JP5541764B2 - 物体検出に応答して情報を取得する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体検出に応答して、例えば符号化された検知結果または時変波形を示すデータを得ることによる情報の取得に関する。

物体検出に応答して情報を得る様々な技法があり、例えば米国特許第７，３５８，４７６号は、チャンネルを有し、このチャンネルに沿って検知要素がチャンネル内の物体に関する情報を得る流体構造を説明している。

物体検出に応答して情報を得るための改善された技法を得ることは有利であろう。

米国特許第７，３５８，４７６号明細書

本発明は、例えば、物体に応答して、符号化された検知結果および／またはデータを取得するかまたはもたらすシステム、方法および装置を提供する。

本発明に係る装置は、集積回路（ＩＣ）上の光検知セルの配列であって、前記配列は、光検知セルの第１および第２の組を含み、前記第１の組は、物体が前記第１の組に関連した検出領域内にあるとき１組の識別可能な物体の各々からの放射光を光検知し、前記第２の組は、前記第２の組に関連した符号化／検知領域内の物体からの放射光を光検知する、配列と、前記識別可能な物体のサブセットの、前記検出領域内への相対運動、前記検出領域から前記符号化／検知領域内への相対運動、および前記符号化／検知領域内の相対運動をもたらす相対運動要素と、前記第１および第２の光検知セルの組からの光検知された量を読み出し、前記検出領域内の前記物体の前記サブセットのうち１つから放射する光を示す前記第１の組からの光検知された量に応じて、前記第２の組からの光検知された量からデータを得る回路要素であって、前記データが、前記符号化／検知領域内の前記物体の相対運動から生じる情報を有する少なくとも１つの時変波形を示す、回路要素と、を備える。

システムを示す図である。 システムの機構を示す図である。 上流の回路および下流の回路を示す図である。 上流の回路および下流の回路を示す図である。 上流の回路および下流の回路を示す図である。 システムを示す図である。 検知結果のルーチンを示す図である。 アナライザを示す図である。 システムを示す図である。 システムを示す図である。 システムを示す図である。 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のフィルタ要素を示す図である。 インピーダンスベースのエンコーダ／センサを示す図である。 検知結果のルーチンを示す図である。 時間処理された検知結果の取得を示す図である。 読出し動作を示す図である。 システムを示す図である。 システムを示す図である。 システムを示す図である。

用語「検知（sensing）」は、物理的刺激から情報を得ることの最も一般的な意味で本明細書に用いられ、したがって、検知は、検出、測定などの作用を含む。「センサ」は、検知を実行するデバイスである。

本明細書のセンサは、文脈によって示されるかまたは必要とされない限り、電気信号の形をした検知結果をもたらす。用語「電気信号」は、ある位置または領域から別のところへ、電気、電子、電磁気、および／または磁気の形式で情報を伝達するあらゆる信号を包含する。

「エンコーダ／センサ」または「符号化／検知要素」または、「符号化／検知装置」は、センサであるが「符号化された検知結果」をもたらすものであって、すなわち、検知結果を示すデータまたは信号が符号化情報も示すように、検知結果の中の情報も符号化する。

実装形態は、エンコーダ／センサを操作する際の問題（例えば「パターン化環境」内での物体の相対運動によって符号化が起きること、および検知によって時変の検知結果が取得されること）に対処する。「パターン化環境」は、その環境内で物体が相対運動をしている間、比較的安定したパターンを有し、パターンは、例えば励起、変位、放射光のマスキングまたはフィルタリング、インピーダンスベースの検知、放射光の光検知などの中にあり得る。

相対運動はパターン化環境内で符号化することができるが、環境に関連した各物体の位置、環境へ入るタイミング、速度または環境に関連した他の変位、サイズまたは質量などについてパターンを調整することができないという、安定性の要件による制約がある。一般に、情報は一度に１つのパターニングだけで符号化されるが、このことによって、所与の時間内で符号化される情報すなわち符号化帯域幅が制限される。

これらの制限に対処して、実装形態は、個々の識別可能な物体に応答してトリガ信号を供給するトリガ検出器を使用する。実装形態は、様々なやり方でトリガ信号に応答し、かつパターン化環境の制限を克服することができ、新規の符号化／検知の技法を提供する。

実装形態では、制御回路は、トリガ信号に応答して、例えば、エンコーダ／センサおよび／または相対運動要素は、エンコーダ／センサが符号化／検知領域内の物体のエンコーダ／センサに関連する相対運動から生じる情報を有する少なくとも１つの時変波形を示すことができる符号化された検知結果をもたらすように動作する原因となる制御信号を供給する。

実装形態では、エンコーダ／センサは、時間変化をもたらすかまたは検知結果を結合することにより、物体のトリガ信号に直接応答するかまたは制御信号に応答する。エンコーダ／センサは、例えば、時変励起を供給する励起回路、時変変位をもたらす変位回路、および／または放射光の時変フィルタリングをもたらすフィルタ回路を含み得て、これらは、トリガ信号に応答し得て符号化情報をもたらす。あるいは、エンコーダ／センサは、トリガ信号に応答して、光検知要素の長手方向シーケンスのサブシーケンスからの光検知された諸量を読み出し、結合して、時変波形を示す結合された検知結果をもたらすセンサ回路を含み得る。

実装形態では、相対運動要素は、運動デバイス、流体デバイス、スキャナデバイス、および／または制御信号に応答して時変変位をもたらす回転デバイスを含む。スキャナデバイスは、物体を支持する支持構造物とエンコーダ／センサの間の走査方向における相対運動をもたらし、トリガ信号に応答して、走査方向、エンコーダ／センサと物体の間の距離が不変の第１の横方向、およびエンコーダ／センサと物体間の距離が変化する第２の横方向を含む３つの方向うち１つ以上の時変変位をもたらす。回転デバイスは、物体を支持する支持構造物とエンコーダ／センサの間の回転方向における相対運動をもたらすことができ、トリガ信号に応答して、回転方向、エンコーダ／センサと回転軸の間の距離が変化する半径方向、およびエンコーダ／センサと物体間の距離が変化する横方向を含む３つの方向うち１つ以上の時変変位をもたらすことができる。

実装形態では、処理回路は、トリガ信号に応答して、例えば検知結果からデータを得るが、データは少なくとも１つの時変波形を示す。これは、時間変化がなく検知結果の結合がない安定したパターン化環境下で、あるいは時間変化と結合して、かつ／または諸検知結果を結合して、行うことができる。

実装形態によって、例えばパターン化環境技法の制限が緩和され、例えば物体の位置、相対速度、タイミング、サイズ、質量などに応じて、各物体に対してパターンを調整することが可能になる。いくつかの実装形態は、検知結果を保存し、保存された検知結果を様々なパターンで処理することにより、符号化の帯域幅の増加を可能にする。

「トリガ検出器」または「トリガ検出要素」または「トリガ検出デバイス」は、条件または現象の検出を示す信号すなわち「トリガ信号」を供給することにより検出された条件または現象に応答するセンサである。トリガ検出器は、領域内に識別可能な物体を検出したとき、トリガ信号を供給し得る。トリガ検出器は、個別の要素またはデバイスであり得るか、あるいは、例えば光検知配列（またはアレイ）のトリガ部分を読み出すことによってもたらされ得る。

制御動作を実行する回路は「制御回路」であり、処理動作を実行する回路は「処理回路」である。

図１は、トリガ検出器１２、エンコーダ／センサ１４、相対運動要素１６および回路要素１８を含むシステム１０を示す。

「励起要素」は、励起をもたらす部分または要素を指し、励起に応答して物体が光（例えば照射、電子ビームなど）を放射する。励起領域の長手方向シーケンスのカテゴリには、例えば周期的パターン、チャープパターン、ランダムパターンなどが含まれる。「ランダム」は、長手方向シーケンスの全長にわたる非周期的パターンを指し、「周期的」シーケンスは、シーケンス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」シーケンスは、直線的に変化する時間スケーリングを有して、ランダムではあるが周期的であり得る（すなわち周波数または波長が直線的に変化する一連の期間である）。

「変位要素」は、変位（一般に符号化／検知領域内で相対運動する物体の変位）をもたらす部分または要素を指し、相対運動における変位は「相対変位」である。システムは、相対運動要素および変位要素の両方を含むかまたはその両方として動作することができるデバイスを含んでよく、相対運動要素は、相対変位のタイプをもたらす変位要素を含んでよい。流体デバイスは、チャンネル内の長手方向の相対運動をもたらす相対運動要素であり得て、運動デバイスは、符号化／検知領域に沿って長手方向と平行でない横方向などにチャンネル壁を移動させる変位要素であり得る。スキャナまたは回転デバイスは、走査方向または回転方向における相対運動をもたらす相対運動要素であり得て、符号化／検知領域内の相対運動中に相対変位をもたらす変位要素でもあり得る。

「光フィルタ」または「フィルタ要素」、「フィルタ」、または「マスク」は、基準に従って光を伝送する光透過性の部分または要素を指す。「帯域通過フィルタ」は、光子エネルギーの何らか用途の範囲にわたって、「帯域」と称されることがあるサブレンジ内の光を優先的に伝送するものであり、したがって、帯域またはサブレンジを規定することにより帯域通過フィルタのタイプを規定することができる。「遮断フィルタ」は、適用される範囲内のいかなる光も伝送しないが、「透過フィルタ」は、用途の範囲内の光をすべて伝送する。フィルタのカテゴリは、シャドウマスク、周期的マスク、チャープマスク、ランダムマスクなどを含むが、「ランダム」、「周期的」、および「チャープ」は上記で説明されている。「シャドウマスク」は輝度ベースのフィルタであり、対象の光子エネルギー範囲内で光のすべてのエネルギーを伝送するが、フィルタの別の部分が、様々な輝度で、例えば白黒および／または様々なグレースケールで光を伝送する。

本明細書では、「検知要素」は、センサまたはセンサおよび関連の回路を含む要素を指す。検知パターンのカテゴリには、例えば周期的パターン、チャープパターン、ランダムパターンなどが含まれる。

図１で、トリガ検出器１２は、トリガ検出領域２２内の物体２０に応答して回路要素１８にトリガ信号を供給する。エンコーダ／センサ１４は、符号化／検知領域２４内の物体２０に応答して、物体２０に関する符号化された検知結果を回路要素１８に供給する。

「領域」は、空間の点または位置の接続された組を指す。領域２２および領域２４の各々は、要素またはデバイスに「関連して」、要素またはデバイスとほぼ一定の空間的関係があることを意味しており、トリガ検出領域２２はトリガ検出器１２に関連する領域であり、符号化／検知領域２４はエンコーダ／センサ１４に関連する領域である。領域２２はトリガ検出器１２に関連する領域であり、この中で所与の用途向けに適正水準の精度で物体を検出することができ、また、領域２４はエンコーダ／センサ１４に関連する領域であり、この中で、所与の用途向けに情報が適正水準の精度で符号化し検出することができるように、物体とエンコーダ／センサ１４との相互作用が可能である。

トリガ検出器１２およびエンコーダ／センサ１４は、物体２０と相互作用し得る。例えばフローサイトメトリ、バイオチップ読出し、点または他の物体をもつ支持構造物の走査、あるいは検体検出において、例えば、光は、放射、散乱または透過などによって物体２０から放射し、検出器１２内の光センサおよびエンコーダ／センサ１４によって受け取られ得るか、あるいは、物体２０は、検出器１２および／またはエンコーダ／センサ１４の中のインピーダンスベースの検知要素と電気的または磁気的に相互作用し得る。

「物体」は、トリガ検出器、エンコーダ／センサあるいは他の物体の検出器またはセンサが情報を得ることができるあらゆるものを含む。「識別可能な物体」は、他の物体に関連して構成された物体、および／または、トリガ検出器、エンコーダ／センサ、または他の物体の検出器もしくはセンサが、物体からの情報を実質的に他の物体から得られた情報とは別々に得ることができる他の特性を有する物体のみを指す。例えば、諸物体が、速度、質量、構造などにおいてほぼ同一であって、トリガ検出領域または符号化／検知領域内に２つ以上が同時に存在すると識別不可能なとき、諸物体は、トリガ検出領域または符号化／検知領域に存在するのが同時には１つだけであるように十分に位置を分離されていれば、識別可能であり得る。トリガ検出器の識別可能な物体と識別不可能な物体の区別を、位置の分離の程度などのパラメータで説明することができるなら、区別はトリガ検出器の「分解能限界」である。例えば、感度の限界によって、センサによる物の検出が妨げられることがあり、空間分解能上の限界によって、位置が十分に分離されていない類似の物体のセンサによる識別が妨げられ得て、また、例えば、両物体は信号をもたらすが、一方を検知するように調整されたセンサが同時に他方を検知するのが不可能なほど信号強度が異なるとき、その他の限界によってセンサによる異なる物体の識別が妨げられることがある。

検出器またはセンサは、物体からの信号を受け取り、かつ検知することができ（物体からの放射光を、例えば放射、弾性散乱もしくは非弾性散乱、または透過によって）、あるいは、検出器またはセンサは、例えば物体と電極配置またはホール効果センサ配置の間の相互作用からもたらされるインピーダンスベースのセンサであり得る。

例えば小滴、小量の液体、単一分子、凝集分子、分子クラスタ、細胞、ウィルス、バクテリア、長いポリマー、亜分子複合体、微粒子、ナノ粒子、特定の化学物質あるいは他の検体を結合し搬送するビードまたは他の小粒子、乳剤、スライドなど支持構造物上の物体または配列内の物体、および表面の識別可能な領域（例えば有色の点）。

「時変波形」は、時間の次元にわたって変化する。「検知された時変波形」は、時間にわたって得られた検知結果によって示される。

トリガ検出および／または符号化／検知が実行されるシステムでは、物体は、システムの領域または要素またはフィーチャに関連して移動するか、あるいは、物体が、領域、要素またはフィーチャに対して時間にわたって一連の位置を有するなら、物体は「相対運動を有する」。

図１では、相対運動要素１６は物体２０の運動をもたらし、物体２０の経路は、矢印３０、３２および３４によるセグメントを含む。矢印３０が示すセグメントでは、物体２０は、トリガ検出領域２２内への相対運動を有し、矢印３２が示すセグメントでは、物体２０は、トリガ検出領域２２から符号化／検知領域２４内への相対運動を有し、また、矢印３４が示すセグメントでは、物体２０は、領域２４内の相対運動を有する。

回路要素１８は、例えば制御回路４０および／または処理回路４２によって物体２０のトリガ信号に応答し得る。

ライン４４およびライン４６は制御回路４０からのトリガ信号に応答した制御信号を表し、エンコーダ／センサ１４が符号化された検知結果をもたらすように、エンコーダ／センサ１４および／または相対運動要素１６を操作する。符号化された検知結果は、矢印３４によって、領域２４内の物体２０の相対運動から生じる情報を有する少なくとも１つの時変波形を示す。

処理回路４２は、符号化された検知結果からデータを得ることにより、ライン４８を経由してトリガ信号に応答し得る。データは、領域２４内の物体２０の相対運動から生じる情報を有する少なくとも１つの時変波形を示す。処理回路４２は、さらなる動作あるいは記憶または伝達向けにライン４８によってデータをもたらし得る。

符号化／検知領域内での物体の相対運動は、物体の任意の適切な運動および／またはエンコーダ／センサの部分もしくは要素の運動あるいはエンコーダ／センサによって符号化／検知領域内で生成されたパターンもしくは他のフィーチャに起因し得る。

相対運動要素１６は、領域２４内の経路セグメントに沿って、流体（例えば液体、気体、エアロゾル）中の物体を運ぶことにより物体２０の相対運動をもたらし得るか、あるいは、物体２０は、支持構造物中に含まれるかそうでなければ支持構造物で支持され得て、また、相対運動要素１６は、支持構造物とフィルタ要素または光センサなど別の要素の間の走査、回転または他の相対運動をもたらし得る。

物体の符号化／検知領域内の相対運動に起因する情報を有する時変波形を示す符号化された検知結果またはデータは、ライン４８に隣接したラベルによる「運動に関連した」検知結果またはデータである。運動に関連した検知結果またはデータは、符号化情報を示すデータを得る（すなわち「復号する」）のに用いることができる。

検知結果が励起に起因するものであって励起に関する情報を含むのであれば、検知結果は、物体または物体の相対運動などの励起「から」、または励起「に応答して」得られる。

トリガ検出器１２は、クールター計数器、後方散乱または前方散乱された信号を受け取るミー散乱センサ、離散的光センサの配列、光検知配列のセルなどであり得る。エンコーダ／センサ１４は、例えば光センサまたはインピーダンスベースのセンサを含むことができる。符号化された検知結果は、アナログまたはデジタルの電気信号であり得るが、他の形式（例えば後続の保存、伝達および処理向けの光信号または他の電磁気信号）に検知され得る。

制御回路４０は、トリガ検出器１２とエンコーダ／センサ１４の間の単純接続を含むことができるか、あるいはプロセッサを含み得る。処理回路４２は、領域２４内の物体２０の相対運動から生じる情報を有する少なくとも１つの時変波形を示す、運動に関連したデータを得るための回路を必要とする。

破線の境界５０は、物体が流体または他のデバイスによってもたらされた相対運動を有することができるチャンネルまたは他の領域を表す。物体５２は、矢印５４および矢印５６による、下流方向領域内の相対運動を有する識別可能な物体である。物体５２の経路は、上流の回路６０に関連したトリガ検出領域内のセグメント（トリガ検出器）および下流の回路６２に関連した符号化／検知領域内の他のセグメント（エンコーダ／センサ）を含む。符号化／検知領域内の物体５２の相対運動中に、制御信号は、放射光中の情報の符号化をもたらす。

物体５２がトリガ検出領域内へ移動するとき、上流の回路６０は、ボックス６４によってそれを検出する。これに応答して、制御信号は、下流の回路６２が符号化／検知領域内の物体５２の相対運動に起因する情報を有する少なくとも１つの時変波形を示す符号化された検知結果をもたらすように、ボックス６６によって、下流の回路６２および／または相対運動デバイスを動作させる。ボックス６６内の制御は、ボックス６８による回路６０からの検出信号の処理に応答するものであり得る。

下流の回路６２では、励起回路７０は励起を与えることができ、変位回路７２（および相対運動デバイス）は、領域５０内の物体５２の相対変位をもたらすことができ、フィルタ回路７４は、例えば放射光に対してフィルタリングを実行することができ、また、センサ回路７６は検知を実行することができる。センサ回路７６は、光検知配列（またはアレイ）中の光検知要素７８（例えば様々な寸法、様々な色または様々な輝度などの離散的光検知要素またはセルの組の長手方向シーケンス）を含むことができる。

励起回路７０は矢印８０による励起光を供給し、これに応答して、物体５２は矢印８２による放射光をもたらし、放射光はフィルタ回路７４に応答してフィルタリングされ、かつ光検知要素７８によって検知される。光は、染料または他の付加された「タグ」の蛍光、あるいは生来の蛍光または自動蛍光、化学蛍光、バイオ蛍光、吸収、散乱、同時励起を除く他の現象、または照射以外の形式に起因し得る。

下流の回路６２は、示されたすべての回路を含むとは限らない。例えば、センサ回路７６は、電極、ホール効果センサ、コイルまたは他の要素を有するインピーダンスベースの検出装置だけを含み得て、励起回路７０、フィルタ回路７４および変位回路７２は省略されてよい。制御信号は、ライン８４を通って流体または他の相対運動デバイスにもたらされ得て、その結果、相対運動は、情報を符号化するやり方で変化し得る。

センサ回路７６は、ボックス９０によって、符号化／検知領域内の物体５２の相対運動に起因する情報を有する１つ以上の時変波形を示す検知結果をもたらす。光検知要素７８が長手方向シーケンスを含むなら、相対運動に起因する情報を有する時変波形を示す検知結果をもたらすために、シーケンスからの光検知結果が結合され得る。

図３で、チャンネル１００は、矢印１０２によって流体が流れる流体チャンネルである。ラベル「ｘまたはｔ」によるチャンネル１００内の物体５２の相対運動は、空間で、例えばｘ方向に沿って広がり、かつ／または時間ｔにわたって生じる。相対速度は変化し得るが、速度もしくはその他の変位のレートに関する情報またはトリガ検出もしくはトリガ信号からの情報によって、ｘ方向位置と時間ｔの間の近似マッピングが可能になり得る。

物体５２は、矢印１０４により流体によって搬送され、相対運動を有してトリガ検出領域１０６に入り、相対運動して領域１０６から符号化／検知領域１０８に入り、次いで領域１０８内に入る。領域１０６内への相対運動の結果として、トリガ検出器１１０は、トリガ信号を制御回路にもたらす。エンコーダ／センサ１１２は、トリガ信号を受け取り、領域１０８内の物体５２の相対運動から生じる符号化された情報を有する少なくとも１つの時変波形を示す、運動に関連した検知結果をもたらす。

図４で、物体５２は、物体との相互作用回路１５０に関連して、矢印１５２による相対運動を有する。回路１５０は、物体検出回路１５４（例えば、その検出領域内の物体の質量、サイズまたは他の特性に関する追加信号をもたらすことができるトリガ検出器）を含む。回路１５０は、回路１５４から下流にあって検知結果をもたらす下流の回路１５６も含む。

処理要素１６０は、回路１５４から検出信号を受け取り、処理を実行し、検知結果が、符号化され、符号化／検知領域内の物体５２の相対運動に起因する情報を有する少なくとも１つの時変波形を示すように、回路１５６に対して制御信号を供給する。

図５で、プロセッサ２００は、光検知集積回路（ＩＣ）２０２からの光検知された量を読み出すことができる。プロセッサ２００は、いくつかの読み出し量を用いて、トリガ信号を取得し、その他の読み出し量を用いて、符号化／検知領域内の物体の相対運動に起因する情報を有する時変波形を示すデータ（すなわち運動に関連したデータ）を取得する。

チャンネル１００は、２１０から２１２のＮ個の領域を含み、領域２１０には「領域１」とラベルが付き、領域２１２は「領域Ｎ」とラベルが付いている。「領域ｎ」とラベルが付いた例示の領域２２０は、「ｎ番目の検出セル」とラベルが付いた光検知セルの組２２２および「ｎ番目の検知セル」とラベルが付いた光検知セルの組２２４を有する。プロセッサ２００はＩＣ２０２に対して読出し制御信号を供給し、その結果、識別可能な物体がチャンネル１００のそれぞれのトリガ検出領域内にあるとき、組２２２のセルがトリガ検出器として動作して、トリガ信号として働くかまたはトリガ信号をもたらす光検知された量を供給する。プロセッサ２００はＩＣ２０２に対して読出し制御信号を供給することができ、その結果、組２２４のセルは、運動に関連した検知結果として働く光検知された量を供給する。組２２２は光検知配列の「トリガ部分」であり、組２２４は「シーケンス部分」または「パターン部分」である。プロセッサ２００または他の回路が、セルのラインのグループまたはセルの他のサブシーケンスからの光検知された量を読み出して結合し、パターンによって符号化された検知結果が結合されたものを供給することができるように、組２２４は光検知セルの長手方向シーケンスを含み得て、あるいは、組２２４のすべてのセルからの光検知された量は、読み出されかつ保存され、次いで、様々なタイプの情報（例えば周期的パターン、非周期的パターン、チャープパターン、など）を抽出するために複数のパターンの各々によって結合され得る。あるいは、２１０から２１２の各々の領域は、セルのそのような組を含み得て、１つの領域のセルが周期的パターンによって結合され、別の領域のセルが非周期的パターンによって結合され、別の領域のセルがチャープパターンによって結合されるなどである。

図５では、制御回路は、トリガ検出器に制御信号を供給する（すなわち組２２２のセルに読出し制御信号を供給する）。トリガ検出器の感度レンジを調整することができるなら、制御回路は、感度レンジを調整するために制御信号を供給し得て、例えば、様々な信号の強度の粒子が同時に検知されるか、または時間信号を積分すると光検知セルの検知期間を制御することができ、また、信号を組み合わせる（ビニングする）と、光検知された量を読み出すときどのように結合するか制御することができる。

図６は、バス４０４または他の回路によって諸要素に接続された中央処理装置（ＣＰＵ）４０２を有するシステム４００を示す。

システム４００は、外部入力／出力（Ｉ／Ｏ）要素４０６およびメモリ４０８を含み、どちらもバス４０４に接続されている。外部Ｉ／Ｏ４０６によって、システム４００の外部デバイスとの通信が可能になる。

ＩＣＩ／Ｏ４１０によって、ＩＣ（例えばＩＣ（０）４１２からＩＣ（Ｐ−１）４１４のＰ個の一連のＩＣ）との通信が可能になる。４１２から４１４のＩＣは、光センサ配列４１８を有するＩＣ（ｐ）４１６を含む。デバイスＩ／Ｏ４２０によって、例えばデバイス（０）４２２からデバイス（Ｑ−１）４２４のＱ個の検知デバイスおよび制御デバイスとの通信が可能になる。デバイス４２２からデバイス４２４は、流体運動、走査運動、回転移動、または他の相対運動もしくは相対変位を引き起こす相対運動デバイス（例えば流体ポンプ、測定電極、スマートゲート、ゲート制御および二叉枝分かれ用のデバイス、バルブ、流量センサまたは圧力センサなど）を含むことができる。

メモリ４０８はプログラムメモリ４３０を含み、ソフトウェアまたはハードウェアの他の形式で命令が与えられ得る。プログラムメモリ４３０は、操作ルーチン４４０、検知結果のルーチン４４２、および物体識別ルーチン４４４を保存する。

ＣＰＵ４０２は、システム４００の要素を操作するために、また、識別可能な物体の１つがトリガ検出領域に入るときはトリガ信号を得るために、操作ルーチン４４０を実行する。ルーチン４４０は、入力信号を受け取り、かつデバイス４２２からデバイス４２４に出力信号を供給することができる。物体の適切な相対運動を得るために、ＣＰＵ４０２は、センサからの信号を受け取り、計算を実行してどのような流体操作が必要か判断し、かつ信号を供給して、ポンプ、測定電極、ゲートおよびバルブを起動し、物体とシステム４００の他の要素の間の適切な相対運動を生成することができる。ＣＰＵ４０２は、トリガ検出デバイスからトリガ信号を受け取るか、またはトリガ部分からの光検知された量を読み出してトリガ信号を得ることもできる。

ＣＰＵ４０２は、トリガ信号に応答して検知結果のルーチン４４２を実行し、相対運動に起因する情報を有する時変波形を示す検知結果および／またはデータを得る。ＣＰＵ４０２は、放射光の符号化を実行するためにどのような制御信号を供給するか判断することができる。あるいは、ＣＰＵ４０２は、相対運動要素に制御信号を供給して符号化／検知領域内の物体の運動を引き起こし、適切な符号化をもたらすことができる。あるいは、ＣＰＵ４０２は、光検知された結果またはインピーダンスベースの検知結果から運動に関連したデータを得ることにより、トリガ信号に応答することができる。

ＣＰＵ４０２は、例えば、物体のタイプまたは他の特性を示すデータを得るか、あるいは物体を選択する、物体を受け付けない、物体に関するさらなる情報を得る、などの動作を制御するために、物体識別ルーチン４４４も実行し得る。

図７は、結果検知ルーチン４４２の実装形態における動作を示す。

ボックス４６０は、トリガ信号を受け取るかそうでなければトリガ信号を得る。次いで、ＣＰＵ４０２は、検知結果の取得を開始し得て、例えば、ＩＣ４１２からＩＣ４１４の１つ以上に読出し制御信号を供給するか、あるいはインピーダンスベースのセンサまたは他のセンサからの出力を監視する。

ＣＰＵ４０２は、検知前読出しを実行し、物体情報および検知期間を取得し、検知期間およびアナログ調整を用いて検知読出しを実行し、デジタル的に検知結果を調整して物体に関する量を保存し、かつ物体に関する量を結合して特性データを生成する。

ＣＰＵ ４０２は、図７の２つのモードのどちらかまたは両方などの運動に関連した検知結果および／またはデータを得るために改良を加える。

第１のモード（「制御モード」）では、ＣＰＵ４０２は、検知結果が符号化されて相対運動に起因する情報を有する時変波形を示すように、トリガ信号に応答して制御信号を供給して符号化／検知および／または相対運動をもたらす。制御モードでは、ボックス４６４へ分岐がとられ、検知結果が符号化されるように、符号化／検知制御信号および／または相対運動制御信号がもたらされる。次いで、ＣＰＵ４０２は、ボックス４６６で、符号化された検知結果の取得を開始する。

第２のモード（トリガ式検知モード）では、ＣＰＵ４０２は（例えば制御モード動作に加えて）、ボックス４７２への分岐に続いて、検知結果から運動に関連したデータを得る。例えば、ＣＰＵ４０２は、相対運動に起因する情報を維持するやり方で、ボックス４６６では符号化された検知結果を取得し、かつボックス４７２では符号化された検知結果からデータを得ることができる。制御モードでなければ、ＣＰＵ４０２は、別のやり方で運動に関連したデータを得ることができてよく、例えばボックス４６４でのような制御信号のないインピーダンスベースの検知で、制御信号を供給することなく、相対運動に起因した元々符号化されている情報を保存するやり方でデータを得る。

ＣＰＵ４０２は、ボックス４７０および４７２からボックス４６０への矢印によって、ボックス４６０における別のトリガ信号を求めて戻ることができる。ＣＰＵ４０２は、各々がそれぞれのエンコーダ／センサを有するいくつかの様々なトリガ検出器に対して類似の動作を同時に実行し得る。

図８では、支持構造物５０２上にアナライザ５００がある。構造５０２は蛇行チャンネル５０４を含み、これを通って、物体５０６は例えば流体によって搬送される。

物体５０６は、推進要素によりチャンネル５０４を通って搬送され得て、また、除去されるかまたは例えばバルブの切換えによって流体で搬送されて排出口から出され得る。チャンネル５０４では、物体５０６は、物体との相互作用要素に関連した相互作用領域内の相対運動を有することができ、各々が物体５０６に関する情報を得る。

クールター計数器５１０およびミー散乱センサ５１２は粒径検出器である。粒径情報を得るために、チャープフィルタパターン、小さなフィーチャサイズを有するランダムフィルタパターン、階段周期的フィルタパターンなどを用いる技法を含む様々な他の技法も用いられ得て、そのような技法によって、粒径を求めるために特殊な要素を使用することが不要になり得る。

物体との相互作用要素５２０は、励起／変位要素５２２、フィルタ要素５２４、および検知要素５２６またはそれらのサブセットを含む。要素５２０は、形成された境界を有する変位制御装置および／または運動デバイスもしくは他の変位要素も含み得る。

要素５３０、５３２および５３４は、第１および第２の蛍光検知要素およびラマン散乱検知要素を含む。物体のタイプの区別に基づいて、バルブ５４０は位置間で切り換わることができ、物体５０６は、矢印５４２によって１つの位置から出て、矢印５４４によって別の位置から出る。

図９では、システム６００は、励起回路に制御信号を供給することにより時変信号（運動に関連したある種の検知結果）を生成することができる。物体６０２が壁状部６１０と６１２の間の層流による相対運動を有するとき、励起要素６３４は、符号化／検知領域６２０内に一連の様々な色を生成する。物体６０２がトリガ検出領域内への相対運動を有するとき、トリガ検出器６３０は、励起要素６３４に適切な制御信号を供給する制御回路６３２にトリガ信号を供給する。一連の物体は、離隔され得て相対運動を有することができ、その結果、各物体がそのトリガ信号の後に領域６２０内の実質的に同一の励起シーケンスを受ける。

曲線６４０で、色Ａおよび色Ｂの励起は、周期的またはチャープ性であり得るが、ランダムな期間で交番する。色Ａおよび色Ｂは、非２値の励起スペクトルまたは白黒であり得る。

曲線６４２で、励起は、中間輝度の間で、例えば０．３および０．６とラベルが付いたグレーレベルの間で、すなわち最小輝度ゼロと最大輝度１．０の間で変化する。

図１０で、システム６６０では、運動デバイスまたは他の変位回路によって時変信号が生成される。壁状部６１０と６１２は実質的に直線状で平行であり、それらの間に均質の長手方向領域６７０および６７２があって、符号化／検知領域６２０を横切って長手方向に広がる。領域６７０および領域６７２は、例えば、励起領域、縞状のフィルタ要素、離散的光検知要素、または光検知配列の一部分であり得る。

例えばソレノイドまたはモータで動くピストンなど電気的に制御されたデバイスである運動デバイス６６４は、物体６０２と領域６７０および領域６７２の間の双方向矢印６７４による横方向の相対運動を生成する。制御回路６６２は、トリガ信号に応答して運動デバイス６６４を制御する。結果として生じる運動は、任意の時変信号を生じ得て、領域６７０および領域６７２の位置を制御する光源または他の要素を移動させ得て、あるいは、壁６１０および壁６１２と領域６７０および領域６７２の間の双方向矢印６７４による相対運動の任意の組合せを生成し得る。流体の流れは、速度また物体６０２のその他の変位を、その運動に関連した時間の関数として変化させ得る。

曲線６８０は、領域６７０（「帯域Ａ」）と領域６７２（「帯域Ｂ」）の間の物体６０２のｙ方向運動を示し、各領域内で様々な長さの時間およびランダム時間を費やして、ランダムな励起をもたらす。領域６７０および領域６７２が帯域Ａおよび帯域Ｂにおける励起をもたらすなら、曲線６８２および曲線６８４が生成され得る。一方のタイプの物体は、曲線６８２によって領域６７０内でより強く応答し、他方は、曲線６８４によって領域６７２内でより強く応答する。領域６７０と領域６７２の間で、各物体はそれらの間の間隙を通過して放射光を遮断し、その結果、各曲線が一時的に０になる。曲線６８２で、領域６７０内の輝度はＩ（Ａ１）であり、その一方で領域６７２内のより低い輝度はＩ（Ｂ１）である。曲線６８４で、輝度は、領域６７２（Ｉ（Ｂ２））でより高く、領域６７０（Ｉ（Ａ２））でより低い。２つの曲線は、間隙を通過するとき以外は相補的であり、物体６０２は、間隙を横切って非常に速く移動することができ、その結果、間隙での時間は非常に短い。

図１１では、フィルタ回路および光検知回路に対してシステム７００の制御信号が供給される。物体６０２が壁状部６１０と６１２の間の層流による相対運動を有するとき、フィルタ要素７０２は放射光を受け、これに応答して光線７０４による出力光を供給する。光検知要素７０６は、出力光を受け取って検知結果をもたらす。以下に述べる実施例のうちのいくつかによって説明されるように、要素７０６からの検知結果はフィルタ要素７０２内のパターンに基づいて符号化され得て、また、検知結果は、光検知要素７０６内の光検知要素のパターンに基づいて符号化され得る。一般に、光検知要素７０６は、離散的光検知要素の任意の適切な配置および／またはフィルタ要素７０２と結合した光検知配列を有するＩＣを含むように実施され得る。

要素７０６からの検知結果は、トリガ検出器７１０からのトリガ信号に応答して符号化され得る。物体６０２が検出器７１０のトリガ検出領域内への相対運動を有するとき、検出器７１０は、制御回路７１２に対して物体６０２の位置を正確に示すトリガ信号を供給する。回路７１２は、物体６０２の位置に基づいて要素７０２および要素７０６に時間制御信号（例えば検知パターンに従って、一連のスペクトルのフィルタ帯域をもたらす信号または一連の光検知動作を実行する信号など）を供給することができる。

曲線７２０では、検知結果は要素７０２および／または要素７０６のスペクトル依存性のために時間にわたって変化するが、いくつかの光検知要素はスペクトル帯域「Ａ」に強く応答して他のものはスペクトル帯域「Ｂ」に強く応答し、スペクトル依存性は、要素７０２のスペクトル伝送帯域における変化および／または要素７０６のスペクトル光検知帯域における変化に起因し得る。帯域「Ａ」および帯域「Ｂ」に対する強い応答はランダムな検知パターンで交番するが、周期的パターンまたはチャープパターンで交番し得て、また、ＩＣで実施されれば任意の適切なパターンで読み出され得る。帯域Ａおよび帯域Ｂは、例えば非２値のスペクトル帯域または白黒であり得る。

曲線７２２では、検知結果は要素７０２および要素７０６の輝度依存性のために変化し、要素７０６中のいくつかの検知要素は、制御信号に応答した要素７０２および／または要素７０６中の時間変化のために他のものより大きな検知された輝度レベルを有する。光検知された量は、中間の振幅レベル（例えば最小のゼロと最大の１．０の間で０．３および０．６とラベルが付いたグレーレベル）を有する。要素７０２は、スペクトル帯域または輝度レベルの間で急激にまたは徐々に切り換えられ得る。

精度は、例えばクールター計数器または後方散乱信号もしくは前方散乱信号からの物体６０２の位置を正確に示すトリガ信号次第であり、その結果、時間変化は物体の位置に関連づけられるが、精度は、符号化／検知領域６２０内に一度にたった１つの物体しか存在しないことにも依存し得る。トリガ信号は、例えば粒径を与えることができ、粒径は、適切な制御信号を選択するために検知結果中の符号化された情報を最適化することなどに使用され得て、例えば、要素７０６が光検知配列を有するＩＣを含むなら、制御回路７１２は、検知パターン縞の長手方向の諸幅を計り得て、これらの幅は、検知結果を得るために物体６０２の寸法に基づいて結合される。

図１２は、２色の切換え可能なフィルタ要素を使用するが、多色フィルタ要素、２値フィルタ要素、またはグレーレベルフィルタ要素を使用するように変更され得る。

図１２では、フィルタ要素７３０はアクティブマトリクス構造７３２、カバーシート構造７３４、スペーサ７３６、および密閉された液晶材料７３８を含む。構造７３２および構造７３４は、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）に類似である。

構造７３２は、基体７４０ならびに基体７４０上あるいはワイヤボンディングまたは他の構造によって接続されている隣接した構造上の駆動回路によって切換え可能な例示的２値制御ユニット７４２、７４４、７４６および７４８を含む。

構造７３４は、基体７５０、フィルタ層７５２、不活性化層７５４および電極７５６を含む。層７５４は、透明なポリイミドを含むことがあり、電極７５６は、パターニングされたインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）であり得る。フィルタ層７５２は部分のモザイクであり得て、周辺領域７６０は黒色または不透明であり、一方、フィルタ部分７６２、７６４、７６６、および７６８の各々がスペクトル帯域Ａまたはスペクトル帯域Ｂのいずれかを伝送する。部分７６２から部分７６８の各々は、ユニット７４２からユニット７４８のうち１つと整合されており、また、要素７３０は、ユニットの結合をオン／オフすることにより帯域Ａと帯域Ｂの間で切り換えることができる。

液晶の技法は、様々な輝度でのグレースケールフィルタリングまたは３つ以上の様々な色を用いた多色フィルタリングも提供し得る。

図１３は、１つ以上の時変波形を示す運動に関連したデータを得るために用いることができる非光学のインピーダンスベース検知パターン技法の実施例を示す。

図１３のエンコーダ／センサ７７０は、チャンネル７７４の壁に沿った電極の配列７７２を含み、その中で物体６０２は相対運動（例えば流体による搬送）を有することができる。測定デバイス７７６に電極７７２が接続されている。デバイス７７６は、時間依存性の信号（例えばコンデンサ電流、あるいはチャンネル７７４の両側の電極間で変化することができるかまたはチャンネル７７４の両側の他のインピーダンスベースのセンサによって検知され得る別のインピーダンス関連の電気的特性および／または磁気的特性）を供給し得る。物体６０２が電極７７２間の相対運動を有するとき、デバイス７７６は物体６０２の特徴を示す検知された時変波形を得る。

電気的特性および／または磁気的特性によって、例えば生体セルのセル寸法、膜容量、細胞質導電率、細胞質誘電率などに関する情報がもたらされ得る。電極７７２はホール効果センサで置換され得て、また、デバイス７７６は、時変波形を符号化することによって特性測定周波数を求めるために、電極７７２に電気的揺動周波数を供給することができる。

電極７７２は、ボックス７８０内の２値信号からパターンを形成する。上の信号「ａ）」は周期的であり、「ｂ）」はランダムであり、「ｃ）」は、例えば論理和をとることによって論理的にａ）とｂ）を結合する。電極１１６２は、ｃ）のオンセグメントに比例し、セグメント１１６９および３つの上部電極１１６２によって示されるように、ａ）によって周期的に符号化し、ｂ）によってランダムに符号化する。

電極７７２またはホール効果センサなどは、チャンネル７７４の片側だけに沿って類似のパターンを形成し得るが、反対側には電極がないかまたはパターニングされてない単一の大きな電極があり、電極はチャンネルのまわりに存在し得る。電極７７２は、構造化された電極の非周期的配置を含み得て、他の適切な論理結合で信号を結合し得る。

そのようなパターンは、例えば示されたような程度の光検知要素またはパターン化フィルタ配置を有する光検知要素で実施され得る。

エンコーダ／センサ７７０から上流にチャンネル７７４に沿ってトリガ検出器７９０がある。物体６０２が検出器７９０のトリガ検出領域内への相対運動を有するとき、検出器７９０は、処理回路７９２に対してトリガ信号を供給する。回路７９２は、例えば符号化／検知領域６２０内の相対運動から生じる情報を有する少なくとも１つの時変波形を示す、運動に関連したデータを得るためにデバイス７７６からの信号を用いることができる。エンコーダ／センサ７７０の動作に必要ではないが、トリガを用いると、信号変化が生じるはずのときを示すことにより感度を向上させることができ、また、各物体向けの励起のオン／オフが可能であるなら電力使用を低減することができる。

検知結果のルーチン４４２は、図１４のような動作も含むことができる。

ボックス８００は、例えばトリガ検出器回路から受け取ったトリガ信号から、検知結果を得るための要求を受け取る。ボックス８００における要求は、他の事象の発生または時間の経過（例えば周期的検知結果動作の時間間隔）次第であり得るが、トリガ検出によって、物体に関するサイズ情報が有益にもたらされ、積分時間または検知パターンのフィーチャサイズの変更（例えばより大きな粒子向けにより大きなビンサイズを用いること）が可能になり得る。

ボックス８０２は、読出し向けの準備を行い、例えばデータ構造を初期化し、読出しの間中用いられる値を取得する。この動作は、例えばボックス８００でトリガ信号を供給したトリガ検出器を使用して読出し制御パラメータ（例えば、測定された物体の位置および速度、物体サイズ、流体速度、検知期間など）が得られる検知前読出し動作を含み得る。

ボックス８０４によるタイプ間の分岐により、エンコーダ／センサ内の検知要素のタイプ向けに適切な動作を実行することができ、１つだけのタイプの検出部向けであるなら、以下に述べるボックス８０４における分岐および他の分岐は、個別の動作である必要がない。示されたタイプに加えて、図１４は他のタイプのエンコーダ／センサ（例えば複数のタイプの検知要素を有するもの）を扱い得る。

離散的検知要素であるなら、ボックス８１０によって光検知要素とインピーダンスベース検知要素の間で分岐させることができる。

インピーダンスベースの検知要素（例えば電極、ホール効果センサ、コイルなど）については、ボックス８１２は、例えば、物体が符号化／検知領域内の相対運動を有するとき適切な回路によってリードからそれらを読み取ることによって、検知された値を読み出して結合する。結合されたアナログ信号は、検知結果として直接供給され得て、ボックス８１２は、運動に関連したデータを得るための別のやり方で検知結果をデジタル化するかまたは用いることができる。すべての検知要素からのアナログ値の加算または乗算を行うのに共通リードを使用することができ、所与の時間における各検出要素からのアナログ値は、その時間における物体の検出要素に対する影響を示しており、配置の検知パターンの最小フィーチャサイズに比べて物体が十分に小さく、かつ符号化／検知領域内の物体の相対運動が最大速度を越えないなら、結合されたアナログ信号は物体に関する時変波形を示す。インピーダンスベースのセンサは並行して読み出され得る。

離散的光センサについては、ボックス８１８に検知された値が供給される前に、ボックス８１４がその値を読み出し、ボックス８１６がそれらを結合する。ボックス８１４は、各光センサに対して検知期間を決定する制御信号を供給することができ、個々の検知期間の後、その期間の光検知された量を示すアナログ値を読み出すことができるが、あるいは、例えば、光センサが、任意の所与の時間で、先行の時間間隔中に光検知された量を示す連続的に得られるアナログ出力を有するなら、適切な時間間隔でサンプリングすることによりアナログ出力を読み出し得て、一連のアナログ値を得る。複数の離散的光センサに関してボックス８１４で読み出されたアナログ値を結合するために、ボックス８１６は、これらの値をデジタル化し、次いで、光センサの位置および大きさ（ならびに適切であれば物体の相対位置および相対速度）に従って光検知されたデジタル量をシーケンスに並べて、１つ以上の時変波形を示す一連のデジタル値をもたらす。次いで、ボックス８１８は、このシーケンスを検知結果として供給することができる。

諸量をシーケンスへ並べる際に、ボックス８１６は「時間処理」（すなわち、所与の期間中に１組のデジタル値またはデジタル値のサブシーケンスが得られることで始まり、かつその期間に生じた光検知された量または他の検知された値の実際のシーケンスを近似する、結果として生じるデジタル値のシーケンスが生成されるあらゆる動作）を実行する。時間処理は、デジタル値が、平滑化されるか、補間されるか、サブシーケンスオーバーラップで結合されるか、あるいは結果のシーケンスを生成するために調整される、単純連結または様々な操作を含むことができる。シーケンスは、例えば、一連の実際のメモリ位置または仮想メモリ位置に保存されたデジタル値、圧縮形式（例えば、データが、シーケンスにおける位置を示し、かつ／または各デジタル値の期間を示す）などのデジタル値が順にあるデータ構造などであり得る。

ＩＣで実施された検知要素が使用されるなら、ボックス８２０による分岐は読出しタイプ次第であり得て、例として、特定の読出しタイプを含むＣＣＤタイプおよびＣＭＯＳタイプの読出しに適切な動作に結びつくものがある。ＩＣで実施された検知要素の配置は、離散的検知要素で実施された様々な検知パターンを柔軟に近似することができる。

「ＣＣＤ」すなわち「電荷結合型デバイス」、配列中のセル、または「ＣＣＤアレイ」は、一般に、光検知された量がセルのラインに沿ってシフトして読み出され、セルがＣＣＤであろうとなかろうと、「ＣＣＤタイプの読出し」は、光検知された量が、セルのラインに沿ってラインの最後に向けて読出し回路へシフトされるあらゆる読出し技法を包含する。

したがって、ボックス８２２は、一連の１つ以上の各検知期間の後に、配列中のセルのラインをシフトして光検知された量を読み出す。ボックス８２４は、配列からシフトされて出た光検知された量をデジタル化し、かつ１つ以上の検知パターンに従って「組み合わせる（ビニングする）」（すなわち、１つの検知期間の後に１つ以上のラインからシフトして出された量の合計または積などの結合された値を得る）ことによりラインのグループからの光検知された量を結合する。ボックス８２４内の各パターンの組合せのために、ボックス８２６は、組み合わされた量をシーケンスへ時間処理することによってラインのグループ向けに結合して、パターンに従って符号化された１つ以上の時変波形を示す組を得るが、例えば、組み合わされた量は、パターン中のグループの位置および長手方向の幅ならびに／あるいは物体の符号化／検知領域に関連した位置および速度に従ってシーケンスに並べることができ、このパターンに従って符号化された時変波形を示す一連のデジタル値をもたらす。次いで、ボックス８２８は、検知結果としてシーケンスをもたらすことができる。

「ＣＭＯＳ」すなわち「相補型金属酸化膜半導体」、配列中のセル、または「ＣＭＯＳアレイ」は、一般に、並行して直接読み出されるべき配列のセルの任意の１行を選択する信号に応答して読み出す。セルがＣＭＯＳデバイスであってもなくても、「ＣＭＯＳタイプの読出し」は、配列のセルの１行を選択し、並行して読み出すことができるあらゆる読出し技法を包含する。

したがって、ボックス８３０は、グループ中の読出しのために、１つ以上の検知パターンに従って配列中のセルのラインを選択する。例えば、シーケンス（パターン中の各グループのラインを相次いで連続的に読み出すことができ、様々なグループのラインが混合されたものより容易に結合することができる）中の個々の検知期間の後にラインを読み出すことができ、光検知された量が読み出されたとき、ボックス８３２は、これらをデジタル化して加算することができ、所与の検知期間からの各グループについて光検知された量の合計を得る。代替手法では、すべてラインを読み出してそれらの光検知された量を保存することができ、その後、各パターン中のグループのラインを結合することができる。ボックス８３４は、光検知された量の合計を各パターン中のラインのグループについてこれらを時間処理することによりシーケンスに結合することができ、このパターンに従って符号化された１つ以上の時変波形を示す一連の合計を得るが、例えば、光検知された量の合計は、グループの位置および長手方向の幅ならびに／あるいは物体の符号化／検知領域に関連した位置および速度に従って並べることができ、このパターンに従って符号化された時変波形を示す一連のデジタル値をもたらす。次いで、ボックス８３６は、検知結果としてシーケンスをもたらすことができる。

エンコーダ／センサが別のタイプの検知要素を含むなら、ボックス８４０で適切な動作を実行することができる。ボックス８４０は、検知された値を任意の適切なやり方で読み出して結合し、検知結果を得て、この検知結果を供給する。

図７による制御モードで動作するなら、ボックス８１２、８１４、８２２、８３０、または８４０による読出しの間中、ボックス４６４による制御信号を供給する動作が実行され得る。ボックス４６６は、読出しによって実行されることになる。図７によるトリガ式検知モードでは、ボックス４７２におけるデータの取得は、ボックス８１２で行われるか、あるいは結合された検知結果をボックス８１６、ボックス８２４および８２６、またはボックス８３２および８３４によってデジタル化し、結合し、かつ時間処理することによって行われ得る。

ボックス８２２からボックス８２８およびボックス８３０からボックス８３６は、ＩＣで実施された単色または多色の検知要素を使用し得て、図１５による時間処理済の結合された検知結果を得る。

図１５で、ボックス８６０は、検知結果動作を実行するための要求として役立つトリガ信号を受け取り、トリガ信号は、使用されるべき検知パターンを参照することを含む。検知パターンは「ラインベース」であり、これは、光検知セルの配列のラインを読み出すことにより、検知パターンに従って読出しを実行することが可能であることを意味しており、検知パターンは、一連のラインについて検知特性（例えば周期的パターンのように繰り返すサブシーケンス、非周期的パターンのような単一の非繰返しシーケンス、別のタイプのシーケンスまたはサブシーケンス、あるいは例えばアルゴリズムでシーケンスを生成するための値）を規定することにより規定することができる。ラインベースの検知パターンは、変化が主に長手方向である他のタイプの検知パターン（例えば、各々が検知特性および長手方向の幅を有する平行縞を備えた検知パターン）を近似することができて、複雑なパターンについては長手方向以外の変化を無視し得て、所望の分解能向けに長手方向の変化を近似して、長手方向における各位置についてデジタル値を取得し得る。検知パターンは「簡単な」パターン（すなわち簡単なパターンの重ね合わせではない）であり得て、例えば簡単な周期的パターンまたは非周期的パターンであり、あるいは、検知パターンは、重ね合わせまたは簡単なパターンのスケーリングされた重ね合わせであり得て、例えば、簡単なパターンが「平行」、すなわち、恐らくパターンの適切なスケーリングの後で、すべてのラインベースのパターンのラインが十分に平行であって、単一のラインベースのパターンへ結合することができる。特定の配列と関連した一連のデジタル値として得られたラインベースの検知パターンも、パターンの各デジタル値に含まれる配列のライン数によって規定することができ、同じ実際のスケールで所与の検知パターンを実施するために様々ではあるが関連したセルサイズの配列を用いることが可能になる。

ボックス８６２は読出し向けの準備をし、また、ボックス８６２は、物体のサイズ、初期位置、および相対変位（例えば相対速度）を得ることができ、これらの値は、物体から放射光を受け取る光検知配列のラインを識別するのに用いることができる。ボックス８６２は、ＩＣＩ／Ｏ４１０によって、ＩＣ４１２からＩＣ４１４との間で信号を伝達することができ、あるいはデバイスＩ／Ｏ４２０によって他のデバイスとの間で信号を伝達することができる。ボックス８７０から始まる一連の繰返しは、例えば物体の現在位置に基づいて、物体の相対運動が符号化／検知領域を通過したかどうか判断する。通過してなければ、次の繰返しは、配列の読出しタイプ（例えばＣＣＤタイプまたはＣＭＯＳタイプの読出しあるいはその他）に適切なものとして、光検知して結合された量を得る。

ボックス８７２は、繰返しが実行されるときに、物体から放射光を受け取る光検知セルのラインから読み出した光検知された量を得る。ボックス８７２は、例えば、配列のラインをすべて読み出し、現在物体からの放射光を受け取っているラインから読み出した光検知された量のみ選択し得て、あるいは、ボックス８７２は、現在放射光を受け取っているラインを識別し得て、次いで、識別されたラインだけを暗に選択して読み出すことができる。ボックス８７２は、物体サイズ、位置、変位などに基づいて、物体から放射光を受け取るラインを識別し得る。読み出された光検知された量は、メモリ４０８に保存することができる。

ボックス８７４は、検知パターンに従って光検知された量を読み出しデジタル化して結合し、かつ結果として生じる結合された量をメモリ４０８または別の手段に保存することができる。ＣＣＤタイプの読出しでは、諸量は、配列からシフトして出されるときにデジタル化され得て、また、各ライン向けのデジタル化された量は、そのラインに関する合計を得るために加算することができ、放射光を受け取るラインが識別されたとき、それらのラインの合計は、例えば組合せおよび／または他の動作によって、検知パターンに従って結合することができる。ＣＭＯＳタイプの読出しでは、放射光を受け取るラインを識別することができ、また、それらのラインは連続的に並行してサンプルホールド回路へ読み出すことができて、読み出された各ラインの光検知された量は、そのラインに関する合計を得るためにデジタル化して加算され、その合計は、例えば加算および／または他の操作によって、検知パターンに従って結合することができる。

ボックス８７４は、検知パターンのフィーチャを考慮に入れることができる。検知パターン中の縞の間の境界の両側では、光検知結果を廃棄し得て、あるいは、境界のそれぞれの側のラインは、別個に組み合わせるかまたは後続の動作のために加算して保存し得る。検知パターンが輝度依存性であるなら、光検知された量は、パターンの各縞の輝度によって（例えば、読み出したときにアナログ演算によって、またはデジタル化の後にデジタル的に）ラインまたはグループのラインについて結合された後にスケーリングされ得る。検知パターンがスペクトル依存性であり、かつ読み出した光検知された量がスペクトルの情報（例えばＲＧＢ）を含むなら、読み出した光検知された量は、組み合わせるか、または各縞の規定されたスペクトルについて加算することができる。

ボックス８７６は、任意選択で、物体の位置および変位に関する情報の更新を実行したことで、次の繰返しにおいて物体から放射光を受け取るラインの識別が可能になる。

物体が配列を通過したとき、ボックス８７８は、結合された量を時間処理し、１つ以上の時変波形を示す検知結果として、時間処理して結合された量を、例えば外部Ｉ／Ｏ４０６によって外部回路に供給するか、またはメモリ４０８で保存するか、あるいはデバイスＩ／Ｏ４２０への信号によってデバイス４２２からデバイス４２４のうちの１つに供給する。ボックス８７８における時間処理は、例えば、ボックス８７４の繰返しからの結合された量（縞からの値を含む）を用いて、その縞の各フレームに与えられた単一の値を得ることができるが、繰返しが一定期間で生じるなら、各フレームは各繰返しの長さと同じ比例関係を有することができる。時間処理済の結合された量は、物体からの放射光を正確に反映するように、時間の関数として時間スケーリングされるかそうでなければ調整され得る。

検知パターンが純粋に２値であるなら、パターンは２つの相補的パターンとして扱うことができて、どちらもボックス８７４で適用され、検知パターンの中でオンのライン群は第１の組合せ操作で一緒に組み合わされて、オフのライン群は省略され、オフのライン群は第２の組合せ操作で一緒に組み合わされて、オンのライン群は省略され、その結果、光検知された量がすべて２つの操作のうち１つで組み合わされる。ボックス８７８は、相補的パターン向けの値の２つの相補的シーケンスを生成することができ、例えば、信号対雑音比を改善するために、結合されたシーケンスへこの相補的シーケンスを結合することができる。

選択されたラインからの光検知された量に対する組合せまたは他の操作がマスキングに代わることができる。各ラインのそれぞれ結合された量はボックス８７４で保存され、次いで、時間処理に先立って、ボックス８７８で検知パターンの数によって結合され得て、ラインからの量は、まず、組み合わされるか、そうでなければ選択され、かつ／または周期的パターン（例えばｎ番目のラインごとに）およびランダム、チャープ、またはその他の非周期的パターンの両方に従って結合され得て、速度またはその他の変位を得るために周期的検知結果が用いられ得て、また、物体の位置またはタイプに関する情報を得るために、変位に基づく時間スケーリングされた比較とともに非周期的検知結果が用いられ得る。ラインのグループからの結合された量は、ラインの結合された量を得て保存した後に、様々な物体サイズまたは他の特性向けに結合することができ、ラインの結合された量に対する事前分析操作によって、例えば、チャープパターン、ランダムパターンを小さなフィーチャサイズ、または階段周期パターンと組み合わせることにより、物体に関する情報を抽出し得る。事前分析の後に、抽出された情報に基づく分岐により、事前分析からの物体サイズに適切な組合せがもたらされ得る。

独立したトリガ検出回路のない光検知ＩＣを用いたトリガ式符号化／検知については、ＣＰＵ４０２は、例えば制御回路として動作し得る。ＩＣ上の光検知セルの配列は、トリガ検出器として動作する部分およびエンコーダ／センサとして動作するその他の部分を含む。

配列のいくつかの部分すなわち「トリガ部分」は、配列の他の部分すなわち「パターン部分」に関する読出しを制御するのに用いられるトリガ信号に対して読み出される。ＣＰＵ４０２によって追加のトリガ式検知ルーチンが実行され得て、検知結果の操作を実行するためにルーチン４４２を要求する。そのような操作は、配列を有する同じＩＣ上に統合された回路を恐らく含む、ＣＰＵを備えるかまたは備えない様々なタイプの回路で実行され得る。

ボックス９００で、ＣＰＵ４０２は、配列部分によるトリガ式検知の要請を受け取る。この要求は、トリガ部分およびパターン部分として役立つ配列の部分を規定するかまたは示すことができ、また、各パターン部分向けに、所与の周期を有する周期的パターン、またはランダムパターン、チャープパターンあるいはその他の非周期的パターンなど、それぞれの検知パターンを規定し得るかまたは示し得る。ボックス９００は、初期化を実行することができ、配列上で第１のトリガ部分およびパターン部分を示す値を設定することができる。

ボックス９０２は、すべてのトリガ部分が、それらのトリガ検出領域に物体が入ったことを示す光検知された量を供給するまで継続するループを開始する。各ループは内側ループを含み、内側ループで、ボックス９０４は、次のトリガ部分を試験して、その部分の光検知された諸量が物体の検出を示すかどうか判断する。検出が示されなければ、ボックス９０６は適切な時間制限または他の基準を用いて、次のトリガ部分による検出に対して時間が長すぎるかどうか判断することができ、時間が長すぎたならば、ボックス９０８はエラー回復処理を開始する。そうでなければ、ボックス９０４が再び実行される。

光検知された量が検出を示すとボックス９０２が判断するとき、ボックス９１０は、例えば検知結果のルーチン４４２に対して適切な要求をもたらすようにＣＰＵ４０２を操作し、その結果、次のパターン部分からの光検知された量が、その検知パターンによって読み出される。ボックス９１０は、以前のパターン部分からの情報を用いて、検知パターンのパラメータ（例えば時間スケール）を決定する。

トリガ部分がすべてトリガ信号を供給し、かつパターン部分がすべて読み出されたとき、ボックス９１２は物体の出力データをもたらす。出力データは、特性に関する特性データ、タイプに関するタイプデータ、時変波形を示す検知結果データ、またはパターン部分からの他のデータを含み得る。

トリガおよびゲートの機構は、閾値振幅を越える物体の放射輝度の一部を記録し、次いで、この有限の信号にウィンドウ関数を適用するが、そのような機構は、各物体の時変信号を先行する物体と後続の物体から分離することができるように物体が十分に離隔されるなら、用いられ得る。ウィンドウ関数を適用した後に、フーリエ検知によって、時間スケーリングされた比較のための換算係数が取得され得る。

物体がトリガ検出器またはトリガ部分を過ぎて一緒に進むと、トリガ技法は、あたかもそれらが１つの物体であるかのように重なる検知結果を無分別に生成する恐れがある。これを解決するために、検知結果をフーリエ検知すると、様々な速度の複数の物体からの周期的信号に起因している可能性が高いサブピークを見つけることができる。各サブピークの換算係数は、時間スケーリングされた比較、および相関または他の比較で用いることができ、例えば各換算係数を用いて各物体に関する相関結果を得ることができる。擬似的サブピークを識別するのに誤りがあったとしても、相関結果を解析して、相対物の速度で移動する物体から放射する信号が検知されたかどうか判断することができる。

図１７〜図１９は、図１４〜図１６の技法と結合され得る。

図１７〜図１９では、１つの要素が支持構造物を含み、その上に物体が支持されており、別の要素が物体との相互作用ユニットを含み、このユニットはトリガ検出器およびエンコーダ／センサを有する。どちらの要素も、デバイスによって制御信号に応答して移動することができ、あるいは一方の要素が静止し得て他方だけが移動され得る。

支持構造物は、例えばスライド、ディスク、内部に物体が固定されるかもしくは物体がデバイスの動作によってもたらされた不均一な相対運動に関連して内部でゆっくり移動している流体デバイス、または唾液もしくは他の液体中のように間に物体が置かれた一対のスライド、物体を含む毛細管、バイオチップ、ウェルの配列、ウェルプレートなどを含み得るが、これらは、例えばスキャナベッドまたは回転ディスク上に位置決めされ得る。物体との相互作用ユニットにおける検出および検知は、光の光学検知、電極またはホール効果素子などを用いたインピーダンスベースの検知、あるいは、音響信号の圧電検知またはその他の圧力ベースの検知さえ含む任意の適当な相互作用を利用し得る。

図１７のシステム９３０は、支持要素９３４および９３６を有するスキャナデバイス９３２を含む。支持構造物９４０は支持要素９３４上に取り付けられ、識別可能な物体９４２を支持する。物体との相互作用ユニット９４４は支持要素９３６上に取り付けられ、トリガ検出器９４６およびエンコーダ／センサ９４８を含む。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の相補的な２つの組は、物体９４２のうちの１つおよび物体との相互作用ユニット９４４向けであり、どちらか一方または両方を移動させることにより支持構造物９４０と物体との相互作用ユニット９４４の間の相対運動を達成することができる様子を示す。Ｘ軸は、スキャナデバイス９３２が相対運動をもたらすことができる走査方向を示す。Ｙ軸は相対運動の方向を示し、この方向では、支持構造物９４０と、物体との相互作用ユニット９４４の間の距離は一定のままであり得るが、走査方向に対して垂直に変位が生じることがある。ｚ軸が示す方向では、支持構造物９４０と、物体との相互作用ユニット９４４とが、互いにより接近するか、またはより遠ざかって移動することができる。

スキャナデバイス９３２は、例えばＣＰＵ４０２からデバイス制御ＩＯ４２０を経由した走査制御信号に応答して、支持構造物９４０および／または物体との相互作用ユニット９４４を移動することにより、走査方向における相対運動を生成する。トリガ検出器９４６が物体９４２のうちの１つ向けのトリガ信号を供給すると、ＣＰＵ４０２は、検知結果のルーチン４４２を実行し、スキャナデバイス９３２にトリガ応答の変位制御信号を供給することができ、スキャナデバイス９３２は、支持構造物９４０および／または物体制御ユニット９４４を移動して変位をもたらし、一方、物体９４２はエンコーダ／センサ９４８の符号化／検知領域内で相対運動を有する。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸によって示された方向における変位は、運動に関連した検知結果および／または相対運動に起因する情報を有する時変波形を示すデータを得るのに用いることができる。３つの方向のうちどの方向の変位も、符号化／検知領域内で変調サイクルを含むことができ、その結果、走査運動は搬送要素であり、変位は変調サイクルを含む。

図１８および図１９で、システム９６０は回転デバイス９６２を含み、このデバイスは、支持要素９６４および９６６を介して回転動作を生成することができ、小型化したデバイス（例えばＭＥＭＳまたはナノテクノロジーのデバイス）でよい。支持構造物９７０は物体９７２を支持し、円形または別の形状であり得る。支持構造物９７０は、双方向矢印９７６によって軸９７４のまわりで回転することができる。物体との相互作用ユニット９８０は、トリガ検出器（ＴＤ）９８２およびエンコーダ／センサ（Ｅ／Ｓ）９８４を含み、軸９８６のまわりで回転することができる。ＴＤ９８２およびＥ／Ｓ９８４については、高さはｚ方向に別々に調整され得る。

相対運動の３つの次元は、矢印９７６による角回転のθ方向、支持構造物９７０の回転軸から物体との相互作用ユニット９８０への距離ｒ、およびｚ方向を含む。支持構造物９７０はθ方向に回転するが、物体９７２はトリガ検出器９８２のトリガ検出領域へ相対運動を有することができ、回転デバイス９６２により、回転制御信号に応答して回転動作が生成される。ＣＰＵ４０２からのトリガ応答性の変位制御信号に応答して、回転デバイス９６２は、θ方向、ｒ方向、および／またはｚ方向の変位を生成することができ、一方、物体９７２は、エンコーダ／センサ９８４の符号化／検知領域内で相対運動を有する。構造物９７０上およびユニット９８０上の相補的なｒ軸およびｚ軸は、デバイス９６２が、支持構造物９７０および９８０が安定して取り付けられている支持要素９６４および９６６の一方または両方を移動することにより、これらの方向に変位を生成することができる様子を示し、トリガ検出器９８２とエンコーダ／センサ９８４を、例えばｚ方向に別々に変位させることが可能であり得る。変位は、符号化／検知領域内での変調サイクルを含むことができ、その結果、回転運動は搬送要素であり、変位は変調サイクルを含む。

実装形態は、例えば蛍光ベースまたはインピーダンスベースのフローサイトメトリ（速度不明の粒子のシグナチュアを求めるバイオ検出器用途）に適用され得て、あるいは様々なタイプのタグ付き細胞、粒子、タグ付きＤＮＡなどの蛍光を発する様々なタイプの物体間の比をカウントするかまたは取得するために適用され得る。製作公差に起因する偏差を含むが未知の物体に関する情報を得るのに検知済波形と比較することができるテンプレート波形を得るために、既知の速度の既知の物体（例えばタグ付きビーズ）を使用して較正を実行することができる。

実装形態は、例えば注意ポイントのフローサイトメトリ、ＤＮＡ解析、プロテオミクスなど、コンパクトで危険光学部品がなく検知効率の高い低コストの要素を必要とするバイオ検出器用途で利用されてよい。

実装形態は、物体が様々な放射スペクトルを有するときなどバイオチップまたはドキュメントを走査し得て、また、例えばソナーのように物体速度が信号の伝搬速度程度であって、既知信号が不明の速度で進む物体に当って跳ね返る様々な低Ｓ／Ｎ比システムで利用され得る。

１０ システム、１２ トリガ検出器、１４ エンコーダ／センサ、１６ 相対運動要素、１８ 回路要素、２０ 物体、２２ トリガ検出領域、２４ 符号化／検知領域、４０ 制御回路、４２ 処理回路。

Claims (3)

1. センサであって検知結果の中の情報も符号化するものをエンコーダ／センサとし、エンコーダ／センサに関連する領域を符号化／検知領域として、
   符号化／検知領域内の物体に応答して、物体に関する符号化された検知結果を制御回路要素に供給するエンコーダ／センサと、
   トリガ検出領域内の複数セットの識別可能な物体のそれぞれに応答してトリガ信号を供給するトリガ検出器と、
   前記複数の識別可能な物体の１つの、前記トリガ検出領域内への相対運動、前記トリガ検出領域内への相対運動の後の前記トリガ検出領域から前記符号化／検知領域内への相対運動、および前記符号化／検知領域内の相対運動をもたらす相対運動要素と、
   制御回路要素であって、
   前記１つの物体のトリガ信号に応答して、符号化／検知領域内の前記物体の相対運動に起因する情報を有する少なくとも１つの時変波形を示すそれぞれの符号化された検知結果を前記エンコーダ／センサが得るように、前記エンコーダ／センサの動作および前記物体の相対運動の少なくとも１つを制御する制御信号を供給する制御回路または、
   前記１つの物体のトリガ信号に応答して、前記符号化された検知結果から、前記符号化／検知領域内の前記物体の相対運動に起因する情報を有する少なくとも１つの時変波形を示すデータを得る処理回路の少なくとも１つを含む制御回路要素と、
   を備える、装置。
2. センサであって検知結果の中の情報も符号化するものをエンコーダ／センサとし、エンコーダ／センサに関連する領域を符号化／検知領域として、トリガ検出器およびエンコーダ／センサを使用する方法であって、
   識別可能な物体の、トリガ検出領域内への相対運動、トリガ検出領域内への相対運動の後の前記トリガ検出領域から符号化／検知領域内への相対運動、および前記符号化／検知領域内の相対運動をもたらすステップと、
   前記相対運動中に、
   前記物体が前記トリガ検出器に関連する前記トリガ検出領域内にあるとき、トリガ検出器を操作してトリガ信号を供給するステップと、
   前記物体が前記エンコーダ／センサに関連する前記符号化／検知領域内にあるとき、前記エンコーダ／センサを操作して検知結果を得るステップと、
   前記トリガ信号に応答して、
   前記エンコーダ／センサが、物体の符号化／検知領域内の相対運動に起因する情報を有する少なくとも１つの時変波形を示すそれぞれの符号化された検知結果を得るように、前記符号化／検知領域内で前記エンコーダ／センサの動作および前記物体の相対運動の少なくとも１つを制御すること、および
   前記検知結果から、前記符号化／検知領域内の前記物体の相対運動に起因する情報を有する少なくとも１つの時変波形を示すデータを得ること
   のうち少なくとも１つを実行するステップと、
   を含む方法。
3. 請求項１に記載の装置であって、
   前記装置の動作中にチャンネル内で物体が長手方向の相対運動を有することができる前記チャンネルを含む流体構造を備える、装置。

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