Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP5083147B2 - Biopolymer detector - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5083147B2 - Biopolymer detector - Google Patents

Biopolymer detector Download PDF

Info

Publication number
JP5083147B2
JP5083147B2 JP2008248565A JP2008248565A JP5083147B2 JP 5083147 B2 JP5083147 B2 JP 5083147B2 JP 2008248565 A JP2008248565 A JP 2008248565A JP 2008248565 A JP2008248565 A JP 2008248565A JP 5083147 B2 JP5083147 B2 JP 5083147B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light receiving
light
solid
state imaging
imaging device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008248565A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010078505A (en
Inventor
光史 岩館
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP2008248565A priority Critical patent/JP5083147B2/en
Publication of JP2010078505A publication Critical patent/JP2010078505A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5083147B2 publication Critical patent/JP5083147B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

本発明は、固体撮像デバイスを用いた生体高分子検出装置に関する。   The present invention relates to a biopolymer detection apparatus using a solid-state imaging device.

近年、様々な生物種の遺伝子の発現解析を行っている。遺伝子の発現解析とは、細胞で発現している遺伝子を同定することであり、具体的には、遺伝子をコードするDNAから転写されているmRNAを同定することである。   In recent years, we have been analyzing gene expression of various species. Gene expression analysis is to identify a gene expressed in a cell, and specifically, to identify mRNA transcribed from DNA encoding the gene.

遺伝子の発現解析のためにDNAマイクロアレイ及びその読取装置が開発されている。DNAマイクロアレイは、プローブとなる既知の塩基配列のcDNAをスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである(例えば特許文献1参照)。ここで、既知の塩基配列のcDNAとしては、検体において既知のmRNAと同一、またはその一部と同一の塩基配列のcDNAが用いられる。DNAマイクロアレイ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。   A DNA microarray and its reader have been developed for gene expression analysis. A DNA microarray is obtained by aligning and fixing cDNA having a known base sequence serving as a probe in a matrix on a solid support such as a slide glass (see, for example, Patent Document 1). Here, as a cDNA having a known base sequence, a cDNA having the same base sequence as that of a known mRNA in a specimen or a part thereof is used. Gene expression analysis using a DNA microarray and its reader is performed as follows.

まず、複数種類の配列既知のcDNA(以下、プローブDNAという)をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたDNAマイクロアレイを準備する。次に、検体からmRNAを抽出し、逆転写酵素を用いて蛍光物質で標識したcDNA(以下、サンプルDNAという)を合成する。次に、サンプルDNAを蛍光物質で標識化してからDNAマイクロアレイ上に添加すると、サンプルDNAが相補的なプローブDNAとハイブリダイズすることによりDNAマイクロアレイ上に固定される。サンプルDNAを標識する蛍光物質は励起されるとサンプルDNAが結合したプローブDNAの位置から蛍光を発することになる。   First, a DNA microarray is prepared in which a plurality of types of cDNAs with known sequences (hereinafter referred to as probe DNA) are aligned and fixed on a solid support such as a slide glass. Next, mRNA is extracted from the specimen, and cDNA labeled with a fluorescent substance (hereinafter referred to as sample DNA) is synthesized using reverse transcriptase. Next, when the sample DNA is labeled with a fluorescent substance and then added to the DNA microarray, the sample DNA is immobilized on the DNA microarray by hybridizing with the complementary probe DNA. When excited, the fluorescent substance that labels the sample DNA emits fluorescence from the position of the probe DNA to which the sample DNA is bound.

次いで、DNAマイクロアレイを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、励起光の照射点をDNAマイクロアレイに対して二次元的に移動し、それと共に集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってDNAマイクロアレイを二次元走査する。励起光により励起された蛍光物質から発した蛍光を集光レンズで集光させ、蛍光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、DNAマイクロアレイの面内の蛍光強度分布を計測し、これにより、DNAマイクロアレイ上の蛍光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で蛍光強度が大きい部分には、プローブDNAの塩基配列と相補的な塩基配列を有したサンプルDNAが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって、配列既知のmRNAのうち、どれが検体で発現しているかを同定することができる。また、mRNAの定量値を指標として、疾病に罹患しているか否かを診断したり、mRNAを定量することにより、腫瘍細胞が抗癌剤に対して感受性があるかを判定することができる(特許文献2、3)。
特開2002−286643号公報 特許第3507884号公報 特許第4058263号公報
Next, the DNA microarray is set in a reader and analyzed by the reader. The reader moves the irradiation point of excitation light two-dimensionally with respect to the DNA microarray, and simultaneously scans the DNA microarray two-dimensionally with a condenser lens and a photomultiplier. The fluorescence emitted from the fluorescent material excited by the excitation light is collected by a condensing lens, and the fluorescence intensity is measured by a photomultiplier to measure the fluorescence intensity distribution in the surface of the DNA microarray. The fluorescence intensity distribution on the microarray is output as a two-dimensional image. In the output image, the portion having high fluorescence intensity indicates that sample DNA having a base sequence complementary to the base sequence of the probe DNA is included. Therefore, it is possible to identify which mRNA of the known sequence is expressed in the specimen depending on which part of the two-dimensional image has high fluorescence intensity. Moreover, it is possible to determine whether a tumor cell is sensitive to an anticancer drug by diagnosing whether or not the patient is afflicted with a disease using the quantitative value of mRNA as an index (Patent Literature). 2, 3).
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-286643 Japanese Patent No. 3507884 Japanese Patent No. 4058263

ところで、発明者等は、固体撮像デバイスの受光面にプローブDNAをスポットした生体高分子検出チップを開発している。このような生体高分子検出チップでは、固体撮像デバイスによって取得した画像データのうち受光量が相対的に多い部分のアドレスが、サンプルDNAの付着したスポットの位置に相当する。そのため、その受光量が多い部分のアドレスを特定することで、複数のスポットのうちどのスポットにサンプルDNAの付着したかを特定することができ、サンプルDNAの配列を特定することができる。かかる生体高分子検出チップではスポットが固体撮像デバイスの受光面に点在しているから、レンズ等を必要とせず、装置が小型になるという利点がある。   Incidentally, the inventors have developed a biopolymer detection chip in which probe DNA is spotted on the light receiving surface of a solid-state imaging device. In such a biopolymer detection chip, the address of the portion where the amount of received light is relatively large in the image data acquired by the solid-state imaging device corresponds to the position of the spot to which the sample DNA is attached. Therefore, by specifying the address of the portion where the amount of received light is large, it is possible to specify to which spot of the plurality of spots the sample DNA is attached, and to specify the sequence of the sample DNA. In such a biopolymer detection chip, since spots are scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device, there is an advantage that a lens or the like is not required and the apparatus is downsized.

固体撮像デバイスは、入射光量を電気信号に線型変換して出力する複数の光電変換素子を二次元アレイ状に並べたものである。固体撮像デバイスのダイナミックレンジ内では、入射光量と光電変換素子の出力値が一次関数の関係であることが好ましい。しかし、入射光量と出力値が一次関数の関係になる範囲が狭く、固体撮像デバイスのダイナミックレンジが狭い。また、ダイナミックレンジを広げる為に入射光量と光電変換素子の出力値の関係を精細に示したテーブルを作成し、当該入射光量を判定していたが、多大なデータ量を記憶する記憶装置が必要であるという課題があった。
そこで、本発明は、入射光量と出力値が一次関数の関係にない場合であっても、また、多大な記憶装置を必要とせず、良好に判定できるようにすることである。
The solid-state imaging device is a two-dimensional array in which a plurality of photoelectric conversion elements that linearly convert an incident light amount into an electric signal and output the electric signal. Within the dynamic range of the solid-state imaging device, it is preferable that the incident light amount and the output value of the photoelectric conversion element have a linear function relationship. However, the range in which the incident light amount and the output value have a linear function relationship is narrow, and the dynamic range of the solid-state imaging device is narrow. In addition, in order to widen the dynamic range, a table showing the relationship between the incident light quantity and the output value of the photoelectric conversion element in detail was created to determine the incident light quantity, but a storage device for storing a large amount of data is necessary. There was a problem of being.
Therefore, the present invention is to enable a good determination without requiring a large storage device even when the incident light amount and the output value are not in a linear function relationship.

以上の課題を解決するために、本発明によれば、生体高分子検出装置において、
受光面と、前記受光面の下において配列された複数の受光素子とを有する固体撮像デバイスと、
既知の生体高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面上に点在した複数種のスポットと、
前記固体撮像デバイスを駆動することによって、前記受光素子で光電変換が行われる光センシング時間において前記受光素子の入射光量に応じた出力値を出力するとともに、前記光センシング時間を変更可能な駆動回路と、
前記光センシング時間を第1時間とした場合における前記受光素子の出力値及び前記光センシング時間を第2時間とした場合における前記受光素子の出力値の加重平均を求めるコントローラと、を備えることを特徴とする。
前記コントローラは、前記加重平均と前記加重平均から求められた線形近似との乖離率は、−5%〜5%とするような、前記加重平均を求めることが好ましい。
前記コントローラは、前記加重平均から線形近似の回帰方程式を求めることが好ましい。
前記コントローラは、前記加重平均から求められた線形近似の回帰方程式に基づいて前記受光素子の入射光量を求めるが好ましい。
前記加重平均から線形近似の回帰方程式の傾き及び切片を記憶した記憶装置を有することが好ましい。
前記記憶装置から傾きと切片を読み出し、計測時の前記加重平均値によって、入射光量値を求めることを特徴とする。
予め標準の分子量に相当する蛍光物質の入射光量値を測定して標準値としておくことで、当該mRNA量は、当該入射光量値と標準入射光量値との比率で当該分子量を定量化できることを特徴とする。
In order to solve the above problems, according to the present invention, in the biopolymer detection apparatus,
A solid-state imaging device having a light receiving surface and a plurality of light receiving elements arranged below the light receiving surface;
A plurality of types of spots made of known biopolymers and scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device,
A driving circuit capable of outputting an output value corresponding to the amount of incident light of the light receiving element during the optical sensing time in which photoelectric conversion is performed by the light receiving element by driving the solid-state imaging device, and changing the light sensing time; ,
A controller that obtains a weighted average of the output value of the light receiving element when the optical sensing time is the first time and the output value of the light receiving element when the optical sensing time is the second time. And
It is preferable that the controller obtains the weighted average such that a deviation rate between the weighted average and the linear approximation obtained from the weighted average is −5% to 5%.
It is preferable that the controller obtains a linear approximation regression equation from the weighted average.
It is preferable that the controller obtains the incident light quantity of the light receiving element based on a linear approximation regression equation obtained from the weighted average.
It is preferable to have a storage device that stores the slope and intercept of the regression equation of linear approximation from the weighted average.
An inclination and an intercept are read from the storage device, and an incident light amount value is obtained from the weighted average value at the time of measurement.
By measuring the incident light amount value of the fluorescent substance corresponding to the standard molecular weight in advance and setting it as a standard value, the mRNA amount can be quantified by the ratio between the incident light amount value and the standard incident light amount value. And

本発明によれば、光センシング時間を第1時間に設定した場合の光電変換素子の出力値と、光センシング時間を第2時間に設定した場合の光電変換素子の出力値とに基づいた加重平均から線形近似の回帰方程式を求めることができ、良好に判定できる。   According to the present invention, the weighted average based on the output value of the photoelectric conversion element when the optical sensing time is set to the first time and the output value of the photoelectric conversion element when the optical sensing time is set to the second time From this, a regression equation of linear approximation can be obtained, and a good judgment can be made.

以下に、本発明を実施するための好ましい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。   Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described 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.

〔1〕生体高分子検出装置の概要
図1は、本発明の実施形態における生体高分子検出装置80の主要部を示した斜視図である。
図1に示すように、この生体高分子検出装置80においては、生体高分子検出チップ1、冷却装置2及び温度センサ3が伝熱台4の上に搭載されている。伝熱台4の上方に励起光照射装置81が配設されている。
[1] Outline of Biopolymer Detection Device FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a biopolymer detection device 80 in an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in this biopolymer detection device 80, the biopolymer detection chip 1, the cooling device 2, and the temperature sensor 3 are mounted on a heat transfer table 4. An excitation light irradiation device 81 is disposed above the heat transfer table 4.

この生体高分子検出チップ1は、固体撮像デバイス10、スポット60,60,…、駆動回路70及び記憶装置82を有する。   The biopolymer detection chip 1 includes a solid-state imaging device 10, spots 60, 60,..., A drive circuit 70, and a storage device 82.

固体撮像デバイス10はその受光面を励起光照射装置81に向けた状態で熱伝導性のよい伝熱台4の上に設置される。また、固体撮像デバイス10は、伝熱台4から取り外し可能とされている。
スポット60,60,…は、固体撮像デバイス10の有効画素領域11の受光面に点着されている。スポット60,60,…は、マトリクス状に配列されている。
駆動回路70及び記憶装置82は、有効画素領域11の周囲の領域12に搭載されている。駆動回路70及び記憶装置82には、フレキシブル配線シート83が接続されている。
The solid-state imaging device 10 is installed on the heat transfer table 4 with good thermal conductivity with its light receiving surface facing the excitation light irradiation device 81. The solid-state imaging device 10 is removable from the heat transfer table 4.
The spots 60, 60,... Are spotted on the light receiving surface of the effective pixel region 11 of the solid-state imaging device 10. The spots 60, 60,... Are arranged in a matrix.
The drive circuit 70 and the storage device 82 are mounted in the area 12 around the effective pixel area 11. A flexible wiring sheet 83 is connected to the drive circuit 70 and the storage device 82.

〔2〕固体撮像デバイス
図2〜図4を用いて固体撮像デバイス10について説明する。図2は、図1における1つのスポット60を拡大した平面図である。図3は、ハイブリダイゼーションによってスポット60に残った標識化された蛍光物質の蛍光を受光するための光電変換素子である1つのダブルゲートトランジスタからなる受光素子20を示す平面図である。図4は、図3に示されたIV−IVに沿った面の矢視断面図である。
[2] Solid-State Imaging Device The solid-state imaging device 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an enlarged plan view of one spot 60 in FIG. FIG. 3 is a plan view showing the light receiving element 20 including one double gate transistor which is a photoelectric conversion element for receiving the fluorescence of the labeled fluorescent substance remaining in the spot 60 by the hybridization. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV shown in FIG.

図2に示すように、固体撮像デバイス10には、複数の受光素子20,20,…が縦横に配列されている。また、固体撮像デバイス10には、複数のボトムゲートライン41、ソースライン42、ドレインライン43及びトップゲートライン44が設けられている。   As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 10 has a plurality of light receiving elements 20, 20,. The solid-state imaging device 10 is provided with a plurality of bottom gate lines 41, source lines 42, drain lines 43, and top gate lines 44.

図4に示すように、固体撮像デバイス10は、透明基板13と、ボトムゲート絶縁膜22と、トップゲート絶縁膜29と、保護絶縁膜32と、励起光遮蔽膜33と、スポット固定層34とが積層されている。   As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device 10 includes a transparent substrate 13, a bottom gate insulating film 22, a top gate insulating film 29, a protective insulating film 32, an excitation light shielding film 33, and a spot fixing layer 34. Are stacked.

透明基板13は、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、ガラス基板(例えば、石英ガラス製の基板)、プラスチック基板(例えば、ポリカーボネート又はPMMA製の基板)その他の絶縁性透明基板である。   The transparent substrate 13 has a property of transmitting light (hereinafter referred to as “light transmissive”) and an insulating property, and is a glass substrate (for example, a quartz glass substrate), a plastic substrate (for example, made of polycarbonate or PMMA). Substrate) Other insulating transparent substrate.

ボトムゲート絶縁膜22、トップゲート絶縁膜29及び保護絶縁膜32は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜である。
励起光遮蔽膜33は、励起光照射装置81から放射される励起光(例えば、紫外線波長域の光)を遮蔽するとともに励起光と波長の異なる蛍光(例えば、可視光波長域の光)を透過する性質を有する。
スポット固定層34は、スポット60となるプローブとシランカップリング剤等によって共有結合することで、スポット60を固定する。
The bottom gate insulating film 22, the top gate insulating film 29, and the protective insulating film 32 have insulating properties and light transmissive properties, and are, for example, a silicon nitride film or a silicon oxide film.
The excitation light shielding film 33 shields excitation light (for example, light in the ultraviolet wavelength region) emitted from the excitation light irradiation device 81 and transmits fluorescence (for example, light in the visible light wavelength region) having a wavelength different from that of the excitation light. It has the property to do.
The spot fixing layer 34 fixes the spot 60 by covalently bonding the probe to be the spot 60 with a silane coupling agent or the like.

この固体撮像デバイス10においては、受光素子20が光電変換素子として利用され、受光素子20が画素である。複数の受光素子20,20,…が透明基板13上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列されている。1行、1列目の受光素子20のアドレスを(1、1)とし、n行、m列目の受光素子20のアドレスを(n、m)と設定している。これら受光素子20,20,…が保護絶縁膜32によってまとめて被覆されている。なお、図3では8行×8列の64個の受光素子20,20,…が示されているが、受光素子20の数は複数であれば、64個に限定するものではない。   In the solid-state imaging device 10, the light receiving element 20 is used as a photoelectric conversion element, and the light receiving element 20 is a pixel. A plurality of light receiving elements 20, 20,... Are arranged on the transparent substrate 13 in a two-dimensional array, particularly in a matrix. The address of the light receiving element 20 in the first row and the first column is set to (1, 1), and the address of the light receiving element 20 in the nth row and the mth column is set to (n, m). These light receiving elements 20, 20,... Are collectively covered with a protective insulating film 32. 3 shows 64 light receiving elements 20, 20,... In 8 rows × 8 columns, but the number of light receiving elements 20 is not limited to 64 as long as it is plural.

図3、図4に示すように、受光素子20は、ダブルゲートトランジスタであり、ボトムゲート電極21、ボトムゲート絶縁膜22と、半導体膜23、チャネル保護膜24、不純物半導体膜25、不純物半導体膜26、ソース電極27、ドレイン電極28、トップゲート絶縁膜29及びトップゲート電極31を有する。   As shown in FIGS. 3 and 4, the light receiving element 20 is a double gate transistor, and includes a bottom gate electrode 21, a bottom gate insulating film 22, a semiconductor film 23, a channel protective film 24, an impurity semiconductor film 25, and an impurity semiconductor film. 26, a source electrode 27, a drain electrode 28, a top gate insulating film 29, and a top gate electrode 31.

ボトムゲート電極21は透明基板13とボトムゲート絶縁膜22との間に形成されている。半導体膜23、チャネル保護膜24、不純物半導体膜25、不純物半導体膜26、ソース電極27及びドレイン電極28はボトムゲート絶縁膜22とトップゲート絶縁膜29との間に形成されている。トップゲート電極31はトップゲート絶縁膜29と保護絶縁膜32との間に形成されている。   The bottom gate electrode 21 is formed between the transparent substrate 13 and the bottom gate insulating film 22. The semiconductor film 23, the channel protective film 24, the impurity semiconductor film 25, the impurity semiconductor film 26, the source electrode 27 and the drain electrode 28 are formed between the bottom gate insulating film 22 and the top gate insulating film 29. The top gate electrode 31 is formed between the top gate insulating film 29 and the protective insulating film 32.

ボトムゲート電極21は、受光素子20ごとに透明基板13上に形成されている。また、透明基板13とボトムゲート絶縁膜22との間には、複数本のボトムゲートライン41,41,…が形成され、これらボトムゲートライン41,41,…が互いに平行となって行方向(横方向)に延在している。行方向に配列された同一の行の受光素子20,20,…のボトムゲート電極21が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。   The bottom gate electrode 21 is formed on the transparent substrate 13 for each light receiving element 20. In addition, a plurality of bottom gate lines 41, 41,... Are formed between the transparent substrate 13 and the bottom gate insulating film 22, and the bottom gate lines 41, 41,. (Horizontal direction). The bottom gate electrodes 21 of the light receiving elements 20, 20,... In the same row arranged in the row direction 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.

半導体膜23は、ボトムゲート電極21との間にボトムゲート絶縁膜22を挟んで、ボトムゲート電極21に相対している。半導体膜23は、受光素子20ごとに独立して形成されている。半導体膜23が受光部であり、半導体膜23に入射した光量に応じた量の電子−正孔対が半導体膜23内に形成される。半導体膜23は、アモルファスシリコンからなる。   The semiconductor film 23 is opposed to the bottom gate electrode 21 with the bottom gate insulating film 22 interposed between the semiconductor film 23 and the bottom gate electrode 21. The semiconductor film 23 is formed independently for each light receiving element 20. The semiconductor film 23 is a light receiving portion, and an amount of electron-hole pairs corresponding to the amount of light incident on the semiconductor film 23 is formed in the semiconductor film 23. The semiconductor film 23 is made of amorphous silicon.

チャネル保護膜24は、半導体膜23の中央部上に形成されている。チャネル保護膜24は、受光素子20ごとに独立してパターニングされたものである。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を保護するものである。半導体膜23に光が入射すると、半導体膜23で生成された電子−正孔対の担体のうちの正孔がチャネル保護膜24と半導体膜23との界面付近に蓄積される。   The channel protective film 24 is formed on the central portion of the semiconductor film 23. The channel protective film 24 is independently patterned for each light receiving element 20. 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 semiconductor film 23 from an etchant used for patterning. When light enters the semiconductor film 23, holes in the electron-hole pair carriers generated in the semiconductor film 23 are accumulated near the interface between the channel protective film 24 and the semiconductor film 23.

不純物半導体膜25は、半導体膜23の一部に重なるように形成されている。不純物半導体膜25の一部は、チャネル保護膜24に重なっている。不純物半導体膜26は、半導体膜23の別の部分に重なるように形成されている。不純物半導体膜26の一部は、チャネル保護膜24に重なっている。不純物半導体膜25,26は、受光素子20ごとに独立して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(例えば、ホスフィン)を含むアモルファスシリコン(n+シリコン)からなる。 The impurity semiconductor film 25 is formed so as to overlap a part of the semiconductor film 23. Part of the impurity semiconductor film 25 overlaps the channel protective film 24. The impurity semiconductor film 26 is formed so as to overlap another part of the semiconductor film 23. Part of the impurity semiconductor film 26 overlaps with the channel protective film 24. The impurity semiconductor films 25 and 26 are patterned independently for each light receiving element 20. The impurity semiconductor films 25 and 26 are made of amorphous silicon (n + silicon) containing n-type impurities (for example, phosphine).

ソース電極27は、不純物半導体膜25に重なっている。ドレイン電極28は、不純物半導体膜26に重なっている。ソース電極27及びドレイン電極28は受光素子20ごとに形成されている。ボトムゲート絶縁膜22とトップゲート絶縁膜29との間には、複数本のソースライン42,42,…及びドレインライン43,43,…が形成され、これらソースライン42,42,…及びドレインライン43,43,…が列方向(縦方向)に延在している。列方向に配列された同一の列の受光素子20,20,…のソース電極27は共通のソースライン42と一体となって形成されており、列方向に配列された同一の列の受光素子20,20,…のドレイン電極28は共通のドレインライン43と一体なって形成されている。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。   The source electrode 27 overlaps the impurity semiconductor film 25. The drain electrode 28 overlaps the impurity semiconductor film 26. The source electrode 27 and the drain electrode 28 are formed for each light receiving element 20. A plurality of source lines 42, 42,... And drain lines 43, 43,... Are formed between the bottom gate insulating film 22 and the top gate insulating film 29. The source lines 42, 42,. 43 extend in the column direction (vertical direction). The source electrodes 27 of the light receiving elements 20, 20,... Arranged in the column direction are formed integrally with the common source line 42, and the light receiving elements 20 in the same column arranged in the column direction. , 20,... Are formed integrally 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.

トップゲート電極31は、半導体膜23との間にチャネル保護膜24及びトップゲート絶縁膜29を挟んで、半導体膜23に相対している。トップゲート電極31は、受光素子20ごとにトップゲート絶縁膜29上に形成されている。また、トップゲート絶縁膜29と保護絶縁膜32との間には、複数本のトップゲートライン44,44,…が形成され、これらトップゲートライン44,44,…が互いに平行となって行方向に延在している。行方向に配列された同一の行の受光素子20,20,…のトップゲート電極31が共通のトップゲートライン44と一体となって形成されている。トップゲート電極31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。   The top gate electrode 31 is opposed to the semiconductor film 23 with the channel protective film 24 and the top gate insulating film 29 sandwiched between the top gate electrode 31 and the semiconductor film 23. The top gate electrode 31 is formed on the top gate insulating film 29 for each light receiving element 20. Further, a plurality of top gate lines 44, 44,... Are formed between the top gate insulating film 29 and the protective insulating film 32, and these top gate lines 44, 44,. It extends to. The top gate electrodes 31 of the light receiving elements 20, 20,... In the same row arranged in the row direction are formed integrally with the common top gate line 44. The top gate electrode 31 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).

以上のように構成された固体撮像デバイス10はスポット固定層34の表面35を受光面としており、固体撮像デバイス10が駆動されることによって受光素子20の半導体膜23に入射した光量が電気信号に変換される。   The solid-state imaging device 10 configured as described above uses the surface 35 of the spot fixing layer 34 as a light-receiving surface, and the amount of light incident on the semiconductor film 23 of the light-receiving element 20 when the solid-state imaging device 10 is driven becomes an electrical signal. Converted.

図5、図6は、受光素子20の感光特性を示したグラフである。
図5においては、横軸は、光センシング時間(単位:秒)を表し、縦軸は、受光素子20の光電変換によるドレインライン43への出力電圧に基づいて換算した出力値(単位:任意単位)であり、この出力値は、受光素子20への受光量が多いほど増大する。図5において、受光素子20への入射光量は、1.0 mcd、0.5 mcd、0.2 mcd又は0.0 mcdとした。また、光センシング時間とは、所謂露出時間である。つまり、光センシング時間は、受光素子20に光を照射して、受光素子20にキャリアが蓄積されて、受光素子20で光電変換が行われている時間をいう。
図6においては、横軸は、受光素子20への入射光量(単位:mcd)を表し、縦軸は、その入射光量による受光素子20のドレインライン43への出力電圧を換算した出力値(単位:任意単位)を表す。図6において、光センシング時間を、それぞれ1秒、3秒とした。本実施形態では、第1時間が1秒であり、第2時間が3秒である。
5 and 6 are graphs showing the photosensitive characteristics of the light receiving element 20.
In FIG. 5, the horizontal axis represents the optical sensing time (unit: second), and the vertical axis represents the output value converted based on the output voltage to the drain line 43 by photoelectric conversion of the light receiving element 20 (unit: arbitrary unit). The output value increases as the amount of light received by the light receiving element 20 increases. In FIG. 5, the amount of light incident on the light receiving element 20 is 1.0 mcd, 0.5 mcd, 0.2 mcd, or 0.0 mcd. The optical sensing time is a so-called exposure time. That is, the optical sensing time is a time during which light is irradiated to the light receiving element 20, carriers are accumulated in the light receiving element 20, and photoelectric conversion is performed in the light receiving element 20.
In FIG. 6, the horizontal axis represents the amount of light incident on the light receiving element 20 (unit: mcd), and the vertical axis represents the output value (unit) converted from the output voltage to the drain line 43 of the light receiving element 20 by the amount of incident light. : Arbitrary unit). In FIG. 6, the optical sensing time was 1 second and 3 seconds, respectively. In the present embodiment, the first time is 1 second and the second time is 3 seconds.

図6から明らかなように、光センシング時間が1秒又は3秒の場合、入射光量と出力値の関係を表す線が曲線であるから、出力値が入射光量の一次関数ではない。光センシング時間が1秒における出力値の3倍と3秒における出力値の和を4で割った値である加重平均から求められた線形近似の回帰方程式(1)は、
出力値=19.591×入射光量(mcd)−9.4673 ... (1)
となる。加重平均の、傾き19.591、切片−9.4673における線形近似の回帰方程式に対する乖離率は2.4%〜−4.4%の範囲内に収まった。なお乖離率は、−5%〜5%の範囲内に収まることが好ましい。したがって、線形近似の回帰方程式から出力値を代入することにより入射光量を計測することが出来る。具体的には、後述するコントローラ84が、あるスポット60に位置する受光素子20において、1秒の光センシング時間で読み取った出力値と3秒の光センシング時間で読み取った出力値とをそれぞれ測定し、1秒の光センシング時間の出力値を3倍して、3秒の光センシング時間の出力値を加算して4で割った出力値の加重平均を算出し、この出力値の加重平均を下記式(2)の出力値に代入することによって入射光量を求めることが可能となる。また、予め判明しているmRNAの分子量を標準分子量とし、それに相当する蛍光物質の分子量が発する蛍光量を本固体撮像デバイスで測定し、標準入射光量としておくことで、当該mRNA量は、当該入射光量と標準入射光量との比率に基づいて求めることが可能となる。
入射光量=(出力値+9.4673)/19.591 ...(2)
なお、当該mRNA量は下記式(3)の当該入射光量に対象の入射光量を代入することでもとめることができる。
当該mRNA量=(当該入射光量/標準入射光量)×標準分子量 ...(3)
上記の式(3)により、当該mRNA量が2.4%〜−4.4%の精度で求められる。
ここで、信号蓄積時間が1秒の場合における出力値の重み係数を3とし、信号蓄積時間が3秒の場合における出力値の重み係数を1とし、加重平均は以下のようにして求められる。
加重平均={(信号蓄積時間が1秒の場合の出力値)×3+(信号蓄積時間が3秒の場合の出力値)×1}/(3+1)
As is clear from FIG. 6, when the optical sensing time is 1 second or 3 seconds, the line representing the relationship between the incident light amount and the output value is a curve, so the output value is not a linear function of the incident light amount. The linear approximation regression equation (1) obtained from the weighted average which is a value obtained by dividing the optical sensing time by 3 times the output value at 1 second and the output value at 3 seconds by 4,
Output value = 19.591 × incident light quantity (mcd) −9.4673. . . (1)
It becomes. The deviation rate of the weighted average with respect to the regression equation of linear approximation at the slope of 19.591 and the intercept of −9.4673 was in the range of 2.4% to −4.4%. The deviation rate is preferably within the range of −5% to 5%. Therefore, the amount of incident light can be measured by substituting the output value from the linear approximation regression equation. Specifically, the controller 84 described later measures an output value read at a light sensing time of 1 second and an output value read at a light sensing time of 3 seconds at the light receiving element 20 located at a certain spot 60. 3 times the output value of the optical sensing time of 1 second, add the output value of the optical sensing time of 3 seconds, and calculate the weighted average of the output value divided by 4, and the weighted average of this output value is The amount of incident light can be obtained by substituting it into the output value of equation (2). In addition, the molecular weight of mRNA that has been determined in advance is used as the standard molecular weight, and the amount of fluorescence emitted by the molecular weight of the corresponding fluorescent substance is measured with this solid-state imaging device. It can be obtained based on the ratio between the light quantity and the standard incident light quantity.
Incident light quantity = (output value + 9.4673) /19.591. . . (2)
The mRNA amount can also be determined by substituting the target incident light amount for the incident light amount in the following formula (3).
The amount of mRNA = (the amount of incident light / the amount of standard incident light) × standard molecular weight. . . (3)
According to the above equation (3), the mRNA amount is determined with an accuracy of 2.4% to -4.4%.
Here, when the signal accumulation time is 1 second, the weight coefficient of the output value is 3, and when the signal accumulation time is 3 seconds, the weight coefficient of the output value is 1, and the weighted average is obtained as follows.
Weighted average = {(output value when signal accumulation time is 1 second) × 3 + (output value when signal accumulation time is 3 seconds) × 1} / (3 + 1)

回帰分析(最小二乗法)によって、この加重平均の曲線から線形近似の回帰方程式を求めて、傾き(比例係数)及び切片を得る。このようにして予め得られた傾き及び切片が記憶装置82に記録されている。   By regression analysis (least square method), a regression equation of linear approximation is obtained from this weighted average curve, and a slope (proportional coefficient) and an intercept are obtained. The inclination and the intercept obtained in advance in this way are recorded in the storage device 82.

図7は、入射光量が0.2 mcd、0.5 mcd、1.0 mcdである場合において、光センシング時間1秒の場合の出力値、光センシング時間3秒の場合の出力値、それらの加重平均、線形近似、加重平均と線形近似との乖離率を示したものである。   FIG. 7 shows an output value when the optical sensing time is 1 second, an output value when the optical sensing time is 3 seconds, a weighted average thereof, a linear approximation when the incident light quantity is 0.2 mcd, 0.5 mcd, and 1.0 mcd. It shows the deviation rate between the weighted average and linear approximation.

〔3〕スポット
図1、図2に示すように、固体撮像デバイス10の受光面35にはスポット60,60,…が形成されている。スポット60は、既知の塩基配列のcDNA(プローブDNA)の群集であったり、既知の抗体の群集であったりする。スポット60は、プローブとなるcDNA(プローブDNA)、抗体その他生体高分子の溶液を固体撮像デバイス10の受光面35に滴下し、乾燥して形成される。以下ではプローブとして既知の塩基配列のcDNAを用いた場合について説明する。
[3] Spots As shown in FIGS. 1 and 2, spots 60, 60,... Are formed on the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10. The spot 60 may be a crowd of cDNAs (probe DNAs) having a known base sequence or a crowd of known antibodies. The spot 60 is formed by dropping a solution of cDNA (probe DNA) serving as a probe, an antibody or other biopolymer onto the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10 and drying it. Hereinafter, a case where cDNA having a known base sequence is used as a probe will be described.

1つのスポット60では、同じ塩基配列の一本鎖のプローブDNAが多数集まってその群集が固定化されている。スポット60ごとにプローブDNAの塩基配列が異なっている。プローブDNAとしては、既知のmRNAの塩基配列が用いられたり、その一部と同一の又は相補的な塩基配列のDNAが用いられたりする。具体的には、例えば、蛍光標識DNAで用いるのと同じ細胞検体から作成したcDNAライブラリを用いることができる。   In one spot 60, a large number of single-stranded probe DNAs having the same base sequence are gathered and the cluster is immobilized. The base sequence of the probe DNA is different for each spot 60. As the probe DNA, a known mRNA base sequence is used, or a DNA having the same or complementary base sequence as a part thereof is used. Specifically, for example, a cDNA library prepared from the same cell specimen as that used for fluorescently labeled DNA can be used.

図2に示すように、1つのスポット60は複数の受光素子20上に重なるように形成されている。なお、固体撮像デバイス10の受光面35に点着されたスポット60の数はいくつであってもよい。また、1つのスポット60に重なる受光素子20の数はいくつであってもよい。   As shown in FIG. 2, one spot 60 is formed so as to overlap a plurality of light receiving elements 20. Note that the number of spots 60 spotted on the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10 may be any number. In addition, the number of light receiving elements 20 that overlap one spot 60 may be any number.

〔4〕光遮蔽
図1に示すように、固体撮像デバイス10の受光面35の一部には光遮蔽物65が設けられている。光遮蔽物65は、光を遮蔽するものである。従って、光遮蔽物65の下にある受光素子20には、励起光及び蛍光等が入射しない。
[4] Light Shielding As shown in FIG. 1, a light shielding object 65 is provided on a part of the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10. The light shield 65 shields light. Accordingly, excitation light, fluorescence, or the like does not enter the light receiving element 20 below the light shield 65.

〔5〕駆動回路
図8は、固体撮像デバイス10及びその周辺回路を示した回路図である。
図1に示された駆動回路70は、図8に示すようにトップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73を有する。
[5] Drive Circuit FIG. 8 is a circuit diagram showing the solid-state imaging device 10 and its peripheral circuits.
The drive circuit 70 shown in FIG. 1 includes a top gate driver 71, a bottom gate driver 72, and a drain driver 73 as shown in FIG.

固体撮像デバイス10のトップゲートライン44,44,…がトップゲートドライバ71の端子に接続され、ボトムゲートライン41,41,…がボトムゲートドライバ72の端子に接続され、ドレインライン43,43,…がドレインドライバ73の端子に接続されている。また、固体撮像デバイス10のソースライン42,42,…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン42,42,…が接地されている。トップゲートドライバ71は、トップゲートライン44,44,…を列方向に走査する第一の走査ドライバである。ボトムゲートドライバ72は、ボトムゲートライン41,41,…を列方向に走査する第二の走査ドライバである。   Are connected to the terminals of the top gate driver 71, the bottom gate lines 41, 41,... Are connected to the terminals of the bottom gate driver 72, and the drain lines 43, 43,. Is connected to the terminal of the drain driver 73. Further, the source lines 42, 42,... Of the solid-state imaging device 10 are connected to a constant voltage source, and in this example, the source lines 42, 42,. The top gate driver 71 is a first scanning driver that scans the top gate lines 44, 44,... In the column direction. The bottom gate driver 72 is a second scanning driver that scans the bottom gate lines 41, 41,... In the column direction.

図9は、固体撮像デバイス10を駆動するための信号の推移を示したタイミングチャートである。
トップゲートドライバ71は、トップゲートライン44,44,…を順次選択することによって、受光素子20,20,…を線順次に選択して走査する。具体的には、図9に示すように、トップゲートドライバ71はトップゲートライン44,44,…に、各受光素子20に蓄積された正孔を排除するためのリセットパルスを順次出力する。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71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。トップゲートドライバ71としては、シフトレジスタを用いることができる。この負電位によって電子−正孔対のうちの正孔を半導体膜23内に生成された電子−正孔対のうちの正孔を電気的に捕捉する。
FIG. 9 is a timing chart showing a transition of a signal for driving the solid-state imaging device 10.
The top gate driver 71 selects and scans the light receiving elements 20, 20,... Line-sequentially by sequentially selecting the top gate lines 44, 44,. Specifically, as shown in FIG. 9, the top gate driver 71 sequentially outputs reset pulses for eliminating holes accumulated in the respective light receiving elements 20 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 71 applies a low level potential of −20 [V] to each top gate line 44 when no reset pulse is output. As the top gate driver 71, a shift register can be used. Due to this negative potential, holes in the electron-hole pair are electrically trapped in the electron-hole pair generated in the semiconductor film 23.

ボトムゲートドライバ72は、ボトムゲートライン41,41,…を順次選択することによって、受光素子20,20,…を線順次に選択して走査する。具体的には、図9に示すように、ボトムゲートドライバ72は、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。リードパルスのレベルは+10〔V〕のオンレベル(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〕のオフレベル(ローレベル)である。ボトムゲートドライバ72としては、シフトレジスタを用いることができる。   The bottom gate driver 72 selects and scans the light receiving elements 20, 20,... In a line-sequential manner by sequentially selecting the bottom gate lines 41, 41,. Specifically, as shown in FIG. 9, the bottom gate driver 72 sequentially outputs read pulses to the bottom gate lines 41, 41,. The level of the read pulse is +10 [V] on level (high level), and the level when the read pulse is not output is ± 0 [V] off level (low level). As the bottom gate driver 72, a shift register can be used.

トップゲートドライバ71の水平走査周期(任意の行にリセットパルスを出力してから次の行にリセットパルスを出力するまでの期間)と、ボトムゲートドライバ72の水平走査周期(任意の行にリードパルスを出力してから次の行にリードパルスを出力するまでの期間)とが等しい。また、ボトムゲートドライバ72によるリードパルスの立ち上がりは、トップゲートドライバ71によるリセットパルスの立ち下がりの後にずれており、この間が、受光素子20は入射光の光量に応じた量の正孔を蓄積する光センシング時間となる。   The horizontal scanning period of the top gate driver 71 (the period from when a reset pulse is output to an arbitrary row until the reset pulse is output to the next row), and the horizontal scanning cycle of the bottom gate driver 72 (read pulse at an arbitrary row) And the period from when the read pulse is output to the next row). The rising edge of the read pulse by the bottom gate driver 72 is shifted after the falling edge of the reset pulse by the top gate driver 71. During this period, the light receiving element 20 accumulates holes in an amount corresponding to the amount of incident light. Optical sensing time.

具体的には、トップゲートドライバ71が何れかの行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光センシング時間を経てボトムゲートドライバ72が同じ行のボトムゲートライン41にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ71及びボトムゲートドライバ72が出力信号をシフトする。   Specifically, after the top gate driver 71 outputs a reset pulse to the top gate line 44 of any row, the bottom gate driver 72 outputs a read pulse to the bottom gate line 41 of the same row after a light sensing time. Further, the top gate driver 71 and the bottom gate driver 72 shift the output signal.

ドレインドライバ73は、トップゲートドライバ71によって読み出された受光素子20,20…の出力値を読み込み、読み込んだ受光素子20,20…の出力値を順次出力するものである。具体的には、図9に示すように、ドレインドライバ73は、それぞれの行の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+5〔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。ドレインドライバ73は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン43,43,…の電圧(出力値)を列順次に出力するようになっている。これにより、固体撮像デバイス10により画像入力がなされる。   The drain driver 73 reads the output values of the light receiving elements 20, 20,... Read by the top gate driver 71, and sequentially outputs the read output values of the light receiving elements 20, 20,. Specifically, as shown in FIG. 9, the drain driver 73 precharges all drain lines 43, 43,... Before the read pulse is output after the reset pulse of each row is output. A charge pulse is output. The level of the precharge pulse is a high level of +5 [V], and the level when the precharge pulse is not output is a low level of ± 0 [V]. The drain driver 73 outputs the voltages (output values) of the drain lines 43, 43,... In order of columns after outputting the precharge pulse. Thereby, an image is input by the solid-state imaging device 10.

また、トップゲートドライバ71は、上述のように1行目から最終行目のトップゲートライン44を順次選択することを複数回行うとともに、ボトムゲートドライバ72は、上述のように1行目から最終行目のボトムゲートライン41を順次選択することを複数回行う。そのため、固体撮像デバイス10により複数回の画像入力が行われる。   Further, the top gate driver 71 sequentially selects the top gate line 44 from the first row to the last row as described above a plurality of times, and the bottom gate driver 72 performs the final selection from the first row as described above. The bottom gate line 41 in the row is sequentially selected a plurality of times. Therefore, image input is performed a plurality of times by the solid-state imaging device 10.

ここで、固体撮像デバイス10は、入射光量に対してよりリニア性のある加重平均を求めるため、光センシング時間が相互に異なる複数回の画像入力が行われる。コントローラ84は、トップゲートドライバ71によるリセットパルスの立ち下がりのタイミングとボトムゲートドライバ72によるリードパルスの立ち上がりの間の光センシング時間を変えるようにトップゲートドライバ71及びボトムゲートドライバ72にクロック信号等の制御信号を出力している。具体的には、光センシング時間が1秒及び3秒の2回の画像入力が行われる。   Here, since the solid-state imaging device 10 obtains a weighted average that is more linear with respect to the amount of incident light, a plurality of image inputs with different optical sensing times are performed. The controller 84 sends a clock signal or the like to the top gate driver 71 and the bottom gate driver 72 so as to change the optical sensing time between the reset pulse falling timing by the top gate driver 71 and the rising edge of the read pulse by the bottom gate driver 72. A control signal is output. Specifically, image input is performed twice, with an optical sensing time of 1 second and 3 seconds.

〔6〕記憶装置
図1に示された記憶装置82は、ハードディスクドライブ又は半導体記憶装置である。
記憶装置82には、予め求められた式(1)の傾き及び切片が記録されている。以下、記憶装置82に記録された傾きをAとし、記憶装置82に記録された切片をBとする。
上述のように、傾きAは、異なる光センシング時間における出力値の加重平均と入射光量との関係を回帰方程式により求めた一次関数の傾きであり、切片Bは、その一次関数の切片である。その一次関数を式で表すと、「y=Ax+B」となる。図6に示されたグラフの場合、Aが195.91であり、Bが−9.4673である。
[6] Storage Device The storage device 82 shown in FIG. 1 is a hard disk drive or a semiconductor storage device.
In the storage device 82, the slope and intercept of Equation (1) obtained in advance are recorded. Hereinafter, the inclination recorded in the storage device 82 is A, and the intercept recorded in the storage device 82 is B.
As described above, the slope A is a slope of a linear function obtained from the regression equation for the relationship between the weighted average of output values and the amount of incident light at different optical sensing times, and the intercept B is an intercept of the linear function. When the linear function is expressed by an equation, “y = Ax + B” is obtained. In the graph shown in FIG. 6, A is 195.91 and B is −9.4673.

〔7〕伝熱台
図1に示された伝熱台4は、熱伝導率の高い材料からなり、具体的には鉄、ステンレス鋼その他の金属材料からなる。
[7] Heat Transfer Table The heat transfer table 4 shown in FIG. 1 is made of a material having a high thermal conductivity, specifically, iron, stainless steel, or other metal material.

〔8〕冷却装置
図1に示された冷却装置2は、伝熱台4の熱を強制的に外部に放出することによって伝熱台4を冷却するものであり、具体的にはペルチェ素子、ヒートポンプその他の冷却装置である。
[8] Cooling device The cooling device 2 shown in FIG. 1 cools the heat transfer table 4 by forcibly releasing the heat of the heat transfer table 4 to the outside, specifically, a Peltier element, Heat pump and other cooling devices.

〔9〕温度センサ
図1に示された温度センサ3は、固体撮像デバイス10の温度を検出して検出温度を電気信号に変換するものであり、具体的にはサーミスタ、熱電対その他の温度センサである。ここで、温度センサ3が伝熱台4の上に搭載され、伝熱台4の温度が温度センサ3によって検出されるが、伝熱台4の熱伝導率が高いから、固体撮像デバイス10の温度が殆ど遅延無く温度センサ3によって検出される。なお、温度センサ3が固体撮像デバイス10に設けられていてもよい。
[9] Temperature Sensor The temperature sensor 3 shown in FIG. 1 detects the temperature of the solid-state imaging device 10 and converts the detected temperature into an electrical signal. Specifically, the thermistor, thermocouple, or other temperature sensor. It is. Here, the temperature sensor 3 is mounted on the heat transfer table 4, and the temperature of the heat transfer table 4 is detected by the temperature sensor 3. Since the heat conductivity of the heat transfer table 4 is high, the solid-state imaging device 10 The temperature is detected by the temperature sensor 3 with almost no delay. The temperature sensor 3 may be provided in the solid-state imaging device 10.

〔10〕その他の構成要素
図10は生体高分子検出装置80の構成を示すブロック図である。
生体高分子検出装置80は、生体高分子検出チップ1、冷却装置2、温度センサ3、伝熱台4及び励起光照射装置81のほか、コントローラ84、出力装置85、メモリ86、A/D変換器87を備える。
[10] Other Components FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the biopolymer detection device 80.
In addition to the biopolymer detection chip 1, the cooling device 2, the temperature sensor 3, the heat transfer table 4, and the excitation light irradiation device 81, the biopolymer detection device 80 includes a controller 84, an output device 85, a memory 86, and A / D conversion. A container 87 is provided.

図1に示されたフレキシブル配線シート83によって記憶装置82、トップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73がコントローラ84に接続される。また、ドレインドライバ73の出力端子は、フレキシブル配線シート83によってA/D変換器87に接続される。   The storage device 82, the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 are connected to the controller 84 by the flexible wiring sheet 83 shown in FIG. The output terminal of the drain driver 73 is connected to the A / D converter 87 by the flexible wiring sheet 83.

コントローラ84は、励起光照射装置81の点灯・消灯を行う機能を有する。
コントローラ84は、トップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72の水平走査周期を設定することによって光センシング時間を設定する機能を有する。
コントローラ84は、励起光照射装置81を点灯した状態でトップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73に制御信号を出力することによって、設定した光センシング時間でトップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73を動作させる機能を有する。これにより、固体撮像デバイス10の撮像動作を行う。
The controller 84 has a function of turning on / off the excitation light irradiation device 81.
The controller 84 has a function of setting the optical sensing time by setting the horizontal scanning period of the top gate driver 71 and the bottom gate driver 72.
The controller 84 outputs control signals to the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 in a state where the excitation light irradiation device 81 is turned on, so that the top gate driver 71 and the bottom gate driver are set in the set light sensing time. 72 and a function of operating the drain driver 73. Thereby, the imaging operation of the solid-state imaging device 10 is performed.

A/D変換器87は、ドレインドライバ73の出力(各受光素子20の出力値)を量子化してコントローラ84に出力する。   The A / D converter 87 quantizes the output of the drain driver 73 (the output value of each light receiving element 20) and outputs it to the controller 84.

コントローラ84は、A/D変換器87の出力をメモリ86に記録する機能を有する。これにより、固体撮像デバイス10の受光面35に沿った出力値分布が二次元の画像データとしてメモリ86に記録される。   The controller 84 has a function of recording the output of the A / D converter 87 in the memory 86. Thereby, the output value distribution along the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10 is recorded in the memory 86 as two-dimensional image data.

ここで、コントローラ84は、トップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73を動作させて光センシング時間の異なる画像入力を2回行う。1回目については、コントローラ84は、光センシング時間を1秒に設定し、その光センシング時間でトップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73を動作させる。2回目については、コントローラ84は、光センシング時間を3秒にして、光センシング時間でトップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73を動作させる。これにより、メモリ86には、1、2回目の画像データがそれぞれ記録される。   Here, the controller 84 operates the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 to perform image input twice with different optical sensing times. For the first time, the controller 84 sets the optical sensing time to 1 second, and operates the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 with the optical sensing time. For the second time, the controller 84 sets the optical sensing time to 3 seconds and operates the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 during the optical sensing time. As a result, the first and second image data are recorded in the memory 86, respectively.

また、コントローラ84は、1回目の各アドレスの受光素子20の出力値をそれぞれ3倍にし、この値に2回目の同アドレスの受光素子20の出力値を加算して4で割った出力値の加重平均を演算する。記憶装置82に記録された傾きA及び切片Bを用いて、各アドレスの受光素子20の出力値の加重平均を式(2)の出力値に代入し、各アドレスの受光素子20の入射光量をそれぞれ求め、メモリ86に記憶する。   The controller 84 triples the output value of the light receiving element 20 at each address for the first time, adds the output value of the light receiving element 20 at the second address for the second time, and divides the output value by 4. Calculate the weighted average. Using the slope A and the intercept B recorded in the storage device 82, the weighted average of the output values of the light receiving elements 20 at the respective addresses is substituted into the output values of the expression (2), and the incident light quantity of the light receiving elements 20 at the respective addresses is determined. Each is obtained and stored in the memory 86.

また、コントローラ84は、メモリ86に記録された各アドレス及び各アドレスの入射光量に基づいた画像を出力装置85に出力させる機能を有する。出力装置85は、例えばプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。   The controller 84 has a function of causing the output device 85 to output an image based on each address recorded in the memory 86 and the amount of incident light at each address. The output device 85 is, for example, a plotter, a printer, or a display.

また、各受光素子20の出力値は温度依存性があるので、コントローラ84は、温度制御回路88に対して、各受光素子20が図5、図6の範囲の特性を維持するような設定温度を設定する機能を有する。
温度制御回路88は冷却装置2を制御する。ここで、温度制御回路88は、温度センサ3による検出温度をフィードバックし、その検出温度に基づき冷却装置2を制御することによって、設定温度に保つような定温度制御を行う。例えば、下閾値<設定温度<上閾値とした場合、検出温度が下閾値未満であるときには、温度制御回路88が冷却装置2の冷却能力を上げ、検出温度が下閾値以上、上閾値以下であるときには、温度制御回路88が冷却装置2の冷却能力を維持し、検出温度が上閾値を超えるときには、温度制御回路88が冷却装置2の冷却能力を下げる。
Further, since the output value of each light receiving element 20 is temperature-dependent, the controller 84 sets the set temperature at which each light receiving element 20 maintains the characteristics in the ranges of FIGS. 5 and 6 with respect to the temperature control circuit 88. Has the function of setting.
The temperature control circuit 88 controls the cooling device 2. Here, the temperature control circuit 88 performs constant temperature control to keep the set temperature by feeding back the temperature detected by the temperature sensor 3 and controlling the cooling device 2 based on the detected temperature. For example, when lower threshold value <set temperature <upper threshold value, when the detected temperature is lower than the lower threshold value, the temperature control circuit 88 increases the cooling capacity of the cooling device 2 and the detected temperature is equal to or higher than the lower threshold value and lower than the upper threshold value. Sometimes, the temperature control circuit 88 maintains the cooling capacity of the cooling device 2, and when the detected temperature exceeds the upper threshold, the temperature control circuit 88 decreases the cooling capacity of the cooling device 2.

〔11〕分析手順
生体高分子検出装置80を用いて試料を分析する方法について説明するとともに、生体高分子検出装置80の使用方法及び動作方法について説明する。
[11] Analysis Procedure A method for analyzing a sample using the biopolymer detector 80 will be described, and a method for using and operating the biopolymer detector 80 will be described.

〔11−1〕蛍光標識DNAの作成
分析する試料としては、DNAを用いることができる。試料となるDNAとしては、任意の細胞検体内で発現しているmRNAを抽出し、逆転写酵素を用いるRT−PCR反応により得られたcDNAを用いることができる。cDNAは蛍光体で標識する。蛍光体としては、例えばGEヘルスケア バイオサイエンス株式会社製のCy2(吸収波長491nm、蛍光波長509nm)、Cy3(吸収波長553nm、蛍光波長569nm)、Cy5(吸収波長645nm、蛍光波長664nm)等を用いることができる。
[11-1] Preparation of fluorescence-labeled DNA DNA can be used as a sample to be analyzed. As a sample DNA, mRNA obtained by extracting mRNA expressed in an arbitrary cell specimen and performing RT-PCR reaction using reverse transcriptase can be used. The cDNA is labeled with a fluorophore. As the phosphor, for example, Cy2 (absorption wavelength 491 nm, fluorescence wavelength 509 nm), Cy3 (absorption wavelength 553 nm, fluorescence wavelength 569 nm), Cy5 (absorption wavelength 645 nm, fluorescence wavelength 664 nm) manufactured by GE Healthcare Bioscience Co., Ltd. are used. be able to.

cDNAを蛍光体で標識するには、例えば、蛍光体で標識されたオリゴdTプライマや、標識されたdNTPミックスを用いてRT−PCR反応を実施すればよい。以下では、この標識されたcDNAを蛍光標識DNAという。   In order to label cDNA with a phosphor, for example, an RT-PCR reaction may be performed using an oligo dT primer labeled with a phosphor or a labeled dNTP mix. Hereinafter, this labeled cDNA is referred to as fluorescently labeled DNA.

〔11−2〕ハイブリダイゼーション
まず、蛍光標識DNAを含有した溶液(以下、蛍光標識DNA)を固体撮像デバイス10の受光面35に塗布する。蛍光標識DNA溶液を各スポット60,60,…に順次又は同時に滴下してもよい。
[11-2] Hybridization First, a solution containing fluorescently labeled DNA (hereinafter, fluorescently labeled DNA) is applied to the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10. The fluorescently labeled DNA solution may be dropped on each of the spots 60, 60,.

このとき、DNAが一本鎖となるように蛍光標識DNA溶液を加熱する。また、スポット60のDNAが一本鎖となるように固体撮像デバイス10の受光面35も加熱する。   At this time, the fluorescently labeled DNA solution is heated so that the DNA becomes a single strand. Further, the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10 is also heated so that the DNA of the spot 60 becomes a single strand.

次いで、固体撮像デバイス10を冷却する。すると、蛍光標識DNA溶液内の蛍光標識DNAのうち、スポット60のプローブDNAと相補的な蛍光標識DNAは、そのプローブDNAとハイブリダイズする。一方、プローブDNAと相補的ではない蛍光標識DNAは、このスポット60には結合しないか、結合したとしても僅かである。   Next, the solid-state imaging device 10 is cooled. Then, of the fluorescently labeled DNA in the fluorescently labeled DNA solution, the fluorescently labeled DNA complementary to the probe DNA of the spot 60 hybridizes with the probe DNA. On the other hand, fluorescently labeled DNA that is not complementary to the probe DNA does not bind to the spot 60, or even if it binds to the spot 60.

その後、洗浄用バッファー溶液で蛍光標識DNA溶液を固体撮像デバイス10の受光面35から洗い流し、蛍光標識DNAのうちハイブリダイズしなかったものを固体撮像デバイス10の受光面35から除去する。   Thereafter, the fluorescently labeled DNA solution is washed away from the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10 with a washing buffer solution, and the fluorescently labeled DNA that has not been hybridized is removed from the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10.

〔11−3〕サンプルの検出
上記処理を行った後、生体高分子検出チップ1を伝熱台4の上に設置し、フレキシブル配線シート83をコントローラ84に接続する。これにより、トップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72、ドレインドライバ73及び記憶装置82がコントローラ84に接続され、ドレインドライバ73がA/D変換器87に接続される。その後、コントローラ84を起動させる。
[11-3] Detection of Sample After performing the above processing, the biopolymer detection chip 1 is placed on the heat transfer table 4 and the flexible wiring sheet 83 is connected to the controller 84. Thereby, the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, the drain driver 73, and the storage device 82 are connected to the controller 84, and the drain driver 73 is connected to the A / D converter 87. Thereafter, the controller 84 is activated.

まず、コントローラ84が、起動後、温度制御回路88に対して設定温度(例えば、10℃)を設定する。そうすると、温度制御回路88が、温度センサ3による検出温度をフィードバックしながら冷却装置2を制御する。これにより、伝熱台4及び固体撮像デバイス10が設定温度になって、その設定温度に維持される。固体撮像デバイス10が冷却装置2及び伝熱台4によって冷却されることで、固体撮像デバイス10の暗電流が軽減される。   First, the controller 84 sets a set temperature (for example, 10 ° C.) for the temperature control circuit 88 after startup. Then, the temperature control circuit 88 controls the cooling device 2 while feeding back the temperature detected by the temperature sensor 3. Thereby, the heat-transfer base 4 and the solid-state imaging device 10 become preset temperature, and are maintained at the preset temperature. Since the solid-state imaging device 10 is cooled by the cooling device 2 and the heat transfer table 4, the dark current of the solid-state imaging device 10 is reduced.

次に、コントローラ84が励起光照射装置81を点灯させる。励起光照射装置81によってスポット60,60が照射される。そうすると、蛍光標識DNAがプローブDNAに結合したスポット60からは、蛍光が放出される。一方、蛍光標識DNAがプローブDNAに結合したスポット60からは、蛍光が放出されない。   Next, the controller 84 turns on the excitation light irradiation device 81. The spots 60 and 60 are irradiated by the excitation light irradiation device 81. Then, fluorescence is emitted from the spot 60 where the fluorescently labeled DNA is bound to the probe DNA. On the other hand, no fluorescence is emitted from the spot 60 where the fluorescently labeled DNA is bound to the probe DNA.

そして、コントローラ84は、励起光照射装置81を点灯した状態で光センシング時間が1秒になるように、トップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73に制御信号を出力する。そうすると、トップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73が1秒の光センシング時間で動作し、固体撮像デバイス10による画像入力が行われる。   Then, the controller 84 outputs a control signal to the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 so that the light sensing time becomes 1 second with the excitation light irradiation device 81 turned on. Then, the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 operate with an optical sensing time of 1 second, and image input by the solid-state imaging device 10 is performed.

トップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73による固体撮像デバイス10の画像入力動作について図9を用いて具体的に説明する。   An image input operation of the solid-state imaging device 10 by the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 will be specifically described with reference to FIG.

トップゲートドライバ71が1行目から最終行目のトップゲートライン44に順次リセットパルスを所定の水平走査周期で出力するとともに、ボトムゲートドライバ72が、リセットパルスの立ち下がりのタイミングから1秒後に立ち上がるリードパルスを、1行目から最終行目のボトムゲートライン41に順次所定の水平走査周期で出力する。その際、ドレインドライバ73が各行でリセットパルスが出力されているリセット期間と各行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 top gate driver 71 sequentially outputs reset pulses to the top gate line 44 from the first row to the last row at a predetermined horizontal scanning period, and the bottom gate driver 72 rises one second after the falling timing of the reset pulse. Read pulses are sequentially output from the first row to the bottom gate line 41 of the last row at a predetermined horizontal scanning period. At that time, the drain driver 73 outputs a precharge pulse to all the drain lines 43, 43,... Between the reset period in which the reset pulse is output in each row and the period in which the read pulse is output in each row. .

i行目の各受光素子20の動作について詳細に説明する。トップゲートドライバ71がi行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、i行目のトップゲートライン44がハイレベルになる。i行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。)、i行目の各受光素子20では、半導体膜23内や半導体膜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31の電圧により反発して吐出される。   The operation of each light receiving element 20 in the i-th row will be described in detail. When the top gate driver 71 outputs a reset pulse to the i-th top gate line 44, the i-th top gate line 44 goes to a high level. While the i-th top gate line 44 is at a high level (this period is referred to as a reset period), in each light-receiving element 20 in the i-th row, the semiconductor film 23, the semiconductor film 23, the channel protective film 24, Carriers accumulated in the vicinity of the interface (here, holes) are repelled and discharged by the voltage of the top gate electrode 31.

そして、トップゲートドライバ71がi行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して、半導体膜23に蛍光が入射することによって半導体膜23内に生成された電子−正孔対のうちの正孔を電気的に捕捉するためのするため負電位(−20〔V〕)をトップゲートライン44に出力する。つまり、i行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、i行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光センシング時間において、光量に従った量の電子−正孔対が半導体膜23内で生成されるが、そのうちの正孔がトップゲート電極31の電界により半導体膜23内や半導体膜23とチャネル保護膜24との界面近傍に蓄積される。   Then, the top gate driver 71 ends outputting the reset pulse to the i-th top gate line 44, and the fluorescence is incident on the semiconductor film 23 to generate electron-hole pairs generated in the semiconductor film 23. A negative potential (−20 [V]) is output to the top gate line 44 in order to electrically capture the positive holes. That is, in the optical sensing time from the end of the reset pulse of the i-th top gate line 44 to the output of the read pulse to the i-th bottom gate line 41, an amount of electron-positive in accordance with the amount of light. The hole pairs are generated in the semiconductor film 23, and the holes are accumulated in the semiconductor film 23 or in the vicinity of the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24 by the electric field of the top gate electrode 31.

光センシング時間中に、ドレインドライバ73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、i行目の各受光素子20においては、トップゲート電極31に印加されている電位が−20〔V〕である。そうすると、この負電界によって半導体膜23内や半導体膜23とチャネル保護膜24との界面近傍に蓄積された正孔による電界は、必然的に負電界を完全に相殺して半導体膜23のチャネル領域にnチャネルを形成する程度の正電界には成り得ない。そうすると、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、ドレイン電極28とソース電極27との間にプリチャージパルスの電位差が生じても半導体膜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i行目の各受光素子20のドレイン電極28に電荷がチャージされる。   During the optical sensing time, the drain driver 73 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 light receiving element 20 in the i-th row, the potential applied to the top gate electrode 31 is −20 [V]. Then, the electric field due to the holes accumulated in the semiconductor film 23 or in the vicinity of the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24 due to the negative electric field inevitably cancels the negative electric field completely, so that the channel region of the semiconductor film 23 is obtained. Therefore, it cannot be a positive electric field that can form an n-channel. Then, since the potential applied to the bottom gate electrode 21 is ± 0 [V], a channel is formed in the semiconductor film 23 even if a potential difference of the precharge pulse occurs between the drain electrode 28 and the source electrode 27. In other words, 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 in the precharge period, the precharge pulse output to the drain lines 43, 43,... Charge is charged.

ドレインドライバ73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72がi行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72がi行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、i行目の各受光素子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、i行目の各受光素子20がオン状態になる。   The drain driver 73 finishes outputting the precharge pulse, and the bottom gate driver 72 outputs a read pulse to the i-th bottom gate line 41. While the bottom gate driver 72 outputs a read pulse to the i-th bottom gate line 41 (this period is referred to as a read period), the bottom gate electrode 21 of each light-receiving element 20 in the i-th row is +10 [ Since the potential V] is applied, each light receiving element 20 in the i-th row is turned on.

リード期間においては、光センシング時間において蓄積されたキャリアがトップゲート電極31の負電界を緩和するように働く。そのため、入射される光量が十分であってキャリアの量が十分であれば、ボトムゲート電極21の正電界とあわせて半導体膜23にn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り、ドレイン電極28の電荷が減少する。従って、リード期間では、ドレインライン43,43,…の電圧は、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 carriers accumulated during the optical sensing time work to alleviate the negative electric field of the top gate electrode 31. Therefore, if the amount of incident light is sufficient and the amount of carriers is sufficient, an n-channel is formed in the semiconductor film 23 together with the positive electric field of the bottom gate electrode 21, and current flows from the drain electrode 28 to the source electrode 27. Flows, and the charge of the drain electrode 28 decreases. Therefore, in the read period, the voltages of the drain lines 43, 43,... Tend to gradually decrease with time due to the drain-source current.

光センシング時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、リード期間におけるドレイン電極28の電荷減少レートが大きくなるとともに、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,…の電圧の減少傾向は、光センシング時間で半導体膜23に入射した光量に深く関連する。   As the amount of light incident on the semiconductor film 23 in the light sensing time increases, the number of accumulated carriers also increases, and as the number of accumulated carriers increases, the charge reduction rate of the drain electrode 28 in the read period increases and the read period The level of the current flowing from the drain electrode 28 to the source electrode 27 in FIG. Therefore, the decreasing tendency of the voltage of the drain lines 43, 43,... During the lead period is deeply related to the amount of light incident on the semiconductor film 23 during the optical sensing time.

そして、i行目のリード期間から次の(i+1)行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(出力値)がドレインドライバ73によって検出される。ドレインドライバ73は、ドレインライン43,43,…の電圧を列順次に出力する。   .., And the voltage (output value) of the drain lines 43, 43,... After a lapse of a predetermined time from the start of the read period between the i-th read period and the next (i + 1) -th precharge period. ) Is detected by the drain driver 73. The drain driver 73 outputs the voltages of the drain lines 43, 43,.

そして、受光素子20,20,…のドレイン電極28の電圧がドレインドライバ73から順次出力される。その出力がA/D変換器87によって量子化されて、コントローラ84に入力される。具体的には、プリチャージパルスによって上昇したドレインライン43の電圧値から、光の入射量に応じて低下した電圧値を差し引いた電圧(電圧低下分)を256階調のデジタル値の出力値とし、光の入射量が増大するにしたがって出力値の階調が高くなる。コントローラ84は、A/D変換器87の出力値をメモリ86に記録することによって、固体撮像デバイス10の受光面35に沿った出力値分布が二次元の画像データ(各画素の出力値の集合体)としてメモリ86に記録される。   Then, the voltage of the drain electrode 28 of the light receiving elements 20, 20,. The output is quantized by the A / D converter 87 and input to the controller 84. Specifically, a voltage (voltage drop) obtained by subtracting a voltage value reduced in accordance with the amount of incident light from a voltage value of the drain line 43 that has been raised by the precharge pulse is used as an output value of 256 gradation digital values. The gradation of the output value increases as the amount of incident light increases. The controller 84 records the output value of the A / D converter 87 in the memory 86 so that the output value distribution along the light receiving surface 35 of the solid-state imaging device 10 is two-dimensional image data (a set of output values of each pixel). Body) is recorded in the memory 86.

その後、コントローラ84は、励起光照射装置81を点灯した状態で、3秒の光センシング時間でトップゲートドライバ71、ボトムゲートドライバ72及びドレインドライバ73を動作させる。   Thereafter, the controller 84 operates the top gate driver 71, the bottom gate driver 72, and the drain driver 73 in a light sensing time of 3 seconds with the excitation light irradiation device 81 turned on.

メモリ86には、光センシング時間を1秒の画像データに加えて、光センシング時間を3秒とした画像データが記録される。 In the memory 86, image data with a light sensing time of 3 seconds is recorded in addition to the light sensing time of 1 second.

次に、コントローラ84は、メモリ86に記録された1回目及び2回目の画像データを読み込む。
次に、コントローラ84は、1回目の画像データの1行・1列のアドレスの画素の出力値を3倍に演算した値と、2回目の画像データの1行・1列のアドレスの画素の出力値と、の和を4で割った加重平均を算出しメモリ86に記憶する。同様にして、コントローラ84は、残り全ての画素の加重平均を算出しメモリ86に記憶する。ここで、画素は、n行とm列の画素からなる。
Next, the controller 84 reads the first and second image data recorded in the memory 86.
Next, the controller 84 triples the output value of the pixel at the address of the first row and the first column of the first image data and the pixel at the address of the first row and the first column of the second image data. A weighted average obtained by dividing the sum of the output value and 4 is calculated and stored in the memory 86. Similarly, the controller 84 calculates a weighted average of all remaining pixels and stores it in the memory 86. Here, the pixel is composed of pixels of n rows and m columns.

次に、コントローラ84は、記憶装置82に記録された傾きA及び切片Bを読み込み、求めた各画素の加重平均を式(2)の出力値に代入して入射光量を得る。
次に、コントローラ84は、求めた各画素のアドレス及び入射光量からなる画像データをメモリ86に記録する。
次に、コントローラ84は、求めた各画素の階調からなる画像データを出力装置85に出力させる。これにより出力装置85によって画像が出力される。出力装置85によって出力された画像データ(当該入射光量値)と標準入射光量値とその標準分子量から蛍光標識DNAの分子量を算出することができる。
Next, the controller 84 reads the slope A and the intercept B recorded in the storage device 82, and substitutes the obtained weighted average of each pixel into the output value of Expression (2) to obtain the incident light amount.
Next, the controller 84 records image data including the obtained address of each pixel and the amount of incident light in the memory 86.
Next, the controller 84 causes the output device 85 to output image data including the obtained gradation of each pixel. As a result, the output device 85 outputs an image. The molecular weight of the fluorescently labeled DNA can be calculated from the image data (the incident light quantity value) output by the output device 85, the standard incident light quantity value, and the standard molecular weight.

本実施形態によれば、固体撮像デバイス10が図6に示すような出力特性を有することを利用したので、良好に判定できる。従って、固体撮像デバイス10のダイナミックレンジが広くなる。   According to the present embodiment, since it is used that the solid-state imaging device 10 has output characteristics as shown in FIG. Therefore, the dynamic range of the solid-state imaging device 10 is widened.

また、記憶装置82には、データベースではなく、傾きA及び切片Bが記憶されているだけだから、記憶装置82の記憶容量を最小限に抑えることができる。記憶装置82の記憶容量が小さいので、生体高分子検出装置80及び生体高分子検出チップ1の製造原価を抑えることができる。   Further, since the storage device 82 stores not only the database but the inclination A and the intercept B, the storage capacity of the storage device 82 can be minimized. Since the storage capacity of the storage device 82 is small, the manufacturing cost of the biopolymer detection device 80 and the biopolymer detection chip 1 can be reduced.

また、入射光量と階調値との相関を一次関数的になるようにコントローラ84が演算したので、A/D変換器87を高精度のものにしなくても済むとともに、光学系を走査する走査機構も必要としない。そのため、生体高分子検出装置80の小型化が可能で、生体高分子検出装置80の製造原価を抑えることができる。   Further, since the controller 84 calculates the correlation between the incident light quantity and the gradation value so as to be a linear function, it is not necessary to make the A / D converter 87 highly accurate, and scanning for scanning the optical system. No mechanism is required. Therefore, the biopolymer detection device 80 can be downsized, and the manufacturing cost of the biopolymer detection device 80 can be suppressed.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。
上記実施形態では、受光素子20,20,…としてダブルゲートトランジスタを用いた固体撮像デバイス10を例にして説明したが、光電変換素子としてフォトダイオードを用いた固体撮像デバイスに本発明を適用しても良い。フォトダイオードを用いた固体撮像デバイスとしては、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサがある。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画素回路が設けられている。固体撮像デバイス10がCCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサである場合には、駆動回路70の回路構成はCCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサに適したものに変更するのは勿論である。CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサの駆動回路は周知である。
上記実施形態では、光センシング時間を1秒に設定した状態で駆動回路70に駆動動作を行わせることを1回行い、光センシング時間を3秒に設定した状態で駆動回路70に駆動動作を行わせることを1回行ったが、光センシング時間を1秒に設定した状態で駆動回路に駆動動作を行わせることを3回行い、光センシング時間を3秒に設定した状態で駆動回路70に駆動動作を行わせることを1回行い、これらの和を4で割ってもよい。
また、上記各実施形態では、光センシング時間を1秒、3秒としたが、適宜任意の異なる秒数であれば、これに限らず、また三種以上の光センシング時間によって求めてもよい。
また上記各実施形態では、各画素に異なる秒数で複数回光センシングを行ったが、例えば1つのスポット60に対応する複数の受光素子20のうち、特定の行(例えば奇数行)に1秒の光センシング時間で光センシングを行い、他の特定の行(例えば偶数行)に3秒の光センシング時間で光センシングを行い、1つのスポット60の複数の画素全体の加重平均及び入射光量を求めてもよい。この場合、まず奇数行の画素のみ順次1秒の光センシング時間の駆動動作を1回行い、次いで偶数行の画素のみ順次3秒の光センシング時間の駆動動作を1回行えばよい。
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.
In the above embodiment, the solid-state imaging device 10 using double gate transistors as the light receiving elements 20, 20,... Has been described as an example, but the present invention is applied to a solid-state imaging device using photodiodes as photoelectric conversion elements. Also good. Solid-state imaging devices using photodiodes include CCD image sensors and CMOS image sensors. 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 pixel circuit for amplifying an electrical signal photoelectrically converted by the photodiodes is provided around each photodiode. Yes. When the solid-state imaging device 10 is a CCD image sensor or a CMOS image sensor, it is a matter of course that the circuit configuration of the drive circuit 70 is changed to one suitable for the CCD image sensor or the CMOS image sensor. The drive circuits for CCD image sensors and CMOS image sensors are well known.
In the above embodiment, the drive circuit 70 is caused to perform the drive operation once with the optical sensing time set to 1 second, and the drive circuit 70 is driven with the optical sensing time set to 3 seconds. The drive circuit is driven three times with the optical sensing time set to 1 second, and the drive circuit 70 is driven with the optical sensing time set to 3 seconds. The action may be performed once and these sums may be divided by four.
In each of the above embodiments, the optical sensing time is 1 second and 3 seconds. However, the optical sensing time is not limited to this as long as it is arbitrarily different, and may be obtained by three or more types of optical sensing times.
In each of the above embodiments, each pixel is subjected to optical sensing a plurality of times in different seconds. For example, among a plurality of light receiving elements 20 corresponding to one spot 60, for example, one second in a specific row (for example, an odd row). The optical sensing is performed with the optical sensing time of 3 seconds, and the optical sensing is performed for another specific row (for example, even rows) with the optical sensing time of 3 seconds, and the weighted average and the incident light amount of the plurality of pixels of one spot 60 are obtained. May be. In this case, first, the driving operation for the light sensing time of 1 second is sequentially performed only for the odd-numbered pixels, and then the driving operation for the light sensing time of 3 seconds is sequentially performed only for the pixels of the even-numbered row.

本発明の実施形態における生体高分子検出装置の主要部を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the principal part of the biopolymer detection apparatus in embodiment of this invention. 生体高分子検出チップの一部を概略して示した平面図である。It is the top view which showed a part of biopolymer detection chip | tip schematically. 固体撮像デバイスの画素を示した平面図である。It is the top view which showed the pixel of the solid-state imaging device. IV−IV矢視断面図である。It is IV-IV arrow sectional drawing. 固体撮像デバイスの特性を示したグラフである。It is the graph which showed the characteristic of the solid-state imaging device. 固体撮像デバイスの入射光量−出力特性を示したグラフである。It is the graph which showed the incident light quantity-output characteristic of the solid-state imaging device. 固体撮像デバイスの入射光量−出力特性を示した表である。固体撮像デバイス及びその周辺回路を示した図面である。It is the table | surface which showed the incident light quantity-output characteristic of the solid-state imaging device. It is drawing which showed the solid-state imaging device and its peripheral circuit. 固体撮像デバイス及びその周辺回路を示した図面である。It is drawing which showed the solid-state imaging device and its peripheral circuit. 固体撮像デバイスの信号の推移を示したチャートである。It is the chart which showed transition of the signal of a solid imaging device. 生体光高分子検出装置の構成を概略的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed schematically the structure of the biophotopolymer detection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 固体撮像デバイス
20 受光素子
60 スポット
70 駆動回路
80 生体高分子検出装置
82 記憶装置
84 コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid-state imaging device 20 Light receiving element 60 Spot 70 Drive circuit 80 Biopolymer detection apparatus 82 Memory | storage device 84 Controller

Claims (6)

受光面と、前記受光面の下において配列された複数の受光素子とを有する固体撮像デバイスと、
既知の生体高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面上に点在した複数種のスポットと、
前記固体撮像デバイスを駆動することによって、前記受光素子で光電変換が行われる光センシング時間において前記受光素子の入射光量に応じた出力値を出力するとともに、前記光センシング時間を変更可能な駆動回路と、
前記光センシング時間を第1時間とした場合における前記受光素子の出力値及び前記光センシング時間を第2時間とした場合における前記受光素子の出力値の加重平均を求めるコントローラと、を備えることを特徴とする生体高分子検出装置。
A solid-state imaging device having a light receiving surface and a plurality of light receiving elements arranged below the light receiving surface;
A plurality of types of spots made of known biopolymers and scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device,
A driving circuit capable of outputting an output value corresponding to the amount of incident light of the light receiving element during the optical sensing time in which photoelectric conversion is performed by the light receiving element by driving the solid-state imaging device, and changing the light sensing time; ,
A controller that obtains a weighted average of the output value of the light receiving element when the optical sensing time is the first time and the output value of the light receiving element when the optical sensing time is the second time. A biopolymer detection device.
前記コントローラは、前記加重平均と前記加重平均から求められた線形近似との乖離率は、−5%〜5%とすることを特徴とする請求項1記載の生体高分子検出装置。   The biopolymer detection apparatus according to claim 1, wherein the controller sets a deviation rate between the weighted average and the linear approximation obtained from the weighted average to −5% to 5%. 前記コントローラは、前記加重平均から線形近似の回帰方程式を求めることを特徴とする請求項1又は2記載の生体高分子検出装置。   The biopolymer detection apparatus according to claim 1, wherein the controller obtains a linear approximation regression equation from the weighted average. 前記コントローラは、前記加重平均から求められた線形近似の回帰方程式に基づいて前記受光素子の入射光量を求めることを特徴とする請求項3記載の生体高分子検出装置。   The biopolymer detection apparatus according to claim 3, wherein the controller obtains an incident light amount of the light receiving element based on a linear approximation regression equation obtained from the weighted average. 前記加重平均から線形近似の回帰方程式の傾き及び切片を記憶した記憶装置を有することを特徴とする請求項3記載の生体高分子検出装置。   The biopolymer detection apparatus according to claim 3, further comprising a storage device that stores a slope and an intercept of a regression equation that is linearly approximated from the weighted average. 前記記憶装置から傾きと切片を読み出し、計測時の前記加重平均値によって、入射光量値を求めることを特徴とする請求項5記載の生体高分子検出装置。   6. The biopolymer detection apparatus according to claim 5, wherein an inclination and an intercept are read from the storage device, and an incident light amount value is obtained from the weighted average value at the time of measurement.
JP2008248565A 2008-09-26 2008-09-26 Biopolymer detector Expired - Fee Related JP5083147B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008248565A JP5083147B2 (en) 2008-09-26 2008-09-26 Biopolymer detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008248565A JP5083147B2 (en) 2008-09-26 2008-09-26 Biopolymer detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010078505A JP2010078505A (en) 2010-04-08
JP5083147B2 true JP5083147B2 (en) 2012-11-28

Family

ID=42209121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008248565A Expired - Fee Related JP5083147B2 (en) 2008-09-26 2008-09-26 Biopolymer detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5083147B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7267053B2 (en) * 2019-03-22 2023-05-01 ローム株式会社 Optical sensor and electronic equipment provided with this optical sensor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4395616B2 (en) * 2004-09-29 2010-01-13 カシオ計算機株式会社 Biopolymer analysis support apparatus and control method thereof
JP4701781B2 (en) * 2005-03-28 2011-06-15 カシオ計算機株式会社 Biopolymer analyzer and biopolymer analysis method
JP4569346B2 (en) * 2005-03-29 2010-10-27 カシオ計算機株式会社 Biopolymer analysis method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010078505A (en) 2010-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6596483B1 (en) System and method for detecting molecules using an active pixel sensor
JP4586329B2 (en) DNA analyzer and analysis method
US20050244886A1 (en) DNA analyzing apparatus, DNA sensor, and analyzing method
JP4957336B2 (en) Biopolymer analyzer and biopolymer analysis method
JP4179169B2 (en) Analysis equipment
JP4581498B2 (en) Biopolymer analysis chip
JP4103581B2 (en) DNA reader and DNA identification method
JP2006226887A (en) Biopolymer analysis chip, analysis support apparatus, and biopolymer analysis method
JP5083147B2 (en) Biopolymer detector
JP4802508B2 (en) Imaging device, biopolymer analysis chip, and analysis support device
JP4569346B2 (en) Biopolymer analysis method
JP4622604B2 (en) Biopolymer analysis support apparatus and biopolymer analysis method
JP4576557B2 (en) Biopolymer analysis chip and analysis support device
JP4395616B2 (en) Biopolymer analysis support apparatus and control method thereof
JP2010071928A (en) Biological macromolecule analysis support apparatus
JP3811393B2 (en) Fluorescence detection device
JP4273974B2 (en) DNA analysis device
JP2010085115A (en) Biological macromolecule analysis support device
JP2010085114A (en) Support apparatus for analysis of biopolymer
JP4396407B2 (en) Biopolymer analysis chip and method for producing biopolymer chip
JP2010204126A (en) Biological macromolecule analysis support device
JP2008283440A (en) Imaging device and biopolymer analysis chip
JP2010166214A (en) Imaging apparatus
JP5012873B2 (en) Image processing device
JP2002350346A (en) Fluorescence detector, method of manufacturing the same, and method of detecting fluorescence using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110204

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110204

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120706

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120807

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120820

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees