(57)【要約】【課題】すべてのコンポーネントを同一のボックス内に収容したオプトエレクトロニクスシステムを提供する。【解決手段】  蛍光又はルミネセンスの放出の減衰を計測するための光電システムは、発光ダイオード、半導体レーザー、又はフラッシュチューブである光源（１０４）と、サンプルに向かって光源から光パルスを発生させ、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせる少なくとも１つの回路（１００，１０２）を有する第１の集積回路（１３０）と、該放出を検出するフォトダイオード（１０８）と、該検出した放出の減衰を分析することにより該サンプルに関する情報を求める検出分析システム（１１０，１５０）を有する第２の集積回路（１３２，１７０）と、光源、第１および第２の集積回路、及びフォトダイオードを収容する筐体（１２６）と、を備える。【選択図】図３
2006177943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード、半導体レーザー、又はフラッシュチューブである光源（１０４）と、
サンプルに向かって前記光源から光パルスを発生させ、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせる、集積回路（１３０）と、
前記放出を検出する検出器（１０８）と、
前記検出した放出の減衰を分析することにより、前記サンプルに関する情報を求める検出分析システム（１１０、１５０）と、
前記光源、前記集積回路、及び前記検出分析システムを収容する筐体（１２６）と、
を備える装置。
【請求項２】
前記集積回路及び前記検出分析システムが搭載される基板（１３４）をさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記集積回路、前記光源、及び前記検出分析システムが搭載される基板（１３４）をさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記集積回路は、
クロック信号を生成するクロック回路（１００）と、
前記クロック信号に従って前記光源を駆動し、前記サンプルに向かって光パルスを発生させる光源駆動回路（１０２）と、
を備える、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記検出分析システムは、
電気信号を生成する、ゲート制御される積分器（１１２）を有する検出分析システム集積回路（１３２）と、
前記電気信号を処理することにより、前記サンプルに関する前記情報を求める信号プロセッサ（１１４）と、
を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記信号プロセッサは、前記検出分析システム集積回路（１３２）上に位置している、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記検出器は、フォトダイオードである、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記検出分析システムは、
時間波高変換器（１５２）を有する検出分析システム集積回路（１７０）と、
マルチチャネルアナライザ（１５４）と、
信号プロセッサ（１５６）であって、前記時間波高変換器、前記マルチチャネルアナライザ、及び前記信号プロセッサが協働することにより、前記検出した放出から前記サンプルに関する前記情報を求める、信号プロセッサと、
を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記情報を表示するディスプレイ装置（１１８）をさらに備えており、
前記ディスプレイ装置は、前記基板上に位置し、前記筐体によって収容される、
請求項２または請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記光源から前記サンプルに向かって前記光パルスを向ける第１のレンズ（１２０）と、
前記サンプルから前記検出器に向かって前記放出を向ける第２のレンズ（１２２）と、を備え、
前記第１及び第２レンズは、適切にアライメントされ、前記筐体に収容される、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
サンプルに向かって光パルスを発生させて、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせる、光源（１０４）と、
前記放出を検出する検出器（１０８）と、
前記検出した放出の減衰を分析することにより、前記サンプルに関する情報を求める検出分析システム（１１０、１５０）と、
前記光源から前記サンプルに向かって前記光パルスを向ける第１のレンズ（１２０）と、
前記サンプルから前記検出器に向かって前記放出を向ける第２のレンズ（１２２）と、
前記光源、前記検出器、前記検出分析システム、前記第１のレンズ、及び前記第２のレンズを収容する筐体（１２６）であって、前記光源、前記検出器、前記第１のレンズ、及び前記第２のレンズは、前記筐体内において適切にアライメントされている、筐体と、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測する一体型オプトエレクトロニクスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
オプトエレクトロニクスシステムは、或るサンプル内の蛍光(fluorescence)又はルミネセンス(luminescence)の放出の減衰を計測し、該検出した放出から該サンプルの特性を判断するのに使用される。例えば、オプトエレクトロニクスシステムは、検出した放出の減衰時間および振幅を計測し、該計測した減衰時間および振幅を分析することにより、該サンプルの材料（または、その特性）を判断する。
【０００３】
図１は、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測する従来のオプトエレクトロニクスシステムの一例を示す。図１を参照すれば、同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステム(synchronously pumped, cavity-dumped dye laser system)２４が、光パルス２５をサンプルホルダ２６上のサンプル（図示されてはいない）に発生させることにより、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせる。
【０００４】
この放出を、光電子増倍管２８が検出する。図１には、光電子増倍管２８は、自身のハウジング２９内に収容された状態で示されている。ボックスカー積分器モジュール(boxcar integrator module)３０が、光電子増倍管２８の出力から電気信号を生成し、信号プロセッサモジュール３２が、該電気信号を処理することによって、サンプルに関する情報を求める。メモリモジュール３４は、積分器モジュール３０の結果を保存するためのものであり、これに、信号プロセッサモジュール３２がアクセスする。
【０００５】
ピックオフビームスプリッタ(pickoff beamsplitter)３１が、同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステム２４から放出される光の一部を分離し、該分離した部分を、フォトダイオード（ＰＤ）３３に供給する。フォトダイオード３３の出力は、可変遅延モジュール３６に供給され、この可変遅延モジュールが、ボックスカー積分器モジュール３０をゲート制御するのに使用される可変遅延を生成している。
【０００６】
通常、同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステム２４は、光パルスを反復的に発生させて、複数の同一の減衰を生成し、信号対雑音比を改善している。
【０００７】
このようにして、オプトエレクトロニクスシステムは、例えば、検出した放出の減衰時間および振幅を分析することにより、サンプルに関する情報を求めている。
【０００８】
この求めた情報を表示するべく、ディスプレイ装置モジュール４０を提供してもよい。
【０００９】
図１に示されているように、同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステム２４は、例えば、キャビティダンプ型ダイレーザー３５、モードロックポンプレーザー(modelocked pump laser)３７、モードロック電子回路モジュール(modelocker electronics module)３９、及びキャビティダンパー電子回路モジュール(cavity dumper electronics module)４１を含んでいる。
【００１０】
通常、様々な追加のコンポーネントが提供される。例えば、レンズ４２は、同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザー２４から放出された光をサンプル上に合焦し、レンズ４４は、該サンプルからの放出を収集し、該収集した放出を光電子増倍管２８上に合焦している。通常、フィルタ又はモノクロメータ４６が設けられる。フィルタを設ける場合には、そのフィルタは、例えば、サンプルからの蛍光又はルミネセンス光は通過させるが、レーザーシステム２４からの波長は遮断する波長フィルタとなるであろう。一般に、このようなフィルタは、通常、短波長を遮断し、長波長を通過させる長波長透過フィルタである。又、モノクロメータは、所望の波長のみを通過させることにより、フィルタと同様の機能を提供する。
【００１１】
レーザーシステム２４からの光又は他の望ましくない放射によって光電子増倍管２８を圧倒することのないように、隔壁（baffle）４８を提供することも可能であろう。
【００１２】
図１の様々なコンポーネントの具体的な動作については、当該技術分野において周知であるため、本明細書においては、その詳細な説明を省略する。
【００１３】
図２は、蛍光又はルミネセンス放出の動的な振る舞いを計測する従来のオプトエレクトロニクスシステムの別の一例を示す。図２のオプトエレクトロニクスシステムの場合には、ＴＣＳＰＣ（Ｔｉｍｅ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｕｔｉｎｇ）に基づいた検出システムを使用する。
【００１４】
図２を参照すれば、時間波高変換器モジュール(time-to-pulse-height converter module)５０、マルチチャネルアナライザモジュール５２、及び信号プロセッサモジュール５４が協働し、光電子増倍管２８によって検出された放出からサンプルについての情報を求める。第１段増幅器５６、第２段増幅器５８、及び弁別器６０及び６２も設けられている。ＴＣＳＣＰ検出法によれば、蛍光及びルミネセンス放出の動的な振る舞いを、低レベル（多くの場合、その初期値の１０−４）まで、追跡可能である。この広いダイナミックレンジにより、いくつかのサンプルからのルミネセンス放出の非指数関数的な挙動が明らかになると共に、複数の指数関数的な減衰を独立的に計測することができる。図２の様々なコンポーネントの具体的な動作については、当該技術分野において周知であるため、本明細書においては更なる説明を省略する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
残念ながら、図１及び図２の従来のオプトエレクトロニクスシステムは、非常に大型であり、動作するには、相当に大きなサイズの部屋が必要である。
【００１６】
例えば、通常の同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステム２４は、非常に大型のシステムであり、多くのコンポーネントは、通常、それぞれが、自身のボックス又は筐体に収容されている。例えば、図１の場合、通常のキャビティダンプ型ダイレーザー３５およびモードロックポンプレーザー３７は、それぞれ、長さが、例えば２メートルにもなりうる。通常のモードロック電子回路モジュール３９は、例えば、長さが６０センチメートル、奥行きが３０センチメートル、高さが２０センチメートルにもなりうる。通常のキャビティダンプ電子回路モジュール４１も、例えば、長さが６０センチメートルであり、奥行きが６０センチメートルで、高さが２０センチメートルにもなりうる。
【００１７】
通常の同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステム２４は、大電力要件を有しており、とても非効率的である。
【００１８】
又、同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステム２４を動作させるには、防振テーブルを使用する必要がある。
【００１９】
キャビティダンプ型ダイレーザー３５に使用されている色素は、毒性の液体であり、このために多くの問題が発生しうる。
【００２０】
さらに、光電子増倍管２８は、通常、ボックスまたは筐体などの各自のハウジング２９内に収容されることになる。一般に、ハウジング２９内に収容される通常の光電子増倍管２８は、例えば、長さが２５センチメートルであり、幅が１７センチメートルで、高さが２０センチメートルにもなりうる。又、通常の光電子増倍管２８には、関連する駆動コンポーネント（図示されてはいない）が提供されることになるが、これは、例えば、長さが３０センチメートルであり、幅が３５センチメートルであり、高さが１０センチメートルにもなりうる。
【００２１】
以上の計測値は、一般的な計測値の一例に過ぎず、様々なコンポーネントのサイズに関する一般的な概念を提供するためのものに過ぎない。
【００２２】
さらに、従来、ボックスカー積分器モジュール３０、信号プロセッサモジュール３２、ディスプレイ装置モジュール４０、時間波高変換器モジュール５０、マルチチャネルアナライザモジュール５２、及び信号プロセッサモジュール５４は、別個のコンポーネントとして設けられており、それぞれ、各自の筐体に収容されている。
【００２３】
以上のようなことから、すべてのコンポーネントを同一のボックス内に収容した、小型であって一体化されたオプトエレクトロニクスシステムに対するニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の様々な実施例は、（ａ）発光ダイオード、半導体レーザー、又はフラッシュチューブ(flash tube)である光源；（ｂ）サンプルに向かって光源から光パルスを発生させ、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせるよう動作可能な集積回路；（ｃ）該放出を検出する検出器；（ｄ）該検出した放出の減衰を分析することにより、サンプルに関する情報を求める検出分析システム；及び、（ｅ）光源、集積回路、及び検出分析システムを収容する筐体（enclosure）を備える装置を提供する。
【００２５】
本発明の様々な実施例は、（ａ）発光ダイオード、半導体レーザー、又はフラッシュチューブである光源；（ｂ）サンプルに向かって光源から光パルスを発生させ、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせるよう動作可能な集積回路；（ｃ）該放出を検出するフォトダイオード；（ｄ）該検出した放射の減衰を分析することにより、サンプルに関する情報を求める検出分析システム；及び、（ｅ）光源、集積回路、フォトダイオード、及び検出器分析システムを収容する筐体を有する装置を提供する。
【００２６】
さらに、本発明の様々な実施例は、（ａ）発光ダイオード、半導体レーザー、又はフラッシュチューブである光源；（ｂ）サンプルに向かって光源から光パルスを発生させ、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせるよう動作可能な第１の集積回路；（ｃ）該放出を検出するフォトダイオード；（ｄ）該検出した放出の減衰を分析することにより、サンプルに関する情報を求める検出分析システムを有する第２の集積回路；及び、（ｅ）光源、第１の集積回路、第２の集積回路、及びフォトダイオードを収容する筐体を備える装置を提供する。
【００２７】
又、本発明の様々な実施例は、（ａ）光パルスをサンプルに向かって発生させて、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせる光源；（ｂ）該放出を検出する検出器；（ｃ）該検出した放出の減衰を分析することにより、サンプルに関する情報を求める検出分析システム；（ｄ）光源からの光パルスをサンプルに向ける第１のレンズ；（ｅ）サンプルからの放出を検出器に向ける第２のレンズ；及び（ｆ）光源、検出器、検出分析システム、第１のレンズ、及び第２のレンズを収容する筐体を備える装置を提供する。該光源、検出器、第１のレンズ、及び第２のレンズは、筐体内において、適切にアライメント（位置合わせ）される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明のこれら及びその他の目的及び利点については、図面との関連で、以下の好適な実施例に関する説明を参照することにより、明らかとなり、容易に理解することができよう。
【００２９】
以下、本発明の現時点における好適な実施例を詳細に参照するが、これらの例は、図面に示されており、これらの図面においては、類似の参照符号を使用して類似の要素を参照している。
【００３０】
本発明の発明者らによれば、蛍光／ルミネセンスの計測には、ピコ秒より下の（サブピコ秒の）光パルスは不要であり、１００ｐｓのオーダの光パルスにより、これを実現することができる、ということがわかった。したがって、このような計測には、前述の同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステムを使用する必要はない。本発明の様々な実施例においては、例えば、適切なドライバによって駆動される適切に構成された半導体レーザー、発光ダイオード、又はフラッシュチューブを使用して、光パルスを生成することができる。
【００３１】
図３は、本発明の一実施例による、蛍光又はルミネセンスの放出の減衰(fluorescence or luminescence emission decay)を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図である。図３を参照すれば、クロック回路１００が、クロック信号を生成する。該クロック信号に従って、光源駆動回路１０２が光源１０４を駆動し、サンプルホルダ１０６上のサンプル（図示されていない）に向かって光パルスを発生させる。典型的な一実施例においては、光源駆動回路１０２は、例えば、ナノ秒（ｎｓ）より下の（サブナノ秒の）駆動となる。クロック回路１００によって生成されるクロック信号は、ナノ秒（ｎｓ）より下の駆動に適切なクロックパルスとなる。
【００３２】
光源１０４は、例えば、発光ダイオードまたは半導体レーザーなどの発光デバイス（Light Emitting Device：ＬＥＤ）であり、又は、フラッシュチューブ(flash tube)であってもよく、これらは、既知のデバイスである。光源駆動回路１０２及びクロック回路１００は、協働し、サンプルに向かって光源１０４から光パルスを放出させ、これにより、該サンプルから蛍光又はルミネセンス放出を生じさせる。本発明のいくつかの実施例においては、光源１０４としてのレーザーが、自身のクロック信号を生成することができる。このような実施例においては、クロック回路１００などの別個のクロック回路は不要となるであろう。
【００３３】
前述のように、光源１０４は、例えば、発光ダイオードまたは半導体レーザーなどの発光デバイス（ＬＥＤ）であり、又はフラッシュチューブであってもよい。使用する光源の具体的なタイプは、例えば、そのオプトエレクトロニクスシステムの波長、パワー、及びサイズの要件によって左右されることになる。一般に、フラッシュチューブは、長いパルスを有しており、通常、相対的に長い遅延時間を有する材料に使用するのに適している。発光ダイオードまたは半導体レーザーは、フラッシュチューブと比べて、小型であり且つ優れた電力効率を有するように製作されることができ、この結果、オプトエレクトロニクスシステムにおける他の関連コンポーネントを小型化することができる。
【００３４】
検出器１０８は、上記放出を検出し、該検出した放出に応答して電気信号を生成する。検出器１０８は、例えば、アバランシェフォトダイオードまたはＰＩＮフォトダイオードなどのフォトダイオードである。代替的に、検出器１０８は、光電子増倍管(photomultiplier tube)であってもよい。一般に、アバランシェフォトダイオードは、ＰＩＮフォトダイオードよりも感度が高い。光電子増倍管は、一般に、アバランシェフォトダイオードよりも感度が高く、ＰＩＮフォトダイオードと比べた場合には、格段に感度が優れているが、非常に大型であって、高電圧の供給を必要とする。アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、及び光電子増倍管は、既知のデバイスである。但し、本発明は、検出器１０８がフォトダイオードまたは光電子増倍管であることに限定されるものではなく、この代わりに、例えば、様々なタイプの半導体センサなどの様々なタイプのデバイスを、検出器１０８として使用することができる。
【００３５】
検出分析システム１１０は、検出器１０８によって生成された電気信号を分析することにより、サンプルに関する情報を求める。例えば、検出分析システム１１０は、生成された電気信号により示される該検出された放出の減衰時間および振幅を分析することにより、サンプルの材料（または、特性）を判断する。可変遅延回路１１１は、光源駆動信号に対して遅延を可変に生成し、検出分析システム１１０は、該可変遅延を使用して放出を検出する。
【００３６】
図３の実施例においては、検出分析システム１１０は、例えば、電気信号を生成するボックスカー積分器１１２などのゲート制御される積分器(gated integrator)と、該電気信号を処理してサンプルに関する情報を求める信号プロセッサ１１４と、を含む。ゲート制御される積分器、ボックスカー積分器、及び信号プロセッサは、既知のデバイスである。
【００３７】
様々な遅延においてボックスカー積分器１１２により取得された計測値を格納するため、通常、メモリ１１６が設けられる。該メモリは、信号プロセッサ１１４によりアクセスされる。
【００３８】
ディスプレイ装置１１８は、信号プロセッサ１１４によって求められた情報を表示する。ディスプレイ装置１１８として使用可能なディスプレイ装置には、多数の様々なタイプのものが存在しており、本発明は、特定のタイプのディスプレイ装置に限定されるものではない。一例として、ディスプレイ装置１１８は、ＬＣＤであってよいが、該ＬＣＤに限定されるものではない。
【００３９】
光源１０４からの光をサンプルに向かって合焦するようレンズ１２０を設けることができ、該サンプルからの放出を収集し、該収集した放出を検出器１０８上に合焦するよう、レンズ１２２を設けることもできる。いくつかの実施例においては、レンズ１２０は、光源１０４の一部を構成することもできる。フィルタ又はモノクロメータ１２４を設けることも可能である。フィルタを設ける場合には、フィルタは、例えば、サンプルからの蛍光又はルミネセンス放出を通過させるが、光源１０４からの波長は遮断する、波長フィルタとなる。一般に、このようなフィルタは、通常、短い波長を遮断し、長い波長を通過させる、長波長透過フィルタである。モノクロメータも、同様の機能を提供する。光源１０４からの光または他の望ましくない放出が検出器１０８を圧倒することのないように、隔壁（baffle）１２５を設けることもできる。
【００４０】
但し、本発明は、レンズ１２０、レンズ１２２、隔壁１２５、及び／又はフィルタ又はモノクロメータ１２４を使用することに限定されるものではない。
【００４１】
図３の実施例においては、ボックスまたは他のハウジング構造などの筐体(enclosure)１２６が、光源１０４、光源駆動回路１０２、クロック回路１００、可変遅延回路１１１、検出分析システム１１０、及びディスプレイ装置１１８を収容している。検出器１０８がフォトダイオードである場合には、筐体１２６は、例えば、該検出器１０８を収容することもできる。検出器１０８が光電子増倍管である場合には（光電子増倍管は、集積回路に比べれば大きいが、巨大なコンポーネントではない）、設計上の選択に基づいて、筐体１２６は、検出器１０８を収容してもよいし、収容しなくてもよい。特定の実施例に応じて、筐体１２６は、例えば、レンズ１２０、レンズ１２２、隔壁１２５、及びフィルタ又はモノクロメータ１２４を収容することができる。但し、本発明は、これらのすべてのコンポーネントを筐体１２６に収容することに限定されるものではなく、システム設計パラメータに応じて、様々なコンポーネントを収容することができ、または収容しなくてもよい。但し、図３に示されているように、これらのコンポーネントを筐体１２６に収容すれば、オプトエレクトロニクスシステムを、適切にアライメントされた状態で１つのボックス内にすべてのコンポーネントを有する、小型であって統合された（一体型の）システムにすることができる。
【００４２】
例えば、筐体１２６内の様々なコンポーネントと係合し、互いに、かつサンプルホルダ１０６に対するこれらコンポーネントの位置を定義するように、筐体１２６を構成すれば、このシステムは、正確に且つ反復して使用可能なものになる。筐体１２６をこのように構成することにより、光学的なアライメントと製造のコストを低減することができる。
【００４３】
本発明のいくつかの実施例において、ディスプレイ装置１１８は、筐体１２６内に配置されない。又、本発明のいくつかの実施例において、ディスプレイ装置１１８の代わりに、ＵＳＢポートなどのコンピュータインターフェースポートが設けられる。
【００４４】
通常、サンプルホルダ１０６は、筐体１２６には収容されず、該筐体１２６に着脱可能なものとなる。但し、本発明は、サンプルホルダ１０６が筐体１２６に収容されないことに限定されるものではない。又、サンプルホルダ１０６が筐体１２６に収容されるかどうかとは無関係に、筐体１２６内の光学要素に対してサンプルを正確に位置付けるように、筐体１２６を製作することができる。サンプルホルダ１０６を筐体１２６に収容しない場合には、周囲光が筐体１２６の内部に進入することを排除するようサンプルホルダ１０６を構成することができる。
【００４５】
例えば、サンプルホルダ１０６は、サンプルのタイプ又は該オプトエレクトロニクスシステムの意図する使用法に従い、スライド(slide)又はマイクロキュベット(microcuvette)である。但し、本発明は、特定タイプのサンプルホルダに限定されるものではない。通常、サンプルホルダ１０６は、光源１０４から発した光パルスが合焦される地点においてサンプルを保持しており、この結果、サンプルからの放出を検出器１０８に向けることができる。サンプルホルダ１０６の位置決めは、通常、例えば、該オプトエレクトロニクスシステムの製作者によって決定されることになろう。
【００４６】
図４は、本発明の一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステム内における集積回路の使用を示す図である。図４を参照すれば、クロック回路１００及び光源駆動回路１０２は、いずれも、同じ集積回路（ＩＣ）１３０上に位置している。
【００４７】
同様に、可変遅延回路１１１、積分器１１２、メモリ１１６、及び信号プロセッサ１１４も、同じ集積回路１３２上に位置している。
【００４８】
これらの集積回路１３０及び１３２は、同じ基板１３４上に搭載されている。基板１３４は、例えば、プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）、フレックス基板(flex substrate)、セラミック基板、又は他の好適な任意の基板であってよい。
【００４９】
光源１０４及びこれに関連する駆動コンポーネント（例：光源駆動回路１０２及びクロック回路１００）が同じ集積回路１３０上に位置するように、光源１０４（これは、発光ダイオード又は半導体レーザーである）を、集積回路１３０上に配置することも可能である。但し、集積回路１３０上に光源１０４を配置するには、通常、設計上多くの妥協が伴うことになる。このため、通常、光源１０４は、集積回路１３０内には配置されない。代わりに、通常、光源１０４は、例えば、はんだボール技術を使用して、基板１３４上の集積回路１３０の近傍に取付けられることになろう。
【００５０】
一般に、１つの集積回路上に、ソースコンポーネント及び回路を、そして、これとは別個の集積回路上に、検出回路を含めることが、多くの場合望ましい。従って、ソースコンポーネントは、通常、集積回路１３０上に、そして検出回路は、通常、集積回路１３２上に設けられる。この結果、設計上の妥協の数が減少することとなる。
【００５１】
本発明の一実施例においては、隔壁１２５、ファイルタ又はモノクロメータ１２４、レンズ１２０、及びレンズ１２２は、基板１３４上には位置しないが、筐体１２６内に収容される。
【００５２】
フォトダイオードを検出器１０８として使用する場合には、基板１３４上の別個の集積回路として検出器１０８を設けることができる。本発明の様々な実施例においては、検出器１０８が、好適なタイプの検出器であれば、集積回路１３２上に該検出器１０８を配置することができる。
【００５３】
ディスプレイ装置１１８は、通常、筐体１２６内に設けられるが、通常、これは、基板１３４上には配置されない。ディスプレイ１１８を筐体１２６内に配置する場合には、筐体１２６上にウィンドウ（図示されていない）を設け、該ディスプレイ装置を閲覧できるようにすることができる。
【００５４】
さらに、別個の集積回路１３０及び１３２を使用する代わりに、これらの集積回路上のすべてのコンポーネントを、単一の集積回路上に形成することも可能である。但し、通常は、適切な集積回路設計技術を使用して、検出回路からソース回路を分離することにより、ソース回路からの雑音によって検出回路に問題が生じることを防止することになろう。
【００５５】
従って、本発明の様々な実施例においては、従来のオプトエレクトロニクスシステムのように同期ポンピングキャビティダンプ型ダイレーザーシステムを使用するのではなく、光源１０４として、発光ダイオードまたは半導体レーザーなどの発光デバイス（ＬＥＤ）や、または代替的にフラッシュチューブを使用する。発光ダイオード、半導体レーザー、又はフラッシュチューブは、同期ポンピングキャビティバンプ型ダイレーザーシステムと比べて、電力要件が格段に小さく、効率が格段に高く、且つ、格段に小型である。この結果、本発明の実施例の場合には、通常、防振テーブルを使用する必要はない。又、本発明の実施例においては、集積回路内に実装することのできる相対的に小さな関連回路を使用することが可能となる。例えば、本発明によれば、これらの関連回路を、集積回路１３０上に実装することができる。同様に、集積回路技術を使用することにより、検出分析システムを集積回路内に実装することもできる。例えば、本発明によれば、検出分析システムを、集積回路１３２上に実装することができる。発光ダイオード、半導体レーザー、又はフラッシュチューブを使用すると共に集積回路を実現することにより、オプトエレクトロニクスシステムを、筐体１２６などの単一のボックス内に統合することができる。
【００５６】
さらに、本発明の様々な実施例においては、フォトダイオードを検出器１０８として使用する。フォトダイオードは、従来のオプトエレクトロニクスシステムの光電子増倍管と比べて、電力要件が格段に低く、効率が格段に高く、且つ、通常は小型である。従って、フォトダイオードを検出器１０８として使用する本発明の実施例によれば、筐体１２６などの単一のボックス内に検出器１０８を容易に統合可能である。又、光電子増倍管の中には、検出器１０８として使用され、且つ、筐体１２６内に収容されるほど十分小型のものも存在している。従って、本発明の様々な実施例によれば、単一のボックス内に収容され、従来のオプトエレクトロニクスシステムと比べて格段に小さなオプトエレクトロニクスシステムが提供されることになる。
【００５７】
図５は、本発明のさらなる実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図である。図５の実施例は、可変遅延回路１１１が、集積回路１３２ではなく、集積回路１３０上に位置していることを除いて、図４の実施例に類似している。可変遅延回路１１１を集積回路１３０又は集積回路１３２のいずれに収容するかは、様々な回路及び集積回路技術の特性に基づいた設計上の選択肢の問題である。
【００５８】
一般に、典型的な実施例においては、可変遅延回路１１１は、図５のように、集積回路１３０上ではなく、図４のように、集積回路１３２上に収容されることになる。可変遅延回路１１１を集積回路１３２上に収容することにより、検出分析システム１１０内の他の検出回路と同じ集積回路上に遅延回路が含まれることになる。より高性能な検出回路ほど、より緻密な遅延を必要とするので、これは、製造及び設計のコストを節約することができる。
【００５９】
図３〜図５の本発明の実施例においては、積分器および信号プロセッサを有する検出分析システム１１０を開示しているが、使用可能な検出分析システムには、多数の様々なものが存在しており、且つ、多数の変形も存在している。従って、本発明の実施例は、特定の検出分析システムおよび検出分析システムの特定の変形に限定されるものではない。
【００６０】
例えば、図６は、本発明のさらなる実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図である。図６の本発明の実施例においては、ＴＣＳＰＣ（時間相関単一光子計数（Ｔｉｍｅ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｕｔｉｎｇ））に基づいた検出分析システムを使用している。このタイプのシステムは、広いダイナミックレンジを提供し、これにより、異なる振幅および異なる時間特性を有する複数の蛍光及びフォトルミネセンスの減衰を、個々に識別することができる。
【００６１】
図６を参照すれば、検出分析システム１５０の典型的な一実施例は、時間波高変換器１５２、マルチチャネルアナライザ１５４、及び信号プロセッサ１５６を含む。時間波高変換器１５２、マルチチャネルアナライザ１５４、及び信号プロセッサ１５６が、協働し、検出器１０８によって検出された放出から、サンプルに関する情報を求める。
【００６２】
検出器１０８は、フォトダイオードであってよい。但し、図６の実施例においては、検出器１０８は、光電子増倍管であってもよい。
【００６３】
図６の実施例においては、第１段増幅器１６０、第２段増幅器１６２、及び弁別器(discriminator)１６４及び１６６を設けることができる。一般に、第１段増幅器１６０は、雑音が捕獲されるのを最小にするよう、検出器１０８に隣接して配置される前置増幅器(preamplifier)である。一般に、弁別器１６４は、第２段増幅器１６２の出力が閾値を超えた時にパルスを生成する水準弁別器(level discriminator)である。本発明の一実施例においては、弁別器１６４は、閾値が波高(pulse height)の一定の割合になっているＣＦＤ（Constant Fraction Discriminator）である。但し、本発明は、これらのすべてが設けられることに限定されるものではなく、例えば、様々な実施例において、弁別器１６６を設けなくてもよい。
【００６４】
図６においては、時間波高変換器１５２およびマルチチャネルアナライザ１５４が、別個の回路として示されているが、これらの回路の機能を単一の回路に統合することも可能である。
【００６５】
例えば、基本的な手法は、一般に、可変遅延回路１１１によって生成される基準パルスと弁別器１６４によって生成されるパルスとの間の遅延を計測して統計的帯域(statistical band)に分類する手法である。別個の時間波高変換器１５２およびマルチチャネルアナライザ１５４を使用する代わりに、それぞれの基準パルスによってクロック信号をオン（ＯＮ）にゲート制御し、弁別器パルスによってクロック信号をオフ（ＯＦＦ）にゲート制御すると共に、該クロックサイクルをカウントするように、デジタル回路を実現することができる。
【００６６】
検出分析システム１５０は、適切にプログラムされた単一のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）チップなどの単一の集積回路として具現化されることができる。
【００６７】
図７は、本発明のさらなる実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステム内における集積回路の使用を示す図である。図７を参照すれば、クロック回路１００及び光源駆動回路１０２は、同じ集積回路１３０上に位置している。
【００６８】
同様に、時間波高変換器１５２、マルチチャネルアナライザ１５４、及び信号プロセッサ１５６が、同じ集積回路（ＩＣ）１７０上に位置している。
【００６９】
さらに、本発明の一実施例においては、第２段増幅器１６２及び弁別器１６４は、ＩＣ１７０上に位置している。弁別器１６６を設ける場合には、この弁別器１６６も、集積回路１７０上に設けることができる。典型的な実施例においては、干渉を捉えることを低減するため、第１段増幅器１６０は、集積回路１７０上には設けられない。集積回路１３０及び／又は集積回路１７０にどのコンポーネントを含めるかは、様々な回路及び集積回路技術の特性に基づいた設計上の選択肢の問題である。従って、本発明は、或る特定の集積回路上に或る特定のコンポーネントを含めることに限定されるものではない。
【００７０】
集積回路１３０及び１７０は、典型的には、同じ基板１３４上に搭載される。
【００７１】
図７には、時間波高変換器１５２およびマルチチャネルアナライザ１５４が、別個の回路として示されているが、これらの回路の機能を、集積回路１７０上に設けられた単一の回路に統合することもできる。
【００７２】
さらに、別個の集積回路１３０及び１７０を使用する代わりに、これらの集積回路上のすべてのコンポーネントを単一の集積回路上に形成することも可能である。
【００７３】
図８は、本発明のさらなる実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図である。図８の実施例は、可変遅延回路１１１が、集積回路１７０上にではなく、集積回路１３０上に位置していることを除いて、図７の実施例に類似している。可変遅延回路１１１を集積回路１３０又は集積回路１７０のいずれに含めるかは、様々な回路及び集積回路技術の特性に基づいた設計上の選択肢の問題である。
【００７４】
以上の図面においては、サンプルホルダ１０６が、筐体１２６に収容されないものとして示されているが、前述のように、本発明の実施例においては、サンプルホルダ１０６を筐体１２６に収容することも可能である。
【００７５】
例えば、図９は、サンプルホルダ１０６が筐体１２６に収容された状態で示されていることを除いて、図３の実施例に類似したオプトエレクトロニクスシステムを示す図である。
【００７６】
以上説明したように、一般に、本発明の実施例によれば、サンプルの減衰特性を計測し、この計測した減衰特性を分析する。
【００７７】
本発明の様々な実施例は、レンズ１２０及び１２２などのレンズの使用を含む。このようなレンズは、通常、該レンズと、筐体１２６内の他のコンポーネントとが、製造者によって、互いに、かつサンプルに対して位置合わせ（アライメント）されるように、筐体１２６内に収容される。
【００７８】
本発明の様々な実施例は、集積回路上における様々なコンポーネントの形成に関係している。通常、集積回路上における様々なコンポーネントの形成は、前述のように、例えばシリコンＣＭＯＳ技術に基づいている。シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタ技術を使用して、集積回路上にコンポーネントを形成することも可能である。但し、本発明は、集積回路上におけるコンポーネントの形成用の特定の技術に限定されるものではない。
【００７９】
又、本発明の様々な実施例は、集積回路に対する特定のコンポーネントの搭載にも関係している。但し、特定の集積回路にどのコンポーネントを含めるか、および、集積回路からどのコンポーネントを排除するかは、設計上の選択肢の問題である。従って、本発明は、或る特定のコンポーネントが或る特定の集積回路又は或る特定の複数の集積回路に含まれることに限定されるものではない。
【００８０】
又、本発明の様々な実施例は、基板に対する特定のコンポーネントの収容にも関係している。但し、基板にどのコンポーネントを含めるか、および、基板からどのコンポーネントを排除するかは、設計上の選択肢の問題である。従って、本発明は、或る特定のコンポーネントを基板に含める（又は、基板から排除される）ことに限定されるものではない。
【００８１】
又、本発明の様々な実施例においては、蛍光又はルミネセンス放出を検出して分析する。例えば、検出した放出の減衰時間および振幅を分析することができよう。但し、本発明の実施例は、検出した放出の或る特定の特性の分析に限定されるものではない。
【００８２】
又、図面には、様々に、発せられた光パルスと様々な光学コンポーネントが示されている。これらの図面には、これらの発せられた光パルスと様々な光学コンポーネントは、適切にアライメントされるべきである点を理解されたい（図には、正確に示されていないけれども）。
【００８３】
又、本発明の様々な実施例は、様々なコンポーネントを収容する筐体１２６などの筐体を含む。本発明の様々な実施例における筐体の使用によれば、例えば、収容されたコンポーネントを、互いに、かつサンプルに対して、適切にアライメントすることができる。又、本発明の様々な実施例における筐体の使用によれば、例えば、システムを、１ユニットとして販売し、かつ運送し、さらには１ユニットとして室内に配置することが可能である。
【００８４】
以上、本発明のいくつかの好適な実施例について図示及び説明したが、当業者であれば、本発明の原理を逸脱することなしに、これらの実施例に変更を加えることが可能であることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価物に規定されているとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測する従来のオプトエレクトロニクスシステムの一例を示す図（従来技術）。
【図２】蛍光又はルミネセンス放出の動的な振る舞いを計測する従来のオプトエレクトロニクスシステムの別の一例を示す図（従来技術）。
【図３】本発明の一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図。
【図４】本発明の一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図。
【図５】本発明の更なる一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図である。
【図６】本発明の更なる一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図。
【図７】本発明の更なる一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図。
【図８】本発明の更なる一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図である。
【図９】本発明の更なる一実施例による、蛍光又はルミネセンス放出の減衰を計測するオプトエレクトロニクスシステムを示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１００  クロック回路
１０２  光源駆動回路
１０４  光源
１０８  検出器
１１０、１５０  検出分析システム
１１２  ゲート積分器
１１４  信号プロセッサ
１１６  ディスプレイ装置
１２０  第１レンズ
１２２  第２レンズ
１２６  筐体
１３０  集積回路
１３２  集積回路
１３４  基板
１５２  時間波高変換器
１５４  マルチチャネルアナライザ
１５６  信号プロセッサ
１７０  集積回路
【図１】
2006177943.tif 000003
【図２】
2006177943.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006177943.tif 000006
【図５】
2006177943.tif 000007
【図６】
2006177943.tif 000008
【図７】
2006177943.tif 000009
【図８】
2006177943.tif 000010
【図９】
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