(57)【要約】基板（６）における発光位置を検出する検出システム（１００）について開示している。検出システム（１００）は、典型的には、基板（６）における発光位置を励起する少なくとも１つの励起照射ビームを発生する照射ユニット（１０２）を有する。少なくとも１つの励起照射ビームは、複数の励起照射ビームであることが可能である。検出システム（１００）はまた、例えば、異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームを受け入れるように適合された第１光学要素、例えば、屈折要素（２５）を有し、少なくとも２つの照射ビームは、基板にフォーカシングされる励起照射ビーム、及び／又は前記基板（６）における前記励起された発光位置から収集される発光照射ビームである。検出システム（１００）はまた、光学収差を低減する又は補償するように、異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する光学補償器を有する。本発明はまた、対応する検出方法、位相板及び位相板をデザインする方法に関する。
2009544988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板における発光位置を検出する検出システムであって：
前記基板における発光位置を励起する少なくとも１つの励起照射ビームを発生する照射ユニット；
異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームを受け入れるように適合された第１光学要素であって、前記少なくとも２つの照射ビームは、基板にフォーカシングされるようになっている励起照射ビーム、及び／又は前記基板における前記励起された発光位置から収集されるようになっている発光照射ビームである、第１光学要素；並びに
光学収差を少なくとも一部を補償するように、前記の異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する光学補償器；
を有する検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の検出システムであって、前記照射ユニットは、異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの励起照射ビームを発生するように適合され、前記第１光学要素は、前記少なくとも２つの励起照射ビームを受け入れるように適合されている、検出システム。
【請求項３】
請求項１に記載の検出システムであって、前記光学補償器は、前記照射ビームのうちの１つに少なくとも位相シフトをもたらす、検出システム。
【請求項４】
請求項２に記載の検出システムであって、前記光学補償器は、前記基板の同じ焦点に前記励起照射ビームをフォーカシングする前記励起照射ビームのうちの１つに少なくとも位相シフトをもたらす、検出システム。
【請求項５】
請求項１に記載の検出システムであって、前記光学補償器及び前記第１光学要素は別個の要素である、検出システム。
【請求項６】
請求項１に記載の検出システムであって、前記光学補償器は前記第１光学要素に組み込まれている、検出システム。
【請求項７】
請求項２に記載の検出システムであって、前記検出システムは、一度に用いられるようになっている前記少なくとも２つの照射ビームのうちの１つを選択するように適合されている、検出システム。
【請求項８】
請求項１に記載の検出システムであって、前記照射ユニットは、同時に前記少なくとも２つの励起照射ビームのうちの少なくとも２つを発生するように適合されている、検出システム。
【請求項９】
請求項８に記載の検出システムであって、前記検出システムは、少なくとも検出要素を有する検出ユニットと、前記検出要素における並列の発光照射フィールドとして前記少なくとも２つの発光照射ビームをフォーカシングする光学要素と、を更に有する、検出システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の検出システムであって、前記検出システムは、少なくとも検出要素を有する検出ユニットと、前記基板においてライン状の隣接する発光照射フィールドとして前記少なくとも２つの発光照射ビームをフォーカシングする光学要素と、を更に有する、検出システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の検出システムであって、前記検出システムは、前記発光位置からの異なる発光照射ビームを同時に検出するように適合された検出ユニットを有し、前記異なる発光照射ビームの各々は実質的に異なる波長を有する、検出システム。
【請求項１２】
請求項２に記載の検出システムであって、前記少なくとも２つの励起照射ビームは、７６０ｎｍ乃至８００ｎｍ、６４０ｎｍ乃至６８０ｎｍ及び３８０ｎｍ乃至４２０ｎｍのそれぞれの波長領域内にある平均波長を有する第１照射ビーム、第２照射ビーム及び第３照射ビームである、検出システム。
【請求項１３】
異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの入射照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する光学補償器であって、該光学補償器は、同じ光学要素を用いて、基板の同じ焦点に前記少なくとも２つの入射照射ビームをフォーカシングするように適合されている、光学補償器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学補償器であって、前記光学補償器は非周期的位相構造により適合されている、光学補償器。
【請求項１５】
請求項１３に記載の光学補償器であって、前記光学補償器は異なる非周期的位相構造を有する位相ホイールであり、前記少なくとも２つの照射ビームは前記異なる非周期的位相構造を透過するように適合されている、光学補償器。
【請求項１６】
基板における発光位置を検出する方法であって：
前記基板における発光位置を励起する少なくとも１つの励起照射ビームを発生させる段階；
異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームを案内する段階であって、前記少なくとも２つの照射ビームは、前記基板にフォーカシングされるようになっている励起照射ビーム、及び／又は前記基板における前記励起された発光位置から収集されるようになっている発光照射ビームである、段階；並びに
光学収差を少なくとも一部を補償するように、前記の異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームのうちの１つを調整する段階；
を有する方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって：
前記少なくとも１つの励起照射ビームを発生させる段階は少なくとも２つの励起照射ビームを発生させる段階を有し；
前記少なくとも２つの照射ビームを案内する段階は前記基板に少なくとも２つの励起照射ビームをフォーカシングする段階を有し；
前記２つの照射ビームのうちの１つを調整する段階は前記基板において共焦点を生成するように前記少なくとも２つの励起照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する段階を有する；
方法。
【請求項１８】
光学補償器をデザインするコンピュータに基づく方法であって：
異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームの各々の波長又は平均波長についての情報を得る段階；
前記少なくとも２つの照射ビームをフォーカシングするために用いられる光学要素の位置的特徴及び光学的特徴ついての情報を得る段階；並びに
同じ焦点が単独の光学要素によりフォーカシングされる前記少なくとも２つの照射ビームについて得られるようになっていることを考慮して、前記少なくとも２つの照射ビームについて光学収差が低減されるように、光学補償器の最適な特徴パラメータを決める段階；
を有する方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のコンピュータプログラムを記憶する機械読み出し可能データ記憶装置。
【請求項２１】
ローカルエリア電気通信ネットワーク又はワイドエリア電気通信ネットワークにおける請求項１９に記載のコンピュータプログラムの送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出の分野に関する。特に、本発明は、例えば、粒子又は蛍光団を用いて、生物学的、化学的又は生化学的分析の定性的又は定量的検出で用いる発光信号の検出等の光検出のための方法及びシステムと、そのような検出方法及びシステムを改善する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
３つのレーザ源と、それらのレーザ源から発せられるレーザビームで表面を走査する走査機構と、光検出器と、画像担体から光検出器に発せられた光を案内する共焦点光学系と、を有する画像読み出し装置について知られている（米国特許第６６１７５９０号明細書）。その装置は、マイクロアレイ画像化、オートラジオグラフィ画像化、化学発光画像化等の多くの関連検出技術を提供する。その装置は、異なる直径のピンホールを有し、共焦点光学系と光検出器との間に備えられた共焦点切り換え部材を有する。上記の装置の短所は、共焦点レンズの色収差がなおざりにされ、それ故、同時のマルチカラーの検出に制限をもたらすことである。
【０００３】
蛍光は、生命科学研究において日常的に用いられる現象である。蛍光プローブ及び蛍光共役（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ）は、細胞成分の位置及びタンパク質の局在を追跡するように、そして優れた感度及び選択性を有する、特定の成分、例えば、生細胞を含む複雑な生体分子の集合における生体分子を検出するように、広範囲に亘って用いられている。
【０００４】
蛍光プローブは、生物学的試料の特定な領域内に局在するように、又は特定の刺激に対して応答するようにデザインされた蛍光団である。マルチカラーラベリング実験は、同時に異なる生化学的機能をモニタするように２つ又はそれ以上のプローブの意図的な導入を伴う。この技術は、フローサイトメトリ、ＤＮＡ配列、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、光退色後の蛍光の回復（ＦＲＡＰ：Ｆｌｕｏｒｅｘｃｅｎｃｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ａｆｔｅｒ  Ｐｈｏｔｏｂｌｅａｃｈｉｎｇ）等の分析技術における主なアプリケーションを有する。
【０００５】
現在、同時のマルチカラー検出は、現在の光検出装置の限界により又は関連するコストにより厳しく制限されている。
【０００６】
信号分離及びデータ解析は、多発光スペクトル分離を最大化することにより容易化されている。従って、狭いスペクトル帯域を有する蛍光体は、マルチカラーのアプリケーションにおいて特に有用である。マルチカラーのラベリングのための色素の理想的な組み合わせは、一致した励起波長及び良好に分離された発光スペクトルにおける強い吸収を示す。吸収についての大きい励起係数及び大きい波長（ストークス）シフトの必要な組み合わせを有する単独の色素についての要請が存在している。そのような色素を見つけることは困難である。更に、多波長フォーカシングはしばしば、顕微鏡等の焦点に試料を入れるための撮像レンズアセンブリ、可動式部品等の高価で複雑な光学系を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６６１７５９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、例えば、生物学的、化学的又は生化学的粒子からの発光を検出する、発光信号の検出等の光検出のための良好な方法及びシステムを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の有利点は、高効率な且つ高品質の検出が得ることができることである。本発明の実施形態の有利点はまた、高品質の検出が、例えば、物質に異なる波長又は波長領域の異なる照射ビームをフォーカシングする屈折要素等の単独の光学要素のみを用いるシステムで得ることができることである。
【００１０】
本発明の特定の実施形態の有利点は、単独のポイントにおいてフォーカシングするような多波長光をもたらすように屈折要素の不能な状態によりもたらされる球面収差及び色収差を低下させることができることである。
【００１１】
本発明の特定の実施形態の有利点は、光学要素の全てを調整する必要なく又は最小の調整のみで、即ち、補正レンズ又は複雑なレンズアセンブリを用いることなく、鋭い焦点が得られることである。
【００１２】
本発明の特定の実施形態の有利点はまた、装置がよりロバストであるように又はあまり摩耗に影響されないようにする固定要素（非可動式部品）を使用すること、及び単独の光学系、例えば、光をフォーカシングする且つ収集するための屈折要素を備えることを有する。
【００１３】
本発明の特定の実施形態の有利点はまた、広いアプリケーションの範囲がそのシステムにおいて実行できること、広い標識の範囲が、低収差又は収差のない動作で多波長の励起及び集光のお陰で用いることができることである。
【００１４】
上記の目的は、本発明に従った方法及び装置により達成される。
【００１５】
本発明は、基板における発光位置を検出する検出システムであって、その検出システムは、基板における発光位置を励起する少なくとも１つの励起照射ビームを生成する照射ユニットと、例えば、異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームを受信するように適合された第１屈折要素等の第１光学要素、であって、少なくとも２つの照射ビームは、基板においてフォーカシングされる励起照射ビーム及び／又は基板における励起された発光位置から集光される発光照射ビームである、第１光学要素と、光学収差を少なくとも一部を補償するように異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームのうちの少なくとも１つの照射ビームを調整する光学的補償器と、を有する、検出システムに関する。その調整は選択的調整であることが可能である。光学収差は、第１光学要素、例えば、第１屈折要素により生じる収差である可能性がある。その光学収差は、励起照射ビーム及び／又は発光照射ビームの何れか又は両方における色収差である可能性があり、それらの各々は、特徴的な異なる波長における又は特徴的な異なる波長領域における照射を有する。それらの２つの照射ビームは、単独の励起照射ビーム及び集光される発光照射ビームであることが可能である。本発明に従った特定の実施形態の有利点は、異なる波長又は波長領域の複数の照射ビームが同じ光学要素、例えば、同じ屈折要素により屈折されるシステムが得られ、収差は低減される又は回避される。後者は、システムが、基板において少なくとも１つの励起放射ビームをフォーカシングする標準的な及び／又は安価な光学要素、例えば、屈折要素を使用することを可能にする。検出システムは、少なくとも１つの検出要素に発光照射ビームをフォーカシングする少なくとも第２光学要素、例えば、第２屈折要素を有する検出ユニットを更に有することが可能である。検出ユニットは画素化された検出器を有することが可能である。本発明に従った地の実施形態の有利点は、照射ビームについての収差が低減されることができ、標準的な及び／又は安価な光学要素、例えば、屈折要素を用いることができる。第１光学要素、例えば、第１屈折要素は、システムの対物レンズであることが可能である。
【００１６】
照射ユニットは、異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの励起照射ビームを発生するように適合されることが可能であり、第１光学要素、例えば、第１屈折要素は、少なくとも２つの励起照射ビームを受け入れるように適合されることが可能である。本発明に従った特定の実施形態の有利点は、異なる波長又は波長領域における異なる照射について生じる収差の量が低減される検出システム及び方法において、異なる波長による多励起を用いることができることである。このことは、多重化、即ち、複数の標識を用いる動作を可能にし、その結果、時間の節約及び経済的なコストの低減が得られる。それはまた、マルチカラー励起、高感度な収差のない検出又は収差の少ない検出を可能にする。本発明に従った実施形態の有利点は、例えば、成功裏に検出される、より小さいストークスシフトを有する標識等の広範で多様な標識について、適切な方法及びシステムが得られることである。第１光学要素、例えば、第１屈折要素は、少なくとも２つの励起照射ビームを受け入れるようにその位置により適合されることが可能である。
【００１７】
光学補償器は、複数の照射ビームのうちの１つに少なくとも位相シフトを導入することが可能である。
【００１８】
光学補償器は、基板の同じ焦点において励起照射ビームについて複数の励起照射ビームのうちの１つにおいて少なくとも位相シフトを導入することが可能である。本発明の特定の実施形態の有利点は、適切な光路が、単独の光学要素のみを用いて、異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームについて生成されることである。
【００１９】
光学補償器及び第１光学要素、例えば、第１屈折要素は別個の要素であることが可能である。このことは、既存部分の最大としての検出システムのコストパフォーマンスの高い製造が、既存の大量生産型で低コストの光ピックアップユニットにより統合され、市販のレンズが用いられることを可能にする。光学補償器は、第１光学要素、例えば、第１屈折要素に組み込まれることが可能である。本発明の特定の実施形態の有利点は、検出システムがロバストであることが可能であることである。検出システムは、一度に用いられる少なくとも２つの照射ビームのうちの１つを選択するように適合されることが可能である。本発明の特定の実施形態の有利点は、最も適切な励起波長が、基板における発光位置を検出するように選択されることができることである。
【００２０】
照射ユニットは、少なくとも２つの励起照射ビームのうちの少なくとも２つを同時に発生させるように適合されることが可能である。本発明の特定の実施形態の有利点は、同時の励起及び検出により、全体的な解析時間を短縮すること又は固定された時間間隔内の感度を高くすることを可能にすることである。照射ビームは、異なる別個の期間に受け入れられることを可能にすることができることである。
【００２１】
検出システムは、検出要素における並列の発光照射フィールドとしての少なくとも２つの発光照射ビームをフォーカシングするための少なくとも検出器要素及び光学要素を有する検出ユニットを有することが可能である。本発明の特定の実施形態の有利点は、各々の照射ビームは、第２光学要素、例えば、第２屈折要素の光軸に近接して、即ち、第２光学要素、例えば、第２屈折要素の光軸に対する照射ビームの各々の平均距離を小さくして、第２光学要素、例えば、第２屈折要素を通ることが可能であることである。
【００２２】
検出システムは、基板において列状にある隣接する発光照明フィールドとして少なくとも２つの発光照射ビームをフォーカシングする光学要素及び検出器要素を少なくとも有する検出ユニットを有することが可能である。本発明の特定の実施形態の有利点は、別個の発光情報が異なる発光照明フィールドから同時に得ることが可能であることである。
【００２３】
検出システムは、発光位置からの異なる発光照明ビームを同時に検出するように適合された検出ユニットを有することが可能であり、それらの異なる発光照明ビームの各々は、実質的に異なる波長を有する。本発明の特定の実施形態の有利点は、多重化が可能である、即ち、多標識が同時に使用され、それにより、検出のためのコストパフォーマンスが高くなり且つ時間が節約できることである。
【００２４】
第１照射ビーム、第２照射ビーム及び第３照射ビームである少なくとも２つの励起照射ビームは、７６０ｎｍ乃至８００ｎｍ、６４０ｎｍ乃至６８０ｎｍ及び３８０ｎｍ乃至４２０ｎｍの波長範囲内の平均波長を有することが可能である。
【００２５】
本発明の特定の実施形態の有利点は、バイオセンサの部品が、コストパフォーマンスの高い方法で検出システムを得ることを可能にする既存の大量生産の低コストの光ピックアップユニットから得られることである。
【００２６】
本発明はまた、異なる波長の又は波長範囲の少なくとも２つの入射照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する光学補償器であって、その光学補償器は、同じ光学要素、例えば、屈折要素を用いて基板の同じ焦点に少なくとも２つの入射照射ビームをフォーカシングするように適合されている、光学補償器に関する。
【００２７】
その調整は選択的な調整であることが可能である。
【００２８】
光学補償器は、非周期的位相構造により適合されることが可能である。本発明の特定の実施形態の有利点は、光学補償器の製造について、光学補償器のデザインの後、従来の技術を使用することができることである。
【００２９】
光学補償器は、少なくとも２つの照射ビームが通るように備えられている異なる非周期的位相構造を有する位相ホイールであることが可能である。
【００３０】
本発明はまた、基板における放射位置を検出する方法であって、その方法は、異なる波長の又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームを案内する、例えば、屈折する、基板における発光位置を励起する少なくとも１つの励起照射ビームを発生する段階と、それらの少なくとも２つの照射ビームは、基板においてフォーカシングされる励起照射ビーム及び／又は基板において励起された発光位置から収集される発光照射ビームである、段階と、光学収差を少なくとも一部を補償するように異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの照射ビームのうちの１つを調整する段階と、を有する、方法に関する。
【００３１】
少なくとも１つの励起照射ビームを生成する段階は、少なくとも２つの励起照射ビームを生成する段階を有することが可能であり、基板において少なくとも２つの励起照射ビームを案内する、例えば、屈折させる段階は、基板において少なくとも２つの励起照射ビームをフォーカシングする段階を有することが可能であり、そして少なくとも２つの照射ビームのうちの１つを調整する段階は、基板において共焦点を生成するように少なくとも２つの励起照射ビームのうちの１つを調整する段階を有することが可能である。
【００３２】
本発明はまた、光学補償器をデザインするコンピュータベースの方法であって、その方法は、異なる波長又は波長領域のうちの少なくとも２つの照射ビームの各々の波長又は平均波長についての情報を得る段階と、少なくとも２つの照射ビームをフォーカシングするために用いられる光学要素、例えば、屈折要素の位置的及び光学的特徴についての情報を得る段階と、光学収差が、同じ焦点が単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素によりフォーカシングされる少なくとも２つの照射ビームについて得られるようになっていることを考慮する少なくとも２つの照射ビームについて低減されるように、光学補償器の光学的特徴のパラメータを決定する段階と、を有する、方法に関する。
【００３３】
本発明は、光学補償器をデザインするコンピュータベースの方法を実行するコンピュータプログラムプロダクトであって、そのコンピュータプログラムプロダクトは、異なる波長又は波長領域のうちの少なくとも２つの照射ビームの各々の波長又は平均波長についての情報を得る段階と、少なくとも２つの照射ビームをフォーカシングするために用いられる光学要素、例えば、屈折要素の位置的及び光学的特徴についての情報を得る段階と、光学収差が、同じ焦点が単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素によりフォーカシングされる少なくとも２つの照射ビームについて得られるようになっていることを考慮する少なくとも２つの照射ビームについて低減されるように、光学補償器の光学的特徴のパラメータを決定する段階と、を有する、コンピュータプログラムプロダクトに更に関する。
【００３４】
本発明はまた、上記のような、及び／又はローカルエリア又はワイドエリア電気通信ネットワークにおけるコンピュータプログラムの送信に対してコンピュータプログラムプロダクトを保存する機械読み出し可能データ記憶装置に関する。
【００３５】
本発明の上記の及び他の目的及び有利点については、下で詳述する１つ又はそれ以上の実施形態により提供する。
【００３６】
本発明の特定の及び好適な特徴については、同時提出の特許請求の範囲に記載している。従属請求項における特徴は、請求項に単に明示的でなく、適切に記載している独立請求項の特徴と及び他の従属請求項の特徴と組み合わされることが可能である。本発明の記載は、バイオセンサにおける多波長フォーカシングのための改善された方法及び装置のデザインを可能にする。
【００３７】
上記の及び他の特徴、特性及び有利点については、実施例として、本発明の原理を示している添付図に関連付けて記載されている以下の詳細説明から明らかになるであろう。この説明は、本発明の範囲から逸脱することない実施例のために与えられている。
【００３８】
異なる図における同じ参照番号は同様の又は類似する要素を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１特徴の実施形態に従った検出システムの模式図である。
【図２】３つの標識を同時に励起するように、３つの励起照射ビームを用いる第１実施形態に従った検出装置の光学系を示す図である。
【図３】図２に示す光検出システムで用いられル例示としてのフィルタセットの透過挙動を示す図である。
【図４】２つの標識を同時に励起するように２つの励起照射ビームを用いる第１実施形態に従った検出装置の代替の光学系を示す図である。
【図５】ＦＲＥＴ測定を可能にする２つの発光照射ビーム及び単独の励起照射ビームを用いる本発明の第１特徴の第２実施形態に従った検出装置の光学系を示す図である。
【図６】２つの発光照射ビームが同じ画素化検出器において画像化されるようにする本発明の第１特徴の第３実施形態に従った検出装置の光学系を示す図である。
【図７】本発明の第３特徴の実施形態に従った、光学補償器の半径に沿った例示としての非周期的位相構造を示す図である。
【図８】本発明の第４特徴の実施形態に従った、光学補償器をデザインする方法を事項するために用いることが可能である処理システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明については、以下、特定の実施形態に関して、特定の図を参照して詳述しているが、本発明は、それらの実施形態に限定されるものではなく、同時提出の特許請求の範囲にのみ限定されるものである。それらの図は、単なる模式的なものであり、非限定的なものである。図においては、要素の一部の大きさは誇張され、例示目的であるためにスケーリングして描かれていない場合がある。用語“を有する”が明細書及び特許請求の範囲で用いられるとき、そのことは、他の要素又はステップを排除するものではない。名詞が単数形で表現される場合、特に但し書きがされていない限り、その名詞の複数が排除されるものではない。
【００４１】
更に、明細書及び特許請求の範囲における用語“第１”、“第２”及び“第３”等は、同様の要素間で表現されるように用いられ、連続的な又は順序付けられた順序を必ずしも表すものではない。そのように用いられる用語は、適切な状況下では交換可能であり、本明細書で説明する本発明の実施形態は、本明細書で説明される一連のもの以外の動作が可能であることが理解できる。
【００４２】
下で用いる用語又は定義は、本発明が単に理解できるように与えられている。それらの定義は、当業者が決して理解できない範囲を有するようには意図されていない。用語“照射”及び“発光”の場合、可視光照射又は赤外光照射は、本発明がそれらの可視光照射又は赤外光照射に限定されるものでなく、他の種類の電磁照射がまた、使用されることが可能であることを意味している。言及される照射ビームの波長は、最大発光が得られる波長又は照射ビームの平均波長であることが可能である。ここで用いられる用語“基板”は、発光照射ビームが収集されるところからの、そして照射ビームがフォーカシングされる必要があるフィールドを表す。検出が本発明に従って想定される発光位置は、少なくとも１つの発光ビーム波長又は少なくとも１つの中心発光ビーム波長を有する少なくとも１つの発光ビームを出射する、基板における別個の位置又はスポットである。反射、散乱、蛍光、化学的発光、エレクトロルミネッセンス、生物学的発光又は他の発光等の何れかの発光信号が想定される。発光位置はまた、光を散乱させる又は反射させる表面の構造的特徴により与えられるものである。発光位置は、例えば、発光標識化標的粒子が占める、基板における占有位置に関連する。光を出射し、それらの光出力を変える、例えば、アナライト分子に近接する又は結合するときに出射光の色を消滅させる又は一部を消滅させる若しくは変える分子は、“光学可変分子”と称されている。基板から発せられる発光は、基板から遠ざかるように反射する及び／又は基板を透過する、若しくは基板に位置付けられている要素、例えば、光の適切な波長による励起後に蛍光を生成する蛍光標識により生成される、若しくは光散乱光子等の、基板表面の構造的特徴により生成される光を含む。その基板は、例えば、ガラススライド、マイクロアレイ、シリコンチップ、ナイロンメンブラン等のメンブラン、ナイロンフィルタ等のフィルタ、マイクロ流体装置、粗い金属表面、着色されたＤＮＡ又はタンパク質を有するアガロースゲル等のゲル、若しくは発光位置を有する適切な表面を有する何れかの他の装置等の何れかの適切な基板であることが可能である。本明細書で用いられている用語“試料”は、関心のあるアナライトを有する組成物のことをいう。本明細書で用いられる用語“アナライト”は、本発明の方法により検出される物質のことをいう。アナライトは、特有の発光プロバイダであることが可能であり、又は発光するように標識付けされることが可能である。本明細書で用いられる用語“標識”は、検出可能な信号を生成することができる分子又は物質のことをいう。標識は、アナライトに直接に又はリンカー部分、例えば、標識付けプローブを介して付けられることが可能である。それらのプローブは、アナライトに特に結合するように、又はアナライトの少なくとも（特定の）一部に対応するように、標識に対して、アナライトに特に結合することができる組成物を結合させることにより得られる。特定のアナライト用プローブの性質は、検出されるアナライトの性質により決定される。一般に、プローブは、抗原−抗体結合、相補的なヌクレオチド配列、炭水化物−レクチン結合、相補的ペプチド配列結合、リガンドーレセプター結合、補酵素−酵素結合、酵素阻害剤―酵素結合等のアナライトとの特定の相互作用に基づいて開発されているが、それらに限定されるものではない。
【００４３】
第一特徴に従って、本発明は、基板から発光位置を検出する検出システムを提供する。そのような検出システムは、例えば、本発明においいては粒子の形（それに限定されるものではない）で、化学的、生物学的又は生化学的アナライトを検出する検出システムであることが可能である。そのような検出システムは、典型的には、基板を照射する少なくとも１つの励起照射ビームを発生させる照射ユニットを有する。そのような少なくとも１つの励起照射ビームは、典型的には、基板における発光位置の励起をもたらす、従って、少なくとも１つの発光照射放出をもたらすことが可能である。検出システムは、典型的には、異なる波長の少なくとも２つの照射ビームを受け入れるように適合された第１光学要素、例えば、第１屈折要素を有することが可能であり、少なくとも２つの照射ビームは、照射ユニットにより発生される励起照射ビームである。それらのビームは、基板における第１光学要素、例えば、第１屈折要素を用いてフォーカシングされるようになっていて、及び／又は、基板における励起された発光位置からの発光照射ビームは、第１光学要素、例えば、第１屈折要素により収集されるようになっている。第１特徴に従って、それ故、検出システムはまた、単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素により生じる光学収差を低減する又は少なくとも一部を補償するように、少なくとも２つの照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する光学補償器を有する。そのような光学収差は、典型的には、例えば、異なる励起照射ビーム、励起照射ビーム及び発光照射ビーム若しくは異なる発光照射ビーム等の異なる波長を有する屈折照射ビームを案内する、単独の第１光学要素、例えば、単独の第１屈折要素を用いることによりもたらされる可能性がある。重要な且つ光学的な構成要素を有する検出システム１００の模式的な概観が、図１に例示として示されている。検出システム１００は、試料６における発光位置を検出するために適するものである。図１に示すように、検出システム１００は、照射ユニット１０２と、異なる波長の少なくとも２つの照射ビームを受け入れるように適合された光学要素２５と、屈折要素２５等の光学要素により照射ビームにもたらされる光学収差を低減させる又は補正する光補償器と、を有する。上記の構成要素、及び図１に示している例示としての検出システムの付加的構成要素又は任意の構成要素については、下で更に説明されている。
【００４４】
上記のように、検出システム１００は、典型的には、少なくとも１つの照射源を有する照射ユニット１０２を有する。その少なくとも１つの照射源は、例えば、光源等の、検出システムで用いるために適する何れかの照射源であることが可能である。その少なくとも１つの照射源は、基板を照射するために、波長λ１，λ２，λ３，．．．，λｎにおいて照射を有する励起照射ビームを発する、又は所定の波長範囲にある放射を発するレーザ等の放射源を有する発光アレイであることが可能である。照射源はまた、特定の波長又は特定の波長範囲の放射を有する複数の照射ビームに対してフィルタリングされることが可能である白色光源を有することが可能である。照射源はまた、レーザ、放電ランプ又は発光ダイオード等の１つ又はそれ以上の単色光源又は準単色光源を有することが可能である。光源は、アルゴンレーザ、ダイオードレーザ、ヘリウムレーザ、色素レーザ、チタンサファイヤレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等を有することが可能である。照射ユニットは、例えば、少なくとも１つの照射ビームを連続的に供給する調整可能照射源、又は少なくとも１つの放射ビームを同時に且つ連続的に供給する少なくとも１つの半導体レーザを有することが可能である。少なくとも１つの照射源は、従って、複数の照射源、例えば、２つ又は３つの照射源であることが可能である。後者は、典型的には、多重化を可能にする。少なくとも１つの照射源は、発光位置、例えば、蛍光位置等の発光位置を励起する又は照射するために適する放射、例えば、所定の波長又は所定の波長領域における光を発するように適合される。そのような位置は、例えば、試料中に存在する光学的に変化する粒子を有することが可能である。例えば、生成される放射が蛍光放射である場合、励起放射の光の波長は、例えば、２００ｎｍ乃至２０００ｎｍの範囲内、又は、例えば、４００ｎｍ乃至１１００ｎｍの範囲内にあることが可能であるが、本発明はそれに限定されるものではない。好適な実施形態においては、照射ユニット１０２は、生成された少なくとも１つの照射ビームにより、調査されるべき基板を走査するように適合されることが可能である。少なくとも１つの照射ビームの励起フィールドは、単独のスポット、細長いスポット又は一部が重なり合った複数のスポットの列であることが可能である。少なくとも区分的な細長いスポットを用いることは、例えば、基板の異なる領域の励起を可能にし、そのことは、別個に検出される場合に、異なる結合位置の発生の同時検出をもたらす。後者は、それ故、有効な検出方法をもたらすことが可能である。
【００４５】
検出システム１００は、異なる波長を有する少なくとも２つの照射ビームを受け入れるように位置付けられた第１光学要素２５，例えば、第１屈折要素２５を更に有する。そのような照射ビームは、照射ユニット１０２により生成された励起照射ビーム、それらの励起照射ビームにより励起される、基板における発光位置から収集される発光照射ビーム、又は１つ又はそれ以上の励起照射ビーム及び１つ又はそれ以上の発光照射ビームの組み合わせであることが可能である。そのような第１光学要素２５は、例えば、従来の又は標準的な屈折要素、例えば、光記憶装置で用いられる対物レンズ等の屈折要素２５であることが可能である。第１光学要素２５、例えば、第１屈折要素２５は、典型的には、基板において励起照射ビームをフォーカシングするために用いられる検出システムにおける対物レンズであることが可能である。しかしながら、その光学要素はまた、異なる波長の少なくとも２つの照射ビームを受け入れるように適合された放物面鏡及びプリズムを含む複数の他の光屈折の、反射光学上の及び反射屈折のイメージング手段であることが可能である。上記のように、第１光学要素２５，例えば、第１屈折要素２５は、代替として又はそれに対して付加的に、基板において励起照射をフォーカシングするために及び、存在する場合に、例えば、基板から発光照射を収集するために用いられることが可能である。典型的には、そのような検出システム１００、又は、特に、異なる照射ビームについて共通に用いられる光学要素２５、例えば、第１屈折要素２５が、１つの特定の波長について最適化される。光学要素、例えば、屈折要素として、光学収差、例えば、色収差をもたらす多波長を有する照射ビームについて同じ第１光学要素２５、例えば、第１屈折要素２５を用いることは、他の所定の波長を有する照射ビームが光学要素、例えば、屈折要素２５を透過する場合に、収差に繋がる第１の所定の波長について適合される。
【００４６】
検出システムはまた、異なる波長を有し、単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素を透過する照射ビームがまた、光路における光学補償器に入るように位置付けられた異なる波長を有する異なる照射ビームについて、単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素を用いることによりもたらされる光学収差を低減する又は少なくとも一部を補償する光学補償器５を有する。一般に、光学補償器は、典型的には、異なる波長を有する異なる照射ビームについて用いられる光学要素、例えば、屈折要素によりもたらされる光学収差を補正するように、異なる照射ビームについての光路距離（ＯＰＤ）における差を導入する。更に、他の光学要素によりもたらされる光学収差の補正がまた、行われることが可能である。光路距離における差の導入は、例えば、位相シフトを導入することにより実行されることが可能である。そのような位相シフトは、複数の照射ビームのうちの１つについて、位相シフト、即ち、モジュロ２πは実質的に０であり、又はそれは、想定される全ての照射ビームについて、実質的に０とは異なるようなものであることが可能である。光学補償器は、少なくとも一部において、補償することが可能であり、そのことは、異なる波長の多照射ビームによりもたらされる平均光学収差を低減することを可能にする。異なる波長の複数の励起照射ビームが、単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素と共に用いられる場合、その低減又は補償は、異なる励起照射ビームが基板における同じ焦点にフォーカシングされるようなものであることが可能である。換言すれば、その光学補償器は、光学収差を低減する又は少なくとも一部を補償することが可能であり、従って、異なる波長を共焦点にもたらすことが可能である。本発明の実施形態の有利点は、光学補償器が、コストパフォーマンスの高い様式で、複数の関連バイオアッセイを行うための光ピックアップユニットからの光学要素と共に用いられることが可能であることである。光学補償器は、例えば、位相板等のそのような光学収差を少なくとも一部を補正することを可能にする。光学補償器５は、例えば、最も短い波長を有する照射ビームが、実質的に０である、導入される位相変化（モジュロ２π）を行うような照射ビームを回折する一方、他の照射ビームのうちの少なくとも１つが一次回折に従って回折される、回折要素であることが可能である。光学補償器の他の実施例においては、例えば、略ブレーズド回折格子であるステップ状プロファイルを有する異なる要素であることが可能であり、それにより、０次回折が最も短い波長を有する照射ビームについて選択され、そして一次回折及び／又は高次回折が他の照射ビームのうちの少なくとも１つについて選択される。例えば、光学補償器５はまた、照射ビームのうちの少なくとも１つの波面収差を低減する又は少なくとも一部を補償する非周期的位相構造（ＮＰＳ）を有する光学要素であることが可能であり、それにより、その位相構造は複屈折材料を有し、非周期的ステップ状プロファイルを有する。典型的には、複屈折材料は、用いられる光の異なる偏光状態と組み合わせて用いられる。光学補償器５の他の実施例は、付加的な径方向表面プロファイル（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ  ｒａｄｉａｌ  ｓｕｒｆ���ｃｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）と重ね合わされた幅方向に沿った一定の位相を導入する基本的な径方向ゾーンプロファイルを与える非周期的位相構造（ＮＰＳ）に基づき、その非周期的位相構造は可変位相を導入する。この例示としての光学補償器においては、光学補償器により導入された位相変化は、照射ビーム全てについて０とは異なり、それにより、照射ビームのうちの１つについて小さい収差がもたらされることさえあるが、照射ビーム全てについての光学収差が考慮されるとき、平均収差量が改善される。上記の光学補償器の実施例は、単に例示として与えられているものであり、本発明をそれらが限定するものではないことを特記しておく。用いられることが可能である光学補償器の他の実施例は、補償が選択された波長に応じて最適なされることが可能であるように適用される電圧に依存して補償挙動を変えるように切り換えられることが可能である液晶材料の使用に基づく光学補償器である。本発明の特定の実施形態の有利点は、用いられる光学補償器が異なる照射ビームについて異なる回折次数に従う回折に依存せず、それ故、補正されるべき異なる収差間にもたらされる関係は存在しないことである。光学補償器は、異なる照射ビームについて同時に、収差を低減する又は少なくとも一部を補償することが可能であり、又は異なる部分であって、各々の部分は、特定の波長又は波長領域の照射ビームにおける収差を低減する又は少なくとも一部を補償するように調整される、異なる部分を有することが可能である。光学補償器は、例えば、異なる波長又は波長領域の異なる照射ビームにおける光学収差を各々が補償する又は低減する異なる部分を有する位相ホイールであること可能である。例えば、位相ホイール又は液晶材料ベースの光学補償器等の異なる光学補償器は、選択された照射ビームに従って照射ビーム経路にもたらされる光学補償器の所定の部分を選択するように適合された制御手段を備えることが可能である。
【００４７】
典型的には、検出システムは、付加的に、基板から発光照射ビームを収集することにより得られる発光応答を検出して、数値化する検出ユニット１１０を有することが可能である。そのような検出ユニットは、光検出器等の少なくとも１つの検出器、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、光電子倍増管、アバランシェフォトダイオード、固体光検出装置、顕微鏡又はビデオカメラ等の少なくとも１つの検出器を有することが可能である。その少なくとも１つの検出器は、基板から収集される異なる発光照射ビームを検出するように適合された複数の検出器であることが可能である。その少なくとも１つの検出器は、例えば、ＣＣＤ、検出器又はＣＩＤ、光電子倍増管の列、アバランシェフォトダイオードの列、又は個々の検出画素のアレイを有する他の照射検出器であることが可能である。少なくとも１つの検出器の、又は、画素化検出器が用いられる場合における、少なくとも１つの検出器の検出器要素の幅は、典型的且つ好適には、検出が基板において空間的に区別可能な領域について行うことができるようなものであり、それにより、それらの空間的に区別可能な領域は、略、常に最大に占有する１つの結合位置が、調査中、単独の画素により検出される領域内に存在するようなものである。後者は、ディジタル検出の方法を可能にし、即ち、所定の結合位置が占有されているか否か、若しくは２値判定をもたらすか否かを検出することを可能にする。単独の画素により検出される典型的な領域は、０．０１μｍ２乃至１００μｍ２の範囲内の、好適には、例えば、１μｍ２等のような０．１μｍ２乃至２５μｍ２の範囲内の大きさを有することが可能である。特定の実施形態においては、評価ユニット１１１が、発光位置の濃度又は分布を決定するために、及び／又は、例えば、容易に結合する発光粒子が検出に影響しているか否かをチェックする２つの異なる測定を補正するように、得られた検出結果の統計的処理のために、提供されることが可能である。そのような評価手段は、マイクロプロセッサ等のような処理手段、並びに／若しくは、得られた及び／又は処理された評価情報を記憶するメモリ構成要素を有することが可能である。更に、典型的な入力／出力手段１１２を有することが可能である。評価ユニット１１１は、評価ステップを実行する適切なソフトウェア又は専用のハードウェア処理手段を用いて制御されることが可能である。従って、評価手段１１１は、例えば、専用ハードウェア又は適切にプログラムされたコンピュータ、マイクロコントローラ、又はマイクロプロセッサ等の組み込まれたプロセッサ、ＰＡＬ、ＰＬＡ又はＦＰＧＡ等のプログラム可能ゲートアレイ等の何れかの適切な様式で実施されることが可能である。結果は、例えば、視覚的表示ユニット、プロッタ、プリンタ等の何れかの適切な表示手段１１２において表示されることが可能である。評価手段１１１はまた、遠隔の場所へのその結果の送信のためにローカルエリアネットワーク又はワイドエリアネットワークに接続することが可能である��
【００４８】
検出システム１００の他の任意の構成要素は、焦点制御手段１１３、例えば、フォーカシングサーボシステム、及び励起ビームのフォーカシングを制御し、例えば、特定のトラックについて励起ビームの位置を制御するトラッキング制御手段１１４，例えば、トラッキングサーボシステムであることが可能である。焦点制御手段は、異なるフォーカシング方法、例えば、フーコーウェッジフォーカシングに基づくことが可能であるが、これに限定されるものではない。トラッキング制御手段１１４は、典型的には、正確な空間的検出を得るために必要なトラッキングを制御するために用いられることが可能である。そのようなシステムはアクチュエータを有することが可能である。検出システム１００は更に、高周波制御手段、及びトラッキング機能及びフォーカシング機能を最適化するために用いられることが可能であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の補助検出器を有することが可能である。
【００４９】
検出システムは更に、典型的には、試料において励起ビームをフォーカシングするために用いられる対物要素である第１光学要素２５、例えば、第１屈折要素２５以外に、例えば、励起放射源１１２からの光を方向付ける、偏光選択又はダイクロイックビームスプリッタ等のビームスプリッタ、ダイクロイックフィルタ１０４、レンズ及び／又はミラー１０５等の他の光学要素を有することが可能である。そのような付加的な構成要素は特に、複数の照射源が、異なる所定の波長又は波長領域を有する励起照射ビームを各々、供給するように適合されて存在している場合に、並びに／若しくは、複数の異なる発光照明ビームが異なる検出器を用いて検出されるようになっている場合に、導入される。ダイクロイックフィルタ又はダイクロイックビームスプリッタが、少なくとも１つの検出器要素に入射するように、不所望の励起放射を遮断するように用いられることが可能である。それらの光学要素は、照射光学系１０６においてグループ化されることが可能である。
【００５０】
本発明の第１特徴については、下で、複数の特定の実施形態及び実施例により示されるが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００５１】
第１特徴に従った第１の特定の実施形態は第１特徴について上記のような検出システムについてのものであり、異なる波長を有し、同じ光学要素２５、例えば、同じ屈折要素２５を透過するように備えられた複数の照射ビームは励起照射ビームである。換言すれば、本実施形態においては、検出システムは、基板において異なる波長を有する少なくとも２つの励起照射ビームをフォーカシングする単独の光学要素、例えば、屈折要素を用いる。用いることが可能である励起照射ビームの数は制限がなく、例えば、２つ、３つ、４つ等であることが可能である。励起照射ビームは同時に用いられることが可能であり、即ち、励起照射ビームの励起フィールドは同時に基板６にフォーカシングされる、又は１つ又はそれ以上の励起照射ビームが複数の励起照射ビームから用いるように選択されることが可能である。励起照射ビームはまた、後続して選択されることが可能である。本実施形態は、単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素によりもたらされる光学収差が低減される又は少なくとも一部が補償されるように、異なる波長を有する少なくとも２つの励起照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する光学補償器５を有する。光学補償器５は、上記と同様の特徴及び有利点を有することが可能である。その補償器は、異なる励起ビームが基板における同じ焦点にフォーカシングされるように、異なる波長を有する異なる励起ビームの光学収差を低減する又は少なくとも一部を補償するように適合されることが可能である。従って、本発明の実施形態に従った有利点は、励起照射ビームが基板において適切にフォーカシングされ、その結果、有効な且つ正確なシステムがもたらされることが可能であることである。本実施形態については、複数の実施例として例示されている。
【００５２】
第１実施例においては、検出システムは、異なる波長を各々、有する３つの異なる励起照射ビームによる励起を可能にする複数の励起照射ビームを有する。換言すれば、第１照射ビームは第１の所定の波長λ１を有し、第２照射ビームは第２の異なる所定の波長λ２を有し、第３照射ビームは第３の異なる所定の波長λ３を有する。本実施例においては、第３波長λ３は第２波長λ２より短く、第２波長λ２は第１波長λ１より短いが、本発明はそれに限定されるものではない。特定の設定においては、第１波長λ１、第２波長λ２及び第３波長λ３は、７７０乃至８１０ｎｍ、６４０乃至６８０ｎｍ、４００乃至４２０ｎｍのそれぞれの範囲内にあり、好適には、実質的に７８５ｎｍ、実質的に６６０ｎｍ及び４０５ｎｍのそれぞれである。用いられるそれらの３つの異なる波長が光ピックアップユニットでしばしば用いられる３つの異なる波長である場合、典型的には、そのようなシステムの複数の構成要素は、そのような検出システムを得るコストパフォーマンスの高い様式で提供される検出システムにおいて適用されることが可能である。例えば、代表的な光学要素、例えば、光記憶システムで用いられるような代表的な屈折要素を用いて、第１、第２及び第３放射ビームが、０．５、０．６５及び０．８５のそれぞれの開口率（ＮＡ）を有することが可能である。上記のように、異なる波長を有する照射ビームによる励起は同時に実行されることが可能であり、即ち、基板に複数の照射ビームを同時に供給する場合、特定の励起波長を有する１つ又はそれ以上の照射ビームを選択して使用することが可能である。３つの励起照射ビームを用いるシステムが、図２に例示として示されている。例示として、本発明はそれに限定されるものではなく、図２に示している検出システムは、生成された発光照射ビームの収集のための複数の検出器を更に示している。本実施例においては、３つの異なる発光照射ビームを検出する検出ユニットについて説明しているが、その検出ユニットは、多かれ少なかれ、異なる発光照射ビームを検出するように適合されることが可能である。更に、本実施例においては、示されている検出システムは、基板に励起照射ビームをフォーカシングし、発光照射ビームを収集するように、単独の光学要素２５、例えば、単独の屈折要素２５を用いるように適合されるが、発光照射ビームの収集が他の光学構成要素を用いて行われることが可能である検出システムはまた、本実施形態により想定されている。図２に示す例示としての検出システムにおいては、３つの励起照射ビームが、異なる波長で動作する３つの異なる照射源１、２、３、例えば、３つの異なるレーザにより生成される。図２に示す例示としての検出システムにおいては、異なる照射経路が、３つのビームスプリッタ１１、１２及び１３を用いて部分的に重ねられている。それらの励起照射ビームは、本実施例においては、レンズ２１によりコリメートされるが、本発明はそれに限定されるものではない。ダイクロイックビームスプリッタ３１が、光学補償器５の方に異なる照射ビームの照射を送るように用いられ、その場合、第１光学要素、例えば、第１屈折要素２５、例えば、対物レンズが、基板６に光をフォーカシングするように用い���れる。光学補償器５は、異なる波長又は波長領域において発せされる励起照射ビームについて、同じ第１光学要素、例えば、屈折要素を用いることにより生じる光学収差を低減する及び／又は補償するように適合され、その結果、基板６における励起照射ビームの共焦点が得られる。基板６は、所定の厚さ、例えば、０．６ｍｍの厚さを有するが、本発明はそれに限定されるものではない。基板は、典型的には、発光位置を有する。励起に応答して、発光照射が、基板における発光位置から生成されることが可能である。換言すれば、少なくとも１つの発光照射ビームが、その励起に応答して生成されることが可能である。本実施例においては、異なる波長を有する励起照射ビームにより励起される発光放射は、異なる波長の異なる発光照射ビームを有する。本実施例における発光照射ビームは、光学要素２５、例えば屈折要素２５及び第１ダイクロイックフィルタ３１を介して、検出器ユニットに達する。図２に示す特定の実施例においては、最も短い波長、例えば、緑色発光は、ロングパスダイクロイックフィルタ３２により反射されることが可能であり、この光は、バンドパスフィルタ４１により更にフィルタリングされ、レンズ２２により第１検出器５１にフォーカシングされる。ダイクロイックフィルタを通った蛍光は、次いで、ダイクロイックミラー３３により再び、分割される。再び、最も短い波長がダイクロイックフィルタ３３により反射され、これはバンドパスフィルタ４２を透過し、そしてレンズ２３により検出器５２にフォーカシングされる。残りの蛍光はまた、バンドパスフィルタ４３を通り、レンズ２４により第３検出器５３にフォーカシングされる。励起のために用いられる３つの異なる波長蛍光及び検出される必要がある３つの異なる帯域が存在するため、好適に用いられるフィルタは、かなり特異な反射及び透過特性を有する。例えば、第１ダイクロイックフィルタ３１は、４０５ｎｍ、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍのレーザラインを反射する必要があるが、誘起蛍光を透過するように成っている必要がある。そのような多帯域ダイクロイックフィルタは、例えば、Ｏｍｒｇａ  Ｆｉｌｔｅｒｓ社（ｗｗｗ．ｏｍｅｇａｆｉｌｔｅｒｓ．ｃｏｍ）製のものであることが可能である。図３は、典型的な標準のダイクロイックフィルタについての一部のスペクトル１３１、１３２、１３３と、本実施形態の実施例について適切である典型的な標準のバンドパスフィルタについての一部のスペクトル１４１、１４２、１４３とを示している。それらのスペクトルは、単なる例示として与えられていて、それらのフィルタのフィルタ特性の調整は、具体的なアプリケーションに対してそれらのフィルタを最適に適合するように実行されることが可能であることを特記しておく。基板においてフォーカシングされる励起照射の一部は基板により反射され、そしてダイクロイックフィルタ３１により反射されることを特記しておく。反射された照射は、フォーカシング及びトラッキングのために用いられるフォーカシング及びトラッキング手段１１３、１１４（図２に示していない）の検出器４にレンズ２１によりフォーカシングされることが可能である。多レーザが、同時に試料を励起するように用いられるた��、フィルタが、トラッキング信号を生成するように、単独のレーザのみを用いることにより、適切なトラッキングを確実にするように、フォーカシング及びトラッキング検出器４の前に位置付けられることが可能である。
【００５３】
第２実施例に従って、上記の検出システムは、２つの異なる照射源２、３のみ、例えば、レーザを用いて動作する。図４に示す例示としての検出システムは、２つの別個の発光照射ビームを検出する２つの検出器５１、５３を更に有する。検出されるべき発光照射ビームの数に依存して及び用いられる検出器の機能に依存して、本実施例においてまた、多かれ少なかれ、検出器が用いられることを特記しておく。殆どのバイオアッセイについては、２つの異なる標識を用いることは十分であり、従って、上記の実施例において用いられる３つの照射源、例えば、レーザの２つのみを用いることで十分である。典型的には、２つの蛍光帯域のみが検出されるように用いられるため、このことは、システム全体を簡単化する。特に、照射ビームを略案内するために用いられるフィルタ３１、３２に関する要求はあまり厳しくない。異なる波長の組み合わせは有利であることがある。複数のより短い波長の照射ビームを組み合わせることは、典型的には、その波長を有する回折限界スケールとしてのサンプルにおけるより小さい検出スポットの検出を可能にする。例えば、実質的に４０５ｎｍ及び実質的に６５０ｎｍの波長を有する照射ビームは、例えば、実質的に６５０ｎｍ及び７８０ｎｍの波長を有する照射ビームを用いることに比べて、蛍光イベントのより高い解決性をもたらす。他方、典型的には、短い波長で励起されるときにより多い物質が蛍光を発するために、より短い波長を用いることは、より大きい背景信号をもたらす可能性がある。従って、後者の問題は、レーザの波長、例えば、実質的に６５０ｎｍ及び７８０ｎｍの波長を有する照射ビームを用いることにより低減されることが可能である。
【００５４】
本発明の第１特徴に従った第２実施形態は、上記の検出システムに関連し、単独の励起照射ビームのみが用いられるが、基板において単独の励起照射ビームをフォーカシングするために用いられる光学要素２５、例えば、屈折要素は、励起照射ビームと異なる波長を有する少なくとも１つの発光照射ビームを収集するためにまた、用いられる。検出システムは、それにより、光学要素、例えば、屈折要素によりもたらされる光学収差について励起照射ビーム又は発光照射ビームの少なくとも１つを調整する光学補償器を有する。その第２実施形態については、実施例を用いて例示されるが、本発明はそれに限定されるものではない。図５に示すように、第２実施形態に従った例示としての検出システムに従って、単独の励起照射ビームが、試料６を励起するように用いられ、例えば、少なくとも１つ、例えば、２つの異なる蛍光照射ビームが試料６から検出される。この構成は、例えば、蛍光共鳴エネルギー転移（ＦＲＥＴ）実験において用いられることが可能である。ＦＲＥＴにおいては、単独のレーザがドナー色素を励起するように用いられる。この色素は、第１検出器５１により検出される第１波長領域において蛍光を発することが可能である。しかしながら、アクセプタ色素が、第２検出器５３により検出される第２の赤色シフトされた波長領域において蛍光を発する場合、そのエネルギーは移されることが可能である。アクセプタ色素は、次いで、第２検出器５３により検出される第２の赤色シフトされた波長領域で蛍光を発する。それらの２つのチャネル間の比をモニタすることにより、例えば、リアルタイムに重要な情報をもたらす２つの色素間の距離を測定することが可能である。１つの波長励起が多波長の検出と組み合わされて生じる、特定の構成を用いる代替の実施例はまた、他の場合において、例えば、１つの共通の波長において励起されることが可能であるが、スペクトルにおいて別個の発光（例えば、その例は量子ドットである）をもたらす複数の蛍光化学種の組み合わせが用いられるときに、有用であることが可能である。ＵＶにおいて励起され、異なるかなり狭い蛍光間隔で蛍光がもたらされる。
【００５５】
第３実施形態においては、本発明は、上記の検出器システム、例えば、第１又は第２実施形態に従った検出システムに関するが、その検出システムは、同じ画素化検出器を用いて異なる波長を有する少なくとも２つの異なる発光照射ビームを検出するように適合されている。そのような検出システムは、例えば、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を可能にするように、同時に単独の励起照射ビームのみを用いて作動し、又は、それは、２つの励起照射ビームを同時に用いて作動することが可能である。典型的には、検出システムは、試料を励起する基板に励起照射ビームをフォーカシングする。基板における励起フィールドは何れかの適切な形状にあることが可能である。好適な実施形態においては、その励起フィールドは、少なくとも区分的に細長い形状であり、それにより、基板における励起フィールドは、大きい開口率の対象に対して中程度の回折限界スポットに比較して実質的に大きいことが可能である。本実施形態の検出システムは、典型的には、並列読み出しスキームが実行されることが可能であるような２つのカラー検出を可能にするフィルタの構成を用いる。例示として、本発明は、基板において少なくとも区分的に細長い形状の励起フィールドを生成する検出システムについて示しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、基板における励起フィールドの他の形状がまた、用いられることが可能である。そのような検出システムにおいては、典型的には、位相板又は円筒形レンズが、少なくとも区分的な励起フィールド、例えば、細いライン又は励起ドットのラインが、上記の標準的な対物レンズを用いて、試料において生成されるような励起照射ビームの経路内に位置付けられることを可能にする。本発明に従って、励起フィールドから得られた発光応答は、その情報が並列に実行されることが可能であるような検出ユニットにおいて画像化されることが可能である。発光照射ビームは、それにより、試料から収集され、異なる発光照射ビームが画素化検出器の異なる領域において画像化されるような少なくとも部分的に異なる複数の光経路において画像化される。後者は、検出器に発光照射ビームをフォーカシングするために用いられる第２光学要素、例えば、第２屈折要素の光軸に対する発光照射ビームの各々の得られた平均距離が小さいという有利点を有する。後者は、第２光学要素、例えば、第２屈折要素における要求が高くないという有利点を有する。代替として、発光照射ビームは、隣接する発光照射フィールドがライン状にあるため、画素化検出器においてフォーカシングされることが可能である。後者は、２つの並列の間隔を置いた発光フィールドにおいて実行される発光検出が用いられる場合に、即ち、同時の別個の発光情報が異なる発光照射ビームから得られる場合に、生じることが可能である減少したスミアの有利点を有する。それは、それにも拘らず、より広いレンズの視野が用いられるために、検出器において発光照射ビームをフォーカシングするときに用いられる第２光学要素、例えば、第２屈折要素に関するより厳しい要求を課し、典型的には、光学要素の光軸までの距離がより大きいときに、より高い収差が生じる。本実施形態においては、検出システムの発光収集部分を示す、図６における例示としての検出システムについて示されている。発光照射ビームはダイクロイックミラー３１を透過し、例えば、励起光を拒絶し、信号／ノイズ比を大きくする光学フィルタ６７を用いて、更に純化されることが可能である。ダイクロイックミラー６０は、その場合、発光照射ビームを、各々が特定の波長又は波長領域を有する２つの照射ビームに分割するように用いられることが可能である。本実施例における第１発光照射ビームは反射され、バンドパスフィルタ６２を任意に透過した後、傾斜ミラー６１を用いて画素化２Ｄ検出器に案内されることが可能である。傾斜ミラー６１は、ダイクロイックミラー６０に対して小さい角度だけ傾いている。傾斜ミラー６１による反射の後、光は、ダイクロイックミラー６０により再び、反射される。光は、その場合、その光が画素化センサ６６における光軸から僅かに外れてフォーカシングされるように、光軸に対して第１の小さい角度だけ傾いて、第２光学要素、例えば、第２屈折要素、即ち、フォーカシングレンズ６５に入射する。第２発光照射ビームはダイクロイックミラー６０を透過し、光学バンドパスミラー６３によりフィルタリングされることが可能である。この光は、次いで、ダイクロイックミラー６０を再び透過する前に、小さい角度で傾いて位置付けられているミラー６４により反射される。その光は、光軸に対して第２の小さい角度で傾いている第２光学要素、例えば、第２屈折要素、即ち、フォーカシングレンズ６５に入射し、更に、カメラにおいて僅かに異なる位置にフォーカシングされる。励起照射の影響を低減するように、両方の発光照射ビームを透過させるが、励起照射ビームを拒絶する位置６７に単独のフィルタを用いることか又は、位置６２及び６３において異なる波長帯域内に２つの別個のフィルタを位置付けることのどちらかが可能である。第１オプションは、単独のフィルタが容易にアクセス可能な位置において必要である一方、第２オプションは、２つの発光照射ビームのより良好な分離を可能にするという有利点を有する。通常、ダイクロイックミラー６０のみが２つの発光照射ビームを分離するように用いられる場合、ダイクロイックミラーの品質は、大きいクロストークをもたらす良好なバンドパスフィルタの品質より低いことを特記しておく。この構成の不利点は、それらのフィルタの位置が扱い難いことである。上記の設定は単なる例示であり、多くの異なる設定が、本実施形態に従った有効な並列読み出しスキームをもたらすことが可能であることを特記しておく。この有利点は、異なる波長又は波長領域の２つの異なる照射ビームが同じカメラにおいて画像化されることを可能にする。図６の挿入図は２つの有効な配置を示している。図６（ａ）においては、第１の好適な実施形態が示されている。少なくとも区分化した細長い形状を有する発光照射フィールドがカメラにおいて水平方向に画像化され、そのカメラは最上部から最下部まで読み出される。この配列においては、ミラー６０、６１及び６４の方向は、２つの発光照射ビームからのラインが互いに隣り合って位置付けられ、即ち、その配列は並列し且つ隣接し又はライン状である。この配列は、読み出し中に、それらの２つの発光照射フィールドが検出器の同じ領域を通らないという有利点を有する。従って、試料は連続的に照明されることが可能である。不利点は、水平方向においてより多くの数の画素が必要であることである。更に、より大きい領域に亘って、情報が広がっているため、第２光学要素、例えば、フォーカシングレンズのような第２屈折要素は、エッジにおける収差を回避するように大きい視野を有する必要がある。
【００５６】
図６（ｂ）に示す第２配列は、並列状態にあり、上限に互いに配列した２つの発光照射フィールドを位置付けることにより、上記の問題を克服することができる。従って、それらのフィールドの両方は、収差を低減するフォーカシングライン６５の光軸に近接している。不利点は、アレイの読み出し中に、第１発光照射ビームの情報は、第２発光照射ビームがフォーカシングされる領域を透過することである。スミアを回避するためには、データがこの領域を即座に通過する、又は励起光を瞬時に遮断することである。それらの解決方法は、試料の連続的な読み出し及び運動を妨げる、又は防止することが可能である。
【００５７】
第２特徴に従って、本発明は、基板における発光位置を検出する方法に関し、その方法は、基板においてフォーカシングする又は基板から収集するようになっている同じ光学要素、例えば、屈折要素を通る異なる波長の少なくとも２つの照射ビームについての光学収差を補正することを有する。そのような発光位置を検出する方法は、典型的には、基板において発光位置を励起する少なくとも１つの励起照射ビームを生成することを有する。その少なくとも１つの励起照射ビームは、異なる標識を励起するようにする２つ、３つ、又はそれ以上の励起照射ビームのような、複数の励起照射ビームであることが可能である。その複数の励起照射ビームは、同時に生成されることが可能であり、又は、最も適切な励起挙動、例えば、最も適切な励起波長及び励起波長領域が選択されて用いられることが可能である。その方法は更に、単独の光学要素、例えば、屈折要素により異なる波長の少なくとも２つの照射ビームを案内する、即ち、屈折させることを有し、それらの２つの照射ビームは、基板においてフォーカシングされる励起照射ビーム、基板において励起された発光位置から収集される発光照射ビーム、又はそれらの組み合わせであることが可能である。典型的には、異なる波長の少なくとも２つの異なる照射ビームについて、単独の光学要素、例えば、屈折要素を用いることにより、光学収差が複数の照射ビームのうちの少なくとも１つにもたらされる。従って、本発明に従った方法はまた、光学収差を低減するように、又は、必要に応じて完全に補償するように、異なる波長の少なくとも２つの照射ビームのうちの１つを調整することを有する。典型的には、異なる波長の少なくとも２つの照射ビームのうちの１つを調整することは、異なる波長の少なくとも２つの照射ビームのうちの少なくとも１つにおける光路差を与えることを有することが可能である。そのような光路差は、異なる波長の少なくとも２つの照射ビームのうちの１つにおける位相シフトをもたらすことにより得ることが可能である。後者は、光学補償器を用いて得ることが可能である。少なくとも２つの照射ビームのうちの１つの調整は、照射ビーム経路に光学補償器の特定部分を入れることにより特定の照射ビームを補正する光学補償器の特定部分を選択することを有することが可能である。代替として、少なくとも２つの照射ビームのうちの１つの調整は、複数の照射ビームが光学補償器を同時に透過することを有し、全ての照射ビームは光学補償器により影響されるが、その影響の効果は少なくとも２つの照射ビームについて異なる。換言すれば、調整は、異なる照射ビームに関して、例えば、異なる励起照射ビームに関して同時に行われることが可能である。本発明の本特徴に従った検出方法は、本発明の第１特徴において説明している検出システムを用いて有利に実行されることが可能である。第２特徴に従った一実施形態においては、本発明は、上記のように、基板において発光位置を検出する方法に関し、少なくとも２つの励起照射ビームが生成され、少なくとも２つの照射ビームは、基板において少なくとも２つの励起照射ビームをフォーカシングすることを有する。この実施形態においては、複数の照射ビームのうちの少なくとも１つを調整することは、共焦点が基板において両方の励起照射ビームについて達成されるような調整であることが可能である。
【００５８】
第３特徴に従って、本発明は、基板における発光位置の検出において異なる波長を用いるときも光学収差を低減する又は少なくとも一部を補償する光学補償器を提供する。特に、例えば、異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの入射する照射ビームのうちの少なくとも１つを調整する、例えば、選択的に調整する光学補償器が想定され、その光学補償器は常に、少なくとも２つの照射ビームが、同じ光学要素、例えば、屈折要素を有する表面、例えば、基板の同じ焦点にフォーカシングされることが可能であるように、少なくとも１つの照射ビームの調整を可能にする。そのような表面は、試料が結合された基板の表面、又は、例えば、発光照射ビームを検出するために用いられる検出器の表面であることが可能である。換言すれば、光学補償器は、光学収差を低減する、又は少なくとも光学収差の一部を補償することが可能であり、従って、異なる波長又は波長領域の照射ビームを共焦点に入れることを可能にする。典型的には、そのような光学補償器は、異なる波長の異なる照射ビームについて用いられる光学要素、例えば、屈折要素によりもたらされる光学収差を補正するように、異なる照射ビームについての光路差（ＯＰＤ）における差を導入する。更に、他の光学要素によりもたらされる光学収差についての補正がまた、実行されることが可能である。光路差における差の導入は、例えば、位相シフトを導入することにより実行されることが可能である。そのような位相シフトは、照射ビームのうちの１つについて、位相シフト、即ちモジュロ２πが実質的に０である、又は想定される照射ビーム全てについて実質的に０とは異なるようなものであることが可能である。光学補償器は、少なくとも一部において、異なる波長の多照射ビームによりもたらされる平均光学収差を補償することが可能であり、その光学補償器はその平均光学収差を低減することが可能である。本発明の実施形態の有利点は、光学補償器が、コストパフォーマンスの高い様式で複数の関連バイオアッセイを行うための光ピックアップユニットからの光学要素と共に用いられることが可能であることである。光学補償器は、例えば、位相板等のそのような光学収差の少なくとも一部を補正することを可能にする何れかの適切な光学補償器であることが可能である。光学補償器５は、例えば、最も短い波長を有する照射ビームが、実質的に０である、導入される位相変化（モジュロ２π）を行うような照射ビームを回折する一方、他の照射ビームのうちの少なくとも１つが一次回折に従って回折される、回折要素であることが可能である。光学補償器の他の実施例は、例えば、略ブレーズド回折格子であるステップ状形状を有する異なる要素であることが可能であり、それにより、０次回折が最も短い波長を有する照射ビームについて選択され、そして一次回折及び／又は高次回折が他の照射ビームのうちの少なくとも１つについて選択される。この例示としての光学補償器においては、その光学補償器により導入される位相変化は、照射ビーム全てについて０とは異なり、それにより、照射ビームについて小さい収差をもたらすことさえ可能性があるが、全ての照射ビームについての光学収差が考慮されるときに、平均収差量を改善することが可��である。他の光学補償器は液晶の使用に基づくことが可能である。光学補償器の上記の実施例は単なる例示として提供されていて、本発明はそれらに限定されるものではない。光学補償器は、それが補償する光学要素とは別個の、例えば、対物レンズとは別個の要素の形で提供されることが可能である。光学補償器はまた、光学要素の本体、例えば、レンズ本体に直接、位置付けられることが可能であることに留意する必要がある。本発明の特定の実施形態の有利点は、用いられる光学補償器が、異なる照射ビームについて異なる回折次数に従った回折に依存せず、それ故、補正されるべき異なる複数の収差間で改善される関係は存在しない。
【００５９】
光学補償器は、異なる照射ビームについての光学収差を同時に低減する又は少なくとも一部を補償することが可能であり、又は異なる部分を補償することが可能であり、それらの各々の部分は、特定の波長又は波長領域の照射ビームについての収差を低減する又は少なくとも一部を補償するように調整される。光学補償器は、例えば、異なる波長又は波長領域の異なる照射ビームにおける光学収差を補償する又は低減するように異なる部分各々を有する位相ホイールであることが可能である。例えば、液晶に基づく光学補償器又は位相ホイール等の伊津部の光学補償器は、選択された照射ビームに従って照射ビーム経路に入れられるように光学補償器の所定部分を選択するように適合された制御手段を備えることが可能である。
【００６０】
特定の実施例においては、本発明の第３特徴に従った光学補償器が例示として示されているが、本発明はそれに限定されるものではない。提供されている光学補償器は、異なる波長又は波長領域の３つの励起ビームについての光学収差の低減を可能にする。光学補償器は、典型的には、非周期的位相構造（ＮＰＳ）が形成された平面状ベース基板を有する。そのＮＰＳは、異なる高さの一連の環状ゾーンを有し、各々のゾーンは、制御された高さの離散的なステップにより分離されている。それらのＮＰＳのゾーンは、ゾーンにおいて一定の位相を導入し、ステップの位置において、ゾーンが、例えば、３つの照射ビームのうちの選択された１つの波長に対して、実質的に不可視的であるように、選択される。換言すれば、複数の波長のうちの１つについて０に等しい位相、即ちモジュロ２πが付加されるステップが求められることが可能である。ゾーンの幅及びステップの高さは、２つの他の波長についての収差の好ましい補償を与えるように選択される。そのようなゾーンの高さｈｊ（基板のベース表面の上のゾーンｊの高さ）は、次式
ｈｊ＝ｍｊ＊（λ／（ｎ−１））                    （１）
に等しいようにデザインされ、ここで、ｍｊは整数、λは波長、ｎ１はＮＰＳが作られた材料のその波長における屈折率である。上記の式は、ＮＰＳが空気との界面を有する場合に適し、その界面はまた、２つの異なる材料間の界面であることが可能であり、その場合、分母は(ｎ１−ｎ２)になる。更なる実施例においては、ＮＰＳ構造の各々のゾーンは、基本的な径方法ゾーンプロファイル以外に、各々のゾーンにおける基本ゾーン形状と重なり合う付加的な径方向表面プロファイル、又は可変位相を付加するようにＮＰＳの少なくとも一部のゾーンを有する。あるゾーンのこの付加的な径方向表面プロファイルは、放射の幅において、ゾーン内に高さの変化を与える。付加的な径方向表面プロファイルは非回折性である。ゾーンにおける各々の高さの変化は、典型的には、ゾーン間の高さの変化に比べて、かなり小さく、その高さの変化は、そのゾーンの平均高さと隣接するゾーンの平均高さとの間の高さ変化のせいぜい半分である。付加的な径方向表面プロファイルは、異なる波長の照射ビームのうちの少なくとも１つ、好適には、２つについての残りの収差、代表的には、球面収差の更なる低減についての効果を有する一方、典型的には、レンズ設計が最適化される１つの波長についての許容可能な収差をもたらす。代替として、そのレンズ設計は、波長の何れかについて最適でない可能性がある。付加的な径方向表面プロファイルは、各々のゾーンにおいて同じである又は異なることが可能である。その結果、各々の波長についてのピークツーピークの残りの光路差（ＯＰＤ）は、好適には、０．５波長より低く、より好適には、０．４波長より低く、更に好適には、０．３３３波長より低い。更に、複数の波長のうちの少なくとも２つについての最大の残りのＯＰＤは、好適には、０．３３３波長より低く、より好適には、０．２波長より低い。しかしながら、各々の波長について、高次の収差が残っている。従って、各々の波長についてのピークツーピークの残りのＯＰＤは、典型的には、少なくとも０．０５波長であり、少なくとも０．１波長又は更に少なくとも０．２波長であることが可能である。他の実施例においては、各々のＮＰＳゾーンにおける表面は、複数の波長の少なくとも１つ、好適には、２つについて、残りの収差を更に低減するように非球面に作られ一方、光学要素、例えば、レンズのデザインが最適化される１つの波長について許容可能な収差がもたらされる。この場合に付加な径方向表面プロファイルにより与えられる径方向高さの変化は、ゾーンの再内部における０から始まり、ゾーンの最外部における高さ変化の最大値で終了する、徐々に変化する高さ変化を有する。最も大きい高さ変化の大きさは、ゾーン間の高さ変化に比べて、かなり小さい。例えば、波長λ１＜λ２＜λ３の照射ビームがλ１について最適化されたレンズを用いて補償されるようになっているシステムにおいて用いられる典型的なステップ高さは次式
ｈ＝ｍ＊ｈ１＋Δ＊λ１／(ｎ１−１)    ここで、−０．４＜Δ＜０．４    （２）
の範囲内にあることが可能であり、ここで、ｍは整数である。例示として、図７は、本実施例においては、４０８ｎｍ、６６０ｎｍ及び７９０ｎｍである異なる波長の３つの異なる照射ビームについて光学収差を低減するために用いることが可能であるような有効な非周期的位相構造の径方向形状を示している。各々のゾーンにおいて用いられる付加的な径方向表面プロファイルを演算するように、メリット関数が用いられることに注意する必要がある。これを得るように、局所的なゾーン高さが変えられ、各々の局所的なゾーン高さについて、メリット関数が決定される。一波長（λ１，λ２，λ３）についての高品質は、残りのＯＰＤが０に最も近いときに得られるが、メリット関数は、各々の波長についての品質を考慮し、そのメリット関数により測定される最も高い全体的な品質を与えるように、品質のバランスがとられる。残りのＯＰＤは、補正され且つこの値の端数部分を取る必要があるＯＰＤからのゾーン高さのために、そのＯＰＤを減じることにより演算され、それ故、全ての残りのＯＰＤは、−０．５波長乃至＋０．５波長の範囲内にある。用いることが可能であるメリット関数の例は次式のようである。
【００６１】
【数１】
2009544988.tif 000003
式（３）において、ＲＯＰＤλ１、ＲＯＰＤλ２及びＲＯＰＤλ３は異なる照射ビームについての残りのＯＰＤである。それら残りのＯＰＤは、一波長における高い残りのＯＰＤがその構造における光損失に関して他の波長における低い残りのＯＰＤよりかなり悪いことを確実にするように、所定の等しいパワー及び正のパワーに、この実施例においては、第４パワーに上げられる。重み付け係数Ｗｘｘを用いて、各々の照射ビームについての寄与が重み付けされる。メリット関数は、各々の波長についてのピークツーピークの残りのＯＰＤ又は複数の波長のうちの少なくとも２つが、好適には、０．５波長より小さい、より好適には、０．４波長より小さい、更に好適には、０．３３３波長より小さいように、最適な解決方法を選択する。
【００６２】
第４特徴に従って、本発明は、同じ光学要素、例えば、同じ屈折要素によりフォーカシングされるとき、基板の同じ焦点にフォーカシングされる異なる波長又は波長領域の少なくとも２つの入射照射ビームのうちの少なくとも１つにおける光学収差を低減することができるように、光学補償器をデザインする方法を提供する。換言すれば、本発明は、本発明の第３特徴に従った光学補償器をデザインする方法を提供する。光学補償器のデザインは、それにより、特徴が導入されるようなものであり、それにより、少なくとも２つの入射照射ビームについての光路差は、照射ビームが単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素によりフォーカシングされるときに、共焦点が得られるようなものである。そのような特徴は、例えば、位相板に導入された非周期的位相構造であることが可能であり、それにより、それらの特徴の高さは、単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素によりフォーカシングされるときに、照射ビームの共焦点を考慮する少なくとも２つの入射照射ビームについて異なる光路を考慮するように、最適化されることが可能である。典型的には、そのような方法は、照射ビームの波長又は平均波長に関する情報を得ることと、照射ビームをフォーカシングするために用いられる光学要素、例えば、屈折要素の位置及び光学的特徴に関する情報を得ることと、同じ焦点が単独の光学要素、例えば、単独の屈折要素によりフォーカシングされる照射ビームについて得られるようになっていることを考慮する照射ビームについて、光学収差が低減されるように、光学補償器の最適な特徴パラメータを演算することと、を有する。最適な特徴パラメータを演算することは、ニューラルネットワークを用いる所定のアルゴリズムを用いるシミュレーションにより、又は何れかの他の適切な方法において行われることが可能である。
【００６３】
本発明の第４特徴に従った上記のデザイン方法は、図８に示す処理システム７００において実行されることが可能である。図８は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリの少なくとも１つの形式を有するメモリサブシステム７０５に結合した少なくとも１つのプログラム可能プロセッサ７０３を有する処理システム７００の一構成を示している。少なくとも１つのディスクドライブ及び／又はＣＤ−ＲＯＭドライブ及び／又はＤＶＤドライブを有する記憶サブシステム７０７が含まれることが可能である。一部の実施形態においては、表示システム、キーボード及びポインティング装置が、ユーザが情報を手動で入力するように備えられるユーザインタフェースサブシステム７０９の一部として含まれることが可能である。入力データ及び出力データについてのポートが含まれることが可能である。ネットワーク接続部、種々の装置へのインタフェース等の更なる要素が含まれることが可能であるが、それらについては、図８には示されていない。単独のバスのような単純化のために図８に示すバスサブシステム７１３を介して含まれる処理システム７００の種々の要素は種々の方法で結合されることが可能であるが、少なくとも１つのバスのシステムを有するとして、当業者は理解することができるであろう。メモリサブシステム７０５のメモリは、処理システム７００において実行されるときに、本明細書で説明しているデザイン方法のステップを実施する指令の集合の一部又は全て（参照番号７１１として示されている何れかの場合）をいつでも保存することが可能である。それ故、図８に示すような処理システム７００は従来技術である一方、光学補償器をデザインする方法の特徴を実施する指令を含むシステムは従来技術ではなく、従って、図８は従来技術としてレッテルを貼られるべきものではない。
【００６４】
プロセッサ７０３は汎用目的のためのもの、又は特定目的のためのものであることが可能であり、例えば、他の機能を実行する他の構成要素を有するチップ等の装置に含まれるためのものであることが可能である。それ故、本発明の１つ又はそれ以上の特徴が、ディジタル電子回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせにおいて実施されることが可能である。更に、本発明の特徴は、プログラム可能プロセッサによる実行のための機械読み出し可能コードを担持する担持媒体中に有形に組み込まれるコンピュータプログラムプロダクトにおいて実施されることが可能である。用語“担体媒体”は、実行のためにプロセッサに指令を与えることに関与する何れかの媒体のことをいう。そのような媒体は、不揮発性媒体及び伝達媒体を含む多くの形をとることが可能であるが、それらに限定されるものではない。不揮発性媒体は、例えば、大容量記憶の一部である記憶装置等の光ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、ＲＡＭ等の動的メモリを含む。コンピュータ読み出し可能媒体の共通形式は、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、何れかの他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、何れかの他の光媒体、パンチカード、ペーパーテープ、孔のパターンを有する何れかの他の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、何れかの他のメモリチップ又はカートリッジ、本明細書で記載している搬送波、又はコンピュータが読み出すことが可能である何れかの他の媒体を有する。コンピュータ読み出し可能媒体の種々の形式は、実行のためにプロセッサに１つ又はそれ以上の指令の１つ又はそれ以上のシーケンスを担持する状態で含まれることが可能である。例えば、指令は、最初は、遠隔のコンピュータの磁気ディスクに記憶されていることが可能である。遠隔のコンピュータは、動的メモリに指令をロードし、媒体を用いて電話回線においてその指令を送信することが可能である。コンピュータシステムに局在するモデムは、電話回線でデータを受信し、データを赤外線信号に変換するように赤外線送信器を用いることが可能である。バスに結合している赤外線検出器は、赤外線信号において担持されるデータを受信し、バスにデータを位置付けることが可能である。バスはデータを主メモリに搬送し、その主メモリから、プロセッサは指令を取り出し、実行する。主メモリから受信された指令は、プロセッサが実行する前か又は後のどちらかにおいて記憶装置に任意に記憶されることが可能である。指令はまた、ＬＡＮ、ＷＡＮ又はインターネット等のネットワークにおいて搬送波を介して送信されることが可能である。送信媒体は、無線波データ通信及び赤外線データ通信において生成される音響波又は光波等の音響波又は光波の形式をとることが可能である。送信媒体は、同軸ケーブル、銅線又は光ファイバを含み、コンピュータにおけるバスを有するワイヤを含むことが可能である。
【００６５】
本発明のアプリケーションは、分子診断法の分野であって、臨床診断、ポイントオブケア（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ）診断、先端の生物分子診断研究、バイオセンサ、遺伝子及びタンパク質発現アレイ、環境センサ、食物品質センサ等においてのものである。
【００６６】
多発色性標識はまた、マイクロアレイ技術と、フローサイトメトリと、２つの発色性色素分子の電子的に励起された状態間の相互作用のために生じる蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）と、例えば、リアルタイムの拡散検出及びリアルタイムのＰＣＲ定量化等の分子標識に基づく検出技術と、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、表面増強蛍光分光法（ＳＥＦ）又は表面増強共鳴ラマン分光法（ＳＥＲＲＳ）、マイクロ流体検出等の表面増強検出技術と、において用いられることが可能である。
【００６７】
好適な実施形態においては、本発明の検出システムは、光が上から表面に入射することを意味する落射型蛍光バイオセンサであるが、それはまた、光が下から入射して、マイクロアレイを透過することを意味する透過型バイオセンサであるが可能である。
【００６８】
上記のように、本発明の実施形態においては、共焦点にフォーカシングされることになっている多波長を有する検出方法について光学補償器を備えている又は用いる。今日の高スループットの分子診断法においては、同時に多標識を検出する必要があり、本発明は、それに対して、コストパフォーマンスの高い解決方法を提供している。励起可能標識により生成される波長シフトは、個々の標識の感度検出が目的である場合に、収差補正が重要である照射ビームに対して一般に異なる多波長をもたらす。
【００６９】
本発明の特定の実施形態の有利点は、多波長検出システムにより一般に生じる光学収差は、適切にデザインされた光学補償器を備えることにより、低減される又は少なくとも一部が補償されるために、異なる標識を同時に用いる及び検出することができることである。
【００７０】
本発明を実施する多波長フォーカシングの目的を達成する他の構成については、当業者には明らかであろう。好適な実施形態、特定の構造及び構成及び材料は、本発明に従った装置について上で説明しているが、形式及び詳細についての種々の変形又は修正が、本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく、行われることが可能である、ことが理解できる。
【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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【国際調査報告】
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