反応処理装置
【課題】隣接する加熱部からの熱拡散が生じた場合であっても温度制御を高精度で行うことができる反応処理装置を提供する。
【解決手段】温度制御部であるＣＰＵにおける処理は、温度サイクルを含み、温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、エクステンション処理における第３の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含み、降温制御または昇温制御において、温度検出素子で検出された温度と目標温度とが同じ場合、次の処理である温度保持制御に移行する。
【解決手段】温度制御部であるＣＰＵにおける処理は、温度サイクルを含み、温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、エクステンション処理における第３の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含み、降温制御または昇温制御において、温度検出素子で検出された温度と目標温度とが同じ場合、次の処理である温度保持制御に移行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子増幅を行うＰＣＲ法に適用可能な反応処理装置に関するものである。より詳しくは、高精度の温度制御が可能な反応処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度条件に基づいて反応を制御する必要がある場合には、その温度条件をより高精度に制御できることが望まれる。液体、固体、気体に関わらず反応を行う反応処理装置において高精度に温度制御可能であることが望まれる。たとえば、遺伝子解析等の技術分野でもこのような要請はある。
【０００３】
一例として、遺伝子増幅を行うＰＣＲ法（polymerase chain reaction；ポリメラーゼ連鎖反応）を用いる場合が挙げられる。ＰＣＲ法は、微量核酸の定量分析の標準的手法ともいえる。
【０００４】
ＰＣＲ法は、「熱変性→プライマーとのアニーリング→ポリメラーゼ伸長反応」という増幅サイクルを連続的に行うことで、ＤＮＡ等を数十万倍にも増幅させることができる。
このようにして得られるＰＣＲ増幅産物をリアルタイムでモニタリングして前記微量核酸の定量分析を行うこともできる。
【０００５】
しかし、ＰＣＲ法では前記増幅サイクルを正確に制御することが必要である。そのためには高精度の温度制御が必要となる。
温度制御が不十分である場合には、無関係なＤＮＡ配列を増幅してしまったり、増幅が全く見られなかったりする。
【０００６】
このように、前記した装置等については、いずれも反応処理装置として高精度の熱制御ができることが重要となる。これに関する技術として、特許文献１や特許文献２には前記反応処理装置の温度制御に関する技術が開示されている。
また、微小領域の発熱制御として半導体素子等を用いることも行われており、半導体素子を用いることにより複数のヒータ素子をマトリクス状に配列することができる。特許文献３にマトリクス配列に関する技術が開示されている。特許文献４にＰＣＲの反応制御に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２９８０６８号公報
【特許文献２】特開２００４−０２５４２６号公報
【特許文献３】特開２００３−１８０３２８号公報
【特許文献４】特開２００６−２３８７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
反応処理装置において、半導体素子または抵抗加熱体を微小領域の発熱制御として使用しかつ、マトリクス状に配列した場合において、隣接するヒータから熱拡散がおこる。
【０００９】
図１は熱拡散の様子を示している。
【００１０】
図１には、ヒータ（Ａ）１とヒータ（Ｂ）２とヒータ（Ｃ）３に対して同時に温度上昇させたときのヒータ（Ａ）１とヒータ（Ｂ）２の間の温度プロファイルを示している。
熱拡散によりヒータ（Ａ）１とヒータ（Ｂ）２の中間点Ｘの温度が上昇している。さらにヒータ（Ａ）１のピーク温度（ピークＡ）よりもヒータ（Ｂ）２のピーク温度（ピークＢ）の温度のほうが高くなっている。これはヒータ（Ｂ）２はヒータ（Ａ）１およびヒータ（Ｃ）３の両方から熱拡散の影響を受けるためである。
【００１１】
このような熱拡散の発生により以下のような問題点があった。
ヒータに対して行った設定温度よりも実際の温度が高くなり、温度制御が正確にできなくなってしまう。
熱拡散の影響が起こらないようにヒータ間の間隔を広げるとマトリクス全体の面積が大きくなってしまう。
マトリクス上に配置されたヒータを個別に制御する場合、その配置された場所により熱拡散の度合いが異なり個別の温度制御が困難になる。
【００１２】
本発明は、隣接する加熱部（ヒータ）からの熱拡散が生じた場合であっても温度制御を高精度で行うことができる反応処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点は、複数の反応領域と、前記反応領域ごとに配置された複数の加熱部と、前記加熱部により加熱される反応領域以外の領域を冷却する冷却部と、を有し、前記加熱部は、ヒータと温度検出素子を含み、前記温度検出素子より温度を検出する検出手段と、検出された温度情報に基づいて前記ヒータの温度を制御する温度制御手段と、を有し、前記温度制御手段における処理は、温度サイクルを含み、当該温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、エクステンション処理における第３の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含む。
【００１４】
本発明の第２の観点は、複数の反応領域と、前記反応領域ごとに配置された複数の加熱部と、前記加熱部により加熱される反応領域以外の領域を冷却する冷却部と、を有し、前記加熱部は、ヒータと温度検出素子を含み、前記温度検出素子より温度を検出する検出手段と、検出された温度情報に基づいて前記ヒータの温度を制御する温度制御手段と、を有し、前記温度制御手段における処理は、ディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御と、アニーリング処理およびエクステンション処理おける第２の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する昇温処理における昇温制御と、を含む。
【００１５】
好適には、前記温度制御手段は、前記温度検出素子より温度を検出する検出処理と、ヒータ制御量を計算する計算処理と、前記ヒータを制御するヒータ制御処理と、冷却部を制御する冷却部制御処理と、を行う。
【００１６】
好適には、前記温度制御手段は、前記温度検出素子より温度を検出する検出処理は、前記温度検出素子に印加する電流値を制御する電流値制御処理と、前記温度検出素子の電圧値をアナログディジタルコンバータにより変換する変換処理と、を行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、隣接する加熱部（ヒータ）からの熱拡散が生じた場合であっても温度制御を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】熱拡散の様子を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る反応処理装置を示す概念図である。
【図３】本実施形態に係る反応処理装置における加熱部の構成例を概念的に示す図である。
【図４】本実施形態に係る反応処理装置における制御装置の温度制御フィードバックを行うシステム構成図である。
【図５】本実施形態で使われる制御パラメータの一例を示している。
【図６】本実施形態の基本的なフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】ＰＣＲ反応処理制御の動作について説明するためのフローチャートである。
【図８】本実施形態の制御処理（フェーズ）の一覧を示す図である。
【図９】温度測定用ポテンショメータ設定フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１０】ＡＤデータ取得フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１１】ヒータ制御量計算処理フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１２】本実施形態における制御サブフェーズの一例を示す図である。
【図１３】ペルチェ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１４】ヒータ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態に係るヒータマトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図１６】本実施形態に係るヒータマトリクス装置におけるヒータユニットの第１の構成例を示す回路図である。
【図１７】図１６の回路動作の一状態を示す回路図である。
【図１８】図１６の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【図１９】図１６に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【図２０】図１６に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図２１】図１６に示す回路構成の更に別の変形例である回路図である。
【図２２】図１６に示す回路構成の更に別の変形例である回路図である。
【図２３】図１６の具体的な構成例を示す回路図である。
【図２４】図２３回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図２５】図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図２６】図２５のヒータユニットを有するヒータマトリクス装置の構成例を示す図である。
【図２７】図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図２８】図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図２９】本発明の実施形態に係る温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３０】本実施形態に係る温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図３１】暗電流の温度依存性を示す図である。
【図３２】ＰＩＮダイオードに一定の順方向電流を流したときにＰＩＮダイオードの順方向電圧と温度との関係を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態に係る蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３４】本実施形態に係る蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図３５】本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３６】本実施形態に係るヒータ温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図３７】ヒータユニットのヒータ電流と温度検出ユニットのＰＩＮダイオードの電流に応じた検出電圧の関係を示す図である。
【図３８】本発明の実施形態に係る温度蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３９】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図４０】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットおいて、温度検出と蛍光検出時のスイッチとしての各トランジスタの状態を示す図である。
【図４１】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの温度検出動作を説明するための図である。
【図４２】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの蛍光検出動作を説明するための図である。
【図４３】蛍光検出処理の一例を説明するための図である。
【図４４】本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図４５】本実施形態に係るヒータ温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
添付図面に示された各実施形態は、本発明に係る代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
以下に使用する図面では、説明の便宜上、装置の構成等については簡素化して示している。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係る反応処理装置を示す概念図である。
【００２１】
この反応処理装置のサイズや層構造等は、目的に応じて適宜選択可能であり、反応処理装置１０の形態構成についても本発明の目的に沿う範囲で設計または変更可能である。
【００２２】
本反応処理装置１０は、図２に示すように、ウェル基板１１、ヒータ基板１２、加熱部（ヒータ）１３、ウェル基板１１に形成された反応領域１４、冷却部１５、および放熱器１６を有している。
このように、反応処理装置１０は、複数の反応領域１４を有するウェル基板１１と、反応領域１４を加熱する加熱部１３と、を備えている。
冷却部１５は吸熱源として、ペルチェ素子を用いている。冷却部１５が吸熱される過程において蓄積される熱量を放出するために放熱器１６が設置されている。
【００２３】
反応領域１４では、所定の反応をそれぞれの反応領域ごとに行うことができる。
反応領域１４は、複数の反応を行うことができるため、たとえば、反応領域１４ごとに反応条件を変化させて網羅的な解析を行うこともできる。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る反応処理装置における加熱部の構成例を概念的に示す図である。
【００２５】
本実施形態においては、図３に示すように、反応処理装置１０において、各反応領域１４をマトリクス状に配置し、各反応領域に対応した加熱部１３を設ける構成とし、Ｘ方向とＹ方向に沿ってマトリクス状に配置させている。
このような構成とすることで、各半導体発熱素子２０を一括制御することができる。
【００２６】
図４は、本実施形態に係る反応処理装置における制御装置の温度制御フィードバックを行うシステム構成図である。
【００２７】
このシステムは、加熱部(ヒータ)１３を構成する半導体発熱素子２０および温度検出素子２１の発熱量および温度検出のフォードバックを実現するために、電流制御回路２２、ディジタルポテンショメータ２３、制御部（ＣＰＵ）２４、アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）２５、温度検出回路２６、温度測定用ポテンショメータ２７、定電流回路２８、および記憶装置２９を有する。
【００２８】
ＣＰＵ２４は内部に記憶装置２９を備えており、この記憶装置２９に温度情報等のパラメータを格納することができる。記憶装置２９はＣＰＵ２４の外部にあっても同様の制御が可能である。
【００２９】
温度制御手段としてのＣＰＵ２４における処理は、温度サイクルを含み、この温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、エクステンション処理における第３の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含む。
【００３０】
また、ＣＰＵ２４における処理は、ディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御と、アニーリング処理およびエクステンション処理おける第２の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する昇温処理における昇温制御と、を含む。
【００３１】
なお、温度制御手段には、アナログディジタルコンバータを含む。
【００３２】
また、ＣＰＵ２４は、温度検出素子２１より温度を検出する検出処理と、ヒータ制御量を計算する計算処理と、ヒータ１３を制御するヒータ制御処理と、冷却部１５を制御する冷却部制御処理と、を行う。
【００３３】
また、ＣＰＵ２４は、温度検出素子２１より温度を検出する検出処理は、温度検出素子２１に印加する電流値を制御する電流値制御処理と、温度検出素子２１の電圧値をアナログディジタルコンバータ２５により変換する変換処理と、を行う。
【００３４】
図５は、本実施形態で使われる制御パラメータの一例を示している。
制御パラメータには、反応方式、１サイクル時間や保持時間等の時間に関するもの、アニール温度等の各種温度に関するもの、ヒータの制御オン、オフ、ループ回数、制御フェーズ、ヒータ出力値等が含まれる。
【００３５】
図６は、本実施形態の基本的なフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
ここで、本実施形態の基本的なフィードバック制御の動作について図６のフローチャートに関連付けて説明する。
【００３６】
ＰＣＲ反応制御（Ｓ４０）は一定時間毎に周期的に処理が行われる。その周期時間が経過したどうかを判断（Ｓ１０）し、周期がきた場合制御フェーズパラメータを温度測定用ポテンショメータ設定フェーズに変更する（Ｓ２０）。
そして、制御パラメータとして制御フェーズデータを格納する（Ｓ３０）。
【００３７】
図７は、ＰＣＲ反応処理制御の動作について説明するためのフローチャートである。
図８は本実施形態の制御処理（フェーズ）の一覧を示している。
ここで、ＰＣＲ反応処理制御の動作について図７のフローチャートに関連付けて説明する。
【００３８】
どの制御フェーズに位置しているかを制御パラメータＳ１００内の制御フェーズデータを取得(Ｓ１１０)することにより、各フェーズの処理を行う。
まず、制御中フェーズであるか否かの判定を行う（Ｓ１２０）。
制御中フェーズでない場合には、制御フェーズの種類を確認する（Ｓ１３０）。
【００３９】
温度測定用ポテンショメータ設定の場合には、制御フェーズを温度測定用ポテンショメータ設定中フェーズへ変更する（Ｓ１４０）。
そして、温度測定用ポテンショメータを設定する（Ｓ１９０）。
【００４０】
ＰＩＮダイオードのアナログデータからディジタルデータに変換したＡＤ値取得の場合には、制御フェーズをＡＤ値取得中フェーズへ変更する（Ｓ１５０）。
そして、ＡＤ値を受信する（Ｓ２００）。
【００４１】
ヒータ制御量計算の場合には、制御フェーズをヒータ制御量計算中フェーズへ変更する（Ｓ１６０）。
そして、ヒータ制御量計算処理を行う（Ｓ２１０）。
【００４２】
ヒータ制御の場合には、制御フェーズをヒータ制御中フェーズへ変更する（Ｓ１７０）。
そして、ヒータ制御処理を行う（Ｓ２２０）。
【００４３】
ペルチェ制御の場合には、制御フェーズをペルチェ制御中フェーズへ変更する（Ｓ１８０）。
そして、ペルチェ制御処理を行う（Ｓ２３０）。
【００４４】
図９は、温度測定用ポテンショメータ設定フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、温度測定用ポテンショメータ設定フェーズの動作について図９に関連付けて説明する。
【００４５】
制御するヒータを選定する（Ｓ３１０）。
選定されたヒータの温度を測定するためヒータと同じセル内の温度検出素子に接続された温度測定用ポテンショメータを設定する（Ｓ３２０）。
温度測定用ポテンショメータの設定が終了後、制御パラメータをＡＤデータ取得フェーズへ変更する（Ｓ３３０）。
【００４６】
図１０は、ＡＤデータ取得フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ＡＤデータ取得フェーズの動作について図１０のフローチャートに関連付けて説明する。
【００４７】
アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）に指令を送り、アナログディジタル変換を開始させる（Ｓ３４０）。
ＡＤ変換終了後、アナログディジタルコンバータよりディジタルデータを取得する（Ｓ３５０）。
データを取得後、制御フェーズをヒータ制御量計算フェーズへ変更する（Ｓ３６０）。
【００４８】
図１１は、ヒータ補正量計算処理フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ヒータ補正量計算処理フェーズの動作について図１１のフローチャートに関連付けて説明する。
【００４９】
制御パラメータから温度情報と制御サブフェーズを取得する（Ｓ４１０）。
制御サブフェーズとは、ヒータ出力を算出する際に、ＰＣＲ反応における制御ステップを示すものである。
図１２は、本実施形態における制御サブフェーズの一例を示している。
【００５０】
現在の温度と目標温度と違いがあるかどうかを判断する（Ｓ４３０）。
現在の温度と目標温度に違いがある場合、目標温度と現在温度と差よりヒータの最適なヒータ出力値を計算する（Ｓ４４０）。
現在の温度と目標温度に違いがない場合、制御サブフェーズが温度保持フェーズであるかどうかを判断する（Ｓ４５０）。
制御サブフェーズが温度保持フェーズである場合、制御サブフェーズを次のフェーズに変更し制御パラメータへ格納する（Ｓ４８０）。
制御サブフェーズが温度保持フェーズでないまたは、ステップＳ４４０が終了またはステップＳ４５０が終了した場合、ヒータ出力を制御パラメータへ格納する（Ｓ４６０）。
ステップＳ４３０からステップＳ４６０のステップを制御するヒータの数だけ繰り返す（Ｓ４２０）。
制御フェーズをペルチェ制御フェーズに変更する（Ｓ４７０）。
【００５１】
図１３は、ペルチェ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ペルチェ制御フェーズの動作について図１３のフローチャートに関連付けて説明する。
【００５２】
制御パラメータからペルチェ設定温度と現在のペルチェ温度を取得する（Ｓ５１０）。
目標ペルチェ温度と現在ペルチェ温度よりペルチェ出力を計算する（Ｓ５２０）。
ステップＳ５１０、Ｓ５２０で取得したペルチェ設定温度と現在のペルチェ温度からペルチェの最適温度を設定する（Ｓ５３０）。
ペルチェ設定温度を制御パラメータへ格納する（Ｓ５４０）。
制御フェーズをヒータ制御フェーズに変更する（Ｓ５５０）。
【００５３】
図１４は、ヒータ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ヒータ制御フェーズの動作について図１４のフローチャートに関連付けて説明する。
【００５４】
制御パラメータからヒータ設定値を取得する（Ｓ６１０）。
各ヒータに設定値を出力する（Ｓ６２０）。
具体的な出力方法を図４に関連付けて説明すると、ＣＰＵ２４はディジタル値としてディジタルポテンショメータ２３へ出力する。ディジタルポテンショメータ２３と電流制御回路２２によって、加熱部１３は所定の温度に制御される。
【００５５】
以上説明してきたように、本実施形態によれば、温度検出素子２１を用いて検出された温度情報によって温度制御フィードバックを行うことで、より高精度の温度制御を行うことができる。
図１のような熱拡散が起こった場合、温度検出素子２１が設定値以上の発熱であることを観測し、ヒータ２０の設定値を速やかに変更することができる。またヒータ２０個々に温度検出素子２１を備え、かつ個々に独立して制御をおこなっているため、マトリクス構成した場合においても場所によらず、すべてのヒータ２０が正確に制御できる。
【００５６】
次に、上記したヒータ制御法が適用でき、ＰＣＲ法を採用する反応処理装置１０に適用可能な熱制御マトリクス装置について説明する。
ＰＣＲ法を採用する反応処理装置としては、たとえば遺伝子発現量を検出するリアルタイムＰＣＲ装置がある。
【００５７】
ＰＣＲ装置は、基本的には半導体発熱部（ヒータ）２０、温度検出部（素子）２１の他に蛍光検出部を備える。
【００５８】
ＰＣＲ装置においては、反応信号として加熱部であるＴＦＴ基板の上部あるいは下部などの近傍にて積層する別の機能部にて信号検出する構成をとる場合に、反応信号である蛍光を検出するにあたり、直接検出する際には、蛍光検出を遮断する弊害のない光透過性を有し、かつ比較的大型の透明絶縁基板（たとえばガラス）上にヒータマトリクスを構成することが望ましい。
この場合、半導体素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴと称することがある）を使用することがコスト面、製造プロセスなどから好適である。
ただし、ＴＦＴは一般に、単結晶の半導体素子と比較して、より製造ばらつきや経時変化が大きいことが知られている。
【００５９】
より具体的には、ＰＣＲ装置におけるヒータとしては、大型のガラス基板上に電流駆動能力が比較的高いＴＦＴを形成できる、低温ポリシリコンプロセスを利用するのが好適である。低温ポリシリコンプロセスでは通常、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成した後、基板の熱変形を避けるため、レーザアニール法によって結晶化が行われる。
ただし、大きなガラス基板に均一にレーザエネルギーを照射することは容易ではなく、ポリシリコンの結晶化の状態が基板内の場所によってばらつきを生ずることが避けられない。この結果、同一基板上に形成したＴＦＴでも、そのＶｔｈ（しきい値）が場所によって数百ｍＶ、場合によっては１Ｖ以上ばらつくこともまれではない。このようなＴＦＴを使用する場合、既存の技術では高精度かつ高信頼なＰＣＲ反応装置を構成することが困難である。
そこで、以下に示す実施形態においては、透明絶縁基板上の形成された薄膜トランジスタを用いて高精度な温度制御な可能なＰＣＲ装置を実現するための、熱制御マトリクス装置を実現している。
【００６０】
具体的には、以下に説明する実施形態においては、ＴＦＴによりカレントコピーあるいはカレントミラーによりヒータユニットを構成することで、高精度な温度制御を可能とし、さらには、いわゆるＰＩＮダイオードを温度センサとして用いて、フィードバックを行うことで、かつ並行ＰＩＮダイオードにて増幅反応信号として蛍光検出を実現することにより、高精度な網羅解析を可能とする。
【００６１】
本実施形態に係る熱制御マトリクス装置は、たとえば上述したＰＣＲ１の加熱部１３、温度検出部、および蛍光検出部として適用可能である。
以下、熱制御マトリクス装置の実施形態として、発熱量が制御可能な加熱部（発熱部）として適用可能なヒータマトリクス装置、温度検出部として適用可能な温度検出マトリクス、蛍光検出部として適用可能な蛍光検出マトリクス装置、温度検出マトリクス装置の機能と蛍光検出部としての機能を併せ持つ温度蛍光検出マトリクス装置、ヒータマトリクス装置の機能と温度検出マトリクス装置の機能とを併せ持つヒータ温度検出マトリクス装置、およびヒータマトリクス装置の機能と温度蛍光マトリクス装置としての機能を併せ持つヒータ温度蛍光検出マトリクス装置、を例にとり順を追って説明する。
【００６２】
まず、ヒータマトリクス装置について説明する。
【００６３】
＜ヒータマトリクス装置＞
図１５は、本発明の実施形態に係るヒータマトリクス装置の一構成例を示す図である。
【００６４】
このヒータマトリクス装置１００は、図１５に示すように、ヒータユニット１１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部１０１、データ線駆動回路（ＤＴＤＲＶ）１０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）１０３、ヒータユニット１１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、およびヒータユニット１１０を選択し、発熱力情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを有する。
【００６５】
データ線駆動回路１０２は、走査線駆動回路１０３の走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍの駆動タイミングに同期して、各データ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｎに信号電流を印加することで、各加熱部としてのヒータユニット１１０に対して行単位で発熱量情報を書き込む。
走査線駆動回路１０３は、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを順次選択してパルス駆動する。走査線駆動回路１０３は、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを駆動することにより、ヒータユニット１１０が発熱量情報を取得するタイミングを制御する。
走査線駆動回路１０３は、ヒータユニット１１０における発熱量情報の書き込み終了後、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを非選択にすることで、信号電流と同じ電流値の駆動電流を各発熱部（ヒータユニット）に流し続けることができる。
このようにして、前記各ヒータユニット１１０に所望の大きさの電流を流すことができ、その結果、所望の熱量を発生させることができる。
【００６６】
なお、データ線駆動回路１０２は、図示しない温度検出制御系により供給される制御信号ＣＴＬに応じた発熱量情報を信号電流として各データ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｎに転送することにより、各ヒータユニット１１０の発熱量を制御可能である。
換言すれば、ヒータユニット１１０の発熱量は、書き込まれる発熱量情報により制御される。
【００６７】
次に、ヒータユニット１１０の具体的な構成例について説明する。
【００６８】
図１６は、本実施形態に係るヒータマトリクス装置におけるヒータユニットの第１の構成例を示す回路図である。図１７は、図１６の回路動作の一状態を示す回路図である。図１８は、図１６の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【００６９】
図１６のヒータユニット１１０は、ｎチャネル絶縁ゲート型トランジスタにより形成されるトランジスタＴ１１１、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２，ＳＷ１１３、キャパシタＣ１１１、およびノードＮＤ１１１，ＮＤ１１２，ＮＤ１１３を有する。
なお、図において、符号ｇはトランジスタのゲートを、符号ｄはドレインを、符号ｓはソースを示している。符号ＣｓはキャパシタＣ１１１の容量を示している。
【００７０】
ヒータユニット１１０において、駆動トランジスタとして機能するトランジスタＴ１１１のドレインｄがノードＮＤ１１１に接続され、ゲートｇがノードＮＤ１１２に接続され、ソースｓがノードＮＤ１１３に接続されている。そして、ノードＮＤ１１３が接地電位ＧＮＤに接続されている。
スイッチＳＷ１１１が、信号電流Ｉｓｉｇが伝搬されるデータ線ＤＴＬとノードＮＤ１１１との間に接続されている。スイッチＳＷ１１２がノードＮＤ１１１とノードＮＤ１１２との間に接続されている。スイッチＳＷ１１３がノードＮＤ１１１と電源電位ＶＤＤとの間に接続されている。
キャパシタＣ１１１は、第１電極がノードＮＤ１１２に接続され、第２電極がノードＮＤ１１３（または接地電位ＧＮＤ）に接続されている。
【００７１】
ヒータユニット１１０において、スイッチＳＷ１１１およびＳＷ１１２は走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍのレベルに応じて同相でオン、オフされる。
スイッチＳＷ１１３は、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍのレベルに応じて、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２と相補的にオン、オフされる。
【００７２】
これらの構成要素のうち、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２が、走査線ＷＳＬが選択された状態においてデータ線ＤＴＬに与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部として機能する。
キャパシタＣ１１１が、走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部として機能する。
そして、トランジスタＴ１１１およびスイッチＳＷ１１３が、書き込まれた発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部として機能する。
【００７３】
ヒータユニット１１０において、駆動電流は、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間を、トランジスタＴ１１１、スイッチＳＷ１１３を介して流れる。
そして、トランジスタＴ１１１とスイッチＳＷ１１３の抵抗成分によって発生するジュール熱を熱源として使用することができる。
なお、トランジスタＴ１１１をｎチャネルとしたのは一例であり、本発明ではｐチャネルのトランジスタも適宜使用することができる。
【００７４】
本実施形態においては、データ線ＤＴＬから伝達される加熱量情報は信号電流Ｉsigであり、この信号電流を信号電圧に変換して熱制御する回路構成とすることが望ましい。以下、図１６の回路の動作について、図１７および図１８に関連付けて説明する。
【００７５】
図１７は、ヒータユニット１１０に電流レベルの形の加熱量情報（すなわち、信号電流）を書き込む動作を示している。この書き込み動作においては、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２がオン状態であり、スイッチＳＷ１１３がオフ状態である。
【００７６】
トランジスタＴ１１１は、ドレインｄとゲートｇがスイッチＳＷ１１２によって短絡された状態であり信号電流Ｉｓｉｇが流れる（図１７参照）。
その結果、信号電流Ｉｓｉｇの値に応じたゲート・ソース間の信号電圧Ｖｇｓが発生する。
【００７７】
そして、トランジスタＴ１１１がエンハンスメント型トランジスタ（即ち、しきい値Ｖｔｈ＞０）であれば、飽和領域で動作し、信号電流Ｉｓｉｇと信号電圧Ｖｇｓとの間にはよく知られた下記の式（１）が成立する。
【００７８】
［数１］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （１）
【００７９】
ここで、μはキャリアの移動度、ＣＯＸは単位面積当たりのゲート容量、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長をそれぞれ示している。
【００８０】
回路が安定した時点でスイッチＳＷ１１２をオフ状態とすると、ゲート・ソース間電圧ＶｇｓがキャパシタＣ１１１に保持されるので、スイッチＳＷ１１１をオフ状態とすることで信号書き込み動作が完了する。
【００８１】
その後、任意のタイミングで、図１８に示すように、スイッチＳＷ１１３をオン状態とすると、電源電圧ＶＤＤから接地電位ＧＮＤに向かって電流が流れる。このとき、トランジスタＴ１１１が飽和領域で動作するように、電源電圧ＶＤＤを十分に高く、スイッチＳＷ１１３のオン抵抗を十分に低く設定すれば、トランジスタＴ１１１に流れる駆動電流Ｉｄｒｖは、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓには依存せず下記式（２）で与えられる。そして、この駆動電流Ｉｄｒｖは、前記信号電流Ｉｓｉｇに一致する。
【００８２】
［数２］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （２）
【００８３】
すなわち、前記式（１）、（２）の右辺に表れる各パラメータは、一般に基板毎に、あるいは同一基板内であっても場所ごとにばらつくが、図１７や図１８に示した駆動を行うことで、これらの各パラメータの値に関係なく、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖとが一致する。
【００８４】
そして、前記信号電流Ｉｓｉｇはヒータマトリクス装置外部の制御回路等によって、正確な値で生成することが可能であるから、図１６のヒータユニット回路から発生するジュール熱は、トランジスタの特性のばらつき等に影響を受けず、電源電圧ＶＤＤと信号電流Ｉｓｉｇとの積（ＶＤＤ×Ｉｓｉｇ）で決まる正確な値とすることができる。
【００８５】
図１９は、図１６に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【００８６】
図１９に示す回路は、図１６とスイッチＳＷ１１２の接続関係等が相違する。具体的には、スイッチＳＷ１１２は、ノードＮＤ１１１とノードＮＤ１１２との間ではなく、データ線ＤＴＬとノードＮＤ１１２との間に接続されている。
図１９の回路の場合、ノードＮＤ１１２とデータ線ＤＴＬとの接続関係は、図１６の場合と、スイッチＳＷ１１１、ノードＮＤ１１１を介するか否かで、回路動作的には、図１６と等価である。
図１９に示す回路は、図１６に示す回路と同様に、信号書き込み時にはスイッチＳＷ１１１とスイッチＳＷ１１２をオン状態にし、スイッチＳＷ１１３をオフ状態とする。
そして、発熱動作時には、スイッチＳＷ１１１とスイッチＳＷ１１２をオフ状態にし、スイッチＳＷ１１３をオン状態とする。
図１９の回路も図１６の回路と同様の機能を発揮することができる。
【００８７】
図２０は、図１６に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【００８８】
図２０では、トランジスタＴ１１１としてｐチャネルトランジスタを用いており、電流の向きが逆転している点等で図１６の回路と相違する。
図２０の回路の場合、トランジスタＴ１１１のソースｓが電源電位ＶＤＤ（ノードＮＤ１１３）に接続され、ドレインｄがノードＮＤ１１１に接続され、スイッチＳＷ１１３がノードＮＤ１１１と接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。
図２０の回路は、原理的には図１６の回路と共通するものであり、同様の機能を発揮することができる。
【００８９】
本発明において、低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（低温ポリシリコンＴＦＴ）ではｐチャネル絶縁ゲート型トランジスタ（ＰＭＯＳ）を用いることが好適である。低温ポリシリコンＴＦＴでは、ＰＭＯＳの方が、特性が安定している点で望ましい。
【００９０】
図２１は、図１６に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００９１】
図２１の回路では、各スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２，ＳＷ１１３の制御は図１６の回路と共通するが、トランジスタＴ１１１のソース側から信号電流Ｉｓｉｇを引き出す点等で相違する。
図２１の回路の場合、トランジスタＴ１１１はｎチャネルトランジスタであるが、トランジスタＴ１１１のドレインｄが電源電位ＶＤＤに接続され、ドレインｄがノードＮＤ１１１に接続され、スイッチＳＷ１１３がノードＮＤ１１１と接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。
図２１の回路は、ゲート・ドレイン間を短絡した状態で信号電流Ｉｓｉｇを流し、それに応じて発生したゲート・ソース間電圧ＶｇｓをキャパシタＣ１１１に保持させるという動作原理は、図１６の回路と共通するものであり、同様の機能を発揮することができる。
【００９２】
図２２は、図１６に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００９３】
図２２の回路では、図１６の回路構成に、トランジスタＴ１１２、スイッチＳＷ１１４、キャパシタ１１２を追加した点等で相違する。スイッチＳＷ１１４は、スイッチＳＷ１１２と同様にオン、オフが制御される。
トランジスタＴ１１４のゲートがノードＮＤ１１４に接続され、ドレインがノードＮＤ１１３に接続され、ソースが接地電位ＧＮＤに接続されている。そして、スイッチＳＷ１１４はノードＮＤ１１３とノードＮＤ１１４との間に接続され、キャパシタＣ１１２の第１電極がノードＮＤ１１４に接続され、第２電極が接地電位ＧＮＤに接続されている。
この回路の動作を以下に説明する。
【００９４】
図１６の回路において、信号電流Ｉｓｉｇは式（１）によって与えられ、駆動電流Ｉｄｒｖは式（２）によって与えられ、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖが一致することは既に述べた。このことは、たとえば、ＭＯＳトランジスタに流れる電流が、飽和領域動作においてはドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓにはよらず、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓによってのみ決定されるという基本動作に沿うものである。
【００９５】
しかるに、現実のトランジスタでは、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが増加すると、ドレイン・ソース間電流Ｉｄｓも多少増加するのが普通である。この現象は、ドレインの電位がチャネルの導電状態に影響を与えるバックゲート効果や、ドレイン端の空乏層（欠乏層）がソース側に伸びることで実効的なチャネル長Ｌが短くなるショートチャネル効果等が原因であると考えられる。
【００９６】
図１６の回路を例にして説明すると、比較的小さな信号電流Ｉｓｉｇを書き込む場合には、式（１）によって発生するゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは比較的小さな値となり、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓはゲート・ソース間電圧Ｖｇｓと等しい小さな値となる。
【００９７】
一方、駆動時には、駆動電流Ｉｄｒｖが小さいためにスイッチＳＷ１１３での電圧降下が小さく、トランジスタＴ１１１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは書き込み時より大きな値となる。このように、書き込み時と駆動時でのトランジスタＴ１１１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは一般に一致しない。したがって、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖも厳密には一致しない。このことが、所望の加熱量が得られない原因となる場合がある。
【００９８】
これに対して、図２２に示す回路構成の動作を考える。
たとえば、トランジスタＴ１１１については、図１６の回路と同様に、書き込み時と駆動時とでトランジスタＴ１１１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは一般に一致しない。
しかし、たとえば駆動時のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが大きい場合、信号電流Ｉｓｉｇよりも駆動電流Ｉｄｒｖの方が大きくはなるものの、トランジスタＴ１１２が飽和状態で動作していれば（言い換えれば、定電流源に近い動作をしていれば）、その微分抵抗は非常に大きい値となる。
【００９９】
これによって、駆動電流Ｉｄｒｖが僅かに増加しただけでもトランジスタＴ１１１のソース電位が大きく上昇する。これは、トランジスタＴ１１１のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを減少させ、駆動電流Ｉｄｒｖを減少させる方向に作用する。結果として、駆動電流Ｉｄｒｖは信号電流Ｉｓｉｇに対してあまり増加することができず、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖとの一致性は図１６の例よりも良好になる。
【０１００】
図２３は、図１６の具体的な構成例を示す回路図である。
【０１０１】
図２３の回路は、３個のスイッチＳＷ１１１，１１２はｐチャネルトランジスタＴ１１３，１１４により形成され、スイッチＳＷ１１３はｎチャネルトランジスタＴ１１５により構成されている。
これら３個のトランジスタＴ１１３〜Ｔ１１５のゲートが走査線ＷＳＬに共通に接続される。そして、この走査線ＷＳＬが低レベルのときに信号書き込み動作を行い、高レベルのときに駆動動作を行うようにさせることができる。
後述するように、本発明において、トランジスタＴ１１３，Ｔ１１４，Ｔ１１５の各ゲートを共通接続しない形態とすることもできるが、構造が簡易である点で図２２の回路図とすることが好適である。
【０１０２】
図２４は、図２３の回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【０１０３】
図２４に示す回路構成はトランジスタＴ１１４ａ，Ｔ１１４ｂを有する点等が、図２３に示す回路構成と相違する。
【０１０４】
一般にＴＦＴは製造過程等で欠陥が生じやすく、たとえば、スイッチトランジスタがオフ状態において微小なリーク電流を流す不具合が確率的に発生する。
図２３の回路では、トランジスタＴ１１４にリーク電流が生じた場合、リーク電流によってキャパシタＣ１１１に保持された電圧が変化する。そのため、正しい発熱状態を維持することができない状況が発生する場合がある。
【０１０５】
これに対して、図２４に示す回路では、図２３に用いる１つのトランジスタＴ１１４を、直列に接続した２個のトランジスタＴ１１４ａ，Ｔ１１４ｂで構成しているため、一方に不具合が生じたとしても、全体としては、リーク電流を抑えることができる。
同様に、３個以上のトランジスタを直列に接続することや、トランジスタＴ１１３，Ｔ１１５について複数のトランジスタを接続する構成とすることも可能である。
【０１０６】
図２５は、図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
図２６は、図２５のヒータユニットを有するヒータマトリクス装置の構成例を示す図である。
【０１０７】
図２５に示す回路図は、トランジスタＴ１１５の制御をトランジスタＴ１１３，Ｔ１１４の制御と独立させた構成例である。
ヒータマトリクス装置１００Ａは、図１５の構成に加えて、トランジスタＴ１１５を駆動するための駆動走査線ＤＳＬ１０１〜ＤＳＬ１０ｍおよび駆動線駆動回路１０４を有する。
【０１０８】
この場合、信号書き込み時は、書き込み走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍと駆動走査線ＤＳＬ１０１〜でＳＬ１０ｍとをともに低レベルとする。
書き込み終了後（即ち、書き込み走査線を高レベルとした後）は、任意のタイミングで駆動走査線ＤＳＬ１０１〜ＤＳＬ１０ｍを高レベルとすることで、発熱動作させることができる。
【０１０９】
逆に、駆動走査線ＤＳＬ１０１〜ＤＳＬ１０ｍを低レベルにすれば、発熱動作を簡便に停止することができるので、速やかに温度を低下させたい場合等に好適である。また、発熱動作時間を調節することも可能であるので、たとえば、信号電流源が小さな電流を正確に生成することが困難である場合であっても、正確な微小発熱動作をさせることができる。
なお、このような動作によって発熱が間欠的になるのを避けたい場合は、発熱量情報が書き込まれてから次の発熱量情報が書き込まれるまでの期間内で、発熱・発熱の停止を複数回繰り返せば、より時間的に安定な発熱が可能である。
【０１１０】
図２７は、図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【０１１１】
図２７では、電源電位線ＬＶＤＤは走査線ＷＳＬと平行に配置されており、図１６のスイッチＳＷ１１３をダイオードＤ１１１で形成していること等が特徴である。
信号書き込み時は電源電圧ＶＤＤを低レベルにすればダイオードＤ１１１がオフ状態となり、駆動時は電源電圧ＶＤＤを高レベルにすればダイオードＤ１１１がオン状態となるので、ダイオードＤ１１１はスイッチとして動作させることができる。
したがって、図２７に示す回路構成は、図２５に示す回路構成等とも同様の機能を有することができる。
【０１１２】
図２８は、図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【０１１３】
図２８に示す回路では、信号電流Ｉｓｉｇを電圧の形に変換するトランジスタＴ１１６と、発熱のための電流を流すトランジスタＴ１１１とが別に設けられている点等で図１６に示す回路構成と異なる。
トランジスタＴ１１６のドレインとゲート同士が接続され、その接続点がノードＮＤ１１１、ＮＤ１１２に接続され、トランジスタＴ１１６のソースが接地電位ＧＮＤに接続されている。
【０１１４】
信号書き込み時は、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２がオン状態となり信号電流ＩｓｉｇをトランジスタＴ１１６に流す。このとき、下記式（３）が成立する。
【０１１５】
［数３］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ１／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （３）
【０１１６】
また、式（３）において、各パラメータの意味は、前記式（１）に準ずるが、トランジスタＴ１１６のチャネル幅をＷ１とした。駆動時は、２つのスイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２はオフ状態となる。
一方、キャパシタＣ１１１には、書き込み動作で生じたゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが保持されているので、トランジスタＴ１１１に流れる駆動電流Ｉｄｒｖについては下記式（４）が成立する。
【０１１７】
［数４］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ２／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （４）
【０１１８】
ここで、トランジスタＴ１１１のチャネル幅はＷ２であり、トランジスタＴ１１６，Ｔ１１１は、微小な加熱部内に形成されるため、パラメータμ、ＣＯＸ、ＶｔｈはトランジスタＴ１１６，Ｔ１１１について事実上等しいものと考える。また、チャネル長Ｌは等しい値に設計することができる。その結果、式（３），（４）により下記式（５）を導出することができる。
【０１１９】
［数５］
Ｉｄｒｖ／Ｉｓｉｇ ＝ Ｗ２／Ｗ１ （５）
【０１２０】
式（３），（４）の右辺に現れる各パラメータは一般に基板ごとに、あるいは同一基板内であっても場所ごとにばらつく場合があるが、これらのパラメータの値に関係なく、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖの比は、トランジスタＴ１１１とトランジスタＴ１１６のチャネル幅の比に一致することがわかる。
【０１２１】
この回路の特徴は、図１６の回路とは異なり、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖの比を任意に調節できることにある。たとえば、微小な発熱をさせたい場合、外部回路が微小な電流を発生させることが困難であれば、式（５）の右辺が小さくなるようにチャネル幅を設計すればよい。逆に、微小な信号電流Ｉｓｉｇによって、大きな駆動電流Ｉｄｒｖを制御できるよう設計することも容易である。
【０１２２】
以上、ヒータマトリクス装置について説明した。
次に、温度検出マトリクス装置について説明する。
【０１２３】
＜温度検出マトリクス装置＞
図２９は、本発明の実施形態に係る温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１２４】
この温度検出マトリクス装置２００は、図２９に示すように、温度検出ユニット２１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部２０１、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｍ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｍ、および検出ユニット２１０を選択し、温度検出ユニット２１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｍに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍを有する。
【０１２５】
図３０は、本実施形態に係る温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１２６】
温度検出ユニット２１０は、図３０に示すように、ＰＩＮダイオードＤ２１１、スイッチとしてのｎチャネルのトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２、およびノードＮＤ２１１を有する。
【０１２７】
ＰＩＮダイオード２１１のアノード側がノードＮＤ２１１に接続され、カソード側が接地電位ＧＮＤに接続されている。
トランジスタＴ２１１のソース、ドレインがノードＮＤ２１１および電流駆動線ＩＤＬに接続されている。トランジスタＴ２１２のソース、ドレインがノードＮＤ２１１および温度検出線ＴＳＬに接続されている。
そして、トランジスタＴ２１１とＴ２１２のゲートが走査線ＳＳＬに共通に接続されている。
【０１２８】
この例では、走査線ＳＳＬが高レベルのときにトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がオン状態、走査線ＳＳＬが低レベルのときトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がオフ状態となる。
【０１２９】
ここで、温度検出ユニット２１０の基本動作について説明する。
電流駆動線ＩＤＬに電流Ｉｄｅｔを供給する電流源Ｉ２１１を接続させ、走査線ＳＳＬが高レベルのとき、電流駆動線ＩＤＬに接続された電流源Ｉ２１１からＰＩＮダイオードＤ２１１に対して順方向電流Ｉｄｅｔが流れる。
これと並行して、温度検出線ＴＳＬに電圧検出器２０４を接続することにより、ＰＩＮダイオードＤ２１１に発生する順方向電圧を検知することができる。電圧検出器２０４としてはたとえばアナログディジタルコンバータ等を適用可能である。
【０１３０】
温度検出ユニット２１０においては、ＰＩＮダイオードＤ２１１にて暗電流をセンシングすることで温度検出を行い、この検出温度に応じて温度、たとえばヒータマトリクス装置における各ヒータユニットの発熱量が制御される。
【０１３１】
図３１は、暗電流の温度依存性を示している。
この特性を利用して検出電流から温度を認識することが可能となる。
【０１３２】
ここでＰＩＮダイオードＤ２１１に一定の順方向電流Ｉｄｅｔを流したときにＰＩＮダイオードＤ２１１の順方向電圧（ＦＯＲＷＡＲＤ ＶＯＬＴＡＧＥ）と温度の間には、図３２示すような関係が得られる。
すなわち順方向電圧は温度と直線的に変化しており、ＰＩＮダイオードＤ２１１に接続された温度検出線ＴＳＬの順方向電圧を検知することで温度情報を得ることができる。
【０１３３】
次に、蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１３４】
＜蛍光検出マトリクス装置＞
図３３は、本発明の実施形態に係る蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１３５】
この蛍光検出マトリクス装置３００は、図３３に示すように、蛍光検出ユニット３１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部３０１、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）３０３、逆方向電圧線（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｎｅ）ＲＶＬ３０１、蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＴＳＬ３０ｍ、および検出ユニット３１０を選択し、蛍光検出ユニット３１０の検出信号を蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＬＳＬ３０ｍに転送するための走査線ＳＳＬ３０１〜ＳＳＬ３０ｍを有する。
【０１３６】
図３４は、本実施形態に係る蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１３７】
蛍光検出ユニット３１０は、図３４に示すように、ＰＩＮダイオードＤ３１１、スイッチとしてのｐチャネルのトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２、およびノードＮＤ３１１を有する。
【０１３８】
ＰＩＮダイオード３１１のアノード側がノードＮＤ３１１に接続され、カソード側が接地電位ＧＮＤに接続されている。
トランジスタＴ３１１のソース、ドレインがノードＮＤ３１１および逆方向電圧線ＲＶＬに接続されている。トランジスタＴ３１２のソース、ドレインがノードＮＤ３１１および蛍光検出線ＬＳＬに接続されている。
そして、トランジスタＴ３１１とＴ３１２のゲートが走査線ＳＳＬに共通に接続されている。
【０１３９】
この例では、走査線ＳＳＬが低レベルのときにトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がオン状態、走査線ＳＳＬが高レベルのときトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がオフ状態となる。
【０１４０】
ここで、蛍光検出ユニット３１０の基本動作について説明する。
逆方向電圧線ＲＶＬに負の電圧源を接続させ、走査線ＳＳＬが低レベルのとき、逆方向電圧線ＲＶＬに印加された負の電圧によりＰＩＮダイオードＤ３１１は逆方向にバイアスされ、逆方向電流ＩＲが流れる。
この逆方向電流Ｉｏｕｔを、蛍光検出線ＬＳＬを介して検知することにより蛍光検出することができる。
【０１４１】
次に、ヒータ温度検出マトリクス装置について説明する。
【０１４２】
＜ヒータ温度検出マトリクス装置＞
図３５は、本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１４３】
図３５のヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図１５のヒータマトリクス装置１００と図２９の温度検出マトリクス装置２００を合成した構成を有している。したがって、図３５においては、理解を容易にするために、図１５および図２９と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１４４】
このヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図３５に示すように、ヒータ温度検出ユニット４１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部４０１、データ線駆動回路（ＤＴＤＲＶ）１０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）１０３、ヒータ温度検出ユニット４１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、ヒータ温度検出ユニット４１０を選択し、発熱量情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍ、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）３０１〜ＴＳＬ３０ｎ、およびヒータ温度検出ユニット４１０を選択し、温度検出ユニット２１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ３０１〜ＴＳＬ３０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍを有する。
【０１４５】
図３６は、本実施形態に係るヒータ温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１４６】
図３６のヒータ温度検出ユニット４１０は、図２３のヒータユニット１１０と図３０の温度検出ユニット２１０を用いて形成されている。
したがって、図３６においては、理解を容易にするために図１５および図３０と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１４７】
図３５のヒータ温度検出マトリクス装置４００によれば、カレントコピアにて発熱量情報として、書き込まれた後に実際の発生熱をセンシングすることで、カレントコピアに対して、発熱量情報書込み量に対して、ＰＩＮダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正することができる。
【０１４８】
この場合、ヒータユニット１１０のヒータ電流と温度検出ユニット２１０のＰＩＮダイオードＤ２１１の電流に応じた検出電圧の関係から、ＰＩＮダイオードＤ２１１による温度検出を行うことができる。
【０１４９】
図３７は、ヒータユニットのヒータ電流と温度検出ユニットのＰＩＮダイオードの電流に応じた検出電圧の関係を示す図である。
図３７において、横軸がヒータ電流を、縦軸がダイオードの電圧を示している。
図中、ＩＦ１はダイオード電流が１０μＡの電圧値、ＩＦ２はダイオード電流が１００μＡの電圧値を表している。
【０１５０】
ダイオード電流が１０μＡと１００μＡのときの、次式で与えられる電圧値の差（ΔＶ）より温度に換算することができる。
【０１５１】
［数６］
ΔＶ＝η（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ＩＦ１／ＩＦ２） （６）
Ｔｅｍｐ（Ｃ）＝５．００７２×ΔＶ＋２７３．１５
【０１５２】
次に、温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１５３】
＜温度蛍光検出マトリクス装置＞
図３８は、本発明の実施形態に係る温度蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１５４】
図３８の温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図２９の温度検出マトリクス装置２００と図３３の蛍光検出マトリクス装置３００を合成した構成を有している。したがって、図３８においては、理解を容易にするために、図２９および図３３と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１５５】
この温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図３８に示すように、温度蛍光検出ユニット５１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部５０１、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｎ、温度蛍光検出ユニット５１０を選択し、温度蛍光検出ユニット５１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍ、温度蛍光検出ユニット５１０を選択するための走査線ＳＳＬ３０１〜ＳＳＬ３０ｍ、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）３０３、逆方向電圧線（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｎｅ）ＲＶＬ３０１、および蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＬＳＬ３０ｎを有する。
【０１５６】
図３９は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１５７】
図３９の温度蛍光検出ユニット５１０は、図３０の温度検出ユニット２１０のＰＩＮダイオードＤ２１１およびノードＮＤ２１１と、図３４の蛍光検出ユニット３１０のＰＩＮダイオードＤ３１１およびノードＮＤ３１１とを共用して構成されている。
したがって、図３９においては、理解を容易にするために図３０および図３４と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１５８】
この温度蛍光検出ユニット５１０は、１つのＰＩＮダイオードＤ２１１（Ｄ３１１）と２つのｎチャネルトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２と２つのｐチャネルトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２により構成されている。
【０１５９】
図４０は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットおいて、温度検出と蛍光検出時のスイッチとしての各トランジスタの状態を示す図である。
【０１６０】
走査線ＳＳＬには高レベル−低レベルを周期的に変化するスイッチ信号が印加される。ｎチャネルトランジスタＴ２１１とＴ２１２およびｐチャネルトランジスタＴ３１１とＴ３１２はゲートが共通に走査線ＳＳＬに接続されている。
これにより、走査線ＳＳＬが高レベルのときにトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がＯＮ状態、トランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がＯＦＦ状態となる。
一方、走査線ＳＳＬが低レベルのときトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がＯＦＦ状態、トランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がＯＮ状態となる。
【０１６１】
図４１は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの温度検出動作を説明するための図である。図４２は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの蛍光検出動作を説明するための図である。
【０１６２】
温度検出時には、電流駆動線ＩＤＬに電流Ｉｄｅｔを供給する電流源Ｉ２１１を接続させ、走査線ＳＳＬが高レベルのとき、図４１に示すように、電流駆動線ＩＤＬに接続された電流源Ｉ２１１からＰＩＮダイオードＤ２１１に対して順方向電流Ｉｄｅｔが流れる。
これと並行して、温度検出線ＴＳＬに電圧検出器２０４を接続することにより、ＰＩＮダイオードＤ２１１に発生する順方向電圧を検知することができる。
【０１６３】
ここでＰＩＮダイオードＤ２１１に一定の順方向電流Ｉｄｅｔを流したときにＰＩＮダイオードＤ２１１の順方向電圧（ＦＯＲＷＡＲＤ ＶＯＬＴＡＧＥ）と温度の間には、図４３に示すような関係が得られる。
すなわち順方向電圧は温度と直線的に変化しており、ＰＩＮダイオードＤ２１１に接続された温度検出線ＴＳＬの順方向電圧を検知することで温度情報を得ることができる。
【０１６４】
蛍光検出時には、逆方向電圧線ＲＶＬに負の電圧源を接続させ、走査線ＳＳＬが低レベルのとき、逆方向電圧線ＲＶＬに印加された負の電圧によりＰＩＮダイオードＤ３１１は逆方向にバイアスされ、図４２に示すように、逆方向電流ＩＲが流れる。
この逆方向電流Ｉｏｕｔを、蛍光検出線ＬＳＬを介して検知することにより蛍光検出することができる。
【０１６５】
図３８の温度蛍光マトリクス装置５００においては、走査線駆動回路２０３は走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍを順次高レベルにし、それに同期して電流駆動線駆動回路２０２が各電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎに定電流を印加し、温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｎの電圧をモニタすることで、各ＰＩＮダイオードＤ２１１に対して行単位で温度情報を検出することができる。
温度検出終了後は走査線を順次低レベルすれば、各ＰＩＮダイオードＤ２１１に逆方向電圧が印加され、各ＰＩＮダイオードＤ２１１に対して行単位で蛍光情報を検出することができる。
このようにしてユニット各々に温度検出および蛍光を交互に検出させることができる。
【０１６６】
なお、蛍光検出処理においては、たとえば図４３に示すように、まずＰＩＮダイオードＤ２１１（Ｄ３１１）の暗（ダーク）電流を検出し、それを２値化してＶ１を得る。Ｖ１を２〜３回スキャンして平均値をとる（ＳＴ１０１）。
次に、上述した蛍光検出を行って検出電流を２値化してＶ２を得る。Ｖ２を２〜３回スキャンして平均値をとる（ＳＴ１０２）。
そして、Ｖ２とＶ１の差分をとる（ＳＴ１０３）。
このような処理を行うことにより、精度の高い蛍光検出を実現することが可能となる。
【０１６７】
次に、ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１６８】
＜ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置＞
図４４は、本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１６９】
図４４のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置６００は、図１５のヒータマトリクス装置１００と、図３０の温度検出マトリクス装置２００と、図３５の蛍光検出マトリクス装置３００とを合成した構成を有している。したがって、図４４においては、理解を容易にするために、図１５、図３０、および図３３と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１７０】
このヒータ温度検出マトリクス装置６００は、図４４に示すように、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部６０１、データ線駆動回路（ＤＴＤＲＶ）１０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）１０３、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｎ、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０を選択し、発熱力情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍ、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｎ、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０を選択し、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍ、電流駆動回路（ＩＤＴＣ）３０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）３０３、逆方向電圧線（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｎｅ）ＲＶＬ３０１、および蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＬＳＬ３０ｎを有する。
【０１７１】
ただし、データ線駆動回路１０２と電流駆動回路２０２を共用化することも可能である。
この場合、データ線ＤＴＬと温度検出線ＴＳＬが共用化できる。
【０１７２】
図４５は、本実施形態に係るヒータ温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１７３】
図４５のヒータ温度蛍光検出ユニット６１０は、図２３のヒータユニット１１０と図３９の温度蛍光検出ユニット５１０を用いてヒータ温度蛍光検出ユニット６１０が形成されている。
したがって、図４５においては、理解を容易にするために図２３および図２９と同一構成部分は同一符号をもって表している。
この例では、データ線ＤＴＬと温度検出線ＴＳＬが共用化されている。
【０１７４】
図４４のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置６００によれば、カレントコピアにて発熱量情報として、書き込まれた後に実際の発生熱をセンシングすることで、カレントコピアに対して、発熱量情報書込み量に対して、ＰＩＮダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正することができる。
そして、蛍光受光時に発生する受光電流をセンシングすることで、増幅反応を検出することができる。
より具体的には、カレントコピア（ヒータユニット）および温度検出ユニットの回路構成にて発熱制御をリアルタイムにフィードバックする段階で、反応増幅検出のシグナルとして、蛍光検出を温度検出デバイスであるＰＩＮダイオードＤ２１１にて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を実現することができる。
【０１７５】
以上説明したように、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置に適用可能な熱制御マトリクス装置は、次のような効果を得ることができる。
【０１７６】
アクティブマトリクス制御を行うことで、ウェル毎の個別温度制御が可能で、その結果網羅的に遺伝子の発現量を短時間で解析することができる。
半導体素子の特性にばらつきや温度特性があっても温度検出回路構成を有することで、フィードバック構成によって正確な発熱量を得ることができ、結果として効率の良いＰＣＲ制御が可能である。
半導体素子の特性に経時変化があっても温度検出回路構成を有することで、フィードバック構成によって正確な発熱量を得ることができ、信頼性の高いＰＣＲ制御装置を提供可能である。
発熱動作を走査線単位で停止する機能を有することで、簡便かつ速やかに温度を下げることが可能であり、また発熱時間の制御が可能なため、微小な発熱制御が容易である。
書き込まれた発熱情報に対して、実際の発熱量に対して、センシングを高精度に行い、発熱書込み量を補正することで、高精度な発熱量を提供することが可能である。
温度センシングしている温度検出回路構成にて、並行して、増幅反応のシグナルである蛍光検出を同一構成にて実現することが可能である。
【０１７７】
このように、本実施形態によれば、高精度にかつ個別に熱制御できる反応処理装置とすることができる。この反応処理装置は、精密な熱制御を要する反応に用いる装置として、幅広い用途に用いることができる。そのなかでも、たとえば、遺伝子増幅反応等を行うＰＣＲ装置として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１０・・・反応処理装置、１１・・・ウェル基板、１２・・・ヒータ基板、１３・・・加熱部、１４・・・反応領域、１５・・・冷却部、１６・・・放熱器、２０・・・半導体発熱素子、２１・・・温度検出素子、２２・・・電流制御回路、２３・・・ディジタルポテンショメータ、２４・・・制御部（ＣＰＵ）、２５・・・アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）、２６・・・温度検出回路、２７・・・温度測定用ポテンショメータ、２８・・・定電流回路、２９・・・記憶装置、３０・・・金属薄膜、ＰＣＲ装置（反応処理装置）、１００・・・ヒータマトリクス装置、１１０・・・ヒータユニット、２００・・・温度検出マトリクス装置、２１０・・・温度検出ユニット、２００・・・蛍光検出マトリクス装置、３１０・・・蛍光検出ユニット、４００・・・ヒータ温度検出マトリクス装置、４１０・・・ヒータ温度検出ユニット、５００・・・温度蛍光検出マトリクス装置、５１０・・・温度蛍光検出ユニット、６００・・・ヒータ温度検出マトリクス装置、６１０・・・ヒータ温度蛍光検出ユニット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子増幅を行うＰＣＲ法に適用可能な反応処理装置に関するものである。より詳しくは、高精度の温度制御が可能な反応処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度条件に基づいて反応を制御する必要がある場合には、その温度条件をより高精度に制御できることが望まれる。液体、固体、気体に関わらず反応を行う反応処理装置において高精度に温度制御可能であることが望まれる。たとえば、遺伝子解析等の技術分野でもこのような要請はある。
【０００３】
一例として、遺伝子増幅を行うＰＣＲ法（polymerase chain reaction；ポリメラーゼ連鎖反応）を用いる場合が挙げられる。ＰＣＲ法は、微量核酸の定量分析の標準的手法ともいえる。
【０００４】
ＰＣＲ法は、「熱変性→プライマーとのアニーリング→ポリメラーゼ伸長反応」という増幅サイクルを連続的に行うことで、ＤＮＡ等を数十万倍にも増幅させることができる。
このようにして得られるＰＣＲ増幅産物をリアルタイムでモニタリングして前記微量核酸の定量分析を行うこともできる。
【０００５】
しかし、ＰＣＲ法では前記増幅サイクルを正確に制御することが必要である。そのためには高精度の温度制御が必要となる。
温度制御が不十分である場合には、無関係なＤＮＡ配列を増幅してしまったり、増幅が全く見られなかったりする。
【０００６】
このように、前記した装置等については、いずれも反応処理装置として高精度の熱制御ができることが重要となる。これに関する技術として、特許文献１や特許文献２には前記反応処理装置の温度制御に関する技術が開示されている。
また、微小領域の発熱制御として半導体素子等を用いることも行われており、半導体素子を用いることにより複数のヒータ素子をマトリクス状に配列することができる。特許文献３にマトリクス配列に関する技術が開示されている。特許文献４にＰＣＲの反応制御に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２９８０６８号公報
【特許文献２】特開２００４−０２５４２６号公報
【特許文献３】特開２００３−１８０３２８号公報
【特許文献４】特開２００６−２３８７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
反応処理装置において、半導体素子または抵抗加熱体を微小領域の発熱制御として使用しかつ、マトリクス状に配列した場合において、隣接するヒータから熱拡散がおこる。
【０００９】
図１は熱拡散の様子を示している。
【００１０】
図１には、ヒータ（Ａ）１とヒータ（Ｂ）２とヒータ（Ｃ）３に対して同時に温度上昇させたときのヒータ（Ａ）１とヒータ（Ｂ）２の間の温度プロファイルを示している。
熱拡散によりヒータ（Ａ）１とヒータ（Ｂ）２の中間点Ｘの温度が上昇している。さらにヒータ（Ａ）１のピーク温度（ピークＡ）よりもヒータ（Ｂ）２のピーク温度（ピークＢ）の温度のほうが高くなっている。これはヒータ（Ｂ）２はヒータ（Ａ）１およびヒータ（Ｃ）３の両方から熱拡散の影響を受けるためである。
【００１１】
このような熱拡散の発生により以下のような問題点があった。
ヒータに対して行った設定温度よりも実際の温度が高くなり、温度制御が正確にできなくなってしまう。
熱拡散の影響が起こらないようにヒータ間の間隔を広げるとマトリクス全体の面積が大きくなってしまう。
マトリクス上に配置されたヒータを個別に制御する場合、その配置された場所により熱拡散の度合いが異なり個別の温度制御が困難になる。
【００１２】
本発明は、隣接する加熱部（ヒータ）からの熱拡散が生じた場合であっても温度制御を高精度で行うことができる反応処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点は、複数の反応領域と、前記反応領域ごとに配置された複数の加熱部と、前記加熱部により加熱される反応領域以外の領域を冷却する冷却部と、を有し、前記加熱部は、ヒータと温度検出素子を含み、前記温度検出素子より温度を検出する検出手段と、検出された温度情報に基づいて前記ヒータの温度を制御する温度制御手段と、を有し、前記温度制御手段における処理は、温度サイクルを含み、当該温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、エクステンション処理における第３の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含む。
【００１４】
本発明の第２の観点は、複数の反応領域と、前記反応領域ごとに配置された複数の加熱部と、前記加熱部により加熱される反応領域以外の領域を冷却する冷却部と、を有し、前記加熱部は、ヒータと温度検出素子を含み、前記温度検出素子より温度を検出する検出手段と、検出された温度情報に基づいて前記ヒータの温度を制御する温度制御手段と、を有し、前記温度制御手段における処理は、ディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御と、アニーリング処理およびエクステンション処理おける第２の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する昇温処理における昇温制御と、を含む。
【００１５】
好適には、前記温度制御手段は、前記温度検出素子より温度を検出する検出処理と、ヒータ制御量を計算する計算処理と、前記ヒータを制御するヒータ制御処理と、冷却部を制御する冷却部制御処理と、を行う。
【００１６】
好適には、前記温度制御手段は、前記温度検出素子より温度を検出する検出処理は、前記温度検出素子に印加する電流値を制御する電流値制御処理と、前記温度検出素子の電圧値をアナログディジタルコンバータにより変換する変換処理と、を行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、隣接する加熱部（ヒータ）からの熱拡散が生じた場合であっても温度制御を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】熱拡散の様子を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る反応処理装置を示す概念図である。
【図３】本実施形態に係る反応処理装置における加熱部の構成例を概念的に示す図である。
【図４】本実施形態に係る反応処理装置における制御装置の温度制御フィードバックを行うシステム構成図である。
【図５】本実施形態で使われる制御パラメータの一例を示している。
【図６】本実施形態の基本的なフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】ＰＣＲ反応処理制御の動作について説明するためのフローチャートである。
【図８】本実施形態の制御処理（フェーズ）の一覧を示す図である。
【図９】温度測定用ポテンショメータ設定フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１０】ＡＤデータ取得フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１１】ヒータ制御量計算処理フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１２】本実施形態における制御サブフェーズの一例を示す図である。
【図１３】ペルチェ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１４】ヒータ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態に係るヒータマトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図１６】本実施形態に係るヒータマトリクス装置におけるヒータユニットの第１の構成例を示す回路図である。
【図１７】図１６の回路動作の一状態を示す回路図である。
【図１８】図１６の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【図１９】図１６に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【図２０】図１６に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図２１】図１６に示す回路構成の更に別の変形例である回路図である。
【図２２】図１６に示す回路構成の更に別の変形例である回路図である。
【図２３】図１６の具体的な構成例を示す回路図である。
【図２４】図２３回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図２５】図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図２６】図２５のヒータユニットを有するヒータマトリクス装置の構成例を示す図である。
【図２７】図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図２８】図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図２９】本発明の実施形態に係る温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３０】本実施形態に係る温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図３１】暗電流の温度依存性を示す図である。
【図３２】ＰＩＮダイオードに一定の順方向電流を流したときにＰＩＮダイオードの順方向電圧と温度との関係を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態に係る蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３４】本実施形態に係る蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図３５】本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３６】本実施形態に係るヒータ温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図３７】ヒータユニットのヒータ電流と温度検出ユニットのＰＩＮダイオードの電流に応じた検出電圧の関係を示す図である。
【図３８】本発明の実施形態に係る温度蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図３９】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【図４０】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットおいて、温度検出と蛍光検出時のスイッチとしての各トランジスタの状態を示す図である。
【図４１】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの温度検出動作を説明するための図である。
【図４２】本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの蛍光検出動作を説明するための図である。
【図４３】蛍光検出処理の一例を説明するための図である。
【図４４】本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【図４５】本実施形態に係るヒータ温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
添付図面に示された各実施形態は、本発明に係る代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
以下に使用する図面では、説明の便宜上、装置の構成等については簡素化して示している。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係る反応処理装置を示す概念図である。
【００２１】
この反応処理装置のサイズや層構造等は、目的に応じて適宜選択可能であり、反応処理装置１０の形態構成についても本発明の目的に沿う範囲で設計または変更可能である。
【００２２】
本反応処理装置１０は、図２に示すように、ウェル基板１１、ヒータ基板１２、加熱部（ヒータ）１３、ウェル基板１１に形成された反応領域１４、冷却部１５、および放熱器１６を有している。
このように、反応処理装置１０は、複数の反応領域１４を有するウェル基板１１と、反応領域１４を加熱する加熱部１３と、を備えている。
冷却部１５は吸熱源として、ペルチェ素子を用いている。冷却部１５が吸熱される過程において蓄積される熱量を放出するために放熱器１６が設置されている。
【００２３】
反応領域１４では、所定の反応をそれぞれの反応領域ごとに行うことができる。
反応領域１４は、複数の反応を行うことができるため、たとえば、反応領域１４ごとに反応条件を変化させて網羅的な解析を行うこともできる。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る反応処理装置における加熱部の構成例を概念的に示す図である。
【００２５】
本実施形態においては、図３に示すように、反応処理装置１０において、各反応領域１４をマトリクス状に配置し、各反応領域に対応した加熱部１３を設ける構成とし、Ｘ方向とＹ方向に沿ってマトリクス状に配置させている。
このような構成とすることで、各半導体発熱素子２０を一括制御することができる。
【００２６】
図４は、本実施形態に係る反応処理装置における制御装置の温度制御フィードバックを行うシステム構成図である。
【００２７】
このシステムは、加熱部(ヒータ)１３を構成する半導体発熱素子２０および温度検出素子２１の発熱量および温度検出のフォードバックを実現するために、電流制御回路２２、ディジタルポテンショメータ２３、制御部（ＣＰＵ）２４、アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）２５、温度検出回路２６、温度測定用ポテンショメータ２７、定電流回路２８、および記憶装置２９を有する。
【００２８】
ＣＰＵ２４は内部に記憶装置２９を備えており、この記憶装置２９に温度情報等のパラメータを格納することができる。記憶装置２９はＣＰＵ２４の外部にあっても同様の制御が可能である。
【００２９】
温度制御手段としてのＣＰＵ２４における処理は、温度サイクルを含み、この温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、エクステンション処理における第３の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含む。
【００３０】
また、ＣＰＵ２４における処理は、ディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御と、アニーリング処理およびエクステンション処理おける第２の温度保持制御と、エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する昇温処理における昇温制御と、を含む。
【００３１】
なお、温度制御手段には、アナログディジタルコンバータを含む。
【００３２】
また、ＣＰＵ２４は、温度検出素子２１より温度を検出する検出処理と、ヒータ制御量を計算する計算処理と、ヒータ１３を制御するヒータ制御処理と、冷却部１５を制御する冷却部制御処理と、を行う。
【００３３】
また、ＣＰＵ２４は、温度検出素子２１より温度を検出する検出処理は、温度検出素子２１に印加する電流値を制御する電流値制御処理と、温度検出素子２１の電圧値をアナログディジタルコンバータ２５により変換する変換処理と、を行う。
【００３４】
図５は、本実施形態で使われる制御パラメータの一例を示している。
制御パラメータには、反応方式、１サイクル時間や保持時間等の時間に関するもの、アニール温度等の各種温度に関するもの、ヒータの制御オン、オフ、ループ回数、制御フェーズ、ヒータ出力値等が含まれる。
【００３５】
図６は、本実施形態の基本的なフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
ここで、本実施形態の基本的なフィードバック制御の動作について図６のフローチャートに関連付けて説明する。
【００３６】
ＰＣＲ反応制御（Ｓ４０）は一定時間毎に周期的に処理が行われる。その周期時間が経過したどうかを判断（Ｓ１０）し、周期がきた場合制御フェーズパラメータを温度測定用ポテンショメータ設定フェーズに変更する（Ｓ２０）。
そして、制御パラメータとして制御フェーズデータを格納する（Ｓ３０）。
【００３７】
図７は、ＰＣＲ反応処理制御の動作について説明するためのフローチャートである。
図８は本実施形態の制御処理（フェーズ）の一覧を示している。
ここで、ＰＣＲ反応処理制御の動作について図７のフローチャートに関連付けて説明する。
【００３８】
どの制御フェーズに位置しているかを制御パラメータＳ１００内の制御フェーズデータを取得(Ｓ１１０)することにより、各フェーズの処理を行う。
まず、制御中フェーズであるか否かの判定を行う（Ｓ１２０）。
制御中フェーズでない場合には、制御フェーズの種類を確認する（Ｓ１３０）。
【００３９】
温度測定用ポテンショメータ設定の場合には、制御フェーズを温度測定用ポテンショメータ設定中フェーズへ変更する（Ｓ１４０）。
そして、温度測定用ポテンショメータを設定する（Ｓ１９０）。
【００４０】
ＰＩＮダイオードのアナログデータからディジタルデータに変換したＡＤ値取得の場合には、制御フェーズをＡＤ値取得中フェーズへ変更する（Ｓ１５０）。
そして、ＡＤ値を受信する（Ｓ２００）。
【００４１】
ヒータ制御量計算の場合には、制御フェーズをヒータ制御量計算中フェーズへ変更する（Ｓ１６０）。
そして、ヒータ制御量計算処理を行う（Ｓ２１０）。
【００４２】
ヒータ制御の場合には、制御フェーズをヒータ制御中フェーズへ変更する（Ｓ１７０）。
そして、ヒータ制御処理を行う（Ｓ２２０）。
【００４３】
ペルチェ制御の場合には、制御フェーズをペルチェ制御中フェーズへ変更する（Ｓ１８０）。
そして、ペルチェ制御処理を行う（Ｓ２３０）。
【００４４】
図９は、温度測定用ポテンショメータ設定フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、温度測定用ポテンショメータ設定フェーズの動作について図９に関連付けて説明する。
【００４５】
制御するヒータを選定する（Ｓ３１０）。
選定されたヒータの温度を測定するためヒータと同じセル内の温度検出素子に接続された温度測定用ポテンショメータを設定する（Ｓ３２０）。
温度測定用ポテンショメータの設定が終了後、制御パラメータをＡＤデータ取得フェーズへ変更する（Ｓ３３０）。
【００４６】
図１０は、ＡＤデータ取得フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ＡＤデータ取得フェーズの動作について図１０のフローチャートに関連付けて説明する。
【００４７】
アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）に指令を送り、アナログディジタル変換を開始させる（Ｓ３４０）。
ＡＤ変換終了後、アナログディジタルコンバータよりディジタルデータを取得する（Ｓ３５０）。
データを取得後、制御フェーズをヒータ制御量計算フェーズへ変更する（Ｓ３６０）。
【００４８】
図１１は、ヒータ補正量計算処理フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ヒータ補正量計算処理フェーズの動作について図１１のフローチャートに関連付けて説明する。
【００４９】
制御パラメータから温度情報と制御サブフェーズを取得する（Ｓ４１０）。
制御サブフェーズとは、ヒータ出力を算出する際に、ＰＣＲ反応における制御ステップを示すものである。
図１２は、本実施形態における制御サブフェーズの一例を示している。
【００５０】
現在の温度と目標温度と違いがあるかどうかを判断する（Ｓ４３０）。
現在の温度と目標温度に違いがある場合、目標温度と現在温度と差よりヒータの最適なヒータ出力値を計算する（Ｓ４４０）。
現在の温度と目標温度に違いがない場合、制御サブフェーズが温度保持フェーズであるかどうかを判断する（Ｓ４５０）。
制御サブフェーズが温度保持フェーズである場合、制御サブフェーズを次のフェーズに変更し制御パラメータへ格納する（Ｓ４８０）。
制御サブフェーズが温度保持フェーズでないまたは、ステップＳ４４０が終了またはステップＳ４５０が終了した場合、ヒータ出力を制御パラメータへ格納する（Ｓ４６０）。
ステップＳ４３０からステップＳ４６０のステップを制御するヒータの数だけ繰り返す（Ｓ４２０）。
制御フェーズをペルチェ制御フェーズに変更する（Ｓ４７０）。
【００５１】
図１３は、ペルチェ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ペルチェ制御フェーズの動作について図１３のフローチャートに関連付けて説明する。
【００５２】
制御パラメータからペルチェ設定温度と現在のペルチェ温度を取得する（Ｓ５１０）。
目標ペルチェ温度と現在ペルチェ温度よりペルチェ出力を計算する（Ｓ５２０）。
ステップＳ５１０、Ｓ５２０で取得したペルチェ設定温度と現在のペルチェ温度からペルチェの最適温度を設定する（Ｓ５３０）。
ペルチェ設定温度を制御パラメータへ格納する（Ｓ５４０）。
制御フェーズをヒータ制御フェーズに変更する（Ｓ５５０）。
【００５３】
図１４は、ヒータ制御フェーズの動作について説明するためのフローチャートである。
ここで、ヒータ制御フェーズの動作について図１４のフローチャートに関連付けて説明する。
【００５４】
制御パラメータからヒータ設定値を取得する（Ｓ６１０）。
各ヒータに設定値を出力する（Ｓ６２０）。
具体的な出力方法を図４に関連付けて説明すると、ＣＰＵ２４はディジタル値としてディジタルポテンショメータ２３へ出力する。ディジタルポテンショメータ２３と電流制御回路２２によって、加熱部１３は所定の温度に制御される。
【００５５】
以上説明してきたように、本実施形態によれば、温度検出素子２１を用いて検出された温度情報によって温度制御フィードバックを行うことで、より高精度の温度制御を行うことができる。
図１のような熱拡散が起こった場合、温度検出素子２１が設定値以上の発熱であることを観測し、ヒータ２０の設定値を速やかに変更することができる。またヒータ２０個々に温度検出素子２１を備え、かつ個々に独立して制御をおこなっているため、マトリクス構成した場合においても場所によらず、すべてのヒータ２０が正確に制御できる。
【００５６】
次に、上記したヒータ制御法が適用でき、ＰＣＲ法を採用する反応処理装置１０に適用可能な熱制御マトリクス装置について説明する。
ＰＣＲ法を採用する反応処理装置としては、たとえば遺伝子発現量を検出するリアルタイムＰＣＲ装置がある。
【００５７】
ＰＣＲ装置は、基本的には半導体発熱部（ヒータ）２０、温度検出部（素子）２１の他に蛍光検出部を備える。
【００５８】
ＰＣＲ装置においては、反応信号として加熱部であるＴＦＴ基板の上部あるいは下部などの近傍にて積層する別の機能部にて信号検出する構成をとる場合に、反応信号である蛍光を検出するにあたり、直接検出する際には、蛍光検出を遮断する弊害のない光透過性を有し、かつ比較的大型の透明絶縁基板（たとえばガラス）上にヒータマトリクスを構成することが望ましい。
この場合、半導体素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴと称することがある）を使用することがコスト面、製造プロセスなどから好適である。
ただし、ＴＦＴは一般に、単結晶の半導体素子と比較して、より製造ばらつきや経時変化が大きいことが知られている。
【００５９】
より具体的には、ＰＣＲ装置におけるヒータとしては、大型のガラス基板上に電流駆動能力が比較的高いＴＦＴを形成できる、低温ポリシリコンプロセスを利用するのが好適である。低温ポリシリコンプロセスでは通常、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成した後、基板の熱変形を避けるため、レーザアニール法によって結晶化が行われる。
ただし、大きなガラス基板に均一にレーザエネルギーを照射することは容易ではなく、ポリシリコンの結晶化の状態が基板内の場所によってばらつきを生ずることが避けられない。この結果、同一基板上に形成したＴＦＴでも、そのＶｔｈ（しきい値）が場所によって数百ｍＶ、場合によっては１Ｖ以上ばらつくこともまれではない。このようなＴＦＴを使用する場合、既存の技術では高精度かつ高信頼なＰＣＲ反応装置を構成することが困難である。
そこで、以下に示す実施形態においては、透明絶縁基板上の形成された薄膜トランジスタを用いて高精度な温度制御な可能なＰＣＲ装置を実現するための、熱制御マトリクス装置を実現している。
【００６０】
具体的には、以下に説明する実施形態においては、ＴＦＴによりカレントコピーあるいはカレントミラーによりヒータユニットを構成することで、高精度な温度制御を可能とし、さらには、いわゆるＰＩＮダイオードを温度センサとして用いて、フィードバックを行うことで、かつ並行ＰＩＮダイオードにて増幅反応信号として蛍光検出を実現することにより、高精度な網羅解析を可能とする。
【００６１】
本実施形態に係る熱制御マトリクス装置は、たとえば上述したＰＣＲ１の加熱部１３、温度検出部、および蛍光検出部として適用可能である。
以下、熱制御マトリクス装置の実施形態として、発熱量が制御可能な加熱部（発熱部）として適用可能なヒータマトリクス装置、温度検出部として適用可能な温度検出マトリクス、蛍光検出部として適用可能な蛍光検出マトリクス装置、温度検出マトリクス装置の機能と蛍光検出部としての機能を併せ持つ温度蛍光検出マトリクス装置、ヒータマトリクス装置の機能と温度検出マトリクス装置の機能とを併せ持つヒータ温度検出マトリクス装置、およびヒータマトリクス装置の機能と温度蛍光マトリクス装置としての機能を併せ持つヒータ温度蛍光検出マトリクス装置、を例にとり順を追って説明する。
【００６２】
まず、ヒータマトリクス装置について説明する。
【００６３】
＜ヒータマトリクス装置＞
図１５は、本発明の実施形態に係るヒータマトリクス装置の一構成例を示す図である。
【００６４】
このヒータマトリクス装置１００は、図１５に示すように、ヒータユニット１１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部１０１、データ線駆動回路（ＤＴＤＲＶ）１０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）１０３、ヒータユニット１１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、およびヒータユニット１１０を選択し、発熱力情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを有する。
【００６５】
データ線駆動回路１０２は、走査線駆動回路１０３の走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍの駆動タイミングに同期して、各データ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｎに信号電流を印加することで、各加熱部としてのヒータユニット１１０に対して行単位で発熱量情報を書き込む。
走査線駆動回路１０３は、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを順次選択してパルス駆動する。走査線駆動回路１０３は、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを駆動することにより、ヒータユニット１１０が発熱量情報を取得するタイミングを制御する。
走査線駆動回路１０３は、ヒータユニット１１０における発熱量情報の書き込み終了後、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍを非選択にすることで、信号電流と同じ電流値の駆動電流を各発熱部（ヒータユニット）に流し続けることができる。
このようにして、前記各ヒータユニット１１０に所望の大きさの電流を流すことができ、その結果、所望の熱量を発生させることができる。
【００６６】
なお、データ線駆動回路１０２は、図示しない温度検出制御系により供給される制御信号ＣＴＬに応じた発熱量情報を信号電流として各データ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｎに転送することにより、各ヒータユニット１１０の発熱量を制御可能である。
換言すれば、ヒータユニット１１０の発熱量は、書き込まれる発熱量情報により制御される。
【００６７】
次に、ヒータユニット１１０の具体的な構成例について説明する。
【００６８】
図１６は、本実施形態に係るヒータマトリクス装置におけるヒータユニットの第１の構成例を示す回路図である。図１７は、図１６の回路動作の一状態を示す回路図である。図１８は、図１６の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【００６９】
図１６のヒータユニット１１０は、ｎチャネル絶縁ゲート型トランジスタにより形成されるトランジスタＴ１１１、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２，ＳＷ１１３、キャパシタＣ１１１、およびノードＮＤ１１１，ＮＤ１１２，ＮＤ１１３を有する。
なお、図において、符号ｇはトランジスタのゲートを、符号ｄはドレインを、符号ｓはソースを示している。符号ＣｓはキャパシタＣ１１１の容量を示している。
【００７０】
ヒータユニット１１０において、駆動トランジスタとして機能するトランジスタＴ１１１のドレインｄがノードＮＤ１１１に接続され、ゲートｇがノードＮＤ１１２に接続され、ソースｓがノードＮＤ１１３に接続されている。そして、ノードＮＤ１１３が接地電位ＧＮＤに接続されている。
スイッチＳＷ１１１が、信号電流Ｉｓｉｇが伝搬されるデータ線ＤＴＬとノードＮＤ１１１との間に接続されている。スイッチＳＷ１１２がノードＮＤ１１１とノードＮＤ１１２との間に接続されている。スイッチＳＷ１１３がノードＮＤ１１１と電源電位ＶＤＤとの間に接続されている。
キャパシタＣ１１１は、第１電極がノードＮＤ１１２に接続され、第２電極がノードＮＤ１１３（または接地電位ＧＮＤ）に接続されている。
【００７１】
ヒータユニット１１０において、スイッチＳＷ１１１およびＳＷ１１２は走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍのレベルに応じて同相でオン、オフされる。
スイッチＳＷ１１３は、走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍのレベルに応じて、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２と相補的にオン、オフされる。
【００７２】
これらの構成要素のうち、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２が、走査線ＷＳＬが選択された状態においてデータ線ＤＴＬに与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部として機能する。
キャパシタＣ１１１が、走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部として機能する。
そして、トランジスタＴ１１１およびスイッチＳＷ１１３が、書き込まれた発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部として機能する。
【００７３】
ヒータユニット１１０において、駆動電流は、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間を、トランジスタＴ１１１、スイッチＳＷ１１３を介して流れる。
そして、トランジスタＴ１１１とスイッチＳＷ１１３の抵抗成分によって発生するジュール熱を熱源として使用することができる。
なお、トランジスタＴ１１１をｎチャネルとしたのは一例であり、本発明ではｐチャネルのトランジスタも適宜使用することができる。
【００７４】
本実施形態においては、データ線ＤＴＬから伝達される加熱量情報は信号電流Ｉsigであり、この信号電流を信号電圧に変換して熱制御する回路構成とすることが望ましい。以下、図１６の回路の動作について、図１７および図１８に関連付けて説明する。
【００７５】
図１７は、ヒータユニット１１０に電流レベルの形の加熱量情報（すなわち、信号電流）を書き込む動作を示している。この書き込み動作においては、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２がオン状態であり、スイッチＳＷ１１３がオフ状態である。
【００７６】
トランジスタＴ１１１は、ドレインｄとゲートｇがスイッチＳＷ１１２によって短絡された状態であり信号電流Ｉｓｉｇが流れる（図１７参照）。
その結果、信号電流Ｉｓｉｇの値に応じたゲート・ソース間の信号電圧Ｖｇｓが発生する。
【００７７】
そして、トランジスタＴ１１１がエンハンスメント型トランジスタ（即ち、しきい値Ｖｔｈ＞０）であれば、飽和領域で動作し、信号電流Ｉｓｉｇと信号電圧Ｖｇｓとの間にはよく知られた下記の式（１）が成立する。
【００７８】
［数１］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （１）
【００７９】
ここで、μはキャリアの移動度、ＣＯＸは単位面積当たりのゲート容量、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長をそれぞれ示している。
【００８０】
回路が安定した時点でスイッチＳＷ１１２をオフ状態とすると、ゲート・ソース間電圧ＶｇｓがキャパシタＣ１１１に保持されるので、スイッチＳＷ１１１をオフ状態とすることで信号書き込み動作が完了する。
【００８１】
その後、任意のタイミングで、図１８に示すように、スイッチＳＷ１１３をオン状態とすると、電源電圧ＶＤＤから接地電位ＧＮＤに向かって電流が流れる。このとき、トランジスタＴ１１１が飽和領域で動作するように、電源電圧ＶＤＤを十分に高く、スイッチＳＷ１１３のオン抵抗を十分に低く設定すれば、トランジスタＴ１１１に流れる駆動電流Ｉｄｒｖは、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓには依存せず下記式（２）で与えられる。そして、この駆動電流Ｉｄｒｖは、前記信号電流Ｉｓｉｇに一致する。
【００８２】
［数２］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （２）
【００８３】
すなわち、前記式（１）、（２）の右辺に表れる各パラメータは、一般に基板毎に、あるいは同一基板内であっても場所ごとにばらつくが、図１７や図１８に示した駆動を行うことで、これらの各パラメータの値に関係なく、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖとが一致する。
【００８４】
そして、前記信号電流Ｉｓｉｇはヒータマトリクス装置外部の制御回路等によって、正確な値で生成することが可能であるから、図１６のヒータユニット回路から発生するジュール熱は、トランジスタの特性のばらつき等に影響を受けず、電源電圧ＶＤＤと信号電流Ｉｓｉｇとの積（ＶＤＤ×Ｉｓｉｇ）で決まる正確な値とすることができる。
【００８５】
図１９は、図１６に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【００８６】
図１９に示す回路は、図１６とスイッチＳＷ１１２の接続関係等が相違する。具体的には、スイッチＳＷ１１２は、ノードＮＤ１１１とノードＮＤ１１２との間ではなく、データ線ＤＴＬとノードＮＤ１１２との間に接続されている。
図１９の回路の場合、ノードＮＤ１１２とデータ線ＤＴＬとの接続関係は、図１６の場合と、スイッチＳＷ１１１、ノードＮＤ１１１を介するか否かで、回路動作的には、図１６と等価である。
図１９に示す回路は、図１６に示す回路と同様に、信号書き込み時にはスイッチＳＷ１１１とスイッチＳＷ１１２をオン状態にし、スイッチＳＷ１１３をオフ状態とする。
そして、発熱動作時には、スイッチＳＷ１１１とスイッチＳＷ１１２をオフ状態にし、スイッチＳＷ１１３をオン状態とする。
図１９の回路も図１６の回路と同様の機能を発揮することができる。
【００８７】
図２０は、図１６に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【００８８】
図２０では、トランジスタＴ１１１としてｐチャネルトランジスタを用いており、電流の向きが逆転している点等で図１６の回路と相違する。
図２０の回路の場合、トランジスタＴ１１１のソースｓが電源電位ＶＤＤ（ノードＮＤ１１３）に接続され、ドレインｄがノードＮＤ１１１に接続され、スイッチＳＷ１１３がノードＮＤ１１１と接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。
図２０の回路は、原理的には図１６の回路と共通するものであり、同様の機能を発揮することができる。
【００８９】
本発明において、低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（低温ポリシリコンＴＦＴ）ではｐチャネル絶縁ゲート型トランジスタ（ＰＭＯＳ）を用いることが好適である。低温ポリシリコンＴＦＴでは、ＰＭＯＳの方が、特性が安定している点で望ましい。
【００９０】
図２１は、図１６に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００９１】
図２１の回路では、各スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２，ＳＷ１１３の制御は図１６の回路と共通するが、トランジスタＴ１１１のソース側から信号電流Ｉｓｉｇを引き出す点等で相違する。
図２１の回路の場合、トランジスタＴ１１１はｎチャネルトランジスタであるが、トランジスタＴ１１１のドレインｄが電源電位ＶＤＤに接続され、ドレインｄがノードＮＤ１１１に接続され、スイッチＳＷ１１３がノードＮＤ１１１と接地電位ＧＮＤとの間に接続されている。
図２１の回路は、ゲート・ドレイン間を短絡した状態で信号電流Ｉｓｉｇを流し、それに応じて発生したゲート・ソース間電圧ＶｇｓをキャパシタＣ１１１に保持させるという動作原理は、図１６の回路と共通するものであり、同様の機能を発揮することができる。
【００９２】
図２２は、図１６に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００９３】
図２２の回路では、図１６の回路構成に、トランジスタＴ１１２、スイッチＳＷ１１４、キャパシタ１１２を追加した点等で相違する。スイッチＳＷ１１４は、スイッチＳＷ１１２と同様にオン、オフが制御される。
トランジスタＴ１１４のゲートがノードＮＤ１１４に接続され、ドレインがノードＮＤ１１３に接続され、ソースが接地電位ＧＮＤに接続されている。そして、スイッチＳＷ１１４はノードＮＤ１１３とノードＮＤ１１４との間に接続され、キャパシタＣ１１２の第１電極がノードＮＤ１１４に接続され、第２電極が接地電位ＧＮＤに接続されている。
この回路の動作を以下に説明する。
【００９４】
図１６の回路において、信号電流Ｉｓｉｇは式（１）によって与えられ、駆動電流Ｉｄｒｖは式（２）によって与えられ、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖが一致することは既に述べた。このことは、たとえば、ＭＯＳトランジスタに流れる電流が、飽和領域動作においてはドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓにはよらず、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓによってのみ決定されるという基本動作に沿うものである。
【００９５】
しかるに、現実のトランジスタでは、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが増加すると、ドレイン・ソース間電流Ｉｄｓも多少増加するのが普通である。この現象は、ドレインの電位がチャネルの導電状態に影響を与えるバックゲート効果や、ドレイン端の空乏層（欠乏層）がソース側に伸びることで実効的なチャネル長Ｌが短くなるショートチャネル効果等が原因であると考えられる。
【００９６】
図１６の回路を例にして説明すると、比較的小さな信号電流Ｉｓｉｇを書き込む場合には、式（１）によって発生するゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは比較的小さな値となり、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓはゲート・ソース間電圧Ｖｇｓと等しい小さな値となる。
【００９７】
一方、駆動時には、駆動電流Ｉｄｒｖが小さいためにスイッチＳＷ１１３での電圧降下が小さく、トランジスタＴ１１１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは書き込み時より大きな値となる。このように、書き込み時と駆動時でのトランジスタＴ１１１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは一般に一致しない。したがって、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖも厳密には一致しない。このことが、所望の加熱量が得られない原因となる場合がある。
【００９８】
これに対して、図２２に示す回路構成の動作を考える。
たとえば、トランジスタＴ１１１については、図１６の回路と同様に、書き込み時と駆動時とでトランジスタＴ１１１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは一般に一致しない。
しかし、たとえば駆動時のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが大きい場合、信号電流Ｉｓｉｇよりも駆動電流Ｉｄｒｖの方が大きくはなるものの、トランジスタＴ１１２が飽和状態で動作していれば（言い換えれば、定電流源に近い動作をしていれば）、その微分抵抗は非常に大きい値となる。
【００９９】
これによって、駆動電流Ｉｄｒｖが僅かに増加しただけでもトランジスタＴ１１１のソース電位が大きく上昇する。これは、トランジスタＴ１１１のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを減少させ、駆動電流Ｉｄｒｖを減少させる方向に作用する。結果として、駆動電流Ｉｄｒｖは信号電流Ｉｓｉｇに対してあまり増加することができず、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖとの一致性は図１６の例よりも良好になる。
【０１００】
図２３は、図１６の具体的な構成例を示す回路図である。
【０１０１】
図２３の回路は、３個のスイッチＳＷ１１１，１１２はｐチャネルトランジスタＴ１１３，１１４により形成され、スイッチＳＷ１１３はｎチャネルトランジスタＴ１１５により構成されている。
これら３個のトランジスタＴ１１３〜Ｔ１１５のゲートが走査線ＷＳＬに共通に接続される。そして、この走査線ＷＳＬが低レベルのときに信号書き込み動作を行い、高レベルのときに駆動動作を行うようにさせることができる。
後述するように、本発明において、トランジスタＴ１１３，Ｔ１１４，Ｔ１１５の各ゲートを共通接続しない形態とすることもできるが、構造が簡易である点で図２２の回路図とすることが好適である。
【０１０２】
図２４は、図２３の回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【０１０３】
図２４に示す回路構成はトランジスタＴ１１４ａ，Ｔ１１４ｂを有する点等が、図２３に示す回路構成と相違する。
【０１０４】
一般にＴＦＴは製造過程等で欠陥が生じやすく、たとえば、スイッチトランジスタがオフ状態において微小なリーク電流を流す不具合が確率的に発生する。
図２３の回路では、トランジスタＴ１１４にリーク電流が生じた場合、リーク電流によってキャパシタＣ１１１に保持された電圧が変化する。そのため、正しい発熱状態を維持することができない状況が発生する場合がある。
【０１０５】
これに対して、図２４に示す回路では、図２３に用いる１つのトランジスタＴ１１４を、直列に接続した２個のトランジスタＴ１１４ａ，Ｔ１１４ｂで構成しているため、一方に不具合が生じたとしても、全体としては、リーク電流を抑えることができる。
同様に、３個以上のトランジスタを直列に接続することや、トランジスタＴ１１３，Ｔ１１５について複数のトランジスタを接続する構成とすることも可能である。
【０１０６】
図２５は、図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
図２６は、図２５のヒータユニットを有するヒータマトリクス装置の構成例を示す図である。
【０１０７】
図２５に示す回路図は、トランジスタＴ１１５の制御をトランジスタＴ１１３，Ｔ１１４の制御と独立させた構成例である。
ヒータマトリクス装置１００Ａは、図１５の構成に加えて、トランジスタＴ１１５を駆動するための駆動走査線ＤＳＬ１０１〜ＤＳＬ１０ｍおよび駆動線駆動回路１０４を有する。
【０１０８】
この場合、信号書き込み時は、書き込み走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍと駆動走査線ＤＳＬ１０１〜でＳＬ１０ｍとをともに低レベルとする。
書き込み終了後（即ち、書き込み走査線を高レベルとした後）は、任意のタイミングで駆動走査線ＤＳＬ１０１〜ＤＳＬ１０ｍを高レベルとすることで、発熱動作させることができる。
【０１０９】
逆に、駆動走査線ＤＳＬ１０１〜ＤＳＬ１０ｍを低レベルにすれば、発熱動作を簡便に停止することができるので、速やかに温度を低下させたい場合等に好適である。また、発熱動作時間を調節することも可能であるので、たとえば、信号電流源が小さな電流を正確に生成することが困難である場合であっても、正確な微小発熱動作をさせることができる。
なお、このような動作によって発熱が間欠的になるのを避けたい場合は、発熱量情報が書き込まれてから次の発熱量情報が書き込まれるまでの期間内で、発熱・発熱の停止を複数回繰り返せば、より時間的に安定な発熱が可能である。
【０１１０】
図２７は、図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【０１１１】
図２７では、電源電位線ＬＶＤＤは走査線ＷＳＬと平行に配置されており、図１６のスイッチＳＷ１１３をダイオードＤ１１１で形成していること等が特徴である。
信号書き込み時は電源電圧ＶＤＤを低レベルにすればダイオードＤ１１１がオフ状態となり、駆動時は電源電圧ＶＤＤを高レベルにすればダイオードＤ１１１がオン状態となるので、ダイオードＤ１１１はスイッチとして動作させることができる。
したがって、図２７に示す回路構成は、図２５に示す回路構成等とも同様の機能を有することができる。
【０１１２】
図２８は、図１６の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【０１１３】
図２８に示す回路では、信号電流Ｉｓｉｇを電圧の形に変換するトランジスタＴ１１６と、発熱のための電流を流すトランジスタＴ１１１とが別に設けられている点等で図１６に示す回路構成と異なる。
トランジスタＴ１１６のドレインとゲート同士が接続され、その接続点がノードＮＤ１１１、ＮＤ１１２に接続され、トランジスタＴ１１６のソースが接地電位ＧＮＤに接続されている。
【０１１４】
信号書き込み時は、スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２がオン状態となり信号電流ＩｓｉｇをトランジスタＴ１１６に流す。このとき、下記式（３）が成立する。
【０１１５】
［数３］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ１／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （３）
【０１１６】
また、式（３）において、各パラメータの意味は、前記式（１）に準ずるが、トランジスタＴ１１６のチャネル幅をＷ１とした。駆動時は、２つのスイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２はオフ状態となる。
一方、キャパシタＣ１１１には、書き込み動作で生じたゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが保持されているので、トランジスタＴ１１１に流れる駆動電流Ｉｄｒｖについては下記式（４）が成立する。
【０１１７】
［数４］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ２／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （４）
【０１１８】
ここで、トランジスタＴ１１１のチャネル幅はＷ２であり、トランジスタＴ１１６，Ｔ１１１は、微小な加熱部内に形成されるため、パラメータμ、ＣＯＸ、ＶｔｈはトランジスタＴ１１６，Ｔ１１１について事実上等しいものと考える。また、チャネル長Ｌは等しい値に設計することができる。その結果、式（３），（４）により下記式（５）を導出することができる。
【０１１９】
［数５］
Ｉｄｒｖ／Ｉｓｉｇ ＝ Ｗ２／Ｗ１ （５）
【０１２０】
式（３），（４）の右辺に現れる各パラメータは一般に基板ごとに、あるいは同一基板内であっても場所ごとにばらつく場合があるが、これらのパラメータの値に関係なく、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖの比は、トランジスタＴ１１１とトランジスタＴ１１６のチャネル幅の比に一致することがわかる。
【０１２１】
この回路の特徴は、図１６の回路とは異なり、信号電流Ｉｓｉｇと駆動電流Ｉｄｒｖの比を任意に調節できることにある。たとえば、微小な発熱をさせたい場合、外部回路が微小な電流を発生させることが困難であれば、式（５）の右辺が小さくなるようにチャネル幅を設計すればよい。逆に、微小な信号電流Ｉｓｉｇによって、大きな駆動電流Ｉｄｒｖを制御できるよう設計することも容易である。
【０１２２】
以上、ヒータマトリクス装置について説明した。
次に、温度検出マトリクス装置について説明する。
【０１２３】
＜温度検出マトリクス装置＞
図２９は、本発明の実施形態に係る温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１２４】
この温度検出マトリクス装置２００は、図２９に示すように、温度検出ユニット２１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部２０１、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｍ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｍ、および検出ユニット２１０を選択し、温度検出ユニット２１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｍに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍを有する。
【０１２５】
図３０は、本実施形態に係る温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１２６】
温度検出ユニット２１０は、図３０に示すように、ＰＩＮダイオードＤ２１１、スイッチとしてのｎチャネルのトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２、およびノードＮＤ２１１を有する。
【０１２７】
ＰＩＮダイオード２１１のアノード側がノードＮＤ２１１に接続され、カソード側が接地電位ＧＮＤに接続されている。
トランジスタＴ２１１のソース、ドレインがノードＮＤ２１１および電流駆動線ＩＤＬに接続されている。トランジスタＴ２１２のソース、ドレインがノードＮＤ２１１および温度検出線ＴＳＬに接続されている。
そして、トランジスタＴ２１１とＴ２１２のゲートが走査線ＳＳＬに共通に接続されている。
【０１２８】
この例では、走査線ＳＳＬが高レベルのときにトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がオン状態、走査線ＳＳＬが低レベルのときトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がオフ状態となる。
【０１２９】
ここで、温度検出ユニット２１０の基本動作について説明する。
電流駆動線ＩＤＬに電流Ｉｄｅｔを供給する電流源Ｉ２１１を接続させ、走査線ＳＳＬが高レベルのとき、電流駆動線ＩＤＬに接続された電流源Ｉ２１１からＰＩＮダイオードＤ２１１に対して順方向電流Ｉｄｅｔが流れる。
これと並行して、温度検出線ＴＳＬに電圧検出器２０４を接続することにより、ＰＩＮダイオードＤ２１１に発生する順方向電圧を検知することができる。電圧検出器２０４としてはたとえばアナログディジタルコンバータ等を適用可能である。
【０１３０】
温度検出ユニット２１０においては、ＰＩＮダイオードＤ２１１にて暗電流をセンシングすることで温度検出を行い、この検出温度に応じて温度、たとえばヒータマトリクス装置における各ヒータユニットの発熱量が制御される。
【０１３１】
図３１は、暗電流の温度依存性を示している。
この特性を利用して検出電流から温度を認識することが可能となる。
【０１３２】
ここでＰＩＮダイオードＤ２１１に一定の順方向電流Ｉｄｅｔを流したときにＰＩＮダイオードＤ２１１の順方向電圧（ＦＯＲＷＡＲＤ ＶＯＬＴＡＧＥ）と温度の間には、図３２示すような関係が得られる。
すなわち順方向電圧は温度と直線的に変化しており、ＰＩＮダイオードＤ２１１に接続された温度検出線ＴＳＬの順方向電圧を検知することで温度情報を得ることができる。
【０１３３】
次に、蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１３４】
＜蛍光検出マトリクス装置＞
図３３は、本発明の実施形態に係る蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１３５】
この蛍光検出マトリクス装置３００は、図３３に示すように、蛍光検出ユニット３１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部３０１、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）３０３、逆方向電圧線（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｎｅ）ＲＶＬ３０１、蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＴＳＬ３０ｍ、および検出ユニット３１０を選択し、蛍光検出ユニット３１０の検出信号を蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＬＳＬ３０ｍに転送するための走査線ＳＳＬ３０１〜ＳＳＬ３０ｍを有する。
【０１３６】
図３４は、本実施形態に係る蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１３７】
蛍光検出ユニット３１０は、図３４に示すように、ＰＩＮダイオードＤ３１１、スイッチとしてのｐチャネルのトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２、およびノードＮＤ３１１を有する。
【０１３８】
ＰＩＮダイオード３１１のアノード側がノードＮＤ３１１に接続され、カソード側が接地電位ＧＮＤに接続されている。
トランジスタＴ３１１のソース、ドレインがノードＮＤ３１１および逆方向電圧線ＲＶＬに接続されている。トランジスタＴ３１２のソース、ドレインがノードＮＤ３１１および蛍光検出線ＬＳＬに接続されている。
そして、トランジスタＴ３１１とＴ３１２のゲートが走査線ＳＳＬに共通に接続されている。
【０１３９】
この例では、走査線ＳＳＬが低レベルのときにトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がオン状態、走査線ＳＳＬが高レベルのときトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がオフ状態となる。
【０１４０】
ここで、蛍光検出ユニット３１０の基本動作について説明する。
逆方向電圧線ＲＶＬに負の電圧源を接続させ、走査線ＳＳＬが低レベルのとき、逆方向電圧線ＲＶＬに印加された負の電圧によりＰＩＮダイオードＤ３１１は逆方向にバイアスされ、逆方向電流ＩＲが流れる。
この逆方向電流Ｉｏｕｔを、蛍光検出線ＬＳＬを介して検知することにより蛍光検出することができる。
【０１４１】
次に、ヒータ温度検出マトリクス装置について説明する。
【０１４２】
＜ヒータ温度検出マトリクス装置＞
図３５は、本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１４３】
図３５のヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図１５のヒータマトリクス装置１００と図２９の温度検出マトリクス装置２００を合成した構成を有している。したがって、図３５においては、理解を容易にするために、図１５および図２９と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１４４】
このヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図３５に示すように、ヒータ温度検出ユニット４１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部４０１、データ線駆動回路（ＤＴＤＲＶ）１０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）１０３、ヒータ温度検出ユニット４１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、ヒータ温度検出ユニット４１０を選択し、発熱量情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍ、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）３０１〜ＴＳＬ３０ｎ、およびヒータ温度検出ユニット４１０を選択し、温度検出ユニット２１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ３０１〜ＴＳＬ３０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍを有する。
【０１４５】
図３６は、本実施形態に係るヒータ温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１４６】
図３６のヒータ温度検出ユニット４１０は、図２３のヒータユニット１１０と図３０の温度検出ユニット２１０を用いて形成されている。
したがって、図３６においては、理解を容易にするために図１５および図３０と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１４７】
図３５のヒータ温度検出マトリクス装置４００によれば、カレントコピアにて発熱量情報として、書き込まれた後に実際の発生熱をセンシングすることで、カレントコピアに対して、発熱量情報書込み量に対して、ＰＩＮダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正することができる。
【０１４８】
この場合、ヒータユニット１１０のヒータ電流と温度検出ユニット２１０のＰＩＮダイオードＤ２１１の電流に応じた検出電圧の関係から、ＰＩＮダイオードＤ２１１による温度検出を行うことができる。
【０１４９】
図３７は、ヒータユニットのヒータ電流と温度検出ユニットのＰＩＮダイオードの電流に応じた検出電圧の関係を示す図である。
図３７において、横軸がヒータ電流を、縦軸がダイオードの電圧を示している。
図中、ＩＦ１はダイオード電流が１０μＡの電圧値、ＩＦ２はダイオード電流が１００μＡの電圧値を表している。
【０１５０】
ダイオード電流が１０μＡと１００μＡのときの、次式で与えられる電圧値の差（ΔＶ）より温度に換算することができる。
【０１５１】
［数６］
ΔＶ＝η（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ＩＦ１／ＩＦ２） （６）
Ｔｅｍｐ（Ｃ）＝５．００７２×ΔＶ＋２７３．１５
【０１５２】
次に、温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１５３】
＜温度蛍光検出マトリクス装置＞
図３８は、本発明の実施形態に係る温度蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１５４】
図３８の温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図２９の温度検出マトリクス装置２００と図３３の蛍光検出マトリクス装置３００を合成した構成を有している。したがって、図３８においては、理解を容易にするために、図２９および図３３と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１５５】
この温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図３８に示すように、温度蛍光検出ユニット５１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部５０１、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｎ、温度蛍光検出ユニット５１０を選択し、温度蛍光検出ユニット５１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍ、温度蛍光検出ユニット５１０を選択するための走査線ＳＳＬ３０１〜ＳＳＬ３０ｍ、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）３０３、逆方向電圧線（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｎｅ）ＲＶＬ３０１、および蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＬＳＬ３０ｎを有する。
【０１５６】
図３９は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１５７】
図３９の温度蛍光検出ユニット５１０は、図３０の温度検出ユニット２１０のＰＩＮダイオードＤ２１１およびノードＮＤ２１１と、図３４の蛍光検出ユニット３１０のＰＩＮダイオードＤ３１１およびノードＮＤ３１１とを共用して構成されている。
したがって、図３９においては、理解を容易にするために図３０および図３４と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１５８】
この温度蛍光検出ユニット５１０は、１つのＰＩＮダイオードＤ２１１（Ｄ３１１）と２つのｎチャネルトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２と２つのｐチャネルトランジスタＴ３１１，Ｔ３１２により構成されている。
【０１５９】
図４０は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットおいて、温度検出と蛍光検出時のスイッチとしての各トランジスタの状態を示す図である。
【０１６０】
走査線ＳＳＬには高レベル−低レベルを周期的に変化するスイッチ信号が印加される。ｎチャネルトランジスタＴ２１１とＴ２１２およびｐチャネルトランジスタＴ３１１とＴ３１２はゲートが共通に走査線ＳＳＬに接続されている。
これにより、走査線ＳＳＬが高レベルのときにトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がＯＮ状態、トランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がＯＦＦ状態となる。
一方、走査線ＳＳＬが低レベルのときトランジスタＴ２１１，Ｔ２１２がＯＦＦ状態、トランジスタＴ３１１，Ｔ３１２がＯＮ状態となる。
【０１６１】
図４１は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの温度検出動作を説明するための図である。図４２は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの蛍光検出動作を説明するための図である。
【０１６２】
温度検出時には、電流駆動線ＩＤＬに電流Ｉｄｅｔを供給する電流源Ｉ２１１を接続させ、走査線ＳＳＬが高レベルのとき、図４１に示すように、電流駆動線ＩＤＬに接続された電流源Ｉ２１１からＰＩＮダイオードＤ２１１に対して順方向電流Ｉｄｅｔが流れる。
これと並行して、温度検出線ＴＳＬに電圧検出器２０４を接続することにより、ＰＩＮダイオードＤ２１１に発生する順方向電圧を検知することができる。
【０１６３】
ここでＰＩＮダイオードＤ２１１に一定の順方向電流Ｉｄｅｔを流したときにＰＩＮダイオードＤ２１１の順方向電圧（ＦＯＲＷＡＲＤ ＶＯＬＴＡＧＥ）と温度の間には、図４３に示すような関係が得られる。
すなわち順方向電圧は温度と直線的に変化しており、ＰＩＮダイオードＤ２１１に接続された温度検出線ＴＳＬの順方向電圧を検知することで温度情報を得ることができる。
【０１６４】
蛍光検出時には、逆方向電圧線ＲＶＬに負の電圧源を接続させ、走査線ＳＳＬが低レベルのとき、逆方向電圧線ＲＶＬに印加された負の電圧によりＰＩＮダイオードＤ３１１は逆方向にバイアスされ、図４２に示すように、逆方向電流ＩＲが流れる。
この逆方向電流Ｉｏｕｔを、蛍光検出線ＬＳＬを介して検知することにより蛍光検出することができる。
【０１６５】
図３８の温度蛍光マトリクス装置５００においては、走査線駆動回路２０３は走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍを順次高レベルにし、それに同期して電流駆動線駆動回路２０２が各電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎに定電流を印加し、温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｎの電圧をモニタすることで、各ＰＩＮダイオードＤ２１１に対して行単位で温度情報を検出することができる。
温度検出終了後は走査線を順次低レベルすれば、各ＰＩＮダイオードＤ２１１に逆方向電圧が印加され、各ＰＩＮダイオードＤ２１１に対して行単位で蛍光情報を検出することができる。
このようにしてユニット各々に温度検出および蛍光を交互に検出させることができる。
【０１６６】
なお、蛍光検出処理においては、たとえば図４３に示すように、まずＰＩＮダイオードＤ２１１（Ｄ３１１）の暗（ダーク）電流を検出し、それを２値化してＶ１を得る。Ｖ１を２〜３回スキャンして平均値をとる（ＳＴ１０１）。
次に、上述した蛍光検出を行って検出電流を２値化してＶ２を得る。Ｖ２を２〜３回スキャンして平均値をとる（ＳＴ１０２）。
そして、Ｖ２とＶ１の差分をとる（ＳＴ１０３）。
このような処理を行うことにより、精度の高い蛍光検出を実現することが可能となる。
【０１６７】
次に、ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１６８】
＜ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置＞
図４４は、本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
【０１６９】
図４４のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置６００は、図１５のヒータマトリクス装置１００と、図３０の温度検出マトリクス装置２００と、図３５の蛍光検出マトリクス装置３００とを合成した構成を有している。したがって、図４４においては、理解を容易にするために、図１５、図３０、および図３３と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１７０】
このヒータ温度検出マトリクス装置６００は、図４４に示すように、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０がｍ×ｎのマトリクス状に配列されたセルアレイ部６０１、データ線駆動回路（ＤＴＤＲＶ）１０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）１０３、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｎ、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０を選択し、発熱力情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線ＷＳＬ１０１〜ＷＳＬ１０ｍ、電流駆動回路（ＩＤＲＶ）２０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）２０３、電圧検出器（Ｖ）２０４−１〜２０４−ｎ、電流駆動線ＩＤＬ２０１〜ＩＤＬ２０ｎ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｎ、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０を選択し、ヒータ温度蛍光検出ユニット６１０の検出信号を温度検出線ＴＳＬ２０１〜ＴＳＬ２０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｍ、電流駆動回路（ＩＤＴＣ）３０２、走査線駆動回路（ＷＳＤＲＶ）３０３、逆方向電圧線（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｎｅ）ＲＶＬ３０１、および蛍光検出線ＬＳＬ３０１〜ＬＳＬ３０ｎを有する。
【０１７１】
ただし、データ線駆動回路１０２と電流駆動回路２０２を共用化することも可能である。
この場合、データ線ＤＴＬと温度検出線ＴＳＬが共用化できる。
【０１７２】
図４５は、本実施形態に係るヒータ温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。
【０１７３】
図４５のヒータ温度蛍光検出ユニット６１０は、図２３のヒータユニット１１０と図３９の温度蛍光検出ユニット５１０を用いてヒータ温度蛍光検出ユニット６１０が形成されている。
したがって、図４５においては、理解を容易にするために図２３および図２９と同一構成部分は同一符号をもって表している。
この例では、データ線ＤＴＬと温度検出線ＴＳＬが共用化されている。
【０１７４】
図４４のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置６００によれば、カレントコピアにて発熱量情報として、書き込まれた後に実際の発生熱をセンシングすることで、カレントコピアに対して、発熱量情報書込み量に対して、ＰＩＮダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正することができる。
そして、蛍光受光時に発生する受光電流をセンシングすることで、増幅反応を検出することができる。
より具体的には、カレントコピア（ヒータユニット）および温度検出ユニットの回路構成にて発熱制御をリアルタイムにフィードバックする段階で、反応増幅検出のシグナルとして、蛍光検出を温度検出デバイスであるＰＩＮダイオードＤ２１１にて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を実現することができる。
【０１７５】
以上説明したように、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置に適用可能な熱制御マトリクス装置は、次のような効果を得ることができる。
【０１７６】
アクティブマトリクス制御を行うことで、ウェル毎の個別温度制御が可能で、その結果網羅的に遺伝子の発現量を短時間で解析することができる。
半導体素子の特性にばらつきや温度特性があっても温度検出回路構成を有することで、フィードバック構成によって正確な発熱量を得ることができ、結果として効率の良いＰＣＲ制御が可能である。
半導体素子の特性に経時変化があっても温度検出回路構成を有することで、フィードバック構成によって正確な発熱量を得ることができ、信頼性の高いＰＣＲ制御装置を提供可能である。
発熱動作を走査線単位で停止する機能を有することで、簡便かつ速やかに温度を下げることが可能であり、また発熱時間の制御が可能なため、微小な発熱制御が容易である。
書き込まれた発熱情報に対して、実際の発熱量に対して、センシングを高精度に行い、発熱書込み量を補正することで、高精度な発熱量を提供することが可能である。
温度センシングしている温度検出回路構成にて、並行して、増幅反応のシグナルである蛍光検出を同一構成にて実現することが可能である。
【０１７７】
このように、本実施形態によれば、高精度にかつ個別に熱制御できる反応処理装置とすることができる。この反応処理装置は、精密な熱制御を要する反応に用いる装置として、幅広い用途に用いることができる。そのなかでも、たとえば、遺伝子増幅反応等を行うＰＣＲ装置として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１０・・・反応処理装置、１１・・・ウェル基板、１２・・・ヒータ基板、１３・・・加熱部、１４・・・反応領域、１５・・・冷却部、１６・・・放熱器、２０・・・半導体発熱素子、２１・・・温度検出素子、２２・・・電流制御回路、２３・・・ディジタルポテンショメータ、２４・・・制御部（ＣＰＵ）、２５・・・アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）、２６・・・温度検出回路、２７・・・温度測定用ポテンショメータ、２８・・・定電流回路、２９・・・記憶装置、３０・・・金属薄膜、ＰＣＲ装置（反応処理装置）、１００・・・ヒータマトリクス装置、１１０・・・ヒータユニット、２００・・・温度検出マトリクス装置、２１０・・・温度検出ユニット、２００・・・蛍光検出マトリクス装置、３１０・・・蛍光検出ユニット、４００・・・ヒータ温度検出マトリクス装置、４１０・・・ヒータ温度検出ユニット、５００・・・温度蛍光検出マトリクス装置、５１０・・・温度蛍光検出ユニット、６００・・・ヒータ温度検出マトリクス装置、６１０・・・ヒータ温度蛍光検出ユニット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反応領域と、
前記反応領域ごとに配置された複数の加熱部と、
前記加熱部により加熱される反応領域以外の領域を冷却する冷却部と、を有し、
前記加熱部は、
ヒータと温度検出素子を含み、
前記温度検出素子により温度を検出する検出手段と、
検出された温度情報に基づいて前記ヒータの温度を前記反応領域ごとに制御する温度制御手段と、を有し、
前記温度制御手段における処理は、
温度サイクルを含み、当該温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、
ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、
アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、
エクステンション処理における第３の温度保持制御と、
エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含み、
前記温度制御手段は、
前記降温制御または前記昇温制御において、前記温度検出素子で検出された温度と目標温度とが同じ場合、次の処理である前記温度保持制御に移行する
反応処理装置。
【請求項２】
前記温度制御手段は、
前記温度検出素子により温度を検出する検出処理と、
ヒータ制御量を計算する計算処理と、
前記ヒータを制御するヒータ制御処理と、
冷却部を制御する冷却部制御処理と、を行う
請求項１記載の反応処理装置。
【請求項３】
前記温度制御手段は、
前記温度検出素子により温度を検出する検出処理は、前記温度検出素子に印加する電流値を制御する電流値制御処理と、
前記温度検出素子の電圧値をアナログディジタルコンバータにより変換する変換処理と、を行う
請求項２記載の反応処理装置。
【請求項１】
複数の反応領域と、
前記反応領域ごとに配置された複数の加熱部と、
前記加熱部により加熱される反応領域以外の領域を冷却する冷却部と、を有し、
前記加熱部は、
ヒータと温度検出素子を含み、
前記温度検出素子により温度を検出する検出手段と、
検出された温度情報に基づいて前記ヒータの温度を前記反応領域ごとに制御する温度制御手段と、を有し、
前記温度制御手段における処理は、
温度サイクルを含み、当該温度サイクルはディネーチャ処理における第１の温度保持制御と、
ディネーチャ処理からアニーリング処理に遷移する降温処理における降温制御とアニーリング処理における第２の温度保持制御と、
アニーリング処理からエクステンション処理に遷移する第１の昇温処理における第１の昇温制御と、
エクステンション処理における第３の温度保持制御と、
エクステンション処理からディネーチャ処理に遷移する第２の昇温処理における第２の昇温制御と、を含み、
前記温度制御手段は、
前記降温制御または前記昇温制御において、前記温度検出素子で検出された温度と目標温度とが同じ場合、次の処理である前記温度保持制御に移行する
反応処理装置。
【請求項２】
前記温度制御手段は、
前記温度検出素子により温度を検出する検出処理と、
ヒータ制御量を計算する計算処理と、
前記ヒータを制御するヒータ制御処理と、
冷却部を制御する冷却部制御処理と、を行う
請求項１記載の反応処理装置。
【請求項３】
前記温度制御手段は、
前記温度検出素子により温度を検出する検出処理は、前記温度検出素子に印加する電流値を制御する電流値制御処理と、
前記温度検出素子の電圧値をアナログディジタルコンバータにより変換する変換処理と、を行う
請求項２記載の反応処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【公開番号】特開２０１１−１６０８１１（Ｐ２０１１−１６０８１１Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３４１９（Ｐ２０１１−１１３４１９）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【分割の表示】特願２００８−１０５８４１（Ｐ２００８−１０５８４１）の分割
【原出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【分割の表示】特願２００８−１０５８４１（Ｐ２００８−１０５８４１）の分割
【原出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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