JP6106170B2 - 試料塗布装置の感知および位置決め - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１１年７月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／５１０，７２８号明細書に対する優先権を主張し、この出願の全開示内容は、参照することによって本明細書に含まれている。

［技術分野］
本開示は、試料を基板上に供給する試料塗布装置の位置決めのための方法とシステムに関する。

血液または体液などの生体試料を分析する従来の方法は、２つのステップを含む。１つ目は、自動システムが液体状態の試料に関する試料特性の定量分析を行う。例えば、インピーダンスを用いたフローサイトメータ測定、蛍光測定、および／または散乱光に基づいた測定が、液体の流れに懸濁する血液の試料を処理し、赤血球、白血球、血小板の数を数え、そして全血球計算の他のパラメータを得る。２つ目は、液体システムが試料中の異常を検出する範囲で（例えば異常に高い白血球数）、そのシステムが試料をフラグ付けし、検査技師が手動で試料を顕微鏡スライド上の乾燥し染色された調製物を調べることによって試料を評価する。

手動での評価をしやすくするため、技師は通常、血液試料の「ウェッジ」塗抹標本（wedge smear）を調製する。塗抹標本調製は、血液成分の厚さおよび分布が非常に変化する試料を生み出す。ウェッジ塗抹標本はしばしば、検査と分析に適切な細胞密度を有するわずか１つの狭い帯域を有し、この狭い帯域の位置と形状はスライドによって異なる。さらに、均一性がないために、塗抹標本調製はしばしば、ある患者の試料特性の絶対量測定を妨げる。一般に、相対的比率のみが塗抹標本自体において評価され得る。

均一で高品質の検体を作製する試料調製方法が、試料の目視評価をより容易にかつより正確にするであろう。さらに、既知量の試料を用いて高度に一貫した方法で調製された検体に対しては、流れに基づいたシステムを用いて従来行われていた試料分析の第１ステップに替えて、検体から直接、試料特性の計量を行うことを自動化することは可能である。

本明細書に開示のシステムと方法は、試料塗布装置が顕微鏡スライドなどの基板上に液体試料を供給するのに用いられる自動試料調製の間に使用される。基板の全体にわたって比較的均一に分布した試料を得るために液体をうまく供給することは、ある程度、試料を受容する基板の表面に対して試料塗布装置の位置を制御することによる。試料塗布装置の正確な制御を実現するために、本明細書に開示された方法とシステムは、基板の表面から反射された像を含む塗布装置の１つまたは２つ以上の像に基づいて、基板の表面に対する試料塗布装置の位置を決めるように構成される。像は、基板の上方の試料塗布装置の直接の（例えば反射されていない）像に対応する直接像領域と、基板の表面から反射された試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域を含む。

基板表面に対する塗布装置の位置は、直接像領域および第１の反射像領域における試料塗布装置のエッジ間の距離に基づいて決めることができる。その方法およびその方法を実行するシステムは、基板に対して複数の横方向の位置（transverse location）で試料塗布装置の位置を決めるために拡張され得る。基板表面に対する塗布装置の一組の適切な位置（例えば基板の角）を最初に決めることによって、塗布装置の所望の位置を作るための適切な制御信号が、基板表面上の他の位置で内挿され得る。この方法で、基板表面に対する試料塗布装置の位置の正確な制御が、液体試料を基板上に供給する間に実行され得る。

概して、第１の態様において、本開示は、基板に対する試料塗布装置の位置決め方法を特徴とし、これらの方法は以下を含む：（ａ）試料塗布装置に対応する直接像領域と、基板の表面から反射された試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域を含む、基板に近接した試料塗布装置の像を得る；（ｂ）直接像領域における試料塗布装置のエッジの位置を判定する；（ｃ）第１の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する；（ｄ）試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離を判定する；（ｅ）エッジ間の距離に基づいて、基板に対する試料塗布装置の位置を判定する。

これらの方法の実施形態は、以下の特徴の任意の１つまたは２つ以上を含むことができる。

基板に近接した試料塗布装置の像を得ることは、基板の表面に対してある角度に検出器を向けることと、検出器を用いて像を記録することを含むことができる。

基板に対する試料塗布装置の位置は、基板の表面の上方の試料塗布装置の高さを含むことができる。基板の表面の上方の試料塗布装置の高さを判定することは、試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離を前記高さに関連付ける相関情報を含む基準情報に基づいた前記高さの算出を含むことができる。

これらの方法は、試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定することを含むことができ、距離の一組の各部分を測定することは以下を含む：（ａ）試料塗布装置を基板の表面の上方の、新たな高さに移動させる；（ｂ）試料塗布装置に対応する直接像領域と、基板の表面から反射された試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域を含む、新たな高さで基板に近接した試料塗布装置の第２の像を得る；（ｃ）第２の像の直接像領域における試料塗布装置のエッジの位置を判定する；（ｄ）第２の像の第１の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する；（ｅ）第２の像の直接像領域における試料塗布装置のエッジと第２の像の第１の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離を判定する。

これらの方法は、測定された距離の一組における距離間で内挿することによって試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定めることを含むことができる。これらの方法は、制御の設定および基板に対する試料塗布装置の位置に関する情報を記憶装置に記憶することを含むことができる。距離の一組は、少なくとも２つの距離を含むことができる（例えば少なくとも１０の距離）。

これらの方法は、以下を含むことができる：（ａ）試料塗布装置の中心軸に垂直な方向で、試料塗布装置を基板に対する新たな位置へ移動させる；（ｂ）試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定する；（ｃ）新たな位置で試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定める；（ｄ）制御の設定および新たな位置に関する情報を記憶装置に記憶する。これらの方法は、試料塗布装置の中心軸に垂直な方向で、試料塗布装置を基板に対する新たな位置へ移動させ、試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定し、新たな位置で試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定め、および制御の設定と新たな位置に関する情報を記憶装置に記憶するステップを、情報が記憶された位置の数が３つまたはそれ以上（例えば６つまたはそれ以上）になるまで繰り返すことを含むことができる。

これらの方法は、基板の表面の等式の係数を求めることを含むことができる。これらの方法は、試料塗布装置の中心軸に垂直の面に対する基板の方向を判定することを含むことができる。基板の方向の判定が、試料塗布装置の中心軸に垂直な面に対する基板表面の傾斜を判定することを含むことができる。

直接像領域における試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、以下を含むことができる：（ａ）試料塗布装置の中心軸に平行の方向に延びる直接像領域における画素列を選択する；（ｂ）それぞれの選択された列に関して、列内の明度が最も変化する位置を判定する；（ｃ）それぞれの選択された画素列における明度が最も変化する位置に基づいて、試料塗布装置のエッジの位置を判定する。それぞれの選択された列内の明度が最も変化する位置を判定することは以下を含むことができる：（ａ）選択された列における隣接画素の各対に関して明度の変化を判定する；（ｂ）選択された列における隣接画素の対間の最大の明度変化を判定する；（ｃ）選択された列内の明度が最も変化する位置を判定するために、関数形式を隣接画素の対間の最大の明度変化に当てはめる。試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、それぞれの選択された列内の明度が最も変化する位置を関数形式に当てはめることを含むことができる。試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、当てはめられた関数形式に基づいて試料塗布装置の頂点を判定することを含むことができる。

第１の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、以下を含むことができる：（ａ）試料塗布装置像の伸長した軸に垂直な方向に延びる第１の反射像領域における画素行を選択する；（ｂ）それぞれの選択された行に関して、前記行における最高画素明度ｍの平均を求め、および前記行における最低画素明度ｋの平均を求める；（ｃ）最高画素明度ｍの平均と最低画素明度ｋの平均との差として、前記行に関連するコントラストレベルを求める；（ｄ）それぞれの選択された行におけるコントラストレベルに基づいて反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する。それぞれの選択された行におけるコントラストレベルに基づいて、反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、以下を含むことができる：（ａ）それぞれの選択された画素行におけるコントラストレベルに基づいて第１の反射像領域の、試料塗布装置の像を含まない第１の部分を識別する；（ｂ）それぞれの選択された画素行におけるコントラストレベルに基づいて、第１の反射像領域の、試料塗布装置の像を含む第２の部分を識別する；（ｃ）第１の反射像領域の第１の部分と第２の部分とのコントラストレベルの差に基づいて、反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する。数量ｍはそれぞれの選択された行における画素総数の少なくとも５分の１に相当することができ、数量ｋはそれぞれの選択された行における画素総数の少なくとも５分の１に相当することができ、それぞれの選択された行における画素は、ｍ画素とｋ画素とに共通するものでなくてよい。

基板の表面は、試料塗布装置に最も近い基板の上面である。基板に近接した試料塗布装置の像は、基板の下面から反射された試料塗布装置の像に対応する第２の反射像領域を含むことができ、これらの方法は以下を含むことができる：（ａ）第２の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する；（ｂ）第１の反射像領域および第２の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジ間の距離を判定する；（ｃ）第１の反射像領域および第２の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジ間の距離に基づいて、基板の厚さを判定する。基板の厚さを判定することは、反射された試料塗布装置のエッジ間の距離と前記厚さとを関連付ける相関情報を含む基準情報に基づいて、前記厚さを算出することを含むことができる。

第２の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定することは以下を含むことができる：（ａ）試料塗布装置像の伸長した軸に垂直な方向に延びる第２の反射像領域における画素行を選択する；（ｂ）それぞれの選択された行に関して、前記行における最高画素明度ｐの平均を求め、および前記行における最低画素明度ｑの平均を求める；（ｃ）最高画素明度ｐの平均と最低画素明度ｑの平均との差として、前記行に関連するコントラストレベルを求める；（ｄ）第２の反射像領域におけるそれぞれの選択された画素行におけるコントラストレベルと第１の反射像領域におけるそれぞれの選択された画素行におけるコントラストレベルとの差に基づいて、第２の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する。数量ｐはそれぞれの選択された行における画素総数の少なくとも５分の１に相当することができ、数量ｑはそれぞれの選択された行における画素総数の少なくとも５分の１に相当することができ、それぞれの選択された行における画素は、ｐ画素とｑ画素とに共通するものでなくてよい。

これらの方法は、相関情報を較正することを含むことができ、相関情報を較正することは、試料塗布装置のアクチュエータに重力がわずかに打ち勝つ上向きの力を与えさせるオフセット制御信号値を求め、前記オフセット制御信号値を記憶し、アクチュエータの移動エラーに関連する信号がエラー閾値の範囲内になるまで、試料塗布装置を基板の方へ移動させ、アクチュエータの移動エラーに関連する信号がエラー閾値の範囲内になるときの試料塗布装置の位置を記憶することを含む。相関情報を較正することは、記憶された位置で、試料塗布装置の高さをゼロと設定することを含むことができる。これらの方法は、相関情報を較正することを含むことができ、相関情報を較正することは、試料塗布装置のアクチュエータに、重力がわずかに打ち勝つ上向きの力（例えばいくつかの実施形態において、重力より約０．５、１、２、３、４、または５％少ない）を与えるオフセット制御信号値を求める；このオフセット制御信号値を記憶する；アクチュエータの制御信号がオフセット制御信号のエラー閾値の範囲内になるまで、試料塗布装置をゆっくりと下ろす；アクチュエータの制御信号がオフセット制御信号のエラー閾値の範囲内になるとき、試料塗布装置の位置を記憶することを含む。

これらの方法のさまざまな実施形態はまた、必要に応じて、本明細書に開示の他の特徴のうち任意の１つまたはそれ以上を、任意の組み合わせで含むことができる。

別の態様において、本開示は、試料塗布装置、基板を支持するように構成されたステージ、検出器、および電子プロセッサとを備えるシステムを特徴とし、このシステムは、基板がステージに支持されるとき、以下のように構成される：（ａ）検出器は、基板に近接した試料塗布装置の像を得るように構成され、この像は、試料塗布装置に対応する直接像領域と、基板の表面から反射された試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域とを含む；（ｂ）電子プロセッサは以下のように構成される：（ｉ）直接像領域における試料塗布装置のエッジの位置を判定する；(ｉｉ）第１の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する；(ｉｉｉ）試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離を判定する；(ｉｖ）エッジ間の距離に基づいて、基板に対する試料塗布装置の位置を判定する。

システムのさまざまな実施形態は、次の特徴のうち任意の１つまたはそれ以上を含むことができる。

基板に対する試料塗布装置の位置は、基板の表面の上方の試料塗布装置の高さを含むことができ、電子プロセッサが、試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離を前記高さに関連付ける相関情報を含む基準情報に基づいて、前記試料塗布装置の高さを判定するように構成され得る。

電子プロセッサは、試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定するように構成することができ、その距離の一組の測定は以下のとおりである：（ａ）試料塗布装置を基板の表面の上方の新たな高さへ移動させる；（ｂ）試料塗布装置に対応する直接像領域と、基板の表面から反射された試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域を含む、新たな高さで基板に近接した試料塗布装置の第２の像を得る；（ｃ）第２の像の直接像領域における試料塗布装置のエッジの位置を判定する；（ｄ）第２の像の第１の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジの位置を判定する；（ｅ）第２の像の直接像領域における試料塗布装置のエッジと第２の像の第１の反射像領域における反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離を判定する。

電子プロセッサは、測定された距離の一組における距離間で内挿することによって、試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定めるように構成することができる。このシステムは、電子プロセッサに接続された記憶装置を備えることができ、電子プロセッサは、制御の設定および基板に対する試料塗布装置の位置に関する情報を、前記記憶装置に記憶するように構成される。

電子プロセッサは以下のように構成することができる：（ａ）試料塗布装置の中心軸に垂直な方向で、試料塗布装置を基板に対する新たな位置へ移動させる；（ｂ）試料塗布装置のエッジと反射された試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定する；（ｃ）新たな位置で試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定める；（ｄ）制御の設定および新たな位置に関する情報を記憶装置に記憶する。電子プロセッサは、記憶された制御の設定に基づいて、基板の表面に対応する面の等式の係数を求めるように構成することができる。電子プロセッサは、記憶された制御の設定に基づいて、試料塗布装置の中心軸に垂直な面に対して基板の方向を判定するように構成することができる。

本システムの実施形態はまた、本明細書に開示された他の特徴のうち任意の１つまたはそれ以上を、必要に応じて、任意の組み合わせで、含むことができる。

本明細書において、「試料塗布装置」の用語は、試料を基板上に供給する装置を指す。必ずではないが、通常は、試料塗布装置は液体試料を供給するための液体導管を備える。試料塗布装置は例えば、ピペット、針、およびチューブを備えることができる。

「試料」は溶液、懸濁液、液体、または試料塗布装置によって基板の表面上に供給された他の種類の液体試料である。試料は例えば血液などの生体試料であることができる。

「基板」は試料をその上に供給することができる部材である。必ずではないが、通常は、基板は、試料塗布装置が試料をその上に供給できる平らな受容面を有する。基板の一例は顕微鏡スライド、または試料を支持できる任意の他の反射材料である。

基板の「上面」は、試料塗布装置に最も近い基板表面に相当する。基板の「下面」は、上面の反対側の基板表面に相当する。

「直接像領域」は、試料塗布装置の直接の像を含む像の領域に相当する。直接の像は、基板の表面から反射されていない像である。「第１の反射像領域」は、通常、同じ像からの領域で、基板の表面（上面または下面）から反射された試料塗布装置の像を含む。「第２の反射像領域」もまた、通常、同じ像からの領域で、基板の表面から反射された試料塗布装置の像を含む。いくつかの実施形態において、第１および第２の反射像領域は、基板の異なる表面（例えば上面および下面のそれぞれ）から反射された試料塗布装置の像に相当する。

「試料塗布装置のエッジ」は、直接像領域において他の特徴部から試料塗布装置を区別する、直接像領域における境界を指す。「反射された試料塗布装置のエッジ」は、第１の反射像領域において他の特徴部から試料塗布装置の反射像を区別する、第１の反射像領域における境界を指す。

所定の像領域で、画素１および２のそれぞれの明度Ｉ（１）およびＩ(２）を比較すると、「明度変化」は、Ｉ(２）−Ｉ（１）に一致する。通常、ある像領域における試料塗布装置は、より明るい背景（例えば背景はより高い明度を有する）に対して暗い特徴部のように見える。したがって、明度変化は、画素２が背景の画素で、画素１が試料塗布装置に相当する場合、プラスになる。

数量「コントラストレベル」は、１セットの画素における明度の変化度の尺度である。コントラストレベルは次のように算出することができる：まず、画素のセットからそのセットの画素の中で最高明度を有する第１の画素のサブセット、およびそのセットの画素の中で最低明度を有する第２のサブセットを選択する；次に、その２つのサブセットの平均明度の差を算出する。サブセットは一定数の画素であることができ、あるいは画素のセットの大きさに比例することができる（例えばセット中の画素の１/５）。例えば、最高明度を有する画素のサブセットの平均明度は、ある像における特定の画素行の最高画素明度ｎの平均に一致し得る。最低明度を有する画素のサブセットの平均明度は、その特定の行の最低画素明度ｍの平均に一致し得る。ｎとｍの値は異なってもよいし、あるいは同じであってもよい。例えば、ｎは１０のうちのある値であってもよいし、１からその行の画素総数までの値で幅があってもよい。通常、ｎとｍの値は、選択される画素が第１のサブセットと第２のサブセットの両方に共通しないように、画素のセットに対して選択される。

試料塗布装置の「高さ」は基板の上面と、上面に最も近い試料塗布装置の部分との最小距離を指す。基板表面に垂直な方向の延伸中心軸を有する塗布装置（例えばピペットまたはチューブ）に関しては、高さは中心軸に平行な方向に沿って測定される。延伸中心軸を有しない、または基板表面に垂直な方向ではない中心軸の塗布装置に関しては、高さは基板表面の垂直な面に平行の方向で測定される。

基板に対する試料塗布装置の「位置」は、基板表面上の基準位置に対する基板の上面に平行な面における塗布装置の２次元変位に相当する。

基板の「厚さ」は、上面と下面の間で、上面に垂直の方向に測定された基板の最大寸法に相当する。

定義されない限りは、本明細書で用いる技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって通常理解される意味と同一の意味を有する。本明細書に記載されるものと同様または等しい方法および材料が、本発明の実施または検査において用いられ得るが、適切な方法および材料は以下に記載される。本明細書で言及される全ての出版物、特許出願、特許、および他の参考文献は、参照によりその全体が組み込まれている。争いがある場合、定義を含む本明細書が考慮される。また、材料、方法および実施例は例示的なものであって、限定を意図するものではない。

１つまたは２つ以上の実施形態の詳細が、添付の図面と下記に記述されている。他の特徴と利点が、記述、図面、および請求項から明らかになるであろう。

基板の上面に垂直に配置された試料塗布装置の側面図を示す概略図である。 基板の上面に対してある角度をなして配置された試料塗布装置の側面図を示す概略図である。 基板に対して配置された試料塗布装置および試料塗布装置の直接像および反射像を捉える検出器の側面図を示す概略図である。 直接像領域内の試料塗布装置の直接像および反射像領域内の２つの反射された試料塗布装置の像を示す概略的な代表像である。 試料塗布装置の直接像の頂点位置を特定するための一連のステップを含むフローチャートである。 各画素列における最大の明度変化の位置を示す試料塗布装置の概略的な代表直接像である。 図５Ａの像における画素列に関する位置の関数としてプロットされた明度変化を示すグラフである。 試料塗布装置の反射像の頂点位置を特定するための一連のステップを含むフローチャートである。 試料塗布装置の概略的な代表反射像である。 図７Ａの像における各画素列に関する列位置の関数としてプロットされたコントラストレベルを示すグラフである。 試料塗布装置の頂点位置を示す試料塗布装置の概略的な代表像である。 マニピュレータの制御設定の関数としてプロットされた像離間を示す概略グラフである。 基板の上面に対して複数の位置における試料塗布装置に関連する制御設定の決定を示す基板の概略図である。 自動試料処理システムの概略図である。

様々な図面における同様の参照符号は、同様の要素を示すさまざまな図面の参照記号は要素を示す。

基板上の調製された試料から直接、正確に結果を定量化するために、配置された試料の成分、構成、および高さまたは厚さは、基板表面の全体にわたってできるだけ高度に均一であるべきであり、それによって、分析された試料のそれぞれのサブエリアは、総じて基板上で調製された試料の代表的なものであり、また試料が抽出された患者の代表的なものである。さらに、高度に一貫した、均一に調製された試料は、複数の患者における試料と分析結果を直接比較するための基準を与える。試料を一定の方法で調製することによって、自動的な方法が分析に使用することができ、著しく処理能力を向上させる。

さまざまな方法が、後続の分析のために試料を自動的に調製するのに使用され得る。均一性を向上させるために、液体試料（例えば液体、懸濁液、溶液、および例えば骨髄からの細胞、尿、膣組織、上皮組織、腫瘍、精液、唾、および他の体液などの、ヒトまたは動物の血液または体液と希釈液ありまたは希釈液なしの他の混合物）の既知量が、基板表面上の特定の位置で蓄積しない、または過度に薄く広げられないことを確実にするために（例えば、基板上に配置された試料の均一性をできるだけ厳密に実現するために）、制御された方法で、基板表面上に供給され得る。実施例として、以下の検討では顕微鏡スライド上での血液試料の分散および分析について言及する。しかしながら、本明細書で開示の方法とシステムは、さまざまな基板上に、上述のように、さまざまな液体試料の調製および分析に適用され得る。基板は、限定されるものではないが、ガラスまたはプラスチックの顕微鏡スライド、研磨されたまたは鏡面仕上げのセラミックスライド、研磨された金属基板、プラスチックまたは他の可撓性検体フィルム、および／または試料を支持できる任意の他の反射材料を含むことができる。

試料塗布システムおよび方法
本明細書で開示の方法およびシステムは、試料塗布装置を用いて顕微鏡スライドの表面上に既知量の血液を供給する自動試料調製システムとともに使用され得る。通常、塗布装置はスライドの表面に対して動き、スライドに対して動く間、血液の供給を続ける。血液は、試料塗布装置の移動に従ってさまざまなパターンで供給され得る。例えばいくつかの実施形態において、基板を支えるステージは、試料塗布装置の下で、スライドをラスターパターン（raster pattern）に移動させ、それによって基板表面上に連続的な血液の「塗布（painting）」列を作る。特定の実施形態において、塗布装置またはステージは、前の列の次に連続して塗布された列のそれぞれが、試料表面の全体にわたって反対方向で塗布されるように、スパイラルパターンまたは犂耕体パターンで移動することできる。実施例として、以下の検討では基板表面上に犂耕体パターンで血液を供給することに言及する。しかしながら、より一般的には、本明細書に開示の方法およびシステムは、試料配置プロセスの間、試料塗布装置または基板を支えるステージのいずれかまたは両方が動くような、限定されるものではないが、ラスターパターンおよびスパイラルパターンを含むさまざまなパターンで液体を供給するのに適用することができる。

いくつかの実施形態において、血液が犂耕体パターンで供給されるとき、基板表面の上方の一定の高さに配置された試料塗布装置は、移動しながら一定量の血液を連続的に供給し、連続的な列を作って試料表面をさっと走る。血液の列が基板表面上で乾燥すると、血液の列は合体して血液の連続薄膜を形成する。薄膜の均一性は、血液の列が基板上に供給された方法に左右される。血液が供給される量および血液の連続的な列間の間隔または重なりは、血液の列が横方向に広がるまたは結合するとき、隣接する血液の列が、例えば厚さが１つの細胞分などのできるだけ均一に基板の全体にわたって細胞分配された薄膜を形成するように、選択される。理想的には薄膜内の細胞は、基板上にできるだけ密に、所望の厚さに配置され、同時に細胞間の一貫した間隔を維持し、隣接する細胞間の重なりまたは接触を最小限に抑える（例えば、基板の表面の全体にわたって均一に分配された細胞の１つの層は、各細胞が細胞の半分の厚さだけ隣接細胞から離れている）。

薄膜全体の均一性に影響を及ぼす重要な要因の一つは、基板上に配置された血液の各列の幅の均一性である。通常、各列の幅の均一性が高いほど、基板上に形成される薄膜全体の均一性は高くなる。塗布装置が、塗布装置から供給される試料と連続する基板上の試料内の毛管力のために、表面に対して新たな位置に移動させられると、供給される血液のある列の幅は、基板の上面の上方の塗布装置の高さに関係する。基板の表面上に細胞の単層を有する均一な薄膜を実現するために、試料内の毛管力は、基板表面上に供給された列の広がりを引き起こす傾向にある分散力に対してバランスがとられる。これらの力がバランスをとることによって、隣接列が結合し、試料表面上に、細胞と他の試料成分が過度に薄くまたは過度に不規則に分散されない、均一な薄膜を形成する。

基板の上方の塗布装置の高さを制御することによって、供給される血液の列の幅を制御することに加えて、液体試料の粘度や、塗布装置と基板が互いに対して移動する速度が、基板上に供給される血液の所定の列の幅に影響を及ぼす。一般に、表面の上方の塗布装置の高さが高いほど（例えば塗布装置と表面との間隔が大きいほど）、供給される列の幅は大きくなる。すなわち、血液がスライドの表面上に供給される量は、塗布装置と基板表面との間の領域の大きさに関係する。この領域の大きさの変化は、基板表面の上方の塗布装置の高さの変化に関係する。したがって、幅、高さ、細胞分布ができるだけ均一な列を供給するためには以下が重要である：（ａ）塗布装置が基板表面に対して位置を移動または動かされるとき、基板表面の上方の試料塗布装置の高さをできるだけ均一に維持する（ｂ）基板上に配置され、塗布装置の中の試料と連続する試料の中に存在する毛管力に負けない、またこれらの毛管力に過度に力を加えない量で試料を供給する。さらに、わずかに重複した（例えば試料塗布装置の直径の１/８、１/４、１/２、または１/３の重複）列を配置することは、基板上に配置された試料の全体的な均一性を向上させることができる。

血液の粘度および表面張力がともに比較的高いため、供給される列の横方向の拡散量は、水または希釈液と混合された血液試料などのより低い表面張力を有する液体の列の場合と比べて少ない。したがって、粘度および表面張力は、血液の列間の間隔が確実に所望の全体的な被覆率を実現するのに適切であるように決め、また監視することができる。

ガラス基板の表面上に６００平方ミリメートルの面積を覆う血液の列を供給するのに使用される、外径約１５００〜５００ミクロンおよび内径約５００〜１００ミクロンを有する試料塗布装置（例えば外径約８１２ミクロンおよび内径約４３１ミクロンを有する試料塗布装置）に関して、基板（例えば顕微鏡スライド）の表面の上方の塗布装置の適切な高さは、約８〜２０ミクロン（例えば１０、１２、１４、１６、または１８ミクロン）であることが、入念な実験によって測定された。平均して、例えば、ガラス基板の表面の上方の試料塗布装置の高さは、約１２ミクロンに維持することができる。この高さで、血液の列が確実に十分な均一性を持って供給されるためには、基板表面の上方の塗布装置の高さはわずか２ミクロンしか変動できない。

さらに、通常の顕微鏡スライドは、スライドの上面と下面との間の厚さは、スライドによって２５ミクロンのばらつきがあってもよい。基板の厚さに関係なく、検査室の基準枠において塗布装置の位置が固定される場合、顕微鏡スライドの厚さを変えることによって、スライド上に配置された試料の一貫性または均一性が著しく変わり得る。基板の厚さが変わる場合、基板表面に垂直な軸に沿って固定された位置にある塗布装置を保持することは、基板の厚さが変わることによって、塗布装置および基板が互いに対して動くとき、基板表面の上方の塗布装置の高さの変化につながり得る。さらに、顕微鏡スライドのような基板は、スライドの表面が平らで、名目上は塗布装置の中心軸に対して直角になるような方向に維持されるが、実際は、基板は、上面が塗布装置の中心軸に対していくらか角度をつけた向きとなる可能性があり、一定の塗布装置の高さに保つという作業をさらに困難にする。

上記の制約がある場合、基板の上面の上方の試料塗布装置の高さを決めることができる方法とシステムは、自動化された方法が、基板表面の全体にわたって均一に分布された試料の中で分散された検体の一貫した量（例えば血液１マイクロリットル）に対応する血液試料を調製するのに使用することができる。さらに、塗布装置の高さの変化に対する比較的小さい公差のために、塗布装置の高さは、試料配置の間、または較正プロセス以外で、塗布装置が基板に物理的に接触しないように決定することが重要である。塗布装置と基板との制御されていない、または意図的でない物理的接触は、塗布装置先端に損傷を与える可能性があり、あるいは基板を元の位置から動かし、塗布装置位置の正確な決定を妨げる可能性がある。さらに、塗布装置先端が１滴の試料を含み、塗布装置が試料を基板上に配置する前にその１滴が基板に接触する場合、付加的な細胞が基板表面上に配置される可能性があり、それによって期待量の試料の定量的結果に誤った影響を及ぼす。

本明細書で開示の方法およびシステムは、基板表面の上方の試料塗布装置の高さと基板の厚さの両方を測定するのに使用することができる。通常、高さ測定は、１つまたは２つ以上の基板表面の位置で行われる。それぞれの位置で、試料塗布装置は、基板表面に対して一連の変位を通してスキャンされる。それぞれの変位値で、基板表面の上方の塗布装置の高さが測定され、塗布装置の変位を制御する塗布装置マニピュレータの特定の設定と関連付けられる。それぞれの位置で、マニピュレータの設定は、基板表面の上方の塗布装置の標的高さ（例えば８、１０、１２、１４、１６、１８、または２０ミクロン）に対応するように決定される。この方法により、塗布装置の適切な位置は、基板表面上の複数の位置で測定される。それぞれの位置で、基板の厚さもまた、塗布装置の位置高さデータをさらに精緻化するために測定することができる。

この情報が基板に対して測定された後、さらなる塗布装置の高さの測定をせずに、塗布装置は血液の列を供給することができる。実際には、塗布装置マニピュレータの適切な設定値を測定するのに使用される最初の一連の高さ測定値は、供給動作の較正データとして機能する。供給動作の前に較正することによって、血液が規則的に均一に供給されることを確実にするために、塗布装置の高さ測定を行うことなく、連続的な制御された塗布装置の高さ調整を可能にしながら、既知量の血液を連続的に供給することができ（例えば何列にも）、隣接する列が供給される前に、各列は同じ時間で乾燥することができる。この規則的で均一な列供給のパターンは、得られる血液試料が乾燥したときにできるだけ均一であることを確実にするのに役立つ。

試料塗布装置高さ決定システムおよび方法
図１Ａは、基板１０２の上面の上方に配置された試料塗布装置１００を特徴とするシステム５０の概略図を示す。試料塗布装置１００は、液体試料１０４を基板１０２上に供給する。基板１０２は厚さｔを有し、試料塗布装置１００は、基板１０２の上面の上方の高さｈに配置される。ｔとｈの両方は、試料塗布装置１００の中心軸１０８に平行の方向に沿って測定される。検出器１０６は、試料塗布装置１００の中心軸１０８に対してある角度をなして伝わる試料塗布装置１００および／または基板１０２からの光線１１０を検出するように配置される。試料塗布装置１００はマニピュレータ１５０に機械的に接続され、基板１０２はステージ１５２に支持される。マニピュレータ１５０およびステージ１５２は、電子プロセッサ１６２を備える制御ユニット１６０に電気的に接続される（例えば有線で、または無線で）。

図１Ａにおいて、試料塗布装置１００の中心軸１０８は、基板１０２の平面に対して名目上直角である。特定の実施形態において、試料塗布装置１００の中心軸は、基板１０２の平面に対して直角でなくてもよい。図１Ｂは、液体１０４を基板１０２の表面上に供給する試料塗布装置１００の概略図を示す。図１Ｂにおいて、基板１０２は試料塗布装置１００の中心軸１０８に垂直の面に対して角度θに置かれる。角度θは、マニピュレータ１５０の座標系などの外部座標系における基板１０２の傾斜角に相当する。図１Ｂにおいて、軸１１２は、試料塗布装置１０２がマニピュレータ１５０によって移動させられる方向に一致する。またマニピュレータ１５０は、図１Ｂの面および軸１１２に直角の第２の軸に沿って試料塗布装置１０２を移動させることができる。基板１０２は、第２の軸に対して傾斜していなくてもよい（例えば図１Ａのように）。あるいは基板１０２は、第２の軸に対して傾斜させることができる。概して、第２の軸に対する傾斜角は、軸１１２に対する傾斜角と同じであってもよいし、あるいは異なってもよい。

図２は図１Ａの実施形態の拡大図を示す。図２において（図１Ａのように）、試料塗布装置１００は、基板１０２の上面の上方の高さｈに配置される。塗布装置１００によって供給された液体１０４は、明確にするために図２に示されていない。試料塗布装置１００上の複数点から出る光線は、検出器１０６によって捉えられる。図面を参照すると、一連の光線は、試料塗布装置１００の表面上の点１００ａから出ていることが示されている。光線１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃは、点１００ａから出て、検出器１０６によって直接検出される。これらの光線は、点１００ａの直接の（例えば反射されていない）像を形成する。検出器１０６上で形成される像において、光線１１０ａ〜ｃは、塗布装置１００の直接の像に対応する直接像領域の一部を形成する。

光線１１０ｄ、１１０ｅ、および１１０ｆもまた、点１００ａから出る。しかしながら、光線１００ｄ〜ｆは最初、基板１０２の上面１０２ａに向かって下方向へ伝わる。上面１０２ａにぶつかるとき、各光線１００ｄ〜ｆの一部が上面から検出器１０６の方へ反射される。反射された部分は光線１１０ｇ、１１０ｈ、および１１０ｉに対応する。これらの光線は、検出器１０６上で形成された像の第１の反射像領域における点１００ａの間接の（例えば反射された）像を形成する。

図２における光線１１０ｄ〜ｆの一部は、上面１０２ａで反射するよりは屈折する。このような屈折した光線は基板１０２の中を伝わり、基板１０２の下面１０２ｂから反射される。二度目に上面１０２ａにぶつかるとき、光線は再び上面で屈折し、基板１０２から出て、光線１１０ｊ、１１０ｋ、１１０ｌとして検出器１０６の方へ伝わる。光線１１０ｊ〜ｌは、検出器１０６上で形成された像の第２の反射像領域で、点１００ａの第２の間接の（例えば反射された）像を形成する。

図３は検出器１０６上に形成された例示的な概略像３００を示す。像３００は試料塗布装置１００の直接の像３０２、試料塗布装置１００の第１の反射像３０４、および試料塗布装置１００の第２の反射像３０６を含む。第１の反射像３０４は、基板１０２の上面１０２ａから反射された光線によって形成される（例えば光線１１０ｇ〜ｉ）。第２の反射像３０６は、基板１０２の下面１０２ｂから反射された光線によって形成される（例えば光線１１０ｊ〜ｌ）。

図２および図３から明らかなように、検出器１０６上に形成された像の面において、光線１１０ａ〜ｃに対応する直接の像は、光線束１１０ｇ〜ｉに対応する反射像から、量μｈだけ横方向に変位されており、これは、基板１０２の表面１０２ａの上方の試料塗布装置１００の高さｈに関連付けられる。試料塗布装置１００が上面１０２ａに近づくほど、試料塗布装置１００の直接の像と反射像との間の変位μｈは減少する。反対に、ｈが増加すると、像の変位μｈも増加する。

同様に、検出器１０６上の像の面において、光線１１０ｇ〜ｉに対応する反射像は、光線１１０ｊ〜ｌに対応する反射像から、量μｔだけ横方向に変位されており、これは、基板１０２の厚さに関連付けられる。より厚い基板（例えば、面１０２ａと１０２ｂとの間の距離が大きい）では、変位μｔも大きい。より薄い基板では、μｔは減少される。

したがって、検出器１０６によって捉えられた１つまたは２つ以上の像において、試料塗布装置１００の直接の像と反射像との間の変位を判定することにより、基板１０２の上方の試料塗布装置の高さｈ、および基板１０２の厚さが推測され得る。さらに、像の画素測定値を公知の直線変位を用いて較正することにより、高さおよび厚さの、画素ベースの測定値は、長さの単位（例えば、ミクロン）に変換され得る。

基板１０２に対する試料塗布装置１００の位置（例えば、基板１０２の上方の試料塗布装置の高さ）を判定するために、図３の像３０２と３０４との間の変位μｈが判定される。この距離の測定における第１のステップは、試料塗布装置１００の直接の像３０２の頂点位置（apex position）を判定することである。図４は、試料塗布装置の直接の像の頂点位置を判定するための一連のステップを含む、フローチャート４００である。フローチャート４００の第１のステップ４０２では、塗布装置の中心軸１０８に沿った明度勾配を計算するために用いられる画素のサブセットを選択するために、試料塗布装置１００の直接の像が分析される。図５Ａは、試料塗布装置１００の半分の像５００を示す。半分の像に示す塗布装置の中心軸１０８は、像５００の右端のエッジと一致している。図５Ａにおいて、画素列５０２、５０４、５０６、５０８、５１０および５１２は、中心軸１０８と平行に延びる。したがって、これら画素列のそれぞれは、ステップ４０２においてさらなる分析のために選択される。

次に、ステップ４０４において、ステップ４０２で識別された画素の、各サブセット（例えば、列）は、列に沿って明度勾配を計算することによって分離して分析される。特定の実施形態において、この勾配は、エッジ検出カーネル（例えば、［１、３、−３、−１］の４画素のカーネル）を用いて、画素列に沿って計算される。いくつかの実施形態において、この勾配は、列中の隣接する各画素の間の明度差を判定することよって計算され得る。任意の隣接する２つの画素１および２の間の明度変化ΔＩは、ΔＩ＝Ｉ（２）−Ｉ（１）のように計算され、式中、Ｉ（１）およびＩ（２）は、画素１および２それぞれの、測定された明度である。この工程は、図５Ｂでは画素列５０６に関して図示されており、ここで明度変化は、左側の（縦）軸の列位置に対して、上側の（横）軸に沿ってプロットされている。例えば、縦軸に沿う最も上側のプロット点５１４は、列５０６中の、第１の画素５１６と第２の画素５１８との間の明度変化に対応している。点５１４の垂直座標は、画素間の分割線に対応しており、点５１４の水平座標は、画素間の、計算された明度変化に対応している。列５０６中の第２の画素５１８の明度は、第１の画素５１６の明度よりも大きい（例えば、第２の画素は第１の画素よりも明るく見える）ので、明度変化は正のものである。図５Ｂから明らかなように、列５０６における最も大きな明度変化は、第４の画素５２０と第５の画素５２２との間で生じている。この明度変化は、図５Ｂでは点５２４で表されている。

図４に戻ると、ステップ４０６において、明度が最も変化する位置が、各画素列に関して判定される。各画素列に関して、明度が最も変化する位置を判定する工程は、一般に、ステップ４０４において列の隣接する画素間で計算された明度変化の値に対して、関数形式を当てはめることによって達成される。この工程は図５Ｂに図示されており、曲線５２６は、計算された明度変化値のいくつかに当てはめられている。一般に、明度が最も変化する位置を判定するために、異なる様々な関数形式が用いられ得る。図５Ｂにおいては、放物線の関数形式が、隣接する画素間の最大の明度変化（例えば、点５２４）、および最大値の両側で計算された明度変化値に当てはめられた。図５Ｂに示すように、画素列５０６に関する明度が最も変化する位置は次に、当てはめられた放物曲線の頂点、点５２８として内挿された。図５Ｂの例において、明度が最も変化する位置である、点５２８は、隣接する画素間の境界線のいずれかの位置と完全には一致していなかった。それよりもむしろ、明度が最も変化する位置は、画素５２０の範囲内にあった。

各画素列に関して明度が最も変化する位置を判定するために、この工程は図５Ａ中の画素列のそれぞれに対して繰り返される。判定された最大値の位置は、図５Ａにおいて線５３０、５３２、５３４、５３６、５３８、および５４０として示されている。図５Ａおよび５Ｂを比較することによってわかるように、列５０６中の最大値の位置５３４は、図５Ｂの点５２８の位置に対応している。

図４に戻ると、ステップ４０６において、各画素列に関して明度が最も変化する位置が判定された後、試料塗布装置の頂点位置は、ステップ４０８において判定される。一般に、試料塗布装置の頂点位置は、最大の明度変化にほぼ対応しており、これは、図５Ａの像５００の画素列のうち、暗いエッジ（すなわち、図５Ａに示される画素の、上部の水平列）から最も遠いものである。図５Ａを参照すると、試料塗布装置の像の、この暗いエッジは、試料塗布装置の本体に対応している一方で、明るいエッジは、基板１０２に最も近い塗布装置の端部に対応している。したがって、試料塗布装置１００の頂点位置、すなわち、試料塗布装置の反射像に最も近い、試料処理装置の直接の像は、画素列の全てから選択された、明度が最も変化する位置としておおよそ識別され、これは直接の像の明るいエッジに最も近い。図５Ａにおいて、画素列５１２の明度が最も変化する位置である、位置５４０は、像５００の明るいエッジに最も近い（すなわち、図５Ａに示す、底辺の画素の水平列）。したがって、塗布装置の直接の像における、試料塗布装置の頂点位置は、図５Ａにおいて点５４０としておおよそ識別される。

いくつかの実施形態において、試料塗布装置の頂点位置は、各画素列に関する明度が最も変化する位置に関数形式を当てはめることにより、さらに精緻化され得る。例えば、関数形式（例えば、放物線の関数形式）は、位置５３０、５３２、５３４、５３６、５３８、および５４０に当てはめられ、試料塗布装置の頂点（apex）は、当てはめられた放物線形式の頂点（vertex）として判定され得る。図５Ａにおいて、位置５３０、５３２、５３４、５３６、５３８、および５４０に当てはめられた放物線は、位置５４０とほぼ一致する頂点を有する。より一般的には、しかしながら、当てはめられた関数形式は、例えば、撮像のアーチファクトや試料塗布装置１００の形状の不均一性により、画素列に関する明度が最も変化する位置のいずれとも、完全には一致してはいない場合もある。

放物線の関数形式は、通常、試料塗布装置に関する正確な頂点位置を生じるということが経験的にわかっている。上述のように、塗布装置１００の頂点位置は、基板に最も近い、当てはめられた関数の最高点（例えば、放物線の頂点）として、直接の像から判定され得る。試料塗布装置に関する頂点位置を判定するために、他の関数形式も用いられ得る。例えば、いくつかの実施形態においては、試料塗布装置の頂点位置を判定するために、塗布装置のエッジ位置に楕円形の関数形式が当てはめられ得る。通常、塗布装置のエッジ外形は反射像において楕円形であることから、楕円形の関数形式は塗布装置のエッジに接近して一致する。

上述の方法の少なくとも１つを用いて、直接の像中の試料塗布装置の頂点位置を判定すると、図４に示す工程はステップ４１０で終了する。

基板１０２に対する試料塗布装置１００の位置を判定する次の工程は、基板１０２の上面１０２ａからの反射に対応する試料塗布装置１００の像の頂点位置を判定することである。図６は、試料塗布装置の反射像の頂点位置を判定するための、一連のステップを含んでいるフローチャート６００を示す。フローチャート６００の最初のステップ６０２は、基板１０２の上面１０２ａからの反射に対応する試料塗布装置の像を識別することである。

いくつかの実施形態では、試料塗布装置の直接の像の頂点を特定するための、図４に関してすでに開示した工程が、試料塗布装置の反射像の頂点位置を判定するために用いられ得る。代替的に、特に試料塗布装置の反射像が直接の像ほど的を絞られていない場合には、頂点位置を判定するために他の工程が用いられ得る。図７Ａは、検出器１０６によって捉えられた典型的な像７００の概略図を示す。像７００の直接像領域７０２は、試料塗布装置１００の直接の像７０４を含んでいる。第１の反射像領域７０６は、試料塗布装置１００の第１の反射像７０８を含んでいる。第２の反射像領域７０７は、試料塗布装置１００の第２の反射像７１０（第１の反射像の一部に重なっている）を含んでいる。第１の反射像７０８は、上で説明したように、基板１０２の上面１０２ａからの反射に対応している。

図６に戻ると、フローチャート６００の第２のステップ６０４は、反射像領域において、試料塗布装置１００の中心軸１０８に垂直な方向に延びる画素行を識別することである。図７Ａにおいて、第１および第２の反射像領域の中心軸１０８は、像７００の左側および右側のエッジに平行な方向に延びている。したがって、適切な画素行は、像７００の上側および下側のエッジに平行な方向に延びている。

試料塗布装置の反射像の頂点位置を見つけるのに用いられる適切な画素行の識別は、特定の画素行を考慮から除外することも伴い得る。例えば、試料塗布装置の直接の像の頂点位置である、点７１２は、フローチャート４００に記載した工程を用いてすでに判定されている。したがって、像７００に関して、点７１２よりも上方の画素行は、試料塗布装置の反射像はこれらの画素行には現れないことから、さらに考慮される必要がない。

特定の実施形態において、画素行は、コンピュータの操作を加速するために短縮され得る。例えば、図７Ａを参照すると、試料塗布装置の直接の像のエッジ部分は、像７０４の分析から判定され得る。試料塗布装置の反射像７０８および７１０のエッジ部分は、直接の像７０４のエッジ部分とほぼ同じ位置にあると推測され得る。したがって、試料塗布装置の反射像の頂点位置を見つけるのに用いられる画素行は、図７Ａのエッジ境界７１４および７１６を用いることにより短縮され得る。さらにエッジ境界は、第１の反射像領域から他の基板特徴部（例えば、彩色ロゴ、標本フレーム、基準マーク）を除外するために選択され得る。エッジ境界７１４および７１６は、図７Ａに示すように中心軸１０８に対して傾斜されていてもよいし、中心軸１０８と平行であってもよい。エッジ境界の中心軸１０８に対する角度は、５°以上（例えば、１０°以上、１５°以上、２０°以上、２５°以上、３０°以上、４０°以上、５０°以上）であってもよい。

再び図６に戻ると、適切な画素行がステップ６０４で識別された後（これは、識別された行を短縮することも含み得る）、各画素行に対するコントラストレベルがステップ６０６において判定される。コントラストレベルは様々な方法で判定され得る。以下の記載は、この計算を行うための特定の一連のステップを示すが、各画素行に対する明度の変動を測定するためには、他の方法も用いられ得るということが理解されるべきである。

特定の実施形態において、特定の画素行に関するコントラストレベルを判定する第１のステップは、所定の行内で最も明るい（例えば、最も明度の高い）画素のサブセットに関する、平均明度を判定することを含んでいる。画素行に関して、最も高い明度値を有する画素のサブセットに関する平均明度を判定することは、行内のｎ個の明度が最も大きい画素を判定することを伴う。ｎの値は、１以上（例えば、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１５以上、２０以上、３０以上）であってもよいし、ｎは行内の合計画素数の分数（例えば、１／４以下、１／５以下、１／６以下、１／７以下）として表現されてもよい。通常、ｎの値は、最も明度の高い画素のサブセットが、試料塗布装置の反射像７０８に対応している画素を含まないように選択される。

画素行に関するコントラストレベルを判定する次のステップは、行内の最も暗い（例えば、最も明度の低い）画素のサブセットに関する、平均明度を判定することである。行内の最も暗い画素に関する平均明度は、行内のｍ個の明度が最も小さい画素の平均として計算され得る。ｍの値は１以上（例えば、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１５以上、２０以上、３０以上）であってもよいし、ｍは行内の合計画素数の分数（例えば、１／４以下、１／５以下、１／６以下、１／７以下）として表現されてもよい。通常、ｍの値は、最も明度の低い画素のサブセットが、像の背景部分に対応する画素を含まないように（すなわち、試料塗布装置の反射像７０８を含まないように）選択される。

最後に、画素行に関するコントラストレベルは、行の最も明度が高い画素のサブセットに関する平均明度と、行の最も明度が低い画素のサブセットに関する平均明度との差として計算される。上記の工程は、ステップ６０４で識別された画素行のそれぞれに対して繰り返すことができるので、各画素行は関連したコントラストレベルを有する。

次に、ステップ６０８において、試料塗布装置１００の反射像の頂点位置は、画素行のそれぞれの間のコントラストレベル値における変化に基づいて、判定され得る。図７Ｂは、図７Ａの像７００に関して、画素行（左側の縦軸上）の関数としてプロットされたコントラストレベル（上側の横軸上）を示す。試料塗布装置の反射像の頂点位置の判定は、試料塗布装置の像に対応していない画素行では、コントラストレベルが比較的小さく、試料塗布装置の像に対応している画素行では、コントラストレベルが相当に大きいという観察に基づいている。例えば、図７Ａにおいて、画素行７１８は試料塗布装置の第１の反射像７０８に対応していないので、結果として、行７１８におけるコントラストレベルは、図７Ｂの点７２２で示すように、小さい。一方で、画素行７２０は第１の反射像７０８に対応しているので、行７２０におけるコントラストレベルは、図７Ｂの点７２４で示すように、行７１８よりも大きい。

図７Ｂにおいて、画素行を関数としてコントラストレベルをプロットすることにより、反射像に対応していない画素行、第１の反射像７０８に対応している画素行、および第１および第２の反射像７０８、７１０の組み合わせに対応している画素行は、画素行の間のコントラストレベルの変化に基づいて識別され得る。図７Ａおよび７Ｂに示すように、図７Ａの第１の反射像領域において、塗布装置の端部は、第１の反射像領域７０６における画素行の間の最も大きなコントラストレベルの変化に対応しており、これは図７Ｂでは点７２６として示されている。ステップ６０８で判定された試料塗布装置の第１の反射像７０８の頂点位置を用いて、フローチャート６００の工程はステップ６１０でその後終了する。以下に記載するように、図７Ｂで点７２８として示す、試料塗布装置の第２の反射像７１０の頂点位置を判定するために、同様の工程が繰り返され得る。

塗布装置の高さの判定
直接の像７０４、および上述のような基板の上面からの第１の反射像７０８の頂点位置を判定すると、基板１０２に対する試料塗布装置１００の高さは、頂点位置の間の離間ｈを計算することによって判定され得る。図７Ｃは、直接の像の頂点位置である、点７１２と、第１の反射像の頂点位置である、点７２６とが判定されている、概略的な代表像を示す。像間の離間μｈは、頂点位置間の差から、簡単な方法で（像画素単位で）計算され得る。要望に応じて、離間μｈは、すでに判定されている較正情報に基づき、長さ単位（例えば、ミクロン）へと変換され得る。

較正−一般的な考察
ステージまたは塗布装置の既知の位置に基づく、試料塗布装置と基板の上面との間の既知の離間（ミクロンなどの長さ単位）を、反射像領域における、塗布装置と基板の上面との間の画素の離間距離に関連付けることにより、較正情報が定められ得る。その後、この較正情報は、所望の画素の離間をもたらすステージまたは塗布装置の所望の位置を見つけるために、画素の離間およびステージまたは塗布装置の位置を内挿するために用いることができ、また、ステージまたは塗布装置の位置は、塗布装置とスライドの上面との間の所望の離間を達成するために、較正された離間距離に基づいたオフセットされていてもよい。代替的には、制御ユニット１６０が、（ａ）検出器１０６が基板を含む試料塗布装置の像を取得すると、マニピュレータ１５０またはステージ１５２の位置をインスタンスに関連付け、（ｂ）関連付けられたマニピュレータまたはステージの位置を、試料塗布装置と基板との間の所望の離間へと外挿できる。

表面接触検出の較正
試料塗布装置の直接の像と反射像との間の離間μｈの測定値を、基板１０２の表面の上方の試料塗布装置の高さｈの測定値に変換できるように、本明細書に開示されるシステムを較正する目的で様々な方法が用いられ得る。このような方法の１つを以下に記載するが、較正のためには他の方法も用いられるということが理解されるべきである。

いくつかの実施形態では、試料塗布装置の位置を制御するために用いられるアクチュエータ（例えば、マニピュレータ１５０および／またはステージ１５２に存在し、制御ユニット１６０によって制御されるアクチュエータ）は、Ｄｏｖｅｒ社（マサチューセッツ州、ウェストボロー）から市販されているような、線形クロス・ローラ・ベアリングやエアベアリングの線形アクチュエータなどの、ねじ駆動でない線形アクチュエータを含むことができ、モータ、ベアリングおよびエンコーダは直接接触していない。このようなアクチュエータは、適切な制御信号が伝達されると、軸に沿った動作を可能にすることに加えて、動作方向に沿う力の生成および測定も可能にする。このようなアクチュエータが本明細書に開示されるシステムにおいて用いられる場合、較正情報の取得は、通常、第１の「デジタル／アナログ変換機（「ＤＡＣ」）較正」ステップと、第２の「塗布装置の配置」ステップとに分離された２ステップ工程にしたがって生じる。

ＤＡＣ較正ステップにおいて、試料塗布装置がスライドの表面と接触していない状態で、通常アクチュエータを駆動するサーボループが終了され、アクチュエータの増幅器は、一定のＤＡＣオフセット制御信号を用いてすぐに再び有効にされる。このＤＡＣ制御信号は、アクチュエータの「上側」方向（例えば、塗布装置の中心軸１０８と平行であって、基板１０２の表面から離れている）への動作を開始させるために、制御ユニット１６０からマニピュレータ１５０によってアクチュエータへと伝達される。結果として、アクチュエータおよび試料塗布装置は、一定のＤＡＣオフセット制御信号によって、一緒に上側へと駆動される。一定のＤＡＣオフセット制御信号により、アクチュエータおよび試料塗布装置を設定期間の間移動させた後、アクチュエータの位置が測定される。より小さいＤＡＣオフセット制御信号を用いて較正ルーチンが再び開始し、これは、設定期間中のアクチュエータの動作が、下側方向における所定の閾値条件を通過するまで、繰り返し続けられる。この閾値を満たすＤＡＣオフセット制御信号値が記憶される。記憶されたＤＡＣオフセット制御信号は、アクティブなサーボループなしに印加されると、重力がアクチュエータにかろうじて打ち勝つような、充分な上向きの力を作り出す。

ＤＡＣオフセット制御信号が較正されると、アクチュエータは、基板の表面の上方であると知られている位置まで、試料塗布装置を移動させる。重大な追従誤差の閾値は、サーボループ追従誤差が重大な追従誤差を超えるとサーボループが終了するように定められる（例えば、システムオペレータによる入力、記憶媒体からの取り出し、またはソフトウェアまたはハードウェアへのハード・コード化）。アクチュエータおよび試料塗布装置は、サーボループの制御の下で、基板の表面に向かってゆっくりと変位される一方で、制御ユニット１６０によりサーボループ追従誤差が測定される。試料塗布装置が基板の表面に物理接触し、下側に駆動し続けると、サーボループ追従誤差が増大し、すぐに重大な追従誤差を超えるので、サーボループは終了される。制御ユニット１６０はその後、アクチュエータの増幅器を再び有効にし、較正されたＤＡＣオフセット制御信号を作動させる。

この、較正の第２段階の結果、試料塗布装置は、基板の表面上にほぼ無重力で載るようになる。アクチュエータが所定位置に落ち着くまで、所定期間の間待機した後、制御ユニット１６０はアクチュエータの位置を読み取り、任意には、その位置を位置単位（例えば、ミクロン）に変換する。この値は基板の表面位置（例えば、ｈ＝０の位置）として記憶される。試料塗布装置はその後、基板の表面の上方の位置へと移動され、その位置（例えば、アクチュエータのエンコーダから読み取ることによって測定される）は、上述の画素の離間に関連付けられ得る。

正確な較正情報を作り出すために、このような測定は所望の回数だけ繰り返され得る。このような方法で作り出された較正情報は、５００ｎｍを超えるところまで再現でき、試料塗布装置と基板との間の接触は、１ミクロン以下の検出を基板に取り入れる。較正のために空気ベアリングのアクチュエータを用いる、付加的な特徴および態様は、例えば、Drives & Controlsに公開された（２００２年３月）、Kevin McCarthy氏による、「Force Generation and Measurement（力の生成および測定）」と題された文書に開示されており、これは「dovermotion.com」の「WhitePapersPage.aspx」で、Dover Motionからインターネット上で入手でき、この文書の内容は全て、参照により本明細書に組み込まれている。さらに、表面接触検出の較正技術を実施するために、マニピュレータ１５０またはステージ１５２と一緒にサーボモータを用いることができるが、他の種類のモータ（例えば、ステッピング・モータ）もこの技術を達成するために用いられ得る。

例として、上述の表面接触検出の較正工程は、自動の試料調製システムの初期化で実施されてもよいし、このようなシステムの通常動作またはメンテナンスの間に所定回数実施されてもよいし、または、基板上の調製試料の品質に関するシステムエラーメッセージを受信したとき（例えば、低倍率または高倍率の撮像ステーションが、試料中の１つまたは２つ以上の成分を正確に識別または計数できないなど）に実施されてもよい。

基板の厚さの判定
本明細書に開示される方法およびシステムは、透明な基板の上面および下面から反射した像の頂点位置を比較することにより、基板、例えば顕微鏡スライドの厚さを判定するために用いられ得る。

上述の、フローチャート６００に開示される工程は、基板１０２の下面１０２ｂから反射した試料塗布装置の像（すなわち、第２の反射像領域７０７の第２の反射像７１０）の、頂点位置を判定するためにも用いられ得る。図７Ｂに示すように、例えば、反射像に対応していない画素行と、第１の反射像７０８に対応している画素行とに関して、コントラストレベルに重大な差があるのと同様に、第１の反射像７０８および第２の反射像７１０の重複部分に対応する画素行と、第１の反射像７０８にのみ対応している画素行とに関しても、通常、コントラストレベルに重大な差がある。第２の反射像７１０に関する頂点位置は、図７Ｂおよび７Ｃにおいて、点７２８として示されている。

図７Ｃに関して、基板１０２の厚さの判断の指標とするために、頂点位置７２６および７２８の間の離間であるμｔが計算され得る。離間μｈに関して上述したように、図７Ｃの像から画素単位で判定されるμｔの値は、適切な較正情報を用いて線形単位に変換でき、この較正情報は、上述の工程と同様の方法で、または、既知の厚さを有する基板を用いて一連の較正ランを行い、μｔの測定値と対応する既知の厚さｔとの較正表を作ることを含む、様々な別の方法で取得され得る。本明細書に開示するシステムの、次の操作において、μｔの測定値に対応する厚さｔは、較正表の値から内挿され得る。

所望の試料分配を供給するための、適切な塗布装置の高さの選択
上述の記載において、試料塗布装置１００は、基板１０２の上面１０２ａの上方の一定の高さｈに配置されている一方で、離間μｈは、図７Ｃに示すような像から判定される。試料塗布装置１００は、試料マニピュレータ１００の移動を制御するマニピュレータに、３つの座標寸法で機械接続され得る。図１Ａに示す実施形態において、例えば、試料塗布装置１００は、マニピュレータ１５０に接続されている。マニピュレータ１５０に関連するのは、軸に対応する座標系であって、この軸に沿って試料塗布装置１００が移動され得る。例えば、試料塗布装置１００は、基板１０２の上面１０２ａの上方の試料塗布装置の高さｈを変更するために、試料塗布装置１００の中心軸１０８と平行に延びる、マニピュレータ１５０のｚ座標方向に沿って移動され得る。さらに、試料塗布装置１００は、それぞれがｚ座標方向と垂直である、ｘ座標方向およびｙ座標方向に沿って移動され得る。ｘ座標方向およびｙ座標方向は、それぞれ、中心軸１０８と垂直に配向される面と平行である。基板１０２の傾斜角度θがゼロである場合、ｘ座標方向およびｙ座標方向も基板１０２によって形成された面と平行である。試料塗布装置１００をｘ座標方向およびｙ座標方向の一方または両方に移動させると、試料塗布装置は基板１０２に対して新しい位置へと配置されるが、基板１０２に対する試料塗布装置１００の高さｈは変わらない。

代替的には、いくつかの実施形態においては、基板１０２を、試料塗布装置１０２に対してｘ、ｙおよびｚ座標方向に移動させるために、ステージ１５２が用いられ得る。さらに、特定の実施形態においては、試料塗布装置１００を基板１０２に対して移動させるために、ステージ１５２およびマニピュレータ１５０の両方を用いることもでき、この場合ｘ、ｙおよびｚ座標方向への動作は、ステージ１５２とマニピュレータ１５０との間で割り当てられている。以下の開示においては、マニピュレータ１５０を介した、試料塗布装置の高さの調整が記載されている。しかしながら、開示される方法は、ステージ１５２のみを用いた試料塗布装置１００の高さの調整や、ステージ１５２のマニピュレータ１５０との併用によっても、実施され得るということが理解されるべきである。

離間μｈを判定するための、上述の方法において、試料塗布装置１００は、基板１０２に対して一定の高さおよび一定の位置の両方を維持している。しかしながら、上述のように、入念な実験により、特定の基板上に特定の流体を供給するための、適切な高さが判定されている。特に、血液を顕微鏡スライド上に供給して、ほぼ細胞１個分の厚さのフィルムを形成するためには、試料塗布装置１００はスライドの表面から、上方に約１２ミクロンの高さで維持されるべきであるということが分かっている。この高さの値は、特定の試料供給速度（例えば、基板１０２に対する試料塗布装置１００の移動速度）および特定の試料粘度に関して定められている。より一般的には、血液を顕微鏡スライド上に供給する場合、試料塗布装置１００は、スライドの表面から、上方に８ミクロン〜２０ミクロンの高さ（例えば、約８ミクロン、約１０ミクロン、約１２ミクロン、約１４ミクロン、約１６ミクロン、約１８ミクロンの高さ、または、１０〜１４ミクロン、１０〜１６ミクロン、１０〜１８ミクロンの範囲内の高さ）で維持されるべきである。

一般に、以下の要因は、均等な供給で基板上に試料を均一に供給する能力に影響を与えるので、基板の表面の上方にある試料塗布装置の適切な高さにも影響を及ぼす。
（１）塗布装置から供給される試料の流量は、試料供給期間中に供給されるべき試料の所望の体積と等しくなるはずである。
（２）基板に対する試料塗布装置の移動速度が上昇するのに比例して、基板の上方の塗布装置の高さは減少するはずである（比例関係は線形でなくてもよいが、塗布装置の高さは、細胞に損傷を引き起こすような、最小の高さを下回って減少するべきではない）。
（３）試料が基板上に配置されるときの、試料フローにおける中断や「裂け目」を防ぐために、基板上に供給される試料の表面張力に対して、試料粘度が上昇するにつれて、基板の表面の上方の塗布装置の高さは減少するはずである。
（４）塗布装置の下の、基板上に供給されている試料の体積を一定に維持するために、基板の湿潤性が上昇するにつれて、基板の上方の試料塗布装置の高さが減少するはずである。
（５）塗布装置の下の、基板上に供給されている試料の体積を一定に維持するために、試料塗布装置の内径が上昇するにつれて、基板の上方の塗布装置の高さが減少する（ただし、細胞に損傷を引き起こすような、最小の高さを下回ることはない）はずである。

いくつかの実施形態において、流体１０４が後に基板上へ供給されるときに、試料塗布装置１００が基板１０２の上方の適切な高さに配置されていることを確実にするために、試料塗布装置１００は、基板１０２に対して特定の位置（例えば、マニピュレータの座標系における、特定のｘおよびｙ座標位置）で維持され、基板１０２の上方の試料塗布装置１００の高さは、変更される（例えば、試料塗布装置１００は、マニピュレータ１５０の座標系における、ｚ座標方向に沿って移動される）。マニピュレータの新たな高さ設定値のそれぞれでは、離間μｈを判定するために、フローチャート４００および６００に開示した上述のステップが繰り返される。

次に、測定された像の離間μｈを、基板１０２の上方の試料塗布装置１００の実際の高さｈ、および／または、マニピュレータ１５０の特定の制御の設定に関連付ける、較正情報を用いて、基板１０２に対する試料塗布装置１００の特定の位置で、所望の目標の塗布装置の高さに対応する試料塗布装置の高さを生じさせるために、マニピュレータ用の適切な制御の設定が選択される。

この工程は、図８に関して図示され、図８は、マニピュレータ１５０（またはステージ１５２）の制御の設定Ｖ_iを、一連の測定された像の離間μｈに関連付ける、較正曲線８００を示している。図８に示す点を作り出すために、試料塗布装置１００は、制御ユニット１６０を用いてマニピュレータ１５０（またはステージ１５２）に６つの異なる制御の設定を用いることよって、基板１０２の上面１０２ａの上方の、異なる６つの一連の高さに配置された。試料塗布装置１００の、基板１０２に対するｘ−ｙ面での位置は、異なる高さのそれぞれ（ｚ軸に沿っている）について同一であった。異なる高さのそれぞれにおいて、像は、試料塗布装置１００の直接の像と試料塗布装置１００の反射像の両方を示す、検出器１０６によって取得された。直接の像と反射像との間の離間μｈが判定された。測定された６つの像の離間μｈ₁〜μｈ₆は、試料塗布装置１００を６つの異なる高さに配置するためにマニピュレータ１５０（またはステージ１５２）に用いられた６つの異なる制御の設定Ｖ₁〜Ｖ₆の関数として、図８の縦軸にプロットされている。

すでに定められている較正情報から、目標の離間μｈ_tは、試料塗布装置１００の基板１０２の上方の所望の目標の高さｈ_tに対応していることが知られている。例えば、血液試料を顕微鏡スライド上に供給するためには、上述の較正ステップが、基板１０２の表面の上方の目標の試料塗布装置の高さｈ_t（例えば、１２ミクロン）がマニピュレータ１５０（またはステージ１５２）の特定のｚ座標位置に対応していることを判定している。図８に示すように、目標の離間μｈ_tは、測定された離間μｈ₃およびμｈ₄の間にあり、これはそれぞれ、マニピュレータ（またはステージ）の制御の設定Ｖ₃およびＶ₄に対応している。

目標の試料塗布装置の高さｈ_t（例えば、１２ミクロン）を生じるマニピュレータ（またはステージ）の制御の設定を判定するために、測定点（Ｖ、μｈ）の間への内挿が用いられ得る。特に、点（Ｖ₃、μｈ₃）および（Ｖ₄、μｈ₄）の間の内挿は、目標の離間μｈ_tを生じる制御の設定Ｖ₁を判定するために用いられ得る。目標の離間μｈ_tは目標の塗布装置の高さｈ_tに対応しているので、マニピュレータ１５０（またはステージ１５２）に用いられる制御の設定Ｖ₁は、所望の目標の試料塗布装置の高さｈ_tを生じる。

目標の制御の設定Ｖ₁を判定するために、図８においては、合計で６つの異なるマニピュレータ（またはステージ）の設定値が用いられたが、より一般的には、あらゆる数のマニピュレータ（またはステージ）の高さ設定値が用いられ得る。例えば、試料塗布装置の高さ設定値の数（これは、マニピュレータまたはステージの制御の設定の数と同じである）は、２以上（例えば、３以上、４以上、６以上、８以上、１０以上、１５以上、２０以上）であってもよい。

基板１０２に対する試料塗布装置１００の特定の位置に関して、本明細書に開示する工程は、試料塗布装置１００がその位置で基板１０２の上面１０２ａの上方の所望の高さに配置されていることを確実にする、マニピュレータ（またはステージ）の制御の設定Ｖ₁を生じる。図９に示すように、上述の工程は、試料塗布装置１００の、基板１０２に対する複数の異なる位置９０２、９０４、９０６、および９０８に対して繰り返され得る。各位置において、基板１０２の上方の試料塗布装置の高さは、マニピュレータ（またはステージ）に異なる制御の設定を用いることによって、マニピュレータのｚ座標軸に沿ってマニピュレータ１５０（またはステージ１５２）を移動させることによって変更され得る。異なる高さでの、測定された像の離間μｈは、試料塗布装置１００がその位置で基板１０２の上方の所望の高さに配置されていることを確実にする、マニピュレータ（またはステージ）の目標の制御の設定Ｖ₁を判定するために用いられ得る。

適切な制御の設定は、基板１０２に対する試料塗布装置１００の任意の数の位置で定められ得る。図９において、適切な制御の設定は、４つの異なる位置で定められている。より一般的には、しかしながら、位置の数は１以上（例えば、２以上、３以上、４以上、６以上、８以上、１０以上、１５以上、２０以上、または３０以上）である。

一定の位置の数で、適切な制御の設定が定められた後、適切な制御の設定は、例えば内挿法を用いることにより、他の位置で推測され得る。例えば、図９を参照すると、適切な制御の設定Ｖ₁は、位置９０２および９０４で定められている。基板１０２の上方の、例えば１０ミクロンの試料塗布装置の高さを生じさせる、適切な制御の設定Ｖ₁は、位置９０２および９０４で定められた制御の設定の間で内挿することによって、位置９０３で推測され得る。

基板１０２の厚さも、フローチャート６００に関連して上述したステップを用いて、位置９０２、９０４、９０６、および９０８の全てで測定され得る。特に、試料塗布装置１００の２つの反射像の間の離間μｔは、各位置で一度だけ判定されていればよく、また、試料塗布装置１００はマニピュレータ１５０（またはステージ１５２）のｚ座標軸に沿って移動されることから、この離間は変わることはない。したがって、μｔは単一の高さで判定され得る。像の離間μｔは、要望に応じて、較正情報を用いて線形単位（例えば、ミクロン）で測定された厚さｔを生じるように変換されてもよい。

試料塗布装置１００の、基板１０２に対する特定の位置で定められた、マニピュレータ（またはステージ）に関する適切な制御の設定を用いて、マニピュレータ１５０（またはステージ１５２）は、試料塗布装置１００が基板１０２に対する所望の位置に配置されるように、また、基板の上面の上方の試料塗布装置の高さが所望の値に維持されるように、配置され得る。ゆえに、流体１０４は、基板１０２の上方のほぼ一定の高さから供給でき、供給される流体の行は、可能な限りほぼ均一になっていることを確実にする。このようにして、製造される試料は、例えば手動の方法を用いて製造された試料よりも均一性が高い。

基板の向きの判定
いくつかの実施形態においては、基板１０２の向きが判定され得る。図１Ｂを参照すると、基板１０２の向きを判定することは、基板１０２によって画定される面と、試料塗布装置１００の中心軸１０８に直角な面との間の、傾斜角度θを判定することを含み得る。また、基板１０２の向きを判定することは、マニピュレータ１５０（またはステージ１５２）の（ｘ、ｙ）座標面における位置を関数として、基板１０２の上面１０２ａを説明する等式ｆ（ｘ、ｙ）に関連付けられるパラメータを判定することを含み得る。一般に、面の向きは、面上の３点が既知である場合に判定され得る。したがって、記憶される制御の設定の数（これは通常、制御の設定が定められた、基板１０２に対する試料塗布装置１００の異なる位置の数に対応している）が３つ以上である場合は、表面１０２ａを説明する面の等式は、記憶された制御の設定から直接判定され得る。いくつかの実施形態においては、記憶された制御の設定はまず、較正情報を用いて線形単位（例えば、ミクロン）で表現される変位値に変換され、その後、この変位値を用いて表面１０２ａの面の等式の係数が判定され得る。ステージ１５２によって支持される基板１０２の面の傾斜の結果、基板の表面１０２ａの垂直座標（マニピュレータ１５０またはステージ１５２の座標系）は、基板の反対側の端部における（ｘ、ｙ）位置の間の、３０ミクロンと同程度だけ変化し得る。表面１０２ａを描く面の等式も、例えば、表面１０２ａの傾斜角度を判定するために用いられ得る。また、４つ以上の記憶されている制御の設定を用いて、曲線表面を説明するより複雑な等式ｆ（ｘ、ｙ）を制御の設定の値に当てはめることにより、わずかに湾曲した基板などの、表面が平面でない基板を追跡することが可能である。表面を描くか、または表面に関連する面の等式を判定するための方法は、２０１１年２月１日に出願された、同時係属の米国特許出願第１３／０１９，１１８号明細書に見られ、この出願の内容は全て、参照により本明細書に組み込まれている。

システム構成要素
再び図１Ａに戻ると、マニピュレータ１５０は、異なる様々な装置を含み得る。一般に、マニピュレータ１５０は、試料塗布装置１００を、３つの異なる直角な座標方向に移動させるように機能する。適切なマニピュレータとしては、例えば、ステップアンドリピートモータにより駆動されるアクチュエータや、圧電アクチュエータなどが挙げられる。

検出器１０６は、試料塗布装置１００の像を捉えるために、様々な装置を含み得る。いくつかの実施形態においては、例えば、検出器１０６はＣＣＤアレイ検出器を含み得る。特定の実施形態において、検出器１０６は、ＣＭＯＳベースのアレイ検出器を含み得る。また検出器１０６は、フィルタ、レンズ、ビームスプリッター、および分散光学素子などの、他の光学撮像素子も含み得る。

ステージ１５２は、流体１０４の供給の間、基板１０２を支持するように構成されている。特定の実施形態において、ステージ１５２は、金属（例えば、アルミニウムおよび／またはステンレス鋼）および／またはプラスチック材料（例えば、テフロン（登録商標）ベースの材料）などの堅固な材料で形成されている。またステージ１５２は、例えば、ｘ−ｙ面などの、１つまたは２つ以上の座標方向に、基板１０２（およびステージ１５２の一部または全て）を移動させるためのアクチュエータを含んでいてもよい一方で、塗布装置１００は、試料流体を供給するために静止したままである。いくつかの実施形態において、ステージ１５２は、基板１０２およびステージ１５２の一部または全ての向きを変更するためのアクチュエータを含み得る。制御ユニット１６０は、ステージ１５２に接続されており、基板１０２の移動および／または再配向を開始するために、制御信号を発することができる。

いくつかの実施形態において、システム５０は、試料塗布装置１００上に入射光を向けるための光源１７０を含み得る。光源１７０は、図１Ａに示すように、制御ユニット１６０に電気接続され得る。光源１７０は、例えば、白熱、蛍光、ダイオードベース、および／またはレーザーの光源を含み得る。光源１７０によって生成される入射光は、電磁スペクトルの紫外領域、可視領域、および赤外領域の１つまたは２つ以上において波長を含み得る。

制御ユニット１６０は、システム５０内の様々な構成要素を制御し、本明細書に開示される方法ステップのいずれかを実施するように構成され得る、電子プロセッサ１６２を含んでいる。例えば、電子プロセッサ１６２は、本明細書に記載されるような試料塗布装置１００の、１つまたは２つ以上の像を捉えるように、検出器１０６を指示するように構成され得る。さらに、電子プロセッサ１６２は、像捕捉の間試料塗布装置１００を照射する、入射光を発するように、光源１７０を向けるように構成され得る。

電子プロセッサ１６２はさらに、マニピュレータ１５０に制御信号を送信して、マニピュレータ１５０に、本明細書に開示されるような試料塗布装置１００および／またはステージ１５２を移動させるように構成され得る。詳細には、電子プロセッサ１６２からの制御信号は、マニピュレータ１５０のｘおよび／またはｙ座標方向に沿って、試料塗布装置１００を基板１０２に対する新しい位置へ移動させるように、マニピュレータ１５０を指示する。代替的または付加的に、電子プロセッサ１６２は、塗布装置１００が静止した状態で、基板１０２をｘおよび／またはｙ方向に移動させるために、ステージ１５２に制御信号を送信し得る。また電子プロセッサ１６２は、マニピュレータ１５０のｚ座標方向に沿って試料塗布装置１００を基板１０２の上方の新たな高さまで移動させるように、マニピュレータ１５０を指示する制御信号を送信でき、また、基板１０２を移動させて（例えば、試料塗布装置１００を静止させたまま）基板１０２の上方の塗布装置１００の高さを変えるために、ステージ１５２に制御信号を送信できる。

いくつかの実施形態において、制御ユニット１６０は記憶装置１６４を含んでいる。記憶装置１６４は、例えば、光学的、電気的、および／または磁気的に情報を記憶するための、異なる様々な装置の１つまたは２つ以上を含み得る。例示的な装置としては、これらに限定されないが、ハードドライブやフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記憶装置、ＣＤおよび／またはＤＶＤドライブならびにそれらの記憶媒体などの光学記憶装置、およびフラッシュメモリデバイスや半導体ドライブなどの電子装置が挙げられる。記憶装置１６４は、本明細書に開示されるあらゆる数値または量を記憶するように構成でき、これは、基板１０２に対する試料塗布装置１００の位置、塗布装置が基板１０２の上面１０２ａの上方の一定の高さで維持されていることを確実にする、試料塗布装置のために定められた制御の設定、基板１０２の上方の試料塗布装置の測定された高さ、像間の離間μｈおよび／またはμｔ、基板１０２の測定された厚さ、および、実行されると本明細書に開示される機能またはステップの１つまたは２つ以上をプロセッサ１６２に実行させる、命令を備えたソフトウェアを含んでいる。

自動の試料調製システム
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、異なる様々な自動の試料調製システムと一緒に用いられ得る。例示的なシステムは、２０１１年１１月９日に出願された米国特許出願第１３／２９３，０５０号明細書（現在は米国特許出願公開第２０１２／０１４９０５０として公開）に開示されており、この出願の内容は全て、参照により本明細書に組み込まれている。

図１０は、自動の試料調製システム１０００の一実施形態の概略図を示す。システム１０００は、基板を保管し、基板上に試料を配置し、基板上に調製された試料を検査し、調製された試料を保管するために、複数のサブシステムを含んでいる。

基板保管サブシステム１０１０は、その上に試料が置かれる前の、基板を保管するように構成されている。基板は例えば、顕微鏡スライド、カバースリップ、および、同様の平面的で光学的に透明な材料を含み得る。基板は、様々な種類のガラスを含む、様々な非結晶性または結晶性の材料から形成され得る。サブシステム１０１０は、保管容器から個別の基板を選択し、選択された基板を試料配置サブシステム１０２０へ移す、マニピュレータを含み得る。

試料配置サブシステム１０２０は、選択された量の、例えば血液試料などの対象となる試料を、基板上に置く。サブシステム１０２０は、一般に、試料を置くように構成される、様々な流体移送部品（例えば、ポンプ、流体チューブ、バルブ）を含んでいる。また流体移送部品は、洗浄溶液、試料に結合する１つまたは２つ以上の染色剤、固定溶液、および緩衝溶液を含む、様々な種類の溶液に基板を露出するように構成され得る。サブシステム１０２０はさらに、流体除去部品（例えば、バキュームサブシステム）、および、試料が基板に固定されていることを確実にするための、乾燥装置を特徴付け得る。基板のマニピュレータは、試料を保持している基板を、撮像サブシステム１０３０へと移し得る。

上述のように、本明細書に開示される方法およびシステムは、基板の下面１０２ｂから反射した試料塗布装置の像に基づき、基板１０２の厚さを判定することを可能にする。この厚さ情報は、試料配置サブシステム１０２０によって用いられ得る。例えば、米国特許出願第１３／２９３，０５０号明細書（上で参照により組み込まれている）に記載されるように、基板の厚さ情報は、標本処理位置における基板の向き、および配置工程の間に生じる撹拌の程度を判定するために用いられ得る。

検査サブシステム１０３０は、試料の像を基板上に取得するため、および像を分析して試料についての情報を判定するために、様々な構成要素を含んでいる。例えば、検査サブシステム１０３０は、試料に入射光を向けるための、１つまたは２つ以上の光源（例えば、発光ダイオード、半導体レーザー、および／またはレーザー）を含み得る。撮像サブシステム１０３０はさらに、透過光および／または試料から反射した光を捉えるための光学装置（例えば、顕微鏡対物）を含み得る。光学装置に連結される検出器（例えば、ＣＣＤ検出器）は、試料の像を捉えるように構成され得る。試料像の分析から導き出された情報は、後の検索および／またはさらなる分析のために、様々な光学的および／または電子的な記憶媒体に記録され得る。

検査に続いて、基板のマニピュレータは、基板を保管サブシステム１０４０へ移送し得る。保管サブシステム１０４０は、例えば、基板に用いられている試料の供給源、分析時間、および／または、分析中に識別されたあらゆる異常に関する情報を用いて、個別の基板にラベル付けを行い得る。保管サブシステムは、処理された基板を複数の基板ラックに保管でき、基板ラックは基板で充填されるとシステム１０００から取り外され得る。

図１０に示すように、システム１０００の様々なサブシステムのそれぞれは、共通の電子プロセッサ１０５０（電子プロセッサ１６２と同一でもよいし、異なる電子プロセッサであってもよい）とリンクされ得る。プロセッサ１０５０は、システム１０００の各サブシステムの動作を、システムオペレータからの入力をほとんど（または全く）用いずに、自動的な方法で制御するよう構成され得る。試料の分析の結果は、管理する技術者のために、システムのディスプレイ１０６０上に表示され得る。インタフェース１０７０によりオペレータは、システム１０００に命令を発し、自動の分析結果を手動でレビューできる。

ハードウェアおよびソフトウェアの実装
本明細書に記載される方法ステップおよび工程は、ハードウェアまたはソフトウェア、もしくはそれらの組み合わせに実装され得る。詳細には、電子プロセッサ（例えば、電子プロセッサ１６２）は上述した方法のいずれかを行うために、ソフトウェアおよび／またはハードウェアの命令を含み得る。この方法は、本明細書に開示する方法ステップおよび図面に付随する、標準のプログラミング技術を用いて、コンピュータプログラムに実装され、様々な、磁気ディスクなどの一時的でない媒体、コンパクトディスクやＤＶＤなどの光学的記憶媒体、フラッシュメモリなどの半導体メモリデバイス、およびハードディスクなどの機械的記憶媒体に記憶され得る。本明細書に記載する機能を行うために、プログラムコードが入力データに加えられる。出力情報は、プリンタなどの出力装置、表示装置、または、例えば遠隔監視のためにウェブサイトへのアクセスを有するコンピュータモニタ上のウェブページなどの、１つまたは２つ以上に用いられる。

各プログラムは、プロセッサと通信するために、好ましくは高水準の手続き型プログラミング言語またはオブジェクト指向言語で実装される。しかしながら、プログラムは、必要に応じて、アセンブリ言語または機械語で実装され得る。いずれの場合においても、言語はコンパイラ型言語またはインタープリタ型言語であり得る。プロセッサが本明細書に記載する工程を行うように構成および操作するために、各コンピュータプログラムは、プロセッサにより読み取り可能な記憶媒体または装置（例えば、電子メモリ）に記録され得る。

他の実施形態
多数の実施形態が記載されている。それでもなお、本開示の要旨および範囲を逸脱しない限りは、様々な変更が行われ得ることを理解されたい。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (33)

1. 基板に対する試料塗布装置の位置決め方法であって、前記方法は、
   前記試料塗布装置に対応する直接像領域と、前記試料塗布装置に最も近い前記基板の上面から反射された前記試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域と、前記基板の下面から反射された前記試料塗布装置の像に対応する第２の反射像領域とを含む、基板に近接した試料塗布装置の像を得て、
   前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
   前記第１の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
   前記第２の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
   前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと、前記第１の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離に基づいて、前記基板に対する前記試料塗布装置の位置を判定し、
   前記第１の反射像領域および前記第２の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジ間の距離に基づいて、前記基板の厚さを判定する
   ことを含む、基板に対する試料塗布装置の位置決め方法。
2. 前記基板に近接した前記試料塗布装置の像を得ることは、前記基板の上面に対してある角度に検出器を向けることと、前記検出器を用いて前記像を記録することを含む請求項１記載の方法。
3. 前記基板に対する前記試料塗布装置の位置は、前記基板の上面の上方の前記試料塗布装置の高さを含む請求項１記載の方法。
4. 前記基板の上面の上方の前記試料塗布装置の高さを判定することは、前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離を前記高さに関連付ける相関情報を含む基準情報に基づいた前記高さの算出を含む請求項３記載の方法。
5. 前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定することをさらに含み、前記距離の一組の各部分を測定することは、
   前記試料塗布装置を前記基板の上面の上方の、新たな高さに移動させ、
   前記試料塗布装置に対応する直接像領域と、前記基板の上面から反射された前記試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域を含む、前記新たな高さで前記基板に近接した前記試料塗布装置の第２の像を得て、
   前記第２の像の前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
   前記第２の像の前記第１の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、および
   前記第２の像の前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと、前記第２の像の前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離を判定する
   ことを含む請求項４記載の方法。
6. 測定された距離の一組における距離間で内挿することによって、前記試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定めることをさらに含む請求項５記載の方法。
7. 前記制御の設定および前記基板に対する前記試料塗布装置の位置に関する情報を記憶装置に記憶することをさらに含む請求項６記載の方法。
8. 前記距離の一組が、少なくとも２つの距離を含む請求項５記載の方法。
9. 前記距離の一組が、少なくとも１０の距離を含む請求項５記載の方法。
10. 前記試料塗布装置の中心軸に垂直な方向で、前記試料塗布装置を前記基板に対する新たな位置へ移動させ、
    前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定し、
    前記新たな位置で前記試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定め、および
    前記制御の設定および前記新たな位置に関する情報を前記記憶装置に記憶することをさらに含む請求項７記載の方法。
11. 前記試料塗布装置の中心軸に垂直な方向で、前記試料塗布装置を前記基板に対する新たな位置へ移動させ、前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定し、前記新たな位置で前記試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定め、および、前記制御の設定と前記新たな位置に関する情報を前記記憶装置に記憶するステップを、
    情報が記憶された位置の数が３つまたはそれ以上になるまで繰り返すことをさらに含む請求項１０記載の方法。
12. 情報が記憶された位置の数が６つまたはそれ以上である請求項１１記載の方法。
13. 前記基板の表面の等式の係数を求めることをさらに含む請求項１１記載の方法。
14. 前記試料塗布装置の中心軸に垂直な面に対する前記基板の方向を判定することをさらに含み、前記基板の方向の判定が、前記試料塗布装置の中心軸に垂直な面に対する前記基板表面の傾斜を判定することを含む請求項１１記載の方法。
15. 前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、
    前記試料塗布装置の中心軸に平行の方向に延びる前記直接像領域における画素列を選択し、
    それぞれの選択された列に関して、前記列内の明度が最も変化する位置を判定し、
    それぞれの選択された画素列における前記明度が最も変化する位置に基づいて、前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することを含む請求項１記載の方法。
16. それぞれの選択された列内の前記明度が最も変化する位置を判定することは、
    前記選択された列における隣接画素の各対に関して明度変化を判定し、
    前記選択された列における隣接画素の対間の最大の明度変化を判定し、および
    前記選択された列内の前記明度が最も変化する位置を判定するために、関数形式を前記隣接画素の対間の最大の明度変化に当てはめる
    ことを含む請求項１５記載の方法。
17. 前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、それぞれの選択された列内の前記明度が最も変化する位置を関数形式に当てはめることを含む請求項１５記載の方法。
18. 前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、前記当てはめられた関数形式に基づいて前記試料塗布装置の頂点を判定することを含む請求項１７記載の方法。
19. 前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、
    前記試料塗布装置像の伸長した軸に垂直の方向に延びる第１の反射像領域における画素行を選択し、
    それぞれの選択された行に関して、前記行における最高画素明度ｍ個の平均を求め、および前記行における最低画素明度ｋ個の平均を求め、
    前記最高画素明度ｍ個の平均と前記最低画素明度ｋ個の平均との差として、前記行に関連するコントラストレベルを求め、および
    前記それぞれの選択された行における前記コントラストレベルに基づいて、前記反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することを含む請求項１記載の方法。
20. 前記それぞれの選択された行における前記コントラストレベルに基づいて、前記反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することは、
    それぞれの選択された画素行におけるコントラストレベルに基づいて、前記第１の反射像領域の、前記試料塗布装置の像を含まない第１の部分を識別し、
    それぞれの選択された画素行におけるコントラストレベルに基づいて、前記第１の反射像領域の、前記試料塗布装置の像を含む第２の部分を識別し、
    前記第１の反射像領域の前記第１の部分と前記第２の部分とのコントラストレベルの差に基づいて、前記反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することを含む請求項１９記載の方法。
21. ｍはそれぞれの選択された行における画素総数の少なくとも５分の１に相当し、ｋはそれぞれの選択された行における前記画素総数の少なくとも５分の１に相当し、それぞれの選択された行における画素は、前記ｍ個の画素と前記ｋ個の画素とに共通するものでないことを特徴とする請求項１９記載の方法。
22. 前記基板の厚さを判定することは、前記第１および第２の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジ間の前記距離と前記厚さとを関連付ける相関情報を含む基準情報に基づいて前記厚さを算出することを含む請求項１記載の方法。
23. 前記第２の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することが、
    前記試料塗布装置像の伸長した軸に垂直の方向に延びる前記第２の反射像領域における画素行を選択し、
    それぞれの選択された行に関して、前記行における最高画素明度ｐ個の平均を求め、および前記行における最低画素明度ｑ個の平均を求め、
    前記最高画素明度ｐ個の平均と前記最低画素明度ｑ個の平均との差として、前記行に関連するコントラストレベルを求め、および
    前記第２の反射像領域におけるそれぞれの選択された画素行における前記コントラストレベルと前記第１の反射像領域におけるそれぞれの選択された画素行における前記コントラストレベルとの差に基づいて、前記第２の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定することを含む請求項１記載の方法。
24. ｐはそれぞれの選択された行における画素総数の少なくとも５分の１に相当し、ｑはそれぞれの選択された行における前記画素総数の少なくとも５分の１に相当し、それぞれの選択された行における画素は、前記ｐ個の画素と前記ｑ個の画素とに共通するものでないことを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 前記相関情報を較正することをさらに含み、前記相関情報を較正することは、
    前記試料塗布装置のアクチュエータに重力がわずかに打ち勝つ上向きの力を与えさせるオフセット制御信号値を求め、
    前記オフセット制御信号値を記憶し、
    前記アクチュエータの移動エラーに関連する信号がエラー閾値の範囲内になるまで、前記試料塗布装置を前記基板の方へ移動させ、および
    前記アクチュエータの前記移動エラーに関連する前記信号が前記エラー閾値の範囲内になるときの前記試料塗布装置の位置を記憶することを含む請求項４記載の方法。
26. 前記相関情報を較正することは、前記記憶された位置で、前記試料塗布装置の高さをゼロと設定することを含む請求項２５記載の方法。
27. 試料塗布装置と、
    基板を支持するように構成されたステージと、
    検出器と、
    電子プロセッサとを備えるシステムであって、
    基板が前記ステージに支持されるとき、
    前記検出器は、前記基板に近接した前記試料塗布装置の像を得るように構成され、
    前記像が、前記試料塗布装置に対応する直接像領域と、前記試料塗布装置に最も近い前記基板の上面から反射された前記試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域と、前記基板の下面から反射された前記試料塗布装置の像に対応する第２の反射像領域とを含み、
    前記電子プロセッサは、
    前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
    前記第１の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
    前記第２の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
    前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと、前記第１の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離に基づいて、前記基板に対する前記試料塗布装置の位置を判定し、
    前記第１の反射像領域および前記第２の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジ間の距離に基づいて、前記基板の厚さを判定する
    ように構成されるシステム。
28. 前記基板に対する前記試料塗布装置の位置が、前記基板の上面の上方の前記試料塗布装置の高さを含み、前記電子プロセッサが、前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離を前記高さに関連付ける相関情報を含む基準情報に基づいて、前記試料塗布装置の高さを判定するように構成されることを特徴とする請求項２７記載のシステム。
29. 前記電子プロセッサが、前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定するように構成され、該距離の一組の測定が、
    前記試料塗布装置を前記基板の上面の上方の新たな高さへ移動させ、
    前記試料塗布装置に対応する直接像領域と、前記基板の上面から反射された前記試料塗布装置の像に対応する第１の反射像領域を含む、前記新たな高さで前記基板に近接した前記試料塗布装置の第２の像を得て、
    前記第２の像の前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
    前記第２の像の前記第１の反射像領域における反射された前記試料塗布装置のエッジの位置を判定し、
    前記第２の像の前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第２の像の前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離を判定することである請求項２８記載のシステム。
30. 前記電子プロセッサが、前記測定された距離の一組における距離間で内挿することによって、前記試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定めるように構成される請求項２９記載のシステム。
31. 前記電子プロセッサに接続された記憶装置をさらに備え、前記電子プロセッサが、前記制御の設定および前記基板に対する前記試料塗布装置の位置に関する情報を、前記記憶装置に記憶するように構成される請求項３０記載のシステム。
32. 前記電子プロセッサが、
    前記試料塗布装置の中心軸に垂直な方向で、前記試料塗布装置を前記基板に対する新たな位置へ移動させ、
    前記直接像領域における前記試料塗布装置のエッジと前記第１の反射像領域における前記反射された前記試料塗布装置のエッジとの間の距離の一組を測定し、
    前記新たな位置で前記試料塗布装置の目標位置に関連する制御の設定を定め、および
    前記制御の設定および前記新たな位置に関する情報を前記記憶装置に記憶する
    ようにさらに構成される請求項３１記載のシステム。
33. 前記電子プロセッサが、前記記憶された制御の設定に基づいて、前記基板の表面に対応する面の等式の係数を求めるように構成される請求項３２記載のシステム。

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