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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6239562
(24)【登録日】2017年11月10日
(45)【発行日】2017年11月29日
(54)【発明の名称】照明デバイスおよびそれを備えるバイオ情報計測装置
(51)【国際特許分類】
G01N 21/64 20060101AFI20171120BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20171120BHJP
G01N 27/414 20060101ALI20171120BHJP
G01N 27/00 20060101ALI20171120BHJP
【ＦＩ】
G01N21/64 Z
G01N27/416 353Z
G01N27/414 301K
G01N27/414 301N
G01N27/414 301R
G01N27/414 301Y
G01N27/416 346
G01N27/00 Z
G01N27/00 J
【請求項の数】3
【全頁数】30
(21)【出願番号】特願2015-181202(P2015-181202)
(22)【出願日】2015年9月14日
(65)【公開番号】特開2017-58163(P2017-58163A)
(43)【公開日】2017年3月23日
【審査請求日】2015年9月14日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）革新的研究開発推進プログラム（ＩｍＰＡＣＴ）「半導体技術を用いた高感度・高精度化学物質検出デバイス・システムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】今井 快多
(72)【発明者】
【氏名】香西 昌平
【審査官】
立澤 正樹
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００９−５０１６２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００２−５２３７８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００７−５０５３１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−２２８３６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−１８３３０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−２１６９９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−３２２６１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−２２００６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−０２８７２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００４−５１０１２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００３−５１３２７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００７／０６６４６５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特表２００３−５２７５９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１０−５０５０８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１３−５１８２８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００５−５３５８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１２−５００９６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／９５８
Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／４８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ｎａｔｕｒｅ．ｃｏｍ
ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｓｃｉｔａｔｉｏｎ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上の二次元領域に配置されるセンサマトリックスとを備え、前記センサマトリックスが、光センサ素子と、化学物質センサ素子および／または電気センサ素子とを含む基本ブロックをセンサ画素として複数備え、前記センサ素子がそれぞれセンシング部を含み、前記センシング部が表面側を向いており、前記センサマトリックスが全体としてセンサ画素アレイを構成している計測デバイスであって、前記センサ画素アレイ上に存在している測定対象物についての光学的情報と、生化学的情報および／または電気的情報とを前記センサ画素アレイ上での前記測定対象物の位置情報と対応付けて取得する計測デバイス、
前記計測デバイスの前記複数のセンサ画素にそれぞれ対向して配置され、かつ前記センサ画素アレイの照射領域に対して、所望の照明強度で光照射する複数の照明ユニットを備える照明デバイス、および
前記取得された前記生化学的情報または前記電気的情報と、それらに対応付けられた前記測定対象物の前記位置情報と、所定の閾条件とに基づいて、前記照射領域を前記センサ画素の単位として決定すると共に、前記照明強度を前記照射領域毎に決定し、それに従い前記複数の照明ユニットにおける光照射を制御する制御部
を備えるバイオ情報計測装置。
前記計測デバイスの前記複数のセンサ画素にそれぞれ対向して配置され、かつ前記センサ画素アレイの照射領域に対して、所望の照明強度で光照射する複数の照明ユニットを備える照明デバイス、および
前記取得された前記生化学的情報または前記電気的情報と、それらに対応付けられた前記測定対象物の前記位置情報と、所定の閾条件とに基づいて、前記照射領域を前記センサ画素の単位として決定すると共に、前記照明強度を前記照射領域毎に決定し、それに従い前記複数の照明ユニットにおける光照射を制御する制御部
を備えるバイオ情報計測装置。
【請求項2】
前記複数の照明ユニットは互いに波長の異なる光を照射することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記複数の照明ユニットからの各光照射は、前記波長に応じて当該センシング部への入射角度が制御されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、照明デバイスおよびそれを備えるバイオ情報計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
より健康で快適に生活できる社会を目指すために、疾病の原因やその発症メカニズムなどを明らかにするための研究や、それに基づく予防方法および治療方法などに関する研究が行われている。それにより明らかにされた疾病に関する情報や、個々人における発症要因、例えば、先天的要因、後天的要因、生活要因などの情報の収集とそれらの情報の解析によって、疾病の発症リスクを軽減することが提案されている。
【0003】
一方、半導体チップ上でバイオ計測を行う多くの種類の計測デバイスが開発されている。そのような計測デバイスには、イオン濃度を計測するもの、光計測を行うもの、蛍光強度を測定することにより被検物質の化学的挙動を観察するもの、電位を計測することにより細胞活動を観察するものなどがある。
【0004】
他方、上記計測デバイスのための照明デバイスについても幾つかが提案されている。そのような照明デバイスの一例は、ｐＨ値と光学像とを取得する計測デバイスのための照明デバイスである。また携帯情報端末のディスプレイを計測デバイスのための照明デバイスとして利用することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２００４−５１０１２５号公報
【特許文献2】特開２００６−２８４２２５号公報
【特許文献3】特開２０１１−４７９４０号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Xiwei Huang, Fei Wang, Jing Guo, Mei Yan, Hao Yu, and Kiat Seng Yeo, "A 64×64 1200gps CMOS Ion-Image Sensor with Suppressed Fixed-Pattern-Noise for Accurate High-throughput DNA Squencing", 2014 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.134-135, 2014
【非特許文献2】Guoan Aheng, Seung AH Lee, Yaron Antebi, Michael B. Elowitz, and Changhuei Yang, "", The ePetre dish, and on-chip cell imaging platform based on subpixel perspective sweeping microscopy (SPSM)" PNAS Early Edition www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1110681108, 1-6, approved August 23, 2011
【非特許文献3】Kannie W. Y. Chan, Guanshu Liu, Xiaolei Song, Heechul Kim, Tao Yu, Dian R. Arifin, Assaf A. Gilad, Justin Hanes, Piotr Walczak, Peter C. M. van Zijl, Jeff W. M. Bulte and Michael T. McMahon, "MRI-detectable pH NANOSENSORS INCORPORATED into hydrogels for in vivo sensing of transplated-cell viability" Nature Materials, vol 12, March 2013, 268-257
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
現在、計測装置は、一般的に基礎研究において限られた項目を試験するために使用されている。より多くの情報をより効率的、経済的または正確に得るためには更なる開発が必要である。
【0008】
本出願が解決しようとする課題は、より効率的、経済的または正確に複数の検査項目についての情報（多項目）を得ることができる計測デバイスのための照明デバイスおよびそれを備えるバイオ情報計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
実施形態の照明デバイスは、照明ユニットと制御部とを備える。照明ユニットは、二次元領域上に存在している測定対象物についての光学的情報と、生化学的情報および／または電気的情報とを、前記二次元領域上での前記測定対象物の位置情報と対応付けて取得する計測デバイスの前記二次元領域内の照射されるべき領域に対して、照射されるべき照明強度で光照射する。制御部は、前記計測デバイスによって取得された当該生化学的情報または当該電気的情報と、それらに対応付けられた当該位置情報と、それらについて予め決定された閾条件とに基づいて、当該二次元領域における前記照射されるべき領域と、前記照射されるべき照明強度とを決定し、それに従い前記照明ユニットにおける光照射を制御する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施形態に従うバイオ情報計測装置の一例を示す模式透視図である。
【図2】実施形態に従う計測デバイスのサブ画素マトリックスの例を示す図である。
【図3】実施形態に従う照明ユニット群の例を示す模式図である。
【図4】実施形態に従うバイオ情報計測装置における計測の手順の一例を示すフローチャートである。
【図5】実施形態に従うバイオ情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図6】実施形態に従うバイオ情報計測装置の位置合わせ補正処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図7】実施形態に従う位置合わせ補正処理が行われるべき計測デバイスおよび照明デバイスの一例の一部を示すイメージ図である。
【図8】実施形態に従うバイオ情報計測装置で計測を実行するための手順の一例を示すフローチャートである。
【図9】実施形態に従うバイオ情報計測装置での計測で用いられるタイミングチャートの一例を示す図である。
【図10】実施形態に従うバイオ情報計測装置において対応して備えられるセンサマトリックスおよび照明ユニットマトリックスの一例を示すイメージ図である。
【図11】実施形態に従うバイオ情報計測装置において対応して備えられるセンサマトリックスおよび照明ユニットマトリックスアレイの一例を示すイメージ図である。
【図12】実施形態に従うバイオ情報計測装置において対応して備えられるセンサマトリックスおよび照明ユニットマトリックスアレイの一例を示すイメージ図である。
【図13】実施形態に従うバイオ情報計測装置において対応して備えられるセンサマトリックスおよび照明ユニットマトリックスアレイの一例を示すイメージ図である。
【図14】実施形態に従うバイオ情報計測装置において対応して備えられるセンサマトリックスアレイおよび照明ユニットマトリックスアレイの一例を示すイメージ図である。
【図15】実施形態に従う計測デバイスの一例を示す透視図である。
【図16】実施形態に係る計測デバイスの１例の一部分を示す断面図である。
【図17】実施形態に係る計測デバイスに備えられる電極画素の例を示す断面図である。
【図18】実施形態に係る計測デバイスに備えられる光センサ画素の１例の製造プロセスを示す断面図である。
【図19】実施形態に係る計測デバイスに備えられる光センサ画素の１例の製造プロセスを示す断面図である。
【図20】実施形態に係る計測デバイスの回路構成の１例を示す概要図である。
【図21】実施形態に係る計測デバイスのサブブロックの１例の回路図である。
【図22】実施形態に係る計測デバイスのサブブロックの１例の回路図である。
【図23】実施形態に係る計測デバイスのサブブロックの１例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面は模式的なものであり、正確な縮尺ではない。
【0012】
実施形態に従うバイオ情報計測装置１０は、図１に示すように、計測デバイス２０と、特定の照明強度で光照射する照明デバイス３０と、照明デバイス３０の光照射を制御する制御部４０とを備える。照明デバイス３０は、計測デバイス２０が備えるセンサマトリックス内の特定の領域を光照射する。計測デバイス２０と、照明デバイス３０と、制御部４０とは、電気的に接続している。
【0013】
計測デバイス２０によるセンシングは、光情報センシング、化学物質情報センシング、電気情報センシングを含む。ここで、光情報センシングは、計測デバイス２０のセンシング領域に対向して配置される照明デバイス３０から照射される光を受けて行われる。実施形態の装置によれば、照射は、制御部４０の制御下で計測デバイス２０の化学物質情報センシングおよび／または電気情報センシングにより得られた結果に基づいて行われる。照射の条件は、照明デバイス３０による光照射領域、光照明強度、並びに光照射時間およびタイミングなどである。これによってより適切に光照射が制御される。そのため、実施形態に従うバイオ情報計測装置１０は、従来よりも経済的、効率的に測定対象物についての計測を実施することが可能となる。
【0014】
このようなバイオ情報計測装置１０は、例えば次のように作用し得る。（１）照明デバイスからの光照射をオフする。（２）化学物質情報センシングおよび／または電気情報センシングを行い細胞信号を計測する。（３）照明デバイスの解像度、計測デバイスの解像度および光の拡散を考慮し、照明範囲を決定する。（４）照明デバイスが、細胞信号の得られた画素領域のみに対してであっても光照射し得る。（５）上記（１）〜（４）を繰り返すことによって動画像を取得する。（６）照明強度を照射領域ごとに適切に制御する。
【0015】
培養細胞がバイオ情報計測装置１０における測定の測定対象物である場合、例えば、生体から単離された細胞は、計測デバイス２０が備えるセンサマトリックス上に播種された後にインキュベータ内に置かれて培養され得る。このように培養された状態で、バイオ情報計測装置１０は所望の項目についての測定を行い得る。培養当初においては、センサマトリックス上に存在する細胞の数は少ない。実施形態に従えば、化学物質情報センシングおよび／または電気情報センシングにより取得した情報に基づいて、細胞の存在する領域を特定できる。従来の装置ではセンサマトリックス全体に光照射して観察を行っている。従って、照明デバイス３０からの光照射は、例えば、特定された領域にのみに制限することも可能であり、より経済的である。
【0016】
一方、生物学的試料では、光刺激への暴露がその正常または一般的な病態に対して大小の影響を与え得る。従って、そのような測定対象物への光照射は最小限に抑えられることが好ましい場合がある。実施形態のバイオ情報計測装置１０によれば、例えば、細胞の状況に応じて光照射条件または光照射の有無を選択することが可能である。測定対象物である細胞が、例えば、アポトーシスや壊死を生じている、或いは衰弱しているときには、光照射が最小限にすることが要望され得る。その場合、光照射に先駆けて、アポトーシス、壊死または衰弱を示唆する指標、例えば、ｐＨ値、細胞代謝産物などの指標、を測定対象物について測定し、光照射条件または光照射の有無を選択することが可能である。これにより効果的に計測データを得ることが可能となる。また、望まれない光照射を防止することが可能であるので、より正確な結果を得ることが可能となる。このような場合、光照射条件または光照射の有無を決定するために使用される閾条件は、測定対象物の特定の状況を示す何れかの指標であり得る。また、閾条件は、予め定められた閾値、予め定められたパターンであればよく、光照射条件または光照射の有無の決定には、例えば、閾値判定、パターンマッチング、機械学習、統計処理を用いた判定などが使用され得る。しかしながらこれらに限定されるものではない。閾条件とは、例えば、光照射を行うか否かを判断するための閾となる条件である。例えば、「ｐＨが特定の値よりも小さいときには、照射を行う」、「ｐＨが特定の値よりも大きいときには、光を照射しない（または消灯する）」などが閾条件の１例である。
【0017】
以下、更にバイオ情報計測装置１０についてより詳細に説明する。
【0018】
[計測デバイス］計測デバイス２０は、基板２１を備え、この基板２１表面にはセンサマトリックス２２が存在している。センサマトリックス２２は、複数のセンサ画素２３を含むアレイ、即ち、センサ画素アレイである。１つのセンサ画素２３は、１つの基本ブロックから構成されている。センサマトリックス２２は、同じ構成の基本ブロックが所望の数で整列してマトリックスを形成している。
【0019】
計測デバイス２０で検出される信号は、測定対象物からの細胞信号であり得る。「検出されるべき情報」は、光情報、イオン情報、電気情報、更に、温度およびその他の情報などであり得る。光情報は、例えば、光強度、蛍光強度、生物発光（バイオルミネッセンス）強度、りん光強度および自家蛍光強度などである。電気情報は、例えば、電位、電流値、電圧値およびインピーダンスなどである。更に、これらの情報は、所望の項目の経時的な変化を含み得る。検出されるべき情報に応じてセンサ素子の種類が選択され得る。
【0020】
基本ブロックは、検出されるべき情報に応じた種類のセンサ素子２４を少なくとも２種類含む。そのうちの１種類は、光センサ素子であり、これによりセンシングされるべき測定対象物に関する光情報を取得する。光情報とは、測定対象物に光を照射して得られる何れかの光に関する情報である。光センサ素子は、光信号をセンシングし、それを電気信号に変換する半導体素子であればよい。センシングされる光は、可視光、紫外光、赤外光、蛍光、りん光、発光などであり得る。これにより、測定対象物の形態学的情報、測定対象物の分布、並びに測定対象物に関連する物質の分布、濃度および挙動などに関する情報を得ることができる。そのような光センサ素子の例は、フォトダイオードで検知された光を電気信号に変換するＣＭＯＳイメージセンサ、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）で検知された光を電気信号に変換するＳＰＡＤイメージセンサおよびＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子を用いるイメージセンサ、サーモパイルセンサなどの熱電変換素子を用いるセンサなどであり得る。
【0021】
基本ブロックが含む光センサ素子以外のセンサ素子は、化学物質センサ素子および／または電気センサ素子などであり得る。
【0022】
化学物質センサ素子は、化学物質の有する特性またはその変化をセンシングし、電気信号に変換する半導体素子であり得る。それにより化学物質の検出、物理的、化学的または生化学的変化を検出する。化学物質センサ素子は、例えば、Ｈ+、Ｋ+、Ｃａ2+などのイオン、アセチルコリンなどの神経伝達物質、細胞内若しくは細胞外で生じる代謝産物または代謝され得る物質などの代謝物、特定の抗原若しくは抗体またはそれらに由来するタンパク質などをセンシングし、検出されるべき化学物質に由来する情報に基づく信号を電気信号に変換する半導体センサ素子である。化学物質センサ素子の例は、イオン感受性または化学的電界効果トランジスタ、ＩＳＦＥＴ、ＣＨＥＭＦＥＴなどであり得る。
【0023】
電気センサ素子は、測定対象についての電気情報を取得する半導体素子である。電気センサ素子は、細胞の活動電位などの電位情報、細胞接地度、細胞間の接着または接触度、細胞等の測定対象の活性化または活性化状態などを検出するために電位、電流値、電圧値、インピーダンスをセンシングし、電流または電圧信号を生成する半導体素子であり得る。更に、センサ素子は、温度センサ素子であってもよい。各素子におけるセンシングおよびセンシングにより得られた情報の電気信号への変換などは制御系の制御下で行われ得る。またその他の物質を検出するためのセンサ素子が含まれてもよい。電気センサ素子の例は、電極を用いる半導体センサ、半導体電圧センサなどであり得る。
【0024】
実施形態に従うセンサマトリックス２２では、光センサ素子以外の種類のセンサ素子を少なくとも１種類が選択されて、光センサ素子と組み合わせて基本ブロックに含まれる。
【0025】
基本ブロックが含む複数のセンサ素子は、所望の数でマトリックスを形成している。基本ブロック内に含まれる１つのセンサ素子は、サブ画素を提供している。即ち、センサマトリックス２２を構成する複数のセンサ画素２３のそれぞれは、基本ブロックにより提供される。そして各センサ画素２３は、複数のサブ画素から構成されている。
【0026】
センサ素子は、計測デバイス２０の表目側を向くようにセンシング部を備える（図示せず）。１つのサブ画素は、１つのセンサ素子によって提供され、センサ素子のセンシング部に相当する。このセンシング部が１つのサブ画素に相当し、センサ画素２３は、複数のサブ画素を含んでなる。１つのセンサ画素２３内には、サブ画素が所望の数でサブマトリックスを形成している。
【0027】
センサ画素２３の例を図２に示す。図２に示すセンサ画素２３は、二行二列でマトリックス状に並んでいる４つのサブ画素を備える。４つのサブ画素のそれぞれは、センサ素子のセンシング部である。図２（ａ）に示す４つのセンシング部は、第１の光センシング部２５ａ、第２の光センシング部２５ａ’、第１のｐＨセンシング部２５ｂおよび第２のｐＨセンシング部２５ｂ’である。センシング部２５ａ，ａ’，ｂ，ｂ’は、互いに異なる種類のセンシング部が互いに隣り合うように配置されている。即ち、第１の光センシング部２５ａの一辺は、第１のｐＨセンシング部２５ｂの一辺と接しており、第１のｐＨセンシング部２５ｂの他辺は、第２の光センシング部２５ａ’の一辺と接しており、第１の光センシング２５ａの他辺は、第２のｐＨセンシング部２５ｂ’の他辺と接しており、第２のｐＨセンシング部の２５ｂ’の他辺は、第１の光センシング２５ａの他辺と接している。
【0028】
各センサ画素の大きさは、例えば、３００ｎｍ×３００ｎｍ〜２０μｍ×２０μｍ、３００ｎｍ×３００ｎｍ〜１０μｍ×１０μｍ、３００ｎｍ×３００ｎｍ〜１μｍ×１μｍなどの範囲であってもよく、センサ素子の種類に依存して大きさを変更してもよい。それ以外の画素の場合においては、例えば、感知されるべき信号の大きさに依存して画素の大きさを決定してもよい。センサ画素間のピッチは、例えば、０．３μｍ〜３０μｍであってもよいが、これに限定するものではない。
【0029】
図２（ｂ）の例ではセンサ画素２３は、光センシング部２５ａ、ｐＨセンシング部２５ｂ、カリウムイオンセンシング部２５ｃおよびナトリウムイオンセンシング部２５ｄを含む。このセンサ画素２３では、１つのセンシング部が一辺を接して隣り合うのは、検出要素の種類の違うセンシング部である。
【0030】
図２（ｃ）に例として示すセンサ画素２３では、センサ画素２３に含まれる全てのセンシング部は、互いに異なる情報または項目を検知するものであり得る。
【0031】
１つの実施形態によれば、このような基本ブロックを１つのセンサ画素２３として複数含むセンサマトリックス２２が、計測デバイス２０の１つの面を構成し、その上に存在する測定対象物、例えば、センサマトリックス２２上で培養された細胞について、そのバイオ情報を二次元的なイメージとして取得する。
【0032】
このようにセンサ素子のセンシング部が、１つのサブセンサ画素２５を提供し、複数のサブセンサ画素２５から構成される基本ブロックが１つのセンサ画素２３を提供する。複数のセンサ画素２３は、所望の数でマトリックス状に並んでセンサ画素アレイを構成する。即ち、センサマトリックス２２は、所望の数でマトリックスを形成している複数のセンサ画素の集合体である。
【0033】
計測デバイス２０は、センサマトリックス２２が提供する二次元領域上に存在している測定対象物についての光学的情報と、生化学的情報および／または電気的情報とを二次元領域上での位置情報と対応付けて取得する。得られた情報から、二次元画像が作製され得る。光センサ素子により得られる光信号から作製される画像は、顕微鏡により撮像された画像の代替物として使用され得る。
【0034】
［照明デバイス］図１は、照明デバイス３０が、計測デバイス２０のセンサマトリックス２２上の特定の領域に向けて特定の光３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照射しているところを示している。光３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、センサマトリックス２２上に細胞が存在している３つの領域に対して選択的に行われている。この例に示す照明デバイス３０は、センサマトリックス２２に対向する面に複数の照明ユニット３２を備えている。照明ユニット３２は、センサマトリックス２２に対向する照明デバイス３０の１つの面にそれぞれに所望の数でマトリックス状に並んでいる。これらの照明ユニット３２は、照明ユニットアレイを構成している。照明ユニット３２は、センサマトリックス２２の特定の領域を選択的に照射することが可能であるように、センサマトリックス２２に含まれるセンサ画素２３と同数でもよく、センサ画素２３よりも少なくてもよく、センサ画素２３よりも多くてもよい。また、センサ画素２３の大きさと照明ユニット３２の大きさは、互いに同じであっても、互いに異なっていてもよい。
【0035】
照明デバイス３０と、センサマトリックス２２とは、互いに位置決めがされており、制御部４０の制御下で照明デバイス３０からの光照射は、センサマトリックス２２の特定の領域に対して特定の照明強度で行われる。
【0036】
照明ユニット３２は、例えば、有機ＥＬ、ＬＥＤまたはレーザーなどであってよい。また複数の照明ユニットが所望の数でマトリックスを形成してもよく、例えば、有機ＥＬディスプレイ、液晶ディスプレイ、レーザー、レーザーアレイ、ＬＥＤアレイまたはレーザースキャナであってもよい。これらの有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤアレイまたはレーザースキャナは、１つ以上の照明ユニットを含み得る。照明デバイス３０による計測デバイス２０に対する照明は、面発光、点発光または線発光で行われてもよい。例えば、点発光または線発光の場合、照明デバイス３０が複数の照明ユニットを含んでいる場合であっても、或いは単一の照明ユニットの場合であっても、照明ユニットにより提供される二次元領域を端から端へとスキャンニングするように光照射する照明ユニットおよび／または計測デバイスの位置を移動させればよい。
【0037】
照明デバイスが複数の照明ユニットを含むとき、それらの照明ユニットは互いに波長の異なる光を照射してもよい。異なる波長を照射するために、照明デバイスは、照明ユニットの光射出部にフィルタを備え得る。１つの領域に照射される光の例は、赤色光、緑色光、青色光、白色光などの可視光、紫外光および赤外光、並びにこれらの中から選択される２つ以上の組み合わせなどであってもよく、光色に限らず特定の波長を有する光または互いに異なる複数の波長の光の組み合わせであってもよく、所望に応じて選択されればよい。
【0038】
また、照明ユニットから照射された光が、光センシング部に入射する角度（即ち、入射角度）は、所望に応じて選択され得る。例えば、照明ユニットから照射された光が、光センシング部に垂直に入射してもよく、あるいは、光センシング部に対して斜め方向から入射してもよい。
【0039】
図３に、照明ユニットから照射された光が、光センシング部２９ｂに対して斜め方向から入射する例を示す。図３（ａ）は、互いに波長の異なる３つの光を１つの領域に照射するための照明ユニット群の例である。この例では、照明ユニット群は、第１の特定の波長を照射する第１の照明ユニット３２ａと、第２の特定の波長を照射する第２の照明ユニット３２ｂと、第３の特定の波長を照射する第３の照明ユニット３２ｃとを備える。この照明ユニット群は、照明デバイス３０ａのセンサマトリックス２２ａの所望の領域に対向する面３３ａに形成された凹部３４内に配置される。第１の照明ユニット３２ａは、対応する位置にある光センシング部２９ａに平行して直上に配置される。第１の照明ユニット３２ａから照射された光は、直下にある光センシング部２９ａに垂直に入射する。第２の照明ユニット３２ｂから照射された光は、斜めに、即ち、９０°未満の入射角度θで光センシング部２９ａに入射する。同様に第３の照明ユニット３２ｃから照射された光は、斜めに、即ち、９０°未満の入射角度θ’で光センシング部２９ａに入射する。第１の照明ユニット３２ａから光が照射されているときには、第２または第３の照明ユニット３２ｂ，３２ｃからは、光照射しないように制御され得る。即ち、第１、第２、第３の照明ユニット３２ａ，３２ｂ，３２ｃの何れかから光が照射されているときには、残りの照射ユニットからは光が照射されなくてもよい。また、対応する光センシング部２９ａは、検出すべき波長を選択的に入射させるためにフィルタを備えてもよい。フィルタと組み合わせて使用する場合には、入射角度が９０°未満である方がフィルタによる波長選択により有利である。
【0040】
図３（ｂ）は更なる光照明ユニットの例を示す。この光照明ユニット３２ｄは、照明デバイス３０ｂの下方にある光源３５と、光源３５から照射された光を反射することにより光路を変更し、センサマトリックス２２ｂの所望の領域に光照射するミラー３６ａ，３６ｂおよび３６ｃ（ミラー３６と総称する）と、このミラー３６のセンサマトリックス２２ｂに対する角度を所望に応じて変更または調整するミラー角度変更機構３７とを備える。例えば、ミラー３６は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）である。使用時の光照明ユニット３２ｄは、光源３５から光を照射し、照射された光を照明デバイス３０ｂのセンサマトリックス２２ｂに対向する面３３ｂに固定されているミラー３６で反射させてセンサマトリックス２２ｂの所望の領域に方向付ける。それによりセンサマトリックス２２ｂの特定の領域に対して光を照射し、そこに存在する光センシング部２９ｂに対して所望の角度で入射させる。
【0041】
［制御部］バイオ情報計測装置１０の制御は、制御部４０により行われる。計測デバイス２０は、二次元領域上での位置情報と対応付けて、測定対象物についての光学的情報と、生化学的情報および／または電気的情報などとを二次元領域上で取得し得る。制御部４０は、照明デバイス３０からの照明の有無や照明条件を計測デバイス２０からの情報に基づいて行う。
【0042】
制御部４０の制御下で行われるバイオ情報計測装置１０を用いた計測の一例を図４を参照しながら説明する。まず、オペレータが、培養皿内に載置された計測デバイス２０のセンサマトリックス２２上に測定対象物、例えば、細胞を播種し、インキュベータ内で培養を行う（Ｓ１）。このとき、対応する位置で互いに位置合わせがされた状態で照明デバイス３０が配置される。次に、インキュベータ内に載置した状態のまま、予め記憶させたプログラムに従って、制御部４０の制御によりセンサ素子２４が細胞に関する情報を取得する（Ｓ２）。このとき、照明デバイス３０の照射はＯＦＦのままである。制御部４０の制御の下でセンサ素子２４は、取得した結果を電気信号に変換して制御部４０に送り、またはセンシングされた信号が電気信号であれば変換せずに制御部４０に送る。制御部４０は、信号を受け取り、電気信号が得られたセンサ素子２４を含むセンサ画素のセンサマトリックス上での位置を検出する（Ｓ４）。制御部４０は、受け取った電気信号と、予め決定された閾条件と比較する（Ｓ５）。次に、制御部４０は、比較の結果に基づいて、与えられた電気信号が閾条件を満たすか否かを判断する（Ｓ６）。制御部４０は、工程Ｓ２からＳ６まででなる処理ループを繰り返し二次元画像を生成する。制御部４０の制御下で、Ｓ６の判断の結果、閾条件を満たすセンサ画素２３の位置に対応するセンサマトリックス２２内の領域と、予め決定されている特定の範囲である領域に対して、その閾条件に割り当てられた照明条件で照明デバイス３０が光を照射する（Ｓ７）。制御部４０の制御下で、光センサ素子２４は、照明デバイス３０が照射した光を感知し、得られた光信号を電気信号に変換し、制御部４０に送る（Ｓ８）。制御部４０は、光センサ素子２４から受け取った全ての信号から二次元画像を生成する（Ｓ９）。電気信号が閾条件を満たさない場合には、その電気信号が得られた画素に対応する領域には照明デバイスからの光照射は行われない（Ｓ１０）。また、このような計測は、オペレータの判断により、任意のタイミングで光をセンサマトリックスの全面または一部に照射し、二次元画像を取得できるよう割込み制御され得る。
【0043】
閾条件により検出または計測されるべき測定対象物に関する情報は、例えば、細胞有無（または細胞存在状態）の判定、細胞状態の判定、細胞周囲環境の判定などであり得る。細胞有無の判定は、センサ画素上に細胞が存在するのか否かを判断する。その判断の指標の例は、電位、ｐＨ、イオン濃度、神経伝達物質および細胞代謝物などであり得る。
【0044】
例えば、細胞状態の判定は、測定対象物となる細胞種や実験目的、測定対象物に対して添加または導入される試薬の種類によってその指標が決定され得る。例えば、細胞死や細胞の衰弱によって、正常な細胞と比較して細胞内のｐＨ値が変化することが知られている。従って、このような細胞の状態は、ｐＨ値を指標として判定することが可能である。
【0045】
例えば、細胞内外または細胞周囲のイオン濃度、細胞代謝産物などを検出することにより、細胞の活性状態やその機能を調べることが可能である。従って、検出したそれらに関する信号に基づいて、細胞状態を判定することが可能である。例えば、細胞同士の接着度に関しては、インピーダンスをその指標として用いることができる。それにより細胞の組織化状態を判定することができる。例えば、神経細胞のネットワークの形成については、活動電位を指標とすることが可能である。そのような情報は、それ自体が得られるべき情報であり得るが、照明デバイスからの照明について照明条件を決定するための情報となる閾条件を構成する成分または項目となり得る。
【0046】
このような指標となる情報（単一情報または複合情報）の大きさ、経時的変化、相対的特徴、パターン、特定の項目の閾値などを閾条件とし、それらが特定の値または状態であるときに選択されるべき照明領域、照明強度、照明時間、照明間隔および光照射の有無などを照明条件として予め決定する。そのような閾条件と照明条件とを対応付けた情報を制御部に予め記憶させる。記憶される対応情報は、テーブルおよびリストなど、何れの形態であってもよい。
【0047】
また、制御部による各デバイスの制御、複数のデバイスに亘る制御およびバイオ情報計測装置全体としての制御などは、予め制御部に記憶させたプログラムや条件と操作とを対応付けたテーブルなどに従って行われ得る。
【0048】
例えば、ｐＨ値を指標として、細胞の有無に関する情報を得ることは、次の工程を含み得る：（１）ｐＨ値画像を取得する。予め細胞培養液のｐＨ値または計測域全体の平均値に比べて大きいかまたは小さいかを指標とする。例えば、予めｐＨ値が大きい場合に「細胞がある」、または小さいときには「細胞がない」或いはその逆を閾条件として予め決定しておく。例えば、閾値よりも検出されたｐＨ値が大きい場合には、「細胞がある」とし、特定の照明強度でその信号が得られたセンサ画素および任意にその周辺に対して光照射されるように設定され得る。センサ画素の周辺は、実施者が所望に応じて予めその範囲を決定すればよい。
【0049】
例えば、実施形態に従うバイオ情報計測装置１０は、以下に示す制御系によって制御され得る。図５を参照しながら制御系の一例を説明する。
【0050】
計測デバイス２０は、センサ素子を含む複数のセンサＩＣ２６を含む（すなわち、センサＩＣ２６ａ〜２６ｉ、センサＩＣ２６と総称する）。これらは所望の数でマトリックスを形成している。センサＩＣ２６は、電気的に入出力処理回路に接続されており、信号の受け渡しをする。また、計測デバイス２０は、電源回路２８を備え、この回路２８は、バイオ情報計測装置１０の全構成に電力を供給するように電気的に接続されている。
【0051】
入出力処理回路２７は、計測デバイス２０内に含まれ、センサＩＣ２６と制御デバイス５０内の制御装置５１および処理装置５２とに電気的に接続され、それらの間の信号の入出力を処理する。制御デバイス（計算機）５０は、制御装置５１と、処理装置５２と、記憶装置５３とを備え、これらは互いに直接的または間接的に電気的に接続している。
【0052】
各センサ素子により取得された情報は、必要に応じて電気信号に変換され、センサＩＣ２６および入出力処理回路２７を経て処理装置５２に送られる。
【0053】
記憶装置５３には、制御装置５１がバイオ情報計測装置１０を全体的に制御するためのプログラム、並びにそれぞれの構成を制御するためのプログラムなどが予め記憶されている。更に記憶装置５３には、閾条件と照明条件とを関係付けまたは対応付ける情報などがテーブルまたはリストなどのデータとして記憶されている。必要に応じて記憶装置５３は、更なるプログラムおよびテーブルなどが記憶され得る。計測デバイスによる計測および／または照明デバイスによる光照射は、経時的に、間欠的または連続して行われ得る。更に記憶装置５３は、全ての計測結果および対応する位置情報を記憶し得る。
【0054】
制御装置５１の制御下で、記憶装置５３に記憶されているデータ、プログラムおよびテーブルなどに基づいて、処理装置５２は、計算などのデータ処理、二次元画像の生成などを行う。処理装置５２は、記憶装置５３に記憶された前回計測時の細胞状況、データおよびその際の照明条件などに基づいて、新たに照明条件を変更および生成し得る。
【0055】
制御装置５１は、照明デバイス３０の制御回路３８に電気的に接続されている。制御回路３８は、発光部３９に電気的に接続されており、送られる照明条件に従い発光部３９から照射される光について、例えば、照明の有無、照明強度、照明領域、照明間隔、照明時間、照射される光の波長および入射角度などを制御する。制御回路３８により行われる制御は、制御デバイス５０に制御され得る。
【0056】
発光部３９は、複数の照明ユニットを備え（図示せず）。各照明ユニットは、計測デバイス２０に含まれる各基本ブロック（即ち、センサ画素）のそれぞれの位置に対応するように配置されている。或いは近接する複数の基本ブロックに対して１つの照明ユニットが割り当てられている。照明ユニットと基本ブロックとの割り当ては、所望に応じて行われ得る。互いに対応する照明ユニットと基本ブロックとの比は、例えば、１×１：１×１〜１×１：１０×１０、１×１：１×１〜1×１：１００×１００、１×１：１×１〜１×１：１０００×１０００または１×１：１×１〜１×１：１０００以上×１０００以上などの何れであってもよい。
【0057】
上記の例では、計測デバイス２０は、複数のセンサＩＣ２６を備えるが、１つのセンサＩＣ２６によってセンサマトリックス内の全てまたは一部分のセンサ素子および基本ブロックが制御されてもよい。
【0058】
制御部は、計算機であってもよく、例えば、コンピュータであってもよい。上述の例では、計算機は制御装置、処理装置および記憶装置を備えているが、それに加えて入力部、画像処理部、出力部、無線電波発信／受信部などを備えてもよい。
【0059】
また、制御デバイス５０、照明デバイス３０および計測デバイス２０は互いに電気的に接続されており、この接続は有線による接続であっても、無線での接続であってもよい。
【0061】
図６は、装置の初期設定として行われ得る計測デバイス２０と照明デバイス３０との位置合わせ補正処理の一例を示すフローチャートである。図７は、図６に示した処理が行われるべき対象の一例であり、計測デバイスおよび照明デバイスの一部分をそれぞれ抜出して示した模式図である。図８は、バイオ情報計測装置１０で行う計測の操作のフローチャートである。
【0062】
次に、装置の初期設定として行われ得る計測デバイス２０と照明デバイス３０との位置合わせ補正処理の流れについて説明する。
【0063】
まず、オペレータは、計測デバイス２０と照明デバイス３０とを互いに対向させて位置決めをした状態で暗室内に設置する（Ｓ１１）。オペレータは入力部（図示せず）から操作開始の指示を出し、それを受けて制御装置５１が、バイオ情報計測装置１０を作動させ、位置決めの補正処理を開始する（Ｓ１２）。初期設定としてｉ＝０とする（Ｓ１３）。制御装置５１は、ｉをカウントアップし（Ｓ１４）、発光部３９がセンサマトリックス２２内の１番目のセンサ画素を点灯（光入射）し（Ｓ１５）、同時にこのセンサ画素がセンサマトリックス２２内の１番目（即ち、ｉ＝１）であることを記録する（図示せず）。処理装置５２は、センサＩＣにより増幅された信号としての光情報と、画素情報、即ち、光入射を感知した画素の位置などを入出力直処理回路２７から受け取り、光情報と位置情報とを対応付けて記憶装置５３内に保存する（Ｓ１６）。処理装置５２は、ｉ番目の画素がセンサマトリックス２２内に存在する最後の画素であるか否かを判定する（Ｓ１７）。処理装置５２が当該センサ画素が最後の画素ではないと判断した場合には、Ｓ１４に進む。そして、処理装置５２が、センサマトリックス２２内に存在する最後の画素についての画素情報を得たと判断するまで、Ｓ１４〜Ｓ１７までを繰り返す。処理装置５２がセンサマトリックス２２内に存在する最後の画素についての画素情報を得たと判断した場合、Ｓ１８に進み、位置決めの補正処理を完了する。
【0064】
このような位置決めの補正処理は、初期設定としてバイオ情報計測装置１０の立上げ直後に自動的に行われ得る。一旦、位置決めの補正を行えば、センサＩＣを再度脱着しても初期化処理は不要であり得る。或いは、任意に実施者が位置決めの補正処理を開始することも可能であり得る。
【0065】
次に、バイオ情報計測装置１０における計測の手順を図８を参照して説明する。オペレータが、計測デバイス３０を置き、そのセンサマトリックス表面に対して培地に懸濁された細胞を播種する。これにより、センサＩＣに計測対象物を導入する（Ｓ２１）。この計測デバイス２０の上部に照明デバイス３０を配置し、位置決めをした状態で暗室としてのインキュベータ内に設置する（図示せず）。オペレータが入力部から制御装置５１に操作開始の指示を出し、バイオ情報計測装置１０を作動させる（Ｓ２２）。制御装置５１は、予め決定された細胞情報取得条件または細胞情報取得開始条件が成立すると判断したとき（Ｓ２３）、センサＩＣを制御して、センサマトリックス内での位置情報と紐付けて光学的情報を除く特定または任意の細胞情報を取得する。得られた細胞情報はセンサＩＣ内で増幅され、入出力処理回路２７に送られる。制御装置５１は、細胞情報の電気信号を記憶装置５３に送り、そこに一旦保存する（Ｓ２４）（「細胞情報取得保存」）。処理装置５２は、予め決定され、記憶装置５３に保存されているプログラムおよびテーブルなどの閾条件に従って、得られた細胞情報についてのデータ解析を行う（Ｓ２５）。制御装置５１はＳ２５の解析の結果が、予め決定された閾条件を満たすかどうかを判断する（Ｓ２６）。閾値条件が成立すると判断した場合には、処理装置５２は、記憶装置５３に保存されているプログラムおよび閾条件と照明条件とを対応付けるテーブルなどに従って、照明領域、光量、波長、入射角度などの照明条件を判定する（Ｓ２７）（「照明条件判定」）。判定された照明条件は、制御装置５１に送られる。制御装置５１は、受け取った照明条件に従い、制御回路３８によって照明デバイス３０を制御し（Ｓ２８）、照明デバイス３０は照明条件に従って光照射を行う。それと同時に、制御装置５１はセンサＩＣマトリックス２６Ａを制御して、センサマトリックスにおける光検出を行う。検出された光情報はセンサＩＣマトリックス２６Ａで増幅され、入出力処理回路２７に送られる。制御装置５１は、入出力処理回路２７により任意の変換を行い、処理装置５２に光情報の電気信号を送る。処理装置５２は、光情報と対応する位置情報から光情報光学像を生成し、記憶装置５３に一旦保存する（Ｓ２９）（「光学像取得保存」）。処理装置５２は、予め定められた条件またはタイムテーブルなどに従い、測定対象物が所定の状態に達したか、または所定の条件を満たすかを判断する（Ｓ３１）。処理装置５２が測定対象物が所定の状態に達した、または所定の条件を満たしたと判断したらＳ３２に進み、計測を終了する（Ｓ３２）。処理装置５２が、測定対象物が所定の状態に達していない、または所定の条件を満たしていないと判断する場合、Ｓ２６に進み、予め定められた条件またはタイムテーブルなどに従い、繰り返しＳ２６〜Ｓ３０までの工程を行う。
【0066】
ここで、例えば、Ｓ２３における細胞情報取得の開始およびＳ２６における照明条件判定は、予め決定されたタイムテーブルに従って制御装置５１により制御され得る。Ｓ２６の判断において、Ｓ２５で解析された結果が、予め決定された閾条件を成立させるものでないときには、Ｓ２６〜Ｓ３０の工程はスキップされ、閾条件を成立するまでＳ２３〜Ｓ３１の工程が繰り返えされる。Ｓ３２では、制御装置５１の制御またはオペレータの判断により、保存された情報の一部または全部を読み出すことができる。また、このような計測は、オペレータの判断により、任意のタイミングで光をセンサマトリックスの全面または一部に照射し、二次元画像を取得できるよう割込み制御され得る。
【0068】
図９（ａ）のタイムテーブルでは、バイオ情報計測装置１０が、「細胞情報取得保存」、「照明条件判定」および「光学像取得保存」を１セットとしてこれを任意の回数で繰り返すシーケンスに従い計測を実行する。図９（ａ）には、このセットを３回繰り返す例を示している。しかしながら、この繰り返しに制限はなく、例えば、実施者の要望や計測されるべき情報に応じた回数で行い得る。また同様に、前記１セットに含まれる３つの工程間の間隔、並びにセット間の間隔は、例えば、実施者の要望や計測されるべき情報に応じて、或いは処理装置５２における演算によって、或いはその両方によって選択されればよい。
【0069】
図９（ｂ）のタイムテーブルでは、バイオ情報計測装置１０は、「細胞情報取得保存」、「照明条件判定」および複数回の「光学像取得保存」（即ち、「光学像取得保存」の工程の繰り返し）を１セットとしてこれを任意の回数で繰り返すシーケンスに従い計測を実行する。このシーケンスの場合、「光学像取得保存」が所望に応じて複数回繰り返される。１セット中の「光学像取得保存」の繰り返し回数、１セット中の工程間の間隔およびセット間の間隔は、図９（ａ）と同様に、例えば、実施者の要望や計測されるべき情報に応じて、或いは処理装置５２における演算によって、或いはその両方によって選択されればよい。
【0070】
図９（ｃ）のタイムテーブルでは、バイオ情報計測装置１０は、「細胞情報取得保存」と「照明条件判定」との繰り返しが、取得された情報が閾条件を成立できる情報となるまで行われ、閾条件を成立させる情報が得られて初めて「光学像取得保存」を行う。これらの工程が１セットであり、このセットを任意の回数で繰り返すシーケンスに従って、バイオ情報計測装置１０は計測を実行する。即ち、「細胞情報取得保存」および「照明条件判定」の工程において、照明条件判定において「照明点灯判定」が出される（閾条件を成立できる情報が得られる）までは、照明デバイスからの光照射は行われない。また、この例では、「細胞情報取得保存」と「照明条件判定」とが同時に行われ得る。従って、短時間にこの２つの工程を数多く繰り返すことが可能である。１セット中の「細胞情報取得保存」および「照明条件判定」の繰り返し回数、１セット中の工程間の間隔およびセット間の間隔は、図９（ａ）および（ｂ）と同様に、例えば、実施者の要望や計測されるべき情報に応じて、或いは処理装置５２における演算によって、或いはその両方によって選択されればよい。
【0071】
また、上記の３つの例の何れにおいても、「細胞情報取得保存」、「照明条件判定」および「光学像取得保存」の各工程に係る時間は、例えば、実施者の要望や計測されるべき情報に応じて、或いは処理装置５２における演算によって、或いはその両方によって選択されればよい。
【0072】
このような実施形態に従うバイオ情報計測装置によれば、計測されるべき情報を得ることが可能である。これにより、より経済的、効率的または正確に測定対象物についての計測を実施することが可能となる。１つの実施形態に従うと、バイオ情報計測装置を用いて生物学的試料をセンシングする方法、またはバイオ情報計測装置を用いて細胞情報を得る方法も提供され得る。
【0073】
図１０（ａ）および（ｂ）を参照しながら、更にバイオ情報計測装置の更なる実施形態の例について説明する。
【0074】
バイオ情報計測装置１００１は、基本ブロックに含まれるセンサ素子の種類および組合せと照明ユニットの構成を除いて、上述のバイオ情報計測装置１０と同じ構成である。バイオ情報計測装置１００１では、蛍光強度が光情報として含まれている。図１０（ａ）に示す発光部１０３９は、二種類の波長の励起光と可視光とを照射する照明ユニットを備える。２つの波長の励起光を入射させ、所望の蛍光を光情報としてそれぞれ取得する。図１０（ａ）は、計測デバイス１０２０が配置されたセンサマトリックス１０２２において、特定の領域に対して２つの種類の励起光が照射されている状態を示す模式図である。
【0075】
第１および第２の励起波長を照射する第１および第２の照明ユニット１０３２ａ，１０３２ｂは、照明ユニットマトリックス１０４１上に一方向の直線上に整列し、隣り合って交互に配置されている。
【0076】
センサマトリックス１０２２上には、基本ブロック内に図１０（ｃ）のように第１の励起波長を入射させ、第１の蛍光波長を有する第１の蛍光をセンシングする第１のサブセンサ画素１０２５ａと、第２の蛍光波長を有する第２の蛍光をセンシングする第２のサブセンサ画素１０２５ｂと、他の種類の情報をセンシングする第３のサブセンサ画素２５が、互いに異なる種類の画素と隣り合うように所望の数でマトリックス状に配置されている。
【0077】
照明ユニットマトリックス１０４１とセンサマトリックス１０２２とは、線Ｌに沿う方向で近接して配置されている。
【0078】
第３のサブセンサ画素２５からの情報に基づいた照明条件に従って、第１の励起波長および第２の励起波長がセンサマトリックス１０２２に照射され、第１のサブセンサ画素１０２５ａおよび第２のサブセンサ画素１０２５ｂが、波長選択的に計測対象物に関する光情報を取得する。
【0079】
１つの波長の励起波長を照射し、１つの波長の蛍光を検出する場合には、図１０（ｂ）に示すように、蛍光情報を検出するためのサブセンサ画素１０２５ａと、他の種類のサブセンサ画素２５が、互いに異なる種類の画素と隣り合うように配置され得る。
【0080】
各センシング部には、特定の単一波長が選択的に入射するように、励起光除去フィルタが設置され得る。
【0081】
蛍光情報検出時には、第１の励起波長および第２の励起波長の一方を照射し、他方を消しておく。第１の励起波長とそれに対応して観察されるべき第１の蛍光波長と、第２の励起波長とそれに対応して観察されるべき第２の蛍光波長とに重なりがない場合には、第１の励起波長と第２の励起波長とが同時に照射されてもよい。また、第１および第２の励起波長並びに第１および第２の蛍光波長の間に重なりがあった場合であっても、これらの光がセンサマトリックス１０２２上で互いに干渉しない限りにおいて、第１の励起波長と第２の励起波長とは同時に照射され、且つそれらに対応する蛍光波長が検出されてもよい。それらの波長が互いに干渉しないということは、実際にそれらが使用されるバイオ情報計測装置１０を用いて確認されてもよく、或いは理論により決定することも可能である。また、励起光の照射と蛍光観察とが交互に行われてもよい。
【0083】
計測デバイス１１２０ａ〜１１２０ｊ（「計測デバイス１１２０」と総称する）は、それぞれセンサマトリックスを備える計測デバイスである。バイオ情報計測装置１００２では、このような複数の計測デバイス１１２０が、センサマトリックス上で細胞を培養できる環境で計測デバイスアレイ１１２１として含まれる。図１３では、そのような環境が培地を含む培養皿１０５０により提供されている。このように１つの実施形態に従うバイオ情報計測装置１００２は、計測デバイスアレイ１１２１を含むこと以外は上述したバイオ情報計測装置１０と同様の構成を備える。計測デバイスアレイ１１２１への光照射は、これらの全てのセンサマトリックスを覆う面積を有する照明ユニットマトリックスを備えた照明デバイス３０により行い得る。
【0084】
バイオ情報計測装置１００２への測定対象物の導入は次のように行われる。まず、適切な大きさの培養皿１０５０内部に検出されるべき情報に応じてセンサ素子が選択されて基本ブロックが設計された複数の計測デバイス１１２０ａ〜１１２０ｊを配置する。そこに培地に懸濁された細胞を播種する（即ち、細胞懸濁液を添加する）。計測デバイス１１２０の全てのバイオセンサマトリックス面に対して、照明ユニットマトリックスが向かい合い、且つ対応する素子同士の位置が合うように照明デバイス３０を計測デバイスアレイ１１２１に取り付ける。このようにして測定対象物としての細胞がバイオ情報計測装置１００２に導入される。
【0085】
バイオ情報計測装置１００２による計測は次のように行い得る。まずバイオ情報計測装置１００２を培養に適した環境を維持しているインキュベータ内に設置する。そして、測定対象物である細胞を長時間に亘り培養しながら、経時的に細胞についての所望の情報を取得する。照明デバイス３０および計測デバイス１１２０は、無線によって制御部４０に電気的に接続されている（図示せず）。このようなバイオ情報計測装置１００２の制御および操作手順は上述した通りである。
【0086】
１つの計測デバイスアレイ１１２１に含まれる複数の計測デバイス１１２０は、互いに同じ構成であってもよく、互いに異なる構成であってもよく、それらの一部が同じ構成であってもよい。
【0087】
このようなバイオ情報計測装置１００２によれば、１つのバッチ内の細胞について、同様の条件で多項目の試験を行うことが可能である。このときに照明領域などの照明条件の選択は、細胞の存在状況に応じて決定されるので、経済的または効率的に行うことが可能である。
【0088】
或いは図１１に示した培養皿１０５０が、図１２に示すように計測デバイスアレイ１１２１に含まれる計測デバイス１１２０の数だけ用意されてもよい。このようなバイオ情報計測装置１００３は、複数の培養チャンバーにそれぞれ収容された複数の計測デバイス１１２０を備える。複数の培養チャンバーは、それぞれ独立した培養皿であってもよく、複数の培養チャンバーを備えるマルチウェルチャンバーであってもよい。マルチウェルチャンバーのウェル数は、任意に選択され得る。
【0089】
一方、培養チャンバーを含むバイオ情報計測装置に含まれる照明デバイスは、培養皿および培養チャンバーなどの培養容器の蓋として提供されてもよい。或いは、市販の培養容器、例えば、蓋付き培養皿、並びに６ウェル、１２ウェル、２４ウェル、４８ウェルおよび９６ウェルのマルチウェルチャンバーをそれぞれバイオ情報計測装置の計測デバイスアレイのために使用してもよい。その場合、各培養皿または各ウェルに１つ以上の照明デバイスを含ませ得る。一方、このようなバイオ情報計測装置では、蓋付き培養皿、並びに６ウェル、１２ウェル、２４ウェル、４８ウェルおよび９６ウェルのマルチウェルチャンバーの蓋体の裏側に、照明デバイスを取り付けて、その照明ユニットマトリックスとバイオセンサマトリックスとを対向させることによりバイオ情報計測装置を製造することも可能である。或いは、インキュベータ内に配置されて計測を行うためのバイオ情報計測装置の場合、インキュベータ内に上下に平行に設置した少なくとも２つの棚の下段上面に計測デバイスを載置し、上段下面の対応する位置に照明デバイスを取り付けてもよい。その場合、設置される棚は、載置面またはインキュベータ内底面に平行するように（水平に）インキュベータ内に取り付ければよい。
【0090】
上述するような複数の培養チャンバーを備えるバイオ情報計測装置において、図１３に示すように複数の培養チャンバーの間に遮蔽部材１１２５が備えられてもよい。バイオ情報計測装置１００４に含まれる照明デバイス３０は、遮蔽部材１１２５と接して配置され得る。このような遮蔽部材１１２５を備えることにより、独立した空間内で計測デバイスに対して照明デバイス３０から光照射することが可能である。例えば、遮蔽部材１１が、隣り合う計測デバイスアレイ１１２０の間に存在してもよく、或いは、複数の計測デバイスアレイ１１２０を含む計測デバイスアレイ群（図示せず）の隣り合う群の間に存在してもよい。言い換えれば、例えば、遮蔽部材１１２５が存在することによってセンシング単位領域が形成され、このセンシング単位領域に単一または複数の計測デバイスが存在してもよい（図示せず）。照明ユニットマトリックス４１と遮蔽部材１１２５の上部を線Ｌに沿って近づけることにより照明ユニットマトリックス４１とセンサマトリックスとの距離が調整されてもよい。或いは、照明ユニットマトリックス４１と遮蔽部材１１２５の上部が接していてもよく、互いに密着して固定されていてもよい。遮蔽部材の形状は、板状、膜状、フィルム状などであってよく、遮光部材の一例は、遮光板であり得る。
【0091】
これによりバイオ情報計測装置１００４に複数備えられる複数の計測デバイスに対して独立空間を与えることが可能であるので、照明条件または計測プロトコールなどの設計の自由度が向上する。従って、より経済的または効率的に目的とする計測を行うことが可能である。
【0092】
上述したバイオ情報計測装置は、１つの計測デバイスに１つのセンサマトリックス面を有し、１つの照明デバイスに１つの照明ユニットマトリックス面を有する例である。しかしながら、これに限定されるものではなく、１つの計測デバイスが複数のセンサマトリックス面を備えてもよく、および／または１つの照明デバイスが複数の照明ユニットマトリックス面を備えてもよい。そのようなバイオ情報計測装置の例を図１４に示す。このバイオ情報計測装置１００５が備える照明デバイス１１３９は、照明ユニットマトリックスアレイ１２４１を備える。この照明ユニットマトリックスアレイ１２４１は、照明ユニットマトリックス１１４１を複数備える。照明ユニットマトリックス１１４１は、複数の照明ユニット３２を備える。またバイオ情報計測装置１００５は、センサマトリックスアレイ１１２２を備える。センサマトリックスアレイ１１２２は、複数のセンサマトリックス１２２０ａ〜１２２０ｉを備える。センサマトリックス１２２０ａは、複数のセンサ画素２３を備える。センサ画素２３は複数のサブ画素を含み、サブ画素はセンサ素子が含むセンシング部により提供される（図示せず）。
【0093】
上述の例では、計測対象物である細胞が培養できる環境を、培地を含む培養皿に計測デバイスを配置することにより達成している。実施形態によれば、培養皿を使用することなく、細胞の培養環境を達成することが可能である。例えば、図１５に示すように、計測デバイス１３２０上のセンサマトリックス１３２１またはセンサマトリックスアレイ１３２１を取り囲むように、基板１３２１の縁部から上方に延出する壁部１３２２を有してもよい。この壁部１３２２内に細胞懸濁液を添加することにより、バイオ情報計測装置内に計測対象物を導入することが可能である。
【0095】
図１６および１７は、計測デバイスの基板に形成された各センサ素子の断面図である。計測デバイスの基板は、半導体基板１０１上に絶縁材料および／または金属材料および／または樹脂からなる格子状の区画壁１０４により区画された複数の画素（センサ素子）を備える。計測デバイスは、シリコン基板１０１と、基板１０１に形成された積層形成されたＳｉＯ2膜１０２と、ＳｉＯ2膜１０２の表面に形成された窒化シリコン膜１０３と、窒化シリコン膜１０３の表面に形成されている。ＳｉＯ2膜１０２の内部には、複数層の配線１０５が導体材料で形成されたビア１０７により互いに電気的に接続して形成されている。
【0096】
例えば、図１６の区画壁１０４の格子内には、図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）、図１６（ｄ）、図１６（ｅ）、図１６（ｆ）、図１６（ｇ）、図１６（ｈ）の順にイオン濃度計測画素１１１、水素イオン濃度計測画素１２１、第１の電圧信号のセンサ画素１３１、電流信号または第２の電圧信号のセンサ画素１４１、第１の光センサ画素１５１、第２の光センサ画素１６１、第３の光センサ画素１７１、第４の光センサ画素１８１が形成されている。画素下に形成された配線はトランジスタ（図示せず）に接続されている。当該トランジスタは、画素直下の基板１０１上であっても、検出力域の周辺部であっても、いずれでもよい。
【0097】
前記イオン濃度計測画素１１１は、窒化シリコン膜１０３表面に形成されたイオン感応膜１１２を備えている。イオン感応膜１１２は、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）をベース物質とし、単種のイオンと選択的に結合するバリノマイシン等のイオノフォア、さらに可塑剤、排除剤を含む。各イオンに結合するイオノファンを次に例示する。Ｎａ+：ビズ（１２−クラウン−４），Ｋ+：ビズ（ベンゾー１５−クラウン−５）またはバリノマイシン、Ｃａ+：Ｋ２３Ｅ１，ＮＨ4+：ＴＤ１９Ｃ６。イオン感応膜は、例えばインクジェットプリンティング法で形成することができる。当該イオン濃度計測画素１１１に接続されたトランジスタは、イオン感応膜１１２でのイオン濃度の変化を検出する。
【0098】
上述では、イオン濃度計測画素１１１は窒化シリコン膜１０３表面に形成される例を示したが、窒化シリコン膜に代えてシリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などであってもよい。
【0099】
また、イオン濃度計測画素１１１を形成する際に、インク噴出ノズルに対向する位置、即ち、イオン濃度計測画素１１１に対応する位置で基板１０１上に配置された金属（電極）に電圧を加えておくことも好ましい。これによりインクジェットプリンティングされる材料に指向性を持たせ、材料の飛行または飛沫を防止できる。
【0100】
水素イオン濃度計測画素１２１は、窒化シリコン膜１０３を水素イオン感応膜としてもよい。水素イオン濃度計測画素１２１において、水素イオンは窒化シリコン膜１０３表面に生じるシラノール基を感応基として検出される。水素イオン濃度計測画素１２１に接続されたトランジスタは、水素イオン濃度計測画素１２１でのイオン濃度の変化を検出する。
【0101】
次に電気センサ画素について、図１６および図１７を用いて説明する。第１の電圧信号のセンサ画素１３１は、最上層の配線１０６と電気的に接続された、例えばＮｉ等の金属からなる電極１３２と、電極１３２の露出面を覆うように形成された窒化シリコン膜１３３とを備える。窒化シリコン膜１３３は、例えば２０ｎｍ以下であることが好ましい。センサ画素１３１は、最上層の配線１０６表面にニッケルなどからなる電極（台座）を形成し、この電極の露出面に窒化シリコン膜を堆積することにより形成できる。
【0102】
このようなセンサ画素１３１は、電極１３２と窒化シリコン膜１３３との間の容量結合によって交流の電圧信号を検出することができる。
【0103】
第２の電流信号または電圧信号のセンサ画素１４１は、最上層の配線１０６と電気的に接続された、例えばＮｉ等の金属からなる電極１４２と、電極１４２の露出面を覆うように形成された例えばＰｔ，ＡｕまたはＴｉからなる導体膜１４３とを備える。センサ画素１４１は、最上層の配線１０６表面にプラチナ、金またはチタンなどからなる電極（台座）を形成し、この電極の露出面に導体膜を堆積することにより形成できる。
【0104】
このようなセンサ画素１４１は、電極１４２と導体膜１４３との間のコンダクタンス結合によって電流信号および低周波を含む交流の電圧信号を検出することができる。
【0105】
なお、第１、第２のセンサ画素１３１，１４１は、図１７に示すように、窒化シリコン膜１３３、導体膜１４３の上面が区画壁１０４上面より僅かに陥没する凹型（図１６（ａ）および（ｂ））、窒化シリコン膜１３３、導体膜１４３の上面が区画壁１０４上面と面一である平坦型（図１７（ｃ）、（ｄ））、或いは窒化シリコン膜１３３、導体膜１４３の上面が区画壁１０４上面より僅かに突出する凸型（図１６（ｅ）および（ｆ））のいずれであってもよい。電気センサ画素に接続されるトランジスタは、ＩＣチップ以外の領域であってもよい。
【0106】
図１６を参照しながら、光センサ画素について説明する。前記第１〜第４の光センサ画素１５１，１６１，１７１，１８１（図１６（ｅ）、図１６（ｆ）、図１６（ｇ）、図１６（ｈ））の直下に位置するシリコン基板１０１部分には、フォトダイオード（受光素子）１０８がそれぞれ埋め込まれている。第１〜第４の光センサ画素１５１，１６１，１７１，１８１の直下には、配線１０５が存在せず、各光センサ画素１５１，１６１，１７１，１８１からの光をフォトダイオード１０８で受光できるようになっている。隣接する配線により各他の光センサ画素からの光が遮断され、所望の波長の光を受光することができる。
【0107】
第１の光センサ画素１５１は、窒化シリコン膜１０３下面に形成された無機フィルタ１５２と窒化シリコン膜１０３上面に形成された有機フィルタ１５３とを備える。
【0108】
無機フィルタ１５２は、例えば多層フィルタまたはプラズモンフィルタである。多層フィルタは、低屈折材と高屈折材とを交互に堆積したものである。例えば、低屈折材として酸化シリコン膜、高屈折材として酸化ジルコニウムを用いた場合、各膜の厚さは、酸化シリコン膜が６２ｎｍ±５ｎｍ、酸化ジルコニウム３８ｎｍ±５ｎｍであることが好ましい。このような多層膜は、５１０ｎｍの波長に対して３６０ｎｍ±３０ｎｍの波長の光を良好に反射することができる。具体的には、前記２種の酸化膜を対として３０積層することにより１／１０００００の除去比を得ることができる。有機フィルタ１５３は、顔料または染料から作ることができる。
【0109】
このような第１の光センサ画素１５１は、無機フィルタ１５２および有機フィルタ１５３を有する光学フィルタを備えるため、特定の波長を透過吸収することができる。例えば、蛍光計測において励起光を除去して蛍光を透過してフォトダイオード１０８で検出することができる。
【0110】
なお、第１の光センサ画素１５１は無機フィルタ１５２である多層フィルタに必要な層数が多い場合に適用される。すなわち、無機フィルタ１５２に必要な層数が多い場合、当該無機フィルタを窒化シリコン膜１０３上面に形成するには、区画壁１０４の高さを高くする必要があり、構造上の障害になる。このような場合、無機フィルタ１５２を窒化シリコン膜１０３下面に接して形成することによって、区画壁１０４の高さを高くすることなく、必要な層数で無機フィルタ１５２を形成できる。
【0111】
第２の光センサ画素１６１は、窒化シリコン膜１０３上面に形成された無機フィルタ１６２と、この無機フィルタ１６２表面に形成され、区画壁１０４上面と面一になる形成された有機フィルタ１６３とを備える。
【0112】
無機フィルタ１６２および有機フィルタ１６３は、第１の光センサ画素１５１で用いたものと同様である。
【0113】
このような第２の光センサ画素１６１は、第１の光センサ画素１５１と同様に、特定の波長を透過吸収することができる。例えば、蛍光計測において励起光を除去して蛍光を透過してフォトダイオード１０８で検出することができる。
【0114】
なお、第１の光センサ画素１５１は無機フィルタ１６２である多層フィルタに必要な層数が少ない場合に適用される。すなわち、無機フィルタ１６２に必要な層数が少ない場合、当該無機フィルタおよび有機フィルタ１６３を窒化シリコン膜１０３上面にそれぞれ形成することができる。
【0115】
第３の光センサ画素１７１は、窒化シリコン膜１０３上面にフィルタが存在しない。この第３の光センサ画素１７１では、窒化シリコン膜１０３上面の分析対象物に対して可視光を用いてフォトダイオード１０８で検出する。
【0116】
なお、第３の光センサ画素１７１において各画素と同様に表面構造を平坦にするために、窒化シリコン膜１０３上面に酸化シリコンまたはガラス膜を区画壁１０４上面と面一になるように形成することを許容する。
【0117】
第４の光センサ画素１８１は、区画壁１０４内に埋め込まれた透明電極１８２と、区画壁１０４内の直下に位置する配線１０６と透明電極１８２とを接続するビア１８３とを備える。
【0118】
透明電極１８２は、例えばＩＴＯ，ＩｎＧａＺｎＯ，ＴｉＯ2のような導電性酸化物、または導電性ガラスから作られる。
【0119】
このような第４の光センサ画素１８１は、電圧を配線１０６からビア１８３を通して透明電極１８２に印加し、透明電極１８２上の分析対象物を泳動もしくは誘導するか、または電気刺激を与え、その状態で照射された光をフォトダイオード１０８で検出する。或いは、フォトダイオード１０８による光の検出と同時に分析対象物の電圧または電位などの電気信号を測定してもよい。
【0120】
第１の光センサ画素の形成方法を図１８を参照して以下に説明する。
【0121】
シリコン基板１０１に不純物を打ち込んでフォトダイオード１０８を形成し、続いてＳｉＯ2膜１０２を堆積させながら配線１０５を形成する（図１８（ａ））。
【0122】
次いで、図１８（ｂ）に示すようにＳｉＯ2膜１０２の表層を選択的にエッチングして格子状凸部２０１を形成する。つづいて、図１８（ｃ）に示すように格子状凸部２０１を含むＳｉＯ2膜１０２表面に例えばスパッタにより無機材料の多層膜２０２を形成する。ひきつづき、化学機械研磨（ＣＭＰ）により格子状凸部２０１上の多層膜２０２を選択的に研磨して多層膜を格子状凸部２０１間内に残すことにより複数の無機フィルタ１５２を形成する。その後、無機フィルタ１５２を含むＳｉＯ2膜１０２表面に例えばＣＶＤ法により窒化シリコン膜１０３を堆積する（図１８（ｄ））。
【0123】
次いで、図１８（ｅ）に示すように窒化シリコン膜１０３表面に例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積した後、ＳｉＯ2膜をパターニングすることにより前記格子状凸部２０１と同様なＳｉＯ2格子凸部からなる区画壁１０４を形成する。その後、区画壁１０４内に有機フィルタ材料を区画壁１０４表面と面一になるように塗布し、乾燥して各無機フィルタ１５２に対して窒化シリコン膜１０３を挟んで有機フィルタ１５３をそれぞれ積層して第１の光センサ画素１５１を形成する（図１８（ｆ））。形成された２層のフィルタ１５２，１５３はフォトダイオード１０８と対向して配置される。
【0124】
ここで、有機フィルタ材料の塗布は、インクジェットプリンティング法により行ってもよい。その際に、イオン濃度計測画素１１１の形成と同様に、インク噴出ノズルに対向する位置、即ち、有機フィルタ１５３形成位置に対応して基板１０１上に配置された金属（電極）に電圧を加えておくことも好ましい。これによりインクジェットプリンティングされる材料に指向性を持たせ、材料の飛行または飛沫を防止できる。
【0125】
第２の光センサ画素の形成方法を以下に図１９を参照して説明する。
【0126】
シリコン基板１０１に不純物を打ち込んでフォトダイオード１０８を形成し、続いてＳｉＯ2膜１０２を堆積させながら配線１０５を形成する（図１９（ａ））。
【0127】
次いで、図１９（ｂ）に示すように窒化シリコン膜１０３表面に例えばスパッタにより無機材料の多層膜３０１を形成する。つづいて、無機材料の多層膜３０１をパターニングして複数の無機フィルタ１６２を形成する（図１９（ｃ））。
【0128】
次いで、図１９（ｄ）に示すように複数の無機フィルタ１６２を含む窒化シリコン膜１０３表面に無機フィルタ１６２より膜厚が厚いＳｉＯ2膜３０２を形成する。続いて、図１９（ｅ）に示すように無機フィルタ１６２上のＳｉＯ2膜３０２を選択的に除去し、窒化シリコン膜１０３表面に無機フィルタ１６２を囲み、当該無機フィルタ１６２より厚いＳｉＯ2格子からなる区画壁１０４を形成する。その後、無機フィルタ１６２表面に有機フィルタ材料を区画壁１０４表面と面一になるように塗布し、乾燥して各無機フィルタ１６２上に有機フィルタ１６３をそれぞれ積層して第２の光センサ画素１６１を形成する（図１９（ｆ））。形成された２層のフィルタ１６２，１６３はフォトダイオード１０８と対向して配置される。
【0129】
配線１０６の材料として、例えば、銅およびアルミニウムが使用できるが、これらに限定されるものではない。
【0130】
各検出素子のセンシング部により検出された信号は、例えば、トランジスタまたは受光素子から計測デバイスの回路部分に送られる。
【0131】
温度センサ画素は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の閾値電圧が温度に依存することを利用した、複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むトランジスタ回路により構成されてよい。例えば、ＦＥＴとこれに直列接続されるダイオード接続された更なるＦＥＴと、これらのＦＥＴからなる直列回路と更なるもう１つのＦＥＴとを並列に接続してトランジスタ回路を構成すればよい。このトランジスタ回路の出力電圧から温度を検知することが可能である。このような温度センサ画素は、上記何れかの半導体のトランジスタ形成部を利用し、そこにおいて温度計測を行えばよい。その場合、温度センサ画素は計測デバイスの表面の領域を占有しなくてもよい。或いは、このようなＦＥＴを利用した構成を独立した温度センサ素子として配置してもよい。
【0132】
上述した何れのセンサ素子においても、有機フィルタおよび／または無機フィルタを組み合わせて使用してもよい。また、使用されるフィルタは、例えば、顔料フィルタ、若しくは染料フィルタなどの光学フィルタまたはそれらの組み合わせであってもよい。更に、所望に応じてフィルタを通過する光の周波数を選択してよい。所望の周波数に応じて、フィルタ材料の種類、フィルタ材料の組み合わせおよびフィルタ全体としての構成は適宜選択されればよい。また例えば、１つの計測デバイスに含まれる全てのセンサ素子が何れかのフィルタを備えてもよく、一部分のセンサ素子のみが何れかのフィルタを備えてもよい。また、複数のセンサ素子にフィルタが含まれるときには、それら全てのフィルタが互いに同じであってもよく、互いに異なっていてもよく、或いは一部分のフィルタが互いに同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。
【0133】
次に、計測デバイスの回路構成について図面を参照しながら説明する。
【0135】
計測デバイス３１０は、センサアレイ３１１と、ロウコントローラ３１２と、カラムコントローラ３１３と、出力回路３１４とを備える。
【0136】
センサアレイ３１１は、複数の基本ブロックのアレイを備える。複数の基本ブロックは、例えば、互いに同じレイアウトおよび同じ回路構成を有する。本例では、基本ブロックＢ３１１は、４つのサブブロック（画素）Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を備える。サブブロックＳ０〜Ｓ３の各々は、イオンセンサ、電気センサ、および光センサのうちの１つである。
【0137】
ロウコントローラ３１２およびカラムコントローラ３１３は、マトリックス状に配置された画素のデータ検出動作を制御する。例えば、ロウコントローラ３１２およびカラムコントローラ３１３は、各サブブロック（センサ）からのデータの読み出し順を制御する。
【0138】
例えば、ロウコントローラ３１２は、イネーブル信号ＥＮと刺激信号ＳＴとを発生する。
【0139】
イネーブル信号ＥＮおよび刺激信号ＳＴは、ロウ方向に並ぶ複数の基本ブロックに共通に与えられる。
【0140】
基本ブロックＢに与えられる信号をイネーブル信号ＥＮ［０：３］、刺激信号ＳＴ［０：３］とすると、イネーブル信号ＥＮ［０］および刺激信号ＳＴ［０］は、サブブロックＳ０に与えられ、イネーブル信号ＥＮ［１］および刺激信号ＳＴ［１］は、サブブロックＳ１に与えられる。また、イネーブル信号ＥＮ［２］および刺激信号ＳＴ［２］は、サブブロックＳ２に与えられ、イネーブル信号ＥＮ［３］および刺激信号ＳＴ［３］は、サブブロックＳ３に与えられる。
【0141】
カラムコントローラ３１３は、リセット信号ＲＴ、転送信号ＳＬとを発生する。リセット信号ＲＴは、センサからの検出信号を増幅するアンプの入力電圧をリセットする信号である。転送信号ＳＬは、アンプの出力信号をマルチプレクサ３１４に転送する信号である。
【0142】
リセット信号ＲＴおよび転送信号ＳＬは、カラム方向に並ぶ複数の基本ブロックに共通に与えられる。
【0143】
基本ブロックＢに与えられる信号をリセット信号［０：３］、転送信号ＳＬ［０：３］とすると、リセット信号ＲＴ［０］および転送信号ＳＬ［０］は、サブブロックＳ０に与えられ、リセット信号ＲＴ［１］および転送信号ＳＬ［１］は、サブブロックＳ１に与えられる。また、リセット信号ＲＴ［２］および転送信号ＳＬ［２］は、サブブロックＳ２に与えられ、リセット信号ＲＴ［３］および転送信号ＳＬ［３］は、サブブロックＳ３に与えられる。
【0145】
図２１の例は、サブブロックがイオンセンサまたは電気センサであるときの例である。
【0146】
サブブロックは、刺激信号ＳＴ［ｉ］に基づき、電極Ｅｉに刺激電圧Ｖｓを印加するスイッチ素子ＳＷ１と、リセット信号ＲＴ［ｉ］に基づき、アンプＢの入力をリセット電圧ＶＲにリセットするスイッチ素子ＳＷ２と、イネーブル信号ＥＮ［ｉ］に基づき、電極Ｅｉからの検出信号をアンプＢに転送するスイッチ素子ＳＷ３と、転送信号ＳＬ［ｉ］に基づき、アンプＢの出力信号Ｖｏを有効化するスイッチ素子ＳＷ４とを備える。
【0147】
スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、それぞれ、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ、またはこれら双方を含むＣＭＯＳスイッチなどを用いることができる。
【0148】
また、アンプＢは、ソース接地型アンプ、ドレイン接地型アンプ、または差増型アンプなどを用いることができる。
【0149】
図２３の例は、サブブロックが光センサであるときの例である。
【0150】
サブブロックは、リセット信号ＲＴ［ｉ］に基づき、アンプＢの入力をリセット電圧ＶＲ、例えば、電源電圧Ｖｄｄにリセットするスイッチ素子ＳＷ２と、イネーブル信号ＥＮ［ｉ］に基づき、フォトダイオード（受光素子）ＰＤｉからの検出信号をアンプＢに転送するスイッチ素子ＳＷ３と、転送信号ＳＬ［ｉ］に基づき、アンプＢの出力信号Ｖｏを有効化するスイッチ素子ＳＷ４とを備える。
【0151】
このような回路により各センサ素子からデータ読み出す順番は、バイオチップが含むセンサ素子の種類など、所望に応じて任意に決定すればよい。例えば、光センサ素子、電気センサ素子、例えば、電流信号センサ素子または電圧信号センサ素子、温度センサ素子を含むバイオチップの場合には、これらの読み出しをこの通りの順番で行ってもよく、他の任意の順番で行ってもよい。また、各センサ素子の感度に応じて読み出す順番や時間を調整してもよい。
【0152】
また上述した回路は、センサ素子からの信号の読み出しを制御する読み出し制御回路として、センサ素子毎にそれぞれ接続されていてもよく、複数のセンサ素子が１つの回路に接続されていてもよく、信号の読み出しがスイッチによる切り替えにより行われてもよい。また、そのような読み出し制御回路は、更に、センサ素子からの信号の読み出し順を制御するコントローラと、前記コントローラの制御の下で、前記センサ素子からの当該信号を外部に出力する出力回路とを備えてもよい。
【0153】
センサ素子からの信号の読み出しを制御する読み出し制御回路に加えて、計測デバイスは、センサ素子からの信号についてＡ／Ｄ変換が必要な場合など、所望に応じてＡ／Ｄ変換回路を更に備えてもよい。また更に、読み出し制御回路に加えて、計測デバイスは、センサ素子からの信号を予め設定した手順に従って処理する信号処理回路を備えてもよい。信号処理回路は、処理回路とも称され、例えば、時間積分、オートゼロイング、チョッピング、相関二重サンプリング、および／または相関多重サンプリングなどの処理が行われる。また、計測デバイスは、そこにおいて得られた結果を外部に送信する通信回路を更に備えてもよく、測定条件、測定手順、試料との対応付けおよび／または得られた結果などを格納するメモリ回路、計測デバイスに電気を供給する電源回路などを更に前記基板上に備えてもよい。計測デバイスが備える回路は、上述の何れの回路であってもよく、それら何れかの組み合わせであってもよい。
【0154】
実施形態に従うバイオ情報計測装置により、計測が行われる測定対象物は、例えば、生物学的試料であり得る。生物学的試料は、例えば、生体組織切片、単離細胞、培養細胞、培養組織、細胞膜、抗体、血液、血漿、血清、尿、便および粘膜などの動物および植物に由来する試料、または土壌、河川、湖水および大気などの環境に由来する何れの試料、或いは、ウイルス、細菌および寄生虫などの微生物などであり得る。
【0155】
「単離細胞」とは、ヒトまたはヒト以外の動物、植物などの多細胞生物体である対象から採取され、単離された細胞、または環境から単離された単細胞生物、例えば、微生物、菌類、真菌類、細菌類、ウイルスなどを指す。「培養細胞」とは、何れかの生体から採取され単離された後または環境から単離された後に、培地または緩衝液中で任意の時間に亘り維持された細胞を指す。「単離組織」とは、何れかの生体から採取され、単離された組織、または細胞内若しくは細胞外などに存在する細胞構成成分などを指す。単離組織は、必要に応じて単離組織を切断することにより得られる切片であってもよい。「培養組織」とは、上記単離組織またはその切片を培地または緩衝液中で任意の時間に亘り維持したものを指す。
【0156】
上述した何れの実施形態も組み合わせることが可能であり、また、実施形態の一部分を他の実施形態の一部分と置き換えることが可能である。
【0157】
以上説明した照明デバイスおよびバイオ情報計測装置によれば、より効率的、経済的または正確に複数の検査項目についての情報（多項目）を得ることができる。
【0158】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0159】
１０ バイオ情報計測装置 ２０ 計測デバイス ２１ 基体２２ センサマトリックス ２３ センサ画素 ２４ センサ素子
２５ サブセンサ画素 ２６ センサＩＣ ２６Ａ センサＩＣマトリックス
２７ 入出力処理回路 ２８ 電源回路 ２９ 光センシング部
３０ 照明デバイス ３１ 光照射 ３２ 照明ユニット３５ 光源
３６ ミラー ３７ ミラー角度変更機構 ３８ 制御回路 ３９ 発光部
４０ 制御部 ５０ 制御デバイス ５０ 計算機 ５１ 制御装置
５２ 処理装置 ５３ 記憶装置 １０１ 半導体基板 １０２ ＳｉＯ２膜
１０３ 窒化シリコン膜 １０４ 区画壁 １０５ 配線 １０６ 配線
１０８ フォトダイオード １１１ イオン濃度計測画素 １１２ イオン感応膜
１２１ 水素イオン濃度計測画素 １３１ センサ画素 １３２ 電極
１３３ 窒化シリコン膜 １４２ 電極 １４３ 導体膜
１５１ 第１の光センサ画素 １５２ 無機フィルタ １５３ 有機フィルタ
１６１ 第２の光センサ画素 １６２ 無機フィルタ １６３ 有機フィルタ
１７１ 第３の光センサ画素 １８１ 第４の光センサ画素
１８２ 透明電極 １８３ ビア １００１ バイオ情報計測装置
１００２ バイオ情報計測装置 １００３ バイオ情報計測装置
１００４ バイオ情報計測装置 １００５ バイオ情報計測装置
１０２２ センサマトリックス １０２５ サブセンサ画素
１０３９ 発光部 １０４１ 照明ユニットマトリックス １１２０ 計測デバイス
１１２２ センサマトリックスアレイ １１２５ 遮蔽部材
１１３９ 照明デバイス １２２０ センサマトリックス
１２４１ 照明ユニットマトリックスアレイ １３２０ 計測デバイス
１３２１ センサマトリックス １０３２ａ，ｂ 照明ユニット