(57)【要約】【課題】光検出器を小型軽量化し、微弱なパルス光検出の高精度化と高速化を図る。【解決手段】レーザ光源が、レーザ光を計測対象となる検体に照射し、照射に応じた強度のパルス光を発生させる。光電変換素子と増幅素子とを有し、光電変換素子により光電変換された電荷を、一定の所定の期間で逐次蓄積し、蓄積を完了した後の蓄積電荷量に応じた画素信号として、前記増幅素子を介して出力する画素を備えた撮像素子が、複数の画素によりなる１つ以上の画素グループにより、パルス光の入射に同期して、パルス光を受光し、画素グループの画素信号に基づいてパルス光の光量を検出し、所定の期間において、パルス光の入射が開始されるタイミングが検出され、その次の所定の期間において検出されない場合についは、それぞれの期間で検出された画素信号を加算してパルス光の光量とする。本開示は、フローサイトメータに適用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の状態に応じた強度のパルス光を発生させるパルス光発生部と、
光電変換素子と増幅素子とを有し、前記光電変換素子により光電変換された電荷を、所定期間逐次蓄積し、蓄積を完了した後の蓄積電荷量に応じた電圧を画素信号として、前記増幅素子を介して出力する複数の画素により、前記パルス光を受光し、前記複数の画素より出力される前記画素信号に基づいて、前記パルス光の光量を検出する光検出部と、
前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する制御部と
を含む光学測定器。
【請求項２】
前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして検出するエッジ検出部と、
前記光検出部により検出された光量を示す信号を信号処理することで、前記パルス光の光量を算出する信号処理部とをさらに含み、
前記信号処理部は、前記エッジ検出部により検出されたオンエッジの情報に基づいて、前記光検出部により検出された光量を示す信号を信号処理することで、計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
請求項１に記載の光学測定器。
【請求項３】
前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、前記所定の期間の次の所定の期間において、前記オンエッジが検出されない場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号と、前記所定の期間の次の所定の期間における前記画素信号とを加算することにより、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
請求項２に記載の光学測定器。
【請求項４】
前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、前記所定の期間の次の所定の期間において、前記オンエッジが検出された場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号を、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量とする
請求項２に記載の光学測定器。
【請求項５】
前記所定の期間において、２つの前記オンエッジが検出された場合、前記信号処理部は、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量の算出が不可であることを示すエラーを出力する
請求項２に記載の光学測定器。
【請求項６】
前記エッジ検出部は、前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして検出すると共に、前記パルス光の入射が終了したタイミングをオフエッジとして検出し、
前記信号処理部は、前記エッジ検出部により検出されたオンエッジ、およびオフエッジの情報に基づいて、前記光検出部により検出された光量を示す信号を信号処理することで、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
請求項２に記載の光学測定器。
【請求項７】
前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出され、前記所定の期間の次の所定の期間において、前記オフエッジが検出され、かつ、前記オンエッジが検出されない場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号と、前記所定の期間の次の所定の期間における前記画素信号とを加算することにより、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
請求項６に記載の光学測定器。
【請求項８】
前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出され、前記オンエッジの次のオンエッジが検出されない場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号のみを、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量とする
請求項６に記載の光学測定器。
【請求項９】
前記所定の期間において、２つの前記オンエッジが検出された場合、前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出されず、前記所定の期間の次の所定の期間において、オフエッジが検出されない場合、または、前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出されず、前記所定の期間の次の所定の期間において、オフエッジが検出され、かつ、オンエッジが検出される場合、前記信号処理部は、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量の算出が不可であることを示すエラーを出力する
請求項６に記載の光学測定器。
【請求項１０】
前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして検出し、前記パルス光の入射が終了したタイミングをオフエッジとして検出するエッジ検出部をさらに含み、
前記制御部は、前記エッジ検出部の検出結果に基づいて、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する
請求項１に記載の光学測定器。
【請求項１１】
前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出されない場合、前記制御部は、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する
請求項１０に記載の光学測定器。
【請求項１２】
前記制御部は、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御するとき、前記所定の期間が終了したタイミングで、前記光電変換素子に蓄積された電荷をリセットするように制御する
請求項１１に記載の光学測定器。
【請求項１３】
前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出された場合、前記制御部は、前記オフエッジが検出されるまでの期間を、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間にするように制御する
請求項１０に記載の光学測定器。
【請求項１４】
前記制御部は、前記オフエッジが検出されるまでの期間を、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間にするように制御する場合、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間が終了したタイミングで、蓄積した電荷を転送するように制御する
請求項１３に記載の光学測定器。
【請求項１５】
前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出され、かつ、その次の前記電荷の蓄積の期間が開始されてから前記所定の期間内にオンエッジが検出された場合、前記制御部は、その次の前記電荷の蓄積の期間が開始されてから前記所定の期間が経過したタイミングにおいて、前記光電変換素子により蓄積された電荷を画素信号に変換する際に蓄積される浮遊拡散層の電荷をリセットすると共にリセット信号を読み出し、前記浮遊拡散層の電荷のリセットが完了するまでの期間、または、前記オフエッジが検出されるまでの期間を、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間にするように制御する
請求項１０に記載の光学測定器。
【請求項１６】
前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出され、かつ、その次の前記電荷の蓄積の期間が開始されてから前記所定の期間内にオンエッジが検出され、かつ、前記浮遊拡散層をリセットが完了するまでに、新たに前記オンエッジが検出された場合、前記制御部は、前記パルス光の光量の算出が不可であることを示すエラーを出力する
請求項１５に記載の光学測定器。
【請求項１７】
前記パルス光は、フローセルを通過した流体内の検体にレーザ光を当てた際に発生する蛍光または散乱光である
請求項１に記載の光学測定器。
【請求項１８】
前記光検出部は、前記フローセルを通過した流体内の検体にレーザ光を当てた際に発生する蛍光または散乱光であって、前記レーザ光の進行方向に対して略垂直な方向で観測される前記パルス光を検出する
請求項１７に記載の光学測定器。
【請求項１９】
前記フローセルを通過した前記流体内の前記検体に前記レーザ光を当てた際に発生する前記パルス光を、前記レーザ光の光源に対してほぼ正面の方向で検出する正面光検出部と、
前記正面光検出部により検出されたパルス光のレベルに応じて、前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして、終了したタイミングをオフエッジとして検出するエッジ検出部をさらに含む
請求項１８に記載の光学測定器。
【請求項２０】
計測対象の状態に応じた強度のパルス光を発生させるパルス光発生部と、
光電変換素子と増幅素子とを有し、前記光電変換素子により光電変換された電荷を、所定期間逐次蓄積し、蓄積を完了した後の蓄積電荷量に応じた電圧を画素信号として、前記増幅素子を介して出力する複数の画素により、前記パルス光を受光し、前記複数の画素より出力される前記画素信号に基づいて、前記パルス光の光量を検出する光検出部と、
前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する制御部と
を含むフローサイトメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学測定器、およびフローサイトメータに関し、特に、装置構成を小型化すると共に、低電圧での安定的な動作と、スループットの向上を実現できるようにした光学測定器、およびフローサイトメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞等の検体をシース流で包んでフローセル内を通過させ、そこにレーザ光等を照射して、散乱光または励起された蛍光から個々の検体の特性を取得するフローサイトメータが注目されている。
【０００３】
フローサイトメータは、短時間に大量の検体を定量的に検査することができ、血球計数を始め、検体にさまざまな蛍光標識を付着させることで各種の検体異常やウイルス感染等を検出することができる。また、磁気ビーズに抗体やDNA（Deoxyribo Nucleic Acid）を付着させたものを検体として用いる等により、抗体検査やDNA検査にも応用される。
【０００４】
このような蛍光や散乱光は、個々の検体がビームスポットを通過する都度に、パルス状の光として検出される。検体にダメージを与えぬよう、レーザ光の強度は抑制されるため、側方散乱光や蛍光は非常に微弱である。
【０００５】
従って、そのようなパルス光の検出器には、通常、光電子増倍管が使用されている。また、パルス光の検出器として、蛍光スペクトルをイメージインテンシファイアで増幅し、CCD（Charge Coupled Device）で検出する手法も提案されている（特許文献１参照）。さらに、光検出器としてAPD（Avalanche Photodiode）を使用する手法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
フローサイトメータは、血液検査のみから各種の感染症や早期癌の発見等、非常に多くの情報を取得できるので、装置の小型化による広範な普及が期待されている。
【０００７】
また、検査のスループットは検体の流速に伴って向上するが、このとき同時にパルス光間隔が狭まって行くので、より高速、かつ、高感度でのパルス光の検出が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−４３０９０号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、光電子増倍管は、1000Vの高電圧を必要とし、対応電源が必要であることから、装置構成が大型化してしまう。
【００１０】
また、フローサイトメータは、通常、複数種の蛍光検出に対応して複数の光検出器を搭載するため、光電子増倍管の使用によって装置全体が大型化してしまう。
【００１１】
さらに、CCDを用いる場合もイメージインテンシファイアの小型軽量化が容易ではない。
【００１２】
また、これらの光検出器はいずれもアナログ出力であり、外部からのノイズの影響を受け易い。
【００１３】
特に、APDは、温度や印加電圧の変動により信号のゲインが大きく変動する上、出力信号が微弱であるためノイズ耐性が低い。また、光電子増倍管も磁場耐性が低い。
【００１４】
一方、CCDの検出スループットはフレームレートで規定されるが、それらは垂直レジスタ、および水平レジスタのCCD転送により制約されてしまう。
【００１５】
また、光電子増倍管やAPDについては、その出力は時系列的な光量の応答を反映するので、増幅、整形され、経時的に複数回のAD（Analog Digital）変換が実施されて、それらの積分から全体光量が導出される。
【００１６】
従って、外付けされるAD変換器の性能によってスループットが制約される。
【００１７】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、光検出器を小型軽量化すると共に、微弱なパルス光検出の高精度化と高速化を図ることで、スループットを向上させ、パルス光を用いた他の光学測定器への応用を実現させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本開示の一側面の光学測定器およびフローサイトメータは、計測対象の状態に応じた強度のパルス光を発生させるパルス光発生部と、光電変換素子と増幅素子とを有し、前記光電変換素子により光電変換された電荷を、所定期間逐次蓄積し、蓄積を完了した後の蓄積電荷量に応じた電圧を画素信号として、前記増幅素子を介して出力する複数の画素により、前記パルス光を受光し、前記複数の画素より出力される前記画素信号に基づいて、前記パルス光の光量を検出する光検出部と、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する制御部とを含む光学測定器およびフローサイトメータである。
【００１９】
本開示の一側面においては、計測対象の状態に応じた強度の光パルスが発生さされ、光電変換素子と増幅素子とを有し、前記光電変換素子により光電変換された電荷が、所定期間逐次蓄積され、蓄積が完了した後の蓄積電荷量に応じた電圧が画素信号として、前記増幅素子を介して、複数の画素より出力され、前記光パルスが受光され、前記複数の画素より出力される前記画素信号に基づいて、前記光パルスの光量が検出され、前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングが所定の期間で繰り返されるように制御される。
【発明の効果】
【００２０】
本開示の一側面により、装置構成を小型化すると共に、低電圧での安定的な動作と、スループットの向上を実現させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示の技術を適用したフローサイトメータの第１の実施の形態および第２の実施の形態の構成例を説明する図である。
【図２】図１の撮像素子（光検出器）の第１の構成例を説明する図である。
【図３】図２の撮像素子の画素（画素回路）の構成例を説明する図である。
【図４】図３の画素回路の動作を説明する第１のタイミングチャートである。
【図５】図３の画素回路の動作を説明する第２のタイミングチャートである。
【図６】図１のエッジ検出部の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】第１の実施の形態のパルス光検出オペレーションを説明するタイミングチャートである。
【図８】第１の実施の形態のパルス光検出オペレーションを説明するフローチャートである。
【図９】第２の実施の形態のパルス光検出オペレーションを説明するタイミングチャートである。
【図１０】第２の実施の形態のパルス光検出オペレーションを説明するフローチャートである。
【図１１】本開示の技術を適用したフローサイトメータの第３の実施の形態の構成例を説明する図である。
【図１２】第３の実施の形態のパルス光検出オペレーションを説明するタイミングチャートである。
【図１３】第３の実施の形態のパルス光検出オペレーションを説明するタイミングチャートである。
【図１４】第３の実施の形態のパルス光検出オペレーションを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
また、以下の順序で説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
【００２４】
＜＜１．第１の実施の形態＞＞
まず、図１を参照して、本開示のフローサイトメータの構成例について説明する。
【００２５】
フローサイトメータ１１は、フローセル３１、レーザ光源３２、フォトダイオード３３、光検出器３４、集光レンズ３５，３６、エッジ検出部４１、および信号処理部４２から構成される。
【００２６】
図中の上方には、円筒状のフローセル３１が設けられており、その中であって、かつ、ほぼ同軸上にサンプルチューブ５１が内挿されている。フローセル３１は、サンプル流５２が図中の下方向に流れ下る構造とされ、さらに、サンプルチューブ５１から細胞等からなる検体５３が放出される。この結果、検体５３は、フローセル３１内のサンプル流５２に乗って、一列に並んで流れ下る。
【００２７】
一方、レーザ光源３２は、レーザ光７１を発生させて、検体５３が通過する位置に設定された照射スポット７２に照射する。
【００２８】
この結果、レーザ光７１が、検体５３に照射されて、散乱光や、蛍光マーカ等から励起された蛍光が発生することにより、前方散乱光７３と、側方散乱光または検体に付着した蛍光マーカが発する蛍光７４とが発生する。
【００２９】
前方散乱光７３は、集光レンズ（この他、フィルタ等を含む）３５に入射して、平行光に変換されてフォトダイオード３３に入射する。一方、側方散乱光は、集光レンズ（この他、フィルタ等を含む）３６に入射して、平行光に変換されて光検出器３４に入射する。
【００３０】
前方散乱光７３は、光量が大きいので、フォトダイオード３３の検出結果により、検体５３の大きさを検出できるので、これにより、検体５３の通過を検出することができる。そこで、エッジ検出部４１は、フォトダイオード３３の検出結果に基づいて、検体５３が通過したことが検出されたタイミングで、検体５３が通過の開始を示すオンエッジ信号と、通過の完了を示すオフエッジ信号とを生成する。
【００３１】
一方、側方散乱光または検体に付着した蛍光マーカが発する蛍光７４は、微弱なパルス光であり、集光レンズ３６により平行光に変換されて、光検出器３４に入射する。
【００３２】
光検出器３４は、微弱なパルス光となって入射される側方散乱光または検体に付着した蛍光マーカが発する蛍光７４を検知し、検知結果を信号処理部４２に出力する。
【００３３】
ここで光検出器３４は、同一の半導体チップ内にAD（Analog Digital）変換機を内蔵した複数画素よりなる撮像素子である。各画素は光電変換素子とアンプ（アンプリファイア）素子（増幅素子）を有し、光電変換された電荷は画素内部に蓄積される。蓄積電荷量を反映した信号は、所望のタイミングでアンプ素子を介して増幅されて出力され、内蔵されたAD変換機によってデジタル信号に変換される。尚、以降においては、光検出器３４は、撮像素子３４とも称するものとする。
【００３４】
信号処理部４２は、エッジ検出部４１より供給されるオンエッジ、およびオフエッジに基づいて、撮像素子３４より出力される検体５３の検出状態に応じた検出結果に対して信号処理を施して、検体５３の１個分の通過に伴うパルス光検出結果を出力する。
【００３５】
＜撮像素子の第１の構成例＞
次に、図２を参照して、撮像素子（光検出器）３４の構成例について説明する。ここで、図２の上段は、撮像素子３４の第１の構成例が示されており、図２の下段は、図２の上段の撮像素子３４における画素アレイ９１内の画素１０１と検出部９３との構成例が示されている。尚、以降における本実施の形態の構成例において説明に用いる構成のサイズ、個数、行数、列数等は、一例であり、その他のサイズ、個数、行数、列数等でもよいものである。
【００３６】
図２の撮像素子３４は、画素アレイ９１、接続部９２、検出部９３、駆動回路９４、ロジック回路９５、および出力回路９６を備えている。
【００３７】
画素アレイ９１は、例えば、30μm×30μmからなるサイズの画素（画素回路）１０１が、例えば、40画素×40画素のアレイ状に配置されたものであり、全体として、1.2mm×1.2mmの開口とされている。照射スポット７２から発した蛍光７４等は集光レンズ３６等を介して、この画素アレイ９１内の画素１０１に集光され、照射される。画素１０１は、照射された光量に応じた画素信号を発生し、検出部９３により読み出される。
【００３８】
検出部９３は、AD（Analog Digital）変換機を含む、画素１０１より出力される画素信号を検出する回路であり、この例においては、例えば、3μmピッチで列状に800個が配置されている。これらは図２の下段で示される配置構成によって、接続部９２を介して20行分の画素１０１に１対１で接続されている。すなわち、800個の検出部９３が、画素アレイ９１の上半分にあたる40列×20行の画素１０１に１対１で接続されている。
【００３９】
さらに、画素アレイ９１の下半分にも同様の800個の検出部９３が配置されており、それらは画素アレイ９１の下半分にあたる40列×20行の画素１０１に１対１で接続されている。
【００４０】
画素１０１においては、発生した画素信号が蓄積信号として一斉に読み出され、検出部９３のAD変換機によって一斉にデジタル信号に変換され、出力回路９６を介して順次出力される。各画素１０１は、駆動回路９４によって駆動され、その駆動タイミングや検出部９３、出力回路９６の駆動タイミングはロジック回路９５によって制御される。
【００４１】
尚、検出部９３との接続のため、画素１０１には多くの配線が通過するので、それらが画素の開口率を低下させることがないよう、画素１０１には、光電変換層の裏面に配線層が構成された、いわゆる、裏面照射型の構成とするようにしても良い。
【００４２】
このようなデバイス構成においては、画素信号の出力はCCD（Charge Coupled Device）転送のような遅延工程を経ることなく、オンチップで内蔵されたAD変換機に直接的に、かつ、多数が並列一括的に伝達される。従って、画素１０１において、画素信号の読み出し、および、AD変換処理は、高速に実現することが可能な構成とされている。
【００４３】
尚、画素信号の出力とAD変換機の間には、さらにオペアンプ等の増幅回路が挿入されるような構成としても良い。
【００４４】
＜図２の撮像素子の画素回路の構成例＞
次に、図３を参照して、図２の撮像素子３４の画素１０１の画素回路の構成例について説明する。
【００４５】
この画素１０１の回路構成は、フォトダイオード（PD）１１１、蓄積ノード１１２、転送トランジスタ１１３、増幅トランジスタ１１４、選択トランジスタ１１５、リセットトランジスタ１１６、および検出ノード１１７を備える。転送トランジスタ１１３、増幅トランジスタ１１４、選択トランジスタ１１５、およびリセットトランジスタ１１６として、例えば、N型のMOS（Metal-Oxide Semiconductor）トランジスタが用いられる。
【００４６】
フォトダイオード１１１は、光子を光電変換により電荷に変換するものである。このフォトダイオード１１１は、蓄積ノード１１２を介して転送トランジスタ１１３に接続される。フォトダイオード１１１は、画素１０１の回路のシリコン基板に入射した光子から、電子とホールのペアを発生させ、そのうちの電子をカソードに相当する蓄積ノード１１２に蓄積する。フォトダイオード１１１は、リセットによる電荷排出時には蓄積ノード１１２が完全空乏化される、埋め込み型であるのが望ましい。
【００４７】
転送トランジスタ１１３は、行駆動回路１２１の制御に従って、蓄積ノード１１２から検出ノード１１７へ電荷を転送するものである。検出ノード１１７は、転送トランジスタ１１３からの電荷を蓄積して、その蓄積した電荷の量に応じたアナログの電圧を生成するものである。この電圧は、増幅トランジスタ１１４のゲートに印加される。
【００４８】
リセットトランジスタ１１６は、蓄積ノード１１２や検出ノード１１７に蓄積された電荷を電源１１８に引き抜いて初期化するものである。このリセットトランジスタ１１６のゲートは行駆動回路１２１に接続され、ドレインは電源１１８に接続され、ソースは検出ノード１１７に接続される。
【００４９】
行駆動回路１２１は、例えば、リセットトランジスタ１１６を転送トランジスタ１１３と同時にオン状態に制御することで蓄積ノード１１２に蓄積された電子を電源１１８に引き抜き、画素１０１を蓄積前の暗状態、すなわち、光が未入射の状態に初期化する。また、行駆動回路１２１は、リセットトランジスタ１１６のみをオン状態に制御することにより、検出ノード１１７に蓄積された電荷を電源１１８に引き抜き、その電荷量を初期化する。
【００５０】
増幅トランジスタ１１４は、ゲートの電圧を増幅するものである。この増幅トランジスタ１１４のゲートは検出ノード１１７に接続され、ドレインは電源に接続され、ソースは選択トランジスタ１１５に接続される。この増幅トランジスタ１１４と定電流回路１２２とは、ソースフォロワを形成しており、検出ノード１１７の電圧は、１弱のゲインで垂直信号線１２４に出力される。検出ノード１１７の電圧の電気信号は、AD変換回路を含む検出回路１２３により取得される。
【００５１】
選択トランジスタ１１５は、行駆動回路１２１の制御に従って、電気信号を出力するものである。この選択トランジスタ１１５のゲートは行駆動回路１２１に接続され、ドレインは増幅トランジスタ１１４に接続され、ソースは垂直信号線１２４に接続される。
【００５２】
尚、図２の例のように、各画素１０１に検出部９３が１対１で設置されている場合には、選択トランジスタ１１５は省略し、増幅トランジスタ１１４のソースを垂直信号線１２４に直結しても良い。
【００５３】
画素１０１は、フォトダイオード１１１がリセットされてから、読み出しが行われるまでの期間、光電変換された電荷を内部に蓄積し、読み出し時に蓄積電荷に応じた信号を出力する。このような単位期間の蓄積と読み出しを繰り返し、蓄積中にパルス光が入射すると、読み出し時に、その光量に対応した出力結果を得ることができる。
【００５４】
ところで、このような埋め込み型フォトダイオードの特徴は、検出ノード１１７とフォトダイオード１１１の蓄積ノード１１２が読み出し時に容量結合しないことである。その結果、検出ノード１１７の寄生容量を低減するほど変換効率が向上し、１光子の入射に対する感度を向上させることができる。また、フォトダイオード１１１は、巨大化しても、変換効率が悪化することはない。従って、フォトダイオード１１１は、巨大化すればするほど、同じ光束密度に対する画素あたりの感度を向上させることができる。尚、同様の性質はMOS型の光電変換素子においても観察される。
【００５５】
また、このような画素は一般的にAPD、Si-PM、光電子増倍管のような電子増倍を伴わない。従って、このような画素の出力は、増幅トランジスタ１１４や後段のAD変換回路に起因する読み出しノイズの影響を受けるが、上記性質を用いて画素感度を最大化することにより、その影響は相対的に最小化される。
【００５６】
すなわち、検出ノード１１７の寄生容量をできる限り低減するとともに、フォトダイオード１１１を１電子転送が可能な範囲でできる限り巨大化することで、画素のSN（Signal to Noise Ratio）は最大化され、本開示に用いる高感度検出器としての画素が実現される。
【００５７】
尚、図３における行駆動回路１２１は、例えば、図２における駆動回路９４の一部であり、検出回路１２３および定電流回路１２２は図２における検出部９３の一部である。
【００５８】
以上のように、本開示のような構成により、電子増倍管や、その対応電源、複数種の蛍光検出に対応するための複数の光検出器、光電子増倍管、およびイメージインテンシファイア等を必要としないので、装置構成の小型化を実現することが可能となり、また、低電圧でも安定した動作を実現することが可能となる。
【００５９】
＜図２の撮像素子の画素回路の第１の動作例＞
次に、図４のタイミングチャートを参照して、図２の撮像素子３４の画素１０１を構成する画素回路の第１の動作例について説明する。
【００６０】
タイミングＴ４１において、行駆動回路１２１は、蓄積期間直前となるタイミングで、転送トランジスタ１１３およびリセットトランジスタ１１６をともにオン状態に制御する。この制御により、フォトダイオード１１１および転送トランジスタ１１３の間の蓄積ノード１１２に蓄積された電荷が全て電源へ排出される。尚、以降において、この制御を「PD（Photo Diode）リセット」と称するものとする。
【００６１】
その後、行駆動回路１２１は、転送トランジスタ１１３をオフ状態に制御する。この制御により、蓄積ノード１１２は浮遊状態となって、新たな電荷蓄積が開始される。
【００６２】
また、行駆動回路１２１は、PDリセット後において、リセットトランジスタ１１６をオフ状態に制御する。この制御により、検出ノード１１７の電位は、リセットトランジスタ１１６のゲートとのカップリングを受けて基準電位から幾分低下し、浮遊状態となる。
【００６３】
さらに、この際に検出ノード１１７には、有意なkTCノイズが発生する。検出ノード１１７として、一般に、浮遊拡散層（Floating Diffusion）が用いられるため、この制御を以下、「FDリセット」と称する。本例では、PDリセットとFDリセットが連続して実施されている。
【００６４】
次に、タイミングＴ４２において、選択トランジスタ１１５は、画素１０１の回路と垂直信号線１２４とを接続する。これにより、検出ノード１１７の電圧が増幅トランジスタ１１４により増幅されて垂直信号線１２４へ出力される。
【００６５】
検出回路１２３は、1回以上（例えば、4回）のサンプリングを行う。これらのサンプリングにおいて、垂直信号線１２４の電位の信号が、リセット信号として検出回路１２３によりデジタル信号Ｄｓ１に変換される。リセット信号の多重サンプリングは、相関二重サンプリングにおいて１回目の読出しとして扱われる。
【００６６】
そして、タイミングＴ４３において、行駆動回路１２１は、蓄積期間が終了する直前に、転送トランジスタ１１３をオン状態に制御する。この制御により、蓄積ノード１１２に蓄積された電荷が検出ノード１１７へ転送される。この際に、検出ノード１１７のポテンシャルが十分に深ければ、蓄積ノード１１２に蓄積されていた電子は、検出ノード１１７に全て転送され、蓄積ノード１１２は完全空乏状態になる。
【００６７】
また、タイミングＴ４３からパルス期間が経過したとき、行駆動回路１２１は、転送トランジスタ１１３をオフ状態に制御する。この制御により、検出ノード１１７の電位は、転送トランジスタ１１３の駆動前に比較して、蓄積電荷量の分だけ下降する（すなわち、ポテンシャルが浅くなる）。
【００６８】
次に、タイミングＴ４４において、選択トランジスタ１１５は、画素１０１の回路と垂直信号線１２４とを接続する。これにより、この下降分の電圧が増幅トランジスタ１１４により増幅されて垂直信号線１２４へ出力される。
【００６９】
ここで検出回路１２３は、1回以上（例えば、4回）のサンプリングを行う。これらのサンプリングにおいて、垂直信号線１２４の電位の信号が、蓄積信号として検出回路１２３によりデジタル信号Ｄｓ２に変換される。この蓄積信号の多重サンプリングは、相関二重サンプリングにおいて２回目の読出しとして扱われる。
【００７０】
検出回路１２３は、サンプリングした蓄積信号（すなわち、デジタル信号Ｄｓ２）およびリセット信号（すなわち、デジタル信号Ｄｓ１）を比較して、その比較結果に基づいて入射光子量を判定する。複数のデジタル信号Ｄｓ１は、全て加算され、必要に応じて、それらの平均値が算出される。同様に、デジタル信号Ｄｓ２も全て加算され、必要に応じて平均化される。
【００７１】
検出回路１２３は、デジタル信号Ｄｓ１の加算値（または平均値）と、デジタル信号Ｄｓ２の加算値（または平均値）との差分を正味の蓄積信号として求める。FDリセットの際に生じるkTCノイズは、デジタル信号Ｄｓ１およびＤｓ２の差分を正味の蓄積信号とすることにより相殺される。
【００７２】
各画素（画素回路）１０１の露光蓄積期間は、上述のPDリセット動作と蓄積信号の読み出し動作との間の期間であり、正確には転送トランジスタ１１３がリセット後にオフしてから、読み出してオフするまでの期間である。この蓄積期間にフォトダイオード１１１に光子が入射し電荷が発生すると、それはリセット信号および蓄積信号の間の差分となり、上述の手順に従って検出回路１２３により導出される。
【００７３】
すなわち、検出回路１２３は、所謂CDS（Correlated Double Sampling）機能を有しており、kTCノイズを含む画素の低周波ノイズをこれで相殺する。また、検出回路１２３は、AD変換機を通したデジタル値同士でCDSを実施することで、AD変換過程に伴って混入したノイズも相殺する。
【００７４】
以上のような動作により、光検出結果である蓄積信号はデジタル信号処理により求められるので、外部からのノイズの影響を受け難く、APDなども用いないため、熱耐性、ノイズ耐性、および磁場耐性も向上させることが可能となる。また、CCD転送等の制約もないためスループットを向上させることが可能となる。
【００７５】
＜図２の撮像素子の画素回路の第２の動作例＞
ところで、上記例では単位蓄積が完了して次の蓄積が開始される間、特に、蓄積信号のサンプリング期間において、蓄積が実施されない不感期間が発生している。そこで、特に、高速なサンプリングに対応するため、このような不感期間を除去するようにしてもよい。
【００７６】
図５は、特に、高速なサンプリングに対応するため、このような不感期間を除去するようにした、図２の撮像素子３４の画素（画素回路）１０１の第２の動作例を示している。
【００７７】
図５の例においては、図４で実施したタイミングＴ４１におけるPDリセットが省略されており、読み出し時となるタイミングＴ４３における電荷転送に伴うPD１１１の電荷排出がこれと兼用されている。
【００７８】
すなわち、図４のタイミングＴ４１に対応するタイミングＴ５１においては、FDリセットのみが実施される。そして、タイミングＴ４２に対応するタイミングＴ５２においては、リセットレベルのサンプリングが実施される。この時、転送トランジスタ１１３へのパルス印加は実施されず、PD１１１の蓄積電荷はそのまま保持される。
【００７９】
そして、タイミングＴ５３において、転送トランジスタ１１３にパルスが印加されて、蓄積信号の検出ノード１１７への転送が実施されるが、この電荷排出をPDリセットと兼用させる。この時、PD１１１の次の蓄積期間は、その直後からスタートすることになる。これによって画素１０１に入射した光子が検知されない不感期間はほぼゼロになる。
【００８０】
尚、図４および図５のいずれの動作例においても、単位蓄積の最短サイクルはリセットレベルのサンプリングと蓄積レベルのサンプリングの合計所要時間によって規定される。
【００８１】
＜エッジ検出部の動作について＞
側方散乱光または蛍光７４の光強度は、レーザ光の照射スポット７２への検体５３の通過に伴って、図６の上段で示されるようなパルス光波形ＰＬ１として描かれ、各パルス光波形ＰＬ１が検体５３の1個分の通過に対応する波形となる。この時、図６の下段で示される、前方散乱光７３のPD３３における検出強度は、図６の上段におけるパルス光波形ＰＬ１とタイミングが類似して、かつ、強度の高いパルス光波形ＰＬ２のように描かれる。
【００８２】
エッジ検出部４１は、前方散乱光のパルス光波形ＰＬ２の強度と、閾値Ｌ１との比較から、検体５３の通過タイミングをオンエッジおよびオフエッジとして検出する。より詳細には、エッジ検出部４１は、図６における閾値Ｌ１を上回ったタイミングｔｘにおいて、オンエッジＥ１（図中の上向きの矢印）を、閾値Ｌ１を下回ったタイミングｔｙにおいて、オフエッジＥ２（図中の下向きの矢印）を、それぞれ検出し、信号処理部４２に出力する。
【００８３】
尚、以降のタイミングチャートにおいて、オンエッジを、パルス光波形の立上りにおける上向きの矢印で表し、オフエッジを、パルス光波形の立下りにおける下向きの矢印で表す。
【００８４】
＜図１のフローサイトメータにおけるパルス光検出のオペレーション例＞
次に、図７のタイミングチャートを参照して、図１のフローサイトメータ１１におけるパルス光検出のオペレーション例について説明する。尚、ここでは、読み出しのアクセスシーケンスは、図５に準じ、不感期間の殆ど無いグローバルシャッタとする。また、蓄積の開始と終了は全画素同時一斉に行われ、同期して画素内転送が行われ、蓄積期間が全画素一斉に終了する。そして、蓄積信号の読み出しが開始される。さらに、このとき次の蓄積期間が全画素一斉にスタートする。蓄積期間は、所定の期間Ｔで連続して、繰り返し設定される。
【００８５】
また、図７の下段においては、所定の期間Ｔにおける蓄積期間と読み出し期間の例が示されており、斜線で示される蓄積期間と読み出し期間とが同一の蓄積信号を扱う処理であることが示されており、白色で示される蓄積期間と読み出し期間とが同一の蓄積信号を扱う処理であることが示されている。つまり、タイミングｔ２１乃至ｔ２２における斜線部で示される「蓄積」の期間において蓄積された蓄積信号は、次のタイミングｔ２２乃至ｔ２３において斜線部で示される「読み出し」の期間において読み出される。同様に、タイミングｔ２２乃至ｔ２３における白色部で示される「蓄積」の期間において蓄積された蓄積信号は、次のタイミングｔ２３乃至ｔ２４において白色部で示されるように「読み出し」の期間において読み出される。
【００８６】
側方散乱光または蛍光７４の光強度は、レーザ光の照射スポット７２への検体５３の通過に伴って、例えば、図７の最上段で示されるようなパルス光波形Ｗ１乃至Ｗ５として描かれ、各パルス光波形Ｗ１乃至Ｗ５のそれぞれが検体５３の1個分の通過に対応する波形となり、ここでは、パルス光波形の面積が光量に対応するものとする。また、図７のパルス光波形Ｗ１乃至Ｗ５のパターンは、検体５３の通過に伴って変化するものであり、１つの例に過ぎない。さらに、検体５３の通過に伴うパルス光波形Ｗ１乃至Ｗ５の通過に必要とされる時間は、一般に、１乃至１０μs程度である。
【００８７】
まず、タイミングｔ２１において、撮像素子（光検出器）３４における蓄積が開始される。
【００８８】
次に、タイミングｔ１において、フォトダイオード３３は、前方散乱光の波形の強度と、閾値との比較から、検体５３の通過タイミングにおける信号をエッジ検出部４１に出力する。エッジ検出部４１は、フォトダイオード３３より供給される信号に基づいて、オンエッジを発生し、信号処理部４２に出力する。
【００８９】
タイミングｔ２２において、撮像素子（光検出器）３４は、画素における蓄積を完了し、蓄積信号の読み出しを開始し、さらには、次の蓄積をスタートする。ここで、タイミングｔ２２は、蓄積を開始したタイミングｔ２１から、所定の期間Ｔが経過した後のタイミングである。
【００９０】
すなわち、タイミングｔ２１乃至ｔ２２においては、図７の上段におけるタイミングｔ１乃至ｔ２における検体５３により発生するパルス光波形Ｗ１で示される光量のうちのタイミングｔ２２以前の分の光量Ｐ１が検出される。
【００９１】
以降において、同様の処理が繰り返されることにより、タイミングｔ２２乃至ｔ２３の所定の期間Ｔにおいては、図７の上段におけるタイミングｔ１乃至ｔ２における検体５３により発生するパルス光波形Ｗ１で示される光量のうちのタイミングｔ２２以降の分の光量Ｐ２が検出される。
【００９２】
また、タイミングｔ２３乃至ｔ２４の所定の期間Ｔにおいては、図７の上段におけるタイミングｔ３乃至ｔ４における検体５３により発生するパルス光波形Ｗ２で示される光量の全光量に相当する光量Ｐ３が検出され、タイミングｔ３において、パルス光波形Ｗ２のオンエッジが検出される。
【００９３】
さらに、タイミングｔ２４乃至ｔ２５の所定の期間Ｔにおいては、タイミングｔ５において、パルス光波形Ｗ３のオンエッジが検出されて、図７の上段におけるタイミングｔ５乃至ｔ６における検体５３により発生するパルス光波形Ｗ３で示される光量のうちの、タイミングｔ２５より以前の部分光量に相当する光量Ｐ４が検出される。
【００９４】
また、タイミングｔ２５乃至ｔ２６の所定の期間Ｔにおいては、図７の上段におけるタイミングｔ５乃至ｔ６における検体５３により発生するパルス光波形Ｗ３で示される光量の、タイミングｔ２５以降の部分光量に相当する光量Ｐ５が検出される。
【００９５】
さらに、タイミングｔ２６乃至ｔ２７の所定の期間Ｔにおいては、図７の上段におけるタイミングｔ７乃至ｔ８における検体５３により発生するパルス光波形Ｗ４で示される光量の全光量に相当する光量Ｐ６、およびパルス光波形Ｗ５で示される光量の、タイミングｔ２７以前の部分光量に相当する光量Ｐ７が検出される。
【００９６】
また、タイミングｔ２７乃至ｔ２８の所定の期間Ｔにおいては、図７の上段におけるタイミングｔ９乃至ｔ１０における検体５３により発生するパルス光波形Ｗ５で示される光量の、タイミングｔ２７以降の部分光量に相当する光量Ｐ８が検出される。
【００９７】
これらの結果が、撮像素子３４より信号処理部４２に繰り返し出力される。
【００９８】
信号処理部４２は、図７の上段で示されるような検出結果に基づいて、信号処理を施して、検出結果を出力する。
【００９９】
すなわち、図７の上段で示されるパルス光波形Ｗ１の通過に伴う光量については、所定の期間Ｔからなるタイミングｔ２１乃至ｔ２２において検出された部分光量となる光量Ｐ１と、所定の期間Ｔからなるタイミングｔ２２乃至ｔ２３において検出された部分光量となる光量Ｐ２とに分割された状態で出力されている。
【０１００】
また、パルス光波形Ｗ３についても、所定の期間Ｔからなるタイミングｔ２４乃至ｔ２５において検出された部分光量となる光量Ｐ４と、所定の期間Ｔからなるタイミングｔ２５乃至ｔ２６において検出された部分光量となる光量Ｐ５とに分割された状態で出力されている。
【０１０１】
このため、パルス光波形Ｗ１，Ｗ３については、検出結果をそのまま使用しても検体５３の通過に伴う検出結果として利用することができない。
【０１０２】
尚、パルス光波形Ｗ２については、所定の期間Ｔからなるタイミングｔ２３乃至ｔ２４において検出された光量Ｐ３が、全光量となるため、そのまま使用することが可能である。
【０１０３】
そこで、信号処理部４２は、各パルス光波形の通過が検出されるときにエッジ検出部４１により検出されるオンエッジを利用して、２つの部分光量を加算して１個の波形が通過したときの光量を求める。
【０１０４】
より詳細には、信号処理部４２は、直近の所定の期間Ｔの検出結果と、１つ後の所定の期間Ｔの検出結果とを読み出し、２つの検出結果に基づいて、１個分の波形のパルス光量を求める。尚、以降において、所定の期間Ｔをフレームとも称する。
【０１０５】
すなわち、信号処理部４２は、直近の２フレーム分の検出結果より、直近のフレームにのみオンエッジが検出されている場合については、２フレーム分の検出結果を加算する。
【０１０６】
例えば、タイミングｔ２１乃至ｔ２３の２フレーム分の検出結果が用いられるような場合、信号処理部４２は、タイミングｔ２１乃至ｔ２２のフレームでのみオンエッジが検出されているので、光量Ｐ１，Ｐ２を加算することで、パルス光波形Ｗ１のパルス光量を求める。
【０１０７】
また、信号処理部４２は、直近の２フレーム分の検出結果より、直近のフレームにも、後のフレームにおいてもオンエッジが検出されている場合については、直近のフレーム分の検出結果を全光量として扱う。
【０１０８】
例えば、タイミングｔ２３乃至ｔ２５の２フレーム分の検出結果が用いられるような場合、タイミングｔ２３乃至ｔ２４のフレームでも、タイミングｔ２４乃至ｔ２５のフレームでもオンエッジが検出されている。そこで、信号処理部４２は、直近のフレームであるタイミングｔ２３乃至ｔ２４のフレームの光量Ｐ３をパルス光波形Ｗ２のパルス光量とする。
【０１０９】
尚、タイミングｔ２４乃至ｔ２６の２フレーム分の検出結果が用いられる場合については、直近のフレームであるタイミングｔ２４乃至ｔ２５においてのみオンエッジが検出されることになるので、信号処理部４２は、それぞれのフレームの部分光量である光量Ｐ４，Ｐ５を加算して、パルス光波形Ｗ３のパルス光量とする。
【０１１０】
さらに、信号処理部４２は、直近の２フレーム分の検出結果より、直近のフレームに２つのオンエッジが検出されている場合については、エラーとして扱う。
【０１１１】
すなわち、例えば、タイミングｔ２６乃至ｔ２８の２フレーム分の検出結果が用いられるような場合、タイミングｔ２６乃至ｔ２７の１つのフレームにおいて、２つのオンエッジが検出されているので、エラーとして扱われる。この場合、タイミングｔ２６乃至ｔ２７のフレームにおいては、波形Ｗ４と波形Ｗ５の一部が含まれた状態となるため、１フレーム分の検出結果に１つ以上の波形の検出結果が含まれることにより、適切な信号処理が不能であるので、エラーとして扱われる。
【０１１２】
＜第１の実施の形態におけるパルス光検出オペレーション処理＞
次に、図８のフローチャートを参照して、第１の実施の形態におけるパルス光検出オペレーション処理について説明する。
【０１１３】
ステップＳ１１において、信号処理部４２は、フレームのカウンタＮを１に初期化する。
【０１１４】
ステップＳ１２において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果を撮像素子３４、およびエッジ検出部４１より取得する。尚、検出結果とは、撮像素子３４より出力されるパルス光波形の信号と、エッジ検出部４１より出力されるオンエッジの検出の有無を示す信号とを含む情報である。
【０１１５】
ステップＳ１３において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果に基づいて、オンエッジが検出されているか否かを判定する。
【０１１６】
ステップＳ１３において、フレームＮについてオンエッジＮが検出されている場合、処理は、ステップＳ１４に進む。
【０１１７】
ステップＳ１４において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果に基づいて、オンエッジＮの次のオンエッジが存在するか否かを判定する。すなわち、同一のフレームＮの検出結果において、２つ目のオンエッジが存在するか否かが判定される。
【０１１８】
ステップＳ１４において、オンエッジＮの次のオンエッジが検出されない場合、処理は、ステップＳ１５に進む。
【０１１９】
ステップＳ１５において、信号処理部４２は、次のフレームであるフレーム（Ｎ＋１）の検出結果を撮像素子３４およびエッジ検出部４１より取得する。
【０１２０】
ステップＳ１６において、信号処理部４２は、フレーム（Ｎ＋１）の検出結果において、オンエッジ（Ｎ＋１）が存在するか否かを判定する。
【０１２１】
ステップＳ１６において、フレーム（Ｎ＋１）において、オンエッジ（Ｎ＋１）が検出されていない場合、処理は、ステップＳ１７に進む。
【０１２２】
ステップＳ１７において、信号処理部４２は、フレームＮとフレーム（Ｎ＋１）との撮像素子３４の検出結果である光量を加算して、オンエッジＮで特定されるパルス光波形の信号量（光量）として出力する。
【０１２３】
すなわち、図７における波形Ｗ１における場合、ステップＳ１１乃至Ｓ１７の一連の処理により光量Ｐ１，Ｐ２の検出結果が加算されることで、パルス光波形Ｗ１の信号量とされる。
【０１２４】
ステップＳ１８において、信号処理部４２は、カウンタＮを２インクリメントして処理は、ステップＳ１４に戻る。
【０１２５】
また、ステップＳ１６において、フレーム（Ｎ＋１）にオンエッジ（Ｎ＋１）が検出されている場合、処理は、ステップＳ２０に進む。
【０１２６】
ステップＳ２０において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果を１つの検体５３の通過に伴って検出されるパルス光波形の全光量に対応する信号量として出力する。
【０１２７】
ステップＳ２１において、信号処理部４２は、カウンタＮを１インクリメントする。
【０１２８】
ステップＳ２２において、信号処理部４２は、エッジ（Ｎ＋１）をエッジＮとみなして処理を継続し、その処理は、ステップＳ１４に戻る。
【０１２９】
例えば、図７におけるパルス光波形Ｗ２で示されるように、タイミングｔ２３乃至ｔ２４内の１フレーム内において、全光量が検出されて、次のフレームにおいて、パルス光波形Ｗ３のオンエッジが検出されているような場合の処理に対応する。この場合、上述したステップＳ１１乃至Ｓ１６，Ｓ２０，Ｓ２１の処理により、タイミングｔ２３乃至ｔ２４内の１フレーム内において検出される波形Ｗ３の検出結果が、そのまま信号出力として出力される。また、パルス光波形Ｗ３のオンエッジの情報が、次のフレームの情報として維持される。
【０１３０】
さらに、ステップＳ１４において、フレームＮにおいて、２つ目のエッジが検出される場合、処理は、ステップＳ２３に進む。
【０１３１】
ステップＳ２３において、信号処理部４２は、フレームＮに係る検出結果が採用できず、エラーが発生することを出力する。
【０１３２】
例えば、図７におけるタイミングｔ２６乃至ｔ２７で示されるように、１フレーム内にパルス光波形Ｗ４，Ｗ５が検出されるような場合の処理に対応する。この場合、上述したステップＳ１１乃至Ｓ１４，Ｓ２２の処理により、エラーとみなされる。
【０１３３】
ステップＳ２３において、信号処理部４２は、カウンタＮを１インクリメントして処理は、ステップＳ１２に戻る。
【０１３４】
また、ステップＳ１３において、フレームＮにおいて、オンエッジＮが検出されない場合、すなわち、何の信号も検出されていない場合、処理は、ステップＳ２４に進み、次のフレーム処理に進む。
【０１３５】
以上の処理により、所定の期間Ｔで循環的に撮像素子３４により読み出しを繰り返して撮像することで、検体５３の通過の有無を検出して撮像処理を制御する必要がないので、一般的な構成からなる（検体５３の通過タイミングに応じた制御ができない）撮像素子３４を用いても、微弱なパルス光を高精度に検出することが可能となる。
【０１３６】
また、撮像素子３４は、所定の期間Ｔで循環的に撮像素子３４により読み出しが繰り返されるので、例えば、所定の期間Ｔよりも長い期間、検体５３の通過がない状態であっても、定期的にフォトダイオード１１１に蓄積された画素信号（電荷）がリセットされることにより、検体５３が通過したときにだけ画素信号が読み出されるような場合であっても、ノイズが溜まるようなことがないので、高精度にパルス光を検出することが可能となる。
【０１３７】
結果として、光検出器の精度を向上させ、小型化および軽量化を実現することが可能になると共に、装置コストの低減を実現することが可能となる。
【０１３８】
尚、以上の処理については、撮像素子３４およびエッジ検出部４１によりリアルタイムで取得される検出結果を用いる例について説明してきたが、撮像素子３４およびエッジ検出部４１の検出結果がタイムスタンプとともに、或いは時系列に沿って記録されるようにする場合については、検出の事後に上記記録を用いてオフライン処理するようにしてもよい。
【０１３９】
＜＜２．第２の実施の形態＞＞
以上においては、撮像素子３４による検出結果と、フォトダイオード３３により検出されるオンエッジの有無に基づいた信号処理により、検体５３の通過に伴った信号出力を求める例について説明してきたが、オンエッジに加えて、オフオッジをも考慮して信号処理するようにしてもよい。
【０１４０】
すなわち、図９で示されるように、各パルス光波形Ｗ１乃至Ｗ５のそれぞれの立上りと、立下りとのそれぞれタイミングにおいて検出される、オンエッジとオフエッジとの両方を用いて信号処理がなされるようにしてもよい。
【０１４１】
尚、図９におけるパルス光波形Ｗ１乃至Ｗ５、オンエッジを示す上向きの矢印、および各フレームのタイミングについては、図７におけるものと同一であり、オフエッジが追記されたのみである。
【０１４２】
すなわち、信号処理部４２は、直近の２フレーム分の検出結果より、直近のフレームにオンエッジが検出され、次のフレームにオフエッジが検出されている場合については、２フレーム分の検出結果を加算する。
【０１４３】
例えば、タイミングｔ２１乃至ｔ２３の２フレーム分の検出結果が用いられるような場合、タイミングｔ２１乃至ｔ２２のフレームでタイミングｔ１においてオンエッジが検出されており、タイミングｔ２２乃至ｔ２３のフレームでタイミングｔ２においてオフエッジが検出されているので、光量Ｐ１，Ｐ２を加算することで、パルス光波形Ｗ１の全光量が求められる。
【０１４４】
また、信号処理部４２は、直近の２フレーム分の検出結果より、直近のフレームにも、後のフレームにおいてもオンエッジが検出されて、かつ、後のフレームにオンエッジが検出されている場合については、直近のフレーム分の検出結果を全光量として扱う。
【０１４５】
例えば、タイミングｔ２３乃至ｔ２５の２フレーム分の検出結果が用いられるような場合、タイミングｔ２３乃至ｔ２４のフレームでも、タイミングｔ２４乃至ｔ２５のフレームでもタイミングｔ３，ｔ５においてオンエッジが検出されており、タイミングｔ２３乃至ｔ２４のフレームにおいては、タイミングｔ４においてオフエッジが検出されているので、直近のフレームであるタイミングｔ２３乃至ｔ２４のフレームの光量Ｐ３がパルス光波形Ｗ２の全光量として求められる。
【０１４６】
尚、タイミングｔ２４乃至ｔ２６の２フレーム分の検出結果が用いられる場合については、直近のフレームであるタイミングｔ２４乃至ｔ２５のタイミングｔ５においてオンエッジが検出され、後のフレームであるタイミングｔ２５乃至ｔ２６のタイミングｔ６においてオフエッジが検出されているので、それぞれのフレームの部分光量である光量Ｐ４，Ｐ５が加算されて、パルス光波形Ｗ３の光量が求められる。
【０１４７】
さらに、信号処理部４２は、直近の２フレーム分の検出結果より、直近のフレームにおいて、２つのオンエッジが検出され、かつ、直近のフレームにおいてオフエッジが検出されている場合については、エラーとして扱う。
【０１４８】
すなわち、例えば、タイミングｔ２６乃至ｔ２８の２フレーム分の検出結果が用いられるような場合、タイミングｔ２６乃至ｔ２７のフレームにおいて、タイミングｔ７，ｔ９において、２つのオンエッジが検出され、かつ、タイミングｔ８においてオフエッジが検出されているので、エラーとして扱われる。この場合、タイミングｔ２６乃至ｔ２７のフレームにおいては、パルス光波形Ｗ４とパルス光波形Ｗ５の一部が含まれた状態となるため、１フレーム分の検出結果に１つ以上の波形の検出結果が含まれることにより、適切な信号処理が不能であるので、エラーとして扱われる。
【０１４９】
＜第２の実施の形態におけるパルス光検出オペレーション処理＞
次に、図１０のフローチャートを参照して、第２の実施の形態におけるパルス光検出オペレーション処理について説明する。
【０１５０】
ステップＳ４１において、信号処理部４２は、フレームのカウンタＮを１に初期化する。
【０１５１】
ステップＳ４２において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果を、撮像素子３４により取得する。尚、検出結果とは、波形の信号と、オンエッジの検出の有無を含む情報である。
【０１５２】
ステップＳ４３において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果に基づいて、オンエッジＮが検出されているか否かを判定する。
【０１５３】
ステップＳ４３において、オンエッジＮが検出されている場合、処理は、ステップＳ４４に進む。
【０１５４】
ステップＳ４４において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果に基づいて、オフエッジＮが検出されているか否かを判定する。
【０１５５】
ステップＳ４４において、オフエッジＮが検出されている場合、処理は、ステップＳ４５に進む。
【０１５６】
ステップＳ４５において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果に基づいて、次のオンエッジが存在するか否かを判定する。すなわち、同一のフレームＮの検出結果において、２つ目のオンエッジが存在するか否かが判定される。
【０１５７】
ステップＳ４５において、次のオンエッジが存在しない場合、処理は、ステップＳ４６に進む。
【０１５８】
ステップＳ４６において、信号処理部４２は、フレームＮの検出結果を１つの検体５３の通過に伴って検出されるオンエッジＮのパルス光波形の全光量に対応する信号量として出力する。
【０１５９】
例えば、図９におけるパルス光波形Ｗ２で示されるように、タイミングｔ２３乃至ｔ２４内の１フレーム内において、パルス光波形Ｗ２のオンエッジとオフエッジが検出されて、全光量が検出されているような場合の処理に対応する。この場合、上述したステップＳ４１乃至Ｓ４６の処理により、タイミングｔ２３乃至ｔ２４内の１フレーム内において検出されるパルス光波形Ｗ３の検出結果が、そのまま信号出力として出力される。
【０１６０】
ステップＳ４７において、信号処理部４２は、カウンタＮを１インクリメントして、処理は、ステップＳ４８に進む。
【０１６１】
ステップＳ４８において、信号処理部４２は、終了が指示されたか否かを判定し、終了が指示されている場合、処理は、終了する。また、ステップＳ４８において、終了が指示されていない場合、処理は、ステップＳ４３に戻る。
【０１６２】
また、ステップＳ４４において、フレームＮにオフエッジＮが存在しない場合、処理は、ステップＳ４９に進む。
【０１６３】
ステップＳ４９において、信号処理部４２は、次のフレームであるフレーム（Ｎ＋１）の検出結果を撮像素子３４およびエッジ検出部４１より取得する。
【０１６４】
ステップＳ５０において、信号処理部４２は、フレーム（Ｎ＋１）の検出結果において、オフエッジ（Ｎ＋１）が存在するか否かを判定する。
【０１６５】
ステップＳ５０において、オフエッジ（Ｎ＋１）がある場合、処理は、ステップＳ５１に進む。
【０１６６】
ステップＳ５１において、信号処理部４２は、フレーム（Ｎ＋１）の検出結果において、次にオンエッジ（Ｎ＋１）が存在するか否か、すなわち、フレーム（Ｎ＋１）に２つ目のオンエッジが存在するか否かを判定する。
【０１６７】
ステップＳ５１において、次のオンエッジ（Ｎ＋１）がない場合、すなわち、フレーム（Ｎ＋１）に２つ目にオンエッジが存在しない場合、処理は、ステップＳ５２に進む。
【０１６８】
ステップＳ５２において、信号処理部４２は、フレームＮとフレーム（Ｎ＋１）の撮像素子３４の検出結果である信号量を加算して、フレームＮにおけるオンエッジＮで特定されるパルス光波形の信号量として出力する。
【０１６９】
すなわち、図９におけるパルス光波形Ｗ１における場合、ステップＳ４１乃至Ｓ４４，Ｓ４９乃至Ｓ５３の一連の処理により光量Ｐ１，Ｐ２の信号出力が加算されることで、波形Ｗ１の信号出力が求められる。
【０１７０】
ステップＳ５３において、信号処理部４２は、カウンタＮを２インクリメントして処理は、ステップＳ４８に進む。
【０１７１】
また、ステップＳ５０において、フレーム（Ｎ＋１）にオフエッジがない場合、処理は、ステップＳ５４に進む。
【０１７２】
ステップＳ５４において、信号処理部４２は、フレームＮのオンエッジＮに係る撮像素子３４の検出結果をエラーとみなし、処理は、ステップＳ５３に進む。
【０１７３】
すなわち、フレーム（Ｎ＋１）にオフエッジがない場合、１フレーム以上の波形、すなわち、一般的な波形の長さの１０μs以上、すなわち、所定の期間Ｔ以上の波形が存在することになり、矛盾するので、信号処理部４２は、エラーとみなす。
【０１７４】
さらに、ステップＳ５１において、フレーム（Ｎ＋１）に２つ目のオンエッジがある場合、ステップＳ５４において、信号処理部４２は、フレームＮに係る検出結果を採用できないので、エラーが発生することを出力する。
【０１７５】
また、ステップＳ４５において、フレームＮに次のオンエッジ、すなわち、フレームＮに２つのオンエッジが存在する場合、処理は、ステップＳ５５に進む。
【０１７６】
さらに、ステップＳ５５において、信号処理部４２は、フレームＮに係る検出結果が採用できないので、エラーが発生することを出力し、処理は、ステップＳ４７に進む。
【０１７７】
すなわち、ステップＳ５４，Ｓ５５の処理は、いずれも、例えば、図９におけるタイミングｔ２６乃至ｔ２７で示されるように、１フレーム内にパルス光波形Ｗ４，Ｗ５の２つのオンエッジが検出されるような場合の処理に対応する。この場合、上述したステップＳ４１乃至Ｓ４４，Ｓ４９乃至Ｓ５２，Ｓ５５の処理、または、ステップＳ４１乃至Ｓ４５，Ｓ５５の処理により、エラーとみなされる。
【０１７８】
また、ステップＳ４３において、フレームＮにオンエッジＮが存在しないとみなされた場合、何の信号も検出されていないものとみなされ、処理は、ステップＳ４７に進み、次のフレーム処理に切り替えられる。
【０１７９】
以上の処理により、撮像素子３４の検出結果、およびエッジ検出部４１のオンエッジに加えて、オフエッジをも併せて信号処理を施すことにより、所定の期間Ｔで循環しながら撮像素子３４で繰り返し撮像することで、微弱なパルス光を高精度に検出することが可能となる。
【０１８０】
また、撮像素子３４は、所定の期間Ｔで循環的に撮像素子３４により読み出しが繰り返されるので、例えば、所定の期間Ｔよりも長い期間、検体５３の通過がない状態であっても、定期的にフォトダイオード１１１に蓄積された画素信号（電荷）がリセットされることにより、検体５３が通過したときにだけ画素信号が読み出されるような場合であっても、ノイズが溜まるようなことがないので、微弱なパルス光を高精度に検出することが可能となる。
【０１８１】
また、オンエッジとオフエッジとの両方を用いることで、信号処理の精度を向上させることが可能となる。
【０１８２】
結果として、光検出器の精度を向上させ、小型化および軽量化を実現することが可能になると共に、装置コストの低減を実現することが可能となる。
【０１８３】
尚、以上の処理については、撮像素子３４およびエッジ検出部４１によりリアルタイムで取得される検出結果を用いる例について説明してきたが、撮像素子３４およびエッジ検出部４１の検出結果がタイムスタンプとともに、或いは時系列に沿って記録されるようにする場合については、検出の事後に上記記録を用いてオフライン処理するようにしてもよい。
【０１８４】
＜＜３．第３の実施の形態＞＞
以上においては、所定の期間Ｔで蓄積と読み出しが繰り返される撮像素子の検出結果に基づいて、パルス光を検出する例について説明してきたが、原則的に、所定の期間Ｔで蓄積と読み出しが繰り返されるようにして、所定の期間Ｔ内においてオンエッジが検出された場合にはオフエッジが検出されるまでの期間を蓄積期間に設定するようにしてもよい。
【０１８５】
図１１は、蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔ内においてオンエッジが検出された場合にはオフエッジが検出されるまで蓄積期間に設定するようにしたフローサイトメータ１１の構成例が示されている。尚、図１１のフローサイトメータ１１において、図１のフローサイトメータ１１における構成と同一の機能を備えた構成については、同一の符号を付しており、その説明は適宜省略する。
【０１８６】
すなわち、図１１のフローサイトメータ１１において、図１のフローサイトメータ１１と異なる点は、信号処理部４２が削除されている点と、エッジ検出部４１により検出されたオンエッジおよびオフエッジの情報が、撮像素子３４の駆動回路９４に供給される点である。
【０１８７】
ここで、駆動回路９４は、エッジ検出部４１より供給されてくるオンエッジおよびオフエッジの情報に基づいて、行駆動回路１２１の動作を制御する。尚、駆動回路９４が、オンエッジおよびオフエッジの情報に基づいた行駆動回路１２１の制御については、図１２，図１３を参照して詳細を後述する。
【０１８８】
また、図１１のフローサイトメータ１１においては、オンエッジおよびオフエッジに基づいた駆動回路９４による、行駆動回路１２１の制御により、検体５３が通過する際に発生するパルス光の検出結果は、それぞれが１つのパルス光波形分の光量に対応する信号量にされる。結果として、検出結果を加算する等の処理が必要ないので、信号処理部４２が不要となる。
【０１８９】
＜図１１のフローサイトメータにおけるパルス光検出のオペレーション例＞
次に、図１２のタイミングチャートを参照して、図１１のフローサイトメータ１１におけるパルス光検出のオペレーション例について説明する。
【０１９０】
尚、ここでは、読み出しのアクセスシーケンスは、図５に準じ、不感期間の殆ど無いグローバルシャッタとする。また、蓄積の開始と終了は全画素同時一斉に行われ、同期して画素内転送が行われ、蓄積期間が全画素一斉に終了し、蓄積信号の読み出しが開始される。そして、このとき次の蓄積期間が全画素一斉にスタートする。
【０１９１】
また、側方散乱光または蛍光７４の光強度は、レーザ光の照射スポット７２への検体５３の通過に伴って、図１２の最上段で示されるようなタイミングｔ１０１乃至ｔ１０２におけるパルス光波形Ｗ３１、およびタイミングｔ１０３乃至ｔ１０４におけるパルス光波形Ｗ３２として描かれ、各パルス光波形Ｗ３１，Ｗ３２のそれぞれが検体５３の１個分の通過に対応する波形となる。また、図１２のパルス光波形Ｗ３１，Ｗ３２のパターンは、検体５３の通過に伴って変化するものであり、１つの例に過ぎない。さらに、検体５３の通過に伴うパルス光波形Ｗ３１，Ｗ３２の通過に必要とされる時間は、一般に、１乃至１０μs程度である。
【０１９２】
すなわち、図１２の下段で示されるように、タイミングｔ１２１乃至ｔ１２２においては、駆動回路９４が、行駆動回路１２１を制御して、タイミングｔ１２１においてPDリセット（PD-RST）を実行させて、リセット信号（リセットレベルの信号）を読み出すと共に、フォトダイオード１１１の蓄積期間を開始する。
【０１９３】
しかしながら、図１２の上段で示されるように検体５３の通過が検出される際の波形が存在せず、オンエッジが検出されることがないので、所定の期間Ｔが経過するタイミングｔ１２２において、蓄積期間が終了するが、ここではAD変換がなされない。
【０１９４】
タイミングｔ１２２において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、再びPDリセットを実行する。ここで、タイミングｔ１２２の後、所定の期間Ｔ内に、タイミングｔ１０１において、パルス光波形Ｗ３１のオンエッジが検出されることになるので、オフエッジが検出されるタイミングｔ１０２（＝ｔ１２３）までが、フォトダイオード１１１の蓄積期間に設定される。
【０１９５】
タイミングｔ１２３において、蓄積期間が終了すると、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、蓄積ノード１１２に蓄積期間において蓄積された蓄積信号を検出ノード１１７に電荷を転送（PD転送）し、次の蓄積期間を設定する。また、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、パルス光波形Ｗ３１の蓄積期間において蓄積された蓄積信号のデータを読み出す（Data）。
【０１９６】
タイミングｔ１２４において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、PDリセット（PD-RST）を実行させて、リセット信号を読み出す（Reset）。また、検出回路１２３は、直前の蓄積信号のデータと直前のリセット信号のデータから画素信号を求めてAD変換し、デジタル信号からなる画素信号を出力する（出力）。
【０１９７】
すなわち、蓄積信号の読み出しが開始されるタイミングから、次の蓄積期間が設定されて、リセット信号が読み出されるタイミングまでの期間が、AD変換がなされるAD変換期間ＴＡＤとなる。
【０１９８】
また、ここで、タイミングｔ１２４の後、所定の期間Ｔ内に、タイミングｔ１０３において、パルス光波形Ｗ３２のオンエッジが検出されることになるので、オフエッジが検出されるタイミングｔ１０４（＝ｔ１２５）までが、フォトダイオード１１１の蓄積期間に設定される。
【０１９９】
タイミングｔ１２５において、蓄積期間が終了すると、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、蓄積ノード１１２に蓄積期間において蓄積された蓄積信号を検出ノード１１７に電荷を転送（PD転送）し、次の蓄積期間を設定する。また、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、パルス光波形Ｗ３２の蓄積期間において蓄積された蓄積信号のデータを読み出す（Data）。
【０２００】
タイミングｔ１２６において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、PDリセット（PD-RST）を実行させて、リセット信号を読み出す。また、検出回路１２３は、直前の蓄積信号のデータと直前のリセット信号のデータから画素信号を求めてAD変換し、出力する（出力）。
【０２０１】
すなわち、以上の処理により、基本的には、所定の期間Ｔでリセット信号が読み出される処理が繰り返され、オンエッジが検出されると、オフエッジが検出されるまで蓄積期間が設定される。結果として、所定の期間Ｔでリセットレベルが繰り返し読みだされることで、一定期間以上パルス光が検出されない期間が発生しても、微弱なノイズが蓄積してしまうことなく、パルス光の検出に合わせてパルス光波形を検出することが可能となる。
【０２０２】
＜連続する蓄積期間において、オンエッジが検出される場合のパルス光検出のオペレーション例＞
また、連続する蓄積期間において、オンエッジが検出されるような場合には、後段の蓄積期間において、所定の期間Ｔが完了するところで、FDリセットを掛けるようにして、蓄積期間を継続するようにしてもよい。
【０２０３】
検体５３の通過に伴って発生するパルス光に基づいて、例えば、図１３の上段で示されるようなパルス光波形Ｗ４１乃至Ｗ４４が発生する場合について説明する。
【０２０４】
尚、図１３の上段においては、タイミングｔ１４１乃至ｔ１４２におけるパルス光波形Ｗ４１、タイミングｔ１４３乃至ｔ１４４におけるパルス光波形Ｗ４２、タイミングｔ１４５乃至ｔ１４６におけるパルス光波形Ｗ４３、およびタイミングｔ１４７乃至ｔ１４８におけるパルス光波形Ｗ４４として描かれ、各パルス光波形Ｗ４１乃至Ｗ４４のそれぞれが検体５３の１個分の通過に対応する波形となる。また、図１３のパルス光波形Ｗ４１乃至Ｗ４４のパターンは、検体５３の通過に伴って変化するものであり、１つの例に過ぎない。
【０２０５】
尚、図１３においては、タイミングｔ１４２（＝ｔ１６３）までの動作については、図１２におけるタイミングｔ１０２（＝ｔ１２３）までの動作と同一であるので、その説明は省略する。
【０２０６】
タイミングｔ１６３において、蓄積期間が終了すると、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、蓄積ノード１１２に蓄積期間において蓄積された蓄積信号を検出ノード１１７に電荷を転送（PD転送）し、次の蓄積期間を設定する。また、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、パルス光波形Ｗ３１の蓄積期間において蓄積された蓄積信号のデータを読み出す（Data）。
【０２０７】
タイミングｔ１６３から所定の期間Ｔが経過するタイミングｔ１６４において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、FDリセット（FD-RST）を掛けると共に、リセット信号を読み出す（Reset）。また、検出回路１２３は、直前の蓄積信号のデータと直前のリセット信号のデータから画素信号を求めてAD変換し、出力する（出力）。
【０２０８】
すなわち、蓄積信号の読み出しが開始されるタイミングから、次の蓄積期間が設定される。ここで、図１３においては、蓄積期間が設定されたタイミングｔ１６３から所定の期間Ｔが経過するまでの間に、タイミングｔ１４３において、パルス光波形Ｗ４２のオンエッジが検出されることになる。このため、パルス光波形Ｗ４２のオフエッジが検出されるタイミング、または、リセット信号の読み出しが完了するまでタイミングの、いずれか後のタイミングまでが蓄積期間に設定される。図１３の例においては、パルス光波形Ｗ４２のオフエッジがタイミングｔ１４４において検出されるが、リセット信号の読み出しがタイミングｔ１６５において完了するため、タイミングｔ１６５までが蓄積期間に設定される。
【０２０９】
この間、蓄積信号のデータ読み出しが開始されるタイミングｔ１６３乃至リセット信号が読み出されるタイミングｔ１６５までの期間が、AD変換期間ＴＡＤとなる。
【０２１０】
また、ここで、タイミングｔ１６５の後、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、蓄積ノード１１２に蓄積期間において蓄積された蓄積信号を検出ノード１１７に電荷を転送（PD転送）し、次の蓄積期間を設定する。また、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、パルス光波形Ｗ４２の蓄積期間において蓄積された蓄積信号のデータを読み出す（Data）。
【０２１１】
タイミングｔ１６５から所定の期間Ｔが経過するタイミングｔ１６６において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、FDリセット（FD-RST）を掛けると共に、リセット信号を読み出す（Reset）。また、検出回路１２３は、直前の信号レベルと直前のリセットレベルから画素信号を求めてAD変換し、出力する（出力）。
【０２１２】
ここで、図１３においては、タイミングｔ１６６からのリセット信号の読み出しが開始されているが、リセット信号の読み出しが完了するまでに、タイミングｔ１４７においてはパルス光波形Ｗ４４のオンエッジが検出されている。この場合、タイミングｔ１６５乃至ｔ１６７における蓄積期間に、１個以上の波形が検出されることになるので、駆動回路９４は、エラーとして出力する。
【０２１３】
以上の処理により、連続する蓄積期間において、オンエッジが検出されるような場合、すなわち、連続する蓄積期間においてパルス光波形が検出される場合でも、所定の期間ＴでFDリセットを掛けることで、蓄積期間を継続することが可能となる。
【０２１４】
＜第３の実施の形態におけるパルス光検出オペレーション処理＞
次に、図１４のフローチャートを参照して、第３の実施の形態におけるパルス光検出オペレーション処理について説明する。
【０２１５】
ステップＳ７１において、駆動回路９４は、パルス光波形を識別するカウンタＮを１に初期化する。
【０２１６】
ステップＳ７２において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、PDリセットを掛けて、蓄積期間を開始して、リセット信号の読み出しを開始する。
【０２１７】
ステップＳ７３において、駆動回路９４は、蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔが経過するまでの間に、エッジ検出部４１によりオンエッジが検出されたか否かを判定する。
【０２１８】
ステップＳ７３において、オンエッジが検出されていない場合、処理は、ステップＳ７９に進む。
【０２１９】
ステップＳ７９において、駆動回路９４は、動作の終了が指示されているか否かを判定し、終了が指示されている場合、処理は終了する。また、ステップＳ７９において、終了が指示されていない場合、処理は、ステップＳ７２に戻る。すなわち、オンエッジが検出されない場合、所定の期間Ｔでリセット信号の読み出し処理のみが繰り返される。
【０２２０】
一方、ステップＳ７３において、オンエッジが検出された場合、処理は、ステップＳ７４に進む。
【０２２１】
ステップＳ７４において、駆動回路９４は、リセット信号の読み出しが完了し、オフエッジが検出されたか否かを判定し、リセットレベルの読み出しが完了し、オフエッジが検出されるまで、同様の処理を繰り返す。ステップＳ７４において、リセットレベルの読み出しが完了し、オフエッジが検出された場合、処理は、ステップＳ７５に進む。尚、ステップＳ７４において、リセット信号の読み出しが完了するまでの間に、次のオンエッジが検出される場合、駆動回路９４は、エラーとみなし、処理は、ステップＳ７８に進む。
【０２２２】
ステップＳ７５において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、蓄積信号を転送して蓄積期間を完了し、次の蓄積期間を開始すると共に、蓄積信号の読み出しを開始する。
【０２２３】
ステップＳ７６において、駆動回路９４は、読み出したリセット信号と蓄積信号を検出部９３に供給する。検出部９３は、リセット信号と蓄積信号とからオンエッジＮのパルス光波形の信号量を計算して出力する。
【０２２４】
ステップＳ７７において、駆動回路９４は、次の蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔが経過するまでの間に、エッジ検出部４１によりオンエッジが検出されたか否か、すなわち、所定の期間Ｔ内にオンエッジが２つ存在するか否かを判定する。
【０２２５】
ステップＳ７７において、次の蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔが経過するまでの間に、エッジ検出部４１によりオンエッジが検出されない場合、処理は、ステップＳ７８に進む。
【０２２６】
ステップＳ７８において、駆動回路９４は、カウンタＮを１インクリメントして、処理は、ステップＳ７９に進む。
【０２２７】
すなわち、ステップＳ７２乃至Ｓ７８までの一連の処理により、図１２を参照して説明したように、基本的に所定の期間Ｔでリセット信号の読み出しがなされ、オンエッジが検出されたときにオフエッジが検出されるまで蓄積期間が設定される処理がなされる。
【０２２８】
また、ステップＳ７７において、次の蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔが経過するまでの間に、エッジ検出部４１により次のオンエッジが検出された場合、処理は、ステップＳ８０に進む。
【０２２９】
ステップＳ８０において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、蓄積信号の読み出しが完了したか否かを判定し、完了するまで同様の処理を繰り返す。そして、ステップＳ８０において、蓄積信号の読み出しが完了した場合、処理は、ステップＳ８１に進む。
【０２３０】
ステップＳ８１において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、FDリセットを掛けて、リセット信号の読み出しを開始させる。
【０２３１】
ステップＳ８２において、駆動回路９４は、行駆動回路１２１を制御して、リセット信号の読み出しが完了し、オフエッジが検出されたか否かを判定し、リセット信号の読み出しが完了し、オフエッジが検出されるまで、同様の処理を繰り返す。そして、ステップＳ８２において、リセット信号の読み出しが完了し、オフエッジが検出された場合、処理は、ステップＳ８３に進む。尚、ステップＳ８２において、リセット信号の読み出しが完了するまでの間に、次のオンエッジが検出される場合、駆動回路９４は、エラーとみなし、処理は、ステップＳ８７に進む。
【０２３２】
ステップＳ８３において、駆動回路９４は、蓄積信号を検出部９３に転送し、次の蓄積期間を設定して、蓄積信号を読み出す。
【０２３３】
ステップＳ８４において、検出部９３は、オンエッジ（Ｎ＋１）のパルス光波形の信号量を算出し、出力する。
【０２３４】
ステップＳ８５において、駆動回路９４は、次の蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔが経過するまでの間に、エッジ検出部４１により次のオンエッジが検出されたか否かを判定する。
【０２３５】
ステップＳ８５において、次の蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔが経過するまでの間に、エッジ検出部４１により次のオンエッジが検出される場合、処理は、ステップＳ８６に進む。
【０２３６】
ステップＳ８６において、駆動回路９４は、カウンタＮを１インクリメントし、処理は、ステップＳ８０に戻る。
【０２３７】
ステップＳ８５において、次の蓄積期間が開始されてから所定の期間Ｔが経過するまでの間に、エッジ検出部４１によりオンエッジが検出されない場合、処理は、ステップＳ８７に進む。
【０２３８】
ステップＳ８７において、駆動回路９４は、カウンタＮを２インクリメントし、処理は、ステップＳ７９に戻る。
【０２３９】
すなわち、ステップＳ８０乃至Ｓ８５までの一連の処理により、図１３を参照して説明したように、基本的に所定の期間Ｔで繰り返しリセット信号の読み出しがなされ、オンエッジが検出されたときにオフエッジが検出されるまで蓄積期間が設定される処理がなされ、さらに、次の蓄積期間で連続的にオンエッジが検出される場合、次の蓄積期間においては、所定の期間Ｔが経過したタイミングでFDリセットが掛けられ、蓄積期間が継続される。
【０２４０】
以上の一連の処理により、基本的に所定の期間Ｔで繰り返しリセット信号の読み出しがなされつつ、パルス光が検出されたタイミング、すなわち、オンエッジが検出されたタイミングからオフエッジが検出されるタイミングまでを蓄積期間として設定するようにした。これにより、パルス光が検出されるタイミングで蓄積期間が設定されるので、高精度にパルス光を検出することが可能になる。また、所定の期間Ｔで繰り返しリセット信号が読み出されるので、検体５３が流れてこない期間が長く続くようなことがあっても、ノイズが蓄積するようなことがなくなるので、高精度にパルス光を検出することが可能となる。
【０２４１】
尚、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
＜１＞  計測対象の状態に応じた強度のパルス光を発生させるパルス光発生部と、
光電変換素子と増幅素子とを有し、前記光電変換素子により光電変換された電荷を、所定期間逐次蓄積し、蓄積を完了した後の蓄積電荷量に応じた電圧を画素信号として、前記増幅素子を介して出力する複数の画素により、前記パルス光を受光し、前記複数の画素より出力される前記画素信号に基づいて、前記パルス光の光量を検出する光検出部と、
前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する制御部と
を含む光学測定器。
＜２＞  前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして検出するエッジ検出部と、
前記光検出部により検出された光量を示す信号を信号処理することで、前記パルス光の光量を算出する信号処理部とをさらに含み、
前記信号処理部は、前記エッジ検出部により検出されたオンエッジの情報に基づいて、前記光検出部により検出された光量を示す信号を信号処理することで、計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
＜１＞に記載の光学測定器。
＜３＞  前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、前記所定の期間の次の所定の期間において、前記オンエッジが検出されない場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号と、前記所定の期間の次の所定の期間における前記画素信号とを加算することにより、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
＜２＞に記載の光学測定器。
＜４＞  前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、前記所定の期間の次の所定の期間において、前記オンエッジが検出された場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号を、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量とする
＜２＞に記載の光学測定器。
＜５＞  前記所定の期間において、２つの前記オンエッジが検出された場合、前記信号処理部は、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量の算出が不可であることを示すエラーを出力する
＜２＞に記載の光学測定器。
＜６＞  前記エッジ検出部は、前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして検出すると共に、前記パルス光の入射が終了したタイミングをオフエッジとして検出し、
前記信号処理部は、前記エッジ検出部により検出されたオンエッジ、およびオフエッジの情報に基づいて、前記光検出部により検出された光量を示す信号を信号処理することで、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
＜２＞に記載の光学測定器。
＜７＞  前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出され、前記所定の期間の次の所定の期間において、前記オフエッジが検出され、かつ、前記オンエッジが検出されない場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号と、前記所定の期間の次の所定の期間における前記画素信号とを加算することにより、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量を算出する
＜６＞に記載の光学測定器。
＜８＞  前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出され、前記オンエッジの次のオンエッジが検出されない場合、前記信号処理部は、前記所定の期間における前記画素信号のみを、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量とする
＜６＞に記載の光学測定器。
＜９＞  前記所定の期間において、２つの前記オンエッジが検出された場合、前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出されず、前記所定の期間の次の所定の期間において、オフエッジが検出されない場合、または、前記所定の期間において、前記オンエッジが検出され、かつ、前記オフエッジが検出されず、前記所定の期間の次の所定の期間において、オフエッジが検出され、かつ、オンエッジが検出される場合、前記信号処理部は、前記計測対象物１個に相当する前記パルス光の光量の算出が不可であることを示すエラーを出力する
＜６＞に記載の光学測定器。
＜１０＞  前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして検出し、前記パルス光の入射が終了したタイミングをオフエッジとして検出するエッジ検出部をさらに含み、
前記制御部は、前記エッジ検出部の検出結果に基づいて、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する
＜１＞に記載の光学測定器。
＜１１＞  前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出されない場合、前記制御部は、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する
＜１０＞に記載の光学測定器。
＜１２＞  前記制御部は、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御するとき、前記所定の期間が終了したタイミングで、前記光電変換素子に蓄積された電荷をリセットするように制御する
＜１１＞に記載の光学測定器。
＜１３＞  前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出された場合、前記制御部は、前記オフエッジが検出されるまでの期間を、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間にするように制御する
＜１０＞に記載の光学測定器。
＜１４＞  前記制御部は、前記オフエッジが検出されるまでの期間を、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間にするように制御する場合、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間が終了したタイミングで、蓄積した電荷を転送するように制御する
＜１３＞に記載の光学測定器。
＜１５＞  前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出され、かつ、その次の前記電荷の蓄積の期間が開始されてから前記所定の期間内にオンエッジが検出された場合、前記制御部は、その次の前記電荷の蓄積の期間が開始されてから前記所定の期間が経過したタイミングにおいて、前記光電変換素子により蓄積された電荷を画素信号に変換する際に蓄積される浮遊拡散層の電荷をリセットすると共にリセット信号を読み出し、前記浮遊拡散層の電荷のリセットが完了するまでの期間、または、前記オフエッジが検出されるまでの期間を、前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積の期間にするように制御する
＜１０＞に記載の光学測定器。
＜１６＞  前記電荷の蓄積が開始されてから、前記所定の期間内に、前記エッジ検出部により前記オンエッジが検出され、かつ、その次の前記電荷の蓄積の期間が開始されてから前記所定の期間内にオンエッジが検出され、かつ、前記浮遊拡散層をリセットが完了するまでに、新たに前記オンエッジが検出された場合、前記制御部は、前記パルス光の光量の算出が不可であることを示すエラーを出力する
＜１５＞に記載の光学測定器。
＜１７＞  前記パルス光は、フローセルを通過した流体内の検体にレーザ光を当てた際に発生する蛍光または散乱光である
＜１＞乃至＜１６＞のいずれかに記載の光学測定器。
＜１８＞  前記光検出部は、前記フローセルを通過した流体内の検体にレーザ光を当てた際に発生する蛍光または散乱光であって、前記レーザ光の進行方向に対して略垂直な方向で観測される前記パルス光を検出する
＜１７＞に記載の光学測定器。
＜１９＞  前記フローセルを通過した前記流体内の前記検体に前記レーザ光を当てた際に発生する前記パルス光を、前記レーザ光の光源に対してほぼ正面の方向で検出する正面光検出部と、
前記正面光検出部により検出されたパルス光のレベルに応じて、前記パルス光の入射が開始したタイミングをオンエッジとして、終了したタイミングをオフエッジとして検出するエッジ検出部をさらに含む
＜１８＞に記載の光学測定器。
＜２０＞  計測対象の状態に応じた強度のパルス光を発生させるパルス光発生部と、
光電変換素子と増幅素子とを有し、前記光電変換素子により光電変換された電荷を、所定期間逐次蓄積し、蓄積を完了した後の蓄積電荷量に応じた電圧を画素信号として、前記増幅素子を介して出力する複数の画素により、前記パルス光を受光し、前記複数の画素より出力される前記画素信号に基づいて、前記パルス光の光量を検出する光検出部と、
前記光検出部における前記複数の画素の前記電荷の蓄積のタイミングを所定の期間で繰り返すように制御する制御部と
を含むフローサイトメータ。
【符号の説明】
【０２４２】
１１  フローサイトメータ，  ３１  フローセル，  ３２  レーザ光源，  ３３  フォトダイオード，  ３４  撮像素子（光検出器），  ３５，３６  集光レンズ，  ４１  エッジ検出部，  ４２  信号処理部，  ５１  サンプルチューブ，  ５２  サンプル流，  ５３  検体，  ７１  レーザ光，  ７２  照射スポット，  ７３  前方散乱光，  ７４  蛍光，  ９１  画素アレイ，  ９２  接続部，  ９３  検出回路，  ９４  駆動回路，  ９５  ロジック回路，  ９６  出力回路，  １０１，１０１ａ，１０１ｂ  画素（画素回路），  １１１  フォトダイオード，  １１２  蓄積ノード，  １１３  転送トランジスタ，  １１４  増幅トランジスタ，  １１５，１１５ａ，１１５ｂ  選択トランジスタ，  １１６  リセットトランジスタ，  １１７  検出ノード，  １１８  電源，  １２１  行駆動回路，  １２２  定電流回路，  １２３  検出回路，  １２４  垂直信号線
【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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