JP6920887B2 - 光計測装置および光計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料への光照射に応じて該試料において発生する光の強度を計測する装置および方法に関するものである。

試料への光の照射に応じて該試料において発生する光の強度を計測することにより、該試料を分析することができる。このような光計測を行う装置は、試料に照射される照射光を出力する光源と、その試料において発生する発生光の強度を検出して検出信号を出力する光検出器と、その検出信号の値（アナログ値）に応じたデジタル値を出力する処理部と、を備える（特許文献１参照）。

光照射に応じて試料において発生する光は、蛍光、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光（例えば高調波光やラマン散乱光など）である。蛍光の強度を検出することで、試料に含まれる蛍光性物質の濃度を計測することができる。透過光の強度を検出することで、試料の濃度を計測することができる。散乱光の強度を検出することで、試料に含まれる散乱物質の濃度や大きさを計測することができる。また、非線形光学現象により発生する光の強度を検出することで、試料の非線形性を計測することができる。

特開２００４-２５７９０１号公報

複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を並行して計測する場合、上記の光源、光検出器および処理部を含む装置を、並行計測する試料の個数だけ用意する必要がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、より簡便に、複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測することができる装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の光計測装置は、複数の試料それぞれへの光の照射に応じて複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測する装置であって、(1) 複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光源を含み、各光源から、互いに異なる照射期間に亘って、対応する試料に照射される照射光を出力する照射部と、(2) 複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光検出器を含み、各光検出器により、対応する試料において照射光の照射に応じて発生する発生光の強度を検出して検出信号を出力する検出部と、(3) 複数の光検出器それぞれから出力される検出信号がアナログ値として共通に入力される入力端子を有し、照射部の各光源が照射光を出力している照射期間に入力端子に入力されるアナログ値を入力し、このアナログ値に応じたデジタル値を、該光源に対応する試料において発生する発生光の強度を表す値として出力する処理部と、を備える。

本発明の光計測装置の一側面では、照射部は、各光源の照射期間を指示する同期信号に基づいて各光源から互いに異なる照射期間に亘って照射光を出力し、処理部は、この同期信号に基づいてアナログ値からデジタル値への変換処理を行うのが好適である。また、光計測装置は、同期信号を照射部および処理部へ出力する制御部に与える制御部を更に備えるのが好適である。

本発明の光計測装置の一側面では、処理部は、入力端子に入力される検出信号の値に応じた電圧値を出力する信号変換器と、この信号変換器から出力される電圧値をデジタル値に変換して該デジタル値を出力するＡＤ変換器と、を含むのが好適である。信号変換器は、入力端子に入力される検出信号に基づいて電荷を蓄積する容量部を有し、蓄積された電荷量に応じた電圧値を出力する積分器を含むのが好適である。また、信号変換器は第１の積分器である前記積分器と第２の積分器である前記積分器を含み、第１の積分器及び第２の積分器は、複数の光源それぞれの照射期間に同期して交互に検出信号を入力するが好適である。

本発明の光計測方法は、複数の試料それぞれへの光の照射に応じて複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測する方法であって、(1) 複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光源を含む照射部において、各光源から、互いに異なる照射期間に亘って、対応する試料に照射される照射光を出力する光照射ステップと、(2) 複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光検出器を含む検出部において、各光検出器により、対応する試料において照射光の照射に応じて発生する発生光の強度を検出して検出信号を出力する光検出ステップと、(3) 複数の光検出器それぞれから出力される検出信号がアナログ値として共通に入力される入力端子を有する処理部において、照射部の各光源が照射光を出力している照射期間に入力端子に入力されるアナログ値を入力し、このアナログ値に応じたデジタル値を、該光源に対応する試料において発生する発生光の強度を表す値として出力する信号処理ステップと、を含む。

本発明の光計測方法の一側面では、光照射ステップにおいて、各光源の照射期間を指示する同期信号に基づいて各光源から互いに異なる照射期間に亘って照射光を出力し、信号処理ステップにおいて、同期信号に基づいてアナログ値からデジタル値への変換処理を行うのが好適である。また、同期信号を照射部および処理部へ出力する同期ステップを更に含むのが好適である。

本発明の光計測方法の一側面では、信号処理ステップは、入力端子に入力される検出信号の値に応じた電圧値を出力する信号変換ステップと、出力された電圧値をデジタル値に変換して該デジタル値を出力するＡＤ変換ステップと、を含むのが好適である。信号変換ステップにおいて、積分器を用いて、入力端子に入力される検出信号に基づいて電荷を蓄積し、蓄積された電荷量に応じた電圧値を出力するが好適である。また、信号変換ステップにおいて、２つの積分器を用いて、複数の光源それぞれの照射期間に同期して交互に検出信号を入力して電荷蓄積を行うのが好適である。

発生光は、蛍光、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光であってよい。

本発明によれば、より簡便に、複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測することができる。

図１は、本実施形態の光計測装置１の全体構成を示す図である。 図２は、本実施形態の光計測装置１の要部構成を示す図である。 図３は、本実施形態の光計測装置１の動作例を示すタイミングチャートである。 図４は、本実施形態の光計測装置１の他の動作例を示すタイミングチャートである。 図５は、処理部３０の信号変換器３１の他の構成例を示す図である。 図６は、処理部３０の信号変換器３１の更に他の構成例を示す図である。 図７は、信号変換器３１Ｂを用いた場合の光計測装置１の動作例を示すタイミングチャートである。 図８は、処理部３０の他の構成例を示す図である。 図９は、処理部３０Ａを用いた場合の光計測装置１の動作例を示すタイミングチャートである。 図１０は、測定光学系の変形例の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の光計測装置または光計測方法は、光の照射に応じて複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測するものであるが、以下の実施形態では試料の個数を３として説明する。以下に登場するｎは１以上３以下の各整数である。また、本発明の光計測装置または光計測方法は、光が照射された試料において発生する任意の光（蛍光、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光）の強度を計測するものであるが、以下の実施形態では蛍光の強度を計測する場合について説明する。

図１は、本実施形態の光計測装置１の全体構成を示す図である。図２は、本実施形態の光計測装置１の要部構成を示す図である。光計測装置１は、試料容器２_１〜２_３それぞれに入れられた試料への励起光の照射によって発生する蛍光の強度を計測するものであり、照射部１０、検出部２０、処理部３０、制御部４０、入力部５０、表示部６０および記憶部７０を備える。

照射部１０は、試料容器２_１〜２_３に対し一対一に対応して設けられた光源１１_１〜１１_３および励起光透過フィルタ１２_１〜１２_３を含み、また、光源１１_１〜１１_３を駆動する光源駆動回路１３を含む。なお、各光源１１_ｎに対して個別に光源駆動回路が設けられてもよい。

各光源１１_ｎは、対応する試料容器２_ｎに入れられた試料を励起し得る波長（または、この波長を含む帯域）の光を出力する。各光源１１_ｎは、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）またはＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）である。各光源１１_ｎの光出力側に、光の指向性を高めるためのレンズが設けられてもよい。このレンズは、光源１１_ｎと一体であってもよいし、光源１１_ｎとは別体であってもよい。

各励起光透過フィルタ１２_ｎは、対応する光源１１_ｎと光学的に接続され、対応する光源１１_ｎから出力される光を入力する。各励起光透過フィルタ１２_ｎは、試料を励起する波長の励起光を選択的に透過させて、その励起光を対応する試料容器２_ｎへ出力する。各励起光透過フィルタ１２_ｎの透過波長、すなわち、励起光波長は、試料容器２_ｎに入れられた試料に含まれる蛍光性物質に応じて適切に選択される。各励起光透過フィルタ１２_ｎは、フィルタ特性がよい誘電体多層膜フィルタであってもよいし、色ガラスフィルタであってもよい。なお、励起光透過フィルタ１２_ｎは、検出される発生光の波長の光を遮断してもよい。

光源駆動回路１３は、各光源１１_ｎと電気的に接続され、各光源１１_ｎを駆動して所定の照射期間に亘って発光させる。各光源１１_ｎは、制御部４０からの指示を受けた光源駆動回路１３により駆動されて、互いに異なる照射期間に亘って、対応する試料容器２_ｎに照射される励起光を出力する。すなわち、光源１１_１〜１１_３のうち、ある１つの光源が照射光を出力している場合、他の光源は照射光を出力しない。

検出部２０は、試料容器２_１〜２_３に対し一対一に対応して設けられた光検出器２１_１〜２１_３および蛍光透過フィルタ２２_１〜２２_３を含む。なお、図示の都合上、図１では検出部２０の範囲を示しておらず、図２では蛍光透過フィルタ２２_１〜２２_３を示していない。

各蛍光透過フィルタ２２_ｎは、対応する試料容器２_ｎに入れられた試料への励起光（照射光）の照射に応じて該試料で発生する蛍光（発生光）を選択的に透過させて、その蛍光を対応する光検出器２１_ｎへ出力する。各蛍光透過フィルタ２２_ｎは、蛍光以外の光（例えば、励起光透過フィルタ１２_ｎを透過した光）を遮断する。各蛍光透過フィルタ２２_ｎの透過波長は、試料容器２_ｎに入れられた試料に含まれる蛍光性物質に応じて適切に選択される。各蛍光透過フィルタ２２_ｎは、フィルタ特性がよい誘電体多層膜フィルタであってもよいし、色ガラスフィルタであってもよい。

各光検出器２１_ｎは、対応する蛍光透過フィルタ２２_ｎと光学的に接続され、該蛍光透過フィルタ２２_ｎを透過した蛍光を受光する。各光検出器２１_ｎは、受光した蛍光の強度を検出し、その蛍光強度を示す検出信号を処理部３０へ出力する。各光検出器２１_ｎは、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードまたは光電子増倍管などである。

光源１１_１、励起光透過フィルタ１２_１、試料容器２_１、蛍光透過フィルタ２２_１および光検出器２１_１を含む光学系を測定光学系３_１とする。光源１１_２、励起光透過フィルタ１２_２、試料容器２_２、蛍光透過フィルタ２２_２および光検出器２１_２を含む光学系を測定光学系３_２とする。また、光源１１_３、励起光透過フィルタ１２_３、試料容器２_３、蛍光透過フィルタ２２_３および光検出器２１_３を含む光学系を測定光学系３_３とする。測定光学系３_１〜３_３は、外部からの迷光が入射しないように暗箱の内部に配置される。また、測定光学系３_１〜３_３は互いに光学的に分離されており、測定光学系３_１〜３_３のうちの或る測定光学系で発生した照射光および発生光は他の２つの測定光学系の光検出器により受光されることはない。

処理部３０は、光検出器２１_１〜２１_３と電気的に接続される入力端子を有する。その入力端子には、光検出器２１_１〜２１_３それぞれから出力される検出信号がアナログ値として共通に入力される。処理部３０は、照射部１０の各光源１１_ｎが照射光（励起光）を出力している照射期間に入力端子に入力されるアナログ値を入力し、このアナログ値に応じたデジタル値を、該光源１１_ｎに対応する試料において発生する発生光（蛍光）の強度を表す値として制御部４０へ出力する。処理部３０の詳細については後述する。

制御部４０は、光源駆動回路１３と電気的に接続されており、光源駆動回路１３を制御することで光源１１_１〜１１_３それぞれを所定の照射期間に亘って発光させる。制御部４０は、処理部３０と電気的に接続されており、処理部３０の動作を制御するとともに、処理部３０から出力されるデジタル値を入力して、各試料で発生した蛍光の強度を求め、この蛍光強度に基づいて試料の解析を行う。制御部４０は、これらのデジタル値、蛍光強度および解析結果を記憶部７０に記憶させる。制御部４０は、上記の制御や解析を行うＣＰＵを含み、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートデバイス、マイクロコンピュータ、あるいはクラウドサーバなどのコンピュータである。なお、制御部４０と他の構成要素との間の接続は、有線に限らず無線であってもよく、また、ネットワーク通信による接続を含んでいてもよい。

制御部４０は、照射部１０の各光源１１_ｎの照射期間を指示する同期信号を発生して、この同期信号を照射部１０および処理部３０それぞれへ出力する。照射部１０の光源駆動回路１３は、制御部４０から出力された同期信号に基づいて各光源１１_ｎから互いに異なる照射期間に亘って照射光を出力する。処理部３０は、制御部４０から出力された同期信号に基づいてアナログ値からデジタル値への変換処理を行う。この同期信号は、周期的なクロック信号であってもよいし、各動作タイミングを直截的に指示するトリガ信号であってもよい。同期信号がクロック信号である場合、光源駆動回路１３および処理部３０それぞれは、該クロック信号のパルスをカウントして、所定のカウント値に達したことを受けて各動作タイミングを決定する。なお、同期信号は、制御部４０から出力されなくてもよく、光源駆動回路１３および処理部３０のうちの何れか一方が発生して他方に出力してもよい。

入力部５０は、制御部４０と電気的に接続されており、計測条件、計測開始および計測終了などの入力を受け付ける。入力部５０は、例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーンなどである。入力部５０は、モーメンタリースイッチやオルタネートスイッチのような単純なオン／オフを制御部４０に伝えるものでもよい。

表示部６０は、制御部４０と電気的に接続されており、計測条件や計測結果を表示する。表示部６０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、タッチスクリーンなどである。また、表示部６０は、ＬＥＤ等の発光素子の点灯／消灯により表示をするものであってもよい。

記憶部７０は、制御部４０と電気的に接続されており、制御部４０から出力された蛍光強度および解析結果などを記憶する。記憶部７０は、例えば、内部メモリや外部ストレージなどである。

次に、図２を用いて本実施形態の光計測装置１の要部構成について説明する。以降では各光検出器２１_ｎがフォトダイオードであるとして説明する。各光検出器２１_ｎのカソードは接地電位とされ、各光検出器２１_ｎのアノードは共通にされている。各光検出器２１_ｎは、光の入射に応じて電荷を発生させ、その電荷に応じた電流を検出信号としてアノードから処理部３０へ出力する。各光検出器２１_ｎにおいて単位時間当たりに発生する電荷の量は、受光した光の強度に応じた電流値（アナログ値）である。

処理部３０は、信号変換器３１およびＡＤ変換器３３を含む。信号変換器３１は、光検出器２１_１〜２１_３それぞれのアノードと電気的に接続される入力端子Ｔを有する。その入力端子Ｔには、光検出器２１_１〜２１_３それぞれから出力される電流値（検出信号）がアナログ値として共通に入力される。信号変換器３１は、照射部１０の各光源１１_ｎが照射光（励起光）を出力している照射期間に入力端子Ｔに入力されるアナログ値を入力し、その入力されるアナログ値に応じた電圧値を出力する。ＡＤ変換器３３は、信号変換器３１と電気的に接続されており、信号変換器３１から出力される電圧値を入力する。ＡＤ変換器３３は、この入力した電圧値（アナログ値）をデジタル値に変換し、該光源１１_ｎに対応する試料において発生する発生光（蛍光）の強度を表す値として該デジタル値を出力する。

信号変換器３１は、図２に示されるように、アンプ３１１、容量部３１２およびスイッチ３１３を含む積分器の構成とすることができる。アンプ３１１は、反転入力端子、非反転入力端子および出力端子を有する。アンプ３１１の非反転入力端子は接地電位とされる。アンプ３１１の反転入力端子は、検出部２０の光検出器２１_１〜２１_３それぞれのアノードと電気的に接続されている。アンプ３１１の出力端子は、ＡＤ変換器３３のサンプルホールド回路３３１と電気的に接続されている。容量部３１２およびスイッチ３１３は、互いに並列的に接続されて、アンプ３１１の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。

この信号変換器３１では、スイッチ３１３がオン状態であると、容量部３１２の電荷蓄積が初期化され、アンプ３１１の出力端子の電圧値も初期化される。スイッチ３１３がオフ状態であると、アンプ３１１の反転入力端子に入力される検出信号に基づいて容量部３１２に電荷が蓄積されていき、その容量部３１２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値がアンプ３１１の出力端子から出力される。アンプ３１１から出力された電圧値は、ＡＤ変換器３３のサンプルホールド回路３３１により保持される。サンプルホールド回路３３１によって保持された電圧値は、ＡＤ変換器３３へ出力され、ＡＤ変換器３３によりデジタル信号に変換される。なお、サンプルホールド回路は、ＡＤ変換器３３に内蔵されなくてもよい。この場合、サンプルホールド回路は、アンプ３１１の出力端子及びＡＤ変換器３３それぞれと電気的に接続される。このような積分器の構成を有する信号変換器３１において電荷蓄積期間の長さ及び容量部３１２の容量値を適切に設定することにより、高感度の光検出を行うことができる。

次に、本実施形態の光計測装置１の動作例および本実施形態の光計測方法について説明する。本実施形態の光計測方法は、光計測装置１を用いて、試料容器２_１〜２_３それぞれに入れられた試料への励起光の照射によって発生する蛍光の強度を計測するものである。

図３は、本実施形態の光計測装置１の動作例を示すタイミングチャートである。この動作は、同期ステップにおいて制御部４０から出力される同期信号に基づいて行われる。この図には、上から順に、光源１１_１〜１１_３それぞれの出力、光検出器２１_１〜２１_３それぞれの出力、信号変換器３１の出力およびサンプルホールド回路３３１の出力が示されている。また、この図には２サイクル分の動作が示されているが、以降のサイクルでも同様である。

光照射ステップにおいて、期間Ｔ_１１（時刻ｔ_１０〜ｔ_１２）に光源１１_１が照射光を出力し、この期間Ｔ_１１に続く期間Ｔ_１２（時刻ｔ_１２〜ｔ_１４）に光源１１_２が照射光を出力し、この期間Ｔ_１２に続く期間Ｔ_１３（時刻ｔ_１４〜ｔ_２０）に光源１１_３が照射光を出力する。さらに、この期間Ｔ_１３に続く期間Ｔ_２１（時刻ｔ_２０〜ｔ_２２）に光源１１_１が照射光を出力し、この期間Ｔ_２１に続く期間Ｔ_２２（時刻ｔ_２２〜ｔ_２４）に光源１１_２が照射光を出力し、この期間Ｔ_２２に続く期間Ｔ_２３（時刻ｔ_２４〜ｔ_３０）に光源１１_３が照射光を出力する。期間Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３，Ｔ_２１，Ｔ_２２，Ｔ_２３は、互いに重なることはない。このように、光源１１_１〜１１_３は、互いに異なる照射期間に亘って照射光（励起光）を出力する。

光検出ステップにおいて、光検出器２１_１〜２１_３は、互いに異なる期間に亘って発生光（蛍光）を受光して当該受光強度に応じた値の検出信号を出力する。すなわち、期間Ｔ_１１に光検出器２１_１が蛍光を受光し、期間Ｔ_１２に光検出器２１_２が蛍光を受光し、期間Ｔ_１３に光検出器２１_３が蛍光を受光する。さらに、期間Ｔ_２１に光検出器２１_１が蛍光を受光し、期間Ｔ_２２に光検出器２１_２が蛍光を受光し、期間Ｔ_２３に光検出器２１_３が蛍光を受光する。光検出器２１_１〜２１_３それぞれから出力される検出信号は、信号変換器３１の入力端子Ｔ（アンプ３１１の反転入力端子）に共通に入力される。

信号処理ステップにおいて、期間Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３，Ｔ_２１，Ｔ_２２，Ｔ_２３それぞれの初期に、信号変換器３１のスイッチ３１３がオン状態となり、容量部３１２の電荷蓄積が初期化され、アンプ３１１の出力端子の電圧値も初期化される。初期化後、信号変換器３１のスイッチ３１３がオフ状態となり、アンプ３１１の反転入力端子に入力される検出信号に基づいて容量部３１２に電荷が蓄積されていき、その容量部３１２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値がアンプ３１１の出力端子から出力される（信号変換ステップ）。期間Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３，Ｔ_２１，Ｔ_２２，Ｔ_２３それぞれにおいて、信号変換器３１から出力される電圧値の増加速度は、信号変換器３１の入力端子Ｔに入力される検出信号の値に応じたものであり、各光検出器が受光した蛍光の強度に応じたものである。

期間Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３，Ｔ_２１，Ｔ_２２，Ｔ_２３それぞれの末期に、信号変換器３１から出力される電圧値（アナログ値）がＡＤ変換器３３のサンプルホールド回路３３１により保持され、一定期間に亘ってサンプルホールド回路３３１から出力される。そして、ＡＤ変換器３３によりデジタル値に変換され、該デジタル値がＡＤ変換器３３から出力される（ＡＤ変換ステップ）。ＡＤ変換器３３から出力されたデジタル値は制御部４０へ転送される。

期間Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３，Ｔ_２１，Ｔ_２２，Ｔ_２３それぞれは、信号変換器３１から出力される電圧値の増加を十分なＳＮ比で観測することができる時間であればよく、例えば１ミリ秒〜１分であるのが好ましい。例えば、各期間が３秒であるとすると、３つの試料について１回ずつ計測を行う１サイクルの計測時間は９秒となる。

光源１１_１が照射光を出力している期間Ｔ_１１，Ｔ_２１では、試料容器２_１に入れられた試料で蛍光が発生すると、その蛍光を受光した光検出器２１_１から出力される検出信号が処理部３０に入力されて、その検出信号の値がデジタル値に変換される。光源１１_２が照射光を出力している期間Ｔ_１２，Ｔ_２２では、試料容器２_２に入れられた試料で蛍光が発生すると、その蛍光を受光した光検出器２１_２から出力される検出信号が処理部３０に入力されて、その検出信号の値がデジタル値に変換される。また、光源１１_３が照射光を出力している期間Ｔ_１３，Ｔ_２３では、試料容器２_３に入れられた試料で蛍光が発生すると、その蛍光を受光した光検出器２１_３から出力される検出信号が処理部３０に入力されて、その検出信号の値がデジタル値に変換される。

信号変換器３１およびＡＤ変換器３３を含む処理部３０の信号処理は、各光源１１_ｎの照射光出力と同期して行われる。制御部４０は、各光源１１_ｎの照射光出力と処理部３０の信号処理とを互いに同期して制御することで、処理部３０から出力されるデジタル値がどの試料で発生した蛍光の強度を表すものであるかを把握することができる。したがって、３つの試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測することができる。また、３つの測定光学系３_１〜３_３に対して１つの処理部３０を設ければよいので、装置構成を簡便にできる。

図４は、本実施形態の光計測装置１の他の動作例を示すタイミングチャートである。この動作も、制御部４０から出力される同期信号に基づいて行われる。この図にも、上から順に、光源１１_１〜１１_３それぞれの出力、光検出器２１_１〜２１_３それぞれの出力、信号変換器３１の出力およびＡＤ変換器３３の出力が示されている。また、この図にも２サイクル分の動作が示されているが、以降のサイクルでも同様である。

期間Ｔ_１１（時刻ｔ_１０〜ｔ_１１）に光源１１_１が照射光を出力し、この期間Ｔ_１１の後の期間Ｔ_１２（時刻ｔ_１２〜ｔ_１３）に光源１１_２が照射光を出力し、この期間Ｔ_１２の後の期間Ｔ_１３（時刻ｔ_１４〜ｔ_１５）に光源１１_３が照射光を出力する。さらに、この期間Ｔ_１３の後の期間Ｔ_２１（時刻ｔ_２０〜ｔ_２１）に光源１１_１が照射光を出力し、この期間Ｔ_２１の後の期間Ｔ_２２（時刻ｔ_２２〜ｔ_２３）に光源１１_２が照射光を出力し、この期間Ｔ_２２の後の期間Ｔ_２３（時刻ｔ_２４〜ｔ_２５）に光源１１_３が照射光を出力する。期間Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３，Ｔ_２１，Ｔ_２２，Ｔ_２３は、互いに重なることはない。このように、光源１１_１〜１１_３は、互いに異なる照射期間に亘って照射光（励起光）を出力する。

この動作例では、照射期間Ｔ_１１と次の照射期間Ｔ_１２との間の待ち期間（時刻ｔ_１１〜ｔ_１２）、照射期間Ｔ_１２と次の照射期間Ｔ_１３との間の待ち期間（時刻ｔ_１３〜ｔ_１４）、照射期間Ｔ_１３と次の照射期間Ｔ_２１との間の待ち期間（時刻ｔ_１５〜ｔ_２０）、照射期間Ｔ_２１と次の照射期間Ｔ_２２との間の待ち期間（時刻ｔ_２１〜ｔ_２２）、照射期間Ｔ_２２と次の照射期間Ｔ_２３との間の待ち期間（時刻ｔ_２３〜ｔ_２４）および照射期間Ｔ_２３と次の照射期間との間の待ち期間（時刻ｔ_２５〜ｔ_３０）では、光源１１_１〜１１_３の何れも照射光（励起光）を出力しない。これらの待ち期間に、ＡＤ変換器３３から出力されたデジタル値は制御部４０へ転送される。

この動作例では、例えば、光源１１_１が照射光（励起光）を出力する期間Ｔ_１１（時刻ｔ_１０〜ｔ_１１）が終了した後に、該光源１１_１に対応する試料から遅延蛍光が発生しても、その遅延蛍光の発生は待ち期間（時刻ｔ_１１〜ｔ_１２）のうちに無くなるので、次の期間Ｔ_１２（時刻ｔ_１２〜ｔ_１３）における光源１１_２からの照射光（励起光）の照射により試料で発生する蛍光の検出に影響はない。

次に、処理部３０の信号変換器３１の他の構成例、および、処理部３０の他の構成例について説明する。

図５は、処理部３０の信号変換器３１の他の構成例を示す図である。この図に示される他の構成例の信号変換器３１Ａは、アンプ３１１、容量部３１２およびスイッチ３１４〜３１８を含む積分器の構成である。アンプ３１１は、反転入力端子、非反転入力端子および出力端子を有する。アンプ３１１の非反転入力端子は接地電位とされる。スイッチ３１４は、検出部２０の光検出器２１_１〜２１_３それぞれのアノードとアンプ３１１の反転入力端子との間に設けられている。スイッチ３１５は、アンプ３１１の反転入力端子と非反転入力端子との間に設けられている。容量部３１２の一端は、アンプ３１１の反転入力端子と接続されている。容量部３１２の他端は、スイッチ３１６を介してアンプ３１１の出力端子と接続され、また、スイッチ３１７を介して基準電位Ｖrefが入力される。スイッチ３１８は、アンプ３１１の出力端子とサンプルホールド回路３３１との間に設けられている。

この信号変換器３１Ａでは、スイッチ３１４，３１６がオフ状態であって、スイッチ３１５，３１７がオン状態であると、容量部３１２の両端の間の電圧がＶrefに初期化される。スイッチ３１４，３１６がオン状態であって、スイッチ３１５，３１７がオフ状態であると、アンプ３１１の反転入力端子に入力される検出信号に基づいて容量部３１２に電荷が蓄積されていき、その容量部３１２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値がアンプ３１１の出力端子から出力される。スイッチ３１４がオフ状態に転じると、容量部３１２への電荷の蓄積が終了する。スイッチ３１８がオン状態であると、アンプ３１１の出力端子から出力された電圧値は、サンプルホールド回路３３１により保持され、一定期間に亘ってサンプルホールド回路３３１からＡＤ変換器３３に出力される。

図６は、処理部３０の信号変換器３１の更に他の構成例を示す図である。この図に示される更に他の構成例の信号変換器３１Ｂは、アンプ３１１および抵抗器３１９を含む電流電圧変換器の構成である。アンプ３１１は、反転入力端子、非反転入力端子および出力端子を有する。アンプ３１１の非反転入力端子は接地電位とされる。抵抗器３１９は、アンプ３１１の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。この信号変換器３１Ｂでは、アンプ３１１の反転入力端子に入力される検出信号の電流値に応じた電圧値が出力端子から出力される。

図７は、信号変換器３１Ｂを用いた場合の光計測装置１の動作例を示すタイミングチャートである。この動作も、制御部４０から出力される同期信号に基づいて行われる。この図にも、上から順に、光源１１_１〜１１_３それぞれの出力、光検出器２１_１〜２１_３それぞれの出力、信号変換器３１Ｂの出力およびサンプルホールド回路３３１の出力が示されている。また、この図にも２サイクル分の動作が示されているが、以降のサイクルでも同様である。

図７に示される動作例における光源１１_１〜１１_３それぞれの出力および光検出器２１_１〜２１_３それぞれの出力は、図３に示された動作例の場合と同じである。図７に示される動作例では、期間Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３，Ｔ_２１，Ｔ_２２，Ｔ_２３それぞれにおいて、信号変換器３１Ｂの出力端子から出力される電圧値は、信号変換器３１Ｂのアンプ３１１の反転入力端子に入力される検出信号の電流値に応じたものである。各期間において、信号変換器３１Ｂの入力電流値が一定であれば、信号変換器３１Ｂの出力電圧値も一定である。この場合、各期間内の任意のタイミングで信号変換器３１Ｂから出力される電圧値（アナログ値）がサンプルホールド回路３３１により保持され、一定期間に亘ってサンプルホールド回路３３１からＡＤ変換器３３へ出力される。その後、ＡＤ変換器３３により、サンプルホールド回路３３１から出力された電圧値がデジタル値に変換され、該デジタル値がＡＤ変換器３３から出力される。ＡＤ変換器３３から出力されたデジタル値は制御部４０へ転送される。

図８は、処理部３０の他の構成例を示す図である。この図に示される他の構成例の処理部３０Ａは、信号変換器３１、信号変換器３２、ＡＤ変換器３３、スイッチ３４およびスイッチ３５を含む。

信号変換器３１は、図２に示されたものと同様に、アンプ３１１、容量部３１２およびスイッチ３１３を含む積分器の構成を有する。信号変換器３２も、同様に、アンプ３２１、容量部３２２およびスイッチ３２３を含む積分器の構成を有する。

スイッチ３４は、信号変換器３１の入力端子Ｔ１（アンプ３１１の反転入力端子）および信号変換器３２の入力端子Ｔ２（アンプ３２１の反転入力端子）のうちの何れか一方を選択して、その選択した入力端子と検出部２０の光検出器２１_１〜２１_３それぞれのアノードとを電気的に接続する。スイッチ３５は、信号変換器３１の出力端子（アンプ３１１の出力端子）および信号変換器３２の出力端子（アンプ３２１の出力端子）のうちの何れか一方を選択して、その選択した出力端子とサンプルホールド回路３３１とを電気的に接続する。スイッチ３４およびスイッチ３５は、制御部４０により接続状態が制御される。

図９は、処理部３０Ａを用いた場合の光計測装置１の動作例を示すタイミングチャートである。この動作も、制御部４０から出力される同期信号に基づいて行われる。この図には、上から順に、光源１１_１〜１１_３それぞれの出力、スイッチ３４の接続状態、スイッチ３５の接続状態、信号変換器３１の動作、信号変換器３２の動作およびＡＤ変換器３３の動作が示されている。

期間Ｔ_１１（時刻ｔ_１０〜ｔ_１２）に、光源１１_１が照射光を出力し、光検出器２１_１が蛍光を受光し、スイッチ３４により信号変換器３１の入力端子Ｔ１が各光検出器２１_ｎと接続される。この期間Ｔ_１１の初期に、信号変換器３１のスイッチ３１３がオン状態となり、容量部３１２の電荷蓄積が初期化され、アンプ３１１の出力端子の電圧値も初期化される。初期化後、信号変換器３１のスイッチ３１３がオフ状態となり、アンプ３１１の反転入力端子に入力される検出信号に基づいて容量部３１２に電荷が蓄積されていき、その容量部３１２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値がアンプ３１１の出力端子から出力される。

この期間Ｔ_１１に続く期間Ｔ_１２（時刻ｔ_１２〜ｔ_１４）に、スイッチ３４により信号変換器３１の入力端子Ｔ１が各光検出器２１_ｎから切り離されて、信号変換器３１の出力電圧値が確定される。また、この期間Ｔ_１２に、スイッチ３５により信号変換器３１の出力端子がサンプルホールド回路３３１と接続されて、信号変換器３１の出力電圧値がサンプルホールド回路３３１により保持される。この期間Ｔ_１２に、ＡＤ変換器３３によりＡＤ変換処理が行われてデジタル値が制御部４０へ出力される。このとき出力されるデジタル値は、光検出器２１_１の検出信号値に応じたものである。

また、期間Ｔ_１２に、光源１１_２が照射光を出力し、光検出器２１_２が蛍光を受光し、スイッチ３４により信号変換器３２の入力端子Ｔ２が各光検出器２１_ｎと接続される。この期間Ｔ_１２の初期に、信号変換器３２のスイッチ３２３がオン状態となり、容量部３２２の電荷蓄積が初期化され、アンプ３２１の出力端子の電圧値も初期化される。初期化後、信号変換器３２のスイッチ３２３がオフ状態となり、アンプ３２１の反転入力端子に入力される検出信号に基づいて容量部３２２に電荷が蓄積されていき、その容量部３２２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値がアンプ３２１の出力端子から出力される。

この期間Ｔ_１２に続く期間Ｔ_１３（時刻ｔ_１４〜ｔ_２０）に、スイッチ３４により信号変換器３２の入力端子Ｔ２が各光検出器２１_ｎから切り離されて、信号変換器３２の出力電圧値が確定される。また、この期間Ｔ_１３に、スイッチ３５により信号変換器３２の出力端子がサンプルホールド回路３３１と接続されて、信号変換器３２の出力電圧値がサンプルホールド回路３３１により保持される。この期間Ｔ_１３に、ＡＤ変換器３３によりＡＤ変換処理が行われてデジタル値が制御部４０へ出力される。このとき出力されるデジタル値は、光検出器２１_２の検出信号値に応じたものである。

また、期間Ｔ_１３に、光源１１_３が照射光を出力し、光検出器２１_３が蛍光を受光し、スイッチ３４により信号変換器３１の入力端子Ｔ１が各光検出器２１_ｎと接続される。この期間Ｔ_１３の初期に、信号変換器３１のスイッチ３１３がオン状態となり、容量部３１２の電荷蓄積が初期化され、アンプ３１１の出力端子の電圧値も初期化される。初期化後、信号変換器３１のスイッチ３１３がオフ状態となり、アンプ３１１の反転入力端子に入力される検出信号に基づいて容量部３１２に電荷が蓄積されていき、その容量部３１２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値がアンプ３１１の出力端子から出力される。

この期間Ｔ_１３に続く期間Ｔ_２１（時刻ｔ_２０〜ｔ_２２）に、スイッチ３４により信号変換器３１の入力端子Ｔ１が各光検出器２１_ｎから切り離されて、信号変換器３１の出力電圧値が確定される。また、この期間Ｔ_２１に、スイッチ３５により信号変換器３１の出力端子がサンプルホールド回路３３１と接続されて、信号変換器３１の出力電圧値がサンプルホールド回路３３１により保持される。この期間Ｔ_２１に、ＡＤ変換器３３によりＡＤ変換処理が行われてデジタル値が制御部４０へ出力される。このとき出力されるデジタル値は、光検出器２１_３の検出信号値に応じたものである。

以降の動作も同様である。この構成例では、光源１１_１〜１１_３それぞれの照射期間に同期して２つの信号変換器３１，３２が交互に検出信号を入力して電荷蓄積を行う。一方の信号変換器が検出信号を入力して電荷蓄積を行っている期間に、ＡＤ変換器３３は、一つ前の期間に電荷蓄積を行った他方の信号変換器の出力電圧値をデジタル値に変換して該デジタル値を出力する。したがって、ＡＤ変換器３３によって一方の信号変換器の出力電圧値をデジタル信号に変換している間でも、他方の信号変換器による電荷蓄積を行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。光源および光検出器などを含む測定光学系の数は、上記実施形態では３としたが、２であってもよいし、４以上であってもよい。光が照射された試料において発生する発生光は、上記実施形態では蛍光であるとしたが、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光であってもよい。光源から出力される光のうち特定波長の光を選択的に透過させるフィルタや、試料で発生した光のうち特定波長の光を選択的に透過させるフィルタは、必要に応じて設ければよい。

測定光学系における光源、試料容器、光検出器、その他の光学系の配置や構成は、上記実施形態に限られない。例えば、光源から試料容器まで照射光を光ファイバにより導光してもよいし、試料容器から光検出器まで発生光を光ファイバにより導光してもよい。また、図１０に示されるように、光源１１_ｎおよび光検出器２１_ｎなどを含む測定光学系３_ｎにおいて、試料容器２_ｎと光検出器２１_ｎとの間に、蛍光透過フィルタ２２_ｎに加えてレンズ２３_ｎ，２４_ｎが設けられてもよい。蛍光透過フィルタ２２_ｎはレンズ２３_ｎとレンズ２４_ｎとの間に設けられるのが好ましい。この構成例では、試料で発生した蛍光を選択的に光検出器２１_ｎへ導光するためのレンズ２３_ｎ，２４_ｎが設けられていることにより、励起光またはその散乱光が光検出器２１_ｎへ入射することを抑制することができる。

１…光計測装置、２_１〜２_３…試料容器、３_１〜３_３…測定光学系、１０…照射部、１１_１〜１１_３…光源、１２_１〜１２_３…励起光透過フィルタ、１３…光源駆動回路、２０…検出部、２１_１〜２１_３…光検出器、２２_１〜２２_３…蛍光透過フィルタ、３０，３０Ａ…処理部、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３２…信号変換器、３３…ＡＤ変換器、４０…制御部、５０…入力部、６０…表示部、７０…記憶部。

Claims (11)

1. 複数の試料それぞれへの光の照射に応じて前記複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測する装置であって、
   前記複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光源を含み、各光源から、互いに異なる照射期間に亘って、対応する試料に照射される照射光を出力する照射部と、
   前記複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光検出器を含み、各光検出器により、対応する試料において前記照射光の照射に応じて発生する発生光の強度を検出して検出信号を出力する検出部と、
   前記複数の光検出器それぞれから出力される検出信号がアナログ値として共通に入力される入力端子を有し、前記照射部の各光源が前記照射光を出力している照射期間に前記入力端子に入力されるアナログ値を入力し、このアナログ値に応じたデジタル値を、該光源に対応する試料において発生する発生光の強度を表す値として出力する処理部と、
   を備え、
   前記照射部は、各光源の照射期間を指示する同期信号に基づいて各光源から互いに異なる照射期間に亘って前記照射光を出力し、
   前記処理部は、前記同期信号に基づいてアナログ値からデジタル値への変換処理を行う、
   光計測装置。
2. 前記同期信号を前記照射部および前記処理部へ出力する制御部を更に備える、
   請求項１に記載の光計測装置。
3. 前記処理部は、前記入力端子に入力される検出信号の値に応じた電圧値を出力する信号変換器と、前記信号変換器から出力される電圧値をデジタル値に変換して該デジタル値を出力するＡＤ変換器と、を含む、
   請求項１または２に記載の光計測装置。
4. 前記信号変換器は、前記入力端子に入力される検出信号に基づいて電荷を蓄積する容量部を有し、蓄積された電荷量に応じた電圧値を出力する積分器を含む、
   請求項３に記載の光計測装置。
5. 前記信号変換器は第１の積分器である前記積分器と第２の積分器である前記積分器を含み、
   前記第１の積分器及び前記第２の積分器は、前記複数の光源それぞれの前記照射期間に同期して交互に前記検出信号を入力する、
   請求項４に記載の光計測装置。
6. 複数の試料それぞれへの光の照射に応じて前記複数の試料それぞれにおいて発生する光の強度を計測する方法であって、
   前記複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光源を含む照射部において、各光源から、互いに異なる照射期間に亘って、対応する試料に照射される照射光を出力する光照射ステップと、
   前記複数の試料に対し一対一に対応して設けられた複数の光検出器を含む検出部において、各光検出器により、対応する試料において前記照射光の照射に応じて発生する発生光の強度を検出して検出信号を出力する光検出ステップと、
   前記複数の光検出器それぞれから出力される検出信号がアナログ値として共通に入力される入力端子を有する処理部において、前記照射部の各光源が前記照射光を出力している照射期間に前記入力端子に入力されるアナログ値を入力し、このアナログ値に応じたデジタル値を、該光源に対応する試料において発生する発生光の強度を表す値として出力する信号処理ステップと、
   を含み、
   前記光照射ステップにおいて、各光源の照射期間を指示する同期信号に基づいて各光源から互いに異なる照射期間に亘って前記照射光を出力し、
   前記信号処理ステップにおいて、前記同期信号に基づいてアナログ値からデジタル値への変換処理を行う、
   光計測方法。
7. 前記同期信号を前記照射部および前記処理部へ出力する同期ステップを更に含む、
   請求項６に記載の光計測方法。
8. 前記信号処理ステップは、前記入力端子に入力される検出信号の値に応じた電圧値を出力する信号変換ステップと、出力された前記電圧値をデジタル値に変換して該デジタル値を出力するＡＤ変換ステップと、を含む、
   請求項６または７に記載の光計測方法。
9. 前記信号変換ステップにおいて、積分器を用いて、前記入力端子に入力される検出信号に基づいて電荷を蓄積し、蓄積された電荷量に応じた電圧値を出力する、
   請求項８に記載の光計測方法。
10. 前記信号変換ステップにおいて、２つの前記積分器を用いて、前記複数の光源それぞれの前記照射期間に同期して交互に前記検出信号を入力して電荷蓄積を行う、
    請求項９に記載の光計測方法。
11. 前記発生光は、蛍光、透過光、反射光、散乱光、または、非線形光学現象により発生する光である、
    請求項６〜１０の何れか１項に記載の光計測方法。

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