JP2020536266A - リアルタイムコントローラのスイッチング - Google Patents

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Abstract

【解決手段】撮像システムは、撮像システムによって走査すべき試料を支持する表面を有する試料ステージと、試料ステージに対して位置決め可能な対物レンズを有する光学ステージと、試料ステージ及び光学ステージの少なくとも一方に物理的に結合されて、試料ステージを光学ステージに対して移動させるアクチュエータと、アクチュエータを制御するサーボ回路と、サーボ回路を制御する制御パラメータの第１セットと、サーボ回路を制御する制御パラメータの第２セットと、撮像システムが第１動作モードで動作しているときに制御パラメータの第１セットをサーボ回路に適用し、撮像システムが第２動作モードで動作しているときに制御パラメータの第２セットをサーボ回路に適用するサーボ制御回路と、を含むことができる。【選択図】図１０

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年1月12日に出願された、発明の名称が「リアルタイムコントローラのスイッチング」である米国特許仮出願第62/617,062号、及び2018年3月20日に出願された、発明の名称が「リアルタイムコントローラのスイッチング」であるオランダ特許出願第N2020618号の優先権を主張する。上記各出願の全内容を参照により本明細書に援用するものとする。
生物学の分野における多くの進歩は、例えば光学顕微鏡及び画像走査システムにおいて使用されるような、改善された撮像システム及び技術から恩恵を受けてきた。これらの撮像システムを使用して撮像中に正確な焦点を達成することは、撮像動作を成功させるために重要となり得る。また、高スループットで高画質を達成するために、高速走査を実行する能力も重要である。
焦点モデル生成及び画像走査の両方のための焦点合わせ動作はしばしば、光学ステージに対する試料ステージの移動に依存し、その結果、試料は対物レンズの焦点面に、又は光学ステージ内の他の光学素子に位置決めされる。通常、モータ等のアクチュエータ、コイル、又は他の駆動系を使用して、光学ステージ若しくは試料ステージ又はその両方を移動させ、適切な焦点合わせを達成する。サーボシステムを、アクチュエータの精密な制御を可能にするように実装させてもよい。
図1は、アクチュエータ制御に使用することができるサーボシステムの一例を示す。この例では、アクチュエータの所望の位置を示す駆動信号3がサーボシステムに供給される。所望の位置から実際の位置の誤差を示す誤差信号9を生成するために、駆動信号3から、制御されたプロセス20からのフィードバック5を減算する。サーバコントローラ10は、検出された誤差量に基づいて、アクチュエータを制御するために供給される信号7を調整する。この例では、サーボシステムは、比例制御12、積分制御13及び微分制御14を含む比例-積分-微分(PID)コントローラ・システムである。
本明細書で開示されるシステム及び方法を、撮像システムにおける焦点合わせ操作のために使用されるアクチュエータを制御するように実装されるサーボ制御システムを最適化するように実装し得る。最適化技術を、撮像システムの動作中に、撮像システムの現在の動作モードを決定できるように実装し得る。例えば、動作モードは、フォーカスモデル生成モード及び撮像又はシーケンシングモードを含むことができる。ある応用では、サーボ制御システムのための異なる動作パラメータのセットを使用して、異なる動作モードのためにサーボ制御システムを最適化できる。したがって、例示的な実装は、決定された動作モードに対してサーボ制御システムを最適化する動作パラメータのセットを決定し、この動作パラメータのセットをサーボシステムに適用するように構成され得る。様々な用途では、このことを、撮像システムが動作している間及びモード間で切り替えている間に、リアルタイムで行うことができる。動作モードが変化する場合、新しい動作モードのために、サーボ制御システムを最適化するための新しいセットの動作パラメータを選択し、適用することができる。また、これらの変化を、画像システムが動作している間にリアルタイムで行うことができる。
本明細書に記載の技術のいくつかの応用は、撮像システムであり、撮像システムによって走査すべき試料を支持する表面を含む試料ステージと、試料ステージに対して位置決め可能な対物レンズを有する光学ステージと、試料ステージ及び光学ステージの少なくとも一方に物理的に結合されて、試料ステージを光学に対して移動させるアクチュエータと、アクチュエータを制御するサーボ回路と、サーボ回路を制御する制御パラメータの第１セットと、サーボ回路を制御する制御パラメータの第２セットと、撮像システムが第１動作モードで動作し得るときに制御パラメータの第１セットをサーボ回路に適用し、撮像システムが第２動作モードで動作し得るときに制御パラメータの第２セットをサーボ回路に適用するサーボ制御回路と、を備える撮像システムを含むことができる。ある応用では、撮像システムをシーケンサとすることができ、第１動作モードをフォーカスモデル生成モードとすることができ、第２動作モードをシーケンシングモードとすることができる。制御パラメータは、サーボループゲイン及びフィルタ値を含むことができる。
サーボ制御回路はまた、撮像システムの動作モードを検出するモード検出回路と、検出される動作モードに対応する制御パラメータのセットを適用するパラメータ選択回路とを備えることができる。
サーボ制御回路は更に、撮像システムの動作モードを検出し、制御パラメータのセットを選択して検出される動作モードに応じるように実装され得る。サーボ制御回路は、検出される動作モードに対する制御パラメータのセットであると識別される、制御パラメータの第１セット又は制御パラメータの第２セットを適用することができる。
撮像システムの構造的特性を考慮に入れるために制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方が最適化され得る。制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方の最適化は、撮像システムを動作させることと、制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中にサーボ回路の安定性を測定することと、制御パラメータの値を選択することと、を含むことができる。制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方の最適化は、撮像システムを動作させることと、制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの複数の制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中にサーボ回路の安定性を測定することと、複数の制御パラメータに対する最適な設定を識別することと、を含むことができる。
撮像システムは、光学ステージに電気的に結合されるフォーカス追跡回路を更に備えることができ、サーボ制御回路は更に、撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを有効にし、撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを無効にするように構成され得る。
アクチュエータが、試料ステージに物理的に結合されて、試料ステージを移動させて、試料ステージと光学ステージとの間の距離を調整することができる。あるいは、アクチュエータが、光学ステージに物理的に結合されて、光学ステージを移動させて、試料ステージと光学ステージとの間の距離を調整することができる。他の例では、アクチュエータが、試料ステージ及び光学ステージに結合されて、試料ステージと光学ステージとの間の距離を調整することができる。
更なる例として、撮像システムに対するサーボ制御の方法は、撮像システムの動作中に、モード検出回路が、撮像システムが第１動作モードで動作していると決定するモード検出回路決定ステップと、サーボ制御回路が、第１動作モードに対して選択される制御パラメータの第１セットを決定するサーボ制御回路決定ステップと、サーボ制御回路が、決定される制御パラメータの第１セットを撮像システムのサーボ回路に適用する適用ステップであり、サーボ回路は、撮像システムの試料ステージ及び光学ステージの少なくとも一方に物理的に結合されるアクチュエータの動作を制御して、試料ステージを光学ステージに対して移動させる、適用ステップと、モード検出回路が、撮像システムの動作中に、撮像システムが第２動作モードで動作するように切り替わったことを決定するにあたり、サーボ制御回路が、第２動作モードに対して選択される制御パラメータの第２セットを決定し、決定される制御パラメータの第２セットをサーボ回路に適用するステップと、を含むことができる。方法は、サーボ制御回路が、撮像システムの動作モードを検出する検出ステップと、制御パラメータのセットを選択して検出される動作モードに応じる選択ステップと、を更に含むことができる。
例示的方法は更に、サーボ制御回路が、撮像システムの動作モードを検出するとともに、制御パラメータのセットを選択して、検出される動作モードに応じるステップを含むことができる。サーボ制御回路は、検出される動作モードに対する制御パラメータのセットであるとして識別される、制御パラメータの第１セット又は制御パラメータの第２セットを適用することができる。
いくつかの方法は、撮像システムの構造的特性を考慮に入れるために制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方を最適化する最適化ステップを更に含むことができる。制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方を最適化する最適化ステップは、撮像システムを動作させることと、制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中にサーボ回路の安定性を測定することと、制御パラメータの値を選択することと、を含むことができる。制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方を最適化する最適化ステップは、撮像システムを動作させることと、制御パラメータの第１セット及び制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの複数の制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中にサーボ回路の安定性を測定することと、複数の制御パラメータに対する最適な設定を識別することと、を含むことができる。
ある応用では、撮像システムをシーケンサとすることができ、第１動作モードをフォーカスモデル生成モードとすることができ、第２動作モードをシーケンシングモードとすることができる。サーボ制御回路が更に、撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを有効にすることができ、撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを無効にすることができる。
更に他の例では、撮像システムは、撮像システムによって走査すべき試料を支持する表面を含む試料ステージと、試料ステージに対して位置決め可能な対物レンズを有する光学ステージと、光学ステージに結合されるフォーカス追跡回路と、試料ステージ及び光学ステージの少なくとも一方に物理的に結合されて、フォーカス追跡回路からの情報に基づいて試料ステージを光学ステージに対して移動させるアクチュエータと、アクチュエータを制御するサーボ回路と、撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを有効にし、撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを無効にするサーボ制御回路と、を含むことができる。
撮像システムにおけるサーボ制御の方法は、撮像システムの動作中に、モード検出回路が、撮像システムが走査動作モード又はフォーカスモデル生成動作モードのどちらかで動作しているかを決定するモード検出回路決定ステップと、サーボ回路が、撮像システムにおける光学ステージの試料ステージに対する移動を制御する制御ステップと、サーボ制御回路が、撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを有効にし、撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを無効にするステップと、を含むことができる。
開示された技術の他の構成及び態様は、例として、開示された技術の実装による構成を示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。この概要は、特許請求の範囲及び均等物によって定められる、本明細書に記載される任意の発明の範囲を限定することを意図しない。
前述の概念のすべての組み合わせ(そのような概念が相互に矛盾しない限り)は、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の末尾にある特許請求の範囲の主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。
アクチュエータ制御に使用することができるサーボシステムの例を示す図である。 本明細書で開示されるシステム及び方法を実施することができる画像走査システムの一例の簡略化されたブロック図である。 本明細書で説明されるシステム及び方法の一例による、フォーカス動作のための例示的なフォーカス制御システムを示すブロック図である。 本明細書で説明されるシステム及び方法の一例による、zステージコントローラのための例示的なアーキテクチャを示す図である。 本明細書で説明されるシステム及び方法の一例による、zステージコントローラのための別の例示的なアーキテクチャを示す図である。 本明細書に記載されるシステム及び方法の一例による、フォーカス追跡入力を伴うフィードバック及びフィードフォワード制御を使用する別の例示的なコントローラを図示する図である。 本明細書で説明するシステム及び方法の一例による速度コントローラを示す図である。 本明細書で説明されるシステム及び方法の1つの応用による、コントローラのスイッチングの例示的な実装を示す図である。 本明細書で説明されるシステム及び方法の1つの応用による、サーボコントローラ設計の切り替えのためのプロセスを示す図である。 本明細書で説明されるシステム及び方法の1つの応用によるサーボ制御回路の例示的な実装を示す図である。 開示された技術の様々な構成要素を実装するために使用できる例示的回路を示す図である。
1つ以上の例に従って、本明細書で開示される技術を、以下の図面を参照して詳細に説明する。これらの図は、開示された技術の読者の理解を容易にするために提供され、網羅的であること、又は開示を開示された厳密な形態に限定することを意図していない。実際に、図面中の図画は、説明のみを目的として提供され、開示された技術の典型的又は例示的な例を単に示す。さらに、図を明確にし、説明を容易にするために、図中の要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていないことに留意されたい。
開示された技術は修正及び変更を伴って実施することができ、開示された技術は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることを理解されたい。
本明細書で開示される技術の様々な例は、シーケンシングシステムなどの光学撮像システムで使用されるサーボ制御システムの動作パラメータのリアルタイム設定のためのシステム及び方法を提供する。多くの撮像システムは、試料又は撮像される他の物体を保持する試料ステージと、撮像動作に使用される光学素子を含む光学ステージとを含む。焦点合わせ動作は、移動を達成するために、アクチュエータを使用して、試料ステージに対して光学ステージを移動させることを含む。これらの撮像システムは異なる動作モードで動作可能であり、これらの異なる動作モードはアクチュエータによって達成される異なる作動モードを必要とし得る。例えば、焦点モデル生成を伴う動作モードは、焦点情報を取得するために、ある期間、試料ステージを光学ステージに対して固定位置に保持することを必要とすることがあり、一方、シーケンス動作は適切なスループットを維持するために、速い焦点調節を必要とし得る。いくつかの用途では、本明細書に開示されるシステム及び方法は、システム動作中に撮像システムの動作モードを検出し、アクチュエータを制御するサーボシステムの動作を調整して、動作モードのためのサーボ制御を最適化するように構成され得る。これは、例えば、ゲイン量及びフィルタ値のような、サーボシステムの動作パラメータを調整することを含むことができる。別の例として、これは、サーボシステム内のフィードバックループを変更することを含むことができる。
したがって、様々な動作モードに対して最適化されるサーボシステムパラメータのセットを事前に決定し、システム動作中に呼び出すために記憶することができる。動作中、システムは動作モードを決定し、決定された動作モードに対して最適化されるサーボシステムパラメータを決定し、それらのサーボシステムパラメータをサーボシステムに適用して、アクチュエータ制御がそのモードに対して最適化されるようにできる。これは撮像動作中にリアルタイムで行うことができ、その結果、モード変更のためにパラメータをロードすることができるように撮像システムを停止させる必要がない。同様に、異なる動作モードに対して異なるフィードバック機構を決定することができ、これらのフィードバック機構をまた、サーボコントローラに対するフィードバックアプローチを最適化するために選択することができる。これはまた、サーボシステムに対する変更のために撮像システムを停止させる必要がないように、リアルタイムで行うことができる。
様々な例示的システム及び方法を詳細に説明する前に、システム及び方法を実装することができる例示的な環境を説明することが有用である。一つのそのような例示的な環境は、図2に示されるような画像走査システムの環境である。例示的な撮像走査システムは、ある領域の画像を取得又は生成するためのデバイスを含むことができる。図2に概略を示す例は、バックライト設計の撮像構成の例を示す。
図2の例から分かるように、対象試料は、対物レンズ142の下の試料ステージ170上に位置付けられる試料容器110上に配置される。光源160及び関連する光学素子は、レーザ光などの光線を、試料容器110上の選択された試料位置に向ける。試料は蛍光を発し、得られた光は、対物レンズ142によって収集され、光検出器140に導かれて蛍光を検出する。試料ステージ170を、対物レンズ142に対して移動して、試料容器110上の次の試料位置を対物レンズ142の焦点に位置決めする。対物レンズ142に対する試料ステージ110の移動は、試料ステージ自体、対物レンズ、光学ステージ全体、又は上記の任意の組合せを移動させることによって達成することができる。さらなる例はまた、静止した試料上で撮像システム全体を移動させることを含むことができる。
流体送達モジュール又は装置100は、試薬(例えば、蛍光ヌクレオチド、緩衝液、酵素、切断試薬など)の流れを、試料容器110及び廃棄バルブ120に(及びそれを通して)導く。いくつかの応用において、試料容器110を、試料容器110上の複数のサンプル位置に核酸配列のクラスターを含むフローセルとして実装し得る。配列決定される試料は、他の任意の成分と共に、フローセルの基板に付着され得る。
システムはまた、温度ステーションアクチュエータ130と、試料容器110内の流体の状態の温度を任意に調節することができるヒーター/クーラー135とを備える。カメラシステム140を含んで、試料容器110の配列を監視し、追跡することができる。カメラシステム140は、例えばフィルタ・スイッチング・アセンブリ145、対物レンズ142、及び集光レーザ/集光レーザアセンブリ150内の様々なフィルタと相互作用することができるCCDカメラとして実装され得る。カメラシステム140はCCDカメラ及び他のカメラに限定されず、画像センサ技術を使用することができる。
光源160(例えば、任意に複数のレーザを備えるアセンブリ内の励起レーザ)又は他の光源を含めて、光ファイバインタフェース161(任意選択で1つ以上の再結像レンズ、光ファイバマウンティングなどを備えることができる)を通じた照射を介して試料内の蛍光シーケンシング反応を照射することができる。低ワットランプ165、集光レーザ150、及びリバースダイクロイック（reverse dichroic）185も図示の例に示されている。ある用途では、撮像中に集光レーザ150をオフにしてもよい。他の用途では、代替のフォーカス構成が、データ収集と同時に表面から反射された散乱ビームの位置を測定するために、象限検出器、位置検知形検出器(PSD)、又は類似する検出器とすることができる第2の焦点合わせカメラ(図示せず)を含み得る。
バックライト装置として図示されているが、他の例としては対物レンズ142を通して試料容器110上の試料上に向けられるレーザ又は他の光源からの光を挙げることができる。試料容器110は、対物レンズ142に対する試料容器110の移動及び位置合わせを提供するために、最終的に試料ステージ170上に取り付けられ得る。試料ステージは、それが3つの方向のいずれかに移動することを可能にするために、1つ以上のアクチュエータを有することができる。例えば、デカルト座標系に関して、アクチュエータを、ステージが対物レンズに対してX、Y、及びZ方向に移動することを可能にするように提供し得る。これは、サンプル容器110上の1つ以上の試料位置が対物レンズ142と光学的に位置合わせされて配置されることを可能にし得る。
フォーカス(z軸)成分175は、この例ではフォーカス方向(通常、z軸、又はz方向と呼ばれる)における試料容器110に対する光学要素の位置決めを制御するために含まれるものとして示される。フォーカス要素175は、光学ステージ若しくは試料ステージ又はその両方に物理的に結合された1つ以上のアクチュエータを含むことができ、試料ステージ170上の試料容器110を光学要素(例えば、対物レンズ142)に対して移動させて、撮像動作のための適切な焦点合わせを提供する。例示すると、アクチュエータは例えば、機械的、磁気的、流体的若しくは他の取り付けによって、又はステージに若しくはステージと直接的若しくは間接的に接触することによって、それぞれのステージに物理的に連結されてもよい。1つ以上のアクチュエータは、試料ステージを同じ平面内に維持しながら(例えば、光軸に垂直なレベル又は水平姿勢を維持しながら)ステージをz方向に移動させるように構成され得る。1つ以上のアクチュエータは、ステージを傾斜させるように構成されることもできる。このことは、例えば、試料容器110がその表面における任意の傾きを考慮して動的に水平にされ得るように、行われ得る。
システムの焦点合わせは、一般に、対物レンズの焦点面を、選択される試料位置で撮像される試料と位置合わせすることを指す。しかしながら、焦点合わせはまた、例えば、試験試料の画像についての鮮鋭度又はコントラストの所望のレベルなど、試料の表現についての所望の特性を得るためのシステムへの調整を指すことができる。対物レンズの焦点面の使用可能な被写界深度は非常に小さい(時には1μm以下のオーダー)ので、フォーカス要素175は撮像される表面に密接に追従する。試料容器は、器具に固定されているときに完全に平坦ではないので、フォーカス要素175は、走査方向(典型的にはy軸と呼ばれる)に沿って移動しながら、このプロファイルに追従するように設定されてもよい。
撮像されている試料位置で試験試料から発する光を、1つ以上の検出器140に向けることができる。検出器は例えば、CCDカメラを含むことができる。焦点領域から発せられる光のみを検出器に通すことができるように、開口部を含め、配置することができる。開口部は、焦点区域の外側にある区域から放射される光の成分をフィルタで除去することによって画像品質を改善するために含まれ得る。発光フィルタを、決定された発光波長を記録し、迷光レーザ光をカットするように選択することができるフィルタ・スイッチング・アセンブリ145に含めることができる。
様々な例では、試料容器110は、その上に試料が提供される1つ以上の基板を含むことができる。例えば、多数の異なる核酸配列を分析するためのシステムの場合、試料容器110は、配列決定される核酸が結合、付着、又は会合される1つ以上の基板を含み得る。様々な例では、基板は、核酸を付着させることができる任意の不活性基板又はマトリックス、例えば、ガラス表面、プラスチック表面、ラテックス、デキストラン、ポリスチレン表面、ポリプロピレン表面、ポリアクリルアミドゲル、金表面及びシリコンウェーハを含むことができる。いくつかの用途では、基板は、試料容器110を横切るマトリックス又はアレイに形成される複数個所のチャネル又は他の区域内にある。
1つ以上のコントローラ(図示せず)が、図2を参照して上述した例示的な走査システムのような走査システムの動作を制御するために設けられてもよい。コントローラを例えば、焦点合わせ、ステージ移動、及び撮像動作のようなシステム動作の態様を制御するために実装することができる。様々な用途において、コントローラを、ハードウェア、ソフトウェア、又は上記の組合せを使用して実装できる。たとえば、いくつかの実装では、コントローラが関連するメモリを備える1つ以上のCPU又はプロセッサを含むことができる。別の例として、コントローラは、動作を制御するためのハードウェア又は他の回路を備えることができる。例えば、この回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、複合プログラマブルロジックデバイス(CPLD)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)、プログラマブルアレイロジック(PAL)、又は他の類似する処理デバイス又は回路のうちの1つ以上複数を含むことができる。さらに別の例として、コントローラは、この回路と1つ以上のプロセッサとの組合せを備えることができる。
本明細書では、システム及び方法はこの例示的システムの文脈で時々説明されるが、これはこれらのシステム及び方法を実施することができる1つの例にすぎない。この説明を読んだ後、当業者は、本明細書に記載されるシステム及び方法が、これ及び他のスキャナ、顕微鏡並びに他の撮像システムとともにどのように実施され得るかを理解するであろう。
図2を参照して上述した例が示すように、焦点合わせ動作は、撮像プロセスの重要な部分であり得る。いくつかの用途では、撮像動作のためにフォーカスモデルを準備することができ、次いで、フォーカスモデルを使用して、撮像動作中に試料に対して対物レンズを適切に配置することができる。一般に、動作中、集光レーザによって生成されたフォーカスビームは、必要な焦点を測定するために試料位置から反射され、試料ステージは光学ステージに対して移動されて、光学ステージを現在の試料位置に焦点合わせする。
焦点合わせモデル生成のため、及び撮像中の適切なインフォーカス位置のための光学ステージに対する試料ステージの移動は一般に、z軸に沿った移動又はz方向の移動として記述される。用語「z軸」及び「z方向」は一般に、顕微鏡及び撮像システムの分野におけるそれらの使用と一貫して使用されることが意図され、ここで、z軸は焦軸を指す。したがって、z軸並進は、焦軸の長さを増加又は減少させる結果となる。z軸並進は例えば、光学ステージに対して試料ステージを移動させることによって(例えば、試料ステージ若しくは光学要素又はその両方を移動させることによって)実行することができる。したがって、z軸並進は、対物レンズ、光学ステージ若しくは試料ステージ又は前述の組み合わせを駆動することによって実行することができ、それらのいずれも、対物レンズ若しくは試料台又はその両方と機能的に連絡している1つ以上のサーボ又はモータ又は他のアクチュエータを作動させることによって駆動することができる。様々な実施例では、アクチュエータは、例えば、光学撮像軸に垂直な平面上で試料容器を効果的に水平にするために、光学ステージに対して試料ステージを傾けるように構成され得る。この動的傾斜が試料容器上の試料位置を効果的に水平にするために実行される場合、これは、試料容器がz軸において必要とされる移動をほとんど又は全く伴わずに、走査のためにx及びy方向に移動されることを可能にし得る。本開示は用語z軸及び方向を採用するが、このことは説明の明確さ及び従来の用語との一貫性のために行われることを理解されたい。本明細書で開示される原理は、これらのニーモニックに従属せず、他の用語を使用して、x、y、及びz方向の移動を記述することができる。
様々な例において、アクチュエータは、所望の焦点設定を達成するために、試料台若しくは光学ステージ(又はそれらの一部)又はその両方を再配置することによって、光学ステージに対して試料ステージを位置決めするために使用され得る。いくつかの例では、圧電アクチュエータを使用して、所望のステージを移動させることができる。他の例では、ボイスコイルアクチュエータを使用して、所望のステージを移動させることができる。いくつかの応用において、ボイスコイルアクチュエータの使用は、その圧電対応物と比較して、低減された焦点合わせレイテンシを提供することができる。ボイスコイルアクチュエータが使用される場合、コイルサイズは、コイルのインダクタンスも最小化されるように、所望の移動を提供するために必要な最小コイルサイズとして選択されてもよい。コイルのサイズを制限し、したがってそのインダクタンスを制限することは、より迅速な反応時間を提供し、アクチュエータを駆動するために必要な電圧をより少なくする。
フォーカスモデル生成のために、多くの場合、あるサンプル位置に対して適切な焦点が決定される期間、できるだけ少ない移動で光学系を維持することが望ましい。例えば、いくつかの用途では、試料容器に対する対物レンズの位置を、目標位置の数ナノメートル以内に保持することが必要とされる場合がある。対照的に、撮像動作は、試料容器の表面におけるDNAクラスターの比較的速い走査を必要とする。画像取得走査速度は、機器の実行時間要件によって動かされ、焦点合わせシステム及びzステージの帯域幅要件を生成する。このことは一般に、高スループット率で高品質の撮像を可能にするために、高帯域幅を有する制御システムを必要とし、これは正確なインフォーカス位置への試料容器に対する対物レンズの迅速な移動を必要とする。しかしながら、これはフォーカスモデル生成のための制御システム要件と調和せず、そこでは目標位置において光学システムをできるだけ静止して保持することが目的であり得る。したがって、本明細書で開示される技術は、現在の動作モードに応じて、zステージコントローラのリアルタイムスイッチングを提供するように実装され得る。この技術は、保持のために最適化された第1の制御システムと、高速撮像のために最適化された第2の制御システムとの適用を可能にし、現在のモードに依存してこれらの制御システム間を切り替えるためのメカニズムを提供することによって、フォーカスモデル生成中の保持と撮像中の高速移動との間のこのトレードオフ制約を効果的に打ち消すために実装され得る。
図3は、本明細書で説明されるシステム及び方法の1つの応用によるフォーカス動作のための例示的なフォーカス制御システムを示すブロック図である。この例示的なフォーカス制御システムは、zステージ334でフォーカストラッキングフィードバックループを駆動する駆動信号を生成するために使用される、現在のフォーカス設定を決定するように構成されるフォーカストラッキング回路332を含む。図3の例に示すように、フォーカス設定差に基づくコマンド352は、zステージ334の移動を制御するためにzステージ334に供給される。
この例では、zステージ334が、対物レンズ346(例えば、対物レンズ142)を移動させるように構成される。アクチュエータ344は、zステージ増幅器338によって供給される駆動信号に応答して、光学ステージ、特に対物レンズ346を移動させる。上述のように、アクチュエータ344は、圧電アクチュエータ、ボイスコイルアクチュエータ、モータ、又は他の類似のアクチュエータを含むことができる。位置エンコーダ342は、アクチュエータ位置及びその移動に関する情報を提供する。このエンコーダ情報354は、zステージコントローラ336を介してフォーカストラッキング回路332にフィードバックされ、誤差信号を決定する際に使用され得る。
移動を制御するために使用されるコントローラは、位置コントローラ及び速度コントローラの両方を含むフィードフォワードを有するPIDコントローラを使用して実装することができる。これらは、誤差信号とフィードフォワード制御分岐の両方に対する比例、積分及び微分制御を含むことができる。いくつかの例は、使用事例に応じてシステムの安定性を改善するために使用することができる追加のフィルタ及び軌道生成を含むこともできる。
図4は、本明細書で説明されるシステム及び方法の一例による、zステージコントローラのための例示的なアーキテクチャを示す図である。この例示的なコントローラは、フィードフォワード制御とフィードバック制御の両方を組み込んで、ステージアクチュエータを制御するための駆動信号を生成する。いくつかの例では、これは制御システムの誤差信号及びフィードフォワード制御分岐のいずれか又は両方に対する比例、積分及び微分(PID)制御として実装することができる。この例に示すように、目標フォーカス設定と実際のフォーカス設定との間の差が計算され、制御ブロック488に送られる。位置情報もフィードフォワード経路476を介して送られ、制御ブロック488の出力信号に加えられる。制御ブロック488内の駆動回路からのこの出力信号は、アクチュエータ490を駆動するために使用される制御出力信号を提供する。図示されるように、目標フォーカス位置と実際の位置との間の差の大きさは、制御出力信号を調整するためにフィードフォワード経路476を介して提供される。
図5は、本明細書で説明されるシステム及び方法の一例による、zステージコントローラのための別の例示的なアーキテクチャを示す図である。この例は、フィードバック制御とフィードフォワード制御も組み込む。動作中、目標フォーカス設定(例えば、ターゲットz位置570)は、ステージの位置を指令するために使用される。目標z位置570は、ステージを位置決めするためにアクチュエータ590を指令するのに必要な駆動信号を決定する、サーボコントローラ588に供給される。サーボコントローラ588はまた、駆動信号を生成するための駆動回路を含んでもよい。駆動信号の決定は、目標フォーカス設定(目標z位置570)と現在のフォーカス設定(実際のz位置572)との間の差の大きさを用いて行われ、これは、例えば、アクチュエータ590によって提供することができる。この例では前の例と同様に、アクチュエータを駆動するために使用される駆動信号は、フィードフォワード制御経路576からの信号によって調整される。
しかし、図5の例では、測定されるフォーカス補正信号578が例えば、走査モード中に活動中であり得るフォーカス追跡回路592によっても生成される。この場合、補正情報は例えば、測定されるフォーカス補正情報を用いて決定することができる。この例の補正情報は、指令されるステージ位置に加算され、走査動作のフォーカス設定の変化の傾きに応じて駆動信号を調整する。例えば、このフィードバック経路は、撮像システムが走査モードにあるときにオン又は有効にして、この補正情報をサーボコントローラに提供することができる。ある用途では、フォーカス追跡回路592が移動するターゲットに対してリアルタイムフィードバックを提供するので、システムが走査モードにあるとき、サーボコントローラの位置ループが開くか、又は部分的に開くように、システムを制御することができる。
図6は、本明細書で説明するシステム及び方法の一例による、フォーカストラッキング入力を有するフィードバック及びフィードフォワード制御を使用する、別の例示的なサーボコントローラを示す図である。目標撮像距離623は、zステージ(例えば、zステージ334)を制御するためのステージ位置信号を生成するために、制御システムへの入力として提供される。このシステムはまた、位置制御628に加えてフィードフォワード制御626を含む。フィードフォワード経路は、速度ループ(以下で説明する)に直接、一般的により遅い位置ループの周りのコマンドを取ることによって、より速い応答を提供することができる。位置変化がより劇的である場合、フィードフォワード制御626は、その変化を速度PID 630に転送し、さもなければ位置PID 628のみに依存することによって通常達成され得るシステム応答よりも速いシステム応答を得る。PIDコントローラとして実装できる速度制御630は、この例では位置ループ内に実装される。速度ループのためのフィードバック634は、決定された位置の微分の形式である。場合によっては、一定の位置誤差が、位置PID 628だけではシステムの静止摩擦に打ち勝つのに十分なトルクを生成しないほど十分に小さいことがある。このような場合、速度PID 630は、この摩擦を克服するために追加のゲインを提供する。速度に対する力は90度の位相シフトを有し、これは、より良好なプロファイル追跡及び保持のためにより高いゲインを可能にする。
図5の例と同様に、この例は、フォーカス追跡回路692からの測定されるフォーカス補正フィードバックを含む。図5の例のように、測定されるフォーカス補正信号678は、フォーカス追跡回路692によって生成され得る。この例の補正情報は、指令されるステージ位置に付加され、走査動作のフォーカス設定の変化の傾きに応じて駆動信号が調整される。図5の例の場合のように、いくつかの用途では、フォーカス追跡回路592が移動ターゲットに対してリアルタイムフィードバックを提供するので、システムが走査モードにあるとき、サーボコントローラの位置ループが開いているか、又は部分的に開いているように、システムが制御され得る。
図7は、本明細書に記載されるシステム及び方法の一例による速度コントローラを示す図である。これは、サーボコントローラ内に速度ループを提供するために使用され得る、速度PIDコントローラ630の一実装例を示す。この例は、比例項712、積分項714、及び微分項716に対するゲインステージを含む。ゲインは、加算回路722によって加算され、速度PIDコントローラ630に対する制御出力を提供する。
上述のように、本明細書に記載されるシステム及び方法の様々な応用は、リアルタイムモード検出及び制御パラメータ切り替えを提供して、動作機器の検出された現在のモード（the detected current mode）に基づいて、サーボ制御又は動作パラメータを最適化するために使用され得る。例えば、シーケンシング機器の場合、本明細書に記載されるシステム及び方法は、シーケンシング機器がフォーカスモデルモードであるかシーケンシングモードであるかを検出し、その動作モードに適していると定められるzステージサーボコントローラのための正しい動作パラメータのセットを決定し、その動作モードに対して定められる特定のパラメータでサーボコントローラのパラメータを更新するために実装されてもよい。検出されたモードのサーボ動作を最適化するために、いくつかのサーボ・コントローラ・パラメータのいずれかを定め、選択することができる。例えば、積分ゲイン、微分ゲイン、フィードフォワード及びフィルタカットオフ周波数などのパラメータの異なるセット、ならびに他の同様のパラメータを、様々な動作モードについて定義し、所望の動作モードについて実装することができる。例えば、応答性能を達成し、外乱を排除するのを助けるために、高いループゲインを実装することができる。しかしながら、高いループゲインはまた、不安定性を引き起こし得る。
表1は、シーケンシング装置における保持モード及び走査モードについて定めることができるパラメータの例示的なセットを示す。
この例では、位置ループゲイン及び速度ループゲインのための所定の値が、保持モード及び走査モードのために提供される。ローカルコントローラがステージアクチュエータの位置の最も最新の測定を有するので、相対移動の実施は現在の位置における誤差を低減又は最小化することを意図しており、レイテンシを低減又は最小化することは、走査動作にとって重要である。また、多くの走査動作は、相対移動のみに依存する。一方、軌道生成器の実装は、フォーカスモデル生成に有用である。フォーカスモデル生成は一般に、焦点システムを較正するためのz位置の絶対位置の知識に依存する。しかしながら、フォーカス較正では、通常、レイテンシはそれほど重要ではなく、絶対的な位置決めを使用することができる。したがって、表1に示す例では、位置ループの利得は、走査動作の場合よりも保持動作の場合の方で比較的高いのに対し、速度ループのゲインは走査動作の場合よりも低く設定することができる。表1のこの例は、調整され得る全てのパラメータを例示するものではなく、本明細書に開示されるシステム及び方法は焦点合わせサーボシステムにおける予め定義された追加のパラメータに拡張され得る。
図8は、本明細書で説明されるシステム及び方法の1つの応用による、コントローラスイッチングの例示的な実装を示す図である。図示の例は、ステージ812の移動を制御する1つ以上のサーボコントローラ810の動作パラメータ若しくはフィードバック機構又はそれらの組み合わせを制御又は調整するように実装することができる、モード選択回路814及びサーボ制御回路816を含む。モード選択回路814は、サーボコントローラのための動作パラメータ及びフィードバック機構の選択を含む動作モードを選択するために、シーケンシング機器(又はこれらのシステム及び方法が適用され得る他の機器)において実装され得る。例えば、走査モード及びフォーカスモデル生成モードを使用する例示的なシナリオの場合、モード選択回路814は、撮像システムの現在の動作に基づいて、これらのモードのいずれかにシーケンシング機器を配置するように実装され得る。モード選択回路814は、独立した回路を備えてもよく、又は走査システムの動作を制御するために使用されるコントローラ(図1を参照して上述したコントローラなど)の一部であってもよい。
システムの動作モードに関する情報は、サーボ制御回路816に供給される。サーボ制御回路816は、機器の動作モードを検出し、システムの動作モードに基づいて適切なサーボ・コントローラ・パラメータ若しくはフィードバックモード(又はその両方)を選択する。サーボ制御回路816はさらに、サーボ回路810を構成する1つ以上のサーボループの影響を受けるパラメータを設定するように実装することができる。適切なサーボ・コントローラ・パラメータを選択する場合、これらのパラメータをレジスタ又は他のメモリに記憶し、システムの動作モードに基づいて適切なパラメータ又はパラメータセットを検索することができる。フィードバック機構を調整する場合、サーボ制御回路816は例えば、フォーカストラッキング回路からのような、適切なソースからのフィードバックを可能にするために、スイッチング又は制御を提供することができる。
図9は、本明細書に記載されるシステム及び方法の1つの応用に従う、サーボコントローラ設計スイッチングのためのプロセスを図示する。この例では、動作912において、サーボモード制御回路(例えば、サーボ制御回路816)は、シーケンシング機器の動作モードを決定する。いくつかの用途では、この決定は、機械の現行状態をサーボモータ制御回路に示す、シーケンシング機器のコントローラ又は他の装置からの信号を受信することによって行うことができる。例えば、信号経路は、シーケンシング機器の状態を示すために異なる信号レベルを提供することができる。別の例として、信号経路は、現在の動作モードを示す一連のビット又はバイトを提供することができる。
動作916において、サーボモータ制御回路は、シーケンシング機器の動作モードを決定する。上述の例によれば、このステップで、サーボモータ制御回路は、機器がフォーカスモデル生成モードで動作しているか、シーケンシングモードで動作しているかを決定することができる。サーボモータ制御回路が、機器はシーケンシングモードで動作していると判定した場合、動作918において、サーボモータ制御回路は、撮像動作のためにzステージを制御するために最適化されるパラメータを選択する。フィードバック機構も選択される(又は代替的に選択される)用途では、サーボモータ制御回路はまた、機器がシーケンシングモードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からのフィードバック経路を可能にしてもよい。一方、サーボモータ制御回路が、機器はフォーカスモデル生成モードで動作していると判定した場合、動作920において、サーボモータ制御回路は、このモードでzステージを制御するために最適化されるサーボ制御パラメータを選択する。さらなる用途では、追加の動作モードを検出し、これらのモードのパラメータを選択することができる。
動作926において、選択されるサーボ制御パラメータが、サーボコントローラの適切なループにロードされる。動作928において、サーボシステムは、ロードされたパラメータ及び適切なフィードバック機構を使用して、zステージを制御する。
図10は、本明細書で説明されるシステム及び方法の1つの応用によるサーボ制御回路の例示的な実装を示す図である。この例では、サーボ制御回路1010が、サーボコントローラ1020への動作パラメータの適用を制御する。サーボコントローラ1020は、フィードフォワード制御装置1022と、位置制御ループ1024と、速度制御ループ1028とを含む。サーボシステムに応じて、サーボコントローラは、追加の又は他の制御ループを含むことができる。これらの制御ループは、ゲイン量及びフィルタ値などの動作パラメータに応じて、異なる性能レベルで動作するように実装することができる。
例示的なサーボ制御回路1010は、モード検出回路1014と、パラメータ選択回路1012と、パラメータファイル1016とを含む。モード検出回路1014は、機器コントローラから、モード検出回路1014が機器の動作モードを決定するために使用できる情報を受信する。いくつかの用途では、機器が、機器の現在の動作モードを示すデジタル又はアナログ信号を出力してもよい。例えば、シーケンシング機器の場合、動作モードは、フォーカスモデル生成モード及びシーケンシングモードなどのモードを含むことができる。別の例として、モードを示すビット若しくはビットのグループ又はフラグを設定することができ、動作モードを決定するために、1つ以上のビットをモード検出回路1014によって読み取ることができる。
動作モードが決定されると、パラメータ選択回路1012は、検出される動作モードに対応するパラメータセットを選択する。図示された例では、パラメータセットがパラメータファイル1016などのメモリ又は他の同様の記憶装置に記憶され、パラメータ選択回路1012によって取り出されることができる。パラメータ選択回路1012は、サーボコントローラ1020の適切なループのために、1つ以上のコントローラにパラメータをロードする。機器のモードが変更されるときに、この変更はモード検出回路1014によって検出され、新しいパラメータが、選択され、サーボコントローラ1020の適切な制御ループにロードされ得る。いくつかの応用では、サーボパラメータをオンザフライで変更することができるように、パラメータセットのローディングをリアルタイムで行うことができる(しかし、依然としてシステムレイテンシ又は他の遅延に依存することができる)。
サーボ動作のために識別されるパラメータのセットは、サーボシステムが実装される所与の機器に対してさらに最適化され得る。例えば、異なる機器が、制御システムに応答し、それと相互作用することができる、異なる構造的又は他の特性を有することができる。この相互作用は、振動、調和運動若しくはシステム性能に悪影響を及ぼす可能性があるか、又は故障を引き起こすおそれさえある他の不安定性をもたらす可能性がある。したがって、パラメータは、手動改良プロセスによって、又は自動化ツールを使用して、所与の器具に対する、保持及び走査などの動作モードのためのパラメータのカスタム実装を作成することによって、機器のために最適化することができる。
いくつかの用途では、所与の器具に対するパラメータセットのパラメータを最適化するプロセスが、各動作中に制御システムの安定性を測定しながら、機器を動作させるとともに制御パラメータのうちの1つ以上の値の所定範囲を走査することによって達成することができる。ある場合には、各制御パラメータを個別に測定し最適化することができ、他の場合には、複数の制御パラメータを系統的に調整して、制御パラメータの組合せの最適設定を識別することができる。較正プロセス中、1つのパラメータ設定によって引き起こされる不安定性が後続のパラメータ設定での測定に悪影響を及ぼさないように、様々な制御パラメータ設定での動作の間に休止時間を挿入することができる。所与のシステムについて、最適動作点は例えば、最小の不安定性を導入するパラメータのセットとして選択されてもよい。最適な動作点は、それ自体、動作上の最小値が計算的に決定され、所与の機器のためのカスタム実装ファイルとして保存され得る、一般に二次関係を有する、性能の変動における最小値として存在し得る。
本明細書で開示される例は、特定の動作モードのためにサーボシステムを最適化するために使用することができるパラメータのセットを指すが、最適化は完全に理想的な動作を達成することができない場合がある。所与のモードでの動作を最適化するように意図されたパラメータのセットは、動作パラメータ、システム制約、及びシステムが動作している現実世界条件の所与の制約を考慮して、可能な限り高い動作レベルを達成することができる。最適化はまた、設計トレードオフの対象とすることができ、達成される最適化の量は、これらのトレードオフを重み付けするシステム設計者によって決定される適切な動作レベルに基づくことができる。
本明細書で使用されるように、回路は、任意の形態のハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを利用して実装され得る。例えば、1つ以上のプロセッサ、コントローラ、ASIC、PLA、PAL、CPLD、FPGA、論理コンポーネント、ソフトウェアルーチン、又は他のメカニズムが、回路を構成するために実装され得る。実装において、本明細書で説明される様々な回路は個別の回路として実装されてもよく、又は説明される機能及び構成が1つ以上の回路の間で部分的に又は全体的に共有されてもよい。言い換えると、本明細書で説明される様々な構成及び機能性は、任意の所与のアプリケーションで実装され得、様々な組合せ及び順列で1つ以上の別個の又は共有の回路で実装され得る。機能性の様々な構成又は要素が個別の回路として個別に説明又は主張され得るが、当業者はこれらの構成及び機能性が1つ以上の共通の回路の間で共有され得ることを理解し、そのような説明はそのような構成又は機能性を実装するために個別の回路が必要とされることを必要とせず、又は暗示するものではない。
本明細書に記載されるように、システムコントローラ、サーボコントローラ、及び本明細書に記載されるシステム及び方法の他の構成要素は、回路として実装され得る。回路がソフトウェアを使用して全体的に又は部分的に実装される場合、一実装では、これらのソフトウェア要素がそれに関して説明された機能性を実行することが可能なコンピューティング又は処理システムで動作するように実装され得る。このようなコンピューティングシステムの一例を図11に示す。この例示的コンピューティングシステム1100に関して様々な例を説明する。この説明を読んだ後、他のコンピューティングシステム又はアーキテクチャを使用して本技術をどのように実施するかが、当業者には明らかになるであろう。
ここで図11を参照すると、コンピューティングシステム1100は例えば、デスクトップ、ノート型パソコン、及びノートブックコンピュータ、ハンドヘルドコンピューティングデバイス(スマートフォン、携帯電話、パームトップ、タブレットなど)、メインフレーム、スーパーコンピュータ、ワークステーション若しくはサーバ、又は所与のアプリケーション若しくは環境にとって望ましく若しくは適切であり得る任意の他の種類の専用又は汎用コンピューティングデバイス内で見られるコンピューティング又は処理能力を表すことができる。コンピューティングシステム1100はまた、所与の装置内に組み込まれた、又は所与の装置に利用可能な計算能力を表すこともできる。例えば、コンピューティングシステムは、デジタル・カメラ、ナビゲーションシステム、携帯電話、ポータブル・コンピューティング・デバイス、モデム、ルータ、WAP、端末、及び何らかの形の処理能力を含むことができる他の電子デバイスなどの他の電子デバイスに見られることがある。
コンピューティングシステム1100は例えば、プロセッサ1104のような1つ以上のプロセッサ、コントローラ、制御モジュール又は他の処理デバイスを含むことができる。プロセッサ1104は例えば、マイクロプロセッサ(シングル・コア・プロセッサ、デュアル・コア・プロセッサ、又はマルチ・コア・プロセッサのいずれか)、信号プロセッサ、グラフィックス・プロセッサ(例えば、GPU)コントローラ、又は他の制御ロジックなど、汎用又は専用の処理エンジンを使用して実装することができる。図示された例では、プロセッサ1104はバス1102に接続されているが、任意の通信媒体を使用して、コンピューティングシステム1100の他の構成要素との相互作用を容易にし、又は外部と通信したりすることができる。
コンピューティングシステム1100はまた、本明細書では単にメインメモリ1108と称する1つ以上のメモリモジュールを含んでもよい。例えば、ある実装では、ランダムアクセスメモリ（RAM）又は他のダイナミック・メモリがプロセッサ1104によって実行される情報及び命令を記憶するために使用され得る。メインメモリ1108は、プロセッサ1104によって実行される命令の実行中に、一時変数又は他の中間情報を記憶するためにも使用され得る。同様に、コンピューティングシステム1100はプロセッサ1104のための静的情報及び命令を記憶するために、バス1102に結合される読出し専用メモリ（“ROM”）又は他の静的記憶デバイスを含んでもよい。
コンピューティングシステム1100はまた、例えば、メディアドライブ1112及び記憶ユニットインタフェース1120を含むことができる、1つ以上の様々な形態の情報記憶機構1110を含んでもよい。媒体ドライブ1112は、固定又は取り外し可能な記憶媒体1114をサポートするためのドライブ又は他の機構を含んでもよい。例えば、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、CD若しくはDVDドライブ(R又はRW)、フラッシュドライブ、又は他の取り外し可能な若しくは固定媒体ドライブを設けることができる。したがって、記憶媒体1114は例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、カートリッジ、光ディスク、CD若しくはDVD、又は媒体ドライブ1112によって読み取り、書き込み、又はアクセスされる他の固定若しくは取り外し可能媒体を含むことができる。これらの例が示すように、記憶媒体1114は、コンピュータソフトウェア又はデータが記憶されたコンピュータ使用可能な記憶媒体を含むことができる。
代替の実装では、情報記憶機構1110は、コンピュータプログラム又は他の命令又はデータをコンピュータ・システム1100にロードすることを可能にするための他の類似の手段を含むことができる。そのような手段は例えば、固定又は取り外し可能な記憶ユニット1122及びインタフェース1120を含み得る。このような記憶ユニット1122及びインタフェース1120の例は、プログラムカートリッジ及びカートリッジインタフェース、取り外し可能なメモリ(例えば、フラッシュメモリ又は他の取り外し可能なメモリモジュール)及びメモリスロット、フラッシュドライブ及び関連スロット(例えば、USBドライブ)、PCMCIAスロット及びカード、並びに、ソフトウェア及びデータを記憶ユニット1122からコンピューティングシステム1100に転送することを可能にする他の固定又は取り外し可能な記憶ユニット1122及びインタフェース1120を含むことができる。
コンピューティングシステム1100はまた、通信インタフェース1124を含んでもよい。通信インタフェース1124は、ソフトウェア及びデータを、コンピューティングシステム1100と外部デバイスとの間で転送することを可能にするために使用されてもよい。通信インタフェース1124の例は、モデム若しくはソフトモデム、ネットワークインタフェース(イーサネット（登録商標）、ネットワークインターフェースカード、WiMedia、IEEE 802.XX、Bluetooth（登録商標）又はその他のインタフェースなど)、通信ポート(USBポート、IRポート、RS232ポート、又はその他のポートなど)、又はその他の通信インタフェースを含むことができる。通信インタフェース1124を介して転送されるソフトウェア及びデータは、典型的には所与の通信インタフェース1124によって交換されることが可能な、電子的、電磁気的(光を含む)、又は他の信号であり得る、信号上で搬送され得る。これらの信号は、チャンネル1128を介して通信インタフェース1124に提供されてもよい。このチャンネル1128は、信号を搬送することができ、有線又は無線通信媒体を使用して実装することができる。チャネルのいくつかの例は、電話回線、セルラリンク、RFリンク、光リンク、ネットワークインタフェース、ローカル又はワイドエリアネットワーク、及び他の有線又は無線通信チャネルを含むことができる。
本明細書では、用語「コンピュータプログラム媒体」及び「コンピュータ使用可能媒体」が一般に、例えば、メモリ1108、記憶ユニット1120、媒体1114、及びチャンネル1128などの媒体を指すために使用される。これら及び他の様々な形態のコンピュータプログラム媒体又はコンピュータ使用可能媒体は、実行のために1つ以上の命令の1つ以上の配列を処理デバイスに搬送することに関与することができる。媒体に組み込まれるそのような命令は一般に、「コンピュータプログラムコード」又は「コンピュータプログラム製品」(コンピュータプログラム又は他のグループの形態でグループ化することができる)と呼ばれる。そのような命令は、実行されるときに、コンピューティングシステム1100が本明細書で説明され開示された技術の構成又は機能を実行することを可能にすることができる。
前述の概念のすべての組み合わせ(そのような概念が相互に矛盾しない限り)は、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の末尾にある特許請求の範囲の主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。
開示された技術の様々な例が上述されたが、それらは限定ではなく、単に例として提示されたことが理解されるべきである。同様に、様々な図は開示された技術のための例示的なアーキテクチャ又は他の構造を示すことができ、これは、開示された技術に含まれることができる構成及び機能の理解を助けるために行われる。開示された技術は例示されたアーキテクチャ又は構造に限定されるものではないが、所望の構成は様々な代替アーキテクチャ及び構造を使用して実装することができる。実際、本明細書で開示される技術の所望の構成を実施するために、代替の機能的、論理的、又は物理的な区分及び構造をどのように実装できるかは、当業者には明らかであろう。また、本明細書に示されたもの以外の多数の異なる構成モジュール名を、様々なパーティションに適用することができる。さらに、フロー図、動作説明、及び方法クレームに関して、本明細書でステップが提示される順序は、文脈が別段の指示をしない限り、様々な例が、記載された機能を同じ順序で実行するように実装されることを強制するものではない。
開示された技術は、様々な例及び実装に関して上記で説明されているが、個々の例のうちの1つ以上において説明されたさまざまな構成、態様、及び機能は、それらの利用可能性において、それらが説明されている特定の例に限定されず、その代わりに、そのような例が説明されているかどうか、及びそのような構成が説明された例の一部として提示されているかどうかにかかわらず、開示された技術の他の例のうちの1つ以上に、単独で、又はさまざまな組合せで適用され得ることを理解されたい。したがって、本明細書で開示される技術の幅及び範囲は、上述の例のいずれによっても限定されるべきではない。前述の概念のすべての組み合わせ(そのような概念が相互に矛盾しない限り)は、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の末尾にある特許請求の範囲の主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。
本書で使用されている用語及び語句、ならびにそのバリエーションは別途明示的に記載されていない限り、限定ではなく、オープンエンド型とみなす必要がある。前述の例として、「含む」という用語は、「限定なしに含む」などを意味するものとして解釈されるべきであり、「例」という用語は、論議中のアイテムの例を提供するために使用され、そのリストを網羅的又は限定するものではなく、「1つの（“a”or“an”）」という用語は「少なくとも1つの」、「1つ以上の」などを意味するものとして解釈されるべきであり、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」などの形容詞、及び同様の意味の用語は、記載されたアイテムを、所与の期間に、又は所与の時間に利用可能なアイテムに限定するものと解釈されるべきではなく、代わりに、現在又は将来において利用可能であるか又は既知である可能性がある、従来の、伝統的な、通常の、又は標準の技術を包含するものと解釈されるべきである。用語「含む」は、本明細書では列挙された要素だけでなく、任意の付加要素も含む、オープンエンドであることが意図される。同様に、本明細書が、当業者に明らかであるか又は知られている技術に言及する場合、そのような技術は、現在又は将来の任意の時点で当業者に明らかであるか、又は知られている技術を包含する。適用可能な範囲で、本明細書における用語「第1」、「第2」、「第3」などは、単に、これらの用語によって説明されるそれぞれの対象を別個のエンティティとして示すために使用され、本明細書において明示的に別段の記載がない限り、時系列順の意味を暗示することを意味しない。
「結合される」という用語は、直接的又は間接的な結合、接続、締結、接触又は連結を指し、物理的、光学的、電気的、流体的、機械的、化学的、磁気的、電磁気的、通信的若しくは他の結合、又は前述のもの組合せなどの様々な形態の結合を指すことができる。結合の1つの形態が特定される場合、これは、他の形態の結合が除外されることを意味しない。例えば、別の構成要素に物理的に結合される1つの構成要素は、(直接的又は間接的な)2つの構成要素の物理的な取り付け又は2つの構成要素間の接触を言及することができるが、例えば、やはり2つの構成要素を通信可能に結合する通信リンク(例えば、RFリンク又は光リンク)などの構成要素間の他の形態の結合を排除するものではない。同様に、様々な用語自体は、相互に排他的であることを意図していない。例えば、とりわけ、流体カップリング、磁気カップリング、又は機械的カップリングは、物理的カップリングの形態であってもよい。
場合によっては「1つ以上」、「少なくとも」、「しかしながら、これらに限定されない」、又は他の同様の語句などの拡張語句の存在はそのような拡張語句が存在しない場合に、より狭い場合が意図され、又は必要とされることを意味すると解釈されるべきではない。「構成要素」という用語の使用は、構成要素の一部として説明又は主張される要素又は機能が、すべて共通のパッケージ内に構成されることを意味するものではない。実際、構造要素を含む構成要素の様々な要素のいずれか又はすべては、単一のパッケージに組み合わされるか、又は別々に維持されることができ、さらに、複数のグループ又はパッケージに分散されることができる。
加えて、本明細書に記載される様々な例は、例示的な図及び他の例示に関して説明される。本明細書を読んだ後、当業者には明らかになるように、例示された実施例及びそれらの様々な代替形態は、例示された実施例に限定されることなく実施することができる。例えば、ブロック図及びそれらの付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構造を指定するものとして解釈されるべきではない。
前述の概念と、以下でより詳細に論じられる追加の概念とのすべての組合せが、(そのような概念が相互に矛盾しないという条件で)本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の末尾にある特許請求の範囲の主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。

Claims (29)

  1. 撮像システムであり、
    前記撮像システムによって走査すべき試料を支持する表面を含む試料ステージと、
    前記試料ステージに対して位置決め可能な対物レンズを有する光学ステージと、
    前記試料ステージ及び前記光学ステージの少なくとも一方に物理的に結合されて、前記試料ステージを前記光学ステージに対して移動させるアクチュエータと、
    前記アクチュエータを制御するサーボ回路と、
    前記サーボ回路を制御する制御パラメータの第１セットと、
    前記サーボ回路を制御する制御パラメータの第２セットと、
    前記撮像システムが第１動作モードで動作しているときに前記制御パラメータの第１セットを前記サーボ回路に適用し、前記撮像システムが第２動作モードで動作しているときに前記制御パラメータの第２セットを前記サーボ回路に適用するサーボ制御回路と、
    を備える撮像システム。
  2. 前記サーボ制御回路は、前記撮像システムの動作モードを検出するモード検出回路と、検出される前記動作モードに対応する制御パラメータのセットを適用するパラメータ選択回路とを備える、請求項１に記載の撮像システム。
  3. 前記撮像システムはシーケンサであり、前記第１動作モードはフォーカスモデル生成モードであり、前記第２動作モードはシーケンシングモードである、請求項１に記載の撮像システム。
  4. 前記サーボ制御回路は更に、前記撮像システムの動作モードを検出し、制御パラメータのセットを選択して検出される前記動作モードに応じる、請求項１に記載の撮像システム。
  5. 前記サーボ制御回路は、検出される前記動作モードに対する前記制御パラメータのセットであると識別される、前記制御パラメータの第１セット又は前記制御パラメータの第２セットを適用する、請求項４に記載の撮像システム。
  6. 前記撮像システムの構造的特性を考慮に入れるために前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方が最適化される、請求項４に記載の撮像システム。
  7. 前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方の最適化は、前記撮像システムを動作させることと、前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中に前記サーボ回路の安定性を測定することと、前記制御パラメータの値を選択することと、を含む、請求項６に記載の撮像システム。
  8. 前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方の最適化は、前記撮像システムを動作させることと、前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの複数の制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中に前記サーボ回路の安定性を測定することと、前記複数の制御パラメータに対する最適な設定を識別することと、を含む、請求項６に記載の撮像システム。
  9. 前記撮像システムは、前記光学ステージに電気的に結合されるフォーカス追跡回路を更に備え、
    前記サーボ制御回路は更に、前記撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、前記フォーカス追跡回路から前記サーボ回路へのフィードバックを有効にし、前記撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、前記フォーカス追跡回路から前記サーボ回路へのフィードバックを無効にする、請求項１に記載の撮像システム。
  10. 前記制御パラメータは、サーボループゲイン及びフィルタ値を含む、請求項１に記載の撮像システム。
  11. 前記アクチュエータが、前記試料ステージに物理的に結合されて、前記試料ステージを移動させて、前記試料ステージと前記光学ステージとの間の距離を調整する、請求項１に記載の撮像システム。
  12. 前記試料ステージに物理的に結合されて前記試料ステージの傾きを調整する複数のアクチュエータを更に備える、請求項１に記載の撮像システム。
  13. 前記アクチュエータが、前記光学ステージに物理的に結合されて、前記光学ステージを移動させて、前記試料ステージと前記光学ステージとの間の距離を調整する、請求項１に記載の撮像システム。
  14. 前記アクチュエータは、圧電デバイス、ボイスコイル及び駆動モータの少なくとも１つを備える、請求項１３に記載の撮像システム。
  15. 前記試料は、フローセルに含まれ又はスライド上に存在する、請求項１に記載の撮像システム。
  16. 撮像システムにおけるサーボ制御の方法であり、
    前記撮像システムの動作中に、モード検出回路が、前記撮像システムが第１動作モードで動作していると決定するモード検出回路決定ステップと、
    サーボ制御回路が、前記第１動作モードに対して選択される制御パラメータの第１セットを決定するサーボ制御回路決定ステップと、
    前記サーボ制御回路が、決定される前記制御パラメータの第１セットを前記撮像システムのサーボ回路に適用する適用ステップであり、サーボ回路は、前記撮像システムの試料ステージ及び光学ステージの少なくとも一方に物理的に結合されるアクチュエータの動作を制御して、前記試料ステージを前記光学ステージに対して移動させる、適用ステップと、
    前記モード検出回路が、前記撮像システムの動作中に、前記撮像システムが第２動作モードで動作するように切り替わったことを決定するにあたり、前記サーボ制御回路が、前記第２動作モードに対して選択される制御パラメータの第２セットを決定し、決定される前記制御パラメータの第２セットをサーボ回路に適用するステップと、
    を含む、撮像システムにおけるサーボ制御の方法。
  17. 前記サーボ制御回路は、前記撮像システムの動作モードを検出するモード検出回路と、検出される前記動作モードに対応する制御パラメータのセットを適用するパラメータ選択回路とを備える、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記サーボ制御回路が、前記撮像システムの動作モードを検出する検出ステップと、制御パラメータのセットを選択して検出される前記動作モードに応じる選択ステップと、を更に含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記サーボ制御回路が、検出される前記動作モードに対する前記制御パラメータのセットであるとして識別される、前記制御パラメータの第１セット又は前記制御パラメータの第２セットを適用する適用ステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記撮像システムの構造的特性を考慮に入れるために前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方を最適化する最適化ステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
  21. 前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方を最適化する最適化ステップは、前記撮像システムを動作させることと、前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中に前記サーボ回路の安定性を測定することと、前記制御パラメータの値を選択することと、を含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方を最適化する最適化ステップは、前記撮像システムを動作させることと、前記制御パラメータの第１セット及び前記制御パラメータの第２セットの少なくとも一方のセットの複数の制御パラメータの値域にわたって走査することと、走査中に前記サーボ回路の安定性を測定することと、前記複数の制御パラメータに対する最適な設定を識別することと、を含む、請求項２０に記載の方法。
  23. 前記サーボ制御回路が、前記撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路から前記サーボ回路へのフィードバックを有効にし、前記撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、前記フォーカス追跡回路から前記サーボ回路へのフィードバックを無効にするステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
  24. 前記制御パラメータがサーボループゲイン及びフィルタ値を含む、請求項１６に記載の方法。
  25. 前記アクチュエータが前記試料ステージを移動させて、前記試料ステージと前記光学ステージとの間の距離を調整する移動ステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
  26. 前記アクチュエータは、圧電デバイス、ボイスコイル及び駆動モータの少なくとも１つを備える、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記撮像システムはシーケンサであり、前記第１動作モードはフォーカスモデル生成モードであり、前記第２動作モードはシーケンシングモードである、請求項１６に記載の方法。
  28. 撮像システムであり、
    前記撮像システムによって走査すべき試料を支持する表面を含む試料ステージと、
    前記試料ステージに対して位置決め可能な対物レンズを有する光学ステージと、
    前記光学ステージに結合されるフォーカス追跡回路と、
    前記試料ステージ及び前記光学ステージの少なくとも一方に物理的に結合されて、前記フォーカス追跡回路からの情報に基づいて前記試料ステージを前記光学ステージに対して移動させるアクチュエータと、
    前記アクチュエータを制御するサーボ回路と、
    前記撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、前記フォーカス追跡回路から前記サーボ回路へのフィードバックを有効にし、前記撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、前記フォーカス追跡回路から前記サーボ回路へのフィードバックを無効にするサーボ制御回路と、
    を備える撮像システム。
  29. 撮像システムにおけるサーボ制御の方法であり、
    前記撮像システムの動作中に、モード検出回路が、前記撮像システムが走査動作モード又はフォーカスモデル生成動作モードのどちらかで動作しているかを決定するモード検出回路決定ステップと、
    サーボ回路が、前記撮像システムにおける光学ステージの試料ステージに対する移動を制御する制御ステップと、
    サーボ制御回路が、前記撮像システムが走査動作モードで動作しているときに、フォーカス追跡回路からサーボ回路へのフィードバックを有効にし、前記撮像システムがフォーカスモデル生成動作モードで動作しているときに、前記フォーカス追跡回路から前記サーボ回路へのフィードバックを無効にするステップと、
    を含む、撮像システムにおけるサーボ制御の方法。
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