JP2002508063A - 低光レベルを検出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非常に低い光信号を測定する方法および装置（４００）は、フォトダイオード（１３０）、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、などからの信号を積分する工程と、各積分期間中、積分器出力（２１０）を２回以上多くデジタル形式でサンプリングする工程と、複数のデジタル化された読み出し（５３０）に曲線をフィッティングして、各積分期間についての積分の傾き（５１０、５３０）を計算する工程と、計算された積分の傾きから、元の信号を判定する工程と、を包含する。

Description

【発明の詳細な説明】 低光レベルを検出する方法および装置 関連出願のクロスリファレンス 本願は、1997年６月27日出願の米国特許出願シリアル番号第60/051,102号の継 続出願である。本明細書において、上記出願の開示全体を参照として援用する。 発明の背景 本願は概して、低出力信号の測定および検知に関する。具体的には、本発明は 、低出力の光ベースの信号の検知、増幅および測定に関する。 図１は、フォトダイオード１３０からの信号を増幅するための従来技術の回路 １００を示す。図１の回路は、オペアンプ１２０の入力を横切って接続されるフ ォトダイオード１３０を含む。オペアンプ１２０の正入力は、接地に結合される 。抵抗負荷Ｒ１５０は、オペアンプ１２０の負端子と出力信号１１０との間に結 合される。 特に、フィードバック抵抗器Ｒ１５０は、フォトダイオード１３０からの実際 の信号を越える場合があり得る固有の熱雑音を有する。回路１００などの抵抗フ ィードバック増幅器からの出力は、以下の式（１）で与えられる。 ここで、Ｖ_outの単位はボルトであり、ｉは信号源（フォトダイオード１３０な ど）からの入力信号で、単位はアンペアであり、Ｒはフィードバック抵抗（抵抗 器Ｒ１５０など）で、単位はオームである。 抵抗を有する構成要素は、以下のＲＭＳ値を有する熱雑音を発生する。 ここで、Ｖ_RMSnoiseの単位はボルトであり、Ｉ_RMSnoiseの単位はアンペアであり 、ｋ＝１．３８×１０^-23Ｊ／°Ｋ（ボルツマン定数）であり、Ｔは絶対温度で 、単位は°Ｋであり、Ｂはバンド幅で、単位はＨｚであり、Ｒは抵抗で、単位は オームある。 従って、フォトダイオードからの非常に低い信号の増幅を必要とする応用の場 合、従来技術の抵抗フィードバック増幅器１００は、例えば過剰な雑音のため、 場合によっては有用でないことが分かる。 図２は、この熱雑音の問題点を回避するために設計された従来技術の回路２０ ０を示す。図２では、フォトダイオード１３０は、オペアンプ１２０の入力を横 切って結合されたままである。抵抗素子Ｒ１５０の変わりに、オペアンプ１２０ の負入力と出力２１０との間に結合されるコンデンサ２２０が、フィードバック 素子としての役割を果たす。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２３０のソースは 、オペアンプ１２０の出力２１０に結合され、ドレインは、オペアンプ１２０の 負入力に結合される。ＦＥＴ２３０のゲートは、リセット信号２４０としての役 割を果たす。 コンデンサ２２０をフィードバック素子として使用することにより、回路１０ ０の雑音の問題点が解消される。 回路２００などの積分器からの出力は、以下の式（４）で与えられる。 ここで、ｉは、信号源（フォトダイオード１３０など）からの入力信号で、単位 はアンペアであり、ｔは、リセットから読み出しまでの時間で、単位は秒であり 、Ｃは、（例えばコンデンサ２２０の）フィードバックキャパシタンスで、単位 はファラドである。 図３は、図２の回路２００の動作タイミングを示す。制御回路（図示せず）は 、 典型的には、信号バンド幅のレートの２倍のレートで（リセット信号２４０によ り）積分器２００をリセットする。各リセットの直前に、制御回路は、出力信号 ２１０を読み出し、真の信号を抽出する。 しかし、半導体スイッチ２３０の使用は、それ自体の問題点を回路２００に引 き起こす。積分器２００のリセット中のリセット信号２４０からの電荷移動自体 が、雑音を引き起こす。この問題点を回避するために、制御回路は、リセットス イッチ２４０の解放直後に出力信号２１０を読み出す。次いで、制御回路は、最 後の読み出しからこの読み出しを引く。 それでも、フォトダイオード１３０およびオペアンプ１２０の雑音は、システ ムのバンド幅まで、回路２００とともに用いられる二読み出し機構(two-reading scheme)に影響を及ぼす。積分曲線を歪ませないようにするためには、システム バンド幅は、信号バンド幅よりもはるかに高くなければならない。 従って、上記の熱雑音およびその他の問題点を伴わない、低レベルの光の改良 された検出器のための回路が必要とされている。本発明の上記およびその他の目 標は、上記背景と以下に示す本発明の説明とを読めば、当業者に容易に明らかに なる。 発明の要旨 本明細書では、低出力の光信号などの非常に低い出力の信号を測定する方法お よび装置であって、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子 増倍管、などの信号源からの信号を積分する工程と、各積分期間の間、積分器出 力を多数回デジタル形式でサンプリングする工程と、多数のデジタル化された読 み出しに曲線をフィッティングして、各積分期間の積分の傾きを計算する工程と 、計算された積分の傾きから元の信号を判定する工程と、を含む方法および装置 が提供される。 本発明の局面によれば、低出力信号を測定する際に用いられる装置であって、 信号源から元の低出力信号を受け取り、多数の積分期間にわたって信号を積分す る積分器と、積分器の出力に結合されるアナログ入力を有するアナログ−デジタ ル変換器であって、各積分期間中、積分器出力を２回よりも多くデジタル形式で サンプリングし、多数のデジタルサンプルを得るアナログ−デジタル変換器と、 アナログ−デジタル変換器のデジタル出力に結合されるプロセッサであって、多 数のデジタルサンプルから、元の低出力信号を判定するプロセッサと、を含む装 置が提供される。 本発明の別の局面によれば、少なくとも２つの交差するミクロチャネルの第１ のミクロチャネル内の検出領域において低出力の光ベースの信号を測定する際に 用いられる装置であって、検出領域に近接して配置されるフォトダイオードであ って、検出領域において低出力の光ベースの信号を検出し、フォトダイオード信 号を出力するフォトダイオードと、フォトダイオードの出力に結合される入力を 有する積分器であって、フォトダイオード信号を受け取り、多数の積分期間にわ たってフォトダイオード信号を積分する積分器と、積分器の出力に結合される入 力を有するローパスフィルタであって、積分器出力信号の所定のレベルを上回る 周波数をフィルタリング除去するように動作するローパスフィルタと、ローパス フィルタの出力に結合されるアナログ入力を有するアナログ−デジタル変換器で あって、各積分期間中、フィルタリングされた積分器出力信号を２回よりも多く デジタル形式でサンプリングし、多数のデジタルサンプルを得るアナログ−デジ タル変換器と、アナログ−デジタル変換器のデジタル出力に結合されるプロセッ サであって、多数のデジタルサンプルを用いて、各積分期間についての積分の傾 きを計算し、計算した積分の傾きから、元の低出力信号を判定するプロセッサと 、を含む装置が提供される。 本発明のさらに他の局面によれば、低出力信号を測定する方法であって、信号 源から元の信号を受け取る工程と、積分器を用いて、元の信号を多数の積分期間 にわたって積分し、積分器出力信号を生成する工程と、積分器に結合されるアナ ログ−デジタル変換器を用いて、各積分期間中、積分器出力信号を２回よりも多 くデジタル形式でサンプリングし、多数のデジタルサンプルを得る工程と、多数 のデジタルサンプルから、元の信号を判定する工程と、を包含する方法が提供さ れる。 本発明のさらに他の局面によれば、少なくとも２つの交差するミクロチャネル の第１のミクロチャネル内の検出領域において、低出力の光ベースの信号を測定 する方法であって、フォトダイオードを、検出領域に近接して配置する工程を包 含し、フォトダイオードは、検出領域において、元の低出力の光ベースの信号を 検出して、フォトダイオード信号を出力し、フォトダイオードの出力に結合され る入力を有する積分器を用いて、多数の積分期間にわたってフォトダイオード信 号を積分し、積分器出力信号を生成する工程と、積分器の出力に結合される入力 を有するローパスフィルタを用いて、積分器出力信号の所定のレベルを上回る周 波数をフィルタリング除去する工程と、ローパスフィルタの出力に結合されるア ナログ入力を有するアナログ−デジタル変換器を用いて、各積分期間中に、フィ ルタリングされた積分器出力信号を２回よりも多くデジタル形式でサンプリング して、多数のデジタルサンプルを得る工程と、多数のデジタルサンプルを用いて 、各積分期間についての積分の傾きを計算する工程と、計算された積分の傾きか ら、元の低出力信号を判定する工程と、をさらに包含する方法が提供される。 本発明のさらに他の局面によれば、低出力信号を測定するためのシステムであ って、元の低出力信号を検出するための手段と、多数の積分間隔にわたって元の 低出力信号を積分し、積分出力信号を生成するための手段と、各積分間隔の間、 積分出力信号を２回よりも多くデジタル形式でサンプリングし、多数のデジタル サンプルを得るためのデジタルサンプリング手段と、デジタルサンプリング手段 に結合されるプロセッサと、を含み、プロセッサが、多数のデジタルサンプルを 用いて、各積分間隔についての積分の傾きを計算するための手段と、計算された 積分の傾きから、元の低出力信号を判定するための手段と、を含む、システムが 提供される。 図面および請求の範囲を含む、本明細書の残りの部分を参照すれば、本発明の その他の特徴および利点が認識される。本発明のさらなる特徴および利点と、本 発明の様々な実施形態の構造および動作とは、添付の図面に関して以下に詳細に 説明される。図中、同じ参照番号は、同一または機能的に類似したエレメントを 示す。 図面の簡単な説明 図１は、フォトダイオードからの信号を増幅するための従来技術の回路を示す 。 図２は、熱雑音の問題点を回避するために設計された、従来技術の回路を示す 。 図３は、図２の回路の動作タイミングを示す。 図４は、本発明による回路４００を示す。 図５は、図４の回路４００の動作タイミングを示す。 図６は、図４の回路の全体的な動作を示す。 図７は、本発明のある特定の局面とともに使用されるミクロ流体装置の実施例 を示す。 特定の実施形態の説明 好適な局面では、本発明の方法および装置は、ミクロ規模流体チャネルでの光 検出を使用する分析システムからの光ベースの信号の検出において用いられる。 例としては、例えば、溶融シリカ毛管システム、即ち、ＣＥ、ならびに、ミクロ 流体チャネルなどのミクロ規模チャネルを組み込むミクロ流体装置およびシステ ム、などがある。そのようなシステムは概して、米国特許出願第08/845,754号（ Attorney Docket No．100/01000、1997年４月25日出願）、同第08/881,696号（A ttorney Docket No．17646-000420、1997年６月24日出願）、米国特許出願第08/ 761,575号の一部継続出願（1996年12月６日出願）、および、1997年６月９日出 願の米国特許出願第60/049,013号（Attorney Docket No．17646-003600）に記載 されている。（本明細書において、上記出願の各々の全体を、あらゆる目的のた めに参考として援用する。） 「ミクロ流体」チャネルとは、わずかな体積の流体を扱うように適合されるチ ャネル（溝、窪み、管など）である。典型的な実施形態では、チャネルは、約０ ．１μｍと約５００μｍとの間、典型的には１００μｍ未満の少なくとも１つの 断面寸法を有する少なくとも１つのサブセクションを有する管、チャネルまたは 導管であり、通常、チャネルは、上面、下面および側面を有する、その長さのか なりの部分にわたって閉じられる。動作において、これらのミクロ規模流体シス テムにおいて分析されている材料、例えば、光ベースの信号についての光分析が 行われている材料は、ミクロ規模流体チャネルに沿って、検出点を通り過ぎて輸 送される。この検出点で、何らかの材料または状態の有無を示す検出可能な信号 が測定される。光ベースの検出システムの場合、これらのチャネル内の信号は、 典 型的には、チャネル内の発光物質の存在によって生じる。これらの発光物質は、 例えば、蛍光または化学発光材料であり、何らかの材料または状態の有無のイン ジケータとして使用される。ミクロ規模チャネルは、非常に小さい寸法を有して いるため、そのようなチャネル内での検出に典型的に利用可能な信号量もまた、 非常に少ない。例えば、本発明が特に有用であるミクロ流体システムでは、ミク ロ流体チャネルの検出領域からの信号の出力レベルは、典型的には、約０．１ｐ Ｗ〜約１０ｐＷのオーダである。 上記のように、ミクロ規模分析システムでは、信号を有する材料は、ミクロ規 模チャネルに沿って、検出点を通り過ぎて輸送される。典型的には、これらのシ ステム内の輸送材料は、様々な方法のいずれによっても行われ得る。例えば、そ のような材料輸送は、任意に、チャネル内の材料に圧力を付与するか、ミクロ規 模機械ポンプを組み込むか、または、電場を付与することにより、チャネルを通 して材料を移動させて行われる。 好適な局面では、上記ミクロ流体システムは、動電輸送システムを用いて、ミ クロ流体チャネル内で材料を移動させる。本明細書で用いられる「動電材料輸送 システム」という用語は、材料への電場付与により、相互接続されたチャネルお よび／またはチャンバを含む構造内で材料を輸送および方向付けし、それにより 、チャネルおよび／またはチャンバを通っておよびチャネルおよび／またはチャ ンバの間での材料移動を引き起こす（即ち、カチオンは負電極の方に移動し、ア ニオンは正電極の方に移動する）システムを含む。そのような動電材料輸送およ び方向付けシステムには、構造に付与される電場内での帯電した種の電気泳動移 動度に頼るシステムなどがある。そのようなシステムは、具体的には、電気泳動 材料輸送システムと呼ばれる。その他の動電材料方向付けおよび輸送システムは 、チャネルまたはチャンバ構造への電場付与により起こる、そのような構造内で の流体および材料の電気浸透流を頼りにする。つまり、例えばエッチングされた ガラスチャネル内またはガラス細管内の水酸基など、帯電した官能基を持つ表面 を有するチャネルに流体を入れると、これらの基は電離し得る。水酸官能基の場 合、（例えば、中性のｐＨでの）この電離の結果、陽子が表面から放出され、そ して流体内に入り、流体／表面界面付近の陽子の集中、または、チャネル内のバ ルク 流体を囲む正に帯電したシース、を作り出す。チャネルの長さにわたって電圧勾 配を付与すると、陽子シースは、電圧降下方向に（即ち、負電極の方に）移動す る。 図７は、本発明のある特定の局面とともに用いられるミクロ流体装置の実施例 を示す。示されるように、装置３００は、内部に配置された一体のチャネルネッ トワーク３０４を有するボディ構造３０２を含む。ボディ構造３０２は、試薬、 サンプル材料、などを保持するための、内部に配置された複数のリザーバ３０６ 〜３２８を含む。緩衝剤リザーバ３３０、ならびに廃物リザーバ３３２、３３４ および３３６も含まれる。試薬、サンプルなどは、それぞれのリザーバから、そ の他のリザーバからのその他の試薬と別個または一緒に、メインチャネル３３８ に沿って輸送され、そしてメインチャネル３３８に沿って、検出ゾーンまたはウ ィンドウ３４０を通り過ぎて、廃物リザーバ３３６の方に輸送される。検出ウィ ンドウ３４０は典型的には透明であり、ボディ構造の透明領域からなっていても よく、ボディ構造内に作られる別個の透明ウィンドウからなっていてもよい。典 型的には、ボディ構造自体は、例えばガラスまたは透明なポリマー、などの透明 材料から製造され、それにより、検出ウィンドウを規定するための別個の透明領 域が不要になる。上記種類のミクロ流体装置は、様々な分析を行う場合に有用で ある。この分析には、例えば核酸、タンパク質などの巨大分子の電気泳動分離（ 以前に本明細書において参考として援用した1997年４月25日出願の米国出願第08 /845,754号を参照されたい）、例えば製薬の発見などにおける高スループットス クリーニングアッセイ、および、例えばイムノアッセイなどの診断（例えば、公 開された国際出願第WO 98/00231号を参照されたい）、などがある。 １つの実施形態では、信号源は、検出領域から低出力の光ベースの信号を検出 するための検出ウィンドウ３４０に近接して配置される。信号源は、任意に、多 数の異なるタイプの光検出器、即ち、フォトダイオード、アバランシェフォトダ イオード、光電子増倍管（ＰＭＴ）などから選択される。好適な局面では、フォ トダイオードが用いられる。図４は、本発明によるフォトダイオード１３０から の信号を増幅するための回路４００を示す。図４では、フォトダイオード１３０ は、オペアンプ１２０の入力を横切って結合される。オペアンプ１２０の負入力 と出力２１０との間に結合されるコンデンサ２２０は、フィードバック素子とし ての役割を果たす。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２３０のソースは、オペア ンプ１２０の出力２１０に結合され、ドレインは、オペアンプ１２０の負入力に 結合される。ＦＥＴ２３０のゲートは、リセット信号４４０に接続される。 ローパスフィルタ４１０の入力は、出力信号２１０に結合される。ローパスフ ィルタ４１０の出力は、アナログ−デジタル変換器４２０のアナログ入力に結合 される。最後に、マイクロプロセッサ４３０は、アナログ−デジタル変換器４２ ０のデジタル化された出力信号４５０を、入力として受け取る。 図６は、回路４００の全体的な動作を示す。工程６１０で、回路４００は、フ ォトダイオードからの信号を受け取って積分し、そして積分器をリセットする。 次いで、工程６２０で、回路４００は、積分された信号中のより高い周波数をフ ィルタリング除去する。次に、工程６３０で、回路４００は、フィルタリングさ れたアナログ積分信号を、デジタルサンプルに変換する。最後に、工程６４０で 、回路４００は、デジタル化されたサンプルに曲線をフィッティングすることに より、フォトダイオード信号についての積分の傾きを計算する。計算した傾きを 用いて、回路４００は、フォトダイオードからの、雑音のない元の信号をよりよ く判定することができる。 図５は、図４の回路４００の動作タイミングを示す。各積分期間に２つの読み 出ししか取らない従来技術の回路２００とは異なり、回路４００は、各積分期間 に多数の読み出し５３０を取る。好適な局面では、アナログ−デジタル変換器４ ２０は、積分器出力を２回よりも多くサンプリングし、好ましくは１０回よりも 多くサンプリングし、さらに好ましくは、１００回よりも多くサンプリングし、 多くの場合には、５００回よりも多く、さらには１０００回よりも多くサンプリ ングする。 同様に従来技術の回路２００とは異なり、回路４００は、１期間あたりのサン プル読み出しに、より高度な曲線計算ルーチンを適用して、１期間あたりの計算 された傾き５１０および５２０を生成する、曲線計算は、上にある（overlying ）雑音をフィルタリング除去する。このようにして、回路４００は、フォトダイ オード１３０およびオペアンプ１２０からの雑音寄与を、ほぼ信号バンド幅に 含まれるものに低減する。 リセット信号４４０の周波数ｆ_Resetは、必要な最も速い（fastest）信号ｆ_{Si gnal} の検出を可能にするのに十分に速い。１つの実施形態では、ｆ_Resetは、ｆ_{S ignal} のほぼ２倍である。 ローパスフィルタ４１０の周波数ｆ_Low-Passは、積分曲線が大きく乱れないほ ど十分に速い。ｆ_Low-Passは、信号歪み仕様に依存する。１つの実施形態では、 ｆ_Low-Passは、ｆ_Resetのほぼ１０倍である。 雑音を最良にフィルタリングするために、１つの実施形態では、サンプル周波 数ｆ_sampleは、ｆ_Low-Passの少なくとも２倍である。 マイクロプロセッサ４３０は、当該分野においで公知である多数のカーブフィ ッティングアルゴリズムのいずれかを用いて、各積分期間の傾きを計算する。最 小自乗カーブフィッティングは、これらのアルゴリズムのほんの一例である。上 にある（overlaid）雑音をフィルタリング除去するいかなるカーブフィッティン グアルゴリズムを使用してもよい。例えば、カーブフィッティングアルゴリズム は、０．５×ｆ_Reset×（最初の読み出し−最後の読み出し）であってもよく、 ここで、「最初の読み出し」は、積分期間内に取られたサンプルの最初の半分で あり、「最後の読み出し」は、積分期間内に取られたサンプルの２番目の半分で ある。 回路４００は、オペアンプ１２０およびフォトダイオード１３０からの電圧雑 音および電流雑音の両方をフィルタリングして、信号バンドに含まれる理論値に 近い値にする。雑音は、ほとんど完全に無視され得る。 測定の雑音は、積分オペアンプ１２０の負入力での雑音量により影響を受ける 。いかなる構成要素も、上記方程式（２）および（３）に示されるような雑音を 発生する。従って、好適な実施形態では、オペアンプ１２０の負入力に接続され る構成要素はすべて、非常に高い抵抗を有する。また、オペアンプ１２０は、好 ましくは、低雑音パラメータを有する。 本明細書に示される実施形態は、例示であって、限定ではない。示された本発 明の改変は、当業者に容易に明らかになる。例えば、フォトダイオード１３０は 、上では信号源として示されているが、電圧または電流信号を与えるいかなるセ ン サも、または、電流もしくは電圧読み出しに変換可能ないかなる読み出し源も、 信号源となり得る。（言うまでもなく、信号源が電圧出力である場合、抵抗器は 、この電圧出力を、示された回路に適合可能な電流出力に変換する。）さらに、 ＦＥＴ装置２３０は、リセット機構として示されているが、リセット信号４４０ をアサートしていないときに高抵抗を有するその他の装置を使用してもよい。例 えば、リセット機構は、光活性化式（opto-activated）ＦＥＴであってもよく、 光活性化式ダイオードであってもよく、リレーであってもよく、別の種類のトラ ンジスタであってもよい。 言うまでもなく、本明細書に開示されるようなソフトウェアのためのプログラ ムテキストは、その静的形態で、磁気ディスク、光ディスクまたはその他のディ スク上にあってもよく、格納および／または取り出しのために媒体の移動を必要 とする磁気テープまたはその他の媒体上にあってもよく、ＲＯＭ、ＲＡＭ、また はその他の集積回路内にあってもよく、別のデータ記憶媒体内にあってもよい。 そのデータ格納媒体は、コンピュータシステムと一体であってもよく、コンピュ ータシステムに挿入可能であってもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，Ｊ Ｐ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．低出力信号を測定する際に用いられる装置であって、 信号源から元の低出力信号を受け取り、複数の積分期間にわたって該信号を積 分する積分器と、 該積分器の出力に結合されるアナログ入力を有するアナログ−デジタル変換器 であって、各積分期間中、該積分器出力を２回以上多くデジタル形式でサンプリ ングし、複数のデジタルサンプルを得るアナログ−デジタル変換器と、 該アナログ−デジタル変換器のデジタル出力に結合されるプロセッサであって 、該複数のデジタルサンプルを用いて該元の低出力信号を判定するプロセッサと 、を含む、装置。 ２．前記積分器と前記変換器との間に結合されるローパスフィルタをさらに含み 、該ローパスフィルタは、前記積分器出力の選択されたレベル以上の周波数をフ ィルタリング除去するように動作する、請求項１に記載の装置。 ３．前記積分器に結合されるリセット機構をさらに含み、該リセット機構は、リ セット信号を生成し、該積分器は、該リセット信号に応答して各積分期間を開始 する、請求項１に記載の装置。 ４．前記リセット信号は、リセット周波数を有し、前記元の低出力信号は、有用 信号バンド幅を有し、該リセット周波数は、該有用信号バンド幅の約２倍である 、請求項３に記載の装置。 ５．前記積分器と前記変換器との間に結合されるローパスフィルタをさらに含み 、該ローパスフィルタは、前記積分器出力の選択されたレベル以上の周波数をフ ィルタリング除去するように動作する、請求項３に記載の装置。 ６．前記リセット信号は、リセット周波数を有し、前記ローパスフィルタは、特 定の周波数で動作し、該特定のローパスフィルタ周波数は、該リセット周波数の 約１０倍である、請求項５に記載の装置。 ７．前記リセット機構が、ＦＥＴ、トランジスタ、光活性化式ＦＥＴ、光活性化 式ダイオード、およびリレーのうちの１つを含む、請求項３に記載の装置。 ８．前記プロセッサは、前記複数のデジタルサンプルを用いて、各積分期間につ いての積分の傾きを計算し、該プロセッサは、該計算された積分の傾きから、前 記元の低出力信号を判定する、請求項１に記載の装置。 ９．前記プロセッサは、最小自乗カーブフィッティングを用いて前記積分の傾き を計算し、各積分期間について、前記積分器出力の前記デジタルサンプルに線を フィッティングする、請求項８に記載の装置。 １０．前記信号源が、低出力の光ベースの信号を検出するフォトダイオードであ る、請求項１に記載の装置。 １１．前記信号源が、低出力の光ベースの信号を検出する検出器であり、該検出 器は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、および光電子増倍管 からなる群から選択される、請求項１に記載の装置。 １２．前記検出器は、少なくとも２つの交差するミクロチャネルの第１のミクロ チャネル内の検出領域に近接して配置され、前記検出器は、該検出領域から光ベ ースの信号を検出し、前記元の低出力信号を出力する、請求項１１に記載の装置 。 １３．少なくとも２つの交差するミクロチャネルの第１のミクロチャネル内の検 出領域において低出力の光ベースの信号を測定する際に用いられる装置であって 、 該検出領域に近接して配置されるフォトダイオードであって、該検出領域にお いて低出力の光ベースの信号を検出し、フォトダイオード信号を出力するフォト ダイオードと、 該フォトダイオードの出力に結合される入力を有する積分器であって、該フォ トダイオード信号を受け取り、複数の積分期間にわたって該フォトダイオード信 号を積分して、積分器出力信号を生成する積分器と、 該積分器の出力に結合される入力を有するローパスフィルタであって、該積分 器出力信号の選択されたレベル以上の周波数をフィルタリング除去するように動 作するローパスフィルタと、 該ローパスフィルタの出力に結合されるアナログ入力を有するアナログ−デジ タル変換器であって、各積分期間中、該フィルタリングされた積分器出力信号を ２回以上多くデジタル形式でサンプリングし、複数のデジタルサンプルを得るア ナログ−デジタル変換器と、 該アナログ−デジタル変換器のデジタル出力に結合されるプロセッサであって 、該複数のデジタルサンプルを用いて、各積分期間についての積分の傾きを計算 し、該計算した積分の傾きから、元の低出力信号を判定するプロセッサと、を含 む、装置。 １４．低出力信号を測定する方法であって、 信号源から元の信号を受け取る工程と、 積分器を用いて、該元の信号を複数の積分期間にわたって積分し、積分器出力 信号を生成する工程と、 該積分器に結合されるアナログ−デジタル変換器を用いて、該積分器出力信号 の各積分期間中、該積分器出力信号を２回以上多くデジタル形式でサンプリング し、複数のデジタルサンプルを得る工程と、 該複数のデジタルサンプルから該元の信号を判定する工程と、を包含する、方 法。 １５．前記積分器と前記変換器との間に結合されるローパスフィルタを用いて、 前記積分器出力信号の所定のレベル以上の周波数をフィルタリング除去して、フ ィルタリングされた信号を生成する工程をさらに包含し、該変換器は、該フィル タリングされた信号をデジタル形式でサンプリングする、請求項１４に記載の方 法。 １６．前記積分器に結合されるリセット機構を用いて、リセット周波数を有する リセット信号を生成する工程をさらに包含し、該積分器は、該リセット信号に応 答して各積分期間を開始する、請求項１４に記載の方法。 １７．前記リセット機構が、ＦＥＴ、トランジスタ、光活性化式ＦＥＴ、光活性 化式ダイオード、およびリレーのうちの１つを含む、請求項１６に記載の方法。 １８．前記積分器と前記アナログ−デジタル変換器との間に結合されるローパス フィルタを用いて、前記積分器出力信号の選択されたレベル以上の周波数をフィ ルタリング除去し、フィルタリングされた信号を生成する工程をさらに包含し、 該フィルタは、特定の周波数で動作し、該特定の周波数は、前記リセット周波数 の約１０倍である、請求項１６に記載の方法。 １９．前記判定する工程が、 前記複数のデジタルサンプルを用いて、各積分期間についての積分の傾きを計 算する工程と、 該計算された積分の傾きから、前記元の信号を判定する工程と、を包含する、 請求項１４に記載の方法。 ２０．前記計算する工程は、最小自乗法を用いて、前記デジタルサンプルに線を フィッティングする工程と、該線の傾きを用いて、前記元の信号を判定する工程 と、を包含する、請求項１９に記載の方法。 ２１．前記元の信号は、低出力の光ベースの信号であり、前記受け取る工程は、 前記積分器に結合されるフォトダイオードを用いで該元の信号を検出するステッ プを含み、該フォトダイオードは、フォトダイオード信号を出力し、該フォトダ イオード信号は、積分されて、前記積分器出力信号を生成する、請求項１４に記 載の方法。 ２２．前記元の信号は、低出力の光ベースの信号であり、前記受け取る工程は、 前記積分器に結合される検出器を用いて該元の信号を検出する工程を包含し、該 検出器は、検出器信号を出力し、該検出器は、フォトダイオード、アバランシェ フォトダイオード、および光電子増倍管からなる群から選択され、該検出器信号 は、積分されて、前記積分器出力信号を生成する、請求項１４に記載の方法。 ２３．前記検出器を、少なくとも２つの交差するミクロチャネルの第１のミクロ チャネル内の検出領域に近接して配置する工程をさらに包含し、該検出器は、該 検出領域から光ベースの信号を検出する、請求項２２に記載の方法。 ２４．少なくとも２つの交差するミクロチャネルの第１のミクロチャネル内の検 出領域において、低出力の光ベースの信号を測定する方法であって、 フォトダイオードを、該検出領域に近接して配置する工程を包含し、該フォト ダイオードは、該検出領域において、元の低出力の光ベースの信号を検出して、 フォトダイオード信号を出力する工程と、 該フォトダイオードの出力に結合される入力を有する積分器を用いて、複数の 積分期間にわたって該フォトダイオード信号を積分し、積分器出力信号を生成す る工程と、 該積分器の出力に結合される入力を有するローパスフィルタを用いて、該積分 器出力信号の選択されたレベル以上の周波数をフィルタリング除去する工程と、 該ローパスフィルタの出力に結合されるアナログ入力を有するアナログ−デジ タル変換器を用いて、各積分期間中に、該フィルタリングされた積分器出力信号 を２回以上多くデジタル形式でサンプリングして、複数のデジタルサンプルを得 る工程と、 該複数のデジタルサンプルを用いて、各積分期間についての積分の傾きを計算 する工程と、 該計算された積分の傾きから、該元の低出力信号を判定する工程と、をさらに 包含する、方法。 ２５．低出力信号を測定するためのシステムであって、 元の低出力信号を検出するための手段と、 複数の積分間隔にわたって該元の低出力信号を積分し、積分出力信号を生成す るための手段と、 各積分間隔の間、該積分出力信号を２回以上多くデジタル形式でサンプリング し、複数のデジタルサンプルを得るためのデジタルサンプリング手段と、 該デジタルサンプリング手段に結合されるプロセッサと、を含み、該プロセッ サが、 該複数のデジタルサンプルを用いて、各積分間隔についての積分の傾きを計 算するための手段と、 該計算された積分の傾きから、該元の低出力信号を判定するための手段と、 を含む、システム。 ２６．前記デジタルサンプリング手段と前記積分手段との間に結合され、前記積 分出力信号の選択されたレベル以上の周波数をフィルタリング除去するための手 段をさらに含む、請求項２５に記載のシステム。 ２７．前記積分手段に結合され、リセット信号を生成するための手段をさらに含 み、該積分手段は、該リセット信号に応答して各積分間隔を開始する、請求項２ ５に記載のシステム。 ２８．前記計算手段が、各積分間隔について、前記デジタルサンプルに線をフィ ッティングするためのカーブフィッティング手段を含む、請求項２５に記載のシ ステム。 ２９．前記検出手段が、低出力の光ベースの信号を検出するフォトダイオードを 含む、請求項２５に記載のシステム。 ３０．前記検出手段が、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、お よび光電子増倍管からなる群から選択される検出器を含む、請求項２５に記載の システム。 ３１．前記検出器が、少なくとも２つの交差するミクロチャネルの第１のミクロ チャネル内の検出領域に近接して配置され、該検出器は、該検出領域から光ベー スの信号を検出する、請求項３０に記載のシステム。