(57)【要約】  サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる装置が記載される。この装置は、制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起するＬＥＤ(ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ)を含む。信号発生器は、前記制御信号を、前記放出された放射線の強度を変調するために生成する。前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有する。前記制御信号は、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する。フォトダイオードは、前記サンプルから発光された放射線を、前記励起の結果として受信し、ディテクタ回路は、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成すると共に、前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる装置であって、
制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起する手段と、
前記制御信号を、前記放出された放射線の強度を変調するために生成する手段と、
前記サンプルから発光された放射線を、前記励起の結果として受信し、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成する手段と、
前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する手段と、を備え、
前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する、
装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記サンプルのルミネセンス特性は、永続的なルミネセンス特性、例えばリン光特性である、
ことを特徴とした装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記放射線の放出手段と前記サンプルとの間に、光学フィルタを設け、
前記光学フィルタは、測定すべきルミネセンス特性に関連する波長を有する放射線を遮断する、
ことを特徴とした装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記光学フィルタは、ＵＶパスフィルタである、
ことを特徴とした装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、
前記サンプルと前記放射線の受信手段との間に、光学フィルタを設け、
当該光学フィルタは、測定すべきルミネセンス特性に関連する波長とは異なる波長を有する放射線を遮断する、
ことを特徴とした装置。
【請求項６】
サンプルを放射線で励起して、前記サンプルのルミネセンス特性を測定可能にする装置であって、
制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起する手段と、
制御信号を、前記放出された放射線の強度を変調するために生成する手段と、を備え、
前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する、
装置。
【請求項７】
請求項１又は６において、
前記制御信号の前記第１の成分は、第１の周期信号から導出される、
ことを特徴とした装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１の周期信号は、少なくとも２つの異なる電圧レベル間で発振する、
ことを特徴とした装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記電圧レベルの内で低振幅な一つは、実質的に零（又は略零）電圧レベルである、
ことを特徴とした装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記制御信号の前記第２の成分は、第２の周期信号から導出される、
ことを特徴とした装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１及び第２の周期信号は、前記制御信号が、前記放射線の放出手段に、発光するＯＮ状態と発光しないＯＦＦ状態とを、前記第１の周期信号の周波数に略等しい周波数にて切り替えさせるようにするものである、
ことを特徴とした装置。
【請求項１２】
請求項１又は６において、
前記制御信号の前記第２の成分は、第２の周期信号から導出される、
ことを特徴とした装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、
前記第２の周期信号は、少なくとも２つの異なる電圧レベル間で発振する、
ことを特徴とした装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第２の周期信号は、正弦波信号である、
ことを特徴とした装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４において、
前記第２の周期信号の前記電圧レベルの内の一つは、実質的に零（又は略零）電圧レベルである、
ことを特徴とした装置。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか一項において、
前記第２の周期信号は、当該信号が、そのサイクルを通して同一極性を維持するようにオフセットされる、
ことを特徴とした装置。
【請求項１７】
請求項１１〜１４のいずれか一項において、
前記第２の周期信号は、当該信号の最小振幅が零とならないようにオフセットされる、
ことを特徴とした装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項において、
前記放射線の放出手段は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）である、
ことを特徴とした装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記ＬＥＤは、紫外領域において放射線を放出可能である、
ことを特徴とした装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項において、
前記制御信号を生成する手段は、前記第１の成分及び／又は前記第２の成分の周波数（又は周期）を調整可能である、
ことを特徴とした装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記制御信号を生成する手段は、
前記第１の成分の周波数を、
前記サンプルのルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を有する第１の周波数、及び／又は
前記サンプルのルミネセンス特性の更に期待される特徴的な時定数、若しくは他のサンプルの期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を有する少なくとも一つの他の周波数、
を含む複数の異なる周波数間で調整可能であり、
以て異なるルミネセンス特性を有する前記サンプルの成分間での区別、及び／又は異なるルミネセンス特性を有する異なるサンプル間での区別を可能にする、
ことを特徴とした装置。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記制御信号を生成する手段は、前記複数の異なる周波数が順に循環するように動作可能である、
ことを特徴とした装置。
【請求項２３】
サンプルから発光された放射線を検出して、前記サンプルのルミネセンス特性を測定可能にする装置であって、
前記サンプルから発光された放射線を、放射源からの放射線による前記サンプルの励起の結果として受信する手段と、
前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成する手段と、
前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する手段と、を備え、
前記放射源からの放射線は、制御信号によって変調されており、前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する、
装置。
【請求項２４】
請求項１〜５及び２０のいずれか一項において、
前記復調手段は、
前記制御信号の前記第１の成分に関連する、前記検出信号の第１の周波数成分を復調するための第１の復調配置と、
前記制御信号の前記第２の成分に関連する、前記検出信号の第２の周波数成分を復調するための第２の復調配置と、
を含むことを特徴とした装置。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記第１の復調配置は、前記サンプルが励起された場合に発生する前記検出信号の第１の成分を抑圧可能である、
ことを特徴とした装置。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記検出信号の前記第１の成分は、その少なくとも一部が、前記サンプルからの蛍光又は短時定数的なリン光から生じる、
ことを特徴とした装置。
【請求項２７】
請求項２４〜２６のいずれか一項において、
前記第１の復調配置は、前記サンプルが励起されていない場合に発生する前記検出信号の第２の成分を抑圧しないように動作可能である、
ことを特徴とした装置。
【請求項２８】
請求項２７において、
前記検出信号の前記第２の成分は、その少なくとも一部が、前記サンプルからのリン光から生じる、
ことを特徴とした装置。
【請求項２９】
請求項２４〜２８のいずれか一項において、
前記第１の復調配置は、前記検出信号のＯＮ及びＯＦＦを切り替えて前記信号を復調するスイッチ型の復調配置を、含む、
ことを特徴とした装置。
【請求項３０】
請求項２４〜２８のいずれか一項において、
前記第１の復調配置は、前記生成手段のゲインを高ゲインと低ゲインとの間で切り替えて前記信号を復調する手段を、含む、
ことを特徴とした装置。
【請求項３１】
請求項２４〜３０のいずれか一項において、
前記第１の復調配置は、前記検出信号から、前記第１の周波数にて残存成分を除去するフィルタを、さらに含む、
ことを特徴とした装置。
【請求項３２】
請求項３１において、
前記フィルタは、ローパスフィルタである、
ことを特徴とした装置。
【請求項３３】
請求項２４〜３２のいずれか一項において、
前記第２の復調配置は、前記検出信号の前記第２の周波数成分を、前記第１の復調配置により復調されるように復調可能である、
ことを特徴とした装置。
【請求項３４】
請求項２４〜３２のいずれか一項において、
前記復調手段は、前記検出信号を前記第１の復調配置により復調されるように増幅するアンプを、さらに含む、
ことを特徴とした装置。
【請求項３５】
請求項３４において、
前記第２の復調配置は、前記検出信号の前記第２の周波数成分を、前記第１の復調配置により復調され且つ前記アンプにより増幅されるように復調可能である、
ことを特徴とした装置。
【請求項３６】
請求項３４又は３５において、
前記アンプは、ラージゲイン（及び／又はＡＣ結合）アンプである、
ことを特徴とした装置。
【請求項３７】
請求項２４〜３６のいずれか一項において、
前記第２の復調配置は、前記検出信号に、前記第２の周波数成分に実質的に等しい周波数を有する信号を乗算する乗算器（例えばミキサ）を、含む、
ことを特徴とした装置。
【請求項３８】
請求項２４〜３６のいずれか一項において、
前記第２の復調配置は、前記検出信号の前記第２の周波数成分を抑圧可能なエンベロープディテクタを、含む、
ことを特徴とした装置。
【請求項３９】
請求項２４〜３８のいずれか一項において、
前記第２の復調配置は、前記検出信号から、前記第２の周波数にて残存成分を除去するフィルタを、含む、
ことを特徴とした装置。
【請求項４０】
請求項３８において、
前記第２の周波数にて前記残存成分を除去するフィルタは、ローパスフィルタである、
ことを特徴とした装置。
【請求項４１】
サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する方法であって、
第１の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する制御信号を、生成し、
前記制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起し、以て前記放出された放射線が前記制御信号によって変調されるようにし、
前記サンプルから前記励起の結果として発光された放射線を受信すると共に、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成し、
前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する、
ことを含む方法。
【請求項４２】
サンプルを放射線で励起して、前記サンプルのルミネセンス特性を測定可能にする方法であって、
第１の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する制御信号を、生成し、
前記制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起し、以て前記放出された放射線が前記制御信号によって変調されるようにする、
ことを含む方法。
【請求項４３】
サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する方法であって、
前記サンプルから発光された放射線を、放射源からの放射線による前記サンプルの励起の結果として受信すると共に、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成し、
前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する、ことを含み、
前記放射源からの放射線は、制御信号によって変調されており、前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる装置及びその関連方法に関する。特に、本発明は、サンプルの時間分解されたルミネセンス特性、例えばリン光等の時間分解された蛍光特性を測定するのに用いる装置及びその関連方法に関する。
【０００２】
本発明は、これに限定されるものでは無いが、生物学的検定等に用いられるサンプルのリン光(時間分解された蛍光／ルミネセンス)特性を測定するのに特に有用である。
【背景技術】
【０００３】
生物学的検定を用いることが知られており、この生物学的検定においては、検体の有無によりサンプルの光学特性が変更される。そして、光学特性の変更は、適切に調整されたリーダによって検出され得る。例えば、一般に、サンプルの色又は吸収特性の変更は検体の存在下で生じる。このような変更は、比較的手っ取り早く測定を行える一方で、要求される感度には欠けている。光学特性の変更をサンプルのリン光特性の変更として検出可能な検定を用いれば、高い感度が達成され得るであろう。これは、リン光が、その一時的な特性により、他の光学効果から区別され得るためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リン光の測定は、一の波長での(例えば、紫外領域における)間欠的な光励起によって達成され得て、減衰ルミネセンス特性の事後測定は、他の波長にて(通常、可視領域において)達成され得る。このように、比較的長い減衰期間(一般に、数マイクロ秒から数秒程度)を有するリン光は、比較的短い減衰期間(例えば、一般に１マイクロ秒未満)を有する蛍光から区別され得る。しかしながら、これには、サンプルの照明と、リーダによる結果的なルミネセンスの検出との間で精密な同期を必要とする。また、リン光の強度は、吸収変化リーダによって測定される強度よりも数桁小さいから、電子設計を著しく複雑化させる。これらの実際的な困難性は、廉価なリーダを必要とする応用の数を増加させるリン光を含む検定の適用性を、制限している。例としては、ルミネセンス免疫測定に基づくポイント・オブ・ケア及び家庭用のデバイス等が挙げられる。他の例としては、心血管疾患や種々の感染性疾患を検出する製品等が挙げられる。
【０００５】
従って、本発明は、上記の問題を克服又は少なくとも軽減する、サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる装置及びその関連方法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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる装置が提供される。この装置は、制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起する励起光源と、前記制御信号を、前記放出された放射線の強度を変調するために生成する信号源と、前記サンプルから発光された放射線を、前記励起の結果として受信し、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成するフォトディテクタと、前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する復調器と、を含む。前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する。
【０００７】
前記サンプルのルミネセンス特性は、前記サンプルの光輝性の特性、例えばリン光特性等の永続的なルミネセンス特性であっても良い。前記特徴的な時定数は、減衰時定数であっても良い。
【０００８】
光学フィルタを、前記放射線の放出手段と前記サンプルとの間(及び／又は、前記放射線の受信手段と前記サンプルとの間)に設けても良く、この光学フィルタは、測定すべきルミネセンス特性に関連する波長を有する放射線を遮断しても良い。前記光学フィルタは、ＵＶパスフィルタ又は他の適切なフィルタであっても良い。
【０００９】
前記放射線は、約３６５ｎｍ又は約２６５ｎｍの波長を有する紫外線であっても良い。但し、前記放射線は、約４００ｎｍ〜１０ｎｍ程度の波長(約３ｅＶ〜１２４ｅＶのエネルギー)を有する紫外線であっても良い。前記放射線は、例えば、約４００ｎｍと約３００ｎｍの間の波長(３．１０ｅＶ〜４．１３ｅＶ)を有する‘近(ｎｅａｒ)’ＵＶスペクトル領域における放射線、約３００ｎｍと約２００ｎｍの間の波長(４．１３ｅＶ〜６．２０ｅＶ)を有する‘中(ｍｉｄｄｌｅ)’ＵＶ領域における放射線、約２００ｎｍと約１２２ｎｍの間の波長(６．２０ｅＶ〜１０．２ｅＶ)を有する‘遠(ｆａｒ)’ＵＶ領域における放射線、及び／又は約１２１ｎｍと約１０ｎｍの間の波長(１０．２ｅＶ〜１２４ｅＶ)を有する‘極(ｅｘｔｒｅｍｅ)’ＵＶ領域における放射線であっても良い。前記放射線は、例えば、約４００ｎｍと約３１５ｎｍの間の波長(３．１０ｅＶ〜３．９４ｅＶ)を有するＵＶＡ放射線、約３００ｎｍと約２８０ｎｍの間の波長(３．９４ｅＶ〜４．４３ｅＶ)を有するＵＶＢ放射線、約２８０ｎｍと約１００ｎｍの間の波長(４．４３ｅＶ〜１２．４ｅＶ)を有するＵＶＣ放射線、及び／又は約２００ｎｍと約１０ｎｍの間の波長(６．２ｅＶ〜１２４ｅＶ)を有するＶＵＶ(Ｖａｃｕｕｍ ＵＶ)放射線であっても良い。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、サンプルを放射線で励起して、前記サンプルのルミネセンス特性を測定可能にする装置が提供される。この装置は、制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起する励起光源と、制御信号を、前記放出された放射線の強度を変調するために生成する信号源と、を含む。前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する。
【００１１】
前記放射線の放出手段は、閾値電圧を有しても良い。前記放射線の放出手段は、前記制御信号が前記閾値電圧を超過する場合、放射線を放出するＯＮ状態に在り、前記制御信号が前記閾値電圧を超過しない場合には、放射線を放出しないＯＦＦ状態に在る。
【００１２】
前記制御信号の第１の成分は、第１の周期信号から導出されても良い。前記第１の周期信号は、少なくとも２つの異なる離散電圧レベル間で発振しても良い。幾つかの実装において、前記第１の周期信号の電圧レベルの内の低振幅な一つは、略１Ｖを下回る振幅を有するか、或いは実質的に零(又は略零)電圧レベルであっても良い。前記制御信号の第２の成分は、第２の周期信号から導出されても良い。
【００１３】
前記第１及び第２の周期信号は、前記制御信号が、前記放射線の放出手段に、発光するＯＮ状態と発光しないＯＦＦ状態とを、前記第１の周期信号の周波数に略等しい周波数にて切り替えさせるようにするものであっても良い。但し、当然のことながら、切替周波数は、前記放射線の放出手段が切替を行う周波数に実質的に等しくても良いが、必ずしも前記第１の周期信号の周波数に正確に等しくなくても良い。例えば、前記切替周波数は、高速(ｆａｓｔ)な第１の周期周波数ｆｆａｓｔ及び低速(ｓｌｏｗ)な第２の周期信号周波数ｆｓｌｏｗの両者の機能であっても良い。高速及び低速な正弦波周期信号のケースでは、例えば、前記放射線の放出手段が、周波数ｆｆａｓｔ±ｆｓｌｏｗに成分を有する周波数にて切替を行うであろう。
【００１４】
前記第２の周期信号は、正弦波信号であっても良い。前記第２の周期信号は、少なくとも２つの異なる離散電圧レベル間で発振しても良い。前記第２の周期信号は、当該信号が、そのサイクルを通して同一極性を維持するようにオフセットされても良く、当該信号の最小振幅が零とならないようにオフセットされても良い。
【００１５】
幾つかの実装において、前記第２の周期信号は、複数の離散電圧レベルを含んでも良く、前記第２の周期信号の電圧レベルの内の一つ(例えば、最少振幅レベル)は、略１Ｖを下回る振幅、例えば実質的に零(又は略零)電圧レベルを有しても良い。
【００１６】
前記放射線の放出手段は、ＬＥＤ(ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ)、例えば紫外領域において放射線を放出可能なＬＥＤであっても良い。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、サンプルから発光された放射線を検出して、前記サンプルのルミネセンス特性を測定可能にする装置が提供される。この装置は、前記サンプルから発光された放射線を、放射源からの放射線による前記サンプルの励起の結果として受信し、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成するフォトディテクタと、前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する復調器と、を含む。前記放射源からの放射線は、制御信号によって変調されており、前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する。
【００１８】
前記復調器は、前記制御信号の前記第１の成分に関連する、前記検出信号の第１の(例えば、高(ｈｉｇｈ))周波数成分を復調するための第１の(例えば、高速(ｆａｓｔ)な)復調配置を、含んでも良い。前記復調器は、前記制御信号の前記第２の成分に関連する、前記検出信号の第２の(例えば、低(ｌｏｗ))周波数成分を復調するための第２の(例えば、低速(ｓｌｏｗ)な)復調配置を、を含んでも良い。
【００１９】
前記第１の復調配置は、前記サンプルが励起された場合(例えば、前記放射源がＯＮ状態に在り／放射線を放出する場合)に発生する前記検出信号の第１の成分を抑圧(例えば、抑止又はスイッチアウト(ｓｗｉｔｃｈ ｏｕｔ))可能であっても良い。前記検出信号の前記第１の成分は、その少なくとも一部が、前記サンプルからの蛍光から生じても良い。前記検出信号の前記第１の成分は、その少なくとも一部が、短時定数的なリン光から生じても良い。
【００２０】
前記第１の復調配置は、前記サンプルが励起されていない場合(例えば、前記放射源がＯＦＦ状態に在り／放射線を放出しない場合)に発生する前記検出信号の第２の成分を抑圧、抑止又はスイッチアウト(ｓｗｉｔｃｈ ｏｕｔ)しないように動作可能であっても良い。前記検出信号の前記第２の成分は、その少なくとも一部が、前記サンプルからの永続的なルミネセンス(例えば、リン光)から生じても良い。
【００２１】
前記第１の復調配置は、前記検出信号のＯＮ及びＯＦＦを切り替えて前記信号を復調するスイッチ型の復調配置を、含んでも良い。前記第１の復調配置は、前記生成手段のゲインを高ゲインと低ゲインとの間で切り替えて前記信号を復調する手段を、含んでも良い。前記第１の復調配置は、前記検出信号から、前記第１の周波数にて残存成分を除去するフィルタを、さらに含んでも良い。前記フィルタは、ローパスフィルタを含む。
【００２２】
前記第２の復調配置は、前記検出信号の前記第２の周波数成分を、前記第１の復調配置により復調される(例えば、前記第１の周波数成分を抑圧するために復調した前記検出信号のバージョンの)ように復調可能であっても良い。
【００２３】
前記復調手段は、前記検出信号を前記第１の復調配置により復調されるように増幅するアンプを、さらに含んでも良い。前記第２の復調配置は、前記検出信号の前記第２の周波数成分を、前記第１の復調配置により復調されるように及び／又は前記アンプにより増幅されるように復調可能であっても良い。前記アンプは、ラージゲイン（及び／又はＡＣ結合）アンプであっても良い。
【００２４】
前記第２の復調配置は、前記検出信号に、前記第２の周波数成分に実質的に等しい周波数を有する信号を乗算する乗算器（例えばミキサ）を、含んでも良い。前記第２の復調配置は、前記検出信号の前記第２の周波数成分を抑圧可能なエンベロープディテクタを、含んでも良い。前記第２の復調配置は、前記検出信号から、前記第２の周波数にて残存成分を除去するフィルタを、含んでも良い。前記第２の周波数にて前記残存成分を除去するフィルタは、ローパスフィルタであっても良い。
【００２５】
ここでは検出信号について述べたが、当然のことながら、参照すべき検出信号は、(例えば、復調／フィルタ／増幅等に先立って)検出されるような検出信号、又は復調器、アンプ等により処理若しくは部分的に処理されるような検出信号であれば良い。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する方法が提供される。この方法は、第１の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する制御信号を、生成し、前記制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起し、以て前記放出された放射線が前記制御信号によって変調されるようにし、前記サンプルから前記励起の結果として発光された放射線を受信すると共に、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成し、前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する、ことを含む。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、サンプルを放射線で励起して、前記サンプルのルミネセンス特性を測定可能にする方法が提供される。この方法は、第１の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する制御信号を、生成し、前記制御信号の制御下で、放射線を放出して前記サンプルを励起し、以て前記放出された放射線が前記制御信号によって変調されるようにする、ことを含む。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、サンプルのルミネセンス特性を測定するのに用いる、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する方法が提供される。この方法は、前記サンプルから発光された放射線を、放射源からの放射線による前記サンプルの励起の結果として受信すると共に、前記受信した放射線の強度を示す検出信号を生成し、前記検出信号を復調して、前記サンプルのルミネセンス特性を示す信号を生成する、ことを含む。前記放射源からの放射線は、制御信号によって変調されており、前記制御信号は、第１の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より低い又は同位の周期を伴う第１の周波数に有し、第２の成分を、前記ルミネセンス特性の期待される特徴的な時定数より高い周期を伴う第２の周波数に有する。
【００２９】
本発明の一の実施形態においては、サンプルのリン光を測定するためのディテクタが提供される。このディテクタは、光励起に適した紫外ＬＥＤと、制御信号に応じて、前記ＬＥＤの輝度を変調可能な電子回路と、リン光減衰期間と比して一方が高速(場合によっては同位)、他方が低速な２つの発振の産物である変調信号を生成するコントローラと、ルミネセンスの輝度を測定するフォトダイオードディテクタと、検出信号を、第１の高速制御信号に関して変調し、次いで第２の低速制御信号に関して変調し、前記サンプルのリン光のみに依存した出力をもたらすプロセッサと、を含む。
【００３０】
このディテクタは、既知のディテクタが有する問題を克服又は少なくとも軽減する可能性がある。第１に、ソースの高速変調の使用は、リン光強度が最大化されることを保証するのに役立つ。第２に、第２の低速変調の使用は、リン光が比較的小さい場合であっても、リン光に関連した信号を測定することを要求される電子回路を簡素化するのに役立つ。第３に、デュアル変調アプローチは、リン光の測定を、バックグラウンド、周辺光等の他の寄生効果、フォトダイオードのリーク(ｌｅａｋａｇｅ)、及び又はアンプオフセットとは独立して達成可能にするのに役立ち得る。
【００３１】
変調信号の高速成分は、一方が零であるか或いは零で無い２つのレベル間で発振しても良い。好都合にも、このことは、大略、スイッチ型の復調器を用いて、リン光情報のアイソレーションを簡素化する可能性がある。
【００３２】
低速変調信号は、実際には正弦波であっても良く、リニア乗算器を用いて復調される。好都合にも、このことは、極端に長い測定時間を必要とすること無く、高感度を可能にし得る。
【００３３】
変調信号の低速成分は、一方が零であるか或いは零で無い２つのレベル間で発振しても良い。好都合にも、このことは、要求される測定帯域幅が低い場合に、簡素化されたスイッチ型の復調を使用可能にし得る。
【００３４】
有利には、低速変調周波数は、例えば白熱電球又は蛍光灯により発生されるような干渉光の動的ソースから区別されるように選択し、以て周辺光に対する装置の感度を最小化する能力を提供すると良い。
【００３５】
以下、本発明を、ほんの一例として、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、サンプルのリン光特性を測定するための測定装置の簡略的な概観を示している。
【図２】図２は、図１の測定装置の主要な構成要素を説明する簡略的な回路図を示している。
【図３ａ】図３ａは、図２の回路の異なる部分で観測され得る電子／光波形の簡略化且つ理想化された図を示している。
【図３ｂ】図３ｂは、図２の回路の異なる部分で観測され得る電子／光波形の簡略化且つ理想化された図を示している。
【図３ｃ】図３ｃは、図２の回路の異なる部分で観測され得る電子／光波形の簡略化且つ理想化された図を示している。
【図３ｄ】図３ｄは、図２の回路の異なる部分で観測され得る電子／光波形の簡略化且つ理想化された図を示している。
【図４ａ】図４ａは、図２の回路の異なる部分で観測され得る電子／光波形の簡略化且つ理想化された図を示している。
【図４ｂ】図４ｂは、図２の回路の異なる部分で観測され得る電子／光波形の簡略化且つ理想化された図を示している。
【図４ｃ】図４ｃは、図２の回路の異なる部分で観測され得る電子／光波形の簡略化且つ理想化された図を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態のためのフォトエミッタ駆動回路を説明する簡略的な回路図を示している。
【図６ａ】図６ａは、本発明の実施形態のためのフォトレシーバ回路を説明する簡略的な回路図を示している。
【図６ｂ】図６ｂは、本発明の実施形態のためのフォトレシーバ回路を説明する簡略的な回路図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
＜概要＞
図１は、サンプル１２のリン光(時間分解された蛍光／ルミネセンス)特性を測定するための測定装置１０の簡略的な概観を示している。
【００３８】
図１に示すように、測定装置１０は、サンプル１２を所望の波長の放射線で励起するフォトエミッタ装置１４と、励起の結果として生じるフォトルミネセンスを検出するフォトディテクタ装置１６と、を含む。
【００３９】
フォトエミッタ装置１４は、放射線Ｒ１を放出してサンプル１２を励起する放射線放出デバイス１８を含む。本実施形態において、放射線放出デバイス１８は、ＵＶ(ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ)領域で発光するＬＥＤ(ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ)である。
【００４０】
ＵＶ ＬＥＤ １８は、ＬＥＤ １８により放出される放射線の強度を変調する駆動回路２０によって、駆動される。駆動回路２０は、高周波入力信号(Ｖｍ１)及び低周波入力信号(Ｖｍ２)を受信し、これらの信号を乗算して、ＬＥＤ １８により放出されるＵＶ放射線の強度を制御するための制御信号を生成する。
【００４１】
フォトディテクタ装置１６は、サンプル１２からの放射線Ｒ２を受信すると共に、受信した放射線を示す信号を生成する放射線受信デバイス２２、を含む。本実施形態において、放射線受信デバイス２２は、ＰｉＮ(Ｐ−ｔｙｐｅ／ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ／Ｎ−ｔｙｐｅ)ダイオード形式のフォトダイオードである。本実施形態の受信放射線は、可視スペクトル領域に存在し、大略、例えば、ＬＥＤ １８からの放射線による励起の結果としてサンプル１２により発光された光(例えば、蛍光及び／若しくはリン光)、サンプル１２により反射された光、並びに／又はバックグラウンド／周辺(ａｍｂｉｅｎｔ)光を含む複数の成分を備えている。
【００４２】
フォトダイオード２２により受信される放射線を示す信号は、フォトディテクタ処理回路２４によって処理される。フォトディテクタ処理回路２４は、受信放射線を示す信号を、高周波入力Ｖｍ１の反転バージョン(下段の式(１)を参照、インバータ２６により生成される)及び低周波入力Ｖｍ２の零センタ(ｚｅｒｏ ｃｅｎｔｅｒｅｄ)バージョン(Ｖｍ２(０)、ハイパスフィルタ２８により生成される)を用いて復調し、以て蛍光、反射光及びバックグラウンド／周辺光に関連する信号成分を除去する。よって、より詳細に後述する通り、フォトディテクタ処理回路２４は、フォトダイオード２２により受信される光のリン光成分の振幅を示す信号ＶＰを、蛍光、反射光及びバックグラウンド／周辺光に関連する受信光の成分を除いて抽出する。
【数１】
2014521080.tif 000003
【００４３】
＜回路実装＞
図２は、一の可能な実装に係る、図１のフォトエミッタ駆動回路２０及びフォトディテクタ処理回路２４の主要な構成要素を説明する簡略的な回路図を示している。図３ａ〜図３ｄは、例として、フォトエミッタ駆動回路２０の異なるポイントにおける電子信号、及びＬＥＤ １８により放出される放射線の時変強度を示している。図４ａ〜図４ｃは、例として、フォトディテクタ処理回路２４の異なるポイントにおける信号を示している。
【００４４】
図２に示すように、一対の発振器３０及び３２が設けられ、高周波入力信号((Ｖｍ１)及び低周波入力信号(Ｖｍ２)をそれぞれ発生する。
【００４５】
本実施形態の高周波又は高速発振器３２は、高周波入力信号(Ｖｍ１)を発生し、この信号は、図３ａに示す如く２レベル波形(例えば方形波)である。本実施形態において、高周波の波形は、検定されるサンプル１２の時定数に等価な期待リン光の逆数よりも非常に高い周波数に在る。但し、当然のことながら、幾つかの実施形態においては、高周波の波形が、検定されるサンプル１２の時定数に等価な期待リン光の逆数と同等の周波数に在っても良い。本実施形態において、Ｖｍ１は、例となる１ｋＨｚの周波数を有する。高速発振器３０により生成される高周波の２レベル波形Ｖｍ１は、実質的に零ボルトの(又は、ＬＥＤ １８が照射されるのを回避する程に低い)低レベルと、Ｖｍ１及びＶｍ２が乗算された場合に、Ｖｍ１が高くなってＬＥＤ １８が照射されることを保証するに十分な高レベルとを有する。
【００４６】
本実施形態の低周波又は低速発振器３２は、低周波入力信号(Ｖｍ２)を発生し、この信号は、図３ｂに示す如く、検定されるサンプル１２のための時定数に等価な期待リン光の逆数よりも非常に低い周波数を有する正弦波である。好ましくは、当該周波数は、干渉光源の周波数(一般に、主電源周波数の調波)とは異なるように選択される。本実施形態において、Ｖｍ２は、例となる１０Ｈｚの周波数を有する。本実施形態におおいて、低速発振器３２により生成される低周波の正弦波Ｖｍ２は、波形が、その波長を通して正極を維持するようなオフセットを有する。大略、オフセットの大きさは、Ｖｍ１及びＶｍ２が乗算された場合に、(必ずしもその必要は無いが)Ｖｍ１が高くなってＬＥＤ １８が照射されることを保証する程に十分高い。
【００４７】
信号Ｖｍ１及びＶｍ２は、出力信号(Ｖｃ)を生成するミキサ３４へ入力され、この出力信号は、図３ｃに示す如くＶｍ１及びＶｍ２の産物である。ミキサ３４からの出力信号Ｖｃは、ドライバ回路３６への入力として供給され、ドライバ回路３６は、入力信号Ｖｃに比例した出力電流を発生して、ＬＥＤ １８を駆動する。
【００４８】
ＬＥＤ １８は、図３ｄに示す如く、その駆動電流に実質的に比例した強度を有する光Ｒ１を、サンプル１２上へ放出する。従って、ＬＥＤ １８は、大略、検定されるサンプル１２のための時定数に等価な期待リン光の逆数と比して、Ｖｍ２の周波数で低速に変動する正弦波強度の包絡線(ｅｎｖｅｌｏｐｅ)を有する光Ｒ１を放出する。放出光Ｒ１は、この正弦波包絡線内で、高い周波数にてＯＮ及びＯＦＦを間欠的に切り替える。
【００４９】
サンプル１２は、入射光Ｒ１による励起の結果、発光して時変フォトルミネセンス波形を生成し、この波形は、フォトダイオード２２により、(例えば、反射光及び／又はバックグラウンド／周辺光の結果としての)他の寄生源からの光と共に検出される。フォトダイオード２２は、プリアンプ３８を含み(図４ａに示す如く)フォトダイオード２２により検出される光Ｒ２に実質的に比例した時変信号(Ｖｄ１)を生成するフォトディテクタ回路へ入力される時変電流を、発生する。
【００５０】
フォトダイオードディテクタ回路により検出される強度波形は、幾つかの物理的効果に因る成分を有する。Ｖｍ１が零である(又は、少なくともＬＥＤ １８の閾値電圧を十分に下回って照射を回避する)短期間において、ＬＥＤ １８は照射されず、従って、サンプル１２は励起されない。Ｖｍ１が高かった前回の励起に起因する他の蛍光は、その存続期間が非常に短く、Ｖｍ１が低状態を維持する期間と比して瞬間的に減衰する。従って、サンプルから発光され且つフォトダイオード２２により検出される光Ｒ２は、リン光、及び例えば周辺光から生じる他のバックグラウンド光に関連する。このため、Ｖｍ１が零である短期間において、時変信号Ｖｄ１は、リン光から生じる成分(Ｐ)と、バックグラウンド光及びフォトダイオード２２のリーク等の他の寄生効果から生じる成分(ＢＧ)とを含む。Ｖｄ１のリン光成分Ｐは、Ｖｍ１の期間がリン光減衰期間と比して短いことから略一定であるが、ＬＥＤ １８が照射された場合の励起強度によって変調される。
【００５１】
Ｖｍ１が高状態である短期間において、ＬＥＤ １８は照射され、従って、サンプル１２が励起される。このため、これらの期間においては、サンプルから発光され且つフォトダイオード２２により検出される光Ｒ２が、蛍光、反射光及び他のバックグラウンド光に関連する。従って、Ｖｍ１が高状態である短期間において、時変信号Ｖｄ１は、蛍光から生じる成分(ＦＬ)と、バックグラウンド光及びフォトダイオード２２のリーク等の他の寄生効果から生じる成分(ＢＧ)と、入射光Ｒ１の反射に関連する成分と、を含む。ＬＥＤ １８が照射された場合のフォトダイオード２２の反応は、蛍光減衰期間がＶｍ１の期間と比して比較的短いことから、比較的大きく、ＬＥＤ １８により発光される光波形の正弦波包絡線に追従(ｔｒａｃｋ)する。
【００５２】
時変信号Ｖｄ１の高周波成分を復調するため、高周波スイッチ型の復調配置を用いる。このスイッチ型の復調配置においては、高周波入力信号Ｖｍ１がインバータ２６により反転され、その結果である上記の式(１)に示した反転信号が、ミキサ４０へ与えられてプリアンプ回路３８からの出力信号Ｖｄ１と乗算され、以て(図４ｂに示す如く)ＬＥＤ １８が照射された場合に生じる成分(ＦＬ及びＢＧ)が除去された出力信号(Ｖｄ２)を生成する。当然のことながら、適切な遅延成分が回路へ付加され得て、上記の式(１)に示した反転信号の低値(ｌｏｗｓ) (大略、零)が、プリアンプの出力信号Ｖｄ１の高値(ｈｉｇｈｓ)と同期することを保証し、ＬＥＤ １８が照射されない場合に生じる成分が抑圧／抑制されず代わりに回路の次の部分へ通過する一方で、ＬＥＤ １８が照射された場合に生じる成分が成功裏に抑圧／抑制されることを保証する。
【００５３】
そして、ミキサ４０からの出力信号Ｖｄ２は、ローパスフィルタ４２によりフィルタ(又は平均化(ａｖｅｒａｇｅｄ))されてスイッチ成分が除去され、以て効率的に、ミキサの出力信号Ｖｄ２の包絡線を抽出する。この結果である波形(Ｖｄ３)は、(図４ｃに示す如く)リン光から生じる成分(Ｐ’)、並びにバックグラウンド光及び他の寄生効果から生じる成分(ＢＧ’)を含むが、蛍光又は入射光Ｒ１の反射に関連した成分は含まない。従って、蛍光及び寄生効果に因る信号成分が、効率的に分離(ｉｓｏｌａｔｅｄ)されている。ローパスフィルタ４２は、適当なフィルタ特性を供する適切なフィルタ回路であっても良い。但し、大略、ローパスフィルタ４２のカットオフ周波数は、少なくとも、Ｖｍ１の周波数(本実施形態においては、１５Ｈｚの例示的な値が用いられる)よりも１桁小さいか、或いは十分に小さいであろう。
【００５４】
よって、ローパスフィルタの出力Ｖｄ３のバックグラウンド放射線及び他の寄生効果による成分ＢＧ’は、実質的に静的であり、一方、リン光から生じる成分Ｐ’は、Ｖｍ２の低速発振周波数にて動的に(本ケースでは正弦波的に)発振する。このため、リン光から生じる動的成分Ｐ’の振幅は、サンプル１２のリン光を示す。
【００５５】
ローパスフィルタの出力Ｖｄ３は、アンプ４４を用いて増幅される。アンプ４４は、低周波入力信号Ｖｍ２に対応する領域の周波数を有する、全測定帯域幅により設定される帯域幅を伴う信号を増幅する。本実施形態において、アンプ４４は、５Ｈｚ〜１５Ｈｚの(すなわち、Ｖｍ２の例示的な周波数１０Ｈｚを中心とする)例示的な帯域幅を有する、ＡＣ結合されたラージゲインなアンプである。有益にも、サンプルリン光を示す所望の情報が既知周波数の正弦波振幅に含まれるから、例えばアンプオフセットやバックグラウンド倍率に関連する問題に直面すること無く、信号に対して非常に大きな利得を適用することが可能である。
【００５６】
また、低速発振器３２により生成される低周波正弦波Ｖｍ２は、ハイパスフィルタ２８へも入力されて静的オフセット成分が除去され、以て低周波入力信号Ｖｍ２を零センタし、そのバイポーラバージョンＶｍ２(０)を生成する。この結果である低周波入力信号Ｖｍ２のバイポーラバージョンＶｍ２(０)と、ラージゲインアンプ４４からの出力とが、リニア乗算器４６であるミキサを用いて乗算される。そして、リニア乗算器４６からの合成出力信号は、適切な測定帯域幅を用いて更なるローパスフィルタ４８によりフィルタされて、フィルタされた最終的な出力信号(Ｖｐ)を生成する。この信号(Ｖｐ)からは、リニア乗算器の出力信号の低周波な正弦波成分が効率的に取り除かれている。従って、図２の回路から出力される最終的な出力信号Ｖｐの振幅は、サンプル１２のリン光についての情報を、バックグラウンド／周辺光、他の寄生効果及びサンプルの蛍光とは独立して抽出可能な増幅正弦波の測定結果を示している。この測定技術によれば、ラージゲインアンプ４４により適用され得る大増幅に因って、高感度を達成することが可能である。
【００５７】
図５は、本発明の他の実施形態のための、フォトエミッタ駆動回路５０の例の簡略的な回路図をより詳細に示している。
【００５８】
図５に示すように、駆動回路は、この例ではＢＪＴｓ(ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ)である一対の半導体スイッチ５２−１、５２−２を含む。本例におけるＢＪＴｓ ５２は、ＮＰＮ型のＢＪＴｓであるが、当然のことながら、ＰＮＰ型のＢＪＴｓを用いた類似の回路が採用され得る。各ＢＪＴ ５２は、‘ｌｏｎｇ−ｔａｉｌｅｄ ｐａｉｒ’配置と同様、他方のＢＪＴ ５２のエミッタに結合されるエミッタを有する。ＢＪＴ ５２のエミッタは、電圧電流変換器５４を介して、グランド(又は場合によっては、負の電力レール)へ結合される。
【００５９】
回路５０により駆動される放射線放出デバイス１８は、回路５０の第１の電流ブランチ５３−１において、一方のＢＪＴ ５２−１(‘ドライバ(ｄｒｉｖｅｒ)’ＢＪＴ)のコレクタと高電圧レール５５の間に設けられる。他方のＢＪＴ ５２−１のコレクタは、高電圧レール５５へ直接接続されて、回路の第２の電流ブランチ５３−２を提供する。
【００６０】
前述した‘低速’発振器として動作する発振器５６は、低周波入力信号Ｖｍ２を電流変換器５４への電圧に対し供給して、ＢＪＴｓ ５２のエミッタを介した電流を変調する。
【００６１】
前述した‘高速’発振器として動作する発振器５８は、高周波入力信号Ｖｍ１を、一方のＢＪＴ ５２−１のベースへ供給すると共に、インバータ５９へ供給して高周波入力信号の反転バージョンを生成する。高周波入力信号の反転バージョンは、他方のＢＪＴ ５２−２のベースへ供給される。従って、高速発振器５８からの信号が高状態である場合、ドライバＢＪＴ ５２−１はＯＮ状態に在り、他方のＢＪＴ ５２−２はＯＦＦ状態に在り、電流は第１の電流ブランチ５３−１を介して流れ、以て放射線放出デバイス１８を駆動する。高速発振器５８からの信号が低状態である場合、ドライバＢＪＴ ５２−１はＯＦＦ状態に在り、他方のＢＪＴ ５２−２はＯＮ状態に在り、電流は第２の電流ブランチ５３−２を介して流れる。よって、高速発振器５８は、ＢＪＴ対５２の“尾部(ｔａｉｌ)”に結合されたエミッタを介した電流フローを、一の電流ブランチ５３−１と他の電流ブランチ５３−２の間で効率的に切り替え、以て放射線放出デバイス１８を介した電流フローを変調する。
【００６２】
図６ａ及び図６ｂは、本発明の他の実施形態のための、フォトレシーバ回路６０の例の簡略的な回路図をより詳細に示している。
【００６３】
図６ａに示すように、フォトレシーバ回路６０は、プリアンプ回路段６２を含み、このプリアンプ回路段６２は、フォトダイオード２２により検出される光に依存した時変出力信号を発生する一対のオペアンプ回路６４を含む。スイッチ型の復調器段６６は、プリアンプ６２から出力される信号を、高周波変調信号に関して復調する。
【００６４】
ＬＥＤ １８がＯＦＦになると、オペアンプ６４−１及び６４−２の出力側の２つのスイッチが閉状態となり、２つの出力を接続するスイッチが開状態を維持する。この状態においては、フォトダイオードから到来する信号が、後段の電子機器によって増幅且つフィルタされる。ＬＥＤ １８がＯＮになると、オペアンプ６４−１及び６４−２の出力側の２つのスイッチが開状態となり、２つの出力を接続するスイッチが閉状態となる。この状態においては、フォトダイオードから到来する信号が、シグナルチェーンの更に先へは伝搬されない。オペアンプ６４−１及び６４−２の出力側の２つのスイッチは、高速発振器の反転バージョンによって駆動されるが、２つのラインに跨るスイッチは、同発振器の非反転バージョンによって駆動される。
【００６５】
復調器６６からの復調信号は、ハイパスフィルタ６８を用いてフィルタされて、その低周波及び半静的成分(例えば、バックグラウンド放射線に関連する成分等の低速発振信号の周波数を下回る成分)が除去される。そして、ハイパスフィルタ６８のフィルタ出力がアンプ段７０によって増幅され、その結果である増幅信号は、ローパスフィルタ及び利得段７２によりフィルタされて、信号の残存する高周波成分(例えば、低速発振信号の周波数を上回る成分)が除去される。本段において、当該信号は、前述したＡＣ結合されたラージゲインなアンプ４４の出力と等価である。
【００６６】
図６ｂを参照すると、本実施形態において、ローパスフィルタ７２からの出力は、ＡＤＣ(ａｎａｌｏｇｕｅ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：アナログ・デジタル変換器)７４を用いてデジタル信号へ変換され、関心のあるルミネセンス特性を抽出するための更なる信号の処理が、マイクロプロセッサ７８である復調器及びローパスフィルタ段７６を用いて達成される。
【００６７】
本実施形態において、マイクロプロセッサ７８は、ローパスフィルタ７２のデジタル化された出力を、低速入力信号の零(ｚｅｒｏｅｄ)バージョンと乗算するようにプログラムされている。マイクロプロセッサ７８は、その結果である信号成果物をフィルタして、前述同様に低周波の正弦波成分を除去し、以てＡＤＣ ７４への正弦波入力の振幅を示す結果を生成する。この結果としての信号から、サンプル１２のリン光を、バックグラウンド／周辺光、他の寄生効果及びサンプルの蛍光に関連する他の信号とは独立して抽出することが可能である。この測定技術によれば、アンプ段７０により適用され得る大増幅に因って、高感度を達成することが可能である。
【００６８】
＜改良及び代替案＞
詳細な実施形態について上述した。当業者にとって明らかな通り、ここに具現化される発明の利益を享受しつつ、上記の実施形態に対する多くの改良及び代替案が成され得る。
【００６９】
例えば、光学フィルタを、ＬＥＤ １８とサンプル１２の間(及び／又はフォトダイオード２２とサンプルの間)に設置して、リン光に期待される波長に対する類似波長の光を遮断するようにしても良い。このフィルタは、例えばＵＶパスフィルタ等であっても良い。有益にも、この配置は、装置の放射線放出側からの発光が測定品質を低下させてしまうのを抑止し、以て感度の向上を促すことが可能である。
【００７０】
前述した実施形態の更なる変形において、検出回路により検出される光の高周波成分の復調は、そのゲインが、(ＬＥＤ １８がＯＦＦである場合の)ハイモードと、(ＬＥＤ １８がＯＮである場合の)ローモードとの間で、例えば反転した高周波信号の制御下で切り替え可能なフォトダイオードディテクタ回路を用いて、有利に達成しても良い。このことは、上記の実施形態のために説明した固定ゲインの検出回路及びスイッチ型の復調器の使用に対し有利であろう。その理由は、検出のダイナミックレンジを低減し、実装を簡略化させ得るためである。
【００７１】
当然のことながら、信号を、１０Ｈｚ及び１ｋＨｚの周波数を有するものとして説明したが、当該周波数は、他の適切な値であっても良い。例えば、低周波信号は、大略１０Ｈｚ又はこれより低いであろうが、幾つかのケースにおいてはより高いものであっても良い。同様に、高周波信号は、大略１ｋＨｚ又はこれより高いであろうが、幾つかのケースにおいてはより低いものであっても良い。
【００７２】
一の実施形態においては、例えば、５Ｈｚの周波数(２００ｍｓの周期)を有する低速な方形波信号と、２．５ｋＨｚ(４００μｓ)の高速な変調信号とを用いる。この実施形態において、略６４０μｓのリン光ライフタイムを有する染料をサンプルに用いる。但し、他の実施形態においては、１２００μｓ及び２４００μｓのオーダを有し、且つその高速変調周波数が比例して低くなる(５Ｈｚの低速変調周波数は影響を受けず維持される)染料を用いる。
【００７３】
当然のことながら、正弦波の低周波入力信号Ｖｍ２は利点を有するが、このＶｍ２は、２レベル波形(例えば、方形波)や他の形状の波形等の他の適切な波形であっても良い。
【００７４】
また、高周波入力信号Ｖｍ１及び／又は低周波入力信号Ｖｍ１の周波数は、特定のサンプル特性、又はサンプルの特定成分に対して調節可能であっても良い。具体的な有益な例において、高周波入力信号Ｖｍ１の周波数は、複数の異なる周波数間で調整可能であり、異なるルミネセンス特性(例えば、異なる特徴的な時定数)を有するサンプル同士を多重化可能とし、及び／又はその各々が異なるルミネセンス特性(例えば、異なる特徴的な時定数)を有する特定サンプルの異なる成分同士を多重化可能としても良い。周波数の調整機能は、オペレータ制御であっても良いし、例えば予め設定された周波数セットを自動的に(又は手動で)循環して、特定のルミネセンス特性を有する特定の成分の有無を検出可能にする装置を用いて、自動化しても良い。この配置は、スペクトル識別及び／又は異なるサンプル同士間(若しくは特定サンプルの異なる成分同士間)のスペクトル識別が不可能であるか、或いは望ましくない応用において、特に有益である。
【００７５】
低周波入力信号Ｖｍ２のハイパスフィルタされたバージョンＶｍ２(０)と、Ｖｄ３の増幅されたバージョンとの乗算を含む最終的な復調ステップは特に有益であるが、当然のことながら、当該最終的な復調ステップは、他の適切な回路を用いて実行しても良い。例えば、測定帯域幅及び低周波入力信号Ｖｍ２の周波数が、最終的なローパスフィルタが低速発振周波数よりも非常に低いカットオフ周波数を有することを可能にするようなものである場合、包絡線検出器(ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ)を有益に用いても良い。或いは、２レベルの低周波入力信号Ｖｍ２を正弦波信号に替えて用いる場合には、リニア乗算器４６を、単純なスイッチ型の復調器で置換可能である。
【００７６】
当然のことながら、入射放射線Ｒ１は、ＵＶ(ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ)放射線が特に有益であるが、サンプルを励起して発光させるのに適当な他の放射線であっても良い。ここで、当該放射線とは、約４００ｎｍ〜約１０ｎｍ程度の波長(約３ｅＶ〜約１２４ｅＶのエネルギー)を有し得るＵＶである。放射線は、例えば、約４００ｎｍと約３００ｎｍの間の波長(３．１０ｅＶ〜４．１３ｅＶ)を有する‘近(ｎｅａｒ)’ＵＶスペクトル領域における放射線、約３００ｎｍと約２００ｎｍの間の波長(４．１３ｅＶ〜６．２０ｅＶ)を有する‘中(ｍｉｄｄｌｅ)’ＵＶ領域における放射線、約２００ｎｍと約１２２ｎｍの間の波長(６．２０ｅＶ〜１０．２ｅＶ)を有する‘遠(ｆａｒ)’ＵＶ領域における放射線、及び／又は約１２１ｎｍと約１０ｎｍの間の波長(１０．２ｅＶ〜１２４ｅＶ)を有する‘極(ｅｘｔｒｅｍｅ)’ＵＶ領域における放射線であっても良い。放射線は、例えば、約４００ｎｍと約３１５ｎｍの間の波長(３．１０ｅＶ〜３．９４ｅＶ)を有するＵＶＡ放射線、約３００ｎｍと約２８０ｎｍの間の波長(３．９４ｅＶ〜４．４３ｅＶ)を有するＵＶＢ放射線、約２８０ｎｍと約１００ｎｍの間の波長(４．４３ｅＶ〜１２．４ｅＶ)を有するＵＶＣ放射線、及び／又は約２００ｎｍと約１０ｎｍの間の波長(６．２ｅＶ〜１２４ｅＶ)を有するＶＵＶ(Ｖａｃｕｕｍ ＵＶ)放射線であっても良い。約３６５ｎｍ又は約２６５ｎｍの波長を有するＵＶが、特に有益性を有する。
【００７７】
上記の実施形態を、生物学的検定等に用いられるサンプルのリン光(時間分解された蛍光／ルミネセンス)特性の測定を参照し、これに特に有益性を有するものとして説明したが、当然のことながら、上述した測定方法及び装置は、他の幅広い範囲の応用において用いても良い。例えば、測定技術及び装置は、書類(例えば、ライセンス、証明書、身元書類、金融取引をサポートする書類等)の認証、上述した技術を用いて識別可能なスマート(ｓｍａｒｔ)な(場合によっては可視の)科学的又は生物学的な印を資産に付けることによる資産保全／識別(例えば、盗難品の所有権を確認すること等)、(例えば、ブランド品に適用される)非偽造手段の有無の検証、及び(例えば、犯罪現場にて発見された)法医学試料の特性化を含む、非偽造、認証、セキュリティ及び／又は法医学の応用において有益に適用され得る。同様に、測定技術及び装置は、例えば、液体漏出検査、汚染物質の検出、密封完全性(ｓｅａｌ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ)検査、品質制御、特定エリア(例えば、満杯若しくは空の梱包材料)において特定物の有無を判定すること等といった、産業的なセンシングの応用において有益に適用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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