(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内に被検体を通しながら励起装置を稼働させ励起エネルギ域内スペクトラムを有する励起光を浴びせることでその被検体を発光させる方法であって、
流路を構成する個々の流路区画における励起光スペクトラムを励起エネルギ域全域に亘り最高強度又は最低強度を呈している状態でなく、励起エネルギ域全域に亘りすべての波長の光が同じ強度を呈している状態でない励起エネルギ域内ノンバイナリスペクトラムとし、且つ
同じ励起エネルギ域内の別々の小範囲で発光するよう或いはその間の遷移が非干渉的になるよう、それら流路区画のうち少なくとも２個の間で励起光のスペクトラムを変えることにより、
流路内移動につれ被検体発光が経時変化するよう流路区画単位で励起光のスペクトラムを変化させつつ被検体を発光させる励起装置使用方法。
【請求項２】
本装置稼働中に複数個の被検体を各々通せるよう流路母材上に形成された流路と、励起エネルギ域内スペクトラムを有する励起光を流路内被検体に浴びせて発光させる励起装置を有する符号化部材と、を備える装置であって、
流路を構成する個々の流路区画における励起光のスペクトラムを励起エネルギ域全域に亘り最高強度又は最低強度を呈している状態でなく、励起エネルギ域全域に亘りすべての波長の光が同じ強度を呈している状態でない励起エネルギ域内ノンバイナリスペクトラムとし、且つ
同じ励起エネルギ域内の別々の小範囲で発光するよう或いはその間の遷移が非干渉的になるよう、それら流路区画のうち少なくとも２個の間で励起光のスペクトラムを変えることにより、
流路内移動につれ被検体発光が経時変化するよう流路区画単位で励起光のスペクトラムを変化させつつ各被検体を発光させる装置。
【請求項３】
本装置稼働中に複数個の被検体を各々通せるよう流路母材上に形成された流路と、符号化部材と、を備える装置であって、
その符号化部材が、
励起エネルギ域全域に亘り最高強度又は最低強度を呈している状態でなく、励起エネルギ域全域に亘りすべての波長の光が同じ強度を呈している状態でない励起エネルギ域内ノンバイナリスペクトラムを有する励起光を発生させ被検体に浴びせて発光させる励起光源であって励起光のスペクトラムを少なくとも二通りに切り替えうる励起光源と、
励起光照射区画より上流で被検体の流路内通過を検知してトリガ信号を発生させるトリガ検知器と、
励起光照射区画を通過中の被検体に照射される励起光が経時変化するようそのスペクトラムを経時的に切り替えつつ励起光を照射する動作を、トリガ信号に応じ励起光源に行わせる回路と、
を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体発光を経時変化させる技術、例えばフォトセンサ等の部材に対して移動中の被検体による発光が経時変化するよう励起装置を動作させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体発光を利用する手法は幾つか知られている。例えば特許文献１に記載の装置では、流路母材上に流路を形成しそれに沿って検知部材を設けている。その検知部材で被検体を検知し、得られた情報をプロセッサで処理することにより、被検体発光スペクトラムを知ることができる。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７３５８４７６号明細書
【特許文献２】米国特許第４５７３７９６号明細書
【特許文献３】米国特許第５３２４４０１号明細書（Ａ）
【特許文献４】米国特許第５６８２０３８号明細書（Ａ）
【特許文献５】米国特許第５８８０４７４号明細書（Ａ）
【特許文献６】米国特許第６５５８９４５号明細書（Ｂ１）
【特許文献７】米国特許第７２４８３６１号明細書（Ｂ２）
【特許文献８】米国特許第７２６８８６８号明細書（Ｂ２）
【特許文献９】米国特許第７２９１８２４号明細書（Ｂ２）
【特許文献１０】米国特許第５７９８２２２号明細書（Ａ）
【特許文献１１】米国特許第６８１６２５７号明細書（Ｂ２）
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００３／００２０９１５号明細書（Ａ１）
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００４／００３８３８６号明細書（Ａ１）
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００４／００６７１６７号明細書（Ａ１）
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００５／０１２８４７９号明細書（Ａ１）
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００７／００７０３４７号明細書（Ａ１）
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００７／０１４５２４９号明細書（Ａ１）
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００７／０１４６７０４号明細書（Ａ１）
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００７／０１４７１８９号明細書（Ａ１）
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００７／０１４７７２８号明細書（Ａ１）
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００８／００１３８７７号明細書（Ａ１）
【特許文献２２】国際公開第ＷＯ０２／２５２６９号パンフレット（Ａ２）
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００７／０１４８７６０号明細書
【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 oh High Speed Electronics and Systems (IJHSES), Vol. 17, Issue 4, 2007, pp. 671-680
【非特許文献２】"Flow Cytometry", [online] Internet URL: http://www.wellscenter.iupui.edu/MMIA, printed on January 29, 2008, 4 pages
【非特許文献３】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４】SINGH, K., LIU, C., CAPJACK, C., ROZMUS, W., and BACKHOUSE, C. J., "Analysis of Cellular Structure by Light Scattering Measurements in a New Cytometer Design Based on a Liquid-Core Waveguide", IEE Peoc.-Nanobiotechnol., Vol. 151, No. 1, February 2004, pp. 10-16
【非特許文献５】LIANG, X. J., LIU, A. Q., ZHANG, X. M., YAP, P. H., AYI, T. C., and YOON, H. S., "Refractive Index Measurement of Single Living Cell Using a Biophotonic Chip for Cancer Diagnosis Applications", 9th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Science, October 9-13, 2005, pp. 464-466
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、被検体発光に経時変化を与えうる新たな被検体発光利用手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る方法及び装置では、例えば励起光を利用し被検体発光を経時変化させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
まず、本発明は、移動する被検体から情報を取得する上での諸問題を解決乃至緩和するのに有効である。例えば生物細胞、ウイルス、分子、サブ分子構造体(submolecular complex)等といった被検体を対象とするフローサイトメトリは、使用する装置（フローサイトメータ）が高価且つ大型であるため、臨床医療、水質管理、食品検査、鳥獣検診、脅威病原体警戒等での利用が不便乃至不可能であったが、本発明によればそうした制限を解消乃至緩和することができる。
【０００７】
通常、フローサイトメータは、仕切りや十分な間隔で隔てられた複数個の検知区画内にそれぞれ励起光を合焦させる複数個の励起光源と、対応する検知区画で発生する光を解析することによってその検知区画内に存する被検体例えば細胞を含有色素や付着色素の違いに基づき検知及び弁別する部材、例えばビームスプリッタ、フィルタ、光電子増倍管（ＰＭＴ）等とを、備えている。フローサイトメトリを使用する際には、例えば、染料入り溶液等を用い予め被検体に着色しておく。その色は被検体種別毎に変えておく。次いで、その被検体をフローサイトメータ内に搬入する。搬入された被検体は例えば最高数ｍ／ｓｅｃの速度で検知区画に送られる。検知区画では、その被検体の含有色素又は付着色素が励起されるようレーザ光を合焦させる（例えば８０μｍ×４０μｍの楕円合焦スポットを発生させる）。被検体はそのレーザ光で励起されて蛍光する。その蛍光を顕微鏡レンズで集光し、バンドパスフィルタで濾波し、そしてＰＭＴ又はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）で検知する。こうした仕組みでは、合焦スポット毎にレンズ、フィルタ、検知部材等が一組ずつ必要になり、またそうした光学装置の配置を精密に保つ必要があるので、フローサイトメータが高価で大きな装置になってしまう。また、短い検知区画内を被検体が高速通過するので、検知区画内被検体所在期間は例えば約１０μｓｅｃといった短期間であり、従って被検体発光が弱いと検知することができない。即ち、フローサイトメータの信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が問題になる。これらの諸問題は、複数個の被検体の特性を調べて弁別しなければならないとき、例えばその個数乃至種数を数えたいときに先鋭化する。
【０００８】
また、フローサイトメトリを使用した臨床診断では試薬例えば抗体、複合／接合色素等に多くの費用がかかる。この費用を抑えるには、マイクロ流路技術等を用い被検体所要量を抑えることでそうした消耗材の使用量を抑えるか、或いは被検体単位体積当たり消耗材使用量を抑えればよいが、量の抑制は蛍光強度の低下にもつながる。こうした板挟みを解消するには、弱発光細胞等も低コスト且つ確実に検知及び弁別できる手法があると都合がよい。
【０００９】
そのため、単色空間変調光を励起光として用いることでＳ／Ｎ比を向上させ且つ被検体発光強度の検知限界を下げる手法も既に提案されている。この手法では、従前のものより長くした検知区画に沿って蛍光が空間変調されるため、従前のフローサイトメトリと同等以上の空間分解能、ひいては従前のフローサイトメータと同等以上の最大検知／計数速度を達成することができる。しかしながら、励起光の照射／非照射を切り替えるにせよ或いは複数個の光源を使用して単色干渉縞を発生させるにせよ、単色励起光を用いる手法には限界がある。また、波長感度（波長差弁別能）の低さやブリーチング（色落ち）による問題を回避するのが難しい。波長感度が低いと、フィルタ及びＰＭＴを併用するフローサイトメータでは、その蛍光波長が大きく違った色素を用いざるを得なくなることが多い。
【００１０】
これに対し、本発明の好適な実施形態では、被検体に発光を引き起こす光エネルギ域即ち励起エネルギ域に属する励起光を複数通り、その間の遷移が非干渉的になるよう１個又は複数個の励起光源によって発生させる。即ち、励起エネルギ域内で両極端に位置しない色を有する（例えば可視域の）光を複数通り使用し、或いはその励起エネルギ域内で両極端に位置しない強度の光（グレーレベル光等の中間強度光）を複数通り使用する。そのため、単色励起光の使用に起因する諸問題を発生させることなく空間分解能を高めることができる。中間強度光を使用する場合は単色でもよい。また、その色又は強度が異なる複数通りの励起光は、例えば、それらの照射先区画が指交差状、パッチワーク状等のパターンで並ぶよう照射する。これにより、波長感度やブリーチングにまつわる問題を抑えることが可能になり、ひいては細胞等の被検体の特性を励起光波長の違いに基づき調べそれら被検体を弁別することが可能になる。色の違いに基づき被検体を弁別できるということは被検体粒子のネイティブ蛍光スペクトラムを認識できるということであり、ひいては励起／吸収スペクトラムの違いによる蛍光スペクトラム及び強度の違いをおおよそ検知できるということである。ネイティブ蛍光スペクトラムの違いが非常に僅かであっても、検知できる可能性がある。
【００１１】
図１に、本発明の一実施形態に係る被検体発光経時変調システムを示す。このシステムは、図中のＡ，Ｂ各照明光１６，１８を含め複数通りの照明光を個別に発生させ、それらを対応する区画１２，１４に照射する励起装置１０を有している。各励起光１６，１８のスペクトラムは本システムで使用可能なエネルギ域に属しているが、励起光１６・１８間ではそのスペクトラムの波長、強度又はその双方が互いに異なっている。
【００１２】
本願では、励起エネルギ域全域に亘りどの成分もほぼ最高強度を呈している状態を「白色」と呼び、その逆に最低強度を呈している状態即ち理想的には光が存在せず強度＝０になっている状態を「黒色」と呼んでいる。「励起エネルギ域」とは本システムで使用できる光エネルギ域のことであり、「光エネルギ域」とはスペクトラムの波長及び強度の拡がりのことであり、「スペクトラム」とは広帯域光、ＲＧＢ各色光その他の成分光で定義される組成又は成分自体のことである。また、そのスペクトラム強度が励起エネルギ域内のどの成分でも最高強度でない光、即ち白色と黒色の中間に位置する強度の光のことを「グレーレベル」光と呼び、そのスペクトラム波長が励起エネルギ域内の所定小範囲、例えば可視域、赤外域、紫外域、それらを組み合わせた波長域等の内部で分布している光のことを「有色」光と呼ぶ。本装置１０で励起光１６，１８として使用するのはグレーレベル光や有色光、即ち白色でも黒色でもない「ノンバイナリ」(non-binary)なスペクトラム分布の光である。しかも、励起装置１０からの励起光１６，１８は、例えば一方が赤色光で他方が緑色光といった色差や、一方がある強度及びスペクトラム分布形で他方がそれと異なる強度及び同様若しくは別様のスペクトラム分布形といった強度差や、それら色差及び強度差双方がある。そのスペクトラム分布にそうした差がある光を「異スペクトラム」(different spactra)な光と呼ぶ。図１では、こうした色差や強度差を表すために励起光照射区画１２，１４に別々のハッチングを付してある。励起光１６，１８は「ノンバイナリ異スペクトラム」光であり、それによる励起は「ノンバイナリ異スペクトラム」励起である。
【００１３】
被検体２０，２２は励起装置１０が稼働している状態で流路に通される。１本の流路内に相次いで通すこともあるし、スキャン動作によって互いに別々の流路内に通すこともある。また、被検体２０，２２が通される個々の流路の個々の部位・領域を流路区画と呼ぶ。この図では、流路区画のうち流路に沿って上流寄りにある区画１２及び下流寄りにある区画１４に、それぞれ励起光が照射されている。区画１２，１４に照射される励起光１６，１８は共にノンバイナリで互いに異スペクトラムな光であるので、被検体２０，２２は少なくとも二種類のノンバイナリ異スペクトラム光による励起を順繰りに受けることとなる。また、励起光１６・１８間の遷移は非干渉的遷移(non-interference-like transition)である。これは孤立干渉縞(single interference pattern)即ち孤立した単色の干渉縞をもたらさないタイプの遷移である。即ち、レーザその他の単色光源１個で干渉縞を発生させる手法やその他の手法で類似した干渉縞を発生させる手法では、こうした遷移は生じえない。ノンバイナリ励起光への遷移及びノンバイナリ励起光からの遷移は皆、またノンバイナリ励起光間の遷移も原則として、この種の遷移にする。非干渉的遷移に関するパラメタ例えば継続期間は適宜調整することができる。従って、非干渉的遷移を伴う形態で励起することで、白黒二値しか使用しない手法や孤立干渉縞が生じる手法ではまず以て達成しえないほど多様に、また有色光乃至グレーレベル光によるノンバイナリ励起だけでも達成しえないほど多様に、被検体発光を経時変化させることができる。また、トリガ信号に応じ励起光を経時変化させることによっても、被検体発光の経時変化を富ませることができる。これは非干渉的遷移の有無を問わない。
【００１４】
図中に矢印線で示した通り、被検体２０，２２は少なくとも２個の区画１２，１４で少なくとも二種類の励起光１６，１８を浴び、輻射、反射その他の散乱、透過又はそれらの複合作用で光２４，２６を発する（同順）。上掲の通り非干渉的遷移を伴う少なくとも二種類のノンバイナリ異スペクトラム励起光１６，１８を照射しているので、この被検体発光２４，２６にはその発光元被検体についての情報即ち被検体情報が重畳することとなる（符号化）。白黒二値しか使用しない手法や孤立干渉縞が生じる手法で課されるような制約は課されないので、この符号化では発光２４，２６に様々な情報を重畳することができる。即ち、例えばフローサイトメトリ、バイオチップ読取、検体検知等のように一群の被検体を調べる用途や文書をスキャンして読み取る用途でこのシステムを使用すると、励起によって生じる発光２４，２６のスペクトラムは、励起エネルギ域内外の波長に拡がり且つ励起エネルギ域内の強度を有するスペクトラムとなる。被検体発光強度が励起エネルギ域内になるのは、励起光１６，１８として中間強度光、例えばグレーレベル光を使用しているためである。中間強度とは、装置１０で使用するスペクトラム形状の強度域内で、その最高強度及び最低強度の間にあり、しかも最高及び最低のいずれの強度でもない強度のことである。グレーレベルとは、その強度域内を概ね均等に分割した強度値のことである。
【００１５】
他方、その励起光１６，１８が照射される被検体２０，２２に対しては、他の事物から区別可能で、その事物についての情報をセンサで検知でき、更にその検知結果を出力可能なものであることが求められる。逆にいえば、それらの条件を満たせばどのようなものでも被検体２０，２２にしうる。そのため、液滴、小体積流体、単分子、凝集分子、分子クラスタ、細胞、ウイルス、バクテリア、長大なポリマ、サブ分子構造体、マイクロパーティクル、ナノパーティクル、検体搬送小粒子（例えば特定の化学物質等と結合しそれを搬送するビーズ）、エマルジョン、アレイ内物体、面上の異質部分（例えば着色スポット）等、様々な物体を被検体２０，２２にしうる。いずれにしろ、被検体２０，２２からの発光２４，２６を検知すると、被検体情報が符号化された経時変化波形、即ち時間軸に沿って変化を呈する波形が得られる。従って、被検体情報を得るにはその経時変化波形から情報を復号すればよい。
【００１６】
その経時変化は、システムを構成する部材（符号化部材や光検知部材）やシステム内で発生する模様乃至縞（励起光照射パターンやフィルタリングパターン）に対する被検体２０，２２の相対運動を反映する。即ち、励起光１６，１８に対する被検体２０，２２の反応は励起光毎即ち区画毎に変わる。励起装置１０では、これを利用し被検体発光２４，２６を経時変化させることで、即ち経時変化例えば強度変化という形態で、その発光２４，２６に被検体情報を符号化する。例えば、Ａ励起光１６に対しては強くＢ励起光１８に対しては弱く反応する被検体をタイプ１、またＡ励起光１６に対しては弱くＢ励起光１８に対しては強く反応する被検体をタイプ２とする。更に、図示の通り被検体２０をタイプ１、被検体２２をタイプ２とする。この場合、被検体２０による発光２４は強→弱の順で、また被検体２２による発光２６は弱→強の順で、それぞれその強度が経時変化する。従って、同じ色だがその強度が違う二種類の光を励起光１６，１８として用いそれらの間の遷移を非干渉的にすることで、発光元被検体のタイプについての情報が発光２４，２６に経時変化の形態で符号化されることとなる。
【００１７】
光検知手段３０は各被検体発光２４，２６の一部を検知しその結果３２を例えばアナログ又はディジタル電気信号の形態で出力する。発光２４，２６にその経時変化として重畳、符号化されていた情報もこの信号３２に含まれている。処理手段３４は、光検知手段３０から得られる検知結果信号３２に基づき処理を実行し、重畳している情報、例えば被検体２０，２４のタイプを示す信号を導出する（復号）。
【００１８】
このように、本システムによれば、その色又は強度（例えばグレーレベル）が異なる複数通りの励起光１６，１８を、流路に沿って複数個並ぶ区画１２，１４のうち対応するものへと、それらの間に非干渉的遷移が生じるようそれぞれ照射しているので、被検体発光２４，２６の色又は強度（例えばグレーレベル）が区画毎に変化し、その被検体２０，２２の吸収、蛍光、干渉特性等の被検体情報が発光強度等の経時変化の形態で被検体発光２４，２６に重畳する（符号化される）こととなる。また、期間と期間の間の遷移が非干渉的になるよう励起光の色や強度を期間毎に変化させることによっても、同様の経時変化を発生させることができる。
【００１９】
図２に本システムの一例構成１００を示す。このシステム１００は、移動する被検体１１０を発光させその特性等の被検体情報が符号化された光１２０を出射する符号化部材１０２と、それを検知し光検知結果信号１３０例えば電気信号を出力する光検知部材１０４と、その信号を受け取り処理することによって被検体特性情報を示す特性データを発生乃至出力する処理部材１０６とを備えている。このシステム１００では、被検体１１０が矢印方向１１２に相対運動しつつ励起光１１４の照射を受けて発光する。例えば紫外光に反応する色素で被検体１１０がタグ付けされていれば、紫外光を励起光１１４として照射するとそのタグが蛍光する。また、被検体１１０が例えば細胞なら、紫外光等の励起光１１４を照射すると細胞構成要素にネイティブ蛍光即ち自発蛍光が生じる。その他、ケモ蛍光、バイオ蛍光、吸収、散乱等のように同時励起が必要ない仕組みで発光させることもできる。部材１０２は、そうした被検体発光１１６を集めて光１２０を出射する。この出射光１２０には、図中矩形で示した被検体特性情報１２２を初めとする被検体情報が符号化されている。即ち、励起光照射パターン、被検体発光フィルタリングパターン又はその組合せを利用して被検体情報が符号化されている。部材１０４はこの光１２２の一部を検知し、得られた光検知結果に基づき電気信号１３０を発生させる。この光検知結果信号１３０がもたらされると、部材１０６は、それに含まれている情報１２２に基づき、被検体特性に関するデータを生成乃至出力する。
【００２０】
図３に、符号化機能を励起装置の工夫で実現する例１５０を示す。この装置１５０は発光元被検体１５２の流路沿いに設けられている。「ｘ又はｔ」との表記から理解できる通り、流路上における被検体１５２の所在は位置ｘでも時刻ｔでも表せる。若干の誤差は生じるが、被検体１５２の位置変化状況例えば速度がわかれば、トリガ信号に基づき位置ｘと時刻ｔの対応関係を決めることもできる。トリガ信号は、例えば被検体検知によって発生させてもよいし、復号結果を示す信号に基づき発生させてもよい。また、被検体１５２の流路沿いには、複数個の励起光照射区画が数珠つながりに且つ周期的、ランダム又はチャープに並んでいる。「周期的」とはこの励起光照射区画列内で同じパターンが繰り返されることをいい、「ランダム」とはそのような周期性がないことをいい、「チャープ」とはランダムであるが時間軸沿いの変化が直線的で周期的ともいいうること、即ち周波数又は波長の直線的変化が周期的に繰り返されることをいう。
【００２１】
この励起装置１５０は、図示の通り、Ｋ個の励起光源を第０励起光源１５４から第Ｋ−１励起光源１５６まで順に並べた構成を有している。これらの励起光源は流路周辺であればどこにでも配置できる。例えばｘ軸又はｔ軸沿いの同じ位置に励起光源を複数個設けてもよいし、ｘ軸又はｔ軸に沿った励起光照射区画の拡がりが複数個の励起光源間で重なるようにしてもよい。また、流路に対する励起光源の向きを変えること、例えば部材１５４を図示の通り流路の逆側に移して第０’励起光源１５８とすることもできる。なお、図中の矢印線１６０，１６２，１６４は、順に、励起光源１５４，１５８，１５６から発せられる励起光である。
【００２２】
そのうち第ｋ１励起光源１７０は、図示の通り、１個又は複数個の干渉光源１７１によって互いに別種の励起光１７２及び１７４を発生させる構成である。励起光１７２は被検体１５２が区画１７６を通過しているときに、また励起光１７４は被検体１５２が区画１７８を通過しているときに、それぞれ発生させる。区画１７６に照射される励起光１７２のエネルギ及びスペクトラムは区画１７８に照射される励起光１７４のそれと異なっているので、区画１７６と区画１７８を併せ、その色又はグレーレベルが違う複数通りの励起光１７２，１７４からなる励起光照射パターンが形成されることとなる。他方、第ｋ２励起光源１８０は、構造化光源１８２によってある空間パターン１８６で励起光を照射する構成である。図中の区画１８８は、パターン１８６に関わる複数個の区画のうち１個即ち励起光１８４が照射される区画である。
【００２３】
そして、各励起光源１５４〜１５６に対しては、励起制御回路から信号線１９０を介し制御信号が供給されている。励起制御回路は、例えばトリガ検知器から供給される信号に応じ制御信号を発生させて励起光源に供給する。励起光源は、この信号を受けて定常状態の又は経時変化性のある励起光を発生させる。
【００２４】
図４に、符号化機能をフィルタ装置で実現する例２００を示す。この装置２００は発光元被検体２０２の流路沿いにあり、複数個のフィルタアセンブリから構成されている。そのフィルタアセンブリは、それぞれ、例えば周期的マスク、ランダムマスク、チャープマスク、シャドウマスク等のフィルタから構成されている。「周期的」とはフィルタアセンブリ列内で同一パターンが複数回繰り返すことをいい、「ランダム」とはそのような周期性がないことをいい、「チャープ」とはランダムだが時間軸沿いの変化が直線的で周期的ともいいうること、即ち周波数又は波長の直線的変化が周期的に繰り返されることをいう。「シャドウマスク」は強度領域フィルタの一種で、注目しているエネルギ域内の光はそのまま透過させるが、それ以外のエネルギ域内の光は白、黒、別のグレーレベル等に強度を変えて出射する。
【００２５】
このフィルタ装置２００は、図示の通り、Ｍ個のフィルタアセンブリを第０フィルタアセンブリ２０４から第Ｍ−１フィルタアセンブリ２０６まで順に並べた構成を有している。これらのアセンブリは流路周辺ならどこにでも配置できる。例えば複数個のアセンブリをｘ軸又はｔ軸沿いの同じ位置に設けてもよいし、ｘ軸又はｔ軸に沿った励起光照射区画の拡がりが複数個のアセンブリ間で重なるようにしてもよい。また、流路に対するアセンブリの向きを変えること、例えばアセンブリ２０４を図示の通り流路の逆側に移して第０’フィルタアセンブリ２０８とすることもできる。
【００２６】
そのうち第ｍ１フィルタアセンブリ２１０は複数個のフィルタ２１６，２１８を縦続配置した構成である。図中に矢印線で示す通り、被検体発光２１２はこのアセンブリ２１０への入射後その内部にあるフィルタ２１６，２１８を順繰りに通過し出射光２１４として出て行く。他方、第ｍ２フィルタアセンブリ２２０は複数個のフィルタ２２６，２２８を流路沿いに配した構成である。図中に矢印線で示す通り、このアセンブリ２２０に入射する複数通りの被検体発光２２２は隣り合うフィルタ２２６，２２８のうち対応するものを通過しそれぞれ出射光２２４として出て行く。フィルタ２２６，２２８は共にバンドパスフィルタであり、被検体発光スペクトラムについての情報が得られるようその通過域を十分に違えてあるので、アセンブリ２２０内のこれらフィルタ２１６，２１８によって、ある空間パターン（フィルタリングパターン）にて光をフィルタリングすることができる。
【００２７】
フィルタ２２６，２２８からの出射光２２４に符号化されている情報は、その光２２４をフォトセンサ等で検知しその結果を演算等に供することにより、復号、再生等することができる。また、フィルタ２２６，２２８を含めどのフィルタも、その長さを任意に設定することができる。例えば、ｘ軸又はｔ軸に沿った被検体２０２の見かけ上の長さより短くしてもよいし、その逆に長くしてもよい。短くした場合は、その分解能に若干損失が生じるかもしれない。長くするとしても、そのフィルタアセンブリ例えば２２０を通過する間に被検体２０２が特性変化しない程度の長さに止める。
【００２８】
こうした構成のフィルタ装置２００は、その被検体２０２に流動性がある用途に限らず、その被検体２０２が一群となり他の構成部材に対して移動する用途でも、使用することができる。後者の例としては、紙シートその他の画像担持媒体をスキャンする用途がある。例えば、シート上に存する有色スポットを被検体２０２とし、装置２００を通した被検体発光に基づきその被検体２０２の色、色変化乃至色差を精密に読み取る用途である。この用途では、シート上にある種々の有色スポット即ち被検体２０２のなかから、他のスポットと違う独特の色を有する基準位置マークを識別してその位置を検知し、検知したマーク位置を基準にその位置を定めてシートを画像検知、印刷等に供することができる。
【００２９】
図５に、符号化機能を変位制御装置で実現する例２５０を示す。この装置２５０は移動及び発光する被検体２５２の流路沿いにあり変位制御部材を複数個有している。即ち、Ｎ個の変位制御部材２５４〜２５６を第０変位制御部材２５４から第Ｎ−１変位制御部材２５６まで順に並べた構成を有している。そのうち第ｎ１変位制御部材２６０は輪郭整形部材２６２を有している。この部材２６２は流路を全周に亘り又は部分的に取り囲んでおり、その形状を変化させることで被検体２５２の移動速度等、その動き方を調整又は制御することができる。他方、第ｎ２変位制御部材２７０は流路ずらし装置２７２を有している。これは、対応する流路区画の周壁を矢印線に沿って双方向にずらす装置である。トリガ検知器にてトリガ信号が発生すると、変位制御回路は制御信号を発生させ信号線２７６経由で装置２７２に供給し装置２７２を定常的に又は経時変化的に作動させる。
【００３０】
図６に、符号化部材１０２等を制御するシステムの一例構成４００を示す。このシステム４００は、バス４０４等の回路を介しＣＰＵ（中央処理ユニット）４０２に種々の部材を接続した構成を有している。本システム４００を構成する部材のうち外部Ｉ／Ｏ（入出力部）４０６は、システム４００内のバス４０４に外部装置を接続するためのＩ／Ｏである。メモリ４０８も同じくバス４０４に接続されている。集積回路Ｉ／Ｏ４１０は、第０ＩＣ４１２から第Ｐ−１ＩＣ４１４まで合計Ｐ個あるＩＣ（集積回路）をバス４０４に接続している。ＩＣ４１２〜４１４のうち第ｐＩＣ４１６にはフォトセンサアレイ４１８が組み込まれている。そして、デバイスＩ／Ｏ４２０は、第０デバイス４２２から第Ｑ−１デバイス４２４まで合計Ｑ個あるデバイス、例えば検知、制御等のためのデバイスをバス４０４に接続している。デバイス４２２〜４２４に含まれるのは、例えば励起光源乃至装置、変位制御部材乃至装置、流路関連の諸装置等である。流路関連の装置とは、例えばポンプ、計測用電極、スマートゲート、流路開閉／分岐装置、バルブ、流量センサ、流体圧センサ等のことである。
【００３１】
メモリ４０８内にはプログラムメモリ４３０がある。これは一群の命令を格納するメモリであるが、他種ソフトウェア、ハードウェア等で命令を保持しておくこともできる。メモリ４３０内に格納されているのは、例えば符号化ルーチン４４０、検知、読出及び結合ルーチン４４２、被検体弁別ルーチン４４４等のルーチンを構成する命令群である。そのうちルーチン４４０では、移動する被検体からの発光に情報を載せる（符号化する）。即ち、ＣＰＵ４０２が諸センサから信号を受け取り、どのような流路操作が必要かを判別し、ポンプ、計測用電極、ゲート、バルブ等を稼働させることによって、被検体をシステム構成部材に対し相対移動させる。ＣＰＵ４０２は、また、トリガ検知器からの信号に応じて制御信号を発生させ、励起光源、流路ずらし装置その他に送る。本ルーチン４４０では、こうして符号化を実行する。ルーチン４４２では、検知前読出を実行し、被検体情報及び検知周期を取得し、検知周期毎の検知結果読出及びアナログ調整を実行し、検知結果のディジタル調整及び被検体関連数値の保存を実行し、そして被検体関連数値同士を結合させて特性データを導出する。
【００３２】
ルーチン４４４では、各被検体の生データ即ちルーチン４４２で得られたデータを使用する。そのため、図７に示すステップ４７０では、ルーチン４４０とルーチン４４２の連携で生データ例えば光検知結果を示す数値を取得する。ステップ４７２では、ステップ４７０で得られた生データに基づき、その被検体の特性データを取得する。例えば、その被検体がどのような種類の被検体かを比較判別し、その被検体が注目被検体即ち更なる解析が必要な被検体か否かを示す特性データを導出する。ステップ４８０では、その被検体が注目被検体か否かを判別する。注目被検体でない場合はステップ４８２に移行し、スマートゲートを開放する等してその被検体を流路から排出させる。注目被検体である場合はステップ４８４に移行し、スマートゲートを閉鎖する等してその被検体を下流に移送し更なる解析に供する。
【００３３】
図８に、これらの解析を実行するアナライザの一例構成５００を示す。このアナライザ５００は流路母材５０２に載っており、その母材５０２には蛇状の流路５０４が形成されている。被検体５０６やそれを搬送する流体はこの流路５０４に通される。コールタカウンタ５１０及びミー散乱センサ５１２は粒子サイズ検知器である。被検体発光エンコーダ／フォトセンサ５２０は、例えば励起／変位制御部材５２２、フィルタ部材５２４及び光検知部材５２６から構成されている。部材５３０、５３２及び５３４のうち２個は蛍光検知部材、１個はラマン散乱検知部材である。そして、バルブ５４０の位置は被検体５０６についての種類弁別結果に応じて変わり、あるタイプの被検体５０６は矢印線５４２の方向にまた別のタイプの被検体５０６は矢印線５４４の方向にそれぞれ排出させる。
【００３４】
図９に流路５０４への接合部の一例構造６００を示す。この接合部６００は、その間に隙間ができるよう２枚の透光部材を重ね、その隙間に二種類の主な部分、即ち流体が通る流路部分６０２とそれを囲む非流路部分６０４を設けた構造である。ポート６０８は流路部分６０２に流体を入れ又は流路部分６０２から流体を出すためのポートである。また、図中の励起光照射パターン６１０は二色からなる周期的パターンである。このパターン６１０は、区画６１２、６１４及び６１６に照射されるあるスペクトラムの励起光と、区画６１８及び６２０に照射される別のスペクトラムの励起光とによって、形成されている。更に、区画間遷移を非干渉的にするため、これら励起光照射区画間のスペクトラム差は、孤立干渉縞が生じないように設定されている。各励起光照射区画のｘ軸沿い寸法は互いにほぼ等しい。
【００３５】
図１０に、透光部材６３０，６３２及びその間にある非流路部分６０４の一部を示す。部材６３０，６３２の素材は水晶、ガラス、アクリル等であり、その厚みは数ｍｍ以下、例えば０．３ｍｍ、０．１ｍｍ或いはそれ未満である。部材６３０・６３２間隔は例えば約２０〜５０μｍであり１０μｍサイズの生物細胞を通すことができる。非流路部分６０４はこの隙間を確保するための部分であり、ＳＵ−８等のフォトレジストやそれに類するポリマで形成されている。流路部分６０２は、例えば非流路部分形成素材をフォトリソグラフィでパターニングすることにより、非流路部分６０４によって囲まれるように形成する。また、流路部分６０２の輪郭に相当する位置に壁を設け、その壁の外側をエポキシで充填することでも、流路部分６０２並びにそれを周囲から封止する非流路部分６０４を形成することができる。励起光源６３４はその流路部分６０２内に励起光照射パターン６１０を発生させる。この図では光源６３４が透光部材６３２下面の上にあるが、これ以外の場所例えば透光部材６３０内に設けることもできる。被検体６３６は流路部分６０２内を相対移動しつつ励起光を浴び、そのパターン６１０に従い発光する。その被検体発光の一部は部材６３０内を伝搬してフォトセンサ６３８に達する。この図ではセンサ６３８が部材６３０上面の上にあるが、部材６３０上にスペーサを配してその上に載せるようにしてもよいし、その感光面が流路部分６０２に面するよう部材６３０内に配置してもよい。センサ６３８としては、例えば単体の大感光面フォトセンサ（ＰＭＴ）を用いることも、また複数個の感光セルをアレイ化してその光検知出力（例えば強度出力）の加算値を使用することも可能である。
【００３６】
被検体６３６からの発光は、パターン６１０をなす励起光の照射下をその被検体６３６が過ぎるにつれて、またその被検体６３６の蛍光、吸収乃至散乱特性に従い、経時的に変化していく。この変化をフォトセンサ６３８で捉えると、例えば図中の２個のグラフに示す如き被検体発光強度検知結果が得られる。これらのグラフのうち下側のグラフは、区画６１２、６１４及び６１６で照射される励起光、即ちある色乃至グレーレベルＡを有する励起光に反応して発光するタイプの被検体における発光強度ＩexcAを表している。上側のグラフは、区画６１８及び６２０で照射される励起光、即ちまた別の色乃至グレーレベルＢを有する励起光に反応して発光するタイプの被検体における発光強度ＩexcBを表している。曲線６４０から読み取れるように、Ａ励起光に反応する方の被検体は区画６１２、６１４及び６１６で強くまた区画６１８及び６２０で弱く発光する。また、曲線６４２から読み取れるように、Ｂ励起光に反応する方の被検体は区画６１２、６１４及び６１６で弱くまた区画６１８及び６２０で強く発光する。なお、これらの曲線６４０及び６４２は互いにほぼ相補的であるが、励起光照射パターン６１０によってはいずれの被検体６３６も反応できないことがある。また、例えば区画６１２、６１４及び６１６で赤色、区画６１８及び６２０で緑色の励起光を、赤色光及び緑色光のいずれにも反応しうる被検体６３６に照射すると、どの区画でも被検体発光が検知されることとなる。
【００３７】
フォトセンサ６３８はこうした被検体発光を捉え、被検体種別を示す信号を出力する。この信号から被検体種別を求めるには、例えば励起光照射パターン６１０に基づく計算を行えばよい。その被検体種別判別をあまり失敗しないで行えるようにするには、例えば、励起光照射パターン６１０を、そのデューティ比が０．５から十分に離れた値（０．１や０．９といった値）の周期的パターンにするか、或いは非周期的パターンにするとよい。非周期的パターンといっても様々であるが、なかには簡便な割に有用な追加情報を得やすいものがある。例えばその長手方向に沿って非周期性を呈するランダムパターンや、ランダムの定義を充足するが時間軸に沿った変化が直線的且つ周期的なパターン、即ちその周波数乃至波長の直線的変化が周期的に繰り返されるチャープパターンである。
【００３８】
なお、流路部分６０２の端部は開口させてポート６５０にすることができる。このポート６５０は流路部分６０２に対する流体の出し入れに使用できる。また、接合部６００を更に延ばしてその先に別のポートを設けること、例えば面６５２を中心に左右折り返して対称形状の構造にすることもできる。
【００３９】
図１１に、流路部分６０２に対する励起光源６３４の配置の別例を二種類示す。まず、図中左半部に示した例では、透光部材６３２の一部を流路に沿って取り除き、流路部分６０２の一壁面になるよう代わりに光源６３４を組み込んである。光源６３４は、非干渉的遷移を呈するよう区画６８２及び６８４内に互いに別々の色乃至グレーレベルの励起光を照射して励起光照射パターン６８０を発生させる。次に、図中右半部に示した例では、光源６３４を部材６３２の下面から離して配置してあり、また励起光を流路部分６０２上に照射できるようレンズ、レンズ系、マイクロレンズ、Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）アレイ等の光学部品６９０を配置してある。光源６３４は、非干渉的遷移が生じるよう区画６９４及び６９８と区画６９６に互いに別の色乃至グレーレベルの励起光を照射することによって、区画６９４、６９６及び６９８に亘る励起光照射パターン６９２を発生させる。
【００４０】
図１２に、フォトセンサ６３８配置の別例を二種類示す。まず、図中左半部に示した例では、流路部分６０２の一壁面になるよう流路に沿ってフォトセンサ６３８を組み込んである。センサ６３８は励起光照射下の被検体６３６による発光を検知する。その励起光は区画７１２、７１４及び７１６に亘るパターン７１０を形成している。そのパターン７１０は、隣接区画間で非干渉的遷移が生じるよう区画７１２及び７１６と区画７１４に互いに別の色乃至グレーレベルの励起光を照射することで形成されている。次に、図中右半部に示した例では、センサ６３８を透光部材６３０から離して配置してあり、また被検体６３６に発する光円錐がその感光面に達するようレンズ、レンズ系、マイクロレンズ、Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）アレイ等の光学部品７２０を配置してある。センサ６３８は励起光照射下の被検体６３６による発光を受光する。その励起光は区画７２４及び７２６に亘るパターン７２２を形成している。そのパターン７２２は、非干渉的遷移が生じるよう区画７２４と区画７２６に互いに別の色乃至グレーレベルの励起光を照射することで形成されている。
【００４１】
図１３に励起光源６３４の別例を示す。これは２個の光源７５０，７５２によって干渉光源を形成したものであり、例えば流体アナライザシステムで用いるのに適している。壁状部品７４０，７４２は流路の輪郭を画定する部材であり、その流路に流す被検体６３６は例えば生物細胞やウイルスである。被検体６３６は、層流を保ちまた流路中心でアンプル流を呈する高速流体によって、その流路内を運ばれていく。干渉光源を構成する個々の光源７５０，７５２は、いずれも狭帯域な平行光を出射する光源例えばレーザであり、干渉縞の重なりで区画７１２，７１４に亘る励起光照射パターン７１０が形成されるよう、その位置が互いにずらされている。また、透光部材６３２内には、空隙、金属層、分散ブラッグミラー構造等、相応の仕組みで光を反射させるミラー７４４，７４６が配置されている。光源７５０から発せられる励起光はある色Ａの光であり、角度αで入射した後ミラー７４４によって反射される。他方、光源７５２から発せられる励起光は別の色Ｂの光であり、角度βで入射した後ミラー７４６によって反射される。ミラー７４４とミラー７４６の間に位置ずれΔがあるので、複合的な干渉縞が励起光照射区画７１２、７１４等々に発生する。光源７５０から発せられるノンバイナリ励起光が照射される区画と光源７５２から発せられるノンバイナリ励起光が照射される区画との間の遷移は、孤立干渉縞を発生させ得ない非干渉的遷移である。なお、ミラー７４４及び７４６の位置や傾斜角は互いに独立に調整することができる。
【００４２】
また、励起光照射パターンは構造化光源、ホログラフィ等によっても発生させることができる。図１４〜図１８に示す例では、空間変調信号（発光）を被検体から取得するため、隣り合う励起光照射区画間で遷移が非干渉的になるよう複数の区画にノンバイナリ励起光を照射している。流路例えばマイクロ流路内の被検体にはそれらのノンバイナリ励起光が順繰りに照射されるので、その励起、吸収乃至散乱特性に応じ且つ空間変調即ち経時変調された信号が得られる。
【００４３】
まず、図１４に示す例では、壁状部品７４０，７４２によって形成された流路内に被検体６３６を通し、あるパターン７６２を有する励起光をその被検体６３６に浴びせている。その励起光を発する光源７６０は構造化多色光源、即ちその色が異なる複数の励起光をあるパターンで出射できる光源であり、発光ダイオード、レーザダイオード、単独レーザで励起される蛍光体等の能動又は受動光源複数個で実現できる。励起光照射パターン７６２のＭＦＳ（最小構造サイズ）を被検体６３６のオーダとすれば、その変調深さ乃至振幅が一定の経時変化信号を得ることができる。
【００４４】
励起光照射パターン７６２のうち励起光照射区画７６４、７６６、７６８及び７７０上に存する部分はランダムな二色パターンであり、それらの区画間の遷移は非干渉的である。区画７６４〜７７０の長さは均一でなくまた周期性も持っていない。区画７６４及び７６８には例えば赤色の励起光を、また区画７６６及び７７０には緑色の励起光を照射する。区画７７０・７７４間の隙間７７２にはまた別様の非干渉的遷移を発生させる。例えば励起光源７６０からは励起光を照射しないようにするか、広帯域光、白色光等、相応の中間強度光即ち非有色励起光を光源７６０から照射するとよい。残る励起光照射区画のうち、区画７７４には青色の励起光を照射し、区画７７６には青色励起光に重ねて区画７６４のそれと同程度の強度の赤色励起光を照射し、区画７７８には区画７６４及び７７６のそれと同程度の強度の赤色励起光を照射し、区画７８０にはそれより強い赤色励起光を照射する。区画７７６で青色光と赤色光を重ねるのは、二種類の非干渉的遷移を引き起こすため、並びに二光子プロセス等で更なる情報を付加するためである。区画７８０で赤色を強くするのは区画７７８・７８０間にまた別種の非干渉的遷移を引き起こすためである。
【００４５】
曲線７９０及び７９２は、被検体６３６を均一速度で通し又はテストパターンで校正したときにその被検体６３６から得られる信号（発光）の経時変化、即ちｘ軸又はｔ軸沿い位置による変化を表している。特に、曲線７９０は赤色光に対しては強く反応するが青色光や緑色光に対してはさほど強く反応しない被検体についてのものであり、曲線７９２は緑色光に対して強く反応する被検体についてのものである。励起光照射区画７６４、７６６、７６８及び７７０での反応を表す部分ではこれら曲線７９０及び７９２はほぼ相補的である。励起光照射パターン７６２がランダムパターンであるため、曲線７９０，７９２の形状の違いにあまり曖昧さがない。なお、信号の変調深さ乃至振幅とは、励起光照射区画７６４〜７７０に亘る曲線７９０・７９２間相違分のスペクトラムのことである。
【００４６】
次に、図１５〜図１７に示す諸構成では、層流によって不均等変位その他の変化を発生させている。
【００４７】
そのうち図１５に示す構成では、色間の遷移が非干渉的になるよう二種類の有色光を指交差状に配したパターン６１０にて励起光を浴びながら、流路内を被検体６３６が進んでいく。壁状部品８１０・８１２間隔が直線的に先窄まりになっているので、曲線８２０として示す通り、被検体６３６の速度ｖは位置変化即ち時間経過につれ直線的に上昇していく。そのため、信号たる被検体発光には、曲線８２２に示す如く速度上昇につれ直線的に周期が短くなるという変化即ちチャープな経時変化が生じる。図中、ＩAは区画６１２、６１４及び６１６での強度を、またＩBは区画６１８及び６２０を表している。曲線８２２から読み取れるように、遷移時間の直線的な短縮は流路の窄まり方よりも極端である。更に、非平面ミラーを用いれば、例えば図１３の構成で生じる干渉縞をチャープ化することができる。
【００４８】
図１６に示す構成では、流路形状の工夫によって流れの方向を例えば周期的、チャープ的或いはランダムに変化させる手法を採っている。被検体が電荷を有しているのなら電界変動によっても流れの方向を変えることができる。図示の通り、その形状が正弦波様の壁状部品８４０及び８４２を互いに平行に配置しているので、流路の形状は正弦波状になる。区画８４４及び８４６に照射される励起光は、前者の色乃至グレーレベルがＡ、後者のそれがＢというように互いに異なっているが、その区画８４４，８４６内では均質な光である。被検体６３６は区画８４４、８４６及びその隙間を縫うように正弦波状流路８５０に沿って進むので、励起光の遷移はやはり非干渉的になる。また、曲線８６０はその色乃至グレーレベルがＡの励起光には強く反応する（強度ＩA1）がＢの励起光に対する反応が弱い（強度ＩB1）被検体について、また曲線８６２はその色乃至グレーレベルがＢの励起光には強く反応する（強度ＩB2）がＡの励起光に対する反応が弱い（強度ＩA2）被検体について、被検体発光強度を表したものである。曲線８６０，８６２は相応に相補的であるが、流路８５０と隙間の交差部分では非干渉的遷移が生じるのでどちらも強度がほぼ０になる。
【００４９】
図１７に示す構成では、励起光が均質に照射される区画８８０及び８８２に対して、その外側にあり真っ直ぐで互いに平行な壁状部品７４０及び７４２を相対移動させている。即ち、制御回路８９４からの信号例えば電気信号によって流路ずらし装置８９０を制御し周期的又は非周期的に部品７４０及び７４２を動かすことで、被検体６３６と区画８８０及び８８２の間に矢印線８９２の如き双方向的な相対移動を発生させている。但し、区画８８０及び８８２に励起光を照射する励起光源を動かすようにしてもよいし、流路ずらし装置８９０以外の手段で部品７４０及び７４２と区画８８０及び８８２の間に相対移動を発生させるようにしてもよい。流体の流れに流速変化等の経時変化を与えてもよい。流路ずらし装置８９０はトリガ信号に応じて作動させればよい。
【００５０】
曲線９００として示されているのはｙ軸に沿った被検体６３６の動きである。この例では、被検体６３６が励起光照射区画８８０（縦軸上の「帯Ａ」）と励起光照射区画８８２（同「帯Ｂ」）との間を行きつ戻りつするよう、また区画８８０・８８２間遷移が非干渉的になるよう、ランダムパターンに従い壁状部品７４０及び７４２を動かしている。区画８８０に照射される励起光の色乃至グレーレベルをＡ、区画８８２のそれをＢとすると、その色乃至グレーレベルがＡの励起光に対し強く反応する種類の被検体６３６の発光強度曲線は例えば９０２、Ｂの励起光に対し強く反応する種類の被検体６３６の発光強度曲線は例えば９０４となる。区画８８０・８８２間の隙間を被検体が通るとき即ち非干渉的遷移が生じている期間は、どちらの強度も急峻に０に低下している。
【００５１】
そして、図１８に示す構成では、ある単一の励起光照射区画９２０内で励起光の強度を経時変化させ、互いに励起光の状態が異なる複数の期間の間で非干渉的遷移を発生させている。そのため、励起光源６３４としては、その区画９２０における励起光スペクトラムを切り替えることができるもの、例えばある順序で切り替えていくものを使用している。その上流にあるトリガ検知器９２２は被検体通過に応じてトリガ信号を発生させ、制御回路８９４はそのトリガ信号に応じ光源６３４に制御信号を供給して切替動作を行わせる。
【００５２】
区画９２０に照射される励起光は、曲線９３０に示す通り、例えば色Ａ・Ｂ間で切り替えるとよい。図では切替間隔がランダムであるが、周期的な又はチャープ性のパターンで切り替えることもできる。別の色があると孤立干渉縞は発生しえないので、どの色間遷移も非干渉的遷移になる。なお、色Ａ，Ｂは、そのスペクトラムがノンバイナリなものでもよいし、黒及び白でもよい。また、区画９２０に照射される励起光を、曲線９３２として示す通り、最高強度の０．３倍及び０．６倍等といった複数通りの中間強度間で切り替えてもよい。これらの中間強度を得るため、光源としてはその出射光強度を複数通りに高速切替可能なものを使用する。こうした中間強度間遷移もまた非干渉的である。更に、区画９２０内を通る被検体６３６の個数がいちどきに１個ずつであり、且つトリガ信号が十分に正確であれば、被検体発光の経時変化と被検体位置とを関連づけること、更には被検体の粒径等を求めてスケール選択や励起手順調整に利用することもできる。
【００５３】
図１９に、被検体についての情報、例えばその種別、位置、スペクトラム差等を導出し被検体を弁別する手順を示す。この手順では、まず、被検体発光の経時変化を表す符号化された信号をフォトセンサアレイ等の装置から取得する（ステップ９７０）。次に、ステップ９７０で得られた信号について相関処理を実行する（ステップ９７２）。この相関処理は、例えば符号化されている二種類の信号同士を比較し、或いは符号化されている信号を対応するテンプレートに照らすことで実行する。ここでいう「相関処理」には、単純な比較にとどまらず、経時変化性の関数を処理し時刻を変数とする類似度指標を求めることが可能な様々な数学的処理が包含される。スケーリングの有無乃至要否は問わない。枠９７４内に示した２本の曲線は相関処理結果の例である。そのうち上側の曲線は二種類の処理対象信号波形間に相関が存する場合の相関値を、下側の曲線は逆相関が存する場合の相関値を、それぞれ表している。上側の曲線では正の振幅Ａのピークが発生している（時刻ｔp）のに対して、下側の曲線ではこれに近い振幅だが凹凸逆のピークが発生している（時刻ｔp’）。
【００５４】
その次は、ステップ９７２で得られた個々の相関処理結果の時間導関数（ｄ／ｄｔ）を表す経時変化波形又はそれを近似する経時変化波形を導出する（ステップ９８０）。相関が存している場合は枠９８２内に示すような微分波形が得られ、逆相関が存する場合は枠９８４内に示すような微分波形が得られる。前者の波形には正のピーク、ゼロクロス（時刻ｔp）及び負のピークがこの順で現れ、またそのピークトゥピーク値がＡになるが、後者の波形には負のピーク、ゼロクロス（時刻ｔp’）及び正のピークがこの順で現れ、またそのピークトゥピーク値がＡ’になる。Ａ’は枠９７４内の下側の曲線における凹ピークの振幅に等しい。次に、ステップ９８０における微分結果から被検体についての情報を抽出する（ステップ９８６）。例えば、相関の正逆、強弱等に基づき被検体種別を求め、ゼロクロスタイミングから被検体位置を求め、また相関時と逆相関時の微分波形のピークトゥピーク値に基づき輻射、吸収乃至散乱特性の違いを求める。なお、同一の被検体が別々の励起光に対して同一強度の被検体発光をもたらすこと等があるので、一種類のピークトゥピーク値では励起光間スペクトラム差を求めることができない。相関時ピークトゥピーク値と逆相関時ピークトゥピーク値の差は被検体発光強度差の増大につれて増大するので、それら二種類のピークトゥピーク値を併用すればスペクトラム差（特性差）を求めることができる。そして、ステップ９８８ではステップ９８６で得られた情報に基づき被検体を弁別する。
【００５５】
以上の処理のうちステップ９７２、９８０及び９８６における処理は、図６に示したルーチン４４２、４４４又はその双方の一部として実行することができる。ステップ９８８における処理はルーチン４４４の一部として実行することができる。これらのステップにおける処理は、総じて、個々の被検体から得られた信号に対する個別操作として、或いは複数個の被検体から同時に又は相次いで得られた信号に対する操作として実行できる。後者の操作で信号発生元被検体毎に信号を分別するには、被検体間に僅かでも違いがあること、例えば位置や速度に違いがあることが必要になる。また、それらのステップにおける処理は、相応の回路を使用し、シリアル処理やパラレル処理を適宜組み合わせた形態で実行することができる。波形やそのテンプレートを記述するデータ構造やデータストリームは、ルーチン４４２及び４４４にて随時、例えば図６中のメモリ４０８に書き込みまたそのメモリ４０８から読み出すことができる。同様に、ステップ９７２、９８０、９８６及び９８８での処理における中間処理結果や最終処理結果も随時書込／読出が可能である。
【００５６】
また、経時変化信号検知結果には、通常、テンプレートに従い発生させた符号の他に、雑音が重畳している。相関処理はそうした雑音、例えば交流電源周波数の雑音の影響を受けにくい。更に、時間軸スケーリング等の処理を経時変化信号に適用することによって、雑音の影響を更に受けにくくすることができる。例えば、計測前の時間軸スケールがわかっていない経時変化信号を相関処理に供するとする。実験結果によれば、時間軸スケーリング無しで処理できるＳ／Ｎ比の下限が０．５である場合、時間軸スケールを施せばそのＳ／Ｎ比が０．１の経時変化信号でも好適に相関処理できるようになる。なお、この実験では０．５ｍ／ｓｅｃの最高速度で移動する粒子を被検体として用いたが、その速度が数ｍ／ｓｅｃ程度以下、実効粒径が０．６μｍ以上、粒子間隔がその装置のＭＦＳ以上の粒子であれば、同様の結果が得られるであろう。この条件を満たす用途としては、例えば血中ＣＤ４抗原の全数計数がある。タグを個別に検知することも可能である。
【００５７】
周期的パターンに従い変調された信号が経時変化信号検知結果に含まれ又は付随している場合には、当該周期変調信号からスケーリング係数を導出し、その係数に従いテンプレート波形を時間軸スケーリングし、そのテンプレートを用いて相関処理を行うことができる。この相関処理では、相関の正逆がよりはっきりわかる処理結果の他にスペクトラム情報も得られる。従って、大面積フォトセンサ等の検知器１個で複数色を同時に検知する構成を採ることもできる。その場合、１個の被検体に対し複数通りの励起光（指交差状、パッチワーク状等のパターンを形成する励起光）が概ね一斉に照射されることとなるので、吸収スペクトラムや励起スペクトラムの違いを非常に高精度で計測することができ、また数々の誤差を打ち消すことができる。打ち消せるのは、例えばブリーチング、混色、拡散等のような経時変化性の誤差や、温度誤差等のような励起誤差起因性の誤差や、光学部品の配置ずれによる誤差である。相関処理結果の細部構造から粒子位置を精密に求めることもできる。実験結果によれば、１．０μｍ未満の空間分解能にて前掲の通り個別のタグを検知することが可能であるので、検知時にタグとして使用する蛍光マーカ等、消耗材の使用量を抑えることができる。更に、ネイティブ蛍光も好適に検知できるので、いわゆるタグ等を使用しないエージェントレス検知も可能である。
【００５８】
以上、図１〜図１９を参照して説明した諸実施形態は、様々な検知分野に好適に適用することができる。例えば、蛍光式フローサイトメトリ、インピーダンス式フローサイトメトリ等、未知速度粒子のシグネチャを探すバイオディテクタに適用すれば、その流量が不均一で粒子速度がばらつくマイクロ流路でも利用可能なバイオディテクタが得られる。また、タグ付き細胞、粒子、タグ付きＤＮＡ等、蛍光を発する被検体の個数や異種蛍光被検体間の個数比率を調べる分野にも、上述の諸実施形態を好適に適用することができる。その種の分野では、タグ付きビーズ等の既知速度被検体を用い既知波形（従前の検知結果やテンプレートの波形）を校正するとなおよい。校正したテンプレート波形に経時変化波形検知結果を照らすようにすれば、そのテンプレート波形に製造起因誤差が含まれていてもそれに煩わされずに、未知被検体についての情報を得ることができる。また、Ｓ／Ｎ比を向上させるには、例えば個々の既知波形に時間軸スケーリングを施した上で、その既知波形に基づき経時変化波形検知結果を相関処理すればよい。更に、周期的パターンに基づく符号即ち周期変調分が経時変化波形検知結果に内在又は付随している場合には、その周期を表す数値例えば周波数を用いてスケーリング係数を求め、相関処理に先立ちその係数に基づく時間軸スケーリングを実行するとよい。そのようにすると、ちょうどよいスケーリング係数を力ずくで探す手法に比べて迅速に、相関処理を実行することができる。
【００５９】
上述の諸実施形態は、生体物質間のネイティブ蛍光の違いを検知する分野にも、好適に適用することができる。生物細胞はほんの数種類の基本要素から形成されているのでそのネイティブ蛍光スペクトラムにほとんど違いがないのが普通だが、上述した通り励起光空間パターン等を使用する手法ならば、各被検体から得られるネイティブ蛍光信号に基づき被検体間の違いを弁別することも十分に可能である。これは、感度が高いので個々の細胞のネイティブ蛍光を検知でき、また弁別指標例えば輻射又は励起スペクトラム強度比を直接計測できるためである。加えて、上述の諸実施形態によれば、励起及び輻射分光の併用によって頑丈且つコンパクトなシステムを得ることができる。
【００６０】
上述の諸実施形態は、更に、その発光スペクトラム等が異なる複数個の被検体を伴う文書又はバイオチップのスキャンにも、適用することができる。上述の諸実施形態は、また、未知速度で移動する被検体によって既知信号を反射させる各種低Ｓ／Ｎ比システム、例えば信号伝搬速度に近い速度で被検体が移動するソナー等のシステムにも、適用することができる。上述の諸実施形態は、とりわけ、被検体の位置、速度又は種類情報を精密に求めたい場合に有益である。
【００６１】
そして、上述の諸実施形態ではその構成に特徴のあるフォトセンサやインピーダンス式センサを用いているが、それ以外にも種々のセンサを使用することができる。即ち、その経時変化から被検体情報を読み取れるパラメタは被検体発光強度以外にもあるので、そうしたパラメタを検知できるセンサであればどのようなセンサでも使用することができる。同様に、上述の諸実施形態では流路内を移動する移動体やスキャン中のセンサに対して移動する被検体から被検体情報を検知、取得しているが、上述したものとは別種の流路内を別様に移動する被検体から上述の諸実施形態で使用できる別種の情報を検知するようにしてもよい。例えば、空気流によって運ばれている粒子のネイティブ蛍光から情報を取得してもよいし、固定された検体粒子例えばタグ付き細胞、ＤＮＡスポット等をガラススライド越しに且つある種の励起光照射パターンでスキャンし、その被検体に発する蛍光を捉えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】被検体発光経時変調システムの概要を示す図である。
【図２】そのシステム構成の一例を示す図である。
【図３】励起装置の一例構成を示す図である。
【図４】フィルタ装置の一例構成を示す図である。
【図５】変位制御装置の一例構成を示す図である。
【図６】制御／処理システムの一例構成を示す図である。
【図７】被検体弁別ルーチンの一例を示す図である。
【図８】アナライザの一例構造を示す図である。
【図９】接合部の一例構造を示す図である。
【図１０】その接合部の機能を示す図である。
【図１１】励起部材の一例構成を示す図である。
【図１２】フォトセンサの一例配置を示す図である。
【図１３】励起部材の別例構成を示す図である。
【図１４】励起部材の更なる別例構成を示す図である。
【図１５】変位制御部材の一例構成を示す図である。
【図１６】変位制御部材の別例構成を示す図である。
【図１７】変位制御部材の更なる別例構成を示す図である。
【図１８】励起光源の更なる別例構成を示す図である。
【図１９】制御／処理手順及び各段階での波形を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１５０  励起装置、１２，１４，１７６，１７８，１８８，６１２〜６２０，６８２，６８４，６９４〜６９８，７１２〜７１６，７２４，７２６，７６４〜７７０，７７４〜７８０，８４４，８４６，８８０，８８２，９２０  励起光照射区画、１６，１８，１１４，１６０〜１６４，１７２，１７４，１８４  照明光（励起光）、２０，２２，１１０，１５２，２０２，２５２，５０６，６３６  被検体、２４，１１６，２１２，２２２  被検体発光、３０  光検知手段、３２，１３０  光検知結果信号、３４  処理手段、１００，４００  システム、１０２  符号化部材、１０４，５２６  光検知部材、１０６  処理部材、１１２，８９２  被検体相対移動方向、１２０  符号化出射光、１２２  被検体特性情報、１５４〜１５８，１７０，１８０，６３４  励起光源、１７１，７５０，７５２  干渉光源、１８２，７６０  構造化光源、１８６，６１０，６８０，６９２，７１０，７２２，７６２  励起光照射パターン、１９０，２７６  信号線、２００  フィルタ装置、２０４〜２１０，２２０  フィルタアセンブリ、２１４，２２４  フィルタ出射光、２１６，２１８，２２６，２２８  フィルタ、２５０  変位制御装置、２５４，２５６，２６０，２７０  変位制御部材、２６２  輪郭整形部材、２７２，８９０  流路ずらし装置、２７４  流路ずらし方向、４０２  ＣＰＵ、４０４  バス、４０６，４１０，４２０  Ｉ／Ｏ、４０８  メモリ、４１２〜４１６  ＩＣ、４１８  フォトセンサアレイ、４２２，４２４  デバイス、４３０  プログラムメモリ、４４０〜４４４  ルーチン、４７０，４７２，４８０〜４８４，９７０，９７２，９８０，９８６，９８８  ステップ、５００  アナライザ、５０２  流路母材、５０４，８５０  流路、５１０  コールタカウンタ、５１２  ミー散乱センサ、５２０  被検体発光エンコーダ／フォトセンサ、５２２  励起／変位制御部材、５２４  フィルタ部材、５３０〜５３４  蛍光又はラマン散乱検知部材、５４０  バルブ、５４２，５４４  被検体排出方向、６００  接合部、６０２  流路部分、６０４  非流路部分、６０８，６５０  ポート、６３０，６３２  透光部材、６３８  フォトセンサ、６４０，６４２，７９０，７９２，８２０，８２２，８６０，８６２，９００〜９０４，９３０，９３２  曲線、６５２  面、６９０，７２０  光学部品、７４０，７４２，８１０，８１２，８４０，８４２  壁状部品、７４４，７４６  ミラー、７７２  隙間、８９４  制御回路、９２２  トリガ検知器、９７４  相関処理結果、９８２，９８４  微分波形、Ａ，Ａ’  振幅、ＩA，ＩB，ＩA1，ＩB1，ＩA2，ＩB2，ＩexcA，ＩexcB  被検体発光強度、ｔ  時刻、ｔp，ｔp’  相関ピークタイミング、ｖ  被検体速度、ｘ  位置、α，β  励起光入射角、Δ  ミラー間位置ずれ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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