用于多个样品的辐射度测量的设备和方法

专利名称：用于多个样品的辐射度测量的设备和方法
技术领域：
本发明涉及通过照射以辐射测量方式检测多个样品的装置和方法，其中，该样品 通过由检测器所监控到的样品辐射的发射对所述辐射作出响应。
背景技术：
运行这种装置可以获得与特定样品有关的样品辐射的强度。通过在确定时刻对 样品的样品辐射的反复检测，可以例如分析作为时间函数的样品辐射的发出。为了定量且 优选实时地分析聚合酶链反应(PCR)的过程，将这种类型的装置例如用于以光度测量方式 测试多个样品，例如在热循环器上的在线测试。这种装置的另一种应用可以是探测基板上 的多个微阵列点，或者也可以是无论在什么情况下必须通过发光、荧光、吸收、传送、散射现 象、衍射、折射以及反射等手段以辐射测量方式测试多个样品。该装置可用于热循环器、芯 片阅读器、MTP阅读器、点阅读器以及其它多分析测试器件上的在线样品测定(用于PCR)。所述实时PCR方法使用样品中至少一种类型的荧光标记的荧光辐射以表征PCR的 过程。在这种情况下，一个样品中存在几种不同的荧光标记，其中，每个荧光标记具有不同 的激发光谱，该激发光谱在特征激发频率下具有最大量，单一类型的辐射元件的单个辐射 谱可能足以包括这些激发频率。US 7102131 B2公开了一种可用于实时PCR的装置，以分析 一个PCR组内的几个荧光指示器的荧光。具有与样品架的每一个样品相关的一个光源。这 种布置的缺点是所述一个光源的总的辐射能量分散在连续的光谱上，从而导致了所需的激 发带的强度较低。为了提高所检测的荧光辐射的信噪比(S/N)，使用具有不同辐射谱的光源 可能是合适的，其中，每个辐射谱分别适于有效地覆盖特定荧光标记的激发谱。在大体是单 色发射器元件时，单色发射器元件的辐射频率应当充分接近相应的荧光标记的最大激发量 的辐射频率。对于某些试验，使用多种类型光源需要通过每种类型的光源来探测每个样品，其 中每种类型的光源提供不同的辐射谱。US 7148043 B2公开了一种用于监控多个样品中的 荧光的装置，该装置具有检测单元，该检测单元提供多个激发/检测通道，每个通道提供与 一样品中的某一个荧光标记试剂相对应的光源。所述通道布置在检测模块中，该检测模块 可通过步进马达沿着样品架的多个样品位置移动。因此，为了扫描所有的样品，需要执行很 多测量步骤。这种布置的缺点是定位错误可能随着扫描步骤增加，这降低了被测数据的可 靠性。在某些筛选试验中，孔板中提供的样品数目为96、384或甚至为1536。样品腔室的 直径随着样品位置数目减少，这更需要检测模块的精确定位以确保数据的再现性和可比较 性。另外，尤其对于顺序测量法，只要单个测量的时间没有减少，采集多个测量点会导 致总体测量时间较长。另一方面，单个测量的时间的减少会导致所检测的荧光强度信号的 S/N降低。另外，并行测量很多样品(例如一次并行测量96个样品)的测量装置不强制提 供短的总测量时间。由于涉及所使用的信号的有限带宽以及与所测量信号的估算有关的变 换运算的有限计算能力的误差，这种大规模并行测量的效率受到限制。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于以辐射测量方式检测多个样品的改进装置，其 中该装置尤其具有更短的总的测量时间和/或实现所检测的样品辐射的信号的较大的信 噪比。本发明的目的另一方面是提供另外一种以辐射测量方式测量多个样品的方法。为达到上述目的，本发明提供一种如权利要求1，11，14，43和44所述的方法、如权 利要求10，13，21，22和23所述的装置、如权利要求52所述的计算机代码，以及如权利要求 53所述的存储介质。本发明的优选改进为从属权利要求的主题。根据本发明的一实施例，一种用于以辐射测量方式检测至少两个样品的N(N为大 于1的自然数)个样品辐射的方法，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的 辐射所产生，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该方法包括以 下步骤确定一组N个基频；将一个参考频率加到所述基频的每一个上，其中所述参考频率大于所述基频的每 一个，使用该参考频率和基频的N个和，以提供N个调制信号，其中每个调制信号用于调 制不同发射器元件的辐射，检测N个样品辐射作为和信号，其中根据引起各个样品辐射的被调制的辐射来调 制每个样品辐射，使用解调方法解调该和信号，实施变换以将该被解调的和信号从时间依赖信号转换为频率依赖信号；以及根据基频，从所述频率依赖信号的振幅中确定至少一个单个样品辐射的量。优选通过乘法处理，实施对该和信号的解调，这尤其是将参考频率与和信号相乘。 因此，解调该和信号优选指和信号的向下混频。解调优选是通过使用模拟电子器件(例如， 环形调制器)来实施，以及优选通过使用数字电子器件来实施。根据本发明的上述方法具有如下具体优点辐射信号具有不同的时间特性，这通 过潜在的干扰信号降低辐射信号的干扰，该辐射信号通过调制信号和潜在的干扰信号调 制，该干扰信号具体地可以是低频干扰。具体地讲，用于调制的频带被移动到与潜在的干 扰信号的频率相比更高的频率。因此，避免了干扰并提高了所检测的样品辐射的量的S/N。 另外，通过使用不同的调制信号，可对样品辐射的特定发射器(例如荧光标记)进行寻址 (address)，或对多个样品中的特定样品进行寻址。通过所述寻址，在所检测出的N个样品 辐射的和中特定发射器的样品辐射或特定样品的样品辐射变得可识别。与检测N个样品辐 射的顺序操作相比，并行测量N个不同样品辐射提供降低所述N个样品辐射的总的测量时 间的可能性，这意味着可以降低总的测量时间。所述N个基频优选是大体等距的，优选选自OkHz至4kHz的频率范围。然而，所述 N个基频可以且优选不是大体等距的。另外，所述N个基频可以且优选地在4KHz至IMHz范围。所述参考频率优选被选择为比基频大得多，例如，至少为基频乘以因子2或优选 至少为比该基频大一个数量级。参考频率的优选频率范围还可以为80kHz至120kHz，优选该参考频率为IOOkHz。但是如上所述，参考频率可以是不同的。可以且优选使用另一种频分多址方法替代现行的频分多址(FDMA)方法，该另一 种FDMA方法用于在至少部分重叠的时间段内，调制至少两个辐射元件的辐射，并估算由所 述至少两个辐射元件引起的样品辐射之和。优选地，通过互阻抗放大器放大由检测设备所生成的N个样品辐射的和信号。优 选地，该互阻抗放大器是将电流转换为电压信号的设备。在这种情况下，该和信号是电流信 号，该电流信号通过互阻抗放大器被转换为电压信号 。优选地，互阻抗放大器具有高通功 能，其能至少部分抑制该和信号的低频干扰(噪声)。优选地，通过高通滤波器，尤其是数字高通滤波器，对该和信号进行滤波。其具有 在估算过程中不考虑低频干扰信号的优点，因此提高了所检测的样品辐射的量的S/N。优选地，来自所述被解码的和信号的至少一个单个样品辐射的量为信号振幅，该 信号振幅是对样品辐射的强度的度量，该样品辐射的强度已通过该调制频率寻址。利用本发明说明书的解释和定义，以下提供根据本发明方法的实施例。在优选实施例中，根据本发明的用于以辐射测量方式检测多个样品方法，优选包 括以下步骤至少部分同步照射全部样品中的N个样品，所述N个样品包括样品的至少一个 第一组和至少一个第二组，每一组至少包括两个样品，通过第一光谱的辐射照射所述第一 组样品，通过第二光谱的辐射照射所述第二组样品，其中全部η个光谱的所述至少一个第 一和一个第二光谱的每一个是不同的，其中通过不同调制的辐射照射每组样品中的每一个 样品；并且至少部分同步检测所述N个样品的样品辐射。优选地，根据本发明的方法还包括以下步骤提供以χ行和y列的阵列布置的全 部x*y个样品位置或样品，每一个样品位置适于容纳一个样品；提供辐射元件的阵列，其可 布置成使每个辐射元件至少间断地分配给一个样品，该阵列由r = x+n-1行(r >= χ)和 c = y列组成，其中每行辐射元件显示相同的行发射光谱，该行发射光谱为所述η个不同发 射光谱中的一种，其中还提供了 m个行组成的块，其中块的数目(该数目>0)与具有行发 射光谱的行的序列相等(!·、 、!！和！！！为自然数)。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤使至少r = χ个辐射元件的至少一列至 少部分同步，尤其是同步照射所述相应的X个样品，其中所述N = χ。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤对每一列辐射元件和相应的样品至少 部分同步，尤其是同步实施上述步骤。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤将该所述N个样品的样品辐射分为光 谱分量，每个分量代表对应于多组样品的一组的样品辐射；并且将样品辐射的所述分量的 每一个向检测单元传送。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤将所述和信号解调并估算所述N个样 品的每一个单个样品的样品辐射。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤为了利用每种类型的辐射元件对样品 实施全面扫描，提供辐射设备相对于样品架构件的全部定位步骤，具体为n-1个。另外，利用本发明说明书的解释和定义，以下提供根据本发明方法的实施例。根据本发明的方法，其中所述N个基频选自OkHz至IMHz的频率范围。根据本发明的方法，其中所述参考频率至少比所述基频中的每一个大一个数量级。根据本发明的方法，其中该方法包括通过高通滤波器对所检测的和信号进行滤波 的步骤。根据本发明的方法，其中该方法包括通过带通滤波器对所检测的和信号进行滤波 的步骤。根据本发明的方法，其中该方法包括通过使用采样频率进行采样和量化将所述和 信号数字化的步骤。根据本发明的方法，其中所述采样频率等于或大于奈奎斯特频率。根据本发明的方法，其中该方法包括在一段时间内，求所述和信号的均值的步骤。根据本发明的方法，其中该方法包括在解调之前，通过数字高通滤波器对所述和 信号进行滤波的步骤。根据本发明的方法，其中解调方法通过将参考频率与所述和信号相乘来解调所述 和信号。
根据本发明的方法，其中在解调和信号之后实施子采样步骤。根据本发明的方法，其中所述变换运算为数学运算。根据本发明的方法，其中所述变换运算为傅立叶变换法。与所述方法类似，一种用于以辐射测量方式检测至少两个样品的N个(N为大于1 的自然数)样品辐射的装置，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射引 起，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该装置包括控制设备，适于控制所述辐射元件以及使用N个基频来提供N个调制信号，其中每 个调制信号用于调制不同发射器元件的辐射。至少一个检测设备，其适于在至少部分重叠的时间段内检测至少两个样品的样品 辐射以作为和信号；估算设备，其适于由所述和信号估算单个样品的样品辐射；其中该估算设备适于解调和信号，以实施变换运算从而将该被解调的和信号从时间依赖信号转换为频率依赖信号， 以及根据基频，由所述频率依赖信号的振幅确定至少一个单个样品辐射的量。根据本发明的另一实施例，用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于 1的自然数)个样品辐射的方法，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐 射引起，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该方法包括以下步 骤确定伪随机数的一个码序列；用单个调制信号调制所述N个发射器元件中的每一个所发射的辐射，该单个调制 信号利用通过所述伪随机数的一个码序列形成；其中，单个调制信号的伪随机码相对其它调制信号的伪随机码移动约至少一个比 特，检测N个样品辐射作为和信号，其中根据引起各个样品辐射的被调制的辐射调制 每个样品辐射；
对所述和信号执行数学运算以解码该和信号；由所述被解码的和信号确定至少一个单个样品辐射的量。根据本发明的上述方法具有如下具体优点辐射信号具有不同的时间特性，这利 用潜在的干扰信号降低辐射信号的干扰，该辐射信号通过调制信号和潜在的干扰信号调 制，其中潜在的干扰信号具体是低频干扰。具体地讲，用于调制的频带定位在与潜在的干扰 信号的频率相比高得多的频率。因此，提高了所检测的样品辐射的量的S/N。另外，通过使 用不同的调制信号，可对样品辐射的特定发射器(例如荧光标记)进行寻址，或对多个样品 的特定样品进行寻址。通过所述寻址，在所检测的N个样品的辐射之和中特定发射器的样 品辐射或特定样品的样品辐射变得可识别。与检测N个样品辐射的顺序操作相比，并行测 量N个不同样品辐射提供了降低所述N个样品辐射的总的测量时间的可能性，这意味着可 以降低总的测量时间。优选地，所述伪随机数的码序列为金码(Gold-code)。然而，所述码序列可以并且 优选选自用于扩频系统的其它序列，如最长的序列、卡沙玛序列以及巴克码等。码的长度优 选为至少2^-1，其中N为在至少部分重叠的时间段内为所监测的样品的数目。
关于码序列和其它技术术语的说明，参考Don Torrieri “Principlesof spread-spectrum communication system，，，Springer, 2005,此处通过弓|用将其并入。可以且优选在至少部分重叠的时间段内，使用另一种码分多址(CDMA)方法调制 至少两个辐射元件的辐射并且估算由所述至少两个辐射元件引起的样品辐射之和。优选地，该估算设备包括解码设备，例如，相关器设备或乘法器设备，用于执行作 为解码运算的数学运算。解码运算优选包括相关运算，例如自相关或乘法，以由所述和信号 分解该样品辐射的量。与FFT运算相比，使用所述相关法的具体优点是所述相关法的硬件实现更容易并 且可以减少使用所述相关法所需的计算时间。利用本发明说明书的解释和定义，提供以下根据本发明方法的实施例。根据本发明的所述方法，其中，伪随机数的码序列为金码。根据本发明的所述方法，其中，所述数学运算包括用于将所述和信号与单个调制 信号相关联的相关法。根据本发明的所述方法，其中，所述相关法是自相关类型。根据本发明的所述方法，其中，所述数学运算大体上可替换为加法和减法运算。与上述方法类似，一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的 自然数)个样品辐射的装置，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射 引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该装置包括控制设备，适于控制所述辐射元件并且使用单个调制信号调制由所述N个发射器 元件中的每个所发出的辐射，该调制信号通过使用伪随机数的所述一个码序列而形成；其中单个调制信号的伪随机码相对其它调制信号的伪随机码至少移动约一个比 特；至少一个检测设备，其适于在至少部分重叠的时间段内，检测至少一个样品的样 品辐射作为和信号；估算设备，其适于由所述和信号估算单个样品的样品辐射；
其中，通过数学运算使所述估算设备适于解码所述和信号，以及其中估算设备适于确定至少的量。根据又一实施例，一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的 自然数)个样品辐射的方法，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射 引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，该方法包括以下 步骤确定一组N个阿达马码序列，其中每个所述阿达马码序列用于形成单个调制信 号；
使用一不同的单个调制信号调制所述N个发射器元件的每一个所发出的辐射，检测N个样品辐射作为和信号，其中根据被调制的引起各个样品辐射的辐射来调 制每个样品辐射； 对所述和信号执行数学运算来对其解码；由所解码的和信号确定至少一个单个样品辐射的量。根据本发明的上述方法具有如下具体优点辐射信号具有不同的时间特性，这利 用潜在的干扰信号降低辐射信号的干扰，该辐射信号通过调制信号和潜在的干扰信号调 制，潜在的干扰信号具体可为低频干扰。具体地讲，用于调制的频带定位到与潜在的干扰信 号的频率相比高得多的频率。因此，提高了所检测的样品辐射的量的S/N。另外，通过使用 不同的调制信号，可对样品辐射的特定发射器(例如荧光标记)进行寻址，或对多个样品的 特定样品进行寻址。通过所述寻址，在所检测的N个样品辐射之和中特定发射器的样品辐 射或特定样品的样品辐射是可识别的。与检测N个样品辐射的顺序操作相比，并行测量N 个不同样品辐射提供降低所述N个样品辐射的总的测量时间的可能性，这意味着可以降低 总的测量时间。优选地，所述相关法是自相关类型并且优选使用阿达马矩阵对N个样品辐射之和 进行逆变换，该阿达马矩阵包括所述N个阿达马码序列。具体地讲，使用沃尔什_阿达马变 换。与经典FFT分析相比，使用所述相关法的具体优点是所述相关法的硬件实现更容易并 且执行相关法所需的计算步骤可以更快。在优选实施例中，用逆阿达马矩阵H—1对信号矢量 的矩阵乘法实施信号分析。H—1可以一次从阿达马序列矩阵H计算得到并且可固定在操作 软件或数据存储器中进行存储。这使得该方法应用普遍并且容易实施。利用根据本发明方法的上述描述的解释和定义，下面提供根据本发明方法的实施 例。根据本发明的方法，其中，所述阿达马码序列是正交的。根据本发明的方法，其中，所述数学运算包括使所述和信号与单个调制信号进行 相关联的相关法。根据本发明的方法，其中，所述相关法为自相关类型。根据本发明的方法，其中，所述数学运算大体上可用加法和减法运算来替代。根据本发明的方法，其中，所述相关法通过使用逆阿达马矩阵对所述和信号进行 逆变换，所述逆阿达马矩阵与所述N个阿达马码序列相关。根据本发明的方法，其中，所述相关法使用沃尔什_阿达马变换。与所述方法类似，一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的自然数)个样品辐射的装置，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射 引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该装置包括控制设备，适于控制所述辐射元件以及使用一组N个阿达马码序列调制所述N个 发射器元件的辐射；其中每一个阿达马码序列用于形成单个调制信号；至少一个检测设备，适于在至少部分重叠的时间段内，检测至少一个样品的所述 样品辐射作为和信号；估算设备，适于由所述和信号估算单个样品的样品辐射；其中，估算设备通过执行数学运算解码所述和信号，以及
其中估算设备适于由被解码的和信号确定至少一个单个样品辐射的量。根据本发明的该方法具有如下的优点对于可能干扰所检测的样品辐射的多余的 光来说该测量不够灵敏。通常通过根据本发明的方法降低干扰的可能性。具体地讲，根据 本发明的方法，可以至少部分抑制检测单元的固有噪声。根据又一实施例，一种用于以辐射测量方式检测多个样品的装置包括辐射设备，其提供至少一个辐射元件以及至少两个发射器元件，其中每个辐射元 件至少包括一个发射器元件，并且其中所述至少两个发射器元件适于在至少部分重叠的时 间段内发出辐射；控制设备，控制所述辐射设备；样品架构件，提供支撑多个样品的多个样 品位置，其中在检测过程中，至少部分辐射设备和样品架构件适于相对彼此移动，且其中至 少两个发射器元件的每一个适于通过第一光路以辐射照射不同样品，这使该样品通过第二 光路以至少一个样品辐射频率向至少一个检测设备发出样品辐射，所述至少一个检测设备 适于在至少部分重叠的时间段内，检测由至少两个样品所发出的样品辐射作为和信号；以 及估算设备，适于由所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。根据又一实施例，一种用于以辐射测量的方式检测多个样品的装置包括辐射设 备，提供至少一个辐射元件和至少两个发射器元件，其中每个辐射元件至少包括一个发射 器元件，其中，至少两个发射器元件适于在至少部分重叠的时间段内发出辐射，其中至少两 个发射器元件提供具有不同辐射光谱的辐射；控制设备，控制所述辐射设备；样品架构件， 提供支撑多个样品的多个样品位置，其中至少两个发射器元件的每一个适于通过第一光路 照射至少一个样品，这使该样品通过第二光路，以至少一个样品辐射频率向至少一个检测 设备发出样品辐射，所述至少一个检测设备适于在至少部分重叠的时间段内，检测由至少 两个样品所发出的样品辐射作为和信号；以及估算设备，适于由所述和信号估算至少一个 单个样品的样品辐射。在本发明的语境中，术语“多个”是指“最少两个”。发射器元件可形成为辐射源。辐射源可以选自包括LED、大功率LED、0LED以及激 光二极管等辐射源的组。辐射源还可以是贴片发光二极管(SMD-LED)，该贴片发光二极管尤 其具有空间尺寸小和抗震动的机械稳定性高的优点。其它适合的辐射源可以包括适合辐射 测量的所有那些发射器元件，其可根据辐射需要来选择，例如，为荧光的目的，或者根据对 辐射路径的要求设置，例如，精确聚焦在数个样品中的一个上，或者考虑辐射元件的辐射强 度或持久性以及尺寸。因此，也可以应用白炽灯泡和激光、闪光灯、太赫兹辐射源、其它电磁 辐射源和粒子辐射源，例如β辐射。发射器元件可以并且优选形成为光路器件，其中优选地，发射器元件不包括辐射源而包括用于影响辐射的光路的器件，该辐射由至少一个辐射源发出。在这种情况下，优选 地，辐射源与发射器元件是分开的。发射器元件优选为包括光学滤波器的端面的设备。可以 使用这种光学滤波器将辐射从至少一个辐射源传送到发射器元件。优选地，进行仅仅将几 个辐射源，例如，仅仅一个辐射源的辐射，通过一束光纤传送到多个发射器元件的操作。这 种布置的优点是辐射源的数目可以小于发射器元件的数目，这意味着辐射设备的操作和 维护的成本更低。另外，由于可以将使用数个具有各自特性(例如，强度、光谱以及温度依 赖性等)的辐射源可能导致的误差，降低至一个辐射源的误差，所以改善了所测量的数据 的质量。因此所测量的数据具有可靠性和可比较性。辐射元件又可至少包括一个用于修改辐射元件的辐射的类似于光学滤波器、光 纤、透镜以及镜面等光学辅助器件。该装置优选具有至少一个输入端口，具体指该辐射设备，其中，所述输入端口适于 接收将向至少一个辐射元件传送的辐射，该辐射因此具有相同的发射光谱。如果辐射源的 数目小于发射器元件的数目，这是尤其优选的。优选地，每个输入端口适于接收辐射源的辐 射，尤其是不同辐射源的辐射。优选地，通过光纤至少部分实现将来自所述输入端口的辐射 分发至辐射元件或发射器元件。通过集成光路，例如，基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)，还可以 且优选至少部分实现将来自输入端口的辐射向发射器元件分发。
辐射元件还可以并且优选包括数个发射器元件，该发射器元件的辐射叠加以形成 一个辐射，例如辐射元件包括多个发光二极管。由辐射元件发出的辐射的光谱优选为窄带或大体是单色的。另外辐射元件的发射 器元件优选发出窄带或大体是单色的辐射。这可以是这种情况，例如对于发光二极管，其优 选用来作为发射器元件，且其优点是辐射通量集中在相对小的波长范围。比起相同通量的 宽带辐射，这种窄带辐射，例如在荧光应用中，可以引起更高的荧光光线的产生量。另外，由辐射元件发出的辐射的光谱可以并且优选包括较宽的波长范围。这种宽 带光谱具有如下优点在根据不同的波段所引起的过程中，可以通过一个覆盖不同波段的 激发辐射初始化数个过程。荧光就是这种过程的示例，其中一个宽带辐射能够激发不同荧 光标记的荧光，该荧光具有不同激发光谱。在这种布置中，辐射元件的发射器元件优选发出 白光，具体地，这可以由白色高性能的发光二极管发出。另外，优选提供数个光源，将这些 光源结合起来形成白色光源，例如，并行安装在一个辐射元件内的不同光谱的数个光源，例 如，组成了宽带发射器元件或辐射元件、分别平行的黄色、红色、绿色以及蓝色发光二极管。特定辐射元件的或不同辐射元件的发射器元件优选在至少部分重叠的时间段内 发出辐射或连续发出。本发明语境中的辐射优选是指电磁辐射。电磁辐射优选为可见光、紫外线或红外 光，而样品辐射优选为荧光光线。所述荧光光线可以从荧光标记发出，该荧光标记优选地 适用于用作PCR中的定量分析并且优选地选自包括溴化乙锭、花青染料(例如SYBR Green
I (g)) >FRET-探针(例如LightCycler (g)或者TaqMan (g)探针)，荧光纳米颗粒等的荧光标
记组。该辐射还可以是太赫兹辐射，其大体是指300GHz至IOTHz的频率范围。然而，辐射也可以是粒子辐射，例如，β辐射，一经照射样品其会引起任何类型的 样品辐射。优选地，该辐射从发射器元件沿第一光路传播并被传送至样品，在此处其引起样品辐射。该样品辐射从样品沿第二光路向检测设备传播。第一和第二光路至少可以部分重 叠，可以完全重叠或可以不重叠。辐射设备优选包括辐射元件的布置。该布置优选为周期性布置的辐射元件的阵 列，这些辐射元件优选安装在至少一个基板上。虽然该阵列的构造优选大体为一维的，优选 大体为二维的，尤其是与样品架构件平行，但是，也可以至少部分是三维排列的。辐射设备 也可包括像是控制器、传感器、电路、无源或有源制冷元件的其它设备。辐射设备优选提供至少两种不同辐射光谱的窄带辐射。多个辐射元件的至少两个 辐射元件或发射器元件可以且优选提供不同的辐射光谱，其中优选每个所述辐射光谱分别 适于光学激发不同的荧光标记。
下面使用笛卡尔坐标系统说明该装置的各部分的优选方向和排列。在该系统中， 下文中χ-y平面指水平面，而正ζ方向指“向上”。该辐射设备优选布置成相对于样品架构 件至少部分可移动并且优选至少部分与样品架构件平行，该样品架构件优选在χ-y平面内 布置。辐射设备优选包括支撑部件，其支撑所述至少一个其上至少安装有至少两个辐射元 件的基板。该基板优选安装为相对于所述支撑元件可移动的并且优选安装成绕旋转轴可旋 转，其可排列为平行或垂直于样品架构件。因此，所述至少一个辐射元件和至少两个发射器 元件可以节省空间的方式来安装。优选地，提供了 χ移动器件和/或y移动器件，这可将辐 射设备相对于样品架构件沿χ和/或y方向移动。另外，可提供旋转移动器件，这使辐射设 备相对于该样品架构件做角移动。在这种情况下，旋转轴可平行或垂直于样品架构件的主 平面。优选地，辐射设备在离该样品架构件预设的距离内布置。该距离优选由ζ移动器件 可调整，其可以将辐射设备相对于该样品架构件沿ζ方向移动。χ、y以及ζ移动器件优选 包括步进马达和/或压电致动器并且优选由控制设备、其它辅助控制设备或至少部分由用 户手动控制。该装置优选提供与x、y、z和/或旋转移动器件结合的锁扣器件以在每一移动步骤 中，更精确地限定辐射设备相对于该样品架构件的位置。锁扣器件可以是辐射设备上的锁 扣或弹性安装的锁扣，其刚性啮合多个孔的相应孔，这些孔被排列为限定该装置上的锁扣 位置。然而，可以使用任何能够扣住和保持辐射设备相对于该装置的位置的锁扣器件。因 此，与辐射元件有关的样品的重定位得到改善，这提高了被测量数据的可靠性。另外，辐射设备优选至少部分布置在该样品架设备的顶部，即，在正ζ轴方向上的 χ-y平面的一半空间内。这引导辐射向下进入样品容器中，该样品容器的上部对于辐射来说 是透明的。而且，辐射设备可以并且优选为至少部分布置在样品架设备下面。对于某些设置 和实验来说，后一种构造也具有优点。首先，样品架设备顶部的空间对于该装置的其它技术 设备来说是可用的。另外，在这种情况，包含液体样品的样品容器的底部对于光来说是透明 的，辐射不必须穿过样品的弯月曲面。液体的弯月曲面和透明的样品对光来说就像透镜。由 于对所有样品来说，弯月曲面的形状是不同的，穿过不同样品的光路将有轻微的变化，从而 导致在各个辐射的光束与样品的相互作用中发生偏离并且还会在所测量的数据中产生误 差。因此，将辐射传送穿过透明的样品容器的底部以及穿过该底部和样品液体之间的平坦 界面有益于测量的再现性，从而更精确地控制辐射路径。根据本发明，所述至少两个发射器元件在至少部分重叠的时间段内发出辐射。这意味着至少两个发射器元件至少部分同步发出辐射。还还意味着至少有一个交叉的时间 段，在此交叉的时间段内，至少两个发射器元件中的全部发出连续的辐射，即，在此时间段 内，由所述至少两个发射器元件中的所有发射器元件发出的辐射的量大于零。因此，发射器 元件的纯交替操作，例如，与脉冲操作相结合，不认为是“至少部分同步”。尤其是，“至少部 分同步”是指该时间段可以具有不同的长度并且可以具有不同的开始和/或结束时间。另 夕卜，所述时间段可以相同。“至少两个发射器元件至少部分同步发出辐射”还指在至少部分 重叠的时间段内，至少两个发射器元件是活动的。在下文中，术语“活动的发射器元件”是 指发射器元件正在发出辐射。发射器元件的活动周期优选可根据所检测的样品辐射的产生量或信噪比进行调整和控制。因此，与所述至少两个辐射元件的顺序活动相比，至少两个单个发射器元件的总 的活动时间缩短了，这意味着该装置的总的测量时间减少。进一步，对于预设的S/N来说， 可以降低总的测量时间。另外，发射器元件的总的激活时间的减少可以导致负载在样品上 的辐射减少，其例如在样品荧光可能避免对荧光标记的光化性损害的情况。也可延长辐射 源的使用寿命从而减少对装置的维护。可替换地或优选地，根据该辐射源的说明，可以利用 辐射源的附加使用寿命和附加的恢复时间操作至少一个辐射源，例如，至少间歇地操作具 有比特定的连续的电流更大的电流的LED。优选地，辐射设备布置为相对于样品架构件可移动。这意味着，至少可以相对样品 架构件，从第一位置向第二位置移动辐射设备，其中在第一位置处该装置装载有样品，在第 二位置处可以出现样品的光度测量。另外，可以并且优选，为了能够逐步执行扫描动作，在 所述第二位置内至少部分辐射设备相对于样品架构件是可移动布置的。优选地，辐射设备至少间歇地布置以使多个辐射元件可以照射相等数目的样品， 其中每个辐射元件大体激发一个样品-至少间歇对应的一个样品。因此，辐射设备优选可 以不必移动就可照射大部分样品，尤其是样品架构件的所有样品。一个优点是可以减少总 的定位误差以及装置上的机械压力，这减少了该装置的维护需求而增加了其使用寿命。另 夕卜，通过这种布置使得优选并行测量多个样品。并行测量数个样品可以缩短总的测量时间， 具体地讲，可以延长检测来自单个样品的样品辐射的时间，以提高样品辐射的S/N。另一可 以并且优选的，优选通过优选地布置在发射器元件上的附加的光学器件帮助所述至少两个 发射器元件照射相同数目的样品或者另一数目的样品，该数目可以更大或更小。因此，优选 通过第一光路，将由辐射元件发出的辐射和其各自的至少一个发射器元件引导到一个或多 个样品，其中第一光路优选排列为与样品架构件垂直，但也可优选为至少部分沿着非垂直， 例如，有角度或弯曲的方向。优选地，辐射设备提供多个辐射元件，其在阵列中在周期的位置处布置。该阵列优 选由r行和c列组成，其中I^Pc为自然数，且优选r> 1且c> 1。可替换地，优选r> 1 且c = 1或者优选r = 1且c > 1。辐射元件的布置优选与样品的布置在几何上对应。另外，多个辐射元件优选以阵列形式布置，其中优选地，由至少两个不同的辐射元 件组成的至少一个图案至少重复一次，该辐射元件分别具有至少两个不同的发射光谱。具 有至少两个不同发射光谱的至少两个不同辐射元件是指所述至少两个辐射元件适于提供 至少两个发射器元件，该发射器元件提供具有不同辐射光谱的辐射。该图案优选为具有两 个不同的发射光谱的辐射元件的任何序列，优选为线性序列或优选为平面组配。使用至少一个重复图案的优点是对于某些测量试验来说，可以使辐射设备相对于样品架构件所需 要的定位步骤的数目最小化。使定位步骤的数目最小化导致总的定位误差和该装置上的机 械压力减少，这减少了对该装置的维护需求而延长了其使用寿命。另外，定位步骤的步骤多 少可随着辐射元件的周期布置而减少，因此也减少了总的测量时间，并且对执行该定位步 骤的移动器件的能力和尺寸的需求也减少了。优选地，该阵列由r行和c列组成，其中I^Pc为自然数，优选r> 1且c> 1。在此情况下，用于辐射设备的不同类型的辐射元件的数目为n，例如，由于η个不同的辐射光 谱包括辐射元件，其中η为自然数且11 > 1，所以优选行的数目r = η。另外，优选一行包括 一种类型或相同类型的辐射元件以形成具有行发射光谱的一行。尤其是，这种行式的几何 结构使简单设计辅助器件得以实现，该辅助器件提供相应的行式几何结构以将样品发射逐 行引导到检测器设备。另外，通过逐步移动样品架部件可以将样品的扫描限制到一个方向， 例如，χ方向，因此，与两个方向的扫描相比，移动器件的设计更加容易。优选地，辐射设备的阵列与样品架构件的样品位置的阵列具有相同的列数，该数 目由χ行乘以y列来限定，列可表示为y = c。在该情况下，辐射设备的阵列的行数优选为 n(即，r = η)，其中优选每行具有特定的行发射光谱。通过这样的布置，定位步骤的数目可 以降到χ+η-2，为了利用每种类型的辐射元件对样品执行全面的扫描，辐射设备被定位在其 第一位置。所述辐射设备的阵列还优选由r = n*m行和c列的乘积组成，其中每一行具有一 个行发射光谱，该行发射光谱为η个不同行发射光谱的一个，并且还提供了 m个行组成的 块，每一块与行发射光谱具有相同的行序列，其中m是大于1的自然数。辐射元件的这种块 式布置可以减少扫描步骤的数目。还可以并且优选提供m个行组成的块，其中每一块具有 一种类型带有块式行发射光谱的行。这种块式几何结构使简单设计辅助器件得以实现，该 辅助器件提供了相应的块式几何结构以将样品辐射逐块引导到检测设备。辐射设备的阵列优选由r = (n*m)-l行和c列组成，其中每一行的辐射元件显示 出相同的行发射光谱，该行发射光谱为η个不同行发射光谱中的一个，并还提供了 m个行组 成的块，其中m-1块具有与行发射光谱相同的行序列(r、c、n和m是自然数)，并且一块部分 具有所述序列。在此情况，优选辐射设备提供与样品架构建的样品位置的数目相同的多个 辐射元件加上附加的n-1行辐射元件。通过这种布置，定位步骤的数目可以减少到n-1，为 了利用每种类型的辐射元件对样品执行全面的扫描，辐射设备被一次定位在其第一位置。优选地，辐射元件的阵列由r = n*m行和c列组成，其中提供了 m个由行组成的块， 其中每一块的辐射元件显示出相同的块发射光谱，该块发射光谱是n个不同发射光谱的一 个(r、c、n和m是自然数)。在此情况，辐射设备的列数c和样品架构件的样品位置的阵列 的列数χ是相同的。通过这种布置，定位步骤的数目可以减少到(x/m)+n-2，为了利用每种 类型辐射元件对样品执行全面的扫描，辐射设备被一次定位在其第一位置。另外，优选辐射元件的阵列具有r行和c列，其中r > = 12且c > = 8、r > = 24 且c>=16或r>=48且c>=32，该阵列分别对应标准的孔板结构。优选辐射元件的数目超过样品架构件所提供的样品位置的数目。辐射元件的数目 和样品位置数目的差值优选为n*c，其中η和c在上述内容已限定。这种布置的优点是在 辐射设备相对于样品架构件的每一定位步骤中，可以在一个辐射元件和一个样品之间建立联系，这种联系使并行测量效率高。优选地，在每一定位步骤中，一行样品与具有行辐射频 率的不同行的辐射元件发生联系。根据本发明的装置的辅助设备在至少部分重叠的时间段内，将至少两个样品的样 品辐射向所述检测设备引导。因此，不同波长的样品辐射可以通过所述一个辅助设备得以 同步引导。辅助设备优选为由至少一个镜面分段组成的镜面部分，所述镜面分段的每一个提 供至少一个镜面元件，其至少间歇地与至少一个辐射元件发生联系。该镜面部分传送至少 部分辐射元件的辐射，而至少反射部分样品辐射。在此情况，样品辐射为荧光光线，镜面元 件优选为二色性镜面，该二色性镜面适于传送某一类型辐射元件的激发光并且反射样品中 的荧光标记的荧光光线。镜面元件优选大体为平面的组件，其至少间歇地相对样品架构件 的法线以45°角排列。优选地，一个镜面元件(即，例如在扫描步骤中)至少是间歇地与辐射设备内的某 一辐射元件发生联系。优选地，一个镜面元件永久地分配给一个辐射元件，这使得将镜面元 件的几何布置相对于其所得以分配的辐射元件固定到最佳位置。镜面分段内的镜面元件的 布置和辐射设备内的镜面分段的布置大体是由与各个镜面元件有关的辐射元件的布置决 定的。因此，例如可以并且优选镜面分段包含至少一行镜面元件，该镜面元件分别分配给至 少一行辐射元件，尤其是分配给具有行发射频率的一行辐射元件。该镜面部分优选与辐射设备至少部分相连。因此，镜面部分的位置至少部分固定 辐射设备上，这有助于避免排列辐射路径中出现的误差。在本发明的优选实施例中，相对于 辐射设备，该镜面部分被定位并固定成一体，因此在测量过程中可以免除镜面部分定位的需要。还可以并且优选地，镜面部分至少部分布置为相对于辐射设备可移动。这使得释 放分配给镜面分段的空间，并且例如，使得将该空间分配给另一辐射路径。另外优选地，至 少一个镜面分段或至少一个镜面元件安装成相对于辐射设备旋转。在此情况，还优选提供 像是步进马达、压电致动器或磁开关的移动器件，该移动器件可以对镜面分段或镜面元件 施加压力以移动它。具体地讲，所述移动器件能够将镜面分段或元件从第一位置旋转到第 二位置，其中镜面分段或元件分配在第一位置，在第二位置释放镜面分段或元件。优选地，镜面元件由基板、尤其是是用玻璃或塑料制成的基板整件形成，例如由一 个玻璃基板的部分涂覆形成。可替换且优选地，镜面部分由至少一个或数个镜面分段形成， 其中镜面分段为提供数个镜面元件的一段设备。镜面分段优选通过至少一个连接器件相 连，例如为框架结构，外壳透明矩阵或塑料或接合剂类材料。相反，又一可以并且优选地，镜 面分段是大体分开的设备。在另一种镜面部分的优选设计中，镜面元件还可分裂为镜面子 元件，其可以为一段或分开的数段。该辅助设备优选以与辐射设备和样品架构件大体平行的方式布置，并且优选大体 布置在样品架构件和辐射设备之间。可替换并且优选地，镜面部分布置为使样品架构件大 体定位在镜面部分和辐射设备之间。第一光路优选限定为使辐射，辐射源的原点发出辐射元件的发射器元件、传送辅助设备、进入引起样品辐射的样品的区域。样品辐射通过第二光路向者辅助设备离开样品 区域，在辅助设备处，通过第二光路将样品辐射引导到检测器设备。
该辅助设备优选提供光学器件以便沿着诸如纤维、滤波器、透镜、孔等的辐射路径 操作该辐射。这些光学器件具体可以有助于选择适当的激发频率、校准该辐射、引导该辐 射、将该辐射集中到该样品上，和/或减小偏离光等。可替换并且优选地，该辅助设备包括与辐射设备和检测设备连接的光纤。第一光 纤将一个辐射元件与一个至少间歇发生联系的样品光学连接，从而利用辐射路径的第一部 分。辐射路径的第二部分包括第二光纤，其将在邻近样品处收集的样品辐射导向该检测设 备。优选地，该装置提供至少一个光学块设备。所述光学块设备优选至少部分包括所 述辐射设备的组件，优选包括所述辐射设备以及优选包括所述辅助设备。优选地，该光学块 设备组成了该装置的模块，其能被其它光学块设备替代。因此，可以使用与不同光学块设备 相同的装置。其优点是该装置可以更容易地使用不同几何布置的样品容器，例如，使用96 和384两个孔板以及其它样品架布置。又一可选并且优选地，该装置包括仅一个或多个可以改变位置的光学块设备。位 置的改变可以依赖于样品容器的几何布置，这是该装置的用户所期望的。优选地，自动执行 位置的变化，例如，依据计算机程序的初始化、或可以由用户进行初始化。优选地，为了实施 位置的改变，该装置提供位置变化器件。所述位置变化器件优选适于将至少一个光学块相 对于样品位置移动。优选地，所述位置变化器件包括至少一个转换位置器件，其能够实施所 述至少一个光学块设备的转换动作。另外，所述位置变化器件优选包括至少一个旋转位置 器件，其能够对至少一个光学块设备实施旋转移动。旋转的轴可以垂直和/或平行和/或 在其它方向排列。
另外优选地，所述位置变化器件适于执行转换和旋转两种动作。所述位置变化器 件可以包括，例如，锭子驱动器和/或线性马达和/或电子马达或致动器，和/或气动或电 化学驱动器或致动器等。在一个装置中使用可更换的数个光学块设备具有如下优点可通 过覆盖将该光学组件封装以防止尘土污染光学路径。另外，可以避免必须手动更换光学块， 因此，免除了利用用户操作的机械压力。样品架构件优选提供容器位置阵列，该阵列为适于支撑或固定可容纳样品的容器 的位置的阵列，其中，该样品可以包括至少一个样品辐射源，例如荧光标记。容器位置阵列 的几何结构优选至少部分对应辐射设备的辐射元件阵列的几何结构。具体地讲，样品架 构件可包括可用于PCR的热循环器的热块(thermoblock)。热块由金属制造，例如，铅、银 或铜，并且可包括所述容器位置阵列。可形成该容器位置阵列以支撑滴定板(MTP)或各 个容器。该热块的温度优选通过一个或更多的加热元件，例如热电制冷器(珀尔贴元件 (peltier-elements))来调整。另外，样品架构件的可选并且优选布置包括样品的定位器 件，该定位器件在US 6852986 Bl中已描述，通过引用将其内容并入于此。优选地，该装置， 具体地讲是辐射设备和控制器设备适于在至少部分重叠的时间段内，通过辐射照射容纳在 具有全部χ乘以y个样品位置的样品架构件中的所有样品。根据本发明装置的至少一个检测设备在至少部分重叠的时间段内，检测至少两个 样品的样品辐射作为和。优选地，该检测设备安装有光学设备，该光学设备可以在至少部分 重叠的时间段内，将作为和的至少两个样品的样品辐射复制到至少一个光敏感检测器单元 上。根据本发明装置的一个优点是可以将检测器单元的数目减少到一个检测器单元。这可以降低检测设备的成本以及维护需求，因此根据本发明的装置，尤其是与现有技术中对 每一个发射器元件使用一个检测器单元的检测设备相比，降低了成本。然而，也可以使用多 个检测器设备，其尤其对不同光谱范围的样品辐射的检测是最优化的。另一可选并且优选 的，至少一个检测器设备牢固地附着在辐射设备上。通过使用这种布置，在测量过程中，例 如，在MTP的筛选中，第二光路的长度保持常量，这加强了数据的可比较性和可靠性。该光学设备优选包括用作校准器的光纤阵列。可替换且优选的，该光学设备包括一个或多个透镜元件，该透镜元件校准样品辐射以将其向至少一个检测器单元传送。该光 学设备还优选包括至少一个附加的光学器件以沿辐射路径操作该辐射并优化由至少一个 检测器单元所检测的辐射，其中，上述光学器件选自包括光纤、滤波器、透镜、镜面以及孔等 的光学器件的组。优选地，该检测设备包括一个检测器单元。优选使用只有一个检测器单元或至少 数个检测单元还具有以下优点可以最小化检测设备的成本以及维护需求，并因此使该装 置的最小化。另外，由于与操作多于一个的检测器单元有关的误差减少了，因此增强了装置 的可靠性。这种误差可能是例如由不同检测器单元的不同或变化的操作状态或者由于检测 器单元之间的温度变化而引起。可选且优选地，提供了多于一个的检测器单元。优选地，数个样品的样品辐射是归 拢的并被引导到不同的检测器单元。因此可以提高样品辐射的信噪比，该样品辐射通过估 算设备在该样品辐射的和中被识别并被分配给引起所述样品辐射的辐射元件。还可选并且 优选，通过棱镜、衍射光栅等，将样品辐射的和或至少一束样品辐射分裂成数个部分，以将 所选部分向单个检测器单元传送。从而使，例如，根据频率来识别被检测的辐射并将所检测 的样品辐射的估算效率最优化，从而帮助提高所述信噪比。检测器单元优选选自一组设备，该组设备包括光电二极管、雪崩光电二极管、光电 互阻抗、光电导检测器、线性传感器阵列、CCD检测器、CMOS光学检测器、CMOS阵列检测器、 光电乘法器、光电乘法器阵列、直接图像传感器或其它设备，该组设备可测量样品辐射的至 少一个特性并以电信号的形式输出测量结果。根据本发明的装置包括控制设备，该控制设备优选分别控制所述至少一个辐射元 件。该控制设备优选地适于提供调制信号，其中每个调制信号用于调制发射器元件所发出 的辐射。然而，可以提供产生调制信号的分开的调制设备，而发射器元件的活动由控制设备 控制。所述调制设备虽然可与所述控制设备和/或辐射设备在物理空间上分开，但是可以 相连。另外，所述调制设备可以是控制设备的模块或该装置的另一设备，例如，估算设备。 可选并且优选，控制设备或调制设备生成调制信号。另外可选并且优选的，所述控制设备 或调制设备使用调制信号，该调制信号可由该装置的操作软件或该装置的数据存储器所支 持。分别优选地，控制设备包括至少一个数据处理单元(CPU)，具体地讲为现场可编程门阵 列(FPGA)设备或微处理器/微控制器，至少一种类型的数据存储器和电能提供单元，该电 能提供单元可以为控制设备提供至少一个工作电压。估算设备的微控制器优选与控制设备 相连。控制设备优选适于与辐射设备和估算设备通信。优选地，控制设备包括振荡器设备， 例如，包括普通晶体振荡器，该振荡器设备为使辐射设备和估算设备的操作同步提供主时 钟计时。优选地，控制设备适于在至少部分重叠的时间段内，使数个发射器元件发出辐射，并且在至少部分重叠的时间段内，从样品发出数个辐射并在至少部分重叠的时间段内，由 检测设备检测作为和信号。该数目优选为选自一组包括2，3，4，6，8，10，12，14，16，24，32的 数字。与大得多的数字(例如，96或384)的实施例相比，从所述数字范围内选择数字的优 点是可以对和信号中的样品辐射执行更有效地估算。具体地讲，这意味着在给定的总的测 量时间内，提高样品辐射的信噪比或对给定的S/N，减少了总的测量时间。使用较小的数，减 少了与所使用信号的有限带宽有关的误差以及与估算测量信号有关的变换运算所需的计 算强度，例如，数字化或傅立叶变换。具体地讲，当样品中的功能性荧光标记的浓度还很低时，改善的S/N使得在PCR的 最开始时，监控PCR的过程。另外，根据本发明的装置和方法中灵敏度的提高使得在自动化 的实验室环境中运行24小时的系统具有高的吞吐量。根据本发明的装置还包括估算设备，该估算设备适于估算来自所述和信号中至少 一个单个样品的样品辐射。优选地，估算设备为大体上只估算所测量数据的中专用的模块 化计算设备。这种模块化设计具有如下优点与任何现有技术中只有一个单个的数据处理 单元的装置相比，改善了数据控制。估算设备的部分功能优选由作为估算设备的模块的设 备所实施，或者由可替换并且优选的，虽然可与估算设备分开，但是与估算设备相互作用的 设备所实施。优选地，估算设备包括变换设备，该变换设备可对所述和信号执行变换运算以 由和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。优选地，变换运算为数学运算，尤其是傅立叶 变换。优选地，该估算设备还包括解码设备，该解码设备用于对和信号执行解码运算以由和 信号估算出至少一个单个样品的样品辐射。解码运算优选还包括将和信号与调制信号相乘 的步骤。估算设备可与控制设备或任何其它设备相连，例如，所述调制设备或附加的计算设 备或者已与或可与至少一个数据输入/输出设备相连。估算设备优选包括噪声消减器件并且分别优选包括带通滤波器、数字高通滤波 器、优选具有高通函数的互阻抗放大器、用于对和信号进行采样的采样设备、模拟_数字转 换器、优选为现场可编程门阵列(FPGA)的中央处理单元、振荡器设备(例如包括晶体振荡 器)、至少一种类型的数据存储器和/或优选与控制设备相连的微控制器。另外，优选在和 信号的至少一个预处理的步骤之后，估算设备优选包括可对和信号求均值的求均值设备。所述变换设备、解码设备和求均值设备可以在物理空间上分开还可相互连接以与 估算设备相互作用，以对由估算设备提供的数据执行特定的函数。另外，估算设备和控制设 备至少部分一体构造成实现该装置的复杂设计的集成设备，因此降低了成本。根据本发明装置的特性，技术人员可以从下面的描述中提取根据该优选实施例装 置的特性并结合根据本发明的其它特性以进一步修改根据本发明的装置和方法。另外，根 据该优选实施例的装置中可以加入附加的特征。在根据本发明装置的可选并且优选实施例中，该装置适于使得在至少部分重叠的时间段内，通过辐射使容纳在样品架构件中的所有样品被照射，其中样品架构件具有总共X 乘以y个样品位置。优选地，在检测过程中，至少部分辐射设备和样品架构件可以相互移 动，其中该检测过程优选地包括对所有x*y个样品的检测。优选地，辐射元件的阵列由r行 和c列组成，其中每一行的辐射元件显示相同的行发射光谱，例如，颜色，该行发射光谱为η 个不同行发射光谱的一个并且其中还提供了 m个由行组成的块，其中优选至少m-1块的数 目与具有与行发射光谱相同的行的序列(r、c、η和m为自然数)，并且优选，一块部分具有所述序列。优选为r = x+n-l、优选r = (n*m)-l。这种方式，辐射元件的阵列优选布置为 一图案，该图案包括具有行颜色不同的m块。其中m-1块包括数个η行，并且一块包括不同 行数。另外，辐射设备优选具有辐射元件的数目加上辐射元件的附加的η-1行，该数目与样 品架构件的样品位置的数目相同。以这种方式，辐射设备相对于样品架构件的定位步骤的 数目为η-1步，为了使用每种类型的辐射元件对样品执行全面扫描，辐射设备被一次定位 在其第一位置上。该装置，具体地讲为辐射设备和/或控制设备利用乘法技术使来自所有样品的样品辐射相互可识别，例如至少利用FDMA、CDMA、TDMA, WDMA以及相位复用方法中的一种方 法。对于装置的优选实施例，优选通过调制技术对在辐射元件阵列内的一行辐射元件的辐 射进行调制。优选地，相同行发射光谱(即，相同的颜色)的每一行使用不同的调制发射光 谱。每个发射器/辐射元件的被调制的辐射激发样品辐射，这显示各个相应的调制。因此， 可以识别相同颜色的样品辐射。具体地讲，该样品辐射是通过检测器单元同步接收的。具 体地，可以用相同的颜色激发数行辐射元件并在至少部分重叠的时间段内，估算相应的样 品辐射。所述调制技术优选为码复用技术，优选使用阿达马码或伪噪声码等。可选并且优 选，所述调制技术为频率复用技术，频率复用技术使用不同的调制频率。优选地，该装置具有r个，具体地讲为r = χ+(η-1)个输入端口和/或辐射设备， 其中每个输入端口适于接收辐射，该辐射被传送到c = y个辐射元件，因此显示了相同的行 发射光谱。但是，可选并且优选的，具有r = c数目的输入端口，其中在此情况下，输出端口 优选为x+n-1。优选地，辐射元件阵列的每一行分配给输入端口并且从辐射源接收辐射，具 体地讲，该辐射是被调制的辐射。优选多个辐射元件，具体地至少部分同步被激活多个行。 优选地，x*y个辐射元件，具体的，至少部分同步被激活y行辐射元件。优选地，至少部分同 步照射样品架构件的所有样品位置。这种布置的优点是并行测量效率很高并且能快速获 得数据。具体地讲，仅仅需要很小的η-1个定位步骤就可以提高全面测量例如微量滴定板 的所有样品的速度，其中定位步骤是测量每个辐射颜色下的每个样品所必须的步骤。使用 输入端口减少了所需辐射源的数目并且另一方面具有同步将相同类型的辐射传送到多个 辐射元件或发射器元件的优点。另外，优选地，至少具有一个输出端口，其中，该输出端口适于输出样品辐射，该样 品辐射为在至少部分重叠的时间段内从多个样品接收并被传送到至少一个检测设备。优选 地，具有数目为C = y个输出端口。其中每个输出端口适于输出样品辐射，该样品辐射为在 至少部分重叠的时间段内从数目为χ = r(n-l)个样品接收并被传送到至少一个检测设备， 其中每个检测设备生成和信号。优选地，该装置至少具有一个输出端口，该输出端口分配给 该辐射以及样品辐射，该样品辐射对应辐射元件阵列的一列辐射元件。优选地，通过光纤至少部分实现了将来自样品的样品辐射分布到输出端口。具体 地，每个样品的样品辐射优选被引导到数目为x*y个透镜中的一个透镜上，该透镜收集每 个样品辐射并将该辐射引导到至少一个光纤的输入端面。可选并且优选地，通过集成光路，例如，基于如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的无机或 有机透明物质，至少部分实现了将来自样品的样品辐射分布到输出端口。通过使用这种基 于基板的光学信号传送器件，减小了辐射路径器件的体积。因此，可设计更复杂的辐射设备 或装置。
优选地，该装置包括数个分光镜器件，具体为二色性镜面或棱镜，具体布置为下行至输出端口，其中s >0。然而，也可以并且优选地，不使用分光镜器件。优选地，输出端口 输出的该样品辐射通过数个分光镜器件分裂为不同的光谱分量，其中将每个光谱分量传送 到检测单元，该检测单元生成和信号。优选地，使用数个分光镜器件生成数目为s+1个不同 的光谱分量。可选并且优选地，输出端口输出的样品辐射通过过滤轮滤波，其中该过滤轮包 括η个滤波器，其中通过每个滤波器将不同的光谱分量滤波并传送到检测单元，从而生成 和信号。优选通过解调将所述和信号解码。优选地，估算设备适于估算来自数个和信号中 的每个单个样品的样品辐射，所述每一个和信号对应来自不同输出端口的样品辐射。光谱 分解结合复用方法，具体地讲为码复用方法，提高了利用检测器单元的动态范围的效率。利用根据本发明方法的上述描述的解释和定义，下面提供根据本发明装置的实施 例。根据本发明的装置，其中，至少两个发射器元件提供具有不同辐射光谱的辐射。根据本发明的装置，其中，在检测过程中，至少部分辐射设备和样品架构件适于相 对彼此移动。根据本发明的装置，其中，该装置至少包括两个辐射元件，其中每个辐射元件包括 一个发射器元件，该发射器元件至少间歇地分配给一个样品。根据本发明的装置，其中，该装置包括以阵列形式布置的多个辐射元件。根据本发明的装置，其中，所述阵列至少根据两个具有不同辐射光谱的辐射元件 提供图案，即，所述至少两个辐射元件适于提供至少两个发射器元件，该发射器元件提供具 有不同辐射光谱的辐射。根据本发明的装置，其中，辐射元件以r行和c列的阵列形式布置(r和c为自然 数)。根据本发明的装置，其中，每一行的辐射元件以至少一个发射光谱的行依赖序列布置。根据本发明的装置，其中，该阵列由r = (n*m)行和c列组成，其中每一行的辐射 元件显示相同的行发射光谱，该行发射光谱为η个不同行发射光谱中的一个并且还提供了 m个由行组成的块，每一块具有相同的行发射光谱的行序列(r、c、n和m为自然数)。根据本发明的装置，其中，该阵列由r = (n*m)-l行和c列组成，其中每一行的辐 射元件显示相同的行发射光谱，该行发射光谱为η个不同行发射光谱的一个并且还提供了 m个由行组成的块，其中m-1块具有与行发射光谱相同的行序列(r、c、n和m为自然数)，并 且一块具有部分所述序列。根据本发明的装置，其中，该阵列由r = (n*m)行和c列组成，其中还提供了 m个 由行组成的块，其中每块的辐射元件显示相同的块发射光谱，该块发射光谱为η个不同行 发射光谱的一个(!·、 、!！和！！！为自然数)。根据本发明的装置，其中，辐射元件的数目大于样品位置的数目。根据本发明的装置，其中，辐射元件的的数目比样品位置的数目大n*c。根据本发明的装置，其中，发射器元件为LED、SMD-LED、大功率LED、0LED、激光二 极管或其组合。根据本发明的装置，其中，至少一个发射器元件包括适于发出辐射的光纤的端面。
根据本发明的装置，其中，由至少一个辐射元件、至少一个发射器元件和至少一个 样品所发出的辐射为光。根据本发明的装置，其中，由至少一个辐射元件和至少一个发射器元件所发出的 辐射为白光。根据本发明的装置，其中，该装置包括锁扣器件，该锁扣器件适于为与样品架构件 相关的至少部分辐射设备保留预定的位置。根据本发明的装置，其中，辐射设备至少包括一个基板，在该基板上安装有多个辐 射元件。根据本发明的装置，其中，辐射设备包括支撑设备，该支撑设备至少支撑一个基 板。根据本发明的装置，其中，所述基板可相对所述支撑设备移动。根据本发明的装置，其中，所述基板可绕旋转轴旋转。根据本发明的装置，其中，该旋转轴大体上排列为平行于样品架构件。根据本发明的装置，其中，该旋转轴大体上排列为垂直于样品架构件。根据本发明的装置，其中，辐射设备至少包括一个制冷器。根据本发明的装置，其中，辐射设备至少包括一个温度传感器。根据本发明的装置，其中，辐射设备至少包括一个控制器以控制至少一个辐射设 备的电子设备。根据本发明的装置，其中，控制设备为所述辐射设备的一部分。根据本发明的装置，其中，控制设备为所述估算设备的一部分。根据本发明的装置，其中，控制设备为一个单独的设备。根据本发明的装置，其中，辐射设备包括具有数个透镜的透镜阵列，其中单个透镜 可引导辐射元件的辐射。根据本发明的装置，其中，辐射设备包括具有数个透镜的透镜阵列，其中单个透镜 可引导发射器元件的辐射。根据本发明的装置，其中，携带辐射元件的基板相对于透镜阵列是可移动的。根据本发明的装置，其中，透镜阵列的透镜数目与整个辐射设备的辐射元件的数 目相等。根据本发明的装置，其中，透镜阵列的透镜数目与辐射设备的发射器元件的总数 目相等。根据本发明的装置，其中，透镜阵列的透镜数目与样品架构件的样品位置的总数 目相等。根据本发明的装置，其中，辐射设备包括多个适于传送辐射的孔。根据本发明的装置，其中，辐射设备至少包括一个参考发射器元件。根据本发明的装置，其中，该装置包括辅助设备，该辅助设备适于在至少部分重叠 的时间段内将至少两个样品的样品辐射向至少一个检测设备引导。根据本发明的装置，其中，该辅助设备为至少具有一个镜面分段的镜面部分，每个 镜面分段至少具有一个与至少一个辐射元件有联系的镜面元件。根据本发明的装置，其中，该镜面部分布置为大体上与辐射设备和样品架构件平行，并且该镜面部分至少传送部分辐射元件的辐射同时至少反射部分样品辐射。根据本发明的装置，其中，该镜面部分的至少一个镜面分段牢固地附在该辐射设 备上。根据本发明的装置，其中，该镜面部分的至少一个镜面分段可移动地附在该辐射 设备上。根据本发明的装置，其中，该镜面部分的至少一个镜面分段相对于辐射设备旋转。根据本发明的装置，其中，该镜面部分提供了一个具有r行的镜面分段，其中，每 一行至少具有一个以行依赖序列布置的镜面元件，该行依赖序列依据对应辐射元件的序列 而定。根据本发明的装置，其中，该镜面部分提供了一个具有r个镜面元件的镜面分段， 其中，镜面元件是由相应的辐射元件来限定的。根据本发明的装置，其中，该镜面部分大体布置在样品架构件和辐射设备之间。根据本发明的装置，其中，样品架设备大体布置在镜面和辐射元件之间。根据本发明的装置，其中，样品架构件包括热块。根据本发明的装置，其中，样品架构件至少包括部分热循环器，该热循环器适于用 在PCR相关运算中。根据本发明的装置，其中，样品架构件适于支撑单个标准的PCR容器，该PCR容器 用于支撑样品。根据本发明的装置，其中，样品架构件适于支撑标准的PCR板，其提供了能够支撑 样品的多个容器。根据本发明的装置，其中，样品架构件包括覆盖容器开口的塑料薄片。根据本发明的装置，其中，样品架构件包括用于封闭容器的盖子。根据本发明的装置，其中，该盖子具有多个孔，每个孔对应一个样品位置。根据本发明的装置，其中，该盖子的孔的形状类似空心圆柱体。根据本发明的装置，其中，该盖子与加热元件产生接触并且盖子的温度是可控制 的。根据本发明的装置，其中，样品架构件包括透镜阵列。根据本发明的装置，其中，所述盖子包括多个透镜，该多个透镜布置在该盖子的孔 中。根据本发明的装置，其中，所述样品至少包含一个荧光标记，该荧光标记可由辐射 促使发出样品辐射。根据本发明的装置，其中，所述样品包含PCR试剂。根据本发明的装置，其中，所述样品包含的试剂来自一组试剂，该组试剂包含三苯 甲烷染料、若丹明染料、花青染料、嵌入染料(例如，乙酸盐，Sybr Green)，FRET探针以及荧 光纳米颗粒。根据本发明的装置，其中，所述检测设备至少包括一个检测器检测单元。根据本发明的装置，其中，所述检测单元选自一组检测单元，该组检测单元包括光 电二极管、雪崩光电二极管、光电晶体管、光传导检测器、线性传感器阵列、CCD检测器、CMOS 光学检测器、CMOS阵列检测器、直接图像传感器、光电倍增器以及光电倍增器阵列。
根据本发明的装置，其中，所述检测设备包括光学设备，该光学设备接收至少一个 样品的样品辐射并将该光向至少一个检测单元引导。根据本发明的装置，其中，所述检测设备的光学设备包括端面光纤布置，光进入表 面为该端面，该端面相互隔开且平行，且光激发表面为端面，该端面相互平行且邻近。根据本发明的装置，其中，所述检测设备包括透镜阵列。根据本发明的装置，其中，所述检测设备包括光学器件，该光学器件选自棱镜、透 镜、分光镜、光栅、滤波器以及干扰滤波器。根据本发明的装置，其中，所述估算设备包括变换设备，该变换设备用于对该和信 号执行变换运算以从所述和信号中估算至少一个单个样品的的样品辐射。根据本发明的装置，其中，所述变换运算为数学运算。根据本发明的装置，其中所述变换运算为傅立叶变换、相关或其它适当的运算。根据本发明的装置，其中估算设备包括解码设备，该解码设备用于对和信号进行 解码运算以从所述和信号中估算出至少一个单个样品的样品辐射。根据本发明的装置，其中估算设备包括噪声消减器件。根据本发明的装置，其中估算设备的噪声消减器件包括带通滤波器。根据本发明的装置，其中估算设备的噪声消减器件包括数字高通滤波器。根据本发明的装置，其中估算设备包括互阻抗放大器。根据本发明的装置，其中所述互阻抗放大器具有高通功能和带通功能。根据本发明的装置，其中估算设备包括用于对信号采样的采样设备。根据本发明的装置，其中估算设备包括模数转换器。根据本发明的装置，其中估算设备包括中央处理单元和振荡器设备。根据本发明的装置，其中估算设备的中央处理单元为现场可编程门阵列(FPGA)。根据本发明的装置，其中估算设备至少包括一种类型的数据存储器。根据本发明的装置，其中估算设备至少包括微控制器。根据本发明的装置，其中估算设备的微控制器与控制设备相连。根据本发明的装置，其中估算设备与检测设备和控制设备相连。根据本发明的装置，其中多个发射器元件在至少部分重叠的时间段内发射光，这 导致在至少部分重叠的时间段内，从样品中发出多个样品辐射，且由检测设备在至少重叠 的时间段内检测该样品辐射作为和信号。根据本发明的装置，其中，控制设备与辐射设备相连接以控制所述辐射元件的激活。根据本发明的装置，其中，控制设备包括中央处理单元和振荡器。根据本发明的装置，其中，控制设备的中央处理单元为现场可编程门阵列(FPGA)。根据本发明的装置，其中，所述控制设备包括触发设备以启动处理。根据本发明的装置，其中，所述控制设备至少包括一种类型的数据存储器。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用调制信号调制由辐射元件发出 的辐射。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用单个调制信号调制由所述至少 两个发射器元件中的每一个发出的辐射。
根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用单个调制信号调制由每一个发射器元件发出的辐射。根据本发明的装置，其中，所述估算设备适于接收所述单个调制信号作为特定的 参考信号以从所述和信号中估算至少一个单个样品的样品辐射。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用通过频分多址(FDMA)方法生成 的调制信号在至少部分重叠的时间段内调制至少两个发射器元件的辐射。根据本发明的装置，其中，所述至少两个发射器元件的每一个的调制信号是单独 的。根据本发明的装置，其中，确定各个调制频率以使一个调制频率不是任何其它调 制频率的谐波，并使调制频率的差值大于由调制信号的快速傅立叶变换所确定的光谱线的 带宽。根据本发明的装置，其中，调制频率(MF)所选范围为100Hz ^ MF ^ IOOMHz，优选 为 IkHz ^ MF ^ IMHz 以及优选为 IOOkHz < MF < 123kHz。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用扩频码生成调制信号。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用通过码分多址(CDMA)方法生成 的各个调制信号，从而在至少部分重叠的时间段内调制所述至少两个发射器元件的辐射。根据本发明的装置，其中，所述至少两个发射器元件的调制信号是利用至少一个 伪随机码的至少一个序列生成的。根据本发明的装置，其中，所述控制设备通过将相同的伪随机码应用到多个发射 器元件来使用调制信号，在至少部分重叠的时间段内发射调制信号，其中单独的发射器元 件的伪随机码相对其它发射器元件的伪随机码移动大约至少一个比特。根据本发明的装置，其中，所述控制设备使用通过利用正交的阿达马码序列生成 的调制信号，从而利用一个不同的阿达马序列调制所述至少两个发射器元件的每一个的辐 射，该辐射是在至少部分重叠的时间段内所发出的。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用通过时分多址(TDMA)方法生成 的调制信号从而在至少部分重叠的时间段内，调制所述至少两个发射器元件的辐射。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于使用通过波分多址(WDMA)方法生成 的调制信号从而在至少部分重叠的时间段内，调制所述至少两个发射器元件的辐射。根据本发明的装置，其中，所述控制设备适于通过频分多址(FDMA)方法、码分多 址(CDMA)方法、时分多址(TDMA)方法、波分多址(WDMA)方法或者相位调制方法的结合生 成的调制信号从而在至少部分重叠的时间段内，调制至少两个发射器元件的辐射。根据本发明的装置，其中，调制信号为方(波)信号或矩形信号。根据本发明的装置，其中，调制信号为正弦曲线、三角形、锯齿形或脉冲。根据本发明的装置，其中，至少两个方波信号产生相移。根据本发明的装置，其中，变换器件适于从所述和信号中确定单个的样品辐射量 而对和信号进行变换，其中该辐射量为量化样品辐射特性的数值。根据本发明的装置，其中，所述控制设备根据所检测的样品辐射量，通过辐射发射 器元件调整样品的辐射的时间段。根据本发明的装置，其中，所述估算设备包括相关设备，该相关设备适于将调制信号与所述和信号相关。根据本发明的装置，其中，所述估算设备包括乘法器设备，该乘法器设备适于将调 制信号与所述和信号相乘。根据本发明的装置，其中，所述估算设备和控制设备至少部分一体成型形成集成设备。具体地，总的测量时间由辐射设备相对于样品架构件所执行的移动步骤的数目所 确定。所述移动包括停止加速设备，该加速设备导致所移动的设备产生机械振荡(振动)。 由于这种振荡会干涉可再现的测量，所以要经过延迟时间(过渡时间)以便可以测量，其中 在该延迟时间内，振荡被抑制。因此，总的测量时间至少由一个步骤中均乘以移动步骤的数 目的移动时间、延迟时间以及测量时间来确定。根据本发明，总的测量时间优选为5秒，并 且对于96个样品的样品板测量时间更短，优选为大约1秒。该延迟时间优选为300毫秒并 且更短，优选为100毫秒。因此，可以实现快速定量测量，具体地可以精确监控并控制PCR 进程。根据本发明的装置的其它优选特点和优点可以从根据本发明方法的下面描述中 得到。具体地讲，操作根据本发明装置的那些方法。根据一个实施例，一种用于以辐射测量方式检测多个样品的方法，该方法包括以 下步骤通过控制设备控制辐射设备，其中所述辐射设备具有至少一个辐射元件和所述至 少两个发射器元件，其中每个辐射元件至少包括一个发射器元件；使所述至少两个发射器元件在至少部分重叠的时间段内，发出辐射。提供支撑多个样品的具有多个样品位置的样品架构件；在检测过程中，控制辐射设备和样品架构件的相对位置，二者至少部分适于相对 彼此移动；通过第一光路，由所述至少两个发射器元件的辐射照射不同样品，从而通过第二 光路使该样品以至少一个样品辐射频率向至少一个检测设备发出样品辐射。检测样品辐射，该样品辐射是在至少部分重叠的时间段内由所述至少两个样品所 发出，并由至少一个检测设备检测作为和信号；通过估算设备从所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。根据又一实施例，一种用于以辐射测量方式检测多个样品的方法，该方法包括以 下步骤通过控制设备装置控制辐射设备，其中所述辐射设备具有至少一个辐射元件和至 少两个发射器元件，其中每个辐射元件至少包括一个发射器元件；其中至少两个发射器元件提供具有不同辐射光谱的辐射。使所述至少两个发射器元件在至少部分重叠的时间段内，发出辐射。提供具有用于支撑多个样品的多个样品位置的样品架构件；通过第一光路，使用所述至少两个发射器元件的辐射照射不同样品，从而使该样 品通过第二光路向至少一个检测设备以至少一个样品辐射频率发出样品辐射。检测样品辐射，该样品辐射是在至少部分重叠的时间段内由所述至少两个样品所 发出，并由至少一个检测设备检测作为和信号；
通过估算设备从所述和信号中估算出至少一个单个样品的样品辐射。优选地，利用根据本发明的装置使用所述方法。根据本发明的上述方法具有如下优点与至少检测两个样品辐射的顺序操作相 比，至少部分并行测量至少两个不同样品辐射可以降低至少两个样品辐射的总的测量时 间，因此降低了总的测量时间。另外，在至少部分重叠的时间段内，通过检测至少两个样品 的样品辐射作为和信号，即，通过至少部分同步检测样品辐射，可以减少_如果期望-辐射 设备相对于样品架构件的移动步骤。所述并行测量和信号中至少两个不同样品辐射需要提供一种方法，该方法可以恢 复涉及和信号中的特定样品辐射的单个信号。根据本发明的方法，数个寻址方法适合对多 个样品的每一个进行寻址、以测量作为和信号的这些信号的响应，并分解涉及所寻址的特 定样品辐射的部分和信号。该寻址方法优选结合使用这些方法或不是结合而是使用其它寻 址方法中的一种。关于应用荧光的示例，样品可以包含多于一个的荧光标记。每个荧光标记可以发 出特定发射光谱的荧光，该特定发射光谱通过样品中的其它荧光标记的荧光分开，具体地 讲，通过利用传统的荧光光学器件，即，滤波器、分光镜以及镜面等分开。作为传统光学器件 的替代，可以使用其它设备，该设备可以识别不同光谱范围的辐射。作为所述设备的示例， 可以使用彩色敏感半导体设备，例如，可使用特定直接彩色光电二极管或直接彩色CMOS图 像传感器，该彩色敏感半导体设备可以不使用滤波器或棱镜来分裂入射的辐射而同步识别 并测量不同的光谱范围。因此，一种寻址方法中，即下文所指“颜色复用方法”或波分多址 (WDMA)方法，可以利用不同荧光标记的不同发射光谱，以分解样品中特定荧光标记的样品 辐射。至少所测量的部分样品辐射可由单个样品(例如容器中具有荧光标记的溶液)中的 荧光标记引起。所测量的作为和信号的样品辐射可由多于一个样品的荧光标记引起，具体 地，来自特定荧光标记的样品辐射可起源于每个不同的样品(容器)。这就是需要在较短时 间内测量多个样品的情况下(如同筛分法的示例)的优点。优选地，颜色复用方法结合一 种或多种其它复用方法使用，在这里描述的颜色复用方法也可以应用到非荧光应用领域。另一方面，在本发明的示例中，如果使用其它复用方法中的一种或者其结合，可以 不必使用颜色复用方法。但是，如果没有使用颜色复用方法从所述的和信号中分解特定的 样品信号，使用不同的辐射光谱仍具有优点。具体地，在筛分应用的示例中，例如，在PCR方 法中，可选并且优选地，使用具有所选发射光谱的来自辐射元件或发射器元件的辐射，该所 选发射光谱适于有效地匹配特定荧光标记的激发光谱。利用这种方式，提高了样品辐射的 生成量，从而分别使得测量时间缩短和/或信噪比提高。根据本发明，该方法优选使用信号调制，该信号调制可以从和信号中分解与特定 样品辐射有关的特定信号。因此，估算设备优选适用于从控制设备接收单个调制信号作为 特定的参考信号，从而通过估算设备从由检测器设备所检测的样品辐射之和中确定由样品 所发出的单个样品辐射。可选并且优选的，使用频分多址(FDMA)方法在至少部分重叠的时间段内，调制至 少两个发射器元件的辐射并且估算由所述至少两个发射器元件引起的样品辐射和。在FDMA 的示例中，通过具有所选调制频率的调制信号，调制每个辐射元件和/或发射器元件的辐 射，其中该辐射来自多个辐射元件和/或发射器元件。优选使用的调制是将辐射的振幅与调制信号(振幅调制)调制，例如，叠加。可选的振幅调制为辐射信号的频率或相位调制。 优选通过将参考频率加上与差分法有关的基频生成调制频率。优选地该参考频率所选频率 范围为IkHz至IMHz、优选频率范围为IOkHz至500kHz、优选频率范围为50kHz至200kHz、 优选频率范围为80kHz至120kHz，例如，100k Hz0因此，可以屏蔽较低的频率范围，具体地 范围为OkHz至50kHz。干扰信号，例如，噪声电压或50Hz的噪声电源，具体地在所述范围内 提供频率。因此，通过避开该低频范围，可以提高所测量信号的信噪比S/N。优选地，该参考 频率至少高出基频一个数量级。在参考频率范围为IkHz或更小的示例中，对所测量信号求 均值将会占用许多时间。因此，对选择参考频率来说，优选避开这样的低频率范围。根据本发明，优选地，提供了有助于提高所测量信号的信噪比的其它噪声消减装 置和方法。具体地，由于所述方法提高所测量信号的信噪比，使用根据本发明的调制方法具 有消减噪声的优点。具体的优点是测量不同样品(容器)的样品辐射的可选并且优选的方 法是根据本发明的FDMA方法。可选并且优选的，使用码分多址(CDMA)方法在至少部分重叠的时间段内，调制至 少两个发射器元件的辐射并且估算由所述至少两个发射器元件引起的样品辐射的和信号。 根据本发明，通过特定的码序列，调制来自多个辐射元件和/或发射器元件的每个辐射元 件和/或发射器元件的辐射，优选地，该特定的码序选自一组正交的码序列，例如阿达马、 伪噪声码或其它的码序，具体地讲，是用于扩频系统内的码序列。优选使用的调制是对具有 载波频率的载波信号使用振幅调制、生成用于CDMA方法的调制信号。该调制信号优选为方 波信号或矩形信号。为了避免信号中的d. c.特性，方波的占空因数优选小于50%。优选使 用如双相标记码、曼彻斯特码、不归零码及归零码等信道编码技术对载波信号的二进制调 制码进行编码以生成调制信号。从而可以有助于避免调制码中较长序列的逻辑1和0没有 任何转换，因此使时钟恢复和同步更加容易。从而减少了信号转换错误并且提高了所测量 的样品辐射量的S/N。另外，优选地通过利用伪噪声码的单个序列，以时间偏移的方式，取得 一组码序列，其中伪噪声码优选用于由辐射元件/发射器元件发出的辐射。使用这种方式， 可以通过有关的特定调制的时间偏移从和信号中分解由相应辐射引起的特定样品辐射。可以并且优选地，使用时分多址(TDMA)方法在至少部分重叠的时间段内，调制至 少两个辐射元件的辐射并且估算由所述至少两个辐射元件引起的样品辐射的和。根据本发明，优选通过利用执行变换运算的变换设备，从所述和信号中估算特定 样品辐射量，例如，光谱线的高度和特定样品辐射的振幅，该变换运算优选为数学运算和/ 或可选地至少通过模拟电子器件至少部分实现。这种数学运算可为FFT(快速傅立叶变换， 例如，Radix-2FFT)或自相关法。在根据本发明的估算设备的具体实施例中，数学运算可大 体执行整数运算实现。这种方式的优点是在数据处理单元，例如，在FPGA中，仅仅需要一个 时钟来执行一次整数运算。因此，数据的计算更快从而减少了该装置和该方法的总的测量 时间。在数据处理单元的具体示例中，无需使用额外的存储器以执行数学运算，因此，降低 了成本。然而，也可以使用支持数据估算的额外存储器单元。优选也可利用至少一个监控调制频率的锁扣放大器设备确定所述量。优选根据所检测样品辐射量，通过发射器元件调整照射样品的时间段以避免损害样品，从而减少对该装置的维护并减少总的测量时间。根据本发明的实施例，一种用于以辐射测量方式检测至少两个样品的N(N为大于1的自然数)个样品辐射的方法，该样品辐射是由少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射 引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，其包括以下步骤确定一组N个基频；将一个参考频率加到每一个基频上，其中所述的参考频率大于每一个基频；使用N个参考频率和基频的和以提供N个调制信号，其中使用每个调制信号调制 不同发射器元件的辐射；检测N个样品辐射作为和信号，其中每个样品辐射是通过各个样品辐射引起的被 调制的辐射来进行调制的；使用解调方法解调该和信号；
执行变换以将该解调的和信号从时间依赖信号转换为频率依赖信号；以及根据基频，从所述频率依赖信号的振幅中确定至少一个单个样品辐射量。优选通过乘法处理，对该和信号实施解调，具体地讲，将参考频率与和信号相乘。 因此，解调该和信号优选地是和信号的向下混频。解调优选是由模拟电子器件(例如，环形 调制器)来实施的，以及优选使用数字电子器件来实施。根据本发明的上述方法具有如下优点辐射信号具有不同的时间特性，即通过潜 在干扰信号降低辐射信号的干扰，其中该辐射信号是通过调制信号和潜在的干扰信号调制 的，其中干扰信号可以是低频干扰。具体地讲，用于调制的频带偏移到比潜在干扰信号的频 率更高的频率上。因此，消除了干扰并且提高了所检测的样品辐射量的信噪比。另外，通过 使用不同的调制信号，可对样品辐射的特定发射器(例如，荧光标记)进行寻址，或对多个 样品中的特定样品进行寻址。通过所述寻址，可以从所检测出的N个样品辐射的和中识别 出特定发射器的样品辐射或特定样品的样品辐射。与检测N个样品辐射的顺序操作相比， 并行测量N个不同样品辐射减少了 N个样品辐射的总的测量时间，从而减少了总的测量时 间。所述N个基频优选是大体等距的，优选的频率范围为OkHz至4kHz。然而，该基频 可以或优选大体是不等距的。另外，可以并优选地，所述N个基频在4KHz至IMHz范围。所述参考频率优选比所述基频大得多，例如，至少为基频乘以因子2或优选至少 为大于基频一个数量级，参考频率的优选频率范围为80kHz至120kHz，优选频率为100kHz。 但是如上所述，参考频率可以是不同的。可以或优选使用另一种FDMA方法替代现行的频分多址(FDMA)方法，该另一种 FDMA方法用于在至少部分重叠的时间段内，调制至少两个辐射元件的辐射并用于估算由所 述至少两个辐射元件引起的样品辐射的和。优选地，通过互阻抗放大器放大由检测设备所生成的N个样品辐射的和信号。优 选地，该互阻抗放大器是将电流转换为电压信号的设备。在此示例中，该和信号是电流信 号，该电流信号通过互阻抗放大器转换为电压信号。优选地，互阻抗放大器具有高通功能， 其可至少部分抑制该和信号的低频干扰(噪声)。优选地，通过高通滤波器，尤其是数字高通滤波器对该和信号进行滤波。其具有的 优点是在估算处理中不考虑低频干扰信号，因此提高了所检测的样品辐射量的S/N。优选地，所述解码的和信号中的至少一个单个样品辐射量为信号振幅，该信号振 幅是对样品辐射强度的测量，该样品辐射强度通过该调制频率寻址。
利用本发明说明书的解释和定义，以下提供根据本发明方法的实施例。在一优选实施例中，根据本发明的用于以辐射测量方式多个样品方法，优选包括以下步骤至少部分同步激发N个整个样品，所述N个样品至少包括一个第一组和至少一个 第二组样品，每一组至少包括两个样品，通过第一光谱的辐射照射第一组样品，通过第二光 谱的辐射照射第二组样品，其中全部η个光谱的至少第一光谱和第二光谱中的每一个均是 不同的，其中通过不同调制的辐射照射每组样品中的每一个；以及至少部分同步检测N个 样品的样品辐射。优选地，根据本发明的方法还包括以下步骤提供以χ行和y列的阵列方式布置的 全部x*y个样品位置或样品，每一个样品位置用于容纳样品；提供辐射元件阵列，该辐射元 件阵列布置成使每个辐射元件至少间歇地分配给一个样品，该阵列由r = x+n-1行(r > = χ)和c = y列组成，其中每行辐射元件显示出相同的行发射光谱，该行发射光谱为η个不同 发射光谱中的一种，其中还提供了 m个由行组成的块，块的数目(该数目>0)与行发射光 谱的行序列相等(r、c和m为自然数)。 优选地，根据本发明的方法还包括以下步骤使所述至少r = χ个辐射元件中的至 少一列至少部分同步，尤其是同步照射相应的X个样品，其中N = χ。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤至少部分同步，尤其是同步对用于每一 列辐射元件和相应的样品实施上述步骤。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤将N个样品的样品辐射分裂为光谱分 量，每个分量代表对应一组样品的样品辐射，以及将样品辐射的每一分量传送至检测单元。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤将所述和信号解调并估算N个样品的 每一个单个样品的样品辐射。优选地，根据本发明的方法包括以下步骤为了利用每种类型的辐射元件实施全 面扫描，提供与样品架构件相关的辐射设备的定位步骤的总数目，具体为n-1。另外，利用本发明说明书的解释和定义，以下提供根据本发明方法的实施例。根据本发明的方法，其中所述N个基频选自为OKHz至IMHz的频率范围。根据本发明的方法，其中所述参考频率比所述每个基频至少大一个数量级。根据本发明的方法，其中该方法包括以下步骤通过高通滤波器对所检测的和信 号进行滤波。根据本发明的方法，其中该方法包括以下步骤通过带通滤波器对所检测的和信 号进行滤波。根据本发明的方法，其中该方法包括以下步骤通过使用采样频率进行采样和量 化，将所述和信号数字化。根据本发明的方法，其中所述采样频率等于或大于奈奎斯特频率。根据本发明的方法，其中该方法包括以下步骤在一段时间内，将所述和信号取均值。根据本发明的方法，其中该方法包括以下步骤在解调之前，通过数字高通滤波器 对所述和信号进行滤波。根据本发明的方法，其中解调方法通过将参考频率与所述和信号相乘来解调所述 和信号。
根据本发明的方法，其中在解调和信号之后实施子采样步骤。根据本发明的方法，其中所述变换运算为数学运算。根据本发明的方法，其中所述变换运算为傅立叶变换方法。与所述方法类似，一种用于以辐射测量方式检测至少两个样品的N个(N为大于1的自然数)样品辐射的装置，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射 引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该装置包括控制设备，用于控制所述辐射元件以及使用N个基频提供N个调制信号，其中使用 每个调制信号用于对不同发射器元件的辐射进行调制；至少一个检测设备，用于在至少部分重叠的时间段内，检测至少两个样品的样品 辐射以作为和信号；估算设备，用于由所述和信号估算单个样品的样品辐射；其中估算设备用于解调和信号，实施变换运算以将该解调的和信号从时间依赖信号转换为频率依赖信号，以及根据基频，从所述频率依赖信号的振幅中确定至少一个单个样品辐射量。根据本发明的另一实施例，用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于 1的自然数)个样品辐射的方法，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐 射引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该方法包括以下 步骤确定伪随机数的一个码序列；用单个调制信号调制所述N个发射器元件的每一个所发射的辐射，该单个调制信 号利用所述伪随机数的一个码序列形成；其中，单个调制信号的伪随机码相对其它调制信号的伪随机码移位至少一个比 特，检测N个样品辐射作为和信号，其中根据被调制的各个样品辐射引起的辐射调制 各个样品辐射；对所述和信号执行数学运算以解码所述和信号；以及从所述解码的和信号中，确定至少一个单个样品辐射量。根据本发明的上述方法具有如下优点辐射信号具有不同的时间特性，即利用潜 在干扰信号降低辐射信号的干扰，其中该辐射信号是通过调制和信号潜在的干扰信号调制 的，其中潜在的干扰信号可以是低频干扰。具体地讲，用于调制的频带定位到比潜在干扰信 号的频率更高的频率上。因此，提高了所检测的样品辐射量的S/N。另外，通过使用不同的 调制信号，可对样品辐射的特定发射器(例如，荧光标记)进行寻址，或对多个样品的特定 样品进行寻址。通过所述寻址，可以从所检测出的N个样品辐射之和中识别出特定发射器 的样品辐射或或特定样品的样品辐射。与检测N个样品辐射的顺序操作相比，并行测量N 个不同样品辐射可以减少N个样品辐射的总的测量时间，从而降低了总的测量时间。虽然优选地，伪随机数的码序列为金码。然而，所述码序列可以并且优选地选自用 于扩频系统的其它序列，如最长的序列、卡沙玛序列以及巴可码等。码的长度优选为至少 2^-1，其中N为在至少部分重叠的时间段内所检测的样品的数目。关于码序列和其它技术术语的说明，涉及Don Torrieri “Principlesofspread-spectrum communication system，，，Springer, 2005,通过弓|用将其内容并入于此。可以或优选在至少部分重叠的时间段内，使用另一种码分多址(CDMA)方法调制 至少两个样品辐射元件的辐射并且估算由所述至少两个辐射元件引起的样品辐射的和。优选地，该估算设备包括解码设备，例如相关器设备或乘法器设备，该解码设备用 于执行作为解码运算的数学运算。解码运算优选包括相关运算，例如自相关，或乘法，从而 从所述和信号中分解出样品辐射量。与FFT运算相比，所述相关法的具体优点是所述相关法的硬件实现更容易并且可 以减少使用相关法所需的计算时间。利用本发明说明书的解释和定义，提供以下根据本发明方法的实施例。根据本发明的所述方法，其中，伪随机数的码序列为金码。根据本发明的所述方法，其中，所述数学运算包括用于将所述和信号与单个调制 信号相关联的相关法。根据本发明的所述方法，其中，所述相关法是自相关类型的。根据本发明的所述方法，其中，所述数学运算大体上可替换为加法和减法运算。与上述方法类似，一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的 自然数)个样品辐射的装置，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射 引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该装置包括控制设备，用于控制所述辐射元件以及使用各个调制信号调制由每个N个发射器 元件中每一个发出的辐射，该调制信号是利用一个伪随机数的码序列形成的，其中各个调 制信号的伪随机码相对其它调制信号移位至少约一个比特，至少一个检测设备，其用于在至少部分重叠的时间段内，检测至少一个样品的样 品辐射作为和信号；以及估算设备，用于由所述和信号估算各个样品的样品辐射；其中估算设备通过执行数学运算解码所述和信号，以及其中估算设备用于由所解码的和信号确定至少一个单个样品辐射量。根据本发明的又一实施例，一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为 大于1的自然数)个样品辐射的方法，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元 件的辐射引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该方法包 括以下步骤确定一组N个阿达马码序列，其中每个阿达马码序列用于形成单个调制信号；使用不同的单个调制信号调制所述N个发射器元件的每一个所发出的辐射，检测N个样品辐射作为和信号，其中根据引起各个样品辐射的调制辐射调制每个 样品辐射；对所述和信号执行数学运算来解码所述和信号；由所述解码的和信号确定至少一个单个样品辐射量。根据本发明的上述方法具有如下优点辐射信号具有不同的时间特性，即利用潜 在的干扰信号降低辐射信号的干扰。其中该辐射信号是通过调制和信号潜在的干扰信号调 制的，其中潜在的干扰信号具体为低频干扰。具体地讲，用于调制的频带的频率定位到大于 潜在干扰信号的频率上。因此，提高了所检测样品辐射量的信噪比。另外，通过使用不同的调制信号，可对样品辐射的特定发射器(例如，荧光标记)进行寻址，或对多个样品中的特 定样品进行寻址。通过所述寻址，可以从所检测出的N个样品辐射的和中识别出特定发射 器的样品辐射或特定的样品的样品辐射。与检测N个样品辐射的顺序操作相比，并行测量 N个不同样品辐射可以减少N个样品辐射的总的测量时间，从而减少了总的测量时间。优选地，所述相关法是自相关类型的并且优选使用阿达马矩阵对所述N个样品辐 射和进行逆变换，该阿达马矩阵包括N个阿达马码序列。具体地讲，可使用沃尔什_阿达马 变换。与经典FFT分析相比，所述相关法的具体优点是所述相关法的硬件实现更容易并且 可以更快地执行相关法。在优选实施例中，用逆阿达马矩阵Η"1对信号矢量作矩阵乘法实施 信号分析。Γ1可以一次从阿达马序列矩阵H计算得到并且可固定存储在操作软件或数据 存储器中。该方法应用普遍并且容易实施。
利用根据本发明方法的上述描述的解释和定义，下面提供根据本发明方法的实施 例。根据本发明的方法，其中，所述阿达马码序列是正交的。根据本发明的方法，其中，所述数学运算包括将单个调制信号与所述和信号相关 联的相关法。根据本发明的方法，其中，所述相关法为自相关类型。根据本发明的方法，其中，所述数学运算大体上可用加法和减法运算来替代。根据本发明的方法，其中，所述相关法使用阿达马逆矩阵对所述和信号进行逆变 换，所述阿达马逆矩阵与所述N个阿达马码序相关。根据本发明的方法，其中，所述相关法使用沃尔什_阿达马变换。与所述方法类似，一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的 自然数)个样品辐射的装置，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射 引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，该N个发射器元件发出辐射，该装置包括控制设备，用于控制所述辐射元件以及使用一组N个阿达马码序列调制N个发射 器元件的辐射，其中使用所述每一个阿达马码序列用于形成单个调制信号；至少一个检测设备，用于在至少部分重叠的时间段内，检测至少一个样品的样品 辐射作为和信号；以及估算设备，用于由所述和信号估算各个样品的样品辐射；其中估算设备通过执行数学运算解码所述和信号，以及其中估算设备用于由所解码的和信号确定至少一个单个样品辐射量。根据本发明的该方法具有如下的优点对于可能干扰所检测的样品辐射的多余的 光会造成测量不灵敏。根据本发明的方法，通常可以降低干扰的影响。具体地讲，通过本发 明的方法，可以至少部分抑制检测单元的固有噪声。


下面结合附图，可以从以下的根据本发明的装置和方法的实施例中，得到本发明 的另外优点、特点以及应用。下文相同的附图标记实质上描述了相同的设备。图1示出了根据本发明的装置的实施例的示意图；图2示出了根据本发明的装置的另一实施例的示意图3示出了根据本发明的装置的又一实施例的示意图；图4示出了根据本发明的装置的另一实施例的示意图；图5示出了根据本发明的装置的又一实施例的示意图；图6至图11示出了根据本发明的装置的不同实施例的辐射设备的辐射元件的每 一布置相对于样品架构件的样品位置阵列的俯视示意图。图12示出了根据本发明方法的实施例的操作框图。图13示出了根据本发明方法的实施例的操作框图。图14示出了根据本发明方法的实施例的操作框图。图15示出了图14所示方法的沃尔什-阿达马码序列的框图。图16示出了根据本发明装置的优选实施例的光学块原理示意图。图17为一示意图，该示意图示出了图16至图19所描述的本发明优选实施例中辐 射元件、相应的样品容器的布置以及输入和输出端口的布置。图18为一示意图，该示意图示出了图16至图19所描述的本发明优选实施例中在 三个不同位置和时刻、、、和t2的辐射设备/光块设备的一列辐射元件的位置。图19为一示意图，该示意图示出了图16至图19所描述的本发明装置优选实施例 中颜色、码调制样品辐射的解码方案。
具体实施例方式图1为根据本发明装置1的一实施例示意图。该实施例的装置是一种用于以光度 测量方法测量实时PCR中荧光样品的荧光量的装置。该装置1包括控制设备2、辐射设备3、 辅助设备4、样品架构件5、检测设备6、估算设备7以及计算机设备8 ；控制设备2与辐射设 备3和估算设备7相连，辐射设备3通过辅助设备4与样品架构件5光学连接，样品架构件 5通过辅助设备4与检测设备6光学连接，估算设备7与检测设备6相连，计算机设备8用 于进一步估算并使数据可视化，对于该装置的结构，优选地，计算机设备8与估算设备7相 连。如图1进一步所示，控制设备2包括电源供应单元21，其向控制设备提供所需的工 作电压。控制设备2根据特定操作方案，与电路基板34相连以激活辐射设备3的发光二极 管31、32和33。该特定操作方案包括至少在部分重叠的时间段内，最少激活两个发光二极 管的步骤。由于该装置优选地能够通过检测和信号中的样品辐射的和以并行操作方式使用 相同类型的发光二极管，从而能够得到所述和信号中的单个样品辐射的强度，因此，所述发 光二极管的类型可以是相同的。如图1进一步所示，辐射设备2包括用于控制各个发光二极管31、32和33的电路 基板34。控制设备优选地还包括控制器件35，该控制器件35优选能够至少部分地控制控 制设备2的辅助元件。辅助元件可以是例如温度传感器或者有源或无源制冷器，其具体用 于维持控制设备2的温度，尤其是将发光二极管31、32和33的温度维持在确定的值。如图1进一步所示，辐射设备2包括96个可以是白色或蓝色发光二极管的发光二 极管。至少一个发光二极管可以是白色或蓝色的二极管。此处示出了三种不同类型的发光 二极管31、32和33，例如绿色、红色和黄色发光二极管。优选地，每一种类型的发光二极管 具有典型的窄带光发射光谱，该光谱优选有效激发优选类型的荧光标记。发光二极管基本以二维方式布置在具有12行和8列的LED阵列中，该LED阵列优选对应于商业化的96型 孔板或微滴定盘的几何结构。然而，LED的其它布置也是可行的，例如，星形，圆形或其它图 形布置。图1大体示出了通过LED阵列的一列的剖面示意图。优选地，每列设置同一类型 的LED。每个LED的光通过孔36离开辐射设备2，在孔36处可以布置透镜以引导光线，或 布置滤波器或其它光学器件以影响该光的特性。参见图1，控制设备2通过调制信号，以一种典型但简单的操作模式对两个发光二 极管31、37的光进行寻址并估算与有源发光二极管同步的合成的和信号在至少重叠的时 间段内，沿第一发光二极管的第一光路10和第二发光二极管的又一第一光路11，通过镜面 元件(分段)40和41，将光引导到样品架构件5，进入容器50和51中，容器50和51每一 个包含具有相同类型荧光标记的样品。在至少部分重叠的时间段内，激发每个样品的荧光 标记发出样品辐射。通过第二光路52、53向分色镜面元件(分段)40、41发出样品辐射，在 分色镜面元件(多个分段)40、41处反射该样品辐射并向检测设备6引导该样品辐射，样品 辐射的光谱与激发辐射光谱不同。检测设备6在所述至少部分重叠的时间段内检测容器50 和51中的样品辐射，并将所检测的辐射叠加到电的和信号中。所述的和信号是由估算设备 来估算的。估算设备7使用复用方法，具体地讲，根据本发明的方法，利用变换运算将由调 制信号所决定的和信号进行变换，从所述和信号中分解出每个样品辐射量。参见图1，重复该测量能够监控一段时间内在容器50和51中形成的荧光标记的 数量，并且能够用计算机设备8收集、修改以及显示该数据。在定量实时PCR中，样品中的 荧光标记的浓度是随着PCR反应的进程而变化的。根据本发明的装置和方法的总的测量时 间短且测量全面。因此在预先确定的时间段内，可以收集到该段时间(动力学)内监控的 更多的浓度数据。这种方法可以提高动力学分辨率，该分辨率可以更精确地控制PCR进程。 与本段落中简单描述相比，在至少部分重叠的时间段内，优选地，使用8或16个发光二极管 激发8或16个样品，检测这些样品的荧光，估算所述8或16个样品荧光的和信号以从每个 样品中分解出各个荧光量。然而，在本发明范围内，可以同时激发8或16个之外的另一个 有源LED并且检测这些样品辐射。另外，如图1所示，此处的辅助器件4为镜面部分，具体地讲，镜面部分由12个镜 面分段构成，其中三个镜面分段分别对应各个发光二极管31、32和33及其样品辐射。每个 镜面分段由8个等同的镜面元件组成，这8个等同的镜面元件总的形成一个镜面分段，而一 个镜面分段对应一行发光二极管。镜面元件适于用作分光器的分色镜。分光器根据激发和 发射的光谱范围，传送适合的(激发)辐射光并反射样品的荧光(发射)光(样品辐射)。 辅助设备4的设计适合通过多个第一和第二光路引导该辐射，这使得可以检测和测量所述 的和信号。如图1进一步所示，样品架构件5为热块，其可容纳96个样品并能调整样品的温 度。可通过另外的额外的控制器、控制设备2、估算设备7、计算机设备8或其它设备来实施 温度的调节。96个样品可以放置在PCR应用中所使用的96-标准微滴定盘(MTP)上。样品 架构件包括盖子(此处未示出)，盖子的温度优选是可调整的并且是可安装的，优选位于样 品架构件的容器的顶部。这种盖子可以防止容器的内部和外部之间的不期望的物质交换、 避免蒸发和污染。该盖子提供了 96个光学窗口，例如，透明塑料窗口，这些窗口布置在容器 的上方。
如图1进一步所示，检测设备6具有光学设备60，光学设备60为光纤阵列60。光 纤阵列60可以通过相互隔开的光输入区域61和配备的光纤，从镜面部分4反射的样品中 捕获样品辐射，从而使光穿过平行的配线端62。62处的附加的光学器件可以将叠加的样品 辐射引导到检测器63，例如，光电倍增器，在这里将叠加的样品辐射转换为电的和信号。然 后检测设备(此处未示出)进一步处理该和信号优选地，使用互阻抗放大器设备放大，优 选通过带通，以及通过采样设备采样，并通过A/D转换器进行数字转换。将和信号输入估算 设备中，在估算设备中，通过数学运算计算出和信号中每个特定样品的辐射量，例如，每个 样品辐射的振幅。图2示出了根据本发明装置的另一实施例1的示意图。在该实施例中，电路基板 34携带发光二极管和镜面部分4，镜面部分4安装在基板34上，通过移动器件38，例如包括 线性马达，可沿X轴方向移动。优选地，沿移动器件38的预定位置和基板34处具有锁扣器 件39以加强定位的精确性。另外，图2所示的装置与图1装置的布置是相同的。然而，图2 的发光二极管矩阵具有两行额外的行301和302，镜面部分4也具有额外的分段42和43， 每一个分段上具有对应行301和302的各个发光二极管的8个镜面元件。该设计的优点是 从所示的基板34的开始位置，对于每种类型的发光二极管灯，激发每个样品只需沿X轴移 动的两个步骤。因此，可以减少定位误差并且使测量更精确。另外，移动器件38可以制作 得更小因此可以降低成本。图3示出了根据本发明装置的另一实施例1的示意图。在该实施例中，与图2类 似，电路基板34携带发光二极管并且可通过移动器件38例如包括线性马达，沿X轴方向移 动。此处该实施例使用了 4种不同类型的发光二极管，其可以适于样品中4种不同类型的 荧光标记。该设计的优点是需要的发光二极管更少。因此，可以更容易地解决发光二极管 的维护和操作。发光二极管可能具有_ 一定数量_的性能特点，例如与辐射通量或光谱有 关。由于此处使用很少的发光二极管，因此可以减少不同辐射通量的荧光，从而也减少了相 应的样品辐射的波动，所以提高了数据的可靠性和可比较性。发光二极管从基板34的开始 位置处的行式布置的优点是对于每种类型的发光二极管，只需要沿X轴方向移动14步就可 照射96个样品中的每一个。图4示出了根据本发明装置的另一实施例1示意图。与图3示出了的实施例不同， 辅助设备4包括作为片状元件的镜面分段46，该镜面分段46通过机动化的铰链45转动，该 铰链并可通过辅助控制器35由连接44来控制。铰链的马达可以是钻孔元件、致动器、线性 马达以及电磁开关等等。每个镜面分段46具有8个镜面元件，每一个镜面元件对应一个发 光二极管。与图1至图3所示的实施列相比，由于发光二极管和样品之间的距离缩短，所以 到达样品的辐射强度更大，可以减少杂散光的量从而可以更有效地引导辐射和样品辐射。 另一个优点是可以提高和信号的信噪比(S/N)并且总的结构更加紧凑。图5示出了根据本发明装置的另一实施例1示意图。与图3和图4示出了的实施例 不同，其提供了发光二极管31的行和镜面分段的不同类型的布置。在基板304上安装4排 8个的发光二级管，该基板以旋转轴305为轴旋转地安装到支撑构件306上，其中在本实施 例中，支撑构件306优选支撑所述移动器件38(此处未示出)，其中旋转轴305被布置为与 支撑设备306和样品架构件5平行并与X方向垂直。旋转基板304的马达设备可以是电马 达，其可以通过辅助控制设备35控制。镜面分段401牢牢地附在基板304上并且相对于发光二极管具有固定位置。因此不必执行镜面元件401相对于发光二极管的定位步骤。通过 锁扣器件，例如卡位，可以改善可旋转的基板的定位问题。这种结构由于发光二极管相对样 品的距离很短，所以可以提高辐射通量。在该具体实施例中，检测器设备6安装在基板304 的确定距离内(此处未示出)，即，相对于轴305被固定，这样第一和第二光路可以更短，因 此和信号的辐射通量更强。图6-11示出了不同实施中的辐射元件布置的俯视示意图，例如根据 本发明的装置的辐射设备3的发光二极管相对于样品架构件5的样品位置阵列的俯视示意图。图 6的发光二极管阵列涉及针对图3和图4中的装置的布置，其中，呈现了 4行发光二级管，每 一行具有一种类型的发光二极管。这种从基板304的开始位置将发光二极管以行式布置的 优点是对于每种类型的发光二极管灯，只需要沿X轴方向移动14步就可照射每一个样品。图7的发光二极管阵列根据图2的装置布置。总之示出了具有4种不同类型的发 光二极管的15行相同的发光二级管。这种从基板34的开始位置将发光二极管以行式布置 的优点是对于每种类型的发光二极管灯，只需要沿X轴方向移动3步就可激发每一个样品。图8提供了块中布置的发光二极管，作为图1-7示出的行式布置的一种替换。这 种从基板34的开始位置将发光二极管以块式布置的优点是对于每种类型发光二极管灯， 只需要沿X轴方向移动3步就可照射每一个样品。图9的LED阵列也提供了块布置的发光二极管。这种从基板34的开始位置将发 光二极管以块式布置的优点是对于每种类型发光二极管灯，只需要沿X轴方向移动8步就 可照射每一个样品。图10的LED阵列提供了尺寸比较小的发光二极管的图案(方形)，例如，贴片发光 二极管(SMD-LEDs)，如图所示，这种阵列可以使电路基板的设计更加紧凑。作为最小的结 构，从基板34的开始位置将发光二极管以图案式布置的优点是对于每种类型发光二极管 灯，只需要将两个样品的距离(中心到中心)沿X轴移动11步。此外，在所述每一个位置 上，需要沿X轴和Y轴方向另外移动3步。就可照射每一个样品。如图11所示，使用SMD-LEDs的发光二极管布置，只需要沿X轴和Y轴方向移动3
止
少ο图12示出了根据本发明的方法实施例的操作框图。该方法为FDMA方法。该方法 主要由信号生成步骤101、信号传送步骤102、信号接收步骤103以及信号分析步骤104组 成，这些步骤通过使用这种方法的装置中的控制设备控制的，具体地讲，即本发明的装置。 下面示出了根据步骤110-119 (方框)所示的测量周期。图12的FDMA方法用于至少部分重叠的时间段内，调制8个(尤其是平行布置的) 发光二极管的辐射，并估算由该8个发光二极管引起的总的样品辐射。在框110中，由具 有所选调制频率的调制信号利用方波信号和振幅调制来调制取自该8个发光二极管的每 一个LED的光。通过外差法，将IOOKHz的固定的参考频率附加到基频上(频移)，从而生 成调制频率。另外，优选确定基频以使一个基频不是其它任何基频的谐波，基频的差值大于 光谱线的带宽，光谱线的带宽是通过调制信号的傅立叶变换确定的。调整调制信号的另一 个方面优选是，在参考条件下的进程结束时，即信号分析后，必须提供等量(高)的光谱线。 适当的调制频率例如为 100200. 4Hz、102880. 7Hz、106837. 6Hz、108932. 5Hz、112107. 6Hz、 115473. 4Hz、119047. 6Hz和122850. IHz。通过此处使用的参考频率，将地址频率转换为更高的值，从而有助于消除低频率噪声，具体讲，该噪声的频率范围为OkHz至50kHz。另外，通 过相对窄带带通(113)，频率变换使滤波更加容易。如图12的方框111所示，，该8个大体平行的发光二极管每个照射一个样品容器。 因此，平行地产生8个样品辐射并通过光电倍增器转换为时间依赖电的和信号(在本实施 例中为电流i(t))。如方框112所示，通过互阻抗放大器放大该电流并优选将该电流转换 为电压。该互阻抗放大器具有高通的特点，因此可以减弱信号的低频率部分(=噪声、干 扰)。如方框113所示，带通的传送范围由调制频率确定，在本实施例中，范围为IOOkKHz至 200kHz，带通是A/D转换(防混叠)的必须条件。如图12的方框114所示，通过快速模拟 /数字转换器使用等于或大于尼奎斯特频率的采样频率(此处为250kHz)对模拟和信号中 进行数字化。如图12的方框115所示，通过求均值设备对一时间段内的数字和信号反复求均 值，求均值设备作为另一个噪声抑制器件，因此可改善数字和信号的信号质量。如方框116 所示，在检测器(光电倍增器)显示方波的非线性的情况下，数字高通是必须的，可通过该 数字高通滤波器抑制方波的非线性。如图12的方框117所示，为了简化数字和信号的频率分析，通过将和信号(与信 号生成和分析相位同步)乘以正弦函数来解调所述数字和信号，在本实施例中，该正弦函 数是在参考频率，即，IOOkHz下振荡的。因此，如图18所示，频率是向基带偏移的，通过因子 5的和信号子采样可以使数据减少。
如图12的方框119所示，傅立叶变换，尤其是1024点的FFT，将子采样、时间依赖， 数字和信号转换为频域，因此，产生了信号频谱，该信号频谱为频率依赖函数。对应特定的 调制频率的光谱线的高度为相应的样品辐射量，其可量化样品辐射强度并可传送到另一个 计算机中以进一步估算和显示结果。本实施例的方法尤其提供如下优点由于主要执行整 数运算，因此进行FFT基本不需要浮点运算。因此，可以将简单的处理器单元，例如，FPGA用 作变换装置执行数学运算。单一的整数运算仅仅需要一个时钟周期。典型的FPGA可以在 IOOMHz下使用。因此，整数运算仅仅持续10ns，因此具体地，相比于现有技术中需要使用浮 点运算操作的方法，FFT的测量周期可以执行得更快。此外，由于子采样减少了数据从而大 大地减少了运算时间。图13示出了根据本发明方法的实施例的操作框图。该方法为CDMA方法。在方框 120中，使用长度为127位(通过2N-i-l计算，其中N为至少部分同步监控到的样品数目， 在本实施例中N = 8)的伪噪声码的一个码序列(伪随机数，优选金码)，通过具有大约为 IOOkHz的参考频率的方波，调制该8个发光二极管中的每一个二极管的光，该8个发光二极 管主要以平行的方式来激活。为了从一个调制信号到下一个调制信号中识别该8个信号， 可以通过延迟方式将一个码信号叠加到该8个发光二极管的光中，这意味着大约至少一个 时钟周期内序列被偏移，优选为8个时钟周期。通过触发设备实现该偏移与信号分析的同
止
少ο如图13方框121所示，该8个发光二极管的每一个大体并行照射一个样品容器。 因此，平行产生8个样品辐射，并通过光电倍增器(如图13方框121所示)转变为时间依赖 电的和信号(电流i (t))，如图13的框121所示。如框122所示，该电流通过互阻抗放大器 转换为电压并放大。该互阻抗放大器具有高通的特性，因此可以减弱信号的低频部分(=噪声、干扰)。如框123示，可以根据调制信号的光谱带宽选择带通范围，在本实施例中，范围为IOkHz至900kHz。带通是A/D转换的前提条件，并可作为另一个噪声抑制器件，其可改 善总的信号质量(反混叠)。如图13的框124所示，在本实施例中，至少以尼奎斯特频率， 例如为400kHz通过对模拟和信号进行采样，通过快速模拟/数字转换器，将和信号数字化。 如框125所示，利用锁扣设备求均值，该设备根据码序列的开始时间监控参考频率。框124 的采样、框125的求均值和框120的信号产生是同步的，该同步是通过框125的信号分析来 触发的。关于总测量时间很短的问题，优选较大的求均值的周期数来改善所估算信号的S/ N0图13的框125中的求均值锁扣滤波器的结果传送至框126中的相关器件中，该相 关器件使用调制码序列作为参考，执行循环的相关运算。本实施例的方法具体的优点是大 体上只需要执行整数加法(和减法运算)。另外，信号分析大体上需要加法和减法运算而不 需要乘法运算。因此，信号分析比FDMA方法中的FFT更快。另外，由于码序列相当短，所以 FPGA很小，具体地讲，不用使用另外的存储器设备进行信号分析，因此，降低了成本。图14示出了根据本发明的方法实施例的操作框图。与图13所示的方法相似，图 14的方法为CDMA方法。在框130中，使用长度为128比特的一组沃尔什-阿达马的码序 列，调制该8个发光二极管中的每一个二极管的光，该8个发光二极管每一个使用不同的沃 尔什_阿达马码。图15示出了沃尔什-阿达马的示例。适当选择沃尔什_阿达马码序会 影响所生成的调制信号的带宽。优选地，参见图14，选择的沃尔什-阿达马码序为2，6，8， 10，14，18，22和26，由于得到的信号带宽的较低范围高达50kHz，其高于图13中的方法中的 IOkHz并改善了低频噪声的衰减。另外，可以大大地降低带通的复杂性。优选，实施信号调 制的FPGA的内存中存储8个沃尔什-阿达马码。这样的内存不必很大，因此降低了该FPGA 的成本。通过使用大约IOOkHz的参考频率的方波信号(载波)大体并行地激活该8个发 光二极管。如图14的框131所示，该8个发光二极管每个大体并行激发一个容器。因此，并 行地产生8个样品辐射并通过光电倍增器转换为时间依赖电子和信号(电流i(t))。如框 132所示通过互阻抗放大器放大该电流并将该电流转换为电压。该互阻抗放大器具有高通 的特点，因此可以减弱信号的低频部分(=噪声、干扰)。如框133所示，与信号的带宽相对 应的带通范围为50kHz至900kHz，并且带通是另一种噪声抑制器件，其可改善和信号的质 量。如图14的框134所示，可通过快速模拟/数字转换器，优选使用400kHz对模拟和信号 进行采样，以将和信号数字化。框134的采样、框135的求均值和框130的信号生成是同步 的，该同步由框135的信号分析触发。关于需要总测量时间很短的问题，优选用较大的求均 值的周期数来改善所估算信号的S/N。在图14的框135，将求均值单元的结果传送至框136的相关器件中，这种相关器件 使用调制码序列作为参考，执行循环相关运算。本实施例的方法具体的优点是大体上由于 主要执行整数运算，因此实施分析时不需要浮点运算。因此，可以使用简单的处理器单元， 例如，FPGA作为变换装置来执行数学运算。另外，信号分析大体上需要加法和减法运算而 不需要乘法运算。因此，信号分析比FDMA方法中的FFT更快。另外，由于码列序很短，所以 FPGA很小。具体地讲，不用使用另外存储器设备进行信号分析，因此，降低了成本。图16示出了根据本发明装置的优选实施例的光学块示意图。优选实施例的光学块200适于在标准几何形状的96孔板中使用。该光学块设备配置基本为立方体形状的空 间。该光学装置的组件优选安装在台阶201上。该光学块设备具有输入端口 202、输出端口 203以及至少包括一个二色镜的镜面设备204。虽然图16仅示出了几个输入端口，但是在 该优选实施例的装置中包括x+(n_l)个输入端口，对应相同数量的辐射元件的行数(r > = X)，还包括辐射元件的列数C = y，这形成了辐射元件的阵列，这些阵列可以向样品容器205 发出辐射，该容器位于图16的底部。样品容器205不是光学块设备的一部分。这里，每行 辐射元件显示出相同的行激发光谱，该行激发光谱为所述η个不同激发光谱中的一个，为 图16中的λρλ2、以及λ 3，其中还提供了 m个由行组成的块，其中m-l块具有相同的行发 射光谱的行序列(r，c，n和m为自然数)并且一个块具有部分序号。在本实施例，n = 3、m =5、x = 12以及y = c = 8，虽然为了制图的方便，图16仅示出了不同数目的元件。每个 输入端口适于接收辐射，该辐射由辐射源发出并向C = y个辐射元件传送，因此示出了相同 的行激发光谱。由辐射源(未示出)发出的辐射传送至输入端口并由光学滤波器引导至辐射元 件。每个辐射元件包括一个发射器元件、该发射器元件包括所述光学滤波器的下行端面。另 夕卜，每个发射器元件包括可以提高样品容器中辐射的聚焦的透镜。该辐射被向下引向样品 并因此可穿过二色镜204。每个样品的样品辐射在向上的方向上，离开各自的样品容器，通过二色镜204反 射该辐射并通过光学器件的光学滤波器的各个收集透镜引导该辐射，将该样品辐射引向检 测设备。该优选实施例的装置具有c = y(y = 8)个检测设备，尽管图16仅示出了 5个检 测设备，绘制为Da、Db、Dc, De和Df。关于图16至图19中的装置的辐射设备和光学块设备， 可以同时照射样品架构件的所有96个样品并可同时产生96个样品辐射，这些可以被同时 并行检测到。具体地讲，仅仅通过一个检测设备就可同时检测12个样品辐射的辐射。按图19的预期，通过光学器件收集的12个样品辐射由2个光学滤波器分成了 3 部分，其中每部分样品辐射基于一个颜色并包括4个样品的样品辐射。由于对辐射的编码 调制，对各个样品辐射进行编码调制，从而通过其编码调制可以在4个样品辐射的部分内 识别出每个样品辐射。由该装置的估算设备执行包括该4个样品辐射的和信号的估算。估 算设备包括相关设备，为了确定每个样品辐射量，该相关设备将4个样品辐射的每一个的 调制编码与所述的和信号进行相关运算。图17为一示意图，该示意图示出了辐射元件和相应的样品容器以及输入端口和 输出端口的布置。光学块设备具有14个输入端口，其中每一个输入端口与8个辐射元件相 连接。另外，每个输入端口对应一行辐射设备，总共包括14行辐射元件。每一行辐射元件 具有一个颜色(行发射光谱)。提供了具有3种颜色的辐射元件，其中第一个颜色显示为 深灰色，第二个颜色显示为中灰色、第三个颜色显示为浅灰色。辐射元件的阵列可以进一步 构建为m = 5块辐射元件，其中m-l = 4块显示了相同颜色的行序列。在本实施例中，所述 序列为深灰色、中灰色以及浅灰色。本实施例的辐射设备的1、4、7、10以及13行对应辐射 元件，发出的辐射颜色为“深灰”；行2、5、8、11以及14对应“中灰”，行3、6、9和12对应“浅 灰”。该光学块设备/辐射设备可自动(例如，编程驱动)进入与样品架构件相关的3个不 同的位置。图17示出了样品架构件的光学块的第一位置。在第一位置上，行13和14的辐射设备没有照射样品。将图17中的辐射设备以2个相邻行的间距向左移一步，当样品205维 持在固定位置，可以行式照射具有不同颜色的样品架构件的每一行“X”的样品。图18为一示意图，该示意图显示在3个不同位置和不同时刻、、、和、，辐射设备 /光学块装置的辐射元件的一列的位置。在、时刻对应第一位置，辐射设备的行13和14 没有照射样品。对应一列样品和样品容器的样品辐射在一个输出端口被同步收集，该输出 端口为8个输出端口 A至H的一个输出端口。每个输出端口的12个样品辐射可通过分光 镜(可以是滤波器或棱镜)分成3部分样品辐射，其中部分Dl包括行1、4、7、10的样品辐 射(深灰色)、其中部分D2包括行2、5、8以及11的样品辐射(中灰色)以及其中部分D3 包括行3、6、9和12的样品辐射(浅灰色)。根据这种方式，在第二位置或第二时刻t1;深 灰色的部分Dl对应样品行3、6、9和12，中灰色的部分对应样品行1、4、7、10以及浅灰色的 部分D3对应样品行2、5、8以及11。以此类推，在第三位置和第三时刻t2，接收的样品辐射 为三部分D1、D2以及D3。图19为样品辐射的估算方法的示意图，该样品辐射在一个输出端口同步接收。该 样品辐射形成了辐射，该辐射是由不同光谱成分组成的并且包括数个编码调制样品辐射。 当辐射设备布置在第一位置对应图18的、时刻，示例性地示出了对样品容器的一列样品 辐射进行估算。部分D1、D2以及D3每一部分包括4个样品辐射，通过相应的检测器单元 D1、D2以及D3检测该样品辐射。每一检测器单元生成和信号，其对应并包含4个样品辐射， 在相同的时间段内，该样品辐射是由样品大体同步发出的。图19示出辐射设备的每一块辐 射元件的辐射分配至各个编码调制。包括行1、2以及3的辐射元件的辐射设备的块1分配 给码Cl，块2分配给码C2，块3分配给码C3，块4分配给码C4，块5再次分配给码Cl。
应当注意，可以仅仅使用一个颜色(行发射光谱)省略光谱的组成/分解，而为了 识别12个不同的样品辐射可以使用12个不同的样品辐射来进行编码调制。另外，原则上 可以通过一个检测单元使用较大数目的码用于检测多于4个的样品辐射。但是，根据本实 施例的使用光谱分解方法结合码复用方法可以将一个和信号中的样品辐射的数目从12减 少到4，这必须通过一个检测器进行检测，作为一个和信号。因此，可以更加有效的利用可用 的检测器动力学，因此可以提高所估算的单个信号的信噪比。在本实施例中，该装置(尤其是其光学块设备)以及信号的检测和估算方法分别 陈述了可靠的装置和方法，特别是该方法和装置为了对多孔板的所有样品实施全面扫描， 仅仅需要相对于样品架构件对辐射设备进行两个定位步骤。由现有技术的设备可知，由于 减少了定位时段的数目，可以避免由于扫描单元的频率重新定位所引起的误差，因此减少 了总的测量时间。
权利要求
一种用于以辐射测量方式检测至少两个样品的N个样品辐射(N为大于1的自然数)的方法，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射引起，其中，在至少部分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，该方法包括以下步骤确定一N个基频的组，将一个参考频率加到每一个所述基频上，其中，所述参考频率大于每一个所述基频，利用N个所述参考频率与所述基频的和来提供N个调制信号，其中，每个调制信号用于调制不同发射器元件的辐射，检测N个样品辐射作为和信号，其中，根据被调制的引起各个样品辐射的辐射来调制每个样品辐射，使用解调方法解调所述和信号，执行变换以将被解调的和信号从时间依赖信号转换为频率依赖信号，以及根据所述基频，从所述频率依赖信号的振幅确定至少一个单个样品辐射的量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N个基频选自OkHz至IMHz的频率范围。
3.如前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，所述参考频率至少与所述基频 中的每一个的2倍一样高。
4.如前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，其包括通过采样和A/D转换将 所述和信号数字化的步骤和/或将所述被解调的和信号数字化的步骤。
5.如前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，其包括随时间对所述和信号求 均值的步骤和/或对所述被解调的和信号求均值的步骤。
6.如前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，其包括在解调之前通过数字高 通滤波器对所述和信号滤波的步骤。
7.如前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，所述解调方法通过将所述和信 号乘以所述参考频率来解调所述和信号。
8.如前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，所述解调方法通过执行数字计 算来解调所述和信号。
9.如前述权利要求至少之一所述的方法，其特征在于，实施子采样的步骤。
10.一种用于以辐射测量方式检测至少两个样品的N(N为大于1的自然数)个样品辐 射的装置，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射引起，其中，在至少部 分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，该装置具有控制设备，适于控制所述辐射元件以及使用N个基频来提供N个调制信号，其中，使用 每个调制信号调制不同发射器元件的辐射；至少一个检测设备，其适于在至少部分重叠的时间段内，检测至少两个样品的样品辐 射作为和信号，估算设备，其适于由所述和信号估算单个样品的样品辐射， 其中所述估算设备适于解调所述和信号，以实施变换运算，从而将被解调的和信号从时间依赖信号转换为频率依赖信号，以及 根据所述基频，从所述频率依赖信号的振幅确定至少一个单个样品的辐射的量。
11.一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的自然数)个样品辐射的方法，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射引起，其中，在至少部 分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，该方法包括以下步骤 确定伪随机数的一个码序列，以利用所述伪随机数的一个码序列形成的单个调制信号对将由所述N个发射器元件 的每一个所发出的辐射进行调制，其中，单个调制信号的伪随机码相对其它调制信号的伪随机码移位约至少一个比特， 检测所述N个样品辐射作为和信号，其中，根据被调制的引起各个样品辐射的辐射来 调制每个样品辐射，对所述和信号执行数学运算来对其解码，以及 由被解码的和信号确定至少一个单个样品辐射的量。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述伪随机数的码序列为金码。
13.一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的自然数)个样品辐 射的装置，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射引起，其中，在至少部 分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，该装置具有控制设备，适于控制所述辐射元件并且以利用所述伪随机数的一个码序列形成的单个 调制信号，调制将由所述N个发射器元件的每一个所发出的辐射；其中，单个调制信号的伪随机码相对其它调制信号的伪随机码移位约至少一个比特， 至少一个检测设备，其适于在至少部分重叠的时间段内，检测至少一个样品的样品辐 射作为和信号，以及估算设备，其适于由所述和信号估算单个样品的样品辐射，其中，所述估算设备适于通过数学运算解码所述和信号，以及其中，所述估算设备适于由被解码的和信号确定至少一个单个样品辐射的量。
14.一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的自然数)个样品辐 射的方法，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射引起，其中，在至少部 分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，该方法包括以下步骤确定一 N个阿达马码序列的组，其中，每个所述阿达马码序列用于形成单个调制信号， 使用不同的单个调制信号调制所述N个发射器元件的每一个将发出的辐射， 检测所述N个样品辐射作为和信号，其中，根据被调制的引起各个样品辐射的辐射来 调制每个样品辐射，对所述和信号执行数学运算来对其解码， 由被解码的和信号确定至少一个单个样品辐射的量。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述阿达马码序列是正交的。
16.如权利要求14至15中至少一项所述的方法，其特征在于，所述相关法使用与所述 N个阿达马码序列相关的逆阿达马矩阵对所述和信号进行逆变换。
17.如权利要求14至16中至少一项所述的方法，其特征在于，所述相关法使用沃尔 什-阿达马变换。
18.如权利要求11，12和14至17中至少一项所述的方法，其特征在于，所述数学运算 包括将单个调制信号与所述和信号相关联的相关法。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述相关法为自相关类型。
20.如权利要求11，12和14至19中至少一项所述的方法，其特征在于，所述数学运算 可由加法和减法运算来替代。
21.一种用于以辐射测量方式检测至少一个样品的N(N为大于1的自然数)个样品辐 射的装置，该样品辐射由至少一个辐射元件的N个发射器元件的辐射引起，其中，在至少部 分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，该装置具有控制设备，适于控制所述辐射元件以及使用一N个阿达马码序列的组调制所述N个发 射器元件的辐射，其中使用所述阿达马码序列的每一个形成单个调制信号，至少一个检测设备，其适于在至少部分重叠的时间段内，检测至少一个样品的样品辐 射作为和信号，估算设备，其适于由所述和信号估算单个样品的样品辐射，其中，所述估算设备适于通过数学运算解码所述和信号，以及其中，所述估算设备适于由被解码的和信号确定至少一个单个样品辐射的量。
22.一种用于以辐射测量方式检测多个样品的装置，该装置具有 辐射设备，其提供至少一个辐射元件和至少两个发射器元件， 其中，每个辐射元件包括至少一个发射器元件，以及其中，所述至少两个发射器元件适于在至少部分重叠的时间段内发出辐射， 控制设备，其控制所述辐射设备， 样品架构件，其提供用于支撑多个样品的多个样品位置，其中，在检测过程期间，至少部分所述辐射设备和所述样品架构件适于相对彼此移动， 且其中所述至少两个发射器元件的每一个适于通过第一光路以辐射照射不同的样品，这使 该样品以至少一个样品辐射频率通过第二光路向至少一个检测设备发出样品辐射，所述至少一个检测设备，其适于在至少部分重叠的时间段内，检测由至少两个样品发 出的样品辐射作为和信号，以及估算设备，其适于由所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。
23.一种用于以辐射测量方式检测多个样品的装置，该装置具有 辐射设备，其提供至少一个辐射元件和至少两个发射器元件，其中，每个辐射元件包括至少一个发射器元件，其中所述至少两个发射器元件适于在 至少部分重叠的时间段内发出辐射，以及其中至少两个发射器元件提供具有不同辐射谱的辐射， 控制设备，其控制所述辐射设备， 样品架构件，其提供用于支撑多个样品的多个样品位置，其中，所述至少两个发射器元件的每一个适于通过第一光路以辐射照射至少一个样 品，这使该样品以至少一个样品辐射频率通过第二光路向至少一个检测设备发出样品辐 射，所述至少一个检测设备，其适于在至少部分重叠的时间段内，检测由至少两个样品发 出的样品辐射作为和信号，以及估算设备，其适于由所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述至少两个发射器元件的每一个适于 以辐射照射不同的样品。
25.如权利要求22至24中至少一项所述的装置，其特征在于，至少两个发射器元件提 供具有不同辐射谱的辐射。
26.如权利要求22至25中至少一项所述的装置，其特征在于，在检测过程期间，至少部 分所述辐射设备和所述样品架构件适于相对彼此移动。
27.如权利要求22至26中至少一项所述的装置，其特征在于，该装置包括以阵列方式 布置的多个辐射元件。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，所述阵列根据至少两个具有不同辐射谱 的辐射元件提供图案，即，所述至少两个辐射元件适于提供至少两个发射器元件，所述至少 两个发射器元件提供具有不同辐射光谱的辐射。
29.如权利要求22至28中至少一项所述的装置，其特征在于，所述辐射元件以r行和 c列的阵列布置(r和c为自然数)，且每行的所述辐射元件以至少一个发射光谱的行依赖 序列布置。
30.如权利要求22至29中至少一项所述的装置，其特征在于，所述辐射元件的数目超 过所述样品位置的数目。
31.如权利要求29或30所述的装置，其特征在于，所述辐射元件的阵列由r= x+n-1 行和c列组成，其中，每行辐射元件显示相同的行发射光谱，该行发射光谱为η个不同发射 光谱中的一种，且其中还提供了 m个由行组成的块，其中数个块具有与行发射光谱相同的 行序列(r、c、n和m为自然数)。
32.如权利要求22至31中至少一项所述的装置，其特征在于，为了利用每种类型的辐 射元件对所述样品实施全面扫描，所述辐射元件的布置适于使得一旦所述辐射设备定位 在其第一位置，所述辐射设备相对于所述样品架构件的定位步骤的数目为n-1。
33.如权利要求22至32中至少一项所述的装置，其特征在于，至少具有一个输入端口， 其中所述输入端口适于接收辐射，该辐射将向多个辐射元件传送，从而具有相同的发射光谱。
34.如权利要求22至33中至少一项所述的装置，其特征在于，该装置包括数个辐射源， 其中辐射源的数目小于发射器元件的数目。
35.如权利要求33或34所述的装置，其特征在于，每个输入端口适于接收辐射源的辐 射，尤其是不同辐射源的辐射。
36.如权利要求22至35中至少一项所述的装置，其特征在于，至少一个发射器元件包 括适于发出辐射的光学滤波器的端面。
37.如权利要求22至36中至少一项所述的装置，其特征在于，该装置，尤其是所述辐射 设备和所述控制设备，适于使在至少部分重叠的时间段内，具有总数为χ乘以y样品位置的 样品架构件中所包含的所有样品能够由辐射所照射。
38.如权利要求27至37任一所述的装置，其特征在于，使用调制技术调制所述阵列内 的一行辐射元件的辐射。
39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，相同行发射光谱，即相同的颜色，的每一 行，使用不同的调制发出辐射。
40.如权利要求38或39所述的装置，其特征在于，所述调制技术为码复用技术，尤其是 使用阿达马码或伪噪声码。
41.如权利要求38或39所述的装置，其特征在于，所述调制技术为频率复用技术，尤其 是使用不同的调制频率。
42.如权利要求22至41中至少一项所述的装置，其特征在于，至少具有一个输出端口， 其中所述输出端口适于输出所述样品辐射，该样品辐射在至少部分重叠的时间段内从多个 样品接收并将向至少一个检测设备传送。
43.一种用于以辐射测量方式检测多个样品的方法，该方法包括以下步骤通过控制设备控制辐射设备，其中所述辐射设备提供至少一个辐射元件和至少两个发 射器元件，其中每个辐射元件包括至少一个发射器元件，使所述至少两个发射器元件在至少部分重叠的时间段内发出辐射， 提供设有用于支撑多个样品的多个样品位置的样品架构件，控制所述辐射设备和所述样品架构件的相对位置，在所述检测过程期间，至少部分所 述辐射设备和样品架构件适于相对彼此移动，使用所述至少两个发射器元件的辐射通过第一光路照射不同的样品，从而使所述样品 以至少一个样品辐射频率通过第二光路向至少一个检测设备发出样品辐射，通过所述至少一个检测设备检测所述样品辐射作为和信号，该样品辐射在至少部分重 叠的时间段内，由所述至少两个样品所发出，以及通过估算设备从所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。
44.一种用于以辐射测量方式检测多个样品的方法，该方法包括以下步骤通过控制设备控制辐射设备，其中所述辐射设备提供至少一个辐射元件和至少两个发 射器元件，其中每个辐射元件包括至少一个发射器元件， 其中至少两个发射器元件提供具有不同辐射谱的辐射， 使所述至少两个发射器元件在至少部分重叠的时间段内发出辐射， 提供设有用于支撑多个样品的多个样品位置的样品架构件，使用所述至少两个发射器元件的辐射通过第一光路照射不同的样品，从而使所述样品 以至少一个样品辐射频率通过第二光路向至少一个检测设备发出样品辐射，通过所述至少一个检测设备检测所述样品辐射作为和信号，该样品辐射在至少部分重 叠的时间段内，由至少两个样品所发出，以及通过估算设备从所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。
45.如权利要求1至9，11，12，14至17，43和44中至少一项所述的方法，还包括以下步骤至少部分同步地照射全部样品的N个样品，所述N个样品包括至少一个第一组和至少 一个第二组样品，每一组包括至少两个样品，以第一光谱的辐射照射所述第一组样品，且以 第二光谱的辐射照射所述第二组样品，其中全部η个光谱的所述至少一个第一和一个第二 光谱的每一个是不同的，其中以不同调制的辐射照射每组样品中的每一个样品，以及 至少部分同步地检测所述N个样品的样品辐射。
46.如权利要求45所述的方法，还包括以下步骤提供以χ行和1列的阵列布置的、总数x*y个样品位置或样品，每个样品位置适于容纳 样品，提供辐射元件的阵列，所述辐射元件可布置为使每个辐射元件至少间歇地分配给一个样品，该阵列由r = x+n-1行(r >= x)和c = y列组成，其中每行辐射元件显示相同的行 发射光谱，该行发射光谱为所述η个不同发射谱中的一种，且其中还提供了 m个由行组成的 块，其中数个块具有与行发射光谱相同的行序列(r、c、n和m为自然数)。
47.如权利要求45或46所述的方法，还包括以下步骤使至少一列的至少r = χ个辐射元件至少部分同步地，尤其是同步地，照射所述相应的 χ个样品，其中所述N = χ。
48.如权利要求45至47中至少一项所述的方法，还包括以下步骤对于每一列辐射元件和相应的样品，至少部分同步地，尤其是同步地执行上述权利要 求的步骤。
49.如权利要求45至48中至少一项所述的方法，还包括以下步骤将所述N个样品的样品辐射分为光谱分量，每个分量表示对应所述样品组之一的样品 辐射，以及将样品辐射的每一所述分量向检测单元传送。
50.如权利要求45至49中至少一项所述的方法，还包括以下步骤将所述和信号解调并估算所述N个样品的每个单个样品的样品辐射。
51.如权利要求45至50中至少一项所述的方法，还包括以下步骤为了利用每种类型的辐射元件对所述样品实施全面扫描，提供所述辐射设备相对于所 述样品架构件总数为n-1个的定位步骤。
52.一种计算机代码，其适于根据至少一项上述装置权利要求控制至少部分所述装置 的操作。
53.一种存储介质，存储用于操作根据前述装置权利要求中至少一项的所述装置的操 作数据，或者应用根据前述方法权利要求中至少一项的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于以辐射测量方式检测多个样品的装置，该装置具有辐射设备，其提供多个辐射元件，一辐射元件至少包括一个发射器元件，其中辐射设备优选提供至少两个发射器元件，提供具有不同辐射光谱的辐射，其中在至少部分重叠的时间段内，所述发射器元件中的至少两个适于发出辐射，以及控制设备，其控制所述辐射元件，样品架构件，其提供支撑多个样品的多个样品位置，其中在检测进程中，至少部分所述辐射设备和所述样品架构件适于相对彼此移动，并且其中至少一个辐射元件适于通过第一光路以辐射照射样品，这使该样品通过第二光路向至少一个检测设备以至少一个样品辐射频率发出样品辐射，所述至少一个检测设备，适于在至少部分重叠的时间段内，检测至少两个样品的样品辐射作为和信号；以及估算设备，其适于由所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。本发明还涉及一种用于以光度测量方式检测至少一个样品的样品辐射的方法，该样品辐射是由至少一个辐射元件的N个发射元件的辐射引起的，其中在至少部分重叠的时间段内，所述N个发射器元件发出辐射，以在至少部分重叠的时间段内检测至少两个样品的样品辐射作为和信号，并且由所述和信号估算至少一个单个样品的样品辐射。
文档编号G01N21/64GK101821609SQ200880110577
公开日2010年9月1日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月29日
发明者安德烈亚斯·施依, 盖德·乔基姆·埃克特, 诺伯特·威特施夫, 赖内·施利塞尔, 赖内·特雷普托 申请人:艾本德股份有限公司