(57)【要約】【課題】温度センサーを用いずに温度調節可能な撮像装置を提供する。【解決手段】光電変換素子２０と、光電変換素子２０の温度を調整する温度調整部８４と、光電変換素子２０及び温度調整部８４を制御する制御部８６と、光電変換素子２０の長キャリア蓄積時間での暗電流強度と短キャリア蓄積時間での暗電流強度との差分値と測定温度とを対応付けた対応表が記録されている記録部７５と、を備える撮像装置８０である。制御部８６は、光電変換素子２０の長キャリア蓄積時間での暗電流強度と短キャリア蓄積時間での暗電流強度との差分値を算出し、対応表より測定温度を求める。【選択図】図１
2010166214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、
測定温度にしたがった前記光電変換素子の長キャリア蓄積時間での暗電流強度と短キャリア蓄積時間での暗電流強度との差分値が記録されている記録部と、
前記光電変換素子の長キャリア蓄積時間での暗電流強度と短キャリア蓄積時間での暗電流強度との差分値及び前記記録部に基づいて測定温度を求める制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
第一の光電変換素子と、
第二の光電変換素子と、
測定条件ごとに、前記第一の光電変換素子が検出する光度と、前記光度に対応する第一の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値と前記第二の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値との第一の差分と、の関係を示す第一のテーブルにおける前記第一の差分が最大となる測定条件と、所定の測定条件における前記第一の光電変換素子が検出する光度と、前記光度に対応する第一の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値と前記第二の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値との第二の差分と、の関係を示す第二のテーブルにおける前記第二の差分と、の関係を示す第三のテーブルが記録された記録部と、
前記所定の測定条件において前記第一の光電変換素子の出力値を得た後に、前記第一の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値と前記第二の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値との第三の差分から、前記第三のテーブルを用いて前記第三の差分が最大となる測定条件を読み出し、当該測定条件において前記第一の光電変換素子で光検出を行う制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置の受光面側に、特定の生体高分子と結合するプローブを備える生体高分子分析チップが設けられていることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記プローブは特定の抗原と結合する抗体であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な生物種の遺伝子の発現解析を行うためにＤＮＡチップや抗体チップ等の生体高分子分析チップやその読取装置が開発されている。生体高分子分析チップは、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡや抗体をスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである。例えば、ＤＮＡチップ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。
【０００３】
まず、既知の塩基配列を有した複数種類のｃＤＮＡ（以下、プローブＤＮＡという）をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたＤＮＡチップを準備する。次に、検体からｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いてｃＤＮＡを合成し、標識物質で標識したものを用意する（以下、標識ＤＮＡという）。ここで、標識物質には蛍光体や化学発光基質、あるいは化学発光基質を発光させる酵素等を用いることができる。
次に、標識ＤＮＡをＤＮＡチップ上に添加すると、標識ＤＮＡが相補的なプローブＤＮＡとハイブリダイズすることによりＤＮＡチップ上に固定される。
【０００４】
次いで、ＤＮＡチップを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、ＤＮＡチップに対して二次元的に移動する集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってＤＮＡチップを走査する標識物質により発した光を集光レンズで集光させ、光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、ＤＮＡチップの面内の光強度分布を計測し、これにより、ＤＮＡチップ上の光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で光強度が大きい部分には、プローブＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有した標識ＤＮＡが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって検体で発現しているｍＲＮＡを同定することができる。
【０００５】
また、複数の撮像素子を二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイスの受光面にＤＮＡや抗体等のプローブ分子をスポットした生体高分子分析チップが開発されている。このような生体高分子分析チップでは、スポットに付着した標識ＤＮＡ等の生体高分子を標識する標識物質により発生する光を各光電変換素子により計測する。固体撮像デバイスの受光面にスポットが点在しており、受光面に付着された生体高分子と光電変換素子との間の距離が近いために標識物質から発した光があまり減衰せずに固体撮像デバイスの受光面に入射するため、僅かな光量でも計測が可能であるという利点がある。
【０００６】
ところで、撮像素子は温度が上昇すると暗電流が増大するため、ノイズが増大する。このため、撮像素子に温度センサーを設けるとともに、撮像素子を冷却する冷却装置により撮像素子を一定温度に保つことが行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１１８９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような生体高分子分析チップにおいて、撮像素子の温度を制御するためには、撮像素子の温度を計測する温度センサー及びそのインターフェース回路等が必要となり、装置が複雑になっていた。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決し、温度センサーを用いずに温度調節可能な撮像装置及び生体高分子分析チップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、本発明の一の態様によれば、光電変換素子と、測定温度にしたがった前記光電変換素子の長キャリア蓄積時間での暗電流強度と短キャリア蓄積時間での暗電流強度との差分値が記録されている記録部と、前記光電変換素子の長キャリア蓄積時間での暗電流強度と短キャリア蓄積時間での暗電流強度との差分値及び前記記録部に基づいて測定温度を求める制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の態様によれば、第一の光電変換素子と、第二の光電変換素子と、測定条件ごとに、前記第一の光電変換素子が検出する光度と、前記光度に対応する第一の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値と前記第二の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値との第一の差分と、の関係を示す第一のテーブルにおける前記第一の差分が最大となる測定条件と、所定の測定条件における前記第一の光電変換素子が検出する光度と、前記光度に対応する第一の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値と前記第二の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値との第二の差分と、の関係を示す第二のテーブルにおける前記第二の差分と、の関係を示す第三のテーブルが記録された記録部と、前記所定の測定条件において前記第一の光電変換素子の出力値を得た後に、前記第一の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値と前記第二の光電変換素子の出力値をＡ／Ｄ変換したＡＵ値との第三の差分から、前記第三のテーブルを用いて前記第三の差分が最大となる測定条件を読み出し、当該測定条件において前記第一の光電変換素子で光検出を行う制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置が提供される。
【００１２】
好ましくは、撮像装置の受光面側に、特定の生体高分子と結合するプローブを備える生体高分子分析チップが設けられていることを特徴とする撮像装置が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡである。
あるいは、好ましくは、前記プローブは特定の抗原と結合する抗体である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光電変換素子の出力に基づいて温度を測定できる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】分析装置８０の構成を示すブロック図である。
【図２】温度調整部８４と生体高分子分析チップ１との位置関係を示す側面図である。
【図３】温度調整部８４と生体高分子分析チップ１との位置関係を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図である。
【図５】図４のV−V矢視断面図である。
【図６】ダブルゲートトランジスタ２０を示す平面図である。
【図７】図６のVII−VII矢視断面図である。
【図８】図４のVIII−VIII矢視断面図である。
【図９】固体撮像デバイス１０に出力される電気信号のレベルの推移を示したタイミングチャートである。
【図１０】ある撮像素子制御回路８８にＬＳＩ７０を接続し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓとした場合における、温度とＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値（ＡＵ）との関係を示すグラフである。
【図１１】図１０とは異なる撮像素子制御回路８８にＬＳＩ７０を接続し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓとした場合における、温度とＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値（ＡＵ）との関係を示すグラフである。
【図１２】キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとした場合におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値から、キャリア蓄積時間を４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓとした場合におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値を減算した差分値と、温度との関係を示すグラフである。
【図１３】温度と、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとした場合の出力値（ＡＵ）からキャリア蓄積時間を１２００ｍｓとした場合の出力値（ＡＵ）を引いた差分値Δとを対応付けたテーブルである。
【図１４】蛍光標識ＤＮＡ６２をプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法についての説明図である。
【図１５】蛍光標識ＤＮＡ６２をプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法についての説明図である。
【図１６】固体撮像デバイス１０の温度制御をする際のＣＰＵ８６による処理を示すフローチャートである。
【図１７】蛍光標識ＤＮＡ６２の検出方法についての説明図である。
【図１８】生体高分子分析チップ１０１を示す断面図である。
【図１９】ダブルゲートトランジスタ２０に２．５ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときの温度とＡＵ値との関係を示すグラフである。
【図２０】ダブルゲートトランジスタ２０に１．０ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときの温度とＡＵ値との関係を示すグラフである。
【図２１】ダブルゲートトランジスタ２０に０．３ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときの温度とＡＵ値との関係を示すグラフである。
【図２２】ダブルゲートトランジスタ２０に２．５ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときのＡＵ値と、同じキャリア蓄積時間におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分値の、温度との関係を示すグラフである。
【図２３】ダブルゲートトランジスタ２０に１．０ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときのＡＵ値と、同じキャリア蓄積時間におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分値の、温度との関係を示すグラフである。
【図２４】ダブルゲートトランジスタ２０に０．３ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときのＡＵ値と、同じキャリア蓄積時間におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分値の、温度との関係を示すグラフである。
【図２５】光度と、ダイナミックレンジが最大となるキャリア蓄積時間及び温度の条件との関係を示すテーブルである。
【図２６】キャリア蓄積時間１２００ｍｓ、温度２５℃の条件で、照射した光の強度（ｍｃｄ）と、そのときのダブルゲートトランジスタ２０のＡＵ値とＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分（ΔＡＵ）との関係を示すテーブルである。
【図２７】ΔＡＵと、ダイナミックレンジが最大となるキャリア蓄積時間及び温度の条件との関係を示すテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１７】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る分析装置について説明する。
〔１〕分析装置
図１は分析装置８０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、分析装置８０は、生体高分子分析チップ１と、生体高分子分析チップ１に接続され、生体高分子分析チップ１を制御するコンピュータ８１と、コンピュータ８１から出力された信号により出力（表示又はプリント）を行う出力装置８２と、コンピュータ８１により制御される励起光照射装置８３と、温度調整部８４と、を備える。
【００１８】
コンピュータ８１は、温度制御回路８５、ＣＰＵ８６、ＲＡＭ８７、撮像素子制御回路８８等を備える。ＣＰＵ８６は、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７１及びドレインドライバ７３に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７１及びドレインドライバ７３に固体撮像デバイス１０の駆動動作を行わせる機能を有する。また、コンピュータ８１は入力した二次元の画像データ画像データに従った画像を出力装置８２に出力させる機能を有する。温度制御回路８５はＣＰＵ８６により駆動され、温度調整部８４を制御する。
撮像素子制御回路８８は、アダプタ８９により生体高分子分析チップ１と接続される。
【００１９】
ＲＡＭ８７には、撮像素子制御回路８８から出力された信号が二次元の画像データとして記憶される。
また、ＲＡＭ８７には、ＣＰＵ８６が温度制御回路８５に温度調整部８４を制御させる処理を行うのに必要な情報が記録される。
【００２０】
撮像素子制御回路８８は、生体高分子分析チップ１から入力された電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータを備え、固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして取得する機能を有する。
【００２１】
出力装置８２はプロッタ、プリンタ又はディスプレイであり、ＲＡＭ８７に記憶された二次元の画像データを出力する。
励起光照射装置８３は、後述する蛍光体を励起する励起光を生体高分子分析チップ１に照射する。
【００２２】
図２は温度調整部８４と生体高分子分析チップ１との位置関係を示す側面図であり、図３は平面図である。図２、図３に示すように、温度調整部８４は生体高分子分析チップ１とともに熱伝導板８４ａの上に載置され、熱伝導板８４ａを冷却することにより固体撮像デバイス１０を冷却する。温度制御回路８５はコンピュータ８１から入力されるステップ値ＳＴに比例して温度調整部８４の温度を調節する。ステップ値ＳＴにより温度を調節可能な温度調整部８４としては、例えばペルチェ素子を用いることができる。
【００２３】
〔２〕生体高分子分析チップの全体構成
図４は、本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図であり、図５は、図４のV−V矢視断面図である。この生体高分子分析チップ１は、ＤＮＡを検出するＤＮＡチップである。
【００２４】
この生体高分子分析チップ１は、固体撮像デバイス１０と、固体撮像デバイス１０の受光面側に設けられた枠状の隔壁５１と、固体撮像デバイス１０の受光面上に点在した複数のスポット６０，６０，…と、ＬＳＩ７０とを具備する。
【００２５】
〔２〕固体撮像デバイス
ここで、図４、図５を用いて固体撮像デバイス１０について説明する。図４、図５に示すように、固体撮像デバイス１０は、基板１７と、ボトムゲート絶縁膜２２と、トップゲート絶縁膜２９と、保護絶縁膜３２と、励起光吸収層３３と、スポット固定層３５とを積層してなる。これらの層間に、複数のボトムゲートライン４１、ソースライン４２、ドレインライン４３、トップゲートライン４４、及び、ダブルゲートトランジスタ２０（第一の光電変換素子）を形成するボトムゲート電極２１、半導体膜２３、チャネル保護膜２４、不純物半導体膜２５，２６、ソース電極２７、ドレイン電極２８、トップゲート電極３１が適宜設けられている。
【００２６】
基板１７は、後述する蛍光体が発する光を透過する性質（以下、光透過性という。）を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート、ＰＭＭＡ等といったプラスチック基板である。
【００２７】
この固体撮像デバイス１０においては、光電変換素子としてダブルゲート型電界効果トランジスタ（以下、ダブルゲートトランジスタという。）２０が利用され、複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が基板１７上において二次元アレイ状に配列され、これらダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が窒化シリコン（ＳｉＮ）等の保護絶縁膜３２によってまとめて被覆されている。
なお、図１では８行×８列のマトリクス状の二次元アレイを示すが、さらに多くの行及び列を有していてもよい。
【００２８】
図６はダブルゲートトランジスタ２０を示す平面図であり、図７は図６のVII−VII矢視断面図である。図６、図７に示すように、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…は何れも、受光部である半導体膜２３と、半導体膜２３上に形成されたチャネル保護膜２４と、ボトムゲート絶縁膜２２を挟んで半導体膜２３の下に形成されたボトムゲート電極２１と、トップゲート絶縁膜２９を挟んで半導体膜２３の上に形成されたトップゲート電極３１と、半導体膜２３の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜２５と、半導体膜２３の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜２６と、不純物半導体膜２５に重なったソース電極２７と、不純物半導体膜２６に重なったドレイン電極２８と、を備え、半導体膜２３において受光した光量に従ったレベルの電気信号を出力するものである。
【００２９】
ボトムゲート電極２１は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに基板１７上に形成されている。また、基板１７上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれのボトムゲート電極２１が共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００３０】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１，４１，…はボトムゲート絶縁膜２２によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜２２は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜２２は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。
【００３１】
ボトムゲート絶縁膜２２上には、複数の半導体膜２３がマトリクス状に配列するよう形成されている。半導体膜２３は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立して形成されており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０においてボトムゲート電極２１に対して対向配置され、ボトムゲート電極２１との間にボトムゲート絶縁膜２２を挟んでいる。半導体膜２３は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。
【００３２】
半導体膜２３上には、チャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３の中央部上に形成されている。チャネル保護膜２４は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３の界面を保護するものである。半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜２３にはキャリアとして正孔及び電子が発生する。
【００３３】
半導体膜２３の一端部上には、不純物半導体膜２５が一部、チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されており、半導体膜２３の他端部上には、不純物半導体膜２６が一部、チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜２５，２６は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００３４】
不純物半導体膜２５上には、ソース電極２７が形成され、不純物半導体膜２６上には、ドレイン電極２８が形成されている。ソース電極２７及びドレイン電極２８はダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。縦方向に延在する複数本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…がボトムゲート絶縁膜２２上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体に形成されており、縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体に形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００３５】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…は、トップゲート絶縁膜２９によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜２９は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜２９は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３６】
トップゲート絶縁膜２９上には、複数のトップゲート電極３１がダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。トップゲート電極３１は、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３に対して対向配置され、半導体膜２３との間にトップゲート絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜２９上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン４４，４４，…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３１が共通のトップゲートライン４４と一体に形成されている。トップゲート電極３１及びトップゲートライン４４は、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
【００３７】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３１及びトップゲートライン４４，４４，…は保護絶縁膜３２によってまとめて被覆され、保護絶縁膜３２は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜３２は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３８】
保護絶縁膜３２の上面には、後述する蛍光体６４の励起光を吸収する励起光吸収層３３が設けられている。励起光吸収層３３は、後述する蛍光体６４の蛍光に対して高い透過性を示すものが好ましい。
【００３９】
励起光吸収層３３の上面には、スポット固定層３５が設けられている。スポット固定層３５は、スポット６０となる後述するプローブと共有結合または静電結合することで、スポットを固定する。スポット固定層３５が設けられた側の面が、固体撮像デバイスの受光面となる。
【００４０】
さらに、少なくとも１つの温度測定用のダブルゲートトランジスタ２０ａの上部には、図８に示すように、スポット固定層３５の上部に、遮光材３７が設けられている。なお、図４では、左上のダブルゲートトランジスタ２０ａの上に遮光材３７が設けられている。遮光材３７は、半導体膜２３へ可視光や紫外線が侵入することを防止する。遮光材３７には、例えば遮光用の金属や、酸化クロム、酸化チタン等の金属酸化物、不透明な絶縁膜等を用いることができる。
遮光材３７が設けられたダブルゲートトランジスタ２０ａ（以下、ＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａ（第二の光電変換素子）という）は、光検出に用いられず、後述するように、固体撮像デバイス１０の温度を計測するのに用いられる。
【００４１】
トップゲートライン４４，４４，…はトップゲートドライバ７４の端子に、ボトムゲートライン４１，４１，…はボトムゲートドライバ７１の端子に、ドレインライン４３，４３，…はドレインドライバ７３の端子に、それぞれ接続されている。また、ソースライン４２，４２，は接地されている。
【００４２】
以上のように構成された固体撮像デバイス１０は、スポット固定層３５の表面を受光面としており、遮光材３７が設けられたものを除く各ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３において受光した光量を電気信号に変換するように設けられている。
【００４３】
〔３〕ＬＳＩ
ＬＳＩ７０は、固体撮像デバイス１０を駆動するボトムゲートドライバ７１、ドレインドライバ７３、トップゲートドライバ７４及びＲＯＭ７５を有し、撮像素子制御回路８８により駆動される。トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７１及びドレインドライバ７３は、協同して固体撮像デバイス１０を駆動するものである。
【００４４】
トップゲートドライバ７４は、シフトレジスタである。つまり、図９に示すように、トップゲートドライバ７４はトップゲートライン４４，４４，…にリセットパルスを順次出力するようになっている。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルである。一方、トップゲートドライバ７４は、リセットパルスを出力しない時にキャリアを蓄積するためのローレベルの−２０〔Ｖ〕の電位をそれぞれのトップゲートライン４４に印加するようになっている。
【００４５】
ボトムゲートドライバ７１は、シフトレジスタである。つまり、図９に示すように、ボトムゲートライン４１，４１，…にリードパルスを順次出力するようになっている。リードパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のオンレベル（ハイレベル）であり、リードパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のオフレベル（ローレベル）である。
【００４６】
トップゲートドライバ７４が何れかの行のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後にキャリア蓄積期間を経てボトムゲートドライバ７１が同じ行のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ７４及びボトムゲートドライバ７１が出力信号をシフトする。つまり、各行では、リードパルスが出力されるタイミングは、リセットパルスが出力されるタイミングより遅れている。また、何れかの行のトップゲートライン４４へのリセットパルスの入力が開始してから、同じ行のボトムゲートライン４１へのリードパルスの入力が終了するまでの期間は、その行の選択期間である。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルであり、リセットパルスが出力されていない時のレベルは−２０〔Ｖ〕のローレベルである。
【００４７】
図９に示すように、ドレインドライバ７３は、それぞれの行の選択期間において、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力するようになっている。プリチャージパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルであり、プリチャージパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。また、ドレインドライバ７３は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅してコンピュータ８１のＡ／Ｄコンバータに出力するようになっている。
【００４８】
ここで、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７１及びドレインドライバ７３による固体撮像デバイス１０の通常の撮像動作について説明する。
トップゲートドライバ７４が１行目のトップゲートライン４４から最終行目のトップゲートライン４４へと順次リセットパルスを出力し、ボトムゲートドライバ７１がボトムゲートライン４１，４１，４１，…に順次リードパルスを出力する。その際、ドレインドライバ７３が各行でリセットパルスが出力されているリセット期間と各行でリードパルスが出力されている期間との間に、プリチャージパルスを全てのドレインライン４３，４３，…に出力する。
【００４９】
ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０の動作について詳細に説明する。図９に示すように、トップゲートドライバ７４がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力すると、ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになる。ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになっている間（この期間をリセット期間という。）、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０では、半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積されたキャリア（ここでは、正孔である。）が、トップゲート電極３０の電圧により反発して吐出される。
【００５０】
次に、トップゲートドライバ７４がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力することを終了して、半導体膜２３に蛍光が入射することによって半導体膜２３内に生成された電子−正孔対のうちの正孔を電気的に捕捉するためのするため負電位（−２０〔Ｖ〕をトップゲートライン４４に出力する。つまり、ｉ行目のトップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから、ｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスが出力されるまでの間（この期間をキャリア蓄積期間という。）、光量に従った量の電子−正孔対が半導体膜２３内で生成されるが、そのうちの正孔がトップゲート電極３０の電界により半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
【００５１】
次に、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ７３が全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力する。プリチャージパルスが出力されている間（プリチャージ期間という。）では、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０においては、トップゲート電極３０に印加されている電位が−２０〔Ｖ〕であり、この負電界によって半導体膜２３内や半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積された正孔による電界は、必然的に負電界を完全に相殺して半導体膜２３のチャネル領域にｎチャネルを形成する程度の正電界には成り得ず、ボトムゲート電極２１に印加されている電位が±０〔Ｖ〕であるため、ドレイン電極２８とソース電極２７との間にプリチャージパルスの電位差が生じても半導体膜２３にはチャネルが形成されず、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流は流れない。プリチャージ期間において、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流が流れないため、ドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスによってｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０のドレイン電極２８に電荷がチャージされる。
【００５２】
次に、ドレインドライバ７３がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ７１がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。ボトムゲートドライバ７１がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力している間（この期間を、リード期間という。）では、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０のボトムゲート電極２１に＋１０〔Ｖ〕の電位が印加されているため、ｉ行目の各ダブルゲートトランジスタ２０がオン状態になる。
【００５３】
リード期間においては、キャリア蓄積期間において蓄積されたキャリアがトップゲート電極３０の負電界を緩和するように働くため、入射される光量が十分あってキャリアの量が十分あれば、ボトムゲート電極２１の正電界とあわせて半導体膜２３にｎチャネルが形成されて、ドレイン電極２８からソース電極２７に電流が流れるようになる。従って、リード期間では、ドレインライン４３，４３，…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００５４】
ここで、キャリア蓄積期間において半導体膜２３に入射した光量が多くなるにつれて、蓄積されるキャリアも多くなり、蓄積されるキャリアが多くなるにつれて、リード期間においてドレイン電極２８からソース電極２７に流れる電流のレベルも大きくなる。従って、リード期間におけるドレインライン４３，４３，…の電圧の減少傾向は、キャリア蓄積期間で半導体膜２３に入射した光量に深く関連する。
【００５５】
そして、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ７３を介して、リード期間が開始してから所定の時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出し、Ａ／Ｄコンバータが蛍光の輝度階調０〜２５５の値にＡ／Ｄ変換する。なお、ドレインライン４３の電圧がプリチャージパルスと同じ＋５〔Ｖ〕であればＡ／Ｄコンバータの出力は階調０であり、０〔Ｖ〕であれば階調２５５である。これにより、光の強度が０〜２５５の値に換算される。（つまり、１階調値が約０．０２〔Ｖ〕に換算される。）
【００５６】
なお、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ７３を介して、所定の閾値電圧に至るまでの時間を検出しても良い。この場合でも、光の強度に換算される。また、図９では、トップゲートドライバ７４の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、ボトムゲートドライバ７１のｉ行目のリードパルスが立ち下がってからであるが、これに限らず、トップゲートドライバ７４の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、トップゲートドライバ７４のｉ行目のリセットパルスの立ち下がり直後からボトムゲートドライバ７１のｉ行目のリードパルスの立ち下がりまでの間であってもよい。ただし、（ｉ＋１）行目のダブルゲートトランジスタ２０のためにドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスの出力は、ボトムゲートドライバ７１のｉ行目のリードパルスの立ち下がり以降になるように設定されている。
【００５７】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、全ての行の各ダブルゲートトランジスタ２０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、生体高分子分析チップ１上の光の強度分布が画像として取得される。そして、光強度分布を表した画像は、コンピュータ８１に入力される。
【００５８】
なお、本実施の形態では、遮光材３７を設けた温度測定用のＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａを、固体撮像デバイス１０の温度制御に用いる。
すなわち、ＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａでは、ハイブリダイゼーションによる蛍光が入射されていないにもかかわらず、ノイズとなる暗電流が流れる。暗電流は、一般的に温度とキャリア蓄積時間との関数であり、キャリア蓄積時間が長くなると、温度が上昇するに連れて単位時間当たりの暗電流が増加する特性を持っている。
【００５９】
図１０、図１１はそれぞれ、異なる撮像素子制御回路８８にＬＳＩ７０を接続し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓとした場合における、温度とＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値（ＡＵ）との関係を示すグラフである。ここで、出力値（ＡＵ）は、ＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの暗電流をＡＤ変換した後の値である。
【００６０】
図１０、図１１に示すように、キャリア蓄積時間が長いほど出力値（ＡＵ）が大きく、また温度が上昇するに連れて出力値（ＡＵ）が大きくなることがわかる。また、撮像素子制御回路８８が異なると、ベースラインが変化し、出力値（ＡＵ）が異なることがわかる。したがって、単にＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値（ＡＵ）だけを元にして温度を計測することはできない。しかし、ベースラインをオフセットすることで出力値（ＡＵ）を温度計測に用いることが考えられる。
【００６１】
図１２は、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとした場合におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値から、キャリア蓄積時間を４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓとした場合におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａの出力値を減算した差分値と、温度との関係を示すグラフである。図１２に示すように、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとした場合と、キャリア蓄積時間を４８００ｍｓまたは２４００ｍｓとした場合との出力値の差分値は温度との関係が１対１にならない。一方、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとした場合と、キャリア蓄積時間を１２００ｍｓとした場合との出力値の差分値は温度との関係が１対１となる。
したがって、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとした場合の出力値（ＡＵ）からキャリア蓄積時間を１２００ｍｓとした場合の出力値（ＡＵ）を引いた差分値を、温度計測に用いることができる。
【００６２】
図１３は、温度と、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとした場合の出力値（ＡＵ）からキャリア蓄積時間を１２００ｍｓとした場合の出力値（ＡＵ）を引いた差分値Δとを対応付けたテーブルである。このテーブルは、それぞれの固体撮像デバイス１０に固有のテーブルであり、生体高分子分析チップ１の工場出荷時にＲＯＭ７５に格納される。
【００６３】
〔４〕スポット
図４、図５に示すように、固体撮像デバイス１０の受光面にはスポットが形成されている。各スポット６０は、プローブＤＮＡ６１となる既知の塩基配列のｃＤＮＡや抗体等の溶液をスポット固定層３５上に滴下し、乾燥して形成される。以下ではプローブとして既知の塩基配列のｃＤＮＡを用いた場合について説明する。
【００６４】
ここでは、４つのスポット６０のうち１つをポジティブコントロールとして、ハイブリダイズによって生じる蛍光体とほぼ等量の蛍光体を固定化している。もう１つのスポット６０をネガティブコントロールとして一本鎖のプローブＤＮＡ６１を固定せず、残り二つのスポット６０に互いに異なる塩基配列の一本鎖のプローブＤＮＡ６１が多数集まった群集を固定化させる。
プローブＤＮＡ６１としては、既知のｍＲＮＡの塩基配列、またはその一部と同一の、あるいは相補的な塩基配列のＤＮＡが用いられる。具体的には、例えば、後述する蛍光標識ＤＮＡで用いるのと同じ細胞検体から作成したｃＤＮＡライブラリを用いることができる。  
【００６５】
１つのスポット６０はダブルゲートトランジスタ２０上に重なるように形成されている。なお、１つのスポット６０に重なったダブルゲートトランジスタ２０の数は異なっていてもよい。また、図４では２×２個のスポット６０が形成されているが、スポット６０の数は固体撮像デバイス１０の大きさに合わせた任意の数にすることができる。
【００６６】
〔５〕隔壁
隔壁５１はスポット固定層３５上に密着され、固体撮像デバイス１０の受光面にウェル５２を形成する。隔壁５１は不透明であり、外部から入射された光が隔壁５１を透過して進入することを防いでいる。
【００６７】
〔６〕蛍光標識ＤＮＡの作成
上記生体高分子分析チップ１で分析する試料としては、ＤＮＡを用いることができる。試料となるＤＮＡとしては、任意の細胞検体内で発現しているｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いるＲＴ−ＰＣＲ反応により得られたｃＤＮＡを用いることができる。ｃＤＮＡは蛍光体で標識する。蛍光体は、分析装置の励起光照射装置から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光を発するものを選択するが、蛍光体としては、例えばＣｙＤｙｅのＣｙ２（アマシャム社製）がある。
【００６８】
ｃＤＮＡを蛍光体で標識するには、例えば、蛍光体で標識されたオリゴｄＴプライマや、標識されたｄＮＴＰミックスを用いてＲＴ−ＰＣＲ反応を実施すればよい。以下では、この標識されたｃＤＮＡを蛍光標識ＤＮＡという。
【００６９】
〔７〕ハイブリダイゼーション
以下、蛍光標識ＤＮＡをプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法について説明する。まず、作業者が、図１４に示すように、蛍光体６４で標識した蛍光標識ＤＮＡ６２を含有した溶液（以下、蛍光標識ＤＮＡ溶液という）をウェル５２内に注入する。なお、蛍光標識ＤＮＡ溶液をウェル５２内のスポット６０，６０，…に順次又は同時に滴下してもよい。このとき、蛍光標識ＤＮＡ６２及びプローブＤＮＡ６１が一本鎖となるように蛍光標識ＤＮＡ溶液は加熱されている。
【００７０】
次いで、プローブＤＮＡ６１と蛍光標識ＤＮＡ６２とがハイブリダイゼーションを引き起こすように、生体高分子分析チップ１のウェル５２を所定の温度に冷却する。すると、図１５に示すように、ウェル５２内に注入された蛍光標識ＤＮＡ溶液内の蛍光標識ＤＮＡ６２のうち、スポット６０のプローブＤＮＡ６１と相補的なものは、プローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。一方、プローブＤＮＡ６１と相補的ではない蛍光標識ＤＮＡ６２は、そのスポット６０には結合しない。
その後、ウェル５２内の蛍光標識ＤＮＡ溶液を洗浄用バッファー溶液で洗い流し、蛍光標識ＤＮＡ６２のうちプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしなかったものをウェル５２内から除去する。
【００７１】
〔８〕温度制御
上記処理を行った後、図２、図３に示すように、生体高分子分析チップ１をアダプタ８９と接続し、コンピュータ８１を起動する。そして、コンピュータ８１は、固体撮像デバイス１０の温度制御を行う。
【００７２】
以下、固体撮像デバイス１０の温度制御をする際のＣＰＵ８６による処理について図１６を用いて説明する。
まず、目標とする温度をＴＴとした場合に、ＣＰＵ８６は、ＬＳＩ７０のＲＯＭ７５に格納されたテーブルからＴＴ−１、ＴＴ、ＴＴ＋１に対応する出力値を読み出し、それぞれＣＤＬ、ＣＤ、ＣＤＨとしてＲＡＭ８７に保存する（ステップＳ１）。
次に、ＣＰＵ８６は、ステップ値ＳＴを０としてＲＡＭ８７に記憶する（ステップＳ２）。このとき、温度調整部８４は初期状態であり、まだ冷却を開始していない。
【００７３】
次に、ＣＰＵ８６は、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓとして光検出を行い、暗電流強度ＬＤを記録する（ステップＳ３）。
すなわち、トップゲートドライバ７４が１行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力する。
次に、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ７３が１列目のドレインライン４３にプリチャージパルスを出力する。
キャリア蓄積時間が９６００ｍｓの場合には、１行目のトップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから９６００ｍｓを経過した後に、ドレインドライバ７３がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ７１が１行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。
【００７４】
そして、リードパルスの出力から所定の時間経過後のドレインライン４３の電圧を検出し、Ａ／Ｄコンバータが階調０〜２５５の値にＡ／Ｄ変換する。なお、ドレインライン４３の電圧がプリチャージパルスである＋５〔Ｖ〕に近いほどＡ／Ｄコンバータの出力は最低輝度階調の０階調に近づき、０〔Ｖ〕に近いほど最高輝度階調の２５５階調に近づく。これにより、暗電流量が０〜２５５階調の値に換算される。（つまり、１階調値が約０．０２〔Ｖ〕に換算される。）ＣＰＵ８６は、このときのＡ／Ｄコンバータの出力値をキャリア蓄積時間９６００ｍｓの暗電流強度ＬＤとしてＲＡＭ８７に記憶する。
【００７５】
次に、ＣＰＵ８６は、キャリア蓄積時間を１２００ｍｓとして、暗電流強度ＳＤを記録する（ステップＳ４）。
すなわち、トップゲートドライバ７４により１行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ７３が１列目のドレインライン４３にプリチャージパルスを出力する。
【００７６】
そして、１行目のトップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから１２００ｍｓを経過した後に、ドレインドライバ７３がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ７１が１行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。
【００７７】
そして、リードパルスの出力から所定の時間経過後のドレインライン４３の電圧を検出し、Ａ／Ｄコンバータが０〜２５５階調の値にＡ／Ｄ変換する。ＣＰＵ８６は、このときのＡ／Ｄコンバータの出力値を暗電流強度ＳＤとしてコンピュータ８１のＲＡＭ８７に記憶する。
【００７８】
次に、ＣＰＵ８６は、ＲＡＭ８７に記憶されたＣＤＬ、ＣＤＨ、ＬＤ、ＳＤを基にして、ＣＤＬ＜ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤＨであるか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００７９】
ＣＤＬ＜ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤＨでない場合には（ステップＳ５→Ｎｏ）、ＣＰＵ８６は、ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤであるか否か（固体撮像デバイス１０が目標の冷却温度以下か）を判断する（ステップＳ６）。
【００８０】
ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤでない場合（ステップＳ６→Ｎｏ）、固体撮像デバイス１０が目標の冷却温度以上であるので、ＣＰＵは、ＲＡＭ８７に記憶されたステップ値ＳＴを１上げたＳＴ＋１に書き換える（ステップＳ７）。一方、ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤである場合（ステップＳ６→Ｙｅｓ）、固体撮像デバイス１０が目標の冷却温度よりも低いので、ＣＰＵは、ＲＡＭ８７に記憶されたステップ値ＳＴを１下げたＳＴ−１に書き換える（ステップＳ８）。
【００８１】
その後、ＣＰＵは書き換えられたステップ値ＳＴを温度制御回路８５に入力し、次の制御間隔分の時間を待ち（ステップＳ９）、ステップＳ３に戻る。
【００８２】
ステップＳ５において、ＣＤＬ＜ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤＨである場合には（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、固体撮像デバイス１０が目標温度の範囲内（ＴＴ±１）にあるが、温度制御において一時的に目標温度の範囲内となったものではないことを確認するため、一定時間待つ（ステップＳ１０）。その後、再度ＣＤＬ＜ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤＨであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。
【００８３】
ＣＤＬ＜ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤＨでない場合には（ステップＳ１１→Ｎｏ）、固体撮像デバイス１０が一時的に目標温度の範囲内となったものと考えられるので、ステップＳ６に戻る。
【００８４】
一定時間を経た後でもＣＤＬ＜ＬＤ−ＳＤ＜ＣＤＨである場合には（ステップＳ１１→Ｙｅｓ）、固体撮像デバイス１０が目標温度の範囲内（ＴＴ±１）で安定しているので、温度制御を終了する。
【００８５】
上記のような温度制御を行うことにより、固体撮像デバイス１０の温度をＴＴ±１の間に調節することができる。
【００８６】
〔９〕サンプルの検出
次に、蛍光標識ＤＮＡ６２の検出方法について説明する。
【００８７】
まず、コンピュータ８１により励起光照射装置８３を制御し、図１７に示すように、生体高分子分析チップ１に励起光Ｌを照射する。
蛍光標識ＤＮＡ６２がプローブＤＮＡ６１に結合したスポット６０からは、励起光Ｌにより励起された蛍光体６４が励起状態から基底状態に遷移するときに蛍光Ｆ（主に可視光波長域）が放出される。放出された蛍光Ｆは励起光吸収層３３を透過してダブルゲートトランジスタ２０に入射する。
【００８８】
蛍光Ｆが入射したダブルゲートトランジスタ２０では電子−正孔対が発生する。なお、励起光Ｌは励起光吸収層３３により吸収されるため、ダブルゲートトランジスタ２０に励起光Ｌが入射して電子−正孔対を発生させることはなく、励起光Ｌによるノイズを低減することができる。
その後、コンピュータ８１は、上述の撮像動作を行い、各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの出力値と暗電流強度ＬＤとの差分を光度データとして取得し、ＲＡＭ８７に記憶する。
【００８９】
作業者は、ＲＡＭ８７に記憶された各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光度データを出力装置８２により出力することで得られた画像データより、各スポット６０，６０，…におけるハイブリダイゼーションの有無を確認することができる。ハイブリダイゼーションが起きていれば、そのスポット６０のプローブＤＮＡ６１と相補的な塩基配列のｍＲＮＡが細胞検体内で生成されていることがわかる。このため、蛍光Ｆが検出されたスポット６０のプローブＤＮＡ６１の種類により、検体内でどのような遺伝子が発現しているかを直接確認することができる。
【００９０】
＜変形例１＞
次に、本実施の形態の変形例に係る生体高分子分析チップ１０１について図１８を用いて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については、下二桁に同符号を付して説明を割愛する。この生体高分子分析チップ１０１は、抗原タンパクを検出する抗体チップである。
本実施の形態に係る生体高分子チップ１０１には、スポット１６０にプローブ抗体１６１が用いられている点を除き、固体撮像デバイス１１０、分析装置１７０等の構成については生体高分子分析チップ１と同様であり、同様の構成については下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
なお、図示しないが、固体撮像デバイス１１０の少なくとも１つのダブルゲートトランジスタ１２０ａの上部には、スポット固定層１３５の上部に、遮光材１３７が設けられている。
【００９１】
抗体チップでは、プローブとして、検出する既知のタンパク質や糖鎖等の抗原と結合する抗体（以下、プローブ抗体という）を用いる。
具体的には、図１８に示すように、生体高分子分析チップ１０１のウェル１５２にプローブ抗体１６１を含む溶液を滴下し、乾燥してスポット１６０を形成する。なお、ウェル１５２に滴下されるプローブ抗体１６１はそれぞれ異なるタンパク質を抗原とし、同じスポット１６０を形成するプローブ抗体１６１は同一の抗原決定基を認識する。プローブ抗体１６１となる抗体としては、モノクローナル抗体を用いることができる。
【００９２】
次に、サンプルとなる抗原１６２を含む溶液（以下、サンプル溶液という）をウェル５２内に注入する。
プローブ抗体１６１にサンプル溶液中の抗原１６２が結合するのに充分な時間が経過した後、ウェル５２内のサンプル溶液をバッファー溶液で洗い流し、サンプル溶液とともに抗原１６２のうちプローブ抗体１６１と結合しなかったものをウェル５２内から除去する。
【００９３】
次に、ウェル５２に、プローブ抗体１６１が認識するのと同じ抗原１６２の異なる抗原決定基を認識する抗体を蛍光体１６４で標識したもの（以下、蛍光標識抗体１６３という）の溶液（以下、蛍光標識抗体溶液という）を注入する。
プローブ抗体１６１に結合した抗原１６２と蛍光標識抗体１６３とが結合するのに充分な時間が経過した後、ウェル５２内の蛍光標識抗体溶液をバッファー溶液で洗い流し、蛍光標識抗体溶液中の蛍光標識抗体１６３のうち抗原１６２と結合しなかったものをウェル５２内から除去する。
以後、第１実施形態と同様にして、分析装置１７０による固体撮像デバイス１１０の冷却及び光度データの計測動作を行う。
【００９４】
図１８に示すように、プローブ抗体１６１に抗原１６２が結合し、抗原１６２に蛍光標識抗体１６３が結合したスポット１６０では、各スポット１６０上に照射された励起光Ｌにより蛍光標識抗体１６３の蛍光体１６４が励起される。励起状態の蛍光体１６４が基底状態に遷移するときに蛍光Ｆが放出される。放出された蛍光Ｆは、ダブルゲートトランジスタ２０により検出される。
【００９５】
作業者は、ＲＡＭ１７１ｂに記憶された各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光度データを出力装置１７２により出力することで得られた画像データより、各スポット１６０，８０，…における抗原１６２の有無を確認することができる。このため、蛍光Ｆが検出されたスポット１６０のプローブ抗体１６１の種類により、検体内でどのようなタンパク質（抗原１６２）が生成されているかを直接確認することができる。
【００９６】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
【００９７】
本実施形態は、固体撮像デバイス１０による撮像動作において最適の温度やキャリア蓄積時間を設定する点を特徴とする。
【００９８】
図１９は、ダブルゲートトランジスタ２０に２．５ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときの温度とＡＵ値との関係を示すグラフである。
図２０は、ダブルゲートトランジスタ２０に１．０ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときの温度とＡＵ値との関係を示すグラフである。
図２１は、ダブルゲートトランジスタ２０に０．３ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときの温度とＡＵ値との関係を示すグラフである。
なお、図１９〜図２１のいずれにも、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときの温度とＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との関係を示すグラフを記載している。
図１９〜図２１に示すように、ダブルゲートトランジスタ２０の出力は光度が同程度であっても、温度やキャリア蓄積時間により出力が異なる。
【００９９】
図２２は、ダブルゲートトランジスタ２０に２．５ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときのＡＵ値と、同じキャリア蓄積時間におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分（ダイナミックレンジ）の、温度との関係を示すグラフである。
図２３は、ダブルゲートトランジスタ２０に１．０ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときのＡＵ値と、同じキャリア蓄積時間におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分（ダイナミックレンジ）の、温度との関係を示すグラフである。
図２４は、ダブルゲートトランジスタ２０に０．３ｍｃｄの光を照射し、キャリア蓄積時間を９６００ｍｓ、４８００ｍｓ、２４００ｍｓ、１２００ｍｓで測定したときのＡＵ値と、同じキャリア蓄積時間におけるＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分（ダイナミックレンジ）の、温度との関係を示すグラフである。
【０１００】
実際の光度データは、各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれのＡＵ値と暗電流強度ＬＤのＡＵ値との差分となる。このため、図２２から、光度が２．５ｍｃｄである場合には、温度２５℃、キャリア蓄積時間１２００ｍｓの組み合わせが最大のダイナミックレンジとなることがわかる。同様に、図２３から、光度が１．０ｍｃｄである場合には、温度１０℃、キャリア蓄積時間４８００ｍｓの組み合わせが最大のダイナミックレンジとなることがわかる。同様に、図２４から、光度が０．３ｍｃｄである場合には、温度１℃、キャリア蓄積時間９６００ｍｓの組み合わせが最大のダイナミックレンジとなることがわかる。
したがって、ターゲットの光度が予め判明していれば、最適の温度を制御し、最適なキャリア蓄積時間を選択して光検出を行うことができる。
【０１０１】
図２５は光度と、ダイナミックレンジ（第一の差分）が最大となるキャリア蓄積時間及び温度の条件との関係を示すテーブル（第一のテーブル）である。図２５より、光度が０．３〜０．９ｍｃｄでは、キャリア蓄積時間９６００ｍｓ、温度１℃の条件で光度を計測すると、ダイナミックレンジが最大となることがわかる。同様に、光度が１．０〜２．１ｍｃｄでは、キャリア蓄積時間４８００ｍｓ、温度１０℃の条件で、光度が１．０〜２．１ｍｃｄでは、キャリア蓄積時間４８００ｍｓ、温度１０℃の条件で、光度が２．２〜２．４ｍｃｄでは、キャリア蓄積時間２４００ｍｓ、温度１５℃の条件で、光度が２．５ｍｃｄでは、キャリア蓄積時間１２００ｍｓ、温度２５℃の条件で、それぞれ光度を計測すると、ダイナミックレンジが最大となることがわかる。
【０１０２】
図２６は、キャリア蓄積時間１２００ｍｓ、温度２５℃の条件で、照射した光の強度（ｍｃｄ）と、そのときのダブルゲートトランジスタ２０のＡＵ値とＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分（ΔＡＵ（第二の差分））との関係を示すテーブル（第二のテーブル）である。図２６より、光度が増大するに連れてΔＡＵが増大することがわかる。したがって、ポジティブコントロールの位置のダブルゲートトランジスタ２０のＡＵと、ＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値との差分（ΔＡＵ）より、光度を求めることができる。
【０１０３】
したがって、まず、キャリア蓄積時間１２００ｍｓ、温度２５℃の条件でΔＡＵを求め、それに基づいてダイナミックレンジが最大となるキャリア蓄積時間及び温度の条件を設定することができる。
図２７は、ΔＡＵ（第三の差分）と、ダイナミックレンジが最大となるキャリア蓄積時間及び温度の条件との関係を示すテーブル（第三のテーブル）である。本実施の形態においては、図２７のテーブルがＲＯＭ７５に記録されている。
【０１０４】
以下、本実施形態におけるサンプルの検出方法について説明する。
まず、生体高分子分析チップ１をアダプタ８９と接続し、コンピュータ８１を起動する。そして、コンピュータ８１は、固体撮像デバイス１０の温度制御を行い、生体高分子分析チップ１を２５℃に設定する。
【０１０５】
次に、ＣＰＵ８６は、キャリア蓄積時間を１２００ｍｓとして光検出を行い、ダブルゲートトランジスタ２０のＡＵ値とＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａのＡＵ値を記録する。
すなわち、ＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａがある１行目及びポジティブコントロールに対応するダブルゲートトランジスタ２０がある行（図４では２行目または３行目）のトップゲートライン４４に対して、トップゲートドライバ７４がリセットパルスを出力する。
次に、キャリア蓄積期間中に、ＯＢダブルゲートトランジスタ２０ａがある１列目及びポジティブコントロールに対応するダブルゲートトランジスタ２０がある列（図４では６列目または７列目）のドレインライン４３に対して、ドレインドライバ７３がプリチャージパルスを出力する。
キャリア蓄積時間が１２００ｍｓの場合には、トップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから１２００ｍｓを経過した後に、対応する列のドレインドライバ７３がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、対応するボトムゲートドライバ７１がボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。
【０１０６】
そして、リードパルスの出力から所定の時間経過後のドレインライン４３の電圧を検出し、Ａ／Ｄコンバータが階調０〜２５５の値にＡ／Ｄ変換する。ＣＰＵ８６は、このときのＡ／Ｄコンバータの出力値ＡＵの差分値をΔＡＵとしてＲＡＭ８７に記憶する。
【０１０７】
次に、ＣＰＵ８６は、ＲＯＭ７５に記録された図２７のテーブルから、記録されたΔＡＵを基に、ダイナミックレンジが最大となるキャリア蓄積時間及び温度の条件を読み出す。なお、記録されたΔＡＵと同じ値が図２７のテーブルにないときは、最も近い値に対応するキャリア蓄積時間及び温度の条件を読み出す。
その後、ＣＰＵ８６は、読み出した条件に従って温度を調整し、読み出したキャリア蓄積時間で光検出を行う。
【０１０８】
このように、本実施形態によれば、光度を基に、ダイナミックレンジが最大となるキャリア蓄積時間及び温度の条件を設定して光検出を行うので、ＳＮ比を最大にすることができる。
【０１０９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
【０１１０】
例えば、上記実施形態では、蛍光物質を用いてサンプルを検出したが、化学発光基質を用いてサンプルを検出してもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１，１０１    生体高分子分析チップ
１０，１１０  固体撮像デバイス（撮像装置）
２０，２０ａ，１２０ ダブルゲートトランジスタ（光電変換素子）
３７   遮光材
６１   プローブＤＮＡ
６２   蛍光標識ＤＮＡ
７５   ＲＯＭ（記録部）
８０  分析装置（撮像装置）
８４  温度調整部
８６  ＣＰＵ（制御部）
１６１  プローブ抗体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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