時間変化を伴う発出光の透過／反射
【課題】物体から発出する光を使用するための改善された技法を提供する。
【解決手段】物体が経路の２つ以上のセグメントの各々の中にある間、発出光の各部分がフィルタ構成内のフィルタアセンブリの対応する位置を透過／反射し、セグメントの少なくとも２つの間で発出光に時間変化が生じるように対応する位置の各々が範囲内のそれぞれの透過関数を有する、又は、物体が経路の一連のセグメントの各々の中にある間、発出光の各部分がフィルタ構成内のフィルタ構成要素を透過／反射し、範囲内で、フィルタ構成要素が２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組の組合せ透過関数を有し、組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって発出光に時間変化が生じるように前記組が重畳される。
【解決手段】物体が経路の２つ以上のセグメントの各々の中にある間、発出光の各部分がフィルタ構成内のフィルタアセンブリの対応する位置を透過／反射し、セグメントの少なくとも２つの間で発出光に時間変化が生じるように対応する位置の各々が範囲内のそれぞれの透過関数を有する、又は、物体が経路の一連のセグメントの各々の中にある間、発出光の各部分がフィルタ構成内のフィルタ構成要素を透過／反射し、範囲内で、フィルタ構成要素が２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組の組合せ透過関数を有し、組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって発出光に時間変化が生じるように前記組が重畳される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体から発出する光の反射および／または透過に関する。フィルタ構成は、例えば、物体が相対的運動を有する場合、時間変化と共にそのような光を透過および／または反射することができる。
【背景技術】
【０００２】
様々な技法が物体から発出する光を使用するために提案されている。例えば、米国特許第７３５８４７６号は、感知構成要素が物体に関する情報を取得するチャネルをもつ流体構造を説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，３５８，４７６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】BASSLER,. SCHMIDT,O.,KIESEL, P.,JOHNSON,N.M., ”Class Identification of Bio-Molecules Based on Multi-Color Native Fluorescence Spectroscopy”, International Journal of High Speed Electronics and Systems (IJHSES), Vol.17, Issue 4, 2007, pp.671-680.
【非特許文献２】BHATTA,H., GOLDYS,E.M., and LEARMONTH,R., “Rapid Identification of Microorganisms by Intrinsic Fluorescence”, Proc. of SPIE, Vol.5699, 2005, pp.9-18.
【非特許文献３】”Flow Cytomery”, printed from www.wellscenter.inpui.edu/MMIA on January 29, 2008, 4pages.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
物体から発出する光を使用するための改善された技法を有するのは有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、例えば、時間変化を得るためにフィルタ構成によって発出光を透過および／または反射する方法および装置を提供する。
【０００７】
例えば、フィルタ構成を使用する方法であって、物体が前記フィルタ構成を通り過ぎる経路に沿って移動し、光子エネルギーの適用範囲内の光を発出する間、前記発出光の少なくともいくらかが前記フィルタ構成を透過／反射し、前記フィルタ構成によって前記発出光の少なくともいくらかを透過／反射する動作は、前記物体が前記経路の２つ以上のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタアセンブリの対応する位置を透過／反射し、前記セグメントの少なくとも２つの間で前記発出光に時間変化が生じるように前記対応する位置の各々が前記範囲内のそれぞれの透過関数を有する、及び、前記物体が前記経路の一連のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタ構成要素を透過／反射し、前記範囲内で、前記フィルタ構成要素が２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組の組合せ透過関数を有し、前記組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、前記第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって前記発出光に時間変化が生じるように前記組が重畳される、のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】時間変化と共に物体から発出する光を透過および／または反射するフィルタ構成を示す図である。
【図２】システムの構成要素を示す図である。
【図３】励起構成を示す図である。
【図４】フィルタ構成を示す図である。
【図５】変位制御構成を示す図である。
【図６】システムを示す図である。
【図７】物体区別ルーチンを示す図である。
【図８】アナライザを示す図である。
【図９】物品を示す図である。
【図１０】物品を示す図である。
【図１１】別の物品を示す図である。
【図１２】フィルタ構成を構成できる方法を示す図である。
【図１３】フィルタ構成を示す図である。
【図１４】フィルタ構成を示す図である。
【図１５】フィルタ構成を示す図である。
【図１６】別のフィルタアセンブリを示す図である。
【図１７】別のフィルタアセンブリを示す図である。
【図１８】別のフィルタアセンブリを示す図である。
【図１９】変位制御構成を示す図である。
【図２０】別の変位制御構成を示す図である。
【図２１】別の変位制御構成を示す図である。
【図２２】符号化構成をもつ流体チャネルを示す図である。
【図２３】図２２の構成要素を示す図である。
【図２４】図２２の別の構成要素を示す図である。
【図２５】１組のグラフを含む図である。
【図２６】１組のグラフを含む図である。
【図２７】２つの単純なフィルタを含むフィルタアセンブリを示す図である。
【図２８】グラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施は、例えば臨床診断学、微生物学などにおけるフローサイトメトリにおいて、移動物体、例えば生体細胞、ウィルス、分子、サブ分子複合体に関する情報を取得する際の問題に対処する。サイトメーターのコストおよびサイズは、現場クリニック、水モニタ、農業／獣医診断、および迅速に配備可能なバイオ脅威検出での使用を妨げる。
【００１０】
いくつかの利用可能なフローサイトメーターは、各々が別個の場所または領域に集束される多数の励起光源を使用する。着色された細胞または多数の染色された細胞を別々に検出し区別するために、ビームスプリッタ、フィルタ、および光電子増倍管（ＰＭＴ）で各領域からの光を分析することができる。細胞は挿入の前に着色され、測定は、細胞が最大毎秒数メートルで横切る検出領域をもつ流体チャネルで行われる。細胞が横切る集束レーザ光は、細胞上の染料を励起する。蛍光は、顕微鏡レンズによって収集され、帯域通過フィルタによって選別され、ＰＭＴまたはアバランシェフォトダイオードによって検出され得る。複数組のフィルタおよび検出器は高価であり、光学アラインメントに敏感な大型デバイスをもたらす。物体は小さい領域を迅速に横切るので、重大な信号対雑音（Ｓ／Ｎ）問題が発生し、例えば数をカウントすることによって物体の特性評価および区別を行う場合より深刻になる。
【００１１】
臨床診断では、試薬は高価であるが、蛍光強度を低減するにもかかわらず、分析物の所要量または分析物体積当たりの消耗品の量を低減することができる。
【００１２】
事前に空間変調された単色励起技法は、黒／白手法であろうと単色干渉パターンであろうと、染料の波長感度および退色の問題に出会うことがある。低い波長感度のために、フィルタ−ＰＭＴの組合せをもつ多くのフローサイトメーターは、実質的に異なる蛍光波長をもつ染料を使用する。
【００１３】
以下の実施では、２つの技法の一方または両方を用いて発出光を透過または反射するフィルタ構成を使用する。フィルタアセンブリは物体の経路の異なるセグメントで異なる透過関数を与え、かつ／またはフィルタ構成要素は単純な非均一透過関数が重畳されている組合せ透過関数の組を有する。そのような技法は、物体の経路の短い部品内に順に透過関数を与え、その結果、発出光は異なる透過関数の全体にわたって比較的一定である。これらの技法により、２値、黒／白マスク、または単色マスクで可能であるものよりも多くのフィルタ構成の変形が可能になる。これらの技法は、より高い空間分解能を維持し、光センサ上のより高い光子束を可能にすることができる。そのようなフィルタからの発出光の時間変化により、粒子のスペクトル特性決定を可能にすることができる。多数の色により、固有の蛍光に基づいた粒子識別が可能になり、例えば、パターン化されたフィルタ構成により、発光スペクトルの差異の検出、おそらく固有の蛍光スペクトル差異の検出さえ可能になり、さらに、フィルタ構成を通り過ぎて移動する間に色スポットの反射スペクトルのわずかな差異を検出することによって印刷用途における高度な色モニタを可能にすることができる。
【００１４】
図１において、物体１０は、フィルタ構成２０を通り過ぎる相対的運動を有する物体１４から１６の一連の動き１２のうちの１つである。
【００１５】
物体１０が構成２０を通り過ぎて移動するとき、光は、例えば、発光、散乱（例えば反射を含む）、または透過によって物体１０から発出し、発出光の一部は矢印２２によって示されるようにフィルタ構成２０によって受け取られる。一般に、発出光は、適用範囲外にあって適用範囲内の光と同じようにフィルタ構成２０と相互作用しないかもしれない光子エネルギーを含むとしても、光子エネルギーの適用範囲内の光を含み、図１におけるような技法は所定の用途、例えばフローサイトメトリ、バイオチップ読み出し、または任意の適切な種類の分析物検出で首尾よく使用できることを意味する。
【００１６】
「物体」という用語は、情報がセンサによって取得され、感知結果中に含まれ得るあらゆる区別可能なもの、例えば、小滴、小容積の流体、単一分子、凝集した分子、分子クラスタ、細胞、ウィルス、バクテリア、非常に長い重合体、サブ分子複合体、マイクロ粒子、ナノ粒子、特定の化学物質または他の分析物を結合し搬送することができるビードまたは他の小さい粒子、エマルジョン、アレイ中の物体、および表面の区別可能領域、例えば有色スポットを含む。
【００１７】
時間的に変動する波形を示す感知結果は「符号化された時間変化」を有する。
【００１８】
「時間的に変動する波形」は時間の次元に対して変化する。「感知された時間的に変動する波形」は時間に対して得られた感知結果によって示される。
【００１９】
物体の運動は、システムのパーツもしくは構成要素またはシステムの環境のパターンもしくは特性、例えば、符号化もしくは感知用の構成要素、励起もしくはフィルタ処理のパターン、または別の環境のパターンもしくは特性に対する任意の運動を含む。
【００２０】
「光学フィルタ」または「フィルタ」という用語は、基準に従って光を透過および／または反射する光透過または光反射パーツもしくは構成要素を指す。光子エネルギーのある適用範囲にわたる「帯域通過フィルタ」は、部分的な範囲内の光を優先的に透過および／または反射する。「阻止フィルタ」は適用範囲中の光を全く透過または反射せず、一方、「透明フィルタ」は適用範囲中の光を全て透過および／または反射する。
【００２１】
フィルタ要素およびフィルタアセンブリは時には「マスク」と呼ばれる。「透過する」および「反射する」という用語は別段の定めがない限り互いを含み、「透過する／反射する」または、「透過／反射」は、反射のない透過、透過のない反射、ならびに共存する透過および反射を包含する。
【００２２】
光はフィルタの「シーケンス」を通過することができ、特定の光がフィルタを順に通過することを意味する。「径方向シーケンス」のフィルタである場合、例えば、発出光は各フィルタを順に通過することができ、第１のもので始まり、前の各フィルタを通過した後、次のフィルタを通過し、径方向シーケンスの前のフィルタによって阻止された光は次のフィルタに達しないことになる。「長手方向シーケンス」のフィルタの場合、セグメントのシーケンスの各々で発出する光は長手方向シーケンスのそれぞれのフィルタを通過する。
【００２３】
他のカテゴリのフィルタには、シャドウマスク、周期マスク、チャープマスク、ランダムマスクなどが含まれる。「ランダム」パターンはフィルタの長手方向シーケンスの全長にわたって非周期的であり、「周期」フィルタアセンブリは、アセンブリの長手方向の長さにわたって２回以上繰り返す少なくとも１つのパターンを有し、「チャープ」パターンは、前述のランダムの定義を満たすが、直線的に変化する時間スケーリングでは、前述の周期の定義を満たすことができる。「シャドウマスク」は帯域通過フィルタではなく強度に基づいたフィルタアセンブリであり、そのフィルタアセンブリは、注目する光子エネルギー範囲内で全てのエネルギーの光を透過／反射するが、フィルタの様々な部分は白黒および／または様々なグレースケールなどの様々な強度で光を透過／反射する。
【００２４】
「白」は、光子エネルギーの実施の全範囲にわたって最大強度に近いスペクトルをもつ光を指し、「黒」は、白とは逆で、すなわち、全範囲にわたって最小の利用可能な強度を指し、理想では光がなく、したがって０の強度である。白におけるような全範囲にわたる最大強度をもたない光は、白と黒との間のグレーレベルのような「グレーレベル」を有することができ、または「色」を、例えば、可視範囲または赤外もしくは紫外範囲の部分的な範囲内の光子エネルギーを主として有することができる。黒でも白でもないスペクトルは「非２値スペクトル」である。
【００２５】
フィルタ構成２０は、複数のフィルタの組合せ又は構成の一方又は両方を含む。フィルタ構成要素３０は、位置３４および３６が異なる透過関数を有するフィルタアセンブリ３２を含み、一方、フィルタ構成要素４０は、２つ以上の異なる非均一透過関数が重畳されている、ボックス４２で示された、組合せ透過関数を有する。透過関数の差異は、発出光の時間変化として情報を符号化する。
【００２６】
「透過関数」は、ある適切な位置または位置の組について、フィルタまたはフィルタアセンブリなどの光透過および／または光反射構成要素の出力光と入力光との関係を示す。透過関数は、例えば、光子エネルギーの範囲にわたるある位置での出力強度と入力強度の比、すなわち透過関数の「透過スペクトル」を示す。透過関数は、例えば、出力強度と入力強度の比を示す「強度比」を含み、ここで、同じ強度比は関連する範囲にわたる全ての光子エネルギーに当てはまり、フィルタの各位置が０または１の強度比のいずれかを有する場合、各位置の透過関数は、黒／白、オン／オフ、１／０などのような１対の２進値の一方とすることができる。
【００２７】
「均一透過関数」では、実質的に全ての位置が近似的に同じ透過関数を有する。「非均一透過関数」は近似的に均一でなく、例として、周期フィルタ、ランダムフィルタ、およびチャープフィルタが含まれる。
【００２８】
２つの位置の透過関数は異なる透過スペクトルを有する、すなわち「色」において異なる場合があり、関連する範囲にわたって同じ形状の透過スペクトルをもつ透過関数は「強度」において異なる、すなわち、異なる強度比を有することができる。要素３４および３６は互いに異なる透過関数を有する。組合せ透過関数を与えるために重畳される単純な透過関数は異なる透過関数を有することができ、組合せ透過関数４２を与えるために重畳された２つの単純な透過関数は非均一であり、互いに異なる。
【００２９】
フィルタの長手方向シーケンスでは、透過関数はシーケンスとして組み合わされる。スタック、フィルタの径方向シーケンス又はフィルタアセンブリでは、透過関数は「重畳する」ことができ、両方の透過関数が構成要素を通過する光に適用され、その結果、単純な透過関数が重畳されている組合せ透過関数が得られることを意味する。１つの透過関数は組合せ透過関数より「単純」である。組合せ透過関数および全ての重畳された透過関数が同じスペクトル形状を有するか、または、重畳された透過関数が関連した形状を有し、特定の位相関係で重畳されたとき細部の均一な損失をもたらす場合を除いて、透過関数は別の透過関数と重畳される。単一のフィルタアセンブリは、「スタック等価」である、すなわち、単純な透過関数をもつフィルタ構成要素のスタックと近似的に等価である組合せ透過関数を有することができる。スタック等価フィルタアセンブリは、時には、順序に関係ない単純なフィルタの組合せと等価であり、すなわち、単純なフィルタを異なる順序とした異なるスタックは等価であり得る。
【００３０】
物体１０がセグメント５０またはセグメント５２内にある場合、発出光のそれぞれの部分は、矢印５４および５６によって示されるようにフィルタアセンブリ３２の位置３４および３６によって透過／反射される。異なる透過関数のために、矢印５８によって示されるように光の時間変化として情報が符号化される。セグメント５０および５２からの光が同じ強度またはスペクトルを有する場合、位置３４および３６からの出力光は強度またはスペクトルに別々に影響を与え、例えば、物体１０がセグメント５０とセグメント５２との間を移動した時間を示すことができる。セグメント５０は物体１０の経路に沿ってセグメント５２より前にあり、その結果、セグメント５０からの光は位置３４の透過関数によって透過／反射され、その後、セグメント５２からの光が位置３６の透過関数によって透過／反射される。
【００３１】
物体１０はセグメント６０および６２を含む一連のセグメントを通過するので、発出光のそれぞれの部分は矢印６４および６６によって示されるように組合せ透過関数４２で透過／反射される。関数４２として重畳された２つの単純な透過関数は非均一であり、互いに異なっているので、さらに矢印６８によって示されるように情報を発出光の時間変化として符号化する。各セグメントからの光が同じ強度またはスペクトルを有する場合、関数４２からの光は両方の単純な非均一透過関数に従って符号化されたものになり、すなわち、両方の単純な透過関数に対応する情報は、発出光の時間変化として同時に符号化されたものになる。
【００３２】
組合せ３０と構成要素４０との間の「および／または」という語は、２つが相互に排他的でなく共に存在できることを示す。単一のフィルタアセンブリは、組合せ３０および構成要素４０で示された両方の方法で情報を発出光の時間変化として符号化することができる。
【００３３】
ボックス７０は、矢印５８および６８によって示されるように、時間変化として符号化された情報をもつ光を光感知し、例えば、アナログまたはデジタルの電気信号の感知結果が得られる。ボックス７２はボックス７０からの感知結果を使用して符号化された情報を示すデータを得る、すなわち「復号化」操作を行う。
【００３４】
フィルタ処理構成２０は、異なる透過関数を有する位置をもつフィルタ構成要素、または重畳された単純で非均一な透過関数もつ組合せ透過関数を有するフィルタアセンブリ、または両方とすることができる。
【００３５】
図２のシステム１００では、移動物体から発出する光はその特性に関する情報を有することができる。符号化構成要素１０２は符号化出力光を供給し、光感知構成要素１０４は応答し、感知結果、例えば処理構成要素１０６に伝達することができる電気信号を与える。構成要素１０６は感知結果を使用して、物体特性に関する情報を示す特性データを得るかつ／または与えることができる。
【００３６】
物体１１０は位置を通る矢印１１２によって示された方向の相対運動を有する。ある位置では、物体１１０は矢印１１４によって示されるように励起を受け取り、例えば染料もしくは別の添付の「タグ」の蛍光からのまたは例えば紫外光または固有の細胞材料の他の励起による固有の蛍光または自己蛍光からの矢印１１６によって示された光を発出することによって応答することができ、化学蛍光、バイオ蛍光、吸収、散乱、または同時励起を必要としない他の現象を使用することができる。
【００３７】
矢印１２０は構成要素１０２からの出力光を表す。ボックス１２２は、出力光に含まれる物体１１０の特性に関する情報を示す。情報は、様々な方法のいずれか、例えば、矢印１２０によって示された符号化出力光を得るために励起のパターニングおよび／または発出光のパターニングによって符号化される。
【００３８】
符号化出力光の一部が構成要素１０４によって感知されて感知結果が得られ、その感知結果に基づいて構成要素１０４は矢印１３０によって示された電気信号を与える。電気信号はボックス１２０からの情報を含むことができ、構成要素１０６は、応答して、物体特性を示すデータを得るかつ／または与えることができる。
【００３９】
図３において、励起構成１５０は、光を発出する物体１５２の経路に沿って存在する。「ｘ 又は ｔ」によって示唆されるように、経路はｘ方向に沿って延びかつ／または時間ｔに沿って生じる。物体１５２の速度または変位速度は変わることがあるが、速度または他の変位速度に関する情報は、例えば、物体の符号化信号などからのトリガ信号を得るトリガ検出技法に基づいてｘ方向の位置と時間ｔとの間の近似的なマッピングを可能にすることができる。
【００４０】
図３は、構成要素１５４「０」および構成要素１５６「（Ｋ−１）」を伴う、Ｋ個の励起構成要素１５４から１５６のシーケンスを示す。励起構成要素は経路の近くのいかなる位置にも位置決めすることができる。２つ以上の励起構成要素が同じ位置にまたはｘ 又は ｔ軸に沿って重なる範囲内にあり、回転方向に変位することができ、例えば構成要素１５８「（０’）」は構成要素１５４から経路の反対側にある。
【００４１】
矢印１６０は構成要素１５４からの励起を、矢印１６２は構成要素１５８からの励起を、および矢印１６４は構成要素１５６からの励起を表す。
【００４２】
励起構成要素１７０「ｋ１」は、矢印１７２および１７４によって示された様々なタイプの励起をもたらす干渉光源１７１を含む。物体１５２が領域１７６を移動する間、矢印１７２によって示された励起が生じ、一方、物体１５２が領域１７８を移動する間、矢印１７４によって示された励起が生じる。領域１７６の励起は領域１７８の励起と異なる光子エネルギースペクトルを有し、すなわち、領域１７６および１７８は励起の「異なる色」を有する。
【００４３】
励起構成要素１８０「ｋ２」は、空間パターン１８６によって示された空間的にパターン化された励起を与えるように構造化された構造化光源１８２を含む。矢印１８４は、領域１８８の励起、すなわちパターン１８６によって表された領域の完全なパターンのうちの１つを表す。
【００４４】
構成要素１５４から１５６の各々は、ライン１９０を通して励起制御回路からの制御信号を受け取ることができる。励起制御回路は、トリガ検知回路に応答し、定常状態でまたは時間的に変動するように励起を生じさせる制御信号を供給することができる。
【００４５】
図４において、フィルタ構成２００が光発出物体２０２の経路に沿って存在する。フィルタ構成２００はフィルタアセンブリの組合せを含む。
【００４６】
図４はアセンブリ２０４「０」およびアセンブリ２０６「（Ｍ−１）」を伴う、Ｍ個のフィルタアセンブリ２０４から２０６を示す。フィルタアセンブリは経路の近くのいかなる位置にも位置決めすることができる。フィルタアセンブリが同じ位置にまたはｘ 又は ｔ軸に沿って重なる範囲内にあり、回転方向に変位することができ、例えばボックス２０８「（０’）」はアセンブリ２０４から経路の反対側にある。
【００４７】
アセンブリ２１０「ｍ１」はフィルタの径方向シーケンスを含み、そこを矢印２１２によって示された光が通過することができ、出力光は矢印２１４によって示される。アセンブリ２１０は、例えばフィルタ２１６および２１８を含む。
【００４８】
フィルタアセンブリ２０４から２０６の全シーケンスは長手方向シーケンスを示す。アセンブリ２２０はフィルタの長手方向シーケンスを含み、そこを矢印２２２によって示された光が通過することができ、出力光は矢印２２４によって示される。アセンブリ２２０は、例えば隣接するフィルタ２２６および２２８を含み、各々は、発出スペクトルに関する情報を与えるために十分に異なる帯域をもつ帯域通過フィルタである。アセンブリ２２０ならびにフィルタ２１６および２１８は空間的にパターン化されたフィルタとすることができる。
【００４９】
矢印２２４によって示された出力光はフィルタ２２６および２２８からの符号化情報を含むことができ、符号化情報は、出力光を光感知し、感知結果を操作することによって回復することができる。フィルタ２２６および２２８ならびに他のフィルタは適切な長さを有し、ｘ 又は ｔ方向においておそらく分解能の損失をもたらすような物体２０２の明瞭な長さより小さく、または、ｘ 又は ｔ方向における物体２０２の明白な長さ以上であるが、物体２０２がアセンブリ２２０を通り過ぎて移動する間特性が変わらない程十分に小さくすることができる。
【００５０】
図４によって示されたフィルタ構成は、流体の実施、または画像を運ぶ走査用の紙のシートまたは他の媒体などの、走査移動のために他の構成要素に対して移動するアレイ中の物体の実施に適用することができる。物体２０２はシート上の有色スポットとすることができ、フィルタ構成は物体２０２から発出する色のわずかな差異に関する情報を得ることができ、物体２０２が位置決めマークに特有の色をもつマークである場合、色は他の色と区別することができ、位置を取得することにより画像感知、印刷などのためのシートの位置決めが可能になる。
【００５１】
図５において、変位制御構成２５０が、移動する光発出物体２５２の経路に沿って存在する。構成２５０は変位制御構成要素の組合せを含む。
【００５２】
図５は、構成要素２５４「０」および構成要素２５６「（Ｎ−１）」を伴う、制御構成要素２５４から２５６を示す。
【００５３】
制御構成要素２６０「ｎ１」は、成形された境界２６２を含み、物体２５２の変位、例えば速度またはその他の変位速度に影響を与えるかまたは制御する形状を有する経路の周りに部分的にまたは完全に延設される。
【００５４】
制御構成要素２７０「ｎ２」は、双方向の矢印２７４によって示されるように、経路のセグメントにおいて境界の横方向運動を引き起こす運動デバイス２７２を含む。デバイス２７２は、ライン２７６を通して制御信号を受け取ることができる。変位制御回路は、定常状態でまたは時間的に変動するようにデバイス２７２を操作することによってトリガ検知回路に応答することができる。
【００５５】
図６は、バス４０４または他の回路を通して構成要素に接続された中央処理装置（ＣＰＵ）４０２をもつシステム４００を示す。
【００５６】
システム４００は外部入出力（Ｉ／Ｏ）構成要素４０６およびメモリ４０８を含み、両方ともバス４０４に接続される。外部Ｉ／Ｏ４０６はシステム４００の外側のデバイスとの通信を可能にする。
【００５７】
ＩＣ Ｉ／Ｏ４１０は、ＩＣとの、例えばＩＣ（０）４１２からＩＣ（Ｐ−１）４１４までの一連のＰ個のＩＣとの通信を可能にする。ＩＣ４１２から４１４は、光センサアレイ４１８をもつＩＣ（ｐ）４１６を含む。デバイスＩ／Ｏ４２０は、例えば、デバイス（０）４２２からデバイス（Ｑ−１）４２４までのＱ個の感知および制御デバイスとの通信を可能にする。デバイス４２２から４２４は、励起および変位制御構成要素と、さらに流体デバイス、例えば、ポンプ、計測電極、スマートゲート、ゲートおよび分岐用デバイス、バルブ、フローセンサまたは圧力センサなどとを含むことができる。
【００５８】
メモリ４０８はプログラムメモリ４３０を含み、指示はソフトウェアまたはハードウェアの他の形態で与えることができる。プログラムメモリ４３０は符号化ルーチン４４０と、検知、読み出し、および組合せルーチン４４２と、物体区別ルーチン４４４とを記憶する。
【００５９】
ルーチン４４０は情報を移動物体から発出する光に符号化する。ＣＰＵ４０２はセンサからの信号を受け取り、どの流体操作が必要か決定し、ポンプ、計測電極、ゲート、およびバルブを活性化して物体と他の構成要素との間の相対的運動を生成することができる。ＣＰＵ４０２は、さらにトリガ検出デバイスからの信号を受け取り、符号化を行うために励起構成要素、運動デバイスなどに制御信号を与えることができる。
【００６０】
ルーチン４４２は事前感知読み出しを行い、物体情報および感知期間を取得し、感知期間およびアナログ調整で感知読み出しを行い、感知結果をデジタル的に調整し、物体に関する数量を記憶し、物体に関する数量を組み合わせて特性データを生成することができる。
【００６１】
ルーチン４４４はルーチン４４２からの各物体の未処理データを使用する。図７において、例えば、ボックス４７０はルーチン４４０および４４２を調整して、未処理データ、例えば光感知された数量を取得することができる。
【００６２】
ボックス４７２はボックス４７０からの未処理データを受け取り、それを使用して物体の特性データを取得する、例えば物体のタイプを示す比較結果を取得する。特性データは、物体がさらなる分析の対象であるかどうかを示すことができる。
【００６３】
ボックス４８０は分岐している。物体が対象のものでない場合、ボックス４８２はスマートゲートを開くか、さもなければ物体を除去する。対象の物体の場合、ボックス４８４はスマートゲートを閉じるか、さもなければさらなる分析のため物体を下流に移送する。
【００６４】
図８において、分析計５００は支持構造体５０２上にある。構造体５０２は、物体５０６が、例えば流体によって搬送される蛇行チャネル５０４を含む。
【００６５】
コールターカウンタ５１０およびミー散乱センサ５１２は粒子サイズ検出器である。
【００６６】
発出光エンコーダ／光センサ５２０は、一般に、励起／変位構成要素５２２、フィルタ構成要素５２４、および光感知構成要素５２６を含む。
【００６７】
構成要素５３０、５３２、および５３４は、第１および第２の蛍光感知構成要素、ならびにラマン散乱感知構成要素を含む。物体のタイプ間の相違に基づいて、バルブ５４０は位置間を切り替えることができ、物体５０６は矢印５４２によって示されるようにある位置で出て行き、矢印５４４によって示されるように別の位置で出て行く。
【００６８】
図９において、物品６００は２つの光透過構成要素を含み、光透過構成要素間の内側領域は２つの主要部分、すなわち流体を含むチャネル部分６０２と、部分６０２を囲む非チャネル部分６０４とを含む。ポート６０８は、部分６０２への流体の流入、および部分６０２からの流体の流出を可能にする。
【００６９】
フィルタアセンブリ６１０は、フィルタ６１２、６１４、６１６、６１８、および６２０を含む帯域通過フィルタの長手方向シーケンスを含む。フィルタ６１２、６１６、および６２０は近似的に同じ帯域を有し、一方、フィルタ６１４および６１８も近似的に同じ帯域を有し、異なる帯域阻止材料６２２が開口を与え、光の散乱および反射を防止することができる。
【００７０】
図１０において、構成要素６３０および６３２は部分６０４の材料によって分離される。構成要素６３０および６３２は、それぞれ約０．３ｍｍおよび１．０ｍｍ以下の厚さをもつ石英、ガラス、またはアクリルを含むことができ、厚さは数ミリメートルから０．１ｍｍ以下になるまでの範囲とすることができる。物体のサイズ、例えば１０μｍの寸法をもつ生体細胞によってそれらの間の最適距離は約２０μｍから５０μｍとすることができる。部分６０４はフォトレジスト材料、例えばＳＵ−８とすることができ、壁が部分６０２を囲むことができ、部分６０４はエポキシ樹脂で充填することができる。
【００７１】
物体６４０は、全反射（ＴＩＲ）の角度に応じて、発光錐内で上向きに光を発出する。フィルタアセンブリ６４２は、構成要素６３０の下部表面上のチャネル部分６０２に面することができ、フィルタアセンブリ６４４は、構成要素６３０の上部表面上の部分６０２の外側とすることができ、またはフィルタアセンブリ６４６は構成要素６３０から離れて、光センサ６４８に隣接することができる。発光錐は光学構成要素６５２によってアセンブリ６４６を通して画像平面６５０上に結像される。
【００７２】
フィルタアセンブリ６４２の発光錐は、アセンブリ６４２の表面によって全反射されない入射光の角度の範囲を含む。同様に、フィルタアセンブリ６４４の発光錐は、発出光が構成要素６３０とアセンブリ６４４との間の表面で全反射を受けない角度の範囲によって決定される。フィルタアセンブリ６４６の発光錐はフィルタアセンブリ６４４のものと同様であるが、光学要素６５２の効果によりフィルタアセンブリ６４６上でより小さい区域を占めることができる。
【００７３】
部分６０２は水（ｎ＝１．３３）を含むことができ、物体６４０は直径ｄ＝７μｍを有し、例えばＴリンパ球である。部分６０２は３０μｍの高さを有することができ、すなわち、アセンブリ６４２からの物体の距離は近似的にｈ＝１５μｍである。構成要素６３０は、空気（ｎ＝１）によって囲まれるアクリル（ｎ＝１．４８）とすることができる。アセンブリ６４２がない場合、部分６０２からの回避角度は４８．７５°になるはずである。構成要素６３０の上部表面のＴＩＲ角度は４２．５１°とすることができる。水−アクリル界面での物体６４０により照明される直径はＤ＝ｄ＋２×ｈ×ｔａｎ（α（回避））＝４１．２μｍとすることができ、ここで、１７．１μｍがＴＩＲなしで構成要素６３０を通る最大発光錐半径である。物体６４０界面を検出するパターンの「最小フィーチャサイズ」（「ＭＦＳ」）はＤ、すなわち約４０μｍとなるであろう。
【００７４】
光センサ６４８が発光錐をより小さくする開口数を有する場合、または光がα（ＴＩＲ）よりわずかに高い角度で構成要素６３０を出る場合、ＭＦＳはわずかに小さくなることができる。しかし、ＭＦＳは、小さすぎる場合、アセンブリ６４２のフィーチャの両側の周りの発光錐からの光を可能にし、その結果、時間的に変動する信号は物体の変位を不正確に示すことがある。同様のＭＦＳの考察がアセンブリ６４４および６４６に当てはまるであろう。１０μｍの生体細胞では、典型的なＭＦＳは１０〜２０μｍであろう。フィルタアセンブリ幅はチャネル幅に依存することになり、例えば、アセンブリ６４２は１００μｍ×１．０ｍｍとすることができる。較正は既知の蛍光スペクトルをもつ小さいビードを使用して、測定値を調整するための較正値を得て、既知の強度を得ることができる。
【００７５】
図１１において、構成要素６３０は、構成要素６３０および６３２に対して約４５°で傾斜した表面６６０を有する。矢印６６２によって示されたように表面６６０にほぼ垂直な入射励起光は、矢印６６４によって示されたようにチャネル部分６０２を通る光と結合することができる。励起光は、例えば、２６６ｎｍとすることができる。
【００７６】
部分６０２は右側で開放され、ポート６６６を設けることができ、または端部表面６６８で終了する代わりに、表面６６８に関して対称的に延びることができる。
【００７７】
図１１において、アセンブリ６１０内のフィルタは重なり合わないが隣接し、例えば、構成要素６３０の凹部に統合されるか、または同じ厚さのシャドウもしくは透明材料で囲まれる。フィルタは様々な材料を印刷することによって製作することができ、シャドウまたは透明材料をフィルタの周りに印刷することができる。
【００７８】
図１１のグラフは、それぞれ色「Ａ」および「Ｂ」の発出光に応じた強度を示す。フィルタ６１２、６１６、および６２０は色「Ａ」を通過させ、フィルタ６１４および６１８は色「Ｂ」を通過させる。
【００７９】
曲線６７２は、物体６４０が色「Ａ」を発出する場合の強度を示す。曲線６７２はフィルタ６１２、６１６、および６２０に沿って高いが、フィルタ６１４および６１８に沿って低い。
【００８０】
曲線６７４は、物体６４０が色「Ｂ」を発出する場合の強度を示す。曲線６７４はフィルタ６１４および６１８に沿って高く、他の所では低い。
【００８１】
フィルタ６１２、６１６、および６２０は赤を通過させ、フィルタ６１４および６１８は緑を通過させ、各物体は赤または緑のいずれかの蛍光を発することができる。
【００８２】
光センサ６７０からの信号は、物体のタイプ、例えば色「Ａ」を発出する物体と色「Ｂ」を発出する物体を区別することができる。
【００８３】
図１２において、フィルタアセンブリは光センサ６４８の感光性表面上にあり、それは、例えば、帯域通過フィルタの長手方向シーケンスにフィルタ６１２、６１４、６１６、６１８、および６２０ならびに阻止材料６２２を印刷するか、さもなければ堆積およびパターニングすることによって製作される。左側では、光センサ６４８は、図１０のフィルタアセンブリ６４２と同様に、非常に小さいＭＦＳを可能にするチャネル部分６０２の一方の側でもある。右側では、光センサ６４８は、チャネル部分６０２の外側にあり、図１０のフィルタアセンブリ６４４と同様に構成要素６３０の外面の直上ではなく高さｇの小さい間隙だけ構成要素６３０の外面から隔てられており、その結果、より大きいＭＦＳが必要である。スペーサまたは他の適切な支持構成要素によって保持された、構成要素６３０と光センサ６４８との間の間隙は十分に大きいので、光センサ６４８はチャネル部分６０２内の反共振導波と干渉しない。
【００８４】
吸収フィルタは、３つ以上のそれぞれの色をもつ３つ以上のタイプのフィルタを有することができるか、または反射フィルタと結合することができる。
【００８５】
図１３のフィルタアセンブリ７００では、各ストライプがフィルタ基準を有する。ストライプ７０２は赤を通過させ、ストライプ７０４は閉じられ、透過がなく、ストライプ７０６は開かれ、完全な透過であり、ストライプ７０８はグレーであり、中間の強度で範囲の端から端まで全ての光子エネルギーを通過させ、ストライプ７１０は緑を通過させ、ストライプ７１２は、青と緑の共通部分を通過させ、ストライプ７１４は青を通過させる。ストライプの幅は不揃いである。
【００８６】
図１４において、アセンブリ７００は、パターン化された光吸収材料を使用して、例えば、層を印刷するかまたは堆積およびパターニングすることによって製作されたフィルタを含む。
【００８７】
アセンブリ７００は赤の部分７２０、部分７２０に重なっている黒の部分７２２、グレーの部分７２４、緑の部分７２６、および部分７２６に重なっている青の部分７２８を含む。重なりでは、２つのフィルタが交差し、部分７２０と７２２の共通部分は閉じられ、一方、部分７２６と７２８の共通部分は緑と青の共通部分を通過させる。
【００８８】
３つのグラフは、例えば大面積光センサからの３つの予想される強度信号、すなわち、赤の蛍光の曲線７３０、緑の蛍光の曲線７３２、ならびに赤および緑の蛍光の両方でタグ付けされた物体の曲線７３４を示す。赤、緑、および青だけでなく、区別可能な時間的に変動する信号をもたらす組合せも区別することが可能である。
【００８９】
区別された粒子の数は、例えば主成分分析で、様々な色の光感知セルのアレイの要素または個別の光センサの数よりも非常に大きくなることがある。物体は、環境もしくは背景と、または他のタイプの物体と区別することができる。
【００９０】
様々な帯域をもつ、干渉に基づいたフィルタを使用することができる。
【００９１】
図１５のフィルタアセンブリ７５０では、透明材料の薄い層がファブリーペロー振動を生成し、高い厚さ依存の指標コントラストが得られる。フィルタ７５２、７５４、７５６、７５８、および７６０の各々は実質的に一定の厚さを有するが、フィルタ７５２、７５６、および７６０の厚さはフィルタ７５４および７５８の厚さよりも大きく、例えば、堆積された層をエッチングするかまたは非固体層をインプリントすることによって製作される。
【００９２】
グラフは透過光の強度−エネルギー関数を示し、フィルタ７５２、７５６、および７６０がほぼ同じ厚さを有するので、曲線７７０、７７２および、７７４は同様であり、フィルタ７５４および７５８の厚さが同じであるので、曲線７７８および７７６は同様である。アセンブリ７５０を通過する光発出物体は、強度−エネルギー関数の変化によって時間的に変動する信号を生成する。発出光の関連する部分を検出することができる。アセンブリ７５０はチャネルの１つのカバースライド上に存在することができ、２つの光センサはチャネルの各側に１つある。
【００９３】
図１６および１７では、ファブリーペロー干渉に基づいた帯域通過フィルタは、ｘ方向で変化するフィルタキャビティの光学厚さを有する。領域は、帯域通過ファブリーペローフィルタとして動作し、周期パターンまたは他の適切なパターンにおいて、異なる光子エネルギーに透過ピークがあり、例えば、ある組は約８２２ｎｍに透過ピークがあり、別の組は約８３３ｎｍに透過ピークがある。
【００９４】
図１６のフィルタアセンブリ８００は、均質の底部分布ブラッグミラー（ＤＢＲ）８０２と、キャビティ８０４と、上部ＤＢＲ８０６とを含む。キャビティ８０４の光学厚さは２つの厚さの間で変化することによって変更され、すなわち、フィルタ８１０、８１２、および８１４はより大きな厚さを有するが、一方、フィルタ８１６および８１８はより小さい厚さを有し、より短い波長を透過する。キャビティ８０４の厚さの変化は、例えば、層が堆積された後およびＤＢＲ８０６が堆積される前に層をエッチングすることによって、またはキャビティ８０４の成長中ハーフトーンマスクを使用することによって生成することができる。
【００９５】
図１７のフィルタアセンブリ８２０は、下部ＤＢＲ８２２、キャビティ８２４、および上部ＤＢＲ８２６を含み、各々はほぼ均一な厚さをもつが、キャビティ８２４はｘ方向で変化する光学厚さを有する。領域８３０、８３２、および８３４は、異なる屈折率のために領域８３６および８３８と異なる光子エネルギーを透過する。注入もしくはイオン拡散、注入により引き起こされる多量子井戸構造の混合、または紫外光により引き起こされる屈折率の変化により、屈折率を変更できる。
【００９６】
図１８において、フィルタ構成要素８６０は透明材料のくさび形層またはファブリーペローフィルタを含み、その上部表面にフィルタアセンブリ８６４、８６６、および８６８が形成される。各フィルタアセンブリの時間的に変動する効果に加えて、追加のスペクトル情報が符号化発出光に含まれる。
【００９７】
対照的に、図１９〜２１は、層流が非均一な変位を生成できるか、または他の方法で変更され得る例を示す。
【００９８】
図１９において、壁様の部分８７０および８７２は、それらの間で直線的に減少する距離を有する。物体６４０は、フィルタ要素６１２、６１４、６１６、６１８、および６２０をもつ２色フィルタアセンブリ６１０に沿って通過するとき、周期速度が曲線８７４によって示されるように直線的に増加する。結果として生じる時間的に変動する信号はチャープ化され、すなわち、周期が直線的に減少する。曲線８７６は結果として生じるチャープ信号を示し、それは、強度Ｉ（Ａ）と強度Ｉ（Ｂ）との間で変化し、各連続する領域の期間は前の領域よりも短い。移行時間の直線的な減少は曲線８７６では誇張されている。
【００９９】
一般に、チャネルの形状は、フィルタ要素のシーケンスを通り過ぎた所で、周期、チャープ、またはランダムなどの確定された方法で物体の流れを誘導することができる。十分に確定されたフィルタアセンブリでより急激または迅速な信号移行を得るために、壁を形成するかまたは移動することができ、帯電した物体は電場変動などによって誘導し直すことができる。
【０１００】
図２０において、壁様の部分８８０および８８２は平行であるが、正弦波のように形成され、その結果、正弦波の流れパターンがもたらされる。フィルタ要素８８４および８８６は、異なる色「Ａ」および「Ｂ」の均質のものである。物体６４０は正弦波の経路８８８に従うので、それは、要素８８４と要素８８６との間を、それらの間の小さい間隙を通って移動する。曲線８９０および８９２は経路８８８に沿って移動する物体からの時間的に変動する信号を示し、曲線８９０はＡと同様であるがＢと異なるスペクトルをもつ物体に対するものであり、曲線８９２はＢと同様であるがＡと異なるスペクトルをもつ物体に対するものである。経路８８８がストライプ８９４を横断している間、各曲線はほぼ０になる。
【０１０１】
図２１において、２つの壁様の部分９００および９０２は直線で平行であり、それらの間にフィルタ要素９０４および９０６がある。運動デバイス９０８は、双方向矢印９１０によって示されるように、物体６４０とストライプ様要素９０４および９０６との間に相対運動を生成する。制御回路９１２は任意の適切なパターンで制御し、任意の時間的に変動する信号をもたらす。代わりに、要素９０４および９０６が移動することができ、すなわち壁９００および９０２と他方の要素９０４および９０６との間の相対的運動の任意の組合せを生成することができる。運動デバイス９０８はトリガ信号に応じて変動を生成することができる。
【０１０２】
曲線９１４は、要素９０４「バンドＡ」と要素９０６「バンドＢ」との間の物体６４０の移動を示す。物体６４０は各領域で時間の異なる長さ、例えばランダム量の時間を過ごし、その結果、ランダムな励振パターンがもたらされる。曲線９１６および９１８は時間的に変動する信号を示し、一方は曲線９１６によって示された色Ａにより類似するスペクトルを有し、他方は曲線９１８によって示された色Ｂに類似するスペクトルを有する。要素９０４と要素９０６との間で、物体は阻止材料のストライプ９１９を通過し、発出光は短い間中断される。
【０１０３】
図２２〜２４において、フィルタアセンブリはチャネル９２０の両側にある。検出器９２２は、チャネル９２０の手前側に１つのフィルタアセンブリを含み、検出器９２４は、向こう側に別のものを含む。図２３および２４において、検出器９２２はｙ方向に周期性をもつ周期フィルタアセンブリを含み、検出器９２４はｘ方向に長手方向シーケンスをもつランダムな２色フィルタアセンブリを含む。検出器９２２からの感知結果はｙ方向で変調され、検出器９２４からの感知結果はｘ方向で変調される。
【０１０４】
検出器９２２は、光センサ９２６の感光性表面に、ｙ方向に周期的なフィルタ９２７、例えば、赤色帯域通過フィルタまたは任意の他のタイプを含むことができる。検出器９２４は、光センサ９２８の感光性表面に、フィルタアセンブリ６１０を含むことができる。
【０１０５】
別のタイプのテンプレート層がチャネル９２０の一方の側にあり、所望の信号を与え、周期マスク層が他方の側で周期信号を与えることができ、周期信号を絶えず分析して物体の変位を取得し、それを使用してテンプレート信号との相関のために適切な時間スケールを決定することができ、または、チャネル９２０の一方の側で蛍光からの発出光を光感知し、他方の側で散乱による発出光を光感知することができる。
【０１０６】
組合せフィルタアセンブリからの時間的に変動する信号は、例えば、テンプレート層および周期層を含むフィルタの径方向シーケンスまたは「スタック」からの２つの異なる空間的に変化するパターンを有することができる。
【０１０７】
図２５および２６において、単一のフィルタアセンブリ中の反射グレースケールフィルタはフィルタの径方向シーケンスまたはスタックと等価である。フィルタ層の厚さのデフィニションはソフトウェアを使用して重ねることができ、付加することができ、その結果、例えば０、０．５、および１の厚さになり、層は、同じ方向に、または異なる方向に、例えば垂直に変動を有することができ、または、フィルタの光学フィーチャのデフィニションを重ねて所望の等価物の光学フィーチャのデフィニションを得ることができ、それは、各領域が光学厚さまたは他の特性を有するレイアウトタイプの記述に変換することができる。
【０１０８】
一般に、フィルタの重畳は交換可能であり、すなわち、結果として生じる透過または反射関数は、フィルタが重畳されている順序にかかわらず同じである。例えば、フィルタフィーチャのアライメントまたは他の関係がフィルタの順序に応じて様々な情報の損失をもたらす場合、例外が生じることがある。
【０１０９】
等価フィルタのデフィニションに近い等価フィルタを構成するために、高反射材料がフィルタアセンブリ全体の上に堆積され、厚さ０または０．５をもつ領域に部分的にエッチング除去され、その後、残りの反射材料を０の厚さをもつ領域にエッチング除去することができる。部分エッチングが信頼性の低い場合、厚さ０．５の最初のパターン化層を生成し、次にエッチングなしでパターン化される厚さ０．５の第２のパターン層を生成することができる。同様の技法により、透過／反射を変化させるＤＢＲおよび／または厚さおよび屈折率変化の適切な組合せから光学厚さを変化させるキャビティをもつ構造を生成することができる。
【０１１０】
図２５のフィルタ９３０は、重畳されたランダムフィルタと周期フィルタの組合せと等価である。曲線９３２はランダムフィルタを示し、曲線９３４は周期フィルタを示す。曲線９３６は、変位および位置情報の両方を発出光に符号化することができる透過関数を示し、時間スケーリングは情報を抽出することができる。
【０１１１】
厚さレベルの振幅を例えば０、０．２、および０．４までスケーリングすることによって全光出力を変更することができ、それによってより大きい光透過が可能になることを破線９３８は示唆する。
【０１１２】
図２６のフィルタアセンブリ９４０は、曲線９４２によって示されたチャープフィルタと曲線９４４によって示された周期フィルタの組合せと等価であり、それは、異なる速度にもかかわらず変位および位置の情報のより効率的な抽出を可能にできる。曲線９４６は透過関数を示し、それは情報抽出を可能にする。
【０１１３】
図２７において、長手方向フィルタシーケンス、例えばランダム帯域通過フィルタ構成は、反射グレースケールフィルタ構成、例えば周期グレースケールフィルタと組み合わされる。フィルタ構成９５０は、長手方向シーケンスをもつフィルタサブアセンブリ９５２を含む。その上部表面に、各々が中間の透過レベルを有する領域９５４をもつ周期フィルタサブアセンブリがある。フィルタアセンブリ９５０は異なる色に対して区別可能な時間的に変動する信号を与え、時間スケーリングを可能にする。
【０１１４】
図２８は、例えば、タイプ、位置、またはスペクトル差を抽出し、物体を区別する方法を示す。
【０１１５】
ボックス９７０は符号化された時間的に変動する信号を、例えば、光センサ構成から取得する。
【０１１６】
ボックス９７２は、ボックス９７０からの信号、例えば、２つの符号化された信号、または１つの符号化された信号と各々を相関させるか、さもなければ比較する。
【０１１７】
ボックス９７４において、上の曲線はアライメントｔｐで類似の波形を相関することに由来し、下の曲線は、波形がアライメントｔｐ’で非相関される、すなわち相違する場合に生じる。上方のピークは振幅Ａを有し、逆のピークは同様の振幅を有する。
【０１１８】
ボックス９８０は、ボックス９７２からの各結果の時間微分ｄ／ｄｔを取得し、相関される場合、正のピークとそれに続く負のピークをもち、ｔｐでゼロを横切り、コントラストまたは差異の量が振幅Ａであるボックス９８２におけるような曲線を取得し、非相関される場合、負のピークとそれに続く正のピークをもち、ｔｐ’でゼロを横切り、コントラストまたは差異の量がボックス９７４の逆転されたピーク振幅の振幅Ａ’であるボックス９８４の曲線を取得する。
【０１１９】
ボックス９８６はボックス９８０からの微分を使用して、例えば、相関、非相関、またはどちらでもないかに基づいてタイプを、ゼロを横切る時間に基づいて位置を、相関および非相関からの正ピークと負のピークとの間の振幅またはコントラストに基づいて発光、吸収または散乱スペクトルの差を抽出する。次に、ボックス９８８はボックス９８６からの情報を使用して、物体を区別することができる。
【０１２０】
相関は、一般に、交流電源周波数などの雑音に敏感でない。
【０１２１】
この技法の成功した実証には全血中のＣＤ４をカウントすることが含まれ、単一のタグ検出が可能であった。
【０１２２】
シミュレーション結果は、１．０μｍ未満の空間分解能が可能であり、単一の蛍光マーカーを検出できることを示している。
【符号の説明】
【０１２３】
１０ 物体、１２ 一続きの物体、１４，１６ 物体、２０ フィルタ構成、２２ 矢印、３０ フィルタ構成要素、３２ フィルタアセンブリ、３４，３６ 位置、４０ フィルタ構成要素、４２ ボックス、５０，５２ セグメント、５４，５６，５８ 矢印、６０、６２ セグメント、６４，６６，６８ 矢印、７０，７２ ボックス、１００ システム、１０２ 符号化構成要素、１０４ 光感知構成要素、１０６ 処理構成要素、１１０ 物体、１１２，１１４，１１６，１２０ 矢印、１２２ ボックス、１３０ 矢印、１５０ 励起構成、１５２ 物体、１５４，１５６ 構成要素、１６０，１６２，１６４ 矢印、１７０ 励起構成要素、１７１ 干渉光源、１７２，１７４ 矢印、１７６，１７８ 領域、１８０ 励起構成要素、１８２ 構造化光源、１８４ 矢印、１８６ 空間パターン、１８８ 領域、１９０ ライン、２００ フィルタ構成、２０２ 光発出物体、２０４，２０６ フィルタアセンブリ、２０８ ボックス、２１０ アセンブリ、２１２、２１４ 矢印、２１６，２１８ フィルタ、２２０ アセンブリ、２２２，２２４ 矢印、２２６，２２８ フィルタ、２５０ 変位制御構成、２５２ 光発出物体、２５４、２５６ 構成要素、２６０ 制御構成要素、２６２ 境界、２７０ 制御構成要素、２７２ 運動デバイス、２７４ 矢印、２７６ ライン、４００ システム、４０２ 中央処理装置、４０４ バス、４０６ 外部入出力（Ｉ／Ｏ）構成要素、４０８ メモリ、４１０ ＩＣ Ｉ／Ｏ、４１２，４１４ ＩＣ、４１６ ＩＣ（ｐ）、４１８ 光センサアレイ、４２０ デバイスＩ／Ｏ、４２２ デバイス（０）、４２４ デバイス（Ｑ−１）、４３０ プログラムメモリ、４４０ 符号化ルーチン、４４２ 組合せルーチン、４４４ 物体区別ルーチン、４７０，４７２，４８０，４８２，４８４ ボックス、５００ 分析計、５０２ 支持構造体、５０４ 蛇行チャネル、５０６ 物体、５１０ コールターカウンタ、５１２ ミー散乱センサ、５２０ 発出光エンコーダ／光センサ、５２２ 励起／変位構成要素、５２４ フィルタ構成要素、５２６ 光感知構成要、５３０、５３２、５３４ 構成要素、５４０ バルブ、５４２，５４４ 矢印、６００ 物品、６０２ チャネル部分、６０４ 非チャネル部分、６０８ ポート、６１０ フィルタアセンブリ、６１２，６１４，６１６，６１８，６２０ フィルタ、６２２ 帯域阻止材料、６３０，６３２ 構成要素、６４０ 物体、６４２，６４４，６４６ フィルタアセンブリ、６４８ 光センサ、６５０ 画像平面、６５２ 光学構成要素、６６０ 傾斜した表面、６６２、６６４ 矢印、６６６ ポート、６６８ 端部表面、６７０ 光センサ、６７２、６７４ 曲線、７００ フィルタアセンブリ、７０２，７０４，７０６，７０８，７１０，７１２，７１４ ストライプ、７２０ 赤の部分、７２２ 黒の部分、７２４ グレーの部分、７２６ 緑の部分、７２８ 青の部分、７３０，７３２，７３４ 曲線、７５０ フィルタアセンブリ、７５２，７５４，７５６，７５８，７６０ フィルタ、７７０，７７２，７７４，７７６，７７８ 曲線、８００ フィルタアセンブリ、８０２ 底部分布ブラッグミラー（ＤＢＲ）、８０４ キャビティ、８０６ 上部ＤＢＲ、８１０、８１２，８１４，８１６，８１８ フィルタ、８２０ フィルタアセンブリ、８２２ 下部ＤＢＲ、８２４ キャビティ、８２６ 上部ＤＢＲ、８３０，８３２，８３４，８３６，８３８ 領域、８６０ フィルタ構成要素、８６４，８６６，８６８ フィルタアセンブリ、８７０、８７２ 壁様の部分、８７４、８７６ 曲線、８８０，８８２ 壁様の部分、８８４、８８６ フィルタ要素、８８８ 正弦波の経路、８９０，８９２ 曲線、８９４ ストライプ、９００，９０２ 壁様の部分、９０４，９０６ フィルタ要素、９０８ 運動デバイス、９１０ 双方向矢印、９１２ 制御回路、９１４，９１６，９１８ 曲線、９１９ ストライプ、９２０ チャネル、９２２，９２４ 検出器、９２６ 光センサ、９２７ 周期的なフィルタ、９２８ 光センサ、９３０ フィルタ、９３２，９３４，９３６ 曲線、９３８ 破線、９４０ フィルタアセンブリ、９４２，９４４，９４６ 曲線、９５０ フィルタ構成、９５２ フィルタサブアセンブリ、９５４ 領域、９７０、９７２，９７４，９８０，９８２，９８４，９８６，９８８ ボックス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体から発出する光の反射および／または透過に関する。フィルタ構成は、例えば、物体が相対的運動を有する場合、時間変化と共にそのような光を透過および／または反射することができる。
【背景技術】
【０００２】
様々な技法が物体から発出する光を使用するために提案されている。例えば、米国特許第７３５８４７６号は、感知構成要素が物体に関する情報を取得するチャネルをもつ流体構造を説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，３５８，４７６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】BASSLER,. SCHMIDT,O.,KIESEL, P.,JOHNSON,N.M., ”Class Identification of Bio-Molecules Based on Multi-Color Native Fluorescence Spectroscopy”, International Journal of High Speed Electronics and Systems (IJHSES), Vol.17, Issue 4, 2007, pp.671-680.
【非特許文献２】BHATTA,H., GOLDYS,E.M., and LEARMONTH,R., “Rapid Identification of Microorganisms by Intrinsic Fluorescence”, Proc. of SPIE, Vol.5699, 2005, pp.9-18.
【非特許文献３】”Flow Cytomery”, printed from www.wellscenter.inpui.edu/MMIA on January 29, 2008, 4pages.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
物体から発出する光を使用するための改善された技法を有するのは有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、例えば、時間変化を得るためにフィルタ構成によって発出光を透過および／または反射する方法および装置を提供する。
【０００７】
例えば、フィルタ構成を使用する方法であって、物体が前記フィルタ構成を通り過ぎる経路に沿って移動し、光子エネルギーの適用範囲内の光を発出する間、前記発出光の少なくともいくらかが前記フィルタ構成を透過／反射し、前記フィルタ構成によって前記発出光の少なくともいくらかを透過／反射する動作は、前記物体が前記経路の２つ以上のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタアセンブリの対応する位置を透過／反射し、前記セグメントの少なくとも２つの間で前記発出光に時間変化が生じるように前記対応する位置の各々が前記範囲内のそれぞれの透過関数を有する、及び、前記物体が前記経路の一連のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタ構成要素を透過／反射し、前記範囲内で、前記フィルタ構成要素が２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組の組合せ透過関数を有し、前記組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、前記第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって前記発出光に時間変化が生じるように前記組が重畳される、のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】時間変化と共に物体から発出する光を透過および／または反射するフィルタ構成を示す図である。
【図２】システムの構成要素を示す図である。
【図３】励起構成を示す図である。
【図４】フィルタ構成を示す図である。
【図５】変位制御構成を示す図である。
【図６】システムを示す図である。
【図７】物体区別ルーチンを示す図である。
【図８】アナライザを示す図である。
【図９】物品を示す図である。
【図１０】物品を示す図である。
【図１１】別の物品を示す図である。
【図１２】フィルタ構成を構成できる方法を示す図である。
【図１３】フィルタ構成を示す図である。
【図１４】フィルタ構成を示す図である。
【図１５】フィルタ構成を示す図である。
【図１６】別のフィルタアセンブリを示す図である。
【図１７】別のフィルタアセンブリを示す図である。
【図１８】別のフィルタアセンブリを示す図である。
【図１９】変位制御構成を示す図である。
【図２０】別の変位制御構成を示す図である。
【図２１】別の変位制御構成を示す図である。
【図２２】符号化構成をもつ流体チャネルを示す図である。
【図２３】図２２の構成要素を示す図である。
【図２４】図２２の別の構成要素を示す図である。
【図２５】１組のグラフを含む図である。
【図２６】１組のグラフを含む図である。
【図２７】２つの単純なフィルタを含むフィルタアセンブリを示す図である。
【図２８】グラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施は、例えば臨床診断学、微生物学などにおけるフローサイトメトリにおいて、移動物体、例えば生体細胞、ウィルス、分子、サブ分子複合体に関する情報を取得する際の問題に対処する。サイトメーターのコストおよびサイズは、現場クリニック、水モニタ、農業／獣医診断、および迅速に配備可能なバイオ脅威検出での使用を妨げる。
【００１０】
いくつかの利用可能なフローサイトメーターは、各々が別個の場所または領域に集束される多数の励起光源を使用する。着色された細胞または多数の染色された細胞を別々に検出し区別するために、ビームスプリッタ、フィルタ、および光電子増倍管（ＰＭＴ）で各領域からの光を分析することができる。細胞は挿入の前に着色され、測定は、細胞が最大毎秒数メートルで横切る検出領域をもつ流体チャネルで行われる。細胞が横切る集束レーザ光は、細胞上の染料を励起する。蛍光は、顕微鏡レンズによって収集され、帯域通過フィルタによって選別され、ＰＭＴまたはアバランシェフォトダイオードによって検出され得る。複数組のフィルタおよび検出器は高価であり、光学アラインメントに敏感な大型デバイスをもたらす。物体は小さい領域を迅速に横切るので、重大な信号対雑音（Ｓ／Ｎ）問題が発生し、例えば数をカウントすることによって物体の特性評価および区別を行う場合より深刻になる。
【００１１】
臨床診断では、試薬は高価であるが、蛍光強度を低減するにもかかわらず、分析物の所要量または分析物体積当たりの消耗品の量を低減することができる。
【００１２】
事前に空間変調された単色励起技法は、黒／白手法であろうと単色干渉パターンであろうと、染料の波長感度および退色の問題に出会うことがある。低い波長感度のために、フィルタ−ＰＭＴの組合せをもつ多くのフローサイトメーターは、実質的に異なる蛍光波長をもつ染料を使用する。
【００１３】
以下の実施では、２つの技法の一方または両方を用いて発出光を透過または反射するフィルタ構成を使用する。フィルタアセンブリは物体の経路の異なるセグメントで異なる透過関数を与え、かつ／またはフィルタ構成要素は単純な非均一透過関数が重畳されている組合せ透過関数の組を有する。そのような技法は、物体の経路の短い部品内に順に透過関数を与え、その結果、発出光は異なる透過関数の全体にわたって比較的一定である。これらの技法により、２値、黒／白マスク、または単色マスクで可能であるものよりも多くのフィルタ構成の変形が可能になる。これらの技法は、より高い空間分解能を維持し、光センサ上のより高い光子束を可能にすることができる。そのようなフィルタからの発出光の時間変化により、粒子のスペクトル特性決定を可能にすることができる。多数の色により、固有の蛍光に基づいた粒子識別が可能になり、例えば、パターン化されたフィルタ構成により、発光スペクトルの差異の検出、おそらく固有の蛍光スペクトル差異の検出さえ可能になり、さらに、フィルタ構成を通り過ぎて移動する間に色スポットの反射スペクトルのわずかな差異を検出することによって印刷用途における高度な色モニタを可能にすることができる。
【００１４】
図１において、物体１０は、フィルタ構成２０を通り過ぎる相対的運動を有する物体１４から１６の一連の動き１２のうちの１つである。
【００１５】
物体１０が構成２０を通り過ぎて移動するとき、光は、例えば、発光、散乱（例えば反射を含む）、または透過によって物体１０から発出し、発出光の一部は矢印２２によって示されるようにフィルタ構成２０によって受け取られる。一般に、発出光は、適用範囲外にあって適用範囲内の光と同じようにフィルタ構成２０と相互作用しないかもしれない光子エネルギーを含むとしても、光子エネルギーの適用範囲内の光を含み、図１におけるような技法は所定の用途、例えばフローサイトメトリ、バイオチップ読み出し、または任意の適切な種類の分析物検出で首尾よく使用できることを意味する。
【００１６】
「物体」という用語は、情報がセンサによって取得され、感知結果中に含まれ得るあらゆる区別可能なもの、例えば、小滴、小容積の流体、単一分子、凝集した分子、分子クラスタ、細胞、ウィルス、バクテリア、非常に長い重合体、サブ分子複合体、マイクロ粒子、ナノ粒子、特定の化学物質または他の分析物を結合し搬送することができるビードまたは他の小さい粒子、エマルジョン、アレイ中の物体、および表面の区別可能領域、例えば有色スポットを含む。
【００１７】
時間的に変動する波形を示す感知結果は「符号化された時間変化」を有する。
【００１８】
「時間的に変動する波形」は時間の次元に対して変化する。「感知された時間的に変動する波形」は時間に対して得られた感知結果によって示される。
【００１９】
物体の運動は、システムのパーツもしくは構成要素またはシステムの環境のパターンもしくは特性、例えば、符号化もしくは感知用の構成要素、励起もしくはフィルタ処理のパターン、または別の環境のパターンもしくは特性に対する任意の運動を含む。
【００２０】
「光学フィルタ」または「フィルタ」という用語は、基準に従って光を透過および／または反射する光透過または光反射パーツもしくは構成要素を指す。光子エネルギーのある適用範囲にわたる「帯域通過フィルタ」は、部分的な範囲内の光を優先的に透過および／または反射する。「阻止フィルタ」は適用範囲中の光を全く透過または反射せず、一方、「透明フィルタ」は適用範囲中の光を全て透過および／または反射する。
【００２１】
フィルタ要素およびフィルタアセンブリは時には「マスク」と呼ばれる。「透過する」および「反射する」という用語は別段の定めがない限り互いを含み、「透過する／反射する」または、「透過／反射」は、反射のない透過、透過のない反射、ならびに共存する透過および反射を包含する。
【００２２】
光はフィルタの「シーケンス」を通過することができ、特定の光がフィルタを順に通過することを意味する。「径方向シーケンス」のフィルタである場合、例えば、発出光は各フィルタを順に通過することができ、第１のもので始まり、前の各フィルタを通過した後、次のフィルタを通過し、径方向シーケンスの前のフィルタによって阻止された光は次のフィルタに達しないことになる。「長手方向シーケンス」のフィルタの場合、セグメントのシーケンスの各々で発出する光は長手方向シーケンスのそれぞれのフィルタを通過する。
【００２３】
他のカテゴリのフィルタには、シャドウマスク、周期マスク、チャープマスク、ランダムマスクなどが含まれる。「ランダム」パターンはフィルタの長手方向シーケンスの全長にわたって非周期的であり、「周期」フィルタアセンブリは、アセンブリの長手方向の長さにわたって２回以上繰り返す少なくとも１つのパターンを有し、「チャープ」パターンは、前述のランダムの定義を満たすが、直線的に変化する時間スケーリングでは、前述の周期の定義を満たすことができる。「シャドウマスク」は帯域通過フィルタではなく強度に基づいたフィルタアセンブリであり、そのフィルタアセンブリは、注目する光子エネルギー範囲内で全てのエネルギーの光を透過／反射するが、フィルタの様々な部分は白黒および／または様々なグレースケールなどの様々な強度で光を透過／反射する。
【００２４】
「白」は、光子エネルギーの実施の全範囲にわたって最大強度に近いスペクトルをもつ光を指し、「黒」は、白とは逆で、すなわち、全範囲にわたって最小の利用可能な強度を指し、理想では光がなく、したがって０の強度である。白におけるような全範囲にわたる最大強度をもたない光は、白と黒との間のグレーレベルのような「グレーレベル」を有することができ、または「色」を、例えば、可視範囲または赤外もしくは紫外範囲の部分的な範囲内の光子エネルギーを主として有することができる。黒でも白でもないスペクトルは「非２値スペクトル」である。
【００２５】
フィルタ構成２０は、複数のフィルタの組合せ又は構成の一方又は両方を含む。フィルタ構成要素３０は、位置３４および３６が異なる透過関数を有するフィルタアセンブリ３２を含み、一方、フィルタ構成要素４０は、２つ以上の異なる非均一透過関数が重畳されている、ボックス４２で示された、組合せ透過関数を有する。透過関数の差異は、発出光の時間変化として情報を符号化する。
【００２６】
「透過関数」は、ある適切な位置または位置の組について、フィルタまたはフィルタアセンブリなどの光透過および／または光反射構成要素の出力光と入力光との関係を示す。透過関数は、例えば、光子エネルギーの範囲にわたるある位置での出力強度と入力強度の比、すなわち透過関数の「透過スペクトル」を示す。透過関数は、例えば、出力強度と入力強度の比を示す「強度比」を含み、ここで、同じ強度比は関連する範囲にわたる全ての光子エネルギーに当てはまり、フィルタの各位置が０または１の強度比のいずれかを有する場合、各位置の透過関数は、黒／白、オン／オフ、１／０などのような１対の２進値の一方とすることができる。
【００２７】
「均一透過関数」では、実質的に全ての位置が近似的に同じ透過関数を有する。「非均一透過関数」は近似的に均一でなく、例として、周期フィルタ、ランダムフィルタ、およびチャープフィルタが含まれる。
【００２８】
２つの位置の透過関数は異なる透過スペクトルを有する、すなわち「色」において異なる場合があり、関連する範囲にわたって同じ形状の透過スペクトルをもつ透過関数は「強度」において異なる、すなわち、異なる強度比を有することができる。要素３４および３６は互いに異なる透過関数を有する。組合せ透過関数を与えるために重畳される単純な透過関数は異なる透過関数を有することができ、組合せ透過関数４２を与えるために重畳された２つの単純な透過関数は非均一であり、互いに異なる。
【００２９】
フィルタの長手方向シーケンスでは、透過関数はシーケンスとして組み合わされる。スタック、フィルタの径方向シーケンス又はフィルタアセンブリでは、透過関数は「重畳する」ことができ、両方の透過関数が構成要素を通過する光に適用され、その結果、単純な透過関数が重畳されている組合せ透過関数が得られることを意味する。１つの透過関数は組合せ透過関数より「単純」である。組合せ透過関数および全ての重畳された透過関数が同じスペクトル形状を有するか、または、重畳された透過関数が関連した形状を有し、特定の位相関係で重畳されたとき細部の均一な損失をもたらす場合を除いて、透過関数は別の透過関数と重畳される。単一のフィルタアセンブリは、「スタック等価」である、すなわち、単純な透過関数をもつフィルタ構成要素のスタックと近似的に等価である組合せ透過関数を有することができる。スタック等価フィルタアセンブリは、時には、順序に関係ない単純なフィルタの組合せと等価であり、すなわち、単純なフィルタを異なる順序とした異なるスタックは等価であり得る。
【００３０】
物体１０がセグメント５０またはセグメント５２内にある場合、発出光のそれぞれの部分は、矢印５４および５６によって示されるようにフィルタアセンブリ３２の位置３４および３６によって透過／反射される。異なる透過関数のために、矢印５８によって示されるように光の時間変化として情報が符号化される。セグメント５０および５２からの光が同じ強度またはスペクトルを有する場合、位置３４および３６からの出力光は強度またはスペクトルに別々に影響を与え、例えば、物体１０がセグメント５０とセグメント５２との間を移動した時間を示すことができる。セグメント５０は物体１０の経路に沿ってセグメント５２より前にあり、その結果、セグメント５０からの光は位置３４の透過関数によって透過／反射され、その後、セグメント５２からの光が位置３６の透過関数によって透過／反射される。
【００３１】
物体１０はセグメント６０および６２を含む一連のセグメントを通過するので、発出光のそれぞれの部分は矢印６４および６６によって示されるように組合せ透過関数４２で透過／反射される。関数４２として重畳された２つの単純な透過関数は非均一であり、互いに異なっているので、さらに矢印６８によって示されるように情報を発出光の時間変化として符号化する。各セグメントからの光が同じ強度またはスペクトルを有する場合、関数４２からの光は両方の単純な非均一透過関数に従って符号化されたものになり、すなわち、両方の単純な透過関数に対応する情報は、発出光の時間変化として同時に符号化されたものになる。
【００３２】
組合せ３０と構成要素４０との間の「および／または」という語は、２つが相互に排他的でなく共に存在できることを示す。単一のフィルタアセンブリは、組合せ３０および構成要素４０で示された両方の方法で情報を発出光の時間変化として符号化することができる。
【００３３】
ボックス７０は、矢印５８および６８によって示されるように、時間変化として符号化された情報をもつ光を光感知し、例えば、アナログまたはデジタルの電気信号の感知結果が得られる。ボックス７２はボックス７０からの感知結果を使用して符号化された情報を示すデータを得る、すなわち「復号化」操作を行う。
【００３４】
フィルタ処理構成２０は、異なる透過関数を有する位置をもつフィルタ構成要素、または重畳された単純で非均一な透過関数もつ組合せ透過関数を有するフィルタアセンブリ、または両方とすることができる。
【００３５】
図２のシステム１００では、移動物体から発出する光はその特性に関する情報を有することができる。符号化構成要素１０２は符号化出力光を供給し、光感知構成要素１０４は応答し、感知結果、例えば処理構成要素１０６に伝達することができる電気信号を与える。構成要素１０６は感知結果を使用して、物体特性に関する情報を示す特性データを得るかつ／または与えることができる。
【００３６】
物体１１０は位置を通る矢印１１２によって示された方向の相対運動を有する。ある位置では、物体１１０は矢印１１４によって示されるように励起を受け取り、例えば染料もしくは別の添付の「タグ」の蛍光からのまたは例えば紫外光または固有の細胞材料の他の励起による固有の蛍光または自己蛍光からの矢印１１６によって示された光を発出することによって応答することができ、化学蛍光、バイオ蛍光、吸収、散乱、または同時励起を必要としない他の現象を使用することができる。
【００３７】
矢印１２０は構成要素１０２からの出力光を表す。ボックス１２２は、出力光に含まれる物体１１０の特性に関する情報を示す。情報は、様々な方法のいずれか、例えば、矢印１２０によって示された符号化出力光を得るために励起のパターニングおよび／または発出光のパターニングによって符号化される。
【００３８】
符号化出力光の一部が構成要素１０４によって感知されて感知結果が得られ、その感知結果に基づいて構成要素１０４は矢印１３０によって示された電気信号を与える。電気信号はボックス１２０からの情報を含むことができ、構成要素１０６は、応答して、物体特性を示すデータを得るかつ／または与えることができる。
【００３９】
図３において、励起構成１５０は、光を発出する物体１５２の経路に沿って存在する。「ｘ 又は ｔ」によって示唆されるように、経路はｘ方向に沿って延びかつ／または時間ｔに沿って生じる。物体１５２の速度または変位速度は変わることがあるが、速度または他の変位速度に関する情報は、例えば、物体の符号化信号などからのトリガ信号を得るトリガ検出技法に基づいてｘ方向の位置と時間ｔとの間の近似的なマッピングを可能にすることができる。
【００４０】
図３は、構成要素１５４「０」および構成要素１５６「（Ｋ−１）」を伴う、Ｋ個の励起構成要素１５４から１５６のシーケンスを示す。励起構成要素は経路の近くのいかなる位置にも位置決めすることができる。２つ以上の励起構成要素が同じ位置にまたはｘ 又は ｔ軸に沿って重なる範囲内にあり、回転方向に変位することができ、例えば構成要素１５８「（０’）」は構成要素１５４から経路の反対側にある。
【００４１】
矢印１６０は構成要素１５４からの励起を、矢印１６２は構成要素１５８からの励起を、および矢印１６４は構成要素１５６からの励起を表す。
【００４２】
励起構成要素１７０「ｋ１」は、矢印１７２および１７４によって示された様々なタイプの励起をもたらす干渉光源１７１を含む。物体１５２が領域１７６を移動する間、矢印１７２によって示された励起が生じ、一方、物体１５２が領域１７８を移動する間、矢印１７４によって示された励起が生じる。領域１７６の励起は領域１７８の励起と異なる光子エネルギースペクトルを有し、すなわち、領域１７６および１７８は励起の「異なる色」を有する。
【００４３】
励起構成要素１８０「ｋ２」は、空間パターン１８６によって示された空間的にパターン化された励起を与えるように構造化された構造化光源１８２を含む。矢印１８４は、領域１８８の励起、すなわちパターン１８６によって表された領域の完全なパターンのうちの１つを表す。
【００４４】
構成要素１５４から１５６の各々は、ライン１９０を通して励起制御回路からの制御信号を受け取ることができる。励起制御回路は、トリガ検知回路に応答し、定常状態でまたは時間的に変動するように励起を生じさせる制御信号を供給することができる。
【００４５】
図４において、フィルタ構成２００が光発出物体２０２の経路に沿って存在する。フィルタ構成２００はフィルタアセンブリの組合せを含む。
【００４６】
図４はアセンブリ２０４「０」およびアセンブリ２０６「（Ｍ−１）」を伴う、Ｍ個のフィルタアセンブリ２０４から２０６を示す。フィルタアセンブリは経路の近くのいかなる位置にも位置決めすることができる。フィルタアセンブリが同じ位置にまたはｘ 又は ｔ軸に沿って重なる範囲内にあり、回転方向に変位することができ、例えばボックス２０８「（０’）」はアセンブリ２０４から経路の反対側にある。
【００４７】
アセンブリ２１０「ｍ１」はフィルタの径方向シーケンスを含み、そこを矢印２１２によって示された光が通過することができ、出力光は矢印２１４によって示される。アセンブリ２１０は、例えばフィルタ２１６および２１８を含む。
【００４８】
フィルタアセンブリ２０４から２０６の全シーケンスは長手方向シーケンスを示す。アセンブリ２２０はフィルタの長手方向シーケンスを含み、そこを矢印２２２によって示された光が通過することができ、出力光は矢印２２４によって示される。アセンブリ２２０は、例えば隣接するフィルタ２２６および２２８を含み、各々は、発出スペクトルに関する情報を与えるために十分に異なる帯域をもつ帯域通過フィルタである。アセンブリ２２０ならびにフィルタ２１６および２１８は空間的にパターン化されたフィルタとすることができる。
【００４９】
矢印２２４によって示された出力光はフィルタ２２６および２２８からの符号化情報を含むことができ、符号化情報は、出力光を光感知し、感知結果を操作することによって回復することができる。フィルタ２２６および２２８ならびに他のフィルタは適切な長さを有し、ｘ 又は ｔ方向においておそらく分解能の損失をもたらすような物体２０２の明瞭な長さより小さく、または、ｘ 又は ｔ方向における物体２０２の明白な長さ以上であるが、物体２０２がアセンブリ２２０を通り過ぎて移動する間特性が変わらない程十分に小さくすることができる。
【００５０】
図４によって示されたフィルタ構成は、流体の実施、または画像を運ぶ走査用の紙のシートまたは他の媒体などの、走査移動のために他の構成要素に対して移動するアレイ中の物体の実施に適用することができる。物体２０２はシート上の有色スポットとすることができ、フィルタ構成は物体２０２から発出する色のわずかな差異に関する情報を得ることができ、物体２０２が位置決めマークに特有の色をもつマークである場合、色は他の色と区別することができ、位置を取得することにより画像感知、印刷などのためのシートの位置決めが可能になる。
【００５１】
図５において、変位制御構成２５０が、移動する光発出物体２５２の経路に沿って存在する。構成２５０は変位制御構成要素の組合せを含む。
【００５２】
図５は、構成要素２５４「０」および構成要素２５６「（Ｎ−１）」を伴う、制御構成要素２５４から２５６を示す。
【００５３】
制御構成要素２６０「ｎ１」は、成形された境界２６２を含み、物体２５２の変位、例えば速度またはその他の変位速度に影響を与えるかまたは制御する形状を有する経路の周りに部分的にまたは完全に延設される。
【００５４】
制御構成要素２７０「ｎ２」は、双方向の矢印２７４によって示されるように、経路のセグメントにおいて境界の横方向運動を引き起こす運動デバイス２７２を含む。デバイス２７２は、ライン２７６を通して制御信号を受け取ることができる。変位制御回路は、定常状態でまたは時間的に変動するようにデバイス２７２を操作することによってトリガ検知回路に応答することができる。
【００５５】
図６は、バス４０４または他の回路を通して構成要素に接続された中央処理装置（ＣＰＵ）４０２をもつシステム４００を示す。
【００５６】
システム４００は外部入出力（Ｉ／Ｏ）構成要素４０６およびメモリ４０８を含み、両方ともバス４０４に接続される。外部Ｉ／Ｏ４０６はシステム４００の外側のデバイスとの通信を可能にする。
【００５７】
ＩＣ Ｉ／Ｏ４１０は、ＩＣとの、例えばＩＣ（０）４１２からＩＣ（Ｐ−１）４１４までの一連のＰ個のＩＣとの通信を可能にする。ＩＣ４１２から４１４は、光センサアレイ４１８をもつＩＣ（ｐ）４１６を含む。デバイスＩ／Ｏ４２０は、例えば、デバイス（０）４２２からデバイス（Ｑ−１）４２４までのＱ個の感知および制御デバイスとの通信を可能にする。デバイス４２２から４２４は、励起および変位制御構成要素と、さらに流体デバイス、例えば、ポンプ、計測電極、スマートゲート、ゲートおよび分岐用デバイス、バルブ、フローセンサまたは圧力センサなどとを含むことができる。
【００５８】
メモリ４０８はプログラムメモリ４３０を含み、指示はソフトウェアまたはハードウェアの他の形態で与えることができる。プログラムメモリ４３０は符号化ルーチン４４０と、検知、読み出し、および組合せルーチン４４２と、物体区別ルーチン４４４とを記憶する。
【００５９】
ルーチン４４０は情報を移動物体から発出する光に符号化する。ＣＰＵ４０２はセンサからの信号を受け取り、どの流体操作が必要か決定し、ポンプ、計測電極、ゲート、およびバルブを活性化して物体と他の構成要素との間の相対的運動を生成することができる。ＣＰＵ４０２は、さらにトリガ検出デバイスからの信号を受け取り、符号化を行うために励起構成要素、運動デバイスなどに制御信号を与えることができる。
【００６０】
ルーチン４４２は事前感知読み出しを行い、物体情報および感知期間を取得し、感知期間およびアナログ調整で感知読み出しを行い、感知結果をデジタル的に調整し、物体に関する数量を記憶し、物体に関する数量を組み合わせて特性データを生成することができる。
【００６１】
ルーチン４４４はルーチン４４２からの各物体の未処理データを使用する。図７において、例えば、ボックス４７０はルーチン４４０および４４２を調整して、未処理データ、例えば光感知された数量を取得することができる。
【００６２】
ボックス４７２はボックス４７０からの未処理データを受け取り、それを使用して物体の特性データを取得する、例えば物体のタイプを示す比較結果を取得する。特性データは、物体がさらなる分析の対象であるかどうかを示すことができる。
【００６３】
ボックス４８０は分岐している。物体が対象のものでない場合、ボックス４８２はスマートゲートを開くか、さもなければ物体を除去する。対象の物体の場合、ボックス４８４はスマートゲートを閉じるか、さもなければさらなる分析のため物体を下流に移送する。
【００６４】
図８において、分析計５００は支持構造体５０２上にある。構造体５０２は、物体５０６が、例えば流体によって搬送される蛇行チャネル５０４を含む。
【００６５】
コールターカウンタ５１０およびミー散乱センサ５１２は粒子サイズ検出器である。
【００６６】
発出光エンコーダ／光センサ５２０は、一般に、励起／変位構成要素５２２、フィルタ構成要素５２４、および光感知構成要素５２６を含む。
【００６７】
構成要素５３０、５３２、および５３４は、第１および第２の蛍光感知構成要素、ならびにラマン散乱感知構成要素を含む。物体のタイプ間の相違に基づいて、バルブ５４０は位置間を切り替えることができ、物体５０６は矢印５４２によって示されるようにある位置で出て行き、矢印５４４によって示されるように別の位置で出て行く。
【００６８】
図９において、物品６００は２つの光透過構成要素を含み、光透過構成要素間の内側領域は２つの主要部分、すなわち流体を含むチャネル部分６０２と、部分６０２を囲む非チャネル部分６０４とを含む。ポート６０８は、部分６０２への流体の流入、および部分６０２からの流体の流出を可能にする。
【００６９】
フィルタアセンブリ６１０は、フィルタ６１２、６１４、６１６、６１８、および６２０を含む帯域通過フィルタの長手方向シーケンスを含む。フィルタ６１２、６１６、および６２０は近似的に同じ帯域を有し、一方、フィルタ６１４および６１８も近似的に同じ帯域を有し、異なる帯域阻止材料６２２が開口を与え、光の散乱および反射を防止することができる。
【００７０】
図１０において、構成要素６３０および６３２は部分６０４の材料によって分離される。構成要素６３０および６３２は、それぞれ約０．３ｍｍおよび１．０ｍｍ以下の厚さをもつ石英、ガラス、またはアクリルを含むことができ、厚さは数ミリメートルから０．１ｍｍ以下になるまでの範囲とすることができる。物体のサイズ、例えば１０μｍの寸法をもつ生体細胞によってそれらの間の最適距離は約２０μｍから５０μｍとすることができる。部分６０４はフォトレジスト材料、例えばＳＵ−８とすることができ、壁が部分６０２を囲むことができ、部分６０４はエポキシ樹脂で充填することができる。
【００７１】
物体６４０は、全反射（ＴＩＲ）の角度に応じて、発光錐内で上向きに光を発出する。フィルタアセンブリ６４２は、構成要素６３０の下部表面上のチャネル部分６０２に面することができ、フィルタアセンブリ６４４は、構成要素６３０の上部表面上の部分６０２の外側とすることができ、またはフィルタアセンブリ６４６は構成要素６３０から離れて、光センサ６４８に隣接することができる。発光錐は光学構成要素６５２によってアセンブリ６４６を通して画像平面６５０上に結像される。
【００７２】
フィルタアセンブリ６４２の発光錐は、アセンブリ６４２の表面によって全反射されない入射光の角度の範囲を含む。同様に、フィルタアセンブリ６４４の発光錐は、発出光が構成要素６３０とアセンブリ６４４との間の表面で全反射を受けない角度の範囲によって決定される。フィルタアセンブリ６４６の発光錐はフィルタアセンブリ６４４のものと同様であるが、光学要素６５２の効果によりフィルタアセンブリ６４６上でより小さい区域を占めることができる。
【００７３】
部分６０２は水（ｎ＝１．３３）を含むことができ、物体６４０は直径ｄ＝７μｍを有し、例えばＴリンパ球である。部分６０２は３０μｍの高さを有することができ、すなわち、アセンブリ６４２からの物体の距離は近似的にｈ＝１５μｍである。構成要素６３０は、空気（ｎ＝１）によって囲まれるアクリル（ｎ＝１．４８）とすることができる。アセンブリ６４２がない場合、部分６０２からの回避角度は４８．７５°になるはずである。構成要素６３０の上部表面のＴＩＲ角度は４２．５１°とすることができる。水−アクリル界面での物体６４０により照明される直径はＤ＝ｄ＋２×ｈ×ｔａｎ（α（回避））＝４１．２μｍとすることができ、ここで、１７．１μｍがＴＩＲなしで構成要素６３０を通る最大発光錐半径である。物体６４０界面を検出するパターンの「最小フィーチャサイズ」（「ＭＦＳ」）はＤ、すなわち約４０μｍとなるであろう。
【００７４】
光センサ６４８が発光錐をより小さくする開口数を有する場合、または光がα（ＴＩＲ）よりわずかに高い角度で構成要素６３０を出る場合、ＭＦＳはわずかに小さくなることができる。しかし、ＭＦＳは、小さすぎる場合、アセンブリ６４２のフィーチャの両側の周りの発光錐からの光を可能にし、その結果、時間的に変動する信号は物体の変位を不正確に示すことがある。同様のＭＦＳの考察がアセンブリ６４４および６４６に当てはまるであろう。１０μｍの生体細胞では、典型的なＭＦＳは１０〜２０μｍであろう。フィルタアセンブリ幅はチャネル幅に依存することになり、例えば、アセンブリ６４２は１００μｍ×１．０ｍｍとすることができる。較正は既知の蛍光スペクトルをもつ小さいビードを使用して、測定値を調整するための較正値を得て、既知の強度を得ることができる。
【００７５】
図１１において、構成要素６３０は、構成要素６３０および６３２に対して約４５°で傾斜した表面６６０を有する。矢印６６２によって示されたように表面６６０にほぼ垂直な入射励起光は、矢印６６４によって示されたようにチャネル部分６０２を通る光と結合することができる。励起光は、例えば、２６６ｎｍとすることができる。
【００７６】
部分６０２は右側で開放され、ポート６６６を設けることができ、または端部表面６６８で終了する代わりに、表面６６８に関して対称的に延びることができる。
【００７７】
図１１において、アセンブリ６１０内のフィルタは重なり合わないが隣接し、例えば、構成要素６３０の凹部に統合されるか、または同じ厚さのシャドウもしくは透明材料で囲まれる。フィルタは様々な材料を印刷することによって製作することができ、シャドウまたは透明材料をフィルタの周りに印刷することができる。
【００７８】
図１１のグラフは、それぞれ色「Ａ」および「Ｂ」の発出光に応じた強度を示す。フィルタ６１２、６１６、および６２０は色「Ａ」を通過させ、フィルタ６１４および６１８は色「Ｂ」を通過させる。
【００７９】
曲線６７２は、物体６４０が色「Ａ」を発出する場合の強度を示す。曲線６７２はフィルタ６１２、６１６、および６２０に沿って高いが、フィルタ６１４および６１８に沿って低い。
【００８０】
曲線６７４は、物体６４０が色「Ｂ」を発出する場合の強度を示す。曲線６７４はフィルタ６１４および６１８に沿って高く、他の所では低い。
【００８１】
フィルタ６１２、６１６、および６２０は赤を通過させ、フィルタ６１４および６１８は緑を通過させ、各物体は赤または緑のいずれかの蛍光を発することができる。
【００８２】
光センサ６７０からの信号は、物体のタイプ、例えば色「Ａ」を発出する物体と色「Ｂ」を発出する物体を区別することができる。
【００８３】
図１２において、フィルタアセンブリは光センサ６４８の感光性表面上にあり、それは、例えば、帯域通過フィルタの長手方向シーケンスにフィルタ６１２、６１４、６１６、６１８、および６２０ならびに阻止材料６２２を印刷するか、さもなければ堆積およびパターニングすることによって製作される。左側では、光センサ６４８は、図１０のフィルタアセンブリ６４２と同様に、非常に小さいＭＦＳを可能にするチャネル部分６０２の一方の側でもある。右側では、光センサ６４８は、チャネル部分６０２の外側にあり、図１０のフィルタアセンブリ６４４と同様に構成要素６３０の外面の直上ではなく高さｇの小さい間隙だけ構成要素６３０の外面から隔てられており、その結果、より大きいＭＦＳが必要である。スペーサまたは他の適切な支持構成要素によって保持された、構成要素６３０と光センサ６４８との間の間隙は十分に大きいので、光センサ６４８はチャネル部分６０２内の反共振導波と干渉しない。
【００８４】
吸収フィルタは、３つ以上のそれぞれの色をもつ３つ以上のタイプのフィルタを有することができるか、または反射フィルタと結合することができる。
【００８５】
図１３のフィルタアセンブリ７００では、各ストライプがフィルタ基準を有する。ストライプ７０２は赤を通過させ、ストライプ７０４は閉じられ、透過がなく、ストライプ７０６は開かれ、完全な透過であり、ストライプ７０８はグレーであり、中間の強度で範囲の端から端まで全ての光子エネルギーを通過させ、ストライプ７１０は緑を通過させ、ストライプ７１２は、青と緑の共通部分を通過させ、ストライプ７１４は青を通過させる。ストライプの幅は不揃いである。
【００８６】
図１４において、アセンブリ７００は、パターン化された光吸収材料を使用して、例えば、層を印刷するかまたは堆積およびパターニングすることによって製作されたフィルタを含む。
【００８７】
アセンブリ７００は赤の部分７２０、部分７２０に重なっている黒の部分７２２、グレーの部分７２４、緑の部分７２６、および部分７２６に重なっている青の部分７２８を含む。重なりでは、２つのフィルタが交差し、部分７２０と７２２の共通部分は閉じられ、一方、部分７２６と７２８の共通部分は緑と青の共通部分を通過させる。
【００８８】
３つのグラフは、例えば大面積光センサからの３つの予想される強度信号、すなわち、赤の蛍光の曲線７３０、緑の蛍光の曲線７３２、ならびに赤および緑の蛍光の両方でタグ付けされた物体の曲線７３４を示す。赤、緑、および青だけでなく、区別可能な時間的に変動する信号をもたらす組合せも区別することが可能である。
【００８９】
区別された粒子の数は、例えば主成分分析で、様々な色の光感知セルのアレイの要素または個別の光センサの数よりも非常に大きくなることがある。物体は、環境もしくは背景と、または他のタイプの物体と区別することができる。
【００９０】
様々な帯域をもつ、干渉に基づいたフィルタを使用することができる。
【００９１】
図１５のフィルタアセンブリ７５０では、透明材料の薄い層がファブリーペロー振動を生成し、高い厚さ依存の指標コントラストが得られる。フィルタ７５２、７５４、７５６、７５８、および７６０の各々は実質的に一定の厚さを有するが、フィルタ７５２、７５６、および７６０の厚さはフィルタ７５４および７５８の厚さよりも大きく、例えば、堆積された層をエッチングするかまたは非固体層をインプリントすることによって製作される。
【００９２】
グラフは透過光の強度−エネルギー関数を示し、フィルタ７５２、７５６、および７６０がほぼ同じ厚さを有するので、曲線７７０、７７２および、７７４は同様であり、フィルタ７５４および７５８の厚さが同じであるので、曲線７７８および７７６は同様である。アセンブリ７５０を通過する光発出物体は、強度−エネルギー関数の変化によって時間的に変動する信号を生成する。発出光の関連する部分を検出することができる。アセンブリ７５０はチャネルの１つのカバースライド上に存在することができ、２つの光センサはチャネルの各側に１つある。
【００９３】
図１６および１７では、ファブリーペロー干渉に基づいた帯域通過フィルタは、ｘ方向で変化するフィルタキャビティの光学厚さを有する。領域は、帯域通過ファブリーペローフィルタとして動作し、周期パターンまたは他の適切なパターンにおいて、異なる光子エネルギーに透過ピークがあり、例えば、ある組は約８２２ｎｍに透過ピークがあり、別の組は約８３３ｎｍに透過ピークがある。
【００９４】
図１６のフィルタアセンブリ８００は、均質の底部分布ブラッグミラー（ＤＢＲ）８０２と、キャビティ８０４と、上部ＤＢＲ８０６とを含む。キャビティ８０４の光学厚さは２つの厚さの間で変化することによって変更され、すなわち、フィルタ８１０、８１２、および８１４はより大きな厚さを有するが、一方、フィルタ８１６および８１８はより小さい厚さを有し、より短い波長を透過する。キャビティ８０４の厚さの変化は、例えば、層が堆積された後およびＤＢＲ８０６が堆積される前に層をエッチングすることによって、またはキャビティ８０４の成長中ハーフトーンマスクを使用することによって生成することができる。
【００９５】
図１７のフィルタアセンブリ８２０は、下部ＤＢＲ８２２、キャビティ８２４、および上部ＤＢＲ８２６を含み、各々はほぼ均一な厚さをもつが、キャビティ８２４はｘ方向で変化する光学厚さを有する。領域８３０、８３２、および８３４は、異なる屈折率のために領域８３６および８３８と異なる光子エネルギーを透過する。注入もしくはイオン拡散、注入により引き起こされる多量子井戸構造の混合、または紫外光により引き起こされる屈折率の変化により、屈折率を変更できる。
【００９６】
図１８において、フィルタ構成要素８６０は透明材料のくさび形層またはファブリーペローフィルタを含み、その上部表面にフィルタアセンブリ８６４、８６６、および８６８が形成される。各フィルタアセンブリの時間的に変動する効果に加えて、追加のスペクトル情報が符号化発出光に含まれる。
【００９７】
対照的に、図１９〜２１は、層流が非均一な変位を生成できるか、または他の方法で変更され得る例を示す。
【００９８】
図１９において、壁様の部分８７０および８７２は、それらの間で直線的に減少する距離を有する。物体６４０は、フィルタ要素６１２、６１４、６１６、６１８、および６２０をもつ２色フィルタアセンブリ６１０に沿って通過するとき、周期速度が曲線８７４によって示されるように直線的に増加する。結果として生じる時間的に変動する信号はチャープ化され、すなわち、周期が直線的に減少する。曲線８７６は結果として生じるチャープ信号を示し、それは、強度Ｉ（Ａ）と強度Ｉ（Ｂ）との間で変化し、各連続する領域の期間は前の領域よりも短い。移行時間の直線的な減少は曲線８７６では誇張されている。
【００９９】
一般に、チャネルの形状は、フィルタ要素のシーケンスを通り過ぎた所で、周期、チャープ、またはランダムなどの確定された方法で物体の流れを誘導することができる。十分に確定されたフィルタアセンブリでより急激または迅速な信号移行を得るために、壁を形成するかまたは移動することができ、帯電した物体は電場変動などによって誘導し直すことができる。
【０１００】
図２０において、壁様の部分８８０および８８２は平行であるが、正弦波のように形成され、その結果、正弦波の流れパターンがもたらされる。フィルタ要素８８４および８８６は、異なる色「Ａ」および「Ｂ」の均質のものである。物体６４０は正弦波の経路８８８に従うので、それは、要素８８４と要素８８６との間を、それらの間の小さい間隙を通って移動する。曲線８９０および８９２は経路８８８に沿って移動する物体からの時間的に変動する信号を示し、曲線８９０はＡと同様であるがＢと異なるスペクトルをもつ物体に対するものであり、曲線８９２はＢと同様であるがＡと異なるスペクトルをもつ物体に対するものである。経路８８８がストライプ８９４を横断している間、各曲線はほぼ０になる。
【０１０１】
図２１において、２つの壁様の部分９００および９０２は直線で平行であり、それらの間にフィルタ要素９０４および９０６がある。運動デバイス９０８は、双方向矢印９１０によって示されるように、物体６４０とストライプ様要素９０４および９０６との間に相対運動を生成する。制御回路９１２は任意の適切なパターンで制御し、任意の時間的に変動する信号をもたらす。代わりに、要素９０４および９０６が移動することができ、すなわち壁９００および９０２と他方の要素９０４および９０６との間の相対的運動の任意の組合せを生成することができる。運動デバイス９０８はトリガ信号に応じて変動を生成することができる。
【０１０２】
曲線９１４は、要素９０４「バンドＡ」と要素９０６「バンドＢ」との間の物体６４０の移動を示す。物体６４０は各領域で時間の異なる長さ、例えばランダム量の時間を過ごし、その結果、ランダムな励振パターンがもたらされる。曲線９１６および９１８は時間的に変動する信号を示し、一方は曲線９１６によって示された色Ａにより類似するスペクトルを有し、他方は曲線９１８によって示された色Ｂに類似するスペクトルを有する。要素９０４と要素９０６との間で、物体は阻止材料のストライプ９１９を通過し、発出光は短い間中断される。
【０１０３】
図２２〜２４において、フィルタアセンブリはチャネル９２０の両側にある。検出器９２２は、チャネル９２０の手前側に１つのフィルタアセンブリを含み、検出器９２４は、向こう側に別のものを含む。図２３および２４において、検出器９２２はｙ方向に周期性をもつ周期フィルタアセンブリを含み、検出器９２４はｘ方向に長手方向シーケンスをもつランダムな２色フィルタアセンブリを含む。検出器９２２からの感知結果はｙ方向で変調され、検出器９２４からの感知結果はｘ方向で変調される。
【０１０４】
検出器９２２は、光センサ９２６の感光性表面に、ｙ方向に周期的なフィルタ９２７、例えば、赤色帯域通過フィルタまたは任意の他のタイプを含むことができる。検出器９２４は、光センサ９２８の感光性表面に、フィルタアセンブリ６１０を含むことができる。
【０１０５】
別のタイプのテンプレート層がチャネル９２０の一方の側にあり、所望の信号を与え、周期マスク層が他方の側で周期信号を与えることができ、周期信号を絶えず分析して物体の変位を取得し、それを使用してテンプレート信号との相関のために適切な時間スケールを決定することができ、または、チャネル９２０の一方の側で蛍光からの発出光を光感知し、他方の側で散乱による発出光を光感知することができる。
【０１０６】
組合せフィルタアセンブリからの時間的に変動する信号は、例えば、テンプレート層および周期層を含むフィルタの径方向シーケンスまたは「スタック」からの２つの異なる空間的に変化するパターンを有することができる。
【０１０７】
図２５および２６において、単一のフィルタアセンブリ中の反射グレースケールフィルタはフィルタの径方向シーケンスまたはスタックと等価である。フィルタ層の厚さのデフィニションはソフトウェアを使用して重ねることができ、付加することができ、その結果、例えば０、０．５、および１の厚さになり、層は、同じ方向に、または異なる方向に、例えば垂直に変動を有することができ、または、フィルタの光学フィーチャのデフィニションを重ねて所望の等価物の光学フィーチャのデフィニションを得ることができ、それは、各領域が光学厚さまたは他の特性を有するレイアウトタイプの記述に変換することができる。
【０１０８】
一般に、フィルタの重畳は交換可能であり、すなわち、結果として生じる透過または反射関数は、フィルタが重畳されている順序にかかわらず同じである。例えば、フィルタフィーチャのアライメントまたは他の関係がフィルタの順序に応じて様々な情報の損失をもたらす場合、例外が生じることがある。
【０１０９】
等価フィルタのデフィニションに近い等価フィルタを構成するために、高反射材料がフィルタアセンブリ全体の上に堆積され、厚さ０または０．５をもつ領域に部分的にエッチング除去され、その後、残りの反射材料を０の厚さをもつ領域にエッチング除去することができる。部分エッチングが信頼性の低い場合、厚さ０．５の最初のパターン化層を生成し、次にエッチングなしでパターン化される厚さ０．５の第２のパターン層を生成することができる。同様の技法により、透過／反射を変化させるＤＢＲおよび／または厚さおよび屈折率変化の適切な組合せから光学厚さを変化させるキャビティをもつ構造を生成することができる。
【０１１０】
図２５のフィルタ９３０は、重畳されたランダムフィルタと周期フィルタの組合せと等価である。曲線９３２はランダムフィルタを示し、曲線９３４は周期フィルタを示す。曲線９３６は、変位および位置情報の両方を発出光に符号化することができる透過関数を示し、時間スケーリングは情報を抽出することができる。
【０１１１】
厚さレベルの振幅を例えば０、０．２、および０．４までスケーリングすることによって全光出力を変更することができ、それによってより大きい光透過が可能になることを破線９３８は示唆する。
【０１１２】
図２６のフィルタアセンブリ９４０は、曲線９４２によって示されたチャープフィルタと曲線９４４によって示された周期フィルタの組合せと等価であり、それは、異なる速度にもかかわらず変位および位置の情報のより効率的な抽出を可能にできる。曲線９４６は透過関数を示し、それは情報抽出を可能にする。
【０１１３】
図２７において、長手方向フィルタシーケンス、例えばランダム帯域通過フィルタ構成は、反射グレースケールフィルタ構成、例えば周期グレースケールフィルタと組み合わされる。フィルタ構成９５０は、長手方向シーケンスをもつフィルタサブアセンブリ９５２を含む。その上部表面に、各々が中間の透過レベルを有する領域９５４をもつ周期フィルタサブアセンブリがある。フィルタアセンブリ９５０は異なる色に対して区別可能な時間的に変動する信号を与え、時間スケーリングを可能にする。
【０１１４】
図２８は、例えば、タイプ、位置、またはスペクトル差を抽出し、物体を区別する方法を示す。
【０１１５】
ボックス９７０は符号化された時間的に変動する信号を、例えば、光センサ構成から取得する。
【０１１６】
ボックス９７２は、ボックス９７０からの信号、例えば、２つの符号化された信号、または１つの符号化された信号と各々を相関させるか、さもなければ比較する。
【０１１７】
ボックス９７４において、上の曲線はアライメントｔｐで類似の波形を相関することに由来し、下の曲線は、波形がアライメントｔｐ’で非相関される、すなわち相違する場合に生じる。上方のピークは振幅Ａを有し、逆のピークは同様の振幅を有する。
【０１１８】
ボックス９８０は、ボックス９７２からの各結果の時間微分ｄ／ｄｔを取得し、相関される場合、正のピークとそれに続く負のピークをもち、ｔｐでゼロを横切り、コントラストまたは差異の量が振幅Ａであるボックス９８２におけるような曲線を取得し、非相関される場合、負のピークとそれに続く正のピークをもち、ｔｐ’でゼロを横切り、コントラストまたは差異の量がボックス９７４の逆転されたピーク振幅の振幅Ａ’であるボックス９８４の曲線を取得する。
【０１１９】
ボックス９８６はボックス９８０からの微分を使用して、例えば、相関、非相関、またはどちらでもないかに基づいてタイプを、ゼロを横切る時間に基づいて位置を、相関および非相関からの正ピークと負のピークとの間の振幅またはコントラストに基づいて発光、吸収または散乱スペクトルの差を抽出する。次に、ボックス９８８はボックス９８６からの情報を使用して、物体を区別することができる。
【０１２０】
相関は、一般に、交流電源周波数などの雑音に敏感でない。
【０１２１】
この技法の成功した実証には全血中のＣＤ４をカウントすることが含まれ、単一のタグ検出が可能であった。
【０１２２】
シミュレーション結果は、１．０μｍ未満の空間分解能が可能であり、単一の蛍光マーカーを検出できることを示している。
【符号の説明】
【０１２３】
１０ 物体、１２ 一続きの物体、１４，１６ 物体、２０ フィルタ構成、２２ 矢印、３０ フィルタ構成要素、３２ フィルタアセンブリ、３４，３６ 位置、４０ フィルタ構成要素、４２ ボックス、５０，５２ セグメント、５４，５６，５８ 矢印、６０、６２ セグメント、６４，６６，６８ 矢印、７０，７２ ボックス、１００ システム、１０２ 符号化構成要素、１０４ 光感知構成要素、１０６ 処理構成要素、１１０ 物体、１１２，１１４，１１６，１２０ 矢印、１２２ ボックス、１３０ 矢印、１５０ 励起構成、１５２ 物体、１５４，１５６ 構成要素、１６０，１６２，１６４ 矢印、１７０ 励起構成要素、１７１ 干渉光源、１７２，１７４ 矢印、１７６，１７８ 領域、１８０ 励起構成要素、１８２ 構造化光源、１８４ 矢印、１８６ 空間パターン、１８８ 領域、１９０ ライン、２００ フィルタ構成、２０２ 光発出物体、２０４，２０６ フィルタアセンブリ、２０８ ボックス、２１０ アセンブリ、２１２、２１４ 矢印、２１６，２１８ フィルタ、２２０ アセンブリ、２２２，２２４ 矢印、２２６，２２８ フィルタ、２５０ 変位制御構成、２５２ 光発出物体、２５４、２５６ 構成要素、２６０ 制御構成要素、２６２ 境界、２７０ 制御構成要素、２７２ 運動デバイス、２７４ 矢印、２７６ ライン、４００ システム、４０２ 中央処理装置、４０４ バス、４０６ 外部入出力（Ｉ／Ｏ）構成要素、４０８ メモリ、４１０ ＩＣ Ｉ／Ｏ、４１２，４１４ ＩＣ、４１６ ＩＣ（ｐ）、４１８ 光センサアレイ、４２０ デバイスＩ／Ｏ、４２２ デバイス（０）、４２４ デバイス（Ｑ−１）、４３０ プログラムメモリ、４４０ 符号化ルーチン、４４２ 組合せルーチン、４４４ 物体区別ルーチン、４７０，４７２，４８０，４８２，４８４ ボックス、５００ 分析計、５０２ 支持構造体、５０４ 蛇行チャネル、５０６ 物体、５１０ コールターカウンタ、５１２ ミー散乱センサ、５２０ 発出光エンコーダ／光センサ、５２２ 励起／変位構成要素、５２４ フィルタ構成要素、５２６ 光感知構成要、５３０、５３２、５３４ 構成要素、５４０ バルブ、５４２，５４４ 矢印、６００ 物品、６０２ チャネル部分、６０４ 非チャネル部分、６０８ ポート、６１０ フィルタアセンブリ、６１２，６１４，６１６，６１８，６２０ フィルタ、６２２ 帯域阻止材料、６３０，６３２ 構成要素、６４０ 物体、６４２，６４４，６４６ フィルタアセンブリ、６４８ 光センサ、６５０ 画像平面、６５２ 光学構成要素、６６０ 傾斜した表面、６６２、６６４ 矢印、６６６ ポート、６６８ 端部表面、６７０ 光センサ、６７２、６７４ 曲線、７００ フィルタアセンブリ、７０２，７０４，７０６，７０８，７１０，７１２，７１４ ストライプ、７２０ 赤の部分、７２２ 黒の部分、７２４ グレーの部分、７２６ 緑の部分、７２８ 青の部分、７３０，７３２，７３４ 曲線、７５０ フィルタアセンブリ、７５２，７５４，７５６，７５８，７６０ フィルタ、７７０，７７２，７７４，７７６，７７８ 曲線、８００ フィルタアセンブリ、８０２ 底部分布ブラッグミラー（ＤＢＲ）、８０４ キャビティ、８０６ 上部ＤＢＲ、８１０、８１２，８１４，８１６，８１８ フィルタ、８２０ フィルタアセンブリ、８２２ 下部ＤＢＲ、８２４ キャビティ、８２６ 上部ＤＢＲ、８３０，８３２，８３４，８３６，８３８ 領域、８６０ フィルタ構成要素、８６４，８６６，８６８ フィルタアセンブリ、８７０、８７２ 壁様の部分、８７４、８７６ 曲線、８８０，８８２ 壁様の部分、８８４、８８６ フィルタ要素、８８８ 正弦波の経路、８９０，８９２ 曲線、８９４ ストライプ、９００，９０２ 壁様の部分、９０４，９０６ フィルタ要素、９０８ 運動デバイス、９１０ 双方向矢印、９１２ 制御回路、９１４，９１６，９１８ 曲線、９１９ ストライプ、９２０ チャネル、９２２，９２４ 検出器、９２６ 光センサ、９２７ 周期的なフィルタ、９２８ 光センサ、９３０ フィルタ、９３２，９３４，９３６ 曲線、９３８ 破線、９４０ フィルタアセンブリ、９４２，９４４，９４６ 曲線、９５０ フィルタ構成、９５２ フィルタサブアセンブリ、９５４ 領域、９７０、９７２，９７４，９８０，９８２，９８４，９８６，９８８ ボックス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタ構成を使用する方法であって、
物体が前記フィルタ構成を通り過ぎる経路に沿って移動し、光子エネルギーの適用範囲内の光を発出する間、前記発出光の少なくともいくらかが前記フィルタ構成を透過／反射し、
前記フィルタ構成によって前記発出光の少なくともいくらかを透過／反射する動作は、
前記物体が前記経路の２つ以上のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタアセンブリの対応する位置を透過／反射し、前記セグメントの少なくとも２つの間で前記発出光に時間変化が生じるように前記対応する位置の各々が前記範囲内のそれぞれの透過関数を有する、
及び、
前記物体が前記経路の一連のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタ構成要素を透過／反射し、前記範囲内で、前記フィルタ構成要素が２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組の組合せ透過関数を有し、前記組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、前記第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって前記発出光に時間変化が生じるように前記組が重畳される、
のうちの少なくとも一方を
含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
物体が装置の動作中にそれぞれの経路に沿って移動することができるチャネルを含む流体構造と、
前記チャネル中の物体から発出する光を受け取ることができるフィルタ構成を含む符号化構成要素であって、光子エネルギーの適用範囲内にあり、前記チャネルを通って移動する物体から発出し、前記フィルタ構成を通り過ぎる入力光に応じて、前記フィルタ構成が出力光を与え、
前記フィルタ構成が、
各々が前記範囲内でそれぞれの透過関数を有する位置の組を含むフィルタアセンブリであって、前記組の各位置が物体から発出する光を受け取るように前記物体の経路のセグメントのシーケンスが少なくとも２つのセグメントを含み、前記各位置の少なくとも２つの透過関数が互いに十分に異なるので、前記物体が前記セグメントのシーケンスを通って移動する間に時間変化が出力光に生じるものである、
及び、
物体の経路のセグメントから入力光を受け取り、前記範囲内で、２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組合せ透過関数の組を有するフィルタ構成要素であって、前記組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、前記物体が前記セグメントを通って移動する間に、前記第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって前記出力光に時間変化が生じるように前記組が重畳されるフィルタ構成要素と
のうちの少なくとも一方を含む符号化構成要素を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
光センサを使用する方法であって、
前記光センサを通り過ぎる経路に沿って光発出物体が移動する間、感知結果を得るために前記物体の発出光を光感知するステップと、
前記物体に関する情報を得るために前記感知結果を使用するステップと、
を含み、
前記発出光が前記物体の発光スペクトルに関するスペクトル情報を示す時間変化を有し、前記感知結果が１つ以上の感知された時間的に変動する波形を示し、
前記感知結果を使用する動作が、
比較結果を得るために時間的に変動する波形の組において比較操作を行うステップであって、前記組のうちの少なくとも１つが感知された時間的に変動する波形であるステップと
前記物体に関する前記スペクトル情報を示すデータを得るために前記比較結果を使用するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
フィルタ構成を使用する方法であって、
物体が前記フィルタ構成を通り過ぎる経路に沿って移動し、光子エネルギーの適用範囲内の光を発出する間、前記発出光の少なくともいくらかが前記フィルタ構成を透過／反射し、
前記フィルタ構成によって前記発出光の少なくともいくらかを透過／反射する動作は、
前記物体が前記経路の２つ以上のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタアセンブリの対応する位置を透過／反射し、前記セグメントの少なくとも２つの間で前記発出光に時間変化が生じるように前記対応する位置の各々が前記範囲内のそれぞれの透過関数を有する、
及び、
前記物体が前記経路の一連のセグメントの各々の中にある間、前記発出光の各部分が前記フィルタ構成内のフィルタ構成要素を透過／反射し、前記範囲内で、前記フィルタ構成要素が２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組の組合せ透過関数を有し、前記組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、前記第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって前記発出光に時間変化が生じるように前記組が重畳される、
のうちの少なくとも一方を
含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
物体が装置の動作中にそれぞれの経路に沿って移動することができるチャネルを含む流体構造と、
前記チャネル中の物体から発出する光を受け取ることができるフィルタ構成を含む符号化構成要素であって、光子エネルギーの適用範囲内にあり、前記チャネルを通って移動する物体から発出し、前記フィルタ構成を通り過ぎる入力光に応じて、前記フィルタ構成が出力光を与え、
前記フィルタ構成が、
各々が前記範囲内でそれぞれの透過関数を有する位置の組を含むフィルタアセンブリであって、前記組の各位置が物体から発出する光を受け取るように前記物体の経路のセグメントのシーケンスが少なくとも２つのセグメントを含み、前記各位置の少なくとも２つの透過関数が互いに十分に異なるので、前記物体が前記セグメントのシーケンスを通って移動する間に時間変化が出力光に生じるものである、
及び、
物体の経路のセグメントから入力光を受け取り、前記範囲内で、２つ以上の単純な透過関数が重畳されている組合せ透過関数の組を有するフィルタ構成要素であって、前記組が第１および第２の単純な非均一透過関数を含み、前記物体が前記セグメントを通って移動する間に、前記第１および第２の単純な非均一透過関数の重畳によって前記出力光に時間変化が生じるように前記組が重畳されるフィルタ構成要素と
のうちの少なくとも一方を含む符号化構成要素を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
光センサを使用する方法であって、
前記光センサを通り過ぎる経路に沿って光発出物体が移動する間、感知結果を得るために前記物体の発出光を光感知するステップと、
前記物体に関する情報を得るために前記感知結果を使用するステップと、
を含み、
前記発出光が前記物体の発光スペクトルに関するスペクトル情報を示す時間変化を有し、前記感知結果が１つ以上の感知された時間的に変動する波形を示し、
前記感知結果を使用する動作が、
比較結果を得るために時間的に変動する波形の組において比較操作を行うステップであって、前記組のうちの少なくとも１つが感知された時間的に変動する波形であるステップと
前記物体に関する前記スペクトル情報を示すデータを得るために前記比較結果を使用するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２００９−１８０７２７（Ｐ２００９−１８０７２７Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９１３１（Ｐ２００９−１９１３１）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（５０２０９６５４３）パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド (393)
【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（５０２０９６５４３）パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド (393)
【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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