用於多個樣品的輻射度測量的設備和方法

2023-10-24 12:44:02 2

專利名稱：用於多個樣品的輻射度測量的設備和方法
技術領域：
本發明涉及通過照射以輻射測量方式檢測多個樣品的裝置和方法，其中，該樣品 通過由檢測器所監控到的樣品輻射的發射對所述輻射作出響應。
背景技術：
運行這種裝置可以獲得與特定樣品有關的樣品輻射的強度。通過在確定時刻對 樣品的樣品輻射的反覆檢測，可以例如分析作為時間函數的樣品輻射的發出。為了定量且 優選實時地分析聚合酶鏈反應(PCR)的過程，將這種類型的裝置例如用於以光度測量方式 測試多個樣品，例如在熱循環器上的在線測試。這種裝置的另一種應用可以是探測基板上 的多個微陣列點，或者也可以是無論在什麼情況下必須通過發光、螢光、吸收、傳送、散射現 象、衍射、折射以及反射等手段以輻射測量方式測試多個樣品。該裝置可用於熱循環器、芯 片閱讀器、MTP閱讀器、點閱讀器以及其它多分析測試器件上的在線樣品測定(用於PCR)。所述實時PCR方法使用樣品中至少一種類型的螢光標記的螢光輻射以表徵PCR的 過程。在這種情況下，一個樣品中存在幾種不同的螢光標記，其中，每個螢光標記具有不同 的激發光譜，該激發光譜在特徵激發頻率下具有最大量，單一類型的輻射元件的單個輻射 譜可能足以包括這些激發頻率。US 7102131 B2公開了一種可用於實時PCR的裝置，以分析 一個PCR組內的幾個螢光指示器的螢光。具有與樣品架的每一個樣品相關的一個光源。這 種布置的缺點是所述一個光源的總的輻射能量分散在連續的光譜上，從而導致了所需的激 髮帶的強度較低。為了提高所檢測的螢光輻射的信噪比(S/N)，使用具有不同輻射譜的光源 可能是合適的，其中，每個輻射譜分別適於有效地覆蓋特定螢光標記的激發譜。在大體是單 色發射器元件時，單色發射器元件的輻射頻率應當充分接近相應的螢光標記的最大激發量 的輻射頻率。對於某些試驗，使用多種類型光源需要通過每種類型的光源來探測每個樣品，其 中每種類型的光源提供不同的輻射譜。US 7148043 B2公開了一種用於監控多個樣品中的 螢光的裝置，該裝置具有檢測單元，該檢測單元提供多個激發/檢測通道，每個通道提供與 一樣品中的某一個螢光標記試劑相對應的光源。所述通道布置在檢測模塊中，該檢測模塊 可通過步進馬達沿著樣品架的多個樣品位置移動。因此，為了掃描所有的樣品，需要執行很 多測量步驟。這種布置的缺點是定位錯誤可能隨著掃描步驟增加，這降低了被測數據的可 靠性。在某些篩選試驗中，孔板中提供的樣品數目為96、384或甚至為1536。樣品腔室的 直徑隨著樣品位置數目減少，這更需要檢測模塊的精確定位以確保數據的再現性和可比較 性。另外，尤其對於順序測量法，只要單個測量的時間沒有減少，採集多個測量點會導 致總體測量時間較長。另一方面，單個測量的時間的減少會導致所檢測的螢光強度信號的 S/N降低。另外，並行測量很多樣品(例如一次並行測量96個樣品)的測量裝置不強制提 供短的總測量時間。由於涉及所使用的信號的有限帶寬以及與所測量信號的估算有關的變 換運算的有限計算能力的誤差，這種大規模並行測量的效率受到限制。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的改進裝置，其 中該裝置尤其具有更短的總的測量時間和/或實現所檢測的樣品輻射的信號的較大的信 噪比。本發明的目的另一方面是提供另外一種以輻射測量方式測量多個樣品的方法。為達到上述目的，本發明提供一種如權利要求1，11，14，43和44所述的方法、如權 利要求10，13，21，22和23所述的裝置、如權利要求52所述的計算機代碼，以及如權利要求 53所述的存儲介質。本發明的優選改進為從屬權利要求的主題。根據本發明的一實施例，一種用於以輻射測量方式檢測至少兩個樣品的N(N為大 於1的自然數)個樣品輻射的方法，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的 輻射所產生，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該方法包括以 下步驟確定一組N個基頻；將一個參考頻率加到所述基頻的每一個上，其中所述參考頻率大於所述基頻的每 一個，使用該參考頻率和基頻的N個和，以提供N個調製信號，其中每個調製信號用於調 制不同發射器元件的輻射，檢測N個樣品輻射作為和信號，其中根據引起各個樣品輻射的被調製的輻射來調 制每個樣品輻射，使用解調方法解調該和信號，實施變換以將該被解調的和信號從時間依賴信號轉換為頻率依賴信號；以及根據基頻，從所述頻率依賴信號的振幅中確定至少一個單個樣品輻射的量。優選通過乘法處理，實施對該和信號的解調，這尤其是將參考頻率與和信號相乘。 因此，解調該和信號優選指和信號的向下混頻。解調優選是通過使用模擬電子器件(例如， 環形調製器)來實施，以及優選通過使用數字電子器件來實施。根據本發明的上述方法具有如下具體優點輻射信號具有不同的時間特性，這通 過潛在的幹擾信號降低輻射信號的幹擾，該輻射信號通過調製信號和潛在的幹擾信號調 制，該幹擾信號具體地可以是低頻幹擾。具體地講，用於調製的頻帶被移動到與潛在的幹 擾信號的頻率相比更高的頻率。因此，避免了幹擾並提高了所檢測的樣品輻射的量的S/N。 另外，通過使用不同的調製信號，可對樣品輻射的特定發射器(例如螢光標記)進行尋址 (address)，或對多個樣品中的特定樣品進行尋址。通過所述尋址，在所檢測出的N個樣品 輻射的和中特定發射器的樣品輻射或特定樣品的樣品輻射變得可識別。與檢測N個樣品輻 射的順序操作相比，並行測量N個不同樣品輻射提供降低所述N個樣品輻射的總的測量時 間的可能性，這意味著可以降低總的測量時間。所述N個基頻優選是大體等距的，優選選自OkHz至4kHz的頻率範圍。然而，所述 N個基頻可以且優選不是大體等距的。另外，所述N個基頻可以且優選地在4KHz至IMHz範圍。所述參考頻率優選被選擇為比基頻大得多，例如，至少為基頻乘以因子2或優選 至少為比該基頻大一個數量級。參考頻率的優選頻率範圍還可以為80kHz至120kHz，優選該參考頻率為IOOkHz。但是如上所述，參考頻率可以是不同的。可以且優選使用另一種頻分多址方法替代現行的頻分多址(FDMA)方法，該另一 種FDMA方法用於在至少部分重疊的時間段內，調製至少兩個輻射元件的輻射，並估算由所 述至少兩個輻射元件引起的樣品輻射之和。優選地，通過互阻抗放大器放大由檢測設備所生成的N個樣品輻射的和信號。優 選地，該互阻抗放大器是將電流轉換為電壓信號的設備。在這種情況下，該和信號是電流信 號，該電流信號通過互阻抗放大器被轉換為電壓信號 。優選地，互阻抗放大器具有高通功 能，其能至少部分抑制該和信號的低頻幹擾(噪聲)。優選地，通過高通濾波器，尤其是數字高通濾波器，對該和信號進行濾波。其具有 在估算過程中不考慮低頻幹擾信號的優點，因此提高了所檢測的樣品輻射的量的S/N。優選地，來自所述被解碼的和信號的至少一個單個樣品輻射的量為信號振幅，該 信號振幅是對樣品輻射的強度的度量，該樣品輻射的強度已通過該調製頻率尋址。利用本發明說明書的解釋和定義，以下提供根據本發明方法的實施例。在優選實施例中，根據本發明的用於以輻射測量方式檢測多個樣品方法，優選包 括以下步驟至少部分同步照射全部樣品中的N個樣品，所述N個樣品包括樣品的至少一個 第一組和至少一個第二組，每一組至少包括兩個樣品，通過第一光譜的輻射照射所述第一 組樣品，通過第二光譜的輻射照射所述第二組樣品，其中全部η個光譜的所述至少一個第 一和一個第二光譜的每一個是不同的，其中通過不同調製的輻射照射每組樣品中的每一個 樣品；並且至少部分同步檢測所述N個樣品的樣品輻射。優選地，根據本發明的方法還包括以下步驟提供以χ行和y列的陣列布置的全 部x*y個樣品位置或樣品，每一個樣品位置適於容納一個樣品；提供輻射元件的陣列，其可 布置成使每個輻射元件至少間斷地分配給一個樣品，該陣列由r = x+n-1行(r >= χ)和 c = y列組成，其中每行輻射元件顯示相同的行發射光譜，該行發射光譜為所述η個不同發 射光譜中的一種，其中還提供了 m個行組成的塊，其中塊的數目(該數目>0)與具有行發 射光譜的行的序列相等(!·、 、!！和！！！為自然數)。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟使至少r = χ個輻射元件的至少一列至 少部分同步，尤其是同步照射所述相應的X個樣品，其中所述N = χ。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟對每一列輻射元件和相應的樣品至少 部分同步，尤其是同步實施上述步驟。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟將該所述N個樣品的樣品輻射分為光 譜分量，每個分量代表對應於多組樣品的一組的樣品輻射；並且將樣品輻射的所述分量的 每一個向檢測單元傳送。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟將所述和信號解調並估算所述N個樣 品的每一個單個樣品的樣品輻射。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟為了利用每種類型的輻射元件對樣品 實施全面掃描，提供輻射設備相對於樣品架構件的全部定位步驟，具體為n-1個。另外，利用本發明說明書的解釋和定義，以下提供根據本發明方法的實施例。根據本發明的方法，其中所述N個基頻選自OkHz至IMHz的頻率範圍。根據本發明的方法，其中所述參考頻率至少比所述基頻中的每一個大一個數量級。根據本發明的方法，其中該方法包括通過高通濾波器對所檢測的和信號進行濾波 的步驟。根據本發明的方法，其中該方法包括通過帶通濾波器對所檢測的和信號進行濾波 的步驟。根據本發明的方法，其中該方法包括通過使用採樣頻率進行採樣和量化將所述和 信號數位化的步驟。根據本發明的方法，其中所述採樣頻率等於或大於奈奎斯特頻率。根據本發明的方法，其中該方法包括在一段時間內，求所述和信號的均值的步驟。根據本發明的方法，其中該方法包括在解調之前，通過數字高通濾波器對所述和 信號進行濾波的步驟。根據本發明的方法，其中解調方法通過將參考頻率與所述和信號相乘來解調所述 和信號。
根據本發明的方法，其中在解調和信號之後實施子採樣步驟。根據本發明的方法，其中所述變換運算為數學運算。根據本發明的方法，其中所述變換運算為傅立葉變換法。與所述方法類似，一種用於以輻射測量方式檢測至少兩個樣品的N個(N為大於1 的自然數)樣品輻射的裝置，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射引 起，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該裝置包括控制設備，適於控制所述輻射元件以及使用N個基頻來提供N個調製信號，其中每 個調製信號用於調製不同發射器元件的輻射。至少一個檢測設備，其適於在至少部分重疊的時間段內檢測至少兩個樣品的樣品 輻射以作為和信號；估算設備，其適於由所述和信號估算單個樣品的樣品輻射；其中該估算設備適於解調和信號，以實施變換運算從而將該被解調的和信號從時間依賴信號轉換為頻率依賴信號， 以及根據基頻，由所述頻率依賴信號的振幅確定至少一個單個樣品輻射的量。根據本發明的另一實施例，用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於 1的自然數)個樣品輻射的方法，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻 射引起，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該方法包括以下步 驟確定偽隨機數的一個碼序列；用單個調製信號調製所述N個發射器元件中的每一個所發射的輻射，該單個調製 信號利用通過所述偽隨機數的一個碼序列形成；其中，單個調製信號的偽隨機碼相對其它調製信號的偽隨機碼移動約至少一個比 特，檢測N個樣品輻射作為和信號，其中根據引起各個樣品輻射的被調製的輻射調製 每個樣品輻射；
對所述和信號執行數學運算以解碼該和信號；由所述被解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射的量。根據本發明的上述方法具有如下具體優點輻射信號具有不同的時間特性，這利 用潛在的幹擾信號降低輻射信號的幹擾，該輻射信號通過調製信號和潛在的幹擾信號調 制，其中潛在的幹擾信號具體是低頻幹擾。具體地講，用於調製的頻帶定位在與潛在的幹擾 信號的頻率相比高得多的頻率。因此，提高了所檢測的樣品輻射的量的S/N。另外，通過使 用不同的調製信號，可對樣品輻射的特定發射器(例如螢光標記)進行尋址，或對多個樣品 的特定樣品進行尋址。通過所述尋址，在所檢測的N個樣品的輻射之和中特定發射器的樣 品輻射或特定樣品的樣品輻射變得可識別。與檢測N個樣品輻射的順序操作相比，並行測 量N個不同樣品輻射提供了降低所述N個樣品輻射的總的測量時間的可能性，這意味著可 以降低總的測量時間。優選地，所述偽隨機數的碼序列為金碼(Gold-code)。然而，所述碼序列可以並且 優選選自用於擴頻系統的其它序列，如最長的序列、卡沙瑪序列以及巴克碼等。碼的長度優 選為至少2^-1，其中N為在至少部分重疊的時間段內為所監測的樣品的數目。
關於碼序列和其它技術術語的說明，參考Don Torrieri 「Principlesof spread-spectrum communication system，，，Springer, 2005,此處通過弓|用將其併入。可以且優選在至少部分重疊的時間段內，使用另一種碼分多址(CDMA)方法調製 至少兩個輻射元件的輻射並且估算由所述至少兩個輻射元件引起的樣品輻射之和。優選地，該估算設備包括解碼設備，例如，相關器設備或乘法器設備，用於執行作 為解碼運算的數學運算。解碼運算優選包括相關運算，例如自相關或乘法，以由所述和信號 分解該樣品輻射的量。與FFT運算相比，使用所述相關法的具體優點是所述相關法的硬體實現更容易並 且可以減少使用所述相關法所需的計算時間。利用本發明說明書的解釋和定義，提供以下根據本發明方法的實施例。根據本發明的所述方法，其中，偽隨機數的碼序列為金碼。根據本發明的所述方法，其中，所述數學運算包括用於將所述和信號與單個調製 信號相關聯的相關法。根據本發明的所述方法，其中，所述相關法是自相關類型。根據本發明的所述方法，其中，所述數學運算大體上可替換為加法和減法運算。與上述方法類似，一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的 自然數)個樣品輻射的裝置，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射 引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該裝置包括控制設備，適於控制所述輻射元件並且使用單個調製信號調製由所述N個發射器 元件中的每個所發出的輻射，該調製信號通過使用偽隨機數的所述一個碼序列而形成；其中單個調製信號的偽隨機碼相對其它調製信號的偽隨機碼至少移動約一個比 特；至少一個檢測設備，其適於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少一個樣品的樣 品輻射作為和信號；估算設備，其適於由所述和信號估算單個樣品的樣品輻射；
其中，通過數學運算使所述估算設備適於解碼所述和信號，以及其中估算設備適於確定至少的量。根據又一實施例，一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的 自然數)個樣品輻射的方法，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射 引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，該方法包括以下 步驟確定一組N個阿達馬碼序列，其中每個所述阿達馬碼序列用於形成單個調製信 號；
使用一不同的單個調製信號調製所述N個發射器元件的每一個所發出的輻射，檢測N個樣品輻射作為和信號，其中根據被調製的引起各個樣品輻射的輻射來調 制每個樣品輻射； 對所述和信號執行數學運算來對其解碼；由所解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射的量。根據本發明的上述方法具有如下具體優點輻射信號具有不同的時間特性，這利 用潛在的幹擾信號降低輻射信號的幹擾，該輻射信號通過調製信號和潛在的幹擾信號調 制，潛在的幹擾信號具體可為低頻幹擾。具體地講，用於調製的頻帶定位到與潛在的幹擾信 號的頻率相比高得多的頻率。因此，提高了所檢測的樣品輻射的量的S/N。另外，通過使用 不同的調製信號，可對樣品輻射的特定發射器(例如螢光標記)進行尋址，或對多個樣品的 特定樣品進行尋址。通過所述尋址，在所檢測的N個樣品輻射之和中特定發射器的樣品輻 射或特定樣品的樣品輻射是可識別的。與檢測N個樣品輻射的順序操作相比，並行測量N 個不同樣品輻射提供降低所述N個樣品輻射的總的測量時間的可能性，這意味著可以降低 總的測量時間。優選地，所述相關法是自相關類型並且優選使用阿達馬矩陣對N個樣品輻射之和 進行逆變換，該阿達馬矩陣包括所述N個阿達馬碼序列。具體地講，使用沃爾什_阿達馬變 換。與經典FFT分析相比，使用所述相關法的具體優點是所述相關法的硬體實現更容易並 且執行相關法所需的計算步驟可以更快。在優選實施例中，用逆阿達馬矩陣H—1對信號矢量 的矩陣乘法實施信號分析。H—1可以一次從阿達馬序列矩陣H計算得到並且可固定在操作 軟體或數據存儲器中進行存儲。這使得該方法應用普遍並且容易實施。利用根據本發明方法的上述描述的解釋和定義，下面提供根據本發明方法的實施 例。根據本發明的方法，其中，所述阿達馬碼序列是正交的。根據本發明的方法，其中，所述數學運算包括使所述和信號與單個調製信號進行 相關聯的相關法。根據本發明的方法，其中，所述相關法為自相關類型。根據本發明的方法，其中，所述數學運算大體上可用加法和減法運算來替代。根據本發明的方法，其中，所述相關法通過使用逆阿達馬矩陣對所述和信號進行 逆變換，所述逆阿達馬矩陣與所述N個阿達馬碼序列相關。根據本發明的方法，其中，所述相關法使用沃爾什_阿達馬變換。與所述方法類似，一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的自然數)個樣品輻射的裝置，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射 引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該裝置包括控制設備，適於控制所述輻射元件以及使用一組N個阿達馬碼序列調製所述N個 發射器元件的輻射；其中每一個阿達馬碼序列用於形成單個調製信號；至少一個檢測設備，適於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少一個樣品的所述 樣品輻射作為和信號；估算設備，適於由所述和信號估算單個樣品的樣品輻射；其中，估算設備通過執行數學運算解碼所述和信號，以及
其中估算設備適於由被解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射的量。根據本發明的該方法具有如下的優點對於可能干擾所檢測的樣品輻射的多餘的 光來說該測量不夠靈敏。通常通過根據本發明的方法降低幹擾的可能性。具體地講，根據 本發明的方法，可以至少部分抑制檢測單元的固有噪聲。根據又一實施例，一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的裝置包括輻射設備，其提供至少一個輻射元件以及至少兩個發射器元件，其中每個輻射元 件至少包括一個發射器元件，並且其中所述至少兩個發射器元件適於在至少部分重疊的時 間段內發出輻射；控制設備，控制所述輻射設備；樣品架構件，提供支撐多個樣品的多個樣 品位置，其中在檢測過程中，至少部分輻射設備和樣品架構件適於相對彼此移動，且其中至 少兩個發射器元件的每一個適於通過第一光路以輻射照射不同樣品，這使該樣品通過第二 光路以至少一個樣品輻射頻率向至少一個檢測設備發出樣品輻射，所述至少一個檢測設備 適於在至少部分重疊的時間段內，檢測由至少兩個樣品所發出的樣品輻射作為和信號；以 及估算設備，適於由所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。根據又一實施例，一種用於以輻射測量的方式檢測多個樣品的裝置包括輻射設 備，提供至少一個輻射元件和至少兩個發射器元件，其中每個輻射元件至少包括一個發射 器元件，其中，至少兩個發射器元件適於在至少部分重疊的時間段內發出輻射，其中至少兩 個發射器元件提供具有不同輻射光譜的輻射；控制設備，控制所述輻射設備；樣品架構件， 提供支撐多個樣品的多個樣品位置，其中至少兩個發射器元件的每一個適於通過第一光路 照射至少一個樣品，這使該樣品通過第二光路，以至少一個樣品輻射頻率向至少一個檢測 設備發出樣品輻射，所述至少一個檢測設備適於在至少部分重疊的時間段內，檢測由至少 兩個樣品所發出的樣品輻射作為和信號；以及估算設備，適於由所述和信號估算至少一個 單個樣品的樣品輻射。在本發明的語境中，術語「多個」是指「最少兩個」。發射器元件可形成為輻射源。輻射源可以選自包括LED、大功率LED、0LED以及激 光二極體等輻射源的組。輻射源還可以是貼片發光二極體(SMD-LED)，該貼片發光二極體尤 其具有空間尺寸小和抗震動的機械穩定性高的優點。其它適合的輻射源可以包括適合輻射 測量的所有那些發射器元件，其可根據輻射需要來選擇，例如，為螢光的目的，或者根據對 輻射路徑的要求設置，例如，精確聚焦在數個樣品中的一個上，或者考慮輻射元件的輻射強 度或持久性以及尺寸。因此，也可以應用白熾燈泡和雷射、閃光燈、太赫茲輻射源、其它電磁 輻射源和粒子輻射源，例如β輻射。發射器元件可以並且優選形成為光路器件，其中優選地，發射器元件不包括輻射源而包括用於影響輻射的光路的器件，該輻射由至少一個輻射源發出。在這種情況下，優選 地，輻射源與發射器元件是分開的。發射器元件優選為包括光學濾波器的端面的設備。可以 使用這種光學濾波器將輻射從至少一個輻射源傳送到發射器元件。優選地，進行僅僅將幾 個輻射源，例如，僅僅一個輻射源的輻射，通過一束光纖傳送到多個發射器元件的操作。這 種布置的優點是輻射源的數目可以小於發射器元件的數目，這意味著輻射設備的操作和 維護的成本更低。另外，由於可以將使用數個具有各自特性(例如，強度、光譜以及溫度依 賴性等)的輻射源可能導致的誤差，降低至一個輻射源的誤差，所以改善了所測量的數據 的質量。因此所測量的數據具有可靠性和可比較性。輻射元件又可至少包括一個用於修改輻射元件的輻射的類似於光學濾波器、光 纖、透鏡以及鏡面等光學輔助器件。該裝置優選具有至少一個輸入埠，具體指該輻射設備，其中，所述輸入埠適於 接收將向至少一個輻射元件傳送的輻射，該輻射因此具有相同的發射光譜。如果輻射源的 數目小於發射器元件的數目，這是尤其優選的。優選地，每個輸入埠適於接收輻射源的輻 射，尤其是不同輻射源的輻射。優選地，通過光纖至少部分實現將來自所述輸入埠的輻射 分發至輻射元件或發射器元件。通過集成光路，例如，基於聚二甲基矽氧烷(PDMS)，還可以 且優選至少部分實現將來自輸入埠的輻射向發射器元件分發。
輻射元件還可以並且優選包括數個發射器元件，該發射器元件的輻射疊加以形成 一個輻射，例如輻射元件包括多個發光二極體。由輻射元件發出的輻射的光譜優選為窄帶或大體是單色的。另外輻射元件的發射 器元件優選發出窄帶或大體是單色的輻射。這可以是這種情況，例如對於發光二極體，其優 選用來作為發射器元件，且其優點是輻射通量集中在相對小的波長範圍。比起相同通量的 寬帶輻射，這種窄帶輻射，例如在螢光應用中，可以引起更高的螢光光線的產生量。另外，由輻射元件發出的輻射的光譜可以並且優選包括較寬的波長範圍。這種寬 帶光譜具有如下優點在根據不同的波段所引起的過程中，可以通過一個覆蓋不同波段的 激發輻射初始化數個過程。螢光就是這種過程的示例，其中一個寬帶輻射能夠激發不同熒 光標記的螢光，該螢光具有不同激發光譜。在這種布置中，輻射元件的發射器元件優選發出 白光，具體地，這可以由白色高性能的發光二極體發出。另外，優選提供數個光源，將這些 光源結合起來形成白色光源，例如，並行安裝在一個輻射元件內的不同光譜的數個光源，例 如，組成了寬帶發射器元件或輻射元件、分別平行的黃色、紅色、綠色以及藍色發光二極體。特定輻射元件的或不同輻射元件的發射器元件優選在至少部分重疊的時間段內 發出輻射或連續發出。本發明語境中的輻射優選是指電磁輻射。電磁輻射優選為可見光、紫外線或紅外 光，而樣品輻射優選為螢光光線。所述螢光光線可以從螢光標記發出，該螢光標記優選地 適用於用作PCR中的定量分析並且優選地選自包括溴化乙錠、花青染料(例如SYBR Green
I (g)) >FRET-探針(例如LightCycler (g)或者TaqMan (g)探針)，螢光納米顆粒等的螢光標
記組。該輻射還可以是太赫茲輻射，其大體是指300GHz至IOTHz的頻率範圍。然而，輻射也可以是粒子輻射，例如，β輻射，一經照射樣品其會引起任何類型的 樣品輻射。優選地，該輻射從發射器元件沿第一光路傳播並被傳送至樣品，在此處其引起樣品輻射。該樣品輻射從樣品沿第二光路向檢測設備傳播。第一和第二光路至少可以部分重 疊，可以完全重疊或可以不重疊。輻射設備優選包括輻射元件的布置。該布置優選為周期性布置的輻射元件的陣 列，這些輻射元件優選安裝在至少一個基板上。雖然該陣列的構造優選大體為一維的，優選 大體為二維的，尤其是與樣品架構件平行，但是，也可以至少部分是三維排列的。輻射設備 也可包括像是控制器、傳感器、電路、無源或有源製冷元件的其它設備。輻射設備優選提供至少兩種不同輻射光譜的窄帶輻射。多個輻射元件的至少兩個 輻射元件或發射器元件可以且優選提供不同的輻射光譜，其中優選每個所述輻射光譜分別 適於光學激發不同的螢光標記。
下面使用笛卡爾坐標系統說明該裝置的各部分的優選方向和排列。在該系統中， 下文中χ-y平面指水平面，而正ζ方向指「向上」。該輻射設備優選布置成相對於樣品架構 件至少部分可移動並且優選至少部分與樣品架構件平行，該樣品架構件優選在χ-y平面內 布置。輻射設備優選包括支撐部件，其支撐所述至少一個其上至少安裝有至少兩個輻射元 件的基板。該基板優選安裝為相對於所述支撐元件可移動的並且優選安裝成繞旋轉軸可旋 轉，其可排列為平行或垂直於樣品架構件。因此，所述至少一個輻射元件和至少兩個發射器 元件可以節省空間的方式來安裝。優選地，提供了 χ移動器件和/或y移動器件，這可將輻 射設備相對於樣品架構件沿χ和/或y方向移動。另外，可提供旋轉移動器件，這使輻射設 備相對於該樣品架構件做角移動。在這種情況下，旋轉軸可平行或垂直於樣品架構件的主 平面。優選地，輻射設備在離該樣品架構件預設的距離內布置。該距離優選由ζ移動器件 可調整，其可以將輻射設備相對於該樣品架構件沿ζ方向移動。χ、y以及ζ移動器件優選 包括步進馬達和/或壓電致動器並且優選由控制設備、其它輔助控制設備或至少部分由用 戶手動控制。該裝置優選提供與x、y、z和/或旋轉移動器件結合的鎖扣器件以在每一移動步驟 中，更精確地限定輻射設備相對於該樣品架構件的位置。鎖扣器件可以是輻射設備上的鎖 扣或彈性安裝的鎖扣，其剛性嚙合多個孔的相應孔，這些孔被排列為限定該裝置上的鎖扣 位置。然而，可以使用任何能夠扣住和保持輻射設備相對於該裝置的位置的鎖扣器件。因 此，與輻射元件有關的樣品的重定位得到改善，這提高了被測量數據的可靠性。另外，輻射設備優選至少部分布置在該樣品架設備的頂部，即，在正ζ軸方向上的 χ-y平面的一半空間內。這引導輻射向下進入樣品容器中，該樣品容器的上部對於輻射來說 是透明的。而且，輻射設備可以並且優選為至少部分布置在樣品架設備下面。對於某些設置 和實驗來說，後一種構造也具有優點。首先，樣品架設備頂部的空間對於該裝置的其它技術 設備來說是可用的。另外，在這種情況，包含液體樣品的樣品容器的底部對於光來說是透明 的，輻射不必須穿過樣品的彎月曲面。液體的彎月曲面和透明的樣品對光來說就像透鏡。由 於對所有樣品來說，彎月曲面的形狀是不同的，穿過不同樣品的光路將有輕微的變化，從而 導致在各個輻射的光束與樣品的相互作用中發生偏離並且還會在所測量的數據中產生誤 差。因此，將輻射傳送穿過透明的樣品容器的底部以及穿過該底部和樣品液體之間的平坦 界面有益於測量的再現性，從而更精確地控制輻射路徑。根據本發明，所述至少兩個發射器元件在至少部分重疊的時間段內發出輻射。這意味著至少兩個發射器元件至少部分同步發出輻射。還還意味著至少有一個交叉的時間 段，在此交叉的時間段內，至少兩個發射器元件中的全部發出連續的輻射，即，在此時間段 內，由所述至少兩個發射器元件中的所有發射器元件發出的輻射的量大於零。因此，發射器 元件的純交替操作，例如，與脈衝操作相結合，不認為是「至少部分同步」。尤其是，「至少部 分同步」是指該時間段可以具有不同的長度並且可以具有不同的開始和/或結束時間。另 夕卜，所述時間段可以相同。「至少兩個發射器元件至少部分同步發出輻射」還指在至少部分 重疊的時間段內，至少兩個發射器元件是活動的。在下文中，術語「活動的發射器元件」是 指發射器元件正在發出輻射。發射器元件的活動周期優選可根據所檢測的樣品輻射的產生量或信噪比進行調整和控制。因此，與所述至少兩個輻射元件的順序活動相比，至少兩個單個發射器元件的總 的活動時間縮短了，這意味著該裝置的總的測量時間減少。進一步，對於預設的S/N來說， 可以降低總的測量時間。另外，發射器元件的總的激活時間的減少可以導致負載在樣品上 的輻射減少，其例如在樣品螢光可能避免對螢光標記的光化性損害的情況。也可延長輻射 源的使用壽命從而減少對裝置的維護。可替換地或優選地，根據該輻射源的說明，可以利用 輻射源的附加使用壽命和附加的恢復時間操作至少一個輻射源，例如，至少間歇地操作具 有比特定的連續的電流更大的電流的LED。優選地，輻射設備布置為相對於樣品架構件可移動。這意味著，至少可以相對樣品 架構件，從第一位置向第二位置移動輻射設備，其中在第一位置處該裝置裝載有樣品，在第 二位置處可以出現樣品的光度測量。另外，可以並且優選，為了能夠逐步執行掃描動作，在 所述第二位置內至少部分輻射設備相對於樣品架構件是可移動布置的。優選地，輻射設備至少間歇地布置以使多個輻射元件可以照射相等數目的樣品， 其中每個輻射元件大體激發一個樣品-至少間歇對應的一個樣品。因此，輻射設備優選可 以不必移動就可照射大部分樣品，尤其是樣品架構件的所有樣品。一個優點是可以減少總 的定位誤差以及裝置上的機械壓力，這減少了該裝置的維護需求而增加了其使用壽命。另 夕卜，通過這種布置使得優選並行測量多個樣品。並行測量數個樣品可以縮短總的測量時間， 具體地講，可以延長檢測來自單個樣品的樣品輻射的時間，以提高樣品輻射的S/N。另一可 以並且優選的，優選通過優選地布置在發射器元件上的附加的光學器件幫助所述至少兩個 發射器元件照射相同數目的樣品或者另一數目的樣品，該數目可以更大或更小。因此，優選 通過第一光路，將由輻射元件發出的輻射和其各自的至少一個發射器元件引導到一個或多 個樣品，其中第一光路優選排列為與樣品架構件垂直，但也可優選為至少部分沿著非垂直， 例如，有角度或彎曲的方向。優選地，輻射設備提供多個輻射元件，其在陣列中在周期的位置處布置。該陣列優 選由r行和c列組成，其中I^Pc為自然數，且優選r> 1且c> 1。可替換地，優選r> 1 且c = 1或者優選r = 1且c > 1。輻射元件的布置優選與樣品的布置在幾何上對應。另外，多個輻射元件優選以陣列形式布置，其中優選地，由至少兩個不同的輻射元 件組成的至少一個圖案至少重複一次，該輻射元件分別具有至少兩個不同的發射光譜。具 有至少兩個不同發射光譜的至少兩個不同輻射元件是指所述至少兩個輻射元件適於提供 至少兩個發射器元件，該發射器元件提供具有不同輻射光譜的輻射。該圖案優選為具有兩 個不同的發射光譜的輻射元件的任何序列，優選為線性序列或優選為平面組配。使用至少一個重複圖案的優點是對於某些測量試驗來說，可以使輻射設備相對於樣品架構件所需 要的定位步驟的數目最小化。使定位步驟的數目最小化導致總的定位誤差和該裝置上的機 械壓力減少，這減少了對該裝置的維護需求而延長了其使用壽命。另外，定位步驟的步驟多 少可隨著輻射元件的周期布置而減少，因此也減少了總的測量時間，並且對執行該定位步 驟的移動器件的能力和尺寸的需求也減少了。優選地，該陣列由r行和c列組成，其中I^Pc為自然數，優選r> 1且c> 1。在此情況下，用於輻射設備的不同類型的輻射元件的數目為n，例如，由於η個不同的輻射光 譜包括輻射元件，其中η為自然數且11 > 1，所以優選行的數目r = η。另外，優選一行包括 一種類型或相同類型的輻射元件以形成具有行發射光譜的一行。尤其是，這種行式的幾何 結構使簡單設計輔助器件得以實現，該輔助器件提供相應的行式幾何結構以將樣品發射逐 行引導到檢測器設備。另外，通過逐步移動樣品架部件可以將樣品的掃描限制到一個方向， 例如，χ方向，因此，與兩個方向的掃描相比，移動器件的設計更加容易。優選地，輻射設備的陣列與樣品架構件的樣品位置的陣列具有相同的列數，該數 目由χ行乘以y列來限定，列可表示為y = c。在該情況下，輻射設備的陣列的行數優選為 n(即，r = η)，其中優選每行具有特定的行發射光譜。通過這樣的布置，定位步驟的數目可 以降到χ+η-2，為了利用每種類型的輻射元件對樣品執行全面的掃描，輻射設備被定位在其 第一位置。所述輻射設備的陣列還優選由r = n*m行和c列的乘積組成，其中每一行具有一 個行發射光譜，該行發射光譜為η個不同行發射光譜的一個，並且還提供了 m個行組成的 塊，每一塊與行發射光譜具有相同的行序列，其中m是大於1的自然數。輻射元件的這種塊 式布置可以減少掃描步驟的數目。還可以並且優選提供m個行組成的塊，其中每一塊具有 一種類型帶有塊式行發射光譜的行。這種塊式幾何結構使簡單設計輔助器件得以實現，該 輔助器件提供了相應的塊式幾何結構以將樣品輻射逐塊引導到檢測設備。輻射設備的陣列優選由r = (n*m)-l行和c列組成，其中每一行的輻射元件顯示 出相同的行發射光譜，該行發射光譜為η個不同行發射光譜中的一個，並還提供了 m個行組 成的塊，其中m-1塊具有與行發射光譜相同的行序列(r、c、n和m是自然數)，並且一塊部分 具有所述序列。在此情況，優選輻射設備提供與樣品架構建的樣品位置的數目相同的多個 輻射元件加上附加的n-1行輻射元件。通過這種布置，定位步驟的數目可以減少到n-1，為 了利用每種類型的輻射元件對樣品執行全面的掃描，輻射設備被一次定位在其第一位置。優選地，輻射元件的陣列由r = n*m行和c列組成，其中提供了 m個由行組成的塊， 其中每一塊的輻射元件顯示出相同的塊發射光譜，該塊發射光譜是n個不同發射光譜的一 個(r、c、n和m是自然數)。在此情況，輻射設備的列數c和樣品架構件的樣品位置的陣列 的列數χ是相同的。通過這種布置，定位步驟的數目可以減少到(x/m)+n-2，為了利用每種 類型輻射元件對樣品執行全面的掃描，輻射設備被一次定位在其第一位置。另外，優選輻射元件的陣列具有r行和c列，其中r > = 12且c > = 8、r > = 24 且c>=16或r>=48且c>=32，該陣列分別對應標準的孔板結構。優選輻射元件的數目超過樣品架構件所提供的樣品位置的數目。輻射元件的數目 和樣品位置數目的差值優選為n*c，其中η和c在上述內容已限定。這種布置的優點是在 輻射設備相對於樣品架構件的每一定位步驟中，可以在一個輻射元件和一個樣品之間建立聯繫，這種聯繫使並行測量效率高。優選地，在每一定位步驟中，一行樣品與具有行輻射頻 率的不同行的輻射元件發生聯繫。根據本發明的裝置的輔助設備在至少部分重疊的時間段內，將至少兩個樣品的樣 品輻射向所述檢測設備引導。因此，不同波長的樣品輻射可以通過所述一個輔助設備得以 同步引導。輔助設備優選為由至少一個鏡面分段組成的鏡面部分，所述鏡面分段的每一個提 供至少一個鏡面元件，其至少間歇地與至少一個輻射元件發生聯繫。該鏡面部分傳送至少 部分輻射元件的輻射，而至少反射部分樣品輻射。在此情況，樣品輻射為螢光光線，鏡面元 件優選為二色性鏡面，該二色性鏡面適於傳送某一類型輻射元件的激發光並且反射樣品中 的螢光標記的螢光光線。鏡面元件優選大體為平面的組件，其至少間歇地相對樣品架構件 的法線以45°角排列。優選地，一個鏡面元件(即，例如在掃描步驟中)至少是間歇地與輻射設備內的某 一輻射元件發生聯繫。優選地，一個鏡面元件永久地分配給一個輻射元件，這使得將鏡面元 件的幾何布置相對於其所得以分配的輻射元件固定到最佳位置。鏡面分段內的鏡面元件的 布置和輻射設備內的鏡面分段的布置大體是由與各個鏡面元件有關的輻射元件的布置決 定的。因此，例如可以並且優選鏡面分段包含至少一行鏡面元件，該鏡面元件分別分配給至 少一行輻射元件，尤其是分配給具有行發射頻率的一行輻射元件。該鏡面部分優選與輻射設備至少部分相連。因此，鏡面部分的位置至少部分固定 輻射設備上，這有助於避免排列輻射路徑中出現的誤差。在本發明的優選實施例中，相對於 輻射設備，該鏡面部分被定位並固定成一體，因此在測量過程中可以免除鏡面部分定位的需要。還可以並且優選地，鏡面部分至少部分布置為相對於輻射設備可移動。這使得釋 放分配給鏡面分段的空間，並且例如，使得將該空間分配給另一輻射路徑。另外優選地，至 少一個鏡面分段或至少一個鏡面元件安裝成相對於輻射設備旋轉。在此情況，還優選提供 像是步進馬達、壓電致動器或磁開關的移動器件，該移動器件可以對鏡面分段或鏡面元件 施加壓力以移動它。具體地講，所述移動器件能夠將鏡面分段或元件從第一位置旋轉到第 二位置，其中鏡面分段或元件分配在第一位置，在第二位置釋放鏡面分段或元件。優選地，鏡面元件由基板、尤其是是用玻璃或塑料製成的基板整件形成，例如由一 個玻璃基板的部分塗覆形成。可替換且優選地，鏡面部分由至少一個或數個鏡面分段形成， 其中鏡面分段為提供數個鏡面元件的一段設備。鏡面分段優選通過至少一個連接器件相 連，例如為框架結構，外殼透明矩陣或塑料或接合劑類材料。相反，又一可以並且優選地，鏡 面分段是大體分開的設備。在另一種鏡面部分的優選設計中，鏡面元件還可分裂為鏡面子 元件，其可以為一段或分開的數段。該輔助設備優選以與輻射設備和樣品架構件大體平行的方式布置，並且優選大體 布置在樣品架構件和輻射設備之間。可替換並且優選地，鏡面部分布置為使樣品架構件大 體定位在鏡面部分和輻射設備之間。第一光路優選限定為使輻射，輻射源的原點發出輻射元件的發射器元件、傳送輔助設備、進入引起樣品輻射的樣品的區域。樣品輻射通過第二光路向者輔助設備離開樣品 區域，在輔助設備處，通過第二光路將樣品輻射引導到檢測器設備。
該輔助設備優選提供光學器件以便沿著諸如纖維、濾波器、透鏡、孔等的輻射路徑 操作該輻射。這些光學器件具體可以有助於選擇適當的激發頻率、校準該輻射、引導該輻 射、將該輻射集中到該樣品上，和/或減小偏離光等。可替換並且優選地，該輔助設備包括與輻射設備和檢測設備連接的光纖。第一光 纖將一個輻射元件與一個至少間歇發生聯繫的樣品光學連接，從而利用輻射路徑的第一部 分。輻射路徑的第二部分包括第二光纖，其將在鄰近樣品處收集的樣品輻射導向該檢測設 備。優選地，該裝置提供至少一個光學塊設備。所述光學塊設備優選至少部分包括所 述輻射設備的組件，優選包括所述輻射設備以及優選包括所述輔助設備。優選地，該光學塊 設備組成了該裝置的模塊，其能被其它光學塊設備替代。因此，可以使用與不同光學塊設備 相同的裝置。其優點是該裝置可以更容易地使用不同幾何布置的樣品容器，例如，使用96 和384兩個孔板以及其它樣品架布置。又一可選並且優選地，該裝置包括僅一個或多個可以改變位置的光學塊設備。位 置的改變可以依賴於樣品容器的幾何布置，這是該裝置的用戶所期望的。優選地，自動執行 位置的變化，例如，依據電腦程式的初始化、或可以由用戶進行初始化。優選地，為了實施 位置的改變，該裝置提供位置變化器件。所述位置變化器件優選適於將至少一個光學塊相 對於樣品位置移動。優選地，所述位置變化器件包括至少一個轉換位置器件，其能夠實施所 述至少一個光學塊設備的轉換動作。另外，所述位置變化器件優選包括至少一個旋轉位置 器件，其能夠對至少一個光學塊設備實施旋轉移動。旋轉的軸可以垂直和/或平行和/或 在其它方向排列。
另外優選地，所述位置變化器件適於執行轉換和旋轉兩種動作。所述位置變化器 件可以包括，例如，錠子驅動器和/或線性馬達和/或電子馬達或致動器，和/或氣動或電 化學驅動器或致動器等。在一個裝置中使用可更換的數個光學塊設備具有如下優點可通 過覆蓋將該光學組件封裝以防止塵土汙染光學路徑。另外，可以避免必須手動更換光學塊， 因此，免除了利用用戶操作的機械壓力。樣品架構件優選提供容器位置陣列，該陣列為適於支撐或固定可容納樣品的容器 的位置的陣列，其中，該樣品可以包括至少一個樣品輻射源，例如螢光標記。容器位置陣列 的幾何結構優選至少部分對應輻射設備的輻射元件陣列的幾何結構。具體地講，樣品架 構件可包括可用於PCR的熱循環器的熱塊(thermoblock)。熱塊由金屬製造，例如，鉛、銀 或銅，並且可包括所述容器位置陣列。可形成該容器位置陣列以支撐滴定板(MTP)或各 個容器。該熱塊的溫度優選通過一個或更多的加熱元件，例如熱電製冷器(珀爾貼元件 (peltier-elements))來調整。另外，樣品架構件的可選並且優選布置包括樣品的定位器 件，該定位器件在US 6852986 Bl中已描述，通過引用將其內容併入於此。優選地，該裝置， 具體地講是輻射設備和控制器設備適於在至少部分重疊的時間段內，通過輻射照射容納在 具有全部χ乘以y個樣品位置的樣品架構件中的所有樣品。根據本發明裝置的至少一個檢測設備在至少部分重疊的時間段內，檢測至少兩個 樣品的樣品輻射作為和。優選地，該檢測設備安裝有光學設備，該光學設備可以在至少部分 重疊的時間段內，將作為和的至少兩個樣品的樣品輻射複製到至少一個光敏感檢測器單元 上。根據本發明裝置的一個優點是可以將檢測器單元的數目減少到一個檢測器單元。這可以降低檢測設備的成本以及維護需求，因此根據本發明的裝置，尤其是與現有技術中對 每一個發射器元件使用一個檢測器單元的檢測設備相比，降低了成本。然而，也可以使用多 個檢測器設備，其尤其對不同光譜範圍的樣品輻射的檢測是最優化的。另一可選並且優選 的，至少一個檢測器設備牢固地附著在輻射設備上。通過使用這種布置，在測量過程中，例 如，在MTP的篩選中，第二光路的長度保持常量，這加強了數據的可比較性和可靠性。該光學設備優選包括用作校準器的光纖陣列。可替換且優選的，該光學設備包括一個或多個透鏡元件，該透鏡元件校準樣品輻射以將其向至少一個檢測器單元傳送。該光 學設備還優選包括至少一個附加的光學器件以沿輻射路徑操作該輻射並優化由至少一個 檢測器單元所檢測的輻射，其中，上述光學器件選自包括光纖、濾波器、透鏡、鏡面以及孔等 的光學器件的組。優選地，該檢測設備包括一個檢測器單元。優選使用只有一個檢測器單元或至少 數個檢測單元還具有以下優點可以最小化檢測設備的成本以及維護需求，並因此使該裝 置的最小化。另外，由於與操作多於一個的檢測器單元有關的誤差減少了，因此增強了裝置 的可靠性。這種誤差可能是例如由不同檢測器單元的不同或變化的操作狀態或者由於檢測 器單元之間的溫度變化而引起。可選且優選地，提供了多於一個的檢測器單元。優選地，數個樣品的樣品輻射是歸 攏的並被引導到不同的檢測器單元。因此可以提高樣品輻射的信噪比，該樣品輻射通過估 算設備在該樣品輻射的和中被識別並被分配給引起所述樣品輻射的輻射元件。還可選並且 優選，通過稜鏡、衍射光柵等，將樣品輻射的和或至少一束樣品輻射分裂成數個部分，以將 所選部分向單個檢測器單元傳送。從而使，例如，根據頻率來識別被檢測的輻射並將所檢測 的樣品輻射的估算效率最優化，從而幫助提高所述信噪比。檢測器單元優選選自一組設備，該組設備包括光電二極體、雪崩光電二極體、光電 互阻抗、光電導檢測器、線性傳感器陣列、CCD檢測器、CMOS光學檢測器、CMOS陣列檢測器、 光電乘法器、光電乘法器陣列、直接圖像傳感器或其它設備，該組設備可測量樣品輻射的至 少一個特性並以電信號的形式輸出測量結果。根據本發明的裝置包括控制設備，該控制設備優選分別控制所述至少一個輻射元 件。該控制設備優選地適於提供調製信號，其中每個調製信號用於調製發射器元件所發出 的輻射。然而，可以提供產生調製信號的分開的調製設備，而發射器元件的活動由控制設備 控制。所述調製設備雖然可與所述控制設備和/或輻射設備在物理空間上分開，但是可以 相連。另外，所述調製設備可以是控制設備的模塊或該裝置的另一設備，例如，估算設備。 可選並且優選，控制設備或調製設備生成調製信號。另外可選並且優選的，所述控制設備 或調製設備使用調製信號，該調製信號可由該裝置的操作軟體或該裝置的數據存儲器所支 持。分別優選地，控制設備包括至少一個數據處理單元(CPU)，具體地講為現場可編程門陣 列(FPGA)設備或微處理器/微控制器，至少一種類型的數據存儲器和電能提供單元，該電 能提供單元可以為控制設備提供至少一個工作電壓。估算設備的微控制器優選與控制設備 相連。控制設備優選適於與輻射設備和估算設備通信。優選地，控制設備包括振蕩器設備， 例如，包括普通晶體振蕩器，該振蕩器設備為使輻射設備和估算設備的操作同步提供主時 鍾計時。優選地，控制設備適於在至少部分重疊的時間段內，使數個發射器元件發出輻射，並且在至少部分重疊的時間段內，從樣品發出數個輻射並在至少部分重疊的時間段內，由 檢測設備檢測作為和信號。該數目優選為選自一組包括2，3，4，6，8，10，12，14，16，24，32的 數字。與大得多的數字(例如，96或384)的實施例相比，從所述數字範圍內選擇數字的優 點是可以對和信號中的樣品輻射執行更有效地估算。具體地講，這意味著在給定的總的測 量時間內，提高樣品輻射的信噪比或對給定的S/N，減少了總的測量時間。使用較小的數，減 少了與所使用信號的有限帶寬有關的誤差以及與估算測量信號有關的變換運算所需的計 算強度，例如，數位化或傅立葉變換。具體地講，當樣品中的功能性螢光標記的濃度還很低時，改善的S/N使得在PCR的 最開始時，監控PCR的過程。另外，根據本發明的裝置和方法中靈敏度的提高使得在自動化 的實驗室環境中運行24小時的系統具有高的吞吐量。根據本發明的裝置還包括估算設備，該估算設備適於估算來自所述和信號中至少 一個單個樣品的樣品輻射。優選地，估算設備為大體上只估算所測量數據的中專用的模塊 化計算設備。這種模塊化設計具有如下優點與任何現有技術中只有一個單個的數據處理 單元的裝置相比，改善了數據控制。估算設備的部分功能優選由作為估算設備的模塊的設 備所實施，或者由可替換並且優選的，雖然可與估算設備分開，但是與估算設備相互作用的 設備所實施。優選地，估算設備包括變換設備，該變換設備可對所述和信號執行變換運算以 由和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。優選地，變換運算為數學運算，尤其是傅立葉 變換。優選地，該估算設備還包括解碼設備，該解碼設備用於對和信號執行解碼運算以由和 信號估算出至少一個單個樣品的樣品輻射。解碼運算優選還包括將和信號與調製信號相乘 的步驟。估算設備可與控制設備或任何其它設備相連，例如，所述調製設備或附加的計算設 備或者已與或可與至少一個數據輸入/輸出設備相連。估算設備優選包括噪聲消減器件並且分別優選包括帶通濾波器、數字高通濾波 器、優選具有高通函數的互阻抗放大器、用於對和信號進行採樣的採樣設備、模擬_數字轉 換器、優選為現場可編程門陣列(FPGA)的中央處理單元、振蕩器設備(例如包括晶體振蕩 器)、至少一種類型的數據存儲器和/或優選與控制設備相連的微控制器。另外，優選在和 信號的至少一個預處理的步驟之後，估算設備優選包括可對和信號求均值的求均值設備。所述變換設備、解碼設備和求均值設備可以在物理空間上分開還可相互連接以與 估算設備相互作用，以對由估算設備提供的數據執行特定的函數。另外，估算設備和控制設 備至少部分一體構造成實現該裝置的複雜設計的集成設備，因此降低了成本。根據本發明裝置的特性，技術人員可以從下面的描述中提取根據該優選實施例裝 置的特性並結合根據本發明的其它特性以進一步修改根據本發明的裝置和方法。另外，根 據該優選實施例的裝置中可以加入附加的特徵。在根據本發明裝置的可選並且優選實施例中，該裝置適於使得在至少部分重疊的時間段內，通過輻射使容納在樣品架構件中的所有樣品被照射，其中樣品架構件具有總共X 乘以y個樣品位置。優選地，在檢測過程中，至少部分輻射設備和樣品架構件可以相互移 動，其中該檢測過程優選地包括對所有x*y個樣品的檢測。優選地，輻射元件的陣列由r行 和c列組成，其中每一行的輻射元件顯示相同的行發射光譜，例如，顏色，該行發射光譜為η 個不同行發射光譜的一個並且其中還提供了 m個由行組成的塊，其中優選至少m-1塊的數 目與具有與行發射光譜相同的行的序列(r、c、η和m為自然數)，並且優選，一塊部分具有所述序列。優選為r = x+n-l、優選r = (n*m)-l。這種方式，輻射元件的陣列優選布置為 一圖案，該圖案包括具有行顏色不同的m塊。其中m-1塊包括數個η行，並且一塊包括不同 行數。另外，輻射設備優選具有輻射元件的數目加上輻射元件的附加的η-1行，該數目與樣 品架構件的樣品位置的數目相同。以這種方式，輻射設備相對於樣品架構件的定位步驟的 數目為η-1步，為了使用每種類型的輻射元件對樣品執行全面掃描，輻射設備被一次定位 在其第一位置上。該裝置，具體地講為輻射設備和/或控制設備利用乘法技術使來自所有樣品的樣品輻射相互可識別，例如至少利用FDMA、CDMA、TDMA, WDMA以及相位復用方法中的一種方 法。對於裝置的優選實施例，優選通過調製技術對在輻射元件陣列內的一行輻射元件的輻 射進行調製。優選地，相同行發射光譜(即，相同的顏色)的每一行使用不同的調製發射光 譜。每個發射器/輻射元件的被調製的輻射激發樣品輻射，這顯示各個相應的調製。因此， 可以識別相同顏色的樣品輻射。具體地講，該樣品輻射是通過檢測器單元同步接收的。具 體地，可以用相同的顏色激發數行輻射元件並在至少部分重疊的時間段內，估算相應的樣 品輻射。所述調製技術優選為碼復用技術，優選使用阿達馬碼或偽噪聲碼等。可選並且優 選，所述調製技術為頻率復用技術，頻率復用技術使用不同的調製頻率。優選地，該裝置具有r個，具體地講為r = χ+(η-1)個輸入埠和/或輻射設備， 其中每個輸入埠適於接收輻射，該輻射被傳送到c = y個輻射元件，因此顯示了相同的行 發射光譜。但是，可選並且優選的，具有r = c數目的輸入埠，其中在此情況下，輸出埠 優選為x+n-1。優選地，輻射元件陣列的每一行分配給輸入埠並且從輻射源接收輻射，具 體地講，該輻射是被調製的輻射。優選多個輻射元件，具體地至少部分同步被激活多個行。 優選地，x*y個輻射元件，具體的，至少部分同步被激活y行輻射元件。優選地，至少部分同 步照射樣品架構件的所有樣品位置。這種布置的優點是並行測量效率很高並且能快速獲 得數據。具體地講，僅僅需要很小的η-1個定位步驟就可以提高全面測量例如微量滴定板 的所有樣品的速度，其中定位步驟是測量每個輻射顏色下的每個樣品所必須的步驟。使用 輸入埠減少了所需輻射源的數目並且另一方面具有同步將相同類型的輻射傳送到多個 輻射元件或發射器元件的優點。另外，優選地，至少具有一個輸出埠，其中，該輸出埠適於輸出樣品輻射，該樣 品輻射為在至少部分重疊的時間段內從多個樣品接收並被傳送到至少一個檢測設備。優選 地，具有數目為C = y個輸出埠。其中每個輸出埠適於輸出樣品輻射，該樣品輻射為在 至少部分重疊的時間段內從數目為χ = r(n-l)個樣品接收並被傳送到至少一個檢測設備， 其中每個檢測設備生成和信號。優選地，該裝置至少具有一個輸出埠，該輸出埠分配給 該輻射以及樣品輻射，該樣品輻射對應輻射元件陣列的一列輻射元件。優選地，通過光纖至少部分實現了將來自樣品的樣品輻射分布到輸出埠。具體 地，每個樣品的樣品輻射優選被引導到數目為x*y個透鏡中的一個透鏡上，該透鏡收集每 個樣品輻射並將該輻射引導到至少一個光纖的輸入端面。可選並且優選地，通過集成光路，例如，基於如聚二甲基矽氧烷(PDMS)的無機或 有機透明物質，至少部分實現了將來自樣品的樣品輻射分布到輸出埠。通過使用這種基 於基板的光學信號傳送器件，減小了輻射路徑器件的體積。因此，可設計更複雜的輻射設備 或裝置。
優選地，該裝置包括數個分光鏡器件，具體為二色性鏡面或稜鏡，具體布置為下行至輸出埠，其中s >0。然而，也可以並且優選地，不使用分光鏡器件。優選地，輸出埠 輸出的該樣品輻射通過數個分光鏡器件分裂為不同的光譜分量，其中將每個光譜分量傳送 到檢測單元，該檢測單元生成和信號。優選地，使用數個分光鏡器件生成數目為s+1個不同 的光譜分量。可選並且優選地，輸出埠輸出的樣品輻射通過過濾輪濾波，其中該過濾輪包 括η個濾波器，其中通過每個濾波器將不同的光譜分量濾波並傳送到檢測單元，從而生成 和信號。優選通過解調將所述和信號解碼。優選地，估算設備適於估算來自數個和信號中 的每個單個樣品的樣品輻射，所述每一個和信號對應來自不同輸出埠的樣品輻射。光譜 分解結合復用方法，具體地講為碼復用方法，提高了利用檢測器單元的動態範圍的效率。利用根據本發明方法的上述描述的解釋和定義，下面提供根據本發明裝置的實施 例。根據本發明的裝置，其中，至少兩個發射器元件提供具有不同輻射光譜的輻射。根據本發明的裝置，其中，在檢測過程中，至少部分輻射設備和樣品架構件適於相 對彼此移動。根據本發明的裝置，其中，該裝置至少包括兩個輻射元件，其中每個輻射元件包括 一個發射器元件，該發射器元件至少間歇地分配給一個樣品。根據本發明的裝置，其中，該裝置包括以陣列形式布置的多個輻射元件。根據本發明的裝置，其中，所述陣列至少根據兩個具有不同輻射光譜的輻射元件 提供圖案，即，所述至少兩個輻射元件適於提供至少兩個發射器元件，該發射器元件提供具 有不同輻射光譜的輻射。根據本發明的裝置，其中，輻射元件以r行和c列的陣列形式布置(r和c為自然 數)。根據本發明的裝置，其中，每一行的輻射元件以至少一個發射光譜的行依賴序列布置。根據本發明的裝置，其中，該陣列由r = (n*m)行和c列組成，其中每一行的輻射 元件顯示相同的行發射光譜，該行發射光譜為η個不同行發射光譜中的一個並且還提供了 m個由行組成的塊，每一塊具有相同的行發射光譜的行序列(r、c、n和m為自然數)。根據本發明的裝置，其中，該陣列由r = (n*m)-l行和c列組成，其中每一行的輻 射元件顯示相同的行發射光譜，該行發射光譜為η個不同行發射光譜的一個並且還提供了 m個由行組成的塊，其中m-1塊具有與行發射光譜相同的行序列(r、c、n和m為自然數)，並 且一塊具有部分所述序列。根據本發明的裝置，其中，該陣列由r = (n*m)行和c列組成，其中還提供了 m個 由行組成的塊，其中每塊的輻射元件顯示相同的塊發射光譜，該塊發射光譜為η個不同行 發射光譜的一個(!·、 、!！和！！！為自然數)。根據本發明的裝置，其中，輻射元件的數目大於樣品位置的數目。根據本發明的裝置，其中，輻射元件的的數目比樣品位置的數目大n*c。根據本發明的裝置，其中，發射器元件為LED、SMD-LED、大功率LED、0LED、雷射二 極管或其組合。根據本發明的裝置，其中，至少一個發射器元件包括適於發出輻射的光纖的端面。
根據本發明的裝置，其中，由至少一個輻射元件、至少一個發射器元件和至少一個 樣品所發出的輻射為光。根據本發明的裝置，其中，由至少一個輻射元件和至少一個發射器元件所發出的 輻射為白光。根據本發明的裝置，其中，該裝置包括鎖扣器件，該鎖扣器件適於為與樣品架構件 相關的至少部分輻射設備保留預定的位置。根據本發明的裝置，其中，輻射設備至少包括一個基板，在該基板上安裝有多個輻 射元件。根據本發明的裝置，其中，輻射設備包括支撐設備，該支撐設備至少支撐一個基 板。根據本發明的裝置，其中，所述基板可相對所述支撐設備移動。根據本發明的裝置，其中，所述基板可繞旋轉軸旋轉。根據本發明的裝置，其中，該旋轉軸大體上排列為平行於樣品架構件。根據本發明的裝置，其中，該旋轉軸大體上排列為垂直於樣品架構件。根據本發明的裝置，其中，輻射設備至少包括一個製冷器。根據本發明的裝置，其中，輻射設備至少包括一個溫度傳感器。根據本發明的裝置，其中，輻射設備至少包括一個控制器以控制至少一個輻射設 備的電子設備。根據本發明的裝置，其中，控制設備為所述輻射設備的一部分。根據本發明的裝置，其中，控制設備為所述估算設備的一部分。根據本發明的裝置，其中，控制設備為一個單獨的設備。根據本發明的裝置，其中，輻射設備包括具有數個透鏡的透鏡陣列，其中單個透鏡 可引導輻射元件的輻射。根據本發明的裝置，其中，輻射設備包括具有數個透鏡的透鏡陣列，其中單個透鏡 可引導發射器元件的輻射。根據本發明的裝置，其中，攜帶輻射元件的基板相對於透鏡陣列是可移動的。根據本發明的裝置，其中，透鏡陣列的透鏡數目與整個輻射設備的輻射元件的數 目相等。根據本發明的裝置，其中，透鏡陣列的透鏡數目與輻射設備的發射器元件的總數 目相等。根據本發明的裝置，其中，透鏡陣列的透鏡數目與樣品架構件的樣品位置的總數 目相等。根據本發明的裝置，其中，輻射設備包括多個適於傳送輻射的孔。根據本發明的裝置，其中，輻射設備至少包括一個參考發射器元件。根據本發明的裝置，其中，該裝置包括輔助設備，該輔助設備適於在至少部分重疊 的時間段內將至少兩個樣品的樣品輻射向至少一個檢測設備引導。根據本發明的裝置，其中，該輔助設備為至少具有一個鏡面分段的鏡面部分，每個 鏡面分段至少具有一個與至少一個輻射元件有聯繫的鏡面元件。根據本發明的裝置，其中，該鏡面部分布置為大體上與輻射設備和樣品架構件平行，並且該鏡面部分至少傳送部分輻射元件的輻射同時至少反射部分樣品輻射。根據本發明的裝置，其中，該鏡面部分的至少一個鏡面分段牢固地附在該輻射設 備上。根據本發明的裝置，其中，該鏡面部分的至少一個鏡面分段可移動地附在該輻射 設備上。根據本發明的裝置，其中，該鏡面部分的至少一個鏡面分段相對於輻射設備旋轉。根據本發明的裝置，其中，該鏡面部分提供了一個具有r行的鏡面分段，其中，每 一行至少具有一個以行依賴序列布置的鏡面元件，該行依賴序列依據對應輻射元件的序列 而定。根據本發明的裝置，其中，該鏡面部分提供了一個具有r個鏡面元件的鏡面分段， 其中，鏡面元件是由相應的輻射元件來限定的。根據本發明的裝置，其中，該鏡面部分大體布置在樣品架構件和輻射設備之間。根據本發明的裝置，其中，樣品架設備大體布置在鏡面和輻射元件之間。根據本發明的裝置，其中，樣品架構件包括熱塊。根據本發明的裝置，其中，樣品架構件至少包括部分熱循環器，該熱循環器適於用 在PCR相關運算中。根據本發明的裝置，其中，樣品架構件適於支撐單個標準的PCR容器，該PCR容器 用於支撐樣品。根據本發明的裝置，其中，樣品架構件適於支撐標準的PCR板，其提供了能夠支撐 樣品的多個容器。根據本發明的裝置，其中，樣品架構件包括覆蓋容器開口的塑料薄片。根據本發明的裝置，其中，樣品架構件包括用於封閉容器的蓋子。根據本發明的裝置，其中，該蓋子具有多個孔，每個孔對應一個樣品位置。根據本發明的裝置，其中，該蓋子的孔的形狀類似空心圓柱體。根據本發明的裝置，其中，該蓋子與加熱元件產生接觸並且蓋子的溫度是可控制 的。根據本發明的裝置，其中，樣品架構件包括透鏡陣列。根據本發明的裝置，其中，所述蓋子包括多個透鏡，該多個透鏡布置在該蓋子的孔 中。根據本發明的裝置，其中，所述樣品至少包含一個螢光標記，該螢光標記可由輻射 促使發出樣品輻射。根據本發明的裝置，其中，所述樣品包含PCR試劑。根據本發明的裝置，其中，所述樣品包含的試劑來自一組試劑，該組試劑包含三苯 甲烷染料、若丹明染料、花青染料、嵌入染料(例如，乙酸鹽，Sybr Green)，FRET探針以及熒 光納米顆粒。根據本發明的裝置，其中，所述檢測設備至少包括一個檢測器檢測單元。根據本發明的裝置，其中，所述檢測單元選自一組檢測單元，該組檢測單元包括光 電二極體、雪崩光電二極體、光電電晶體、光傳導檢測器、線性傳感器陣列、CCD檢測器、CMOS 光學檢測器、CMOS陣列檢測器、直接圖像傳感器、光電倍增器以及光電倍增器陣列。
根據本發明的裝置，其中，所述檢測設備包括光學設備，該光學設備接收至少一個 樣品的樣品輻射並將該光向至少一個檢測單元引導。根據本發明的裝置，其中，所述檢測設備的光學設備包括端面光纖布置，光進入表 面為該端面，該端面相互隔開且平行，且光激發表面為端面，該端面相互平行且鄰近。根據本發明的裝置，其中，所述檢測設備包括透鏡陣列。根據本發明的裝置，其中，所述檢測設備包括光學器件，該光學器件選自稜鏡、透 鏡、分光鏡、光柵、濾波器以及幹擾濾波器。根據本發明的裝置，其中，所述估算設備包括變換設備，該變換設備用於對該和信 號執行變換運算以從所述和信號中估算至少一個單個樣品的的樣品輻射。根據本發明的裝置，其中，所述變換運算為數學運算。根據本發明的裝置，其中所述變換運算為傅立葉變換、相關或其它適當的運算。根據本發明的裝置，其中估算設備包括解碼設備，該解碼設備用於對和信號進行 解碼運算以從所述和信號中估算出至少一個單個樣品的樣品輻射。根據本發明的裝置，其中估算設備包括噪聲消減器件。根據本發明的裝置，其中估算設備的噪聲消減器件包括帶通濾波器。根據本發明的裝置，其中估算設備的噪聲消減器件包括數字高通濾波器。根據本發明的裝置，其中估算設備包括互阻抗放大器。根據本發明的裝置，其中所述互阻抗放大器具有高通功能和帶通功能。根據本發明的裝置，其中估算設備包括用於對信號採樣的採樣設備。根據本發明的裝置，其中估算設備包括模數轉換器。根據本發明的裝置，其中估算設備包括中央處理單元和振蕩器設備。根據本發明的裝置，其中估算設備的中央處理單元為現場可編程門陣列(FPGA)。根據本發明的裝置，其中估算設備至少包括一種類型的數據存儲器。根據本發明的裝置，其中估算設備至少包括微控制器。根據本發明的裝置，其中估算設備的微控制器與控制設備相連。根據本發明的裝置，其中估算設備與檢測設備和控制設備相連。根據本發明的裝置，其中多個發射器元件在至少部分重疊的時間段內發射光，這 導致在至少部分重疊的時間段內，從樣品中發出多個樣品輻射，且由檢測設備在至少重疊 的時間段內檢測該樣品輻射作為和信號。根據本發明的裝置，其中，控制設備與輻射設備相連接以控制所述輻射元件的激活。根據本發明的裝置，其中，控制設備包括中央處理單元和振蕩器。根據本發明的裝置，其中，控制設備的中央處理單元為現場可編程門陣列(FPGA)。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備包括觸發設備以啟動處理。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備至少包括一種類型的數據存儲器。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用調製信號調製由輻射元件發出 的輻射。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用單個調製信號調製由所述至少 兩個發射器元件中的每一個發出的輻射。
根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用單個調製信號調製由每一個發射器元件發出的輻射。根據本發明的裝置，其中，所述估算設備適於接收所述單個調製信號作為特定的 參考信號以從所述和信號中估算至少一個單個樣品的樣品輻射。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用通過頻分多址(FDMA)方法生成 的調製信號在至少部分重疊的時間段內調製至少兩個發射器元件的輻射。根據本發明的裝置，其中，所述至少兩個發射器元件的每一個的調製信號是單獨 的。根據本發明的裝置，其中，確定各個調製頻率以使一個調製頻率不是任何其它調 制頻率的諧波，並使調製頻率的差值大於由調製信號的快速傅立葉變換所確定的光譜線的 帶寬。根據本發明的裝置，其中，調製頻率(MF)所選範圍為100Hz ^ MF ^ IOOMHz，優選 為 IkHz ^ MF ^ IMHz 以及優選為 IOOkHz < MF < 123kHz。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用擴頻碼生成調製信號。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用通過碼分多址(CDMA)方法生成 的各個調製信號，從而在至少部分重疊的時間段內調製所述至少兩個發射器元件的輻射。根據本發明的裝置，其中，所述至少兩個發射器元件的調製信號是利用至少一個 偽隨機碼的至少一個序列生成的。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備通過將相同的偽隨機碼應用到多個發射 器元件來使用調製信號，在至少部分重疊的時間段內發射調製信號，其中單獨的發射器元 件的偽隨機碼相對其它發射器元件的偽隨機碼移動大約至少一個比特。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備使用通過利用正交的阿達馬碼序列生成 的調製信號，從而利用一個不同的阿達馬序列調製所述至少兩個發射器元件的每一個的輻 射，該輻射是在至少部分重疊的時間段內所發出的。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用通過時分多址(TDMA)方法生成 的調製信號從而在至少部分重疊的時間段內，調製所述至少兩個發射器元件的輻射。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於使用通過波分多址(WDMA)方法生成 的調製信號從而在至少部分重疊的時間段內，調製所述至少兩個發射器元件的輻射。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備適於通過頻分多址(FDMA)方法、碼分多 址(CDMA)方法、時分多址(TDMA)方法、波分多址(WDMA)方法或者相位調製方法的結合生 成的調製信號從而在至少部分重疊的時間段內，調製至少兩個發射器元件的輻射。根據本發明的裝置，其中，調製信號為方(波)信號或矩形信號。根據本發明的裝置，其中，調製信號為正弦曲線、三角形、鋸齒形或脈衝。根據本發明的裝置，其中，至少兩個方波信號產生相移。根據本發明的裝置，其中，變換器件適於從所述和信號中確定單個的樣品輻射量 而對和信號進行變換，其中該輻射量為量化樣品輻射特性的數值。根據本發明的裝置，其中，所述控制設備根據所檢測的樣品輻射量，通過輻射發射 器元件調整樣品的輻射的時間段。根據本發明的裝置，其中，所述估算設備包括相關設備，該相關設備適於將調製信號與所述和信號相關。根據本發明的裝置，其中，所述估算設備包括乘法器設備，該乘法器設備適於將調 制信號與所述和信號相乘。根據本發明的裝置，其中，所述估算設備和控制設備至少部分一體成型形成集成設備。具體地，總的測量時間由輻射設備相對於樣品架構件所執行的移動步驟的數目所 確定。所述移動包括停止加速設備，該加速設備導致所移動的設備產生機械振蕩(振動)。 由於這種振蕩會幹涉可再現的測量，所以要經過延遲時間(過渡時間)以便可以測量，其中 在該延遲時間內，振蕩被抑制。因此，總的測量時間至少由一個步驟中均乘以移動步驟的數 目的移動時間、延遲時間以及測量時間來確定。根據本發明，總的測量時間優選為5秒，並 且對於96個樣品的樣品板測量時間更短，優選為大約1秒。該延遲時間優選為300毫秒並 且更短，優選為100毫秒。因此，可以實現快速定量測量，具體地可以精確監控並控制PCR 進程。根據本發明的裝置的其它優選特點和優點可以從根據本發明方法的下面描述中 得到。具體地講，操作根據本發明裝置的那些方法。根據一個實施例，一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的方法，該方法包括以 下步驟通過控制設備控制輻射設備，其中所述輻射設備具有至少一個輻射元件和所述至 少兩個發射器元件，其中每個輻射元件至少包括一個發射器元件；使所述至少兩個發射器元件在至少部分重疊的時間段內，發出輻射。提供支撐多個樣品的具有多個樣品位置的樣品架構件；在檢測過程中，控制輻射設備和樣品架構件的相對位置，二者至少部分適於相對 彼此移動；通過第一光路，由所述至少兩個發射器元件的輻射照射不同樣品，從而通過第二 光路使該樣品以至少一個樣品輻射頻率向至少一個檢測設備發出樣品輻射。檢測樣品輻射，該樣品輻射是在至少部分重疊的時間段內由所述至少兩個樣品所 發出，並由至少一個檢測設備檢測作為和信號；通過估算設備從所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。根據又一實施例，一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的方法，該方法包括以 下步驟通過控制設備裝置控制輻射設備，其中所述輻射設備具有至少一個輻射元件和至 少兩個發射器元件，其中每個輻射元件至少包括一個發射器元件；其中至少兩個發射器元件提供具有不同輻射光譜的輻射。使所述至少兩個發射器元件在至少部分重疊的時間段內，發出輻射。提供具有用於支撐多個樣品的多個樣品位置的樣品架構件；通過第一光路，使用所述至少兩個發射器元件的輻射照射不同樣品，從而使該樣 品通過第二光路向至少一個檢測設備以至少一個樣品輻射頻率發出樣品輻射。檢測樣品輻射，該樣品輻射是在至少部分重疊的時間段內由所述至少兩個樣品所 發出，並由至少一個檢測設備檢測作為和信號；
通過估算設備從所述和信號中估算出至少一個單個樣品的樣品輻射。優選地，利用根據本發明的裝置使用所述方法。根據本發明的上述方法具有如下優點與至少檢測兩個樣品輻射的順序操作相 比，至少部分並行測量至少兩個不同樣品輻射可以降低至少兩個樣品輻射的總的測量時 間，因此降低了總的測量時間。另外，在至少部分重疊的時間段內，通過檢測至少兩個樣品 的樣品輻射作為和信號，即，通過至少部分同步檢測樣品輻射，可以減少_如果期望-輻射 設備相對於樣品架構件的移動步驟。所述並行測量和信號中至少兩個不同樣品輻射需要提供一種方法，該方法可以恢 復涉及和信號中的特定樣品輻射的單個信號。根據本發明的方法，數個尋址方法適合對多 個樣品的每一個進行尋址、以測量作為和信號的這些信號的響應，並分解涉及所尋址的特 定樣品輻射的部分和信號。該尋址方法優選結合使用這些方法或不是結合而是使用其它尋 址方法中的一種。關於應用螢光的示例，樣品可以包含多於一個的螢光標記。每個螢光標記可以發 出特定發射光譜的螢光，該特定發射光譜通過樣品中的其它螢光標記的螢光分開，具體地 講，通過利用傳統的螢光光學器件，即，濾波器、分光鏡以及鏡面等分開。作為傳統光學器件 的替代，可以使用其它設備，該設備可以識別不同光譜範圍的輻射。作為所述設備的示例， 可以使用彩色敏感半導體設備，例如，可使用特定直接彩色光電二極體或直接彩色CMOS圖 像傳感器，該彩色敏感半導體設備可以不使用濾波器或稜鏡來分裂入射的輻射而同步識別 並測量不同的光譜範圍。因此，一種尋址方法中，即下文所指「顏色復用方法」或波分多址 (WDMA)方法，可以利用不同螢光標記的不同發射光譜，以分解樣品中特定螢光標記的樣品 輻射。至少所測量的部分樣品輻射可由單個樣品(例如容器中具有螢光標記的溶液)中的 螢光標記引起。所測量的作為和信號的樣品輻射可由多於一個樣品的螢光標記引起，具體 地，來自特定螢光標記的樣品輻射可起源於每個不同的樣品(容器)。這就是需要在較短時 間內測量多個樣品的情況下(如同篩分法的示例)的優點。優選地，顏色復用方法結合一 種或多種其它復用方法使用，在這裡描述的顏色復用方法也可以應用到非螢光應用領域。另一方面，在本發明的示例中，如果使用其它復用方法中的一種或者其結合，可以 不必使用顏色復用方法。但是，如果沒有使用顏色復用方法從所述的和信號中分解特定的 樣品信號，使用不同的輻射光譜仍具有優點。具體地，在篩分應用的示例中，例如，在PCR方 法中，可選並且優選地，使用具有所選發射光譜的來自輻射元件或發射器元件的輻射，該所 選發射光譜適於有效地匹配特定螢光標記的激發光譜。利用這種方式，提高了樣品輻射的 生成量，從而分別使得測量時間縮短和/或信噪比提高。根據本發明，該方法優選使用信號調製，該信號調製可以從和信號中分解與特定 樣品輻射有關的特定信號。因此，估算設備優選適用於從控制設備接收單個調製信號作為 特定的參考信號，從而通過估算設備從由檢測器設備所檢測的樣品輻射之和中確定由樣品 所發出的單個樣品輻射。可選並且優選的，使用頻分多址(FDMA)方法在至少部分重疊的時間段內，調製至 少兩個發射器元件的輻射並且估算由所述至少兩個發射器元件引起的樣品輻射和。在FDMA 的示例中，通過具有所選調製頻率的調製信號，調製每個輻射元件和/或發射器元件的輻 射，其中該輻射來自多個輻射元件和/或發射器元件。優選使用的調製是將輻射的振幅與調製信號(振幅調製)調製，例如，疊加。可選的振幅調製為輻射信號的頻率或相位調製。 優選通過將參考頻率加上與差分法有關的基頻生成調製頻率。優選地該參考頻率所選頻率 範圍為IkHz至IMHz、優選頻率範圍為IOkHz至500kHz、優選頻率範圍為50kHz至200kHz、 優選頻率範圍為80kHz至120kHz，例如，100k Hz0因此，可以屏蔽較低的頻率範圍，具體地 範圍為OkHz至50kHz。幹擾信號，例如，噪聲電壓或50Hz的噪聲電源，具體地在所述範圍內 提供頻率。因此，通過避開該低頻範圍，可以提高所測量信號的信噪比S/N。優選地，該參考 頻率至少高出基頻一個數量級。在參考頻率範圍為IkHz或更小的示例中，對所測量信號求 均值將會佔用許多時間。因此，對選擇參考頻率來說，優選避開這樣的低頻率範圍。根據本發明，優選地，提供了有助於提高所測量信號的信噪比的其它噪聲消減裝 置和方法。具體地，由於所述方法提高所測量信號的信噪比，使用根據本發明的調製方法具 有消減噪聲的優點。具體的優點是測量不同樣品(容器)的樣品輻射的可選並且優選的方 法是根據本發明的FDMA方法。可選並且優選的，使用碼分多址(CDMA)方法在至少部分重疊的時間段內，調製至 少兩個發射器元件的輻射並且估算由所述至少兩個發射器元件引起的樣品輻射的和信號。 根據本發明，通過特定的碼序列，調製來自多個輻射元件和/或發射器元件的每個輻射元 件和/或發射器元件的輻射，優選地，該特定的碼序選自一組正交的碼序列，例如阿達馬、 偽噪聲碼或其它的碼序，具體地講，是用於擴頻系統內的碼序列。優選使用的調製是對具有 載波頻率的載波信號使用振幅調製、生成用於CDMA方法的調製信號。該調製信號優選為方 波信號或矩形信號。為了避免信號中的d. c.特性，方波的佔空因數優選小於50%。優選使 用如雙相標記碼、曼徹斯特碼、不歸零碼及歸零碼等信道編碼技術對載波信號的二進位調 制碼進行編碼以生成調製信號。從而可以有助於避免調製碼中較長序列的邏輯1和0沒有 任何轉換，因此使時鐘恢復和同步更加容易。從而減少了信號轉換錯誤並且提高了所測量 的樣品輻射量的S/N。另外，優選地通過利用偽噪聲碼的單個序列，以時間偏移的方式，取得 一組碼序列，其中偽噪聲碼優選用於由輻射元件/發射器元件發出的輻射。使用這種方式， 可以通過有關的特定調製的時間偏移從和信號中分解由相應輻射引起的特定樣品輻射。可以並且優選地，使用時分多址(TDMA)方法在至少部分重疊的時間段內，調製至 少兩個輻射元件的輻射並且估算由所述至少兩個輻射元件引起的樣品輻射的和。根據本發明，優選通過利用執行變換運算的變換設備，從所述和信號中估算特定 樣品輻射量，例如，光譜線的高度和特定樣品輻射的振幅，該變換運算優選為數學運算和/ 或可選地至少通過模擬電子器件至少部分實現。這種數學運算可為FFT(快速傅立葉變換， 例如，Radix-2FFT)或自相關法。在根據本發明的估算設備的具體實施例中，數學運算可大 體執行整數運算實現。這種方式的優點是在數據處理單元，例如，在FPGA中，僅僅需要一個 時鐘來執行一次整數運算。因此，數據的計算更快從而減少了該裝置和該方法的總的測量 時間。在數據處理單元的具體示例中，無需使用額外的存儲器以執行數學運算，因此，降低 了成本。然而，也可以使用支持數據估算的額外存儲器單元。優選也可利用至少一個監控調製頻率的鎖扣放大器設備確定所述量。優選根據所檢測樣品輻射量，通過發射器元件調整照射樣品的時間段以避免損害樣品，從而減少對該裝置的維護並減少總的測量時間。根據本發明的實施例，一種用於以輻射測量方式檢測至少兩個樣品的N(N為大於1的自然數)個樣品輻射的方法，該樣品輻射是由少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射 引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，其包括以下步驟確定一組N個基頻；將一個參考頻率加到每一個基頻上，其中所述的參考頻率大於每一個基頻；使用N個參考頻率和基頻的和以提供N個調製信號，其中使用每個調製信號調製 不同發射器元件的輻射；檢測N個樣品輻射作為和信號，其中每個樣品輻射是通過各個樣品輻射引起的被 調製的輻射來進行調製的；使用解調方法解調該和信號；
執行變換以將該解調的和信號從時間依賴信號轉換為頻率依賴信號；以及根據基頻，從所述頻率依賴信號的振幅中確定至少一個單個樣品輻射量。優選通過乘法處理，對該和信號實施解調，具體地講，將參考頻率與和信號相乘。 因此，解調該和信號優選地是和信號的向下混頻。解調優選是由模擬電子器件(例如，環形 調製器)來實施的，以及優選使用數字電子器件來實施。根據本發明的上述方法具有如下優點輻射信號具有不同的時間特性，即通過潛 在幹擾信號降低輻射信號的幹擾，其中該輻射信號是通過調製信號和潛在的幹擾信號調製 的，其中幹擾信號可以是低頻幹擾。具體地講，用於調製的頻帶偏移到比潛在幹擾信號的頻 率更高的頻率上。因此，消除了幹擾並且提高了所檢測的樣品輻射量的信噪比。另外，通過 使用不同的調製信號，可對樣品輻射的特定發射器(例如，螢光標記)進行尋址，或對多個 樣品中的特定樣品進行尋址。通過所述尋址，可以從所檢測出的N個樣品輻射的和中識別 出特定發射器的樣品輻射或特定樣品的樣品輻射。與檢測N個樣品輻射的順序操作相比， 並行測量N個不同樣品輻射減少了 N個樣品輻射的總的測量時間，從而減少了總的測量時 間。所述N個基頻優選是大體等距的，優選的頻率範圍為OkHz至4kHz。然而，該基頻 可以或優選大體是不等距的。另外，可以並優選地，所述N個基頻在4KHz至IMHz範圍。所述參考頻率優選比所述基頻大得多，例如，至少為基頻乘以因子2或優選至少 為大於基頻一個數量級，參考頻率的優選頻率範圍為80kHz至120kHz，優選頻率為100kHz。 但是如上所述，參考頻率可以是不同的。可以或優選使用另一種FDMA方法替代現行的頻分多址(FDMA)方法，該另一種 FDMA方法用於在至少部分重疊的時間段內，調製至少兩個輻射元件的輻射並用於估算由所 述至少兩個輻射元件引起的樣品輻射的和。優選地，通過互阻抗放大器放大由檢測設備所生成的N個樣品輻射的和信號。優 選地，該互阻抗放大器是將電流轉換為電壓信號的設備。在此示例中，該和信號是電流信 號，該電流信號通過互阻抗放大器轉換為電壓信號。優選地，互阻抗放大器具有高通功能， 其可至少部分抑制該和信號的低頻幹擾(噪聲)。優選地，通過高通濾波器，尤其是數字高通濾波器對該和信號進行濾波。其具有的 優點是在估算處理中不考慮低頻幹擾信號，因此提高了所檢測的樣品輻射量的S/N。優選地，所述解碼的和信號中的至少一個單個樣品輻射量為信號振幅，該信號振 幅是對樣品輻射強度的測量，該樣品輻射強度通過該調製頻率尋址。
利用本發明說明書的解釋和定義，以下提供根據本發明方法的實施例。在一優選實施例中，根據本發明的用於以輻射測量方式多個樣品方法，優選包括以下步驟至少部分同步激發N個整個樣品，所述N個樣品至少包括一個第一組和至少一個 第二組樣品，每一組至少包括兩個樣品，通過第一光譜的輻射照射第一組樣品，通過第二光 譜的輻射照射第二組樣品，其中全部η個光譜的至少第一光譜和第二光譜中的每一個均是 不同的，其中通過不同調製的輻射照射每組樣品中的每一個；以及至少部分同步檢測N個 樣品的樣品輻射。優選地，根據本發明的方法還包括以下步驟提供以χ行和y列的陣列方式布置的 全部x*y個樣品位置或樣品，每一個樣品位置用於容納樣品；提供輻射元件陣列，該輻射元 件陣列布置成使每個輻射元件至少間歇地分配給一個樣品，該陣列由r = x+n-1行(r > = χ)和c = y列組成，其中每行輻射元件顯示出相同的行發射光譜，該行發射光譜為η個不同 發射光譜中的一種，其中還提供了 m個由行組成的塊，塊的數目(該數目>0)與行發射光 譜的行序列相等(r、c和m為自然數)。 優選地，根據本發明的方法還包括以下步驟使所述至少r = χ個輻射元件中的至 少一列至少部分同步，尤其是同步照射相應的X個樣品，其中N = χ。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟至少部分同步，尤其是同步對用於每一 列輻射元件和相應的樣品實施上述步驟。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟將N個樣品的樣品輻射分裂為光譜分 量，每個分量代表對應一組樣品的樣品輻射，以及將樣品輻射的每一分量傳送至檢測單元。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟將所述和信號解調並估算N個樣品的 每一個單個樣品的樣品輻射。優選地，根據本發明的方法包括以下步驟為了利用每種類型的輻射元件實施全 面掃描，提供與樣品架構件相關的輻射設備的定位步驟的總數目，具體為n-1。另外，利用本發明說明書的解釋和定義，以下提供根據本發明方法的實施例。根據本發明的方法，其中所述N個基頻選自為OKHz至IMHz的頻率範圍。根據本發明的方法，其中所述參考頻率比所述每個基頻至少大一個數量級。根據本發明的方法，其中該方法包括以下步驟通過高通濾波器對所檢測的和信 號進行濾波。根據本發明的方法，其中該方法包括以下步驟通過帶通濾波器對所檢測的和信 號進行濾波。根據本發明的方法，其中該方法包括以下步驟通過使用採樣頻率進行採樣和量 化，將所述和信號數位化。根據本發明的方法，其中所述採樣頻率等於或大於奈奎斯特頻率。根據本發明的方法，其中該方法包括以下步驟在一段時間內，將所述和信號取均值。根據本發明的方法，其中該方法包括以下步驟在解調之前，通過數字高通濾波器 對所述和信號進行濾波。根據本發明的方法，其中解調方法通過將參考頻率與所述和信號相乘來解調所述 和信號。
根據本發明的方法，其中在解調和信號之後實施子採樣步驟。根據本發明的方法，其中所述變換運算為數學運算。根據本發明的方法，其中所述變換運算為傅立葉變換方法。與所述方法類似，一種用於以輻射測量方式檢測至少兩個樣品的N個(N為大於1的自然數)樣品輻射的裝置，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射 引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該裝置包括控制設備，用於控制所述輻射元件以及使用N個基頻提供N個調製信號，其中使用 每個調製信號用於對不同發射器元件的輻射進行調製；至少一個檢測設備，用於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少兩個樣品的樣品 輻射以作為和信號；估算設備，用於由所述和信號估算單個樣品的樣品輻射；其中估算設備用於解調和信號，實施變換運算以將該解調的和信號從時間依賴信號轉換為頻率依賴信號，以及根據基頻，從所述頻率依賴信號的振幅中確定至少一個單個樣品輻射量。根據本發明的另一實施例，用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於 1的自然數)個樣品輻射的方法，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻 射引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該方法包括以下 步驟確定偽隨機數的一個碼序列；用單個調製信號調製所述N個發射器元件的每一個所發射的輻射，該單個調製信 號利用所述偽隨機數的一個碼序列形成；其中，單個調製信號的偽隨機碼相對其它調製信號的偽隨機碼移位至少一個比 特，檢測N個樣品輻射作為和信號，其中根據被調製的各個樣品輻射引起的輻射調製 各個樣品輻射；對所述和信號執行數學運算以解碼所述和信號；以及從所述解碼的和信號中，確定至少一個單個樣品輻射量。根據本發明的上述方法具有如下優點輻射信號具有不同的時間特性，即利用潛 在幹擾信號降低輻射信號的幹擾，其中該輻射信號是通過調製和信號潛在的幹擾信號調製 的，其中潛在的幹擾信號可以是低頻幹擾。具體地講，用於調製的頻帶定位到比潛在幹擾信 號的頻率更高的頻率上。因此，提高了所檢測的樣品輻射量的S/N。另外，通過使用不同的 調製信號，可對樣品輻射的特定發射器(例如，螢光標記)進行尋址，或對多個樣品的特定 樣品進行尋址。通過所述尋址，可以從所檢測出的N個樣品輻射之和中識別出特定發射器 的樣品輻射或或特定樣品的樣品輻射。與檢測N個樣品輻射的順序操作相比，並行測量N 個不同樣品輻射可以減少N個樣品輻射的總的測量時間，從而降低了總的測量時間。雖然優選地，偽隨機數的碼序列為金碼。然而，所述碼序列可以並且優選地選自用 於擴頻系統的其它序列，如最長的序列、卡沙瑪序列以及巴可碼等。碼的長度優選為至少 2^-1，其中N為在至少部分重疊的時間段內所檢測的樣品的數目。關於碼序列和其它技術術語的說明，涉及Don Torrieri 「Principlesofspread-spectrum communication system，，，Springer, 2005,通過弓|用將其內容併入於此。可以或優選在至少部分重疊的時間段內，使用另一種碼分多址(CDMA)方法調製 至少兩個樣品輻射元件的輻射並且估算由所述至少兩個輻射元件引起的樣品輻射的和。優選地，該估算設備包括解碼設備，例如相關器設備或乘法器設備，該解碼設備用 於執行作為解碼運算的數學運算。解碼運算優選包括相關運算，例如自相關，或乘法，從而 從所述和信號中分解出樣品輻射量。與FFT運算相比，所述相關法的具體優點是所述相關法的硬體實現更容易並且可 以減少使用相關法所需的計算時間。利用本發明說明書的解釋和定義，提供以下根據本發明方法的實施例。根據本發明的所述方法，其中，偽隨機數的碼序列為金碼。根據本發明的所述方法，其中，所述數學運算包括用於將所述和信號與單個調製 信號相關聯的相關法。根據本發明的所述方法，其中，所述相關法是自相關類型的。根據本發明的所述方法，其中，所述數學運算大體上可替換為加法和減法運算。與上述方法類似，一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的 自然數)個樣品輻射的裝置，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射 引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該裝置包括控制設備，用於控制所述輻射元件以及使用各個調製信號調製由每個N個發射器 元件中每一個發出的輻射，該調製信號是利用一個偽隨機數的碼序列形成的，其中各個調 制信號的偽隨機碼相對其它調製信號移位至少約一個比特，至少一個檢測設備，其用於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少一個樣品的樣 品輻射作為和信號；以及估算設備，用於由所述和信號估算各個樣品的樣品輻射；其中估算設備通過執行數學運算解碼所述和信號，以及其中估算設備用於由所解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射量。根據本發明的又一實施例，一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為 大於1的自然數)個樣品輻射的方法，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元 件的輻射引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該方法包 括以下步驟確定一組N個阿達馬碼序列，其中每個阿達馬碼序列用於形成單個調製信號；使用不同的單個調製信號調製所述N個發射器元件的每一個所發出的輻射，檢測N個樣品輻射作為和信號，其中根據引起各個樣品輻射的調製輻射調製每個 樣品輻射；對所述和信號執行數學運算來解碼所述和信號；由所述解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射量。根據本發明的上述方法具有如下優點輻射信號具有不同的時間特性，即利用潛 在的幹擾信號降低輻射信號的幹擾。其中該輻射信號是通過調製和信號潛在的幹擾信號調 制的，其中潛在的幹擾信號具體為低頻幹擾。具體地講，用於調製的頻帶的頻率定位到大於 潛在幹擾信號的頻率上。因此，提高了所檢測樣品輻射量的信噪比。另外，通過使用不同的調製信號，可對樣品輻射的特定發射器(例如，螢光標記)進行尋址，或對多個樣品中的特 定樣品進行尋址。通過所述尋址，可以從所檢測出的N個樣品輻射的和中識別出特定發射 器的樣品輻射或特定的樣品的樣品輻射。與檢測N個樣品輻射的順序操作相比，並行測量 N個不同樣品輻射可以減少N個樣品輻射的總的測量時間，從而減少了總的測量時間。優選地，所述相關法是自相關類型的並且優選使用阿達馬矩陣對所述N個樣品輻 射和進行逆變換，該阿達馬矩陣包括N個阿達馬碼序列。具體地講，可使用沃爾什_阿達馬 變換。與經典FFT分析相比，所述相關法的具體優點是所述相關法的硬體實現更容易並且 可以更快地執行相關法。在優選實施例中，用逆阿達馬矩陣Η"1對信號矢量作矩陣乘法實施 信號分析。Γ1可以一次從阿達馬序列矩陣H計算得到並且可固定存儲在操作軟體或數據 存儲器中。該方法應用普遍並且容易實施。
利用根據本發明方法的上述描述的解釋和定義，下面提供根據本發明方法的實施 例。根據本發明的方法，其中，所述阿達馬碼序列是正交的。根據本發明的方法，其中，所述數學運算包括將單個調製信號與所述和信號相關 聯的相關法。根據本發明的方法，其中，所述相關法為自相關類型。根據本發明的方法，其中，所述數學運算大體上可用加法和減法運算來替代。根據本發明的方法，其中，所述相關法使用阿達馬逆矩陣對所述和信號進行逆變 換，所述阿達馬逆矩陣與所述N個阿達馬碼序相關。根據本發明的方法，其中，所述相關法使用沃爾什_阿達馬變換。與所述方法類似，一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的 自然數)個樣品輻射的裝置，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射 引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，該N個發射器元件發出輻射，該裝置包括控制設備，用於控制所述輻射元件以及使用一組N個阿達馬碼序列調製N個發射 器元件的輻射，其中使用所述每一個阿達馬碼序列用於形成單個調製信號；至少一個檢測設備，用於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少一個樣品的樣品 輻射作為和信號；以及估算設備，用於由所述和信號估算各個樣品的樣品輻射；其中估算設備通過執行數學運算解碼所述和信號，以及其中估算設備用於由所解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射量。根據本發明的該方法具有如下的優點對於可能干擾所檢測的樣品輻射的多餘的 光會造成測量不靈敏。根據本發明的方法，通常可以降低幹擾的影響。具體地講，通過本發 明的方法，可以至少部分抑制檢測單元的固有噪聲。


下面結合附圖，可以從以下的根據本發明的裝置和方法的實施例中，得到本發明 的另外優點、特點以及應用。下文相同的附圖標記實質上描述了相同的設備。圖1示出了根據本發明的裝置的實施例的示意圖；圖2示出了根據本發明的裝置的另一實施例的示意圖3示出了根據本發明的裝置的又一實施例的示意圖；圖4示出了根據本發明的裝置的另一實施例的示意圖；圖5示出了根據本發明的裝置的又一實施例的示意圖；圖6至圖11示出了根據本發明的裝置的不同實施例的輻射設備的輻射元件的每 一布置相對於樣品架構件的樣品位置陣列的俯視示意圖。圖12示出了根據本發明方法的實施例的操作框圖。圖13示出了根據本發明方法的實施例的操作框圖。圖14示出了根據本發明方法的實施例的操作框圖。圖15示出了圖14所示方法的沃爾什-阿達馬碼序列的框圖。圖16示出了根據本發明裝置的優選實施例的光學塊原理示意圖。圖17為一示意圖，該示意圖示出了圖16至圖19所描述的本發明優選實施例中輻 射元件、相應的樣品容器的布置以及輸入和輸出埠的布置。圖18為一示意圖，該示意圖示出了圖16至圖19所描述的本發明優選實施例中在 三個不同位置和時刻、、、和t2的輻射設備/光塊設備的一列輻射元件的位置。圖19為一示意圖，該示意圖示出了圖16至圖19所描述的本發明裝置優選實施例 中顏色、碼調製樣品輻射的解碼方案。
具體實施例方式圖1為根據本發明裝置1的一實施例示意圖。該實施例的裝置是一種用於以光度 測量方法測量實時PCR中螢光樣品的螢光量的裝置。該裝置1包括控制設備2、輻射設備3、 輔助設備4、樣品架構件5、檢測設備6、估算設備7以及計算機設備8 ；控制設備2與輻射設 備3和估算設備7相連，輻射設備3通過輔助設備4與樣品架構件5光學連接，樣品架構件 5通過輔助設備4與檢測設備6光學連接，估算設備7與檢測設備6相連，計算機設備8用 於進一步估算並使數據可視化，對於該裝置的結構，優選地，計算機設備8與估算設備7相 連。如圖1進一步所示，控制設備2包括電源供應單元21，其向控制設備提供所需的工 作電壓。控制設備2根據特定操作方案，與電路基板34相連以激活輻射設備3的發光二極 管31、32和33。該特定操作方案包括至少在部分重疊的時間段內，最少激活兩個發光二極 管的步驟。由於該裝置優選地能夠通過檢測和信號中的樣品輻射的和以並行操作方式使用 相同類型的發光二極體，從而能夠得到所述和信號中的單個樣品輻射的強度，因此，所述發 光二極體的類型可以是相同的。如圖1進一步所示，輻射設備2包括用於控制各個發光二極體31、32和33的電路 基板34。控制設備優選地還包括控制器件35，該控制器件35優選能夠至少部分地控制控 制設備2的輔助元件。輔助元件可以是例如溫度傳感器或者有源或無源製冷器，其具體用 於維持控制設備2的溫度，尤其是將發光二極體31、32和33的溫度維持在確定的值。如圖1進一步所示，輻射設備2包括96個可以是白色或藍色發光二極體的發光二 極管。至少一個發光二極體可以是白色或藍色的二極體。此處示出了三種不同類型的發光 二極體31、32和33，例如綠色、紅色和黃色發光二極體。優選地，每一種類型的發光二極體 具有典型的窄帶光發射光譜，該光譜優選有效激發優選類型的螢光標記。發光二極體基本以二維方式布置在具有12行和8列的LED陣列中，該LED陣列優選對應於商業化的96型 孔板或微滴定盤的幾何結構。然而，LED的其它布置也是可行的，例如，星形，圓形或其它圖 形布置。圖1大體示出了通過LED陣列的一列的剖面示意圖。優選地，每列設置同一類型 的LED。每個LED的光通過孔36離開輻射設備2，在孔36處可以布置透鏡以引導光線，或 布置濾波器或其它光學器件以影響該光的特性。參見圖1，控制設備2通過調製信號，以一種典型但簡單的操作模式對兩個發光二 極管31、37的光進行尋址並估算與有源發光二極體同步的合成的和信號在至少重疊的時 間段內，沿第一發光二極體的第一光路10和第二發光二極體的又一第一光路11，通過鏡面 元件(分段)40和41，將光引導到樣品架構件5，進入容器50和51中，容器50和51每一 個包含具有相同類型螢光標記的樣品。在至少部分重疊的時間段內，激發每個樣品的螢光 標記發出樣品輻射。通過第二光路52、53向分色鏡面元件(分段)40、41發出樣品輻射，在 分色鏡面元件(多個分段)40、41處反射該樣品輻射並向檢測設備6引導該樣品輻射，樣品 輻射的光譜與激發輻射光譜不同。檢測設備6在所述至少部分重疊的時間段內檢測容器50 和51中的樣品輻射，並將所檢測的輻射疊加到電的和信號中。所述的和信號是由估算設備 來估算的。估算設備7使用復用方法，具體地講，根據本發明的方法，利用變換運算將由調 制信號所決定的和信號進行變換，從所述和信號中分解出每個樣品輻射量。參見圖1，重複該測量能夠監控一段時間內在容器50和51中形成的螢光標記的 數量，並且能夠用計算機設備8收集、修改以及顯示該數據。在定量實時PCR中，樣品中的 螢光標記的濃度是隨著PCR反應的進程而變化的。根據本發明的裝置和方法的總的測量時 間短且測量全面。因此在預先確定的時間段內，可以收集到該段時間(動力學)內監控的 更多的濃度數據。這種方法可以提高動力學解析度，該解析度可以更精確地控制PCR進程。 與本段落中簡單描述相比，在至少部分重疊的時間段內，優選地，使用8或16個發光二極體 激發8或16個樣品，檢測這些樣品的螢光，估算所述8或16個樣品螢光的和信號以從每個 樣品中分解出各個螢光量。然而，在本發明範圍內，可以同時激發8或16個之外的另一個 有源LED並且檢測這些樣品輻射。另外，如圖1所示，此處的輔助器件4為鏡面部分，具體地講，鏡面部分由12個鏡 面分段構成，其中三個鏡面分段分別對應各個發光二極體31、32和33及其樣品輻射。每個 鏡面分段由8個等同的鏡面元件組成，這8個等同的鏡面元件總的形成一個鏡面分段，而一 個鏡面分段對應一行發光二極體。鏡面元件適於用作分光器的分色鏡。分光器根據激發和 發射的光譜範圍，傳送適合的(激發)輻射光並反射樣品的螢光(發射)光(樣品輻射)。 輔助設備4的設計適合通過多個第一和第二光路引導該輻射，這使得可以檢測和測量所述 的和信號。如圖1進一步所示，樣品架構件5為熱塊，其可容納96個樣品並能調整樣品的溫 度。可通過另外的額外的控制器、控制設備2、估算設備7、計算機設備8或其它設備來實施 溫度的調節。96個樣品可以放置在PCR應用中所使用的96-標準微滴定盤(MTP)上。樣品 架構件包括蓋子(此處未示出)，蓋子的溫度優選是可調整的並且是可安裝的，優選位於樣 品架構件的容器的頂部。這種蓋子可以防止容器的內部和外部之間的不期望的物質交換、 避免蒸發和汙染。該蓋子提供了 96個光學窗口，例如，透明塑料窗口，這些窗口布置在容器 的上方。
如圖1進一步所示，檢測設備6具有光學設備60，光學設備60為光纖陣列60。光 纖陣列60可以通過相互隔開的光輸入區域61和配備的光纖，從鏡面部分4反射的樣品中 捕獲樣品輻射，從而使光穿過平行的配線端62。62處的附加的光學器件可以將疊加的樣品 輻射引導到檢測器63，例如，光電倍增器，在這裡將疊加的樣品輻射轉換為電的和信號。然 後檢測設備(此處未示出)進一步處理該和信號優選地，使用互阻抗放大器設備放大，優 選通過帶通，以及通過採樣設備採樣，並通過A/D轉換器進行數字轉換。將和信號輸入估算 設備中，在估算設備中，通過數學運算計算出和信號中每個特定樣品的輻射量，例如，每個 樣品輻射的振幅。圖2示出了根據本發明裝置的另一實施例1的示意圖。在該實施例中，電路基板 34攜帶發光二極體和鏡面部分4，鏡面部分4安裝在基板34上，通過移動器件38，例如包括 線性馬達，可沿X軸方向移動。優選地，沿移動器件38的預定位置和基板34處具有鎖扣器 件39以加強定位的精確性。另外，圖2所示的裝置與圖1裝置的布置是相同的。然而，圖2 的發光二極體矩陣具有兩行額外的行301和302，鏡面部分4也具有額外的分段42和43， 每一個分段上具有對應行301和302的各個發光二極體的8個鏡面元件。該設計的優點是 從所示的基板34的開始位置，對於每種類型的發光二極體燈，激發每個樣品只需沿X軸移 動的兩個步驟。因此，可以減少定位誤差並且使測量更精確。另外，移動器件38可以製作 得更小因此可以降低成本。圖3示出了根據本發明裝置的另一實施例1的示意圖。在該實施例中，與圖2類 似，電路基板34攜帶發光二極體並且可通過移動器件38例如包括線性馬達，沿X軸方向移 動。此處該實施例使用了 4種不同類型的發光二極體，其可以適於樣品中4種不同類型的 螢光標記。該設計的優點是需要的發光二極體更少。因此，可以更容易地解決發光二極體 的維護和操作。發光二極體可能具有_ 一定數量_的性能特點，例如與輻射通量或光譜有 關。由於此處使用很少的發光二極體，因此可以減少不同輻射通量的螢光，從而也減少了相 應的樣品輻射的波動，所以提高了數據的可靠性和可比較性。發光二極體從基板34的開始 位置處的行式布置的優點是對於每種類型的發光二極體，只需要沿X軸方向移動14步就可 照射96個樣品中的每一個。圖4示出了根據本發明裝置的另一實施例1示意圖。與圖3示出了的實施例不同， 輔助設備4包括作為片狀元件的鏡面分段46，該鏡面分段46通過機動化的鉸鏈45轉動，該 鉸鏈並可通過輔助控制器35由連接44來控制。鉸鏈的馬達可以是鑽孔元件、致動器、線性 馬達以及電磁開關等等。每個鏡面分段46具有8個鏡面元件，每一個鏡面元件對應一個發 光二極體。與圖1至圖3所示的實施列相比，由於發光二極體和樣品之間的距離縮短，所以 到達樣品的輻射強度更大，可以減少雜散光的量從而可以更有效地引導輻射和樣品輻射。 另一個優點是可以提高和信號的信噪比(S/N)並且總的結構更加緊湊。圖5示出了根據本發明裝置的另一實施例1示意圖。與圖3和圖4示出了的實施例 不同，其提供了發光二極體31的行和鏡面分段的不同類型的布置。在基板304上安裝4排 8個的發光二級管，該基板以旋轉軸305為軸旋轉地安裝到支撐構件306上，其中在本實施 例中，支撐構件306優選支撐所述移動器件38(此處未示出)，其中旋轉軸305被布置為與 支撐設備306和樣品架構件5平行並與X方向垂直。旋轉基板304的馬達設備可以是電馬 達，其可以通過輔助控制設備35控制。鏡面分段401牢牢地附在基板304上並且相對於發光二極體具有固定位置。因此不必執行鏡面元件401相對於發光二極體的定位步驟。通過 鎖扣器件，例如卡位，可以改善可旋轉的基板的定位問題。這種結構由於發光二極體相對樣 品的距離很短，所以可以提高輻射通量。在該具體實施例中，檢測器設備6安裝在基板304 的確定距離內(此處未示出)，即，相對於軸305被固定，這樣第一和第二光路可以更短，因 此和信號的輻射通量更強。圖6-11示出了不同實施中的輻射元件布置的俯視示意圖，例如根據 本發明的裝置的輻射設備3的發光二極體相對於樣品架構件5的樣品位置陣列的俯視示意圖。圖 6的發光二極體陣列涉及針對圖3和圖4中的裝置的布置，其中，呈現了 4行發光二級管，每 一行具有一種類型的發光二極體。這種從基板304的開始位置將發光二極體以行式布置的 優點是對於每種類型的發光二極體燈，只需要沿X軸方向移動14步就可照射每一個樣品。圖7的發光二極體陣列根據圖2的裝置布置。總之示出了具有4種不同類型的發 光二極體的15行相同的發光二級管。這種從基板34的開始位置將發光二極體以行式布置 的優點是對於每種類型的發光二極體燈，只需要沿X軸方向移動3步就可激發每一個樣品。圖8提供了塊中布置的發光二極體，作為圖1-7示出的行式布置的一種替換。這 種從基板34的開始位置將發光二極體以塊式布置的優點是對於每種類型發光二極體燈， 只需要沿X軸方向移動3步就可照射每一個樣品。圖9的LED陣列也提供了塊布置的發光二極體。這種從基板34的開始位置將發 光二極體以塊式布置的優點是對於每種類型發光二極體燈，只需要沿X軸方向移動8步就 可照射每一個樣品。圖10的LED陣列提供了尺寸比較小的發光二極體的圖案(方形)，例如，貼片發光 二極體(SMD-LEDs)，如圖所示，這種陣列可以使電路基板的設計更加緊湊。作為最小的結 構，從基板34的開始位置將發光二極體以圖案式布置的優點是對於每種類型發光二極體 燈，只需要將兩個樣品的距離(中心到中心)沿X軸移動11步。此外，在所述每一個位置 上，需要沿X軸和Y軸方向另外移動3步。就可照射每一個樣品。如圖11所示，使用SMD-LEDs的發光二極體布置，只需要沿X軸和Y軸方向移動3
止
少ο圖12示出了根據本發明的方法實施例的操作框圖。該方法為FDMA方法。該方法 主要由信號生成步驟101、信號傳送步驟102、信號接收步驟103以及信號分析步驟104組 成，這些步驟通過使用這種方法的裝置中的控制設備控制的，具體地講，即本發明的裝置。 下面示出了根據步驟110-119 (方框)所示的測量周期。圖12的FDMA方法用於至少部分重疊的時間段內，調製8個(尤其是平行布置的) 發光二極體的輻射，並估算由該8個發光二極體引起的總的樣品輻射。在框110中，由具 有所選調製頻率的調製信號利用方波信號和振幅調製來調製取自該8個發光二極體的每 一個LED的光。通過外差法，將IOOKHz的固定的參考頻率附加到基頻上(頻移)，從而生 成調製頻率。另外，優選確定基頻以使一個基頻不是其它任何基頻的諧波，基頻的差值大於 光譜線的帶寬，光譜線的帶寬是通過調製信號的傅立葉變換確定的。調整調製信號的另一 個方面優選是，在參考條件下的進程結束時，即信號分析後，必須提供等量(高)的光譜線。 適當的調製頻率例如為 100200. 4Hz、102880. 7Hz、106837. 6Hz、108932. 5Hz、112107. 6Hz、 115473. 4Hz、119047. 6Hz和122850. IHz。通過此處使用的參考頻率，將地址頻率轉換為更高的值，從而有助於消除低頻率噪聲，具體講，該噪聲的頻率範圍為OkHz至50kHz。另外，通 過相對窄帶帶通(113)，頻率變換使濾波更加容易。如圖12的方框111所示，，該8個大體平行的發光二極體每個照射一個樣品容器。 因此，平行地產生8個樣品輻射並通過光電倍增器轉換為時間依賴電的和信號(在本實施 例中為電流i(t))。如方框112所示，通過互阻抗放大器放大該電流並優選將該電流轉換 為電壓。該互阻抗放大器具有高通的特點，因此可以減弱信號的低頻率部分(=噪聲、幹 擾)。如方框113所示，帶通的傳送範圍由調製頻率確定，在本實施例中，範圍為IOOkKHz至 200kHz，帶通是A/D轉換(防混疊)的必須條件。如圖12的方框114所示，通過快速模擬 /數字轉換器使用等於或大於尼奎斯特頻率的採樣頻率(此處為250kHz)對模擬和信號中 進行數位化。如圖12的方框115所示，通過求均值設備對一時間段內的數字和信號反覆求均 值，求均值設備作為另一個噪聲抑制器件，因此可改善數字和信號的信號質量。如方框116 所示，在檢測器(光電倍增器)顯示方波的非線性的情況下，數字高通是必須的，可通過該 數字高通濾波器抑制方波的非線性。如圖12的方框117所示，為了簡化數字和信號的頻率分析，通過將和信號(與信 號生成和分析相位同步)乘以正弦函數來解調所述數字和信號，在本實施例中，該正弦函 數是在參考頻率，即，IOOkHz下振蕩的。因此，如圖18所示，頻率是向基帶偏移的，通過因子 5的和信號子採樣可以使數據減少。
如圖12的方框119所示，傅立葉變換，尤其是1024點的FFT，將子採樣、時間依賴， 數字和信號轉換為頻域，因此，產生了信號頻譜，該信號頻譜為頻率依賴函數。對應特定的 調製頻率的光譜線的高度為相應的樣品輻射量，其可量化樣品輻射強度並可傳送到另一個 計算機中以進一步估算和顯示結果。本實施例的方法尤其提供如下優點由於主要執行整 數運算，因此進行FFT基本不需要浮點運算。因此，可以將簡單的處理器單元，例如，FPGA用 作變換裝置執行數學運算。單一的整數運算僅僅需要一個時鐘周期。典型的FPGA可以在 IOOMHz下使用。因此，整數運算僅僅持續10ns，因此具體地，相比於現有技術中需要使用浮 點運算操作的方法，FFT的測量周期可以執行得更快。此外，由於子採樣減少了數據從而大 大地減少了運算時間。圖13示出了根據本發明方法的實施例的操作框圖。該方法為CDMA方法。在方框 120中，使用長度為127位(通過2N-i-l計算，其中N為至少部分同步監控到的樣品數目， 在本實施例中N = 8)的偽噪聲碼的一個碼序列(偽隨機數，優選金碼)，通過具有大約為 IOOkHz的參考頻率的方波，調製該8個發光二極體中的每一個二極體的光，該8個發光二極 管主要以平行的方式來激活。為了從一個調製信號到下一個調製信號中識別該8個信號， 可以通過延遲方式將一個碼信號疊加到該8個發光二極體的光中，這意味著大約至少一個 時鐘周期內序列被偏移，優選為8個時鐘周期。通過觸發設備實現該偏移與信號分析的同
止
少ο如圖13方框121所示，該8個發光二極體的每一個大體並行照射一個樣品容器。 因此，平行產生8個樣品輻射，並通過光電倍增器(如圖13方框121所示)轉變為時間依賴 電的和信號(電流i (t))，如圖13的框121所示。如框122所示，該電流通過互阻抗放大器 轉換為電壓並放大。該互阻抗放大器具有高通的特性，因此可以減弱信號的低頻部分(=噪聲、幹擾)。如框123示，可以根據調製信號的光譜帶寬選擇帶通範圍，在本實施例中，範圍為IOkHz至900kHz。帶通是A/D轉換的前提條件，並可作為另一個噪聲抑制器件，其可改 善總的信號質量(反混疊)。如圖13的框124所示，在本實施例中，至少以尼奎斯特頻率， 例如為400kHz通過對模擬和信號進行採樣，通過快速模擬/數字轉換器，將和信號數位化。 如框125所示，利用鎖扣設備求均值，該設備根據碼序列的開始時間監控參考頻率。框124 的採樣、框125的求均值和框120的信號產生是同步的，該同步是通過框125的信號分析來 觸發的。關於總測量時間很短的問題，優選較大的求均值的周期數來改善所估算信號的S/ N0圖13的框125中的求均值鎖扣濾波器的結果傳送至框126中的相關器件中，該相 關器件使用調製碼序列作為參考，執行循環的相關運算。本實施例的方法具體的優點是大 體上只需要執行整數加法(和減法運算)。另外，信號分析大體上需要加法和減法運算而不 需要乘法運算。因此，信號分析比FDMA方法中的FFT更快。另外，由於碼序列相當短，所以 FPGA很小，具體地講，不用使用另外的存儲器設備進行信號分析，因此，降低了成本。圖14示出了根據本發明的方法實施例的操作框圖。與圖13所示的方法相似，圖 14的方法為CDMA方法。在框130中，使用長度為128比特的一組沃爾什-阿達馬的碼序 列，調製該8個發光二極體中的每一個二極體的光，該8個發光二極體每一個使用不同的沃 爾什_阿達馬碼。圖15示出了沃爾什-阿達馬的示例。適當選擇沃爾什_阿達馬碼序會 影響所生成的調製信號的帶寬。優選地，參見圖14，選擇的沃爾什-阿達馬碼序為2，6，8， 10，14，18，22和26，由於得到的信號帶寬的較低範圍高達50kHz，其高於圖13中的方法中的 IOkHz並改善了低頻噪聲的衰減。另外，可以大大地降低帶通的複雜性。優選，實施信號調 制的FPGA的內存中存儲8個沃爾什-阿達馬碼。這樣的內存不必很大，因此降低了該FPGA 的成本。通過使用大約IOOkHz的參考頻率的方波信號(載波)大體並行地激活該8個發 光二極體。如圖14的框131所示，該8個發光二極體每個大體並行激發一個容器。因此，並 行地產生8個樣品輻射並通過光電倍增器轉換為時間依賴電子和信號(電流i(t))。如框 132所示通過互阻抗放大器放大該電流並將該電流轉換為電壓。該互阻抗放大器具有高通 的特點，因此可以減弱信號的低頻部分(=噪聲、幹擾)。如框133所示，與信號的帶寬相對 應的帶通範圍為50kHz至900kHz，並且帶通是另一種噪聲抑制器件，其可改善和信號的質 量。如圖14的框134所示，可通過快速模擬/數字轉換器，優選使用400kHz對模擬和信號 進行採樣，以將和信號數位化。框134的採樣、框135的求均值和框130的信號生成是同步 的，該同步由框135的信號分析觸發。關於需要總測量時間很短的問題，優選用較大的求均 值的周期數來改善所估算信號的S/N。在圖14的框135，將求均值單元的結果傳送至框136的相關器件中，這種相關器件 使用調製碼序列作為參考，執行循環相關運算。本實施例的方法具體的優點是大體上由於 主要執行整數運算，因此實施分析時不需要浮點運算。因此，可以使用簡單的處理器單元， 例如，FPGA作為變換裝置來執行數學運算。另外，信號分析大體上需要加法和減法運算而 不需要乘法運算。因此，信號分析比FDMA方法中的FFT更快。另外，由於碼列序很短，所以 FPGA很小。具體地講，不用使用另外存儲器設備進行信號分析，因此，降低了成本。圖16示出了根據本發明裝置的優選實施例的光學塊示意圖。優選實施例的光學塊200適於在標準幾何形狀的96孔板中使用。該光學塊設備配置基本為立方體形狀的空 間。該光學裝置的組件優選安裝在臺階201上。該光學塊設備具有輸入埠 202、輸出埠 203以及至少包括一個二色鏡的鏡面設備204。雖然圖16僅示出了幾個輸入埠，但是在 該優選實施例的裝置中包括x+(n_l)個輸入埠，對應相同數量的輻射元件的行數(r > = X)，還包括輻射元件的列數C = y，這形成了輻射元件的陣列，這些陣列可以向樣品容器205 發出輻射，該容器位於圖16的底部。樣品容器205不是光學塊設備的一部分。這裡，每行 輻射元件顯示出相同的行激發光譜，該行激發光譜為所述η個不同激發光譜中的一個，為 圖16中的λρλ2、以及λ 3，其中還提供了 m個由行組成的塊，其中m-l塊具有相同的行發 射光譜的行序列(r，c，n和m為自然數)並且一個塊具有部分序號。在本實施例，n = 3、m =5、x = 12以及y = c = 8，雖然為了製圖的方便，圖16僅示出了不同數目的元件。每個 輸入埠適於接收輻射，該輻射由輻射源發出並向C = y個輻射元件傳送，因此示出了相同 的行激發光譜。由輻射源(未示出)發出的輻射傳送至輸入埠並由光學濾波器引導至輻射元 件。每個輻射元件包括一個發射器元件、該發射器元件包括所述光學濾波器的下行端面。另 夕卜，每個發射器元件包括可以提高樣品容器中輻射的聚焦的透鏡。該輻射被向下引向樣品 並因此可穿過二色鏡204。每個樣品的樣品輻射在向上的方向上，離開各自的樣品容器，通過二色鏡204反 射該輻射並通過光學器件的光學濾波器的各個收集透鏡引導該輻射，將該樣品輻射引向檢 測設備。該優選實施例的裝置具有c = y(y = 8)個檢測設備，儘管圖16僅示出了 5個檢 測設備，繪製為Da、Db、Dc, De和Df。關於圖16至圖19中的裝置的輻射設備和光學塊設備， 可以同時照射樣品架構件的所有96個樣品並可同時產生96個樣品輻射，這些可以被同時 並行檢測到。具體地講，僅僅通過一個檢測設備就可同時檢測12個樣品輻射的輻射。按圖19的預期，通過光學器件收集的12個樣品輻射由2個光學濾波器分成了 3 部分，其中每部分樣品輻射基於一個顏色並包括4個樣品的樣品輻射。由於對輻射的編碼 調製，對各個樣品輻射進行編碼調製，從而通過其編碼調製可以在4個樣品輻射的部分內 識別出每個樣品輻射。由該裝置的估算設備執行包括該4個樣品輻射的和信號的估算。估 算設備包括相關設備，為了確定每個樣品輻射量，該相關設備將4個樣品輻射的每一個的 調製編碼與所述的和信號進行相關運算。圖17為一示意圖，該示意圖示出了輻射元件和相應的樣品容器以及輸入埠和 輸出埠的布置。光學塊設備具有14個輸入埠，其中每一個輸入埠與8個輻射元件相 連接。另外，每個輸入埠對應一行輻射設備，總共包括14行輻射元件。每一行輻射元件 具有一個顏色(行發射光譜)。提供了具有3種顏色的輻射元件，其中第一個顏色顯示為 深灰色，第二個顏色顯示為中灰色、第三個顏色顯示為淺灰色。輻射元件的陣列可以進一步 構建為m = 5塊輻射元件，其中m-l = 4塊顯示了相同顏色的行序列。在本實施例中，所述 序列為深灰色、中灰色以及淺灰色。本實施例的輻射設備的1、4、7、10以及13行對應輻射 元件，發出的輻射顏色為「深灰」；行2、5、8、11以及14對應「中灰」，行3、6、9和12對應「淺 灰」。該光學塊設備/輻射設備可自動(例如，編程驅動)進入與樣品架構件相關的3個不 同的位置。圖17示出了樣品架構件的光學塊的第一位置。在第一位置上，行13和14的輻射設備沒有照射樣品。將圖17中的輻射設備以2個相鄰行的間距向左移一步，當樣品205維 持在固定位置，可以行式照射具有不同顏色的樣品架構件的每一行「X」的樣品。圖18為一示意圖，該示意圖顯示在3個不同位置和不同時刻、、、和、，輻射設備 /光學塊裝置的輻射元件的一列的位置。在、時刻對應第一位置，輻射設備的行13和14 沒有照射樣品。對應一列樣品和樣品容器的樣品輻射在一個輸出埠被同步收集，該輸出 埠為8個輸出埠 A至H的一個輸出埠。每個輸出埠的12個樣品輻射可通過分光 鏡(可以是濾波器或稜鏡)分成3部分樣品輻射，其中部分Dl包括行1、4、7、10的樣品輻 射(深灰色)、其中部分D2包括行2、5、8以及11的樣品輻射(中灰色)以及其中部分D3 包括行3、6、9和12的樣品輻射(淺灰色)。根據這種方式，在第二位置或第二時刻t1;深 灰色的部分Dl對應樣品行3、6、9和12，中灰色的部分對應樣品行1、4、7、10以及淺灰色的 部分D3對應樣品行2、5、8以及11。以此類推，在第三位置和第三時刻t2，接收的樣品輻射 為三部分D1、D2以及D3。圖19為樣品輻射的估算方法的示意圖，該樣品輻射在一個輸出埠同步接收。該 樣品輻射形成了輻射，該輻射是由不同光譜成分組成的並且包括數個編碼調製樣品輻射。 當輻射設備布置在第一位置對應圖18的、時刻，示例性地示出了對樣品容器的一列樣品 輻射進行估算。部分D1、D2以及D3每一部分包括4個樣品輻射，通過相應的檢測器單元 D1、D2以及D3檢測該樣品輻射。每一檢測器單元生成和信號，其對應並包含4個樣品輻射， 在相同的時間段內，該樣品輻射是由樣品大體同步發出的。圖19示出輻射設備的每一塊輻 射元件的輻射分配至各個編碼調製。包括行1、2以及3的輻射元件的輻射設備的塊1分配 給碼Cl，塊2分配給碼C2，塊3分配給碼C3，塊4分配給碼C4，塊5再次分配給碼Cl。
應當注意，可以僅僅使用一個顏色(行發射光譜)省略光譜的組成/分解，而為了 識別12個不同的樣品輻射可以使用12個不同的樣品輻射來進行編碼調製。另外，原則上 可以通過一個檢測單元使用較大數目的碼用於檢測多於4個的樣品輻射。但是，根據本實 施例的使用光譜分解方法結合碼復用方法可以將一個和信號中的樣品輻射的數目從12減 少到4，這必須通過一個檢測器進行檢測，作為一個和信號。因此，可以更加有效的利用可用 的檢測器動力學，因此可以提高所估算的單個信號的信噪比。在本實施例中，該裝置(尤其是其光學塊設備)以及信號的檢測和估算方法分別 陳述了可靠的裝置和方法，特別是該方法和裝置為了對多孔板的所有樣品實施全面掃描， 僅僅需要相對於樣品架構件對輻射設備進行兩個定位步驟。由現有技術的設備可知，由於 減少了定位時段的數目，可以避免由於掃描單元的頻率重新定位所引起的誤差，因此減少 了總的測量時間。
權利要求
一種用於以輻射測量方式檢測至少兩個樣品的N個樣品輻射(N為大於1的自然數)的方法，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射引起，其中，在至少部分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，該方法包括以下步驟確定一N個基頻的組，將一個參考頻率加到每一個所述基頻上，其中，所述參考頻率大於每一個所述基頻，利用N個所述參考頻率與所述基頻的和來提供N個調製信號，其中，每個調製信號用於調製不同發射器元件的輻射，檢測N個樣品輻射作為和信號，其中，根據被調製的引起各個樣品輻射的輻射來調製每個樣品輻射，使用解調方法解調所述和信號，執行變換以將被解調的和信號從時間依賴信號轉換為頻率依賴信號，以及根據所述基頻，從所述頻率依賴信號的振幅確定至少一個單個樣品輻射的量。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述N個基頻選自OkHz至IMHz的頻率範圍。
3.如前述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述參考頻率至少與所述基頻 中的每一個的2倍一樣高。
4.如前述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，其包括通過採樣和A/D轉換將 所述和信號數位化的步驟和/或將所述被解調的和信號數位化的步驟。
5.如前述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，其包括隨時間對所述和信號求 均值的步驟和/或對所述被解調的和信號求均值的步驟。
6.如前述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，其包括在解調之前通過數字高 通濾波器對所述和信號濾波的步驟。
7.如前述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述解調方法通過將所述和信 號乘以所述參考頻率來解調所述和信號。
8.如前述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述解調方法通過執行數字計 算來解調所述和信號。
9.如前述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，實施子採樣的步驟。
10.一種用於以輻射測量方式檢測至少兩個樣品的N(N為大於1的自然數)個樣品輻 射的裝置，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射引起，其中，在至少部 分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，該裝置具有控制設備，適於控制所述輻射元件以及使用N個基頻來提供N個調製信號，其中，使用 每個調製信號調製不同發射器元件的輻射；至少一個檢測設備，其適於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少兩個樣品的樣品輻 射作為和信號，估算設備，其適於由所述和信號估算單個樣品的樣品輻射， 其中所述估算設備適於解調所述和信號，以實施變換運算，從而將被解調的和信號從時間依賴信號轉換為頻率依賴信號，以及 根據所述基頻，從所述頻率依賴信號的振幅確定至少一個單個樣品的輻射的量。
11.一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的自然數)個樣品輻射的方法，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射引起，其中，在至少部 分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，該方法包括以下步驟 確定偽隨機數的一個碼序列，以利用所述偽隨機數的一個碼序列形成的單個調製信號對將由所述N個發射器元件 的每一個所發出的輻射進行調製，其中，單個調製信號的偽隨機碼相對其它調製信號的偽隨機碼移位約至少一個比特， 檢測所述N個樣品輻射作為和信號，其中，根據被調製的引起各個樣品輻射的輻射來 調製每個樣品輻射，對所述和信號執行數學運算來對其解碼，以及 由被解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射的量。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述偽隨機數的碼序列為金碼。
13.一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的自然數)個樣品輻 射的裝置，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射引起，其中，在至少部 分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，該裝置具有控制設備，適於控制所述輻射元件並且以利用所述偽隨機數的一個碼序列形成的單個 調製信號，調製將由所述N個發射器元件的每一個所發出的輻射；其中，單個調製信號的偽隨機碼相對其它調製信號的偽隨機碼移位約至少一個比特， 至少一個檢測設備，其適於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少一個樣品的樣品輻 射作為和信號，以及估算設備，其適於由所述和信號估算單個樣品的樣品輻射，其中，所述估算設備適於通過數學運算解碼所述和信號，以及其中，所述估算設備適於由被解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射的量。
14.一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的自然數)個樣品輻 射的方法，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射引起，其中，在至少部 分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，該方法包括以下步驟確定一 N個阿達馬碼序列的組，其中，每個所述阿達馬碼序列用於形成單個調製信號， 使用不同的單個調製信號調製所述N個發射器元件的每一個將發出的輻射， 檢測所述N個樣品輻射作為和信號，其中，根據被調製的引起各個樣品輻射的輻射來 調製每個樣品輻射，對所述和信號執行數學運算來對其解碼， 由被解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射的量。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述阿達馬碼序列是正交的。
16.如權利要求14至15中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述相關法使用與所述 N個阿達馬碼序列相關的逆阿達馬矩陣對所述和信號進行逆變換。
17.如權利要求14至16中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述相關法使用沃爾 什-阿達馬變換。
18.如權利要求11，12和14至17中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述數學運算 包括將單個調製信號與所述和信號相關聯的相關法。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述相關法為自相關類型。
20.如權利要求11，12和14至19中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述數學運算 可由加法和減法運算來替代。
21.一種用於以輻射測量方式檢測至少一個樣品的N(N為大於1的自然數)個樣品輻 射的裝置，該樣品輻射由至少一個輻射元件的N個發射器元件的輻射引起，其中，在至少部 分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，該裝置具有控制設備，適於控制所述輻射元件以及使用一N個阿達馬碼序列的組調製所述N個發 射器元件的輻射，其中使用所述阿達馬碼序列的每一個形成單個調製信號，至少一個檢測設備，其適於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少一個樣品的樣品輻 射作為和信號，估算設備，其適於由所述和信號估算單個樣品的樣品輻射，其中，所述估算設備適於通過數學運算解碼所述和信號，以及其中，所述估算設備適於由被解碼的和信號確定至少一個單個樣品輻射的量。
22.一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的裝置，該裝置具有 輻射設備，其提供至少一個輻射元件和至少兩個發射器元件， 其中，每個輻射元件包括至少一個發射器元件，以及其中，所述至少兩個發射器元件適於在至少部分重疊的時間段內發出輻射， 控制設備，其控制所述輻射設備， 樣品架構件，其提供用於支撐多個樣品的多個樣品位置，其中，在檢測過程期間，至少部分所述輻射設備和所述樣品架構件適於相對彼此移動， 且其中所述至少兩個發射器元件的每一個適於通過第一光路以輻射照射不同的樣品，這使 該樣品以至少一個樣品輻射頻率通過第二光路向至少一個檢測設備發出樣品輻射，所述至少一個檢測設備，其適於在至少部分重疊的時間段內，檢測由至少兩個樣品發 出的樣品輻射作為和信號，以及估算設備，其適於由所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。
23.一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的裝置，該裝置具有 輻射設備，其提供至少一個輻射元件和至少兩個發射器元件，其中，每個輻射元件包括至少一個發射器元件，其中所述至少兩個發射器元件適於在 至少部分重疊的時間段內發出輻射，以及其中至少兩個發射器元件提供具有不同輻射譜的輻射， 控制設備，其控制所述輻射設備， 樣品架構件，其提供用於支撐多個樣品的多個樣品位置，其中，所述至少兩個發射器元件的每一個適於通過第一光路以輻射照射至少一個樣 品，這使該樣品以至少一個樣品輻射頻率通過第二光路向至少一個檢測設備發出樣品輻 射，所述至少一個檢測設備，其適於在至少部分重疊的時間段內，檢測由至少兩個樣品發 出的樣品輻射作為和信號，以及估算設備，其適於由所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。
24.如權利要求23所述的裝置，其特徵在於，所述至少兩個發射器元件的每一個適於 以輻射照射不同的樣品。
25.如權利要求22至24中至少一項所述的裝置，其特徵在於，至少兩個發射器元件提 供具有不同輻射譜的輻射。
26.如權利要求22至25中至少一項所述的裝置，其特徵在於，在檢測過程期間，至少部 分所述輻射設備和所述樣品架構件適於相對彼此移動。
27.如權利要求22至26中至少一項所述的裝置，其特徵在於，該裝置包括以陣列方式 布置的多個輻射元件。
28.如權利要求27所述的裝置，其特徵在於，所述陣列根據至少兩個具有不同輻射譜 的輻射元件提供圖案，即，所述至少兩個輻射元件適於提供至少兩個發射器元件，所述至少 兩個發射器元件提供具有不同輻射光譜的輻射。
29.如權利要求22至28中至少一項所述的裝置，其特徵在於，所述輻射元件以r行和 c列的陣列布置(r和c為自然數)，且每行的所述輻射元件以至少一個發射光譜的行依賴 序列布置。
30.如權利要求22至29中至少一項所述的裝置，其特徵在於，所述輻射元件的數目超 過所述樣品位置的數目。
31.如權利要求29或30所述的裝置，其特徵在於，所述輻射元件的陣列由r= x+n-1 行和c列組成，其中，每行輻射元件顯示相同的行發射光譜，該行發射光譜為η個不同發射 光譜中的一種，且其中還提供了 m個由行組成的塊，其中數個塊具有與行發射光譜相同的 行序列(r、c、n和m為自然數)。
32.如權利要求22至31中至少一項所述的裝置，其特徵在於，為了利用每種類型的輻 射元件對所述樣品實施全面掃描，所述輻射元件的布置適於使得一旦所述輻射設備定位 在其第一位置，所述輻射設備相對於所述樣品架構件的定位步驟的數目為n-1。
33.如權利要求22至32中至少一項所述的裝置，其特徵在於，至少具有一個輸入埠， 其中所述輸入埠適於接收輻射，該輻射將向多個輻射元件傳送，從而具有相同的發射光譜。
34.如權利要求22至33中至少一項所述的裝置，其特徵在於，該裝置包括數個輻射源， 其中輻射源的數目小於發射器元件的數目。
35.如權利要求33或34所述的裝置，其特徵在於，每個輸入埠適於接收輻射源的輻 射，尤其是不同輻射源的輻射。
36.如權利要求22至35中至少一項所述的裝置，其特徵在於，至少一個發射器元件包 括適於發出輻射的光學濾波器的端面。
37.如權利要求22至36中至少一項所述的裝置，其特徵在於，該裝置，尤其是所述輻射 設備和所述控制設備，適於使在至少部分重疊的時間段內，具有總數為χ乘以y樣品位置的 樣品架構件中所包含的所有樣品能夠由輻射所照射。
38.如權利要求27至37任一所述的裝置，其特徵在於，使用調製技術調製所述陣列內 的一行輻射元件的輻射。
39.如權利要求38所述的裝置，其特徵在於，相同行發射光譜，即相同的顏色，的每一 行，使用不同的調製發出輻射。
40.如權利要求38或39所述的裝置，其特徵在於，所述調製技術為碼復用技術，尤其是 使用阿達馬碼或偽噪聲碼。
41.如權利要求38或39所述的裝置，其特徵在於，所述調製技術為頻率復用技術，尤其 是使用不同的調製頻率。
42.如權利要求22至41中至少一項所述的裝置，其特徵在於，至少具有一個輸出埠， 其中所述輸出埠適於輸出所述樣品輻射，該樣品輻射在至少部分重疊的時間段內從多個 樣品接收並將向至少一個檢測設備傳送。
43.一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的方法，該方法包括以下步驟通過控制設備控制輻射設備，其中所述輻射設備提供至少一個輻射元件和至少兩個發 射器元件，其中每個輻射元件包括至少一個發射器元件，使所述至少兩個發射器元件在至少部分重疊的時間段內發出輻射， 提供設有用於支撐多個樣品的多個樣品位置的樣品架構件，控制所述輻射設備和所述樣品架構件的相對位置，在所述檢測過程期間，至少部分所 述輻射設備和樣品架構件適於相對彼此移動，使用所述至少兩個發射器元件的輻射通過第一光路照射不同的樣品，從而使所述樣品 以至少一個樣品輻射頻率通過第二光路向至少一個檢測設備發出樣品輻射，通過所述至少一個檢測設備檢測所述樣品輻射作為和信號，該樣品輻射在至少部分重 疊的時間段內，由所述至少兩個樣品所發出，以及通過估算設備從所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。
44.一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的方法，該方法包括以下步驟通過控制設備控制輻射設備，其中所述輻射設備提供至少一個輻射元件和至少兩個發 射器元件，其中每個輻射元件包括至少一個發射器元件， 其中至少兩個發射器元件提供具有不同輻射譜的輻射， 使所述至少兩個發射器元件在至少部分重疊的時間段內發出輻射， 提供設有用於支撐多個樣品的多個樣品位置的樣品架構件，使用所述至少兩個發射器元件的輻射通過第一光路照射不同的樣品，從而使所述樣品 以至少一個樣品輻射頻率通過第二光路向至少一個檢測設備發出樣品輻射，通過所述至少一個檢測設備檢測所述樣品輻射作為和信號，該樣品輻射在至少部分重 疊的時間段內，由至少兩個樣品所發出，以及通過估算設備從所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。
45.如權利要求1至9，11，12，14至17，43和44中至少一項所述的方法，還包括以下步驟至少部分同步地照射全部樣品的N個樣品，所述N個樣品包括至少一個第一組和至少 一個第二組樣品，每一組包括至少兩個樣品，以第一光譜的輻射照射所述第一組樣品，且以 第二光譜的輻射照射所述第二組樣品，其中全部η個光譜的所述至少一個第一和一個第二 光譜的每一個是不同的，其中以不同調製的輻射照射每組樣品中的每一個樣品，以及 至少部分同步地檢測所述N個樣品的樣品輻射。
46.如權利要求45所述的方法，還包括以下步驟提供以χ行和1列的陣列布置的、總數x*y個樣品位置或樣品，每個樣品位置適於容納 樣品，提供輻射元件的陣列，所述輻射元件可布置為使每個輻射元件至少間歇地分配給一個樣品，該陣列由r = x+n-1行(r >= x)和c = y列組成，其中每行輻射元件顯示相同的行 發射光譜，該行發射光譜為所述η個不同發射譜中的一種，且其中還提供了 m個由行組成的 塊，其中數個塊具有與行發射光譜相同的行序列(r、c、n和m為自然數)。
47.如權利要求45或46所述的方法，還包括以下步驟使至少一列的至少r = χ個輻射元件至少部分同步地，尤其是同步地，照射所述相應的 χ個樣品，其中所述N = χ。
48.如權利要求45至47中至少一項所述的方法，還包括以下步驟對於每一列輻射元件和相應的樣品，至少部分同步地，尤其是同步地執行上述權利要 求的步驟。
49.如權利要求45至48中至少一項所述的方法，還包括以下步驟將所述N個樣品的樣品輻射分為光譜分量，每個分量表示對應所述樣品組之一的樣品 輻射，以及將樣品輻射的每一所述分量向檢測單元傳送。
50.如權利要求45至49中至少一項所述的方法，還包括以下步驟將所述和信號解調並估算所述N個樣品的每個單個樣品的樣品輻射。
51.如權利要求45至50中至少一項所述的方法，還包括以下步驟為了利用每種類型的輻射元件對所述樣品實施全面掃描，提供所述輻射設備相對於所 述樣品架構件總數為n-1個的定位步驟。
52.一種計算機代碼，其適於根據至少一項上述裝置權利要求控制至少部分所述裝置 的操作。
53.一種存儲介質，存儲用於操作根據前述裝置權利要求中至少一項的所述裝置的操 作數據，或者應用根據前述方法權利要求中至少一項的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用於以輻射測量方式檢測多個樣品的裝置，該裝置具有輻射設備，其提供多個輻射元件，一輻射元件至少包括一個發射器元件，其中輻射設備優選提供至少兩個發射器元件，提供具有不同輻射光譜的輻射，其中在至少部分重疊的時間段內，所述發射器元件中的至少兩個適於發出輻射，以及控制設備，其控制所述輻射元件，樣品架構件，其提供支撐多個樣品的多個樣品位置，其中在檢測進程中，至少部分所述輻射設備和所述樣品架構件適於相對彼此移動，並且其中至少一個輻射元件適於通過第一光路以輻射照射樣品，這使該樣品通過第二光路向至少一個檢測設備以至少一個樣品輻射頻率發出樣品輻射，所述至少一個檢測設備，適於在至少部分重疊的時間段內，檢測至少兩個樣品的樣品輻射作為和信號；以及估算設備，其適於由所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。本發明還涉及一種用於以光度測量方式檢測至少一個樣品的樣品輻射的方法，該樣品輻射是由至少一個輻射元件的N個發射元件的輻射引起的，其中在至少部分重疊的時間段內，所述N個發射器元件發出輻射，以在至少部分重疊的時間段內檢測至少兩個樣品的樣品輻射作為和信號，並且由所述和信號估算至少一個單個樣品的樣品輻射。
文檔編號G01N21/64GK101821609SQ200880110577
公開日2010年9月1日 申請日期2008年8月29日 優先權日2007年8月29日
發明者安德烈亞斯·施依, 蓋德·喬基姆·埃克特, 諾伯特·威特施夫, 賴內·施利塞爾, 賴內·特雷普託 申請人:艾本德股份有限公司