熱制御マトリクス装置および反応処理装置
【課題】温度制御を高精度で行うことができるヒータマトリクス装置および反応処理装置を提供する。
【解決手段】ヒータユニット１１０は、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し、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し、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。
【解決手段】ヒータユニット１１０は、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し、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し、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。
【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法に適用可能なヒータマトリクス装置および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熱制御マトリクス装置および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】
一般的なリアルタイムＰＣＲは、以下の問題点を有する。
１．一度に解析できるサンプル数が少なく、網羅的な解析ができない。
２．現在商品化されているサーマルサイクラーの温度制御は、グラディエント機構であるため、各サンプルの温度制御が個別にできない。さらに、増幅時の時間制御も個別にできない。その結果、各サンプルの増幅量を一定にすることができず、副産物を生じることがある。
【０００７】
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。
これらの文献に開示された技術においては、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いる。具体的には、発熱用の電流駆動素子としてＭＯＳトランジスタを利用して、微小領域の発熱制御に適用可能とされている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９８０６８号公報
【特許文献２】特開２００４−０２５４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
提案されている反応処理装置において半導体素子等を用いて温度制御を行う場合であっても、以下の不利益がある。
【００１０】
半導体素子は一般に製造上のばらつきがあるため、各反応領域で同じ温度制御を行った場合であっても、基板ごとに、あるいは同一基板上であっても加熱部ごとに、加熱量のばらつきが生じてしまう。その結果、反応処理装置としての高精度の温度制御が困難となってしまう。
【００１１】
また、半導体素子は、一般に温度によって特性が変化する性質がある。たとえば、単結晶シリコンを用いたＭＯＳトランジスタは負の温度特性を持ち、同じ電圧値を印加しても、温度が高くなると流れる電流が減少する。
したがって、同じ電圧値であっても温度によって加熱量が変化する結果となり、高精度の温度制御が困難となっていた。
【００１２】
本発明は、温度制御を高精度で行うことができる熱制御マトリクス装置および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、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含む。
【００１４】
好適には、前記各ヒータユニットは、前記データ線から電流レベルの形で与えられた発熱量情報を示す信号電流を一旦電圧レベルの形に変換する変換部と、変換された電圧レベルを保持する前記保持部と、保持された電圧レベルを電流レベルの形に変換して駆動する前記駆動部と、を含む。
【００１５】
好適には、前記保持部は、少なくとも一つのキャパシタを含み、前記駆動部は、電源電位と基準電位間に直列に接続されたスイッチおよびゲートに前記キャパシタが接続された少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、前記受け入れ部は、前記データ線の発熱量情報を上記キャパシタに転送し、電荷を蓄積させるスイッチを含み、前記駆動部のスイッチと前記受け入れ部のスイッチは相補的にオン、オフされる。
【００１６】
本発明の第２の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、前記各温度検出ユニットを選択するための走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。
【００１７】
好適には、前記転送部は、温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む。
【００１８】
本発明の第３の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する検出線と、を有し、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。
【００１９】
本発明の第４の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットを選択するための第２の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。
【００２０】
好適には、前記検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される。
【００２１】
本発明の第５の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む。
【００２２】
好適には、前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記ＰＩＮダイオードを共用している。
【００２３】
好適には、前記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を行い、並びに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機能を有する。
【００２４】
本発明の第６の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む。
【００２５】
好適には、前記温度検出ユニットに検出結果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ダイオードにて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を行う。
【００２６】
本発明の第７の観点は、複数の反応領域を有する反応処理装置であって、熱制御を行うための熱制御マトリクス装置を有し、前記熱制御マトリクス装置は、前記反応領域に対応してマトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、温度制御を高精度で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
本実施形態においては、ＰＣＲ法を採用する反応処理装置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。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の一構成例を示す概念図である。
【００３１】
ＰＣＲ装置１は、図１に示すように、複数の反応領域Ａ１を有するウェル基板１１と、光源１２と、光源１２より発せられた励起光Ｌ１，Ｌ２を導く励起光走査板１３とを備えている。そして、フィルター１４と、蛍光Ｌ３を検出する蛍光検出部１５と、前記反応領域Ａ１を加熱する加熱部１６と、が測定基板１７に設けられている。
【００３２】
ＰＣＲ装置１では、光源１２より発せられた励起光Ｌ１が、励起光走査板１３を経て、励起光Ｌ２として各反応領域Ａ１に照射される。そして、反応領域Ａ１内から発せられた蛍光Ｌ３を蛍光検出部１５により検出・測定される。
【００３３】
ＰＣＲ装置１では、特に、加熱部１６を反応領域Ａ１ごとに設け、かつ加熱部１６の熱源近傍の温度を検出して電気的信号に変換する温度検出部を備え、予め得られた電気的信号と熱源の加熱量との相関関係に基づいて加熱量を決定する機能を有することで、各々の反応領域Ａ１を個別に、かつ高精度に温度制御することもできる。
ＰＣＲ装置１については、本実施形態に係る熱制御マトリクス装置について説明した後、さらに詳述する。
【００３４】
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。
【００３５】
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、本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。
【００３６】
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。
【００３７】
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１６、温度検出部、および蛍光検出部１５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。
【００３８】
まず、ヒータマトリクス装置について説明する。
【００３９】
＜ヒータマトリクス装置＞
図２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。
【００４０】
このヒータマトリクス装置１００は、図２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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
図３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４は、図３の回路動作の一状態を示す回路図である。図５は、図３の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【００４５】
図３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。
【００４６】
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ＮＤ１１３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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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３の回路の動作について、図４および図５に関連付けて説明する。
【００５１】
図４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。
【００５２】
トランジスタＴ１１１は、ドレインｄとゲートｇがスイッチＳＷ２によって短絡された状態であり信号電流Ｉｓｉｇが流れる（図４参照）。
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［数１］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （１）
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
その後、任意のタイミングで、図５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。
【００５８】
［数２］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （２）
【００５９】
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４や図５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。
【００６０】
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３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。
【００６１】
図６は、図３に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【００６２】
図６に示す回路は、図３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６の回路の場合、ノードＮＤ１１２とデータ線ＤＴＬとの接続関係は、図３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３と等価である。
図６に示す回路は、図３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６の回路も図３の回路と同様の機能を発揮することができる。
【００６３】
図７は、図３に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【００６４】
図７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３の回路と相違する。
図７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７の回路は、原理的には図３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。
【００６５】
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。
【００６６】
図８は、図３に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００６７】
図８の回路では、各スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２，ＳＷ１１３の制御は図３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８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８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３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。
【００６８】
図９は、図３に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００６９】
図９の回路では、図３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。
【００７０】
図３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。
【００７１】
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。
【００７２】
図３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。
【００７３】
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。
【００７４】
これに対して、図９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３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。
【００７５】
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３の例よりも良好になる。
【００７６】
図１０は、図３の具体的な構成例を示す回路図である。
【００７７】
図１０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１０の回路図とすることが好適である。
【００７８】
図１１は、図１０の回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【００７９】
図１１に示す回路構成はトランジスタＴ１１４ａ，Ｔ１１４ｂを有する点等が、図１０に示す回路構成と相違する。
【００８０】
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１０の回路では、トランジスタＴ４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。
【００８１】
これに対して、図１１に示す回路では、図１０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。
【００８２】
図１２は、図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
図１３は、図１２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。
【００８３】
図１２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２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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
図１４は、図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００８７】
図１４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３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１４に示す回路構成は、図１２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。
【００８８】
図１５は、図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００８９】
図１５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３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。
【００９０】
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。
【００９１】
［数３］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ１／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （３）
【００９２】
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。
【００９３】
［数４］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ２／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （４）
【００９４】
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。
【００９５】
［数５］
Ｉｄｒｖ／Ｉｓｉｇ ＝ Ｗ２／Ｗ１ （５）
【００９６】
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。
【００９７】
この回路の特徴は、図３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。
【００９８】
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。
【００９９】
＜温度検出マトリクス装置＞
図１６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。
【０１００】
この温度検出マトリクス装置２００は、図１６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。
【０１０１】
図１７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。
【０１０２】
温度検出ユニット２１０は、図１７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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
温度検出ユニット２１０にいては、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。
【０１０７】
図１８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。
【０１０８】
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１９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。
【０１０９】
次に、蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１１０】
＜蛍光検出マトリクス装置＞
図２０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。
【０１１１】
この蛍光検出マトリクス装置３００は、図２０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。
【０１１２】
図２１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。
【０１１３】
蛍光検出ユニット３１０は、図２１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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
次に、ヒータ温度検出マトリクス装置について説明する。
【０１１８】
＜ヒータ温度検出マトリクス装置＞
図２２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。
【０１１９】
図２２のヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図２のヒータマトリクス装置１００と図１６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２２においては、理解を容易にするために、図２および図１６と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１２０】
このヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図２２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、ヒータユニット１１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、ヒータユニット１１０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〜ＩＤＬ２０ｍ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｍ、および温度検出ユニット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。
【０１２１】
図２３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。
【０１２２】
図２３のヒータ温度検出ユニット４１０は、図１０のヒータユニット１１０と図１７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２３においては、理解を容易にするために図２および図１７と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１２３】
図２２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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
図２４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２４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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
［数６］
ΔＶ＝η（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ＩＦ１／ＩＦ２） （６）
Ｔｅｍｐ（Ｃ）＝５．００７２×ΔＶ＋２７３．１５
【０１２８】
次に、温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１２９】
＜温度蛍光検出マトリクス装置＞
図２５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。
【０１３０】
図２５の温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図１６の温度検出マトリクス装置２００と図２０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２５においては、理解を容易にするために、図１６および図２０と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１３１】
この温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図２５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〜ＩＤＬ２０ｍ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｍ、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、蛍光検出ユニット２１０を選択するための走査線ＳＳＬ３０１〜ＳＳＬ３０ｎ、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〜ＴＳＬ３０ｍを有する。
【０１３２】
図２６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。
【０１３３】
図２６の温度蛍光検出ユニット５１０は、図１７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２１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２６においては、理解を容易にするために図１７および図２１と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１３４】
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。
【０１３５】
図２７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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
図２８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２９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。
【０１３８】
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２８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。
【０１３９】
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１９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。
【０１４０】
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２９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。
【０１４１】
図２５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。
【０１４２】
なお、蛍光検出処理においては、たとえば図３０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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
＜ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置＞
図３１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。
【０１４５】
図３１のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置６００は、図２のヒータマトリクス装置１００と、図１６の温度検出マトリクス装置２００と、図２０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３１においては、理解を容易にするために、図２、図１６、および図２０と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１４６】
このヒータ温度検出マトリクス装置６００は、図３１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、ヒータユニット１１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、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、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、温度検出ユニット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〜ＴＳＬ２０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｎ、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〜ＴＳＬ３０ｍを有する。
【０１４７】
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。
【０１４８】
図３２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。
【０１４９】
図３２のヒータ温度蛍光検出ユニット６００は、図１０のヒータユニット１１０と図２６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３２においては、理解を容易にするために図１０および図２６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。
【０１５０】
図３１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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。以下、ＰＣＲ装置として用いた場合について説明する。
【０１５４】
一般的なＰＣＲ装置では、サーマルサイクラーの温度制御が確かに行われているが、グラディエント機構であるため、各サンプルごとの個別の温度制御は困難である。また、遺伝子増幅反応時の温度制御も個別に行うことができない。その結果、各サンプルの遺伝子増幅量を一定にすることができない等の問題が顕著であった。
【０１５５】
このようなＰＣＲ装置について、本発明に係る反応処理装置を応用することで、前記問題等を解決でき、かつ網羅的解析も可能となるＰＣＲ装置とすることができる。以下、本発明のＰＣＲ装置の形態について図１および図３３に関連付けて説明する。
【０１５６】
図１は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の一構成例を示す概念図である。
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。
【０１５７】
ＰＣＲ装置１は、複数の反応領域Ａ１を有するウェル基板１１と、光源１２と、該光源１２より発せられた励起光Ｌ１，Ｌ２を導く励起光走査板１３とを備えている。そして、フィルター１４と、蛍光Ｌ３を検出する蛍光検出部１５と、前記反応領域Ａ１を加熱する加熱部１６と、が測定基板１７に設けられている。この加熱部１６について、前記した回路構成を用いることができるのは勿論である。
【０１５８】
ＰＣＲ装置１では、光源１２より発せられた励起光Ｌ１が、励起光走査板１３を経て、励起光Ｌ２として各反応領域Ａ１に照射される。そして、反応領域Ａ１内から発せられた蛍光Ｌ３を蛍光検出部１５により検出・測定される。
【０１５９】
ＰＣＲ装置１では、特に、加熱部１６を反応領域Ａ１ごとに設け、かつ加熱部１６の熱源近傍の温度を検出して電気的信号に変換する温度検出手段を備え、予め得られた前記電気的信号と熱源の加熱量との相関関係に基づいて加熱量を決定する手段を備えることで、各々の反応領域Ａ１を個別に、かつ高精度に温度制御することもできる。
【０１６０】
各反応領域Ａ１の温度情報を考慮した加熱量情報とすることで、より精度の高い温度制御を行うこともできる。その結果、遺伝子発現量を高精度に解析することができる。以下、ＰＣＲ装置１の各構成について詳細に説明する。
【０１６１】
ウェル基板１１は、複数の反応領域（ウェル）Ａ１を備えている。この反応領域Ａ１で所定の反応を行う。たとえば、このウェル基板１１は、低蛍光発光プラスチック材料やガラスで形成し、人の遺伝子数に匹敵する数の反応領域Ａ１をマトリクス状に配置することができる。
【０１６２】
本実施形態では、ＰＣＲ反応のための反応領域（ウェル）Ａ１はマイクロ空間であることが望ましい。たとえば、ウェルを３００μｍ×３００μｍ×３００μｍ（約３０ｎＬ容量）とし、約４万個のウェルを並べるとすると、約６ｃｍ角の面積を有するデバイスとなる。
【０１６３】
ここで、個々の反応領域Ａ１の形状は特に限定されず、反応溶液を保持できる形状であれば、どのような形状でもよい。励起光Ｌ１，Ｌ２を照射・導入する光路や、蛍光Ｌ３を検出する光路等を考慮して適宜好適な形状を選択することができる。ＰＣＲ装置１では、反応領域Ａ１内で前記蛍光Ｌ３を反射させるため、反応領域Ａ１は曲面部分を有している。
【０１６４】
光散乱や外光の影響による検出感度の低下を抑制するために、反応領域Ａ１は、遮光する材質（たとえば、ダイヤモンドライクカーボン等）にてコーティングされていることが望ましい。
【０１６５】
本実施形態では、前記複数の反応領域Ａ１全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段として、光源１２や、励起光Ｌ１を各反応領域Ａ１に導入するための励起光走査板１３を用いることができる。
【０１６６】
光源１２は、特定波長の光を発光するものであればよく、その種類は特に限定されないが、好適には、白色もしくは単色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることが望ましい。発光ダイオードを用いることで、不要な紫外線や赤外線を含まない光を簡便に得ることができる。
【０１６７】
本実施形態では、光源１２の設置場所や光源数については特に限定されない。図示はしないが、各反応領域Ａ１に対応するように光源１２を複数設け、各光源１２が対応する各反応領域Ａ１に向かって励起光を直接照射する構造としてもよい。
これにより、各反応領域Ａ１を光源１２で直接照射できるため、励起光量をより多く採取でき、かつ励起光Ｌ１，Ｌ２の光量を個別に制御することができ、各反応領域Ａ１に均一に励起光Ｌ１，Ｌ２を照射できる。
【０１６８】
励起光走査板１３は、光源１２から発せられる励起光Ｌ１をウェル基板１１内の各反応領域Ａ１に導くものである。前記励起光走査板１３内部のスペーサ１３１に光源１２から発せられる励起光Ｌ１が導入される。
そして、前記励起光走査板１３の底部には反射膜１３２が設けられており、ウェル基板１１へ励起光Ｌ２を導入することができる。これにより、各反応領域Ａ１内の反応液中の蛍光物質を均一な光量で励起させることができる。前記反射膜１３２の材料等については特に限定されないが、好適には、ダイクロックミラーを用いることが望ましい。
【０１６９】
また、本実施形態では、励起光走査板１３の上部に、前記励起光Ｌ１，Ｌ２の波長光のみを透過するフィルター１３３を設けることが望ましい。
これにより、光源１２から発せられる光から励起光Ｌ２を効率よく取り出し、反応領域Ａ１へ導くことができる。このフィルター１３３としては、たとえば偏光フィルター等を用いることができる。
【０１７０】
反応領域Ａ１に照射された励起光Ｌ２は、反応領域Ａ１内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光Ｌ３を発する。この蛍光Ｌ３は反応領域Ａ１内の壁面で反射して、反応領域Ａ１下方に設けられた蛍光検出部１５で検出・測定される。
【０１７１】
また、本実施形態では、特定波長の光を取り出すことができるように、反応領域Ａ１と蛍光検出部１５との間にもフィルター１４を配置できる。前記フィルター１４は特定波長の光（蛍光Ｌ３等）を取り出すことができればよく、その材料は限定されないが、たとえば、ダイクロイックミラーを用いることができる。
【０１７２】
蛍光検出部１５は、反応領域Ａ１に照射された励起光Ｌ２に応答して、インターカレートしたプローブ中の蛍光色素が励起することで発せられる蛍光を検出・測定する。
【０１７３】
ＰＣＲ装置１では、加熱部１６を各反応領域Ａ１にそれぞれ設けている。加熱部１６は温度制御機構を備えており、これにより加熱部１６の反応領域Ａ１の温度制御を行う。これにより、たとえば、ＰＣＲサイクルを行う場合、熱変性→アニーリング→伸長反応のステップについてより高精度の温度制御を行うことができる。
【０１７４】
図３３は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の他の構成例を示す概念図である。
以下、図１に示す形態との相違点を中心に説明し、共通する部分についてはその説明を割愛する。
【０１７５】
このＰＣＲ装置２は、反応領域（ウェル）Ａ２ごとに蛍光検出部２５や加熱部２６を測定基板２７上に備えている点では、第１の実施形態と共通する。しかし、励起光Ｌ２をウェル基板２１の上方から照射して、反応領域Ａ２内を透過した蛍光Ｌ３を検出する点等で相違する。
【０１７６】
ＰＣＲ装置２では、光源２２から発せられる励起光Ｌ１が、励起光走査板２３によって反応領域Ａ２に導かれる。励起光走査板２３では、スペーサ２３１を励起光Ｌ１が通過し、反射膜２３２とフィルター２３３によりウェル基板２１に励起光Ｌ２が導入される。
【０１７７】
そして、励起光Ｌ２は、反応領域Ａ２内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光Ｌ３を発する。この蛍光Ｌ３は、反応領域Ａ１の下方に設けられた蛍光検出部２５で検出・測定される。
【０１７８】
また、温度制御は、反応領域Ａ２下方に設けられた加熱部２６により行われ、ペルチェ素子２８等によって加熱サイクル等の温度制御を行うことができる。
【０１７９】
一般的なＰＣＲ装置では、「熱変性→アニーリング→伸長反応」からなるサイクルを３０サイクル程度行うために２５〜３０分の反応時間を要する。その際、約２℃／秒の温度制御を行っている。
これに対して、本実施形態のＰＣＲ装置では、２０℃以上／秒の温度制御が可能であるため、１サイクルあたり４０秒程度の時間短縮が可能となり、３０サイクル全体ではおよそ２５分以下の反応時間が達成できる。
【０１８０】
また、プライマーの設計に応じて、アニーリング時間、伸長反応時間をコントロールすることができるため、増幅率を一定倍率（たとえば２倍等）に揃えることができるため、遺伝子発現量の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８１】
【図１】本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の一構成例を示す概念図である。
【図２】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３】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４】図３の回路動作の一状態を示す回路図である。
【図５】図３の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【図６】図３に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【図７】図３に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図８】図３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９】図３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１０】図３の具体的な構成例を示す回路図である。
【図１１】図１０の回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図１２】図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図１３】図１２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１４】図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図１５】図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図１６】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１７】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１８】暗電流の温度依存性を示す図である。
【図１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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２９】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３０】蛍光検出処理の一例を説明するための図である。
【図３１】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３２】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。
【図３３】本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の他の構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１８２】
１，２・・・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法に適用可能なヒータマトリクス装置および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熱制御マトリクス装置および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】
一般的なリアルタイムＰＣＲは、以下の問題点を有する。
１．一度に解析できるサンプル数が少なく、網羅的な解析ができない。
２．現在商品化されているサーマルサイクラーの温度制御は、グラディエント機構であるため、各サンプルの温度制御が個別にできない。さらに、増幅時の時間制御も個別にできない。その結果、各サンプルの増幅量を一定にすることができず、副産物を生じることがある。
【０００７】
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。
これらの文献に開示された技術においては、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いる。具体的には、発熱用の電流駆動素子としてＭＯＳトランジスタを利用して、微小領域の発熱制御に適用可能とされている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９８０６８号公報
【特許文献２】特開２００４−０２５４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
提案されている反応処理装置において半導体素子等を用いて温度制御を行う場合であっても、以下の不利益がある。
【００１０】
半導体素子は一般に製造上のばらつきがあるため、各反応領域で同じ温度制御を行った場合であっても、基板ごとに、あるいは同一基板上であっても加熱部ごとに、加熱量のばらつきが生じてしまう。その結果、反応処理装置としての高精度の温度制御が困難となってしまう。
【００１１】
また、半導体素子は、一般に温度によって特性が変化する性質がある。たとえば、単結晶シリコンを用いたＭＯＳトランジスタは負の温度特性を持ち、同じ電圧値を印加しても、温度が高くなると流れる電流が減少する。
したがって、同じ電圧値であっても温度によって加熱量が変化する結果となり、高精度の温度制御が困難となっていた。
【００１２】
本発明は、温度制御を高精度で行うことができる熱制御マトリクス装置および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、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含む。
【００１４】
好適には、前記各ヒータユニットは、前記データ線から電流レベルの形で与えられた発熱量情報を示す信号電流を一旦電圧レベルの形に変換する変換部と、変換された電圧レベルを保持する前記保持部と、保持された電圧レベルを電流レベルの形に変換して駆動する前記駆動部と、を含む。
【００１５】
好適には、前記保持部は、少なくとも一つのキャパシタを含み、前記駆動部は、電源電位と基準電位間に直列に接続されたスイッチおよびゲートに前記キャパシタが接続された少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、前記受け入れ部は、前記データ線の発熱量情報を上記キャパシタに転送し、電荷を蓄積させるスイッチを含み、前記駆動部のスイッチと前記受け入れ部のスイッチは相補的にオン、オフされる。
【００１６】
本発明の第２の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、前記各温度検出ユニットを選択するための走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。
【００１７】
好適には、前記転送部は、温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む。
【００１８】
本発明の第３の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する検出線と、を有し、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。
【００１９】
本発明の第４の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットを選択するための第２の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。
【００２０】
好適には、前記検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される。
【００２１】
本発明の第５の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む。
【００２２】
好適には、前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記ＰＩＮダイオードを共用している。
【００２３】
好適には、前記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を行い、並びに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機能を有する。
【００２４】
本発明の第６の観点は、ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む。
【００２５】
好適には、前記温度検出ユニットに検出結果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ダイオードにて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を行う。
【００２６】
本発明の第７の観点は、複数の反応領域を有する反応処理装置であって、熱制御を行うための熱制御マトリクス装置を有し、前記熱制御マトリクス装置は、前記反応領域に対応してマトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記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、前記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、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、温度制御を高精度で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
本実施形態においては、ＰＣＲ法を採用する反応処理装置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。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の一構成例を示す概念図である。
【００３１】
ＰＣＲ装置１は、図１に示すように、複数の反応領域Ａ１を有するウェル基板１１と、光源１２と、光源１２より発せられた励起光Ｌ１，Ｌ２を導く励起光走査板１３とを備えている。そして、フィルター１４と、蛍光Ｌ３を検出する蛍光検出部１５と、前記反応領域Ａ１を加熱する加熱部１６と、が測定基板１７に設けられている。
【００３２】
ＰＣＲ装置１では、光源１２より発せられた励起光Ｌ１が、励起光走査板１３を経て、励起光Ｌ２として各反応領域Ａ１に照射される。そして、反応領域Ａ１内から発せられた蛍光Ｌ３を蛍光検出部１５により検出・測定される。
【００３３】
ＰＣＲ装置１では、特に、加熱部１６を反応領域Ａ１ごとに設け、かつ加熱部１６の熱源近傍の温度を検出して電気的信号に変換する温度検出部を備え、予め得られた電気的信号と熱源の加熱量との相関関係に基づいて加熱量を決定する機能を有することで、各々の反応領域Ａ１を個別に、かつ高精度に温度制御することもできる。
ＰＣＲ装置１については、本実施形態に係る熱制御マトリクス装置について説明した後、さらに詳述する。
【００３４】
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。
【００３５】
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、本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。
【００３６】
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。
【００３７】
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１６、温度検出部、および蛍光検出部１５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。
【００３８】
まず、ヒータマトリクス装置について説明する。
【００３９】
＜ヒータマトリクス装置＞
図２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。
【００４０】
このヒータマトリクス装置１００は、図２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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
図３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４は、図３の回路動作の一状態を示す回路図である。図５は、図３の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【００４５】
図３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。
【００４６】
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ＮＤ１１３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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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３の回路の動作について、図４および図５に関連付けて説明する。
【００５１】
図４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。
【００５２】
トランジスタＴ１１１は、ドレインｄとゲートｇがスイッチＳＷ２によって短絡された状態であり信号電流Ｉｓｉｇが流れる（図４参照）。
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［数１］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （１）
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
その後、任意のタイミングで、図５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。
【００５８】
［数２］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （２）
【００５９】
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４や図５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。
【００６０】
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３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。
【００６１】
図６は、図３に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【００６２】
図６に示す回路は、図３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６の回路の場合、ノードＮＤ１１２とデータ線ＤＴＬとの接続関係は、図３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３と等価である。
図６に示す回路は、図３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６の回路も図３の回路と同様の機能を発揮することができる。
【００６３】
図７は、図３に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【００６４】
図７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３の回路と相違する。
図７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７の回路は、原理的には図３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。
【００６５】
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。
【００６６】
図８は、図３に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００６７】
図８の回路では、各スイッチＳＷ１１１，ＳＷ１１２，ＳＷ１１３の制御は図３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８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８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３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。
【００６８】
図９は、図３に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００６９】
図９の回路では、図３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。
【００７０】
図３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。
【００７１】
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。
【００７２】
図３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。
【００７３】
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。
【００７４】
これに対して、図９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３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。
【００７５】
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３の例よりも良好になる。
【００７６】
図１０は、図３の具体的な構成例を示す回路図である。
【００７７】
図１０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１０の回路図とすることが好適である。
【００７８】
図１１は、図１０の回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【００７９】
図１１に示す回路構成はトランジスタＴ１１４ａ，Ｔ１１４ｂを有する点等が、図１０に示す回路構成と相違する。
【００８０】
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１０の回路では、トランジスタＴ４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。
【００８１】
これに対して、図１１に示す回路では、図１０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。
【００８２】
図１２は、図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
図１３は、図１２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。
【００８３】
図１２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２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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
図１４は、図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００８７】
図１４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３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１４に示す回路構成は、図１２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。
【００８８】
図１５は、図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【００８９】
図１５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３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。
【００９０】
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。
【００９１】
［数３］
Ｉｓｉｇ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ１／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （３）
【００９２】
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。
【００９３】
［数４］
Ｉｄｒｖ ＝ μ・Ｃｏｘ・Ｗ２／Ｌ／２・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２ （４）
【００９４】
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。
【００９５】
［数５］
Ｉｄｒｖ／Ｉｓｉｇ ＝ Ｗ２／Ｗ１ （５）
【００９６】
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。
【００９７】
この回路の特徴は、図３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。
【００９８】
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。
【００９９】
＜温度検出マトリクス装置＞
図１６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。
【０１００】
この温度検出マトリクス装置２００は、図１６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。
【０１０１】
図１７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。
【０１０２】
温度検出ユニット２１０は、図１７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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
温度検出ユニット２１０にいては、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。
【０１０７】
図１８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。
【０１０８】
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１９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。
【０１０９】
次に、蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１１０】
＜蛍光検出マトリクス装置＞
図２０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。
【０１１１】
この蛍光検出マトリクス装置３００は、図２０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。
【０１１２】
図２１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。
【０１１３】
蛍光検出ユニット３１０は、図２１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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
次に、ヒータ温度検出マトリクス装置について説明する。
【０１１８】
＜ヒータ温度検出マトリクス装置＞
図２２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。
【０１１９】
図２２のヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図２のヒータマトリクス装置１００と図１６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２２においては、理解を容易にするために、図２および図１６と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１２０】
このヒータ温度検出マトリクス装置４００は、図２２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、ヒータユニット１１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、ヒータユニット１１０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〜ＩＤＬ２０ｍ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｍ、および温度検出ユニット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。
【０１２１】
図２３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。
【０１２２】
図２３のヒータ温度検出ユニット４１０は、図１０のヒータユニット１１０と図１７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２３においては、理解を容易にするために図２および図１７と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１２３】
図２２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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
図２４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２４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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
［数６］
ΔＶ＝η（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ＩＦ１／ＩＦ２） （６）
Ｔｅｍｐ（Ｃ）＝５．００７２×ΔＶ＋２７３．１５
【０１２８】
次に、温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。
【０１２９】
＜温度蛍光検出マトリクス装置＞
図２５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。
【０１３０】
図２５の温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図１６の温度検出マトリクス装置２００と図２０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２５においては、理解を容易にするために、図１６および図２０と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１３１】
この温度蛍光検出マトリクス装置５００は、図２５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〜ＩＤＬ２０ｍ、温度検出線ＴＳＬ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｅ Ｌｉｎｅ）２０１〜ＴＳＬ２０ｍ、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、蛍光検出ユニット２１０を選択するための走査線ＳＳＬ３０１〜ＳＳＬ３０ｎ、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〜ＴＳＬ３０ｍを有する。
【０１３２】
図２６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。
【０１３３】
図２６の温度蛍光検出ユニット５１０は、図１７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２１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２６においては、理解を容易にするために図１７および図２１と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１３４】
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。
【０１３５】
図２７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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
図２８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２９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。
【０１３８】
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２８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。
【０１３９】
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１９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。
【０１４０】
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２９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。
【０１４１】
図２５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。
【０１４２】
なお、蛍光検出処理においては、たとえば図３０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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
＜ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置＞
図３１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。
【０１４５】
図３１のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置６００は、図２のヒータマトリクス装置１００と、図１６の温度検出マトリクス装置２００と、図２０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３１においては、理解を容易にするために、図２、図１６、および図２０と同一構成部分は同一符号をもって表している。
【０１４６】
このヒータ温度検出マトリクス装置６００は、図３１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、ヒータユニット１１０に発熱量情報を与えるためのデータ線ＤＴＬ１０１〜ＤＴＬ１０ｍ、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、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、温度検出ユニット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〜ＴＳＬ２０ｎに転送するための走査線ＳＳＬ２０１〜ＳＳＬ２０ｎ、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〜ＴＳＬ３０ｍを有する。
【０１４７】
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。
【０１４８】
図３２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。
【０１４９】
図３２のヒータ温度蛍光検出ユニット６００は、図１０のヒータユニット１１０と図２６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３２においては、理解を容易にするために図１０および図２６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。
【０１５０】
図３１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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。以下、ＰＣＲ装置として用いた場合について説明する。
【０１５４】
一般的なＰＣＲ装置では、サーマルサイクラーの温度制御が確かに行われているが、グラディエント機構であるため、各サンプルごとの個別の温度制御は困難である。また、遺伝子増幅反応時の温度制御も個別に行うことができない。その結果、各サンプルの遺伝子増幅量を一定にすることができない等の問題が顕著であった。
【０１５５】
このようなＰＣＲ装置について、本発明に係る反応処理装置を応用することで、前記問題等を解決でき、かつ網羅的解析も可能となるＰＣＲ装置とすることができる。以下、本発明のＰＣＲ装置の形態について図１および図３３に関連付けて説明する。
【０１５６】
図１は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の一構成例を示す概念図である。
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。
【０１５７】
ＰＣＲ装置１は、複数の反応領域Ａ１を有するウェル基板１１と、光源１２と、該光源１２より発せられた励起光Ｌ１，Ｌ２を導く励起光走査板１３とを備えている。そして、フィルター１４と、蛍光Ｌ３を検出する蛍光検出部１５と、前記反応領域Ａ１を加熱する加熱部１６と、が測定基板１７に設けられている。この加熱部１６について、前記した回路構成を用いることができるのは勿論である。
【０１５８】
ＰＣＲ装置１では、光源１２より発せられた励起光Ｌ１が、励起光走査板１３を経て、励起光Ｌ２として各反応領域Ａ１に照射される。そして、反応領域Ａ１内から発せられた蛍光Ｌ３を蛍光検出部１５により検出・測定される。
【０１５９】
ＰＣＲ装置１では、特に、加熱部１６を反応領域Ａ１ごとに設け、かつ加熱部１６の熱源近傍の温度を検出して電気的信号に変換する温度検出手段を備え、予め得られた前記電気的信号と熱源の加熱量との相関関係に基づいて加熱量を決定する手段を備えることで、各々の反応領域Ａ１を個別に、かつ高精度に温度制御することもできる。
【０１６０】
各反応領域Ａ１の温度情報を考慮した加熱量情報とすることで、より精度の高い温度制御を行うこともできる。その結果、遺伝子発現量を高精度に解析することができる。以下、ＰＣＲ装置１の各構成について詳細に説明する。
【０１６１】
ウェル基板１１は、複数の反応領域（ウェル）Ａ１を備えている。この反応領域Ａ１で所定の反応を行う。たとえば、このウェル基板１１は、低蛍光発光プラスチック材料やガラスで形成し、人の遺伝子数に匹敵する数の反応領域Ａ１をマトリクス状に配置することができる。
【０１６２】
本実施形態では、ＰＣＲ反応のための反応領域（ウェル）Ａ１はマイクロ空間であることが望ましい。たとえば、ウェルを３００μｍ×３００μｍ×３００μｍ（約３０ｎＬ容量）とし、約４万個のウェルを並べるとすると、約６ｃｍ角の面積を有するデバイスとなる。
【０１６３】
ここで、個々の反応領域Ａ１の形状は特に限定されず、反応溶液を保持できる形状であれば、どのような形状でもよい。励起光Ｌ１，Ｌ２を照射・導入する光路や、蛍光Ｌ３を検出する光路等を考慮して適宜好適な形状を選択することができる。ＰＣＲ装置１では、反応領域Ａ１内で前記蛍光Ｌ３を反射させるため、反応領域Ａ１は曲面部分を有している。
【０１６４】
光散乱や外光の影響による検出感度の低下を抑制するために、反応領域Ａ１は、遮光する材質（たとえば、ダイヤモンドライクカーボン等）にてコーティングされていることが望ましい。
【０１６５】
本実施形態では、前記複数の反応領域Ａ１全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段として、光源１２や、励起光Ｌ１を各反応領域Ａ１に導入するための励起光走査板１３を用いることができる。
【０１６６】
光源１２は、特定波長の光を発光するものであればよく、その種類は特に限定されないが、好適には、白色もしくは単色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることが望ましい。発光ダイオードを用いることで、不要な紫外線や赤外線を含まない光を簡便に得ることができる。
【０１６７】
本実施形態では、光源１２の設置場所や光源数については特に限定されない。図示はしないが、各反応領域Ａ１に対応するように光源１２を複数設け、各光源１２が対応する各反応領域Ａ１に向かって励起光を直接照射する構造としてもよい。
これにより、各反応領域Ａ１を光源１２で直接照射できるため、励起光量をより多く採取でき、かつ励起光Ｌ１，Ｌ２の光量を個別に制御することができ、各反応領域Ａ１に均一に励起光Ｌ１，Ｌ２を照射できる。
【０１６８】
励起光走査板１３は、光源１２から発せられる励起光Ｌ１をウェル基板１１内の各反応領域Ａ１に導くものである。前記励起光走査板１３内部のスペーサ１３１に光源１２から発せられる励起光Ｌ１が導入される。
そして、前記励起光走査板１３の底部には反射膜１３２が設けられており、ウェル基板１１へ励起光Ｌ２を導入することができる。これにより、各反応領域Ａ１内の反応液中の蛍光物質を均一な光量で励起させることができる。前記反射膜１３２の材料等については特に限定されないが、好適には、ダイクロックミラーを用いることが望ましい。
【０１６９】
また、本実施形態では、励起光走査板１３の上部に、前記励起光Ｌ１，Ｌ２の波長光のみを透過するフィルター１３３を設けることが望ましい。
これにより、光源１２から発せられる光から励起光Ｌ２を効率よく取り出し、反応領域Ａ１へ導くことができる。このフィルター１３３としては、たとえば偏光フィルター等を用いることができる。
【０１７０】
反応領域Ａ１に照射された励起光Ｌ２は、反応領域Ａ１内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光Ｌ３を発する。この蛍光Ｌ３は反応領域Ａ１内の壁面で反射して、反応領域Ａ１下方に設けられた蛍光検出部１５で検出・測定される。
【０１７１】
また、本実施形態では、特定波長の光を取り出すことができるように、反応領域Ａ１と蛍光検出部１５との間にもフィルター１４を配置できる。前記フィルター１４は特定波長の光（蛍光Ｌ３等）を取り出すことができればよく、その材料は限定されないが、たとえば、ダイクロイックミラーを用いることができる。
【０１７２】
蛍光検出部１５は、反応領域Ａ１に照射された励起光Ｌ２に応答して、インターカレートしたプローブ中の蛍光色素が励起することで発せられる蛍光を検出・測定する。
【０１７３】
ＰＣＲ装置１では、加熱部１６を各反応領域Ａ１にそれぞれ設けている。加熱部１６は温度制御機構を備えており、これにより加熱部１６の反応領域Ａ１の温度制御を行う。これにより、たとえば、ＰＣＲサイクルを行う場合、熱変性→アニーリング→伸長反応のステップについてより高精度の温度制御を行うことができる。
【０１７４】
図３３は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の他の構成例を示す概念図である。
以下、図１に示す形態との相違点を中心に説明し、共通する部分についてはその説明を割愛する。
【０１７５】
このＰＣＲ装置２は、反応領域（ウェル）Ａ２ごとに蛍光検出部２５や加熱部２６を測定基板２７上に備えている点では、第１の実施形態と共通する。しかし、励起光Ｌ２をウェル基板２１の上方から照射して、反応領域Ａ２内を透過した蛍光Ｌ３を検出する点等で相違する。
【０１７６】
ＰＣＲ装置２では、光源２２から発せられる励起光Ｌ１が、励起光走査板２３によって反応領域Ａ２に導かれる。励起光走査板２３では、スペーサ２３１を励起光Ｌ１が通過し、反射膜２３２とフィルター２３３によりウェル基板２１に励起光Ｌ２が導入される。
【０１７７】
そして、励起光Ｌ２は、反応領域Ａ２内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光Ｌ３を発する。この蛍光Ｌ３は、反応領域Ａ１の下方に設けられた蛍光検出部２５で検出・測定される。
【０１７８】
また、温度制御は、反応領域Ａ２下方に設けられた加熱部２６により行われ、ペルチェ素子２８等によって加熱サイクル等の温度制御を行うことができる。
【０１７９】
一般的なＰＣＲ装置では、「熱変性→アニーリング→伸長反応」からなるサイクルを３０サイクル程度行うために２５〜３０分の反応時間を要する。その際、約２℃／秒の温度制御を行っている。
これに対して、本実施形態のＰＣＲ装置では、２０℃以上／秒の温度制御が可能であるため、１サイクルあたり４０秒程度の時間短縮が可能となり、３０サイクル全体ではおよそ２５分以下の反応時間が達成できる。
【０１８０】
また、プライマーの設計に応じて、アニーリング時間、伸長反応時間をコントロールすることができるため、増幅率を一定倍率（たとえば２倍等）に揃えることができるため、遺伝子発現量の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８１】
【図１】本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の一構成例を示す概念図である。
【図２】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３】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４】図３の回路動作の一状態を示す回路図である。
【図５】図３の回路動作の別の一状態を示す回路図である。
【図６】図３に示す回路構成の変形例を示す回路図である。
【図７】図３に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図８】図３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９】図３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１０】図３の具体的な構成例を示す回路図である。
【図１１】図１０の回路構成の別の変形例を示す回路図である。
【図１２】図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図１３】図１２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１４】図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図１５】図３の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
【図１６】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１７】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１８】暗電流の温度依存性を示す図である。
【図１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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２９】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３０】蛍光検出処理の一例を説明するための図である。
【図３１】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３２】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。
【図３３】本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムＰＣＲ装置の他の構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１８２】
１，２・・・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】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項２】
前記各ヒータユニットは、
前記データ線から電流レベルの形で与えられた発熱量情報を示す信号電流を一旦電圧レベルの形に変換する変換部と、
変換された電圧レベルを保持する前記保持部と、
保持された電圧レベルを電流レベルの形に変換して駆動する前記駆動部と、を含む
請求項１記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項３】
前記保持部は、
少なくとも一つのキャパシタを含み、
前記駆動部は、
電源電位と基準電位間に直列に接続されたスイッチおよびゲートに前記キャパシタが接続された少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、
前記受け入れ部は、
前記データ線の発熱量情報を上記キャパシタに転送し、電荷を蓄積させるスイッチを含み、
前記駆動部のスイッチと前記受け入れ部のスイッチは相補的にオン、オフされる
請求項１記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項４】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、
前記各温度検出ユニットを選択するための走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項５】
前記転送部は、
温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む
請求項４記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項６】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する検出線と、を有し、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項７】
前記転送部は、
温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む
請求項６記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項８】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットを選択するための第２の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項９】
前記検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される
請求項８記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１０】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項１１】
前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記ＰＩＮダイオードを共用している
請求項１０記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１２】
前記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を行い、並びに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機能を有する
請求項１１記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１３】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項１４】
前記第１の検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される
請求項１３記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１５】
前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記ＰＩＮダイオードを共用している
請求項１３記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１６】
前記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を行い、並びに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機能を有する
請求項１５記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１７】
前記温度検出ユニットに検出結果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ダイオードにて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を行う
請求項１５記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１８】
複数の反応領域を有する反応処理装置であって、
熱制御を行うための熱制御マトリクス装置を有し、
前記熱制御マトリクス装置は、
前記反応領域に対応してマトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む
反応処理装置。
【請求項１】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項２】
前記各ヒータユニットは、
前記データ線から電流レベルの形で与えられた発熱量情報を示す信号電流を一旦電圧レベルの形に変換する変換部と、
変換された電圧レベルを保持する前記保持部と、
保持された電圧レベルを電流レベルの形に変換して駆動する前記駆動部と、を含む
請求項１記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項３】
前記保持部は、
少なくとも一つのキャパシタを含み、
前記駆動部は、
電源電位と基準電位間に直列に接続されたスイッチおよびゲートに前記キャパシタが接続された少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、
前記受け入れ部は、
前記データ線の発熱量情報を上記キャパシタに転送し、電荷を蓄積させるスイッチを含み、
前記駆動部のスイッチと前記受け入れ部のスイッチは相補的にオン、オフされる
請求項１記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項４】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、
前記各温度検出ユニットを選択するための走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項５】
前記転送部は、
温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む
請求項４記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項６】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する検出線と、を有し、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項７】
前記転送部は、
温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む
請求項６記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項８】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットを選択するための第２の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項９】
前記検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される
請求項８記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１０】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項１１】
前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記ＰＩＮダイオードを共用している
請求項１０記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１２】
前記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を行い、並びに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機能を有する
請求項１１記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１３】
ＤＮＡ増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
【請求項１４】
前記第１の検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される
請求項１３記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１５】
前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記ＰＩＮダイオードを共用している
請求項１３記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１６】
前記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を行い、並びに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機能を有する
請求項１５記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１７】
前記温度検出ユニットに検出結果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ダイオードにて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を行う
請求項１５記載の熱制御マトリクス装置。
【請求項１８】
複数の反応領域を有する反応処理装置であって、
熱制御を行うための熱制御マトリクス装置を有し、
前記熱制御マトリクス装置は、
前記反応領域に対応してマトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第１の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第２の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第１の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第２の検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記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、
前記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、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるＰＩＮダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第１の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるＰＩＮダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記ＰＩＮダイオードに供給し、前記ＰＩＮダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第２の転送部と、を含む
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】
【公開番号】特開２００９−２５４２５８（Ｐ２００９−２５４２５８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０５８３９（Ｐ２００８−１０５８３９）
【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２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【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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