(57)【要約】【課題】被測定物からパルス励起光に応じて放出される蛍光を測定可能なＣＣＤカメラを提供すること。【解決手段】このＣＣＤカメラ１０は、蛍光６０を受光して光電変換する光電変換素子および光電変換素子で光電変換された電荷を蓄積し転送する電荷蓄積素子を含むＣＣＤ１０１と、光電変換素子で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、当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、および当該読み出した電荷を順次転送させるための転送信号を出力するマイクロコンピュータ１０３およびＣＣＤ駆動回路１０２と、を備え、マイクロコンピュータ１０３およびＣＣＤ駆動回路１０２は、パルス励起光５０の発生それぞれに対応させて電子シャッタ信号を出力し、当該出力に対応させて読み出し信号を出力し、所定回数の読み出し信号の出力に対応させて転送信号を出力する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに実質的に同一のパルス励起光に応じて被測定物から放出される蛍光を測定する蛍光測定装置であって、
前記蛍光を受光して光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子で光電変換された電荷を蓄積し、当該蓄積した電荷を転送する電荷蓄積素子と、
前記光電変換素子で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、当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、および当該読み出し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手段と、
を備え、前記制御手段は、
前記パルス励起光の発生それぞれに対応させて前記電子シャッタ信号を出力し、
当該出力に対応させて前記読み出し信号を出力し、
少なくとも２以上の前記読み出し信号の出力に対応させて前記転送信号を出力することを特徴とする蛍光測定装置。
【請求項２】
前記蛍光はそれぞれ実質的に同一の波形および周期であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光測定装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記蛍光の波形それぞれの対応する部分を測定可能なように、前記電子シャッタ信号および前記読み出し信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の蛍光測定装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記蛍光が放出されるまでは継続して前記電子シャッタ信号および前記転送信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の蛍光測定装置。
【請求項５】
前記電荷蓄積素子は、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、当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からなり、
前記制御手段は、前記第一電荷蓄積素子には所定回数の前記読み出し信号の出力に対応させて前記転送信号を出力し、前記第二電荷蓄積素子には継続して前記転送信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の蛍光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物からパルス励起光に応じて放出される蛍光を測定する蛍光測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルス励起光を被測定物に照射し、前記被測定物から放出される蛍光を測定する蛍光測定装置としては、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インテンシフィアとを含むものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−１０４５１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、蛍光が周期的に繰り返され、その周期的な蛍光から得られる出力信号をイメージインテンシフィアで増倍する。なぜならば、蛍光が微弱であれば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。ところで、従来技術は蛍光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けれども、ストリークカメラを用いずにＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）を用いてより簡便に蛍光を測定したいとする要望がある。
【０００５】
そこで本発明では、被測定物からパルス励起光に応じて放出される蛍光を、ＣＣＤを用いて測定可能な蛍光測定装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、１〜２ｍｓｅｃの周期でパルス励起光を被測定物に照射し、その被測定物から放出される蛍光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ：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４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、フォトダイオード（ＰＤ）といった光電変換素子で蛍光を受光して光電変換を行い、垂直転送ＣＣＤや水平転送ＣＣＤといった電荷蓄積素子にその光電変換を行った電荷を蓄積して転送する。１〜２ｍｓｅｃの周期でパルス励起光を照射し、その照射に対応する蛍光を測定するためには、光電変換素子が光電変換を行い電荷蓄積素子が蓄積した電荷を転送するスパンを１〜２ｍｓｅｃの周期とする必要がある。
【０００７】
しかしながら図４に示すように、１〜２ｍｓｅｃの周期で光電変換素子が光電変換を行い電荷蓄積素子に電荷の放出を行うことは可能だけれども、その周期で電荷蓄積素子が電荷の転送を行うことは非常に困難であることを見いだした。更に、１回の蛍光に対応する電荷の放出転送をその都度行うと、光電変換素子が蓄積した電荷に対して有意なレベルのノイズが含まれることも見いだした。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
本発明の蛍光測定装置は、互いに実質的に同一のパルス励起光に応じて被測定物から放出される蛍光を測定する蛍光測定装置であって、蛍光を受光して光電変換する光電変換素子と、光電変換素子で光電変換された電荷を蓄積し、当該蓄積した電荷を転送する電荷蓄積素子と、光電変換素子で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、当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、および当該読み出し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手段と、を備え、制御手段は、パルス励起光の発生それぞれに対応させて電子シャッタ信号を出力し、当該出力に対応させて読み出し信号を出力し、少なくとも２以上の読み出し信号の出力に対応させて転送信号を出力することを特徴とする。
【０００９】
本発明の蛍光測定装置によれば、制御手段が、複数回のパルス励起光の発生それぞれに対応させて電子シャッタ信号を出力し、この出力に対応させて読み出し信号を出力するので、各パルス励起光に対応する蛍光を計測できる。また制御手段は、少なくとも２以上の読み出し信号の出力に対応させて転送信号を出力するので、複数回数分の蛍光をまとめて計測できる。
【００１０】
また本発明の蛍光測定装置では、蛍光はそれぞれ実質的に同一の波形および周期であることも好ましい。蛍光がそれぞれ実質的に同一の周期であれば、所定時間あたりの蛍光回数が容易に特定できるので簡便に電子シャッタ信号との同期を取ることができる。また、蛍光がそれぞれ実質的に同一の波形であれば、各蛍光の対応する部分を測定することが容易になる。
【００１１】
また本発明の蛍光測定装置では、制御手段が、蛍光の波形それぞれの対応する部分を測定可能なように、電子シャッタ信号および読み出し信号を出力することも好ましい。複数回の蛍光の波形それぞれの対応する部分、すなわち波形が同一である部分を測定すれば、所定回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。
【００１２】
また本発明の蛍光測定装置では、制御手段が、蛍光が放出されるまでは継続して電子シャッタ信号および転送信号を出力することも好ましい。蛍光が放出されるまで、すなわち測定を開始するまで電子シャッタ信号および転送信号を出力すれば、光電変換素子および電荷蓄積素子に不要な電荷が蓄積されることを低減できる。
【００１３】
また本発明の蛍光測定装置では、電荷蓄積素子が、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、当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からなり、制御手段は、第一電荷蓄積素子には所定回数の読み出し信号の出力に対応させて転送信号を出力し、第二電荷蓄積素子には継続して転送信号を出力することも好ましい。第二電荷蓄積素子に継続して転送信号を出力すれば、第二電荷蓄積素子への不要な電荷の蓄積を効果的に低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１５】
本発明の実施形態であるＣＣＤカメラ（蛍光測定装置）１０について説明する。図１は、ＣＣＤカメラ１０、レーザ光源３０、およびトリガ発生装置２０の構成を示す図である。ＣＣＤカメラ１０は、ＣＣＤ１０１と、ＣＣＤ駆動回路（制御手段）１０２と、マイクロコンピュータ（制御手段）１０３とを含む。
【００１６】
ＣＣＤ１０１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６０を測定するインターライン型のＣＣＤである。より具体的には、ＣＣＤ１０１は図２に示すように、フォトダイオード（光電変換素子）１０１ａ、垂直転送ＣＣＤ（第一電荷蓄積素子、電荷蓄積素子）１０１ｂ、水平転送ＣＣＤ（第二電荷蓄積素子）１０１ｃを含む。
【００１７】
フォトダイオード１０１ａは、受光量に応じて電荷を蓄積する部分であり、必要な受光面を形成するように複数並べられている。フォトダイオード１０１ａは、ＣＣＤ駆動回路１０２から電子シャッ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ＣＣＤ１０１ｂに移動させる。
【００１８】
垂直転送ＣＣＤ１０１ｂは、複数のフォトダイオード１０１ａそれぞれに対応するように設けられている。垂直転送ＣＣＤ１０１ｂは、対応するフォトダイオード１０１ａ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ＣＣＤ１０１ｂにその電荷を転送する。より具体的には、各垂直転送ＣＣＤ１０１ｂ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ＣＣＤ１０１ｃ側の垂直転送ＣＣＤ１０１ｂに順次転送する。水平転送ＣＣＤ１０１ｃに隣接する垂直転送ＣＣＤ１０１ｂは、転送されてきた電荷をその水平転送ＣＣＤ１０１ｃに転送する。
【００１９】
水平転送ＣＣＤ１０１ｃは、互いに電荷を転送する一列の垂直転送ＣＣＤ１０１ｂそれぞれに対応するように設けられている。水平転送ＣＣＤ１０１ｃは、対応する垂直転送ＣＣＤ１０１ｂ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ＣＣＤ１０１ｃにその電荷を転送する。図２には明示していないけれども、最終的に電荷が蓄積される末端の水平転送ＣＣＤ１０１ｃからその電荷を読み出すことにより、フォトダイオード１０１ａが光電変換した全データを読み出すことができる。
【００２０】
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、既に説明した電子シャッタ信号、読み出し信号、および転送信号を、ＣＣＤ１０１に出力する部分である。
【００２１】
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、既に説明した電子シャッタ信号、読み出し信号、およ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に出力する部分である。より具体的には、トリガ信号と、そのトリガ信号に対するＣＣＤ１０１の露光遅延時間を指定する露光遅延動作とから、電子シャッタ信号、読み出し信号、および転送信号を出力するタイミングを算出してＣＣＤ駆動回路１０２に出力する（詳細は後述する）。
【００２２】
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部分である。レーザ光源３０は、このトリガ信号に基づいてパルス励起光５０を被測定物４０に対して照射する。既に説明したように、被測定物４０は、パルス励起光５０に応じて蛍光６０を放出し、ＣＣＤカメラ１０はこの蛍光６０を測定する。
【００２３】
ＣＣＤカメラ１０の測定動作について図３に示すタイミングチャートを用いて、適宜図１を参照しながら説明する。図１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パルス励起光５０が被測定物４０に照射される。このパルス励起光５０の間隔が１〜２ｍｓｅｃとなるようにトリガ信号は調整されている。被測定物４０からはこのパルス励起光５０の照射に応じて蛍光６０が放出される。この蛍光６０は、被測定物４０の性状に応じて放出されるものであり、図３に示すように一般的に非線形の波形をしている。
【００２４】
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、マイクロコンピュータ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および遅延時間Ｗは、パルス励起光５０に対する蛍光６０の遅延を考慮して、１０μｓｅｃ〜４００μｓｅｃの間で任意に設定できる。すなわち、出力遅延時間Ｄおよび遅延時間Ｗを任意に設定することで蛍光６０の露光部分（図３の斜線部分）を任意に設定でき、蛍光６０のスペクトルを作成することができる。
【００２５】
本実施形態においては、電子シャッタ信号は、露光時間以外は定期的にＣＣＤ駆動回路１０２からＣＣＤ１０１に出力されている。すなわち図３の、たすき掛けに線を付してある部分において電子シャッタ信号は定期的に出力されている。電子シャッタ信号は、ＣＣＤ１０１のフォトダイオード１０１ａに蓄積される電荷を掃き捨てるための信号であるから、フォトダイオード１０１ａに不要な電荷が蓄積されることを低減できる。
【００２６】
出力遅延時間Ｗの間にフォトダイオード１０１ａで光電変換され蓄積された電荷Δｑは、読み出し信号の出力によって垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）に移動される。本実施形態では、パルス励起光５０の発生がｔ回行われ、フォトダイオード１０１ａで光電変換された電荷Δｑがｔ回垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）に移動され蓄積されている。このｔ回の演算の後に、転送信号が垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）に出力されると、各垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）は、順次蓄積されている電荷（Δｑ×ｔ）を隣接する垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）に転送する。この転送される電荷は、水平転送ＣＣＤ（図２の１０１ｃ）に転送され、更に隣接する水平転送ＣＣＤ（図２の１０１ｃ）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回分の電荷Δｑであるから、演算回数ｔで除算することにより、１回のパルス励起光５０に対する蛍光６０に対応する電荷Δｑを得ることができる。
【００２７】
本実施形態においては、水平転送ＣＣＤ（図２の１０１ｃ）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３の、たすき掛けに線を付してある部分において転送信号は定期的に出力されている。転送信号は、水平転送ＣＣＤ（図２の１０１ｃ）に蓄積されている電荷を転送するための信号であるから、各水平転送ＣＣＤ（図２の１０１ｃ）に不要な電荷が蓄積されることを低減できる。
【００２８】
また本実施形態においては、垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）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３の、たすき掛けに線を付してある部分において転送信号は定期的に出力されている。転送信号は、垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）に蓄積されている電荷を転送するための信号であるから、各垂直転送ＣＣＤ（図２の１０１ｂ）に不要な電荷が蓄積されることを低減できる。
【００２９】
本実施形態においては、制御手段としてのマイクロコンピュータ１０３およびＣＣＤ駆動回路１０２が、複数回のパルス励起光５０の発生それぞれに対応させて電子シャッタ信号を出力し、この出力に対応させて読み出し信号を出力するので、各パルス励起光５０に対応する蛍光６０を計測できる。またマイクロコンピュータ１０３およびＣＣＤ駆動回路１０２は、所定回数の読み出し信号の出力に対応させて転送信号を出力するので、所定回数分の蛍光をまとめて計測できる。
【００３０】
また本実施形態においては、蛍光６０はそれぞれ実質的に同一の波形および周期となるように、パルス励起光５０が発生されている。蛍光６０がそれぞれ実質的に同一の周期であるので、所定時間あたりの蛍光回数が容易に特定できる。また、蛍光６０がそれぞれ実質的に同一の波形であるので、各蛍光の対応する部分を測定することが容易になる。
【００３１】
また本実施形態においては、制御手段としてのマイクロコンピュータ１０３およびＣＣＤ駆動回路１０２が、蛍光６０の波形それぞれの対応する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および遅延時間Ｗを算出して電子シャッタ信号および読み出し信号を出力している。従って、複数回の蛍光の波形それぞれの対応する部分の測定が容易にでき、その測定結果の和（Δｑ×ｔ）を所定回数（ｔ）で除算することにより、測定しようとする部分に対応する電荷Δｑを算出できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、制御手段が、複数回のパルス励起光の発生それぞれに対応させて電子シャッタ信号を出力し、この出力に対応させて読み出し信号を出力するので、各パルス励起光に対応する蛍光を計測できる。また制御手段は、所定回数の読み出し信号の出力に対応させて転送信号を出力するので、所定回数分の蛍光をまとめて計測できる。従って本発明の目的とする、被測定物からパルス励起光に応じて放出される蛍光を、ＣＣＤを用いて測定可能な蛍光測定装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるＣＣＤカメラの構成を示した図である。
【図２】図１のＣＣＤの構成を示した図である。
【図３】本発明の実施形態であるＣＣＤカメラの動作を示したタイミングチャートである。
【図４】本発明に至る検討過程を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…ＣＣＤカメラ、２０…トリガ発生装置、３０…レーザ光源、４０…被測定物、５０…パルス励起光、６０…蛍光、１０１…ＣＣＤ、１０２…ＣＣＤ駆動回路、１０３…マイクロコンピュータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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