WO2004031748A1 - 蛍光測定装置 - Google Patents

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WO2004031748A1
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charge
outputs
fluorescence
storage element
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PCT/JP2003/012609
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Tadashi Maruno
Fumio Iwase
Taiga Sato
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Hamamatsu Photonics K.K.
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/44Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G01J3/4406Fluorescence spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2889Rapid scan spectrometers; Time resolved spectrometry
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/30Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32Transforming X-rays
    • H04N5/321Transforming X-rays with video transmission of fluoroscopic images

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescence measurement apparatus that irradiates a device under test with a plurality of excitation pulse components periodically and measures a fluorescence component emitted from the device under test in response to the excitation pulse components. It is.
  • the fluorescence measurement device irradiates a measurement object with a plurality of excitation pulse components generated periodically, and measures a fluorescence component emitted from the measurement object corresponding to the excitation pulse components.
  • a fluorescence measurement apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-14519 includes a streak camera, sampling means for extracting a streak image on a fluorescent screen of a streak tube, and photoelectric conversion of the extracted streak image. And the image intensity to be multiplied.
  • the conventional fluorescence measurement device multiplies the output signal obtained from the periodically generated fluorescence component by the image intensity. This is because if each fluorescent component is weak, it is difficult to perform accurate measurement with one measurement, so it is necessary to expand the dynamic range of the output signal. Further, the conventional fluorescence measurement device uses a streak camera and sampling means to cope with the non-linear waveform of each fluorescence component. For this reason, there has been a demand for fluorescence measurement to be performed more easily using a CCD (ChargeCooledDevice: charge-coupled device) without using a streak camera.
  • CCD ChargeCooledDevice: charge-coupled device
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and uses a CCD to detect a fluorescent component emitted in response to an excitation pulse component periodically irradiated from a device under test.
  • a fluorescence measurement device having a configuration for performing measurement It is an object.
  • the inventors irradiate a plurality of excitation pulse components to an object to be measured at a period of 1 to 2 msec, and convert the fluorescence components respectively emitted from the object to correspond to the excitation pulse components to a CCD (
  • Various studies were performed on the possibility of measurement using a charge coupled device (Charge Coupled Device).
  • FIG. 1A to FIG. 1I are timing charts for explaining an example of those studies.
  • the CCD photoelectrically converts a fluorescent component received by a photoelectric conversion element such as a photo diode (PD), and transfers electric charges obtained by a charge storage element such as a vertical transfer element or a horizontal transfer element.
  • a photoelectric conversion element such as a photo diode (PD)
  • the period at which the photoelectric conversion element performs photoelectric conversion and the charge storage element transfers the accumulated charge is defined as: l to 2 ms ec.
  • FIG. 1A shows an excitation pulse component
  • FIG. 1B shows a fluorescence component
  • FIG. 1C shows an electronic shutter signal
  • FIG. 1D shows a readout signal
  • FIG. 1E shows a charge amount of a photodiode (PD)
  • FIG. F is the amount of charge stored in the vertical element
  • Fig. 1G is the transfer signal of the horizontal element
  • Fig. 1H is the transfer signal of the vertical element
  • Fig. 1I is the time chart for reading all data.
  • a period T indicates a period in which the output of each signal is periodically repeated.
  • a fluorescence measurement device is a fluorescence measurement device that measures a fluorescence component emitted from an object to be measured corresponding to each of excitation pulse components irradiated to the object to be measured. It includes a conversion element, a charge storage element, and a control unit.
  • the photoelectric conversion element photoelectrically converts a fluorescent component emitted from the device under test corresponding to each of the excitation pulse components.
  • the charge storage element accumulates the electric charge that has been photoelectrically converted by the photoelectric conversion element and transfers the accumulated electric charge.
  • the control unit sequentially transfers the electronic shutter signal for sweeping out the electric charge that has been photoelectrically converted by the photoelectric conversion element, a read signal for reading the photoelectrically converted electric charge to the charge storage element, and the read electric charge.
  • the control unit outputs an electronic shutter signal in response to generation of a pulse component included in the excitation light, outputs a read signal in response to the output of the electronic shutter signal, and outputs the read signal.
  • the transfer signal is output each time at least two times are performed.
  • the control unit outputs an electronic shutter signal every time an excitation pulse component is generated, and a readout signal is output in response to the output of the electronic shutter signal. Is output. Therefore, it is possible to measure the fluorescence component corresponding to each excitation pulse component.
  • the control unit outputs a transfer signal every time at least two or more readout signals are output, so that a plurality of times of fluorescent components can be collectively measured.
  • the excitation pulse component and the fluorescence component have substantially the same waveform and the same period, respectively. If the fluorescence components have substantially the same period, the number of times of generation of fluorescence per predetermined time can be easily specified, and synchronization with the electronic shutter signal can be easily achieved. If the fluorescent components have substantially the same waveform, it is easy to measure the same waveform portion of each fluorescent component.
  • the control unit outputs an electronic shutter signal and a readout signal so that the same waveform portion of each of the fluorescent components can be measured. If the same waveform portion of each fluorescent component is measured, the charge corresponding to those portions can be obtained by dividing by the number of measured fluorescent components. Further, in the fluorescence measurement device according to the present invention, it is preferable that the control unit continuously outputs the electronic shutter signal and the transfer signal until the fluorescent component is emitted. Unless the fluorescent component is emitted, that is, until the measurement is started, if the electronic shutter signal and the transfer signal are output, unnecessary charge can be prevented from being accumulated in the photoelectric conversion element and the charge storage element. .
  • the charge storage element is a first charge storage element that directly receives a charge from a photoelectric conversion element, and a second charge storage element that receives a charge from the first charge storage element. And a charge storage element.
  • the control unit outputs a transfer signal to the first charge storage element every predetermined number of times of output of the read signal, and continuously outputs the transfer signal to the second charge storage element. Is preferred. This is because the accumulation of unnecessary charges in the second charge storage element is effectively reduced by continuously outputting the transfer signal to the second charge storage element.
  • FIG. 1A to FIG. II are timing charts for explaining a study process leading to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a measurement system including the fluorescence measurement device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the CCD shown in FIG.
  • FIGS. 4A to 4I are timing charts for explaining the operation of the fluorescence measuring device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a measurement system including the fluorescence measurement device according to the present invention.
  • the measurement system shown in FIG. 2 includes a CCD camera 10, a laser light source 30, and a trigger generation device 20 corresponding to the fluorescence measurement device according to the present invention.
  • the CCD camera 10 includes a CCD 101, a CCD driving circuit 102, and a micro computer 103.
  • the control unit 100 of the fluorescence measuring device is constituted by the CCD driving circuit 102 and the microcomputer 103.
  • the CCD 101 is an inter-device CCD that measures a fluorescent component 60 emitted from the device under test 40 based on an instruction signal from the CCD drive circuit 102.
  • the CCD 101 includes a photodiode (photoelectric conversion element) 101a, a vertical transfer element (first charge storage element) 101b, and a horizontal transfer element (second charge storage element) 101c. including.
  • the photodiodes 101a are components that accumulate electric charges in accordance with the amount of received light, and are arranged on a substrate such that a required light receiving surface is formed.
  • the photodiode 10 la sweeps out the accumulated charge when an electronic shutter signal is input from the CCD and drive circuit 102, and vertically transfers the accumulated charge when a readout signal is input from the CCD drive circuit 102. Move to element 101b.
  • the vertical transfer element 101b which is the first charge storage element, is provided corresponding to each of the photodiodes 101a.
  • the vertical transfer element 101b accumulates the electric charge transferred from the associated photodiode 101a, and transfers the electric charge to the adjacent vertical transfer element 101b as necessary. More specifically, each vertical roll
  • the transfer element 10lb sequentially transfers the charge stored in each transfer element to the vertical transfer element 101b on the horizontal transfer element 101c side.
  • the vertical transfer element 101b adjacent to the horizontal transfer element 101c transfers the transferred charges to the horizontal transfer element 101c.
  • the horizontal transfer elements 101c are provided so as to correspond to a group of vertical transfer elements 101b in a row that transfer charges to each other.
  • the horizontal transfer element 101c accumulates charges transferred from the column of the related vertical transfer element 101b, and transfers the charges to the adjacent horizontal transfer element 101c. Note that by reading out the charges from the terminal horizontal transfer element 101c where the charges are finally accumulated, all the data photoelectrically converted by the photodiode 101a can be read.
  • the CCD drive circuit 102 outputs the above-described electronic shutter signal, readout signal, and transfer signal to the CCD 101 based on an instruction signal from the microcomputer 103.
  • the microcomputer 103 outputs an instruction signal for outputting the above-mentioned electronic shutter signal, readout signal, and transfer signal to the CCD drive circuit 102 based on the trigger signal from the trigger generator 20. More specifically, a timing for outputting an electronic shutter signal, a readout signal, and a transfer signal is calculated from a trigger signal and an exposure delay operation for designating an exposure delay time of the CCD 101 with respect to the trigger signal. Output to the drive circuit 102.
  • the control unit 100 is configured by the CCD drive circuit 102 and the ⁇ computer 103.
  • the trigger generation device 20 outputs a trigger signal to the laser light source 30 and the microcomputer 103.
  • the laser light source 30 irradiates the device under test 40 with an excitation pulse component 50 based on the trigger signal.
  • the device under test 40 emits a fluorescent component 60 corresponding to the excitation pulse component 50, and the CCD camera 10 measures these fluorescent components 60.
  • FIGS. 4A to 41 show the measurement operation of the CCD camera 10 in FIGS. 4A to 41.
  • Fig. 4A shows the excitation pulse component
  • Fig. 4B shows the fluorescence component
  • Fig. 4C shows the electronic shutter signal
  • Fig. 4D shows the readout signal
  • Fig. 4E shows the charge of the photodiode (PD)
  • Fig. 4F shows the vertical element.
  • FIG. 4G is a transfer signal of the horizontal element
  • FIG. 4H is a transfer signal of the vertical element
  • FIG. 41 is a time chart for reading all data.
  • a period T indicates a period in which the output of each signal is periodically repeated.
  • An excitation pulse component 50 is emitted from the laser light source 30 in FIG. 2 to the DUT 40 in response to a trigger signal from the trigger generator 20 (see FIG. 4A).
  • the trigger signal is adjusted so that the interval between the excitation pulse components 50 is 1-2 ms e c.
  • the fluorescence component 60 is emitted from the DUT 40 in response to the irradiated excitation pulse component 50 (see FIG. 4B).
  • These fluorescent components 60 are light components emitted according to the properties of the DUT 40, and generally have a non-linear waveform as shown in FIG. 4B.
  • the output delay time D of the electronic shutter signal with respect to the trigger signal and the delay time W from the output of the electronic shutter signal to the output of the read signal are specified by the exposure delay operation input to the micro-computer 103.
  • the output delay time D and the delay time W can be arbitrarily set between 10 / sec and 400 isec in consideration of the delay of the fluorescence component 60 with respect to the excitation pulse component 50. That is, by setting the output delay time D and the delay time W arbitrarily, the exposure portion (the shaded portion in FIG. 4B) in the waveform of the fluorescent component 60 is arbitrarily set, and the spread of each fluorescent component 60 is determined. A vector is created.
  • the electronic shutter signal is periodically output from the CCD driving circuit 102 to the CCD 101 except for the exposure time. That is, in period T in FIG. 4C, the electronic shutter signal is periodically output repeatedly. Since the electronic shutter signal is a signal for sweeping out the electric charge accumulated in the photodiode 101a of the CCD 101, the signal is transmitted to the photodiode 101a. Unnecessary charge accumulation can be reduced (see Figure 4E).
  • the accumulated charges ⁇ q photoelectrically converted in the photodiode 101a during the output delay time W are transferred to the vertical transfer element 101b by the output of the read signal (see FIG. 4C).
  • the excitation pulse component 50 is generated t times, and the charge ⁇ q photoelectrically converted by the photodiode 101a is transferred to the vertical transfer element 101b t times.
  • each vertical transfer element 101 b transfers the charges (A qX t) sequentially accumulated to the adjacent vertical transfer elements 101 b. Transfer (see Figure 4F).
  • the transferred charges are transferred to the horizontal transfer element 101c, and are read by being transferred to the adjacent horizontal transfer element 101c. Since the read charge is the accumulated charge q for t times, the charge ⁇ q corresponding to the fluorescence component 60 for one excitation pulse component 50 can be obtained by dividing by the number of operations t. ⁇
  • the transfer signal to the horizontal transfer element 101c is always output from the CCD drive circuit 102 periodically. That is, the transfer signal is output periodically during the period T in FIG. 4G. Since this transfer signal is a signal for transferring the charges accumulated in the horizontal transfer elements 101c, the accumulation of unnecessary charges in each horizontal transfer element 101c can be reduced.
  • the transfer signal to the vertical transfer element 101b is periodically output from the CCD drive circuit 102 until a trigger signal is input. That is, the transfer signal is periodically output during the period T in FIG. 4H. Since this transfer signal is a signal for transferring the electric charge accumulated in the vertical transfer element 101b, the accumulation of unnecessary electric charge in each vertical transfer element 101b can be reduced.
  • the microcomputer 103 and the CCD drive circuit 102 included in the control unit 100 output an electronic shutter signal every time the excitation pulse component 50 is generated, and output a readout signal in response to the output of the signal. I do. Therefore, measurement of the fluorescence component 60 with respect to each excitation pulse component 50 becomes possible. Also the microphone The mouth computer 103 and the CCD drive circuit 102 output the transfer signal every predetermined number of times of the output of the readout signal, so that the fluorescence component of the predetermined number of times can be collectively measured.
  • the excitation pulse component 50 is generated such that the fluorescent components 60 have substantially the same waveform and period. Since the fluorescent components 60 have substantially the same period, the number of times of generation of fluorescence per predetermined time can be easily specified. In addition, since the fluorescent components 60 have substantially the same waveform, it is easy to measure a corresponding identical waveform portion in each fluorescent component.
  • the microcomputer 103 as the control unit 100 and the CCD driving circuit 102 generate a trigger signal so that the same waveform portion of each of the fluorescence component 60 can be measured.
  • the output delay time D and the delay time W are calculated, and an electronic shutter signal and a readout signal are output. Therefore, it is possible to easily measure the same waveform portion of each of the fluorescent components for a plurality of times (t), and to divide the sum ( ⁇ ( ⁇ X t) of the measurement results by a predetermined number of times (t) to perform the measurement.
  • the charge ⁇ q corresponding to the waveform portion can be calculated.
  • the control unit outputs an electronic shutter signal corresponding to each of the excitation pulse components applied to the device under test, and outputs the electronic shutter signal. Since the readout signal is output in response to, the fluorescence component corresponding to each excitation pulse component can be measured. Further, since the control unit outputs the transfer signal every predetermined number of times of the output of the readout signal, the fluorescence component of the predetermined number of times can be collectively measured. Therefore, the object of the present invention, the excitation pulse component from the DUT A fluorescence measurement device capable of measuring the correspondingly emitted fluorescent component using a CCD is obtained.

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Abstract

この発明は、被測定物に周期的に照射される励起パルス成分に対応して該被測定物から放出される蛍光成分を測定可能なCCDカメラが適用された蛍光測定装置に関する。当該蛍光測定装置は、少なくともCCDと、制御部とを備える。上記CCDは、被測定物から放出される蛍光成分光電変換する光電変換素子と、光電変換素子により光電変換された電荷を蓄積・転送する電荷蓄積素子を含む。上記制御部は、光電変換素子により光電変換された電荷を掃き捨てるための電子シャッタ信号、該光電変換された電荷を電荷蓄積素子に読み出すための読み出し信号、及び該読み出された電荷を順次転送させるための転送信号を出力する。特に、制御部は、励起パルス成分の発生に対応して電子シャッタ信号を出力し、該電子シャッタ信号の出力に対応して読み出し信号を出力し、そして、読み出し信号の出力の所定回数分ごとに転送信号を出力する。

Description

明細書
蛍光測定装置
技術分野
【000 1】 この発明は、被測定物に周期的に複数の励起パルス成分を照射し、 これら励起パルス成分に対応して該被測定物から放出される蛍光成分を測定する 蛍光測定装置に関するものである。
背景技術
【000 2】 蛍光測定装置は、 周期的に発生した複数の励起パルス成分を被測 定物に照射し、 これら励起パルス成分に対応して該被測定物から放出される蛍光 成分を測定する装置である。 例えば特開昭 5 9- 1 045 1 9号公報に記載され た蛍光測定装置は、 ストリークカメラと、 ストリーク管の蛍光面上のストリーク 像を取り出すサンプリング手段と、 その取り出したス トリーク像を光電変換して 増倍するイメージィンテンシフィァとを含む。
発明の開示
【000 3】 発明者らは、 従来の蛍光測定装置について検討した結果、 以下の ような課題を発見した。 すなわち、 従来の蛍光測定装置は、 周期的に発生する蛍 光成分から得られる出力信号をィメージィンテンシフィァで増倍する。なぜなら、 各蛍光成分が微弱であれば 1回の計測では正確な測定ができにくいので、 出力信 号のダイナミックレンジを広げる必要があるためである。 また、 従来の蛍光測定 装置は、 各蛍光成分の波形が非線形であることに対応するためにス トリークカメ ラとサンプリング手段とを用いている。 そのため、 従来から、 ストリークカメラ を用いずに CCD (C h a r g e C o u l e d D e v i c e :電荷結合素 子) を用いてより簡便に蛍光測定を行いたいという要望があった。
【0004】 この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであ り、 被測定物から周期的に照射される励起パルス成分に応じて放出される蛍光成 分を、 CCDを用いて測定するための構成を備えた蛍光測定装置を提供すること を目的としている。
【0005】 発明者らは、 周期 1〜 2 m s e cで複数の励起パルス成分を被測 定物に照射し、 該被測定物から該励起パルス成分に対応してそれぞれ放出される 蛍光成分を CCD (Ch a r g e C o u l e d D e v i c e :電荷結合素 子) で測定する可能性について種々の検討を行った。 図 1A〜図 1 Iは、 それら の検討の一例を説明するためのタイミングチャートである。 CCDは、 フォトダ ィオード( P D )のような光電変換素子により受光された蛍光成分を光電変換し、 垂直転送素子や水平転送素子のような電荷蓄積素子によって得られた電荷を転送 する。 周期 l〜2ms e cで照射される励起パルス成分に対応した蛍光成分を測 定するためには、 上記光電変換素子が光電変換を行い上記電荷蓄積素子が蓄積さ れた電荷を転送する周期を、 l〜2ms e cとする必要がある。
【0006】 なお、 図 1 Aは励起パルス成分、 図 1 Bは蛍光成分、 図 1 Cは電 子シャツタ信号、 図 1Dは読み出し信号、 図 1 Eはフォトダイオード (PD) の 電荷量、 図 1 Fは垂直素子の蓄積電荷量、 図 1 Gは水平素子の転送信号、 図 1H は垂直素子の転送信号、 そして、 図 1 Iは全データの読み出し、 それぞれのタイ ムチャートである。 また、 図 1 C、 図 1 G及び図 1 Hにおいて、 期間 Tは、 定期 的に各信号の出力が繰り返される期間を示す。
【0007】 しかしながら、 図 1 A〜図 1 Iに示されたように、 光電変換と電 荷蓄積素子に対する電荷放出を、周期 1〜 2ms e cで行うことは可能である力 S、 その周期内で電荷転送までを行うことは非常に困難であることが見いだされた。 さらに、 1回の蛍光発生ごとに蛍光成分に対応する電荷の放出 ·転送を行うと、 光電変換素子により蓄積された電荷に対して有意なレベルのノィズが含まれるこ とも見いだされた。 この発明はこれらの知見に基づレ、てなされたものである。
【0008】 この発明に係る蛍光測定装置は、 被測定物に照射される励起パル ス成分それぞれに対応して該被測定物から放出される蛍光成分を測定する蛍光測 定装置であって、光電変換素子と、電荷蓄積素子と、そして、制御部とを備える。 上記光電変換素子は、 励起パルス成分それぞれに対応して被測定物から放出され る蛍光成分を光電変換する。 上記電荷蓄積素子は、 光電変換素子によって光電変 換された電荷を蓄積し、 該蓄積された電荷を転送する。 上記制御部は、 光電変換 素子によって光電変換された電荷を掃き捨てるための電子シャツタ信号、 該光電 変換された電荷を電荷蓄積素子に読み出すための読み出し信号、 及び該読み出さ れた電荷を順次転送させるための転送信号を出力する。 特に、 上記制御部は、 励 起光に含まれるパルス成分の発生に対応して電子シャツタ信号を出力し、 該電子 シャツタ信号の出力に対応して読み出し信号を出力し、 そして、 読み出し信号の 出力が少なくとも 2以上行われるごとに転送信号を出力する。
【0 0 0 9】 この発明に係る蛍光測定装置によれば、 上記制御部が、 励起パル ス成分の発生ごとに電子シャツタ信号が出力され、 この電子シャツタ信号の出力 に対応して読み出し信号が出力される。 そのため、 各励起パルス成分に対応する 蛍光成分の測定が可能になる。 また、 上記制御部は、 読み出し信号の出力が少な くとも 2以上行われるごとに転送信号を出力するので、 複数回数分の蛍光成分を まとめて計測できる。
【0 0 1 0】 また、 この発明に係る蛍光測定装置において、 励起パルス成分及 び蛍光成分は、 それぞれ実質的に同一波形及び同一周期であるのが好ましい。 蛍 光成分がそれぞれ実質的に同一周期であれば、 所定時間当たりの蛍光発生回数が 容易に特定でき、 簡便に電子シャツタ信号との同期を取ることができるからであ る。 また、 蛍光成分がそれぞれ実質的に同一波形であれば、 各蛍光成分それぞれ の同じ波形部分を測定することが容易になる。
【0 0 1 1】 この発明に係るの蛍光測定装置において、 上記制御部は、 蛍光成 分それぞれの同一波形部分を測定可能なように、 電子シャッタ信号及び読み出し 信号を出力するのが好ましい。 蛍光成分それぞれの同一波形部分を測定すれば、 測定された蛍光成分の成分数で除算することによりそれらの部分に対応する電荷 が求められる。 【0 0 1 2】 さらに、 この発明に係る蛍光測定装置において、 上記制御部は、 蛍光成分が放出されるまで間、 継続して電子シャッタ信号及び転送信号を出力す るのが好ましい。 蛍光成分が放出されるまで、 すなわち測定が開始されるまで電 子シャツタ信号及び転送信号が出力されれば、 光電変換素子及び電荷蓄積素子に 不要な電荷が蓄積されることが防止できるからである。
【0 0 1 3】 なお、 この発明に係る蛍光測定装置において、 上記電荷蓄積素子 は、 光電変換素子から直接電荷を受け取る第一電荷蓄積素子と、 該第一電荷蓄積 素子から電荷を受け取る第二電荷蓄積素子とを含んでもよい。 このとき、 上記制 御部は、 読み出し信号の出力の所定回数分ごとに第一電荷蓄積素子に対して転送 信号を出力する一方、 継続して転送信号を第二電荷蓄積素子に対して出力するの が好ましい。 第二電荷蓄積素子に継続して転送信号が出力されることにより、 第 二電荷蓄積素子への不要な電荷の蓄積が効果的に低減されるからである。
【0 0 1 4】 なお、 この発明に係る各実施例は、 以下の詳細な説明及び添付図 面によりさらに十分に理解可能となる。 これら実施例は単に例示のために示され るものであって、 この発明を限定するものと考えるべきではない。
【0 0 1 5】 また、 この発明のさらなる応用範囲は、 以下の詳細な説明から明 らかになる。 しかしながら、 詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施 例を示すものではあるが、 例示のためにのみ示されているものであって、 この発 明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者に は自明であることは明らかである。
図面の簡単な説明
【0 0 1 6】 図 1 A〜図 I Iは、 この発明に至る検討過程を説明するためのタ ィミングチヤ一トである。
【0 0 1 7】 図 2は、 この発明に係る蛍光測定装置を含む測定系の構成を示す 図である。
【0 0 1 8】 図 3は、 図 2中に示された C C Dの構成を示す図である。 【001 9】 図 4 A〜図 4 Iは、 この発明に係る蛍光測定装置における動作を 説明するためのタイミングチヤ一トである。
発明を実施するための最良の形態
【0020】 以下、 この発明に係る蛍光測定装置の一実施例を、 図 2、 図 3、 及び図 4 A〜図 4 Iを用いて詳細に説明する。 なお、 図面の説明において、 同一 部位、 同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0021】 図 2は、 この発明に係る蛍光測定装置を含む測定系の構成を示す 図である。 この図 2に示された測定系は、 この発明に係る蛍光測定装置に相当す る CCDカメラ 10、 レーザ光源 30、 及びトリガ発生装置 20により構成され ている。 CCDカメラ 10は、 CCD 101と、 CCD駆動回路 102と、 マイ クロコンピュータ 103とを含む。 なお、 CCD駆動回路 102及びマイクロコ ンピュータ 103により、 当該蛍光測定装置の制御部 100が構成されている。 【0022】 CCD 101は、 CCD駆動回路 102からの指示信号に基づい て、 被測定物 40から放出される蛍光成分 60を測定するインター素子型の CC Dである。 具体的に CCD 101は、 図 3に示すように、 フォトダイオード (光 電変換素子) 101 a、 垂直転送素子 (第一電荷蓄積素子) 101 b、 水平転送 素子 (第二電荷蓄積素子) 101 cを含む。
【0023】 フォトダイオード 101 aは、 受光量に応じて電荷を蓄積する部 分であり、 必要な受光面が形成されるように基板上に複数並べられている。 フォ トダイオード 10 l aは、 CCD,駆動回路 102から電子シャツタ信号が入力さ れると蓄積している電荷を掃き捨て、 CCD駆動回路 102から読み出し信号が 入力されると蓄積している電荷を垂直転送素子 101 bに移動させる。
【0024】 第 1電荷蓄積素子である垂直転送素子 101 bは、 フォトダイォ ード 101 aそれぞれに対応して設けられている。 垂直転送素子 101 bは、 関 連するフォトダイオード 101 aから移動される電荷を蓄積し、 必要に応じて隣 接する垂直転送素子 101 bにその電荷を転送する。 より具体的には、 各垂直転 送素子 10 l bは、 CCD駆動回路 102から転送信号が入力されると、 それぞ れが蓄積している電荷を水平転送素子 101 c側の垂直転送素子 101 bに順次 転送する。 水平転送素子 101 cに隣接する垂直転送素子 101 bは、 転送され てきた電荷を該水平転送素子 101 cに転送する。
【0025】 水平転送素子 101 cは、 互いに電荷を転送する一列の垂直転送 素子 101 bのグループに対応するように設けられている。 水平転送素子 101 cは、 関連する垂直転送素子 101 bの列から転送されてくる電荷を蓄積し、 隣 接する水平転送素子 101 cにその電荷を転送する。 なお、 最終的に電荷が蓄積 される末端の水平転送素子 101 cからその電荷を読み出すことにより、 フォト ダイオード 101 aが光電変換した全データを読み出すことができる。
【0026】 CCD駆動回路 102は、 マイクロコンピュータ 103からの指 示信号に基づいて、 上述の電子シャツタ信号、 読み出し信号、 及び転送信号を、 CCD 101に出力する。
【0027】 マイクロコンピュータ 103は、 トリガ発生装置 20からのトリ ガ信号に基づいて、 上述の電子シャツタ信号、 読み出し信号、 及び転送信号を出 力させるための指示信号を CCD駆動回路 102に出力する。 より具体的には、 トリガ信号と、 該トリガ信号に対する CCD 101の露光遅延時間を指定する露 光遅延動作とから、 電子シャツタ信号、 読み出し信号、 及び転送信号を出力する タイミングを算出し、 該 CCD駆動回路 102に出力する。 なお、 これら CCD 駆動回路 102及び μコンピュータ 103により制御部 100が構成される。
【0028】 トリガ発生装置 20は、 レーザ光源 30とマイクロコンピュータ 103とにトリガ信号を出力する。 レーザ光源 30は、 このトリガ信号に基づい て励起パルス成分 50を被測定物 40に対して照射する。既に説明されたように、 被測定物 40は、 励起パルス成分 50に対応して蛍光成分 60を放出し、 C C D カメラ 10はこれら蛍光成分 60を測定する。
【0029】 次に、 CCDカメラ 10の測定動作を、 図 4 A〜図 4 1に示され たタイミングチャートを用いて説明する。 なお、 図 4 Aは励起パルス成分、 図 4 Bは蛍光成分、 図 4 Cは電子シャツタ信号、 図 4 Dは読み出し信号、 図 4Eはフ ォトダイオード ( P D) の電荷量、 図 4 Fは垂直素子の蓄積電荷量、 図 4 Gは水 平素子の転送信号、 図 4 Hは垂直素子の転送信号、 そして、 図 4 1は全データの 読み出し、 それぞれのタイムチャートである。 また、 図 4C、 図 4G及び図 4H において、 期間 Tは、 定期的に各信号の出力が繰り返される期間を示す。
【0030】 図 2のレーザ光源 30からは、 トリガ発生装置 20からのトリガ 信号に応じて励起パルス成分 50が被測定物 40に照射される (図 4A参照)。 ト リガ信号は、 この励起パルス成分 50の間隔が 1〜 2ms e cとなるように調整 されている。 被測定物 40からは照射された励起パルス成分 50に応じて蛍光成 分 60が放出される (図 4B参照)。 これら蛍光成分 60は、被測定物 40の性状 に応じて放出される光成分であり、 図 4 Bに示されたように一般的に非線形の波 形をしている。
【0031】 トリガ信号に対する電子シャッタ信号の出力遅延時間 D、 電子シ ャッタ信号の出力から読み出し信号の出力までの遅延時間 Wは、 マイクロコンビ ユータ 103に入力される露光遅延操作によって指定される。 この出力遅延時間 D及び遅延時間 Wは、 励起パルス成分 50に対する蛍光成分 60の遅延を考慮し て、 10 / s e c〜400 i s e cの間で任意に設定可能である。 すなわち、 出 力遅延時間 D及び遅延時間 Wが任意に設定されることで、 蛍光成分 60の波形に おける露光部分 (図 4 Bの斜線部分) が任意に設定され、 蛍光成分 60それぞれ のスぺク トルが作成される。
【0032】 なお、 電子シャツタ信号は、 図 4Cに示されたように、 露光時間 以外は定期的に CCD駆動回路 102から CCD 101に出力されている。 すな わち、 図 4C中の期間 Tにおいて、 電子シャツタ信号は定期的に繰り返し出力さ れている。 電子シャツタ信号は、 CCD 101のフォトダイオード 101 aに蓄 積される電荷を掃き捨てるための信号であるため、 フォトダイオード 101 aへ の不要な電荷の蓄積が低減され得る (図 4E参照)。
【0033】 出力遅延時間 Wの間にフォトダイオード 101 aにおいて光電変 換された蓄積電荷 Δ qは、 読み出し信号の出力 (図 4C参照) によって垂直転送 素子 101 bに移される。 この実施例では、 励起パルス成分 50の発生が t回行 われ、フォトダイオード 101 aで光電変換された電荷 Δ qが t回垂直転送素子 101 bに移される。 この t回の演算の後に、 転送信号が垂直転送素子 101 b に出力されると、 各垂直転送素子 101 bは、 順次蓄積されている電荷 (A qX t) を隣接する垂直転送素子 101 bに転送する (図 4F参照)。 この転送される 電荷は、 水平転送素子 101 cに転送され、 さらに隣接する水平転送素子 101 cに転送されることで読み出される。 この読み出された電荷は t回分の蓄積電荷 厶 qであるから、 演算回数 tで除算することにより、 1個の励起パルス成分 50 に対する蛍光成分 60に対応した電荷 Δ qを得ることができる。 ·
【0034】 水平転送素子 101 cに対する転送信号は、 常に定期的に CCD 駆動回路 102から出力されている。 すなわち、 図 4 G中の期間 Tにおいて転送 信号は定期的に出力されている。 この転送信号は、 水平転送素子 101 cに蓄積 されている電荷を転送するための信号であるため、 各水平転送素子 101 cへの 不要な電荷の蓄積が低減され得る。
【0035】 また、 垂直転送素子 101 bに対する転送信号は、 トリガ信号が 入力されるまでは定期的に CCD駆動回路 102から出力されている。すなわち、 図 4 H中の期間 Tにおいて転送信号は定期的に出力されている。この転送信号は、 垂直転送素子 101 bに蓄積されている電荷を転送するための信号であるため、 各垂直転送素子 101 bへの不要な電荷の蓄積が低減され得る。
【0036】 制御部 100に含まれるマイクロコンピュータ 103及ぴ CCD 駆動回路 102は、励起パルス成分 50の発生ごとに電子シャツタ信号を出力し、 このデンしシャツタ信号の出力に対応して読み出し信号を出力する。 そのため、 各励起パルス成分 50に対した蛍光成分 60の計測が可能になる。 また、 マイク 口コンピュータ 1 0 3及ぴ C C D駆動回路 1 0 2は、 読み出し信号の出力の所定 回数分ごとに転送信号を出力するので、 所定回数分の蛍光成分をまとめて計測で きる。
【0 0 3 7】 この実施例では、 蛍光成分 6 0がそれぞれ実質的に同一波形及び 周期となるように、 励起パルス成分 5 0が発生されている。 蛍光成分 6 0がそれ ぞれ実質的に同一周期であるので、 所定時間当たりの蛍光発生回数が容易に特定 できる。 また、 蛍光成分 6 0がそれぞれ実質的に同一波形であるので、 各蛍光成 分間で対応する同一波形部分を測定することが容易になる。
【0 0 3 8】 さらに、 制御部 1 0 0としてのマイクロコンピュータ 1 0 3及び C C D駆動回路 1 0 2は、 蛍光成分 6 0の波形それぞれの同一波形部分を測定可 能なように、 トリガ信号に対して出力遅延時間 D及び遅延時間 Wを算出し、 電子 シャツタ信号及び読み出し信号を出力している。 したがって、 複数回分 (t ) の 蛍光成分それぞれの同一波形部分の測定が容易にでき、 その測定結果の和 (Δ (ΐ X t ) を所定回数 (t ) で除算することにより、 測定しょうとする波形部分に対 応する電荷 Δ qが算出され得る。
【0 0 3 9】 なお、 この発明に係る蛍光測定装置は、 上述の実施例に限定され ることはなく、 種々の変形が可能である。 そのような変形は、 この発明の思想お よび範囲から逸脱するものとは認めることはできず、 すべての当業者にとって自 明である改良は、 以下の請求の範囲に含まれるものである。
産業上の利用可能性
【0 0 4 0】 以上のようにこの発明によれば、 制御部が、 被測定物に照射され る励起パルス成分それぞれに対応して電子シャッタ信号を出力し、 この電子シャ ッタ信号の出力に対応して読み出し信号を出力するので、 各励起パルス成分に対 応した蛍光成分が計測可能になる。 また、 制御部は、 読み出し信号の出力の所定 回数分ごとに転送信号を出力するので、 該所定回数分の蛍光成分がまとめて計測 可能になる。 したがって、 この発明の目的とする、 被測定物から励起パルス成分 対応して放出される蛍光成分を、 CCDを用いて測定可能な蛍光測定装置が得ら れる。

Claims

言青求の範圏
1 . 被測定物に対して複数の励起パルス成分を照射し、 これら励起パルス成 分それぞれに対応して該被測定物から放出される蛍光成分を測定する蛍光測定装 置であって、
前記被測定物から放出された蛍光成分を光電変換する光電変換素子と、 前記光電変換素子により光電変換された電荷を蓄積し、 該蓄積された電荷を転 送する電荷蓄積素子と、
前記光電変換素子により光電変換された電荷を掃き捨てるための電子シャツタ 信号、該光電変換された電荷を前記電荷蓄積素子に読み出すための読み出し信号、 及び該読み出された電荷を順次転送させるための転送信号を出力する制御部とを 備え、
前記制御部は、 前記励起光に含まれるパルス成分の発生に対応して前記電子シ ャッタ信号を出力し、 該電子シャッタ信号の出力に対応して前記読み出し信号を 出力し、 そして、 前記読み出し信号の出力が少なくとも 2以上行われるごとに前 記転送信号を出力する蛍光測定装置。
2 . 請求項 1記載の蛍光測定装置において、
前記励起パルス成分は、 それぞれ実質的に同一波形及ぴ同一周期であり、 そし て、
前記蛍光成分は、 それぞれ実質的に同一波形及び同一周期である。
3 . 請求項 2記載の蛍光測定装置において、
前記制御部は、 前記蛍光成分それぞれの同一波形部分が測定可能なように、 前 記電子シャッタ信号及ぴ前記読み出し信号を出力する。
4 . 請求項 1記載の蛍光測定装置において、
前記制御部は、 前記蛍光成分が放出されるまでの間、 継続して前記電子シャツ タ信号及び前記転送信号を出力する。
5 . 請求項 1記載の蛍光測定装置において、 前記電荷薺積素子は、 前記光電変換素子から直接電荷を受け取る第一電荷蓄積 素子と、 該第一電荷蓄積素子から電荷を受け取る第二電荷蓄積素子とを含み、 そ して、
前記制御部は、 前記読み出し信号の出力の所定回数分ごとに前記転送信号を前 記第一電荷蓄積素子に対して出力する一方、 継続して前記転送信号を前記第二電 荷蓄積素子に対して出力する。
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