 206, the two-way switch 122 is activated and the dark current is read Dair. At this time, the first and second gains Gl and G2 are set to 1. The dark current Dair reading is representative of the residual current flowing in the portion of the processing circuitry that follows the two-way switch 122 in FIG.
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。This value is subtracted from the signal reading for each sample well so that it represents the actual value of transmittance for the sample well at the specified time. Furthermore, in step 206,
The measured dark current reading Dair is stored in the device's memory and used to calculate the optical density.
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2
08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AI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Alについての空間較正信号値−、Al
Rn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GIAIに最適化される。このGIAI
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、AlRn (本
例ではn = A I )と最適化ゲイン設定GJAI
とがメモリに格納される。At this stage, the measurement device is ready to perform spatial calibration readings of each sample well. Therefore, step 2
At 08, the rotor 24 advances to position A1 corresponding to the first sample well of the sample plate, and the photodetector corresponding to sample well AI is turned on. In the next step 210, the spatial calibration signal value for sample well Al−, Al
Rn is read. At this time, the gain G2 of the second variable gain amplifier is set to 1, and the gain G1 of the first variable gain amplifier is optimized to the value GIAI. This GIAI
represents a gain setting value that can obtain the maximum output of the AD converter in consideration of the safety factor within a range that does not exceed the rated dynamic range of the AD converter. Step 210
At the end of , the measured signal reading W, AlRn (n = A I in this example) and the optimized gain setting GJAI
is stored in memory.
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21
2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YES、つまり9
6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。In step 212, the microprocessor device:
Check whether spatial calibration was performed in each of the 96 sample wells on the sample plate. Step 21
If 2 is No, step 214 advances the rotor to a position corresponding to a subsequent sample well before returning to spatial calibration step 210. Step 212 is YES, that is 9
If spatial calibration has been performed in six sample wells, the spatial calibration sequence ends at step 216.
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
、光フアイバマニホルド38からの光は、光検出器に直
接伝送される。The entire spatial calibration sequence consists of the sample plate retracted position,
That is, at a location remote from the photodetector board, the light from the fiber optic manifold 38 is transmitted directly to the photodetector.
第7図は、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。読取りを行うに先立って、試料プレート
を前進させ、読取り段階の準備を整える。FIG. 7 is a flowchart showing the operational sequence of the reading stage by the measuring device. It should be noted that before taking actual readings on a given sample plate, the measurement device performs a spatial calibration step while leaving the sample plate in the retracted position. Prior to taking a reading, the sample plate is advanced and prepared for the reading step.
第7図のステップ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Gl、G2は共に1に設
定される。Step 300 of FIG. 7 is the beginning of the reading phase, in which the measuring device positions the rotor in the home position. For this purpose, the signal from the photodetector for the home fiber is tracked by the processing circuitry, with the gains Gl, G2 of the first and second variable gain amplifiers both set to 1.
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、光基準信号り、REFreadを測定する。Next, the process advances to step 302. The reference signal is now measured. In other words, the measurement device switches to the photodetector corresponding to the reference fiber (if the home fiber also functions as the reference fiber, the photodetector corresponding to the home fiber), and measures the optical reference signal REFread. do.
この時、G2は1であり、Glは前記したダイナミック
レンジ手順に基づいて最大値G IL、airに最適化
される。ステップ302の一部として、測定されたり、
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。At this time, G2 is 1, and Gl is optimized to the maximum value GIL,air based on the dynamic range procedure described above. As part of step 302, the measured or
The REFread value is stored in the device's memory and used to calculate optical density.
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、光フアイバ分配器32上の
3個の不透明点X1.X2.X3の一つに位置される。In the next step 304, the rotor 24 is displaced by a specified number of positions and the three opaque points X1 . X2. It is located in one of X3.
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。In this example, the rotor 24 is moved two positions relative to the home position and is located at the second opaque point X2.
次のステップ306において、2方向スイツチ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Gl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t、io、1oo)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30
6の一部として装置のメモリに格納される。In the next step 306, the two-way switch 122 is activated and a series of dark currents Dair,x are measured. At this time, the first variable gain Gl is set to 1. Second
One reading is taken at each of the possible gain settings of G2 of the variable gain amplifier (t, io, 1oo in this example). The measured value of Dair,x is determined in step 30
6 in the device's memory.
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Al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
読取リサイクルを開始する。In the next step 308, the rotor 24 advances to the first sample well location Al. The device also switches to the photodetector corresponding to the first sample well A1 and begins the actual sequential read recycling.
次のステップ310では、所定の時間間隔TI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。In the next step 310, a stirring mechanism is activated for a predetermined time interval TI to promote uniform color distribution as described above.
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、光フアイバマニホルド
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。Following the agitation phase of step 310 is the calming phase of step 312. During this calming phase, the stirring mechanism is stopped and the device is stationary for a time interval T2, allowing the stirred sample to settle and become ready for transmittance readings. The agitation step of step 310 moves and vibrates the sample plate between the fiber optic manifold and the photodetector board.
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。The calming step is therefore carried out during the time during which the sample plate is moved from the stirring position to the reading position. Immediately after the stirring phase and subsequent settling phase of the reaction sample in the sample plate, optical density readings are taken.
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は第6図
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GIAIに設定され、C2は最初
1に設定され、次に第2図に示す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WAl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。In step 314, a measurement of the signal WAn for the first sample well A1 is made. At this time, G1 is set to the gain value GIAI determined and stored as part of the spatial calibration in step 210 of FIG. Optimized to a value such that a regulated maximum output is generated. Also, as part of step 314, the measured signal value WAl is stored in instrument memory and used to calculate the optical density for the sample well.
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No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。In the next step 316, the microprocessor device checks whether signal readings have been taken for all 96 sample wells. If step 316 is No, then
The microprocessor device advances the rotor to a position corresponding to the next sample well.
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。At the same time, the processing circuitry switches to monitor the photodetector corresponding to the selected sample well.
次にステップ310に戻り、攪拌、鎮静、および読取り
ステップ310.312.314が再度実行される。こ
れら3ステツプは、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において読取リサイク
ルの終了となる。Step 310 is then returned to and the agitation, sedation, and read steps 310, 312, and 314 are performed again. These three steps are repeated until step 316 is YES and all signal readings for the sample wells are completed. This ends the read recycling in step 320.
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120のゲインG
lnは、空間較正段階中に各別に決定され、次に動的読
取リサイクル中、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G2n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。According to the above description, for a given sample well denoted by n, the gain G of the first variable gain amplifier 120
It can be seen that ln is determined separately during the spatial calibration phase and then this value is kept constant during dynamic read recycling. The value of G1 is not adjusted until the next spatial calibration step. The gain G2n of the second variable gain amplifier 130 is set to 1 for spatial calibration and optical reference readings, so the dynamic range of the second amplifier 130 is only used when the actual transmission readings are taken, and the spatial Not used for calibration readings.
第6図および第7図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。Once the optical parameters defined and described in connection with FIGS. 6 and 7 have been obtained by the measuring device for a given sample well, the calculation of the optical density ODn of the reaction sample contained in this sample well is as follows. It is done like this.
00、、=LOG+。((W、AIR,1−D、i、)
/(−7−〇、)本(L、REFr−−a D、
−−a) /(L、REFair Da+r)本
(G2.) )
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−On)
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
。00,,=LOG+. ((W,AIR,1-D,i,)
/(-7-〇,) book (L, REFr--a D,
--a) /(L, REFair Da+r) book (G2.)) The above formula represents the logarithm value of the product of three independent quantities. 1st
Amount of (W, AIRn-Dair) / (Wn-On)
is the ratio of adjusted signal readings for a given sample well (1) without sample and (1) with sample. All readings taken by the microprocessor device's processing circuitry are adjusted for offset voltages generated by the AD converter or other system offsets and drifts. At this time, the corresponding dark current reading is taken into account. These adjustments are as shown in the above equation for ODn. For example, the signal reading W
.
AlRn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。AlRn is normalized for dark current effects by subtracting the Dair of the corresponding dark current reading. Similarly, this signal reading Wn is adjusted by subtracting the corresponding dark current reading Dn.
第2の量(L、REFread−Dread) / (
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。Second quantity (L, REFread-Dread) / (
L, REFair-Dair) is the ratio of the optical reference readings for a given sample well obtained during the spatial calibration stage and the reading stage. These two readings are also normalized based on the corresponding dark current reading.
上記式の第3の1l(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。The third 1l(G2n) in the above equation takes into account the effect of the dynamic range procedure described above.
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。In other words, this quantity neutralizes the amplification effect of the signal reading by the processing circuitry.
動的読取リ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、ある動的読取リ
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。Applying the above equation to the parameters measured during dynamic read recycling provides highly accurate optical density measurements. This means that the above equation accounts for effects due to instrument offset voltage, effects due to local differences in light intensity, effects of measurement conditions from one dynamic read cycle to another, and changes from one sample well to another. This is because the influence of measurement conditions on the sample well is taken into account.
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。In accordance with another feature of the invention, the logarithmic operations required to calculate the optical density readings are performed by storing all necessary logarithmic values in the microprocessor unit in the form of a look-up table and using the digital output of the processing circuitry. used as an indicator,
This can be done by searching for the appropriate logarithm value. In conventional equipment, the output signal of the photodetector on the photodetector board is
It was sent to a logarithmic amplifier, where the logarithmic value of the output signal was obtained. This technique has many problems and limitations.
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。This is because the device always needs to be adjusted for the offset gain of the logarithmic amplifier. There is also a need to accurately track and appropriately compensate for temperature drift in the computing device to maintain computational accuracy. According to the invention, the calculation of logarithmic values is performed with substantially higher precision and is obtained independently of the parameters of the device. This is accomplished by storing in the memory of the microprocessor device all the logarithmic values required by the device and calculating the optical density readings.
つまり、前記ルックアップテーブルは、第4図に示す装
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ビツトAD変
換器の場合、可能な量子化レベルは、0〜4095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。409
6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。That is, the lookup table has logarithmic values corresponding to each output quantization level for the AD converter of the device shown in FIG. For example, for a 12-bit AD converter, possible quantization levels range from 0 to 4095. This means that there are 4096 different values, and when a signal is detected, processed, and digitized, it will have one of these values. 409
The logarithm values corresponding to each of the six values are stored in a logarithm lookup table. This table is contained in the ROM portion of the microprocessor device. A logarithmic lookup table is defined in such a way that the digital output from the AD converter becomes an address or index to the corresponding logarithmic value stored in the lookup table.
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、簡単な数学的減算を実行する
ことにより、容易に行える。The lookup table is stored in the memory of the microprocessor device, so optical density calculations use the digital output, extract the corresponding logarithmic value stored in the lookup table, and perform simple mathematical subtraction. This can be easily done by executing
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。In another feature of the invention, the process of selecting a particular photodetector from a plurality of photodetectors on a photodetector board is facilitated. This is achieved using a hierarchical parallel addressing method for the photodetectors. That is, the photodetectors are divided into a selected number of blocks, each block having multiple photodetectors. Corresponding photodetectors within each block are connected in parallel. For example, when the first photodetector of a first block is addressed, the measurement device automatically addresses the first photodetectors of the remaining blocks.
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〜B4.C1〜C
4゜D1〜D4を備え、第2のブロックは光検出器A5
〜A8,135〜B8.C5〜C8、D5〜D8を備え
、第3のブロックは光検出器A9〜A12,89〜B1
2.C9〜C12,D9〜DI2を備え、第4のブロッ
クは光検出器E1〜E4.Fl〜F4.Gl〜G4.H
1〜H4を備え、第5のブロックは光検出器E5〜E8
、F5〜F8゜C5〜C8,H5〜H8を備え、第6
のブロックは光検出器E9〜E12D 、 F 9〜F
12,09〜G12.H9〜I]12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AI 、A5 、A9 、El 、
E5 。For example, considering a microplate with 96 wells, the photodetector board comprises 97 photodetectors (96 for the sample wells and one for the home reference and light reference). In accordance with a preferred embodiment of the invention, the 96 sample well photodetectors are divided into blocks of 16. The first block includes photodetectors A1 to A4. B1-B4. C1-C
4° D1 to D4, and the second block is a photodetector A5.
~A8,135~B8. C5-C8, D5-D8, and the third block includes photodetectors A9-A12, 89-B1
2. C9-C12, D9-DI2, and the fourth block includes photodetectors E1-E4. Fl~F4. Gl~G4. H
1 to H4, and the fifth block includes photodetectors E5 to E8.
, F5~F8° C5~C8, H5~H8, and the sixth
The blocks are photodetectors E9~E12D, F9~F
12,09~G12. H9-I]12. In such a block configuration, the first photodetector of every block, namely AI, A5, A9, El,
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。E9 is connected in parallel and the other remaining photodetectors are connected in a similar manner.
各光検出器への7ドレツシングは、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。7Dressing to each photodetector is greatly simplified. This is because the same address applies to any selection of the six photodetectors. Even if six photodetectors are turned on each time, only one of them is actually monitored. The photodetectors in each block are spaced far enough apart on the photodetector board that a desired photodetector is affected by scattered light from the other five photodetectors in the block. Never.
第8図〜第13図に基づき、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、前記光ネ食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。A preferred embodiment of a high-speed solid-state multi-beam photometer for microanalysis at multiple locations will be described with reference to FIGS. 8 to 13. This device is capable of performing a large number of readings in a short period of time, without mechanically moving the optical system, the microplate, or the sample to be analyzed at multiple locations. Multiple light sources are arranged so that each separate light source illuminates each sample well or sample location. At least one monolithic photodetector is used so that light coming from different analysis points can be detected at different points on the surface of the photodetector. The light sources are turned on sequentially so that only one light source emits light at a time. The signal detected by the photodetector corresponds to the particular sample well under the light source that is turned on at this time.
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。In the preferred embodiment, 96 light emitting diodes (LEDs)
) are arranged over 96 wells on a microplate or 96 sample locations on a microplate filter. At least one silicon photodetector is placed below the microplate or filter. This photodetector has an area corresponding to the area of a plurality of wells on a microplate. Connection lines are soldered to the top layer of the photodetector. These lines are arranged in a cross-shape corresponding to the areas between the sample locations so as not to obstruct the light.
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、6011zの
ラインパワー信号である。When a large photodetector is used, there is a problem of increased noise. This noise can be overcome by a number of properties. Using brighter LEDs increases the signal strength against noise. The main noise signal is the 6011z line power signal.
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60 tlz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。The effect of this noise signal can be addressed by taking 10 readings for each well, each reading synchronized to 36° from the previous reading in a phase space of 60 tlz. For these 10 readings, the time between readings is:
(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6011z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。(10n+1)/600 seconds, where n is an integer. Thus, the 6011z noise encountered in one reading, averaged over 10 readings, is canceled by the noise encountered in other readings in opposite phase.
ノイズは、光源を常にON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O
N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。To reduce noise, do not leave the light source on all the time, but use an LED.
It can be reduced by sequentially turning on at high cycles. Next, a filter is used to remove noise that occurs at a frequency equal to or higher than the cycle of sequentially turning on the LEDs. Measurement is done at the LED O
This high frequency is performed for both the N and OFF states.
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。Measurements in the OFF state provide a reference level corresponding to noise within the device at frequencies lower than the sequential ON period. Since the measurement in the OFF state is performed immediately after the measurement in the ON state, the noise level is approximately the same in both states and cancels out.
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”AHでは、同じ程度の大きさの変
動問題は生じない。ごの変動問題は、次のステップによ
って克服できる。A disadvantage of using LEDs and large photodetectors is that their properties vary with temperature. These properties can change over a period of minutes. AH, which uses a tungsten light source and a small photodetector, does not suffer from the same magnitude of variation problem. The variation problem can be overcome by the following steps.
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開
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。First, a reading is taken without inserting the sample to obtain a light signal value corresponding to the light transmission through the space between the LED and the photodetector. Immediately after this, the microplate is filled with water (blank plate), buffer, or other base solution in which the chemical reaction takes place, and a second measurement is performed. Alternatively, a second measurement is performed on a blank filter. This provides a blank optical signal level. This signal level corresponds to light transmission through the blank plate. In sequential readings of a chemical sample, each reading is immediately preceded by a second reading through space. Next, the chemical sample reading and the blank reading are compared, and the difference between the two spatial readings is further adjusted. Differences in readings through space are due to variations in photodetector and LED characteristics due to temperature. Using spatial readings eliminates the need to insert a blank reading before each sample.
第8図は、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100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。FIG. 8 is a perspective view of a preferred embodiment of a multi-beam photometry device according to the present invention. The optical measurement device 60 includes a circuit board 70, which will be described in detail below, a monolithic photodetector 80, an LED array 90, and a drawer-type sample holder 100. Microplate or sample plate 140 is typically placed within an opaque mask 160. This opaque mask 160 covers the sample plate 140.
well walls while allowing light to pass from the top to the bottom of each sample well or vice versa. This assembly is placed within the open container 180 of the sample holder 100. In this measuring device, when the sample holder 100 is returned to the closed position, a microswitch is activated, indicating that the sample can be measured.
第9図は、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。FIG. 9 is a side cross-sectional view of a sample plate well inserted into mask 160 and positioned between photodetector 80 and LED array 90. Although not shown, a microplate configuration filter can also be placed within the holder 100 to perform measurements. This holder 100 isolates each sample site from each other while allowing light to pass through each sample site.
第10図は、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(CP U)400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440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50
0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600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。FIG. 10 is a block diagram showing an electronic control circuit configuration based on the present invention. The central processing unit (CPU) 400 is
This circuit is controlled, and for each LED that is lit,
Data signals are sent on data bus 420 to decoders 440 and 460. The decoded signals are routed to current drive array 50 via the appropriate lines of buses 480 and 520.
0 and current sink array 540, respectively. This signal also travels through drive bus 560 and sink bus 600 to activate a particular LED in LED array 90 . The light passes through sample 140 to photodetector 80 .
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、CP (J400
に戻り、そこで分析される。The signal from photodetector 80 is transferred to current/voltage converter 660, sample and hold circuit 680, and AD converter 700.
CP (J400
and will be analyzed there.
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4
40および460に伝送される。デコーダ440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LE’、Dの適切な横列に対応するデータ部
分をデコードし1、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。CPU 400 is a standard CPU board, including a microprocessor, random access memory (RAM), and read only memory (ROM), such as a Microsystems 5323. When this is operated and a specific LED is turned on, a digital code corresponding to this LED is transmitted to the decoder 4 along the data bus 420.
40 and 460. Decoder 440 decodes the data portion that indicates the correct column of LEDs to be lit and energizes the appropriate line of data bus 480 to current drive array 500. The decoder 460 is
The data portion corresponding to the appropriate row of LE', D to be lit is decoded 1 and the data line of data bus 520 connected to current sink array 540 is energized. next,
The current is passed through the appropriate lines of the current drive bus 560;
It passes through the appropriate diodes of 90% of the 8x12 LED array and through the energized lines of sink bus 600 to the corresponding current sinks of current sink array 540.
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80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、CP
0400が制御する時間間隔においてサンプルする。Light from a particular LED in LED array 90 passes through a well in sample tray 140 and is detected by photodetector 80 . The current generated by photodetector 80 is converted to voltage by current/voltage converter 660. Sample and hold circuit 680 converts this analog voltage level to CP
Sample at time intervals controlled by 0400.
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 0400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。This analog value is converted to a digital value by AD converter 700 and sent along bus 720 to CP 0400. Data from the CPU 400 is sent to the printer 740.
can be sent to.
CP U2O5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760上のソフ
トウェアクロックは、LEDの点灯タイミングを指示す
る。このソフトウェアクロックのタイミングは、60H
z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、ソフトウェアクロッ
ク760は、ゲート800においてハードウェアクロッ
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。CPU2O5 is controlled by an operating program. This program determines the timing of data analysis, printing, and transmission to decoder 440 or 460 for lighting the LEDs. A software clock on line 760 dictates when the LEDs are lit. The timing of this software clock is 60H.
Varies with respect to z-line noise. This is because when a program is interrupted to perform a read, the number of steps in the program to perform the associated operation is not the same. To avoid this variation, software clock 760 is gated by hardware clock 780 at gate 800. Therefore, each LED
The absolute time of lighting is precisely controlled. gate 800
The outputs of are coupled to clock inputs of decoders 440 and 460.
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。正札および
電子の拡散によるシリコンセルの自然の逆バイアスが、
本発明の目的にとう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。The photodetector 80 is a rectangular silicon cell with an N
It is made of doped material, and the bottom part is made of P-doped material. N
The doped layer is thin enough to allow light to pass through. The natural reverse bias of the silicon cell due to the identification and electron diffusion
No reverse bias voltage is applied as this is sufficient for the purposes of the present invention. Due to the resistance of the N-doped region, N
A grid of solder lines is crisscrossed across the top of the doped layer. These lines are placed between the wells of the microplate so that the light transmitted from the LEDs is not blocked by the lines.
電流駆動アレイ500は、定電流H820から電流の供
給を受ける。電流量は、所望量と、各LEDが放射する
光の強さとに対応して設定できる。Current drive array 500 receives current supply from constant current H820. The amount of current can be set depending on the desired amount and the intensity of light emitted by each LED.
第11A図および第11B図は、第10図に示すブロッ
ク図の一部を示す詳細回路図である。第11B図に示す
回路は、8x12のLEDアレイと同一の回路基板に位
置させることが好ましい。第11A図に示す回路は、L
EDアレイから離れた別個の基板に配置できる。11A and 11B are detailed circuit diagrams showing a part of the block diagram shown in FIG. 10. The circuit shown in Figure 11B is preferably located on the same circuit board as the 8x12 LED array. The circuit shown in FIG.
It can be placed on a separate substrate separate from the ED array.
第11A図において、電流/電圧(1/V)変換器66
0は、第10図に示す光検出器80に結合されて使用さ
れる。抵抗器840 と、コンデンサ850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660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。In FIG. 11A, current/voltage (1/V) converter 66
0 is used coupled to a photodetector 80 shown in FIG. Resistor 840 and capacitor 850 can be adjusted to provide high frequency filtering of the signal from photodetector 80. The output voltage signal of I/V converter 660 is applied to sample and hold circuit 680.
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。The sampling and holding function of this sample and hold circuit 680 is activated by a trigger input 860.
このトリガ入力860は、第10図に示すCP U2O
5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7
00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10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。This trigger input 860 is connected to the CPU U2O shown in FIG.
5 from one of the data lines of bus 880. The output 900 of sample and hold circuit 680 is A.D.
Provided as an input to converter 700. AD converter 7
The maximum voltage that 00 can accept is 10 volts. I/
The resistor 840 of the V converter 660 can be adjusted to generate a voltage such that the maximum signal expected to be detected from the photodetector 80 is slightly less than 10 volts.
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CP U2O5に与える働きをすると
ともに、CP U2O5からデコーダ440および46
0へのデータを通過させる。CP U2O5がデコーダ
440および460にデータを伝送する場合、AD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。The digital output of the AD converter 700 is connected to the data bus 920.
appears in Data bus 920 serves to provide digital values from AD converter 700 to CPU U2O5, and from CPU U2O5 to decoders 440 and 46.
Pass data to 0. When CPU 2O5 transmits data to decoders 440 and 460, the tristate output of AD converter 700 is in a high impedance state. The output of AD converter 700 is controlled by chip enable signal 940.
AD変換器700からのデジタル出力は、2個の8ビツ
トバイトからなる。バイトアドレス/短すイクル入力A
O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。The digital output from AD converter 700 consists of two 8-bit bytes. Byte address/short cycle input A
The digital signal on O first activates the first byte and then the second byte of the output of AD converter 700. To this end, one or more outputs of AD converter 700 are coupled to each data line.
デコーダ960は、イネーブル信号980を第11B図
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へのソフトウェアクロック人力と
しても働く。同期回路800の出力は抑止信号1000
である。Decoder 960 provides an enable signal 980 to decoders 440 and 460 of FIG. 11B. This signal is
It also serves as a software clock input to the synchronization circuit 800. The output of the synchronization circuit 800 is the inhibition signal 1000
It is.
第11B図において、データ信号Do−D6は、デコー
ダ440および460への入力である。定電流電源82
0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。In FIG. 11B, data signal Do-D6 is the input to decoders 440 and 460. Constant current power supply 82
0 provides current from current drive 500 to LED array 90. LED array 90 is coupled to current sink 540. Current sink 540 is an inverter with an open collector output.
特定のLEDが選択されると、7ビツトのデジタルコー
ドがデータラインDO−D6に現われる。When a particular LED is selected, a 7-bit digital code appears on data lines DO-D6.
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50
0の一つを切り換える。電流駆動トランジス500は、
電流源820からの電流を、列A−Hのうち1列のLE
Dすべてに供給する。When the enable signal is provided and the inhibit signal is removed,
Decoder 440 activates one output line and decoder 460 also activates one output line. The line activated by decoder 440 is connected to current drive transistor 50
Switch one of the 0s. The current drive transistor 500 is
The current from the current source 820 is applied to the LE of one column A-H.
D Supply all.
デコーダ460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ONL、これによって、列1〜1
2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。The line activated by decoder 460 is connected to inverter 540
ONL to a low power state, thereby causing columns 1 to 1
2, the selected one is grounded. This causes current to flow through a selected one of the selected rows of LEDs in rows A-H.
第11A図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。The front panel display 120 shown in FIG. 11A has switches for "Ready,""Load," a power on indicator light, "Blank Set,""PlateReady," and "Optical Density (OD) Range." These switches and lamps are controlled by signals from the CPU as described below.
第10図および第11図に示す回路の動作を第12図の
タイミング図に基づき説明する。サンプルおよび保持の
トリガ信号は第11A図に示す信号86であり、デコー
ダ抑止信号は第11A図および第11B図に示す信号1
000であり、ADチップイネーブル信号は、第11A
図に示す信号940である。The operation of the circuit shown in FIGS. 10 and 11 will be explained based on the timing diagram of FIG. 12. The sample and hold trigger signal is signal 86 shown in FIG. 11A, and the decoder inhibit signal is signal 1 shown in FIGS. 11A and 11B.
000, and the AD chip enable signal is the 11th A
This is the signal 940 shown in the figure.
各試料について2回の独立した読取りが行われる。Two independent readings are taken for each sample.
そのうち1回は、LEDがONで行われ他の1回はLE
D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。One of these times is done with the LED ON, and the other time is done with the LED ON.
This is done when D is OFF. The transmission level is the difference between these ON and OFF readings. The ON and OFF reading orders are shown separately.
96個のLEDは順次に通電され、60 Hz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。The 96 LEDs are energized in sequence and the reading sequence is repeated 10 times across evenly spaced phase positions of the 60 Hz line noise signal.
ライン860上のサンプルおよび保持トリガ信号は、2
50m5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ェアクロッ
クによって発生される。デコーダ抑止信号は、ハードウ
ェアクロックとソフトウェアクロックとの組み合わせに
よって発生される。The sample and hold trigger signal on line 860 is 2
One pulse is generated every 50 m5. This pulse is
It is generated in the CPU by a hardware clock from a crystal oscillator. The decoder inhibit signal is generated by a combination of hardware and software clocks.
ソフトウェアクロック信号は、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ェ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
いてハードウェ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。The software clock signal is generated after an interrupt signal in the CPU program if the operation of the CPU program is interruptible. The amount of time at this time varies between 4 and 20 clock periods, depending on the state of the program operation. When such a software clock signal is generated on line 980, this signal is combined with the hardware clock in synchronization circuit 800 to determine time 104.
At , a downwardly directed pulse is generated on the decoder inhibit signal. By this, as mentioned above, a specific LE
D is turned on.
サンプルおよび保持回路680は、時間106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11
2の制御下でデータが2バイトにおいて読み出される。Sample and hold circuit 680 is enabled to sample at time 106. This sampling is held at time 108. This retention time is
is delayed beyond the time 104 when the switch is turned on. The signal is then processed through I/V converter 660 and filtered through resistor 840 and capacitor 850. The tri-state output of the AD converter 700 is at time 110.
and two chip enable pulses 11
Data is read in 2 bytes under control of 2.
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。Similarly, if the LED was turned off, the sequence of operations for recording samples is initiated with the reappearance of the inhibit signal at time 114, inhibiting decoder interrupts and switching on the current drive to turn the LED off. Power is cut off. This continues the operations of sampling, holding, starting the AD converter, and reading the signal of the AD converter.
第1回目の0N10FF読取りについて、96個のLE
Dの各々が10回にわたって前記のような0N10FF
読取りを順次実行され、次に同様にして第2回目の0N
10FF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、6011z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6
011z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6011z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。For the first 0N10FF reading, 96 LEs
Each of D is 0N10FF as above for 10 times.
The reading is performed sequentially, and then the second 0N is read in the same way.
A 10FF read is made and the read continues in this manner. Since the main noise signal is the 60Hz line voltage, these 10 readings are equally spaced along different phases of the 6011z cycle. Therefore, the first reading is taken along the rising edge of the first 60Hz cycle, the remaining 95 LEDs are read sequentially, and the second reading is taken along the corresponding later 6
It takes place at a high point on the 011z cycle. LED
Because there is a time difference between reading that the LED is ON and reading that the LED is OFF, the ground voltage or reference voltage that actually changes due to the 6011z noise signal will move slightly, so
An error occurs.
この移動は、60 Hz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、6011z
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、6011z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。This movement is slightly upward for readings made during part of the 60 Hz cycle, and 6011z
There is a slight downturn for reads made in other parts of the cycle. Therefore, by equally spaced readings over 6011z cycles, the error in the 10 readings is canceled out by taking the average value.
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(1=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=Q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C0D)範
囲」のスイッチによる制御に応じて、数桁の数字または
一部の数字となる。Before inserting the measurement microplate or blank microplate, pull out the drawer 10 and insert the LED.
Measurement is performed using the space between the sensor and the photodetector, and after the measurement is completed, the "load" indicator light on the front panel 120 is turned on. Before measuring the microplate containing the sample, at time zero (1=0), a microplate containing a reference fluid such as water or a reactant is inserted and a blank measurement or t=Q measurement is performed. Once the plate is inserted and the instrument is ready to respond to the "Blank Set" or "Measure" switch, the "Ready" indicator light will illuminate. The reading on the printer 740 will be several digits or a partial number depending on the control by the "Optical Density C0D) Range" switch.
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。Once the blank value has been determined and the drawer 10 is completely extracted, a sample plate can be placed in the drawer. Immediately before reinserting the drawer 10, the space between the LED and the photodetector is measured again.
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。The different values of the optical signal for each well of the sample plate are compared to the values for the blank plate to adjust for variations in spatial measurements. For this reason, the blank plate is
There is no need to insert it initially and reinsert it for sample measurements taken over several hours or days. Adjustment of the drift of the LED and photodetector with respect to temperature over such a time period is performed by comparing the spatial measurements just before inserting a blank plate with the spatial measurements just before inserting a particular sample plate.
第13図は、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ェ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、ソフトウェ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lOを抜き出す。すると
「引出し外」の状態が検出され(ステップ13) 、L
ED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。FIG. 13 is a flowchart illustrating an on-board software program for controlling the operation of the microplate measurement device. The plate measuring device is first turned on and a software preparation function is executed (step A). Next, the operator pulls out the drawer IO. Then, the "outside drawer" state is detected (step 13), and the L
The ED is scanned (step C) and a series of optical signal values corresponding to the light transmitted through space is generated (step D). These values are stored in table 3 in memory.
引出し10が再び挿入れると(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)。When the drawer 10 is reinserted (step E), the front panel switch is checked to see if the drawer contains a blank plate (step 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)。For the blank plate, the LEDs are scanned (step G) and the light signal values are stored in table 1 in memory (step 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■)、テーブルl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。Then the spatial values of table 3 are transferred to another table 2 (
Step ■), a series of spatial measurements close to the time of the blank plate measurement that generated the values of table l is provided. Spatial measurements are carried out continuously while the drawer 10 is out and before the drawer 10 containing the plates is inserted.
Table 3 is updated continuously.
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(ステップし)。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)。 。If the drawer 10 is inserted and the "set blank" switch is not engaged, the front panel switch is checked to determine whether to take a sample measurement (step J). When the "measurement" switch is turned on, the LEDs are scanned (step K) and the transmittance value is stored in table 4 in memory (step K). The optical density for the sample is then calculated (step M) and printed (step N). .
光学4度(OD)の計算は、次の式に基づいて実行され
る。The optical fourth degree (OD) calculation is performed based on the following formula:
ODn=log (nl)(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。ODn=log (nl)(n3)/(n4)(n2
) Here, the value of the nth optical signal in table X is nX, and the optical density of the sample at location n is ODn.
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。Each LED is scanned as described above, starting with the first LED and ending with the 96th LED. Ten measurements are repeated at equal intervals across the phase of the 60 Hz cycle. The final optical signal value used in the calculations described above is given as the sum or difference of the 10 signals. As can be seen from the above formula, the optical density is determined by converting the blank value into
It is the logarithm of the sample value divided by the sample value adjusted for differences in spatial measurements.
第13図に示すフローチャートに基づく光信号の測定は
、CP U2O5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。The measurement of the optical signal according to the flowchart shown in FIG. 13 is initiated by an interrupt signal to the microprocessor within CPU2O5. During a measurement initiated by this interrupt signal, a program in the CPU can calculate the data, transfer the data to one of the tables, and print the data on the printer. Actual measurements are performed in between these functions in accordance with the instructions of the interrupt signal.
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(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L
EDの測定との間の時間は、変化する(一般に、4〜2
0クロツ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クロツ
クサイクル前に与えられ、第3図および第4図に示すよ
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。Because an interrupt signal interrupts program operation, some steps are required after the interrupt signal. This is basically to hold the interrupt signal.
The time between measurements of ED varies (generally 4 to 2
To prevent this from causing jitter in the measurements (changed by 0 clock cycles), the interrupt is given at least 20 clock cycles before the time the measurement is expected to be taken, as shown in Figures 3 and 3. As shown in FIG. 4, a synchronization gate 800 performs an AND with the actual time clock. This ensures precise control of the position of each measurement relative to the phase of the 60Hz noise signal.
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ユ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。Instead of manually operating switches on control panel 120,
The operation of the measuring device can also be controlled by another computer, such as a microcomputer, coupled to the measuring device. By attaching such a main computer,
This computer operates the switch on your behalf.
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。The above-described high-speed solid-state multi-beam photometry device reliably measures the transmittance of a fixedly supported analytical sample at multiple locations in about 2 seconds or less without moving the sample or its holder. It has performance. this is,
This is achieved by using at least one monolithic photodetector having an area at least equal to the area of a plurality of fixedly supported analysis sites.
第1図は、本発明に基づく光度測定装置に示す概略図、
第2図は、光フア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、
第3図は、光フア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、
第4図は、本発明に基づく処理回路構成の概略を示すブ
ロック図、
第5図は、第1図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、
第6図は、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、第7図は、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、
第8図は、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、
第9図は、第8図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、
第10図は、第8図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、
第11A図および第11B図は、第10図に示す制御解
離構成の一部を示す回路図、
?1iJ12図は、ill A図および第11B図に示
す回路の一部についてのタイミング図、および第13図
は、第10図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ヤードである。
(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:光フアイバマニホルド、
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。
以下余白FIG. 1 is a schematic diagram of a photometric device according to the invention; FIG. 2 is a diagram of an optical fiber splitter, with designated positions for coupling light from a light source into each of a plurality of optical fibers; FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of each optical fiber corresponding to the sample storage location in the optical fiber manifold. FIG. 4 is a block diagram showing an outline of the processing circuit configuration based on the present invention. 5 is a flowchart showing the sequence of operations in a typical sequential scan of a sample plate by the measurement device shown in FIG. 1; FIG. 6 is a flowchart showing the sequence of operations carried out by the measurement device as part of the spatial calibration stage. , FIG. 7 is a flowchart showing the sequence of operations when measuring a sample plate, FIG. 8 is a perspective view showing a preferred embodiment of the multi-beam photometry device based on the present invention, and FIG. FIG. 8 is a side view showing a cross section of a well of a microplate inserted between the LED array and the photodetector of the photometric device shown in FIG. 8; FIG. 10 is an electronic control circuit for the photometric device shown in FIG. 11A and 11B are block diagrams showing the configuration. FIGS. 11A and 11B are circuit diagrams showing part of the controlled dissociation configuration shown in FIG. 1iJ12 is a timing diagram for a portion of the circuitry shown in FIGS. 1A and 11B, and FIG. 13 is a flowchart showing a computer program for controlling the control circuitry shown in FIG. (Explanation of symbols) 10: Dynamic measurement device, 12: Optical assembly, 14:
Single light source, 16: chopper, 18, 20: lens, 19; filter disk, 24: rotor,
26: Optical fiber, 32: Distributor,
34: Optical fiber, 36: Optical fiber bundle, 38: Optical fiber manifold, 40: Data plate, 42, 48: Lens array,
44: Photodetector, 46: Detector board, 50: Analysis and display device, 52: Reference fiber, 54: Stirring mechanism. Margin below
Claims (1)
の試料収容箇所において一連の測定を行うことにより、
該複数の試料収容箇所に収容された反応性試料の光学濃
度を測定する、多ビームによる光度の動的測定装置であ
って、 光結合手段と複数の光伝送手段の選択されたものを介し
て、前記試料収容箇所の選択された箇所に、所定の順序
に従って選択的に集束される光を放射する単一の光源と
、 前記試料収容箇所と関連させて光検出器ボード上に配置
され、該試料収容箇所の各々を通過して伝送される光を
受信する複数の光検出手段と、前記試料収容箇所の測定
を行う前に、該試料収容箇所に収容された試料を攪拌す
るため、所定の時間にわたって前記分析プレートを振動
させる手段と、 前記試料収容箇所における光学濃度を決定し表示するた
め、前記光検出手段の出力を分析する手段とを備える、
多ビームによる光度の動的測定装置。 2、前記光伝送手段が複数の光ファイバからなり、前記
結合手段が、 所定の割合で前記光源からの光を変調する手段と、 前記光源の光から所望波長の光をフィルタして所望点に
集束させる手段と、 前記フィルタされ集束された光の実質的にすべてを入力
端において受信しかつ該受信した光を出力端まで伝送す
る光ファイバを有する、ファイバロータと、 前記ファイバロータの前記光ファイバの出力端から出射
される光に選択的に結合されるように配置された前記複
数の光ファイバを設けたファイバ分配器とを備え、 前記ファイバロータが変位可能であって、この変位によ
り、前記ファイバロータの前記光ファイバは、前記光源
からの光を、前記ファイバ分配器の前記複数の光ファイ
バに順次結合させ、これにより前記光源からの光が前記
試料収容箇所に順次結合される、特許請求の範囲第1項
に記載の動的測定装置。 3、前記集束された光を前記光検出器ボード上に配置さ
れた第1の基準光検出器に直接結合するとともに光基準
手段としても機能する第1の基準光ファイバをさらに備
える、特許請求の範囲第2項に記載の動的測定装置。 4、前記集束された光を前記光検出器ボード上に配置さ
れた第2の基準光検出器に直接結合させる第2の基準光
ファイバをさらに備え、該第2の基準光ファイバが、光
基準手段としておよび前記ファイバロータと前記ファイ
バ分配器との相対位置決めの基準手段として機能する、
特許請求の範囲第3項に記載の動的測定装置。 5、前記光検出器ボードに対して前記分析プレートを前
進および後退させるとともに前記分析プレートに前記振
動を与える駆動モータをさらに備える、特許請求の範囲
第1項に記載の動的測定装置。 6、分析プレート上の複数の試料収容箇所の透過率を測
定する方法であって、 単一の光源からの光を、複数の光伝送手段を介して、前
記複数の試料収容箇所の選択された箇所に集束し、 前記複数の試料収容箇所の各々につき、連続する時間間
隔において、光検出手段を使用することにより、該試料
収容箇所に収容された反応性試料を通過する光の強度を
測定し、 前記連続する測定の各々の開始前に、前記試料を攪拌す
るために第1の一定時間にわたって前記分析プレートを
振動させ、第2の一定時間にわたって前記攪拌した試料
を鎮静させ、 前記光伝送手段からの光が前記光検出手段に直接結合さ
れた時に該光の強度を測定し、 前記試料収容箇所に反応性試料が収容されていない場合
に、前記光伝送手段からの光が前記試料収容箇所を通っ
て前記光検出手段に結合された時、該光の強度を測定し
、 前記測定のすべてを使用して前記試料収容箇所の光学濃
度を計算する各段階を備える、透過率測定方法。 7、固体支持物上の複数の分析箇所に配置された複数の
試料収容箇所の透過率を測定するための多ビーム光度計
であって、 各々が前記試料収容箇所の実質的に1箇所だけに光を伝
送する前記資料収容箇所への複数の光伝送手段と、 前記固体支持物に関連して配置され、表面上の異なる複
数の箇所において光を受信する光検出手段と 前記固体支持物を、前記光検出手段に対して一定の方向
に向ける支持手段と、 前記複数の光伝送手段を順番に配列する手段とを備える
、多ビーム光度計。 8、前記光検出手段が、少なくとも前記固体支持物上の
前記複数の試料収容箇所が占有する面積に少くとも等し
い表面積を有する少なくとも1個のシリコン光検出器か
らなる、特許請求の範囲第10項に記載の装置。 9、分析支持物上の複数の試料収容箇所の透過率を測定
する方法であって、 試料がない場合に、空間を通過する光が発生する光信号
を測定することにより、第1の空間伝送光信号値を与え
、 前記分析支持物がない場合に、空間を通過する光が発生
する光信号を測定することにより、第2の空間伝送光信
号値を与え、 前記第1の空間伝送光信号値と前記第2の空間伝送光信
号値との差を補償するための調整を行う各段階を備える
、透過率測定方法。 10、固体支持物に関連して配置されかつ表面上の異な
る複数の箇所において光を受信する光検出手段を有する
多ビーム光度計を使用して比色分析を行う方法であって
、 試料支持物がない場合に、空間を通過する光が発生する
光信号を測定することにより、第1の空間伝送光信号値
を与え、 前記支持物がない場合に、空間を通過する光が発生する
光信号を測定することにより、第2の空間伝送光信号値
を与え、 前記第1の空間伝送光信号値と前記第2の空間伝送光信
号値との差を補償するための調整を行う各段階を備える
、比色分析方法。[Claims] 1. By performing a series of measurements at a plurality of sample storage locations arranged at a plurality of analysis locations on an analysis plate,
A multi-beam dynamic light intensity measuring device for measuring the optical density of a reactive sample contained in the plurality of sample storage locations, the device comprising: , a single light source that emits light that is selectively focused in accordance with a predetermined sequence at selected locations of the sample receiving location; a plurality of light detection means for receiving light transmitted through each of the sample accommodation locations; means for vibrating the analysis plate over time; and means for analyzing the output of the light detection means to determine and display the optical density at the sample receiving location.
Dynamic luminous intensity measurement device using multiple beams. 2. The optical transmission means includes a plurality of optical fibers, and the coupling means includes: means for modulating the light from the light source at a predetermined ratio; and filtering light of a desired wavelength from the light from the light source to a desired point. a fiber rotor having means for focusing; an optical fiber for receiving substantially all of the filtered and focused light at an input end and transmitting the received light to an output end; and the optical fiber of the fiber rotor. a fiber distributor including the plurality of optical fibers arranged to be selectively coupled to the light emitted from the output end of the fiber rotor, the fiber rotor being displaceable, and the displacement causing the The optical fibers of the fiber rotor sequentially couple light from the light source to the plurality of optical fibers of the fiber distributor, thereby sequentially coupling light from the light source to the sample receiving location. The dynamic measuring device according to item 1. 3. Further comprising a first reference optical fiber for directly coupling the focused light to a first reference photodetector disposed on the photodetector board and also serving as an optical reference means. Dynamic measuring device according to scope 2. 4. further comprising a second reference optical fiber for directly coupling the focused light to a second reference photodetector disposed on the photodetector board, the second reference optical fiber being an optical reference; serving as means and reference means for relative positioning of the fiber rotor and the fiber distributor;
A dynamic measuring device according to claim 3. 5. The dynamic measuring device according to claim 1, further comprising a drive motor that moves the analysis plate forward and backward with respect to the photodetector board and applies the vibration to the analysis plate. 6. A method for measuring the transmittance of a plurality of sample accommodation locations on an analysis plate, the method comprising transmitting light from a single light source to selected sample accommodation locations of the plurality of sample accommodation locations through a plurality of light transmission means. measuring the intensity of light passing through the reactive sample contained in the sample storage area by using a light detection means at successive time intervals for each of the plurality of sample storage areas; , before the start of each successive measurement, vibrating the analysis plate for a first fixed period of time to stir the sample, and allowing the stirred sample to settle for a second fixed period of time; measuring the intensity of the light when the light from the light is directly coupled to the light detection means, and when the reactive sample is not accommodated in the sample accommodation location, the light from the light transmission means is coupled directly to the sample accommodation location. A method for measuring transmittance, comprising the steps of: measuring the intensity of the light when coupled through the light to the light detection means; and using all of the measurements to calculate the optical density of the sample receiving location. 7. A multi-beam photometer for measuring the transmittance of a plurality of sample receiving points arranged at a plurality of analysis points on a solid support, each of which is arranged at substantially only one of said sample receiving points. a plurality of light transmission means for transmitting light to the material storage location; a light detection means disposed in relation to the solid support and receiving light at a plurality of different locations on the surface; and the solid support; A multi-beam photometer comprising: support means for orienting the light detection means in a fixed direction; and means for sequentially arranging the plurality of light transmission means. 8. Claim 10, wherein the light detection means comprises at least one silicon photodetector having a surface area at least equal to the area occupied by the plurality of sample receiving locations on the solid support. The device described in. 9. A method for measuring the transmittance of a plurality of sample storage locations on an analysis support, the method comprising: measuring the optical signal generated by light passing through the space in the absence of the sample; providing an optical signal value; and providing a second spatially transmitted optical signal value by measuring an optical signal generated by light passing through space in the absence of the analytical support; A method for measuring transmittance, comprising steps of making adjustments to compensate for differences between the second spatially transmitted optical signal value and the second spatially transmitted optical signal value. 10. A method for performing colorimetric analysis using a multibeam photometer having light detection means disposed in relation to a solid support and receiving light at different locations on the surface of the sample support, the method comprising: providing a first spatially transmitted optical signal value by measuring the optical signal generated by the light passing through the space in the absence of said support; providing a second spatially transmitted optical signal value by measuring, and each step of making an adjustment to compensate for the difference between the first spatially transmitted optical signal value and the second spatially transmitted optical signal value. A colorimetric analysis method.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US78263585A | 1985-09-30 | 1985-09-30 | |
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Family Applications (1)
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