JP2005249635A

JP2005249635A - Arrangement specifying support device and arrangement specifying method

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Publication number: JP2005249635A
Application number: JP2004061859A
Authority: JP
Inventors: Jun Ogura; 潤小倉
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the erroneous specification of the base sequence of a polymer such as DNA or the like without detecting exciting light such as ultraviolet rays or the like. <P>SOLUTION: This arrangement specifying support device 101 is equipped with a solid-state imaging device 2, spots 50, etc. spotted to the light detection surface of the solid-state imaging device 2, an exciting light irradiating device 4 for irradiating the solid-state imaging device 2 with ultraviolet rays and the liquid crystal shutter 107 arranged between the solid-state imaging device 2 and the exciting light irradiating device 4. The solid-state imaging device 2 perfcorms imaging by successively scanning a plurality of doule-gate transistions 20. The liquid crystal shutter device 107 cut off exciting light sequentially in the synchronous relation to the scanning of the solid-state imaging device 2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、撮像された画像を用いて高分子の塩基配列を特定する配列特定方法及びそれを支援する配列特定支援装置に関する。 The present invention relates to a sequence specifying method for specifying a base sequence of a polymer using a captured image and a sequence specifying support apparatus for supporting the method.

近年、医療分野、農業分野等の幅広い分野で生物の遺伝子情報が利用されるようになってきているが、遺伝子の利用に際しては、ＤＮＡの塩基配列の特定が不可欠である。ＤＮＡは螺旋状によじれあった２本のポリヌクレオチド鎖を有し、それぞれのポリヌクレオチド鎖は４種の塩基（アデニン：Ａ、グアニン：Ｇ、シトシン：Ｃ、チミン：Ｔ）が一次元的に並んだ塩基配列を有し、アデニンとチミン、グアニンとシトシンという相補性に基づいて一方のポリヌクレオチド鎖の塩基が他方のポリヌクレオチド鎖の塩基に結合している。 In recent years, genetic information of organisms has been used in a wide range of fields such as the medical field and the agricultural field. However, it is indispensable to specify the base sequence of DNA when using genes. DNA has two polynucleotide strands that are twisted in a spiral shape, and each polynucleotide strand is one-dimensionally composed of four types of bases (adenine: A, guanine: G, cytosine: C, thymine: T). Based on the complementarity of adenine and thymine and guanine and cytosine, the bases of one polynucleotide chain are bonded to the bases of the other polynucleotide chain.

ＤＮＡの塩基配列を特定するために使用するデバイスとして、ＤＮＡチップが開発されている。ＤＮＡチップとは、既知の塩基配列を有した複数種類のＤＮＡプローブをスライドガラス等の固体担体に整列固定させたものである。 A DNA chip has been developed as a device used for specifying the base sequence of DNA. A DNA chip is obtained by aligning and fixing a plurality of types of DNA probes having a known base sequence on a solid support such as a slide glass.

ＤＮＡチップを用いる場合には、サンプルを一本鎖ＤＮＡに変性し、そのサンプルに蛍光物質を結合させる。次に、サンプルをＤＮＡチップ上に添加すると、サンプルのＤＮＡが相補的なＤＮＡのプローブとは結合し、相補的でないＤＮＡのプローブとは結合しない。サンプルには蛍光物質が結合されているから、光源からの励起光として紫外線がＤＮＡチップに照射されると、サンプルと結合したプローブは蛍光を発するが、サンプルと結合していないプローブは蛍光を発しない。そのため、ＤＮＡチップ上の蛍光の強度をフォトダイオードによって測定することによって蛍光を発したプローブを特定し、サンプルの塩基配列を特定することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１１６６９９号公報 When a DNA chip is used, the sample is denatured into single-stranded DNA, and a fluorescent substance is bound to the sample. Next, when the sample is added onto the DNA chip, the sample DNA binds to a complementary DNA probe and does not bind to a non-complementary DNA probe. Since a fluorescent substance is bound to the sample, when UV light is irradiated to the DNA chip as excitation light from the light source, the probe bound to the sample emits fluorescence, but the probe not bound to the sample emits fluorescence. do not do. Therefore, by measuring the intensity of fluorescence on the DNA chip with a photodiode, the fluorescent probe can be identified, and the sample base sequence can be identified (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-116699 A

しかしながら、フォトダイオード等の光電変換素子が蛍光のみならず紫外線に対しても感度を示すため紫外線でも蛍光との識別ができなくなるので、光電変換素子が光源からの紫外線が直接入射されてしまう位置に配置されていると、サンプルと結合していないプローブから紫外線を検出してしまい、蛍光を発したプローブを特定することが困難になる。そのため、サンプルのＤＮＡの塩基配列を誤って特定しまうことがある。 However, since photoelectric conversion elements such as photodiodes are sensitive not only to fluorescent light but also to ultraviolet light, ultraviolet light cannot be distinguished from fluorescent light. Therefore, the photoelectric conversion element is positioned where ultraviolet light from a light source is directly incident. If it is arranged, ultraviolet rays are detected from a probe that is not bonded to the sample, and it becomes difficult to identify a fluorescent probe. For this reason, the base sequence of the sample DNA may be erroneously specified.

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、紫外線等の励起光を検出しないようにすることにより、ＤＮＡ等の高分子の塩基配列の誤特定を防止することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents erroneous specification of base sequences of polymers such as DNA by preventing detection of excitation light such as ultraviolet rays. For the purpose.

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の配列特定支援装置は、
固体撮像デバイスと、
既知の塩基配列の高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面に点在した複数種のスポットと、
前記固体撮像デバイスの受光面に向けて励起光を照射する励起光照射装置と、を備え、
前記励起光照射装置が前記固体撮像デバイスの撮像時前に点灯し、前記固体撮像デバイスの撮像時に消灯するように設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the sequence identification support device according to claim 1 includes:
A solid-state imaging device;
Consisting of a polymer of known base sequence, a plurality of types of spots scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device, and
An excitation light irradiation device that irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device, and
The excitation light irradiation device is provided so as to be turned on before imaging of the solid-state imaging device and to be turned off when imaging of the solid-state imaging device.

請求項２に記載の配列特定方法は、
請求項１に記載の配列特定支援装置を用いた配列特定方法において、
未知の配列の高分子からなり、励起光の被照射により燐光を発する燐光材料を結合させた高分子のサンプルを前記固体撮像デバイスの受光面に塗布し、
次いで前記励起光照射装置により励起光を前記固体撮像デバイスの受光面に向けて照射し、
次いで前記励起光照射装置を消灯させ、
次いで前記固体撮像デバイスで撮像を行うことを特徴とする。 The sequence identification method according to claim 2,
In the sequence specifying method using the sequence specifying support device according to claim 1,
A polymer sample made of a polymer with an unknown sequence and bonded with a phosphorescent material that emits phosphorescence when irradiated with excitation light is applied to the light-receiving surface of the solid-state imaging device,
Next, the excitation light irradiation device irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device,
Next, the excitation light irradiation device is turned off,
Next, imaging is performed with the solid-state imaging device.

以上のように、燐光材料が結合された高分子のサンプルを固体撮像デバイスの受光面に塗布すると、サンプルが相補的な高分子からなるスポットに結合し、相補的でない高分子からなるスポットには結合しない。その後、紫外線等の励起光を励起光照射装置により固体撮像デバイスの受光面に向けて照射すると、サンプルと結合したスポットは燐光材料により蛍光を発し、サンプルと結合していないスポットは蛍光を発しない。その後、励起光照射装置を消灯しても、サンプルと結合したスポットは燐光材料により残光として燐光を発する。そのため、固体撮像デバイスで撮像を行えば、撮像画像中の明るい部分にあるスポットと相補的な塩基配列がサンプルの塩基配列であると特定することができる。 As described above, when a polymer sample to which a phosphorescent material is bonded is applied to the light-receiving surface of a solid-state imaging device, the sample binds to a spot made of a complementary polymer, and a spot made of a non-complementary polymer Do not combine. After that, when excitation light such as ultraviolet rays is irradiated toward the light receiving surface of the solid-state imaging device by the excitation light irradiation device, the spot combined with the sample emits fluorescence by the phosphorescent material, and the spot not combined with the sample does not emit fluorescence. . Thereafter, even if the excitation light irradiation device is turned off, the spot combined with the sample emits phosphorescence as afterglow by the phosphorescent material. Therefore, if imaging is performed with a solid-state imaging device, it is possible to specify that the base sequence complementary to the spot in the bright part in the captured image is the base sequence of the sample.

ここで、励起光照射装置を消灯した後に固体撮像デバイスで撮像を行っているので、固体撮像デバイスで励起光を検出しなくなる。また、サンプルに燐光材料を結合させているので、励起光照射装置を消灯した後でも、固体撮像デバイスで燐光を検出することができる。そのため、サンプルと結合した明るいスポットと、サンプルと結合していない暗いスポットとのコントラスト比が大きくなり、サンプルの塩基配列を容易に特定することができる。 Here, since the imaging is performed by the solid-state imaging device after the excitation light irradiation device is turned off, the excitation light is not detected by the solid-state imaging device. Moreover, since the phosphorescent material is bonded to the sample, phosphorescence can be detected by the solid-state imaging device even after the excitation light irradiation device is turned off. Therefore, the contrast ratio between the bright spot combined with the sample and the dark spot not combined with the sample is increased, and the base sequence of the sample can be easily specified.

請求項３に記載の配列特定支援装置は、
複数の光電変換素子が受光面に沿って二次元アレイ状に配列され、前記複数の光電変換素子を列順次で走査することにより撮像を行う固体撮像デバイスと、
既知の塩基配列の高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面に点在した複数種のスポットと、
前記固体撮像デバイスの受光面に向けて励起光を照射する励起光照射装置と、
前記励起光照射装置と前記固体撮像デバイスとの間に配置され、前記固体撮像デバイスが列順次で走査することに同期して列順次に前記励起光照射装置の励起光を遮蔽する液晶シャッタ装置と、を備えることを特徴とする。 The sequence identification support device according to claim 3 is:
A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array along the light receiving surface, and a solid-state imaging device that performs imaging by scanning the plurality of photoelectric conversion elements in a column sequence;
Consisting of a polymer of known base sequence, a plurality of types of spots scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device, and
An excitation light irradiation device that irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device;
A liquid crystal shutter device that is disposed between the excitation light irradiation device and the solid-state imaging device and shields the excitation light of the excitation light irradiation device in a column sequential manner in synchronization with the solid-state imaging device scanning in a column sequential manner; It is characterized by providing.

請求項４に記載の配列特定方法は、
請求項３に記載の配列特定支援装置を用いた配列特定方法において、
未知の配列の高分子からなり、励起光の被照射により燐光を発する燐光材料を結合させた高分子のサンプルを前記固体撮像デバイスの受光面に塗布し、
次いで前記励起光照射装置により励起光を前記固体撮像デバイスの受光面に向けて照射し、
前記複数の光電変換素子を列順次で走査することにより前記固体撮像デバイスで撮像を行うとともに、前記固体撮像デバイスの走査に同期して列順次に前記励起光照射装置の励起光を遮蔽することを前記液晶シャッタ装置で行うことを特徴とする。 The sequence identification method according to claim 4,
In the sequence specifying method using the sequence specifying support apparatus according to claim 3,
A polymer sample made of a polymer with an unknown sequence and bonded with a phosphorescent material that emits phosphorescence when irradiated with excitation light is applied to the light-receiving surface of the solid-state imaging device,
Next, the excitation light irradiation device irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device performs imaging by scanning the plurality of photoelectric conversion elements in a column sequential manner, and shields the excitation light of the excitation light irradiation device in a column sequential manner in synchronization with the scanning of the solid-state imaging device. It is performed by the liquid crystal shutter device.

以上のように、燐光材料が結合された高分子のサンプルを固体撮像デバイスの受光面に塗布すると、サンプルが相補的な高分子からなるスポットに結合し、相補的でない高分子からなるスポットには結合しない。その後、紫外線等の励起光を励起光照射装置により固体撮像デバイスの受光面に向けて照射すると、サンプルと結合したスポットは燐光材料により蛍光を発し、サンプルと結合していないスポットは蛍光を発しない。複数の光電変換素子を列順次で走査することにより固体撮像デバイスで撮像を行うが、液晶シャッタ装置によって励起光が固体撮像デバイスの走査に同期して列順次に遮蔽されるので、指定された列の光電変換素子には励起光が入射しない。また、励起光照射装置の励起光を液晶シャッタ装置により遮蔽しても、サンプルと結合したスポットは燐光材料により残光として燐光を発する。そのため、固体撮像デバイスで撮像を行えば、撮像画像中の明るい部分にあるスポットと相補的な塩基配列がサンプルの塩基配列であると特定することができる。 As described above, when a polymer sample to which a phosphorescent material is bonded is applied to the light-receiving surface of a solid-state imaging device, the sample binds to a spot made of a complementary polymer, and a spot made of a non-complementary polymer Do not combine. After that, when excitation light such as ultraviolet rays is irradiated toward the light receiving surface of the solid-state imaging device by the excitation light irradiation device, the spot combined with the sample emits fluorescence by the phosphorescent material, and the spot not combined with the sample does not emit fluorescence. . The solid-state imaging device captures an image by scanning a plurality of photoelectric conversion elements in a column sequence, but the liquid crystal shutter device blocks excitation light in a column sequence in synchronization with the scanning of the solid-state imaging device. Excitation light does not enter this photoelectric conversion element. Even if the excitation light of the excitation light irradiation device is shielded by the liquid crystal shutter device, the spot combined with the sample emits phosphorescence as afterglow by the phosphorescent material. Therefore, if imaging is performed with a solid-state imaging device, it is possible to specify that the base sequence complementary to the spot in the bright part in the captured image is the base sequence of the sample.

ここで、光電変換素子の列順次の走査に同期して、励起光を遮蔽するので、固体撮像デバイスで励起光を検出しなくなる。また、サンプルに燐光材料を結合させているので、励起光を遮蔽した後でも、固体撮像デバイスで燐光を検出することができる。そのため、サンプルと結合した明るいスポットと、サンプルと結合していない暗いスポットとのコントラスト比が大きくなり、サンプルの塩基配列を容易に特定することができる。 Here, since the excitation light is shielded in synchronization with the column-sequential scanning of the photoelectric conversion elements, the excitation light is not detected by the solid-state imaging device. In addition, since the phosphorescent material is bonded to the sample, phosphorescence can be detected by the solid-state imaging device even after the excitation light is shielded. Therefore, the contrast ratio between the bright spot combined with the sample and the dark spot not combined with the sample is increased, and the base sequence of the sample can be easily specified.

請求項１、請求項２に記載の発明によれば、サンプルに燐光材料を結合させ、励起光照射装置を消灯した後に固体撮像デバイスで撮像を行っているので、サンプルと結合した明るいスポットと、サンプルと結合していない暗いスポットとのコントラスト比が大きくなり、サンプルの塩基配列を容易に特定することができる。 According to the first and second aspects of the present invention, the phosphorescent material is bonded to the sample, and the imaging with the solid-state imaging device is performed after the excitation light irradiation device is turned off. The contrast ratio with a dark spot that is not bound to the sample increases, and the base sequence of the sample can be easily specified.

請求項３、４に記載の発明によれば、サンプルに燐光材料を結合させ、光電変換素子の列順次の走査に同期して励起光を遮蔽するので、サンプルと結合した明るいスポットと、サンプルと結合していない暗いスポットとのコントラスト比が大きくなり、サンプルの塩基配列を容易に特定することができる。 According to the third and fourth aspects of the present invention, the phosphorescent material is bonded to the sample, and the excitation light is shielded in synchronization with the column sequential scanning of the photoelectric conversion element. The contrast ratio with a dark spot that is not bonded increases, and the base sequence of the sample can be easily specified.

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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

〔第１の実施の形態〕
図１は第１の実施形態における配列特定支援装置１のブロック図であり、図２はこの配列特定支援装置１に備わった固体撮像デバイス２及び励起光照射装置４の断面図であり、図３は固体撮像デバイス２及びその駆動回路３の回路図である。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of the arrangement specifying support apparatus 1 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 2 and the excitation light irradiation apparatus 4 provided in the arrangement specifying support apparatus 1. FIG. 3 is a circuit diagram of the solid-state imaging device 2 and its drive circuit 3.

この配列特定支援装置１は、生体高分子であるＤＮＡサンプルの塩基配列を特定するために用いられる装置である。ＤＮＡサンプルには標識として燐光材料を結合させて、配列特定支援装置１を用いる。ここで、燐光材料について図４を参照して説明する。図４は、色素分子のエネルギー準位を模式的に示したものである。図４において、基底状態をＳ０、励起１重項状態をＳ１、励起３重項状態をＴ１で表している。１重項及び２重項とは電子−正孔対をひとつの準粒子とした場合にとりうる内部運動量の対照性を表現している。内部角運動量Ｓ＝０のとき１重項であり、Ｓ＝１のとき３重項になる。図４からわかるように、基底状態は１重項である。このためＳ１からＳ０への遷移は対照性を変えないため直接遷移になる。しかし、３重項を介するとその遷移はスピン禁制遷移のために遷移確率が低く発光に時間がかかる。これが燐光現象である。Ｓ１からＳ０へ遷移することによる発光が蛍光と呼ばれる。燐光材料に照射された励起光が切れた後でも、燐光現象により燐光材料からは燐光（残光）が発し続ける。 The sequence identification support device 1 is a device used for identifying the base sequence of a DNA sample that is a biopolymer. The DNA sample is bound with a phosphorescent material as a label, and the sequence identification support device 1 is used. Here, the phosphorescent material will be described with reference to FIG. FIG. 4 schematically shows the energy levels of the dye molecules. In FIG. 4, the ground state is represented by S0, the excited singlet state is represented by S1, and the excited triplet state is represented by T1. The singlet and the doublet express the contrast of the internal momentum that can be taken when the electron-hole pair is a quasiparticle. When the internal angular momentum S = 0, it is a singlet, and when S = 1, it is a triplet. As can be seen from FIG. 4, the ground state is a singlet. For this reason, the transition from S1 to S0 is a direct transition because the contrast is not changed. However, when the triplet is passed, the transition has a low transition probability due to the spin forbidden transition, and it takes time to emit light. This is a phosphorescence phenomenon. Light emission resulting from the transition from S1 to S0 is called fluorescence. Even after the excitation light applied to the phosphorescent material is cut off, phosphorescence (afterglow) continues to be emitted from the phosphorescent material due to the phosphorescence phenomenon.

図１に示すように、この配列特定支援装置１は、受光面に沿って複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…を二次元アレイ状に配列した固体撮像デバイス２と、固体撮像デバイス２を駆動する駆動回路３と、固体撮像デバイス２の受光面に点在したスポット５０，５０，…（図５に図示）と、固体撮像デバイス２の受光面に向けて紫外線を励起光として照射する励起光照射装置４と、固体撮像デバイス２により撮像された画像の処理を行う画像処理装置であり、配列特定支援装置１全体の制御を司るコントローラ５と、コントローラ５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６と、を備える。 As shown in FIG. 1, the arrangement specifying support apparatus 1 drives a solid-state imaging device 2 in which a plurality of double gate transistors 20, 20,... Drive circuit 3 to be spotted, spots 50, 50,... (Shown in FIG. 5) scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device 2, and excitation light that irradiates the light receiving surface of the solid-state imaging device 2 with ultraviolet light as excitation light An image processing apparatus that processes an image captured by the irradiation apparatus 4 and the solid-state imaging device 2, and outputs (displays or displays) a controller 5 that controls the entire array identification support apparatus 1 and a signal output from the controller 5. And an output device 6 that performs printing.

励起光照射装置４は固体撮像デバイス２の受光面に対して励起光を面状に照射するものである。 The excitation light irradiation device 4 irradiates the light receiving surface of the solid-state imaging device 2 with excitation light in a planar shape.

出力装置６はプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。 The output device 6 is a plotter, a printer, or a display.

図２、図３に示すように、固体撮像デバイス２は、画素としての光電変換素子であるダブルゲートトランジスタ２０，２０，…を透明基板３５上にマトリクス状に配列したものである。 As shown in FIGS. 2 and 3, the solid-state imaging device 2 has double gate transistors 20, 20,... That are photoelectric conversion elements as pixels arranged in a matrix on a transparent substrate 35.

透明基板３５は、紫外線及び可視光を透過する性質（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。 The transparent substrate 35 has a property of transmitting ultraviolet light and visible light (hereinafter referred to as light transmissive property) and has an insulating property, and is a glass substrate such as quartz glass or a plastic substrate such as polycarbonate or PMMA.

図５はダブルゲートトランジスタ２０の電極構造を示した平面図であり、図６は図３の面VI−VIに沿う断面図である。図５、図６に示すように、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…はそれぞれ、透明基板３５上に形成されたボトムゲート電極２１と、ボトムゲート電極２１上に形成されたボトムゲート絶縁膜２２と、ボトムゲート電極２１に対向するとともにボトムゲート絶縁膜２２をボトムゲート電極２１と挟む真性な半導体膜２３と、半導体膜２３の中央部上に形成されたチャネル保護膜２４と、半導体膜２３の両端部上に互いに離間して形成された不純物半導体膜２５，２６と、不純物半導体膜２５上に形成されたソース電極２７と、不純物半導体膜２６上に形成されたドレイン電極２８と、ソース電極２７及びドレイン電極２８上に形成されたトップゲート絶縁膜２９と、半導体膜２３に対向するとともにトップゲート絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を半導体膜２３と挟むトップゲート電極３０と、を具備する。なお、図６は図２に直交する面の断面図である。 FIG. 5 is a plan view showing the electrode structure of the double gate transistor 20, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the plane VI-VI in FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the double gate transistors 20, 20,... Each have a bottom gate electrode 21 formed on the transparent substrate 35, and a bottom gate insulating film 22 formed on the bottom gate electrode 21. An intrinsic semiconductor film 23 facing the bottom gate electrode 21 and sandwiching the bottom gate insulating film 22 with the bottom gate electrode 21, a channel protective film 24 formed on the center of the semiconductor film 23, and both ends of the semiconductor film 23 Impurity semiconductor films 25 and 26 formed on the substrate and spaced apart from each other, a source electrode 27 formed on the impurity semiconductor film 25, a drain electrode 28 formed on the impurity semiconductor film 26, a source electrode 27 and A top gate insulating film 29 formed on the drain electrode 28 and the semiconductor film 23 are opposed to the top gate insulating film 29 and the channel. A top gate electrode 30 which sandwich the Mamorumaku 24 and the semiconductor film 23 comprises a. 6 is a cross-sectional view of a plane orthogonal to FIG.

ボトムゲート電極２１は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに透明基板３５上に形成されている。また、図３に示すように、透明基板３５上には縦方向（列方向）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、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，…の何れのボトムゲート電極２１も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。なお、図２は、列方向（ボトムゲートライン４１の延在方向）に直交する面の断面図である。 The bottom gate electrode 21 is formed on the transparent substrate 35 for each double gate transistor 20. 3, a plurality of bottom gate lines 41, 41,... Extending in the vertical direction (column direction) are formed on the transparent substrate 35, and the same arranged in the vertical direction. The bottom gate electrodes 21 of the double gate transistors 20, 20,... In the column are formed integrally with a common bottom gate line 41. The bottom gate electrode 21 and the bottom gate line 41 have conductivity and light shielding properties, and are made of, for example, chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or an alloy thereof. 2 is a cross-sectional view of a plane orthogonal to the column direction (extending direction of the bottom gate line 41).

図５、図６に示すように、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ており、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，…をまとめて被覆している。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。 As shown in FIGS. 5 and 6, the bottom gate insulating film 22 is formed in common to all the double gate transistors 20, 20,..., And the bottom gate electrode 21 of the double gate transistors 20, 20,. The bottom gate lines 41, 41, ... are covered together. The bottom gate insulating film 22 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride (SiN) or silicon oxide (SiO ₂ ).

ボトムゲート絶縁膜２２上には、半導体膜２３がダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。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。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、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側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜２４側には電子が発生する。 On the bottom gate insulating film 22, a semiconductor film 23 is formed for each double gate transistor 20. The semiconductor film 23 has a substantially rectangular shape in plan view, and is a layer formed of amorphous silicon or polysilicon that generates electron-hole pairs in an amount corresponding to the amount of received light. A channel protective film 24 is formed on the semiconductor film 23. The channel protective film 24 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide. The channel protective film 24 protects the interface of the semiconductor film 23 from an etchant used for patterning. When light enters the semiconductor film 23, an amount of electron-hole pairs according to the amount of incident light is generated around the interface between the channel protective film 24 and the semiconductor film 23. In this case, holes are generated as carriers on the semiconductor film 23 side, and electrons are generated on the channel protective film 24 side.

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。 An impurity semiconductor film 25 is formed on one end portion of the semiconductor film 23 so as to partially overlap the channel protective film 24, and an impurity semiconductor film 26 is partially channeled on the other end portion of the semiconductor film 23. It is formed so as to overlap the protective film 24. The impurity semiconductor films 25 and 26 are patterned for each double gate transistor 20. The impurity semiconductor films 25 and 26 are made of amorphous silicon (n ⁺ silicon) containing n-type impurity ions.

不純物半導体膜２５上には、ダブルゲートトランジスタ２０ごとにパターニングされたソース電極２７が形成されている。不純物半導体膜２６上には、ダブルゲートトランジスタ２０ごとにパターニングされたドレイン電極２８が形成されている。また、図３に示すように、横方向（行方向）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。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，…の何れのソース電極２７も共通のソースライン４２と一体に形成されており、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，…の何れのドレイン電極２８も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。 A source electrode 27 patterned for each double gate transistor 20 is formed on the impurity semiconductor film 25. A drain electrode 28 patterned for each double gate transistor 20 is formed on the impurity semiconductor film 26. 3, a plurality of source lines 42, 42,... And drain lines 43, 43,... Extending in the horizontal direction (row direction) are formed on the bottom gate insulating film 22. The source electrodes 27 of the double gate transistors 20, 20,... In the same row arranged in the horizontal direction are integrally formed with the common source line 42, and the double gates in the same row arranged in the horizontal direction. The drain electrodes 28 of the transistors 20, 20,... Are integrally formed with a common drain line 43. The source electrode 27, the drain electrode 28, the source line 42, and the drain line 43 have conductivity and light shielding properties, and are made of, for example, chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or an alloy thereof.

図５、図６に示すように、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ており、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のチャネル保護膜２４、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，…をまとめて被覆している。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。 As shown in FIGS. 5 and 6, the top gate insulating film 29 is formed in common to all the double gate transistors 20, 20,..., And the channel protective film 24 of the double gate transistors 20, 20,. The source electrode 27, the drain electrode 28, the source lines 42, 42,... And the drain lines 43, 43,. The top gate insulating film 29 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide.

トップゲート絶縁膜２９上には、ダブルゲートトランジスタ２０ごとにパターニングされたトップゲート電極３０が形成されている。また、図２に示すように、トップゲート絶縁膜２９上には縦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、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，…の何れのトップゲート電極３０も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３０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。 A top gate electrode 30 patterned for each double gate transistor 20 is formed on the top gate insulating film 29. Further, as shown in FIG. 2, a plurality of top gate lines 44, 44,... Extending in the vertical direction are formed on the top gate insulating film 29, and the same column arranged in the vertical direction is formed. The top gate electrode 30 of each of the double gate transistors 20, 20,... Is formed integrally with a common top gate line 44. The top gate electrode 30 and the top gate line 44 are conductive and light transmissive, for example, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, or a mixture containing at least one of them (for example, tin-doped indium oxide ( ITO) and zinc-doped indium oxide).

図５、図６に示すように、保護絶縁層３１は、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４，４４，…をまとめて被覆している。保護絶縁層３１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。 As shown in FIGS. 5 and 6, the protective insulating layer 31 collectively covers the top gate electrode 30 and the top gate lines 44, 44,... Of the double gate transistors 20, 20,. The protective insulating layer 31 has insulating properties and light transmittance, and is made of silicon nitride or silicon oxide.

以上のように構成された固体撮像デバイス２は、保護絶縁層３１の表面を受光面としており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０は半導体膜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。 The solid-state imaging device 2 configured as described above has the surface of the protective insulating layer 31 as a light receiving surface, and each double gate transistor 20 is provided so as to convert the amount of light received by the semiconductor film 23 into an electrical signal. Yes.

また、図２に示すように、固体撮像デバイス２の受光面上には、１つの画素（ダブルゲートトランジスタ２０）につき１つのスポット５０が配置されており、固体撮像デバイス２の有効画素数と同じ数だけのスポット５０，５０，…がマトリクス状に点在している。１つのスポット５０は、生体高分子として一本鎖ＤＮＡ断片のプローブが多数集まった群集である。１つのスポット５０に含まれる多数のプローブは互いに同じ塩基配列である。また、スポット５０ごとにプローブの塩基配列が異なる配列となっている。何れのスポット５０，５０，…も、塩基配列が既知のものである。 Further, as shown in FIG. 2, one spot 50 is arranged for one pixel (double gate transistor 20) on the light receiving surface of the solid-state imaging device 2, which is the same as the number of effective pixels of the solid-state imaging device 2. A number of spots 50, 50,... Are scattered in a matrix. One spot 50 is a group of many probes of single-stranded DNA fragments as biopolymers. A number of probes included in one spot 50 have the same base sequence. Further, the probe has a different base sequence for each spot 50. Each of the spots 50, 50,... Has a known base sequence.

図３に示すように、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６からなる駆動回路３が配置された状態で、駆動回路３が固体撮像デバイス２と一体となっている。 As shown in FIG. 3, the drive circuit 3 is integrated with the solid-state imaging device 2 in a state where the drive circuit 3 including the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76 is disposed.

固体撮像デバイス２のトップゲートライン４４，４４，…がトップゲートドライバ７４の端子にそれぞれ接続されている。固体撮像デバイス２のボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ７５の端子にそれぞれ接続されている。固体撮像デバイス２のドレインライン４３，４３，…がドレインドライバ７６の端子にそれぞれ接続されている。また、固体撮像デバイス２のソースライン４２，４２，…が一定電圧に保持され、この例ではソースライン４２，４２，…が接地されている。 The top gate lines 44, 44,... Of the solid-state imaging device 2 are connected to the terminals of the top gate driver 74, respectively. .. Of the solid-state imaging device 2 are connected to terminals of the bottom gate driver 75, respectively. The drain lines 43, 43,... Of the solid-state imaging device 2 are connected to the terminals of the drain driver 76, respectively. Further, the source lines 42, 42,... Of the solid-state imaging device 2 are held at a constant voltage, and in this example, the source lines 42, 42,.

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７のタイミングチャートに示すように、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。 The top gate driver 74 is a shift register. That is, as shown in the timing chart of FIG. 7, the top gate driver 74 sequentially outputs reset pulses to the top gate lines 44, 44,. The level of the reset pulse is a high level of +5 [V]. On the other hand, the top gate driver 74 applies a low level potential of −20 [V] to each top gate line 44 when no reset pulse is output.

ボトムゲートドライバ７５は、シフトレジスタである。つまり、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〕のローレベルである。 The bottom gate driver 75 is a shift register. That is, read pulses are sequentially output to the bottom gate lines 41, 41,. The level of the read pulse is a high level of +10 [V], and the level when the read pulse is not output is a low level of ± 0 [V].

トップゲートドライバ７４のシフトタイミングとボトムゲートドライバ７５のシフトタイミングは以下のようになっている。すなわち、トップゲートドライバ７４が任意の列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（露光時間）を経てボトムゲートドライバ７５が同じ列のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。また、ボトムゲートドライバ７５が任意の列のボトムゲートライン４１に対するリードパルスの出力を終了した後に、トップゲートドライバ７４が次の列のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力する。つまり、各列では、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、任意の列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、同じ列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、その列の選択期間である。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。 The shift timing of the top gate driver 74 and the shift timing of the bottom gate driver 75 are as follows. That is, after the top gate driver 74 outputs a reset pulse to the top gate line 44 of an arbitrary column, the bottom gate driver 75 outputs a read pulse to the bottom gate line 41 of the same column after a carrier accumulation period (exposure time). Further, after the bottom gate driver 75 finishes outputting the read pulse to the bottom gate line 41 in any column, the top gate driver 74 outputs a reset pulse to the top gate line 44 in the next column. That is, in each column, the timing at which the read pulse is output is delayed from the timing at which the reset pulse is output. The period from the start of the input of the reset pulse to the top gate line 44 of any column to the end of the input of the read pulse to the bottom gate line 41 of the same column is the selection period for that column. . The level of the reset pulse is a high level of +5 [V], and the level when the reset pulse is not output is a low level of −20 [V].

ドレインドライバ７６は、それぞれの列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＋１０〔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７６は、プリチャージパルスの出力後にパラレル式のドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅し、ドレインライン４３，４３，…の増幅電圧を順次シリアル式でコントローラ５に出力するようになっている。 The drain driver 76 outputs a precharge pulse to all the drain lines 43, 43,... Between the reset pulse output and the read pulse output in the selection period of each column. ing. The level of the precharge pulse is a high level of +10 [V], and the level when the precharge pulse is not output is a low level of ± 0 [V]. Further, the drain driver 76 amplifies the voltages of the parallel drain lines 43, 43,... After outputting the precharge pulse, and sequentially outputs the amplified voltages of the drain lines 43, 43,. It has become.

図１に示すように、固体撮像デバイス２は励起光照射装置４の照射範囲内に装着されている。また、固体撮像デバイス２はその励起光照射装置４の照射範囲に対して着脱可能に設けられている。固体撮像デバイス２は消耗品であり、使用済みの固体撮像デバイス２を新たな固体撮像デバイス２に交換して用いられる。励起光照射装置４の照射範囲内に固体撮像デバイス２が装着された場合、固体撮像デバイス２の受光面が励起光照射装置４に対して相対向し、更に、駆動回路３を介してコントローラ５に接続される。 As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 2 is mounted within the irradiation range of the excitation light irradiation device 4. The solid-state imaging device 2 is detachably attached to the irradiation range of the excitation light irradiation device 4. The solid-state imaging device 2 is a consumable item, and is used by replacing the used solid-state imaging device 2 with a new solid-state imaging device 2. When the solid-state imaging device 2 is mounted within the irradiation range of the excitation light irradiation device 4, the light receiving surface of the solid-state imaging device 2 faces the excitation light irradiation device 4, and further, the controller 5 via the drive circuit 3. Connected to.

コントローラ５について説明する。
図１に示すように、コントローラ５は、ＣＰＵと、ＣＰＵの作業領域を提供するＲＡＭと、ＣＰＵにとって読取可能なプログラムを記憶したＲＯＭと、駆動回路３を介して固体撮像デバイス２から入力した画像を記憶するフレームメモリと、を備える。 The controller 5 will be described.
As shown in FIG. 1, the controller 5 includes a CPU, a RAM that provides a work area for the CPU, a ROM that stores a program readable by the CPU, and an image input from the solid-state imaging device 2 via the drive circuit 3. A frame memory for storing.

コントローラ５は、ＲＡＭを作業領域としてＣＰＵでＲＯＭのプログラムに従った演算処理を行うことにより、励起光照射装置４に励起光を発光させたり、駆動回路３を作動さて固体撮像デバイス２で撮像された画像を入力したり、固体撮像デバイス２から入力した画像をフレームメモリに記憶したり、フレームメモリに記憶した画像を出力装置６に出力させたりする。 The controller 5 uses the RAM as a work area to perform arithmetic processing according to the ROM program by the CPU, thereby causing the excitation light irradiation device 4 to emit excitation light or operating the drive circuit 3 to be imaged by the solid-state imaging device 2. The input image is input, the image input from the solid-state imaging device 2 is stored in the frame memory, or the image stored in the frame memory is output to the output device 6.

次に、配列特定支援装置１を用いてＤＮＡサンプル中の塩基配列を特定する方法と、配列特定支援装置１の動作と、コントローラ５の処理の流れと、について説明する。 Next, a method for specifying a base sequence in a DNA sample using the sequence identification support device 1, the operation of the sequence identification support device 1, and the processing flow of the controller 5 will be described.

まず、作業者が検体からサンプルを採取し、サンプル中のＤＮＡを一本鎖に変性してＰＣＲ増幅する。次に、作業者がこの増幅されたＤＮＡサンプルに燐光材料を結合又は付着させることにより、ＤＮＡサンプルが標識される。 First, an operator collects a sample from a specimen, denatures the DNA in the sample into a single strand, and amplifies the PCR. The operator then binds or attaches a phosphorescent material to the amplified DNA sample, thereby labeling the DNA sample.

次いで、作業者が、ＤＮＡサンプルを含有した溶液を固体撮像デバイス２の受光面に浸し、ＤＮＡサンプルが一本鎖の状態でスポット５０，５０，…全域に行きわたるようにする。ＤＮＡサンプルは、適宜温度制御されてスポット５０，５０，…のうち相補性を有するスポット５０のプローブ４８とハイブリダイゼーションによって結合し、相補性を有しないスポット５０のプローブ４８とは結合しない。固体撮像デバイス２の受光面に浸されたＤＮＡサンプルのうちハイブリダイゼーションしなかったものは洗い流す。 Next, the operator immerses the solution containing the DNA sample in the light receiving surface of the solid-state imaging device 2 so that the DNA sample reaches the entire spots 50, 50,. The DNA sample is appropriately temperature-controlled, and binds to the probe 48 of the spot 50 having complementarity among the spots 50, 50,... By hybridization, and does not bind to the probe 48 of the spot 50 having no complementarity. Of the DNA sample immersed in the light-receiving surface of the solid-state imaging device 2, those that have not been hybridized are washed away.

以上のように、ＤＮＡサンプルは相補性を有するスポット５０とは結合し、相補性を有しないスポット５０とは結合しないので、固体撮像デバイス２の受光面に向けて励起光が放射されると、燐光を発したスポット５０がＤＮＡサンプルと結合したということを把握することができる。そして、複数種のスポット５０，５０，…のうち燐光を発したスポット５０を特定すれば、ＤＮＡサンプルの塩基配列がその特定スポット５０と相補的であることを把握することができる。そこで、燐光を発するスポット５０を特定することによりＤＮＡサンプルの塩基配列を特定することを、配列特定支援装置１を用いて行う。 As described above, the DNA sample binds to the spot 50 having complementarity and does not bind to the spot 50 having no complementarity. Therefore, when excitation light is emitted toward the light receiving surface of the solid-state imaging device 2, It can be understood that the phosphorescent spot 50 is bound to the DNA sample. ... By identifying the phosphorescent spot 50 among the multiple types of spots 50, 50,..., It is possible to grasp that the base sequence of the DNA sample is complementary to the specific spot 50. Therefore, the sequence identification assisting apparatus 1 is used to identify the base sequence of the DNA sample by identifying the phosphorescent spot 50.

配列特定支援装置１を用いる際に、図２に示すように、作業者はＤＮＡサンプルを浸した固体撮像デバイス２の受光面を励起光照射装置４に対向させ、固体撮像デバイス２をセッティングする。これにより、固体撮像デバイス２が駆動回路３を介してコントローラ５に接続される。 When using the sequence identification support device 1, as shown in FIG. 2, the operator sets the solid-state imaging device 2 with the light receiving surface of the solid-state imaging device 2 soaked with the DNA sample facing the excitation light irradiation device 4. As a result, the solid-state imaging device 2 is connected to the controller 5 via the drive circuit 3.

次に、作業者が配列特定支援装置１の電源をオンにすると、コントローラ５が起動する。起動したコントローラ５は以下のような制御を行う。 Next, when the operator turns on the power of the sequence identification support device 1, the controller 5 is activated. The activated controller 5 performs the following control.

まず、コントローラ５が励起光照射装置４を制御して励起光照射装置４を点灯すると、励起光照射装置４が励起光を固体撮像デバイス２の受光面に向けて照射する（励起光照射制御工程）。 First, when the controller 5 controls the excitation light irradiation device 4 to turn on the excitation light irradiation device 4, the excitation light irradiation device 4 irradiates the excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device 2 (excitation light irradiation control step). ).

励起光照射装置４から発した励起光によって、スポット５０，５０，…のうちＤＮＡサンプルとハイブリダイゼーションしたスポット５０では燐光材料によって蛍光が発し、ＤＮＡサンプルと結合しなかったスポット５０では蛍光が発しない。 Of the spots 50, 50,..., The spot 50 hybridized with the DNA sample emits fluorescence by the phosphorescent material, and the spot 50 not bound to the DNA sample does not emit fluorescence. .

次に、コントローラ５が励起光照射装置４を制御して励起光照射装置４を消灯する（励起光消灯工程）。励起光照射装置４が消灯しても、スポット５０，５０，…のうちＤＮＡサンプルとハイブリダイゼーションしたスポット５０では燐光材料によって燐光が依然発し続ける。そのため、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０に重なったダブルゲートトランジスタ２０には高強度の燐光が入射し、ＤＮＡサンプルと結合していないスポット５０に重なったダブルゲートトランジスタ２０には燐光が殆ど入射しない。 Next, the controller 5 controls the excitation light irradiation device 4 to turn off the excitation light irradiation device 4 (excitation light extinction step). Even when the excitation light irradiation device 4 is turned off, phosphorescence continues to be emitted by the phosphorescent material at the spot 50 hybridized with the DNA sample among the spots 50, 50,. Therefore, high-intensity phosphorescence is incident on the double gate transistor 20 that overlaps the spot 50 combined with the DNA sample, and almost no phosphorescence is incident on the double gate transistor 20 that overlaps the spot 50 not bonded to the DNA sample.

そして、励起光照射装置４の消灯と同時又はその後に、コントローラ５が駆動回路３を制御してトップゲートライン４４，４４，…に対して第一列目から列毎に順次リセットパルスの出力を開始して固体撮像デバイス２が撮像動作を行う。固体撮像デバイス２がダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれで励起光の消失した後の燐光のみの光量を検知し、ドレインドライバ７６がダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光量を増幅電圧としてコントローラ５に順次出力する。これにより、コントローラ５が駆動回路３を介してハイブリダイゼーションの有無を確認するための画像を入力する（ステップＳ２：画像入力工程）。 At the same time as or after the excitation light irradiation device 4 is turned off, the controller 5 controls the drive circuit 3 to sequentially output reset pulses from the first column to the top gate lines 44, 44,. Starting, the solid-state imaging device 2 performs an imaging operation. The solid-state imaging device 2 detects only the amount of phosphorescent light after the excitation light disappears in each of the double gate transistors 20, 20,..., And the drain driver 76 amplifies each light amount of the double gate transistors 20, 20,. Are sequentially output to the controller 5. As a result, the controller 5 inputs an image for confirming the presence or absence of hybridization via the drive circuit 3 (step S2: image input step).

駆動回路３の動作について説明する。
トップゲートドライバ７４がトップゲートライン４４，４４，…に順次リセットパルスを出力する。また、ボトムゲートドライバ７５がボトムゲートライン４１，４１，…に順次リードパルスを出力する。また、ドレインドライバ７６が各列でリセットパルスが出力されているリセット期間と各列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。 The operation of the drive circuit 3 will be described.
The top gate driver 74 sequentially outputs reset pulses to the top gate lines 44, 44,. Further, the bottom gate driver 75 sequentially outputs read pulses to the bottom gate lines 41, 41,. Further, the drain driver 76 outputs a precharge pulse to all the drain lines 43, 43,... Between the reset period in which the reset pulse is output in each column and the period in which the read pulse is output in each column. To do.

任意の列（ｋ列目）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７に示すように、トップゲートドライバ７４がｋ列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、ｋ列目のトップゲートライン４４がハイレベルになる。ｋ列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。）、ｋ列目の各ダブルゲートトランジスタ２０では、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。 The operation of each double gate transistor 20 in an arbitrary column (kth column) will be described in detail. As shown in FIG. 7, when the top gate driver 74 outputs a reset pulse to the top gate line 44 in the kth column, the top gate line 44 in the kth column goes to a high level. While the k-th column top gate line 44 is at a high level (this period is referred to as a reset period), each double-gate transistor 20 in the k-th column is in the vicinity of the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24. The accumulated carriers (here, holes) are repelled and discharged by the voltage of the top gate electrode 30.

次に、トップゲートドライバ７４がｋ列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する。ｋ列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、ｋ列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。）、可視光の燐光の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、そのうちの正の電荷を持つ正孔がトップゲート電極３０の負電界により半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。 Next, the top gate driver 74 finishes outputting a reset pulse to the top gate line 44 in the k-th column. From the end of the reset pulse of the top gate line 44 in the k-th column to the output of a read pulse to the bottom gate line 41 in the k-th column (this period is referred to as a carrier accumulation period), visible light phosphorescence The amount of electron-hole pairs according to the amount of light is generated in the semiconductor film 23, and positively charged holes are generated at the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24 due to the negative electric field of the top gate electrode 30. Accumulated in the vicinity.

次に、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ７６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、ｋ列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、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、たとえ半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積された正孔の電荷だけではゲート−ソース間電位が低いので半導体膜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ｋ列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。 Next, during the carrier accumulation period, the drain driver 76 outputs a precharge pulse to all the drain lines 43, 43,. While the precharge pulse is output (referred to as a precharge period), in each double gate transistor 20 in the k-th column, the potential applied to the top gate electrode 30 is −20 [V], and the bottom Since the potential applied to the gate electrode 21 is ± 0 [V], the gate-source potential is low only with the charge of holes accumulated near the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24. A channel is not formed in the semiconductor film 23, and no current flows between the drain electrode 28 and the source electrode 27. Since no current flows between the drain electrode 28 and the source electrode 27 during the precharge period, the drain electrode 28 of each double-gate transistor 20 in the k-th column is output by the precharge pulse output to the drain lines 43, 43,. Is charged.

次に、ドレインドライバ７６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７５がｋ列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７５がｋ列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、ｋ列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、ｋ列目の各ダブルゲートトランジスタ２０がオン状態になる。 Next, the drain driver 76 finishes outputting the precharge pulse, and the bottom gate driver 75 outputs a read pulse to the bottom gate line 41 in the k-th column. While the bottom gate driver 75 outputs a read pulse to the bottom gate line 41 in the kth column (this period is referred to as a read period), +10 is applied to the bottom gate electrode 21 of each double gate transistor 20 in the kth column. Since the potential of [V] is applied, each double gate transistor 20 in the k-th column is turned on.

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（正孔）の正電荷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、トップゲート電極３０の負電界がボトムゲート電極２１のリードパルスの正電界を消失できずに半導体膜２３に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，…のプリチャージ電圧は、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。 In the lead period, the positive electric charge of the carriers (holes) accumulated in the carrier accumulation period works so as to alleviate the negative electric field of the top gate electrode 30, so the negative electric field of the top gate electrode 30 leads to the bottom gate electrode 21. A channel is formed in the semiconductor film 23 without losing the positive electric field of the pulse, and a current flows from the drain electrode 28 to the source electrode 27. Therefore, in the read period, the precharge voltages of the drain lines 43, 43,... Tend to gradually decrease with time due to the drain-source current.

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，…の電圧の変化傾向は、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。そして、ドレインドライバ７６が、ｋ列目のリード期間から次の（ｋ＋１）列目のプリチャージ期間までの間に、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，…の電圧を検出する。これにより、ドレインライン４３，４３，…の光量が電圧に換算される。そして、ドレインドライバ７６は、パラレル式のドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅し、ドレインライン４３，４３，…の増幅電圧を順次シリアル式でコントローラ５に出力する。 Here, as the amount of light incident on the semiconductor film 23 in the carrier accumulation period increases, the number of accumulated carriers also increases. As the number of accumulated carriers increases, the current flowing from the drain electrode 28 to the source electrode 27 in the read period is increased. The level also increases. Therefore, the voltage change tendency of the drain lines 43, 43,... During the read period is deeply related to the amount of light incident on the semiconductor film 23 during the carrier accumulation period. Then, the drain driver 76 has drain lines 43, 43,... After a predetermined time has elapsed from the start of the read period between the read period of the k-th column and the next (k + 1) -th column precharge period. The voltage of is detected. Thereby, the light quantity of drain line 43,43, ... is converted into a voltage. The drain driver 76 amplifies the voltages of the parallel drain lines 43, 43,... And sequentially outputs the amplified voltages of the drain lines 43, 43,.

上述したｋ列目の一連の処理を１サイクルとして、同じ処理が列順次に繰り返される。これにより、全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…の増幅電圧がコントローラ５に順次出力される。 The series of processes in the k-th column described above is set as one cycle, and the same process is repeated in a column sequence. As a result, the amplified voltages of all the double gate transistors 20, 20,... Are sequentially output to the controller 5.

コントローラ５は、ドレインドライバ７６から順次入力した増幅電圧を画素の８ｂｉｔ階調データに順次変換し、フレームメモリに順次記憶する。これにより、コントローラ５のフレームメモリには、固体撮像デバイス２の受光面に沿った燐光の光量分布が画像データとして格納される。 The controller 5 sequentially converts the amplified voltages sequentially input from the drain driver 76 into 8-bit gradation data of the pixels and sequentially stores them in the frame memory. Thereby, the light quantity distribution of the phosphorescence along the light receiving surface of the solid-state imaging device 2 is stored in the frame memory of the controller 5 as image data.

次に、コントローラ５は、フレームメモリに記憶した画像に従った信号を演算処理し、ハイブリダイゼーションの有無を判断し、ハイブリダイゼーションしていれば、ハイブリダイゼーションしたスポット５０の一本鎖ＤＮＡ断片のプローブの塩基配列から自動的にハイブリダイゼーションしたＤＮＡサンプルの塩基配列を算出しその結果を出力装置６に出力する（出力制御工程）。これにより、出力装置６は、ＤＮＡサンプルの結果を出力する。 Next, the controller 5 calculates a signal according to the image stored in the frame memory, determines the presence / absence of hybridization, and if it is hybridized, it probes the single-stranded DNA fragment of the hybridized spot 50. The base sequence of the DNA sample that has been hybridized automatically is calculated from this base sequence, and the result is output to the output device 6 (output control step). Thereby, the output device 6 outputs the result of the DNA sample.

以上のように、本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏する。
固体撮像デバイス２の各ダブルゲートトランジスタ２０は励起光（紫外線）に対しても感度を示すとともに、励起光が入射される位置に配置されている。そのため、仮に励起光照射装置４が励起光を照射している最中に固体撮像デバイス２が撮像動作を行えば、どのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…にも励起光が入射してしまうため、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０に重なったダブルゲートトランジスタ２０（明るい部分）と、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０に重なっていないダブルゲートトランジスタ２０（暗い部分）とのコントラスト比が小さくなってしまう。そのため、明暗比が小さくなり、ハイブリダイゼーションがあったのかどうかやＤＮＡサンプルの塩基配列を特定することが難しくなることがある。 As described above, according to the present embodiment, the following operational effects can be obtained.
Each double-gate transistor 20 of the solid-state imaging device 2 is sensitive to excitation light (ultraviolet rays) and is disposed at a position where the excitation light is incident. Therefore, if the solid-state imaging device 2 performs an imaging operation while the excitation light irradiation device 4 is irradiating the excitation light, the excitation light is incident on any double gate transistor 20, 20,. The contrast ratio between the double gate transistor 20 (bright portion) that overlaps the spot 50 combined with the DNA sample and the double gate transistor 20 (dark portion) that does not overlap the spot 50 combined with the DNA sample is reduced. Therefore, the light / dark ratio becomes small, and it may be difficult to specify whether there is hybridization or the base sequence of the DNA sample.

しかしながら、本実施の形態では、励起光照射装置４が消灯した後に、固体撮像デバイス２が撮像動作を行えば、どのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…にも励起光が入射しないので、励起光の影響をなくすことができる。そのうえ、ＤＮＡサンプルに燐光材料を結合しているため、励起光照射装置４が消灯した後でも、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０から燐光が発し、そのスポット５０に重なったダブルゲートトランジスタ２０には燐光が入射する。従って、本実施の形態では、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０に重なったダブルゲートトランジスタ２０（明るい部分）と、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０に重なっていないダブルゲートトランジスタ２０（暗い部分）とのコントラスト比が大きくなり、出力装置６に出力される画像の明暗比も大きくなり、ＤＮＡサンプルの配列を容易に特定することができる。 However, in this embodiment, if the solid-state imaging device 2 performs an imaging operation after the excitation light irradiation device 4 is turned off, no excitation light is incident on any of the double gate transistors 20, 20,. The influence can be eliminated. In addition, since a phosphorescent material is bound to the DNA sample, even after the excitation light irradiation device 4 is turned off, phosphorescence is emitted from the spot 50 coupled to the DNA sample, and the double gate transistor 20 overlapping the spot 50 is phosphorescent. Is incident. Therefore, in this embodiment, the contrast between the double gate transistor 20 (bright portion) that overlaps the spot 50 combined with the DNA sample and the double gate transistor 20 (dark portion) that does not overlap the spot 50 combined with the DNA sample. The ratio increases, the contrast ratio of the image output to the output device 6 increases, and the sequence of the DNA sample can be easily specified.

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良い。例えば、上記実施形態では、光電変換素子としてダブルゲートトランジスタ２０，２０，…を画素として用いた固体撮像デバイス２を撮像素子として用いているが、別の種類の光電変換素子を画素として用いた固体撮像素子を用いても良い。例えば、フォトダイオードを画素として用いたＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等といった固体撮像素子を用いても良い。ＣＣＤイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲には、フォトダイオードで光電変換された電気信号を転送するための垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤが形成されている。ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲にはフォトダイオードで光電変換された電気信号を増幅するためのＣＭＯＳ回路が設けられている。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the solid-state imaging device 2 using the double gate transistors 20, 20,... As pixels as the photoelectric conversion elements is used as the imaging element, but a solid state using another type of photoelectric conversion elements as the pixels. An image sensor may be used. For example, a solid-state image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor using a photodiode as a pixel may be used. In a CCD image sensor, photodiodes are arranged in a matrix on a substrate, and around each photodiode, a vertical CCD and a horizontal CCD for transferring an electrical signal photoelectrically converted by the photodiode. Is formed. In a CMOS image sensor, photodiodes are arranged in a matrix on a substrate, and a CMOS circuit for amplifying an electric signal photoelectrically converted by the photodiodes is provided around each photodiode. Yes.

また、励起光照射装置４と固体撮像デバイス２との間にシャッタを設け、上記実施形態のように励起光照射装置４が消灯するタイミングでシャッタが閉じても良い。この場合、励起光照射装置４が消灯しなくても良い。 Further, a shutter may be provided between the excitation light irradiation device 4 and the solid-state imaging device 2, and the shutter may be closed at the timing when the excitation light irradiation device 4 is turned off as in the above embodiment. In this case, the excitation light irradiation device 4 may not be turned off.

〔第２の実施の形態〕
燐光材料は励起光の消灯から長い時間かけて一様の強度の燐光を発するのではなく、所定時間経過後に燐光の発光が止まったり、固体撮像デバイス２が１列目から最終列へ列順次に走査することによって撮像を行っているので、励起光の消灯時からキャリア蓄積期間の開始時刻までの時間が列を追うごとに長くなる。そのため、この固体撮像デバイス２のようにどの列もキャリア蓄積期間（露光時間）が同じであっても、時間の経過とともに燐光強度が変化する燐光材料を用いると、ダブルゲートトランジスタ２０に入射する光量が列ごとに異なってしまう。 [Second Embodiment]
The phosphorescent material does not emit phosphorescence having a uniform intensity over a long period of time after the excitation light is extinguished, but the phosphorescence emission stops after a predetermined time elapses, or the solid-state imaging device 2 is sequentially moved from the first column to the last column. Since imaging is performed by scanning, the time from when the excitation light is extinguished until the start time of the carrier accumulation period becomes longer each time the line is followed. Therefore, when a phosphorescent material whose phosphorescence intensity changes with the passage of time is used even if the column has the same carrier accumulation period (exposure time) as in this solid-state imaging device 2, the amount of light incident on the double gate transistor 20 Will be different for each column.

そこで、第２の実施の形態では、固体撮像デバイス２が列順次に走査するタイミングに同期して、励起光照射装置４から発した励起光の遮蔽を１列目から最終列への順に行うことによって、どの列でも励起光の遮蔽時からキャリア蓄積期間の開始時刻までの時間を一様にしている。具体的には、第２の実施の形態における配列特定支援装置１０１は図８、図９に示されるように構成されており、１列目から最終列への順に励起光を遮蔽することを液晶シャッタ装置１０７によって行う。ここで、図８は配列特定支援装置１０１のブロック図であり、図９はこの配列特定支援装置１０１に備わった固体撮像デバイス２、励起光照射装置４及び液晶シャッタ装置１０７の断面図である。図８及び図９に示すように、配列特定支援装置１０１において、第１の実施の形態の配列特定支援装置１の何れかの部分と同一の部分に対しては同一の符号を付し、同一の部分についての説明を省略する。なお、図８は、列方向（ボトムゲートライン４１の延在方向）に直交する面の断面図である。 Therefore, in the second embodiment, the excitation light emitted from the excitation light irradiation device 4 is shielded in order from the first column to the last column in synchronization with the timing when the solid-state imaging device 2 scans in sequence. Thus, in any column, the time from when the excitation light is shielded to the start time of the carrier accumulation period is made uniform. Specifically, the arrangement specifying support apparatus 101 according to the second embodiment is configured as shown in FIGS. 8 and 9, and the liquid crystal shields the excitation light in order from the first column to the last column. This is performed by the shutter device 107. Here, FIG. 8 is a block diagram of the arrangement specifying support apparatus 101, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 2, excitation light irradiation apparatus 4, and liquid crystal shutter apparatus 107 provided in the arrangement specifying support apparatus 101. As shown in FIGS. 8 and 9, in the sequence identification support device 101, the same reference numerals are given to the same parts as any part of the sequence identification support device 1 of the first embodiment, and the same parts are assigned. Description of this part is omitted. FIG. 8 is a cross-sectional view of a plane orthogonal to the column direction (extending direction of the bottom gate line 41).

図９に示すように、励起光照射装置４と固体撮像デバイス２との間に液晶シャッタ装置１０７が配置されている。この液晶シャッタ装置１０７は、背面基板１１０と正面基板１１１との間に液晶１１２を封入したものである。 As shown in FIG. 9, a liquid crystal shutter device 107 is disposed between the excitation light irradiation device 4 and the solid-state imaging device 2. The liquid crystal shutter device 107 has a liquid crystal 112 sealed between a back substrate 110 and a front substrate 111.

液晶シャッタ装置１０７の背面基板１１０は固体撮像デバイス２の受光面に対向している。背面基板１１０の二面のうち固体撮像デバイス２に対向した面には、偏光膜１１３が形成されており、反対の面には、ライン状の複数の透明電極１１４，１１４，…が形成されている。これら透明電極１１４，１１４，…は固体撮像デバイス２のボトムゲートライン４１，４１，…及びトップゲートライン４４，４４，…に平行に設けられており、１つのトップゲートライン４４につき１つの透明電極１１４が相対している。これら透明電極１１４，１１４，…を被覆するように配向膜が成膜されている。 The back substrate 110 of the liquid crystal shutter device 107 faces the light receiving surface of the solid-state imaging device 2. A polarizing film 113 is formed on the surface of the back substrate 110 facing the solid-state imaging device 2, and a plurality of linear transparent electrodes 114, 114,... Are formed on the opposite surface. Yes. These transparent electrodes 114, 114,... Are provided in parallel to the bottom gate lines 41, 41,... And the top gate lines 44, 44, etc. of the solid-state imaging device 2, and one transparent electrode is provided for each top gate line 44. 114 is opposite. An alignment film is formed so as to cover these transparent electrodes 114, 114,.

一方、液晶シャッタ装置１０７の正面基板１１１は励起光照射装置４に対向している。正面基板１１１の二面のうち励起光照射装置４に対向した面には、偏光膜１１３の偏光軸（光透過軸）に直交する偏光軸を有する偏光膜１１５が形成されている。正面基板１１１の反対面には、透明な共通電極１１６がべた一面に成膜され、共通電極１１６を被覆するように配向膜が成膜されている。 On the other hand, the front substrate 111 of the liquid crystal shutter device 107 faces the excitation light irradiation device 4. A polarizing film 115 having a polarization axis orthogonal to the polarization axis (light transmission axis) of the polarizing film 113 is formed on the surface of the front substrate 111 facing the excitation light irradiation device 4. On the opposite surface of the front substrate 111, a transparent common electrode 116 is formed on the entire surface, and an alignment film is formed so as to cover the common electrode 116.

正面基板１１１の共通電極１１６が成膜された面が、背面基板１１０の透明電極１１４，１１４，…が成膜された面に対向し、これら面の間にはスペーサ及び周囲の封止材１１７によって間隔が設けられ、これら面の間に液晶１１２が封入されている。 The surface of the front substrate 111 on which the common electrode 116 is formed is opposed to the surface of the rear substrate 110 on which the transparent electrodes 114, 114,... Are formed, and a spacer and a surrounding sealing material 117 are interposed between these surfaces. The liquid crystal 112 is sealed between these surfaces.

以上の液晶シャッタ装置１０７においては透明電極１１４及び共通電極１１６間に印加された電圧が０（Ｖ）のように閾値未満であると、その透明電極１１４に重なった部分の液晶１１２の液晶分子の配列が捻れた状態の初期配向を維持し、透明電極１１４及び共通電極１１６間に印加された電圧が閾値以上であると、その透明電極１１４に重なった部分の液晶１１２の液晶分子配列の捻れが解除され、液晶分子が背面基板１１０と正面基板１１１の面方向に対して略垂直方向に立ち上がる。上記液晶シャッタ装置１０７の構造では、透明電極１１４及び共通電極１１６間に電圧が閾値未満時に励起光が液晶１１２を透過するノーマリーホワイト型であるが、励起光が液晶１１２を遮蔽するノーマリーブラック型であっても良い。 In the liquid crystal shutter device 107 described above, if the voltage applied between the transparent electrode 114 and the common electrode 116 is less than a threshold value such as 0 (V), the liquid crystal molecules of the liquid crystal 112 in the portion overlapping the transparent electrode 114 If the initial alignment in the twisted state is maintained and the voltage applied between the transparent electrode 114 and the common electrode 116 is equal to or higher than the threshold value, the twist of the liquid crystal molecular alignment of the liquid crystal 112 in the portion overlapping the transparent electrode 114 is twisted. The liquid crystal molecules are released in a direction substantially perpendicular to the plane directions of the rear substrate 110 and the front substrate 111. The structure of the liquid crystal shutter device 107 is a normally white type in which excitation light passes through the liquid crystal 112 when the voltage between the transparent electrode 114 and the common electrode 116 is less than a threshold, but normally black in which the excitation light shields the liquid crystal 112. It may be a mold.

第２の実施の形態におけるコントローラ５は、第１の実施の形態の場合とは異なり、固体撮像デバイス２の撮像開始タイミングに合わせて励起光照射装置４を消灯することは行わない。しかし、第２の実施の形態におけるコントローラ５は駆動回路によって透明電極１１４，１１４，…に順次電圧を印加することによって液晶シャッタ装置１０７を駆動するように設けられている。 Unlike the case of the first embodiment, the controller 5 in the second embodiment does not turn off the excitation light irradiation device 4 in accordance with the imaging start timing of the solid-state imaging device 2. However, the controller 5 in the second embodiment is provided to drive the liquid crystal shutter device 107 by sequentially applying a voltage to the transparent electrodes 114, 114,...

ここで、コントローラ５は、固体撮像デバイス２が列順次に走査するタイミングに同期させて、透明電極１１４，１１４，…に順次電圧を印加し、共通電極１１６と各透明電極１１４との間の電圧が閾値以上とするように設定されている。電圧が透明電極１１４，１１４，…に順次印加されていくタイミングと、固体撮像デバイス２の走査タイミングとの関係は図１０のようになっている。 Here, the controller 5 sequentially applies voltages to the transparent electrodes 114, 114,... In synchronization with the timing at which the solid-state imaging device 2 scans in sequence, and the voltage between the common electrode 116 and each transparent electrode 114. Is set to be equal to or greater than the threshold. The relationship between the timing at which the voltage is sequentially applied to the transparent electrodes 114, 114,... And the scanning timing of the solid-state imaging device 2 is as shown in FIG.

図１０に示すように、任意のｋ列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はｋ列目の透明電極１１４に電圧が印加されていないので、ｋ列目の透明電極１１４に重なった部分において励起光が液晶１１２を透過する。そのため、ｋ列目のスポット５０，５０，…には励起光が入射する。 As shown in FIG. 10, the voltage is not applied to the transparent electrode 114 in the k-th column until the read pulse is output to the bottom gate line 41 in the arbitrary k-th column. Excitation light is transmitted through the liquid crystal 112 in the portion overlapping with 114. Therefore, the excitation light is incident on the spots 50, 50,.

そして、ｋ列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直前に、又は、ｋ列目のボトムゲートライン４１のリードパルスが立ち上がる時に、ｋ列目の透明電極１１４と共通電極１１６との間の電圧が閾値以上となるように電圧が印加され、ｋ列目の透明電極１１４に重なった部分において励起光が液晶１１２によって遮蔽される。そのため、リードパルスの立ち上がり時以降、ｋ列目のスポット５０，５０，…には励起光が入射せず、ｋ列目のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…にも励起光が入射しない。 Then, immediately before the read pulse is output to the bottom gate line 41 of the kth column or when the read pulse of the bottom gate line 41 of the kth column rises, the transparent electrode 114 and the common electrode 116 of the kth column A voltage is applied so that the voltage therebetween is equal to or higher than a threshold value, and excitation light is shielded by the liquid crystal 112 in a portion overlapping the kth transparent electrode 114. Therefore, the excitation light does not enter the spots 50, 50,... In the kth column and the excitation light does not enter the double gate transistors 20, 20,.

そして、最終列の選択期間が終了するまでの間、ｋ列目の透明電極１１４には電圧が印加され続け、ｋ列目の各スポット５０，５０，…及びｋ列目のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…には励起光が入射しない。 Until the selection period of the last column ends, voltage is continuously applied to the transparent electrode 114 in the kth column, the spots 50, 50, ... in the kth column, and the double gate transistors 20, No excitation light is incident on 20,.

次に、配列特定支援装置１０１を用いてＤＮＡサンプルの配列を特定する方法について説明する。 Next, a method for specifying the sequence of a DNA sample using the sequence specification support apparatus 101 will be described.

まず、作業者が検体から一本鎖ＤＮＡサンプルを採取し、サンプル中のＤＮＡを一本鎖に変性してＰＣＲ増幅する。次に、作業者がこの増幅されたＤＮＡサンプルに燐光材料を結合又は付着させることにより、ＤＮＡサンプルが標識される。 First, an operator collects a single-stranded DNA sample from a specimen, denatures the DNA in the sample into a single strand, and performs PCR amplification. The operator then binds or attaches a phosphorescent material to the amplified DNA sample, thereby labeling the DNA sample.

作業者がＤＮＡサンプル溶液を浸した固体撮像デバイス２をセッティングする。次に、作業者が配列特定支援装置１の電源をオンにすると、コントローラ５が起動する。 An operator sets the solid-state imaging device 2 in which the DNA sample solution is immersed. Next, when the operator turns on the power of the sequence identification support device 1, the controller 5 is activated.

そして、コントローラ５が励起光照射装置４を制御して励起光照射装置４を点灯すると、励起光照射装置４が励起光を固体撮像デバイス２の受光面に向けて照射する。 When the controller 5 controls the excitation light irradiation device 4 to turn on the excitation light irradiation device 4, the excitation light irradiation device 4 irradiates the excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device 2.

次に、コントローラ５が駆動回路３を制御すると、駆動回路３が固体撮像デバイス２を駆動し、固体撮像デバイス２がダブルゲートトランジスタ２０，２０，…を列順次に走査することによって撮像動作を行う。駆動回路３による固体撮像デバイス２の動作は、第１の実施の形態と同じである。 Next, when the controller 5 controls the drive circuit 3, the drive circuit 3 drives the solid-state imaging device 2, and the solid-state imaging device 2 performs an imaging operation by scanning the double gate transistors 20, 20,. . The operation of the solid-state imaging device 2 by the drive circuit 3 is the same as that of the first embodiment.

また、固体撮像デバイス２が撮像を行っている時、コントローラ５が液晶シャッタ装置１０７を駆動制御する。これにより、固体撮像デバイス２の走査に同期して、１列目の透明電極１１４から最終列の透明電極１１４への順に電圧が印加され、列順次に励起光照射装置４の励起光を遮蔽することが液晶シャッタ装置１０７によって行われる。 Further, when the solid-state imaging device 2 is imaging, the controller 5 drives and controls the liquid crystal shutter device 107. Thereby, in synchronization with scanning of the solid-state imaging device 2, a voltage is applied in order from the transparent electrode 114 in the first column to the transparent electrode 114 in the last column, and the excitation light of the excitation light irradiation device 4 is shielded in the column sequence. Is performed by the liquid crystal shutter device 107.

次に、コントローラ５は、固体撮像デバイス２で撮像された画像をフレームメモリに記憶し、フレームメモリに記憶した画像に従った信号を演算処理し、ハイブリダイゼーションの有無を判断し、ハイブリダイゼーションしていれば、ハイブリダイゼーションしたスポット５０の一本鎖ＤＮＡ断片のプローブの塩基配列から自動的にハイブリダイゼーションしたＤＮＡサンプルの塩基配列を算出しその結果を出力装置６に出力する。これにより、出力装置６は、ＤＮＡサンプルの結果を出力する。 Next, the controller 5 stores an image captured by the solid-state imaging device 2 in a frame memory, performs arithmetic processing on a signal according to the image stored in the frame memory, determines the presence or absence of hybridization, and performs hybridization. Then, the base sequence of the hybridized DNA sample is automatically calculated from the base sequence of the probe of the single-stranded DNA fragment of the hybridized spot 50 and the result is output to the output device 6. Thereby, the output device 6 outputs the result of the DNA sample.

本実施の形態によれば、固体撮像デバイス２が列順次に走査するタイミングに同期して液晶シャッタ装置１０７により列順次に励起光を遮蔽することによって、どの列でも励起光の遮蔽時からキャリア蓄積期間の開始時刻までの時間を一様になる。 According to the present embodiment, the liquid crystal shutter device 107 shields the excitation light in the column sequential manner in synchronization with the timing at which the solid-state imaging device 2 scans in the column sequential manner. The time until the start time of the period becomes uniform.

また、固体撮像デバイス２の列順次の走査が液晶シャッタ装置１０７の列順次の遮蔽と同期しているから、固体撮像デバイス２の任意の列がリード期間になっている時には、その列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…には励起光が入射しない。従って、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０に重なったダブルゲートトランジスタ２０（明るい部分）と、ＤＮＡサンプルと結合したスポット５０に重なっていないダブルゲートトランジスタ２０（暗い部分）とのコントラスト比が大きくなり、出力装置６に出力される画像の明暗比も大きくなり、ＤＮＡサンプルの配列を容易に特定することができる。 Further, since the column sequential scanning of the solid-state imaging device 2 is synchronized with the column sequential shielding of the liquid crystal shutter device 107, when any column of the solid-state imaging device 2 is in the read period, the double gate of that column Excitation light does not enter the transistors 20, 20,. Accordingly, the contrast ratio between the double gate transistor 20 (light portion) that overlaps the spot 50 combined with the DNA sample and the double gate transistor 20 (dark portion) that does not overlap the spot 50 combined with the DNA sample increases, and the output is increased. The light / dark ratio of the image output to the apparatus 6 is also increased, and the sequence of the DNA sample can be easily specified.

なお、固体撮像デバイス２の代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いても良い。 Note that a CMOS image sensor may be used instead of the solid-state imaging device 2.

第１の実施の形態における配列特定支援装置１のブロック図である。It is a block diagram of the arrangement | sequence identification assistance apparatus 1 in 1st Embodiment. 固体撮像デバイス２及び励起光照射装置４の断面図である。2 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device 2 and an excitation light irradiation device 4. FIG. 固体撮像デバイス２の回路図である。3 is a circuit diagram of the solid-state imaging device 2. FIG. 燐光現象を説明するための図面である。It is a figure for demonstrating a phosphorescence phenomenon. 固体撮像デバイス２の１画素の平面図である。3 is a plan view of one pixel of the solid-state imaging device 2. FIG. 図５の面VI−VIに沿った断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a plane VI-VI in FIG. 5. 駆動回路３によって固体撮像デバイス２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。3 is a timing chart showing the transition of the level of an electric signal output to the solid-state imaging device 2 by the drive circuit 3. 第２の実施の形態における配列特定支援装置１０１のブロック図である。It is a block diagram of the arrangement | sequence identification assistance apparatus 101 in 2nd Embodiment. 固体撮像デバイス２、励起光照射装置４及び液晶シャッタ装置１０７の断面図である。3 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 2, the excitation light irradiation device 4, and the liquid crystal shutter device 107. FIG. 固体撮像デバイス２及び液晶シャッタ装置１０７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。6 is a timing chart showing transitions of levels of electric signals output to the solid-state imaging device 2 and the liquid crystal shutter device 107.

符号の説明Explanation of symbols

１、１０１配列特定支援装置
２固体撮像デバイス
４励起光照射装置
２０ダブルゲートトランジスタ（光電変換素子）
５０スポット
１０７液晶シャッタ装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Sequence identification support apparatus 2 Solid-state imaging device 4 Excitation light irradiation apparatus 20 Double gate transistor (photoelectric conversion element)
50 spots 107 liquid crystal shutter device

Claims

固体撮像デバイスと、
既知の塩基配列の高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面に点在した複数種のスポットと、
前記固体撮像デバイスの受光面に向けて励起光を照射する励起光照射装置と、を備え、
前記励起光照射装置が前記固体撮像デバイスの撮像時前に点灯し、前記固体撮像デバイスの撮像時に消灯するように設けられていることを特徴とする配列特定支援装置。 A solid-state imaging device;
Consisting of a polymer of known base sequence, a plurality of types of spots scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device, and
An excitation light irradiation device that irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device, and
The array identification support apparatus, wherein the excitation light irradiation device is provided so as to be turned on before imaging of the solid-state imaging device and turned off when imaging of the solid-state imaging device.

請求項１に記載の配列特定支援装置を用いた配列特定方法において、
未知の配列の高分子からなり、励起光の被照射により燐光を発する燐光材料を結合させた高分子のサンプルを前記固体撮像デバイスの受光面に塗布し、
次いで前記励起光照射装置により励起光を前記固体撮像デバイスの受光面に向けて照射し、
次いで前記励起光照射装置を消灯させ、
次いで前記固体撮像デバイスで撮像を行うことを特徴とする配列特定方法。 In the sequence specifying method using the sequence specifying support device according to claim 1,
A polymer sample made of a polymer with an unknown sequence and bonded with a phosphorescent material that emits phosphorescence when irradiated with excitation light is applied to the light-receiving surface of the solid-state imaging device,
Next, the excitation light irradiation device irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device,
Next, the excitation light irradiation device is turned off,
Next, an arrangement specifying method, wherein imaging is performed with the solid-state imaging device.

複数の光電変換素子が受光面に沿って二次元アレイ状に配列され、前記複数の光電変換素子を列順次で走査することにより撮像を行う固体撮像デバイスと、
既知の塩基配列の高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面に点在した複数種のスポットと、
前記固体撮像デバイスの受光面に向けて励起光を照射する励起光照射装置と、
前記励起光照射装置と前記固体撮像デバイスとの間に配置され、前記固体撮像デバイスが列順次で走査することに同期して列順次に前記励起光照射装置の励起光を遮蔽する液晶シャッタ装置と、を備えることを特徴とする配列特定支援装置。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array along the light receiving surface, and a solid-state imaging device that performs imaging by scanning the plurality of photoelectric conversion elements in a column sequence;
Consisting of a polymer of known base sequence, a plurality of types of spots scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device, and
An excitation light irradiation device that irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device;
A liquid crystal shutter device that is disposed between the excitation light irradiation device and the solid-state imaging device and shields the excitation light of the excitation light irradiation device in a column sequential manner in synchronization with the solid-state imaging device scanning in a column sequential manner; A sequence identification support apparatus comprising:

請求項３に記載の配列特定支援装置を用いた配列特定方法において、
未知の配列の高分子からなり、励起光の被照射により燐光を発する燐光材料を結合させた高分子のサンプルを前記固体撮像デバイスの受光面に塗布し、
次いで前記励起光照射装置により励起光を前記固体撮像デバイスの受光面に向けて照射し、
前記複数の光電変換素子を列順次で走査することにより前記固体撮像デバイスで撮像を行うとともに、前記固体撮像デバイスの走査に同期して列順次に前記励起光照射装置の励起光を遮蔽することを前記液晶シャッタ装置で行うことを特徴とする配列特定方法。 In the sequence specifying method using the sequence specifying support apparatus according to claim 3,
A polymer sample made of a polymer with an unknown sequence and bonded with a phosphorescent material that emits phosphorescence when irradiated with excitation light is applied to the light-receiving surface of the solid-state imaging device,
Next, the excitation light irradiation device irradiates excitation light toward the light receiving surface of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device performs imaging by scanning the plurality of photoelectric conversion elements in a column sequential manner, and shields the excitation light of the excitation light irradiation device in a column sequential manner in synchronization with the scanning of the solid-state imaging device. An alignment specifying method, which is performed by the liquid crystal shutter device.