光学位置合せ検出装置
【課題】位置合せを知る及び／または誤った位置合せを訂正する装置を提供する。
【解決手段】光学位置合せ検出装置は、第１の対象物２に対して固定された１つまたは複数の光散乱素子７ａと、第２の対象物３に沿って異なる位置に固定された、複数の列状光源５ａと、散乱された光プロファイルを検出するための１つまたは複数の検出器６ａと、光源のいずれかが、前記光散乱素子と交差する光ビームを提供し、そして前記光散乱素子のいずれとも交差しない光ビームを提供したかを識別するために前記検出器に結合された制御装置９と、を備え、制御器は、識別に基づいて、識別された光源の位置を現在の位置合せ位置に相関させることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを決定する。
【解決手段】光学位置合せ検出装置は、第１の対象物２に対して固定された１つまたは複数の光散乱素子７ａと、第２の対象物３に沿って異なる位置に固定された、複数の列状光源５ａと、散乱された光プロファイルを検出するための１つまたは複数の検出器６ａと、光源のいずれかが、前記光散乱素子と交差する光ビームを提供し、そして前記光散乱素子のいずれとも交差しない光ビームを提供したかを識別するために前記検出器に結合された制御装置９と、を備え、制御器は、識別に基づいて、識別された光源の位置を現在の位置合せ位置に相関させることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを決定する。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、「サイトメトリー用光学検出装置（ＯＰＴＩＣＡＬ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＣＹＴＯＭＥＴＲＹ）」の名称で２０００年８月２日に出願された同時係属の米国特許出願第０９／６３０，９２７号の一部継続出願である。
（政府支援）
本発明はＤＡＲＰＡ契約番号＿＿＿＿の下で、政府の支援を受けて行った。政府は、本発明において一定の権利を有することができる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全体として位置合せ装置に関し、より詳細には光学位置合せ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日の多くの装置では、第１の対象物と第２の対象物を位置合せすることが望ましい。多くの場合、装置の適切なかつ／または効率的な動作のために適切な位置合せが必要である。例えば、印刷機の応用において、取外し可能な印刷カートリッジは、装置が適切に印刷するために、印刷機組立体にしばしば位置合せしなければならない。他の例では、テープカートリッジは、確実にテープを読み取り、かつ／またはテープの摩損を低減するために、テープリーダ等にしばしば位置合せしなければならない。多くの他の取外し可能な媒体の形には同様の位置合せ問題がある。光ファイバー位置合せ、構成要素位置合せ、ならびに多くの他の応用例および装置は、２種またはそれ以上の対象物を適切に位置合せすることを必要とする。
【０００４】
多くの場合、２つの対象物の位置合せは、ある種の機械的結合によって達成される。例えば、多くの場合、第１の対象物は、ピン、タブなどの鍵、または他の機械的特徴を含み、第２の対象物は対応する孔、スロット、窪みまたは他の対応する構成を含む。第１の対象物が第２の対象物と嵌合されると、機械的位置合せ特徴が第１の対象物を第２の対象物と位置合せされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この手法の制約は位置合せの精度が機械的結合特性の機械的公差によって制限されることである。したがって、高い精度の位置合せを提供するには、機械的結合特性の公差もまた厳しく管理しなければならない。しかし、これは第１の対象物および第２の対象物の製造のコストと複雑さを大きく増加させる。他の制約は、第１の対象物が１つまたは他の理由で第２の対象物に対して誤って位置合せされている場合、しばしば誤った位置合せを知る方法及び／または誤った位置合せを訂正する方法はない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出するための光学位置合せ検出装置を提供する。本発明は、１つまたは複数の光源および１つまたは複数の光検出器を使用することが好ましく、第１の対象物上の１つまたは複数の光散乱素子の位置を検出するために、その一方または両方とも第２の対象物に対して固定される。一例示の実施形態では、光源のアレイおよびさらに１つの光検出器が使用される。第２の対象物上の１つまたは複数の光散乱素子を通して、所定の光散乱プロファイルを形成する光源の位置を識別することによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置を決定することができる。光源および／または光検出器は互いに比較的近接して間隔をおくことができるので、第１の対象物と第２の対象物の間の位置合せは比較的正確に決定することができる。ある実施形態では、第２の対象物の相対場所が求められると、検査または測定領域に対応する光源アレイ中の他の光源を識別して、測定等を行うのに用いることができる。他の実施形態では、光検出器アレイを用いて第２の対象物の相対場所を求めることができる。さらに他の実施形態では、アクチュエータを使用して、第２の対象物を第１の対象物に対して動かして、第１の対象物と第２の対象物を適切な位置合せにすることができる。
【０００７】
ある実施形態では、光源の各々は光ビームを提供するようにされる。光源は第１および第２の対象物が所定の範囲内に位置合せされる限り、１つまたは複数の光ビームが少なくとも１つの光散乱素子と交差し、次いで散乱光プロファイルを生成するように配置することができる。１つまたは複数の検出器は少なくとも１つの検出器が散乱光プロファイルを検出するように配置されることが好ましい。制御装置を使用して、どの光源が実際に散乱光プロファイルを生成したかを識別し、識別した光源の位置を第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せ位置に相関させることができる。
【０００８】
一例示の実施形態では、動作中に、光源の各々または光源のサブセットは逐次的に作動される。第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せに応じて、特定の光源または複数の光源は光散乱素子と交差する光ビームを生成するであろう。光散乱素子と交差する光ビームを生成する光源または複数の光源は、対応する検出器の出力を監視することによって識別することができる。所与の時間で１つの光源または１つの副光源だけを作動することによって、光散乱素子と交差する光ビームを生成した光源または複数の光源はさらに容易に識別することができる。どの光源または複数の光源が光散乱素子と交差する光ビームを生成したか、およびその位置を知ることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを決定することができる。
【０００９】
ある実施形態では、相対的な位置合せが求まると、本発明は、例えばオフセットを計算して、検査などの他の領域または第１の対象物の測定領域に隣接する位置にある１つまたは複数の光源を識別することができる。識別されると、光源は、例えば第１の対象物および／または第２の対象物の１つまたは複数のパラメータおよび／または特性を検出するのに用いることができる。１つまたは複数のパラメータまたは特性は、例えば、１つまたは複数の光学特性、１つまたは複数の電気的または磁気的特性、１つまたは複数の物理特性、または任意の他の必要な特性を含むことができる。このようにして、本発明は第１の対象物および第２の対象物の間の位置合せを検出し、次いで適切な光源および／または検出器を選択することによって、いかなる位置合せずれも補償することができる。
【００１０】
ある実施形態では、光散乱素子と交差する光ビームを生成しない１つまたは複数の光源は、例えば、第１の対象物の１つまたは複数の特性などの他のパラメータを求めるのに用いられる。一例示の実施形態では、第１の対象物と第２の対象物の間の位置合せ不良が所定の範囲内であるとき、光源は、１つまたは複数の光散乱素子を含む領域に及ぶ線形または他の種類のアレイで構成される。また、線形または他の種類のアレイは、第１の対象物の検査または測定領域に及ぶことができる。動作中に、選択された線形または他の種類のアレイの光源を用いて、１つまたは複数の光散乱素子の位置を識別することによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを求めることができる。次いで、オフセットを計算することによって、例えば、第１の対象物の検査または測定領域に隣接する、選択された線形または他の種類のアレイの光源を識別することができる。識別された光源は、次いで選択された検査領域中の第１の対象物の特性または性質を求めるのに用いることができる。一例示の実施形態では、検査領域はフローチャネルを含むことができる。
【００１１】
ある実施形態では、全ての選択された光源からの光ビームはビーム形成器等を通過することができる。光源がアレイ軸に沿って拡張する線形アレイにあるとき、ビーム形成器は、例えば、各光源のスポット寸法を軸方向に拡大し、ある場合にはビームスポット寸法を軸に垂直な方向に縮小するが、これは必要ではない。ある実施形態では、ビーム形成器は、各光源の光出力が隣接する光源の光出力と少なくとも部分的に重なり合うように、ビームスポット寸法を軸方向に拡大することができる。これは、１つまたは複数の光散乱素子および／または検査領域を含むことを期待されている領域など、拡大された面積に、比較的一定の光照明を生成するのを助ける。ある実施形態では、必要であれば、ビーム形成器は１つまたは複数の円筒レンズを含むことができる。
【００１２】
本発明の他の目的および本発明に付随する多くの利点は、付属の図面と一緒に考察するとき、以下の詳細な説明を参照することによって、これらをより良く理解されることが容易に理解されよう。図中、同じ参照数字は図全体を通して同じ部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一例示の実施形態を示す概要図である。
【図２】本発明による例示の携帯型サイトメーターを示す透視図である。
【図３】図２の例示的携帯型サイトメーターの概要図である。
【図４】まだ押し下げていないカバーを持つ携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図である。
【図５】カバーを押し下げた図３の携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図である。
【図６】図４の流体力学的集束ブロック８８によるフローストリームの形成を示す概要図である。
【図７】本発明の一例示の実施形態を示す概要図である。
【図８】図７の光源を作動する例示の方法を示すタイミング図である。
【図９】各々、図６のフローストリームの中心フロー軸に対して異なる光源軸に沿って配置された、３つの分離した光源アレイおよび検出器を示す概要図である。
【図１０】機械的アクチュエータを用いて、第２の対象物に対して第１の対象物を位置合せする、本発明の他の例示の実施形態を示す概要図である。
【図１１】機械的アクチュエータを用いて、第２の対象物に対して光源および／または光検出器を位置合せする、本発明の他の例示の実施形態を示す概要図である。
【図１２】例示のビーム形成器によって提供される、重なり伸張されたビームスポットを示す概要図である。
【図１３】各々、ガウスピーク光強度を有するビームスポットを生成する、間隔をおく２つのレーザ源の光照明強度を示すグラフである。
【図１４】本発明によるビーム形成器によって光が提供された後の、間隔をおく２つのレーザ源の光照明強度を示すグラフである。
【図１５】単一光源と共に使用する例示のビーム形成器を示す概要図である。
【図１６】光源の線形アレイと共に使用する例示のビーム形成器を示す概要図である。
【図１７】ベースおよび／またはカバーに対するカートリッジの位置合せを検出するための多数の例示のモデルを示す概要図である。
【図１８】フローチャネル中のコアフローの位置合せを検出し、散乱測定を行うための例示の方法を示す概要図である。
【図１９】フローチャネル５０２および１つまたは複数の光遮蔽層もしくは領域を有する積層カートリッジを示す概要図である。
【図２０】図１９のカートリッジの側断面図である。
【図２１】その上またはその中に光散乱素子を有する例示の対象物の概要図である。
【図２２】図２１の光散乱素子の側断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一例示の実施形態を示す概要図である。例示の実施形態は、第１の対象物２および第２の対象物３を含み、第２の対象物３は第１の対象物２を受容するスロット４を含む。この実施形態ではスロット４が使用されるが、スロットは必要とされず、いくつかの実施形態はスロットを含まない可能性がある。図１に示した第２の対象物３は、光源５ａの線形アレイおよび光検出器６ａの線形アレイを含む。この実施形態では線形アレイが使用されるが、任意の適切なアレイまたは形態を使用することができる。各光源はプラス記号（＋）で表され、各検出器はボックスで表される。光源５ａは、例えば、垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または任意の他の適切な光源を含むことができる。光検出器６ａは、例えば、光ダイオードまたは任意の他の適切な光検出器を含むことができる。検出器６ａは、必要に応じて四角、円、環状、または任意の他の適切な形状とすることができる。さらに、検出器６ａは、広範囲の位置からの光を検出する単一のまたは少数の検出器とすることができる。ある場合には、図１６について以下でさらに説明するように、光学系を使用して広範囲の位置からの光を単一または少数の検出器へ導くことができる。
【００１５】
例示の実施形態では、光源５ａの線形アレイは第２の対象物３のスロット４の一方の側（例えば上側）に搭載され、光検出器６ａの線形アレイは第２の対象物３のスロット４の反対側（例えば下側）に搭載される。しかし、ある実施形態では、光源５ａおよび光検出器６ａは、光散乱素子が反射式であるときなど、スロット４の同じ側に搭載することができる。光源５ａおよび光検出器６ａの線形アレイのピッチおよび／または間隔は、必要に応じて、所望の位置合せ検出精度を達成するように設定することができる。
【００１６】
図１において、第１の対象物２が第２の対象物３のスロット４に挿入されるとき、第１の対象物２は、光源５ａおよび光検出器６ａの線形アレイに垂直に実質的に拡張する、伸張された光散乱素子７ａを含む。本明細書に使用される用語「光散乱素子」は、光ビームを迂回させ、変化させ、反射させ、屈折させ、吸収し、またはさもなければ変更する、任意の光学素子を含むことができる。１つまたは複数の光散乱素子７ａは、例えば、さらに１つのレンズ、縁部または段差、回折格子、吸収フィルター、反射器、フローチャネル、または任意の他の種類の光散乱素子を含むことができる。第１の対象物２の他の部分は必要に応じて透明、不透明、または実質上非透過性とすることができる。
【００１７】
図１に示した例示の実施形態では、各光源５ａは、スロット４および対応する検出器６ａに向けられた光ビームを提供するようにされる。光源５ａの線形アレイは、第１の対象物２および第２の対象物３が予め定められた範囲８内に位置合せされる限り、１つまたは複数の光ビームが少なくとも１つの光散乱素子７ａと交差し、次いで散乱された光プロファイルを１つまたは複数の対応する検出器６ａに生成するように、スロット４に対して配置することができる。検出器６ａは、少なくとも１つの検出器６ａが散乱された光プフロファイルを検出するように、配置することができる。制御装置９を使用して、どの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別することができ、識別された光源の位置を、第２の対象物３に対する第１の対象物２の位置合せ位置に相関させることができる。
【００１８】
動作中に、例示の実施形態では、各光源５ａまたはサブセットの光源は制御装置９によって逐次的に作動することができる。第２の対象物３に対する第１の対象物２の位置合せに応じて、特定の光源５ａは光散乱素子７ａと交差する光ビームを生成することができる。光散乱素子７ａと交差する光ビームを生成する光源５ａまたは複数の光源は、対応する検出器６ａの出力を監視することによって識別することができる。所与の時間で１つの光源または１つの副光源だけを作動することによって、光散乱素子と交差する光ビームを生成した光源または複数の光源はさらに容易に識別することができる。しかし、全ての光源は同時に作動でき、本発明の範囲内であることが意図されている。いずれにしても、どの光源５ａまたは複数の光源が光散乱素子７ａと交差する光ビームを生成したか、およびその位置を知ることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを求めることができる。
【００１９】
光散乱素子７ａがその長さに沿ってＸ方向（例えば左右方向）に均一であれば、光源５ａおよび検出器６ａの線形アレイを用いて、第２の対象物３に対する第１の対象物２のＹ方向（例えば図１の上下方向）の位置合せ位置を求めることができる。しかし、光散乱素子７ａがその長さに沿って均一でなく、光が光散乱素子７ａをその長さに沿って照射する場所に応じて異なる光散乱プロファイルを生成するようにされていれば、光源５ａおよび検出器６ａの線形アレイを用いて、第２の対象物３に対する第１の対象物２のＸおよびＹ方向の位置合せ位置を求めることができる。この実施形態では、制御装置９はどの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別して、上述のように、Ｙ位置を求めることができるだけでなく、検出される特定の光散乱プロファイルをＸ位置に相関させることができる。
【００２０】
代わりに、または追加で、第２の伸張された光散乱素子７ｂを第１の対象物２に固定することができる。第２の伸張された光散乱素子７ｂは、Ｙ方向に拡張することができ、光源５ｂおよび検出器６ｂの第２の線形アレイは、実質上第２の伸張された光散乱素子７ｂに垂直に拡張することができる。次いで、光源５ｂおよび検出器６ｂの第２の線形アレイを第２の伸張された光散乱素子７ｂと共に用いて、第２の対象物３に対する第１の対象物のＸ位置を求めることができる。ある実施形態では、第２の伸張された光散乱素子７ｂをその長さに沿って非均一性とし、必要ならば、第２の対象物３に対して第１の対象物のＹ位置を識別する助けとすることができる。第１の光散乱素子７ａおよび第２の光散乱素子７ｂのいずれかまたは両方がその長さに沿って非均一性であれば、光学的位置合せ検出装置にいくつかのレベルまたは冗長性を提供することができる。
【００２１】
第１の対象物２および第２の対象物３は任意の種類の対象物とすることができることが意図されている。一実施形態では、第１の対象物２は、取外し可能な印刷カートリッジなどの取外し可能な媒体要素、取外し可能なテープカートリッジまたは取外し可能なフラッシュメモリーなどの取外し可能な記憶カートリッジ、取外し可能なバイオ分析カートリッジもしくはスライド、または任意の他の形の取外し可能な対象物とすることができる。次いで、第２の対象物は、取外し可能な媒体を受容することができる。取外し可能な媒体応用以外に、光ファイバー位置合せ応用、構成要素位置合せ応用、ならびに多くの他の応用も本発明の範囲内である。
【００２２】
図２は、取外し可能なバイオ分析カートリッジを含む本発明の一例示の実施形態を示す。図２は例示の携帯型サイトメーター１０の透視図であり、ハウジング１２および取外し可能な、または交換可能なカートリッジ１４を含む。例示的なハウジング１２は、ベース１６、カバー１８、およびベース１６をカバー１８に取り付けるための蝶番２０を含む。ベース１６は、光源２２のアレイ、付随する光学系、およびサイトメーターを動作するのに必要な電子装置を含む。カバー１２は手動加圧要素、制御マイクロ弁を備える圧力チャンバ、および付随する光学系を備える光検出器２４のアレイを含む。
【００２３】
取外し可能なカートリッジ１４はサンプル収集ポート３２を経由してサンプル流体を受容することが好ましい。取外し可能なカートリッジ１４が使用されないとき、キャップ３８を用いてサンプル収集ポート３２を保護することができる。取外し可能なカートリッジ１４は、血液希釈、赤血球溶解、およびコア形成のための流体力学に焦点を当てることが好ましい。取外し可能なカートリッジ１４は、Ｍｉｃｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能な流体回路に類似して作製することができ、そのいくつかはエッチングされたチャネルを備える積層構造を用いて作製される。
【００２４】
取外し可能なカートリッジ１４は、カバー１８が開放位置の時にハウジングの中に挿入される。取外し可能なカートリッジ１４は、ベース１６中の位置決めピン２８ａおよび２８ｂを受容するための孔２６ａおよび２６ｂを含み、構造体の異なる部品間の位置合せおよび結合を提供することを助ける。ある実施形態では、孔２６ａと２６ｂおよび位置決めピン２８ａと２８ｂは、必要ではなく、あるいは望ましくなく、本明細書に述べた位置合せ検出装置を使用して、ベース１６およびカバー１８に対して取外し可能なカートリッジ１４を位置合せを検出することができる。また、取外し可能なカートリッジ１４は、光源２２および光検出器２４のアレイ、および１つまたは複数の光散乱素子（図示せず）に位置合せされた、透明なフローストリーム窓３０を含むことができる。カバーを閉じた位置に動かすとき、および装置が加圧されるとき、カバー１８は、それぞれ加圧ポート３６ａ、３６ｂ、３６ｃを経由して、取外し可能なカートリッジ１４中の受圧ポート３４ａ、３４ｂ、３４ｃに制御された圧力を提供する。
【００２５】
試験を開始するには、カバー１８を持ち上げ、新しいカートリッジ１４をベース１６に置いて位置決めする。血液サンプルはサンプル収集器３２に導入される。カバー１８を閉じ、装置を手動で加圧する。加圧されると、装置は白血球サイトメトリー測定を行う。取外し可能なカートリッジ１４は血液希釈、赤血球溶解、およびコア形成のための流体力学に焦点を当てる。光源２２、光検出器２４、および付随する制御および処理電子装置は、カートリッジ１４のソリッドステートの位置合せ検出および特定の位置の補正、ならびに光散乱信号に基づく白血球細胞の弁別および計数を行う。ハウジング１２用に蝶番構造を用いるのではなく、滑りカートリッジスロットまたは任意の他の適切な構造を使用できることが意図されている。
【００２６】
図３は図２の例示の携帯型サイトメーターの概要図である。上述のように、ベース１６は光源２２、付随する光学系、およびサイトメーターを動作するのに必要な制御および処理電子装置４０を含むことができる。また、ベース１６は、サイトメーターを駆動するためのバッテリー４２も含むことができる。カバー１２は手動加圧要素４４、制御マイクロ弁を備える圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、および付随する光学系を備える光検出器２４を有して示されている。
【００２７】
取外し可能なカートリッジ１４は、サンプル収集ポート３２を経由してサンプル流体を受容することができる。カバー１８によって加圧されるとき、取外し可能なカートリッジ１４は、好ましい実施形態では、血液希釈、赤血球溶解、およびコア形成のための流体力学に焦点を当てる。形成されると、コアはフローストリーム通路５０の下方へ提供され、図２のフローストリーム窓３０を通過する。ベースの光源２２のアレイおよび付随する光学系は、フローストリーム窓３０を経由して、コアストリームを通過する光を提供する。検出器および付随する光学系は、フローストリーム窓３０も経由して、コアから散乱した、および散乱しない光を受ける。制御装置または処理装置４０は、検出器から出力信号を受容し、コアストリームに存在する選択された白血球を弁別し計数する。
【００２８】
取外し可能なカートリッジ１４は、流体の各々の速度制御を支援する流体制御ブロック４８を含むことが意図されている。例示の実施形態において、流体制御ブロックは様々な流体の速度を検知するセンサを含み、速度を制御装置または処理装置４０へ報告する。次いで、制御装置または処理装置４０は、圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃに付随するマイクロ弁を調節して必要な圧力を達成し、したがってサイトメーターの適切な動作に必要な流体速度を達成する。
【００２９】
血液および他の生物的廃棄物は疾病を広げることがあるので、取外し可能なカートリッジ１４は、フローストリーム窓３０の下流に廃棄物貯蔵器５２を有することが好ましい。廃棄物貯蔵器５２は、フローストリームの流体を取外し可能なカートリッジ１４の中に受容し貯蔵する。試験が完了するとき、取外し可能なカートリッジは取り外すことができ、好ましくは生物廃棄物に適合性のある容器に廃棄される。
【００３０】
図４は図３の携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図であり、カバー１８はまだ押し下げていない。図５は、図３の携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図であり、カバーは押し下げられている。カバー１８は、手動加圧要素４４、圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、および６０で全体的に示されている制御マイクロ弁を有して示されている。光源および検出器のアレイはこれらの図には示していない。
【００３１】
各流体が加圧される３つの圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃがある。例示の実施形態では、圧力チャンバ４６ａは血液貯蔵器６２に圧力を与え、圧力チャンバ４６ｂは溶血剤貯蔵器６４に圧力を与え、圧力チャンバ４６ｃはシース貯蔵器６６に圧力を与える。各圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの寸法および形状は、必要な圧力特性を対応する流体に提供するように調整することができる。
【００３２】
圧力チャンバ４６ａは、第１の圧力チャンバ７０および第２の圧力チャンバ７２を含む。第１の圧力チャンバ７０中の圧力を第２圧力チャンバ７２へ制御可能に放出するため、第１の圧力チャンバ７０と第２の圧力チャンバ７２の間に第１の弁７４が設けられる。第２の圧力チャンバ７２と流体接続している第２の弁７６は、第２圧力チャンバ７２中の圧力を制御可能に排出する。各弁は静電気駆動マイクロ弁のアレイであり、個別に到達および制御可能であることが好ましい。圧力チャンバ４６ｂおよび４６ｃは、溶血剤貯蔵器６４およびシース貯蔵器６６にそれぞれ加えられた圧力を制御するための類似の弁を含む。代わりに、各弁は静電気的に駆動されるマイクロ弁のアレイとすることができ、制御された「効率的な」フローまたは洩れ速度を達成するため、制御可能なデューティサイクルでパルス変調される。
【００３３】
取外し可能なカートリッジ１４は、カバー１８からの制御された圧力を受容する受圧ポート３４ａ、３４ｂ、３４ｃを有する。制御された圧力は、示したように血液貯蔵器６２、溶血剤貯蔵器６４、およびシース貯蔵器６６へ提供される。血液貯蔵器６２はサンプル収集ポート３２から充填されるが、溶血剤貯蔵器６４およびシース貯蔵器６６は、取外し可能なカートリッジ１４を使用のため出荷する前に充填するのが好ましい。血液サンプルはサンプル収集ポート３２に提供することができ、血液サンプルは毛細管作用によって血液貯蔵器６２へ吸引される。血液サンプルが血液貯蔵器６２の中にあると、カバー１８を閉めることができ、装置を加圧することができる。
【００３４】
流体力学に照準する前に、各流体と一列でフローセンサが提供される。各フローセンサ８０、１００、１０２は対応する流体の速度を測定する。フローセンサは熱流体速度計式フローセンサであることが好ましく、より好ましくはマイクロブリッジ式フローセンサである。各フローセンサ８０、１００、１０２からの出力信号は制御装置または処理装置４０へ提供される。
【００３５】
制御装置または処理装置４０は、血液サンプルの速度が第１の所定の値以下に降下すると第１弁７４を開き、血液サンプルの速度が第２の所定の値以上に増加すると第２弁７６を開く。弁８４、８６、９４、９６は同じように動作して溶血およびシース流体の速度を制御する。
【００３６】
動作の間に、装置を加圧するために手動加圧要素４４が押し下げられる。例示した実施形態では、手動加圧要素４４は３つのプランジャーを含み、各プランジャーは対応する第１圧力チャンバの１つ内に受容される。プランジャーは第１の圧力チャンバの中に比較的高く正確ではない圧力を形成する。より低い、制御された圧力は、第１の弁７０、８４、９４を開けることによって、第２のチャンバ内に形成され、第２チャンバの中へ制御可能な漏れを形成する。第２チャンバ中にあまり高い圧力が形成されると、対応する排出弁７６、８６、９６が開いて圧力を逃がす。
【００３７】
カバー１８を閉めるとき、通常第１弁７４、８４、９４を閉め、排出弁７６、８６、９６を開く。所定の圧力Ｐが第１の圧力チャンバ中に達成されると、排出弁７６、８６、９６を閉じ、第１の弁７４、８４、９４を開いて、第２圧力チャンバ中により低い圧力Ｐ’を形成する。第２の圧力チャンバ中の制御された圧力は、血液、溶血剤およびシースの流体フローを形成するのに必要な圧力を、取外し可能なカートリッジ１４の流体回路に提供する。次いで、流体フローの速度は下流のフローセンサ８０、１００、１０２によって測定される。各フローセンサは、対応する第１弁および排出弁の動作を制御するための、制御装置または処理装置４０に使用される出力信号を提供し、各流体に必要な一定のフロー速度を提供する。
【００３８】
１１０で全体的に示される下流の弁も提供される。制御装置または処理装置４０装置が加圧されるまで下流弁１１０を閉じることができる。これは、回路が加圧される前に血液、溶血剤、シースが流体回路に流れ込むことを防止する助けになる。他の実施形態において、下流弁１１０は、カバーが閉じられるとき機械的動作で開かれる。
【００３９】
図６は、図４の流体力学集中ブロック８８によるフローストリームおよびコアの形成を示す概要図である。流体力学集中ブロック８８は、流体駆動装置から制御された速度で血液、溶血剤、シースを受容する。血液は溶血剤と混合され、赤血球が除去される。これはしばしば赤血球溶解と呼ばれる。残る白血球は下流の中央ルーメン１５０に提供され、シース流体で取り囲まれてフローストリーム５０を形成する。フローストリーム５０はシース流体１５２で囲まれたコアストリーム１６０を含む。チャネルの寸法は示すように減少するので、白血球１５４および１５６は一列になる。シース流体の速度はコアストリーム１６０の約９倍の速度であることが好ましい。しかし、シース流体およびコアストリーム１６０の速度は、フローチャンネル中で層流を維持するように十分な低さに留まることが好ましい。
【００４０】
発光器２２および付随する光学系は、フローストリーム５０の一方の側に隣接して提供されることが好ましい。１つまたは複数の光検出器２４および付随する光学系は、発光器２２からの光をフローストリーム５０を経由して受容するためにフローストリーム５０の他の側に提供される。光検出器２４からの出力信号は制御装置または処理装置４０に提供され、それらは解析されてコアストリーム１６０中の選択された白血球を識別および／または計数する。
【００４１】
図７は、図６のコアストリームを解析するための、およびベース１６および／またはカバー１８（例えば図２参照）に対するカートリッジ１４の相対位置合せ位置を識別するための、光源のアレイおよび光検出器のアレイを示す概要図である。光源はプラス（＋）記号で示されており、検出器は箱で示されている。示した実施形態では、光源のアレイはベース１６の中または上などのフローストリーム５０の一方の側に隣接して提供され、光検出器のアレイは、カバー１８の中または上などのフローストリームの反対側に隣接して提供される。各光検出器は光源の１つに対応することが好ましい。ある実施形態では、光源のアレイに相当する面積など、比較的大面積からの光を検出可能な、１つまたは少数の光検出器だけが提供される。示した実施形態では、光源のアレイおよび光検出器のアレイは、フローストリーム５０の軸と実質上直交する光源軸２００に沿って配置される。しかし、光源のアレイおよび光検出器のアレイは、フローストリーム５０の軸に対して任意の角度に偏った光源軸に沿って配置できることも意図されている。光源のアレイおよび光検出器のアレイは線形アレイとして示されているが、任意の適切な配置を用いることができる。
【００４２】
光源のアレイは、共通の基板上に作製された垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などのレーザのアレイであることが好ましい。それらの垂直発光のため、ＶＣＳＥＬは携帯型サイトメーターなどの小型装置に実装するのに理想的に適している。ＶＣＳＥＬは従来の８５０ｎｍよりも短い波長で動作する、「赤色」ＶＣＳＥＬであることが好ましく、さらに好ましくは６７０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲であるが、これは必要ではない。赤色ＶＣＳＥＬは散乱測定に理想的に適した波長、出力、偏光特性を有することができる。しかし、発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の適切な光源を使用できることが意図されている。例えば、光検出器はフォトダイオードまたは任意の他の適切な光検出器とすることができる。検出器は、四角、円形、環状、または必要に応じて任意の他の適切な形状とすることができる。
【００４３】
ある実施形態では、光源の各々は光ビームを提供するようにされる。例えば、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４（図２参照）の相対位置合せ位置を識別するために、光源のアレイは、１つまたは複数の光ビームがカートリッジ１４の少なくとも１つの光散乱素子と交差する、十分な範囲に拡張することができる。例示の実施形態において、カートリッジ１４は、例えばカートリッジ縁部２１０、フローチャネル縁部２１２、およびエンボス加工された光散乱素子２１４を含んで、多数の光散乱素子を含む。光源の各々は散乱光プロファイルを生成することができる。
【００４４】
検出器は、少なくとも１つの検出器が少なくとも１つの光散乱素子の散乱光プロファイルを検出するように配置することができる。制御装置を用いて、どの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別し、かつ識別された光源の位置をベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せ位置に相関させることができる。
【００４５】
ある例示の実施形態では、動作中に、光源または光源のサブセットの各々を逐次的に作動することができる。ベース１６および／またはカバー１８へのカートリッジ１４の位置合せに応じて、特定の光源または複数の光源は、光散乱素子２１４などの光散乱素子と交差する光ビームを生成することができる。光散乱素子２１４と交差する光ビームを生成する光源または複数の光源は、対応する検出器の出力を監視することによって識別することができる。任意の所与の時間で１つの光源または１つの副光源だけを作動することによって、光散乱素子２１４と交差する光ビームを生成した光源または複数の光源はさらに容易に識別することができる。どの光源または複数の光源が光散乱素子２１４と交差する光ビームを生成したか、また、その位置を知ることによって、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求めることができる。
【００４６】
図８は、図７の光源を作動する例示的方法を示すタイミング図である。例示の実施形態では、図７に示した光源のアレイの底に配置された光源２２０から始めて、光源の各々は逐次的に作動される。光源の逐次的作動は全体的に２１８で示され、記号Ｖ１、Ｖ２等は図７のＶＣＳＥＬ１の２２０ａ、ＶＣＳＥＬ１の２２０ｂ等の作動に相当する。対応する検出器の応答は全体的に２２４で示されている。
【００４７】
光源２２０ａが作動されるとき、図７で示したように、カートリッジ１４は光源２２０ａと対応する検出器の間に位置しないので、対応する検出器では散乱光プロファイルは検出されない。図７は各光源に対して３つの光検出器を示しているが、ある実施形態では、左と右の検出器だけが散乱光プロファイルの検出に使用することができる。光源２２０ｂが次いで作動される。これが作動すると、対応する検出器は散乱光プロファイル２２２を検出する。散乱光プロファイル２２２の特性はカートリッジ縁部２１０として光散乱素子を識別することができる。
【００４８】
第３および第４の光源が作動されると、対応する検出器では散乱光プロファイルは検出されない。第５の光源２２０ｃが作動されると、対応する検出器は散乱光プロファイル２２４を検出する。散乱光プロファイル２２４の特性はエンボス加工した光散乱素子２１４として光散乱素子を識別することができる。この実施形態を継続して、光源２２０Ｎが作動されると、対応する検出器は散乱光プロファイル２２６を検出する。散乱光プロファイル２２６は流体チャネルの縁部２１２として光散乱素子を識別する。説明のために、光散乱プロファイル２２２、２２４、２２６は異なる大きさを有するように示している。しかし、必要に応じて、光散乱プロファイルの間を弁別するため、任意の適切なパラメータまたは特性を使用できることが意図されている。代わりに、光散乱素子の位置だけを識別し、光散乱素子の間の弁別を行わない。ある実施形態では、エンボス加工した光散乱素子２１４の光散乱プロファイル２２４だけを識別することができ、他の光散乱素子の検出を無視することができる。
【００４９】
カートリッジ１４のこの相対位置合せが求められると、本発明は１つまたは複数の光源または光検出器のいずれがフローストリーム５０に隣接した位置を有するかを識別することができる。例えば、図７の例示の実施形態において、本発明は、フローストリーム５０に隣接する位置を有するものとして、光源２２０ｘ、２２０ｙ、２２０ｚを識別することができる。カートリッジ１４とベース１６および／またはカバー１８の相対位置合せに応じて、異なる光源および／または光検出器を使用することができる。例えば、光源２２０ｂがエンボス加工された光散乱素子２１４の上に位置するように、カートリッジ１４が持ち上げられると、光源２２０ｃの真上の３つの光源はフローストリーム５０に隣接する位置を有し、選択されるであろう。光源が識別され選択されると、選択された光源および／または光検出器は、例えば、フローストリームの１つまたは複数のパラメータおよび／または特性を検出するのに使用することができる。
【００５０】
図９は本発明の他の例示の実施形態を示す。この実施形態は、３つの分離した光源および光検出器のアレイを含む。３つのアレイが示されているが、応用例に応じて任意の適切な数を使用できることが理解される。例示の実施形態では、光源および光検出器の各アレイは、フローストリームの中央フロー軸に対して異なる光源軸に沿って配置される。
【００５１】
光源および光検出器の第１のアレイが３００で示される。示した例示の実施形態では、第１のアレイ３００の光源および光検出器は、第１の光源軸に沿って線形アレイで配置される。光検出器のアレイは、光源の線形アレイと一列で配置される。第１のアレイ３００の光源および光検出器は、例えば、フローストリーム５０中の細胞の横方向の位置合せ、粒子サイズ、およびある場合には、粒子の速度の測定に使用することができる。代わりに、または追加で、光源および光検出器の第１のアレイ３００は、光散乱素子３１２などの光散乱素子の位置を検出するために使用して、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求める助けにすることができる。例えば、光散乱素子３１２は１つまたは複数の対応する検出器で検出することのできる光散乱プロファイルを生成することができる。光散乱素子３１２の場所が識別されると、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求めることができる。
【００５２】
光源および光検出器の第２のアレイが３０２で示されている。光源の第２のアレイはフローストリーム５０のフロー軸に対する第２光源軸に沿って線形アレイで配置することができる。例示の実施形態では、第２アレイ３０２の光源は、光源の３つの線形アレイを含む。光検出器の１つの線形アレイは光源の線形アレイと一列で配置される。光検出器の他の２つの線形アレイは、光検出器のインラインアレイのどの側にも配置される。光源および光検出器の第２のアレイ３０２は、図７に関して示し、述べたものと類似している。図７で詳細に示したように、光源および光検出器の第２のアレイ３０２は、例えば、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求める助けにすることができる。
【００５３】
カートリッジ１４の相対位置合せが求まると、フローストリーム５０に隣接して配置された１つまたは複数の光源および／または光検出器要素を識別することができる。これらの光源が識別され選択されると、選択された光源および対応する光検出器は、例えば、フローストリームの１つまたは複数のパラメータおよび／または特性を検出するのに使用することができる。一例示の実施形態では、第２のアレイ３０２の選択された光源および光検出器は、フローストリーム５０中の選択された粒子によって生成される小さな角度の散乱（ＳＡＬＳ）を測定するのに使用することができる。この場合、外側の光検出器は、フローストリーム５０中の選択された粒子によって生成される小さな角度の散乱（ＳＡＬＳ）と交差するように、インライン検出器から十分間隔をおくことができる。
【００５４】
光源および光検出器の第２アレイ３０２のインライン検出器は、コアストリーム中の粒子によって大きく散乱されない光を検出するのに使用することができる。したがって、第２アレイ３０２の光検出器のインライン線形アレイは、必要に応じて、第１のアレイ３００の検出器のインラインアレイと同じ測定を行うのに使用することができる。両方の検出器のインラインアレイの測定は、比較または組み合わせて、より正確な結果を提供することができる。代わりに、または追加で、第２のアレイ３０２のインライン検出器は、測定の信頼性を向上するために冗長の組の検出器として使用することができる。
【００５５】
また、第２のアレイ３０２のインライン検出器は、第１のアレイ３００のインライン検出器と共に使用して、フローストリーム中の粒子の飛行時間または速度をより正確に求めることができる。検出器の間の距離がより大きいので、測定をより正確にすることができる。上で示したように、粒子の速度を知ることによって、流体駆動装置によって生じた小さな流速の変動を、制御装置によって最小化または除去することができる。
【００５６】
また、光源および光検出器の第３のアレイ３５０が示されている。光源および光検出器の第３のアレイ３５０は、例えば、フローストリーム中の選択された粒子によって生成された前傾角度の散乱（ＦＡＬＳ）を測定するのに使用することができる。例示的な実施形態では、光源はフローストリーム５０のフロー軸に対して第３の光源軸に沿って線形アレイで配置される。各光源は対応する光検出器を有することが好ましく、各光検出器は、非感受性の領域または中央に位置する分離したインライン検出器を有する、環状の形状であることが好ましい。環状の光検出器は、フローストリーム中の選択された粒子によって生成された前傾角度の散乱（ＦＡＬＳ）と交差し、検出するようなサイズにすることができる。
【００５７】
分離したインライン検出器が提供されると、それは第１のアレイ３００および／または第２のアレイ３０２のインライン検出器と同じ測定を行うために使用することができる。測定が行われるとき、第１のアレイ３００、第２のアレイ３０２、第３のアレイ３５０の検出器の３つのインラインアレイ全てからの測定を比較し、または組み合わせて、さらにより正確な結果を提供することができる。また、第３のアレイ３０２のインライン検出器は、サイトメーターの信頼性を向上するために他のレベルまたは冗長性として使用することができる。
【００５８】
また、第３のアレイ３５０のインライン検出器は、第１アレイ３００および／または第２のアレイ３０２のインライン検出器と共に使用して、フローストリーム中の粒子の飛行時間または速度をより正確に求めることができる。検出器の間の距離がより大きいので、測定をより正確にすることができる。上で示したように、粒子の速度を知ることによって、流体駆動装置によって生じた小さな流速の変動を、制御装置によって最小化または除去することができる。
【００５９】
ある実施形態では、光源および検出器の３種の分離したアレイを使用することによって、各アレイに付随する光学系は所望の応用に合わせて最適化することができる。ある実施形態では、例えば、第１のアレイ３００に付随する光学系は、コアフローの面上に良く焦点を合わせたレーザ光を提供するように設計することができる。これは、第１のアレイ３００によって行われる位置合せ、サイズ、粒子速度測定に解像度を提供することを助ける。同様に、第２のアレイ３０２に付随する光学系は、コアフローの面上に良く焦点を合わせたレーザ光を提供するように設計することができる。フローストリーム中の選択された粒子によって生成される小さな角度の散乱（ＳＡＬＳ）を測定するとき、しばしば良く焦点の合った光が望ましい。最終的に、第３アレイ３５０に付随する光学系は、コアフローに平行光を提供するように設計することができる。フローストリーム中の選択された粒子によって生成される前傾角度の散乱（ＦＡＬＳ）を測定するとき、平行光はしばしば望ましい。
【００６０】
レーザのアレイを使用することは単一光源の形態よりも多くの重要な利点を提供する。例えば、レーザの線形アレイは、コアストリーム１６０中の粒子の通路の横方向の位置合せを求めるのに使用することができる。粒子流の位置合せの不確実性の一要因は、コアストリームの幅であり、粒子通路位置に統計的な変動を招く。これらの変動は、検出器のデータ解析から求めることができ、制御装置または処理装置４０に使用して、サンプル流体および支持流体に加えられた相対圧力を変化させて、フローストリーム中の選択された粒子の位置合せを変化させるために、流体駆動装置の弁を調節することができる。
【００６１】
流体ストリーム５０中の細胞の横方向の位置合せを求めるために、細胞は光源（例えば、ＶＣＳＥＬ）のアレイによって形成されたいくつかの焦点を通過することができる。細胞は対応するインライン参照検出器における信号を降下させる。信号の相対強度は、制御装置または処理装置４０に使用して、粒子通路の中心を求め、粒子幅を測定することができる。
【００６２】
単一のレーザ形態よりも光源のアレイを使用する他の利点は、各細胞の速度を決定することができることである。粒子速度は光散乱信号から粒子サイズを評価する上で重要なパラメータであり得る。従来のサイトメーターでは、粒子サイズはポンプの流速から外挿される。この手法の制約は、ポンプが非常に正確でなければならず、サイトメーターのフローチャンバの公差を厳密に制御しなければならず、漏れなどの流体の欠陥が起きず、微小気泡などの障害物が導入されてフローまたはコア形成を妨害してはならないことである。
【００６３】
各細胞の速度を決定するために、装置は各細胞が２つの継続する点の間を通過するのに必要な時間を測定することができる。例えば、図９を参照すれば、細胞は検出器２０８を通過し、次いで検出器２１０を通過することができる。細胞が検出器２０８から検出器２１０の間を通過するのに必要な時間を測定することによって、また、検出器２０８から検出器２１０の間の距離を知ることによって、制御装置または処理装置４０は細胞の速度を計算することができる。これは、概略の速度測定であろう。これはしばしば飛行時間測定と呼ばれる。速度が判ると、粒子が点のほぼ中心にいる間の通過時間（数マイクロ秒）は粒子の長さとサイズの測定値を与えることができる。
【００６４】
また、粒子の速度を用いて、流体駆動装置の制御を支援できることが意図されている。サイトメーターのサイズ、コストおよび複雑さを減少するために、図２の交換可能なカートリッジ１４はプラスチック積層体または成形部品から製造することができる。それらの製造技術は安価な部品を提供することができるが、それらは一般に寸法が不正確で再現性が無く、非対称的な寸法およびより広い公差の断面を有する。より広い公差は、特にカートリッジ毎に粒子速度の変動を生じる。これらの広い公差の補償を助けるために、上で論じた飛行時間を制御装置または処理装置４０に使用して、コアストリーム中の粒子が比較的一定の速度を有するように、血液、溶血剤、およびシース流体ストリームに加えられた圧力を調節することができる。また、これらの広い公差のために、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求めることがしばしば望ましい。位置合せ位置が求まると、適切な光源および光検出器を選択して、フローストリームの選択されたパラメータまたは特性を解析することができる。
【００６５】
さらに細胞サイズを評価するために、細胞通路に沿って、および細胞通路を横切ってレーザビームの焦点を合わせることができることが意図されている。さらに、細胞を横切る複数のサンプルを組織の特徴について解析して、形態学的特徴を他の種類の細胞に相関させることができる。これは、細胞サイズについて複数のパラメータを提供することができ、細胞の種類を互いに分離することを助ける。
【００６６】
単一レーザ源の形態ではなくレーザのアレイを使用することのさらに他の利点は、フローチャネルを横切って比較的一定の光照明を提供できることである。これは、図１２に示すように、隣接するＶＣＳＥＬの提供するガウス分布のビームを重ね合わせることによって行うことができる。単一レーザ系では、フローチャネルを横切る光照明は一般にチャネルを横切って変化する。したがって、粒子がフローチャネルの中心に無い時、後続の測定精度は低くなる。
【００６７】
図１０は、第１の対象物を第２の対象物に対して整列するために機械的アクチュエータを使用する、本発明の他の例示の実施形態を示す概要図である。例示の実施形態は第１の対象物３５２および第２の対象物３５３を含み、第２の対象物３５２は第１の対象物３５２を受容するためのスロット３５４を含む。この実施形態ではスロット３５４が使用されるが、これは必要ではなく、ある実施形態はスロットを含まなくてもよい。図１に示した第２の対象物３５３は、光源３５５などの１つまたは複数の光源、および光検出器３５６などの１つまたは複数の光検出器を含む。
【００６８】
示した実施形態では、光源３５５は第２の対象物３５３のスロット３５４の一方の側（例えば上側）に搭載され、検出器３５６は第２の対象物３５３のスロット３５４の反対側（例えば下側）に搭載される。上のように、第１の対象物３５２は、示したように、伸張された光散乱素子３５７を含むことができる。
【００６９】
制御装置３５９を使用して、機械的アクチュエータ３６１を制御することができ、作動されるとき、第１の対象物３５２を第２の対象物３５３に対して動かすことができる。示した実施形態において、機械的アクチュエータ３６１は第１の対象物を第２の対象物３５３に対して上方向および／または下方向に動かす。アクチュエータ３６１は、例えば、ステップモーター、静電気駆動マイクロアクチュエータなどのマイクロアクチュエータ、または必要に応じて任意の他の適切なアクチュエータを含む任意の種類のアクチュエータとすることができる。
【００７０】
使用の間に、制御装置３５９は、光源３５５が光散乱素子３５７と交差する光ビームを生成し、次いで光検出器３５６で検出することのできる光散乱プロファイルを生成するまで、第１の対象物３５２を第２の対象物３５３に対して動かすようアクチュエータ３６１に指示することができる。これが発生すると、第１の対象物３５２は、第２の対象物３５３と適切に位置合せされているとみなすことができる。例示の実施形態では、第１の対象物３５２の元の位置は点線で示され、これは第１の対象物３５２の光散乱素子３５７が光源３５５と位置合せされるまで下方向に動かされる。ある実施形態では、光散乱素子３５７は、例えば、さらにもう１つのレンズ、縁部または段差、回折格子、吸収フィルター、反射器、フローチャネル、または任意の他の種類の光散乱素子とすることができる。
【００７１】
第１の対象物３５２を第２の対象物３５３に対して動かすのではなく、光源３５５自体を第２の対象物３５３に対して動かせることが意図されている。これは図１１に示されている。図１１において、アクチュエータ３６３は光源３５５を第２の対象物３５３に対して動かし、当然、光源３５５を第１の対象物３５２に対しても動かす。示した実施形態では、制御装置３５９は、光源３５５が第１の対象物３５２上の光散乱素子３５７と交差する光ビームを生成し、次いで光検出器３５６で検出することのできる光散乱プロファイルを生成するまで光源３５５を動かすよう、アクチュエータ３６３に指示する。例示の実施形態では、光源３５５の元の位置は３７０に点線で示され、これは駆動の後、光源３５５が第１の対象物３５２の光散乱素子３５７と位置合せされるまで下方向に動かされる。ある実施形態では、光検出器の静止アレイを使用して、ある範囲の位置を横切る光を検出することができる。他の実施形態では、１つまたは複数のより大きな静止検出器を使用して、ある範囲の位置を横切る光を検出することができる。さらに他の実施形態では、図１１に示すように、１つまたは複数の可動光検出器を使用し、および光源３５５と一緒にアクチュエータ３６３によって動かすことができる。
【００７２】
ここで図１２を参照すれば、ある実施形態において、全てのまたは選択された光源からの光ビームは、ビーム形成器等を通過することができる。光源がアレイ軸に沿って拡張するアレイであるとき、ビーム形成器は、例えば、各光源のビームスポットサイズを軸方向に拡大することができ、ある場合にはビームスポットサイズを軸に垂直な方向に縮小することができる。ある実施形態において、ビーム形成器は、各光源の光の出力が隣接する光源の光出力と少なくとも部分的に重なり合うように、ビームスポットサイズを軸方向に拡大することができる。例えば、図１２は、ビームスポットの各々が光源アレイ軸方向に拡大され、光源アレイ軸に垂直の方向に縮小された、ビーム形成器によって形成された多数のビームスポット４００ａ〜４００ｆを示している。さらに、ビームスポット４００ａ〜４００ｆの各々は、隣接する光源のビームスポットと少なくとも部分的に重なり合う。これは、ビームスポット４００ａ〜４００ｆが集まって広がることのできる距離を拡大し、照明面を横切る光照明の均一性を高める。
【００７３】
図１３は、２つの間隔をおくレーザ源の光照明強度を示す。各光源は、ガウス分布のピーク光強度を有するビームスポットを生成する。光強度の低下が光源の間に示される。図１４は、光が上述のビーム形成器によって提供された後に、２つの間隔をおくレーザ源の光照明強度を示す。ビームスポットの各々は光源アレイ軸方向に拡大され、光源アレイ軸に垂直な方向に縮小されている。また、ビームスポットの各々は、隣接する光源のビームスポットと少なくとも部分的に重なり合う。見ることができるように、これは照明面積を横切る光照明の均一性を高めることができる。
【００７４】
図１５は１つまたは複数の光源に使用することのできる例示的ビーム形成器を示す。光源は４１０で示され、全体的に４１２で示されるビーム形成器にビームスポットを提供することができる。光源は、例えば、ＶＣＳＥＬ、縁部発光ダイオード、または任意の他の適切な光源とすることができる。ビーム形成器４１２は、ビームスポットサイズを集合的に垂直方向に縮小することのできる第１のレンズ４１４および第２のレンズ４１６、およびビームスポットサイズを水平方向に拡大することのできる第３のレンズ４１８を含む。示したように、第１のレンズ４１４、第２のレンズ４１６、第３のレンズ４１８は、カートリッジ１４中のフローチャネル５０のコアフロー１６０の面上に、伸張されたビームスポット４２０の焦点を集合的に合わせることができる。見ることができるように、ビーム形成器４１２は、ビームスポット４２０が広がることのできる距離を拡大することができ、フローチャネル５０を横切る光照明の均一性を高めることができる。光がコアフロー１６０を通過すると、光は回折光学要素（ＤＯＥ）などの他のレンズ（図示せず）で受けて、検出および解析のために１つまたは複数の検出器へ導くことができる。
【００７５】
図１６は光源の線形アレイで使用する例示のビーム形成器を示している。光源の線形アレイは全体的に４５０で示され、示したように水平方向（Ｘ方向）に拡張するアレイ軸を有するＶＣＳＥＬの線形アレイを含むことができる。フローチャネルは５０で示される。フローチャネルは縦方向（Ｙ方向）に拡張する。１つまたは複数の検出器は４５２で示される。ＶＣＳＥＬのアレイ４５０中の各ＶＣＳＥＬはビーム形成器４５６にビームスポットを提供することが好ましい。ビーム形成器４５６は、図１２に示したものなど、重なり合う伸張されたビームスポットを集合的に形成する、多数のレンズまたは他の光学要素を含むことができる。例示的ビーム形成器４５６は、第１レンズ４６０、ビームスポットサイズを集合的に縦方向（Ｙ方向）に縮小する第２レンズ４６２および第３レンズ４６４、ビームスポットサイズを水平方向に拡大する第４レンズ４６６を含むことができる。第４レンズ４６６は、例えば、縦方向（Ｙ方向）に凹面の円筒レンズとすることができる。第１レンズ４６０、第２レンズ４６２、第３レンズ４６４、および第４レンズ４６６は、カートリッジ１４中のフローチャネルの面上に、重なり合う伸張されたビームスポットを集合的に焦点合わせすることができる。図１２で詳細に示すように、ビーム形成器４５６は、光源４５０によって提供されたビームスポットがカートリッジ１４を横切って集合的に広がることのできる距離を拡大することができ、照明面を横切る光照明の均一性を高めることができる。光がコアフロー１６０を通過すると、光は回折光学要素（ＤＯＥ）などの他のレンズ４７０によって集められ、検出および解析のために１つまたは複数の検出器４５２へ導くことができる。
【００７６】
図１７は、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを検出するための多数の例示的モデルを示している。ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の相対位置合せ位置を識別するために、光源のアレイは、図１２に示した少なくとも１つの伸張されたビームスポットがカートリッジ１４の少なくとも１つの光散乱素子と交差するように、十分な範囲に拡張することが好ましい。図１７に示した例示の実施形態において、カートリッジ１４は、カートリッジ縁部２１０および２つのフローチャネル縁部２１２ａおよび２１２ｂを含んで、多数の光散乱素子を含む。光散乱素子の各々は散乱された光プロファイルを生成することが好ましい。
【００７７】
１つまたは複数の検出器を、少なくとも１つの検出器が少なくとも１つの光散乱素子の散乱された光プロファイルを検出するように配置することができる。制御装置を使用して、どの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別し、および識別した光源をベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せ位置に相関させることができる。
【００７８】
第１のシナリオにおいて、ビーム形成器によって生成された、伸張されたビームスポット領域は４７０で集合的に示されている。一実施形態では、集合的な伸張されたビームスポット領域４７０は、２５ミクロンのピッチを有する１０個のＶＣＳＥＬの線形アレイによって形成される。ビーム形成器は、１０個のＶＣＳＥＬデバイスの個々のビームスポットを伸張および重ね合わせ、長さ約７２０ミクロンの、集合的な伸張されたビームスポット領域４７０をカートリッジ１４に生成する。
【００７９】
第１のシナリオにおいて、カートリッジ１４は集合的な伸張されたビームスポット領域４７０が１つの光散乱素子、すなわちカートリッジの縁部２１０だけに重ね合わさるように、位置合せされる。フローチャネル５０が７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７０の範囲内にあれば、カートリッジの縁部２１０の位置は、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができよう。しかし、示した実施形態では、フローチャネル５０は７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７０の範囲内にない。そのような場合、処理装置または制御装置は、カートリッジ１４がフローチャネル５０の解析を行うにはあまりにも大きく位置がずれていることを示すであろう。集合的な伸張されたビームスポット領域４７０に含まれる範囲は、単に追加の光源、光検出器、および付随する光学系を加えることによって拡大することができる。
【００８０】
第２のシナリオにおいて、カートリッジ１４は、集合的な伸張されたビームスポット領域４７２が２つの光散乱素子、すなわちカートリッジの縁部２１０およびフローチャネルの縁部２１２ａに重ね合わさるように、位置合せされる。再び、フローチャネル５０全体が７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７２の範囲内にあれば、カートリッジの縁部２１０および／またはフローチャネルの縁部２１２ａの位置は、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができよう。しかし、例示した実施形態では、フローチャネル５０全体は７２０ミクロンの集合的な伸張されたビームスポット領域４７２の範囲内にない。そのような場合、処理装置または制御装置は、カートリッジ１４がフローチャネル５０の解析を行うにはあまりにも大きく位置がずれていることを示すであろう。集合的な伸張されたビームスポット領域４７２に含まれる範囲は、単に追加の光源および付随する光学系を加えることによって拡大することができる。
【００８１】
第３のシナリオにおいて、カートリッジ１４は集合的な伸張されたビームスポット領域４７４が１つの光散乱素子、すなわちフローチャネルの縁部２１２ａだけに重ね合わさるように、位置合せされる。再び、フローチャネル５０全体が７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７４の範囲内にあれば、フローチャネルの縁部２１２ａの位置は、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができよう。しかし、例示の実施形態では、フローチャネル５０全体は７２０ミクロンの集合的な伸張されたビームスポット領域４７４の範囲内にない。そのような場合、処理装置または制御装置は、カートリッジ１４がフローチャネル５０の解析を行うにはあまりにも大きく位置がずれていることを示すであろう。集合的な伸張されたビームスポット領域４７４に含まれる範囲は、単に追加の光源および付随する光学系を加えることによって拡大することができる。
【００８２】
第４のシナリオにおいて、カートリッジ１４は、集合的な伸張されたビームスポット領域４７６が２つの光散乱素子、すなわちフローチャネルの縁部２１２ａおよびフローチャネルの縁部２１２ｂに重ね合わさるように、位置合せされる。このモデルでは、フローチャネル５０全体は７２０ミクロンの集合的な伸張されたビームスポット領域４７６の範囲内にある。そのような場合、フローチャネルの縁部２１２ａおよびフローチャネルの縁部２１２ｂは、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができる。識別されると、個々のＶＣＳＥＬはフローストリーム５０の選択されたパラメータまたは特性を求めるのに使用することができる。
【００８３】
図１８はフローチャネル５０中のコアフローの位置合せを検出し、散乱測定を行う例示的方法を示す概要図である。例示の実施形態において、ＶＣＳＥＬがフローチャネル５０に隣接して位置することが識別されると、これらのＶＣＳＥＬの各々は、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃで示すように、逐次的に作動させてフローチャネル５０中のコアの位置を識別し、および／または散乱測定を行うことができる。代わりに、または追加で、識別されたＶＣＳＥＬの全てを４８２で示すように同時に作動し、対応する検出器の出力を監視して、フローチャネル中のコアの場所を決定し、および／または散乱測定を行うことができる。
【００８４】
図１９はフローチャネル５０２を有する積層カートリッジ５００の概要図である。図２０は図１９のカートリッジ５００の断面側面図である。カートリッジ５００は、ベース積層体５０４、上部積層体５０６、および１つまたは複数の中間積層体５０８を含んで、多数の積層体を含む。フローチャネル５０２は、１つまたは複数の中間積層体５０８中のエッチングされたチャネルによって形成することができる。カートリッジの縁部５１０の検出を助けるために、チャネル縁部５１２、またはいくつかの他の形態、１つまたは複数の光遮断層もしくは領域を１つまたは複数の積層体層に含むことができる。例えば、光遮断層もしくは領域５１４は示したように上部積層体５０６の上部に提供することができる。光遮断層もしくは領域５１４は、例えば、カートリッジ５００の上部および／またはベース面に取り付けられたステッカーまたは他のフィルターとすることができる。代わりに、必要に応じて、光遮断層は中間積層体の１つの中に組み込むことができる。
【００８５】
光遮断層もしくは領域は、例えば、カートリッジ縁部５１０とチャネル縁部５１２の間に拡張することができる。光遮断層もしくは領域は、カートリッジ縁部５１０とチャネル縁部５１２の間に位置する光源により放射される光が対応する検出器に到達することを防止する。これは、詳細な散乱プロファイルを解析する必要がなくなるので、カートリッジ縁部５１０および／またはチャネル縁部５１２の検出を簡単にする。代わりに、より単純な光あり／光なしのアルゴリズムを用いることができる。光遮断層もしくは領域は、カートリッジ縁部５１０とチャネル縁部５１２の間に拡張する必要はないことが理解される。むしろ、カートリッジ５００の相対位置を検出するための任意の適切な配置を使用できることが意図されている。
【００８６】
図２１は、光散乱素子６０２を有する例示の対象物６００の概要図である。図２２は図２１の光散乱素子６０２の断面側面図である。光源６０４（図２１中に「＋」の記号で示される）は光散乱素子６０２の上方に位置して示され、検出器のアレイ６０６（図２１に箱で示される）は光散乱素子６０２の下方に位置して示される。光源６０４は光ビームを光散乱素子６０２に向けて導くことが好ましく、光散乱素子６０２は、光源６０４に対する光散乱素子６０２の相対位置合せに応じて、光ビームを１つまたは複数の検出器６０６へ導くことができる。一実施形態では、図２２を参照すれば、光源が光散乱素子６０２に対して６０４ａの位置に位置すれば、光散乱素子６０２は光ビームを検出器６０６ａへ導くことができる。光源が光散乱素子６０２に対して６０４ｂの位置に位置すれば、光散乱素子６０２は光ビームを検出器６０６ｂへ導くことができる。光源が光散乱素子６０２に対して６０４ｃの位置に位置すれば、光散乱素子６０２は光ビームを検出器６０６ｃへ導くことができる。このように、検出器６０６のいずれが光ビームを検出するかを監視することによって、光源６０４および光散乱素子６０２の相対位置、したがって対象物６００の相対位置を求めることができる。一実施形態では、光散乱素子６０２はレンズである。しかし、任意の適切な光散乱素子を使用することができる。光散乱素子６０２は、対象物６００の相対位置合せを一次元または二次元いずれでも求めるのに使用できることが意図されている。
【００８７】
本発明の好ましい実施形態をこのように説明したが、当業者であれば、本明細書に見出される教示は、ここに付属する請求項の範囲内でさらに他の実施形態に適用できることを容易に理解するであろう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、「サイトメトリー用光学検出装置（ＯＰＴＩＣＡＬ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＣＹＴＯＭＥＴＲＹ）」の名称で２０００年８月２日に出願された同時係属の米国特許出願第０９／６３０，９２７号の一部継続出願である。
（政府支援）
本発明はＤＡＲＰＡ契約番号＿＿＿＿の下で、政府の支援を受けて行った。政府は、本発明において一定の権利を有することができる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全体として位置合せ装置に関し、より詳細には光学位置合せ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日の多くの装置では、第１の対象物と第２の対象物を位置合せすることが望ましい。多くの場合、装置の適切なかつ／または効率的な動作のために適切な位置合せが必要である。例えば、印刷機の応用において、取外し可能な印刷カートリッジは、装置が適切に印刷するために、印刷機組立体にしばしば位置合せしなければならない。他の例では、テープカートリッジは、確実にテープを読み取り、かつ／またはテープの摩損を低減するために、テープリーダ等にしばしば位置合せしなければならない。多くの他の取外し可能な媒体の形には同様の位置合せ問題がある。光ファイバー位置合せ、構成要素位置合せ、ならびに多くの他の応用例および装置は、２種またはそれ以上の対象物を適切に位置合せすることを必要とする。
【０００４】
多くの場合、２つの対象物の位置合せは、ある種の機械的結合によって達成される。例えば、多くの場合、第１の対象物は、ピン、タブなどの鍵、または他の機械的特徴を含み、第２の対象物は対応する孔、スロット、窪みまたは他の対応する構成を含む。第１の対象物が第２の対象物と嵌合されると、機械的位置合せ特徴が第１の対象物を第２の対象物と位置合せされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この手法の制約は位置合せの精度が機械的結合特性の機械的公差によって制限されることである。したがって、高い精度の位置合せを提供するには、機械的結合特性の公差もまた厳しく管理しなければならない。しかし、これは第１の対象物および第２の対象物の製造のコストと複雑さを大きく増加させる。他の制約は、第１の対象物が１つまたは他の理由で第２の対象物に対して誤って位置合せされている場合、しばしば誤った位置合せを知る方法及び／または誤った位置合せを訂正する方法はない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出するための光学位置合せ検出装置を提供する。本発明は、１つまたは複数の光源および１つまたは複数の光検出器を使用することが好ましく、第１の対象物上の１つまたは複数の光散乱素子の位置を検出するために、その一方または両方とも第２の対象物に対して固定される。一例示の実施形態では、光源のアレイおよびさらに１つの光検出器が使用される。第２の対象物上の１つまたは複数の光散乱素子を通して、所定の光散乱プロファイルを形成する光源の位置を識別することによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置を決定することができる。光源および／または光検出器は互いに比較的近接して間隔をおくことができるので、第１の対象物と第２の対象物の間の位置合せは比較的正確に決定することができる。ある実施形態では、第２の対象物の相対場所が求められると、検査または測定領域に対応する光源アレイ中の他の光源を識別して、測定等を行うのに用いることができる。他の実施形態では、光検出器アレイを用いて第２の対象物の相対場所を求めることができる。さらに他の実施形態では、アクチュエータを使用して、第２の対象物を第１の対象物に対して動かして、第１の対象物と第２の対象物を適切な位置合せにすることができる。
【０００７】
ある実施形態では、光源の各々は光ビームを提供するようにされる。光源は第１および第２の対象物が所定の範囲内に位置合せされる限り、１つまたは複数の光ビームが少なくとも１つの光散乱素子と交差し、次いで散乱光プロファイルを生成するように配置することができる。１つまたは複数の検出器は少なくとも１つの検出器が散乱光プロファイルを検出するように配置されることが好ましい。制御装置を使用して、どの光源が実際に散乱光プロファイルを生成したかを識別し、識別した光源の位置を第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せ位置に相関させることができる。
【０００８】
一例示の実施形態では、動作中に、光源の各々または光源のサブセットは逐次的に作動される。第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せに応じて、特定の光源または複数の光源は光散乱素子と交差する光ビームを生成するであろう。光散乱素子と交差する光ビームを生成する光源または複数の光源は、対応する検出器の出力を監視することによって識別することができる。所与の時間で１つの光源または１つの副光源だけを作動することによって、光散乱素子と交差する光ビームを生成した光源または複数の光源はさらに容易に識別することができる。どの光源または複数の光源が光散乱素子と交差する光ビームを生成したか、およびその位置を知ることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを決定することができる。
【０００９】
ある実施形態では、相対的な位置合せが求まると、本発明は、例えばオフセットを計算して、検査などの他の領域または第１の対象物の測定領域に隣接する位置にある１つまたは複数の光源を識別することができる。識別されると、光源は、例えば第１の対象物および／または第２の対象物の１つまたは複数のパラメータおよび／または特性を検出するのに用いることができる。１つまたは複数のパラメータまたは特性は、例えば、１つまたは複数の光学特性、１つまたは複数の電気的または磁気的特性、１つまたは複数の物理特性、または任意の他の必要な特性を含むことができる。このようにして、本発明は第１の対象物および第２の対象物の間の位置合せを検出し、次いで適切な光源および／または検出器を選択することによって、いかなる位置合せずれも補償することができる。
【００１０】
ある実施形態では、光散乱素子と交差する光ビームを生成しない１つまたは複数の光源は、例えば、第１の対象物の１つまたは複数の特性などの他のパラメータを求めるのに用いられる。一例示の実施形態では、第１の対象物と第２の対象物の間の位置合せ不良が所定の範囲内であるとき、光源は、１つまたは複数の光散乱素子を含む領域に及ぶ線形または他の種類のアレイで構成される。また、線形または他の種類のアレイは、第１の対象物の検査または測定領域に及ぶことができる。動作中に、選択された線形または他の種類のアレイの光源を用いて、１つまたは複数の光散乱素子の位置を識別することによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを求めることができる。次いで、オフセットを計算することによって、例えば、第１の対象物の検査または測定領域に隣接する、選択された線形または他の種類のアレイの光源を識別することができる。識別された光源は、次いで選択された検査領域中の第１の対象物の特性または性質を求めるのに用いることができる。一例示の実施形態では、検査領域はフローチャネルを含むことができる。
【００１１】
ある実施形態では、全ての選択された光源からの光ビームはビーム形成器等を通過することができる。光源がアレイ軸に沿って拡張する線形アレイにあるとき、ビーム形成器は、例えば、各光源のスポット寸法を軸方向に拡大し、ある場合にはビームスポット寸法を軸に垂直な方向に縮小するが、これは必要ではない。ある実施形態では、ビーム形成器は、各光源の光出力が隣接する光源の光出力と少なくとも部分的に重なり合うように、ビームスポット寸法を軸方向に拡大することができる。これは、１つまたは複数の光散乱素子および／または検査領域を含むことを期待されている領域など、拡大された面積に、比較的一定の光照明を生成するのを助ける。ある実施形態では、必要であれば、ビーム形成器は１つまたは複数の円筒レンズを含むことができる。
【００１２】
本発明の他の目的および本発明に付随する多くの利点は、付属の図面と一緒に考察するとき、以下の詳細な説明を参照することによって、これらをより良く理解されることが容易に理解されよう。図中、同じ参照数字は図全体を通して同じ部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一例示の実施形態を示す概要図である。
【図２】本発明による例示の携帯型サイトメーターを示す透視図である。
【図３】図２の例示的携帯型サイトメーターの概要図である。
【図４】まだ押し下げていないカバーを持つ携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図である。
【図５】カバーを押し下げた図３の携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図である。
【図６】図４の流体力学的集束ブロック８８によるフローストリームの形成を示す概要図である。
【図７】本発明の一例示の実施形態を示す概要図である。
【図８】図７の光源を作動する例示の方法を示すタイミング図である。
【図９】各々、図６のフローストリームの中心フロー軸に対して異なる光源軸に沿って配置された、３つの分離した光源アレイおよび検出器を示す概要図である。
【図１０】機械的アクチュエータを用いて、第２の対象物に対して第１の対象物を位置合せする、本発明の他の例示の実施形態を示す概要図である。
【図１１】機械的アクチュエータを用いて、第２の対象物に対して光源および／または光検出器を位置合せする、本発明の他の例示の実施形態を示す概要図である。
【図１２】例示のビーム形成器によって提供される、重なり伸張されたビームスポットを示す概要図である。
【図１３】各々、ガウスピーク光強度を有するビームスポットを生成する、間隔をおく２つのレーザ源の光照明強度を示すグラフである。
【図１４】本発明によるビーム形成器によって光が提供された後の、間隔をおく２つのレーザ源の光照明強度を示すグラフである。
【図１５】単一光源と共に使用する例示のビーム形成器を示す概要図である。
【図１６】光源の線形アレイと共に使用する例示のビーム形成器を示す概要図である。
【図１７】ベースおよび／またはカバーに対するカートリッジの位置合せを検出するための多数の例示のモデルを示す概要図である。
【図１８】フローチャネル中のコアフローの位置合せを検出し、散乱測定を行うための例示の方法を示す概要図である。
【図１９】フローチャネル５０２および１つまたは複数の光遮蔽層もしくは領域を有する積層カートリッジを示す概要図である。
【図２０】図１９のカートリッジの側断面図である。
【図２１】その上またはその中に光散乱素子を有する例示の対象物の概要図である。
【図２２】図２１の光散乱素子の側断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一例示の実施形態を示す概要図である。例示の実施形態は、第１の対象物２および第２の対象物３を含み、第２の対象物３は第１の対象物２を受容するスロット４を含む。この実施形態ではスロット４が使用されるが、スロットは必要とされず、いくつかの実施形態はスロットを含まない可能性がある。図１に示した第２の対象物３は、光源５ａの線形アレイおよび光検出器６ａの線形アレイを含む。この実施形態では線形アレイが使用されるが、任意の適切なアレイまたは形態を使用することができる。各光源はプラス記号（＋）で表され、各検出器はボックスで表される。光源５ａは、例えば、垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または任意の他の適切な光源を含むことができる。光検出器６ａは、例えば、光ダイオードまたは任意の他の適切な光検出器を含むことができる。検出器６ａは、必要に応じて四角、円、環状、または任意の他の適切な形状とすることができる。さらに、検出器６ａは、広範囲の位置からの光を検出する単一のまたは少数の検出器とすることができる。ある場合には、図１６について以下でさらに説明するように、光学系を使用して広範囲の位置からの光を単一または少数の検出器へ導くことができる。
【００１５】
例示の実施形態では、光源５ａの線形アレイは第２の対象物３のスロット４の一方の側（例えば上側）に搭載され、光検出器６ａの線形アレイは第２の対象物３のスロット４の反対側（例えば下側）に搭載される。しかし、ある実施形態では、光源５ａおよび光検出器６ａは、光散乱素子が反射式であるときなど、スロット４の同じ側に搭載することができる。光源５ａおよび光検出器６ａの線形アレイのピッチおよび／または間隔は、必要に応じて、所望の位置合せ検出精度を達成するように設定することができる。
【００１６】
図１において、第１の対象物２が第２の対象物３のスロット４に挿入されるとき、第１の対象物２は、光源５ａおよび光検出器６ａの線形アレイに垂直に実質的に拡張する、伸張された光散乱素子７ａを含む。本明細書に使用される用語「光散乱素子」は、光ビームを迂回させ、変化させ、反射させ、屈折させ、吸収し、またはさもなければ変更する、任意の光学素子を含むことができる。１つまたは複数の光散乱素子７ａは、例えば、さらに１つのレンズ、縁部または段差、回折格子、吸収フィルター、反射器、フローチャネル、または任意の他の種類の光散乱素子を含むことができる。第１の対象物２の他の部分は必要に応じて透明、不透明、または実質上非透過性とすることができる。
【００１７】
図１に示した例示の実施形態では、各光源５ａは、スロット４および対応する検出器６ａに向けられた光ビームを提供するようにされる。光源５ａの線形アレイは、第１の対象物２および第２の対象物３が予め定められた範囲８内に位置合せされる限り、１つまたは複数の光ビームが少なくとも１つの光散乱素子７ａと交差し、次いで散乱された光プロファイルを１つまたは複数の対応する検出器６ａに生成するように、スロット４に対して配置することができる。検出器６ａは、少なくとも１つの検出器６ａが散乱された光プフロファイルを検出するように、配置することができる。制御装置９を使用して、どの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別することができ、識別された光源の位置を、第２の対象物３に対する第１の対象物２の位置合せ位置に相関させることができる。
【００１８】
動作中に、例示の実施形態では、各光源５ａまたはサブセットの光源は制御装置９によって逐次的に作動することができる。第２の対象物３に対する第１の対象物２の位置合せに応じて、特定の光源５ａは光散乱素子７ａと交差する光ビームを生成することができる。光散乱素子７ａと交差する光ビームを生成する光源５ａまたは複数の光源は、対応する検出器６ａの出力を監視することによって識別することができる。所与の時間で１つの光源または１つの副光源だけを作動することによって、光散乱素子と交差する光ビームを生成した光源または複数の光源はさらに容易に識別することができる。しかし、全ての光源は同時に作動でき、本発明の範囲内であることが意図されている。いずれにしても、どの光源５ａまたは複数の光源が光散乱素子７ａと交差する光ビームを生成したか、およびその位置を知ることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを求めることができる。
【００１９】
光散乱素子７ａがその長さに沿ってＸ方向（例えば左右方向）に均一であれば、光源５ａおよび検出器６ａの線形アレイを用いて、第２の対象物３に対する第１の対象物２のＹ方向（例えば図１の上下方向）の位置合せ位置を求めることができる。しかし、光散乱素子７ａがその長さに沿って均一でなく、光が光散乱素子７ａをその長さに沿って照射する場所に応じて異なる光散乱プロファイルを生成するようにされていれば、光源５ａおよび検出器６ａの線形アレイを用いて、第２の対象物３に対する第１の対象物２のＸおよびＹ方向の位置合せ位置を求めることができる。この実施形態では、制御装置９はどの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別して、上述のように、Ｙ位置を求めることができるだけでなく、検出される特定の光散乱プロファイルをＸ位置に相関させることができる。
【００２０】
代わりに、または追加で、第２の伸張された光散乱素子７ｂを第１の対象物２に固定することができる。第２の伸張された光散乱素子７ｂは、Ｙ方向に拡張することができ、光源５ｂおよび検出器６ｂの第２の線形アレイは、実質上第２の伸張された光散乱素子７ｂに垂直に拡張することができる。次いで、光源５ｂおよび検出器６ｂの第２の線形アレイを第２の伸張された光散乱素子７ｂと共に用いて、第２の対象物３に対する第１の対象物のＸ位置を求めることができる。ある実施形態では、第２の伸張された光散乱素子７ｂをその長さに沿って非均一性とし、必要ならば、第２の対象物３に対して第１の対象物のＹ位置を識別する助けとすることができる。第１の光散乱素子７ａおよび第２の光散乱素子７ｂのいずれかまたは両方がその長さに沿って非均一性であれば、光学的位置合せ検出装置にいくつかのレベルまたは冗長性を提供することができる。
【００２１】
第１の対象物２および第２の対象物３は任意の種類の対象物とすることができることが意図されている。一実施形態では、第１の対象物２は、取外し可能な印刷カートリッジなどの取外し可能な媒体要素、取外し可能なテープカートリッジまたは取外し可能なフラッシュメモリーなどの取外し可能な記憶カートリッジ、取外し可能なバイオ分析カートリッジもしくはスライド、または任意の他の形の取外し可能な対象物とすることができる。次いで、第２の対象物は、取外し可能な媒体を受容することができる。取外し可能な媒体応用以外に、光ファイバー位置合せ応用、構成要素位置合せ応用、ならびに多くの他の応用も本発明の範囲内である。
【００２２】
図２は、取外し可能なバイオ分析カートリッジを含む本発明の一例示の実施形態を示す。図２は例示の携帯型サイトメーター１０の透視図であり、ハウジング１２および取外し可能な、または交換可能なカートリッジ１４を含む。例示的なハウジング１２は、ベース１６、カバー１８、およびベース１６をカバー１８に取り付けるための蝶番２０を含む。ベース１６は、光源２２のアレイ、付随する光学系、およびサイトメーターを動作するのに必要な電子装置を含む。カバー１２は手動加圧要素、制御マイクロ弁を備える圧力チャンバ、および付随する光学系を備える光検出器２４のアレイを含む。
【００２３】
取外し可能なカートリッジ１４はサンプル収集ポート３２を経由してサンプル流体を受容することが好ましい。取外し可能なカートリッジ１４が使用されないとき、キャップ３８を用いてサンプル収集ポート３２を保護することができる。取外し可能なカートリッジ１４は、血液希釈、赤血球溶解、およびコア形成のための流体力学に焦点を当てることが好ましい。取外し可能なカートリッジ１４は、Ｍｉｃｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能な流体回路に類似して作製することができ、そのいくつかはエッチングされたチャネルを備える積層構造を用いて作製される。
【００２４】
取外し可能なカートリッジ１４は、カバー１８が開放位置の時にハウジングの中に挿入される。取外し可能なカートリッジ１４は、ベース１６中の位置決めピン２８ａおよび２８ｂを受容するための孔２６ａおよび２６ｂを含み、構造体の異なる部品間の位置合せおよび結合を提供することを助ける。ある実施形態では、孔２６ａと２６ｂおよび位置決めピン２８ａと２８ｂは、必要ではなく、あるいは望ましくなく、本明細書に述べた位置合せ検出装置を使用して、ベース１６およびカバー１８に対して取外し可能なカートリッジ１４を位置合せを検出することができる。また、取外し可能なカートリッジ１４は、光源２２および光検出器２４のアレイ、および１つまたは複数の光散乱素子（図示せず）に位置合せされた、透明なフローストリーム窓３０を含むことができる。カバーを閉じた位置に動かすとき、および装置が加圧されるとき、カバー１８は、それぞれ加圧ポート３６ａ、３６ｂ、３６ｃを経由して、取外し可能なカートリッジ１４中の受圧ポート３４ａ、３４ｂ、３４ｃに制御された圧力を提供する。
【００２５】
試験を開始するには、カバー１８を持ち上げ、新しいカートリッジ１４をベース１６に置いて位置決めする。血液サンプルはサンプル収集器３２に導入される。カバー１８を閉じ、装置を手動で加圧する。加圧されると、装置は白血球サイトメトリー測定を行う。取外し可能なカートリッジ１４は血液希釈、赤血球溶解、およびコア形成のための流体力学に焦点を当てる。光源２２、光検出器２４、および付随する制御および処理電子装置は、カートリッジ１４のソリッドステートの位置合せ検出および特定の位置の補正、ならびに光散乱信号に基づく白血球細胞の弁別および計数を行う。ハウジング１２用に蝶番構造を用いるのではなく、滑りカートリッジスロットまたは任意の他の適切な構造を使用できることが意図されている。
【００２６】
図３は図２の例示の携帯型サイトメーターの概要図である。上述のように、ベース１６は光源２２、付随する光学系、およびサイトメーターを動作するのに必要な制御および処理電子装置４０を含むことができる。また、ベース１６は、サイトメーターを駆動するためのバッテリー４２も含むことができる。カバー１２は手動加圧要素４４、制御マイクロ弁を備える圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、および付随する光学系を備える光検出器２４を有して示されている。
【００２７】
取外し可能なカートリッジ１４は、サンプル収集ポート３２を経由してサンプル流体を受容することができる。カバー１８によって加圧されるとき、取外し可能なカートリッジ１４は、好ましい実施形態では、血液希釈、赤血球溶解、およびコア形成のための流体力学に焦点を当てる。形成されると、コアはフローストリーム通路５０の下方へ提供され、図２のフローストリーム窓３０を通過する。ベースの光源２２のアレイおよび付随する光学系は、フローストリーム窓３０を経由して、コアストリームを通過する光を提供する。検出器および付随する光学系は、フローストリーム窓３０も経由して、コアから散乱した、および散乱しない光を受ける。制御装置または処理装置４０は、検出器から出力信号を受容し、コアストリームに存在する選択された白血球を弁別し計数する。
【００２８】
取外し可能なカートリッジ１４は、流体の各々の速度制御を支援する流体制御ブロック４８を含むことが意図されている。例示の実施形態において、流体制御ブロックは様々な流体の速度を検知するセンサを含み、速度を制御装置または処理装置４０へ報告する。次いで、制御装置または処理装置４０は、圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃに付随するマイクロ弁を調節して必要な圧力を達成し、したがってサイトメーターの適切な動作に必要な流体速度を達成する。
【００２９】
血液および他の生物的廃棄物は疾病を広げることがあるので、取外し可能なカートリッジ１４は、フローストリーム窓３０の下流に廃棄物貯蔵器５２を有することが好ましい。廃棄物貯蔵器５２は、フローストリームの流体を取外し可能なカートリッジ１４の中に受容し貯蔵する。試験が完了するとき、取外し可能なカートリッジは取り外すことができ、好ましくは生物廃棄物に適合性のある容器に廃棄される。
【００３０】
図４は図３の携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図であり、カバー１８はまだ押し下げていない。図５は、図３の携帯型サイトメーターを示すさらに詳細な概要図であり、カバーは押し下げられている。カバー１８は、手動加圧要素４４、圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、および６０で全体的に示されている制御マイクロ弁を有して示されている。光源および検出器のアレイはこれらの図には示していない。
【００３１】
各流体が加圧される３つの圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃがある。例示の実施形態では、圧力チャンバ４６ａは血液貯蔵器６２に圧力を与え、圧力チャンバ４６ｂは溶血剤貯蔵器６４に圧力を与え、圧力チャンバ４６ｃはシース貯蔵器６６に圧力を与える。各圧力チャンバ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの寸法および形状は、必要な圧力特性を対応する流体に提供するように調整することができる。
【００３２】
圧力チャンバ４６ａは、第１の圧力チャンバ７０および第２の圧力チャンバ７２を含む。第１の圧力チャンバ７０中の圧力を第２圧力チャンバ７２へ制御可能に放出するため、第１の圧力チャンバ７０と第２の圧力チャンバ７２の間に第１の弁７４が設けられる。第２の圧力チャンバ７２と流体接続している第２の弁７６は、第２圧力チャンバ７２中の圧力を制御可能に排出する。各弁は静電気駆動マイクロ弁のアレイであり、個別に到達および制御可能であることが好ましい。圧力チャンバ４６ｂおよび４６ｃは、溶血剤貯蔵器６４およびシース貯蔵器６６にそれぞれ加えられた圧力を制御するための類似の弁を含む。代わりに、各弁は静電気的に駆動されるマイクロ弁のアレイとすることができ、制御された「効率的な」フローまたは洩れ速度を達成するため、制御可能なデューティサイクルでパルス変調される。
【００３３】
取外し可能なカートリッジ１４は、カバー１８からの制御された圧力を受容する受圧ポート３４ａ、３４ｂ、３４ｃを有する。制御された圧力は、示したように血液貯蔵器６２、溶血剤貯蔵器６４、およびシース貯蔵器６６へ提供される。血液貯蔵器６２はサンプル収集ポート３２から充填されるが、溶血剤貯蔵器６４およびシース貯蔵器６６は、取外し可能なカートリッジ１４を使用のため出荷する前に充填するのが好ましい。血液サンプルはサンプル収集ポート３２に提供することができ、血液サンプルは毛細管作用によって血液貯蔵器６２へ吸引される。血液サンプルが血液貯蔵器６２の中にあると、カバー１８を閉めることができ、装置を加圧することができる。
【００３４】
流体力学に照準する前に、各流体と一列でフローセンサが提供される。各フローセンサ８０、１００、１０２は対応する流体の速度を測定する。フローセンサは熱流体速度計式フローセンサであることが好ましく、より好ましくはマイクロブリッジ式フローセンサである。各フローセンサ８０、１００、１０２からの出力信号は制御装置または処理装置４０へ提供される。
【００３５】
制御装置または処理装置４０は、血液サンプルの速度が第１の所定の値以下に降下すると第１弁７４を開き、血液サンプルの速度が第２の所定の値以上に増加すると第２弁７６を開く。弁８４、８６、９４、９６は同じように動作して溶血およびシース流体の速度を制御する。
【００３６】
動作の間に、装置を加圧するために手動加圧要素４４が押し下げられる。例示した実施形態では、手動加圧要素４４は３つのプランジャーを含み、各プランジャーは対応する第１圧力チャンバの１つ内に受容される。プランジャーは第１の圧力チャンバの中に比較的高く正確ではない圧力を形成する。より低い、制御された圧力は、第１の弁７０、８４、９４を開けることによって、第２のチャンバ内に形成され、第２チャンバの中へ制御可能な漏れを形成する。第２チャンバ中にあまり高い圧力が形成されると、対応する排出弁７６、８６、９６が開いて圧力を逃がす。
【００３７】
カバー１８を閉めるとき、通常第１弁７４、８４、９４を閉め、排出弁７６、８６、９６を開く。所定の圧力Ｐが第１の圧力チャンバ中に達成されると、排出弁７６、８６、９６を閉じ、第１の弁７４、８４、９４を開いて、第２圧力チャンバ中により低い圧力Ｐ’を形成する。第２の圧力チャンバ中の制御された圧力は、血液、溶血剤およびシースの流体フローを形成するのに必要な圧力を、取外し可能なカートリッジ１４の流体回路に提供する。次いで、流体フローの速度は下流のフローセンサ８０、１００、１０２によって測定される。各フローセンサは、対応する第１弁および排出弁の動作を制御するための、制御装置または処理装置４０に使用される出力信号を提供し、各流体に必要な一定のフロー速度を提供する。
【００３８】
１１０で全体的に示される下流の弁も提供される。制御装置または処理装置４０装置が加圧されるまで下流弁１１０を閉じることができる。これは、回路が加圧される前に血液、溶血剤、シースが流体回路に流れ込むことを防止する助けになる。他の実施形態において、下流弁１１０は、カバーが閉じられるとき機械的動作で開かれる。
【００３９】
図６は、図４の流体力学集中ブロック８８によるフローストリームおよびコアの形成を示す概要図である。流体力学集中ブロック８８は、流体駆動装置から制御された速度で血液、溶血剤、シースを受容する。血液は溶血剤と混合され、赤血球が除去される。これはしばしば赤血球溶解と呼ばれる。残る白血球は下流の中央ルーメン１５０に提供され、シース流体で取り囲まれてフローストリーム５０を形成する。フローストリーム５０はシース流体１５２で囲まれたコアストリーム１６０を含む。チャネルの寸法は示すように減少するので、白血球１５４および１５６は一列になる。シース流体の速度はコアストリーム１６０の約９倍の速度であることが好ましい。しかし、シース流体およびコアストリーム１６０の速度は、フローチャンネル中で層流を維持するように十分な低さに留まることが好ましい。
【００４０】
発光器２２および付随する光学系は、フローストリーム５０の一方の側に隣接して提供されることが好ましい。１つまたは複数の光検出器２４および付随する光学系は、発光器２２からの光をフローストリーム５０を経由して受容するためにフローストリーム５０の他の側に提供される。光検出器２４からの出力信号は制御装置または処理装置４０に提供され、それらは解析されてコアストリーム１６０中の選択された白血球を識別および／または計数する。
【００４１】
図７は、図６のコアストリームを解析するための、およびベース１６および／またはカバー１８（例えば図２参照）に対するカートリッジ１４の相対位置合せ位置を識別するための、光源のアレイおよび光検出器のアレイを示す概要図である。光源はプラス（＋）記号で示されており、検出器は箱で示されている。示した実施形態では、光源のアレイはベース１６の中または上などのフローストリーム５０の一方の側に隣接して提供され、光検出器のアレイは、カバー１８の中または上などのフローストリームの反対側に隣接して提供される。各光検出器は光源の１つに対応することが好ましい。ある実施形態では、光源のアレイに相当する面積など、比較的大面積からの光を検出可能な、１つまたは少数の光検出器だけが提供される。示した実施形態では、光源のアレイおよび光検出器のアレイは、フローストリーム５０の軸と実質上直交する光源軸２００に沿って配置される。しかし、光源のアレイおよび光検出器のアレイは、フローストリーム５０の軸に対して任意の角度に偏った光源軸に沿って配置できることも意図されている。光源のアレイおよび光検出器のアレイは線形アレイとして示されているが、任意の適切な配置を用いることができる。
【００４２】
光源のアレイは、共通の基板上に作製された垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などのレーザのアレイであることが好ましい。それらの垂直発光のため、ＶＣＳＥＬは携帯型サイトメーターなどの小型装置に実装するのに理想的に適している。ＶＣＳＥＬは従来の８５０ｎｍよりも短い波長で動作する、「赤色」ＶＣＳＥＬであることが好ましく、さらに好ましくは６７０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲であるが、これは必要ではない。赤色ＶＣＳＥＬは散乱測定に理想的に適した波長、出力、偏光特性を有することができる。しかし、発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の適切な光源を使用できることが意図されている。例えば、光検出器はフォトダイオードまたは任意の他の適切な光検出器とすることができる。検出器は、四角、円形、環状、または必要に応じて任意の他の適切な形状とすることができる。
【００４３】
ある実施形態では、光源の各々は光ビームを提供するようにされる。例えば、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４（図２参照）の相対位置合せ位置を識別するために、光源のアレイは、１つまたは複数の光ビームがカートリッジ１４の少なくとも１つの光散乱素子と交差する、十分な範囲に拡張することができる。例示の実施形態において、カートリッジ１４は、例えばカートリッジ縁部２１０、フローチャネル縁部２１２、およびエンボス加工された光散乱素子２１４を含んで、多数の光散乱素子を含む。光源の各々は散乱光プロファイルを生成することができる。
【００４４】
検出器は、少なくとも１つの検出器が少なくとも１つの光散乱素子の散乱光プロファイルを検出するように配置することができる。制御装置を用いて、どの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別し、かつ識別された光源の位置をベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せ位置に相関させることができる。
【００４５】
ある例示の実施形態では、動作中に、光源または光源のサブセットの各々を逐次的に作動することができる。ベース１６および／またはカバー１８へのカートリッジ１４の位置合せに応じて、特定の光源または複数の光源は、光散乱素子２１４などの光散乱素子と交差する光ビームを生成することができる。光散乱素子２１４と交差する光ビームを生成する光源または複数の光源は、対応する検出器の出力を監視することによって識別することができる。任意の所与の時間で１つの光源または１つの副光源だけを作動することによって、光散乱素子２１４と交差する光ビームを生成した光源または複数の光源はさらに容易に識別することができる。どの光源または複数の光源が光散乱素子２１４と交差する光ビームを生成したか、また、その位置を知ることによって、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求めることができる。
【００４６】
図８は、図７の光源を作動する例示的方法を示すタイミング図である。例示の実施形態では、図７に示した光源のアレイの底に配置された光源２２０から始めて、光源の各々は逐次的に作動される。光源の逐次的作動は全体的に２１８で示され、記号Ｖ１、Ｖ２等は図７のＶＣＳＥＬ１の２２０ａ、ＶＣＳＥＬ１の２２０ｂ等の作動に相当する。対応する検出器の応答は全体的に２２４で示されている。
【００４７】
光源２２０ａが作動されるとき、図７で示したように、カートリッジ１４は光源２２０ａと対応する検出器の間に位置しないので、対応する検出器では散乱光プロファイルは検出されない。図７は各光源に対して３つの光検出器を示しているが、ある実施形態では、左と右の検出器だけが散乱光プロファイルの検出に使用することができる。光源２２０ｂが次いで作動される。これが作動すると、対応する検出器は散乱光プロファイル２２２を検出する。散乱光プロファイル２２２の特性はカートリッジ縁部２１０として光散乱素子を識別することができる。
【００４８】
第３および第４の光源が作動されると、対応する検出器では散乱光プロファイルは検出されない。第５の光源２２０ｃが作動されると、対応する検出器は散乱光プロファイル２２４を検出する。散乱光プロファイル２２４の特性はエンボス加工した光散乱素子２１４として光散乱素子を識別することができる。この実施形態を継続して、光源２２０Ｎが作動されると、対応する検出器は散乱光プロファイル２２６を検出する。散乱光プロファイル２２６は流体チャネルの縁部２１２として光散乱素子を識別する。説明のために、光散乱プロファイル２２２、２２４、２２６は異なる大きさを有するように示している。しかし、必要に応じて、光散乱プロファイルの間を弁別するため、任意の適切なパラメータまたは特性を使用できることが意図されている。代わりに、光散乱素子の位置だけを識別し、光散乱素子の間の弁別を行わない。ある実施形態では、エンボス加工した光散乱素子２１４の光散乱プロファイル２２４だけを識別することができ、他の光散乱素子の検出を無視することができる。
【００４９】
カートリッジ１４のこの相対位置合せが求められると、本発明は１つまたは複数の光源または光検出器のいずれがフローストリーム５０に隣接した位置を有するかを識別することができる。例えば、図７の例示の実施形態において、本発明は、フローストリーム５０に隣接する位置を有するものとして、光源２２０ｘ、２２０ｙ、２２０ｚを識別することができる。カートリッジ１４とベース１６および／またはカバー１８の相対位置合せに応じて、異なる光源および／または光検出器を使用することができる。例えば、光源２２０ｂがエンボス加工された光散乱素子２１４の上に位置するように、カートリッジ１４が持ち上げられると、光源２２０ｃの真上の３つの光源はフローストリーム５０に隣接する位置を有し、選択されるであろう。光源が識別され選択されると、選択された光源および／または光検出器は、例えば、フローストリームの１つまたは複数のパラメータおよび／または特性を検出するのに使用することができる。
【００５０】
図９は本発明の他の例示の実施形態を示す。この実施形態は、３つの分離した光源および光検出器のアレイを含む。３つのアレイが示されているが、応用例に応じて任意の適切な数を使用できることが理解される。例示の実施形態では、光源および光検出器の各アレイは、フローストリームの中央フロー軸に対して異なる光源軸に沿って配置される。
【００５１】
光源および光検出器の第１のアレイが３００で示される。示した例示の実施形態では、第１のアレイ３００の光源および光検出器は、第１の光源軸に沿って線形アレイで配置される。光検出器のアレイは、光源の線形アレイと一列で配置される。第１のアレイ３００の光源および光検出器は、例えば、フローストリーム５０中の細胞の横方向の位置合せ、粒子サイズ、およびある場合には、粒子の速度の測定に使用することができる。代わりに、または追加で、光源および光検出器の第１のアレイ３００は、光散乱素子３１２などの光散乱素子の位置を検出するために使用して、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求める助けにすることができる。例えば、光散乱素子３１２は１つまたは複数の対応する検出器で検出することのできる光散乱プロファイルを生成することができる。光散乱素子３１２の場所が識別されると、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求めることができる。
【００５２】
光源および光検出器の第２のアレイが３０２で示されている。光源の第２のアレイはフローストリーム５０のフロー軸に対する第２光源軸に沿って線形アレイで配置することができる。例示の実施形態では、第２アレイ３０２の光源は、光源の３つの線形アレイを含む。光検出器の１つの線形アレイは光源の線形アレイと一列で配置される。光検出器の他の２つの線形アレイは、光検出器のインラインアレイのどの側にも配置される。光源および光検出器の第２のアレイ３０２は、図７に関して示し、述べたものと類似している。図７で詳細に示したように、光源および光検出器の第２のアレイ３０２は、例えば、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求める助けにすることができる。
【００５３】
カートリッジ１４の相対位置合せが求まると、フローストリーム５０に隣接して配置された１つまたは複数の光源および／または光検出器要素を識別することができる。これらの光源が識別され選択されると、選択された光源および対応する光検出器は、例えば、フローストリームの１つまたは複数のパラメータおよび／または特性を検出するのに使用することができる。一例示の実施形態では、第２のアレイ３０２の選択された光源および光検出器は、フローストリーム５０中の選択された粒子によって生成される小さな角度の散乱（ＳＡＬＳ）を測定するのに使用することができる。この場合、外側の光検出器は、フローストリーム５０中の選択された粒子によって生成される小さな角度の散乱（ＳＡＬＳ）と交差するように、インライン検出器から十分間隔をおくことができる。
【００５４】
光源および光検出器の第２アレイ３０２のインライン検出器は、コアストリーム中の粒子によって大きく散乱されない光を検出するのに使用することができる。したがって、第２アレイ３０２の光検出器のインライン線形アレイは、必要に応じて、第１のアレイ３００の検出器のインラインアレイと同じ測定を行うのに使用することができる。両方の検出器のインラインアレイの測定は、比較または組み合わせて、より正確な結果を提供することができる。代わりに、または追加で、第２のアレイ３０２のインライン検出器は、測定の信頼性を向上するために冗長の組の検出器として使用することができる。
【００５５】
また、第２のアレイ３０２のインライン検出器は、第１のアレイ３００のインライン検出器と共に使用して、フローストリーム中の粒子の飛行時間または速度をより正確に求めることができる。検出器の間の距離がより大きいので、測定をより正確にすることができる。上で示したように、粒子の速度を知ることによって、流体駆動装置によって生じた小さな流速の変動を、制御装置によって最小化または除去することができる。
【００５６】
また、光源および光検出器の第３のアレイ３５０が示されている。光源および光検出器の第３のアレイ３５０は、例えば、フローストリーム中の選択された粒子によって生成された前傾角度の散乱（ＦＡＬＳ）を測定するのに使用することができる。例示的な実施形態では、光源はフローストリーム５０のフロー軸に対して第３の光源軸に沿って線形アレイで配置される。各光源は対応する光検出器を有することが好ましく、各光検出器は、非感受性の領域または中央に位置する分離したインライン検出器を有する、環状の形状であることが好ましい。環状の光検出器は、フローストリーム中の選択された粒子によって生成された前傾角度の散乱（ＦＡＬＳ）と交差し、検出するようなサイズにすることができる。
【００５７】
分離したインライン検出器が提供されると、それは第１のアレイ３００および／または第２のアレイ３０２のインライン検出器と同じ測定を行うために使用することができる。測定が行われるとき、第１のアレイ３００、第２のアレイ３０２、第３のアレイ３５０の検出器の３つのインラインアレイ全てからの測定を比較し、または組み合わせて、さらにより正確な結果を提供することができる。また、第３のアレイ３０２のインライン検出器は、サイトメーターの信頼性を向上するために他のレベルまたは冗長性として使用することができる。
【００５８】
また、第３のアレイ３５０のインライン検出器は、第１アレイ３００および／または第２のアレイ３０２のインライン検出器と共に使用して、フローストリーム中の粒子の飛行時間または速度をより正確に求めることができる。検出器の間の距離がより大きいので、測定をより正確にすることができる。上で示したように、粒子の速度を知ることによって、流体駆動装置によって生じた小さな流速の変動を、制御装置によって最小化または除去することができる。
【００５９】
ある実施形態では、光源および検出器の３種の分離したアレイを使用することによって、各アレイに付随する光学系は所望の応用に合わせて最適化することができる。ある実施形態では、例えば、第１のアレイ３００に付随する光学系は、コアフローの面上に良く焦点を合わせたレーザ光を提供するように設計することができる。これは、第１のアレイ３００によって行われる位置合せ、サイズ、粒子速度測定に解像度を提供することを助ける。同様に、第２のアレイ３０２に付随する光学系は、コアフローの面上に良く焦点を合わせたレーザ光を提供するように設計することができる。フローストリーム中の選択された粒子によって生成される小さな角度の散乱（ＳＡＬＳ）を測定するとき、しばしば良く焦点の合った光が望ましい。最終的に、第３アレイ３５０に付随する光学系は、コアフローに平行光を提供するように設計することができる。フローストリーム中の選択された粒子によって生成される前傾角度の散乱（ＦＡＬＳ）を測定するとき、平行光はしばしば望ましい。
【００６０】
レーザのアレイを使用することは単一光源の形態よりも多くの重要な利点を提供する。例えば、レーザの線形アレイは、コアストリーム１６０中の粒子の通路の横方向の位置合せを求めるのに使用することができる。粒子流の位置合せの不確実性の一要因は、コアストリームの幅であり、粒子通路位置に統計的な変動を招く。これらの変動は、検出器のデータ解析から求めることができ、制御装置または処理装置４０に使用して、サンプル流体および支持流体に加えられた相対圧力を変化させて、フローストリーム中の選択された粒子の位置合せを変化させるために、流体駆動装置の弁を調節することができる。
【００６１】
流体ストリーム５０中の細胞の横方向の位置合せを求めるために、細胞は光源（例えば、ＶＣＳＥＬ）のアレイによって形成されたいくつかの焦点を通過することができる。細胞は対応するインライン参照検出器における信号を降下させる。信号の相対強度は、制御装置または処理装置４０に使用して、粒子通路の中心を求め、粒子幅を測定することができる。
【００６２】
単一のレーザ形態よりも光源のアレイを使用する他の利点は、各細胞の速度を決定することができることである。粒子速度は光散乱信号から粒子サイズを評価する上で重要なパラメータであり得る。従来のサイトメーターでは、粒子サイズはポンプの流速から外挿される。この手法の制約は、ポンプが非常に正確でなければならず、サイトメーターのフローチャンバの公差を厳密に制御しなければならず、漏れなどの流体の欠陥が起きず、微小気泡などの障害物が導入されてフローまたはコア形成を妨害してはならないことである。
【００６３】
各細胞の速度を決定するために、装置は各細胞が２つの継続する点の間を通過するのに必要な時間を測定することができる。例えば、図９を参照すれば、細胞は検出器２０８を通過し、次いで検出器２１０を通過することができる。細胞が検出器２０８から検出器２１０の間を通過するのに必要な時間を測定することによって、また、検出器２０８から検出器２１０の間の距離を知ることによって、制御装置または処理装置４０は細胞の速度を計算することができる。これは、概略の速度測定であろう。これはしばしば飛行時間測定と呼ばれる。速度が判ると、粒子が点のほぼ中心にいる間の通過時間（数マイクロ秒）は粒子の長さとサイズの測定値を与えることができる。
【００６４】
また、粒子の速度を用いて、流体駆動装置の制御を支援できることが意図されている。サイトメーターのサイズ、コストおよび複雑さを減少するために、図２の交換可能なカートリッジ１４はプラスチック積層体または成形部品から製造することができる。それらの製造技術は安価な部品を提供することができるが、それらは一般に寸法が不正確で再現性が無く、非対称的な寸法およびより広い公差の断面を有する。より広い公差は、特にカートリッジ毎に粒子速度の変動を生じる。これらの広い公差の補償を助けるために、上で論じた飛行時間を制御装置または処理装置４０に使用して、コアストリーム中の粒子が比較的一定の速度を有するように、血液、溶血剤、およびシース流体ストリームに加えられた圧力を調節することができる。また、これらの広い公差のために、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを求めることがしばしば望ましい。位置合せ位置が求まると、適切な光源および光検出器を選択して、フローストリームの選択されたパラメータまたは特性を解析することができる。
【００６５】
さらに細胞サイズを評価するために、細胞通路に沿って、および細胞通路を横切ってレーザビームの焦点を合わせることができることが意図されている。さらに、細胞を横切る複数のサンプルを組織の特徴について解析して、形態学的特徴を他の種類の細胞に相関させることができる。これは、細胞サイズについて複数のパラメータを提供することができ、細胞の種類を互いに分離することを助ける。
【００６６】
単一レーザ源の形態ではなくレーザのアレイを使用することのさらに他の利点は、フローチャネルを横切って比較的一定の光照明を提供できることである。これは、図１２に示すように、隣接するＶＣＳＥＬの提供するガウス分布のビームを重ね合わせることによって行うことができる。単一レーザ系では、フローチャネルを横切る光照明は一般にチャネルを横切って変化する。したがって、粒子がフローチャネルの中心に無い時、後続の測定精度は低くなる。
【００６７】
図１０は、第１の対象物を第２の対象物に対して整列するために機械的アクチュエータを使用する、本発明の他の例示の実施形態を示す概要図である。例示の実施形態は第１の対象物３５２および第２の対象物３５３を含み、第２の対象物３５２は第１の対象物３５２を受容するためのスロット３５４を含む。この実施形態ではスロット３５４が使用されるが、これは必要ではなく、ある実施形態はスロットを含まなくてもよい。図１に示した第２の対象物３５３は、光源３５５などの１つまたは複数の光源、および光検出器３５６などの１つまたは複数の光検出器を含む。
【００６８】
示した実施形態では、光源３５５は第２の対象物３５３のスロット３５４の一方の側（例えば上側）に搭載され、検出器３５６は第２の対象物３５３のスロット３５４の反対側（例えば下側）に搭載される。上のように、第１の対象物３５２は、示したように、伸張された光散乱素子３５７を含むことができる。
【００６９】
制御装置３５９を使用して、機械的アクチュエータ３６１を制御することができ、作動されるとき、第１の対象物３５２を第２の対象物３５３に対して動かすことができる。示した実施形態において、機械的アクチュエータ３６１は第１の対象物を第２の対象物３５３に対して上方向および／または下方向に動かす。アクチュエータ３６１は、例えば、ステップモーター、静電気駆動マイクロアクチュエータなどのマイクロアクチュエータ、または必要に応じて任意の他の適切なアクチュエータを含む任意の種類のアクチュエータとすることができる。
【００７０】
使用の間に、制御装置３５９は、光源３５５が光散乱素子３５７と交差する光ビームを生成し、次いで光検出器３５６で検出することのできる光散乱プロファイルを生成するまで、第１の対象物３５２を第２の対象物３５３に対して動かすようアクチュエータ３６１に指示することができる。これが発生すると、第１の対象物３５２は、第２の対象物３５３と適切に位置合せされているとみなすことができる。例示の実施形態では、第１の対象物３５２の元の位置は点線で示され、これは第１の対象物３５２の光散乱素子３５７が光源３５５と位置合せされるまで下方向に動かされる。ある実施形態では、光散乱素子３５７は、例えば、さらにもう１つのレンズ、縁部または段差、回折格子、吸収フィルター、反射器、フローチャネル、または任意の他の種類の光散乱素子とすることができる。
【００７１】
第１の対象物３５２を第２の対象物３５３に対して動かすのではなく、光源３５５自体を第２の対象物３５３に対して動かせることが意図されている。これは図１１に示されている。図１１において、アクチュエータ３６３は光源３５５を第２の対象物３５３に対して動かし、当然、光源３５５を第１の対象物３５２に対しても動かす。示した実施形態では、制御装置３５９は、光源３５５が第１の対象物３５２上の光散乱素子３５７と交差する光ビームを生成し、次いで光検出器３５６で検出することのできる光散乱プロファイルを生成するまで光源３５５を動かすよう、アクチュエータ３６３に指示する。例示の実施形態では、光源３５５の元の位置は３７０に点線で示され、これは駆動の後、光源３５５が第１の対象物３５２の光散乱素子３５７と位置合せされるまで下方向に動かされる。ある実施形態では、光検出器の静止アレイを使用して、ある範囲の位置を横切る光を検出することができる。他の実施形態では、１つまたは複数のより大きな静止検出器を使用して、ある範囲の位置を横切る光を検出することができる。さらに他の実施形態では、図１１に示すように、１つまたは複数の可動光検出器を使用し、および光源３５５と一緒にアクチュエータ３６３によって動かすことができる。
【００７２】
ここで図１２を参照すれば、ある実施形態において、全てのまたは選択された光源からの光ビームは、ビーム形成器等を通過することができる。光源がアレイ軸に沿って拡張するアレイであるとき、ビーム形成器は、例えば、各光源のビームスポットサイズを軸方向に拡大することができ、ある場合にはビームスポットサイズを軸に垂直な方向に縮小することができる。ある実施形態において、ビーム形成器は、各光源の光の出力が隣接する光源の光出力と少なくとも部分的に重なり合うように、ビームスポットサイズを軸方向に拡大することができる。例えば、図１２は、ビームスポットの各々が光源アレイ軸方向に拡大され、光源アレイ軸に垂直の方向に縮小された、ビーム形成器によって形成された多数のビームスポット４００ａ〜４００ｆを示している。さらに、ビームスポット４００ａ〜４００ｆの各々は、隣接する光源のビームスポットと少なくとも部分的に重なり合う。これは、ビームスポット４００ａ〜４００ｆが集まって広がることのできる距離を拡大し、照明面を横切る光照明の均一性を高める。
【００７３】
図１３は、２つの間隔をおくレーザ源の光照明強度を示す。各光源は、ガウス分布のピーク光強度を有するビームスポットを生成する。光強度の低下が光源の間に示される。図１４は、光が上述のビーム形成器によって提供された後に、２つの間隔をおくレーザ源の光照明強度を示す。ビームスポットの各々は光源アレイ軸方向に拡大され、光源アレイ軸に垂直な方向に縮小されている。また、ビームスポットの各々は、隣接する光源のビームスポットと少なくとも部分的に重なり合う。見ることができるように、これは照明面積を横切る光照明の均一性を高めることができる。
【００７４】
図１５は１つまたは複数の光源に使用することのできる例示的ビーム形成器を示す。光源は４１０で示され、全体的に４１２で示されるビーム形成器にビームスポットを提供することができる。光源は、例えば、ＶＣＳＥＬ、縁部発光ダイオード、または任意の他の適切な光源とすることができる。ビーム形成器４１２は、ビームスポットサイズを集合的に垂直方向に縮小することのできる第１のレンズ４１４および第２のレンズ４１６、およびビームスポットサイズを水平方向に拡大することのできる第３のレンズ４１８を含む。示したように、第１のレンズ４１４、第２のレンズ４１６、第３のレンズ４１８は、カートリッジ１４中のフローチャネル５０のコアフロー１６０の面上に、伸張されたビームスポット４２０の焦点を集合的に合わせることができる。見ることができるように、ビーム形成器４１２は、ビームスポット４２０が広がることのできる距離を拡大することができ、フローチャネル５０を横切る光照明の均一性を高めることができる。光がコアフロー１６０を通過すると、光は回折光学要素（ＤＯＥ）などの他のレンズ（図示せず）で受けて、検出および解析のために１つまたは複数の検出器へ導くことができる。
【００７５】
図１６は光源の線形アレイで使用する例示のビーム形成器を示している。光源の線形アレイは全体的に４５０で示され、示したように水平方向（Ｘ方向）に拡張するアレイ軸を有するＶＣＳＥＬの線形アレイを含むことができる。フローチャネルは５０で示される。フローチャネルは縦方向（Ｙ方向）に拡張する。１つまたは複数の検出器は４５２で示される。ＶＣＳＥＬのアレイ４５０中の各ＶＣＳＥＬはビーム形成器４５６にビームスポットを提供することが好ましい。ビーム形成器４５６は、図１２に示したものなど、重なり合う伸張されたビームスポットを集合的に形成する、多数のレンズまたは他の光学要素を含むことができる。例示的ビーム形成器４５６は、第１レンズ４６０、ビームスポットサイズを集合的に縦方向（Ｙ方向）に縮小する第２レンズ４６２および第３レンズ４６４、ビームスポットサイズを水平方向に拡大する第４レンズ４６６を含むことができる。第４レンズ４６６は、例えば、縦方向（Ｙ方向）に凹面の円筒レンズとすることができる。第１レンズ４６０、第２レンズ４６２、第３レンズ４６４、および第４レンズ４６６は、カートリッジ１４中のフローチャネルの面上に、重なり合う伸張されたビームスポットを集合的に焦点合わせすることができる。図１２で詳細に示すように、ビーム形成器４５６は、光源４５０によって提供されたビームスポットがカートリッジ１４を横切って集合的に広がることのできる距離を拡大することができ、照明面を横切る光照明の均一性を高めることができる。光がコアフロー１６０を通過すると、光は回折光学要素（ＤＯＥ）などの他のレンズ４７０によって集められ、検出および解析のために１つまたは複数の検出器４５２へ導くことができる。
【００７６】
図１７は、ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せを検出するための多数の例示的モデルを示している。ベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の相対位置合せ位置を識別するために、光源のアレイは、図１２に示した少なくとも１つの伸張されたビームスポットがカートリッジ１４の少なくとも１つの光散乱素子と交差するように、十分な範囲に拡張することが好ましい。図１７に示した例示の実施形態において、カートリッジ１４は、カートリッジ縁部２１０および２つのフローチャネル縁部２１２ａおよび２１２ｂを含んで、多数の光散乱素子を含む。光散乱素子の各々は散乱された光プロファイルを生成することが好ましい。
【００７７】
１つまたは複数の検出器を、少なくとも１つの検出器が少なくとも１つの光散乱素子の散乱された光プロファイルを検出するように配置することができる。制御装置を使用して、どの光源が実際に検出された散乱光プロファイルを生成したかを識別し、および識別した光源をベース１６および／またはカバー１８に対するカートリッジ１４の位置合せ位置に相関させることができる。
【００７８】
第１のシナリオにおいて、ビーム形成器によって生成された、伸張されたビームスポット領域は４７０で集合的に示されている。一実施形態では、集合的な伸張されたビームスポット領域４７０は、２５ミクロンのピッチを有する１０個のＶＣＳＥＬの線形アレイによって形成される。ビーム形成器は、１０個のＶＣＳＥＬデバイスの個々のビームスポットを伸張および重ね合わせ、長さ約７２０ミクロンの、集合的な伸張されたビームスポット領域４７０をカートリッジ１４に生成する。
【００７９】
第１のシナリオにおいて、カートリッジ１４は集合的な伸張されたビームスポット領域４７０が１つの光散乱素子、すなわちカートリッジの縁部２１０だけに重ね合わさるように、位置合せされる。フローチャネル５０が７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７０の範囲内にあれば、カートリッジの縁部２１０の位置は、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができよう。しかし、示した実施形態では、フローチャネル５０は７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７０の範囲内にない。そのような場合、処理装置または制御装置は、カートリッジ１４がフローチャネル５０の解析を行うにはあまりにも大きく位置がずれていることを示すであろう。集合的な伸張されたビームスポット領域４７０に含まれる範囲は、単に追加の光源、光検出器、および付随する光学系を加えることによって拡大することができる。
【００８０】
第２のシナリオにおいて、カートリッジ１４は、集合的な伸張されたビームスポット領域４７２が２つの光散乱素子、すなわちカートリッジの縁部２１０およびフローチャネルの縁部２１２ａに重ね合わさるように、位置合せされる。再び、フローチャネル５０全体が７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７２の範囲内にあれば、カートリッジの縁部２１０および／またはフローチャネルの縁部２１２ａの位置は、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができよう。しかし、例示した実施形態では、フローチャネル５０全体は７２０ミクロンの集合的な伸張されたビームスポット領域４７２の範囲内にない。そのような場合、処理装置または制御装置は、カートリッジ１４がフローチャネル５０の解析を行うにはあまりにも大きく位置がずれていることを示すであろう。集合的な伸張されたビームスポット領域４７２に含まれる範囲は、単に追加の光源および付随する光学系を加えることによって拡大することができる。
【００８１】
第３のシナリオにおいて、カートリッジ１４は集合的な伸張されたビームスポット領域４７４が１つの光散乱素子、すなわちフローチャネルの縁部２１２ａだけに重ね合わさるように、位置合せされる。再び、フローチャネル５０全体が７２０ミクロンの集合的伸張されたビームスポット領域４７４の範囲内にあれば、フローチャネルの縁部２１２ａの位置は、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができよう。しかし、例示の実施形態では、フローチャネル５０全体は７２０ミクロンの集合的な伸張されたビームスポット領域４７４の範囲内にない。そのような場合、処理装置または制御装置は、カートリッジ１４がフローチャネル５０の解析を行うにはあまりにも大きく位置がずれていることを示すであろう。集合的な伸張されたビームスポット領域４７４に含まれる範囲は、単に追加の光源および付随する光学系を加えることによって拡大することができる。
【００８２】
第４のシナリオにおいて、カートリッジ１４は、集合的な伸張されたビームスポット領域４７６が２つの光散乱素子、すなわちフローチャネルの縁部２１２ａおよびフローチャネルの縁部２１２ｂに重ね合わさるように、位置合せされる。このモデルでは、フローチャネル５０全体は７２０ミクロンの集合的な伸張されたビームスポット領域４７６の範囲内にある。そのような場合、フローチャネルの縁部２１２ａおよびフローチャネルの縁部２１２ｂは、フローチャネル５０に隣接して位置する個々のＶＣＳＥＬを識別するのに使用することができる。識別されると、個々のＶＣＳＥＬはフローストリーム５０の選択されたパラメータまたは特性を求めるのに使用することができる。
【００８３】
図１８はフローチャネル５０中のコアフローの位置合せを検出し、散乱測定を行う例示的方法を示す概要図である。例示の実施形態において、ＶＣＳＥＬがフローチャネル５０に隣接して位置することが識別されると、これらのＶＣＳＥＬの各々は、４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃで示すように、逐次的に作動させてフローチャネル５０中のコアの位置を識別し、および／または散乱測定を行うことができる。代わりに、または追加で、識別されたＶＣＳＥＬの全てを４８２で示すように同時に作動し、対応する検出器の出力を監視して、フローチャネル中のコアの場所を決定し、および／または散乱測定を行うことができる。
【００８４】
図１９はフローチャネル５０２を有する積層カートリッジ５００の概要図である。図２０は図１９のカートリッジ５００の断面側面図である。カートリッジ５００は、ベース積層体５０４、上部積層体５０６、および１つまたは複数の中間積層体５０８を含んで、多数の積層体を含む。フローチャネル５０２は、１つまたは複数の中間積層体５０８中のエッチングされたチャネルによって形成することができる。カートリッジの縁部５１０の検出を助けるために、チャネル縁部５１２、またはいくつかの他の形態、１つまたは複数の光遮断層もしくは領域を１つまたは複数の積層体層に含むことができる。例えば、光遮断層もしくは領域５１４は示したように上部積層体５０６の上部に提供することができる。光遮断層もしくは領域５１４は、例えば、カートリッジ５００の上部および／またはベース面に取り付けられたステッカーまたは他のフィルターとすることができる。代わりに、必要に応じて、光遮断層は中間積層体の１つの中に組み込むことができる。
【００８５】
光遮断層もしくは領域は、例えば、カートリッジ縁部５１０とチャネル縁部５１２の間に拡張することができる。光遮断層もしくは領域は、カートリッジ縁部５１０とチャネル縁部５１２の間に位置する光源により放射される光が対応する検出器に到達することを防止する。これは、詳細な散乱プロファイルを解析する必要がなくなるので、カートリッジ縁部５１０および／またはチャネル縁部５１２の検出を簡単にする。代わりに、より単純な光あり／光なしのアルゴリズムを用いることができる。光遮断層もしくは領域は、カートリッジ縁部５１０とチャネル縁部５１２の間に拡張する必要はないことが理解される。むしろ、カートリッジ５００の相対位置を検出するための任意の適切な配置を使用できることが意図されている。
【００８６】
図２１は、光散乱素子６０２を有する例示の対象物６００の概要図である。図２２は図２１の光散乱素子６０２の断面側面図である。光源６０４（図２１中に「＋」の記号で示される）は光散乱素子６０２の上方に位置して示され、検出器のアレイ６０６（図２１に箱で示される）は光散乱素子６０２の下方に位置して示される。光源６０４は光ビームを光散乱素子６０２に向けて導くことが好ましく、光散乱素子６０２は、光源６０４に対する光散乱素子６０２の相対位置合せに応じて、光ビームを１つまたは複数の検出器６０６へ導くことができる。一実施形態では、図２２を参照すれば、光源が光散乱素子６０２に対して６０４ａの位置に位置すれば、光散乱素子６０２は光ビームを検出器６０６ａへ導くことができる。光源が光散乱素子６０２に対して６０４ｂの位置に位置すれば、光散乱素子６０２は光ビームを検出器６０６ｂへ導くことができる。光源が光散乱素子６０２に対して６０４ｃの位置に位置すれば、光散乱素子６０２は光ビームを検出器６０６ｃへ導くことができる。このように、検出器６０６のいずれが光ビームを検出するかを監視することによって、光源６０４および光散乱素子６０２の相対位置、したがって対象物６００の相対位置を求めることができる。一実施形態では、光散乱素子６０２はレンズである。しかし、任意の適切な光散乱素子を使用することができる。光散乱素子６０２は、対象物６００の相対位置合せを一次元または二次元いずれでも求めるのに使用できることが意図されている。
【００８７】
本発明の好ましい実施形態をこのように説明したが、当業者であれば、本明細書に見出される教示は、ここに付属する請求項の範囲内でさらに他の実施形態に適用できることを容易に理解するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出するための光学位置合せ検出装置であって、
前記第１の対象物に対して固定された１つまたは複数の光散乱素子と、
前記第２の対象物に沿って異なる位置に前記第２の対象物に対してそれぞれ固定され、全光源より少ない光源からの光ビームが１つまたは複数の光散乱素子と交差して散乱された光プロファイルを生成し、前記光源からの少なくともひとつの光ビームは前記１つまたは複数の光散乱素子のいずれにも交差しないように光ビームを提供するようにそれぞれが適合されている、複数の光源と、
散乱された光プロファイルを検出するための１つまたは複数の検出器と、
前記光源のいずれが、前記１つまたは複数の光散乱素子と交差する光ビームを提供し、そして前記１つまたは複数の光散乱素子のいずれとも交差しない光ビームを提供したかを識別するために前記１つまたは複数の検出器に結合された制御装置と、を備え、
前記制御器は、前記識別に基づいて、前記識別された光源の位置を現在の位置合せ位置に相関させることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを決定する、
光学位置合せ検出装置。
【請求項２】
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出する方法であって、第１の対象物は１つまたは複数の光散乱素子を有し、第２の対象物は第２の対象物に沿って異なる位置に第２の対象物に対してそれぞれ固定された２つ以上の光源を有し、２つ以上の光源は全光源より少ない光源が少なくとも１つの光散乱素子と交差する光ビームを生成し、そして少なくともひとつの光源は前記１つまたは複数の光散乱素子のいずれにも交差しないように配置され、
２つ以上の光源を逐次的に作動するステップと、
２つ以上の光源のいずれが、少なくとも１つの前記光散乱素子と交差する光ビームを生成するかを識別するステップと、
２つ以上の光源のいずれが、前記光散乱素子のいずれとも交差しない光ビームを生成するかを識別するステップと、
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを、前記識別された光源の位置と現在の位置合せ位置に相関させることによって決定するステップと、
を含む方法。
【請求項３】
前記識別するステップによって識別されない少なくとも１つの光源を使用し、前記第１の対象物の１つまたは複数の特性を検出するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の対象物の前記１つまたは複数の特性を検出するために使用される前記少なくとも１つの光源は、前記第２の対象物に対する前記第１の対象物の決定された位置合せに基づいて選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
両方とも第１の対象物に固定された、１つまたは複数の光遮断領域および１つまたは複数の光非遮断領域と、
前記第２の対象物に対して固定され、少なくとも１つの光源からの光ビームが１つまたは複数の光遮断領域の少なくとも１つと交差し、少なくとも１つの他の光源からの光ビームが１つまたは複数の光非遮断領域の少なくとも１つと交差するように光を提供するように適合された、２つ以上の光源と、
１つまたは複数の光非遮断領域の少なくともひとつを通過する前記２つ以上の光源から提供された前記光ビームを検出するための１つまたは複数の検出器と、
前記２つ以上の光源のいずれが前記１つまたは複数の光遮断領域と交差する光ビームを提供するかを識別し、および／または前記２つ以上の光源のいずれが前記１つまたは複数の光非遮断領域と交差する光ビームを提供するかを識別する識別手段と、
前記識別された光源から前記第２の対象物に対する前記第１の対象物の位置合せを決定する手段とを含む、
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出する光学位置合せ検出装置。
【請求項６】
前記２つ以上の光源は軸に沿って線形アレイに配置され、各光源が断面にビームスポットサイズを有する光出力を生成し、
前記２つ以上の光源の各々のビームスポットサイズを軸の方向に拡大するビーム形成手段をさらに含む、請求項１に記載の光学位置合せ検出装置。
【請求項７】
前記ビーム形成手段は、前記２つ以上の光源の各々のビームスポットサイズを軸に垂直な方向に縮小する、請求項６に記載の光学位置合せ検出装置。
【請求項８】
各光源の光出力は光源に隣接する光出力と少なくとも部分的に重なり合うように、前記光ビーム形成手段は、前記２つ以上の光源の各々のビームスポットサイズを軸の方向に拡大する、請求項６に記載の光学位置合せ検出装置。
【請求項１】
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出するための光学位置合せ検出装置であって、
前記第１の対象物に対して固定された１つまたは複数の光散乱素子と、
前記第２の対象物に沿って異なる位置に前記第２の対象物に対してそれぞれ固定され、全光源より少ない光源からの光ビームが１つまたは複数の光散乱素子と交差して散乱された光プロファイルを生成し、前記光源からの少なくともひとつの光ビームは前記１つまたは複数の光散乱素子のいずれにも交差しないように光ビームを提供するようにそれぞれが適合されている、複数の光源と、
散乱された光プロファイルを検出するための１つまたは複数の検出器と、
前記光源のいずれが、前記１つまたは複数の光散乱素子と交差する光ビームを提供し、そして前記１つまたは複数の光散乱素子のいずれとも交差しない光ビームを提供したかを識別するために前記１つまたは複数の検出器に結合された制御装置と、を備え、
前記制御器は、前記識別に基づいて、前記識別された光源の位置を現在の位置合せ位置に相関させることによって、第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを決定する、
光学位置合せ検出装置。
【請求項２】
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出する方法であって、第１の対象物は１つまたは複数の光散乱素子を有し、第２の対象物は第２の対象物に沿って異なる位置に第２の対象物に対してそれぞれ固定された２つ以上の光源を有し、２つ以上の光源は全光源より少ない光源が少なくとも１つの光散乱素子と交差する光ビームを生成し、そして少なくともひとつの光源は前記１つまたは複数の光散乱素子のいずれにも交差しないように配置され、
２つ以上の光源を逐次的に作動するステップと、
２つ以上の光源のいずれが、少なくとも１つの前記光散乱素子と交差する光ビームを生成するかを識別するステップと、
２つ以上の光源のいずれが、前記光散乱素子のいずれとも交差しない光ビームを生成するかを識別するステップと、
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを、前記識別された光源の位置と現在の位置合せ位置に相関させることによって決定するステップと、
を含む方法。
【請求項３】
前記識別するステップによって識別されない少なくとも１つの光源を使用し、前記第１の対象物の１つまたは複数の特性を検出するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の対象物の前記１つまたは複数の特性を検出するために使用される前記少なくとも１つの光源は、前記第２の対象物に対する前記第１の対象物の決定された位置合せに基づいて選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
両方とも第１の対象物に固定された、１つまたは複数の光遮断領域および１つまたは複数の光非遮断領域と、
前記第２の対象物に対して固定され、少なくとも１つの光源からの光ビームが１つまたは複数の光遮断領域の少なくとも１つと交差し、少なくとも１つの他の光源からの光ビームが１つまたは複数の光非遮断領域の少なくとも１つと交差するように光を提供するように適合された、２つ以上の光源と、
１つまたは複数の光非遮断領域の少なくともひとつを通過する前記２つ以上の光源から提供された前記光ビームを検出するための１つまたは複数の検出器と、
前記２つ以上の光源のいずれが前記１つまたは複数の光遮断領域と交差する光ビームを提供するかを識別し、および／または前記２つ以上の光源のいずれが前記１つまたは複数の光非遮断領域と交差する光ビームを提供するかを識別する識別手段と、
前記識別された光源から前記第２の対象物に対する前記第１の対象物の位置合せを決定する手段とを含む、
第２の対象物に対する第１の対象物の位置合せを検出する光学位置合せ検出装置。
【請求項６】
前記２つ以上の光源は軸に沿って線形アレイに配置され、各光源が断面にビームスポットサイズを有する光出力を生成し、
前記２つ以上の光源の各々のビームスポットサイズを軸の方向に拡大するビーム形成手段をさらに含む、請求項１に記載の光学位置合せ検出装置。
【請求項７】
前記ビーム形成手段は、前記２つ以上の光源の各々のビームスポットサイズを軸に垂直な方向に縮小する、請求項６に記載の光学位置合せ検出装置。
【請求項８】
各光源の光出力は光源に隣接する光出力と少なくとも部分的に重なり合うように、前記光ビーム形成手段は、前記２つ以上の光源の各々のビームスポットサイズを軸の方向に拡大する、請求項６に記載の光学位置合せ検出装置。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１６４５７３（Ｐ２０１０−１６４５７３Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３６０７９（Ｐ２０１０−３６０７９）
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【分割の表示】特願２００４−５３１０２１（Ｐ２００４−５３１０２１）の分割
【原出願日】平成１５年８月１５日（２００３．８．１５）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【分割の表示】特願２００４−５３１０２１（Ｐ２００４−５３１０２１）の分割
【原出願日】平成１５年８月１５日（２００３．８．１５）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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